JP5967306B2 - 脱硫装置 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電所のボイラからの排煙に含まれる硫黄酸化物を湿式脱硫剤で脱硫する脱硫装置に関する。

火力発電所のボイラは、化石燃料の燃焼に伴って硫黄酸化物を含んだ排煙を発生させる。硫黄酸化物のうち特に二酸化硫黄や三酸化硫黄は、大気汚染・酸性雨などの環境問題の主原因の一つとなっている。よって、火力発電所には、排煙中から二酸化硫黄や三酸化硫黄といった硫黄酸化物を脱硫する脱硫装置が備えつけられている。

脱硫装置は、石灰石−石膏法による湿式法が主流を占めており、中でもスプレー方式が多く採用されている。このスプレー式脱硫装置は、吸収塔で湿式脱硫剤を含む吸収液を排煙にスプレーし、吸収塔内で排煙中の硫黄酸化物を吸収液で脱硫するようになっている。この脱硫装置は、硫黄酸化物が吸収液と気液接触している時間（以下、反応時間という）が長ければ長いほど、脱硫能力が高くなる。よって、反応時間を長くとるため、吸収塔の高さを大きくすることが考えられる。しかし、脱硫装置は、吸収塔の高さを大きくすると、建設コストが高くなってしまうという問題が発生する。

そこで、吸収塔の高さを抑えつつも反応時間を長くとれる簡易脱硫装置が既に提案されている。下記の特許文献１に示す簡易脱硫装置は、ボイラと煙突を繋ぐ煙道の下方に、煙道中を流れる排煙の一部を煙道から導き出して煙道へ戻すＶ字形の反応器を有し、この反応器の入側に排煙の流れと同じ向きに吸収液をスプレーするノズルを設け、そして、反応器の最下部に吸収液を捕集する液溜めを設ける構成とすることにより、従来の脱硫装置に比して構造を簡略化している。

また、下記の特許文献２には、水平方向に排ガスを導く排ガス流路を有した湿式排煙脱硫装置において、排ガス流路に沿ってスプレノズルを複数配置し、各スプレノズルの圧力、噴射角、流量をそれぞれ変えることによって脱硫能力を高めることが開示されている。また、下記の特許文献３には、水平方向に排ガスを導く排ガス流路を有した湿式排煙脱硫装置において、排ガス流路に沿ってその上下にスプレノズルを複数配置し、噴霧液滴が存在しない領域を小さくすることで脱硫能力を高めることが開示されている。

特開平１０−１１８４４９号公報 特開平９−２９９７４５号公報 ＷＯ９４／２３８２６号公報

しかしながら、特許文献１の簡易脱硫装置は、排煙の流れと同じ向きに吸収液をスプレーしても、吸収液が重力の影響を受けるため流路に沿って進まず下方に落下してしまい、吸収液が反応器内で均一にならず、脱硫能力を高める余地を残していた。また、特許文献２、３に開示される脱硫装置は、吸収塔の高さを大きくすることで反応時間を長くし、これによって脱硫能力を高める発明ではなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、斜めに傾いた流路内での吸収液を均一にすることで更に脱硫能力を高めた脱硫装置を提供する。

本発明の脱硫装置は、燃料燃焼器と煙突を繋ぐ煙道から排煙が流される下り勾配の下り傾斜流路と、前記下り傾斜流路の上流に配され、硫黄酸化物を吸収する吸収液を排煙の流れと同方向に噴射するスプレー器と、前記下り傾斜流路から流れてきた排煙を前記煙道に導く上り勾配の上り傾斜流路と、前記上り傾斜流路の下端と前記下り傾斜流路の下端間に配された液溜めと、を備え、前記下り傾斜流路における前記スプレー器の下流側には、前記下り傾斜流路内の吸収液が均一になるように吸収液を噴射する補助スプレー器を配し、前記下り傾斜流路には、流路の内径を絞る邪魔板を前記補助スプレー器の下流側、且つ、流路上部に有したことを特徴としている。

