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WO2017022518A1 - 石炭火力発電設備 - Google Patents

石炭火力発電設備 Download PDF

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WO2017022518A1
WO2017022518A1 PCT/JP2016/071549 JP2016071549W WO2017022518A1 WO 2017022518 A1 WO2017022518 A1 WO 2017022518A1 JP 2016071549 W JP2016071549 W JP 2016071549W WO 2017022518 A1 WO2017022518 A1 WO 2017022518A1
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WO
WIPO (PCT)
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coal
exhaust gas
denitration
denitration catalyst
power generation
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2016/071549
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English (en)
French (fr)
Inventor
敏和 吉河
健治 引野
啓一郎 盛田
英嗣 清永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chugoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Chugoku Electric Power Co Inc
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Publication date
Application filed by Chugoku Electric Power Co Inc filed Critical Chugoku Electric Power Co Inc
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • Patent Document 1 discloses a method for replacing a denitration catalyst of a flue gas denitration apparatus filled with a plurality of stages of denitration catalysts, and a catalyst removal step of taking out a first-stage denitration catalyst located on the most upstream side. And a catalyst moving step for sequentially moving all the denitration catalysts in the second and subsequent stages to the upstream side of the first stage, and a catalyst for replenishing a new denitration catalyst in the most downstream stage that has been emptied through the catalyst moving process And a replenishment step.
  • a method for replacing the denitration catalyst is disclosed.
  • the present inventors have found that a deposit having a particle size far smaller than the conventional coal ash particle size range of several tens to hundreds of ⁇ m or less is a denitration catalyst. It was found that the surface of the catalyst was coated to form a coating layer, whereby contact between the denitration catalyst and the exhaust gas was hindered and the performance of the denitration catalyst was lowered.
  • an object of the present invention is to provide a coal-fired power generation facility capable of suppressing deterioration of a denitration catalyst by preventing deposits having a small particle diameter from covering the surface of the denitration catalyst.
  • the fine particle adsorption layer preferably has a shorter length in the exhaust gas flow channel direction than the denitration catalyst layer.
  • the coal bunker 20 stores coal supplied from a coal silo (not shown) by a coal transportation facility.
  • the coal feeder 25 supplies the coal supplied from the coal bunker 20 to the pulverized coal machine 30 at a predetermined supply speed.
  • the pulverized coal machine 30 pulverizes the coal supplied from the coal feeder 25 to produce pulverized coal.
  • the coal is pulverized to an average particle size of 60 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the particle size distribution of pulverized coal is about 10 to 15% at 150 ⁇ m or more, 30 to 40% at 75 to 150 ⁇ m, and 45 to 60% at less than 75 ⁇ m.
  • a roller mill, a tube mill, a ball mill, a beater mill, an impeller mill, or the like is used as the pulverized coal machine 30 a roller mill, a tube mill, a ball mill, a beater mill, an impeller mill, or the like is used.
  • the combustion boiler 40 burns the pulverized coal supplied from the pulverized coal machine 30 together with the forcibly supplied air.
  • coal ash such as clinker ash and fly ash is generated and exhaust gas is generated.
  • clinker ash means the massive coal ash which fell to the bottom part of the combustion boiler 40 among the coal ash generate
  • Fly ash has a particle size (particle size of about 200 ⁇ m or less) of coal ash generated when pulverized coal is burned and blown up with combustion gas (exhaust gas) and circulated to the exhaust passage 50 side. Spherical coal ash.
  • the combustion boiler 40 will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • the combustion boiler 40 has a substantially inverted U shape as a whole, and the exhaust gas (combustion gas) is inverted U-shaped along the arrow in the figure. After passing through the secondary economizer 41e, it is again reversed into a U-shape.
  • a burner 41a for burning pulverized coal is disposed in the vicinity of the burner zone 41a 'inside the combustion boiler 40.
  • the 1st superheater 41b is arrange
  • the 2nd superheater 41c is arrange
  • a primary economizer 41d and a secondary economizer 41e are provided in two stages.
  • the economizer (also referred to as ECO) is a heat transfer surface group provided for preheating boiler feedwater using heat retained by exhaust gas.
  • pulverized coal is burned in the burner zone 41a '.
  • the combustion temperature of the pulverized coal ranges from 1300 ° C. to 1500 ° C., and the coal ash generated by the combustion rises along the direction of the arrow and together with the exhaust gas, the first superheater 41b, the second superheater 41c, The next economizer 41d and the secondary economizer 41e are sequentially passed.
  • the combustion gas exchanges heat by passing through a heat transfer surface group provided for preheating boiler feed water, and the temperature is lowered to about 450 ° C. to 500 ° C.
