JPH09313877A

JPH09313877A - 排煙脱硫装置と方法

Info

Publication number: JPH09313877A
Application number: JP8128162A
Authority: JP
Inventors: Naruhito Takamoto; 成仁高本; Hirobumi Yoshikawa; 博文吉川; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Naoki Oda; 直己尾田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】粒状の石灰石を用いた脱硫方法において循環
タンクの構造を改良して石灰石を均一に流動化させる循
環タンクの構造を提供すること。【解決手段】循環タンク６内の下部に塔内堰１７を設
けて吸収液を中央部（酸化域７）に集めて落下させ、こ
こに空気吹込み管８から空気を吹き込んで吸収液中の亜
硫酸を酸化させる。この液を循環タンク６の周辺部の粒
状の石灰石を収納した中和域１５に、その底部から送り
込み、粒状の石灰石を流動化させ、石灰石と反応させて
最終的に石膏を生成させる。酸化空気を酸化域７の下部
から供給すれば気泡の上昇により液が撹拌されて均一に
酸化され、液を撹拌するための撹拌機を設置する必要が
ない。このため、循環タンク６内に撹拌機の設置の必要
が無く、動力の低減につながる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石灰石等の脱硫剤
を含むスラリ吸収液を用いて排ガス中の硫黄化合物を除
去する際、循環タンクに粒状の石灰石等の脱硫剤を入れ
て効率よく亜硫酸を空気により酸化する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所等において、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・酸性雨等の地球的環境
問題の主原因の一つである。このため、排煙中からＳＯ
₂を除去する排煙脱硫法の研究及び脱硫装置の開発は極
めて重要な課題となっている。

【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及びマグネシウム化合物を用
いるマグネシウム法等がある。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
イラ等の排煙脱硫装置には比較的安価な炭酸カルシウム
等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、濡れ壁方式及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吸収塔の開発が進み、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９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。一塔型の吸収塔は、主に吸収
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、循環タンク６、デミスタ
２１等から構成される。スプレーノズル４は水平方向に
複数個、更に高さ方向に複数段設置されており、通常各
段ごとに吸収液を供給する循環液配管１１と各循環液配
管１１に１台ずつ循環ポンプ５が設置される。スプレー
ノズル４の段数としては、一般に４〜１０段程度設置さ
れることが多いが、図９では簡略化のため４段で示して
いる。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、吸収塔上部に設けられたデミスタ２１によって
回収される。デミスタ２１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。ボイラ（図示せず）から排
出される排ガス２４は、入口ダクト２より吸収塔本体１
に導入され、最終的には出口ダクト３より処理ガス２５
は排出される。

【０００６】この間、循環液配管１１を経由して循環ポ
ンプ５により送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液
が、吸収塔内に配置されたスプレ配管に取り付けられた
複数のスプレーノズル４から噴霧され、吸収塔内で吸収
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、重亜硫酸カルシウム
（Ｃａ（ＨＳＯ₃）₂）を生成する。重亜硫酸カルシウム
（液中では亜硫酸イオンとなる）を生成した吸収液は循
環タンク６に滞まり、空気吹込み管８より導入された空
気を撹拌機２０で循環タンク６内に分散させることによ
り、重亜硫酸カルシウムは酸化されて最終的に石膏（Ｃ
ａＳＯ₄）を生成する。

【０００７】従来脱硫剤である石灰石は微粉の物（通常
の平均粒径：１０μｍ）が使われていたため、この脱硫
剤を循環タンク６内でできるだけ早く溶解させて反応さ
せるため、循環タンク６内を均一に撹拌する必要があっ
た。そのために、循環タンク６内で吸収剤を含んだスラ
リ液を撹拌するために撹拌機２０を多数設置していたの
で、撹拌動力費が高くなる欠点があった。

【０００８】また、従来は酸化用空気は循環タンク６の
底部から供給し、撹拌機２０により空気を微細化してい
た。そのため微細化された気泡は、循環タンク６を上昇
する間に空気中の酸素が吸収液（スラリ液）に溶解して
亜硫酸イオンは酸化され、最終的に石膏を生成する。微
粉の石灰石を用いた場合には、撹拌機２０により循環タ
ンク６全体を撹拌させ、酸化反応を促進させる必要があ
った。

