JP6503173B2

JP6503173B2 - 排ガス混合装置

Info

Publication number: JP6503173B2
Application number: JP2014198347A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　郷紀; 郷紀佐々木; 勝美矢野; 政治森井
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP2016067985A

Description

本発明は、排ガス混合装置に係り、特に、燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝装置の前流側に設けられる排ガス混合装置に関する。

発電所等において、燃焼設備から発生する排ガス中の窒素酸化物を処理する脱硝装置が用いられる。燃焼設備は、石炭焚き、ガス焚き、油焚き等のボイラの他、ガスタービンなどの燃焼設備である。脱硝装置は、上流側で排ガス中にアンモニア及びアンモニア化合物等の還元剤を添加し、脱硝装置内に設けられた脱硝触媒上で還元剤と窒素酸化物を反応させて窒素に還元処理する。還元剤は基本的にはガスで供給するか、溶液を排ガス中に直接噴霧するが、溶液噴霧の場合も高温排ガスにより加熱気化されるため、結局ガス状で添加されることになる。

ところで、脱硝処理対象の排ガス量は、例えば１０００ＭＷクラスの発電設備の場合、３００万ｍ^３Ｎ/ｈに達し、還元剤は希釈用空気などを含めても９０００ｍ^３Ｎ／ｈである。このように、排ガス量は還元剤ガスに対して３００倍ほどであるから、脱硝効率を高めるためには、極少量の還元剤ガスを多量の排ガス中に均一に分散させる必要がある。

特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の系外への排出規制値が強化される傾向にある。例えば、脱硝率９０％以上、還元剤である未反応のアンモニアが脱硝装置から流出するスリップアンモニア濃度が数ｐｐｍ以下にまで規制されている。このような規制を満たすためには、脱硝触媒上流でアンモニア（ＮＨ_３）対窒素酸化物（ＮＯｘ)のモル比が１を超えないように制御することが重要である。例えば、特許文献１には、排ガスダクトの流路断面を複数の領域に分割し、各々の領域毎に複数のアンモニア注入ノズルを配置して、各領域毎にアンモニア注入量を独立して制御可能にすることが提案されている。これにより、触媒出口側の排ガスダクトの流路断面におけるＮＯｘ濃度、あるいはスリップアンモニア濃度を実測し、領域ごとにアンモニア注入量をフィードバック制御して微調整することが可能である。

しかし、特許文献１の方法によっても、排ガスダクトの敷設形状、ガイドベーンの有無、排ガスダクトサイズによって、排ガスダクト断面の各部位における排ガス流速及びＮＯｘ濃度にバラツキが生じる。また、ある領域内のアンモニア注入量を増減させても、必ずしもその延長上の部位のアンモニア濃度が増減するわけではないから、排ガス流速及びＮＯｘ濃度のバラツキに対応してアンモニア（ＮＨ_３）注入量を調整するのは容易ではない。

すなわち、ＮＯｘの出口濃度を満足するように、かつ余剰のＮＨ_３が排出されないようにするには、脱硝触媒の入口側の排ガス流路断面の全領域において、非常に高い割合でＮＨ_３／ＮＯｘのモル比を均一にしなくてはならない。また、発電負荷が変わればガス流速、ＮＯｘ濃度も変動するため、それぞれの状況を想定して調整条件を決める必要がある。

そこで、アンモニア注入ノズルと脱硝触媒との間の排ガス流路に、例えば、特許文献２〜４に記載された一般的なガス混合器を設け、排ガス流速あるいはＮＯｘ濃度を均一化し、さらにＮＨ_３／ＮＯｘのモル比を均一化することが考えられる。

例えば、特許文献２に記載されたガス混合器は、角筒体内に中心から放射状に延びる複数の固定旋回翼を設け、固定旋回翼間のスリットを通過するガスを旋回させることによりガスを混合させるようにしている。これにより、後流側の排ガス処理反応装置のガス流路断面における負荷を均一にすることができる。特に、複数のガス混合器を排ガス流路の断面に多段及び複数列に配設したガス混合装置が提案されている。

一方、特許文献２に記載のガス混合器は、角筒体の内部に四角錐状の流体分割部材の頂点をガス流入方向に向けて設け、流体分割部材の錐壁面にガス噴出孔を設け、そのガス噴出孔の出口側に短管を設置した構成である。これによれば、ガス噴出孔から噴出される流体が互いに衝突し、あるいは干渉して、組成成分又は濃度などの不均質な流体でも、圧力損失の少ない状態で確実に混合できるとしている。

また、特許文献３に記載のガス混合器は、角筒体の内部のガス流れ方向に、頂点同士を突き合わせた２つの四角錐を仮想的に配置し、それぞれの四角錐の対向面の一方に三角板を配置し、流入側と流出側の三角板を配置する四角錐の対向面の位置を互いに９０°ずらして配置した構成である。これによれば、流入するガスは流入側の四角錐により２つのガス流れに分流され、９０°捩じれて流出側の四角錐に流入され、その過程でガスが混合される。これにより流動抵抗の小さいガス混合器を実現できるとしている。

