JP3842698B2 - ガス吹抜け防止に適した湿式排煙脱硫装置における吸収塔構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス中の有害成分を除去する排ガス処理装置に係わり、特に、ガス偏流を低減し、ガス吸収部での脱硫性能の低下を防止できる機能を備えた湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の湿式排煙脱硫装置における吸収塔を図１４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、吸収液循環ポンプ４、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９、吸収液抜出し管１０、循環配管１１、スプレヘッダー１２、スプレノズル１３等から構成される。攪拌機７および空気吹込み管８は、吸収液５が滞留する循環タンク６に設置される。
【０００３】
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、塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。この間、吸収液循環ポンプ４から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液５がスプレノズル１３から噴射され、吸収液５と排ガスとの気液接触により吸収液５は排ガス中のＳＯｘを選択的に吸収する。ＳＯｘを吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【０００４】
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴射によって微粒化された吸収液５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９によって捕集される。
【０００５】
最近の吸収塔では、高性能化とコンパクト化を図るため、塔径を小さくし、塔内のガス流速を高めることが多い。しかし、ガス流速を高速化すると、塔壁近傍にガスの吹抜けが生じやすくなることが分かってきた。
【０００６】
吸収塔本体１内の塔壁部をガスが吹き抜けると、その部分における吸収液流量と排ガス流量の比率、すなわち液ガス比が極端に低下するため、脱硫率が下がり、湿式排煙脱硫装置としての脱硫性能を低下させることになる。この傾向は、要求される脱硫率が高いほど顕著であり、硫黄分の高いオイルコークスなどを燃焼させるボイラの場合には、吸収塔入口ＳＯｘ濃度が高くなるので、脱硫性能に対するガスの吹き抜けの影響が大きくなる。ガスの吹き抜けによって低下した脱硫性能を補うためには、吸収液循環量を多くする必要があり、吸収液循環ポンプ４の動力を増加させることになる。また、吸収液循環量を多くして吸収塔内の液ガス比を高くすると、スプレ部での圧力損失が高くなるため、図示していない脱硫ファンの動力をも増加させることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
吸収塔本体１内に設置されているスプレノズル１３は、ぞのサイズ、取付け取り外し等のメンテナンス性及びスプヘッダー１２のサイズなどを考慮した吸収塔本体１内への配置上の制約に基づき、極力互いに等間隔となるよう配置される。そのため、ガス流れ方向の各一段に配置できるスプレノズル１３の数が決められ、吸収液の噴霧量については、脱硫性能を維持する上で必要な液量をスプレノズル数で割ることにより求めている。
【０００８】
排ガスの脱硫性能を維持するために必要な噴霧液量がガス流れ方向の一つのスプレ段では維持できない場合は、通常ガス流れ方向に二段以上のスプレ段を設置する。このとき一段目と二段目のスプレ段では、通常、スプレノズル１３の配置位置をガス流れ方向に沿って互いに変えている。例えば、一段目を中心振り分け方式（吸収塔のガス流れ方向の中心線上にはスプレノズル１３を配置せずにガス流れ方向に直交する平面で複数のスプレノズル１３を均等に配置する均等振り分けする配置する方式）とした場合には、二段目を中心配置方式（吸収塔のガス流れ方向の中心線上にスプレノズル１３を配置し、その中心線を基準としてガス流れ方向に直交する平面で複数のスプレノズル１３を均等に配置する方式）にするということで、三段以上のスプレ段を設ける場合にも同様に前記中心振り分け方式と中心配置方式をスプレ段毎に交互に繰り返す配置としている。
【０００９】
また、ここでのスプレノズル１３の型式は、スプレノズル１３の内部が中空で固形物の詰まりが生じにくいホロコーン型のスプレノズルが主に用いられている。このホロコーン型のスプレノズルから噴霧されるスプレ液滴の噴霧パターンの特徴は、図１５のスプレ液滴噴霧中のスプレノズル１３部分の側面図（図１５（ａ））と底面図（図１５（ｂ））に示すように、スプレノズル１３から円錐状に液滴２０が噴霧され、円周方向にはスプレ液滴２０が噴霧されるが、スプレノズル１３の直下には、ほとんど液滴２０が到達しない中空タイプの液滴２０の噴霧パターンを持つ点である。
【００１０】
吸収塔本体１に設置するスプレノズル１３にホロコーンタイプのスプレノズル１３を用いる上記従来技術においては、図１３に示すように、そのホロコーンタイプのスプレノズル１３の液滴噴霧パターンの特徴から、多数のスプレノズル１３から噴霧される液滴２０が集まる吸収塔本体１の中心部は液滴密度が高くなる傾向にある一方、吸収塔本体１の塔壁周辺部については、吸収塔本体１の中心部より噴霧液滴密度が低くなる傾向にある。
【００１１】
また、円筒形の吸収塔の場合には、通常はスプレノズル１３をガス流れ方向に碁盤目状に配置することから、塔壁周辺のスプレノズル１３の数が少なくなる傾向にある。そのため、塔壁周辺部を排ガスが吹き抜け、十分な気液接触が行われず、ＳＯｘの吸収性能が部分的に低下し、全体の脱硫性能に影響する場合があるという問題があった。
【００１２】
また、吸収塔本体１内を流れる排ガスがガス流れ方向に直交する断面で密度が互いに異なる偏流になると、渦流の発生などにより圧力損失が増大する傾向にあるという問題があった。
【００１３】
また、このような現象を防止するために、吸収塔本体１内のガス流速を低くすると吸収塔自体の塔径を大きくする必要が生じたり、吸収塔本体１内に噴霧する吸収液の液量を必要以上に多くする必要があるなどの問題があった。
【００１４】
本発明の課題は、吸収液循環ポンプおよび脱硫ファンの動力を増加させることなく、すなわち、設備費を大幅に増加させることなく、吸収塔壁部でのガスの吹き抜けを抑制し、脱硫性能の低下を防止して、運転コストが低い湿式排煙脱硫装置を得ることにある。
【００１５】
また、本発明の課題は、吸収塔内のガス流速を上げて、吸収塔をコンパクト化した場合に、吸収塔内を流れる排ガスの偏流を防止し、吸収塔塔壁周辺部を排ガスが吹き抜けることによる脱硫性能の低下を防止するとともに、噴霧スプレ液滴の整流効果により、必要以上に圧力損失が大きくなることを防止することにある。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】
上記課題は、以下により達成される。
（１）請求項１記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、前記複数のスプレノズルは、吸収塔塔壁近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであることを特徴とする湿式排煙脱硫装置である。
【００２４】
