WO1997027931A1

WO1997027931A1 - Appareil de desulfuration de gaz d'echappement

Info

Publication number: WO1997027931A1
Application number: PCT/JP1997/000152
Authority: WO
Inventors: Naohiko Ukawa; Toru Takashina; Susumu Okino; Kazuaki Kimura; Koichiro Iwashita; Kouji Ikeda; Heiji Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.; Chugoku Electric Power Co., Inc.,
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1997-08-07
Also published as: PL183927B1; PL328071A1; KR19990082191A; ES2193348T3; EP0882487A1; EP0882487A4; JP3207433B2; TR199801461T2; TW335357B; DK0882487T3; US6051055A; CN1108847C; CN1209757A; EP0882487B1; PL186336B1; KR100300488B1

Description

—明細書発明の名称

排煙脱硫装置

本発明は、スラリと排煙とを効率よく接触させることができる排煙脱硫装置に関する。

背景技術

従来、火力発電設備等における排煙処理のために設けられる排煙脱硫装置としては、例えば実開昭 5 9 - 5 3 8 2 8号公報に示されるような、いわゆる液柱式の気液接触装置を使用して、吸収剤スラリと排煙とを接触させ、排煙中の硫黄酸化物を吸収するものがある。

この種の脱硫装置で使用される気液接触装置は、気体が上下方向に通過する接触処理塔（吸収塔本体）内に、長手方向に複数のノズルが設けられ一端が閉塞されたスプレーパイプを水平に配設し、このスプレーパイブの他端から液状体を送給して前記ノズルから液状体を上向きに噴射させることにより、液状体と気体とを接触させる処理を行うようにしたものである。

そして、通常前記スプレーパイプは、接触処理塔内の横方向全域にわたって、平行に複数本並べて配設され、これらスプレーバイプの他端側が長手方向の複数箇所でそれぞれ接続された供給バイプであって、一端が閉塞され他端から液状体が供給される供給パイプが接触処理塔の外部に設けられ、この供給バイプを介して各スプレーバイプに液状体が供給される構成となっている。

また、前記スプレーパイプ及び供給パイプは、従来長手方向に一定断面の単なる管材より構成され、流路断面が長手方向に一定なものであった。

ところで、このような従来の気液接触装置では、図 7に示すように、スプレーパイプに設けられた複数のノズルのうちで、閉塞された一端（閉塞端）側の数個のノズルからの吹上げ状態が、大きく乱れて吹上げ高さが変動し、平均的には他のノズルからの吹上げ高さに比し著しく吹上げ高さが低くなるという不具合が生じていた。このように部分的に吹上げ状態が悪く、液状体の飛散が不十分な箇所があると、接触処理塔を通過する排煙の一部が液状体（吸収剤スラリ）とほとんど接触しないで通過してしまうことになり、脱硫装置の場合には脱硫率の極端な低下を招く。

そして、無理にでも高脱硫率を維持するためには、液状体の全体的な供給量を相当量增やして、この箇所の飛散状態を充分なものとする方法もある力、残りの箇所のノズルについての液状体の供給量を無用に増やすことになり、運転コストが高くなる。

また、従来の気液接触装置では、一つのスプレーパイプにおいて上記のような吹上げ状態の不均一が生じるとともに、各スプレーバイプ相互間においても、吹上げ高さの不均一が生じていた。すなわち、供給パイプの長手方向においても、供給バイプの閉塞された一端側により近いスプレーバイプの吹上げ状態が不安定となり、他のスプレーバイプに対して吹上げ高さが逆に高くなるという問題があつた。

なお、流速等の平均値に対して巨視的にベルヌィの定理が成立するとすれば、吹上げ高さは静圧に略比例すると考えられるから、スプレーバイプゃ供給バイプの閉塞された一端側に近づくほど流量（動圧）が減って静圧が増加し、吹上げ高さがより高くなるものと考えられる。

しかし、スプレーパイプの長手方向においては、このような理論に反して、現実は上述したように後流側のノズルにおける吹上げ高さが平均的に低く、乱高下していた。

また、スプレーパイプの一端を閉塞する端板の内面位置は、従来、例えば図 1 0の符号 6 1 aに示すように、スプレーパイプにおける最も閉塞端側に位置するノズルの入口最大内径の位置よりも大きく外側に設定されていた。

