JP4014063B2 - 自立型スプレ方式吸収塔と湿式排煙脱硫装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガスの脱硫装置に係り、特に排ガス中の硫黄酸化物を除去するのに好適な大径薄肉円筒形状の自立型スプレ方式吸収塔と該吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置である。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染防止のため、排ガス中の硫黄酸化物の除去装置として、湿式石灰石−石膏法脱硫装置が広く実用化されている。この脱硫装置の主要機器である従来技術の大径薄肉円筒自立型スプレ方式吸収塔を図１７、図１８（図１７のＩ−Ｉ線断面図）及び図１９（吸収塔の一部内部構造を示す斜視図：吸収塔径が循環タンク径と同一）、図２０（吸収塔の一部内部構造を示す斜視図：吸収塔径より循環タンク径が大）に示す。
【０００３】
火力発電所等から発生した硫黄酸化物および煤塵を含む未処理排ガスｇ１は脱硫装置のスプレ方式吸収塔１に導かれる。吸収塔１内では多数のスプレノズル１１を備えた吸収液スプレ配管７がガス流れと直交する方向に、少なくとも２段以上設置されている。
【０００４】
吸収液スプレ配管７に設けられたスプレノズル１１から微細な液滴として噴霧される吸収液と、未処理排ガスｇ１を対向流あるいは並行流で気液接触させることで、排ガス中の硫黄酸化物は吸収液滴表面を介して吸収液に吸収除去され、煤塵は液滴との衝突により物理的に除去される。排ガス流れに同伴する微小な液滴は吸収塔１の上部に設置されたミストエリミネータ１３で除去され、浄化された処理排ガスｇ２は必要により、吸収塔後流側に設置される再加熱設備により昇温されて、煙突より排出される。
【０００５】
一方、スプレノズル１１から噴霧された大部分の液滴は硫黄酸化物を吸収した後、吸収塔１の下部に設けられた吸収塔循環タンク４に落下する。
吸収液に吸収された硫黄酸化物（ＳＯ２）は、吸収剤供給配管１０を通して吸収塔循環タンク４に供給される石灰石（ＣａＣＯ３）と反応し、同時に酸化用撹拌機９から供給される酸化用空気１２によって酸化され石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）となる。
【０００６】
また、吸収液中には固形物としての石膏が存在するため、スラリ用撹拌機８で沈澱防止が図られている。吸収液は循環ポンプ５により循環配管６で再び吸収液スプレ配管７に導かれ、繰り返し使用される。
【０００７】
従来技術では、図１７に示す吸収塔１の塔高Ｈは（ａ）吸収液スプレ段数、（ｂ）ガス入口高さ及び（ｃ）吸収塔循環タンク高さの合計で決定されていた。しかし、ボイラの大容量化に伴い、吸収塔１の直径Ｄと塔高Ｈが大きなものになってきている。
【０００８】
コンパクトで経済性を有した吸収塔１を提供するため、つまり塔高Ｈを下げるため、従来は次のような対策を講じていた。
（ａ）ガス入口２の開口部の長辺の長さＢＬを長くし、すなわちガス入口２の開口角度θ（図１８に示すように、円筒形の吸収塔１の水平断面の中心軸とガス入口２の開口部の両端部とを結ぶ直線の成す角度）を大きくして、ガス入口２の開口部の短辺の高さＢＨを低くする（図１７、図１８、図１９）。
（ｂ）吸収塔循環タンク４の直径ＤＴを吸収塔径Ｄより大きくする（図２０）。
【０００９】
しかし、ガス入口２の開口部の長辺の長さＢＬが塔径Ｄに近づくと、前記の大きな開口部の影響で吸収塔ガス入口２の開口部周辺の薄肉円筒胴（シェル）の強度が大幅に低下することから、シェル板厚の増加や強固な補強材の設置を余儀なくされていた。
【００１０】
なお、特開昭６３−１７５６２５号公報には円筒型吸収塔の補強構造が開示されているが、この公報記載の発明の円筒型吸収塔の補強の目的は、吸収塔組立体の輸送、保管中の変形を防止することであり、円筒型吸収塔のガス入口の開口角度が偏流率や脱硫性能に及ぼすことについては一言も触れられていない。また前記公報には補強材を設計上必要なところに配置すると記述されているだけで、ガス入口周辺の補強法によるガス入口の開口角と座屈強度（軸圧縮、曲げ）の関係も定量的に述べられていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ボイラの大容量化に伴い、薄肉円筒自立型スプレ方式吸収塔１を大型化（例えば、塔径２０数ｍ〜３０ｍクラス）するに際して、下記のような問題があった。
【００１２】
（ａ）ガス入口２の長辺の長さＢＬが塔径Ｄに近づくと、すなわち、図２１のスプレ方式吸収塔及び図２２（図２１のＩ−Ｉ線断面図）に示すように、ガス入口２の開口角度θ（図２２参照）が１８０度に近づくと、ガス入口２の大きく横長な矩形形状を有する開口部の影響で、開口部が無い場合の座屈強度と比較して吸収塔ガス入口２の開口部周辺の薄肉円筒胴（シェル）の座屈強度（軸圧縮、曲げ）、特に曲げ座屈強度が大幅に低下する。
【００１３】
弾性大変形座屈解析の一例を図２３に示す。図２３に示す吸収塔シェルの諸寸法は図９の解析モデルに示し、補強モデルは図９（ａ）に示す補強部材を用いないで、ガス入口２に開口部のみを設けたケースである。
【００１４】
図２３に示す結果によれば、ガス入口２の開口部の吸収塔シェルの軸圧縮座屈応力はガス入口２の開口部を設けない場合を１００％としたとき、開口部がある場合は７７％に低下した。この開口部が無い場合の吸収塔シェルと比較した開口部がある場合の吸収塔シェルの軸圧縮座屈応力の低下割合は、開口部が無い場合の吸収塔シェルの断面積と比較した開口部がある場合の吸収塔シェルの有効断面積の低下割合に等しい。なお、図２６の平面図に示すように、吸収塔シェルの全断面積から開口部（θ）の断面積をマイナスした範囲を有効断面積（図中の斜線部）と称す。
【００１５】
しかし、曲げ座屈応力は開口部が無い場合を１００％とした場合、開口部があると４２％と低下し、この低下割合は開口部を設けない場合の吸収塔シェルの断面係数に比較した開口部を有する場合の有効断面係数の低下割合以上に大幅に低下した。なお、図２６に示す、吸収塔シェルの全断面積から開口部（θ）の断面をマイナスし、Ｘ軸廻り及びＹ軸廻りの断面（図中の斜線部）の係数を有効断面係数と称す。
【００１６】
そのため、座屈強度、特に曲げ座屈応力を吸収塔シェルに開口部が無い場合と同じ座屈強度になるまで回復させるために開口部周辺の吸収塔シェルの板厚を上げるか、または縦補強部材の追設等の大規模な補強を余儀なくさせられていた。
【００１７】
（ｂ）構造強度面からガス入口２の長辺の長さＢＬを短くすれば、つまり入口開口角度θを小さくすると吸収塔１内でのガスの偏流率が上昇し、これにより脱硫率が低下する原因になる。
【００１８】
一方、ガス入口２でのガス流速の最大値を決めている関係から、ガス入口２の長辺の長さＢＬを短くした分、ガス入口高さＢＨが長くなり、つまり塔高Ｈが高くなり、吸収液スプレ配管７の設置レベルが上昇する。そのため、循環ポンプ５の揚程も大きくなり、前記ポンプの電動機の設備費及び運転維持費が上がる。
【００１９】
本発明の課題は、脱硫性能を向上させると共に構造強度面でより安定した吸収塔が構築でき、かつ、より低廉型の脱硫装置を提供することである。
【００２０】
また、本発明の課題は、大径薄肉円筒自立型のスプレ方式吸収塔の水平方向に矩形の長辺を有する大きな開口部を有したガス入口周辺の吸収塔シェルの座屈強度を向上させることである。
【００２１】
さらに、本発明の課題は、ガス入口の開口部の長辺の長さを吸収塔の塔径にできるだけ近づけ、吸収塔内のガス偏流率を低下させることにより脱硫性能を向上させ、同時に吸収塔の高さを低くでき、ガス入口のように大きな開口部を有した場合でも、前記開口部を設けない場合と同様に薄肉円筒型吸収塔シェルの座屈強度、特に曲げ座屈応力を低下させないで構造強度面で安定した脱硫装置の吸収塔を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、被処理ガスと吸収剤を接触させ、被処理ガス中の硫黄酸化物を除去する縦長円筒状の大径薄肉円筒形状の自立型スプレ方式吸収塔において、
