(57)【要約】 【課題】  尿素水噴射ノズルから尿素水を噴射することで燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝装置において、尿素水噴射ノズルが加熱されて尿素水噴射ノズル内で尿素が析出したり、尿素水が排ガス通路壁面に衝突することを防止する。【解決手段】  原動機など燃焼装置で発生した燃焼排ガスを通す排ガス通路３に尿素水噴射ノズル４を設置しておき、尿素水噴射ノズル４から燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射し、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するようにしている脱硝装置であって、尿素水噴射ノズル４の先端付近には、先端側の面を開口し尿素水噴射ノズルの周囲を覆う円筒形の保護管９を設けておき、保護管付きの尿素水噴射ノズルを排ガス通路３内に突出するように設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機など燃焼装置で発生した燃焼排ガスを通す排ガス通路に尿素水噴射ノズルを設置しておき、尿素水噴射ノズルから燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射し、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するようにしている脱硝装置であって、尿素水噴射ノズルの先端付近には、先端側の面を開口し尿素水噴射ノズルの周囲を覆う円筒形の保護管を設けておき、保護管付きの尿素水噴射ノズルを排ガス通路内に突出するように設置していることを特徴とする尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置。
【請求項２】
請求項１に記載の尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置において、前記保護管は、排ガス通路内を流れる燃焼ガス流の下流側となる面よりも上流側となる面の方が、排ガス通路内により大きく突出するように設置していることを特徴とする尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置。
【請求項３】
請求項２に記載の尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置において、尿素水噴射ノズルの先端位置は、保護管の燃焼ガス流の下流側となる面における先端位置から保護管の燃焼ガス流の上流側となる面における先端位置までの間となるように、尿素水噴射ノズルと保護管を配置するようにしていることを特徴とする尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガス中に尿素水を噴射して窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許第３４９９５７６号公報に記載があるように、ガスタービンやエンジンなどの原動機と、原動機で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラを設置しておき、動力とともに熱を利用することで装置全体としての効率を高めるということが行われている。そして、燃焼排ガスに含まれている窒素酸化物を除去するために、燃焼排ガス中へ尿素水を噴射し、窒素酸化物を還元除去することが行われている。
【０００３】
燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射する尿素水噴射ノズルは、原動機と排熱ボイラの間をつなぐ排ガス通路に設置する。特許第３４９９５７６号では、ダクトの周側面にノズル取付座を設置しておき、ノズルは先端部がダクトの内周面よりもダクト内に突出しないように、取付座のフランジに取り付けるようにしている。
【０００４】
尿素水噴射ノズルを排ガス通路内に突出して設置すると、尿素水噴射ノズルは燃焼排ガスの熱を直接受けることになり、排ガス通路内の燃焼排ガスは高温であるため、尿素水噴射ノズルは燃焼排ガスによって加熱される。尿素水噴射ノズルでは尿素水を噴射している時には、供給し続けている尿素水によって尿素水噴射ノズルを冷却することができるため、尿素水噴射ノズルが高温になることはない。しかし、尿素水の供給を停止している場合には尿素水によって尿素水噴射ノズルを冷却することができないため、ノズル部が高温になり、尿素水噴射ノズル内に残留している尿素水が加熱されると、尿素水から水分が蒸発して尿素が析出することがある。
