【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一部が触媒材料から成っている定置の蓄熱体または回転する蓄熱体に熱い側から有害物質低減剤を供給することにより、有害物質を含み他の媒体と熱交換される排ガスを蓄熱式熱交換器を用いて処理する方法及び装置に関するものである。 この場合熱交換器は、空気予熱器(Luvos)及びガス予熱器(Gavos)としても使用することができる。

【０００２】

【従来の技術】発電所及び工業用燃焼設備では、排ガスは蓄熱式熱交換器内で燃焼空気を予熱するために利用される。 この予熱過程において、例えば排ガス中に含まれている窒素酸化物（ＮＯ _X ）を十分に低減させることができる。 この場合、蓄熱式熱交換器（蓄熱式空気予熱器）の蓄熱体（定置の蓄熱体として構成してもよいし、
或いは回転する蓄熱体として構成してもよい）はその全体または一部が触媒作用をするように実施され、とくに低減剤としてアンモニア（ＮＨ ₃ ）が添加される。 従って、蓄熱式空気予熱器、即ち蓄熱式熱交換器内に触媒部を配置してＮＨ ₃を添加することにより窒素酸化物を低減させる（脱酸）ようにした、触媒による窒素酸化物低減方法ないしは装置である。 ＮＯ _Xを含んだ排ガスは通常は燃焼装置の煙ガスであり、蒸気発生器の端部において蓄熱式熱交換器を貫流して、燃焼空気を予熱させる。

【０００３】このため、ＮＨ ₃を蒸気状にして、担持ガスとしての空気に混合させて加圧状態で、燃焼装置から出る排ガスに供給するか、或いはＮＨ ₃を水に溶解させて無圧状態で排ガスに供給することにより、燃焼装置の排ガス中の窒素酸化物を選択的に低減させることが知られている。 排ガスダクトには、適当な組み込み部品を備えた混合区帯が設けられているが、この混合区帯は、排ガスが触媒部に侵入するまで排ガス中でアンモニア及び温度を房状に分布させるためのものである。 触媒部または蓄熱体の前方には、排ガス案内中に反応温度を最適にさせることを考慮して、燃焼用の燃焼空気に排ガスの熱を伝動させるための、回転する蓄熱式熱交換器が配置されている。 触媒部としては、排ガス流動方向が鉛直方向下向きになっている固定ベッド式触媒部を複数個設けるのが特に優れている。 複数個の固定ベッド式触媒部のうちいくつかは、窒素酸化物を除去されるべき排ガスの作用を受ける。 ハニカム体として構成された固定ベッド式触媒部は、触媒作用物質としてバナジウム化合物を有している。 バナジウム化合物は、あらかじめ排ガス中に供給され触媒部に達するまでの経路上で細かく分布されて混入せしめられるＮＨ ₃とともに、窒素酸化物の置換を促進させる。 排ガス中に含まれる窒素酸化物との反応により、反応生成物としての窒素と水は分子状になり、無害の物質として大気中に排出される。

【０００４】欧州特許第０１９６０７５号公報及び第０
２５７０２４号公報により、低減剤を原ガス側、煙ガス側または排ガス側へ供給し、或いは純粋ガス側または空気側へ供給し、或いはガス側にも空気側にも供給することが知られるようになった。 従ってＮＨ ₃は、煙ガスが触媒部に侵入する前に煙ガスに混入せしめられるか、或いは加熱されるべき新気が触媒部に侵入する前に該新気に混入させるか、或いは両方の組合せで混入せしめられる。 いずれにしても煙ガスに含まれる窒素成分、即ちＮ
Ｈ ₃は触媒により無害の成分に置換せしめられる。

【０００５】公知の熱交換器では、ＮＨ ₃を空気側に供給する場合も、また煙ガス側に供給する場合も、漏れが生じる。 空気側にＮＨ ₃を供給する場合、パッキンが設けられているにもかかわらず、ある程度の低減剤が純粋ガス側から、清浄化される煙ガスの側へ達することを避けられない。 従って、この漏れた低減剤は失われ、その後に接続された装置部品に作用を及ぼす。 最後に、空気側にＮＨ ₃を供給する場合、即ち熱交換器の冷たい空気側からＮＨ ₃を供給する場合、触媒作用をしない、比較的低温の加熱面も打撃を受ける。 この場合、この加熱面のゾーンにあるＮＨ ₃の一部が、例えば燃焼空気の予熱の際に補償及び（または）吸収されることにより、空気側から煙ガス側へ伝えられることがある。 これと同時に、排ガス中のＮＨ ₃の過剰分の随伴現象が生じるばかりでなく、煙ガスと一緒に運ばれる飛翔塵埃がＮＨ ₃を汚染する度合いも高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記欠点を解消して、ＮＯ _Xをできるだけ低減させるために、反応率を向上させるとともに、低減剤が煙ガス流内に侵入して環境に放出されないような、冒頭で述べた種類の方法及び装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するため、方法においては（請求項１）、低減剤を、
有害物質を含んでいる排ガスとは切り離して触媒部に直接供給し、しかも残りの加熱面（蓄熱室の加熱面）と接触せずに供給することを特徴とし、装置においては（請求項４）、二つのフード翼部内に、熱交換器の全半径にわたって延びる少なくとも単腕のノズル装置が配置されていることを特徴とするものである。

