(57)【要約】【課題】本発明は排ガス処理装置に関する。【解決手段】本発明の火力発電所の排ガス処理装置は、火力発電所のガスタービン（ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）の後段に配置されたダクトとガスタービンとの間で排ガスの流れを調節して前記ダクトの内壁側に誘導する拡散モジュール部と、拡散モジュール部からダクトの内壁側に誘導された排ガスの前記ダクト内の流動区間に設置され、ダクトの内壁から突出形成された複数の噴射ノズルと、噴射ノズルと連結されてダクトの外部に延びた流体供給管と、流体供給管を介して噴射ノズルに液状の汚染物質処理用流体を供給する流体供給部と、噴射ノズルの後段に配置された触媒モジュールとを含む。本発明によって火力発電所の排ガスを非常に効果的、かつ効率的に処理することができる。【選択図】図１
2020197206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火力発電所のガスタービン（ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）の後段に配置されたダクトと前記ガスタービンとの間で排ガスの流れを調節して前記ダクトの内壁側に誘導する拡散モジュール部と、
前記拡散モジュール部から前記ダクトの内壁側に誘導された排ガスの前記ダクト内の流動区間に設置され、前記ダクトの内壁から突出形成された複数の噴射ノズルと、
前記噴射ノズルと連結されて前記ダクトの外部に延びた流体供給管と、
前記流体供給管を介して前記噴射ノズルに液状の汚染物質処理用流体を供給する流体供給部と、
前記噴射ノズルの後段に配置された触媒モジュールとを含み、
前記拡散モジュール部は、内部に排ガスが通過する外側シリンダ部および前記外側シリンダ部の中心部に挿入されて排ガスを遠心方向に誘導するハブ（ｈｕｂ）を含み、
前記噴射ノズルは、前記ハブの外周面で前記ハブの長さ方向に延びた延長線と交差しない、火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項２】
前記ハブに排ガスの流動方向を前記ダクトの内壁側に誘導する流れ調節部材をさらに含む、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記噴射ノズルの末端は、前記ハブの外周面で前記ハブの長さ方向に平行するように延びた延長線で前記ダクトの内壁に下ろした垂線ａに沿って、前記ダクトの内壁から前記垂線ａの長さの５／６以下で離隔している、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記噴射ノズルは、前記ダクトの内壁で前記ダクトの長さ方向に平行するように延びた第１延長線と前記ハブの末端で延びて前記第１延長線と垂直に交差する第２延長線の交差点から、前記第１延長線に沿って、前記ハブで前記ダクトの後段部に連結されたダクト拡管までの直線距離ｃの７／８以下で離隔している、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記触媒モジュールは、選択的触媒還元触媒を含む、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記選択的触媒還元触媒は、ゼオライト系選択的触媒還元触媒を含む、請求項５に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記ゼオライト系選択的触媒還元触媒は、鉄ゼオライト系選択的触媒還元触媒および銅ゼオライト系選択的触媒還元触媒の中から選ばれた一つ以上を含む、請求項６に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記噴射ノズルの後段に配置された熱交換モジュールをさらに含み、前記触媒モジュールは、前記噴射ノズルと前記熱交換モジュールの排ガス流出側の末端との間に配置される、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記熱交換モジュールは、第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールを含み、前記噴射ノズルと前記第２熱交換モジュールとの間に前記第１熱交換モジュールが配置され、前記触媒モジュールは、前記第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールとの間または前記噴射ノズルと前記第１熱交換モジュールとの間に配置される、請求項８に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記触媒モジュールの後段に配置される追加触媒モジュールをさらに含む、請求項１に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１１】
前記追加触媒モジュールは、金属酸化物選択的触媒還元触媒および酸化触媒の中から選ばれた一つ以上を含む、請求項１０に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１２】
前記噴射ノズルの後段に配置された熱交換モジュールをさらに含み、前記熱交換モジュールは、第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールを含み、前記噴射ノズルと前記第２熱交換モジュールとの間に前記第１熱交換モジュールが配置され、前記触媒モジュールは、前記第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールとの間または前記噴射ノズルと前記第１熱交換モジュールとの間に配置され、前記追加触媒モジュールは、前記第２熱交換モジュールの後段に配置される、請求項１０に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１３】
前記熱交換モジュールは、前記第２熱交換モジュールの後段に配置される第３熱交換モジュールをさらに含み、前記追加触媒モジュールは、前記第３熱交換モジュールの後段に配置される、請求項１２に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１４】
前記第２熱交換モジュールと前記第３熱交換モジュールとの間に気相の汚染物質処理用流体を注入する気相流体注入部が配置される、請求項１３に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【請求項１５】
前記追加触媒モジュールは、金属酸化物選択的触媒還元触媒を含む第１追加触媒モジュールと酸化触媒を含む第２追加触媒モジュールを含み、前記第１追加触媒モジュールの後段に前記第２追加触媒モジュールが配置される、請求項１０に記載の火力発電所の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス処理装置に関し、より詳細には火力発電所の排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力は一般的に大規模の発電施設で生産されている。発電所では主に燃料を燃焼させて発電する火力発電方式や、原子力エネルギを用いた原子力発電方式、流体の落差を用いる水力発電方式などにより発電し、その他の発電施設などでは太陽熱、潮力、風力などを用いた発電方式も使われる。
【０００３】
その中で火力発電方式は現在までも非常に活発に使われている発電方式として燃料を燃焼してタービンを駆動する方式である。火力発電により電力を得るためには持続的に燃料を消費しなければならず、燃料はガスタービン内で燃焼し、多量の排ガス（排気ガス）を生成する。このような排ガスは燃料の燃焼反応および高温熱反応などによって生成された汚染物質を含有しており、格別な処理が求められる。
【０００４】
