JP2005046830A - 排ガス処理塔 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来以上に排ガスの流速を上げることで排ガスの処理効率を高めること、あるいは同等の性能で小型化を図ることのできる排ガス処理塔を提供することを目的とする。
【解決手段】 排ガス処理塔１０Ａにおいて、液滴発生部材２０を備えることで、液柱Ｃだけでなく、液滴発生部材２０の近傍に液滴Ｍを発生させ、浮遊させるようにした。また、スプレーノズルから液を噴出させ、液柱Ｃとは異なる領域に液膜を存在させるようにすることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種プラントやボイラ等に備えられる排ガス処理塔に関する。

各種プラントやボイラの排ガス中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯ₂）を除去するため、気液接触方式の排ガス処理塔が用いられている。
この排ガス処理塔には、硫黄酸化物の吸収液を上方に向けて柱状に吐出する、いわゆる液柱式のものがある（例えば、特許文献１参照。）。図２１に示すように、このような液柱式の排ガス処理塔１では、下部側方に形成された導入口２から排ガスを導入し、これが上方の排出口３に向けて流れる間に柱状に吐出された液柱Ｃに接触することで、排ガス中に含まれる硫黄酸化物が除去されるようになっている。

実開昭５９−５３８２８号公報（第１図）

このような液柱式の排ガス処理塔１において、排ガスの処理効率（単位時間あたりの処理量）を向上させるには、装置を大型化するか、排ガスの流速を上げる必要がある。
しかしながら、設備の大型化が望ましくないのは言うまでもない。そこで、排ガスの流速を現状以上に上げることを検討すると、図９に示すように、従来の排ガス処理塔１では、ある一定以上の流速に上げると、液柱Ｃで硫黄酸化物を除去し切れず、排ガスがそのまま吹き抜けてしまい、処理効率の向上が困難となる、という問題がある。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、従来以上に排ガスの流速を上げることで排ガスの処理効率を高めること等を目的とする。

かかる目的のもと、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、以下のような考察を得た。
排ガス処理塔１の内部には、液柱Ｃに噴き上げるノズル４が複数設けられているが、それぞれのノズル４から柱状に噴き上げられた液は、頂点から外方に広がって落下するため、複数のノズル４から噴き上げられる液柱Ｃ間には、同一平面内で液の疎密が生じる。下方から上方に向けて流れる排ガスは、この液柱Ｃおよびその周囲に浮遊する液滴に接触することで硫黄酸化物が除去されるわけであるが、この液柱Ｃおよび液滴に接触することで、流れに対する抵抗力を受けている。排ガスの流速が高まると、互いに隣接するノズル４、４間の、液の存在状態が疎な部分で液柱Ｃおよび液滴から受ける抵抗力が不足する結果、排ガスがそのまま吹き抜け、硫黄酸化物が除去し切れないという現象が生じている、と推察するに至ったのである。

そこでなされた本発明の排ガス処理塔は、下方から導入した排ガスを上方に排出する塔本体と、塔本体内にて、下方から上方に柱状に液を噴出することで液柱を発生させ、排ガスに液柱が接触することで排ガスに含まれる物質を除去する第一の物質除去部と、第一の物質除去部で発生する液柱とは異なる領域に設けられ、排ガスに液を接触させることで排ガスに含まれる物質を除去する第二の物質除去部と、を備えることを特徴とする。
このような排ガス処理塔では、塔本体の下方から導入された排ガスは、第一の物質除去部にて、液柱が接触することで排ガスに含まれる物質が除去され、さらに、第一の物質除去部で発生する液柱とは異なる領域に設けられた第二の物質除去部にて、液に接触することで排ガスに含まれる物質が除去される。
このような排ガス処理塔は、塔本体の側面に、第一の物質除去部および第二の物質除去部より下方に、排ガスの導入口が形成されたタイプに特に好適である。

ここで、第二の物質除去部は、第一の物質除去部で発生する液柱とは異なる領域に設けるわけであるが、具体的には、塔本体内において、液柱の上方、下方のいずれか一方または双方に設けることができる。
また、第二の物質除去部としては、液を傘状に噴出することで液膜を発生させるノズルを備えることができる。このノズルは複数備えるのが好ましく、さらに、ノズルから発生する液膜が、隣接する他のノズルからの液膜と隙間なく重なるよう配置するのが好ましい。また、ノズルから噴出する液は、ポンプによって加圧することもできる。

ところで、ノズルは、第一の物質除去部にて液柱を発生させるための液を送給する配管に設けるのが好ましい。これにより、第一の物質除去部と第二の物質除去部で配管を共用することになる。その結果、塔本体内の開口率の低減を最小限に抑えることができる。

