JP3316319B2 - 排ガス脱硝装置 - Google Patents

排ガス脱硝装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガスに還元剤を注入
して脱硝する排ガス脱硝装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6〜図8によって従来技術の代表例を
説明する。脱硝のために排ガス中に注入する還元剤水溶
液としてはアンモニア水の他、尿素水・重炭酸アンモニ
ウム水溶液が有効であることは良く知られているが、尿
素水使用の場合について詳述する。まず、図6に示す脱
硝装置では、各種の原動機又は炉である排ガス源から排
出される排ガス1は脱硝反応器3に導かれ、その反応器
3の内部に収納されている触媒4によって人体に有害な
窒素酸化物(NOx)を無害な窒素(N2)と水蒸気(H 2
O)に分解する。
【0003】この際、脱硝反応器3の上流にNOx を還
元分解するための還元剤を注入する必要がある。この
為、注入ノズル5を設け、還元剤水溶液6と空気又は蒸
気7を注入し、排ガス通路2内に噴霧8させている。こ
の還元剤水溶液(尿素水)6を排ガス通路に注入するに
当っては、注入ノズル5又は導管内において還元剤水溶
液の水分が蒸発し、還元剤の再結晶又は重合による注入
ノズル5又は導管内の閉塞を生ずる問題がある。
【0004】図7と図8に示すものでは、そのようなノ
ズル閉塞防止のための尿素水濃度低下要求を出来るだけ
緩和するために、注入ノズル5内部に於ける尿素水の温
度上昇を防止する目的でノズル全体を冷却水9で冷やす
(図7)か、ノズル全体を排ガス通路2の外に設置する
ようにしたものである(図8)。但し、図8に示すもの
では排ガス通路2に直角に注入ノズル5を設け噴霧して
いるため、排ガス流れに対する還元剤の噴霧8の偏流が
生じ排ガス中への均一分散性を欠き好ましくない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、還元
剤水溶液(尿素水)を排ガス通路に注入するに当って
は、先ず注入ノズル又は導管内においてその水溶液の水
分が蒸発し、還元剤の再結晶又は重合によって生ずるノ
ズル又は導管内の閉塞を防止しなければならない。そし
て、注入された還元剤水溶液を良好に気化・分解させ、
触媒へ到達するまでに効率よくアンモニア(NH3)に転
化させる必要がある。注入ノズルから触媒までの必要距
離は10m以上とするのが望ましいが、そのプラント全
体の配置上の制約からこの長さを満足させるのが困難な
場合が多い。
【0006】そこで、先ず、上記の還元剤の再結晶又は
重合によるノズルの閉塞を防止するためには、還元剤水
溶液の濃度をかなり低くする(水分を多くする)ことに
より解決出来るが、濃度を低下させると注入する還元剤
水溶液の量が格段に増加してその注入装置(配管・弁・
ポンプ等)の容量増加が要求され不経済となる。
【0007】一方、注入ノズルから触媒までの必要距離
を最小限にしてプラント配置を容易にするためには注入
される還元剤水溶液の液滴を細かく(通常液滴直径10
0ミクロン以下)してやる必要があり、微噴霧を形成出
来るノズルの採用と更には空気又は蒸気を補助手段とし
て用いる二流体ノズルを使用するのが望ましい。
【0008】尿素水がNH3 に分解する反応は、300
〜350℃以上で次式に従って加水分解することが一般
に知られている。これ以下の温度の場合は、水分のみ蒸
発することによる尿素の再結晶化又はシアヌル酸等の固
体重合物が生成する。
【0009】
【数1】
【0010】更に、ノズルの閉塞を回避するために尿素
水の濃度を下げる(水分量を増やす)ことは排ガス温度
を表1の通り下げることとなり不都合を生ずる。すなわ
ち、脱硝装置の使用下限温度は通常約300℃であり、
一方、排ガス源から排出される排ガス温度は300〜3
50℃程度であるため濃度調整品は下限温度を確保出来
ないため使えなくなる。
【0011】
【表1】
【0012】本発明は、還元剤水溶液の濃度を低下させ
なくともノズル等の閉塞を起こすことなく、還元剤を効
率的に気化・分解してアンモニアに転化可能に構成した
排ガス脱硝装置を提供することを課題としている。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、排ガ
スに還元剤水溶液を添加したのち触媒に接触させて同排
ガス中の窒素酸化物を還元する排ガス脱硝装置における
