JP2015116520A - 湿式排煙脱硫装置と該湿式排煙脱硫装置の運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火力発電所等に設置する湿式排煙脱硫装置における吸収塔ｐＨ計の洗浄について、洗浄液消費量、廃液処理量の削減と、石灰石供給量の安定制御を図ることができる湿式排煙脱硫装置とその運用方法を提供すること。
【解決手段】湿式石灰石―石膏法を利用した排煙脱硫装置における吸収塔ｐＨ計による吸収液スラリのｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲を超えると、ｐＨ計の電極表面に所定量以上のマンガンが付着したものと判断して、ｐＨ計を吸収液スラリから取り出してｐＨ計の電極を洗浄液で洗浄し、洗浄後のｐＨ計を再び吸収液スラリに浸漬し、吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収液スラリの供給量制御を行う。
【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設備から排出される、排ガスを浄化するための排煙処理装置を有する火力発電、プラント設備に係り、特に、ボイラ等の燃焼排ガス中に含まれる硫黄酸化物、塩化水素、フッ化水素等の酸性ガスやばいじん、および、燃料中に含まれる微量成分等の人的にも有害な物質を低減する湿式排煙脱硫装置において、吸収液スラリｐＨ計の運用方法をマンガン（Ｍｎ）析出・付着が生じる場合と生じない場合で切替える事で、洗浄液消費量・廃液処理量を低減し、マンガン（Ｍｎ）析出による制御性低下を防ぐために好適なプラント設備に関する。

従来技術の一例として、火力発電設備における湿式排煙脱硫装置の一般的な系統を図４に示す。なお、各図において同一機器には同一番号を付すこととする。
図４において、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等から排出される排ガス１は、電気集塵器１９にて排ガス中のダストが除去された後、排ガスファン２０により昇圧され、吸収塔ガス入口部３から吸収塔４に導入される。

吸収塔４は液溜部５と吸収部(スプレ部)６から構成され、吸収塔液溜部５には、ボイラ等からの排ガス１に含まれる硫黄酸化物の量に応じて石灰石スラリ１６が供給される。
吸収塔液溜部５にあるスラリ状の吸収液は、吸収液循環ポンプ２９により昇圧され、吸収液循環配管１３を経由して、吸収塔４内の上部の吸収部６に、ガス流れ方向に多段に設けられたスプレヘッダ８に供給される。各スプレヘッダ８には、多数のスプレノズル９が設けられており、該スプレノズル９から噴霧される吸収液とガス入口３から導入されたボイラ等からの排ガス１との気液接触により、排ガス１中に含まれる硫黄酸化物や塩化水素、フッ化水素等の酸性ガスが、吸収塔４内を循環する吸収液の液滴表面に吸収される。

その後、排ガス１に同伴されるミストは、吸収塔４出口に設置したミストエリミネータ７により除去された後、最終的に煙突より排出される。
ボイラ等から排出される排ガス１中に含まれる硫黄酸化物は、吸収液中のカルシウム化合物と反応し、中間生成物として亜硫酸カルシウムとなり、吸収塔液溜部５に流下する。吸収塔液溜部５には、酸化用空気ブロワ１７より空気を強制供給し、該空気と亜硫酸カルシウムとの酸化反応により、反応生成物として石膏スラリとなる。

吸収塔液溜部５内の吸収液スラリは、石膏生成量に応じて吸収塔抜出しポンプ１１により吸収塔液溜部５から石膏脱水設備１２に抜き出され、石膏脱水設備１２にて脱水された後、粉体の石膏１４として回収される。

吸収塔抜出しポンプ１１から抜き出された吸収液スラリの内、一部は吸収塔ｐＨタンク１８に送液され、該吸収塔ｐＨタンク１８に設置された吸収塔ｐＨ計１０によりｐＨ値が連続測定される。このｐＨ値は吸収塔４に供給される石灰石スラリ１６の供給量制御に使用される。

