JP4785006B2

JP4785006B2 - 湿式排煙脱硫装置

Info

Publication number: JP4785006B2
Application number: JP2007553831A
Authority: JP
Inventors: 直己尾田; 篤片川; 一大倉
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: US20090277334A1; WO2007080676A1; DE112006003662T5; JPWO2007080676A1; US7976622B2

Description

本発明は排ガス中の硫黄酸化物（以下、ＳＯｘということがある）、ばいじん及びボイラ燃料中に含まれる成分や物質を石灰石または石灰を含むスラリを含有する吸収液を用いて低減する湿式排煙脱硫装置に関する。

大気汚染防止のため、排ガス中に含まれる硫黄酸化物などを除去する装置として、湿式石灰石−石膏脱硫装置が広く実用化されている。この排煙脱硫装置の系統を図５に示す。ボイラ等の燃焼装置から排出される排ガスは、入口煙道２から吸収塔１内に導入され、吸収塔１内に設置された排ガス流れ方向に複数段設けられるスプレヘッダ３にそれぞれ設けられるスプレノズル５より噴霧される石灰石または石灰を含むスラリなどの吸収液の液滴と接触することにより、排ガス中の塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスとともに排ガス中のＳＯｘが吸収される。同時に燃焼装置で用いる燃料中に含まれる成分に起因するばいじん、その他の物質が吸収液により吸収、除去される。

また、排ガスに同伴されるミストは吸収塔１の出口煙道４に設置されたミストエリミネータ７により除去され、清浄な排ガスは出口煙道４を経て、必要により再加熱されて煙突より排出される。ＳＯｘの吸収剤である、例えば石灰石は石灰石スラリ８として図示していない石灰石スラリポンプにより吸収塔１の液溜め部９内にＳＯｘ吸収量に応じて供給される。

液溜め部９内の吸収液は液溜め部９に接続する複数の吸収液循環配管１１により抜き出され、該循環配管１１に設けられた吸収塔循環ポンプ１２により昇圧され、各循環配管１１に接続したスプレヘッダ３にそれぞれ送られた後、スプレノズル５から噴霧される。吸収塔内を上昇する排ガスは前記噴霧された吸収液滴と気液接触して排ガス中のＳＯｘなどが吸収、除去される。

排ガス中のＳＯｘは吸収液中のカルシウムと反応し、中間生成物として亜硫酸カルシウム（重亜硫酸カルシウムを含む）になり、液溜め部９に落下し、図示していない空気ブロワ等により昇圧されて液溜め部９に供給された空気１４により石膏に酸化され、最終生成物（石膏）となる。このように吸収塔１内に空気を直接供給することにより、排ガス中のＳＯｘの吸収反応と、生成した亜硫酸カルシウムの酸化反応を同時に進行させることにより脱硫反応全体が促進される。

なお、亜硫酸カルシウムの酸化反応のために液溜め部９に供給する空気１４は酸化用撹拌機１５により微細化することにより酸化空気の利用率を高めている。その後、吸収液スラリは液溜め部９から生成石膏量に応じて抜出しポンプ１６により昇圧されて抜き出され、石膏脱水設備１７に送られ、粉体の石膏として回収される。

近年、湿式排煙脱硫装置の信頼性向上及び経済的観点から大容量ボイラあるいは複数のボイラからの大容量排ガスを１つの吸収塔で処理するケースが増加してきている。また、排ガス中のＳＯｘ濃度が高い場合、あるいは大容量排ガス又は高ＳＯｘ濃度の排ガスを高い効率で脱硫することが要求される場合には、吸収塔の循環スプレ量を増加させることで、所要脱硫性能を満足させている。

特に大容量であって、高ＳＯｘ濃度の排ガスを高効率に脱硫することが要求されるプラントにおいては吸収塔循環液量が増大する。一方で、吸収塔スプレヘッダ３に取り付けられるスプレノズル５の吸収液噴霧容量及び各スプレヘッダ３に取り付けるスプレノズル５の設置個数及び循環ポンプ１２の液供給量性能にそれぞれ限界があるため、各スプレヘッダ３のスプレノズル５へ循環供給する吸収液量に制約があり、スプレヘッダ３を複数段設置している。

