JP3170158B2 - 気液接触装置及び湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

気液接触装置及び湿式排煙脱硫装置

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JP3170158B2 JP27321694A JP27321694A JP3170158B2 JP 3170158 B2 JP3170158 B2 JP 3170158B2 JP 27321694 A JP27321694 A JP 27321694A JP 27321694 A JP27321694 A JP 27321694A JP 3170158 B2 JP3170158 B2 JP 3170158B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスラリ溶液に気体を効率
よく接触させるための気液接触装置及びこれを用いた湿
式排煙脱硫装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、湿式排煙脱硫装置としては、吸収
塔のタンク内に空気を送り込み、そこで亜硫酸ガスを吸
収したスラリ溶液(石灰石などのカルシウム化合物から
なるもの)と接触させて酸化を行うようにし、酸化塔を
不要としたもの(いわゆるタンク酸化方式)が主流とな
っているが、この場合タンク内においていかに効率よく
空気とスラリ溶液とを接触させるかが、消費空気量及び
消費動力を節約しまた処理速度の向上、タンクの小型化
などを図る上で問題となる。タンク内に空気を送り込
み、スラリ溶液と接触させる手段(すなわち、気液接触
装置)としては、タンク内に通気管を固設して単なるバ
ブリングを行うものであったが、加圧型の酸化塔などに
比しその性能は不十分であった。そこで、出願人はタン
ク内で回転する攪拌棒の背面に空気を供給するいわゆる
アーム回転式の気液接触装置及びそれを適用した湿式脱
硫装置を開発し実用化している。
【0003】図3は、このアーム回転式の気液接触装置
を適用した湿式石灰石膏脱硫装置の構成を示す図であ
る。この装置は吸収塔1のタンク2内に中空回転軸3に
より支持されて図示省略したモータにより水平回転する
攪拌棒4と、前記中空回転軸3から延びて開口端5aが
攪拌棒4の下側に延長された空気供給管5と、前記中空
回転軸3の基端側を空気源に接続するためのロータリー
ジョイント6とを備え、空気を圧入しつつ中空回転軸3
を回転させることで、空気供給管5より攪拌棒4の回転
方向背面側に生じる気相域に空気Cを供給し、攪拌棒4
の回転により生じる渦力によりこの気相域終縁部の千切
れ現象を起こして略均一な微細気泡を多数発生させ、タ
ンク2内で亜硫酸ガスを吸収した吸収剤スラリ溶液と空
気とを効率よく接触させて全量酸化し副生品である石膏
を得るものである。
【0004】すなわちこの装置では、吸収塔1の排煙導
入部1aに未処理排煙Aを導き、循環ポンプ7によりヘ
ッダーパイプ8から噴射した吸収剤スラリ溶液に接触さ
せて、未処理排煙A中の亜硫酸ガスを吸収除去し、排煙
導出部1bから処理済排煙Bとして排出させる。ヘッダ
ーパイプ8から噴射され亜硫酸ガスを吸収しつつ充填材
9を経由して流下する吸収剤スラリ溶液は、タンク2内
において攪拌棒4により攪拌されつつ、上記千切れ現象
により発生した多数の気泡と接触して酸化され、さらに
は中和反応を起こして石膏となる。なお、これらの処理
中に起きている主な反応は以下の反応式(1)乃至
(3)となる。
【0005】
【化1】(吸収塔): SO2 +H2 O → H+ +HSO3 - (1) (タンク): H+ +HSO3 - + 1/2O2 → 2H+ +SO4 2- (2) 2H+ +SO4 2-+CaCO3 +H2 O → CaSO4 ・2H2 O+CO2 (3)
【0006】こうしてタンク2内には、石膏と吸収剤で
ある少量の石灰石が懸濁し、これらがスラリポンプ10
により吸出され、シックナ11を経て濃縮液Dはスラリ
ポンプ11aにより固液分離機12に供給され、ろ過さ
