(57)【要約】【課題】設置スペースに制約がある舶用ボイラにおいても燃焼ガスの脱硝を効率よく行なうことができる舶用ボイラの脱硝装置及び舶用ボイラを提供することを課題とする。【解決手段】火炉２で生成された燃焼ガスが、ガスダクト５に配設された過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２をガス流れ方向に沿って順に通過する舶用ボイラ１の脱硝装置２０において、ガスダクト５のダクト壁を貫通して設けられ、上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３を流れる燃焼ガスに対して還元剤を噴霧するノズル２１と、ノズル２１のガスダクト貫通部を囲むようにガスダクト５の外側に設けられたシールボックス２５とを備える。【選択図】  図１
2011064405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉で生成された燃焼ガスが、ガスダクトに配設された過熱器の上流側配管部と下流側配管部をガス流れ方向に沿って順に通過する舶用ボイラの脱硝装置において、
前記ガスダクトのダクト壁を貫通して設けられ、前記上流側配管部と前記下流側配管部の間の空間を流れる前記燃焼ガスに対して還元剤を噴霧するノズルと、
前記ノズルのガスダクト貫通部を囲むように前記ガスダクトの外側に設けられたシールボックスとを備えることを特徴とする舶用ボイラの脱硝装置。
【請求項２】
前記過熱器は、前記上流側配管部と前記下流側配管部が屈曲部を介して連通した構成を有しており、
前記ノズルが、前記空間を挟んで前記屈曲部の反対側に設けられることを特徴とする請求項１記載の舶用ボイラの脱硝装置。
【請求項３】
前記ノズルは、前記ガス流れ方向に対して垂直な面に膜が形成されるように前記還元剤を噴霧することを特徴とする請求項１又は２記載の舶用ボイラの脱硝装置。
【請求項４】
燃焼ガスを生成する火炉と、
前記火炉に接続されたガスダクトと、
前記ガスダクトに配設され、前記火炉側から順に上流側配管部と下流側配管部を有する過熱器と、
前記火炉で生成された前記燃焼ガスを脱硝する脱硝装置とを備えた舶用ボイラであって、
前記脱硝装置が、
前記ガスダクトのダクト壁を貫通して設けられ、前記上流側配管部と前記下流側配管部の間の空間を流れる前記燃焼ガスに対して還元剤を噴霧するノズルと、
前記ノズルのガスダクト貫通部を囲むように前記ガスダクトの外側に設けられたシールボックスとを含むことを特徴とする舶用ボイラ。
【請求項５】
前記過熱器は、前記上流側配管部と前記下流側配管部が屈曲部を介して連通した構成を有しており、
前記脱硝装置の前記ノズルが、前記過熱器の前記空間を挟んで前記屈曲部の反対側に設けらることを特徴とする請求項４記載の舶用ボイラ。
【請求項６】
前記過熱器の前記空間内における前記燃焼ガスの温度が８５０℃以上１１５０℃以下となるように、前記火炉と前記上流側配管部との間に配置されたバンクチューブを備えることを特徴とする請求項４又は５記載の舶用ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載された舶用ボイラの脱硝装置及びこの脱硝装置を備えた舶用ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に搭載される舶用ボイラは、設置スペースの制約が大きいことから発電所等で使用される陸用ボイラに比べてコンパクトな構造となっている。
図７に、従来の舶用ボイラの一例を示す。舶用ボイラ１は、上部にバーナ２が設けられた火炉３と、火炉３に接続されたガスダクト５と、ガスダクト５に配設されたバンクチューブ７、過熱器８及び蒸発管群９と、ガスダクト５の出口に設けられたガス出口６とを備える。この舶用ボイラ１では、バーナ２から噴出する燃料と空気の混合ガスを火炉３内で燃焼させる。燃焼ガスは、火炉３からガスダクト５に流入してバンクチューブ７、過熱器８、蒸発管群９の順に略水平方向に通過し、上記した各熱交換器の管内を通流する水等の流体と熱交換した後にガス出口６より外部に排出される。
【０００３】
