ボイラの脱硝装置

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【発明の名称】	ボイラの脱硝装置
【発明者】	【氏名】若狭暁【氏名】田窪昇【氏名】一色幸博【氏名】増田幸一【氏名】石▲崎▼ 信行
【要約】	【課題】さらなる低ＮＯｘ化を実現するためのボイラの脱硝装置を提供する。【解決手段】缶体１のガス通路１０の出口部に還元剤の投入手段１３を設け、この投入手段１３の下流側に脱硝触媒１８を設ける。

【特許請求の範囲】
【請求項１】缶体１のガス通路１０の出口部に還元剤の投入手段１３を設け、この投入手段１３の下流側に脱硝触媒１８を設けたことを特徴とするボイラの脱硝装置。
【請求項２】前記還元剤が、アンモニアであることを特徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項３】前記還元剤が、尿素水そのものあるいは尿素水を分解してアンモニアとしたものであることを特徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項４】前記投入手段１３が、上流側へ向かって還元剤を投入するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＯｘを低減するためのボイラの脱硝装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボイラにおける低ＮＯｘ化対策としては、二段燃焼や排ガス再循環等が実施されている。前記二段燃焼は、バーナにおいて燃焼用空気を二段に分けて供給し、第一段では完全燃焼に必要な空気量よりも少ない空気量で燃料を燃焼させ、第二段で完全燃焼に必要な残りの空気量を供給するようにしている。また、前記排ガス再循環は、燃焼により生じた排ガスを循環させて再び燃料に混合するようにしている。しかしながら、近年は、環境問題に対する関心が高まり、より一層の低ＮＯｘ化が要望されている【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しようとする課題は、さらなる低ＮＯｘ化を実現するためのボイラの脱硝装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、缶体のガス通路の出口部に還元剤の投入手段を設け、この投入手段の下流側に脱硝触媒を設けたことを特徴としている。
【０００５】請求項２に記載の発明は、前記還元剤が、アンモニアであることを特徴としている。
【０００６】請求項３に記載の発明は、前記還元剤が、尿素水そのものあるいは尿素水を分解してアンモニアとしたものであることを特徴としている。
【０００７】さらに、請求項４に記載の発明は、前記投入手段が、上流側へ向かって還元剤を投入するように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、ボイラ，たとえば多管式ボイラの脱硝装置として好適に実施される。前記ボイラの缶体は、ガス通路に複数本の伝熱管が配置され、前記ガス通路の一端にバーナが設けられているとともに、他端に排ガス出口が設けられた構成になっている。そして、前記ガス通路の出口部に、燃焼ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤の投入手段が設けられている。この投入手段としては、たとえばタンク内の還元剤をポンプによって噴出ノズルへ供給し、この噴出ノズルから還元剤を噴出する構成とする。また、還元剤の供給量は、ＮＯｘの発生量に応じて調整される。
【０００９】また、前記投入手段の下流側，すなわち前記排ガス出口に、脱硝触媒が設けられている。この脱硝触媒は、ＮＯｘの還元反応を促進させる作用をなす。したがって、前記ガス通路の出口部で混合された還元剤と燃焼ガスは、前記脱硝触媒に至り、前記脱硝触媒により、ＮＯｘと還元剤との反応が促進され、燃焼ガス中のＮＯｘが還元されて大幅に減少する。