第二の物質除去部として、第一の物質除去部で発生した液柱またはノズルで発生した液膜から落下した液が衝突することで液滴を発生させる衝突部材を備えることができる。ここで、衝突部材は、ノズルで発生した液膜から落下した液が衝突することで液滴を発生させることができるわけであるが、つまりこの場合は、第二の物質除去部としてノズルと衝突部材の双方を備えるのである。また、第一の物質除去部で発生した液柱から落下した液のみが衝突することで液滴を発生させることもでき、この場合は、第二の物質除去部として衝突部材のみを備えるのである。
また、衝突部材は、塔本体の上下方向に延在する壁面を有し、衝突部材で発生した液滴を壁面との摩擦力によって壁面近傍に保持する構成とすることができる。

上記したような排ガス処理塔は、下方から導入した排ガスを上方に排出する塔本体と、塔本体内にて、排ガスに接触することでこの排ガスに含まれる物質を除去するため、下方から上方に柱状に液を噴出することで液柱を発生させる液柱発生部と、排ガスに接触することでこの排ガスに含まれる物質を除去するため、液柱とは異なる領域に液滴および／または液膜を発生させる液滴・液膜発生部と、を備えることを特徴とすることもできる。

本発明によれば、気液の接触効率を高めて排ガスの処理効率を高めることができ、従来以上に排ガスの流速を上げることで排ガス処理塔の性能を向上させたり、同等の性能を発揮しながら排ガス処理塔を小型化することが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ａの構成を説明するための図である。
この図１に示すように、排ガス処理塔１０Ａは、塔本体１１が例えば断面視矩形の筒状で、その底部は底板１２によって閉塞され、上部には開口部１３が形成されている。また、塔本体１１の下部側面には、排ガスを塔本体１１内に導入するための導入口１４が開口して形成されている。
塔本体１１内には、複数のノズル１５を備えた配管１６が設けられている。配管１６には、塔本体１１の底部に貯留された液がポンプ１７で吸い上げられて供給されるようになっている。ノズル１５は、この液を上方に向けて柱状に噴き上げるものであり、これら複数のノズル１５は、互いに隣接するノズル１５から噴き上げられる液柱Ｃに隙間が生じないように、適宜設定された間隔で配置されている。

本実施の形態において、排ガス処理塔１０Ａには、塔本体１１の、ノズル１５よりも下方で、かつ、導入口１４よりも上方の部分に、液滴発生部材２０が設けられている。
図２および図３に示すように、この液滴発生部材２０は、グリッド等とも称されるもので、互いに直交するそれぞれ所定間隔で配置された縦板部（衝突部材）２１と横板部（衝突部材）２２とが互いに直交するよう組み合わせた形状を有しており、全体として格子状をなしている。縦板部２１、横板部２２は、それぞれその上面２１ａ、２２ａが所定幅を有した平面とされている。また、縦板部２１、横板部２２は、所定の高さを有しており、これにより、互いに隣接する縦板部２１、２１と横板部２２、２２によって囲まれた部分に空間Ｓが形成されている。

上記構成を有した排ガス処理塔１０Ａにおいては、ノズル１５から噴き上げられた液は、液柱Ｃを形成し、下方に落下する。そして、落下した液は、液滴発生部材２０の上面２１ａ、２２ａに衝突し、微細な液滴Ｍとなる。
このようにして発生した液滴Ｍは、通常であればそのまま浮遊しながら落下するわけであるが、液滴発生部材２０に複数形成された空間Ｓ内において、縦板部２１、横板部２２の壁面との摩擦力によって、通常よりも長時間空間Ｓ内に浮遊した状態で保持される。なおこの現象は、流体の流速が、流れに沿った壁面近傍に近づくほど壁面との摩擦によって小さくなることと同様であり、容易に理解できることである。
そしてその後、液滴Ｍは、排ガス処理塔１０Ａ内を落下し、底部に貯留される。

一方、導入口１４から略水平方向に導入された排ガスは、排ガス処理塔１０Ａ内で向きを変え、上方に向けて流れる。そして、第一の物質除去部として、ノズル１５から上方に噴き上げられた液柱Ｃに接触することで、排ガス中の硫黄酸化物が液に吸収され、上部の開口部１３から排出される。さらに、第二の物質除去部としての液滴発生部材２０の部分においても、上面２１ａ、２２ａに当たって発生し、空間Ｓに保持されて浮遊した微細な液滴Ｍと接触することで、排ガス中の硫黄酸化物が吸収されるようになっている。
なお、図１に示したように、排ガス処理塔１０Ａ内の上部にはエリミネータ１８が設けられており、このエリミネータ１８によって排ガス中に残存する微細な液滴Ｍが除去・回収される。

