JP4099102B2 - 湿式排煙脱硫方法及び湿式排煙脱硫装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所などから排出される燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫方法及びその方法の実施に用いられる湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等から排出されるガス中には硫黄分が多量に含まれているため、排煙脱硫装置と呼ばれる排ガス処理設備が一般的に必要である。要求される脱硫率は脱硫設備が設置される地域ごとに異なっており、一瞬でもその要求脱硫率を下回ることがないように脱硫設備を設計する必要がある。そこで、効率よく気液と接触し、硫黄酸化物を含有する排ガスの脱硫率を向上することを目的とする湿式排煙脱硫装置として、各種のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された湿式排煙脱硫装置によれば、図５、図６、図７に示すように、硫黄酸化物含有排ガスをスプレー型吸収塔５１内に導入し、これに吸収塔内下部のボトムタンク５２から循環液ライン５３ａ、５３ｂ、５３ｃを経て汲み上げた吸収液をスプレー噴霧段５４ａ、５４ｂ、５４ｃより噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去し、ボトムタンク５２に設けた散気管５５から空気を吐出することで、吸収した硫黄酸化物を石膏として回収している。ボトムタンク５２から抜き出した石膏を含有する吸収液は石膏分離機５６で石膏と吸収液に分離され、石膏は石膏ピット５７に送られ、濾液は濾液タンク５８に送られる。５９は吸収液循環ポンプ、６０は石膏含有吸収液抜き出しポンプ、６１はブロワである。
【０００４】
特に、図５に示す従来の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリータンク６２からの石灰石スラリーの供給口と濾液タンク５８からの戻り液の供給口がボトムタンク５２に接続されている。すなわち、新たに供給する吸収液である石灰石スラリーおよび石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を吸収塔内下部のボトムタンク５２に供給する構造である。６３は石灰石スラリーピット、６４は供給ポンプである。
【０００５】
また、図６に示す従来の別の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリーピット６３から新たに供給する石灰石スラリーを分級装置６５に導入して分級し、細かい粒度の石灰石を含有するスラリーを循環液ライン５３ａに混入して最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給し、粗い粒度の石灰石を含有するスラリーを循環液ライン５３ｃに混入して最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給し、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を吸収塔内下部のボトムタンク５２に供給している。
【０００６】
そして、図７に示す従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリータンク６２から新たに供給する石灰石スラリーを供給ポンプ６６を経て循環液ライン５３ａに混入して最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給し、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を供給ポンプ６７を経て循環液ライン５３ｃに混入して最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１３３２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す湿式排煙脱硫装置では、新たに供給される石灰石スラリーが吸収塔５１のボトムタンク５２に直接導入される。この方式では、硫黄酸化物吸収容量の非常に高いバージンの石灰石スラリーが、吸収後の硫酸イオンあるいは亜硫酸イオンの中和に使用されてしまい、排ガス中のイオン酸化物の吸収に有効に利用されていない。また、図５の機器配置では、最下段のスプレー噴霧段５４ｃからの噴霧部が最も硫黄酸化物吸収容量が高く、最上段のスプレー噴霧段５４ａからの噴霧部が最も硫黄酸化物吸収容量が低いというように、硫黄酸化物吸収容量を塔全体として見た場合、非常にバランスの悪い吸収効率の分布をしている。
【０００９】
また、図６に示す湿式排煙脱硫装置では、分級装置を設けて異なる粒度分布を持つ石灰石を含有するスラリーを供給する方式を提案している。この方式によれば、脱硫率の向上を図ることは可能であるが、分級装置という新たな設備を追加する必要があり、設備コストの上昇を招いてしまう。また、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液についても、吸収塔５１のボトムタンク５２に戻されているので、排ガス中の硫黄酸化物の吸収に有効に利用されていない。
【００１０】
さらに、図７に示す湿式排煙脱硫装置では、新たに供給する石灰石スラリーは循環ライン５３ａを流通するボトムタンク５２内の吸収液に混入された後、最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給されるため、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を充分に利用することができない。また、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液は循環ライン５３ｃを流通するボトムタンク５２内の吸収液に混入された後最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給されるため、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を充分に利用できない。
【００１１】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、湿式排煙脱硫反応における脱硫反応特性に見合うように硫黄酸化物吸収液を供給する最適の方法と、その方法を実施するための低コストの湿式排煙脱硫装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を入口側スプレー噴霧段に汲み上げて排ガスに噴霧し、新たな石灰石スラリーを出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧するというように、吸収塔内の入口側は高くて出口側は低くなるという排ガス中の硫黄酸化物濃度の変化に対応するように硫黄酸化物吸収液を供給する方式であるから、硫黄酸化物吸収効率のバランスがとれた脱硫システムを実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明の湿式排煙脱硫方法は、スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、スプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫方法において、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を入口側スプレー噴霧段に汲み上げて排ガスに噴霧し、新たな石灰石スラリーを出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧することを特徴としている。
【００１４】
排ガス中の硫黄酸化物濃度は吸収塔内入口側では高くて出口側では低くなるので、このような排ガス中の硫黄酸化物濃度の変化に対応するように硫黄酸化物吸収液を供給するのが、高効率の脱硫システムを実現する上で好ましい。本発明によれば、入口側では、ボトムタンク内の吸収液で要求脱硫率の５０〜９０％を達成することができ、出口側では、新たな石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して要求脱硫率の９０％以上を達成することができる。
