JP4673145B2

JP4673145B2 - 尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置

Info

Publication number: JP4673145B2
Application number: JP2005184200A
Authority: JP
Inventors: 勝久中田; 則俊安藤; 正秀辻下
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP2007000782A

Description

本発明は尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置に関するものである。

特開２００３−６２４２７号公報に記載があるように、ガスタービンやエンジンなどの原動機と、原動機で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラを設置しておき、動力とともに熱を利用することで装置全体としての効率を高めるということが行われている。そして、燃焼排ガスに含まれている窒素酸化物を除去するために、燃焼排ガス中へ尿素水を噴射し、窒素酸化物を還元除去することが行われている。

燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射する尿素水噴射ノズルは、原動機と排熱ボイラの間をつなぐ排ガス通路に設置する。尿素水噴射ノズルは燃焼排ガスの熱を受ける場所に設置することになり、燃焼排ガスは高温であるため、尿素水噴射ノズルは燃焼排ガスによって加熱される。尿素水噴射ノズルの温度が上昇し、尿素水噴射ノズル内で尿素水から水が蒸発すると、尿素の結晶が析出する。尿素水噴射ノズルは先端を細くしているため、尿素が析出すると尿素水噴射ノズルの先端を詰まらせることがあった。

脱硝装置では、脱硝運転停止時には尿素水の供給を停止した後で尿素水噴射ノズルへ洗浄液（水）を供給し、尿素水噴射ノズル内を洗浄することが行われている。また、洗浄液による洗浄後には尿素水噴射ノズル内へ空気を供給し、尿素水噴射ノズル内に残っていた洗浄液を吹き飛ばすということも行われている。しかし、このようにしていても尿素水噴射ノズル内に尿素の結晶が析出し、尿素水噴射ノズルを詰まらせるということがあった。尿素水噴射ノズルが詰まり、尿素水を噴射することができなくなると、原動機を停止して尿素水噴射ノズルを取り外し、尿素水噴射ノズル内の尿素を除去するという作業が必要であった。尿素水噴射ノズルが析出物で詰まるたびに、尿素水噴射ノズルを取り外して析出物を除去するのは煩雑であり、また、作業中は原動機の稼働を停止しなければならないため、原動機稼働率の低下を招くことになる。
特開２００３−６２４２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、尿素水噴射ノズルから尿素水を噴射することで燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝装置において、尿素水噴射ノズル内で尿素の結晶が析出することによって尿素水噴射ノズルが詰まった場合、詰まりを自動的に解消することのできる脱硝装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、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、尿素水噴射ノズルには尿素水供給経路と尿素水回収経路を接続しておき、尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった場合には、尿素水噴射ノズル内の尿素水を尿素水回収経路から回収し、尿素水噴射ノズルを燃焼排ガスによって３６０℃以上に加熱することで、尿素水噴射ノズル内の析出物を気体に分解する操作を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置において、尿素水噴射ノズルに加圧空気を供給する空気供給装置を設けておき、尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった場合、尿素水噴射ノズルへの尿素水供給を停止し、尿素水噴射ノズル内へ加圧空気を供給して尿素水噴射ノズル内を空にしておくことで、尿素水噴射ノズルが３６０℃以上まで加熱されるようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置において、尿素水噴射ノズルは内部を二つの流路に分割し、分割流路は尿素水噴射ノズル先端付近で合流するようにしており、尿素水供給経路は尿素水噴射ノズル内で分割した流路の一方に接続し、尿素水回収経路は尿素水噴射ノズル内の他方の流路に接続しておき、尿素水を噴射する場合には、尿素水回収経路を通して尿素水が取り出されないようにした状態で、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズルへ尿素水を供給することで、尿素水噴射ノズル先端から尿素水を噴射し、尿素水噴射ノズルから尿素水を回収する場合には、尿素水回収経路を通して尿素水が取り出されるようにした状態で、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズル内へ水又は加圧空気からなる置換流体を供給することで、尿素水噴射ノズル内の尿素水を尿素水回収経路へ押し出すようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置において、尿素水供給経路と尿素水回収経路の両方から尿素水噴射ノズルへの尿素水供給を可能にするとともに、尿素水供給経路からのみ前記置換流体を供給することもできるようにしておき、尿素水を噴射する場合には、尿素水供給経路から供給する尿素水と尿素水回収経路から供給する尿素水を、尿素水噴射ノズル内で混合した後、尿素水噴射ノズル先端から尿素水を噴射し、尿素水噴射ノズルから尿素水を回収する場合には、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズルへ置換流体を供給することで、尿素水噴射ノズル内の尿素水は、尿素水噴射ノズルから尿素水回収経路へと取り出され、尿素水回収経路内を尿素水噴射時とは逆方向に流れるようにしたことを特徴とする。

