JP3675957B2

JP3675957B2 - 排煙処理装置

Info

Publication number: JP3675957B2
Application number: JP16445396A
Authority: JP
Inventors: 立人長安; 覚杉田; 清岡添; 光範加藤; 坦也志田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH105524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向から供給される排煙を効率良く吸収液と気液接触させることにより排煙の脱硫等を小型な装置構成かつ低コストで効率良く実現できる排煙処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば排煙の脱硫や除塵を行う排煙処理装置に使用される気液接触装置としては、充填式の吸収塔（接触処理塔）や、スプレー式又は液柱式の吸収塔を使用し、石灰石等の吸収剤が懸濁した吸収液（吸収剤スラリ）と排煙とを気液接触させることにより排煙中の硫黄酸化物（主に亜硫酸ガス）やフライアッシュ等の粉塵を除去するものが知られている。
【０００３】
従来の充填式の排煙処理装置としては、例えば特開昭６０−１７９１２０号公報に開示されたものがあり、従来の液柱式の排煙処理装置としては、例えば実開昭５９−５３８２８号公報や特開平６−３２７９２７号公報に開示されたものがあり、また従来のスプレー式の排煙処理装置としては、例えば特開平８−１９７２６号公報に開示されたものがある。
【０００４】
ところで、上記公報等に示された従来の充填式の排煙処理装置でも、或いは従来のスプレー式又は液柱式の排煙処理装置であっても、基本構成は、排煙が上下方向に通過する吸収塔内に、長手方向に複数のノズルが設けられたスプレーパイプを水平に複数配設し、このスプレーパイプのノズルから吸収液を噴射させることにより、吸収液（液体）と排煙（気体）とを気液接触させる処理を行うものであり、発電設備におけるボイラ等から排出される排煙を、水平に配設されたダクトを経由して前記吸収塔内に水平方向から導入する構成となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、吸収塔への排煙の流入部は、ほぼ直角に湾曲する流路形状となっており、慣性力によって排煙が外側に偏った状態で流入し、気液接触効率を劣化させていた。
【０００６】
すなわち、流入時の慣性力によって、吸収塔における上下方向の流路における排煙の流速は、図５に示すような流入する側と反対側に流速のベクトルの方向が偏った流速分布となっており、流速の大きさもばらつきが非常に大きなものとなっていた。
【０００７】
このため、前記スプレーパイプから吸収塔内の水平方向において一様に噴射される吸収液と排煙との気液接触は、排煙が流入する側と反対側に偏った位置で主に行われ、排煙が流入する側において噴射される吸収液は一部が無駄になっており、この点で効率の悪いものとなっていた。
【０００８】
この問題の解決策としては、流入部の形状を緩やかに湾曲した形状にする、或いは前記スプレーパイプからの吸収液の噴射量を前記流速分布等の偏りに対応させて異ならせるといったことが考えられるが、これら解決策は当然装置の大型化（塔長の増加等）や相当なコスト増を招き実用的でない。
【０００９】
このため、現状ではこのような排煙の偏りを放置し、所望の脱硫率や除塵率が達成できるように吸収液の噴射量を一様に高めており、少ない消費動力で高い脱硫又は除塵性能を達成するという観点からは効率の悪いものとなっていた。
【００１０】
そこで本発明は、水平方向から供給される排煙を偏り少なく接触処理塔内に導入して効率良く吸収液と気液接触させることにより排煙の脱硫等を小型な装置構成かつ低コストで効率良く実現できる排煙処理装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、排煙が水平方向から流入して上下方向に通過する接触処理塔内に吸収液を噴射させることにより、吸収液と排煙とを気液接触させて排煙中の少なくとも亜硫酸ガスを吸収液に吸収して除去するように構成した排煙処理装置において、その接触処理塔内の前記吸収液が噴射される領域よりも前流位置に、複数の棒状材を平行に配設し、これら棒状材の長手方向を、排煙の前記接触処理塔への流入方向と直交する方向に設定し、かつ、前記棒状材の水平断面における幅寸法ｄと、隣り合う前記棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄが、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０でとした排煙処理装置を提供する。
