特許 6591197 排ガス混合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6591197

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】排ガス混合装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/86 20060101AFI20191007BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/86 222

   F23J15/00 A

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-103605(P2015-103605)

(22)【出願日】2015年5月21日

(65)【公開番号】特開2016-215139(P2016-215139A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年4月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098017

【弁理士】

【氏名又は名称】吉岡 宏嗣

(72)【発明者】

【氏名】矢野 勝美

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 郷紀

(72)【発明者】

【氏名】森井 政治

【審査官】 田中 則充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１０６３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５２５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０７５６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８０２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０３１８２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０４８３０７９２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０６７９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ５３／００−５３／９６

Ｆ２３Ｊ１３／００−９９／００

Ｂ０１Ｆ１／００−５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤が添加された前記燃焼排ガスが導入される脱硝装置の脱硝触媒層の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた排ガス混合装置において、
前記ガス混合器は、直方体空間の平行な２つの面の一方をガス流入面とし、他方をガス流出面として前記燃焼排ガスが流通されるガス流路を有し、
前記ガス流路は、前記ガス流入面と前記ガス流出面が、それぞれ各面の中心を通る直線によって対称な同一面積の少なくとも四つの領域に区分され、前記ガス流入面の前記各領域に流入される前記燃焼排ガスを、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分の回りに前記領域を一つずつずらした位置の前記ガス流出面の前記各領域に導くガス流路仕切板を備えてなることを特徴とする排ガス混合装置。

【請求項2】

前記ガス流路仕切板は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分を共通辺とする少なくとも四つの仕切板要素から形成され、
前記仕切板要素は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の対称位置の前記領域間のガス流れを遮る曲折板により形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス混合装置。

【請求項3】

前記ガス流路は、前記ガス流入面と前記ガス流出面が、当該各面の辺に平行でかつ当該各面の中心を通る直交二直線によりそれぞれ四つの矩形領域に区分され、
前記ガス流路仕切板は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分を共通辺とする四つの仕切板要素を、前記共通辺の周りに９０°ピッチで回転させて配置されてなり、
前記仕切板要素は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の対称位置の前記矩形領域間のガス流れを遮る曲折板によりに形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス混合装置。

【請求項4】

前記仕切板要素は、前記ガス流入面の前記矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を前記直交二直線の交点から時計回りにそれぞれ［０００］、［１００］、［１１０］、［０１０］とし、これらの頂点の対称位置の前記ガス流出面の前記矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を、前記直交二直線の交点から時計回りにそれぞれ［００１］、［１０１］、［１１１］、［０１１］としたとき、
前記頂点［１００］と前記頂点［０１１］を結ぶ線分Ｌ_１を底辺とし、前記頂点［１１０］と前記頂点［１１１］を結ぶ線分Ｌ_２上の点Ｐ_１を頂点とする三角形板Ａと、
前記頂点［０００］と前記頂点［００１］とを結ぶ線分Ｌ_３を底辺とし、前記線分Ｌ_１上の点Ｐ_２を頂点とする三角形板Ｂと、
前記頂点［０００］と前記頂点［１００］を結ぶ線分Ｌ_４を底辺とし、前記点Ｐ_２を頂点とする三角形板Ｃと、
前記頂点［０１１］と前記頂点［００１］を結ぶ線分Ｌ_５を底辺とし、前記点Ｐ_２を頂点とする三角形板Ｄとから形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の排ガス混合装置。

【請求項5】

前記ガス混合器は、前記直方体空間に流入するガス流に平行な面が平板により筒状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。

【請求項6】

前記ガス混合器は、前記直方体空間に流入するガス流に平行な４面のうち対向する一対の二つの面が平板により形成され、他の一対の二つの面が開放されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。

【請求項7】

前記ガス混合器は、前記直方体空間に流入するガス流に平行な四つの面が開放されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。

【請求項8】

前記仕切板要素は、前記直方体空間の外面の平板に接する縁部は当該平板に固定され、前記直方体空間の外面の平板に接しない縁部は棒状の支持部材に固定されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。

【請求項9】

前記ガス混合器を、前記脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面の少なくとも一部に、複数段、複数列、配置してなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の排ガス混合装置。