図５に示すようにスプレヘッダ３が三段ある場合には、循環ポンプ１２の容量の制約上、一段のスプレヘッダ３に対して吸収塔循環ポンプ１２が一台、場合により複数台設置する必要がある。前述の大容量排ガスの処理が可能で、かつ高ＳＯｘ濃度の排ガスを高効率で脱硫する排煙脱硫装置では循環液量が増大するため、スプレヘッダ３の段数及び循環ポンプ１２の台数を従来よりも増加させる必要がある。
この様な要望に応えるための吸収塔の工夫が下記特許文献に開示されている。
米国特許第５，６２０，１４４号明細書特開２００３−１７５３１４号公報

前述の図５に示す吸収塔において、設備費低減のためにスプレ段数を低減することが有効であるが、この場合、スプレヘッダ３は液量が増加するために大口径にせざるを得ない。従来技術において、同一吸収液循環流路に対して循環ポンプ１２を二台を設置する場合、図４の縦型吸収塔のスプレヘッダが配置された一つの水平断面から吸収塔内を見た図に示すように吸収塔内の排ガス流れ方向に直交する一つの平面内に吸収塔の対向する２つの壁面から吸収塔内に複数個のスプレヘッダ３を挿入して、各スプレヘッダ３のスプレノズル５から吸収液を噴霧する構成が容易に考えられる。前記特許文献１として挙げた米国特許第５，６２０，１４４号明細書記載の発明が、図４に示す構成に類似している。

しかし、図４に示す構成においても、循環ポンプ（図示せず）の出口から吸収液循環配管１１を経由して水平方向に長手方向が向いた各スプレヘッダ３に対して十分な吸収液を供給するためにはスプレヘッダ３の口径は通常１ｍ以上にする必要がある。従って、縦型吸収塔１の高さ方向に複数段のスプレヘッダ３を設置すると、隣接する２つのスプレヘッダ３，３間の隙間を適切に確保するために、スプレヘッダ設置部の高さが比較的高くなり、これにより吸収塔１の全体の高さも高くなり、吸収塔１のコスト増加となる。また、複数段のスプレヘッダ３の設置高さが高くなると吸収塔循環ポンプ１２の揚程が増加し、ポンプ１２の消費電力が従来より増加することになる。さらに、大口径のスプレヘッダ３を吸収塔１の周辺に設置するとメンテナンスのための歩道の配置が困難となる問題も発生する。

また、特許文献２記載の発明は排ガス脱硫効率を高くするために、縦型吸収塔内に垂直に立てて下端部を液溜め部に浸漬した仕切板により吸収塔内で排ガスを迂回させながら流す構成が開示されており、該仕切板に水平方向に伸びる複数段のスプレノズルが設置されている。しかし、この発明は各段のスプレノズルは縦型吸収塔の側壁を貫通する構成であり、図５に示す吸収塔と基本的な構成は同じであり、スプレヘッダ設置部の高さが比較的高くなり、これにより吸収塔の全体の高さも比較的高くなる。

本発明の課題は、大容量排ガスの処理が可能で、かつ高ＳＯｘ濃度の排ガスを高効率で脱硫することが要求されるプラントにおいて、吸収塔循環液量が増大する場合でも吸収塔の高さ及び吸収塔循環ポンプの動力を増加させることなく、且つ、メンテナンス用の歩道を容易に配置できる湿式排煙脱硫装置を提供することである。

上記本発明の課題は次の解決手段により達成される。
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される排ガスを導入し、石灰石または石灰を含むスラリを含有する吸収液を排ガス流れ方向に複数段設けられたスプレヘッダのスプレノズルから排ガス中に噴霧して前記排ガス中に含まれるばいじん、硫黄酸化物および燃焼装置で用いる燃料中に含まれる成分に起因する物質を吸収、除去する吸収塔と、該吸収塔下部に設けた吸収液溜め部と、該吸収液溜め部から吸収塔外部に抜き出した吸収液を再び前記各スプレヘッダにそれぞれ循環供給する複数の吸収液循環流路とを備えた湿式排煙脱硫装置において、各循環流路は、それぞれのスプレヘッダ毎に吸収液溜め部に近い空塔部壁面から吸収塔内に入り、吸収塔中心部又はその近傍から排ガス流れに沿った方向に、その長手方向が配置され、その先端部はスプレヘッダに接続された構成からなる湿式排煙脱硫装置である。

