JP2013174153A

JP2013174153A - ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2013174153A
Application number: JP2012038199A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Shigenaga; 亮介重永; Yusuke Sakaguchi; 祐介坂口; Hiroaki Takeuchi; 博晃竹内; Toyotaka Yoshida; 豊隆吉田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】液状浄化剤の気化を促進し得て、ダクトの内壁に液滴状態の液状浄化剤が衝突してしまうことを抑制することができるガス浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ダクト１１により被処理ガスＧが流れる流路１３が形成され、ノズル１２により流路１３の外側から流路１３の中心方向に向けて液状浄化剤１４が吐出され、ノズル１２の吐出方向に対向する位置に配置されたターゲット１５に液状浄化剤１４が衝突され、ノズル１２から吐出された液状浄化剤１４は、ターゲット１５に一旦衝突させ液膜状に付着させたうえで気化して被処理ガスＧに混合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼後の被処理ガスを浄化するガス浄化装置に関する。

従来、タービンや各種エンジン等で燃焼した排ガスは、環境への影響を最小限とするようにガス浄化装置で浄化した上で大気中に排出されている。

このガス浄化装置にあっては、脱硝水銀除去を目的として、窒素酸化物と塩化アンモニウムとを反応させる液状浄化剤を排気経路に噴霧する処理が行われることがある。

具体的には、図４に示すように、エンジン１と排気マフラー２との間を接続する配管（ダクト）３の中途部にノズル部材４を配置し、その先端のノズル５をから、液状浄化剤７を配管３内の被処理ガスＧに吐出（噴射・噴霧）し、混合している（特許文献１参照）。

特許第３９３８１８７号公報

ところで、エンジン１の排気（本願における被処理ガスＧ）は高温であるから、配管３内を流れる高温の被処理ガスＧによって、ノズル部材４の周辺の配管３も被処理ガスＧの温度近くまで高温になる。

また、ノズル５から吐出された液状浄化剤７の一部は、被処理ガスＧにより加熱されて気化し、気相状態で混合されるが、一部は液相のまま（液滴状態）で被処理ガスＧに混合されて混相流となることがあり、この高速の運動エネルギーを持った液滴がダクト３の内壁に衝突することがある。また、気化することなく気流に混合した液滴がダクト３の内壁に付着してしまうと、ダクト３の表面で気化して蒸発熱を奪うことによる局部的な温度の低下により、ダクト３の他の高温部分との間に熱応力が発生することも考えられ、このような液滴の存在がダクト３の損傷の原因となる虞がある。

そこで本発明は、液状浄化剤の気化を促進し得て、ダクトの内壁に液滴状態の液状浄化剤が衝突することを抑制するガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガス浄化装置は、被処理ガスが流れる流路を形成するダクトと、前記流路の外側から前記流路の中心方向に向けて液状浄化剤を吐出するノズルと、液状浄化剤が衝突するように前記ノズルの吐出方向に対向して配置されたターゲットと、を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、ダクトにより被処理ガスが流れる流路が形成され、ノズルにより流路の外側から流路の中心方向に向けて液状浄化剤が吐出され、ノズルの吐出方向に対向する位置に配置されたターゲットに液状浄化剤が衝突する。
ここで、被処理ガスが排気ガス等の高熱の気体であった場合、ノズルから吐出された液状浄化剤は、一旦ターゲットに衝突（付着）したうえで気化して被処理ガスに混合されるため、ダクトの内壁に付着する液滴を減少することができる。

また、本発明のガス浄化装置は、さらに、前記ターゲットは前記ノズルよりも前記流路の上流側に配置されて被処理ガスを攪拌することを特徴とする。

上記構成によれば、ノズルよりも流路の上流側に配置されたターゲットにより被処理ガスを攪拌することができる。

さらに、本発明のガス浄化装置は、さらに、前記ターゲットは被処理ガスの流れに対して傾斜して配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、被処理ガスの流れに対して傾斜してターゲットを配置することにより、被処理ガスの流れを止め難くすることができる。