前記吸収塔は、前述の入口ダクトと出口ダクトと、その入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、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に天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板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有する二室式吸収塔からなり、二室式吸収塔の塔壁近傍及び仕切板近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルである構成でも良い。
二室式の吸収塔を用いると吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２５】
（２）請求項３記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルとしたときのガス流速の平均値の１．１倍以上のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、平均値の１．１倍未満のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いる湿式排煙脱硫装置である。
【００２６】
この場合にも、前記吸収塔が前記二室式吸収塔からなる構成を採用すると、吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２７】
（３）請求項５記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いる湿式排煙脱硫装置である。
【００２８】
この場合にも、前記吸収塔が前記二室式吸収塔からなる構成を採用すると、吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２９】
【作用】
従来技術における問題点は、塔壁近傍を高速に吹抜けようとする排ガスの整流と、その排ガスのＳＯｘ除去効率を高めることに対して、十分配慮されていない点にある。
【００３０】
吸収塔の塔内壁近傍のみに、例えば多孔板などの開孔状の壁流下液分散板を設置している参考例の発明によれば、壁流下液分散板自体がガス流れに対する抵抗体となるため、塔壁近傍を下から上昇してきた排ガスの一部は壁流下液分散板を通過し、残りは壁流下液分散板を避けて流れようとする。したがって、局所的な排ガスの高流速域が形成されることがない。
【００３１】
また、吸収塔の塔内壁には吸収液が多く流下しているが、この流下液の一部は壁流下液分散板の孔から流れ落ち、残りは壁流下液分散板の先端から流れ落ちる。したがって、壁流下液分散板の孔から流下する吸収液は、壁流下液分散板を通過しようとする排ガスと接触することになるため、排ガス中のＳＯｘを除去することが可能である。このときの排ガスと吸収液の接触時間も長くなるため、高い脱硫性能が得られる。さらに、壁流下液分散板の先端を迂回しようとする排ガスに対しては、壁流下液分散板先端から流下する吸収液が接触するため、壁流下液分散板を通過する排ガスと同様にＳＯｘを除去することができる。
【００３２】
したがって、参考例の発明によれば、吸収塔の塔内壁近傍において高いガスの整流効果と高い脱硫性能を同時に得ることが可能となる。
【００３３】
また、図１６（スプレ液滴噴霧中のスプレノズル部分の側面図（図１６（ａ））と底面図（図１６（ｂ）））に中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’の噴霧液滴２０’のパターンを示す。また、図１７にホロコーン型スプレノズル１３とフルコーン型スプレノズル１３’についての一般的な構造を示す。
図１７に示すホロコーン型スプレノズル１３（図１７（ａ））とフルコーン型スプレノズル１３’（図１７（ｂ）〜図１７（ｄ））についての仕様比較を次に示す。
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、吸収塔断面において、例えば吸収塔本体１の塔壁周辺部に設置するスプレノズルの型式を、スプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能な中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’にすることにより、全てホロコーン型のスプレノズル１３を使用した場合よりも、吸収塔内の塔壁周辺部で生じやすい排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３５】
排ガスの吹き抜けが生じやすい領域は、全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つホロコーン型のスプレノズル１３としたときのガス流速が平均ガス流速に比べて速くなる領域とみることもできる。
【００３６】
したがって、請求項３記載の発明のように、全てのスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３としたときのガス流速が平均ガス流速に比べて１．１倍以上となる領域に配されるスプレノズルをフルコーン型のスプレノズル１３’とし、その他のスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３とすることにより排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３７】
また、請求項５記載の発明のように、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’を用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つホロコーン型のスプレノズル１３を用いるとすることによっても排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３８】
このように請求項１、３、５記載の発明により、十分な気液接触が行われるので、ＳＯｘの吸収性能が低下する現象が起こらなくなる。
また、請求項１、３、５記載の発明によれば、排ガスの吹き抜けを防止することにより、即ち、噴霧液滴と排ガスの気液接触により、吸収塔内をガスが均一に流れるようになることにより、ガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できる。したがって、スプレ部には従来、ガスが不均一に流れることにより局部的に渦が発生して圧力損失が増大していた箇所がなくなるため、従来以上に圧力損失が増大することがなくなる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明になる吸収塔構造の参考例であり、入口ダクト２の上面と最下段スプレノズルの間に壁流下液分散板として多孔板１４を設置した吸収塔の側面を示したものである。図１において先に説明した図１４で説明した部材などと同一のものは同一番号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
図２は図１のにおける吸収塔のＡ−Ａ’線矢視図を示したものである。図３は図１における多孔板１４近傍でのガスと吸収液の流れを示したものである。図４は多孔板１４の開孔率（％）と抵抗係数の関係を示したものであり、多孔板１４と吸収塔本体１の塔壁との間にサポート１５（図３）を設けた構成である。図５は多孔板１４の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の壁流下液の挙動を示したものである。図６は多孔板１４の幅Ｗと吸収塔直径Ｄの比Ｗ／Ｄとガス流速変動係数の関係を示したものである。図７は壁流下液分散板として多孔板１４の代わりにルーバー１６を用いた本発明の実施例である。図８は二室型の吸収塔の上昇流領域側に多孔板１４を適用した他の実施例である。
【００４１】
