JPS606684B2 - 大気中へのＮＯｘ放出の減少法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定源から大気中への窒素酸化物放出の減少法
に関する。

さらに詳しくは、本発明は外部からの触媒の助けなしで
適当な還元剤を使い上記減少を行なう方法に関する。公
知のように、空気による大部分の燃料の燃焼中種々の窒
素酸化物を生成する。

一般に、高温燃焼で空気中の窒素の酸化によって、また
は燃料中に含まれる窒素の酸化によって上記窒素酸化物
を生成する。勿論、上記の生成は接触的および非接触燃
焼の両者で起るが、非接触的燃焼の場合はるかに多く生
成する。硝酸製造のような化学プロセスにおいても種々
の窒素酸化物が生成する。一般に、これらの酸化物は上
記の燃焼操作および化学プロセスからの流出ガスと共に
大気中に放出されてきた。公知のように、ある種の窒素
酸化物特に二酸化窒素は人間、植物、および他の動物の
生活に有害な作用を与える。さらに「ある種の窒素酸化
物は光学スモッグ生成の反応物と認められてきている。
そこで、大気中へのこれらの酸化物の絶えざる放出は公
衆の健康と福祉にまた植物と動物の生活に危険をもたら
す。その結果、内燃機関および発電所、プロセス炉、ご
み焼き炉などのような固定源から大気中への上記放出を
著しく減少および（または）徐去するために、近年かな
りの努力がなされてきた。そのすべては環境を改善およ
び（または）保護するための計画の一部としてである。
この努力の一部てして、窒素酸化物の大気中への放出を
減少さすため、これまで幾つかの方法が提案されてきた
。

これらは低い過剰量の空気による操作、第１段燃焼を化
学量論量以下の空気により行なう２段燃焼、部分的およ
び完全接触燃焼、種々のＮ○ｘ抑制剤存在下での燃焼、
燃焼流出物の接触的処理のような種々の燃焼の変形を含
み、こうして大気中に放出され得る窒素酸化物を一部分
または完全に減少させようとした。この方法の各々は勿
論ある程度成功をおさめ、事実、含まれるＮＱ全量、求
められる減少度、含まれる燃焼または化学プロセスの性
質のような因子に依存して、特定の用途に対してはどれ
も最適操作であることができた。しかし、炉およびボイ
ラーのような固定燃焼源からのＮＱ放出減少のためには
、燃焼蟹出物の接触的および非接触的処理が最大の利点
を与えるようにみえる。さらに、少なくともＮ○ｘの望
む減少度がすべての炉および（または）ボイラーの負荷
で達成できるならば、現在は経済的考慮からは米国特許
第３９００５５４号（１９７３王９月１９日認可）に記
載のような非接触的処理を使うのが好ましいようである
。この点については、有効なＮＱ減少を達成できる臨界
の、比較的狭い温度範囲のために、特定の炉またはボイ
ラーの型とは無関係にすべての炉およびボイラーの稼動
において、またすべての炉およびボイラーの負荷におし
、て、この方法を有効に使うのにある種の困難を伴なつ
たことに留意すべきである。またアンモニア添加温度が
比較的高いために、アンモニアの幾分の望ましくない解
離なしに燃焼流出物ガス流中へのアンモニアの噴射を行
ない制御するのにある種の困難があった。上記欠点のた
めに、いずれの炉および（または）ボイラーにおいても
非接触的流出物処理を使用できる改良法の必要性とそれ
に伴なう利点の実現は容易に明らかである。本発明によ
れば、従来の当該技術の非接触的流出物処理法の上記欠
点および他の欠点が避けられ、それによって炉およびボ
イラーの広い一般使用を可能にする改良法が提供される
。

したがって、本発明の目的は大気中への窒素酸化物の放
出を減ずるための改良された非接触法を提供するにある
。本発明の別の目的は還元剤を、処理を受ける流出物流
中に有効に分布する方法を提供するにある。本発明のな
お別の目的はすべてのまたは実質上すべての炉および（
または）ボイラーの負荷において還元剤を望む最適温度
範囲内で噴射できる当該方法を提供するにある。本発明
の別の目的は、還元剤のいちじるしい、望ましくない解
離なしで還元剤を流出物ガス流中に分布できる当該方法
を提供するにある。これらのおよび他の目的と利点は次
の記載と添付図面から明らかとなる。本発明によれば、
適当な還元剤または還元剤混合物を異なる位置で燃焼ガ
ス流出物流中に噴射する装置を提供することによって「
目的とと利点を達成できる。一般に噴射に実際使う装
置は「上記噴射装置を近傍区域内の温度またはこの温度
に反映する操作パラメータによって決定される。一般に
、還元剤または還元剤混合物とそれによって還元しよう
とする窒素酸化物との間の適当な混合、したがって適当
な接触を与えるような大きさでまた適当に位置している
複数の穴および（または）ノズルから噴射装置はなって
いる。また、流出物ガス流中への噴射前に還元剤の解離
を防ぐために、また噴射装置内の温度変動を防ぐために
、また噴射装置内の温度変動を防ぐために、多点燈射装
置の各々は適当に絶縁されおよび（または）冷却される
。上記のように、本発明は炉、ボイラー、ごみ焼き炉な
どのような固定燃焼源からの大気中への窒素酸化物放出
を減少する改良法に関するもので「適当な還元剤または
その組合せを臨界温度範囲内で燃焼流出物中に噴射し、
熱的にまたは触媒なしで窒素酸化物の還元を行なう。

さらに詳しくは、本発明はアンモニア単独または他の還
元剤との組合せを実質上米国特許第３９００５５４号に
記載の方法で使用し、上記の還元を行なう改良法に関す
る。上記特許をここで引用文献とする。なおさらに詳し
くは、本発明は｛１｝複数の還元剤噴射ステージおよび
（または）帯城を備えた炉、ボイラー、ごみやき炉のよ
うな固定燃焼装置内で適当な燃料を燃焼し「｛２）与え
られた時間と空間内で望む接触と還元が達成されるよう
に還元剤またはその組合せを上記噴射ステージおよび（
または）帯城の１つまたはそれ以上を通して流出物ガス
流中に噴射する工程からなっている。さらにあとでもっ
と詳しく述べるように、還元剤噴射ステージおよび（ま
たは）帯域を燃焼装置の火室部分、上記装置の対流部分
に配置し、または１つまたはそれ以上の当該ステージお
よび（または）帯域をこれらの部分に配置できる。

