TWI470172B - Smoke and denitrification device - Google Patents

Description

排煙脫硝裝置

本發明係關於一種含有從鍋爐等火爐排出之硫氧化物及氮氧化物之燃燒排氣之排煙脫硝裝置，特別係關於一種設有從流過燃燒排氣之主流導管分歧出並旁通熱交換器而與主流導管合流之旁通導管之排煙脫硝裝置。

例如以鍋爐等火爐燃燒而產生之燃燒排氣，於流過主流導管之過程中，係以熱交換器及節熱器將熱回收後，再供給用於還原除去排氣中之氮氧化物之氨氣，而後再引導至填充有用以除去氮氧化物之觸媒之脫硝反應器。

此處，排氣中存在硫氧化物(特別係SO₃ )，且排氣溫度較低之情形(根據排氣中之氨、硫氧化物濃度而不同，但通常大致在250~330℃左右以下)，硫氧化物與氨氣會反應而析出酸性硫酸銨。

因該酸性硫酸銨係液狀，且附著於觸媒表面而覆蓋觸媒活性部位，故導致觸媒之性能降低。因此，保持流入排煙脫硝裝置之排氣溫度在酸性硫酸銨析出之溫度以上，係作為運轉排煙脫硫裝置之條件而被要求。

為滿足該條件，已知例如如專利文獻1所記載，係設置從節熱器之上游側分歧出而在節熱器之下游側合流之旁通導管。即，因流過旁通導管而旁通節熱器之旁通排氣不會降溫而保持高溫，故可將與流過主流導管之主流排氣合流後之排氣之溫度，保持在酸性硫酸銨析出之溫度以上。

先前技術文獻 特許文獻

[專利文獻1]日本實開平1-81447號公報

但，專利文獻1所記載之技術，未考慮到使合流後之排氣溫度儘速均一之情況。

即，旁通排氣相對於主流排氣以大動能流入之情形，因高溫之旁通排氣大部分到達流入方向之裏側(主流導管壁側)，很難遍佈至流入方向之近處側，故使合流後之排氣混合達到溫度均一需要花費時間。

因此，為保持合流後之排氣之溫度均一地在酸性硫酸銨析出之溫度以上，有必要增長從排氣之合流部至氨氣供給部位之導管尺寸，但此方法從裝置之緊緻設計之要求之觀點來看並不令人滿意。

為縮短導管尺寸且使合流後之排氣溫度儘速均一化，可考慮例如將用於促進合流後之排氣混合之攪拌器設於導管內等，但該情形下，因攪拌器會產生通風阻力，而增加導管之壓力損失，故並不令滿意。

因此，本發明係以抑制導管之壓力損失之增加且使合流後之排氣之溫度儘速均一化為課題。

本發明之排煙脫硝裝置，其基本構成係具備：供流過從火爐排出之包含硫氧化物及氮氧化物的燃燒排氣之主流導管；配置於主流導管內，藉由熱交換而將燃燒排氣降溫之熱交換器；由主流導管之較熱交換器更上游側分歧而旁通熱交換器並合流於主流導管之旁通導管；對流動於主流導管之主流排氣與流動於旁通導管之旁通排氣合流後之燃燒排氣供給氨氣之氨供給裝置；及從被供給氨氣之燃燒排氣除去氮氧化物之脫硝反應器。

特別是為解決前述課題，於主流導管內之主流排氣與旁通排氣之合流部，設有並行於主流排氣之流過方向將主流排氣流路區隔成複數部分，且以板面對向於旁通排氣之流入方向之複數之區隔板；該等區隔板係設置成將其等之主流排氣流過方向之上游側之端部，從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣。

即，藉由如此地設置區隔板，流入主流導管之旁通排氣係與各區隔板接觸而改變流過方向，並一面於由各區隔板形成之各流路與主流排氣混合且一面向主流排氣之下游流動。因此，旁通排氣從旁通排氣之流入方向之近側至裏側均一地，換言之於主流導管之徑向均一地遍布，可使各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一。又，因該等區隔板於主流排氣之流過方向並行設置，故對通風阻力幾乎不會造成影響。其結果，可抑制導管之壓力損失之增加，且使合流後之排氣之溫度儘速均一。

該情形下，宜於旁通導管之與主流導管之合流部，設置調整旁通排氣流入主流導管時之流動方向之可旋動之調整葉片。

即，於旁通導管設置擋板等，例如基於合流排氣之溫度等調整旁通排氣流量時，主流排氣與旁通排氣之流量比會變化。即使如此之情形下，藉由調整調整葉片之旋動角度而調整旁通排氣流入主流導管時之流動方向，於藉由區隔板形成之各流路可使旁通排氣均一地遍布，使各流路之兩種排氣之流量比均一。