図１に示す本発明になる吸収塔構造の参考例は、入口ダクト２上面と最下段スプレノズル１３の間に壁流下液分散板として多孔板１４を設けている点で従来技術と異なる。
入口ダクト２から導入された排ガスは、吸収塔本体１の塔内壁側に多く流れようとするが、塔内壁近傍のみに設置された多孔板１４は、ガス流れに対する抵抗体となり、図３に示すように、塔内壁近傍を下から上昇してきた排ガスの一部は多孔板１４を通過し、残りは多孔板１４を避けて流れようとする。したがって、局所的なガスの吹抜けが生じることはない。特に、最下段スプレノズル１３近傍でのガスの吹抜けが最も激しく、多孔板１４は最下段スプレノズル１３の上流側、すなわち入口ダクト２上面と最下段スプレノズル１３の間に設置することで、最も大きな効果を得ることができる。
【００４２】
このときの多孔板１４のガス流れに対する整流効果は、多孔板１４が持つ抵抗係数に大きく左右され、その抵抗係数は多孔板１４の開孔率によって定まるものである。図４に多孔板１４の開孔率と抵抗係数の関係を示す。吸収塔塔壁近傍でのガスの吹抜けを防止するために必要な抵抗係数は２以上であり、開孔率として５５％以下の条件にすれば、ガス流れの整流効果としては十分であることになる。
【００４３】
一方、吸収塔本体１の塔内壁には吸収液５が多く流下しているが、図３に示したように、この流下液の一部は多孔板１４の孔から流れ落ち、残りは多孔板１４の先端から流れ落ちる。したがって、多孔板１４の孔から流下する吸収液５は、多孔板１４を通過する排ガスと接触し、排ガス中のＳＯｘを効率よく除去することが可能である。このとき気液接触時間も長くなるため、高い脱硫性能が得られる。さらに、多孔板１４の先端を迂回しようとする排ガスに対しては、従来技術と同様に、多孔板１４の先端部から流下する吸収液５が接触するため、多孔板１４を通過する排ガスと同様にＳＯｘを除去することができる。
【００４４】
しかし、多孔板１４上での吸収液５の挙動は多孔板１４の開孔率に左右されることになる。図５に多孔板１４の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の吸収液５の挙動を示す。多孔板１４の開孔率を２０％未満にすると吸収液５が孔から流下し難くなり、ほとんどの吸収液５は多孔板１４の先端から流下する。これに対し、開孔率が５０％を超えると吸収液５の分散が悪くなり、一部の孔からだけ吸収液５が流下するようになる。したがって、多孔板１４のすべての孔から均一に吸収液５を流下させるには、開孔率を２０〜５０％の範囲に設定する必要がある。
【００４５】
以上のことから、ガス流れの整流よりも吸収塔本体１の塔内壁を流下する吸収液５の均一分散の方が支配的であり、多孔板１４の開孔率を２０〜５０％にすることで、本参考例の効果を最大限に活用できることが分かる。
【００４６】
また、多孔板１４の整流効果は、吸収塔直径に対する多孔板１４の幅の比にも大きく影響される。図６に吸収塔本体１の直径をＤ、多孔板１４の幅をＷとしたときのＷ／Ｄとガス流速変動係数との関係を示す。ガス流速変動係数とは、ガス流れの偏流度合いを表す指標であり、吸収塔スプレ部の水平断面（ガス流に直交する平面）におけるガス流速分布の値を基に（ガス流速の標準偏差）／（平均流速）で求められる。吸収塔の塔径Ｄに対して多孔板１４の幅Ｗが小さすぎると整流効果が弱くなり、ガス流速変動係数は大きくなる。また、逆に多孔板１４の幅Ｗが大きすぎると吸収塔の中央部ばかりにガスが流れやすくなり、かえってガス流速変動係数を高めることになる。したがって、多孔板１４の幅には適切な範囲が存在することが分かる。脱硫率が低下しない変動係数は３０％程度であり、その条件を満足できるのはＷ／Ｄが０．００５〜０．１の範囲である。
【００４７】
図７に示す参考例は、壁流下液分散板として多孔板１４の代わりにルーバー１６を用いた点で図１に示した参考例と異なる。図１に示した参考例に比べて壁流下液の均一分散という点では若干劣るものの、塔内壁近傍を吹抜けようとする排ガスに対する整流効果については、図１に示した参考例とほぼ同等の効果が得られるものである。
【００４８】
図８に示す参考例は、循環タンク６内に仕切板１７の下端部を浸漬させることで吸収塔本体１内のガス流路を二つに分けて、入口ダクト２側のガス上昇流領域１８と出口ダクト３側のガス下降流領域１９を形成させる二室型吸収塔の塔内壁に、本参考例の多孔板１４を取り付けた例である。図８に示す参考例は、図１で示した参考例とほぼ同等の効果が得られるものであるが、塔内壁近傍のガスの吹抜けが発生し難い下降流領域１９に対しては、多孔板１４の設置の必要性はない。
【００４９】
また、図９には本発明の実施例の吸収塔内のスプレノズルの配置図を示す。図中黒塗り部はフルコーン型のスプレノズル１３’を示し、その他のスプレノズルは従来技術同様ホロコーン型のスプレノズル１３を示す。吸収塔本体１内の塔壁周辺部で排ガスの吹き抜けが生じ易い部分に、ノズル直下にも液滴を噴霧させることができるフルコーン型のスプレノズル１３’を設置することにより、塔壁周辺の排ガスの吹き抜けが防止できるため、吸収塔本体１内の排ガスの流速は図１０に示すように塔壁周辺部と吸収塔中心部で偏差が少なくなる。
【００５０】
なお、スプレノズルの基本的な配置や仕様については、内部のスプレ配管サイズ、ノズルの大きさ、ノズル取付け取り外し等のメンテナンス性を考慮した配置上の制約に基づき、極力等間隔となるよう配置することにより、一段に配置できるスプレレノズル数を決め、噴霧量については脱硫性能を維持する上で必要な液量をスプレノズル数で割ることにより求める。
【００５１】
吸収塔本体１内の鉛直方向に通常４〜６段程度設けられるスプレノズルの各スプレ段について、どのスプレノズルをフルコーン型のスプレノズル１３’とし、どのスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３とするかは、総合的な評価により決定するが、全てのスプレ段で、フルコーン型のスプレノズル１３’またはホロコーン型のスプレノズル１３の両者を備える必要はなく、一部のスプレ段は、全てがホロコーン型のスプレノズル１３で構成されるものであっても良い。
【００５２】
吸収塔本体１内の塔内壁周辺部のスプレノズルの型式をスプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能なフルコーン型のスプレノズル１３’とすることにより、従来技術において排ガスの吹き抜けが生じ易い塔内壁周辺部の排ガス流速を均一化することができるので、従来技術において吸収塔塔壁周辺部分を排ガスが吹きぬけ、気液接触が不十分となり、ＳＯｘの吸収性能が低下する現象を防止することができる。
【００５３】
また、吸収塔本体１内のガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できるため、必要以上に圧力損失が増大することがなくなる。
【００５４】
ホロコーン型のスプレノズル１３とフルコーン型のスプレノズル１３’の具体例は図１７に示す通りである。
中実タイプの噴霧パターンをもつフルコーン型のスプレノズル１３’に分類される旋回ベーン内蔵型ノズル（図１７（ｂ））及びコアレス型ノズル（図１７（ｃ））は充円錐状の噴霧パターンが得られ、スパイラル型ノズル（図１７（ｄ））は、中空円錐が渦巻き状に連続してつながった擬似充円錐状の噴霧パターンが得られる。
【００５５】
図１７（ａ）に示すようなホロコーンノズル１３の外観上の特徴は、円筒状の旋回室を有することであり、液流入方向と噴射方向が９０度異なる。また旋回室に液が接線方向から流入し、液流入孔と噴射孔の中心軸の間に幅Ｄのズレがあることである。また、旋回室の内部に特別な構造物がなく、噴霧液は中空円錐状スプレであり、液滴径はフルコーンのそれに比べて小さい。
【００５６】
