排煙脱硝装置
【課題】ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせる。
【解決手段】本発明の排煙脱硝装置は、主流ダクト１６を通流して節炭器２２により降温された主流排ガスと、節炭器２２をバイパスするバイパスダクト２４を通流して高温を保ったバイパス排ガス２８との合流排ガスに、アンモニアガスを供給した後脱硝反応器で脱硝するものである。特に、主流ダクト１６内の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部には、主流排ガス２６の通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させた３枚の仕切板４４が、主流排ガス２６の通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガス２８の流入側から順に主流排ガス２６の上流側にずらせて流入するバイパス排ガス２８に臨ませて設けられている。
【解決手段】本発明の排煙脱硝装置は、主流ダクト１６を通流して節炭器２２により降温された主流排ガスと、節炭器２２をバイパスするバイパスダクト２４を通流して高温を保ったバイパス排ガス２８との合流排ガスに、アンモニアガスを供給した後脱硝反応器で脱硝するものである。特に、主流ダクト１６内の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部には、主流排ガス２６の通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させた３枚の仕切板４４が、主流排ガス２６の通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガス２８の流入側から順に主流排ガス２６の上流側にずらせて流入するバイパス排ガス２８に臨ませて設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなどの火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスの排煙脱硝装置に係り、特に、燃焼排ガスを通流させる主流ダクトから分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトが設けられた排煙脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボイラなどの火炉で燃焼され発生した燃焼排ガスは、主流ダクトを通流する過程で熱交換器、及び節炭器にて熱回収された後、排ガス中の窒素酸化物を還元除去するためにアンモニアガスが供給され、そして窒素酸化物を除去するための触媒が充填された脱硝反応器へ導かれる。
【０００３】
ここで、排ガス中に硫黄酸化物（特にＳＯ３）が存在し、かつ排ガス温度が低い場合（排ガス中のアンモニア、硫黄酸化物濃度によって異なるが通常おおよそ２５０〜３３０℃程度以下）、硫黄酸化物とアンモニアガスとが反応して酸性硫安が析出される。
【０００４】
この酸性硫安は液状であり、触媒表面に付着して触媒活性点を覆うため、触媒の性能低下を招く。したがって、排煙脱硝装置に流入する排ガス温度を酸性硫安が析出される温度以上に保つことが、排煙脱硝装置を運用する条件として求められる。
【０００５】
この条件を満たすために、例えば、特許文献１に記載されているように、節炭器の上流側から分岐して節炭器の下流側に合流するバイパスダクトを設けることが知られている。つまり、バイパスダクトを通流して節炭器をバイパスするバイパス排ガスは降温されず高温を保っているため、主流ダクトを通流する主流排ガスと合流した排ガスの温度を、酸性硫安が析出される温度以上に保つことを可能とするものである。
【０００６】
【特許文献１】実開平１―８１４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることについて考慮されていない。
【０００８】
すなわち、主流排ガスに対してバイパス排ガスが大きな運動エネルギーで流入してきた場合、高温のバイパス排ガスの大部分が流入方向の奥側（主流ダクト壁側）まで達し、流入方向の手前側にはあまり行き渡らないため、合流後の排ガスが混合されて温度が均一になるまでには時間がかかる。
【０００９】
したがって、合流した排ガスの温度を均一に酸性硫安が析出される温度以上に保つためには、排ガスの合流部からアンモニアガスが供給される部位までのダクト寸法を長くする必要があるが、これは装置のコンパクト設計の要請の観点から好ましくない。
【００１０】
ダクト寸法を短くしながら合流後の排ガス温度の均一化を素早くさせるためには、例えば合流後の排ガスの混合を促進させるためのミキサーをダクト内に設けることなどが考えられるが、この場合、ミキサーにより通風抵抗が生じ、ダクトの圧力損失が増加するので好ましくない。
【００１１】
そこで、本発明は、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排煙脱硝装置は、火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクトと、主流ダクト内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器と、主流ダクトの熱交換器よりも上流側から分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトと、主流ダクトを流れる主流排ガスとバイパスダクトを流れるバイパス排ガスの合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置と、アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器とを備えることを基本構成としている。
【００１３】
特に、上記課題を解決するため、主流ダクト内の主流排ガスとバイパス排ガスの合流部には、主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板が、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられてなることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、このように仕切板を設けることにより、主流ダクトに流入してきたバイパス排ガスは、各仕切板に接触して通流方向を変え、各仕切板により形成された各流路で主流排ガスと混合されながら主流排ガスの下流へ流れる。したがって、バイパス排ガスは、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。また、これらの仕切板は、主流排ガスの通流方向に並行して設けられているため、通風抵抗にあまり影響を与えない。その結果、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【００１５】
この場合において、バイパスダクトの主流ダクトとの合流部に、バイパス排ガスが主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根を設けることが好ましい。
【００１６】
