JP5289668B2 - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

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本発明は吸収装置に係り、特に排ガス中の硫黄酸化物(以下、SOxと記す)、ばいじん、ボイラ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、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2に示す。ボイラ等からの排ガス1は入口煙道3により吸収塔4に導入され、吸収塔内に設置されたスプレヘッダ8を介して該スプレヘッダ8に設置されたスプレノズルより噴霧される吸収剤の液滴と接触することにより、排ガス1中のばいじん、塩化水素(HCl)及びフッ化水素(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。ガスに同伴されるミストは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の入口排ガス1中のSOx濃度は入口SOx計41で、吸収塔4の出口排ガス2中のSOx濃度は出口SOx計42で測定されて脱硫率が算出される。SOxの吸収剤である石灰石16は石灰石スラリとして石灰石スラリポンプ17により吸収塔4内にSOx吸収量に応じて石灰石スラリ流量調節弁18により供給される。
さらに、場合によってはHFやアルミニウム(Al)といった、吸収剤である石灰石の活性を阻害する物質の影響を防止するための添加剤として苛性ソーダ(NaOH)等のアルカリ剤を苛性ソーダタンク51から苛性ソーダポンプ52と調整弁53により吸収液に添加していた。吸収液は吸収塔循環ポンプ7により昇圧されて吸収塔内のスプレヘッダ8に供給される。吸収塔4内で除去された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、酸化用空気ブロワ21より吸収塔4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、吸収塔4に供給する酸化空気は、酸化用撹拌機26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、吸収液スラリは抜出しポンプ9により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に送られて粉体の石膏11として回収される。一方、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、薬品が添加されたり、イオン吸着樹脂等を通すことによる化学的処理や、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、吸収塔内の吸収部に設置されているスプレノズルは、極力等間隔となるよう碁盤目状に配置されている。従来の湿式排煙脱硫装置の吸収塔スプレ部のスプレノズル配置を図3に示す。
円筒形の吸収塔の場合には通常、図3(図3(a)は吸収塔内のスプレヘッダ8とスプレノズル13の設置部分の水平断面図、図3(b)は図3(a)のA−A線断面矢視図)に示すようにスプレノズル13を支持するスプレヘッダ8の配置が簡略な碁盤目状にスプレノズル13を配置することより低コスト化を図れるが、塔壁周辺のスプレノズル数が少なくなる傾向にあるため、吸収塔4の塔壁付近の液滴密度が低くなる傾向にある。
このように吸収塔4内の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、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。また、吸収塔内を流れる排ガスが偏流すると、渦流の発生などにより圧力損失が増大する傾向にあるという問題があった。
また、このような現象を防止するために、吸収塔4内のガス流速を低くすると吸収塔4の塔径を大きくする必要が生じたり、吸収塔内に噴霧する吸収液の液量を必要以上に多くしたりする必要があるという問題点があった。
これに対し、吸収塔4内でのガス偏流を抑制し、脱硫性能の低下を防止するために塔壁周辺部に設置するスプレノズル13の型式をノズル直下にも液滴を噴霧できるフルコーンノズルとする発明が下記特許文献1で提案されている。
特開2004−24945号公報
前記特開2004−24945号公報記載の発明は、塔壁周辺部のスプレノズル13がフルコーンノズルであるのに対し、吸収塔中心部のスプレノズル13がホロコーンノズルであるため設計が複雑になり、コストが高くなり経済的でない。
