JP2013208605A - 海水脱硫酸化処理装置及び海水排煙脱硫システム - Google Patents

海水脱硫酸化処理装置及び海水排煙脱硫システム Download PDF

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Abstract

【課題】システムのコンパクト化を図った海水脱硫酸化処理装置及び海水排煙脱硫システムを提供する。
【解決手段】ボイラ排ガス中の硫黄酸化物を海水脱硫することで生成される亜硫酸(H2SO3)を含んだ酸性脱硫海水13を、希釈海水14及び空気により水質回復処理を行う酸化・曝気槽16を備えた海水脱硫酸化処理装置であって、酸化・曝気槽16の長手方向の入口側に形成された上流側堰21Aを有し、希釈海水14が導入される主流路20Aと、上流側堰21Aの上流側に形成され、酸性脱硫海水13を導入しつつ、前記希釈海水14と混合する上流側混合部22Aと、酸化・曝気槽16の上流側混合部22Aの上流側から迂回され、前記酸化・曝気槽16で酸化曝気された酸性脱硫海水13を、後希釈する希釈海水14を供給する副流路20Bと、を具備してなる。
【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)をエアレーション装置に導入する海水脱硫装置の排水水路及び海水排煙脱硫システムに関する。
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、「排ガス」と呼ぶ)は、該排ガス中に含まれている二酸化硫黄(SO2)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、石灰石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等が知られている。
このうち、海水法を採用した排煙脱硫装置(以下、「海水排煙脱硫装置」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又は角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、上部が開放された長い水路(Seawater Oxidation Treatment System;SOTS)内を流れ排水される際、水路の一部の底面に設置したエアレーション装置(酸化・曝気槽)から微細気泡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(特許文献1〜3)。
特開2006−055779号公報 特開2009−028570号公報 特開2009−028572号公報
しかしながら、海水脱硫には膨大な海水量が必要となるので、海水脱硫装置のコンパクト化が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、システムのコンパクト化を図った海水脱硫酸化処理装置及び海水排煙脱硫システムを提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、海水脱硫装置により例えばボイラ排ガス中の硫黄酸化物を海水脱硫することで生成される亜硫酸(H2SO3)を含んだ酸性脱硫海水を、希釈海水及び空気により水質回復処理を行う酸化・曝気槽を備えた海水脱硫酸化処理装置であって、前記酸化・曝気槽の長手方向の入口側に形成された上流側堰を有し、前記希釈海水が導入される主流路と、前記上流側堰の上流側に形成され、前記酸性脱硫海水を導入しつつ、前記希釈海水と混合する上流側混合部と、前記酸化・曝気槽の上流側混合部の上流側から迂回され、前記酸化・曝気槽で酸化曝気された酸性脱硫海水を、後希釈する希釈海水を供給する副流路と、を具備してなることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第2の発明は、第1の発明において、前記酸化・曝気槽の長手方向の出口側に形成され、前記上流側堰と共に、水質回復海水の容積を所定量以上に確保する下流側堰を有することを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第3の発明は、第2の発明において、前記下流側堰の下流側に設けられ、副流路を迂回した希釈海水を用いて下流側堰の後流側で、水質回復海水と混合して後希釈する下流側混合部を有することを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第4の発明は、第1の発明において、前記上流側堰に開口が形成されていることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第5の発明は、第2の発明において、前記上流側堰及び下流側堰の開口が可変自在であることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第6の発明は、第2の発明において、前記上流側堰及び下流側堰の高さが調節自在であることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第7の発明は、第1の発明において、前記上流側堰が多段であり、下流側に行くにつれて、その高さを低くしてなることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置にある。
