JP2014151267A

JP2014151267A - 二流体ノズルおよびこれを備えたノズル洗浄装置

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Publication number: JP2014151267A
Application number: JP2013022909A
Authority: JP
Inventors: Nobuyasu Sakata; 展康坂田; Naoyuki Kamiyama; 直行神山; Ryosuke Shigenaga; 亮介重永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】排気ガスが流通するダクト内で硫黄を含む排水を噴霧する排水供給ノズルに付着物が付着するのを防止して、排水供給ノズルから排水を安定して噴霧することができる二流体ノズルおよびこれを備えたノズル洗浄装置を提供することを目的とする。
【解決手段】処理液（排水４）が流通する処理液流路が内部に形成され、先端部に処理液吐出口２ａが開口し、処理液吐出口２ａから処理液を噴霧する第一ノズル２と、第一ノズル２の周囲を取り囲むように第一ノズル２と同軸に設けられ、第一ノズル２との間に気体が流通する気体流路を区画し、第一ノズル２の先端部よりも上流側において第一ノズル２との間に気体吐出口３ａを区画する第二ノズル３と、を備え、第二ノズル３は、第一ノズル２の先端部側の表面に向けて気体を噴射するように設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排煙処理システムに用いられて好適な二流体ノズルおよびこれを備えたノズル洗浄装置に関するものである。

火力発電設備の環境対策として排煙処理システム（例えば、脱硝装置や脱硫装置）が用いられることが知られている。火力発電に用いられる石炭焚きボイラでは、燃料中の硫黄が燃焼により硫黄酸化物となるため、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。この硫黄酸化物は大気汚染の原因となるので、石炭焚きボイラプラントの排煙処理システムには、硫黄酸化物を除去する為の脱硫装置が設けられている。

また、排気ガス中に存在する硫黄酸化物であるＳＯ_３をアンモニアと反応させることにより硫安として後流の排煙処理設備により除去するシステムが知られている。

石炭焚きボイラを出た排気ガスは、脱硝装置に供給され、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニア（ＮＨ_３）を用いた触媒の働きにより無害な窒素（Ｎ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）に分解されることが知られている。

これらの排煙処理システムには、排気ガス中に含まれる大気汚染の原因となる物質を除去するために、薬液を排気ガス中に注入する二流体ノズルが用いられている。

特許文献１には、燃焼排ガスを通す排ガス通路に尿素水噴射ノズルを設置しておき、尿素水噴射ノズルから燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射し、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するようにしている脱硝装置において、尿素水噴射ノズル内へは空気の供給も可能とした尿素水噴射ノズルが示されている。

これにより、原動機停止中であっても脱硝運転停止中には定期的に尿素水噴射ノズルへ空気を供給する制御を行い、尿素水噴射ノズルの冷却を行うことで、原動機の余熱によって尿素水噴射ノズルが加熱されて高温になることがなくなる。そのため、脱硝運転停止後に尿素水噴射ノズル内に尿素分が残留していても尿素水噴射ノズル内で尿素が析出することはなくなり、脱硝運転停止中に尿素水噴射ノズルに詰まりが発生するということを防止できることが示されている。

特開２０１１−９８３４３号公報

しかし、アンモニア水を排ガス中に噴霧する際、排ガス中に硫黄酸化物が含まれている場合、二流体ノズル付近のＳＯｘと反応し、酸性硫安アンモニウム（以下「酸性硫安」という。）等の付着物を生成し、ノズルの詰まりを引き起こすという問題があった。

一方、脱硫装置では、硫黄分を含んだ排水の処理問題を解決する一手段として、無排水化を行うことが検討されている。図４に示すように、脱硫装置の図示されない排気ダクトに設けられた排水供給ノズル１０は、硫黄を含んだ排水４を排気ダクト内に噴霧する。矢印６の方向に排気ガスが流され、排気ガス中に、排水４を排水供給ノズルにより噴霧し、硫黄を含んだ排水４は、排水供給ノズル１０から噴霧されて蒸発させられる。これにより、硫黄分を含んだ排水４が無排水化されるようになっている。
排水４中の硫黄分は、図示しないアンモニア水供給ノズルから供給したアンモニア水と、排水供給ノズル１０から供給して蒸発した排水４とを反応させることで、硫酸アンモニウム（以下「硫安」という。）として固体で回収される。

