JP2000505873A - ＮＯ▲下ｘ▼低減剤の注入用の装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は固体の流動床を内部に備えた炉を有する燃焼ユニットにおいて、炭素質燃料の燃焼によって生成する煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるための改善された方法と改善された装置に関する。炉内で生成される高温ガスは炉内で主に上向きに流れる。炉内の伝熱表面により熱が高温ガスと高温の固体材料から回収される。窒素酸化物の低減剤の温度をその導入時に十分低い温度レベルに保ち、且つ低減剤を主に上向きに流れる高温ガスと効率的に混合させるため、窒素酸化物の低減剤が伝熱表面に一体化して接続される注入手段を通って炉内へ導入される。

Description

【発明の詳細な説明】 ＮＯ_x低減剤の注入用の装置と方法 本発明は炉内における炭素質燃料の燃焼により生成する煙道ガス中の窒素酸化 物の濃度を減少させるための方法と装置に関する。本発明は更に詳しくは、煙道 ガス中に低減剤（即ち還元剤）を導入することにより煙道ガス中のＮＯ_x濃度を 低減することに関する。本発明はまた窒素酸化物の改善された低減のための方法 と装置を利用する蒸気発生ボイラ、特に循環流動床ボイラに関する。 本発明の背景 大気に放出される前の排ガスまたは煙道ガスからの窒素酸化物（ＮＯ_x）放出 の低減が、燃料材料の燃焼によるエネルギー発生の環境の見地の分野で多くの討 議の論題となっている。ＮＯ_x放出は様々な環境問題と関連しているので、燃焼 系からのＮＯ_x放出を最小にすることは継続中の関心事である。 窒素酸化物の放出は、空気が存在し且つまたは使用する燃料が窒素を含むどん な燃焼反応からも生じることは明白である。燃料の流動床燃焼は良く知られた手 段であり、その比較的低い作動温度により窒素酸化物を低減するのに有効である ことが発見されている。流動床において、燃焼空気は典型的には物質充満空間即 ちプレナム（plenum）を通して導入され、プレナムに於いて空気分配格子を通し て空気は分配される。燃料、流動化された固体、および石灰石またはドロマイト （dolomite）のような考えられる吸収剤が流動化され、そしてこれらは通常約７ ００℃から１２００℃の範囲内の温度において炉内で反応する。 ほとんど多くは燃焼室内に即ち炉内に位置する伝熱表面（即ち熱交換表面）及 び燃焼室より下流の運搬部分を使用することにより、熱が蒸気発生ボイラ内の高 温ガスから且つもし存在すれば固形材料から回収される。燃焼室において、伝熱 表面は周辺部にある壁に位置しても良く、この場合壁は例えば膜壁（membrane w alls）であり、また特に大きい伝熱面積が必要な場合、例えば翼壁（wing wall ）の管パネルまたはオメガ管パネル（omega tube panels）のような内部の伝熱 表面として燃焼室のガス空間内に位置する。翼壁の管パネルとオメガ管パネ ルは、例えば流動床ボイラの燃焼室内にある苛酷な条件に耐えるように設計され る特別の構造体である。 窒素酸化物は空気中の窒素の熱的固定とフューエル窒素（fuel nitrogen）の 転換の結果、燃料の燃焼中に発生する。前者の反応は高温（約９５０℃を越える ）で助長され、一方後者は、より低い温度例えば流動床燃焼系に一般に見られる 低い温度に大いに関連している。 米国特許第３，９００，５５４号はアンモニア（ＮＨ₃）を排気流に注入する ことにより、従来の炉から出た煙道ガスからの窒素酸化物の除去を提案している 。米国特許第３，９００，５５４号に公開された方法を適用する場合の主な問題 は、低減剤が十分煙道ガスと混合されること、且つ最適な反応温度で十分な保持 時間を持っているかを保証することに関連する。 欧州特許公報第０ １７６ ２９３号は、遠心分離器に入る直前に、煙道ガス 流へのアンモニア注入により、循環流動床炉（ＣＦＢ炉）におけるＮＯ_x制御の ためＮＨ₃の使用を提案している。この方法により低減剤と煙道ガスの改良され た混合が得られるが、反応時間は依然として短かすぎる。更に、反応温度は特に 低負荷条件では低すぎる。 しかしながら、炉自体の壁で各種の位置に配列されたノズルを通して低減剤（ 即ち還元剤）を導入することにより、より長い保持時間とより高い反応時間を設 けることがまた提案されている。しかしながら、この方法は低減剤の炉内へのむ しろ浅い浸透（penetration）しか与えず、炉の中心域での主なガス流は低減剤 と十分に混合しない。