第8の発明は、排ガスと脱硫用海水とを気液接触してガス中の硫黄酸化物(SOX)を亜硫酸(H2SO3)へ脱硫反応させる排煙脱硫吸収塔と、第1乃至7のいずれか一つの海水脱硫酸化処理装置とを具備してなり、汲み上げた海水を希釈海水と、脱硫用海水とに分岐し、分岐した脱硫用海水を用いて前記排煙脱硫吸収塔で脱硫した後、前記酸性脱硫海水として、前記海水脱硫酸化処理装置の上流側混合部へ導入すると共に、前記希釈海水を、前記海水脱硫酸化処理装置の前記主流路と前記副流路とに所定割合で導入することを特徴とする海水排煙脱硫システムにある。
本発明によれば、脱硫装置からの酸性脱硫海水は、上流側混合部内に導入され、この区画内で希釈海水により前希釈の混合が確実になされる。この確実に混合された酸性脱硫海水は、上流側堰を越えて、酸化・曝気槽に流入されることにより、酸化・曝気槽内にて曝気され、酸化曝気処理が確実になされる。酸化曝気処理が確実になされた酸性脱硫海水は、副流路により迂回された希釈海水により仕上げ希釈がなされ、その後放流海水として海へ放流される。
図1は、本実施例に係る海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図2は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図3は、図1のA−A線断面図である。 図4は、他の実施例に係る図1のA−A線断面図である。 図5は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図6−1は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図6−2は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図7は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。 図8は、本実施例の可動堰の概略図である。 図9−1は、本実施例の可動堰の概略図である。 図9−2は、本実施例の可動堰の概略図である。 図10は、本実施例に係る堰の変形例の概略図である。 図11は、図1に示す海水脱硫酸化処理装置を備えた海水排煙脱硫システムの概略図である。 図12は、酸化・曝気槽の距離と海水のpHとの関係を示すグラフである。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例に係る海水脱硫酸化処理装置について、図面を参照して説明する。図1乃至図3は、本実施例に係る海水脱硫酸化処理装置の概略図である。図3及び図4は、図1及び図2のA−A線断面図である。また図5乃至図7は、本実施例に係る他の海水脱硫酸化処理装置の概略図である。
先ず、図1及び図3に示すように、本実施例に係る海水脱硫酸化処理装置10Aは、海水脱硫装置(図示せず)により例えばボイラ排ガス中の硫黄酸化物を海水脱硫することで生成される亜硫酸(H2SO3)を含んだ酸性脱硫海水13を、希釈海水14及び空気15により水質回復処理を行う酸化・曝気槽16を備えた海水脱硫酸化処理装置であって、酸化・曝気槽16の長手方向の入口側に形成された上流側堰21Aを有し、希釈海水14が導入される主流路20Aと、上流側堰21Aの上流側に形成され、酸性脱硫海水13を導入しつつ、前記希釈海水14と混合する上流側混合部22Aと、酸化・曝気槽16の上流側混合部22Aの上流側から迂回され、前記酸化・曝気槽16で酸化曝気された酸性脱硫海水(曝気海水)13を、後希釈する希釈海水14を供給する副流路20Bと、を具備してなるものである。
図1中、符号24Aは希釈海水導入通路、24Bは放流海水排出通路、27は主流路20Aと副流路20Bとを隔てる隔壁を図示する。
本実施例では、上流側堰21Aの上流側と、下流側堰21Bの下流側とに、各々入口部堰25A及び出口部堰25Bを設けている。
そして、上流側堰21Aの上流側と入口部堰25Aとで挟まれる区画を上流側混合部22Aとすると共に、下流側堰21Bと出口部堰25Bとで挟まれる区画を下流側混合部22Bとしている。
上流側混合部22Aの側壁には酸性脱硫海水13が導入される酸性脱硫海水導入通路26が設けられている。
そして、酸性脱硫海水13は、この酸性脱硫海水導入通路26により、上流側混合部22A内に導入され、この区画内で希釈海水14により前希釈の混合が確実になされる。
