(57)【要約】【課題】還元剤として尿素を使用し、排気ガス中の窒素酸化物を効率よく除去することができる還元剤供給装置を提供すること。【解決手段】燃焼器に連通する排気ガス用のパイプ内に、尿素水を供給するノズル７の先端部に貫通孔１１を形成し、該貫通孔１１の配置位置をパイプ内を流通する燃焼排気ガスの流れ方向に対して平行または直交する向きに形成している。そして、ノズル７の先端部を下方に向けて配置し、貫通孔１１を形成した位置よりも上側の位置には、尿素水の上方飛散防止板１５を設けている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ内を流れる燃焼排気ガス中に、窒素酸化物の還元剤として使用される尿素水をノズルによって上記パイプ内に供給する還元剤供給装置において、上記パイプ内に配設したノズルの周壁部に１つ以上の貫通孔を形成したことを特徴とする還元剤供給装置。
【請求項２】
上記貫通孔を上記燃焼排気ガスの流れ方向に対して平行な向きまたは燃焼排気ガスの流れ方向に対して直交する向きに形成したことを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
【請求項３】
上記尿素水を供給エアーと共に上記ノズルからパイプ内に供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の還元剤供給装置。
【請求項４】
上記ノズルを横方向に延在する上記パイプの上部からノズルの先端部を下方に向けてパイプ内に配設し、上記ノズルの貫通孔を形成した位置よりも上側の位置には尿素水の上方飛散防止板を設け、ノズルの先端部の直下には、尿素水の底部飛散防止板を上記パイプの周壁面に対して間隔を開けて配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の還元剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ内を流れる燃焼排気ガス中に、窒素酸化物の還元剤として使用される尿素水をパイプ内にノズルによって供給する還元剤供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン等の燃焼装置から発生する窒素酸化物を除去するために、脱硝装置が用いられている。この種の脱硝装置には、尿素水を滴下して排気ガス中に注入し、尿素水を蒸発させて還元剤としてのアンモニアガスを発生させて、窒素酸化物を脱硝する還元剤供給装置がある。
実開平６−１５７２６号公報には、図６に示すような燃焼装置における還元剤供給装置５１が開示され、その還元剤供給装置５１は、軸を横方向に延在して配設したパイプ５２内に、ノズル５３の先端部５４を貫通して配設し、その先端部５４の向きを排気ガス５５の流れ方向に向け、ノズル５３の下部には、ノズル５３から滴下する尿素水５７を受ける受け皿５６を配設した技術が開示されている。
【０００３】
このような構造で、ノズル５３から滴下された尿素水５７は、滴下される際にパイプ５２内を流通する排気ガスの熱により蒸発し、パイプ５２内にアンモニアガスが生成される。そして、アンモニアにより窒素酸化物が還元されて図示しない脱硝装置において窒素酸化物が脱硝される。
尿素水５７は、排気ガス５５の流速とパイプ５２内の温度が適度である場合は、尿素水５７をパイプ５２の内部で十分に蒸発して拡散することができる。反対に燃焼装置の燃焼が弱まったような状態では、排気ガスの流速が小さく温度が下がるので、尿素水５７の蒸発が適度に行われず、ノズル５３から尿素水５７が滴下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ノズル５３から尿素水５７が滴下する際に、尿素水５７がノズル５３の先端部５４で固化し、ノズル５３が閉塞することがあった。また、尿素は、パイプ５２内の温度が下がると重合反応により、シアヌル酸等の副生物を生成する。シアヌル酸が生成してパイプ５２の内周壁に付着すると、窒素酸化物の還元剤となるアンモニアの生成量が減少し、下流側にある脱硝装置の脱硝性能が低下してしまう。
