排烟脱硝装置 技术领域 本发明涉及从锅炉等炉膛排出的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气的排烟脱 硝装置, 特别涉及设有旁通通道的排烟脱硝装置, 该旁通通道从使燃烧排气流通的主流通 道分支而绕过换热器与主流通道合流。
背景技术
在例如锅炉等的炉膛中燃烧而产生的燃烧排气在流过主流通道的过程中被换热 器及节煤器热回收, 之后被供给氨气以还原除去排气中的氮氧化物, 然后向填充有用于除 去氮氧化物的催化剂的脱硝反应器引导。
这里, 在排气中存在硫氧化物 ( 特别是 SO3) 且排气温度低的情况 ( 根据排气中的 氨、 硫氧化物浓度而不同, 但通常在大约 250 ~ 330℃程度以下 ) 下, 硫氧化物与氨气反应而 析出酸性硫酸铵。
该酸性硫酸铵呈液状, 附着在催化剂表面而覆盖催化剂活性点, 因此导致催化剂 的性能降低。 从而, 作为运用排烟脱硝装置的条件, 要求将向排烟脱硝装置流入的排气温度 保持在析出酸性硫酸铵的温度以上。
为了满足该条件, 已知有例如专利文献 1 所记载那样设置从节煤器的上游侧分支 而与节煤器的下游侧合流的旁通通道的排烟脱硝装置。即, 由于在旁通通道流通而绕过节 煤器的旁通排气没有降温而保持高温, 因此能够将与在主流通道流通的主流排气合流后的 排气的温度保持在析出酸性硫酸铵的温度以上。
专利文献 1 : 日本实开平 1-81447 号公报 发明内容 然而, 专利文献 1 所记载的技术中, 没有考虑到使合流后的排气的温度快速均匀 这一方面。
即, 在旁通排气相对于主流排气以大的运动能流入的情况下, 高温的旁通排气的 大部分到达流入方向的里侧 ( 主流通道壁侧 ), 几乎不流到流入方向的跟前侧, 因此混合合 流后的排气而使其温度均匀为止需要花费时间。
从而, 为了将合流后的排气的温度均匀地保持在析出酸性硫酸铵的温度以上, 需 要加长从排气的合流部到供给氨气的部位为止的通道尺寸, 但从装置的紧凑设计的要求这 一观点出发, 不优选该方法。
为了缩短通道尺寸的同时使合流后的排气温度快速均匀化, 考虑有在通道内设置 例如用于促进合流后的排气的混合的混合器, 但在这种情况下, 因混合器而产生通风阻力, 通道的压力损失增加, 因此不优选。
因此, 本发明的课题在于, 抑制通道的压力损失的增加的同时使合流后的排气的 温度快速地均匀。
本发明的排烟脱硝装置具备如下部件作为基本结构 : 主流通道, 其使从炉膛排出
的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气流通 ; 换热器, 其配置在主流通道内, 利用热交换使 燃烧排气降温 ; 旁通通道, 其从主流通道的比换热器靠上游侧的位置分支而绕过换热器与 主流通道合流 ; 氨供给装置, 其向在主流通道中流动的主流排气与在旁通通道中流动的旁 通排气合流后的燃烧排气供给氨气 ; 脱硝反应器, 其从供给有氨气的燃烧排气中除去氮氧 化物。
特别地, 为了解决上述课题, 在主流通道内的主流排气与旁通排气的合流部设有 多个分隔板, 该多个分隔板沿着主流排气的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、 且在旁通排气的流入方向上所述多个分隔板以板面对置, 所述多个分隔板设置成主流排气 的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流 入的旁通排气。
即, 通过这样设置分隔板, 流入到主流通道的旁通排气与各分隔板接触而改变流 通方向, 在由各分隔板形成的各流路中与主流排气混合的同时向主流排气的下游流动。从 而, 旁通排气从旁通排气的流入方向的跟前侧向里侧均匀地遍布, 换言之沿主流通道的径 向均匀地遍布, 能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。 另外, 由于上述分隔 板与主流排气的流通方向并行设置, 因此几乎不对通风阻力产生影响。 其结果是, 能够抑制 通道的压力损失的增加, 同时使合流后的排气的温度快速地均匀。 在这种情况下, 优选在旁通通道的与主流通道合流的合流部设置调整旁通排气向 主流通道流入时的流动方向且可转动的调整叶片。
即, 在旁通通道中设置挡板等来根据例如合流排气的温度等调整旁通排气流量的 情况下, 主流排气与旁通排气的流量比发生变化。 即使在这种情况下, 通过对调整叶片的转 动角度进行调整来调整旁通排气向主流通道流入时的流动方向, 由此使旁通排气在由分隔 板形成的各流路中均匀地遍布, 从而能够使各流路中的两排气的流量比均匀。
