(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが流れる排ガスダクトと、該排ガスダクト内にアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、排ガスの流れ方向に沿って前記アンモニア注入ノズルよりも下流側に設けられ、注入されたアンモニアにより排ガス中から窒素酸化物を除去する脱硝触媒層と、を有する排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルと前記脱硝触媒層との間に、排ガスとアンモニアとを混合するための複数個に分割したガス混合器を設けるとともに、その複数個のガス混合器の各々に対応させて前記アンモニア注入ノズルを複数個に分割して配置し、かつノズル毎にアンモニア注入量を可変とし、前記複数個に分割したガス混合器は、それぞれ四角錐状に形成され、各側面に開口を有してなるガス混合器が連続して形成されてなる排ガス脱硝触媒装置。
【請求項２】
排ガスが流れる排ガスダクトと、該排ガスダクト内にアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、排ガスの流れ方向に沿って前記アンモニア注入ノズルよりも下流側に設けられ、注入されたアンモニアにより排ガス中から窒素酸化物を除去する脱硝触媒層と、を有する排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルと前記脱硝触媒層との間に、排ガスとアンモニアとを混合するための複数個に分割したガス混合器を設けるとともに、その複数個のガス混合器の各々に対応させて前記アンモニア注入ノズルを複数個に分割して配置し、さらに、前記アンモニア注入ノズルの上流側直前における排ガス流速をノズル毎に測定し、その測定結果に基づいて、前記アンモニア注入ノズルからのアンモニア注入量をノズル毎に制御する手段を備え、前記複数個に分割したガス混合器は、それぞれ四角錐状に形成され、各側面に開口を有してなるガス混合器が連続して形成されてなる排ガス脱硝触媒装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルから前記脱硝触媒層までの前記排ガスダクト内に、排ガスの流れを分割するための隔壁を設けたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス脱硝装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物を高効率で除去するのに好適な排ガス脱硝装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボイラー等の燃焼排ガス中から窒素酸化物（以下、ＮＯｘと略す）を除去する排ガス脱硝装置では、図８に示しように、排ガスタクト１内にアンモニア（ＮＨ３）を注入するアンモニア注入ノズル２と、脱硝触媒から成る脱硝触媒層３とが、排ガスタクト１内に排ガスの流れ方向に沿って設けられている。なお、アンモニア注入ノズル２と脱硝触媒層３との間に、排ガスとＮＨ３を混合するためのガス混合器５が設けられる場合もある。
【０００３】
脱硝触媒層３上で起こる脱硝反応は、排ガス中に含まれるＮＯｘにＮＨ３を加えて起こる選択的接触還元反応であり、その反応は次の化学式による。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２  →  ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ            ……（１）
この反応は、排ガス中のＮＯｘに対し排ガスダクト１の断面内の各部分に、できるだけ均等に過不足なくＮＨ３を加え一様に反応させることが必要であり、脱硝率（ＮＯｘ除去率）が高い場合には、この点は特に重要となってくる。つまり、モル比（ＮＯｘモル濃度に対するＮＨ３モル濃度の比）が排ガスダクト１の断面内の各部分で、できるだけ均等であることが重要である。
【０００４】
そこで、従来の排ガス脱硝装置では、排ガスの混合効果を高めるために、以下の  ▲１▼〜  ▲３▼  に示す手法でＮＨ３の分散・均一化を図っている。
▲１▼  アンモニア注入ノズルの増加
▲２▼  アンモニア注入後の混合距離の確保
▲３▼  混合器の設置
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、次に示す理由により必ずしも充分なＮＨ３の分散・均一化が行なわれているとはいえない。
すなわち、上記  ▲１▼  のようにアンモニア注入ノズルの数を増加した場合においては、アンモニア注入ノズル付近で流速のバラツキを生じている（流速の変動係数が１５〜２０％程度ある場合もある）ために、アンモニア注入ノズルからの吹き出し量に分散が無くても、アンモニア濃度分布に偏りをきたし、アンモニア注入ノズルの数の増加による効果にも限界がある。
【０００６】
また、上記  ▲２▼  のようにアンモニア注入後の混合距離を確保する場合は、排ガスダクトを延長することになり、プラントの敷地制約上ほとんど困難な場合が多い。
さらに、上記  ▲３▼  のようにガス混合器を設置した場合は、排ガスダクトの断面内を全面的に混合するには大型のガス混合器を設けなければならず、広い設置スペースが必要であった。
【０００７】
