JP2005164227A - N剤小滴及びガスをオーバーファイア空気中へ噴射することにより煙道ガスNOxを還元する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 燃焼煙道ガス(24)中の窒素酸化物の濃度を低下させる方法を提供する。
【解決手段】 方法によれば、気体の形態であるか、又は小さな粒子であるか、あるいは水溶液の小滴のいずれかである窒素還元剤(34)がオーバーファイア空気(28)と共に、オーバーファイア空気と共に一次燃焼の生成物と混合するように導入される。窒素剤は、オーバーファイア空気と煙道ガスが混合する間にNOxを還元するのに最適である温度状況(54)を通過するときにNOxを還元する。低温から高温への遷移はアンモニアスリップを有効に排除する。更に、窒素剤は一次燃焼の生成物との早期混合から最適に遮蔽されるようにオーバーファイア空気の流れと混合されても良く、その場合、オーバーファイア空気の一部は、遮蔽がなければNOxの化学的還元作用を妨害する可能性がある残留一酸化炭素(CO)とまず反応する。
【選択図】図1
【解決手段】 方法によれば、気体の形態であるか、又は小さな粒子であるか、あるいは水溶液の小滴のいずれかである窒素還元剤(34)がオーバーファイア空気(28)と共に、オーバーファイア空気と共に一次燃焼の生成物と混合するように導入される。窒素剤は、オーバーファイア空気と煙道ガスが混合する間にNOxを還元するのに最適である温度状況(54)を通過するときにNOxを還元する。低温から高温への遷移はアンモニアスリップを有効に排除する。更に、窒素剤は一次燃焼の生成物との早期混合から最適に遮蔽されるようにオーバーファイア空気の流れと混合されても良く、その場合、オーバーファイア空気の一部は、遮蔽がなければNOxの化学的還元作用を妨害する可能性がある残留一酸化炭素(CO)とまず反応する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ボイラ、燃焼炉、焼却炉及び他の大型燃焼システム(これらを合わせて「ボイラ」と呼ぶ)などの燃焼システムの窒素酸化物(NOx)放出制御に関する。特に、本発明は、窒素酸化物を分子窒素に選択還元することによるNOx放出の減少に関する。
オーバーファイア空気(OFA)技術の使用により、ボイラからの煙の放出は回避されるか又は少なくとも大幅に減少される。OFAは、燃焼空気の大部分がボイラの一次燃焼チャンバに流入し、燃焼空気の一部は火炎の下流側のバーンアウトゾーンへ送り出されるように燃焼空気をステージングする。OFA空気は煙粒子及び煙粒子前駆物質の燃焼を容易にする。
燃焼により発生する他の種類の空気汚染物質として、窒素の酸化物、主に、NO及びNO2が含まれる。窒素酸化物(NOx)は毒性があり、酸性雨や光化学スモッグといったプロセスにおける前駆物質としての役割を持っているために、重大な問題となりつつある。ボイラにより発生されるNOxの放出を減少させるための費用効率にすぐれた技法の必要性は長年にわたり感じられてきた。
従来のNOx減少技法は、NOxを分子窒素に選択的に還元するために無触媒反応を発生させる条件の下で煙道ガスの中へ窒素剤を噴射する選択無触媒還元(SNCR)である。煙道ガス中の分子酸素の大半は還元されないため、NOxの還元は選択的である。SNCRでは、例えば、HN3、尿素又はアミン化合物などの窒素を含む試薬がNH2及びNHラジカルとNOとの反応に最適である温度で煙道ガスの流れの中へ噴射され、NOが分子窒素に還元される。そのような反応に最適の温度は約1,800°Fを中心とする温度である。これより相当に高い温度になると、試薬が酸化されてNOを形成する可能性がある。相当に低い温度では、試薬は反応しないまま煙道ガスを通過し、その結果、アンモニアスリップを引き起こす。SNCR法を使用してNOxを還元するのに最適である温度範囲は狭く、一般に約1,600°F〜約2,000°Fである。この場合の「約」は±25°の温度差を表す。
