JPH0686912A - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スラリ中に吹き込まれる空気のすべてを確実
に微細化することにより、酸化タンク内での空気中の酸
素の利用率を向上させて空気吹き込み量を低減し、安価
な運転コストで高い脱硫性能を得ること。 【構成】 酸化タンク側壁１５の撹拌機取り付けノズル
１１に設けられた撹拌機によって回転軸１３およびプロ
ペラ１２を回転させると、周囲の吸収液スラリを回転軸
側に取り込みながらプロペラ１２から酸化タンク中央部
に向かってスラリを吐出する流れを形成する。したがっ
て、ノズル１１に設けられた空気吹き込み配管８から酸
化用空気を吹き込むと、そのほとんどは気泡として回転
軸１３沿いに流れ、プロペラ１２によって微細化され
る。微細化される前の巨大気泡はガイドベーン１４に沿
って強制的にプロペラ１２側に送り込み、回転するプロ
ペラ１２によってその巨大気泡は微細化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湿式排煙脱硫装置に係
わり、特に吸収塔における酸化用空気吹き込み装置の構
造を適正化することにより空気中の酸素利用率を向上さ
せて、運転コストを低減する湿式排煙脱硫装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所などにおいて、化石燃料の燃
焼に伴って発生する排煙中の硫黄酸化物、中でも特に二
酸化硫黄（ＳＯ₂）は、大気汚染・酸性雨などの地球的
環境問題の主原因の一つである。このため、排煙中から
ＳＯ₂を除去する排煙脱硫法の研究および脱硫装置の開
発は極めて重要な問題となっている。

【０００３】上記脱硫法としては、最近、低コストでシ
ステムが簡単な簡易型の乾式脱硫装置の開発が進められ
ているが、脱硫率がせいぜい７０〜８０％と低いことも
あり、未だ湿式法が主流を占めている。この湿式法に
は、吸収剤にソーダ化合物を用いるソーダ法、カルシウ
ム化合物を用いるカルシウム法およびマグネシウム化合
物を用いるマグネシウム法などがある。このうち、ソー
ダ法は吸収剤とＳＯ₂との反応性に優れている反面、使
用するソーダ類が非常に高価である。このため、発電用
の大型ボイラなどの排煙脱硫装置には、比較的安価な炭
酸カルシウムなどのカルシウム化合物を用いる方法が最
も多く採用されている。

【０００４】このカルシウム化合物を吸収液として用い
る脱硫システムは、気液接触方法の違いによりスプレー
方式、濡れ壁方式およびバブリング方式の３種類に大別
される。各方式ともそれぞれ特徴を有しているが、実績
が多く信頼性の高いスプレー方式が世界的にも多く採用
されている。このスプレー方式の脱硫システムとして
は、従来から排ガスの冷却・除塵を行う冷却塔、吸収液
を噴霧して排ガス中のＳＯ₂と反応させる吸収塔、吸収
塔で生成した亜硫酸カルシウムを酸化する酸化塔の３塔
で構成されていた。しかし、近年になって吸収塔に冷却
・酸化の機能を持たせた一塔型脱硫塔の開発が進み、最
近では一塔型脱硫システムがスプレー方式の主流になり
つつある。

【０００５】図４に従来技術のスプレー方式による一塔
型脱硫装置の一例を示す。一塔型の脱硫塔は、主に塔本
体１、入口ダクト２、出口ダクト３、スプレーノズル
４、吸収液の循環ポンプ５、酸化タンク６、酸化用撹拌
機７、空気吹き込み管８、ミストエリミネータ９などか
ら構成されている。スプレーノズル４は水平方向に複数
個、さらに高さ方向に複数段設置されてる。スプレーノ
ズル４の段数としては、一般に５段程度設置されること
が多いが、本図では簡略化のため３段で表すことにし
た。また、酸化用撹拌機７および空気吹き込み管８は脱
硫塔下部の吸収液が滞留する酸化タンク６に設置され、
ミストエリミネータ９は吸収塔内最上部あるいは出口ダ
クト３内に設置される。図示していないボイラから排出
される排ガスは、入口ダクト２より脱硫塔本体１に導入
され、出口ダクト３より排出される。この間、脱硫塔に
は循環ポンプ５から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸
収液が複数のスプレーノズル４から噴霧され、吸収液と
排ガスの気液接触が行われる。このとき吸収液は排ガス
中のＳＯ₂を選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成
する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液は酸化タンク
６に溜まり、酸化用撹拌機７によって撹拌されながら、
空気吹き込み管８から供給される空気中の酸素により吸
収液中の亜硫酸カルシウムが酸化され石膏を生成する。
炭酸カルシウムおよび石膏が共存する酸化タンク６内の
吸収液の一部は、循環ポンプ５によって再びスプレーノ
ズル４に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示
していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、
スプレーノズル４から噴霧され微粒化された吸収液の中
で、液滴径の小さいものは排ガスに同伴されるが、脱硫
塔上部に設けられたミストエリミネータ９によって回収
される。

