JP2011031209A - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率脱硫性能を得ながら、装置コンパクト化、液ガス比低減によるコスト低減を達成できるスプレヘッダ平面上で吸収液を滞留させることのできる構造を備えた湿式排煙脱硫装置を提供すること。
【解決手段】燃焼装置から排出される排ガスを吸収塔内に導入し、排ガスの流れに直交する方向の断面に多数のスプレノズル１３を有するスプレヘッダ１２を排ガス流れ方向に複数段設置し、各ノズル１２から吸収液を噴霧して吸収液と排ガス気液接触させることにより排ガス中の硫黄酸化物を除去する際に排ガス流れに直交する方向にヘッダ１２を複数段設置し、少なくとも一段（好ましくは最下流段以外）のヘッダ１２と同一平面上に吸収液を滞留させる構造のヘッダ１２部分は該ヘッダ１２と該ヘッダ１２の周囲に設けた格子状に張り巡らしたサポート１５又は前記ヘッダ１２と該ヘッダ１２と一体化した多孔板１６からなる吸収液を滞留させる構造を設置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中の有害物質を除去する排煙処理装置に関わり、特に、排ガスの偏流を低減し、ガス吸収部での脱硫性能の低下を防止できる機能を備えた湿式排煙脱硫装置に関するものである。

火力発電所等において化石燃料の燃焼に伴い発生する排煙中の硫黄酸化物を取り除く脱硫システムは、湿式の石灰石‐石膏法が主流を占めており、中でも信頼性の高いスプレ方式が多く採用されている。しかしながら、燃料の多様化、排水量低減の要請などに伴い、脱硫装置に対して厳しい運転条件が要求され、脱硫性能の維持とトラブルの発生を防止するには、さらに高度な技術が必要である。

従来のスプレ方式を採用した湿式排煙脱硫装置の公知例として、脱硫装置を構成する吸収塔の側面図を図６に示し、図６におけるD−Ｄ’線断面矢視図を図７に示す。この湿式排煙脱硫装置は、主に、吸収塔本体１、入口ダクト２、出口ダクト３、吸収液循環ポンプ４、循環タンク６、撹拌機７、空気供給管８、ミストエリミネーター９、吸収液抜出し管１０、循環配管１１、スプレヘッダ１２、スプレノズル１３等から構成される。ボイラから排出される排ガスは、入口ダクト２から吸収塔本体１に導入され、塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。この間、吸収塔本体１の下部にある循環タンク６の側壁と吸収塔本体１の空塔部（ガス吸収部）の間を接続する循環配管１１に設けられた吸収液循環ポンプ４により送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液５が吸収塔本体１の空塔部に配置されるスプレヘッダ１２に取付けられた複数のスプレノズル１３から噴射され、吸収液５と排ガスの気液接触が行われ、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）を吸収する。ＳＯ_ｘを吸収した吸収液は、一旦、吸収塔本体１の下部に設けられた循環タンク６に溜まり、酸化用撹拌機７によって撹拌されながら空気供給管８から供給される空気中の酸素により酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。

この従来のスプレ方式を採用した湿式排煙脱硫装置においては、ガス吸収部に設置される複数段のスプレヘッダ１２が互いに平行にガス流れ方向に等間隔で配置されている。また、スプレヘッダ１２の構造としては、スプレヘッダ１２に取付けられている複数のスプレノズル１３から均一な噴霧量の吸収液のスプレを得るため、吸収液循環配管１１との接合部から先端に行くに従い細くなっている。このスプレヘッダ１２の構造、配置によって、吸収液循環配管１１との接合部近傍と先端部とを比較すると排ガス流路空間の大きさが異なっている。そのため、入口ダクト２から導入された排ガスの流れは、排ガス流路空間の比較的広いスプレヘッダ先端部に集中し、排ガスの吹抜けが生じてしまう。これにより、その部分における吸収液流量と排ガス流量の比率が極端に低下するため、吸収液５と排ガスが十分に接触できず、脱硫性能低下を引き起こす。

また、多孔板を設置した湿式排煙処理装置を図８に示し、Ｅ−Ｅ’線での断面矢視図を図９に示す。この湿式排煙脱硫装置は、塔内に排ガス流を仕切るように排ガス流に直交する方向に多孔板１６を設置し、吸収塔上部でスプレされる脱硫吸収液を多孔板１６上で滞留部１４が形成させることで、排ガスの偏流を防止しながら、気液接触効率を高めることができ、脱硫性能が向上することを特徴としている。

スプレヘッダを複数段設置する湿式脱硫装置において、隣り合うスプレヘッダ段間や排ガス流れの最上流に設置されるスプレヘッダよりも上流に多孔板を配置した例は特開昭５４−１１６３８６号公報に開示されている。

