JP4014073B2 - 二室型湿式排煙脱硫装置 - Google Patents
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【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(SO2)を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、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、循環タンク内での石膏堆積防止と、亜硫酸カルシウムの酸化性能を向上できる機能を備えた二室型湿式排煙脱硫装置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ガス中の硫黄酸化物、中でも特にSO2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る。排ガス中の硫黄酸化物を取り除く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。
【0003】
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従来技術を図6に示す。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、排ガス上昇流領域12、排ガス下降流領域13、循環配管14、スプレヘッダー15、スプレノズル16〜17等から構成される。
【0004】
スプレノズル16及び17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8及び空気吹込み管9は、吸収液スラリ6(以下、単にスラリということがある)が滞留する循環タンク7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。
【0005】
ボイラから排出される排ガスは、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6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に示す従来技術は吸収塔本体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12を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域13を下降する。
【0006】
この間、上昇流領域12及び下降流領域13では、吸収液循環ポンプ5から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液6が、それぞれの領域に設けられたスプレノズル16及び17から微粒化されて噴射され、吸収液6と排ガスの気液接触が行われる。このとき、吸収液6は排ガス中のSO2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6のうち、液滴径の小さいものは排ガスに同伴され、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。それ以外の液滴径の大きなものは、一旦循環タンク7に溜まり、酸化用の攪拌機8によって攪拌されながら、空気吹込み管9から供給される気泡19中の酸素により硫酸カルシウム(石膏)を生成する。また、循環タンク7内のスラリ6の上層部には泡沫層18が形成される。炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク7内の吸収液6の一部は、吸収液循環ポンプ5によって再びスプレノズル16及び17に送られ、一部は吸収液抜き出し管11より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。
【0007】
酸化用の攪拌機8の主なる目的は亜硫酸カルシウムを酸化することであるが、循環タンク7内において石膏の堆積を防ぐ役割も果たす。しかしながら、攪拌機8の台数は亜硫酸カルシウムの酸化に必要な酸素量によって決定され、前記台数は必ずしも石膏が循環タンク7の底部に堆積しないように吸収液6を攪拌するのに十分な動力が得られる数ではない。
【0008】
また、吸収塔本体1で吸収されるSO2のうち、そのほとんどは上昇流領域12で吸収されるため、上昇流領域12から循環タンク7に落下する吸収液6中の亜硫酸カルシウム濃度は下降流領域13から落下する吸収液6中のそれに比べて3〜10倍程度高い。上昇流領域12側の亜硫酸カルシウムを高濃度で含む吸収液6は循環ポンプ5に吸い込まれるまでの滞留時間の間に酸化されるが、実際には上昇流領域12側の吸収液6のうちでも仕切板4付近に落下した吸収液6は入口ダクト2付近に落下した吸収液6と比較して吸収液循環ポンプ5の吸収口に近く、高亜硫酸カルシウム濃度の吸収液6が短時間で循環ポンプ5に吸い込まれ、亜硫酸カルシウムを完全に酸化する滞留時間を得ることが難しい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、循環タンク7内における石膏の堆積防止に対して十分な攪拌力が得られず、吸収液6の攪拌が十分に行われない循環タンク7の中央部において石膏が堆積する。また、堆積して固化した石膏が循環ポンプ5に吸い込まれると、スプレノズル16、17の詰まりや循環ポンプ5の破損を引き起こす。
【0010】
また、従来技術では、循環タンク7内の吸収液6中における亜硫酸カルシウムの酸化に関して十分に考慮されていない。循環ポンプ5から吸収塔本体1へスプレされる吸収液6中に亜硫酸カルシウムが残存すると、吸収塔での脱硫性能低下及びスプレノズル16、17や塔壁などへのスケーリングの発生を引き起こす問題がある。
【0011】
本発明の課題は、循環タンク底部における石膏の堆積を防ぐこと、また、吸収塔内での排ガスの上昇流領域側における吸収液スラリ6中の高濃度亜硫酸カルシウムを循環タンク内で完全に酸化することにより、スプレノズルの詰まりや循環ポンプの破損、脱硫性能の低下及びスケーリングの発生を防止し、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置を得ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクトと、浄化した排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクトとを設け、前記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の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、それぞれの領域にスプレノズルを設置し、該スプレノズルから噴出する吸収液スラリと排ガスを上昇流領域では向流接触、下降流領域では並流接触させるように配置した、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔と、前記吸収塔の下方にスプレノズルから噴出する吸収液スラリを貯留する循環タンクとを備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