ここで、吸収液スラリのｐＨが高い時、酸性ガスである排ガス中のＳＯ_２は吸収されやすくなり、吸収塔出口ＳＯ_２は低くなる。また、このとき吸収塔４への石灰石スラリ１６の供給量(ＣａＣＯ_３供給量)は多くなる。

上述の通り、ボイラ等から排出される排ガス１中に含まれる硫黄酸化物、酸性ガス等を除去する手段としての湿式排煙脱硫装置は公知であり、かつ、実用化された技術である。
上記の従来技術に関し、吸収液ｐＨ計１０の電極表面に石灰石中に含まれる微量成分のマンガンが付着し、ｐＨ計１０の測定感度が低下する事象が生じることがある。これは、排ガス中ＳＯ_２濃度等のガス条件は一定にも関わらず、ｐＨ計１０の指示値が徐々に下がる傾向を示すことから、ｐＨ計１０の電極表面へのマンガン付着により測定感度が低下しているものと考えられる。

吸収塔液溜部５にはＳＯ_２を吸収して生成されたＨ_２ＳＯ_３を酸化させるために空気が吹き込まれているが、この空気中の酸素又は吸収液循環による排ガス中の酸素との接触によって石灰石中の微量成分のマンガンイオンが酸化され、酸化マンガンとなり、ｐＨ計１０の電極表面に付着すると考えられている。通常約４時間程度のｐＨ測定後のｐＨ計１０の電極表面の洗浄前後で、およそ０.２以上の変動が生じた場合、マンガン付着が生じているものと判断される。

この事象に対して、現状では、定期的なｐＨ計１０の電極表面の洗浄を可能としたｐＨ計１０を設置することが一般的である。
図４と図５に吸収塔ｐＨ計１０の電極表面の洗浄前後、洗浄中の状態をそれぞれ示す。図４では吸収塔ｐＨ計１０が吸収塔ｐＨタンク１８内の吸収塔スラリ中に浸された状態であり、吸収塔スラリｐＨ値を連続測定し、石灰石スラリ１６の供給量制御に用いられている。図５では吸収塔ｐＨ計１０が吸収塔ｐＨタンク１８から引き上げられると同時に、吸収塔ｐＨ計１０の下部の蓋が閉められ、洗浄液タンク２２から供給される洗浄液により、電極表面のスケールが除去される。この時電極表面洗浄中のｐＨ値はホールド制御、すなわち洗浄直前のｐＨ値に維持して制御されている。

５分間程度のｐＨ計１０の電極表面の洗浄が終わった後、洗浄液は廃液タンク２３に供給され、吸収塔ｐＨ計１０の下部の蓋が開き、再び吸収塔ｐＨ計１０の電極が吸収塔ｐＨタンク１８内に挿入され、吸収液ｐＨ値の測定を開始するといった運用が一般的である。

図７に示すように、洗浄間隔としては、例えば約８時間に１回の間隔で吸収塔ｐＨ計１０の電極表面の洗浄を行い、特に付着量が多い時には、洗浄間隔を４時間に１回等に短くする方法が取られている。

また、特開平５−１１１６１５号公報には、ｐＨ計が正常に作動するＨ_２ＳＯ_３が存在する場所、すなわち吸収塔内の落下液のｐＨを測定し、このｐＨを所定値に制御する発明が提案されている。または特開２００２−１８６９１６号公報には、排煙脱硫装置における制御機器センサーの洗浄方法において、吸収液ｐＨ調整弁の開度を一定にした後、スケールに付着した制御機器センサーを温水及び圧縮空気によりオンラインで自動洗浄する発明が提案されている。

特開平５−１１１６１５号公報 特開２００２−１８６９１６号公報

上述の吸収塔ｐＨタンク１８内に設置した吸収塔ｐＨ計１０の電極表面へのマンガン付着対策における従来技術において、ｐＨを連続測定することで、マンガン付着が常に進行することから、ｐＨ計１０の洗浄に使用される洗浄液消費量、洗浄後の廃液処理量増加が懸念される。