特許第４０６９１９６号特開２０００−２３３１２１号公報特開２００２−３０６９３９号公報実開平６−３１８２６号公報

しかし、特許文献２に記載のガス混合器は、放射状の位置によって固定旋回翼の形状が異なるので、ガス混合器の製造及び組立が煩雑になるという問題がある。特許文献３、４に記載のガス混合器は、旋回流によるガスの混合があまり期待できないから、短いダクト長で排ガスダクトの流路断面における排ガス流速を均等化するとともに、脱硝触媒の入側におけるアンモニア／ＮＯｘのモル比変動率(ＣＶ＝標準偏差／平均値)を、十分低くしようとすると、圧力損失が大きくなり、排ガスを誘引するファン動力が増加する問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、製造及び組立が容易で、ガスの旋回流を利用して、排ガス誘引ファンの動力を増加させることなく、短いダクト長で排ガスダクトの流路断面における排ガス流速を均等化できる排ガス混合装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の排ガス混合装置は、燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備え、前記ガス混合器は、複数枚の三角羽根を直方体空間に配置して形成され、前記三角羽根は、互いに対応する１つの頂点が前記直方体空間に定められる設定点に配置され、該頂点に対向するそれぞれの底辺がガス流入方向に平行な前記直方体空間の外面に配置され、前記設定点を通るガス流入方向の軸に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつ前記軸周りに等角度ピッチずつ回転して配置されていることを特徴とする。

すなわち、本発明のガス混合器は、複数枚の三角羽根の対応する１つの頂点を設定点に位置させ、その頂点に対向する三角羽根の底辺をガス流入方向に平行な直方体空間の外面に位置させ、ガス流入方向の軸に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつその軸周りに等角度ピッチずつ回転して配置されている。そのため、ガス混合器に流入する排ガスは、複数の三角羽根の羽根面によって軸周りに複数のガスの旋回流が形成される。その複数の旋回流によって、排ガスが混合されるから、排ガスに添加された還元剤と排ガスの混合が促進される。また、排ガスの一部には、旋回流から離れて三角羽根を乗り越える流れが生じ、その三角羽根の裏側に渦が発生するため、混合性能が高まる。

さらに、このように構成されるガス混合器を、排ガスダクトの流路断面の全域又は一部の領域に、多段に、かつ複数列に並べて設けて排ガス混合装置を構成すれば、各ガス混合器の圧力損失を均等にする整流作用により、ガス混合器よりも前流側の排ガスダクトの流路断面における排ガス流速変動率（ＣＶ＝標準偏差／平均値）を小さくでき、排ガス流速を均等化することができる。さらに、排ガスを効果的に混合できるから、還元剤の添加位置におけるガス流速変動率(ＣＶ＝標準偏差／平均値)を低い値（例えば、１５％以下）に保持することができる。特に、排ガス中に少量の還元剤(アンモニア)を効率よく混合できる脱硝装置を構築できる。

このように、排ガスに添加された還元剤と排ガスの混合が促進されるとともに、排ガスダクトの流路断面における排ガス流速を均等化することができる。その結果、例えば、モル比変動率(ＣＶ＝標準偏差／平均値)を低い値（例えば、７％以下）に均一化することができる。また、ＮＯｘ濃度の異なる排ガスを互いに混合させてＮＯｘ濃度を均一化する作用により、短いダクト長でモル比の均一化が図れる。しかも、従来よりも低圧力損失でガスを混合することができる。例えば、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比の変動率を４％以下に抑え、脱硝性能を９０％台で、スリップアンモニア濃度を数ｐｐｍとすることが可能になる。また、同一形状に形成された三角羽根を用い、簡単な構造のガス混合器を実現できるから、さらにガス混合器の製造及び組立を容易にすることができる。

なお、本発明において、設定点は、直方体空間のガス流入側とガス流出側の矩形面の中心を通る中心軸上に設定することができる。また、設定点は、中心軸の中心、つまり直方体空間の中心に設定することができる。

本発明は、三角羽根の配置、三角羽根の支持構造、三角羽根の形状に応じて、実施例１〜８等に示すように、種々の態様を採用することができる。例えば、三角羽根の枚数は、典型的には４枚が好ましいが、これに限らず、圧力損失が許容されるのであれば、その整数倍の三角羽根を採用することができる。三角羽根を４枚にすれば、直方体内部の排ガス流れが四分割され、分割された４つの流れはそれぞれ９０°旋回して混合される。

