JP2019188291A

JP2019188291A - 脱硫装置

Info

Publication number: JP2019188291A
Application number: JP2018081505A
Authority: JP
Inventors: 士小林; Tsukasa Kobayashi; 大倉　一; Hajime Okura; 一大倉; 紀和稲葉; Norikazu Inaba; 片川　篤; Atsushi Katagawa; 篤片川
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-31
Also published as: EP3782715A4; WO2019203295A1; TW201946688A; EP3782715A1; TWI711483B

Abstract

【課題】排ガス中の硫黄酸化物の濃度が高濃度の場合でも、排ガスの通路の洗浄能力を確保すること。【解決手段】排ガスが通過する通過部（３）の内面を洗浄する洗浄液を噴射する洗浄ノズル（２２，２３，４１，４２）を備え、洗浄ノズル（２２，２３，４１，４２）は、先端がノズル通過部（３ｂ）を通過して通過部（３）の内側に進入し且つ洗浄液を噴射する噴射口（３１ｃ，３１ｃ′）を有するノズル本体（３１）と、ノズル本体（３１）を支持し且つ通過部（３）の外部に配置され、通過部（３）の壁（３ａ）に対して相対的に固定される固定部（３２）とを有し、ノズル本体（３１）は耐腐食材料で構成され、固定部（３２）はノズル本体（３１）とは異なる材料で構成された脱硫装置（１）。【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ等の燃焼装置からの排ガスを脱硫する脱硫装置に関し、特に、硫黄酸化物が高濃度の排ガスでも使用可能な脱硫装置に関する。

火力発電所のボイラ等から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する手段として、湿式石灰石石膏法が広く用いられている。
湿式石灰石石膏法を使用する脱硫装置に関し、下記の特許文献１，２に記載の技術が公知である。

特許文献１（特開平８−２９００３７号公報）には、湿式排煙脱硫装置において、入口ダクト（２）の吸収塔入口スプレ部（１１）の底部にスプレノズル（４）を設置して、スプレノズル（４）から吸収液を上方に噴霧して、排ガス中のＳＯ_２を除去する構成が記載されている。

特許文献２（特開平７−２７５７４２号公報）には、排煙脱硫装置のスプレイ式吸収塔において使用される吸収液スラリ噴射用のセラミックス製ノズル（１２）を支持する構造が記載されている。特許文献２では、セラミックス製ノズル（１２）を、弾性ブッシュ（１８）を挟んで金属製の支持ノズル（１４）に固定することで、セラミックス製ノズル（１２）が割れることを抑制する構成が記載されている。

特開平８−２９００３７号公報（「００１９」−「００２１」、図１）特開平７−２７５７４２号公報（図１、図３、図４）

特許文献１，２に記載されているように、従来の脱硫装置では、吸収塔内で循環、スプレされている吸収液スラリ（石灰石スラリ）に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）が接触することで、排ガスから硫黄酸化物が除去される。
排ガスを吸収塔に導入するダクト部分では、排ガスの流速が一定の範囲（１０〜１５ｍ／ｓ）に設定されているが、吸収塔で硫黄酸化物と反応して生成される石膏がダクト部分に堆積するとダクトが詰まっていき、流速が一定範囲に収まらなくなる。したがって、従来の脱硫装置において、入口ダクト部には、石膏スケールの堆積を防ぐために、吸収液の噴霧用のダクトとは別に、入口ダクトの底面や側面、天面を洗浄する洗浄ノズルが設置されている。

また、特許文献１，２に記載の吸収液スラリ噴射用のノズルは、排ガスダクト中のＳＯ_２を吸収するために均一に噴霧することが要求されるが、本発明の対象である洗浄用ノズルでは、局所的に洗浄水を噴射することが要求されるため、その構造が異なる。
また、特許文献１，２に記載の吸収液スラリ噴射用のノズルは、吸収塔内部に設置されるため、噴霧した吸収液が直接ノズルにあたることになり、その衝撃を考慮した構造とする必要がある。一方、本発明の対象である洗浄用ノズルは、主に入口ダクトに設置されるため、吸収液が直接当たることはなく、上記のような衝撃から保護するための構造は不要である。

