ボイラの脱硝方法およびその装置

トップ :: F 機械工学照明加熱武器爆破 :: F23 燃焼装置;燃焼方法

【発明の名称】	ボイラの脱硝方法およびその装置
【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】大幅な低ＮＯx化の達成と、ボイラシステムの小型化を達成することのできるボイラの脱硝方法および装置を提供すること。【解決手段】燃焼反応部へ脱硝剤を投入するボイラの脱硝方法である。また、伝熱管群５に対面させてバーナ８を設けたボイラ１において、燃焼反応部への還元剤の投入手段１３を設けたボイラの脱硝装置である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】燃焼反応部へ還元剤を投入することを特徴とするボイラの脱硝方法。
【請求項２】還元剤投入後に脱硝触媒によって還元反応を促進させることを特徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝方法。
【請求項３】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または請求項２に記載のボイラの脱硝方法。
【請求項４】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２に記載のボイラの脱硝方法。
【請求項５】伝熱管群５に対面させてバーナ８を設けたボイラ１において、燃焼反応部への還元剤の投入手段１３を設けたことを特徴とするボイラの脱硝装置。
【請求項６】前記投入手段１３が、前記バーナ８のウインドボックス１２へ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５に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項７】前記投入手段１３が、前記バーナ８の表面側へ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５に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項８】前記投入手段１３が、前記伝熱管群５内の上流側部分へ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５に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項９】環状伝熱管列２３内側に燃焼室２６を形成し、前記環状伝熱管列２３に開口部２７を設けたボイラ１９において、前記開口部２７の近傍に前記燃焼室２６内への還元剤の投入手段１３を設けたことを特徴とするボイラの脱硝装置。
【請求項１０】環状伝熱管列２３の内側に燃焼室２６を形成し、この燃焼室２６内に冷却用伝熱管列３５を形成してなるボイラ１９において、前記冷却用伝熱管列３５の内側への還元剤の投入手段１３を設けたことを特徴とするボイラの脱硝装置。
【請求項１１】前記投入手段１３の下流側に脱硝触媒１７，３３を備えたことを特徴とする請求項５～１０のいずれか１項に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項１２】前記投入手段１３が、尿素水の分解手段３８を備えていることを特徴とする請求項５～１１のいずれか１項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、ボイラの脱硝方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ボイラについても一層の低ＮＯｘ化が要望されている。その対策としては、ボイラ自体の低ＮＯｘ化に加え、ボイラの排ガス出口側に脱硝装置を接続した構成が提案されている。このような脱硝装置は、還元剤の投入装置と脱硝触媒とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の脱硝装置は、ボイラの排ガス出口に接続する構成であるため、脱硝装置には、低温の排ガスが導入されることになる。そのため、ＮＯｘの還元反応の効率が悪く、脱硝触媒も大型化する傾向がある。しかも、脱硝触媒において、ＮＯｘと還元剤とを効率よく反応させるためには、脱硝触媒へ至るまでに排ガスと還元剤とを充分に混合しておく必要がある。そのため、従来の脱硝装置は、還元剤の投入位置と脱硝触媒との距離を長くする必要があって脱硝装置が大型化してしまう。さらに、このような脱硝装置をボイラに接続しているため、ボイラシステムが大型化してしまう。