（ａ）円筒部の側面に被処理ガス入口（２）となる水平方向を長辺とし、鉛直方向を短辺とする矩形の開口部を設け、該開口部の周囲全長にわたり開口部の前記長辺側に補強部材（１４）を設置した構造に、
（ｂ）開口部の中央部と左右端部の短辺に（鉛直方向に）第１の縦補強材（１５）を吸収塔の頂部より底部基礎面まで連続して設置した構造、
（ｃ）開口部に複数本の内部ポストである第２の縦補強部材（１６）を鉛直方向である開口部の短辺に沿って設置した構造
の何れかの構造（（ａ）＋（ｂ）、（ａ）＋（ｃ））または両方を組み合わせた構造（（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ））を採用した自立型スプレ方式吸収塔により解決できる。
【００２３】
また、本発明には、上記いずれかに記載の自立型スプレ方式吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置も含まれる。
【００２４】
【作用】
上記（ａ）＋（ｂ）、（ａ）＋（ｃ）または（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）の構造の組み合わせ補強により、吸収塔ガス入口の長辺の長さを吸収塔の径近傍まで近づけても、つまりガス入口の開口角度θ（図１８）を１８０度近傍まで近づけても、自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔のガス入口の開口部周辺に作用する座屈荷重（軸圧縮、曲げ）はガス入口の開口部周囲の補強部材や内部ポスト、さらに縦補強材を伝わり吸収塔下部（基礎部）まで流れるように動作するため、吸収塔シェルが局部座屈するおそれがなくなる。
【００２５】
それによって、矩形を有した吸収塔ガス入口の開口部の端部周辺は座屈強度、特に、曲げ座屈応力が開口部を設けない場合と同じかそれ以上に向上するので、吸収塔のシェル板厚を開口部を設けない場合と同じ板厚にしても座屈することはない。
【００２６】
上記のことから、本発明の吸収塔では、ガス入口の長辺の長さを塔径近傍まで近づけて、つまりガス入口の開口角度を１８０度近傍まで近づけて、塔内のガス偏流率を低下させることにより脱硫性能をさらに向上させ、同時に塔高を著しく低くすることができ、吸収塔のコンパクト化が図れる。それと共に、吸収塔スプレ液を循環供給する吸収塔循環ポンプ用電動機の小型化や運転維持費の低減、さらには鉄骨、ダクト及び防食ライニング等の周辺機器の低減ができることから、経済的にもより低廉型の脱硫装置を提供することができる。
【００２７】
また、ガス入口の開口部の短辺の長さを小さくすることにより、ガス入口の高さを下げることができ、これに付随して、吸収塔スプレ配管の設置レベルも下がる。従って、吸収液を循環供給する吸収塔循環ポンプの揚程が小さくなり、循環ポンプ用の電動機の設備費や運転維持費を下げることができる。
【００２８】
さらに、本発明により、鉄骨、ダクト、防食ライニング等の脱硫装置周辺機器の初期投資設備費、運転中の維持費、そして定検時のメンテナンス費等が低減できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態のスプレ方式吸収塔の一部内部が見える状態の外観図を図１に示す。
図１に示す脱硫装置のスプレ方式吸収塔１は図１７等で示した従来技術の吸収塔１と同様に、ガス入口２、ガス出口３、吸収塔循環タンク４、循環ポンプ５、吸収液スプレ配管７、スラリ用撹拌機８、酸化用撹拌機９、吸収剤供給配管１０、多数のスプレノズル１１、酸化用空気１２などを備え（吸収液循環配管とミストエリミネータは図示せず）、被処理排ガスｇ１は吸収塔１で処理されて処理排ガスｇ２として排出される。
【００３０】
図１に示す大容量の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔１は、ガス入口２の開口角度θが１０５度で、水平方向に矩形の長辺を有する吸収塔開口部とガス入口２の交点の円周方向上下に補強リング１４を設置し、吸収塔ガス入口２の矩形開口部の中央と左右端に吸収塔１の鉛直方向に縦補強材１５を円筒型吸収塔１の頂部より底部基礎面まで連続して設置、そして吸収塔１の開口部シェルとガス入口２の交点に６本の内部ポスト１６を吸収塔１の鉛直方向に沿って配置したものである。
【００３１】
内部ポスト１６や開口部を貫通する縦補強材１５の本数はガス入口２の開口角度θに応じてガス流れを乱さず、圧損も少ないサイズ、本数、形状で、ガス入口２に開口部を設けない吸収塔１と同様の座屈強度に回復する仕様で決定すれば良い。また、開口部の外部に設置する補強リング１４や縦補強材１５の本数、サイズ及び形状も、ガス入口２に開口部を設けないで、補強部材も使用しない自立式大径薄肉円筒型スプレ式吸収塔の座屈強度を目安に決定すれば良い。
【００３２】
図２から図８は図１の吸収塔１のガス入口２周辺の補強構造の一例を詳細に示したものである。
図２は吸収塔１の展開図、図３は図２のＡ部詳細図、図４は図３のＥ−Ｅ線、Ｇ−Ｇ線矢視図、図５は図３のＦ−Ｆ線矢視図、図６（図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図）は図２のＢ部詳細図、図７（図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図）は図２のＣ部詳細図、図８（図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図）は図２のＤ部詳細図である。
【００３３】
縦補強材１５は吸収塔１の最上部に設置された補強リング１４から基礎部まで伸ばしている（図６、図７、図８）。これは縦補強材１５を吸収塔１の長手方向（鉛直方向）Ｌｏの途中で止めると、座屈荷重（軸圧縮、曲げ）が吸収塔１に作用したとき、吸収塔シェルが上記縦補強材１５を止めた個所で、つまり構造不連続部で座屈し顕著な効果が得られないためである。
【００３４】
補強リング１４は吸収塔１の円周方向Ｃｉ及びガス入口２の上下開口シェルにそれぞれ２本ずつ設置している（図２、図３）。これはガス入口２の開口部シェルに設置するポスト１６に流れる軸圧縮重を上側ポスト１６ａの助走区間で徐々に集め、そして中間部ポスト１６ｂを伝わり流れた荷重の流れを、下側ポスト１６ｃの助走区間で徐々に分散させ、ガス入口２の開口部の上下のシェルで局部座屈させないように考慮したものである。
【００３５】
ポスト１６は図２に示すように、吸収塔シェルの板厚中心から左右対称に配置し、ポスト１６に偏心荷重が作用しないように考慮している。また、ポスト１６ａ、１６ｃに確実に荷重を伝達するため、図４に示すように、補強リング１４を部分的に切りかき、ガス入口２のケーシング１９（図３）と直接溶接接続する構造をとっている。ふさぎ板１７は補強リング１４の切りかき部分を補強するために、また防錆対策のために設置している。
【００３６】
ポスト１６ａ、１６ｃの吸収塔内部先端には、図３に示すように、それぞれ傾斜閉止板１８を取り付け、荷重の流れをスムーズにすると共に湿式石灰石−石膏法脱硫装置特有の石膏スケールの付着生成を防いでいる。
【００３７】
ここでは、縦補強材１５及び補強リング１４としてＨ鋼を用いた場合を図示したが、吸収塔シェルの座屈強度が回復できれば、これらの部材としてＵ鋼、箱形鋼等を用いても良く、その形状には限定はない。
【００３８】
そしてポスト１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は丸鋼で説明したが、ガスの流れを阻害することなく、荷重の伝達ができ、スケーリングしずらい形状であればだ円、箱形鋼等の形状を限定するものではない。
【００３９】
また、ガス入口２の開口部の上下の補強リング１４は吸収塔シェル周囲に巻くことが必要であるが、荷重の流れが確実にポスト１６に伝達されれば、ポスト１６の本数、形状は限定されない。
【００４０】
補強付き薄肉吸収塔シェルの座屈解析例を以下に詳述する。