図６は従来の脱硫装置における洗浄ノズルの説明図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。
図６において、吸収塔０１に排ガスを導入する入口ダクト０２の内部には、入口ダクト０２の壁面から延びる洗浄ノズル０３が設置されている。洗浄ノズル０３は、入口ダクト０２の底面や側面、天面を洗浄するための第１噴霧部０３ａや、吸収塔のポスト（柱状の部材）０４を洗浄するための第２噴霧部０３ｂを有する。洗浄ノズル０３は、洗浄する対象の部分（壁面やポスト）の近傍で洗浄液を噴射したほうが洗浄効率がよいため、洗浄ノズル０３を洗浄対象部分に近づけるように、屈曲した形状に形成されている。

洗浄ノズル０３は、従来は腐食を考慮して炭素鋼や合金等の金属材料で構成されていた。しかしながら、ボイラで硫黄を多く含む燃料が使用される場合、排ガス中のＳＯ_３が高濃度になる。排ガス中のＳＯ_３が高濃度になると、洗浄ノズル０３が腐食する恐れがあった。

本発明は、排ガス中の硫黄酸化物の濃度が高濃度の場合でも、排ガスの通路の洗浄能力を確保することを技術的課題とする。

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、排ガスが通過する通過部と、前記通過部の壁に形成されたノズル通過部と、前記ノズル通過部に支持されて、前記通過部の内面を洗浄する洗浄液を噴射する洗浄ノズルと、を備え、前記洗浄ノズルは、先端が前記ノズル通過部を通過して前記通過部の内側に進入し且つ前記洗浄液を噴射する噴射口を有するノズル本体と、前記ノズル本体を支持し且つ前記通過部の外部に配置され、前記通過部の壁に対して相対的に固定される固定部と、を有し、前記ノズル本体は耐腐食材料で構成され、前記固定部は前記ノズル本体とは異なる材料で構成されたことを特徴とする脱硫装置である。

請求項２に記載の発明は、先端が前記通過部の壁の内面から直線状に突起する形状に形成された前記ノズル本体、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置である。

請求項３に記載の発明は、耐腐食性の材料である炭化珪素で構成された前記ノズル本体と、金属材料で構成された前記固定部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の脱硫装置である。

請求項４に記載の発明は、前記ノズル本体に設けられ、前記ノズル通過部の周囲の通過部の壁と前記固定部との間に配置され、前記固定部への排ガスの進入を妨げる鍔部、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の脱硫装置である。

請求項１記載の発明によれば、通過部の内側には、耐腐食材料で構成されたノズル本体が進入しており、通過部の外部で固定部を介してノズル本体が通過部の壁に固定されるので、排ガス中の硫黄酸化物の濃度が高濃度の場合でも、ノズル本体が腐食することが抑制される。したがって、排ガス中の硫黄酸化物の濃度が高濃度の場合でも、洗浄液を安定して噴射して洗浄することができ、排ガスの通路の洗浄能力を確保することができる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、ノズルが屈曲した従来の構成に比べて、ノズル本体の作製が容易である。特に、複雑な形状に作製、加工することが困難な耐腐食材料を使用することもできる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、耐腐食性があるが割れやすい炭化珪素でノズル本体を作製しても、金属製の固定部で固定でき、ノズル本体が破損することを抑制できる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、鍔部を設けることで固定部が排ガスで腐食することを抑制できる。また、ガスケットのような部材が不要となり、部品点数の削減や製造コスト、組立コストを削減できる。

図１は本発明の一実施例である脱硫装置の説明図（側面図）である。図２は実施例１の脱硫装置におけるポスト近傍の洗浄装置の説明図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図、図２（Ｄ）は壁面洗浄用のノズルの断面図、図２（Ｅ）は図２（Ｄ）のノズル先端部の斜視図、図２（Ｆ）はポスト洗浄用のノズルの断面図、図２（Ｇ）は図２（Ｆ）のノズル先端部の斜視図である。図３は実施例１の入口ダクトの底面部分の洗浄装置の説明図である。図４は実施例１の入口ダクトの側面部分の洗浄装置の説明図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は側面図である。図５は本発明の脱硫装置で使用される洗浄ノズルの変更例の説明図である。図６は従来の脱硫装置における洗浄ノズルの説明図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。

