JP4418987B2 - 有害ガスの脱硫装置 - Google Patents

Description

本発明は、工場や発電所、ゴミ焼却場などから排出される排煙や煤塵、特に亜硫酸ガスを含有した有害ガスを浄化するための脱硫装置に関し、通風圧損失を減少して駆動電力量の著しい減少をはかり、排ガスの浄化と良好な生活環境の保全をはかることを目的とする。

工場や発電所における排気ガス、あるいは燃焼排ガス等を脱硫して大気汚染要因となる物質を除去する手段としては、例えば過去に本発明者が開発した排煙脱硫装置が知られている（実公昭５３−１９１７１号公報参照）。

これは一端に被処理ガス入り口を有する環状エンド・プレートを、また他端に出口を有する環状エンド・プレートを、それぞれ設けたところの内壁に脱硫剤を汲み上げるＵ字状の樋からなる多数のリフターを軸方向に平行に取り付けるとともに、内部全空間に空隙あるいは空孔を有する多数の独立した充填物を充填した回転円筒を水平かつ回転可能に配設し、かつ該回転円筒の一端に脱硫剤スラリー供給手段を、また他端にその排出口を設けたものであり、充填物の下部をスラリー貯留部内に浸漬させつつ回転円筒を回転させて被処理ガスと脱硫剤スラリーとを向流又は並流接触させることにより気液接触させるようにしたものである。
実公昭５３−１９１７１号

しかしながら、上記した特許文献１に記載の排煙脱硫装置は回転円筒のガス入り口側と出口側の両端部に２枚の環状エンド・プレートを有し、また上記回転円筒の下部にスラリー貯留部を有しているために、被処理ガスの通路が著しく狭められる結果、通風圧損失が大きく脱硫効率が十分とはいえない。

さらに特許文献１に記載の排煙脱硫装置は、回転円筒の回転力を利用してスラリーを汲み上げるために必然的に装置の全体が大型化し、その結果回転円筒の駆動装置も大掛かりな構造となるのを免れず、駆動電力量の増大やメンテナンスなど保守コストの増大は避けられない。

そこで本発明は上記の欠点を無くし、脱硫効率を向上させることにより装置の小型化をはかるとともに、通風圧損失を減少させ、しかもスケールトラブルのない経済的で、メンテナンス性にも優れた脱硫装置を開発したものであって、具体的には片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を、それぞれ備えた一定の長さを有する固定ダクトと、該固定ダクト内に、片側の側面をガス導入口側に、また他側の側面をガス排出口側に対面させて水平軸を中心に回転自在に支承されたところの、左右側端面および円周面を格子状とした籠型回転円筒体とし、該籠型回転円筒体内に、気液接触用充填物を充填して回転充填層とし、回転充填層の一端（ガス入口側）及び他端（ガス出口側）にはそれぞれガスシールプレートを配してガスが回転充填層を軸方向に通過するように形成し、上記回転充填層の下には、吸収剤スラリーの供給パイプ及び生成物排出パイプを備えたスラリー貯留槽を設け、該スラリー貯留層から抽出し、循環ポンプで汲み上げたスラリーを前記籠型回転円筒体の水平軸を基準として周方向片側寄り（回転させようとする方向寄り）の上方外周面に、反対側寄りの上方外周面に対する噴射量に比して大量に噴射させることにより水車の原理により回転充填層を回転させるとともに、気液接触を行うことを特徴とする排煙脱硫装置に関する。

本発明は、上記のように構成されているので、回転充填層を回転させるための籠型回転円筒体を駆動するのに必要な大型の機械装置を必要とせず、単にガスの有害成分吸収用のスラリーを籠型回転円筒体の上方に循環させるだけで回転させることができるために、格別の駆動力源を必要としないから使用電力量も著しく低減させることができる。

また籠型回転円筒体内に充填されている充填物は、籠型回転円筒体の回転に伴い自在に転動可能であるために相互にぶつかり合い、また擦り合うことによりスケーリング防止効果がきわめて大きい。さらに充填物内に中子が遊動可能に装填されている場合においては充填物が相互にぶつかり合い、擦り合うばかりでなくそれぞれの充填物内においても中子が遊動してさらにスケーリング防止効果を強化するばかりでなく気液接触効果を高めることができる。

以下において本発明の具体的な内容を図の実施例をもとに説明する。図１は本発明に係る有害ガスの脱硫装置の一例をあらわしたところの、籠型回転円筒体の回転軸心を通る縦断面図であって、１は固定ダクト、８は籠型回転円筒体、９は籠型回転円筒体８内に装入される気液接触充填物、１０は籠型回転円筒体８の下部に形成されたスラリー貯留槽、１３はスラリー貯留槽内のスラリーを汲み上げて前記籠型回転円筒体の上方から側方外周面にかけて還流させるスラリー循環ポンプをあらわしている。