【請求項10】

燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤が添加された前記燃焼排ガスが導入される脱硝装置の脱硝触媒層の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた排ガス混合装置において、
前記ガス混合器は、直方体空間の平行な２つの面の一方をガス流入面とし、他方をガス流出面として前記燃焼排ガスが流通されるガス流路を有し、
前記ガス流路は、前記ガス流入面と前記ガス流出面が、それぞれ各面の中心を通る直線によって対称な同一面積の四つの矩形領域に区分され、前記ガス流入面の前記各領域に流入される前記燃焼排ガスを、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分の回りに前記領域を一つずつずらした位置の前記ガス流出面の前記各領域に導く４つのガス流路仕切板で仕切られてなり、
前記ガス流路仕切板は、それぞれ複数の二等辺三角形の板材の辺同士を接合させて形成され、前記板材の接合部が凹状または凸状となる接合部を隣り合わせ、あるいは凹部と凸部がガス流れ方向に対して順次交互となるように形成されてなることを特徴とする排ガス混合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス混合装置に係り、特に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤が添加された燃焼排ガスが導入される脱硝装置の脱硝触媒層の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた排ガス混合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電所等において、燃焼設備から発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物を処理するために、一般に脱硝装置が用いられる。燃焼設備は、石炭焚き、ガス焚き、油焚き等のボイラの他、ガスタービンなどの燃焼設備である。脱硝装置は、上流側で排ガスにアンモニア及びアンモニア化合物等の還元剤を添加し、脱硝装置内に設けられた脱硝触媒上で還元剤と排ガス中の窒素酸化物を反応させて窒素に還元処理する。還元剤は基本的にはガスで供給するか、溶液を排ガス中に直接噴霧するが、溶液噴霧の場合も高温排ガスにより加熱気化されるため、結局ガス状で添加されることになる。

【0003】

ところで、脱硝処理対象の排ガス量は、例えば１０００ＭＷクラスの発電設備の場合、３００万ｍ^３Ｎ/ｈに達する。これに対し、還元剤は希釈用空気などを含めても９０００ｍ^３Ｎ／ｈである。つまり、排ガス量は還元剤ガスに対して３００倍ほどであるから、脱硝効率を高めるためには、極少量の還元剤ガスを多量の排ガス中に均一に分散させる必要がある。特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の系外への排出規制が強化される傾向にあり、例えば脱硝率９０％以上が要求されている。一方で、還元剤である未反応のアンモニアが脱硝装置から流出するスリップアンモニア濃度が数ｐｐｍ以下に規制されている。このような規制を満たすためには、脱硝触媒上流でアンモニア（ＮＨ_３）対窒素酸化物（ＮＯｘ)のモル比が１を超えないように制御することが重要である。

【0004】

例えば、特許文献１には、排ガスダクトの流路断面を複数の領域に分割し、各々の領域毎に複数のアンモニア注入ノズルを配置して、各領域毎にアンモニア注入量を独立して制御することが提案されている。これによれば、脱硝触媒出口の流路断面におけるＮＯｘ濃度、あるいはスリップアンモニア濃度を実測し、領域ごとにアンモニア注入量をフィードバック制御して微調整することが可能である。

【0005】

また、特許文献２に示すようなガス混合器を用いることが一般的に行われている。これはアンモニア注入ノズルと脱硝触媒との間の排ガスダクトに設置され、排ガスとアンモニアガスを混合する効果が期待される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４０６９１９６号

【特許文献2】特許第４５３９９３０号

【特許文献3】実開平６−３１８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１の方法によっても、排ガスダクトの取り回し方向等の敷設形状、ガイドベーンの有無、排ガスダクトサイズ等によって、アンモニア注入量の増減が反映される部位が変動するため、アンモニア注入量の調整は容易ではない。また、排ガスダクト断面の各部位における排ガス流速及びＮＯｘ濃度にバラツキが生じる。さらに、ある領域内のアンモニア注入量を増減させても、必ずしもその延長上の部位のアンモニア濃度が増減するわけではない。したがって、アンモニアノズル数を極限まで増やしても状況は同じで、ダクト断面の各部位の排ガス流速及びＮＯｘ濃度のバラツキに対応してアンモニア（ＮＨ_３）注入量を調整するのは困難な作業である。

