JP2001240414A

JP2001240414A - アンモニア生成装置

Info

Publication number: JP2001240414A
Application number: JP2000050850A
Authority: JP
Inventors: Akira Wakasa; 暁若狭; Noboru Takubo; 昇田窪; Yukihiro Isshiki; 幸博一色; Koichi Masuda; 幸一増田; Nobuyuki Ishizaki; 信行石▲崎▼
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Institute of Research and Development Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Institute of Research and Development Co Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-04
Also published as: CA2335273A1; US20010018034A1

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱効率が高くかつコンパクトなアンモニア
生成装置を提供する。【解決手段】尿素水導入部１に尿素水が流通する流通
路２を接続し、この流通路２内の尿素水を加熱する加熱
手段７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラ等におけ
る脱硝装置に用いられるアンモニアを尿素水から生成す
るためのアンモニア生成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ボイラについても一層の低ＮＯｘ
化が要望されている。その対策の１つとして、ボイラに
脱硝装置を設け、燃焼排ガスに還元剤としてのアンモニ
アを投入してＮＯｘを低減する方法がとられている。こ
のアンモニアは、たとえば尿素水を加熱して生成するよ
うにしているが、アンモニア生成装置として、より伝熱
効率が高くかつコンパクトなものが要望されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、伝熱効率が高くかつコンパクトなアンモ
ニア生成装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、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、尿素水導入部に尿素水が流通する流通路を接続し、
この流通路内の尿素水を加熱する加熱手段を備えたこと
を特徴としている。

【０００５】さらに、請求項２に記載の発明は、前記流
通路の一部を螺旋状に配置し、この螺旋状部の内側に前
記加熱手段を設けたことを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明する。この発明に係るアンモニア生成装置
は、尿素水導入部，流通路および加熱手段を備えてい
る。前記尿素水導入部は、尿素水を導入するための導入
ノズルを備えている。また、前記流通路は、前記尿素水
導入部に接続されており、前記流通路内を尿素水が流通
するようになっている。さらに、前記加熱手段は、前記
流通路内の尿素水を加熱してアンモニアを発生させるた
めのもので、前記流通路に近接して配置されている。前
記加熱手段としては、たとえば電気ヒータが用いられ
る。

【０００７】また、前記流通路の一部は、螺旋状に配置
されており、この螺旋状部の内側に前記加熱手段が設け
られている。そうすることにより、前記加熱手段から発
せられる熱を前記螺旋状部全体で受けて、外部への放熱
量を極力抑え、伝熱効率を向上させることができる。そ
して、前記螺旋状部の内側に形成される空間を有効に利
用して、全体の構成をコンパクト化することができ、省
スペースの装置とすることができる。

【０００８】また、前記流通路においては、前記螺旋状
部の上流側に、伝熱抑制手段が設けられている。この伝
熱抑制手段は、その取付位置から上流側に熱が伝わるの
を抑制する作用をなし、尿素水が前記螺旋状部へ到達す
る前に水分の蒸発により結晶化したり、尿素水から不要
な中間生成物が発生するのを最小限に抑えるようにして
いる。すなわち、この出願の発明者らの研究によれば、
尿素水の結晶化や不要な中間生成物の発生が生じやすい
のは、約８０〜１８０℃の温度範囲であることが判明し
た。そこで、前記伝熱抑制手段の入口温度が８０℃以
下、出口温度が１８０℃以上になるように設計し、前記
温度範囲の箇所が、前記伝熱抑制手段を設けた位置に限
定されるようにするとともに、その長さが極力短くなる
ようにして、尿素水の結晶化や不要な中間生成物の発生
を最小限に抑える。

【０００９】前記伝熱抑制手段としては、たとえば断熱
効果の大きい材質（セラミック等）の部材を前記流通路
の途中に設けた構成とする。また、前記伝熱抑制手段と
しては、外部から空気を導入する構成とし、この空気に
より前記螺旋状部側から伝わってくる熱を回収し、熱を
回収した空気を前記螺旋状部へ向けて流すことにより、
熱を前記螺旋状部へ戻すようにすることもできる。

