JPH09510652A - 供給・混合組合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来、発電所の煙道ガスダクトでは、窒素酸化物の接触反応による変換のために必要であるアンモニアを多数の供給管及びノズルヘッドを介して、ならびに対応する多数の調整されるべき弁を介して均質に分配して煙道ガス内へ供給することが一般に行われていた。このような装置によって煙道ガスダクト内に惹き起こされた圧力降下はしかしながら比較的大きく、この種の装置のための装置部品は比較的多く、またコストが掛かっていた。このような欠点を除去するために本発明によれば、第１の流動媒体（Ｍ１）例えばアンモニアを、ダクト（４）内に導かれた第２の流動媒体（Ｍ２）例えば窒素酸化物含有煙道ガス（２８）内に供給し、両流動媒体（Ｍ１、Ｍ２）を混合するための供給・混合組合わせ装置が設けられる。その場合少なくとも１個の供給口（２２）を有し第１の流動媒体（Ｍ１）を導く少なくとも１本の管と、混合ユニット（２６、２６ａ〜２６ｈ）とが設けられる。ダクト（４）の横断面積Ａ及び水力直径ｄ_hydr.に関して、横断面積Ａの１ｍ²当たり０．０５〜１０個の供給口（２２）が設けられる。供給口（２２）と混合ユニット（２６、２６ａ〜２６ｈ）との距離ａは０．０５〜３ｄ_hydr.である。このようにして、煙道ガス内へのアンモニアの均質な供給、及びアンモニアと煙道ガスとの均質な混合が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 供給・混合組合わせ装置 本発明は、第１の流動媒体をダクト内を導かれた第２の流動媒体内に供給し、 両流動媒体を混合するための供給・混合組合わせ装置に関する。 多くの産業上の用途において、高いプロセス利用を達成するために、１つの液 状又はガス状の物質流を他の液状又はガス状の物質流にできるだけ均一に混合す ることが必要である。例えば選択的触媒還元法（ＳＣＲ法）に基づいて排気ガス 又は煙道ガス内に含まれた窒素酸化物の触媒還元を行うために、ガス状形態の還 元剤を脱窒すべき排気ガス又は煙道ガス流にしかも触媒の前で添加することが必 要である。還元剤としては一般にアンモニア・空気混合ガスが煙道ガス内へ供給 され、その場合添加すべきアンモニア・空気容積流は排気ガス又は煙道ガス流に 比較して非常に少ない。この添加すべきアンモニア・空気容積流は一般に排気ガ ス又は煙道ガス流の約２〜５容積％である。 排気ガス又は煙道ガスの脱窒を行うために必要な触媒容積をできるだけ小さく 選ぶことができるようにするために、排気ガスダクトの全横断面積に亘って触媒 を均一に利用することが努められている。このことは、アンモニア・空気混合ガ スを排気ガスダクトの全横断面積に亘ってできるだけ均一に供給して排気ガスと 混合することを必要とする。 比較的少ない液体又はガス流を比較的多い液体又はガス流に均一に添加して混 合することは流体力学的に難しく、従って技術的に非常に経費を要する。現在こ のような問題は、多数のノズルを有する個別に調整可能な多数の供給管を排気ガ スダクト内に取付け、ノズルを、従って煙道ガス内へのアンモニア・空気混合ガ スの流入個所を排気ガスダクトの全横断面積に亘って均一に分配することによっ て解決している。この解決策においては多数の供給管によって煙道ガスダクト内 に圧力損失が惹き起こされるという欠点がある。さらにこの解決策は導管、ノズ ル、調節弁、全添加量制御又は調節手段に関する多数の装置部品を必要とする。 その上運転開始時のこの種のシステムの調整は非常に時間とコストが掛かる。 そこで本発明の課題は、圧力損失を無視しでき、装置部品が僅かでありしかも 運転開始時の経費が僅かであると共に、第２の流動媒体内への第１の流動媒体の 供給、及びダクトの全横断面に亘る第１の流動媒体の均質分配が達成されるよう な装置を提供することにある。 この課題は本発明によれば、少なくとも１個の供給口を備えた第１の流動媒体 を導く少なくとも１本の管と混合ユニットとが設けられ、その場合ダクトの横断 面積Ａ及び水力直径ｄ_hydr.に関して、横断面積Ａの１ｍ²当たり０．０５〜１０ 個の供給口が設けられ、供給口と混合ユニットとの距離ａは０．０５〜３ｄ_{hydr .} であるようにすることによって解決される。水力直径はその場合ダクトの横断 面積Ａの４倍をダクトの周長で割った値として定義されている。 