废气混合装置的制作方法

本发明涉及废气混合装置，尤其是涉及具备在脱硝装置的脱硝催化剂层的上游侧的废气管道的流路截面中设置的多个气体混合器的废气混合装置，该脱硝装置被导入有添加了对燃烧废气中的氮氧化物进行还原的还原剂的燃烧废气。

背景技术：

在发电所等，为了对从燃烧设备产生的燃烧废气中的氮氧化物进行处理，通常使用脱硝装置。燃烧设备是燃煤、燃气、燃油等锅炉以及燃气涡轮等的燃烧设备。脱硝装置在上游侧向废气中添加氨以及氨化合物等还原剂，在设置于脱硝装置内的脱硝催化剂的基础上使还原剂与废气中的氮氧化物发生反应而还原处理为氮。还原剂基本上以气体的形式供给或者将溶液直接向废气中喷雾。在溶液喷雾的情况下，也被高温废气加热气化，因此，结果以气体状添加。

然而，例如在1000mw级别的发电设备的情况下，脱硝处理对象的废气量达到300万m³n/h。与此相对，还原剂即使包括稀释用空气等在内也才为9000m³n/h。即，废气量相对于还原剂气体而言为300倍的程度，因此，为了提高脱硝效率，需要使极少量的还原剂气体均匀地分散到大量的废气中。尤其是，存在氮氧化物(nox)向系统外部的排出限制被强化的趋势，要求例如脱硝率为90％以上。另一方面，作为还原剂的未反应的氨从脱硝装置流出的滑氨浓度被限制为几ppm以下。为了满足这样的限制，在脱硝催化剂上游将氨(nh3)与氮氧化物(nox)的摩尔比控制为不超过1是重要的。

例如，在专利文献1中提出了如下的方案：将废气管道的流路截面分割为多个区域，针对各个区域配置多个氨注入喷嘴，针对各区域独立地控制氨注入量。由此，能够实际测量脱硫催化剂出口的流路截面中的nox浓度或滑氨浓度，针对各区域对氨注入量进行反馈控制而进行微调整。

另外，通常使用专利文献2所示那样的气体混合器。该气体混合器被设置于氨注入喷嘴与脱硝催化剂之间的废气管道中，能期待将废气与氨气混合的效果。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4069196号

专利文献2：日本特许第4539930号

专利文献3：日本实开平6-31826号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，即使利用专利文献1的方法，由于废气管道的传递方向等的敷设形状、导叶的有无、废气管道尺寸等，反映氨注入量的增减的部位会发生变动，因此，也不容易进行氨注入量的调整。另外，在废气管道截面的各部位处的废气流速以及nox浓度会产生偏差。此外，即便使某一区域内的氨注入量增减，其延长上的部位的氨浓度也并不一定增加。因此，即便将氨喷嘴数增加到极限，状况也是相同的，与管道截面的各部位的废气流速以及nox浓度的偏差对应地调整氨(nh3)注入量是困难的作业。

由此，为了满足nox的出口浓度且不排出过量的nh3，需要在脱硝催化剂的入口侧的废气流路截面的整个区域以较高的比例使nh3/nox的摩尔比均匀。另外，若发电负荷变化，则气体流速、nox浓度也发生变动，因此，需要假定各种状况来决定调整条件。这样，nh3/nox的摩尔比变动率(cv＝标准偏差/平均值)需要成为7％以下。而且，需要在有限的较短的管道长度内实现。另外，若设备的发电负荷变化，则气体流速、氮氧化物浓度也发生变动，因此，需要假定各种状况来决定调整条件。

另外，专利文献2所示那样的混合器通常通过提高压力损失来提高整流效果，利用使氨喷嘴上游的废气流速均匀化的效果，容易使nh3/nox的摩尔比均匀化。而且，通过对氮氧化物浓度不同的部位相互进行搅拌而起到均匀化的效果，谋求在比较短的距离内实现摩尔比的均匀化。但是，存在有压力损失高且风扇动力增加的问题。

专利文献3所记载的气体混合器不太能够期待由回旋流引起的气体的混合。对此，期望在较短的管道长度内使废气管道的流路截面中的废气流速均等化，以及使脱硝催化剂的进入侧的nh3/nox的摩尔比变动率(cv＝标准偏差/平均值)足够低。但是，这样的话，存在压力损失变大、引导废气的风扇动力增加的问题。