前記課題を解決するため、排ガス通路内に直交して設け
られると共に、同排ガス通路の外側に延長された部分
還元剤水溶液注入ノズルが取付けられ、その注入ノズル
から注入された還元剤水溶液を蒸発気化させるチャンバ
ーを設ける。そしてそのチャンバーには、排ガス通路部
に同チャンバーの内部と排ガス通路を連通する流路を設
ける。
【0014】このように構成することによって、排ガス
通路の外側に延長されたチャンバーの部分に取付けられ
排ガス通路から離れた位置にある還元剤水溶液注入ノズ
ルから、排ガス通路内にあるチャンバー内に還元剤水溶
液を注入又は噴射し、そのチャンバー内で還元剤水溶液
を充分気化したのち、そのチャンバーに設けた分配孔な
どの流路より気化ガスを排ガス流の中に良好に分散混合
させることができる。
【0015】また、本発明による脱硝装置では、排ガス
通路に設ける前記したチャンバーの外周に排ガスの熱量
の吸収を促進するフィンを設けるのが好ましい。このよ
うにフィンを取付けたチャンバーを採用することにより
還元剤注入ノズルからチャンバー内に注入、又は噴射さ
れた還元剤水溶液には排ガスの熱量が良く伝えられその
気化・分解を促進する。
【0016】このようにして本発明の脱硝装置によれば
還元剤水溶液の濃度を低下させなくとも注入ノズル等の
閉塞を起こすことなく還元剤は効率的に気化・分解され
るので良好な脱硝が行われる。
【0017】すなわち、従来の装置では、二流体式の微
噴霧ノズルを使用していて噴霧される液滴平均粒径は1
00ミクロン程度であり、一方、排ガス流速は一般に2
0〜30m/s で搬送されるので、完全なる気化を排ガス
中へ拡散のためにはその直管必要長さは10m程度以上
であり、実プラントの配置上支障がある場合が多かった
が、本発明による脱硝装置では、尿素等の還元剤の飽和
濃度に近い高濃度の水溶液の使用を可能とし、その還元
剤水溶液の注入量を少くして注入装置の大容量化を防ぐ
と共に排ガス温度の低下を最小限とすることができる。
また、注入ノズルから触媒までの排ガス通路の必要長さ
を格段と短縮することが可能となる。
【0018】
【実施例】以下、本発明による脱硝装置について図1〜
図5に示した実施例に基づいて具体的に説明する。な
お、以下の実施例において、図6〜図8に示した従来の
装置と同じ構成の部分には説明を簡潔にするため同じ符
号を付してある。
【0019】先ず、図1により説明する。脱硝反応器3
の上流に排ガス流れと直交する、本発明にいうチャンバ
ーに相当する蒸発筒10を有し、その一方の端に還元剤
水溶液注入ノズル11を取付けて、蒸発筒10に還元剤
水溶液6を注入する。蒸発筒10の内部で分解されたN
3 ガスとCO2 ガスは蒸発筒10に設けられた分配孔
12から排ガス中に放出されて拡散・混合する。更に詳
細には、各種の原動機又は炉等の排ガス源から排出され
る排ガス1は排ガス通路2内を通り途中に設けられた触
媒4が充填された脱硝反応器3内へ流入する。
【0020】脱硝反応器3の上流側の排ガス通路2に
は、適宜の断面形状の蒸発筒10を排ガス流れに直交す
るように配置し、その1端側(上部側)に還元剤水溶液
注入ノズル11を取付けて還元剤水溶液の注入装置を構
成している。この注入ノズル11には還元剤水溶液6の
みが導かれるように接続されていて、蒸発筒10は図4
に示すように断面が丸形、四角形、三角形等の管であっ
て排ガス下流側に蒸発筒10の内部と排ガス通路を連通
する分配孔12が設けられている。
【0021】図5に示すように蒸発筒10は排ガス通路
2の側壁より更に外側に延長し、この部分に還元剤水溶
液注入ノズル11を取付けた構成としている。更に蒸発
筒10の外周部に熱交換(排ガスの熱量を吸収する)を
促進するためフィン14を設けてもよい(図5の
(b))。
【0022】このように構成された注入ノズル11は、
排ガス1に直接接触することはないので比較的、低温が
保たれることとなる。この為に還元剤水溶液6は注入ノ
ズル11で水分の蒸発がなく、還元剤の再結晶又は重合
によるノズル又は導管内での閉塞がなくなるので、飽和
状態の水溶液を使用することが可能となる。
【0023】注入ノズル11より噴霧された還元剤水溶
液6は、蒸発筒10内で加水分解し、均一な濃度となっ
て分配孔12より、排ガス通路2内へ流出する。このよ
うにして還元剤は排ガス1と混合し、脱硝反応器3内へ
流れ触媒4にて、窒素酸化物が還元分解することとな
る。
【0024】次に、図2は、その他の実施例を示してい
る。図2の実施例の場合は還元剤水溶液注入ノズル11