【0008】

これらのことから、ＮＯｘの出口濃度を満足し、かつ余剰のＮＨ_３を排出しないためには、脱硝触媒の入口側の排ガス流路断面の全領域において、高い割合でＮＨ_３／ＮＯｘのモル比を均一にしなくてはならない。また、発電負荷が変わればガス流速、ＮＯｘ濃度も変動するため、それぞれの状況を想定して調整条件を決める必要がある。それには、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比変動率(ＣＶ＝標準偏差／平均値)が７％以下となるようにする必要があった。しかも限られた短いダクト長で達成する必要があった。また、設備の発電負荷が変わればガス流速、窒素酸化物濃度も変動するため、それぞれの状況を想定して調整条件を決める必要があった。

【0009】

また、特許文献２に示すような混合器は、一般的には圧力損失を高めることで整流効果を高め、アンモニアノズル上流の排ガス流速を均一化する効果により、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比を均一化しやすくする。しかも、窒素酸化物濃度の異なる部位を互いにかき混ぜることで均一化する効果が起こり、比較的短距離でモル比の均一化が図れる。しかし、圧力圧損が高くファン動力が増加する問題が残っている。

【0010】

特許文献３に記載のガス混合器は、旋回流によるガスの混合があまり期待できないから、短いダクト長で排ガスダクトの流路断面における排ガス流速を均等化するとともに、脱硝触媒の入側におけるＮＨ_３／ＮＯｘのモル比変動率(ＣＶ＝標準偏差／平均値)を、十分低くしようとすると、圧力損失が大きくなり、排ガスを誘引するファン動力が増加する問題がある。

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、圧力損失の増加が小さく、排ガスの混合を促進できるコンパクトな排ガス混合装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の課題を解決するため、本発明は、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤が添加された前記燃焼排ガスが導入される脱硝触媒を備えた脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる複数のガス混合器を備えた排ガス混合装置において、前記ガス混合器は、直方体空間の平行な２つの面の一方をガス流入面とし、他方をガス流出面として前記燃焼排ガスが流通されるガス流路を有し、前記ガス流路は、前記ガス流入面と前記ガス流出面が、それぞれ各面の中心を通る直線によって対称な同一面積の少なくとも四つの領域に区分され、前記ガス流入面の前記各領域に流入される前記燃焼排ガスを、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分の回りに前記領域を一つずつずらした位置の前記ガス流出面の前記各領域に導くガス流路仕切板を備えてなることを特徴とする。

【0013】

このように構成されることから、本発明のガス混合器によれば、排ガス流入面の各領域に流入される燃焼排ガスは、ガス流路仕切板によって、ガス流入面とガス流出面の中心を結ぶ線分の回り（例えば、時計回りまたは反時計回り）に、一つの領域ずつガス流れ方向が偏流されてガス流出面から流出される。その結果、本発明のガス混合器を流通する燃焼排ガスは、主流に対して旋回力を受けてガス流出面から排出される。この旋回流により、燃焼排ガスと還元剤との混合が促進され、脱硝装置の上流にて排ガスダクト（煙道）内に供給される少量の還元剤等を短い距離で均一に分散することができる。しかも、流入される燃焼排ガスの偏流角は最大でも９０°であるから、燃焼排ガスの旋回流に伴う圧力損失の増加を抑制できる。ガス流入面とガス流出面の区分領域を四つを超えるようにすれば、旋回力は弱くなるが、圧力損失の増加をより抑制することができる。なお、本発明の排ガス混合装置は、脱硝触媒層が排ガスの流れ方向に複数設けられる場合、脱硝触媒層と脱硝触媒層との間に流路断面に設けられる場合にも適用可能である。

【0014】

ここで、前記ガス流路仕切板は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分を共通辺とする少なくとも四つの仕切板要素から形成され、前記仕切板要素は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の対称位置の前記領域間のガス流れを遮る曲折板により形成されてなることを特徴とする。

【0015】

特に、前記ガス流路を、前記ガス流入面と前記ガス流出面を、各面の辺に平行でかつ各面の中心を通る直交二直線によりそれぞれ四つの領域に区分することが好ましい。これによれば、本発明のガス混合器に流入する燃焼排ガスの主流に対して、効果的に旋回流が形成される。また、圧力損失の増加を抑制できる。