次ぎにフルコーンノズル１３’の中で、図１７（ｂ）に示す旋回ベーン内蔵型のノズルは最も一般的なフルコーンノズル外観形状をしており、液流入方向と噴射方向が同じ向きにあり、ノズル内部に旋回羽根を内蔵している。一般的にその旋回羽根は二枚の半月状の円板を有している。また噴霧液の特徴は充円錐状スプレであり、液滴径はホロコーンタイプのものに比べると若干大きい。
【００５７】
図１７（ｃ）に示すコアレス型のノズルの外観はホロコーンノズル１３に類似しており、旋回室は有していない。液流入方向と噴射方向が９０度異なり、ホロコーンノズル１３のような軸のズレはない。また、その内部には構造物はなく、液流入側にオリフィス（絞り）があることが特徴である。噴霧液は充円錐状スプレであり、液滴径はホロコーンタイプのものに比べると若干大きい。
【００５８】
図１７（ｄ）に示すスパイラル型のノズルの外観上の特徴は、ピッグテールと呼ばれる螺旋状のスパイラル構造を持つ。その液流入方向と噴射方向は同じであり、内部には構造物がなく、液流入部にオリフィスがある。噴霧液は充円錐状スプレに属しているが、厳密には完全な充円錐ではなく、ホロコーン型のスプレが渦巻き状に連続してつながった疑似充円錐形状である。また、その液滴径はホロコーンタイプのものよりも小さい。
【００５９】
本発明の他の実施例を図１１に示す。本実施例は、図８で説明した二室型吸収塔本体１に本発明を適用してホロコーン型のスプレノズル１３とフルコーン型のスプレノズル１３’を用いたものである。本実施例においては、吸収塔本体１の形状が通常の吸収塔よりも、吸収塔内部に設けられた仕切板１７のため、吸収塔断面積に対する塔壁の長さの割合が大きくなっているため、本発明を適用することにより吸収塔本体１の塔内壁周辺の排ガスの吹き抜けが防止できるので、ガス流の整流効果やＳＯｘの吸収性能低下防止に対する効果が表れやすい。
【００６０】
図１２に示す実施例は、吸収塔本体１の内部の排ガスフローシミュレーション結果や、フローモデル試験結果により、排ガスの偏流度が大きい部分(少なくとも平均ガス流速の１．１倍以上となる部分)にスプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能なフルコーン型のスプレノズル１３’を設置したことを示している。本実施例においても、吸収塔本体１内の塔内壁周辺を排ガスが吹きぬけるのを防止し、排ガス流を整流することができるので、上記の実施例に記載した効果を得ることができる。
【００６１】
また、図示していないが、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい部分（排ガスフローシミュレーション結果やフローモデル試験結果でも見極めることもできる）にフルコーン型のスプレノズル１３’を設置することにより排ガス入口から出口までの吸収塔内全域にわたって排ガスの吹き抜けを防止することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、吸収塔の塔壁近傍でのガスの吹き抜けを防止し、さらに塔壁近傍を流れる排ガス中のＳＯｘガスを積極的に除去できるため、脱硫性能が低下せず、循環ポンプ動力を低減することが可能である。また、吸収液の循環量が少なくて済むため、スプレ部の圧力損失が低くなり、脱硫ファンの動力を低減することも可能となる。
【００６３】
また、吸収塔内の排ガス流速を上昇させても脱硫性能を保ちつつ、吸収塔の圧力損失が必要以上に大きくなることを防止できるので、設備容量を低減することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になる吸収塔構造の参考例であり、入口ダクト上面と最下段スプレノズルの間に壁流下液分散板として多孔板を設置した吸収塔の側面を示したものである。
【図２】 図１における吸収塔のＡ−Ａ’断面を示したものである。
【図３】 図１における多孔板近傍でのガスと吸収液の流れを示したものである。
【図４】 多孔板の開孔率と抵抗係数の関係を示したものである。
【図５】 多孔板の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の壁流下液の挙動を示したものである。
【図６】 多孔板の幅Ｗと吸収塔直径Ｄの比Ｗ／Ｄとガス流速変動係数の関係を示したものである。
【図７】 壁流下液分散板として多孔板の代わりにルーバーを用いた他の実施例である。
【図８】 二室型吸収塔の上昇流領域側に多孔板を適用した他の実施例である。
【図９】 本発明の実施例の吸収塔内のスプレノズルの配置図を示す。
【図１０】 図９に示す実施例の湿式脱硫装置において、吸収塔中心の断面方向の排ガス流速を示す図である。
【図１１】 塔内に仕切り板を設けた吸収塔に本発明を適用した他の実施例を示す図である。
【図１２】 排ガスの偏流が大きい部分に本発明を適用した他の実施例を示す図である。
【図１３】 従来の湿式脱硫装置において、吸収塔中心の断面方向の排ガス流速を示す図である。
【図１４】 従来技術の排ガス処理装置の側面を示したものである。
【図１５】ホロコーンノズルの液滴噴霧パターンを示す図（図１５（ａ）は側面図、図１５（ｂ）は底面図）である。
【図１６】 フルコーンノズルの液滴噴霧パターンを示す図（図１６（ａ）は側面図、図１６（ｂ）は底面図）である。
【図１７】 ホロコーンノズルの具体例（図１７（ａ））とフルコーンノズルの具体例（図１７（ｂ）〜（ｄ））を示す。
【符号の説明】
１ 吸収塔本体 ２ 入口ダクト
３ 出口ダクト ４ 吸収液循環ポンプ
５ 吸収液 ６ 循環タンク
７ 攪拌機 ８ 空気吹込み管
９ ミストエリミネータ １０ 吸収液抜出し管
１１ 循環配管 １２ スプレヘッダー
１３、１３’ スプレノズル １４ 多孔板
１５ サポート １６ ルーバー
１７ 仕切板 １８ ガス上昇流領域
１９ ガス下降流領域 ２０、２０’ 液滴
Ｄ 直径 Ｗ 幅
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス中の有害成分を除去する排ガス処理装置に係わり、特に、ガス偏流を低減し、ガス吸収部での脱硫性能の低下を防止できる機能を備えた湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の湿式排煙脱硫装置における吸収塔を図１４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、吸収液循環ポンプ４、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９、吸収液抜出し管１０、循環配管１１、スプレヘッダー１２、スプレノズル１３等から構成される。攪拌機７および空気吹込み管８は、吸収液５が滞留する循環タンク６に設置される。
【０００３】
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、塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。この間、吸収液循環ポンプ４から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液５がスプレノズル１３から噴射され、吸収液５と排ガスとの気液接触により吸収液５は排ガス中のＳＯｘを選択的に吸収する。ＳＯｘを吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【０００４】
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴射によって微粒化された吸収液５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９によって捕集される。
【０００５】
最近の吸収塔では、高性能化とコンパクト化を図るため、塔径を小さくし、塔内のガス流速を高めることが多い。しかし、ガス流速を高速化すると、塔壁近傍にガスの吹抜けが生じやすくなることが分かってきた。
【０００６】
