JP2009028572A - エアレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水路を流れる使用済海水の左右幅方向において、良好な混合を可能にしたエアレーション装置を提供すること。
【解決手段】海水を吸収剤として使用する排煙脱硫装置の脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路１に設置され、使用済海水中に微細気泡を発生させて脱炭酸を行うエアレーション装置１０Ａにおいて、空気供給配管に連通するヘッダ１２を水路１の底面１ａに設置し、ヘッダ１２に取り付けられたエアレーションノズル１３から微細気泡を発生させるエアレーションユニット２０に、微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部３０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の発電プラントに適用される排煙脱硫装置の排水処理に係り、特に、海水法を用いて脱硫する排煙脱硫装置の排水（使用済海水）をエアレーションにより脱炭酸（暴気）するエアレーション装置に関する。

従来、石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、ボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「ボイラ排ガス」と呼ぶ）は、ボイラ排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ_２）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去してから大気に放出される。このような脱硫処理を施す排煙脱硫装置の脱硫方式としては、石灰石石膏法、スプレードライヤー法及び海水法が知られている。

このうち、海水法を採用した排煙脱硫装置（以下、「海水脱硫装置」と呼ぶ）は、吸収剤として海水を使用する脱硫方式である。この方式では、たとえば略円筒のような筒形状を縦置きにした脱硫塔（吸収塔）の内部に海水及びボイラ排ガスを供給することにより、海水を吸収液として湿式ベースの気液接触を生じさせて硫黄酸化物を除去している。
上述した脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水（使用済海水）は、たとえば図８に示すように、水路（Seawater Oxidation Treatment System；ＳＯＴＳ）１内を流れて排水される際、水路１の底面１ａに設置したエアレーション装置１０から微細気泡２を流出させるエアレーションによって脱炭酸（爆気）される。

図９及び図１０は従来のエアレーション装置１０を示す図で、空気供給管１１に連結されたヘッダ１２が水路１の底面１ａに設置され、各ヘッダ１２には底面１ａと略平行に水平配置されたエアレーションノズル１３が等間隔に多数取り付けられている。このエアレーションノズル１３は、基材の周囲を覆うゴム製のホースに小さな切れ込み（不図示）が多数設けられたものであり、一般的には「ディフューザノズル」と呼ばれている。このようなエアレーションノズル１３は、空気供給管１１から供給される空気の圧力によりホースが膨張すると、切れ込みが開いて略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。
なお、海水法を用いて脱硫する排煙脱硫装置の排水（使用済海水）をエアレーションにより脱炭酸（暴気）するエアレーション装置において、エアレーションノズルの設置に関して開示された技術文献は見当たらない。

ところで、上述した従来のエアレーション装置１０は、たとえば図９に示すように、水路１の底面１ａに対して、全底面にわたってエアレーションノズル１３を等間隔に配置した構成とされる。このようなエアレーションノズル１３の等間隔配置は、エアレーションを行う微細気泡２の発生を、水路底面の単位面積当たりにおいて略均一にすることを目的としている。
一方、使用済み海水が流入する水路１の上流入口部においては、水路１の左右幅方向に異なる海水性状（たとえばｐＨ等）を有している場合がある。

しかしながら、エアレーションノズル１３を等間隔配置した従来構造では、等間隔配置されたエアレーションノズル１３毎に局所的な循環流を形成する傾向にあるため、海水性状が異なる状態で水路１に流入した使用済海水を処理する場合、水路１の左右幅方向において使用済海水の混合が生じにくくなり、海水性状に不均一を生じる混合不足となる問題が指摘されている。
すなわち、エアレーションノズル１３を底面１ａの全面にわたって等間隔配置した場合には、たとえば図１１に示すように、エアレーションノズル１３毎に、あるいは、隣接するエアレーションノズル１３が１つのユニットとなって、微細気泡２とともに水面へ向かう上昇流ｆａが生じるとともに、上昇した底部側の使用済海水を補うようにして、水面側から底面１ａへ向かう下降流ｆｂが生じる。このため、使用済海水全体としては、上昇流ｆａ及び下降流ｆｂによる局所的な循環流を複数形成しながら、水路１の下流側へ流れていくこととなる。

