JPS6336817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気／液接触方法に関する。

例えば石炭炊きプラントは、二酸化硫黄および
粒状物（フライアツシユ）を包含した排ガスを出
すので、二酸化硫黄を除去するためにガス浄化操
作を必要とする。

１つの方法として水、溶液またはスラリーを使
用する湿式スクラビング（洗浄）法があるが、こ
れにはいろいろな作動上の問題がある。例えば、
水だけでは効果が小さいので、適当な溶液または
スラリーを使用するから、液体循環系が溶液また
はスラリーの腐蝕作用により腐蝕を生じ易い。ま
た、石灰をベースとしたスラリーを使用した場合
スケールの付着による管系の閉塞を生じるばかり
でなく、最終生成物であるスラツジを処分するこ
とも困難な問題の１つである。

他の方法として、石炭自体を前処理する方法が
ある。これは技術的には可能であるが、現在のと
ころ燃焼前の石灰から硫黄を完全に除去すること
は経済的ではなく、困難でもあるから、やはり排
ガスから二酸化硫黄を除去するための手段が必要
とされる。

第３の方法は、流動床式燃焼法を使用し、この
流動床内へ二酸化硫黄吸収物質（石灰石またはド
ロマイト）を導入して床内に発生する二酸化硫黄
をその場で吸収させ、排ガスの洗浄を不要にする
方法がある。しかし、この方法も、まだ開発段階
であり、大規模な公益事業プラントに使用するに
は実際的ではない。

第４の方法は、活性炭を使用し、乾燥状態の活
性炭の表面に二酸化硫黄を吸収させる乾式吸収法
であるが、この方法は、通常、吸収剤を系外で再
生しなければならないので、切換機構を備えた一
組の吸収装置を必要とする。従つて、この方法
は、現在のところ少くとも大規模な公益事業プラ
ントには経済的に不適当であると考えれている。

最近、第５番目の方法として、石けん粉や、コ
ーヒーまたはミルクの粉末を製造するために使用
されているのと類似した噴霧乾燥法が注目を集め
ている。この方法は、二酸化硫黄吸収溶液または
スラリーを高温排ガス流内へ吹付ける方法であ
り、吸収剤が排ガスから二酸化硫黄を除去する
と、噴霧液滴から水が蒸発して二酸化硫黄を含有
した乾燥粉末が残る。かくして、粉末の一部は排
ガスから容易に分離し、直ちに収集される。排ガ
スにはまだ粉末の一部が包含されているので、噴
霧乾燥器からの流出ガスを袋フイルタまたは電気
集塵器に通した後大気へ放出させる。

この噴霧乾燥式脱硫法は、従来の方式に比べて
下記のようないろいろな利点を有する。

(1) 最終流出物は、スラツジや溶液より容易に、
かつ、経済的に処分することができる粉末だけ
である。

(2) ガスは、噴霧乾燥機を未飽和状態で通過する
から、腐蝕問題を回避し、また、煙突から蒸気
煙が出るのを防止するためにガスを再加熱する
必要がない。

(3) 吸収部署に高価な液体循環系を設ける必要が
なく、従つて、それに随伴するスケールの付着
や腐蝕の問題がない。

(4) 水の所要量が少く、エネルギー消費量は湿式
スクラビング法の20ないし50％程度ですむ。

例えば公告された英国特許願第20149754号およ
び第2021086A号に記載されている既知の噴霧乾
燥法は、二酸化硫黄吸収溶液を高温の排ガス流内
へスプレーするための手段として、スプレーノズ
ルではなく、旋回デイスクまたは旋回ホイール型
噴霧器（遠心デイスク型噴霧器とも称される）を
使用している。この噴霧器は、水平平面内で回転
するデイスクまたはホイール状インペラから成つ
ており、この回転ホイールまたはデイスクへ供給
される液体は、その周縁から高速度で振り飛ばさ
れる。

二酸化硫黄を除去するための吸収剤は、例えば
炭酸ナトリウムまたは石灰である。両者のうちで
は炭酸ナトリウムの方がより能率的な吸収剤であ
るが、一般には石灰より入手しにくく、高価であ
る。石灰は、安価ではあるが、作動上および製造
の設計上の問題がある。即ち、石灰は、水への溶
融性が低いので、スラリーの形で使用しなければ
ならないが、そのようなスラリーは、摩剥性を有
するのでポンプやノズルを摩耗させ易い。また、
消石灰を得るために生石灰を水と混合する場合、
石灰の反応性を最良にするために慎重に条件を制
御しなければならない。

