JP3025011B2 - 蓄熱式熱交換器 - Google Patents

蓄熱式熱交換器

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JP3025011B2
JP3025011B2 JP4508470A JP50847092A JP3025011B2 JP 3025011 B2 JP3025011 B2 JP 3025011B2 JP 4508470 A JP4508470 A JP 4508470A JP 50847092 A JP50847092 A JP 50847092A JP 3025011 B2 JP3025011 B2 JP 3025011B2
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
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    • B01D53/8631—Processes characterised by a specific device

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有害物質を含み他の物質と熱交換する排ガ
スを処理するための蓄熱式熱交換器であって、少なくと
も一部が触媒剤から成っている定置の、または回転する
蓄熱体を有し、該蓄熱体に還元剤を供給するようにした
前記蓄熱式熱交換器に関するものである。
この種の蓄熱式熱交換器は、空気予熱器（Luvos）に
対してもガス予熱器（Gavos）に対しても使用すること
ができる。
発電所の燃焼設備及び工場の燃焼設備では、蓄熱式熱
交換器内で排ガスを燃焼用空気の予熱のために利用す
る。このプロセスでは、例えば排ガス中に含まれている
窒素酸化物（NOx）を十分削減させることができる。こ
の場合、蓄熱式空気予熱器の蓄熱体（位置固定でもよい
し、回転可能に構成してもよい）は、完全にまたは部分
的に触媒作用を行うように構成され、特にアンモニア
（NH3）が還元剤として蓄熱体に供給される。このよう
に、蓄熱式空気予熱器または蓄熱式熱交換器の内部に触
媒を設け、NH3を供給することにより窒素酸化物を削減
（脱酸）するようにして、触媒により窒素酸化物を削減
させることが重要である。NOxを含む排ガスとは、通常
燃焼設備の煙道ガスである。煙道ガスは、燃焼用の空気
を予熱するための蒸気発生器の端部において蓄熱式熱交
換器を通過する。
この目的のため、NH3を蒸気状にして担体ガスとして
の空気と加圧状態で混合させるか、或いはNH3を水に溶
解させて無圧で、燃焼設備から排出される排ガス内へ供
給することにより、燃焼設備の排ガス中の窒素酸化物を
選択的に削減させることが知られている。この場合、適
当な組み込み部品を備えた混合部を排ガスダクト内部に
配置することにより、排ガス流が触媒内に達するまでも
つれのないアンモニア温度分布を得るように努力され
る。触媒または蓄熱体は、排ガス案内部内部での最適な
反応温度を考慮して、排ガス熱を燃焼用のガスに伝達さ
せるための回転する蓄熱式熱交換器の前方に設けられて
いる。触媒としては、排ガス流が鉛直方向下方へ向けら
られるように構成されている複数の固定ベッド式触媒が
特に優れていることが判明した。複数の固定ベッド式触
媒のうちいくつかは、窒素酸化物を削減されるべき排ガ
スの作用を交互に受ける。ハニカム構造に構成されてい
る固定ベッド式触媒は、触媒作用する物質としてバナジ
ウム化合物を含んでいる。バナジウム化合物は、予め排
ガス流のなかに導入され触媒に至るまでに細かく分割し
て混入されるNH3で窒素酸化物を置換させるうえで好都
合である。排ガス中に含まれる窒素酸化物との反応によ
り、主に反応生成物として分子の窒素と水が生じ、これ
らは無害のものとして大気中へ放出される。
欧州特許第0195075号明細書及び第0257024号明細書か
ら、還元剤を、未処理ガスまたは煙道ガスまたは排ガス
側に供給すること、或いは純粋ガスまたは空気側に供給
すること、或いはガス側と空気側とに供給することが知
られるようになった。従ってNH3は、煙道ガスが触媒の
なかに侵入する前に煙道ガスに混合されるか、もしくは
加熱されるべき新気が触媒に侵入する前に新気に混合さ
れるか、或いは両方の組合せで混合される。いずれの場
合にも、煙道ガスに含まれている窒素成分、即ちNOxは
無害な成分へ触媒により置換される。
NH3と有害物質成分NOxとを煙道ガス側に供給する場
合、両者の触媒内での滞留時間は非常にわずかである。