しかし、従来の舶用ボイラは、陸用ボイラに比べてコンパクトな構造となっているため火炉熱負荷が高く、ＮＯｘが多量に発生してしまうという問題があった。近年、環境意識の高まりや港湾での排ガス規制強化により舶用ボイラでの低ＮＯｘ化が求められている。
そこで、特許文献１（特許第４１１９８５３号公報）では、火炉の炉底部から燃焼用空気の一部をボトム空気として供給するようにした舶用ボイラ構造が開示されている。この舶用ボイラ構造では、燃焼用空気を分割して２段投入することによりＮＯｘ低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されるように、バーナから燃料とともに供給する空気と、火炉の炉底部から供給するボトム空気の２箇所から空気を供給し、陸用ボイラと同様に２段燃焼を行なう構成を採用すると、燃焼時間を長くする必要がある。ところが、舶用ボイラは火炉の大きさが陸用ボイラに比べて小型であることから、十分な燃焼時間を確保できない可能性がある。また、陸用ボイラに比べて小型である舶用ボイラで十分な蒸気量を得るためには火炉熱負荷を高くすることが避けられず、したがって火炉に対策を講じてＮＯｘの発生を抑制することには限界があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、設置スペースに制約がある舶用ボイラにおいても燃焼ガスの脱硝を効率よく行なうことができる舶用ボイラの脱硝装置及び舶用ボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る舶用ボイラの脱硝装置は、火炉で生成された燃焼ガスが、ガスダクトに配設された過熱器の上流側配管部と下流側配管部をガス流れ方向に沿って順に通過する舶用ボイラの脱硝装置において、前記ガスダクトのダクト壁を貫通して設けられ、前記上流側配管部と前記下流側配管部の間の空間を流れる前記燃焼ガスに対して還元剤を噴霧するノズルと、前記ノズルのガスダクト貫通部を囲むように前記ガスダクトの外側に設けられたシールボックスとを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、上流側配管部と下流側配管部の間の空間を流れる燃焼ガスに還元剤を噴霧するようにしたため、還元剤と燃焼ガスとを十分に接触させることができ、燃焼ガスを効率よく脱硝することが可能となる。また、一般に舶用ボイラは火炉及びダクト内が正圧に維持されているため、ノズルを設置した場合、ノズルのガスダクト貫通部から燃焼ガスが外部に漏れ出すおそれがあるが、シールガスが供給されるシールボックスを設けているため燃焼ガスが外部に漏れ出すことを防止できる。さらに、上流側配管部と下流側配管部の間に空間が形成された既設の舶用ボイラに対して、ノズルとシールボックスとを設けるのみで簡単に備え付けることができる。さらにまた、一般的な舶用ボイラでは、過熱器の上流側配管部と下流側配管部の間の燃焼ガス温度は脱硝反応に適した温度となるため、この部位にノズルを設けることで高い脱硝効率を得られる。尚、前記還元剤は、例えば尿素水、アンモニア又はアンモニア水等が用いられる。
【０００９】
また、前記過熱器は、前記上流側配管部と前記下流側配管部が屈曲部を介して連通した構成を有しており、前記ノズルが、前記空間を挟んで前記屈曲部の反対側に設けられることが好ましい。
このように、過熱器の空間を挟んで屈曲部とは反対側にノズルが設けられているため、ノズルから噴霧される還元剤を空間に拡散させることができ、燃焼ガスとの接触が良好となり脱硝効率を向上させることができる。
【００１０】
さらに、前記ノズルは、前記ガス流れ方向に対して垂直な面に膜が形成されるように前記還元剤を噴霧することが好ましい。
このように、燃焼ガスのガス流れ方向に対して垂直な面に還元剤の膜が形成されるようにすることで、還元剤の膜を貫通して燃焼ガスが通流することとなり、燃焼ガスとの接触が良好となり脱硝効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の舶用ボイラは、燃焼ガスを生成する火炉と、前記火炉に接続されたガスダクトと、前記ガスダクトに配設され、前記火炉側から順に上流側配管部と下流側配管部を有する過熱器と、前記火炉で生成された前記燃焼ガスを脱硝する脱硝装置とを備えた舶用ボイラであって、前記脱硝装置が、前記ガスダクトのダクト壁を貫通して設けられ、前記上流側配管部と前記下流側配管部の間の空間を流れる前記燃焼ガスに対して還元剤を噴霧するノズルと、前記ノズルのガスダクト貫通部を囲むように前記ガスダクトの外側に設けられたシールボックスとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記過熱器は、前記上流側配管部と前記下流側配管部が屈曲部を介して連通した構成を有しており、前記脱硝装置の前記ノズルが、前記過熱器の前記空間を挟んで前記屈曲部の反対側に設けらることを特徴とする。
