JPH1128337A - 脱硝装置におけるアンモニア供給方法 - Google Patents

脱硝装置におけるアンモニア供給方法

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JPH1128337A
JPH1128337A JP9186422A JP18642297A JPH1128337A JP H1128337 A JPH1128337 A JP H1128337A JP 9186422 A JP9186422 A JP 9186422A JP 18642297 A JP18642297 A JP 18642297A JP H1128337 A JPH1128337 A JP H1128337A
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JP
Japan
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duct
exhaust gas
ammonia
flow
swirl
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JP9186422A
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English (en)
Inventor
Toru Shimizu
徹 清水
Emiko Azuma
恵美子 東
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】排ガスを一様に整流することなく、より拡散し
易いガス流れ状態においてアンモニアを供給することに
より、排ガス中へのアンモニアの拡散均一化を速やかに
達成することができるアンモニア供給方法を提供する。 【解決手段】 ダクト51全体に旋回流を生じさせるため
にはダクト51の4つの壁の内面にそれぞれ傾斜状の長尺
平板からなる案内羽根52を設ける。この羽根52の大きさ
は、旋回流の強さをどのように設定するかで決められ
る。羽根52のダクト方向の長さLはおおむねダクトの幅A
または高さの1/2〜1倍であり、羽根52の幅Hはダク
トの幅Aまたは高さの20%以上であれば旋回流発生効
果を発揮する。案内羽根52の幅Hはダクト中心まで伸ば
すことが可能である。また案内羽根52の迎え角θは、旋
回流の強さによって設定範囲を異にする。排ガスの主流
方向の流速Uに対して旋回最大流速Wを得たい場合、θ=
tan-1(W/U)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンや
ボイラ、加熱炉、コージネーションプラント、都市ごみ
焼却炉等の排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を選
択的接触還元によって除去する排ガス脱硝システムにお
いて、還元剤としてのアンモニアを排ガスダクト内に供
給する方法に関し、より詳しくは、排ガスダスト内にお
いて排ガス中へのアンモニアの拡散均一化を速やかに達
成することができるアンモニア供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】排ガス脱硝システムにおいて、排ガス中
へのアンモニアの注入は、図1に示すように、NOx含
有排ガス発生源(ボイラ、加熱炉、ガスタービン等)
と、脱硝触媒を充填した脱硝反応器との間に配設された
排ガスダクト内において、排ガス温度が適切となる所定
位置に、液体アンモニアを気化させることにより生じた
アンモニアガスを空気との混合状態で供給する。
【0003】脱硝装置は、図2に示すように、脱硝反応
器(21)とその上流のアンモニア注入グリッド(22)とから
なり、ガスタービンあるいはボイラの排ガスダクト(23)
内に設けられ、通常は、排熱回収ボイラ(24)内に配置さ
れている。アンモニア注入グリッド(22)は、図3に示す
ように、フレーム(27)と、フレーム(27)の対向部に渡さ
れた複数のアンモニア注入パイプ(25)と、同パイプ(25)
をフレーム(27)に支持する複数のサポート(28)とからな
り、各アンモニア注入パイプ(25)のガス流れ方向両側部
には多数の注入ノズルが等間隔で開口されている。そし
て、アンモニア注入グリッド(22)から気化アンモニアガ
スを排ガス中のNOxと等しい量だけ排ガスに注入し、
これを排ガス中に均一に拡散するだけの距離分下流に置
かれた脱硝反応器(21)内の脱硝触媒で反応させ、NOx
をN2 とH2 Oに無害化する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記脱硝システムにお
いて、脱硝率を向上させるには、(a) アンモニア注入グ
リッド(22)から排ガスダクト(23)内へ出たアンモニアガ
スが排ガス中に均一に拡散していること、および、(b)
アンモニアガスを含む排ガスが脱硝反応器(21)の触媒充
填層を一様に通過することが肝要であり、反応器内のい
ずれの箇所でも反応が均等に進むようになされている。
このうち(a) については、図3に示すように、アンモニ
ア注入グリッド(22)を構成する複数のアンモニア注入パ
イプ(25)をダクト断面において均等に配置し、これらの
パイプ(25)の多数の注入ノズルからアンモニアガスを排
ガス中に均等に噴出させている。さらにアンモニア注入