つまり、バイパスダクトにダンパなどを設けて、例えば合流排ガスの温度などに基づきバイパス排ガス流量を調整する場合、主流排ガスとバイパス排ガスとの流量比は変化することとなる。このような場合であっても、調整羽根の回動角度を調整してバイパス排ガスが主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整することにより、仕切板により形成された各流路にバイパス排ガスを均一に行き渡らせて、各流路における両排ガスの流量比を均一にすることができる。
【００１７】
また、主流排ガスとバイパス排ガスの流量比がある程度固定されている場合であっても、仕切板により形成された各流路に流れるバイパス排ガスが設計値と異なりばらつくような場合に、この調整羽根を用いて均一に流れるように調整することもできる。
【００１８】
調整羽根４８の回動角度の調整は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比に基づいて行うことができる。例えば、各排ガスの流量比と、これに対応して各流路において両排ガス流量比が均一になるような調整羽根の回動角度をあらかじめ実験などで求めて、テーブル或いは数式などでメモリに保存しておけば、両ダクトに流量計を設け、これらの値を入力値として回動角度を出力し、出力値に基づいて回動角度を調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用してなる排煙脱硝装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態の排煙脱硝装置を用いた排ガスラインの全体構成を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態では、排ガス発生源としてボイラを例に挙げて、ボイラから排出される燃焼排ガスに対して排煙脱硝装置を用いているが、これに限らず、硫黄酸化物及び窒素酸化物を含んで排出された燃焼排ガスに適用することができる。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の排煙脱硝装置１０は、ボイラ１２の火炉１４から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクト１６と、主流ダクト１６内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器１８，２０と、同じく主流ダクト１６内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる節炭器２２が備えられている。なお、燃焼排ガスの上流側から順に、熱交換器１８，２０、節炭器２２が直列に設けられている。
【００２３】
また、主流ダクト１６の熱交換器２０と節炭器２２との間から分岐して節炭器２２をバイパスして主流ダクト１６に合流するバイパスダクト２４と、主流ダクト１６を流れる主流排ガス２６とバイパスダクト２４を流れるバイパス排ガス２８の合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置３０と、アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器３２が備えられている。
【００２４】
主流ダクト１６のアンモニアガスが供給される部位の上流側の近接する箇所には、燃焼排ガスの温度を検出する温度センサ３４が設けられている。また、バイパスダクト２４内には、温度センサ３４で検出された温度に基づいてバイパスダクト２４を通流するバイパス排ガス２８の通流量を制御する回動可能なバイパスダンパ３６が設けられている。
【００２５】
なお、アンモニア供給装置３０は、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するためのアンモニアガスを、導管３７を介して主流ダクト内に導き、注入ノズル３８を用いて燃焼排ガスに供給するものである。脱硝反応器３２内には、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための触媒４０が充填されている。
【００２６】
続いて、ボイラ１２の火炉１４から排出される燃焼排ガスが排煙脱硝装置で処理される工程を説明する。
【００２７】
ボイラ１２の火炉１４にて燃焼され発生した燃焼排ガスは、熱交換器１８，２０、及び最下流に設置された節炭器２２にて熱回収された後、アンモニア供給装置３０によってアンモニアガスが注入されて脱硝反応器３２へ導入され、触媒４０の作用により燃焼排ガス中の窒素酸化物が除去される。
【００２８】
ここで、燃焼排ガス中に硫黄酸化物（特にＳＯ３）が存在し、かつ排ガス温度が低い場合（排ガス中のアンモニア、硫黄酸化物濃度によって異なるが通常おおよそ２５０〜３３０℃程度以下）、アンモニアガスと反応したときに酸性硫安が析出される。
【００２９】
この酸性硫安は液状のため触媒４０の表面に付着して触媒活性点を覆い触媒の性能低下を招く。そのため排煙脱硝装置１０を運用する条件として、アンモニアガスの供給される部位に流入する排ガス温度は酸性硫安の析出する温度以上の温度とする必要がある。
【００３０】
ボイラ出口排ガス、すなわち節炭器２２の出口排ガス温度は、ボイラ負荷に連動し、ボイラ負荷が低い条件では低く、負荷が上昇するに従い高くなるものであるが、近年、ボイラの最低運用負荷はより低く設計される傾向にある。これはボイラ運用可能負荷帯をより広くすることにより、給電事情の変化に、より柔軟に対応できる運用性に優れたプラントが求められているためである。
【００３１】
しかしながら、求められる低負荷運転では排ガス温度が低く脱硝装置の運用温度を満たさない場合が考えられる。
【００３２】
さらに、プラント起動時の排ガス温度が低い段階より脱硝装置を運用することが求められている。これは、プラント運用時にできるだけ脱硝装置を運用し、より低公害のプラントとすることが社会のニーズとして求められているからである。
【００３３】
この場合も同様に、排ガス温度が低く脱硝装置の運用温度を満たさない条件から脱硝装置を運用する必要が生じる。
【００３４】
このような点に鑑みて、節炭器２２をバイパスするバイパスダクト２４が設けられている。すなわち、バイパスダクト２４を通流するバイパス排ガス２８は、節炭器２２で降温されないため、高い温度を保ったまま主流ダクト１６を通流して降温された主流排ガス２６と合流するので、合流後の排ガス温度をより高く、脱硝装置の運用温度を満たすよう保つことができる。
【００３５】
なお、節炭器２２をバイパスするバイパス排ガス２８の流量は、温度センサ３４の検出温度に基づいて、アンモニアガスが供給される部位での排ガス温度が脱硝装置の運用可能な温度以上となるように、節炭器バイパスダンパ３６によりコントロールすることができる。
【００３６】
ところで、合流した低温の主流排ガスと高温のバイパス排ガスは、アンモニアガスが注入されるまで、言い換えれば注入ノズル３８に至るまでに混合されて、主流ダクト１６の径方向の温度分布が均一となっていることが望ましい。なぜなら、温度分布がばらついている場合、低温部分で酸性硫安が生じてしまうか、或いは低温部分で酸性硫安が生じないとすれば高温部分は必要以上に温度が高いということになるからである。言い換えれば、温度分布が均一であり、かつその温度が酸性硫安の生じない最低限の余裕をもった温度となることが理想的である。
【００３７】
そこで、主流排ガスとバイパス排ガスとの合流燃焼排ガスの温度分布が均一になるようにするためには、図１に示す合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１を、各排ガスが十分に混合される長さにする必要がある。