従ってこの場合、不十分な反応しか起こらない。よっ
て、消費されなかったNH3が清浄された煙道ガスの側へ
さらに誘導され、炉へ案内される。その結果、消費され
なかった反応媒体が漏れて、炉を介して排出することに
より周囲を汚染する。また、空気側へNH3を供給する場
合にも漏れが生じるのが通常であり、パッキンが設けら
れているにもかかわらず、純粋ガスの側からある程度の
量のNH3が清浄化された煙道ガスの側へ達する。従って
このNH3が失われ、後続の設備の構成要素に作用する。
本発明の課題は、上記欠点を解消し、一方では反応効
率を向上させることにより、他方では清浄化された煙道
ガスとともに最小限の量の還元剤しか周囲へ放出されな
いように還元剤との配量を行うことにより、NOxを最大
限に削減させることである。
本発明は、上記課題を解決するため、還元剤供給部
が、誘導要素から成る定置の画成部の内部に配置されて
いることを特徴とするものである。誘導板または誘導壁
として構成され、蓄熱体にまで達している誘導要素を用
いることにより、蓄熱式熱交換器の扇形の形状を考慮し
たアンモニアの供給が最適化され、触媒に対して一様に
作用を及ぼす。即ちNH3は、空気側から見て蓄熱体の前
方に位置するように回転しているフードのなかに配置さ
れている誘導板へ案内され、所定どおりに蓄熱体または
触媒内へ導入される。
還元剤供給部は、少なくとも一つのノズルから構成す
ることができる。空気側にノズルを設置すると、NH3は
担体ガス（通常は同様に空気である）とともに熱交換器
へ供給され、蓄熱体へ侵入する前に冷たい燃焼用空気流
に混合させることができる。この場合ノズルを、扇形輪
郭に類似した開口横断面を持つスリットノズルとして構
成するならば、NH3を所定どおりに適正に導入する上で
好ましい。
本発明の他の構成によれば、NH3は、複数個の個別の
丸形ノズルまたは平形ノズルから成るノズルシステムを
用いて導入される。これによりNH3の導入を可変に行う
ことができ、特に配量に関して調整することができる。
空気予熱器と熱交換器が作動しているときには、SO3とN
H3から硫酸水素アンモニウム（NH4HS4）が形成されるの
を防ぐためには、NH3の配量を好適に調整することが重
要である。このための前提は、NOxを含んでいる排ガス
にたいして触媒の表面積が十分であること、反応温度が
適正であること、NH3が適量であることである。この前
提は本発明によれば誘導要素によって達成することがで
きる。誘導要素はNH3を所望の場所である蓄熱体へ誘導
する。他方、丸形ノズルまたは平形ノズルは市販の種類
のノズルである。
誘導要素をフード内に次のように配置すると、即ち誘
導要素が還元剤を含まない空気によって外側から取り囲
まれ、蓄熱冷却段階の終了部に位置するように配置する
と、蓄熱式熱交換器に特徴的なチェンバ交換により、及
び空気と未処理ガスとの間の密封隙間を介して、NH3が
清浄された排ガスのなかへ伝わることがない。他方、蓄
熱式冷却段階の終了部に支配する低温は、NH3に対する
触媒の吸収能力の上で好都合である。空気扇形面内に配
置される誘導要素または誘導板は、本発明によれば、NH
3を供給するうえで本来の混合ゾーンを形成する。即ち
誘導要素または誘導板は空気扇形面のほぼ1/2ないし2/3
を占めている。この場合、それぞれのノズルまたはノズ
ルシステムを二つの誘導要素の間に設けるのが好まし
い。
本発明によれば、ノズルまたはノズルシステムを、有
利には周囲を閉じられた個別のチェンバ内に形成され空
気領域内部に位置する扇形部のなかに配置することがで
きる。このように構成すると、NH3担体媒体混合物は、
熱交換媒体とは別個に供給される。NH3の供給のため、
前述した誘導要素の間に使用されているノズルシステム
と同一のノズルシステムを扇形部が有している。空気に
対して密閉されたチェンバとしての扇形部は、空気横断
面積の20％以下を占めており、触媒に対して、高いNH3
濃度のNH3担体空気混合物を供給させる。この場合も、
扇形部が空気領域の内部に設けられているので、吸収に
際して低温であることの利点が得られ、扇形部を外側か
ら取り囲んでいる還元剤を含まない空気を、漏れを減少
させるために利用することができる。
周囲を閉じられている個別の扇形部を蓄熱体の空気出
口側に配置するならば、過剰のNH3が生じた場合にこれ
を熱交換媒体とは別個に吸収して再び入口側へ再供給す
るために扇形部を利用することができる。よって、NH3
のための配量循環が得られる。
さらに本発明によれば、ノズルシステムまたはノズル