吸収塔本体１内の塔壁部をガスが吹き抜けると、その部分における吸収液流量と排ガス流量の比率、すなわち液ガス比が極端に低下するため、脱硫率が下がり、湿式排煙脱硫装置としての脱硫性能を低下させることになる。この傾向は、要求される脱硫率が高いほど顕著であり、硫黄分の高いオイルコークスなどを燃焼させるボイラの場合には、吸収塔入口ＳＯｘ濃度が高くなるので、脱硫性能に対するガスの吹き抜けの影響が大きくなる。ガスの吹き抜けによって低下した脱硫性能を補うためには、吸収液循環量を多くする必要があり、吸収液循環ポンプ４の動力を増加させることになる。また、吸収液循環量を多くして吸収塔内の液ガス比を高くすると、スプレ部での圧力損失が高くなるため、図示していない脱硫ファンの動力をも増加させることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
吸収塔本体１内に設置されているスプレノズル１３は、ぞのサイズ、取付け取り外し等のメンテナンス性及びスプヘッダー１２のサイズなどを考慮した吸収塔本体１内への配置上の制約に基づき、極力互いに等間隔となるよう配置される。そのため、ガス流れ方向の各一段に配置できるスプレノズル１３の数が決められ、吸収液の噴霧量については、脱硫性能を維持する上で必要な液量をスプレノズル数で割ることにより求めている。
【０００８】
排ガスの脱硫性能を維持するために必要な噴霧液量がガス流れ方向の一つのスプレ段では維持できない場合は、通常ガス流れ方向に二段以上のスプレ段を設置する。このとき一段目と二段目のスプレ段では、通常、スプレノズル１３の配置位置をガス流れ方向に沿って互いに変えている。例えば、一段目を中心振り分け方式（吸収塔のガス流れ方向の中心線上にはスプレノズル１３を配置せずにガス流れ方向に直交する平面で複数のスプレノズル１３を均等に配置する均等振り分けする配置する方式）とした場合には、二段目を中心配置方式（吸収塔のガス流れ方向の中心線上にスプレノズル１３を配置し、その中心線を基準としてガス流れ方向に直交する平面で複数のスプレノズル１３を均等に配置する方式）にするということで、三段以上のスプレ段を設ける場合にも同様に前記中心振り分け方式と中心配置方式をスプレ段毎に交互に繰り返す配置としている。
【０００９】
また、ここでのスプレノズル１３の型式は、スプレノズル１３の内部が中空で固形物の詰まりが生じにくいホロコーン型のスプレノズルが主に用いられている。このホロコーン型のスプレノズルから噴霧されるスプレ液滴の噴霧パターンの特徴は、図１５のスプレ液滴噴霧中のスプレノズル１３部分の側面図（図１５（ａ））と底面図（図１５（ｂ））に示すように、スプレノズル１３から円錐状に液滴２０が噴霧され、円周方向にはスプレ液滴２０が噴霧されるが、スプレノズル１３の直下には、ほとんど液滴２０が到達しない中空タイプの液滴２０の噴霧パターンを持つ点である。
【００１０】
吸収塔本体１に設置するスプレノズル１３にホロコーンタイプのスプレノズル１３を用いる上記従来技術においては、図１３に示すように、そのホロコーンタイプのスプレノズル１３の液滴噴霧パターンの特徴から、多数のスプレノズル１３から噴霧される液滴２０が集まる吸収塔本体１の中心部は液滴密度が高くなる傾向にある一方、吸収塔本体１の塔壁周辺部については、吸収塔本体１の中心部より噴霧液滴密度が低くなる傾向にある。
【００１１】
また、円筒形の吸収塔の場合には、通常はスプレノズル１３をガス流れ方向に碁盤目状に配置することから、塔壁周辺のスプレノズル１３の数が少なくなる傾向にある。そのため、塔壁周辺部を排ガスが吹き抜け、十分な気液接触が行われず、ＳＯｘの吸収性能が部分的に低下し、全体の脱硫性能に影響する場合があるという問題があった。
【００１２】
また、吸収塔本体１内を流れる排ガスがガス流れ方向に直交する断面で密度が互いに異なる偏流になると、渦流の発生などにより圧力損失が増大する傾向にあるという問題があった。
【００１３】
また、このような現象を防止するために、吸収塔本体１内のガス流速を低くすると吸収塔自体の塔径を大きくする必要が生じたり、吸収塔本体１内に噴霧する吸収液の液量を必要以上に多くする必要があるなどの問題があった。
【００１４】
本発明の課題は、吸収液循環ポンプおよび脱硫ファンの動力を増加させることなく、すなわち、設備費を大幅に増加させることなく、吸収塔壁部でのガスの吹き抜けを抑制し、脱硫性能の低下を防止して、運転コストが低い湿式排煙脱硫装置を得ることにある。
【００１５】
また、本発明の課題は、吸収塔内のガス流速を上げて、吸収塔をコンパクト化した場合に、吸収塔内を流れる排ガスの偏流を防止し、吸収塔塔壁周辺部を排ガスが吹き抜けることによる脱硫性能の低下を防止するとともに、噴霧スプレ液滴の整流効果により、必要以上に圧力損失が大きくなることを防止することにある。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】
上記課題は、以下により達成される。
（１）請求項１記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、前記複数のスプレノズルは、吸収塔塔壁近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであることを特徴とする湿式排煙脱硫装置である。
【００２４】
前記吸収塔は、前述の入口ダクトと出口ダクトと、その入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、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に天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板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有する二室式吸収塔からなり、二室式吸収塔の塔壁近傍及び仕切板近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルである構成でも良い。
二室式の吸収塔を用いると吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２５】
（２）請求項３記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルとしたときのガス流速の平均値の１．１倍以上のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、平均値の１．１倍未満のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いる湿式排煙脱硫装置である。
【００２６】
この場合にも、前記吸収塔が前記二室式吸収塔からなる構成を採用すると、吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２７】
（３）請求項５記載の発明は、吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いる湿式排煙脱硫装置である。
【００２８】
この場合にも、前記吸収塔が前記二室式吸収塔からなる構成を採用すると、吸収塔のサイズを大きくしないで、すなわち装置コストを増加させずにガス流速をほぼ同一サイズの一室型の吸収塔のガス流速以上にして脱硫性能を従来以上に高めることができる。
【００２９】
【作用】
従来技術における問題点は、塔壁近傍を高速に吹抜けようとする排ガスの整流と、その排ガスのＳＯｘ除去効率を高めることに対して、十分配慮されていない点にある。
【００３０】
吸収塔の塔内壁近傍のみに、例えば多孔板などの開孔状の壁流下液分散板を設置している参考例の発明によれば、壁流下液分散板自体がガス流れに対する抵抗体となるため、塔壁近傍を下から上昇してきた排ガスの一部は壁流下液分散板を通過し、残りは壁流下液分散板を避けて流れようとする。したがって、局所的な排ガスの高流速域が形成されることがない。