【０００４】そこで、この発明は、大幅な低ＮＯｘ化の達成と、ボイラシステムの小型化を達成することのできるボイラの脱硝方法および装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【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、燃焼反応部へ還元剤を投入することを特徴としている。
【０００６】請求項２に記載の発明は、還元剤投入後に脱硝触媒によって還元反応を促進させることを特徴としている。
【０００７】請求項３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。
【０００８】請求項４に記載の発明は、前記還元剤が、尿素水そのものまた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。
【０００９】請求項５に記載の発明は、伝熱管群に対面させてバーナを設けたボイラにおいて、燃焼反応部への還元剤の投入手段を設けたことを特徴としている。
【００１０】請求項６に記載の発明は、前記投入手段が、前記バーナのウインドボックスへ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。
【００１１】請求項７に記載の発明は、前記投入手段が、前記バーナの表面側へ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。
【００１２】請求項８に記載の発明は、前記投入手段が、前記伝熱管群の上流側部分へ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。
【００１３】請求項９に記載の発明は、環状伝熱管列内側に燃焼室を形成し、前記環状伝熱管列に開口部を設けたボイラにおいて、前記開口部の近傍に前記燃焼室内への還元剤の投入手段を設けたことを特徴としている。
【００１４】請求項１０に記載の発明は、環状伝熱管列の内側に燃焼室を形成し、この燃焼室内に冷却用伝熱管列を形成してなるボイラにおいて、前記冷却用伝熱管列の内側への還元剤の投入手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】請求項１１に記載の発明は、前記投入手段の下流側に脱硝触媒を備えたことを特徴としている。
【００１６】さらに、請求項１２に記載の発明は、前記投入手段が、尿素水の分解手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、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方法およびその装置として好適に実施される。
【００１８】まず、この発明の脱硝方法は、ボイラの燃焼反応部へ還元剤を投入する。ここで、燃焼反応部は、燃焼室のように燃料と空気とが燃焼反応している部分である。このように、前記燃焼反応部へ還元剤を投入すると、ＮＯｘと還元剤とが活発に反応するため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００１９】そして、この発明の脱硝方法は、前記燃焼反応部への還元剤の投入後、脱硝触媒によってＮＯｘの還元反応を促進させることもできる。このように脱硝触媒を用いると、前記燃焼反応部で反応しきれなかったＮＯｘと還元剤とを反応させることができるため、一層の低ＮＯｘ化を達成できる。
【００２０】ここで、前記還元剤は、アンモニアや尿素水などを用いる。アンモニアを用いる場合は、水溶液の状態またはガスの状態で用いる。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。さらに、前記還元剤としては、前記のようなアンモニアや尿素水のほか、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。
【００２１】そして、前記還元剤としてアンモニアを用いる場合、このアンモニアは、前記燃焼反応部における約１０５０℃以下の温度のところへ投入する。この理由は、アンモニアからＮＯｘが発生するのを防止するためである。また、前記還元剤として尿素水を用いる場合、尿素水は、前記燃焼反応部における約４５０～約１０５０℃の温度のところへ投入する。この理由は、尿素水は、約４５０℃以上でアンモニアとＣＯ₂とに完全に分解するためである。尿素水を用いる場合、前記のように脱硝触媒を用いると、尿素水の分解も促進されるため、下限温度を約３８０℃とすることができる。また、尿素水を用いる場合においても、前記燃焼反応部における約１０５０℃以下の温度のところへ投入するのは、発生したアンモニアからＮＯｘが発生するのを防止するためである。
