JP6267353B2 - 低温酸化脱硝用の煙道オゾン分配器及びその配置方式 - Google Patents

低温酸化脱硝用の煙道オゾン分配器及びその配置方式 Download PDF

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Description

本発明は、低温酸化脱硝用の煙道オゾン分配器及びその配置方式に関し、環境工学の技術分野に属する。
火力発電、鉄鋼等の産業において排出された煙道ガス中の汚染物質がいろいろ存在し、国内企業が使用する従来の煙道ガス浄化装置は、ほとんどSOを処理するものである。しかしながら、主な大気汚染物質の1種として、NOも人間の健康、環境、生態系及び社会経済に深刻な被害をもたらす。新たに発布された「火力発電、鉄鋼等に係わる煙道ガス排出標準」は、NOの排出に対して厳しい要求を提出した。NOは、SOと類似する性質を有し、いずれも酸性ガスであり、アルカリ性物質と結合して反応しやすいことによって、それを除去する目的が達成する。煙道ガス中のNOのうち、NOの割が90%以上であるので、予めNOをNOに酸化させる必要がある。酸化除去技術は、複数種存在している。例えば、CN 1923337Aに、ボイラ煙道ガスにおける複数種の汚染物質のオゾン酸化・同時除去装置及びその方法が開示されており、その酸化除去の手段として、ボイラ煙道にオゾンが噴射された後、オゾンによって処理されたボイラ煙道ガスがアルカリ洗浄塔に送入されて洗浄される。例えば、発明者による先願(中国特許出願番号201310482358.8)は、循環流動床(CFB)による半乾式同時脱硫・脱硝・脱水銀装置及び方法に関し、その除去手段は、CFB浄化装置の前煙道にオゾンが噴射され、さらにオゾンによって処理された煙道ガスがCFB装置に送入されて除去反応させる。なお、Oは、温度が150℃を超えると分解率が高くなるので、煙道ガスの温度が高すぎるのはよろしくない。
現在、低温オゾン酸化脱硝は、除去効果や投資・稼動コスト等の点から、いくつかの利点を有し、関連産業又は企業のNO排出制御について注目されている。
「低温オゾン酸化脱硝」とは、煙道ガスを浄化装置に導入する前に、煙道へOを噴射してNOをNOに酸化した後に、後続の吸収ステップを行なうことである。煙道において、Oと煙道ガス中のNOとの接触効果は、酸化効率と後続の吸収効果を直接に決めるので、2種のガスの混合効果は当該技術の発展の要点となり、したがって、煙道における気流分布に影響をもたらすオゾン分配器の開発はホットスポットとなっている。
オゾン分配器の開発は、SCR脱硝の反応装置の前煙道内でのアンモニア噴射グリッドの応用経験を参照することができる。アンモニア噴射グリッドの主要役割は、噴射されたアンモニア又はアンモニア含有空気、および煙道ガスがSCR触媒と接触する前の混合均一性を促進させ、SCR触媒による反応効率を向上させることである。報告によると、アンモニア噴射グリッドの実際応中に、ノズルの詰まり、混合均一性が低いなどの現象が度々発生するため、それらの問題に対応するように特定のアンモニア噴射グリッドが開発されており、例えば、CN 103480254Aに開示された詰まり防止型アンモニア噴射グリッド、CN 203208900Uに開示されたダイナミックアンモニア噴射グリッド等が挙げられる。オゾン分配器の設計要点として、層流状態下で気流の混合効果が劣るという問題に対処すべき、これによって酸化反応が行われる煙道の距離を短縮させる。
本発明の目的は、上記設計要点に対応して、工程において短時間内でオゾンと煙道ガスとの最適な均一混合を実現させ、煙道内でNOの酸化効率を確保できる低温酸化脱硝用の煙道オゾン分配器及びその配置方式を提供することである。
その目的を達成するために、本発明は、下記のように構成される。
本発明の第1目的は、分配本管、複数の分配支管、複数のベンチュリー分配器及び複数の三角翼を含む、煙道オゾン分配器を提供することであり、
前記複数の分配支管が、分配本管から並列分岐して導出され、前記複数のベンチュリー分配器が、分配支管に等間隔で配置され、前記ベンチュリー分配器の拡張部に三角翼が設置されている。
本発明に係る煙道オゾン分配器は、ベンチュリー分配器と三角翼とを組み合わせるような分布構造に構成され、使用中に、煙道ガスとオゾンの乱流を強化でき、酸化効率を向上させ、有効反応が行われる煙道の長さを短縮させた。実際工程での応用において明らかに有利である。分配本管から並列分岐して導出された複数の分配支管及び等間隔で配置されたベンチュリー分配管により、煙道におけるオゾンの分布をより均一にさせ、オゾンと煙道ガスとの混合効果を更に確保できる。
