JP4959231B2 - 脱硝装置および脱硝方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンモニア水または尿素水を還元剤として用いつつ、排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝装置と脱硝方法とに関するものである。特に、還元剤の必要噴出量が微量であっても、安定した噴霧が可能な脱硝装置と脱硝方法とに関するものである。

下記特許文献１に開示されるように、尿素水などの還元剤を注入ノズルにより排ガスへ噴出させ、そのようにして還元剤が混合された排ガスを触媒反応器に通すことで、排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝装置が知られている。
特開２００５−１３３６２８号公報

しかしながら、窒素酸化物の排出源である燃焼機器（エンジン）が比較的小型であったり、低脱硝率であったりした場合、還元剤の必要流量は微量（たとえば数ml/min）となる。このような場合、注入ノズルによる還元剤の注入流量が不安定となり、脱硝率も安定しない。また、そもそも還元剤流量が微量となると、還元剤注入ノズル部において、安定した噴霧が不可能であった。

本発明が解決しようとする課題は、還元剤の必要量が微量であっても、安定した噴霧が可能で、ひいては安定した所望の脱硝性能を達成できる脱硝装置と脱硝方法とを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、排ガスに窒素酸化物の還元剤を注入する還元剤注入器と、この還元剤注入器により還元剤が注入された排ガスが通され、その排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝触媒を有する脱硝反応器と、前記還元剤注入器による流入流量を所定以上とするよう前記還元剤へ希釈水を供給する希釈水供給手段とを備えることを特徴とする脱硝装置である。

請求項１に記載の発明によれば、還元剤の必要量が所定より少ない場合には、希釈水供給手段により還元剤へ希釈水を混ぜ合わせることで、還元剤注入器による流入流量は所定以上に維持される。これにより、排ガスへの還元剤の安定した注入が可能で、安定した所望の脱硝性能を達成することができる。

請求項２に記載の発明は、排ガスに窒素酸化物の還元剤を注入する還元剤注入器と、この還元剤注入器により還元剤が注入された排ガスが通され、その排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝触媒を有する脱硝反応器と、前記還元剤注入器の噴出部への還元剤に希釈水を混入可能な希釈水供給手段と、前記還元剤注入器による還元剤の注入流量が所定未満の場合、還元剤注入器による流入流量を所定以上とするよう前記希釈水供給手段による希釈水の混入量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする脱硝装置である。

請求項２に記載の発明によれば、制御手段により還元剤への希釈水の混入量を制御することで、還元剤注入器による流入流量は常に所定以上に維持される。これにより、排ガスへの還元剤の安定した注入が可能で、安定した所望の脱硝性能を達成することができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、排ガス中に還元剤を注入しつつ、脱硝触媒にて排ガス中の窒素酸化物を還元する方法であって、前記還元剤の注入量が所定未満となる場合、還元剤注入器による流入流量を所定以上とするよう希釈水を混ぜ合わせて注入することを特徴とする脱硝方法である。

請求項３に記載の発明によれば、還元剤の必要量が所定より少ない場合には、還元剤へ希釈水を混ぜ合わせることで、還元剤の注入流量は所定以上に維持される。これにより、排ガスへの還元剤の安定した注入が可能で、安定した所望の脱硝性能を達成することができる。

本発明の脱硝装置および脱硝方法によれば、還元剤の必要量が微量であっても、希釈水を混ぜ合わせて最低流量は確保することで、安定した噴霧が可能となり、ひいては安定した所望の脱硝性能を達成することができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本実施形態の脱硝装置および脱硝方法は、排ガスから窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を除去するのに使用される。特に、本実施形態の脱硝装置および脱硝方法は、燃焼機器を有する発電機と、前記燃焼機器から排出される排ガスの排熱を回収する排ガスボイラとを備えるコジェネレーションシステムに好適に適用される。

本実施形態の脱硝装置は、燃焼機器を有する発電機と、前記燃焼機器から排出される排ガスへ還元剤を注入する還元剤注入器と、この還元剤注入器の下流側に設けられる脱硝反応器とを備える。また、前記還元剤注入器の噴出部への還元剤に希釈水を混入する希釈水供給手段と、前記還元剤注入器の噴出部における流量を所定以上確保するように希釈水の混入量を制御する制御器とを備える。ところで、脱硝装置の下流側には、前記燃焼機器から排出される排ガスの排熱を回収する排ガスボイラを設けることができる。

