JP2698993B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

排ガス処理装置

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排ガス処理装置に係り、特に有害で危険な液
化アンモニアガスに換えてアンモニア水等の取り扱いが
安全な液体状の脱硝用還元剤を用いる排ガス処理装置に
関する。
〔従来の技術〕
発電所,焼却炉,各種化学工場,自動車などから排出
されるNOxは、光化学スモッグの原因物質とされるた
め、その効果的な処理手段が望まれている。従来から多
く提案されている排煙脱硝方法のうち、NH3を還元剤と
するNOxの接触還元法は排煙中にO2が1容量%以上含ま
れていてもNH3は選択的にNOxと反応するので、還元剤が
少なくてすむという点で有利な方法とされている。
この方法には、現在NH3ガスを用いるのが主流である
が、NH3ガスは高圧で供給されるため、万が一、配管が
リークしてガスが漏れると、かなりの勢いで管外に流出
し、あたり一面に拡散してゆく。NH3は大気汚染物質で
あるため、取扱いには充分な注意を要する。
リーク対策として、配管を二重にしている他、比較的
広い敷地を有する大型の発電所,焼却炉及び各種化学工
場の場合では更に、リークした後大気中に放出されたNH
3ガスを、スプリングクーラーを用いて水に吸収させる
処置をとられている。
しかし町中の人家の密集している地域においてビル等
に設置される冷暖房設備等用の脱硝装置の場合、上記し
たようなスプリングクーラーを使用することはできな
い。このため万が一リークしてガスが吹出した時、吹出
したガスが町中に拡散するため、大きな社会問題とな
る。特に最近は、コジェネレーションシステムの普及に
より、ビルの冷暖房にディーゼルが使用されることが多
くなった。
そこで、このような人家の密集した場所で使用する小
型の冷暖房設備等から排出される排ガスの脱硝用に、還
元剤として従来のNH3ガスよりも安全性の高い還元剤を
用いる脱硝方法を開発する必要が生じてきた。
そこで最近はその一つとしてNH3水を用いる方法が用
いられ始めている。
NH3水を用いることには、以下の様な利点がある。す
なわち、NH3水はNH3ガスと異なり、大気圧で保管され
ているため、万が一リークした場合でもNH3ガスよりも
噴出量が少なく、かつ大気中に拡散しない。この場合、
NH3水から蒸発したNH3が多少大気中に拡散するが、NH3
ガスに比べると被害は少ない。NH3ガスであれば、そ
の保管には金属容器、配管にはステンレスの二重管が必
要であるが、NH3水溶液の保管容器にはポリタンク、配
管には塩化ビニルのようなもので充分である。
また、脱硝用還元剤としてNH3水の他にも尿素水溶液
が用いられることは公知である。特に尿素水溶液はNH3
ガスが数ppm濃度でも臭気を有するのに比べて無臭であ
るため、人家の密集した地域で用いるのにより適してい
る。
上記したような液状の還元剤を用いた場合の脱硝装置
には、従来のNH3ガス供給装置と同じ様な装置を用いら
れる。すなわち、排ガス煙道内に注入管が設置され、流
量コントロールバルブによって注入量が調節された還元
剤が注入管を通り先端からガス流中に噴霧されて蒸発し
排ガス中のNHxと反応し、脱硝が行われる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、実際にこのような装置を用いて脱硝を行った
場合、以下に示すような問題が発生した。すなわち還
元剤注入停止操作を行っても未反応な還元剤が流出す
る。尿素水溶液を用いた場合、注入管内に徐々にスケ
ールを生じついには管が閉塞する等の問題がある。
このように還元剤注入停止操作後に還元剤が流出する
と、未反応の還元剤が大気中に放出されるために大気汚
染となる。又、注入管内に生じたスケールで管が閉塞さ
れることにより還元剤の供給がストップし、ついには装
置の稼働を停止しなければならない事態が発生する。以
上の様な問題を解決するため、従来は、注入器の廻りに
覆板部材を設けて排ガスからの熱を遮断する方法が特開
昭53−63266号公報に提案されている。しかし、この方
法では、時間が経つに従い排ガスからの伝熱で次第に覆
板部材が加熱され、ついには注入器が高温になるため、
結局は次第にスケールが生じることになる。
本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、
装置起動・停止時に迅速に還元剤水溶液を供給でき、還
元剤水溶液が尿素水溶液の場合、注入管内にスケールを
生じないように還元剤を供給することができる排ガス処
理装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的は、装置の停止時に液体状還元剤の注入
管内の還元剤を後退させ、装置の稼働開始時に液体状の
還元剤の注入管先端部に還元剤を満たす手段を設けるこ
とによって達成される。
〔作用〕
装置の起動・停止時に高温の排ガス煙道内に配置され
る注入管内の液体状還元剤を後退させると、起動・停止