上述したように、排ガス処理塔１０Ａにおいて、液滴発生部材２０を備えることで、液柱Ｃだけでなく、液滴発生部材２０の近傍に液滴Ｍを発生させて浮遊させることができる。これにより、排ガス処理塔１０Ａ内で従来は液が存在していなかった領域に液滴Ｍを存在させることができる。その結果、硫黄酸化物の除去性能を向上させることができる。
また、排ガスは、液柱Ｃや液滴Ｍと接触するときに抵抗力を受けるわけであるが、従来の液柱Ｃのみの場合と比較して、液滴Ｍが存在する分、全体としての抵抗力を増大させることができ、気液の接触効率を高めることができる。その結果、排ガスの流速を従来以上に上げたとしても、排ガスがそのまま吹き抜けてしまう限界流速を向上させることができる。したがって、排ガス処理塔１０Ａの脱硫性能を劇的に向上させることが可能となる。また、同等の性能を発揮すればよいのであれば、排ガスの流量を上げた分、排ガス処理塔１０Ａを従来よりも小型化することが可能となる。

なお、上記実施の形態において、液滴発生部材２０を、ノズル１５の下方に配置したが、図４に示すように、ノズル１５から発生する液柱Ｃの上方に配置する構成とすることも可能である。またもちろん、液滴発生部材２０をノズル１５の上方・下方の双方に設けることも可能である。
液柱Ｃの上方に液滴発生部材２０を配置した場合、液柱Ｃから発生し、排ガスの流れによって上方に流される液滴Ｍを、液滴発生部材２０の空間Ｓに保持することで、排ガス中の硫黄酸化物除去効果、排ガスの流れに対する抵抗力付与効果を発揮することができる。

［第二の実施の形態］
次に、排ガス処理塔１０Ｂに、スプレーノズル（ノズル）３０を付加する場合の例を示す。なお、排ガス処理塔１０Ｂの基本的な構成については上記第一の実施の形態と同様であるので、同一符号を付し、その説明を省略する。
図５に示すように、排ガス処理塔１０Ｂには、塔本体１１の、ノズル１５よりも下方で、かつ、導入口１４よりも上方の部分に、複数のスプレーノズル３０を備えた配管３１が設けられている。

この配管３１には、塔本体１１の底部からポンプ１７で吸い上げた液をさらに昇圧させる昇圧ポンプ（ポンプ）３３が接続されている。なお、ポンプ１７と昇圧ポンプ３３を２段に備えるのではなく、昇圧ポンプ３３で塔本体１１の底部から液を直接吸い上げる構成とすることもできるが、その場合、昇圧ポンプ３３では、ポンプ１７よりも高い圧力に液を昇圧させるのが好ましい。また、昇圧ポンプ３３を設けず、ポンプ１７のみを用いる構成とすることも可能である。
各スプレーノズル３０からは、昇圧ポンプ３３で昇圧された液を傘状（円錐状）に噴出し、全周にわたって連続する液膜Ｆを形成する。このとき、複数のスプレーノズル３０は、互いに隣接するスプレーノズル３０から傘状に噴出される液膜Ｆどうしが互いに重なり、塔本体１１内に隙間が生じないように配置される。

このような排ガス処理塔１０Ｂでは、導入口１４から略水平方向に導入された排ガスは、排ガス処理塔１０Ｂ内で向きを変え、上方に向けて流れる。そして、第一の物質除去部としての、ノズル１５から噴き上げられた液柱Ｃに接触することで、排ガス中の硫黄酸化物が液に吸収され、上部の開口部１３から排出される。さらに、第二の物質除去部としての、スプレーノズル３０から傘状に噴出する液膜Ｆに接触することで、排ガス中の硫黄酸化物が吸収されるようになっている。

上述したように、スプレーノズル３０を備えることで、排ガス処理塔１０Ｂ内で従来は液が存在していなかった、液柱Ｃとは異なる領域に液膜Ｆを存在させることができる。その結果、硫黄酸化物の除去性能を向上させることができる。
このとき、互いに隣接するスプレーノズル３０から傘状に噴出される液膜Ｆどうしが互いに重なり、塔本体１１内に隙間が生じないようにスプレーノズル３０を配置することで、液柱Ｃによる液の存在が疎であった部分にも液を存在させることができ、これによって、排ガス処理塔１０Ｂ内における硫黄酸化物の除去性能を均一化することができ、ガスの整流効果も得られる。
また、排ガスは、液柱Ｃや液膜Ｆと接触するときに抵抗力を受けるわけであるが、従来の液柱Ｃのみの場合と比較して、液膜Ｆが存在する分、気液の接触効率を高め、全体としての抵抗力を増大させることができる。その結果、排ガスの流速を従来以上に上げたとしても、排ガスがそのまま吹き抜けてしまう限界流速を向上させることができる。したがって、排ガス処理塔１０Ｂの脱硫性能を劇的に向上させることが可能となる。また、同等の性能を発揮すればよいのであれば、排ガスの流量を上げた分、排ガス処理塔１０Ｂを従来よりも小型化することが可能となる。
ところで、液柱Ｃに加え、スプレーノズル３０では、昇圧ポンプ３３によって昇圧した液を噴射している。液柱Ｃを用いず、スプレーノズル３０を複数段備え、複数段の液膜Ｆのみで硫黄酸化物の除去を行う構成とすることも考えられるが、その場合、噴射する全ての液を昇圧ポンプ３３で昇圧しなければならない。これに対し、上記のように、液柱Ｃに加え、スプレーノズル３０から液膜Ｆを噴出することで、昇圧ポンプ３３ではスプレーノズル３０に供給する液のみを昇圧すれば良い。