【0016】

この場合の前記ガス流路は、前記ガス流入面と前記ガス流出面が、当該各面の辺に平行でかつ当該各面の中心を通る直交二直線によりそれぞれ四つの矩形領域に区分され、前記ガス流路仕切板は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の前記中心を結ぶ線分を共通辺とする四つの仕切板要素を、前記共通辺の周りに９０°ピッチで回転させて配置されてなり、前記仕切板要素は、前記ガス流入面と前記ガス流出面の対称位置の前記矩形領域間のガス流れを遮る曲折板によりに形成されてなることを特徴とする。

【0017】

さらに、具体的には、前記仕切板要素は、図1（ｂ）に示すように、前記ガス流入面の前記矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を、前記直交二直線の交点から時計回りにそれぞれ［０００］、［１００］、［１１０］、［０１０］とし、これらの頂点の対称位置の前記ガス流出面の前記矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を、前記直交二直線の交点から時計回りにそれぞれ［００１］、［１０１］、［１１１］、［０１１］としたとき、次に述べる四つの三角形板Ａ〜Ｄから形成することが好ましい。
三角形板Ａは、前記頂点［１００］と前記頂点［０１１］を結ぶ線分Ｌ_１を底辺とし、前記頂点［１１０］と前記頂点［１１１］を結ぶ線分Ｌ_２上の点Ｐ_１を頂点とする三角形の平板とする。三角形板Ｂは、共通辺Ｌ_３を底辺とし、前記線分Ｌ_１上の点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板とする。三角形板Ｃは、前記頂点［０００］と前記頂点［１００］を結ぶ線分Ｌ_４を底辺とし、前記点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板とする。三角形板Ｄは、前記頂点［０１１］と前記頂点［００１］を結ぶ線分Ｌ_５を底辺とし、前記点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板とする。

【0018】

上記の三角形板Ａ〜Ｄの仕切板要素からなるガス流路仕切板によれば、流入される燃焼排ガスの流れに、時計回りの旋回力が付与される。しかし、本発明は、時計回りの旋回力を付与するガス流路仕切板に限られるものではなく、流入される燃焼排ガスの流れに、反時計回りの旋回力を付与するようにしてもよい。この場合は、図1（ｂ）を参照して説明すれば、ガス流入面側の１／４の領域の左上の領域に流入した燃焼排ガスを、ガス流出面側の１／４の領域の右上の領域から流出させ、ガス流入面側の１／４の領域の左下の領域に流入した燃焼排ガスを、ガス流出面側の１／４の領域の左上の領域から流出させるように、順次ずらして四枚の三角形板からなる仕切板要素によりガス流路仕切板を形成する。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、圧力損失の増加が小さく、排ガスの混合を促進できる排ガス混合装置を提供することができる。また、本発明の排ガス混合装置は、排ガスの進行方向にスペースを要さずコンパクトであるので、排ガスダクトの狭い箇所にも追設することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明のガス混合器の実施例１の構造を説明する斜視図である。

【図2】実施例１のガス混合器を排ガスダクトの流路断面の全面に配置した排ガス混合装置の構成を示す図である。

【図3】本発明のガス混合器の実施例２の構造を説明する斜視図である。

【図4】本発明のガス混合器の実施例３の構造を説明する斜視図である。

【図5】比較例３のガス混合器と、そのガス混合器を排ガスダクトの流路断面の全面に配置した排ガス混合装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【実施例1】

【0022】

図１（ａ）に本発明の実施例１のガス混合器１の斜視構成図を示す。本実施例１のガス混合器１は、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤が添加された燃焼排ガスが導入される脱硝触媒を備えた脱硝装置の前流側の排ガスダクトの流路断面に設けられる。一般に、大型発電設備に用いられる脱硝触媒を備えた脱硝装置の流路断面は角型であり、その脱硝装置に排ガスを導入する排ガスダクトの流路断面も矩形であることが多い。そこで、本実施例のガス混合器１は、排ガスダクトの流路断面を複数の矩形領域に分け、その矩形領域に対応させたサイズのガス混合器を多段に重ねて、かつ複数列並べて構成した排ガス混合装置に適用するものとして説明する。