洗浄液としては希塩酸と過酸化水素の混合溶液が使用され、一回の洗浄につき、約１００ｍｌ程度が消費され、廃液される。また、ｐＨ指示値が時間経過と共に低めを指示することにより、必要量に対して過剰な石灰石を消費することとなり、石灰石供給量の制御性が優れない状態が続くことが問題である。

本発明の課題は、火力発電所等に設置する湿式排煙脱硫装置における吸収塔ｐＨ計の洗浄について、洗浄液消費量、廃液処理量の削減と、石灰石供給量の安定制御を図ることができる湿式排煙脱硫装置とその運用方法を提供することである。

上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１記載の発明は、ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、酸性ガスを、吸収塔（４）内に吸収液スラリを噴霧することにより除去する湿式石灰石−石膏法を利用した湿式排煙脱硫装置の運用方法において、吸収液スラリ中のｐＨを計測するｐＨ計（１０）を設け、該ｐＨ計（１０）で測定される吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収塔（４）への吸収液スラリの供給量制御を行い、ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲を超えると、ｐＨ計（１０）の電極表面に所定量以上のマンガンが付着したものと判断して、ｐＨ計（１０）を吸収液スラリから取り出してｐＨ計（１０）の電極を洗浄液で洗浄し、洗浄後のｐＨ計（１０）を再び吸収液スラリに浸漬し、吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収液スラリの供給量制御を行うことを特徴とする湿式排煙脱硫装置の運用方法である。

請求項２記載の発明は、ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲にあると、ｐＨ計（１０）の電極の洗浄用の液は、ｐＨ計（１０）の洗浄用に再利用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の運用方法である。

請求項３記載の発明は、ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、酸性ガスを、吸収塔（４）内に吸収液スラリを噴霧することにより除去する湿式石灰石−石膏法を利用した湿式排煙脱硫装置において、吸収液スラリ中のｐＨを計測するｐＨ計（１０）と、該ｐＨ計（１０）で測定される吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収塔（４）への吸収液スラリの供給量制御を行う供給量制御装置と、前記ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲を超えると、ｐＨ計（１０）の電極表面に所定量以上のマンガンが付着したものと判断して、ｐＨ計（１０）を吸収液スラリから取り出してｐＨ計（１０）の電極を洗浄液で洗浄するｐＨ計電極洗浄装置とを設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置である。

請求項４記載の発明は、ｐＨ計（１０）の電極の洗浄液を貯めた洗浄液タンク（２２）と、ｐＨ計（１０）洗浄後の洗浄液を貯める廃液タンク（２３）と前記２つのタンクのいずれにも洗浄液を供給することができる配管と、該配管に洗浄液タンク（２２）と廃液タンク（２３）のいずれかに一方だけに液を切り替えて供給できる切替手段（２８）を備えたことを特徴とする請求項３記載の湿式排煙脱硫装置である。

従来技術では、吸収塔ｐＨ計へマンガン付着が生じた場合に、ｐＨ指示値が徐々に正値より低い値を示し、その分過剰な石灰石が投入されることとなったが、上記請求項１、３記載の発明によれば、図６に示すように、ｐＨ計１０へマンガンが付着した場合においても、洗浄後のｐＨ値をホールドすることで、過剰な石灰石投入を防ぐ事ができる。また、従来はマンガン付着が生じた場合、ｐＨ計１０の洗浄頻度を上げることにより、ｐＨ指示値へのマンガンの影響を抑える運用としていたが、その分洗浄液の補給・廃液処理の頻度が多くなったが、上記本発明によれば、マンガン付着が生じた場合、ｐＨ計１０を洗浄液中に保持しておくため、洗浄液の補給・廃液処理の頻度を低減することができる。