本发明要解决的课题在于，提供一种压力损失的增加小、且能够促进废气的混合的紧凑的废气混合装置。

用于解决课题的方案

为了解决本发明的课题，本发明提供一种废气混合装置，其具备在具有脱硝催化剂的脱硝装置的上游侧的废气管道的流路截面中设置的多个气体混合器，该脱硝装置被导入有添加了对燃烧废气中的氮氧化物进行还原的还原剂的所述燃烧废气，所述废气混合装置的特征在于，所述气体混合器具有供所述燃烧废气流通的气体流路，该气体流路将长方体空间的平行的两个面的一方设为气体流入面，将另一方设为气体流出面，所述气体流路的所述气体流入面和所述气体流出面分别被通过各面的中心的直线划分为对称的相同面积的至少四个区域，所述气体流路具备气体流路隔板，该气体流路隔板将向所述气体流入面的所述各区域流入的所述燃烧废气向位于绕连结所述气体流入面与所述气体流出面的所述中心的线段使所述区域逐一地偏移了的位置的所述气体流出面的所述各区域引导。

通过这样构成，根据本发明的气体混合器，向废气流入面的各区域流入的燃烧废气在气体流路隔板的作用下，气体流动方向绕连结气体流入面与气体流出面的中心的线段(例如绕顺时针或绕逆时针)逐个区域发生偏流地从气体流出面流出。其结果是，在本发明的气体混合器中流通的燃烧废气的主流受到回旋力而从气体流出面排出。通过该回旋流，促进了燃烧废气与还原剂的混合，能够在脱硝装置的上游使向废气管道(烟道)内供给的少量的还原剂等在短距离内均匀地分散。而且，由于流入的燃烧废气的偏流角最大为90°，因此，能够抑制与燃烧废气的回旋流相伴的压力损失的增加。若使气体流入面与气体流出面的划分区域超过四个，则回旋力减弱，但能够进一步抑制压力损失的增加。需要说明的是，本发明的废气混合装置在沿废气的流动方向设置有多个脱硝催化剂层的情况下，也能够应用于在脱硝催化剂层与脱硝催化剂层之间设置于流路截面的情况。

在此，优选的是，所述气体流路隔板包括将连结所述气体流入面与所述气体流出面的所述中心的线段作为共用边的至少四个隔板单元，所述隔板单元由遮挡所述气体流入面与所述气体流出面的对称位置的所述区域之间的气体流动的弯折板形成。

尤其优选的是，所述气体流路的所述气体流入面和所述气体流出面分别被与各面的边平行且通过各面的中心的正交的两条直线划分为四个区域。这样，针对向本发明的气体混合器流入的燃烧废气的主流，有效地形成回旋流。另外，能够抑制压力损失的增加。

优选的是，该情况下的所述气体流路的所述气体流入面和所述气体流出面分别被与该各面的边平行且通过该各面的中心的正交的两条直线划分为四个矩形区域，所述气体流路隔板通过使将连结所述气体流入面与所述气体流出面的所述中心的线段作为共用边的四个隔板单元绕所述共用边以90°倾角旋转而配置，所述隔板单元由遮挡所述气体流入面与所述气体流出面的对称位置的所述矩形区域之间的气体流动的弯折板形成。

此外，具体而言，优选的是，如图1(b)所示，在将所述气体流入面的所述矩形区域的各顶点的三维坐标[xyz]从所述正交的两条直线的交点起绕顺时针分别设为[000]、[100]、[110]、[010]，将这些顶点的对称位置的所述气体流出面的所述矩形区域的各顶点的三维坐标[xyz]从所述正交的两条直线的交点起绕顺时针分别设为[001]、[101]、[111]、[011]时，所述隔板单元由如下所述的四个三角形板a～d形成。

三角形板a是将连结所述顶点[100]与所述顶点[011]的线段l1作为底边、且将连结所述顶点[110]与所述顶点[111]的线段l2上的点p1作为顶点的三角形的平板。三角形板b是将所述共用边l3作为底边、且将所述线段l1上的点p2作为顶点的三角形的平板。三角形板c是将连结所述顶点[000]与所述顶点[100]的线段l4作为底边、且将所述点p2作为顶点的三角形的平板。三角形板d是将连结所述顶点[011]与所述顶点[001]的线段l5作为底边、且将所述点p2作为顶点的三角形的平板。

