JP6891446B2 - 排煙脱硫装置 - Google Patents

Description

本発明は、排煙脱硫装置に関するものである。

一般に、火力発電所等で化石燃料を燃焼するボイラからは、硫黄酸化物を含んだ排煙が排出される。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・酸性雨等の環境問題の主原因の一つとなっている。このため、火力発電所等のボイラには、排煙中の硫黄酸化物を除去するための排煙脱硫装置が設置される。

前記排煙脱硫装置は、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。このスプレー方式の排煙脱硫装置は、縦型の吸収塔の内部に排煙を下方から上方へ向けて流通させつつ、上部から吸収液（吸収液スラリー）をスプレーして気液接触させることにより、排煙中の硫黄酸化物を吸収液により除去している。前記排煙脱硫装置は、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（脱硫率）は高くなる。このため、反応時間を長くするために吸収塔の高さを高くすることが行われているが、吸収塔の高さを高くすると、吸収塔の建設コストが増加するという問題が発生する。

そこで、吸収塔の高さを抑えつつ反応時間を長くすることができる排煙脱硫装置が既に提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された排煙脱硫装置は、ボイラと煙突をつなぐ煙道の下方に、煙道中を流れる排煙の一部を煙道から導き出して再び煙道へ戻すＶ字形の反応器を有している。この反応器の上流側の内部には、排煙の流れと同じ向きに吸収液を噴射するスプレーノズルが設けられ、前記反応器の最下部には吸収液を捕集する液溜部が形成されている。

又、高さを低くできる排煙脱硫装置としては、特許文献２に開示されたようなものが存在する。特許文献２に開示された排煙脱硫装置は、水平な煙道途中に設けられた固定ダクトの内部に、該固定ダクトの軸心を中心に回転する籠型回転円筒体が設けられ、該籠型回転円筒体の内部には、樹脂製円筒状体等からなる気液接触用充填物を充填することにより回転充填層が形成されている。回転充填層の下方にはスラリー貯留槽が設けられ、該スラリー貯留槽の吸収液スラリーを前記回転充填層の上部から散布するスラリー散布手段が設けられている。

特開平１０−１１８４４９号公報 特開２０１３−２３７０１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された排煙脱硫装置においては、Ｖ字形の反応器の内部に排煙と同じ向きに吸収液をスプレーすると、吸収液は重力の影響を受けて下方へ落下してしまう。従って、反応器内部を吸収液が均一な濃度を保持して進むことができないために、脱硫能力（脱硫率）を充分に高めることができないという課題を有していた。

又、特許文献２に示す排煙脱硫装置においては、排煙が回転充填層の上部をパスして流れることがないように、籠型回転円筒体の内部には１００％に近い充填率で気液接触用充填物を充填する必要がある。従って、特許文献２の回転充填層の重量は非常に大きなものとなってしまい、このために、回転充填層を回転駆動するモータの消費エネルギが増大するという問題がある。更に、高い充填率で気液接触用充填物を充填した回転充填層は、排煙の流通抵抗が非常に大きく圧力損失が増加するために、下流で排煙を誘引する誘引ファンの消費エネルギが増大するという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、消費エネルギを抑えつつ脱硫率を高め得る排煙脱硫装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明の排煙脱硫装置は、石灰石−石膏法による湿式の排煙脱硫装置において、
軸線が横方向へ延びるよう配設され且つ内部を排煙が流通する固定ダクトと、
該固定ダクトの下部に形成され且つ吸収液スラリーが貯留されるスラリー貯留槽と、
前記固定ダクトの内部にその軸線を中心として回転自在に配設された通気性気液接触回転体と、
前記スラリー貯留槽に貯留された吸収液スラリーを排煙流通方向の上流側から前記通気性気液接触回転体に向けて噴射するスプレーノズルと、
前記スラリー貯留槽へ酸化空気を供給する酸化空気ブロワ及び酸化空気管を有する酸化空気供給装置と、
前記スラリー貯留槽に貯留された吸収液スラリーをスプレーノズルへ導く循環流路と、
該循環流路に設けられ前記吸収液スラリーの石膏濃度を計測する石膏濃度計と、
該石膏濃度計より下流側の循環流路から分岐接続される石膏スラリー取出管と、
該石膏スラリー取出管に設けられ且つ前記石膏濃度計で計測された石膏濃度に応じて開度調節される流量調節弁と
を備え、
前記通気性気液接触回転体は、前記固定ダクトの軸線から径方向へ放射状に延びる羽根と、該羽根に穿設される通過孔とを有するプロペラ部材を、排煙流通方向へ複数枚並設することによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接するプロペラ部材の羽根の位置は、周方向へずれるよう配置されることができる。