以下に、本発明の実施の形態を示す。

図１は本発明の一実施例である脱硫装置の説明図（側面図）である。
図１において、本発明の実施例１の脱硫装置１は、吸収塔２を有する。吸収塔２の上下方向の中央側部には、通過部の一例としての入口ダクト３が接続されている。入口ダクト３は、図示しないボイラ等の燃焼装置からの排ガスを吸収塔２に導入する。吸収塔２の内部の底部には、タンク６が設置されている。タンク６には、吸収液（石灰石スラリ）や吸収液と硫黄酸化物とが反応して生成される石膏等が貯留される。

吸収塔２の内部には、入口ダクト３よりも上方に、スプレノズル７が設置されている。スプレノズル７は、吸収液を噴霧するノズルであり、水平方向に間隔をあけて複数配置されている。タンク６の吸収液は、循環ポンプ５によりスプレノズル７に供給される。また、タンク６の吸収液は、攪拌機８で撹拌される。そして、タンク６の吸収液は、吸収液抜出し管９で一部が抜き出され、図示しない石膏回収系に送られる。
吸収塔２の上部には、出口ダクト１０が接続されている。出口ダクト１０は、吸収塔２で吸収液により脱硫された排ガスを排出する。

図２は実施例１の脱硫装置におけるポスト近傍の洗浄装置の説明図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図、図２（Ｄ）は壁面洗浄用のノズルの断面図、図２（Ｅ）は図２（Ｄ）のノズル先端部の斜視図、図２（Ｆ）はポスト洗浄用のノズルの断面図、図２（Ｇ）は図２（Ｆ）のノズル先端部の斜視図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）において、実施例１の脱硫装置１の吸収塔２には、周方向に間隔をあけて複数のポスト２１が設置されている。ポスト２１は、入口ダクト３が接続される部分の補強のために設置されている。

各ポスト２１に対して、入口ダクト３のガス流れ方向の上流側近傍には、天面洗浄ノズル２２と、ポスト洗浄ノズル２３が１組ずつ配置されている。実施例１では、天面洗浄ノズル２２と、ポスト洗浄ノズル２３は、隣接して配置されている。
天面洗浄ノズル２２は、入口ダクト３の壁３ａに形成された通過口（ノズル通過部）３ｂを貫通するノズル本体３１を有する。ノズル本体３１は、入口ダクト３の壁３ａの内面に対して法線方向に延びる円筒状に形成されている。実施例１のノズル本体３１は、内端部のみが入口ダクト３の内部に進入する形で配置されている。したがって、図６に示す従来の構成のように屈曲した形状ではなく、直線状の形状の内端部３１ｂのみが内部に進入している。よって、ノズル本体３１は、入口ダクト３の壁３ａの内面から直線状に突起する形状に形成、配置されている。

ノズル本体３１の内部には、洗浄液が通過する流路３１ａが形成されている。図２（Ｅ）において、ノズル本体３１の内端部３１ｂには、周方向に延びる長孔状の噴射口３１ｃが形成されている。したがって、実施例１の天面洗浄ノズル２２では、図２（Ｄ）の破線３１ｄで示すように、入口ダクト３の壁３ａの内面に沿った位置よりも壁３ａ側に向けて洗浄液を吹き付けることが可能である。なお、洗浄液を噴射する方向は、排ガスの流れの方向に沿った方向に設定されている。

実施例１のノズル本体３１は、耐腐食性の材料の一例としての炭化珪素（ＳｉＣ、セラミック）で構成されている。特に、炭化珪素でも硬度の高いＳｉＳｉＣ（セラミック・シリコン・カーバイド）が好適である。なお、耐腐食性の材料は、硫黄酸化物（や硫酸）による腐食に耐性を持つ任意の材料を使用可能であるが、炭化珪素（ＳｉＣ）に限定されず、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン等）、耐腐食耐熱性の非金属等を好適に使用することが可能である。他にも、ノズル本体３１は、内部を任意の材料で作製して、表面に耐腐食性のフッ素樹脂コーティングを行う構成とすることも可能である。したがって、実施例１のノズル本体３１は、少なくとも表面が耐腐食性の材料で構成されている。

