(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを流通させるとともに該排ガスに還元剤を混合させる排ガスダクトであって、
第一中心軸線に沿って延びる第一通路と、
第二中心軸線に沿って延びる第二通路と、
前記第一通路から流入する前記排ガスの流通方向を前記第二通路へ向けて転向させる転向部とを有し、
前記第一通路および前記第二通路は、前記排ガスダクトを平面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差しないとともに前記排ガスダクトを側面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差するように配置されており、
前記転向部は、前記第一通路と前記第二通路とを前記排ガスダクトを側面視した場合にＬ字形状の通路を形成するように接続するとともに、前記第二通路の入口へ流入する前記排ガスが前記第二中心軸線回りの旋回成分を有するように前記第一通路の出口から前記第一中心軸線に沿って流出する前記排ガスの流通方向を前記第二通路の入口に向けて転向させる交差面を有し、
前記交差面は、還元剤投入位置の下流に位置することを特徴とする排ガスダクト。
【請求項２】
排ガスを流通させるとともに該排ガスに還元剤を混合させる排ガスダクトであって、
第一中心軸線に沿って延びる第一通路と、
第二中心軸線に沿って延びる第二通路とを有し、
前記第一通路および前記第二通路は、前記排ガスダクトを側面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差するように配置されており、
前記第一通路と前記第二通路とが前記排ガスダクトを側面視した場合にＬ字形状の通路を形成するように接続されており、
前記第二通路の入口には、前記第二通路へ流入する前記排ガスが前記第二中心軸線回りの旋回成分を有するように前記第一通路の出口から前記第一中心軸線に沿って流出する前記排ガスの流通方向を転向させる仕切り板が設けられており、
前記仕切り板は、還元剤投入位置の下流に設けられることを特徴とする排ガスダクト。
【請求項３】
前記第二通路の前記第二中心軸線に直交する断面の形状が平行四辺形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排ガスダクト。
【請求項４】
前記第二通路の前記第二中心軸線に直交する断面の形状が正方形である請求項１または請求項２に記載の排ガスダクト。
【請求項５】
前記仕切り板が、前記第一通路の前記第一中心軸線に対して３０度から４５度の間の角度を有して交差することを特徴とする請求項２に記載の排ガスダクト。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガスダクトを有する脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアを混合させることにより分解除去する脱硝装置に用いて好適な排ガスダクト及びこれを備えた脱硝装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車やボイラー等から排出される排ガス中には、光化学スモッグや酸性雨等の環境負荷を引き起こす窒素酸化物が含まれている。そのため、窒素酸化物が大気中に放出されることを防止するため、窒素酸化物を除去する手段として、脱硝装置が用いられている。
脱硝装置に用いられる脱硝法として、排ガス中の窒素酸化物をアンモニアと反応させ、触媒により水と窒素に分解するＳＣＲ法（乾式アンモニア選択接触還元法）がある。具体的には、排ガスが通過するダクト内で、アンモニア水を気化器により気化させ、ダクト内に噴射し、混合器で排ガス内の窒素酸化物とアンモニアを混合させる。
【０００３】
しかし、気化器または混合器を用いることでコストが増えるため、気化器または混合器を利用せずにアンモニアと窒素酸化物を混合させる方法が用いられている。例えば、混合器を用いない方法として、気化器により気化させたアンモニアを噴射位置がグリッド状となるようにダクト断面内で二次元的にダクト内に噴射することで、排ガス中にアンモニアを均一に拡散させる方法がある。また、気化器を用いない方法として、アンモニア水を排ガス中に噴霧し、排ガスの温度で蒸発させ、混合器により排ガス中の窒素酸化物とアンモニアを混合させる手段もある。ただし、アンモニアの拡散距離よりも長く、また、蒸発するための距離を確保できる長さのダクトでなければならない。
【０００４】
