JP3805783B2 - 二室型湿式排煙脱硫装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明はボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中の二酸化硫黄(SO)を除去する湿式排煙脱硫装置と方法に係わり、特に、吸収塔内部への仕切板の設置によって、排ガスが上向きに流れる上昇流領域と下向きに流れる下降流領域の二つの気液接触部に分けられた二室型の脱硫装置において、SOを吸収して生成する亜硫酸を酸化するための空気量を低減し、かつ安定な脱硫性能を得ることができる湿式排煙脱硫装置及び方法に関するものである。
火力発電所等において、化石燃料の燃焼に伴って発生する排煙中の硫黄酸化物、中でも特にSOは、大気汚染・酸性雨等の環境問題における主原因の一つであり、近年地球的規模で排煙脱硫装置の普及が望まれている。
現在の脱硫システムは石灰石−石膏法による湿式法が主流を占めており、中でも最も実績が多く信頼性の高いスプレ方式が世界的にも多く採用されている。このスプレ式脱硫装置は脱硫性能が高く、基本技術はほぼ確立されている。
しかしながら、湿式排煙脱硫装置は高価であるため、未だ発展途上国などでの普及率は低い。したがって、世界的に脱硫装置の普及率を高めるためには、脱硫装置の設備費および運転費の大幅な低減が必要である。
従来技術のスプレ方式を採用し、低コスト化を図った二室型の湿式排煙脱硫装置の公知例の1つを図6に示す。
この湿式排煙脱硫装置は、主に吸収塔本体1、入口ダクト2、出口ダクト3、仕切板4、吸収液循環ポンプ5、循環タンク6、攪拌機7、空気吹込み管8、ミストエリミネータ10、石灰石スラリ槽11、スプレノズル16等から構成される。スプレノズル16はガス流れに対して直交する断面内に複数個設置されており、更にガス流れ方向に複数段設置されている。また、攪拌機7及び空気吹込み管8は吸収液が滞留する循環タンク6に設置され、ミストエリミネータ10は出口ダクト3内に設置される。
図示していないボイラから排出される排ガスは、図示していない脱硫ファンにより吸収塔本体1に入口ダクト2からほぼ水平方向に導入され、出口ダクト3から排出される。スプレ方式による吸収塔の多くは、排ガスと吸収液を向流接触させるために、吸収塔下部から導入した排ガスを塔頂部から排出させるが、図6に示す湿式排煙脱硫装置は吸収塔本体1内に仕切板4を設置し、出口ダクト3を入口ダクト2とほぼ同じ高さに設けているため、入口ダクト2から導入された排ガスは仕切板4に遮られ、上昇流領域19を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域20を下降する。
この間、上昇流領域19および下降流領域20では、吸収液循環ポンプ5A及び5Bから送られる石灰石などの脱硫剤を含んだ吸収液が、それぞれの領域19、20に設けられたスプレノズル16A及び16Bから噴射され、吸収液と排ガスの気液接触が行われる。このとき吸収液は排ガス中のSOを選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液は循環タンク6に落下し、循環タンク6内で酸化用攪拌機7A及び7Bによって攪拌されながら空気吹込み管8A及び8Bから供給される空気中の酸素により亜硫酸カルシウムが酸化され、硫酸カルシウム(石膏)Dを生成する。
石灰石Eなどの脱硫剤は石灰石スラリ槽11からポンプ12により石灰石供給管13を通じて循環タンク6内の吸収液に添加される。石灰石Eの供給量は吸収液循環ライン9に設置されたpH計14の指示値などに基づいてバルブ15により調整される。石灰石E及び石膏Dが共存する循環タンク6内の吸収液の一部は、吸収液循環ポンプ5A及び5Bによって再びスプレノズル16A及び16Bに送られ、一部は吸収液抜き出し管17より脱水機18に送られ、石膏Dが回収される。また、スプレノズル16A及び16Bからの噴射によって微粒化された吸収液の中で、液滴径の小さいものは排ガスに同伴されるが、出口ダクト3に設けられたミストエリミネータ10によって捕集される。
図6に示す湿式排煙脱硫装置は、出口ダクト3が入口ダクト2とほぼ同じ高さの低い位置に設けられているため、図示していないミストエリミネータ10および出口ダクト3の支持鉄骨が低く、簡易なものになり、また、図示していない熱交換器(再加熱側)に接続するためのダクトの長さも短くて済む。
しかしながら、図6に示す湿式排煙脱硫装置の循環タンク6の上部は仕切板4で仕切られているため、生成した亜硫酸カルシウムを酸化するために吹き込まれた空気を循環タンク6内で均一に分散させることが困難となる。その結果、亜硫酸の酸化に用いられる空気の割合が低くなるので、より多くの空気を吹き込む必要があることが判明した。しかし、比較的多くの空気を吹き込むと酸化用攪拌機7や図示していない酸化用空気用ブロワーの動力も、より多く必要となり、経済的でないばかりでなく、吹き込んだ空気の気泡を吸収液循環ポンプ5が吸い込んでポンプ5がキャビテーションを発生して吸収液の循環量や脱硫性能が不安定になり、最悪の場合はポンプ5が破損する場合もある。
そこで本発明の課題は、吸収塔の入口ダクト側の循環タンクでの酸化用空気の利用率を向上させ、より少ない空気で亜硫酸を酸化させる装置及び方法を提供することである。
また、本発明の課題は、吹き込んだ空気の気泡を吸収液循環ポンプが吸い込んでポンプがキャビテーションを発生することのないようにし、安定な脱硫性能を得る装置及び方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。
請求項1記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有し、下端が循環タンクの液中に入っている仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される吸収液と排ガスを接触させて、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、上昇流領域のスプレノズルの噴射吸収液量が下降流領域のスプレノズルの噴射吸収液量より多くなるようなスプレノズルを設け、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内よりも、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から、より多くの吸収液を抜き出し、スプレノズルに供給する吸収液循環配管を入口ダクト側の下方および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設けた二室型湿式排煙脱硫装置である。