【００１３】
このように構成した本発明の排煙処理装置によれば、その接触処理塔内に配設された棒状材が水平方向から流入して上下方向に通過する排煙の偏りを抑制する整流作用を発揮する。
【００１４】
従って、本発明の排煙処理装置では簡単な構成によって低コストで、圧力損失を増加させずに、接触処理塔内に流入した排煙の偏りを抑制し、スプレーパイプから噴射される吸収液と効率良く気液接触させることができる。
【００１６】
この排煙処理装置によれば、吸収剤スラリの循環流量を従来より少なくしても所定の脱硫及び脱塵が効率良く実現され、消費動力を節約して運転コストを低減可能である。
【００１７】
また、本発明の排煙処理装置においては、流入部の形状を緩やかに湾曲した形状にするといった対策を採用する必要がないので、装置を小型かつ低コストなものに維持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本例の排煙処理装置の要部構成を示す図であり、図２は、図１におけるＩＩ断面拡大図であって、同排煙処理装置における気液接触装置の排煙流入部を示す図である。
【００１９】
この排煙処理装置は、この場合石灰石よりなる吸収剤が懸濁した吸収液（以下、吸収剤スラリという。）が供給されるタンク１１と、このタンク１１の一側部から上方に延設され、未処理排煙Ａとタンク１１内の吸収剤スラリとを気液接触させる液柱式の導入側吸収塔１２（接触処理塔）と、タンク１１の他側部から上方に延設され、前記導入側吸収塔１２から導出された排煙をタンク１１内の吸収剤スラリと再度気液接触させる液柱式の導出側吸収塔１３（接触処理塔）とよりなる気液接触装置１０を備える。
【００２０】
ここで、導入側吸収塔１２は、未処理排煙Ａを水平方向から導入するための排煙導入部１２ａ（図２に示す）がその上端部に形成されて排煙が下方に向って流れるいわゆる並流式の吸収塔であり、導出側吸収塔１３は、処理済排煙Ｂを導出するための排煙導出部１４がその上端部に形成されて、導入側吸収塔１２を通過しタンク１１内上部を経由した排煙が上方に向って流れるいわゆる向流式の吸収塔である。
【００２１】
また、導入側吸収塔１２の流路断面積が、ある程度の脱硫が可能になるとともに特に高性能な粉塵の捕集が実現できる高い排煙の流速が得られるように他方の導出側吸収塔１３に比して小さく設定され、導出側吸収塔１３の流路断面積が、向流式気液接触における亜硫酸ガスの吸収に好ましい低い排煙の流速が得られるように導入側吸収塔１２に比し大きく設定されている。
【００２２】
また各吸収塔１２，１３には、スプレーパイプ１５，１６がそれぞれ複数平行に設けられ、これらスプレーパイプ１５，１６には、吸収剤スラリを上方に向って液柱状に噴射するノズル（図示略）が長手方向（図１では左右方向）に複数形成されている。なお、各スプレーパイプ１５，１６や各ノズルは、例えば５００ｍｍ程度の配置間隔で多数設けられている。
【００２３】
また、タンク１１の両側には、タンク１１内の吸収剤スラリを吸上げる循環ポンプ１７，１８が設けられ、循環ライン１９，２０を介して吸収剤スラリが各スプレーパイプ１５，１６に送り込まれ、各ノズルから噴射されるように構成されている。
【００２４】
さらにこの場合、導出側吸収塔１３の排煙導出部１４には、同伴ミストを補集除去するためのミストエリミネータ（図示略）が設けられている。なお、このミストエリミネータで補集されたミストは、例えば下部ホッパ（図示略）へ集められホッパ低部のドレン抜き配管を介してタンク１１内に戻る構成となっている。
【００２５】
そしてこの装置は、タンク１１内のスラリを攪拌しつつ酸化用の空気を微細な気泡として吹込むいわゆるアーム回転式のエアスパージャ２１を備え、タンク１１内で亜硫酸ガスを吸収した吸収剤スラリと空気とを効率良く接触させて全量酸化し石膏を得る構成となっている。
【００２６】