【０００６】一塔式の脱硫塔におけるＳＯ₂の除去率す
なわち脱硫率は、スプレーノズル４から噴霧されるとき
の吸収液中の亜硫酸カルシウム濃度に大きく左右され、
この亜硫酸カルシウム濃度が高くなると脱硫率は低下す
る。したがって、高い脱硫率を得るためには、酸化タン
ク６内で十分に酸化し、スプレーノズル４に送り込む吸
収液中の亜硫酸カルシウム濃度を極力零に近づける必要
がある。この点については、従来から吸収液中の亜硫酸
カルシウムを十分酸化するのに要する滞留時間がとれる
ように酸化タンク６の大きさを決めている。ただし、こ
の酸化タンク６における吸収液の滞留時間、すなわち酸
化タンク６の大きさは、亜硫酸カルシウムの酸化速度に
依存し、酸化速度を高めることができれば酸化タンク６
をコンパクトにすることができる。

【０００７】この酸化速度を高める方法の一つとして気
泡の微細化があり、従来から様々な方法で実施されてい
る。亜硫酸カルシウムの酸化反応は気液接触反応であ
り、できるだけ気泡を小さくして気液接触面積を大きく
すれば酸化反応速度を高めることができる。図５にプロ
ペラ方式の空気吹き込み装置を示す。この空気吹き込み
装置は空気吹き込み管８、プロペラ１２、回転軸１３、
撹拌機７、撹拌機取付ノズル１１から構成される。プロ
ペラ１２および回転軸１３は、撹拌機７の動力によって
回転する。酸化用空気は空気吹き込み管８からスラリ中
に気泡として導入され、そのほとんどはプロペラ１２に
よって切断され微細な気泡として噴出される。しかしな
がら、一部の気泡はプロペラ１２に到達せずに巨大気泡
のまま酸化タンク６の側壁近傍を上昇する。この巨大気
泡は単位空気量当りの気液接触面積すなわち比表面積が
小さいため、単位空気量当りの酸化速度が小さい。この
ため、全体的な酸化速度の低下および空気中の酸素利用
率の低下をまねくことになる。したがって、高い酸化速
度を維持するためには、必然的に空気の吹き込み量を増
大する必要がある。

【０００８】この問題に対する対策として、プロペラ１
２の近傍に空気吹き込み管８の噴出部がくるように空気
吹き込み管８を酸化タンク６内に突き出す方法と、プロ
ペラ１２を酸化タンク６の側壁に近づける方法が考えら
れる。しかし、前者の方法では、運転停止時の空気吹き
込み管８内へのスラリ侵入による閉塞あるいはスケーリ
ングなどのトラブルの可能性がある。また、後者の方法
のようにあまりプロペラ１２を酸化タンク６の側壁に近
づけ過ぎると、撹拌機取付ノズル１１内に周囲のスラリ
を取り込むことができなくなり、撹拌および気泡の切断
能力を失うことになる。したがって、このような問題を
生じることなく巨大気泡の生成を防止するためには、別
の手段を講じる必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、酸化
タンクに酸化用空気を導入する空気吹込み装置における
気泡の微細化を確実に行い、比表面積の小さい巨大気泡
の生成を抑制して、酸化速度および空気中の酸素の利用
率を向上することが考慮されておらず、高い生成を抑制
して、酸化速度を得るためには空気を多く吹き込む必要
があり、運転コストが高価になる問題があった。