また、前記ターゲットは、前記流路の下流側に配置されて前記液状浄化剤を衝突させる液体衝突面と、前記流路の上流側に配置されて被処理ガスを衝突させる気体衝突面と、前記気体衝突面から前記液体衝突面に向けて被処理ガスを回り込ませるための攪拌部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、液状浄化剤を衝突させる液体衝突面が流路の下流側に配置され、被処理ガスを衝突させる気体衝突面が流路の上流側に配置され、攪拌部により気体衝突面から液体衝突面に向けて被処理ガスが回り込むことにより、液状浄化剤を効率良く気化させることができるとともに、被処理ガスに気化した液状浄化剤を効率良く混合することができる。

また、前記液体衝突面には、前記液状浄化剤と気流との接触面積を大きくする処理が施されたことを特徴とする。

上記構成によれば、液状浄化剤が液滴状に流れることを抑制する材質か液状浄化剤が液滴状に流れることを抑制する表面処理の少なくとも何れか一方の構成を備えた液体衝突面とすることができ、気化しないままの液状浄化剤が液滴となって下流側に流れる現象を防止することができる。

本発明のガス浄化装置は、液状浄化剤の気化を促進して、ダクトの内壁に衝突しようと液滴状の液状浄化剤を減少させることができる。

本発明の一実施形態に係るガス浄化装置を示し、（Ａ）は要部の断面図、（Ｂ）はノズルとターゲットとの関係を示す説明図、（Ｃ）は他のノズルの断面図である。本発明の一実施形態に係るガス浄化装置に適用されるターゲットの正面図である。本発明の一実施形態に係るガス浄化装置の変形例を示し、（Ａ）は変形例１の要部の断面図、変形例２の要部の説明図である。（Ａ）は従来の排気システムの説明図、（Ｂ）は要部の断面図である。

次に、本発明の一実施形態に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明のガス浄化装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態に係るガス浄化装置を示し、図１（Ａ）は要部の断面図、図１（Ｂ）はノズルとターゲットとの関係を示す説明図、図１（Ｃ）は他のノズルの断面図、図２は本発明の一実施形態に係るガス浄化装置に適用されるターゲットの正面図、図３は本発明の一実施形態に係るガス浄化装置の変形例を示し、図３（Ａ）は変形例１の要部の断面図、図３（Ｂ）は変形例２の要部の説明図である。

図１（Ａ）において、１１はダクト、１２はノズルである。ダクト１１には、図示を省略するが、その上流側にはガスタービン或いはエンジン等の内燃機関といった燃焼装置が接続され、その下流側には排気マフラー等の排気装置が接続されている。また、ノズル１２は、その先端がダクト１１の内部である流路１３に臨んでおり、図示を省略するが、燃焼装置から排出される排ガスを被処理ガスＧとして、その被処理ガスＧに含まれる所定の成分（排気ガスの成分によって異なる）を浄化する液体を供給する液状浄化剤供給装置が接続されている。

ノズル１２の先端からは、図１（Ｂ）に示すように、液状浄化剤１４が流路１３の外側から流路１３の中心方向に向けて吐出される。本実施の形態においては、ノズル１２は斜め上流側に向かって液状浄化剤１４を吐出する。その吐出方向に対向する流路１４には、ノズル１２から吐出された液状浄化剤１４が衝突するターゲット１５が配置されている。

ターゲット１５は、例えば、支持脚１６によりダクト１１に支持されている。また、ターゲット１５は、ノズル１２よりも上流側に配置されており、流路１３に対して傾斜している。したがって、ノズル１２は、例えば、その先端を上流側に向けることで液状浄化剤１４をターゲット１５に向けて吐出することができる。この際、ノズル１２の先端形状や噴射方向等は、特に限定されず、例えば、図１（Ｃ）に示すように、ノズル１２の先端から斜め向きに液状浄化剤１４を吐出しても良い。なお、これらのノズル１２の形状や吐出方向等は、流路１３を流れる被処理ガスＧの流速とターゲット１５の位置や距離、液状浄化剤１４の種類や粘度等を考慮して決定される。