図９には大容量吸収塔１のガス入口２（図９（ｄ））の開口部の補強モデルを示す。ここでは、図９（ｂ）に示す補強リング１４と縦補強材１５と複数の内部ポスト１６とからなる分散型ポスト構造と図９（ｃ）に示す補強リング１４と開口部両サイドと中央に設けられる縦補強材１５からなる集中型縦補強構造について詳述する。
【００４１】
図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す解析モデルには、いずれも図９（ｄ）に示すガス入口２が付いているが補強仕様を明瞭に表すために図中では省略してある。荷重の作用方向は図９に示しているように、軸圧縮荷重Ｐはｚ方向の一方向と曲げ荷重Ｍは地震等を想定してｙ軸廻り、ｘ軸廻り、そしてｙ軸から２６度廻りの合計３方向である。曲げ荷重に関しては、開口部の座屈強度が最も低くなるｙ軸廻りを主体に述べる。
【００４２】
図１０は分散型ポスト構造を有するガス入口２の開口部の補強による座屈強度の回復事例である。
図１０（ａ）は軸圧縮座屈応力が回復することを表したものである。内部ポスト１６の本数を増加させることにより開口部を設けない場合の１００％に対し、内部ポスト１６を６本設けることで軸圧縮座屈応力は８６％まで回復している。一方、図１０（ｂ）は曲げ座屈応力の回復を表したもので、内部ポスト１６を６本設けることで、曲げ座屈応力は１１２％と著しく回復しており、補強の効果が十分現れている。
これは荷重の流れが内部ポスト１６にも分散され、開口部の左右端部に集中しなくなったために吸収塔シェルの座屈強度が回復してきたものである。
【００４３】
なお、図１０（ａ）に示すように内部ポスト１６を設けても軸圧縮は開口部を設けない場合の１００％まで回復していないが、構造設計時に軸圧縮と曲げ座屈応力の総計で許容値以下にすれば特に問題ない。従って、本発明は、内部ポスト１６の形状、本数、サイズを限定するものではない。
【００４４】
図１１は集中型縦補強構造を有する開口部の補強による座屈強度の回復事例である。
図１１（ａ）は軸圧縮座屈応力の回復を表したもので、座屈応力は縦補強材１５を▲１▼開口部中央、▲２▼開口部の両サイド、▲３▼開口部の中央と両サイドに設けた場合の結果を示したものである。縦補強材１５の本数、つまり縦補強材１５の断面積を増加させることにより、開口部を設けない場合の１００％に対し、▲３▼開口部の中央と両サイドに縦補強材１５を設けた場合は８１％まで回復している。
【００４５】
一方、図１１（ｂ）は曲げ座屈応力の回復を表したもので、▲３▼開口部の中央と両サイドに縦補強材１５を設けた場合には１１２％と著しく回復しており、補強の効果が十分表れている。
これは荷重の流れが縦補強材１５にも分散され、開口部の左右端部に集中しなくなったために吸収塔シェルの座屈強度が回復したためである。
【００４６】
なお、軸圧縮に対しては上記図１１に示す例においても開口部を設けない場合の１００％まで回復していないが、構造設計時に軸圧縮と曲げ座屈応力の総計で許容値以下にすれば特に問題ない。
従って、本発明は、縦補強材１５を吸収塔１の頂部から底部まで連続して設置する必要はあるが、その形状、本数、サイズを限定するものではない。
【００４７】
図１２は開口部の曲げ荷重に関して、ガス入口２の開口部の補強法の効果を調べるために、地震等を想定して、さらにｘ軸廻り（開口部と直角方向）及びβ軸廻り（開口端部より２６度の軸廻り）の座屈強度の増減を調べたものである。
【００４８】
ｘ軸廻り（開口部と直角方向）は最大曲げ圧縮荷重を開口部とは離れた吸収塔シェル自身で負担するため、開口部のみで、補強部材を設けないでも座屈強度８８％と開口部を設けない場合の１００％と比較し、さほど低下しない。従って、開口部に図９（ｂ）の分散型ポスト構造、図９（ｃ）の集中型縦補強構造を設置しても、最大曲げ圧縮荷重作用領域が吸収塔シェル自身であるため、それぞれ９９％、９４％と顕著な強度回復は見られない。
【００４９】
次にβ軸廻り（開口部端部より２６度の軸廻り）の座屈強度であるが、開口部のみで４９％だった座屈強度が分散型ポスト構造で８８％、集中型縦補強構造で７５％と回復しており、本例の補強法で、開口部のみで補強部材を設けない場合と比較して１．５〜１．８倍の座屈強度の向上が図れていることが分かる。さらに、補強部材の断面性能（断面積、断面係数他）を増強すればβ軸廻りに関しても開口部を設けない場合の１００％と同様の座屈強度を出すことは可能である。
【００５０】
ここでの留意点は、分散型ポスト構造による開口部の補強法によると、任意の方向からの曲げ荷重に対して座屈強度の増減が少ないことである。従って、図１３で後述する理由からも分散型ポスト構造と集中型縦補強構造を組み合わせた補強法が最良である。
【００５１】
図１３（ａ）は図９で示したモデルを用いてガス入口２の開口角度θを１６０度まで増加させたときのｙ軸廻り（開口方向）の曲げ座屈強度の変化を示す。 開口部を設けただけで補強部材を設けない場合では、開口角度θの増加と共に曲げ座屈強度は急激に低下する。一方、本発明の分散型ポスト構造では、開口角度θが増加しても曲げ座屈強度の低下はほとんど見られない。同様に、集中型縦補強構造でも、曲げ座屈強度の低下はなく、むしろ向上している。
【００５２】
一方、図１３（ｂ）に吸収塔シェル上端の回転角比率（横倒れ）を示すが、分散型ポスト構造の場合は最も少なく、逆に集中型縦補強構造の場合は最も多いことが示されている。
【００５３】
以上のことから、ガス入口２の開口部の座屈強度が高い構造とは、次のような構造である。
（１）開口角度θに関係なく、開口部を設けない場合や開口部に補強部材を設置する場合の座屈強度と同じか、低下度合いが少ない補強構造であること。
（２）任意の方向からの曲げ荷重に対して、開口部を設けない場合や開口部に補強部材を設置する場合の座屈強度と同じか、低下度合いが少ない補強構造であること。
（３）曲げ荷重に対して回転角（横倒れ）の少ない補強構造であること。
【００５４】
上記のことから、ガス入口２の周囲での局部座屈を防ぐために、水平方向に矩形の長辺を有した開口部の周囲全長にわたり、補強部材を設置し、吸収塔シェル全体座屈強度の保持のため開口角度θも勘案し、開口部の中央または／及び開口部の左右端に矩形の短辺に平行（吸収塔１の鉛直方向）に縦補強材１５を円筒型吸収塔１の頂部より底部基礎面まで連続して設置し、そして地震等の任意の方向からの曲げ荷重に対して座屈荷重を分散させるために吸収塔１のガス入口２に設ける矩形開口部に複数本の内部ポスト１６を吸収塔１の鉛直方向に沿って設置することである。このように開口部の座屈強度の低下及び曲げ荷重に対する過大な回転角（横倒れ）を生じさせない分散型ポスト構造と集中型縦補強構造を組み合わせたガス入口２の開口部の補強法が最良である。
【００５５】
上記のことから、本発明の吸収塔１では、ガス入口２の長辺の長さＢＬを塔径φＤ近傍まで近づけても、つまりガス入口２の開口角度θを１８０度近傍まで近づけても、開口部の座屈強度、特に曲げ座屈応力は、開口部を設けない場合の吸収塔シェルと同じ板厚を用いても、開口部を設けない場合の吸収塔シェルの座屈強度と同じまで回復させることができる。
【００５６】
図２４には本発明の上記実施の形態における吸収塔開口角度θとガス流動率の割合の関係を示し、図２５には本発明の上記実施の形態における吸収塔開口角度θと脱硫率の関係を示す。
【００５７】
このように、本発明の上記実施の形態では、吸収塔１内でのガスの偏流率を低下させて脱硫率を向上させると同時に、塔高Ｈを著しく低くすることができてコンパクト化が図れると共に、吸収塔スプレ液を循環供給する吸収塔循環ポンプ用電動機の小型化や運転維持費の低減、さらには周辺機器の低減ができることから、経済的にも、より低廉型の脱硫装置を提供することができる。
【００５８】
つまり、塔高が下がれば、吸収塔１の周辺の出入口ダクト、支持鉄骨等の高さも下げることができるため、脱硫装置の初期投資費、定検時のメンテナンス費（足場等）が低減できる。
【００５９】
本発明の他の実施の形態を図１４に示す。
システム構成は従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ式吸収塔とほとんど同じだが、円筒の円周方向に矩形の長辺を有する開口をガス入口２とガス出口３の２ヶ所に設けたことが構造的に異なるだけで開示していないが、開口部の補強方法を図１に示す構造と同様な構造を採用したものである。
