(57)【要約】【課題】異種流体の混合を少ないノズル数で大幅に促進することができ、かつ容易に必要な混合度を得ることができる流体混合装置を提供する。【解決手段】（１）　流体の入口を有する外郭壁で囲まれた第一の空間を形成するダクト内に、流体出口を有する内部隔壁で囲まれた第二の空間を形成し、第一の空間と第二の空間を隔離する前記内部隔壁に、第一の空間から第二の空間に通じる流体噴出口を、相対向させて一対以上設けた流体の混合装置であって、該第二の空間内に、前記流体と異なる組成の流体を混入するノズルを設けた流体混合装置。（２）　前記ダクト内の流体流れ方向と直交する断面に、前記第二の空間および前記ノズルを複数組設けた流体混合装置。（３）　前記混合後の流体が均質になるように前記ノズルから混入する流体の流量または濃度を調整する流体混合装置の制御方法。（４）　前記異種流体がＮＨ３　である流体混合装置の制御方法。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の入口を有する外郭壁で囲まれた第一の空間を形成するダクト内に、流体出口を有する内部隔壁で囲まれた第二の空間を形成し、第一の空間と第二の空間を隔離する前記内部隔壁に、第一の空間から第二の空間に通じる流体噴出口を、相対向させて一対以上設けた流体の混合装置であって、該第二の空間内に、前記流体と異なる組成の流体を混入するノズルを設けたことを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記ダクト内の流体流れ方向と直交する断面に、前記第二の空間および前記ノズルを複数組設けたことを特徴とする請求項１記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２記載の流体混合装置を用いて異種流体を混合するに際し、混合後の流体が均質になるように前記ノズルから混入する流体の流量または濃度を調整することを特徴とする流体混合装置の制御方法。
【請求項４】
前記ノズルから混入する流体がアンモニア含有ガスであり、前記混合後の流体が均質になるように該ノズルから混入するアンモニア含有ガス流量またはアンモニア濃度を調整することを特徴とする請求項３の流体混合装置の制御方法。
【請求項５】
窒素化合物を含有する排ガスの入口を有するダクトと、該ダクトの出口に設けられた脱硝装置とを備えた排ガス脱硝装置において、前記ダクト内に請求項１または２に記載の流体混合装置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】
本発明は流体混合装置に係り、さらに詳しくは異種流体の混合を少ないノズル数で大幅に促進することができ、かつ容易に必要な混合度を得ることができる流体混合装置およびその制御方法ならびに該流体混合装置を用いた排ガス脱硝装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ、加熱炉などの燃焼装置から排出される排ガスには有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。排ガス中のＮＯｘを除去する一般的な装置としては、選択接触還元法による排ガス脱硝装置が知られており、還元剤としてはアンモニア（ＮＨ３　）が一般的に使用される。また従来の排ガス脱硝装置は、燃焼装置等から排出された排ガスの入口を有する排ガスダクトと、排ガス中のＮＯｘを選択接触還元法により還元する脱硝触媒を備えた脱硝装置とを有し、該脱硝装置の前流の排ガスダクトには、ＮＨ３　を注入するＮＨ３　注入ノズルおよび排ガスとＮＨ３　ガスを混合する流体混合部を有する流体混合装置が設けられている。排ガスダクト内に流体混合装置を設置して排ガスとＮＨ３　を均質に混合し、該混合ガスを脱硝装置に導入することにより、高い脱硝率を得ることができる。
【０００３】
図４は、従来技術による流体混合装置の説明図であり、図５は、この装置の流体混合部の断面説明図である。このような装置は例えば特開平７−２２７５２８号公報等に提案されている。
図４において、流体混合装置は、図示しない燃焼装置から排出された排ガス１Ａが導入される排ガスダクト４と、該排ガスダクト４に設けられた複数のＮＨ３　注入ノズル５と、該ＮＨ３　注入ノズル５から注入されたＮＨ３　ガスと排ガス１Ａを含む不均質ガス１Ｂを均質に混合する四角錐状混合装置７とを有する。また該四角錐状混合装置７は、排ガスダクト４内に設けられた四角錐状の流路分割部材２と、該流路分割部材２の相対する壁面に設けられたそれぞれ一対のガス噴出部３ａと３ｂおよび３ｃと３ｄを備え、該流路分割部材２は、図５に示すようにその前流に排ガスダスト４の外郭壁で囲まれた第一の空間Ｘと、その後流であって該流路分割部材２の内部隔壁で囲まれた第二の空間Ｙを形成する。
【０００４】