れて水分の少ない石膏Eとして採り出される。一方、シ
ックナ11からの上澄水Fと固液分離機12からのろ液
はろ液タンク13に送られ、ここで石灰石Gが加えら
れ、吸収剤スラリ溶液としてスラリポンプ14によりタ
ンク2に供給される。
【0007】なお運転中には脱硫率と石膏純度とを高く
維持すべく、未処理排煙A中の亜硫酸ガス濃度やタンク
内のpHなどがセンサにより検出され、図示省略した制
御装置により石灰石の供給量や吸収剤スラリ溶液の供給
量などが適宜調節される。また、空気供給管5の開口端
5aは下向きとされ、通常攪拌棒4の下側に200mm
程度延長されているため、運転中に混入するスプラッシ
ュ(はね)が流下しやすく、長期運転時の空気供給管5
内のスケール発生が防止される。
【0008】ところで、上記気液接触装置において、前
記攪拌棒4のタンク2底面からの高さH2 は、この攪拌
棒4の回転や循環ポンプ7が停止したときにタンク2内
に堆積するスラリ溶液の固形分の高さ(以下、「スラリ
堆積高さ」という。)Htよりも高い位置に設ける必要
があった。というのは、排煙浄化設備における何んらか
のトラブルで緊急停止をした場合などに、攪拌棒4がこ
の堆積した固形分中に埋ってしまうと、その抵抗により
再起動できなくなってしまうからであり、これを回避す
るために非常時においても攪拌棒4を運転するための非
常用電源を設けたり、あるいは攪拌棒4の駆動トルクを
高めたりするのにはかなりのコストがかかるからであ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このため、上記従来の
気液接触装置ではタンクが必要以上に大型化し、かつメ
ンテナンス作業がめんどうになるという問題が生じてい
た。すなわち、前述した千切り現象により発生した気泡
は攪拌棒4の近傍から液面まで上昇する過程でスラリ溶
液と接触するわけであるから、酸化が行われる有効容積
は攪拌棒4の回転位置と液面との間の領域であり、攪拌
棒4よりも低いタンク2の底部は気液接触、すなわち酸
化反応にはほとんど寄与しない。また、吸収塔1のメン
テナンスのためにタンク2内のスラリ溶液を攪拌しなが
らスラリポンプで排出しようとしても、液面がスラリ堆
積高さまで下がると攪拌棒4で空回りして攪拌できず、
最終的にタンク2の底部に堆積した固形分を人力により
掻き出さなければならない。
【0010】特に、近年燃料中の硫黄分の上昇に伴い排
煙中の亜硫酸ガス濃度が上昇しており、脱硫率を高く維
持しつつ、純度の高い石膏を容易なろ過処理などで得る
ためには、タンク1内の固形分濃度は通常30wt%程
度の高濃度に設定する必要があり、このような状況下に
あっては上記問題が特に顕著となっていた。例えば、酸
化有効容積を確保するために、攪拌棒4からスラリ溶液
の液面までの高さH1を4m程度に設定する必要があっ
た場合には、スラリ堆積高さHt(Ht=0.3×Hで
あり、この場合約1.8mとなる)よりも高くするため
に、攪拌棒4の高さH2 を2m程度とする必要があり、
液面高さHは約6mとなってタンク2が深く大型とな
る。そして、メンテナンス時にスラリ溶液を排出する際
には、約2m分だけ攪拌できないから、少なくとも高さ
0.6m分の固形分を掻き出さなければならず、奥行が
数10mもあるタンク2にあっては、この作業は極めて
重労働となり、メンテナンスコスト及びメンテナンス期
間が多大なものとなる。
【0011】そこで、本発明は攪拌棒がタンク底部に堆
積した固形分中に埋っても固形分を部分的に払い除ける
ことにより起動できるようにした気液接触装置及び湿式
排煙脱硫装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の気液接触装置は、スラリ溶液が供給
されるタンクと、このタンクの底部に水平回転可能に配
された攪拌棒と、この攪拌棒の近傍に気体を供給する気
体供給管とを備えた気液接触装置において、前記攪拌棒
が回転する領域またはその近傍に向うノズルを、前記気
体供給管とは別体に設けるとともに、このノズルに液体