【００６０】
すなわち、吸収塔１内の中央部にガス流れを仕切る内部仕切板２０を設け、該内部仕切板２０の上方と下方に空間を設けておき、内部仕切板２０の下方は循環タンク４の吸収液中に浸漬しており、内部仕切板２０の上方はガス入口２から導入された排ガスの通路となり、ガス出口３側に通じている。また、内部ステー２１は内部仕切板２０の補強材である。ガス入口２から導入された排ガスが内部仕切板２０で迂回している間に吸収液スプレ配管７のスプレノズル１１から噴霧される吸収液により脱硫処理され、排ガスはガス出口３から排出する。なお、循環タンク４の吸収液はスラリ用撹拌機８と酸化用撹拌機９で撹拌されながら吸収液中の亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ）を硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）、つまり石膏にする。
【００６１】
図１５には図１４のＩ−Ｉ線矢視図を示す。ガス入口２とガス出口３の２ヶ所に設けた各々の開口部の開口角度（円筒形の吸収塔水平断面の中心軸とガス入口２とガス出口３の各開口部の左右端部とを接続する直線の成す角度）θ１、θ２とし、開口部の矩形の短辺の高さはそれぞれＢＨ１、ＢＨ２とし、矩形の長辺はＢＬｌ、ＢＬ２とする。
【００６２】
図１６にはその他の実施の形態を示す。
この場合のシステム構成は従来技術と同じで、吸収塔１の塔高Ｈをさらに低くするために循環タンク４の直径ＤＴを吸収塔１の直径Ｄより大きくしているが、ガス入口２の開口部の補強方法を図１の考え方を適用した事例である。
【００６３】
以上、本発明は円周方向に矩形の長辺を有する開口を設けた鋼製大径薄肉吸収塔シェルの構造物に適用でき、脱硫装置だけに限定するものではない。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果がある。
（ａ）脱硫装置吸収塔の大きさに影響されず、脱硫性能を向上させると同時に塔高Ｈを低くするため、ガス入口の開口部の矩形長辺の長さを吸収塔の塔径に好適には一致させ、かつガス入口のように大きな開口部を設けた場合でも開口部を設けない場合の吸収塔シェルの座屈強度と同様に、特に曲げ座屈強度を低下させないで構造強度面で安定した吸収塔を提供することができる。
（ｂ）ガス入口の開口部の矩形短辺の高さを下げることにより、付随して、吸収塔スプレ配管レベルも下がる。従って、吸収液を循環供給する吸収塔循環ポンプの揚程が小さくなり、前記電動機の設備費や運転維持費を下げることができる。（ｃ）さらに鉄骨、ダクト、防食ライニング等の脱硫装置周辺機器の初期投資設備費、運転中の維持費、そして定検時のメンテナンス費等が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図）である。
【図２】 本発明の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（展開図）である。
【図３】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト側面図（図２のＡ部詳細）である。
【図４】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト平面図（図３のＥ−Ｅ線、Ｇ−Ｇ線視図）である。
【図５】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト平面図（図３のＦ−Ｆ線視図）である。
【図６】 図２の吸収塔上部の縦補強と補強リング接続図（図２のＢ部詳細）である。
【図７】 図２の吸収ガス入口の縦補強と補強リング接続図（図２のＣ部詳細）である。
【図８】 図２の吸収塔基礎部の縦補強と補強リング接続図（図２のＤ部詳細図）である。
【図９】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強モデル）を表す図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強による座屈強度の回復（分散型ポスト）を表す図である。
【図１１】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強による座屈強度の回復（集中型縦補強）を表す図である。
【図１２】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部への曲げ荷重と座屈強度の増減）を表す図である。
【図１３】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口角度による曲げ座屈応力の変化）を表す図である。
【図１４】 本発明の他の実施の形態（側面図）を表す図である。
【図１５】 図１４の吸収塔のガス出入口部平面図（図１４のＩ−Ｉ線視図）である。
【図１６】 本発明の他の実施の形態（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが大）を表す図
【図１７】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（側面図）を表す図である。
【図１８】 図１７の吸収塔のガス入口部平面図（図１７のＩ−Ｉ線視図）である。
【図１９】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが同じ）を表す図である。
【図２０】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが大）を表す図である。
【図２１】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（側面図：ガス出口が２ヶ所）を表す図である。
【図２２】 図２１の吸収塔のガス入口部平面図（図２１のＩ−Ｉ線視図）である。
【図２３】 座屈解析例（開口の有無による吸収塔シェルの座屈挙動）を表す図である。
【図２４】 吸収塔入口開口角がガス流速変動率に及ぼす影響を示す図である。
【図２５】 吸収塔入口開口角が脱硫率に及ぼす影響を示す図である。
【図２６】 吸収塔シェルのと有効断面積を説明する平面断面図である。
【符号の説明】
１ 吸収塔 ２ ガス入口
３、３ａ、３ｂガス出口
４ 吸収塔循環タンク ５ 吸収塔循環ポンプ
６ 循環配管 ７ 吸収液スプレ配管
８ スラリ用撹拌機 ９ 酸化用撹拌機
１０ 吸収剤供給配管 １１ スプレノズル
１２ 酸化用空気
１３、１３ａ、１３ｂ ミストエリミネータ
１４ 補強リング １５ 縦補強材
１６、１６ａ、１６ｂ ポスト
１７ ふさぎ板 １８ 傾斜閉止板
１９ ケーシング ２０ 内部仕切板
２１ 内部ステー
Ａ 吸収塔シェルの断面積
ＢＬ、ＢＬ１、ＢＬ２ ガス入口長さ
ＢＨ、ＢＨ１、ＢＨ２ ガス入口高さ
Ｃｉ 吸収塔の円周方向 ｄ ポスト直径
ｇ 未処理ガス ｇ１ 未処理排ガス
ｇ２ 処理排ガス φＤ 吸収塔径
φＤＴ 吸収塔循環タンク径 Ｈ 塔高
θ、θ１、θ２ ガス入口開口角 Ｌｏ 吸収塔の長手方向
Ｍ 曲げモーメント Ｐ 軸圧縮荷重
Ｚ 吸収塔シェルの断面係数 ｘ、ｙ、ｚ、β 座標系
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガスの脱硫装置に係り、特に排ガス中の硫黄酸化物を除去するのに好適な大径薄肉円筒形状の自立型スプレ方式吸収塔と該吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置である。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染防止のため、排ガス中の硫黄酸化物の除去装置として、湿式石灰石−石膏法脱硫装置が広く実用化されている。この脱硫装置の主要機器である従来技術の大径薄肉円筒自立型スプレ方式吸収塔を図１７、図１８（図１７のＩ−Ｉ線断面図）及び図１９（吸収塔の一部内部構造を示す斜視図：吸収塔径が循環タンク径と同一）、図２０（吸収塔の一部内部構造を示す斜視図：吸収塔径より循環タンク径が大）に示す。