根据上述的由三角形板a～d的隔板单元构成的气体流路隔板，对所流入的燃烧废气的流动赋予绕顺时针的回旋力。但是，本发明不局限于赋予绕顺时针的回旋力的气体流路隔板，也可以对所流入的燃烧废气的流动赋予绕逆时针的回旋力。参照图1(b)进行说明的话，该情况为，通过由四片三角形板构成的隔板单元依次偏移地形成气体流路隔板，以使流入到气体流入面侧的1/4的区域的左上的区域的燃烧废气从气体流出面侧的1/4的区域的左下右上的区域流出，且使流入到气体流入面侧的1/4的区域的左下的区域的燃烧废气从气体流出面侧的1/4的区域的右下左上的区域流出。

发明效果

根据本发明，能够提供压力损失的增加小、且能够促进废气的混合的废气混合装置。另外，本发明的废气混合装置在废气的行进方向上不需要空间，是紧凑的，因此，也能够追设于废气管道的狭窄部位。

附图说明

图1是说明本发明的气体混合器的实施例1的构造的立体图。

图2是示出将实施例1的气体混合器配置于废气管道的流路截面的整面的废气混合装置的结构的图。

图3是说明本发明的气体混合器的实施例2的构造的立体图。

图4是说明本发明的气体混合器的实施例3的构造的立体图。

图5是示出比较例3的气体混合器和将该气体混合器配置于废气管道的流路截面的整面的废气混合装置的结构的图。

具体实施方式

以下，基于实施例来说明本发明。

实施例1

图1(a)示出本发明的实施例1的气体混合器1的立体结构图。本实施例1的气体混合器1设置在具备脱硝催化剂的脱硝装置的上游侧的废气管道的流路截面中，该脱硝装置被导入有添加了对燃烧废气中的氮氧化物进行还原的还原剂的燃烧废气。通常，大多情况下，用于大型发电设备的具备脱硝催化剂的脱硝装置的流路截面为方形，向该脱硝装置导入废气的废气管道的流路截面也为矩形。因此，本实施例的气体混合器1作为应用于将废气管道的流路截面分为多个矩形区域、并将与该矩形区域对应的尺寸的气体混合器重叠多层且排列为多列而构成的废气混合装置的气体混合器进行说明。

如图1(a)所示，本实施例1的气体混合器1形成为具有供从图示箭头2所示的方向流入的燃烧废气g流通的长方体空间3的气体流路。本实施例的气体流路由在长方体空间3的与气体流入方向2平行的面上配置平板4(a～d)而成的截面矩形的矩形流路壁4形成。在图中，截面矩形的矩形流路壁4的近前侧的开口面成为气体流入面，里侧的开口面成为气体流出面。在截面矩形的矩形流路壁4的内部配置有由形成为相同形状的四个隔板单元6a～6d构成的气体流路隔板6。隔板单元6a～6d全部形成为相同形状。

本实施例1的气体流路的气体流入面和气体流出面分别被与气体流入面和气体流出面的边平行且通过气体流入面和气体流出面的中心7、8的正交的两条直线(9a、9b)、(10a、10b)划分为对称的相同面积的各四个矩形区域。气体流路隔板6形成为，将向气体流入面的各区域流入的燃烧废气g向位于绕将气体流入面与气体流出面的中心7、8连结的线段l3、在本实施例中绕顺时针使区域逐一偏移了的位置的气体流出面的各区域引导。即，使隔板单元6a～6d以线段l3为共用边，绕共用边以90°倾角(pitch)、在本实施例中绕顺时针旋转而设置。

隔板单元6a～6d由遮挡气体流入面与气体流出面的对称位置的矩形区域之间的气体流动的弯折板形成。参照图1(b)，对隔板单元6a的结构详细进行说明。如图所示，隔板单元6a由四片三角形板a～d构成。此时，将气体流入面的矩形区域的各顶点的三维坐标[xyz]从正交的两条直线9a、9b的交点7起绕顺时针分别设为[000]、[100]、[110]、[010]。另外，将这些顶点的对称位置的气体流出面的矩形区域的各顶点的三维坐标[xyz]从正交的两条直线10a与10b的交点8起绕绕顺时针分别设为[001]、[101]、[111]、[011]。