請求項２記載の発明は、各スプレヘッダのスプレノズルは吸収塔内の排ガス流れ方向に直交する平面に互いに同心円をなすように複数個配置された請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。
請求項３記載の発明は、各スプレヘッダのスプレノズルは吸収塔内の排ガス流れ方向に直交する平面に互いに直線形状をなすように複数個配置された請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項１〜３記載の本発明によれば、排ガス処理量が増えても吸収塔内のスプレヘッダの高さが従来より高くなることがなく、且つ、吸収液循環流路内の吸収液循環流の駆動力を増加させることも防止でき、さらに、スプレノズル周辺のメンテナンス用の歩道の配置が容易にできる。

本発明の実施例による湿式排煙脱硫装置の概略系統を図３に示す。
図３に示す排煙脱硫装置は、縦型吸収塔循環ポンプ１２の出口から立ち上げた各吸収液循環配管１１を吸収塔１の入口煙道２より下方であって、液溜め部９の液面に近くの空塔部から吸収塔１の内部に挿入した後、スプレノズル５を取り付けたスプレヘッダ３まで立ち上げたことが、図５に示す従来の排煙脱硫装置とは構成が異なる。

図３に示す吸収塔１において、排ガス流れ方向に複数段設けられる各スプレヘッダ３に対応して各吸収塔循環ポンプ１２を備えたそれぞれの吸収液循環配管１１は、吸収塔１の壁面を貫通して吸収塔内部に挿入され、吸収塔１の液溜め部９の液面近くの中心部から垂直に立ち上がり、スプレヘッダ３に接続している。吸収塔１の壁面を貫通して内部に挿入されて吸収塔１のほぼ中心部に達する吸収液循環配管１１は傾斜した配管からなり、吸収塔１のほぼ中心部からスプレヘッダ３に接続する部分は垂直に立ち上げた構成とすることが好ましい。

配管１１に傾斜部を設けることで、吸収塔循環ポンプ１２の運転を停止した際、スプレヘッダ３内部の吸収液スラリが速やかに液溜め部９に流れ落ちる。吸収塔循環ポンプ１２の運転を停止した際に、スプレヘッダ３内部の吸収液スラリの流れが停滞すると吸収液スラリ中の固形物がスプレヘッダ３や吸収液循環配管１１の内部で沈降して、スプレヘッダ３や配管１１内を閉塞させるおそれがあるが、上記配管１１に傾斜部があると、このような事態を防止できる。

また、スプレヘッダ３と吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１のサポートについては、吸収塔１内部にスプレヘッダ３と吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１の専用のサポートを設けても良いが、スケーリング等を極力防止するためには、内部部品点数を低減する方が好ましい。従って、スプレヘッダ３の端部を吸収塔１の内壁面に溶接等で固定することで、スプレヘッダ３のサポートとすることも可能である。

本実施例の各スプレヘッダ３のスプレノズル５の配置を図１に示すが、本発明の実施例はこれに限定されるものではない。
吸収塔１の中心部から鉛直方向上方に伸びた吸収液循環配管１１には水平方向に配置されたスプレヘッダ３ａに接続する。図１に示すスプレヘッダ３ａは平面視で十字形状であり、十字型のスプレヘッダ３ａには吸収塔１の中心部にある吸収液循環配管１１を中心として水平方向に平面を有する同心円である複数の円形型のスプレヘッダ３ｂを複数接続させる。円形型のスプレヘッダ３ｂには多数のスプレノズル５を設置することにより、吸収塔１内部の水平方向の同心円上に複数のスプレノズル５が設置されることになる。

