JP2001241603A

JP2001241603A - ボイラの脱硝装置

Info

Publication number: JP2001241603A
Application number: JP2000050851A
Authority: JP
Inventors: Akira Wakasa; 暁若狭; Noboru Takubo; 昇田窪; Yukihiro Isshiki; 幸博一色; Koichi Masuda; 幸一増田; Nobuyuki Ishizaki; 信行石▲崎▼
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Institute of Research and Development Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Institute of Research and Development Co Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07
Also published as: US20010018033A1; US20050152822A1; US7291313B2; CA2335707A1

Abstract

(57)【要約】【課題】さらなる低ＮＯｘ化を実現するためのボイラ
の脱硝装置を提供する。【解決手段】缶体１のガス通路１０の出口部に還元剤
の投入手段１３を設け、この投入手段１３の下流側に脱
硝触媒１８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＯｘを低減す
るためのボイラの脱硝装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラにおける低ＮＯｘ化対策として
は、二段燃焼や排ガス再循環等が実施されている。前記
二段燃焼は、バーナにおいて燃焼用空気を二段に分けて
供給し、第一段では完全燃焼に必要な空気量よりも少な
い空気量で燃料を燃焼させ、第二段で完全燃焼に必要な
残りの空気量を供給するようにしている。また、前記排
ガス再循環は、燃焼により生じた排ガスを循環させて再
び燃料に混合するようにしている。しかしながら、近年
は、環境問題に対する関心が高まり、より一層の低ＮＯ
ｘ化が要望されている

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、さらなる低ＮＯｘ化を実現するためのボ
イラの脱硝装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、缶体のガス通路の出口部に還元剤の投入手段を設
け、この投入手段の下流側に脱硝触媒を設けたことを特
徴としている。

【０００５】請求項２に記載の発明は、前記還元剤が、
アンモニアであることを特徴としている。

【０００６】請求項３に記載の発明は、前記還元剤が、
尿素水そのものあるいは尿素水を分解してアンモニアと
したものであることを特徴としている。

【０００７】さらに、請求項４に記載の発明は、前記投
入手段が、上流側へ向かって還元剤を投入するように構
成されていることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明する。この発明は、ボイラ，たとえば多管式
ボイラの脱硝装置として好適に実施される。前記ボイラ
の缶体は、ガス通路に複数本の伝熱管が配置され、前記
ガス通路の一端にバーナが設けられているとともに、他
端に排ガス出口が設けられた構成になっている。そし
て、前記ガス通路の出口部に、燃焼ガス中のＮＯｘを還
元するための還元剤の投入手段が設けられている。この
投入手段としては、たとえばタンク内の還元剤をポンプ
によって噴出ノズルへ供給し、この噴出ノズルから還元
剤を噴出する構成とする。また、還元剤の供給量は、Ｎ
Ｏｘの発生量に応じて調整される。

【０００９】また、前記投入手段の下流側，すなわち前
記排ガス出口に、脱硝触媒が設けられている。この脱硝
触媒は、ＮＯｘの還元反応を促進させる作用をなす。し
たがって、前記ガス通路の出口部で混合された還元剤と
燃焼ガスは、前記脱硝触媒に至り、前記脱硝触媒によ
り、ＮＯｘと還元剤との反応が促進され、燃焼ガス中の
ＮＯｘが還元されて大幅に減少する。

【００１０】ここにおいて、前記還元剤としては、アン
モニアや尿素水などが用いられる。アンモニアは、水溶
液の状態またはガスの状態で用いられる。また、尿素水
は、そのまま用いることもできるし、尿素水を分解して
アンモニアとしてから用いることもできる。尿素水をそ
のまま用いる場合は、前記ガス通路の出口部における燃
焼ガス温度が約４５０℃以上であることが好ましい。こ
れは、尿素水が、約４５０℃以上でアンモニアとＣＯ₂
とに完全に分解されるためである。一方、尿素水を分解
してアンモニアとしてから用いる場合は、前記投入手段
に、尿素水からアンモニアへの分解手段が設けられる。
この分解手段は、たとえば尿素水を加熱することによっ
てアンモニアを発生させる構成とする。さらに、前記還
元剤としては、そのほかに、加熱などによって分解し、
アンモニアを発生するような化合物，たとえばシアヌル
酸，メラミン，ビウレットなどを用いることもできる。