このように、排ガス流を仕切るように吸収塔本体１内に多孔板を配置する場合は、気液接触効率を高めることができるので、脱硫性能向上により気液比が低減され、吸収液を循環させるポンプ動力を低減することができる。ただし、スプレノズル１２からスプレされた吸収液の液滴によるＳＯ_ｘ吸収には、スプレ液滴の落下速度も影響するため、設置した多孔板とその上部に設置されたスプレヘッダの間隔は広く取ることが望ましく、多孔板を設置するためのスペースを吸収塔高さ方向に確保しなければならない。そのため、循環タンク６と吸収塔本体１の空塔部（ガス吸収部）の間を循環させる吸収液量が低減できても装置のコンパクト化への効果は小さい。さらに、図８、図９に示すように、多孔板設置スペースの確保や、多孔板設置のためのサポートの取付けなどが困難であるため、既設脱硫装置を改造して多孔板を取付けることは困難であり、既設脱硫装置への適用は容易ではない。

特開５４−１１６３８６号公報

上記従来技術は、スプレヘッダの構造、配置によって吸収塔内で排ガスの吹抜けが発生してしまい、脱硫性能が低下するという問題があった。また、吸収塔内に複数の多孔板をスプレヘッダ段間に設置した場合には排ガスの吹抜けが抑制され、気液比低減によるコスト低減がなされるが、スプレヘッダより下部に多孔板設置スペースを確保しなければならず、脱硫装置のコンパクト化への効果は小さい。そのため、既設の脱硫装置への適用が困難である。

本発明の課題は、上記問題点を解消するべく更なる高効率脱硫性能を得ながら、装置コンパクト化、気液比低減によるコスト低減を達成できる多孔板を備えた湿式排煙脱硫装置を提供することにある。

本発明の上記課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口部と、導入した排ガスの流れに直交する方向の断面に多数のスプレノズルを有するスプレヘッダを排ガス流れ方向に複数段設置した吸収塔と、該吸収塔の下部に設けられた炭酸カルシウムを含む吸収液を貯留した循環タンクと、該循環タンクからスプレノズルに吸収液を循環供給する吸収液循環系を備え、スプレノズルから噴霧される吸収液と排ガスを気液接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置において、排ガス流れに直交する方向にスプレヘッダを複数段設置し、少なくとも一段のスプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造を備えている湿式排煙脱硫装置である。

請求項２記載の発明は、前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造は、該スプレヘッダと該スプレヘッダの周囲に設けたサポートからなり、該サポートは排ガス流れに直交する方向に格子状に張り巡らしたを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項３記載の発明は、前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造は、該スプレヘッダと該スプレヘッダと一体化した多孔板とからなることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項４記載の発明は、複数段のスプレヘッダのうち、排ガス流方向の最下流段のスプレヘッダを除く少なくとも一段以上のスプレヘッダに、前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造を設置することを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項５記載の発明は、前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造としたスプレヘッダ段での吸収塔のガス流れに直交する方向の断面積に対する多孔の開口率を３０％〜５０％とすることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

（作用）
湿式排煙脱硫装置は、排ガス中のＳＯ₂などのＳＯ_ｘがスプレヘッダに取付けられているスプレノズルから噴射される吸収液と接触することで吸収される。しかし、従来技術の基部側から先端部に行くほど細くなるスプレヘッダの構造で、かつガス流れを横断する方向に多数のスプレヘッダを互いに平行で等間隔に配置するため、スプレヘッダの先端部で排ガスの吹抜けが発生し、吸収液と排ガスの接触が不十分となり、脱硫性能が低下してしまう。

従来は、この問題に対してスプレノズルの配置方法の工夫や複数設置されるスプレヘッダ段間への多孔板設置などで対応していた。多孔板を設置する従来の技術では、多孔板による排ガスの吹抜けが緩和され、また、多孔板上での吸収液滞留により気液接触が促進されることから、高効率な脱硫性能を得ることが可能であった。しかしながら、多孔板にて排ガス流れが整流されるが、多孔板より上部（ガス流の下流側）に設置しているスプレヘッダの前述のような構造により、偏流が再発してしまう。また、従来の多孔板では、その設置スペースの確保のため、気液比低減による装置コンパクト化の効果が小さく、また、既設脱硫装置への適用は容易でない。