従って、水路１の左右幅方向においては、使用済海水全体の大きな循環流が形成されにくいため、左右で異なる海水性状を有している場合の混合は困難な状況となる。このような混合不足は、近隣海域に排水される使用済海水の海水性状にむらが生じるなどして脱炭酸性能を低下させたり、あるいは、脱炭酸性能にむらが生じないようにするため、水路１を長くして十分な混合を可能にすることが必要となる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水路を流れる使用済海水の左右幅方向において、良好な混合を可能にしたエアレーション装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るエアレーション装置は、海水を吸収剤として使用する排煙脱硫装置の脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生させて脱炭酸を行うエアレーション装置であって、空気供給配管に連通するヘッダを前記水路の底面に設置し、前記ヘッダに取り付けられたエアレーションノズルから前記微細気泡を発生させるエアレーションユニットに、前記微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部が設けられていることを特徴とするものである。

このようなエアレーション装置によれば、空気供給配管に連通するヘッダを水路の底面に設置し、ヘッダに取り付けられたエアレーションノズルから微細気泡を発生させるエアレーションユニットに、微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部が設けられているので、微細気泡を発生させる領域が上昇流を形成するとともに、微細気泡を発生させないノズル欠落部の領域が下降流を形成する。従って、水路を流れる使用済海水には、水路の左右幅方向において水路幅にわたる大きな循環流が形成されるので、この循環流が使用済海水全体の混合を促進する。
この場合のノズル欠落部は、水路の左右幅方向においていずれか一方の側壁に沿って連続するように設けてもよいし、あるいは、断続的な配置として設けてもよい。また、この場合のノズル欠落部は、左右の側壁に沿って交互に断続する配置としてもよい。

上記のエアレーション装置においては、水路幅方向において前記微細気泡を発生させる領域と発生させない領域との間を分割するように水路流れ方向へ延びる仕切部材が設置され、該仕切部材は、前記使用済海水の水面側及び底面側で水路幅方向の流れを許容することが好ましく、これにより、水路幅にわたる大きな循環流の形成がより一層促進される。

上記のエアレーション装置においては、前記エアレーションノズルを、前記ヘッダから鉛直方向上向きに延びる鉛直配置とすることが好ましく、これにより、水路底面における単位面積当たりのエアレーションノズル設置本数を増すことができる。

上述した本発明によれば、ノズル欠落部を設けたことにより、微細気泡を発生させる領域が上昇流を形成するとともに、微細気泡を発生させないノズル欠落部の領域が下降流を形成するので、水路を流れる使用済海水には、水路の左右幅方向において水路幅にわたる大きな循環流が形成される。このような循環流の形成は、使用済海水全体の混合を促進するので、水路に流入する使用済海水が水路幅方向の左右で異なる海水性状を有していても混合不足になることはない。従って、エアレーション装置を通過して近隣海域に排水される使用済海水の海水性状は、全体が略均一化した状態で排水可能となるため、ノズル欠落部の設置は脱炭酸性能の向上に大きな効果を奏する。
また、エアレーション装置の脱炭酸性能が向上すると、所定の脱炭酸を実施するのに必要となる水路長さを短縮できるので、水路の設置費用や設置スペースを低減できるという効果も得られる。

以下、本発明に係るエアレーション装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示す第１の実施形態において、エアレーション装置１０Ａは、たとえば海水を吸収剤として使用する排煙脱硫装置の脱硫塔（不図示）から排出された脱硫後の海水（以下、「使用済海水」と呼ぶ）を流して周辺海域へ排水する水路（ＳＯＴＳ）１の内部に設置される。このエアレーション装置１０Ａは、水路１内を流れる使用済み海水中に多数の微細気泡を発生させて脱炭酸（暴気）を行うものである。