本発明によれば、製造及び組立が容易で、ガスの旋回流を利用して、排ガス誘引ファンの動力を増加させることなく、短いダクト長で排ガスダクトの流路断面における排ガス流速を均等化できる排ガス混合装置を提供することができる。

本発明のガス混合器の実施例１の構造を示す図である。実施例１における羽根裏での渦の発生を説明する図である。実施例１のガス混合器を排ガスダクトの流路断面の全面に配置した排ガス混合装置の構成を示す図である。本発明のガス混合器の実施例２の構造を示す図である。本発明のガス混合器の実施例３の構造を示す図である。実施例３のガス混合器を排ガスダクトの流路断面の全面に配置した排ガス混合装置の構成を示す図である。本発明のガス混合器の実施例４の構造を示す図である。実施例４のガス混合器を排ガスダクトの流路断面の全面に配置した排ガス混合装置の構成を示す図である。本発明のガス混合器の実施例５の構造を示す図である。本発明のガス混合器の実施例６の構造を示す図である。本発明のガス混合器の実施例７の構造を示す図である。実施例７の各三角羽根の切欠き部の詳細を示す図である。実施例７の三角羽根における羽根裏での渦の発生を説明する図である。実施例７の変形例の各三角羽根の切欠き部の詳細を示す図である。本発明のガス混合器の実施例８の構造を示す図である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

図１に本発明の実施例１のガス混合器の斜視構成図を示す。大型発電設備に用いられる脱硝触媒層の流路断面は角型であり、その脱硝触媒層に排ガスを導入する排ガスダクトの流路断面も矩形であることが多い。また、排ガス混合装置は、排ガスダクトの流路断面の全体に設置されることからダクト流路断面を複数の矩形領域に分け、その矩形領域に対応させたサイズのガス混合器を多段に重ねて、かつ複数列並べて構成する。

そこで、本実施例のガス混合器１は、図１に示すように、直方体空間２内に、同一形状に形成された４枚の三角羽根３（ａ〜ｄ）を配置して形成されている。なお、分離して示したが、直方体空間２のガス流入方向（図示矢印４）に平行な外面５（ａ〜ｄ）を形成する角筒体６が設けられている。三角羽根３（ａ〜ｄ）は、それらの三角羽根３（ａ〜ｄ）の対応する１つの頂点０１が互いに接する位置に配置され、頂点０１に対向するそれぞれの底辺７（ａ〜ｄ）は、ガス流入方向に平行な直方体空間の外面である角筒体６の内面に接して位置されている。なお、三角羽根３（ａ〜ｄ）の底辺７（ａ〜ｄ）は、角筒体６の内面に点溶接等で固定されている。また、三角羽根３（ａ〜ｄ）の対応する頂点０１は、図示していない支持部材（例えば、支持棒など）にそれぞれ溶接等で固定されている。

本実施例では、頂点０１が互いに接する位置である設定点は、直方体空間２のガス流入側とガス流出側の矩形面の中心を通る中心軸８上の中心に位置されている。また、頂点０１に対向するそれぞれの底辺７（ａ〜ｄ）の両端は、ガス流入方向に平行な直方体空間の外面である角筒体６の内面に接して、かつ角筒体６のガス流入側とガス流出側の角に位置されている。したがって、４枚の三角羽根３（ａ〜ｄ）は、設定点を通るガス流入方向の中心軸８に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつ中心軸８周りに等角度ピッチずつ回転して配置されている。

ガス混合器１の外形寸法は、設置する排ガスダクトの流路断面の寸法に基づいて決定することが望ましい。特に、ダクト流路断面の縦横寸法のうち短い方の寸法に合わせてガス混合器１のサイズを決定する。例えば、排ガスダクトの流路断面サイズが横１８．４ｍ×縦４．６ｍとする。そして、製造の容易性とメンテナンス性を考慮して、ガス混合器１の縦横寸法Ｄをダクト流路断面の短い方の寸法の１／ｎ（ただし、ｎは自然数）とする。本実施例では、ガス混合器１の縦横寸法Ｄは、縦４．６ｍの２分の１の２．３ｍの正方形としている。しかし、これに限られるものではなく、ガス混合器１の寸法は、排ガス流速、モル比の分布、アンモニアノズルの調整領域のサイズに応じて適宜設定することができる。また、構造体1のガス流れ方向の長さＬは、立方体とすべく２．３ｍとしてもよいし、それ以上延ばしても構わない。Ｌ／Ｄは大きいほど圧力損失は低下する傾向にあるが、ガス流速変動率の低下はほとんど起こらないので、規定された圧力損失に合わせて増減することができる。

また、本実施例のガス混合器１は、中心軸８周りに旋回ガス流を形成させるものであるから、ガス流れ方向から見て正方断面であることが望ましい。しかし、排ガスダクトの流路断面サイズに対応させて、縦横比を若干変えても構わない。

