JP5234783B2 - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Description

本発明はボイラなどの燃焼装置から排出される燃料の燃焼排ガスを浄化するための排煙脱硫装置に係り、特に排ガス中の硫黄酸化物（以下、ＳＯｘと記す）、ばいじん、燃料中に含まれる成分や物質を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に燃焼排ガス中の硫黄酸化物の除去装置として、湿式石灰石−石膏脱硫装置が広く実用化されている。この脱硫装置の系統を図９に示す。ボイラ等からの排ガス１はガス入口部３から吸収塔４に導入され、吸収塔４内にガス流れ方向に多段に設置されたスプレヘッダ８の各々のヘッダ８に設けられた多数のスプレノズル８ａから噴霧される吸収液の液滴と接触することにより、排ガス１中のばいじんや塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスとともに、排ガス１中のＳＯｘが液滴表面で吸収される。排ガスに同伴されるミストは吸収塔出口に設置されたミストエリミネータ５により除去され、清浄な排ガス２は出口煙道６を経て、必要により再加熱されて煙突より排出される。

また、このときの吸収塔４の入口部３を流れる排ガス１中のＳＯｘ濃度は入口ＳＯｘ計４１で測定される。石灰石スラリ槽１５内にはＳＯｘの吸収剤である石灰石１６が貯められているので、該石灰石スラリが石灰石スラリポンプ１７により吸収塔４内の下部にある液貯部４ａに供給される。石灰石スラリの吸収塔４への供給量は吸収塔４内におけるＳＯｘ吸収量に応じ石灰石スラリ流量調節弁１８により調整される。

吸収塔４内の液貯部４ａのスラリ状の吸収液は吸収塔循環ポンプ７により昇圧されて循環配管１３を経由して吸収塔４内の上部の空塔部に設けられ、ガス流れ方向に多段に設けられたスプレヘッダ８に供給される。各スプレヘッダ８にはスプレノズル８ａが多数設けられているので、該スプレノズル８ａから吸収液が噴霧され、排ガスと気液接触する。排ガス中のＳＯｘは吸収液中のカルシウム化合物と反応し、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、吸収塔４の液溜部４ａに落下し、酸化用空気ブロワ２１より吸収塔４の吸収液中に供給される空気により、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４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反応全体が促進され、脱硫性能が向上する。なお、その際に吸収塔４に供給する酸化空気は、液溜部４ａ内の吸収液を攪拌する酸化用撹拌機２６により微細化されることにより酸化空気の利用率を高めている。

その後、吸収液は抜出しポンプ９により液溜部４ａから生成石膏量に応じて抜き出されるが、その一部はｐＨ計タンク３０に送られ、ｐＨ計タンク３０に設置されたｐＨ計３１により吸収液のｐＨが測定される。その他の吸収液は、石膏脱水設備１０に送られ、粉体の石膏１１として回収される。

一方、石膏脱水設備１０で分離された水１２は石灰石スラリ槽１５等の補給水として系内で再利用されるが、その一部は塩素等の濃縮を防ぐために排水１４として抜き出され、排水処理設備５０に送られる。排水処理設備５０では排水１４中に含まれる各成分に対して排出規準値以下となるように、薬品を添加すること又はイオン吸着樹脂等で処理することなどの化学的処理や、菌類による生物的処理が行われ、排水中の有害物質の除去処理が行われる。

上記従来技術において、スプレヘッダ８に設置されたスプレノズル８ａより噴霧される吸収液の液滴の一部は、吸収塔４の塔壁を伝わって液貯部４ａに落下する。
吸収塔塔壁部を伝わって落下する吸収液はＳＯｘをほとんど吸収しないため、必要脱硫率を得るために必要なスプレノズル８ａから噴霧する吸収液量は増加する傾向にある。

また図８に現状の吸収塔４の水平断面視図を示すが、円筒形の吸収塔４の場合には塔壁周辺のスプレノズル８ａの数は少なくなり、吸収塔４の塔壁周辺部の吸収液の滴密度が低くなる傾向にある。なお、図８中の白丸のスプレノズル８ａの下向きの吸収液の噴霧角度は約９０度である。

このように吸収塔４内の吸収液の噴霧液滴密度に偏差が生じると、排ガスが液滴密度の低い部分に多く流れることにより、十分な気液接触が行われず、排ガス中のＳＯｘの吸収性能が部分的に低下し、全体の脱硫性能に影響するという問題があった。

この対策として、吸収塔の塔壁部全周にリングを設置することで塔壁を伝う吸収液を吸収塔中心部に再飛散させる発明が特許文献１に提案されている。
一方、吸収塔のガス入口部の上部に樋を設けて、ガス入口部での吸収液中の固形分がドライアップすることを防ぐ発明が特許文献２で提案されている。
米国特許第６,５５０,７５１号明細書 特開２００１−３２７８３１号公報