煙道ガスは2,000°Fを十分に超える温度に達するが、ボイラを通過して流れる間に冷却する。窒素剤が放出される前に煙道ガスを冷却させるために、例えば、オーバーファイア空気と共に、窒素剤の相対的に大粒の小滴又は粒子を煙道ガスの中へ噴射する方式が開発されている。大粒の小滴及び粒子の大きさは、煙道ガスが冷却した後に窒素剤を放出するように規定されている。特許文献1を参照。大粒の小滴は、煙道ガスのバルク温度が約1,600°F〜約2,000°Fの温度範囲に冷却するまで、煙道ガスの流れにおける試薬の放出を遅らせる。
米国特許第6,280,695号
本発明は、一実施例においては、ガスの流れの中へ還元剤を噴射することにより、アンモニアスリップを最小限に抑えると同時に窒素酸化物を除去する方法を提供する。第1の実施例では、本発明は、燃焼煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低下させる方法であって、燃焼ゾーンの中で燃焼煙道ガスを形成することと、オーバーファイア空気と、窒素酸化物の急速な還元を促進するために小さな平均サイズを有する選択還元剤の溶液の小滴、粒子、又はガスをバーンアウトゾーンの中に供給することと、バーンアウトゾーンで、オーバーファイア空気及び選択還元剤を煙道ガス中の窒素酸化物の還元に最適な温度範囲より高い温度で燃焼煙道ガスと混合することと、燃焼煙道ガスがオーバーファイア空気及び選択還元剤を最適温度範囲まで加熱するにつれて、窒素酸化物を還元剤によって還元することと、オーバーファイア空気及び選択還元剤の温度を燃焼煙道ガスによって最適温度範囲を超えるまで上昇させ続けることとから成る方法を提供する。
本発明は、燃焼煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低下させる方法であって、燃焼ゾーンの中で窒素酸化物を含む燃焼煙道ガスを形成することと、オーバーファイア空気と、50μ未満の初期平均サイズを有する選択還元剤の水溶液の小滴又はガスをバーンアウトゾーンの中に供給することと、燃焼煙道ガス中の窒素酸化物の濃度を低下させるために、バーンアウトゾーンで、燃焼煙道ガスをオーバーファイア空気及び選択還元剤と接触させることとから成る方法として具現化されても良い。
更に、本発明は、窒素酸化物を含む燃焼煙道ガスが内部で形成される燃焼ゾーン及びバーンアウトゾーンを有する封入煙道ガス経路を規定するボイラと、燃焼ゾーンと整列され、燃焼ゾーンの中へ燃料を導入する燃料噴射器及び燃焼ゾーンと整列され、燃焼ゾーンの中へ空気を導入する燃焼空気噴射器と、バーンアウトゾーンに隣接し、バーンアウトゾーンに隣接するオーバーファイア空気ポートを具備し、オーバーファイア空気がバーンアウトゾーンに流入するときに通過するオーバーファイア空気系統と、オーバーファイア空気系統と整列された出口を有し、窒素試薬のガス又は窒素試薬の、50μ以下の平均直径を有する小滴を前記オーバーファイア空気の中へ噴射する窒素試薬噴射器とを具備する燃焼のための燃焼装置として具現化されても良い。
ボイラの煙道ガス中のNOxを減少させるために、気体状の又は小滴(直径50μ未満)の形態をとる窒素含有試薬(「窒素剤」)は一次燃焼ゾーンの下流側で、ステージングされた燃焼空気、例えば、OFA空気と共に導入される。ステージングされた燃焼の場合、燃焼を完了させるために要求される空気(オーバーファイア空気)の一部は、一次燃焼の煙道ガス生成物が約2,400°F〜2,600°Fまで冷却されている場所のような、一次燃焼プロセスの下流側の場所で噴射される。ガス又は水溶液の小滴(<約50μ)の形態をとる窒素剤はステージングされた空気と共に極めて高い温度の煙道ガスの中へ導入される。ステージングされた燃焼空気と窒素剤は2,000°Fを超える煙道ガス温度まで急速に加熱される。