【０００５】
出願人は、排ガス通路内の排ガス量や排ガス温度、尿素水の供給量などを通常の脱硝運転を想定した条件とし、尿素水噴射ノズルの先端が燃焼排ガス流内に＋２０mm突出させた場合と、０mmつまり燃焼排ガス流境界の延長線上に尿素水噴射ノズルを配置して燃焼排ガス流内には突出させなかった場合における尿素水噴射ノズルの管壁温度を測定した。尿素が析出する可能性は、エンジン停止に先立って尿素水の供給を停止する脱硝運転の終了工程時に高まるため、終了工程時の温度を測定した。終了工程時に尿素が析出するのは、終了工程時の場合、パージエアを供給することで尿素水噴射ノズル冷却の作用は得られるが、パージエアによる冷却効果は尿素水供給による冷却効果より劣るため、尿素水噴射ノズルの温度は高くなり、尿素水噴射ノズル内に残っていた尿素水の温度が上昇するためである。
【０００６】
終了工程時における尿素水噴射ノズルの温度を測定したところ、燃焼排ガス流内に尿素水噴射ノズルを突出させた方が、突出させていない場合に比べて約４０℃高くなるという結果が得られた。そして、排ガス通路内に突出させていない場合における尿素水噴射ノズル管壁温度は、尿素水から尿素が析出する温度以下であったのに対し、排ガス通路内に突出させた場合における尿素水噴射ノズル温度は、尿素水から尿素が析出する温度よりも高くなっているという測定結果が得られた。尿素水噴射ノズルが尿素析出温度より高くなるということは、尿素水噴射ノズル内に尿素水が残留した場合に尿素が析出するということであり、この場合には尿素水が固化して尿素水噴射ノズルが詰まるため、尿素水噴射ノズルを排ガス通路に突出させてはならないということが分かる。
【０００７】
また、出願人は前記とは逆に尿素水噴射ノズルを−２０mm、つまり排ガス通路の周側面よりも外側に引っ込めた場合での試験も行った。−２０mmにおける尿素水噴射ノズル管壁温度は０mm時と同等であったが、−２０mmの場合、噴射した尿素水が排ガス通路に衝突していることが確認できた。尿素水噴射ノズルから噴射した尿素水が排ガス通路壁面に衝突すると、排ガス通路壁面に割れが発生する要因となる。排ガス通路に割れが発生した場合には排ガス通路を交換する必要があり、修復には時間が掛かることになる。
【０００８】
これらのことより、尿素水噴射ノズルは、排ガス通路の周側面より排ガス通路側に突出することも、周側面より外側に後退することもできないということが分かった。しかし、尿素水噴射ノズルを排ガス通路に取り付ける場合、尿素水噴射ノズルは排ガス通路内となり、接続は排ガス通路の外側から行わなければならないため、尿素水噴射ノズルと排ガス通路周側面の位置を確認しながら設置位置を調節するということは構造的に難しく、位置にずれが発生しやすいという問題があった。
【特許文献１】特許３４９９５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、尿素水噴射ノズルから尿素水を噴射することで燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝装置において、尿素水噴射ノズルが加熱されて尿素水噴射ノズル内で尿素が析出したり、尿素水が排ガス通路壁面に衝突することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、原動機など燃焼装置で発生した燃焼排ガスを通す排ガス通路に尿素水噴射ノズルを設置しておき、尿素水噴射ノズルから燃焼排ガスへ向けて尿素水を噴射し、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するようにしている脱硝装置であって、尿素水噴射ノズルの先端付近には、先端側の面を開口し尿素水噴射ノズルの周囲を覆う円筒形の保護管を設けておき、保護管付きの尿素水噴射ノズルを排ガス通路内に突出するように設置していることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記の尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置において、前記保護管は、排ガス通