JPH0549855A - 燃焼ガスの窒素酸化物低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排ガス中の窒素酸化物の低減を図る。 【構成】 燃焼ガス１０が流れ込む後部煙室８に、燃焼
ガス１０の流れに対向してアンモニアを噴霧し得るよう
に、ノズル１１を配設する。燃焼ガス１０中の窒素酸化
物とアンモニア稀釈水との反応時間を長くできて燃焼ガ
ス中の窒素酸化物を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体、液体及び固体等
の燃料を使用する各種燃焼炉の燃焼ガスの窒素酸化物低
減方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に燃焼炉において発生する窒素酸化
物（ＮＯ_X）には、主に、（イ）各種燃料中に含まれて
いる窒素成分が酸化されて生じたものと、（ロ）特に、
重油、灯油、ＬＰＧ等の炭化水素原料を燃焼する際に、
空気比（実際に供給する空気量／理論的に必要な空気
量）約０．５〜１．４の状態で、炭化水素が空気中の窒
素と反応し、更にいくつかの反応を経て即発的に生じた
もの（即発ＮＯ）と、（ハ）燃焼に伴ない、空気中の窒
素と酸素とが高温で反応して生じたもの（熱ＮＯ）があ
る。

【０００３】前述の窒素酸化物は大気汚染の面から問題
となっており、そのために下記の如き種々の窒素酸化物
の発生を抑制する方法が採用されている。 （ｉ）燃焼用空気を二段に分けて燃焼室内へ供給し、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を
供給する二段燃焼法。 （ｉｉ）燃焼により生じた排ガスを循環させて再び燃料
に混合する排ガスの再循環法。 （ｉｉｉ）水蒸気又は水を燃焼室に吹き込むインジェク
ション法。 （ｉｖ）低窒素燃料の使用に切換える燃料転換法。 （ｖ）エマルジョン燃料を用いる方法。 （ｖｉ）燃焼域での酸素を低減する低酸素燃焼法。 等がある。

【０００４】前記（ｉ）の方法にあっては、一次燃焼領
域における一般的な空気比の０．５〜１．０の範囲では
即発ＮＯの発生を抑制できず、又空気比０．５付近に保
って即発ＮＯの発生を極力抑制するように試みても、第
二の空気供給部において未燃焼分が空気と反応して即発
ＮＯが発生することになるという問題点があり、更に発
煙に伴ない燃焼炉内壁や伝熱面に付着する煤が発生し、
燃焼用空気及び燃焼ガスの流れを阻害するという問題点
もある。

【０００５】前述の（ｉｉ）の方法にあっては、窒素酸
化物の発生を効果的に抑制するために排ガスの再際循環
量を増すと、燃焼が不安定となるという問題点があり、
前記（ｉｉｉ）の方法にあっては、熱損失が大であると
いう問題点があり、前記（ｉｖ）（ｖ）の方法にあって
は、コストアップになるという問題点があり、更に（ｖ
ｉ）の方法にあっては、前記（ｉ）の方法と同様に発煙
に伴ない燃焼炉内壁や伝熱面に付着する煤が発生し、燃
焼用空気及び燃焼ガスの流れを阻害するという問題点が
ある。

【０００６】従って前記せる種々の問題点を配慮して、
下記の如き、アンモニアとの化学反応を利用して窒素酸
化物を低減する方法が考えられ、実施されている。

【０００７】（ｖｉｉ）ハニカム状の触媒（材質ＴｉＯ
₂、Ｖ₂Ｏ₅等）を煙道に設置し、触媒設置場所より風上
部分からアンモニア水を風下方向に向け（燃焼ガスの流
れと同方向に）噴射して触媒でアンモニアと窒素酸化物
との反応を促進することにより窒素酸化物を低減するア
ンモニア接触還元法。

【０００８】（ｖｉｉｉ）燃焼炉の燃焼ガス（８００〜
１１００℃）中に該燃焼ガスの流れと同方向にアンモニ
アガスを直接注入することにより、触媒なしで窒素と水
に分解して窒素酸化物を低減する高温無触媒式脱硝法。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記（ｖ
ｉｉ）の方法にあっては、触媒が高価なものであると共
に、触媒設置場所及び触媒の管理の面から設備費が嵩む
という問題があり、又（ｖｉｉｉ）の方法にあっては、
燃焼ガスとアンモニアガスとが平行して流れるためにア
ンモニアガスと未反応の燃焼ガスが多量に生じ、そのた
めにアンモニアガスを多量に注入することも行われてい
るが、それにも拘わらず未反応な燃焼ガスと過剰なアン
モニアガスが大気に放出されていて大気汚染の面から好
ましくない。