【００３８】
ところで、主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での各排ガスの流れを考えると、例えば図２に示すようになる。図２は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での流れの一例を示すものである。図２のように、主流排ガスに対してバイパス排ガスが大きな運動エネルギーで流入してきた場合、高温のバイパス排ガスの大部分が流入方向の奥側（主流ダクト壁側）まで達し（ｄ２が大きくなり）、流入方向の手前側にはあまり行き渡らないため、合流後の排ガス温度が混合されて均一になるまでには時間がかかる。
【００３９】
すると、必然的にＬ１寸法を長くとる必要がある。しかし、これは脱硝装置のコンパクト設計の要請に反することとなり好ましくない。
【００４０】
一方で、Ｌ１寸法を短くしつつ、各排ガスの混合を十分行うためには、両排ガスの合流部から注入ノズル３８までの間に、排ガスの混合を促進するミキサーを設けることなどが考えられる。しかし、この場合、主流ダクト１６に通風損失が生じ圧力損失の面で好ましくない。この通風損失はボイラ負荷が高くなれば、排ガス温度が高くなるため、節炭器バイパスの運用は不要であるにもかかわらず、高負荷運用時にもミキサーの通風抵抗が発生する。
【００４１】
このような問題に対応すべくなされた本実施形態の排煙脱硝装置は、主流ダクト１６の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部に複数の仕切板を設けることを特徴としており、以下、この特徴部の詳細を、各実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００４２】
図３は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第１実施例を示す図である。図に示すように、主流ダクト１６内の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部には、主流排ガス２６の通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させた３枚の仕切板４４が設けられている。また、これら仕切板４４は、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００４３】
このように仕切板４４が設けられていることにより、主流ダクト１６に流入してきたバイパス排ガス２８は、主流排ガス２６の下流側から上流側にかけて順次仕切板４４に接触して、各仕切板により形成された各流路で主流排ガス２６と混合されながら主流排ガスの下流へ流れる。
【００４４】
このため、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。また、これらの仕切板４４は、主流排ガス２６の通流方向に並行して設けられているため、通風抵抗にあまり影響を与えず、その結果、プラント性能に影響を与えない。
【００４５】
したがって、主流ダクト１６の圧力損失の増加を抑制しながら、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。また、これにより、両排ガスの合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１を短くしながらも、長い場合と同様の混合効果を得ることができるので、装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【００４６】
本実施例では、主流ダクト内に３枚の仕切板４４を設けて、当該部分に略均一な５つの流路を形成する例を示したが、仕切板の枚数は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１と主流ダクト直径Ｄとの比率で適宜選択される。
【００４７】
すなわち、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８が混合される距離Ｌ１に対してダクト径Ｄが大きくなればなるほど、ダクト径方向の温度分布のばらつきは顕著になり混合による温度の均一化に時間がかかるため、仕切板４４の枚数を多くしなければならない。また、言い換えれば、仕切板４４によって区切られたダクト相当直径Ｄと混合距離Ｌ１の比率により混合特性が影響を受けることから、もし混合距離Ｌ１が短い場合、仕切板枚数を多くして混合を促進する必要がある。
【００４８】
一方、流入するバイパス排ガス２８に臨ませる各仕切板４４の寸法Ｓ１〜Ｓ３、及びダクト壁と仕切板間の寸法ｄ１〜ｄ３は、バイパス排ガス２８の運動エネルギーと主流排ガス２６の運動エネルギーを考慮して決定される。すなわち、Ｓ１〜Ｓ３の寸法、及びｄ１〜ｄ３の寸法は、仕切板４４により形成される各流路に流入する主流排ガス流量とバイパス排ガス流量の比が同じになるように設定される。
【００４９】
具体的な検討に際しては、近年電算機の発達で計算精度が飛躍的に向上した流動シミュレーションソフトを用いるのが有効である。
【実施例２】
【００５０】
図４は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第２実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例と同様に仕切板４４を設け、さらに、バイパスダクト２４に調整羽根を設けるものであるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００５１】
図４に示すように、バイパスダクト２４の主流ダクト１６との合流部には、バイパス排ガス２８が主流ダクト１６に流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根４８が設けられている。
【００５２】
上述のように、バイパスダクト２４にバイパスダンパ３６が設けられており、温度センサ３４の検出値に基づいて回動角度を変えてバイパス排ガス２８の流量を調整する場合、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比は変化することとなる。
【００５３】
例えば、ボイラ起動初期段階には節炭器出口排ガス温度は低いため、特性的に主流排ガス２６に対するバイパス排ガス２８の流量比は大きく、その後ボイラ負荷の上昇とともにこの比率は小さくなる。すなわち、両排ガスの流量比が変化するので、バイパス排ガス２８の主流ダクト１６への流入パターンは変化する。
【００５４】
本実施例によれば、このような場合であっても、調整羽根４８の回動角度を調整してバイパス排ガス２８が主流ダクト１６に流入する際の流れ方向を調整することにより、仕切板４４により形成される各流路に流入する主流排ガス流量とバイパス排ガス流量の比が同じになるように調節することができる。
【００５５】
例えば、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比が均一であり良好な状態から、主流排ガス流量が減りバイパス排ガス流量が増えた場合、調整羽根４８を回動させてバイパス排ガスの流入方向を主流排ガスの下流側へ変えるなど、流動解析により適宜調整することができる。