なお、上記実施の形態において、スプレーノズル３０を、ノズル１５の下方に配置したが、図６に示すように、ノズル１５から発生する液柱Ｃの上方に配置する構成とすることも可能である。またもちろん、スプレーノズル３０をノズル１５の上方・下方の双方に設けることも可能である。

［第三の実施の形態］
次に、排ガス処理塔１０Ｃに、液滴発生部材２０とスプレーノズル３０の双方を組み合わせて備える場合の例を示す。なお、排ガス処理塔１０Ｃの基本的な構成については上記第一、第二の実施の形態と同様であるので、同一符号を付し、その説明を省略する。
図７に示すように、排ガス処理塔１０Ｃには、塔本体１１の、ノズル１５よりも下方で、かつ、導入口１４よりも上方の部分に、複数のスプレーノズル３０を備えた配管３１が設けられている。さらに、排ガス処理塔１０Ｃには、スプレーノズル３０の下方で、かつ、導入口１４よりも上方の部分に、液滴発生部材２０が設けられている。

このような構成において、ノズル１５から噴き上げられた液は、液柱Ｃを形成し、下方に落下する。そして、落下した液は、液滴発生部材２０の上面２１ａ、２２ａに衝突し、微細な液滴Ｍとなる。
また、各スプレーノズル３０からは、昇圧ポンプ３３で昇圧された液を、傘状、円錐状に噴出し、液膜Ｆを形成する。さらに、液膜Ｆを形成した液は落下し、下方の液滴発生部材２０の上面２１ａ、２２ａに衝突して微細な液滴Ｍとなる。
このようにして発生した液滴Ｍは、液滴発生部材２０に複数形成された空間Ｓ内において、浮遊した状態で保持される。
そしてその後、液滴Ｍは、排ガス処理塔１０Ｃ内を落下し、底部に貯留される。

このような排ガス処理塔１０Ｃでは、導入口１４から略水平方向に導入された排ガスは、排ガス処理塔１０Ｃ内で向きを変え、上方に向けて流れる。そして、第二の物質除去部としての液滴発生部材２０の部分において空間Ｓに保持されて浮遊した微細な液滴Ｍ、同じく第二の物質除去部としてのスプレーノズル３０から傘状に噴出する液膜Ｆ、さらに第一の物質除去部としてのノズル１５から噴き上げられた液柱Ｃに接触することで、排ガス中の硫黄酸化物が液に吸収され、上部の開口部１３から排出される。

上述したように、液滴発生部材２０と、スプレーノズル３０を備えることで、排ガス処理塔１０Ｃ内で従来は液が存在していなかった領域に液滴Ｍや液膜Ｆを存在させることができる。その結果、硫黄酸化物の除去性能を向上させることができる。
また、排ガスは、液柱Ｃ、液膜Ｆ、液滴Ｍと接触するときに抵抗力を受けるわけであるが、従来の液柱Ｃのみの場合と比較して、液膜Ｆ、液滴Ｍが存在する分、気液の接触効率を高め、全体としての抵抗力を増大させることができる。その結果、排ガスの流速を従来以上に上げたとしても、排ガスがそのまま吹き抜けてしまう限界流速を向上させることができる。したがって、排ガス処理塔１０Ｃの脱硫性能を劇的に向上させることが可能となる。また、同等の性能を発揮すればよいのであれば、排ガスの流量を上げた分、排ガス処理塔１０Ｃを従来よりも小型化することが可能となる。
ところで、液滴発生部材２０のみを備えた第一の実施の形態、スプレーノズル３０のみを備えた第二の実施の形態に比較し、液滴発生部材２０とスプレーノズル３０の双方を備えた本実施の形態の構成では、スプレーノズル３０からの液膜Ｆの液が液滴発生部材２０の上面２１ａ、２２ａに衝突することで液滴Ｍを発生するので、液滴Ｍの発生量が単なる組み合わせ以上のものとなる。したがって、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｃにおける上記したような効果は、一層顕著なものとなる。