  • the time required for the exhaust gas to reach the economizer from the burner zone 41a ' is approximately 5 to 10 seconds.
  • the denitration apparatus 60 includes a denitration reactor 61, a plurality of stages of denitration catalyst layers 62, 62, 62 disposed inside the denitration reactor 61, and upstream of the denitration catalyst layer 62.
  • the fine particle adsorption layer 63 to be disposed, the rectifying plate 64 disposed in the vicinity of the inlet of the denitration reactor 61, and the ammonia injection part 65 disposed on the upstream side of the denitration reactor 61 are provided.
  • the denitration reactor 61 is a place for denitration reaction in the denitration apparatus 60.
  • the denitration catalyst layer 62 is disposed in the denitration reactor 61 in a plurality of stages (three stages in this embodiment) at predetermined intervals along the exhaust gas flow path.
  • the catalyst material promotes the reduction reaction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas while being supported on the honeycomb structure.
  • the catalyst material vanadium, tungsten, or the like can be used.
  • the honeycomb catalyst 622 is formed by kneading a catalyst substance with a ceramic material, extrusion molding, and further heating.
  • the seal member 623 is arranged between the honeycomb catalysts 622 arranged adjacent to each other in the lateral direction, and prevents the exhaust gas from flowing into the gap between the honeycomb catalysts 622 arranged adjacent to each other.
  • the honeycomb catalyst 622 is wound around a portion having a predetermined length (for example, 150 mm from the end portion) on one end side and the other end side in the longitudinal direction.
  • ceramic paper formed by mixing inorganic fibers mainly composed of alumina or silica and a binder can be used as the seal member 623.
  • the honeycomb catalyst 622 for example, a catalyst having a rectangular parallelepiped shape of 150 mm ⁇ 150 mm ⁇ 860 mm and 400 exhaust gas circulation holes (20 ⁇ 20) having openings of 6 mm ⁇ 6 mm is used.
  • the casing 621 a casing that can accommodate 72 honeycomb catalysts 622 (length 6 ⁇ width 12) is used.
  • 120 to 150 casings 621 are used for one denitration catalyst layer 62. In other words, 9000 to 10,000 honeycomb catalysts 622 are installed in one denitration catalyst layer 62.
  • the fine particle adsorption layer 63 is disposed on the upstream side of the denitration catalyst layer 62.
  • the fine particle adsorption layer 63 includes a honeycomb structure 632. More specifically, the fine particle adsorption layer 63 includes a plurality of casings 631, a plurality of honeycomb structures 632 accommodated in the plurality of casings 631, and a seal member 633.
  • the casing 631 is formed of a rectangular tube-shaped metal member having one end and the other end opened, like the casing 621.
  • the casing 631 is arranged so that one end and the other end thereof opened face the exhaust gas flow path in the denitration reactor 61, that is, the exhaust gas flows through the inside of the casing 631.
  • the plurality of casings 631 are connected and arranged so as to be in contact with each other so as to block the exhaust gas flow path in the denitration reactor 61.
  • the porous material used for the honeycomb structure 632 may have a charging property.
  • the honeycomb structure 632 has charging properties, a more preferable fine particle adsorption effect can be obtained. That is, the porous material constituting the denitration catalyst layer 62 and the porous material constituting the fine particle adsorption layer 63 may be different.
  • the rectifying plate 64 is disposed upstream of the particulate adsorption layer 63 in the vicinity of the inlet of the denitration reactor 61. More specifically, the rectifying plate 64 is disposed at a bent portion of the inner wall of the denitration reactor 61 or the exhaust passage 50 and protrudes from the inner wall to the inner surface side. The rectifying plate 64 adjusts the flow of exhaust gas at the bent portion of the exhaust passage 50 or the denitration reactor 61.
  • the ammonia injection part 65 is arranged upstream of the denitration reactor 61 and injects ammonia into the exhaust passage 50.
  • ammonia is injected into the high-temperature exhaust gas (300 ° C. to 400 ° C.) flowing through the exhaust passage 50 in the ammonia injection section 65.
  • the exhaust gas into which ammonia has been injected passes through the particulate adsorption layer 63 and is introduced into the denitration catalyst layer 62 while being rectified by the rectifying plate 64.
  • the denitration catalyst is deteriorated by use and the denitration rate is lowered.
  • causes of deterioration of the denitration catalyst include thermal deterioration such as sintering, chemical deterioration due to poisoning of catalyst components, and physical deterioration due to the coal ash covering the catalyst surface.