また、三角羽根３の頂点は幾何学的には３点あるが、本実施例を含め、本明細書においては、直方体空間２の中心に位置させる頂点のみを頂点０１と称し、他の頂点については、頂点０１に対向する底辺の両端と称して説明する。なお、頂点０１は必ずしも直方体空間２の中心に設定する必要はなく、中心線８上のどの位置に設定してもよい。また、中心線８上に設定する必要は必ずしもないが、製作の容易性を考慮すると、中心又は中心線８上にあることが好ましい。

以上説明したように、本実施例１では、同一形状に形成された複数枚の三角羽根３（ａ〜ｄ）の対応する１つの頂点０１を中心軸８上の中心点（設定点）に位置させ、その頂点０１に対向する三角羽根３（ａ〜ｄ）の底辺７（ａ〜ｄ）を、ガス流入方向に平行な直方体空間２の外面５（ａ〜ｄ）に位置する角筒体６の内面に固定し、かつ底辺７（ａ〜ｄ）の両端を角筒体６のガス流入側とガス流出側の角に位置させているから、ガス流入方向の中心軸８に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつその軸周りに等角度ピッチずつ回転して配置されている。そのため、ガス混合器１に流入する排ガスは、複数の三角羽根３（ａ〜ｄ）の羽根面によって４つに分流され、それぞれ中心軸８周りに９０°回転して流出するため、４つのガスの旋回流が形成される。その４つの旋回流によって、排ガスが混合されるから、排ガスに添加された還元剤と排ガスの混合が促進される。また、排ガスの一部には、旋回流から離れて三角羽根３（ａ〜ｄ）を乗り越える流れが生じるので、その三角羽根の裏側に渦が発生するため、混合性能が高まるという効果がある。

図２は、実施例１の三角羽根３の裏面において発生する渦流を説明する図であり、ガス流れに対して斜めに配置された三角羽根３を通過する流れから渦が発生する。これにより、排ガスの混合が促進される効果がある。なお、次の実施例２に示すように、三角羽根３のガス流入側の縁に支持パイプ９（ａ〜ｄ）を設けた場合は、さらに支持パイプ９（ａ〜ｄ）を乗り越えるガス流れにより、渦が発生するので、排ガスの混合が一層促進される。

本実施例のガス混合器１を格子要素として構成した排ガス混合装置の一例を図３に示す。つまり、ガス混合器１を相隣るように、脱硝装置の前流側の排ガスダクト２５内の全断面に配置した例である。実施例１では角筒体６で三角羽根３（ａ〜ｄ）の構造体を囲っているので図３のようになる。

図４に、実施例２のガス混合器２１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例１と異なる点は、三角羽根３（ａ〜ｄ）の支持を補強する支持棒である支持パイプ９（ａ〜ｄ）を設けたこと、及びガス混合器２１のガス流れ方向の長さＬを４ｍとした実施例２のガス混合器２１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例１と異なる点は、三角羽根３（ａ〜ｄ）の支持を補強する支持棒である支持パイプ９（ａ〜ｄ）を設けたこと、及びガス混合器２１のガス流れ方向の長さをＬ＝４ｍとしたことにあり、その他の構成は実施例１と同一であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。

実施例１においては、三角羽根３（ａ〜ｄ）の支持は、角筒体６の内面に溶接等で固定した例を示した。本実施例２では、三角羽根３（ａ〜ｄ）の底辺７（ａ〜ｄ）の両端が角筒体６のガス流入側とガス流出側の角に位置していること、及び頂点０１に連なる斜辺が角筒体６の内部対角線に接していることに鑑み、角筒体６の角に支持棒である支持パイプ９（ａ〜ｄ）を溶接して内部対角線に沿う支持フレームを作成した。これにより、各三角羽根３（ａ〜ｄ）の２つの斜辺が交差する支持パイプ９（ａ〜ｄ）のうち二本の支持パイプに接するので、支持パイプ９（ａ〜ｄ）の各三角羽根３（ａ〜ｄ）の２つの斜辺を溶接することにより、三角羽根３（ａ〜ｄ）の支持強度を補強することができる。

図５に、実施例３のガス混合器３１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例２と異なる点は、図示のように、ガス混合器３１の外壁を角筒体６で構成することに代えて、図において対向する上下の天井面と底面に対応する一対の平板３２（ａ，ｂ）を設けたことにある。その他の点は、実施例２と同様であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。

このように構成されることから、本実施例では、三角羽根３ａと３ｃの底辺７ａと７ｃが、一対の平板３２（ａ，ｂ）にそれぞれ接するから、底辺７ａと７ｃを一対の平板３２（ａ，ｂ）に対して何点かで溶接して固定する。各三角羽根３（ａ〜ｄ）の２つの斜辺を支持パイプ９（ａ〜ｄ）に溶接することにより、三角羽根３（ａ〜ｄ）の支持強度が確保される。つまり、角筒体６の内部対角線に沿って設けられた支持パイプ９（ａ〜ｄ）に三角羽根３（ａ〜ｄ）を支持させることができるから、排ガス流から受ける圧力に耐えられる強度を得ることができる。