【０００９】したがって、循環タンク６内の撹拌機２０
の運転動力費をできるだけ下げて、運転コストを下げる
ことが大きな課題となる。このような背景のもとに、粒
状の石灰石を用いた脱硫方法を本出願人は提案した（特
願平７−２０６２５号）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記特許出願発明では
循環タンク内の撹拌機の運転動力は低減できるが、石灰
石を均一に流動化させて中和反応を迅速にすることが最
も重要な課題となる。そのためには、いかに容易にスケ
ールアップをすることができるかが問題となる。

【００１１】そこで本発明の課題は、粒状の石灰石等の
固体脱硫剤を用いた脱硫方法において、循環タンクの構
造を改良して石灰石等の固体脱硫剤を均一に流動化させ
る新しいタイプの循環タンクの構造を提供することであ
る。

【００１２】また本発明の課題は、粒状の石灰石等の固
体脱硫剤を用いた脱硫方法において、装置のスケールア
ップが容易にできる脱硫剤循環タンク内の脱硫剤を均一
に流動化させる循環タンクの構造を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は、以
下のような構成により解決される。すなわち、ボイラ等
の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を含む排ガスを吸
収塔に導き、ここで吸収液を噴霧して排ガスを吸収させ
て、吸収液を吸収塔の下部に吸収液を溜める循環タンク
を配した排煙脱硫装置において、循環タンクの中央部に
排ガスを吸収した吸収液を集めて酸化する酸化域を設
け、該酸化域内の吸収液の酸化用の空気を供給する酸化
空気用ノズルを該酸化域に臨ませて設け、該酸化域と循
環タンクの側壁との間に該酸化域内の吸収液が流れ込
む、粒状の脱硫剤を収納した中和域を設け、該中和域の
底部には、該酸化域内で酸化処理された吸収液が送り込
まれる分液手段を設けた排煙脱硫装置である。

【００１４】上記排煙脱硫装置において、分液手段は中
和域底部に設けられた多数の開口を有する分液板または
酸化域の底部側面から、全周に均等の間隔で中和域内に
向けて突出して設けられた複数の液分配管で構成するこ
ともできる。また、循環タンクの中央部に設けられた酸
化域は、吸収液を集める塔内堰と該塔内堰に接続した下
降管を備え、該下降管内に酸化用空気を供給するための
酸化空気用ノズルを設けた空気配管から構成しても良
い。

【００１５】本発明の排煙脱硫装置の循環タンクの水平
断面積に対する中央部の酸化域の水平断面積比を０．１
から０．６にすることで、酸化域と中和域を循環タンク
に設けることができる。また、循環タンクの酸化域内の
吸収液深を中和域内の吸収液深より少なくとも１ｍ以上
高くすることにより、酸化域内と中和域内の吸収液深の
位置エネルギー差を利用して酸化域から中和域に吸収液
を押し込むことができる。

【００１６】上記本発明の課題は、以下のような構成に
より解決される。すなわち、ボイラ等の燃焼装置から排
出される硫黄酸化物を含む排ガスを吸収塔に導き、ここ
で吸収液を噴霧して排ガスを吸収させて、吸収液を吸収
塔の下部に吸収液を溜めて酸化処理と中和処理する排煙
脱硫方法において、循環タンクの中央部の酸化域に噴霧
後の吸収液を集めて、該酸化域内の吸収液中の亜硫酸イ
オンを空気により酸化処理した後、酸化域と循環タンク
の側壁との間にある粒状の脱硫剤が収納された中和部の
下部から、前記酸化処理された吸収液を送り込み、粒状
の脱硫剤を流動化させて吸収液の中和反応をさせること
を特徴とする排煙脱硫方法である。

【００１７】上記本発明の排煙脱硫方法において、循環
タンクの中央部の液降下速度を０．３ｍ／ｓ以下にする
ことで、酸化用の空気が上昇せず、落下液に同伴されて
中和反応が促進される。