また、請求項２、４記載の発明によれば、吸収塔ｐＨ計１０電極表面の洗浄後の洗浄液供給先を、廃液タンク２３と洗浄液タンク２２の何れかに切替ることが出来るため、マンガン付着が生じていない時の洗浄液を洗浄液タンク側に戻すことで、ｐＨ計洗浄後の洗浄液を再利用することが出来る。

本発明の一実施例の吸収塔ｐＨ計の電極表面へのマンガン付着対策を施した湿式排煙脱硫プラントの系統図である。 図１における吸収塔ｐＨ計の電極表面を洗浄中の状態を示す湿式排煙脱硫プラントの系統図である。 本発明の他の実施例の吸収塔ｐＨ計の電極表面へのマンガン付着対策を施した湿式排煙脱硫プラントの系統図である。 従来技術の吸収塔ｐＨ計の電極表面を洗浄中の状態を示す湿式排煙脱硫プラントの系統図である。 図４における吸収塔ｐＨ計の電極表面を洗浄する装置を設けた湿式排煙脱硫プラントの系統図である。 本発明の一実施例の吸収塔ｐＨ計の電極表面へのマンガン付着対策を施した湿式排煙脱硫プラントにおける、ｐＨ指示値、マンガン付着量、ｐＨ計洗浄間隔、石灰石スラリ供給量の時系列による関係を示す図である。 従来技術の吸収塔ｐＨ計の電極表面へのマンガン付着対策を施した湿式排煙脱硫プラントにおける、ｐＨ指示値、マンガン付着量、ｐＨ計洗浄間隔、石灰石スラリ供給量の時系列による関係を示す図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１と図２には本発明の実施例の湿式排煙脱硫装置における吸収塔ｐＨ計の電極表面へのマンガン付着対策の系統図を示す。

図１と図２において、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等からの排ガス１は、電気集塵器１９で煤塵などが除かれた後、排ガスファン２０によるガス送給エネルギーにより、吸収塔ガス入口部３から吸収塔４に導入され、スプレノズル８に設けられた多数のスプレノズル９から噴霧される吸収液スラリにより排ガス中に含まれる硫黄酸化物や塩化水素、フッ化水素等の酸性ガスが、吸収液スラリの液滴表面に吸収され、除去される。噴霧される吸収液スラリは吸収塔液溜部５に落下した後、吸収液循環ポンプ２９によりスプレノズル９に循環供給される。

吸収塔液溜部５中の吸収液スラリには酸化用空気ブロワ１７より空気を強制供給され、酸化用攪拌機１５により攪拌されて空気と亜硫酸カルシウムとの酸化反応により、反応生成物として石膏スラリとなる。また、吸収塔液溜部５中の吸収液スラリは、吸収液抜き出しポンプ１１により抜き出され、吸収塔ｐＨタンク１８に供給される。

なお、吸収液抜き出しポンプ１１により抜き出される吸収液スラリの一部は、石膏脱水設備１２で脱水され、石膏１４と石膏脱水設備ろ液２１に分けられる。
また、吸収塔ｐＨタンク１８に供給された吸収液のｐＨ値は吸収塔ｐＨタンク１８に設置された吸収塔ｐＨ計１０により測定される。吸収塔ｐＨ値を測定する時、吸収塔ｐＨ計１０は図１のように、吸収塔ｐＨタンク１８の中に滞留する吸収液に浸された状態となる。一方、吸収塔ｐＨ値を測定しない時は、吸収塔ｐＨ計１０は図２のように吸収塔ｐＨタンク１８から引き上げられ、洗浄液タンク２２から供給された洗浄液中に保持される。洗浄終了後、再び図１のように吸収塔ｐＨ値を測定する時は、ｐＨ計１０の洗浄後の洗浄液は廃液タンク２３に送液される系統構成としている。