【００２２】さらに、前記のような還元剤を用いる場合、前記燃焼反応部における約８５０～約１０５０℃の温度のところへ投入するのが好ましい。このような温度範囲の燃焼反応部へ還元剤を投入すると、還元剤によるＮＯｘの還元反応が促進されるため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００２３】この発明は、つぎのような構成のボイラにおいて実施する。まず、伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラである。この構成のボイラは、前記伝熱管群内においても燃焼反応が継続するように前記伝熱管群にバーナが近接配置されている場合と、前記伝熱管群とバーナとの間に燃焼室として機能する空間が設けられている場合とがある。
【００２４】前記伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラの場合には、燃焼反応部への還元剤の投入手段を設ける。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。前記タンクに収容する還元剤としては、アンモニアや尿素水を用いる。また、尿素水からアンモニアを発生させ、このアンモニアを前記噴出ノズルから噴出させる場合、前記投入手段に尿素水からアンモニアへの分解手段を設ける。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。そして、還元剤の供給量は、ボイラの燃焼量に応じて調整する。
【００２５】さて、つぎに前記伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラにおける還元剤の投入位置について詳細に説明する。
【００２６】まず、前記伝熱管群にバーナが近接配置されているボイラの場合、前記投入手段は、前記バーナのウインドボックスへ還元剤を投入するように構成する。この構成の場合には、還元剤は、前記ウインドボックス内の空気や燃料または両者の混合物と混合した状態で、前記バーナから前記燃焼反応部へ向けて噴出する。そのため、前記燃焼反応部においては、燃焼反応と還元剤によるＮＯｘの還元反応とが同時に行われる。したがって、燃焼反応によってサーマルＮＯｘが生じたとしても、このサーマルＮＯｘは、還元剤によって即座に還元される。
【００２７】また、前記投入手段は、前記バーナの表面側へ還元剤を投入するように構成する。この構成の場合、前記バーナの表面側において、還元剤は、前記バーナから噴出する空気や燃料または両者の混合物と即座に混合する。そのため、前記のように、前記燃焼反応部において、燃焼反応と還元剤によるＮＯｘの還元反応が同時に行われる。
【００２８】ここで、前記伝熱管群にバーナが近接配置されているボイラの場合、前記ウインドボックス内または前記バーナの表面側へ還元剤を投入するのは、つぎの理由による。すなわち、このような構成のボイラの場合、前記燃焼反応部は前記伝熱管群によって冷却されるため、前記燃焼反応部には極端に高温の箇所が生じない。したがって、このような前記燃焼反応部へ還元剤を投入すると、還元剤によるＮＯｘの還元反応を促進することができる上に、還元剤からＮＯｘが発生するのを防止することができる。また、前記のように、前記ウインドボックス内または前記バーナの表面側へ還元剤を投入するようにすると、還元剤の投入位置から前記ボイラの排ガス出口までの距離が長くなって、ＮＯｘと還元剤とが充分に混合するため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００２９】さらに、前記投入手段は、前記伝熱管群内の上流側部分へ還元剤を投入するように構成する。この構成の場合には、前記伝熱管群における各伝熱管の隙間や、前記伝熱管群内の上流側部分に設けた伝熱管非存在領域へ還元剤を投入するように構成する。前記伝熱管群内の上流側部分では、燃焼反応中のガスまたは燃焼ガスの温度が前記伝熱管群との伝熱によって若干低下しているため、還元剤がＮＯｘに変化するのを防止できる。この構成は、伝熱管群とバーナとの間に燃焼室として機能する空間が設けられているボイラにも適用することができる。