すなわち、尿素水５７の滴下量が多く、パイプ５２の下側（底壁部）に尿素水５７が溜まると、パイプ５２の周壁は外気と接していることから、パイプ５２の内部と温度差があって、パイプ５２の低壁部に滴下した尿素水５７がパイプ５２の内周面を冷やしてシアヌル酸を生成することになる。これを防止するために、図５に示す還元剤供給装置５１は、受け皿５６を設け、パイプ５２の内周壁に尿素水５７を滴下させないようにしている。
【０００５】
すなわち、パイプ５２内に配設した受け皿５６は、蒸発していない尿素水５７が滴下すると、受け皿５６上に溜まり、排気ガス５５により加熱された受け皿５６上にて、尿素水５７を蒸発させて、それを解決しようとするものである。
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、燃焼排気ガス中の窒素酸化物を除去するために設置する脱硝装置において、特に還元剤として尿素を使用し、排気ガス中の窒素酸化物を従来技術よりも、より効率よく除去するとともに、尿素水を供給するノズルの詰まりを防止する還元剤供給装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の還元剤供給装置は、パイプ内を流れる燃焼排気ガス中に、窒素酸化物の還元剤として使用される尿素水をノズルによって上記パイプ内に供給する還元剤供給装置において、上記パイプ内に配設したノズルの周壁部に１つ以上の貫通孔を形成した。
上記還元剤供給装置は、上記貫通孔を上記燃焼排気ガスの流れ方向に対して平行な向きまたは燃焼排気ガスの流れ方向に対して直交する向きに形成することができる。
また、上記還元剤供給装置は、上記尿素水を供給エアーと共に上記ノズルからパイプ内に供給することができる。
さらには、上記還元剤供給装置は、上記ノズルを横方向に延在する上記パイプの上部からノズルの先端部を下方に向けてパイプ内に配設し、上記ノズルの貫通孔を形成した位置よりも上側の位置には尿素水の上方飛散防止板を設け、ノズルの先端部の直下には、尿素水の底部飛散防止板を上記パイプの周壁面に対して間隔を開けて配置することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による還元剤供給装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の還元剤供給装置を備えた燃焼装置の概略図である。燃焼装置１は、ディーゼルエンジンとしての燃焼器２と窒素酸化物の還元を助長する触媒を設けた脱硝装置３との間をパイプ（煙道）４で接続し、パイプ４は、燃焼器２で排出された排気ガス５を脱硝装置３まで流通させる。
本発明に係わる還元剤供給装置６は、そのパイプ４内に還元剤としての尿素を供給する装置である。
【０００８】
図２は、その尿素をパイプ４内に供給するノズル７を取付けた還元供給装置のノズルアッセンブリ９を示す。ノズルアッセンブリ９は、四角形状の取付板１０にＬ字形状のチューブ１６が貫通するようにして固定されている。チューブ１６の一端側は、パイプ４の内部に配設されるノズル７が設けられている。図３は、そのノズル７の拡大図である。ノズル７の先端部１３の周壁１２には、排気ガス５の流れ方向に平行する向きに形成された貫通孔１１が、ノズル７の軸方向に並べて複数個が設けられ、排気ガス５の流れ方向の上流側及び下流側の対向する各々の周壁１２に形成されている。また、ノズル７の周壁１２には、排気ガス５の流れ方向に対して直交する向きに、貫通孔１４がノズル７の軸方向に並べて複数個が形成されている。この貫通孔１４もまた周壁１２に対向するようにして形成されている。すなわち、貫通孔１１，１４はノズル７の周方向に９０度間隔で設けられている。また、ノズル７の貫通孔１４を形成した位置よりも上側の周壁１２の周囲には、円環板状の上方飛散防止板１５が溶接により取付けられている。