另外, 即使在主流排气与旁通排气的流量比某种程度上固定时, 在由分隔板形成 的各流路中流动的旁通排气与设计值不同而存在偏差这样的情况下, 也能够使用该调整叶 片调整成均匀地流动。
调整叶片的转动角度的调整可以根据主流排气与旁通排气的流量比来进行。例 如, 预先通过实验等求解各排气的流量比、 与之对应地使各流路中两排气流量比成为均匀 的情况下的调整叶片的转动角度, 并将各排气的流量比和与之对应的调整叶片的转动角度 以表或数式等形式存储在存储器中。 然后, 在两通道中设置流量计, 将流量计所测得的值作 为输入值而输出转动角度, 由此能够根据输出值调整转动角度。
发明效果
根据本发明, 能够抑制通道压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快速地 均匀。
附图说明 图 1 是示意性表示使用了本实施方式的排烟脱硝装置的排气线路的整体结构的 纵剖面图。
图 2 是表示在主流排气与旁通排气的合流部的流动的一例的图。
图 3 是表示排烟脱硝装置的特征部的第一实施例的图。
图 4 是表示排烟脱硝装置的特征部的第二实施例的图。 图 5 是表示排烟脱硝装置的特征部的第三实施例的图。 图 6 是表示排烟脱硝装置的特征部的第四实施例的图。 图 7 是表示排烟脱硝装置的特征部的第五实施例的图。具体实施方式
以下, 对适用本发明而成的排烟脱硝装置的实施方式进行说明。 需要说明的是, 在 以下的说明中, 对同一功能部件标注同一符号而省略重复说明。
图 1 是示意性表示使用了本实施方式的排烟脱硝装置的排气线路的整体结构的 纵剖面图。需要说明的是, 在本实施方式中, 例举锅炉作为排气发生源, 对从锅炉排出的燃 烧排气使用排烟脱硝装置。 然而, 并不局限于此, 可以适用于含有硫氧化物及氮氧化物而被 排出的燃烧排气。
如图 1 所示, 本实施方式的排烟脱硝装置 10 具备 : 使从锅炉 12 的炉膛 14 排出的 含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气流通的主流通道 16 ; 配置在主流通道 16 内且通过热 交换使燃烧排气降温的换热器 18、 20 ; 配置在同一主流通道 16 内且通过热交换使燃烧排气 降温的节煤器 22。需要说明的是, 从燃烧排气的上游侧按顺序串联设置有换热器 18、 20、 节 煤器 22。
另外, 本实施方式的排烟脱硝装置 10 还具备 : 从主流通道 16 的换热器 20 与节煤 器 22 之间分支绕过节煤器 22 而与主流通道 16 合流的旁通通道 24 ; 向在主流通道 16 中流 动的主流排气 26 与在旁通通道 24 中流动的旁通排气 28 合流后的燃烧排气供给氨气的氨 供给装置 30 ; 从供给有氨气的燃烧排气中除去氮氧化物的脱硝反应器 32。
在主流通道 16 的接近供给氨气的部位上游侧的部位设有检测燃烧排气的温度的 温度传感器 34。另外, 在旁通通道 24 内设有能够转动的旁通挡板 36, 该旁通挡板 36 根据 由温度传感器 34 检测出的温度来控制在旁通通道 24 中流通的旁通排气 28 的流通量。
需要说明的是, 氨供给装置 30 将用于还原除去燃烧排气中的氮氧化物的氨气经 由导管 37 向主流通道内引导, 使用注入喷嘴 38 向燃烧排气供给。在脱硝反应器 32 内填充 有用于除去燃烧排气中的氮氧化物的催化剂 40。
接下来, 说明利用排烟脱硝装置对从锅炉 12 的炉膛 14 排出的燃烧排气进行处理 的工序。
在锅炉 12 的炉膛 14 中燃烧而产生的燃烧排气被换热器 18、 20 及设置在最下游的 节煤器 22 热回收后, 被氨供给装置 30 注入氨气而向脱硝反应器 32 导入, 在催化剂 40 的作 用下除去燃烧排气中的氮氧化物。
这里, 在燃烧排气中存在硫氧化物 ( 尤其是 SO3)、 且排气温度低的情况 ( 根据排气 中的氨、 硫氧化物浓度而不同, 但通常在大约 250 ~ 330℃程度以下 ) 下, 燃烧排气与氨气反 应后析出酸性硫酸铵。
该酸性硫酸铵为液状因此附着在催化剂 40 的表面, 覆盖催化剂活性点而导致催 化剂的性能降低。因此, 作为运用排烟脱硝装置 10 的条件, 需要将向供给氨气的部位流入 的排气温度设定在析出酸性硫酸铵的温度以上的温度。
锅炉出口排气、 即节煤器 22 的出口排气温度与锅炉负载相关联, 在锅炉负载低的条件下出口排气温度低, 随着负载上升出口排气温度变高, 近年来, 存在将锅炉的最低运用 负载设计得更低的趋势。 其原因在于, 通过扩宽锅炉可运用负载区域, 寻求能够更灵活地应 对供电情况的变化的运用性优越的设备。
