(57)【要約】  排ガス中の窒素酸化物を還元するために、試薬を導入する装置であって、この装置は、排ガス用の通路に装着されたノズルであって、ＳＮＣＲシステムの下流側およびＳＣＲシステムの上流側に装着され、ならびに通路の１つまたは複数の壁上に装着されかつ加圧流体を排ガス中に噴射するように構成されるノズルと、加圧流体がノズルへ流れるようにノズルに流体連通する加圧流体の供給源と、ＮＯｘ還元試薬の供給源と、ノズルへ流れる加圧流体が試薬を含むように、試薬を加圧流体と混合する混合装置とを含む。【選択図】図１
2015507163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の窒素酸化物を還元するために、試薬を導入する装置であって、
前記排ガス用の通路（１２、２７）に装着されたノズル（２６、３８、６２）であって、ＳＮＣＲシステム（２８）の下流側およびＳＣＲシステム（５６）の上流側に装着され、ならびに前記通路（１２、２７）の１つまたは複数の壁上に装着されかつ加圧流体を前記排ガス中に噴射するように構成される前記ノズル（２６、３８、６２）と、
前記加圧流体が前記ノズル（２６、３８、６２）へ流れるように前記ノズル（２６、３８、６２）に流体連通する前記加圧流体の供給源（１８）と、
ＮＯｘ還元試薬の供給源（３２）と、
前記ノズル（２６、３８、６２）へ流れる前記加圧流体が前記試薬を含むように、前記試薬を前記加圧流体と混合する混合装置と、
を備える装置。
【請求項２】
ＮＯｘ還元試薬の前記供給源（３２）が、尿素とアンモニアのうちの少なくとも一方の供給源（３２）である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ノズル（２６、３８、６２）が、前記通路（１２、２７）の対向する側壁上に装着される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）が垂直方向に整列される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ノズル（２６、３８、６２）が千鳥状に配設される、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
各側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）が、前記対向する側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）と水平方向に整列していない、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記加圧流体の前記供給源（１８）が水蒸気の供給源（１８）である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
排ガス中の窒素酸化物を還元するシステムを有するボイラ（１０）であって、
燃焼室と、
前記燃焼室内で発生する排ガス用の通路（１２、２７）と、
窒素酸化物還元試薬を前記排ガス中に噴射する少なくとも１つの噴射装置を含むＳＮＣＲシステム（２８）であって、前記ノズル（２６、３８、６２）が前記通路（１２、２７）に装着される前記ＳＮＣＲシステム（２８）と、
前記ＳＮＣＲシステム（２８）の下流側およびＳＣＲシステム（５６）の上流側で前記通路（１２、２７）に装着されたノズル（２６、３８、６２）であって、前記通路（１２、２７）の１つまたは複数の壁上に装着されかつ加圧流体を前記排ガス中に噴射するように構成される前記ノズル（２６、３８、６２）と、
前記加圧流体が前記ノズル（２６、３８、６２）へ流れるように前記ノズル（２６、３８、６２）に流体連通する前記加圧流体の供給源（１８）と、
ＮＯｘ還元試薬の供給源（３２）と、
前記ノズル（２６、３８、６２）へ流れる前記加圧流体が前記試薬を含むように、前記試薬を前記加圧流体と混合する混合装置と、
触媒用の支持構造体を含む前記ＳＣＲシステム（５６）であって、前記支持構造体が前記通路（１２、２７）内にありかつ前記排ガスに曝される前記ＳＣＲシステム（５６）と、
を備えるボイラ（１０）。
【請求項９】