請求項2記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有し、下端が循環タンクの液中に入っている仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される吸収液と排ガスを接触させて、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液よりも、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に、より多くの酸化用空気を吹き込む酸化用空気吹き込み装置を出口ダクト側の下方および入口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設け、上昇流領域のスプレノズルの噴射吸収液量が下降流領域のスプレノズルの噴射吸収液量より多くなるようなスプレノズルを設け、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内よりも、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から、より多くの吸収液を抜き出し、スプレノズルに供給する吸収液循環配管を、入口ダクト側の下方および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設けた二室型湿式排煙脱硫装置である。
請求項3記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、かつ導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に下向きに排ガスが流れる下降流領域の二室に分割した排ガス流の領域を形成し、それぞれの領域で吸収液を噴射して排ガスを接触させ、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫方法において、上昇流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量を下降流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量より多くなるように設定し、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内および出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内からそれぞれ吸収液を抜き出し、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から抜き出された吸収液を、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内より抜き出された吸収液より多くする湿式排煙脱硫方法である。
請求項4記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、かつ導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に下向きに排ガスが流れる下降流領域の二室に分割した排ガス流の領域を形成し、それぞれの領域で吸収液を噴射して排ガスを接触させ、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫方法において、入口ダクト側の下方の位置および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ酸化用空気を吹き込み、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に吹き込まれた酸化用空気量を、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に吹き込まれた酸化用空気量より多くし、上昇流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量を下降流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量より多くなるように設定し、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内および出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内からそれぞれ吸収液を抜き出し、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から抜き出された吸収液を、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内より抜き出された吸収液より多くする湿式排煙脱硫方法である。
前記装置と方法により、亜硫酸をより多く含む吸収液が落下する入口ダクト側の循環タンクにより多くの酸化用空気を吹き込むことで、酸化用空気がより有効に利用されるため、空気の必要量を低減できる。
また、前記装置と方法により、出口ダクト側の循環タンクからより多くの吸収液を抜き出してスプレノズルに供給することで、吹き込んだ空気の気泡を吸収液循環ポンプが吸い込んでポンプがキャビテーションを発生するのを防止し、安定な脱硫性能を得ることができるようになる。
本発明によれば、SOを吸収して生成する亜硫酸を酸化するための空気量を低減し、かつ安定な脱硫性能を得ることができる。
本発明は、下記の実施の形態によって、さらに詳細に説明されるが、下記の例で制限されるものではない。
本発明による実施の形態を図1に示す。図6に示した従来技術に基づく脱硫装置と同様に図1に示す脱硫装置は、主に吸収塔本体1、入口ダクト2、出口ダクト3、仕切板4、吸収液循環ポンプ5、循環タンク6、攪拌機7、空気吹込み管8、ミストエリミネータ10、石灰石スラリ槽11、スプレノズル16等から構成されるが、本実施の形態ではさらに空気量測定装置21及び空気量調整装置22を備えている。