【０００３】
火力発電所等から発生した硫黄酸化物および煤塵を含む未処理排ガスｇ１は脱硫装置のスプレ方式吸収塔１に導かれる。吸収塔１内では多数のスプレノズル１１を備えた吸収液スプレ配管７がガス流れと直交する方向に、少なくとも２段以上設置されている。
【０００４】
吸収液スプレ配管７に設けられたスプレノズル１１から微細な液滴として噴霧される吸収液と、未処理排ガスｇ１を対向流あるいは並行流で気液接触させることで、排ガス中の硫黄酸化物は吸収液滴表面を介して吸収液に吸収除去され、煤塵は液滴との衝突により物理的に除去される。排ガス流れに同伴する微小な液滴は吸収塔１の上部に設置されたミストエリミネータ１３で除去され、浄化された処理排ガスｇ２は必要により、吸収塔後流側に設置される再加熱設備により昇温されて、煙突より排出される。
【０００５】
一方、スプレノズル１１から噴霧された大部分の液滴は硫黄酸化物を吸収した後、吸収塔１の下部に設けられた吸収塔循環タンク４に落下する。
吸収液に吸収された硫黄酸化物（ＳＯ２）は、吸収剤供給配管１０を通して吸収塔循環タンク４に供給される石灰石（ＣａＣＯ３）と反応し、同時に酸化用撹拌機９から供給される酸化用空気１２によって酸化され石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）となる。
【０００６】
また、吸収液中には固形物としての石膏が存在するため、スラリ用撹拌機８で沈澱防止が図られている。吸収液は循環ポンプ５により循環配管６で再び吸収液スプレ配管７に導かれ、繰り返し使用される。
【０００７】
従来技術では、図１７に示す吸収塔１の塔高Ｈは（ａ）吸収液スプレ段数、（ｂ）ガス入口高さ及び（ｃ）吸収塔循環タンク高さの合計で決定されていた。しかし、ボイラの大容量化に伴い、吸収塔１の直径Ｄと塔高Ｈが大きなものになってきている。
【０００８】
コンパクトで経済性を有した吸収塔１を提供するため、つまり塔高Ｈを下げるため、従来は次のような対策を講じていた。
（ａ）ガス入口２の開口部の長辺の長さＢＬを長くし、すなわちガス入口２の開口角度θ（図１８に示すように、円筒形の吸収塔１の水平断面の中心軸とガス入口２の開口部の両端部とを結ぶ直線の成す角度）を大きくして、ガス入口２の開口部の短辺の高さＢＨを低くする（図１７、図１８、図１９）。
（ｂ）吸収塔循環タンク４の直径ＤＴを吸収塔径Ｄより大きくする（図２０）。
【０００９】
しかし、ガス入口２の開口部の長辺の長さＢＬが塔径Ｄに近づくと、前記の大きな開口部の影響で吸収塔ガス入口２の開口部周辺の薄肉円筒胴（シェル）の強度が大幅に低下することから、シェル板厚の増加や強固な補強材の設置を余儀なくされていた。
【００１０】
なお、特開昭６３−１７５６２５号公報には円筒型吸収塔の補強構造が開示されているが、この公報記載の発明の円筒型吸収塔の補強の目的は、吸収塔組立体の輸送、保管中の変形を防止することであり、円筒型吸収塔のガス入口の開口角度が偏流率や脱硫性能に及ぼすことについては一言も触れられていない。また前記公報には補強材を設計上必要なところに配置すると記述されているだけで、ガス入口周辺の補強法によるガス入口の開口角と座屈強度（軸圧縮、曲げ）の関係も定量的に述べられていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ボイラの大容量化に伴い、薄肉円筒自立型スプレ方式吸収塔１を大型化（例えば、塔径２０数ｍ〜３０ｍクラス）するに際して、下記のような問題があった。
【００１２】
（ａ）ガス入口２の長辺の長さＢＬが塔径Ｄに近づくと、すなわち、図２１のスプレ方式吸収塔及び図２２（図２１のＩ−Ｉ線断面図）に示すように、ガス入口２の開口角度θ（図２２参照）が１８０度に近づくと、ガス入口２の大きく横長な矩形形状を有する開口部の影響で、開口部が無い場合の座屈強度と比較して吸収塔ガス入口２の開口部周辺の薄肉円筒胴（シェル）の座屈強度（軸圧縮、曲げ）、特に曲げ座屈強度が大幅に低下する。
【００１３】
弾性大変形座屈解析の一例を図２３に示す。図２３に示す吸収塔シェルの諸寸法は図９の解析モデルに示し、補強モデルは図９（ａ）に示す補強部材を用いないで、ガス入口２に開口部のみを設けたケースである。
【００１４】
図２３に示す結果によれば、ガス入口２の開口部の吸収塔シェルの軸圧縮座屈応力はガス入口２の開口部を設けない場合を１００％としたとき、開口部がある場合は７７％に低下した。この開口部が無い場合の吸収塔シェルと比較した開口部がある場合の吸収塔シェルの軸圧縮座屈応力の低下割合は、開口部が無い場合の吸収塔シェルの断面積と比較した開口部がある場合の吸収塔シェルの有効断面積の低下割合に等しい。なお、図２６の平面図に示すように、吸収塔シェルの全断面積から開口部（θ）の断面積をマイナスした範囲を有効断面積（図中の斜線部）と称す。
【００１５】
しかし、曲げ座屈応力は開口部が無い場合を１００％とした場合、開口部があると４２％と低下し、この低下割合は開口部を設けない場合の吸収塔シェルの断面係数に比較した開口部を有する場合の有効断面係数の低下割合以上に大幅に低下した。なお、図２６に示す、吸収塔シェルの全断面積から開口部（θ）の断面をマイナスし、Ｘ軸廻り及びＹ軸廻りの断面（図中の斜線部）の係数を有効断面係数と称す。
【００１６】
そのため、座屈強度、特に曲げ座屈応力を吸収塔シェルに開口部が無い場合と同じ座屈強度になるまで回復させるために開口部周辺の吸収塔シェルの板厚を上げるか、または縦補強部材の追設等の大規模な補強を余儀なくさせられていた。
【００１７】
（ｂ）構造強度面からガス入口２の長辺の長さＢＬを短くすれば、つまり入口開口角度θを小さくすると吸収塔１内でのガスの偏流率が上昇し、これにより脱硫率が低下する原因になる。
【００１８】
一方、ガス入口２でのガス流速の最大値を決めている関係から、ガス入口２の長辺の長さＢＬを短くした分、ガス入口高さＢＨが長くなり、つまり塔高Ｈが高くなり、吸収液スプレ配管７の設置レベルが上昇する。そのため、循環ポンプ５の揚程も大きくなり、前記ポンプの電動機の設備費及び運転維持費が上がる。
【００１９】
本発明の課題は、脱硫性能を向上させると共に構造強度面でより安定した吸収塔が構築でき、かつ、より低廉型の脱硫装置を提供することである。
【００２０】
また、本発明の課題は、大径薄肉円筒自立型のスプレ方式吸収塔の水平方向に矩形の長辺を有する大きな開口部を有したガス入口周辺の吸収塔シェルの座屈強度を向上させることである。
【００２１】
さらに、本発明の課題は、ガス入口の開口部の長辺の長さを吸収塔の塔径にできるだけ近づけ、吸収塔内のガス偏流率を低下させることにより脱硫性能を向上させ、同時に吸収塔の高さを低くでき、ガス入口のように大きな開口部を有した場合でも、前記開口部を設けない場合と同様に薄肉円筒型吸収塔シェルの座屈強度、特に曲げ座屈応力を低下させないで構造強度面で安定した脱硫装置の吸収塔を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、被処理ガスと吸収剤を接触させ、被処理ガス中の硫黄酸化物を除去する縦長円筒状の大径薄肉円筒形状の自立型スプレ方式吸収塔において、
（ａ）円筒部の側面に被処理ガス入口（２）となる水平方向を長辺とし、鉛直方向を短辺とする矩形の開口部を設け、該開口部の周囲全長にわたり開口部の前記長辺側に補強部材（１４）を設置した構造に、
（ｂ）開口部の中央部と左右端部の短辺に（鉛直方向に）第１の縦補強材（１５）を吸収塔の頂部より底部基礎面まで連続して設置した構造、
（ｃ）開口部に複数本の内部ポストである第２の縦補強部材（１６）を鉛直方向である開口部の短辺に沿って設置した構造
の何れかの構造（（ａ）＋（ｂ）、（ａ）＋（ｃ））または両方を組み合わせた構造（（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ））を採用した自立型スプレ方式吸収塔により解決できる。
【００２３】
また、本発明には、上記いずれかに記載の自立型スプレ方式吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置も含まれる。
