JPH1133350A

JPH1133350A - 排煙脱硫装置と方法

Info

Publication number: JPH1133350A
Application number: JP9193682A
Authority: JP
Inventors: Naruhito Takamoto; 成仁高本; Hirobumi Yoshikawa; 博文吉川; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂; Kensho Taniguchi; 憲昭谷口
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で容易に粒状石灰石が存在する吸
収液の中和域内での液が全体にわたり均一に流れ、かつ
粒状石灰石粒子が全体にわたり均一に流動化可能な排煙
脱硫装置と方法を提供すること。【解決手段】循環タンク６内の下部の中央部に塔内堰
１７を設けて吸収液を循環タンク６の両側部の酸化域７
に集めて落下させ、酸化域７に空気を吹き込んで吸収液
中の亜硫酸を酸化させる。この液を塔内堰１７の底部両
側部の絞り部９からの塔内堰１７内の中和域１５に送り
込み、ここで粒状石灰石と反応させて最終的に石膏を生
成させる。吸収液が塔内堰１７の中央部に対して対称位
置にある塔内堰１７の両側部の絞り部９から液が中和域
１７に供給されるので、中和域１７全体にわたり粒状石
灰石が均一に流動化し、また吸収液導入部からの液も中
和域１７全体にわたり均一に流れる。こうして中和域１
７での中和反応がスムーズに進むことになる。酸化域７
での面積が大幅に減少するので酸化空気を分散させるの
に撹拌機の必要はなくなる。

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を入れて効率よく亜硫酸
を空気により酸化して石膏を生成させる装置と方法に関
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排煙脱硫装置の開発は極め
て重要な課題となっている。

【０００３】上記排煙脱硫法としては、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と反応させる脱硫塔、脱硫
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、近年になって脱硫塔に冷却
・酸化の機能を持たせた一塔型脱硫塔の開発が進み、最
近では一塔型脱硫剤システムがスプレー方式の主流にな
りつつある。

【０００５】図５に従来技術のスプレー方式による粒状
石灰石を用いた脱硫装置の一例（特願平７−５２７５３
６号、特願平７−２０６２５号など）を示す。一塔型の
脱硫塔は、主に脱硫塔本体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、さらに高さ方向に複数段設
置されており、通常各スプレー段ごとに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、本
図では簡略化のため３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、脱硫塔上部
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は脱硫塔内最上部あるいは出口ダクト３内に設置
される。図には示していないボイラから排出される排ガ
ス４０は、入口ダクト２より脱硫塔本体１に導入され、
最終的には出口ダクト３より処理ガス５０は排出され
る。

【０００６】この間、脱硫塔には循環ポンプ５から送ら
れる吸収液が、脱硫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
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（Ｈ₂ＳＯ₃）
を生成する。亜硫酸を含んだ吸収液は塔内堰１７により
循環タンク６の酸化域７に溜まり、空気吹込み管８より
導入された空気を撹拌機２０で分散させることにより、
亜硫酸は酸化されて硫酸を生成する。亜硫酸を含んだ吸
収液は循環タンク６から中和域１５に入り、粒状石灰石
を流動化して石灰石との中和反応により最終的に石膏
（ＣａＳＯ₄）を生成する。従来脱硫剤である石灰石は
微粉の物（通常の平均粒径：１０μ）が使われていた
が、粒径が１ｍｍ程度の粒状石灰石を用いるので生成し
た石膏と石灰石の分離が容易となる特徴がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す装置の問題
点としては、循環タンク６に落下した吸収液は堰１７に
より循環タンク６の一方の側部にある酸化域７に集めら
れるので、この部分の面積が大きくなり、酸化用の空気
を分散させるのに撹拌機２０が必要となる。また、中和
域１５での反応速度を上げるには、酸化された吸収液を
中和域１５の下部から均一に供給するようにして、中和
域１５の全体の粒状石灰石粒子を流動化させるための工
夫を要する。そのために、中和域１５にある図示しない
液分散管あるいは分散板の開口比を変えて液の抵抗を段
階的に変化させ、酸化域７に近い領域及び遠い領域にか
かわらず、全ての中和域１５の領域で、液が全体に均一
に流れ、かつ粒状石灰石粒子が全体に均一に流動化され
るような構造としなければならない。