  • the present inventors now have a much smaller particle size (1 ⁇ m or less, more specifically about several tens of nm) compared to the average particle size of coal ash, which is about several tens ⁇ m to one hundred ⁇ m. It was found that deposits resulting from coal ash covered the surface of the denitration catalyst to form a coating layer, thereby causing clogging of the denitration catalyst. Since the coal ash having such a small particle size has a small content, it has not been considered as a cause of deterioration of the denitration catalyst.
  • the progress of deterioration of the denitration catalyst due to the formation of the coating layer is not uniform in each catalyst layer, and the fastest deterioration progress is in the first catalyst layer through which the exhaust gas first passes.
  • the first catalyst layer is likely to be affected by drift when exhaust gas flows into the catalyst layer, and the coal ash having the fine particle size is likely to be deposited due to the influence.
  • the particulate adsorption layer 63 is disposed on the upstream side of the denitration catalyst layer 62.
  • the honeycomb structure 632 included in the fine particle adsorption layer 63 is formed of the same porous material as that used for the honeycomb catalyst 622 included in the denitration catalyst layer 62.
  • the honeycomb structure 632 has an exhaust gas circulation hole 634 having the same shape as the exhaust gas circulation hole 624 of the honeycomb catalyst 622. Therefore, the coating layer originally formed on the honeycomb catalyst 622 of the first denitration catalyst layer 62 is formed instead of the honeycomb structure 632 of the fine particle adsorption layer 63, thereby suppressing deterioration of the honeycomb catalyst 622. it can. Moreover, since the exhaust gas is rectified by the honeycomb structure 632 having the same structure as the honeycomb catalyst 622 when the exhaust gas reaches the denitration catalyst layer 62, deterioration of the honeycomb catalyst 622 due to drift can be suppressed. Further, since the catalyst is not supported on the honeycomb structure 632, the cost for manufacturing the honeycomb structure 632 can be reduced.
  • the coating layer is formed thicker on the inlet side of the denitration catalyst, it is sufficient even if the length L2 of the casing 631 in the exhaust gas flow direction is shorter than the length L1 of the casing 621 in the exhaust gas flow channel. An effect of suppressing deterioration of the honeycomb catalyst 622 is obtained.
  • the gas heater 80 is disposed downstream of the air preheater 70 in the exhaust passage 50.
  • the exhaust gas recovered by the air preheater 70 is supplied to the gas heater 80.
  • the gas heater 80 further recovers heat from the exhaust gas.
  • the electrostatic precipitator 90 is disposed on the downstream side of the gas heater 80 in the exhaust passage 50.
  • the exhaust gas recovered in the gas heater 80 is supplied to the electric dust collector 90.
  • the electric dust collector 90 is a device that collects coal ash (fly ash) in exhaust gas by applying a voltage to electrodes.
  • the fly ash collected by the electric dust collector 90 is collected by the fly ash collection device 120.
  • the induction ventilator 210 is disposed on the downstream side of the electric dust collector 90 in the exhaust passage 50.
  • the induction ventilator 210 takes in the exhaust gas from which fly ash has been removed in the electrostatic precipitator 90 from the primary side and sends it to the secondary side.
  • the gas heater 230 is disposed downstream of the desulfurization device 220 in the exhaust passage 50.
  • the gas heater 230 is supplied with exhaust gas from which sulfur oxides have been removed in the desulfurization apparatus 220.
  • the gas heater 230 heats the exhaust gas.
  • the gas heater 80 and the gas heater 230 are disposed between the exhaust gas flowing between the air preheater 70 and the electric dust collector 90 and the exhaust gas flowing between the desulfurization device 220 and the desulfurization ventilator 240 in the exhaust passage 50. It may be configured as a gas heater that performs heat exchange.
  • the denitration apparatus 60 in the coal-fired power generation facility 1 is provided with a plurality of honeycomb catalysts 622 including a honeycomb structure in which a plurality of exhaust gas flow holes extending in the longitudinal direction are formed and a denitration catalyst supported on the honeycomb structure.
  • the fine particle adsorption layer 63 having a plurality of honeycomb structures 632 formed on the upstream side of the denitration catalyst layer 62 and having a plurality of exhaust gas flow holes extending in the longitudinal direction is formed. Accordingly, the exhaust gas containing coal ash passes through the honeycomb structure 632 before passing through the honeycomb catalyst 622 to form a coating layer resulting from fine coal ash, thereby deteriorating the honeycomb catalyst 622 disposed on the downstream side. Can be suppressed. Further, since the honeycomb structure 632 does not carry a catalyst substance, a sufficient effect of suppressing the cost of manufacturing the honeycomb structure 632 and suppressing the deterioration of the honeycomb catalyst 622 can be obtained.
  • honeycomb structure on which the catalyst substance is supported in the honeycomb catalyst 622 is made of a ceramic material, and the honeycomb structure 632 is made of the same ceramic material. Thereby, the honeycomb structure 632 has good heat resistance and corrosion resistance like the honeycomb catalyst 622, and can be used for a long period of time.