グリッド(22)と脱硝反応器(21)の触媒充填層との距離を
ある程度大きくとって、拡散の促進を図っている。
【0005】しかし、上記のような構成では、複数のア
ンモニア注入パイプ(25)をかなり密に配置し、各ノズル
からのアンモニアガス噴出量も均等にする必要がある上
に、アンモニア注入グリッド(22)と触媒充填層の間に所
要距離を確保するための寸法上の制約があるなどの問題
があった。
【0006】また、排ガス中のNOxと等量のアンモニ
アをダクトに注入するためには、多数の注入ノズルにお
けるアンモニアガス噴射量を、その付近の排ガス流速
(流量)に比例するよう変化させる必要がある。従来の
アンモニア注入グリッドは排ガス流速分布をダクト内で
均一化し、すべてのノズルからのガス噴射量を等しくす
るよう設計されており、そのためダクト内での排ガスの
流速不均一性や短時間の流量変動に対応させることはで
きなかった。
【0007】この発明の目的は、排ガスを一様に整流す
ることなく、より拡散し易いガス流れ状態においてアン
モニアを供給することにより、排ガス中へのアンモニア
の拡散均一化を速やかに達成することができるアンモニ
ア供給方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、アンモニア
供給装置による排ガス中への供給後のアンモニア拡散を
速やかに実現するためのガス流れの制御方法に関するも
のである。
【0009】すなわち、本発明は、NOxを含む排ガス
に旋回流を生じさせ、この旋回流中にアンモニアを注入
することにより、NOxを含む排ガスにアンモニアを速
やかに拡散させることを特徴とする脱硝装置におけるア
ンモニア供給方法である。
【0010】本発明のアンモニア供給方法によれば、排
ガス流れ全体を旋回流にすることによって、ダクト内の
一ケ所の局所的な流れの乱れをダクト全体に拡大するこ
とができる。したがって、このような拡散し易いガス流
れ状態にアンモニアを供給することにより、排ガス中へ
のアンモニアの拡散均一化を速やかに達成することがで
きる。
【0011】
【発明の実施の形態】ダクト内で旋回流を発生させるに
は、つぎの3つの方法を用いることが好ましい。
【0012】(i) ダクトのレイアウトを旋回流が発生す
るように構成した例を図4に示す。この例では、垂直に
設けられた横断面正方形の下流側ダクト(41)に、水平に
設けられた横断面縦長長方形であって下流側ダクト(41)
の幅(a)の半分の幅(b)を有する上流側ダクト(42)を接続
するに当たり、水平の上流側ダクト(42)を下流側ダクト
(41)の下端一側に接続する。上流側ダクト(42)は下流側
ダクト(41)の下端部に食い込む上部水平延長壁(43)と側
部垂直延長壁(44)とを有する。上部水平延長壁(43)と側
部垂直延長壁(44)は排ガスを上流側ダクト(42)から下流
側ダクト(41)へ旋回させながら案内する働きをする。こ
の構造は排ガスを直角に曲げて誘導する場合に特に好ま
しい。
【0013】(ii) 旋回流を発生させるための案内羽根
をダクト内面に設けた例を図5に示す。この例では、ダ
クト(51)全体に旋回流を生じさせるためにはダクト(51)
の4つの壁の内面にそれぞれ傾斜状の長尺平板からなる
案内羽根(52)を設ける。この羽根(52)の大きさは、旋回
流の強さをどのように設定するかで決められる。羽根(5
2)のダクト方向の長さ(L)はおおむねダクトの幅(A)また
は高さの1/2〜1倍であり、羽根(52)の幅(H)はダク
トの幅(A)または高さの20%以上であれば旋回流発生
効果を発揮する。案内羽根(52)の幅(H)はダクト中心ま
で伸ばすことが可能である。また案内羽根(52)の迎え角
(θ)は、旋回流の強さによって設定範囲を異にする。例
えば、排ガスの主流方向の流速(U)に対して旋回最大流
速(W)を得たい場合には、迎え角はおおむねθ=tan
-1(W/U)となる。
【0014】(iii) 上記(ii)の方法では旋回流を発生さ
せる機構が単純であるが、ダクトの長さ方向に大きな空
間を必要とする。これを回避するためダクト断面全体に
わたって複数の旋回案内板ユニットを設け、ガス流れ方
向に短い距離でダクト全体の流れに旋回流を形成する例
を図6に示す。この例では、旋回案内板ユニット(62)毎
に部分的な旋回流による渦列が発生すると共に、ダクト
(61)の断面全体に旋回成分が生じ、両方の旋回成分がそ
れぞれアンモニアの拡散効果を発揮する。
【0015】図7は旋回案内板ユニット(62)の構造を示
したものである。これは、矩形の枠(71)と、枠内中央に
配された支持ブロック(72)と、枠(71)の上下左右の4辺
と支持ブロック(72)とに連結状に設けられた4枚の案内
羽根(73)とからなり、4枚の案内羽根(73)は全体として
十字状をなし、各羽根(73)はいずれも迎え角θで傾斜し
ている。案内羽根(73)の形状は翼型とするのが望ましい
が、通常の平板でも差し支えない。図7において、案内
板の迎え角θは旋回流の強さによって設定範囲を異にす
る。例えば、排ガスの主流方向の流速(U)に対して旋回
最大流速(W)を得たい場合には、迎え角はおおむねθ=
tan-1(W/U)となる。
【0016】図8は、やはり、ダクト(81)の断面全体に
わたって複数の旋回案内板ユニット(82)を設け、短い距
離でダクト全体の流れに旋回流を形成する例を示したも