【0023】

本実施例１のガス混合器１は、図１（ａ）に示すように、図示矢印２に示す方向から流入される燃焼排ガスＧが流通される直方体空間３のガス流路を有して形成されている。本実施例のガス流路は、直方体空間３のガス流入方向２に平行な面に平板４（ａ〜ｄ）を配置してなる断面矩形の矩形流路壁４により形成されている。図において断面矩形の矩形流路壁４の手前側の開口面がガス流入面とされ、奥側の開口面がガス流出面とされている。断面矩形の矩形流路壁４の内部には、同一形状に形成された４つの仕切板要素６ａ〜６ｄからなるガス流路仕切板６が配置されている。仕切板要素６ａ〜６ｄは、全て同一形状に形成されている。

【0024】

本実施例１のガス流路のガス流入面とガス流出面は、それぞれ各面の辺に平行でかつ各面の中心７、８を通る直交二直線（９ａ、９ｂ）、（１０ａ、１０ｂ）によって対称な同一面積のそれぞれ四つの矩形領域に区分されている。ガス流路仕切板６は、ガス流入面の各領域に流入される燃焼排ガスＧを、ガス流入面とガス流出面の中心７、８を結ぶ線分Ｌ_３の回りに、本実施例では時計回りに領域を一つずつずらした位置のガス流出面の各領域に導くように形成されている。つまり、仕切板要素６ａ〜６ｄを、線分Ｌ_３を共通辺として、共通辺の周りに９０°ピッチで、本実施例では時計回りに回転させて設置されている。

【0025】

仕切板要素６ａ〜６ｄは、ガス流入面とガス流出面の対称位置の矩形領域間のガス流れを遮る曲折板によりに形成されている。図１（ｂ）を参照して、仕切板要素６ａの構成を詳細に説明する。仕切板要素６ａは、図示のように、４枚の三角形板Ａ〜Ｄで構成されている。いま、ガス流入面の矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を直交二直線９ａ、９ｂの交点７から時計回りにそれぞれ［０００］、［１００］、［１１０］、［０１０］とする。また、これらの頂点の対称位置のガス流出面の矩形領域の各頂点の三次元座標［ｘｙｚ］を、直交二直線１０ａと１０ｂの交点８から時計回りにそれぞれ［００１］、［１０１］、［１１１］、［０１１］とする。

【0026】

三角形板Ａは、頂点［１００］と頂点［０１１］を結ぶ線分Ｌ_１を底辺とし、頂点［１１０］と頂点［１１１］を結ぶ線分Ｌ_２上の点Ｐ_１を頂点とする三角形の平板である。三角形板Ｂは、共通辺Ｌ_３を底辺とし、線分Ｌ_１上の点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板である。三角形板Ｃは、頂点［０００］と頂点［１００］を結ぶ線分Ｌ_４を底辺とし、点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板である。三角形板Ｄは、頂点［０１１］と頂点［００１］を結ぶ線分Ｌ_５を底辺とし、点Ｐ_２を頂点とする三角形の平板である。三角形板Ａの点Ｐ_１の線分Ｌ_２上の位置は、線分Ｌ_２の中心から線分Ｌ_２の長さの１／３以内で前後させてもよい。また、三角形板Ｂ〜Ｄの点Ｐ_２の位置も、線分Ｌ_１の中心から線分Ｌ_１の長さの１／３以内で前後させてもよい。

【0027】

また、図示を省略しているが、仕切板要素６ｂ〜６ｄは、仕切板要素６ａと同様に、三角形板Ａ〜Ｄから同一の形状に形成され、線分Ｌ_３を共通辺として、共通辺の周りに９０°ピッチで、本実施例では時計回りに回転させて設置されている。仕切板要素６ａ〜６ｄは、平板４（ａ〜ｄ）に接する縁部はそれぞれ平板４（ａ〜ｄ）に溶接等で固定されている。平板４（ａ〜ｄ）に接しない仕切板要素６ａ〜６ｄの縁部は、図1（b）に示すように、直交二直線（９ａ、９ｂ）、（１０ａ、１０ｂ）および線分Ｌ_３に沿って設置されたパイプなどの棒状の支持部材１１に溶接等で固定されている。

【0028】

本実施例１のガス混合器１を格子要素として構成した排ガス混合装置の一例を図２に示す。図示のように、ガス混合器１を相隣るように、脱硝装置の前流側の排ガスダクト２５内の全断面に配置した例である。実施例１では平板４（ａ〜ｄ）を配置してなる断面矩形の矩形流路壁４によりガス流路仕切板６ａ〜６ｄの構造体を囲っているが、断面矩形の矩形流路壁４を設けない場合は、図示のようになる。なお、図２は一例であり、本発明の排ガス混合装置は、複数のガス混合器１を、脱硝装置の前流側の排ガスダクト２５の流路断面の少なくとも一部に、複数段、複数列、配置して構成している。すなわち、ガス混合器１を２段、複数列配置する場合は、水平仕切板１４と、垂直仕切板１５を設け、ガス混合器１の全体の外周壁は、排ガスダクト２５の外周壁を利用する。