に冷却水9を導入するように冷却水系を連結したもの
で、ノズルを冷却することで、ノズル閉塞を防止するも
のである。
【0025】図3は、更に他の実施例を示したもので、
この図3の場合は、還元剤水溶液6の噴霧媒体として、
空気又は蒸気7を接続してある。図2,図3に示した装
置のその他の構成と作用は図1に示した装置と同様であ
る。
【0026】以上、本発明を図示した実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定さ
れず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体
的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもな
い。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の脱硝装置
によれば、還元剤水溶液(尿素水)の濃度を低下させる
ことなく、飽和水溶液に近い濃度を使用出来るので、当
該水溶液供給装置の能力を小さく出来る。また、前述の
理由により水の使用量を節約出来て経済的である。ま
た、本発明の脱硝装置によれば注入される還元剤水溶液
の量は少くてよいので排ガス温度が低下するのを抑制
し、脱硝反応に必要な下限温度を確保できる。
【0028】また、本発明による脱硝装置では、還元剤
水溶液注入ノズルから噴射された尿素水などの還元剤水
溶液は、排ガス流れの影響を受けることなく蒸発筒など
のチャンバー内で蒸発・分解されNH3 を効率的に生成
することができ、生成したNH3 は、チャンバーに設け
られた分配孔などの流路から排ガス中に効率的に拡散さ
れる。これは還元剤水溶液としてアンモニア水を使った
ときも同様である。
【0029】従って、本発明の脱硝装置では還元剤水溶
液注入ノズルから脱硝反応器(厳密には触媒)までの排
ガス流路の長さ(必要長さ)を格段に短かく出来、プラ
ント配置上有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による排ガス脱硝装置の構
成を示す系統図。
【図2】本発明の第2実施例による排ガス脱硝装置の構
成を示す系統図。
【図3】本発明の第3実施例による排ガス脱硝装置の構
成を示す系統図。
【図4】本発明の排ガス脱硝装置で用いるチャンバーの
構成を示す断面図で、(a),(b),(c)3つの異
る構成例を示している。
【図5】本発明の排ガス脱硝装置で用いるチャンバーの
構成を示す側面図で、(a),(b)は、それぞれ異る
構成例を示している。
【図6】従来の排ガス脱硝装置の構成を示す系統図。
【図7】他の従来の排ガス脱硝装置の構成を示す系統
図。
【図8】更に他の従来の排ガス脱硝装置の構成を示す系
統図。
【符号の説明】
1 排ガス 2 排ガス通路 3 脱硝反応器 4 触媒 6 還元剤水溶液 7 空気又は蒸気 10 蒸発筒 11 注入ノズル 12 分配孔 14 フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 喜久男 長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平2−261519(JP,A) 特開 昭60−12120(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 B01D 53/94 B01D 53/34 B01J 21/00 - 38/74

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガスに還元剤水溶液を添加したのち触
    媒に接触させて同排ガス中の窒素酸化物を還元する排ガ
    ス脱硝装置において、排ガス通路内に直交して設けられ
    ると共に、同排ガス通路の外側に延長された部分に還元
    剤水溶液注入ノズルが取付けられ、同注入ノズルから注
    入された還元剤水溶液を蒸発気化させるチャンバーを有
    し、同チャンバーは、排ガス通路部に同チャンバーの内
    部と排ガス通路を連通する流路を有することを特徴とす
    る排ガス脱硝装置。
  2. 【請求項2】 前記チャンバーの排ガス通路部における
    チャンバー外周に排ガスの熱量の吸収を促進するフィン
    を設けてなる請求項1記載の排ガス脱硝装置。
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