上記米国特許第３９００５５４号に示されているように
、アンモニアが上記発明で有用な主還元剤であり、した
がって本発明に有用な主還元剤である。

しかし適当な前駆物質からアンモニアを誘導でき、この
誘導も本発明の範囲内である。上記米国特許出願に示さ
れているように、単独で使う場合は、約８７ｕｌ〜約１
０９３．３３００（約１６００〜約２００００Ｆ）の範
囲内の温度でアンモニアは有効であり「約９２６．６７
〜約１０３７．７８ｏｏ（約１７００〜１９０００Ｆ）
の一・層狭い範囲内で最もも有効である。しかし、パラ
フィン、オレフィン、芳香族炭化水素、酸素化炭化水素
、窒素化炭化水素、スルホン化炭化水素、一酸化炭素、
水素のような１種またはそれ以上の追加の還元剤を使う
ことによって、有効温度範囲を約７０４．４４〜約１０
９３．３３００（約１３００〜２００００Ｆ）の範囲内
の温度に拡張できる。しかし引用特許に示されているよ
うに、水素自身は空気汚染物ではなくまた不完全酸化に
よって空気汚染物を生じないから、水素が最も好ましい
。さらに、この一層広い記載にもかかわらず、一般にア
ンモニアは単独では本法において約９００〜１００００
０の範囲内の温度で最も有効に使われ、また他の還元剤
との組合せでは約７００〜約９００００の範囲内の温度
で最も有効に使われる。公知のように、燃焼は固定燃焼
装置で行なわれ、そこで本発明の関係するのは火室とふ
つう呼ばれる装置部分である。

一般に、適当な燃料を空気の存在で１個またはそれ以上
のバーナーで点火することによって燃焼を行なう。しか
し、ふつうの燃料以外の物質を装置の火室部分で燃焼で
き、燃焼をごみ暁炉で行なう場合がこれにあたる。とも
かく、主燃焼生成物は二酸化炭素と水蒸気であって、こ
れらの生成物は一酸化炭素、窒素および硫黄の種々の酸
化物のような他の燃焼生成物と共に、過剰の酸素および
未変化窒素と混ざって、本明細書で燃焼流出物と呼ぶも
のを形成する。燃焼流出物の温度は燃焼点またはその付
近で最高であり、流出物が燃焼点からその流路に沿って
動くとき軸方向（流路に沿って）に、および半径方向（
外側に）減少し、ついには流出物は大気中に放出されま
たは燃焼流出物としての正体を矢なう。この点について
は、装置の対流部分で起るように流出物が熱交換器と接
触する流路の部分に沿って温度の最大変化が起ることを
知るべきである。さらに、所定の燃焼設備の温度は燃焼
する特定の燃料、その量、燃焼を行なうために使うバー
ナー数（少なくとも使える全数以下を使うとき）、実際
に使われるエネルギー回収法で行なわれる冷却速度のよ
うな操作条件でも変る。この温度変動および流出物流路
を横切る流量の変動の結果、特に１つだけの還元ガス組
成物を所定時間に噴射装置を通し噴射できる場合は、１
個の還元ガス噴射装置によって、所定の燃焼設備のあら
ゆる可能な操作方式で、大気中へのＮ０ｘ放出の最大減
少を達成することは一般に不可能である。

さらに、還元ガス組成を変えることによって有効ＮＱ減
少を比較的広い温度範囲にわたり達成できるが、１個の
装置を固定位置におくときは全ての操作負荷において最
大減少を達成できない。そこで、本発明によれば、複数
の異なる組成物を異なる温度および（または）流量範囲
内で流出物流中に噴射できるように噴射装置を区分する
ことによって、上記第１の欠点を避ける。他方、燃焼流
出物流路に沿って複数の噴射装置をつけることによって
、上記第２の欠点を避ける。便宣上および明確にするた
めに、異なる還元ガス組成物の流出物ガス流中への噴射
を容易にする噴射装置の区分化を以後「区画化」（ｚｏ
ｎｉｎｇ）とよび、特定の噴射装置内の区分の各々を「
帯城」（ｚｏｎｅ）とよぶ。

他方、流出物流路に沿うて複数の噴射装置を配置するこ
とを以後「段階化」（ｓねｇ−ｊｎｇ）と呼び、こうし
て配置された装置の各々を「ステージ」と呼ぶことにす
る。一般に、流出燃焼ガスの正常流に沿うて複数の還元
剤噴射装置をつけることによって段階化を遂行し「上記
噴射装置の少なくとも１つが上言己米国特許に広く指定
の範囲内の温度またはここに指定した好ましい温度範囲
内で上記流出燃焼ガス内に位置するように各ステージの
間隔を置く。

この点については、まず特定の燃焼設備を操作する方法
を決め、その後噴射装置の１つがすべての正常の操作方
式で望ましい温度範囲内におかれることを確実にするの
に十分な数の噴射装置をとりつけることによって、上記
噴射装置の数を特定の燃焼設備に適合できることに留意
すべきである。たとえば、ボイラーがピーク時間中は最
大負荷で、他の時間は１つまたはそれ以上の減少した負
荷でふつう操作される場合、各操作方式において２また
はそれ以上の上記噴射装置（１つは最大負荷に相当しま
たは１つは減少した負荷の各々に相当する）が一般に最
高のＮ０ｘ減少を確保する。この点については、しかし
、温度と還元剤組成物を注意して調整するときは本発明
では有用な還元剤またはその混合物は比較的広い温度範
囲にわたり有効に使用できるから、１つ以上の操作方式
を容易にするように１個の噴射装置を適当に配置できる
ことに留意すべきである。これは本発明の使用に対して
どの特定の燃焼設備にも適合するとみなされる。流路に
沿った温度変動のほかに、また上記適合操作に関し、流
路の所定の断面を横切る温度変動と燃焼流出物の流量の
変動も孝慮する必要がある。この点については、前述の
ように、断面積を横切る温度は一般に中心またはその付
近での最高から変化し、半径方向（外側）に減少する。
この同一断面を横切る温度は負荷と共に変化し、また一
層４・さし、程度ではあるが他の操作可変因子と共に変
る。その結果、流路の幾つかの断面に沿って、また特に
噴射装置を置く断面に沿って温度および流量の輪郭図を
確定し、本発明の方法の最大可能な利点を実現すること
が一般に必要である。特定の燃焼設備にすえつけようと
する噴射装置の位置を決める場合、操作中通常遭遇する
各々の負荷において燃焼流出物流路に沿って一連の温度
輪郭図（第７図、第８図に示したような）を確立するの
が便利である。この輪郭図は勿論幾つかの方法で確立で
きる。しかし、実際の操作中温度の直接測定によって、
一般に最上の結果が得られる。この輪郭図は一度確定さ
れると、有効Ｎ○ｘ減少に必要な噴射装置の数と各々の
配置を決めるのに使用できる。同様に、この温度輪郭図
を、直接測定によって最も便利に確定される適当な流出
物流量の輪郭図と組合せて、帯城数とその外形の決定に
使用できる。噴射装置をとりつけたら、適当な方法を使
って還元ガス噴射装置の各々のまたはその近くの温度お
よび上甑の装置の各々のなかの帯城の各々でのまたはそ
の近くの温度を測定して、これらの装置および（または
）帯城のどれが燃焼流出流中へ還元ガスを噴射するのに
最も有効に使えるかを決めることができる。