本発明を実施することで、尿素水噴射ノズル内で尿素の結晶が析出しても、自動的につまりを解消することができるため、尿素水噴射ノズルを取り外して尿素水噴射ノズル内の尿素を除去するという作業が必要なくなり、原動機の無駄な停止もなくすことができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する脱硝装置の尿素水噴射状態を示したフロー図、図２は尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった際のフローを示したフロー図である。

燃焼排ガスの発生源であるガスタービン等の原動機（図示せず）からは高温の燃焼排ガスが発生するため、原動機で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラ（図示せず）を設置する。原動機と排熱ボイラは、排ガス通路３で接続し、排ガス通路３を通して燃焼排ガスを流すようにしておき、排ガス通路３に尿素水噴射ノズル４を設置する。燃焼排ガスは有害な窒素酸化物含んでいるため、尿素水を燃焼排ガス中に噴射し、アンモニアの還元作用を利用して窒素酸化物を窒素と水に分解することで無害化する。

尿素水噴射ノズル４は、内部の根元側に仕切りを設けることで二つの流路に分割し、分割流路は尿素水噴射ノズル先端付近で合流するようにしている。尿素水噴射ノズル４は、内部で分割している一方の流路に尿素水供給経路１を接続し、他方の流路に尿素水回収経路２を接続する。また、尿素水噴射ノズル４の外側にはアトマイズエアライン１７を設置しておき、尿素水噴射時にアトマイズエアを噴射することで尿素水の拡散効果を高める。

尿素水供給経路１は、尿素水噴射ノズル４へ尿素水を供給するものであり、他端側に尿素水供給ポンプ５と水供給ポンプ１３を設けている。尿素水供給経路１には、尿素水供給経路１から分岐して尿素水回収経路２に接続している分岐配管１５を設け、分岐配管１５の途中にはノズルパージ用制御弁９を設けている。

また、尿素水噴射ノズル４への空気供給と、アトマイズエアライン１７への空気供給を行うため、空気供給ポンプ７を設ける。空気供給ポンプ７からの空気を流す空気供給配管１４は途中で分岐し、尿素水供給経路１とアトマイズエアライン１７に接続しておく。尿素水供給経路１に接続した空気供給配管１４にはパージ用空気制御弁１１、アトマイズエアライン１７に接続した空気供給配管１４にはアトマイズ用空気制御弁１６を設けておき、それぞれへの空気供給が制御できるようにしておく。

尿素水回収経路２は、尿素水噴射ノズル４内の尿素水を尿素水回収容器１２へ回収するものであるが、尿素水噴射時には尿素水噴射ノズル４へ尿素水を供給する役目も果たす。尿素水回収経路２には、途中に尿素水回収制御弁１０を設けており、尿素水回収制御弁１０よりも尿素水噴射ノズル４側の尿素水回収経路２に、尿素水供給経路１から分岐した分岐配管１５を接続する。ノズルパージ用制御弁９、尿素水回収制御弁１０、パージ用空気制御弁１１、尿素水供給ポンプ５、空気供給ポンプ７、水供給ポンプ１３、アトマイズ用空気制御弁１６は、それぞれ制御装置８と接続しており、各機器の作動制御は制御装置８によって行う。

まず図１に基づき、脱硝装置の通常運転状態におけるフローを説明する。排ガス通路３内に燃焼排ガスが送られており、脱硝運転を行う場合、制御装置８は、尿素水供給ポンプ５、空気供給ポンプ７を作動し、ノズルパージ用制御弁９とアトマイズ用空気制御弁１６を開き、パージ用空気制御弁１１と尿素水回収制御弁１０を閉じておく。尿素水供給ポンプ５の作動により、尿素水供給経路１内を尿素水が流れ、尿素水供給経路１を通って尿素水噴射ノズル４の一方の流路（図１では尿素水噴射ノズル内の下段側）へ供給される。この時、ノズルパージ用制御弁９を開き、尿素水回収制御弁１０を閉じているため、尿素水供給経路１内を流れていた尿素水の一部は、分岐配管１５と尿素水回収経路２を通って尿素水噴射ノズル４の他方の流路（図１では尿素水噴射ノズル内の上段側）へ供給される。