然而, 在所寻求的低负载运转中, 考虑有存在排气温度低而无法满足脱硝装置的 运用温度的情况。
进而, 在设备启动时的排气温度低的阶段更要求运用脱硝装置。 其原因在于, 作为 社会的需要, 寻求在设备运用时尽可能地运用脱硝装置从而实现更低公害的设备。
这种情况下, 同样需要在排气温度低而无法满足脱硝装置的运用温度的条件下运 用脱硝装置。
鉴于上述点, 设置绕过节煤器 22 的旁通通道 24。 即, 在旁通通道 24 中流通的旁通 排气 28 没有被节煤器 22 降温, 因此保持着高温度的状态与在主流通道 16 中流通而被降温 的主流排气 26 合流。从而, 进一步提高合流后的排气温度, 从而能够将排气温度保持为满 足脱硝装置的运用温度。
需要说明的是, 可以根据温度传感器 34 的检测温度利用节煤器旁通挡板 36 来控 制绕过节煤器 22 的旁通排气 28 的流量, 从而使供给氨气的部位的排气温度在脱硝装置的 可运用温度以上。 其中, 优选合流后的低温的主流排气与高温的旁通排气在被注入氨气前、 换言之 到达注入喷嘴 38 前混合, 从而使主流通道 16 的径向的温度分布变得均匀。其原因在于, 在 温度分布不均的情况下, 会出现在低温部分产生酸性硫酸铵、 或者在低温部分不产生酸性 硫酸铵而高温部分的温度高至必要以上的事态。换言之, 理想情况为温度分布均匀且该温 度为带有不产生酸性硫酸铵的最低限度的富余的温度。
因此, 为了使主流排气与旁通排气的合流燃烧排气的温度分布均匀, 需要将图 1 所示的从合流部至注入喷嘴 38 为止的通道尺寸 L1 设定为使各排气充分混合的长度。
其中, 若考虑在主流排气与旁通排气的合流部的各排气的流动, 则成为例如图 2 所示的情况。图 2 是放大图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 而得到的图, 表 示在主流排气与旁通排气的合流部的流动的一例。如图 2 所示, 在旁通排气相对于主流排 气以大的运动能流入的情况下, 高温的旁通排气的大部分到达流入方向的里侧 ( 主流通道 壁侧 )(d2 变大 ), 几乎不在流入方向的跟前侧遍布。 因此, 合流后的排气温度被混合而变均 匀为止耗费时间较长。
于是, 必然存在加长 L1 尺寸的需要。然而, 这与脱硝装置的紧凑设计的要求相违 背, 因此不优选。
另一方面, 为了缩短 L1 尺寸的同时充分地进行各排气的混合, 考虑有在从两排气 的合流部至注入喷嘴 38 之间设置促进排气的混合的混合器。然而, 在这种情况下, 在主流 通道 16 中产生通风损失, 从压力损失这方面来说不优选。对于该通风损失而言, 只要锅炉 负载变高, 排气温度就变高, 因此尽管不需要节煤器旁通的运用, 也会在高负载运用时产生 混合器的通风阻力。
为了应对上述问题而作出的本实施方式的排烟脱硝装置的特征在于, 在主流通道 16 的主流排气 26 与旁通排气 28 的合流部设置多个分隔板, 以下, 使用各实施例说明该特征 部的详细情况。
实施例 1
图 3 是将图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 放大的图, 是表示排烟 脱硝装置的特征部的第一实施例的图。如图所示, 在主流通道 16 内的主流排气 26 与旁通 排气 28 的合流部设有与主流排气 26 的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、 且在 旁通排气 28 的流入方向上以板面对置的三张分隔板 44。另外, 上述分隔板 44 设置成主流 排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面 向流入的旁通排气。
通过这样设置分隔板 44, 流入到主流通道 16 中的旁通排气 28 从主流排气 26 的下 游侧向上游侧顺次与分隔板 44 接触, 而在由各分隔板形成的各流路中与主流排气 26 混合 的同时向主流排气的下游流动。
因此, 旁通排气 28 从旁通排气的流入方向的跟前侧向里侧均匀地遍布, 换言之, 沿主流通道的径向均匀地遍布, 能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。另 外, 由于这些分隔板 44 与主流排气 26 的流通方向并行设置, 因此几乎不对通风阻力产生影 响, 其结果是, 不会对设备性能造成影响。
