JP2014200768A - 海水式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排煙処理液として海水を用いることでコストを抑えつつ、海水で捕捉された煤塵や重金属類を海へ戻すことなく、二次公害の可能性を低減した海水式排煙脱硫装置を提供すること。
【解決手段】水平方向に導入した排ガス流路として入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有した仕切板１７を設け排ガスの上昇流領域と下降流領域を形成させ、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される海水を用いた吸収液と排ガスを接触させて、それぞれの領域の下部に設けられた液溜めに吸収液を回収し、排ガス中のＳＯｘを処理する吸収塔を備えた海水式排煙脱硫装置であり、上流側の液溜めの液は排水処理設備で処理した後に排出し、下流側の液溜めの海水は循環使用を行わず従来と同様にエアレーションした後に海洋に排水する海水式排煙脱硫装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置から発生する排ガス中の有害成分の硫黄酸化物、煤塵、重金属などを除去する排煙処理装置に係わり、特に、脱硫吸収液として海水を利用する海水式排煙脱硫装置に関する。

大気汚染防止のため、工場や製鉄所、化学プラント及び火力発電設備等の排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の除去装置として排煙脱硫装置が設置されている。脱硫方式としては湿式石灰石−石膏法が世界的に主流であるが、特に開発途上国の海沿いの地域では、吸収液兼吸収剤に海水を使用する海水脱硫装置が設置されることも多い。

一例として、特開２００８−２０７１４９号公報（特許文献１）記載の火力発電プラントに設置された海水脱硫装置の構成を図４に示す。ボイラ１からの排ガスはエアヒータ（図示せず）により熱交換し、電気集塵機３で除塵が行われ、ファン４により昇圧される。その後昇圧された排ガスはガス-ガスヒータ（図示せず）で熱回収され、吸収塔６において海水噴霧ポンプ７により供給され、スプレされた清浄な海水ライン８中の海水と直接接触することにより、排ガス中の煤塵や塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスとともにＳＯｘが吸収除去される。排ガスに同伴されるミストは吸収塔６の出口に設置されたミストエリミネータ（図示せず）により除去され、浄化された排ガスはガス-ガスヒータ（図示せず）により再加熱されて煙突１０より排出される。

一方、煤塵やＳＯｘ等を吸収し、ｐＨが低下した排海水ライン１１中の排海水は全量がエアレーション設備（排水酸化槽）１２に送られ、空気ブロワ１４から供給される空気でエアレーションをし、ｐＨ及び溶存酸素濃度の回復、温度低下と各成分の希釈が行われ、海洋１へ戻される。また、吸収塔６でスプレされる清浄な海水は海水ライン８から新たに海洋１から汲上げられる。吸収塔６では通常このようなサイクルによりワンスルーで海水を供給する。

特開２００８−２０７１４９号公報

近年、世界の様々な地域で環境規制の開始や強化が行われており、工場や化学プラント、火力発電設備等で発生する排ガス浄化のために排煙脱硫装置が設置されることが多いが、そのような動きの中で設備投資を抑えるために、海に近い地域では設備費と運転費が比較的安価といわれている海水式を採用するケースが増加している。しかし通常の海水式による排煙脱硫では、吸収塔６で捕捉された煤塵や重金属類について、特別な処理が行われないまま海洋１へと戻されているため、周囲の海洋１が汚染され、二次公害が発生する可能性が懸念される。そのような二次公害の発生を防ぐためには、排水処理設備の設置といった対策が考えられるが、脱硫吸収液兼吸収剤として海水を大量に使用するため、排水処理設備自体と排水処理に係るコストが大きくなり、海水脱硫のコストメリットが失われる。