排ガスの脱硫性能を満足させるためには、各スプレノズル５から噴霧する吸収液の量に差があることは許されないので、各々のスプレノズル５の噴霧液量をほぼ同じ量にする必要がある。十字型のスプレヘッダ３ａ内の吸収スラリ流量は、吸収塔１中心部の吸収液循環配管１１近傍は多く、吸収塔１壁面に近くなるにしたがって少なくなる。スプレノズル５の数量の関係で、スプレヘッダ３ｂの配管径が全て同じである場合、該スプレヘッダ３ｂの内部の吸収液スラリの流速は、吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１近傍は大きく、吸収塔１壁面近傍の吸収液スラリ流速は小さくなる。そのため、吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１付近のスプレノズル５の噴霧液量は多く、壁面近傍の噴霧液量は少なくなるというアンバランスが発生することになり、脱硫性能を満足させるには好ましくない。

前記噴霧液量のアンバランスを回避するためには、本実施例では十字型のスプレヘッダ３ａの内部流速を、ヘッダ３ａの全ての部位でほぼ一定に維持できるように、その設置部位によって配管径を変える。

すなわち、吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１近傍の十字型スプレヘッダ３ａの配管径は大きく、吸収塔１の壁面に近くなるにしたがって、配管１１内部の流速を一定に維持するようにスプレヘッダ３ａの配管径を順次小さくする。図１にはその具体例として、十字型のスプレヘッダ３ａの適宜部位にレジューサ１３を設けて、段階的に配管径を小さくした例を示している。あるいは、スプレヘッダ３ａの配管径を吸収塔１の中心部から壁面に近づくに従って順次、連続的に小さくしても良い。

また、図２に示すように縦型吸収塔１の中心に鉛直方向に配置した吸収液循環配管１１に水平方向に拡がる十字型のスプレヘッダ３ａを接続し、該ヘッダ３ａの長手方向に直交し、かつ水平方向に伸びる直線型のスプレヘッダ３ｃを複数接続することにより、スプレノズル５は吸収塔１の水平面内で矩形状に配置される構成としても良い。図２では、十字型のスプレヘッダ３ａの配管径は吸収塔１の中心部の吸収液循環配管１１から吸収塔１の壁面に近くなるにしたがって連続的に小さくなる例を示しているが、図１で示しているようにレジューサ１３を用いて、段階的に小さくなるようにしても良い。

大容量排ガスの処理が可能で、かつ高ＳＯｘ濃度の排ガスを高効率で脱硫することが要求されるプラントに本発明は有効である。

本発明の高ＳＯｘ濃度の排ガスを処理する湿式脱硫装置のスプレヘッダ及びスプレノズル配置を示す図で、スプレノズルが同心円をなすように配置した図である。本発明の高ＳＯｘ濃度の排ガスを処理する湿式脱硫装置のスプレヘッダ及びスプレノズル配置を示す図で、スプレノズルを直線形状に配置した図である。本発明の高ＳＯｘ濃度の排ガスを処理する湿式排煙脱硫装置の吸収塔周りの系統を示す図である。従来の高ＳＯｘ濃度の排ガスを処理する湿式排煙脱硫装置のスプレノズル配置を示す図である。従来の湿式排煙脱硫装置の吸収塔周りの概略系統を示す図である。

Claims

燃焼装置から排出される排ガスを導入し、石灰石または石灰を含むスラリを含有する吸収液を排ガス流れ方向に複数段設けられたスプレヘッダのスプレノズルから排ガス中に噴霧して前記排ガス中に含まれるばいじん、硫黄酸化物および燃焼装置で用いる燃料中に含まれる成分に起因する物質を吸収、除去する吸収塔と、該吸収塔下部に設けた吸収液溜め部と、該吸収液溜め部から吸収塔外部に抜き出した吸収液を再び前記各スプレヘッダにそれぞれ循環供給する複数の吸収液循環流路とを備えた湿式排煙脱硫装置において、
各循環流路は、それぞれのスプレヘッダ毎に吸収液溜め部に近い空塔部壁面から上向きの傾斜配管を経由して吸収塔内に入り、吸収塔中心部又はその近傍から排ガス流れに沿った方向に、その長手方向が配置されその先端部はスプレヘッダに接続された構成からなることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
各スプレヘッダのスプレノズルは吸収塔内の排ガス流れ方向に直交する平面に互いに同心円をなすように複数個配置されたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
各スプレヘッダのスプレノズルは吸収塔内の排ガス流れ方向に直交する平面に互いに直線形状をなすように複数個配置されたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。