JPH1057755A - 窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法とその装置 - Google Patents
窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法とその装置Info
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- JPH1057755A JPH1057755A JP9181621A JP18162197A JPH1057755A JP H1057755 A JPH1057755 A JP H1057755A JP 9181621 A JP9181621 A JP 9181621A JP 18162197 A JP18162197 A JP 18162197A JP H1057755 A JPH1057755 A JP H1057755A
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- gas
- flue gas
- nhi
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 湿式スクラバーを設置している石炭火力ボイ
ラーまたは焼却炉において、ＮＯｘの除去率を７０％以
上の高水準となるＮＯｘの除去方法を提供する。この場
合、ＳＣＲ技術を使用せずに、また、高価な触媒法によ
る還元技術を使用せずに、高水準のＮＯｘ除去性能を発
揮させ、そのための固定費及び運転費の大幅な節減を達
成することを目的とする。 【解決手段】 ＮＯの一部をＮ2 に還元するために、高
温の第１注入帯域の煙道ガス中に、ＮＨｉ前駆体を注入
し、残留ＮＯをＮＯ2 に酸化するため、低温の第２注入
帯域の煙道ガス中に、ペルオキシル開始剤物質を注入す
る２段処理を施す。
ラーまたは焼却炉において、ＮＯｘの除去率を７０％以
上の高水準となるＮＯｘの除去方法を提供する。この場
合、ＳＣＲ技術を使用せずに、また、高価な触媒法によ
る還元技術を使用せずに、高水準のＮＯｘ除去性能を発
揮させ、そのための固定費及び運転費の大幅な節減を達
成することを目的とする。 【解決手段】 ＮＯの一部をＮ2 に還元するために、高
温の第１注入帯域の煙道ガス中に、ＮＨｉ前駆体を注入
し、残留ＮＯをＮＯ2 に酸化するため、低温の第２注入
帯域の煙道ガス中に、ペルオキシル開始剤物質を注入す
る２段処理を施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼放出ガスから窒素
酸化物を除去する技術に関する。更に詳しくは、本発明
は、酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2 ）及び二酸化窒素
（ＮＯ2 ）の両方に転化し、この煙道ガスを大気中に放
出するに先立って、煙道ガスから二酸化窒素を除去する
ための技術に関する。
酸化物を除去する技術に関する。更に詳しくは、本発明
は、酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2 ）及び二酸化窒素
（ＮＯ2 ）の両方に転化し、この煙道ガスを大気中に放
出するに先立って、煙道ガスから二酸化窒素を除去する
ための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭火力利用ボイラーは、ＮＯx 及びＳ
Ｏ2 放出物を生じ、酸性雨の原因となる。酸性雨成分の
ＮＯx 関連部分は、樹木や森林に対して著しい被害を与
えるので、日本及び西独において現在要求されているよ
うなＮＯx の規制に加えて、石炭火力ボイラー用のＮＯ
x 制御技術が多くの工業化諸国にとって必要となってき
ている。ＮＯx 制御はまた、焼却システムに対する重要
な要件であるが、ＮＯxを70％以上除去できるＮＯx 制
御技術は現在までのところ開示されていなかった。
Ｏ2 放出物を生じ、酸性雨の原因となる。酸性雨成分の
ＮＯx 関連部分は、樹木や森林に対して著しい被害を与
えるので、日本及び西独において現在要求されているよ
うなＮＯx の規制に加えて、石炭火力ボイラー用のＮＯ
x 制御技術が多くの工業化諸国にとって必要となってき
ている。ＮＯx 制御はまた、焼却システムに対する重要
な要件であるが、ＮＯxを70％以上除去できるＮＯx 制
御技術は現在までのところ開示されていなかった。
【０００３】現存する石灰火力ボイラー若しくは固形廃
棄物焼却炉は、既にＳＯ2 またはＨCl放出物を制御する
ための湿式スクラバーを設置している。特に、湿式スク
ラバーは、米国では、石炭火力出力が約60,000ＭＷe 以
上の場合に設置されており、西独では、約40,000ＭＷe
以上の場合に設置されている。
棄物焼却炉は、既にＳＯ2 またはＨCl放出物を制御する
ための湿式スクラバーを設置している。特に、湿式スク
ラバーは、米国では、石炭火力出力が約60,000ＭＷe 以
上の場合に設置されており、西独では、約40,000ＭＷe
以上の場合に設置されている。
【０００４】現在、他の多くの国では、石炭火力ボイラ
ー及び固形廃棄物焼却炉用の湿式スクラバーの設置を必
要としている。
ー及び固形廃棄物焼却炉用の湿式スクラバーの設置を必
要としている。
【０００５】現在工業化されているＮＯx 制御技術は、
主として選択的触媒還元法（Selective Catalytic Redu
ction,ＳＣＲ）から成っており、ここでは、アンモニア
ガスを煙道ガス中に注入し、約 700°Ｆ（ 371℃）にお
いて触媒上でＮＯx と反応させて窒素ガスと水を生成さ
せる。典型的なＮＯx 還元率は80％である。触媒床は、
通常、アンモニア漏れを減少させてアンモニア塩析出物
によるフライアッシュの汚染を避けるために充分な大き
さに設計する。ここで「アンモニア漏れ」若しくは「ア
ンモニアスリップ」なる用語は、ＮＯx 制御装置から出
る煙道ガス中に含まれるアンモニアガスの濃度を意味す
る。ＳＣＲ技術の所要コストは、報告によれば、約＄60
／Kw乃至＄ 120／Kwの範囲であり、立地条件により異な
る。ＳＣＲ法の運転コストには、各２年毎に約１回の高
価な触媒交換の費用が含まれている。ＳＣＲ法は、焼却
炉には適用できないものと考えられているが、その理由
は、触媒の汚染と触媒による被毒である。
主として選択的触媒還元法（Selective Catalytic Redu
ction,ＳＣＲ）から成っており、ここでは、アンモニア
ガスを煙道ガス中に注入し、約 700°Ｆ（ 371℃）にお
いて触媒上でＮＯx と反応させて窒素ガスと水を生成さ
せる。典型的なＮＯx 還元率は80％である。触媒床は、
通常、アンモニア漏れを減少させてアンモニア塩析出物
によるフライアッシュの汚染を避けるために充分な大き
さに設計する。ここで「アンモニア漏れ」若しくは「ア
ンモニアスリップ」なる用語は、ＮＯx 制御装置から出
る煙道ガス中に含まれるアンモニアガスの濃度を意味す
る。ＳＣＲ技術の所要コストは、報告によれば、約＄60
／Kw乃至＄ 120／Kwの範囲であり、立地条件により異な
る。ＳＣＲ法の運転コストには、各２年毎に約１回の高
価な触媒交換の費用が含まれている。ＳＣＲ法は、焼却
炉には適用できないものと考えられているが、その理由
は、触媒の汚染と触媒による被毒である。
【０００６】気相アンモニア、または液相尿素のような
ＮＨi 前駆体を煙道ガス中に注入して約1400°Ｆ（ 760
℃）においてＮＯを窒素に還元する他のＮＯx 制御法は
公知である。これらの方法は、選択的非触媒還元法（Se
lective Non-Catalytic Reduction,ＳＮＣＲ）と呼称さ
れるが、充分なＮＨi 前駆体材料を注入して高いＮＯx
除去効率を達成するためには、許容できない程のアンモ
ニア漏れが起こるという欠点がある。このアンモニアス
リップは、ＳＯ2 ，ＳＯ3 ，ＨCl及びＨＦと結合して、
500°Ｆ(260℃）以下でアンモニア塩を形成する。かか
る塩が凝縮すると、固形状粒子が生成して通常のボイラ
ーに付属する空気予熱系のような重要帯域に析出する。
この問題を避けるために、ＮＨi 前駆体材料の注入量を
少なめにするので、「ＳＮＣＲ法」による総体的ＮＯx
還元能力は30乃至60％に限定されるのが一般的である。
この程度の除去率では低く過ぎて「ＳＣＲ法」には対抗
できない。
ＮＨi 前駆体を煙道ガス中に注入して約1400°Ｆ（ 760
℃）においてＮＯを窒素に還元する他のＮＯx 制御法は
公知である。これらの方法は、選択的非触媒還元法（Se