前記排煙脱硫装置においては、前記固定ダクトの内部における少なくとも通気性気液接触回転体の上流側に配設される整流板を備えることができる。

本発明の排煙脱硫装置によれば、消費エネルギを抑えつつ脱硫率を高め得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の排煙脱硫装置の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の排煙脱硫装置の実施例における通気性気液接触回転体（網部材）を示す分解斜視図である。 本発明の排煙脱硫装置の実施例における通気性気液接触回転体（放射部材）を示す正面図である。 本発明の排煙脱硫装置の実施例における通気性気液接触回転体（プロペラ部材）を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の排煙脱硫装置の実施例である。

本実施例の排煙脱硫装置は、固定ダクト１と、スラリー貯留槽２と、通気性気液接触回転体３と、スプレーノズル４とを備えている。

前記固定ダクト１は、軸線が横方向へ延びるよう配設されており、内部をボイラ（図示せず）から排出される排煙が流通するようになっている。尚、前記固定ダクト１に導入される排煙の流速は約１５ｍ／ｓとかなり速いため、前記固定ダクト１の下部を、排煙の入側では下り勾配の傾斜壁１ａが形成され且つ排煙の出側では上り勾配の傾斜壁１ｂが形成されるよう、拡張することにより、前記排煙の流速を５ｍ／ｓ程度に落とすようになっている。

前記スラリー貯留槽２は、前記固定ダクト１の下部に形成されており、石灰石（ＣａＣＯ_３）を含む吸収液スラリーＳが貯留されるようになっている。前記スラリー貯留槽２には、貯留されている吸収液スラリーＳを均一な状態に撹拌するための撹拌機５が設けられている。前記スラリー貯留槽２の底部には、吸収液スラリーＳの酸化を行うための酸化空気供給装置６が設けられている。該酸化空気供給装置６は、酸化空気が流通する酸化空気管７と、該酸化空気管７途中に設けられた酸化空気ブロワ８と、該酸化空気ブロワ８によって昇圧された酸化空気を吸収液スラリーＳ中へ吹き出す酸化空気ノズル９とを備えている。前記酸化空気管７は、前記スラリー貯留槽２の外部に該スラリー貯留槽２の液面高さより上方へ立上る逆流防止部７ａが形成されている。又、前記酸化空気管７途中には、水バルブ１０の開閉により閉塞防止用の水が供給される水管１１が接続されている。

前記通気性気液接触回転体３は、前記スラリー貯留槽２の上方に位置するよう、前記固定ダクト１の内部にその軸線を中心として回転自在に配設されている。通気性気液接触回転体３の回転駆動モータ１２は、回転軸１３に直結され、設備の信頼性を高めるために二重化されている。

前記スプレーノズル４は、前記スラリー貯留槽２に貯留された吸収液スラリーＳを循環ポンプ１４により汲み上げて排煙流通方向の上流側から前記通気性気液接触回転体３に向けて噴射するようになっている。尚、図１の例では、前記通気性気液接触回転体３の上側半分に向けてスプレーノズル４から吸収液スラリーＳを噴射するようになっているが、前記通気性気液接触回転体３の全面に向けてスプレーノズル４から吸収液スラリーＳを噴射するようにしても良い。

前記固定ダクト１内部における通気性気液接触回転体３の上流側には、前記固定ダクト１の下部を拡張したことに伴って生じる偏流をなくすための整流板１５が配設されている。尚、図１の例では、前記固定ダクト１内部における通気性気液接触回転体３の下流側にも整流板１５を配設しているが、上流側のみとしても良い。

前記固定ダクト１の出側には、排煙からミストを分離するミストエリミネータ１６が設けられ、該ミストエリミネータ１６で分離されたミストは、ミスト回収管１７を介して前記スラリー貯留槽２に戻されるようになっている。

前記固定ダクト１の下流側には排煙を誘引して煙突（図示せず）に導くための誘引ファン１８が設けられている。

前記循環ポンプ１４の出側のスプレーノズル４へ通じる循環流路１９には、吸収液スラリーＳの石膏濃度を計測する石膏濃度計２０が設けられ、該石膏濃度計２０より下流側の循環流路１９には、石膏スラリー取出管２１が分岐接続され、該石膏スラリー取出管２１の途中には、前記石膏濃度計２０で計測された石膏濃度に応じて開度調節される流量調節弁２２が設けられている。