【００１５】
また、硫黄酸化物吸収量が最も多い吸収塔の排ガス導入口付近のスプレー噴霧段ではスケーリングが生じやすい。そこで、入口側スプレー噴霧段を排ガス導入口に近い方から入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液（濾液の戻り液）を硫黄酸化物吸収量が最も多い入口側第一スプレー噴霧段から噴霧して排ガスと下向きに並流接触させれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を利用して塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに石膏析出によるスケーリングを効果的に防止できるので好ましい。そして、入口側第一スプレー噴霧段である程度の硫黄酸化物が除去された排ガスを反転させて入口側第二スプレー噴霧段に導入すれば、ガス中の硫黄酸化物濃度はそれほど高くないので、向流による気液接触であっても入口側第二スプレー噴霧段がスケーリングにより閉塞することはなく、ボトムタンク内の吸収液と接触させることにより、さらに排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。このようにして、入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段を経由することにより排ガス中の硫黄酸化物濃度は極めて低下している。この排ガスは出口側スプレー噴霧段で新たな石灰石スラリーと接触するが、バージンの石灰石スラリーは高い硫黄酸化物吸収容量を持っているので、並流による気液接触であっても排ガス中の微量の硫黄酸化物を充分に吸収することができる。
【００１６】
上記方法を実施するための本発明の湿式排煙脱硫装置は、スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を循環ラインを介して入口側スプレー噴霧段に汲み上げて循環させ、新たな石灰石スラリーの供給口を出口側スプレー噴霧段に接続することを特徴としている。
【００１７】
また、上記の本発明の装置において、入口側スプレー噴霧段を排ガス導入口に近い方から入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液（濾液の戻り液）を循環ラインを介して入口側第一スプレー噴霧段に汲み上げて循環させ、ボトムタンク内の吸収液を循環ラインを介して入口側第二スプレー噴霧段に汲み上げて循環させる方式が、脱硫反応特性から導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を実現する上でより好ましい。
【００１８】
特に、濾液の戻り液を噴霧する入口側第一スプレー噴霧段を並流方式の気液接触とし、ボトムタンク内の吸収液を噴霧する入口側第二スプレー噴霧段を向流方式の気液接触とし、新たな石灰石スラリーを噴霧する出口側スプレー噴霧段を並流方式の気液接触とすれば、スプレー噴霧段がスケーリングにより閉塞することがなく、しかも脱硫率を向上できるので、さらに好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものでなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において適宜変更と修正が可能である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の概略構成を示す一部透視斜視図である。スプレー型吸収塔１の塔内上部空間の頂部付近を残して吸収塔内を上下方向に仕切るように仕切板２を配して、塔内は排ガス導入部と排ガス排出部に２分割されている。排ガス導入部は後記する第一および第二吸収ゾーンからなり、仕切板２の左側部分に形成される。排ガス排出部は後記する第三吸収ゾーンからなり、仕切板２の右側部分に形成される。
【００２１】
すなわち、スプレー型吸収塔１の頂部を貫通して吸収塔内上部に至るように排ガスダクト３を導入し、この排ガスダクト３内に入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃを設置し、これら排ガスダクト３内に設置された入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃにより第一吸収ゾーン４が形成される。また、排ガスダクト３を囲むように入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃが設置されており、これら排ガスダクト３の周囲に設置された入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃにより第二吸収ゾーン５が形成される。
【００２２】
仕切板２の右側部分である排ガス排出部には、出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂおよび６ｃが設置されており、これら出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂおよび６ｃにより第三吸収ゾーン６が形成される。また、最下段のスプレー噴霧段６ｃの下方の吸収塔側面に排ガス排出口７が形成されている。
【００２３】
以上のスプレー噴霧段はすべて下方に向けて吸収液を噴霧しており、第一吸収ゾーン４においては排ガスダクト３内を下降する排ガスと吸収液を並流接触させ、第二吸収ゾーン５において上昇する排ガスと吸収液を向流接触させ、第三吸収ゾーン６においては下降する排ガスと吸収液を並流接触させている。
【００２４】
吸収塔１内下部のボトムタンク８に貯留した吸収液（亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを含む水溶液）は循環ライン９を経由して、入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂ、５ｃに供給される。１０は吸収液循環ポンプである。
【００２５】
また、ボトムタンク８の石膏スラリーはポンプ１１により石膏分離機１２に送られて石膏と吸収液に分離され、石膏は石膏ピット１３に送られ、実質的に固形分を含まない吸収液は濾液タンク１４に貯留される。濾液タンク１４に貯留された濾液の戻り液はポンプ１５により入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに供給される。また、濾液タンク１４内の濾液の戻り液の一部は、ポンプ１６により経路１７を経て吸収塔１内に戻される。
【００２６】
１８は空気ブロワ、１９は散気管であり、ブロワ１８から散気管１９に送られた空気はボトムタンク８内の吸収液に吐出される。２０は石灰石スラリーピットであり、石灰石スラリーピット２０内の石灰石スラリーはポンプ２１により石灰石スラリータンク２２に供給される。石灰石スラリータンク２２内の石灰石スラリーはポンプ２３により出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃに供給される。
【００２７】
また、石灰石スラリータンク２２内の石灰石スラリーの一部は、ポンプ２４により経路２５を経て吸収塔１内に供給されている。
【００２８】
図１では、一例として、入口側第一スプレー噴霧段、入口側第二スプレー噴霧段および出口側スプレー噴霧段はすべて３段であるが、２段以下または４段以上とすることもできる。
【００２９】