を回動可能及び（または）回転可能に配置することがで
き、また蓄熱体に対する間隔を変化させることもでき
る。この構成は、NH3を流入して来る空気に対して最適
に供給し混合するうえで好ましい。
さらに本発明によれば、複数個の誘導要素はすべて同
時に回動可能、及び（または）個別に角度調整可能であ
る。この構成により、一方では最適な温度ゾーンを設定
することができ、他方では扇形部の大きさを変化させる
ことにより、触媒または蓄熱体がNH3を吸収するために
必要な滞留時間を設定することができる。
NH3を最適に供給し混合するためには、扇形部も回動
可能に配置するのが好ましい。このように構成すると、
空気領域内部での可変な調整及び位置変化が可能であ
る。
NH3を別個に導入させるための他の構成では、蓄熱体
の空気入口側及び空気出口側に付設されるパッキン板
は、還元剤供給部に対してずらして配置されている。こ
のような構成により、熱交換器または触媒の出口に残っ
ている過剰のNH3が燃焼用空気とともに排出されること
はなく触媒に侵入する前にガス側へ達する。従ってこの
過剰のNH3はもう一度反応に具される。これとは二者択
一的に、空気出口側においてガス側に通じている誘導ダ
クトによりこれを可能にしてもよい。
次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明す
る。
第１図は空気入口側から見て触媒の前方に配置され回
転するフードのなかに設けられている誘導板と、該誘導
板の間に配置されるNH3供給用のノズルとを備えた本発
明による蓄熱式熱交換器の構成図、 第２図は第１図の線II−IIによる第１図の蓄熱式熱交
換器の断面図、 第３図は空気領域にNH3供給用の個別の扇形部が配置
され、該扇形部のなかに設けられるノズルとしての還元
剤供給部を用いてNH3を供給するようにした蓄熱式熱交
換器のフードの、第２図に対応する断面図、 第４図はパッキン板をずらして配置した第１図の蓄熱
式熱交換器の触媒の横断面図、 第５図は空気出口側からガス側へ通じている誘導ダク
トを備えた第１図の蓄熱式熱交換器の触媒の横断面図、 第６図は還元剤を導入するための個別の扇形部を備え
た蓄熱式熱交換器の、空気侵入面内で空気供給側から見
た横断面図、 である。
第１図に図示した、空気予熱器として構成された蓄熱
式熱交換器１には、図示していない蒸気発生器から来る
NOxを含んだ熱い排ガスがダクト２を介して供給され
る。従って熱い未処理ガスＧ（以下では単にガスと記
す）は、上方から蓄熱式熱交換器１内に流入する。蓄熱
式熱交換器１は、その中央部分に、定置の蓄熱体３から
成っている触媒体と、該触媒体の後方に配置される蓄熱
器４とを有している。蓄熱体３または蓄熱器４の両側に
は、それぞれセグメント状のフード5,6が設けられてい
る。フード5,6は、共に垂直軸線７のまわりに回転す
る。フード5,6はステップ状に、または連続的に回転す
ることができる。この場合回転運動により、常に蓄熱体
３の他の部分が有害物質を含んだ熱いガスＧにさらされ
る。ガスＧが触媒作用する蓄熱体３を通過する途上でNH
3の吸収によりNOxが削減される。同時に蓄熱体３がガス
Ｇによって加熱され、その際ガスＧは冷却され、蓄熱式
熱交換器１の下端からダクト８を介して、清浄されて排
出される。
蓄熱式熱交換器１の下端には、フード６に管９が接続
されている。この管９により、きれいな冷たい燃焼用空
気Ｌ（以下では単に空気と記す）が、ガスＧに対する対
向流として、回転するフード６を介して、ガスＧによっ
て加熱された蓄熱体３に供給される。空気Ｌは熱摂取以
下に蓄熱体３を冷却し、フード６と合同で回転する上部
のフード５を介して熱気としてダクト11により炉へ流動
する。
NOxを削減するために、還元剤としてNH3が予熱された
担体空気と共に供給管12を介して下部のフード６へ導入
され、そこから蓄熱体３へ案内される。フード６を空気
進入側から図示した第６図によれば、NH3は、空気領域1
5内に配置され周囲を閉じられた別々の区帯14へリング
ダクト13を介して分配される。区帯14は、回転している
両フード5,6の羽根の間に残っている排ガス流動横断面
内のNH3を、触媒作用する蓄熱体３の中へ導入させる。
区帯14は対角線方向に対向しており、回転方向16から見
て、遊離にはフードの羽根に対して後行する。この個所
で蓄熱体３は最低の温度に達し、よってNH3の吸収に好
都合である。
NH3が排ガス流内へ侵入することを避けるため、区帯1
4の図示していないパッキンが半径方向に延在するよう
に例えば迷路状に構成され、場合によっては遮断ガス及