【００１８】このように、本発明は循環タンク内の液の
流れ、及び酸化空気の供給方法を工夫することにより、
また平均粒径が１ｍｍから１．５ｍｍ程度の粒状の脱硫
剤、たとえば石灰石または炭酸マグネシウム等を利用す
ることにより、循環タンク全体の液を撹拌することな
く、効率的に亜硫酸イオンを酸化し、同時に循環液の撹
拌動力の低減も狙ったものである。

【００１９】すなわち、例えば図１に示す縦型の吸収塔
の場合、循環タンク６内の下部に塔内堰１７を設けて吸
収液を中央部（酸化域７）に集めて落下させ、ここに空
気吹込み管８から空気を吹き込んで吸収液中の亜硫酸を
酸化させる。この液を循環タンク６の周辺部の中和域１
５に送り、ここで石灰石と反応させて最終的に石膏を生
成させる。

【００２０】この場合、酸化空気を酸化域７の下部から
供給すれば気泡の上昇により液が撹拌されて均一に酸化
され、液を撹拌するための撹拌機を設置する必要がな
い。このため、循環タンク６内に撹拌機の設置の必要が
無く、動力の低減につながる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について実施
例により説明するが、本発明は下記の実施例に制限され
るものではない。本発明の縦型の実施例を図１に示す。
ＳＯ₂を含む燃焼排ガス２４は塔上部の入口ダクト２か
ら吸収塔本体１に入る。吸収塔では吸収液抜出し管１０
から抜き出され、循環ポンプ５により吸収液は循環液配
管１１を経由して吸収塔内に設けられた複数のスプレー
ノズル４から噴霧される。スプレーノズル４は水平方向
に複数個、更に高さ方向に複数段設置されており、通常
各段ごとに吸収液を供給する循環液配管１１共に各循環
液配管１１に１台ずつ循環ポンプ５が設置される。スプ
レーノズル４の段数としては、一般に４〜１０段程度設
置されることが多いが、図１では簡略化のため３段で示
している。その他の構成については図９に示したものと
同一番号に符した部材、装置は同一の機能を有するもの
であり、その説明は省略する。

【００２２】ここで噴霧された吸収液は排ガスと気液接
触することにより排ガス中のＳＯ₂ガスが吸収されて吸
収液は循環タンク６に落下する。この循環タンク６には
落下吸収液が循環タンク６の中央部に集まるように塔内
堰１７が設置されており、落下液は集められて塔内堰１
７に続く下降管１６を通って下部に移動する。下降管１
６の下端部と循環タンク６の底部との間には間隔が設け
られており、該間隔部分に空気吹込み管８が循環タンク
６の側壁から伸びており、下降管１６内に空気を吹き込
むことができる。したがって、下降管１６内部は吸収液
の酸化域７を形成し、吸収液中の亜硫酸は酸化される。

【００２３】下降管１６と循環タンク６の側壁との間の
空間の底部には分液板９が配置されていて、該分液板９
を通して下降管１６下部から吸収液が入り込んで上昇す
る。分液板９上には粒子状の石灰石が収納されているの
で、吸収液はこの分液板９上を上昇中に中和される。し
たがってこの空間は中和域１５と呼ぶ。

【００２４】酸化域７の液レベルは中和域１５の液レベ
ルに比べ少なくとも１ｍ以上高くなるようにしているた
め、液のレベル差により吸収液は酸化域７から中和域１
５に流れる。中和域１５では、この液により石灰石を流
動化して中和反応が促進される。

【００２５】中和域１５には石灰石供給管１３から石灰
石が供給され、また、中和域１５の吸収液の一部は吸収
液抜出し管１０の途中から回収系配管１４を経由して石
膏処理装置１２に送られる。

【００２６】図２（ａ）には、図１におけるＡ−Ａ’線
断面を示す。吸収液は酸化域７を下降しながら、空気に
より酸化されて分液板９から中和域１５に入り、石灰石
により中和され、石膏を生成する。また、図２（ｂ）に
は、図１におけるＡ−Ａ’線断面が円形以外のケース、
例えば四角の形状の場合の実施例を示す。

