特許 7399337 無触媒脱硝システム、燃焼設備、および脱硝方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-07

(45)【発行日】2023-12-15

(54)【発明の名称】無触媒脱硝システム、燃焼設備、および脱硝方法

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20231208BHJP

   F23G 5/50 20060101ALI20231208BHJP

【ＦＩ】

F23J15/00 A

F23G5/50 C

F23G5/50 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023051311

(22)【出願日】2023-03-28

【審査請求日】2023-04-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501370370

【氏名又は名称】三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】新家谷 英之

(72)【発明者】

【氏名】山本 研二

(72)【発明者】

【氏名】大丸 卓一郎

(72)【発明者】

【氏名】今田 潤司

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸口 稔彦

(72)【発明者】

【氏名】栗山 修平

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 克博

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 芳久

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】中国実用新案第２１２７７７３８４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１１０５１３７０２（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００６３８８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ １５／００－１５／０８

Ｂ０１Ｄ ５３／５６

Ｆ２３Ｇ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼中の被燃焼物を搬送させる火格子と、前記火格子の上方に配置されて燃焼ガスが上方に向けて流れる流路とを含む燃焼設備において、前記流路に設置され、前記燃焼ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能な第１ノズルを含む脱硝剤供給部と、
前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づき、前記第１ノズルの前記吐出角度を制御する制御部と、
を備え、
前記流路は、前記燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う水平方向の断面において、上方から見た場合に、第１領域と、前記被燃焼物の搬送方向で前記第１領域よりも下流側に位置した第２領域とを含み、
前記脱硝剤供給部は、前記第１領域に対応して配置された前記第１ノズルと、前記第２領域に対応して配置された第２ノズルとを含み、
前記制御部は、前記第１領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度と、前記第２領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度との温度差に基づき、前記第１ノズルから吐出される前記脱硝剤の量と前記第２ノズルから吐出される前記脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する、
無触媒脱硝システム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記燃焼ガスの温度が所定基準よりも低い場合に、前記燃焼ガスの流れ方向の上流側に向けて前記脱硝剤を吐出するように前記第１ノズルの前記吐出角度を制御し、
前記燃焼ガスの温度が前記所定基準よりも高い場合に、前記燃焼ガスの流れ方向の下流側に向けて前記脱硝剤を吐出するように前記第１ノズルの前記吐出角度を制御する、
請求項１に記載の無触媒脱硝システム。

【請求項3】

前記火格子と、
前記流路と、
請求項１または請求項２に記載の無触媒脱硝システムと、
を備えた燃焼設備。

【請求項4】

燃焼中の被燃焼物を搬送させる火格子と、前記火格子の上方に配置されて燃焼ガスが上方に向けて流れる流路とを含む燃焼設備において燃焼ガスが流れる流路に脱硝剤を吐出する脱硝方法であって、
前記流路は、前記燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う水平方向の断面において、上方から見た場合に、第１領域と、前記被燃焼物の搬送方向で前記第１領域よりも下流側に位置した第２領域とを含み、
前記脱硝方法は、
前記燃焼ガスの流れ方向に対する吐出角度であって第１ノズルから脱硝剤を吐出する吐出角度を、前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づき変更し、
前記第１領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度と、前記第２領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度との温度差に基づき、前記第１領域に対応して配置された前記第１ノズルから吐出される前記脱硝剤の量と、前記第２領域に対応して配置された第２ノズルから吐出される前記脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する、
ことを含む脱硝方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無触媒脱硝システム、燃焼設備、脱硝方法、および拡張ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ボイラ内のガスに対して脱硝剤として尿素水あるいはアンモニア水を使用して脱硝する無触媒脱硝装置が開示されている。この無触媒脱硝装置では、ボイラ内に脱硝剤を吹き込む脱硝剤吹き込みノズルを高さが異なる複数箇所に配設し、ボイラの運転負荷状況に応じて、上記複数の脱硝剤吹き込みノズルのなかから脱硝剤の反応効率が最大となる高さ位置にある脱硝剤吹き込みノズルを求め、求めた脱硝剤吹き込みノズルのみを使用して脱硝剤を吹き込むことで、脱硝効率の低下を防止する。

【0003】

特許文献２には、予め焼却炉で実測された還元剤供給手前位置での排ガス量と焼却炉出口側での窒素酸化物濃度との関係を用いて、求められた排ガス量に対応する窒素酸化物濃度を求め、求められた窒素酸化物濃度および目標値としての窒素酸化物濃度に基づいて脱硝率を求め、予め求められた脱硝率と当該脱硝率を達成するための還元剤の当量比（還元剤／窒素酸化物）との関係を示すデータに基づき還元剤の供給量を決定する燃焼設備が開示されている。この燃焼設備では、供給用ノズルは、排ガスの流れ方向に１～３ｍの範囲の距離で複数箇所（例えば３か所）に配置され、燃焼負荷に応じて複数の供給用ノズルのなかから使用される供給用ノズルが選択される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－６４２９１号公報

【文献】特許第６０４９８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１または特許文献２のように、状況に応じて選択される複数のノズルを配置する場合、複数のノズルを配置すること、または、複数のノズルを配置することに関連した周辺構造の施工が複雑になる場合がある。

【0006】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、施工性の向上を図ることができる無触媒脱硝システム、燃焼設備、脱硝方法、および拡張ノズルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係る無触媒脱硝システムは、燃焼中の被燃焼物を搬送させる火格子と、前記火格子の上方に配置されて燃焼ガスが上方に向けて流れる流路とを含む燃焼設備において、前記流路に設置されて前記燃焼ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能な第１ノズルを含む脱硝剤供給部と、前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づいて前記第１ノズルの前記吐出角度を制御する制御部と、を備える。前記流路は、前記燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う水平方向の断面において、上方から見た場合に、第１領域と、前記被燃焼物の搬送方向で前記第１領域よりも下流側に位置した第２領域とを含む。前記脱硝剤供給部は、前記第１領域に対応して配置された前記第１ノズルと、前記第２領域に対応して配置された第２ノズルとを含む。前記制御部は、前記第１領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度と、前記第２領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度との温度差に基づき、前記第１ノズルから吐出される前記脱硝剤の量と前記第２ノズルから吐出される前記脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する。

【0008】

上記課題を解決するために、本開示に係る燃焼設備は、燃焼中の被燃焼物を搬送させる火格子と、前記火格子の上方に配置されて燃焼ガスが上方に向けて流れる流路と、無触媒脱硝システムと、を備える。前記無触媒脱硝システムは、前記流路に設置されて前記燃焼ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能な第１ノズルを含む脱硝剤供給部と、前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づいて前記第１ノズルの前記吐出角度を制御する制御部と、を備える。前記流路は、前記燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う水平方向の断面において、上方から見た場合に、第１領域と、前記被燃焼物の搬送方向で前記第１領域よりも下流側に位置した第２領域とを含む。前記脱硝剤供給部は、前記第１領域に対応して配置された前記第１ノズルと、前記第２領域に対応して配置された第２ノズルとを含む。前記制御部は、前記第１領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度と、前記第２領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度との温度差に基づき、前記第１ノズルから吐出される前記脱硝剤の量と前記第２ノズルから吐出される前記脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する。

【0009】

上記課題を解決するために、本開示に係る脱硝方法は、燃焼中の被燃焼物を搬送させる火格子と、前記火格子の上方に配置されて燃焼ガスが上方に向けて流れる流路とを含む燃焼設備において、前記流路に脱硝剤を吐出する脱硝方法である。前記流路は、前記燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う水平方向の断面において、上方から見た場合に、第１領域と、前記被燃焼物の搬送方向で前記第１領域よりも下流側に位置した第２領域とを含む。前記脱硝方法は、前記燃焼ガスの流れ方向に対する吐出角度であって第１ノズルから脱硝剤を吐出する吐出角度を、前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づき変更し、前記第１領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度と、前記第２領域に関して検出された前記燃焼ガスの温度との温度差に基づき、前記第１領域に対応して配置された前記第１ノズルから吐出される前記脱硝剤の量と、前記第２領域に対応して配置された第２ノズルから吐出される前記脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する、ことを含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示の無触媒脱硝システム、燃焼設備、脱硝方法、および拡張ノズルによれば、施工性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の第１実施形態の燃焼設備の全体構成を示す図である。