なお、上記実施の形態において、液滴発生部材２０およびスプレーノズル３０を、ノズル１５の下方に配置したが、図８に示すように、ノズル１５から発生する液柱Ｃの上方にも配置する構成とすることも可能である。またもちろん、液滴発生部材２０およびスプレーノズル３０をノズル１５の下方には配置せず、液柱Ｃの上方にのみ設けることも可能である。

ここで、上記第一〜第三の実施の形態で示した排ガス処理塔１０の性能を評価する試験を行ったので、その結果を以下に示す。
図１に示した第一の実施の形態における排ガス処理塔１０Ａと、図５に示した第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂ、図７に示した第三の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｃの他、比較のため、図２１に示した従来の排ガス処理塔１において、それぞれ、塔入口（導入口１４）におけるＳＯ₂濃度を２７００ｐｐｍＤとし、脱硫のための液は、ＮＨ₃の濃度を２７０ｍｍｏｌ／ｌ、炭酸カルシウムの濃度を１１５ｍｍｏｌ／ｌとし、ガス流速と、排ガス処理塔１０の出口（開口部１３）におけるＳＯ₂の濃度との関係を調べた。このとき、従来の排ガス処理塔１、液滴発生部材２０のみを備えた第一の実施の形態における排ガス処理塔１０Ａでは、液の循環流量を３０４ｍ³／（ｍ²×ｈ）とし、スプレーノズル３０のみを備えた第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂ、液滴発生部材２０とスプレーノズル３０の双方を備えた第三の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｃでは、液柱Ｃを発生させるための液の循環流量を２７４ｍ³／（ｍ²×ｈ）、スプレーノズル３０に送り込む液の流量を５９ｍ³／（ｍ²×ｈ）とした。

その結果、図９に示すように、従来の排ガス処理塔１に比較し、排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、出口におけるＳＯ₂の濃度が高まる時点での流速（これを限界流速と称する）が大幅に向上している。特に、液滴発生部材２０のみを備えた第一の実施の形態における排ガス処理塔１０Ａ、スプレーノズル３０のみを備えた第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂに比較し、液滴発生部材２０とスプレーノズル３０の双方を備えた第三の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｃでは、限界流速が高くなっている。
また、液柱Ｃの単位断面積当りの降液量（以下、これを単位流量と称する）と、ガス流速（限界流速）との関係を調べた。
その結果、図１０に示すように、液の単位流量が同条件であれば、従来の排ガス処理塔１に比較し、排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、限界流速が大幅に向上していることがわかる。

さらに、液柱Ｃの単位流量と、脱硫率との関係を調べた。
その結果、図１１に示すように、液の単位流量が同条件であれば、従来の排ガス処理塔１に比較し、排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、脱硫率が大幅に向上しており、同一流量では、吸収容量係数が、１０％（排ガス処理塔１０Ｂの場合）〜３０％（排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｃの場合）向上している。これにより、脱硫性能が、従来の排ガス処理塔１に比較し、１．１〜１．３倍に向上していることがわかる。

［第四の実施の形態］
次に、排ガス処理塔１０Ｄに、前記第二の実施の形態と同様、スプレーノズル（ノズル）３０を付加する場合の例を示す。なお、排ガス処理塔１０Ｄの基本的な構成については上記第一の実施の形態と同様であるので、同一符号を付し、その説明を省略する。
図１２に示すように、排ガス処理塔１０Ｄには、塔本体１１の、ノズル１５よりも下方で、かつ、導入口１４よりも上方の部分に、複数のスプレーノズル３０が設けられている。
ここで、前記第二の実施の形態に示した排ガス処理塔１０Ｂとの構成の違いは、排ガス処理塔１０Ｂでは、複数のスプレーノズル３０を、ノズル１５が設けられた配管１６とは別の、配管３１に設けるようにしたが、本実施の形態の排ガス処理塔１０Ｄでは、複数のスプレーノズル３０を、ノズル１５が設けられた配管１６に設ける点にある。

図１３〜図１５に、配管１６にスプレーノズル３０を取り付ける構造の詳細例を複数示す。
図１３に示す排ガス処理塔１０Ｄ−１では、配管１６に、各ノズル１５を取り付けるためのフランジ部材４０が、上方に突出するように設けられている。そして、この配管１６には、略水平方向に突出するフランジ部材４１が設けられ、このフランジ部材４１に、下方に向けて液を傘状に噴出して液膜Ｆを形成するスプレーノズル３０が取り付けられている。ここで、フランジ部材４１は、例えば２〜３個のノズル１５に対し、１個が位置するよう、適宜配置することができる。
既設の排ガス処理塔にスプレーノズル３０を追設して排ガス処理塔１０Ｄ−１を実現する場合は、配管１６にフランジ部材４１を設け、このフランジ部材４１にスプレーノズル３０を取り付ける。