このようにダクト内に配置された僅かな本数の管及び供給口に基づいて、添加 すべき流動媒体を供給するための装置部品及びコストが特に僅少になる。同時に ダクト内の圧力損失は同様に従来技術により公知の解決策に比べて著しく減少す る。ダクト内に配置された混合ユニットによって、少ない個所で煙道ガスダクト 内に供給された流動媒体を、煙道ガスダクトによって導かれた流動媒体内へ均質 分配することができる。混合ユニットによって生ぜしめられた圧力降下は適当な 混合ユニットを選択することによって、多数の供給口によって生ぜしめられた圧 力損失より著しく低く抑えることができる。 特に数百ＭＷの電力を持つ火力発電所用に供給・混合組合わせ装置を設計する 場合、横断面積１ｍ²当たり０．１〜１個の供給口が設けられ、及び／又は距離 ａが約０．１〜１ｄ_hydr.であると有利であることが判明している。 さらにこの種の装置において、圧力降下を無視しできるようにするために、有 利には横断面積Ａの１ｍ²当たり０．０１〜５本、特に０．０５〜１本の管が設 けられる。 第２の流動媒体内へ供給された第１の流動媒体の均質分配のためには、既にダ クト内に存在する流動媒体がダクトの全横断面に亘ってできる限り均一な速度分 布を有することが一般に必要である。第１の流動媒体の供給個所に充分に均質な 流れ断面が存在しない場合には、第２の流動媒体の流れ方向において供給口及び 混合ユニットの前に流れ案内手段が設けられると有利である。このような流れ案 内手段は例えばデフレクタ及び類似の装置によって構成することかできる。 供給・混合組合わせ装置の他の有利な実施態様は残りの請求項に記載されてい る。 本発明による供給・混合組合わせ装置の特に有利な用途は、ガス状アンモニア 、例えばアンモニア・空気混合ガスを酸化窒素含有混合ガス例えば火力発電所の 煙道ガス又は自動車の排気ガスに供給し、アンモニアと窒素酸化物含有混合ガス とを混合することにある。アンモニア・空気混合ガスの代わりに、原理的にはア ンモニアを遊離させるあらゆる物質、特に水性尿素溶液を使用することができる 。 本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。その際 図１は煙道ガスダクト内へアンモニアを供給して同時に均質分配するための従 来の装置を示す概略図である。 図２は煙道ガスダクト内を導かれた煙道ガス内へアンモニアを供給するための 本発明による供給・混合組合わせ装置を示す概略図である。 図３は６００ＭＷ火力発電所の煙道ガス導管内に図２の供給・混合組合わせ装 置を配置した概略図である。 図４はダクトを分割するためのユニットを備えた本発明による別の供給・混合 組合わせ装置を示す概略図である。 図１乃至図４において同一部品には同一符号が付されている。 図１は紙面に向って垂直に流れる煙道ガス内へアンモニアを供給するための従 来の装置２の煙道ガスダクト４の横断面図を示す。この装置２は、煙道ガスダク ト４内に一様に分配配置され供給口としてノズルヘッド８を有する多数の供給管 ６を含んでいる。この供給管６は入口側がそれぞれ調整可能な弁１０を介してア ンモニア・空気混合ガスの供給導管１２に接続されている。 煙道ガスダクト４内に配置された多数の供給管６によって、例えば発電所の電 力の負荷になる無視できない圧力損失が惹き起こされる。同様に装置部品も非常 に多い。その理由は例えば６００ＭＷの発電所の場合それぞれ制御可能な弁１０ とノズル個数約１６００個のノズルヘッド８とを有する約３０〜５０本の供給管 ６にある。このような装置２の運転開始及び保守のためには長い時間及び高いコ ストが必要である。 図２には本発明による供給・混合組合わせ装置１４が示されている。ここに示 されている平面図では、それぞれ調整弁１６を備えた８本の供給管１８が設けら れており、これらの供給管１８は入口側がアンモニア・空気混合ガスＭ１の供給 導管２０に接続され、出口側が供給口として設けられたノズルヘッド２２に接続 されている。 図１に示された従来技術により知られている供給装置２と本発明による装置１ ４との直接的な比較のために、図１により知られているダクト４が示されている 。この実施例ではこのダクト４の横断面積Ａは約８ｍ²であり、これによってこ こに設けられている２ｍ×４ｍの横断面形状の場合約２．６７ｍの水力直径が生 ずる。この水力直径ｄ_hydr.は横断面積Ａの４倍をダクト４の周長Ｕで割った値 として定義されている。 