本発明の課題は、吸収塔内のガス流速を上げて、吸収塔をコンパクト化した場合に、吸収塔内を流れる排ガスの偏流を防止し、吸収塔塔壁周辺部を排ガスが吹き抜けることによる脱硫性能の低下を防止するとともに、噴霧スプレ液滴の整流効果により、必要以上に圧力損失が大きくなることを防止することと、スプレヘッダ内の吸収液の堆積を防止すること及び全体のコストを低減することにある。
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、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に一段以上設置されたスプレヘッダのノズルから噴出される排ガス中の硫黄酸化物を吸収する吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
スプレノズルの内、吸収塔の塔壁付近に設置するスプレノズルは、スプレヘッダの下部に設けられた吸収液抜出管の先端部に設けられ、スプレヘッダの側部から延伸された管に設けられたスプレノズルよりも塔壁に近く、全て塔壁から所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置されることを特徴とする湿式排煙脱硫装置である。
請求項2記載の発明は、前記スプレノズルの内、吸収塔の塔壁付近に設置され、全て塔壁から所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置されるスプレノズルは円周状に配置されることを特徴とする請求項1記載の湿式排煙脱硫装置である。
(作用)
請求項1記載の発明によれば、吸収塔の水平断面において液滴密度の低くなる吸収塔の塔壁付近に設置する全てのスプレノズルを、塔壁から等しく、所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置する(円筒状の吸収塔では円周状に設置し、角筒状の吸収塔では四角状に配置する)ことにより、吸収塔断面のどの部分においても液滴密度の偏差が少なくなるので、液滴密度の低い部分を排ガスがショートパスして気液接触が不十分となりSOxの吸収性能が低下する現象が起こることがなくなる。また、排ガスに均一な抵抗を与えることにより、ガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できる。したがって、必要以上に圧力損失が増大することがなくなる。
また、スプレヘッダ下部から抜出した吸収液を吸収塔の塔壁付近に設置するスプレノズルから噴霧することにより、吸収液の噴霧を停止したときにスプレヘッダ内に吸収液が堆積することがなくなる。
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の作用に加えて、スプレヘッダ下部から抜出した吸収液を吸収塔の塔壁付近に設置するスプレノズルから噴霧することにより、吸収液の噴霧を停止したときにスプレヘッダ内に吸収液が堆積することがなくなる。
請求項1記載の発明によれば、吸収塔内の排ガス流速を上昇させても脱硫性能を保ちつつ、吸収塔の圧力損失が必要以上に大きくなることを防止できるので、設備容量を低減することが可能になる効果があり、吸収塔の塔壁付近に設置するスプレノズルは、スプレヘッダの下部に設けられた吸収液抜出管の先端部に設けられるため、吸収液の噴霧を停止したときに、前記スプレヘッダ内の吸収液は該スプレヘッダの下部に設けられた吸収液抜出管を介して、吸収液抜出管の先端部に設けられた塔壁付近のスプレノズルから抜け出ることにより、前記スプレヘッダ内に吸収液が堆積することがなくなるので、スプレヘッダのメンテナンス性が良い。
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、スプレノズルの内、吸収塔の塔壁付近に設置され、全て塔壁から所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置されるスプレノズルは円筒状に配置することで、吸収塔の運転停止時に該スプレノズルからスラリを抜くことができるため、スプレヘッダ内に吸収液スラリが堆積し、次回起動時にスプレヘッダが詰まることを防止できるとともに、従来技術において排ガスの吹き抜けが生じ易い塔壁周辺部の排ガス流速を均一化することができるので、従来技術において吸収塔塔壁周辺部分を排ガスが吹き抜けて気液接触が不十分となり、SOxの吸収性能が低下する現象を防止することができる。また、スプレノズル13の配置の大半が従来設計となるので余計なコストを必要としない。
本発明の実施例を図面と共に説明する。
