JP7261019B2 - 脱硝装置 - Google Patents

Description

本発明は、脱硝装置に関する。

燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の除去に用いられる装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１は、触媒層を内蔵した脱硝反応器の上流に還元剤注入装置を配置し、該還元剤注入装置より注入した還元剤を排ガス中の窒素酸化物と反応させる脱硝装置において、前記還元剤注入装置と前記触媒層との間にガス流れ方向を仕切る整流格子を配置し、該整流格子の少なくとも一つの区域内に前記排ガスと前記還元剤とのガス混合促進体を設けたことを特徴とする脱硝装置を開示している。

特許文献２は、排ガスを熱交換器で昇温しかつ還元剤で還元し、脱硝触媒を通して前記排ガス中の窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置において、前記熱交換器の上流に整流板を設けるとともに、該熱交換器を前記脱硝触媒と対向するように配置し、還元剤は熱交換器と脱硝触媒との間に挿着された還元剤注入管より注入されることを特徴とする排煙脱硝装置を開示している。

特許文献３は、排ガス流路内において、排ガス流に直交して配置された複数の母管、同母管の側面から突設された複数の突出管、及び同各突出管の端部において排ガス流の下流方向に向けて開口するよう設けられたノズルを備え、各ノズルの中心線と母管側面との距離は母管の外径より大であり、排ガス流に直交する断面に投影した各ノズルの位置は互いに隣接する複数の正三角形の各頂点に位置するよう配置されており、ノズルより排ガス流の上流側に排ガス整流装置を有することを特徴とするアンモニアガス注入装置を開示している。

特許文献４は、排ガス流中に脱硝剤を注入し窒素酸化物を除去するものにおいて、脱硝剤注入管の下流側の排ガス流中に脱硝剤供給管を配置し、この脱硝剤注入管と脱硝剤供給管とを接続することにより、脱硝剤供給管と脱硝剤加熱用および注入脱硝混合促進用の部材として利用することを特徴とする脱硝剤注入装置を開示している。

特許文献５は、アンモニア注入ノズル部を廃ガス中に配置されアンモニアを噴霧することにより廃ガス中の窒素酸化物を還元処理するものにおいて、アンモニア注入ノズル部上流側の配管を廃ガスの保有する熱によりアンモニアを加熱するアンモニア加熱部としたことを特徴とするアンモニア注入配管を開示している。

特開平１０－１６５７６９号公報 特開平１０－５７７７０号公報 特開平８－８９７５４号公報 特開昭６０－１２１２０号公報 特開昭５６－１０３２２号公報

本発明の課題は、新規な脱硝装置を提供することである。

本発明は以下の態様を包含する。

〔１〕 ボイラからの排ガスを流す流路を有する反応器ダクトを有し、
反応器ダクト内に、スクリーンプレート、脱硝剤供給ラインシステム、および脱硝触媒を含む固定床を排ガスの流れに沿ってこの順で有し、且つ
脱硝剤供給ラインシステムが、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズルを有する、
脱硝装置。

〔２〕 ボイラからの排ガスを横方向に流す流路を有する入口ダクト、排ガスの流れを横方向から縦方向に変える流路を有する継手ダクト、および排ガスを縦方向に流す流路を有する反応器ダクトを有し、
反応器ダクト内に、スクリーンプレート、脱硝剤供給ラインシステム、および脱硝触媒を含む固定床を排ガスの流れに沿ってこの順で有し、且つ
脱硝剤供給ラインシステムが、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズルを有する、
脱硝装置。

〔３〕 スクリーンプレートを支える構造物をさらに有し、
脱硝剤供給ラインシステムがスクリーンプレートを支える構造物で支えられている、〔１〕または〔２〕に記載の脱硝装置。
〔４〕 スクリーンプレートを支える構造物と脱硝剤供給ラインシステムを支える構造物とをさらに有し、
脱硝剤供給ラインシステムが脱硝剤供給ラインシステムを支える構造物で支えられている、〔１〕または〔２〕に記載の脱硝装置。
〔５〕 脱硝剤供給ラインシステムは、バッフルをさらに有する、〔１〕～〔４〕のいずれかひとつに記載の脱硝装置。
〔６〕 熱交換ラインの少なくとも一部にフィンを有する、〔１〕～〔６〕のいずれかひとつに記載の脱硝装置。

