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技術 燃焼排ガスの脱硝装置

出願人 三菱日立パワーシステムズ株式会社
発明者 甲斐啓一郎
出願日 2018年8月9日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2018-150823
公開日 2020年2月20日 (10ヶ月経過) 公開番号 2020-025908
状態 未査定
技術分野 特殊なサイクルを用いた機関設備 煙突・煙道 蒸気ボイラの細部
主要キーワード 流出口端 微細固形分 流入口端 ガス仕切板 内部隔壁 Mo元素 火力発電装置 触媒支持材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年2月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (16)

課題

窒素酸化物除去性能を高く維持しつつ、通風損失の低い脱硝装置を提供する。

解決手段

ガス流入口主ダクト2と、ガス流出口側主ダクト3と、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れに対して並列に並べて設けられた2以上の触媒固定床6と、ガス流入口側主ダクトから触媒固定床のそれぞれにガス誘導し且つ触媒固定床のそれぞれからガス流入口側主ダクトにガスを誘導する仕切板とを有し、触媒固定床は、燃焼排ガスが入る流入口端面と燃焼排ガスが出る流出口端面とを有し且つ触媒を含有する隔壁によって流入口端面から流出口端面までの流路が複数に区切られている触媒ユニットを、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向が0度以外の方向になるように設置されている燃焼排ガス脱硝装置とする。

概要

背景

ボイラガスタービンなどから排出される燃焼排ガス中窒素酸化物を除去するための装置には触媒固定床が設けられている(例えば、図15参照)。そして、脱硝率の向上と、圧力損失の抑制、ガス処理量の増加などを図るために触媒固定床の構造に関して種々の提案がされている。

例えば、特許文献1は、処理ガスを水平方向より導入し、水平に設けられた触媒支持材上に充填された粒状触媒層に垂直上向き方向に流入させるように配置した排ガス脱硝装置反応器に対し、粒状触媒層ガス流路断面の一部をガス仕切板にて閉止し残りのガス流路断面部に板状あるいは格子型脱硝触媒を充填するようにしたことを特徴とした排ガス脱硝装置用反応器を開示している。

特許文献2は、少なくとも一つの触媒モジュールを含み、前記少なくとも一つの触媒モジュールは、複数の第1触媒体及び複数の第1ダクトを含む流体ストリーム入口側と、複数の第2触媒体及び複数の第2ダクトを含む流体ストリーム出口側とを含み、前記第1ダクトは、前記第2触媒体への流体ストリーム入口であり、前記第2ダクトは、前記第1触媒体の流体ストリーム出口である触媒反応器を開示している。

特許文献3は、微細固形分を含有する排ガス固定床触媒層に接触させて処理するに際し、周期的に、もしくは微細固形分の触媒層内への付着蓄積の程度に応じて1時的に触媒層を通過する排ガス流速を増大せしめて触媒層を流動化せし、触媒層内に付着蓄積した微細固形分を除去するようになしたことを特徴とする排ガスの処理方法を開示している。

特許文献4は、プリーツ形式で配置された構造触媒体の層を含む少なくとも1つのモジュールを含み、前記構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、前記構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流通路は前記プリーツ入口面から前記プリーツ出口面まで延び、前記プリーツ入口面は5度から85度までの前記モジュールの入口面との角度(δ)を形成する、触媒反応器を開示している。

概要

窒素酸化物の除去性能を高く維持しつつ、通風損失の低い脱硝装置を提供する。ガス流入口主ダクト2と、ガス流出口側主ダクト3と、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れに対して並列に並べて設けられた2以上の触媒固定床6と、ガス流入口側主ダクトから触媒固定床のそれぞれにガス誘導し且つ触媒固定床のそれぞれからガス流入口側主ダクトにガスを誘導する仕切板とを有し、触媒固定床は、燃焼排ガスが入る流入口端面と燃焼排ガスが出る流出口端面とを有し且つ触媒を含有する隔壁によって流入口端面から流出口端面までの流路が複数に区切られている触媒ユニットを、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向が0度以外の方向になるように設置されている燃焼排ガス脱硝装置とする。