一方、ターゲット１５には、例えば、その材質には、熱衝撃性に強く、線膨張係数が小さく、熱伝導率が大きい材質、例えば、窒化アルミニウムなどのファインセラミクスを用いた板状のものが配置されている。なおターゲット１５の材料、寸法は、液状浄化剤１４の種類や粘度、ターゲット１５の周辺での被処理ガスＧの温度等を考慮して、ターゲット１５に付着した液状浄化剤１４が気化するに十分な時間を確保することができるように選定される。また、その表面の濡れ性を向上させ、あるいは表面積を大きくして、気流との接触面積、接触時間を長くするため、適当な表面粗さとなるように表面処理を施すことが望ましい。

本実施の形態においては、ターゲット１５はダクト１１の上面側に配置されており、その下端が流路１３の中心方向で且つ下流側に向かうように傾斜されている。また、ターゲット１５は、流路１３の下流側が液状浄化剤１４を衝突させるための液体衝突面１５ａとなり、流路１３の上流側が被処理ガスＧを衝突させるための気体衝突面１５ｂとなっている。また、その下端縁が凹凸状に形成されることにより、気体衝突面１５ｂから液体衝突面１５ａに向けて被処理ガスＧを回り込ませるための攪拌部１５ｃとなっている。なお、液体衝突面１５ａは、例えば、その上側半分付近の適宜範囲が液状浄化剤衝突エリアＳとして機能して液状浄化剤１４の気化を促進するようになっている。この液状浄化剤衝突エリアＳは、ターゲット１５の材質、表面粗さ等や液状浄化剤１４粘度等の条件、あるいは、ダクト１１を流れるガスの温度、圧力、流速等の条件によって定められる。

上記の構成において、ダクト１１の流路１３には、燃焼装置から排出された高温の排ガスが被処理ガスＧとして流れる。一方、ノズル１２からは液状浄化剤供給装置から液状浄化剤１４が供給される。

この液状浄化剤１４は、ノズル１２の先端からターゲット１５に向けて吐出され、その下流側の液体衝突面１５ａに衝突する。

ターゲット１５の上流側の気体衝突面１５ｂには、流路１３を流れる被処理ガスＧの一部が衝突する。これにより、ターゲット１５は、その傾斜によって被処理ガスＧをダクト１１の外側（流路１３の外側）から流路１３の中心方向にガイドしつつ加熱される。

このようにして加熱された液体衝突面１５ａに衝突した液体浄化剤１４は、衝突による衝撃と液体衝突面１５ａの熱とによって気化されて被処理ガスＧに混合される。

ターゲット１５の下端に設けられた撹拌部１５ｃは、ターゲット１５の下端付近で、被処理ガスＧを気体衝突面１５ｂから液体衝突面１５ａに被処理ガスＧを回り込ませ、渦流を発生させる。

ターゲット１５に衝突した液状浄化剤１４が液滴状となって蒸発しないまま、その下端付近に掛かった場合には、撹拌部１５ｃで発生した被処理ガスＧの渦流によって先端から滴ることなく、ターゲット１５の傾斜に伴う上昇流と渦流とで流路１３の中心寄りにて被処理ガスＧに混入され、直接気化させることができる。

したがって、液状浄化剤１４の殆どはターゲット１５によって気化されて被処理ガスＧに混合され、例え、ターゲット１５の下端にまで液滴状に流れたとしても、流路１３の中心付近で被処理ガスＧによって直接気化されるので、液状浄化剤１４の液滴がダクト１１の内壁面に液滴状に衝突することが防止される。

ところで、上記実施の形態では、ダクト１１の上方にターゲット１５を配置した例を説明したが、例えば、図３（Ａ）に示すように、ダクト１１の下部にターゲット１５を併設し、あるいは、上部のターゲット１５に代えて下部にターゲット１５を設けるようにしても良い。

この際、ターゲット１５より上流側に設けられたノズル１２から流路１３中の被処理ガスＧへ吐出してターゲット１５に液状浄化剤１４を衝突させる。また、ターゲット１５を流路１３の下流側に向かって上向き傾斜させ、ターゲット１５に沿って上昇する気流を利用して、液状浄化剤１４をダクト１１内の主たる排気ガスの気流に混合することができる。すなわちターゲット１５に衝突した液状浄化剤１４は、ターゲット１５に衝突して飛散し、あるいは、ターゲット１５から受ける熱により蒸発するだけでなく、ターゲット１５の表面に沿って上昇することにより、気化するための十分な時間をかせぐことができる。