この点については、幾つかの噴射装置の各々に１個また
はそれ以上の温度監視装置をつけ、こうして監視した温
度を直接使ってどの装置または帯城を使うかを制御し、
または実際に監視した温度を適当な制御装置に送り、噴
射の最適点を決めることができることに留意すべきであ
る。一方、幾つかの噴射装置および上記装置内の種々の
帯城のいずれかおよび（または）すべての温度に反映す
る操作パラメータのいずれかを使って、還元ガスを燃焼
設備に噴射する点を制御できる。この点については、温
度および流量の輪郭図（位置と外形を確立するのに使っ
た）を「可能な操作方式および噴射点制御に使われる特
定の方ｈ式に反映する操作パラメータの１つまたはそれ
以上と相関させることができる。たとえば、燃焼源への
燃料流量は噴射点制御のための便利な手段となる。勿論
、一度噴射の最適点が決定すると、この点で噴射のため
の最適還元ガス組成物も決定できる。

たとえば、最適噴射装置を燃焼流出物のかなりの部分が
約９００〜約１０００００の範囲内の温度である点に置
くときは、アンモニアまたはアンモニア前駆物者が流出
物流中に噴射される唯一の還元ガスであることができる
。しかし、噴射のための最適装置での温度が９００ｏｏ
以下の場合には、望むＮＱ還元を行なうためにはアンモ
ニアと共に水素または他の適当な還元ガスを添加する必
要がある。この点については、米国特許第３９００５５
４号または本明細書の次の部分を参考にして、特定の温
度または温度範囲で最大効果に要求される相対還元ガス
組成をさめることができる。同様に流量輪郭図を使って
、各帯城を通る還元ガスの酸化流量を決定できる。一般
に、どれか適当な装置を使って、燃焼設備へのまたは流
出物ガス流への還元ガスの噴射を容易にできる。

最も簡単な具体化では、噴射装置は、なかに１つまたは
それ以上の適当な大きさの穴または機能的にとりつけら
れた１つまたはそれ以上のノズルを有する１つまたはそ
れ以上の適当に絶縁されたまたは冷却される管からなる
。一般に、還元ガスが向流で、同方向流で、および（ま
たは）半径方向を含めて（しかししかならずしもこれに
限定されないか）本質的にどの方向でも流出燃焼ガスに
入るように、上記の穴および（または）ノズルを配置で
きる。しかし、好ましい最適の操作方式では、各還元ガ
ス噴射装置は複数（管からなっており、この管は絶縁さ
れ、各管は互に一般に平行に同一平面上に配置され、ま
た各管は複数の穴またはノズル型口を有し還元ガスの燃
焼流出物流中の噴射を容易にしている。さらに、これら
の口から贋霧パタンが隣接口からの頃霧パタンとわずか
に重なるように上記口は間隔を置いており、こうして燃
焼流出物ガス流れ区域の全断面を実質上蔽う。この点に
ついては、隣接階霧パタンのこのわずかな重なりＧま、
希釈剤を含めて還元剤の全量および穴または口を通る圧
力差に依存することに留意すべきである。所定の還元ガ
ス噴射装置の最適噴射は、噴射出口の寸法と間隔、各出
口を通し噴射される希釈剤を含めた、還元ガス全容量、
還元ガス入口上流の全圧に依存する。一般に、還元ガス
を噴射する条件における燃焼流出物容量は、望むＮ○ｘ
還元を行なうに必要なアンモニア量に較べ全く大きく「
実に１０，００針音またはそれ以上であり得る。その
結果、希釈部を使わずにこの容量の燃焼流出物とこの容
量のアンモニアの望む混合と接触を行なうことは著しく
困難である。このため、噴射および混合の目的でアンモ
ニアを一般に希釈剤と混合する。一般に、不活性気体物
質を希釈剤として使用できる。

適当な希釈剤は水蒸気、窒素、ヘリウムなどを含む。し
かし、水蒸気が最も容易に入手でき、事実ある種の著し
い利点を与えることがわかった。一般に、処理される断
面し、おいて燃焼流出物流面積１平方メートル当り毎時
１．４６〜１４．６５ｋ９（１平方フィート当り毎時約
０．３〜３．０ポンド）モルを与えるのに十分な量の希
釈剤を使う。第１図を参照すると、本発明と一致する方
式で大気中への窒素酸化物の放出の減少を容易にするよ
う変形されたプロセス炉が示されている。

炉１０１はハウジング１０２、燃焼部分１０４に位置し
た少なくとも１個のバーナー１０３、放射部分１０５、
対流部分１０６、煙突１０７からなっている。図示した
ように炉は１個の還元ガス噴射装置１０８も含んでいる
。この点については、１個だけの噴射装置を図示したが
、炉を一般に操作する方式と一致して上記装置はどんな
数でも使用できることに留意すべきである。操作にあた
っては、当該技術で公知の方式で、図には示してないが
燃料と酸素を混合することにより、１個またはそれ以上
のバーナーで燃焼を行なう。