【０００８】そこで本発明の課題は簡単な構造で容易に
粒状石灰石が存在する吸収液の中和域内での液が全体に
わたり均一に流れ、かつ粒状石灰石粒子が全体にわたり
均一に流動化可能な排煙脱硫装置と方法を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題的は、以下のよ
うな構成によって解決される。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カルシ
ウム系の吸収液と接触させるための脱硫塔と、脱硫塔内
で排ガスを接触させた後の吸収液を溜めるための循環タ
ンクとを有する排煙脱硫装置において、吸収液導入部を
下方に有し、かつ粒状石灰石を充填した塔内堰を循環タ
ンクの中央部に設け、前記塔内堰の外壁と循環タンク内
壁との間の領域に脱硫塔から送られてくる吸収液を滞留
させて、酸化させる酸化領域を設け、吸収液導入部より
塔内堰内に導入され、塔内堰内の粒状石灰石により中和
された後の吸収液の一部を脱硫塔に循環するための循環
経路を設けた排煙脱硫装置である。

【００１０】本発明の排煙脱硫装置において、塔内堰の
吸収液導入部は塔内堰下部に複数箇所設けられ、各吸収
液導入部は塔内堰の水平断面内で、その中央部に対して
互いに対称位置に配置されていると吸収液は各導入部か
ら塔内堰の中央部に向けて均等に導入され、塔内堰では
吸収液は全体にわたり均一に流れ、粒状石灰石も全体に
わたり均一に流動化される。

【００１１】また、塔内堰の吸収液導入部には塔内堰中
央部に頂部を有する傾斜型の底部板（切妻屋根型底部板
または円錐型底部板）を設置することにより、塔内堰に
導入された吸収液により粒状石灰石は容易に流動化され
る。

【００１２】また、塔内堰の吸収液導入部は塔内堰下部
から塔内堰の中央部または中心部に向けて伸び、複数の
吸収液噴出用ノズルを有する吸収液分散管を複数個設け
ることからなる構成でも良い。この場合も塔内堰に導入
された吸収液により粒状石灰石は容易に流動化する。

【００１３】本発明の上記課題は次の構成により解決さ
れる。ボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を
含む排ガスを脱硫塔に導き、ここでカルシウム系の吸収
液と接触させ、排ガス接触後の吸収液を循環タンク内に
溜めて、循環タンク内の吸収液の一部を再度脱硫塔に供
給する排煙脱硫方法において、循環タンクの中央部に粒
状の石灰石を充填した塔内堰を設けて、脱硫塔からの吸
収液を塔内堰の外側に位置する循環タンク内部の領域で
ある酸化域に集めて酸化させた後、塔内堰の内部の粒状
石灰石の充填された中和域に前記酸化吸収液を塔内堰の
下部から導入することにより、粒状石灰石を流動化させ
て、同時に吸収液を中和させる排煙脱硫方法である。

【００１４】上記排煙脱硫方法では、塔内堰の内部の中
和域に入る吸収液の液流速を２ｍ／ｓ以上にすることに
より、吸収液導入部の液流速が中和域内の粒状石灰石の
流動層の圧力損失に打ち勝って液が中和域内を流れるこ
とができ、石灰石粒子が塔内堰底部に停滞することがな
く、中和域内の全体にわたり流動化し、吸収液の中和速
度が向上する。

【００１５】また、循環タンク内部の酸化域における液
深を塔内堰の内部の中和域の液深より少なくとも１ｍ以
上高くすることにより、塔内堰内での液抵抗及び流動化
している粒状石灰石の圧力損失より、前記液深差による
ヘッド圧が大きくなり、酸化域から中和域に液が流れ込
みやすくなる。