【００３０】つぎに、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一部に開口部を設けた構成のボイラにおいて実施することもできる。ここで、この構成のボイラは、前記燃焼室を形成する前記環状伝熱管の外側に所定数の環状伝熱管列が同軸状に設けられている場合を含んでいる。
【００３１】さて、前記環状伝熱管列を備えたボイラの場合には、前記開口部近傍に前記燃焼室内への還元剤の投入手段を設ける。この投入手段は、前記伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラの場合と同様の構成である。
【００３２】前記環状伝熱管列を備えたボイラにおいては、前記燃焼室内で生じた燃焼反応中のガス，すなわち火炎状態の燃焼ガスは、前記燃焼室内で燃焼反応がほぼ完了する。燃焼反応がほぼ完了した燃焼ガスは、前記開口部から前記燃焼室の外側へ流れる。そして、前記燃焼室内から前記開口部近傍へ流れてきた燃焼ガスに対して、還元剤が投入される。この燃焼ガスは、比較的高温であるため、還元剤によるＮＯｘの還元反応が促進されるため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００３３】つぎに、この発明は、前記燃焼室を形成している環状伝熱管列の内側にさらに環状伝熱管列を設けた構成のボイラにおいても実施することができる。この構成のボイラは、前記燃焼室内に所定本数の伝熱管を所定の隙間を介在させた状態で環状に配置し、これらの伝熱管によって火炎状態の燃焼ガスを冷却するための環状伝熱管列（以下、「冷却用伝熱管列」という）を形成した構成となっている。この構成のボイラにおいては、前記各隙間の近傍に前記冷却用伝熱管列の内側への還元剤の投入手段を設ける。
【００３４】前記冷却用伝熱管列を備えたボイラにおいては、前記冷却用伝熱管列の内側から前記各隙間を介して流れてきた燃焼反応中のガス，すなわち火炎状態の燃焼ガスに対して還元剤が投入される。前記各隙間から流れ出た火炎状態の燃焼ガスは、前記冷却用伝熱管列によって冷却されているが、還元剤によるＮＯｘの還元反応が促進されるのに充分な温度である。したがって、この発明は、前記冷却用伝熱管列を備えたボイラにおいても、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００３５】ここにおいて、前記各構成のボイラに脱硝触媒を設ける場合、この脱硝触媒は、たとえば缶体における排ガス出口に設ける。また、前記伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラの場合、前記脱硝触媒は、前記伝熱管群中またはその下流に設けることもできる。
【００３６】
【実施例】以下、この発明の第一実施例を図１および図２を参照しながら説明する。図１は、この発明の第一実施例を示す断面説明図であり、また図２は、図１のII－II線に沿う断面の説明図である。この第一実施例は、この発明を伝熱管群に対面させてバーナを設けた構成のボイラに適用した実施例である。
【００３７】図１および図２において、ボイラ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，…によって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。
【００３８】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１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。
【００３９】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。
【００４０】前記ボイラ１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、還元剤タンク１４内の還元剤をポンプ１５によって所定個数（第一実施例では１個）の噴出ノズル１６へ供給する構成である。この第一実施例において、前記投入手段１３は、前記ウインドボックス１２内へ還元剤を投入する構成となっている。すなわち、前記投入手段１３の噴出ノズル１６は、前記ウインドボックス１２内に設けてある。そして、前記噴出ノズル１６は、還元剤が前記ウインドボックス１２内における予混合気の供給方向と同じ方向，すなわち下方向へ噴出されるように配置してある。ここで、第一実施例および以下の各実施例においては、還元剤としてアンモニアを用いている。このアンモニアは、水溶液，すなわちアンモニア水の状態で前記還元剤タンク１４に貯留されている。