本発明の課題は、設備費及び運転費の増加を抑えてコストメリットを維持したまま、二次公害発生の可能性を低減し、より環境に配慮した海水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、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトからほぼ水平方向に導入し、出口ダクトからほぼ水平方向に排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有した仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される海水を用いた吸収液と排ガスを接触させて、それぞれの領域の下部に設けられた液溜めに吸収液を回収し、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた海水式排煙脱硫装置において、排ガスと吸収液との接触が二段階で行われ、上昇流領域では排ガスと、液溜めから循環供給される吸収液とをスプレノズルからの噴霧により接触させ、液溜めから抜き出された液を排水処理設備で処理した後に排出し、下降流領域では排ガスと、海水源から採取された海水を吸収液としてスプレノズルからの噴霧により接触させて、液溜めの海水は循環使用を行わず、エアレーションした後に海洋に排水することを特徴とした海水式排煙脱硫装置である。

請求項２記載の発明は、前記上昇流領域のガス流れ方向が上昇流であり、かつ前記吸収液が前記スプレノズルより向流接触となるように下向きに噴霧され、前記上昇流領域に設けられた最上段に設置するスプレノズルを他のスプレノズルより大きな液滴径の吸収液を噴霧するスプレノズルとし、液滴径の大きな吸収液により後段側への同伴ミストを低減させると同時に上昇流領域と下降流領域との吸収液の混合を抑制することを特徴とした請求項１に記載の海水式排煙脱硫装置である。

請求項３記載の発明は、下降流領域の吸収塔ガス出口後流部にミストエリミネータを設置し、該ミストエリミネータのエレメント洗浄水を塩分を含まない水とし、該ミストエリミネータから排出された該洗浄水を前記上昇流領域の液溜めへの補給水として供給することを特徴とした請求項１又は２記載の海水式排煙脱硫装置である。

請求項４記載の発明は、吸収塔内部の排ガスが、前記上昇流領域から前記下降流領域へ向かってターンする領域に排ガス整流板を設け、該排ガス整流板の端部に堰を設け、該排ガス整流板に衝突して前記堰に捕集された吸収液の液滴が前記上昇流領域に戻るように該排ガス整流板を配置することを特徴とした請求項１又は２記載の海水式排煙脱硫装置である。

請求項５記載の発明は、前記排ガス整流板は排ガス流に対向する平面を円弧状に形成し、前記円弧状平面が鉛直方向に対して排ガス流の上流側に向けて傾斜させて設けられていることを特徴とした請求項４記載の海水式排煙脱硫装置である。

請求項６記載の発明は、前記排ガス整流板を複数設けたことを特徴とした請求項４又は５記載の海水式排煙脱硫装置である。

請求項１記載の発明によれば、これまで海水式排煙脱硫装置において海洋へそのまま排出されていた煤塵や重金属類を、コスト増加を抑えつつ分離・除去して回収することができ、従来と比較してより環境に配慮した海水式排煙脱硫装置の設置が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、排ガスの上昇流領域の最上段のスプレを他のスプレより液滴径の粗いものとすることにより、前段の排ガスの上昇流領域と後段の排ガスの下降流領域との境界領域にミストエリミネータを設置することなく後段の排ガスの下降流領域へのミスト飛散を低減することができ、設備費の増加を抑えるとともに、前段側の排ガスの上昇流領域と後段側の下降流領域での噴霧吸収液の混合を避け、海洋への汚染物質の流出を更に低減することが可能となる。また、上記のように脱硫装置における全排水の一部、すなわち前段側の排ガス上昇流領域で回収した煤塵や重金属類を含む吸収液のみを排水処理設備で処理するため、排水処理に係る設備費及び運転費の増加を抑えることが可能である。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、吸収塔の排ガス出口部に設置したミストエリミネータのエレメント洗浄水を海水でなく真水とすることにより、吸収塔より後流側の煙道や機器への海水の飛散を防ぎ、これら煙道や機器の腐食及び閉塞の低減、防止が可能となるとともに、使用後の洗浄水を吸収塔の前段側排ガス上昇流領域への補給水として使用することで、前段側の排ガス上昇流領域における補給水量の低減を図ることが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、吸収塔の排ガスが前段側から後段側へ向かってターンする箇所に、端部に堰を有する排ガス整流板を、整流板との慣性衝突によって捕集されたミスト・液滴が堰を伝って前段側へ戻るように配置することにより、前段側から後段側への吸収液の流入及び混合を低減することが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、上記請求項４記載の発明の効果に加えて、排ガス整流板の形状を円弧状として、鉛直方向に対して排ガスの上流側に向けて傾斜させて配置することにより、排ガス整流板で捕集されたミストが排ガス整流板の両端から排ガスの上昇流領域側にスムーズに回収される。

