JPH105524A - 気液接触装置及び排煙処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平方向から供給される気体を偏り少なく接
触処理塔内に導入して効率良く液体と気液接触させるこ
とができる小型、かつ低コストで高効率の気液接触装置
及び排煙処理装置を提供する。 【解決手段】 気液接触装置１０は導入側吸収塔１２と
導出側吸収塔１３から構成され、その下部がスラリを入
れるタンク１１で連通されている。処理すべき排煙は導
入側吸収塔１２の上部に水平方向から流入して下方向へ
流過し、次いでタンク１１の上部を横に流れ、導出側吸
収塔１３内を下方から上方向へ流れる。両吸収塔１２，
１３内では、スプレーパイプ１５，１６からスラリが噴
射され脱硫処理される。導入側吸収塔１３内にはスプレ
ーパイプ１５によりスラリが噴射される領域よりも前流
位置に、複数の棒状材３０を平行に配設してある。これ
ら棒状材３０長手方向を、気体Ａの導入側吸収塔１２へ
の流入方向と直交する方向に設定してあり、導入される
排煙の偏りを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水平方向から供給
される排煙を効率良く液体と気液接触させる気液接触装
置、及びこの気液接触装置により排煙の脱硫等を小型な
装置構成かつ低コストで効率良く実現できる排煙処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば排煙の脱硫や除塵を行う排
煙処理装置に使用される気液接触装置としては、充填式
の吸収塔（接触処理塔）や、スプレー式又は液柱式の吸
収塔を使用し、石灰石等の吸収剤が懸濁した吸収液（吸
収剤スラリ）と排煙とを気液接触させることにより排煙
中の硫黄酸化物（主に亜硫酸ガス）やフライアッシュ等
の粉塵を除去するものが知られている。

【０００３】従来の充填式の排煙処理装置としては、例
えば特開昭６０−１７９１２０号公報に開示されたもの
があり、従来の液柱式の排煙処理装置としては、例えば
実開昭５９−５３８２８号公報や特開平６−３２７９２
７号公報に開示されたものがあり、また従来のスプレー
式の排煙処理装置としては、例えば特開平８−１９７２
６号公報に開示されたものがある。

【０００４】ところで、上記公報等に示された従来の充
填式の排煙処理装置でも、或いは従来のスプレー式又は
液柱式の排煙処理装置であっても、基本構成は、排煙が
上下方向に通過する吸収塔内に、長手方向に複数のノズ
ルが設けられたスプレーパイプを水平に複数配設し、こ
のスプレーパイプのノズルから吸収液を噴射させること
により、吸収液（液体）と排煙（気体）とを気液接触さ
せる処理を行うものであり、発電設備におけるボイラ等
から排出される排煙を、水平に配設されたダクトを経由
して前記吸収塔内に水平方向から導入する構成となって
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、吸収塔への
排煙の流入部は、ほぼ直角に湾曲する流路形状となって
おり、慣性力によって排煙が外側に偏った状態で流入
し、気液接触効率を劣化させていた。

【０００６】すなわち、流入時の慣性力によって、吸収
塔における上下方向の流路における排煙の流速は、図５
に示すような流入する側と反対側に流速のベクトルの方
向が偏った流速分布となっており、流速の大きさもばら
つきが非常に大きなものとなっていた。

【０００７】このため、前記スプレーパイプから吸収塔
内の水平方向において一様に噴射される吸収液と排煙と
の気液接触は、排煙が流入する側と反対側に偏った位置
で主に行われ、排煙が流入する側において噴射される吸
収液は一部が無駄になっており、この点で効率の悪いも
のとなっていた。

【０００８】この問題の解決策としては、流入部の形状
を緩やかに湾曲した形状にする、或いは前記スプレーパ
イプからの吸収液の噴射量を前記流速分布等の偏りに対
応させて異ならせるといったことが考えられるが、これ
ら解決策は当然装置の大型化（塔長の増加等）や相当な
コスト増を招き実用的でない。