【００１０】ここにおいて、前記還元剤としては、アンモニアや尿素水などが用いられる。アンモニアは、水溶液の状態またはガスの状態で用いられる。また、尿素水は、そのまま用いることもできるし、尿素水を分解してアンモニアとしてから用いることもできる。尿素水をそのまま用いる場合は、前記ガス通路の出口部における燃焼ガス温度が約４５０℃以上であることが好ましい。これは、尿素水が、約４５０℃以上でアンモニアとＣＯ₂とに完全に分解されるためである。一方、尿素水を分解してアンモニアとしてから用いる場合は、前記投入手段に、尿素水からアンモニアへの分解手段が設けられる。この分解手段は、たとえば尿素水を加熱することによってアンモニアを発生させる構成とする。さらに、前記還元剤としては、そのほかに、加熱などによって分解し、アンモニアを発生するような化合物，たとえばシアヌル酸，メラミン，ビウレットなどを用いることもできる。
【００１１】また、前記投入手段から還元剤を投入する際、その投入方向，すなわち前記噴出ノズルからの噴出方向は、上流側方向，下流側方向および燃焼ガスの流れと交差する方向のうちから、１つまたは複数選択される。これらのうち、上流側へ向かって還元剤を投入すると、還元剤が燃焼ガスと対向する方向へ投入されるので、還元剤と燃焼ガスとの混合促進に効果的である。特に、隣接する前記各伝熱管間の隙間へ向かって還元剤を投入すると、ガス流速が大きい箇所へ投入することになり、還元剤と燃焼ガスとの混合がより促進される。
【００１２】以上のように、前記構成によれば、還元剤の投入により、ＮＯｘの発生を大幅に低減することができる。しかも、前記投入手段を前記ガス通路の出口部に設けているので、前記バーナにおける燃焼や前記各伝熱管における伝熱に対して悪影響を及ぼさないで、低ＮＯｘ化を達成することができる。また、前記投入手段の取付空間として、前記ガス通路の出口部の空間を有効に利用することができ、余分な空間を必要とせず、既設のボイラに対しても、容易に追加して設けることができる。
【００１３】ところで、この発明は、環状伝熱管列の内側に燃焼室を形成し、前記環状伝熱管列の外側に環状のガス通路を設けた缶体構成のボイラにおいても実施することできる。たとえば、同軸状に設けられた２つの環状伝熱管列間に、前記ガス通路が形成され、内側の環状伝熱管列の一部に設けられた第一開口部により、前記燃焼室と前記ガス通路とが連通し、外側の環状伝熱管列の一部に設けられた第二開口部（前記第一開口部と１８０度反対側に位置する。）により、前記ガス通路と排ガス出口とが連通している。この缶体を備えたボイラにおいては、前記投入手段が、前記ガス通路の出口部，すなわち前記第二開口部付近に設けられる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１および図２に示す第一実施例について説明する。図１および図２において、ボイラの缶体１は、上部管寄せ２および下部管寄せ３を備えている。これら両管寄せ２，３間には、複数の伝熱管４，４，…が千鳥状配列で５列に配列されている。これらの各伝熱管４によって、伝熱管群５が構成されている。前記各伝熱管４の上端および下端は、前記上部管寄せ２および前記下部管寄せ３にそれぞれ接続してある。そして、前記伝熱管群５のうち両外側の列における各伝熱管４は、第一縦ヒレ部材６，６，…により隣り合うもの同士を連結することによって、伝熱管壁７，７を構成している。
【００１５】前記各伝熱管壁７間の一端側には、バーナ８が設けられており、また他端側には、排ガス出口９が設けられている。したがって、前記各伝熱管壁７間には、前記バーナ８から前記排ガス出口９へ至るガス通路１０が形成されている。また、前記ボイラにおいては、前記バーナ８が前記伝熱管群５に近接させて配置されている。
【００１６】前記バーナ８は、この第一実施例においては、予混合式の面燃焼バーナとしてある。したがって、前記バーナ８は、多数の予混合気の噴出孔（図示省略）を有する保炎体１１を備えている。また、前記バーナ８は、ウインドボックス１２を備えている。このウインドボックス１２は、前記保炎体１１へ予混合気を供給する。