【図2】図１中のＦ２線で囲まれた領域を拡大して示す斜視図である。

【図3】本開示の第１実施形態のノズルを示す断面図である。

【図4】本開示の第１実施形態のノズルを示す断面図である。

【図5】本開示の第１実施形態の脱硝に関連する機能構成を示すブロック図である。

【図6】本開示の第１実施形態の反応温度と脱硝率との関係を示す図である。

【図7】本開示の第１実施形態の吐出角度の制御を説明するための図である。

【図8】本開示の第１実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。

【図9】本開示の第１実施形態の吐出角度調整の作用効果を説明するための図である。

【図10】本開示の第１実施形態の変形例のノズルを示す断面図である。

【図11】本開示の第２実施形態の火炉を示す斜視図である。

【図12】本開示の第２実施形態の温度検出部の別態様を説明するための図である。

【図13】本開示の第２実施形態の赤外画像を説明するための図である。

【図14】本開示の第２実施形態の脱硝に関連する機能構成を示すブロック図である。

【図15】本開示の第２実施形態の吐出量の制御を説明するための図である。

【図16】本開示の第２実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。

【図17】本開示の第２実施形態の吐出量調整の作用効果を説明するための図である。

【図18】本開示の実施形態のコンピュータの構成を示すハードウェア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。本開示で「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含み得る。また「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含み得る。本開示で「ＸＸまたはＹＹ」とは、ＸＸとＹＹのうちいずれか一方の場合に限定されず、ＸＸとＹＹの両方の場合も含み得る。これは選択的要素が３つ以上の場合も同様である。「ＸＸ」および「ＹＹ」は、任意の要素（例えば任意の情報）である。

【0014】

以下に説明する実施形態では、説明の便宜上、後述する炉本体２０からホッパ１１に向かう側を「前」、その反対方向を「後」と定義する。また、炉本体２０からホッパ１１に向かう方向を基準として「左」および「右」を定義する。

【0015】

（第１実施形態）
＜１．焼却設備の全体構成＞
図１は、第１実施形態に係る燃焼設備１の全体構成を示す図である。燃焼設備１は、例えば、都市ごみ、産業廃棄物、またはバイオマスなどを被焼却物Ｇとする焼却設備である。以下では説明の便宜上、「被焼却物Ｇ」を「ごみＧ」と称する。燃焼設備１は、例えばストーカ炉である。なお、燃焼設備１は、ストーカ炉に限定されず、別タイプの燃焼設備でもよい。本実施形態では、燃焼設備１は、例えば、焼却炉２、排熱回収ボイラ３、減温塔４、集塵装置５、煙道６、煙突７、および制御装置１００を備える。

【0016】

焼却炉２は、後述するホッパ１１に投入されたごみＧを搬送しながら燃焼させる炉である。焼却炉２内でのごみＧの燃焼に伴って焼却炉２では排ガスが発生する。発生した排ガスは、焼却炉２の上部に設けられた排熱回収ボイラ３に送られる。排熱回収ボイラ３は、焼却炉２で発生した排ガスと水との間で熱交換を行うことで水を加熱して蒸気を発生させる。排熱回収ボイラ３を通過した排ガスは、減温塔４で冷却された後、集塵装置５に送られる。排ガスは、集塵装置５でススや塵埃が除去された後、煙道６および煙突７を通じて大気中に排出される。

【0017】

＜２．焼却炉＞
次に、焼却炉２について詳しく説明する。焼却炉２は、例えば、供給機構１０、炉本体２０、ストーカ３０、複数の風箱４１、排出シュート４２、火炉４３、および送風機構５０を有する。

【0018】

（供給機構）
供給機構１０は、不図示のクレーンによって運ばれたごみＧを、一時的に貯留するとともに、後述する炉本体２０の処理空間Ｖに向けて順次供給する機構である。供給機構１０は、例えば、ホッパ１１と、フィーダ１２とを有する。

【0019】

ホッパ１１は、炉本体２０の内部へごみＧを供給するために設けられた貯留部である。ホッパ１１には、不図示のクレーンによって運ばれたごみＧが投入される。ホッパ１１は、ごみＧが外部から投入される入口部１１ａと、供給されるごみＧを、後述する炉本体２０内の処理空間Ｖに向けて導く出口部１１ｂとを有する。

【0020】

フィーダ１２は、ホッパ１１の出口部１１ｂに設けられている。フィーダ１２は、ホッパ１１の出口部１１ｂの底部に沿う板状であり、ホッパ１１の出口部１１ｂの底部に沿って配置されている。フィーダ１２は、不図示の押出装置によって駆動され、ホッパ１１の内部に堆積したごみＧを炉本体２０の処理空間Ｖに向けて押し出す。

【0021】

（炉本体）
炉本体２０は、ホッパ１１に隣接して設けられ、ごみＧを搬送しながら燃焼させる設備である。以下では、燃焼設備１におけるごみＧの搬送方向を「搬送方向Ｄ」と称する。炉本体２０は、搬送方向Ｄにおける上流側から下流側に向けて、乾燥段２０ａ、燃焼段２０ｂ、および後燃焼段２０ｃをこの順に有する。乾燥段２０ａは、ホッパ１１から供給されたごみＧを、ストーカ３０上での燃焼に先立って乾燥させる領域である。燃焼段２０ｂおよび後燃焼段２０ｃは、乾燥段２０ａを通過して乾燥した状態のごみＧをストーカ３０上で燃焼させる領域である。燃焼段２０ｂでは、ごみＧから発生する熱分解ガスによる拡散燃焼が起き、輝炎Ｆが生じる。後燃焼段２０ｃでは、ごみＧの拡散燃焼後の固定炭素燃焼が起きるため、輝炎Ｆは生じない。燃焼段２０ｂおよび後燃焼段２０ｃは、ごみＧを燃焼させる処理空間Ｖの一例である。

【0022】

（ストーカ）
ストーカ３０は、複数の火格子３１を含む。複数の火格子３１は、炉本体２０の底面（例えば処理空間Ｖの底面）となるストーカ面３０ａを形成している。ストーカ面３０ａには、供給機構１０によってごみＧが層状に供給される。ストーカ面３０ａは、上述した乾燥段２０ａ、燃焼段２０ｂ、および後燃焼段２０ｃに亘り設けられている。複数の火格子３１は、固定火格子と、可動火格子とを含む。固定火格子は、後述する風箱４１の上面に固定されている。可動火格子は、一定の速度で搬送方向Ｄに沿って往復移動することで、可動火格子と固定火格子の上（ストーカ面３０ａ上）にあるごみＧを攪拌混合しながら下流側へ搬送する。

【0023】

（風箱）
風箱４１は、ストーカ３０の下方に設けられ、ストーカ３０を通じて炉本体２０の内部に燃焼用の空気を供給する。風箱４１は、搬送方向Ｄに複数配列されている。

【0024】

（排出シュート）
排出シュート４２は、燃焼を終えて灰となったごみＧを炉本体２０よりも下方に位置する灰押出装置へ落下させる装置である。排出シュート４２は、炉本体２０の炉尻に設けられている。

【0025】

（火炉）
火炉４３は、炉本体２０の上部から上方に向けて延びている。処理空間Ｖ内でごみＧが燃焼することで生じた排ガスは、火炉４３を通じて排熱回収ボイラ３に送られる。排ガスは、「燃焼ガス」の一例である。火炉４３は、「燃焼ガスが流れる流路」の一例である。火炉４３については、詳しく後述する。

【0026】

（送風機構）
送風機構５０は、炉本体２０の内部に空気（例えば燃焼空気）を供給する。送風機構５０は、例えば、送風機５１、一次空気ライン５２、空気予熱器５３、二次空気ライン５４、およびダンパ５５を有する。

