(57)【要約】【課題】脱硝装置における触媒の有効利用を図ることができ、触媒部分での詰まりをなくし、装置をコンパクトに纏めることである。【解決手段】内部中空の円筒状に形成された外ケーシング２０と、前記外ケーシング２０の内部を軸心に沿った長手方向に二分割して流れ方向が対向する二系統のガス流路２１、２２を形成すると共に軸心方向に所定寸法をもって離間する一又は数箇所の離間空間２３を持たせて前記外ケーシング内に固定された仕切板２４と、前記外ケーシング２０の長手方向に沿って開口した触媒層２９を備えて前記外ケーシング２０の内周に等しい外周をもって前記離間空間２３内で回転する円盤状の触媒体３０と、前記触媒体３０を回転駆動する駆動体３１と、よりなる排煙脱硝装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部中空の円筒状に形成された外ケーシングと、
前記外ケーシングの内部を軸心に沿った長手方向に二分割して流れ方向が対向する二系統のガス流路を形成すると共に軸心方向に所定寸法をもって離間する一又は数箇所の離間空間を持たせて前記外ケーシング内に固定された仕切板と、
前記外ケーシングの長手方向に沿って開口した触媒層を備えて前記外ケーシングの内周に等しい外周をもって前記離間空間内で回転する円盤状の触媒体と、
前記触媒体を回転駆動する駆動体と、
よりなることを特徴とする排煙脱硝装置。
【請求項２】
前記駆動体による前記触媒体の回転方向は、正逆回転可能であることを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
【請求項３】
前記駆動体による前記触媒体の回転速度は、可変であることを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
【請求項４】
前記外ケーシング内の各ガス流路に乱流発生手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の排煙脱硝装置。
【請求項５】
乱流発生手段は、前記触媒層の入口に設けられたダンパー装置であることを特徴とする請求項４記載の排煙脱硝装置。
【請求項６】
乱流発生手段は、前記仕切板を流れ方向に対して傾斜させることにより形成したことを特徴とする請求項４記載の排煙脱硝装置。
【請求項７】
前記触媒体の前記触媒層は、ハニカム構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の排煙脱硝装置。
【請求項８】
前記離間空間を形成する前記仕切板の縁部に前記触媒体の入口部の清掃のための清掃手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一の排煙脱硝装置。
【請求項９】
前記清掃手段は、刷子であることを特徴とする請求項８記載の排煙脱硝装置。
【請求項１０】
前記清掃手段は、エアーノズルであることを特徴とする請求項８記載の排煙脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電装置のボイラー装置等における排気ガス中に含まれている窒素酸化物（ＮＯＸ）を除去するための排煙脱硝装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の排煙脱硝装置の一例を図７及び図８に基づいて説明する。まず、排気ガス中に含まれている窒素酸化物（ＮＯＸ）を除去する手段としては、ボイラーからの排出ガスにアンモニアを注入し、後流側に設置してある触媒に接触させて除去しているものである。その化学反応式としては、
ＮＯ＋ＮＨ３＋１／４・Ｏ２→Ｎ２＋３／２・Ｈ２Ｏ
というものであり、ＮＯＸを還元して無害の窒素と水蒸気に分解するものである。
【０００３】
しかして、図７において、ボイラー１の排気側には、アンモニア注入ノズル２を介して二系統の脱硝反応器３が接続され、これらの脱硝反応器３には、空気予熱器４、電気式集塵器５、ＩＤＦ６、脱硫装置７が順次接続されて、脱硝及び脱硫された気体は煙突８を介して大気中に放散される。前記アンモニア注入ノズル２には、液体アンモニアタンク９が気化器１０、混合器１１を介して接続されているものである。
【０００４】