エアレーション装置１０Ａは、空気供給管１１を介して水路１の外部に設置された空気供給源（不図示）に接続されている。空気供給管１１の他端には、水路１の底面１ａに沿って分配されたヘッダ１２が連結されている。
ヘッダ１２は、底面１ａの流れ方向及び幅方向に分岐されている。ヘッダ１２の側面には、「ディフューザノズル」と呼ばれているエアレーションノズル１３が水平方向に多数取り付けられている。すなわち、本実施形態のエアレーション装置１０は、空気供給管１１に連通するヘッダ１２が水路１の底面１ａに設置され、さらに、切れ込み１４から多量の微細気泡を発生させるエアレーションノズル１３が、ヘッダ１２の両側面から底面１ａに沿って水平方向へ延びる水平配置にして多数取り付けられている。

ここで、エアレーションノズル１３の構造を簡単に説明する。
エアレーションノズル１３は、たとえば図２（ｂ）に示すように、ヘッダ１２の側面にフランジ１５を介して取り付けられている。なお、使用済海水中に設置される空気供給管１１及びヘッダ１２には、耐食性を考慮して樹脂製パイプ等が使用されている。
エアレーションノズル１３は、使用済海水に対する耐食性を考慮して樹脂製とした略円筒形状の基材１６を用い、この基材１６の外周を覆うようにして多数の切り込み１４が形成されたゴム製のホース１７を被せた後、左右両端部をワイヤやバンド等の締結部材１８により固定した構成とされる。なお、上述した切り込み１４は、圧力を受けない通常の状態においては閉じている。

基材１６の一端は、ヘッダ１２に取り付けた状態で空気の導入を可能とするため、ヘッダ１２及びフランジ１５を貫通する空気導入口１９を介してヘッダ内部と連通している。そして、基材１６の内部は、軸方向の途中に設けた仕切板１６ａにより左右方向が分割され、この仕切板１６ａにより空気の流通が阻止されている。さらに、この仕切板１６ａよりヘッダ１２側となる基材１６の側面には、ホース１７の内周面と基材外周面との間に、すなわち、ホース１７を加圧して膨張させる加圧空間２０へ空気を流出させるための空気出口１６ｂが開口している。従って、ヘッダ１２からエアレーションノズル１３に流入する空気の流れは、図中に矢印Ａで示すように、空気導入口１９から基材１６の内部へ流入した後、側面の空気出口１６ｂから加圧空間２０へ流出することとなる。
なお、締結部材１８は、ホース１７を基材１６に固定するとともに、空気出口１６ｂから流入する空気が両端部から漏出することを防止するものである。

このように構成されたエアレーションノズル１３において、ヘッダ１２から空気導入口１９を通って流入する空気は、空気出口１６ｂを通って加圧空間２０へ流出することにより、切り込み１４が閉じているため加圧空間２０内に溜まって内圧を上昇させる。この結果、ホース１７は加圧空間２０内の圧力上昇を受けて膨張し、ホース１７に形成されている切り込み１４が開くことによって空気の微細気泡を使用済海水中に流出させる。このような微細気泡の発生は、空気供給管１１及びヘッダ１２を介して空気供給を受ける全てのエアレーションノズル１３で実施される。

さて、上述したヘッダ１２及びエアレーションノズル１３により構成されるエアレーションユニット２０は、流路幅Ｗの水路１において、左右幅方向の一部を残した底面１ａのユニット設置幅Ｗａをカバーするように設置されている。そして、流路幅Ｗの水路１において、エアレーションユニット２０が設置されない欠落部幅Ｗｂの領域がノズル欠落部３０となる。
すなわち、空気供給配管１１に連通するヘッダ１２を水路１の底面１ａに設置し、ヘッダ１２に取り付けられたエアレーションノズル１３から微細気泡を発生させるエアレーションユニット２０に、微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部３０が設けられている。この場合のノズル欠落部３０は、水路１の左右幅方向において、いずれか一方の側壁に沿って連続するように設けられている。