【００２４】
【作用】
上記（ａ）＋（ｂ）、（ａ）＋（ｃ）または（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）の構造の組み合わせ補強により、吸収塔ガス入口の長辺の長さを吸収塔の径近傍まで近づけても、つまりガス入口の開口角度θ（図１８）を１８０度近傍まで近づけても、自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔のガス入口の開口部周辺に作用する座屈荷重（軸圧縮、曲げ）はガス入口の開口部周囲の補強部材や内部ポスト、さらに縦補強材を伝わり吸収塔下部（基礎部）まで流れるように動作するため、吸収塔シェルが局部座屈するおそれがなくなる。
【００２５】
それによって、矩形を有した吸収塔ガス入口の開口部の端部周辺は座屈強度、特に、曲げ座屈応力が開口部を設けない場合と同じかそれ以上に向上するので、吸収塔のシェル板厚を開口部を設けない場合と同じ板厚にしても座屈することはない。
【００２６】
上記のことから、本発明の吸収塔では、ガス入口の長辺の長さを塔径近傍まで近づけて、つまりガス入口の開口角度を１８０度近傍まで近づけて、塔内のガス偏流率を低下させることにより脱硫性能をさらに向上させ、同時に塔高を著しく低くすることができ、吸収塔のコンパクト化が図れる。それと共に、吸収塔スプレ液を循環供給する吸収塔循環ポンプ用電動機の小型化や運転維持費の低減、さらには鉄骨、ダクト及び防食ライニング等の周辺機器の低減ができることから、経済的にもより低廉型の脱硫装置を提供することができる。
【００２７】
また、ガス入口の開口部の短辺の長さを小さくすることにより、ガス入口の高さを下げることができ、これに付随して、吸収塔スプレ配管の設置レベルも下がる。従って、吸収液を循環供給する吸収塔循環ポンプの揚程が小さくなり、循環ポンプ用の電動機の設備費や運転維持費を下げることができる。
【００２８】
さらに、本発明により、鉄骨、ダクト、防食ライニング等の脱硫装置周辺機器の初期投資設備費、運転中の維持費、そして定検時のメンテナンス費等が低減できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態のスプレ方式吸収塔の一部内部が見える状態の外観図を図１に示す。
図１に示す脱硫装置のスプレ方式吸収塔１は図１７等で示した従来技術の吸収塔１と同様に、ガス入口２、ガス出口３、吸収塔循環タンク４、循環ポンプ５、吸収液スプレ配管７、スラリ用撹拌機８、酸化用撹拌機９、吸収剤供給配管１０、多数のスプレノズル１１、酸化用空気１２などを備え（吸収液循環配管とミストエリミネータは図示せず）、被処理排ガスｇ１は吸収塔１で処理されて処理排ガスｇ２として排出される。
【００３０】
図１に示す大容量の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔１は、ガス入口２の開口角度θが１０５度で、水平方向に矩形の長辺を有する吸収塔開口部とガス入口２の交点の円周方向上下に補強リング１４を設置し、吸収塔ガス入口２の矩形開口部の中央と左右端に吸収塔１の鉛直方向に縦補強材１５を円筒型吸収塔１の頂部より底部基礎面まで連続して設置、そして吸収塔１の開口部シェルとガス入口２の交点に６本の内部ポスト１６を吸収塔１の鉛直方向に沿って配置したものである。
【００３１】
内部ポスト１６や開口部を貫通する縦補強材１５の本数はガス入口２の開口角度θに応じてガス流れを乱さず、圧損も少ないサイズ、本数、形状で、ガス入口２に開口部を設けない吸収塔１と同様の座屈強度に回復する仕様で決定すれば良い。また、開口部の外部に設置する補強リング１４や縦補強材１５の本数、サイズ及び形状も、ガス入口２に開口部を設けないで、補強部材も使用しない自立式大径薄肉円筒型スプレ式吸収塔の座屈強度を目安に決定すれば良い。
【００３２】
図２から図８は図１の吸収塔１のガス入口２周辺の補強構造の一例を詳細に示したものである。
図２は吸収塔１の展開図、図３は図２のＡ部詳細図、図４は図３のＥ−Ｅ線、Ｇ−Ｇ線矢視図、図５は図３のＦ−Ｆ線矢視図、図６（図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図）は図２のＢ部詳細図、図７（図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図）は図２のＣ部詳細図、図８（図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図）は図２のＤ部詳細図である。
【００３３】
縦補強材１５は吸収塔１の最上部に設置された補強リング１４から基礎部まで伸ばしている（図６、図７、図８）。これは縦補強材１５を吸収塔１の長手方向（鉛直方向）Ｌｏの途中で止めると、座屈荷重（軸圧縮、曲げ）が吸収塔１に作用したとき、吸収塔シェルが上記縦補強材１５を止めた個所で、つまり構造不連続部で座屈し顕著な効果が得られないためである。
【００３４】
補強リング１４は吸収塔１の円周方向Ｃｉ及びガス入口２の上下開口シェルにそれぞれ２本ずつ設置している（図２、図３）。これはガス入口２の開口部シェルに設置するポスト１６に流れる軸圧縮重を上側ポスト１６ａの助走区間で徐々に集め、そして中間部ポスト１６ｂを伝わり流れた荷重の流れを、下側ポスト１６ｃの助走区間で徐々に分散させ、ガス入口２の開口部の上下のシェルで局部座屈させないように考慮したものである。
【００３５】
ポスト１６は図２に示すように、吸収塔シェルの板厚中心から左右対称に配置し、ポスト１６に偏心荷重が作用しないように考慮している。また、ポスト１６ａ、１６ｃに確実に荷重を伝達するため、図４に示すように、補強リング１４を部分的に切りかき、ガス入口２のケーシング１９（図３）と直接溶接接続する構造をとっている。ふさぎ板１７は補強リング１４の切りかき部分を補強するために、また防錆対策のために設置している。
【００３６】
ポスト１６ａ、１６ｃの吸収塔内部先端には、図３に示すように、それぞれ傾斜閉止板１８を取り付け、荷重の流れをスムーズにすると共に湿式石灰石−石膏法脱硫装置特有の石膏スケールの付着生成を防いでいる。
【００３７】
ここでは、縦補強材１５及び補強リング１４としてＨ鋼を用いた場合を図示したが、吸収塔シェルの座屈強度が回復できれば、これらの部材としてＵ鋼、箱形鋼等を用いても良く、その形状には限定はない。
【００３８】
そしてポスト１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は丸鋼で説明したが、ガスの流れを阻害することなく、荷重の伝達ができ、スケーリングしずらい形状であればだ円、箱形鋼等の形状を限定するものではない。
【００３９】
また、ガス入口２の開口部の上下の補強リング１４は吸収塔シェル周囲に巻くことが必要であるが、荷重の流れが確実にポスト１６に伝達されれば、ポスト１６の本数、形状は限定されない。
【００４０】
補強付き薄肉吸収塔シェルの座屈解析例を以下に詳述する。
図９には大容量吸収塔１のガス入口２（図９（ｄ））の開口部の補強モデルを示す。ここでは、図９（ｂ）に示す補強リング１４と縦補強材１５と複数の内部ポスト１６とからなる分散型ポスト構造と図９（ｃ）に示す補強リング１４と開口部両サイドと中央に設けられる縦補強材１５からなる集中型縦補強構造について詳述する。
【００４１】
図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す解析モデルには、いずれも図９（ｄ）に示すガス入口２が付いているが補強仕様を明瞭に表すために図中では省略してある。荷重の作用方向は図９に示しているように、軸圧縮荷重Ｐはｚ方向の一方向と曲げ荷重Ｍは地震等を想定してｙ軸廻り、ｘ軸廻り、そしてｙ軸から２６度廻りの合計３方向である。曲げ荷重に関しては、開口部の座屈強度が最も低くなるｙ軸廻りを主体に述べる。
【００４２】
図１０は分散型ポスト構造を有するガス入口２の開口部の補強による座屈強度の回復事例である。