【００２７】また、図１、図２に示す構造は吸収塔内の
排ガスの流れる方向が鉛直方向である縦型吸収塔だけで
なく、吸収塔内の排ガスの流れる方向が水平方向など鉛
直方向でない方向に規制される横型（水平型）吸収塔に
も適用は当然可能である。

【００２８】図３には、下降管１６の下部に液分配管１
８を設置した実施例を示す。塔内堰１７で集められた液
は下降管１６の下部に、中和域１５に向けて全周にほぼ
均等の間隔で突出して設けられた複数の液分配管１８か
ら中和域１５に供給されて、中和反応が促進される。

【００２９】図４には、図３におけるＡ−Ａ’線断面を
示す。このように吸収塔の中心部に酸化域７を設けるこ
とにより、中和域１５に延びる液分配管１８の長さが短
くなり、この液分配管１８で中和域１５に向けて全周に
ほぼ均一に液を分配することができ、しかもこの構造は
容易にスケールアップすることが可能となる。

【００３０】次に、図５により、下降管１６の管径が小
さい場合の実施例を示す。図中の部材、装置について図
１と同一の機能を有するものは同一番号を符し、その説
明は省略する。

【００３１】この場合、吸収液は塔内堰１７により集め
られ下降管１６を少なくとも０．３ｍ／ｓ以上の流速で
降下させる。この実施例の場合、酸化用の空気を酸化域
７の液表面付近に供給し、酸化液と共に酸化空気を液に
同伴させる。このようにして酸化した吸収液を分液管９
から導入すると、石灰石は流動化され、中和反応が促進
される。さらに、このケースでは酸化空気も液に同伴さ
れるので石灰石の流動化に寄与し、一段と酸化反応が促
進される。

【００３２】図６には図５におけるＡ−Ａ’線断面図を
示す。吸収塔で亜硫酸ガスを吸収した吸収液を、循環タ
ンク６の塔内堰１７により中央部（酸化域）７に集めて
落下させ、空気吹込み管８からの空気により酸化する。
ここでは酸化域７の落下液速度を０．３ｍ／ｓ以上とす
ることにより、供給した空気が上昇せずに落下液に同伴
されて循環タンク６の下部に移動する場合を示す。空気
により酸化された液は空気を同伴して中和域１５に入
り、ここで石灰石と反応して中和され、最終的に石膏を
生成する。

【００３３】図７に示すように（「気泡・液滴・分散工
学」１９８２年１０月、化学工学協会編より転記）、液
中の気泡上昇速度は最大で０．３５ｍ／ｓであるため、
酸化域７の液落下速度を０．３ｍ／ｓ以上にすれば空気
は上昇せず液と共に下降することになる。気泡を同伴し
た液は中和域１５に入り石灰石と中和反応するが、液に
より流動化されると共に気泡を同伴するので更に石灰石
の流動化を促進させ、中和反応速度を向上できる。

【００３４】このような方法を実現させるために、酸化
域７の液面のレベルを少なくとも中和域１５のレベルに
比べ、１ｍ以上高くすることにより、位置エネルギー差
を利用して酸化域７から中和域１５に液を押し込むこと
が可能となる。このように循環タンク６内の下部に塔内
堰１７を設け、粒状の石灰石を用いることにより従来の
微粉石灰石を利用する場合のように、循環タンク６内に
撹拌機を用いる必要はなくなり、石灰石の粉砕動力と撹
拌機の動力低減につながる。また、このような構造を取
ることによりスケールアップが容易となる。

【００３５】図８には、図９に示す従来法と本発明の液
ガス比と全動力費の比較した結果を示す。液体（Ｌ）と
ガス（Ｇ）の比率（Ｌ／Ｇリットル／ｍ³）が１０及び
その他の比率で従来法の動力費をベースとして比較する
と、本発明はいずれの液ガス比においても、循環タンク
での石灰石の粉砕動力費及び撹拌動力費が下がるので運
転コストの低減が可能となる。