ＮＯｘ還元試薬の前記供給源（３２）が、尿素およびアンモニアの少なくとも一方の供給源（３２）である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ノズル（２６、３８、６２）が、前記通路（１２、２７）の対向する側壁上に装着される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
各側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）を垂直方向に整列させる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）が、前記対向する側壁上の前記ノズル（２６、３８、６２）と水平方向に整列していない、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
燃焼ガス中の浮遊する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する方法であって、
燃焼ガスを発生させ、通路（１２、２７）を通して燃焼ガスの流れを導くステップと、
前記通路（１２、２７）内を流れる前記燃焼ガス中にＳＮＣＲシステム（２８）を介してＮＯｘ還元試薬を噴射することにより、浮遊するＮＯｘを還元するステップであって、前記燃焼ガス中の熱エネルギーが前記還元試薬と前記ＮＯｘとの化学反応を促進する、ステップと、
前記通路の少なくとも一方の側に配設されたノズルのアレイを通して、水蒸気と前記ＮＯｘ還元試薬の混合物を、ＮＯｘ還元試薬の噴射の下流側で通路内に噴射するステップと、
前記水蒸気と共に噴射された前記ＮＯｘ還元試薬と燃焼ガスとの反応を促進する触媒を用いることにより、前記燃焼ガス中の前記浮遊するＮＯｘを更に還元するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記第１の還元ステップでは、前記ガスの温度が少なくとも華氏１５００度（摂氏８１５度）である間に、前記燃焼ガス中にＮＯｘ還元試薬を噴射する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記更なる還元ステップは、前記燃焼ガスの温度が華氏１２００度（摂氏６５０度）未満である間に、前記ガスが前記触媒上を流れる際に実行される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃焼ガスがボイラ（１０）内の排ガスダクト内を流れる排ガスであり、前記方法が、前記ＮＯｘ還元試薬の噴射の下流側で前記燃焼ガスを前記排ガスダクト内の伝導パスペンダントに通すことにより、前記燃焼ガスからの熱エネルギーを伝達するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
水蒸気と前記ＮＯｘ還元試薬の前記混合物の噴射が、前記通路（１２、２７）の対向する側壁上に装着されたノズル（２６、３８、６２）を通して行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記還元ステップにおいて、前記導入されたＮＯｘ還元試薬を、前記熱エネルギーおよびＮＯｘにより実質的に完全に反応させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の還元ステップにおいて、前記導入されたＮＯｘ還元試薬の一部が、前記熱エネルギーでは未反応のままであり、前記更なる還元ステップで用いられるべく流れる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記更なる還元ステップで用いられる前記ＮＯｘ還元試薬が、実質的に完全に前記噴射された水蒸気に含まれる前記試薬である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
水蒸気と前記ＮＯｘ還元試薬の前記混合物が、少なくともマッハ数０．５の速度で噴射される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