発明の開示

本発明は、スプレーバイプからの吹上げ状餾が均一かつ安定的なものとなり、高い気液接触効率（脱硫率）を確保し、しかも運転コストの低減化が可能な気液接触装置を使用した排煙脱硫装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する手段として、本発明は次の（ 1 ) 乃至（ 5 ) の態様を採るものである。

( 1 ) 吸収剤スラリと排煙とを接触させ、排煙中の硫黄酸化物を吸収する排煙脱硫装置において、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一端が閉塞されたスプレーパイプを水平に配設し、このスプレーパィプの他端から吸収剤スラリを送給して前記ノズルから吸収剤スラリを上向きに噴射させることにより、吸収剤スラリと排煙とを接触させる処理を行うこととし、前記スプレーパイプの閉塞された一端側の流路形状を、流路断面積が閉塞された一端に向つて減少する形状としたことを特徴とする排煙脱硫装置。

( 2 ) 前記スプレーパイプを、断面寸法が一定の管材から構成し、この管材の閉塞された一端側内部に、前記管材の閉塞された一端に向ってノズル側に傾斜した傾斜板を配設し、これにより流路断面積が閉塞された一端に向つて減少する形状としたことを特徴とする前記（ 1 ) の排煙脱硫装置。

( 3 ) 前記スプレーパイブの一端を閉塞する端板の内面位置を、前記スプレーバィプにおける最も閉塞された一端側に位置するノズルの入口最大内径の位置からさらに閉塞された一端側に 0 . 0 5 D ( Dは前記スプレーパイプの内径）だけ離れた近傍位置、あるいはこの近傍位置よりも内側に設定したことを特徴とする前記（ 1 ) 又は（ 2 ) の排煙脱硫装置。

( ) 前記スブレーパイプを横方向に複数並べて配設し、これらスプレーパイプの他端側が長手方向の複数箇所でそれぞれ接続された供給パイプであって、一端が閉塞された他端から吸収剤スラリが供給される供給バイプを設け、この供給バィプを介して各スプレーパイプに吸収剤スラリが供給される構成とするとともに、前記供給バィプを流路断面積が閉塞された一端に向つて滅少する形状としたことを特徴とする前記（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれかに記載の排煙脱硫装置。

( 5 ) 排煙に吸収剤スラリを接触させ、排煙中の硫黄酸化物を吸収させる排煙脱硫装置であって、排煙（気体）と吸収剤スラリ（液状体）とを接触させる手段として接触処理塔内の下方に長手方向に複数のノズルを配され、一端が閉塞されたスプレーバイプを水平に複数配設'し、このスプレーパイプの他端からスラリ小塊が舍まれる吸収剤スラリを送耠して前記ノズルから吸収剤スラリおよびスラリ小塊をも垂直上向きに噴出させることによって吸収剤スラリと排煙とを接触せしめ、吸収処理を行う該排煙脱硫装置において、前記スプレーパイプを断面寸法が一定の管状から構成し、この管材が閉塞された一端内部に、この管材の閉塞された一端に向ってノズル側に傾向した傾斜板を配置し、且つ該閉塞された端板と該傾斜板とを適当な位置関係で連 ϋさせるものであって、スプレーパイプの一端を閉塞する端板の内面位置を、前記スプレーバイプの最下流に位置するノズルの入口最大内径の位置ないし、さらに下流側に 0 . 0 5 Dだけ離れた間に設定させ、傾斜板を最下流位置のノズルから 3〜 4本目ノズルの中間位置もしくは 4〜 5本目ノズルの中間位置から配置させ、最下流位置のノズル位置での傾斜板上の面積がスプレーパイプ断面積の 0 . 2〜0 . 3倍になるように傾斜させた排煙脱硫装置本発明によれば、スプレーパイプの閉塞された一端側の流路形状を、流路断面積が閉塞端に向って減少する形状とした。このため、スプレーパイプの閉塞端側の複数個のノズルに流入する液の流れが安定し、これらノズルからの吹上げ状態が乱れて他端側のノズルに対して吹上げ高さが低下する現象が、従来に比し格段に改善され、気液接触効率が向上する。