三角形板a是将连结顶点[100]与顶点[011]的线段l1作为底边、且将连结顶点[110]与顶点[111]的线段l2上的点p1作为顶点的三角形的平板。三角形板b是将共用边l3作为底边、且将线段l1上的点p2作为顶点的三角形的平板。三角形板c是将连结顶点[000]与顶点[100]的线段l4作为底边、且将点p2作为顶点的三角形的平板。三角形板d是将连结顶点[011]与顶点[001]的线段l5作为底边、且将点p2作为顶点的三角形的平板。三角形板a的点p1的在线段l2上的位置也可以从线段l2的中心起在线段l2的长度的1/3以内前后移动。另外，三角形板b～d的点p2的位置也可以从线段l1的中心起在线段l1的长度的1/3以内前后移动。

另外，虽然省略了图示，但隔板单元6b～6d与隔板单元6a同样，由三角形板a～d形成为相同的形状，以线段l3为共用边，绕共用边以90°倾角、在本实施例中绕顺时针旋转而设置。隔板单元6a～6d的与平板4(a～d)相接的缘部分别通过焊接等固定于平板4(a～d)。未与平板4(a～d)相接的隔板单元6a～6d的缘部如图1(b)所示那样通过焊接等固定于沿着正交的两条直线(9a、9b)、(10a、10b)以及线段l3而设置的管等棒状的支承构件11。

图2示出将本实施例1的气体混合器1作为网格单元而构成的废气混合装置的一例。如图所示，示出将气体混合器1以相邻的方式配置在脱硝装置的上游侧的废气管道25内的整个截面的例子。在实施例1中，由配置平板4(a～d)而成的截面矩形的矩形流路壁4包围气体流路隔板6a～6d的构造体，但在不设置截面矩形的矩形流路壁4的情况下，成为图示那样的情况。需要说明的是，图2是一例，本发明的废气混合装置构成为，将多个气体混合器1以多层、多列的方式配置在脱硝装置的上游侧的废气管道25的流路截面的至少一部分。即，在以两层、多列的方式配置气体混合器1的情况下，设置水平隔板14和垂直隔板15，气体混合器1的整体的外周壁利用废气管道25的外周壁。

大多情况下，用于大型发电设备的具备脱硝催化剂的脱硝装置的流路截面为方形，其上游的废气管道的截面也为矩形。因此，气体混合器1的气体流路的截面尺寸优选与废气管道的截面的纵横尺寸中的较短的尺寸配合地决定。例如，在本实施例1中，废气管道的尺寸假定为18.4m×4.6m。考虑到制造的容易性和维护性，气体混合器1的截面尺寸以较短的尺寸4.6m的二分之一即2.3m作为基准。需要说明的是，气体混合器1的尺寸根据气体流速、摩尔比的分布规律、还原剂注入喷嘴的调整区域的尺寸而适当设定。例如，本发明的气体混合器1是产生回旋流的类型，因此，优选从气体流动方向观察呈正方形截面。但是，也可以根据废气管道的尺寸而稍微改变纵横比。在本实施例1中，通过采用2.3×2.3m的正方形，就废气管道的横宽尺寸来说也合适地进入。

根据以上说明的实施例1的气体混合器1，向废气流入面的四个矩形区域流入的燃烧废气g在气体流路隔板6(a～d)的作用下，气体流动方向绕连结气体流入面与气体流出面的中心的线段l3(例如绕顺时针)逐个区域发生偏流地从气体流出面流出。其结果是，在本实施例的气体混合器1中流通的燃烧废气g的主流受到回旋力而成为回旋流后从气体流出面排出。通过该回旋流，促进了燃烧废气g与作为还原剂的例如氨的混合。其结果是，能够在脱硝装置的上游使向废气管道(烟道)内供给的少量的还原剂等在短距离内均匀地分散。而且，由于流入的燃烧废气g的偏流角为90°，因此，能够抑制与燃烧废气g的回旋流相伴的压力损失的增加。需要说明的是，若采用使气体流入面与气体流出面的划分数量超过四个的区域，则回旋力变弱，但能够进一步抑制压力损失的增加。

例如，通过使用本实施例的气体混合器1来构成废气混合装置，能够使nh3/nox的摩尔比的变动率cv(标准偏差/平均值)成为7％以下，气体流速的变动率cv(标准偏差/平均值)成为15％以下。而且，能够抑制气体混合器1的压力损失的增大。

实施例2

图3示出本发明的实施例2的气体混合器30的立体结构图。本实施例2与实施例1的气体混合器1的不同之处在于，通过仅在长方体空间3的与气体流入方向2平行的上下两个面配置平板4a、4c、而省略垂直方向的另外两个面的隔板来形成气体流路。换言之，与向长方体空间流入的气流平行的四个面中的对置的一对两个面由平板形成，另一对两个面开放。其他方面与实施例1相同，因此标注相同的附图标记并省略说明。