本発明の目的は、アンモニア注入ノズル付近での排ガスの流速バラツキの影響を少なくし、限られた空間で、排ガスとアンモニアの十分な混合効果を得ることができる排ガス脱硝装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、排ガスが流れる排ガスダクトと、該排ガスダクト内にアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、排ガスの流れ方向に沿って前記アンモニア注入ノズルよりも下流側に設けられ、注入されたアンモニアにより排ガス中から窒素酸化物を除去する脱硝触媒層と、を有する排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルと前記脱硝触媒層との間に、排ガスとアンモニアとを混合するための複数個に分割したガス混合器を設けるとともに、その複数個のガス混合器の各々に対応させて前記アンモニア注入ノズルを複数個に分割して配置し、かつノズル毎にアンモニア注入量を可変とし、複数個に分割したガス混合器は、それぞれ四角錐状に形成され、各側面に開口を有してなるガス混合器が連続して形成されてなることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、上記構成の排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルと前記脱硝触媒層との間に、排ガスとアンモニアとを混合するための複数個に分割したガス混合器を設けるとともに、その複数個のガス混合器の各々に対応させて前記アンモニア注入ノズルを複数個に分割して配置し、さらに、前記アンモニア注入ノズルの上流側直前における排ガス流速をノズル毎に測定し、その測定結果に基づいて、前記アンモニア注入ノズルからのアンモニア注入量をノズル毎に制御する手段を備え、前記複数個に分割したガス混合器は、それぞれ四角錐状に形成され、各側面に開口を有してなるガス混合器が連続して形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
さらに、上記構成の排ガス脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルから前記脱硝触媒層までの前記排ガスダクト内に、排ガスの流れを分割するための隔壁を設けることもできる。
【００１１】
上記構成によれば、排ガスダクト中のガス流れ上流より、排ガス中のＮＯｘに対しアンモニア注入ノズルからＮＨ３が排ガス中に注入される。予めアンモニア注入ノズルの上流直前における排ガスの流速をノズル毎に測定しておき、各流速に比例した量のＮＨ３をノズル毎に注入することで、ＮＯｘとＮＨ３の各モジュール毎の混合比をより均一にすることができる。
【００１２】
ＮＨ３を加えられた排ガスは次に下流のガス混合器に流れ、このガス混合器においてＮＨ３と排ガスとが撹拌・混合される。これにより、ガス混合器のモジュール内に存在したＮＯｘとＮＨ３の不均一が解消され、モル比のバラツキを低減できる。
【００１３】
撹拌・混合されたＮＨ３と排ガスはそのまま下流の脱硝触媒層へと流れ、排ガス中のＮＯｘは脱硝反応によりＮ２に還元除去される。ここでの脱硝反応はモル比のバラツキを低く抑えられているため、ＮＨ３不足部に生じる未反応ＮＯｘや過剰ＮＨ３部から発生するリークＮＨ３等を低減することができ、高効率の排ガス脱硝を達成することができる。
【００１４】
なお、アンモニア注入ノズルから脱硝触媒層までの排ガスダクト内に、排ガスの流れを分割するための隔壁を設けておけば、ＮＯｘとＮＨ３の各モジュール毎の混合比をより均一にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
図１（ａ）は本発明の排ガス脱硝装置の概略構成を示している。図１（ａ）に示すように、排ガスダクト１内には、排ガスの流れ方向に沿って上流からアンモニア注入ノズル２、ガス混合器５および脱硝触媒層３が設けられている。ガス混合器５は分割された複数個のモジュールで構成され、個々のモジュールに対応してアンモニア注入ノズル２が設けられている。すなわち、アンモニア注入ノズル２も複数個に分割され、その個数はガス混合器５のモジュールの数と同数となっている。本実施例ではガス混合器５のモジュールの数は８個であり、アンモニア注入ノズル２も８個設けられている。その様子を図１（ｂ）に示す。
【００１６】
ガス混合器５の下流に設けられた脱硝触媒層３には脱硝触媒が充填されている。また、アンモニア注入ノズル２に連通するアンモニア注入配管２Ａには調節弁４が設けられており、アンモニア注入ノズル２から排ガスダクト１内に注入されるアンモニアの量をノズル毎に別々に調整できるようになっている。
【００１７】
上記構成に排ガス脱硝装置において、排ガスダクト１中を流れる排ガス中には、アンモニア注入ノズル２からＮＨ３が注入される。このとき、アンモニア注入ノズル２の上流直前においては流速分布を生じているため、その流速に従って各アンモニア注入ノズル２からのＮＨ３注入量を調節弁４で調節する。すなわち、流速の速い箇所ではＮＨ３の注入量を増やし、流速の遅い箇所ではＮＨ３の注入量を減らすことで、排ガス中に含まれるＮＨ３濃度を結果的に各ＮＨ３注入ノズル２毎に均一化することができる。
【００１８】
アンモニア注入ノズル２を通過後の排ガスは次に下流のガス混合器５へと流れる。このガス混合器５は、アンモニア注入ノズル２に対応して分割されたモジュールとなっており、各モジュール内では混合が促進される。結果としてＮＯｘとＮＨ３が均一に排ガス中に分散し、モル比のバラツキを低減することができる。
【００１９】