また、ターゲット１５に代えて、例えば、図３（Ｂ）に示すように、ノズル１２よりも流路１３の上流側において、被処理ガスＧの流れに非定常性の乱れを発生させる混合器１７をターゲットとし、その混合器１７に向けて、液状浄化剤１４を吐出しても良い。

混合器１７は、略円柱状（横断面円形）に形成されているため、非定常乱流を発生させることができ、この乱流によって、液状浄化剤１４の液滴を被処理ガスＧの流れに分散させて蒸発を促進することができ、ダクト１１の内壁面に衝突しようとする液滴を可及的に減少することができる。なお、混合器１７として角柱状（矩形断面）のものを採用した場合、非定常乱流は小さくなるものの、ダクト１１内で整流効果を発揮して、燃焼ガス化排出系の流路抵抗を減少させることができる。

このように、上記構成によれば、ノズル１２により流路１３の外側から流路１３の中心方向に向けて液状浄化剤１４が吐出され、ノズル１２の吐出方向に対向する位置に配置されたターゲット１５に液状浄化剤１４が衝突するので、ノズル１２から吐出された液状浄化剤１４は、ターゲット１５に衝突して液膜状となって表面積が大きくなり、容易に気化して被処理ガスＧに混合されるため、液滴となってダクト１１の内壁に衝突する量が減少する。

また、ノズル１２よりも前記流路１３の上流側に配置されたターゲット１５により被処理ガスＧを攪拌することができる。

また、被処理ガスＧの流れに対して傾斜してターゲット１５を配置することにより、被処理ガスＧの流れに対する流路抵抗を最小限にすることができる。

また、液状浄化剤１４を衝突させる液体衝突面１５ａがターゲット１５の下流側に設けられ、被処理ガスＧを衝突させる気体衝突面１５ｂがターゲット１５の他面に設けられ、被処理ガスＧの流れを気体衝突面１５ｂから液体衝突面１５ａに向けて回り込ませるための攪拌部１５ｃがターゲット１５に設けられることにより、被処理ガスＧを液体衝突面１５ａに回り込ませて液状浄化剤１４の気化を促進しつつ被処理ガスＧに液状浄化剤１４を効率良く混合させることができる。

１１…ダクト
１２…ノズル
１３…流路
１４…液状浄化剤
１５…ターゲット
１５ａ…液体衝突面
１５ｂ…気体衝突面
１５ｃ…撹拌部
１６…支持脚
１７…混合器（ターゲット）
Ｇ…被処理ガス
Ｓ…液状浄化剤衝突エリア

Claims

被処理ガスが流れる流路を形成するダクトと、
前記流路の外側から前記流路の中心方向に向けて液状浄化剤を吐出するノズルと、
前記液状浄化剤が衝突するように前記ノズルの吐出方向に対向して配置されたターゲットと、
を備えていることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１に記載のガス浄化装置において、
前記ターゲットは前記ノズルよりも前記流路の上流側に配置されて被処理ガスを攪拌する
ことを特徴とするガス浄化装置。
請求項１又は請求項２に記載のガス浄化装置において、
前記ターゲットは被処理ガスの流れに対して傾斜して配置されている
ことを特徴とするガス浄化装置。
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のガス浄化装置において、
前記ターゲットは、
前記流路の下流側に配置されて前記液状浄化剤を衝突させる液体衝突面と、
前記流路の上流側に配置されて被処理ガスを衝突させる気体衝突面と、
前記気体衝突面から前記液体衝突面に向けて被処理ガスを回り込ませるための攪拌部と、
を備えることを特徴とするガス浄化装置。
請求項４に記載のガス浄化装置において、
前記液体衝突面には、
前記液状浄化剤の気流との接触面積を大きくする処理が施された
ことを特徴とするガス浄化装置。