【0029】

大型発電設備に用いられる脱硝触媒を備えた脱硝装置は流路断面が角型であり、その上流の排ガスダクトの断面も矩形であることが多い。したがって、ガス混合器１のガス流路の断面寸法は、排ガスダクトの断面の縦横寸法のうち、短い方の寸法に合わせて決定するのが望ましい。例えば、本実施例１では、排ガスダクトのサイズは、１８．４m×４．６mを想定した。ガス混合器１の断面サイズは製造し易さ、メンテナンス性を考え、短い方の寸法４．６mの２分の１の２．３ｍを基準とした。なお、ガス混合器１のサイズは、ガス流速やモル比の分布の仕方、還元剤注入ノズルの調整領域のサイズに応じて適宜設定する。例えば、本発明のガス混合器１は旋回流を起こすタイプであるため、ガス流れ方向から見て正方断面であることが望ましい。しかし、排ガスダクトのサイズに応じて若干縦横比を変えても構わない。本実施例１では２．３×２．３ｍの正方形とすることにより、排ガスダクトの横幅寸法にも過不足なく入る。

【0030】

以上説明した実施例１のガス混合器１によれば、排ガス流入面の四つの矩形領域に流入される燃焼排ガスＧは、ガス流路仕切板６（ａ〜ｄ）によって、ガス流入面とガス流出面の中心を結ぶ線分Ｌ_３の回り（例えば、時計回り）に、一つの領域ずつガス流れ方向が偏流されてガス流出面から流出される。その結果、本実施例のガス混合器１を流通する燃焼排ガスＧの主流は旋回力を受け、旋回流となってガス流出面から排出される。この旋回流により、燃焼排ガスＧと還元剤である例えばアンモニアとの混合が促進される。その結果、脱硝装置の上流にて排ガスダクト（煙道）内に供給される少量の還元剤等を短い距離で均一に分散することができる。しかも、流入される燃焼排ガスＧの偏流角は９０°であるから、燃焼排ガスＧの旋回流に伴う圧力損失の増加を抑制できる。なお、ガス流入面とガス流出面の区分数を四つを超える領域にすれば、旋回力は弱くなるが、圧力損失の増加を一層抑制することができる。

【0031】

例えば、本実施例のガス混合器１を用いて排ガス混合装置を構成することにより、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比の変動率ＣＶ（標準偏差／平均値)が７％以下、ガス流速の変動率ＣＶ（標準偏差／平均値)が１５％以下とすることができる。しかも、ガス混合器１の圧力損失の増大を抑えることができる。

【実施例2】

【0032】

図３に、本発明の実施例２のガス混合器３０の斜視構成図を示す。本実施例２が、実施例１のガス混合器１と相違する点は、直方体空間３のガス流入方向２に平行な上下２面にのみ平板４ａ，ｃを配置し、他の垂直方向の２面の仕切板を省略してガス流路を形成している点が相違する。言い換えれば、直方体空間に流入するガス流に平行な４面のうち対向する一対の二つの面が平板により形成され、他の一対の二つの面が開放されている。その他の点は、実施例１と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

【実施例3】

【0033】

図４に、本発明の実施例３のガス混合器４０の斜視構成図を示す。本実施例３が、実施例１のガス混合器１あるいは実施例２のガス混合器３０と相違する点は、直方体空間３のガス流入方向２に平行な４面の平板４ａ〜４ｄをすべて省略したことにある。つまり、直方体空間３に流入するガス流に平行な四つの面が開放されている。また、図示していないが、ガス流路仕切板６の仕切板要素６ａ〜６ｄは、縁部をパイプなどの棒状の支持部材に溶接等で固定させて、強度を確保している。