このような構成において、排ガスダクト４に導入された排ガス１Ａは、第一の空間Ｘで複数のＮＨ３　注入ノズル５から注入されたＮＨ３　ガスと混合され、不均質ガス１Ｂとなる。該不均質ガス１Ｂは、流路分割部材２にその流路を阻まれ、流路分割部材２に設けられたガス噴出部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｃから第二の空間Ｙに流入する。ガス噴出部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｃを通過した不均質ガス１Ｂは、図５に示すように、第二の空間Ｙ内で互いに激しく衝突しあい、これにより相互に撹拌されて均質混合ガス６となる。
しかし、上記流体混合装置では、四角錐状混合装置７の出口の混合ガスの均質度が、その前流の第一の空間Ｘにおける排ガスとＮＨ３　ガスの均質度に依存するという問題があった。また、このような問題を解消するために、排ガスダクト内に設置するＮＨ３　注入ノズルの数を増やし、第一の空間Ｘでの排ガスとＮＨ３　ガスの均質度を向上させる方法が提案されているが、各ノズルから注入されるＮＨ３　の流量を、ダクト内における排ガスの断面流速分布やＮＯｘ濃度分布などの性状に応じて調整することは困難であり、また多数のノズルの設置が必要であり、さらに各ノズル毎に流量調整弁を設置して各ノズルから注入されるＮＨ３　量を調整することはさらなる設備費の増大をもたらすという問題があった。
【０００５】
また他の従来技術として、ダクト内に円盤状の混合装置を複数個設置し、その後流側にアンモニアを注入するようにした脱硝装置が提案されている。この脱硝装置では、円盤の後流に発生するカルマン渦によりアンモニアと排ガスの混合を促進させる構造となっているが、ダクトの壁面付近および円盤間の排ガスはカルマン渦の影響領域外となり、カルマン渦による混合作用に影響されない部分が生じ、混合ガスの均質度の向上が図れないという問題があった。
このように前者の場合には混合装置入口の流体の均質度が混合装置出口の均質度に影響するという問題があるにもかかわらず、その混合装置入口での流体の均質度を調整する配慮がなされておらず、また後者の場合では、ダクト内の流体の一部が円盤状の混合装置の影響領域に含まれないガス流が存在し、そのガス流に対する配慮がなされていなかったため、混合ガスの均質度の向上には限界があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、異種流体の混合を少ないノズル数で大幅に促進することができ、かつ容易に必要な混合度を得ることができる流体混合装置およびその制御方法ならびに該流体混合装置を用いた排ガス脱硝装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、ダクト内に主流体の流路を一旦分割する部材を設け、また該部材に相対向する流体噴出口を一対以上設け、該流体噴出口から噴出された乱れの激しい主流体に該主流体とは異なる流体を注入することにより、該主流体の撹拌作用で注入した異種流体を効率よく均質に混合できることを見いだし、本発明に到達したものである。
上記課題を達成するために本願で特許請求される発明は以下の通りである。
【０００８】
（１）流体の入口を有する外郭壁で囲まれた第一の空間を形成するダクト内に、流体出口を有する内部隔壁で囲まれた第二の空間を形成し、第一の空間と第二の空間を隔離する前記内部隔壁に、第一の空間から第二の空間に通じる流体噴出口を、相対向させて一対以上設けた流体の混合装置であって、該第二の空間内に、前記流体と異なる組成の流体を混入するノズルを設けたことを特徴とする流体混合装置。
（２）前記ダクト内の流体流れ方向と直交する断面に、前記第二の空間および前記ノズルを複数組設けたことを特徴とする（１）記載の流体混合装置。
（３）（１）または（２）記載の流体混合装置を用いて異種流体を混合するに際し、混合後の流体が均質になるように前記ノズルから混入する流体の流量または濃度を調整することを特徴とする流体混合装置の制御方法。
（４）前記ノズルから混入する流体がアンモニア含有ガスであり、前記混合後の流体が均質になるように該ノズルから混入するアンモニア含有ガス流量またはアンモニア濃度を調整することを特徴とする（３）記載の流体混合装置の制御方法。
（５）窒素化合物を含有する排ガスの入口を有するダクトと、該ダクトの出口に設けられた脱硝装置とを備えた排ガス脱硝装置において、前記ダクトに（１）または（２）記載の流体混合装置を設けたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す流体混合装置の説明図であり、図２は、この装置の流体混合部の断面説明図である。
図１、図２において、図４、図５と異なる点は、排ガスダクト４内に設けた四角錐状混合装置７の前流（第一の空間Ｘ）に多数のＮＨ３　注入ノズル５を設ける代わりに該四角錐状混合装置７の内部（第二の空間Ｙ）に１個のＮＨ３　注入ノズル５を設け、該第二の空間Ｙ内で排ガス１ＡとＮＨ３　ガス９の混合を行わせるようにした点である。
【００１０】
このような装置において、排ガスダクト４内の排ガス１Ａは、四角錐状混合装置７の流路分割部材２に対向して設けられたガス噴出部３ａと３ｂおよび３ｃと３ｄから第二の空間Ｙに流出し、ここで、排ガス１Ａ同士が直接衝突または干渉しあい、その空間Ｙに排ガス１Ａの極めて乱れの激しい領域を形成する。一方、ＮＨ３　ガスは、この領域内に設けられたＮＨ３　注入ノズル５から該領域内に供給され、乱れの激しい排ガス１Ａと激しく混合され、均質化され、均質混合ガス６となる。