したがって、火力発電所に多様な形態の処理設備が適用されているが（例、韓国登録特許第１０−１５６３０７９号公報など）、従来の処理設備における排ガスの処理は満足できるほどではない。特に火力発電所はタービンの運転状態が随時に変動し、それにより排ガスの流量、速度、温度などの条件も変わり得、特に、起動時の条件が急激に変わり得るため、これに対する技術的対応が必要であるが、満足できるほどの処理技術の開発はまだ不十分な実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−１５６３０７９号公報（２０１５．１０．３０）、明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の技術的課題は、このような問題を解決するためのものとして、火力発電所の排ガス処理装置を提供することにあり、特に火力発電施設の起動時にも排ガスを効率的に処理できる火力発電所の排ガス処理装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例である火力発電所の排ガス処理装置は、火力発電所のガスタービン（ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）の後段に配置されたダクトと前記ガスタービンとの間で排ガスの流れを調節して前記ダクトの内壁側に誘導する拡散モジュール部と、前記拡散モジュール部から前記ダクトの内壁側に誘導された排ガスの前記ダクト内の流動区間に設置され、前記ダクトの内壁から突出形成された複数の噴射ノズルと、前記噴射ノズルと連結されて前記ダクトの外部に延びた流体供給管と、前記流体供給管を介して前記噴射ノズルに液状の汚染物質処理用流体を供給する流体供給部と、前記噴射ノズルの後段に配置された触媒モジュールとを含む。
【０００９】
前記拡散モジュール部は、内部に排ガスが通過する外側シリンダ部および前記外側シリンダ部の中心部に挿入されて排ガスを遠心方向に誘導するハブ（ｈｕｂ）を含み得る。
【００１０】
前記火力発電所の排ガス処理装置は、前記ハブに排ガスの流動方向を前記ダクトの内壁側に誘導する流れ調節部材をさらに含み得る。
【００１１】
前記噴射ノズルは、前記ハブの外周面で前記ハブの長さ方向に延びた延長線と交差しなくてもよい。
【００１２】
前記噴射ノズルの末端は、前記ハブの外周面で前記ハブの長さ方向に平行するように延びた延長線で前記ダクトの内壁に下ろした垂線ａに沿って、前記ダクトの内壁から前記垂線ａの長さの５／６以下で離隔していてもよい。
【００１３】
前記噴射ノズルは、前記ダクトの内壁で前記ダクトの長さ方向に平行するように延びた第１延長線と前記ハブの末端で延びて前記第１延長線と垂直に交差する第２延長線の交差点から、前記第１延長線に沿って、前記ハブで前記ダクトの後段部に連結されたダクト拡管までの直線距離ｃの７／８以下で離隔していてもよい。
【００１４】
前記触媒モジュールは、選択的触媒還元触媒を含み得る。
【００１５】
前記選択的触媒還元触媒は、ゼオライト系選択的触媒還元触媒を含み得る。
【００１６】
前記ゼオライト系選択的触媒還元触媒は、鉄ゼオライト系選択的触媒還元触媒および銅ゼオライト系選択的触媒還元触媒の中から選ばれた一つ以上を含み得る。
【００１７】
前記火力発電所の排ガス処理装置は、前記噴射ノズルの後段に配置された熱交換モジュールをさらに含み、前記触媒モジュールは、前記噴射ノズルと前記熱交換モジュールの排ガス流出側の末端との間に配置され得る。
【００１８】
前記熱交換モジュールは、第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールを含み、前記噴射ノズルと前記第２熱交換モジュールとの間に前記第１熱交換モジュールが配置され、前記触媒モジュールは、前記第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールとの間または前記噴射ノズルと前記第１熱交換モジュールとの間に配置され得る。
【００１９】
前記触媒モジュールの後段に配置される追加触媒モジュールをさらに含み得る。
【００２０】
前記追加触媒モジュールは、金属酸化物選択的触媒還元触媒および酸化触媒の中から選ばれた一つ以上を含み得る。
【００２１】
前記火力発電所の排ガス処理装置は、前記噴射ノズルの後段に配置された熱交換モジュールをさらに含み、前記熱交換モジュールは、第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールを含み、前記噴射ノズルと前記第２熱交換モジュールとの間に前記第１熱交換モジュールが配置され、前記触媒モジュールは、前記第１熱交換モジュールと第２熱交換モジュールとの間または前記噴射ノズルと前記第１熱交換モジュールとの間に配置され、前記追加触媒モジュールは前記第２熱交換モジュールの後段に配置され得る。
【００２２】
前記熱交換モジュールは、前記第２熱交換モジュールの後段に配置される第３熱交換モジュールをさらに含み、前記追加触媒モジュールは、前記第３熱交換モジュールの後段に配置され得る。
【００２３】
前記第２熱交換モジュールと前記第３熱交換モジュールとの間に気相の汚染物質処理用流体を注入する気相流体注入部が配置され得る。
【００２４】
前記追加触媒モジュールは、金属酸化物選択的触媒還元触媒を含む第１追加触媒モジュールと酸化触媒を含む第２追加触媒モジュールとを含み、前記第１追加触媒モジュールの後段に前記第２追加触媒モジュールが配置され得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によって、火力発電所の排ガスを非常に効果的、かつ効率的に処理することができる。このような本発明は、特に複合火力発電所で生成されて排出される排ガスに対して卓越した処理効果を発揮することができ、複合火力発電所の起動時点にも卓越した処理効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例による火力発電所の排ガス処理装置の配置構造を示す図である。
【図２】図１の排ガス処理装置の噴射ノズルが設置されるダクト部分のＡ−Ａ’の断面図である。
【図３】図２の噴射ノズルの設置構造を示した拡大図である。
【図４】図１の配置構造の一部を拡大して示す部分拡大図である。
【図５】図４の噴射ノズルの内部構造を説明するための断面図である。
【図６】図４の噴射ノズルの内部構造を説明するための断面図である。
【図７】図４の噴射ノズルの内部構造を説明するための断面図である。
【図８】ハブに形成される流れ調節部材の例を示す図である。
【図９】図１の排ガス処理装置の作動図である。
【図１０】図１の排ガス処理装置の第１変形例の配置構造を示す図である。
【図１１】図１の排ガス処理装置の第２変形例の配置構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の利点および特徴並びにそれらを達成するための方法は、添付する図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され得、本実施例は、単に本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は単に請求項によってのみ定義される。明細書全体にわたって同一参照符号は同一構成要素を指称する。
【００２８】
以下、図１ないし図９を参照して本発明の一実施例による火力発電所の排ガス処理装置（以下、排ガス処理装置）について詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施例による火力発電所の排ガス処理装置の配置構造を示す図であり、図２は図１の排ガス処理装置の噴射ノズルが設置されるダクト部分のＡ−Ａ’の断面図であり、図３は図２の噴射ノズルの設置構造を示した拡大図であり、図４は図１の配置構造の一部を拡大して示す部分拡大図である。
【００３０】
図１ないし図４を参照すると、本発明の排ガス処理装置１０は、火力発電所の排ガスの流れを用いて効果的に排ガス処理が可能なように構成される。本発明の排ガス処理装置１０は、ガスタービン（ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）１と連結された拡散モジュール部２を介してダクト３の内壁側に排ガスの流れを誘導するように形成される。噴射ノズル１１は、排ガスが流動する空間の内部に架設されるグリッドのような構造は必要とせず、ダクト３の内壁から直接突出しており、ダクト３内の排ガスの流れを邪魔せず、かつ汚染物質処理用流体を排ガスに容易に注入することができる。
【００３１】
特に、噴射ノズル１１が配置されたダクト３内壁の区域は拡散モジュール部２により遠心方向に誘導された排ガスの流れが形成および維持される区域であり、ダクト３内の排ガスが相対的に高濃度で分布する区域である。したがって、このような区域内に配置された噴射ノズル１１に排ガス内の汚染物質処理用流体を集中的に注入することによって、さらに効果的に排ガス内の汚染物質と接触し得、汚染物質は汚染物質処理用流体と十分に接触した状態で触媒モジュール７に含まれる触媒表面に到達し、触媒反応によってより容易に処理されることができる。このように排ガスの流れを考慮して特定地点で汚染物質処理用流体を集中噴射して排ガス中の汚染物質と十分に接触した状態で触媒表面に到達して触媒反応が起きた結果、排ガス全体の汚染物質処理効率を大きく上昇させることができる。