請求項６記載の発明によれば、上記請求項４又は５記載の発明の効果に加えて、排ガス整流板を複数設けることでミストの捕集効果を高めることができる。

本発明の一実施例である海水式排煙脱硫装置の系統を示す図である。 本発明の一実施例であるガス整流板を有する海水式排煙脱硫装置の系統を示す図である。 図２に図示する堰付きガス整流板の構造と配置の一例を簡易的に示す図であり、図３（ａ）はガスターン部の拡大図、図３（ｂ）は排ガス上昇流領域側から見た吸収塔排ガス上昇流領域から下降流領域へのガスターン部の拡大図、図３（ｃ）は堰付き排ガス整流板の断面図である。 従来の海水式排煙脱硫装置の系統の一例として、火力発電プラントに設置された海水式排煙脱硫装置を示す図である。

以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の実施例１として吸収塔が一塔の場合の海水式脱硫装置の構成を図１に示す。ボイラ等からの排ガス１６は図示されていないエアヒータ、電気集塵機等を経て煙道より吸収塔に導入される。吸収塔は仕切板１７により液溜部を含めて上昇流領域１８と下降流領域１９の二区画に分けられている。まず吸収塔入口から上昇流領域１８に導入された排ガス１６は上向きに方向を変え、循環タンク部２０から循環ポンプ２１によって上昇流領域１８で下向きに循環噴霧される吸収液と向流スプレ部２２で向流接触し、除塵と重金属類の除去と酸性ガスの除去が行われる。

向流スプレ部２２の最上段のスプレノズルは、他のスプレノズルよりも噴霧される液滴径の大きい粗液滴スプレ２３であり、境界にミストエリミネータを設置することなく、下降流領域１９へのミスト飛散が低減され、上昇流領域１８の補給水量が低減されるとともに、上昇流領域１８で除去した煤塵や重金属類の海水への流出を更に低減することが可能となる。また、このとき補給水として海水若しくは塩分を含まない水が供給され、同時に吸収液の一部を抜き出す。その後、排ガス１６は下降流領域１９において、海水噴霧ポンプ７によりワンスルーで供給され、下向きに噴霧される清浄な海水と並流スプレ部２４にて並流接触し、更に酸性ガスの除去が行われ、吸収塔出口後流のミストエリミネータ９にてミストを除去される。このとき、ミストエリミネータ９のエレメント洗浄には塩分を含まない水を使用し、後流の煙道や機器の腐食・閉塞を防ぐ。使用後、前記ミストエリミネータ９を洗浄後の洗浄水は洗浄水ライン２５を経由し上昇流領域１８の補給水として供給される。清浄な排ガスは、ガス-ガスヒータが設置されている場合は再加熱され、煙突より排出される。

一方で排水については、上昇流領域１８では吸収性能を維持するため、吸収液の一部が濃縮排水として排水ライン２６を経由して循環ライン３０より抜出されて、排水処理設備２７に送られ浄化処理される。浄化された処理済み排水は、排水ライン２８からワンスルーで、ダウンフロー側の排海水１１と同様に、エアレーション設備１２において処理を行われた後、海洋１５に戻される。

本発明のその他の実施例を図２に示す。本実施例においては、図１に示す海水式排煙脱硫装置に比べて、吸収塔内の排ガス上昇流領域１８の補給水及び吸収塔排ガス出口のミストエリミネータ９のエレメント洗浄水として海水のみを使用すること、使用後の洗浄水を洗浄水ライン２５からそのまま又は排ガス下降流領域１９の排海水１１と混合して処理すること、及び塔内の排ガス上昇流領域１８から下降流領域１９へのガスターン部に堰付き排ガス整流板２９を設置したことを特徴とする。