また、スプレーパイプを、断面寸法が一定の管材から構成し、この管材の閉塞端側内部に、前記管材の閉塞端に向ってノズル側に傾斜した傾斜板を配設し、これにより流路断面積が閉塞端に向って滅少する形状とした場合には、従来から使用されていた一般的な管材に傾斜板を設けるだけで容易にスプレーバイプが製作可能となり、また既存の設備の改造も容易となる。

また、スプレーパイプの一端を閉塞する端板の内面位 Sを、スプレーパイプにおける最も閉塞端側に位置するノズルの入口最大内径の近傍位置、あるいはこの入口最大内径の近傍位置よりも内側に設定した場合には、特にスプレーバイプの最も閉塞端側に位置するノズルからの吹上げ状態がより適正かつ安定的なものとなり、さらなる気液接触効率向上が実現できる。また、横方向に複数並べて配設されたスプレーバィプの他端側が長手方向の複数箇所でそれぞれ接続された供給バイプであって、一端が閉塞され他端から吸収剤スラリが供給される供袷パイプを設け、この供給パイプを介して各スプレーバィプに吸収剤スラリが供袷される構成とした場合に、前記供給パイプを流路断面積が閉塞された一端に向って減少する形状とした場合には、この供給パイプにおける流速の均一化や流れの安定化をはかることができる。このため、各スプレーバイプ相互間の吹上げ高さの均一化や供給バイプの閉塞端側に接続されたスプレ —パイプからの吹上げ状態の乱れ等も改善され、供給パイプの長手方向における吹上げ高さの均一化もはかられ、結果として、全体として 2次元的に配置された複数のノズル全体の吹上げ状態の均一化及び安定化が実現され、さらなる気液接触効率の向上に貢献できる。

また、本発明の脱硫装置によれば、従来の下向きスプレー式と異なり、液は一旦吹上げられ落下するために、塔内液の滞留時間が長いこと、及び吹上げる液と落下する液が塔中央で衝突し、濃密な液層を形成することから、高い気液接触効率が得られる。この結果循環スラリ量も少なくでき、ランニングコストも低滅できる。すなわち、上記のように吹上げ状態の均一化及び安定化がはかられ、少ない吸収剤スラリの供給量で効率良く気液接触が行える気液接触装置を採用しているから、吸収剤スラリの供給量を低減しつつ、高い脱硫率を実現できることがでさる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態の一例である排煙脱硫装置の全体構成図である。図 2は、図 1の装置の要部斜視図である。

図 3は、図 1、 2の装置のスプレーパイプの構成を示す側面断面図である。図 4は、図 1、 2の装置のスプレーパイプの構成を示す部分断面図である。図 5は、図 1、 2の装置のスプレーパイプの構成を示す軸直角断面図であって

、図 3における X I - X I断面図である。

図 6は、本発明の実施例であるスプレーパイプを使用した実験結果（各ノズルからの吹上げ状態）を示す図である。図 7は、本発明に対する比較例であるスプレーパイプを使用した実験結果（各ノズルからの吹上げ状態）を示す図である。

図 8は、本発明の実施例であるスプレーパイプを使用した実験結果（各ノズルからの吹上げ状態）を示す図である。

図 9は、本発明の実施例であるスプレーパイプを使用した実験結果（各ノズルからの吹上げ状態）を示す図である。

図 1 0は、本発明に対する比較例であるスプレーパイプの構成を示す側断面図である。

図 1 1は、実験 3で用いた装置の概要を説明する概念図である。

図 1 2は、スプレーパイプ内でのスケール塊の移動を説明する概念図である。図 1 3は、傾斜板 5 2を中窪み傾斜板とした実施の形態を説明する断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態の一例を図 1から図 5に基づいて説明する。

本例の排煙脱硫装霪は、図 1に示すように、吸収剤スラリ（液状体）を排煙（気体）と気液接触させ、さらにこの場合酸化のための空気とも接触させるための気液接触装置として、図 2に示すような気液接触装置 1を有する。

