JP2014233702A - 海水脱硫装置及び海水脱硫システム - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫吸収塔の排ガス入口への使用済海水の逆流を抑制した海水脱硫装置及び該装置を具備した海水脱硫システムを提供する。
【解決手段】硫黄酸化物を含有する排ガス１８を海水１７と接触させて該排ガスの脱硫を行う脱硫吸収塔１１と、前記脱硫吸収塔に前記硫黄酸化物を含有する前記排ガスを導入する排ガス入口１２と、前記脱硫吸収塔内において、前記排ガス入口より上方に設けられ、海水を液柱状に噴霧し、前記排ガス入口から導入され上方へ移動する前記排ガスと対向する流れを作り出す第一の海水噴霧手段１３と、前記排ガス入口と前記第一の海水噴霧手段との間に設けられ、前記第一の海水噴霧手段により噴霧されたのち落下する海水が前記排ガス入口へ逆流することを防止する逆流防止手段１４と、を具備する海水脱硫装置１０Ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水脱硫装置及び海水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等において、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脱硫装置の脱硫方式としては、例えば石灰石石膏法、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、例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、海水を吸収剤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。

上述した脱硫吸収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、例えば、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から微細気泡を流出させるエアレーション処理によって脱炭酸（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、海水脱硫装置を採用する海水脱硫システムにおいては、処理ガス量が減少する場合や、システムへの負荷変動や負荷停止がある場合などに、脱硫吸収塔の排ガス入口ダクト部に使用済海水が逆流する、という問題がある。

使用済海水が排ガス入口である排ガス入口ダクトに逆流すると、使用済海水の酸性度が高いため（ｐＨ２〜５程度）、排ガス入口ダクトの腐食が促進される。腐食が進むと排ガス入口ダクトに亀裂が発生し、この亀裂部位から使用済海水が系外へ流出する、という問題が懸念される。

したがって、脱硫吸収塔の排ガス入口ダクトへの使用済海水の逆流を抑制した海水脱硫装置及び該装置を具備した海水脱硫システムの出現が切望されている。

本発明は、前記課題に鑑み、脱硫吸収塔の排ガス入口への使用済海水の逆流を抑制した海水脱硫装置及び該装置を具備した海水脱硫システムを提供することを課題とする。

第１の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガスを海水と接触させて該排ガスの脱硫を行う脱硫吸収塔と、前記脱硫吸収塔に前記硫黄酸化物を含有する前記排ガスを導入する排ガス入口と、前記脱硫吸収塔内において、前記排ガス入口より上方に設けられ、海水を液柱状に噴霧し、前記排ガス入口から導入され上方へ移動する前記排ガスと対向する流れを作り出す第一の海水噴霧手段と、前記排ガス入口と前記第一の海水噴霧手段との間に設けられ、前記第一の海水噴霧手段により噴霧されたのち落下する海水が前記排ガス入口へ逆流することを防止する逆流防止手段と、を具備する海水脱硫装置である。

第２の発明は、第１の発明において、前記逆流防止手段が、鉛直方向に複数の開口通路を有するグリッドである海水脱硫装置である。

第３の発明は、第２の発明において、前記複数の開口通路のうち、少なくとも前記排ガス入口近傍の開口通路内に、下方に傾斜する傾斜部材を設けた海水脱硫装置である。

第４の発明は、第１から３いずれか一の発明において、前記排ガス入口と前記第一の海水噴霧手段との間に、前記液柱状に噴霧される海水とは別に海水を噴霧する第二の海水噴霧手段を設けた海水脱硫装置である。

第５の発明は、第１から４いずれか一に記載の海水脱硫装置を具備する海水脱硫システムである。

第６の発明は、第５の発明において、前記脱硫吸収塔から排出される使用済海水を、希釈用海水で希釈する希釈混合槽と、前記希釈混合槽から排出される希釈された使用済海水を曝気する曝気槽と、を具備する海水脱硫システムである。