lective Non-Catalytic Reduction,ＳＮＣＲ）と呼称さ
れるが、充分なＮＨi 前駆体材料を注入して高いＮＯx
除去効率を達成するためには、許容できない程のアンモ
ニア漏れが起こるという欠点がある。このアンモニアス
リップは、ＳＯ2 ，ＳＯ3 ，ＨCl及びＨＦと結合して、
500°Ｆ(260℃）以下でアンモニア塩を形成する。かか
る塩が凝縮すると、固形状粒子が生成して通常のボイラ
ーに付属する空気予熱系のような重要帯域に析出する。
この問題を避けるために、ＮＨi 前駆体材料の注入量を
少なめにするので、「ＳＮＣＲ法」による総体的ＮＯx
還元能力は30乃至60％に限定されるのが一般的である。
この程度の除去率では低く過ぎて「ＳＣＲ法」には対抗
できない。
【０００７】典型的なＳＮＣＲ法としては、アール．ケ
イ．ライオン（R.K.Lyon）の発明に係る米国特許第3,90
0,554 号公報に開示の技術があり、また、エイ．エム．
ディーン（A.M.Dean）らの同第4,624,840 号公報（気相
アンモニア使用のエクソン（Exxon ）式サーマル デノ
ックス（Thermal DeNox ）法）、並びにジェー．ケイ．
アランド（J.K.Arand ）らの同第4,208,386 号公報及び
同第4,325,924 号公報（液相尿素使用のEPRI／Fuel Tec
h （燃料利用技術）NOx 除去法）に開示されたものなど
がある。このエクソン（Exxon ）法及びFuel Tech （燃
料利用技術）法は、1700乃至1900°Ｆ（ 927乃至1038
℃）という狭い温度範囲内においてだけ順調な運転がで
きるが、これより若干低い温度では、燃焼ガス中に水素
または炭化水素材料を添加することによりはじめて運転
が可能である。通常、エクソン（Exxon ）法では、水素
を、Fuel Tech （燃料利用技術）法ではメタノールを添
加する。実際のＮＯ還元機構は、多数のラジカル反応を
包含するものと考えられているが、最も重要な反応は次
式である。
イ．ライオン（R.K.Lyon）の発明に係る米国特許第3,90
0,554 号公報に開示の技術があり、また、エイ．エム．
ディーン（A.M.Dean）らの同第4,624,840 号公報（気相
アンモニア使用のエクソン（Exxon ）式サーマル デノ
ックス（Thermal DeNox ）法）、並びにジェー．ケイ．
アランド（J.K.Arand ）らの同第4,208,386 号公報及び
同第4,325,924 号公報（液相尿素使用のEPRI／Fuel Tec
h （燃料利用技術）NOx 除去法）に開示されたものなど
がある。このエクソン（Exxon ）法及びFuel Tech （燃
料利用技術）法は、1700乃至1900°Ｆ（ 927乃至1038
℃）という狭い温度範囲内においてだけ順調な運転がで
きるが、これより若干低い温度では、燃焼ガス中に水素
または炭化水素材料を添加することによりはじめて運転
が可能である。通常、エクソン（Exxon ）法では、水素
を、Fuel Tech （燃料利用技術）法ではメタノールを添
加する。実際のＮＯ還元機構は、多数のラジカル反応を
包含するものと考えられているが、最も重要な反応は次
式である。
【０００８】ＮＨ2 ＋ＮＯ＝Ｎ2 ＋Ｈ2 Ｏ
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に石炭火
力ボイラーまたは焼却炉が既に湿式スクラバーを設置し
ている場合において、ＮＯx の除去率が70％以上という
極めて高水準のＮＯx 除去方法を提供しようとするもの
である。本発明では、高価な触媒法ＮＯx 還元技術を使
用することなく、かかる高水準のＮＯx 除去率を達成し
ようとするものである。
力ボイラーまたは焼却炉が既に湿式スクラバーを設置し
ている場合において、ＮＯx の除去率が70％以上という
極めて高水準のＮＯx 除去方法を提供しようとするもの
である。本発明では、高価な触媒法ＮＯx 還元技術を使
用することなく、かかる高水準のＮＯx 除去率を達成し
ようとするものである。
【００１０】本発明の目的は、ＳＣＲ技術の使用を必要
とせずに、同様な高水準のＮＯx 除去性能を提供するこ
とにある。これにより固定費及び運転費の大幅な節約を
達成しようとするものである。
とせずに、同様な高水準のＮＯx 除去性能を提供するこ
とにある。これにより固定費及び運転費の大幅な節約を
達成しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】水素または炭化水素を窒
素酸化物に添加すると、通常の温度範囲（即ち1800°Ｆ
±100 °Ｆ（ 982±56℃））が、例えば1500°Ｆ±100
°Ｆ（ 816±56℃）へと低下できる。この場合、充分量
の炭化水素を添加して、ヒドロキシル（ＯＨ）ラジカル
濃度を増加させて、低温におけるＮＨ2 ラジカル濃度を
増加させ、次式によりアンモニア漏れを減少させる。
素酸化物に添加すると、通常の温度範囲（即ち1800°Ｆ
±100 °Ｆ（ 982±56℃））が、例えば1500°Ｆ±100
°Ｆ（ 816±56℃）へと低下できる。この場合、充分量
の炭化水素を添加して、ヒドロキシル（ＯＨ）ラジカル
濃度を増加させて、低温におけるＮＨ2 ラジカル濃度を
増加させ、次式によりアンモニア漏れを減少させる。
【００１２】ＮＨ3 ＋ＯＨ＝ＮＨ2 ＋Ｈ2 Ｏ 然しながら、水素、過酸化水素、または炭化水素を添加
して「ＳＮＣＲ法」での最適温度を低下させるという方
法は、約1500°Ｆ（ 816℃）が限度であって、1400°Ｆ
（ 760℃）以下ではＳＮＣＲ法のＮＯ還元効率は極端に
低下し、約1300°Ｆ（ 704℃）以下では実質的に還元反
応は最早生起しない。
して「ＳＮＣＲ法」での最適温度を低下させるという方
法は、約1500°Ｆ（ 816℃）が限度であって、1400°Ｆ
（ 760℃）以下ではＳＮＣＲ法のＮＯ還元効率は極端に
低下し、約1300°Ｆ（ 704℃）以下では実質的に還元反
応は最早生起しない。
【００１３】ここで「温度範囲」なる用語は、ＳＮＣＲ
法がＮＯを窒素に還元するのに有効であるような温度範
囲を意味する。通常、極めて高温ではＮＯの還元は起こ
らない。温度が低下するにつれて、「最適温度」におい
てＮＯ還元能力が最高に成るまでＮＯ還元能力は増加を
続ける。煙道ガスの温度が更に低下すると、アンモニア
漏れが急速に増加すると同時に、ＮＯ還元能力が低下
し、温度範囲の低端部に達するまで低下し、この点以下
では最早ＮＯの還元は起こらない。ここで使用する「最
適温度」なる用語は、ＳＮＣＲ法のＮＯ還元能力が最高
になる煙道ガス温度を意味する。「ＳＮＣＲ法」なる用
語は、上記温度範囲以内の煙道ガス中に注入される単一
もしくは複合ＮＨi 前駆体を使用して、ＮＯを窒素に選
択的に非触媒的に還元する方法を意味する。「単一ＮＨ
i 前駆体」なる用語は、水酸化アンモニウム、または炭
酸アンモニウム、またはこれらの混合物のような、アン
モニアまたは他の化合物を意味し、これらの化合物は、
熱分解に際しアンモニア（ＮＨ3 ）を遊離する。「複合
ＮＨi 前駆体」なる用語は、尿素（ＮＨ2 ）2 ＣＯ、シ
アヌル酸、ビウレット、トリウレット、アンメライド
（ammelide）、他のアミド、またはこれらの混合物であ
って、熱分解に際して最初にＮＨ2 ラジカルを遊離する
ものを意味する。
法がＮＯを窒素に還元するのに有効であるような温度範
囲を意味する。通常、極めて高温ではＮＯの還元は起こ
らない。温度が低下するにつれて、「最適温度」におい
てＮＯ還元能力が最高に成るまでＮＯ還元能力は増加を
続ける。煙道ガスの温度が更に低下すると、アンモニア
漏れが急速に増加すると同時に、ＮＯ還元能力が低下
し、温度範囲の低端部に達するまで低下し、この点以下
では最早ＮＯの還元は起こらない。ここで使用する「最
適温度」なる用語は、ＳＮＣＲ法のＮＯ還元能力が最高
になる煙道ガス温度を意味する。「ＳＮＣＲ法」なる用
語は、上記温度範囲以内の煙道ガス中に注入される単一
もしくは複合ＮＨi 前駆体を使用して、ＮＯを窒素に選
択的に非触媒的に還元する方法を意味する。「単一ＮＨ
i 前駆体」なる用語は、水酸化アンモニウム、または炭
酸アンモニウム、またはこれらの混合物のような、アン
モニアまたは他の化合物を意味し、これらの化合物は、
熱分解に際しアンモニア（ＮＨ3 ）を遊離する。「複合
ＮＨi 前駆体」なる用語は、尿素（ＮＨ2 ）2 ＣＯ、シ
アヌル酸、ビウレット、トリウレット、アンメライド
（ammelide）、他のアミド、またはこれらの混合物であ
って、熱分解に際して最初にＮＨ2 ラジカルを遊離する
ものを意味する。