堰付き排ガス整流板２９の構造・配置の一例を図３に示す。図３（ａ）は図２の吸収塔排ガス上昇流領域１８から下降流領域１９へのガスターン部の拡大図、図３（ｂ）は排ガス上昇流領域１８側（矢印Ａ側）から見た吸収塔排ガス上昇流領域１８から下降流領域１９へのガスターン部の拡大図、図３（ｃ）は堰付き排ガス整流板２９の断面図である。

図３に示す堰付き排ガス整流板２９は断面がコの字状で、排ガスの上流側が短く、排ガスの下流側が長くなっており、コの字状の長い方が短い方に比較してその端部が上方に来るように、鉛直方向に対して排ガス流の上流側に向けて傾斜させて配置される。また、堰付き排ガス整流板２９の長手方向は円弧状で、前述のように傾斜させて配置することにより、長手方向の端部が最下端となり、捕集されたミストを排出されやすいようになっている。さらに、堰付き排ガス整流板２９は１箇所設けることも、複数設けることも可能である。

真水の使用量を極力低減したい場合は、このように代替として海水のみを使用し、かつ堰付きガス整流板２９によりダウンフロー側１９への吸収液の流入・混合を低減するとともに、前段側への補給水量の低減も図ることが可能である。

９ ミストエリミネータ
１１ 排海水
１２ エアレーション設備
１６ 排ガス
１７ 仕切板
１８ 上昇流領域
１９ 下降流領域
２０ 循環タンク部
２１ 循環ポンプ
２２ 向流スプレ部
２３ 粗液滴スプレ
２４ 並流スプレ部
２５ 洗浄水ライン
２６ 排水ライン
２７ 排水処理設備
２８ 排水ライン
２９ 堰付き排ガス整流板
３０ 循環ライン

Claims (6)

1. ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトからほぼ水平方向に導入し、出口ダクトからほぼ水平方向に排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有した仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される海水を用いた吸収液と排ガスを接触させて、それぞれの領域の下部に設けられた液溜めに吸収液を回収し、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた海水式排煙脱硫装置において、
   排ガスと吸収液との接触が二段階で行われ、上昇流領域では排ガスと、液溜めから循環供給される吸収液とをスプレノズルからの噴霧により接触させ、液溜めから抜き出された液を排水処理設備で処理した後に排出し、
   下降流領域では排ガスと、海水源から採取された海水を吸収液としてスプレノズルからの噴霧により接触させて、液溜めの海水は循環使用を行わず、エアレーションした後に海洋に排水することを特徴とした海水式排煙脱硫装置。
2. 前記上昇流領域のガス流れ方向が上昇流であり、かつ前記吸収液が前記スプレノズルより向流接触となるように下向きに噴霧され、前記上昇流領域に設けられた最上段に設置するスプレノズルを他のスプレノズルより大きな液滴径の吸収液を噴霧するスプレノズルとし、液滴径の大きな吸収液により後段側への同伴ミストを低減させると同時に上昇流領域と下降流領域との吸収液の混合を抑制することを特徴とした請求項１に記載の海水式排煙脱硫装置。
3. 下降流領域の吸収塔ガス出口後流部にミストエリミネータを設置し、該ミストエリミネータのエレメント洗浄水を塩分を含まない水とし、該ミストエリミネータから排出された該洗浄水を前記上昇流領域の液溜めへの補給水として供給することを特徴とした請求項１又は２記載の海水式排煙脱硫装置。
4. 吸収塔内部の排ガスが、前記上昇流領域から前記下降流領域へ向かってターンする領域に排ガス整流板を設け、該排ガス整流板の端部に堰を設け、該排ガス整流板に衝突して前記堰に捕集された吸収液の液滴が前記上昇流領域に戻るように該排ガス整流板を配置することを特徴とした請求項１又は２記載の海水式排煙脱硫装置。
5. 前記排ガス整流板は排ガス流に対向する平面を円弧状に形成し、前記円弧状平面が鉛直方向に対して排ガス流の上流側に向けて傾斜させて設けられていることを特徴とした請求項４記載の海水式排煙脱硫装置。
6. 前記排ガス整流板を複数設けたことを特徴とした請求項４又は５記載の海水式排煙脱硫装置。

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