しかし、アンモニア水が排水供給ノズル１０の上流側から供給されるにも関わらず、排水供給ノズル１０の下流側で生成する硫安等の付着物が排水供給ノズル１０の先端１０ｃに付着する事象が発生している。これは、二流体ノズルである排水供給ノズル１０から噴出される排水４の噴流によって引き起こされるエントレインメントが原因であると考えられる。すなわち、排水４の噴流によるエントレインメントによって、アンモニア水と蒸発した排水４とが反応した硫安等の付着物が周囲の排ガスとともに矢印ａの方向に逆流し、排水供給ノズル３の上流側から排水供給ノズル１０の先端部１０ｃへと向かう流れ（矢印ｂ）が生じているものと考えられる。

図５に示すように、排水供給ノズル１０の先端１０ｃに付着物７が生じると、エントレインメントにより付着物７に噴霧された排水４が接触する。付着物７に排水４が付着することで、さらに付着物７が付着しやすい状態となり、付着物７が肥大するおそれがある。

また、二流体ノズルである排水供給ノズル１０から噴出される排水４が付着物７に接触することで液滴径が大きくなり、蒸発に時間を要し、ダクトの内壁や構造物に衝突し、そこで硫安および酸性硫安が生じる。このようなダクトの内壁や構造物における硫安および酸性硫安の生成はダクトの閉塞や構造物機能の喪失を伴うため問題となり、硫安除去のメンテナンスが必要になる。メンテナンスが頻繁になると、プラントの稼動時間が長くなり、信頼性の低下につながることから、解決策が望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、排気ガスが流通するダクト内で硫黄を含む排水を噴霧する排水供給ノズルに付着物が付着するのを防止して、排水供給ノズルから排水を安定して噴霧することができる二流体ノズルおよびこれを備えたノズル洗浄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に、本発明の二流体ノズルおよびこれを備えたノズル洗浄装置は以下の手段を採用する。
本発明の二流体ノズルは、処理液が流通する処理液流路が内部に形成され、先端部に処理液吐出口が開口し、該処理液吐出口から前記処理液を噴霧する第一ノズルと、前記第一ノズルの周囲を取り囲むように前記第一ノズルと同軸に設けられ、前記第一ノズルとの間に気体が流通する気体流路を区画し、前記第一ノズルの前記先端部よりも上流側において前記第一ノズルとの間に気体吐出口を区画する第二ノズルと、を備え、前記第二ノズルは、前記第一ノズルの前記先端部側の表面に向けて前記気体を噴射するように設けられていることを特徴とする。

第一ノズルの内部には、脱流設備で発生した硫黄を含んだ排水が流通する処理液流路が設けられている。第一ノズルの先端部には処理液吐出口が設けられ、処理液吐出口から第一ノズル内を流れる排水が排気ガス中に噴霧される。また、第一ノズルの先端部よりも上流側において気体吐出口を区画する第二ノズルが設けられている。この第二ノズルから第一ノズルの先端部側の表面に向けて気体が噴射される。これにより、第一ノズルの先端部側に付着した付着物を除去することができる。また、第二ノズルから噴射される空気は、第一ノズルの先端部側に付着した付着物を吹き飛ばす程度に所定圧力よりも高い圧力で噴き出される。これにより、第一ノズルの先端部側に付着した付着物が堆積して大きくなる前に除去することができる。

さらに、本発明にかかる二流体ノズルでは、前記第一ノズルと前記第二ノズルとが区画される箇所よりも上流側には、前記第一ノズルと前記第二ノズルへと供給される気体の流路を切り替える切替装置が設けられていることを特徴とする。