別々に尿素水噴射ノズル４内に入った尿素水は、尿素水噴射ノズル４の先端で合流し、尿素水噴射ノズル４の噴射部から排ガス通路３内の燃焼排ガスへ向けて噴射される。尿素水供給経路１と尿素水回収経路２の両方から尿素水を供給しているため、尿素水噴射ノズル４内は一つの流路である場合と同じように、尿素水噴射ノズル４の根元側から先端側へ一方向に流れ、そのまま尿素水噴射ノズル４の先端から噴射される。

また、空気供給ポンプ７からの加圧空気をアトマイズエアライン１７へ送っており、尿素水噴射ノズル４のすぐ外側からはアトマイズエアを噴射しているため、尿素水噴射ノズル４から噴射した尿素水は拡散し、燃焼排ガスとの反応が促進される。燃焼排ガスは有害な窒素酸化物を含んでいるが、尿素水を燃焼排ガス中に噴射し、アンモニアの還元作用を利用して窒素酸化物を窒素と水に分解することで、燃焼排ガスを無害化することができる。

尿素水を噴射することによって燃焼排ガス中の窒素酸化物を分解することができるが、尿素水は結晶化して析出しやすく、尿素水噴射ノズル４内で結晶が析出すると尿素水噴射ノズル４が詰まることになる。図２に基づき、尿素水噴射ノズル４が析出物６によって詰まった場合におけるフローを説明する。

尿素水噴射ノズル４に詰まりが発生すると、制御装置８は、尿素水供給ポンプ５を停止し、ノズルパージ用制御弁９を閉じるとともに、尿素水回収制御弁１０を開く制御を行う。水供給ポンプ１３を作動させることで、尿素水噴射ノズル４へは水を供給する。この時、ノズルパージ用制御弁９を閉じているため、分岐配管１５には水が流れず、水供給ポンプ１３からの水は尿素水供給経路１のみを通って尿素水噴射ノズル４内へ入る。

尿素水噴射ノズル４先端の噴射部は析出物６によって閉塞されているが、尿素水回収制御弁１０を開くことで尿素水回収経路２内は自由に流動できるようになっているため、尿素水噴射ノズル４内に入った水は、尿素水噴射ノズル４内の先端を経由して尿素水回収経路２へと流れ出る。この時、水は尿素水噴射ノズル４内の尿素水を尿素水回収経路２へ押し出すことになり、尿素水噴射ノズル４内の尿素水は尿素水回収経路２を流れて尿素水回収容器１２へと回収される。

水による尿素水噴射ノズル４内の尿素水排出（尿素水と水の置換）が終了すると、水供給ポンプ１３を停止する。その後、パージ用空気制御弁１１を開くことで空気供給ポンプ７からの加圧空気を尿素水供給経路１へ送り、尿素水供給経路１を通して尿素水噴射ノズル４へ送り込む。尿素水噴射ノズル４へ空気を供給することで、尿素水噴射ノズル４内の水は尿素水噴射ノズル４内から尿素水回収経路２へ押し出され、尿素水回収容器１２へ回収される。

尿素水噴射ノズル４内を空にすることができたら、尿素水噴射ノズル４を燃焼排ガスによって加熱する。尿素水供給ポンプ５と水供給ポンプ１３は停止し、パージ用空気制御弁１１とアトマイズ用空気制御弁１６は閉じていると、尿素水噴射ノズル４を冷却するものがなくなるため、尿素水噴射ノズル４は排ガス通路３内を流れる燃焼排ガスの熱を受け続け、温度が上昇する。尿素水噴射ノズル４の温度が上昇すると、析出物６の温度も上昇する。固体化した尿素は、１３０℃以上ではアンモニア（気体）とシアヌル酸（固体）となり、シアヌル酸は３６０℃以上で窒素酸化物（気体）とシアン酸（気体）となる。燃焼排ガスによる加熱により、尿素水噴射ノズル４の析出物６がシアヌル酸の融点である３６０℃を越えると、析出物６は気体に分解されて蒸発するため、詰まりは解消される。

詰まりが解消すると、制御装置８はパージ用空気制御弁１１を開き、空気によって尿素水噴射ノズル４の冷却を行う。冷却が終了すると、詰まり解消の操作は終了であり、制御装置８は通常運転状態に戻し、燃焼排ガスへの尿素水噴射を再開する。