前記固定ダクト１の内部には、該固定ダクト１の内面と通気性気液接触回転体３の外周部との間をシールするガスシールプレート２３が設けられている。

前記通気性気液接触回転体３は、図２に示す如く、排煙流通方向へ複数枚並設される円形の網部材３Ａによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接する網部材３Ａの網目３Ａａの位置は、周方向へずれるよう配置されている。ここで、前記通気性気液接触回転体３は、図２に示す網部材３Ａの代わりに、図３に示す如く、前記固定ダクト１の軸線から径方向へ放射状に延びる複数本（図３の例では八本）のアーム３Ｂａと、該アーム３Ｂａから突設される枝材３Ｂｂとを有する放射部材３Ｂを、排煙流通方向へ複数並設することによって構成しても良く、この場合、前記排煙流通方向へ互いに隣接する放射部材３Ｂのアーム３Ｂａの位置は、周方向へずれるよう配置される。又、前記通気性気液接触回転体３は、図２に示す網部材３Ａ或いは図３に示す放射部材３Ｂの代わりに、図４に示す如く、前記固定ダクト１の軸線から径方向へ放射状に延びる複数枚（図４の例では八枚）の羽根３Ｃａと、該羽根３Ｃａに穿設される通過孔３Ｃｂとを有するプロペラ部材３Ｃを、排煙流通方向へ複数枚並設することによって構成することもでき、この場合、前記排煙流通方向へ互いに隣接するプロペラ部材３Ｃの羽根３Ｃａの位置は、周方向へずれるよう配置される。

次に、上記実施例の作用を説明する。

図示していないボイラから排出される排煙は、固定ダクト１の内部へ導入される。ここで、前記固定ダクト１の下部は、排煙の入側では下り勾配の傾斜壁１ａが形成され且つ排煙の出側では上り勾配の傾斜壁１ｂが形成されるよう、拡張されているため、排煙の流速は約１５ｍ／ｓから５ｍ／ｓ程度に低下する。又、前記固定ダクト１内部における通気性気液接触回転体３の上流側と下流側には整流板１５が配設されているため、排煙は偏流を生じることなく、通気性気液接触回転体３を均一に通過する。

この時、固定ダクト１の内部では、スラリー貯留槽２に貯留された吸収液スラリーＳが循環ポンプ１４により循環流路１９を介してスプレーノズル４から通気性気液接触回転体３の上側半分に向けて噴射されている。

前記スプレーノズル４から通気性気液接触回転体３に向けて吸収液スラリーＳが噴射されると、前記通気性気液接触回転体３が回転していることから、通気性気液接触回転体３を構成する網部材３Ａ全体に吸収液スラリーＳが行き渡って流れるようになり、該吸収液スラリーＳと網部材３Ａの網目３Ａａの位置を通過する排煙とが接触して排煙は効果的に脱硫される。ここで、前記排煙流通方向へ互いに隣接する網部材３Ａの網目３Ａａの位置は、周方向へずれるよう配置されるため、排煙が単純に直進する如く網目３Ａａを通り抜けるのではなく、前記排煙流通方向へ互いに隣接する網部材３Ａに対して排煙が繰り返し接触しつつ網目３Ａａを流通する形となり、排煙と吸収液スラリーＳとの接触が促進される。又、前記通気性気液接触回転体３の軸線方向の長さ寸法を増加させて、吸収液スラリーＳと排煙とが接触する反応時間を長くすれば、脱硫能力（脱硫率）を高めることができる。更に又、前記通気性気液接触回転体３を複数段に設けるようにすれば、脱硫率をより高めることができる。

しかも、前記通気性気液接触回転体３が回転することで該通気性気液接触回転体３を構成する網部材３Ａ全体に吸収液スラリーＳが行き渡って流れ、該網部材３Ａが乾燥しないため、前記通気性気液接触回転体３に石膏が堆積する心配はない。本発明者の知見によれば、吸収液スラリーＳが流動している部分には石膏が堆積しないことを確認している。又、前記スプレーノズル４から噴射された吸収液スラリーＳは、回転している通気性気液接触回転体３に均一に供給されるため、従来の脱硫装置に備えられる噴霧装置のような微細な液滴を生成させる高価な装置を備える必要もない。

前記通気性気液接触回転体３を通過して脱硫された排煙は、ミストエリミネータ１６によってミストが分離された後、誘引ファン１８に誘引されて煙突（図示せず）へ導かれ、清浄なガスとして大気放出される。前記ミストエリミネータ１６で分離されたミストは、ミスト回収管１７を介して前記スラリー貯留槽２に戻される。