【００１０】本発明は、上記実情に鑑み、低コストにて
効率良く燃焼炉の燃焼ガス中の窒素酸化物を低減できる
燃焼ガスの窒素酸化物低減方法を提供することを目的と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼ガスの温
度が略９００〜１０００℃の位置に、燃焼ガスの流れに
対向してアンモニア稀釈水を噴射することを特徴とする
燃焼ガスの窒素酸化物低減方法、にかかるものである。

【００１２】

【作用】燃焼ガスにその流れに対向してアンモニア稀釈
水を噴射して、燃焼ガス中の窒素酸化物とアンモニアと
を化学反応させ、排ガス中の窒素酸化物の含有値を下げ
ると同時にアシストスマッド（煤の塊）も低減させるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】本発明を、炉筒煙管ボイラを例にとり図１及
び図２に基づき説明する。

【００１４】炉筒煙管ボイラは、図２に示す如くボイラ
胴１内に、波形炉筒２と第一、第二、第三煙管群３，
４，５が同軸方向に配設された内だきボイラであり、波
形炉筒２のバーナ６側に前部煙室７を設けると共に、波
形炉筒２の反バーナ６側に後部煙室８及び排ガス排出室
９を設け、波形炉筒２と後部煙室８とを第一煙管群３に
より、後部煙室８と前部煙室７とを第二煙管群４によ
り、前部煙室７と排ガス排出室９とを第三煙管群５によ
り夫々連結して、燃焼ガス１０を、波形炉筒２→第一煙
管群３→後部煙室８→第二煙管群４→前部煙室７→第三
煙管群５→排ガス排出室９の順序で流すようにしたもの
である。

【００１５】前記炉筒煙管ボイラの燃焼ガス１０の温度
が略９００〜１０００℃である個所の後部煙室８の下側
部に、圧力噴霧式のノズル１１をそのノズル口部分が第
一煙管群３から流入する燃焼ガスの流れに対向するよう
にして設置する。

【００１６】又アンモニア稀釈水収納タンク１２を、バ
ルブ１４を組込んだ配管１３を介しポンプ１５に連結す
ると共に、前記ノズル１１に一端を連結したフレキシブ
ルパイプ１６の他端を配管１７を介し前記ポンプ１５に
連結して該ポンプ１５によりアンモニア稀釈水収納タン
ク１２からノズル１１にアンモニア稀釈水を圧送し得る
ようにする。

【００１７】更に前記ノズル１１における後部煙室８へ
の設置部及びその近傍個所にシール管１８を外嵌せしめ
て該シール管１８の分岐管１９からシールエア２０をシ
ール管１８の内側とノズル１１の外側との空間に吹込み
該ノズル１１をエアシールして冷却し得るようにする。

【００１８】以下、窒素酸化物（ＮＯ_X）の低減方法に
ついて説明する。

【００１９】先ずバルブ１４を開にしポンプ１５を駆動
することにより、アンモニア稀釈水収納タンク１２から
アンモニア稀釈水をバルブ１４→配管１３→ポンプ１５
→配管１７→フレキシブルパイプ１６→ノズル１１の順
に圧送し、該ノズル１１のノズル口からアンモニア稀釈
水を燃焼ガスの流れに対向して後部煙室８内に噴霧し、
下記の式のようにアンモニアと窒素酸化物との反応を起
こさせて窒素と水を得、燃焼ガス中の窒素酸化物を無窒
化し、燃焼ガス中の窒素酸化物を低減する。

【００２０】 ＮＨ₃＋１／４Ｏ₂→ＮＨ₂＋１／２Ｈ₂Ｏ…（Ｉ） ＮＨ₂＋ＮＯ→Ｎ₂＋Ｈ₂Ｏ …（ＩＩ）

【００２１】この場合、燃焼ガスの流れにアンモニア稀
釈水を対向して噴霧するので、燃焼ガス中の窒素酸化物
とアンモニアとの反応時間を長くできて未反応な窒素酸
化物を大幅に少なくし得られ、燃焼ガス中の窒素酸化物
を大幅に低減できる。

【００２２】次に貫流ボイラに適用する場合について図
３に基づき説明する。

【００２３】一側部に燃焼ガス流通用隙間２２を軸方向
にあけて円筒状に配設された内側蒸発管群２１の外側に
同芯状にして燃焼ガス通路２４をあけて、該内側蒸発管
群２１と連通する外側蒸発管群２３が円筒状に配設され
ている。

【００２４】前記外側蒸発管群２３には、内側蒸発管群
２１から燃焼ガス通路２４に流入した燃焼ガスが分岐し
て流れ合流する部分に軸方向に燃焼ガス排出用通路２５
が形成されていると共に、燃焼ガス通路２４を流れる燃
焼ガス温度が９００〜１０００℃に該当する外側蒸発管
群２３の部分に軸方向に隙間２６をあけてノズル１１の
挿入用間口を形成してあり、該間口からノズル１１を燃
焼ガス通路２４に、燃焼ガスの流れに対向してアンモニ
ア稀釈水を噴霧し得るように差し込んであり、ノズル１
１の根元部は外壁に固定されている。