気体状の又は小滴の形態をとる窒素剤をバルク煙道ガス温度が最適のSNCRには高すぎるOFA噴射器の領域又はその付近の領域へ放出することにより、SNCRによってNOx減少を実現できるという驚くべき発見がなされた。気体アンモニア、又は、例えば、約50μ未満の平均直径を有する小滴から成る窒素剤は、OFA空気がNOxを含有する煙道ガスと混合する前に又はそれと同時にOFAシステム内へ噴射される。窒素剤のガス又は小滴は急速に、例えば、約0.1〜0.3秒の時間のうちに窒素剤を放出させる。窒素の放出は、相対的に低温の窒素剤とオーバーファイア空気の混合物が煙道ガスによりSNCRに最適の温度範囲を経て、より高い温度まで加熱される間に起こる。窒素はこの最適温度範囲内に短時間、例えば、0.1〜0.3秒とどまっている。窒素剤をガス又は小滴として導入することにより、窒素剤は短時間の最適温度範囲の中で急速に放出される。この急速な放出は、窒素剤が最適温度範囲内にあるときに窒素剤が煙道ガス中のNOxと接触することを保証する。加えて、放出は、オーバーファイア空気のジェットと煙道ガス流れとの間で強力な混合が起こるオーバーファイア空気噴射器出口に近接する場所で起こる。
窒素剤の小滴の大きさは、煙道ガス及びOFAにおける平均小滴寿命が最適温度範囲の期間及び/又はオーバーファイア空気が燃焼煙道ガスと混合する期間とほぼ等しくなるように調整されるのが好ましい。一般に、オーバーファイア空気中に噴射される小滴の適切な初期平均サイズは直径約50μ未満である。好ましい小滴サイズはオーバーファイア空気中に噴射されるときの小滴の大きさ、例えば、蒸発前の小滴の大きさである。平均小滴寿命は約0.1〜0.3秒未満であるのが好ましい。
図1は、石炭燃焼ボイラで使用されるような、本発明の方法に適合する燃焼システム10の概略図である。燃焼システム10は燃焼ゾーン12と、再燃焼ゾーン14と、バーンアウトゾーン16とを含む。燃焼ゾーン12は少なくとも1つ、好ましくは複数の主バーナ18を具備し、それらのバーナには燃料入口20を介して石炭などの主燃料が供給されると共に、空気入口22を介して空気が供給される。主燃料は燃焼ゾーン12で燃焼されて燃焼煙道ガス24を形成し、燃焼煙道ガスは燃焼ゾーンから「下流方向」へバーンアウトゾーン16に向かって流れる。
再燃焼ゾーンが存在しない場合、例えば、石炭などの全ての熱源は主バーナ18を介して燃焼ゾーンへ噴射される。燃焼系統に再燃焼ゾーン14が含まれている場合には、通常は総入力熱の約70%〜95%が主バーナ18を介して供給され、残る5%〜30%の熱は天然ガス、石炭又は油などの再燃焼燃料を再燃焼燃料入口26を介して噴射することにより供給される。燃焼ゾーン及び再燃焼ゾーンの下流側で、オーバーファイア空気(OFA)28はオーバーファイア空気入口30を介してOFAバーンアウトゾーン16へ噴射される。バーンアウトゾーンの下流側で、燃焼煙道ガス24は一連の熱交換器32と、煙道ガスからフライアッシュなどの固体粒子を除去する、電気集塵装置(ESP)又はバグハウスなどの粒子制御装置(図示せず)とを通過する。
燃焼煙道ガス24は、多様な従来の燃焼システムのうちのいずれかにおいて従来の燃料、例えば、石炭を燃焼させることにより形成される。バーンアウトゾーン16は、燃焼システムの、燃焼ゾーンの下流側、すなわち、燃焼煙道ガスが流れる方向に見て下流側の領域にオーバーファイア空気28を噴射することにより形成される。可燃性燃料を酸化するための燃焼ゾーンと、バーンアウトゾーンとを含む燃焼装置は、NOx放出を減少させるための手段として窒素還元剤とオーバーファイア空気の混合物を受け取るように適合されることが可能である。例えば、燃焼ゾーン及びバーンアウトゾーンは発電装置、ボイラ、燃焼炉、電磁流体(MHD)燃焼器、焼却炉、エンジン又は他の燃焼装置に設けられるであろう。