【０００９】このため、現状ではこのような排煙の偏り
を放置し、所望の脱硫率や除塵率が達成できるように吸
収液の噴射量を一様に高めており、少ない消費動力で高
い脱硫又は除塵性能を達成するという観点からは効率の
悪いものとなっていた。

【００１０】そこで本発明は、水平方向から供給される
排煙を偏り少なく接触処理塔内に導入して効率良く液体
と気液接触させることのできる気液接触装置、及びこの
気液接触装置により排煙の脱硫等を小型な装置構成かつ
低コストで効率良く実現できる排煙処理装置を提供する
ことを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、気体が水平方向から流入して上下方向に通
過する接触処理塔内に液体を噴射させることにより、液
体と気体とを接触させる処理を行う気液接触装置におい
て、その接触処理塔内の液体が噴射される領域よりも前
流位置に、複数の棒状材を平行に配設し、これら棒状材
の長手方向を、気体の前記接触処理塔への流入方向と直
交する方向に設定した気液接触装置を提供する。

【００１２】この場合、その棒状材の水平断面における
幅寸法ｄと、隣り合う棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄ
を、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０とするのが好ましい。

【００１３】このように構成した本発明の気液接触装置
によれば、その接触処理塔内に配設された棒状材が水平
方向から流入して上下方向に通過する気体の偏りを抑制
する整流作用を発揮する。

【００１４】従って、本発明の気液接触装置では簡単な
構成によって低コストで、圧力損失を増加させずに、接
触処理塔内に流入した気体（排煙）の偏りを抑制し、ス
プレーパイプから噴射される液体と効率良く気液接触さ
せることができる。

【００１５】また、本発明は、以上説明した気液接触装
置により排煙を吸収液に気液接触させて、排煙中の少な
くとも亜硫酸ガスを吸収液に吸収して除去するように構
成した排煙処理装置を提供する。

【００１６】この排煙処理装置によれば、吸収剤スラリ
の循環流量を従来より少なくしても所定の脱硫及び脱塵
が効率良く実現され、消費動力を節約して運転コストを
低減可能である。

【００１７】また、本発明の排煙処理装置においては、
流入部の形状を緩やかに湾曲した形状にするといった対
策を採用する必要がないので、装置を小型かつ低コスト
なものに維持できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を示
す図面に基づいて具体的に説明する。図１は、本例の排
煙処理装置の要部構成を示す図であり、図２は、図１に
おけるＩＩ断面拡大図であって、同排煙処理装置におけ
る気液接触装置の排煙流入部を示す図である。

【００１９】この排煙処理装置は、この場合石灰石より
なる吸収剤が懸濁した吸収液（以下、吸収剤スラリとい
う。）が供給されるタンク１１と、このタンク１１の一
側部から上方に延設され、未処理排煙Ａとタンク１１内
の吸収剤スラリとを気液接触させる液柱式の導入側吸収
塔１２（接触処理塔）と、タンク１１の他側部から上方
に延設され、前記導入側吸収塔１２から導出された排煙
をタンク１１内の吸収剤スラリと再度気液接触させる液
柱式の導出側吸収塔１３（接触処理塔）とよりなる気液
接触装置１０を備える。

【００２０】ここで、導入側吸収塔１２は、未処理排煙
Ａを水平方向から導入するための排煙導入部１２ａ（図
２に示す）がその上端部に形成されて排煙が下方に向っ
て流れるいわゆる並流式の吸収塔であり、導出側吸収塔
１３は、処理済排煙Ｂを導出するための排煙導出部１４
がその上端部に形成されて、導入側吸収塔１２を通過し
タンク１１内上部を経由した排煙が上方に向って流れる
いわゆる向流式の吸収塔である。

【００２１】また、導入側吸収塔１２の流路断面積が、
ある程度の脱硫が可能になるとともに特に高性能な粉塵
の捕集が実現できる高い排煙の流速が得られるように他
方の導出側吸収塔１３に比して小さく設定され、導出側
吸収塔１３の流路断面積が、向流式気液接触における亜
硫酸ガスの吸収に好ましい低い排煙の流速が得られるよ
うに導入側吸収塔１２に比し大きく設定されている。

