JP2015100759A - 脱硝剤注入装置及び脱硝ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で脱硝剤を効率よく拡散でき、脱硝剤と排ガスとを混合させることができる脱硝剤注入装置及び脱硝ユニットを提供すること。
【解決手段】排ガスが流れる排気管に脱硝剤を注入する脱硝剤注入装置であって、脱硝剤を供給する脱硝剤供給源と、排気管に挿入され、かつ、排気管に挿入されている部分に注入ノズルが形成され、脱硝剤供給源から供給される脱硝剤を注入ノズルから排気管内に注入する脱硝剤注入管と、脱硝剤注入管に固定され、脱硝剤の拡散を促進する拡散促進機構と、を有し、拡散促進機構は、脱硝剤注入管の延在方向から見た場合、脱硝剤注入管の外周のうち、少なくとも排ガスの流れ方向上流側の全域に配置され、かつ、延在方向に直交する方向に対して傾斜している板状部材である。
【選択図】図３

Description

本発明は、排ガスに含まれる窒素酸化物を分解する脱硝剤を注入する脱硝剤注入装置及びこれを有する脱硝ユニットに関する。

例えば火力発電所等の燃焼装置である石炭焚ボイラや、自動車、船舶の燃焼装置であるエンジン等、ごみ焼却炉の燃焼装置である焼却炉から排出される排ガスには、窒素酸化物が含まれる場合がある。このような場合、排ガスが流れる排気管に窒素酸化物を分解する脱硝剤を注入し、脱硝剤により窒素酸化物を分解するシステムがある。また、窒素酸化物と脱硝剤とを効率よく反応させるために排気管に脱硝触媒を配置することもある。

ここで、排気管内に脱硝剤を注入する脱硝剤注入装置は、例えば、特許文献１に示すように、排気管に挿入され、排気管内に脱硝剤を注入するための注入ノズルが形成された脱硝剤注入管を有する。脱硝剤注入装置は、脱硝剤注入管に供給された脱硝剤を注入ノズルから噴射することで、排気管の中に脱硝剤を注入する。また、特許文献１には、排気管に供給した脱硝剤を拡散させる機構として、脱硝剤注入管の注入ノズルが形成されていない部分を、排ガスの流れ方向下流側に配置し、脱硝剤注入管の側面にフィンを設ける構造が記載されている。また、特許文献２には、脱硝剤注入管の注入ノズルが形成されている領域の注入ノズルよりも上流側にフィンを設ける構造が記載されている。

特開昭６０−１２１２０号公報 実開平７−９４２８号公報

特許文献１や特許文献２に記載の装置は、脱硝剤を排気管に注入する注入ノズルの前後にフィンや空気を撹拌する機構を設けることで、還元剤と排ガスの混合を促進することができる。しかしながら、特許文献１に記載の装置のように、脱硝剤注入管の下流側に混合を促進させる機構を設けられない場合がある。また、特許文献２に記載の装置は、脱硝剤注入管に撹拌する機構を取り付ける際に手間がかかる。

本発明は、前記問題に鑑み、簡単な構成で脱硝剤を効率よく拡散でき、脱硝剤と排ガスとを混合させることができる脱硝剤注入装置及び脱硝ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の脱硝剤注入装置は、排ガスが流れる排気管に脱硝剤を注入する脱硝剤注入装置であって、前記脱硝剤を供給する脱硝剤供給源と、前記排気管に挿入され、かつ、前記排気管に挿入されている部分に注入ノズルが形成され、前記脱硝剤供給源から供給される脱硝剤を前記注入ノズルから前記排気管内に注入する脱硝剤注入管と、前記脱硝剤注入管に固定され、前記脱硝剤の拡散を促進する拡散促進機構と、を有し、前記拡散促進機構は、前記脱硝剤注入管の延在方向から見た場合、前記脱硝剤注入管の外周のうち、少なくとも前記排ガスの流れ方向上流側の全域に配置され、かつ、前記延在方向に直交する方向に対して傾斜している板状部材であることを特徴とする。

