JP3207684B2 - Ammonia gas injection device - Google Patents
Ammonia gas injection deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、排ガス脱硝装置等に適
用される流体流路内へのアンモニアガス（ＮＨ3 ）注入
装置に関するものである。The present invention relates to relates to ammonia gas (NH 3) injection device to the fluid flow path to be applied to an exhaust gas denitration apparatus or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、排ガスの脱硝装置等は、排ガス流
路内にＮＨ3 を注入し、拡散を促進させることにより、
ＮＨ3 注入装置の後流に設置する脱硝装置の触媒前面で
ＮＨ3と排ガスの混合比率を均一に近づけることで、効
率のよいＮＯX の浄化を行う。その方法としては以下の
様なものがある。 （１）ＮＨ3 ガスを排ガス流れ方向に対し角度をつけ噴
出することによりＮＨ3ガスの拡散を促進する。 （２）母管によるカルマン渦の発生を利用することによ
り、ＮＨ3 ガスの拡散を促進する。2. Description of the Related Art Conventionally, a denitration apparatus for exhaust gas or the like is configured by injecting NH 3 into an exhaust gas channel to promote diffusion.
Efficient NO X purification is achieved by making the mixing ratio of NH 3 and exhaust gas close to uniform at the front of the catalyst of the denitration device installed downstream of the NH 3 injection device. The method is as follows. (1) NH 3 gas to promote diffusion of the NH 3 gas by ejecting an angle with respect to exhaust gas flow direction. (2) The diffusion of NH 3 gas is promoted by utilizing the generation of Karman vortices by the mother pipe.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術のように、
カルマン渦等の母管のウェークから逃れるために、排ガ
ス流れ平行方向に対し角度をつけてアンモニアガスを噴
出して、その拡散を促進させる方法では、流路内を流れ
る排ガスの流量（流速）の変化によりアンモニアガス注
入装置の後流に位置する触媒前面でのアンモニアガスの
濃度分布が大きく変化する。逆にカルマン渦を利用する
ことによりアンモニアガスの拡散を促進させる方法にお
いても、流速の変化により効果が変化する。いずれの場
合も触媒前面でのアンモニアガス濃度分布は、排ガス排
出源の運転により変化する。SUMMARY OF THE INVENTION As in the prior art,
In order to escape from the wake of the mother pipe such as Karman vortex, ammonia gas is ejected at an angle to the parallel direction of the exhaust gas flow to promote its diffusion. Due to the change, the concentration distribution of the ammonia gas on the front surface of the catalyst located downstream of the ammonia gas injection device changes greatly. Conversely, in the method of promoting the diffusion of ammonia gas by utilizing the Karman vortex, the effect changes depending on the change in the flow velocity. In any case, the ammonia gas concentration distribution on the front surface of the catalyst changes depending on the operation of the exhaust gas discharge source.