本実施例３のガス混合器３１を格子要素として構成した排ガス混合装置の一例を図６に示す。つまり、ガス混合器３１を相隣るように、脱硝装置の前流側の排ガスダクト２５内の全断面に配置した例である。実施例３では一対の平板３２（ａ，ｂ）で三角羽根３（ａ〜ｄ）の構造体を囲っているので、図６のようになる。

図７に、実施例４のガス混合器４１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例３と異なる点は、一対の平板３２（ａ，ｂ）を省略したことにある。これにより低下する支持強度を補うために、本実施例は、図示のように、例えば、ガス混合器４１のガス流入端と流出端の角に位置する三角羽根３ａの底辺７ａの一端と三角羽根３ｂの底辺７ｂの一端とを接続する支持パイプ４２ａを設けたことにある。同様に、直方体空間２のガス流入方向に平行な４つの稜線に位置させて、支持パイプ４２（ａ〜ｄ）を設け、それらの両端を対応する位置にある三角羽根３（ａ〜ｄ）の底辺７（ａ〜ｄ）の一端同士を接続している。その他の点は、実施例３と同様であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例４のガス混合器４１は、支持パイプ９（ａ〜ｄ）と支持パイプ４２（ａ〜ｄ）で三角羽根３（ａ〜ｄ）を支持する構造体により強度を確保し、全く仕切りがない構成としたことを特徴とする。

本実施例４のガス混合器４１を格子要素として構成した排ガス混合装置の一例を図８に示す。つまり、ガス混合器４１を相隣るように、脱硝装置の前流側の排ガスダクト２５内の全断面に配置した例である。実施例４のガス混合器４１は、三角羽根３（ａ〜ｄ）と支持パイプ９（ａ〜ｄ）と支持パイプ４２（ａ〜ｄ）からなる支持構造体しか存在しないので図８のようになる。

図９に、実施例５のガス混合器５１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例１、２と異なる点は、直方体空間２のガス流出側の矩形面の対向する２辺の中心を結ぶ線上に十字形支持棒である十字形支持パイプ５２（ａ，ｂ）が設けられ、同一形状に形成された三角羽根５３（ａ〜ｄ）のそれぞれの頂点０１は、ガス流入方向の中心軸８上に位置する十字形支持パイプ５２（ａ，ｂ）の交点５４で互いに接するように配置されている。その他の点は、実施例１，２と同様に構成されているから、同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、ガス混合器５１は、角筒体６の内部に三角羽根５２（ａ〜ｄ）を組み付けて構成されている。

そして、本実施例５の三角羽根５３（ａ〜ｄ）は、頂点０１に対向する底辺は、それぞれ角筒体６の内面に接して配置されるから、底辺に沿って角筒体６の内面と三角羽根５３（ａ〜ｄ）とを何点かで溶接して接続する。さらに、三角羽根５３（ａ〜ｄ）の頂点０１に連なる斜辺は、それぞれ十字形支持パイプ５２（ａ，ｂ）に接して配置されるから、それらの間を何点かで溶接して接続する。さらに、必要に応じて、三角羽根５３（ａ〜ｄ）の頂点０１に連なる他方の斜辺に沿って、支持パイプ５５（ａ〜ｄ）を十字形支持パイプ５２の交点５４と角筒体６のガス流入側の角との間に渡して設け、支持パイプ５５（ａ〜ｄ）に三角羽根５３（ａ〜ｄ）の他の斜辺を溶接して接続することができる。

本実施例５の三角羽根５３（ａ〜ｄ）は、頂点０１に対向するそれぞれの底辺の一方の端は角筒体６のガス流入側の一辺の端に位置され、他方の端は角筒体６のガス流出側の一辺の中心に位置されていることを特徴とする。また、直方体空間２のガス流出側の矩形面の対向する２辺の中心を結ぶ線上に十字形支持パイプ５２が設けられ、三角羽根５３（ａ〜ｄ）は、それぞれ頂点０１及び頂点０１に連なる一方の斜辺が十字形支持パイプ５２に固定されていることを特徴とする。

つまり、本実施例５のガス混合器５１は、実施例１等のガス混合器１の三角羽根のガス流方向で後半部分を削除した形に相当する。これにより、実施例５によれば、実施例１等のガス混合器１よりもガス旋回力は低くなるが、ガス混合器のガス流方向の長さが１／２となるため、圧力損失が低下するという効果がある。これにより、圧力損失を下げて、ガス流速変動率を下げることができるので望ましい。