以上のように構成される湿式排煙脱硫装置によれば、排ガス排出口７の右方にある図示しない吸引ブロワーにより導入口３ａを経て排ガスダクト３内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃ、入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂ、５ｃおよび出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃより吸収液である石灰石スラリー（石灰石粉粒体と水の混合物）を噴霧して、石灰石スラリーと硫黄酸化物含有排ガスとを接触させて排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオンと亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンク８に落下した亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを含む水溶液（吸収液）に散気管１９より空気を吐出することにより亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウム、すなわち、石膏として固定する。ボトムタンク８から抜き出した石膏スラリーは、ポンプ１１により石膏分離機１２で石膏と吸収液に分離され、実質的に固形分を含まない吸収液（濾液）が濾液タンク１４を経て入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに供給されており、この濾液の戻り液は比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという特性があるため塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃがスケーリングにより閉塞される可能性が少なくなる。しかも、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃから噴霧される吸収液は下方を向いており、排ガスダクト３より導入されるガスの流れ方向と一致する並流による気液接触であるから、固形分によりスプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃの各スプレーノズルが閉塞される可能性は一層低減される。しかも、第一吸収ゾーン４は３つの吸収ゾーンの中で排ガス中の硫黄酸化物濃度が最も高いので、効率よく硫黄酸化物が吸収液に吸収される。また、並流による気液接触であるから、排ガスの圧力損失が少なく、ブロワーの吸引動力を低減し、ポンプ１５の吸収液送給動力を低減することもできる。
【００３０】
次に、排ガスは導入方向とは逆方向に反転され、第二吸収ゾーン５に導入される。入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃから噴霧される吸収液は下方を向いており、上方へ向かって流れるガスの流れ方向とは反対である向流による気液接触であるから、循環ライン９を経由した吸収液によって効率よく排ガス中の硫黄酸化物を吸収することができる。また、第二吸収ゾーン５に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度は第一吸収ゾーン４に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度に比べてかなり低下しているので、入口側第二スプレー噴霧段においてスケーリングが発生する可能性は低い。
【００３１】
さらに、排ガスは反転され、第三吸収ゾーン６に導入される。第三吸収ゾーン６に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度は極めて低いが、出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃから新しい石灰石スラリーが噴霧されるので、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して微量の硫黄酸化物であっても効果的に吸収することができる。しかも、並流による気液接触であるから、排ガスの圧力損失が少なく、吸収液を送給するポンプ２３に対する抵抗力も小さい。
【００３２】
このようにして、本発明は吸収塔内の排ガスの硫黄酸化物濃度の推移に巧みに対応させて好適な性状の硫黄酸化物吸収液を供給する方法であるから、極限まで硫黄酸化物濃度を低下させることによって得た清浄なガスを排出口７から排出することができる。
【００３３】
図２は、第一吸収ゾーン４内の入口側第一スプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す図であり、図３は、第二吸収ゾーン５と第三吸収ゾーン６内の入口側第二スプレー噴霧段と出口側スプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す図である。
【００３４】
図２において、２６はスプレーヘッダー、２７は分岐スプレー管である。図３において、２８、２９はスプレーヘッダー、３０、３１は分岐スプレー管である。スプレーヘッダー２６は濾液の戻りライン３２（図１参照）、スプレーヘッダー２８は循環ライン９（図１参照）、スプレーヘッダー２９は、新液供給ライン３３（図１参照）と接続されている。
【００３５】
図４は、本発明の別の実施例である湿式排煙脱硫装置の概略構成を示す一部透視斜視図である。図１では、排ガスダクト３がスプレー型吸収塔１の頂部を貫通して吸収塔内上部に至るように設けられているが、本実施例では排ガスダクト３がスプレー型吸収塔１の側部の頂点付近に接続されている。図１では、排ガスダクト３により第一吸収ゾーン４と第二吸収ゾーン５が画定されているが、図４では、スプレー型吸収塔１の頂部から吸収塔内に向かって吸収塔内を上下方向に仕切るように仕切板２ａを配し、仕切板２ａの左側に入口側第一スプレー噴霧段３４ａ、３４ｂ、３４ｃからなる第一吸収ゾーン３４が形成され、仕切板２ａの右側と仕切板２の間に入口側第二スプレー噴霧段３５ａ、３５ｂ、３５ｃからなる第二吸収ゾーン３５が形成されている。第一および第二吸収ゾーンの形態が異なる点を除いて吸収塔内に導入された排ガスの作用は上記した内容と基本的に同じであり、図１と同一構成のものには同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００３６】
本発明は脱硫反応特性を把握することから導かれる硫黄酸化物吸収液の最適の供給方法を提案しており、その特徴点は以下に要約される。
（１）バージンの石灰石スラリーの有効利用
一般に高いｐＨ値を持つ吸収液は高い硫黄酸化物吸収容量を持っているので、吸収塔内に供給する吸収液はすべて新しい石灰石スラリーとすれば、脱硫率を向上できるように思われるが、実際の吸収塔内の排ガス中の硫黄酸化物濃度の推移を考慮すると、必ずしもその方式が最良ではない。すなわち、吸収塔内に最初に導入される第一吸収ゾーンの排ガス中の硫黄酸化物濃度は最も高いので、必ずしも新しい石灰石スラリーを供給する必要はなく、却って、高い硫黄酸化物吸収容量が災いして、固形分析出によるスケ−リングの発生を招く危険が増大する。
【００３７】
そこで、新しい石灰石スラリーは、吸収塔の排出口に近い出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧すれば、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して少量の硫黄酸化物でも効果的に吸収することができるのである。
（２）濾液の特性を利用したスケーリングの防止
排ガス中の硫黄酸化物吸収量が高いとスケーリングが発生しやすい。そこで、濾液の戻り液を塔内に導入される排ガスの中で最も硫黄酸化物濃度が高い入口側第一スプレー噴霧段に供給すれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという特性を利用して、塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに局所負荷が小さくなり、且つ入口側第一スプレー噴霧段は排ガスおよび吸収液が共に下向きに流れる並流接触であるため、スケーリングによるスプレー噴霧段の閉塞を防止することができる。
【００３８】
本発明は上記のような特徴を有しており、本発明の湿式排煙脱硫装置によれば、硫黄酸化物濃度の制御のための高効率の脱硫システムの構築が可能であり、システム制御に関して従来の湿式排煙脱硫装置と比較した本発明の有利な点について説明する。
（１）本発明の湿式排煙脱硫装置における制御システム
入力変数としては、図１の測定点３６において所定の濃度センサで測定したボトムタンク８内の「液ｐＨ」と、測定点３７において所定の流量および濃度センサで測定した「排ガス流量」および「入口排ガス中ＳＯ2 濃度」と、測定点３８において所定の濃度センサで測定した「出口排ガス中ＳＯ2 濃度」を得る。これら４つの入力変数を演算機３９に入力し、各入力値が希望する所定の数値から変位している場合には、以下に説明する５つの出力変数の出力値を変化させて、排ガス中のＳＯ2 濃度などを希望する所定の数値にすることができる。
【００３９】