【００１４】ＮＯをＮＯ2 に酸化する他のタイプの煙道
ガスＮＯx 制御方法は、本発明者による『燃焼ガスから
の窒素及び硫黄酸化物の除去方法と装置』と題する米国
特許出願第734,393 号に開示してある。この方法（以
下、ジョーンズ（Jones ）法と呼称することがある）で
は、800 乃至1400°Ｆ（ 427乃至 760℃）で操作し、メ
タノールのような炭化水素材料（一種のペルオキシル開
始剤）を空気キャリアガス中に分散して、ＮＯを効率よ
くＮＯ2 に酸化する。好ましい温度範囲は、800乃至140
0°Ｆ（427 乃至760 ℃）である。この方法は、ヒドロ
キシルラジカル（ＯＨ）の代わりに、ペルオキシルラジ
カル（ＨＯ2 ）を使用する異なったタイプのボイラー注
入法である。ＮＯは次式に従って酸化される。
ガスＮＯx 制御方法は、本発明者による『燃焼ガスから
の窒素及び硫黄酸化物の除去方法と装置』と題する米国
特許出願第734,393 号に開示してある。この方法（以
下、ジョーンズ（Jones ）法と呼称することがある）で
は、800 乃至1400°Ｆ（ 427乃至 760℃）で操作し、メ
タノールのような炭化水素材料（一種のペルオキシル開
始剤）を空気キャリアガス中に分散して、ＮＯを効率よ
くＮＯ2 に酸化する。好ましい温度範囲は、800乃至140
0°Ｆ（427 乃至760 ℃）である。この方法は、ヒドロ
キシルラジカル（ＯＨ）の代わりに、ペルオキシルラジ
カル（ＨＯ2 ）を使用する異なったタイプのボイラー注
入法である。ＮＯは次式に従って酸化される。
【００１５】ＮＯ＋ＨＯ2 ＝ＮＯ2 ＋ＯＨ ここでは、例えば1400°Ｆ（ 760℃）というような適当
な温度が、ＳＮＣＲタイプのＮＯ還元方法（即ち、1400
°Ｆ（ 760℃）以上）とJones タイプのＮＯ酸化法（即
ち、1400°Ｆ（ 760℃）以下）との間の分離線を形成す
るものである。本発明の方法では、第１段注入帯域にお
いて約1400°Ｆ（ 760℃）より高温の煙道ガス中にＮＨ
i 前駆体を注入してＮＯをＮ2 に還元する工程が含まれ
る。第２工程では、第２段注入帯域中において約1400°
Ｆ（ 760℃）より低温の煙道ガス中にペルオキシル開始
剤を注入し、残部のＮＯをＮ2 に酸化する。
な温度が、ＳＮＣＲタイプのＮＯ還元方法（即ち、1400
°Ｆ（ 760℃）以上）とJones タイプのＮＯ酸化法（即
ち、1400°Ｆ（ 760℃）以下）との間の分離線を形成す
るものである。本発明の方法では、第１段注入帯域にお
いて約1400°Ｆ（ 760℃）より高温の煙道ガス中にＮＨ
i 前駆体を注入してＮＯをＮ2 に還元する工程が含まれ
る。第２工程では、第２段注入帯域中において約1400°
Ｆ（ 760℃）より低温の煙道ガス中にペルオキシル開始
剤を注入し、残部のＮＯをＮ2 に酸化する。
【００１６】本発明の特徴、様相及び利点は、次に説明
する実施例とそれに付帯する詳細な説明、添付の図面を
参照することにより、更によく理解できる筈である。
する実施例とそれに付帯する詳細な説明、添付の図面を
参照することにより、更によく理解できる筈である。
【００１７】図１は、煙道ガス中のＮＯx を還元するた
めの本発明の方法を実施するのに有用な２段ボイラー１
０の概略図である。この方法では、先ず1400°Ｆ（ 760
℃）より高温の第１注入帯域１２の煙道ガス中に液相尿
素または水酸化アンモニウムのようなＮＨi 前駆体を注
入することによりＮＯを窒素に還元し、第２段で1400°
Ｆ（ 760℃）より低温の第２注入帯域１４中の煙道ガス
中にメタノールのような炭化水素材料や水素、過酸化水
素のようなペルオキシル開始剤を注入することにより更
にＮＯを窒素に還元し、残部ＮＯをＮＯ2 に酸化し、ア
ンモニア漏れを低減させる。追加のＮＨi 前駆体には、
シアヌル酸、ビウレット、トリウレット、アンメライド
（ammelide）、または、これらの混合物のような、アン
モニアより更に複雑な化合物、及びアンモニアが包含さ
れる。第１帯域１２における煙道ガス温度が最適水準以
下に低下するならば、水素、過酸化水素またはメタノー
ルのような炭化水素材料をＮＨi 前駆体と共に注入して
ＮＯ還元反応に対する最適温度を低下させ、且つアンモ
ニア漏れの程度を減少させることができる。ＮＨi前駆
体の注入箇所は、一箇所以上若しくは温度変化を相殺す
るようなボイラーの位置であってもよい。図１に見られ
るように、注入多岐管１６を圧縮機１８に連結し、この
圧縮機１８から空気を注入ノズル２０に供給する。注入
ノズル２０の詳細な構造を図２及び図３に示したが、こ
こでは、圧縮空気は空気入口２２から注入ノズル２０に
入り、出口２４から放出される。ＮＨi 前駆体は、入口
２６から注入ノズル２０に入り、ノズル３０を経由して
混合部２８中で空気と混合し、出口２４から出る。
めの本発明の方法を実施するのに有用な２段ボイラー１
０の概略図である。この方法では、先ず1400°Ｆ（ 760
℃）より高温の第１注入帯域１２の煙道ガス中に液相尿
素または水酸化アンモニウムのようなＮＨi 前駆体を注
入することによりＮＯを窒素に還元し、第２段で1400°
Ｆ（ 760℃）より低温の第２注入帯域１４中の煙道ガス
中にメタノールのような炭化水素材料や水素、過酸化水
素のようなペルオキシル開始剤を注入することにより更
にＮＯを窒素に還元し、残部ＮＯをＮＯ2 に酸化し、ア
ンモニア漏れを低減させる。追加のＮＨi 前駆体には、
シアヌル酸、ビウレット、トリウレット、アンメライド
（ammelide）、または、これらの混合物のような、アン
モニアより更に複雑な化合物、及びアンモニアが包含さ
れる。第１帯域１２における煙道ガス温度が最適水準以
下に低下するならば、水素、過酸化水素またはメタノー
ルのような炭化水素材料をＮＨi 前駆体と共に注入して
ＮＯ還元反応に対する最適温度を低下させ、且つアンモ
ニア漏れの程度を減少させることができる。ＮＨi前駆
体の注入箇所は、一箇所以上若しくは温度変化を相殺す
るようなボイラーの位置であってもよい。図１に見られ
るように、注入多岐管１６を圧縮機１８に連結し、この
圧縮機１８から空気を注入ノズル２０に供給する。注入
ノズル２０の詳細な構造を図２及び図３に示したが、こ
こでは、圧縮空気は空気入口２２から注入ノズル２０に
入り、出口２４から放出される。ＮＨi 前駆体は、入口
２６から注入ノズル２０に入り、ノズル３０を経由して
混合部２８中で空気と混合し、出口２４から出る。
【００１８】水素、過酸化水素または炭化水素のような
共注入物の注入量、または注入箇所の何れか、または両
方を第１注入帯域１２に位置する煙道ガス温度センサに
基づいて自動制御するのが好ましい。好ましい注入材料
は尿素水溶液、メタノール、またはこの両方である。
共注入物の注入量、または注入箇所の何れか、または両
方を第１注入帯域１２に位置する煙道ガス温度センサに
基づいて自動制御するのが好ましい。好ましい注入材料
は尿素水溶液、メタノール、またはこの両方である。
【００１９】前に論議したように、ＳＮＣＲ法の最適温
度は、狭い範囲内に存在する。公知文献を一覧すると、
この最適温度は1825±75°Ｆ（ 996±42℃）、または17
50°Ｆ（ 954℃）と1900°Ｆ（1038℃）の間にある。不
確定な要素がある理由は、これらの高いレベルで測定し
た温度は、センサ部材それ自体からの放射熱損失によ
り、50乃至 150°Ｆ（28乃至83℃）だけ低く検出される
からである。真のガス温度は、サクションパイロメータ
ーを使用して対流熱を付与することにより測定できる。
ここに記載の総ての温度は、サクションパイロメーター
により測定されるような真のガス温度を指す。アランド
（Arand ）らの発明に係る米国特許第4,208,386 号公報
明細書によれば、尿素に対する温度範囲は実施例Ｉに示
してあるが、第１表のＮＯ還元能力を温度に対してプロ
ットした結果を基準にすると、ここでの最適温度は、明
らかに約1850°Ｆ（1010℃）であることが示されてい
る。
度は、狭い範囲内に存在する。公知文献を一覧すると、
この最適温度は1825±75°Ｆ（ 996±42℃）、または17
50°Ｆ（ 954℃）と1900°Ｆ（1038℃）の間にある。不
確定な要素がある理由は、これらの高いレベルで測定し
た温度は、センサ部材それ自体からの放射熱損失によ
り、50乃至 150°Ｆ（28乃至83℃）だけ低く検出される
からである。真のガス温度は、サクションパイロメータ
ーを使用して対流熱を付与することにより測定できる。
ここに記載の総ての温度は、サクションパイロメーター
により測定されるような真のガス温度を指す。アランド