【００１１】また、前記投入手段から還元剤を投入する
際、その投入方向，すなわち前記噴出ノズルからの噴出
方向は、上流側方向，下流側方向および燃焼ガスの流れ
と交差する方向のうちから、１つまたは複数選択され
る。これらのうち、上流側へ向かって還元剤を投入する
と、還元剤が燃焼ガスと対向する方向へ投入されるの
で、還元剤と燃焼ガスとの混合促進に効果的である。特
に、隣接する前記各伝熱管間の隙間へ向かって還元剤を
投入すると、ガス流速が大きい箇所へ投入することにな
り、還元剤と燃焼ガスとの混合がより促進される。

【００１２】以上のように、前記構成によれば、還元剤
の投入により、ＮＯｘの発生を大幅に低減することがで
きる。しかも、前記投入手段を前記ガス通路の出口部に
設けているので、前記バーナにおける燃焼や前記各伝熱
管における伝熱に対して悪影響を及ぼさないで、低ＮＯ
ｘ化を達成することができる。また、前記投入手段の取
付空間として、前記ガス通路の出口部の空間を有効に利
用することができ、余分な空間を必要とせず、既設のボ
イラに対しても、容易に追加して設けることができる。

【００１３】ところで、この発明は、環状伝熱管列の内
側に燃焼室を形成し、前記環状伝熱管列の外側に環状の
ガス通路を設けた缶体構成のボイラにおいても実施する
ことできる。たとえば、同軸状に設けられた２つの環状
伝熱管列間に、前記ガス通路が形成され、内側の環状伝
熱管列の一部に設けられた第一開口部により、前記燃焼
室と前記ガス通路とが連通し、外側の環状伝熱管列の一
部に設けられた第二開口部（前記第一開口部と１８０度
反対側に位置する。）により、前記ガス通路と排ガス出
口とが連通している。この缶体を備えたボイラにおいて
は、前記投入手段が、前記ガス通路の出口部，すなわち
前記第二開口部付近に設けられる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。まず、図１および図２に示す第一
実施例について説明する。図１および図２において、ボ
イラの缶体１は、上部管寄せ２および下部管寄せ３を備
えている。これら両管寄せ２，３間には、複数の伝熱管
４，４，…が千鳥状配列で５列に配列されている。これ
らの各伝熱管４によって、伝熱管群５が構成されてい
る。前記各伝熱管４の上端および下端は、前記上部管寄
せ２および前記下部管寄せ３にそれぞれ接続してある。
そして、前記伝熱管群５のうち両外側の列における各伝
熱管４は、第一縦ヒレ部材６，６，…により隣り合うも
の同士を連結することによって、伝熱管壁７，７を構成
している。

【００１５】前記各伝熱管壁７間の一端側には、バーナ
８が設けられており、また他端側には、排ガス出口９が
設けられている。したがって、前記各伝熱管壁７間に
は、前記バーナ８から前記排ガス出口９へ至るガス通路
１０が形成されている。また、前記ボイラにおいては、
前記バーナ８が前記伝熱管群５に近接させて配置されて
いる。

【００１６】前記バーナ８は、この第一実施例において
は、予混合式の面燃焼バーナとしてある。したがって、
前記バーナ８は、多数の予混合気の噴出孔（図示省略）
を有する保炎体１１を備えている。また、前記バーナ８
は、ウインドボックス１２を備えている。このウインド
ボックス１２は、前記保炎体１１へ予混合気を供給す
る。

【００１７】前記ガス通路１０の出口部には、還元剤の
投入手段１３が設けられている。この投入手段１３は、
還元剤として、尿素水を分解してアンモニアを発生さ
せ、このアンモニアを投入する構成になっており、上流
側から順に、尿素水を貯留するタンク１４，尿素水を供
給するポンプ１５，尿素水を分解してアンモニアを発生
させる分解手段１６および所定個数のアンモニアの噴出
ノズル１７，１７，…を備えている。前記分解手段１６
は、たとえば電気ヒータなどの適宜の加熱手段（図示省
略）を設けた構成とする。

【００１８】ここにおいて、前記各噴出ノズル１７は、
アンモニアを前記ガス通路１０における燃焼ガスの流通
方向と対向する方向へ噴出するように配置してある。そ
して、前記各噴出ノズル１７は、前記ガス通路１０にお
ける最下流位置の３本の前記各伝熱管４間へ向かって、
前記各伝熱管４の軸方向に沿ってそれぞれ３個ずつ，計
６個配置してある。