又，即使主流排氣與旁通排氣之流量比固定於一定程度時，流動於藉由區隔板形成之各流路之旁通排氣與設計值不同、有所偏差之情形下，亦可使用該調整葉片調整至均一地流動。

調整葉片之旋動角度之調整，可基於主流排氣與旁通排氣之流量比進行。例如，各排氣之流量比、及與之對應使兩排氣流量比於各流路內均一之調整葉片之旋動角度可預先以實驗等求得，以表或數學式等保存於記憶體。又，也可於兩導管設置流量計，經由將該等值作為輸入值輸出旋動角度，而基於輸出值調整旋動角度。

根據本發明，可抑制導管之壓力損失之增加且使合流後之排氣之溫度儘速均一。

以下，對適用本發明之排煙脫硝裝置之實施形態進行說明。又，以下之說明中，對同一功能元件標以同一符號並省略重覆說明。

圖1係模式地顯示使用本實施形態之排煙脫硝裝置之排氣管線之整體構成之縱剖面圖。又，本實施形態中，作為排氣產生源係以鍋爐為例，對於從鍋爐排出之燃燒排氣使用排煙脫硝裝置。但，並不局限於此，亦可適用於包含硫氧化物及氮氧化物而排出之燃燒排氣。

如圖1所示，本實施形態之排煙脫硝裝置10具備：供從鍋爐12之火爐14排出之含硫氧化物及氮氧化物的燃燒排氣流過之主流導管16；配置於主流導管16內，藉由熱交換使燃燒排氣降溫之熱交換器18、20；及同樣配置於主流導管16內，藉由熱交換使燃燒排氣降溫之節熱器22。又，從燃燒排氣之上游側依次串聯地設置熱交換器18、20及節熱器22。

另又具備：從主流導管16之熱交換器20與節熱器22之間分歧出而旁通節熱器22並合流於主流導管16之旁通導管24；對流動於主流導管16之主流排氣26與流動於旁通導管24之旁通排氣28合流後之燃燒排氣供給氨氣之氨供給裝置30；及從被供給氨氣之燃燒排氣除去氮氧化物之脫硝反應器32。

於主流導管16之氨氣供給部位之上游側之附近位置，設置有檢測燃燒排氣之溫度之溫度感測器34。又，於旁通導管24內，設置有基於以溫度感測器34檢測出之溫度控制流過旁通導管24之旁通排氣28之流過量之可旋動之旁通擋板36。

又，氨供給裝置30係將用於還原除去燃燒排氣中之氮氧化物之氨氣，經由導管37導入主流導管內，並使用注入噴嘴38供給至燃燒排氣者。於脫硝反應器32內，填充有用於除去燃燒排氣中之氮氧化物之觸媒40。

然後，對以排煙脫硝裝置處理從鍋爐12之火爐14排出之燃燒排氣之步驟進行說明。

於鍋爐12之火爐14燃燒產生之燃燒排氣，在以熱交換器18、20及設置於最下游之節熱器22熱回收後，藉由氨供給裝置30注入氨氣，再被引導至脫硝反應器32，藉由觸媒40之作用除去燃燒排氣中之氮氧化物。

此處，燃燒排氣中存在硫氧化物(特別係SO₃ )，且排氣溫度較低之情形(雖根據排氣中之氨、硫氧化物濃度而不同但通常大致在250~330℃左右以下)，在與氨氣反應時會析出酸性硫酸銨。

因該酸性硫酸銨為液狀，故會附著於觸媒40之表面而覆蓋觸媒活性部位而招致觸媒之性能降低。因此作為運用排煙脫硝裝置10之條件，流入氨氣之供給部位之排氣溫度有必要為酸性硫酸銨之析出溫度以上之溫度。

鍋爐出口排氣，即節熱器22之出口排氣溫度，雖係連動於鍋爐負荷，於鍋爐負荷低之條件下為低，隨著負荷上昇而提高者，但近年，鍋爐之最低運用負荷有進一步設計成較低之傾向。此係因為業界要求藉由進一步擴展鍋爐可運用負荷帶，而可更靈活地對應供電情況變化之運用性優異之機組設備。