図面においてノズルヘッド２２の下に位置するように、２列に重なり合って設 けられた８個の混合要素２４ａ〜２４ｈが配置されている。混合ユニット２６に 所属するこれらの混合要素２４ａ〜２４ｈは台形をしており、それぞれ台形の短 い辺へ向かって紙面から下方へ傾斜している。その場合紙面に対する傾斜角は１ ０〜６０°、特に３０〜４５°にすることができる。ダクト４内を導かれた流動 媒体は選択された紙面に対し好適には垂直方向に流れ、しかも紙面に向って上か ら下へ流れる。これらの混合要素２４ａ〜２４ｈによって、流動媒体内へ供給さ れたアンモニア・空気混合ガスＭ１による流動媒体の局部的な乱流、ならびにダ クト４の全横断面に亘って広がる混合が達成される。流動媒体内へ供給されたア ンモニア・空気混合ガスをダクト４の全横断面に均質分配するために、ダクト横 断面積１ｍ²当たり０．５〜５０個の混合要素２４、特に１ｍ²当たり０．５〜１ ０個の混合要素を設けると有利である。 詳細には示されていない火力発電所の図３に概略的に示された煙道ガス導管４ 内には、図２の供給・混合組合わせ装置１４がここに存在する流動媒体Ｍ２、例 えば窒素酸化物含有煙道ガス２８の流れ方向において蒸気発生器３０と脱ＮＯ_x 反応器３２との間に配置されている。 発電所を稼働させると、窒素酸化物含有煙道ガス２８は蒸気発生器３０から煙 道ガスダクト内に配置された流れデフレクタ３４を介して供給・混合組合わせ装 置１４へ流れる。流れデフレクタ３４は煙道ガス２８の速度プロフィルの均一化 に役立ち、それゆえ煙道ガスダクト４の全横断面に亘ってほぼ等しい速度で煙道 ガス２８が供給管１８に到達する。 この供給管１８では、煙道ガス２８の容積流に対して、供給導管２０を介して 供給され弁１６によって配量された約２〜５容積％のアンモニア・空気混合ガス Ｍ１が煙道ガス２８内へ供給される。煙道ガス２８の流れ方向において供給管１ ８の背後に配置された混合ユニット２６は、アンモニア・空気混合ガスと煙道ガ ス２８とを混合させ、それによりアンモニアを均質に混合した煙道ガス２８′が 脱ＮＯ_x反応器３２へ供給される。 この脱ＮＯ_x反応器３２内において平面的に上下に配置された触媒、いわゆる 脱ＮＯ_x触媒３４Ａ〜３４Ｅでは、煙道ガス２８′内に含まれた酸化窒素がアン モニアと共に触媒３４Ａ〜３４Ｅに接触することによって接触反応的に窒素と水 に変換される。従って脱ＮＯ_x反応器３２からは窒素酸化物及びアンモニアを含 まない煙道ガス２８′′が流出する。煙道ガス２８内にアンモニアを均質分配す ることによって、触媒３４Ａ〜３４Ｅは全横断面に亘って均質に利用される。 混合ユニット２６と供給管１８との距離ａは一般に０．０５〜３ｄ_hydr.にす べきである。特にこの距離ａは０．１〜１ｄ_hydr.である。 図４は供給・混合組合わせ装置３６の別の実施例を示す。図２に示されている 部品、すなわち煙道ガスダクト４、調整弁１６、供給管１８、アンモニア・空気 混合ガスＭ１の供給導管２０、及びノズルヘッド２２が再度示されている。さら にダクト４を約３ｄ_hydr.の長さに亘って８個の部分ダクト４ａ〜４ｈに分割す るユニット３８が設けられている。しかも各部分ダクト４ａ〜４ｈには供給口と して設けられたノズルヘッド２２と、図２に比べて構成上原理的に同じであるが 小形化されている混合ユニット２６ａ〜２６ｈとが付設されている。これらの各 混合ユニット２６ａ〜２６ｈは直列に配置されて重なり合った２４個の台形状混 合要素２４′を含んでいる。理解を容易にするために、これらの混合要素２４′ は混合ユニット２６ａにおける混合要素のみが示されている。勿論他の混合ユニ ット２６ｂ〜２６ｈは同様に混合ユニット２６ａと同一の個数及び構成の混合要 素２４′を有している。 ここに設けられたユニット３８によって、ここに供給されたアンモニア・空気 混合ガスＭ１と、ダクト４内を導かれた流動媒体Ｍ２、例えば図３に示された窒 素酸化物含有煙道ガス２８との完全かつ強烈な混合が可能である。場合によって は存在するＮＯ_x又はＮＨ₃のゆがみ状態を広範囲で濃度平衡にすることは何れに しても図２の混合ユニット２６によって早期に可能である。従って供給・混合組 合わせ装置１４、１６としてどの変形例が選択されるかということは個々のケー スに関係する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユプレーエ、ヨーゼフ ドイツ連邦共和国 デー−90768 フユル ト クウイツテンヴエーク 32アー (72)発明者 シユピールマン、ホルスト ドイツ連邦共和国 デー−91083 バイエ ルスドルフ ドクトル−ルートヴイツヒ− フオン−ラウフアー−シユトラーセ ６ア ー 【要約の続き】 ニット（２６、２６ａ〜２６ｈ）との距離ａは０．