すなわち、演算機３９から伸びている制御フロー４０、４１、４２、４３および４４により各ポンプの回転数を制御することにより、排ガス中ＳＯ2 濃度などを任意に調整することができる。
【００４０】
石灰石スラリーピット２０から石灰石スラリータンク２２へ石灰石スラリーを供給するポンプ２１の回転数を制御フロー４０で制御することにより「石灰石スラリー濃度」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から吸収塔１内へ石灰石スラリーを供給するポンプ２４の回転数を制御フロー４１で制御することにより「吸収塔内へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃに石灰石スラリーを供給するポンプ２３の回転数を制御フロー４２で制御することにより「出口側スプレー噴霧段へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、ポンプ１０の回転数を制御フロー４３で制御することにより「吸収液の循環流量」を変化させ、濾液タンク１４から入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに濾液を供給するポンプ１５の回転数を制御フロー４４で制御することにより「入口側第一スプレー噴霧段へ供給する濾液流量」を変化させることができる。このように、本発明の湿式排煙脱硫装置における制御システムによれば、５つの出力変数を出力することができる。
【００４１】
本発明の湿式排煙脱硫装置は４入力変数に対して５出力変数で制御する方式であり、後記する従来の湿式排煙脱硫装置（４入力変数に対して３出力変数による制御）に比べて、より高度で柔軟性のあるシステム制御が可能となり、システムの安定性の向上や効率向上を図ることが可能である。
【００４２】
なお、吸収塔内には一定の吸収液量を保持する必要があることから、吸収塔内への石灰石スラリー供給量と吸収塔内からの石膏スラリー抜き出し量は連動しているため、石膏スラリー抜き出し量は出力変数に含めていない。
（２）従来の湿式排煙脱硫装置における制御システム
従来の湿式排煙脱硫装置の一例として、図８に示すように、ボトムタンク８から循環ライン７１を介してポンプ７２により排ガスダクト３内の入口側スプレー噴霧段７３に吸収液を供給し、ボトムタンク８から循環ライン７４を介してポンプ７５により出口側スプレー噴霧段７６に吸収液を供給する方式について検討する。
【００４３】
入力変数としては、図１と同じように、測定点３６において所定の濃度センサで測定したボトムタンク８内の「液ｐＨ」と、測定点３７において所定の流量および濃度センサで測定した「排ガス流量」および「入口排ガス中ＳＯ2 濃度」と、測定点３８において所定の濃度センサで測定した「出口排ガス中ＳＯ2 濃度」を得る。これらの入力変数を演算機３９に入力し、各入力値が希望する所定の数値から変位している場合には、以下に説明する３つの出力変数の出力値を変化させて、排ガス中のＳＯ2 濃度などを希望する所定の数値にすることができる。
【００４４】
すなわち、石灰石スラリーピット２０から石灰石スラリータンク２２へ石灰石スラリーを供給するポンプ２１の回転数を制御フロー４０で制御することにより「石灰石スラリー濃度」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から吸収塔１内へ石灰石スラリーを供給するポンプ２４の回転数を制御フロー４１で制御することにより「吸収塔内へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、ポンプ７２と７５の回転数を制御フロー４５で制御することにより「吸収液の循環流量」を変化させることができる。このように、従来の湿式排煙脱硫装置における制御システムは、３つの出力変数を出力する方式である。
【００４５】
従来の湿式排煙脱硫装置は、４入力変数に対して３出力変数で制御する方式であり、本発明の湿式排煙脱硫装置の脱硫システムに比べてシステム制御の幅が狭く、吸収塔内の脱硫反応の変化に柔軟に対応して適正に脱硫反応操作を進めることが困難であり、経済的で効率的な脱硫システムを実現することができない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明は、脱硫反応特性を把握することから導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を提供するものであり、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して排ガスの脱硫率を向上することができる。
（２）請求項２、３記載の発明によれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を利用して塔全体の吸収効率をバランスよく改善でき、局所負荷が小さくなるため、吸収塔の入口側スプレー噴霧段における石膏析出によるスケーリングを防止することができる。これにより、装置運転上の安全性が高まるだけでなく、装置がメンテナンスフリーの状態に近づくことになり、メンテナンスの時間と費用を削減することができる。
（３）請求項４、５、６記載の発明によれば、脱硫反応特性から導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を実現しうる、経済性に優れた低コストの湿式排煙脱硫装置を提供することができる。
（４）特に、請求項２、３、５、６記載の発明によれば、高度で柔軟性のある脱硫システムの構築が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湿式排煙脱硫装置の一実施例の概略構成を示す一部透視斜視図である。
【図２】本発明の湿式排煙脱硫装置に使用するスプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の湿式排煙脱硫装置に使用するスプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の別の例を示す平面図である。
【図４】本発明の湿式排煙脱硫装置の別の実施例の概略構成を示す一部透視斜視図である。
【図５】従来の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図６】従来の別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図７】従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図８】従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である
【符号の説明】
１…スプレー型吸収塔
２、２ａ…仕切板
３…排ガスダクト
３ａ…導入口
４、３４…第一吸収ゾーン
４ａ、４ｂ、４ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…入口側第一スプレー噴霧段
５、３５…第二吸収ゾーン
５ａ、５ｂ、５ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…入口側第二スプレー噴霧段
６…第三吸収ゾーン
６ａ、６ｂ、６ｃ…出口側スプレー噴霧段
７…排ガス排出口
８…ボトムタンク
９…循環ライン
１０…吸収液循環ポンプ
１１、１５、１６、２１、２３、２４…ポンプ
１２…石膏分離機
１３…石膏ピット
１４…濾液タンク
１８…空気ブロワー
１９…散気管
２０…石灰石スラリーピット
２２…石灰石スラリータンク
２６、２８、２９…スプレーヘッダー
２７、３０、３１…分岐スプレー管
３６、３７、３８…プロセス変数測定点
３９…演算機
４０、４１、４２、４３、４４、４５…制御フロー