【００４１】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。したがって、前記ボイラ１においては、前記保炎体１１から前記伝熱管群５までの間のみならず、前記伝熱管群５内における前記各伝熱管４の隙間が燃焼反応部となっている。
【００４２】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、前記還元剤タンク１４内の還元剤が前記噴出ノズル１６へ供給される。ここで、前記ポンプ１５は、前記ボイラ１の燃焼量に応じた量の還元剤を前記各噴出ノズル１６へ供給するように調整してある。
【００４３】前記噴出ノズル１６は、前記ウインドボックス１２内へ還元剤を噴出する。この還元剤は、前記ウインドボックス１２内の予混合気と混合し、前記保炎体１１から前記伝熱管群５へ向けて噴出する。そのため、燃焼反応部においては、燃焼反応と還元剤によるＮＯｘの還元反応とが同時に行われる。したがって、燃焼反応によってサーマルＮＯｘが生じたとしても、このサーマルＮＯｘは、還元剤によって即座に還元される。
【００４４】ここで、前記ボイラ１においては、前記バーナ８と前記伝熱管群５とが近接配置されているため、火炎状態の燃焼ガスは、前記伝熱管群５との伝熱によって急激に冷却される。そのため、燃焼反応部には極端に高温の箇所が生じない。したがって、このような燃焼反応部へ還元剤を投入すると、還元剤によるＮＯｘの還元反応を促進することができる上に、還元剤からＮＯｘが発生するのを防止することができる。
【００４５】また、前記ボイラ１において、前記ウインドボックス１２内へ還元剤を投入すると、前記排ガス出口９へ至るまでに還元剤と燃焼反応中のガス（火炎状態の燃焼ガスを含む）とが充分に混合するため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００４６】ここで、前記ボイラ１においては、前記のように、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１は、もともとＮＯｘの排出量が少ないが、前記のように、還元剤を投入することによって一層の低ＮＯｘ化を達成することができる。さらに、前記ボイラ１においては、図１および図２に示すように前記排ガス出口９に脱硝触媒１７を設置してある。そのため、前記排ガス出口９の位置において、ＮＯｘと還元剤との反応が促進される。したがって、前記脱硝触媒１７へ至るまでに反応しきれなかったＮＯｘと還元剤とを反応させることができるため、一層の低ＮＯｘ化を達成することができる。
【００４７】つぎに、この発明の第二実施例について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、この発明の第二実施例の要部を示す断面説明図であり、また図４は、図３のIV－IV線に沿う断面を示す説明図である。この第二実施例を示す図３および図４において、前記第一実施例を示す図１および図２と同一の符号は、同一の部材を示し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４８】この第二実施例のボイラ１は、前記第一実施例のボイラ１と同じ構成であるが、還元剤の投入位置を前記バーナ８の表面側，すなわち保炎体１１の表面側とした場合の実施例である。したがって、この第二実施例においては、噴出ノズル１６は、前記保炎体１１を貫通させて設けてある。また、前記噴出ノズル１６は、前記保炎体１１の上下方向に２個設けてある。
【００４９】前記ボイラ１において、前記投入手段１３を作動させると、還元剤は、前記各噴出ノズル１６から前記各伝熱管群５へ向けて噴出する。すなわち、還元剤は、予混合気の噴出方向と同じ方向に噴出する。また、還元剤は、前記保炎体１１から噴出する予混合気と混合することになる。そのため、燃焼反応部においては、燃焼反応と還元剤によるＮＯｘの還元反応とが同時に行われる。したがって、燃焼反応によってサーマルＮＯｘが生じたとしても、このサーマルＮＯｘは、還元剤によって即座に還元される。
【００５０】前記ボイラ１において、前記各噴出ノズル１６は、前記保炎体１１を貫通するように設けてあるが、還元剤を前記保炎体１１の表面側へ投入する構成は、この第二実施例の構成に限らない。たとえば、前記各噴出ノズル１６は、前記保炎体１１の側方に設け、前記保炎体１１の側方から前記保炎体１１の表面側へ向けて還元剤を噴出するように構成することもできる。