【００５６】
また、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の流量比がある程度固定されている場合であっても、仕切板４４により形成された各流路に流れるバイパス排ガス２８量が設計値と異なりばらつくような場合に、この調整羽根４８を用いて均一に流れるように調整することもできる。
【００５７】
調整羽根４８の回動角度の調整は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比に基づいて行うことができる。例えば、各排ガスの流量比と、これに対応して各流路において両排ガス流量比が均一になるような調整羽根の回動角度をあらかじめ実験などで求めて、テーブル或いは数式などでメモリに保存しておけば、両ダクトに流量計を設け、これらの値を入力値として回動角度を出力し、出力値に基づいて回動角度を調整することができる。
【実施例３】
【００５８】
図５は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第３実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００５９】
図５に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、両排ガスの合流部付近から下流に向かうにしたがって除々に拡径している場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近ではストレートに主流排ガス２６の通流方向に並行に延在し、主流ダクトの拡径にともなって通流方向に並行するように拡がりながら延在して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させている。また、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６０】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【実施例４】
【００６１】
図６は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第４実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００６２】
図６に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、上流側から両排ガスの合流部付近に向かうにしたがって除々に縮径している場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近では主流ダクトの縮径にともなって互いの距離を狭めながら主流排ガス２６の通流方向に並行に延在し、その後ダクト形状にあわせてストレートに主流排ガス２６の通流方向に並行に延在している。
【００６３】
また、この場合も主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させており、さらに主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６４】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【実施例５】
【００６５】
図７は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第５実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００６６】
図７に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、合流部付近から下流側に曲がって形成されている場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近では主流ダクトの形状にあわせてストレートに主流排ガスの通流方向に並行に延在し、その後ダクトの形状にあわせてカーブして延在している。
【００６７】
この場合も、主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させており、さらに主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６８】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【００６９】
要は、主流ダクトが拡大、縮小、曲がりなどの形状を有している場合であっても、主流ダクト内の主流排ガスとバイパス排ガスの合流部に、主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板を設け、かつこの仕切板の主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませることにより、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【００７０】
加えて、主流ダクトの拡大、縮小、曲がりなどの形状は、ガス流れに乱れを生じさせる要因になり得るが、仕切板４４がガス流れの整流の役割も果たすため好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態の排煙脱硝装置を用いた排ガスラインの全体構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での流れの一例を示す図である。
【図３】排煙脱硝装置の特徴部の第１実施例を示す図である。
【図４】排煙脱硝装置の特徴部の第２実施例を示す図である。
【図５】排煙脱硝装置の特徴部の第３実施例を示す図である。
【図６】排煙脱硝装置の特徴部の第４実施例を示す図である。
【図７】排煙脱硝装置の特徴部の第５実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 排煙脱硝装置
１２ ボイラ
１４ 火炉
１６ 主流ダクト
１８，２０ 熱交換器
２２ 節炭器
２４ バイパスダクト
２６ 主流排ガス
２８ バイパス排ガス
３０ アンモニア供給装置
３２ 脱硝反応器
３６ バイパスダンパ
４４ 仕切板
４８ 調整羽根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなどの火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスの排煙脱硝装置に係り、特に、燃焼排ガスを通流させる主流ダクトから分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトが設けられた排煙脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボイラなどの火炉で燃焼され発生した燃焼排ガスは、主流ダクトを通流する過程で熱交換器、及び節炭器にて熱回収された後、排ガス中の窒素酸化物を還元除去するためにアンモニアガスが供給され、そして窒素酸化物を除去するための触媒が充填された脱硝反応器へ導かれる。
【０００３】
ここで、排ガス中に硫黄酸化物（特にＳＯ３）が存在し、かつ排ガス温度が低い場合（排ガス中のアンモニア、硫黄酸化物濃度によって異なるが通常おおよそ２５０〜３３０℃程度以下）、硫黄酸化物とアンモニアガスとが反応して酸性硫安が析出される。