選択還元剤(窒素剤又はN剤)34は、オーバーファイア空気28がバーンアウトゾーン16の中へ噴射される前に又はそれと同時にオーバーファイア空気の中へ噴射される。窒素剤は中心ノズル36又は他の噴射システムを介してOFA空気流れの中心へ、例えば、煙道ガス流れに接続するOFA入口ポート30の中心へ噴射されても良い。OFAポート30はボイラの角部に複数の入口ポートを具備し、それらのポートはボイラ内の同じ高さにある。中心ノズル36はOFAの入口で窒素剤を煙道ガスに対して噴射するか、又は入口のかなり上流側の位置で、OFAが煙道ガスと混合するより相当に前の時点で噴射する。小滴を生成するために一般に使用されている従来の噴射システムを使用して、選択還元剤の水溶液をOFA空気の中へ噴射することができる。窒素剤は様々な噴霧器などの気液噴射器により噴射されることが可能である。適切な噴霧器としては、霧化剤として空気又は蒸気を使用する2流体噴霧器、並びに適切に設計された圧力噴霧器などがある。
窒素剤噴射システム36は、調整可能である平均サイズで小滴を供給することができる。噴霧小滴の初期平均サイズ分布は実質的に単分散であっても良い。例えば、平均小滴サイズの約2分の1未満の小滴サイズ(すなわち、直径)を持つ小滴の量が約10%未満であり、平均小滴サイズの約1.5倍を超える小滴サイズを有する小滴が約10%未満という割合であっても良い。OFAへ噴射される小滴の平均サイズは、窒素剤からの小滴蒸発時間を最適にする小滴サイズを選択することにより判定されることが可能である。
窒素酸化物という用語と、NOxという用語は化学種である酸化窒素(NO)及び二酸化窒素(NO2)を表すために互換性をもって使用される。N2O、N2O3、N2O4及びN2O5などの他の窒素の酸化物も知られているが、それらの種は静止燃焼源から大量には放出されない(燃焼システムによってはN2Oを除く)。窒素酸化物(NOx)という用語は一般に全ての2成分(N‐O)化合物を包含するために使用されるが、特にNO及びNO2を表す。
選択還元剤及び窒素剤という用語は、燃焼システムにおいて酸素が存在するところでNOxを選択的に還元することが可能である多様な化学種のうちのいずれかを表すために互換性をもって使用される。一般に、適切な選択還元剤は尿素、アンモニア、シアヌル酸、ヒドラジン、タノラミン、ビウレット、トリウレット、アメライド、有機酸のアンモニウム塩、無機酸のアンモニウム塩などを含む。アンモニウム塩還元剤の特定の例は硫酸アンモニウム、重硫酸アンモニウム、重亜硫酸アンモニウム、蟻酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウムなどを含む。それらの選択還元剤の混合物を使用することも可能である。選択還元剤は溶液、好ましくは水溶液、又はガスの形で供給されることが可能である。好ましい選択還元剤の1つは尿素の水溶液である。
オーバーファイア噴射システムと共に気体又は小滴SNCR噴射システムを配置することは一般に好都合であり、ボイラ又は燃焼炉の一次燃焼ゾーンに高温封じ込め空間が形成される事態を回避する。窒素剤を導入するためにオーバーファイア空気を使用することにより、ボイラ、燃焼炉又は他の燃焼システムの高温領域に噴射システムを設置するための費用や、運転停止時間を費やすことなく、窒素剤溶液の気体及び/又は小滴をNOx含有煙道ガスの中へ噴射し、その後、SNCRのNOx還元に適する温度まで急速に加熱することが可能になる。
オーバーファイア空気中の選択還元剤の量と、処理されるべき煙道ガス中のNOxの量との化学量論比は約0.4〜約10、好ましくは約0.7〜約3である。化学量論比は選択還元剤中の窒素原子のモル数と、NOx中の窒素原子のモル数との比である。
選択還元剤は最適化された滴の形をとる水溶液として供給されても良いし、あるいはオーバーファイア空気の中へ噴射されるガスとして供給されても良く、供給は再燃焼ゾーンへのオーバーファイアの噴射前に実行されても良いし、又はそれと同時に実行されても良く、あるいは噴射の前と噴射と同時の双方の時点で実行されても良い。窒素剤の溶液又はガスは再燃焼を伴わずに燃焼システムのOFAへ噴射されても良い。窒素剤溶液は選択還元剤を何らかの適切な濃度、例えば、約5重量%〜約90重量%の濃度で含有することができる。尿素の場合の好ましい濃度範囲は約10重量%〜約50重量%である。