【０００４】本発明は排ガス流量が変化した時において
も、触媒前面でのアンモニアガス濃度分布が均一となる
アンモニアガス注入装置を提供しようとするものであ
る。An object of the present invention is to provide an ammonia gas injection device in which the concentration distribution of ammonia gas in front of the catalyst becomes uniform even when the flow rate of exhaust gas changes.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したものであって、次の特徴を有するアンモニアガス注
入装置に関するものである。 （１）排ガス流路内において、排ガス流に直交して配置
された複数の母管、同母管の側面から突設された複数の
突出管、及び同各突出管の端部において排ガス流の下流
方向に向けて開口するよう設けられたノズルを備え、各
ノズルの中心線と母管側面との距離は母管の外径より大
であり、排ガス流に直交する断面に投影した各ノズルの
位置は互いに隣接する複数の正三角形の各頂点に位置す
るよう配置されている。 （２）上記（１）項に記載のアンモニアガス注入装置に
おいて、ノズルより排ガス流の上流側に排ガス整流装置
を有する。 （３）上記（１）項に記載のアンモニアガス注入装置に
おいて、ノズルより排ガス流の下流側に排ガス・アンモ
ニアガス混合装置を有する。 （４）上記（１）項に記載のアンモニアガス注入装置に
おいて、ノズルより排ガス流の上流側に排ガス整流装置
を有し、ノズルより排ガス流の下流側に排ガス・アンモ
ニアガス混合装置を有する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and relates to an ammonia gas injection device having the following features. (1) In the exhaust gas channel, a plurality of mother tubes arranged orthogonal to the exhaust gas flow, a plurality of projecting tubes projecting from the side surface of the mother tube, and an exhaust gas flow at the end of each projecting tube. A nozzle provided so as to open toward the downstream direction, the distance between the center line of each nozzle and the side surface of the mother pipe is larger than the outer diameter of the mother pipe, and each nozzle projected on a cross section orthogonal to the exhaust gas flow. The position is arranged so as to be located at each vertex of a plurality of equilateral triangles adjacent to each other. (2) The ammonia gas injection device according to the above (1), further including an exhaust gas rectification device upstream of the nozzle in the exhaust gas flow. (3) The ammonia gas injection device according to the above mode (1), further comprising an exhaust gas / ammonia gas mixing device downstream of the nozzle from the exhaust gas flow. (4) In the ammonia gas injection device according to the above mode (1), an exhaust gas rectification device is provided upstream of the exhaust gas flow from the nozzle, and an exhaust gas / ammonia gas mixing device is provided downstream of the exhaust gas flow from the nozzle.
【０００６】[0006]
【作用】本発明では、カルマン渦等の母管の影響を逃れ
うる位置に配置したノズルの噴出口が排ガス流れ平行で
下流方向に向いているため、排ガスの流量（流速）が変
化した時でも、アンモニアガス注入装置の後流に位置す
る触媒前面での、個々のノズルによる濃度分布が変化せ
ず、又ノズル噴出口の配置を、流れの垂直断面に投影し
て正三角形頂点位置となる様にしたことにより、安定し
たアンモニアガス濃度分布を触媒前面全体で維持でき、
従来よりも少ないアンモニアガス量と触媒量において安
定した脱硝性能を実現することができる。According to the present invention, since the discharge port of the nozzle arranged at a position where the influence of the mother tube such as Karman vortex can be escaped is parallel to the exhaust gas flow and is directed downstream, even when the flow rate (flow velocity) of the exhaust gas changes. The concentration distribution by the individual nozzles on the front surface of the catalyst located downstream of the ammonia gas injection device does not change, and the arrangement of the nozzle orifices is projected to the vertical cross section of the flow to become the apex of a regular triangle. As a result, a stable ammonia gas concentration distribution can be maintained over the entire front of the catalyst,
Stable denitration performance can be realized with smaller amounts of ammonia gas and catalyst than before.
【０００７】排ガス整流装置または排ガス・アンモニア
ガス混合装置を備えたものにおいては、一層のアンモニ
アガスの濃度均一化が図られる。In an apparatus provided with an exhaust gas rectification device or an exhaust gas / ammonia gas mixing device, the concentration of ammonia gas can be further uniformed.
【０００８】[0008]
【実施例】図１は本発明の第１実施例に係るアンモニア
ガス注入装置の正面図である。これは脱硝装置において
排ガスの流れに逆らう方向から見た図であり、ダクトの
断面上におけるアンモニアガス注入母管やノズルの配置
を示したものである。図において、１はアンモニアガス
注入母管、２は同母管から突出して設けられているアン
モニアガス注入ノズルである。母管１はダクトの外部に
設けられているアンモニア発生装置とブロワ（いずれも
図示していない）に連なっている。FIG. 1 is a front view of an ammonia gas injection apparatus according to a first embodiment of the present invention. This is a diagram viewed from the direction against the flow of the exhaust gas in the denitration device, and shows the arrangement of the ammonia gas injection mother tube and the nozzle on the cross section of the duct. In the figure, reference numeral 1 denotes an ammonia gas injection nozzle, and reference numeral 2 denotes an ammonia gas injection nozzle provided to protrude from the same. The mother pipe 1 is connected to an ammonia generator and a blower (both not shown) provided outside the duct.