ここで、前記拡散促進機構は、前記板状部材が、前記延在方向を軸としたらせん形状で、前記脱硝剤注入管の周囲に複数周回分巻きつけられていることが好ましい。

また、前記拡散促進機構は、前記板状部材が前記延在方向に複数配置されていることも好ましい。

前記板状部材は、前記脱硝剤注入管の全周に配置されたリング形状であることが好ましい。

また、前記拡散促進機構は、複数の前記板状部材が、前記延在方向に直交する方向に対し同じ向きに傾斜していることが好ましい。

また、前記脱硝剤注入管は、前記注入ノズルが、前記延在方向に列状に配置され、前記拡散促進機構は、前記延在方向において、前記注入ノズルの形成間隔と同じ周期で配置されていることが好ましい。

上述した課題を解決するための本発明の脱硝ユニットは、上記のいずれかに記載の脱硝剤注入装置と、前記排ガスの流れ方向において、前記脱硝剤注入装置よりも下流側の前記排気管に配置された脱硝触媒と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で脱硝剤を効率よく拡散でき、脱硝剤と排ガスとを混合させることができる。

図１は、脱硝ユニットを有する燃焼システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、脱硝剤注入装置を図１のＡ−Ａ線方向から見た模式図である。 図３は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す斜視図である。 図４は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す模式図である。 図５は、脱硝剤注入管ユニットを図４のＢ−Ｂ線方向から見た模式図である。 図６は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す斜視図である。 図７は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す模式図である。 図８は、脱硝剤注入管ユニットを図７のＣ−Ｃ線方向から見た模式図である。 図９は、脱硝剤注入管ユニットの他の一例を示す模式図である。 図１０は、脱硝剤注入管ユニットの他の一例を示す模式図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、脱硝ユニットを有する燃焼システムの概略構成を示す模式図である。図２は、脱硝剤注入装置を図１のＡ−Ａ線方向から見た模式図である。図１に示す燃焼システム１０、燃焼装置１２と排気管１４と脱硝ユニット１６とを有する。なお、燃焼システム１０は、火力発電プラント、自動車、船舶などの原動機等の燃料を燃焼させる各種システム、ごみ焼却炉のような、可燃物を燃焼させるシステム等、窒素酸化物を含む排ガスを排出する種々のシステムが対象となる。また、燃焼システム１０は、燃焼装置１２と排気管１４と脱硝ユニット１６以外に排ガスを処理する機構や、排ガスから熱を回収する機構等を備えていてもよい。

燃焼装置１２は、燃焼器、エンジン、ボイラ、焼却炉等、排ガスを排出する種々の装置である。排気管１４は、燃焼装置１２から排出される排ガスを案内する管路である。なお、本実施形態では、図２に示すように排気管１４を断面が矩形となる形状としたが、これに限定されず、円形でも多角形でも直線と曲線を組み合わせた形状でもよい。また、排気管１４は、延在方向（排ガスＧが流れる方向）が直線となる形状に限定されず、折れ曲がっている、例えばＬ字管、Ｕ字管となっていてもよい。

脱硝ユニット１６は、図１及び図２に示すように、脱硝剤注入装置２０と、脱硝触媒２２とを有する。脱硝剤注入装置２０は、排ガスＧが流れる排気管１４に脱硝剤を注入する。ここで脱硝剤としては、アンモニアや尿素等を用いることができる。また脱硝剤は、アンモニアを気体で供給してもよいし、アンモニア水、尿素水等の液体で供給してもよい。脱硝剤注入装置２０は、脱硝剤供給源２４と複数の脱硝剤注入管ユニット２６とを有する。脱硝剤供給源２４は、脱硝剤を貯留し、貯留した脱硝剤を脱硝剤注入管ユニット２６に供給する。脱硝剤注入管ユニット２６は、脱硝剤供給源２４に接続され、排気管１４に挿入されている。本実施形態の脱硝ユニット１６は、複数の脱硝剤注入管ユニット２６が、排気ガスＧの流れ方向に直交する面で並んで配置されている。脱硝剤注入管ユニット２６は、脱硝剤供給源２４から供給された脱硝剤を排気管１４内に注入する。脱硝剤注入管ユニット２６の構造については後述する。