窒素剤は、先に煙道ガス中へ再燃焼燃料を噴射せずにOFAと共に噴射されることが可能である。更に、N剤はOFAと同じ目的を果たすことができる再循環煙道ガスと共に噴射されることも可能である。例えば、酸素又は空気で濃縮された再循環煙道ガスをN剤と共に同じ噴射器又は別個の噴射器を介して噴射することができる。
図2は、OFA及び煙道ガスにおける窒素剤の滞留時間とガス温度の関係を示すグラフ50である。50μ未満の大きさの小滴を有する窒素剤に対する平均OFA温度のグラフ52により表されるように、窒素剤とOFA空気の混合物がOFAポート30から煙道ガスに侵入するにつれて、混合物の温度は約0.4秒の間に約600°Fから2,500°Fまで上昇する。オーバーファイア空気、窒素剤及び煙道ガスが混合するにつれて、窒素剤はSNCRに最適な温度期間54、例えば、1,600°F〜2,000°Fの範囲を経て加熱される。この温度期間は短く、たとえば、約0.1秒又は0.2秒である。
最適のSNCRの短い温度期間54の間に、気体状の窒素剤又は直径の小さな窒素剤は煙道ガスの中のNOxの量の大部分を還元する。窒素剤が最適温度期間を経て加熱されるのと同時に、OFAと煙道ガスが強く混合されると、NOxの還元は更に促進される。強力な混合と急速なOFA加熱は、一般に、オーバーファイア空気がOFA入口ポート30から煙道ガスに侵入するときに起こる。従って、SNCRによるNOxの還元は、オーバーファイア空気が侵入し、煙道ガスと混合するときに起こる。更に、OFA入口ポートの位置又はその付近にあり且つ/又はオーバーファイア空気流れの中心と整列されたノズル36を介して窒素剤を噴射することは、煙道ガス中のNOxの還元を促進するように思われる。窒素剤を遮蔽するOFA空気は、遮蔽がなければSNCRの化学作用を妨害すると考えられる残留一酸化炭素(CO)とまず反応する。
窒素剤とOFAは煙道ガスにより最適SNCR期間54を超える温度まで急速に加熱される(グラフ55を参照)。煙道ガス中のNOxの大部分は、OFA及び残留窒素剤が最適SNCRには高すぎる2,500°Fの煙道ガス温度まで加熱された時点で既に還元されている(OFAのグラフ52が煙道ガスのグラフ55と合わさる箇所を参照)。煙道ガス55が2,000°F以下に冷却する間に、煙道ガスは燃焼システム、例えば、ボイラのノーズプレーン56を越えて、ボイラから流出する煙道ガスを受け入れる過飽和蒸気(SSH)装置58及び蒸気再加熱(RH)装置60まで流れる。
実物大ボイラで見られる煙道ガス温度及び煙道ガス組成の正確なサブスケールシミュレーションを実行する1.0MMBTU/hrボイラシミュレータ設備(BSF)において、オーバーファイア空気への気体アンモニアの噴射に伴うNOx性能の試験を実施した。BSFは米国特許第6,280,695号に記載されている。この試験に際して、BSFは天然ガスで燃焼された。特別に設計されたオーバーファイア空気噴射器を特定の煙道ガス温度に置いた。噴射器は1.875インチの内径(ID)を有する軸方向窒素キャリア管と、それを取り囲む、0.25インチのIDを有する環状オーバーファイア空気管とから構成されていた。NOxの放出を減少させるために、窒素キャリア又はオーバーファイア流れのいずれかにアンモニアを添加した。噴射器はBSF中心線と整列され、下向きであった(すなわち、煙道ガスと同じ流れ方向であった)。