図示していないボイラから排出される排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト2から吸収塔本体1に、ほぼ水平方向に導入され、出口ダクト3から排出される。スプレ方式による吸収塔の多くは、排ガスと吸収液を向流接触させるために、吸収塔下部から導入した排ガスを塔頂部から排出させるが、図1に示す吸収塔本体1内には仕切板4を設置し、出口ダクト3を入口ダクト2とほぼ同じ高さに設けているため、入口ダクト2から導入された排ガスは、仕切板4に遮られ、上昇流領域19を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域20を下降する。
この間、上昇流領域19および下降流領域20では、吸収液循環ポンプ5A及び5Bから送られる石灰石Eなどの脱硫剤を含んだ吸収液が、それぞれの領域19及び20に設けられたスプレノズル16A及び16Bから噴射され、吸収液と排ガスの気液接触が行われる。このとき吸収液は排ガス中のSOを選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液は循環タンク6に落下し、循環タンク6内で酸化用攪拌機7A及び7Bによって攪拌されながら空気吹込み管8A及び8Bから供給される空気Cに含まれる酸素により亜硫酸カルシウムが酸化されて硫酸カルシウム(石膏)Dを生成する。
石灰石Eなどの脱硫剤は石灰石スラリ槽11からポンプ12により石灰石供給管13を通じて循環タンク6内の吸収液に添加される。石灰石Eの供給量は吸収液循環ライン9に設置されたpH計14の指示値などに基づいてバルブ15により調整される。石灰石E及び石膏Dが共存する循環タンク6内の吸収液の一部は、吸収液循環ポンプ5A及び5Bによって再びスプレノズル16A及び16Bに送られ、一部は吸収液抜き出し管17より脱水機18に送られ、石膏Dが回収される。またスプレノズル16A及び16Bからの噴射によって微粒化された吸収液の中で、液滴径の小さいものは排ガスに同伴されるが、出口ダクト3に設けられたミストエリミネータ10によって捕集される。
空気吹込み管8A及び8Bから供給される空気量は、それぞれ空気量測定装置21A及び21Bにより測定され、それぞれ空気量調整装置22A及び22Bにより所定の空気流量に調整される。
吸収塔本体1の入口排ガス中のSO濃度が1000ppmで、出口排ガス中のSO濃度が50ppmになるようにスプレノズル16A及び16Bから噴射される吸収液流量及びそのpHを調整して図1に示す脱硫装置を運転した。
その時の空気吹込み管8A及び8Bから供給される空気量の比率と吸収液循環ポンプ5A及び5Bによって再びスプレノズル16A及び16Bに送られる吸収液中の亜硫酸を完全に酸化するために必要な空気量の関係を図2に示す。図2に示すように、空気吹込み管8A及び8Bから供給される空気量の比率が約80:20で亜硫酸を完全に酸化するために必要な空気量が最小になる。
図3(断面図)及び図4(図3のA−A線矢視図)には、出口ダクト3側の循環タンク6からのみ吸収液を抜き出してスプレノズル16A及び16Bに供給することにより、吹き込んだ空気の気泡を吸収液循環ポンプ5Bが吸い込んでポンプ5Bがキャビテーションを発生するのを防止し、安定な脱硫性能を得ることができるようにした装置のフローを示す。
上昇流領域19の方が下降流流域20よりガス中のSO濃度が高いので、噴霧する吸収液量も前者の方が後者より多くなるように設定するのが一般的であり、その場合は入口ダクト2側の循環タンク6には吸収液が多く落下するため、吹き込まれた酸化用空気Cの気泡が落下液のエネルギーで循環タンク6内に滞留し、気泡を吸収液循環ポンプ5A(図1)が吸い込んでキャビテーションを発生しやすい。
上記のように、入口ダクト2側の循環タンク6には出口ダクト3側の循環タンク6より吸収液が多く落下するように設定すれば、出口ダクト3側の循環タンク6では落下する吸収液が少ないので、吹き込まれた酸化用空気Cの気泡が上昇しやすく、空気Cの気泡を吸収液循環ポンプ5Bが吸い込んでポンプ5Bがキャビテーションを発生することが少ない。出口ダクト3側の循環タンク6から、より多くの吸収液を抜き出してスプレノズル16A、16Bに供給することにより、吹き込んだ空気Cの気泡を吸収液循環ポンプ5Bが吸い込んでポンプ5Bがキャビテーションを発生するのを防止することが可能となる。
図1及び図3に示した本発明の実施の形態での酸化用空気量Cと吸収液循環ポンプ5Bが吸い込んだ気泡の含有率(吸収液中の気泡の体積割合)の関係を図5に示す。
曲線Aが図1に示した実施の形態の結果であり、曲線Bが図3に示した実施の形態の結果である。同一酸化用空気量でも図3に示した実施の形態の方が吸収液中の気泡の含有量が低く、キャビテーションの発生を防止することが可能である。
上記実施の形態は吸収塔内の上昇流領域19でガスと吸収液を向流で接触させ、下降流領域20ではガスと吸収液を並流で接触させる構造になっているが、本発明法はスプレの方向や排ガスと吸収液の接触方向に関係なく有効である。また、仕切板4の下端が循環タンク6の液中にどれだけ入っているかは、液レベルが変動した際に入口ダクト2から吸収塔本体1にほぼ水平方向に導入された排ガスAが吸収液と接触しないで出口ダクト3から排出されることを防止する観点や入口ダクト2側の循環タンク6に落下した高濃度の亜硫酸を含む吸収液により多くの酸化用空気Cを供給する観点から決められ、通常は仕切板4の下端が循環タンク6の液中に1m程度以上入っていることが必要である。
さらに、入口ダクト2側の循環タンク6のみに酸化用空気Cを吹き込むことや出口ダクト3側の循環タンク6からのみ吸収液を抜き出してスプレノズル16に供給することも当然のことながら可能である。
本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置のフローシートである。 図1の湿式排煙脱硫装置に関する実験データである。 本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置のフローシートである。 図3の湿式排煙脱硫装置のA−A線矢視図である。 図1と図3の湿式排煙脱硫装置に関する実験データを示す図である。 従来技術に基づく湿式排煙脱硫装置のフローシートである。
符号の説明
1 塔本体 2 入口ダクト
3 出口ダクト 4 仕切板
5 吸収液循環ポンプ 6 循環タンク
7 攪拌機 8 空気吹きこみ装置
9 吸収液循環ライン 10 ミストエリミネータ
11 石灰石スラリ槽 12 ポンプ
13 石灰石供給管 14 pH計
15 バルブ 16 スプレノズル
17 吸収液抜き出し管 18 脱水機
19 上昇流領域 20 下降流領域
21 空気量測定装置 22 空気量調整装置
C 空気 D 石膏
E 石灰石

Claims (4)