また、図１の吸収塔ｐＨ値測定状態と、図２の吸収塔ｐＨ計１０の洗浄液中への保持状態とにおいて、吸収塔ｐＨ計１０は排ガス流量計２６とＳＯ_２濃度計２７から送られる排ガス量とＳＯ_２濃度の信号による制御も合わせて行う選択制御を可能とした系統構成としている。

本実施例では、吸収塔ｐＨ計１０にマンガン付着が発生しない、もしくはマンガンが付着しても微量付着の時は、図１のように吸収塔ｐＨタンク１８内の吸収液ｐＨを連続測定する状態とする。

図６のチャートに示すように、吸収液ｐＨが、例えば、ｐＨ値変動が０．１未満であると、吸収塔ｐＨ計１０にマンガン付着が発生しない、もしくは微量付着であると判断でき、吸収塔ｐＨ計１０の電極表面の洗浄間隔は、例えば、１２時間に１回等に長くすることが可能である。

一方、吸収塔ｐＨ計１０にマンガン付着が生じる時は、ｐＨ値が、例えば、ｐＨ値変動が０．２以上に上昇するので、図２のように吸収塔ｐＨ計１０が吸収塔ｐＨタンク１８内から引き上げられ、洗浄液タンク２２から供給される洗浄液中に保持される状態となる。このとき、ｐＨ値は最新の洗浄直後のｐＨ値にホールドされ、このホールドされた所定のｐＨ値により石灰石スラリ１６の供給量制御を行う。

一方、排ガス流量計２６とＳＯ_２濃度計２７から送られる排ガス量とＳＯ_２濃度の信号を監視し、負荷変化等による急激な変動があった場合、再び図１のように吸収塔ｐＨ計１０を吸収塔ｐＨタンク１８内に移動させ、吸収塔ｐＨタンク内の吸収液ｐＨ値連続測定を開始する。ｐＨ値のホールド制御に入る時は、ｐＨ計１０洗浄直後の適切なｐＨ値をホールド値として使用する。

吸収塔ｐＨ計１０の電極表面へのマンガン付着有無の判定については、吸収塔ｐＨ計１０の電極表面の洗浄前後のｐＨ値を監視し、洗浄後に、例えば４時間の洗浄間隔で０．２以上のｐＨ値上昇が生じた場合、電極表面へのマンガン付着有りとし、０．２未満のｐＨ値上昇の場合は電極表面へのマンガン付着無し、もしくは微量と判定する。

また、図６に示すように、吸収塔ｐＨ計１０の電極表面へマンガン付着が生じる場合においても、例えば２４時間毎に定期的に、吸収塔ｐＨ計１０を吸収塔ｐＨタンク１８内に移動させ、ｐＨ測定を行い、ホールドしていたｐＨ値を、そのときに測定された実ｐＨ値に置換えて、ホールドしていたｐＨ値と実ｐＨ値との偏差を解消し、且つ、その後４時間程度のｐＨ値連続測定と電極表面の洗浄を合わせて実施することで、吸収塔ｐＨ計１０へのマンガン付着有無の判定を再度実施する。

その結果、吸収塔ｐＨ計１０へのマンガン付着無し、もしくは微量の場合は図１のように吸収塔ｐＨタンク１８内の吸収液ｐＨ値を連続測定する状態とし、マンガン付着有りの場合は図２及び図６に示すように吸収塔ｐＨ計１０を洗浄液中に保持し、ｐＨ値ホールド制御とする。

図３の系統においては、吸収塔ｐＨ計１０の電極表面の洗浄に使用した洗浄液の排出先に、切替バルブ２８を設置することによって、廃液タンク２３と洗浄液タンク２２の何れにも供給できる系統構成となる。吸収塔ｐＨ計１０の電極表面へのマンガン付着有りの場合は洗浄液を廃液タンク２３へ供給し、マンガン付着無し、もしくは微量の場合は電極洗浄後においても洗浄液は再利用可能であるため、洗浄液タンク２２へ供給するよう、マンガン付着有無によって供給先切替運用が可能である。

