JPH05220342A - 脱硝装置へのアンモニア供給装置および供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した蒸発能力を有し、経済的かつ熱効率
の高い脱硝装置へのアンモニア供給装置および供給方法
を提供する。 【構成】 アンモニア蒸発管３内に空気１を供給し、供
給されたガス体中にアンモニア水７を噴霧ノズル７’に
より噴霧して蒸発させ、蒸発したアンモニア水と空気の
混合体を脱硝触媒１２の上流側未処理排ガス１０中に供
給する方法において、アンモニア水噴射ノズル７’と加
熱装置４の間にワイヤメッシュ槽１４を設ける。 【効果】 アンモニア水供給パイプが加熱されてパイプ
中でアンモニアが分離するのを防止し、均一な噴霧を行
うことができる。また、被加熱ガスの供給を均一に行う
ことができるので、効率よくアンモニア水を蒸発させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脱硝装置へのアンモニ
ア供給装置および供給方法に係り、特にアンモニア水を
使用して排ガス中の窒素酸化物を低減するに好適な脱硝
装置へのアンモニア供給装置および供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸性雨をはじめとする環境汚染問題が世
界的に注目される中で、排ガス中の窒素酸化物を除去す
る脱硝装置の需要も高まってきている。この脱硝装置で
使用される還元剤として、従来は液体アンモニアが使用
されてきたが、貯蔵や取扱い上の容易さと安全性の面か
らアンモニア水の使用に移行する傾向にある。アンモニ
ア水は通常２０〜３０ｗｔ％のアンモニア水が水に溶融
したものであるが、脱硝装置で使用するには、アンモニ
ア水からアンモニアのみを分離するか、またはアンモニ
ア水を一括気化し利用する２つの方法がある。本発明
は、後者に属するものである。

【０００３】従来技術による実施例を図４に示す。空気
１はファン２により、アンモニア水蒸発器３に送風さ
れ、ヒータエレメント５により昇温される。一方、アン
モニア水７はアンモニア水注入管にて供給され、アンモ
ニア噴霧用空気６によって、アンモニア水噴霧ノズル
７′から噴霧され、その後、昇温空気の熱により蒸発し
てアンモニアガスと水蒸気、および空気の混合気体８と
なる。この混合気体８は、脱硝触媒１２の前流側で、ア
ンモニア注入装置１１により排ガスダクト９内に注入さ
れ、排ガスと混合され、脱硝還元剤として作用する。

【０００４】本プロセスに使用する電気ヒータ４は、加
熱したヒータエレメント５に、空気１を直接接触させて
昇温するものが一般的で、ヒータエレメント５への空気
接触量にムラがあると接触量の少ない部分は放散熱量が
少ないため他の部分より加熱が大きくエレメント５を損
傷する可能性があり、これを防止するため、ヒータ入口
整流板１７を設けている。また、ヒータ出口は、昇温加
熱した空気を均等にアンモニア水噴霧ノズル７′部へ送
るため、平行板タイプの整流板１８を設置していた。空
気の昇温度は、アンモニア水の蒸発熱容量により決めら
れ通常３００〜４００℃に設定される。その空気温度を
制御するための方法は、ヒータ出口空気整流板１８とア
ンモニア水噴霧ノズル７′の間に、温度検出座（ＴＣに
て図に示す）を設け、その測定温度と、ヒータ設定温度
が一致するように、ヒータエレメントの電流をオンオフ
制御していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、
（１）アンモニア水の適切な蒸発、（２）電気ヒータの
適切な制御、（３）昇温空気の整流、（４）電気ヒータ
の省エネルギー、（５）ヒータの損傷防止の５点につき
配慮が不充分であり、以下のような問題があった。 （１）アンモニア水７のダクト内パイプが、ヒータエレ
メント５の輻射熱で加熱されてアンモニアが管内で蒸発
し水と分離するため、ノズル７′からの定常の均一噴霧
が得られない。また、アンモニアノズル７′部での昇温
空気の整流が充分でなく、温度の低い空気部分でアンモ
ニアが充分蒸発しないという不具合が生じた。 （２）温度検出部が、ヒータエレメント５の輻射熱で加
熱され、正しい昇温空気の温度を示さないため、ヒータ
温度制御が正常に作動しない。 （３）昇温空気の整流板はアンモニア水蒸発部に均一な
流れの昇温空気を送り、アンモニア水の蒸発を効率よく
行うことを目的としているが、従来の平行板式整流板１
８では、ダクト内の昇温空気の温度がダクト上方で高く
なるため流速が上がり、アンモニア蒸発部での均一流速
を得ることができなかった。このため流速の遅い部分で
の熱量を確保すべく余分のエネルギーをヒータで必要と
した。 （４）ヒータエレメント５は、これに接触する空気に熱
伝達の形態で熱を伝える一方、輻射熱によって空気を昇
温するが、空気への熱伝達以外に（１）、（２）に記し
たように、ヒータエレメント周りの部材を輻射熱が加熱
する分のエネルギーが、空気昇温に直接利用されずロス
となっている。 （５）従来例のアンモニア水蒸発器の構造では、装置ト
ッリプ等の偶発的事故により、排ガス逆流が発生した場
合、アンモニア水が未蒸発の状態でヒータエレメント５
に接触し、急冷によりヒータエレメント５を損傷する可
能性がある。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、安定した蒸発能力を有し、経済的かつ熱効率の
高い脱硝装置へのアンモニア供給装置および供給方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、ガス体供給装置と、供給されたガ
ス体を加熱する加熱装置と、加熱ガス体中にアンモニア
水を噴霧して蒸発させるアンモニア水噴射装置とを備
え、蒸発したアンモニアと水蒸気とガス体の混合体を脱
硝装置に供給するアンモニア供給装置において、加熱装
置とアンモニア水噴射装置との間にワイヤメッシュ層を
配置したことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア供給
装置に関する。