【００１０】本発明の目的は、空気吹き込み装置のプロ
ペラによって微細化されないまま上昇する巨大気泡の生
成を防止し、スラリ中に吹き込まれる空気のすべてを確
実に微細化することにより、酸化タンク内での空気中の
酸素の利用率を向上させて空気吹き込み量を低減し、安
価な運転コストで高い脱硫性能を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、次
の構成によって達成される。すなわち、ボイラなどの燃
焼装置から排出される排ガスと吸収液とを接触させるこ
とにより排ガス中の硫黄酸化物を処理する脱硫塔の下部
に位置する酸化タンクを備えた湿式排煙脱硫装置におい
て、酸化タンクの側壁に、該酸化タンクの外部に突き出
したノズルを設け、吸収液中に酸化空気を吹き込むため
の配管を該ノズルに接続し、酸化タンク内部に回転軸が
露出するように突き出したプロペラ式撹拌機を該ノズル
内に設け、さらに酸化タンク内部に突き出した該回転軸
の上部を覆うように、該ノズル部の酸化タンク内壁側に
ガイドベーンを設置した湿式排煙脱硫装置である。

【００１２】

【作用】酸化タンク側壁の撹拌機取付ノズルに設けられ
た撹拌機によって回転軸およびプロペラを回転させる
と、周囲の吸収液スラリを回転軸側に取り込みながらプ
ロペラから酸化タンク中央部に向かってスラリを吐出す
る流れを形成する。したがって、撹拌機が取り付けられ
たノズルに設けられた空気吹き込み配管から酸化用空気
を吹き込むと、そのほとんどは気泡として前記回転軸沿
いに流れ、プロペラによって微細化される。しかし、微
細化される前の巨大気泡は、浮力が大きいため、その一
部は前記流れに乗らず、プロペラに到達しないまま巨大
気泡として酸化タンク側壁近傍を上昇する。

【００１３】そこで、本発明のごとく酸化タンク内部に
突き出した回転軸の上部を覆うように、撹拌機取り付け
ノズル部の酸化タンク内壁側にガイドベーンを設置する
ことにより、巨大気泡の上昇を防ぎ、ガイドベーンに沿
って強制的にプロペラ側に送り込み、回転するプロペラ
によってその巨大気泡を微細化することができる。これ
により、亜硫酸カルシウムの酸化反応における気液接触
面積が増大し、酸化反応速度も増大するため、気泡とし
て吹き込む空気中の酸素の利用率が向上し、空気吹き込
み量を低減して安価な運転コストで高い脱硫性能を得る
ことが可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明による一実施例を図１に示す。図１に
示す酸化用空気吹き込み装置は図４に示す従来技術と同
様の脱硫塔に使用されるものであり、図４および図５に
示した従来技術の酸化用空気吹き込み装置と同様に、酸
化用撹拌機７、空気吹き込み管８、撹拌機取付ノズル１
１、プロペラ１２、回転軸１３などから構成されるが、
本実施例では、酸化タンク側壁１５より酸化タンク６内
部に突き出した回転軸の上部を覆うように、撹拌機取付
ノズル部の酸化タンク側壁１５側に撹拌機取付ノズル１
１と同じ曲率を持ったガイドベーン１４を設置してい
る。図２には図１の本実施例の酸化用空気吹き込み装置
の鳥かん図を示す。

【００１５】酸化タンク側壁１５の撹拌機取付ノズル１
１に設けられた酸化用撹拌機７によって回転軸１３およ
びプロペラ１２を回転させると、周囲の吸収液スラリを
回転軸１３側に取り込みながら、プロペラ１２から酸化
タンク中央部に向かってスラリを吐出する流れを形成す
る。

【００１６】したがって、撹拌機取付ノズル１１に設け
られた空気吹き込み管８から酸化用空気を吹き込むと、
そのほとんどの空気は気泡として回転軸１３沿いに流
れ、プロペラ１２によって微細化され、吸収液スラリと
ともに酸化タンク中央部に向かって吐出される。微細化
された気泡は、吸収液スラリ中に分散しながら上昇し、
その過程で気泡の中の酸素が吸収液スラリに物理溶解し
た後、スラリ中に含まれる亜硫酸カルシウムを酸化す
る。この酸化反応は気液反応であるため、反応速度は気
液接触面積に依存し、単位空気当りの比表面積が大き
い、すなわち気泡径が小さいほど酸化反応速度は大きく
なる。一方、微細化される前の巨大気泡は浮力が大きい
ため、一部の巨大気泡はプロペラ１２に到達しないまま
酸化タンク側壁１５近傍を上昇しようとする。しかし、
本実施例では酸化タンク内部に突き出した回転軸１３の
上部を覆うように、撹拌機取付ノズル部の酸化タンク側
壁１５側にガイドベーン１４を設置しているため、巨大
気泡はガイドベーン１４によって上昇を阻止され、ガイ
ドベーン１４に沿って強制的にプロペラ１２側に送り込
まれ、回転するプロペラ１２によって微細化されるよう
になる。これにより、亜硫酸カルシウムの酸化反応にお
ける気液接触面積が増大し、酸化反応速度も増大するた
め、気泡として吹き込む空気中の酸素の利用率が向上
し、空気吹き込み量を低減して安価な運転コストで高い
脱硫性能を得ることが可能となる。