水蒸気と前記ＮＯｘ還元試薬の前記混合物の総流量が、前記燃焼ガスの総流量の１パーセント以下である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの排気浄化に関し、特に、ボイラにより発生する排ガス中の窒素酸化物の排出量を抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油、ガス、石炭などの化石燃料の燃焼から発生する排ガスには、通常、浮遊する窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれる。ＮＯｘは、汚染物質であり、大気環境を保護する次第に厳しくなる政府規制の対象となる。排ガス中のＮＯｘを還元するシステムが長年にわたって切実に求められている。
【０００３】
排ガス中の窒素酸化物を還元するために、種々のシステムがボイラの排ガス通路内に配備される。これらの従来のシステムは、いずれも試薬を排ガスと反応させる選択的触媒還元（ＳＣＲ）および選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）を含む。アンモニアや尿素などの試薬は、排ガス中の窒素酸化物と反応して、排ガスからＮＯｘを除去する。
【０００４】
ＳＮＣＲは、高温排ガス中に試薬を噴射することを含む。排ガス中の熱は、試薬とＮＯｘとの化学反応を促進し、その結果、ガス中のＮＯｘが還元される。ＳＣＲはまた、試薬が排ガスと反応することを含むが、より低温の排ガスで行われる。排ガスは、ガスが冷却する際に、触媒を有するＳＣＲシステムを通過し、この触媒は、試薬とＮＯｘとの化学反応を促進し、これによりガス中のＮＯｘを更に還元する。触媒は、通常、排ガスの流路内に位置決めされた支持構造体上にある。ＳＮＣＲ／ＳＣＲ連結システムにおいて、ＳＣＲシステムに用いられる試薬は、ＳＮＣＲシステムにより導入された試薬の一部であり得る。その試薬の一部とは、ＳＮＣＲシステム内でＮＯｘと反応しなかった残りの試薬である。残りの試薬は、排ガスと共にＳＣＲシステムへ流れる。その残りの試薬は、しばしばＳＮＣＲシステムからの「アンモニアスリップ」と称される。
【０００５】
排ガスがＳＣＲシステム内の触媒を通り過ぎる際には、ガス中に残存する試薬が均一に分布していることが望ましい。板のアレイなどの構造的または機械的混合装置は、試薬を排ガス中に均一に分布させることを確実にするために、ＳＣＲシステムの排ガス上流側に位置決めされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２０２７７号公報
【発明の概要】
【０００７】
ＳＣＲシステムを通過する排ガス中に試薬を均一に分布させるシステムおよび方法が考案され、発明されている。試薬と水蒸気の混合物は、ＳＣＲシステムの上流側およびＳＮＣＲシステムの下流側で排ガス中に噴射される。水蒸気と試薬の混合物は、排ガスとの激しい混合を確実にするために、高速でノズルのアレイを介して噴射される。排ガスがＳＣＲシステムを通過する際の試薬の均一な分布を確実にするために、ノズルのアレイを排ガス用の通路の壁上に配設してもよい。
【０００８】
排ガス中の窒素酸化物を還元するために、試薬を導入する装置が考案されており、この装置は：排ガス用の通路に装着されたノズルであって、ＳＮＣＲシステムの下流側およびＳＣＲシステムの上流側に装着され、ならびに通路の１つまたは複数の壁上に装着されかつ加圧流体を排ガス中に噴射するように構成されるノズルと；加圧流体がノズルへ流れるようにノズルに流体連通する加圧流体の供給源と；ＮＯｘ還元試薬の供給源と；ノズルへ流れる加圧流体が試薬を含むように、試薬を加圧流体と混合する混合装置とを含む。
【０００９】
燃焼ガス中の浮遊する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する方法が考案されており、この方法は：燃焼ガスを発生させ、通路を通して燃焼ガスの流れを導くステップと；通路内を流れる燃焼ガス中にＮＯｘ還元試薬を噴射することにより、燃焼ガス中の浮遊するＮＯｘを還元するステップであって、燃焼ガス中の熱エネルギーが還元試薬とＮＯｘとの化学反応を促進する、ステップと；通路の一方または複数の側に配設されたノズルのアレイを通して、水蒸気または他の高速媒体とＮＯｘ還元試薬の混合物を、ＮＯｘ還元試薬の噴射の下流側で通路内に噴射するステップと；水蒸気と共に噴射されたＮＯｘ還元試薬と燃焼ガスとの反応を促進する触媒を用いることにより、燃焼ガス中の浮遊するＮＯｘを更に還元するステップとを含む。
【００１０】
本発明の構造、動作および機能を以下に更に説明し、かつ以下の添付図面に図示する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ＳＮＣＲ／ＳＣＲ排気浄化システムを有するボイラを概略的に示す。