さらに固定ダクト１は、図１において水平方向に向けて一定の長さを有し、片側にガス導入口２を、また反対側にガス排出口３をそれぞれ備えるとともに、略中央部を下方および正面ならびに背面方向に膨らませて内部に籠型回転円筒体８を設置可能な内部空間が形成されている。また籠型回転円筒体８は、１１０φ×長さ：１１０ｍｍ程度の大きさの充填物を多数個充填するために、円周面には９０〜１００ｍｍ程度の間隔の格子状に形成されている。

籠型回転円筒体８は固定ダクト１内に、片側の側面をガス導入口２側に、また他側の側面をガス排出口３側にそれぞれ対面させて水平軸６を中心に一対のボス７ａ・７ｂによって回転自在に支承されており、しかもその左右側端面は、内部に装入される気液接触充填物９が外方に漏れない程度の隙間（９０〜１００ｍｍ程度）の格子状に形成されている。

さらに籠型回転円筒体８は、その径が大きい場合においては図５にあらわしたように、中心の水平軸６を中心に、これと同軸の小径筒体８ａ、中径筒体８ｂ、および放射状の隔壁８ｃ・８ｄをもって内部空間を複数の空間に分隔すると、籠型回転円筒体８の回転に伴って起こりやすい内部に装入した気液接触充填物９の偏りを防止して均等に位置させることができ、脱硫効率をより一層向上させることができる。

なお籠型回転円筒体８を支承する水平軸６は、一端をガス導入口２側に、また他端をガス排出口３側に、それぞれ軸受５ａおよび５ｂにより支承されている。また気液接触充填物９は、籠型回転円筒体８内において転動可能なように、図３にあらわしたような多数の格子状体９ａからなり、また該格子状体９ａ内には格子状体９ａ内において遊動可能な中子９ｂが装填されていると、籠型回転円筒体８の上方から撒かれたスラリーが籠型回転円筒体８内において液膜を形成しやすく、しかも導入ガスをスラリーと十分に気液接触させやすくなる。

具体的には図３に実施例としてあらわされている格子状体９ａは、外径：１１０ｍｍ×内径：９０ｍｍ×長さ：１１０ｍｍのプラスチック等合成樹脂製円筒状体からなり、周面および左右側面に少なくとも複数（図３の実施例では周面に合計１８箇所、左右の側面に各２箇所の窓９ｃ・９ｄを有して内部に中空室を形成した円筒体であり、また該円筒体（格子状体９ａ）の内部中空室内に遊動可能に装填される中子９ｂは、上記の窓９ｃ・９ｄより外方に漏れ落ちない程度の大きさ（図３の実施例では５０ｍｍφ×長さ５０ｍｍ）の２つの円筒体が装填されている。なお格子状体９ａ、および中子９ｂの材質については、上記のほかに金属、ゴム等の使用も考えられる。

またここで使用される気液接触充填物９は、例えばラシヒリング、ポールリング、ネットリングの如き、籠型回転円筒体８内に多数の空隙を形成することができる塊状のもの、あるいは金網状物、多孔板状物を円柱状に加工したもの等を充填して用いてもよい。

さらにスラリー貯留槽１０は、上記固定ダクト１の底部に付設され、籠型回転円筒体８の下部に位置して形成されている。なお１１は空気吹き込み装置、１２は攪拌装置、１４ａ・１４ｂはガスシールプレートをあらわしている。なおスラリー貯留槽１０の底部にはバルブ１５を介して石膏を取り出すためのパイプ１６が接続されている。スラリー貯留槽１０内に貯留されるスラリーは石灰石粉スラリーが用いられ、石灰石スラリー供給パイプ１７よりスラリー貯留槽１０内に供給される。

スラリー循環ポンプ１３は、スラリー貯留槽１０内のスラリーを汲み上げて前記籠型回転円筒体８の上部外周面および側面に撒布する。この場合に、汲み上げポンプＰによりスラリー貯留槽１０内より汲み上げられたスラリーは、パイプ１３ａおよび１３ｂを介して籠型回転円筒体８の水平軸６を基準とした周方向片側寄りの上方外周面および側面部に還流させる量を他の側よりやや多く還流させる。

なおこの場合、スラリーの噴射還流は、上記したようにパイプ１３ａおよび１３ｂを介して籠型回転円筒体８の水平軸６を基準とした周方向片側寄りの上方外周面および側面部に噴射されるが、籠型回転円筒体８の水平軸６を基準とした周方向片側への寄り加減を適宜調整することによりスラリー重量バランスの偏りを利用して籠型回転円筒体８の回転速度を調整するものとする。