【0027】

送風機５１は、炉本体２０の内部に空気（例えば燃焼空気）を圧送する押込送風機である。送風機５１は、例えば、第１送風機５１Ａと、第２送風機５１Ｂとを含む。第１送風機５１Ａは、一次空気ライン５２および風箱４１を通じて炉本体２０の内部（例えば処理空間Ｖ）に燃焼空気を圧送する。第２送風機５１Ｂは、二次空気ライン５４を通じて、火炉４３の内部に燃焼空気を圧送する。

【0028】

一次空気ライン５２は、第１送風機５１Ａと風箱４１とを接続している。一次空気ライン５２の途中には、１つ以上（例えば複数）の一次空気ダンパ５５Ａが設けられている。一次空気ダンパ５５Ａは、一次空気ダンパ５５Ａの開度によって一次空気ライン５２を流れる燃焼空気の流量を変更する。空気予熱器５３は、第１送風機５１Ａから圧送される空気を予熱する熱交換器である。例えば、空気予熱器５３は、一次空気ライン５２の途中に設けられている。

【0029】

二次空気ライン５４は、第２送風機５１Ｂと火炉４３とを接続している。火炉４３内に供給された二次空気は、ストーカ３０の上方からごみＧに向かう。二次空気ライン５４の途中には、１つ以上（例えば複数）の二次空気ダンパ５５Ｂが設けられている。二次空気ダンパ５５Ｂは、二次空気ダンパ５５Ｂの開度によって二次空気ライン５４を流れる燃焼空気の流量を変更する。本実施形態では、一次空気ダンパ５５Ａと二次空気ダンパ５５Ｂとを合わせて「ダンパ５５」と称する。

【0030】

＜３．排熱回収ボイラ＞
次に、排熱回収ボイラ３について説明する。排熱回収ボイラ３は、例えば、ボイラ本体６１と、管路６２とを含む。ボイラ本体６１は、焼却炉２の火炉４３に接続されている。ボイラ本体６１の内部には、焼却炉２で発生した排ガスが流入する。管路６２は、ボイラ本体６１の内部を延びている。管路６２には、複数の過熱器および複数の減温器が設けられている。管路６２の入口部には、給水部から水が供給される。管路６２を流れる水の少なくとも一部は、ボイラ本体６１の内部で熱交換により加熱され、主蒸気となって外部機器（例えばタービン）に向けて流れる。

【0031】

＜４．火炉＞
次に、火炉４３について詳しく説明する。
図２は、図１中のＦ２線で囲まれた領域を拡大して示す斜視図である。本実施形態では、火炉４３は、例えば、炉壁７０、複数のノズル８０、および温度検出部９０を有する。

【0032】

（炉壁）
炉壁７０は、火炉４３において排ガスが流れる流路を形成する。炉壁７０は、例えば、前壁７１、後壁７２、左壁７３、および右壁７４により規定される円筒状に形成され、鉛直方向に延びている。炉壁７０は、耐火物により形成されている。

【0033】

（ノズル）
複数のノズル８０は、脱硝剤を火炉４３内に吐出するノズルである。脱硝剤は、例えば、アンモニアガスであるが、アンモニア水、尿素ガス、または尿素水などでもよい。複数のノズル８０は、第１群Ｇ１に含まれる複数のノズル８１（例えば４つのノズル８１Ａ～８１Ｄ）と、第２群Ｇ２に含まれる複数のノズル８２（例えば４つのノズル８２Ａ～８２Ｄ）とを含む。以下では、ノズル８１Ａ～８１Ｄおよびノズル８２Ａ～８２Ｄを区別しない場合、単に「ノズル８０」と称する。

【0034】

第１群Ｇ１に含まれる複数のノズル８１は、火炉４３において第１高さＨ１に配置されている。第１高さＨ１は、例えば、ある基準面（例えばストーカ面３０ａ）からの高さが９ｍの位置である。ただし、第１高さＨ１は、上記具体例の高さに限定されない。ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｂは、火炉４３の左壁７３に設けられ、左壁７３から火炉４３内に脱硝剤を吐出する。一方で、ノズル８１Ｃおよびノズル８１Ｄは、火炉４３の右壁７４に設けられ、右壁７４から火炉４３内に脱硝剤を吐出する。

【0035】

また別の観点では、ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃは、上方から見た場合、火炉４３の内部空間において中央よりも前側に位置する前部空間ＦＳ（図１参照）に対応して配置され、前部空間ＦＳに脱硝剤を吐出する。一方で、ノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄは、上方から見た場合、火炉４３の内部空間において中央よりも後側に位置する後部空間ＢＳ（図１参照）に対応して配置され、後部空間ＢＳに脱硝剤を吐出する。

【0036】

第２群Ｇ２に含まれる複数のノズル８２は、火炉４３において、第１高さＨ１とは異なる第２高さＨ２に配置されている。第２高さＨ２は、例えば、上記基準面からの高さが１１ｍの位置である。ただし、第２高さＨ２は、上記具体例の高さに限定されない。ノズル８２Ａおよびノズル８２Ｂは、火炉４３の左壁７３に設けられ、左壁７３から火炉４３内に脱硝剤を吐出する。一方で、ノズル８２Ｃおよびノズル８２Ｄは、火炉４３の右壁７４に設けられ、右壁７４から火炉４３内に脱硝剤を吐出する。

【0037】

また別の観点では、ノズル８２Ａおよびノズル８２Ｃは、上方から見た場合、火炉４３の内部空間において前部空間ＦＳ（図１参照）に対応して配置され、前部空間ＦＳに脱硝剤を吐出する。一方で、ノズル８２Ｂおよびノズル８２Ｄは、上方から見た場合、火炉４３の内部空間において後部空間ＢＳ（図１参照）に対応して配置され、後部空間ＢＳに脱硝剤を吐出する。

【0038】

ただし、ノズル８０の配置および数は、上記例に限定されない。ノズル８０は、少なくとも１つあればよい。本実施形態では、ノズル８１Ａ～８１Ｄおよびノズル８２Ａ～８２Ｄの各々は、「第１ノズル」の一例である。

【0039】

（温度検出部）
温度検出部９０は、火炉４３内の温度（排ガスの温度）を検出する温度検出部である。温度検出部９０は、例えば、第１温度検出部９１と、第２温度検出部９２とを含む。第１温度検出部９１は、例えば、第１高さＨ１に設けられた温度検出器（例えば熱電対）であり、第１高さＨ１における排ガスの温度を検出する。第２温度検出部９２は、例えば、第２高さＨ２に設けられた温度検出器（例えば熱電対）であり、第２高さＨ２における排ガスの温度を検出する。

【0040】

ただし、第１温度検出部９１および第２温度検出部９２の配置および数は、上記例に限定されない。例えば、第１温度検出部９１および第２温度検出部９２は、第１高さＨ１および第２高さＨ２とは異なる高さ位置に配置されてもよい。また、第１温度検出部９１および第２温度検出部９２のいずれか一方は省略されてもよい。また、第１温度検出部９１および第２温度検出部９２の各々は、熱電対に限られない。第１温度検出部９１および第２温度検出部９２の各々は、排ガスの温度を検出可能な検出部であればよく、赤外カメラなどでもよい。

【0041】

＜５．無触媒脱硝システム＞
本実施形態では、燃焼設備１は、無触媒脱硝システム２００を備える。無触媒脱硝システム２００は、脱硝剤供給部２１０と、後述するノズル角度制御部１１０（図５参照）とを含む。

【0042】

脱硝剤供給部２１０は、例えば、上述したノズル８０と、脱硝剤供給ライン２１１と、圧送機２１２とを含む。脱硝剤供給ライン２１１は、各ノズル８０に接続されている。圧送機２１２は、脱硝剤供給ライン２１１を通じて各ノズル８０に接続されている。圧送機２１２は、脱硝剤供給ライン２１１を通じて各ノズル８０に脱硝剤を圧送する。