【０００８】本発明の認識は、熱交換器の熱い側から供給された低減剤を最短距離で直接に触媒部加熱面に供給し、触媒部加熱面の深さに達する程度だけ蓄熱体の中へ吹き込むことにある。 換言すれば、低減剤は蓄熱室の比較的低温範囲にある加熱面には達しない。 よって低温剤が濃縮することがなく、空気側から煙ガス側へ伝えられることがない。 よって排ガス中に低減剤は含まれない。

【０００９】請求項２によれば、低減剤を、煙ガスまたは空気流内にある触媒部に自由放射ノズルシステムを介して供給する。 このことは、例えば空気予熱器の場合には、触媒要素を備えた蓄熱体の熱い側で低減剤を、自由放射内で発生する空気流とは逆方向から噴射することを意味している。 ここで自由放射とは、ノズルから噴射される媒体の流動形状において、媒体の運動エネルギーにより媒体が周囲の雰囲気中を自由に運動すること、即ち特別のダクトまたは誘導部品なしに触媒要素に向けて流動することである。

【００１０】請求項３によれば、空気から煙ガスへ、または純粋ガスから原ガスへ交替するときに、熱交換媒体を分離しているパッキンシステムの内部で低減剤を触媒部に供給する。 この場合、自由放射方法とは異なり、低減剤は別個のダクト内で触媒に供給される。 このため、
ノズル装置を、半径方向のパッキン板内に配置される流動ダクトとして構成するのが有利である（請求項８）。

【００１１】低減剤をパッキンシステムの別個のダクトを介して供給する場合、低減剤はある種のチャンバー部分洗浄のように添加することができる。 その際それぞれの蓄熱室セルは、冷たい側で、対応するラジアルパッキン板から自由になり、流入する低減剤は煙ガス充填部を部分的に洗浄し、触媒ゾーンの端部まで侵入する。 移行段階の後、即ちＮＨ ₃の供給を受けた蓄熱室セルが冷たい側で密閉される移行段階の後、パッキン板は再び蓄熱室セルの横断面を開放し、その結果この時点で、例えばこの蓄熱室セルに侵入する空気が対向流として、残留の煙ガスと過剰のＮＨ ₃を洗浄する。 この場合触媒部では、流出する媒体は低減剤に反作用せず、さらに触媒部への低減剤の供給にたいしては長い滞留時間が得られる。

【００１２】請求項４に記載の本発明による装置によれば、自由放射を伴う噴射のため、すでに述べたように、
二つのフード翼部内に、熱交換器の全半径にわたって延びる少なくとも単腕のノズル装置が配置されている。 このため、請求項５によれば、１本のアームまたは複数のアームが、スリットノズルを備えている。

【００１３】或いは、請求項６によれば、１本のアームまたは複数のアームが、熱交換器の半径方向に分配して配置される個別ノズルを備えていてもよい。 スリットノズルまたは個別ノズルの列は、触媒部の表面がどの位置においても同量の低減剤を受けられるように構成されている。

【００１４】請求項７によれば、ノズル装置は角度調整可能である。 即ちノズル装置は、フード内での位置を調整可能である。 これにより、上部フードのひとつのフード翼部または両フード翼部内で、ノズル装置を低減剤の吸収に最も好都合な温度範囲にさらすことができる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

【００１６】図１に図示した、空気予熱器として構成された蓄熱式熱交換器１には、図示していない蒸気発生器からダクト２を介して、ＮＯ _Xを含んだ熱い排ガスが供給される。 従って、熱い排ガスである原ガス（以下では単にガスＧと記す）は、上方から蓄熱式熱交換器１内へ流入する。 蓄熱式熱交換器１は、その中央部分に、連続的にまたは間歇的に周回している触媒部を有している。
触媒部は、触媒性の蓄熱体３と、該蓄熱体３の下方に配置された蓄熱室４とを有している。 触媒部の両側、即ち触媒部の上方と下方には、よって蓄熱体３の上方及び蓄熱室４の下方には、それぞれセグメント状のフード５，
６が設けられている。 触媒部が回転運動するので、常に蓄熱体３及び蓄熱室４の個々の部分（セル）が、有害物質で汚染された熱いガスＧにさらされる。 ガスＧが触媒作用する蓄熱体３を通過する際、有害物質低減剤としてのＮＨ ₃による吸収により、ＮＯ _Xが低減される。 同時に蓄熱体３と蓄熱室４の加熱面はガスＧによって加熱される。 その際ガスＧは冷却され、清浄化された状態で蓄熱式熱交換器１の下端からダクト７を介して排出される。