【００３２】
このような処理構造はガスタービン１の起動時点にまだ温度が十分に上昇されていない排ガスにも汚染物質処理用流体を集中注入して非常に卓越した処理効果を発揮できるものであり、ガスタービン１の運転状況が随時に変わって相対的に頻繁に起動する複合火力発電所に特に効果的に適用されることができる。すなわち、本発明の処理対象である排ガスは、好ましくは複合火力発電所の排ガスであり得、本発明は複合火力発電所のガスタービン１が起動する時点に発生した排ガスの処理にも有用であり得る。特に従来にこのような起動初期に排ガスに含有されて黄煙（ｙｅｌｌｏｗ  ｇａｓ）を作り出す原因物質（例、二酸化窒素）も本発明の処理構造を用いて非常に効果的に処理することができ、複合火力発電所の黄煙などの除去において本発明は非常に有用であり得る。
【００３３】
本発明の一実施例による排ガス処理装置１０は、具体的には次のように構成される。排ガス処理装置１０は、火力発電所のガスタービン１の後段に配置されたダクト３とガスタービン１との間で排ガスの流れを調節してダクト３の内壁側に誘導する拡散モジュール部２、拡散モジュール部２からダクト３の内壁側に誘導された排ガスのダクト３内の流動区間に設置され、ダクト３の内壁から突出形成された複数の噴射ノズル１１、噴射ノズル１１と連結されてダクト３の外部に延びた流体供給管１２、流体供給管１２を介して噴射ノズル１１に液状の汚染物質処理用流体を供給する流体供給部１３、および噴射ノズル１１の後段に配置された触媒モジュール７を含む。以下、このような排ガス処理装置１０の具体的な配置構造と各構成部の特徴などについて各図面を参照してより詳細に説明する。
【００３４】
先にガスタービン１、ダクト３、ダクト拡管４、および煙突６からなる排ガスの排気構造と拡散モジュール部２の配置関係について説明する。以下、前段と後段は排ガスの進行方向を基準とした相対的位置であり、図１では排ガスが横方向の右側に進むため各構成部に対して右側末端側方向が後段になる。図１を参照して詳細に説明すると、ガスタービン１は燃料を燃焼させてタービンを回転させ、燃焼時に発生する排ガスを後段に排出する。ガスタービン１は、高温・高圧の燃焼ガスでタービンを起動させる回転型熱機関であり、一般的に圧縮機、燃焼機、およびタービンを含んでなる。ガスタービン１の後段にはダクト３が配置される。ダクト３はガスタービン１の後段に位置するが、ガスタービン１と直接連結されなくてもよい。拡散モジュール部２は、ガスタービン１とダクト３との間に形成され得る。拡散モジュール部２は、ガスタービン１から排出された排ガスを流入して圧力を調節し、拡散させてダクト３側に排出し得る。拡散モジュール部２は、排ガスを通過させて排ガスに遠心方向の速度成分を追加することができ、これによって拡散モジュール部２後段のダクト３の内壁側に排ガスが誘導されることができる。
【００３５】
ダクト３の後段には再びダクト拡管４が連結される。ダクト拡管４は、幅が徐々に増加する漏斗形状の構造物であり、後段の排熱回収ボイラ部５と連結される。排熱回収ボイラ部５は、ダクト３より幅が広い排ガス流動通路を含み、その内部には排ガスの熱エネルギを回収するための熱交換モジュール８などが設置されていてもよい。熱交換モジュール８は、排ガスの熱を交換するために水のような熱交換流体が内部に流れるパイプを含んでなり、複数のサブ熱交換モジュールからなる。すなわち、例えば、熱交換モジュール８は、第１熱交換モジュール８１、第２熱交換モジュール８３、第３熱交換モジュール８５、および第４熱交換モジュール８７などのサブ熱交換モジュールを含んでなる。図１には第１熱交換モジュールないし第４熱交換モジュールのみ示されているが、第５熱交換モジュール、第６熱交換モジュールなども追加で熱交換モジュールに含まれ得ることはもちろんである。熱交換モジュール８は、過熱器バンドルを含んでなり、それぞれのサブ熱交換モジュールもまた過熱器バンドルを含んでなる。図面に示していないが、それぞれのサブ熱交換モジュールの上端および下端は互いに連結されていてもよく、連結部位には高圧蒸気や熱交換用流体を貯蔵して循環させるタンクなどが設置されていてもよい。サブ熱交換モジュールは、後段のもの（例、第４熱交換モジュール）から順に最前段のもの（例、第１熱交換モジュール）に向かって順に流体を循環させ、高圧蒸気などを生成し得る。サブ熱交換モジュールの温度は最前段のもの（例、第１熱交換モジュール）から後段のもの（例、第４熱交換モジュール）に向かって順に低くなる。
【００３６】
排熱回収ボイラ部５の後段には垂直方向に延びた煙突６が連結されており、排ガスは煙突６を介して最終排出される。
【００３７】
噴射ノズル１１は、拡散モジュール部２からダクト３の内壁側に誘導された排ガスのダクト３内の流動区間に設置される。前述したように、拡散モジュール部２は、排ガスを流入して圧力を調節し、拡散させて排出し、排ガスはこのような過程で遠心方向の速度成分を得て後段に位置したダクト３の内壁側に誘導される。噴射ノズル１１は、ダクト３の内壁で直接突出形成されるため、このようにダクト３の内壁側に誘導されて形成された高濃度の排ガスの流れに汚染物質処理用流体が直接注入されて排ガス中の汚染物質とより効果的に接触し得る。流動区間は拡散モジュール部２によりダクト３の内壁側に誘導された排ガスが流動する空間を意味し、これに制限されるものではないが、好ましくは後述するハブ２２の外周面でハブ２２の長さ方向に平行するように延びた延長線とダクト３の内壁との間に形成された空間であり得る。より好ましくは、ハブ２２の外周面でハブ２２の長さ方向に平行するように延びた延長線でダクト３の内壁に下ろした垂線ａ（図４参照）に沿って、ダクト３の内壁から前記垂線ａの長さの５／６以下で離隔し、ダクト３の内壁でダクト３の長さ方向に平行するように延びた第１延長線（図４のＬ１参照）とハブ２２の末端で延びて第１延長線と垂直に交差する第２延長線（図４のＬ２参照）の交差点から第１延長線に沿って、ハブ２２でダクト３の後段部に連結されたダクト拡管までの直線距離ｃ（図４参照）の７／８以下で離隔している空間であり得る。
【００３８】
拡散モジュール部２は、内部に排ガスが通過する外側シリンダ部２１および外側シリンダ部２１の中心部に挿入されて排ガスを遠心方向に誘導するハブ（ｈｕｂ）２２を含む構造からなり、ダクト３の内壁側に誘導された排ガスの流れをさらに容易に形成することができる。外側シリンダ部２１は円形断面を有し得る。外側シリンダ部２１の中心部のハブ２２は、排ガスに対して一種の抵抗体として機能して排ガスの流れ方向をハブ２２の外側に変更するので、ハブ２２を通過する間排ガスに遠心方向の速度成分がさらに大きく追加され得る。ハブ２２の長さや直径などは必要に応じて変更され得る。ハブ２２は外側シリンダ部２１に支持台２３で連結されて固定され得る。
【００３９】
ダクト３は、拡散モジュール部２とダクト拡管４との間の配管からなり、一側に振動を緩衝させる緩衝連結部３１を含み得る。噴射ノズル１１は緩衝連結部３１の後段に位置し得る。例えばダクト３は、図面に示すように第１ダクト部３ａ、第２ダクト部３ｂ、および第１ダクト部３ａと第２ダクト部３ｂとの間の緩衝連結部３１からなる構造であり得、緩衝連結部３１が振動を吸収して後段への振動の伝播を阻止するように形成された構造であり得る。噴射ノズル１１がこのような緩衝連結部３１の後段に位置することによって、噴射ノズル１１はガスタービン１の機械的振動などによる影響を最小化しながら正常位置でより円滑に排ガスに汚染物質処理用流体を注入することができる。しかし、必ずしもこのように限定される必要はなく、必要な場合、噴射ノズル１１は緩衝連結部３１の前段あるいは後段などに関係なくダクト３内のどの位置にも設置が可能である。ただし、本実施例では緩衝連結部３１の後段に配置された例を説明するが、必ずしもこれに限定して理解する必要はない。緩衝連結部３１は多様な形態の緩衝装置を含んで形成され得、例えば、ベローズのように振動を吸収するコルゲート管のような構造物を含んで形成されることができる。第１ダクト部３ａと第２ダクト部３ｂの大きさは定められておらず緩衝連結部３１の位置や配置状態に応じて、大きさや配置状態は適宜に変更され得る。例えば、緩衝連結部３１をガスタービン１と近い側に移動させて配置することによって、第１ダクト部３ａ側の長さが第２ダクト部３ｂ側よりは短く形成され得る。
【００４０】