【0043】

＜６．ノズルの構造＞
次に、ノズル８０の構造について詳しく説明する。
図３および図４は、ノズル８０を示す断面図である。本実施形態では、ノズル８０は、排ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能な構造を有する。本実施形態では、排ガスの流れ方向は、下方から上方に向かう鉛直方向である。ノズル８０は、鉛直方向に対する脱硝剤の吐出角度（すなわち上下方向の角度）を調整可能な構造を有する。ノズル８０は、例えば、管部８５、静止部８６、可動部８７、および調整機構８８を有する。

【0044】

（管部）
管部８５は、炉壁７０に固定され、脱硝剤供給ライン２１１から脱硝剤が供給される。管部８５は、例えば、直管により形成され、火炉４３の内部に向けて水平方向に直線状に延びている。管部８５は、例えば、炉壁７０に設けられた穴部７０ｈに通されている。

【0045】

（静止部）
静止部８６は、可動部８７を回動可能に支持する部分である。静止部８６は、管部８５と可動部８７との間に設けられ、管部８５に接続されている。

【0046】

静止部８６は、例えば、球状または円筒状の外形を有する。すなわち、鉛直方向に沿う断面（図３に示す断面）で見た場合、静止部８６の外形は、第１円弧部８６ａと、第２円弧部８６ｂとを含む。第１円弧部８６ａは、静止部８６の下端部に位置し、下方に向いて凸となる円弧部である。第２円弧部８６ｂは、静止部８６の上端部に位置し、上方に向いて凸となる円弧部である。

【0047】

静止部８６は、内部に空間を有する。静止部８６の内部は、管部８５の内部と連通し、管部８５を通過した脱硝剤が流入する。静止部８６は、静止部８６の内部に流入した脱硝剤を可動部８７に向けて通過させる開口部８６ｈを有する。

【0048】

（可動部）
可動部８７は、静止部８６に回動可能に接続されるとともに、脱硝剤を外部に吐出可能な部分である。可動部８７は、ノズル８０の先端部に配置され、火炉４３の内部に臨む。可動部８７は、例えば、水平方向に沿う回動軸８７ｊを介して静止部８６に回動可能に接続される。可動部８７は、静止部８６に対して斜め上方および斜め下方に向けて回動可能である。

【0049】

可動部８７は、例えば、静止部８６の外面（または内面）に沿う球状または円筒状の外形を有する。すなわち、鉛直方向に沿う断面（図３に示す断面）で見た場合、可動部８７の外形は、第３円弧部８７ａと、第４円弧部８７ｂとを含む。第３円弧部８７ａは、可動部８７の下端部に位置し、下方に向いて凸となる円弧部である。第４円弧部８７ｂは、可動部８７の上端部に位置し、上方に向いて凸となる円弧部である。本実施形態では、可動部８７の第３円弧部８７ａが静止部８６の第１円弧部８６ａに沿って摺動するとともに、可動部８７の第４円弧部８７ｂが静止部８６の第２円弧部８６ｂに沿って摺動することで、可動部８７が静止部８６に対して斜め上方および斜め下方に向けて回動可能である。このような構成によれば、静止部８６と可動部８７との接続部が面状にシールされることになり、静止部８６と可動部８７との接続部から脱硝剤が漏れることが抑制される。

【0050】

可動部８７は、内部に空間を有する。可動部８７の内部は、静止部８６の内部と連通し、静止部８６を通過した脱硝剤が流入する。可動部８７は、可動部８７の内部に流入した脱硝剤を火炉４３の内部に向けて（すなわち排ガスに向けて）吐出させる吐出口８７ｈを有する。

【0051】

（調整機構）
調整機構８８は、静止部８６に対する可動部８７の角度（すなわち回動位置）を調整可能な機構である。調整機構８８は、例えば、第１ワイヤ８８ａ、第２ワイヤ８８ｂ、第１引き込み部８８ｃ、および第２引き込み部８８ｄを有する。

【0052】

第１ワイヤ８８ａは、可動部８７の第３円弧部８７ａに接続されている。第１ワイヤ８８ａは、例えば、管部８５の外周面と炉壁７０の穴部７０ｈの内周面との間の隙間を通り、炉壁７０の外部まで延びている。

【0053】

第２ワイヤ８８ｂは、可動部８７の第４円弧部８７ｂに接続されている。第２ワイヤ８８ｂは、例えば、管部８５の外周面と炉壁７０の穴部７０ｈの内周面との間の隙間を通り、炉壁７０の外部まで延びている。

【0054】

第１引き込み部８８ｃは、第１ワイヤ８８ａに接続されている。第１引き込み部８８ｃは、例えば、モータのような駆動装置を含む。第１引き込み部８８ｃは、制御装置１００から所定の制御指令がない待機状態では、第１ワイヤ８８ａの保持を開放する。一方で、第１引き込み部８８ｃは、制御装置１００から所定の制御指令を受信した場合、第１ワイヤ８８ａを炉壁７０の外部に向けて引き込む。これにより、静止部８６に対して可動部８７が下方に向けて回動する。その結果、脱硝剤の吐出方向が斜め下方を向く（図４参照）。

【0055】

ここで、炉壁７０の穴部７０ｈは、可動部８７の回動範囲に穴部７０ｈの内部空間が拡大される拡径部７０ｈａ（例えば面取り部）を有する。これにより、可動部８７が回動する場合でも、可動部８７と炉壁７０とが接触することが避けられる。

【0056】

第２引き込み部８８ｄは、第２ワイヤ８８ｂに接続されている。第２引き込み部８８ｄは、例えば、モータのような駆動装置を含む。第２引き込み部８８ｄは、制御装置１００から所定の制御指令がない待機状態では、第２ワイヤ８８ｂの保持を開放する。一方で、第２引き込み部８８ｄは、制御装置１００から所定の制御指令を受信した場合、第２ワイヤ８８ｂを炉壁７０の外部に向けて引き込み。これにより、静止部８６に対して可動部８７が上方に向けて回動する。その結果、脱硝剤の吐出方向が斜め上方を向く。

【0057】

本実施形態では、静止部８６、可動部８７、および調整機構８８により、拡張ノズル３００の一例が形成されている。拡張ノズル３００は、例えば、直管状の脱硝剤吐出ノズルが設けられた既設の燃焼設備に追加設置されることで、既設の燃焼設備に脱硝剤の吐出角度を調整可能なノズル８０を追加する機能部品である。例えば、管部８５は、既設の燃焼設備に設けられた既設ノズルである。拡張ノズル３００は、既設ノズルである管部８５に接続されることで、脱硝剤の吐出角度を調整可能なノズル８０を提供する。

【0058】

＜７．制御装置＞
次に、制御装置１００について説明する。
制御装置１００は、燃焼設備１を統括的に制御する。例えば、制御装置１００は、炉本体２０の処理空間ＶでのごみＧの燃焼制御を行う。制御装置１００は、「制御部」の一例である。

【0059】

図５は、脱硝に関連する機能構成を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、ノズル角度制御部１１０を有する。ノズル角度制御部１１０は、排ガスの温度に関する情報に基づき、ノズル８０の吐出角度を制御する。

【0060】

本実施形態では、ノズル角度制御部１１０は、温度検出部９０の検出結果に基づき、複数のノズル８０の吐出角度を制御する。例えば、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１の検出結果に基づき、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出角度を制御する。一方で、ノズル角度制御部１１０は、第２温度検出部９２の検出結果に基づき、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄの吐出角度を制御する。

【0061】

なお以下では、第１温度検出部９１の検出結果に基づいて第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出角度を制御することについて詳しく説明する。第２温度検出部９２の検出結果に基づいて第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄの吐出角度を制御することは、以下の説明において「第１温度検出部９１」を「第２温度検出部９２」と読み替え、「第１群Ｇ１」を「第２群Ｇ２」と読み替え、「ノズル８１Ａ～８１Ｄ」を「ノズル８２Ａ～８２Ｄ」と読み替えればよい。