本発明の脱硝装置は、排ガスと脱硝剤とを均一に混合でき、且つ固定床に導入される排ガスの流れに偏りが生じ難いので、脱硝効率が極めて高い。本発明の脱硝装置は、固定床の閉塞および固定床の偏摩耗が生じ難く、硫安生成による機器トラブルも抑制でき、長期間の安定した運用が可能である。
本発明の脱硝装置では、脱硝剤がスクリーンプレートと触媒固定床との間で、且つ好ましくはガス流れに偏りがない箇所で、注入されるので、脱硝剤が均一に触媒固定床に供給され、且つ触媒に反応せずにすり抜ける脱硝剤の量が少ない。その結果、脱硝反応における脱硝剤の化学量論比をはるかに超える過剰な量の脱硝剤を注入する必要がなくなり、ランニングコストを低減できる。

本発明に係る脱硝装置の第一実施形態を示す図である。 本発明に係る脱硝装置の第二実施形態を示す図である。 脱硝剤供給ラインシステム（フィン付）の一例を示す斜視図である。 脱硝剤供給ラインシステム（切妻バッフル付）の一例を示す断面図である。 脱硝剤供給ラインシステム（ウイングバッフル付の一例を示す断面図である。 本発明に係る脱硝装置の第三実施形態を示す図である。 脱硝剤供給ラインシステム（フィン無）の一例を示す斜視図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施形態によって本発明の範囲は制限されない。

図１は、本発明に係る脱硝装置の第一実施形態を示す図である。第一実施形態の脱硝装置は、ボイラからの排ガスを流す流路を有する反応器ダクト６を有する。反応器ダクト内には、複数の羽板を含んでなるスクリーンプレート３、脱硝剤供給ラインシステム７、および排ガスに含まれる窒素酸化物を除去するための触媒を含む固定床４を排ガスの流れに沿ってこの順で有する。羽板は、通常、平板などで構成されている。そして、脱硝剤供給ラインシステム７は、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン８、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン９、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズル１０を有する。

図２は、本発明に係る脱硝装置の第二実施形態を示す図である。第二実施形態の脱硝装置は、入口ダクト１、継手ダクト２、反応器ダクト６、および出口ダクトを有する。ボイラからの排ガスＧは、入口ダクト１、継手ダクト２、反応器ダクト６、および出口ダクト５の順に流れる。

第二実施形態の脱硝装置において、入口ダクト１は、ボイラからの排ガスを横方向に流す流路を有する。図２においては、入口ダクト１の流路の、上側を仕切る面と下側を仕切る面とを直線で描いている。ガス流れ方向から見た入口ダクトの流路の断面形状は、矩形、台形、円形、楕円形などであることができる。これらのうち、加工の易しさ点で矩形が好ましい。

第二実施形態の脱硝装置において、継手ダクト２は、排ガスの流れを横方向から縦方向に変える流路を有する。図２に示す継手ダクトは、下向きに流れを変えるものであるが、図６に示すように上向きに流れを変えるものであってもよい。継手ダクトの向きは、脱硝装置の設置スペースやレイアウトを考慮して適宜に選択できる。図２においては、継手ダクト２の流路の、上側を仕切る面と下側を仕切る面とを直線で描いている。継手ダクト２の流路の、上側を仕切る面と下側を仕切る面は、図２と同じ視点から見た場合に、弧を描くものであってもよい。また、入口ダクト１の流路の下側を仕切る面と反応ダクト６の流路の入口ダクト１の近位側を仕切る面とが直接に接合されて、継手ダクト２の流路の下側を仕切る面が省略されていてもよい。ガス流れ方向から見た継手ダクト１の流路の断面形状が、矩形、台形、円形、楕円形などであることができる。これらのうち、加工の易しさ点で矩形が好ましい。

第二実施形態の脱硝装置において、反応器ダクト６は、排ガスを縦方向に流す流路を有する。図２においては、反応器ダクト６の流路の、入口ダクトの近位側を仕切る面と入口ダクトの遠位側を仕切る面を直線で描いている。ガス流れ方向から見た反応器ダクトの流路の断面形状は、矩形、台形、円形、楕円形などであることができる。これらのうち、加工の易しさ点で矩形が好ましい。反応器ダクトの流路断面の大きさは、反応器ダクトの入口から触媒固定床の出口を経て反応器ダクトの出口まで、ほぼ同じであることが好ましい。反応器ダクトの出口は、通常、出口ダクト５の入口に接続されている。