目的

本発明の課題は、火力発電所工場などに設置されるボイラなどから排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための装置、特に窒素酸化物の除去性能を高く維持しつつ、通風損失の低い脱硝装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ガス流入口主ダクトと、ガス流出口側主ダクトと、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れに対して並列に並べて設けられた2以上の触媒固定床と、ガス流入口側主ダクトから触媒固定床のそれぞれにガス誘導し且つ触媒固定床のそれぞれからガス流出口側主ダクトにガスを誘導する仕切板とを有し、触媒固定床は、燃焼排ガスが入る流入口端面と燃焼排ガスが出る流出口端面とを有し且つ触媒を含有する隔壁によって流入口端面から流出口端面までの流路が複数に区切られている触媒ユニットからなり、該触媒ユニットが、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向が0度以外の方向になるように設置されている、燃焼排ガス脱硝装置

請求項2

触媒ユニットが、触媒を含有するハニカムからなるもの、または触媒を含有する板を隙間を設けて重ねたものである、請求項1に記載の燃焼排ガス脱硝装置。

請求項3

ガス流入口側主ダクト内に、アンモニア供給口をさらに有する、請求項1または2に記載の燃焼排ガス脱硝装置。

請求項4

火炉過熱器、および請求項1〜3のいずれかひとつに記載の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有する、ボイラ

請求項5

ガスタービン、および請求項1〜3のいずれかひとつに記載の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有する、発電装置

請求項6

過熱器および蒸気タービンをさらに有する請求項5に記載の発電装置。

技術分野

0001

本発明は燃焼排ガス脱硝装置に関する。より詳細に、本発明は、火力発電所工場などに設置されるボイラなどから排出される燃焼排ガス中窒素酸化物を除去するための装置に関する。

背景技術

0002

ボイラやガスタービンなどから排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための装置には触媒固定床が設けられている(例えば、図15参照)。そして、脱硝率の向上と、圧力損失の抑制、ガス処理量の増加などを図るために触媒固定床の構造に関して種々の提案がされている。

0003

例えば、特許文献1は、処理ガスを水平方向より導入し、水平に設けられた触媒支持材上に充填された粒状触媒層に垂直上向き方向に流入させるように配置した排ガス脱硝装置反応器に対し、粒状触媒層ガス流路断面の一部をガス仕切板にて閉止し残りのガス流路断面部に板状あるいは格子型脱硝触媒を充填するようにしたことを特徴とした排ガス脱硝装置用反応器を開示している。

0004

特許文献2は、少なくとも一つの触媒モジュールを含み、前記少なくとも一つの触媒モジュールは、複数の第1触媒体及び複数の第1ダクトを含む流体ストリーム入口側と、複数の第2触媒体及び複数の第2ダクトを含む流体ストリーム出口側とを含み、前記第1ダクトは、前記第2触媒体への流体ストリーム入口であり、前記第2ダクトは、前記第1触媒体の流体ストリーム出口である触媒反応器を開示している。

0005

特許文献3は、微細固形分を含有する排ガス固定床触媒層に接触させて処理するに際し、周期的に、もしくは微細固形分の触媒層内への付着蓄積の程度に応じて1時的に触媒層を通過する排ガス流速を増大せしめて触媒層を流動化せし、触媒層内に付着蓄積した微細固形分を除去するようになしたことを特徴とする排ガスの処理方法を開示している。

0006

特許文献4は、プリーツ形式で配置された構造触媒体の層を含む少なくとも1つのモジュールを含み、前記構造触媒体はプリーツ入口面及びプリーツ出口面を形成し、前記構造触媒体の内部隔壁によって画定された流体流通路は前記プリーツ入口面から前記プリーツ出口面まで延び、前記プリーツ入口面は5度から85度までの前記モジュールの入口面との角度(δ)を形成する、触媒反応器を開示している。