【０００９】図２は図１のＡ−Ａ断面図である。これは
１個のノズルを水平面で切った断面を示している。図に
おいて、１は前記の母管、３は同母管から排ガス流に直
交する方向へ突出し、その端部で排ガス流と平行に流れ
の下流方向へ折れ曲った形状を有するＬ字形突出管、４
は同突出管３の先端中央に設けてあるオリフィス、５は
同突出管３の先端部とオリフィスを囲み下流方向へ開口
するキャップである。上記４，５の部分からノズル２が
構成されている。上記ノズルの中心線と上記突出管の付
け根の距離Ｅは、母管１の外径Ｄより大きくしてある。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. This shows a cross section of one nozzle cut in a horizontal plane. In the drawing, 1 is the above-mentioned mother pipe, 3 is an L-shaped protruding pipe having a shape protruding from the same mother pipe in a direction orthogonal to the exhaust gas flow, and having an end bent in the downstream direction of the flow in parallel with the exhaust gas flow, 4
Is an orifice provided at the center of the tip of the protruding tube 3, and 5 is a cap that surrounds the tip of the protruding tube 3 and the orifice and opens in the downstream direction. The nozzles 2 are composed of the parts 4 and 5 described above. The distance E between the center line of the nozzle and the base of the protruding tube is larger than the outer diameter D of the mother tube 1.
【００１０】再び図１において、ノズル２は母管１の左
右に交互に排ガス流れと直交する方向へ突出管３を突出
させて取付けられており、取付け部は等間隔としてあ
る。また各ノズル２の中心は排ガス流れに直交する断面
上において、互いに隣接する複数の正三角形の頂点の位
置に配置してある。また排ガス流路に母管１を多数設け
る場合には、各母管は等間隔であって、各ノズルの中心
は他の母管のノズルの中心と共に、それぞれ正三角形の
頂点に位置するように配置されている。Referring again to FIG. 1, the nozzles 2 are mounted alternately on the left and right sides of the mother pipe 1 with the protruding pipes 3 protruding in a direction orthogonal to the flow of the exhaust gas, and the mounting portions are equally spaced. The center of each nozzle 2 is arranged at the position of the vertices of a plurality of equilateral triangles adjacent to each other on a cross section orthogonal to the exhaust gas flow. When a large number of mother pipes 1 are provided in the exhaust gas passage, the mother pipes are arranged at equal intervals, and the center of each nozzle is located at the apex of an equilateral triangle together with the center of the nozzle of the other mother pipe. Are located.
【００１１】図３は上記実施例の排ガス流路における母
管およびノズルの設置位置を示す斜視図である。図にお
いて６は排ガス流路、７は触媒であり、母管１とノズル
２は触媒７より上流側に設けられている。このように配
置することによって、排ガスの流量変化によっても触媒
６の前面におけるアンモニアガスの濃度分布の変化はな
くなる。FIG. 3 is a perspective view showing an installation position of a mother pipe and a nozzle in the exhaust gas channel of the above embodiment. In the figure, 6 is an exhaust gas channel, 7 is a catalyst, and the mother pipe 1 and the nozzle 2 are provided upstream of the catalyst 7. With such an arrangement, the concentration distribution of the ammonia gas on the front surface of the catalyst 6 does not change even when the flow rate of the exhaust gas changes.
【００１２】図４は本発明の第２実施例に係るアンモニ
アガス注入装置の斜視図である。８は、ノズル２の上流
側に設けられた排ガス整流装置である。上記以外の構成
は第１実施例と同じである。本実施例では、アンモニア
ガス噴出直後のノズル２毎の初期濃度を均一に近づける
ことが可能となる。FIG. 4 is a perspective view of an ammonia gas injection device according to a second embodiment of the present invention. Reference numeral 8 denotes an exhaust gas rectification device provided on the upstream side of the nozzle 2. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, it is possible to make the initial concentration of each nozzle 2 immediately after the ammonia gas is ejected close to uniform.