この気液接触装置 1は、吸収剤スラリ（カルシウム舍有スラリ、この場合石灰石スラリ）が供給されるタンク 1 0と、このタンク 1 0の一側部（図では左側）から上方に延設され、未処理排煙 Aを導入するための排煙導入部 2 1がその上端部に形成されて排煙が下方に向って流れる導入側吸収塔（接触処理塔） 2 0と、タンク 1 0の他側部（図では右側）から上方に延設され、処理済排煙 Bを導出するための排煙導出部 3 1がその上端部に形成されて、導入側吸収剤 2 0を通過しタンク 1 0内上部を経由した排煙が上方に向って流れる導出側吸収塔（接触処理塔） 3 0とを備えている。

そして、各吸収塔 2 0、 3 0には、スプレーパイプ 2 2、 3 2がそれぞれ設けられ、これらスプレーパイプ 2 2、 3 2には、吸収剤スラリを上方に向って液柱状に噴射する複数のノズル 2 3、 3 3が形成されている。また、タンク 1 0の両側には、タンク 1 0内の吸収剤スラリを吹上げる循環ポンプ 2 4、 3 4が設けられ、供給パイブ 2 5、 3 5を介して吸収剤スラリが各スプレーパイプ 2 2、 3 2 に送り込まれ、各ノズル 2 3、 3 3から噴射されるように構成されている。さらにこの場合、導出側吸収塔 3 0の上端部には、同伴ミストを捕集除去するためのミストエリミネータ 3 0 aが設けられている。なお、このミストエリミネータ 3 0 aで捕集されたミストは、例えば導出側吸収塔 3 0内を滴下することにより直接タンク 1 0内に戻る構成となっている。

各スプレーパイプ 2 2、 3 2は、図 2に示すように、各吸収塔内の横方向全域にわたつて、平行に複数並べて配設され、これらスプレーパイプの他端側が供給パイプ 2 5、 3 5の長手方向の複数箇所にそれぞれ接続されている。この供給パイブ 2 5、 3 5は、各スプレーパイプ 2 2、 2 3が接続された範囲において、図 2に示す如く、閉塞された一端側に向って、流路断面積が低下するように、先細りの形状とされている。この供給パイプ 2 5、 3 5の流路断面積の低下率は、内部の平均流速が長手方向に略一定となるように設定される。

なお、各スプレーパイプ 2 2、 3 2及びノズル 2 3、 3 3の詳細構成については、図 3により後述する。

そして本例の場合、タンク 1 0内には、空気供袷手段 1 1が設けられ、スプレ一バイブ 2 2、 2 3から吹上げられ亜硫酸ガスを吸収しつつ流下する吸収剤スラリを、タンク 1 0内において空気供給手段 1 1により吹込んだ空気により酸化し、副生品として石膏を得る構成となっている。

なお、空気供給手段 1 1は、この場合アーム回転式のもので、タンク 1 0内に中空回転軸 1 2により支持されて図示省略したモータにより水平回転する攪拌棒 1 3と、前記中空回転軸 1 2から伸びて開口端が攪拌棒の下側に延長された空気供給管 1 4と、前記中空回転軸 1 2の基端側を空気源に接続するためのロータリ一ジョイント 1 5とを備え、ロータリージョイント 1 5から空気 Cを圧入しつつ中空回転軸 1 2を回転させることで、空気供給管 1 4より欖拌棒 1 3の回転方向背面側に生じる気相域に空気 Cを供給し、攪拌棒 1 3の回転により生じる渦力によりこの気相域終縁部の千切れ現象を起こして略均一な微細気泡を多数発生させ、タンク 1 0内で亜硫酸ガスを吸収した吸収剤スラリ溶液と空気とを効率良く接触させるものである。

なお、これらの処理中に起きる主な反応は以下の反応式（ 1 ) から（ 3 ) となる。

(吸収塔）

S 0₂ 十 H₂ 0->H⁺ +H S 0₃ - ( 1 )

(タンク）

H⁺ +H S 0₃ - + 1 /20₂ →2 H⁺ + S O4²- ( 2 )