【図２】図２は、図１の線２−２に沿って切ったボイラの概略断面図を示す。
【図３】図３は、排ガス用の仮想通路内への水蒸気と試薬の噴射のコンピュータ生成されたモデルの斜視図である。
【図４】図４は、排ガス用の仮想通路内への水蒸気と試薬の噴射のコンピュータ生成されたモデルの斜視図である。
【図５】図５は、ＳＣＲシステムの場所に対応する位置における（水蒸気と試薬を伴う場合と伴わない場合の）排ガスのコンピュータ生成された断面画像を提示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、ボイラにより発生した排ガス中にＮＯｘ還元試薬を噴射するＳＮＣＲ／ＳＣＲ技術を用いて、ＮＯｘ排出量を低減する例示的なボイラ１０の概略図である。
【００１３】
バーナ１４は、燃焼域内に燃料および空気を噴射する。燃料は、石炭、石油、天然ガス、または燃料供給源１６から給送される他の化石化した有機物質であってもよい。加熱空気１８の供給源は、バーナ内に空気を導く送風機またはファンであってもよい。空気は、一次燃焼空気（導管１８を参照）として燃料と共にバーナ内へ流れ得る。空気供給源１８はまた、燃焼空気ダクト２２内を流れかつノズルを通して燃焼域１２内に噴射される二次燃焼空気を供給してもよい。バーナおよびノズルは、ボイラの壁上に配設される。空気供給源はまた、オーバファイア空気ダクト２４を通してオーバファイア空気ノズル２６にオーバファイア空気を供給してもよい。
【００１４】
空気と燃料の燃焼により生成された燃焼ガスは、ボイラを通って延びる通路２７（例えば、ダクト）内を流れかつ通路２７に収容される。通路２７は、図１に示すように最初は垂直上方に延びていてもよい。
【００１５】
ＳＮＣＲシステム２８は、排ガス通路１２のガス高温領域（矢印３０を参照）内にＮＯｘ還元試薬を噴射する。試薬は、供給源３２から給送され、混合器３５を介して加圧輸送空気３４と混合され、この加圧輸送空気３４は、ヘッダ３６を通してＮ剤をボイラの壁４０上に配設された試薬噴射ノズル３８に移動させる。試薬噴射ノズル３８は、オーバファイア空気ノズル２６と共に配設してもよく、または排ガス通路１２内に別の高さで配設してもよい。
【００１６】
輸送空気３４は、ヘッダ３６および試薬噴射ノズル３８を通してＮ剤を移動させるのを補助する。試薬噴射ノズル３８からの所望の噴霧パターンを達成するために、輸送空気を十分に加圧してもよい。輸送空気は、水蒸気（Ｓ）からの熱を伝達して凝縮水（Ｃ）を排出する熱交換器４２内で加熱してもよい。試薬は更に、例えば、アンモニア（ＮＨ3）または尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）であってもよい。
【００１７】
ＳＮＣＲシステム用の試薬噴射ノズル３８は、排ガスが選択された温度範囲内にある場所に試薬を噴射するように位置決めされてもよい。試薬を受ける高温排ガス（矢印３０を参照）の温度範囲は、華氏１６５０〜２０００度（９００℃〜１１００℃）の範囲であってもよい。試薬は、気相または液相で噴射することができる。液相で噴射する場合には、試薬を高温排ガス中で急速に蒸発する小滴としてノズルから噴霧してもよい。
【００１８】
ＳＮＣＲシステムにより噴射される試薬の量は、試薬の一部が高温排ガス中のＮＯｘと反応しない程度に十分であってもよい。試薬の一部は、未反応のままであり、ボイラの通路２７内の更に下流側に排ガスと共に流れ得る。この未反応の試薬は、排ガスがＳＣＲシステム内を流れる際にガス中のＮＯｘと更に反応してもよい。このアプローチにおいて、ＳＣＲシステムに向かう試薬の一部は、ＳＮＣＲシステムで噴射された未反応の試薬であり、別の一部は、ＳＮＣＲシステムの下流側で水蒸気と共に噴射された試薬である。
【００１９】
代替的に、ＳＮＣＲシステムで噴射される試薬の量は、実質的に全ての試薬を高温排ガスで反応させ、排ガスが触媒の不在下で反応を促進するのに必要とされる高温よりも低い温度に冷却した際に未反応のままである試薬が比較的僅かとなるように、最小限に抑えられる。この代替的なアプローチでは、ＳＣＲシステムに必要な試薬の全てまたはほぼ全てがＳＮＣＲシステムの下流側で排ガス中に噴射される。
【００２０】