定期的に第一ノズルから噴霧される処理液を停止し、第一ノズルに用いられる所定圧力よりも高い圧力で噴き出す空気（圧縮空気）は、切替装置により第二ノズルに切り替えられる。第一ノズルの処理液吐出口よりも手前の基端部側に設けられた第二ノズルの気体吐出口から圧縮空気を噴出することができる。これにより、第一ノズルで用いられる圧縮空気を第二ノズルと共用とすることができるので、新たに空気系統を設ける必要がない。したがって、設備コストを削減することができる。

さらに、本発明にかかるノズル洗浄装置では、処理液と気体が流通する流路が内部に形成され、先端部に吐出口が開口し、該吐出口から前記処理液を噴霧するノズルと、前記流路の上流側には、前記流路へと供給される前記処理液と前記気体を切り替える切替装置と、を備え、前記ノズルは、対向する他のノズルに向かうように回動可能とされ、前記気体を噴射することを特徴とする。

排気ガスが流通する処理液を噴霧するノズルが設けられている。ノズルは、対向するノズルに向かう位置まで回動可能とされている。また、対向するノズルに向けて気体が噴出され、対向するノズルに付着した付着物を除去することができる。ノズルを用いて対抗するノズルの付着物を除去することができるので、ノズル自体の改造および付加的なノズルを設ける必要がなくコストを削減することができる。

さらに、本発明にかかるノズル洗浄装置では、処理液と気体が流通する流路が内部に形成され、先端部に吐出口が開口し、該吐出口から前記処理液を噴霧するノズルと、前記流路の上流側には、前記流路へと供給される前記処理液と前記気体を切り替える切替装置と、前記切替装置から分岐されて気体を供給する気体分岐配管と、前記気体分岐配管から供給される前記気体を前記ノズルへ向けて噴出する気体噴出ノズルと、を備えていることを特徴とする。

切替装置によりノズル内の流路を流れる気体が、切替装置から分岐する気体分岐配管へと供給される。また、気体分岐配管の端部には気体噴出ノズルが設けられている。気体噴出ノズルは、ノズルの吐出口の上部に配置される。気体噴出ノズルから気体が噴出されてノズルに付着した付着物を除去することができる。また、ノズル自体に改造を行う必要がないため、ノズルの性能を変化させることがなく安定して排ガス中に処理液を噴霧することができる。

本発明によれば、第一ノズルの先端部よりも上流側において気体吐出口を区画する第二ノズルが設けられている。この第二ノズルから第一ノズルの先端部側の表面に向けて気体が噴射される。これにより、第一ノズルの先端部側に付着した付着物を除去することができる。また、第二ノズルから噴射される空気は、第一ノズルの先端部側に付着した付着物を吹き飛ばす程度に所定圧力よりも高い圧力で噴き出される。これにより、第一ノズルの先端部側に付着した付着物が堆積して大きくなる前に除去することができる。

本発明の第１実施形態にかかる二流体ノズルの側面図である。本発明の第２実施形態にかかるノズル洗浄装置を示し、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）はその正面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。本発明の第３実施形態にノズル洗浄装置の概略構成を示した側面図である。本発明にかかる二流体ノズルの参考例を示した側面図である。本発明にかかる二流体ノズルの参考例を示した側面図である。

以下に、本発明に係る二流体ノズルの第１実施形態について、図１を参照して説明する。
［第１実施形態］
二流体ノズル（図示せず）は、例えば、半乾式法などの脱硫方法を用いた脱硫排水乾燥装置に適用される。また、図４を用いて説明したように脱硫排水の無排水化を実現するＷＥＳ（ＷａｓｔｅＥｌｉｍｉｎａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）や、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(ＮＯｘ)を浄化するための尿素ＳＣＲ(ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ)システムに用いられる。