（Arand ）らの発明に係る米国特許第4,208,386 号公報
明細書によれば、尿素に対する温度範囲は実施例Ｉに示
してあるが、第１表のＮＯ還元能力を温度に対してプロ
ットした結果を基準にすると、ここでの最適温度は、明
らかに約1850°Ｆ（1010℃）であることが示されてい
る。
【００２０】本発明の一部を構成する一つの驚くべき結
果は、尿素に対する最適温度は、明らかに1670°Ｆ（ 9
10℃）より低温であり、最も好ましくは1605°Ｆ（ 874
℃）である。前記アランド（Arand ）らの発明による米
国特許第 4,208,386号公報明細書が教示する最適温度は
正しくないことが明らかである。この驚くべき発見は、
比較的狭い温度範囲で処理する方法が、従来ではＳＮＣ
Ｒ法に適用可能であると信じられていたことを暗示して
いる。一つの実施態様では、単一ＮＨi 前駆体をＳＮＣ
Ｒ法の上流部の、より高温の煙道ガス中に注入し、引き
続いてこのＳＮＣＲ法の下流部の、より低温の煙道ガス
中に複合ＮＨi 前駆体を注入する。他の一実施態様で
は、単一ＮＨi 前駆体を約1900°Ｆ（1038℃）から約17
50°Ｆ（ 954℃）の温度において注入し、引き続いて約
1750°Ｆ（ 954℃）から約1550°Ｆ（ 843℃）の温度で
複合ＮＨi を注入する。複合ＮＨi 前駆体に対する最適
温度は、単一ＮＨi 前駆体に対する最適温度よりも、約
175°Ｆ（97℃）低く、公知文献が教示するよりも遥か
に広い温度範囲を示している。更に他の一実施態様で
は、煙道ガス温度センサからの入力を基に、注入ノズル
の一箇所または数箇所の位置から煙道ガス中に、単一ま
たは複合ＮＨi 前駆体を注入するために自動制御システ
ムを採用する。自動制御に適する他の実施態様では、単
一及び複合前駆体の混合物を、注入ノズルの一箇所、ま
たは数箇所から煙道ガス中に注入し、各位置で測定した
煙道ガス温度を基に、各注入位置に供給される単一及び
複合ＮＨi 前駆体の比率を自動的に制御する。
果は、尿素に対する最適温度は、明らかに1670°Ｆ（ 9
10℃）より低温であり、最も好ましくは1605°Ｆ（ 874
℃）である。前記アランド（Arand ）らの発明による米
国特許第 4,208,386号公報明細書が教示する最適温度は
正しくないことが明らかである。この驚くべき発見は、
比較的狭い温度範囲で処理する方法が、従来ではＳＮＣ
Ｒ法に適用可能であると信じられていたことを暗示して
いる。一つの実施態様では、単一ＮＨi 前駆体をＳＮＣ
Ｒ法の上流部の、より高温の煙道ガス中に注入し、引き
続いてこのＳＮＣＲ法の下流部の、より低温の煙道ガス
中に複合ＮＨi 前駆体を注入する。他の一実施態様で
は、単一ＮＨi 前駆体を約1900°Ｆ（1038℃）から約17
50°Ｆ（ 954℃）の温度において注入し、引き続いて約
1750°Ｆ（ 954℃）から約1550°Ｆ（ 843℃）の温度で
複合ＮＨi を注入する。複合ＮＨi 前駆体に対する最適
温度は、単一ＮＨi 前駆体に対する最適温度よりも、約
175°Ｆ（97℃）低く、公知文献が教示するよりも遥か
に広い温度範囲を示している。更に他の一実施態様で
は、煙道ガス温度センサからの入力を基に、注入ノズル
の一箇所または数箇所の位置から煙道ガス中に、単一ま
たは複合ＮＨi 前駆体を注入するために自動制御システ
ムを採用する。自動制御に適する他の実施態様では、単
一及び複合前駆体の混合物を、注入ノズルの一箇所、ま
たは数箇所から煙道ガス中に注入し、各位置で測定した
煙道ガス温度を基に、各注入位置に供給される単一及び
複合ＮＨi 前駆体の比率を自動的に制御する。
【００２１】ＳＮＣＲ法で二つ以上の注入位置が存在す
る場合には、他の好ましい態様の一つは、(1) 尿素水溶
液または水酸化アンモニウムのようなＮＨi 前駆体と共
に希釈水を同時に注入し、より低温の下流ノズルに向け
て注入位置を移動させるか、または煙道ガス温度が上が
り過ぎた場合には、自動制御を使用して単一ＮＨi 前駆
体の使用量を増加することであり、他の一つは、(2) Ｎ
Ｈi 前駆体と共に注入する希釈水の量を減らし、注入位
置を上流でより高温なノズルに向けて移動させるか、ま
たは煙道ガス温度が低下し過ぎる場合には、自動制御を
利用して複合ＮＨi 前駆体材料の量を増加させる。
る場合には、他の好ましい態様の一つは、(1) 尿素水溶
液または水酸化アンモニウムのようなＮＨi 前駆体と共
に希釈水を同時に注入し、より低温の下流ノズルに向け
て注入位置を移動させるか、または煙道ガス温度が上が
り過ぎた場合には、自動制御を使用して単一ＮＨi 前駆
体の使用量を増加することであり、他の一つは、(2) Ｎ
Ｈi 前駆体と共に注入する希釈水の量を減らし、注入位
置を上流でより高温なノズルに向けて移動させるか、ま
たは煙道ガス温度が低下し過ぎる場合には、自動制御を
利用して複合ＮＨi 前駆体材料の量を増加させる。
【００２２】かかる自動制御は、煙道ガス温度センサ、
煙道ガスＮＯ分析計、またはこれらの両方からの入力を
基に行なうことができる。
煙道ガスＮＯ分析計、またはこれらの両方からの入力を
基に行なうことができる。
【００２３】注入材料の適切な注入方法は、本発明によ
り提供される。煙道ガス中に液またはガスを直接注入す
るような多くの異なった技術が利用できるが、薬品を空
気、スチーム、循環煙道ガス、またはこれらの混合物と
予備混合するのが好ましい。予備混合は、ボイラー外部
の適当な装置で行ない、生成した注入液は、キャリアガ
スと注入薬品の予備混合量から成っている。予備混合注
入液を調製するのに適する装置の一つとして、上記の注
入ノズル２０のようなキャリアガスベンチュリがあり、
これにより注入薬品の水性溶液をキャリアガス中に霧化
・分散させる。この注入液は、圧縮機１８からの空気も
しくは煙道ガスのような外部からの力を利用して、煙道
ガス中に高速で圧入する。
り提供される。煙道ガス中に液またはガスを直接注入す
るような多くの異なった技術が利用できるが、薬品を空
気、スチーム、循環煙道ガス、またはこれらの混合物と
予備混合するのが好ましい。予備混合は、ボイラー外部
の適当な装置で行ない、生成した注入液は、キャリアガ
スと注入薬品の予備混合量から成っている。予備混合注
入液を調製するのに適する装置の一つとして、上記の注
入ノズル２０のようなキャリアガスベンチュリがあり、
これにより注入薬品の水性溶液をキャリアガス中に霧化
・分散させる。この注入液は、圧縮機１８からの空気も
しくは煙道ガスのような外部からの力を利用して、煙道
ガス中に高速で圧入する。
【００２４】所望であれば、空気の代わりにボイラーか
らのスチームを利用してもよい。混合工程間での圧力損
失は、霧化ノズル、若しくは分散性の注入ノズル２０の
設計を注意深く行なえば最低限に収めることができる。
次いで、この注入液を煙道ガス中または注入ノズル２０
経由の空気中に吐出するが、この注入ノズル２０は、ボ
イラーの壁３２だけに位置させたり、またはキャリアガ
スの冷却作用により、煙道ガス帯域の内部に実際に位置
させて内部注入格子管により支持することもできる。ノ
ズルと注入系の実際の設計と位置は、ボイラーによる制
約、ＮＯx の所望除去率、及び煙道ガス温度や組成及び
分散速度などの他のパラメータによって変わる。
らのスチームを利用してもよい。混合工程間での圧力損
失は、霧化ノズル、若しくは分散性の注入ノズル２０の
設計を注意深く行なえば最低限に収めることができる。
次いで、この注入液を煙道ガス中または注入ノズル２０
経由の空気中に吐出するが、この注入ノズル２０は、ボ
イラーの壁３２だけに位置させたり、またはキャリアガ
スの冷却作用により、煙道ガス帯域の内部に実際に位置
させて内部注入格子管により支持することもできる。ノ
ズルと注入系の実際の設計と位置は、ボイラーによる制
約、ＮＯx の所望除去率、及び煙道ガス温度や組成及び
分散速度などの他のパラメータによって変わる。
【００２５】本発明の２段ボイラー注入法によれば、類
似条件で作動するＳＮＣＲ法と比較して、全ＮＯ転化率
の増加及びアンモニア漏れの減少という予想外で重要な
利益が提供される。ＳＮＣＲ法が異なった条件で運転さ
れたとしても、これと類似の条件下で運転する本発明の
２段ボイラー注入法により達成できる程度のアンモニア
漏れを、本発明以上のＮＯ転化率で達成することは不可
能である。逆に云えば、ＮＯをＮＯ2 に酸化するための
ジョーンズ（Jones ）法は、ＮＯ転化率に関しては、か
なり高い水準を達成し得るかもしれないが、例えば、少
量のＮＯの窒素への還元がＳＮＣＲ法の上流で行なわれ
るとしても、このジョーンズ（Jones ）法をそのままで