本実施形態において、前記発電機は、ガスエンジン、ガスタービンおよびディーゼルエンジンなどの燃焼機器を有する。

また、前記排ガスボイラは、蒸気ボイラ、温水ボイラのいずれであっても良く、前記燃焼機器から排出される排ガスの熱を回収するものであれば、種類、形式を問わない。

また、前記脱硝反応器は、尿素水、アンモニア水などの液状還元剤と排ガス中のＮＯｘとの反応を促進させるものであれば種類を問わない。前記脱硝反応器の設置位置は、前記燃焼機器と前記排ガスボイラとの間の排ガス通路中、前記排ガスボイラの中に形成される排ガス通路中、前記排ガスボイラから排出される排ガスが流通する排ガス通路中のいずれであってもよい。この場合、前記脱硝反応器の設置位置に応じて排ガス温度が異なるので、その排ガス温度に適したＮＯｘ分解触媒を用いて処理可能な触媒量を用いる。

また、前記還元剤注入器は、少なくとも還元剤を前記脱硝反応器の上流側に注入する噴出部となるノズルと、このノズルへ還元剤を供給する還元剤供給手段とを含む。本実施形態では、還元剤を供給する還元剤供給手段として、第一ポンプが使用される。前記還元剤注入器による還元剤の注入量の制御は、前記第一ポンプのストローク数制御によって実施される。

前記希釈水供給手段は、前記還元剤注入器の第一ポンプより下流側において、希釈水を還元剤へ混入させる。希釈水を供給する手段は、各種手段が適用可能であるが、本実施形態では、希釈水供給手段として、第二ポンプが使用される。

本実施形態においては、前記ノズル、前記第一ポンプおよび前記第二ポンプは、特定の構成のものに限定されるものではない。

本実施形態では、前記燃焼機器から排出される排ガスに対して前記還元剤注入器から還元剤が注入される。そして、この還元剤が前記脱硝反応器において排ガス中のＮＯｘと反応して、ＮＯｘが窒素と水に分解される。前記還元剤の注入流量は、前記発電機の発電量に応じて定められたり、あるいはＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度に応じて定められる。

還元剤の注入流量を前記発電機の発電量に応じて定める場合、前記制御器に前記発電機の発電量の信号が入力される。そして、制御器は、前記還元剤注入器による還元剤の注入流量を前記発電機の発電量に応じた注入流量として制御する。この注入流量は、前記発電量の関数として関数発生器にて導出するか、前記発電量に対する注入流量をテーブルとして前記制御器のメモリに記憶して、利用する。

また、前記制御器は、還元剤の注入流量が微量で、還元剤をノズルから噴霧すると注入流量が所定流量未満となる場合に、流入流量が所定流量または所定流量以上となるように、前記希釈水供給手段により希釈水を還元剤に混入させる。前記所定流量は、場合に応じて種々設定可能であるが、本実施形態ではノズルから安定して噴霧できる最低流量に設定されている。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の脱硝装置の一実施例を示す概略構造図である。

この図に示すように、本実施例の脱硝装置は、発電機１と、この発電機１の排ガスの通路へ還元剤を注入する還元剤注入器２と、還元剤を用いて発電機１の排ガス中のＮＯｘを分解する脱硝反応器３と、還元剤注入器２による還元剤の注入流量が所定流量未満の場合、流入流量を所定流量以上とするように還元剤に希釈水を混入する希釈水供給手段４と、排ガスから排熱を回収する排ガスボイラ５とを主要部に備える。

発電機１は、燃焼機器としてのガスエンジン６と発電部７を有する。このガスエンジン６は、吸気通路８を備える。ガスエンジン６と排ガスボイラ５とは、第一排ガス通路９で接続されており、ガスエンジン６から排出される排ガスは、第一排ガス通路９を介して排ガスボイラ５へ送られる。また、排ガスボイラ５は、熱回収後の排ガスを大気へ放出するための第二排ガス通路１０を有している。

還元剤注入器２は、第一排ガス通路９内に還元剤を噴霧する注入ノズル１１と、この注入ノズル１１に還元剤流路１２で接続された還元剤貯留タンク１３と、還元剤流路１２の中途に設けられ、還元剤貯留タンク１３から注入ノズル１１へ還元剤を供給する第一ポンプ１４とを備える。本実施例では、還元剤として尿素水が使用される。

還元剤流路１２の中途には、第一ポンプ１４より下流側に、希釈水流路１５の一端部が接続されている。この希釈水流路１５の他端部には、希釈水貯留タンク１６が設けられている。また、希釈水流路１５の中途には、希釈水貯留タンク１６から還元剤流路１２へ希釈水を供給する第二ポンプ１７が設けられている。

本実施例では、第一ポンプ１４および第二ポンプ１７は、容量式定量ポンプとしての電磁式ポンプがそれぞれ使用される。また、第一ポンプ１４および第二ポンプ１７は、制御器１８により制御される。

脱硝反応器３は、還元剤注入器２より下流側の第一排ガス通路９に設けられる。脱硝反応器３は、脱硝触媒を有し、約４００℃〜４５０℃の排ガス温度領域において、尿素水とＮＯｘの反応を促進し、ＮＯｘを窒素と水とに分解する機能を有する。