【００１３】図５は本発明の第３実施例に係るアンモニ
アガス注入装置の斜視図である。９はノズル２と触媒７
との間に設けられた排ガス・アンモニアガス混合装置で
ある。上記以外の部分は第１実施例と同じである。本実
施例では、触媒７の前面におけるアンモニアガス濃度の
バラツキを更に少なくすることが可能となる。FIG. 5 is a perspective view of an ammonia gas injection device according to a third embodiment of the present invention. 9 is a nozzle 2 and a catalyst 7
And an exhaust gas / ammonia gas mixing device provided between them. The other parts are the same as in the first embodiment. In this embodiment, it is possible to further reduce the variation in the ammonia gas concentration on the front surface of the catalyst 7.
【００１４】図６は本発明の第４実施例に係るアンモニ
アガス注入装置の斜視図である。本例はノズル２の上流
側に排ガス整流装置、ノズル２の下流側に排ガス・アン
モニアガス混合装置９と触媒７をこの順に配置したもの
である。上記以外の構成は第１実施例と同じである。本
例においては、ノズル毎の初期濃度を均一にし、又後流
でアンモニアガスと排ガスの混合を促進するため、触媒
７の前面におけるアンモニアガス濃度のバラツキを更に
少なくすることが可能となる。FIG. 6 is a perspective view of an ammonia gas injection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this example, an exhaust gas rectification device is arranged upstream of the nozzle 2, and an exhaust gas / ammonia gas mixing device 9 and a catalyst 7 are arranged in this order downstream of the nozzle 2. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the initial concentration of each nozzle is made uniform and the mixing of the ammonia gas and the exhaust gas is promoted in the downstream, so that the variation in the ammonia gas concentration on the front surface of the catalyst 7 can be further reduced.
【００１５】図７は上記各実施例に用いたノズルの効果
を説明するための排ガス流路の平面図であり、第１実施
例のノズルと触媒の配置によって例示してある。図８は
同様な配置における従来技術を示す排ガス流路の平面図
である。各図には触媒前面におけるノズル１個当りのア
ンモニアガスの濃度分布Ａ、および触媒前面における総
合的なアンモニアガスの濃度分布Ｂが示してある。各図
において、（ａ）はガス流速が設計流速Ｕｇの場合、
（ｂ）はガス流速が０．８７Ｕｇ、すなわちガス流速が
設計流速より低い場合を示している。FIG. 7 is a plan view of an exhaust gas passage for explaining the effect of the nozzle used in each of the above embodiments, and is exemplified by the arrangement of the nozzle and the catalyst of the first embodiment. FIG. 8 is a plan view of an exhaust gas passage showing a conventional technique in a similar arrangement. Each drawing shows a concentration distribution A of ammonia gas per nozzle on the front surface of the catalyst and a total concentration distribution B of ammonia gas on the front surface of the catalyst. In each figure, (a) shows the case where the gas flow velocity is the design flow velocity Ug.
(B) shows the case where the gas flow rate is 0.87 Ug, that is, the gas flow rate is lower than the design flow rate.
【００１６】排ガス流れ平行方向に対し噴出方向に角度
をつけた従来のノズルでは、図８に示すとおり、排ガス
流速の変化によって、触媒前面でのノズル毎のアンモニ
アガス到達位置が変化するため、設計流速以外の時はア
ンモニアガス濃度のばらつき幅が大きくなり、結果とし
て注入アンモニアガス量を理想状態よりも多くしなけれ
ばならない。これに対し排ガスの流れ方向に対し噴出方
向を平行にしたノズルにおいては、図７に示すとおり、
排ガスの流速変化による触媒前面の濃度分布に変化はな
く、アンモニアガス濃度のばらつき幅も設計流速時と同
じため、従来よりも少ないアンモニアガス注入量とする
ことが可能となる。さらに、触媒量も少なくして、従来
と同等の脱硝性能を達成することが可能となる。As shown in FIG. 8, in the conventional nozzle in which the jetting direction is angled with respect to the direction parallel to the exhaust gas flow, the position of ammonia gas arrival at the nozzle in front of the catalyst changes due to the change in the exhaust gas flow rate. When the flow rate is other than the flow rate, the variation width of the ammonia gas concentration becomes large, and as a result, the amount of the injected ammonia gas must be larger than the ideal state. On the other hand, in a nozzle in which the ejection direction is parallel to the exhaust gas flow direction, as shown in FIG.