石灰スラリー自体は現在使用されているスプレ
ーノズルまたは噴霧器の摩耗を殆んど起さないと
思われるが、そのスラリー内に含まれる粒状不純
物が遠心デイスク型噴霧器のノズルの急激な摩耗
を生じさせることが判明している。市販の石灰
は、多くの場合不溶性の粒状不純物を含有してお
り、また、スラリー再循環系が使用されている場
合、噴霧乾燥工程の前に排ガスからフライアツシ
ユを除去しておかない限り、石灰スラリーにフラ
イアツシユが含まれることになり、現在使用され
ている型式の噴霧器のノズルではそのようなフラ
イアツシユ／石灰スラリーにより急速に摩耗する
ことになる。更に、ノズルに堆積したスラリーが
スプレーパターンを乱すことにもなる。また、炭
酸ナトリウム溶液に粒状不純物が含まれている場
合にもやはりノズルの摩耗を起す。

従つて、本発明の目的は、噴霧器の侵蝕を生じ
ないような態様で高温排ガスに吸収剤を接触させ
る方法および装置を提供することである。

基本的にいえば、本発明は、化学反応により汚
染物を吸収する水溶液又はスラリーを用いて高温
の汚染ガスを浄化するための方法において、 (a) 水溶液又はスラリとー汚染ガス中の汚染物と
の反応によつて生じる反応生成物を乾燥させ、す
べての水を蒸発させるような条件を前記汚染ガス
内に設定し、(b) 該汚染ガスを浄化するために前
記水溶液又はスラリーを噴霧器の延長表面から該
汚染ガス内へ吹付け、(c) 前記延長表面を回転カ
ツプの内側面に形成し、(d) 該延長表面から汚染
ガス内へ水溶液又はスラリーを吹付けるために該
表面上へ水溶液又はスラリーを連続的に供給し、
(e) 前記水溶液又はスラリーをそれが前記延長表
面から流出したときガス流と衝突させ、それによ
つて前記汚染ガスに接触させるための円錐状の液
滴スプレーを創生し、該ガス流は、前記回転カツ
プの内側面の、該水溶液又はスラリーが流出する
部位の近くにおいて該カツプを取巻く環状オリフ
イスを通して供給し、(f) 水溶液又はスラリーと
接触せしめられた前記ガスを、該ガスから懸濁粒
子を除去するための手段を通して通流させること
から成る方法を提供する。

上記回転カツプは、例えば毎分5000回転の速度
で回転させる。

本発明の叙上およびその他の目的、特徴ならび
に利点は、添付図を参照して記述した以下の説明
から一層明瞭になろう。

第１ａ図は、遠心デイスク型の噴霧器１のスプ
レーパターンを示す。液体は遠心作用によつて振
り飛ばされるので、スプレーの弾道は扁平である
ため、大径の容器２を必要とする。また、スプレ
ーパターンが扁平であるため噴霧器の上方と真下
に「死」領域が生じ、その結果、容器２が通るガ
スの流れが第１ｂ図に矢印で示されるように不均
一となり、従つて、ガスとスプレーされた液体と
の接触が不均一となる。

ガスと液体との接触を最良にするためには、ガ
ス流の分配を最適にする背の高い小径の塔を使用
することが好ましい。しかしながら、そのような
塔は、遠心デイスク型噴霧器には適さない。本発
明者は、遠心デイスク型噴霧器の180゜のスプレー
散開角とは異り、背の高い細い塔に使用するのに
適した散開角の小さいスプレーを創生するため
に、例えば石油燃焼装置に使用されている回転カ
ツプ型噴霧器のような空気助成式噴霧器を使用し
うることを見出した。第２図は、２つの空気式
（空気噴出によつて助成される）噴霧器３によつ
て創生されるスプレーパターンを示し、第２ｂ図
は背の高い細い塔内における空気助成式噴霧器の
周りのガス流のパターンを示す。一般に、背の高
い小径塔は、その内径の少くとも２倍（好ましく
は少くとも３倍）の内部高さ（例えば内径1.8m、
高さ6m）を有している。遠心デイスク型噴霧器
は、高さ約5.5m、直径4.3m、あるいはそれと同
様な寸法比の塔に使用されている。