【００１９】また、脱硝触媒１８が、前記排ガス出口９
に設けられている。したがって、前記脱硝触媒１８によ
り、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進されるようにな
っている。

【００２０】以上の構成において、前記バーナ８を作動
させると、前記保炎体１１からの予混合気は燃焼を開始
し、燃焼反応中のガス，すなわち火炎状態の燃焼ガスと
なる。そして、この火炎状態の燃焼ガスは、前記伝熱管
群５内において燃焼反応を継続しながら、前記排ガス出
口９へ向けて流れ、前記排ガス出口９から排ガスとして
排出される。

【００２１】そして、前記バーナ８の作動中において、
前記投入手段１３を作動させる。すると、前記ポンプ１
５によって、前記タンク１４内の尿素水が前記分解手段
１６へ供給され、前記分解手段１６では、尿素水が加
熱，分解されてアンモニアが発生し、このアンモニアが
前記各噴出ノズル１７へ供給される。ここで、前記ポン
プ１５は、前記ボイラにおけるＮＯｘの発生量に応じた
量の尿素水を供給するようになっている。前記各噴出ノ
ズル１７から噴出したアンモニアは、前記ガス通路１０
の出口部において、燃焼ガスと混合される。このとき、
アンモニアは、燃焼ガスの流通方向と対向する方向へ噴
出するので、アンモニアと燃焼ガスとの混合が促進され
る。そして、混合されたアンモニアと燃焼ガスは、前記
脱硝触媒１８に至り、前記脱硝触媒１８により、ＮＯｘ
とアンモニアとの反応が促進され、燃焼ガス中のＮＯｘ
が還元されて大幅に減少する。

【００２２】また、前記各噴出ノズル１７は、前記ガス
通路１０の出口部に設けられているので、前記各噴出ノ
ズル１７からアンモニアを噴出させても、前記バーナ８
における燃焼や前記各伝熱管４における伝熱を阻害しな
い。また、前記各噴出ノズル１７の取付空間として、前
記ガス通路１０の出口部の空間を有効に利用することが
できるので、余分な空間を必要とせず、既設のボイラに
対しても、容易に追加して設けることができる。

【００２３】さらに、前記ボイラにおいては、前記バー
ナ８からの火炎状態の燃焼ガスが前記伝熱管群５によっ
て急激に冷却されるため、サーマルＮＯｘが発生するよ
うな高温の領域がほとんど生じない。そのため、前記ボ
イラは、もともとＮＯｘの排出量が少ないが、前記投入
手段１３を設けることにより、一層の低ＮＯｘ化を達成
することができる。

【００２４】つぎに、図３および図４に示す第二実施例
について説明する。図３および図４において、ボイラの
缶体１は、上部管寄せ２および下部管寄せ３を備え、こ
れら両管寄せ２，３間には、複数の伝熱管４，４，…が
環状に配置されている。これらの各伝熱管４は、内外二
重の環状伝熱管列，すなわち内側の第一伝熱管列１９お
よび外側の第二伝熱管列２０を形成している。また、前
記各伝熱管４の上端および下端は、前記上部管寄せ２お
よび前記下部管寄せ３にそれぞれ接続してある。そし
て、前記上部管寄せ２にバーナ８を取り付け、前記第一
伝熱管列１９の内側を燃焼室２１としている。

【００２５】前記第一伝熱管列１９には、その一部に第
一開口部２２が設けられている。そして、前記第一伝熱
管列１９における前記各伝熱管４は、前記第一開口部２
２を除いて第二縦ヒレ部材２３，２３，…によってそれ
ぞれ連結してある。また、前記第二伝熱管列２０には、
その一部に第二開口部２４が設けられている。そして、
前記第二伝熱管列２０における前記各伝熱管４は、前記
第二開口部２４を除いて第三縦ヒレ部材２５，２５，…
によってそれぞれ連結してある。ここで、前記第二開口
部２４は、前記第一開口部２２に対して約１８０度反対
側の位置に設けてある。