図１４に示す排ガス処理塔１０Ｄ−２では、各ノズル１５を取り付けるためのフランジ部材４０が上方に突出するように設けられた配管１６に、同じく上方に突出するフランジ部材４２が設けられている。そして、このフランジ部材４２に延長管４３が取り付けられ、この延長管４３の先端部にスプレーノズル３０が設けられている。延長管４３は、スプレーノズル３０から液を下方に向けて噴出し、しかも噴出する液が配管１６と干渉しないようにスプレーノズル３０の姿勢・位置を保持するべく、屈曲して取り回されている。
ここで、フランジ部材４１は、例えば２個のノズル１５に対し、１個が位置するよう、互いに隣接する２個１組のノズル１５の中間部に配置することができる。
既設の排ガス処理塔にスプレーノズル３０を追設して排ガス処理塔１０Ｄ−２を実現する場合は、配管１６にフランジ部材４２を設け、このフランジ部材４２に、延長管４３およびスプレーノズル３０を取り付ける。

図１５に示す排ガス処理塔１０Ｄ−３では、配管１６に設けられた、各ノズル１５を取り付けるため上方に突出するように設けられたフランジ部材４０に、取り出し管４５を介し、スプレーノズル３０が設けられている。
取り出し管４５は、フランジ部材４０と同等の内径を有し、上下にフランジを有してフランジ部材４０とノズル１５との間に介在する本体部４５ａと、この本体部４５ａから側方に分岐し、その先端部にスプレーノズル３０が取り付けられる分岐部４５ｂとから構成されている。ここで、分岐部４５ｂは、スプレーノズル３０から液を下方に向けて噴出し、しかも噴出する液が配管１６と干渉しないようにスプレーノズル３０の姿勢・位置を保持するべく、屈曲して取り回されている。
ここで、このような取り出し管４５は、例えば２個のノズル１５あたり１個が位置するよう、配置されている。
既設の排ガス処理塔にスプレーノズル３０を追設して排ガス処理塔１０Ｄ−３を実現する場合は、既設のノズル１５をフランジ部材４０から取り外した後、取り出し管４５を取り付け、この取り出し管４５にノズル１５を再装着する。そして、取り出し管４５の先端部にスプレーノズル３０を取り付ける。

図１３〜図１５に示したような構成においては、ポンプ１７によって加圧された液は、配管１６を通り、ノズル１５とスプレーノズル３０とから噴出され、液柱Ｃおよび液膜Ｆを形成する。このようにして、上記第二の実施の形態で示した排ガス処理塔１０Ｂと同様、スプレーノズル３０を備えることで、硫黄酸化物の除去性能の向上、脱硫性能の向上等が可能となる。
さらに、上記第一〜第三の実施の形態で示した排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃでは、液滴発生部材２０や、スプレーノズル３０を取り付けるための配管３１を設けているため、その分、排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおけるガス流路の開口率が減少し、ガスの圧力損失が大きくなる。
これに対し、本実施の形態の排ガス処理塔１０Ｄ（１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３）では、液柱Ｃを発生するノズル１５が設けられた配管１６に、スプレーノズル３０を設けるようにしたので、開口率の減少を抑制し、圧力損失を小さくすることが可能となっている。

ここで、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３と、図５に示した第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂとを比較したのでその結果を示す。
排ガス処理塔１０Ｂ、排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３において、それぞれ、塔内温度を３０℃、ガス流速を２．５〜４．５ｍ／ｓ、塔入口（導入口１４）におけるＳＯ₂濃度を５００ｐｐｍＤ、脱硫のための液は、炭酸カルシウムの濃度を１６０ｍｍｏｌ／ｌ、ノズル１５からの液柱Ｃの噴霧高さを１〜５ｍ、液の循環流量を１５０〜６００ｍ³／（ｍ²×ｈ）とした。
そのときの、単位循環流量と脱硫率との関係、ガス流速に対する圧力損失との関係を調べた。

図１６および図１７は、その結果を示すものである。
図１６に示すように、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３と、図５に示した第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂとでは、ほぼ同等の脱硫性能が得られていることがわかる。そして、図１７に示すように、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３と、図５に示した第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂとでは、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３の方が圧力損失が大幅に低減されていることがわかる。つまり、本実施の形態における排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３では、第二の実施の形態における排ガス処理塔１０Ｂに比較し、脱硫率を維持したまま、圧力損失を大幅に低減することができるのである。