从而, 能够抑制主流通道 16 的压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快 速地均匀。另外, 由此能够缩短从两排气的合流部至注入喷嘴 38 为止的通道尺寸 L1 并同 时获得与通道尺寸 L1 长的情况下同样的混合效果, 因此能够将装置设计得紧凑。 在本实施例中, 示出了在主流通道内设有三张分隔板 44、 在该部分形成大致均匀 的四个流路的示例, 但分隔板的张数可以按从主流排气 26 和旁通排气 28 的合流部至注入 喷嘴 38 为止的通道尺寸 L1 与主流通道直径 D 的比率适当选择。
即, 通道直径 D 相对于主流排气 26 与旁通排气 28 混合的距离 L1 越大, 通道径向 的温度分布的波动变得越显著, 通过混合使温度均匀化所花费的时间越长, 因此不得不增 多分隔板 44 的张数。另外, 换言之, 由于混合特性受到由分隔板 44 划分的通道等效直径 D 与混合距离 L1 的比率的影响, 因此在混合距离 L1 短的情况下, 需要增多分隔板张数来促进 混合。
另一方面, 考虑旁通排气 28 的运动能和主流排气 26 的运动能来确定面向流入的 旁通排气 28 的各分隔板 44 的尺寸 S1 ~ S3、 及通道壁与分隔板间的尺寸 d1 ~ d3。 即, S1 ~ S3 的尺寸、 及 d1 ~ d3 的尺寸设定成使向由分隔板 44 形成的各流路流入的主流排气流量与 旁通排气流量的比相同。
在具体实践时, 使用随着近年来电子计算机的发展而计算精度飞跃提高的流动仿 真软件是有效的。
实施例 2
图 4 是放大图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 而得到的图, 是表示 排烟脱硝装置的特征部的第二实施例的图。本实施例与第一实施例同样设有分隔板 44, 进 而在旁通通道 24 中设置调整叶片, 仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其他部 分的说明。
如图 4 所示, 在旁通通道 24 的与主流通道 16 合流的合流部设置有能够转动的调 整叶片 48, 该调整叶片 48 调整旁通排气 28 向主流通道 16 流入时的流动方向。
如上所述, 在旁通通道 24 中设有旁通挡板 36, 根据温度传感器 34 的检测值改变
转动角度来调整旁通排气 28 的流量的情况下, 主流排气 26 与旁通排气 28 的流量比发生变 化。
例如, 在锅炉起动初始阶段, 节煤器出口排气温度低, 因此特性上旁通排气 28 相 对于主流排气 26 的流量比大, 其后, 锅炉负载上升且该比率变小。即, 两排气的流量比发生 变化, 因此旁通排气 28 向主流通道 16 的流入模式发生变化。
根据本实施例, 即使在这种情况下, 通过对调整叶片 48 的转动角度进行调整来调 整旁通排气 28 向主流通道 16 流入时的流动方向, 由此能够调节成向由分隔板 44 形成的各 流路流入的主流排气流量与旁通排气流量之比相同。
例如, 在从各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀的良好状态发生了主流 排气流量减少且旁通排气流量增加的情况下, 能够通过转动调整叶片 48 将旁通排气的流 入方向向主流排气的下游侧改变等流动解析来适当调整旁通排气 28 向主流通道 16 流入时 的流动方向。
另外, 即使在主流排气 26 与旁通排气 28 的流量比某种程度上固定时, 在由分隔板 44 形成的各流路中流动的旁通排气 28 的量与设计值不同而存在偏差这样的情况下, 也能 够使用该调整叶片 48 调整成均匀地流动。 调整叶片 48 的转动角度的调整可以根据主流排气 26 与旁通排气 28 的流量比来 进行。 例如, 预先通过实验等求解各排气的流量比、 与之对应使各流路中两排气流量比成为 均匀情况下的调整叶片的转动角度, 并将各排气的流量比和与之对应的调整叶片的转动角 度以表或数式等形式存储在存储器中。 然后, 在两通道设置流量计, 将流量计所测得的值作 为输入值而输出转动角度, 由此根据输出值调整转动角度。
实施例 3
图 5 是放大图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 而得到的图, 是表示 排烟脱硝装置的特征部的第三实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式, 是主流通 道 16 及分隔板 44 的样式的变形例, 因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其 他部分的说明。