反応器ダクト内には、スクリーンプレート３、脱硝剤供給ラインシステム７、および触媒固定床４が、設けられている。スクリーンプレート３は、反応器ダクトの入口側に設けられる。反応器ダクトの入口側にスクリーンプレートを支える構造物、例えば、反応器ダクト内に渡されたビームなどが設置されている（図示せず。）。スクリーンプレート支持構造物によってスクリーンプレートを反応器ダクト内で支えている。触媒固定床４は、反応器ダクトの出口側に設けられる。反応器ダクトの出口側に触媒固定床を支える構造物、例えば、反応器ダクト内に渡されたビームなどが設置されている（図示せず。）。触媒固定床支持構造物によって触媒固定床を反応器ダクト内で支えている。脱硝剤供給ラインシステム７は、スクリーンプレートと触媒固定床との間に設けられる。脱硝剤供給ラインシステムは、触媒固定床よりもスクリーンプレートに近い側に設けることが好ましい。脱硝剤供給ラインシステムは、前述のスクリーンプレート支持構造物または触媒固定床支持構造物によって支えてもよいし、スクリーンプレートと触媒固定床との間に脱硝剤供給ラインシステムを支える構造物、例えば、反応器ダクト内に渡されたビームなどを設置して、脱硝剤供給ラインシステム支持構造物によって脱硝剤供給ラインシステム応器ダクト内で支えてもよい。
支え方は、特に限定されず、例えば、下に設置した支持構造物の上に置いてもよいし、上に設置した支持構造物から吊ってもよいし、脇に設置した支持構造物に架けてもよい。

スクリーンプレートは、好ましくは複数の羽板を含んでなるものである。複数の羽板は、通常、主面が平行になるように配置される。複数の羽板のそのような配置を固定するために、各羽板の主面に直交する方向に沿って線材または板材（クロス部材）が各羽板に接合され、格子を成していてもよい。また、複数の羽板の両端に外枠材（エンド部材）を設けてもよい。
スクリーンプレートは、反応器ダクト６の流路の入口側に、流路の全断面に亘って、羽板の主面が入口ダクト１におけるガス流れ方向に実質的に直交するように且つ反応器ダクト６におけるガス流れ方向に実質的に平行となるように、スクリーンプレートを設置することが好ましい。
スクリーンプレートの設置は、反応器ダクト６の流路の入口において、対向する２つの流路の内壁にビームを、例えば、入口ダクト１におけるガス流れ方向に平行に若しくは直角にまたは格子に渡して、そのビームの上にまたはビームとビームとの間に、スクリーンプレートユニットを設置することによって行ってもよい。この複数のスクリーンプレートユニットによってスクリーンプレートが構成される。スクリーンプレートユニットは、羽板とクロス部材またはエンド部材とを梯子状または格子状に接合したもの、グレーチング状を成したものなどであってもよい。

脱硝剤供給ラインシステムは、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン８、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン９、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズル１０を有する。

熱交換ライン８は、伝熱管を反応器ダクトにおけるガス流れに対して直交するように配置してなる管路である。熱交換ラインは、伝熱管を、葛折状、串状または櫛状にて横に一段配置したものであってもよい。熱交換ライン８は、伝熱管を平行列または千鳥状にて縦に多段で配置したものであってもよい。伝熱管として、直線または曲線の形をした熱伝導性の高い管が用いられる。伝熱管の断面形状は、円形、多角形などであってもよい。伝熱管の内壁は、平滑であってもよいが、熱伝導性を向上させるために溝が刻まれていてもよい。内壁にらせん溝のある伝熱管が好ましく用いられる。伝熱管は、外壁にフィン１３を有してもよい。フィンとしては、プレートフィン、コルゲートフィン、スリットフィン、スパイラルフィン、エロフィンなどが挙げられる。フィンは、その主面が、羽板の主面に対して平行または直角に、且つ反応器ダクト６におけるガス流れ方向に実質的に平行となるように配置することが好ましい。熱交換ラインの入口の端は反応器ダクトの外にある脱硝剤タンクからの管に接続されており、熱交換ラインの出口の端は、輸送ラインの入口の端に接続されている。脱硝剤としてはアンモニアのガスを空気で希釈したものが好ましく用いられる。反応器ダクト内において硫安が生成しない温度までアンモニアガスを熱交換ラインにおいて温めることが好ましい。

輸送ライン９は、供給管を反応器ダクトにおけるガス流れに対して直交するように配置してなる管路である。供給管として、直線または曲線の形をした管が用いられる。供給管の断面形状は、円形、多角形などであってもよい。供給管の内壁は、圧損失を低減する観点から平滑であることが好ましい。輸送ラインは、供給管を葛折状、串状または櫛状にて横に一段配置したものが好ましい。輸送ラインは、反応器ダクト内に、熱交換ラインと同じ高さレベル、熱交換ラインよりも低い高さレベル、または熱交換ラインよりも高い高さレベルのいずれかで、設置することができるが、熱交換ラインよりも高い高さレベルで設置することが好ましい。輸送ラインは、供給管の長手方向が、羽板の主面に対して平行または直角になるように配置することが好ましい。