Since there is no change in the concentration distribution on the front surface of the catalyst due to the change in the flow rate of the exhaust gas, and the variation width of the ammonia gas concentration is the same as that at the design flow rate, it is possible to make the injection amount of ammonia gas smaller than before. Further, it is possible to achieve the same denitration performance as before by reducing the amount of the catalyst.
【００１７】以上詳述したように、本実施例のアンモニ
アガス注入装置においては次の効果がある。 （１）アンモニアガスの噴出方向を排ガスの流れに対
し、平行かつ下流方向とし、かつ、各ノズルの中心を互
いに隣接する正三角形の頂点位置として均等間隔配置と
しているので、排ガスの流速変化に対して、アンモニア
ガスと排ガスの混合効果を均一とすることが可能とな
る。 （２）噴出するアンモニアガスの触媒前面におけるノズ
ル１個当りの濃度分布の中心がノズル噴出口と同一の配
置となるので、触媒前面におけるアンモニアガス濃度分
布を容易に予想できる。 （３）触媒前面におけるアンモニアガスの濃度のばらつ
きを排ガス排出源の運転による排ガス流速の変化にかか
わらず均一とできるので、注入アンモニアガス量の減
少、触媒量の減少が可能となる。As described in detail above, the ammonia gas injection device of the present embodiment has the following effects. (1) Since the jetting direction of the ammonia gas is parallel and downstream with respect to the flow of the exhaust gas, and the centers of the respective nozzles are equally spaced at the apexes of the equilateral triangles adjacent to each other, the flow direction of the exhaust gas is not affected. Thus, the mixing effect of the ammonia gas and the exhaust gas can be made uniform. (2) Since the center of the concentration distribution of the ejected ammonia gas per nozzle on the front surface of the catalyst has the same arrangement as the nozzle outlet, the concentration distribution of ammonia gas on the front surface of the catalyst can be easily predicted. (3) Since the variation in the concentration of ammonia gas on the front surface of the catalyst can be made uniform irrespective of the change in the exhaust gas flow rate due to the operation of the exhaust gas discharge source, the amount of injected ammonia gas and the amount of catalyst can be reduced.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明のアンモニアガス注入装置は、排
ガス流路内において、排ガス流に直交して配置された複
数の母管、同母管の側面から突設された複数の突出管、
及び同各突出管の端部において排ガス流の下流方向に向
けて開口するよう設けられたノズルを備え、各ノズルの
中心線と母管側面との距離は母管の外径より大であり、
排ガス流に直交する断面に投影した各ノズルの位置は互
いに隣接する複数の正三角形の各頂点に位置するよう配
置されており、あるいはさらにノズルより排ガス流の上
流側に排ガス整流装置、あるいはさらにノズルより排ガ
ス流の下流側に排ガス・アンモニアガス混合装置を有す
るので、触媒前面において均一なアンモニアガス濃度分
布を実現することができ、アンモニアガス注入量の減
少、触媒量の減少を図ることができる。According to the ammonia gas injection apparatus of the present invention, a plurality of mother pipes arranged perpendicular to the exhaust gas flow, a plurality of projecting pipes projecting from the side of the mother pipe are provided in the exhaust gas flow path.