図１０に、実施例６のガス混合器６１の斜視構成図を示す。本実施例が、実施例５とは、図示のように、ガス混合器６１の外壁を角筒体６で構成することに代えて、図において対向する上下の天井面と底面に対応する一対の平板３２（ａ，ｂ）を設けたことが基本的に異なる。さらに、ガス混合器６１の強度を確保するため、一対の平板３２（ａ，ｂ）のガス流出側の対向する両角と十字形支持パイプ５２ｂの両端を通る線上に設けられた鉛直支持パイプ６２（ａ，ｂ）と、一対の平板３２（ａ，ｂ）が配置されていない直方体空間のガス流入方向に平行な外表面の位置に、鉛直支持パイプ６２（ａ，ｂ）と十字形支持パイプ５２ｂとの交点６３と一対の平板３２（ａ，ｂ）のガス流入側の角とを結ぶ線上に設けられた傾斜支持パイプ６４（ａ〜ｄ）とを備え、三角羽根５３（ａ〜ｄ）の一対の平板３２（ａ，ｂ）に固定されていない底辺が傾斜支持パイプ６４ａ、６４ｄに固定されていることが相違している。その他の点は、実施例５と同様であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。

すなわち、実施例６のガス混合器６１は、直方体空間２を構成する角筒体６の垂直方向の平面を削除した、垂直仕切りがない構成としている。本実施例によれば、図５に示した実施例３のガス混合器３１よりも強度を向上することができる。なお、実施例４のように、水平方向の一対の平板３２（ａ，ｂ）を省略してもかまわないが、必要に応じて支持パイプ等でフレームを補強する必要がある。

図１１に、実施例７のガス混合器７１の斜視構成図を示す。本実施例が実施例５、６と相違する点は、三角羽根７２（ａ〜ｄ）の頂点０１を一端とする辺７３に三角形の切欠き部７４が形成されていることにある。その他の点は、実施例５、６と同一であることから、同一符号を付して説明を省略する。

切欠き部７４は、図１２に示すように、形成されている。つまり、切欠き部７４の辺７３は三角羽根７２の辺７３と一致している。言い換えれば、切欠き部７４の辺７３の一端はガス流入側の頂点０２に一致され、切欠き部７４の辺７３の他端点は、三角羽根７２のガス流出側の頂点０１に一致されている。そして、頂点０２から頂点０１に至る辺７３をＡ：Ｂの比率に区分した区分点０４を設定する。切欠き部７４の頂点０５は、三角羽根７２の頂点０３と区分点０４を結ぶ線７５上に設定する。このとき、ガス流出側に位置する頂点０３と区分点０４を結ぶ直線７５を、Ｃ：Ｄに分ける区分点を頂点０５とする。そして、三角羽根７２の辺７３の頂点０１、０２と頂点０５を結んで形成される三角形の部分を切欠き部７４として切り欠いて形成されている。

ここで、Ａ：Ｂ及びＣ：Ｄの比は様々な値が採用できるが、例えばＡ：Ｂの比は、３〜７：７〜３の間で、Ｃ：Ｄの比は３〜９：７〜１の間とするのが望ましい。さらに好ましくは、Ａ：Ｂは４〜６：６〜４、Ｃ：Ｄは５〜９：５〜１とする。ただし、切欠き残部の三角羽根７２のガス流入側の角度Ｅは、１０度以下にならないようにするのが望ましい。これは、角度Ｅを極端に鋭角にしても後述する渦の発生が起こらないためである。角度Ｅは１０〜４５°、図中に示した角度Ｆは４５〜８０°の範囲内で選択するのが望ましい。なお、角度Ｆは、頂点０１と頂点０５を結ぶ線の延長線が頂点０２と頂点０３とを結ぶ線となす角度である。例えば、実施例７では、Ｅ＝１５°、Ｆ＝４５°に設定している。

このように構成されることから、実施例７のガス混合器７１によれば、三角羽根７２のガス流入側の角度Ｅが鋭角、ガス流出側の角度が鈍角となるから、図１３に示したように、三角羽根７２を乗り越えて発生するガスの渦流がそれぞれの部位に発生し、さらに混合性能が高まることになる。また、本実施例によれば、三角羽根７２の投影面積が減るので圧力損失が低下する。なお、図１４の角度Ｆは、区分点０６と頂点０５を結ぶ線の延長線が頂点０２と頂点０３とを結ぶ線となす角度である。

さらに、図１４に、実施例７の切欠き部の変形例を示す。図に示すように、底辺７３をＡ：Ｂ：Ｂ２の比率に区分した区分点０４，０６を設定する。そして、頂点０２、０５、０６を結んで形成される三角形の切欠き部７６を削除する。この変形例によれば、３段階の勾配に分かれるため、複雑な旋回流が発生し、混合効果が増加する。