【００３６】以上述べたように本発明を用いると、微粉
にするための石灰石の粉砕動力が低減でき、循環タンク
での構造を工夫したことにより液の撹拌機が不要となる
ので、運転コストの大幅な低減ができる効果がある。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、微粒の石灰石を用いて
循環タンクの構造を工夫することで撹拌動力が大幅に低
減できるので、運転コストの大幅な低減ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における脱硫装置構造を示
す図である。

【図２】図１の吸収塔断面図である。

【図３】本発明の一実施例における脱硫装置構造を示
す図である。

【図４】図３の吸収塔断面図である。

【図５】本発明の一実施例における脱硫装置構造を示
す図である。

【図６】図５の吸収塔断面図である。

【図７】吸収液中の気泡径と上昇速度の関係を示す。

【図８】本発明と従来法との液ガス比と全動力費の関
係を比較を示す。

【図９】従来の脱硫装置構造を示す図である。

【符号の説明】

１脱硫塔本体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循環タンク７酸化域８空気吹込み管９分液板１０吸収液抜出し管１１循環液配管１２石膏処理装置１３石灰石供給管１４回収系配管１５中和域１６下降管１７塔内堰１８液分配管２０撹拌機２１デミスタ２４排ガス２５処理ガス

フロントページの続き (72)発明者加来宏行広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者尾田直己広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄
酸化物を含む排ガスを吸収塔に導き、ここで吸収液を噴
霧して排ガスを吸収させて、吸収液を吸収塔の下部に吸
収液を溜める循環タンクを配した排煙脱硫装置におい
て、循環タンクの中央部に排ガスを吸収した吸収液を集めて
酸化する酸化域を設け、該酸化域内の吸収液の酸化用の
空気を供給する酸化空気用ノズルを該酸化域に臨ませて
設け、該酸化域と循環タンクの側壁との間に該酸化域内
の吸収液が流れ込む、粒状の脱硫剤を収納した中和域を
設け、該中和域の底部には、該酸化域内で酸化処理され
た吸収液が送り込まれる分液手段を設けたことを特徴と
する排煙脱硫装置。
【請求項２】分液手段は中和域底部に設けられた多数
の開口を有する分液板または酸化域の底部側面から、全
周に均等の間隔で中和域内に向けて突出して設けられた
複数の液分配管であることを特徴とする請求項１記載の
排煙脱硫装置。
【請求項３】循環タンクの中央部に設けられた酸化域
は、吸収液を集める塔内堰と該塔内堰に接続した下降管
を備え、該下降管内に酸化用空気を供給するための酸化
空気用ノズルを設けた空気配管から構成されることを特
徴とする請求項１または２記載の排煙脱硫装置。
【請求項４】循環タンクの水平断面積に対する中央部
の酸化域の水平断面積比を０．１から０．６にすること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排煙
脱硫装置。
【請求項５】循環タンクの酸化域内の吸収液深を中和
域内の吸収液深より少なくとも１ｍ以上高くしたことを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の排煙脱
硫装置。
【請求項６】ボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄
酸化物を含む排ガスを吸収塔に導き、ここで吸収液を噴
霧して排ガスを吸収させて、吸収液を吸収塔の下部に吸
収液を溜めて酸化処理と中和処理する排煙脱硫方法にお
いて、循環タンクの中央部の酸化域に噴霧後の吸収液を集め
て、該酸化域内の吸収液中の亜硫酸イオンを空気により
酸化処理した後、酸化域と循環タンクの側壁との間にあ
る粒状の脱硫剤が収納された中和部の下部から、前記酸
化処理された吸収液を送り込み、粒状の脱硫剤を流動化
させて吸収液の中和反応をさせることを特徴とする排煙
脱硫方法。
【請求項７】循環タンクの中央部の液降下速度を０．
３ｍ／ｓ以下にして、酸化用の空気で吸収液を酸化処理
することを特徴とする請求項６記載の排煙脱硫方法。