二流体ノズルが適用される脱硫装置は、例えば、ボイラ（図示せず）からの排気ガス中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯ_３）を処理するために設けられている。図１に示されるように、脱硫装置には、ボイラからの矢印６の方向に排気ガスが流通するダクト（図示せず）と、ダクト内に流通する排気ガス中にアンモニア水を噴霧する複数のアンモニア水供給ノズル（図示せず）と、排水４を噴霧する二流体ノズルとされた排水供給ノズル１が設けられている。

排水供給ノズル１は、排気ガスが流通するダクトに設けられた支持棒（図示せず）によって支持されている。また、排水供給ノズル１は、ダクト内の排水４の供給位置で湾曲させて設けられている。排水４の供給位置で湾曲された排水供給ノズル１は、排気ガスの流れ方向（矢印６）に沿って排水４を排気ガス中に供給するように設けられている。

二流体ノズルとされた排水供給ノズル１の第一ノズル２の内部には、脱硫設備で発生した硫黄を含んだ排水４が流通する処理液流路（図示せず）が設けられている。また、第一ノズル２の先端部には処理液吐出口２ａが設けられている。第一ノズル２の先端部よりも上流側において気体吐出口３ａを区画する第二ノズル３が設けられている。

第一ノズル２の周囲を取り囲むように第一ノズル２と同軸に第二ノズル３が設けられている。また、排水４が流通する第一ノズル２と第二ノズル３との間には、矢印５の方向に第一ノズル２に用いられる所定圧力よりも高い圧力で噴き出す気体（例えば圧縮空気）が流通される。また、圧縮空気は、所定速度よりも速い速度とされる。

第二ノズル３は、第一ノズル２の先端部側の表面に向けて圧縮空気を噴射するように設けられている。また、二流体ノズルとされる排水供給ノズル１は、第一ノズル２と第二ノズル３とが区画される箇所（図示せず）よりも上流側には、第一ノズル２と第二ノズル３へと供給される圧縮空気の流路を切り替える切替装置が設けられている。

次に、上記構成の動作について説明する。
排水供給ノズル１からの排気ガス中への排水４注入時において、排水貯留部（図示せず）から排気ガスが流通するダクト１内に設けられた排水供給ノズル１に排水４が導かれる。

排水供給ノズル１に導かれた排水４は、排水供給ノズル１の第一ノズル２内を通過して処理液吐出口２ａから排気ガス中に噴出される。排水４は矢印６の方向に、即ち排ガス流れ方向と同方向に噴霧される。排水４が排気ガス中に噴霧されることで、排水４が排気ガスの熱により蒸発させている。

排水供給ノズル１の第一ノズル２と第二ノズル３とが区画される箇所よりも上流側には、第一ノズル２と第二ノズル３へと供給される気体の流路を切り替える切替装置が設けられている。また、排水４をダクト内に供給する際には、第一ノズル２の内部に排水４を噴出させる所定圧力よりも高い圧力で噴き出す空気（圧縮空気）を供給して、排水４とともに排水供給ノズル１の処理液吐出口２ａから噴出させている。

また、排水４をダクト内に供給しない場合であって、第一ノズル２の処理液吐出口２ａに付着物７が付着しているときは、圧縮空気は切替装置により第二ノズル３内を流通するように切り替えられる。第二ノズル３内を流通するように切り替えられた圧縮空気は、第一ノズル２の処理液吐出口２ａよりも手前の基端部側に設けられた第二ノズル３の気体吐出口３ａから噴出される。

第一ノズル２の処理液吐出口２ａに付着物７が生じるため、定期的に第一ノズル２から噴霧される排水４を停止し、第一ノズル２に用いられる圧縮空気は、切替装置により第二ノズル３に切り替えられる。また圧縮空気は、矢印５ａのように第二ノズル３から第一ノズル２の先端部側（処理液吐出口２ａ側）の表面に向けて気体が噴出される。また、圧縮空気の噴出は、常時ではなく定期的に行われる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
第二ノズル３から第一ノズル２の処理液吐出口２ａ側の表面に向けて気体が噴射される。これにより、第一ノズル２の処理液吐出口２ａに付着した付着物７を除去することができる。また、第二ノズル３から噴射される空気は、第一ノズル２の処理液吐出口２ａ側に付着した付着物７を吹き飛ばす程度に所定圧力よりも高い圧力で噴き出される。これにより、第一ノズル２の処理液吐出口２ａに付着した付着物７が堆積して大きくなる前に除去することができる。