特に、高速流動床炉において、下方に流れる固体粒子の稠 密な層が炉壁の近くに形成する傾向にある。この層は壁を通したガスの導入を妨 げる。流動床炉において、アンモニアのような注入されるアンモニウムを主とす る低減剤が壁に沿って集まった固体粒上でＮＯ_xに変化する可能性がまたある。 米国特許第４，１８１，７０５号は、流動化と燃焼に使用する燃料および空気 と共に、流動床燃焼系においてアンモニアまたはアンモニア放出化合物の流動床 への導入を提案している。しかしながら、この方法においては、アンモニアが燃 焼過程中に生成する窒素酸化物と接触する前に、温度が高すぎて、その結果アン モニアの酸化または解離の危険がある。 米国特許第４，１１５，５１５号はアンモニアを導入するため、隔置した穴ま たはノズルの付いた複数個の別々のマニホールド（多岐管）および管状注入器の 構造体を煙道ガス通路内の異なる場所に配列することにより、ＮＯ_x放出を低減 することを教える。そのため、アンモニアの注入のため実際に使われる特定の場 所は、適切な温度でアンモニアを注入し、且つ高すぎる温度においてアンモニア の解離を妨ぐため異なる場所でのガス温度を測定して決める必要がある。しかし ながら、同じ理由でマニホールド、管状注入器およびノズルを別々に断熱するか または水冷することも必要である。ノズルはアンモニアをガス通路に対して直接 に向流として向けるように、注入器に配置される。ガス通路の全断面積、例えば 炉の運搬部分または出口に、アンモニアとガスとの十分な混合を確保するため、 ノズルを点在させる必要がある。 異なる場所で高温ガスの流路を横切って、多くのノズルによって低減剤を注入 するための複数の手段は、複数個の付加した障害物をガス通路にもたらし、これ は障害物が場所を占有するので一般に避けるべきであり、またガス流に対して影 響が有り、且つ時々清浄にする必要がある。 これまで低減剤を注入するための手段の位置決めに対する単純で永続性のある 解決法は与えられていない。特に、炉内で低減剤の注入のため改良された単純な 解決法を見い出し、且つ注入時低減剤の十分な冷却をおこなうための必要性があ る。 本発明の要約 燃焼過程において大気中への窒素酸化物の放出を低減させる方法と装置を設け て、効率的な低減が達成され、且つ前述のように以前から既知の方法の欠点が克 服されるのが本発明の目的である。 最適な温度で低減剤を炉内の高温ガスへ導入するための解決法を設けることが 本発明のより具体的な目的である。 更に、低減剤を炉内の燃焼ガスへ効率的に混合するための解決法を設けること が本発明の目的である。 また、低減剤を均一にガス流に導入するため、より場所を占有しない装置を設 けることが本発明の目的である。 また更に、ＮＯ_x放出のため改良した低減設備をもつ流動床蒸気発生ボイラ用 システムを設けることが本発明の目的である。 本発明のこれらのまた他の目的は、内部の伝熱表面に配置される注入手段を通 して、低減剤を炉内へ導入するための方法と装置を設けることにより達成される 。低減剤の導入において、低減剤の温度を十分に低い温度レベルに保つ伝熱表面 はすぐれた基部（base）を設けて、そこから低減剤が炉内の上向ガス流と効率的 に混合される。 本発明による方法と装置は、固体の流動床をもつ炉を有する燃焼装置において 、炭素質燃料の燃焼により生成する煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させる ために使用してもよく、それにより前記炉において、 （ａ）燃焼反応が維持されて、窒素酸化物を含む高温ガスの生成を生じ、この高 温ガスは炉内で主に上向きに流れ、 （ｂ）内部の伝熱表面が炉内の高温ガスと固形物から熱を取り出すため炉内に設 けられ、 （ｃ）窒素酸化物の低減剤が高温ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるため炉 内へ導入され、および （ｄ）煙道ガスが炉から放出される。 低減剤は内部の伝熱表面内に配置される注入手段を通して炉内へ注入され、それ により低減剤の温度をその導入時において十分に低い温度レベル、例えば１００ ℃から６００℃に保ち、且つ主に上向流高温ガスと低減剤を効率的に混合する。 炉内へ窒素酸化物の低減剤を導入する手段は、内部の伝熱表面に一体化されて接 続される。 本発明による蒸気発生ボイラは、炉内へ窒素酸化物の低減剤を導入するための 手段をもつ内部の伝熱表面を有する炉を含む。 本発明において、“内部の伝熱表面”という術語は、炉のガス空間内に配備さ れる伝熱表面に使われる。