【００５１】つぎに、この発明の第三実施例について、図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の第三実施例の要部を示す断面説明図である。この第三実施例を示す図５において、前記第一実施例を示す図２と同一の符号は、同一の部材を示し、それらの詳細な説明は省略する。
【００５２】この第三実施例のボイラ１は、前記第一実施例または前記第二実施例のボイラ１と同様の構成であるが、伝熱管群５内の上流側部分において所定本数（図５においては２本）の伝熱管４を取り除いて伝熱管非存在領域１８，１８を設けてある。これらの伝熱管非存在領域１８は、燃焼反応中のガスを所定温度に維持することにより、ＣＯをＣＯ₂に酸化させる酸化反応促進領域として機能する領域である。
【００５３】この第三実施例においては、還元剤を前記各伝熱管非存在領域１８のそれぞれへ投入する構成としている。そのため、この第三実施例においては、２個の噴出ノズル１６，１６は、前記各伝熱管非存在領域１８のそれぞれに隣接する第一縦ヒレ部材６，６を貫通させて設けてある。そして、前記各噴出ノズル１６からの還元剤の噴出方向は、保炎体１１からの予混合気の噴出方向と交差する方向としてある。さらに、前記各噴出ノズル１６は、前記各伝熱管非存在領域１８に対して上下方向に所定個数（たとえば、３本）ずつ設け、前記各伝熱管非存在領域１８内のそれぞれへ均等に還元剤を投入するように構成してある。
【００５４】前記ボイラ１において、前記投入手段１３を作動させると、還元剤は、前記各噴出ノズル１６から前記各伝熱管非存在領域１８内へ噴出する。そして、還元剤は、前記各伝熱管非存在領域１８内において、燃焼反応中のガスと混合することになる。そのため、前記各伝熱管非存在領域１８内においては、燃焼反応と還元剤によるＮＯｘの還元反応とが同時に行われる。また、前記各伝熱管非存在領域１８内では、燃焼反応中のガスの温度が前記各伝熱管非存在領域１８より上流側の各伝熱管４との伝熱によって若干低下している。そのため、前記各伝熱管非存在領域１８内へ還元剤を噴出すると、還元剤からＮＯｘが発生するのを防止できる。
【００５５】この第三実施例において、前記各噴出ノズル１６は、前記保炎体１１からの予混合気の噴出方向と交差する方向に還元剤を噴出するように配置してあるが、予混合気の噴出方向と同じ方向に噴出するように配置することもできる。
【００５６】つぎに、この発明の第四実施例について、図６および図７を参照しながら説明する。図６は、この発明の第四実施例を示す断面説明図であり、また図７は、図６のVII－VII線に沿う断面の説明図である。この第四実施例は、この発明を環状伝熱管列を備えた多管式ボイラに適用した実施例である。
【００５７】図６および図７において、ボイラ１９は、上部管寄せ２０および下部管寄せ２１を備えている。これらの上部管寄せ２０および下部管寄せ２１の間には、複数の伝熱管２２，２２，…が環状に配置されている。これらの伝熱管２２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２３および外側の第二伝熱管列２４を形成している。また、前記各伝熱管２２の上端および下端は、前記上部管寄せ２０および前記下部管寄せ２１にそれぞれ接続してある。
【００５８】そして、前記上部管寄せ２０にバーナ２５を取り付けることによって、前記第一伝熱管列２３の内側を燃焼反応部としての燃焼室２６としている。また、前記バーナ２５は、送風機（図示省略）を備えている。
【００５９】前記第一伝熱管列２３には、その一部に第一開口部２７が設けられている。そして、前記第一伝熱管列２３における各伝熱管２２は、前記第一開口部２７を除いて第二縦ヒレ部材２８，２８，…によってそれぞれ連結してある。また、前記第二伝熱管列２４には、その一部に第二開口部２９が設けられている。そして、前記第二伝熱管列２４における各伝熱管２２は、前記第二開口部２９を除いて第三縦ヒレ部材３０，３０，…によってそれぞれ連結してある。ここで、前記第二開口部２９は、前記第一開口部２７に対して約１８０度反対側の位置に設けてある。
【００６０】前記第一伝熱管列２３と前記第二伝熱管列２４との間には、前記第一開口部２７から前記第二開口部２９へ至るガス通路３１，３１が形成されている。これらの各ガス通路３１は、前記第一開口部２７を介して前記燃焼室２６と連通し、前記第二開口部２９を介して排ガス出口３２と連通している。