【００２２】また各吸収塔１２，１３には、スプレーパ
イプ１５，１６がそれぞれ複数平行に設けられ、これら
スプレーパイプ１５，１６には、吸収剤スラリを上方に
向って液柱状に噴射するノズル（図示略）が長手方向
（図１では左右方向）に複数形成されている。なお、各
スプレーパイプ１５，１６や各ノズルは、例えば５００
ｍｍ程度の配置間隔で多数設けられている。

【００２３】また、タンク１１の両側には、タンク１１
内の吸収剤スラリを吸上げる循環ポンプ１７，１８が設
けられ、循環ライン１９，２０を介して吸収剤スラリが
各スプレーパイプ１５，１６に送り込まれ、各ノズルか
ら噴射されるように構成されている。

【００２４】さらにこの場合、導出側吸収塔１３の排煙
導出部１４には、同伴ミストを補集除去するためのミス
トエリミネータ（図示略）が設けられている。なお、こ
のミストエリミネータで補集されたミストは、例えば下
部ホッパ（図示略）へ集められホッパ低部のドレン抜き
配管を介してタンク１１内に戻る構成となっている。

【００２５】そしてこの装置は、タンク１１内のスラリ
を攪拌しつつ酸化用の空気を微細な気泡として吹込むい
わゆるアーム回転式のエアスパージャ２１を備え、タン
ク１１内で亜硫酸ガスを吸収した吸収剤スラリと空気と
を効率良く接触させて全量酸化し石膏を得る構成となっ
ている。

【００２６】すなわちこの装置では、吸収塔１２又は１
３でスプレーパイプ１５又は１６から噴射され排煙と気
液接触して亜硫酸ガス及び粉塵を吸収しつつ流下する吸
収剤スラリは、いずれもタンク１１内においてエアスパ
ージャ２１により攪拌されつつ吹込まれた多数の気泡と
接触して酸化され、さらには中和反応を起こして石膏と
なる。なお、これらの処理中に起きる主な反応は以下の
化学式１に示す反応式（１）乃至（３）となる。

【００２７】

【化１】

【００２８】こうしてタンク１１内には、定常的には石
膏と吸収剤である少量の石灰石と僅かな粉塵が懸濁する
ようになっており、このタンク１１内のスラリがこの場
合スラリポンプ２２により固液分離機２３に供給され、
ろ過されて水分の少ない石膏Ｃ（通常、水分含有率１０
％程度）として採り出される。一方、固液分離機２３か
らのろ液は、吸収剤スラリを構成する水分としてスラリ
調整槽２４に供給される。

【００２９】スラリ調整槽２４は、攪拌機２５を有し、
図示省略した石灰石サイロから投入される石灰石（吸収
剤）と、固液分離機２３より送られる水とを攪拌混合し
て吸収剤スラリを生成するもので、内部の吸収剤スラリ
がスラリポンプ２６によりタンク１１に適宜供給される
ようになっている。

【００３０】なお、運転中、このスラリ調整槽２４で
は、例えば図示省略したコントローラ及び流量制御弁に
より、投入される水量が調整され、また、石灰石サイロ
の例えばロータリーバルブ（図示省略）の作動が制御さ
れることにより、投入される水量に応じた石灰石が適宜
供給され、所定濃度（例えば２０重量％程度）の吸収剤
スラリを常に一定範囲のレベル内に蓄えた状態に維持さ
れる。

【００３１】また、例えばスラリ調整槽２４には、適宜
補給水（工業用水等）が供給され、気液接触装置１０に
おける蒸発等により漸次減少する水分が補われる。また
運転中には、脱硫率と石膏純度とを高く維持すべく、未
処理排煙Ａ中の亜硫酸ガス濃度やタンク内のＰＨや石灰
石濃度等がセンサにより検出され、図示省略した制御装
置によりスラリ調整槽２４への石灰石の供給量やタンク
１１への吸収剤スラリの供給量等が適宜調節される構成
となっている。