本発明の好ましい実施例によれば、伝熱表面は少なく とも３つの側面、好ましくは４つの側面即ち全ての側面において、主に上向流高 温ガスにより囲まれる。 本発明の第１の好ましい典型的な実施例によれば、内部の伝熱表面は少なくと も１つのオメガパネル（omega panel）を含む。オメガパネルは主として平面壁 パネルを設けるため、互いの頂部に積み重ねて一緒に溶接される平行な蒸気管か ら形成される。オメガパネル内の管壁は典型的には主として正方形または矩形の 断面を有し、オメガパネルの平面壁を形成するため、少なくとも２つの反対側の 外側の側面は平行かつ平面である。断面の他の２つの向かい合う外側の側面、即 ち管の接続する側面は、２つの隣接する管がこれらの接続する側面により、例え ば溶接により接続されるように形成される。 オメガパネル内の管は、通常この接続する側面の中間において、管と平行な溝 を有する。これらの溝は２つの管を接続する時、その間に空所即ち中空の空間を 形成し、この溝は管と平行となる。 本発明は一つの実施例によれば、低減剤を炉内へ導入する手段は、低減剤の供 給溝をパネル内の２つの管の間の少なくとも１つの空所即ち中空の空間に設ける ことにより、オメガパネルの構造体の中に一体化してもよい。供給溝は中空の空 間内に挿入される別々の管またはパイプを含めてもよい。代って、中空の空間自 体はいくつかの適用例においては供給溝を形成してもよい。 供給溝または中空の空間から低減剤を炉中へ注入するため、ノズル、穴または 開口部は、好ましくは２つの接続された管の間の溶接物内に設けてもよい。 オメガパネルは典型的には炉の上部に取付けられ、炉室を通って最初の壁から 反対の壁へ延在する。一方が他方の頂部に積み重ねられた平行な管から形成され るオメガパネルは、典型的には壁および又は炉の外側にある他の支持手段により 支持され、管の端部は壁を通って炉の外側へ延在する。このためオメガパネルは 主として平らな垂直側壁を有する内部隔壁を形成する。 好ましくは、複数個のノズルがオメガパネルの各々の平らな垂直面に設けられ る。ノズルは垂直および又は水平な列にして配置してもよいが、好ましくは、注 入の不必要な重複を防ぐやり方でパネル上にわたって分散される。典型的には、 １つの水平列にあるノズルは互いに約２００ｍｍから１５００ｍｍの間隔に、典 型的には５００ｍｍから１２００ｍｍの間隔に位置し、且つ連続する水平列は約 １００ｍｍから５００ｍｍの間隔に位置する。更に、オメガパネルは上部側と下 部側各々に１つのノズル列を有する。このような上部または下部ノズルはパネル の上部および又は下部の端部または縁部において、エロージョン即ち浸食防止層 中に設けられる。 通常、１つが一方の頂部に接続される水平管の列から形成される少なくとも２ つの垂直なオメガパネルは、炉内に設けられ、このパネルは例えば炉正面壁から 背部壁へ延在する。２つまたはこれより多いオメガパネルは、炉内において互い の頂部で、即ち異なる垂直レベルで配置してもよい。又、２つまたはこれより多 い平行なオメガパネルは互いに間隔をおいて同じ垂直レベルに配置してもよい。 本発明の別の好ましい典型的な実施例によれば、内部の伝熱表面は少なくとも 一つの翼壁を含んでもよく、これにより炉内へ低減剤を導入する手段が翼壁構造 体へ一体化されてもよい。 水管または蒸気管、例えば円形断面をもつ従来の管がフィン（fin）により翼 壁に接続され、壁状またはパネル状構造体を設ける。通常、翼壁はその底部端と 頂部端により炉壁および又は天井にのみ接続される。翼壁は典型的には炉壁に垂 直に配置される。この翼壁の配置は高温ガスを少なくとも３つの面で翼壁を通過 させることになる。通常は、翼壁と炉の間に空間が有り、高温ガスを炉壁に近い 第４の面で翼壁を通過させる。 本発明によれば、低減剤を導入する手段は、低減剤用供給パイプを翼壁の管の 少なくとも一つに平行に接続することにより、翼壁構造体に一体化してもよい。 この供給パイプは２つの隣接する管の間に位置してもよく、恐らくこの管を接続 するフィンの一部を代用する。それから、開口部またはノズルは、炉内へ低減剤 の噴流（jets）を注入するため、約１００ｍｍから５００ｍｍの垂直の間隔で供 給パイプに設けられる。 本発明によれば、代わりにまたは追加した低減剤用供給パイプは、いくつかの 管かまたは全ての管の内側に設けてもよい。低減剤を導入するための注入手段を 翼壁の端部または縁部の管と接続するとき、この設計は特に適切である。それか ら供給パイプは前記パイプと前記管各々の接続表面に沿って管の内部壁に接続さ れる。このパイプから低減剤を炉内へ注入するため、開口部がこのパイプと接続 表面を通る管壁を通って設けられる。