【００６１】前記ボイラ１９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。この第四実施例において、前記投入手段１３の各噴出ノズル１６は、前記第一開口部２７近傍における前記各第三縦ヒレ部材３０のうちの１つを貫通させて設けてある。そして、前記各噴出ノズル１６は、前記第一伝熱管列２３の内側，すなわち前記燃焼室２６へ向けて還元剤を噴出するように配置してある。
【００６２】以上の構成において、前記バーナ２５を作動させると、前記燃焼室２６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２６内で燃焼反応がほぼ完了し、前記第一開口部２７から前記各ガス通路３１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３１のそれぞれを流れた後、前記第二開口部２９において合流し、前記排ガス出口３２から排ガスとして排出される。
【００６３】そして、前記バーナ２５の作動中において、前記投入手段１３を作動させると、前記還元剤タンク１４内の還元剤が前記各噴出ノズル１６へ供給される。前記各噴出ノズル１６は、前記燃焼ガス通路３１側から前記第一開口部２７を介して前記燃焼室２６へ向けて還元剤を噴出する。この還元剤は、前記燃焼室２６からの燃焼ガスと対向する流れとなっているため、燃焼ガスとの混合が促進される。また、前記第一開口部２７付近における燃焼ガスは、還元剤によるＮＯｘの還元反応が促進される温度範囲，すなわち約８５０～約１０５０℃となっている。したがって、還元剤は、燃焼ガスと良好に混合するとともに、還元反応が促進されるため、充分な脱硝作用を得ることができる。
【００６４】前記のように、この第四実施例において、前記燃焼室２６内へ向けて還元剤を投入すると、効率よく脱硝を行うことができるため、前記ボイラ１９から排出されるＮＯｘを大幅に低減することができる。また、前記燃焼室２６内へ向けて還元剤を投入すると、燃焼ガスが前記各ガス通路３１を通過する間においても還元剤と燃焼ガスとが混合し、反応するため、充分な脱硝を行うことができる。
【００６５】さらに、この第四実施例においては、図６および図７に示すように、前記排ガス出口３２に脱硝触媒３３を設置してある。そのため、前記第一実施例と同様に、一層の低ＮＯｘ化を達成できる。
【００６６】つぎに、この発明の第五実施例について、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、この発明の第五実施例を示す断面説明図であり、また図９は、図８のIX－IX線に沿う断面の説明図である。この第五実施例を示す図８および図９において、前記第四実施例を示す図６および図７と同一の符号は、同一の部材を示し、それらの詳細な説明は省略する。
【００６７】この第五実施例においては、燃焼室２６を画成する第一伝熱管列２３の内側に、所定本数（第五実施例では１０本）の伝熱管３４，３４，…を所定間隔で環状に配置してある。これらの各伝熱管３４は、火炎状態の燃焼ガスを冷却するための環状伝熱管列（以下、「冷却用伝熱管列」という）３５を形成している。また、前記各伝熱管３４の上端および下端は、前記上部管寄せ２０および前記下部管寄せ２１のそれぞれに接続してある。したがって、前記冷却用伝熱管列３５は、前記燃焼室２６を外側と内側とに区画している。
【００６８】さらに、前記冷却用伝熱管列３５において、前記各伝熱管３４の隣り合うもの同士の間には、それぞれ所定の隙間３６，３６，…が形成されている。したがって、前記冷却用伝熱管列３５によって内側と外側とに区画された前記燃焼室２６は、前記各隙間３６を介して互いに連通している。ここで、前記燃焼室２６のうち、前記冷却用伝熱管列３５より外側の部分の部分は、火炎状態の燃焼ガスを所定温度に維持することにより、ＣＯをＣＯ₂に酸化させる酸化反応促進領域として機能する燃焼反応継続領域３７としてある。
【００６９】さて、この第五実施例において、投入手段１３の各噴出ノズル１６は、前記燃焼反応継続領域３７内における前記各隙間３６の近傍にそれぞれ配置されている。すなわち、前記各噴出ノズル１６は、前記上部管寄せ２０を貫通させて設けられ、前記各隙間３６を通して前記冷却用伝熱管列３５の内側へ向けて還元剤を噴出するように配置されている。