流体供給管１２は噴射ノズル１１と連結されてダクト３の外部に延びる。流体供給管１２は、ダクト３外部の流体供給構造からダクト３に結合された噴射ノズル１１に汚染物質処理用流体を供給できる多様な形態で構造化されることができる。したがって、図面に示すような流体供給管１２の形成方式は例示的なものであるため、流体供給管１２の形態をこれに限定して理解する必要はない。流体供給管１２には流体を流動させるポンプ１２ａと管路を開閉して流出入を制御する制御弁１２ｂなどを含む流体制御構造も多様な形態で形成されることができる。例えば、ポンプ１２ａは定量注入が可能な定量ポンプなどを含み得、制御弁１２ｂは流出入制御が可能な遮断弁、逆流を防止するチェック弁、圧力調節が可能なＰＲＶ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ  ｖａｌｖｅ）などのような多様な形態の弁構造を一つまたは一つ以上組み合わせて形成することができ、その他追加的に弁を設置することも可能である。また、弁の位置も必要に応じて変更して流体を導入するメイン管路や各噴射ノズル１１に分岐される分岐管などに必要なだけ設置することができる。
【００４１】
流体供給部１３は、流体供給管１２を介して噴射ノズル１１に液状の汚染物質処理用流体を供給する。流体供給部１３は汚染物質処理用流体を貯蔵する貯蔵所であり得、例えば流体貯蔵タンクのような構造物を含み得る。流体供給部１３には液状の汚染物質処理用流体が貯蔵されて流体供給管１２に供給され得る。汚染物質処理用流体は、排ガス内の多様な汚染物質（例、窒素酸化物、硫黄酸化物など）を処理可能な物質であり得る。汚染物質の種類によって前記物質も変わり得、前記物質は単一物質であるか一つ以上の物質が混合されたものであり得る。このような汚染物質処理用流体をダクト３の内壁に突出形成された噴射ノズル１１で噴射することによって、ダクト３の内壁側に誘導された排ガスとより効果的に接触させることができる。
【００４２】
汚染物質処理用流体は、例えば、排ガス内の窒素酸化物を還元させる液状の還元剤であり得、特にガスタービン１の起動初期に生成されて排ガス内に含有され得る二酸化窒素のような黄煙の原因物質を還元させて処理するものであり得る。汚染物質処理用流体は、例えば、窒素系還元剤であり得る。窒素系還元剤はアンモニア、尿素などを含み、触媒表面で窒素酸化物を還元させて処理することができる。このような窒素系還元剤と触媒によって、二酸化窒素のような窒素酸化物をより安定でかつ無害な形態である窒素に還元させて除去することが可能である。ただし、汚染物質処理用流体は窒素系還元剤のみに限定されるものではなく、非窒素系還元剤も含まれ得る。非窒素系還元剤は、例えば一つの分子内に水酸（ＯＨ）基、エーテル基、アルデヒド基、またはケトン基を一つ以上含む炭化水素、含酸素炭化水素、および炭水化物の中から選ばれた一つ以上であり得、液状であり得る。より好ましい非窒素系還元剤は、例えばエタノール（Ｅｔｈａｎｏｌ）、エチレングリコール（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ）、およびグリセリン（Ｇｌｙｃｅｒｉｎ）の中から選ばれた一つ以上であり得、液状であり得る。
【００４３】
噴射ノズル１１は図２に示すようにダクト３を貫いて結合される。噴射ノズル１１は、一端部はダクト３の内部に位置し、他端部はダクト３の外部に露出され得る。すなわち、噴射ノズル１１は、前述したようにダクト３の内部で排ガスの流動を邪魔する構造物などの助けを借りずにダクト３を貫いて非常に簡便な方式で設置が可能である。汚染物質処理用流体を供給する流体供給管１２は、噴射ノズル１１のダクト３の外部に露出した他端部に連結され得る。
【００４４】
噴射ノズル１１は図３に示すような構造で非常に便利に設置され得る。噴射ノズル１１は、例えばダクト３を貫いてダクト３外部の末端にフランジが形成されたフランジ貫通管１１４の内側に挿入され、少なくとも一部がフランジに当接して固定され得る。例えば、噴射ノズル１１の本体１１１の周囲に結合フランジ１１２を突出させて形成し、結合フランジ１１２をフランジ貫通管１１４のフランジ［図３のフランジ貫通管１１４のダクト３の外側末端に形成された折曲部］に当接するようにして固定させ得る。この時、結合フランジ１１２とフランジ貫通管１１４のフランジが直接当接するようにする代わりにその間にガスケット１１３を挿入して隙間を塞いで緩衝も可能な構造に形成することもできる。このような構造により、図３の（ａ）のように噴射ノズル１１をフランジ貫通管１１４に挿入して非常に便利に固定することができ、また、図３の（ｂ）のようにフランジ貫通管１１４から引き出して非常に便利に分離することもできる。噴射ノズル１１の固定時には、例えばボルトやナットのような着脱が可能な結合部材（図示せず）などを用い得、その他にも突起と溝とのような構造を形成して固定性を増加させることも可能である。このような構造で噴射ノズル１１をダクト３に非常に便利に設置することができる。
【００４５】
ダクト３は、噴射ノズル１１が突出する平面形状の互いに異なる内壁が連結されて断面が多角形状をなす多角形ダクトからなる。しかし、必ずしもこれに限定される必要はなく、ダクト３は円形断面を有する形状に形成されることもできる。ただし、本実施例では多角形ダクトの場合を例として説明し、このような場合、下記のような特徴をさらに有することができる。しかし、本実施例は一つの例であり、他の実施例においてダクト３の形状は必要に応じて他の形状にいくらでも変更が可能である。ダクト３は円形断面を有する外側シリンダ部２１の最大直径より幅が広くてもよい。例えば、図２に示すように外側シリンダ部２１の最大直径より幅が広く拡張された四角形状のダクトで形成され得る。噴射ノズル１１は、このようなダクト３の互いに異なる複数の内壁それぞれに少なくとも一つが配列され得る。しかし、ダクト３の形状は図面に示す形状に限定される必要はなく、噴射ノズル１１の配列も図面に示す形態に限定される必要はない。必要に応じて四角形状でない他の多角形形状を有するダクト３も可能であり、ダクト３の形状や配置に応じて噴射ノズル１１の配列もいくらでも変えることができる。例えば、噴射ノズル１１は、排ガスの流速分布などを考慮して互いに異なる内壁それぞれに設置された個数や互いに隣接するノズル間の間隔などを適宜に変えることができる。
【００４６】
噴射ノズル１１は、図２に示すようにハブ２２に向かう方向にハブ２２と重ならないように形成され得る。すなわち前述したように拡散モジュール部２は、外側シリンダ部２１の中心部に挿入されたハブ２２を含み、噴射ノズル１１は、ハブ２２の外周面でハブ２２の長さ方向に延びた延長線と交差しなくてもよい（図４参照）。以下、図４を参照して噴射ノズル１１の配置構造についてより詳細に説明する。
【００４７】
図４を参照すると、噴射ノズル１１の末端は、ハブ２２の外周面でハブ２２の長さ方向に平行するように延びた延長線でダクト３の内壁に下ろした垂線ａに沿って、ダクト３の内壁から垂線ａの長さの５／６以下で離隔していてもよい。このような範囲に噴射ノズル１１の末端位置を設定することによって、ダクト３の内壁側に誘導された排ガスの流れ上に噴射ノズル１１の末端をより正確に位置させることができ、したがって、ダクト３の内側に誘導された排ガスの流れに汚染物質処理用流体をより効果的に注入して混合することが可能である。これは実験例からも確認される。このような噴射ノズル１１の配置は、前述したようにハブ２２の外周面でハブ２２の長さ方向に延びた延長線と交差しない限度内でなされるものであり、噴射ノズル１１の末端位置は上記した範囲内で適宜に調整され得る。
【００４８】
また、噴射ノズル１１は、ダクト３の内壁でダクト３の長さ方向に平行するように延びた第１延長線Ｌ１とハブ２２の末端で延びて第１延長線Ｌ１と垂直に交差する第２延長線Ｌ２の交差点から、第１延長線Ｌ１に沿ってハブ２２でダクト３の後段部に連結されたダクト拡管４までの直線距離ｃの７／８以下で離隔していてもよい。噴射ノズル１１は、ダクト３内に位置する限度内で上記した範囲内に適宜に位置が調整され得る。すなわち、噴射ノズル１１は末端の位置だけでなく、その全体の設置位置も調整され得る。前記範囲内でダクト３の内側に誘導された排ガスの流れに汚染物質処理用流体をより効果的に注入して混合することが可能であり、これもまた実験例からも確認される。実験例については詳細に後述する。
【００４９】
以下、図５ないし図７を参照して噴射ノズルの内部構造についてより詳細に説明する。図５ないし図７は図４の噴射ノズルの内部構造を説明するための断面図である。各断面図は流体吐出口が形成された噴射ノズルの末端部を示すものであり、図面の各例において左側には縦断面図を右側には横断面図を共に配置して流路構造などの確認を容易にした。