【０００４】
この酸性硫安は液状であり、触媒表面に付着して触媒活性点を覆うため、触媒の性能低下を招く。したがって、排煙脱硝装置に流入する排ガス温度を酸性硫安が析出される温度以上に保つことが、排煙脱硝装置を運用する条件として求められる。
【０００５】
この条件を満たすために、例えば、特許文献１に記載されているように、節炭器の上流側から分岐して節炭器の下流側に合流するバイパスダクトを設けることが知られている。つまり、バイパスダクトを通流して節炭器をバイパスするバイパス排ガスは降温されず高温を保っているため、主流ダクトを通流する主流排ガスと合流した排ガスの温度を、酸性硫安が析出される温度以上に保つことを可能とするものである。
【０００６】
【特許文献１】実開平１―８１４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることについて考慮されていない。
【０００８】
すなわち、主流排ガスに対してバイパス排ガスが大きな運動エネルギーで流入してきた場合、高温のバイパス排ガスの大部分が流入方向の奥側（主流ダクト壁側）まで達し、流入方向の手前側にはあまり行き渡らないため、合流後の排ガスが混合されて温度が均一になるまでには時間がかかる。
【０００９】
したがって、合流した排ガスの温度を均一に酸性硫安が析出される温度以上に保つためには、排ガスの合流部からアンモニアガスが供給される部位までのダクト寸法を長くする必要があるが、これは装置のコンパクト設計の要請の観点から好ましくない。
【００１０】
ダクト寸法を短くしながら合流後の排ガス温度の均一化を素早くさせるためには、例えば合流後の排ガスの混合を促進させるためのミキサーをダクト内に設けることなどが考えられるが、この場合、ミキサーにより通風抵抗が生じ、ダクトの圧力損失が増加するので好ましくない。
【００１１】
そこで、本発明は、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排煙脱硝装置は、火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクトと、主流ダクト内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器と、主流ダクトの熱交換器よりも上流側から分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトと、主流ダクトを流れる主流排ガスとバイパスダクトを流れるバイパス排ガスの合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置と、アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器とを備えることを基本構成としている。
【００１３】
特に、上記課題を解決するため、主流ダクト内の主流排ガスとバイパス排ガスの合流部には、主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板が、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられてなることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、このように仕切板を設けることにより、主流ダクトに流入してきたバイパス排ガスは、各仕切板に接触して通流方向を変え、各仕切板により形成された各流路で主流排ガスと混合されながら主流排ガスの下流へ流れる。したがって、バイパス排ガスは、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。また、これらの仕切板は、主流排ガスの通流方向に並行して設けられているため、通風抵抗にあまり影響を与えない。その結果、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【００１５】
この場合において、バイパスダクトの主流ダクトとの合流部に、バイパス排ガスが主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根を設けることが好ましい。
【００１６】
つまり、バイパスダクトにダンパなどを設けて、例えば合流排ガスの温度などに基づきバイパス排ガス流量を調整する場合、主流排ガスとバイパス排ガスとの流量比は変化することとなる。このような場合であっても、調整羽根の回動角度を調整してバイパス排ガスが主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整することにより、仕切板により形成された各流路にバイパス排ガスを均一に行き渡らせて、各流路における両排ガスの流量比を均一にすることができる。
【００１７】
また、主流排ガスとバイパス排ガスの流量比がある程度固定されている場合であっても、仕切板により形成された各流路に流れるバイパス排ガスが設計値と異なりばらつくような場合に、この調整羽根を用いて均一に流れるように調整することもできる。
【００１８】
調整羽根４８の回動角度の調整は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比に基づいて行うことができる。例えば、各排ガスの流量比と、これに対応して各流路において両排ガス流量比が均一になるような調整羽根の回動角度をあらかじめ実験などで求めて、テーブル或いは数式などでメモリに保存しておけば、両ダクトに流量計を設け、これらの値を入力値として回動角度を出力し、出力値に基づいて回動角度を調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用してなる排煙脱硝装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態の排煙脱硝装置を用いた排ガスラインの全体構成を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態では、排ガス発生源としてボイラを例に挙げて、ボイラから排出される燃焼排ガスに対して排煙脱硝装置を用いているが、これに限らず、硫黄酸化物及び窒素酸化物を含んで排出された燃焼排ガスに適用することができる。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の排煙脱硝装置１０は、ボイラ１２の火炉１４から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクト１６と、主流ダクト１６内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器１８，２０と、同じく主流ダクト１６内に配置され燃焼排ガスを熱交換により降温させる節炭器２２が備えられている。なお、燃焼排ガスの上流側から順に、熱交換器１８，２０、節炭器２２が直列に設けられている。
【００２３】
また、主流ダクト１６の熱交換器２０と節炭器２２との間から分岐して節炭器２２をバイパスして主流ダクト１６に合流するバイパスダクト２４と、主流ダクト１６を流れる主流排ガス２６とバイパスダクト２４を流れるバイパス排ガス２８の合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置３０と、アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器３２が備えられている。