先行技術

0007

特開2002−361074号公報
特表2013−529543号公報(US 2011/305611 A1)
特開昭52−72361号公報
特表2017−529227号公報(US 2017/266617 A1)

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の課題は、火力発電所、工場などに設置されるボイラなどから排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための装置、特に窒素酸化物の除去性能を高く維持しつつ、通風損失の低い脱硝装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために以下の形態を包含する本発明を完成するに至った。

0010

〔1〕ガス流入口主ダクトと、ガス流出口側主ダクトと、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れに対して並列に並べて設けられた2以上の触媒固定床と、ガス流入口側主ダクトから触媒固定床のそれぞれにガス誘導し且つ触媒固定床のそれぞれからガス流出口側主ダクトにガスを誘導する仕切板とを有し、
触媒固定床は、燃焼排ガスが入る流入口端面と燃焼排ガスが出る流出口端面とを有し且つ触媒を含有する隔壁によって流入口端面から流出口端面までの流路が複数に区切られている触媒ユニットからなり、
該触媒ユニットが、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向が0度以外の方向になるように設置されている、
燃焼排ガス脱硝装置。

0011

〔2〕触媒ユニットが、触媒を含有するハニカムからなるもの、または触媒を含有する板を隙間を設けて重ねたものである、〔1〕に記載の燃焼排ガス脱硝装置。
〔3〕ガス流入口側主ダクト内に、アンモニア供給口をさらに有する、〔1〕または〔2〕に記載の燃焼排ガス脱硝装置、
〔4〕火炉過熱器、および〔1〕〜〔3〕のいずれかひとつに記載の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有する、ボイラ。

0012

〔5〕ガスタービン、および〔1〕〜〔3〕のいずれかひとつに記載の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有する、発電装置
〔6〕過熱器および蒸気タービンをさらに有する〔5〕に記載の発電装置。

発明の効果

0013

本発明の燃焼排ガス脱硝装置は、脱硝率の向上と、圧力損失の低減、ガス処理量の増加を図ることができる。本発明の燃焼排ガス脱硝装置は、ガス流入口側主ダクトの断面積に比して、触媒固定床の流入口端面の面積を大きくすることができるので、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流速を低下させることなく、触媒固定床におけるガス流速を低くする、すなわち触媒固定床におけるガスの平均滞留時間を長くすることができる。それによって、脱硝率の向上と圧力損失の低減とを実現できる。さらに、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流速がほとんど低下しないので、タービン回転数発電力)を下げることがない。

図面の簡単な説明

0014

本発明の燃焼排ガス脱硝装置を備えたガスタービン発電システムの一例を示す図である。
触媒ユニット(直角柱)の一例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
触媒ユニット(斜角柱)の一例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置を備えたガスタービン発電システムの一例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置における触媒固定床と仕切板の配置例を示す図である。
触媒ユニットを構成する板状触媒エレメントの重ね合わせの一例を示す図である。
触媒ユニットを構成する板状触媒エレメントの重ね合わせの一例を示す図である。
本発明の燃焼排ガス脱硝装置を備えたガスタービン発電システムの一例を示す図である。
従来技術の燃焼排ガス脱硝装置を備えたガスタービン発電システムの一例を示す図である。

実施例

0015

本発明の燃焼排ガス脱硝装置は、主ダクトと、触媒固定床と、仕切板とを有する。

0016

主ダクトは、ガス流入口側主ダクト2と、ガス流出口側主ダクト3とからなる。ガス流入口側主ダクトは触媒固定床6および仕切板の上流、ガス流出口側主ダクトは触媒固定床6および仕切板の下流に位置する。主ダクトは、好ましくは、水平方向に亘る空洞を有し、その空洞をガスが流れる。空洞の断面形状は、矩形円形楕円形などであってもよい。ガス流入口側主ダクト内には、通常、アンモニア供給口5が設置されており、アンモニア供給口からアンモニアまたはアンモニア誘導体が供給される。アンモニア供給口は、噴霧ノズル形状などを成していてもよい。アンモニア誘導体としては、尿素などを挙げることができる。