【００３２】そして、気液接触装置１０の導入側吸収塔
１２には、前記スプレーパイプ１５の各ノズルから液体
が噴射される領域よりも前流位置（この場合には図２に
示すように排煙導入部１２ａの近傍位置）に、複数の棒
状材３０が平行かつ水平に配設され、これら棒状材３０
の長手方向が、未処理排煙Ａの排煙導入部１２ａへの流
入方向と直交する方向（図１では左右方向、図２では紙
面に直交する方向）に設定されている。

【００３３】これら棒状材３０は、この場合断面一定の
パイプ材（角材）よりなり、前述した排煙の偏りを抑制
する整流作用を発揮するものである。なお、棒状材３０
は、角材に限られず、単なる丸棒材或いは断面円形のパ
イプ材であってもよい。

【００３４】この棒状材３０及びその周辺の各部寸法
（図２に示す各部寸法）は、例えば、１０００ＭＷ石炭
焚きボイラの排煙（流量約３００００００ｍ³ ／ｈ）を
処理する場合で、導入側吸収塔１２の奥行寸法Ｌが例え
ば２４．１ｍ程度で、導入側吸収塔１２の横幅寸法Ｌ１
が４．４ｍ程度で、排煙導入部１２ａの内面高さ寸法Ｈ
１が１０ｍ程度に設定された場合には、以下のように設
定するのが好ましい。

【００３５】排煙導入部の底面から棒状材までの垂直距
離ｈ＝１ｍ〜１．５ｍ、棒状材の配置間隔Ｐ＝４００ｍ
ｍ〜６００ｍｍ、棒状材の外径寸法Ｗ１（横方向）＝２
００ｍｍ〜３００ｍｍ、棒状材の外径寸法Ｗ２（縦方
向）＝２００ｍｍ〜３００ｍｍ、隣り合う棒状材の間隔
ｓ＝１００ｍｍ〜４００ｍｍ、塔天井部分の傾斜高さＨ
２＝５ｍ〜１０ｍとする。

【００３６】なお、本発明者らの研究によれば、棒状材
３０の水平断面における幅寸法ｄ（棒状材が角材である
場合には上記横方向外径寸法Ｗ１、棒状材が丸棒材又は
パイプ材である場合にはその外径寸法Ｄ）と、隣り合う
前記棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄ（即ち開口率）が、
０．５≦ｓ／ｄ≦２．０となるように、棒状材の寸法や
配置間隔を設定するのが好ましい。

【００３７】上記排煙処理装置の気液接触装置１０で
は、排煙導入部１２ａから流入した未処理排煙Ａが導入
側吸収塔１２の上端部で垂直方向に向きを変えて流下す
る際に、前記複数の棒状材３０によって抵抗を受け、特
に横方向（図２において右向き方向）への流れが抑制さ
れる。

【００３８】これにより、流入した側と反対側（図２に
おいて右側）に排煙の流速の方向が偏り、かつ流速の大
きさがばらつく現象が、図４の流速分布のデータに示す
ように抑制される。

【００３９】ここで、図４或いは前述の図５は、上記気
液接触装置１０と同様な構成の実験装置を用いて吸収塔
上部の流速分布の測定結果をベクトル表示したもので、
図４は前述の棒状材からなる整流装置がある場合、図５
はこの整流装置がない場合である。なおこの実験では、
平均流速を９．４ｍ／ｓ程度としている。

【００４０】また図３は、上記気液接触装置１０と同様
な構成の実験装置を用いて、前述の比率ｓ／ｄと偏流度
（偏流度＝（実流速と平均流速の差）÷平均流速×１０
０）の関係を測定した実験結果を示している。この図３
からもわかるように、０．５≦ｓ／ｄ≦２．０となるよ
うに寸法設定された前述の整流装置がある場合には、偏
流度が２５パーセント程度以下に低減される。