【０００９】
図２に示すように、ノズルアッセンブリ９のチューブ１６の他端側にはネジを形成した継ぎ手１７が形成され、この継ぎ手１７は配管１８，３０等を介して、尿素水の供給源１９と接続され、尿素水の供給源１９から尿素水は、供給ポンプ２０により配管１８を介して混合器２９に供給される。また、混合器２９には配管３０を介してエアー供給用コンプレッサ２８が接続され、尿素水の供給源１９からの尿素をエアーにより希釈し、配管３０を介してノズル７からパイプ４内に供給することができる。
ノズルアッセンブリ９の取付板１０には、これをパイプ４に取付けるための取付孔２１を４隅に形成している。このノズルアッセンブリ９は、パイプ４に取付けた状態では、ノズル７の軸方向の向きが下方（本実施の形態では垂直とした）になるように取付けられ、ノズルアッセンブリ９自体は、パイプ４に形成した開口に対して取付板１０が気密に取付けられる。
【００１０】
図４は、底部飛散防止板８を備えた防止板アッセンブリ２２を示す。管状の防止板アッセンブリ２２には、排気ガス５の流れに対して上流側に位置させて環状フランジ２３が設けられ、中間部には筒状の管状部２４が設けられ、下流側の先端部には底部飛散防止板８が形成されている。底部飛散防止板８は、ほぼ半円形の湾曲し舌片状に突き出した周壁面から形成され、上方側が開かれている。本実施の形態では、底部飛散防止板８の長さ（パイプ４の軸方向長さ）を、４０ｍｍとした。
この防止板アッセンブリ２２は、パイプ４に取付けられた状態では、図１に示すように、パイプ４に設けられた一対のフランジ継ぎ手２５，２６間に環状フランジ２３が挟持されるように気密に取付けられる。底部飛散防止板８は、この板面がパイプ４の軸方向に延びるように配設され、管状部２４及び底部飛散防止板８と、パイプ４の周壁との間には、間隔が設けられている。また、パイプ４，４の間には、エキスパンション２７が配設されている。
【００１１】
次に、本発明の還元剤供給装置の作用について説明する。
燃焼器２の作動により、排気ガス５がパイプ４内に排出される。燃焼器２が適度に作動している状態では、排気ガス５によりパイプ４内の温度が３００〜４００℃となる。供給源１９からの尿素水の供給量は１０ｃｃ／ｍｉｎとし、圧縮空気の供給量は１０〜２０リットル／ｍｉｎとした。
排気ガス５の流速が適度な状態では、還元剤供給装置６から滴下される尿素水がパイプ４内で分散され、蒸発してアンモニアガスが生成され、この還元剤としてのアンモニアガスが脱硝装置３内で反応して、窒素酸化物が還元して除去される。
【００１２】
この際、排気ガス５の流速が大きい場合は、ノズル７から尿素水が飛散するが、ノズル７には貫通孔１１，１４を形成しているので、ノズル７の先端部開口のみならず、それらの貫通孔１１，１４からも尿素水が分散し、より分散性が向上する。この際、上方には上方飛散防止板１５が配設されており、下方には底部飛散防止板８が配設されているので、パイプ４の内周壁に尿素水が下流側へ放射状に飛散するのを防止することができる。特に、排気ガス５の流速がやや小さい場合は、重力作用で内周壁の下側や両サイドに尿素水が多く飛散するが、底部飛散防止板８が湾曲しているので、パイプ４の内周壁の下部のみならず、両サイドへの飛散をも有効に防止することができる。
また、尿素水が滴下されている状態では、ノズル７に複数の貫通孔１１，１４が形成されているので、ノズル７が詰まり尿素水の供給が遮断されることが防止される。
【００１３】