さらに、前記過熱器の前記空間内における前記燃焼ガスの温度が８５０℃以上１１５０℃以下となるように、前記火炉と前記上流側配管部との間に配置されたバンクチューブを備えることを特徴とする。
このように、過熱器の上流側配管部と下流側配管部の間の空間に流入する燃焼ガスの温度を、バンクチューブにより８５０℃以上１１５０℃以下とすることにより、最も脱硝効率の高い燃焼ガスの温度域で還元剤を噴霧することができ、脱硝効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上記載のように本発明によれば、過熱器の上流側配管部と下流側配管部の間の空間を流れる燃焼ガスに還元剤を噴霧するようにしたため、設置スペースに制約がある舶用ボイラであっても還元剤と燃焼ガスとを十分に接触させることができ、燃焼ガスを効率よく脱硝することが可能となる。また、ノズルのガスダクト貫通部に、シールガスが供給されるシールボックスを設けているため、燃焼ガスが外部に漏れ出すことを防止できる。さらに、過熱器の上流側配管部と下流側配管部の間の空間は、最も脱硝効率の高い温度域に対応しているため、この空間を通過する燃焼ガスに還元剤を噴霧することで燃焼ガスの脱硝効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る舶用ボイラの側断面図である。
【図２】過熱器とノズルの配置を示す斜視図である。
【図３】シールボックスの断面拡大図である。
【図４】ノズルの噴霧形状を示す図であり、（ａ）は扇型チップを有するノズルの場合、（ｂ）は直進型チップを有するノズルの場合、（ｃ）は円錐型チップを有するノズルの場合を夫々示す。
【図５】チップの圧力と流量の関係を示すグラフであり、（ａ）は扇型チップを有するノズルの場合、（ｂ）は直進型チップを有するノズルの場合、（ｃ）は円錐型チップを有するノズルの場合を夫々示す。
【図６】脱硝率（ＮＯｘ還元率）と温度の関係を示すグラフである。
【図７】従来の舶用ボイラの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。本発明に係る舶用ボイラは、船舶に搭載される舶用ボイラ全般に適用できる。例えば、主に船舶推進用のプロペラを駆動する蒸気タービンに蒸気を供給する主機ボイラ、及び船内の各種ポンプや発電機等を駆動する補助ボイラ等に適用できる。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係る舶用ボイラの側断面図である。
同図に示すように、舶用ボイラ１は、バーナ２を有する火炉３と、火炉３に接続されたガスダクト５と、ガスダクト５に配設された過熱器８と、火炉３で生成された燃焼ガスに還元剤を噴霧するノズル２１、ノズル２１の基部を囲むシールボックス２５、シールガス供給手段２６を有し、燃焼ガスを脱硝する脱硝装置２０と、を備える。
【００１７】
火炉３は、バーナ２と燃焼室４とを備える。火炉３の燃焼室４は、バーナ２から噴出した燃料と空気とを燃焼させて燃焼ガスを発生する。燃料の種類は特に限定されないが、例えば、重油や燃料ガス等が用いられる。バーナ２は複数本設けられていてもよい。また、バーナ２は、火炉３の炉蓋部に設置されていてもよい。火炉３の炉壁は、例えば内側が耐火物で形成され、外側が鋼板で形成される。
【００１８】
ガスダクト５は、火炉３に接続され、火炉３で発生した燃焼ガスがガス流れ方向に流れるように構成される。例えば、図１に示されるようにガスダクト５は火炉３の側部に接続されて、水平方向に延設される。ダクト壁は、例えば内側が耐火物で形成され、外側が鋼板で形成される。ガスダクト５の出口側にはガス出口６が配設されている。