如图 5 所示, 本实施例是主流通道 16 的形状随着从两排气的合流部附近朝向下游 而逐渐扩径的情况的示例。这种情况下, 分隔板 44 在合流部附近笔直地与主流排气 26 的 流通方向并行延伸, 且随着主流通道的扩径与流通方向并行地扩宽的同时延伸, 从而将主 流排气流路分隔成多个, 且分隔板 44 在旁通排气 28 的流入方向上以板面对置。另外, 分隔 板 44 设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的 上游侧偏移而面向流入的旁通排气。
本实施例的情况也与第一实施例同样, 能够使旁通排气 28 从旁通排气的流入方 向的跟前侧向里侧均匀地遍布, 换言之沿主流通道的径向均匀地遍布, 能够使各流路中的 主流排气与旁通排气的流量比均匀。
实施例 4
图 6 是放大图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 而得到的图, 是表示 排烟脱硝装置的特征部的第四实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式, 是主流通 道 16 及分隔板 44 的样式的变形例, 因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其 他部分的说明。
如图 6 所示, 本实施例是主流通道 16 的形状随着从上游侧朝向两排气的合流部附 近而逐渐缩径的情况的示例。这种情况下, 分隔板 44 在合流部附近随着主流通道的缩径而 缩小相互间的距离的同时与主流排气 26 的流通方向并行延伸, 之后与通道形状一致而笔 直地与主流排气 26 的流通方向并行延伸。
另外, 这种情况下, 分隔板 44 也将主流排气流路分隔成多个, 且在旁通排气 28 的 流入方向上以板面对置。进而, 分隔板 44 配置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通 排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。
本实施例的情况也与第一实施例同样, 能够使旁通排气 28 从旁通排气的流入方 向的跟前侧朝向里侧均匀地遍布, 换言之沿主流通道的径向均匀地遍布, 能够使各流路中 的主流排气与旁通排气的流量比均匀。
实施例 5
图 7 是放大图 1 中的主流通道 16 与旁通通道 24 的合流部 42 而得到的图, 是表示 排烟脱硝装置的特征部的第五实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式, 是表示主 流通道 16 及分隔板 44 的样式的变形例, 因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省 略其他部分的说明。
如图 7 所示, 本实施例是主流通道 16 的形状从合流部附近向下游侧弯曲形成的情 况的示例。在这种情况下, 分隔板 44 在合流部附近与主流通道的形状一致而笔直地与主流 排气的流通方向并行延伸, 之后与通道的形状一致弯曲而延伸。
这种情况下, 分隔板 44 也将主流排气流路分隔成多个, 且在旁通排气 28 的流入方 向上以板面对置。进而, 分隔板 44 配置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的 流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。
本实施例的情况也与第一实施例同样, 能够使旁通排气 28 从旁通排气的流入方 向的跟前侧朝向里侧均匀地遍布, 换言之沿主流通道的径向均匀地遍布, 能够使各流路中 的主流排气与旁通排气的流量比均匀。
总之, 即使在主流通道具有扩大、 缩小、 弯曲等形状的情况下, 通过在主流通道内 的主流排气与旁通排气的合流部设置与主流排气的流通方向并行且将主流排气流路分隔 成多个、 且在旁通排气的流入方向上以板面对置的多个分隔板, 并且这些分隔板设置成主 流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而 面向流入的旁通排气, 由此能够抑制通道的压力损失增加的同时使合流后的排气的温度快 速地均匀。
此外, 主流通道的扩大、 缩小、 弯曲等形状可能会成为使气体流动产生紊乱的主要 原因, 但分隔板 44 还起到对气体流动进行整流的作用, 因而优选。
符号说明
10 排烟脱硝装置
12 锅炉
14 炉膛
16 主流通道
18、 20 换热器
22 节煤器24 26 28 30 32 36 44 48旁通通道 主流排气 旁通排气 氨供给装置 脱硝反应器 旁通挡板 分隔板 调整叶片