バーナーからの燃焼ガスは一諸になって一般に上方に進
み、放射部分１０５を通り、還元ガス噴射装置１０８を
すぎ、対流部分１０６を通り、煙突１０７へ行く。この
ガスが煙突に入ると、他の汚染物および他の望ましくな
い生成物を除くため処理でき、またはこのガスを直接大
気中へ放出できる。一般に、本法で使う還元ガス噴射装
置の各々は、できる限り燃焼流出物流の通路に直角に近
く配置し、またその各々は全流れ区域を横切り伸びてい
る。

しかし、上記配置は必須のものではなく、事実ある種の
炉およびボイラーでは、特に燃焼流出物流路の方向が変
る点に噴射装置が位置している場合は不可能である。さ
らに、流出物ガス流の一部分だけを処理しようとする具
体化においては、噴射装置を全流れ区域を横切り伸ばす
必要はない。しかしこれにも拘らず、各噴射装置が全流
れ区域を横切り伸びまた各噴射装置が１つまたはそれ以
上の帯域に分けられて、異なる還元ガスまたは還元組成
物を上記帯城の各々内に噴射でき（流れ区域を横切る異
なる温度範囲に対応）、還元ガスを異なる速度で噴射で
き（流れ区域を横切る異なる流出物流量に対応）、およ
び（または）ＮＱ放出における望ましい減少を行なうの
に必要なほど多くの帯域を使用できるときは、最大の操
作の融通性が達成される。この点については「１つの噴
射装置と直角以外のある角度で配置する場合は、それに
よって段階化と区劃化の両者が達成されることがわかる
。図示した具体化で、１個の噴射装置を使うとき、少な
くとも２種の異なる還元ガス組成物を燃焼流出物流中に
噴射できるように噴射装置ＩＱ８を区分または区劃化す
る。

たとえば、第５図に示したような比較的簡単な３帯域噴
射装置を使って実質的なＮ○ｘ還元を行なうことができ
「 または第６図に示したような一層複雑な外形の噴射
装置を使って最高のまたは最適のＮ０ｘ還元を達成でき
る。本発明の窒素酸化物還元法を行なう場合は〜図示し
てない適当な装置を使って夫々の帯城の各々の近傍の温
度を測定し、約７００〜約１０００℃の「好ましくは９
００〜１０００００の範囲内の温度の燃焼流出物ガス流
内に配置された１つまたはそれ以上の帯城をアンモニア
噴射を行なうまたはアンモニアと１種またはそれ以上の
還元剤の組合せの噴射を行なう装置として使う。

この点に関しては、１個の噴射装置を燃焼流出物流路に
適当に配置するときは、上記装置の近傍の流出物の実質
的部分は約７００〜約１０００００の範囲内の温度であ
り、そこで本発明により処理される。図示した具体化で
は、線６−６で切った面の温度輪郭図は一般に第７図に
示したようであるが、各々の示した区域内の流出物の実
際温度は負荷により変化する。

たとえば、炉を最大負荷で操作するときはＡで示した区
域の流出物の温度は１０００ＣＯ以上であり得、一方Ｂ
で示した区域内の温度は９００〜１０００００の範囲で
あり、Ｃおよび〇で示した区域の温奴は９００００以下
であり得る。この場合「Ａで示した区域には還元ガスを
噴射せず、Ｂで示した区域にアンモニア単独またはアン
モニアと比較的少量の第２還元ガスを噴射し、区域Ｂで
使うよりも一般に高濃度のアンモニアと第２還元ガスを
ＣおよびＣ′で示した区域に噴射するような外形をもつ
噴射装置で最上の結果が得られる。他方、一層低負荷の
場合は、区域Ａ内の流出物の温度は９００〜１０００℃
の間であり〜区域Ｂ内の温度は７００〜９００００の間
であり「 区域Ｃおよび〇の温度は７００００以下であ
り得る。この場合は、一層高温で最も有効とみなされる
還元ガス組成物を区域Ａに噴射し、一般に低温で一層有
効な異なる還元組成物を区域Ｂに噴射する。この操作方
式では、区域Ｃおよび〇の流出物の温度は本発明により
ＮＱを有効に還元する以下の温度であるから、これらの
区域には還元ガスを噴射しない。勿論、上記例で使った
温度輪郭図は１つだけの炉または炉の型に独特で特徴的
なものである。

また「引用した温度も例として示したものにすぎない。
しかし「どの燃焼設備でも「すえつけた各噴射装置での
またはその付近での類似の温度輪郭図を測定でき、上記
噴射装置の各帯域で使う最も有効なガス組成を確認する
のに使用できる。示した第１の場合、すなわち区域Ａの
温度が本発明による有効Ｎ○ｘ還元のための最高温度以
上である場合は、第１図に示した噴射装置の下流に位置
した第２の噴射装置を使い、区域Ａの流出物の温度が１
０００ｏｏ以下であるが７００ｑｏ以上である点でガス
流のこの部分のＮＱ還元を遂行できる。同様に、示した
第１２の場合、すなわち区域Ｃおよび〇の流出物の温度
が７００ｏｏ以下であるときは、この区域を一般に通過
する流出物中のＮ○ｘの還元は、第１図に示した噴射装
置の上流に位置した噴射装置によってこの区域の流出物
が約７００００以上であるが約１０００ｏｏ以下である
温度の点で遂行できる。またＬ示した具体化では前記の
ように、適当な装置を使って流出物ガス流中への望む還
元ガス噴射を実施でき、また示したように上記装置は重
なる項霧パタン１０−１０を与えるような寸法でまた配
置された穴１０９−竃０９のような複数の噴射入口から
なる。しかし前述のように、特定の温度範囲に実質上一
致するような外形の各帯城を有する複数の帯域を与える
ように噴射装置を区分するとき最上の結果が得られる。
このような噴射装置を第６図に示す。第６図で、噴射装
置は互に一般に平行に配置され、距離Ｄにより互に分離
された複数の管６０１−６０１からなる。各菅は複数の
穴６０２−６０２を含んでおり、この穴は一般に管に沿
って距離Ｄだけ分離されている。示した具体化では、望
む帯城形態を与えるために管は栓６８３−６０３または
他の適当な手段を備えており「各帯城は別々の供給マニ
ホルドを備えている。