And a nozzle provided at the end of each projecting pipe so as to open toward the downstream direction of the exhaust gas flow, the distance between the center line of each nozzle and the side of the mother pipe is larger than the outer diameter of the mother pipe,
The position of each nozzle projected on a cross section orthogonal to the exhaust gas flow is arranged so as to be located at each vertex of a plurality of equilateral triangles adjacent to each other, or furthermore, an exhaust gas rectification device on the upstream side of the exhaust gas flow from the nozzle, or further the nozzle Since the exhaust gas / ammonia gas mixing device is provided on the downstream side of the exhaust gas flow, a uniform ammonia gas concentration distribution can be realized on the front surface of the catalyst, and the amount of injected ammonia gas and the amount of catalyst can be reduced.
【図１】本発明の第１実施例に係るアンモニアガス注入
装置の正面図。FIG. 1 is a front view of an ammonia gas injection device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図３】上記実施例の排ガス流路における母管およびノ
ズルの設置位置を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing an installation position of a mother pipe and a nozzle in an exhaust gas channel of the embodiment.
【図４】本発明の第２実施例に係るアンモニアガス注入
装置の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of an ammonia gas injection device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３実施例に係るアンモニアガス注入
装置の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of an ammonia gas injection device according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４実施例に係るアンモニアガス注入
装置の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of an ammonia gas injection device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】上記各実施例に用いたノズルの効果を説明する
ための排ガス流路の平面図。FIG. 7 is a plan view of an exhaust gas channel for explaining the effect of the nozzle used in each of the above embodiments.
【図８】従来技術における排ガス流路の平面図。FIG. 8 is a plan view of an exhaust gas channel according to the related art.
１ 母管 ２ ノズル ３ Ｌ字形突出管 ４ オリフィス ５ キャップ ６ 排ガス流路 ７ 触媒 ８ 排ガス整流装置 ９ 排ガス混合装置 １０ アンモニアガス流の中心線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main pipe 2 Nozzle 3 L-shaped projecting pipe 4 Orifice 5 Cap 6 Exhaust gas flow path 7 Catalyst 8 Exhaust gas rectification device 9 Exhaust gas mixing device 10 Center line of ammonia gas flow
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/34 - 53/96 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B01D 53/34-53/96
Claims (4)
して配置された複数の母管、同母管の側面から突設され
た複数の突出管、及び同各突出管の端部において排ガス
流の下流方向に向けて開口するよう設けられたノズルを
備え、各ノズルの中心線と母管側面との距離は母管の外
径より大であり、排ガス流に直交する断面に投影した各
ノズルの位置は互いに隣接する複数の正三角形の各頂点
に位置するよう配置されていることを特徴とするアンモ
ニアガス注入装置。In a flue gas flow path, a plurality of mother pipes arranged orthogonal to the flue gas flow, a plurality of protruding pipes protruding from the side of the mother pipe, and an exhaust gas at an end of each protruding pipe. Nozzles provided so as to open toward the downstream direction of the flow, the distance between the center line of each nozzle and the side surface of the mother pipe is larger than the outer diameter of the mother pipe, and each projected on a cross section orthogonal to the exhaust gas flow. An ammonia gas injection device characterized in that nozzles are located at respective vertices of a plurality of equilateral triangles adjacent to each other.
流装置を有することを特徴とする請求項１に記載のアン
モニアガス注入装置。2. The ammonia gas injection device according to claim 1, further comprising an exhaust gas rectification device upstream of the nozzle in the exhaust gas flow.
アンモニアガス混合装置を有することを特徴とする請求
項１に記載のアンモニアガス注入装置。3. An exhaust gas downstream of a nozzle downstream of the exhaust gas flow.
The ammonia gas injection device according to claim 1, further comprising an ammonia gas mixing device.
流装置を有し、ノズルより排ガス流の下流側に排ガス・
アンモニアガス混合装置を有することを特徴とする請求
項１に記載のアンモニアガス注入装置。4. An exhaust gas rectification device upstream of the nozzle in the exhaust gas flow, and exhaust gas rectification downstream of the nozzle in the exhaust gas flow.
The ammonia gas injection device according to claim 1, further comprising an ammonia gas mixing device.
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