前記特許文献１に提案されている吸収塔の塔壁部の全周にリングを設置すると、リングにより再飛散した吸収液が吸収塔の入口部においては液膜となって吸収塔内のガス上昇流の圧力損失を増大させるため経済的でない。
また、特許文献２記載の発明は、吸収塔の入口部での吸収液中の固形分のドライアップの防止を図るだけであり、吸収塔塔壁部を伝わって落下する吸収液を排ガス中のＳＯｘの吸収に利用することに関してはまったく考慮されていない。

本発明の課題は、吸収塔塔壁部を伝わって落下する吸収液を吸収塔入口部を除いて吸収塔中心部に再飛散させることで圧力損失の上昇を抑制しながら気液接触効率を向上させ、さらに塔壁部のガスの偏流を防ぐことにある。

本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される燃料の燃焼排ガスを導入するガス入口部を側壁に備え、該ガス入口部から導入して上昇する排ガスに対して石灰石または消石灰を含む吸収液を噴霧するために、ガス流れ方向に多段状に設けたスプレヘッダを備えた吸収塔を有する湿式排煙脱硫装置において、吸収塔のガス入口部上部の塔側壁に樋を配置し、該ガス入口部の樋配置部以外の塔側壁部に、ガス入口部上部に配置された樋と同一高さ又はほぼ同一高さで塔内側に張り出す平面視で馬てい形のノーズを設置する湿式排煙脱硫装置である。

吸収塔塔壁部において吸収塔内側に馬てい形のノーズを突出させることにより、吸収塔塔壁部を伝わる吸収液を吸収塔中心部へ再飛散させ、気液接触効率を向上させることができる。また塔壁部をショートパスする排ガスを吸収塔中心方向に向けることで排ガスの偏流を防止することができる。

さらに、吸収塔の排ガス入口部の上部においては前記ノーズを設置せずに樋を設置することにより、この領域では吸収液の液膜の生成を防止できる。特に、吸収塔においてガス入口部と対向する位置にある塔壁付近が高ガス流速となり、排ガスの吹抜けが起こりやすい傾向にあることから、吸収塔の排ガス入口部の上部に樋を設置して、馬てい形のノーズとの連携により排ガスの吸収塔内での圧力損失を増大させることなく、脱硫性能を従来より向上させることができる。

馬てい形のノーズをガス入口部に対向する塔壁面に設置することで、ガス入口部に対向する塔壁面部近傍での吸収液の液密度を増大させ、排ガスの吹き抜けを防止するとともに全体のガス流速を均一にすることが出来る。

請求項２記載の発明は、吸収塔のガス入口部上部の樋の設置範囲は塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に９０〜１８０度とし、ノーズの設置範囲は仮想鉛直軸線を中心に水平方向に１９０〜２８０度とする請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項３記載の発明は、吸収塔のガス入口部上部の樋及びガス入口部以外のノーズの塔中心方向への張出し長さを１００〜５００ｍｍとする請求項１又は２に記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項４記載の発明は、ノーズの設置位置は最下段のスプレヘッダより下方位置の塔壁面にある請求項１ないし３のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項５記載の発明は、ノーズの設置位置は最下段のスプレヘッダと最下段の次の上段のスプレヘッダの間とし、吸収塔ガス入口部に対向する塔側壁面に配置する請求項１ないし３のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項６記載の発明は、ノーズを塔側壁に上下方向に、互いに上下方向で重ならないように段違いに配置する請求項１ないし５のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項１記載の発明によれば、吸収塔のガス入口部（ダクト）の上部に設置した樋とそれ以外の馬てい形のノーズとの連携により、気液接触効率が従来技術に比べて向上して、排ガスの脱硫性能も従来以上に向上し、必要な吸収液の循環液量の低減と循環ポンプの動力低減が図れる。また吸収塔ガス入口部に設けた樋とガス入口部以外の内壁面に設けた馬てい形ノーズの組み合わせにより吸収塔ガス入口部の圧力損失を従来技術に比べて低減することができ、脱硫ファンの動力低減が可能となる。

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ガス入口部の開口部の大きさを吸収塔に対して塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に９０°以上の角度で拡がった範囲とすることで、該入口部での偏流を防止することができ、また入口部３の開口部の大きさの上限を前記塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に１８０°までとすることで吸収塔の強度を保つことができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加えてノーズ張り出し長さを１００〜５００ｍｍとすることで、塔壁を伝わって流れ落ちる液を程よく再飛散させ、またガスの吹き抜けをできるだけ少なくし、さらに塔内でのガスの上昇流の圧力損失を抑えることができる（図４参照）。

請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて壁面を伝わって流下する液が一番多くなる最下段（１段目）のスプレヘッダの下方位置にノーズを設置することで、吸収塔の壁面を伝わって流下する液膜となって流れる吸収液を吸収塔内に再飛散させる効果が大きい。