時に排ガスの伝熱によってNH3水又は尿素水溶液等の液
体状還元剤が蒸発することがなく、未反応の還元剤が排
ガスと共に大気中に放出されて大気汚染を生ずる事態が
解消される。
また、尿素水溶液の還元剤の場合、排ガス煙道からの
伝熱によって熱分解してNH3を生じ、かつシアヌル酸等
の溶融物によるスケールの発生が防止される。
装置の稼働開始時に注入管先端部に還元剤を満たす手
段によって、装置起動時に注入管内で吸引され後退した
還元剤が満たされ、排ガスに対する還元剤の迅速な供給
が可能となり、脱硝処理されないガスが放出される事態
が解消される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の排ガス処理装置の一実施例を示す系
統図であり、本発明をNH3水を還元剤とする排ガス脱硝
プロセスに適用した例を示している。
第1図において、ディーゼルエンジン1からの排ガス
は、ディーゼル排ガス煙道31、脱硝反応器2を経て、熱
交換器3、消音器4を設置された脱硝反応器出口煙道32
から排出されるようになっている。NH3水タンク8は、N
H3水吸引管51、ポンプ9、NH3水排出管52を介してNH3
噴射器10に接続されている。
脱硝反応器出口煙道32には、排ガスサンプリング端5
が設置され、排ガスサンプリング管21を介して窒素酸化
物濃度分析計6に接続されており、窒素酸化物濃度分析
計6は窒素酸化物濃度信号線22によりNH3水流量演算器
7に接続されている。NH3水流量演算器7にはディーゼ
ルエンジン1の負荷信号がエンジン負荷信号線23を介し
て入力されるようになっており、またNH3水流量演算器
7は、流量制御信号線24を介してポンプ9に接続されて
いる。
上記した装置構成は、脱硝還元剤としてNH3ガスを使
用する従来の脱硝装置と実質的に同一である。
本実施例においては、NH3水排出管52に付設されると
共にNH3水噴射器10につながるNH3水排水管の容積をNH3
水供給開始時及び停止時に変化させるための配管容積変
換器11が設けられ、NH3水流量演算器7と起動・停止信
号線25を介して接続されている。
次に上記した構成からなる排ガス処理装置の作用につ
いて第1図及びタイムシートを示す第2図を基に説明す
る。
NH3水はNH3タンク8に貯蔵されており、ポンプ9によ
ってNH3水噴射器10へ送られ、ディーゼル排ガス煙道31
内に噴射されてディーゼルエンジン1で発生した排ガス
と混合し、下流の脱硝反応器2で排ガス中の窒素酸化物
と反応し脱硝される。その後、熱交換器3で熱回収さ
れ、消音器4で騒音を除去し大気へ放出される。脱硝反
応器出口煙道32の排ガス中窒素酸化物濃度を窒素酸化物
濃度分析計6で検出し、排ガスと発生源であるディーゼ
ルエンジン1の運転データと共にNH3水流量演算器7で
必要なNH3水流量を得てNH3水流量が制御される。
NH3水供給・停止時にはNH3水流量演算器7からの信号
によって配管容積変換器11のピストンが引かれ、NH3
排出管52内のNH3水を一次的に吸引し、高温であるディ
ーゼル排ガス煙道31内のNH3水噴射器10及び配管内のNH3
水を、常温でNH3水の蒸発しない領域まで吸引する。こ
れにより、停止時に排ガス煙道31からの伝熱により加熱
蒸発する還元剤をなくせるため、停止を迅速にできる。
因みに100KWコージェネ向けディーゼルで本実施例によ
る吸引がない場合、配管内に残った300wt%NH3水3〜10
mlが装置停止後煙道に蒸発して流出し、1〜4相当の
NH3が大気に放出される。この量は、数ppm濃度で臭気を
有するNH3水にとって無視できない量である。
NH3水供給開始時にはNH3水流量演算器7からの信号に
よって配管容積変換器11のピストンが押され、NH3水排
出管52内のNH3水が元のNH3水噴射器10まで供給され、以
後は順次ポンプ9から供給されるNH3水が、ディーゼル
排ガス煙道31に噴射される。
還元剤の供給開始時に本実施例による配管容積変換11
がない場合には、停止時に蒸発し空洞となった配管及び
NH3水噴射器10をNH3水で満たすまで、NH3水はディーゼ
ル排ガス煙道31に供給されず、その期間脱硝処理はなさ
れないことになる。因みに30wt%NH3水1〜5mlのNH3は7
m3/min中1,000ppm濃度の窒素酸化物を処理する量に相当
し、本実施例による工夫がない場合には起動より10〜40
秒間は排ガスが未処理のままで放出される。
以上説明したように、本実施例により起動停止時にお
ける還元剤水溶液供給の迅速な応答が可能となる。
第3図は本発明の排ガス処理装置の他の実施例を示す
系統図であり、本発明を尿素水溶液を還元剤とする排ガ
ス脱硝プロセスに適用した例を示している。
第3図において、第1図におけるNH3水の代わりに尿
素水溶液と置き換える以外は、同一部材乃至は同一機能
を有する構成部は同一符号に示している。したがって、
第3図において第1図に示す実施例と異なる点は、尿素
水溶液噴射器10と配管容積変換器11との間の尿素水溶液
排出管52の途中に水タンク13と水供給管53を介して接続