このような構成の本実施例の脱硝装置は、ガスエンジン６から排出された排ガスが、第一排ガス通路９を介して脱硝反応器３へ送られる。この際、還元剤注入器２の注入ノズル１１から第一排ガス通路９内へ尿素水が噴霧される。注入ノズル１１には、コンプレッサー（図示省略）からエアーが供給されており、このエアーの作用で尿素水を噴霧している。そして、脱硝反応器３において、尿素水が用いられて排ガス中のＮＯｘが窒素と水に分解される。さらに、排ガスは、第一排ガス通路９を介して排ガスボイラ５に送られる。

本実施例では、尿素水の注入流量は、発電機１の発電量に応じて定められており、制御器１８が、エンジン６の出力信号に基づいて制御している。具体的には、図２に示すように、エンジン６の出力信号に対応して還元剤の注入流量が予め決められている。制御器１８は、第一ポンプ１４を作動させて、エンジン６の出力信号に応じた所定の注入流量で尿素水を注入する。

そして、還元剤の注入流量が所定流量に満たない場合、希釈水が還元剤に混入される。本実施例では、この所定流量は、注入ノズル１１から安定して噴霧される最低流量に設定されている。

エンジン６の出力信号に応じた還元剤の注入流量が、所定流量より少なくなった場合、制御器１８は、第二ポンプ１７を作動させて希釈水を還元剤に混入させる。そして、尿素水と希釈水の混合液の流量を所定流量として、注入ノズル１１から噴霧する。

つまり、本実施例では、エンジン６の出力信号に応じた還元剤の注入流量が所定流量より少ない場合には、尿素水と希釈水の混合液の流入流量が所定流量で一定となるように、制御器１８が希釈水の混入量を制御している。そして、エンジン６の出力信号に応じた還元剤の注入流量が所定流量以上となると、制御器１８は、第二ポンプ１７を停止させて希釈水の供給を停止し、還元剤のみが噴霧される。

このように、制御器１８は、エンジン６の出力信号を取得して、この出力信号に対応した還元剤の注入流量を決定する。次に、制御器１８は、この決定した注入流量が所定流量以上かどうかを判定し、所定流量以上である場合には、第一ポンプ１４を作動させてその流量で還元剤を注入する。一方、還元剤の注入流量が所定流量未満の場合には、第一ポンプ１４を作動させて前記決定した流量で還元剤を注入すると共に、前記所定流量と前記決定した還元剤の注入流量との差の分の希釈水を、第二ポンプ１７を作動させて還元剤に混入させ流入流量を注入する。そして、制御器１８は、再びエンジン６の出力信号を取得して、同様の工程を繰り返す。

このように、本実施例では、還元剤の注入流量が所定流量に満たない場合には、還元剤に希釈水を混入させて、注入ノズルから噴霧される混合液の流入流量を所定流量とすることで、注入ノズル１１から安定して噴霧が可能とされる共に、安定した脱硝が行なわれる。

本発明の脱硝装置および脱硝方法は、上記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。上記実施例では、還元剤の注入流量が、所定流量に満たない場合には、尿素水の注入流量が増すにつれて希釈水の混入量が減らされるように制御し、混合液の流入流量を所定流量で一定としたが、希釈水の混入量を増やして混合液を所定流量以上で噴霧するようにしても構わない。

本発明の脱硝装置の一実施例を示す概略構造図である。 エンジンの発電量と、還元剤の注入流量との関係を示す図である。

符号の説明

１ 発電機
２ 還元剤注入器
３ 脱硝反応器
４ 希釈水供給手段
９ 第一排ガス通路
１１ 注入ノズル
１２ 還元剤流路
１５ 希釈水流路
１８ 制御器

Claims (3)

1. 排ガスに窒素酸化物の還元剤を注入する還元剤注入器と、
   この還元剤注入器により還元剤が注入された排ガスが通され、その排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝触媒を有する脱硝反応器と、
   前記還元剤注入器による注入流量を所定以上とするよう前記還元剤へ希釈水を供給する希釈水供給手段と
   を備えることを特徴とする脱硝装置。
2. 排ガスに窒素酸化物の還元剤を注入する還元剤注入器と、
   この還元剤注入器により還元剤が注入された排ガスが通され、その排ガス中の窒素酸化物の還元を図る脱硝触媒を有する脱硝反応器と、
   前記還元剤注入器の噴出部への還元剤に希釈水を混入可能な希釈水供給手段と、
   前記還元剤注入器による還元剤の注入流量が所定未満の場合、還元剤注入器による流入流量を所定以上とするよう前記希釈水供給手段による希釈水の混入量を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする脱硝装置。
3. 排ガス中に還元剤を注入しつつ、脱硝触媒にて排ガス中の窒素酸化物を還元する方法であって、
   前記還元剤の注入量が所定未満となる場合、還元剤注入器による流入流量を所定以上とするよう希釈水を混ぜ合わせて注入する
   ことを特徴とする脱硝方法。
   

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