を供給するための液体供給配管を設けてなることを特徴
とする。
【0013】また、請求項2記載の気液接触装置は、前
記ノズルを前記攪拌棒が回転移動する環状領域に沿って
複数設け、前記環状領域の複数箇所を狙うよう配置して
なることを特徴とする。
【0014】また、請求項3記載の湿式排煙脱硫装置
は、底部のタンクにカルシウム化合物よりなる吸収剤ス
ラリ溶液が供給される吸収塔と、前記タンク内の吸収剤
スラリ溶液を吸収塔上部の排煙導入部に送って排煙と接
触させるための循環ポンプと、前記タンクの底部に水平
回転可能に配された攪拌棒と、この攪拌棒の近傍に酸化
のための空気を供給する空気供給管とを備えたタンク酸
化方式の湿式排煙脱硫装置において、前記攪拌棒が回転
する領域またはその近傍に向うノズルを、前記空気供給
管とは別体に設けるとともに、該ノズルに液体を供給す
るための液体供給配管を設けてなることを特徴とする。
【0015】また、請求項4記載の湿式排煙脱硫装置
は、前記ノズルを前記攪拌棒が回転移動する環状領域に
沿って複数設け、前記環状領域の複数箇所を狙うよう配
置してなることを特徴とする。
【0016】また、請求項5記載の湿式排煙脱硫装置
は、前記液体供給配管を介して前記ノズルと前記循環ポ
ンプの吐出側とを接続するとともに、前記循環ポンプの
吸込み側をスラリ堆積高さよりも高い位置で前記タンク
に接続し、前記循環ポンプの吐出液を前記排煙導入部側
または前記液体供給配管に選択的に送り込むための制御
弁を設けてなることを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明では、攪拌棒が停止中にタンク底部に堆
積したスラリ固形分中に埋ってしまった場合でも、液体
供給配管に高圧の液体(例えば水等)を供給するだけ
で、攪拌棒の周囲のスラリ固形分を払い除けて再起動で
きる。すなわち、液体供給配管から注入された液体はノ
ズルにより攪拌棒が回転する領域またはその近傍に噴射
され、その部分に堆積した固形分が噴射流量及び圧力に
応じて巻上げられて払い除けられる。このため、攪拌棒
の回転抵抗が十分低減でき、通常運転時に必要とされる
トルクを定格とするモータで駆動されている場合でも、
問題なく再起動できる。
【0018】特に、ノズルは攪拌棒が回転する環状領域
に沿って複数設け、前記環状領域の複数箇所を狙うよう
配置した場合には、少ない液体の流量で効率よく回転抵
抗を低減することができ、短時間で再起動が可能とな
る。
【0019】また、脱硫装置における循環ポンプの吐出
側とノズルとを接続するとともに、前記循環ポンプの吸
込み側をスラリ堆積高さよりも高い位置でタンクに接続
し、前記循環ポンプの吐出液を排煙導入部側または液体
供給配管に選択的に送り込むための制御弁を設けた場合
には、前記制御弁を切替えることで前記循環ポンプによ
りタンク内の上澄み液を前記ノズルから噴射させること
ができ、攪拌棒再起動のために特にポンプを用意する必
要がなくなる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図2に基
づいて説明する。なお、図3に示した従来の湿式排煙脱
硫装置と同様の要素には同符合を付してその説明を省略
する。この実施例の湿式排煙脱硫装置は図1に示すよう
に、タンク2内の攪拌棒4の上側に配設された環状配管
21と、この環状配管21に突設されたノズル22と、
環状配管21を循環ポンプ7の吐出側に接続する吐出側
分岐配管23と、循環ポンプ7の吸込み側をスラリ堆積
高さHtよりも高い位置でタンク2に接続する吸込み側
分岐配管24と、循環ポンプ7の吐出側主配管7a、前
記吐出側分岐配管23、吸込み側主配管7b及び前記吸
込み側分岐配管24のそれぞれに設けられた電磁弁2
5、26、27、28とを備えている。なお、ここで環
状配管21と吐出側分岐配管23とが本発明の液体供給
配管を構成し、また電磁弁25、26が本発明の制御弁
を構成している。
【0021】環状配管21は、例えば図示省略した支柱
等によりタンク2の内側面または底面に支持されて、図
2に示す如く、攪拌棒4の先端部分が回転移動する環状