【０００８】本願の第２の発明は、上記第１の発明にお
いて、ガス体が空気であり、加熱装置が電気ヒータであ
ることを特徴とする脱硝装置へのアンモニア供給装置に
関する。本願の第３の発明は、上記第１および第２の発
明において、ガス体または空気の供給装置と加熱装置と
の間にワイヤメッシュ層を配置したことを特徴とする脱
硝装置へのアンモニア供給装置に関する。

【０００９】本願の第４の発明は、加熱装置にガス体を
供給し、供給されたガス体を加熱し、加熱されたガス体
中にアンモニア水を噴射して蒸発させ、蒸発したアンモ
ニア水とガス体の混合体を脱硝装置に供給する脱硝装置
へのアンモニア供給方法において、加熱装置を出た加熱
ガスをワイヤメッシュ層を通過させ、通過した加熱ガス
の温度を検出して所定温度になるように加熱装置を調整
するとともに、該ガス中にアンモニア水を噴射して蒸発
させることを特徴とする脱硝装置へのアンモニア供給方
法に関する。

【００１０】

【作用】空気ヒータと、アンモニア水噴霧ノズルの間に
設けられたワイヤメッシュ層は、（１）ヒータエレメン
トの輻射熱を遮蔽し、アンモニア水の蒸発および昇温ガ
スの温度検出を良好にするとともに、（２）細径ワイヤ
の多重層構造であることにより、昇温空気を整流し、ア
ンモニア蒸発部へ均一な流れを供給してアンモニアの均
一蒸発を助け、また、（３）アンモニア水の飛散防止体
としてヒータエレメントを保護する。以上の働きによ
り、前述した従来技術の問題点が解決される。

【００１１】

【実施例】図１に、本発明の実施例を示す。従来技術と
の相違点は、ヒータエレメント５と、アンモニア水噴霧
ノズル７′の間に、平行板型整流板に代えて、ワイヤメ
ッシュ層１４を設置したことである。図２は、ワイヤメ
ッシュ層の構造の一例を示す。ワイヤメッシュ層１４
は、細径の針金を多重層に組合わせたもので、金網１５
で全表面をカバーしてワイヤメッシュを保持し、さらに
サポート部材１６で、ワイヤメッシュ層１４をサポート
する構造となっている。ワイヤメッシュ層１４の厚さ
は、厚いほど本発明の効果は大となるが、圧力損失が大
きくなりシステムの運転費が大となるので、通常は、５
０〜１００mmＡｑ程度の圧力損失となるようにし、厚み
にすると１００〜２００mm程度となる。

【００１２】本発明によるワイヤメッシュの第１の効果
である輻射熱遮蔽効果についてまず述べる。ワイヤメッ
シュ層１４の厚さを１５０mmとし、ヒータを起動して、
９００Ｎｍ³ ／ｈの空気を送風し、昇温して定常となっ
たとき、ワイヤメッシュ層１４がなく、輻射熱を直接受
けている場合の温度検出器ＴＣ（図１参照）の温度は、
５００℃程度を示した。一方ワイヤメッシュ層１４を設
けた場合のＴＣでは３５０℃程度であった。両者の温度
差は、ＴＣが受ける輻射熱の差であり、ワイヤメッシュ
が輻射熱遮蔽に優れた効果を有していることがわかる。
この輻射熱遮蔽効果は、輻射熱によるアンモニア水管の
温度上昇を押さえ、アンモニア水管内においてアンモニ
アがアンモニア水から分離するのを防ぐとともに、加熱
空気の温度検出器ＴＣの温度が正しいガス温度を指示で
きるようにする効果がある。アンモニアの分離温度は、
アンモニア水のノズル噴霧圧と、アンモニア水の濃度に
よって変わるが、通常５０〜９０℃の範囲であり、アン
モニア水の温度をなるべく低く押さえることが、アンモ
ニア噴霧の安定運転に不可欠である。輻射熱遮蔽による
アンモニア水分離防止効果は、アンモニア水管長が長く
なる大断面のダクトに適用する際に、特に効果がある。