また、吸収塔ｐＨ計１０を２台或いは複数台設置することで、各洗浄タイミングをずらして交互に制御選択することで、一方の吸収塔ｐＨ計１０が洗浄中であっても、もう一方の吸収塔ｐＨ計１０により連続測定することが可能である。つまり吸収液ｐＨ値を連続測定している状態での、定期的な電極表面洗浄中においても、別の吸収塔ｐＨ計１０により、ｐＨ計タンク内の吸収液ｐＨ値を測定できるため、その間ｐＨ値をホールド制御する必要がなくなる。

１ ボイラ出口排ガス
２ 脱硫装置ガス出口部
３ 脱硫装置（吸収塔）ガス入口部
４ 吸収塔
５ 吸収塔液溜部
６ 吸収塔吸収部（スプレ部）
７ ミストエリミネータ
８ スプレヘッダ
９ スプレノズル
１０ 吸収塔ｐＨ計
１１ 吸収液抜出しポンプ
１２ 石膏脱水設備
１３ 吸収液循環配管
１４ 石膏
１５ 酸化用攪拌機
１６ 石灰石スラリ
１７ 酸化用空気ブロワ
１８ 吸収塔ｐＨタンク
１９ 電気集塵機
２０ 排ガスファン
２１ ろ液タンク
２２ 洗浄液タンク
２３ 廃液タンク
２６ 排ガス流量計
２７ ＳＯ２濃度計
２８ 切替バルブ
２９ 吸収塔循環ポンプ

Claims (4)

1. ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、酸性ガスを、吸収塔（４）内に吸収液スラリを噴霧することにより除去する湿式石灰石−石膏法を利用した湿式排煙脱硫装置の運用方法において、
   吸収液スラリ中のｐＨを計測するｐＨ計（１０）を設け、
   該ｐＨ計（１０）で測定される吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収塔（４）への吸収液スラリの供給量制御を行い、
   ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲を超えると、ｐＨ計（１０）の電極表面に所定量以上のマンガンが付着したものと判断して、ｐＨ計（１０）を吸収液スラリから取り出してｐＨ計（１０）の電極を洗浄液で洗浄し、
   洗浄後のｐＨ計（１０）を再び吸収液スラリに浸漬し、吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収液スラリの供給量制御を行うことを特徴とする湿式排煙脱硫装置の運用方法。
2. ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲にあると、ｐＨ計（１０）の電極の洗浄用の液は、ｐＨ計（１０）の洗浄用に再利用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の運用方法。
3. ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、酸性ガスを、吸収塔（４）内に吸収液スラリを噴霧することにより除去する湿式石灰石−石膏法を利用した湿式排煙脱硫装置において、
   吸収液スラリ中のｐＨを計測するｐＨ計（１０）と、
   該ｐＨ計（１０）で測定される吸収液スラリｐＨ値が、ｐＨ計（１０）の電極洗浄直後の最新のｐＨ値を維持するように吸収塔（４）への吸収液スラリの供給量制御を行う供給量制御装置と、
   前記ｐＨ計（１０）によるｐＨ測定値が予め決められた所定の変動範囲を超えると、ｐＨ計（１０）の電極表面に所定量以上のマンガンが付着したものと判断して、ｐＨ計（１０）を吸収液スラリから取り出してｐＨ計（１０）の電極を洗浄液で洗浄するｐＨ計電極洗浄装置と
   を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
4. ｐＨ計（１０）の電極の洗浄液を貯めた洗浄液タンク（２２）と、
   ｐＨ計（１０）洗浄後の洗浄液を貯める廃液タンク（２３）と
   前記２つのタンクのいずれにも洗浄液を供給することができる配管と、
   該配管に洗浄液タンク（２２）と廃液タンク（２３）のいずれかに一方だけに液を切り替えて供給できる切替手段（２８）
   を備えたことを特徴とする請求項３記載の湿式排煙脱硫装置。

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