【００５０】
このような噴射ノズル１１は、図５ないし図７に示すような流路構造が内部に形成され得る。噴射ノズル１１は、末端の流体吐出口１１ｄと連結されて汚染物質処理用流体Ｆを移送する流体移送路１１ａ、および流体吐出口１１ｄと連結されず流体移送路１１ａを囲んで断熱流体Ｈを収容する断熱流路１１ｃを含み得る。したがって、断熱流路１１ｃの断熱作用により汚染物質処理用流体Ｆが排ガスの高熱によって気化せず噴射ノズル１１の内部に安全に移動して排出されるようにすることができる。以下、このような流路構造の例をさらに詳細に説明する。
【００５１】
噴射ノズル１１は、例えば図５の（ａ）、（ｂ）に示すように形成され得る。噴射ノズル１１は、汚染物質処理用流体Ｆを流動させる流体移送路１１ａと、断熱流体Ｈを流動させて流体移送路１１ａを囲んで形成される断熱流路１１ｃを含み、末端に流体移送路１１ａと連通する流体吐出口１１ｄが形成され得る。断熱流体Ｈは、汚染物質処理用流体の蒸発を防ぐためのものであり得る。例えば、図面に示すように中央に流体移送路１１ａが配置され、流体移送路１１ａの周囲に断熱流路１１ｃが配置されて流路が同心円状の構造をなす。噴射ノズル１１は、多重の流路構造により汚染物質処理用流体を内部に位置させて保護し、外部の高熱は遮断することができ、したがって、汚染物質処理用流体がノズルの内部で蒸発するなどの問題を効果的に防止することができる。すなわち、ガスタービンに直接連結された拡散モジュール部の後段で排ガスは相対的に非常に高温であり得るので、このようなノズル構造を用いて排ガスの熱によってノズル内部の汚染物質処理用流体が吐出される前に蒸発するなどの問題を円滑に防止することができる。
【００５２】
このような噴射ノズル１１は、図５の（ａ）のように断熱流路１１ｃの末端が流体吐出口１１ｄの周辺に開口された構造で形成されることもでき、図５の（ｂ）のように断熱流路１１ｃの一側と他側に断熱流体Ｈを流出入りして循環させる構造で形成されることもできる。断熱流体Ｈは気体または液体で形成され、断熱流体Ｈが気体の場合、図５の（ａ）のような構造がより効果的であり得る。すなわち、断熱流体Ｈとして空気などの気体を使用し得、これを断熱流路１１ｃの内部に持続的に通過させて排出することによって、外部の熱が内部まで到達できないように効果的に断熱させることができる。また、断熱流体Ｈが水など液体で形成された場合は図５の（ｂ）のように断熱流路１１ｃの一側と他側に断熱流体Ｈを出入りする流路を開設し、断熱流体Ｈが断熱流路１１ｃの内部に循環した後排出されるように構成することができる。特に、このような構造で後述する加圧気体などを活用せずとも、噴射ノズル１１に液状の汚染物質処理用流体を噴射して排ガス内に効果的に注入することができる。ただし、本発明の噴射ノズル１１の構造がこれに制限される必要はないので、必要に応じて適用が可能な他の構造に対しても追加的に説明する。
【００５３】
一方、必要に応じて噴射ノズル１１は、流体吐出口１１ｄと連結されて加圧気体Ｇを移送する加圧気体流路１１ｂをさらに含むこともできる。このような場合、汚染物質処理用流体を微粒子形態の泡沫に形成して噴射させることもできる。このような場合、噴射ノズル１１は、図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、汚染物質処理用流体Ｆを流動させる流体移送路１１ａと、断熱流体Ｈを流動させて流体移送路１１ａを囲んで形成される断熱流路１１ｃと、加圧気体Ｇを流動させる加圧気体流路１１ｂを含んで末端に流体移送路１１ａと加圧気体流路１１ｂと連通される流体吐出口１１ｄが形成され得る。好ましくは、流体移送路１１ａと断熱流路１１ｃとの間に加圧気体流路１１ｂが配置され得、図面に示すように加圧気体流路１１ｂは流体移送路１１ａの外周部の周囲に配置され得る。例えば、図面に示すように中央に流体移送路１１ａが配置され、流体移送路１１ａの周囲に加圧気体流路１１ｂおよび断熱流路１１ｃが順に配置され、流路は同心円状の構造をなす。
【００５４】
図面に示していないが、コンプレッサーおよびコンプレッサーと連結された供給ラインなどを噴射ノズル１１と連結して加圧気体Ｇや断熱流体Ｈの供給を受けることができる。断熱流体Ｈは、例えば空気あるいは水であり得、加圧気体Ｇは、例えば圧縮空気であり得る。断熱流体Ｈは液体または気体であり得る。断熱流体Ｈを気体で形成する場合、このようなコンプレッサーを活用することができる。断熱流体Ｈが液体の場合はさらに循環用ポンプなどを連結して用いることができる。
【００５５】
このような噴射ノズル１１は、図７に示すような形態で流路の配置や構造を多様に変形することもできる。例えば、図７の（ａ）のように流体移送路１１ａは、加圧気体流路１１ｂの外周部周囲に配置され得る。すなわち、流路を同心円状の構造で形成するが、中央に加圧気体流路１１ｂを配置し、その周囲に流体移送路１１ａを配置して再び流体移送路１１ａを囲む形態で断熱流路１１ｃを形成し得る。また、図７の（ｂ）、（ｃ）のように流路は同心円状の構造でない形態で形成されることもでき、このような場合、例えば、図７の（ｂ）のように加圧気体流路１１ｂは流体移送路１１ａと離隔し、断熱流路１１ｃが加圧気体流路１１ｂも囲み得る。すなわち、断熱流路１１ｃを特定の形態に限定せず噴射ノズル１１の内部空間を広く活用して離隔した流体移送路１１ａと加圧気体流路１１ｂ全体を囲む形態の断熱流路１１ｃを形成することができる。また、例えば、図７の（ｃ）のように加圧気体流路１１ｂは流体移送路１１ａと離隔し、加圧気体流路１１ｂを囲む追加断熱流路１１ｃ’を形成し得る。すなわち、噴射ノズル１１の内部空間を用いて離隔した流体移送路１１ａおよび加圧気体流路１１ｂそれぞれの外周部を囲む断熱流路１１ｃおよび追加断熱流路１１ｃ’をそれぞれ形成し得る。この時、断熱流体Ｈを流出入りして循環させる構造を断熱流路１１ｃと追加断熱流路１１ｃ’にそれぞれ形成し得る。このように様々な形態で汚染物質処理用流体Ｆ、加圧気体Ｇ、断熱流体Ｈなどが内部を流動するノズル構造を形成し、ノズル内の断熱流体Ｈを用いて外部高熱を遮断することができる。これにより汚染物質処理用流体などがノズルの内部で蒸発するなどの問題も非常に効果的に防止することができる。
【００５６】
図１に示すように、噴射ノズル１１の後段には触媒モジュール７が配置される。先立って述べたように、噴射ノズル１１が拡散モジュール部２と複合的に適用されることによって、汚染物質処理用流体が汚染物質とより円滑に接触することができ、触媒モジュール７に含まれる触媒表面で触媒反応によってより容易に汚染物質を処理することができる。触媒モジュール７はハウジングとハウジングの内部に位置する触媒を含んでなる。触媒はハニカム形態など排ガスが通過できる形態であり得る。触媒モジュール７に含まれる触媒は、例えば、選択的触媒還元触媒、より具体的にはゼオライト系選択的触媒還元触媒であり得る。ゼオライト系選択的触媒還元触媒は主にアンモニア−ＳＣＲ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）反応に使用される触媒のうち金属（例、Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｅ）をイオン交換させたゼオライト触媒を含み、イオン交換法、乾式含浸法など公知の方法によって製造するか市販されるものであり得る。このようなゼオライト系選択的触媒還元触媒は、適用温度の範囲が広いので、より多様な運転条件と位置に適用できる点からより好ましい。従来の火力発電所で窒素酸化物を処理するために使われてきたバナジウムを含む金属酸化物選択的触媒還元触媒の場合、高温で触媒が劣化する問題があり、触媒を配置できる位置がガスタービンから相当な距離離隔した位置に制限された。そのような位置でもガスタービンが安定的に運転される状態｛例、ガスタービン出力１００％であるフルロード（またはベースロード）運転状態｝では触媒反応に必要な温度維持に何ら問題がなかったが、ガスタービン初期起動時そのような位置では触媒反応に必要な温度維持に困難があった。実際に、金属酸化物選択的触媒還元触媒は熱交換モジュールの前段に適用されることは難しいが、ゼオライト系選択的還元触媒は高温で劣化の可能性が相対的に低いため、正常運転条件で高温領域が発生する熱交換モジュールの前段にも適用することができる。また、全体的な排ガス温度が相対的に高くなく、温度変化が激しいガスタービンの初期起動時にも、温度が相対的に高い熱交換モジュールの前段の位置ではゼオライト系選択的還元触媒の触媒作用が可能であるため、効果的に窒素酸化物を除去することができる。