ここで、上記のガス混合器を用いた場合と、従来から行われている多孔板を用いた場合とについて、ガス混合効果の比較を表１および図２〜図４を用いて説明する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
まず、図２（ａ）のように、ガス混合器５はアンモニア注入ノズル２と脱硝触媒層３との間の排ガスダクト１内に設けられる。多孔板もガス混合器５と同じ位置に設けられる。排ガスダクト１内に設けられた多孔板を図２（ｂ）に示す。
図３（ａ）は排ガス中に含まれるＮＯｘ量の分布と、これに対して加えられるＮＨ３量の分布とを示し、図３（ｂ）および図３（ｃ）はガス混合器又は多孔板通過後のＮＯｘとＮＨ３量の分布を示している。
【００２２】
ここで、ガス混合器を用いた場合と多孔板を用いた場合との混合効果の違いについて説明する。ガス混合器を用いた場合は、図３（ｂ）に示すように、ガス混合器の持つ混合範囲がＮＯｘの濃度分布に対して十分に大きいために、ＮＯｘもしくはＮＨ３が混合後も一定の割合で存在している（モル比の均一化）。
【００２３】
これに対し、多孔板を用いた場合は、図３（ｃ）に示すように、多孔板の持つ混合範囲が、ＮＯｘ濃度分布に対しても小さいためにＮＯｘ濃度分布の著しい箇所では、ＮＯｘとＮＨ３の割合に差が生じ均一効果は薄い。
【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図３（ｂ）、（ｃ）のモル比を示したモル比分布図である。図に示すように、ガス混合器を用いた場合は設定モル比に対して比較的均一なモル比であるのに対し、多孔板を用いた場合はＮＯｘに対してＮＨ３の過不足が生じ、モル比のバラツキが大きくなる。すなわち、モル比が設定値よりも低い箇所では、ＮＨ３が不足傾向にあるため脱硝率の低下を招くことを示している。流速のバラツキが低減され、且つ、排ガス中のモル比の均一化された排ガスはそのまま下流の脱硝触媒層３へと流れ、排ガス中のＮＯｘは脱硝反応によりＮ２に還元除去される。ここでの脱硝反応はモル比のバラツキを低く抑えられているために、ＮＨ３不足部に生じる未反応ＮＯｘや過剰ＮＨ３部から発生するリークＮＨ３等を低減することができ性能の向上が可能となる。
【００２５】
図５は本発明の他の実施例を示している。本実施例の特徴は、アンモニア注入ノズル２から脱硝触媒層３の出口までをガス混合器５のモジュール毎に分割する隔壁６を設け、各隔壁６間にアンモニア注入ノズル２を分割配置したことである。本実施例による排ガス脱硝装置の斜視図を図６に示す。図６では排ガスダクト１の一部が取り除かれ、内部の構成が見えるようになっている。
【００２６】
本実施例によれば以下の効果がある。
▲１▼  ガス流れを脱硝触媒層３を含んで分割することにより、脱硝触媒層３の圧力損失から、各流路間の流速が均一化される。
▲２▼  各流路の排ガスが、途中で混合することなく、そのまま脱硝触媒層３に流れるので、注入ＮＨ３量の分散調整が容易に行える。
【００２７】
図７は、本発明の更に他の実施例を示している。本実施例は、ガスタービンと組み合わせた廃熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）内に、脱硝触媒層を組み込んだ場合を示している。ＨＲＳＧでは、チューブバンク７間の狭い空間にアンモニア注入ノズル２を設置する場合が多く、ＮＨ３注入後の混合距離が充分確保できない。そこで、複数個にモジュールからなるガス混合器５を設けることにより、十分な混合距離が確保できため、十分なＮＨ３の混合拡散が得られるようになり、モル比の均一化を図る上で非常に有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガス混合器が複数個に分割されているので、ガス混合器の大きさがガス流れ方向に関して小さくなり、狭い空間にガス混合器を設置することが可能となるとともに、ガスの撹拌部分が小さな範囲内となり短かい混合距離で混合が可能となる。また、アンモニア注入ノズルの上流側直前における排ガス流速に基づいて、排ガスダクト内に注入されるＮＨ３量がノズル毎に制御されるので、ＮＯｘとＮＨ３の各モジュール毎の混合比を均一にすることができる。その結果、狭い部分で排ガスとアンモニアの十分な混合が可能となり、高効率の排ガス脱硝を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス脱硝装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明でのガス混合器と従来技術での多孔板を示した図である。
【図３】本発明と従来技術との混合効果の比較を示したＮＯｘとＮＨ３濃度分布図である。
【図４】本発明と従来技術のモル比への影響を示したモル比分布図である。
【図５】本発明の他の実施例による排ガス脱硝装置の概略構成図である。
【図６】図５に示した排ガス脱硝装置の斜視図である。
【図７】本発明の更に他の実施例による排ガス脱硝装置の概略構成図である。
【図８】従来技術による排ガス脱硝装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  排ガスダクト
２  アンモニア注入ノズル
２Ａ  アンモニア注入配管
３  脱硝触媒層
４  調節弁
５  ガス混合器
６  隔壁
７  チューブバンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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