【００２６】前記第一伝熱管列１９と前記第二伝熱管列
２０との間には、前記第一開口部２２から前記第二開口
部２４へ至るガス通路１０，１０が形成されている。こ
れらの各ガス通路１０は、前記第一開口部２２を介して
前記燃焼室２１と連通し、前記第二開口部２４を介して
排ガス出口９と連通している。この排ガス出口９には、
脱硝触媒１８が設けられている。

【００２７】前記各ガス通路１０の出口部，すなわち前
記第二開口部２４には、還元剤の投入手段１３が設けら
れている。この投入手段１３は、前記第一実施例と同様
の構成であるので、詳細な説明は省略する。この第二実
施例においては、前記投入手段１３の各噴出ノズル１７
は、前記各ガス通路１０の出口部へ向かって、前記各伝
熱管４の軸方向に沿ってそれぞれ３個ずつ，計６個配置
してある。すなわち、前記各噴出ノズル１７は、還元剤
としてのアンモニアを前記各ガス通路１０における燃焼
ガスの流通方向と対向する方向へ噴出するように配置し
てある。

【００２８】以上の構成において、前記バーナ８を作動
させると、前記燃焼室２１内には、燃焼反応中のガス，
すなわち火炎状態の燃焼ガスが発生する。この火炎状態
の燃焼ガスは、前記燃焼室２１内で燃焼反応がほぼ完了
し、前記第一開口部２２から前記各ガス通路１０へそれ
ぞれ流入する。そして、この燃焼ガスは、前記各ガス通
路１０をそれぞれ流れた後、前記第二開口部２４におい
て合流し、前記排ガス出口９から排ガスとして排出され
る。

【００２９】そして、前記バーナ８の作動中において、
前記投入手段１３を作動させると、還元剤としてのアン
モニアが、前記各噴出ノズル１７から噴出する。前記各
噴出ノズル１７から噴出したアンモニアは、前記各ガス
通路１０の出口部において、燃焼ガスと混合される。こ
のとき、アンモニアは、燃焼ガスの流通方向と対向する
方向へ噴出するので、アンモニアと燃焼ガスとの混合が
促進される。そして、混合されたアンモニアと燃焼ガス
は、前記脱硝触媒１８に至り、前記脱硝触媒１８によ
り、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進され、燃焼ガス
中のＮＯｘが還元されて大幅に減少する。

【００３０】また、前記各噴出ノズル１７は、前記各ガ
ス通路１０の出口部に設けられているので、前記各噴出
ノズル１７からアンモニアを噴出させても、前記バーナ
８における燃焼や前記各伝熱管４における伝熱を阻害し
ない。また、前記各噴出ノズル１７の取付空間として、
前記各ガス通路１０の出口部の空間を有効に利用するこ
とができるので、余分な空間を必要とせず、既設のボイ
ラに対しても、容易に追加して設けることができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、ＮＯｘの発生を大幅
に低減することができる。しかも、投入手段をガス通路
の出口部に設けているので、バーナにおける燃焼や伝熱
管における伝熱に対して悪影響を及ぼさないで、低ＮＯ
ｘ化を達成することができる。また、既設のボイラに対
しても、容易に追加して設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例を示す縦断面説明図であ
る。

【図２】図１のII−II線に沿う断面を示す横断面説明図
である。

【図３】この発明の第二実施例を示す縦断面説明図であ
る。

【図４】図３のIV−IV線に沿う断面を示す横断面説明図
である。

【符号の説明】

１缶体１０ガス通路１３投入手段１８脱硝触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一色幸博愛媛県松山市堀江町７番地株式会社三浦研究所内 (72)発明者増田幸一愛媛県松山市堀江町７番地株式会社三浦研究所内 (72)発明者石▲崎▼ 信行愛媛県松山市堀江町７番地三浦工業株式会社内Ｆターム(参考） 3K070 DA02 DA12 DA14 DA22 DA25 4D048 AA06 AB02 AB03 AC03 AC04 CC39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】缶体１のガス通路１０の出口部に還元剤
の投入手段１３を設け、この投入手段１３の下流側に脱
硝触媒１８を設けたことを特徴とするボイラの脱硝装
置。
【請求項２】前記還元剤が、アンモニアであることを
特徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項３】前記還元剤が、尿素水そのものあるいは
尿素水を分解してアンモニアとしたものであることを特
徴とする請求項１に記載のボイラの脱硝装置。
【請求項４】前記投入手段１３が、上流側へ向かって
還元剤を投入するように構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載のボイラの脱硝装置。