ゼオライト系選択的触媒還元触媒はこれに制限されるものではないが、例えば鉄ゼオライト系選択的触媒還元触媒および銅ゼオライト系選択的触媒還元触媒の中から選ばれた一つ以上であり得る。鉄ゼオライト系選択的触媒還元触媒は、適用温度の範囲が摂氏２００〜６５０度であり、摂氏４００〜６５０度では８０％以上脱窒が可能であり、銅ゼオライト系選択的触媒還元触媒は、適用温度の範囲が摂氏２００〜５００度であり、摂氏２５０〜４５０度では８０％以上の脱窒が可能であり、低温でも適用できる点から好ましいだけでなく、鉄ゼオライト系選択的触媒還元触媒および銅ゼオライト系選択的触媒還元触媒を共に使用することによって、より広い温度範囲（例、摂氏２００〜６５０度）で効果的に脱窒が可能である。このように、２種以上の触媒の適用時にはそれぞれの触媒を共にまたは別に適用することができ、別に適用する場合、排ガスの流れを横切るそれぞれの層��それぞれの触媒が含まれるように配置することもできる。また、高温による触媒劣化面からも、ゼオライト系選択的触媒還元触媒は金属酸化物選択的触媒還元触媒に比べて好ましいので、金属酸化物選択的触媒還元触媒とは異なり熱交換モジュール８の前段にも適用が可能である。したがって、触媒モジュール７は、図１に示すように熱交換モジュール８の前段にも設置され得、その他の熱交換モジュールの後段など多様な位置に配置されて窒素酸化物のような汚染物質を効果的に除去することもできる。好ましくは、触媒モジュール７は噴射ノズル１１と熱交換モジュール８の排ガス流出側の末端との間に配置され得る。熱交換モジュール８の排ガス流出側の末端は排ガスが熱交換モジュール８を通過して熱交換モジュールから遠ざかる方向に向かっている熱交換モジュールの末端を意味し、図１を基準とすると、第４熱交換モジュール８７の右側末端を意味する。図１には触媒モジュール７が噴射ノズル１１と第１熱交換モジュール８１との間に配置された場合が示されているが、これに限定されるものではなく、第１熱交換モジュール８１と第２熱交換モジュール８３との間など多様な位置に配置されることができる。温度基準では排ガス温度が、好ましくは摂氏６５０度以下、より好ましくは摂氏２００〜６５０度を現わす位置に触媒モジュール７が配置され得る。排ガス温度が摂氏６５０度超過時、窒素酸化物の処理効率などが劣る恐れがあり、摂氏２００度未満でも窒素酸化物の処理効率が劣る恐れがあるからである。したがって、ガスタービン運転条件に応じて排ガス温度が摂氏６５０度を超える位置以外の位置に触媒モジュールが配置されることが好ましい。より好ましくは、触媒モジュール７は噴射ノズル１１と第２熱交換モジュール８３との間のうち、摂氏６５０度を超える位置以外の位置であり、かつ摂氏２００度に至らない位置以外の位置に配置され得る。第１熱交換モジュール８１と第２熱交換モジュール８３との間に触媒モジュール７が配置される例については、後述する一変形例でより詳細に説明する。また、運転条件によっても触媒モジュールが配置される位置が調節されることもできる。例えば、ガスタービン起動後１０分以内に排ガス温度が、好ましくは摂氏２００度〜６５０度、より好ましくは摂氏２００度〜６００度に到達する位置に触媒モジュール７が配置され得る。
【００５７】
以下では、図８を参照してハブに形成可能な流れ調節部材についてより詳細に説明する。図８はハブに形成される流れ調節部材の例を示す図である。
【００５８】
前述したハブ２２には図８に示すような流れ調節部材２２１が形成され得る。すなわち、ハブ２２に排ガスの流動方向をダクト３の内壁側に誘導する流れ調節部材２２１を追加で形成することができる。流れ調節部材２２１は排ガスの流れをガイドして後段で遠心方向の速度成分が強化されるように形成できるものであり、種々多様な形態で実現することができる。例えば曲面形状の板材や流体ガイド面が外面に形成されているブロック形状の構造物などで形成することも可能である。したがって、図面に示す流れ調節部材２２１は一つの例であり、これに限定して理解する必要はない。流れ調節部材２２１の大きさと配置状態、形状などは排ガスの流れなどを考慮して適宜に変更されることができる。
【００５９】
以下、図９を参照して排ガス処理装置の作動過程について説明する。図９は図１の排ガス処理装置の作動図である。
【００６０】
このような本発明の排ガス処理装置１０は図９に示すように作動する。ガスタービン１が駆動すると排ガスＥが放出され、これは後段の拡散モジュール部２を通過して流れが調整される。すなわち、前述したように拡散モジュール部２を通過する間排ガスＥは遠心方向速度を得て後段のダクト３の内壁に誘導される。特に拡散モジュール部２の中央に挿入されたハブ２２は外側シリンダ部２１に向かう放射状の流れを作ってダクト３の内壁側に向かう排ガスＥの流れをより効果的に誘導することができる。
【００６１】
ガスタービン１が駆動される間排ガスＥはこのような過程を経てダクト３の内壁側に持続的に誘導され、したがって、ダクト３の内壁に沿って進む高濃度の排ガスの流れが形成される。このようにダクト３の内壁に誘導された排ガスＥの流れにダクト３の内壁で突出した噴射ノズル１１を用いて汚染物質処理用流体Ｆを集中的に注入する。汚染物質処理用流体Ｆは流体供給部１３に液状で貯蔵されており、流体供給管１２を介して各噴射ノズル１１に供給され、噴射ノズル１１の末端に吐出されて排ガスＥに直ちに注入される。特にダクト３の内壁に持続的に誘導されて形成された高速流動する高濃度の排ガスＥの流れに液状の汚染物質処理用流体Ｆを集中的に注入するので、汚染物質処理用流体Ｆと排ガスＥの混合率を大きく増加させることができ、汚染物質処理用流体Ｆを別途気化させるなどの過程を経なくても排ガスＥと汚染物質処理用流体Ｆを十分に混合させた状態で触媒モジュール７に到達し、触媒表面で触媒反応によってより効果的に汚染物質を処理することができる。
【００６２】
本発明の排ガス処理装置は、本発明の一実施例に限定されるものではなく、多様に変形されることができる。図１０および図１１を参照して本発明の一実施例の第１変形例（１０−１）と第２変形例（１０−２）についてより詳細に説明する。
【００６３】
図１０は図１の排ガス処理装置の第１変形例の配置構造を示す図である。以下では簡潔で明確に説明するため前述した一実施例と異なる部分を中心に説明し、別途の説明がない構成要素に対する説明は前述の説明に代える。
【００６４】
図１０を参照すると、一実施例の第１変形例である排ガス処理装置１０−１は触媒モジュール７の他に追加触媒モジュール９をさらに含む。このような構造によって、触媒モジュール７で十分に反応せず残った余分の汚染物質処理用流体を用いて追加触媒モジュール９で触媒反応によって汚染物質を追加で処理することも可能である。例えば、触媒モジュール７にゼオライト系選択的触媒還元触媒を含み、追加触媒モジュール９に金属酸化物選択的触媒還元触媒を含むようにすることによって、アンモニアや尿素のような汚染物質処理用流体を用いて選択的触媒還元反応によって、窒素酸化物をより効果的に処理することができる。すなわち、触媒モジュール７で処理されなかった窒素酸化物を追加触媒モジュール９で処理することができ、触媒モジュール７と追加触媒モジュール９に適用される触媒特性が相異するので、多様な運転状況に対応して窒素酸化物をより効果的に処理することが可能である。金属酸化物選択的触媒還元触媒は、例えばアンモニア−ＳＣＲ反応触媒のうちバナジウムを含む金属酸化物触媒であり得、公知された方法によって製造されるか市販されるものであり得る。このような金属酸化物選択的触媒還元触媒の好ましい適用温度の範囲は摂氏２００〜４５０度であり得る。
【００６５】
また、追加触媒モジュール９にはアルデヒドのような炭化水素類や一酸化炭素のような不完全燃焼産物、未反応アンモニアのように反応せず残った還元剤のように酸化方式または分解方式によって処理可能な物質を処理するための酸化触媒も含まれ得る。すなわち、ガスタービン初期起動時に不完全燃焼によって発生する一酸化炭素なども酸化触媒を適用することで、酸化方式や分解方式などによって処理することができる。酸化触媒もまた酸化方式や分解方式によって処理可能な物質に適用できる触媒であれば制限されず、例えば白金、および／またはパラジウムなどを含む酸化触媒などであり得る。酸化触媒もまた公知された方法によって製造されるか市販されるものであり得る。
【００６６】
したがって、追加触媒モジュール９は、金属酸化物選択的触媒還元触媒および酸化触媒の中から選ばれた一つ以上を含み、より効果的に汚染物質を処理することができる。互いに異なる種類の触媒を共に適用時、それぞれの触媒が互いに異なる層をなすように排ガスの流れ方向を横切るように配置され得る。