  • the length of the particulate adsorption layer 63 in the direction of the exhaust gas flow path is configured to be shorter than the length of the denitration catalyst layer 62 in the direction of the exhaust gas flow path.
  • the fine particle adsorption layer 63 was configured as a rectification layer that rectifies the exhaust gas introduced into the denitration catalyst layer. Thereby, the particulate adsorption layer 63 rectifies the exhaust gas flowing into the denitration catalyst layer 62 and can suppress the deterioration of the honeycomb catalyst 622.

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Abstract

微小な粒径の堆積物が脱硝触媒の表面を被覆することを防ぐことで脱硝触媒の劣化を抑制できる石炭火力発電設備を提供すること。　石炭火力発電設備１における脱硝装置６０を、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６２４が形成されたハニカム構造体、及びハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒６２２を有する脱硝触媒層６２と、脱硝触媒層６２の上流側に配置され、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６３４が形成された複数のハニカム構造体６３２を有する微粒子吸着層６３と、を含んで構成する。

Description

石炭火力発電設備
　本発明は、石炭火力発電設備に関する。より詳しくは、脱硝装置を構成する脱硝触媒の劣化を抑制できる石炭火力発電設備に関する。
　石炭火力発電所では、石炭の燃焼に伴い窒素酸化物が発生するが、大気汚染防止法等により、窒素酸化物の排出は一定水準以下に抑えることが必要となっている。そこで発電所では、窒素酸化物を還元分解するために脱硝装置を設置している。この脱硝装置には、五酸化バナジウム等の活性成分を含む脱硝触媒が配置されており、ここにアンモニアを共存させることで、高温下の還元反応により脱硝を実現している。
　この脱硝触媒は、一般に３００℃～４００℃の高温雰囲気下で効率的に作動するため、ボイラにおいて石炭を燃焼させた直後の煤塵が非常に多く含まれた排ガスを脱硝させる必要がある。脱硝装置の性能を維持するために、活性が低下した触媒は、新品の触媒に取替えたり、再生したりする必要がある
　例えば、下記の特許文献１には、脱硝触媒が複数段充填された排煙脱硝装置の脱硝触媒の交換方法であって、最上流側に位置する第１段目の脱硝触媒を取出す触媒取出し工程と、第２段目以降の全ての脱硝触媒を順次、１段上流側に移動させる触媒移動工程と、触媒移動工程により移動して空となった最下流段に新たな脱硝触媒を補充する触媒補充工程と、を含む脱硝触媒の交換方法が開示されている。
特開２０１３－０５２３３５号公報
　しかしながら、そもそも、どのタイミングで脱硝触媒の取替えや再生を行うかについて、従来は知見がない。このため、現地での排ガス測定や実際に触媒サンプルを採取して触媒性能試験等を実施し、脱硝率の低下を測定しているのが現状である。石炭火力発電所の操業における脱硝触媒の機能の低下は長期間に亘って徐々に進行するものであるから、この劣化メカニズムを明らかにすることは、劣化予測や劣化抑制対策を講じる上で極めて重要である。
　本発明者らは、脱硝触媒の劣化メカニズムにつき鋭意検討した結果、従来の石炭灰の粒径である数十μｍ以上百μｍ以下程度の範囲に比べて遥かに小さい粒径の堆積物が脱硝触媒の表面を被覆して被覆層を形成し、それによって、脱硝触媒と排ガスの接触が阻害され脱硝触媒の性能が低下していることを見出した。
　従って、本発明は、微小な粒径の堆積物が脱硝触媒の表面を被覆することを防ぐことで脱硝触媒の劣化を抑制できる石炭火力発電設備を提供することを目的とする。
　本発明は、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、前記微粉炭機において製造された微粉炭を燃焼させる燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラの下流側に配置され該燃焼ボイラにおいて微粉炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える石炭火力発電設備であって、前記脱硝装置は、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒を有する脱硝触媒層と、前記脱硝触媒層の上流側に配置され、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体を有する微粒子吸着層と、を備える石炭火力発電設備に関する。
　また、前記脱硝触媒層を構成するハニカム構造体は、多孔質材料からなり、前記微粒子吸着層を構成するハニカム構造体は、前記多孔質材料と同一の多孔質材料からなることが好ましい。
　また、前記多孔質材料は、セラミック材料であることが好ましい。