【００１３】次にワイヤメッシュの第２の効果である空
気整流効果について述べる。昇温空気は、ワイヤメッシ
ュ中の細径のワイヤ中を通過する間にその流路を屈曲さ
れ、流速の速い部分は抵抗が大きく、また流速の遅い部
分は抵抗が小さいため、ワイヤメッシュ出口では、それ
らが平均化される傾向にある。この平均化の度合いは、
ワイヤメッシュ層１４の圧力損失により変わるが、前述
した５０〜１００mmＡｑ程度あれば、噴霧したアンモニ
ア水ミストを均一に蒸発させるのに充分な均一流れが得
られることがわかった。この整流された昇温空気は噴霧
されたアンモニア水微粒子を均一に蒸発・気化させるの
に役立ち、アンモニア水蒸発のために供給する熱エネル
ギーを節約することができる。

【００１４】また、アンモニア水飛散防止体としての第
３の効果は、ワイヤメッシュの多重体構造により、アン
モニア水がワイヤメッシュで受け止められ、保持される
ためヒータエレメントまで、アンモニア水が飛散するの
を防止することができる。さらに、ワイヤメッシュの有
する熱容量により、昇温空気の温度を上昇させヒータの
効率を上げているのも効果の１つとして挙げられる。す
なわち輻射熱によりワイヤメッシュ中に蓄えられた熱が
空気昇温のために利用されているのであり、この分だけ
ヒータの供給熱を節約することができる。

【００１５】なお、上記実施例においては、アンモニア
を噴射する加熱媒体として空気を使用する例を示した
が、空気以外のガス、例えば窒素ガスなどを使用しても
よい。また、加熱装置として電気ヒータの例を示した
が、蒸気加熱装置などを使用してもよい。本発明の他の
実施例を図３に示す。電気ヒータ４の上流例と下流例に
ワイヤメッシュ層１４、１４ａを設ける。ワイヤメッシ
ュの整流効果と、輻射熱による空気昇温効果を利用し、
ヒータ部４の入口部の空気の整流と予熱を意図したもの
である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、電気ヒータの輻射熱
が、ワイヤメッシュにより吸収遮蔽されるので、アンモ
ニア水配管が直接輻射熱により加熱されることがなく、
管内アンモニア水の分離が阻止され、常に均一で安定し
た噴霧が得られる。また輻射熱を遮蔽することにより、
適切なガス温度が測定可能となり、電気ヒータの適切な
温度制御が可能となる。また昇温空気の整流により均一
な昇温空気の中でアンモニア噴霧が可能となるので、効
率のよいアンモニア水蒸発が得られる。また、アンモニ
ア水がヒータエレメントに逆流飛散するのを防止する効
果もある。

【００１７】以上の効果により、効率がよく信頼性の高
いアンモニア供給装置および供給方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるアンモニア供給装置の構
造およびシステムの系統を示す図である。

【図２】図２は、本発明に適用するワイヤメッシュ層の
構造を示す図である。

【図３】図３は、本発明の他の実施例を示す図である。

【図４】図４は、従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１…空気、２…ファン、３…アンモニア水蒸発器、４…
電気ヒータ、５…ヒータエレメント、６…アンモニア噴
霧用空気、７…アンモニア水、７′…アンモニア水噴霧
ノズル、８…アンモニアガス混合空気、９…排ガスダク
ト、１０…未処理排ガス、１１…アンモニア注入装置、
１２…脱硝触媒、１３…脱硝処理排ガス、１４、１４ａ
…ワイヤメッシュ層、１５…金網、１６…サポート部
材、１７…ヒータ入口空気整流板、１８…ヒータ出口空
気整流板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス体供給装置と、供給されたガス体を
   加熱する加熱装置と、加熱ガス体中にアンモニア水を噴
   霧して蒸発させるアンモニア水噴射装置とを備え、蒸発
   したアンモニアと水蒸気とガス体の混合体を脱硝装置に
   供給するアンモニア供給装置において、加熱装置とアン
   モニア水噴射装置との間にワイヤメッシュ層を配置した
   ことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、ガス体が空気であ
   り、加熱装置が電気ヒータであることを特徴とする脱硝
   装置へのアンモニア供給装置。
3. 【請求項３】 請求項１および２において、ガス体また
   は空気の供給装置と加熱装置との間にワイヤメッシュ層
   を配置したことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア供
   給装置。
4. 【請求項４】 加熱装置にガス体を供給し、供給された
   ガス体を加熱し、加熱されたガス体中にアンモニア水を
   噴射して蒸発させ、蒸発したアンモニア水とガス体の混
   合体を脱硝装置に供給する脱硝装置へのアンモニア供給
   方法において、加熱装置を出た加熱ガスをワイヤメッシ
   ュ層を通過させ、通過した加熱ガスの温度を検出して所
   定温度になるように加熱装置を調整するとともに、該ガ
   ス中にアンモニア水を噴射して蒸発させることを特徴と
   する脱硝装置へのアンモニア供給方法。