本発明は、脱硫吸収塔の排ガス入口ダクト部への使用済海水の逆流を抑制した海水脱硫装置及び該装置を具備した海水脱硫システムを提供できる、という効果を奏する。

図１は、実施例１に係る海水脱硫装置を備えた海水脱硫システムの一例を示す概略図である。 図２は、図１における逆流防止手段の一例を示す拡大模式図である。 図３は、図２におけるＡＡ断面を示す断面図である。 図４は、実施例２における逆流防止手段の一例を示す断面図である。 図５は、実施例３に係る海水脱硫装置を備えた海水脱硫システムの一例を示す概略図である。

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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。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装置の排水水路を備えた海水脱硫システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る海水脱硫装置を備えた海水脱硫システムの一例を示す概略図である。図２は、図１における逆流防止手段の一例を示す拡大模式図である。図３は、図２におけるＡＡ断面を示す断面図である。

（海水脱硫装置）
図１に示すように、海水脱硫装置１０Ａは、硫黄酸化物を含有する排ガスを海水と接触させて該排ガスの脱硫を行う脱硫吸収塔１１と、前記脱硫吸収塔１１に前記硫黄酸化物を含有する前記排ガスを導入する排ガス入口１２と、前記脱硫吸収塔１１内において、前記排ガス入口１２より上方に設けられ、海水を液柱状に噴霧し、前記排ガス入口１２から導入され上方へ移動する前記排ガス１７と対向する流れを作り出す第一の海水噴霧手段１３と、前記排ガス入口１２と前記第一の海水噴霧手段１３との間に設けられ、前記第一の海水噴霧手段１３により噴霧されたのち落下する海水が前記排ガス入口１２へ逆流することを防止する逆流防止手段１４Ａと、を具備している。

脱硫吸収塔１１は、その内部において、排ガス１８と海水１７とを接触させ、排ガス１８に含まれる硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）を排ガス１８から脱硫する液柱式吸収塔である。

脱硫吸収塔１１の中央から下方よりの側面には、ボイラ等における燃焼反応後に排出された排ガスが導入される排ガス入口１２が設けられる。排ガス入口１２は、例えば、排ガス入口ダクトとして具現化される。排ガス入口１２から導入された排ガス１８は、脱硫吸収塔１１内を上方に移動し、脱硫吸収塔１１の塔頂部に設けられた排ガス出口（非図示）から排出される。

脱硫吸収塔１１の側面において、排ガス入口１２より上方には、海水を供給する脱流用海水供給ラインＬ₃が接続されている。本実施例においては、海面からポンプＰ₁によって汲み上げられた海水（未使用海水）１７は、海水供給ラインＬ₁及び脱流用海水供給ラインＬ₃を経由してポンプＰ₂によって脱硫吸収塔１１内に導入される。脱硫吸収塔１１内に導入された海水は、海水噴霧ノズル１３ａから液柱状に上方に噴霧される。ここで、海水噴霧ノズル１３ａは、脱流用海水供給ラインＬ₃に接続する脱硫吸収塔１１内の配管１３の所定位置に設けられている。したがって、配管１３及び海水噴霧ノズル１３ａが第一の海水噴霧手段を構成する（以下、特に断りのない場合、「第一の海水噴霧手段１３」と総称する）。

海水噴霧ノズル１３ａから噴霧された海水は、所定高さＴまで吹き上げられて、所謂、液柱を形成するが、所定高さＴに到達した後は下方へ自然落下し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収した後脱硫吸収塔１１内で使用済海水溜まり１９を形成する。吹き上げられた海水が所定高さＴから下方へ落下するとき、脱硫吸収塔１１内を上方へ向かって移動する排ガスと対向するよう気液接触し、効率的な排ガスの脱硫が可能となる。この結果、脱硫吸収塔１１内に導入された排ガス１８は海水脱硫されることにより、浄化ガス１８Ａとなる。る。ここで、所定高さＴは、脱硫吸収塔のサイズ、排ガス処理量、海水使用量等に応じて適宜選択できる。

このとき、脱硫吸収塔１１内では、式（Ｉ）で示される反応により、硫黄酸化物が吸収されて、亜硫酸イオン（ＨＳＯ₃ ^-）と水素イオン（Ｈ^＋）とを含む使用済海水が生じる。
ＳＯ₂（Ｇ） ＋ Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂ＳＯ₃（Ｌ） → ＨＳＯ₃ ^- ＋ Ｈ^＋ ・・・（I）