示した具体化では、濃く影をつけた帯城ＡＡは第７図に
示した高温区域Ａに実質上相当し、マニホルド６８４と
供給ライン６０５を通し望む還元ガス組成物が供給され
る。他方影をつけてない帯城ＢＢは第７図の区域Ｂに実
質上相当し〜マニホルド６０６−６０６および供給ライ
ン６０７−６０７を通して適当な還元ガス組成物が供給
される。最後に、淡く影をつけた帯城ＣＣおよびＣ′〇
は第７図に示すように実者上区域ＣおよびＣ′に夫々相
当し、使用する場合はこの帯城に夫々マニホルド６０８
，６０９および供給ライン６１０，６１１を通じて還元
ガスを供給する。さて第２、第３、第９図を参照すると
、本発明の窒素酸化物還元の改良法を使い易くするよう
変形したボィラが示されている。ボイラー２０１は炉と
同様に、適当なハウジング２０２、複数のバーナー２０
３，２０４（２個だけの上記バーナーが各々２列で示し
てある）、火室２０５、エネルギー回収部分２０５′、
煙道ガス出口２０５″からなっている。しかし、図特に
第３図から明らかなように、矢印２０７−２０７で示し
た燃焼流出物の一般流路はボイラーではプロセス炉とは
るかに違っている。その結果、還元ガス噴射装置が流れ
区域の全断面を実質上蔽いまた上記装置を特定の操作方
式で還元ガス入口として使っているとき流れ区域に実質
上直角であるように、還元ガス噴射装置の配置を少なく
とも遂行することははるかに困難である。それにもかか
わらず、特に噴射装置を使用するとき望む温度範囲内の
燃焼流出物流中に一般に配置するように置くとき、複数
の上言己噴射装置を使うことにより窒素酸化物還元のい
ちじるしい改良を行なえる。示した具体化では、２つの
上記装置２０８′，２０８″が示されている。

しかしし追加の上記装置を使用でき、事実ボイラーが特
に大きくて、幾つかの操作変動を受け、また流路を横切
りかなりの温度降下が生じる場合は追加の上記装置を使
用できる。操作においては、複数のバーナー２０３−２
０３，２０４−２０４の１つまたはそれ以上で適当な燃
料と酸素を混合することによって燃焼を行なつ。

バーナーからの燃焼流出物ガスは集まり、矢印２０７−
２０７で示したような通路に沿うて一般に上方に流れ、
還元ガス噴射装置２０８′，２０８″を通り、エネルギ
ー回収部分２０５′へ入る。ついで燃焼流出物ガスはラ
イン２０５″を通ってボイラーを出、他の汚染物または
他の望ましくない成分を除くため処理でき、または直接
大気中へ排気できる。一般に、複数の還元ガス噴射装置
の各々が流路の断面を完全に横切り実質上伸びるように
上記装置の各々を配置する。

さらに、他の燃焼設備の場合のように、燃焼点から最も
遠い下流に置かれる還元ガス噴射装置は、燃焼流出物流
の少なくとも一部分がボイラーの正常の最大負荷で操作
される場合約９００〜約１０００ｏｏの範囲内の温度で
ある点で燃焼流出物流中に配置されるように置かれる。
この点については、第２、第３、第１０図で使ったもの
と同一の参照数字を有する第１０図に示したような対流
部分内の配置があるボイラーでは要求され、また望む温
度範囲内に配置を可能にし同時に望む接触と窒素酸化物
還元を可能にするのに十分な容量を与えるようにエネル
ギー回収部分に１つまたはそれ以上の熱交換器を再配置
することが必要なことがある。しかし、熱交換器のこの
再配置は当業者には既知であり、本発明の一部を形成し
ない。第２、第３、第９図に示した具体化では、ボイラ
ーが最大負荷で操作されるとき燃焼流出物流の少なくと
も一部分が約９００〜１０００００の範囲内の温度であ
る点で還元ガス噴射装置２０８′（第１０図の２０８″
）が燃焼流出物流中にあるように配置されることを意図
しており、一方負荷を十分減らして還元ガス噴射装置２
０８′の近傍の温度を約９００ｏｏ以下に降下させると
きは上記流出物流の少なくとも一部分が約９００〜１０
００００の範囲内の温度である点で還元ガス噴射装置２
０８″を流出物ガス流中に配置することを意図している
。

勿論、追加の噴射装置を備えることができ、また複数の
上記還元ガス噴射装置と共にこの方式で配置できる。す
なわち、さらに操作負荷の減少を補償するために、操作
のすべての可能な方式中好ましい温度範囲内の燃焼流出
物流中に上記装置の少なくとも１つを配置できる。操作
中、および本発明の窒素酸化物還元の改良法を使う場合
は、還元ガス噴射装置の各々および（または）夫々の帯
城の温度を測定し、アンモニアを単独でまたは１種また
はそれ以上の他の還元ガスと組合せて適当には希釈して
、望む温度範囲内に配置された還元ガス噴射装置または
帯域を通し流出物ガス流内に噴射する。

たとえば、ボィラ−がその最大正常能力で操作されてい
るときは、アンモニアおよび適当な希釈剤をライン２０
９を通し供給し、使用する場合は他の還元剤とマニホル
ド２１０で混合し、ついで還元ガス噴射装置２０８′に
導入する。ボイラーの負荷を十分におとして還元ガス噴
射装置２０８′の近傍の温度を約９００００以下に降下
するときは、または他の還元ガス入口装置の１つが一層
好ましい温度範囲内の流出物ガス流中に配置されるよう
にボイラー操作を変えるときは、還元ガス噴射装置２０
８′によるアンモニアの噴射を止め、一層望ましい配置
の噴射装置でアンモニア噴射を始める。たとえば、操作
負荷の第１の減少は一般にアンモニア流を噴射装置２０
８′から噴射装置２０８″へ移動さす。この場合、アン
モニアと適当な希釈剤を使う場合は他の還元ガスとマェ
ホルド２１０で混合し、図示してない弁および（または
）ラインの適当な配列を通じて還元ガス噴射装置２０８
″に供給する。負荷の連続した減少または操作方式のさ
らなる変化は、アンモニア流を噴射装置２０８″からな
お別の噴射装置（図示してない）へ移動させ得る。ボイ
ラー負荷のさらなる減少または他の変形は、図示してな
いなお別の還元ガス噴射装置にさらに移動させる結果と
なり、または２０８′または２０８″のような示した還
元ガス噴射装置の１つまたはそれ以上に戻す結果を生じ
得る。この点については、適当な検出装置を工夫し、検
出した変化の結果からアンモニア噴射点の望む移動また
は変化を行なうことは当業者に既知である。上記具体化
は１点でのアンモニア噴射に関し記載したが「少なくと
もある操作方式では、１つ以上の還元ガス噴射装置を通
しアンモニアを噴射することが望ましいことがあり得る
。