運転するとすれば、本発明の２段法の総体的ＮＯ転化効
率は、ＳＮＣＲ法よりも高いのである。本発明により提
供されるようなアンモニア漏れの著しい低減による驚く
べき利点は、公知文献には開示がない。この２段ボイラ
ー注入法の他の利点としては、第２段でＮＯ2 に転化す
る残留ＮＯが湿式スクラバーまたはジョーンズ（Jones
）法による公知文献に開示の他の技術により除去可能
であり、これによりＳＮＣＲそれ自体の運転で生ずるよ
うな高水準のアンモニア漏れの困難なしに高水準のＮＯ
x 除去率（即ち、80％以上）を達成することができる。
本発明のその他の利点は、次に記載する特定の実施態様
を理解することにより明らかになる筈である。
似条件で作動するＳＮＣＲ法と比較して、全ＮＯ転化率
の増加及びアンモニア漏れの減少という予想外で重要な
利益が提供される。ＳＮＣＲ法が異なった条件で運転さ
れたとしても、これと類似の条件下で運転する本発明の
２段ボイラー注入法により達成できる程度のアンモニア
漏れを、本発明以上のＮＯ転化率で達成することは不可
能である。逆に云えば、ＮＯをＮＯ2 に酸化するための
ジョーンズ（Jones ）法は、ＮＯ転化率に関しては、か
なり高い水準を達成し得るかもしれないが、例えば、少
量のＮＯの窒素への還元がＳＮＣＲ法の上流で行なわれ
るとしても、このジョーンズ（Jones ）法をそのままで
運転するとすれば、本発明の２段法の総体的ＮＯ転化効
率は、ＳＮＣＲ法よりも高いのである。本発明により提
供されるようなアンモニア漏れの著しい低減による驚く
べき利点は、公知文献には開示がない。この２段ボイラ
ー注入法の他の利点としては、第２段でＮＯ2 に転化す
る残留ＮＯが湿式スクラバーまたはジョーンズ（Jones
）法による公知文献に開示の他の技術により除去可能
であり、これによりＳＮＣＲそれ自体の運転で生ずるよ
うな高水準のアンモニア漏れの困難なしに高水準のＮＯ
x 除去率（即ち、80％以上）を達成することができる。
本発明のその他の利点は、次に記載する特定の実施態様
を理解することにより明らかになる筈である。
【００２６】ＮＯx 制御用のこの２段ボイラー注入法
は、石炭火力ボイラー及び固形廃棄物焼却炉の両方を包
含する工業用の用途に向けて極めて注目されるものであ
る。一般に、石炭火力ボイラーへの適用は、固形廃棄物
焼却炉への適用よりも容易であることが判った。その理
由は、同一性能において、ＮＯx に対する薬品の使用モ
ル比が少なく、且つ第２段におけるメタノールの利用効
率が良好なために、生成するフライアッシュ中の炭素含
有量が若干少ないためである。次に、固形廃棄物焼却炉
に対するこの２段ボイラー注入法の応用を、実施例によ
り説明するが、湿式スクラバー無しにＮＯx の除去率72
％が達成でき、而も下流煙道ガスの湿式スクラバーの採
用によれば、81％のＮＯx 除去率が達成できる。
は、石炭火力ボイラー及び固形廃棄物焼却炉の両方を包
含する工業用の用途に向けて極めて注目されるものであ
る。一般に、石炭火力ボイラーへの適用は、固形廃棄物
焼却炉への適用よりも容易であることが判った。その理
由は、同一性能において、ＮＯx に対する薬品の使用モ
ル比が少なく、且つ第２段におけるメタノールの利用効
率が良好なために、生成するフライアッシュ中の炭素含
有量が若干少ないためである。次に、固形廃棄物焼却炉
に対するこの２段ボイラー注入法の応用を、実施例によ
り説明するが、湿式スクラバー無しにＮＯx の除去率72
％が達成でき、而も下流煙道ガスの湿式スクラバーの採
用によれば、81％のＮＯx 除去率が達成できる。
【００２７】実施例Ｉ 実際に処理されている１日当たり 300トンの能力をもつ
市営固形廃棄物焼却炉の条件を、ＮＯx 除去用２段ボイ
ラー注入法の効率確認のための燃焼トンネルにそのまま
適用した。これらの試験には、プロセスの化学反応への
アッシュの影響を確認するために、焼却炉に設置した静
電集塵器で採取したフライアッシュの注入をも包含す
る。アッシュの注入速度は、約 3.0グレイン／SCF 、即
ち約7,000mg／Nm3 であった。
市営固形廃棄物焼却炉の条件を、ＮＯx 除去用２段ボイ
ラー注入法の効率確認のための燃焼トンネルにそのまま
適用した。これらの試験には、プロセスの化学反応への
アッシュの影響を確認するために、焼却炉に設置した静
電集塵器で採取したフライアッシュの注入をも包含す
る。アッシュの注入速度は、約 3.0グレイン／SCF 、即
ち約7,000mg／Nm3 であった。
【００２８】図１のボイラーにおいて、注入に先立つ帯
域３４（帯域Ａ）における初期の典型的な煙道ガス組成
は次のとおりである（容量％、乾燥基準）。
域３４（帯域Ａ）における初期の典型的な煙道ガス組成
は次のとおりである（容量％、乾燥基準）。
【００２９】 ＮＯ 125ppm ＨCl 840ppm ＮＯ2 5ppm ＳＯ2 60ppm ＮＯx 130ppm ＳＯ3 3ppm ＣＯ 30ppm ＨＦ 15ppm Ｏ2 12% アッシュ 7,000mg/Nm3 CO2 10% 煙道ガスの水蒸気含有量は、典型的には９容量％であ
る。
る。
【００３０】第１注入帯域１２では、尿素または水酸化
アンモニウムの水溶液を、図１，図２及び図３に示すよ
うな装置を使用して、横切って流れる煙道ガス中に注入
し、注入薬品と空気若しくはスチームのような、キャリ
アガスを予備混合した。図１に見られるように、ロータ
リーブロワー１８を用いて、キャリアガスとしての圧縮
空気を多岐管１６を経由して注入ノズル２０に供給し
た。キャリアガスの量は、焼却炉からの全煙道ガスの約
６重量％であった。注入薬品は注入ノズル２０における
キャリアガスと混合した。この注入ノズル２０は、ボイ
ラーの壁３２を貫通しており、キャリアガスと注入薬品
との連結管としての空気入口２２、注入管２６、保持点
検のために、２段ボイラー１０の外部に、薬品注入のた
めのノズル３０を移動する装置３８、出口２４の上流に
位置する注入ノズル２０のベンチュリ部分４０における
キャリアガスと注入薬品とを霧化及び／または分散及び
予備混合するための装置としての薬品注入用のノズル３
０を包含している。出口２４は、キャリアガスと注入薬
品（ＮＨi 前駆体またはペルオキシル開始剤）との予備
混合量を高速で注入できるように設計する。図４に見ら
れるような好ましい実施態様では、この注入ノズル２０
は、音速または亜音速で運転し、且つ図４に示すよう
に、接線方向のサイドウオール注入器４２によるウォー
ルジェットを利用して、急速混合を促進するために接線
方向の流れパターンを形成させ、バルク煙道ガス中に螺
旋状の流れパターンを誘発させる。必要であれば、収斂
−発散性のノズルを採用して、超音速注入、または内部
注入管及び煙道ガス断面全部に亘って配設した多岐管ノ
ズルを採用し、良好な混合を促進したり、及び／また
は、良好な断面有効利用を促進できることは勿論であ
る。当該実施例では、２段注入法の第１段で希釈尿素水
溶液を使用しているが、尿素の代わりに水酸化アンモニ
ウム水溶液を使用してもよい。この水酸化アンモニウム
は、煙道ガス帯域で加熱されると、直ちにＮＨ3 蒸気を
放出するが、尿素の分解で遊離するＮＨ2 は、液滴中の
水が充分に蒸発して液滴中に尿素が飽和し／または結晶
化が生起するまでは遊離しない。そこで、希釈率を高め
るか、または液滴の大きさを増加させることにより、尿
素溶液から煙道ガスへのＮＨ2 の放出を或る程度遅延さ
せて、煙道ガスとの一層緊密な混合を行ない、その結果
断面有効利用率を改善できる。このことは、ボイラーの
大きさ、所望のＮＯx 除去率、及び温度と不完全分配速
度の程度、注入ノズル位置及び滞留時間の制約におい
て、水酸化アンモニウムに比べて有利である。
アンモニウムの水溶液を、図１，図２及び図３に示すよ
うな装置を使用して、横切って流れる煙道ガス中に注入
し、注入薬品と空気若しくはスチームのような、キャリ
アガスを予備混合した。図１に見られるように、ロータ
リーブロワー１８を用いて、キャリアガスとしての圧縮
空気を多岐管１６を経由して注入ノズル２０に供給し
た。キャリアガスの量は、焼却炉からの全煙道ガスの約
６重量％であった。注入薬品は注入ノズル２０における
キャリアガスと混合した。この注入ノズル２０は、ボイ
ラーの壁３２を貫通しており、キャリアガスと注入薬品
との連結管としての空気入口２２、注入管２６、保持点
検のために、２段ボイラー１０の外部に、薬品注入のた
めのノズル３０を移動する装置３８、出口２４の上流に
位置する注入ノズル２０のベンチュリ部分４０における
キャリアガスと注入薬品とを霧化及び／または分散及び
予備混合するための装置としての薬品注入用のノズル３