【００１１】
このようにＮＨ３　ガス９が、四角錐状混合装置７により形成される第二の空間Ｙ内で乱れの激しい排ガス１Ａと激しく混合されるため、得られる均質混合ガス６の均質度が、四角錐状混合装置７の前流の排ガスの不均質度に依存することがなく、必要な均質度を有する均質混合ガス６を容易に得ることができる。またＮＨ３　注入ノズル５に流量または濃度調整弁を設置し、排ガス１Ａの不均質度や得られる均質混合ガスの均質度に応じてＮＨ３　ガス９の流量または濃度を調整することにより、さらに均質な混合ガスを容易に得ることができる。
得られた均質混合ガス６は、図示しない後流に設置された脱硝装置に供給され、該脱硝装置に設けた触媒と接触し、排ガス中の窒素酸化物が還元除去される。均質度の高い混合ガスを脱硝装置に供給することにより、脱硝率の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明において、流体混合装置を構成する流路分割部材は、ガス噴出部を対向して一対以上設けることができ、排ガスダクト内に第二の空間Ｙを形成できるものであれば、四角錐状の形状に限定されず、例えば、山形状であってもよい。
また流体混合装置およびその内部に設置されるＮＨ３　注入ノズルは、排ガスダクト内のガス流れ方向にまたはガス流れ方向と直交する断面に複数組設置してもよい。また上記では排ガスとＮＨ３　との異種流体の混合を行ったが、これらに限定されず、他の異種流体であってもよい。
【００１３】
図３は、本発明の他の実施例を示す流体混合装置の説明図である。
図３において、図１と異なる点は、排ガスダクト４内の排ガス流れ方向と直交する断面に、四角錐状混合装置７およびＮＨ３　注入ノズル５の組み合わせを４組設け、四角錐状混合装置７のそれぞれの内部（第二の空間Ｙ）で排ガス１ＡとＮＨ３　ガス９の混合を行わせるようにした点である。このように複数組の四角錐状混合装置７およびＮＨ３　注入ノズル５を設置することにより、混合装置の後流で必要とされる均質度の混合ガスが得られなかった場合でも、その均質度の低い領域でのノズルから注入されるＮＨ３　ガス量を調整することにより容易に必要とされる均質度の混合ガスを得ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例１および比較例１、２
図１および図４に示すそれぞれの流体混合装置を用いて排ガスとＮＨ３　ガスの混合を行った。このときの混合条件は、排ガス流速：１５ｍ／ｓ、排ガス温度：常温、ＮＨ３　ガス流速：１５ｍ／ｓとした。
流体混合装置入口の排ガスの均質度および混合装置出口での混合ガスの均質度を測定し、変動係数を下記式により求め、その結果を表１に示した。
変動係数（％）＝〔標準偏差値／均質度の平均値〕×１００
【００１５】
【表１】
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表１から、本発明の流体混合装置を使用することにより、ＮＨ３　注入ノズルの設置が１本であっても均質混合ガスを安定して得られることが示される。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明によれば、異種流体を注入するノズルを流体混合装置内に設け、該異種流体を該装置の空間内で激しく乱れた領域を形成する主流体に混入して混合させるため、該流体混合装置前流の主流体の不均質度に影響されることなく、かつ少ない数のノズルの設置で、必要な均質度を有する混合ガスを容易にかつ安定して得ることができる。
また請求項３および４記載の発明によれば、上記ノズルに流量等の調整手段を設けて該ノズルから混入する流体の流量等を調整することにより、さらに均質な混合ガスを容易に得ることができる。
さらに請求項５記載の発明によれば、上記で得た均質な混合ガスを脱硝装置に供給することにより、該脱硝装置の脱硝率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す流体混合装置の説明図。
【図２】図１の流体混合部の断面説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す流体混合装置の説明図。
【図４】従来技術による流体混合装置の説明図。
【図５】図４の流体混合部の断面説明図。
【符号の説明】１Ａ…排ガス、１Ｂ…不均質ガス、２…流路分割部材、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…ガス噴出部、４…排ガスダクト、５…ＮＨ３　注入ノズル、６…均質混合ガス、７…四角錐状混合装置、９…ＮＨ３　ガス、Ｘ…第一の空間、Ｙ…第二の空間。
【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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