【００２４】
主流ダクト１６のアンモニアガスが供給される部位の上流側の近接する箇所には、燃焼排ガスの温度を検出する温度センサ３４が設けられている。また、バイパスダクト２４内には、温度センサ３４で検出された温度に基づいてバイパスダクト２４を通流するバイパス排ガス２８の通流量を制御する回動可能なバイパスダンパ３６が設けられている。
【００２５】
なお、アンモニア供給装置３０は、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元除去するためのアンモニアガスを、導管３７を介して主流ダクト内に導き、注入ノズル３８を用いて燃焼排ガスに供給するものである。脱硝反応器３２内には、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための触媒４０が充填されている。
【００２６】
続いて、ボイラ１２の火炉１４から排出される燃焼排ガスが排煙脱硝装置で処理される工程を説明する。
【００２７】
ボイラ１２の火炉１４にて燃焼され発生した燃焼排ガスは、熱交換器１８，２０、及び最下流に設置された節炭器２２にて熱回収された後、アンモニア供給装置３０によってアンモニアガスが注入されて脱硝反応器３２へ導入され、触媒４０の作用により燃焼排ガス中の窒素酸化物が除去される。
【００２８】
ここで、燃焼排ガス中に硫黄酸化物（特にＳＯ３）が存在し、かつ排ガス温度が低い場合（排ガス中のアンモニア、硫黄酸化物濃度によって異なるが通常おおよそ２５０〜３３０℃程度以下）、アンモニアガスと反応したときに酸性硫安が析出される。
【００２９】
この酸性硫安は液状のため触媒４０の表面に付着して触媒活性点を覆い触媒の性能低下を招く。そのため排煙脱硝装置１０を運用する条件として、アンモニアガスの供給される部位に流入する排ガス温度は酸性硫安の析出する温度以上の温度とする必要がある。
【００３０】
ボイラ出口排ガス、すなわち節炭器２２の出口排ガス温度は、ボイラ負荷に連動し、ボイラ負荷が低い条件では低く、負荷が上昇するに従い高くなるものであるが、近年、ボイラの最低運用負荷はより低く設計される傾向にある。これはボイラ運用可能負荷帯をより広くすることにより、給電事情の変化に、より柔軟に対応できる運用性に優れたプラントが求められているためである。
【００３１】
しかしながら、求められる低負荷運転では排ガス温度が低く脱硝装置の運用温度を満たさない場合が考えられる。
【００３２】
さらに、プラント起動時の排ガス温度が低い段階より脱硝装置を運用することが求められている。これは、プラント運用時にできるだけ脱硝装置を運用し、より低公害のプラントとすることが社会のニーズとして求められているからである。
【００３３】
この場合も同様に、排ガス温度が低く脱硝装置の運用温度を満たさない条件から脱硝装置を運用する必要が生じる。
【００３４】
このような点に鑑みて、節炭器２２をバイパスするバイパスダクト２４が設けられている。すなわち、バイパスダクト２４を通流するバイパス排ガス２８は、節炭器２２で降温されないため、高い温度を保ったまま主流ダクト１６を通流して降温された主流排ガス２６と合流するので、合流後の排ガス温度をより高く、脱硝装置の運用温度を満たすよう保つことができる。
【００３５】
なお、節炭器２２をバイパスするバイパス排ガス２８の流量は、温度センサ３４の検出温度に基づいて、アンモニアガスが供給される部位での排ガス温度が脱硝装置の運用可能な温度以上となるように、節炭器バイパスダンパ３６によりコントロールすることができる。
【００３６】
ところで、合流した低温の主流排ガスと高温のバイパス排ガスは、アンモニアガスが注入されるまで、言い換えれば注入ノズル３８に至るまでに混合されて、主流ダクト１６の径方向の温度分布が均一となっていることが望ましい。なぜなら、温度分布がばらついている場合、低温部分で酸性硫安が生じてしまうか、或いは低温部分で酸性硫安が生じないとすれば高温部分は必要以上に温度が高いということになるからである。言い換えれば、温度分布が均一であり、かつその温度が酸性硫安の生じない最低限の余裕をもった温度となることが理想的である。
【００３７】
そこで、主流排ガスとバイパス排ガスとの合流燃焼排ガスの温度分布が均一になるようにするためには、図１に示す合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１を、各排ガスが十分に混合される長さにする必要がある。
【００３８】
ところで、主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での各排ガスの流れを考えると、例えば図２に示すようになる。図２は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での流れの一例を示すものである。図２のように、主流排ガスに対してバイパス排ガスが大きな運動エネルギーで流入してきた場合、高温のバイパス排ガスの大部分が流入方向の奥側（主流ダクト壁側）まで達し（ｄ２が大きくなり）、流入方向の手前側にはあまり行き渡らないため、合流後の排ガス温度が混合されて均一になるまでには時間がかかる。
【００３９】
すると、必然的にＬ１寸法を長くとる必要がある。しかし、これは脱硝装置のコンパクト設計の要請に反することとなり好ましくない。
【００４０】
一方で、Ｌ１寸法を短くしつつ、各排ガスの混合を十分行うためには、両排ガスの合流部から注入ノズル３８までの間に、排ガスの混合を促進するミキサーを設けることなどが考えられる。しかし、この場合、主流ダクト１６に通風損失が生じ圧力損失の面で好ましくない。この通風損失はボイラ負荷が高くなれば、排ガス温度が高くなるため、節炭器バイパスの運用は不要であるにもかかわらず、高負荷運用時にもミキサーの通風抵抗が発生する。
【００４１】
このような問題に対応すべくなされた本実施形態の排煙脱硝装置は、主流ダクト１６の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部に複数の仕切板を設けることを特徴としており、以下、この特徴部の詳細を、各実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００４２】
図３は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第１実施例を示す図である。図に示すように、主流ダクト１６内の主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部には、主流排ガス２６の通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させた３枚の仕切板４４が設けられている。また、これら仕切板４４は、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００４３】
このように仕切板４４が設けられていることにより、主流ダクト１６に流入してきたバイパス排ガス２８は、主流排ガス２６の下流側から上流側にかけて順次仕切板４４に接触して、各仕切板により形成された各流路で主流排ガス２６と混合されながら主流排ガスの下流へ流れる。
【００４４】
このため、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。また、これらの仕切板４４は、主流排ガス２６の通流方向に並行して設けられているため、通風抵抗にあまり影響を与えず、その結果、プラント性能に影響を与えない。