ノズル本体３１は、固定部の一例としてのアダプタ３２に支持される。アダプタ３２には、ノズル本体３１が収容される収容孔３２ａがノズル本体３１に沿って形成されている。アダプタ３２には、壁３ａに対向する内側フランジ３２ｂが形成されている。
実施例１では、入口ダクト３の壁３ａの外面には、外方に突出するスタッド３３が複数支持されている。スタッド３３の外面にはネジ溝が形成されている。
内側フランジ３２ｂには、スタッド３３が貫通する貫通孔３２ｃが形成されており、スタッド３３が貫通孔３２ｃを貫通した状態で、スタッド３３にナット（締結部材）３４を装着することで、アダプタ３２をノズル本体３１とともに壁３ａに対して相対的に固定することが可能である。

アダプタ３２の外側には、外側フランジ３２ｄが形成されている。外側フランジ３２ｄには、図示しない洗浄液タンクからの配管が接続される。したがって、洗浄液タンクからの洗浄液は、図示しない洗浄液ポンプでノズル本体３１の内部の流路３１ａに送られ、噴射口３１ｃから噴射される。
実施例１のアダプタ３２は、ノズル本体３１とは異なる材料で構成されており、天面洗浄ノズル２２を壁３ａに固定する強度と耐久性を有する任意の材料を使用可能である。すなわち、セラミック材料のようにスタッド３３とナット３４で締結する際に、割れる等の恐れのない金属材料を使用可能であり、炭素鋼やステンレス等を使用可能である。

図２（Ｄ）において、実施例１では、スタッド３３の内側且つノズル本体３１の外側に、ガスケット３６やガスケット保護部材３７が配置されている。ガスケット３６やガスケット保護部材３７は、アダプタ３２の内側フランジ３２ｂと壁３ａの外面との間に挟まれた状態で、スタッド３３とナット３４で固定される。したがって、入口ダクト３の内部の排ガスがアダプタ３２に接触することが防止される。
なお、ガスケット３６やガスケット保護部材３７は、耐腐食性の材料で構成することが望ましいが、例えば、フッ素樹脂で構成することが可能である。

図２（Ｆ），（Ｇ）において、ポスト洗浄ノズル２３は、天面洗浄ノズル２２に対して、噴射口３１ｃの形状が異なる点以外は、同様に構成されている。すなわち、ポスト洗浄ノズル２３は、噴射口３１ｃ′が、円筒状のノズル本体３１の軸方向に沿って延びている。したがって、図２（Ｆ）の破線３１ｄ′に示すように、天面洗浄ノズル２２に比べて上下方向に沿って広い範囲に洗浄液を吹き付け可能に構成されている。したがって、ポスト２１の上下方向の広い範囲を洗浄可能である。

図３は実施例１の入口ダクトの底面部分の洗浄装置の説明図である。
図３において、実施例１の入口ダクト３の底面部には、水平方向に沿って間隔をあけて複数の底面洗浄ノズル４１が配置されている。なお、底面洗浄ノズル４１は、天面洗浄ノズル２２と同様に構成されているため、図示及び詳細な説明は省略する。したがって、底面洗浄ノズル４１は、図２（Ｄ）の場合と同様に、入口ダクト３の壁３ａの底面を洗浄可能である。

図４は実施例１の入口ダクトの側面部分の洗浄装置の説明図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は側面図である。
図４において、実施例１の入口ダクト３の側面には、排ガスの流れ方向の下流部に、側面洗浄ノズル４２が配置されている。側面洗浄ノズル４２は、高さ方向に沿って間隔をあけて複数配置されている。なお、側面洗浄ノズル４２は、天面洗浄ノズル２２と同様に構成されているため、図示および詳細な説明は省略する。したがって、側面洗浄ノズル４２は、図２（Ｄ）の場合と同様に、入口ダクト３の壁３ａの側面を洗浄可能である。

（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の脱硫装置１では、各ノズル２２，２３，４１，４２は、入口ダクト３の内部に進入する部分が耐腐食性のセラミックで構成されている。したがって、排ガス中の硫黄酸化物の濃度が高い場合でも、ノズル２２，２３，４１，４２が腐食しにくく、石膏の洗浄能力が確保される。したがって、入口ダクト３の下流部に石膏が堆積して脱硫能力が低下することが抑制される。また、ノズル２２，２３，４１，４２が腐食しにくいので、頻繁に交換する必要も無くなり、メンテナンスコストも削減できる。