０５ 〜３ｄ_hydr.である。このようにして、煙道ガス内への アンモニアの均質な供給、及びアンモニアと煙道ガスと の均質な混合が達成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の流動媒体（Ｍ１）をダクト（４）内を導かれた第２の流動媒体（Ｍ２ ）内に供給し、両流動媒体（Ｍ１、Ｍ２）を混合するための供給・混合組合わせ 装置（１４、３６）において、少なくとも１個の供給口（２２）を備えた第１の 流動媒体（Ｍ１）を導く少なくとも１本の管（１８）と混合ユニット（２６、２ ６ａ〜２６ｈ）とが設けられ、その場合ダクト（４）の横断面積Ａ及び水力直径 ｄ_hydr.に関して横断面積Ａの１ｍ²当たり０．０５〜１０個の供給口（２２）が 設けられ、供給口（２２）と混合ユニット（２６）との距離ａは０．０５〜３ｄ_hydr. であることを特徴とする供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ２．横断面積Ａの１ｍ²当たり０．１〜１個の供給口（２２）が設けられている ことを特徴とする請求項１記載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ３．距離ａは０．１〜１ｄ_hydr.であることを特徴とする請求項１又は２記載の 供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ４．横断面積１ｍ²当たり０．０５〜５本の管（１８）が設けられていることを 特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６ ）。 ５．横断面積１ｍ²当たり０．１〜１本の管が設けられていることを特徴とする 請求項４記載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ６．第２の流動媒体（Ｍ２）の流れ方向において供給口（２２）及び混合ユニッ ト（２６）の前に流れ案内手段（３４）が設けられていることを特徴とする請求 項１乃至５の１つに記載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ７．供給口（２２）は第２の流動媒体（Ｍ２）の流れ方向において混合ユニット （２６）の前に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の 供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ８．混合ユニット（２６）は横断面積１ｍ²当たり０．５〜５０個の混合要素（ ２４ａ〜２４ｈ）を有していることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の 供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 ９．混合要素（２４ａ〜２４ｈ）は水力直径ｄ_hydr.に関して小さく、、混合要 素（２４ａ〜２４ｈ）は第２の流動媒体（２８、Ｍ２）の流れ方向に対して或る 角度で向けられた平面において互いに平行に平面内に延びる列に配置され、各列 の混合要素は１つの列の内部では同一方向に傾けられ、平面に対して直ぐ隣の列 に対しては逆方向に傾けられていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記 載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 １０．ダクト（４）を部分ダクト（４ａ〜４ｈ）に分割するためのユニット（３ ８）が少なくとも設けられ、各部分ダクト（４ａ〜４ｈ）には供給口（２２）及 び混合ユニット（２６ａ〜２６ｈ）がそれぞれ設けられていることを特徴とする 請求項１乃至９の１つに記載の供給・混合組合わせ装置（１４、３６）。 １１．ガス状アンモニアを窒素酸化物含有混合ガス内に供給し、アンモニアと窒 素酸化物含有混合ガスとを混合するために請求項１乃至１０の１つに記載の供給 ・混合組合わせ装置を使用する方法。