燃焼器２の燃焼量が小さく、パイプ４内の温度が下がった場合や排気ガス５の流量が少ない場合は、尿素水はノズル７から滴下する。このような状態では、底部飛散防止板８に尿素水が滴下する。しかしながら、防止板アッセンブリ２２の管状部２４全体及び底部飛散防止板８が排気ガス５と接触し、底部飛散防止板８が湾曲していることから、平面状のものよりも排気ガス５との接触面積が大きく、かつ、それらとパイプ４の内周壁との間に隙間を形成していることから、底部飛散防止板８の保温効果が大きく、さらには底部飛散防止板８の温度が降下するような場合は、管状部２４からの熱伝導を受けてそれの温度保持を図れることから、尿素水を効率良く蒸発させることができる。また、ノズル４の先端が詰まるようなことがあっても、ノズル４の周壁部に貫通孔１１，１４を形成していることから、貫通孔１１，１４から尿素を排出できる。
【００１４】
以下、本発明の実施例と比較例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、図５のＡに示すように、パイプ４にノズル７を配設した状態で脱硝性能試験を行った。図１に示す燃焼装置１の設備と異なるのは、防止板アッセンブリ２２を設けていないこと、及びノズル７に設けていた上方飛散防止板１５の無い物を使用したことである。
ノズル７は図５のＡに示すように。内径３ｍｍ、外径５ｍｍであり、ノズル７の周壁部に内径２ｍｍの貫通孔１１，１４を各々５組宛、計１０組を設けた。そして、脱硝装置３の上流側にノズル７を設置し、脱硝性能評価試験を実施した。評価条件及び尿素水供給条件を以下に示す。
・脱硝性能評価条件
ＮＯｘ濃度　　：７００ｐｐｍ
Ｏ２　　　　　　　　　　：１０％
ガス量　　　　：２００Ｎｍ３／ｈｒ
排ガス温度　　：３５０℃
・尿素水供給条件
尿素水量　　：１０ｃｃ／ｍｉｎ
エアー量　　：１７Ｌ／ｍｉｎ
試験結果を表１の実施例１に示す
【００１５】
【表１】
2004044405.tif 000003
試験結果から脱硝率は９３％であった。
【００１６】
［実施例２］
実施例２として、図１に示す燃焼装置１を用いて脱硝性能試験を行った。すなわち、上記実施例１と異なり、パイプ４に防止板アッセンブリ２２を配設し、ノズル７に上方飛散防止板１５を取付けたものを使用した。上方飛散防止板１６は、直径１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状のものを使用し、貫通孔１１，１４の上部に配設した。また、下方飛散防止板１１は、直径６５Ａであり、厚さ５ｍｍの半円筒形である。ノズル７のサイズ形状は実施例１と同じであり、内径３ｍｍ、外径５ｍｍであり、ノズル７の周壁部に内径２ｍｍの貫通孔１１，１４を各々５組宛、計１０組を設けた。そして、脱硝性能評価試験を実施した。評価条件及び尿素水供給条件は、以下のように実施例１同じとした。
・脱硝性能評価条件
ＮＯｘ濃度　　：７００ｐｐｍ
Ｏ２　　　　　　　　　　：１０％
ガス量　　　　：２００Ｎｍ３／ｈｒ
排ガス温度　　：３５０℃
・尿素水供給条件
尿素水量　　：１０ｃｃ／ｍｉｎ
エアー量　　：１７Ｌ／ｍｉｎ
試験結果は、表１の実施例２に示すように、脱硝率が９５％であり、実施例１よりも脱硝率が向上した。
【００１７】
［比較例１］
比較例１として、図５のＢに示すように、パイプ４にノズル７を配設した状態で脱硝性能試験を行った。図１に示す燃焼装置１の設備と異なるのは、防止板アッセンブリ２２を外していることと、ノズル７に設けていた上方飛散防止板１５の無い物を使用し、さらにノズル７の周壁に貫通孔１１，１４の無いものを使用した。
ノズル７は図５のＢに示すように。内径３ｍｍ、外径５ｍｍのものを用い、脱硝装置３の上流側にノズル７を設置し、脱硝性能評価試験を実施した。評価条件及び尿素水供給条件は、以下のように実施例１と同じとした。
・脱硝性能評価条件
ＮＯｘ濃度　　：７００ｐｐｍ
Ｏ２　　　　　　　　　　：１０％
ガス量　　　　：２００Ｎｍ３／ｈｒ
排ガス温度　　：３５０℃
・尿素水供給条件
尿素水量　　：１０ｃｃ／ｍｉｎ
エアー量　　：１７Ｌ／ｍｉｎ
試験結果は、表１の比較例１に示すように、脱硝率が８０％であり、実施例１及び２よりも脱硝率が劣っている。
【００１８】
［比較例２］