【００６７】
追加触媒モジュール９は、触媒モジュール７の後段に配置される限り、その位置が制限されるものではないが、図１０に示すように、追加触媒モジュール９が第２熱交換モジュール８３の後段に配置され得る。より具体的には、触媒モジュール７は第１熱交換モジュール８１と第２熱交換モジュール８３との間に配置され、追加触媒モジュール９は第３熱交換モジュール８５の後段である第３熱交換モジュール８５と第４熱交換モジュール８７との間に配置され、第２熱交換モジュール８３と第３熱交換モジュール８５との間に気相の汚染物質処理用流体を注入する気相流体注入部４１が配置され得る。
【００６８】
追加触媒モジュール９に含まれる触媒は、適用温度の上限が触媒モジュール７に含まれる触媒に比べて低くてもよい。このように、触媒モジュール７より適用温度の上限が低い触媒が含まれる追加触媒モジュール９を触媒モジュール７の後段に配置することによって、劣化損傷の恐れがある触媒も容易に適用することができ、熱交換作用などによって温度がより低くなった排ガス中に含まれる汚染物質もより円滑に処理することができる。例えば、温度基準では排ガス温度が好ましくは摂氏４５０度以下、より好ましくは摂氏２００〜４５０度を現わす位置に追加触媒モジュール９が配置され得る。排ガス温度が摂氏４５０度を超過する時、劣化などによって窒素酸化物の処理効率などが劣る恐れがあり、摂氏２００度未満では窒素酸化物の処理効率が劣る恐れがあるからである。したがって、ガスタービンの運転条件に応じて排ガス温度が摂氏４５０度を超える位置以外の位置に追加触媒モジュール９が配置されることが好ましい。より好ましくは、追加触媒モジュール９は、第２熱交換モジュール８３と煙突６の出口のとの間のうち、摂氏４５０度を超える位置以外の位置で、かつ摂氏２００度に至らない位置以外の位置に配置され得る。また、運転条件によっても追加触媒モジュール９が配置される位置が調節されることができる。例えば、ガスタービンの定常運転（ｂａｓｅ  ｌｏａｄ）条件で排ガス温度が好ましくは摂氏２００度〜摂氏４５０度を現わす位置に追加触媒モジュール９が配置され得る。
【００６９】
この時、触媒モジュール７は、先立って一実施例で調べた位置に配置され得ることはもちろんであり、図面に示すように、第１熱交換モジュール８１と第２熱交換モジュール８３との間にも配置され得る。
【００７０】
また、追加触媒モジュール９の前段には気相流体注入部４１が配置され得る。気相流体注入部４１により液状より分散性が良い気相状態の汚染物質処理用流体を排ガスに直接注入することができるので、より広い領域で汚染物質と容易に接触することができる。気相流体注入部４１は噴射ノズル１１の後段に配置され、気相状態の汚染物質処理用流体を流動する排ガス中に注入することができる。気相の汚染物質処理用流体は、例えば処理対象が酸化窒素のように処理するために還元反応が必要な場合、窒素系還元剤および／または非窒素系還元剤であり得る。気相流体注入部４１は流動する排ガス中に気相の汚染物質処理用流体を供給することができ、気相の汚染物質処理用流体を注入するために一般的に適用されるノズル、グリッドなどを含んでなる。気相の汚染物質処理用流体は、排ガスとあらかじめ混合されて気化したものであり得る。すなわち、気相流体注入部４１は液状の汚染物質処理用流体を気化させる気化器４３と連結されることができ、気化器４３は排ガス流動通路の外部に位置することができ、ガスタービン１と煙突６の出口との間で流動する排ガスを液状の汚染物質処理用流体と混合して気化させることができる。気化器４３で排ガスと混合されて気化した還元剤と排ガスの混合ガスは気相流体注入部４１に供給される。このような構造により追加の熱源がなくとも、排ガスをリサイクルして液状の汚染物質処理用流体を気化器４３で気化することができ、気相流体注入部４１には気化した汚染物質処理用流体と排ガスの混合ガスを提供して排ガス全体の窒素酸化物などをより効果的に処理することができる。具体的には、流体供給管１２から分枝された分枝管１４を介して流体供給部１３から液状の汚染物質処理用流体が気化器４３に流入し、排ガス移送管１６を介して気化器４３に移送された排ガスによって液状の汚染物質処理用流体が気化し、気化した気相の汚染物質処理用流体は気相流体供給管４２を介して気相流体注入部４１に供給され得る。排ガス移送管１６には制御弁１６ｂとポンプ１６ａが設置され、排ガスの流れを調節することができ、分枝管１４もまた制御弁１５が設置されて気化器４３に流入する液状の汚染物質処理用流体の流れを調節することができる。ただし、図１０には一つの流体供給部１３が用いられる例が示されているが、これに限定されるものではなく、気化器４３に流体供給部1３と別途の追加流体供給部（図示せず）が連結されて用いられることはもちろんである。特に、噴射ノズル１１に供給される液状の汚染物質処理用流体と気相流体注入部４１に供給される気相の汚染物質処理用流体が互いに相異した物質を含む場合、流体供給部の他に追加流体供給部を直接気化器に連結管に連結して適用することが好ましい。
【００７１】
また、図１１は図１の排ガス処理装置の第２変形例の配置構造を示す図である。以下では簡潔で明確に説明するため前述した一実施例および第１変形例と異なる部分を中心に説明し、別途の説明がない構成要素に対する説明は前述した説明に代える。
【００７２】
図１１を参照すると、一実施例の第２変形例である排ガス処理装置１０−２は、触媒モジュール７の他に追加触媒モジュール９をさらに含み、追加触媒モジュール９は、第１追加触媒モジュール９１および第２追加触媒モジュール９３を含む。第１追加触媒モジュール９１と第２追加触媒モジュール９３それぞれには同一または相異した種類の触媒が含まれ得る。同じ種類の触媒が含まれる場合、前で調べた第１変形例と同様であるが、追加触媒モジュールに含まれる触媒の反応面積が広くなって処理される排ガスの量と速度が増加し得る。また、第１追加触媒モジュール９１と第２追加触媒モジュール９３それぞれに相異する種類の触媒が含まれる場合、それぞれの触媒作用によって多様な物質の処理が可能である。例えば、第１追加触媒モジュール９１には金属酸化物選択的触媒還元触媒が含まれ、第２追加触媒モジュール９３には金属酸化物触媒が含まれる場合、触媒モジュール７で十分に反応せず残った余分の汚染物質処理用流体を用いて第１追加触媒モジュール９１で触媒反応によって汚染物質をより高い効率で処理することも可能であり、一酸化炭素のように酸化方式によって処理可能な汚染物質は第２追加触媒モジュール９３により処理することも可能である。
【００７３】
追加触媒モジュール９は触媒モジュール７の後段に配置される限り、その位置が制限されるものではないが、図１１に示すように、第１追加触媒モジュール９１が第２熱交換モジュール８３の後段に配置され、第２追加触媒モジュール９３は第１追加触媒モジュール９１の後段に配置され得る。より具体的には、触媒モジュール７は噴射ノズル１１と第１熱交換モジュール８１との間に配置され、第１追加触媒モジュール９１は第２熱交換モジュール８３と第３熱交換モジュール８５との間に配置され、第２追加触媒モジュール９３は第３熱交換モジュール８５と第４熱交換モジュール８７との間に配置され得る。また、第２変形例も同様に追加触媒モジュール９の前段には気相流体注入部（図示せず）が配置されることはもちろんである。
【００７４】
以下、いくつかの実験例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。以下、各実験例の説明の際に前述した構成部に対しては別途の符号を併記せず指称して説明する。
【００７５】
＜実験例１＞排ガス処理実験
図１１に示す形式で、複合火力発電所の縮小模型に排ガス処理装置を設置して噴射ノズルを用いて液状還元剤（アンモニア）を窒素酸化物と同じモル比で注入して排ガス処理実験を実施した。この時、触媒モジュールの触媒はゼオライト系選択的触媒還元触媒｛ハニカム支持体にＦｅ−ベータゼオライト（Ｚｅｏｌｙｓｔ社）をウォッシュコートした触媒｝を使用し、第１追加触媒モジュールの触媒はＶ２Ｏ５を主成分とするバナジウム系選択的触媒還元触媒を使用し、第２追加触媒モジュールの触媒は酸化触媒である白金触媒を使用した。この時、ダクト内の噴射ノズル位置はハブから前述した直線距離ｃの３／８に該当する位置にあるようにし、噴射ノズルの末端位置はダクトの内壁から前述した垂線ａの１／６に該当する位置にあるようにした。複合火力発電所のガスタービン出力の変化を模写した条件下で、還元剤注入の前後の窒素酸化物（ＮＯｘ：ＮＯとＮＯ２を含む窒素酸化物）濃度、一酸化炭素濃度を煙突で測定した。また、還元剤注入後の窒素酸化物濃度とアンモニア濃度を触媒モジュールと第１熱交換モジュールとの間および煙突で測定し、還元剤注入後の一酸化炭素濃度を煙突で測定した。一酸化炭素濃度は一酸化炭素の他にアルデヒドなどの未然炭化水素類のような不完全燃焼副産物の指標とみて測定したものであった。その結果を表１に示した。表１でガスタービン出力１００％はガスタービンをフル負荷で運転する状態を表す。