前記仕切板の下端部を循環タンク内の吸収液内に浸漬させ、該仕切板により、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側であって、かつ仕切板の下端部と循環タンクの底部との間に吸収液スラリ流通部を設け、排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下部に位置する循環タンク内のスラリ貯留部の前記下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積に対向する断面積を小さくする二室型湿式排煙脱硫装置により解決される。
【0013】
【作用】
本発明の二室型湿式排煙脱硫装置により、仕切板の下端部と循環タンクの底部との間であって、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側にスラリ流通部を設けることにより、石膏粒子がスラリの流れに同伴して、該スラリ流通部を流れるので石膏が循環タンク底部に堆積することを防止できる。
【0014】
また、前記循環タンク内の吸収液スラリ流通部における吸収液スラリの平均流速が0.5〜4m/秒となるように該スラリ流通部の大きさを設定するので、スケーリングの発生を防止することができる。
【0015】
また、排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向の断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下方に位置する循環タンク内のスラリの貯留部の前記下降流領域のガス流れ方向に直交する方向の断面積に対向する断面積を小さくすることで、吸収塔内部の上昇流領域側の循環タンク内の体積を大きくして高濃度で亜硫酸カルシウムを含む吸収液スラリ側の降下速度を減少させ、十分な滞留時間を得ることができ、高濃度の亜硫酸カルシウムを循環タンク内で完全に酸化することが可能となる。
【0016】
また、吸収塔内の排ガスが上向きに流れる上昇流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に留まる酸化用空気の量によって気泡が多く発生する場合に、循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化用空気流通孔を設けておけば、該流通孔から吸収塔内の下降流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に酸化用空気を流通させることができ、前記上昇流領域側の下方の循環タンク内のスラリ中の酸化用空気の量を調整することができる。
【0017】
【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は本発明による実施の形態であり、図6で説明した同一機能を有する部材には同一番号を付している。図1は、循環タンク7内の仕切板4の下端以下におけるスラリ流通部が循環タンク7の底部に接し、その高さが液深の1/5となるよう設けることにより、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を0.5m/秒にした吸収塔の側面図を示したものである。図2は、タンク7の底部に堆積する石膏量とスラリ流通部を通過するスラリ6の平均流速の関係を表した図である。図3は、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域の断面積の1/5倍となるよう、該下降流領域下部の循環タンク7内のスラリ貯留部の断面積を減少させた例である。
【0018】
図1に示す実施の形態は、循環タンク7内に浸漬した仕切板4の下端部と循環タンク7の底部の間のスラリ流通部の高さは該タンク7の底部から液深の約1/5となるように設けて、スラリ6流通部を通過する吸収液スラリ6の平均流速を0.5m/秒にしている点で従来技術と異なる。上昇流領域側12に落下する吸収液6は循環タンク7を下降し、仕切板4下端部にあるスラリ流通部を通り抜け、吸収液循環ポンプ5に吸い込まれる。
【0019】
このとき、石膏粒子がスラリ6の流れに同伴して流れるよう、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を考慮して該スラリ流通部の断面積を設定することで石膏の堆積を防止できる。二室型湿式排煙脱硫装置において、スラリ流通部を通過するスラリ6の平均流速は、およそ0.1m/秒以下である。
【0020】
図2は、スラリ流通部を通過するスラリ6の平均流速とタンク7底部に堆積した石膏量の関係を表したものである。堆積した石膏量は、流速が0.1m/秒以上の時を基準にして相対量で表してある。図2より、スラリ流通部を通過するスラリ6の平均流速が速い場合、石膏の堆積量が減少することが分かる。望ましくは、平均スラリ流速を0.5m/秒以上とした場合、石膏の堆積が防止できる。また、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を上昇させると、それらを再び吸収塔へと循環させるポンプ5の動力の負荷が高くなり、循環量が減少し、脱硫性能が低下してしまう。これらを考慮して、循環タンク7内の仕切板4の流通部における平均スラリ流速を0.5〜4m/秒にすることが望ましい。
【0021】
図3に示す実施の形態は、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域13の断面積の1/5倍となるよう、該下降流領域13下方の循環タンク7内のガス流れ方向の断面積を減少させた点で従来技術と異なる。循環タンク7内の上昇流領域12側のガス流れ方向の断面積を大きくすれば、スラリ6の降下速度が減少することにより、上昇流領域12側の循環タンク7内での滞留時間が長くなり、亜硫酸カルシウムをより完全に酸化することができるが、下降流領域13側の循環タンク7内のガス流れ方向の断面積は小さくなり、該下降流領域13でのスラリ6の下降速度が増加し、滞留時間が短くなる。下降流領域13側のスラリ6中にも無視できない程度の亜硫酸カルシウムがあり、その酸化に見合う滞留時間が必要であること、さらに、スラリ6の下降速度の増加に伴い、循環タンク7内のスラリ6中の酸化空気が循環ポンプ5に吸収される割合が多くなり、ポンプ5のキャビテーションやスラリ6の循環量低下が発生することから、上昇流領域12側の循環タンク7内のガス流れ方向の断面積の上限が制限される。これらを考慮して、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体1の下降流領域13のガス流れ方向の断面積より、該下降流領域13の下部に位置する仕切板4で仕切られる循環タンク7内のガス流れ方向の断面積を1〜1/10倍とすることが望ましい。