すなわちこの装置では、吸収塔１２又は１３でスプレーパイプ１５又は１６から噴射され排煙と気液接触して亜硫酸ガス及び粉塵を吸収しつつ流下する吸収剤スラリは、いずれもタンク１１内においてエアスパージャ２１により攪拌されつつ吹込まれ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る主な反応は以下の化学式１に示す反応式（１）乃至（３）となる。
【００２７】
【化１】

【００２８】
こうしてタンク１１内には、定常的には石膏と吸収剤である少量の石灰石と僅かな粉塵が懸濁するようになっており、このタンク１１内のスラリがこの場合スラリポンプ２２により固液分離機２３に供給され、ろ過されて水分の少ない石膏Ｃ（通常、水分含有率１０％程度）として採り出される。一方、固液分離機２３からのろ液は、吸収剤スラリを構成する水分としてスラリ調整槽２４に供給される。
【００２９】
スラリ調整槽２４は、攪拌機２５を有し、図示省略した石灰石サイロから投入される石灰石（吸収剤）と、固液分離機２３より送られる水とを攪拌混合して吸収剤スラリを生成するもので、内部の吸収剤スラリがスラリポンプ２６によりタンク１１に適宜供給されるようになっている。
【００３０】
なお、運転中、このスラリ調整槽２４では、例えば図示省略したコントローラ及び流量制御弁により、投入される水量が調整され、また、石灰石サイロの例えばロータリーバルブ（図示省略）の作動が制御されることにより、投入される水量に応じた石灰石が適宜供給され、所定濃度（例えば２０重量％程度）の吸収剤スラリを常に一定範囲のレベル内に蓄えた状態に維持される。
【００３１】
また、例えばスラリ調整槽２４には、適宜補給水（工業用水等）が供給され、気液接触装置１０における蒸発等により漸次減少する水分が補われる。また運転中には、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や石灰石濃度等がセンサにより検出され、図示省略した制御装置によりスラリ調整槽２４への石灰石の供給量やタンク１１への吸収剤スラリの供給量等が適宜調節される構成となっている。
【００３２】
そして、気液接触装置１０の導入側吸収塔１２には、前記スプレーパイプ１５の各ノズルから液体が噴射される領域よりも前流位置（この場合には図２に示すように排煙導入部１２ａの近傍位置）に、複数の棒状材３０が平行かつ水平に配設され、これら棒状材３０の長手方向が、未処理排煙Ａの排煙導入部１２ａへの流入方向と直交する方向（図１では左右方向、図２では紙面に直交する方向）に設定されている。
【００３３】
これら棒状材３０は、この場合断面一定のパイプ材（角材）よりなり、前述した排煙の偏りを抑制する整流作用を発揮するものである。なお、棒状材３０は、角材に限られず、単なる丸棒材或いは断面円形のパイプ材であってもよい。
【００３４】
この棒状材３０及びその周辺の各部寸法（図２に示す各部寸法）は、例えば、１０００ＭＷ石炭焚きボイラの排煙（流量約３００００００ｍ³／ｈ）を処理する場合で、導入側吸収塔１２の奥行寸法Ｌが例えば２４．１ｍ程度で、導入側吸収塔１２の横幅寸法Ｌ１が４．４ｍ程度で、排煙導入部１２ａの内面高さ寸法Ｈ１が１０ｍ程度に設定された場合には、以下のように設定するのが好ましい。
【００３５】
排煙導入部の底面から棒状材までの垂直距離ｈ＝１ｍ〜１．５ｍ、棒状材の配置間隔Ｐ＝４００ｍｍ〜６００ｍｍ、棒状材の外径寸法Ｗ１（横方向）＝２００ｍｍ〜３００ｍｍ、棒状材の外径寸法Ｗ２（縦方向）＝２００ｍｍ〜３００ｍｍ、隣り合う棒状材の間隔ｓ＝１００ｍｍ〜４００ｍｍ、塔天井部分の傾斜高さＨ２＝５ｍ〜１０ｍとする。
【００３６】
なお、本発明者らの研究によれば、棒状材３０の水平断面における幅寸法ｄ（棒状材が角材である場合には上記横方向外径寸法Ｗ１、棒状材が丸棒材又はパイプ材である場合にはその外径寸法Ｄ）と、隣り合う前記棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄ（即ち開口率）が、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０となるように、棒状材の寸法や配置間隔を設定するのが好ましい。
【００３７】