  1. 吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有し、下端が循環タンクの液中に入っている仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される吸収液と排ガスを接触させて、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
    上昇流領域のスプレノズルの噴射吸収液量が下降流領域のスプレノズルの噴射吸収液量より多くなるようなスプレノズルを設け、
    入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内よりも、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から、より多くの吸収液を抜き出し、スプレノズルに供給する吸収液循環配管を入口ダクト側の下方および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設けたことを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。
  2. 吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井側に開口部を有し、下端が循環タンクの液中に入っている仕切板を設けることで、入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域に設置したスプレノズルから噴射される吸収液と排ガスを接触させて、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
    出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液よりも、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に、より多くの酸化用空気を吹き込む酸化用空気吹き込み装置を出口ダクト側の下方および入口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設け、
    上昇流領域のスプレノズルの噴射吸収液量が下降流領域のスプレノズルの噴射吸収液量より多くなるようなスプレノズルを設け、
    入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内よりも、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から、より多くの吸収液を抜き出し、スプレノズルに供給する吸収液循環配管を、入口ダクト側の下方および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ設けたことを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。
  3. 吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、かつ導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に下向きに排ガスが流れる下降流領域の二室に分割した排ガス流の領域を形成し、それぞれの領域で吸収液を噴射して排ガスを接触させ、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫方法において、
    上昇流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量を下降流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量より多くなるように設定し、
    入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内および出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内からそれぞれ吸収液を抜き出し、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から抜き出された吸収液を、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内より抜き出された吸収液より多くすることを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
  4. 吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、かつ導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と、天井側の開口部で反転した後に下向きに排ガスが流れる下降流領域の二室に分割した排ガス流の領域を形成し、それぞれの領域で吸収液を噴射して排ガスを接触させ、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた二室型湿式排煙脱硫方法において、
    入口ダクト側の下方の位置および出口ダクト側の下方の位置の循環タンクにそれぞれ酸化用空気を吹き込み、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に吹き込まれた酸化用空気量を、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内の液に吹き込まれた酸化用空気量より多くし、
    上昇流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量を下降流領域に設けたスプレノズルからの噴射吸収液量より多くなるように設定し、
    入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内および出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内からそれぞれ吸収液を抜き出し、出口ダクト側の下方に位置する循環タンク内から抜き出された吸収液を、入口ダクト側の下方に位置する循環タンク内より抜き出された吸収液より多くすることを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
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