さらに、実施例１のノズル２２，２３，４１，４２では、アダプタ３２を介してノズル本体３１が入口ダクト３に固定される。セラミック製のノズル本体３１をボルト等で固定しようとすると、ダクト(金属材料)とセラミックとで熱膨張率が異なるため、ノズル本体３１が割れてしまう恐れがあるが、実施例１では、金属製のアダプタ３２を使用することで、ノズル本体３１の破損が抑制される。
また、実施例１のノズル２２，２３，４１，４２では、ガスケット３６等を設置することで、アダプタ３２に排ガスが直接接触しないように構成されている。したがって、アダプタ３２が腐食することが防止される。よって、アダプタ３２に耐腐食性の高価な金属材料を使用したり、耐腐食性のコーティングをする等の必要がない。したがって、アダプタ３２のコスト上昇を抑制することができる。

また、実施例１では、洗浄したい部位に応じて噴射口３１ｃ，３１ｃ′の形状を変更することで、壁３ａへの吹き付けや、ポスト２１への吹き付けを行うことができる。したがって、図６に示す従来の構成のように、屈曲した形状とする必要がなくなる。屈曲した形状をセラミックで構成する場合には、作製や加工に手間とコストがかかる問題があるが、実施例１では、直線状に突起する形状で、目的の洗浄能力を実現することが可能である。

図５は本発明の脱硫装置で使用される洗浄ノズルの変更例の説明図である。
図５において、実施例１のノズル本体３１に変えて、アダプタ３２の内端部分に対応する部分に鍔部５１を設ける構成とすることも可能である。鍔部５１は、通過口３ｂよりも大きな円板状（フランジ状）に形成されている。
したがって、アダプタ３２が壁３ａに締結された場合に、鍔部５１が壁３ａの外面に接触して、通過口３ｂを塞ぐ形となる。よって、ガスケット保護部材３７を設けなくても、ガスケット３６及び鍔部５１により排ガスがアダプタ３２側に漏れることが抑制される。ガスケット保護部材３７等を設ける必要が無くなり、部品点数を削減でき、製造コストや組立コストも削減できる。

（そのほかの変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ02）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、ノズル２２，２３，４１，４２を設置する位置や設置する個数は、実施例に例示したものに限定されず、設計や仕様に応じて任意に変更可能である。

（Ｈ02）前記実施例において、ポスト２１を有しない構成にも適用可能である。なお、ポスト２１を有しない構成では、ポスト洗浄ノズル２３を設けない構成とすることが可能である。

１…脱硫装置、
３…通過部、
３ａ…通過部の壁、
３ｂ…ノズル通過部、
２２，２３，４１，４２…洗浄ノズル、
３１…ノズル本体、
３１ｂ…ノズル本体の先端、
３１ｃ，３１ｃ′…噴射口、
３２…固定部、
５１…鍔部。

Claims

排ガスが通過する通過部と、
前記通過部の壁に形成されたノズル通過部と、
前記ノズル通過部に支持されて、前記通過部の内面を洗浄する洗浄液を噴射する洗浄ノズルと、
を備え、
前記洗浄ノズルは、先端が前記ノズル通過部を通過して前記通過部の内側に進入し且つ前記洗浄液を噴射する噴射口を有するノズル本体と、前記ノズル本体を支持し且つ前記通過部の外部に配置され、前記通過部の壁に対して相対的に固定される固定部と、を有し、
前記ノズル本体は耐腐食材料で構成され、
前記固定部は前記ノズル本体とは異なる材料で構成された
ことを特徴とする脱硫装置。
先端が前記通過部の壁の内面から直線状に突起する形状に形成された前記ノズル本体、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の脱硫装置。
耐腐食性の材料である炭化珪素で構成された前記ノズル本体と、
金属材料で構成された前記固定部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の脱硫装置。
前記ノズル本体に設けられ、前記ノズル通過部の周囲の通過部の壁と前記固定部との間に配置され、前記固定部への排ガスの進入を妨げる鍔部、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の脱硫装置。