このように希釈海水14と確実に混合された酸性脱硫海水13が、上流側堰21Aを越えて、酸化・曝気槽16に流入される。これにより、酸化・曝気槽16内にて散気管28より供給される空気15による酸化・曝気処理が確実となる。
なお、脱硫海水は、図示しない送液ポンプを用いて、排煙脱硫吸収塔へ供給しているが、例えば上流側混合部22Aの区画内に設置することができる。また、希釈海水導入通路24Aの前流側に設置するようにしてもよい。
また、希釈海水14の一部を副流路20Bにより迂回された希釈海水14bは、下流側混合部22Bに導入され、ここで酸化曝気された酸性脱硫海水(曝気海水)13の後希釈である仕上げ希釈がなされ、その後放流海水25として海へ放流されている。
酸化・曝気槽16の底部には空気を散気させる散気管28が設置されているが、この酸化・曝気領域を上流側堰21Aと、下流側堰21Bとで確実に区分けしているので、所定容積の海水による酸性脱硫海水13の酸化曝気が確実になされる。
ここで、図1に示す海水脱硫酸化処理装置10Aでは、希釈海水14の導入側と放流海水25の排出側において、流路の横幅を狭くしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図2に示すように、主流路20Aと副流路20Bとの合計の幅と同一の幅としても良い。
本発明では、排ガス中の硫黄酸化物を吸収する排ガス中の吸収SO2量(ΔS)を、主流路20Aに導入される主流路海水量(全海水量(F)−副流路に供給する海水量(FB))で除した値(αとする)が0.5〜1.3の範囲で制御するようにしている。
0.5<(ΔS/(F−FB))=α <1.3
ここで、Fは、全海水量、FBは副流路20Bへ供給する海水量である。
より好適には、0.65<(ΔS/(F−FB))=α <1.15の範囲で制御することで、最適希釈海水量を確実に制御するようにしている。
例えば吸収SO2量(ΔS)が70,000gmol/hの際に、全海水量が100,000m3/hの場合、αを1.0で制御しようとすると、副流路20Bに供給する希釈海水14bの海水量は30,000m3/hとすれば良いこととなる。
これにより、例えばボイラ負荷等により排ガス中の硫黄酸化物の量が増大した際、吸収SO2(ΔS)は予想外に変化(上昇)するが、このような場合には、副流路20Bに供給する希釈海水14bの海水量を少なくして、酸化・曝気槽16での酸化・曝気を確実に行うことが可能となる。
また、図4に示すように、上流側堰21Aの一部に開口21aを設け、混合海水が、酸化・曝気槽16内への流入を促進させるようにしてもよい。
該開口21aはその開口面積を可変自在として、流路断面積を調整するようにしてもよい。
図1に示す実施例の海水脱硫酸化処理装置10Aでは、酸化・曝気槽16の上流側と下流側とに、それぞれ上流側混合部22Aと下流側混合部22Bとを設けているが、本発明はこれに限定されず、図5に示す海水脱硫酸化処理装置10Bのように、上流側混合部22Aのみを設けるようにしてもよい。
図1に示す実施例の海水脱硫酸化処理装置10Aでは、副流路20Bへ供給する希釈海水14bの流量調整は、図示しないポンプにより行うこともできるが、図6−1に示す海水脱硫酸化処理装置10Cのように、隔壁27の隔壁入口側27aに設けた可動水門29Aを調整することで、希釈海水14の分配量の調節を可能とすることができる。
この可動水門は、案内部29aが形成されて、垂直方向に可動自在としている。
また、副流路20Bの流路内に副流路堰30を設置し、副流路20Bを通過する希釈海水14bの流量を調整するようにしてもよい。
また、図6−1に示すような垂直方向に可動自在な可動水門に限定されず、図6−2に示す海水脱硫酸化処理装置10Cのように、隔壁27の隔壁入口側27aに、左右に回動する回動水門29Bを設け、開閉度合いを調整することで、希釈海水14の分配量の調節を可能とすることもできる。
また、図1及び図2、図5及び図6に示す海水脱硫酸化処理装置10A〜10Cでは、隔壁27を通過した後の隔壁出口側27bから希釈海水14bを流入させて、仕上げ希釈をしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図7に示す海水脱硫酸化処理装置10Dのように、隔壁27に開口27cを設けるようにしてもよい。そして、この開口27cを介して副流路20Bに供給した希釈海水14bの一部を、酸化・曝気槽16内に導入し、酸化・曝気した曝気海水を希釈するようにしてもよい。ここで、一部とは下流側混合部22Bで必要な量を確保した残りの海水をいう。
ここで、図12に、酸化・曝気槽の距離と海水のpHとの関係を示す。
図12に示すように、横軸は酸化・曝気槽16の入口からの距離を示し、縦軸は海水のpHを示す。
図12において、距離が進むにつれて、グラフのpHが急激に上昇しているのは、下流側混合部22において、副流路20Bでバイパスした海水14bと混合している箇所を示す。