０を包含している。出口２４は、キャリアガスと注入薬
品（ＮＨi 前駆体またはペルオキシル開始剤）との予備
混合量を高速で注入できるように設計する。図４に見ら
れるような好ましい実施態様では、この注入ノズル２０
は、音速または亜音速で運転し、且つ図４に示すよう
に、接線方向のサイドウオール注入器４２によるウォー
ルジェットを利用して、急速混合を促進するために接線
方向の流れパターンを形成させ、バルク煙道ガス中に螺
旋状の流れパターンを誘発させる。必要であれば、収斂
−発散性のノズルを採用して、超音速注入、または内部
注入管及び煙道ガス断面全部に亘って配設した多岐管ノ
ズルを採用し、良好な混合を促進したり、及び／また
は、良好な断面有効利用を促進できることは勿論であ
る。当該実施例では、２段注入法の第１段で希釈尿素水
溶液を使用しているが、尿素の代わりに水酸化アンモニ
ウム水溶液を使用してもよい。この水酸化アンモニウム
は、煙道ガス帯域で加熱されると、直ちにＮＨ3 蒸気を
放出するが、尿素の分解で遊離するＮＨ2 は、液滴中の
水が充分に蒸発して液滴中に尿素が飽和し／または結晶
化が生起するまでは遊離しない。そこで、希釈率を高め
るか、または液滴の大きさを増加させることにより、尿
素溶液から煙道ガスへのＮＨ2 の放出を或る程度遅延さ
せて、煙道ガスとの一層緊密な混合を行ない、その結果
断面有効利用率を改善できる。このことは、ボイラーの
大きさ、所望のＮＯx 除去率、及び温度と不完全分配速
度の程度、注入ノズル位置及び滞留時間の制約におい
て、水酸化アンモニウムに比べて有利である。
【００３１】図５のグラフに見られるように、ＮＯに対
する尿素のモル比が1.4 の場合、最初のＮＯ125ppmから
1670°Ｆ（ 910℃）における窒素へのＮＯ転化率は72％
が得られる。また図５に見られるように、尿素／ＮＯモ
ル比が1.4 の場合、アンモニアスリップは35ppm であ
る。図６では、注入温度1760°Ｆ（ 960℃）及び尿素／
ＮＯモル比1.4 において、対応するＣＯ放出増加量は、
13ppm であった。この時点での煙道ガス組成の変化は次
の通りであった。
する尿素のモル比が1.4 の場合、最初のＮＯ125ppmから
1670°Ｆ（ 910℃）における窒素へのＮＯ転化率は72％
が得られる。また図５に見られるように、尿素／ＮＯモ
ル比が1.4 の場合、アンモニアスリップは35ppm であ
る。図６では、注入温度1760°Ｆ（ 960℃）及び尿素／
ＮＯモル比1.4 において、対応するＣＯ放出増加量は、
13ppm であった。この時点での煙道ガス組成の変化は次
の通りであった。
【００３２】 帯域Ａ（図１） 帯域Ｂ（図１）第１段注入前 第１段注入後 ＮＯ 125ppm 35ppm ＮＯ2 5ppm 5ppm ＮＯx 130ppm 40ppm ＣＯ 30ppm 43ppm ＮＨ3 ゼロ 35ppm 第１注入帯域１２の温度が最適温度から離れた場合に
は、補正操作を実施しない限りＮＯx 除去効率は致命的
に低下する。補正操作は、温度センサ入力に基づいて、
また図１に見られるように、注入位置を一箇所以上配設
して尿素を注入するボイラー位置を自動的に制御するこ
とから成る。別法として、ＮＨi 前駆体薬品と共に炭化
水素材料を共注入して、最適温度における還元反応を生
起させることである。この方法は、図７に概略図として
示したが、ここでは温度が最適範囲以下に低下した場合
に、炭化水素を一緒に注入しない際にはＮＨ3 漏れが著
しく増加し、而もＮＯ除去効率が致命的に低下すること
を示している。これらの二つの逆効果は、1400乃至1800
°Ｆ（ 760乃至 982℃）の範囲で炭化水素を共注入する
と帳消しにすることができる。若しも、ＣＯ放出が制限
要因であるならば、水素若しくは過酸化水素の注入によ
り同一効果が得られる。この実施例の好ましい実施態様
では、炭化水素の共注入に対して、メタノールを尿素水
溶液と混合し、温度センサからの入力信号を基に、自動
的にメタノール量を制御する。
は、補正操作を実施しない限りＮＯx 除去効率は致命的
に低下する。補正操作は、温度センサ入力に基づいて、
また図１に見られるように、注入位置を一箇所以上配設
して尿素を注入するボイラー位置を自動的に制御するこ
とから成る。別法として、ＮＨi 前駆体薬品と共に炭化
水素材料を共注入して、最適温度における還元反応を生
起させることである。この方法は、図７に概略図として
示したが、ここでは温度が最適範囲以下に低下した場合
に、炭化水素を一緒に注入しない際にはＮＨ3 漏れが著
しく増加し、而もＮＯ除去効率が致命的に低下すること
を示している。これらの二つの逆効果は、1400乃至1800
°Ｆ（ 760乃至 982℃）の範囲で炭化水素を共注入する
と帳消しにすることができる。若しも、ＣＯ放出が制限
要因であるならば、水素若しくは過酸化水素の注入によ
り同一効果が得られる。この実施例の好ましい実施態様
では、炭化水素の共注入に対して、メタノールを尿素水
溶液と混合し、温度センサからの入力信号を基に、自動
的にメタノール量を制御する。
【００３３】実施例及び図８を参照するに、ＮＯに対す
るメタノールモル比が、第２注入帯域１４で0.5 の場
合、ＮＯ2 へのＮＯの転化率は30％であり、7,000mg ／
Nm3 の焼却炉フライアッシュ及び25ppm のアンモニアの
存在下で、1328°Ｆ（ 720℃）における窒素へのＮＯ転
化率５％が追加される。未燃焼の炭素を含有するフライ
アッシュは、第２段のＮＯ転化効率を若干妨害する傾向
がある。図８に見られるように、アッシュが存在しない
（またはアッシュの炭素含有量が極めて少ない）場合、
ＮＯに対する同一モル比のメタノールでＮＯ2 に対する
ＮＯの転化率として約45％が得られ、更に22ppm のアン
モニアの存在下で、1328°Ｆ（720 ℃）における窒素へ
のＮＯ転化率約７％が得られる。このアンモニアは、第
１段階からのアンモニアスリップにより第２段で存在す
る。
るメタノールモル比が、第２注入帯域１４で0.5 の場
合、ＮＯ2 へのＮＯの転化率は30％であり、7,000mg ／
Nm3 の焼却炉フライアッシュ及び25ppm のアンモニアの
存在下で、1328°Ｆ（ 720℃）における窒素へのＮＯ転
化率５％が追加される。未燃焼の炭素を含有するフライ
アッシュは、第２段のＮＯ転化効率を若干妨害する傾向
がある。図８に見られるように、アッシュが存在しない
（またはアッシュの炭素含有量が極めて少ない）場合、
ＮＯに対する同一モル比のメタノールでＮＯ2 に対する
ＮＯの転化率として約45％が得られ、更に22ppm のアン
モニアの存在下で、1328°Ｆ（720 ℃）における窒素へ
のＮＯ転化率約７％が得られる。このアンモニアは、第
１段階からのアンモニアスリップにより第２段で存在す
る。
【００３４】図１０によれば、アンモニアスリップは、
第２注入帯域１４中で減少し、ここでは、燃焼トンネル
実地試験で40％の減少が記録できた。この場合、フライ
アッシュ注入を併用した。図９では、ＣＯ放出が28ppm
だけ増加するのが観察され、ここでは、フライアッシュ
の効果はアッシュが存在しない（または低炭素アッシ
ュ）条件に比べて、ＣＯ放出が著しく増加する。この時
点で、煙道ガス組成の変化は次の通りである。この場
合、第１段における尿素／ＮＯモル比は1.4 、メタノー
ル／ＮＯのモル比は0.5 であった。
第２注入帯域１４中で減少し、ここでは、燃焼トンネル
実地試験で40％の減少が記録できた。この場合、フライ
アッシュ注入を併用した。図９では、ＣＯ放出が28ppm
だけ増加するのが観察され、ここでは、フライアッシュ
の効果はアッシュが存在しない（または低炭素アッシ
ュ）条件に比べて、ＣＯ放出が著しく増加する。この時
点で、煙道ガス組成の変化は次の通りである。この場
合、第１段における尿素／ＮＯモル比は1.4 、メタノー
ル／ＮＯのモル比は0.5 であった。
【００３５】
【表１】
【００３６】この時点におけるＮＯx 除去率は72％であ
る。ＮＯ2 の80％が下流湿式スクラバー若しくはスプレ
ー乾燥機で除去されると仮定すると、総体的除去率は、
130ppmから25ppm へと変化し、81％となる。この程度の
ＮＯｘ除去率は、触媒利用のＳＣＲ法と競合し、且つ高
温の第１注入帯域１２における同様条件下のＳＮＣＲ法
の予想運転成績に該当する69％ＮＯx 除去率（即ち、13
0ppmから40ppm へ）より遥かに高い。
る。ＮＯ2 の80％が下流湿式スクラバー若しくはスプレ
ー乾燥機で除去されると仮定すると、総体的除去率は、
130ppmから25ppm へと変化し、81％となる。この程度の