図１０（ａ）は軸圧縮座屈応力が回復することを表したものである。内部ポスト１６の本数を増加させることにより開口部を設けない場合の１００％に対し、内部ポスト１６を６本設けることで軸圧縮座屈応力は８６％まで回復している。一方、図１０（ｂ）は曲げ座屈応力の回復を表したもので、内部ポスト１６を６本設けることで、曲げ座屈応力は１１２％と著しく回復しており、補強の効果が十分現れている。
これは荷重の流れが内部ポスト１６にも分散され、開口部の左右端部に集中しなくなったために吸収塔シェルの座屈強度が回復してきたものである。
【００４３】
なお、図１０（ａ）に示すように内部ポスト１６を設けても軸圧縮は開口部を設けない場合の１００％まで回復していないが、構造設計時に軸圧縮と曲げ座屈応力の総計で許容値以下にすれば特に問題ない。従って、本発明は、内部ポスト１６の形状、本数、サイズを限定するものではない。
【００４４】
図１１は集中型縦補強構造を有する開口部の補強による座屈強度の回復事例である。
図１１（ａ）は軸圧縮座屈応力の回復を表したもので、座屈応力は縦補強材１５を▲１▼開口部中央、▲２▼開口部の両サイド、▲３▼開口部の中央と両サイドに設けた場合の結果を示したものである。縦補強材１５の本数、つまり縦補強材１５の断面積を増加させることにより、開口部を設けない場合の１００％に対し、▲３▼開口部の中央と両サイドに縦補強材１５を設けた場合は８１％まで回復している。
【００４５】
一方、図１１（ｂ）は曲げ座屈応力の回復を表したもので、▲３▼開口部の中央と両サイドに縦補強材１５を設けた場合には１１２％と著しく回復しており、補強の効果が十分表れている。
これは荷重の流れが縦補強材１５にも分散され、開口部の左右端部に集中しなくなったために吸収塔シェルの座屈強度が回復したためである。
【００４６】
なお、軸圧縮に対しては上記図１１に示す例においても開口部を設けない場合の１００％まで回復していないが、構造設計時に軸圧縮と曲げ座屈応力の総計で許容値以下にすれば特に問題ない。
従って、本発明は、縦補強材１５を吸収塔１の頂部から底部まで連続して設置する必要はあるが、その形状、本数、サイズを限定するものではない。
【００４７】
図１２は開口部の曲げ荷重に関して、ガス入口２の開口部の補強法の効果を調べるために、地震等を想定して、さらにｘ軸廻り（開口部と直角方向）及びβ軸廻り（開口端部より２６度の軸廻り）の座屈強度の増減を調べたものである。
【００４８】
ｘ軸廻り（開口部と直角方向）は最大曲げ圧縮荷重を開口部とは離れた吸収塔シェル自身で負担するため、開口部のみで、補強部材を設けないでも座屈強度８８％と開口部を設けない場合の１００％と比較し、さほど低下しない。従って、開口部に図９（ｂ）の分散型ポスト構造、図９（ｃ）の集中型縦補強構造を設置しても、最大曲げ圧縮荷重作用領域が吸収塔シェル自身であるため、それぞれ９９％、９４％と顕著な強度回復は見られない。
【００４９】
次にβ軸廻り（開口部端部より２６度の軸廻り）の座屈強度であるが、開口部のみで４９％だった座屈強度が分散型ポスト構造で８８％、集中型縦補強構造で７５％と回復しており、本例の補強法で、開口部のみで補強部材を設けない場合と比較して１．５〜１．８倍の座屈強度の向上が図れていることが分かる。さらに、補強部材の断面性能（断面積、断面係数他）を増強すればβ軸廻りに関しても開口部を設けない場合の１００％と同様の座屈強度を出すことは可能である。
【００５０】
ここでの留意点は、分散型ポスト構造による開口部の補強法によると、任意の方向からの曲げ荷重に対して座屈強度の増減が少ないことである。従って、図１３で後述する理由からも分散型ポスト構造と集中型縦補強構造を組み合わせた補強法が最良である。
【００５１】
図１３（ａ）は図９で示したモデルを用いてガス入口２の開口角度θを１６０度まで増加させたときのｙ軸廻り（開口方向）の曲げ座屈強度の変化を示す。 開口部を設けただけで補強部材を設けない場合では、開口角度θの増加と共に曲げ座屈強度は急激に低下する。一方、本発明の分散型ポスト構造では、開口角度θが増加しても曲げ座屈強度の低下はほとんど見られない。同様に、集中型縦補強構造でも、曲げ座屈強度の低下はなく、むしろ向上している。
【００５２】
一方、図１３（ｂ）に吸収塔シェル上端の回転角比率（横倒れ）を示すが、分散型ポスト構造の場合は最も少なく、逆に集中型縦補強構造の場合は最も多いことが示されている。
【００５３】
以上のことから、ガス入口２の開口部の座屈強度が高い構造とは、次のような構造である。
（１）開口角度θに関係なく、開口部を設けない場合や開口部に補強部材を設置する場合の座屈強度と同じか、低下度合いが少ない補強構造であること。
（２）任意の方向からの曲げ荷重に対して、開口部を設けない場合や開口部に補強部材を設置する場合の座屈強度と同じか、低下度合いが少ない補強構造であること。
（３）曲げ荷重に対して回転角（横倒れ）の少ない補強構造であること。
【００５４】
上記のことから、ガス入口２の周囲での局部座屈を防ぐために、水平方向に矩形の長辺を有した開口部の周囲全長にわたり、補強部材を設置し、吸収塔シェル全体座屈強度の保持のため開口角度θも勘案し、開口部の中央または／及び開口部の左右端に矩形の短辺に平行（吸収塔１の鉛直方向）に縦補強材１５を円筒型吸収塔１の頂部より底部基礎面まで連続して設置し、そして地震等の任意の方向からの曲げ荷重に対して座屈荷重を分散させるために吸収塔１のガス入口２に設ける矩形開口部に複数本の内部ポスト１６を吸収塔１の鉛直方向に沿って設置することである。このように開口部の座屈強度の低下及び曲げ荷重に対する過大な回転角（横倒れ）を生じさせない分散型ポスト構造と集中型縦補強構造を組み合わせたガス入口２の開口部の補強法が最良である。
【００５５】
上記のことから、本発明の吸収塔１では、ガス入口２の長辺の長さＢＬを塔径φＤ近傍まで近づけても、つまりガス入口２の開口角度θを１８０度近傍まで近づけても、開口部の座屈強度、特に曲げ座屈応力は、開口部を設けない場合の吸収塔シェルと同じ板厚を用いても、開口部を設けない場合の吸収塔シェルの座屈強度と同じまで回復させることができる。
【００５６】
図２４には本発明の上記実施の形態における吸収塔開口角度θとガス流動率の割合の関係を示し、図２５には本発明の上記実施の形態における吸収塔開口角度θと脱硫率の関係を示す。
【００５７】
このように、本発明の上記実施の形態では、吸収塔１内でのガスの偏流率を低下させて脱硫率を向上させると同時に、塔高Ｈを著しく低くすることができてコンパクト化が図れると共に、吸収塔スプレ液を循環供給する吸収塔循環ポンプ用電動機の小型化や運転維持費の低減、さらには周辺機器の低減ができることから、経済的にも、より低廉型の脱硫装置を提供することができる。
【００５８】
つまり、塔高が下がれば、吸収塔１の周辺の出入口ダクト、支持鉄骨等の高さも下げることができるため、脱硫装置の初期投資費、定検時のメンテナンス費（足場等）が低減できる。
【００５９】
本発明の他の実施の形態を図１４に示す。
システム構成は従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ式吸収塔とほとんど同じだが、円筒の円周方向に矩形の長辺を有する開口をガス入口２とガス出口３の２ヶ所に設けたことが構造的に異なるだけで開示していないが、開口部の補強方法を図１に示す構造と同様な構造を採用したものである。
【００６０】
すなわち、吸収塔１内の中央部にガス流れを仕切る内部仕切板２０を設け、該内部仕切板２０の上方と下方に空間を設けておき、内部仕切板２０の下方は循環タンク４の吸収液中に浸漬しており、内部仕切板２０の上方はガス入口２から導入された排ガスの通路となり、ガス出口３側に通じている。また、内部ステー２１は内部仕切板２０の補強材である。ガス入口２から導入された排ガスが内部仕切板２０で迂回している間に吸収液スプレ配管７のスプレノズル１１から噴霧される吸収液により脱硫処理され、排ガスはガス出口３から排出する。なお、循環タンク４の吸収液はスラリ用撹拌機８と酸化用撹拌機９で撹拌されながら吸収液中の亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3・１／２Ｈ2Ｏ）を硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）、つまり石膏にする。