【0062】

図６は、反応温度（排ガス温度）と、脱硝率との関係を示す図である。ここで、還元剤としてアンモニア（または尿素）を活用した無触媒脱硝の反応プロセスは、（１）還元反応によるＮＯｘ除去（主反応）と、（２）酸化反応によるＮＯｘ生成（副反応）とに大別される。

【0063】

図６に示すように、脱硝率は、例えば９５０℃付近の反応温度で最大となり、ある温度範囲（以下「所定温度範囲ＴＲ」と称する）よりも高くなる場合に脱硝率が低下し、また所定温度範囲ＴＲよりも低くなる場合も脱硝率が低下する。これは、反応温度が低すぎる場合は主反応が進まず、高すぎる場合は副反応が主反応を打ち消してしまうためである。このため、脱硝率を高めるためには、所定温度範囲ＴＲにある排ガスに対して脱硝剤を吐出することが好ましい。

【0064】

図７は、吐出角度の制御を説明するための図である。本実施形態では、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度（排ガス温度）が所定温度範囲ＴＲ内である場合、ノズル８０の吐出角度を０度に調整し、脱硝剤を水平に吐出する。

【0065】

ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも低い場合、静止部８６に対して可動部８７が下方に向けて回動するように調整機構８８を制御し、脱硝剤の吐出方向が斜め下方に向くようにノズル８０の吐出角度を制御する。これにより、ノズル８０の吐出角度は、排ガスの流れ方向の上流側に向けて脱硝剤を吐出可能なように調整される。例えば、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも低い場合、第１温度検出部９１により検出された温度が低いほど、脱硝剤の吐出方向がより下方を向くようにノズル８０の吐出角度を調整する。

【0066】

本実施形態では、第１温度検出部９１により検出された温度と所定温度範囲Ｔの下限値との差分の大きさに応じてノズル８０の吐出角度が調整される。例えば、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも低い場合、ノズル８０の吐出角度は、０度から－４５度の角度範囲で調整される。なお、「検出された温度と所定温度範囲Ｔの下限値との差分の大きさに応じて吐出角度が調整される」とは、図７に示すように上記差分の大きさに線形比例するように吐出角度が調整される場合に限定されず、上記差分の大きさに応じて段階的に（例えば１段または２段のステップ状に）吐出角度が調整される場合も該当し得る。

【0067】

ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも高い場合、静止部８６に対して可動部８７が上方に向けて回動するように調整機構８８を制御し、脱硝剤の吐出方向が斜め上方を向くようにノズル８０の吐出角度を制御する。これにより、ノズル８０の吐出角度は、排ガスの流れ方向の下流側に向けて脱硝剤を吐出可能なように調整される。例えば、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも高い場合、第１温度検出部９１により検出された温度が高いほど、脱硝剤の吐出方向がより上方を向くようにノズル８０の吐出角度を調整する。

【0068】

本実施形態では、第１温度検出部９１により検出された温度と所定温度範囲Ｔの上限値との差分の大きさに応じてノズル８０の吐出角度が調整される。例えば、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも高い場合、ノズル８０の吐出角度は、０度から＋４５度の角度範囲で調整される。なお、「検出された温度と所定温度範囲Ｔの上限値との差分の大きさに応じて吐出角度が調整される」とは、図７に示すように上記差分の大きさに線形比例するように吐出角度が調整される場合に限定されず、上記差分の大きさに応じて段階的に（例えば１段または２段のステップ状に）吐出角度が調整される場合も該当し得る。

【0069】

上述した所定温度範囲ＴＲは、「所定基準」の一例である。なお、「所定基準」は、ある温度範囲に限定されず、所定温度値（例えば９５０℃）でもよい。すなわち、本開示の説明における「所定温度範囲ＴＲ」とは、適宜「所定温度」と読み替えられてよい。

【0070】

以上、第１温度検出部９１の検出結果に基づいて第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出角度を制御することについて説明した。この制御は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄと、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄとで独立して行われる。このため、例えば、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも高いが、第２温度検出部９２により検出された温度が所定温度範囲ＴＲよりも低い場合は、脱硝剤の吐出方向が斜め上方に向くように第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出角度が調整されるとともに、脱硝剤の吐出方向が斜め下方に向くように第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄの吐出角度が調整される。

【0071】

＜８．制御の流れ＞
次に、制御の流れについて説明する。
図８は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出角度の調整に関する制御の流れを示すフローチャートである。まず、第１温度検出部９１により第１高さＨ１における排ガスの温度検出が行われる（Ｓ１０１）。

【0072】

次に、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ノズル８０の吐出角度を水平に調整し（Ｓ１０３）、一連の処理を終了する。

【0073】

一方で、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内でない場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内よりも高いか否かを判定する（Ｓ１０４）。

【0074】

ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内よりも高い場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、第１温度検出部９１により検出された温度に応じてノズル８０の吐出角度を斜め上向きに調整し（Ｓ１０５）、一連の処理を終了する。

【0075】

一方で、ノズル角度制御部１１０は、第１温度検出部９１により検出された温度が所定温度範囲ＴＲ内よりも低い場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、第１温度検出部９１により検出された温度に応じてノズル８０の吐出角度を斜め下向きに調整し（Ｓ１０６）、一連の処理を終了する。

【0076】

以上説明したＳ１０１～Ｓ１０６の処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

【0077】

＜９．作用効果＞
燃焼設備では、排ガス温度が変動すると、脱硝率が低下する課題がある。この課題に対して、比較例として、垂直高さ方向に複数のノズルを配置し、望ましい高さのノズルを選定してそこから脱硝剤を吹き込む構成について考える。この比較例の構成では、複数のノズルを設置する施工が煩雑になるとともに、脱硝ノズル付近の壁面にはボイラ管が配置される場合が多く、複数のノズルを設置することに応じて多数のボイラ管の曲げが必要になり施工が困難になる。

【0078】

また、上記比較例の構成では、脱硝剤吹込みのためのノズルが多数必要となり、ノズルを使用しない時にも閉塞防止などの目的で少量のガスを投入し続ける必要があるため、ノズルが多いほど用役ガス（蒸気や再循環ガスといった脱硝剤を希釈するためのガス）が多く必要になり、圧送機など設備も大型なものが必要となる。

【0079】

一方で、本実施形態の無触媒脱硝システム２００は、排ガスが流れる火炉４３に設置されて排ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能なノズル８０を含む脱硝剤供給部２１０と、排ガスの温度に関する情報に基づきノズル８０の吐出角度を制御するノズル角度制御部１１０とを有する。このような構成によれば、ノズル８０の吐出角度を変更することで、脱硝剤が目標温度（例えば上記所定温度範囲ＴＲ）に近い温度で反応できるように脱硝剤を投入することができる。このため、ノズルを高さ方向に複数設置せずとも炉内温度変動に対応できるようになる。また、本実施形態の構成によれば、必要なノズル８０の数が少なくなるので、ノズルを使用しない時に流されるガスが少なくて済む。このため、設備の小型化を図ることができる。

【0080】

ごみ焼却炉のような燃焼設備１における無触媒脱硝プロセスでは、脱硝剤投入箇所では燃焼ガスは鉛直上方向に流れ、燃焼ガスの温度は上側ほど低く、下側ほど高くなる。このため、脱硝剤投入箇所における温度が目標温度より高い場合は上向き、目標温度よりも低い場合は下向きの角度で脱硝剤を吹き込むことで、運転状態の変動が大きい状況でも脱硝率を高く保つことができる。

【0081】

図９は、ノズル８０の吐出角度を調整することの作用効果を説明するための図であり、ノズル８０の吐出角度の調整を行う場合と行わない場合との比較を示すシミュレーション結果である。図９に示すように、ノズル８０の吐出角度の調整を行う場合、ノズル８０の吐出角度の調整を行わない場合と比べて、脱硝率が向上することが分かる。