路内を流れる燃焼ガス流の下流側となる面よりも上流側となる面の方が、排ガス通路内により大きく突出するように設置していることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、尿素水噴射ノズルに保護管を設けた脱硝装置において、尿素水噴射ノズルの先端位置は、保護管の燃焼ガス流の下流側となる面における先端位置から保護管の燃焼ガス流の上流側となる面における先端位置までの間となるように、尿素水噴射ノズルと保護管を配置するようにしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を実施することで、保護管によって燃焼排ガスが尿素水噴射ノズルを直接加熱することを防止できるため、尿素水噴射ノズルが燃焼排ガス流内に突出していても、尿素水噴射ノズルの大幅な温度上昇を防止でき、尿素水噴射ノズルでの詰まり発生を防止できる。そして、尿素水噴射ノズルは排ガス通路内へ突出しており、さらに尿素水噴射ノズルと排ガス通路の間には保護管があるため、尿素水噴射ノズルから噴射した尿素水が排ガス通路に付着することを防止する効果を得ることもできる。また、保護管と尿素水噴射ノズルの取付けは、尿素水噴射ノズルを排ガス通路に取り付ける前に行うため、保護管と尿素水噴射ノズルの取付け時に、保護管と尿素水噴射ノズルの位置がずれないように、位置を確認しながら適正な位置に配置することができる。そして、もしも尿素水が保護管に付着し、保護管に割れが発生することになったとしても、保護管のみを交換すればよいため修復は容易に行える。
【００１４】
また、保護管は燃焼排ガス流の下流側となる面よりも上流側となる面の方が、排ガス通路内により大きく突出するようにしている場合、保護管の燃焼排ガス流上流側となる面における燃焼排ガス流を遮る作用が高まるため、燃焼排ガスによる尿素水噴射ノズルの加熱防止効果を高めることができる。そして保護管の燃焼排ガス流下流側となる面では、尿素水噴射ノズルよりも突出長さを短くしているため、尿素水噴射ノズルから噴射した尿素水が保護管に付着する可能性は低くなっており、保護管に尿素水が衝突して保護管が割れるということを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する脱硝装置全体のフロー例を示したフロー図、図２は本発明の一実施例での尿素水噴射ノズル部分説明図である。
【００１６】
燃焼排ガスの発生源であるガスタービン等の原動機（図示せず）からは高温の燃焼排ガスが発生するため、原動機で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラ（図示せず）を設置する。原動機と排熱ボイラは、排ガス通路３で接続し、排ガス通路３を通して燃焼排ガスを流すようにしておき、排ガス通路３に尿素水噴射ノズル４を設置する。燃焼排ガスは有害な窒素酸化物含んでいるため、尿素水を燃焼排ガス中に噴射し、アンモニアの還元作用を利用して窒素酸化物を窒素と水に分解することで無害化する。
【００１７】
尿素水噴射ノズル４内で尿素水から尿素が析出すると、尿素水噴射ノズル４が詰まることになるため、尿素水噴射ノズル４内が詰まらないようにする必要がある。そこで、尿素水噴射ノズル４へは尿素水だけでなく、水や空気を供給することもできるようにしておき、尿素水噴射ノズル４内を洗浄できるようにしておく。尿素水噴射ノズル４には、尿素水供給経路１と空気供給経路２を接続しており、尿素水供給経路１からは尿素水又は水、空気供給経路２からは空気を供給するようにしている。尿素水供給経路１の上流側には、尿素水供給ポンプ５と水供給ポンプ６を並列に設置しており、途中で流路を合流させている。空気供給経路２の上流側には空気供給ポンプ７を設置し、空気供給ポンプ７と尿素水噴射ノズル４の間にパージ用空気制御弁１１を設けている。
【００１８】
また、図示していないが尿素水噴射ノズル４の外側にはアトマイズエアラインを設置しておき、尿素水噴射時にアトマイズエアを噴射することで尿素水の拡散効果を高めることは有効である。その場合、空気供給経路２は途中で分岐して尿素水噴射ノズル４とアトマイズエアラインに接続する。尿素水噴射ノズル４の外側にアトマイズエアラインを設けておけば、アトマイズエアによって尿素水噴射ノズルを冷却する作用を得ることもできる。尿素水供給ポンプ５、水供給ポンプ６、空気供給ポンプ７、パージ用空気制御弁１１は、脱硝装置の運転を制御する制御装置８と接続しておき、制御装置８が各機器の作動を制御する。