【００１９】
過熱器８は、ガスダクト５に配設される。図２に示されるように、過熱器８は、燃焼ガスのガス流れ方向に対して上流側に配置された上流側配管部８１と、下流側に配置された下流側配管部８２とを有する。上流側配管部８１と下流側配管部８２の間には空間１３が形成されている。過熱器８は、燃焼ガスと上流側配管部８１及び下流側配管部８２の配管内を通流する蒸気とを熱交換して蒸気を過熱し、過熱蒸気を生成する。尚、図２は、過熱器８とノズル２１の配置を示す斜視図であり、図中、ガスダクト５は省略している。
【００２０】
一例として、過熱器８は以下の構成を有する。
図２に示されるように、過熱器８は、上流側配管部８１と下流側配管部８２とがこれらの上部で屈曲部８３を介して連通した構成を有する。
図３に示されるように、上流側配管部８１は、ガスダクト５の外側に設けられたヘッダ８４から鉛直方向上方に向けて、ガスダクト５のダクト壁を貫通してダクト内部に立設されている。上流側配管部８１は、複数の配管がガス流れに対して垂直面を形成するように配列されている。ここで、ガス流れに対して垂直面を形成した配管群が、ガス流れ方向に複数層設けられていてもよい。ガス流れに対して垂直面を形成した配管同士の間には間隙が存在し、これらの間隙を燃焼ガスが通過するようになっている。下流側配管部８２も上流側配管部８１と同様の構成を有し、ヘッダ８５から鉛直方向上方に向けてダクト内部に立設された下流側配管部８２は、複数の配管がガス流れに対して垂直面を形成するように配列されている。
【００２１】
また、図１に示すように、火炉３と過熱器８の上流側配管部８１との間にバンクチューブ７が配設されていることが好ましい。バンクチューブ７は、複数の配管がガス流れ方向に対して垂直面を形成するように配列されている。ここで、ガス流れに対して垂直面を形成した配管群が、ガス流れ方向に複数層設けられていてもよい。ガス流れに対して垂直面を形成した配管同士の間には間隙が存在し、これらの間隙を燃焼ガスが通過するようになっている。バンクチューブ７は、火炉３の輻射熱から過熱器８を保護したり、過熱器８に流入する燃焼ガスの温度を降温させる目的で設置される。
【００２２】
さらに、過熱器８の下流側に、蒸発管群９が設けられていてもよい。蒸発管群９は、複数の配管により構成され、この配管内を通流するボイラ水と燃焼ガスとを熱交換してボイラ水を加熱し、蒸気を生成する。
上記したバンクチューブ７はヘッダ１０と蒸気ドラム１２の間に配置され、蒸発管群９は水ドラム１１と蒸発ドラム１２との間に配置される。また、ガスダクト５の外部において、ヘッダ１０又は水ドラム１１と蒸気ドラム１２との間に降水管（図示略）が配置されており、これらの降水管は、蒸気ドラム１２に収集された蒸気が凝縮した水滴をヘッダ１０又は水ドラム１１に戻すようになっている。
【００２３】
脱硝装置２０は、火炉３で生成された燃焼ガスに還元剤を噴霧するノズル２１と、ノズル２１の基部を囲むシールボックス２５と、シールボックス２５にシールガスを供給するシールガス供給手段２６とを有する。
図３に示されるように、ノズル２１は、ガスダクト５の炉壁のうち少なくとも耐火材５１を貫通して設けられ、ノズル先端のチップ２２がダクト内に露出するように配置される。チップ２２には噴霧孔が設けられている。ノズル２１は、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３を流れる燃焼ガスに対して還元剤を噴霧する。還元剤は、例えば尿素水、アンモニア又はアンモニア水が用いられる。図２に示されるように、ノズル２１は複数設けられることが好ましい。複数設けられたノズル２１は、ガスダクト５の外側で還元剤供給管２３に接続されているとよい。また、複数のノズル２１は、燃焼ガスのガス流れ方向に対して垂直な方向に、互いに一定間隔を有して設けられるとよい。
【００２４】
このように、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間に形成された空間１３に還元剤を噴霧するようにしたため、還元剤と燃焼ガスとを十分に接触させる空間を確保することができ、燃焼ガスを効率よく脱硝することが可能となる。