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所などから排出される燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫方法及びその方法の実施に用いられる湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等から排出されるガス中には硫黄分が多量に含まれているため、排煙脱硫装置と呼ばれる排ガス処理設備が一般的に必要である。要求される脱硫率は脱硫設備が設置される地域ごとに異なっており、一瞬でもその要求脱硫率を下回ることがないように脱硫設備を設計する必要がある。そこで、効率よく気液と接触し、硫黄酸化物を含有する排ガスの脱硫率を向上することを目的とする湿式排煙脱硫装置として、各種のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された湿式排煙脱硫装置によれば、図５、図６、図７に示すように、硫黄酸化物含有排ガスをスプレー型吸収塔５１内に導入し、これに吸収塔内下部のボトムタンク５２から循環液ライン５３ａ、５３ｂ、５３ｃを経て汲み上げた吸収液をスプレー噴霧段５４ａ、５４ｂ、５４ｃより噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去し、ボトムタンク５２に設けた散気管５５から空気を吐出することで、吸収した硫黄酸化物を石膏として回収している。ボトムタンク５２から抜き出した石膏を含有する吸収液は石膏分離機５６で石膏と吸収液に分離され、石膏は石膏ピット５７に送られ、濾液は濾液タンク５８に送られる。５９は吸収液循環ポンプ、６０は石膏含有吸収液抜き出しポンプ、６１はブロワである。
【０００４】
特に、図５に示す従来の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリータンク６２からの石灰石スラリーの供給口と濾液タンク５８からの戻り液の供給口がボトムタンク５２に接続されている。すなわち、新たに供給する吸収液である石灰石スラリーおよび石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を吸収塔内下部のボトムタンク５２に供給する構造である。６３は石灰石スラリーピット、６４は供給ポンプである。
【０００５】
また、図６に示す従来の別の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリーピット６３から新たに供給する石灰石スラリーを分級装置６５に導入して分級し、細かい粒度の石灰石を含有するスラリーを循環液ライン５３ａに混入して最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給し、粗い粒度の石灰石を含有するスラリーを循環液ライン５３ｃに混入して最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給し、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を吸収塔内下部のボトムタンク５２に供給している。
【０００６】
そして、図７に示す従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置では、石灰石スラリータンク６２から新たに供給する石灰石スラリーを供給ポンプ６６を経て循環液ライン５３ａに混入して最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給し、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液を供給ポンプ６７を経て循環液ライン５３ｃに混入して最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１３３２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す湿式排煙脱硫装置では、新たに供給される石灰石スラリーが吸収塔５１のボトムタンク５２に直接導入される。この方式では、硫黄酸化物吸収容量の非常に高いバージンの石灰石スラリーが、吸収後の硫酸イオンあるいは亜硫酸イオンの中和に使用されてしまい、排ガス中のイオン酸化物の吸収に有効に利用されていない。また、図５の機器配置では、最下段のスプレー噴霧段５４ｃからの噴霧部が最も硫黄酸化物吸収容量が高く、最上段のスプレー噴霧段５４ａからの噴霧部が最も硫黄酸化物吸収容量が低いというように、硫黄酸化物吸収容量を塔全体として見た場合、非常にバランスの悪い吸収効率の分布をしている。
【０００９】
また、図６に示す湿式排煙脱硫装置では、分級装置を設けて異なる粒度分布を持つ石灰石を含有するスラリーを供給する方式を提案している。この方式によれば、脱硫率の向上を図ることは可能であるが、分級装置という新たな設備を追加する必要があり、設備コストの上昇を招いてしまう。また、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液についても、吸収塔５１のボトムタンク５２に戻されているので、排ガス中の硫黄酸化物の吸収に有効に利用されていない。
【００１０】
さらに、図７に示す湿式排煙脱硫装置では、新たに供給する石灰石スラリーは循環ライン５３ａを流通するボトムタンク５２内の吸収液に混入された後、最上段のスプレー噴霧段５４ａに供給されるため、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を充分に利用することができない。また、石膏分離後の濾液として得られる吸収液の戻り液は循環ライン５３ｃを流通するボトムタンク５２内の吸収液に混入された後最下段のスプレー噴霧段５４ｃに供給されるため、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を充分に利用できない。
【００１１】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、湿式排煙脱硫反応における脱硫反応特性に見合うように硫黄酸化物吸収液を供給する最適の方法と、その方法を実施するための低コストの湿式排煙脱硫装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を入口側スプレー噴霧段に汲み上げて排ガスに噴霧し、新たな石灰石スラリーを出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧するというように、吸収塔内の入口側は高くて出口側は低くなるという排ガス中の硫黄酸化物濃度の変化に対応するように硫黄酸化物吸収液を供給する方式であるから、硫黄酸化物吸収効率のバランスがとれた脱硫システムを実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明の湿式排煙脱硫方法は、スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、スプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫方法において、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を入口側スプレー噴霧段に汲み上げて排ガスに噴霧し、新たな石灰石スラリーを出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧することを特徴としている。
【００１４】
排ガス中の硫黄酸化物濃度は吸収塔内入口側では高くて出口側では低くなるので、このような排ガス中の硫黄酸化物濃度の変化に対応するように硫黄酸化物吸収液を供給するのが、高効率の脱硫システムを実現する上で好ましい。本発明によれば、入口側では、ボトムタンク内の吸収液で要求脱硫率の５０〜９０％を達成することができ、出口側では、新たな石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して要求脱硫率の９０％以上を達成することができる。
【００１５】
