JP2690751B2 - 排ガス煙道の反応装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排ガス煙道の反応装置に係り、特に排ガス脱
硝用の還元剤を水溶液の噴霧で添加する場合の煙道保護
に好適な排ガス煙道の反応装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭、石油などの化石燃料を用いる燃焼装置から発生
する窒素酸化物（NOx）は有害であり、排出を極力少な
くする努力がなされている。窒素酸化物の低減はまず発
生を押さえ、次いで発生したものはアンモニア等の還元
剤を添加して反応させ、無害化する方法が一般的であ
る。例えば火力発電所の大型ボイラでは、まず低NOx燃
焼によってNOx発生を押さえ、次いで排ガスにアンモニ
アを添加し、脱硝反応器でNOxを処理した後に大気中に
放出している。都市部における暖房用の小型ボイラ等で
は、単機当たりの排ガス放出量が少なく法規制が緩やか
なこともあり、排ガス中の窒素酸化物処理までは実施さ
れていなかった。ところが最近、都市大気の排ガスによ
る汚染が進み、都市部の小規模の排ガス発生源も法規制
が厳しくなり、より小型の排ガス脱硝装置が付設され、
窒素酸化物が処理される傾向にある。一般にこのような
化学装置を小規模にする場合、単に縮小させるだけでは
不具合が生じ熱、物質および運動量の移動を加味した機
械的な再検討が必要である。

大型の脱硝装置では、人が通行できるような巨大な煙
道断面に数多くの還元剤噴射口を設けて排ガスに希釈し
たアンモニアガスを噴射しており、噴射したアンモニア
ガスの壁面への影響は無視できる。しかし、装置が小型
になるほど煙道の径が小さくなり、単位量のガスと接触
する煙道壁面の面積が広くなり、添加した還元剤が均一
にならないまま壁面に接触する機会が増す。これは、排
ガスより通常かなり低温である還元剤が局在化したまま
壁面に接触するので、部分的に壁面が冷却される機会が
増すことになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、排ガスより温度が低く、通常大気
温度に等しい還元剤を排ガスに混合すると、小口径の煙
道ほど煙道壁面に局所的な冷却が生じ、その部分に排ガ
ス中のタール、硫安等のスケールが付着する危険性が増
す問題がある。この問題は、還元剤としてアンモニア等
のガスを用いる場合にはそれほど障害とはならない。し
かし、脱硝反応には脱硝触媒の種類により反応に適した
温度があり、排ガスの温度をその温度まで下げるために
還元剤としてアンモニア、尿素等の水溶液を用いる場合
があり、この場合に大きな問題となる。すなわち、水溶
液では噴霧して微少な水滴としても、ガスと混合して蒸
発する前に煙道壁面に衝突したものは集合して液膜を作
り易く、気化時に蒸発潜熱を吸収するため壁面の温度が
低下し、局所的な温度低下が大きいと熱衝撃により壁面
の強度が次第に低下するという問題が生じる。また、還
元剤が尿素の場合にはさらに還元剤そのものがスケール
として壁面に蓄積される欠点が生じる。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、還元
剤混合部における煙道壁面へのスケールの付着、および
熱衝撃による煙道壁面の強度低下を防止することができ
る排ガス煙道の反応装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、燃焼排ガス煙道に排ガス中の特定成分と
反応する物質を添加し、下流の煙道または反応器で反応
させ排ガスを浄化するものにおいて、前記煙道に内筒を
設けて排ガスの流れを内筒の内と外に分割し、内筒の内
側に反応物質を噴射する還元剤噴射ノズルを配置したこ
とを特徴とする排ガス煙道の反応装置により達成され
る。

本発明においては、内筒の内壁および／または外壁に
羽根を設け、これに傾斜をもたせて排ガスを旋回させる
ことが好ましい。

〔作用〕

還元剤噴射ノズルより排ガス中に噴射された低温で高
濃度の還元剤は、内筒に妨げられて煙道壁面には接触せ
ず、内筒内で充分に排ガスと混合され、希釈されて内筒
から出た後に煙道壁面と接触する。一方、内筒壁面は噴
射された還元剤で局所的に冷却されるが、煙道壁面と異
なり外側を流れる排ガスによって加熱されているので内
筒壁面の温度低下が少なく、したがってスケールの付着
も少ない。また、内筒に熱衝撃が加わり強度低下が生じ
ることがあっても、内筒は煙道壁面と異なり外部から荷
重が加わることもないので問題となることはない。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明による排ガス煙道の反応装置をディ
ーゼルエンジンの排ガス脱硝に適用した場合の装置系統
図である。本発明の特徴である内筒２は、煙道配管４内
に配置され、還元剤噴射ノズル６の下流に配置される。
ディーゼルエンジン11で発生した排ガスは、煙道配管４
内を通り内筒２により内筒内側と外側に分割されて流
れ、内側の流れに還元剤噴射ノズル６より還元剤が噴射
された後、それぞれ脱硝反応器12に送られ、脱硝触媒上
で排ガス中の窒素酸化物と還元剤が反応して浄化された
後、熱交換器13で廃熱が回収され、消音器14を通って煙
突15より排出される。