【００２５】
また、図２に示されるように、過熱器８が、上流側配管部８１と下流側配管部８２とが屈曲部８３を介して連通した構成を有する時、ノズル２１は、空間１３を挟んで屈曲部８３の反対側に設けられることが好ましい。屈曲部８３を有する過熱器８の場合、ノズル２１が屈曲部８３の外側より空間１３内に還元剤を噴霧するように構成すると、噴霧された還元剤が屈曲部８３により妨げられて空間１３内に拡散し難くなる。したがって、ノズル２１が、空間１３を挟んで屈曲部８３の反対側に設けられることにより、ノズル２１から噴霧された還元剤が空間１３内に拡散されて燃焼ガスと還元剤との接触が良好となり、脱硝効率を向上させることができる。
【００２６】
さらにノズル２１は、空間１３を流れる燃焼ガスのガス流れ方向に対して垂直な面に膜が形成されるように還元剤を噴霧することが好ましい。
これは、燃焼ガスのガス流れ方向に対して垂直な面に還元剤の膜が形成されるようにすることで、還元剤の膜を貫通して燃焼ガスが通流することとなり、燃焼ガスとの接触が良好となり脱硝効率を向上させることができる。
【００２７】
ノズル２１には、例えば以下に示す種類のノズルチップ２２が用いられる。
図４（ａ）は、還元剤２８を扇形膜状に噴霧する扇型チップ２２Ａである。この扇型チップ２２Ａを用いる場合、燃焼ガスのガス流れ方向に対して垂直な面に、還元剤２８の扇形膜を形成するようにノズル２１が配置される。扇型チップ２２Ａを有するノズル２１は、ガス流れ方向に対して垂直方向に複数配列されることが好ましく、このとき還元剤２８の扇形膜の端部が重なるように、複数のノズル２１同士の間隙を設定するとよい。
この扇型チップ２２Ａを用いることにより、ガス流れ方向に垂直な面に還元剤２８の膜を形成することができ、この還元剤２８の膜を燃焼ガスが通過することで、燃焼ガスと還元剤２８との接触効率を向上させることができる。したがって、脱硝効率の観点からは扇型チップ２２Ａが最も適していると言える。特に、後述する円錐型チップ２２Ｃに比べて扇形チップ２２Ａは少ない流量で噴霧角度を大きくすることができるため、燃焼ガス流量が少ない時、又は燃焼ガスのＮＯｘ発生量が比較的少ない時に適している。
【００２８】
図４（ｂ）は、還元剤２８を直線状に噴霧する直進型チップ２２Ｂである。直進型チップ２２Ｂを有するノズル２１は、ガス流れ方向に対して垂直方向に複数配列されることが好ましい。
この直進型チップ２２Ｂは、還元剤噴霧の貫通力が高いため、ノズル２１をガスダクト５下部に設けて上方へ向けて還元剤２８を噴霧する場合において、還元剤２８を高い位置まで噴霧することができる。したがって、過熱器８の空間１３に高さがある場合に適している。
【００２９】
図４（ｃ）は、還元剤を円錐状に噴霧する円錐型チップ２２Ｃである。円錐型チップ２２Ｃを有するノズル２１は、ガス流れ方向に対して垂直方向に複数配列されることが好ましい。このとき還元剤２８の円錐状の端部が重なるように、複数のノズル２１同士の間隙を設定するとよい。
この円錐型チップ２２Ｃは、図５のグラフから明らかなように、噴霧圧力に対する流量が大きいため、扇型チップ２２Ａや直進型チップ２２Ｂに比べて同一圧力で多量の還元剤２８を噴霧することができ、燃焼ガス流量が多い時、又は燃焼ガスのＮＯｘ発生量が多い時に適している。
尚、図４（ａ）〜（ｃ）において、燃焼ガスは紙面手前側から奥側へ流れるものとする。
【００３０】
図３を参照して、シールボックス２５は、ノズル２１がガスダクト５の耐火材５１を貫通したガスダクト貫通部２１ａを囲むように、ガスダクト５の耐火材５１外側に設けられている。シールボックス２５の内部は、ガスダクト５の内部の圧力よりも高く維持される。シールボックス２５は、過熱器８の上流側配管部８１又は下流側配管部８２の少なくとも何れか一方のシール機構を兼ねていることが好ましい。
【００３１】
一例として図３では、シールボックス２５は、上流側配管部８１と下流側配管部８２の両方のシール機構を兼ねている。シールボックス２５は、上流側配管部８１がガスダクト５の耐火材５１を貫通したガスダクト貫通部８１ａと、ノズル２１が耐火材５１を貫通したガスダクト貫通部２１ａと、下流側配管部８２が耐火材５１を貫通したガスダクト貫通部８２ａとを全て囲むように、耐火材５１外側に設けられている。このように、ノズル２１に設けられるシールボックス２５が、過熱器８の配管用シール機構を兼ねていることにより、装置を簡素化でき製造コストを安価にできる。