【0034】

次に、表１に、本発明の実施例１〜３のＮＨ_３／ＮＯｘのモル比の変動率ＣＶ［％］、ガス流速の変動率ＣＶ［％］、および圧力損失［Ｐａ］の数値解析結果を、比較例１〜３の数値解析結果と対比して示す。比較例１は、各実施例１〜３のガス混合器を設置しない排ガスダクトの例である。比較例２は、特許文献２のガス混合器を設置して排ガス混合装置を構成した例である。比較例３は、図５（ａ）に示す特許文献３のガス混合器を、図５（ｂ）に示すように、排ガスダクト２５に設置して排ガス混合装置を構成した例である。

【0035】

なお、表１に示す数値解析は、数値解析ソフトFLUENT Ver6を使用し、入口面のガス流速の変動率ＣＶ＝２０％となるような初期値を与えて、実機スケールの排ガス混合装置により行った。また、アンモニアノズルも実機サイズを再現した構造を用い、入口ガス流速に応じてアンモニア注入量を変化させた。

【表1】

【0036】

表１に示すように、実施例１〜３は、いずれもガス混合器を備えていない比較例１と比べて 圧力損失は４０Ｐａ程度高くなるが、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比ＣＶは低く、混合性は優れていることが判る。つまり、比較例１はガス混合器がないため、ガス流速ＣＶについては問題ないが、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比ＣＶが９．２％と最も高く、通常要求される７％は満足しなかった。

【0037】

また、実施例１〜３は、いずれも比較例２と比べて 圧力損失が低く、ＮＨ_３／ＮＯｘモル比ＣＶ、ガス流速ＣＶともに低いので混合性も整流性能も優れていることが判る。つまり、比較例２は、ＮＨ_３／ＮＯｘのモル比ＣＶは比較例１と比べてほとんど変化せず、本実施例１〜３に比べると効果は小さいと考えられる。

【0038】

実施例１〜３は、いずれも比較例３と比べて 圧力損失、ＮＨ_３／ＮＯｘモル比ＣＶともに低く、混合性に優れている。ところで、比較例３のガス混合器は、二枚の三角形板１７、１８の組を頂点部で互い違いに正対させた構造であり、入口から入ったガス流を上流側の二枚の三角形板１７が一旦２方向に分散させたのち、次の二枚の三角形板１８が互い違いの位置に存在するので合流して出口面より出ていく構造となっている。つまり、ガス流を絞る効果が主であり、ガス流に大きな旋回流を与える構造ではない。これらのことから、本発明の実施例１〜３のガス混合器は、比較例１〜３に対して効果が高いものであることが判った。

【0039】

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本発明の技術的範囲に属することは当然である。

【0040】

例えば、上記実施例１〜３では、ガス流路仕切板６の仕切板要素６ａ〜６ｄを、三角形板Ａ〜Ｄを組み合わせて形成したが、これに限られるものではない。要は、ガス流入面の各領域に流入される燃焼排ガスＧを、ガス流入面とガス流出面の中心を結ぶ線分Ｌ_３の回りに領域を一つずつずらした位置のガス流出面の各領域に導くように、緩やかな曲面に加工した平板を用いて形成してもよい。

【0041】

また、上記実施例１〜３のガス流路仕切板６は、ガス流入面の各領域に流入される燃焼排ガスＧを、ガス流入面とガス流出面の中心を結ぶ線分の時計回りに、領域を一つずつずらした位置のガス流出面の各領域に導くように形成した。しかし、本発明は、ガス流入面の各領域に流入される燃焼排ガスＧを、ガス流入面とガス流出面の中心を結ぶ線分の反時計回りに、領域を一つずつずらした位置のガス流出面の各領域に導くように形成しても、技術的効果は同じである。

【0042】

さらに、本発明のガス流路は、複数の二等辺三角形の板材の辺同士を接合させて形成され、前記板材の接合部が凹状または凸状となる接合部を隣り合わせ、あるいは凹部と凸部がガス流れ方向に対して順次交互となるように形成されてなるものでもよい。

【符号の説明】

【0043】

１ ガス混合器
３ 直方体空間
４ 矩形流路壁
６ ガス流路仕切板
６ａ〜６ｄ 仕切板要素
７ ガス流入面の中心
８ ガス流出面の中心
９ａ、９ｂ 直交二直線
１０ａ、１０ｂ 直交二直線
Ａ〜Ｄ 三角形板
Ｌ_１〜Ｌ_５ 線分
Ｐ_１、Ｐ_２ 点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】