された水供給器12を設け、尿素水溶液流量演算器7と水
供給・停止信号線26により接続していることである。
次に第3図及び配管容積変換器11の吸引・排出動作
と、排ガス,尿素水溶液及び洗浄水との関係をタイムシ
ートで示す第4図を基に本実施例の作用を説明する。
尿素水溶液は尿素水溶液タク8からポンプ9によって
尿素水溶液噴射器10へ送られ、ディーゼル排ガス煙道内
に噴射されてディーゼルエンジン1で発生した排ガスと
混合し、下流の脱硝反応器2で排ガス中の窒素酸化物と
反応し脱硝される。尿素水溶液流量は実施例1と同様に
制御されている。尿素水溶液排出管52に設けられた配管
容積変換器11によって尿素水溶液排出管52内の尿素水溶
液を一次的に吸引し尿素水溶液噴射器10及び配管内の尿
素水溶液を、常温で尿素水溶液の蒸発しない領域まで吸
引する。更に、配管容積変換器11によって還元剤水溶液
が吸引された後、直ちに水供給器12から尿素水溶液排出
管52に任意量の水を送り、尿素水溶液噴射器10及び配管
内を洗浄する。本実施例による水洗浄の操作がなく吸引
操作だけの場合、吸引した際に噴射器10及び配管内表面
に若干の尿素水溶液が残ることにより極く薄いスケール
を生じ、これが稼働停止を繰返す毎に厚くなり、ついに
は間を閉塞することになる。因みに100KWコージェネ向
けディーゼルで本実施例による吸引及び水洗浄がない場
合、配管内に残った30wt%尿素水溶液3〜10mlが装置停
止後に熱分解しNH3を生じて流出し、0.4〜1相当のNH
3が大気に放出される。また、高温であるディーゼル排
ガス煙道31内の尿素水溶液噴射器10及び配管内には0.4
〜1.5gのシアヌル酸等溶融物を生じる。この部分の配管
が管径3〜6mmであれば5〜6回の停止操作で管が閉塞
してしまう。また、本実施例による吸引のみで水洗浄が
ない場合、配管内に30wt%尿素水溶液0.1〜1.5mlが装置
停止後に残り、0.02〜0.1gのシアヌル酸が管内壁に生じ
る。これが稼働停止を繰返す毎に厚くなり管を閉塞す
る。
又、尿素水溶液供給開始時には尿素水溶液流量演算器
7からの信号によって配管容積変換器11のピストンが押
され、尿素水溶液排出管52内の尿素水溶液が元の尿素水
溶液噴射器10まで供給され、以後は順次ポンプ9から供
給される尿素水溶液が、ディーゼル排ガス煙道31に噴射
される。供給開始時には前記実施例と同様の効果を有す
る。
以上説明したように、起動停止時における還元剤水溶
液供給の迅速な応答及びスケールの付着防止が可能とな
る。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、装置の起動停止時にお
ける液体状還元剤の供給を迅速に行うことができ、未処
理排ガスの放出が防止されると共に未反応還元剤が放出
されないので大気汚染を解消でき、更に還元剤注入管先
端部におけるスケールの発生が防止され、安全な運転が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の排ガス処理装置の一実施例を示す系統
図、第2図は第1図の装置におけるタイムシートを示す
図、第3図は本発明の排ガス処理装置の他の実施例を示
す系統図、第4図は第3図の装置におけるタイムシート
を示す図である。 1……ディーゼルエンジン、2……脱硝反応器、3……
熱交換器、4……消音器、6……窒素酸化物濃度分析
計、7……NH3水(尿素水溶液)流量演算器、8……NH3
水(尿素水溶液)タンク、9……ポンプ、10……NH3
(尿素水溶液)噴射器、11……配管容量変換器、12……
水供給器、13……水タンク、51……NH3水(尿素水溶
液)吸引管、52……NH3水(尿素水溶液)排出管、53…
…水供給管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新田 昌弘 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−27623(JP,A) 特開 昭59−179133(JP,A) 特開 昭56−155618(JP,A) 実開 平1−122832(JP,U) 実開 昭62−156337(JP,U) 実開 昭57−17725(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体状還元剤を還元剤注入管を介して排ガ
    ス流路内に設けた噴射器から噴射し、排ガス中に混合し
    て、排ガス中の窒素酸化物等の有害ガスを除去するため
    の排ガス処理装置において、該装置の停止時に前記還元
    剤注入管内の還元剤を後退させ、装置の稼働開始時に前
    記注入管先端部に還元剤を満たす手段を設けたことを特
    徴とする排ガス処理装置。
  2. 【請求項2】前記装置の停止時に前記還元剤注入管内の
    還元剤を後退させた後、注入管先端部を水洗浄する手段
    を設けたことを特徴とする請求項(1)記載の排ガス処
    理装置。
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