試験における一次炎化学量論比(SR1)は1.0及び1.05であった。最終SR(SR3)を煙道ガスにおける約3%の過剰O2に対応する1.20に一定に維持するために、十分なOFAを噴射した。それらの条件は基線として定義された。基線条件におけるBSFバーナシステムは、1.0と1.5にそれぞれ等しいSR1で0%O2のときに185ppmと205ppmの制御初期NOxレベルを発生した。SR1は一次燃焼ゾーン12における空気と燃料の化学量論比であり、SR2は再燃焼ゾーン14における同じ比であり、SR3はバーンアウトゾーン16における化学量論比である。OFAは2,450°Fと2,350°Fの煙道ガス温度で噴射された。気体アンモニアは1.5の濃度比(NSR)で噴射された。濃度比(NSR)はアンモニア中の窒素原子のモル数と、NOx中の窒素原子のモル数との比である。
図3から図6のグラフに示される基線、キャリアNH3及びOFANH3のNOx放出レベルは、ベースラインの棒が窒素剤なしで実施された試験に関し、キャリアNH3の棒は窒素剤ガス(NH3)をキャリアとしての窒素と共に、それらが煙道ガスに侵入するときにオーバーファイア空気の中心へ窒素剤を放出するセンターパイプ噴射器に沿って噴射した場合に関し、OFANH3の棒は窒素剤とオーバーファイア空気が共に煙道ガスと混合する前に窒素剤ガスをオーバーファイア空気と共に噴射した場合に関するという点を除いて、BSFにおいて同様の条件の下で実施された試験に関する。
図3から図6は、OFAポートを介して気体アンモニアを噴射することがNOx放出に及ぼす効果を示す。図3に示されるSR1=1.0で収集された試験データの棒グラフを図4に示されるSR1=1.05で収集されたデータのグラフと比較することによりわかるように、SR1が1.05に等しいときより、SR1が1.0に等しいときのほうが基線NOx濃度は低い。図5及び図6に関しても同様の比較が行われる。試験結果は、OFAへ気体アンモニア(NH3)を噴射することにより、オーバーファイア空気噴射の時点の煙道ガス温度及び主バーナの化学量論比(SR1)に応じて、NOxは20%〜45%減少することを実証している。オーバーファイア空気が噴射される煙道ガス温度が低いほど、良い性能が実現されていた。キャリアとして窒素ガスを使用してOFAポートの中心を介してNH3を噴射した場合、OFA流れが煙道ガスと混合する前にアンモニア(NH3)をオーバーファイア空気の流れの中へ噴射した場合よりわずかに良好なNOx減少が見られた。
SNCR性能を予測するために、コンピュータによる流体力学(CFD)解析を実行した。CFDモデルは連続性、運動量、エネルギー及び種に関する輸送方程式を解いた。乱流、放射、離散的位相軌道及び燃焼を解決するために、適切なモデルを適用した。CFD研究のために、様々に異なる動作条件で窒素試薬をオーバーファイア空気噴射器内へ噴射して、160MWタンジェンシャル燃焼ボイラを評価した。窒素試薬噴射プロセスをシミュレートする前に、基線現場試験データ及び全負荷動作条件におけるインハウス熱モデルからの平均温度プロファイルを使用してCFDモデルを認証した。モデルの噴射器領域内への煙道ガス流れのプロファイルは試験結果をモデリングした物理的流れからのプロファイルに基づいていた。
試薬小滴の大きさ、OFA噴射器のすぐ下方のガス温度により反映される燃焼速度、OFA噴射器の下方のCO濃度、及び試薬窒素と基線NOx窒素との化学量論比(NSR)がSNCRのNOxトリム性能に及ぼす影響を調査するために、様々な動作条件でCFDモデルを動作させた。この場合、NOxトリムとは純粋なオーバーファイア空気条件に対するNOx減少を超えるNOx減少を意味する。
図7及び図8は、様々に異なるボイラプロセス条件におけるCFDモデルからの予測NOxトリム(放出減少)性能を示す。NOx減少プロセスはOFA噴射ポートの煙道ガス温度が約2500°F未満であり、CO濃度が0であるときに最も有効である。煙道ガス温度(OFAポートにおける温度)が2,500°F未満であり且つCO濃度が200ppmv以下であるとき、窒素剤小滴の大きさが小さくなるにつれてNOxトリムは増加し(NOx放出の減少が起こる)、これは煙道ガス/OFA混合ゾーン(例えば、バーンアウトゾーン16)においてOFA噴射器の付近で放出される窒素試薬がNOxを減少させるのに有効であることを示している。