【0082】

例えば、図９に示す事例では脱硝剤を高さの異なる２つの高さ位置から吹き込んでおり、平均的な運転状況において、下側（第１高さＨ１）付近の温度は目標温度に近い一方で、上側（第２高さＨ２）付近の温度は目標温度より低い。脱硝剤を常に水平方向に吹き込む比較例の構成では、上側（第２高さＨ２）における脱硝が進まず、ＮＯｘを低くすることが難しくなる。これに対して、本実施形態のように上側のノズル８０の吐出角度を下向きに調整し、上側（第２高さＨ２）における反応温度を目標温度に近づけることで脱硝が進み、ＮＯｘを低くすることができる。

【0083】

＜１０．変形例＞
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
図１０は、変形例のノズル８０を示す断面図である。本変形例では、火炉４３は、ノズル８０を保護するための保護設備４１０を有する。保護設備４１０は、風箱４１１、空気供給ライン４１２、および送風機４１３を含む。

【0084】

風箱４１１は、炉壁７０に設けられた穴部７０ｈに挿入されている。風箱４１１は、金属製であり、ノズル８０の少なくとも一部を収容している。例えば、風箱４１１は、ノズル８０の静止部８６と可動部８７との接続部（回動部）を収容している。風箱４１１は、後述する空気供給ライン４１２を通じて風箱４１１の内部に供給された空気を、火炉４３の内部に排出するための排出口４１１ｈを有する。

【0085】

空気供給ライン４１２は、風箱４１１の内部に接続されている。送風機４１３は、空気供給ライン４１２を通じて風箱４１１の内部に接続されている。送風機４１３は、空気供給ライン４１２を通じて風箱４１１の内部に空気を圧送する。空気供給ライン４１２を通じて風箱４１１の内部に空気が圧送されることで、火炉４３内から風箱４１１の内部に排ガスが逆流することが抑制される。これにより、風箱４１１内に収容される部品が高温状態および排ガスに含まれる粉塵などから保護される。これにより、例えば、ノズル８０の静止部８６と可動部８７との接続部（回動部）が固着することが抑制される。

【0086】

本変形例では、調整機構８８は、例えば、駆動装置４２１と、動力伝達機構４２２とを含む。駆動装置４２１は、例えば、モータである。動力伝達機構４２２は、リンクまたは歯車など動力を伝達する機構であり、駆動装置４２１とノズル８０の可動部８７とを連結している。これにより、ノズル角度制御部１１０は、駆動装置４２１を駆動させることで、静止部８６に対して可動部８７を回動させることができる。本変形例では、動力伝達機構４２２は、風箱４１１内に収容されて保護されている。

【0087】

このような構成によれば、高温および高ばい塵濃度の燃焼ガスと接触する環境でもより安定して運用することができる脱硝剤供給部２１０を提供することができる。

【0088】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、火炉４３の前部空間ＦＳと後部空間ＢＳとで排ガスの流量が異なる場合に、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合（例えば配分割合）を変更する点で、第１実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

【0089】

詳しく述べると、火炉４３の前部空間ＦＳと後部空間ＢＳとでは、排ガスの流量が異なる場合がある。例えば、図１に示すように火炉４３の下流側に下方に向けて折り返される流路が存在する場合、火炉４３において炉前側は流速が小さく、一方で炉後側は流れが速くなりやすい。この場合、炉前側の流速が小さい領域では、脱硝に必要な脱硝剤の量は少ない。一方で、炉後側の流速が大きい領域では、脱硝に必要な脱硝剤の量が多い。

【0090】

ここで、燃焼が活発であるほど多量の燃焼ガスが発生するため、流速が速い場所では温度が高くなりやすいと考えられる。本実施形態ではこのことを活用して、炉内温度分布（炉前側と炉後側の温度差）の情報から、炉前側／炉後側の流量分布を推定し、脱硝剤の投入量を炉前後の各流量に比例するよう配分する。

【0091】

（ノズル）
図１１は、本実施形態の火炉４３を示す斜視図である。図１１では、図面を見やすくするため、脱硝剤供給ライン２１１および圧送機２１２などの図示を省略している。

【0092】

本実施形態では、１つの脱硝剤供給ライン２１１を流れる脱硝剤は、ノズル８１Ａ～８１Ｄに分配して供給される。同様に、１つの脱硝剤供給ライン２１１を流れる脱硝剤は、ノズル８２Ａ～８１Ｄに分配して供給される。本実施形態では、ノズル８１Ａ，８１Ｃ，８２Ａ，８２Ｃの各々は、前部空間ＦＳ（後述する前部領域ＦＲ）に対応して配置されたノズル８０であり、「第１ノズル」の一例である。一方で、ノズル８１Ｂ，８１Ｄ，８２Ｂ，８２Ｄの各々は、後部空間ＢＳ（後述する後部領域ＢＲ）に対応して配置されたノズル８０であり、「第２ノズル」の一例である。

【0093】

（温度検出部）
本実施形態では、火炉４３は、排ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う断面（例えば水平方向の断面）において、前部領域ＦＲと、後部領域ＢＲとを含む。前部領域ＦＲは、上方から見た場合に、前部空間ＦＳと重なる領域である。前部領域ＦＲは、「第１領域」の一例である。後部領域ＢＲは、上方から見た場合に、後部空間ＢＳと重なる領域である。後部領域ＢＲは、「第２領域」の一例である。

【0094】

第１温度検出部９１は、第１高さＨ１に設けられた複数（例えば２つ）の温度検出器９１Ａ，９１Ｂ（前部温度検出器９１Ａおよび後部温度検出器９１Ｂ）を含む。温度検出器９１Ａ，９１Ｂの各々は、例えば熱電対であり、第１高さＨ１における排ガスの温度を検出する。前部温度検出器９１Ａは、前部領域ＦＲに対応して配置され、前部領域ＦＲに関する排ガス温度を検出する。後部温度検出器９１Ｂは、後部領域ＢＲに対応して配置され、後部領域ＢＲに関する排ガス温度を検出する。

【0095】

第２温度検出部９２は、第２高さＨ２に設けられた複数（例えば２つ）の温度検出器９２Ａ，９２Ｂ（前部温度検出器９２Ａおよび後部温度検出器９２Ｂ）を含む。温度検出器９２Ａ，９２Ｂの各々は、例えば熱電対であり、第２高さＨ２における排ガスの温度を検出する。前部温度検出器９２Ａは、前部領域ＦＲに対応して配置され、前部領域ＦＲに関する排ガス温度を検出する。後部温度検出器９２Ｂは、後部領域ＢＲに対応して配置され、後部領域ＢＲに関する排ガス温度を検出する。

【0096】

図１２は、本実施形態の温度検出部９０の別態様を説明するための図である。別態様の温度検出部９０は、火炉４３の炉頂部に設置されたカメラ９４ａを含む第３温度検出部９４を有する。カメラ９４ａは、例えば赤外カメラであり、上方から火炉４３の内部を撮影し、火炉４３の内部の赤外画像を取得する。

【0097】

図１３は、カメラ９４ａにより撮影される赤外画像ＩＭを説明するための図である。赤外画像ＩＭには、火炉４３の前部空間ＦＳに対応する前部領域ＦＲと、火炉４３の後部空間ＢＳに対応する後部領域ＢＲとが設定される。第３温度検出部９４は、赤外画像ＩＭにおいて、前部領域ＦＲに含まれる輝度値と、後部領域ＢＲに含まれる輝度値とに基づき、前部領域ＦＲの温度（例えば平均温度）と、後部領域ＢＲの温度（例えば平均温度）とを算出する。なお、図１２および図１３に示す上記別態様の温度検出部９０は、図１１に示す温度検出部９０に代えて／加えて設けられてよい。

【0098】

（脱硝剤供給部）
図１４は、第２実施形態の脱硝に関連する機能構成を示すブロック図である。本実施形態では、脱硝剤供給部２１０の脱硝剤供給ライン２１１は、第１前部ノズル流量調整部２３１、第１後部ノズル流量調整部２３２、第２前部ノズル流量調整部２３３、および第２後部ノズル流量調整部２３４を有する。