但，可想像的是，在所要求之低負荷運轉下，排氣溫度降低，而有不滿足脫硝裝置之運用溫度之情形。

此外，又被要求從機組設備啟動時之排氣溫度較低之階段運用脫硝裝置。此係因為作為社會的需求，要求於機組設備運用時應儘可能運用脫硝裝置，以成為更低公害之機組設備。

即使該情形下亦相同，有必要在排氣溫度低而不滿足脫硝裝置之運用溫度之條件下運用脫硝裝置。

有鑑如此之點，乃設置旁通節熱器22之旁通導管24。即，因流過旁通導管24之旁通排氣28未以節熱器22降溫，故以保持高溫之狀態與流過主流導管16而降溫之主流排氣26合流。因此，可保持合流後之排氣溫度為更高，以滿足脫硝裝置之運用溫度。

又，旁通節熱器22之旁通排氣28之流量，可基於溫度感測器34之檢測溫度，藉由節熱器旁通擋板36進行控制，以使氨氣供給部位之排氣溫度達到脫硝裝置之可運用之溫度以上。

另，合流之低溫之主流排氣與高溫之旁通排氣，宜混合至注入氨氣，換言之至注入噴嘴38之前，使主流導管16之徑向之溫度分布均一。其原因為，溫度分布有不均之情形下，將於低溫部分產生酸性硫酸銨，或若低溫部分不產生酸性硫酸銨則高溫部分溫度將高至必要以上。換言之，溫度分布均一，且該溫度為具有不產生酸性硫酸銨之最低限之餘裕的溫度最為理想。

因此，為使主流排氣與旁通排氣之合流燃燒排氣之溫度分布均一，從圖1所示之合流部至注入噴嘴38之導管尺寸L1，有必要為可充分混合各排氣之長度。

又，若考慮主流排氣與旁通排氣之於合流部之各排氣之流動，則例如圖2所示。圖2係圖1中之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，顯示主流排氣與旁通排氣之於合流部之流動之一例。如圖2所示，旁通排氣相對於主流排氣以大動能流入時，高溫之旁通排氣之大部分係到達至流入方向之裏側(主流導管壁側)(d2增大)，幾乎不會遍及至流入方向之近側。因此，合流後之排氣溫度混合至均一為止需要一些時間。

於是，必然地有必要增長L1尺寸。但，此違背脫硝裝置之緊緻設計之要求而不令人滿意。

另一方面，為縮短L1尺寸，且充分進行各排氣之混合，從兩排氣之合流部至注入噴嘴38之間，可考慮設置促進排氣之混合之攪拌器等。但，該情形下，主流導管16會產生通風損失而在壓力損失之層面而言不佳。該通風損失，因若鍋爐負荷變高則排氣溫度提高之故，雖然不需要節熱器旁通之運用，但高負荷運用時仍將產生攪拌器之通風阻力。

為對應如此之問題而完成之本實施形態之排煙脫硝裝置，其特徵在於主流導管16之主流排氣26與旁通排氣28之合流部設置有複數之區隔板，以下，對該特徵部之詳細情況，使用各實施例進行說明。

實施例1

圖3係圖1之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第1實施例之圖。如圖所示，在主流導管16內之主流排氣26與旁通排氣28之合流部，設有並行於主流排氣26之流過方向將主流排氣流路區隔成複數部分，且對於旁通排氣28之流入方向以板面對向之3片區隔板44。又，該等區隔板44係設置成將其等之主流排氣之流過方向之上游側之端部，從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣。

藉由如此般之設置區隔板44，流入主流導管16之旁通排氣28，係從主流排氣26之下游側以至上游側依次接觸區隔板44，於各區隔板所形成之各流路與主流排氣26一面混合一面流向主流排氣之下游。

因此，旁通排氣28從旁通排氣之流入方向之近側以至裏側為均一，換言之於主流導管之徑向均一地遍佈，可使各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一化。又，因該等區隔板44於主流排氣26之流過方向並行設置，故幾乎不對通風阻力造成影響，其結果，不對機組設備之性能造成影響。

因此，可抑制主流導管16之壓力損失之增加，且可使合流後之排氣之溫度儘速均一。又，藉此，因即使縮短從兩排氣之合流部至注入噴嘴38之導管尺寸L1，亦可獲得與延長導管時相同之混合效果，故可緊緻地設計裝置。

本實施例中，雖以於主流導管內設置3片區隔板44，於該部分形成大致均一之4條流路為例，但區隔板之片數，可根據從主流排氣26與旁通排氣28之合流部至注入噴嘴38之導管尺寸L1與主流導管直徑D之比率而適當選擇。