0017

触媒固定床6は、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れに対して並列に2以上並べて主ダクト内に設けられている。例えば、水平方向に亘る空洞を有する主ダクトにおいては、触媒固定床6を、縦に並列に並べて設けてもよいし、横に並列に並べて設けてもよいし、斜めに並列に並べて設けてもよい。

0018

触媒固定床6は、少なくとも1つの触媒ユニット9からなる。2以上の触媒ユニット9は隙間なく並べて設置されることが好ましい。触媒ユニット9は、通常、柱形状、好ましくは6つの四角形からなる六面体形状、好ましくは斜角柱形状92(図7)、直角柱形状91(図2)、より好ましくは直方体若しくは立法体形状を成している。柱形状の天面と底面、または六面体形状の6面のうちの対向する2面は、燃焼排ガスが入る流入口端面912,922と燃焼排ガスが出る流出口端面である。流入口端面および流出口端面は、開口しており、流入口端面から流出口端面までの間はガスが流れるための空洞(流路)を成している。流入口端面および流出口端面以外の面(すなわち、側面)は、好ましくは板等で塞がれている。触媒ユニットは、流路が、触媒を含有する隔壁によって流入口端面から流出口端面まで連通する複数の小流路に区切られている。触媒ユニットは、例えば、触媒を含有するハニカムからなるもの、触媒を含有する板(板状触媒)を隙間を設けて重ねたもの、触媒を含有するコルゲートボード(コルゲート板状触媒)を重ねたものなどであることが好ましい。

0019

触媒を含有する板としては、例えば、平坦部と該平坦部を間隔を隔てて仕切突条部とが交互に繰り返して配置される板状の触媒エレメントなどを挙げることができる。また、隣接する触媒エレメントの突条部が互いに平行になるように板状の触媒エレメントを重ねる(例えば、図12)か、または隣接する触媒エレメントの突条部が互いに交差するように板状の触媒エレメントを重ねる(例えば、図13)ことができる。

0020

触媒ユニットは、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向が、0度以外の方向、好ましくは20〜120度の方向、より好ましくは30〜110度の方向となるように配置される。ガス流れ方向が、主ダクトから触媒ユニット流路にかけて変わり、ガス流れに乱れが生じるので、触媒表面の境膜が薄くなり、脱硝率が向上する。また、触媒ユニット流路のガス流れ方向が、ガス流入口側主ダクトにおけるガス流れ方向0度に対して、下向き、上向き、右向きおよび左向き、またはそれらの中間の方向となるようにしてもよい。

0021

仕切板が、ガス流入口側主ダクトから触媒固定床のそれぞれにガスを誘導し且つ触媒固定床のそれぞれからガス流出口側主ダクトにガスを誘導する。好ましい一例として、仕切板82は、水平方向に亘る空洞を有する主ダクトにおいて触媒固定床を縦に並列に並べ且つガス流れの方向(0度)に対して触媒ユニット流路のガス流れ方向がそれぞれ同じ方向(例えば、水平より下向き90度の方向(図3)、水平より下向き75度の方向(図4)、水平より下向き60度の方向(図5)、水平より下向き45度の方向(図6))を向くように設けた場合、触媒固定床の最上流側の側面の下底と、そのすぐ下の段の触媒固定床の最下流側の側面の上底との間にさし渡すことができる。斜角柱の触媒ユニット92を用いた場合、例えば、図8,9などのように仕切板82と触媒ユニット92を配置することができる。別の一例として、仕切板81は、水平方向に亘る空洞を有する主ダクトにおいて触媒固定床を縦に並列に並べ且つガス流れの方向(0度)に対して触媒ユニット通路のガス流れ方向が交互に逆の方向(例えば、水平より上向き60度の方向と水平より下向き60度の方向)を向くように設けた場合、触媒固定床の最下流側の側面の下底とそのすぐ下の段の触媒固定床の最下流側の側面の上底または触媒固定床の最上流側の側面の下底とそのすぐ下の段の触媒固定床の最上流側の側面の上底とが密着し、その密着した部分から180度または0度の方向に向かって伸びるように設けてもよい(図10,11)。
仕切板は、単なる板からなるものであってもよいし、触媒を含有する板からなるものであってもよい。