ところで、液に含まれるＳＯ₂成分により、液が直接当たらない部分には、スケールが付着しやすい。例えば、上記第一〜第三の実施の形態で示した排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃでは、液滴発生部材２０や、スプレーノズル３０を取り付けるための配管３１を設けているため、液が直接当たらない部分の表面積が、排ガス処理塔１０Ｄ（１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３）に比較して大きく、スケールが付着しやすい。付着したスケールが落下すると、その下方に位置するノズルや配管等を損傷する可能性がある。本実施の形態の排ガス処理塔１０Ｄ（１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３）では、配管１６にスプレーノズル３０を設けることにより、スケールが付着する可能性のある箇所を最小限に抑えることができ、損傷の発生も抑制することができる。

また、既設の排ガス処理塔にスプレーノズル３０を追設して排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２、１０Ｄ−３を実現する場合、既設の配管１６に、フランジ部材４１、延長管４３、取り出し管４５を取り付け、これにノズル１５を装着すればよい。そして、取り出し管４５の先端部にスプレーノズル３０を取り付ける。液滴発生部材２０や、配管３１を設けなければならず、大掛かりな作業が必要となる上記第一〜第三の実施の形態で示した排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに比較し、部品点数が少なく、その設置も容易で低コスト化が図れる。
特に、図１５に示した排ガス処理塔１０Ｄ−３の場合、既設のノズル１５を取り付けるためのフランジ部材４０に取り出し管４５を取り付けるだけでよく、フランジ部材４１や延長管４３の取り付けに溶接等が必要となる排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２に比較し、作業も容易で、低コストで上記効果を得ることができる。
図１４に示した排ガス処理塔１０Ｄ−２においても、同様に、既設のノズル１５を取り付けるためのフランジ部材４０に延長管４３およびスプレーノズル３０を取り付けることも可能ではあるが、その場合、液柱Ｃを形成するノズル１５の数が減少してしまうため好ましくない。

なお、上記第四の実施の形態において、排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２のフランジ部材４１、延長管４３の設置箇所（数）等をノズル１５の設置位置との関係で決める例を挙げたが、例示したものに限るものではない。特に既設の排ガス処理塔を改造するのではなく、排ガス処理塔１０Ｄ−１、１０Ｄ−２を新設する場合には、スプレーノズル３０の位置・数が最適化されるような位置に、フランジ部材４１、延長管４３を設ければ良い。

ところで、上記各実施の形態で示した排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（以下、特に区別する必要が無い場合には単に排ガス処理塔１０と称する）には、以下に示すような構成を組み合わせるのが有効である。
図１８に示すように、排ガス処理塔１０の導入口１４の部分において、排ガス処理塔１０の鉛直内壁面１０ａと、導入口１４の内部上面１４ａとの間に、所定角度に傾斜する傾斜面４８を形成する。この傾斜面４８により、導入口１４の断面積は、排ガス処理塔１０の鉛直内壁面１０ａに近づくにしたがい、上方に漸次拡大するようになっている。
このような傾斜面４８を形成することで、導入口１４から導入された排ガスの流れが上方に向きを変える部分で、内周側の流速を高めることができ、これによって排ガス処理塔１０の塔本体１１内における偏流を緩和することができる。
このような傾斜面４８を上記各実施の形態に組み合わせることで、排ガスの流れを均一化することができ、上記効果を一層顕著なものとすることができる。

図１９は、排ガス処理塔１０の塔本体１１内において、導入口１４の正面部分に、導入口１４から送り込まれる排ガスの流れと略直交する方向の整流板５０を複数枚設ける。このとき、複数枚の整流板５０は、導入口１４に近い側が上方に位置するよう、高さを異ならせて配置する。また、導入口１４の内部上面１４ａと、鉛直内壁面１０ａとの交差部分から、斜め下方に延出するフラップ５１を設ける。
このような整流板５０およびフラップ５１により、導入口１４から導入された排ガスの流れが上方に向きを変える部分で、排ガスはフラップ５１により各整流板５０に導かれ、各整流板５０に当たって向きを変える。この整流板５０が無い場合には、排ガスの流速が速ければ速いほど、排ガスは導入口１４の正面の鉛直内壁面１０ｂに向かって直進し、鉛直内壁面１０ｂに当たって向きを変える成分が多くなる。これに対し、上記のように排ガスの流れを各整流板５０に当てて向きを変えさせることで、排ガス処理塔１０の塔本体１１内における偏流を緩和することができるのである。このような整流板５０を上記各実施の形態に組み合わせることでも、排ガスの流れを均一化することができ、上記効果を一層顕著なものとすることができる。