さらに、アンモニア単独では約９００〜約１０００ｑ０
の温度範囲内でのみ一般に有効であるが、他の還元ガス
はこの有効範囲を拡大できるから、上記臨界温度範囲内
の燃焼流出物流中に配置された１つまたはそれ以上の還
元ガス噴射装置にアンモニアを噴射し、水素または他の
適当な還元ガスを異なる還元ガス噴射装層を通し噴射す
ることも本発明の範囲内であり、後者の噴射装置は約７
００〜約９００ｏｏの範囲内の温度の燃焼流出物流中に
配置できる。こうして、水素または他の還元ガスは上流
の噴射装置からの未変化アンモニアと混合し、この低い
が一層広い温度範囲内でさえも望む窒素酸化物の還元を
続ける。一般に、前述のように、適当な装置を使って望
む還元ガスの噴射を行なえる。

たとえば、第４図に示したように、各噴射装置は複数の
管状ィンゼク夕４０１−４０１からなることができる。
このィンゼクタはまた互に平行に一般に配置され、その
夫々の中心は一般に同一面にある。また、各ィンゼクタ
４０１−４０１は複数の穴４０２−４０２を含み、この
穴は贋霧または階霧パタンの望む重なりを行なうような
適当な寸法と配置をしている。一般に、向い合ったマニ
ホルド４０３，４０３′のような適当な手段を使って夫
々の管状ィンゼクタを互に連結できる。このマニホルド
は適当な方式で流れ供給ライン４０４一４０４などを供
給できる。第４図に示したィンゼクタを使用する場合は
、適当な還元ガス組成物を入口４０５を通し導入し「過
剰を出口４０６を通して抜く。

また、この型の噴射装置を使う場合、向い合った供給マ
ニホルド４８３，４０３′を通る流量を調節して、アン
モニアの望ましくない解離を避けるため適当な冷却を与
えることができる。一方、入口、供給マニホルド「管状
ィンゼクタを同じ目的で水冷または絶縁できる。別の具
体化では、第５図に示した方式で１つまたはそれ以上の
噴射装置を帯域に分割できる。

この具体化でも、噴射装置はやはり複数の管状ィンゼク
タ５０１−５０１，５０１′−５０１′，５０１″−５
０１″からなる。各管状ィンゼクタはまた夫々複数の穴
５０２−５０２，５０２′−５０２′，５０２″−５０
２″を含んでおり、この穴は重なる噴霧パタンを与える
ような寸法と配置である。さらに、各管状ィンゼクタは
一般に互に平行に配置され、また各々の中心は一般に同
一平面にある。示した具体化では、噴射装置は３つの帯
城からなり、各帯城は異なる還元ガス組成物の噴射に使
用できるように別々の供給ラインまたは送りラインを備
えている。

管状ィンゼクタ５０１−５０１からなる第１帯城はライ
ン５０３を通し供給される。他方、管状インゼクタ５０
１′−５０１′からなる第２帯城はライン５０４を通し
供給され、管状ィンゼク夕５０１″−５０１″からなる
第３帯城はライン５０５を通し供給される。理想的には
前述のように、区画化噴射装置を使う場合は、各帯城が
一般に流路を横切る異なる温度勾配に相当するよう各帯
域を配置して、特定の相当する勾配に適合した還元ガス
組成物を噴射できるようにさせる。

第５図に示した区画化噴射装置は、第８図に示したよう
な温度輪郭図を有する流出物流路の断面を横切り配置す
るとき特に有効である。この場合、１つの還元ガスの組
成物または割合を第５図に示した噴射装置の帯城１（管
状ィンゼクタ５０１−５０１）を使って第８図で１で示
した流路の部分に噴射でき、一方第２の組成物または割
合を帯城２（管状ィンゼクタ５０１′−５０１′）を使
って□で示した流路の部分に噴射でき、第３の組成物ま
たは割合を帯域３（管状ィンゼクタ５０１″−５０１″
）を使って第８図のｍで示した部分分に噴射できる。一
方、第２図および第３図に示したように、噴射装置２０
８′の帯城２を使って還元ガスを流出物ガス流の一層熱
い中心部に噴射でき、一方帯城１および３を使って還元
ガスを流出物ガス流の外側の一層冷たい部分に噴射でき
る。

この点もこついては、第８図で×で示した濃く影をつけ
た区域は流出物ガス流の最も熱い部分を表わすことがで
き、一方線ａ，ｂ−ｂ，ｃ，ｃは一定の夫々低温を表わ
す。最も好ましい具体化では、噴射装置を区分して、噴
射装置が一定温度線および×で示された区域による温度
輪郭図に反映される区域に相当するような外形の帯城か
らなるようにする。この点に関しては、無数の帯城を与
えるとき最大の利点が得られるが、温度が９００〜１０
００００および７００〜９００００である区域に相当す
る２つの帯城が、全温度範囲を横切り１つの帯城からな
る噴射装置よりも著しく改良を与えることに留意すべき
である。本発明の好ましい具体化においては、改良され
た窒素酸化物還元法を使ってプロセス炉および発電所ボ
イラーのような固定源から大気中への窒素酸化物の放出
を減らし、また実際に使用する各還元ガス噴射装置は、
１つの組成の還元ガスを約９００〜１０００００の間の
温度の流出物の部分に噴射できまた異なる組成の還元ガ
スを約７００〜約９００００の間の温度の流出物の部分
に噴射できるように区画化される。

さらに、実際に使う各噴射装置はごらに区分化または区
画化されて、約１０００ｑｏ以上の温度の流出物の部分
におよび約７００ｏｏ以下の部分に還元ガスのかなりの
噴射を避けられるようにする。勿論、これは還元ガスを
噴射する面を横切る温度輪郭図に依存して２つまたはそ
れ以上の帯城に区分された１個の還元ガス噴射装置で遂
行できる。しかし、２個またはそれ以上の上記噴射装置
を使うと一般に最大の融通性が得られる。本発明の最も
好ましい具体化においては、各帯城が第６図に示した方
式で温度輪郭図に反映された一定温度線に実質上一致す
る外形であるように各噴射装置を区分化する。