ＮＯｘ除去率は、触媒利用のＳＣＲ法と競合し、且つ高
温の第１注入帯域１２における同様条件下のＳＮＣＲ法
の予想運転成績に該当する69％ＮＯx 除去率（即ち、13
0ppmから40ppm へ）より遥かに高い。
【００３７】実施例ＩＩ 煙道ガスの流速約25SCFMにおいて、0.5MMBTU／時能力の
石英被覆燃焼トンネル中で試験を行なった。主燃焼空気
と共に酸化窒素を注入し、スロート（煙突吸込口）部分
において、希釈空気と共にアンモニアを注入し、且つキ
ャリアガスを利用してメタノールを11インチ（28cm）下
流に注入した。メタノール注入箇所における煙道ガス温
度1200°Ｆ（ 649℃）で試験した。二つの水冷プローブ
を用いてトンネル出口で試料採取した。プローブの一つ
は連続ガス分析器であり、他の一つはアンモニア試料採
取システムである。ガス滞留時間は燃焼トンネル内で約
１秒であった。希硫酸含有インピンジャー溶液を通じて
燃焼生成物を通過させ、イオン電極（ion-specific ele
ctrode）を用いてインピンジャー溶液のアンモニアを分
析した。３回の結果の平均によりアンモニア濃度を決定
した。この結果を第１表に示す。
石英被覆燃焼トンネル中で試験を行なった。主燃焼空気
と共に酸化窒素を注入し、スロート（煙突吸込口）部分
において、希釈空気と共にアンモニアを注入し、且つキ
ャリアガスを利用してメタノールを11インチ（28cm）下
流に注入した。メタノール注入箇所における煙道ガス温
度1200°Ｆ（ 649℃）で試験した。二つの水冷プローブ
を用いてトンネル出口で試料採取した。プローブの一つ
は連続ガス分析器であり、他の一つはアンモニア試料採
取システムである。ガス滞留時間は燃焼トンネル内で約
１秒であった。希硫酸含有インピンジャー溶液を通じて
燃焼生成物を通過させ、イオン電極（ion-specific ele
ctrode）を用いてインピンジャー溶液のアンモニアを分
析した。３回の結果の平均によりアンモニア濃度を決定
した。この結果を第１表に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】1200°Ｆ（ 649℃）という温度は、アンモ
ニア注入によりＮＯを窒素に還元するための温度として
は余りにも低く過ぎ、実際のところ、約２％が得られた
に過ぎない。ジョーンズ（Jones ）法のメタノールのみ
の注入法では、ＮＯの窒素への還元は22％を達成でき
た。これらの二つの独立した結果を集計すると、本発明
の原理の実施により提供される総合２段方法では、ＮＯ
の窒素への還元期待率は23.6％となる。実際のところ、
1200°Ｆ（ 649℃）における総ての期待値を凌駕して、
ＮＯの窒素への還元率29％が得られた。公知の技術で
は、かかる低モル比、若しくは低温度において、ＮＯの
窒素への還元率29％を達成したボイラー注入法は開示が
ない。その上、54％アンモニア還元率が同時に観測され
た。この２段注入システムの運転期間中、ＮＯ添加を中
止したところ、ＮＨ3 還元の程度は54％から10％へと低
下した。ＮＯ2 の存在がアンモニア漏れを大幅に低減す
るのに重要であると考えられる。
ニア注入によりＮＯを窒素に還元するための温度として
は余りにも低く過ぎ、実際のところ、約２％が得られた
に過ぎない。ジョーンズ（Jones ）法のメタノールのみ
の注入法では、ＮＯの窒素への還元は22％を達成でき
た。これらの二つの独立した結果を集計すると、本発明
の原理の実施により提供される総合２段方法では、ＮＯ
の窒素への還元期待率は23.6％となる。実際のところ、
1200°Ｆ（ 649℃）における総ての期待値を凌駕して、
ＮＯの窒素への還元率29％が得られた。公知の技術で
は、かかる低モル比、若しくは低温度において、ＮＯの
窒素への還元率29％を達成したボイラー注入法は開示が
ない。その上、54％アンモニア還元率が同時に観測され
た。この２段注入システムの運転期間中、ＮＯ添加を中
止したところ、ＮＨ3 還元の程度は54％から10％へと低
下した。ＮＯ2 の存在がアンモニア漏れを大幅に低減す
るのに重要であると考えられる。
【００４０】実施例ＩＩＩ 原油焚きボイラー（10MMBTU ／時）を使用して追加試験
を行なった。 1.2％硫黄含有原油をスチーム霧化バーナ
ーガンを使用して燃焼した。尿素水溶液を約1550°Ｆ
（ 843℃）において炉の上流に注入した。図１に見られ
るように、メタノールを、横切って流れる煙道ガスの温
度が1180°Ｆ（ 638℃）である箇所のボイラー管の近く
に注入した。ＮＯx に対する尿素モル比は約0.3 、ＮＯ
x に対するメタノールモル比は約1.7 であった。氷冷イ
ンピンジャー及び連続化学発光ＮＯ−ＮＯx 分析計を使
用してボイラーの出口で試料採取した。その結果を第２
表に示す。
を行なった。 1.2％硫黄含有原油をスチーム霧化バーナ
ーガンを使用して燃焼した。尿素水溶液を約1550°Ｆ
（ 843℃）において炉の上流に注入した。図１に見られ
るように、メタノールを、横切って流れる煙道ガスの温
度が1180°Ｆ（ 638℃）である箇所のボイラー管の近く
に注入した。ＮＯx に対する尿素モル比は約0.3 、ＮＯ
x に対するメタノールモル比は約1.7 であった。氷冷イ
ンピンジャー及び連続化学発光ＮＯ−ＮＯx 分析計を使
用してボイラーの出口で試料採取した。その結果を第２
表に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】1550°Ｆ（843 ℃）という温度は、ＳＮＣ
Ｒ法にとっては極めて低く、且つ尿素注入器は、煙道ガ
スの断面有効利用率が低いにも関わらず、第１注入帯域
１２での尿素のみの使用で、窒素へのＮＯの還元率が13
％に達した。第２注入帯域１４でのメタノールのみの注
入では、窒素へのＮＯの還元率は21％であった。計算値
としてのＮＯx 還元期待値は30％である。本発明の２段
注入法を使用したＮＯx の実測還元率は32％であった。
窒素へのＮＯ転化率32％を達成できるこの温度1180°Ｆ
（ 638℃）は、1300°Ｆ（ 704℃）がこれまでの最低温
度限界とするＳＮＣＲ技術の温度を充分に下回ってい
る。1180°Ｆ（ 638℃）での窒素へのＮＯ還元率32％と
いうボイラー注入法は未だ開示されたことがない。
Ｒ法にとっては極めて低く、且つ尿素注入器は、煙道ガ
スの断面有効利用率が低いにも関わらず、第１注入帯域
１２での尿素のみの使用で、窒素へのＮＯの還元率が13
％に達した。第２注入帯域１４でのメタノールのみの注
入では、窒素へのＮＯの還元率は21％であった。計算値
としてのＮＯx 還元期待値は30％である。本発明の２段
注入法を使用したＮＯx の実測還元率は32％であった。
窒素へのＮＯ転化率32％を達成できるこの温度1180°Ｆ
（ 638℃）は、1300°Ｆ（ 704℃）がこれまでの最低温
度限界とするＳＮＣＲ技術の温度を充分に下回ってい
る。1180°Ｆ（ 638℃）での窒素へのＮＯ還元率32％と
いうボイラー注入法は未だ開示されたことがない。
【００４３】煙道ガスからＮＯx を除去するための上述
の好ましい実施態様は代表例を示すためのものであり、
本発明はこれら実施態様に限定されるものではなく、当
業者にとっては種々の変更が可能である。本発明は冒頭
部における特許請求の範囲の記載によってのみ制限され
る。
の好ましい実施態様は代表例を示すためのものであり、
本発明はこれら実施態様に限定されるものではなく、当
業者にとっては種々の変更が可能である。本発明は冒頭
部における特許請求の範囲の記載によってのみ制限され
る。
【図１】本発明の原理を実施することにより提供される
２段注入法の好ましい一実施態様を示す２段ボイラーの
概略図である。
２段注入法の好ましい一実施態様を示す２段ボイラーの
概略図である。
【図２】本発明の原理を実施することにより提供される
注入ノズルの好ましい一実施態様を示す概略断面図であ
る。このノズルによりＮＨi 前駆体及び／またはペルオ
キシル開始剤を注入する。
注入ノズルの好ましい一実施態様を示す概略断面図であ
る。このノズルによりＮＨi 前駆体及び／またはペルオ
キシル開始剤を注入する。
【図３】本発明の原理を実施することにより提供される
ＮＨi 前駆体及び／またはペルオキシル開始剤を注入す
るための注入系の好ましい一実施態様を示す概略図であ
る。
ＮＨi 前駆体及び／またはペルオキシル開始剤を注入す
るための注入系の好ましい一実施態様を示す概略図であ
る。
【図４】本発明の実施に従って提供される注入ノズルア
センブリにより導入されるＮＨi 前駆体及びペルオキシ
ル開始剤に対する好ましい工程パターンを示す説明図で