上記の構成において、石灰石スラリー供給パイプ１７より石灰石粉スラリーがスラリー貯留槽１０内に継続的に供給される。供給されたスラリーは貯留槽１０内において空気吹き込み装置１１によりエアパージされながら攪拌装置１２により常時攪拌されて十分に酸素富化され、スラリー還流手段１３のポンプＰにより汲み上げられてパイプ１３ａおよび１３ｂを介して籠型回転円筒体８に分散灌液する。因みに循環させるスラリー量については、液・ガス比：１１ l/Nm³程度以上の量であれば問題がない。

この分散灌液は必ずしもスプレーノズルを必要とするものではなく、単に供給パイプの先端より流下させるだけでもよい。この場合気液接触充填物９などの充填物を充填した籠型回転円筒体８は、水平軸６を中心に回転する対称形状であるところから僅かなトルクにより回転することができる。したがって籠型回転円筒体８への分散灌液は、この場合籠型回転円筒体８の水平軸６を基準とした周方向片側寄り（回転させようとする方向寄り）の上方外周面および側面部に噴射して大量に還流させることにより籠型回転円筒体８は水車の原理により回転を開始する。

またこれに伴って籠型回転円筒体８の反回転側に比して回転方向側の籠型回転円筒体８の半円部を流下するスラリー量のほうが多いために、その重量に比例したトルクも働き、その結果籠型回転円筒体８は継続して回転を続けることができる。

一方籠型回転円筒体８の所要回転速度については、固定ダクト１内を通過するガスが籠型回転円筒体８内を通過する際にスラリーに対して十分に気液接触がなされればよいわけであるから、３ｒｐｍ程度で十分である。なおこの場合１ｒｐｍを下回ると気液接触は不十分となり、また７ｒｐｍを超えても、その効果は殆ど変わらない。したがって１〜７ｒｐｍの範囲内であるのが理想的といえる。

これらの籠型回転円筒体８の所要回転速度については、スラリー還流手段１３のポンプＰのスラリー汲み上げ量を調整することにより容易に調整することができるほか、籠型回転円筒体８の外周面に正回転用または逆回転用のバケット又は受圧板を設置し、それぞれのバケット又は受圧板へのスラリーの流量を調節することによっても容易に調整することができる。有害ガスは図示しない送風機によりガス導入口２から固定ダクト１内に導入され、中央の籠型回転円筒体８を通過してガス排出口３側へと送り出され、ミストセパレータ４を経て排気される。

一方籠型回転円筒体８に還流されたスラリーは、籠型回転円筒体８内を流下するスラリーの重力および籠型回転円筒体８自体の回転の影響をうけながら気液接触充填物９などの表面を流下し、その際に形成されるスラリー液膜が固定ダクト１内を通過するガスとの広い面積での気液接触による反応を行いつつ貯留槽１０内に落下する。貯留槽１０内に落下したスラリーはガスとの気液接触により多量の石膏を含んでいる。貯留槽１０内では、攪拌装置１２によって攪拌しながら空気吹き込み装置１１によりエアパージがおこなわれ、新鮮な酸素を補給しつつ石灰石粉を溶解しつつスラリーを順次循環させる。

なお、このときの反応については、
ＳＯ_２ ＋ 1/2Ｏ_２＋ＣａＣＯ_３＋２Ｈ_２Ｏ→ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ＋ ＣＯ_２
である。なおこの系のコントロールについては、
１．石灰石スラリーの供給量：
脱流率若しくはスラリーのＰＨによりコントロールする
２．貯留槽液面：
石膏スラリーの排出量によりコントロールする
によりおこなわれる。

比較例

さきに引用した実公昭５３−１９１７１に基づいて、１ｍφ：１基、３．２ｍφ：１基、４．５ｍφ：２基の、合計４基の実機運転データをもとに、石灰石ー石膏法排煙脱硫装置の試設計を行った結果は下記の通りである

ガス処理量（Nm³/_h） ２０万 ５０万 １００万 ３００万
回転円筒（充填層）の大きさ
直径（m） ６．２ ９．９ １４．０ ２４．３
長さ（m） ３ ３ ３ ３
回転速度（rpm） ５ ５ ５ ５
充填物（mm） 110φ×110 110φ×110 110φ×110 110φ×110
液ガス比（l/Nm³/_h） １１ １１ １１ １１
循環ポンプの容量（m³/h） 2,200 5,500 11,000 33,000
通風圧損失（mn水柱） 200以下 200以下 200以下 200以下
脱硫剤スラリー 13％石灰石 同左 同左 同左
副産物 石膏 同左 同左 同左
ガス入口ＳＯ_２（ppm） 1,000 1,000 1,000 1,000
脱硫率 ９５％ ９５％ ９５％ ９５％
ポンプの所要ヘッド（水柱ｍ）
１０ １５ ２０ ３０