混合器の例として、特許文献１に示す混合器を図８に示す。この混合器は、複数の板１０１を、板１０１と同形の開口部と隣接するように配置して、二枚の板１０１と二箇所の同形の開口により形成される角錐が並立した層１０３として形成するものである。複数枚の層１０３を、ダクトの断面方向と層１０３の面方向を一致させ、隣接する板１０１間の開口に、他の層１０３の板１０１が重なるように互いに間隔を有して並立させる。アンモニアを噴霧されてダクト内を通過する排ガスの流れは、板１０１に衝突してその流れが乱れながら、板１０１に沿って流れ、ダクトを通過していく。流れが乱れることにより、排ガスに含まれる窒素酸化物とアンモニアが混合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４８３０７９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示される混合器は形状が複雑であるため、製作コストが高い。また、複数の層を間隔を有して並立させるためのスペースが必要であり、設置場所が限られる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、排ガス中にアンモニアを混合させることができる排ガスダクト及びこれを備えた脱硝装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の排ガスダクト及びこれを備えた脱硝装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様にかかる排ガスダクトは、排ガスを流通させるとともに該排ガスに還元剤を混合させる排ガスダクトであって、第一中心軸線に沿って延びる第一通路と、第二中心軸線に沿って延びる第二通路と、前記第一通路から流入する前記排ガスの流通方向を前記第二通路へ向けて転向させる転向部とを有し、前記第一通路および前記第二通路は、前記排ガスダクトを平面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差しないとともに前記排ガスダクトを側面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差するように配置されており、前記転向部は、前記第一通路と前記第二通路とを前記排ガスダクトを側面視した場合にＬ字形状の通路を形成するように接続するとともに、前記第二通路の入口へ流入する前記排ガスが前記第二中心軸線回りの旋回成分を有するように前記第一通路の出口から前記第一中心軸線に沿って流出する前記排ガスの流通方向を前記第二通路の入口に向けて転向させる交差面を有し、前記交差面は、還元剤投入位置の下流に位置することを特徴とする。
【０００９】
第一通路内で、還元剤投入口から還元剤を投入された排ガスは、第一通路内を、第一通路の軸線方向に進む。第一通路の下流には第二通路が連結されているので、排ガスは、第一通路内から、第二通路内に進入する。第二通路内を、第一通路の軸線方向に進んだ流れは、第一通路の軸線方向に対して所定角度を有して交差する側壁面とされた交差面に接触し、その流れの方向を交差面の方向に沿うよう転向させられる。さらに、方向を転向された流れは、通路を形成する壁面に沿ってさらに流れを転向する。このように第二通路の壁面に沿って流れの方向が徐々に転向することにより、流れに渦が発生する。第二通路内で渦となった流れは、第一通路から第二通路に流入する排ガスに押され、旋回しながら第二通路内を第二通路の軸線方向に進む。
これにより、旋回流となった排ガスにアンモニアが効果的に混合される。
【００１０】
前記転向部は、前記第一通路と前記第二通路とを前記排ガスダクトを側面視した場合にＬ字形状の通路を形成するように接続するとともに、前記第二通路の入口へ流入する前記排ガスが前記第二中心軸線回りの旋回成分を有するように前記第一通路の出口から前記第一中心軸線に沿って流出する前記排ガスの流通方向を前記第二通路の入口に向けて転向させる交差面を有し、前記交差面は、還元剤投入位置の下流に位置する。
【００１１】
これにより、第一通路と第二通路の間に、筒状の簡易な構成である転向部を介することで、第二通路内の流れに旋回流を発生させることができる。よって、簡易な構成と、容易な設置作業で、排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００１２】
前記第二通路の前記第二中心軸線に直行する断面の形状が平行四辺形であることが好ましい。
【００１３】
第二通路を、その軸線方向に直行する断面を平行四辺形として形成する。すなわち、第二通路を形成する面の面方向が第一通路の軸線方向に直行するので、第二通路を形成する面が交差面となる。
これにより、第一通路と第二通路以外の別部材を設けることなく、第二通路内に旋回流を発生させることができる。よって、少ないコストで、排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００１４】
前記第二通路の前記第二中心軸線に直交する断面の形状が正方形であることが好ましい。
【００１５】
第二通路内で流れの方向が転向する際、第二通路の断面が正方形であるので、同じ角度で連続的に流れが転向させられる。よって、流れが減衰することがないので、渦が旋回しやすくなる。
これにより、さらに効率よく排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００１６】