当業者は、需要に応じて各部材の形態及び寸法を選択でき、分配支管同士、ベンチュリー分配器同士、三角翼同士の間隔も需要に応じて選択できる。本発明において、各部材の材料は特に限定されない。
以下、本発明に係る煙道オゾン分配器の好ましい形態を説明するが、本発明を限定するものではない。
前記分配支管は、2つの部分に分けられ、前分配支管が分配本管から導出され、接続フランジによって後分配支管に接続され、モジュール化設計及び取り付けを実現し、取り付けやメンテナンスが容易である。
前記前分配支管に調節弁が設置され、実際の操作において、煙道ガス中のNOの濃度に応じてオゾンの導入量を調整することができる。
前記複数の分配支管同士の間隔は同じである。好ましくは、隣接する分配支管の間隔が、300〜500mmであり、例えば300.02〜499mm、310〜482mm、328〜450mm、350〜427.5mm、385mm等であってもよい。
前記分配本管内の気流速度が30m/s以下であり、25〜27m/sであることが好ましい。前記分配支管内の気流速度が20〜25m/sであるように制御され、例えば20.03〜24.8m/s、21〜23.4m/s、21.5〜23m/s、22.8m/s等であってもよく、20m/sであることが好ましい。本発明において、分配本管と分配支管の管径は、管内の気流速度に応じて選択される。
隣接するベンチュリー分配器の間隔が50〜100mmであり、例えば50.02〜99.8mm、56〜90mm、68〜81.5mm、73〜79mm、75.4mm等であってもよく、50〜75mmであることが好ましい。
前記ベンチュリー分配器の収縮角が70〜90°であり、例えば70.01〜88.9°、73〜86.4°、76.4〜82°、77〜80°、79.4°等であってもよく、80°であることが好ましい。
前記ベンチュリー分配器の拡張角が20〜50°であり、例えば20.03〜48.6°、23〜45.3°、26.4〜42.3°、28〜40°、30.5〜37°、33.7°等であってもよく、40°であることが更に好ましい。
前記ベンチュリー分配器のスロートの高さ直径比が1.0〜1.5であり、例えば1.01〜1.48、1.08〜1.41、1.2〜1.34、1.23〜1.3、1.27等であってもよく、1.2であることが更に好ましい。
前記ベンチュリー分配器のスロートにおける気流速度が8〜12m/sであり、例えば8.02〜11.8m/s、8.6〜11.3m/s、9〜10.7m/s、9.6m/s等であってもよく、12m/sであることが更に好ましい。
ベンチュリー分配器の拡張部と、対応した三角翼との垂直間隔が8〜12cmであり、例えば8.01〜11.8cm、8.8〜11.2cm、9.4〜10.7cm、10cm等であってもよく、10cmであることが好ましい。
隣接する分配支管における三角翼の傾斜角度は90°である。このような設計により、オゾンの分布区域を広がり、オゾンと煙道ガスとの混合効果を向上させることができる。
前記三角翼は、その断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器の拡張部の出口直径の1.1〜1.5倍であり、1.2〜1.3倍であることが好ましい。
前記三角翼とベンチュリー分配器が、三角翼と一体的に構成されたクランプによって接続され、クランプがベンチュリー分配器におけるスロート部に係止されている。三角翼は、ベンチュリー分配器から噴出されたオゾンに乱流を生じさせる。
本発明の第2目的は、前記煙道オゾン分配器の配置方式を提供することであり、前記煙道オゾン分配器を煙道に配置する際に、複数の分配支管の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道の両側に対称して位置ずれて取り付けられ、前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されるオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致している。
本発明の第3目的は、煙道を提供することであり、前記煙道に前記煙道オゾン分配器が設置されている。オゾンが煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射され、煙道における煙道ガスと十分に混合し、NOをNOに酸化させ、後続の浄化ステップに進む。
前記煙道オゾン分配器における複数の分配支管の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道の両側に対称して位置ずれて取り付けられることにより、一組のオゾン分配器に要求される圧力を低下させるとともに、煙道におけるオゾンの分布均一性を向上させることができる。