【００３１】
また、吸収塔の塔内壁には吸収液が多く流下しているが、この流下液の一部は壁流下液分散板の孔から流れ落ち、残りは壁流下液分散板の先端から流れ落ちる。したがって、壁流下液分散板の孔から流下する吸収液は、壁流下液分散板を通過しようとする排ガスと接触することになるため、排ガス中のＳＯｘを除去することが可能である。このときの排ガスと吸収液の接触時間も長くなるため、高い脱硫性能が得られる。さらに、壁流下液分散板の先端を迂回しようとする排ガスに対しては、壁流下液分散板先端から流下する吸収液が接触するため、壁流下液分散板を通過する排ガスと同様にＳＯｘを除去することができる。
【００３２】
したがって、参考例の発明によれば、吸収塔の塔内壁近傍において高いガスの整流効果と高い脱硫性能を同時に得ることが可能となる。
【００３３】
また、図１６（スプレ液滴噴霧中のスプレノズル部分の側面図（図１６（ａ））と底面図（図１６（ｂ）））に中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’の噴霧液滴２０’のパターンを示す。また、図１７にホロコーン型スプレノズル１３とフルコーン型スプレノズル１３’についての一般的な構造を示す。
図１７に示すホロコーン型スプレノズル１３（図１７（ａ））とフルコーン型スプレノズル１３’（図１７（ｂ）〜図１７（ｄ））についての仕様比較を次に示す。
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、吸収塔断面において、例えば吸収塔本体１の塔壁周辺部に設置するスプレノズルの型式を、スプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能な中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’にすることにより、全てホロコーン型のスプレノズル１３を使用した場合よりも、吸収塔内の塔壁周辺部で生じやすい排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３５】
排ガスの吹き抜けが生じやすい領域は、全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つホロコーン型のスプレノズル１３としたときのガス流速が平均ガス流速に比べて速くなる領域とみることもできる。
【００３６】
したがって、請求項３記載の発明のように、全てのスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３としたときのガス流速が平均ガス流速に比べて１．１倍以上となる領域に配されるスプレノズルをフルコーン型のスプレノズル１３’とし、その他のスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３とすることにより排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３７】
また、請求項５記載の発明のように、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つフルコーン型のスプレノズル１３’を用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つホロコーン型のスプレノズル１３を用いるとすることによっても排ガスの吹き抜けを防止できる。
【００３８】
このように請求項１、３、５記載の発明により、十分な気液接触が行われるので、ＳＯｘの吸収性能が低下する現象が起こらなくなる。
また、請求項１、３、５記載の発明によれば、排ガスの吹き抜けを防止することにより、即ち、噴霧液滴と排ガスの気液接触により、吸収塔内をガスが均一に流れるようになることにより、ガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できる。したがって、スプレ部には従来、ガスが不均一に流れることにより局部的に渦が発生して圧力損失が増大していた箇所がなくなるため、従来以上に圧力損失が増大することがなくなる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明になる吸収塔構造の参考例であり、入口ダクト２の上面と最下段スプレノズルの間に壁流下液分散板として多孔板１４を設置した吸収塔の側面を示したものである。図１において先に説明した図１４で説明した部材などと同一のものは同一番号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
図２は図１のにおける吸収塔のＡ−Ａ’線矢視図を示したものである。図３は図１における多孔板１４近傍でのガスと吸収液の流れを示したものである。図４は多孔板１４の開孔率（％）と抵抗係数の関係を示したものであり、多孔板１４と吸収塔本体１の塔壁との間にサポート１５（図３）を設けた構成である。図５は多孔板１４の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の壁流下液の挙動を示したものである。図６は多孔板１４の幅Ｗと吸収塔直径Ｄの比Ｗ／Ｄとガス流速変動係数の関係を示したものである。図７は壁流下液分散板として多孔板１４の代わりにルーバー１６を用いた本発明の実施例である。図８は二室型の吸収塔の上昇流領域側に多孔板１４を適用した他の実施例である。
【００４１】
図１に示す本発明になる吸収塔構造の参考例は、入口ダクト２上面と最下段スプレノズル１３の間に壁流下液分散板として多孔板１４を設けている点で従来技術と異なる。
入口ダクト２から導入された排ガスは、吸収塔本体１の塔内壁側に多く流れようとするが、塔内壁近傍のみに設置された多孔板１４は、ガス流れに対する抵抗体となり、図３に示すように、塔内壁近傍を下から上昇してきた排ガスの一部は多孔板１４を通過し、残りは多孔板１４を避けて流れようとする。したがって、局所的なガスの吹抜けが生じることはない。特に、最下段スプレノズル１３近傍でのガスの吹抜けが最も激しく、多孔板１４は最下段スプレノズル１３の上流側、すなわち入口ダクト２上面と最下段スプレノズル１３の間に設置することで、最も大きな効果を得ることができる。
【００４２】
このときの多孔板１４のガス流れに対する整流効果は、多孔板１４が持つ抵抗係数に大きく左右され、その抵抗係数は多孔板１４の開孔率によって定まるものである。図４に多孔板１４の開孔率と抵抗係数の関係を示す。吸収塔塔壁近傍でのガスの吹抜けを防止するために必要な抵抗係数は２以上であり、開孔率として５５％以下の条件にすれば、ガス流れの整流効果としては十分であることになる。
【００４３】
一方、吸収塔本体１の塔内壁には吸収液５が多く流下しているが、図３に示したように、この流下液の一部は多孔板１４の孔から流れ落ち、残りは多孔板１４の先端から流れ落ちる。したがって、多孔板１４の孔から流下する吸収液５は、多孔板１４を通過する排ガスと接触し、排ガス中のＳＯｘを効率よく除去することが可能である。このとき気液接触時間も長くなるため、高い脱硫性能が得られる。さらに、多孔板１４の先端を迂回しようとする排ガスに対しては、従来技術と同様に、多孔板１４の先端部から流下する吸収液５が接触するため、多孔板１４を通過する排ガスと同様にＳＯｘを除去することができる。
【００４４】
しかし、多孔板１４上での吸収液５の挙動は多孔板１４の開孔率に左右されることになる。図５に多孔板１４の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の吸収液５の挙動を示す。多孔板１４の開孔率を２０％未満にすると吸収液５が孔から流下し難くなり、ほとんどの吸収液５は多孔板１４の先端から流下する。これに対し、開孔率が５０％を超えると吸収液５の分散が悪くなり、一部の孔からだけ吸収液５が流下するようになる。したがって、多孔板１４のすべての孔から均一に吸収液５を流下させるには、開孔率を２０〜５０％の範囲に設定する必要がある。