ディーゼルエンジン11で発生する排ガスの温度は、運
転状態によって異なるが、通常450〜600℃である。一
方、例えばチタン系の脱硝触媒を充填した脱硝反応器12
に適した温度は350〜500℃である。通常、還元剤の添加
だけでは排ガス温度は低下しても５℃までであることか
ら、排ガス温度を約100℃低下させるため、還元剤とと
もに水が噴霧される。

第２図は、本発明の煙道の反応装置の一実施例を示す
断面図、第３図は、第２図のIII-III線に沿った矢視方
向断面図である。この装置は、煙道配管４と、その内側
に設けられた還元剤噴射ノズル６と、該噴射ノズル６の
噴射口を囲み、ガス流れ方向に配置された内筒２と、こ
の内筒２の下流側の内壁および外壁に設けられた羽根１
および羽根３とから主に構成される。内筒内壁の羽根１
は、内筒内のガスの流れを旋回させるために傾斜をもた
せて螺旋状に設けられ、さらに内筒外壁の羽根３は、外
側のガスを内側のガスと逆に旋回させるために内側と逆
の角度で傾斜をもたせて設けられている。

上記構成において、排ガスは煙道配管４内を下から上
へ流れ（第２図）、内筒２により内筒内側と外側に二分
され、内側の流れには還元剤噴射ノズル６より還元剤水
溶液が旋回して噴霧される。噴霧された還元剤水溶液お
よび排ガスは、さらに下流の内筒内壁の羽根１で旋回が
強められ、内筒２の外に送られる。一方、内筒２の外側
を流れる排ガスは、内筒２および内筒外壁の羽根３を加
熱し、同時に羽根３のねじれによって旋回され、内筒２
の出口で内側のガスと逆方向の旋回により内側のガスお
よび還元剤と衝突し混合される。内筒２の内壁には還元
剤噴射ノズル６からの水滴が衝突するため、水滴の大き
さ、噴射状態、ガス流れによって異なるものの、内筒２
は局所的に水の沸点である温度100℃まで低下する危険
性がある。しかし、内筒２は外側のガスによって加熱さ
れているので、外側をガスが流れない場合に較べて壁面
温度が冷却されず、したがってスケール付着とか熱衝撃
は少なくなる。煙道配管４は内筒２によって噴射物から
保護される。なお、内筒２は煙道配管４によって周囲の
荷重から保護されるので強度を必要としない。

第４図は、内筒２の他の実施例を示す側面図、第５図
は、第４図の底面図である。内筒の強度を必要としない
ので単に薄板を折り曲げただけの構造でも充分に使用で
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、煙道壁面が添加した還元剤によって
冷却されることがないので、スケール付着の危険性が少
なくなるとともに、局所的な冷却、加熱の繰返しによる
熱衝撃により煙道配管の強度低下もない。

また、本発明により内筒の内と外を流れるガス流れ方
向を変えた場合には、内筒出口のガス合流時にガスが攪
乱され、排ガスと還元剤との混合をより促進する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による排ガス煙道の反応装置を用いた
ディーゼル排ガス処理装置の系統図、第２図は、本発明
による反応装置の一実施例を示す断面図、第３図は、第
２図のIII-III線に沿った矢視方向断面図、第４図は、
本発明に用いる内筒の他の実施例を示す側面図、第５図
は、第４図の底面図である。 １……内筒内壁の羽根、２……内筒、３……内筒外壁の
羽根、４……煙道配管、５……保温材、６……還元剤噴
射ノズル、７……還元剤導管、８……噴射用空気導管、
９……圧縮空気、10……還元剤。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼排ガス煙道に排ガス中の特定成分と反
   応する物質を添加し、下流の煙道または反応器で反応さ
   せ排ガスを浄化するものにおいて、前記煙道に内筒を設
   けて排ガスの流れを内筒の内と外に分割し、内筒の内側
   に反応物質を噴射する還元剤噴射ノズルを配置したこと
   を特徴とする排ガス煙道の反応装置。
2. 【請求項２】内筒の内壁および／または外壁に羽根を設
   けたことを特徴とする請求項（１）記載の排ガス煙道の
   反応装置。