【００１６】図１に示す本発明になる縦型の脱硫塔の場
合、循環タンク６内の下部の中央部に塔内堰１７を設け
てスプレノズル４から噴霧され、排ガス中の硫黄酸化物
を吸収した吸収液を循環タンク６の両側部の酸化域７に
集めて落下させ、空気吹込み管８より酸化域７に空気を
吹き込んで吸収液中の亜硫酸を酸化させる。この液を塔
内堰１７の底部両側部の絞り部９（吸収液導入部）から
の塔内堰１７内の中和域１５に送り込み、ここで粒状石
灰石と反応させて最終的に石膏を生成させる。

【００１７】このように、吸収液が塔内堰１７の中央部
に対して対称位置にある塔内堰１７の両側部の絞り部９
（吸収液導入部）から液が中和域１７に供給されるの
で、中和域１７全体にわたり粒状石灰石が均一に流動化
され、また絞り部９からの液も中和域１７全体にわたり
均一に流れる。こうして中和域１７での中和反応、すな
わち硫酸と石灰石の反応がスムーズに進むことになる。

【００１８】また、酸化域７での面積が図５に示す循環
タンク６に比較して大幅に減少するので酸化空気を分散
させるための撹拌機を設置する必要はなく、空気吹込み
管８より酸化域の下部から空気を供給すれば気泡の上昇
により液が撹拌されて酸化域７全体にわたり均一に酸化
される。このため、循環タンク６内に撹拌機の設置の必
要がなく動力の低減につながる。なお、本発明の粒状石
灰石の粒径は０．５ｍｍ以上で、平均粒径が１．０ｍｍ
程度のものが生成する石膏との分離が容易なために望ま
しい。

【００１９】

【作用】ここでは、図１に示す例で本発明の作用につい
て説明する。脱硫塔内（吸収域）で亜硫酸ガスを吸収し
た吸収液は、循環タンク６の塔内堰１７により塔内堰１
７の外側の循環タンク６内の酸化域７に集められ、ここ
で空気により酸化される。空気により酸化された吸収液
は、絞り部９（吸収液導入部）より塔内堰１７内の中和
域１５に入り、ここで粒状石灰石と反応して中和されて
最終的に石膏を生成する。反応式は以下の通りである。吸収域ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₃ （１）酸化域Ｈ₂ＳＯ₄＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂ＳＯ₄ （２）中和域ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂ＳＯ₄→ＣａＳＯ₄＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ（３）

【００２０】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、液
の位置エネルギ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内の下部中央に塔内堰１７を配置して、塔内堰１７内
に粒状の石灰石を充填する構成により、従来の微粉石灰
石を利用する排煙脱硫方式の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、微粉石灰石を製造
するための粉砕動力が不要となり、また酸化域７内の吸
収液を撹拌するための撹拌機の動力が不要となる。

【００２１】また、中和域１５の下部に傾斜底部板１２
（塔内堰が図１、図２に示す形状のものであるときは切
妻屋根型の底部板、塔内堰が図示しない循環タンク６と
同心円の円筒状の側壁を有するものであるときは円錐型
の底部板）を設置することにより、中和域１５の中央部
または中心部より周辺部の石灰石充填部の層高が高くな
り、流動層の圧力損失が周辺部より中心部の方が小さく
なるので、液が中心部の方にも流れやすくなる。

【００２２】循環タンク６の径が小さい場合は、複雑な
液の分散管を設置する必要はなく、このような構造を採
用することにより容易に粒状石灰石を流動化させること
ができ、前記（３）式の中和反応により容易に石膏が生
成することになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は下記の実施の形態によっ
てさらに詳細に説明する。図１に示す縦型の脱硫塔にお
いて、図５に示す脱硫塔と同一機能を奏する部分は同一
番号を付して、その説明は省略する。