試薬という用語は、排ガス中または他の燃焼ガス中の酸素の存在下で、ＮＯｘを選択的に還元することが可能な種々の化学種のいずれかを指すものとして用いられる。試薬には、尿素、アンモニア、シアヌル酸、ヒドラジン、エタノールアミン、ビウレット、トリウレット、アンメリド、有機酸のアンモニウム塩、無機酸のアンモニウム塩などが含まれる。アンモニウム塩試薬の具体的な例としては、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、亜硫酸水アンモニウム、ギ酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムなどが挙げられる。これらの試薬の混合物を使用してもよい。試薬をガスとして溶液中に加えてもよい。
【００２１】
排ガスは、１つまたは複数の対流パスペンダント（ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｐａｓｓ  ｐｅｎｄａｎｔ）４４（例えば、熱交換器）を通過してもよい。ガスが伝導パスペンダント（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐａｓｓ  ｐｅｎｄａｎｔ）内を流れる際に、熱エネルギーの伝達により、ガスが冷却される。これらの伝導パスペンダントは、排ガスからの熱エネルギーを伝達して、水蒸気または過熱水蒸気を生成する。排ガスの温度は、華氏１７００度（９３０℃）を超える温度から華氏１１００度（５９０℃）未満に冷却し得る。
【００２２】
通路２７は、伝導パスペンダント４４を収容する領域で略垂直方向から水平方向に曲がっていてもよい。通路は、垂直方向から水平方向に曲がるので、通路内に延びかつ伝導パスペンダント４４を有する通路領域の底面を形成する突出部４６を有してもよい。通路２７の断面形状は略矩形であってもよい。断面形状は、均一でなくてもよく、また通路が垂直方向から水平方向に曲がり、再び垂直方向に戻るのにしたがって変化してもよい。
【００２３】
通路２７内の伝導パスペンダント４４の存在、通路の断面形状の変化および通路の折れ曲がりにより、排ガスの流れを複雑かつ不均一にすることができる。排ガス中の残留試薬（例えば、アンモニアスリップ）の分布は、同様に不均一であってもよい。
【００２４】
水蒸気噴射ノズル６２のアレイ５０は、通路２７の壁上に位置する。ノズルは、水蒸気５２と窒素酸化物還元試薬３２の混合物を噴射する。ノズル６２に水蒸気を給送するダクト内に試薬を噴射する静的混合器５３などの混合装置で、水蒸気および試薬を混合してもよい。噴射された水蒸気と試薬の混合物により、伝導パスペンダント４４の下流側に排ガスの乱流および激しい混合が生み出される。更に、試薬を水蒸気と共に噴射することにより、ＳＣＲシステム５６へ流れる排ガス（矢印５４を参照）中での試薬の均一な分布を確実にする。
【００２５】
水蒸気／試薬噴射ノズル６２のアレイ５０は、ＳＮＣＲシステム２８とＳＣＲシステム５６との間の通路２７内にある。ノズル６２のアレイは、伝導パスペンダント４４の下流端とＳＣＲシステム５６の上流端との間の通路２７内に位置決めされてもよい。
【００２６】
通路２７は、ノズル６２のアレイ５０とＳＣＲシステム５６との間には、実質的に障害物がなくてもよく、板または羽根のアレイなどの機械的混合装置を有する必要がない。従来の機械的混合装置により行われる排ガスの混合は、ノズル６２を通して水蒸気と試薬を噴射することにより達成される。
【００２７】
ＳＣＲシステム５６は、従来のものであってもよく、試薬と排ガス中の残りのＮＯｘとの反応を促進する触媒でコーティングされたグリッドまたは他のマトリックスを含み得る。グリッドは、排ガス５４の流路内に配設され、かつボイラの内壁に装着される。排ガスは、華氏３００〜９００度（１５０℃〜４８５℃）といった比較的低温でＳＣＲシステム上を流れる。試薬は、ＳＣＲシステム内の触媒により試薬とＮＯｘとの反応が効果的に促進されることを確実にするために、排ガスと均一に混合されなければならない。
【００２８】
図２は、図１の線２−２に沿って切った断面図である。図２は、伝導パスペンダントのフィンを表す平行線で図示された、伝導パスペンダント４４を収容するボイラ１０内、特にボイラ上部の上面図である。高温排ガスがＳＮＣＲシステム用の試薬噴射ノズル３８を通過して上方に移動する際の、高温排ガスの上方への流動（矢印３０）が示されている。これらの試薬噴射ノズル３８は、試薬と輸送空気の混合物を噴霧５８として排ガス中に噴射する。ノズルは、排ガス用の通路の壁に装着され、伝導パスペンダントの上流側にある。側壁６０上の試薬噴射ノズル３８は、最上流側の伝導パスペンダント４４よりも低い位置にある。
