JP3883745B2

JP3883745B2 - 二室型湿式排煙脱硫装置及び方法

Info

Publication number: JP3883745B2
Application number: JP19316499A
Authority: JP
Inventors: 博文吉川; 浩石坂; 成仁高本; 滋野沢
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP2001017826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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_２）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_２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。
【０００２】
【従来の技術】
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_２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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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_２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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、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た二室型湿式排煙脱硫装置である。
【００１４】
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、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する二室型湿式排煙脱硫方法である。
【００１６】
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。
【００１７】
また、吹き込む空気の必要量を低減できるので、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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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_２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
吸収塔本体１の入口排ガス中のＳＯ_２濃度が１０００ｐｐｍで、出口排ガス中のＳＯ_２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。
【００２４】
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。
【００２５】
上昇流領域１９の方が下降流流域２０よりガス中のＳＯ_２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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯ_２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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】図１の湿式排煙脱硫装置に関する実験データである。
【図３】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４】図３の湿式排煙脱硫装置のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】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。
【図６】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１４ｐＨ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

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たことを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。
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することを特徴とする二室型湿式排煙脱硫方法。