【００２４】ＳＯ₂を含む燃焼排ガス４０は塔上部の入
口ダクト２が脱硫塔本体１に入る。脱硫塔では循環ポン
プ５から送られる吸収液が循環液配管１１から脱硫塔内
の複数のスプレーノズル４から噴霧される。ここで噴霧
された吸収液と排ガスの気液接触により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内には塔内堰１７が設置されており、吸収液は循
環タンク６の両側部（酸化域７）に集められて、その下
部に移動する。酸化域７で空気吹込み管８から供給され
る空気により吸収液中の亜硫酸は酸化された後、絞り部
９を通って塔内堰１７内部の中和域１５の下部に導入さ
れる。酸化域７の液のレベルを中和域１５の液レベルに
比べて少なくとも１ｍ以上高くすれば、酸化域７と中和
域１５の液面のレベル差に基づく位置エネルギーは、中
和域１５内の液抵抗および粒状石灰石の流動層の圧力損
失より大きくなり、吸収液は酸化域７から中和域１５に
流れる。

【００２５】中和域１５ではＳＯ₂が酸化されて硫酸を
含む液により石灰石粒子を流動化して、（３）式で示す
中和反応が促進される。中和後の吸収液のｐＨはｐＨ計
２２で計測される。また、中和域１５の底部には中和域
の中心部に頂点を有する円錐形状の底部板１２を設置し
て、その垂直断面の底部板１２の傾斜角度を５度以上に
することにより、中和域１５での石灰石粒子の流動化を
スムーズにできる。底部板１２の前記傾斜角度を５度以
上にすると、中和域１５内での安息角（固定層の粒子が
動き出さない最大の傾斜角度）以上の角度となり、石灰
石が動きやすくなるため、石灰石の流動化が容易となる
と同時に中心部へ液が流れやすくなる。

【００２６】また、絞り部９の液流速を少なくとも２ｍ
／ｓ以上にすれば、流動層の圧力損失に打ち勝って液が
中和域１５内を流れるので、石灰石粒子が底部で停滞す
ることがなくなり、中和域１５全体にわたり均一に流動
化し、（３）式の中和反応がスムーズに進む。このよう
な構造を採用することにより、酸化域７の液を絞り部９
から中和域１５に導入することで、撹拌機をなくしても
液の酸化と中和反応が進み、循環タンクでの動力の低減
が可能となる。

【００２７】図２には図１におけるＡ−Ａ’線断面から
見た矢視図を示す。スプレーノズル４から噴霧されて、
排ガスと気液接触して排ガス中の硫黄酸化物を吸収し、
循環タンク６に落下した吸収液は循環タンク６の両側部
に設けられた酸化域７を下降しながら、空気により酸化
されて塔内堰１７の下部の絞り部９から中和域１５に入
り、塔内堰１７の粒状石灰石により中和され、石膏を生
成する。中和された吸収液は塔内堰１７から循環タンク
６の外部に導かれるオーバーフロー管１６から排出され
て吸収液抜出し管１０から循環ポンプ５を通って循環液
配管１１から再びスプレーノズル４に送られ、一部は回
収系配管１４に送られる。

【００２８】図３に示す本発明の実施の形態は、中和域
１５への液供給法として分液管１８と液ノズル１９を設
置した循環タンク６の径が非常に大きい場合や流動化さ
せる石灰石粒子の粒径が大きい場合の例である。なお、
図１に示す例と同一機能を奏する部材は同一番号を付し
て、その説明は省略する。

【００２９】図３に示す場合では酸化された吸収液を中
和域１５の下部に設けた分液管１８を通して、その液ノ
ズル１９から液を噴出させて石灰石粒子を流動化させ、
中和させる方式である。分液管１８を塔内堰１７の両側
から循環タンク６の中央部に複数本設置し、分液管１８
の下側に設置した液ノズル１９により、酸化された液を
中和域１５の全域にわたり均一に分散させ、石灰石粒子
を流動化させるので、（３）式に示した中和反応が促進
される。

【００３０】図４には図３のＡ−Ａ’線断面の矢視図を
示す。図２と同様に液ノズル１９から噴出された液は中
和反応後にオーバーフロー管１６を通り、液抜出し管１
０に送られて、その一部は吸収液として脱硫塔内に循環
される。