【００１７】前記ガス通路１０の出口部には、還元剤の投入手段１３が設けられている。この投入手段１３は、還元剤として、尿素水を分解してアンモニアを発生させ、このアンモニアを投入する構成になっており、上流側から順に、尿素水を貯留するタンク１４，尿素水を供給するポンプ１５，尿素水を分解してアンモニアを発生させる分解手段１６および所定個数のアンモニアの噴出ノズル１７，１７，…を備えている。前記分解手段１６は、たとえば電気ヒータなどの適宜の加熱手段（図示省略）を設けた構成とする。
【００１８】ここにおいて、前記各噴出ノズル１７は、アンモニアを前記ガス通路１０における燃焼ガスの流通方向と対向する方向へ噴出するように配置してある。そして、前記各噴出ノズル１７は、前記ガス通路１０における最下流位置の３本の前記各伝熱管４間へ向かって、前記各伝熱管４の軸方向に沿ってそれぞれ３個ずつ，計６個配置してある。
【００１９】また、脱硝触媒１８が、前記排ガス出口９に設けられている。したがって、前記脱硝触媒１８により、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進されるようになっている。
【００２０】以上の構成において、前記バーナ８を作動させると、前記保炎体１１からの予混合気は燃焼を開始し、燃焼反応中のガス，すなわち火炎状態の燃焼ガスとなる。そして、この火炎状態の燃焼ガスは、前記伝熱管群５内において燃焼反応を継続しながら、前記排ガス出口９へ向けて流れ、前記排ガス出口９から排ガスとして排出される。
【００２１】そして、前記バーナ８の作動中において、前記投入手段１３を作動させる。すると、前記ポンプ１５によって、前記タンク１４内の尿素水が前記分解手段１６へ供給され、前記分解手段１６では、尿素水が加熱，分解されてアンモニアが発生し、このアンモニアが前記各噴出ノズル１７へ供給される。ここで、前記ポンプ１５は、前記ボイラにおけるＮＯｘの発生量に応じた量の尿素水を供給するようになっている。前記各噴出ノズル１７から噴出したアンモニアは、前記ガス通路１０の出口部において、燃焼ガスと混合される。このとき、アンモニアは、燃焼ガスの流通方向と対向する方向へ噴出するので、アンモニアと燃焼ガスとの混合が促進される。そして、混合されたアンモニアと燃焼ガスは、前記脱硝触媒１８に至り、前記脱硝触媒１８により、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進され、燃焼ガス中のＮＯｘが還元されて大幅に減少する。
【００２２】また、前記各噴出ノズル１７は、前記ガス通路１０の出口部に設けられているので、前記各噴出ノズル１７からアンモニアを噴出させても、前記バーナ８における燃焼や前記各伝熱管４における伝熱を阻害しない。また、前記各噴出ノズル１７の取付空間として、前記ガス通路１０の出口部の空間を有効に利用することができるので、余分な空間を必要とせず、既設のボイラに対しても、容易に追加して設けることができる。
【００２３】さらに、前記ボイラにおいては、前記バーナ８からの火炎状態の燃焼ガスが前記伝熱管群５によって急激に冷却されるため、サーマルＮＯｘが発生するような高温の領域がほとんど生じない。そのため、前記ボイラは、もともとＮＯｘの排出量が少ないが、前記投入手段１３を設けることにより、一層の低ＮＯｘ化を達成することができる。
【００２４】つぎに、図３および図４に示す第二実施例について説明する。図３および図４において、ボイラの缶体１は、上部管寄せ２および下部管寄せ３を備え、これら両管寄せ２，３間には、複数の伝熱管４，４，…が環状に配置されている。これらの各伝熱管４は、内外二重の環状伝熱管列，すなわち内側の第一伝熱管列１９および外側の第二伝熱管列２０を形成している。また、前記各伝熱管４の上端および下端は、前記上部管寄せ２および前記下部管寄せ３にそれぞれ接続してある。そして、前記上部管寄せ２にバーナ８を取り付け、前記第一伝熱管列１９の内側を燃焼室２１としている。