【００１９】
排ガス通路３には、壁面に尿素水噴射ノズル用の取付座１２を設ける。取付座１２は排ガス通路外面から直角に立ち上げている円筒部と円筒部先端に設けたフランジ１０からなっている。尿素水噴射ノズル４は先端に噴射口を持ち、側面に排ガス通路３に取り付けるためのフランジ１０を設けている。尿素水噴射ノズル４は排ガス通路３のフランジ１０に直接接続するのではなく、尿素水噴射ノズル４と保護管９を接続し、保護管９と排ガス通路３を接続するようにしている。保護管９は尿素水噴射ノズル４の先端付近を覆う円筒形の部材であり、先端側は尿素水を噴射するために開口している。保護管９の先端は、排ガス通路内を流れる燃焼ガス流の下流側となる面よりも上流側となる面の方が、排ガス通路内により大きく突出するように、斜めに切断した形状としている。保護管９には、根元側に尿素水噴射ノズル４と接続するためのフランジ１０、中間の側面に排ガス通路３と接続するためのフランジ１０を設けておく。
【００２０】
尿素水噴射ノズル４の取付けは、まず尿素水噴射ノズル４と保護管９を接続する。尿素水噴射ノズル４の先端位置は、保護管９の長い面の側における先端と短い面の側における先端の間になるように調節しておく。次に、尿素水噴射ノズル４と接続している保護管９を排ガス通路３と接続する。保護管９を排ガス通路３に接続する場合、保護管９の長い面が燃焼排ガス流の上流側になるように向きをあわせておき、保護管９の短い面の先端も排ガス通路３の壁面の延長線上より排ガス通路３の中央側へ突出させるようにしておく。
【００２１】
脱硝運転は原動機の運転状況や触媒温度などに基づいて行う。脱硝運転中は、尿素水供給ポンプ５を稼働し、尿素水噴射ノズル４へ尿素水を供給しておき、尿素水噴射ノズル４の先端から尿素水を噴射することによって、排ガス通路３内を流れている燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去する。尿素水噴射ノズル４の先端から噴射した尿素水は、燃焼排ガス流内へ拡散し、燃焼排ガス流によって押し流されるため、尿素水噴射ノズル４から燃焼排ガス流下流方向へと流れていく。尿素水噴射ノズル４の先端は、排ガス通路の壁面よりも燃焼排ガス流側へ突出しており、尿素水噴射ノズル４と排ガス通路壁面の間には保護管９もあるため、尿素水が排ガス通路の壁面と衝突することを防止できる。また、尿素水噴射ノズル４の先端は、保護管９の燃焼排ガス流の下流側となる面よりも燃焼排ガス流側へ突出しているため、尿素水が保護管９に衝突することも防止できる。
【００２２】
尿素水噴射中は、供給している尿素水によって尿素水噴射ノズル４が冷却されるため、尿素水噴射ノズル４内で尿素が析出することはないが、脱硝運転停止時には尿素水供給停止後も燃焼排ガスの熱によって尿素水噴射ノズル４が加熱されることがあるため、尿素水噴射ノズル４の加熱を防止する必要がある。尿素水噴射ノズル４は、保護管９によって覆われており、排ガス通路３内を流れてきた燃焼排ガスは、保護管９の側壁面に衝突し、保護管９の側壁面に沿って流れる。燃焼排ガス流は尿素水噴射ノズル４の手前にある保護管９によって遮られているため、燃焼排ガス流が尿素水噴射ノズル４に直接衝突することはなく、尿素水噴射ノズル４への加熱量が抑えられる。そのため、尿素水噴射ノズル４へバーナエアを供給しておくだけでも、尿素水噴射ノズル４が尿素析出温度まで上昇することを防止でき、尿素水噴射ノズル４内で詰まりが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施する脱硝装置全体のフロー例を示したフロー図
【図２】本発明の一実施例での尿素水噴射ノズル部分説明図
【符号の説明】
【００２４】
１  尿素水供給経路      
２  空気供給経路      
３  排ガス通路        
４  尿素水噴射ノズル      
５  尿素水供給ポンプ
６  水供給ポンプ        
７  空気供給ポンプ    
８  制御装置
９  保護管
１０  フランジ
１１  パージ用空気制御弁
１２  取付座
【図１】
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【図２】
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