上記排煙処理装置の気液接触装置１０では、排煙導入部１２ａから流入した未処理排煙Ａが導入側吸収塔１２の上端部で垂直方向に向きを変えて流下する際に、前記複数の棒状材３０によって抵抗を受け、特に横方向（図２において右向き方向）への流れが抑制される。
【００３８】
これにより、流入した側と反対側（図２において右側）に排煙の流速の方向が偏り、かつ流速の大きさがばらつく現象が、図４の流速分布のデータに示すように抑制される。
【００３９】
ここで、図４或いは前述の図５は、上記気液接触装置１０と同様な構成の実験装置を用いて吸収塔上部の流速分布の測定結果をベクトル表示したもので、図４は前述の棒状材からなる整流装置がある場合、図５はこの整流装置がない場合である。なおこの実験では、平均流速を９．４ｍ／ｓ程度としている。
【００４０】
また図３は、上記気液接触装置１０と同様な構成の実験装置を用いて、前述の比率ｓ／ｄと偏流度（偏流度＝（実流速と平均流速の差）÷平均流速×１００）の関係を測定した実験結果を示している。この図３からもわかるように、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０となるように寸法設定された前述の整流装置がある場合には、偏流度が２５パーセント程度以下に低減される。
【００４１】
このため、図２において排煙は水平方向に比較的一様に分布して図１に示すスプレーパイプ１５の方に流下し、水平方向において一様に噴射される吸収剤スラリと効率良く気液接触して、循環ポンプ１７による吸収剤スラリの循環流量を従来より少なくしても所定の脱硫及び脱塵が効率良く実現される。
【００４２】
すなわち、タンク１１内の吸収剤スラリは、循環ポンプ１７，１８によりそれぞれ循環パイプ１９，２０を通ってスプレーパイプ１５，１６に供給される。一方、排煙は、まず導入側吸収塔１２内に前述の如く水平方向に偏り少なく導入され下降する。
【００４３】
スプレーパイプ１５に供給された吸収剤スラリは、スプレーパイプ１５の各ノズルから上方へ噴射され、上方に噴き上げられた吸収剤スラリは、頂部で分散し次いで下降し、下降するスラリと噴き上げたスラリとが相互に衝突して微細な粒子状になる。
【００４４】
このように微細な粒子状になったスラリが次々に生じるようになり、粒子状のスラリは吸収塔１２内にほぼ一様に分散して存在するようになる。こうして、亜硫酸ガスを含む排煙がこのように粒子状のスラリがほぼ一様に存在する塔内を偏り少なく流下するため、体積当たりの気液接触面積が前記棒状材３０がない従来よりも大きくなる。
【００４５】
また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙とは効果的に混合し、まずこの並流式の吸収塔１２においてかなりの量の亜硫酸ガスが除去される。例えば、この導入側吸収塔１２における吸収剤スラリの循環流量や液柱高さを従来のものよりも低く設定したとしても、６０〜８０％程度の脱硫率で亜硫酸ガスを吸収除去することが可能である。
【００４６】
しかも、導入側吸収塔１２では、流路断面積が特に高い除塵性能が得られるように設定され、除塵にとっても好ましい排煙の流速となっているため、いわゆる拡散除塵とともに衝突除塵が有効に実現され、この導入側吸収塔１２だけで所望の除塵率に近い除塵が達成できる。
【００４７】
次に、導入側吸収塔１２を流下した排煙は、タンク１１の上部を横方向に流れた後、この場合下部から導出側吸収塔１３に入り、この吸収塔１３を上昇する。この導出側吸収塔１３でも、吸収剤スラリが、スプレーパイプ１６の各ノズルから上方へ噴射され、導入側吸収塔１２と同様に、微細な粒子状となって落下して、向い合って流れる排煙と接触する。
【００４８】
また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙とは効果的に混合し、さらにこの向流式の吸収塔１３において残りのほとんどの亜硫酸ガスが除去される。
【００４９】
この場合、相当量の亜硫酸ガスが導入側吸収塔１２で除去されているとともに、導出側吸収塔１３の流路断面積が前述のように設定されて排煙の流速が向流式気液接触での脱硫にとって最適なものとされているので、最終的に９５％以上の高脱硫率で亜硫酸ガスが吸収除去される。
【００５０】