このようなエアレーション装置１０Ａによれば、ヘッダ１２に取り付けられたエアレーションノズル１３から微細気泡を発生させるエアレーションユニット２０が、微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部３０を備えているので、エアレーションノズル１３から微細気泡を発生させるユニット設置幅Ｗａの領域では、微細気泡とともに水面へ向けて上昇する使用済海水の上昇流（図１の矢印Ｆａ）が形成される。
一方、上述した使用済海水の上昇流により、水路１の底面１ａ側では使用済海水が減少するので、この減少分を補うため、微細気泡を発生させないノズル欠落部３０の領域には下降流（図１の矢印Ｆｂ）が形成される。この場合の下降流は、水路１の側壁に沿って形成されたノズル欠落部３０に形成される。

従って、水路１内には、エアレーションユニット２０が設置されたユニット設置幅Ｗａの上昇流と、ノズル欠落部３０とした欠落部幅Ｗｂの下降流とが一体となり、水路１を流れている使用済海水には、水路断面の略全体にわたって大きく旋回する循環流が形成される。このように、水路１を流れる使用済海水には、水路１の左右幅方向において流路幅Ｗにわたる大きな循環流が形成されているので、この循環流が使用済海水全体の混合を促進する。

次に、図３に示す第２の実施形態では、水路幅方向において微細気泡を発生させるユニット設置幅Ｗａの領域と発生させない欠落部幅Ｗｂの領域との間を分割するように、水路１の流れ方向へ延びる仕切部材４０が設置されている。なお、他の構成については、上述した第１の実施形態と同様であるから、以下では同様の構成及び部材に関する詳細な説明は省略する。

仕切部材４０は、たとえば水路１の左右幅方向を分割する板状部材であり、水路１の高さ（深さ）方向において、使用済海水の水面側及び底面側で水路幅方向の流れを許容するとともに、中間部分の流れを遮断して分割するように設置されている。
この結果、水路１内に形成される循環流は、仕切部材４０を境にして上昇流及び下降流が確実に分離されることとなり、水路１の流路幅Ｗにわたる大きな循環流の形成をより一層促進することができる。

次に、図４及び図５に示す第３の実施形態は、水平配置のエアレーションノズル１３に代えて、鉛直配置のエアレーションノズル１３Ａを採用している。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、エアレーションノズル１３Ａが鉛直配置されたエアレーションユニット２０Ａを採用したので、水路１の単位面積当たりのノズル設置本数を増すことができる。このため、水路１の流路幅Ｗや微細気泡を発生させる空気量等の諸条件が同じであれば、エアレーションユニット２０Ａを設置するユニット設置幅Ｗａ′は、水平配置の場合より小さく（Ｗａ′＜Ｗａ）設定することが可能となる。従って、ノズル欠落部３０Ａの欠落部幅Ｗｂ′については、水平配置の場合より大きく（Ｗｂ′＞Ｗｂ）設定することができる。

このように、鉛直配置されたエアレーションノズル１３Ａを採用することにより、上昇流を形成するユニット設置幅Ｗａ′と下降流を形成する欠落部幅Ｗｂ′との割合を１：１に近づけることができる。このため、水路１を流れる使用済海水には、流路幅Ｗにわたる大きな循環流が容易かつ確実に形成されるので、使用済海水の混合をより一層促進することができる。

続いて、上述した各実施形態の第１変形例を図６に示し、第２変形例を図７に示して説明する。なお、上述した各実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す第１変形例のエアレーション装置１０Ｃでは、微細気泡を発生しないノズル欠落部３０Ｂが、水路１の流れ方向に断続的に設けられている。すなわち、ユニット設置幅Ｗａ，Ｗａ′のエアレーションユニット２０，２０Ａと、流路幅Ｗのエアレーションユニット２０Ｂとが、使用済海水の流れ方向へ交互に配設されている。この結果、微細気泡を発生しないノズル欠落部３０Ｂは、水路１の一方の側壁に沿って所定の間隔で断続的に形成される。このため、下降流の形成も断続的となるため、使用済海水の流れに生じる乱れも大きくなって混合が促進される。