これに対して、本発明では、排ガス偏流の生じやすい排ガスの流れに直交する方向に長手方向が向き、排ガス流れ方向に複数段設置されるスプレヘッダの一段以上（好ましくは最下流段以外）のスプレヘッダ部分を吸収液を滞留させる構造とすることで、排ガスを整流し、さらに高い脱硫性能を得ることが可能となる。同時に、従来技術のように多孔板設置スペースを新たに確保する必要がなく、脱硫性能向上による気液比低減に伴って、効果的に装置をコンパクト化することができる。また、スプレヘッダ平面上で吸収液を滞留させる構造として、該スプレヘッダと該スプレヘッダの周囲に設けた格子状に張り巡らしたサポート又は前記スプレヘッダと該スプレヘッダと一体化した多孔板からなる吸収液を滞留させる構造を採用することにより、既設スプレヘッダへ多孔板を固定するだけで済み、脱硫性能を損なうことなく既設脱硫装置へ適用することも容易である。

請求項１記載の発明によれば、吸収塔内部のスプレヘッダ設置部での排ガスの吹抜け、偏流を防止することで気液接触効率を向上させ、脱硫性能を向上させることができ、また、従来技術のように多孔板設置スペースを新たに確保する必要がなく、脱硫性能向上による気液比低減に伴って、効果的に装置をコンパクト化することができる。

請求項２，３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて既設脱硫装置においても、スプレヘッダの改造だけで済むため、容易に既設案件にも対応することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、排ガス流の最下流段のスプレヘッダのなす平面上では、吸収液を滞留させる構造としなくても脱硫率への影響は小さいため省略可能である。また、脱硫性能向上により吸収液循環量が従来より低減され、スプレヘッダの段数を従来より減少させることも可能となる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記スプレヘッダの同一平面上で吸収液を滞留させる構造としたスプレヘッダ段での吸収塔のガス流れに直交する方向の断面積に対する多孔の開口率を３０％〜５０％とするすることにより、フラッディング（吸収液が滞留し続けて流下せずに溢れる状態）を起こさずに、脱硫性能を効果的に向上させることができる。

本発明を実施した排煙処理装置の要部構成を示す図である。 図１における一実施例のＡ−Ａ’線での断面矢視図である。 図２における点線Ｂ内の模式図である。 図１における一実施例のＡ−Ａ’線での断面矢視図である。 図４におけるＣ−Ｃ’線での断面矢視図である。 従来の湿式排煙脱硫装置の要部構成を示す図である。 図６のＤ−Ｄ’線での断面矢視図である。 従来の多孔板を設置した場合の湿式排煙脱硫装置の要部構成を示す図である。 図８のＥ−Ｅ’線での断面矢視図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の要部構成を示す図であり、図２は図１における吸収塔のＡ−Ａ’線での断面矢視図であり、吸収液をスプレヘッダ平面上で滞留させる機能を有する構造の概要を示すものである。図３は図２における点線B内の模式図であり、スプレヘッダサポートを格子状に張り巡らせることで、吸収液を滞留させる構造を示す図である。図４はスプレヘッダ平面上で吸収液を滞留させる方法として、スプレヘッダと多孔板を一体化する方法を採用した場合の図１における吸収塔のＡ−Ａ’線での断面矢視図であり、図５は図４におけるＣ−Ｃ’線での断面矢視図で、スプレヘッダサポートを利用してスプレヘッダと多孔板を一体化させたときのスプレヘッダとスプレヘッダサポート、多孔板の位置を示す図である。

本発明の実施例を図１により説明する。吸収塔本体１内に設けられた複数段のスプレヘッダ１２の最下流段を除く各段のスプレヘッダ１２において、吸収液をスプレヘッダ平面上に滞留させる構造としている。

本実施例の一つでは図３の模式図に示すように、スプレヘッダ１２同士及びスプレヘッダ１２と吸収塔本体１の内壁の間に適宜な間隔で設けられたサポート１５により、排ガス流路が格子状に均一な間隔で確保されているが、サポート１５の配置は図３に示すものに限らず、スプレヘッダ形状に応じて配置することができる。

また、図４と図５には別の実施例の構成を示す。スプレヘッダ１２同士及びスプレヘッダ１２と吸収塔本体１の内壁の間にサポート１５を適宜な間隔で設け、スプレヘッダ１２同士の間またはスプレヘッダ１２と吸収塔本体１の内壁の間でサポート１５の上部に多孔板１６を配置している。本実施例では図５の断面図に示すように一段のスプレヘッダ１２とサポート１５のなす平面上に多孔板１６を配置しているが、多孔板１６の配置は図５に示すものに限らず、サポート１５の下部に配置してもよく、スプレヘッダ１２の上部又は下部に直接取付けてもよく、スプレヘッダ１２と同一平面上に配置させることで、同等の効果が得られる。