ある。
センブリにより導入されるＮＨi 前駆体及びペルオキシ
ル開始剤に対する好ましい工程パターンを示す説明図で
ある。
【図５】1670°Ｆ（ 910℃）及び1760°Ｆ（ 960℃）の
両温度における、煙道ガス中のＮＯ濃度に対する煙道ガ
ス中に注入する尿素モル比の関数としての、ＮＯ濃度の
変化を示すグラフである。
両温度における、煙道ガス中のＮＯ濃度に対する煙道ガ
ス中に注入する尿素モル比の関数としての、ＮＯ濃度の
変化を示すグラフである。
【図６】1760°Ｆ（ 960℃）における、煙道ガス中のＮ
Ｏx 濃度に対する煙道ガス中に注入する尿素モル比の関
数としての、ＣＯのppm 変化を示すグラフである。
Ｏx 濃度に対する煙道ガス中に注入する尿素モル比の関
数としての、ＣＯのppm 変化を示すグラフである。
【図７】本発明の原理を実施することによって尿素を注
入した際の、ＮＯの還元及びアンモニアスリップに対す
る最適温度を、炭化水素の有無の場合について示したグ
ラフである。
入した際の、ＮＯの還元及びアンモニアスリップに対す
る最適温度を、炭化水素の有無の場合について示したグ
ラフである。
【図８】注入温度1328°Ｆ（ 720℃）における、煙道ガ
ス中のＮＯi 濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノ
ールモル比の関数としての、Ｎ2 に対するＮＯ％及びＮ
Ｏ2 に対するＮＯ％を示すグラフである。
ス中のＮＯi 濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノ
ールモル比の関数としての、Ｎ2 に対するＮＯ％及びＮ
Ｏ2 に対するＮＯ％を示すグラフである。
【図９】注入温度1720°Ｆ（ 938℃）における、煙道ガ
ス中のＮＯ濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノー
ルのモル比の関数としての、ＣＯ濃度の変化を示すグラ
フである。
ス中のＮＯ濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノー
ルのモル比の関数としての、ＣＯ濃度の変化を示すグラ
フである。
【図１０】1328°Ｆ（ 720℃）における、煙道ガス中の
ＮＯi 濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノールの
モル比の関数としての、アンモニアスリップppm を示す
グラフである。
ＮＯi 濃度に対する煙道ガス中に注入したメタノールの
モル比の関数としての、アンモニアスリップppm を示す
グラフである。
１０…２段ボイラー １２…第１注入帯域 １４…第２注入帯域 ２０…注入ノズル ２２…空気入口 ２４…出口 ２６…注入管 ２８…混合部 ３０…ノズル ３２…壁
Claims (9)
- 【請求項１】 (a) ＮＯの一部をＮ2 に還元するため
に、ガス温度が1400°Ｆ（760 ℃）より高温の第１注入
帯域の煙道ガス中に１種または１種以上のＮＨi 前駆体
を注入し、更に、 (b) 残留ＮＯをＮＯ2 に酸化するために、ガス温度が14
00°Ｆ（ 760℃）より低温の第２注入帯域の煙道ガス中
に１種または１種以上のペルオキシル開始剤物質を注入
する工程から成る燃焼放出ガス中の窒素酸化物の還元を
目的とする２段ボイラー注入方法。 - 【請求項２】 前記ＮＨi 前駆体が、アンモニア、尿
素、シアヌル酸、ビウレット、トリウレット、アンメラ
イド、及びこれらの混合物から選択されることを特徴と
する請求項１記載の燃焼放出ガス中の窒素酸化物の還元
を目的とする２段ボイラー注入方法。 - 【請求項３】 水素、過酸化水素、または炭化水素材料
をＮＨi 前駆体と共に第１注入帯域に共注入することを
特徴とする請求項１記載の燃焼放出ガス中の窒素酸化物
の還元を目的とする２段ボイラー注入方法。 - 【請求項４】 前記第２帯域に注入されるペリオキシル
開始剤物質が、ペリオキシル開始剤と空気から成る注入
流体の形態で注入されることを特徴とする請求項１記載
の燃焼ガス中の窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイ
ラー注入方法。 - 【請求項５】 前記ＮＨi 前駆体を第１注入帯域に導入
する前に、前駆体物質とキャリアガスとを混合し、前記
ペリオキシル開始剤物質を第２注入帯域へ導入する前に
ペリオキシル開始剤とキャリアガスとを混合し、これら
の予備混合を注入帯域の外で行なうことを特徴とする請
求項１記載の燃焼ガス中の窒素酸化物の還元を目的とす
る２段ボイラー注入方法。 - 【請求項６】 前記煙道ガスがボイラーで生成され、前
記ＮＨi 前駆体物質とキャリアガスとの混合物及びペリ
オキシル開始剤物質とキャリアガスとの混合物の両方を
内部注入格子管及びノズルを介して、十字流煙道ガス中
に注入することを特徴とする請求項５記載の燃焼ガス中
の窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方
法。 - 【請求項７】 燃焼放出ガスからＮＯx を除去するＳＮ
ＣＲ法において、単一及び複合ＮＨi 前駆体の混合物
を、注入ノズルの一または二箇所を経由して煙道ガス中
に注入し、所定の箇所に供給する単一または複合ＮＨi
前駆体の比を煙道ガス温度、煙道ガスＮＯ分析計信号、
またはこれらの両方を基に自動制御することを特徴とす
る燃焼放出ガス中の窒素酸化物の還元を目的とする２段
ボイラー注入方法。 - 【請求項８】 ＮＨi 前駆体とペルオキシル開始剤物質
をキャリアガスと予備混合するための、ボイラー外部に
配設した手段を含むキャリアガスと混合したＮＨi 前駆
体またはペルオキシル開始剤物質をボイラーの煙道ガス
中に注入するための装置。 - 【請求項９】 前記ＮＨi 前駆体とキャリアガスとの混
合物または前記ペルオキシル開始剤物質とキャリアガス
との混合物を内部注入格子管及びノズルにより、横切っ
て流れる煙道ガス中に注入するようにした請求項８記載
のキャリアガスと混合したＮＨi 前駆体またはペルオキ
シル開始剤物質をボイラーの煙道ガス中に注入するため
の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9181621A JPH1057755A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9181621A JPH1057755A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法とその装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50249288A Division JPH03503735A (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法と装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1057755A true JPH1057755A (ja) | 1998-03-03 |
Family
ID=16104003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9181621A Pending JPH1057755A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 窒素酸化物の還元を目的とする２段ボイラー注入方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1057755A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020106176A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | Ｄｏｗａメタルマイン株式会社 | 重金属含有排ガスの処理方法 |
-
1997
- 1997-07-07 JP JP9181621A patent/JPH1057755A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020106176A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | Ｄｏｗａメタルマイン株式会社 | 重金属含有排ガスの処理方法 |
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