第３図に示された回転カツプ型噴霧器において
は、液体供給路は、ダクト１４（下方部分はハウ
ジング部材１５の壁内に画定されている）と、ダ
クト１６と、切頭円錐形回転倒立カツプ１８の頂
部に形成された室１７と、複数のダクト１９とか
ら成つている。カツプ１８は、軸２０にそれと共
に垂直軸線を中心として同軸回転するように押え
ねじ１８ａによつて固定されている。例えば空気
が、送風機２１ａによつてそれに接続された導管
２１ｂを通し、カツプ１８の外側室２１を通し、
カツプ１８の下方周縁の周りの環状のノズル孔２
２を通して供給される。孔２２は、カツプ１８
と、室２１の外壁を画定する静止カツプ形囲壁２
３との間に形成されている。この回転カツプ型噴
霧器に類似した噴霧器は、英国ハムワージイ・エ
ンジニアリング社から製造販売されている。

囲壁２３は、ハウジング部材１５にそれぞれの
フランジ２３ａ，１５ａを介してボルト２３ｂに
よつて締着されている。軸２０は、ハウジング部
材１５内にジヤーナル軸受２０ａによつて支承さ
れ、ハウジング部材３０内へ上向きに延長して該
ハウジング部材内で軸方向に隔置された玉軸受３
２，３４によつて支承されている。ハウジング部
材３０は、そのフランジ３１を介してボルト３３
によりハウジング部材１５に締着されている。ダ
クト１４の上方部分はハウジング部材３０の壁内
に画定されており、ダクト１４には導管３６およ
びポンプ８を介して容器７（第４図）が接続され
ている。

軸２０の上端部分は、ハウジング部材３０のフ
ランジ３５にボルト３７によつて固定されたベル
ト収容ハウジング３８内へ突入している。ハウジ
ング３８内において軸２０の上端にベルトプーリ
４０が固定されており、このベルトプーリと電気
モータ４６の駆動プーリ４４の間に駆動ベルト４
２が架け渡されている。モータ４６はハウジング
３８にボルト４８によつて固定されている。

作動において、カツプ１８をモータ４６により
例えば約5000r.p.m.の速度で回転させ、その回転
カツプ内へダクト１９を含む上述の液体供給路を
通して液体をカツプ内へ連続的に供給し、カツプ
の内表面の周りに薄膜状に分配させる。この液体
は、カツプ１８の下端から遠心力により振り飛ば
されたとき、環状のノズル孔２２を通して噴出す
る高速空気流と衝突することにより霧化される。
それにより液膜が不安定にされて微細液滴のスプ
レーを生じ、該スプレーが脱硫塔６を通るガスに
接触してガスを浄化および／または冷却する。

カツプ１８によつて創生されるスプレーパター
ンの円錘角α（第５図）は、スプレーがカツプ１
８の下縁を離れたところで測定して例えば25゜〜
90゜、好ましくは30゜ないし90゜、例えば約60゜であ
る。通常、カツプ１８の円錐角は約10゜であり、
スプレーパターンの角度は、環状ノズル孔２２か
ら噴出する空気の容積流量および線速度によつて
制御される。即ち、スプレーパターンの角度は、
空気流量を増大させれば、小さくなり、空気流量
を減少させれば、大きくなる。カツプ１８への液
体の流量は、カツプの内部に均一な液膜が形成さ
れるように調節する。流体力学的安定を失うこと
なく、広範囲の液体流量に亘つて作動しうること
が、この回転カツプ型噴霧器の１つの特徴であ
る。液体流量５倍以上に変化しても、液体の流体
力学的安定が保たれる。

回転カツプ型噴霧器の１つの利点は、主たる霧
化作用は、液体がカツプの内側表面を離れたとき
液体に空気が衝突することによつて行われること
である。流動する液体に露呈されるのはカツプの
内側表面だけであり、しかもその液体は比較的低
速であるから、フライアツシユ／石灰スラリーの
ような摩剥性（侵蝕性）スラリーを液体として使
用しても、本発明の霧化器は、従来の遠心デイス
ク型霧化器の場合とは異り、ほとんど、あるいは
全く摩剥損傷を受けない。