前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致し、スート堆積による詰まりの問題を回避した。
従来の解決手段に比べ、本発明は以下の有益な効果を有する。
1、本発明に係る煙道オゾン分配器は、ベンチュリー分配器と三角翼とを組み合わせるような分布構造に構成され、ベンチュリー構造によってオゾンの分布範囲を拡張させ、更に三角翼によって乱流を生じさせ、煙道ガスとオゾンとの混合効果を向上させ、酸化反応を促進させた。
2、煙道オゾン分配器を介して煙道内に噴射されたオゾンの流れ方向を煙道ガスの流れ方向と一致させることにより、噴射経路の詰まりの虞がない。
3、分配支管は、2つの部分に分けられ、1つの部分が本管から導出され、両部分の支管がフランジによって接続され、三角翼とベンチュリー分配器がクランプによって固定接続されているので、構成が簡単であり、取り付けやメンテナンスが容易である。
本発明に係る煙道オゾン分配器の構造の正面模式図である。 本発明に係る煙道オゾン分配器における三角翼の構造模式図である。 本発明に係る煙道オゾン分配器におけるベンチュリー分配器と三角翼との接続構造の模式図である。 本発明に係る煙道オゾン分配器が取り付けられた煙道の模式図である。 本発明に係る2組の煙道オゾン分配器が煙道に配置された形態を示す側面模式図である。
以下、本発明を更に詳しく説明する。しかしながら、下記の実例は、本発明の簡単な例に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を代表したり限定したりするものではなく、本発明の保護範囲は特許請求の範囲に準じる。
以下、図面を参照しながら具体的な実施の形態によって本発明の解決手段を更に説明する。
本発明をより良好に説明し、本発明の解決手段を理解しやすくするために、以下のように本発明の代表的な実施例を説明するが、本発明はそれら実施例に限定されるものではない。
実施例1
煙道オゾン分配器は、分配本管、複数の分配支管、複数のベンチュリー分配器及び複数の三角翼を含み、前記複数の分配支管が、分配本管から並列分岐して導出され、前記複数のベンチュリー分配器が、分配支管に等間隔で配置され、前記ベンチュリー分配器の拡張部に三角翼が設置されている。
前記煙道オゾン分配器を煙道に配置する際に、複数の分配支管の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道の両側に対称して位置ずれて取り付けられ、前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致している。
実施例2
図1〜図3に示すように、煙道オゾン分配器は、分配本管2、複数の分配支管3、複数のベンチュリー分配器4及び複数の三角翼5を含み、前記複数の分配支管3が、分配本管2から並列分岐して導出され、前記複数のベンチュリー分配器4が、分配支管3に等間隔で配置され、前記ベンチュリー分配器4の拡張部に三角翼5が設置されている。
前記分配支管3は、2つの部分に分けられ、前分配支管3―1が分配本管2から導出され、接続フランジ6によって後分配支管3―2に接続され、前記分配支管3―1に、煙道ガス中のNOの濃度に応じてオゾン導入量を調節できる調節弁7が設置される。前記複数の分配支管3同士の間隔が同じであり、隣接する分配支管3同士の間隔が500mmである。
前記オゾン分配本管2及び分配支管3の管径が、管内の気流速度によって決められ、前記分配本管2内の気流速度が30m/sであり、前記分配支管3内の気流速度が25m/sであるように制御する。
隣接するベンチュリー分配器4の間隔が100mmである。
前記ベンチュリー分配器4は、収縮角が90°であり、拡張角が50°である。
前記ベンチュリー分配器4は、スロートの高さ直径比が1.5であり、スロートにおける気流速度が12m/sである。
ベンチュリー分配器の拡張部と、対応した三角翼との垂直間隔が12cmであり、隣接する分配支管3において、三角翼5の傾斜角度が90°であり、オゾンの分布区域を拡張させ、オゾンと煙道ガスとの混合効果を向上させる。
前記三角翼5は、断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器4の拡張部の出口直径の1.5倍である。
前記三角翼5とベンチュリー分配器4が、三角翼5と一体的に構成されたクランプによって接続されている。
前記煙道オゾン分配器を煙道1に配置する際に、複数の分配支管3の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道1の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道1の両側に対称して位置ずれて取り付けられ、前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致している。