【００１０】また、前記導入ノズルには、弾性封閉体が
設けられ、前記導入ノズルの噴出口が前記弾性封閉体で
覆われた構成になっている。すなわち、尿素水導入時、
尿素水を加圧すると、前記弾性封閉体が圧力に押されて
前記噴出口が開き、尿素水が流出する。そして、尿素水
の加圧を解除すると、前記弾性封閉体が元の位置に戻
り、前記噴出口が閉じる。したがって、尿素水を導入し
ていないときは、前記噴出口が前記弾性封閉体により封
閉されるので、前記導入ノズル内に残った尿素水が水分
の蒸発により結晶化することがなく、前記導入ノズルの
詰まりを確実に防止することができる。また、前記弾性
封閉体は、たとえば合成ゴム製のものが用いられる。

【００１１】また、前記尿素水導入部には、空気供給ラ
インが接続されている。この空気供給ラインから供給さ
れた空気は、前記流通路内において尿素水を運ぶ作用を
なすとともに、前記導入ノズルに付着した尿素水を吹き
飛ばす作用をなす。したがって、前記空気供給ラインか
ら空気を供給することにより、前記尿素水導入部内およ
び前記流通路内においては、尿素水が付着したまま滞留
することがない。

【００１２】さらに、前記アンモニア生成装置において
は、前記流通路内を洗浄するための洗浄流体供給ライン
が設けられている。この洗浄流体供給ラインは、前記伝
熱抑制手段の上流側に接続され、尿素水の一部が結晶化
しても、それを洗浄することができるようになってい
る。また、洗浄流体としては、水や蒸気等が用いられ
る。

【００１３】以上のように、前記構成によれば、尿素水
を流通させながら連続的に加熱することができ、伝熱効
率を格段に向上させることができる。すなわち、尿素水
は、前記流通路内を所定の流通速度で流れているので、
タンク内に貯留した状態で加熱するものと比較して、伝
熱効率が格段に向上する。また、タンク内に貯留した状
態で加熱するものと比較して、尿素水を供給し始めてか
らアンモニアの生成が定常状態になるまでの立ち上がり
時間を短縮することができるとともに、前記加熱手段の
加熱容量を小さくすることができる。さらに、前記アン
モニア生成装置全体の大きさを小さくすることができ、
特に前記螺旋状部の内側に前記加熱手段を設けると、よ
りコンパクトな構造とすることができる。

【００１４】ところで、前記加熱手段は、前記螺旋状部
の外側に設けることもできるし、内側および外側の両方
に設けることもできる。また、前記加熱手段は、前記流
通路に沿って、前記流通路の周方向全体を覆うように設
けることもできる。

【００１５】

【実施例】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。まず、図１〜図３に示す第一実施
例について説明する。

【００１６】この発明に係るアンモニア生成装置は、尿
素水を加熱してアンモニアを生成するもので、図１に示
すように、尿素水導入部１を備え、この尿素水導入部１
の下部に、尿素水が流通する流通路２が接続されてい
る。前記尿素水導入部１は、下向きに設けられた導入ノ
ズル３を備え、前記尿素水導入部１の側面に、空気供給
ライン４が接続されている。この空気供給ライン４は、
前記導入ノズル３の先端部に対向して接続されており、
前記空気供給ライン４から供給された空気は、前記流通
路２内において尿素水を運ぶ作用をなすとともに、前記
導入ノズル３の先端部に付着した尿素水を吹き飛ばす作
用をなす。ここで、前記空気供給ライン４は、前記尿素
水導入部１の頂面に、前記導入ノズル３と並行に接続す
ることもできる。

【００１７】また、流通路２の一部は螺旋状に配置さ
れ、螺旋状部５が形成されており、この螺旋状部５は、
筒状部材６の外周面に密着して固定されている。そし
て、前記筒状部材６の内側には、その内周面と所定の間
隔をおいて、加熱手段７としての電気ヒータが設けられ
ている。また、前記筒状部材６と前記加熱手段7との間
の空間には、温度センサ８が設けられており、この温度
センサ８により前記加熱手段７の表面温度を検出して、
前記加熱手段７の表面温度が約５００℃になるように、
制御器９により前記加熱手段７へ供給する電力量が制御
されるようになっている。したがって、尿素水は、前記
螺旋状部５内を流通しながら前記加熱手段７により加熱
されて、ガス状のアンモニアが、連続的に生成されるよ
うになっている。さらに、前記螺旋状部５の外側には、
前記螺旋状部５全体を覆うように断熱材１０が設けられ
ている。