实施例3

图4示出本发明的实施例3的气体混合器40的立体结构图。本实施例3与实施例1的气体混合器1或实施例2的气体混合器30的不同之处在于，长方体空间3的与气体流入方向2平行的四个面的平板4a～4d全部省略。即，与向长方体空间3流入的气流平行的四个面开放。另外，虽然未图示，但气体流路隔板6的隔板单元6a～6d使缘部通过焊接等固定于管等棒状的支承构件来确保强度。

接着，在表1中，将本发明的实施例1～3的nh3/nox的摩尔比的变动率cv[％]、气体流速的变动率cv[％]以及压力损失[pa]的数值解析结果与比较例1～3的数值解析结果对比地示出。比较例1是未设置各实施例1～3的气体混合器的废气管道的例子。比较例2是设置专利文献2的气体混合器而构成废气混合装置的例子。比较例3是将图5(a)所示的专利文献3的气体混合器如图5(b)所示那样设置于废气管道25而构成废气混合装置的例子。

需要说明的是，表1所示的数值解析是使用数值解析软件fluentver6，赋予成为入口面的气体流速的变动率cv＝20％这样的初始值，并通过实体设备规模的废气混合装置而进行的。另外，氨喷嘴也使用再现实体设备尺寸的构造，根据入口气体流速使氨注入量变化。

[表1]

如表1所示可知，与不具备气体混合器的比较例1相比，实施例1～3均为压力损失升高40pa左右，但nh3/nox的摩尔比cv低，混合性优异。即，比较例1由于不具备气体混合器，因此，虽然气体流速cv不存在问题，但nh3/nox的摩尔比cv为9.2％而最高，不满足通常要求的7％。

另外可知，与比较例2相比，实施例1～3均为压力损失低，nh3/nox的摩尔比cv、气体流速cv均较低，因此混合性和整流性能都优异。即，比较例2的nh3/nox的摩尔比cv与比较例1相比几乎不变化，若比起本实施例1～3，则认为效果小。

与比较例3相比，实施例1～3均为压力损失、nh3/nox的摩尔比cv均较低，混合性优异。然而，比较例3的气体混合器是使两片三角形板17、18的组在顶点部交错地正对的构造，且成为如下构造：从入口进入的气体流由上游侧的两片三角形板17暂时向两个方向分散之后，由于下一组两片三角形板18存在于交错的位置，因此进行合流而从出口面流出。即，主要是对气流进行节流的效果，并非对气体流赋予较大的回旋流的构造。由此可知，本发明的实施例1～3的气体混合器相对于比较例1～3而言效果高。

以上，基于实施例对本发明进行了说明，但本发明不局限于此，本领域技术人员显然能够以在本发明的主旨的范围内变形或变更后的方式来实施，这样的变形或变更后的方式当然属于本发明的技术范围。

例如，在上述实施例1～3中，组合三角形板a～d而形成了气体流路隔板6的隔板单元6a～6d，但不局限于此。总之，也可以使用加工成缓和的曲面的平板而形成，以便将向气体流入面的各区域流入的燃烧废气g向位于绕连结气体流入面与气体流出面的中心的线段l3使区域逐一偏移了的位置的气体流出面的各区域引导。

另外，上述实施例1～3的气体流路隔板6形成为，将向气体流入面的各区域流入的燃烧废气g向位于绕连结气体流入面与气体流出面的中心的线段、绕顺时针使区域逐一地偏移了的位置的气体流出面的各区域引导。但是，即便本发明形成为，将向气体流入面的各区域流入的燃烧废气g向位于绕连结气体流入面与气体流出面的中心的线段、绕逆时针使区域逐一地偏移了的位置的气体流出面的各区域引导，技术效果也相同。

此外，本发明的气体流路也可以通过使多个等腰三角形的板材的边彼此接合而形成，且所述板材的接合部形成为使成为凹状或凸状的接合部邻接或者凹部与凸部相对于气体流动方向依次交替。

附图标记说明

1气体混合器

3长方体空间

4矩形流路壁

6气体流路隔板

6a～6d隔板单元

7气体流入面的中心

8气体流出面的中心

9a、9b正交的两条直线

10a、10b正交的两条直线

a～d三角形板

l1～l5线段

p1、p2点。