【００２９】
水蒸気を噴射するノズル６２のアレイ５０は、対向する側壁６０上に配設してもよい。ノズルはまた、通路２７の下方延在部のバックパス前壁６４および後壁６６、または更に通路の上壁（屋根）などの、通路の他の壁上に装着してもよい。水蒸気／試薬噴射ノズルのアレイ５０は、通路２７内の最後の伝導パスペンダント４４の直下流側に配設された（例えば３つの）ノズルの垂直方向の列で形成してもよい。側壁６０の対向する側面上のノズルを、噴射された水蒸気と試薬の混合物が排ガスに対して横方向から進入する交互に配されるストリームを形成するように互いに垂直方向にずらしてもよい。
【００３０】
水蒸気と試薬の混合物を噴射するノズルのアレイ５０は、音速に近いような高速で混合物を噴射してもよい。例えば、噴射速度は、３５０〜４５０メートル／秒（ｍ／ｓ）または３７５ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓであってもよい。同様に、速度は、少なくともマッハ数０．５または０．６５〜０．７５の範囲であってもよい。これらの噴射速度を達成するために、試薬を輸送し、排ガス中に乱流を誘起するのに用いられる水蒸気５２は、１．０〜１．５メガパスカル（ＭＰａ）の圧力下にあるとともに、速度ヘッドが２８〜３５キロパスカル（ｋＰａ）であってもよく、またノズル６２は、スロート径が３０〜３３ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。更に、総噴射（水蒸気および試薬）流量は、通路２７内の排ガス流量の１％以下であってもよい。水蒸気の温度を例えば、摂氏３００〜３５０度の範囲に過熱してもよい。
【００３１】
水蒸気噴射の代替案として、試薬を輸送空気で噴射してもよい。この代替案において、噴射ノズル６２のアレイ５０は、空気噴射ノズルであり、輸送媒体は、輸送水蒸気５２よりもむしろ空気である。空気輸送媒体を３００フィート／秒（１００メートル／秒）といった比較的低速で噴射してもよい。試薬は、空気輸送媒体と共に噴射される場合には、ガスの形態であってもよい。輸送空気および試薬の総流量は、排ガスの流量の約５パーセント（５％）または３％〜７％の範囲であってもよい。
【００３２】
図３および図４は、排ガス用の仮想通路７０内への水蒸気と試薬の噴射のコンピュータ生成されたモデルの斜視図である。仮想モデルは、計算流体力学（ＣＦＤ）ソフトウェアなどの、従来の流れモデリング技術を用いて生成される。
【００３３】
ＣＦＤソフトウェアは、仮想通路７０内に噴射された水蒸気と試薬の混合物の流れをモデル化する。この通路は、ボイラの物理的通路２７がモデル化されるように、同様の寸法および形状の側壁７２、前壁７４、後壁７６、および上屋根７８を有するモデルにより画定され得る。
【００３４】
仮想ノズル８０は、仮想通路７０への流入口としてモデル化される。ＣＦＤソフトウェアは、側壁７２、７４、７６および７８上の仮想ノズル８０の位置および数、ならびに各ノズルの入口流れ方向に関する入力データを受け取る。ＣＦＤソフトウェアはまた、入力データを受け取るか、または各ノズルを通る流れの速度および量ならびに流れの組成を算出する。ＣＦＤソフトウェアはまた、任意選択的に、仮想通路７０内を流れる排ガスの入力データおよび通路内の残りの試薬の分布の入力データをモデル化するまたは受け取る。
【００３５】
図２および図３に図示する流れモデルは、仮想ノズル８０から噴射されたストリームの各々の流路を示している。モデル化された流れ８４は、流速を表すように陰影付けまたは色付けされてもよい。流れモデルは、流れが仮想通路７０内を移動する際の、水蒸気および試薬、ならびに排ガスのモデル化された流れ８４の視覚的形式での情報を提供する。
【００３６】
流れ通路７０のモデルの上流端８１は、伝導パスペンダントの直下流側にある、物理的ボイラ内の位置に対応し得る。モデルの下流端８２は、物理的通路内のＳＣＲシステムの位置に対応し得る。ＳＣＲシステムの位置８２における流れ８４の分布は、ＳＣＲシステムにおける試薬の分布を評価するために使用することができる。その評価により、試薬を仮想通路７０内に均一に分布させる程度を決定してもよい。