【００１７】図３に９５％の脱硫率を得るための酸化用
空気消費量について、従来法と本実施例との比較を行っ
た結果を示す。図４に示すような１塔式の脱硫塔におけ
る脱硫率は、スプレーノズル４から噴霧されるときの吸
収液中の亜硫酸カルシウム濃度に大きく左右され、この
亜硫酸カルシウム濃度が高くなると脱硫率は低下する。
したがって、高い脱硫率を得るためには、酸化タンク６
内で十分に酸化し、スプレーノズル４に送り込む吸収液
中の亜硫酸カルシウム濃度を極力零に近づける必要があ
る。そこで、酸化タンク６では、効率良く亜硫酸カルシ
ウムを酸化するため、プロペラ式撹拌機７を用いて空気
を微細化して吸収液スラリ中に吹き込んでいる。しか
し、従来技術では、一部の気泡はプロペラに到達せずに
巨大気泡のまま酸化タンクの側壁近傍を上昇する。この
巨大気泡の存在は、全体的な酸化速度の低下および空気
中の酸素利用率の低下をまねくことになり、９５％の高
い脱硫率を維持するためには、必然的に空気の吹き込み
量を増大しなければならなかった。これに対し、本実施
例では、従来技術の問題点を考慮し、酸化タンク６に酸
化用空気を導入する空気吹き込み装置における気泡の微
細化を確実に行い、比表面積の小さい巨大気泡の生成を
抑制して、酸化速度および空気中の酸素の利用率を向上
するようにした。このため、酸化用空気の吹き込み量を
多くしなくても９５％の脱硫率を得ることができ、本実
施例における酸化用空気消費量は、従来技術の８０％で
よい。したがって、酸化用空気吹き込みに要する動力を
２０％低減することが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ガイドベーンの設置に
よって巨大気泡の生成が防止され、回転するプロペラに
よって気泡として吹き込む酸化用空気をすべて微細化す
ることができるため、亜硫酸カルシウムの酸化反応にお
ける気液接触面積が増大し、酸化反応速度も増大するた
め、気泡として吹き込む空気中の酸素の利用率が向上
し、空気吹き込み量を低減して安価な運転コストで高い
脱硫性能を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による一実施例の酸化用空気吹き込み
装置を示す図である。

【図２】 図１の酸化用空気吹き込み装置の鳥かん図で
ある。

【図３】 ９５％の脱硫率を得るための酸化用空気吹き
込み量について従来法と本発明の実施例との比較を示す
図である。

【図４】 従来の技術における１塔型湿式排煙脱硫装置
を示す図である。

【図５】 従来の技術における酸化用空気吹き込み装置
を示す図である。

【符号の説明】

１…塔本体、２…入口ダクト、３…出口ダクト、４…ス
プレーノズル、５…循環ポンプ、６…酸化タンク、７…
酸化用撹拌機、８…空気吹き込み管、９…ミストエリミ
ネータ、１０…吸収液抜き出し管、１１…撹拌機取付ノ
ズル、１２…プロペラ、１３…回転軸、１４…ガイドベ
ーン、１５…酸化タンク側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 泰行 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 吉川 博文 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラなどの燃焼装置から排出される排
   ガスと吸収液とを接触させることにより排ガス中の硫黄
   酸化物を処理する脱硫塔の下部に位置する酸化タンクを
   備えた湿式排煙脱硫装置において、 酸化タンクの側壁に、該酸化タンクの外部に突き出した
   ノズルを設け、吸収液中に酸化空気を吹き込むための配
   管を該ノズルに接続し、酸化タンク内部に回転軸が露出
   するように突き出したプロペラ式撹拌機を該ノズル内に
   設け、さらに酸化タンク内部に突き出した該回転軸の上
   部を覆うように、該ノズル部の酸化タンク内壁側にガイ
   ドベーンを設置したことを特徴とする湿式排煙脱硫装
   置。