領域に沿うように中空回転軸3を中心に配置されてい
る。ノズル22は環状配管21の複数箇所(図2の場合
4等分位置の4箇所)に、前記環状領域を狙う角度で下
向きにあるいは上向きに突設されている。吐出側分岐配
管23は吐出側主配管7aから分岐し、タンク2の側壁
を貫通して図2の如く環状配管21に接続されている。
【0022】電磁弁25、26、27、28は、例えば
装置全体を制御する制御装置などにより制御されて、通
常運転時においては電磁弁25、28が開で電磁弁26
が閉とされた通常状態に維持され、堆積した固形分を払
い除ける操作が必要であると判断されたときには、電磁
弁25、28が閉で電磁弁26、27が開とされた再起
動状態に切替えられる。
【0023】なお、前記制御装置は人為的な入力操作が
あった場合、及び、例えば脱硫設備に起きた何んらかの
トラブルなどにより攪拌棒4の回転が緊急停止し、タン
ク2内に固形分が堆積する時間が経過した後に再起動す
る場合には、各電磁弁を上記再起動状態に切替えるとと
もに、循環ポンプ7を運転するようにプログラムなどが
設定されている。また、この制御装置は再起動するため
に自動的に前記電磁弁を再起動状態に制御し循環ポンプ
7を運転したときには、例えば予め設定された所定時間
この再起動状態の運転を続けた後、攪拌棒4を駆動する
モータを始動させ、その際このモータの電流値が許容値
以下の場合にのみ、各電磁弁を通常状態に切替えて装置
全体の動作を再開する。そして、攪拌棒4を駆動するモ
ータを始動したときの電流値が許容値を超えたとき(す
なわち、負荷トルクオーバのとき)には、このモータの
運転を停止して再度前記再起動状態の運転を行うといっ
た処理を繰返し、所定回数この処理を繰返しても前記モ
ータの電流値が下がらない場合には、再起動不能を表わ
す信号、表示または音声等を出力する機能も有する。
【0024】そして、この実施例においては、攪拌棒4
のタンク2底面からの高さH2 はスラリ堆積高さHtよ
り小さく設定され、これにより液面高さHの低減及びタ
ンク2の小型化(深さの低減)が図られている。例え
ば、攪拌棒4からスラリ溶液の液面までの高さH1 が従
来例と同様に4mであるのに対して、攪拌棒4の高さH
2 は約0.5mとされ、液面高さHは約4.5mと低減
されている。なおこの場合、タンク2内の運転時スラリ
濃度が30wt%であれば、スラリ堆積高さHtは、
0.3×4.5mであり、約1.35mとなる。
【0025】次に、上記のように構成された湿式排煙脱
硫装置の動作を説明する。通常状態においては、電磁弁
25、26、28は前述の通常状態に維持され、吐出側
主配管7aと吸込み側主配管7bが開通状態とされる一
方、吐出側分岐配管23が閉ざされる。このため、循環
ポンプ7は前述した図3に示す従来例と同様に機能し
て、従来例において説明したとおりの動作により排煙の
脱硫と、石膏の副生が行われる。
【0026】ところが、何んらかのトラブルなどにより
装置全体が緊急停止し、タンク2内に固形分が堆積する
時間が経過した後に再起動する場合には、各電磁弁は前
述した制御装置の機能により前記再起動状態に自動的に
切替えられ、しかも循環ポンプ7が運転される。する
と、タンク2内の上澄み液が、吸込み側分岐配管24を
介して循環ポンプ7により吸出され、吐出側分岐配管2
3及び環状配管21を介してノズル22に送られて、攪
拌棒4が回転する領域(特に先端部分)に噴射される。
循環ポンプ7としては、定格吐出流量が1000m3
hで定格吐出圧力が10m(水頭)といったオーダの大
型なものが使用されるので、この際の噴射流量及び圧力
は少なくとも堆積時間の短い固形分を巻上げるのには十
分であり、攪拌棒4が回転する領域(特に先端部分)に
堆積した固形分が十分払い除けられる。このため、堆積
した固形分による攪拌棒4の回転抵抗がほとんどなくな
り、前述した制御装置の制御により円滑に攪拌棒4の回
転を開始して装置全体の運転を再開することができる。
【0027】この際、ノズル22が攪拌棒4の先端部の
回転移動領域を狙って配置されていることは、攪拌棒4