【００２５】前記第一伝熱管列１９には、その一部に第一開口部２２が設けられている。そして、前記第一伝熱管列１９における前記各伝熱管４は、前記第一開口部２２を除いて第二縦ヒレ部材２３，２３，…によってそれぞれ連結してある。また、前記第二伝熱管列２０には、その一部に第二開口部２４が設けられている。そして、前記第二伝熱管列２０における前記各伝熱管４は、前記第二開口部２４を除いて第三縦ヒレ部材２５，２５，…によってそれぞれ連結してある。ここで、前記第二開口部２４は、前記第一開口部２２に対して約１８０度反対側の位置に設けてある。
【００２６】前記第一伝熱管列１９と前記第二伝熱管列２０との間には、前記第一開口部２２から前記第二開口部２４へ至るガス通路１０，１０が形成されている。これらの各ガス通路１０は、前記第一開口部２２を介して前記燃焼室２１と連通し、前記第二開口部２４を介して排ガス出口９と連通している。この排ガス出口９には、脱硝触媒１８が設けられている。
【００２７】前記各ガス通路１０の出口部，すなわち前記第二開口部２４には、還元剤の投入手段１３が設けられている。この投入手段１３は、前記第一実施例と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。この第二実施例においては、前記投入手段１３の各噴出ノズル１７は、前記各ガス通路１０の出口部へ向かって、前記各伝熱管４の軸方向に沿ってそれぞれ３個ずつ，計６個配置してある。すなわち、前記各噴出ノズル１７は、還元剤としてのアンモニアを前記各ガス通路１０における燃焼ガスの流通方向と対向する方向へ噴出するように配置してある。
【００２８】以上の構成において、前記バーナ８を作動させると、前記燃焼室２１内には、燃焼反応中のガス，すなわち火炎状態の燃焼ガスが発生する。この火炎状態の燃焼ガスは、前記燃焼室２１内で燃焼反応がほぼ完了し、前記第一開口部２２から前記各ガス通路１０へそれぞれ流入する。そして、この燃焼ガスは、前記各ガス通路１０をそれぞれ流れた後、前記第二開口部２４において合流し、前記排ガス出口９から排ガスとして排出される。
【００２９】そして、前記バーナ８の作動中において、前記投入手段１３を作動させると、還元剤としてのアンモニアが、前記各噴出ノズル１７から噴出する。前記各噴出ノズル１７から噴出したアンモニアは、前記各ガス通路１０の出口部において、燃焼ガスと混合される。このとき、アンモニアは、燃焼ガスの流通方向と対向する方向へ噴出するので、アンモニアと燃焼ガスとの混合が促進される。そして、混合されたアンモニアと燃焼ガスは、前記脱硝触媒１８に至り、前記脱硝触媒１８により、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進され、燃焼ガス中のＮＯｘが還元されて大幅に減少する。
【００３０】また、前記各噴出ノズル１７は、前記各ガス通路１０の出口部に設けられているので、前記各噴出ノズル１７からアンモニアを噴出させても、前記バーナ８における燃焼や前記各伝熱管４における伝熱を阻害しない。また、前記各噴出ノズル１７の取付空間として、前記各ガス通路１０の出口部の空間を有効に利用することができるので、余分な空間を必要とせず、既設のボイラに対しても、容易に追加して設けることができる。
【００３１】
【発明の効果】この発明によれば、ＮＯｘの発生を大幅に低減することができる。しかも、投入手段をガス通路の出口部に設けているので、バーナにおける燃焼や伝熱管における伝熱に対して悪影響を及ぼさないで、低ＮＯｘ化を達成することができる。また、既設のボイラに対しても、容易に追加して設けることができる。

【出願人】	【識別番号】０００１７５２７２【氏名又は名称】三浦工業株式会社【識別番号】３９１０１０２１９【氏名又は名称】株式会社三浦研究所
【出願日】	平成１２年２月２８日（２０００．２．２８）
【代理人】
【公開番号】	特開２００１－２４１６０３（Ｐ２００１－２４１６０３Ａ）
【公開日】	平成１３年９月７日（２００１．９．７）
【出願番号】	特願２０００－５０８５１（Ｐ２０００－５０８５１）