のである。この例では、旋回案内板ユニット(82)は、図
9に示すように、内周面を円形にした枠(91)と、枠内中
央に配された支持ブロック(92)と、枠(91)の上下左右部
分と支持ブロック(92)とに連結状に設けられた4枚の案
内羽根(93)とからなり、4枚の案内羽根(93)は全体とし
て十字状をなし、各羽根(93)はいずれも迎え角θで傾斜
している。案内羽根(93)の形状は翼型とするのが望まし
いが、通常の平板でも差し支えない。図9において、案
内板の迎え角θは旋回流の強さによって設定範囲を異に
する。例えば、排ガスの主流方向の流速(U)に対して旋
回最大流速(W)を得たい場合には、迎え角はおおむねθ
=tan-1(W/U)となる。
【0017】図4〜図9に示す旋回流発生装置を用い
て、ダクト内に混合拡散性の強い流れを発生させ、その
下流側にアンモニア注入装置を設け、同装置からダクト
内にアンモニアを注入する。この結果、アンモニアはダ
クト内の排ガス中に速やかに拡散する。以下に本発明の
効果を実証する。
【0018】ダクト内の排ガス流れ方向成分がダクトに
沿った成分の他にダクト断面内を旋回するような成分を
もつ場合を考える。この場合は流れの中にアンモニア希
釈空気を噴出させると、アンモニア希釈空気は排ガスの
流れに乗って同様に旋回し拡散する。この時のアンモニ
ア拡散は、排ガスの主流方向に整流された流れに注入さ
れた場合よりも大幅に速いことが、以下の実験結果から
明らかである。
【0019】排ガスの主流が一様流である場合(図10
と図12)と、図5に示す旋回流発生装置を用いた旋回
流である場合(図11と図13)とについて、ダクトの
中心付近から微少の粒子を含んだ空気を噴出させ、粒子
の拡がり程度を計測することによって、一様流と旋回流
を比較した結果を示すものである。いずれも計測断面を
上流側から見たパターンであり、計測断面の最大粒子個
数を(Rn)としたときのそれぞれの粒子個数(R)の割合
(R/Rn)を0.1毎に区分したコンター図で表わし
ている。一様流と旋回流の結果は、いずれも粒子吹出し
位置から同じ距離(図10と図11では272mm、お
よび図12と図13では612mm)だけ離れた下流側
での計測によるものである。これらから、一様流中の拡
散に較べて旋回流中での拡散が速やかであることが分か
る。
【0020】
【発明の効果】この発明の実施によって排ガス全体への
アンモニア供給拡散は従来よりもおよそ1/2の時間で
達成されることが確認された。この結果、 (1) アンモニア供給装置から脱硝触媒までの距離の短縮 (2) アンモニア供給ノズルの数の減少 (3) アンモニア供給装置の簡素化 (4) 排ガス中のアンモニア拡散均一化の向上 の1つの効果、さらにこれらを2以上組み合わせた効果
が達成できる。
【0021】また、これにより、従来の脱硝装置でアン
モニア注入装置前方に設けられていた排ガスの整流装置
が不要となり、設備の簡素化によるコストダウンも達成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 排ガス脱硝システムを示すフローシートであ
る。
【図2】 脱硝装置を示す縦断面図である。
【図3】 アンモニア注入グリッドを示す平面図であ
る。
【図4】 ダクトのレイアウトにより旋回流を発生させ
る例を示す一部切欠斜視図である。
【図5】 ダクト内面に案内羽根を設けることにより旋
回流を発生させる例を示すもので、(イ) はダクトの横断
面図、(ロ) はダクトの縦断面図である。
【図6】 ダクト断面にわたって複数の旋回案内板ユニ
ットを設ける例を示す切欠斜視図である。
【図7】 (イ) は図6の旋回案内板ユニットの構造を示
す正面図、(ロ) は同ユニットの縦断面図である。
【図8】 ダクト断面にわたって複数の旋回案内板ユニ
ットを設けるもう1つの例を示す切欠斜視図である。
【図9】 (イ) は図8の旋回案内板ユニットの構造を示
す正面図、(ロ) は同ユニットの縦断面図である。
【図10】 272mm下流における一様流の拡散状態
を示すグラフである。
【図11】 272mm下流における旋回流の拡散状態
を示すグラフである。
【図12】 612mm下流における一様流の拡散状態
を示すグラフである。
【図13】 612mm下流における旋回流の拡散状態
を示すグラフである。
【符号の説明】
41:下流側ダクト 42:上流側ダクト 43:上部水平延長壁 44:側部垂直延長壁 51:ダクト 52:案内羽根 61:ダクト 62:旋回案内板ユニット 71:枠 72:支持ブロック 73:案内羽根 81:ダクト 82:旋回案内板ユニット 91:枠 92:支持ブロック 93:案内羽根

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NOxを含む排ガスに旋回流を生じさ
    せ、この旋回流中にアンモニアを注入することにより、
    NOxを含む排ガスにアンモニアを速やかに拡散させる
    ことを特徴とする脱硝装置におけるアンモニア供給方
    法。
JP9186422A 1997-07-11 1997-07-11 脱硝装置におけるアンモニア供給方法 Pending JPH1128337A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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