前記脱硝反応器３の詳細構造は、図８に示されている。すなわち、排ガス入口１２と排ガス出口１３との間には、気体流通断面積が大きい外ケース１４が設けられ、この外ケース１４の内部には、二層の触媒層１５が設けられている。これらの触媒層１５は、例えば、縦１８８０ｍｍ、横９４０ｍｍ、高さ１３００ｍｍの直方体形状の多数個の単位モジュール１６が矩形状になるように組み合わされているものである。そして、前記単位モジュール１６は、例えば、縦横１５０ｍｍで高さ１３００ｍｍの多数の単位触媒１７よりなるものであり、これらの個々の単位触媒１７は、一辺が７．５ｍｍの上下に貫通した正方形状のガス流通路１８を持つように構成されている。
【０００５】
このような構成において、ボイラー１で発生した排ガス中には、アンモニア注入ノズル２位置でアンモニアが注入され、アンモニアを含む排ガスは、排ガス入口１２から脱硝反応器３の内部に流入して触媒層１５の触媒に接触して前述の化学反応式に示すように反応して無害の窒素と水蒸気に分解され、かつ、電気式集塵器５で集塵されると共に、脱硫装置７で脱硫されて無害の排気として大気中に放散される。
【０００６】
つぎに、排ガス入口１２から排ガス出口１３に向けて排ガスを直流状に流す前記脱硝反応器３の設置断面積を縮小する目的で、装置内のガス流路を二分割してガス流をリターンするように構成するようにした発明が、特許文献１及び特許文献２に記載されている。すなわち、反応層の内部を仕切壁で二分割すると共にこれらの仕切壁で区切られた流路にそれぞれ連通するように流入口と排出口とを設け、反応層の下部には、ガス流がＵ字形に反転するようにリターン流路を形成しているものである。さらに、排ガス中からの脱硝と脱硫とを同一ケース内で行うようにした発明も特許文献３に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３３２３４８号公報
【特許文献２】特許第３４３３２６２号明細書
【特許文献３】特許第２６３０５４３号明細書
【特許文献４】特開平９−０８８５５８号公報
【特許文献５】特許第３３６２２１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８に示す脱硝反応器３において、排ガスが流れるガス流通路１８が上下に貫通した直線状のものであり、触媒層１５におけるガス流通路１８を流れる過程で整流となり、各層の下半分では十分な化学反応が行われにくくなって触媒の有効利用を図ることができないという課題がある。すなわち、ガス流通路１８の上方半分位しか有効利用を図ることができないものである。
【０００９】
つぎに、脱硝反応器３における外ケース１４の全体形状、及び、ガス流通路１８の形状は、正方形による四角形状であるため、四隅にガス流速の低下を生じ、灰が堆積しやすくなる。すなわち、脱硝反応器３の全体をみれば、四角形状の隅部におけるガス流速が低下して隅部付近の触媒層１５のガス流通路１８に灰が堆積しやすく、また、個々のガス流通路１８についてみれば、それらのガス流通路１８の四隅部に灰が堆積しやすいものである。特に、個々のガス流通路１８の開口面積は、一辺が７．５ｍｍの上下に貫通した正方形状であって小さいため、目詰まりが発生することもある。このようなことから、特許文献４及び特許文献５には、反応器内部に設けられる触媒でなる脱硝剤をハニカム状に形成することが記載されている。このようにハニカム状にすることにより、隅部の角度が１２０度となり、灰が堆積しにくい。しかしながら、特許文献４及び特許文献５に記載された全体形状は、依然として四角形状であるため、個々の流通部がハニカム形状であっても全体の四隅部は流れが悪く、灰の堆積を防ぐことが難しい。
【００１０】
さらに、脱硝反応器３中を流れる排ガスの流れが前述のように偏りやすいため、排ガス中のＮＯＸ濃度に濃淡ができ、ＮＯＸ濃度の追従不良が発生しているものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、内部中空の円筒状に形成された外ケーシングと、前記外ケーシングの内部を軸心に沿った長手方向に二分割して流れ方向が対向する二系統のガス流路を形成すると共に軸心方向に所定寸法をもって離間する一又は数箇所の離間空間を持たせて前記外ケーシング内に固定された仕切板と、前記外ケーシングの長手方向に沿って開口した触媒層を備えて前記外ケーシングの内周に等しい外周をもって前記離間空間内で回転する円盤状の触媒体と、前記触媒体を回転駆動する駆動体と、よりなる排煙脱硝装置である。
【発明の効果】
【００１２】