実施例3
本実施例と実施例2との相違点は、下記の通りである。
隣接する分配支管3の間隔が300mmである。
前記分配本管2内の気流速度が20m/sであり前記分配支管3内の気流速度が20m/sであるように制御する。
隣接するベンチュリー分配器4の間隔が50mmである。
前記ベンチュリー分配器4は、収縮角が70°であり、拡張角が25°である。
前記ベンチュリー分配器4は、スロートの高さ直径比が1.0であり、スロートにおける気流速度が8m/sである。
ベンチュリー分配器の拡張部と、対応した三角翼との垂直間隔が8cmである。
前記三角翼5は、断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器4の拡張部の出口直径の1.1倍である。
実施例4
本実施例と実施例2との相違点は、下記の通りである。
隣接する分配支管3の間隔が400mmである。
前記分配本管2内の気流速度が25m/sであり前記分配支管3内の気流速度が20m/sであるように制御する。
隣接するベンチュリー分配器4の間隔が75mmである。
前記ベンチュリー分配器4は、収縮角が80°であり、拡張角が40°である。
前記ベンチュリー分配器4は、スロートの高さ直径比が1.2であり、スロートにおける気流速度が12m/sである。
ベンチュリー分配器の拡張部と、対応した三角翼との垂直間隔が10cmである。
前記三角翼5は、断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器4の拡張部の出口直径の1.2倍である。
実施例5
本実施例と実施例2との相違点は、下記の通りである。
隣接する分配支管3の間隔が400mmである。
前記分配本管2内の気流速度が27m/sであり、前記分配支管3内の気流速度が23m/sであるように制御する。
隣接するベンチュリー分配器4の間隔が80mmである。
前記ベンチュリー分配器4は、収縮角が75°であり、拡張角が30°である。
前記ベンチュリー分配器4は、スロートの高さ直径比が1.3であり、スロートにおける気流速度が10m/sである。
ベンチュリー分配器の拡張部と、対応した三角翼との垂直間隔が11cmである。
前記三角翼5は、断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器4の拡張部の出口直径の1.3倍である。
実施例6
図4及び図5に示すように、煙道1に、実施例2の煙道オゾン分配器が設置されている。
前記煙道オゾン分配器における複数の分配支管3の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道1の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道1の両側に対称して位置ずれて取り付けられることにより、一組のオゾン分配器に要求される圧力を低下させるとともに、煙道におけるオゾンの分布均一性を向上させることができる。前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向を煙道ガスの流れ方向と一致させることにより、スート堆積による詰まりの問題を回避した。
本発明の実現プロセスは、以下の通りである。外部からのオゾンが分配本管2に導入され、調節弁7によって調節された後、分配支管3に導入され、ベンチュリー分配器4を介して煙道に噴射され、オゾンの噴射方向が煙道ガスの流れ方向と一致している。噴射されたオゾンと煙道ガスは、ベンチュリー分配器4の前方に固定された三角翼5によって乱流を生じ、十分に混合されて反応した後、後続の浄化ステップに進む。
本発明は、主として焦電気、鉄鋼等の産業における工業用ボイラー/キルンによる煙道ガスの低温オゾン酸化脱硝の分野に適用される。オゾンの噴射方向が煙道ガスの流れ方向と一致し、スート堆積による詰まりの虞がなく、特に煙道ガスとオゾンの乱流を強化させ、酸化効率を向上し、有効反応が行われる煙道距離を短縮させ、実際工程での応用において明らかに有利である。
上記実施例によって本発明の詳細な構成及び方法を説明したが、本発明は上記詳細な構成及び方法に限定されるものではなく、即ち、本発明は上記詳細な構成及び方法に依存しなければ実施できないものではないと、出願人は声明する。当業者にとって理解するであろうが、本発明に対するあらゆる改良、本発明に使用される各部材に対する等価な差替え、及び補助部材の追加、具体的な方式の選択等は、いずれも本発明の保護範囲と開示範囲に含まれる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明したが、本発明は上記実施形態の具体的な詳細に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、本発明の解決手段に対し様々な簡単変更を行うことができ、それらの簡単変更はいずれも本発明の保護範囲に含まれる。