【００４５】
したがって、主流ダクト１６の圧力損失の増加を抑制しながら、合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。また、これにより、両排ガスの合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１を短くしながらも、長い場合と同様の混合効果を得ることができるので、装置をコンパクトに設計することが可能となる。
【００４６】
本実施例では、主流ダクト内に３枚の仕切板４４を設けて、当該部分に略均一な５つの流路を形成する例を示したが、仕切板の枚数は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の合流部から注入ノズル３８までのダクト寸法Ｌ１と主流ダクト直径Ｄとの比率で適宜選択される。
【００４７】
すなわち、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８が混合される距離Ｌ１に対してダクト径Ｄが大きくなればなるほど、ダクト径方向の温度分布のばらつきは顕著になり混合による温度の均一化に時間がかかるため、仕切板４４の枚数を多くしなければならない。また、言い換えれば、仕切板４４によって区切られたダクト相当直径Ｄと混合距離Ｌ１の比率により混合特性が影響を受けることから、もし混合距離Ｌ１が短い場合、仕切板枚数を多くして混合を促進する必要がある。
【００４８】
一方、流入するバイパス排ガス２８に臨ませる各仕切板４４の寸法Ｓ１〜Ｓ３、及びダクト壁と仕切板間の寸法ｄ１〜ｄ３は、バイパス排ガス２８の運動エネルギーと主流排ガス２６の運動エネルギーを考慮して決定される。すなわち、Ｓ１〜Ｓ３の寸法、及びｄ１〜ｄ３の寸法は、仕切板４４により形成される各流路に流入する主流排ガス流量とバイパス排ガス流量の比が同じになるように設定される。
【００４９】
具体的な検討に際しては、近年電算機の発達で計算精度が飛躍的に向上した流動シミュレーションソフトを用いるのが有効である。
【実施例２】
【００５０】
図４は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第２実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例と同様に仕切板４４を設け、さらに、バイパスダクト２４に調整羽根を設けるものであるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００５１】
図４に示すように、バイパスダクト２４の主流ダクト１６との合流部には、バイパス排ガス２８が主流ダクト１６に流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根４８が設けられている。
【００５２】
上述のように、バイパスダクト２４にバイパスダンパ３６が設けられており、温度センサ３４の検出値に基づいて回動角度を変えてバイパス排ガス２８の流量を調整する場合、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比は変化することとなる。
【００５３】
例えば、ボイラ起動初期段階には節炭器出口排ガス温度は低いため、特性的に主流排ガス２６に対するバイパス排ガス２８の流量比は大きく、その後ボイラ負荷の上昇とともにこの比率は小さくなる。すなわち、両排ガスの流量比が変化するので、バイパス排ガス２８の主流ダクト１６への流入パターンは変化する。
【００５４】
本実施例によれば、このような場合であっても、調整羽根４８の回動角度を調整してバイパス排ガス２８が主流ダクト１６に流入する際の流れ方向を調整することにより、仕切板４４により形成される各流路に流入する主流排ガス流量とバイパス排ガス流量の比が同じになるように調節することができる。
【００５５】
例えば、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比が均一であり良好な状態から、主流排ガス流量が減りバイパス排ガス流量が増えた場合、調整羽根４８を回動させてバイパス排ガスの流入方向を主流排ガスの下流側へ変えるなど、流動解析により適宜調整することができる。
【００５６】
また、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８の流量比がある程度固定されている場合であっても、仕切板４４により形成された各流路に流れるバイパス排ガス２８量が設計値と異なりばらつくような場合に、この調整羽根４８を用いて均一に流れるように調整することもできる。
【００５７】
調整羽根４８の回動角度の調整は、主流排ガス２６とバイパス排ガス２８との流量比に基づいて行うことができる。例えば、各排ガスの流量比と、これに対応して各流路において両排ガス流量比が均一になるような調整羽根の回動角度をあらかじめ実験などで求めて、テーブル或いは数式などでメモリに保存しておけば、両ダクトに流量計を設け、これらの値を入力値として回動角度を出力し、出力値に基づいて回動角度を調整することができる。
【実施例３】
【００５８】
図５は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第３実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００５９】
図５に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、両排ガスの合流部付近から下流に向かうにしたがって除々に拡径している場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近ではストレートに主流排ガス２６の通流方向に並行に延在し、主流ダクトの拡径にともなって通流方向に並行するように拡がりながら延在して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させている。また、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６０】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【実施例４】
【００６１】
図６は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第４実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００６２】
図６に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、上流側から両排ガスの合流部付近に向かうにしたがって除々に縮径している場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近では主流ダクトの縮径にともなって互いの距離を狭めながら主流排ガス２６の通流方向に並行に延在し、その後ダクト形状にあわせてストレートに主流排ガス２６の通流方向に並行に延在している。
【００６３】
また、この場合も主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させており、さらに主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６４】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【実施例５】