パイロットスケールの実験及びCFD実験の結果は、共に、小滴(約50〜60μ未満の平均直径を有する)をオーバーファイア空気中へ噴射することにより、煙道ガス/オーバーファイア空気混合領域で試薬が放出されるため、約50μを超える大きさの小滴と比較してNOxトリムが改善されることを示している。
本発明を現時点で最も実用的で好ましい実施例であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は開示された実施例に限定されてはならないことを理解すべきであり、特許請求の範囲で示される図中符号は本発明の範囲を狭めるのではなく、本発明の理解を容易にすることを意図されている。
10…燃焼システム、12…燃焼ゾーン、14…再燃焼ゾーン、16…バーンアウトゾーン、18…主バーナ、20…燃料入口、22…空気入口、24…燃焼煙道ガス、26…再燃焼燃料入口、28…オーバーファイア空気(OFA)、30…オーバーファイア空気入口、32…熱交換器、34…選択還元剤、36…中心ノズル(窒素剤噴射システム)
Claims (10)
- 燃焼煙道ガス(24)中の窒素酸化物の濃度を低下させる方法において、
a.燃焼ゾーン(12)の中で窒素酸化物を含む燃焼煙道ガスを形成することと、
b.オーバーファイア空気(28)と、窒素酸化物の急速な還元を促進するために小さな平均サイズを有する選択還元剤(34)の溶液の小滴、粒子、又はガスをバーンアウトゾーン(16)の中に供給することと、
c.前記バーンアウトゾーンで、オーバーファイア空気及び選択還元剤を窒素酸化物の還元に最適な温度範囲より高い温度で燃焼煙道ガスと混合すること(34)と、
d.燃焼煙道ガスがオーバーファイア空気及び選択還元剤を最適温度範囲(54)まで加熱するにつれて、窒素酸化物を還元剤によって還元することと、
e.オーバーファイア空気及び選択還元剤の温度を燃焼煙道ガスによって最適温度範囲を超えるまで上昇させ続けることとから成る方法。 - 過程(d)の間の最適温度範囲(54)は0.3秒未満の短い期間に起こり、窒素酸化物の還元はその短い期間の間に起こる請求項1記載の方法。
- 小滴及び粒子(34)の小さな平均サイズは60μ以下である請求項1記載の方法。
- 小滴及び粒子(34)の小さな平均サイズは50μ以下である請求項1記載の方法。
- オーバーファイア空気及び選択還元剤を燃焼煙道ガスと混合する過程は、燃焼煙道ガスが約1370°C〜1100°C(2,500°F〜2,000°F)の温度範囲にある間に起こり、最適温度範囲は約870°C〜1100°C(1,600°F〜2,000°F)である請求項1記載の方法。
- オーバーファイア空気(28)及び選択還元剤(34)を供給する過程は、バーンアウトゾーンで燃焼煙道ガスの中へオーバーファイア空気を噴射するのと同時に選択還元剤をオーバーファイア空気に添加することから成る請求項1記載の方法。
- オーバーファイア空気(28)及び選択還元剤(34)を供給する過程は、バーンアウトゾーンの中へオーバーファイア空気を噴射する前に選択還元剤をオーバーファイア空気に添加することから成る請求項1記載の方法。
- 選択還元剤はオーバーファイア空気の流れ(30)の中心部分へ噴射される(36)請求項1記載の方法。
- 選択還元剤(34)はオーバーファイア空気の流れの上部へ噴射される(36)請求項1記載の方法。
- 選択還元剤(34)は燃焼煙道ガスが1100°C(2,000°F)を超える平均温度であるときに窒素酸化物を還元し、燃焼煙道ガス、オーバーファイア空気及び選択還元剤の混合物は約870°C〜1100°C(1,600°F〜2,000°F)の平均温度である請求項1記載の方法。
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