なお、上記具体的な実施形態に説明された各具体的な技術的特徴は、矛盾しない場合、いずれかの適当な方式で組み合わせることができ、無駄な重複を回避するために、本発明はあらゆる組み合わせ可能な方式を別途に説明しない。
また、本発明の様々な実施形態を任意に組み合わせることができ、本発明の思想を逸脱しない限り、本発明に開示されている内容に見なされるべきである。
1 煙道
2 分配本管
3 分配支管
3―1 前分配支管
3―2 後分配支管
4 ベンチュリー分配器
5 三角翼
6 接続フランジ
7 調節弁

Claims (9)

  1. 分配本管(2)、複数の分配支管(3)、複数のベンチュリー分配器(4)及び複数の三角翼(5)を含み、
    前記複数の分配支管(3)が、分配本管(2)から並列分岐して導出され、前記複数のベンチュリー分配器(4)が、分配支管(3)に等間隔で配置され、前記ベンチュリー分配器(4)の拡張部に逆三角錐台状の三角翼(5)が連通設置され、前記三角翼(5)と前記ベンチュリー分配器(4)が、前記三角翼(5)と一体的に構成されたクランプによって接続され、クランプがベンチュリー分配器におけるスロート部に係止され、前記三角翼(5)は、前記ベンチュリー分配器(4)から噴出されたオゾンに乱流を生じさせることを特徴とする煙道オゾン分配器。
  2. 前記分配支管(3)は、2つの部分に分けられ、前分配支管(3―1)が分配本管(2)から導出され、接続フランジ(6)によって後分配支管(3―2)に接続され、
    記前分配支管(3―1)に調節弁(7)が設置され、
    記複数の分配支管(3)同士の間隔が同じであり、
    接する分配支管(3)の間隔が300〜500mmである、
    ことを特徴とする請求項1に記載の煙道オゾン分配器。
  3. 前記分配本管(2)内の気流速度が30m/s以下であり
    前記分配支管(3)内の気流速度が20〜25m/sであるように制御する、
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の煙道オゾン分配器。
  4. 隣接するベンチュリー分配器(4)の間隔が50〜100mmである、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の煙道オゾン分配器。
  5. 前記ベンチュリー分配器(4)の収縮角が70〜90°であり
    前記ベンチュリー分配器(4)の拡張角が25〜50°であり、
    前記ベンチュリー分配器(4)のスロートの高さ直径比が1.0〜1.5であり、
    前記ベンチュリー分配器(4)のスロートにおける気流速度が8〜12m/sである、
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の煙道オゾン分配器。
  6. 前記三角翼(5)は、三角形断面が等辺三角形であり、内接円の直径がベンチュリー分配器(4)の拡張部の出口直径の1.1〜1.5倍である、ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の煙道オゾン分配器。
  7. 請求項1〜のいずれか一項に記載の煙道オゾン分配器の配置方式であって、前記煙道オゾン分配器を煙道(1)に配置する際に、複数の分配支管(3)の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道(1)の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道(1)の両側に対称して位置ずれて取り付けられ、前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致していることを特徴とする煙道オゾン分配器の配置方式。
  8. 道(1)に請求項1〜のいずれか一項に記載の煙道オゾン分配器が設置されていることを特徴とする煙道。
  9. 前記煙道オゾン分配器における複数の分配支管(3)の末端と煙道の側壁との水平距離が煙道(1)の幅の1/2であり、偶数組の煙道オゾン分配器が煙道(1)の両側に対称して位置ずれて取り付けられ、前記煙道オゾン分配器を介して煙道に噴射されたオゾンの流れ方向が煙道ガスの流れ方向と一致していることを特徴とする請求項に記載の煙道。
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