前記スラリー貯留槽２の吸収液スラリーＳには、酸化空気供給装置６の酸化空気ブロワ８により酸化空気管７を介して酸化空気ノズル９から酸化空気が吹き込まれ、撹拌機５によって均一な状態となるよう撹拌が行われている。前記ボイラから排出される硫黄酸化物を含む排煙と、石灰石（ＣａＣＯ_３）を含む吸収液スラリーＳとが接触することによって生成された亜硫酸石膏（ＣａＳＯ_３）は、前記酸化空気によって酸化され、石膏（ＣａＳＯ_４）となる。前記循環流路１９からスプレーノズル４へ導かれる吸収液スラリーＳの石膏濃度は石膏濃度計２０によって計測され、該石膏濃度計２０によって計測された石膏濃度が予め設定された設定値を超えると、流量調節弁２２の開度調節が行われて石膏スラリー取出管２１から石膏スラリーが抜き出され、該石膏スラリーから石膏が回収される。尚、前記酸化空気管７にはスラリー貯留槽２の液面高さより上方へ立上る逆流防止部７ａが形成されているため、前記スラリー貯留槽２の内部における吸収液スラリーＳが酸化空気管７から酸化空気ブロワ８側に逆流することは防止される。又、必要に応じて水バルブ１０を開いて水管１１から前記酸化空気管７途中に水を供給することにより、該酸化空気管７の閉塞が防止される。

本実施例の場合、特許文献１に開示された排煙脱硫装置とは異なり、固定ダクト１内部に配設された通気性気液接触回転体３を構成する網部材３Ａ全体に吸収液スラリーＳが行き渡って流れるため、脱硫能力（脱硫率）を充分に高めることが可能となる。

又、特許文献２に示す排煙脱硫装置のように籠型回転円筒体の内部に高い充填率で気液接触用充填物を充填する必要がないため、網部材３Ａで構成される通気性気液接触回転体３の重量は大幅な軽量化が可能となり、該通気性気液接触回転体３を回転駆動する回転駆動モータ１２の消費エネルギは低減される。更に、前記網部材３Ａで構成される通気性気液接触回転体３における排煙の流通抵抗は小さく圧力損失が増加しないため、下流で排煙を誘引する誘引ファン１８の消費エネルギも低減可能となる。

こうして、消費エネルギを抑えつつ脱硫率を高め得る。

そして、本実施例において、前記通気性気液接触回転体３は、図２に示す如く、排煙流通方向へ複数枚並設される網部材３Ａによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接する網部材３Ａの網目３Ａａの位置は、周方向へずれるよう配置されている。このように構成すると、排煙が単純に直進する如く網目３Ａａを通り抜けるのではなく、前記排煙流通方向へ互いに隣接する網部材３Ａに対して排煙が繰り返し接触しつつ網目３Ａａを流通する形となり、排煙と吸収液スラリーＳとの接触を促進させることができる。又、前記網部材３Ａで構成される通気性気液接触回転体３の重量は大幅な軽量化が可能となり、該通気性気液接触回転体３を回転駆動する回転駆動モータ１２の消費エネルギを低減できる。更に、前記網部材３Ａで構成される通気性気液接触回転体３における排煙の流通抵抗は小さく圧力損失が増加しないため、下流で排煙を誘引する誘引ファン１８の消費エネルギも低減可能となる。

一方、前記通気性気液接触回転体３は、図３に示す如く、前記固定ダクト１の軸線から径方向へ放射状に延びるアーム３Ｂａと、該アーム３Ｂａから突設される枝材３Ｂｂとを有する放射部材３Ｂを、排煙流通方向へ複数並設することによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接する放射部材３Ｂのアーム３Ｂａの位置は、周方向へずれるよう配置することができる。このように構成すると、排煙が単純に直進する如くアーム３Ｂａと枝材３Ｂｂとの間を通り抜けるのではなく、前記排煙流通方向へ互いに隣接する放射部材３Ｂに対して排煙が繰り返し接触しつつアーム３Ｂａと枝材３Ｂｂとの間を流通する形となり、排煙と吸収液スラリーＳとの接触を促進させることができる。又、前記放射部材３Ｂで構成される通気性気液接触回転体３の重量は大幅な軽量化が可能となり、該通気性気液接触回転体３を回転駆動する回転駆動モータ１２の消費エネルギを低減できる。更に、前記放射部材３Ｂで構成される通気性気液接触回転体３における排煙の流通抵抗は小さく圧力損失が増加しないため、下流で排煙を誘引する誘引ファン１８の消費エネルギも低減可能となる。