図７に示す第２変形例のエアレーション装置１０Ｄでは、水路１の流路幅Ｗを２分割するとともに、分割したそれぞれにおいて、エアレーションユニット２０，２０Ａを設置した微細気泡の発生領域と、微細気泡を発生させないノズル欠落部３０Ｂとが交互に配設されている。この結果、水路１の全体としては、ノズル欠落部３０Ｂが千鳥配置されたものとなる。なお、この場合、流路幅Ｗの分割割合は、たとえば均等な２分割などに限定されることはない。

このような千鳥配置とすれば、使用済海水に形成される循環流の向きが交互に逆向きとなるので、流れの乱れが大きくなって混合を促進する。
このように、ノズル欠落部３０，３０Ａ，３０Ｂの配置は、水路１の左右幅方向においていずれか一方の側壁に沿って連続するように設けてもよいし、あるいは、断続的な配置として設けてもよい。また、ノズル欠落部３０，３０Ａ，３０Ｂの配置は、左右の側壁に沿って交互に断続するようにしてもよい。

上述した本発明によれば、微細気泡が発生しないノズル欠落部３０，３０Ａ，３０Ｂを設けたことにより、水路１を流れる使用済海水には、水路１の左右幅方向において流路幅Ｗにわたる大きな循環流が形成される。このような循環流の形成は、使用済海水全体の混合を促進するので、水路１に流入する使用済海水が水路幅方向の左右で異なる海水性状を有していても混合不足になることはない。従って、本発明のエアレーション装置を通過して近隣海域に排水される使用済海水は、全体の海水性状が略均一化した状態で排水可能となるため、ノズル欠落部３０，３０Ａ，３０Ｂを設けることは脱炭酸性能の向上に有効である。

また、エアレーション装置の脱炭酸性能が向上すると、所定の脱炭酸を実施するのに必要となる水路１の長さを短縮できるので、水路１の設置費用や設置スペースを低減することも可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るエアレーション装置の第１の実施形態を示す断面図である。 （ａ）は図１の平面図、（ｂ）はエアレーションノズルの内部構造を示す要部の部分断面図である。 本発明に係るエアレーション装置の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明に係るエアレーション装置の第３の実施形態を示す平面図である。 第３の実施形態におけるエアレーションノズルの鉛直配置を示す斜視図である。 本発明に係るエアレーション装置の第１変形例を示す平面図である。 本発明に係るエアレーション装置の第２変形例を示す平面図である。 水路に設置されたエアレーション装置の概要を示す図である。 従来のエアレーション装置を示す平面図である。 図９のエアレーション装置を示す斜視図である。 従来のエアレーション装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 水路（ＳＯＴＳ）
１ａ 底面
２ 微細気泡
１０Ａ〜１０Ｄ エアレーション装置
１１ 空気供給管
１２ ヘッダ
１３，１３Ａ エアレーションノズル（ディフューザノズル）
１４ 切り込み
２０，２０Ａ，２０Ｂ エアレーションユニット
３０，３０Ａ，３０Ｂ ノズル欠落部
４０ 仕切部材

Claims (3)

1. 海水を吸収剤として使用する排煙脱硫装置の脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生させて脱炭酸を行うエアレーション装置であって、
   空気供給配管に連通するヘッダを前記水路の底面に設置し、前記ヘッダに取り付けられたエアレーションノズルから前記微細気泡を発生させるエアレーションユニットに、前記微細気泡を部分的に発生させない底面領域を形成するノズル欠落部が設けられていることを特徴とするエアレーション装置。
2. 水路幅方向において前記微細気泡を発生させる領域と発生させない領域との間を分割するように水路流れ方向へ延びる仕切部材が設置され、該仕切部材は、前記使用済海水の水面側及び底面側で水路幅方向の流れを許容することを特徴とする請求項１に記載のエアレーション装置。
3. 前記エアレーションノズルが、前記ヘッダから鉛直方向上向きに延びる鉛直配置とされることを特徴とする請求項１または２に記載のエアレーション装置。
   

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