前記上り傾斜流路は、吸収液のミストを除去するミストエリミネータを下流に有することができる。

前記上り傾斜流路の流路断面積は、前記下り傾斜流路断面積よりも大きいことが好ましい。

本発明の脱硫装置によれば、斜めに傾いた流路内での吸収液が均一になるため、更に脱硫能力が高まる。

本発明に係る脱硫装置の断面図である。 （Ａ）は、下り傾斜流路にスプレー器と補助スプレー器が配置された様子を示す断面図である。（Ｂ）は、下り傾斜流路の補助スプレー器が配置される箇所から下流側を示す図である。 下り傾斜流路の変形例を示す断面図である。 上り傾斜流路の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る脱硫装置１の断面図である。

脱硫装置１は、ボイラＢ（燃料燃焼器）からの排煙Ｇを煙突２に接続する煙道３の下方に配設されている。そして、この脱硫装置１は、Ｖ字形の流路４と、スプレー器５と、補助スプレー器６と、液溜め７と、ミストエリミネータ８と、攪拌器９と、ミスト循環器１０と、吸収液循環器１１と、吸収液供給器１２と、酸素供給器１３と、脱水器１４と、を備えている。また、煙道３には、バイパスダンパ１５が配置されている。

Ｖ字形の流路４は、煙道３の上流側を流れる排煙Ｇを抜き出して煙道３の下流側に戻す側面視がＶ字形の流路である。このＶ字形の流路４は、下り勾配の下り傾斜流路１６と、下り傾斜流路１６に接続され水平方向に排煙Ｇを導く水平流路１７と、水平流路１７に接続され煙道３に排煙Ｇを導く上り勾配の上り傾斜流路１８と、を有している。ここで、下り傾斜流路１６と上り傾斜流路１８は、例えば、流路断面が円形である。

また、煙道３のうち、煙道３と下り傾斜流路１６の接続部と、上り傾斜流路１８と煙道３の接続部と、の間には、排煙Ｇを制御するためのバイパスダンパ１５が配置されている。このバイパスダンパ１５は、閉じられると排煙Ｇが下り傾斜流路１６内へ流れ込むようになっている。

スプレー器５は、下り傾斜流路１６の上流であって、煙道３との接続部近傍に配置される。そして、このスプレー器５は、流路内の径方向（軸方向に直交する方向）に沿って複数のノズルを有している。このノズルは、吸収液Ｍを下り傾斜流路１６内における排煙Ｇの流れ方向と同方向、すなわち、排煙Ｇの流れ方向と並流となるように噴射する。ここで、吸収液Ｍは、例えば、石灰石（炭酸カルシウム）を含んだ微小液滴でミスト状である。

補助スプレー器６は、スプレー器５と同様に吸収液Ｍを噴射するノズルを備えている。この補助スプレー器６は、下り傾斜流路１６内でスプレー器５より下流側の流路上部で、且つ、吸収液Ｍの濃度が低い箇所に吸収液Ｍを噴射するように配置される。

液溜め７は、吸収液Ｍが貯留される。液溜め７は、水平流路１７の下部、且つ、液面７ａが下り傾斜流路１６から流れ込んできた排煙Ｇの流れと衝突する位置に配置される。液溜め７の水面が排煙Ｇの流れと衝突する位置にあるため、スプレー器５から噴射された吸収液Ｍの大半は、液溜め７に導かれる。また、吸収液Ｍによって脱硫されたのちの亜硫酸カルシウムや炭酸カルシウムも液溜め７に溜まるようになっている。また、液溜め７内は、亜硫酸カルシウムや炭酸カルシウムのような固形分が底に溜まらないように、攪拌器９によって攪拌される。なお、攪拌器９は、必須の構成ではなく脱硫装置１の実施態様によっては省略しても良い。

ミストエリミネータ８は、液溜め７に導かれなかった吸収液Ｍのうち上り傾斜流路１８の下流側まで排煙Ｇに乗って運ばれた吸収液Ｍを捕集する。この捕集された吸収液Ｍは、ミスト循環器１０を介して液溜め７に戻される。ここで、ミストエリミネータ８は、必須の構成ではなく、傾斜流路の下流側まで運ばれる吸収液Ｍがほとんどないのであれば省略しても良い。