又、前記通気性気液接触回転体３は、図４に示す如く、前記固定ダクト１の軸線から径方向へ放射状に延びる羽根３Ｃａと、該羽根３Ｃａに穿設される通過孔３Ｃｂとを有するプロペラ部材３Ｃを、排煙流通方向へ複数枚並設することによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接するプロペラ部材３Ｃの羽根３Ｃａの位置は、周方向へずれるよう配置することができる。このように構成すると、排煙が単純に直進する如く羽根３Ｃａの間や通過孔３Ｃｂを通り抜けるのではなく、前記排煙流通方向へ互いに隣接するプロペラ部材３Ｃに対して排煙が繰り返し接触しつつ羽根３Ｃａの間や通過孔３Ｃｂを流通する形となり、排煙と吸収液スラリーＳとの接触を促進させることができる。又、前記プロペラ部材３Ｃで構成される通気性気液接触回転体３の重量は大幅な軽量化が可能となり、該通気性気液接触回転体３を回転駆動する回転駆動モータ１２の消費エネルギを低減できる。更に、前記プロペラ部材３Ｃで構成される通気性気液接触回転体３における排煙の流通抵抗は小さく圧力損失が増加しないため、下流で排煙を誘引する誘引ファン１８の消費エネルギも低減可能となる。

又、本実施例の場合、前記固定ダクト１内部における少なくとも通気性気液接触回転体３の上流側に配設される整流板１５を備えている。このように構成すると、排煙は偏流を生じることなく、通気性気液接触回転体３を均一に通過する形となり、好ましい。

更に又、本実施例の場合、前記スラリー貯留槽２へ酸化空気を供給する酸化空気ブロワ８及び酸化空気管７を有する酸化空気供給装置６を備え、前記酸化空気管７は、前記スラリー貯留槽２の外部に該スラリー貯留槽２の液面高さより上方へ立上る逆流防止部７ａが形成されている。このように構成すると、前記スラリー貯留槽２の内部における吸収液スラリーＳが酸化空気供給装置６の酸化空気管７から酸化空気ブロワ８側に逆流することを防止でき、酸化空気ブロワ８による酸化空気の供給を安定して行うことができる。

尚、本発明の排煙脱硫装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 固定ダクト
２ スラリー貯留槽
３ 通気性気液接触回転体
３Ａ 網部材
３Ａａ 網目
３Ｂ 放射部材
３Ｂａ アーム
３Ｂｂ 枝材
３Ｃ プロペラ部材
３Ｃａ 羽根
３Ｃｂ 通過孔
４ スプレーノズル
６ 酸化空気供給装置
７ 酸化空気管
７ａ 逆流防止部
８ 酸化空気ブロワ
１５ 整流板
２０ 石膏濃度計
Ｓ 吸収液スラリー

Claims (2)

1. 石灰石−石膏法による湿式の排煙脱硫装置において、
   軸線が横方向へ延びるよう配設され且つ内部を排煙が流通する固定ダクトと、
   該固定ダクトの下部に形成され且つ吸収液スラリーが貯留されるスラリー貯留槽と、
   前記固定ダクトの内部にその軸線を中心として回転自在に配設された通気性気液接触回転体と、
   前記スラリー貯留槽に貯留された吸収液スラリーを排煙流通方向の上流側から前記通気性気液接触回転体に向けて噴射するスプレーノズルと、
   前記スラリー貯留槽へ酸化空気を供給する酸化空気ブロワ及び酸化空気管を有する酸化空気供給装置と、
   前記スラリー貯留槽に貯留された吸収液スラリーをスプレーノズルへ導く循環流路と、
   該循環流路に設けられ前記吸収液スラリーの石膏濃度を計測する石膏濃度計と、
   該石膏濃度計より下流側の循環流路から分岐接続される石膏スラリー取出管と、
   該石膏スラリー取出管に設けられ且つ前記石膏濃度計で計測された石膏濃度に応じて開度調節される流量調節弁と
   を備え、
   前記通気性気液接触回転体は、前記固定ダクトの軸線から径方向へ放射状に延びる羽根と、該羽根に穿設される通過孔とを有するプロペラ部材を、排煙流通方向へ複数枚並設することによって構成され、前記排煙流通方向へ互いに隣接するプロペラ部材の羽根の位置は、周方向へずれるよう配置される排煙脱硫装置。
2. 前記固定ダクトの内部における少なくとも通気性気液接触回転体の上流側に配設される整流板を備えた請求項１記載の排煙脱硫装置。
   

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