【0099】

第１前部ノズル流量調整部２３１は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃに供給される脱硝剤の流量を調整する調整部であり、例えば絞り弁である。第１後部ノズル流量調整部２３２は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄに供給される脱硝剤の流量を調整する調整部であり、例えば絞り弁である。

【0100】

第２前部ノズル流量調整部２３３は、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａおよびノズル８２Ｃに供給される脱硝剤の流量を調整する調整部であり、例えば絞り弁である。第２後部ノズル流量調整部２３４は、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ｂおよびノズル８２Ｄに供給される脱硝剤の流量を調整する調整部であり、例えば絞り弁である。

【0101】

（前後供給量調整部）
本実施形態では、制御装置１００は、前後供給量調整部１２０を有する。前後供給量調整部１２０は、同じ高さ（第１高さＨ１）に配置された２つの温度検出器９１Ａ，９１Ｂにより検出される温度の温度差に基づき、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合（例えば分配割合）を決定する。例えば、前後供給量調整部１２０は、２つの温度検出器９１Ａ，９１Ｂにより検出される温度の温度差が存在する場合、第１前部ノズル流量調整部２３１と第１後部ノズル流量調整部２３２とのうち少なくとも一方を制御することで、ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃから火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量と、ノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄから火炉４３の後部空間ＢＳに吐出される脱硝剤の吐出量との供給割合を変更する。

【0102】

例えば、前後供給量調整部１２０は、前部温度検出器９１Ａによって検出される温度が後部温度検出器９１Ｂによって検出される温度よりも高い場合、前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量が後部空間ＢＳに吐出される脱硝剤の吐出量よりも多くなるように、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合を決定する。一方で、前後供給量調整部１２０は、後部温度検出器９１Ｂによって検出される温度が前部温度検出器９１Ａによって検出される温度よりも高い場合、後部空間ＢＳに吐出される脱硝剤の吐出量が前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量よりも多くなるように、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合を決定する。

【0103】

なお以下では、第１温度検出部９１の前部温度検出器９１Ａおよび後部温度検出器９１Ｂの検出結果に基づき、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出量を制御することについて詳しく説明する。第２温度検出部９２の前部温度検出器９２Ａおよび後部温度検出器９２Ｂの検出結果に基づき第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄの吐出量を制御することは、以下の説明において「第１温度検出部９１」を「第２温度検出部９２」と読み替え、「前部温度検出器９１Ａ」を「前部温度検出器９２Ａ」と読み替え、「後部温度検出器９１Ｂ」を「後部温度検出器９２Ｂ」と読み替え、「第１前部ノズル流量調整部２３１」を「第２前部ノズル流量調整部２３３」と読み替え、「第１後部ノズル流量調整部２３２」を「第２後部ノズル流量調整部２３４」と読み替え、「第１群Ｇ１」を「第２群Ｇ２」と読み替え、「ノズル８１Ａ～８１Ｄ」を「ノズル８２Ａ～８２Ｄ」と読み替えればよい。

【0104】

図１５は、吐出量の制御を説明するための図である。本実施形態では、前後供給量調整部１２０は、後部温度検出器９１Ｂにより検出された温度から前部温度検出器９１Ａにより検出された温度を減算することで得られる温度差が所定温度差範囲ＴＤＲ内である場合、ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃから火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量と、ノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄから火炉４３の後部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量とを同じにする。

【0105】

前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも大きい場合、第１後部ノズル流量調整部２３２の絞り弁の開度を大きくし、第１前部ノズル流量調整部２３１の絞り弁の開度を小さくすることで、ノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄから火炉４３の後部空間ＢＳに吐出される脱硝剤の吐出量を、ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃから火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量と比べて多くする。例えば、前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも大きい場合、上記温度差が大きいほど、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合の差が大きくなるように、上記供給割合を決定する。

【0106】

例えば、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも大きい場合、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合は、上記温度差と所定温度差範囲ＴＤＲの上限値との差分の大きさに応じて決定される。なお、「上記温度差と所定温度差範囲ＴＤＲの上限値との差分の大きさに応じて決定される」とは、図１５に示すように上記差分の大きさに線形比例するように供給割合が調整される場合に限定されず、上記差分の大きさに応じて段階的に（例えば１段または２段のステップ状に）供給割合が調整される場合も該当し得る。

【0107】

前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも小さい場合、第１前部ノズル流量調整部２３１の絞り弁の開度を大きくし、第１後部ノズル流量調整部２３２の絞り弁の開度を小さくすることで、ノズル８１Ａおよびノズル８１Ｃから火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量を、ノズル８１Ｂおよびノズル８１Ｄから火炉４３の後部空間ＢＳに吐出される脱硝剤の吐出量と比べて多くする。例えば、前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも小さい場合、上記温度差の絶対値が大きいほど、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合の差が大きくなるように、上記供給割合を決定する。

【0108】

例えば、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも小さい場合、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合は、上記温度差と所定温度差範囲ＴＤＲの下限値との差分の大きさに応じて決定される。なお、「上記温度差と所定温度差範囲ＴＤＲの下限値との差分の大きさに応じて決定される」とは、図１５に示すように上記差分の大きさに線形比例するように供給割合が調整される場合に限定されず、上記差分の大きさに応じて段階的に（例えば１段または２段のステップ状に）供給割合が調整される場合も該当し得る。

【0109】

以上、前部温度検出器９１Ａおよび後部温度検出器９１Ｂの検出結果に基づき、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出量を制御することについて説明した。この制御は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄと、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄとで独立して行われる。すなわち、第２群Ｇ２に含まれるノズル８２Ａ～８２Ｄの吐出量の制御は、前部温度検出器９２Ａおよび後部温度検出器９２Ｂの検出結果に基づき行われる。

【0110】

上述した所定温度差範囲ＴＤＲは、別の観点における「所定基準」の一例である。なお、「所定基準」は、ある温度差範囲に限定されず、温度差がゼロであることでもよい。すなわち、本開示の説明における「所定温度範囲ＴＲ」とは、適宜「温度差がゼロ」と読み替えられてよい。

【0111】

なお本実施形態では、火炉４３の前部領域ＦＲと後部領域ＢＲとの排ガス流量の違いを反映させるために、前部領域ＦＲに関する温度の検出結果と、後部領域ＢＲに関する温度の検出結果とを直接に用いて脱硝剤の吐出量の制御が行われる。これに代えて、前後供給量調整部１２０は、前部温度検出器９２Ａおよび後部温度検出器９２Ｂの検出結果などに基づき、火炉４３の前部領域ＦＲと後部領域ＢＲとの排ガス流量の違い（流量分布）を推定し、推定された排ガス流量の違いに基づいて脱硝剤の吐出量の制御を行ってもよい。

【0112】

（制御の流れ）
次に、制御の流れについて説明する。
図１６は、第１群Ｇ１に含まれるノズル８１Ａ～８１Ｄの吐出量の調整に関する制御の流れを示すフローチャートである。まず、第１温度検出部９１の前部温度検出器９１Ａおよび後部温度検出器９１Ｂにより第１高さＨ１における排ガスの温度検出が行われる（Ｓ２０１）。

【0113】

次に、前後供給量調整部１２０は、後部温度検出器９１Ｂにより検出された温度から前部温度検出器９１Ａにより検出された温度を減算することで、火炉４３の前後における温度差を算出する（Ｓ２０２）。

【0114】

次に、前後供給量調整部１２０は、算出された温度差が所定温度差範囲ＴＤＲ内であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲ内である場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量と、火炉４３の後部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量とを同じに調整し（Ｓ２０４）、一連の処理を終了する。

【0115】

一方で、前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲ内でない場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、上記温度差が所定温度差範囲ＴＤＲよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０５）。

【0116】

前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度範囲ＴＲよりも大きい場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量を減少させるとともに、火炉４３の後部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量を増加させ（Ｓ２０６）、一連の処理を終了する。