【0022】
図4に示す実施の形態は、図1に示す実施の形態において循環ポンプ5の吸入口の上方の循環タンク7の壁面に空気吹込み管21を伴う攪拌機20を設置した点で図1に示す実施の形態とは異なる。仕切板4の下端部と循環タンク7の底部との間のスラリ流通部を通過する平均スラリ流速を上昇させるため、該スラリ流通部の面積を小さくし、攪拌機8のスラリ攪拌動力を下げることにより、攪拌機8から供給される酸化用空気を循環タンク7の上昇流領域12側に留める。さらに、下降流領域13側のスラリ6中の亜硫酸カルシウムは低濃度であるため、長い酸化時間は必要なく、循環ポンプ5へ吸い込まれず、気泡22の吸い込みによるポンプ5のキャビテーション、スラリ6の循環量の低下及び変動を防止できる。
【0023】
図5に示した実施の形態は、図1に示す実施の形態において循環タンク7内に浸漬した仕切板4部分に酸化用空気流通孔23を設けた点で図1、図4に示す実施の形態とは異なる。仕切板4で仕切られた上昇流領域12側の循環タンク7内のスラリ6中に留まる酸化用空気の量により、泡沫層18が多く発生する場合、流通孔23から仕切板4で仕切られた下降流領域13側の循環タンク7内のスラリ6中に酸化用空気を流通させることにより、循環タンク7の上昇流領域12側の循環タンク7内のスラリ6中に留まる酸化用空気の量を調整することができる。
【0024】
なお、上記の実施の形態で示した発明は、丸型、角型循環タンクによらず効果を得ることができる。
【0025】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、循環タンク底部における石膏の堆積を防ぐことができるため、堆積し、固化した石膏が循環ポンプに吸い込まれてスプレーの目詰まり及びポンプ破損を起こすことを防止することができる。また、上昇流領域から落下してくる亜硫酸カルシウム濃度が高いスラリを循環タンク内で完全に酸化することができるため、吸収塔での脱硫性能の低下及びスケーリングの発生防止が可能となり、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置となる。
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、仕切板部分に設けた酸化用空気流通孔から吸収塔内の下降流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に酸化用空気を流通させることができ、前記上昇流領域側の下方の循環タンク内のスラリ中の酸化用空気の量を調整することができる。
【0026】
また、上昇流領域から落下してくる亜硫酸カルシウム濃度が高いスラリを循環タンク内で完全に酸化することができるため、吸収塔での脱硫性能の低下及びスケーリングの発生防止が可能となり、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による実施例であり、循環タンク内の仕切板におけるスラリ流通部の平均スラリ流速を0.5m/秒にするよう流通部を設けた吸収塔の側面図を示したものである。
【図2】 タンク底部に堆積する石膏量と仕切板の流通部を通過するスラリの平均流速の関係を表した図である。
【図3】 排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域の断面積の1/5倍となるよう、該部分下部の循環タンク内の断面積を減少させた吸収塔の実施例である。
【図4】 図1の実施例において循環ポンプの吸入口の上に空気吹込み管を伴う攪拌機を設置した実施例である。
【図5】 図1に示す実施例において循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化空気流通孔を設けた実施例である。
【図6】 従来技術の二室型湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面図である。
【符号の説明】
1 吸収塔本体 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 吸収液(スラリ)
7 循環タンク 8、20 攪拌機
9、21 空気吹込み管 10 ミストエリミネータ
11 吸収液抜出し管 12 排ガス上昇流領域
13 排ガス下降流領域 14 循環配管
15 スプレヘッダー 16、17 スプレノズル
18 泡沫層 19、22 気泡
23 酸化用空気流通孔
Claims (2)
- ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクトと、浄化した排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクトとを設け、前記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の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、それぞれの領域にスプレノズルを設置し、該スプレノズルから噴出する吸収液スラリと排ガスを上昇流領域では向流接触、下降流領域では並流接触させるように配置した、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔と、
前記吸収塔の下方にスプレノズルから噴出する吸収液スラリを貯留する循環タンクと、
を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
前記仕切板の下端部を循環タンク内の吸収液内に浸漬させ、該仕切板により、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側であって、かつ仕切板の下端部と循環タンクの底部との間に吸収液スラリ流通部を設け、
排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下部に位置する循環タンク内のスラリ貯留部の下降流領域のガス流れ方向に直交する前記断面積に対向する断面積を小さくすることを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。 - 循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化用空気流通孔を設けることを特徴とする請求項1記載の二室型湿式排煙脱硫装置。
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