即，因導管徑D相對於混合主流排氣26與旁通排氣28之距離L1越大，導管徑向之溫度分布之不均越為顯著，而使混合所達成之溫度之均一化越費時，故區隔板44之片數必須增多。又，換言之，因藉由區隔板44區劃之導管相當直徑D與混合距離L1之比率造成混合特性受到影響，故若混合距離L1較短之情形，有必要增多區隔板片數以促進混合。

另一方面，面對流入之旁通排氣28之各區隔板44之尺寸S1~S3，及導管壁與區隔板間之尺寸d1~d3，係考慮旁通排氣28之動能與主流排氣26之動能而決定。即，S1~S3之尺寸及d1~d3之尺寸，係設定為使流入由區隔板44形成之各流路之主流排氣流量與旁通排氣流量之比相同。

具體研討時發現，因近年電腦之發達故可有效使用計算精度大幅提高之流動模擬軟體。

實施例2

圖4係圖1之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第2實施例之圖，因本實施例係與第1實施例同樣地設置區隔板44，又於旁通導管24設置調整葉片者，故只說明與第1實施例不同之部分而省略其他部分之說明。

如圖4所示，於旁通導管24之與主流導管16之合流部設置調整旁通排氣28流入主流導管16時之流動方向之可旋動之調整葉片48。

如前所述，於旁通導管24設置旁通擋板36，基於溫度感測器34之檢測值改變旋動角度而調整旁通排氣28之流量時，主流排氣26與旁通排氣28之流量比改變。

例如，因節熱器出口排氣溫度於鍋爐啟動初期階段較低，故特性上旁通排氣28相對於主流排氣26之流量比增大，之後伴隨鍋爐負荷之上昇該比率縮小。即，因兩排氣之流量比改變，故旁通排氣28朝向主流導管16之流入模式改變。

若根據本實施例，即使如此之情形，藉由調整調整葉片48之旋動角度以調整旁通排氣28流入主流導管16時之流動方向，可將流入藉由區隔板44形成之各流路之主流排氣流量與旁通排氣流量之比調節至相同。

例如，從各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一之良好狀態，至主流排氣流量減少而旁通排氣流量增加之情形，可旋動調整葉片48使旁通排氣之流入方向朝主流排氣之下游側改變等，藉由流動分析可適當調整。

又，即使主流排氣26與旁通排氣28之流量比固定於某種程度之情形下，區隔板44所形成之各流路中流動之旁通排氣28之量與設計值不同而有偏差時，亦可使用該調整葉片48調整至均一流動。

調整葉片48之旋動角度之調整，可基於主流排氣26與旁通排氣28之流量比而進行。例如，各排氣之流量比、及與之對應使兩排氣流量比於各流路均一之調整葉片之旋動角度可預先以實驗等求得，以表或數學式等保存於記憶體。又，若於兩導管設置流量計，將該等之值作為輸入值輸出旋動角度，則可基於輸出值調整旋動角度。

實施例3

圖5係圖1之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第3實施例之圖。本實施例因係相對於第1實施例之態樣，主流導管16及區隔板44之態樣作變形之變形例，故只說明與第1實施例不同之部分而省略其他部分之說明。

如圖5所示，本實施例係以主流導管16之形狀成為從兩種排氣之合流部附近隨著向下游逐漸擴徑之情形為例。該情形下，區隔板44於合流部附近筆直地並行延伸於主流排氣26之流過方向，伴隨著主流導管之擴徑一面於流過方向並行地擴展一面延伸，而將主流排氣流路區隔成複數個，且使其等之板面對向於旁通排氣28之流入方向。又，使區隔板44設置成將其等之主流排氣之流過方向之上游側端部，從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣。

本實施例之情形亦可與第1實施例同樣地，旁通排氣28可從旁通排氣之流入方向之近側至裏側均一地遍佈，換言之於主流導管之徑向均一地遍佈，可使各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一化。

實施例4

圖6係圖1之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第4實施例之圖。本實施例因係相對於第1實施例之態樣，主流導管16及區隔板44之態樣作變形之變形例，故只說明與第1實施例不同之部分而省略其他部分之說明。

如圖6所示，本實施例係以主流導管16之形狀成為隨著從上游側朝兩排氣之合流部附近逐漸縮徑之情形為例。該情形下，區隔板44於合流部附近係伴隨著主流導管之縮徑而一面使彼此之距離縮小一面於主流排氣26之流過方向並行延伸，之後配合導管形狀筆直地並行延伸於主流排氣26之流過方向。

又，該情形下亦是將主流排氣流路區隔成複數個，且使區隔板之板面對向於旁通排氣28之流入方向。又，使區隔板設置成將其等之主流排氣之流過方向之上游側端部，從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣。