本実施例の湿式排煙脱硫装置の円筒状の吸収塔のスプレ部におけるスプレノズル配置を図1(図1(a)は吸収塔内のスプレヘッダ8とスプレノズル13の設置部分の水平断面、図1(b)は図1(a)のA−A線断面矢視図)に示す。なお湿式排煙脱硫装置は図2に示す装置と同じである。
図1に示す本実施例の吸収塔4内には図3(a)に示すと同じく、スプレノズル13を支持するスプレヘッダ8の配置が簡略な碁盤目状にスプレノズル13を配置するが、その他に吸収塔4の塔壁周辺部で排ガスの吹き抜けが生じ易い塔壁周辺部分に、スプレノズル13’をスプレヘッダ8の下部の吸収液抜出管19の先端部に設け、該スプレノズル13’を円周状に設置する。
このようなスプレノズル13’を塔壁付近にそれぞれのノズル13’と塔壁間の距離が互いに等しくなるように配置する構成により、スプレヘッダ8内のスラリの堆積を防止できるとともに、塔壁周辺の排ガスの吹き抜けが防止できるため、吸収塔4内の排ガスの流速は塔壁周辺部と吸収塔中心部で偏差が少なくなる。
吸収塔塔壁周辺部のスプレノズル13’をスプレヘッダ8の下部の吸収液抜出管19から抜出して円周状に配置することにより、吸収塔の運転停止時にスプレヘッダ8の下部の吸収液抜出管19の先端のスプレノズル13’からスラリを抜くことができるため、スプレヘッダ8内に吸収液スラリが堆積し、次回起動時にスプレヘッダ8が詰まることを防止できるとともに、従来技術において排ガスの吹き抜けが生じ易い塔壁周辺部の排ガス流速を均一化することができるので、従来技術において吸収塔塔壁周辺部分を排ガスが吹き抜けて気液接触が不十分となり、SOxの吸収性能が低下する現象を防止することができる。また、スプレノズル13の配置の大半が従来設計となるので余計なコストを必要としない。
また、吸収塔4の内部でのガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できるため、必要以上に圧力損失が増大することがなくなる。
本発明によれば、ガス偏流による性能の低下を防ぎながら、吸収塔のコンパクト化が可能となる。
本発明の実施例の湿式脱硫装置のスプレノズル配置を示す図で、吸収塔の塔壁周辺部に、スプレノズルをスプレヘッダ下部から抜出し円周状に設置した図(図1(a)は吸収塔内のスプレヘッダとスプレノズルの設置部分の水平断面図、図1(b)は図1(a)のA−A線断面矢視図)である。 従来の湿式排煙脱硫装置の系統を示す図である。 従来の湿式排煙脱硫装置のスプレノズル配置を示す図(図3(a)は吸収塔内のスプレヘッダとスプレノズルの設置部分の水平断面図、図3(b)は図3(a)のA−A線断面矢視図)である。
符号の説明
1 排ガス 2 清浄な排ガス
3 入口煙道 4 吸収塔
5 ミストエリミネータ 6 出口煙道
7 吸収塔循環ポンプ 8 スプレヘッダ
9 抜出しポンプ 10 石膏脱水設備
11 石膏 12 水
13,13’ スプレノズル
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
19 吸収液抜出管 21 酸化用空気ブロワ
26 酸化用撹拌機 30 pH計タンク
31 pH計 41 入口SOx計
42 出口SOx計 50 排水処理設備
51 苛性ソーダタンク 52 苛性ソーダポンプ
53 調整弁

Claims (2)

  1. ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを導入する入口ダクトと該入口ダクトから導入した排ガスを鉛直方向に流し、ガス流れ方向に一段以上設置されたスプレヘッダのノズルから噴出される排ガス中の硫黄酸化物を吸収する吸収液と気液接触させるスプレ吸収部と該スプレ吸収部を通過した排ガスを排出させる出口ダクトとを有する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
    スプレノズルの内、吸収塔の塔壁付近に設置するスプレノズルは、スプレヘッダの下部に設けられた吸収液抜出管の先端部に設けられ、スプレヘッダの側部から延伸された管に設けられたスプレノズルよりも塔壁に近く、全て塔壁から所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置されることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
  2. 前記スプレノズルの内、吸収塔の塔壁付近に設置され、全て塔壁から所定距離だけ離して塔壁の内周側全体にわたって配置されるスプレノズルは円周状に配置されることを特徴とする請求項1記載の湿式排煙脱硫装置。
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