本発明の第二態様に係る排ガスダクトは、排ガスを流通させるとともに該排ガスに還元剤を混合させる排ガスダクトであって、第一中心軸線に沿って延びる第一通路と、第二中心軸線に沿って延びる第二通路とを有し、前記第一通路および前記第二通路は、前記排ガスダクトを側面視した場合に前記第一中心軸線と前記第二中心軸線が交差するように配置されており、前記第一通路と前記第二通路とが前記排ガスダクトを側面視した場合にＬ字形状の通路を形成するように接続されており、前記第二通路の入口には、前記第二通路へ流入する前記排ガスが前記第二中心軸線回りの旋回成分を有するように前記第一通路の出口から前記第一中心軸線に沿って流出する前記排ガスの流通方向を転向させる仕切り板が設けられており、前記仕切り板は、還元剤投入位置の下流に設けられることを特徴とする。
【００１７】
第一通路が、その下流に、第二通路の軸方向に直行する断面の形状が矩形である通路を連結される場合、連結される通路に仕切り板を設ける。仕切り板は、連結される通路の軸方向に面方向を平行とし、断面を、流れの流入する方向に対向させる。第二通路の軸線方向に直行する断面の形状を、仕切り板を任意の位置に設けることで任意の形状に形成することができるので、断面が矩形の通路内に、断面が正方形の第二通路を形成することができる。これにより、様々な形状の通路内で、効率よく旋回流を発生させることができ、効率よく排ガスにアンモニアを混合させることができる。
また、第一通路が、その下流に、第一通路の軸方向と交差する軸方向を有する管を接続されている場合であっても、仕切り板を、その面を前記第一通路の軸方向と交差させて設けることで、仕切り板が交差面となり、第一通路に接続された管内に旋回流を発生させることができる。
よって、第一通路の下流に、第一通路の中心軸線方向に交差する中心軸線を有する管が既設されている場合であっても、簡易な構成で、排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００１８】
前記仕切り板が、前記第一通路の前記第一中心軸線に対して３０度から４５度の間の角度を有して交差することが好ましい。
【００１９】
仕切り板を、第一通路の軸線に対して３０度から４５度の間の角度を有して交差させて設けることで、第一通路から第二通路に流入した流れは、３０度から４５度の間の角度で流れの角度を転向させられる。
これにより、圧力損失により旋回流がひずまないので、さらに効率的排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００２０】
前記第二通路の軸線方向に直交する前記仕切り板の両辺が、前記第二通路の軸線方向に直交する前記第一通路の面の面内方向に位置することが好ましい。
【００２１】
仕切り板が、第一通路の軸方向で第一通路と連通する第二通路内にのみ位置する。つまり、第一通路を通過し、第二通路内で旋回流となった流れは、仕切り板を通過すると、流路が広くなる。流路の拡大部分において、流れの方向を旋回面とする旋回流が発生するため、交差面により発生した旋回流に、流れの方向の旋回が加わる。
これにより、さらに効率よく排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００２２】
前記排ガスダクトを脱硝装置が有することが好ましい。
【００２３】
排ガスダクト内の交差面で旋回流を発生させ、排ガスにアンモニアを混合させて触媒に接触させる。これにより、簡易な構成で脱硝のために排ガスにアンモニアを混合させることができるので、脱硝にかかるコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
これにより、簡易な構成で、排ガス中にアンモニアを混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に示す排ガスダクト及びこれを備えた脱硝装置の斜視図である。
【図２】図１示す脱硝装置に設けられた排ガスダクトの平面図である。
【図３】図２に示す排ガスダクトの側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に示す脱硝装置の排ガスダクトの平面図である。
【図５】図４に示す排ガスダクトの側断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に示す脱硝装置の排ガスダクトの平面図である。
【図７】図６に示す排ガスダクトの側断面図である。
【図８】従来の脱硝装置に設けられる混合器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、脱硝装置１に設けられた排ガスダクト１３を構成する第一通路３と第二通路５を示す斜視図である。
図２は、図１における第一通路３と第二通路５と、その中を流れる排ガスの流れＸを示す平面図である。
図３は、図２における第一通路３と第二通路５と、その中を流れる排ガスの流れＸを示す側断面図である。
【００２７】
排ガスダクト１３は、第一通路３と、第二通路５とを備えている。第二通路５は、その上流側に転向部９を備えており、この転向部９を介して、第一通路３と第二通路５の本体とが接続されている。
【００２８】