翼壁の第１の縁部管内へ挿入される供給パ イプは、この管が炉の中心域の中程に延在していて、炉の中心部分に更に近い翼 壁の主な平面と平行な方向に低減剤を注入するため使用されてもよい。 上記指摘のように、本発明は特に循環流動床タイプの蒸気発生ボイラからの燃 焼ガスを浄化する改善された方法を提供する。このようなボイラは典型的には蒸 発する水／蒸気管壁から作られる反応室即ち炉を含む。反応室は、付加の熱を反 応室から引き出すため、更に内部の伝熱部材を含む。更に、煙道ガスの運搬部分 が反応室に作動に関し接続される。蒸気発生と燃焼ガスの浄化は次の諸段階、即 ち −窒素酸化物を含む高温ガスの生成を生じる反応室内の燃焼反応を維持すること 、−伝熱媒体のための管を含む管壁と内部の伝熱部材により、反応室内の高温ガ スと固形物から熱を回収すること、 −伝熱部材の構造体に一体化される注入手段内のノズルを通して注入される低減 剤に高温ガスを接触させることにより、同時に窒素酸化物を低減させること、お よび −高温煙道ガスを反応室から放出し、且つ煙道ガス運搬部分に導くことの諸段階 を有する。 本発明の利点の一つは、低減剤の注入手段を伝熱部材と一体化することにより 、低減材注入のための簡単で耐久性のある構造体が得られることである。高温ガ ス通路において障害を形成するどんな追加の複雑な場所を取る構造物も必要とし ない。更なる利点は、冷却される構造体が低減剤の解離を防ぐことである。 更に別の利点は、炉内へ深く浸透し、且つ主な高温ガス流の全断面積を実質的 におおう噴流を設けるように、複数個のノズルまたは穴が容易に位置決めできる ので、本発明による方法と装置は、高温ガスと低減剤の十分な混合が達成できる ことを保証していることである。 低減剤は２つの水平方向と２つの垂直方向で、オメガパネルのほぼ全ての面の 回りで導入されてもよい。翼壁は少なくとも３つの面から効率的な導入を与える 。好ましくは、注入ノズルの少なくとも９０％は低減剤を水平に、且つ主なガス 流に垂直に注入するように配置される。更に、低減剤を導入するノズルは、噴流 の全水平投射が炉の水平断面の所定の部分をおおうように配置してもよい。更に 、最も好ましくは、低減剤の少なくとも９０％は炉の中心域へ、即ち隣接する炉 壁 から少なくとも２００ｍｍの間隔で、好ましくは３００ｍｍより大きな距離で導 入されるべきである。 低負荷条件においてさえ、十分な保持時間という更なる利点が高温ガス流の初 期の段階で、内部の伝熱表面に位置した即ち反応室内に位置した注入手段を使用 することにより得られる。 本発明の一つの見地によれば、アンモニア、尿素またはアンモニア前駆物質（ precursor）のようなＮＯ_x低減剤が、アンモニアを使用する時は７００℃を越え 、好ましくは８００℃から１０００℃の間の最適温度で反応室、即ち炉内の高温 燃焼ガス中に注入される。これは高温ガス中の窒素酸化物の非触媒による低減を もたらす。 今記述した非触媒によるＮＯ_x低減段階に加えて、高温ガスの温度が例えば１ ７５〜６００℃に、好ましくは２５０〜５００℃に減少した場所において、例え ば運搬部分内の炉の下流で、窒素酸化物の触媒による低減の第２の低減段階があ り得る。 ボイラ伝熱表面内の様々な場所における注入場所は、プラントの蒸気発生負荷 によって選択してもよく、従って十分に低い注入温度とアンモニアの十分な保持 時間が、蒸気発生ボイラ装置のあらゆる操業条件において維持されることを確実 にする。本発明によって反応室内のオメガ管パネルまたは翼壁パネルに一体化さ れる低減剤の注入手段は、反応室の下流で、他の可能な注入場所における温度が 低すぎる時、低負荷条件では特に有利である。 どんな既知の窒素低減剤も本発明に関連して利用してもよいと理解されるべき であるが、好ましくは低減剤は本質的にアミン含有剤、アンモニア、尿素または アンモニア生成前駆物質から成るグループから選択される。 本発明は固体燃料、スラッジ（sludges）、ガス状の燃料または同様なものを 含む、実質的にいかなる可燃性の燃料の反応から発散する高温ガス中の窒素酸化 物の含有量を低減するための方法と装置に適用してもよい。 図面の簡単な説明 本発明の上記の他の目的、特徴および利点は、添付図を参照して以下の説明か らより明白となる。ここで、 図１は本発明によるＮＯ_x低減設備を含む蒸気発生用循環流動床ボイラの概略 の垂直断面図である。 図２ａは本発明による翼壁構造体の拡大部分図である。 図２ｂは本発明による別の翼壁構造体の拡大部分図である。 図３ａは本発明によるオメガパネル管の積み重ね（bank）の頂部から見た概略 の透視図である。 