【００３２】
シールガス供給手段２６は、シールボックス２５にシールガスを供給する。シールガスは、例えば空気、不活性ガス、又は燃焼排ガス等が用いられる。シールガス供給手段２６は、シールボックス２５内の圧力が、ガスダクト５の圧力より高くなるようにシールガスの供給量を調整するようになっている。
【００３３】
このように、ノズル２１のガスダクト貫通部２１ａを囲むようにシールボックス２５を設けることにより、燃焼ガスが外部に漏れ出すことを防止できる。
さらにまた、本実施形態に係る脱硝装置２０は、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間に空間１３が形成された既設の舶用ボイラ１に対して、ノズル２１とシールボックス２５及びシールガス供給手段２６を設けるのみで簡単に備え付けることができる。
既設の舶用ボイラ１において、上流側配管部８１のガスダクト貫通部８１ａ又は下流側配管部８２のガスダクト貫通部８２ａの少なくとも一方に、シールボックス２５が備え付けられている場合には、このシールボックス２５を図３に示すように変形し、シールボックス２５がノズル２１のガスダクト貫通部２１ａも同時に囲むように改良してもよい。この場合、シールガス供給手段２６は既設の装置を用いることができる。
【００３４】
次に、図１に示す舶用ボイラ１の動作をその効果とともに説明する。尚、以下に説明する舶用ボイラ１の具体的構成、及び数値はその一例に過ぎない。
舶用ボイラ１は、炉蓋に設けたバーナ２より燃料と空気を供給して燃焼室４で燃料を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。燃焼室４の温度は１５００〜１６００℃程度である。燃焼ガスは、図中矢印Ａの方向に流れてバンクチューブ７を通過し、バンクチューブ７内を通流するボイラ水により降温する。バンクチューブ７を通過した燃焼ガスは、略水平方向に流れて過熱器８の上流側配管部８１を通過する。上流側配管部８１入口の燃焼ガス温度は、１２００〜１３００℃程度である。
【００３５】
燃焼ガスは、過熱器８の上流側配管部８で配管内を通流する蒸気と熱交換し、８５０〜１１５０℃程度まで降温される。
上流側配管部８から空間１３に流入した燃焼ガスは、空間１３を通過する際に、ガスダクト５の底部に設けられたノズル２１から噴霧される還元剤と接触し、還元剤により脱硝される。
脱硝反応は、主に以下の反応により行なわれる。
還元剤として尿素水を用いた場合、下記反応式（１）に示す尿素水分解反応により尿素水がアンモニアとなり、下記の反応式（２）に示すＮＯ還元反応により燃焼ガス中のＮＯｘがアンモニアと反応して窒素に還元される。
ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２      …（１）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ        …（２）
一方、還元剤としてアンモニア又はアンモニア水を用いた場合の脱硝反応は下記の反応式（３）となる。
４ＮＯ＋４ＮＨ３+Ｏ２ ＝４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ          …（３）
【００３６】
このように、本実施形態に係る脱硝装置２０は、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間に形成された空間１３に還元剤を噴霧するようにしたため、還元剤と燃焼ガスとを十分に接触させることができ、燃焼ガスを効率よく脱硝することが可能となる。
【００３７】
図６は、脱硝率（ＮＯｘ還元率）と温度の関係を示すグラフである。