【００３７】
仮想モデルを操作して、ＳＣＲシステムの位置８２での試薬の所望の流れ分布を達成することができる。操作は、設計技術者により手動で行ってもよく、またはモデルを最適化するソフトウェアにより自動的に行ってもよい。例えば、モデルの下流側位置８２での試薬の流れ分布を最適化するために、モデルにおいて仮想ノズル８０の数および相対位置を変更してもよい。同様に、壁上のノズルの配置（例えば、高さおよび水平位置）、壁（例えば、対向する側壁７２、側壁、および前壁と後壁の一方または両方、前壁と後壁のみ、ならびに上蓋７８）の選択がノズルの考えられる場所である。モデルの他の操作は、ノズルのスロート径、各ノズルからの流入口角度、および各ノズルの流れ圧力を調整することを含み得る。
【００３８】
図５は、物理的通路内のＳＣＲシステムの位置に対応する通路内の位置８２における（水蒸気と試薬の流れを伴う場合と伴わない場合の）排ガスのコンピュータ生成された断面画像を示している。図５の左側の画像は、全負荷で作動するボイラに関する排ガスのモデル化された流れであり、右側の画像は、全負荷の７０％で作動するボイラに関する排ガスのモデル化された流れである。仮想壁７２、７４および７６は、通路の縁部を画定する。
【００３９】
画像の陰影は、ＳＣＲシステムの通路内の位置における流れ８４の均一性を示している。図５の上段における２つの画像は、水蒸気と試薬の混合物が噴射されていない、排ガスのモデル化された流れを示している。上段の画像は、ＳＣＲシステムを通過する排ガス、特に試薬の極めて不均一な流れを表す陰影の大きなコントラストを示している。上段の画像、特に７０％負荷の画像は、排ガスが通路内の狭路に集中しており、通路の一部では排ガスの流れがほぼ停滞していることを表している。下段における画像は、図４および図３に示す場所において水蒸気および試薬が噴射された、排ガスのモデル化された流れを示している。下段の画像は、上段の画像と比較して、明らかに陰影の変化が少ない。下段の画像のより均一な陰影は、排ガスの略均一な流れがＳＣＲシステム内を移動していることを表している。
【００４０】
図５の上段の画像と下段の画像との比較により、ＳＮＣＲシステムの下流側および場合によっては伝導パスペンダントの下流側に水蒸気および試薬を噴射することが、ＳＣＲシステムでのガスと試薬の均一な流れを達成するために有効であり得るということが視覚的に表されている。均一な流れの達成により、排ガスがＳＣＲシステムを通過する際に、より効率的かつ十分にＮＯｘ濃度を低減しなければならない。
【００４１】
本発明を、現時点で最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものとの関連で説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる種々の修正および同等の構成を網羅することが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ボイラ
１２  燃焼域、排ガス通路
１４  バーナ
１６  燃料供給源
１８  空気供給源、導管、加熱空気
２２  燃焼空気ダクト
２４  オーバファイア空気ダクト
２６  オーバファイア空気ノズル
２７  物理的通路
２８  ＳＮＣＲシステム
３０  矢印
３２  供給源、窒素酸化物還元試薬
３４  加圧輸送空気
３５  混合器
３６  ヘッダ
３８  試薬噴射ノズル
４０  壁
４２  熱交換器
４４  伝導パスペンダント
４６  突出部
５０  アレイ
５２  輸送水蒸気
５３  静的混合器
５４  排ガス、矢印
５６  ＳＣＲシステム
５８  噴霧
６０  側壁
６２  噴射ノズル
６４  バックパス前壁
６６  後壁
７０  仮想通路
７２  仮想壁、側壁
７４  仮想壁、側壁、前壁
７６  側壁、後壁
７８  上蓋、上屋根
８０  仮想ノズル
８１  上流端
８２  下流端、下流側位置
【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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【国際調査報告】
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