図３ｂはオメガ管パネルの拡大断面図である。 本発明の詳細な説明 本発明の好ましい実施例は図１に示され、これは蒸気発生ボイラ１０を描く。 この蒸気発生ボイラは、その中に固体粒子の高速流動床を有する反応室即ち炉１ １を備えた循環流動床燃焼器である。粒子分離器１２は排出された固体の炉床材 料を煙道ガスから分離するため、出口１３を介して炉11の上部へ接続される。戻 りダクト１４は分離された炉床材料の循環のため、分離器を炉の下部と接続する 。運搬部分１５は粒子分離器１２のガス出口に接続される。内部の伝熱表面１６ ，１６’および１７は、炉の中での蒸気発生のため炉内に位置する。 炭素質燃料のような可燃性の材料、砂のような非可燃性材料、可能な添加剤お よび循環される材料が、一次空気及び二次空気と同様に可燃材料の燃焼のため炉 内へ導入される。格子１８と羽口２０により示される、流動化ガスを導入する手 段は、反応室内の固体粒子床の高速流動化のため炉底に設けられる。反応室のガ ス出口１３は、反応室からの煙道ガス中に巻き込まれた煙道ガスと固体粒子を排 出するために、反応炉１１の最上部に設けられる。固体粒子は粒子分離器１２に おいて排出煙道ガスから分離され、且つ浄化されたガスは運搬部分１５へ排出さ れる。煙道ガスから分離された固体粒子は戻りダクト１４を通って反応炉１１へ 従来の方法で再循環される。 高温燃焼ガス並びに伴出される固体粒子の流れは、矢印２２で表すように、反 応室即ち、炉１１の底部から上部における出口１３へ上昇する。いくらかの固体 粒子は反応炉内のガスから既に分離され、矢印２８で表すように主として反応室 の壁２４，２６に沿って下方に落下する。 反応室壁２４，２６の上部部分は、好ましくは蒸発する蒸気発生表面の役をす るいわゆる膜タイプの管壁である。この壁の最上部は耐火煉瓦張りされる。更に 、蒸気発生ボイラは通常、追加の蒸発器、過熱器および再熱器のような異なるタ イプの伝熱表面を含むが、これらは反応室自体および又は運搬部分に設けられて もよく、また粒子分離器または粒子戻りダクト内に設けられてもよい。 図１は反応室内の２つのタイプの内部伝熱表面、いわゆるオメガ管パネル１６ ，１６’及び翼壁管パネル１７を例示する。このパネルは、この伝熱表面を通っ て連続して流れる高温ガス／固体の浮遊物を有する、高速流動床炉における苛酷 な条件に耐えられるように設計された特殊な構造体である。 高温煙道ガスの窒素酸化物含有量を低減するため、低減剤好ましくはＮＨ₃が ７００℃を越える温度で好ましくは８００℃から１０００℃の温度で高温ガス中 に注入される。このような温度においてＮＯ_xとＮＨ₃との間の低減反応が非触媒 によって起こり、従って場所を取る別の多量の触媒は必要としない。 図１はオメガ管パネル１６，１６’及び翼壁管パネル１７に一体化された、窒 素酸化物の低減剤を導入するための手段３０，３０’および３２を例示する。注 入手段３０，３０’は製図の便宜上、垂直に上方と下方に低減剤を導入するもの としてのみここに示す。ノズルは好ましくは低減剤を主に水平方向に導入する。 図１に示すように、反応室内の伝熱構造体に、窒素酸化物の低減剤を注入するた めの手段３０’，３０’および３２を一体化させる主な利点は、小型で耐久性の ある冷却された構造体を得ることであり、十分な（十分高い）温度における注入 を確保し、且つ低減剤の十分な（十分長い）保持時間を確保する。注入手段の冷 却は高温での低減剤の解離を防ぐため必要である。 内部の伝熱表面１６，１６’および１７を通って、主なる上向ガス流２２中へ の低減剤の注入は、炉壁内のノズルを通して注入される低減剤と比較して、また ガスと低減剤の一層よい混合を与える。壁に沿った固体材料の多量の流れ２８は 低減剤が炉内深く浸透するのを防ぐ。 図２ａと図２ｂは低減剤の注入手段の基礎として、翼壁管パネルを使用する時 の本発明を実現する２つの方法を示す。図２ａは一部分断面にした翼壁管パネル １７の一部の拡大図を示す。翼壁管パネル１７は板状の構造体を形成するため、 並んで接続される平行な水管または蒸気管３４から構成される。隣接する管は平 らな金属板、いわゆるフィン３６により接続される。このフィンは鋼構造体を設 けるため隣接する管に溶接される。図１に示すように、翼壁管パネル１７はこの 下部端部において炉の正面壁２４に接続され、その結果翼壁の下部部分３８は炉 内へ約１から２ｍのある距離を突き出ており、ここでは管は主に水平である。翼 壁管パネルの上部部分４０は上向きとなり、長い垂直パネルを形成して、この部 分の管は主に垂直である。