第６図で、特に好ましい噴射装置は互に一般に平行に配
置された複数の管状ィンゼクタ６０１−６０１からなっ
ている。各管状ィンゼクタは複数の穴またはノズル噴射
装置６０２−６０２を含んでおり、最も好ましい具体化
では上記穴またはノズルを通し噴射される還元ガスが一
般に向流方向で燃焼流出物ガス流に入るように上記穴ま
たはノズルの各々が配置される。さらに、各管状ィンゼ
ク外こ沿った隣接口の各々は管状ィンゼクタ間における
ように同一距離で分離（中心から中心）される。また、
どれか２つの隣接管状ィンゼク外こ沿った穴は、各々が
次の隣接管状ィンゼクタの最も近い穴の間の中央の点に
あるように配置される。また最も好ましい具体化では、
上記の穴およびノズルは噴射面に沿った燃焼流出物流の
全断面積を実質上蔽うわずかに重なった噴霧パタンを与
えるような寸法であり、また間隔が置かれる。第６図に
示したように、妻も好ましい還元ガス噴射装置は複数の
帯城ＡＡ，ＢＢ，ＣＣ，Ｃ′Ｃ′に分割される。

図では、４つの帯城が示されている。しかし、各帯城が
異なる還元ガスまたは異なる還元ガス混合物を噴射でき
る特定の温度範囲に相当できるときは、どんな数の帯城
も使用できる。対照の目的で、各管状ィンゼクタの一部
分を構成する帯城ＢＢは影をつけないで示した。他方、
対角線的に向い合った隅を構成する帯域ＣＣおよびＣ′
Ｃ′は淡く影をつけて示し、中央管状ィンゼクタの一部
分を構成する帯域ＡＡは濃い影をつけてある。一般に、
還元ガス噴射装置の別々の待城の各々には別々のマニホ
ルドを通し供給される。

示した具体化では、帯城ＡＡはマニホルド６０４を通し
供給され、帯城ＢＢはマニホルド６０６−６０６を通し
供給され、帯域にＣおよびＣ′Ｃ′は夫々マニホルド６
０８，６０９を通し供給される。また、この各マニホル
日こは、相当する供給ラインを通して一次還元剤、使う
場合二次還元剤、およびキャリャーが供給される。前述
のように、燃焼流出物流路の所定の断面を横切ると流量
は変化する。

第６図に示した噴射装置が対応する代表的温度勾配を第
７図に示す。第７図から分るように、濃く影をつけた中
央部分は約９００〜約１０００００の範囲内の温度であ
り得る。他方、影をつけていない部分は約７００〜約９
００００の範囲内の温度であることができ、最後に淡く
影をつけた部分は約７００００以下の温度であり得る。
約９００〜約１０００００の間の温度のガスの部分は本
発明を適用するのに最も好ましい範囲内の温度である。
他方、約７００〜９００午０の間の部分は、本法が操作
可能な広い温度範囲の低い部分の温度であり、一方約７
００００以下の温度の部分は一般には有効温度以下の温
度である。さらに詳しく以下で特に実施例で示すように
、これらの各範囲は異なる還元ガス組成物で最も有効に
処理される。勿論、第７図に示した温度勾配は単に代表
的に示したもので、流出物ガス流路に沿った立面図から
立面図で変化し、また操作によって変化する。

しかしこれにも拘らず、全流路に沿った勾配を確立でき
、すべての操作方式に対して上記勾配を確立できる。つ
いで、１つまたはそれ以上の還元ガス噴射装置に対する
最適位層などの燃焼設備に対しても決定でき、また異な
る還元ガス組成物をこうして確立した意味ある温度範囲
の１つまたはそれ以上に噴射できるように噴射装置を区
画化できる。さらに、ガス流の一部分が約１０００００
以上の温度である場合は還元ガスが高温区域に噴射しな
いように還元ガス噴射装置を適合させることができる。
同様に、約７００ｑｏ以下の温度のガス流の部分に還元
ガスが噴射しないように噴射装置を適合させることがで
きる。このような適合を第６図に示した噴射装置で例示
する。

示したように、帯城ＢＢは燃焼流出物が約７００〜約９
００００の範囲内の温度である流路の部分に実質上相当
するよう意図されている。他方、帯城ＣＣおよびＣ′Ｃ
′は当該ガスが約７００００以下の温度である流路の部
分に相当するよう意図され、帯城ＡＡは燃焼流出物が約
９００〜約１０００００の範囲内の温度である流路に相
当するよう意図されている。このように区画されている
とき、帯城ＢＢを通し噴射される還元ガスと接触する燃
焼流出物は、アンモニアと水素の組合せを使うのに最も
適した温度である。他方、帯域ムＡを通し噴射される還
元ガスと接触するガスは、アンモニア単独でプロセスが
有効な温度であり、一方帯城ＣＣおよびＣ′Ｃ′を通し
噴射される還元剤で処理されるガスは一般に満足な還元
が遂行される温度以下の温度である。この燃焼流出物の
後者の部分は、温度が一層高い燃焼点の一層近くに配置
された噴射装置で最も有効に処理され、このような段階
化は明らかに本発明で意図されるものである。容易に明
らかなように、この各区域に噴射されるガスの組成も変
化でき、各々に対する最適濃度は容易に確立できる。

この点については、所定の温度輪郭図は還元ガスの添加
または噴射点では全く正確であり得るが、流出物流が示
した面を通過するとき燃焼流出物の温度は降下し続ける
。事実幾つかの因子に依存して、ガスがこの面を通過す
るとき窒素酸化物還元反応が完結する前に急激に降下で
きる。このため、この追加の変化に対応するように、特
定の帯城を通し実際に導入されるガス組成物を変化させ
ることができる。操作中、温度が約９００〜約１０００
００の範囲内である燃焼ガス流出物流中に配置された１
つまたはそれ以上の還元ガス噴射装置または１つまたは
それ以上のその帯城を通して、アンモニアまたはアンモ
ニアと水素の混合物を燃焼流出物ガス流中に噴射し、ま
たはこの温度範囲内の燃焼流出物ガス中に上記還元ガス
噴射装置またはその帯域が配置されていないときは、好
ましい温度範囲に最も近い温度のまた約７００〜約９０
０ｑ０の範囲内の温度の燃焼流出物流中に配置された噴
射装置または１つまたはそれ以上の上記帯域を通してア
ンモニア−水素混合物を噴射する。