【００６５】
図７は、図１における主流ダクト１６とバイパスダクト２４の合流部４２を拡大した図であり、排煙脱硝装置の特徴部の第５実施例を示す図である。本実施例は、第１実施例の態様に対して、主流ダクト１６及び仕切板４４の態様の変形例であるので、第１実施例と異なる部分のみ説明しその他の部分の説明は省略する。
【００６６】
図７に示すように、本実施例は、主流ダクト１６の形状が、合流部付近から下流側に曲がって形成されている場合の例である。この場合、仕切板４４は、合流部付近では主流ダクトの形状にあわせてストレートに主流排ガスの通流方向に並行に延在し、その後ダクトの形状にあわせてカーブして延在している。
【００６７】
この場合も、主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガス２８の流入方向に板面を対向させており、さらに主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられている。
【００６８】
本実施例の場合も第１実施例と同様に、バイパス排ガス２８は、バイパス排ガスの流入方向の手前側から奥側へかけて均一に、言い換えれば主流ダクトの径方向に均一に行き渡り、各流路における主流排ガスとバイパス排ガスの流量比を均一にすることができる。
【００６９】
要は、主流ダクトが拡大、縮小、曲がりなどの形状を有している場合であっても、主流ダクト内の主流排ガスとバイパス排ガスの合流部に、主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板を設け、かつこの仕切板の主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませることにより、ダクトの圧力損失の増加を抑制しながら合流後の排ガスの温度を素早く均一にさせることができる。
【００７０】
加えて、主流ダクトの拡大、縮小、曲がりなどの形状は、ガス流れに乱れを生じさせる要因になり得るが、仕切板４４がガス流れの整流の役割も果たすため好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態の排煙脱硝装置を用いた排ガスラインの全体構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】主流排ガスとバイパス排ガスの合流部での流れの一例を示す図である。
【図３】排煙脱硝装置の特徴部の第１実施例を示す図である。
【図４】排煙脱硝装置の特徴部の第２実施例を示す図である。
【図５】排煙脱硝装置の特徴部の第３実施例を示す図である。
【図６】排煙脱硝装置の特徴部の第４実施例を示す図である。
【図７】排煙脱硝装置の特徴部の第５実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 排煙脱硝装置
１２ ボイラ
１４ 火炉
１６ 主流ダクト
１８，２０ 熱交換器
２２ 節炭器
２４ バイパスダクト
２６ 主流排ガス
２８ バイパス排ガス
３０ アンモニア供給装置
３２ 脱硝反応器
３６ バイパスダンパ
４４ 仕切板
４８ 調整羽根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクトと、該主流ダクト内に配置され前記燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器と、前記主流ダクトの前記熱交換器よりも上流側から分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトと、前記主流ダクトを流れる主流排ガスと前記バイパスダクトを流れるバイパス排ガスの合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置と、前記アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器とを備えてなる排煙脱硝装置において、
前記主流ダクト内の前記主流排ガスと前記バイパス排ガスの合流部には、前記主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板が、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、前記バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられてなる排煙脱硝装置。
【請求項２】
前記バイパスダクトの前記主流ダクトとの合流部には、前記バイパス排ガスが前記主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根が設けられてなる請求項１の排煙脱硝装置。
【請求項３】
前記調整羽根は、前記主流排ガスと前記バイパス排ガスとの流量比に基づいて回動角度が調整される請求項２の排煙脱硝装置。
【請求項４】
前記熱交換器は直列に複数設けられ、前記バイパスダクトは少なくとも最下流の熱交換器をバイパスするよう設けられてなる請求項１の排煙脱硝装置。
【請求項１】
火炉から排出された硫黄酸化物及び窒素酸化物を含む燃焼排ガスを通流させる主流ダクトと、該主流ダクト内に配置され前記燃焼排ガスを熱交換により降温させる熱交換器と、前記主流ダクトの前記熱交換器よりも上流側から分岐して熱交換器をバイパスして主流ダクトに合流するバイパスダクトと、前記主流ダクトを流れる主流排ガスと前記バイパスダクトを流れるバイパス排ガスの合流後の燃焼排ガスにアンモニアガスを供給するアンモニア供給装置と、前記アンモニアガスが供給された燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝反応器とを備えてなる排煙脱硝装置において、
前記主流ダクト内の前記主流排ガスと前記バイパス排ガスの合流部には、前記主流排ガスの通流方向に並行して主流排ガス流路を複数に仕切り、かつバイパス排ガスの流入方向に板面を対向させた複数の仕切板が、主流排ガスの通流方向の上流側の端部を、前記バイパス排ガスの流入側から順に主流排ガスの上流側にずらせて流入するバイパス排ガスに臨ませて設けられてなる排煙脱硝装置。
【請求項２】
前記バイパスダクトの前記主流ダクトとの合流部には、前記バイパス排ガスが前記主流ダクトに流入する際の流れ方向を調整する回動可能な調整羽根が設けられてなる請求項１の排煙脱硝装置。
【請求項３】
前記調整羽根は、前記主流排ガスと前記バイパス排ガスとの流量比に基づいて回動角度が調整される請求項２の排煙脱硝装置。
【請求項４】
前記熱交換器は直列に複数設けられ、前記バイパスダクトは少なくとも最下流の熱交換器をバイパスするよう設けられてなる請求項１の排煙脱硝装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４８５３７（Ｐ２０１０−４８５３７Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５９９２（Ｐ２００８−２１５９９２）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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