吸収液循環器１１は、ポンプ１１ａを有し、このポンプ１１ａが液溜め７の吸収液Ｍをスプレー器５まで汲み上げる。また、吸収液供給器１２は、新たな吸収液Ｍを液溜め７に供給する。

酸素供給器１３は、吹き込み管１３ａを介して酸化剤として酸素を液溜め７に送り込み、液溜め７内の酸化処理が必要な化合物に対して酸素を供給する。ここで、吹き込み管１３ａには、スラリの付着を防止するため少量の水が流される。酸化処理が必要な化合物、例えば、亜硫酸カルシウムは、液溜め７の中で酸化されて硫酸カルシウム（石膏）になる。脱水器１４は、液溜め７底部の吸収液Ｍの一部を取り出して硫酸カルシウムを除去する。硫酸カルシウムが除去された排水は、図示しない排水処理設備へ送られるようになっている。なお、酸化剤は、空気を用いても良い。

次に、図２を参照して、下り傾斜流路１６内で排煙Ｇ中の硫黄酸化物が脱硫される様子を説明する。図２（Ａ）は、下り傾斜流路１６にスプレー器５と補助スプレー器６が配置された様子を示す断面図である。図２（Ｂ）は、下り傾斜流路１６の補助スプレー器６が配置される箇所から下流側を示す図である。

図２（Ａ）に示すとおり、スプレー器５は、排煙Ｇに対して同じ方向すなわち並流となるように吸収液Ｍを噴射する。吸収液Ｍは、排煙Ｇに乗って下り傾斜流路１６内を進む。ここで、下り傾斜流路１６内は、前述したとおり下り勾配となっている。そして、吸収液Ｍには、重力が作用するため、下り傾斜流路１６内の軸線方向に沿って進まず流路内を下方向へ落下しながら下流側へ流れる。従って、下り傾斜流路１６内は下流側に進むに従って、鉛直方向下側が吸収液Ｍの密度が高くなり、鉛直方向上側が吸収液Ｍの密度が低くなってしまう。吸収液Ｍが不均一となると、脱硫性能が低下する原因となる。

そこで、本発明は、スプレー器５の下流側に更に補助スプレー器６を備え、図２（Ｂ）に示すとおり、下り傾斜流路１６内の吸収液Ｍが均一になるように吸収液Ｍを下り傾斜流路１６内の鉛直方向上側から軸方向に更に噴射する。これにより、下り傾斜流路１６内の吸収液Ｍの不均一が解消され脱硫性能を上げることができる。

次に、本発明に係る下り傾斜流路１６の変形例を、図３を参照しながら説明する。図３は、下り傾斜流路１６の変形例を示す断面図である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を示している。基本的な構成は、図１及び図２に示す下り傾斜流路１６と同様であるが、本変形例の特徴とするところは、図３に示すように、下り傾斜流路１６内に邪魔板２０を設置した点にある。

先に説明した実施形態により、下り傾斜流路１６内の吸収液Ｍの不均一は解消される。しかしながら、下り傾斜流路１６の軸方向の長さが長い場合、吸収液Ｍの不均一さが解消されても、均一に分布した吸収液Ｍが下流側へ流れれば流れるほど重力により下方向へ落下し、流路の鉛直方向下側の方が流路の鉛直方向上側よりも吸収液Ｍの密度が高くなる。吸収液Ｍが不均一となると、脱硫性能が低下する原因となる。

そこで、本変形例は、補助スプレー器６の下流側で、且つ、下り傾斜流路１６内の上部に邪魔板２０が配置される。この邪魔板２０は、下り傾斜流路１６内の内壁のうち鉛直方向上側（上部）から径方向内部に出っ張る板状部材である。