の回転中心からより離れた部分の固形分を除去すること
になり、堆積した固形分による回転抵抗(モーメント)
を効率よく低減するように作用する。
【0028】なお、かなり長期間停止状態のまま放置さ
れるなどにより固形分が硬化した場合等において、万が
一上記ノズル22からの噴射により固形分を十分払い除
けられない場合でも、前記制御装置の機能により上記動
作が繰返されて最終的には起動不能であることが報知さ
れるので、脱硫設備の係員等が必要な処置をとる必要性
を即座に判断できる。また、各電磁弁を前記再起動状態
に切替えて循環ポンプ7を運転することは、前述したよ
うに前記制御装置に対する人為的操作によっても可能で
あるので、上記制御装置による自動制御が効かない場合
などには、脱硫設備の係員等が適宜マニュアル操作でノ
ズル22から上澄み液を噴射させ上記起動動作を実施す
ることもできる。
【0029】このように、この実施例の装置によれば、
スラリ堆積高さHtよりも攪拌棒4の高さH2 を低く設
定しても、通常の緊急停止であれば何んらの作業も必要
とせずに再起動が可能となり、しかも、そのために追加
されたハード構成はノズル、配管及び電磁弁といった安
価かつ小型なもののみであり、電源設備を設置すること
も攪拌棒4のモータの容量アップも不要である。このた
め、装置のコストを低く抑えながら、以下のような優れ
た効果を得る。 (a)0.5mといった程度まで攪拌棒4の高さH2
低くして、タンク2の深さひいては吸収塔1の高さを格
段に小型化できる。上記実施例の場合には、液面高さH
は約4.5mとなり、従来例の場合よりも1.5m小型
化できる。 (b)メンテナンス時にタンク内のスラリ溶液を排出す
る際に、液面が底部近くになるまで攪拌棒により攪拌し
つつスラリポンプを使用して排出できるので、残存スラ
リの量が最小となり、メンテナンス作業の工数低減及び
工期短縮が図れる。上記実施例の場合には、液面高さが
0.5mになるまでスラリポンプで排出できるので、残
存する固形分は0.15m分であり格段に少なくなる。
【0030】なお、本発明は上記実施例に限られず各種
態様があり得る。例えば、ノズルに液体を供給するポン
プとして上記循環ポンプ7のようなポンプを備えた構成
でなく、ノズルに液体を供給するための配管のみが設け
られており、この配管にユーザ側で適宜ポンプを接続し
て工業用水等を圧入して使用する構成でもよい。また、
攪拌棒4の高さH2 は、0.5mよりもさらに低く設定
してもよい。ただし、空気供給管5から流出する空気に
よりタンク4の底面のライニング(防錆等のためにコー
ティングされた保護層)が磨耗するのを防止するために
は、空気供給管5の開口端5aとタンク4の底面との距
離は200mm程度が望ましく、空気供給管5の攪拌棒
4からの延長長さが200mmの場合、攪拌棒4の高さ
2 は400mm以上とするのが好ましい。
【0031】また、本発明の気液接触装置は上記のよう
なタンク酸化方式の湿式排煙脱硫装置における吸収塔の
構成として適用される場合に限られず、スラリ溶液と気
体とを効率よく接触させる必要のある工程であれば各種
の分野に適用できることはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、攪拌棒が停止中にタン
ク底部に堆積したスラリ固形分中に埋ってしまった場合
でも、液体供給配管に高圧の液体(例えば水等)を供給
するだけで、攪拌棒の周囲のスラリ固形分を払い除けら
れる。このため、攪拌棒の回転抵抗が十分低減でき、通
常運転時に必要とされるトルクを定格とするモータで駆
動されている場合でも、問題なく再起動できる。したが
って、装置のコストを低く抑えながら、以下のような優
れた効果を得る。 (a)攪拌棒の高さH2 を低くして、タンクの深さを小
型化できる。 (b)メンテナンス時にタンク内のスラリ溶液を排出す
る際に、液面が底部近くになるまで攪拌棒により攪拌し
つつスラリポンプを使用して排出できるので、残存スラ
リの量が最小となり、メンテナンス作業の工数低減及び
工期短縮が図れる。
【0033】なお、ノズルを攪拌棒が回転する環状領域