【００４１】このため、図２において排煙は水平方向に
比較的一様に分布して図１に示すスプレーパイプ１５の
方に流下し、水平方向において一様に噴射される吸収剤
スラリと効率良く気液接触して、循環ポンプ１７による
吸収剤スラリの循環流量を従来より少なくしても所定の
脱硫及び脱塵が効率良く実現される。

【００４２】すなわち、タンク１１内の吸収剤スラリ
は、循環ポンプ１７，１８によりそれぞれ循環パイプ１
９，２０を通ってスプレーパイプ１５，１６に供給され
る。一方、排煙は、まず導入側吸収塔１２内に前述の如
く水平方向に偏り少なく導入され下降する。

【００４３】スプレーパイプ１５に供給された吸収剤ス
ラリは、スプレーパイプ１５の各ノズルから上方へ噴射
され、上方に噴き上げられた吸収剤スラリは、頂部で分
散し次いで下降し、下降するスラリと噴き上げたスラリ
とが相互に衝突して微細な粒子状になる。

【００４４】このように微細な粒子状になったスラリが
次々に生じるようになり、粒子状のスラリは吸収塔１２
内にほぼ一様に分散して存在するようになる。こうし
て、亜硫酸ガスを含む排煙がこのように粒子状のスラリ
がほぼ一様に存在する塔内を偏り少なく流下するため、
体積当たりの気液接触面積が前記棒状材３０がない従来
よりも大きくなる。

【００４５】また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き
上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙と
は効果的に混合し、まずこの並流式の吸収塔１２におい
てかなりの量の亜硫酸ガスが除去される。例えば、この
導入側吸収塔１２における吸収剤スラリの循環流量や液
柱高さを従来のものよりも低く設定したとしても、６０
〜８０％程度の脱硫率で亜硫酸ガスを吸収除去すること
が可能である。

【００４６】しかも、導入側吸収塔１２では、流路断面
積が特に高い除塵性能が得られるように設定され、除塵
にとっても好ましい排煙の流速となっているため、いわ
ゆる拡散除塵とともに衝突除塵が有効に実現され、この
導入側吸収塔１２だけで所望の除塵率に近い除塵が達成
できる。

【００４７】次に、導入側吸収塔１２を流下した排煙
は、タンク１１の上部を横方向に流れた後、この場合下
部から導出側吸収塔１３に入り、この吸収塔１３を上昇
する。この導出側吸収塔１３でも、吸収剤スラリが、ス
プレーパイプ１６の各ノズルから上方へ噴射され、導入
側吸収塔１２と同様に、微細な粒子状となって落下し
て、向い合って流れる排煙と接触する。

【００４８】また、ノズル近傍では排煙がスラリの噴き
上げ流れに効果的に巻き込まれるので、スラリと排煙と
は効果的に混合し、さらにこの向流式の吸収塔１３にお
いて残りのほとんどの亜硫酸ガスが除去される。

【００４９】この場合、相当量の亜硫酸ガスが導入側吸
収塔１２で除去されているとともに、導出側吸収塔１３
の流路断面積が前述のように設定されて排煙の流速が向
流式気液接触での脱硫にとって最適なものとされている
ので、最終的に９５％以上の高脱硫率で亜硫酸ガスが吸
収除去される。

【００５０】したがって、上記気液接触装置１０を使用
した排煙処理装置によれば、循環ポンプ１７による吸収
剤スラリの循環流量を従来より少なくしても所定の脱硫
及び脱塵が効率良く実現されるので、消費動力を節約し
て運転コストを低減できる。

【００５１】また、排煙導入部１２ａの高さ寸法Ｈ１又
は設置位置を高くするといった改造を行って、導入側吸
収塔１２の上端部の湾曲を緩やかにするといった対策を
採用する必要がないので、装置を小型かつ低コストなも
のに維持できる。

【００５２】なお本発明は、以上説明した実施形態に限
られず、各種の態様が有り得る。例えば、本発明は、上
述したような二つの吸収塔を有する気液接触装置に限ら
ず、一塔式の気液接触装置にも適用できる。