【００７０】この第五実施例において、前記バーナ２５を作動させると、前記第四実施例と同様に、前記燃焼室２６内に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、前記各隙間３６から前記燃焼反応継続領域３７内へ噴出し、さらに燃焼反応を継続しながら燃焼反応中のガスとして前記燃焼反応継続領域３７内を前記第一開口部２７へ向けて流れる。そして、この燃焼反応中のガスは、前記第四実施例と同様に、前記燃焼室２６内で燃焼反応をほぼ完了して前記各ガス通路３１へ流入し、前記排ガス出口３２から排ガスとして排出される。
【００７１】そして、前記バーナ２５の作動中において、前記投入手段１３を作動させると、前記各噴出ノズル１６は、前記燃焼反応継続領域３７内において前記各隙間３６へ向けて還元剤を噴出する。この還元剤は、前記各隙間３６からの火炎状態の燃焼ガスと対向する流れとなっているため、火炎状態の燃焼ガスとの混合が促進される。また、前記燃焼反応継続領域３７内における火炎状態の燃焼ガスは、前記冷却用伝熱管列３５との伝熱によって温度が低下しているため、極端に高温の箇所が生じない。したがって、このような位置へ還元剤を投入すると、還元剤によるＮＯｘの還元反応を促進することができる上に、還元剤からＮＯｘが発生するのを防止することができるため、効率よく脱硝を行うことができる。
【００７２】ここで、この第五実施例のボイラ１９においては、前記のように、火炎状態の燃焼ガスが前記冷却用伝熱管列３５との伝熱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１９は、もともとＮＯｘの排出量が少ないが、前記のように、還元剤を投入することによって一層の低ＮＯｘ化を達成することができる。また、この第五実施例においても、前記第四実施例のように、前記排ガス出口３２に前記脱硝触媒３３を設けて、一層の低ＮＯｘ化を達成することもできる。
【００７３】さて、前記各実施例においては、還元剤としてアンモニアを用いているが、還元剤として尿素水を用いることもできる。この尿素水は、前記還元剤タンク１４に貯留し、前記噴出ノズル１６から尿素水として噴出されるようにする。すなわち、尿素水を前記のような燃焼反応部へ投入すると、燃焼反応部の熱によって分解してアンモニアが発生し、このアンモニアによってＮＯｘを還元することができるためである。
【００７４】ここで、還元剤として尿素水をそのまま用いる場合、その投入位置は、燃焼反応部の温度が約４５０～約１０５０℃のところとする。この理由は、尿素水は、約４５０℃以上でアンモニアとＣＯ₂とに完全に分解するためである。この下限温度は、前記脱硝触媒１７，３３が設けられている場合には、前記脱硝触媒１７，３３が尿素水の分解も促進するため、約３８０℃とすることができる。また、還元剤として尿素水をそのまま用いる場合、前記のような温度条件から、前記第二実施例～前記第五実施例において用いるようにする。
【００７５】また、尿素水をそのまま燃焼反応部へ投入することに代えて、尿素水を分解してアンモニアを発生させ、このアンモニアを燃焼反応部へ投入することもできる。この場合、前記投入手段１３は、図１０に示すように、尿素水の分解手段３８を設けた構成とする。この分解手段３８は、たとえば前記ポンプ１５と噴出ノズル１６との間に設ける。そして、前記分解手段３８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。この構成において、前記投入手段１３を作動させると、前記ポンプ１５は、前記還元剤タンク１４内の尿素水を前記分解手段３８へ供給する。前記分解手段３８では、尿素水を加熱してアンモニアを発生させ、このアンモニアを前記噴出ノズル１６へ供給する。
【００７６】前記のように、還元剤として尿素水を用いる場合、アンモニアに比べて安全性が高いため、アンモニアのように特別な還元剤タンクや配管を必要とせず、また危険物取扱いのための資格を持った責任者をおく必要もない。そのため、尿素水を還元剤として用いるのが、取り扱いの点で有利である。
【００７７】
【発明の効果】この発明によれば、大幅な低ＮＯｘ化の達成と、ボイラシステムの小型化を達成することができる。

【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１１年１２月１６日（１９９９．１２．１６）
【代理人】
【公開番号】	特開２００１－１７３９０７（Ｐ２００１－１７３９０７Ａ）
【公開日】	平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【出願番号】	特願平１１－３５６９２２