　また、前記微粒子吸着層は、前記脱硝触媒層よりも排ガス流路方向の長さが短いことが好ましい。
　また、前記微粒子吸着層は、前記脱硝触媒層に導入される排ガスを整流する整流層として機能することが好ましい。
　本発明によれば、微小な粒径の堆積物が脱硝触媒の表面を被覆することを防ぐことで脱硝触媒の劣化を抑制できる石炭火力発電設備を提供できる。
本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備の構成を示す図である。 図１に示す燃焼ボイラの付近を拡大して示す図である。 図１に示す脱硝装置の付近を拡大して示す図である。 脱硝装置を構成する脱硝触媒層及び微粒子吸着層の構造を模式的に示す図である。
　以下、本発明の石炭火力発電設備の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　本実施形態の石炭火力発電設備１は、図１に示すように、石炭バンカ２０と、給炭機２５と、微粉炭機３０と、燃焼ボイラ４０と、燃焼ボイラ４０の下流側に設けられた排気通路５０と、この排気通路５０に設けられた脱硝装置６０、空気予熱器７０、電気集塵装置９０、ガスヒータ（熱回収用）８０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。
　石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機２５は、石炭バンカ２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機３０に供給する。
　微粉炭機３０は、給炭機２５から供給された石炭を粉砕して微粉炭を製造する。微粉炭機３０においては、石炭は、平均粒径６０μｍ～８０μｍに粉砕される。また、微粉炭の粒度分布は、１５０μｍ以上が１０～１５％、７５μｍ～１５０μｍが３０～４０％、７５μｍ未満が４５～６０％程度となる。
　微粉炭機３０としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が用いられる。
　燃焼ボイラ４０は、微粉炭機３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
　尚、クリンカアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ボイラ４０の底部に落下した塊状の石炭灰をいう。また、フライアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ガス（排ガス）と共に吹き上げられて排気通路５０側に流通する程度の粒径（粒径２００μｍ程度以下）の球状の石炭灰をいう。
　図２を参照して、燃焼ボイラ４０について詳しく説明すると、図２において、燃焼ボイラ４０は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って排ガス（燃焼ガス）が逆Ｕ字状に移動した後、２次節炭器４１ｅを通過後に、再度小さくＵ字状に反転する。
　燃焼ボイラ４０の下方には、燃焼ボイラ４０の内部のバーナーゾーン４１ａ’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ４１ａが配置されている。また、燃焼ボイラ４０の内部のＵ字頂部付近には、第一の過熱器４１ｂが配置されており、更にそこから第二の過熱器４１ｃが続いて配置されている。更に、第二の過熱器４１ｃの終端付近からは、１次節炭器４１ｄ、２次節炭器４１ｅが２段階に設けられている。ここで、節炭器（ＥＣＯとも呼ばれる）は、排ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。
　以上の燃焼ボイラ４０によれば、バーナーゾーン４１ａ’において微粉炭が燃焼される。微粉炭の燃焼温度は、１３００℃から１５００℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に第一の過熱器４１ｂ、第二の過熱器４１ｃ、１次節炭器４１ｄ、及び２次節炭器４１ｅを順次通過する。燃焼ガスは、ボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、４５０℃～５００℃程度に温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン４１ａ’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。
　排気通路５０は、燃焼ボイラ４０の下流側に配置され、燃焼ボイラ４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路５０には、上述のように、脱硝装置６０、空気予熱器７０、ガスヒータ（熱回収用）８０、電気集塵装置９０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０と、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０が配置される。
　脱硝装置６０は、排ガス中の窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置６０は、比較的高温（３００℃～４００℃）の排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入し、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素と水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法により排ガス中の窒素酸化物を除去する。