したがって、水素イオン（Ｈ^＋）を含む使用済海水は、そのｐＨ値が低くなり、逆流等により排ガス入口ダクトの腐食等の原因となる。

海水脱硫装置１０Ａで処理される排ガス１８は、ボイラ等の燃焼装置から排ガス供給ラインＬ₄を介して海水脱硫装置１０Ａへ導入されるが、ボイラ等から排出される排ガス量が減少する場合や、海水脱硫装置１０Ａを備えるシステム全体が稼動停止する場合（負荷停止する場合）や負荷が変動する場合など、排ガス供給ラインＬ₄が負圧になる場合がある。このとき、脱硫吸収塔１１内の使用済海水１７Ａが負圧になっている排ガス供給ラインＬ₄へ吸引され、排ガス供給ラインＬ₄末端の排ガス入口ダクト（排ガス入口１２）へ使用済海水１７Ａが流入する、所謂、逆流現象が発生する。

本実施例では、この逆流現象による排ガス入口ダクトへの使用済海水１７Ａの流入を抑制する目的で、グリッド状の逆流防止手段１４Ａを脱硫吸収塔１１内に設けている。逆流防止手段１４は、脱硫吸収塔１１内において、排ガス入口１２より上方、且つ、第一の海水噴霧手段１３より下方に設けられる。この構成により、排ガス１８と液柱状に噴霧された海水１７との気液接触を妨げることなく、排ガス１８との接触後に使用済海水溜まり１９へ向かって下降する使用済海水１７Ａが排ガス入口ダクト（排ガス入口１２）へ流入する逆流現象を抑制することができる。

図２は、図１における逆流防止手段の一例を示す拡大模式図である。図２に示すように、本実施例における逆流防止手段１４Ａは、鉛直方向に複数の仕切り壁１４ａで仕切られた開口通路１４ｂを有するグリッド構造として構成されている。図３は、図２におけるＡＡ断面を示す断面図である。図３に示すように、排ガス１８は、逆流防止手段１４Ａの下方から上方に向かって複数の開口通路１４ｂのそれぞれを通過して移動する。一方、逆流防止手段１４Ａよりも上方で逆流防止手段１４Ａを通過して上昇してきた排ガス１８と接触した使用済海水１７Ａは、グリッドの上方から下方に向かって複数の開口通路１４ｂのそれぞれを通過して落下する。このように、排ガス入口よりも上方に逆流防止手段１４Ａが設けられることにより、排ガス供給ラインＬ₄内が負圧になった場合であっても、脱硫吸収塔１１内を落下する使用済海水１７Ａが直ちに排ガス入口ダクト（排ガス入口１２）内へ流入することを抑制することができる。

（海水脱硫システム）
以下、図１〜図２を参照して、海水脱硫装置を備えた海水脱硫システムについて説明する。なお、図１〜図２において、既に説明した部分については説明を省略する。

図１に示すように、本実施例における海水脱硫システム１００Ａは、排ガス１８と海水１７とを気液接触してＳＯ₂を亜硫酸（Ｈ₂ＳＯ₃）へ脱硫反応させる脱硫吸収塔１１と、脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ使用済海水１７Ａを希釈用海水１７ａと希釈・混合する希釈混合槽２０と、希釈混合槽２０の下流側に設けられ、希釈された使用済海水１７Ｂの水質回復処理を行う曝気装置（エアレーション装置）３６を有する曝気槽３０とを有している。

海水脱硫システム１００Ａでは、脱硫吸収塔１１において海水供給ラインＬ₁を介して供給される海水１７を脱硫工程の吸収剤として使用して排ガス１８と気液接触させることにより、排ガス１８中の硫黄酸化物（ＳＯ₂）を海水１７に吸収させる。そして、脱硫吸収塔１１内で硫黄分を吸収した使用済海水１７Ａは、脱硫吸収塔１１の後流側に設けられた希釈混合槽２０に、ラインＬ₂を介して供給される希釈用海水（未使用海水）１７ａと混合される。このように、ｐＨの低い使用済海水１７Ａを未使用海水１７ａで希釈することによって、曝気槽３０で処理する際の使用済海水のｐＨを調整することができる。本実施例においては、ｐＨ２〜６程度の使用済海水１７Ａを、ｐＨ３〜７程度の希釈された使用済海水１７Ｂにすることができる。