【００４５】
以上のことから、ガス流れの整流よりも吸収塔本体１の塔内壁を流下する吸収液５の均一分散の方が支配的であり、多孔板１４の開孔率を２０〜５０％にすることで、本参考例の効果を最大限に活用できることが分かる。
【００４６】
また、多孔板１４の整流効果は、吸収塔直径に対する多孔板１４の幅の比にも大きく影響される。図６に吸収塔本体１の直径をＤ、多孔板１４の幅をＷとしたときのＷ／Ｄとガス流速変動係数との関係を示す。ガス流速変動係数とは、ガス流れの偏流度合いを表す指標であり、吸収塔スプレ部の水平断面（ガス流に直交する平面）におけるガス流速分布の値を基に（ガス流速の標準偏差）／（平均流速）で求められる。吸収塔の塔径Ｄに対して多孔板１４の幅Ｗが小さすぎると整流効果が弱くなり、ガス流速変動係数は大きくなる。また、逆に多孔板１４の幅Ｗが大きすぎると吸収塔の中央部ばかりにガスが流れやすくなり、かえってガス流速変動係数を高めることになる。したがって、多孔板１４の幅には適切な範囲が存在することが分かる。脱硫率が低下しない変動係数は３０％程度であり、その条件を満足できるのはＷ／Ｄが０．００５〜０．１の範囲である。
【００４７】
図７に示す参考例は、壁流下液分散板として多孔板１４の代わりにルーバー１６を用いた点で図１に示した参考例と異なる。図１に示した参考例に比べて壁流下液の均一分散という点では若干劣るものの、塔内壁近傍を吹抜けようとする排ガスに対する整流効果については、図１に示した参考例とほぼ同等の効果が得られるものである。
【００４８】
図８に示す参考例は、循環タンク６内に仕切板１７の下端部を浸漬させることで吸収塔本体１内のガス流路を二つに分けて、入口ダクト２側のガス上昇流領域１８と出口ダクト３側のガス下降流領域１９を形成させる二室型吸収塔の塔内壁に、本参考例の多孔板１４を取り付けた例である。図８に示す参考例は、図１で示した参考例とほぼ同等の効果が得られるものであるが、塔内壁近傍のガスの吹抜けが発生し難い下降流領域１９に対しては、多孔板１４の設置の必要性はない。
【００４９】
また、図９には本発明の実施例の吸収塔内のスプレノズルの配置図を示す。図中黒塗り部はフルコーン型のスプレノズル１３’を示し、その他のスプレノズルは従来技術同様ホロコーン型のスプレノズル１３を示す。吸収塔本体１内の塔壁周辺部で排ガスの吹き抜けが生じ易い部分に、ノズル直下にも液滴を噴霧させることができるフルコーン型のスプレノズル１３’を設置することにより、塔壁周辺の排ガスの吹き抜けが防止できるため、吸収塔本体１内の排ガスの流速は図１０に示すように塔壁周辺部と吸収塔中心部で偏差が少なくなる。
【００５０】
なお、スプレノズルの基本的な配置や仕様については、内部のスプレ配管サイズ、ノズルの大きさ、ノズル取付け取り外し等のメンテナンス性を考慮した配置上の制約に基づき、極力等間隔となるよう配置することにより、一段に配置できるスプレレノズル数を決め、噴霧量については脱硫性能を維持する上で必要な液量をスプレノズル数で割ることにより求める。
【００５１】
吸収塔本体１内の鉛直方向に通常４〜６段程度設けられるスプレノズルの各スプレ段について、どのスプレノズルをフルコーン型のスプレノズル１３’とし、どのスプレノズルをホロコーン型のスプレノズル１３とするかは、総合的な評価により決定するが、全てのスプレ段で、フルコーン型のスプレノズル１３’またはホロコーン型のスプレノズル１３の両者を備える必要はなく、一部のスプレ段は、全てがホロコーン型のスプレノズル１３で構成されるものであっても良い。
【００５２】
吸収塔本体１内の塔内壁周辺部のスプレノズルの型式をスプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能なフルコーン型のスプレノズル１３’とすることにより、従来技術において排ガスの吹き抜けが生じ易い塔内壁周辺部の排ガス流速を均一化することができるので、従来技術において吸収塔塔壁周辺部分を排ガスが吹きぬけ、気液接触が不十分となり、ＳＯｘの吸収性能が低下する現象を防止することができる。
【００５３】
また、吸収塔本体１内のガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できるため、必要以上に圧力損失が増大することがなくなる。
【００５４】
ホロコーン型のスプレノズル１３とフルコーン型のスプレノズル１３’の具体例は図１７に示す通りである。
中実タイプの噴霧パターンをもつフルコーン型のスプレノズル１３’に分類される旋回ベーン内蔵型ノズル（図１７（ｂ））及びコアレス型ノズル（図１７（ｃ））は充円錐状の噴霧パターンが得られ、スパイラル型ノズル（図１７（ｄ））は、中空円錐が渦巻き状に連続してつながった擬似充円錐状の噴霧パターンが得られる。
【００５５】
図１７（ａ）に示すようなホロコーンノズル１３の外観上の特徴は、円筒状の旋回室を有することであり、液流入方向と噴射方向が９０度異なる。また旋回室に液が接線方向から流入し、液流入孔と噴射孔の中心軸の間に幅Ｄのズレがあることである。また、旋回室の内部に特別な構造物がなく、噴霧液は中空円錐状スプレであり、液滴径はフルコーンのそれに比べて小さい。
【００５６】
次ぎにフルコーンノズル１３’の中で、図１７（ｂ）に示す旋回ベーン内蔵型のノズルは最も一般的なフルコーンノズル外観形状をしており、液流入方向と噴射方向が同じ向きにあり、ノズル内部に旋回羽根を内蔵している。一般的にその旋回羽根は二枚の半月状の円板を有している。また噴霧液の特徴は充円錐状スプレであり、液滴径はホロコーンタイプのものに比べると若干大きい。
【００５７】
図１７（ｃ）に示すコアレス型のノズルの外観はホロコーンノズル１３に類似しており、旋回室は有していない。液流入方向と噴射方向が９０度異なり、ホロコーンノズル１３のような軸のズレはない。また、その内部には構造物はなく、液流入側にオリフィス（絞り）があることが特徴である。噴霧液は充円錐状スプレであり、液滴径はホロコーンタイプのものに比べると若干大きい。
【００５８】
図１７（ｄ）に示すスパイラル型のノズルの外観上の特徴は、ピッグテールと呼ばれる螺旋状のスパイラル構造を持つ。その液流入方向と噴射方向は同じであり、内部には構造物がなく、液流入部にオリフィスがある。噴霧液は充円錐状スプレに属しているが、厳密には完全な充円錐ではなく、ホロコーン型のスプレが渦巻き状に連続してつながった疑似充円錐形状である。また、その液滴径はホロコーンタイプのものよりも小さい。
【００５９】
本発明の他の実施例を図１１に示す。本実施例は、図８で説明した二室型吸収塔本体１に本発明を適用してホロコーン型のスプレノズル１３とフルコーン型のスプレノズル１３’を用いたものである。本実施例においては、吸収塔本体１の形状が通常の吸収塔よりも、吸収塔内部に設けられた仕切板１７のため、吸収塔断面積に対する塔壁の長さの割合が大きくなっているため、本発明を適用することにより吸収塔本体１の塔内壁周辺の排ガスの吹き抜けが防止できるので、ガス流の整流効果やＳＯｘの吸収性能低下防止に対する効果が表れやすい。
【００６０】
図１２に示す実施例は、吸収塔本体１の内部の排ガスフローシミュレーション結果や、フローモデル試験結果により、排ガスの偏流度が大きい部分(少なくとも平均ガス流速の１．１倍以上となる部分)にスプレノズル直下にも液滴を噴霧することが可能なフルコーン型のスプレノズル１３’を設置したことを示している。本実施例においても、吸収塔本体１内の塔内壁周辺を排ガスが吹きぬけるのを防止し、排ガス流を整流することができるので、上記の実施例に記載した効果を得ることができる。
【００６１】