また、硫黄酸化物吸収量が最も多い吸収塔の排ガス導入口付近のスプレー噴霧段ではスケーリングが生じやすい。そこで、入口側スプレー噴霧段を排ガス導入口に近い方から入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液（濾液の戻り液）を硫黄酸化物吸収量が最も多い入口側第一スプレー噴霧段から噴霧して排ガスと下向きに並流接触させれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を利用して塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに石膏析出によるスケーリングを効果的に防止できるので好ましい。そして、入口側第一スプレー噴霧段である程度の硫黄酸化物が除去された排ガスを反転させて入口側第二スプレー噴霧段に導入すれば、ガス中の硫黄酸化物濃度はそれほど高くないので、向流による気液接触であっても入口側第二スプレー噴霧段がスケーリングにより閉塞することはなく、ボトムタンク内の吸収液と接触させることにより、さらに排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。このようにして、入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段を経由することにより排ガス中の硫黄酸化物濃度は極めて低下している。この排ガスは出口側スプレー噴霧段で新たな石灰石スラリーと接触するが、バージンの石灰石スラリーは高い硫黄酸化物吸収容量を持っているので、並流による気液接触であっても排ガス中の微量の硫黄酸化物を充分に吸収することができる。
【００１６】
上記方法を実施するための本発明の湿式排煙脱硫装置は、スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内のスプレー噴霧段を、導入口に近い入口側スプレー噴霧段と排出口に近い出口側スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンク内の吸収液を循環ラインを介して入口側スプレー噴霧段に汲み上げて循環させ、新たな石灰石スラリーの供給口を出口側スプレー噴霧段に接続することを特徴としている。
【００１７】
また、上記の本発明の装置において、入口側スプレー噴霧段を排ガス導入口に近い方から入口側第一スプレー噴霧段と入口側第二スプレー噴霧段に分けて、ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液（濾液の戻り液）を循環ラインを介して入口側第一スプレー噴霧段に汲み上げて循環させ、ボトムタンク内の吸収液を循環ラインを介して入口側第二スプレー噴霧段に汲み上げて循環させる方式が、脱硫反応特性から導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を実現する上でより好ましい。
【００１８】
特に、濾液の戻り液を噴霧する入口側第一スプレー噴霧段を並流方式の気液接触とし、ボトムタンク内の吸収液を噴霧する入口側第二スプレー噴霧段を向流方式の気液接触とし、新たな石灰石スラリーを噴霧する出口側スプレー噴霧段を並流方式の気液接触とすれば、スプレー噴霧段がスケーリングにより閉塞することがなく、しかも脱硫率を向上できるので、さらに好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものでなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において適宜変更と修正が可能である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の概略構成を示す一部透視斜視図である。スプレー型吸収塔１の塔内上部空間の頂部付近を残して吸収塔内を上下方向に仕切るように仕切板２を配して、塔内は排ガス導入部と排ガス排出部に２分割されている。排ガス導入部は後記する第一および第二吸収ゾーンからなり、仕切板２の左側部分に形成される。排ガス排出部は後記する第三吸収ゾーンからなり、仕切板２の右側部分に形成される。
【００２１】
すなわち、スプレー型吸収塔１の頂部を貫通して吸収塔内上部に至るように排ガスダクト３を導入し、この排ガスダクト３内に入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃを設置し、これら排ガスダクト３内に設置された入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃにより第一吸収ゾーン４が形成される。また、排ガスダクト３を囲むように入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃが設置されており、これら排ガスダクト３の周囲に設置された入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃにより第二吸収ゾーン５が形成される。
【００２２】
仕切板２の右側部分である排ガス排出部には、出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂおよび６ｃが設置されており、これら出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂおよび６ｃにより第三吸収ゾーン６が形成される。また、最下段のスプレー噴霧段６ｃの下方の吸収塔側面に排ガス排出口７が形成されている。
【００２３】
以上のスプレー噴霧段はすべて下方に向けて吸収液を噴霧しており、第一吸収ゾーン４においては排ガスダクト３内を下降する排ガスと吸収液を並流接触させ、第二吸収ゾーン５において上昇する排ガスと吸収液を向流接触させ、第三吸収ゾーン６においては下降する排ガスと吸収液を並流接触させている。
【００２４】
吸収塔１内下部のボトムタンク８に貯留した吸収液（亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを含む水溶液）は循環ライン９を経由して、入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂ、５ｃに供給される。１０は吸収液循環ポンプである。
【００２５】
また、ボトムタンク８の石膏スラリーはポンプ１１により石膏分離機１２に送られて石膏と吸収液に分離され、石膏は石膏ピット１３に送られ、実質的に固形分を含まない吸収液は濾液タンク１４に貯留される。濾液タンク１４に貯留された濾液の戻り液はポンプ１５により入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに供給される。また、濾液タンク１４内の濾液の戻り液の一部は、ポンプ１６により経路１７を経て吸収塔１内に戻される。
【００２６】
１８は空気ブロワ、１９は散気管であり、ブロワ１８から散気管１９に送られた空気はボトムタンク８内の吸収液に吐出される。２０は石灰石スラリーピットであり、石灰石スラリーピット２０内の石灰石スラリーはポンプ２１により石灰石スラリータンク２２に供給される。石灰石スラリータンク２２内の石灰石スラリーはポンプ２３により出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃに供給される。
【００２７】
また、石灰石スラリータンク２２内の石灰石スラリーの一部は、ポンプ２４により経路２５を経て吸収塔１内に供給されている。
【００２８】
図１では、一例として、入口側第一スプレー噴霧段、入口側第二スプレー噴霧段および出口側スプレー噴霧段はすべて３段であるが、２段以下または４段以上とすることもできる。
【００２９】
以上のように構成される湿式排煙脱硫装置によれば、排ガス排出口７の右方にある図示しない吸引ブロワーにより導入口３ａを経て排ガスダクト３内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃ、入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂ、５ｃおよび出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃより吸収液である石灰石スラリー（石灰石粉粒体と水の混合物）を噴霧して、石灰石スラリーと硫黄酸化物含有排ガスとを接触させて排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオンと亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンク８に落下した亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを含む水溶液（吸収液）に散気管１９より空気を吐出することにより亜硫酸イオンおよび亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウム、すなわち、石膏として固定する。ボトムタンク８から抜き出した石膏スラリーは、ポンプ１１により石膏分離機１２で石膏と吸収液に分離され、実質的に固形分を含まない吸収液（濾液）が濾液タンク１４を経て入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに供給されており、この濾液の戻り液は比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという特性があるため塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃがスケーリングにより閉塞される可能性が少なくなる。しかも、入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃから噴霧される吸収液は下方を向いており、排ガスダクト３より導入されるガスの流れ方向と一致する並流による気液接触であるから、固形分によりスプレー噴霧段４ａ、４ｂおよび４ｃの各スプレーノズルが閉塞される可能性は一層低減される。しかも、第一吸収ゾーン４は３つの吸収ゾーンの中で排ガス中の硫黄酸化物濃度が最も高いので、効率よく硫黄酸化物が吸収液に吸収される。また、並流による気液接触であるから、排ガスの圧力損失が少なく、ブロワーの吸引動力を低減し、ポンプ１５の吸収液送給動力を低減することもできる。