まず各噴射装置の近傍の１点または数′点で温度を測定
し、こうして測定した温度を比較し、ついで好ましい操
作条件に最も満足する噴射装置またはその帯域を選ぶこ
とによって、上記噴射に使う正確な装置を決める。本発
明は次の実施例で一層明らかとなる。

実施例 本実施例では、５伍定格馬力のボイラーで一連の実験を
行ない「燃焼流出物流路に沿った種々の点で最適のＮＱ
還元に必要な水素対アンモニア比を決めた。

各実験では、１個のバーナーでボイラーをその定格容量
の５０％で操作した。まずバーナーから固定した距離に
噴射装置を置き、ついで異なる水素／アンモニア比で処
理点から下流の点で流出物中のＮＱ濃度を測定して、デ
ータを得た。ついで噴射装置を再配置し、この新しい位
置で相当するデータのセットを測定した。すべてにおい
て、６つの位置で、すなわちバーナーから５，６，７，
８，９，１０フィートの流出物流路に置いたィンゼクタ
で、また６つの水素／アンモニア比で「すなわち夫々０
，０．７９，１．４４，３．１５，４．２，７．２８の
水素対アンモニア比でデータを得た。この系列で行なっ
た各実験では、第４図に示したものと類似の噴射装置を
使い、ＮＨ３／ＮＯのモル比を１．７に保った。便宜上
、得られた結果を第１１図にプロツトした。第官１図で
は、処理後の集めた流出物ガス中のＮ○ｘ含量を、各水
素ノアンモニア比に対しバーナー位置からの噴射装置の
距離の関数としてプロットしてある。

この図から分かるように、実際の使用条件では、噴射装
置がバーナーから約１．９８〆−トル（約６．５フィー
ト）の位置におかれ、流路を横切る平均温が約９５４．
４４午Ｃ（約１７５００Ｆ）のところではアンモニア単
独が最も有効であった。他方、バーナーから次第に大き
い距離でしたがつて一層低温では、日２／ＮＨ３比の増
加で最大の効率が実現された。たとえば、バーナーから
約２．７４肌（約９フィート）で平均温度が約８４３．
３ｙＣ（約１５５００Ｆ）のところでは、日２／ＮＨ３
比１．４４が最も有効であった。上記から、噴射装置を
理想的に配置し、Ｑ／Ｎ比比を噴射近傍の温度に適合さ
せるとき、最も有効な操作が達成されることが明らかで
ある。

このような配置は実際には複数の噴射装置を使って実現
できた。また容易に明らかなように「流区域の全断面を
横切って異なる比／ＮＨ３比を使用できるように特定の
噴射装置を区画化するとき、改良された結果を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は明確にするためある詳細部分をはふくいたプロ
セス炉の断面図であり、本発明で要求される噴射の融通
性を達成するのに必要な変形を示している。 第２図は明確にするためある詳細部分をはふくいたボイ
ラーの断面図であり、本発明で要求される噴射の融通性
を達するのに必要な変形を示している。第３図は第２図
に示したボイラーの火室部分の拡大立面図で、矢印は燃
焼流出物ガス流の流路を示している。第４図は明確にす
るためある詳細部分をはふくいた、本発明に有用な噴射
装置の平面図である。第５図は明確にするためある詳細
部分をはふくいた、本発明に有用な別の噴射装置の平面
図である。第６図は明確にするためある詳細部分をはふ
くいた、本発明に有用な好ましい噴射装置の平面図であ
る。第７図は所定の負荷で６−６（第１図）のような所
定の断面流れ区域を横切り見出される温度変動を示す温
度輪郭図の榛式図である。第８図は８−８（第２図）の
ような異なる燃焼装置の断面流れ区域を横切り見出され
る別の温度変動を示す別の温度輪郭図の模式図である。
第９図は明確にするためある詳細部分をはふくいた、本
発明の具体化を更に示すボイラーの透視図である。第１
０図は第２、第３、第９図に示したものと同じボイラー
の断面図であり、複数の噴射装置の交互の配置を示して
いる。第１１図は実施例で得られた結果をプロットした
ものである。苗他．＃歌２， ＃蜂３． Ｘ彰．Ｓ． 瓦蜜姿， ＃■．９４ ｙ動．６， 万蜜．Ｚ 星０．８‘ ＃彰Ｍ ｒ茎〆ＺＺ‐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＮＯおよび酸素を含む流動する燃焼流出物の少くと
   も１部分が約７００〜約１０００℃の範囲内の温度にあ
   るとき、アンモニア単独か、または１種またはそれ以上
   の追加の還元ガスとの組合せからなる還元ガスを、この
   燃焼流出物中に噴射して燃焼流出物中のＮＯの濃度を減
   少させる燃焼法において、多数の、間隔をおいた穴また
   はノズルを有する噴射装置を、この噴射装置を横切つて
   流れる燃焼ガスの少くとも１部分が７００〜９００℃の
   範囲の温度であり、また上記噴射装置を横切つて流れる
   上記燃焼ガスの少くとも１部分が９００〜１０００℃の
   範囲の温度である上記の流動する燃焼ガスの流路内の位
   置に、かつ上記の流動する燃焼ガスの流路に大体におい
   て垂直に配置し、そしてアンモニアおよび不活性希釈剤
   を含みアンモニアがその中に含まれる主たる還元ガスで
   ある第１のガス混合物を１群またはそれ以上の上記穴ま
   たはノズルを通して９００〜１０００℃の範囲の温度に
   ある上記燃焼ガス中に噴射し、またアンモニア、追加の
   還元ガスおよび不活性希釈剤を含む第２のガス混合物を
   １群またはそれ以上の上記穴またはノズルを通して７０
   ０〜９００℃の範囲の温度にある上記燃焼ガス中に噴射
   することを含む方法。 ２ 第２ガス混合物中の追加の還元ガスが水素である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 第１のガス混合物および第２のガス混合物中の希釈
   剤が水蒸気である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 第１のガス混合物および第２のガス混合物中の希釈
   剤が水蒸気である特許請求の範囲第２項記載の方法。