したがって、触媒層を回転させることにより、触媒の有効利用を図ることができ、排ガスを対流式とすることで触媒部分での詰まりをなくすことができ、特に、触媒層を有効利用できるので、装置をコンパクトに纏めることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第一の実施の態様を図１に基づいて説明する。まず、全体構成としては、図１に示されているように構成されており、図１に示す構造は、図７における脱硝反応器３に相当する部分である。すなわち、本実施の態様における脱硝反応器１９は、円筒状の外ケーシング２０を備え、この外ケーシング２０の内部を軸心に沿った長手方向に二分割して流れ方向が対向する二系統、すなわち、Ａ系統とＢ系統とのガス流路２１、２２を形成すると共に軸心方向に所定寸法をもって離間する３箇所の離間空間２３を持たせて前記外ケーシング２０内に固定された仕切板２４が設けられている。そして、前記ガス流路２１、２２のそれぞれの端部には、排ガス入口２５、２６と排ガス出口２７、２８とが設けられている。また、前記外ケーシング２０の長手方向に沿って開口した触媒層２９を備えて前記外ケーシング２０の内周に等しい外周をもって前記離間空間２３内で回転する三個の円盤状の触媒体３０が設けられている。これらの触媒体３０は、駆動モータよりなる駆動体３１が連結された駆動軸３２に結合されており、三個の前記触媒体３０は、一体的に回転するように構成されている。
【００１４】
このような構成において、Ａ系統のガス流路２１においては、排ガスの流れは、上方から下方に向かうものであり、Ｂ系統のガス流路２２においては、下方から上方に向かうものである。そして、駆動体３１により駆動される駆動軸３２に三個の触媒体３０が固定されて一体的に回転することにより、各触媒体３０のそれぞれの触媒層２９に接触する排ガスの流れは、Ａ系統のガス流路２１の領域においては上方から下方に向かう流れで接触し、Ｂ系統のガス流路２２の領域においては下方から上方に向かう流れで接触する。したがって、触媒体３０が回転することにより、触媒層２９を全体的に有効利用することができ、しかも、排ガスの流れが対向流であるため、触媒層２９の目詰まりも発生し難い。しかも、触媒層２９の全体的な有効利用を図ることができるため、触媒作用の効率がよく、装置全体のコンパクト化を図ることができる。しかも、ＮＯＸの制御の追従性が向上する。なお、触媒体３０の回転方向としては、一方向回転に限られるものではなく、所定のタイミングで反転させるようにしてもよく、さらに、回転速度を適宜変化させるようにしてもよいものである。
【００１５】
つぎに、図２に示すものは本発明の第二の実施の態様である。本実施の態様は、図１に示す第一の実施の態様に対して、外ケーシング２０の底面に反転流路３３を形成するための半球体状の椀型底面３４を形成したものである。このように構成することにより、外ケーシング２０の上部に、一つずつの排ガス入口２５と排ガス出口２８とを設けたものである。
【００１６】
このように構成することにより、前述の第一の実施の態様と同様に、Ａ系統のガス流路２１においては、排ガスの流れは、上方から下方に向かうものであり、Ｂ系統のガス流路２２においては、下方から上方に向かうものである。そして、駆動体３１により駆動される駆動軸３２に三個の触媒体３０が固定されて一体的に回転することにより、各触媒体３０のそれぞれの触媒層２９に接触する排ガスの流れは、Ａ系統のガス流路２１の領域においては上方から下方に向かう流れで接触し、Ｂ系統のガス流路２２の領域においては下方から上方に向かう流れで接触する。したがって、触媒体３０が回転することにより、触媒層２９を全体的に有効利用することができ、しかも、排ガスの流れが外ケーシング２０内においてリターン式であるため、触媒層２９の目詰まりも発生し難い。しかも、触媒層２９の全体的な有効利用を図ることができるため、触媒作用の効率がよく、装置全体のコンパクト化を図ることができる。しかも、ＮＯＸの制御の追従性が向上する。なお、触媒体３０の回転方向及び回転速度に関しては、前述の第一の実施の態様と同様にすることが可能である。
【００１７】
ついで、図３乃至図６に基づいて本発明の第三の実施の態様を説明する。本実施の態様は、第一及び第二の実施の態様をより一層具体化すると共に、脱硝作用の効率を向上するための具体的構成を付加したものである。また、説明を簡略化するために、触媒体３０の構成は、第１層と第２層との二層であるものとする。なお、図１及び図２に示した部分と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。
【００１８】