本實施例之情形亦與第1實施例相同，旁通排氣28可從旁通排氣之流入方向之近側至裏側均一地遍佈，換言之於主流導管之徑向均一地遍佈，使各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一化。

實施例5

圖7係圖1之主流導管16與旁通導管24之合流部42之放大圖，係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第5實施例之圖。本實施例因係相對於第1實施例之態樣，主流導管16及區隔板44之態樣作變形之變形例，故只說明與第1實施例不同之部分而省略其他部分之說明。

如圖7所示，本實施例係以主流導管16之形狀成為從合流部附近向下游側彎曲形成之情形為例。該情形下，區隔板44於合流部附近係配合主流導管之形狀筆直地並行延伸於主流排氣之流過方向，之後再配合導管之形狀彎曲延伸。

該情形下亦是將主流排氣流路區隔成複數，且使區隔板板面對向於旁通排氣28之流入方向。又，使各區隔板之主流排氣之流過方向之上游側端部，設置成從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面對流入之旁通排氣。

本實施例之情形亦與第1實施例相同，旁通排氣28可從旁通排氣之流入方向之近側至裏側均一地遍佈，換言之於主流導管之徑向均一地遍佈，使各流路之主流排氣與旁通排氣之流量比均一化。

關鍵是，即使主流導管具有擴大、縮小、彎曲等形狀之情形，藉由於主流導管內之主流排氣與旁通排氣之合流部，設置並行於主流排氣之流過方向而將主流排氣流路區隔成複數個，且使板面對向於旁通排氣之流入方向之複數之區隔板，且藉由使該區隔板之主流排氣流過方向之上游側之端部，從旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣，可抑制導管之壓力損失之增加且使合流後之排氣之溫度儘速均一。

除此之外，主流導管之擴大、縮小、彎曲等形狀，雖成為使氣體流動產生混亂之要因，但區隔板44亦可達成氣體流動之整流之效果，故為較佳。

10．．．排煙脫硝裝置

12．．．鍋爐

14．．．火爐

16．．．主流導管

18、20．．．熱交換器

22．．．節熱器

24．．．旁通導管

26．．．主流排氣

28．．．旁通排氣

30．．．氨供給裝置

32．．．脫硝反應器

36．．．旁通擋板

44．．．區隔板

48．．．調整葉片

圖1係模式地顯示使用本實施形態之排煙脫硝裝置之排氣管線之整體構成之縱剖面圖。

圖2係顯示主流排氣與旁通排氣之於合流部之流動之一例之圖。

圖3係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第1實施例之圖。

圖4係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第2實施例之圖。

圖5係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第3實施例之圖。

圖6係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第4實施例之圖。

圖7係顯示排煙脫硝裝置之特徵部之第5實施例之圖。

16．．．主流導管

24．．．旁通導管

26．．．主流排氣

28．．．旁通排氣

36．．．旁通擋板

38．．．注入噴嘴

44．．．區隔板

Claims (3)

1. 一種排煙脫硝裝置，其具備：供從火爐排出之包含硫氧化物及氮氧化物之燃燒排氣流過之主流導管；配置於該主流導管內，藉由熱交換而將前述燃燒排氣降溫之熱交換器；由前述主流導管之較前述熱交換器更上游側分歧出而旁通熱交換器並合流於主流導管之旁通導管；對流動於前述主流導管之主流排氣與流動於前述旁通導管之旁通排氣合流後之燃燒排氣供給氨氣之氨供給裝置；及從被供給前述氨氣之燃燒排氣除去氮氧化物之脫硝反應器；其中於前述主流導管內之前述主流排氣與前述旁通排氣之合流部，設有並行於前述主流排氣之流過方向將主流排氣流路區隔成複數部分，且以板面對向於旁通排氣之流入方向之複數之區隔板；該等區隔板係設置成將其等之主流排氣流過方向之上游側之端部，從前述旁通排氣之流入側起依序向主流排氣之上游側錯開而面臨流入之旁通排氣，於前述旁通導管之與前述主流導管之合流部，設置有調整前述旁通排氣流入前述主流導管時之流動方向之可旋動之調整葉片。
2. 如請求項1之排煙脫硝裝置，其中前述調整葉片係基於前述主流排氣與前述旁通排氣之流量比而調整旋動角度。
3. 如請求項1之排煙脫硝裝置，其中前述熱交換器係串聯 地複數設置，前述旁通導管係以至少旁通最下游之熱交換器之方式設置。