図12中、「実線」は、バイパス量が小さくαが小さい場合であり、酸化槽入口でのpHは高いが、亜硫酸の酸化によるpH低下が小さい。pHの低下が小さいため、CO2分圧が上昇せず、脱炭酸速度が向上せず、αを最適化した(α=1.0)に比べ、pHの回復は悪い。
ここで、「一点鎖線」のように、αを最適化する(α=1.0)ことで、同じ酸化槽でも、pHの向上を図ることができる。
これに対し、「破線」のように、αを最適化しない(α=0.7)と、目標とするpHを達成するためには、酸化・曝気槽を大きくする必要がある。
また、吸収SO2量(ΔS)が70,000gmol/hよりも小さい場合には、希釈海水14の総量を低減することができるので、酸化・曝気槽16内の曝気容積を小さくするようにしてもよい。
この場合には、例えば下流側堰21Bの堰を可動堰とし、その高さを調節することで調節可能とすることができる。
また、可動堰以外に、下流側堰21Bに開口を設け、その開口を可変自在として、開口の流路断面積を調整するようにしてもよい。
図8は、本実施例の可動堰の概略図である。
図8に示すように、この可動堰は、酸化・曝気槽16の底部16aから立設された基礎壁21A−1(21B−1)と、この基礎壁21A−1(21B−1)に対して上昇及び下降が自在な可動壁21A−2(21B−2)とから構成されている。
なお、下流側堰21Bの可動堰も同様であるので、図面の括弧内に符号を示す。
図9−1及び図9−2は、本実施例の他の可動堰の概略図である。
図9−1に示す可動堰は、酸化・曝気槽16の底部16aから立設された一対のコの字形状の案内部材31と、この案内部材31内に垂直方向に可動自在な上流側堰21A(下流側堰21B−1)が挿入されており、必要に応じて流量を調整するようにしている。
図9−2に示す可動堰は、酸化・曝気槽16の底部16aから立設された一対のコの字形状の案内部材31と、この案内部材31内に垂直方向に可動自在な一枚の可動の上流側堰21Aが2分割(21A−1、21B−2)されて挿入されており、可動量を調整して、必要に応じて流量を調整するようにしている。
なお、下側の堰21A−1を固定するようにして、上側の堰21A−2のみが可動するようにしてもよい。
なお、下流側堰21Bの可動堰も同様であるので、図面の括弧内に符号を示す。
このような可動堰を用いることで、酸化・曝気槽16内の容積を任意に変更することが可能となる。
図10は、本実施例に係る他の堰の変形例の概略図である。
図10に示すように、酸化・曝気槽16の上流側に設置される上流側堰21Aが希釈海水14の流れの下流側に向かって複数(本実施例では3つ)21A1、21A2、21A3が立設されていると共に、その堰の高さを上流側の堰21A1から下流側の堰21A3にかけてその高さを順次低くして、落水33の際に滝化させるようにしている。これにより、滝つぼに落下した海水中に、微細な空気の気泡34が無数に発生させ、空気と接する海水表面積を増やし、巻き込み効果が発揮され、酸化・曝気槽16において外部空気を吸収しやすくするようにしている。
この結果、酸化・曝気槽16に導入される以前において、微細な空気の気泡34を含むこととなるので、酸化作用が良好となり、酸化作用を補うのでエアレーション装置の動力低減を図ることができる。
本発明による実施例に係る海水脱硫酸化処理装置を備えた海水排煙脱硫システムについて、図面を参照して説明する。図11は、図1に示す海水脱硫酸化処理装置を備えた海水排煙脱硫システムの概略図である。
図11に示すように、海水排煙脱硫システム100は、排ガス101と脱硫用海水14aとを気液接触してSO2を亜硫酸(H2SO3)へ脱硫反応させる排煙脱硫吸収塔102と、排煙脱硫吸収塔102の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ酸性脱硫海水13を希釈海水14と希釈・混合する酸化・曝気槽16を備えた海水脱硫酸化処理装置10Aと、を具備してなり、海洋から汲み上げた海水を希釈海水14と、脱硫用海水14aとに分岐し、分岐した脱硫用海水14aを用いて前記排煙脱硫吸収塔102で脱硫した後、前記酸性脱硫海水13として、海水脱硫酸化処理装置10Aの上流側混合部22Aへ導入すると共に、希釈海水14を、前記海水脱硫酸化処理装置の主流路20Aと前記副流路20Bとに所定割合で導入するようにしている。
なお、図11中、符号110は海水冷却用のコンデンサー、L1は海水汲み上げ通路、L2は希釈海水供給通路、L3は脱硫用海水供給通路、L4は排ガス供給通路、L5は酸性脱硫海水供給通路、P1及びP2は海水ポンプである。