【００１７】蓄熱式熱交換器１、即ち図示した空気予熱器の下端からフード６に管８が接続されている。 管８
は、冷たい清潔な燃焼空気（以下では単に空気Ｌと記す）をガスＧにたいする対向流として、フード６を介して、ガスＧによって加熱される蓄熱体３または蓄熱室４
の加熱面に供給する。 空気Ｌは熱吸収により前記加熱面を冷却し、上部フード５を介して熱い空気としてダクト９から排出され、燃焼装置に供給される。

【００１８】ＮＯ _Xを低減するため、低減剤としてのＮ
Ｈ ₃はあらかじめ加熱された担持空気とともに、ガスＧ
を供給するためのダクト２とは別個の供給管１０により蓄熱式熱交換器１の熱い側から上部フード５を介して導入され、上部フード５からノズル装置１１を介して蓄熱体３の加熱面に供給される。 図１に図示したノズル装置１１は、複数のアーム１３を有している。 アーム１３は供給管１０から分岐しており、それぞれフード翼部５
ａ，５ｂ内の扇形空気室１２（図２参照）内を蓄熱式熱交換器１の外周まで延びている。 アーム１３は、一列の個別ノズル１４を備えている。 個別ノズル１４の代わりに、アーム１３は連続するスリットノズル１５を担持していてもよい（図２参照）。 扇形空気室１２は、パッキン板１６により扇形ガス室１７にたいして密封されている。 個別ノズル１４またはスリットノズル１５は、低減剤ＮＨ ₃を担持空気とともに自由放射として蓄熱体３の加熱面セット内へ噴射する。 その際低減剤ＮＨ ₃が加熱面セット内へ侵入する深さは、触媒加熱面に達する程度にすぎない。 よって低減剤ＮＨ ₃は、より低温範囲にある蓄熱室４の加熱面には達しない。

【００１９】図３と図４に図示したようにして低減剤を供給する場合、ノズル装置１１は、互いに対角線方向に対向している半径方向のパッキン板１６ａ内に配置される流動ダクト１８として構成されている。 その結果、閉じた供給が行われる。 パッキン板１６ａの別々の流動ダクト１８に低減剤を供給することにより、図４に示すようにチャンバー部分洗浄を行なうことができる。 この場合、触媒部の冷たい側の個々の蓄熱室セル４ａは対応するラジアルパッキン板１６ｂ、即ち蓄熱室４に付設されるラジアルパッキン板１６ｂによって開放され、流動ダクト１８を介して供給された低減剤は煙ガス充填部を洗浄しながら触媒部ゾーンの端部まで浸透する（図４の位置Ｉを参照）。 移行段階の後、即ちＮＨ ₃の供給を受けた蓄熱室セル４ａが冷たい側で密閉される移行段階（図４の位置ＩＩを参照）の後、パッキン板１６ｂは再び蓄熱室セル４ａの横断面を開放し（図４の位置ＩＩＩを参照）、その結果この時点で、例えばこの蓄熱室セル４ａ
に侵入する空気が対向流として、残留の煙ガスと過剰のＮＨ ₃を洗浄し、ダクト９（図１を参照）を介して燃焼装置へ搬出する。 このことは、ＮＨ ₃で汚染されていない排ガスが周囲へ排出されることを意味している。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、反応率を向上させてＮ
Ｏ _Xを最大限に低減させることができるとともに、低減剤が煙ガス流内に侵入して外部へ放出されないので、環境を汚染することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による蓄熱式熱交換器を示し、触媒部が熱い側から低減剤の供給を受け、低減剤供給部が自由放射ノズル装置として構成された蓄熱式熱交換器の、図２
の線Ｉ−Ｉによる断面図である。

【図２】図１の蓄熱式熱交換器の線ＩＩ−ＩＩによる断面図である。

【図３】蓄熱式熱交換器のフードの、図２と比較可能な断面図であり、ノズル装置の流動ダクトが扇形空気室と扇形ガス室との間に延びているパッキン板内に配置されている実施例の断面図である。

【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶによる横断面図であり、触媒作用する上部蓄熱体と、熱交換器の下部にある触媒部との横断面図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱式熱交換器 ５ａ，５ｂ フード翼部 １１ ノズル装置 １３ アーム １４ 個別ノズル １６ａ パッキン板 １８ 流動ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー ニッゲシュミット ドイツ デー・57462 オルペ クーアフ ュルスト・ハインリヒ・シュトラーセ 22