従来は尿素水噴射ノズルに詰まりが発生するたびに、原動機を停止して尿素水噴射ノズルを取り外し、尿素水噴射ノズル内の析出物を除去した後に尿素水噴射ノズルを取り付けるという作業が必要であった。しかし、本発明を実施すれば、析出物の除去は自動で行えるため、作業の手間を大幅に削減することができる。また、析出物除去のために原動機を停止する必要もなくなるため、原動機の稼働率を向上させることができる。

本発明を実施する脱硝装置の尿素水噴射状態を示したフロー図尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった際のフローを示したフロー図

符号の説明

１尿素水供給経路
２尿素水回収経路
３排ガス通路
４尿素水噴射ノズル
５尿素水供給ポンプ
６析出物
７空気供給ポンプ
８制御装置
９ノズルパージ用制御弁
１０尿素水回収制御弁
１１パージ用空気制御弁
１２尿素水回収容器
１３水供給ポンプ
１４空気供給配管
１５分岐配管
１６アトマイズ用空気制御弁
１７アトマイズエアライン

Claims

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、尿素水噴射ノズルには尿素水供給経路と尿素水回収経路を接続しておき、尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった場合には、尿素水回収経路に設けた尿素水回収制御弁を開く制御を行い、尿素水噴射ノズル内の尿素水を尿素水回収経路から回収し、尿素水噴射ノズルを燃焼排ガスによって３６０℃以上に加熱することで、尿素水噴射ノズル内の析出物を気体に分解する操作を行う制御装置を有することを特徴とする尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置。
請求項１に記載の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置において、尿素水噴射ノズルに加圧空気を供給する空気供給装置を設けておき、尿素水噴射ノズルに析出物が詰まった場合、尿素水噴射ノズルへの尿素水供給を停止し、前記空気供給装置の作動によって尿素水噴射ノズル内へ加圧空気を供給して尿素水噴射ノズル内を空にしておくことで、尿素水噴射ノズルが３６０℃以上まで加熱されるようにする制御装置を有することを特徴とする尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置。
請求項１又は２に記載の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置であって、尿素水噴射ノズルに加圧空気を供給する空気供給装置及び／又は尿素水噴射ノズルに水を供給する水供給装置を設けている脱硝装置において、尿素水噴射ノズルは内部を二つの流路に分割し、分割流路は尿素水噴射ノズル先端付近で合流するようにしており、尿素水供給経路は尿素水噴射ノズル内で分割した流路の一方に接続し、尿素水回収経路は尿素水噴射ノズル内の他方の流路に接続しておき、尿素水を噴射する場合には、尿素水回収経路に設けた尿素水回収制御弁を閉じる制御を行い、尿素水回収経路を通して尿素水が取り出されないようにした状態で、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズルへ尿素水を供給することで、尿素水噴射ノズル先端から尿素水を噴射し、尿素水噴射ノズルから尿素水を回収する場合には、尿素水回収経路に設けた尿素水回収制御弁を開く制御を行い、尿素水回収経路を通して尿素水が取り出されるようにした状態で、前記空気供給装置又は前記水供給装置を作動し、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズル内へ水又は加圧空気からなる置換流体を供給することで、尿素水噴射ノズル内の尿素水を尿素水回収経路へ押し出す制御装置を有することを特徴とする尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置。
請求項３に記載の尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置において、尿素水供給経路と尿素水回収経路の両方から尿素水噴射ノズルへの尿素水供給を可能にするとともに、前記空気供給装置及び／又は前記水供給装置は尿素水供給経路に接続し、尿素水供給経路からのみ前記置換流体を供給することもできるようにしておき、尿素水を噴射する場合には、尿素水供給経路から供給する尿素水と尿素水回収経路から供給する尿素水を、尿素水噴射ノズル内で混合した後、尿素水噴射ノズル先端から尿素水を噴射し、尿素水噴射ノズルから尿素水を回収する場合には、尿素水供給経路から尿素水噴射ノズルへ置換流体を供給することで、尿素水噴射ノズル内の尿素水は、尿素水噴射ノズルから尿素水回収経路へと取り出され、尿素水回収経路内を尿素水噴射時とは逆方向に流れるようにする制御装置を有することを特徴とする尿素水噴射ノズルの詰まりを自動解消する脱硝装置。