図３に示すとおり、吸収液Ｍは、邪魔板２０の上流側までは、重力の影響を受けて下方向へ落下し、流路の鉛直方向下側の方が流路の鉛直方向上側よりも吸収液Ｍの密度が高くなる。そうすると、排煙Ｇは、密度の低く圧力の影響を受け難い鉛直方向上側の方が流れ易くなる。そして、吸収液Ｍと排煙Ｇが邪魔板２０まで流れると、邪魔板２０が流路径を絞る為、邪魔板２０部分を通る際に吸収液Ｍと排煙Ｇに対して流路の径方向内方（邪魔板２０の突出方向）に向けて圧力が発生し、邪魔板２０を流れ過ぎるとその圧力から解放されて吸収液Ｍと排煙Ｇは、流路の径方向外方（邪魔板２０の突出方向とは逆方向）へ均一に拡散される。これにより、下り傾斜流路１６の軸方向の長さが長く、補助スプレー器６で均一にした吸収液Ｍが不均一になったとしても、邪魔板２０は、吸収液Ｍを均一にすることができ、吸収液Ｍの不均一による脱硫性能の低下を防止することができる。また、吸収液Ｍの密度の低い上部に邪魔板２０を配置するため、邪魔板２０部分に吸収液Ｍが溜まってしまう虞もない。

次に、本発明に係る上り傾斜流路１８の変形例を、図４を参照しながら説明する。図４は、上り傾斜流路１８の変形例を示す断面図である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を示している。基本的な構成は、図１及び図２に示す下り傾斜流路１６と同様であるが、本変形例の特徴とするところは、図４に示すように、上り傾斜流路１８の流路断面積が下り傾斜流路１６の流路断面積よりも大きくした点にある。

本変形例は、上り傾斜流路１８の流路断面積が下り傾斜流路１６の流路断面積よりも大きくなっている。このため、下り傾斜流路１６内を流れてきた排煙Ｇは、上り傾斜流路１８内でその流速が減速される。具体的には、液溜め７に導かれなかった吸収液Ｍが上り傾斜流路１８の下流側まで排煙Ｇによって運ばれない程度の流速に減速される。これにより、本変形例は吸収液Ｍが上り傾斜流路１８の下流側まで流されることがない。なお、上り傾斜流路１８まで運ばれた吸収液Ｍは、自重により上り傾斜流路１８を滑り落ちて自然と液溜め７の中に導かれるようになっている。本変形例によれば、ミストエリミネータ８と、ミスト循環器１０と、を省略することができ脱硫装置１の製作コストを下げることができる。

ここで、下り傾斜流路１６の変形例と上り傾斜流路１８の変形例は、先に説明した実施の形態に組み合わせても良いし片方だけ採用しても良い。また、他の変形例として、補助スプレー器６の下流側に更にスプレー器５を備えても良い。補助スプレー器６は、流路内の吸収液Ｍを均一にするためならどのような位置に配置しても良い。下り傾斜流路１６の上部に限られず、下部でも良い。また、水平流路１７の上部にも設置しても良い。

なお、本発明の脱硫装置は、上述の実施例にのみ限定されない。本発明の脱硫装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更できる。

１ 脱硫装置
２ 煙突
３ 煙道
５ スプレー器
６ 補助スプレー器
７ 液溜め
８ ミストエリミネータ
１６ 下り傾斜流路
１８ 上り傾斜流路
２０ 邪魔板
Ｂ ボイラ（燃料燃焼器）
Ｇ 排煙
Ｍ 吸収液

Claims (4)

1. 燃料燃焼器と煙突を繋ぐ煙道から排煙が流される下り勾配の下り傾斜流路と、
   前記下り傾斜流路の上流に配され、硫黄酸化物を吸収する吸収液を排煙の流れと同方向に噴射するスプレー器と、
   前記下り傾斜流路から流れてきた排煙を前記煙道に導く上り勾配の上り傾斜流路と、
   前記上り傾斜流路の下端と前記下り傾斜流路の下端間に配された液溜めと、を備え、
   前記下り傾斜流路における前記スプレー器の下流側には、前記下り傾斜流路内の吸収液が均一になるように吸収液を噴射する補助スプレー器を配し、
   前記下り傾斜流路には、流路の内径を絞る邪魔板を前記補助スプレー器の下流側、且つ、流路上部に有した脱硫装置。
2. 前記上り傾斜流路は、吸収液のミストを除去するミストエリミネータを下流に有した請求項１に記載の脱硫装置。
3. 前記上り傾斜流路の流路断面積は、前記下り傾斜流路断面積よりも大きい請求項１に記載の脱硫装置。
4. 前記上り傾斜流路の流路断面積は、前記下り傾斜流路断面積よりも大きい請求項２に記載の脱硫装置。

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