また、図示していないが、吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい部分（排ガスフローシミュレーション結果やフローモデル試験結果でも見極めることもできる）にフルコーン型のスプレノズル１３’を設置することにより排ガス入口から出口までの吸収塔内全域にわたって排ガスの吹き抜けを防止することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、吸収塔の塔壁近傍でのガスの吹き抜けを防止し、さらに塔壁近傍を流れる排ガス中のＳＯｘガスを積極的に除去できるため、脱硫性能が低下せず、循環ポンプ動力を低減することが可能である。また、吸収液の循環量が少なくて済むため、スプレ部の圧力損失が低くなり、脱硫ファンの動力を低減することも可能となる。
【００６３】
また、吸収塔内の排ガス流速を上昇させても脱硫性能を保ちつつ、吸収塔の圧力損失が必要以上に大きくなることを防止できるので、設備容量を低減することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になる吸収塔構造の参考例であり、入口ダクト上面と最下段スプレノズルの間に壁流下液分散板として多孔板を設置した吸収塔の側面を示したものである。
【図２】 図１における吸収塔のＡ−Ａ’断面を示したものである。
【図３】 図１における多孔板近傍でのガスと吸収液の流れを示したものである。
【図４】 多孔板の開孔率と抵抗係数の関係を示したものである。
【図５】 多孔板の開孔率を２０％未満にした場合ならびに５０％を超える場合の壁流下液の挙動を示したものである。
【図６】 多孔板の幅Ｗと吸収塔直径Ｄの比Ｗ／Ｄとガス流速変動係数の関係を示したものである。
【図７】 壁流下液分散板として多孔板の代わりにルーバーを用いた他の実施例である。
【図８】 二室型吸収塔の上昇流領域側に多孔板を適用した他の実施例である。
【図９】 本発明の実施例の吸収塔内のスプレノズルの配置図を示す。
【図１０】 図９に示す実施例の湿式脱硫装置において、吸収塔中心の断面方向の排ガス流速を示す図である。
【図１１】 塔内に仕切り板を設けた吸収塔に本発明を適用した他の実施例を示す図である。
【図１２】 排ガスの偏流が大きい部分に本発明を適用した他の実施例を示す図である。
【図１３】 従来の湿式脱硫装置において、吸収塔中心の断面方向の排ガス流速を示す図である。
【図１４】 従来技術の排ガス処理装置の側面を示したものである。
【図１５】ホロコーンノズルの液滴噴霧パターンを示す図（図１５（ａ）は側面図、図１５（ｂ）は底面図）である。
【図１６】 フルコーンノズルの液滴噴霧パターンを示す図（図１６（ａ）は側面図、図１６（ｂ）は底面図）である。
【図１７】 ホロコーンノズルの具体例（図１７（ａ））とフルコーンノズルの具体例（図１７（ｂ）〜（ｄ））を示す。
【符号の説明】
１ 吸収塔本体 ２ 入口ダクト
３ 出口ダクト ４ 吸収液循環ポンプ
５ 吸収液 ６ 循環タンク
７ 攪拌機 ８ 空気吹込み管
９ ミストエリミネータ １０ 吸収液抜出し管
１１ 循環配管 １２ スプレヘッダー
１３、１３’ スプレノズル １４ 多孔板
１５ サポート １６ ルーバー
１７ 仕切板 １８ ガス上昇流領域
１９ ガス下降流領域 ２０、２０’ 液滴
Ｄ 直径 Ｗ 幅
Claims (6)
- 吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
前記複数のスプレノズルは、吸収塔塔壁近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。 - 吸収塔は、入口ダクトと出口ダクトと、その入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、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に天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板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、噴出する吸収液スラリが排ガスと上昇流領域では向流接触し、下降流領域では並流接触するように前記各領域にスプレノズルを設けた二室式吸収塔からなり、二室式吸収塔の塔壁近傍及び仕切板近傍に設置されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
- 吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルとしたときのガス流速の平均値の１．１倍以上のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、平均値の１．１倍未満のガス流速となる領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。 - 吸収塔は、入口ダクトと出口ダクトと、その入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、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に天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板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、噴出する吸収液スラリが排ガスと上昇流領域では向流接触し、下降流領域では並流接触するように前記各領域にスプレノズルを設けた二室式吸収塔からなり、二室式吸収塔の全てのスプレノズルを中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルとしたときのガス流速の平均値の１．１倍以上のガス流速となる領域に配されるスプレノズルが中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであり、その他のスプレノズルが中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルであることを特徴とする請求項３記載の湿式排煙脱硫装置。
- 吸収液を貯留する循環タンクと、該循環タンクの上側にボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に複数段設置されたスプレノズルから噴出される吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。 - 吸収塔は、入口ダクトと出口ダクトと、その入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、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に天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板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、噴出する吸収液スラリが排ガスと上昇流領域では向流接触し、下降流領域では並流接触するように前記各領域にスプレノズルを設けた二室式吸収塔からなり、二室式吸収塔内の上下方向に複数段配置されるスプレノズルの各段毎に偏流度が大きい領域に配されるスプレノズルとして中実タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用い、偏流度が大きくない領域に配されるスプレノズルとして中空タイプの噴霧パターンを持つスプレノズルを用いることを特徴とする請求項５記載の湿式排煙脱硫装置。
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