請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて壁面を伝わって流下する吸収液が二番目に多くなる最下段とその上の段のスプレヘッダの間にノーズを設置することで、スプレされた吸収液の一部が吸収塔の壁面を伝わって流下する液膜となって流れるものを吸収塔内に再飛散させる効果が大きく、またノーズを吸収塔ガス入口部に対向する塔側壁面に配置することで、ガスの上昇流れに対しての圧力損失の程度が低くなる。

請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の発明の効果に加えてノーズを塔側壁に上下方向に、互いに上下方向で重ならないように段違いに配置することで、各ノーズで再飛散される吸収液が、吸収塔内水平断面において均一な液膜とならないため圧力損失の増大を防ぐことができる。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１に本実施例の湿式排煙脱硫装置の吸収塔内部を水平断面方向から見た図を示し、図２に図１の吸収塔内部の一部斜視図を示す。吸収塔４の塔壁部の排ガス入口部３を除く外周の水平方向に馬てい形ノーズ２２を塔内側に向けて突出させ、吸収塔排ガス入口部３の馬てい形ノーズ２２を設けていない領域の上部に樋２３を設置する。

ガス入口部（ダクト）３の開口部の大きさが、該入口部３での偏流を防止するため、吸収塔４に対して塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に９０°以上の角度で拡がった範囲としている。また吸収塔の構造強度を保つために、入口部３の開口部の大きさの上限は前記塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に１８０°までの範囲とする。

また、樋２３はガス入口部３の上部に設置するため、樋２３の設置範囲は塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に９０°〜１８０°とする。さらに前記ノーズ２２は、この樋２３を設置していない吸収塔４内の壁面部分に設置し、上下方向から見て樋２３と一部重なるよう設置しているため、塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に１９０°〜２８０°の範囲で設置する。なお、樋２３とノーズ２２の壁面に対する設置部の上下位置関係は特に定めず、ほぼ同一高さとする。

吸収塔４の塔壁部において馬てい形ノーズ２２を突出させた部分の塔壁面部の縦断面図を図３に示す。スプレノズル８ａから噴霧された吸収液の一部は吸収塔塔壁を伝わって落下する。この吸収塔の塔壁を伝わって落下する吸収液は塔壁部に突出させた馬てい形ノーズ２２に衝突することで微細化されて吸収塔中心部に再飛散されることにより、気液接触効率が向上して排ガスの脱硫性能が向上する。

また、吸収塔塔壁部はスプレノズル８ａの数が少なく、噴霧される吸収液の密度が比較的低くなる傾向にあり、吸収塔塔壁部を排ガスがショートパスしやすくなる。一方、吸収塔塔壁部に馬てい形ノーズ２２を突出させることで吸収塔塔壁部をショートパスする排ガスの流れが吸収塔中心部に向けられるため排ガスのショートパスが抑制される。

図４に馬てい形ノーズ２２の張り出し長さと塔内のガス流れの圧力損失及びガス流速変動率の関係を示す。馬てい形ノーズ２２の張り出し長さが短か過ぎると、塔壁を伝わって流れ落ちる吸収液があまり再飛散せず、ガスの吹き抜けが多くなる。またノーズ２２の張り出し長さが長過ぎると吸収塔断面の閉塞割合が大きくなり、塔内のガス流れの圧力損失が大きくなる。したがって、最適なノーズ張り出し長さとして、１００〜５００ｍｍとする。

表１に馬てい形ノーズ２２の有無による該ノーズ上部での吸収塔出口部の脱硫率及びガス流速変動率を示す。馬てい形ノーズ２２を塔内側に張り出すことにより脱硫率が向上し、該ノーズ上部でのガス流速変動率が低下していることから吸収塔塔壁部の高ガス流速領域（ガスショートパス領域）が減少していることを確認した。

また、表２にノーズ２２の設置位置と脱硫性能の関係を示す。

このノーズ２２は、スプレされた吸収液の一部が吸収塔４の壁面を伝わって流下する液膜となって流れる吸収液を吸収塔４内に再飛散させる。この壁面を伝わって流下する液は下部に行く程多くなる。したがって表２より最適な設置位置として最下段（１段目）のスプレヘッダ８の下部及び該最下段と下から２段目のスプレヘッダ８の間とする。

吸収塔ガス入口部３に樋２３を設置した部分の塔壁面部の塔内側から見た斜視図を図５に示す。吸収塔ガス入口部３は高ガス流速のガスが流入する部分であり、多量の落下吸収液滴群と衝突することで排ガス流れの圧力損失が大きくなる傾向にある。従って図３に示すノーズ２２を吸収塔ガス入口部３の上部に突出させると、再飛散された吸収液が吸収塔ガス入口部３で液膜を形成して排ガス流れの圧力損失を増大させる。そこで吸収塔ガス入口部３の上部にはノーズ２２を突出させず、樋２３を設置し、吸収塔塔壁を伝わって落下する吸収液を受けることで吸収塔ガス入口部３の圧力損失増大を防ぐことができる。