【００３１】以上述べたように本発明を用いると循環タ
ンク６の中和域１５での粒状石灰石の流動化が中和域１
５内の全ての領域にわたり均一に行われ、図５に示す排
煙脱硫装置に比較して（３）式の中和反応速度の向上が
図れる。また、酸化域７には液の撹拌機を設ける不要が
なくなり、運転コストの大幅な低減ができ、装置の製作
コストの低減にも効果がある。また、本発明の脱硫塔の
円筒状のものである必要はなく角柱状のものでも良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、粒状の石灰石を用い塔
内堰を循環タンクの下部中央部に設置して酸化域と中和
域を分離する構造にすることで、中和域全域での粒状石
灰石の均一な流動化が可能となり、図５に示す排煙脱硫
装置に比較して吸収液の（３）式の中和反応速度の向上
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による脱硫装置構造を示
す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線断面から見た矢視図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態による脱硫装置構造を示
す図である。

【図４】図３のＡ−Ａ’線断面から見た矢視図であ
る。

【図５】従来の粒状石灰石を用いた脱硫装置構造を示
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絞り部１０吸収液
抜出し管１１循環液配管１２底部板１４回収系配管１５中和域１６オーバーフロー管１７塔内堰１８分液管１９液ノズ
ル２１デミスタ４０燃焼排
ガス５０処理ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口憲昭広島県呉市宝町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カルシウム系の吸収液と接触させ
るための脱硫塔と、脱硫塔内で排ガスを接触させた後の
吸収液を溜めるための循環タンクとを有する排煙脱硫装
置において、吸収液導入部を下方に有し、かつ粒状石灰石を充填した
塔内堰を循環タンクの中央部に設け、前記塔内堰の外壁
と循環タンク内壁との間の領域に脱硫塔から送られてく
る吸収液を滞留させて、酸化させる酸化領域を設け、吸
収液導入部より塔内堰内に導入され、塔内堰内の粒状石
灰石により中和された後の吸収液の一部を脱硫塔に循環
するための循環経路を設けたことを特徴とした排煙脱硫
装置。
【請求項２】塔内堰の吸収液導入部は塔内堰下部に複
数箇所設けられ、各吸収液導入部は塔内堰の水平断面内
で、その中央部に対して互いに対称位置に配置されてい
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】塔内堰の吸収液導入部は塔内堰下部から
塔内堰の内側に向けて伸び、複数の吸収液噴出用ノズル
を有する吸収液分散管を複数個設けたことを特徴とする
請求項２記載の排煙脱硫装置。
【請求項４】循環タンクの塔内堰の吸収液導入部には
塔内堰中央部に頂部を有する傾斜型の底部板を設置した
ことを特徴とする請求項１記載の排煙脱硫装置。
【請求項５】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脱硫塔に導き、ここでカルシウム
系の吸収液と接触させ、排ガス接触後の吸収液を循環タ
ンク内に溜めて、循環タンク内の吸収液の一部を再度脱
硫塔に供給する排煙脱硫方法において、循環タンクの中央部に粒状の石灰石を充填した塔内堰を
設けて、脱硫塔からの吸収液を塔内堰の外側に位置する
循環タンク内部の領域である酸化域に集めて酸化させた
後、塔内堰の内部の粒状石灰石の充填された中和域に前
記酸化吸収液を塔内堰の下部から導入することにより、
粒状石灰石を流動化させて、同時に吸収液を中和させる
ことを特徴とする排煙脱硫方法。
【請求項６】塔内堰の内部の中和域に入る吸収液の液
流速を２ｍ／ｓ以上にすることを特徴とする請求項５記
載の排煙脱硫方法。
【請求項７】循環タンク内部の酸化域における液深を
塔内堰の内部の中和域より少なくとも１ｍ以上高くする
ことを特徴とする請求項５記載の排煙脱硫方法。