0022

本発明に用いられる触媒としては、チタン酸化物モリブデンおよび/またはタングステンの酸化物、ならびにバナジウムの酸化物を含有して成るもの(酸化チタン系触媒); CuやFeなどの金属が担持されたゼオライトなどのアルミノケイ酸塩を主に含有して成るもの(ゼオライト系触媒); 酸化チタン系触媒とゼオライト系触媒とを混合して成るものなどを挙げることができる。これらのうち酸化チタン系触媒が好ましい。

0023

酸化チタン系触媒の例としては、Ti−V−W触媒、Ti−V−Mo触媒、Ti−V−W−Mo触媒等を挙げることができる。
Ti元素に対するV元素の割合は、V2O5/TiO2の重量百分率として、好ましくは10重量%以下、より好ましくは8重量%以下である。Ti元素に対するMo元素および/またはW元素の割合は、(MoO3+WO3)/TiO2の重量百分率として、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下である。

0024

触媒の調製において、チタンの酸化物の原料として、二酸化チタン粉末または酸化チタン前駆物質を用いることができる。酸化チタン前駆物質としては、酸化チタンスラリ酸化チタンゾル硫酸チタン四塩化チタンチタン酸塩チタンアルコキシドなどを挙げることができる。本発明においては、チタンの酸化物の原料として、アナターゼ型二酸化チタンを形成するものが好ましく用いられる。

0025

バナジウムの酸化物の原料として、五酸化バナジウムメタバナジン酸アンモニウム硫酸バナジル等のバナジウム化合物を用いることができる。
タングステンの酸化物の原料として、パラタングステン酸アンモニウムメタタングステン酸アンモニウム三酸化タングステン塩化タングステン等を用いることができる。
モリブデンの酸化物の原料として、モリブデン酸アンモニウム三酸化モリブデンなどを用いることができる。

0026

本発明に用いられる触媒には、助触媒または添加物として、Pの酸化物、Sの酸化物、Alの酸化物(例えば、アルミナ)、Siの酸化物(例えば、ガラス繊維)、Zrの酸化物(例えば、ジルコニア)、石膏(例えば、二水石膏など)、ゼオライトなどが含まれていてもよい。これらは、粉末ゾルスラリ、繊維などの形態で、触媒調製時に用いることができる。

0027

本発明の燃焼排ガス脱硝装置は、ボイラ、火力発電装置などに設置して用いることができる。

0028

本発明のボイラは、石炭炊きなどの火炉、過熱器、および本発明の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有する。本発明のボイラにさらに蒸気タービンと蒸気タービン発電機を設け、過熱器で発生した蒸気によって発電することができる。さらに、蒸発器節炭器をさらに設けて、燃焼排ガスに残る熱エネルギー回収してもよい。

0029

本発明の発電装置は、ガスタービン、および本発明の燃焼排ガス脱硝装置をこの順で有し、必要に応じて過熱器12、蒸気タービン10、蒸気タービン発電機11、蒸発器13、節炭器14をさらに有する(例えば、図14)。

0030

1:ガスタービン
2:主ダクト(ガス流入口側)
3:主ダクト(ガス流出口側)
4:煙突
5:アンモニア供給口
6:触媒固定床
7:ガスタービン発電機
81:仕切板
82:仕切板
91:触媒ユニット(直角柱)
92:触媒ユニット(斜角柱)
10:蒸気タービン
11:蒸気タービン発電機
12:過熱器
13:蒸発器
14:節炭器
912、922:流入口端面

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