【００５３】また、液柱式の吸収塔からなるものに限ら
れず、スプレー式や充填式の吸収塔からなるものにも応
用可能である。さらに、吸収塔に排煙が流入する箇所
は、吸収塔の上端部に限られず、吸収塔の下部から排煙
が流入して吸収塔内を上方に向って流れるタイプでもよ
いことはいうまでもない。

【００５４】（実証データ）次に、本発明の作用効果を
実証すべく、発明者らが実施した計算及び実験結果のデ
ータについて説明する。このデータは、上記図１により
説明した排煙処理装置において棒状材３０を削除した装
置と、上記図１により説明した排煙処理装置（棒状材
３０のあるもの）とについての、同一の条件による性
能のデータであり、その計算条件を表１、装置性能を表
２に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】以上のデータによれば、図４及び図５に示
すように棒状材のない装置に比較して、棒状材のある
装置では、流速分布の偏り及びばらつきが格段に改善
されている。また、棒状材のない装置に比較して、棒
状材のある装置では、僅かに塔圧力損失（排煙ファン
動力）が高まるが、導入側吸収塔の循環流量が低減で
き、全体としては消費動力が低減される。

【００５８】

【発明の効果】本発明の気液接触装置又はこれを使用し
た排煙処理装置によれば、接触処理塔内に平行に配設さ
れた棒状材という極めて簡単かつ低コストで、しかも圧
力損失の少ない構成で、接触処理塔内に流入した気体
（排煙）の偏りを抑制し、スプレーパイプから噴射され
る液体（吸収液）とより効率良く気液接触させることが
できる。

【００５９】このため、所定の気液接触性能（脱硫率及
び除塵率）を確保しつつスプレーパイプから噴射する液
体の流量を格段に低減して、従来の限界を越えて運転コ
ストを低減することができる。また、接触処理塔の気体
導入部の湾曲を緩やかにするといった対策を採用する必
要がないので、装置を小型かつ低コストなものに維持で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である排煙処理装置の要
部構成を示す図である。

【図２】図１に示した排煙処理装置における気液接触装
置の排煙流入部を示す図であって、図１におけるＩＩ断
面拡大図である。

【図３】本発明の作用効果を説明する実験データであっ
て、開口率ｓ／ｄ（棒状材の水平断面における幅寸法ｄ
と隣り合う棒状材の間隔ｓとの比率）と偏流度との関係
を示す線図である。

【図４】本発明の作用効果を説明する実験データであっ
て、棒状材がある場合の吸収塔内における排煙の水平方
向流速分布を示す図である。

【図５】棒状材が無い場合の吸収塔内における排煙の水
平方向流速分布を示す図である。

【符号の説明】

１０ 気液接触装置 １１ タンク １２ 導入側吸収塔（接触処理塔） １３ 導出側吸収塔（接触処理塔） １５，１６ スプレーパイプ ２３ 固液分離機 ２４ スラリ調整槽 ３０ 棒状材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 光範 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 志田 坦也 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体が水平方向から流入して上下方向に
   通過する接触処理塔内に液体を噴射させることにより、
   液体と気体とを接触させる処理を行う気液接触装置にお
   いて、前記接触処理塔内の前記液体が噴射される領域よ
   りも前流位置に、複数の棒状材を平行に配設し、これら
   棒状材の長手方向を、気体の前記接触処理塔への流入方
   向と直交する方向に設定したことを特徴とする気液接触
   装置。
2. 【請求項２】 前記棒状材の水平断面における幅寸法ｄ
   と、隣り合う前記棒状材の間隔ｓとの比率ｓ／ｄが、
   ０．５≦ｓ／ｄ≦２．０であることを特徴とする請求項
   １記載の気液接触装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の気液接触装置によ
   り排煙を吸収液に気液接触させて、排煙中の少なくとも
   亜硫酸ガスを吸収液に吸収して除去するように構成した
   ことを特徴とする排煙処理装置。