【００３０】
次に、排ガスは導入方向とは逆方向に反転され、第二吸収ゾーン５に導入される。入口側第二スプレー噴霧段５ａ、５ｂおよび５ｃから噴霧される吸収液は下方を向いており、上方へ向かって流れるガスの流れ方向とは反対である向流による気液接触であるから、循環ライン９を経由した吸収液によって効率よく排ガス中の硫黄酸化物を吸収することができる。また、第二吸収ゾーン５に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度は第一吸収ゾーン４に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度に比べてかなり低下しているので、入口側第二スプレー噴霧段においてスケーリングが発生する可能性は低い。
【００３１】
さらに、排ガスは反転され、第三吸収ゾーン６に導入される。第三吸収ゾーン６に導入される排ガス中の硫黄酸化物濃度は極めて低いが、出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃから新しい石灰石スラリーが噴霧されるので、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して微量の硫黄酸化物であっても効果的に吸収することができる。しかも、並流による気液接触であるから、排ガスの圧力損失が少なく、吸収液を送給するポンプ２３に対する抵抗力も小さい。
【００３２】
このようにして、本発明は吸収塔内の排ガスの硫黄酸化物濃度の推移に巧みに対応させて好適な性状の硫黄酸化物吸収液を供給する方法であるから、極限まで硫黄酸化物濃度を低下させることによって得た清浄なガスを排出口７から排出することができる。
【００３３】
図２は、第一吸収ゾーン４内の入口側第一スプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す図であり、図３は、第二吸収ゾーン５と第三吸収ゾーン６内の入口側第二スプレー噴霧段と出口側スプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す図である。
【００３４】
図２において、２６はスプレーヘッダー、２７は分岐スプレー管である。図３において、２８、２９はスプレーヘッダー、３０、３１は分岐スプレー管である。スプレーヘッダー２６は濾液の戻りライン３２（図１参照）、スプレーヘッダー２８は循環ライン９（図１参照）、スプレーヘッダー２９は、新液供給ライン３３（図１参照）と接続されている。
【００３５】
図４は、本発明の別の実施例である湿式排煙脱硫装置の概略構成を示す一部透視斜視図である。図１では、排ガスダクト３がスプレー型吸収塔１の頂部を貫通して吸収塔内上部に至るように設けられているが、本実施例では排ガスダクト３がスプレー型吸収塔１の側部の頂点付近に接続されている。図１では、排ガスダクト３により第一吸収ゾーン４と第二吸収ゾーン５が画定されているが、図４では、スプレー型吸収塔１の頂部から吸収塔内に向かって吸収塔内を上下方向に仕切るように仕切板２ａを配し、仕切板２ａの左側に入口側第一スプレー噴霧段３４ａ、３４ｂ、３４ｃからなる第一吸収ゾーン３４が形成され、仕切板２ａの右側と仕切板２の間に入口側第二スプレー噴霧段３５ａ、３５ｂ、３５ｃからなる第二吸収ゾーン３５が形成されている。第一および第二吸収ゾーンの形態が異なる点を除いて吸収塔内に導入された排ガスの作用は上記した内容と基本的に同じであり、図１と同一構成のものには同じ参照番号を付して説明を省略する。
【００３６】
本発明は脱硫反応特性を把握することから導かれる硫黄酸化物吸収液の最適の供給方法を提案しており、その特徴点は以下に要約される。
（１）バージンの石灰石スラリーの有効利用
一般に高いｐＨ値を持つ吸収液は高い硫黄酸化物吸収容量を持っているので、吸収塔内に供給する吸収液はすべて新しい石灰石スラリーとすれば、脱硫率を向上できるように思われるが、実際の吸収塔内の排ガス中の硫黄酸化物濃度の推移を考慮すると、必ずしもその方式が最良ではない。すなわち、吸収塔内に最初に導入される第一吸収ゾーンの排ガス中の硫黄酸化物濃度は最も高いので、必ずしも新しい石灰石スラリーを供給する必要はなく、却って、高い硫黄酸化物吸収容量が災いして、固形分析出によるスケ−リングの発生を招く危険が増大する。
【００３７】
そこで、新しい石灰石スラリーは、吸収塔の排出口に近い出口側スプレー噴霧段より排ガスに噴霧すれば、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して少量の硫黄酸化物でも効果的に吸収することができるのである。
（２）濾液の特性を利用したスケーリングの防止
排ガス中の硫黄酸化物吸収量が高いとスケーリングが発生しやすい。そこで、濾液の戻り液を塔内に導入される排ガスの中で最も硫黄酸化物濃度が高い入口側第一スプレー噴霧段に供給すれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという特性を利用して、塔全体の吸収効率をバランスよく改善できるとともに局所負荷が小さくなり、且つ入口側第一スプレー噴霧段は排ガスおよび吸収液が共に下向きに流れる並流接触であるため、スケーリングによるスプレー噴霧段の閉塞を防止することができる。
【００３８】
本発明は上記のような特徴を有しており、本発明の湿式排煙脱硫装置によれば、硫黄酸化物濃度の制御のための高効率の脱硫システムの構築が可能であり、システム制御に関して従来の湿式排煙脱硫装置と比較した本発明の有利な点について説明する。
（１）本発明の湿式排煙脱硫装置における制御システム
入力変数としては、図１の測定点３６において所定の濃度センサで測定したボトムタンク８内の「液ｐＨ」と、測定点３７において所定の流量および濃度センサで測定した「排ガス流量」および「入口排ガス中ＳＯ2 濃度」と、測定点３８において所定の濃度センサで測定した「出口排ガス中ＳＯ2 濃度」を得る。これら４つの入力変数を演算機３９に入力し、各入力値が希望する所定の数値から変位している場合には、以下に説明する５つの出力変数の出力値を変化させて、排ガス中のＳＯ2 濃度などを希望する所定の数値にすることができる。
【００３９】
すなわち、演算機３９から伸びている制御フロー４０、４１、４２、４３および４４により各ポンプの回転数を制御することにより、排ガス中ＳＯ2 濃度などを任意に調整することができる。
【００４０】
石灰石スラリーピット２０から石灰石スラリータンク２２へ石灰石スラリーを供給するポンプ２１の回転数を制御フロー４０で制御することにより「石灰石スラリー濃度」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から吸収塔１内へ石灰石スラリーを供給するポンプ２４の回転数を制御フロー４１で制御することにより「吸収塔内へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から出口側スプレー噴霧段６ａ、６ｂ、６ｃに石灰石スラリーを供給するポンプ２３の回転数を制御フロー４２で制御することにより「出口側スプレー噴霧段へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、ポンプ１０の回転数を制御フロー４３で制御することにより「吸収液の循環流量」を変化させ、濾液タンク１４から入口側第一スプレー噴霧段４ａ、４ｂ、４ｃに濾液を供給するポンプ１５の回転数を制御フロー４４で制御することにより「入口側第一スプレー噴霧段へ供給する濾液流量」を変化させることができる。このように、本発明の湿式排煙脱硫装置における制御システムによれば、５つの出力変数を出力することができる。