【0117】

一方で、前後供給量調整部１２０は、上記温度差が所定温度範囲ＴＲよりも小さい場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、火炉４３の前部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量を増加させるとともに、火炉４３の後部空間ＦＳに吐出される脱硝剤の吐出量を減少させ（Ｓ２０７）、一連の処理を終了する。

【0118】

以上説明したＳ２０１～Ｓ２０７の処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

【0119】

（作用効果）
上述したように、燃焼設備における燃焼ガスの流れは、燃焼状態および空気吹き込み条件によって炉前側／炉後側のどちらかに偏ることが多い。流れが速い側は排ガス流量が多く脱硝に必要な脱硝剤の量も多いと考えられ、流れが遅い側には必要な脱硝剤の量は少ない。このため、同一高さの水平面において、排ガス流量が多い側に脱硝剤を多く吹き込むことで、炉内のＮＯｘおよび脱硝剤の濃度比率を一様に近づけることができ、脱硝率を高くすることができる。

【0120】

図１７は、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合を調整することの作用効果を説明するための図であり、供給割合を調整する場合と調整しない場合との比較を示すシミュレーション結果である。図１７に示すように、火炉４３の前後における脱硝剤の供給割合を調整する場合、分配割合を調整しない場合と比べて脱硝率が向上することが分かる。

【0121】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、複数のノズル８０は、左壁７３および右壁７４に代えて、前壁７１に設けられてもよい。本開示で「燃焼ガスの温度に関する情報」とは、熱電対の検出結果に限らず、カメラまたは別の検出手段により検出される情報でもよい。

【0122】

図１８は、本実施形態に係るコンピュータ１１００の構成を示すハードウェア構成図である。コンピュータ１１００は、例えば、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、およびインターフェース１１４０を備える。

【0123】

上述の制御装置１００の各機能部は、コンピュータ１１００に実装される。そして、上述した各機能部の動作は、プログラムの形式でストレージ１１３０に記憶されている。プロセッサ１１１０は、プログラムをストレージ１１３０から読み出してメインメモリ１１２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１１１０は、プログラムに従って、上述した各機能部が使用する記憶領域をメインメモリ１１２０に確保する。

【0124】

プログラムは、コンピュータ１１００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。また、コンピュータ１１００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１１１０によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0125】

ストレージ１１３０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどが挙げられる。ストレージ１１３０は、コンピュータ１１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース１１４０又は通信回線を介してコンピュータ１１００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１１００が当該プログラムをメインメモリ１１２０に展開し、上記処理を実行してもよい。また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【0126】

＜付記＞
各実施形態に記載の無触媒脱硝システム、燃焼設備、脱硝方法、および拡張ノズルは、例えば以下のように把握される。

【0127】

（１）第１態様の無触媒脱硝システム２００は、燃焼設備１において燃焼ガスが流れる流路（例えば火炉４３）に設置され、燃焼ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能な第１ノズル（例えばノズル８０）を含む脱硝剤供給部２１０と、燃焼ガスの温度に関する情報に基づき、第１ノズルの吐出角度を制御する制御部（例えば制御装置１００）と、を備える。このような構成によれば、ノズル８０の吐出角度を変更することで、脱硝剤が目標温度に近い温度で反応できるように脱硝剤を投入することができる。このため、ノズルを高さ方向に複数設置せずとも炉内温度変動に対応できるようになり、施工性の向上を図ることができる。

【0128】

（２）第２態様の無触媒脱硝システム２００は、（１）に記載の無触媒脱硝システム２００において、制御部（例えば制御装置１００）は、燃焼ガスの温度が所定基準よりも低い場合に、燃焼ガスの流れ方向の上流側に向けて脱硝剤を吐出するように第１ノズル（例えばノズル８０）の吐出角度を制御し、燃焼ガスの温度が上記所定基準よりも高い場合に、燃焼ガスの流れ方向の下流側に向けて脱硝剤を吐出するように第１ノズル（例えばノズル８０）の吐出角度を制御する。このような構成によれば、多くの範囲で脱硝剤が目標温度に近い温度で反応できるように脱硝剤を投入することができる。

【0129】

（３）第３態様の無触媒脱硝システム２００は、（１）または（２）に記載の無触媒脱硝システム２００において、流路（例えば火炉４３）は、燃焼ガスの流れ方向とは交差する方向に沿う断面において、第１領域（例えば前部領域ＦＲ）と第２領域（例えば後部領域ＢＲ）とを含み、脱硝剤供給部２１０は、上記第１領域に対応して配置された第１ノズル（例えばノズル８１Ａ，８１Ｃ，８２Ａ，８２Ｃ）と、上記第２領域に対応して配置された第２ノズル（例えばノズル８１Ｂ，８１Ｄ，８２Ｂ，８２Ｄ）とを含み、制御部（例えば制御装置１００）は、上記第１領域に関して検出された燃焼ガスの温度と、上記第２領域に関して検出された燃焼ガスの温度との温度差に基づき、第１ノズルから吐出される脱硝剤の量と第２ノズルから吐出される脱硝剤の量とのうち少なくとも一方を制御する。このような構成によれば、燃焼ガス流量が偏る場合に、燃焼ガスが多い側に脱硝剤を多く吹き込むことができるため、脱硝率を高くすることができる。

【0130】

（４）第４態様の燃焼設備１は、上記流路（例えば火炉４３）と、（１）から（３）のいずれか１つに記載音無触媒脱硝システム２００とを備える。このような構成によれば、ノズルを高さ方向に複数設置せずとも炉内温度変動に対応できるようになり、施工性の向上を図ることができる。

【0131】

（５）第５態様の脱硝方法は、燃焼設備において燃焼ガスが流れる流路に脱硝剤を吐出する脱硝方法であって、燃焼ガスの流れ方向に対する吐出角度であってノズル８０から脱硝剤を吐出する吐出角度を、燃焼ガスの温度に関する情報に基づき変更する。このような構成によれば、ノズルを高さ方向に複数設置せずとも炉内温度変動に対応できるようになり、施工性の向上を図ることができる。

【0132】

（６）第６態様の拡張ノズル３００は、燃焼設備１において脱硝剤が供給される管部８５に接続可能な静止部８６と、静止部８６に回動可能に接続され、管部８５から静止部８６に流入する脱硝剤を外部に吐出可能な吐出口８７ｈを含む可動部８７と、静止部８６に対する可動部８７の角度を調整可能な調整機構８８と、を備える。このような構成によれば、既設の燃焼設備に拡張ノズル３００を取り付けることで、脱硝剤の吐出角度を調整可能なノズル８０を提供することができる。

【符号の説明】

【0133】

１…燃焼設備
４３…火炉（流路）
８０…ノズル
８１Ａ，８１Ｃ，８２Ａ，８２Ｃ…ノズル（第１ノズル）
８１Ｂ，８１Ｄ，８２Ｂ，８２Ｄ…ノズル（第２ノズル）
８５…管部
８６…静止部
８７…可動部
８８…調整機構
９１…第１温度検出部
９１Ａ…前部温度検出器
９１Ｂ…後部温度検出器
９２…第２温度検出部
９２Ａ…前部温度検出器
９２Ｂ…後部温度検出器
１００…制御装置（制御部）
２００…無触媒脱硝システム
２１０…脱硝剤供給部
３００…拡張ノズル
ＦＲ…前部領域（第１領域）
ＢＲ…後部領域（第２領域）

【要約】

【課題】施工性の向上を図ることができる無触媒脱硝システム、燃焼設備、脱硝方法、および拡張ノズルを提供することを目的とする。
【解決手段】無触媒脱硝システムは、燃焼設備において燃焼ガスが流れる流路に設置されて前記燃焼ガスの流れ方向に対する脱硝剤の吐出角度を調整可能なノズルを含む脱硝剤供給部と、前記燃焼ガスの温度に関する情報に基づき、前記ノズルの前記吐出角度を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】