希釈混合槽２０で希釈されｐＨが調製された使用済海水１７Ｂは、希釈混合槽２０の下流側に設けられている曝気槽３０にラインＬ₇を介して送られ、曝気用空気ブロア３１より供給された空気３２をエアレーションノズル３３により供給し、水質回復させた後、排水３４として海へ放流するようにしている。

ここで、曝気槽３０内では、式（II）及び（III）で示される反応が生じている。
ＨＳＯ_３ ⁻＋１／２Ｏ_２→ＳＯ_４ ^２−＋Ｈ^＋ （II）
ＨＣＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ （III）

このように、脱硫吸収塔１１内の反応で生成した亜硫酸イオン（ＨＳＯ_３ ⁻）は曝気槽３０内で可溶性の硫酸塩（ＳＯ_４ ^２−）となり海水へ放出される。一方、亜硫酸イオンの酸化反応で発生した水素イオンは、海水中の炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）と反応し、二酸化炭素と水として系外へ放出される。すなわち、曝気槽３０内では酸化と脱炭酸反応が発生している。

なお、図１中、３２ａは気泡、３５は散気管、Ｌ₁は海水供給ライン、Ｌ₂は希釈用海水供給ライン、Ｌ₃は脱硫用海水供給ライン、Ｌ₄は排ガス供給ライン、Ｌ₅は空気供給ラインである。

実施例２について図４を参照して説明する。図４は、実施例２における逆流防止手段の一例を示す断面図である。なお、図１、図２及び図３に示す構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。

実施例１において逆流防止手段１４Ａは、鉛直方向に複数の開口通路１４ｂを有するグリッド構造として構成されたが、実施例２における逆流防止手段１４Ｂは、鉛直方向に複数の開口通路１４ｂを有するグリッド構造において、少なくとも前記排ガス入口１２（図１）側の開口通路１４ｂ内に、該開口通路１４ｂの鉛直方向断面を下方に向かって傾斜させる傾斜部材１４ｃを設けている。

傾斜部材１４ｃは、開口通路１４ｂが下方に向かって傾斜するよう設けられる。傾斜方向は、一つの開口通路内において排ガス入口に最も近い上端の壁面から、排ガス入口から最も遠い下端の壁面に向けて次第に傾斜する構成とすることが好ましい。ｐＨ値が小さい使用済海水１７Ａの逆流防止効果を向上させるためである。傾斜部材１４ｂとしては、例えば、実施例１で使用した鉛直方向に開口するグリッドの開口通路１４ｂ内に傾斜板等を嵌め込んだものなどを使用することができる。あるいは、グリッドの開口通路１４ｂを形成する仕切り壁の一部を斜め状に形成したものなどであってもよい。なお、図示の例では、開口通路１４ｂを構成する仕切り壁１４ａのうち、排ガス入口１２（図１）近傍の仕切り壁１４ａも斜めに傾斜する構造としている。

このような傾斜部材１４ｂを設けることにより、逆流防止手段１４Ｂの下方から上方へ向かう排ガス１８の移動経路を確保する一方で、排ガス入口側近傍の開口通路において、逆流防止手段１４Ｂの上方から下方へ向かう使用済海水１７Ａの液滴の落下方向を、排ガス入口から遠ざかる方向に変更することができる。したがって、使用済海水の逆流防止効果を一層向上させることができる。

傾斜部材１４ｃを設ける開口通路１４ｂは、脱硫吸収塔のサイズ、排ガスの流速、海水の噴霧量等を考慮して、用途に応じて適宜選択することができる。

図５は、実施例３に係る海水脱硫装置を備えた海水脱硫システムの一例を示す概略図である。なお、図１に示す構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。