び（または）洗浄ガスを作用させることができる。遮断
ガス及び（または）洗浄ガスは、対応する触媒区帯また
は蓄熱体区帯から、NH3に作用を及ぼしたあと、過剰のN
H3が排ガスゾーンに侵入する前にNH3を熱気流内へ搬出
させる。
第３図の実施例では、区帯14内に、還元剤供給部17が
スリットノズル18として配置されている。スリットノズ
ル18により、供給されたNH3は所定の方向へ向けられ、
蓄熱式熱交換器１の蓄熱体３（第１図を参照）の所定の
位置に供給される。スリットノズル18を収容している空
気領域15を備えた区帯14は、パッキン19によってガス領
域21から分離されている。区帯14は、スリットノズル18
と共に回動可能に空気領域15内に配置され、そこで区帯
14は空気横断面積のほぼ20％を占めている。
第２図の実施例が、第３図の区帯14とスリットノズル
18とを介してNH3の供給と異なるのは、互いに結合され
ている壁から成る別々の区帯14が設けられていない点で
ある。むしろ第２図の実施例では、位置調整可能な、即
ち回転可能に且つ回動可能に、そして蓄熱体３に対する
間隔を調整可能な誘導要素または誘導板または誘導壁22
がそれぞれ蓄熱式熱交換器１の下部のフード６の空気領
域15内に配置されている。この点は第１図にも図示され
ている。誘導板22の間にはノズルシステム23が設けられ
ている。ノズルシステム23は、第３図の実施例の場合と
同様に、スリットノズル18または複数の丸形ノズル或い
は平形ノズル（図示せず）から構成することができる。
区帯または誘導面によるNH3の別々の供給の他の実施
例では、蓄熱体３の出口に残っている過剰のNH3が空気
Ｌと共に排出されないようにするため、第４図に示すよ
うに、空気出口側24に配置され、空気領域15をガス領域
21から分離させているパッキン19aが空気入口側25のパ
ッキン19bに対してずらして設けられている。従って過
剰のNH3は、矢印26で示すように蓄熱体３に進入する前
にガス側またはガス領域21に達し、よってもう一度反応
させることができる。同じ問題を解決するために、第５
図に図示した変形例では、誘導ダクト27が空気出口側24
からガス領域21へ通じている。
このように、本発明による処置によれば、触媒により
窒素酸化物を削減させる蓄熱式熱交換器１において、燃
焼用空気は熱交換器に進入する前にNH3から自由にな
り、空気漏れと同時に排ガス中にNH3が進入する危険が
避けられる。区帯または誘導板及びノズルシステムまた
はノズルを調整できるので、蓄熱体３を最適に負荷させ
ることができる。即ちNH3の供給装置は次のように構成
されており、即ちリング状に構成された蓄熱式熱交換器
のケーシング内に設置された蓄熱体３または触媒要素が
横断面積と表面積の比に応じて一様に負荷され、且つ蓄
熱体３がNH3・空気混合気の適当な濃度と十分な滞留時
間とにより負荷されるように構成されている。ノズルま
たはノズルシステムは次のように装備または構成され、
即ちNH3の供給量がリング構成によって与えられる前記
面積比に対応するように装備または構成されている。ま
た区帯或いは誘導板は次のように配置されており、即ち
NH3から自由になった空気によって円形に取り込まれ、
その結果隙間漏れによりNH3が排ガス中へ漏れるという
現象が避けられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュリューター ジークフリート ドイツ連邦共和国 デー・5963 ヴェン デン・ローテミューレ ヘールヴェーク ９ (56)参考文献 特開 昭52−106362（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−109250（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−15586（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23L 15/02 B01D 53/36 B01D 53/34 129 F23J 15/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】有害物質を含み他の物質と熱交換する排ガ
    スを処理するための蓄熱式熱交換器であって、少なくと
    も一部が触媒剤から成っている定置の、または回転する
    蓄熱体を有し、該蓄熱体に還元剤を供給するようにした
    前記蓄熱式熱交換器において、 還元剤供給部（17）が、誘導要素（14;22）から成る定