したがって、上記気液接触装置１０を使用した排煙処理装置によれば、循環ポンプ１７による吸収剤スラリの循環流量を従来より少なくしても所定の脱硫及び脱塵が効率良く実現されるので、消費動力を節約して運転コストを低減できる。
【００５１】
また、排煙導入部１２ａの高さ寸法Ｈ１又は設置位置を高くするといった改造を行って、導入側吸収塔１２の上端部の湾曲を緩やかにするといった対策を採用する必要がないので、装置を小型かつ低コストなものに維持できる。
【００５２】
なお本発明は、以上説明した実施形態に限られず、各種の態様が有り得る。例えば、本発明は、上述したような二つの吸収塔を有する気液接触装置に限らず、一塔式の気液接触装置にも適用できる。
【００５３】
また、液柱式の吸収塔からなるものに限られず、スプレー式や充填式の吸収塔からなるものにも応用可能である。さらに、吸収塔に排煙が流入する箇所は、吸収塔の上端部に限られず、吸収塔の下部から排煙が流入して吸収塔内を上方に向って流れるタイプでもよいことはいうまでもない。
【００５４】
（実証データ）
次に、本発明の作用効果を実証すべく、発明者らが実施した計算及び実験結果のデータについて説明する。このデータは、上記図１により説明した排煙処理装置において棒状材３０を削除した装置▲１▼と、上記図１により説明した排煙処理装置（棒状材３０のあるもの）▲２▼とについての、同一の条件による性能のデータであり、その計算条件を表１、装置性能を表２に示す。
【００５５】
【表１】

【００５６】
【表２】

【００５７】
以上のデータによれば、図４及び図５に示すように棒状材のない装置▲１▼に比較して、棒状材のある装置▲２▼では、流速分布の偏り及びばらつきが格段に改善されている。また、棒状材のない装置▲１▼に比較して、棒状材のある装置▲２▼では、僅かに塔圧力損失（排煙ファン動力）が高まるが、導入側吸収塔の循環流量が低減でき、全体としては消費動力が低減される。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の排煙処理装置によれば、接触処理塔内に平行に配設された棒状材という極めて簡単かつ低コストで、しかも圧力損失の少ない構成で、接触処理塔内に流入した排煙の偏りを抑制し、スプレーパイプから噴射される吸収液とより効率良く気液接触させることができる。
【００５９】
このため、所定の気液接触性能（脱硫率及び除塵率）を確保しつつスプレーパイプから噴射する吸収液の流量を格段に低減して、従来の限界を越えて運転コストを低減することができる。また、接触処理塔の気体導入部の湾曲を緩やかにするといった対策を採用する必要がないので、装置を小型かつ低コストなものに維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である排煙処理装置の要部構成を示す図である。
【図２】図１に示した排煙処理装置における気液接触装置の排煙流入部を示す図であって、図１におけるＩＩ断面拡大図である。
【図３】本発明の作用効果を説明する実験データであって、開口率ｓ／ｄ（棒状材の水平断面における幅寸法ｄと隣り合う棒状材の間隔ｓとの比率）と偏流度との関係を示す線図である。
【図４】本発明の作用効果を説明する実験データであって、棒状材がある場合の吸収塔内における排煙の水平方向流速分布を示す図である。
【図５】棒状材が無い場合の吸収塔内における排煙の水平方向流速分布を示す図である。
【符号の説明】
１０気液接触装置
１１タンク
１２導入側吸収塔（接触処理塔）
１３導出側吸収塔（接触処理塔）
１５，１６スプレーパイプ
２３固液分離機
２４スラリ調整槽
３０棒状材

Claims

排煙が水平方向から流入して上下方向に通過する接触処理塔内に吸収液を噴射させることにより、吸収液と排煙とを気液接触させて排煙中の少なくとも亜硫酸ガスを吸収液に吸収して除去するように構成した排煙処理装置において、前記接触処理塔内の前記吸収液が噴射される領域よりも前流位置に、複数の棒状材を平行に配設し、これら棒状材の長手方向を、排煙の前記接触処理塔への流入方向と直交する方向に設定し、かつ、前記棒状材の水平断面における幅寸法ｄと、隣り合う前記棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄが、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０であることを特徴とする排煙処理装置。