翼壁パネルの垂直部分は上方に天井４２を通って反応 室外へ延在し、蒸気サイクルの残部へ、例えば蒸気ドラム（図示せず）へ、接続 される。 図２ａは２つの管３４と３４”の間のフィンの一部が、低減剤用供給パイプ４ ４と取り替えられている実例を示す。供給パイプ４４はパイプに沿って互いに隔 置されたノズル４６を有し、この手段により低減剤の水平噴射が翼壁の面の法線 に主に平行で炉内へ注入可能となる。 図２ｂは低減剤の供給パイプ４８が、翼壁管パネルの縁において第１のまたは 端部の管３４”内に位置決めされる実例を示す。供給パイプ４８の外側の周辺壁 は管３４'''の内壁に接線方向に接続される。ノズル５０は、供給パイプから水 平に且つ翼壁の面内で低減剤を炉内へ注入するため、パイプ４８と管３４'''の 接続面を通って設けられる。 図３ａは低減剤注入のための手段と一体化して接続されるのに適切なオメガパ ネル１６，１６’および１６”を示す。注入ノズル５２がこのパネルの面に垂直 に低減剤の水平噴流の注入のため図３ａに示される。更に、低減剤を垂直に上方 ５４と下向５６に注入するノズル５４と５６を示す。 図３ｂに見られるように、オメガ管パネルは特別に成形された管５８，６０か ら作られ、この管は一緒に溶接された時パネル構造体を形成し、これは実質的に 一様なまたは平らな壁となり、２つの反対側の平らな側面６２，６４を有する。 管５８，６０の断面は主に正方形または矩形であり、且つ各管の少なくとも２つ の反対側の側面６６，６８は、オメガパネルの平らな壁６２，６４を形成するた め平らである。この技術により、一つの構造体を作ることができ、これは非常に 浸食性のある条件、例えばこのパネルが高速の流動床ボイラの反応室内の主たる ガス流を横切って置かれる時生じる条件に耐えるのに十分な耐久性を備える。 図３ｂに例示される本発明の典型的な実施例によれば、予備の空所７０が溶接 物７１により接続される隣接するオメガ管５８，６０の各対の間に形成される。 これらの空所は低減剤用供給パイプラインとして使用してもよい。一組みの低減 剤の噴流を設けるため、一組みの適切な寸法の開口部またはノズル５２が隣接す るオメガ管の間の溶接物内に作られる。図３ａに示すようにオメガ管パネルは、 その平らな側面が垂直であるように反応室内に位置してもよい。従って、開口部 または溶接物内のノズル５２は、主に低減剤の水平噴流を設ける。これらのノズ ルはオメガ管パネルの側面に沿って主に垂直方向に流れるガス流に実質的に垂直 に低減剤の噴流を設ける。 オメガ管パネルで浸食力により生じる損傷は、この上部端部と下部端部で最大 なので、通常この端部は保護物（shields）７２により保護される。浸食保護物 と最後のオメガ管との間の空所７４は、また低減剤の供給パイプラインとして使 用してもよい。それからこの保護物を通る開口部またはノズル５４，５６は、オ メガパネルから垂直に上向きと下向きの噴流を設ける。 開口部またはノズル５２は図３ａに示すようにオメガパネルにおいて水平と垂 直の列に配置してもよい。全ての操作条件での低減剤の注入のため正確な温度レ ベルを選び、且つガス流の噴流により所定の水平カバー範囲を確保するのを可能 にする必要性によって、開口部またはノズル間の間隔を選んでよい。 低減剤を注入する手段が、反応室内の主なガス流を横切って適切な場所に配置 されることができ、従って且つ注入手段の各々に複数個のノズルを設けることに より、低減剤とガスとの間の十分な混合が保証される構造体を設けているのが本 発明の重要な利点である。 更に、反応室内の異なる場所に低減剤を注入するための手段を備えることによ り、あらゆる操作条件において十分低い温度で注入を行なうことができるのが本 発明の重要な利点である。 低減剤の供給ラインが高温である場合、低減剤の解離を防ぐためこれらは冷却 されねばならない。本発明は、反応室内に在る従来の構造体の形状を実質的に変 更せずに、反応室内で低減剤を注入するための手段を配置し、且つ冷却するため の新しい解決法を設ける。 蒸気発生ボイラが循環流動床燃焼器として説明されたが、本発明は汚泥または 廃棄物燃焼器のような窒素酸化物を含む高温ガス流から熱が抽出される各種の他 のプロセスに適用してもよく、且つ低減剤用供給ラインと一体化される伝熱表面 がもし必要なら実際の燃焼室または炉の下流に置かれてもよいと理解されるべき である。 添付の請求の範囲の精神と範囲に含まれる上記実施例およびこれと等価な組み 合わせの他の修正もまた、本発明により包含されると理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 リー，ヤム アメリカ合衆国92124 カリフォルニア州 サンデエゴ，コルテ プラヤ アズテカ 11212