    置の画成部の内部に配置されていることを特徴とする蓄
    熱式熱交換器。
  2. 【請求項２】誘導要素として構成される誘導板（12）
    が、直接蓄熱体（３）まで達していることを特徴とす
    る、請求項１に記載の蓄熱式熱交換器。
  3. 【請求項３】還元剤供給部（17）が、少なくとも一つの
    ノズル（18）から成っていることを特徴とする、請求項
    １または２に記載の蓄熱式熱交換器。
  4. 【請求項４】ノズル（18）が、扇形の輪郭に類似した開
    口横断面を備えるスリットノズルとして構成されている
    ことを特徴とする、請求項３に記載の蓄熱式熱交換器。
  5. 【請求項５】複数個の個別の丸形ノズルまたは平形ノズ
    ルから成るノズルシステム（23）を有していることを特
    徴とする、請求項３に記載の蓄熱式熱交換器。
  6. 【請求項６】誘導要素（14;22）が、還元剤を含まない
    遮断媒体としての空気（Ｌ）によって外側から取り囲ま
    れていることを特徴とする、請求項１から５までのいず
    れか１つに記載の蓄熱式熱交換器。
  7. 【請求項７】誘導要素（14;22）が、蓄熱式冷却段階の
    終了部に配置されていることを特徴とする、請求項１か
    ら６までのいずれか１つに記載の蓄熱式熱交換器。
  8. 【請求項８】二つの誘導要素（22）の間にそれぞれ一つ
    のノズル（18）またはノズルシステム（23）が配置され
    ていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれ
    か１つに記載の蓄熱式熱交換器。
  9. 【請求項９】ノズル（18）またはノズルシステム（23）
    が、個別の区帯（14）のなかに配置されていることを特
    徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載の
    蓄熱式熱交換器。
  10. 【請求項１０】区帯（14）が、周囲を取り囲まれたチェ
    ンバとして構成され、空気領域（15）の内部に配置され
    ていることを特徴とする、請求項９に記載の蓄熱式熱交
    換器。
  11. 【請求項１１】周囲を取り囲まれている個別の区帯が、
    蓄熱体（３）の空気出口側（24）に配置されていること
    を特徴とする、請求項１から10までのいずれか１つに記
    載の蓄熱式熱交換器。
  12. 【請求項１２】ノズルシステム（23）またはノズル（1
    8）が回動可能または回転可能であることを特徴とす
    る、請求項１から10までのいずれか１つに記載の蓄熱式
    熱交換器。
  13. 【請求項１３】ノズルシステム（23）またはノズル（1
    8）と蓄熱体（３）との間隔が調整可能であることを特
    徴とする、請求項１から12までのいずれか１つに記載の
    蓄熱式熱交換器。
  14. 【請求項１４】区帯（14）が回動可能に配置されている
    ことを特徴とする、請求項１から13までのいずれか１つ
    に記載の蓄熱式熱交換器。
  15. 【請求項１５】誘導要素（22）がすべて同時に回動可
    能、及び（または）個別に角度調整可能であることを特
    徴とする、請求項１から14までのいずれか１つに記載の
    蓄熱式熱交換器。
  16. 【請求項１６】蓄熱体（３）の空気入口側（25）及び空
    気出口側（24）に付設されるパッキン（19a,19b）が、
    還元剤供給部（17）に対してずらして配置されているこ
    とを特徴とする、請求項１から15までのいずれか１つに
    記載の蓄熱式熱交換器。
  17. 【請求項１７】蓄熱体（３）の空気出口側（24）に、空
    気領域（15）からガス領域（21）へ通じている誘導ダク
    ト（27）が配置されていることを特徴とする、請求項１
    から15までのいずれか１つに記載の蓄熱式熱交換器。
JP4508470A 1991-03-28 1992-03-27 蓄熱式熱交換器 Expired - Lifetime JP3025011B2 (ja)

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JPH05508005A JPH05508005A (ja) 1993-11-11
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