まず、図３において、Ａ、Ｂ系統のガス流路２１、２２の入口部で排ガスの流れを乱流化するために、仕切板２４に傾斜部３５が形成されている。また、この排ガスの流れの乱流化を一層助長するために、Ａ、Ｂ系統のガス流路２１、２２の触媒体３０の入口部に、図４に示すダンパー装置３６が設けられている。このダンパー装置３６は、互いに平行に設けられた複数本の桟３７に鱗状の多数の乱流発生片３８を設けてなるものであり、これらの乱流発生片３８は、電動形式としてその角度を任意に調整可能としているものである。これにより、ダンパー装置３６を通過する排ガス流派は、適当に乱流化され、触媒体３０に満遍なく流入する。これにより、排ガスが触媒体３０の全ての触媒層２９に均等に接触して脱硝作用を向上させている。つぎに、触媒体３０の触媒層２９は、その一部を図５に示すように、上下方向に開口したハニカム構造３９として形成されている。なお、図４及び図５に示す状態は概念的な略図であり、実際の形状はさらに大きな領域を有する。すなわち、実際の装置においては、回転する円盤形状の触媒体３０の直径の寸法は７〜８ｍもあり、その全面にわたって１０ｍｍ前後の微細寸法のハニカム構造３９の触媒層２９が一面に形成されているものである。
【００１９】
つぎに、前記仕切板２４により形成された離間空間２３に向けて突出することにより、前記触媒体３０の面を清掃する清掃手段４０が設けられている。この清掃手段４０としては、図６に示すように、前記触媒体３０の面に接触する刷子４１により構成されている。また、別の形態としては、特に、図示しないが、前記仕切板２４の間から、上方又は下方へ空気流が吹き出されるように構成したエアーノズルであってもよい。
【００２０】
このような構成において、ボイラー１で発生した排ガス中には、アンモニア注入ノズル２位置でアンモニアが注入され、アンモニアを含む排ガスは、排ガス入口２５、２６から外ケーシング２０内のＡ系統のガス流路２１及びＢ系統のガス流路２２に流入する。このとき、触媒体３０の触媒層２９に流入する前に、仕切板２４に傾斜部３５が設けられていること、ダンパー装置３６が設けられていることにより、その排ガスの流れは乱流化され、触媒層２９のハニカム構造３９に均等に流入する。しかも、触媒体３０は、駆動軸３２に一体的に固定されており、かつ、駆動体３１により回転駆動されていることにより、触媒体３０の触媒層２９は、Ａ系統のガス流路２１とＢ系統のガス流路２２とに交互に位置を変え、しかも、排ガスの流れ方向が変化するため、排ガスの乱流化とともに排ガスの触媒層２９に対する接触が上方からと下方からと交互に変化し、触媒層２９の全ての面が有効に作用する。これにより、脱硝効果が極めて向上する。しかも、触媒層２９がハニカム構造３９であることにより、排ガス流通部分の各部の角度は、１２０度であり、灰の堆積等が起こり難い。そのため、触媒層２９の詰まりの発生がない。しかも、触媒体３０に対して、清掃手段４０としての刷子４１が触媒層２９の端面に常に接触している状態で触媒体３０が回転していることにより、触媒層２９の端面が常時清掃されており、灰による詰まりの発生のおそれがない。
【００２１】
このようにして排ガスの灰の堆積や詰まりのない状態が得られるため、定期点検や中間点検での清掃工事費の低減、工期の短縮を図ることができ、稼働率の向上や工費節減に対する効果は大きい。
【００２２】
なお、前述の形態においては、Ａ系統のガス流路２１とＢ系統のガス流路２２とが別個に形成された対流型である状態について説明したが、実施に当たっては、図２に示すように、外ケーシング２０の底面に椀型底面を形成して互いに連通したＡ系統のガス流路２１とＢ系統のガス流路２２とが形成されるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施の態様を示す斜視図である。
【図２】本発明の第二の態様を示す斜視図である。
【図３】本発明の第三の態様を示す斜視図である。
【図４】乱流発生手段として作用するダンパー装置の斜視図である。
【図５】触媒体のハニカム構造を示す斜視図である。
【図６】清掃装置を構成する刷子を示す斜視図である。
【図７】脱硝装置が配置される全体のシステムを示す配管図である。
【図８】従来の脱硝反応器の一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０    外ケーシング
２１    ガス流路
２２    ガス流路
２３    離間空間
２４    仕切板
２９    触媒層
３０    触媒体
【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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