排煙脱硫吸収塔102においては、脱硫用海水供給通路L3を介して供給される脱硫用海水14aが散気管102aから上方に向かって噴射され、その噴射された脱硫用海水14aと排ガス101とを気液接触させて、排ガス101中のSO2を海水中に吸収させる。排煙脱硫吸収塔102で硫黄分を吸収した酸性脱硫海水13は、排煙脱硫吸収塔102の底部に貯留され、その後排煙脱硫吸収塔102の後流側に設けられた海水脱硫酸化処理装置10Aの上流側混合部22A内に、酸性脱硫海水供給通路L5を介して導入され、ここで希釈海水供給通路L2から供給される希釈海水14と確実に混合がなされる。
そして、混合希釈された酸性脱硫海水13は、上流側混合部22Aの下流側に設けられている酸化・曝気槽16に、上流側堰21Aを越えて導入される。
この酸化・曝気槽16内では、図示しない酸化用空気ブロアより供給された空気が散気管102aにより供給され、酸性脱硫海水13が水質回復される。その後下流側堰21Bを越えて、下流側混合部22B内で、別途迂回された、希釈海水14bが隔壁出口側27bから希釈海水14bを導入され、後希釈がなされて仕上げ希釈が完了する。その後放流海水排出通路24Bを介して、海へ放流海水25として放流するようにしている。
本海水排煙脱硫システムを適用することで、システムのコンパクト化を図ると共に、所定の値(α)(0.5<(ΔS/(F−FB)=α)<1.3)の範囲で制御するようにすることで、吸収SO2(ΔS)が予想外に変化(上昇)したとき(ボイラ負荷等)であっても、副流路に供給する希釈海水14bの海水量導入を少なくし、主流路20Aへの希釈海水の量を増大させることで、酸化・曝気槽16での空気15供給量を増大させずに、酸化・曝気槽16での酸化・曝気が確実にされることとなる。
10A〜10D 海水脱硫酸化処理装置
13 酸性脱硫海水
14 希釈海水
15 空気
16 酸化・曝気槽
21A 上流側堰
21B 下流側堰
22A 上流側混合部
22B 下流側混合部
100 海水排煙脱硫システム
102 排煙脱硫吸収塔

Claims (8)

  1. 海水脱硫装置により例えばボイラ排ガス中の硫黄酸化物を海水脱硫することで生成される亜硫酸(H2SO3)を含んだ酸性脱硫海水を、希釈海水及び空気により水質回復処理を行う酸化・曝気槽を備えた海水脱硫酸化処理装置であって、
    前記酸化・曝気槽の長手方向の入口側に形成された上流側堰を有し、前記希釈海水が導入される主流路と、
    前記上流側堰の上流側に形成され、前記酸性脱硫海水を導入しつつ、前記希釈海水と混合する上流側混合部と、
    前記酸化・曝気槽の上流側混合部の上流側から迂回され、前記酸化・曝気槽で酸化曝気された酸性脱硫海水を、後希釈する希釈海水を供給する副流路と、を具備してなることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  2. 請求項1において、
    前記酸化・曝気槽の長手方向の出口側に形成され、前記上流側堰と共に、水質回復海水の容積を所定量以上に確保する下流側堰を有することを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  3. 請求項2において、
    前記下流側堰の下流側に設けられ、副流路を迂回した希釈海水を用いて下流側堰の後流側で、水質回復海水と混合して後希釈する下流側混合部を有することを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  4. 請求項1において、
    前記上流側堰に開口が形成されていることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  5. 請求項2において、
    前記上流側堰及び下流側堰の開口が可変自在であることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  6. 請求項2において、
    前記上流側堰及び下流側堰の高さが調節自在であることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  7. 請求項1において、
    前記上流側堰が多段であり、下流側に行くにつれて、その高さを低くしてなることを特徴とする海水脱硫酸化処理装置。
  8. 排ガスと脱硫用海水とを気液接触してガス中の硫黄酸化物(SOX)を亜硫酸(H2SO3)へ脱硫反応させる排煙脱硫吸収塔と、
    請求項1乃至7のいずれか一つの海水脱硫酸化処理装置とを具備してなり、
    汲み上げた海水を希釈海水と、脱硫用海水とに分岐し、分岐した脱硫用海水を用いて前記排煙脱硫吸収塔で脱硫した後、前記酸性脱硫海水として、前記海水脱硫酸化処理装置の上流側混合部へ導入すると共に、
    前記希釈海水を、前記海水脱硫酸化処理装置の前記主流路と前記副流路とに所定割合で導入することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
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