【００４１】
本発明の湿式排煙脱硫装置は４入力変数に対して５出力変数で制御する方式であり、後記する従来の湿式排煙脱硫装置（４入力変数に対して３出力変数による制御）に比べて、より高度で柔軟性のあるシステム制御が可能となり、システムの安定性の向上や効率向上を図ることが可能である。
【００４２】
なお、吸収塔内には一定の吸収液量を保持する必要があることから、吸収塔内への石灰石スラリー供給量と吸収塔内からの石膏スラリー抜き出し量は連動しているため、石膏スラリー抜き出し量は出力変数に含めていない。
（２）従来の湿式排煙脱硫装置における制御システム
従来の湿式排煙脱硫装置の一例として、図８に示すように、ボトムタンク８から循環ライン７１を介してポンプ７２により排ガスダクト３内の入口側スプレー噴霧段７３に吸収液を供給し、ボトムタンク８から循環ライン７４を介してポンプ７５により出口側スプレー噴霧段７６に吸収液を供給する方式について検討する。
【００４３】
入力変数としては、図１と同じように、測定点３６において所定の濃度センサで測定したボトムタンク８内の「液ｐＨ」と、測定点３７において所定の流量および濃度センサで測定した「排ガス流量」および「入口排ガス中ＳＯ2 濃度」と、測定点３８において所定の濃度センサで測定した「出口排ガス中ＳＯ2 濃度」を得る。これらの入力変数を演算機３９に入力し、各入力値が希望する所定の数値から変位している場合には、以下に説明する３つの出力変数の出力値を変化させて、排ガス中のＳＯ2 濃度などを希望する所定の数値にすることができる。
【００４４】
すなわち、石灰石スラリーピット２０から石灰石スラリータンク２２へ石灰石スラリーを供給するポンプ２１の回転数を制御フロー４０で制御することにより「石灰石スラリー濃度」を変化させ、石灰石スラリータンク２２から吸収塔１内へ石灰石スラリーを供給するポンプ２４の回転数を制御フロー４１で制御することにより「吸収塔内へ供給する石灰石スラリー流量」を変化させ、ポンプ７２と７５の回転数を制御フロー４５で制御することにより「吸収液の循環流量」を変化させることができる。このように、従来の湿式排煙脱硫装置における制御システムは、３つの出力変数を出力する方式である。
【００４５】
従来の湿式排煙脱硫装置は、４入力変数に対して３出力変数で制御する方式であり、本発明の湿式排煙脱硫装置の脱硫システムに比べてシステム制御の幅が狭く、吸収塔内の脱硫反応の変化に柔軟に対応して適正に脱硫反応操作を進めることが困難であり、経済的で効率的な脱硫システムを実現することができない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明は、脱硫反応特性を把握することから導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を提供するものであり、バージンの石灰石スラリーの持つ高い硫黄酸化物吸収容量を利用して排ガスの脱硫率を向上することができる。
（２）請求項２、３記載の発明によれば、比較的少量の硫黄酸化物を吸収できるという濾液の戻り液の特性を利用して塔全体の吸収効率をバランスよく改善でき、局所負荷が小さくなるため、吸収塔の入口側スプレー噴霧段における石膏析出によるスケーリングを防止することができる。これにより、装置運転上の安全性が高まるだけでなく、装置がメンテナンスフリーの状態に近づくことになり、メンテナンスの時間と費用を削減することができる。
（３）請求項４、５、６記載の発明によれば、脱硫反応特性から導かれる硫黄酸化物吸収液の最適供給方法を実現しうる、経済性に優れた低コストの湿式排煙脱硫装置を提供することができる。
（４）特に、請求項２、３、５、６記載の発明によれば、高度で柔軟性のある脱硫システムの構築が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湿式排煙脱硫装置の一実施例の概略構成を示す一部透視斜視図である。
【図２】本発明の湿式排煙脱硫装置に使用するスプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の湿式排煙脱硫装置に使用するスプレー噴霧段のスプレーヘッダーの配置の別の例を示す平面図である。
【図４】本発明の湿式排煙脱硫装置の別の実施例の概略構成を示す一部透視斜視図である。
【図５】従来の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図６】従来の別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図７】従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図８】従来のさらに別の湿式排煙脱硫装置の概略構成図である
【符号の説明】
１…スプレー型吸収塔
２、２ａ…仕切板
３…排ガスダクト
３ａ…導入口
４、３４…第一吸収ゾーン
４ａ、４ｂ、４ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…入口側第一スプレー噴霧段
５、３５…第二吸収ゾーン
５ａ、５ｂ、５ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…入口側第二スプレー噴霧段
６…第三吸収ゾーン
６ａ、６ｂ、６ｃ…出口側スプレー噴霧段
７…排ガス排出口
８…ボトムタンク
９…循環ライン
１０…吸収液循環ポンプ
１１、１５、１６、２１、２３、２４…ポンプ
１２…石膏分離機
１３…石膏ピット
１４…濾液タンク
１８…空気ブロワー
１９…散気管
２０…石灰石スラリーピット
２２…石灰石スラリータンク
２６、２８、２９…スプレーヘッダー
２７、３０、３１…分岐スプレー管
３６、３７、３８…プロセス変数測定点
３９…演算機
４０、４１、４２、４３、４４、４５…制御フロー
Claims (2)
- スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、スプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫方法において、
第一吸収ゾーンにおいて、ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液を吸収塔内に導入した排ガスと並流方式で接触させるように噴霧して気液接触させた後にその排ガスを反転させて第二吸収ゾーンに導入し、
第二吸収ゾーンにおいて、ボトムタンク内の吸収液を排ガスと向流方式で接触させるように噴霧して気液接触させた後にその排ガスを反転させて第三吸収ゾーンに導入し、
第三吸収ゾーンにおいて、新たな石灰石スラリーを排ガスと並流方式で接触させるように噴霧して気液接触させることを特徴とする湿式排煙脱硫方法。 - スプレー型吸収塔内に導入口を経て導入した硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石灰石スラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化性ガスを吹き込んで亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石膏として固定化し、脱硫後の排ガスを排出口を経て吸収塔外に排出する湿式排煙脱硫装置において、
ボトムタンクより抜き出した石膏含有液から石膏を分離した後の吸収液を吸収塔内に導入した排ガスと並流方式で接触させるように噴霧するスプレー噴霧段を有する第一吸収ゾーンと、
ボトムタンク内の吸収液を第一吸収ゾーンを経た排ガスと向流方式で接触させるように噴霧するスプレー噴霧段を有する第二吸収ゾーンと、
新たな石灰石スラリーを第二吸収ゾーンを経た排ガスと並流方式で接触させるように噴霧するスプレー噴霧段を有する第三吸収ゾーンとを有することを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
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