石灰石ー石膏法排煙脱硫装置としては、これまでスプレータワー方式のものが主流であったが、この方式による場合には通風圧損失が大きいために高圧の排風機を必要とし、またスラリーを高い位置においてスプレーする関係で使用するポンプ動力も大きかった。そこで本発明においては、図３に示したような気液接触充填物を用いるようにし、しかもこれを多数収容した籠型回転円筒体を、スラリー還流手段によりスラリー貯留槽内より汲み上げて籠型回転円筒体の周方向片側寄りの上方外周面に還流させたスラリーの流下重量により回転させるようにしたところ、下記に示す良好な省エネルギー効果を得ることができた。

すなわち雑誌「火力原子力発電」によれば、３００万Nm³/_h 級の設備として、松浦火力２号機（電発）、常陸那珂１号機（東電）が紹介されており、
松浦火力２号機の場合では、
循環ポンプ ： ７２．５M³/min×１２台、
通風機 ： ３９，２００M³/min×５６０mmAg
常陸那珂１号機の場合では、
循環ポンプ ： １２７．５M³/min×５台、
という記載がある。これを計算してみると、前者が５２，２００m³/h、また後者が３８，２５０m³/hということになる。

これを既述した３００万Nm³/_hの場合と比較すると、ポンプ動力については設計値より大きい。つまり本発明のようにスラリー液の還流力により籠型回転円筒体８を回転させる場合の方が遥かにエネルギーが小さいということになる。次に通風機について比較してみると、本願の発明の場合には２００mmAg程度で十分であるのに対し、上記した松浦火力２号機の場合では５６０mmAgであり、２倍を超えていることが解る。したがって本願の発明によれば風車動力でもエネルギーが半減できることになる。

上記により明らかであるように、本発明によれば機械的構造が単純で、とくに風車およびスラリー循環ポンプ１３の設備費も安価ですむために、排煙脱硫装置としてきわめて低コストに提供することができるほか、排煙脱硫に要する電力を著しく減少させることができ、発電機出力比について少なくとも０．５％以下の高い省エネルギー効果を発揮できるために、ランニングコストも低く抑えることができる。

またこの場合に、スラリー濃度を上げることにより液・ガス比を減少させ、さらに籠型回転円筒体８の回転速度についても、スケーリングの防止目的だけを考えれば１ｒｐｍ／ｍｉｎ程度で十分であるが、液・ガスの十分な反応性を確保する機能面においては、回転速度をより一層上げたほうが液。ガス比を低下させ、しかも液・ガス比を低下させて吸収効率を上昇させることができるのでさらに好ましい。

本発明の一実施例である有害ガス脱硫装置の概略をあらわした要部縦断面図。 図１におけるＡ−Ａ線矢視方向の断面図。 本発明において用いられる気液接触充填物の拡大した正面図および側面図。 スラリー還流手段によるスラリーの流れをあらわした籠型回転円筒体の断面図。 本発明において用いられる籠型回転円筒体の別の実施例をあらわした断面図。

符号の説明

１ 固定ダクト
２ ガス導入口
３ ガス排出口
４ ミストセパレータ
５ａ 軸受
５ｂ 軸受
６ 水平軸
７ａ ボス
７ｂ ボス
８ 籠型回転円筒体
８ａ 小径筒体
８ｂ 中径筒体
８ｃ 放射状の隔壁
８ｄ 放射状の隔壁
９ 気液接触促充填物
９ａ 格子状体
９ｂ 中子
９ｃ 窓
９ｄ 窓
１０ スラリー貯留槽
１１ 空気吹き込み装置
１２ 攪拌装置
１３ スラリー循環ポンプ
１３ａ パイプ
１３ｂ パイプ
１４ａ ガスシールプレート
１４ｂ ガスシールプレート
１５ バルブ
１６ パイプ
１７ 石灰石スラリー供給パイプ

Claims (1)

1. 片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を、それぞれ備えた一定の長さを有する固定ダクトと、該固定ダクト内に、片側の側面をガス導入口側に、また他側の側面をガス排出口側に対面させて水平軸を中心に回転自在に支承されたところの、左右側端面および円周面を格子状とした籠型回転円筒体とし、該籠型回転円筒体内に、気液接触用充填物を充填して回転充填層とし、回転充填層の一端（ガス入口側）及び他端（ガス出口側）にはそれぞれガスシールプレートを配してガスが回転充填層を軸方向に通過するように形成し、上記回転充填層の下には、吸収剤スラリーの供給パイプ及び生成物排出パイプを備えたスラリー貯留槽を設け、該スラリー貯留層から抽出し、循環ポンプで汲み上げたスラリーを前記籠型回転円筒体の水平軸を基準として周方向片側寄り（回転させようとする方向寄り）の上方外周面に、反対側寄りの上方外周面に比して大量に噴射させることにより水車の原理により回転充填層を回転させるとともに、気液接触を行うことを特徴とする排煙脱硫装置。

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