実施例７及びその変形例に示した切欠き部の形状は、それらの実施例等に限定されるものではなく、要は、各三角羽根の頂点に対向する底辺に形成した三角形あるいはそれに類似する形状、例えば曲線で形成される形状等の切欠き部であれば、同様に混合効果が増加する。

図１５に、実施例８のガス混合器８１の斜視構成図を示す。本実施例が他の実施例と異なる点は、三角羽根８２の中央部に開口部（例えば、φ６００ｍｍ）６３を形成したことにあり、他の構成は実施例１〜６と同一であることから説明を省略する。本実施例によれば、開口部６３を通過するガス流と三角羽根８２に沿って流れるガス流とが複雑に衝突し、混合効果を高めることができる。なお、開口部６３は、複数設けてもよい。また、三角羽根８２の投影面積が減るので圧力損失が低下するという効果がある。

以上、本発明のガス混合器を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。要は、燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた脱硝装置用排ガス混合装置において、前記ガス混合器は、同一形状に形成された複数枚の三角羽根を直方体空間に配置して形成され、前記三角羽根は、対応する１つの頂点が前記直方体空間に定められる設定点で互いに接して配置され、該頂点に対向するそれぞれの底辺がガス流入方向に平行な前記直方体空間の外面に位置され、前記設定点を通るガス流入方向の軸に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつ前記軸周りに等角度ピッチずつ回転して配置されていることを特徴とする。

また、この場合において、前記設定点は、前記直方体空間のガス流入側とガス流出側の矩形面の中心を通る中心軸上の任意の位置、あるいは中心軸の中心又はガス流出側の矩形面の中心に設定することができる。

また、本発明のガス混合器は、複数の三角羽根を実施例１等に示したように角筒体６で囲って形成しても、図５、１０の実施例に示したように複数の三角羽根の上下面あるいは左右面を囲ってもよく、さらに、図７の実施例４に示したように複数の三角羽根の周囲を開放してもよく、また、多孔板で囲うようにしてもよい。要は、各実施例に示した複数の三角羽根を固定して支持できればよい。例えば、図７の実施例４に示したように、三角羽根及び支持パイプのみで構成する方が、隣接したガス混合器の内部を旋回してきたガス流が互いに混ざり合い、より広範囲で均一化する効果が高まる。ただし、ガスの旋回流が強くなるため、ガス流速変動率の低減を狙いとする場合は、実施例１等に示したように角筒体６で４面を囲って、又は図５、１０の実施例のように２面で塞ぐ形にした方がよい場合がある。

ここで、本発明の実施例１〜８のガス混合器と、ガス混合器を配置しない比較例１と、特開２０００−２３３１３０に記載された交差経路構造を有する充填体が有するガス混合器を配置した比較例２と、特許文献３のガス混合器を配置した比較例３を、同一の排ガス流路断面に配置して、アンモニア／ＮＯｘのモル比変動率（ＣＶ）、ガス流速変動率（ＣＶ）、及び圧力損失とを比較した結果を、表１に示す。

比較には、数値解析ソフトＦＬＵＥＮＴＶｅｒ６を使用し、入口面のガス流速の変動率(以下ガス流速ＣＶと示す)が２０％となるような初期値を与えた。アンモニアノズルも実機サイズを再現した構造を用い、入口ガス流速に応じてアンモニア注入量を変化させる条件としている。

実施例１はモル比ＣＶが最も高い結果となったが、通常要求されるモル比ＣＶ≦７％はクリアしている。ただし圧損が高い問題があった。実施例６、７、８は圧損も低く、モル比ＣＶも、ガス流速ＣＶも目標をクリアできることが分かった。いずれの実施例もモル比ＣＶは目標をクリアしているため、圧損許容値に応じて選択することができる。

これに対して、比較例１はガス混合器を設置していないため、ガス流速ＣＶについては問題ないものの、モル比ＣＶは9.2％と最も高く、通常要求される７％は満足しなかった。比較例２は、モル比ＣＶはほとんど変化せず、本発明の実施例と比べると効果は小さい。比較例３は、ガス流を絞る効果が主であり、ガス流に大きな旋回流を与える構造ではないため、モル比ＣＶの目標値はクリアしているものの、実施例２〜８より高い値であり、圧損が高い部類に属することが分かった。
以上のことから、特に実施例５〜８の効果が高く、有効な混合器であることが分かった。

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１ガス混合器
２直方体空間
３（ａ〜ｄ）三角羽根
４ガス流入方向
５（ａ〜ｄ）外面
６角筒体
７（ａ〜ｄ）底辺
８中心軸
９（ａ〜ｄ）支持パイプ
０１頂点