【００１８】また、前記流通路２における前記螺旋状部
５の上流側は、尿素水の残留を防止するために若干傾斜
して設けられており、この上流側の所定の位置に、伝熱
抑制手段１１が設けられている。この伝熱抑制手段１１
は、その取付位置から上流側へ熱が伝わるのを抑制する
作用をなし、尿素水が前記螺旋状部５へ到達する前に水
分の蒸発により結晶化したり、尿素水から不要な中間生
成物が発生するのを最小限に抑えるようにしている。

【００１９】また、前記尿素水導入部１の直径は、前記
流通路２の直径より大きく形成されており、両者の接続
部は、尿素水が溜まらないように、下方へ向かって先細
形状になっている。

【００２０】さらに、前記流通路２の下流側端部は、ボ
イラ等に設けられた脱硝装置（図示省略）に接続されて
おり、前記螺旋状部５で生成されたアンモニアが、前記
脱硝装置へ連続的に供給されるようになっている。

【００２１】つぎに、前記導入ノズル３の詳細な構造に
ついて、図２に基づいて説明する。図２に示すように、
前記導入ノズル３の先端側の側壁には、複数個の噴出口
１２，１２，…が設けられている。そして、これらの各
噴出口１２を覆うように、チューブ状の弾性封閉体１３
が取り付けられている。すなわち、この弾性封閉体１３
は、たとえば合成ゴム製のものが用いられ、尿素水導入
時、尿素水を加圧すると、前記弾性封閉体１３が圧力に
押されて前記各噴出口１２が開き、尿素水が、前記導入
ノズル３の外周面と前記弾性封閉体１３の内周面との間
を通って流出する。また、尿素水の加圧を解除すると、
前記弾性封閉体１３が元の位置に戻り、前記各噴出口１
２が閉じる。ここにおいて、図２は、尿素水が流出して
いる状態を示している。

【００２２】したがって、前記弾性封閉体１３を設ける
ことにより、尿素水を導入していないときは、前記各噴
出口１２が前記弾性封閉体１３により封閉されるので、
前記導入ノズル３内に残った尿素水が水分の蒸発により
結晶化することがなく、前記導入ノズル３の詰まりを確
実に防止することができる。

【００２３】つぎに、前記伝熱抑制手段１１の詳細な構
造について、図３に基づいて説明する。図３に示すよう
に、前記流通路２が途中で分断され、下流側部分におけ
る上流側端部の直径が、上流側部分における下流側端部
の直径より大きく形成されており、両者を所定長さ重ね
合わせて同心状に配置し、両者の間に、セラミック等の
断熱部材１４を設けることにより、前記伝熱抑制手段１
１が構成されている。したがって、前記螺旋状部５から
前記流通路２を伝わってきた熱は、前記断熱部材１４に
より、それ以上上流側に伝わることが抑制される。

【００２４】また、前記伝熱抑制手段１１は、入口部で
あるＡ点の温度が８０℃以下となるように設計されてお
り、また出口部であるＢ点の温度が１８０℃以上となる
ように設計されている。すなわち、尿素水の結晶化や不
要な中間生成物の発生が生じやすい約８０〜１８０℃の
温度範囲の箇所が、前記伝熱抑制手段１１を設けた位置
に限定されるとともに、その長さが極力短くなってお
り、尿素水の結晶化や不要な中間生成物の発生が最小限
に抑えられている。

【００２５】以上のような構成において、その作用を説
明する。前記導入ノズル３から、流量約１０ミリリット
ル／分，濃度約２０％の尿素水が供給され、この尿素水
は、前記空気供給ライン４からの空気（流量約３０リッ
トル／分）により、前記流通路２内を運ばれながら、前
記螺旋状部５へ到達する。そして、尿素水は、前記螺旋
状部５内を流れながら、前記加熱手段７により約２００
〜５００℃に加熱され、アンモニアが生成される。生成
されたアンモニアは、前記脱硝装置（図示省略）へ供給
される。