比較例２として、図５のＡに示す装置で、脱硝性能試験を行った。実施例１と異なるのは、図１に示すエアー供給用コンプレッサ２８からのアシストエアーを使用しないことである。他は、実施例１と同じ条件で行った。
脱硝性能評価条件及び尿素水供給条件を以下に示す。
・脱硝性能評価条件
ＮＯｘ濃度　　：７００ｐｐｍ
Ｏ２　　　　　　　　　　：１０％
ガス量　　　　：２００Ｎｍ３／ｈｒ
排ガス温度　　：３５０℃
・尿素水供給条件
尿素水量　　：１０ｃｃ／ｍｉｎ
試験結果は、表１の比較例２に示すように、脱硝率が６０％であり、実施例１、２及び比較例１よりも脱硝率が劣っている。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、勿論、本発明の技術的思想に基づいて、種々の変形または変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、貫通孔１１，１４を排気ガス５の流れに対して平行または直交させたが、それ以外の場所に形成してもよく、貫通孔の数は１個以上であればよい。
また、上方飛散防止板１５の形状を円板形としたが、その形状についても角形若しくは底部飛散防止板８のように湾曲させてもよい。ノズル７の向きについては、傾斜させてもよい。さらに、底部飛散防止板８の形状についても、円弧状に限定されず、平板状、コ字形状やその他形状を用いることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の還元剤供給装置は、パイプ内を流れる燃焼排気ガス中に、窒素酸化物の還元剤として使用される尿素水をノズルによって上記パイプ内に供給する還元剤供給装置において、上記パイプ内に配設したノズルの周壁部に１つ以上の貫通孔を形成したので、尿素液の分散性の向上と、ノズルの閉塞を防止することができる。
また、上記貫通孔を上記燃焼排気ガスの流れ方向に対して平行な向きまたは燃焼排気ガスの流れ方向に対して直交する向きに形成したので、より分散性の向上を図ることができる。
上記尿素水を供給エアーと共に上記ノズルからパイプ内に供給するようしたので、尿素水の希釈化を図ることができるようになった。
さらに、上記ノズルを横方向に延在する上記パイプの上部からノズルの先端部を下方に向けてパイプ内に配設し、上記ノズルの貫通孔を形成した位置よりも上側の位置には尿素水の上方飛散防止板を設け、ノズルの先端部の直下には、尿素水の底部飛散防止板を上記パイプの周壁面に対して間隔を開けて配置したので、尿素水がパイプの内周壁に付着することを防止できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による還元剤供給装置を備えた燃焼装置の概略側面図である。
【図２】図１の還元剤供給装置のノズルアッセンブリの拡大斜視図である。
【図３】図２のノズルアッセンブリのノズルの拡大斜視図である。
【図４】図１の還元剤供給装置の防止板アッセンブリの拡大斜視図である。
【図５】Ａは、本発明の実施例１に用いた還元剤供給装置の概略図であり、図２は比較例１に用いた還元剤供給装置の概略図である。
【図６】従来の還元剤供給装置の概略側面図である。
【符号の説明】
１　燃焼装置
２　燃焼器
３　脱硝装置
４　パイプ
５　排気ガス
６　還元剤供給装置
７　ノズル
８　底部飛散防止板
９　ノズルアッセンブリ
１０　取付板
１１，１４　貫通孔
１２　周壁
１３　先端部
１５　上方飛散防止板
１６　チューブ
１７　継ぎ手
１８　配管
１９　尿素水の供給源
２０　供給ポンプ
２１　取付孔
２２　防止板アッセンブリ
２３　環状フランジ
２４　管状部
２５，２６　フランジ継ぎ手
２７　エキスパンション
２８　エアー供給用コンプレッサ
２９　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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