脱硝触媒２２は、排ガスＧの流れ方向において、脱硝剤注入装置２０よりも下流側の排気管１４の中に配置されている。脱硝触媒２２は、脱硝剤注入装置２０が配置されている位置を通過した排ガスＧが通過する位置に配置されている。脱硝触媒２２は、脱硝剤と排ガスＧ中の窒素酸化物成分との反応を促進する材料である。

脱硝ユニット１６は、排気管１４を流れる排ガスＧに脱硝剤注入装置２０で脱硝剤を注入した後、脱硝触媒２２を通過させる。脱硝剤が注入された排ガスＧは、脱硝触媒２２の通過時に脱硝剤と窒素酸化物との反応が促進され窒素酸化物が分解される。これにより、脱硝ユニット１６は、通過した排ガスＧの窒素酸化物濃度を低減することができる。

次に、図３から図５を用いて、脱硝剤注入管ユニット２６について説明する。図３は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す斜視図である。図４は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す模式図である。図５は、脱硝剤注入管ユニットを図４のＢ−Ｂ線方向から見た模式図である。

脱硝剤注入管ユニット２６は、脱硝剤注入管３０と、拡散促進機構３３と、を有する。脱硝剤注入管３０は、内部に脱硝剤が通過する流路が形成された管であり、一方の端部が脱硝剤供給源２４に接続され、他方の端部が閉塞されている。脱硝剤注入管３０は、閉塞されている他方の端部側の所定の範囲が排気管１４の排ガスＧが流れる領域（内部）に配置されている。脱硝剤注入管３０は、排気管１４の内部に配置されている部分に複数の注入ノズル３２が形成されている。

脱硝剤注入管３０は、図３及び図４に示すように、注入ノズル３２が、延在方向（脱硝剤が流れる方向）に列状に形成されている。また、注入ノズル３２は、図３から図５に示すように、脱硝剤注入管３０の壁面の排ガスＧの流れ方向の下流側の端に形成されている。注入ノズル３２は、脱硝剤注入管３０の壁面に形成された貫通穴であり、脱硝剤注入管３０の内部と排気管１４とをつなげ、脱硝剤注入管３０の内部を流れる脱硝剤を排気管１４内に注入する。

拡散促進機構３３は、注入ノズル３２から排気管１４に注入された還元剤の排気管１４内での拡散を促進させる機構である。拡散促進機構３３は、脱硝剤注入管３０に固定された板状部材３４を有する。板状部材３４は、脱硝剤注入管３０の延在方向を軸とした、らせん形状で、脱硝剤注入管３０の周囲に複数周回分巻きつけられている。板状部材３４は、らせん形状で巻きつけられることで、排ガスＧの流れ方向及び脱硝剤注入管３０の延在方向の両方に直交する方向の両端における板状部材３４の傾き方向を逆にすることができる。板状部材３４は、脱硝剤注入管３０と対面している面の少なくとも一部が脱硝剤注入管３０に固定されている。また、板状部材３４は、らせん形状の一周分の脱硝剤注入管３０の延在方向の距離が、注入ノズル３２の配置間隔と同じ距離となる。したがって、脱硝剤注入管３０の壁面の排ガスＧの流れ方向の下流側の端の部分は、脱硝剤注入管３０の延在方向において、板状部材３４と注入ノズル３２とが交互に配置される。

脱硝剤注入管ユニット２６は、らせん形状の板状部材３４を有する拡散促進機構３３を設けることで、脱硝剤注入管ユニット２６に到達した排ガスＧの流れを、矢印３５で示す延在方向の下側（一方側）に傾斜した流れと、矢印３６で示す延在方向の上側（他方側）に傾斜した流れとに分岐することができる。この矢印３５の流れと矢印３６の流れは、排ガスＧの流れ方向下流側、つまり注入ノズル３２の近傍でぶつかり、矢印３８で示すような排ガスＧの流れ方向を軸としたらせん状の流れを形成する。