回転カツプ型霧化器は、遠心デイスク型霧化器
に比べて、等量の二酸化硫黄を除去するのに必要
とされる電力消費量が相当に少いことが確認され
た。最高50％までの電力節約が可能であると考え
られる。試験の結果、石灰スラリーを使用した場
合、回転カツプ型霧化器は、固形分最高35重量％
のスラリー濃度で、フライアツシユと石灰の重量
比が最高３：１のスラリーで良好に作動しうるこ
とが確認された。

石炭炊き装置からの排ガスの脱硫処理を行うた
めの実際的な構成は第４図に概略的に示されてい
る。脱硫塔６から流出した排ガスを更に処理する
ための装置５は、袋フイルタまたは電気集塵器に
よつて構成することができる。炭酸ナトリウムま
たはその他のアルカリ溶液のような吸収溶液、あ
るいは石灰または石灰石のスラリーが容器７内で
調製され、ポンプ８により導管３６を通して塔６
の頂部にある複数の回転カツプ型霧化器９へ送ら
れる。霧化器９は、第３図に示されたものと同様
のものであるが、霧化器への空気供給装置は第４
図には図示されていない。二酸化硫黄（例えば、
300〜3000p.p.m）を含有した、120℃〜200℃の
温度の、例えば高温のボイラ排ガスが、導管１０
を通して塔６の頂部へ導入される。上述のように
して塔６内で高温ガスと霧化された吸収剤とが接
触すると、噴霧乾燥が生じ、乾燥した粉末流出物
が塔６の底部に収集され、弁６ａを通して除去さ
れる。一方、浄化された排ガスは、導管１０ａを
経て袋フイルタまたは電気集塵器５へ通され、そ
こで更に粉末流出物およびフライアツシユ（若干
の使用ずみ吸収剤を含む）がホツパ１２内に集め
られ、弁１２ａを通して除去される。かくして脱
硫された排ガスは、煙突１３を通して大気へ放出
される。

300〜3000p.p.m.の二酸化硫黄を含有した、導
入温度160℃の排ガスの場合、第３〜４図に示さ
れた装置を用いれば、塔６と袋フイルタ５の組合
せ作用により90％に近い二酸化硫黄除去率が得ら
れた。吸収剤対SO₂の化学量論比を１とした場
合、SO₂除去率は、吸収剤として炭酸カルシウム
を使用したときで約80％、水酸化カルシウムを使
用したときは約70％であつた。大抵の場合、70％
の除去率で十分である。上記化学量論比を1.5と
すれば、除去率は、炭酸カルシウムの場合にも、
水酸化カルシウムの場合にも85％程度にまで増大
した。好ましい化学量論比は、0.5〜2.0であり、
更に好ましくは1.0〜1.5である。

塔６から導管１０ａを通つて流出するガスは、
煙突１３を不飽和状態に維持するようにそのガス
の露点に近い温度とし、例えば導管１０ａにおい
て露点より５℃〜10℃高い温度とすることが好ま
しい。これは、塔６内における吸収率を高め、袋
フイルタ５の効率を高めることに寄与すると考え
られる。

通常、１つの塔６は、周囲条件下で最高
14000m³／分の排ガスを処理することができるか
ら、出力500MWの石炭火力発電所の場合、その
全排ガスを処理するには４ないし５台の塔があれ
ばよい。

スプレーが塔の内壁にぶつかると、壁面に固形
物が堆積し、液体の蒸発が不完全になるおそれが
ある。第６〜８図は、塔内のガス流の分配の均一
性を最良にし、スプレーパターンが塔の内壁にぶ
つかる可能性を最少限にすることを目的として設
計した変型脱硫塔１０６を示す。

塔１０６の場合、第３図に示されているものと
同様の単一の回転カツプ型霧化器１０９を塔の頂
部近くに軸方向に配置する。排ガス搬送導管１０
は、塔１０６の接線方向の上部導入口１５０に連
通させる。導入口１５０は、該導入口から塔１０
６を一周して再び導入口に戻る環状ダクト１５２
（第８図）に連通させる。霧化器１０９は、環状
ダクト１５２によつて側壁を画定された円形凹所
１４５内に取付ける。霧化器の囲壁２３およびカ
ツプ１８（第３図）は、凹所１４５の底壁に設け
た軸方向のオリフイス１５４を通して延長させ、
カツプ１８を塔１０６の内部に連通させる。霧化
器のフランジ１５ａは、オリフイス１５４の周囲
の底壁１５６上に載置させる。中央円形オリフイ
ス１６０を画定するオリフイス板１５８を囲壁２
３から下に離して塔１０６内に取付ける。