図５に示すように、実施例３における海水脱硫装置１０Ｂは、脱硫吸収塔１１内において、海水噴霧手段を構成する第一の海水噴霧手段１３と、逆流防止手段１４Ｂとの間に、前記液柱状に噴霧される海水とは別に海水を噴霧する第二の海水噴霧手段１５を設けている。

図示の例において、海面からポンプＰ₁によって汲み上げられた海水（未使用海水）１７は、希釈用海水（未使用海水）１７ａ供給ラインＬ₂を経由し、更に希釈用海水分岐ラインＬ₈を経由して、脱硫吸収塔１１内に導入され、第二の海水噴霧手段１５により、脱硫吸収塔１１内に噴霧される。

第二の海水噴霧手段１５は、希釈用海水分岐ラインＬ₈から接続される脱硫吸収塔１１内の配管であり、上方、下方、又はその両方に海水１７を噴霧できる噴霧ノズル１５ａを有している。本実施例の噴霧ノズル１５ａは、下向きに未使用の海水１７ａを噴霧しているが、本発明はこれに限定されず、上向きの噴霧形態及び上向き及び下向きの噴霧形態とするようにしてもよい。

第二の海水噴霧手段１５は、排ガス１８と接触して使用済海水溜まり１９へ向かって下降する使用済海水１７Ａに、未使用海水１７ａを添加することにより、排ガス入口１２近傍を通過する海水のｐＨを上昇させ、排ガス入口１２近傍の腐食防止効果を一層向上させる目的で使用される。したがって、第二の海水噴霧手段１５から噴霧される海水は、排ガス入口１２近傍を通過する前に使用済海水に添加されればよいので、第一の海水噴霧手段１３のような大きな噴霧圧力で液柱状に噴霧される必要はなく、また噴霧方向も限定されない。

１０（１０Ａ、１０Ｂ） 海水脱硫装置
１１ 脱硫吸収塔
１２ 排ガス入口
１３ 第一の海水噴霧手段
１４（１４Ａ、１４Ｂ） 逆流防止手段
１４ａ 仕切り壁
１４ｂ 開口通路
１４ｃ 傾斜部材
１５ 第二の海水噴霧手段
１７ 海水
１８ 排ガス
２０ 希釈混合槽
３０ 曝気槽
１００（１００Ａ、１００Ｂ） 海水脱硫システム

Claims (6)

1. 硫黄酸化物を含有する排ガスを海水と接触させて該排ガスの脱硫を行う脱硫吸収塔と、
   前記脱硫塔に前記硫黄酸化物を含有する前記排ガスを導入する排ガス入口と、
   前記脱硫吸収塔内において、前記排ガス入口より上方に設けられ、海水を液柱状に噴霧し、前記排ガス入口から導入され上方へ移動する前記排ガスと対向する流れを作り出す第一の海水噴霧手段と、
   前記排ガス入口と前記第一の海水噴霧手段との間に設けられ、前記第一の海水噴霧手段により噴霧されたのち落下する海水が前記排ガス入口へ逆流することを防止する逆流防止手段と、
   を具備する海水脱硫装置。
2. 前記逆流防止手段が、鉛直方向に複数の開口通路を有するグリッドである請求項１に記載の海水脱硫装置。
3. 前記グリッドにおいて、前記複数の開口通路のうち、少なくとも前記排ガス入口近傍の開口通路内に、下方に傾斜する傾斜部材を設けた請求項２に記載の海水脱硫装置。
4. 前記排ガス入口と前記第一の海水噴霧手段との間に、前記液柱状に噴霧される海水とは別に海水を噴霧する第二の海水噴霧手段を設けた請求項１から３いずれか一に記載の海水脱硫装置。
5. 請求項１から４いずれか一に記載の海水脱硫装置を具備する海水脱硫システム。
6. 前記脱硫吸収塔から排出される使用済海水を、希釈用海水で希釈する希釈混合槽と、
   前記希釈混合槽から排出される希釈された使用済海水を曝気する曝気槽と、
   を具備する請求項５に記載の海水脱硫システム。

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