第一通路３は、排ガスの流れＸが通過する筒状の通路である。第一通路３は、その軸線方向に直交する断面の形状は、円形であっても、四角形あるいは多角形であってもよい。第一通路３は、その下流に転向部９が接続されている。
【００２９】
転向部９は、内側に通路を有する筒体であり、その通路は第一通路３と連通している。転向部９は、第一通路３が接続されている端部に対する反対側の端部にて、第二通路５本体と接続されている。
【００３０】
第二通路５本体は、その軸線方向が、第一通路３の軸線方向に対して交差する。第一通路３の軸線方向と第二通路５本体の軸線方向が交差する角度は、第一通路３の軸線方向と第二通路５の軸線方向が平行でない限り、その角度は任意である。また、第二通路５は、本実施形態のように略Ｌ字形状の通路を形成するように、第一通路３と第二通路５とが交差する領域から一方向にのみ延在して設けられていても良いし、或いは、略Ｔ字形状の通路を形成するように、第一通路３と第二通路５とが交差する領域から両方向に延在して設けられてもよい。
【００３１】
転向部９は、交差面１１と第一通路３とを接続する接続部９ａを有する。転向部９は、一方の側壁面である交差面１１と、交差面１１に対向するとともに他方の側壁面である対向面９ｂを有している。第一通路３の軸線方向において、交差面１１の長さは対向面９ｂの長さよりも長い。交差面１１と対向面９ｂは、いずれも、面方向の異なる複数の平面により形成されても、連続して曲成された一面であってもよい。転向部９の断面形状は、四角形であっても、多角形であっても、または、円形であってもよい。転向部９において、交差面１１を含む側壁面は、交差面１１よりも上流で、対向面９ｂ側へ屈曲し、屈曲の中心の角度は３０度以上４５度未満が好ましい。交差面１１と対向面９ｂの長さが異なる転向部９を介して第一通路３と第二通路５本体が接続されているので、第一通路３の中心軸線の延長線上で、第二通路５の中心軸線が交わることがない。
【００３２】
図示しない還元剤投入位置は、交差面１１よりも上流側すなわち第一通路３側に設けられている。第一通路３の上流には、一般的に、ボイラからの煙道ガスの余熱を利用してボイラ給水を加熱する節炭器１７が設けられている。第二通路５の下流には、排ガス中の窒素酸化物とアンモニアを反応させる触媒１９が設けられている。
【００３３】
次に、第一通路３および第二通路５を通過する流れＸについて説明する。
脱硝装置１に流入した排ガスの流れＸは、節炭器１７を通過し、第一通路３に流入する。流れＸは、還元剤投入位置で還元剤すなわちアンモニアを流路内に投入され、アンモニアと共に第一通路３および転向部９を通過する。このとき、アンモニアは、液体であっても、気体であってもよい。
転向部９では、第一通路３の軸線方向に対して所定角度を有して交差する交差面１１が位置する。そのため、第一通路３の軸線方向に沿って流れた流れＸは、転向部９内で、交差面１１に接触し、交差面１１の面方向へ流れの方向を転向させられる。このとき、流れＸの流れる方向が乱れ、旋回流が発生し、第二通路５内の角に接触する毎に流れＸはその方向を転向させられ、旋回しながら第二通路５内を、第二通路５の軸線方向へ流れていく。
これにより、流れが旋回することで排ガスにアンモニアが混合するので、第二通路５を通過して流れが触媒１９に接触する際、混合した状態で確実に反応を起こすことができる。
【００３４】
また、第二通路５の軸線方向に直交する断面形状を正方形とすることで、交差面１１により流れＸの方向を転向された流れは、常に同じ角度で流れの方向を転向させられる。また、流れＸの方向を転向してから、次に転向するまでの距離も等しい。これにより、円形に流れＸが旋回するので、流れＸが減衰しにくくなり、さらに効率よく、排ガスにアンモニアを混合させることができる。なお、第二通路５の断面の形状は、正方形以外の正多角形や真円であってもよい。
【００３５】
交差面１１は、第一通路３の軸線に対して３０度から４５度の間の角度を有して交差させることとしてもよい。
交差面１１と第一通路３の軸線の交差する角度が大きいほど旋回流の旋回が強くなり、混合の効率が高くなる。流れＸの方向を、３０度から４５度の間の角度で転向させることで、圧力損失により旋回流が歪まず、排ガスにアンモニアを効率よく混合させることができる。特に、脱硝装置が小型である場合には第二通路５の断面は正方形とされることが多く、本実施形態に記載した発明の実施に好適である。ただし、脱硝装置が大型である場合にも本実施形態を適用することはもちろん可能である。
【００３６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態に示す脱硝装置１に設けられた排ガスダクト１３を構成する第一通路３と第二通路５と、その中を流れる流れＸを示す平面図である。
図５は、図４における第一通路３と第二通路５と、その中を流れる流れＸを示す側断面図である。
【００３７】