　脱硝装置６０は、図３に示すように、脱硝反応器６１と、この脱硝反応器６１の内部に配置される複数段の脱硝触媒層６２，６２，６２と、脱硝触媒層６２の上流側に配置される微粒子吸着層６３と、脱硝反応器６１の入口付近に配置される整流板６４と、脱硝反応器６１の上流側に配置されるアンモニア注入部６５と、を備える。
　脱硝反応器６１は、脱硝装置６０における脱硝反応の場となる。
　脱硝触媒層６２は、脱硝反応器６１の内部に、排ガスの流路に沿って所定間隔をあけて複数段（本実施形態では３段）配置される。
　脱硝触媒層６２は、図４に示すように、脱硝触媒としての複数のハニカム触媒６２２を含んで構成される。より詳細には、脱硝触媒層６２は、複数のケーシング６２１と、これら複数のケーシング６２１に収容される複数のハニカム触媒６２２と、シール部材６２３と、を備える。
　ケーシング６２１は、一端及び他端が開放された角筒状の金属部材により構成される。ケーシング６２１は、開放された一端及び他端が脱硝反応器６１における排ガスの流路に向かい合うように、つまり、ケーシング６２１の内部を排ガスが流通するように配置される。また、複数のケーシング６２１は、脱硝反応器６１における排ガスの流路を塞ぐように当接した状態で連結されて配置される。
　ハニカム触媒６２２は、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６２４が形成された長尺状（直方体状）に形成される。複数のハニカム触媒６２２は、排ガス流通穴６２４の延びる方向が排ガスの流路に沿うように配置される。本実施形態では、複数のハニカム触媒６２２は、ケーシング６２１に収容された状態で脱硝反応器６１の内部に配置される。
　本実施形態では、ハニカム触媒６２２は、多孔質材料により構成されるハニカム構造体と、このハニカム構造体に担持される触媒物質と、を備える。
　ハニカム構造体は、酸化チタンや酸化ジルコニウム等の耐熱性、耐食性を有するセラミック材料を押出成形した後、所定の温度で加熱することにより形成される。
　触媒物質は、ハニカム構造体に担持された状態で、排ガス中に含まれる窒素酸化物の還元反応を促進させる。触媒物質としては、バナジウムやタングステン等を用いることができる。
　本実施形態では、ハニカム触媒６２２は、触媒物質をセラミック材料に練り合わせた後、押出成形し、更に加熱することにより形成される。
　シール部材６２３は、短手方向に隣り合って配置されるハニカム触媒６２２の間に配置され、隣り合って配置されるハニカム触媒６２２の間の隙間に排ガスが流入することを防ぐ。ハニカム触媒６２２の長手方向の一端側及び他端側の所定の長さの部分（例えば、端部から１５０ｍｍ）に巻きつけられている。シール部材６２３としては、アルミナやシリカを主成分とした無機繊維及びバインダを混合して構成したセラミックペーパを用いることができる。
　以上の脱硝触媒層６２において、ハニカム触媒６２２としては、例えば、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×８６０ｍｍの直方体形状で目開き６ｍｍ×６ｍｍの排ガス流通穴が４００個（２０×２０）形成されたものが用いられる。また、ケーシング６２１としては、このハニカム触媒６２２を７２本（縦６本×横１２本）収容可能なものが用いられる。そして、一層の脱硝触媒層６２には、このケーシング６２１が１２０～１５０個用いられる。即ち、一層の脱硝触媒層６２には、９０００本から１００００本のハニカム触媒６２２が設置される。
　微粒子吸着層６３は、脱硝触媒層６２の上流側に配置される。微粒子吸着層６３は、ハニカム構造体６３２を含んで構成される。より詳細には、微粒子吸着層６３は、複数のケーシング６３１と、これら複数のケーシング６３１に収容される複数のハニカム構造体６３２と、シール部材６３３と、を備える。
　ケーシング６３１は、ケーシング６２１同様、一端及び他端が開放された角筒状の金属部材により構成される。ケーシング６３１は、開放された一端及び他端が脱硝反応器６１における排ガスの流路に向かい合うように、つまり、ケーシング６３１の内部を排ガスが流通するように配置される。また、複数のケーシング６３１は、脱硝反応器６１における排ガスの流路を塞ぐように当接した状態で連結されて配置される。
　本実施形態では、ケーシング６３１の排ガス流路方向の長さＬ２は、ケーシング６２１の排ガス流路方向の長さＬ１よりも短い。従って微粒子吸着層６３の排ガス流路方向の長さは脱硝触媒層６２の排ガス流路方向の長さよりも短い。かかる構成によりハニカム構造体６３２の製造コストを抑えつつ、かつ十分な微粒子吸着効果が得られる。
　ハニカム構造体６３２は、ハニカム触媒６２２同様、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６３４が形成された長尺状（直方体状）に形成される。複数のハニカム構造体６３２は、排ガス流通穴６３４の延びる方向が排ガスの流路に沿うように配置される。本実施形態では、複数のハニカム構造体６３２は、ケーシング６３１に収容された状態で脱硝反応器６１の内部に配置される。
　本実施形態では、ハニカム構造体６３２はハニカム触媒６２２に用いられるものと同一の多孔質材料を押出成形することで形成される。多孔質材料としては、酸化チタンや酸化ジルコニウム等の耐熱性、耐食性を有するセラミック材料が用いられる。
　なお、ハニカム構造体６３２に用いられる多孔質材料は、帯電性を有するものであってもよい。ハニカム構造体６３２が帯電性を有することで、より好ましい微粒子吸着効果が得られる。即ち、脱硝触媒層６２を構成する多孔質材料と、微粒子吸着層６３を構成する多孔質材料とは、異なっていてもよい。
　本実施形態では、ハニカム構造体６３２はハニカム触媒６２２とは異なり、触媒物質が担持されずに構成される。かかる構成によりハニカム構造体６３２の製造コストを抑えつつ、かつ十分な微粒子吸着効果が得られる。