各々垂直平面内に位置する４つの調節自在の偏
向羽根１６１を底壁１５６とオリフイス板１５８
との間の空間に取付ける。各羽根１６１は、深さ
方向には底壁１５６から下方へオリフイス板１５
８からは僅かに上に離れた位置で囲壁２３の底部
と同平面をなす位置にまで延長し、長手方向には
囲壁２３に近接した位置からオリフイス１５４の
周縁を通つて塔１０６の内壁の僅かに手前にまで
延長する。各羽根１６１は、底壁１５６から下に
延長した垂直ピボツト軸１０６の周りに調節自在
であり、スロツト１６８（第８図）の両端によつ
て画定される内外制限位置の間で調節することが
できる。羽根１６１の内方制限位置は囲壁２３に
接線方向に衝接する位置である。

作動において、各羽根１６１は、環状ダクト１
５２に沿つて流入する排ガスの一定割合を塔１０
６の軸線方向に向つて偏向させる。かくして、こ
のガスは、第６〜７図に矢印で示されるように霧
化器１０９のそばを通り、オリフイス１６０を通
つて塔１０６の内部へ入る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ，１ｂ図は、それぞれ遠心デイスク型霧
化器によつて創成されるスプレーパターンおよび
霧化器の周りのガス流パターンを示す概略図、第
２ａ，２ｂ図は、それぞれ空気助成式霧化器によ
つて創生されるスプレーパターン、および霧化器
の周りのガス流パターンを示す概略図、第３図は
回転カツプ型霧化器の断面図、第４図は排ガス脱
硫装置の概略図、第５図はスプレーパターン角を
示す断面図、第６図は、スプレー式脱硫塔の変型
実施例の概略図、第７図は第６図の塔のガス導入
口の構成を示す拡大側面図、第８図は第７図の平
面図である。 ５：袋フイルタまたは電気集塵器、６：脱硫
塔、７：容器、８：ポンプ、９：噴霧器、霧化
器、１０：ガス導入口、１０ａ：排出口、１８：
カツプ、２１ｂ：導管、２２：環状ノズル、オリ
フイス、２３：囲壁、３６…導管、１５０：導入
口、１５２：ダクト、１６１：偏向羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 化学反応により汚染物を吸収する水溶液また
   はスラリーを用いて高温の汚染ガスを浄化するた
   めの方法において、(a)水溶液またはスラリーと汚
   染ガス中の汚染物との反応によつて生じる反応生
   成物を乾燥させ、すべての水を蒸発させるような
   条件を前記汚染ガス内に設定し、(b)該汚染ガスを
   浄化するために前記水溶液またはスラリーを噴霧
   器９の延長表面から該汚染ガス内へ吹付け、(c)前
   記延長表面を回転カツプ１８の内側面に形成し、
   (d)該延長表面から汚染ガス内へ水溶液またはスラ
   リーを吹付けるために該表面上へ水溶液またはス
   ラリーを連続的に供給し、(e)前記水溶液またはス
   ラリーをそれが前記延長表面から流出したときガ
   ス流と衝突させ、それによつて前記汚染ガスに接
   触させるための円錐状の液滴スプレーを創生し、
   該ガス流は、前記回転カツプの内側面の、該水溶
   液またはスラリーが流出する部位の近くにおいて
   該カツプを取巻く環状オリフイス２２を通して供
   給し、(f)水溶液またはスラリーと接触せしめられ
   た前記ガスを、該ガスから懸濁粒子を除去するた
   めの手段を通して通流させることから成る方法。 ２ 前記円錐状の液滴スプレーの円錐角は25゜〜
   90゜である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記汚染物は二酸化硫黄である特許請求の範
   囲第１項または２項記載の方法。 ４ 前記水溶液またはスラリー中に包含される汚
   染物吸収剤は炭酸ナトリウムまたは水酸化カルシ
   ウムである特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   に記載の方法。