図６にはノーズ２２の下方に排ガスを塔中心部側に誘導する支持板２４を設けた例を示している。なお、ノーズ２２の形状は吸収液を吸収塔中心部に再飛散できる形状であれば、その構造を特に限定するものではない。

本発明の他の実施例を図７に示す。本実施例は、馬てい形ノーズ２２を複数個に分割して、それらを水平面上に段違いに二段設置したものである。下段の各ノーズ片２２ａと上段の各ノーズ片２２ｂがそれぞれの段で非連続であるため、各ノーズ片２２ａ、２２ｂで再飛散される吸収液が、吸収塔内水平断面において均一な液膜とならないため圧力損失の増大を防ぐことができる。

本発明は、吸収塔をコンパクト化して、なおかつ吸収塔内のガス流れの圧力損失の増大や、ガス偏流による脱硫性能の低下を防ぐことができる湿式脱硫装置として産業上の利用可能性が高い。

本発明の一実施例の湿式脱硫装置の吸収塔に馬てい形ノーズと樋を組み合わせて設置した場合の水平断面方向から見た図である。 本発明の一実施例の湿式脱硫装置の吸収塔に馬てい形ノーズと樋を組み合わせて設置した場合の塔内部の斜視図である。 本発明の一実施例の吸収塔の垂直断面におけるノーズ部での塔壁を伝わって落下する吸収液再飛散状態及びガス流れ状態を示す図である。 本発明の一実施例の吸収塔のノーズ部の張り出し長さと圧力損失及びガス流速変動率の関係を示す図である。 本発明の一実施例の吸収塔のガス入口部に設置する樋の塔壁を伝わって落下する吸収液の流れを示す斜視図である。 本発明の一実施例の吸収塔の垂直断面におけるノーズ部での塔壁を伝わって落下する吸収液再飛散状態及びガス流れ状態を示す図である。 本発明の一実施例の湿式脱硫装置の吸収塔に馬てい形のノーズを段違いに設置した場合の塔内部の斜視図である。 従来技術の吸収塔の水平断面視図である。 従来技術の湿式排煙脱硫装置の系統を示す図である。

符号の説明

１，２ 排ガス ３ ガス入口部
４ 吸収塔 ４ａ 液貯部
５ ミストエリミネータ ６ 出口煙道
７ 吸収液循環ポンプ ８ スプレヘッダ
８ａ スプレノズル ９ 抜き出しポンプ
１０ 石膏脱水設備 １１ 石膏
１２ 水 １３ 循環配管
１４ 排水 １５ 石灰石スラリ槽
１６ 石灰石 １７ 石灰石スラリポンプ
１８ 石灰石スラリ流量調節弁 ２１ 酸化用空気ブロワ
２２ 馬蹄形ノーズ ２２ａ，２２ｂ ノーズ片
２３ 樋 ２４ 支持板
２６ 酸化用攪拌機 ３０ ｐＨ計タンク
３１ ｐＨ計 ４１ 入口ＳＯｘ計
５０ 排水処理設備

Claims (6)

1. 燃焼装置から排出される燃料の燃焼排ガスを導入するガス入口部を側壁に備え、該ガス入口部から導入して上昇する排ガスに対して石灰石または消石灰を含む吸収液を噴霧するために、ガス流れ方向に多段状に設けたスプレヘッダを備えた吸収塔を有する湿式排煙脱硫装置において、
   吸収塔のガス入口部上部の塔側壁に樋を配置し、該ガス入口部の樋配置部以外の塔側壁部に、ガス入口部上部に配置された樋と同一高さ又はほぼ同一高さで塔内側に張り出す平面視で馬てい形のノーズを設置することを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
2. 吸収塔のガス入口部上部の樋の設置範囲は塔中心部の仮想鉛直軸線を中心に水平方向に９０〜１８０度とし、ノーズの設置範囲は仮想鉛直軸線を中心に水平方向に１９０〜２８０度とすることを特徴とする請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置。
3. 吸収塔のガス入口部上部の樋及びガス入口部以外のノーズの塔中心方向への張出し長さを１００〜５００ｍｍとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の湿式排煙脱硫装置。
4. ノーズの設置位置は最下段のスプレヘッダより下方位置の塔壁面にあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置。
5. ノーズの設置位置は最下段のスプレヘッダと最下段の次の上段のスプレヘッダの間とし、吸収塔ガス入口部に対向する塔側壁面に配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置。
6. ノーズを塔側壁に上下方向に、互いに上下方向で重ならないように段違いに配置することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装置。

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