　本実施形態では、微粒子吸着層６３は脱硝反応器６１における排ガスの流路を区画する。微粒子吸着層６３は、排気通路５０を流通し脱硝反応器６１に導入される排ガスを整流して脱硝触媒層６２に均等に導く。
　整流板６４は、脱硝反応器６１の入口の近傍における微粒子吸着層６３よりも上流側に配置される。より具体的には、整流板６４は、脱硝反応器６１又は排気通路５０の内壁における屈曲部分に配置され、内壁から内面側に突出する。整流板６４は、排気通路５０又は脱硝反応器６１における屈曲部分における排ガスの流れを整える。
　アンモニア注入部６５は、脱硝反応器６１の上流側に配置され、排気通路５０にアンモニアを注入する。
　以上の脱硝装置６０によれば、まず、アンモニア注入部６５において、排気通路５０を流通する高温の排ガス（３００℃～４００℃）にアンモニアが注入される。アンモニアが注入された排ガスは、整流板６４により整流された状態で、微粒子吸着層６３を通過して、脱硝触媒層６２に導入される。
　脱硝触媒層６２においては、アンモニアを含む排ガスがハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４を通過するときに、以下の化学反応式に従って、窒素酸化物とアンモニアとが反応し、無害な窒素と水蒸気に分解される。
　４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
　ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
　ところで、脱硝触媒は、使用により劣化し脱硝率が低下する。脱硝触媒の劣化の原因としては、シンタリング等の熱的劣化、触媒成分の被毒による化学的劣化、及び石炭灰が触媒表面を被覆することによる物理的劣化等が挙げられる。本発明者らは、今般、石炭灰の平均的な粒径である数十μｍ以上百μｍ以下程度の範囲に比べて遥かに小さい粒径（１μｍ以下、より詳細には数十ｎｍ程度）の石炭灰に起因する堆積物が脱硝触媒の表面を被覆して被覆層を形成し、それによって、脱硝触媒の閉塞が生じていることを見出した。このような微小な粒径の石炭灰は含有量が少ないため、これまで脱硝触媒の劣化の原因とは考えられていなかった。
　上記被覆層の形成による脱硝触媒の劣化の進行は各触媒層において一様ではなく、最も劣化の進行が速いのは排ガスが最初に通過する第１層目の触媒層である。第１層目の触媒層は、排ガスが触媒層に流入する際の偏流の影響を受けやすく、その影響により上記微小な粒径の石炭灰が堆積しやすいため、劣化の進行が速いと考えられる。
　ここで、本実施形態においては、脱硝触媒層６２の上流側に微粒子吸着層６３が配置される。また、微粒子吸着層６３に含まれるハニカム構造体６３２は、脱硝触媒層６２に含まれるハニカム触媒６２２に用いられるものと同一の多孔質材料により形成される。更にハニカム構造体６３２は、ハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４と同一形状の排ガス流通穴６３４を有する。従って、第１層目の脱硝触媒層６２のハニカム触媒６２２上に本来形成される被覆層が微粒子吸着層６３のハニカム構造体６３２上に代わりに形成されることで、ハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。また、排ガスが脱硝触媒層６２に達する時点では、排ガスはハニカム触媒６２２と同様の構造を有するハニカム構造体６３２により整流されているため、偏流によるハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。またハニカム構造体６３２には触媒が担持されていないため、ハニカム構造体６３２の製造にかかるコストを抑える事ができる。
　更に、上記被覆層は、脱硝触媒の入り口側により厚く形成され、脱硝触媒の出口側に向かうにつれその厚さは薄くなることが明らかとなっている。脱硝触媒の入り口側は、排ガスが触媒層に流入する際の偏流の影響を受けやすく、その影響により上記微小な粒径の石炭灰が堆積しやすいことが原因と考えられる。
　ここで、本実施形態においてはケーシング６３１の排ガス流路方向の長さＬ２は、ケーシング６２１の排ガス流路方向の長さＬ１よりも短いため、ハニカム構造体６３２の製造にかかるコストを抑える事ができる。また、上記被覆層は、脱硝触媒の入り口側により厚く形成されるので、上記ケーシング６３１の排ガス流路方向の長さＬ２がケーシング６２１の排ガス流路方向の長さＬ１よりも短くとも、十分なハニカム触媒６２２の劣化を抑制する効果が得られる。
　空気予熱器７０は、排気通路５０における脱硝装置６０の下流側に配置される。空気予熱器７０は、脱硝装置６０を通過した排ガスと押込式通風機７５から送り込まれる燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。
　ガスヒータ８０は、排気通路５０における空気予熱器７０の下流側に配置される。ガスヒータ８０には、空気予熱器７０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ８０は、排ガスから更に熱回収する。
　電気集塵装置９０は、排気通路５０におけるガスヒータ８０の下流側に配置される。電気集塵装置９０には、ガスヒータ８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集する装置である。電気集塵装置９０において捕集されるフライアッシュは、フライアッシュ回収装置１２０に回収される。
　誘引通風機２１０は、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置される。誘引通風機２１０は、電気集塵装置９０においてフライアッシュが除去された排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。