に沿って複数設け、前記環状領域の複数箇所を狙うよう
配置した場合には、少ない液体の流量で効率よく回転抵
抗を低減することができ、短時間で再起動が可能とな
る。
【0034】また、脱硫装置における循環ポンプの吐出
側とノズルとを接続するとともに、前記循環ポンプの吸
込み側をスラリ堆積高さよりも高い位置でタンクに接続
し、前記循環ポンプの吐出液を排煙導入部側または液体
供給配管に選択的に送り込むための制御弁を設けた場合
には、前記制御弁を切替えることで前記循環ポンプによ
りタンク内の上澄み液を前記ノズルから噴射させること
ができ、攪拌棒再起動のためにノズルに液体を供給する
ポンプを特に用意する必要がなくなる。このため、装置
のコスト低減などに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置を示
す全体構成図。
【図2】本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置にお
ける攪拌棒の周囲構成を示す斜視図。
【図3】従来の湿式排煙脱硫装置の一例を示す全体構成
図。
フロントページの続き (72)発明者 鬼塚 雅和 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−171626(JP,A) 特開 平6−226041(JP,A) 特開 平2−135116(JP,A) 特開 平6−304444(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/14 - 53/18 B01D 53/50 B01D 53/77 B01F 3/00 - 3/22 B01F 7/00 - 7/32

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スラリ溶液が供給されるタンクと、この
    タンクの底部に水平回転可能に配された攪拌棒と、この
    攪拌棒の近傍に気体を供給する気体供給管とを備えた気
    液接触装置において、前記攪拌棒が回転する領域または
    その近傍に向うノズルを、前記気体供給管とは別体に
    けるとともに、このノズルに液体を供給するための液体
    供給配管を設けてなることを特徴とする気液接触装置。
  2. 【請求項2】 前記ノズルを前記攪拌棒が回転移動する
    環状領域に沿って複数設け、前記環状領域の複数箇所を
    狙うよう配置してなることを特徴とする請求項1記載の
    気液接触装置。
  3. 【請求項3】 底部のタンクにカルシウム化合物よりな
    る吸収剤スラリ溶液が供給される吸収塔と、前記タンク
    内の吸収剤スラリ溶液を吸収塔上部の排煙導入部に送っ
    て排煙と接触させるための循環ポンプと、前記タンクの
    底部に水平回転可能に配された攪拌棒と、この攪拌棒の
    近傍に酸化のための空気を供給する空気供給管とを備え
    たタンク酸化方式の湿式排煙脱硫装置において、前記攪
    拌棒が回転する領域またはその近傍に向うノズルを、前
    記空気供給管とは別体に設けるとともに、該ノズルに液
    体を供給するための液体供給配管を設けてなることを特
    徴とする湿式排煙脱硫装置。
  4. 【請求項4】 前記ノズルを前記攪拌棒が回転移動する
    環状領域に沿って複数設け、前記環状領域の複数箇所を
    狙うよう配置してなることを特徴とする請求項3記載の
    湿式排煙脱硫装置。
  5. 【請求項5】 前記液体供給配管を介して前記ノズルと
    前記循環ポンプの吐出側とを接続するとともに、前記循
    環ポンプの吸込み側をスラリ堆積高さよりも高い位置で
    前記タンクに接続し、前記循環ポンプの吐出液を前記排
    煙導入部側または前記液体供給配管に選択的に送り込む
    ための制御弁を設けてなることを特徴とする請求項3ま
    たは4記載の湿式排煙脱硫装置。
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