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固体の流動床を内部に備えた炉を有する燃焼ユニットにおいて、炭素質燃 料の燃焼により生成される煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低減する方法であっ て、 （ａ）燃焼反応が窒素酸化物を含む高温ガスの生成を生じる炉内で維持され、該 高温ガスは炉内で主に上向きに流れ、 （ｂ）内部の伝熱表面が炉内の高温ガスと固体から熱を抽出するため炉内に設け られ、 （ｃ）窒素酸化物の低減剤が高温ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるため炉 内へ導入され、および （ｄ）煙道ガスが炉から放出され、 この方法は、低減剤の導入時に低減剤の温度を十分低い温度レベルに保つため且 つ低減剤を主に上向流の高温ガスと効率的に混合させるため、内部の伝熱表面内 に配置される注入手段を通して炉内へ低減剤を導入することを有する上記方法。 ２．請求項１による方法であって、低減剤がアンモニア、尿素またはアンモニ ア生成前駆物質である上記方法。 ３．請求項２による方法であって、低減剤が窒素酸化物の非触媒による低減の ため、上向流ガスの温度が７００℃を越え、好ましくは８００℃から１０００℃ にある場所で炉内へ導入される上記方法。 ４．請求項２による方法であって、窒素酸化物の低減剤が窒素酸化物の触媒に よる低減のため、煙道ガスの温度が１７５℃から６００℃、好ましくは２５０℃ から５００℃である場所で、炉から放出される煙道ガス中へ導入される上記方法 。 ５．請求項１による方法であって、低減剤が冷却された注入手段を通って炉内 へ導入され、その構造体は炉の中央部に配置されるオメガパネルまたは翼壁のよ うな伝熱表面の構造体に一体化される上記方法。 ６．請求項１による方法であって、この注入手段から炉内への低減剤の導入時 における窒素酸化物の低減剤の温度が約１００℃から６００℃である上記方法。 ７．請求項１による方法であって、窒素酸化物の低減剤が複数個の噴流を通し て導入され、その内の少なくとも９０％がガスの上向流に主に垂直に延在するよ うに向けられる上記方法。 ８．請求項１による方法であって、窒素酸化物の低減剤が少なくとも２つの異 なる垂直レベルおよび少なくとも２つの水平に隔置された場所において複数個の 噴流として導入され、それによる隣接した噴流は互いに２００ｍｍから１５００ ｍｍ、典型的には５００ｍｍから１２００ｍｍの水平距離において、且つ連続す る噴流の水平列は約１００ｍｍから５００ｍｍの垂直距離において配置される上 記方法。 ９．請求項１による方法であって、炉内へ導入される窒素酸化物の低減剤の少 なくとも９０％が、隣接する炉壁から少なくとも２００ｍｍを越え、好ましくは ３００ｍｍを越える距離に配置される場所から低減剤を注入するため配備される 注入手段を通して、炉の出口への前に炉の中心部分における主なガスの上向流内 へ導入される上記方法。 １０．炉を含む燃焼ユニット内で生成される煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を 低減させる装置であって、 （ａ）窒素酸化物を含む高温ガスの生成を生じる炉内の燃焼反応を維持するため の手段であって、該高温ガスは炉内で主に高温ガスの上向流を形成する該手段と 、 （ｂ）高温ガスの主に上向流から熱を回収するための、炉内にある内部の伝熱表 面と、 （ｃ）高温ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるため窒素酸化物の低減剤を炉 内へ導入するための手段および （ｄ）炉から煙道ガスを放出する手段とを有し、 炉内へ窒素酸化物の低減剤を導入する手段が、低減剤の導入時に低減剤の温度を 十分低い温度レベルに保ち、且つ高温ガスの上向流と低減剤を効率的に混合する ため、内部の伝熱表面に一体化して接続される上記装置。 １１．請求項１０による装置であって、内部の伝熱表面が、各々の２つの隣接 する蒸気管の間にくぼんだ空間即ち空所を有する主に平らな壁のパネルを設ける ため、互いに溶接された蒸気管から形成される少なくとも１つのオメガパネルを 含み、且つ低減剤を導入する手段が、２つの隣接する蒸気管の間の該くぼんだ空 間即ち空所の少なくとも１つに設けられる低減剤の供給溝、および低減剤の実質 的に水平な噴射を該供給溝から炉内へ注入するため、２つの蒸気管の間の溶接部 のような接続部内に設けられる少なくとも１つのノズルまたは開口部により、平 らな壁のパネルの構造体へ一体化される上記装置。 １２．請求項１１による装置であって、水平な蒸気管から構成され、且つ２つ の異なる垂直レベルと少なくとも２つの異なる水平に隔置された場所において、 隣接する管の間の複数個のくぼんだ空間内に水平な供給溝を有し、隣接するノズ ルは互いに約２００ｍｍから１５００ｍｍ、典型的には５００ｍｍから１２００ ｍｍの水平距離において、また連続する噴流の水平列は約１００ｍｍから５００ ｍｍの垂直距離において配置されるオメガパネル内において、複数個のノズルが 設けられる上記装置。 １３．請求項１１による装置であって、該オメガパネルがこの頂部端と底部端 または縁において垂直に低減剤を注入する追加のノズルを有する上記装置。 １４．請求項１０による装置であって、内部の伝熱表面は、２つの隣接する管 がフィンにより接続されるように、水管または蒸気管から形成される少なくとも １つの翼壁を含み、且つ低減剤を導入するための手段は、該管の少なくとも１つ に接続される翼壁を形成する管と平行な低減剤供給パイプと、低減剤の噴流を該 管から炉内へ注入するため、該供給パイプ内に設けられる少なくとも１つの開口 部またはノズルとにより翼壁の構造体へ一体化される上記装置。 １５．請求項１４による装置であって、低減剤供給パイプがフィンにより接続 される２つの隣接した管の間に配置され、供給パイプはフィンの一部の代わりを し、且つ２つの隣接する管を接続する上記装置。 １６．請求項１４による装置であって、低減剤供給パイプは、翼壁を形成する 管の少なくとも１つの内部に配置され、供給パイプは各々該パイプと該管との接 続する表面に沿って、少なくとも一つの該管に接続され、且つ開口部またはノズ ルは低減剤を供給パイプから炉内へ注入するため、接続する表面に沿って供給パ イプと管壁を通って設けられる上記装置。 １７．請求項１４による装置であって、開口部またはノズルの列をもつ少なく とも２つの供給パイプが設けられ、隣接したノズルは互いに約２００ｍｍから１ ５００ｍｍ、好ましくは５００ｍｍから１２００ｍｍの水平距離に、且つ連続す る噴流の水平列は約１００ｍｍから５００ｍｍの垂直距離において配置される上 記装置。 １８．炭素質燃料の燃焼用の炉を有する循環流動床タイプの蒸気発生ボイラで あって、炉が （ａ）炉内の高速流動床における燃焼反応を維持するための手段を有し、この燃 焼反応は窒素酸化物を含む高温ガスの生成を生じ、該高温ガスは炉内の中に持ち 込まれるガスと固体粒子の主に上向流を形成し、更に該炉は、 （ｂ）炉から熱を抽出するための、炉内の高速流動床内の内部の伝熱表面と、 （ｃ）高温ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるため、低減剤を高温ガスの上 向流に注入する手段および （ｄ）炉から煙道ガスを放出するための手段とを有し、 炉内へ窒素酸化物の低減剤を導入する手段は、低減剤の温度をその導入時に十分 低い温度レベルに保ち、且つ主にガスの上向流と低減剤を効率的に混合するため 、内部の伝熱表面に一体化して接続される上記装置。 １９．請求項１８による蒸気発ボイラであって、主に平行な蒸気管から作られ る内部の伝熱表面が、 −一方が他方の上にある主に同じ垂直面において、各パネルは一つの炉壁から 反対側の炉壁へ延在して位置する少なくとも２つのオメガパネルと、 −実質上同じ垂直レベルで互いに水平距離をおいて、各パネルが一つの炉壁か ら反対側の炉壁へ延在して位置する少なくとも２つのオメガパネルとを含む上記 蒸気発生ボイラ。 ２０．廃棄物派生燃料のような燃料の燃焼用炉を有する流動床燃焼炉であって 、この燃焼炉が （ａ）炉内の流動床における燃焼反応を維持するための手段を有し、この燃焼反 応は窒素酸化物を含む高温の煙道ガスの生成を生じ、更に該燃焼炉は、 （ｂ）高温の煙道ガスから熱を回収するため、炉内または該炉のガス通路の下流 における伝熱表面と、 （ｃ）高温煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低減させるため、窒素酸化物の低減 剤を高温煙道ガス中に注入する手段および （ｄ）燃焼炉からの煙道ガスを放出する手段とを有し、 高温煙道ガス中へ窒素酸化物の低減剤を導入する手段は、低減剤の温度をその導 入時に十分低い温度レベルに保ち、且つ高温煙道ガスと低減剤を効率的に混合さ せる上記流動床燃焼炉。 ２１．請求項２０による流動床燃焼炉であって、伝熱表面が炉内に配置される オメガパネルまたは翼壁を含む上記流動床燃焼炉。