ノズル１０は、脱硝剤を反応器ダクト内に供給できるものであれば、その形状などにおいて、特に限定されない。ノズルは供給管の途中または末端に少なくとも１つ設置することができる。ノズルは脱硝剤が反応器ダクトにおけるガス流れの方向と同じ向きに供給されるように設置することが好ましい。また、ノズルの下流に輸送ラインまたは熱交換ラインが配置されるようにノズルを設置すると、輸送ラインまたは熱交換ラインによる流れの撹乱が、供給した脱硝剤と排ガスとを均一に混ぜ合わせるので、好ましい。設置するノズルの数は、脱硝剤を反応器ダクト内に均一に供給できれば、特に限定されない。ノズルは、千鳥、並列などの配列にて設置することもできる。千鳥の配置、角度等は適宜設定できる。

図３は、図２に示す脱硝剤供給ラインシステム７を斜め下から見たときの概念図である。図３に示す熱交換ラインは、フィン１３が伝熱管８の外側の一部に設けられており、伝熱管８が葛折状に配管されている。熱交換ラインの伝熱係数が十分に大きい場合にはフィンは図７のように設けなくてもよい。図３に示す輸送ラインは、供給管９が串状に配置されていて、供給管９の途中および末端にノズル１０が複数設置されている。

脱硝剤供給ラインシステムにバッフルをさらに有することができる。バッフルは、その形状によって特に制限されず、例えば、ノズルの設置された供給管の稜線に沿って切妻状に広がったもの（切妻バッフル１１、図４参照）であってもよいし、ノズルの設置された供給管の両側につばさ状に広がったもの（ウイングバッフル１２、図５参照）であってもよい。

本発明の脱硝装置においては、窒素酸化物が触媒固定床に脱硝剤とともに均一に接触するので触媒固定床における反応率を高めることができる。また、燃焼排ガスに含まれるダストが触媒固定床に均一に接触するので触媒固定床の局所的な摩耗若しくは触媒固定床へのダストの局所的堆積を防いで、触媒の局所的な劣化を抑制することができる。本発明の脱硝装置においては、燃焼排ガスに含まれていることがある硫黄分と脱硝剤の一つであるアンモニアとの反応を抑制でき、硫安の生成を少なくすることができる。

１：入口ダクト
２：継手ダクト
３：スクリーンプレート
４：触媒固定床
５：出口ダクト
６：反応器ダクト
７：脱硝剤（ＮＨ₃）供給ラインシステム
８：熱交換ライン
９：輸送ライン
１０：ノズル
１１：切妻バッフル
１２：ウイングバッフル
１３：フィン
Ｇ：排ガス

Claims (6)

1. ボイラからの排ガスを流す流路を有する反応器ダクトを有し、
   反応器ダクト内に、スクリーンプレート、脱硝剤供給ラインシステム、および脱硝触媒を含む固定床を排ガスの流れに沿ってこの順で有し、且つ
   脱硝剤供給ラインシステムが、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズルを有し、
   排ガスの流れにおいて、ノズルがスクリーンプレートの直ぐ下流に且つ熱交換ラインの上流に配置されるように脱硝剤供給ラインシステムが設置されている、
   脱硝装置。
2. ボイラからの排ガスを横方向に流す流路を有する入口ダクト、排ガスの流れを横方向から縦方向に変える流路を有する継手ダクト、および排ガスを縦方向に流す流路を有する反応器ダクトを有し、
   反応器ダクト内に、スクリーンプレート、脱硝剤供給ラインシステム、および脱硝触媒を含む固定床を排ガスの流れに沿ってこの順で有し、且つ
   脱硝剤供給ラインシステムが、排ガスの保有する熱にて脱硝剤を温めるための熱交換ライン、熱交換ラインで温められた脱硝剤をノズルに供給するための輸送ライン、および輸送ラインを経て供給された脱硝剤を反応器ダクトに注入するノズルを有し、
   排ガスの流れにおいて、ノズルがスクリーンプレートの直ぐ下流に且つ熱交換ラインの上流に配置されるように脱硝剤供給ラインシステムが設置されている、
   脱硝装置。
3. スクリーンプレートを支える構造物をさらに有し、
   脱硝剤供給ラインシステムがスクリーンプレートを支える構造物で支えられている、請求項１または２に記載の脱硝装置。
4. スクリーンプレートを支える構造物と脱硝剤供給ラインシステムを支える構造物とをさらに有し、
   脱硝剤供給ラインシステムが脱硝剤供給ラインシステムを支える構造物で支えられている、請求項１または２に記載の脱硝装置。
5. 脱硝剤供給ラインシステムは、バッフルをさらに有する、請求項１～４のいずれかひとつに記載の脱硝装置。
6. 熱交換ラインの少なくとも一部にフィンを有する、請求項１～５のいずれかひとつに記載の脱硝装置。

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