図１において、スプレヘッダ１２の各段で滞留部１４が形成させる吸収液滞留構造とすることで、排ガスの吹抜けと偏流が防止され、スプレヘッダ設置部での排ガス偏流の再発も抑制され、高効率の脱硫性能を得ることが可能となる。排ガス流れの最下流段（図１で最上段）のスプレヘッダ１２においては、脱硫率への影響は小さいため、上記のようなスプレヘッダ１２上で吸収液を滞留させる構造は省略可能である。また、脱硫性能向上により吸収液循環量が低減され、スプレヘッダ１２の段数を減少させることも可能となる。多孔板１６を２つの段のスプレヘッダ１２，１２の間や、排ガス流れの最上流に設置されるスプレヘッダ１２よりも上流側に設置する従来の湿式排煙脱硫装置とは異なり、スプレヘッダ１２の平面上で吸収液を滞留させる構造とすることから、吸収塔本体１の高さ方向に多孔板１６を設置するスペースを設ける必要がなく、吸収液循環量の低減に伴い、脱硫吸収塔の高さも低くすることができるため、ランニングコストが低減されるとともに、装置がコンパクト化される。

また、本発明を適用したとき、フラッディング（吸収液が滞留し続けて流下せずに溢れる状態）を起こさずに、脱硫性能を効果的に向上させるためには、排ガスが一段のスプレヘッダ平面を通過する開口部を、表１に示すデータより、吸収塔の水平断面積の３０〜５０％に設定することが好ましい。

開口率が３０％未満では、排ガスの圧力損失が著しく増加するだけでなく、スプレヘッダ部に滞留した吸収液が落下せずに溢れてしまう可能性が高くなる。一方、前記開口率が５０％を超えて大きくなり過ぎると、吸収液の滞留が起こりにくく、十分な脱硫性能向上効果が得られない。

また、スプレヘッダ平面上で吸収液を滞留させる方法として、スプレヘッダ１２と多孔板１６の一体化を採用した場合、図４のように同一水平面上での吸収塔内壁とスプレヘッダ１２との間、スプレヘッダ１２とスプレヘッダ１２の間に設けられるサポート１５上に多孔板１６を設置することができ、スプレヘッダ１２で多孔板１６を支持する構造とすることで、多孔板１６の固定支持材の量が大幅に削減することができる。そのため、既設脱硫装置においても、図４、図５のようにスプレヘッダ１２の間隙に多孔板１６を設置することで、容易に適用可能である。また、スプレヘッダ設置部に設ける多孔板１６の孔径は、スプレヘッダ１２とスプレノズル１３の占有水平断面積を考慮して設定する必要があり、従来の多孔板よりもスプレヘッダ１２の占有面積分程度大きくする必要がある。従来の多孔板での孔形状は円形であるが、本実施例では多孔板１６を四角形や六角形などの形状とすることで強度を向上させることが望ましい。図４に示す孔形状は正六角形であり、その一例である。

本発明は、脱硫吸収塔低コスト化と吸収塔内スプレヘッダ部での排ガスの吹抜けを解決する効果的な対策の一つであると考えられる。

１ 吸収塔本体
２ 入口ダクト
３ 出口ダクト
４ 吸収液循環ポンプ
６ 循環タンク
７ 撹拌機
８ 空気供給管
９ ミストエリミネーター
１０ 吸収液抜出し管
１１ 循環配管
１２ スプレヘッダ
１３ スプレノズル
１４ 吸収液滞留部
１５ サポート
１６ 多孔板

Claims (5)

1. 燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口部と、導入した排ガスの流れに直交する方向の断面に多数のスプレノズルを有するスプレヘッダを排ガス流れ方向に複数段設置した吸収塔と、該吸収塔の下部に設けられた炭酸カルシウムを含む吸収液を貯留した循環タンクと、該循環タンクからスプレノズルに吸収液を循環供給する吸収液循環系を備え、スプレノズルから噴霧される吸収液と排ガスを気液接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置において、
   排ガス流れに直交する方向にスプレヘッダを複数段設置し、少なくとも一段のスプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造を備えていることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
2. 前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造は、該スプレヘッダと該スプレヘッダの周囲に設けたサポートからなり、該サポートは排ガス流れに直交する方向に格子状に張り巡らしていることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
3. 前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造は、該スプレヘッダと該スプレヘッダと一体化した多孔板とからなることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
4. 複数段のスプレヘッダのうち、排ガス流方向の最下流段のスプレヘッダを除く少なくとも一段以上のスプレヘッダに、前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造を設置することを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
5. 前記スプレヘッダと同一平面上に吸収液を滞留させる構造としたスプレヘッダ段での吸収塔のガス流れに直交する方向の断面積に対する多孔の開口率を３０％〜５０％とすることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。

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