　脱硫装置２２０は、排気通路５０における誘引通風機２１０の下流側に配置される。脱硫装置２２０には、誘引通風機２１０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置２２０は、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏スラリーを生成させ、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。
　ガスヒータ２３０は、排気通路５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ８０及びガスヒータ２３０は、排気通路５０における、空気予熱器７０と電気集塵装置９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスヒータとして構成してもよい。
　脱硫通風機２４０は、排気通路５０におけるガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。
　煙突２５０は、排気通路５０における脱硫通風機２４０の下流側に配置される。煙突２５０には、ガスヒータ２３０で加熱された排ガスが導入される。煙突２５０は、排ガスを排出する。
　以上説明した本実施形態の石炭火力発電設備１によれば、以下のような効果を奏する。
　（１）石炭火力発電設備１における脱硝装置６０を、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒６２２を有する脱硝触媒層６２の上流側に配置され、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体６３２を有する微粒子吸着層６３を含んで構成した。これにより、石炭灰を含む排ガスがハニカム触媒６２２を通過する前にハニカム構造体６３２を通過し微小な石炭灰に起因する被覆層を形成することで、下流側に配置されたハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。またハニカム構造体６３２には触媒物質が担持されていないため、ハニカム構造体６３２の製造にかかるコストを抑えつつ、かつハニカム触媒６２２の劣化を抑制する十分な効果が得られる。
　（２）ハニカム触媒６２２において触媒物質が担持されるハニカム構造体を多孔質材料により構成し、ハニカム構造体６３２を同一の多孔質材料により構成した。これにより、ハニカム触媒６２２上に本来堆積する被覆層が確実にハニカム構造体６３２上に堆積するため、ハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。
　（３）ハニカム触媒６２２において触媒物質が担持されるハニカム構造体をセラミック材料により構成し、ハニカム構造体６３２を同一のセラミック材料により構成した。これにより、ハニカム構造体６３２はハニカム触媒６２２同様、良好な耐熱性、耐食性を有し長期間にわたって使用できる。
　（４）微粒子吸着層６３の排ガス流路方向の長さを、脱硝触媒層６２の排ガス流路方向の長さよりも短く構成した。これにより、ハニカム構造体６３２の製造にかかるコストを抑えつつ、かつハニカム触媒６２２の劣化を抑制する十分な効果が得られる。
　（５）微粒子吸着層６３を、前記脱硝触媒層に導入される排ガスを整流する整流層として構成した。これにより、微粒子吸着層６３は脱硝触媒層６２に流入する排ガスを整流し、ハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。
　以上、本発明の石炭火力発電設備１の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
　１　石炭火力発電設備
　３０　微粉炭機
　４０　燃焼ボイラ
　６０　脱硝装置
　６２　脱硝触媒層
　６３　微粒子吸着層
　６２２　ハニカム触媒
　６２４　排ガス流通穴
　６３２　ハニカム構造体
　６３４　排ガス流通穴

Claims (5)

  1. 　石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機と、
    　前記微粉炭機において製造された微粉炭を燃焼させる燃焼ボイラと、
    　前記燃焼ボイラの下流側に配置され該燃焼ボイラにおいて微粉炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える石炭火力発電設備であって、
    　前記脱硝装置は、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒を有する脱硝触媒層と、
    　前記脱硝触媒層の上流側に配置され、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体を有する微粒子吸着層と、を備える石炭火力発電設備。
  2. 　前記脱硝触媒層を構成するハニカム構造体は、多孔質材料からなり、
    　前記微粒子吸着層を構成するハニカム構造体は、前記多孔質材料と同一の多孔質材料からなる請求項１に記載の石炭火力発電設備。
  3. 　前記多孔質材料は、セラミック材料である請求項２に記載の石炭火力発電設備。
  4. 　前記微粒子吸着層は、前記脱硝触媒層よりも排ガス流路方向の長さが短い請求項１～３のいずれかに記載の石炭火力発電設備。
  5. 　前記微粒子吸着層は、前記脱硝触媒層に導入される排ガスを整流する整流層として機能する請求項１～４のいずれかに記載の石炭火力発電設備。
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