過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３に流入する燃焼ガスの温度は、上記したように８５０〜１１５０℃程度である。グラフでは、この温度域において高い脱硝率を示している。したがって、上記温度域となる空間１３に脱硝装置２０を設置することは脱硝率の観点からも非常に有効であり、高い脱硝効果が得られるものである。尚、図６に示すグラフは、論文発表された文献より引用したものである（「Non-Catalytic NOx Reduction System MHTT for Steam Generator」U.S.-JAPAN NOx information Exchange  Tokyo Japan May 25-30,1981参照）。
【００３８】
空間１３を通過した燃焼ガスは、過熱器８の下流側配管部８２を通過して、下流側配管部８２の配管内を通流する蒸気と熱交換してさらに降温される。尚、上流側配管部８１及び下流側配管部８２には、ヘッダ８４、８５から供給される蒸気が通流しており、燃焼ガスにより過熱されて過熱蒸気が生成される。
熱交換器８を通過した燃焼ガスは、蒸発管群９に導入される。蒸発管群９では、燃焼ガスは蒸発管内を通流するボイラ水と熱交換してさらに降温される。尚、蒸発管群９には水ドラム１１から供給されたボイラ水が通流しており、燃焼ガスにより加熱されて蒸気が生成される。この蒸気は、過熱器８に供給されるようになっている。
蒸発管群９を通過した燃焼ガスは、図中矢印Ｂ方向に流れてガス出口６より排出される。
【００３９】
ところで、一般的な舶用ボイラでは、本実施形態の構成を備えることによって、空間１３に流入する燃焼ガスの温度が８５０〜１１５０℃程度になることが本発明者らの実験等によって確認されているが、火炉３内の燃焼温度によっては空間１３に流入する燃焼ガスの温度が上記温度域とならないことが考えられる。
そこで、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３に流入する燃焼ガスが８５０℃〜１１５０℃となるように、バンクチューブ７を設定することが好ましい。空間１３に流入する燃焼ガスを上記温度域にするためには、例えば、バンクチューブ７の本数を調整したり、バンクチューブ７に通流するボイラ水流量を調整したりすることにより設定される。
このように、バンクチューブ７により空間１３に流入する燃焼ガスの温度を８５０℃〜１１５０℃とすることにより、最も脱硝効率の高い燃焼ガスの温度域で還元剤を噴霧することができ、脱硝効率を向上させることができる。
【００４０】
好適には、還元剤として尿素水を用いる場合には、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３に流入する燃焼ガスが９００〜１１５０℃となるようにバンクチューブ７を設定するとよく、還元剤としてアンモニア又はアンモニア水を用いる場合には、過熱器８の上流側配管部８１と下流側配管部８２の間の空間１３に流入する燃焼ガスが８５０〜１１００℃となるようにバンクチューブ７を設定するとよい。これは、図６に示されるグラフより、８５０℃〜１１５０℃の温度域で脱硝率が高くなることが明らかであるが、尿素水の温度域がアンモニアの温度域よりも高く設定されているのは、尿素水は、加水分解反応してアンモニアに変換した後に脱硝反応がおこるためである。このように、還元剤の種類に応じて、空間１３に流入する燃焼ガス温度をバンクチューブ７により調整することによって、より高効率で脱硝を行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１    舶用ボイラ
３    火炉
４    燃焼室
５    ガスダクト
７    バンクチューブ
８    過熱器
９    蒸発管群
１０  ヘッダ
１１  水ドラム
１２  蒸気ドラム
１３  空間
８１  上流側配管部
８２  下流側配管部
８３  屈曲部
２０  脱硝装置
２１  ノズル
２１ａ  ガスダクト貫通部
２２  チップ
２５  シールボックス
２６  シールガス供給手段
【図１】
2011064405.tif 000003
【図２】
2011064405.tif 000004
【図３】
2011064405.tif 000005
【図４】
2011064405.tif 000006
【図５】
2011064405.tif 000007
【図６】
2011064405.tif 000008
【図７】
2011064405.tif 000009