【００６１】
図１５には図１４のＩ−Ｉ線矢視図を示す。ガス入口２とガス出口３の２ヶ所に設けた各々の開口部の開口角度（円筒形の吸収塔水平断面の中心軸とガス入口２とガス出口３の各開口部の左右端部とを接続する直線の成す角度）θ１、θ２とし、開口部の矩形の短辺の高さはそれぞれＢＨ１、ＢＨ２とし、矩形の長辺はＢＬｌ、ＢＬ２とする。
【００６２】
図１６にはその他の実施の形態を示す。
この場合のシステム構成は従来技術と同じで、吸収塔１の塔高Ｈをさらに低くするために循環タンク４の直径ＤＴを吸収塔１の直径Ｄより大きくしているが、ガス入口２の開口部の補強方法を図１の考え方を適用した事例である。
【００６３】
以上、本発明は円周方向に矩形の長辺を有する開口を設けた鋼製大径薄肉吸収塔シェルの構造物に適用でき、脱硫装置だけに限定するものではない。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果がある。
（ａ）脱硫装置吸収塔の大きさに影響されず、脱硫性能を向上させると同時に塔高Ｈを低くするため、ガス入口の開口部の矩形長辺の長さを吸収塔の塔径に好適には一致させ、かつガス入口のように大きな開口部を設けた場合でも開口部を設けない場合の吸収塔シェルの座屈強度と同様に、特に曲げ座屈強度を低下させないで構造強度面で安定した吸収塔を提供することができる。
（ｂ）ガス入口の開口部の矩形短辺の高さを下げることにより、付随して、吸収塔スプレ配管レベルも下がる。従って、吸収液を循環供給する吸収塔循環ポンプの揚程が小さくなり、前記電動機の設備費や運転維持費を下げることができる。（ｃ）さらに鉄骨、ダクト、防食ライニング等の脱硫装置周辺機器の初期投資設備費、運転中の維持費、そして定検時のメンテナンス費等が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図）である。
【図２】 本発明の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（展開図）である。
【図３】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト側面図（図２のＡ部詳細）である。
【図４】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト平面図（図３のＥ−Ｅ線、Ｇ−Ｇ線視図）である。
【図５】 図２の吸収塔のガス入口部ポスト平面図（図３のＦ−Ｆ線視図）である。
【図６】 図２の吸収塔上部の縦補強と補強リング接続図（図２のＢ部詳細）である。
【図７】 図２の吸収ガス入口の縦補強と補強リング接続図（図２のＣ部詳細）である。
【図８】 図２の吸収塔基礎部の縦補強と補強リング接続図（図２のＤ部詳細図）である。
【図９】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強モデル）を表す図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強による座屈強度の回復（分散型ポスト）を表す図である。
【図１１】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部の補強による座屈強度の回復（集中型縦補強）を表す図である。
【図１２】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口部への曲げ荷重と座屈強度の増減）を表す図である。
【図１３】 本発明の一実施の形態の座屈解析（開口角度による曲げ座屈応力の変化）を表す図である。
【図１４】 本発明の他の実施の形態（側面図）を表す図である。
【図１５】 図１４の吸収塔のガス出入口部平面図（図１４のＩ−Ｉ線視図）である。
【図１６】 本発明の他の実施の形態（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが大）を表す図
【図１７】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（側面図）を表す図である。
【図１８】 図１７の吸収塔のガス入口部平面図（図１７のＩ−Ｉ線視図）である。
【図１９】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが同じ）を表す図である。
【図２０】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（立体図：塔径Ｄよりタンク径ＤＴが大）を表す図である。
【図２１】 従来技術の自立式大径薄肉円筒型スプレ方式吸収塔（側面図：ガス出口が２ヶ所）を表す図である。
【図２２】 図２１の吸収塔のガス入口部平面図（図２１のＩ−Ｉ線視図）である。
【図２３】 座屈解析例（開口の有無による吸収塔シェルの座屈挙動）を表す図である。
【図２４】 吸収塔入口開口角がガス流速変動率に及ぼす影響を示す図である。
【図２５】 吸収塔入口開口角が脱硫率に及ぼす影響を示す図である。
【図２６】 吸収塔シェルのと有効断面積を説明する平面断面図である。
【符号の説明】
１ 吸収塔 ２ ガス入口
３、３ａ、３ｂガス出口
４ 吸収塔循環タンク ５ 吸収塔循環ポンプ
６ 循環配管 ７ 吸収液スプレ配管
８ スラリ用撹拌機 ９ 酸化用撹拌機
１０ 吸収剤供給配管 １１ スプレノズル
１２ 酸化用空気
１３、１３ａ、１３ｂ ミストエリミネータ
１４ 補強リング １５ 縦補強材
１６、１６ａ、１６ｂ ポスト
１７ ふさぎ板 １８ 傾斜閉止板
１９ ケーシング ２０ 内部仕切板
２１ 内部ステー
Ａ 吸収塔シェルの断面積
ＢＬ、ＢＬ１、ＢＬ２ ガス入口長さ
ＢＨ、ＢＨ１、ＢＨ２ ガス入口高さ
Ｃｉ 吸収塔の円周方向 ｄ ポスト直径
ｇ 未処理ガス ｇ１ 未処理排ガス
ｇ２ 処理排ガス φＤ 吸収塔径
φＤＴ 吸収塔循環タンク径 Ｈ 塔高
θ、θ１、θ２ ガス入口開口角 Ｌｏ 吸収塔の長手方向
Ｍ 曲げモーメント Ｐ 軸圧縮荷重
Ｚ 吸収塔シェルの断面係数 ｘ、ｙ、ｚ、β 座標系
Claims (4)
- 被処理ガスと吸収剤を接触させ、被処理ガス中の硫黄酸化物を除去する縦長円筒状の自立型スプレ方式吸収塔において、
円筒部の側面に被処理ガス入口（２）となる水平方向を長辺とし、鉛直方向を短辺とする矩形の開口部を設け、該開口部の周囲全長にわたり開口部の前記長辺側に補強部材（１４）を設置し、かつ開口部の中央部と左右端部に吸収塔の頂部より底部基礎面まで連続した第１の縦補強材（１５）を鉛直方向に設置したことを特徴とした自立型スプレ方式吸収塔。 - 被処理ガスと吸収剤を接触させ、被処理ガス中の硫黄酸化物を除去する縦長円筒状の自立型スプレ方式吸収塔において、
円筒部の側面に被処理ガス入口（２）となる水平方向を長辺とし、鉛直方向を短辺とする矩形の開口部を設け、該開口部の周囲全長にわたり開口部の前記長辺側に補強部材（１４）を設置し、かつ開口部に複数本の内部ポストである第２の縦補強部材（１６）を鉛直方向に設置したことを特徴とする自立型スプレ方式吸収塔。 - 被処理ガスと吸収剤を接触させ、被処理ガス中の硫黄酸化物を除去する縦長円筒状の自立型スプレ方式吸収塔において、
円筒部の側面に被処理ガス入口となる水平方向を長辺とし、鉛直方向を短辺とする矩形の開口部を設け、該開口部の周囲全長にわたり開口部の前記長辺側に補強部材（１４）を設置し、かつ開口部の中央部および／または左右端部に吸収塔の頂部より底部基礎面まで連続した第１の縦補強材（１５）を鉛直方向に設置し、さらに開口部に複数本の内部ポストである第２の縦補強部材（１６）を鉛直方向に設置したことを特徴とする自立型スプレ方式吸収塔。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載の自立型スプレ方式吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置。
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