定期的に第一ノズル２から噴霧される排水４を停止し、第一ノズル２に用いられる所定圧力よりも高い圧力で噴き出す空気（圧縮空気）は、切替装置により第二ノズル３内を流れるように切り替えられる。これにより、第一ノズル２の処理液吐出口２ａよりも手前の基端部側に設けられた第二ノズル３の気体吐出口３ａから圧縮空気を噴出することができる。第一ノズル２で用いられる圧縮空気を第二ノズル３と共用とすることができるので、新たに空気系統を設ける必要がない。したがって、設備コストを削減することができる。

さらに、圧縮空気を定期的に第一ノズル２の先端側（処理液吐出口２ａ側）に噴出することとしたので、常時圧縮空気を使用する場合に比べて使用量を減らすことができる。これにより、コストを削減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した排水供給ノズル１に換えて、ノズル１０がダクト内に偶数本設けられ、対向する他のノズル１０に向かうように回動可能になっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。図２（ｃ）に示すように、排水４と気体（図２（ａ）参照）４０が流通する流路が内部に形成され、先端部に吐出口１０ｃが開口し、吐出口１０ｃから排水４を噴霧するノズル１０と、流路の上流側には、流路へと供給される排水４と気体４０を切り替える切替装置（図示せず）が設けられている。また、所定の間隔を設けてノズル１０がダクト内に対向配置される。

ノズル１０は、図示しない回動部が設けられている。この回動部により、ノズル１０は、対向する他のノズルに向かうように回動可能とされる。また、ダクトに排水４を供給する通常運転時は、図２（ｂ）に示すように、ノズル１０ａと１０ｂの吐出口１０ｃが対向しない位置で用いられる。

図２（ｃ）で示すように、ダクトに排水４を供給する通常運転時は、ノズル１０ａとノズル１０ｂの位置とされる。クリーニングを実施するときは、切替装置（図示せず）によりノズル１０内を流れる排水４の供給を停止する。排水４の供給を停止した状態で回動部によってノズル１０の吐出口１０ｃが対向するノズル１０の位置まで回動される。回動部によりノズル１０は、ノズル１０ｄとノズル１０ｅの位置まで回動可能とされ、吐出口１０ｃの中心軸線が同心となるように対向配置される。

図２（ａ）で示すように、回動部によって対向配置されたノズル１０ｄとノズル１０ｅは、切替装置（図示せず）によりノズル１０内に圧縮空気４０が供給され、交互に対向するノズル１０に向けて圧縮空気４０が噴出される。

本実施形態によれば、対向するノズル１０に向けて圧縮空気４０が噴出され、対向するノズル１０に付着した付着物７を除去することができる。ノズル１０を用いて対抗するノズル１０の付着物７を除去することができるので、ノズル１０自体の改造および付加的なノズルを設ける必要がなくコストを削減することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した排水供給ノズル１に換えて、第２実施形態に示したノズル１０が用いられ、ノズル１０に向けて噴出する気体噴出ノズルを設けた構成なっている。したがって、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図３に示されているように、排水４を噴霧するノズル１０が設けられている。ノズル１０内に設けられる流路の上流側には、流路へと供給される排水４と圧縮空気を切り替える切替装置１５が設けられている。切替装置１５は、排水４をノズル１０へと供給する排水配管１１と気体分岐配管１２により構成される。また、気体分岐配管１２から供給される圧縮空気４０をノズル１０へ向けて噴出する圧縮空気噴出ノズル１３が設けられている。圧縮空気噴出ノズル１３には、例えば超音速ノズルが用いられる。