【表１】
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【００７６】
表１のように、運転時間に関係なく還元剤注入後の触媒モジュールの後段におけるＮＯｘ濃度は３〜５ｐｐｍで窒素酸化物が処理されたことが示された。このような窒素酸化物濃度では黄煙も全く現れることができない濃度であるため、本発明によって複合火力発電所で特に問題になる黄煙なども効果的に処理できるということがわかる。特に、ガスタービンの出力が低い起動初期にも黄煙の原因物質を含むすべての窒素酸化物の処理が可能であることが分かり、ガスタービンの起動初期の相対的に温度が低いため汚染物質処理が難しい運転条件においても、本発明によっては容易に汚染物質を処理できるということがわかる。これは、本発明によってダクト内の汚染物質処理用流体が処理対象に円滑に混合された状態で触媒表面で反応が行われたからであると判断される。また、最終的に煙突に排出される排ガスには窒素酸化物はもちろん余剰還元剤や不完全燃焼副産物のような物質も存在しないかきわめて微量存在することが示された。これは触媒モジュールと追加触媒モジュールの複合的な作用によるものであると判断される。したがって、本発明によって火力発電所の排ガスを非常に効果的、かつ効率的に処理できるということがわかる。
【００７７】
以下ではダクト内の噴射ノズルの位置と噴射ノズル末端の位置変化に応じた汚染物質処理用流体分布の変化を確認することによって混合に及ぼす影響とそれによる排ガス処理に及ぼす影響を把握しようとした。
【００７８】
＜実験例２＞ダクト内の噴射ノズルの位置変化に応じたダクトの後段の汚染物質処理用流体の分布変化の確認
ダクト内の噴射ノズルの位置変化に応じた汚染物質処理用流体の混合分布変化を確認するために次のように実験した。図１ないし図４のようなダクトの内部で噴射ノズルでアンモニア水を噴射させ、ダクトの後段に連結されたダクト拡管側でアンモニアの濃度分布を測定した。この時、ガスタービンの位置で起動時ガスタービンで流出する流体条件を模写した空気を注入した。噴射ノズルはダクトの横断面上に図２に示すように配置するが、ダクトの長さ方向に沿って前述した図４の直線距離ｃに対する一定比率でハブから離隔した距離を増加させて実験を行った。噴射ノズル末端の位置はダクトの内壁から前述した垂線ａの３／６位置にあるように維持した。ダクト拡管の末端（ダクト拡管と排熱回収ボイラが連結される地点）部にダクトの内部に接近可能な穴を形成し、前記穴を介して検知装置を挿入してダクト拡管の末端部上部側３地点、中央側３地点、下部側３地点の合計９地点でアンモニア濃度を測定し、測定結果から下記表２のように上部側３地点の平均濃度とその標準偏差、中央側３地点の平均濃度とその標準偏差、下部側３地点の平均濃度とその標準偏差、および全体９地点の全体平均濃度とその標準偏差を算出した。噴射ノズルで噴射されるアンモニア水は測定部でアンモニア濃度が理論値として濃度９±１ｐｐｍになるように調節した。その結果、下記表２のような結果値を得た。
【表２】
2020197206.tif 000004
【００７９】
表２のように、噴射ノズルのダクト内位置がハブから直線距離ｃに対して７／８を超える位置にある場合、全体平均濃度の標準偏差が大きく上昇することが確認された。したがって、このような場合、汚染物質処理用流体が均一に排ガス内に混合されない恐れがあると見られる。これは下部側平均濃度、中央側平均濃度、上部側平均濃度が互いに大きな差があることに起因すると解釈することができ、したがって、ダクト内噴射ノズルの位置はハブから直線距離ｃに対する７／８以内にあることがより好ましいということがわかる。特に汚染物質処理用流体と排ガスの均一な混合は触媒作用による排ガスの処理にも影響を及ぼさざるを得ないので、噴射ノズルのダクト内位置をハブから直線距離ｃに対する７／８以内にあるようにすることによって排ガスと汚染物質処理用流体の均一な混合を誘導し、排ガスのより安定した処理も可能であると見られる。
【００８０】
＜実験例３＞噴射ノズル末端の位置変化に応じたダクト後段の汚染物質処理用流体の分布変化の確認
噴射ノズル末端の位置変化に応じた汚染物質処理用流体の分布変化を確認するために次のように実験した。具体的には前記実験例２の条件のうち噴射ノズルのダクト内位置をハブから直線距離ｃに対する３／８位置にあるように固定させ、噴射ノズルの末端位置を垂線ａに対する一定比率で変化させる方式に条件を変更して実験を行った。噴射ノズルで噴射されるアンモニア水は測定部でアンモニア濃度が理論値として濃度１０±１ｐｐｍになるように調節したことを除いた他の実験条件は同様に維持した。これから下記表３のような結果値を得た。
【表３】
2020197206.tif 000005
【００８１】
表３のように、噴射ノズルの末端位置がダクトの内壁から垂線ａに対して５／６を超える位置にある場合、全体平均濃度の標準偏差が大きく上昇することが確認された。したがって、このような場合にも汚染物質処理用流体が均一に排ガス内に混合されない恐れがあると見られる。これは下部側平均濃度、中央側平均濃度、上部側平均濃度が同様に互いに大きな差があることに起因するものであると解釈することができ、したがって、噴射ノズルの末端位置はダクトの内壁から垂線ａに対する５／６以内にあることが好ましいということがわかる。特に汚染物質処理用流体と排ガスの均一な混合は、触媒作用による排ガスの処理にも影響を及ぼさざるを得ないので、噴射ノズルの末端位置をダクトの内壁から垂線ａに対する５／６以内にあるようにすることによって、排ガスと汚染物質処理用流体の均一な混合を誘導して排ガスのより安定した処理も可能であると見られる。
【００８２】
実験例２と３の結果を整理すると、噴射ノズルのダクト内位置は、ハブから直線距離ｃに対する７／８以内、噴射ノズルの末端位置はダクト内の壁から垂線ａに対する５／６以内で排ガス処理がより効果的であると見ることができる。
【００８３】
以上、添付した図面を参照して本発明の実施例について説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず他の具体的な形態で実施できることを理解することができる。したがって、上記の実施例はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【００８４】
１：ガスタービン
２：拡散モジュール部
３：ダクト
３ａ：第１ダクト部
３ｂ：第２ダクト部
４：ダクト拡管
５：排熱回収ボイラ部
６：煙突
７：触媒モジュール
８：熱交換モジュール
９：追加触媒モジュール
１０，１０−１，１０−２：排ガス処理装置
１１：噴射ノズル
１１ａ：流体移送路
１１ｂ：加圧気体流路
１１ｃ：断熱流路
１１ｃ’：追加断熱流路
１１ｄ：流体吐出口
１２：流体供給管
１２ａ、１６ａ：ポンプ
１２ｂ、１５，１６ｂ：制御弁
１３：流体供給部
１４：分枝管
１６：排ガス移送管
２１：外側シリンダ部
２２：ハブ
２３：支持台
３１：緩衝連結部
４１：気相流体注入部
４２：気相流体供給管
４３：気化器
８１：第１熱交換モジュール
８３：第２熱交換モジュール
８５：第３熱交換モジュール
８７：第４熱交換モジュール
９１：第１追加触媒モジュール
９３：第２追加触媒モジュール
１１１：本体
１１２：結合フランジ
１１３：ガスケット
１１４：フランジ貫通管
２２１：流れ調節部材
Ｅ：排ガス
Ｆ：汚染物質処理用流体
Ｇ：加圧気体
Ｈ：断熱流体
【図１】
2020197206.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020197206.tif 000010
【図６】
2020197206.tif 000011
【図７】
2020197206.tif 000012
【図８】
2020197206.tif 000013
【図９】
2020197206.tif 000014
【図１０】
2020197206.tif 000015
【図１１】
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