【００２６】したがって、前記構成によれば、尿素水を
所定の流通速度で流しながら連続的に加熱することがで
き、伝熱効率が格段に向上する。また、前記螺旋状部５
内の尿素水の保有量が少ないため、尿素水を供給し始め
てからアンモニアの生成が定常状態になるまでの立ち上
がり時間が短縮されるとともに、前記加熱手段７の加熱
容量を小さくすることができる。また、前記螺旋状部５
の内側に前記加熱手段７が設けられているので、外部へ
の放熱量が極力抑えられるとともに、装置全体がよりコ
ンパクトな構造となっている。さらに、前記伝熱抑制手
段１１や前記弾性封閉体１３が設けられているので、尿
素水の結晶化や不要な中間生成物の発生が最小限に抑え
られている。

【００２７】また、アンモニアの生成を断続的に行う場
合は、アンモニア生成の要求信号に応じて、前記導入ノ
ズル３からの尿素水の供給が断続的に制御される。この
とき、前記空気供給ライン４からの空気は、尿素水の供
給停止中も継続して所定量供給され、前記流通路２内に
尿素水が滞留しないようにしている。さらに、尿素水の
供給停止中においては、前記加熱手段７も継続して作動
し、前記螺旋状部５の温度が所定温度に維持されるよう
になっている。したがって、アンモニアの生成停止中
に、前記螺旋状部５内で尿素水の結晶化や不要な中間生
成物の発生が生じることがなく、アンモニアの生成再開
時には、直ちに所定量のアンモニアの生成を開始するこ
とができるようになっている。

【００２８】ところで、前記流通路２内を洗浄を行う場
合は、尿素水の供給が停止してアンモニアを生成してい
ないときに、前記空気供給ライン４から空気に代えて洗
浄流体としての水を供給し、前記流通路２内を洗浄する
こともできる。すなわち、前記空気供給ライン４が洗浄
流体供給ラインとして働くようにする。供給された洗浄
流体は、前記尿素水導入部１および前記流通路２内に残
留している尿素水あるいはその結晶物を洗い流し、排出
ライン（図示省略）を介して外部へ排出する。また、洗
浄流体の供給は、前記流通路２内の詰まりを検出したと
きに行うように制御することもできる。さらに、前記洗
浄流体供給ラインを前記空気供給ライン４とは別に設
け、尿素水の結晶化が生じやすい前記伝熱抑制手段１１
の上流側に接続した構成とすることもできる。

【００２９】また、前記加熱手段７による尿素水の加熱
に際しては、尿素水を供給する前に、予め前記加熱手段
７により前記螺旋状部５を加熱し、前記螺旋状部５内を
所定温度まで上昇させておくようにしているが、前記伝
熱抑制手段１１と前記螺旋状部５との間の前記流通路２
が所定温度まで上昇するのには、時間遅れがある。した
がって、その間に、前記伝熱抑制手段１１と前記螺旋状
部５との間の前記流通路２において、尿素水の結晶化や
不要な中間生成物の発生が生じやすくなる。そこで、前
記流通路２における前記伝熱抑制手段１１の直ぐ下流側
へ加温空気（温度約３５０℃）を供給するようにして、
前記伝熱抑制手段１１と前記螺旋状部５との間の前記流
通路２を予熱する構成とすることもできる。

【００３０】つぎに、図４に示す第二実施例について説
明する。ここにおいて、前記第一実施例と同様の構成部
材には同一の符号を付して、その詳細説明を省略する。
さて、この第二実施例においては、前記筒状部材６の内
側に、ネジ状部材１５が挿入され、前記螺旋状部５が形
成されている。すなわち、前記ネジ状部材１５は、いわ
ゆる台形ネジとなっており、その外周面に、断面が台形
状のネジ山が設けられており、このネジ山の頂部が前記
筒状部材６の内周面に接触し、ネジ溝が前記流通路２と
なっている。また、前記ネジ状部材１５の内部には、前
記加熱手段７を挿入するための挿入孔１６が設けられて
いる。