排水配管１１には、排水４と圧縮空気４０を切り替える切替弁１１ａと１１ｂが設けられている。また、気体分岐配管１２には、圧縮空気４０が圧縮空気噴出ノズル１３に供給される流量を調整する流量調整弁１２ａが設けられている。

通常運転時は、排水配管１１に設けられた切替弁１１ａと１１ｂが開状態で用いられ、気体分岐配管１２に設けられた流量調整弁１２ａは排水が流入しないように全閉状態で用いられる。クリーニング時は、排水配管１１に設けられた切替弁１１ａと１１ｂを全閉の状態で用いられ、気体分岐配管１２に設けられた流量調整弁１２ａは、ノズル１０のクリーニングに必要とされる圧縮空気４０を流通させることができる弁開度とされる。これにより、ノズル１０のクリーニングが必要な時だけ圧縮空気４０を圧縮空気噴出ノズル１３に供給される。

本実施形態によれば、圧縮空気噴出ノズル１３は、ノズル１０の吐出口１０ｃの上部に配置される。圧縮空気噴出ノズル１３から圧縮空気４０が噴出されてノズル１０に付着した付着物（図示せず）を除去することができる。また、ノズル１０自体に改造を行う必要がないため、ノズル１０の性能を変化させることがなく安定して排ガス中に排水４を噴霧することができる。また、ノズル１０のクリーニングが必要な時だけ圧縮空気４０を噴出させるため、圧縮空気４０の消費量を抑えることができる。これにより、クリーニングにかかるコストを軽減することができる。

本実施形態によれば、圧縮空気噴出ノズル１３は、ノズル１０の吐出口１０ｃの上部に配置されることとしたが、吐出口１０ｃの下部に設けてもよい。また、圧縮空気噴出ノズル１３の首を振る構成として、首を振ることで複数のノズル１０に向けて圧縮空気４０を噴出するようにしてもよい。

１排水供給ノズル
２第一ノズル
２ａ処理液吐出口
３第二ノズル
３ａ気体吐出口
４排水
７付着物
１０ノズル
１０ｃ吐出口

Claims

処理液が流通する処理液流路が内部に形成され、先端部に処理液吐出口が開口し、該処理液吐出口から前記処理液を噴霧する第一ノズルと、
前記第一ノズルの周囲を取り囲むように前記第一ノズルと同軸に設けられ、前記第一ノズルとの間に気体が流通する気体流路を区画し、前記第一ノズルの前記先端部よりも上流側において前記第一ノズルとの間に気体吐出口を区画する第二ノズルと、を備え、
前記第二ノズルは、前記第一ノズルの前記先端部側の表面に向けて前記気体を噴射するように設けられていることを特徴とする二流体ノズル。
前記第一ノズルと前記第二ノズルとが区画される箇所よりも上流側には、前記第一ノズルと前記第二ノズルへと供給される気体の流路を切り替える切替装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二流体ノズル。
処理液と気体が流通する流路が内部に形成され、先端部に吐出口が開口し、該吐出口から前記処理液を噴霧するノズルと、
前記流路の上流側には、前記流路へと供給される前記処理液と前記気体を切り替える切替装置と、を備え、
前記ノズルは、対向する他のノズルに向かうように回動可能とされ、前記気体を噴射することを特徴とするノズル洗浄装置。
処理液と気体が流通する流路が内部に形成され、先端部に吐出口が開口し、該吐出口から前記処理液を噴霧するノズルと、
前記流路の上流側には、前記流路へと供給される前記処理液と前記気体を切り替える切替装置と、
前記切替装置から分岐されて気体を供給する気体分岐配管と、
前記気体分岐配管から供給される前記気体を前記ノズルへ向けて噴出する気体噴出ノズルと、を備えていることを特徴とするノズル洗浄装置。