Claims

燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた排ガス混合装置において、
前記ガス混合器は、複数枚の三角羽根を直方体空間に配置して形成され、
前記三角羽根は、互いに対応する１つの頂点が前記直方体空間に定められる設定点に配置され、該頂点に対向するそれぞれの底辺がガス流入方向に平行な前記直方体空間の外面に配置され、前記設定点を通るガス流入方向の軸に対して羽根面が同一角度傾斜され、かつ前記軸周りに等角度ピッチずつ回転して配置されていることを特徴とする排ガス混合装置。
前記設定点は、前記直方体空間のガス流入側とガス流出側の矩形面の中心を通る中心軸上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記直方体空間のガス流入方向に平行な外面を形成する角筒体を備え、
前記三角羽根は、前記頂点を互いに固定するとともに、前記頂点に対向する底辺を前記角筒体の内面に固定して支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、前記頂点に対向するそれぞれの底辺の一方の端が前記角筒体のガス流入側の一辺に位置され、他方の端が前記角筒体のガス流出側の一辺に位置されていることを特徴とする請求項３項に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、前記頂点に対向するそれぞれの底辺の一方の端が前記角筒体の前記ガス流入側の一辺の端に位置され、他方の端が前記角筒体の前記ガス流出側の一辺の反対側の端に位置されていることを特徴とする請求項４項に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、前記頂点に対向するそれぞれの底辺の一方の端が前記角筒体の前記ガス流入側の一辺の端に位置され、他方の端が前記角筒体の前記ガス流出側の一辺の中心に位置されていることを特徴とする請求項４項に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記直方体空間のガス流出側の矩形面の対向する２辺の中心を結ぶ線上に十字形支持棒が設けられ、
前記三角羽根は、それぞれ前記頂点及び該頂点に連なる一方の斜辺が前記十字形支持棒に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、前記角筒体の内面に固定された前記底辺を除く２つの斜辺のうち、少なくとも一方の斜辺が前記頂点で交差させて設けられた２本の支持棒に固定されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。
前記支持棒は、前記角筒体の前記ガス流入側と前記ガス流出側の角と前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項８に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記直方体空間のガス流入方向に平行な対向面に一対の平板が配置され、
前記一対の平板の角と前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上にそれぞれ支持棒が設けられ、
前記三角羽根は、それぞれ前記頂点及び該頂点に連なる斜辺が前記支持棒に固定され、前記底辺が前記平板に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記直方体空間のガス流入方向に平行な稜線に設けられた稜線支持棒と、該稜線支持棒の両端と前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上にそれぞれ支持棒とが設けられ、
前記三角羽根は、それぞれ前記頂点及び該頂点に連なる斜辺部が前記支持棒に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記直方体空間のガス流入方向に平行な対向面に一対の平板が配置され、前記直方体空間のガス流出側の矩形面の対向する２辺の中心を結ぶ線上に十字形支持棒が設けられ、
前記三角羽根は、前記底辺が前記一対の前記平板に固定され、それぞれ前記頂点及び該頂点に連なる一方の斜辺が前記十字形支持棒に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス混合装置。
前記ガス混合器は、前記一対の平板のガス流出側の対向する両角と前記十字形支持棒の両端を通る線上に設けられた鉛直支持棒と、前記一対の平板が配置されていない前記直方体空間のガス流入方向に平行な外表面の位置に、前記鉛直支持棒と前記十字形支持棒の交点と前記一対の平板のガス流入側の角とを結ぶ線上に設けられた傾斜支持棒とを備え、
前記三角羽根は、前記一対の前記平板に固定されていない前記底辺が前記傾斜支持棒に固定されていることを特徴とする請求項１２に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、羽根面に少なくとも１つの開口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。
前記三角羽根は、前記頂点に対向する底辺に三角形の切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。
前記切欠き部の頂点は、前記三角羽根の前記底辺をガス流入側の一端から他端に向けてＡ：Ｂの比率に区分した区分点と、前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上に設定され、
前記切欠き部の底辺の一端は、前記三角羽根の前記底辺のガス流入側の一端に一致させ、前記切欠き部の底辺の他端は前記三角羽根の前記底辺のガス流出側の一端に一致させることを特徴とする請求項１５に記載の排ガス混合装置。
前記切欠き部の頂点は、前記底辺をＡ：Ｂ：Ｂ２の比率に区分したＡ：Ｂの区分点と前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上に設定され、
前記切欠き部の底辺の一端は、前記三角羽根の前記底辺のガス流入側の一端に一致させ、前記切欠き部の底辺の他端はＢ：Ｂ２の区分点に一致させることを特徴とする請求項１５に記載の排ガス混合装置。
前記切欠き部の頂点は、前記Ａ：Ｂの区分点と前記三角羽根の前記頂点とを結ぶ線上をＣ：Ｄの比率に区分した区分点に設定することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の排ガス混合装置。
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の前記ガス混合器を、前記脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面の少なくとも一部に複数段、複数列、配置してなることを特徴とする排ガス処理装置。