図４および図５に示す脱硝装置１に設けられた排ガスダクト１３を構成する第一通路３と第二通路５は、第一通路３と第二通路５が接続され、第一通路３の軸線方向に交差する面方向を有する交差面１１が位置する点で第１実施形態と共通する。したがって、これらの構成については同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、第１実施形態に比べて、第二通路５の軸線方向に直交する断面形状が平行四辺形であり、第二通路５が仕切り板７により分割された通路内に形成され、仕切り板７は、第二通路５の軸線方向に直交する辺が、第二通路５の軸線方向に直交する第一通路３の側壁面の面内方向に位置する点で相違する。
第一通路３は、断面が平行四辺形の第二通路５に接続されることで、第二通路５を形成する側壁面のうちの一方が、第一通路３の軸線方向に対して所定角度にて交差する面方向を有して位置する交差面１１となる。
これにより、第一通路３と第二通路５のみで、第二通路５内に交差面１１を設けることができ、第二通路５内を通過する流れに旋回流を発生させることができる。よって、簡易な構成で、排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００３８】
また、仕切り板７により、第二通路５の断面における各辺の長さが等しくなるよう第二通路５を形成する。特に、脱硝装置１が大型である場合等、第二通路５の断面における各辺の長さが異なる、例えば長方形等である場合、これにより、第二通路５内で、真円に近い形状で流れＸが旋回することができるので、断面を形成する辺の長さが異なる通路に第一通路３が接続される場合であっても、効率よく排ガスにアンモニアを混合させることができる。
【００３９】
また、仕切り板７は、第一通路３と第二通路５とが交差する領域に設けられている。つまり、第二通路５内の軸線方向において、仕切り板７は、図５に示す高さｈの範囲にわたって存在する。
【００４０】
第二通路５内で旋回流が発生し旋回しながら第二通路５内を進んだ流れＸは、第一通路３の軸線方向において第一通路３と通じている部分では、仕切り板７に沿って進む。仕切り板７の下流側端部を通過すると、流路の側面に仕切り板７がなくなり、流路が拡張される。その際、流路が突如広くなることで、流路の端部では、流れＸの方向すなわち第二通路５の軸線方向に対して水平に旋回する旋回流が発生する。この旋回流により、交差面１１により発生させられた旋回流に、第二通路５の軸線方向での旋回成分が加わる。
よって、排ガスにアンモニアを、さらに効率よく混合させることができる。
【００４１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、本実施形態に示す脱硝装置に設けられた排ガスダクト１３を構成する第一通路３と第二通路５と、その中を流れる流れＸを示す平面図である。
図７は、図６における第一通路３と第二通路５と、その中を流れる流れＸを示す側断面図である。
【００４２】
図６および図７に示す脱硝装置１に設けられた排ガスダクト１３を構成する第一通路３と第二通路５は、第一通路３と第二通路５が接続され、第一通路の軸線方向に交差する面方向を有する交差面１１が位置し、第二通路５が仕切り板７により分割された通路内に形成され、仕切り板７は、第二通路５の軸線方向に直交する辺が、第二通路５の軸線方向に直交する第一通路３の面の面内方向に位置する点で第２実施形態と共通する。したがって、これらの構成については同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、第２実施形態に比べて、第二通路５が矩形断面とされており、両側に位置する仕切り板により通路断面形状を形成する点で相違する。
第一通路３および第二通路５は、ともに矩形の通路断面を有している。そして、第一通路３と第二通路５とが交差する領域に、仕切り板７が設けられている。仕切り板７は、通路内の両側に設けられ、その一方の面方向が第一通路３の軸線方向に交差する交差面１１となっている。
これにより、第一通路３を通過して第二通路５に流入した流れＸは、仕切り板７すなわち交差面１１に接触し、その流れる方向を、交差面１１の方向へ転向し、流れＸが乱れることにより旋回流となる。
よって、断面が矩形である一般的なダクトに仕切り板７を設けることで、排ガスにアンモニアを効率よく混合させることができる。
【００４３】
なお、上記各実施形態では、還元剤をアンモニアとし、第一通路及び第二通路を流れる流体を排ガスとしているが、混合させる必要がある二種類の流体であれば、排ガスとアンモニア以外の流体であってもよい。
【００４４】
上記各実施形態に示す排ガスダクト１３を脱硝装置１に設けることで、簡易な構成で脱硝を行うことができるので、脱硝装置１の設備費や、運転にかかるコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  脱硝装置
３  第一通路
５  第二通路
７  仕切り板
９  転向部
９ａ  接続部
９ｂ  対向部
１１  交差面
１３  排ガスダクト
１０１  板
１０３  混合器
【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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