【００２５】前記ノズル１１へアンモニア稀釈水を供給
する系統、エアシール系統は図１に示す如くなってい
る。

【００２６】従ってノズル１１からアンモニア稀釈水を
燃焼ガスの流れに対向して噴霧することにより、前記反
応式（Ｉ）（ＩＩ）のようなアンモニアと燃焼ガス中の
窒素酸化物との反応を起させて窒素と水を得、燃焼ガス
中の窒素酸化物を無窒素化し、燃焼ガス中の窒素酸化物
を低減せしめることができる。

【００２７】更に前記せるように、ノズル１１へアンモ
ニア稀釈水を供給する系統、エアシール系統はボイラ等
の燃焼設備とは独立しているので、例え故障したとして
も燃焼設備の稼働に影響を及ぼすことはない。

【００２８】前記反応式（Ｉ）（ＩＩ）の反応は、反応
雰囲気の温度及びアンモニアの添加量に左右される。

【００２９】反応雰囲気の温度である燃焼ガス温度と窒
素酸化物低減値との関係について種々実験したところ、
図４に示す如くなり、この図４によれば９００〜１００
０℃程度の燃焼ガス温度の時に窒素酸化物低減値が急峻
に変化していることがわかる。

【００３０】アンモニア稀釈水について述べるに、アン
モニア稀釈水の濃度を濃くし過ぎるとアンモニア稀釈水
の噴霧量の調整が難しく小容量のボイラではアンモニア
稀釈水の量を絞りきれずに大量に供給することになって
排ガス中の残存アンモニアとして排ガスと共に排出され
ることになり、又アンモニア稀釈水の噴霧量が過剰にな
ると排ガス中の残存アンモニア量が増えることになる。

【００３１】前記せる事柄を配慮して、アンモニア稀釈
水の噴霧量と残存アンモニア量との関係について種々実
験したところ、図５に示す如くなり、この図５によれば
燃料噴射量に対するアンモニア稀釈水の割合が１０％以
下であれば残存アンモニア量が微量の状態を維持してい
ることがわかる。

【００３２】アンモニア稀釈水を噴霧するノズルの噴霧
角度は、あまり鋭角であるとアンモニア稀釈水を噴霧し
なくなり、アンモニア稀釈水は棒状に噴射され燃焼ガス
中の窒素酸化物との反応が遅くなり、逆にノズルの噴霧
角度が広角だと壁にアンモニア稀釈水が当り燃焼ガス中
に効果的に拡散しない、等の問題が発生する。

【００３３】そこで窒素酸化物を消去する方向に化学反
応を進行するために、前記せる事柄を配慮してノズル１
１の設置場所を、９００〜１０００℃程度の燃焼ガスに
対しアンモニア稀釈水を噴霧可能な場所にし、アンモニ
ア稀釈水の濃度を１〜５％とし、アンモニア稀釈水の噴
霧量を生バーナの燃焼量の１〜１０％とし、ノズル１１
のアンモニア稀釈水の噴霧角度を１０°〜８０°（炉筒
煙管ボイラの場合は６０°〜８０°）とし、ノズル１１
からアンモニア稀釈水を噴霧する圧力を７〜１０Ｋｇ／
ｃｍ²程度としたところ、各種燃焼炉においてきわめて
良好に反応式（ＩＩ）の反応が進行し、燃焼ガス中の窒
素酸化物の低減をなし得た。

【００３４】尚本発明は、図示し説明した実施例にのみ
限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種
々の変更を加え得ることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の燃焼ガスの窒素酸化物低減方法
によれば、燃焼ガスに対向してアンモニア稀釈水を噴霧
するので、アンモニアと燃焼ガスの窒素酸化物との反応
時間を長くできて排ガス中の窒素酸化物を大幅に低減で
き、大気汚染防止を行い得られて公害対策上有益であ
る、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼ガスの窒素酸化物低減方法を炉筒
煙管ボイラに適用した例を示す部分断面図である。

【図２】図１における炉筒煙管ボイラの構成要領を示す
斜視図である。

【図３】本発明の燃焼ガスの窒素酸化物低減方法を貫流
ボイラに適用した例を示す図である。

【図４】燃焼ガス温度と窒素酸化物低減値との関係を示
すグラフである。

【図５】アンモニア稀釈水噴霧量と残存アンモニア量と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 波形炉筒 ３ 第一煙管群 ４ 第二煙管群 ８ 後部煙室 １０ 燃焼ガス １１ ノズル １２ アンモニア稀釈水収納タンク １５ ポンプ １８ シール管 ２０ シールエア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼ガスの温度が略９００〜１０００℃
   の位置に、燃焼ガスの流れに対向してアンモニア稀釈水
   を噴射することを特徴とする燃焼ガスの窒素酸化物低減
   方法。