ここで、上記の傾斜面４８、整流板５０を設けた場合の効果を実証するための試験を行ったので、その結果を以下に示す。
図１８に示した傾斜面４８を設けた排ガス処理塔１０と、図１９に示した整流板５０を設けた排ガス処理塔１０の他、比較のため、図２１に示した従来の排ガス処理塔１において、前記と同様の条件で試験を行い、液の単位流量と脱硫率との関係（図２０（ａ）参照）、ガス流速と脱硫率との関係（図２０（ｂ）参照）を調べた。
その結果、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、液の単位流量あるいはガス流速が同条件であれば、従来の排ガス処理塔１に比較し、傾斜面４８、整流板５０を設けた排ガス処理塔１０は、脱硫率が向上していることがわかる。
このようにして、傾斜面４８や整流板５０を設けることで、排ガス処理塔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの性能をさらに向上させることができる。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記各実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

第一の実施の形態にかかる排ガス処理塔の構成を示す断面図である。 液滴発生部材の斜視図である。 液滴発生部材における液滴発生過程を示す断面図である。 第一の実施の形態にかかる排ガス処理塔の変形例を示す断面図である。 第二の実施の形態にかかる排ガス処理塔の構成を示す断面図である。 第二の実施の形態にかかる排ガス処理塔の変形例を示す断面図である。 第三の実施の形態にかかる排ガス処理塔の構成を示す断面図である。 第三の実施の形態にかかる排ガス処理塔の変形例を示す断面図である。 本発明にかかる排ガス処理塔の性能評価のために行った試験の結果を示す図であって、ガス流速と塔出口における硫黄酸化物濃度との関係を示す図である。 同、液の単位流量とガス流速との関係を示す図である。 同、液の単位流量と脱硫率との関係を示す図である。 第四の実施の形態にかかる排ガス処理塔の構成を示す断面図である。 スプレーノズルの設置例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の矢視断面図である。 スプレーノズルの他の設置例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の矢視断面図である。 スプレーノズルのさらに他の設置例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の矢視断面図である。 本実施の形態における排ガス処理塔と、第二の実施の形態における排ガス処理塔の性能比較のために行った試験の結果を示す図であって、単位循環流量と脱硫率との関係を示す図である。 同、ガス流速と圧力損失との関係を示す図である。 排ガス処理塔の導入口近傍に傾斜面を設ける場合の例である。 排ガス処理塔内に整流板を設ける場合の例である。 傾斜面や整流板を設けた場合の性能評価のために行った試験の結果を示す図であって、（ａ）液の単位流量と脱硫率との関係、（ｂ）ガス流速と脱硫率との関係を示す図である。 従来の排ガス処理塔の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…排ガス処理塔、１１…塔本体、１４…導入口、１５…ノズル、２０…液滴発生部材、２１…縦板部（衝突部材）、２２…横板部（衝突部材）、３０…スプレーノズル（ノズル）、３３…昇圧ポンプ（ポンプ）、４１、４２…フランジ部材、４３…延長管、４５…取り出し管、４８…傾斜面、５０…整流板、Ｃ…液柱、Ｆ…液膜、Ｍ…液滴、Ｓ…空間

Claims (7)

1. 下方から導入した排ガスを上方に排出する塔本体と、
   前記塔本体内にて、下方から上方に柱状に液を噴出することで液柱を発生させ、前記排ガスに前記液柱が接触することで当該排ガスに含まれる物質を除去する第一の物質除去部と、
   前記第一の物質除去部で発生する前記液柱とは異なる領域に設けられ、前記排ガスに液を接触させることで当該排ガスに含まれる物質を除去する第二の物質除去部と、
   を備えることを特徴とする排ガス処理塔。
2. 前記塔本体の側面には、前記第一の物質除去部および前記第二の物質除去部より下方に、前記排ガスの導入口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理塔。
3. 前記第二の物質除去部として、液を傘状に噴出することで液膜を発生させるノズルが複数備えられ、
   前記ノズルは、当該ノズルから発生する液膜が、隣接する他の前記ノズルからの液膜と隙間なく重なるよう配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理塔。
4. 前記ノズルは、前記第一の物質除去部にて前記液柱を発生させるための液を送給する配管に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理塔。
5. 前記ノズルから噴出する液を加圧するポンプをさらに備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の排ガス処理塔。
6. 前記第二の物質除去部として、前記第一の物質除去部で発生した液柱または前記ノズルで発生した液膜から落下した液が衝突することで液滴を発生させる衝突部材を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の排ガス処理塔。
7. 前記衝突部材は、前記塔本体の上下方向に延在する壁面を有し、前記衝突部材で発生した液滴を前記壁面との摩擦力によって当該壁面近傍に保持することを特徴とする請求項６に記載の排ガス処理塔。

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