脱硝剤注入管ユニット２６は、拡散促進機構３３により、注入ノズル３２の近傍に矢印３８で示すような乱れた流れを形成できることで、注入ノズル３２から注入された脱硝剤を効率よく排気管１４内で拡散させることができ、脱硝剤と排ガスＧとを効率よく混合させることができる。

脱硝剤注入装置２０及び脱硝ユニット１６は、脱硝剤注入管３０に設けた拡散促進機構３３で脱硝剤を効率よく拡散できることで、脱硝剤注入装置２０で脱硝剤の注入と拡散を行うことができる。これにより、装置構成を簡単にすることができ、混合器を設置できない構成であっても脱硝剤を効率よく拡散することができる。また、拡散促進機構３３をらせん形状の板状部材３４とすることで、脱硝剤注入管３０に簡単に固定することができる。つまり、拡散促進機構３３を脱硝剤注入管３０に固定するために溶接、接着等を施工する箇所を少なくすることができる。また、固定している部分が一部外れても他の部分で保持することができるため、拡散促進機構３３が排気管１４内に脱落する恐れを低減することができる。

また、脱硝剤注入管ユニット２６は、本実施形態のように、拡散促進機構３３が延在方向において、注入ノズル３２の形成間隔と同じ周期で配置されていることが好ましい。これにより、各注入ノズル３２の周りに形成される排ガスＧの流れを同様の流れとすることができ、脱硝剤を均一に拡散させることができる。なお、拡散促進機構３３は、注入ノズル３２の形成間隔と異なる周期で配置してもよい。つまり、板状部材３４が１周分する間に２つの注入ノズル３２が配置された構成としてもよいし、周期がずれていて位置によって注入ノズル３２と板状部材３４との関係がずれていてもよい。

ここで、図３から図５では、拡散促進機構３３をらせん形状の板状部材としたがこれに限定されない。板状部材は、脱硝剤注入管の延在方向から見た場合、脱硝剤注入管の外周のうち、少なくとも排ガスの流れ方向上流側の全域に配置され、かつ、延在方向に直交する方向に対して傾斜している板状部材であればよい。

図６は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す斜視図である。図７は、脱硝剤注入装置の脱硝剤注入管ユニットの一部の概略構成を示す模式図である。図８は、脱硝剤注入管ユニットを図７のＣ−Ｃ線方向から見た模式図である。

図６から図８に示す脱硝剤注入管ユニット２６ａは、拡散促進機構３３ａ以外、脱硝剤注入管ユニット２６と同様の構成である。以下、拡散促進機構３３ａについて説明する。拡散促進機構３３ａは、複数の板状部材４０を有する。拡散促進機構３３ａは、板状部材４０が脱硝剤注入管３０の延在方向に複数配置されている。板状部材４０は、脱硝剤注入管３０の周囲の全周を囲うリング形状の板である。また、板状部材４０は、延在方向に直交する方向に対し同じ向きに傾斜している。さらに、板状部材４０は、延在方向において、注入ノズル３２と同じピッチで配置されている。

拡散促進機構３３ａは、板状部材４０を設けることで、脱硝剤注入管３０の周囲に板状部材４０に沿った矢印４２の流れを形成することができる。また板状部材４０の外周の端部に矢印４３、４４で示す板状部材４０の面から反対側に向かう流れを形成することができる。これにより、脱硝剤注入管３０の排ガスの流れ方向下流側に矢印４６で示す、排ガスの流れ方向を軸としたらせん状の流れを形成することができ、注入ノズル３２から注入された脱硝剤を効率よく拡散することができる。