【００３１】この第二実施例の構成によれば、前記筒状
部材６内に前記ネジ状部材１５を挿入するのみで前記螺
旋状部５が形成されるので、組立てが容易となり、組立
工数が短縮される。また、前記螺旋状部５内において、
尿素水の結晶化により詰まりが生じても、前記ネジ状部
材１５を引き抜いて外し、前記ネジ状部材１５の外周面
および前記筒状部材６の内周面を極めて容易に洗浄する
ことができる。

【００３２】さらに、前記伝熱抑制手段１１の他の実施
例について、図５に基づいて説明する。図５に示されて
いる伝熱抑制手段１１は、いわゆるエゼクタ構造となっ
ており、外部から空気を導入し、この空気により前記螺
旋状部５側から伝わってくる熱を回収し、熱を回収した
空気を前記螺旋状部５へ向けて流すことにより、熱を前
記螺旋状部５へ戻すようになっている。すなわち、前記
流通路２の一部が、外筒部１７および内筒部１８からな
る二重筒構造になっており、前記外筒部１７に所定個数
の空気吸入口１９，１９，…がその周方向に沿って設け
られ、前記内筒部１８の先端開口部２０が、前記外筒部
１７の下流側端部における先細り部２１の内側に配置さ
れ、両者の間に環状の流通口２２が形成されている。ま
た、前記外筒部１７の上流側端部は、密閉されている。

【００３３】したがって、尿素水を同伴している空気が
前記先端開口部２０を通過する際、外部の空気を前記各
空気吸入口１９を経由し前記流通口２２を通して吸引す
る。そうすると、前記螺旋状部５から前記外筒部１７へ
伝わってきた熱は、流入する外部の空気により回収され
て前記螺旋状部５へ戻り、前記内筒部１８へ伝わること
が抑制される。また、前記伝熱抑制手段１１は、図３に
示したものと同様、入口部であるＡ点の温度が８０℃以
下となるように設計されており、また出口部であるＢ点
の温度が１８０℃以上となるように設計されている。す
なわち、尿素水の結晶化や不要な中間生成物の発生が生
じやすい約８０〜１８０℃の温度範囲の箇所が、前記伝
熱抑制手段１１を設けた位置に限定されるとともに、そ
の長さが極力短くなっており、尿素水の結晶化や不要な
中間生成物の発生が最小限に抑えられている。

【００３４】ここにおいて、図５に示されている前記伝
熱抑制手段１１は、前記第一実施例においても前記第二
実施例においても用いることができる。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、尿素水を流通させな
がら連続的に加熱することができ、伝熱効率を格段に向
上させることができる。また、アンモニア生成装置全体
の大きさを小さくすることができ、特に流通路における
螺旋状部の内側に加熱手段を設けると、よりコンパクト
な構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明における第一実施例の縦断面説明図で
ある。

【図２】図１における尿素水ノズルの詳細を示す拡大縦
断面説明図である。

【図３】図１における伝熱抑制手段の詳細を示す拡大縦
断面説明図である。

【図４】この発明における第二実施例の縦断面説明図で
ある。

【図５】図３に代わる伝熱抑制手段の他の実施例を示す
拡大縦断面説明図である。

【符号の説明】

１尿素水導入部２流通路５螺旋状部７加熱手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一色幸博愛媛県松山市堀江町７番地株式会社三浦研究所内 (72)発明者増田幸一愛媛県松山市堀江町７番地株式会社三浦研究所内 (72)発明者石▲崎▼ 信行愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA12 AB01 BA06 DA07 FA10 4G068 DA01 DB04 DB18 DD03 DD15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】尿素水導入部１に尿素水が流通する流通
路２を接続し、この流通路２内の尿素水を加熱する加熱
手段７を備えたことを特徴とするアンモニア生成装置。
【請求項２】前記流通路２の一部を螺旋状に配置し、
この螺旋状部５の内側に前記加熱手段７を設けたことを
特徴とする請求項１に記載のアンモニア生成装置。