また、拡散促進機構３３ａは、複数の板状部材４０を、脱硝剤注入管３０の全周を囲うリング形状とし、延在方向に直交する方向に対して傾いた形状とすることで、脱硝剤注入管３０から外れにくい構造とすることができる。また１枚の板状部材４０が脱硝剤注入管３０から外れた場合でも下方側にある板状部材４０で支持することができ、脱硝剤注入管３０から脱落することを抑制することができる。

図９は、脱硝剤注入管管ユニットの他の一例を示す模式図である。上記実施形態では、脱硝剤注入管３０の全周に板状部材が配置される形状としたがこれに限定されない。図９に示す脱硝剤注入管ユニット２６ｂの拡散促進機構３３ｂは、板状部材５０を、脱硝剤注入管３０の外周のうち、排ガスの流れ方向上流側の全域、つまり脱硝剤注入管３０の外周のうち排ガスの流れ方向上流側となる半分の領域が脱硝剤注入管３０と接し、排ガスの流れ方向の下流側の部分が流れ方向に沿った直線形状となるＵ字形状である。このように、排ガスの流れ方向の下流側には、板状部材５０を設けない構成としても上記と同様の効果を得ることができる。

図１０は、脱硝剤注入管ユニットの他の一例を示す模式図である。図１０に示す脱硝剤注入管ユニット２６ｃの拡散促進機構３３ｃのように、板状部材４０に対して延在方向に直交する方向に対して傾斜している向きが異なる板状部材５２を設けた構成としてもよい。なお、板状部材の延在方向に直交する方向に対して傾斜している向きを同じ向きとすることで、排ガスを流れやすくすることができ、拡散促進機構による圧力損失を小さくすることができる。

１０ 燃焼システム
１２ 燃焼装置
１４ 排気管
１６ 脱硝ユニット
２０ 脱硝剤注入装置
２２ 脱硝触媒
２４ 脱硝剤供給源
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 脱硝剤注入管ユニット
３０ 脱硝剤注入管
３２ 注入ノズル
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 拡散促進機構
３４、４０、５０、５２ 板状部材
３５、３６、３８、４２、４３、４４ 矢印
Ｇ 排ガス

Claims (7)

1. 排ガスが流れる排気管に脱硝剤を注入する脱硝剤注入装置であって、
   前記脱硝剤を供給する脱硝剤供給源と、
   前記排気管に挿入され、かつ、前記排気管に挿入されている部分に注入ノズルが形成され、前記脱硝剤供給源から供給される脱硝剤を前記注入ノズルから前記排気管内に注入する脱硝剤注入管と、
   前記脱硝剤注入管に固定され、前記脱硝剤の拡散を促進する拡散促進機構と、を有し、
   前記拡散促進機構は、前記脱硝剤注入管の延在方向から見た場合、前記脱硝剤注入管の外周のうち、少なくとも前記排ガスの流れ方向上流側の全域に配置され、かつ、前記延在方向に直交する方向に対して傾斜している板状部材であることを特徴とする脱硝剤注入装置。
2. 前記拡散促進機構は、前記板状部材が、前記延在方向を軸としたらせん形状で、前記脱硝剤注入管の周囲に複数周回分巻きつけられていることを特徴とする請求項１に記載の脱硝剤注入装置。
3. 前記拡散促進機構は、前記板状部材が前記延在方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の脱硝剤注入装置。
4. 前記板状部材は、前記脱硝剤注入管の全周に配置されたリング形状であることを特徴とする請求項３に記載の脱硝剤注入装置。
5. 前記拡散促進機構は、複数の前記板状部材が、前記延在方向に直交する方向に対し同じ向きに傾斜していることを特徴とする請求項３または４に記載の脱硝剤注入装置。
6. 前記脱硝剤注入管は、前記注入ノズルが、前記延在方向に列状に配置され、
   前記拡散促進機構は、前記延在方向において、前記注入ノズルの形成間隔と同じ周期で配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の脱硝剤注入装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の脱硝剤注入装置と、
   前記排ガスの流れ方向において、前記脱硝剤注入装置よりも下流側の前記排気管に配置された脱硝触媒と、を有することを特徴とする脱硝ユニット。

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