2 H ⁺ +S O - + C a C0₃ + H _z O

→C a S 0₄ - 2 H₂ 0 + C 0₂ ( 3 )

そして、タンク 1 0内のスラリ（石膏と吸収剤である少量の石灰石が懸濁又は镕存したもの）は、スラリボンプ 2により吸出されて固液分離機 3に供給され、ろ過されて水分の少ない石膏 F (通常、水分含有率 1 0 %程度）として取り出される。一方、固液分離機 3からのろ液は、スラリタンク 4に送られ、ここで補袷水とともに石灰石 Eが加えられ、吸収剤スラリとしてスラリポンプ 5により再びタンク 1内に供給される構成となっている。

なお、図 2において符号 1 6で示すものは、ロータリージョイント 1 5を介して空気供袷手段 1 1に空気を供給する空気ブロワである。

次に、図 3から図 5により、スプレーパイプ 2 2、 3 2の構成例を説明する。この場合、スプレーパイプ 2 2、 3 2は、図 3に示すように、断面円形（一定断面）の管材 4 1の上面側に一定ビンチで複数の円孔を形成し、これら円孔の上面周囲にノズル設置用の円筒材 4 2を溶接等によりそれぞれ固設したものである。そして、各円筒材 4 2内にノズル本体 4 3をはめ込み、円筒材 4 2の上端外周に取付けられるフランジ 4 4により締結することにより、ノズル 2 3、 3 3を構成したものである。

なお、管材 4 1 としては、例えば管内径（直径） Dが 2 0 0〜3 0 0 mm程度、ノズルの配置ピッチが 5 0 0 mm程度のものが使用でき、この場合管摩擦抵抗等のエネルギ損失はほぼ無視できる。また、ノズル 2 3、 3 3は、一つのスプレ —バイプに対して、例えば 1 0偭度設けられる。

そして、管材 4 1の一端（図 3では右側の端）内部には、端板 5 1及び傾斜板 5 2を構成する端部構成部材 5 0が設けられている。すなわち、この場合には、予め溶接等により一体的に製作された端部構成部材 5 0が、管材 4 1 の一端から挿入され、例えば端板 5 1の外面外周部を管材 4 1に溶接することにより固定状態に取り付けられ、これにより管材 4 1の一端を閉塞する端板 5 1と傾斜板 5 2 が設けられている。

傾斜板 5 2は、スプレーパイプ 2 2、 3 2の閉塞端側の流路形状を、流路断面積が閉塞端に向って減少する形状とするものである。この場合傾斜板 5 2は、図 3に示す如く、スプレーパイブ 2 2、 3 2の閉塞端側から 3番目と 4番目のノズルの略中央の位置にその先端が配置され、この先端は管材 4 1の内底面に密着し、端板 5 1に溶接等により接続された基端側（閉塞端側）に向って、ノズル側（上面側）に傾斜したものである。そして、この傾斜板 5 2は、両側の端縁が管材 1の内面に接合する形状とされることにより、管材 4 1の内部を仕切り、そのノズル側（上面側）に先細りの流路を形成している。

流路断面積を減少させる領域の長さは、スプレーパイプの内径ゃノズルの配置ピッチ、スラリの噴射圧力等により変化する力く、吹き上げ高さが乱れて他のノズルからの吹き上げ高さに比較して低下する領域とすればよい。

通常は、スプレーパイブの端部から 2〜 3本目までのノズルで、このような変動が生じるので、傾斜板を最下流のノズルから 3〜4本目のノズルの中間位置もしくは 4〜5本目のノズルの中間位置から配置されることが好適である。

なお、傾斜板 5 2の傾斜角度は、スプレーパイプ 2 2、 3 2の閉塞端側から 1 番目のノズルの中心線の位置における流路断面積が、管材 4 1自体の内断面積の略 2 0 %程度とすることが好ましい。すなわち、最下流位置のノズル位置での傾斜板上の流路断面積がスプレーパイプ断面積の 0 . 2〜0 . 3倍となるのが好ましい。

また、傾斜板 5 2の先端部上面には、図 3及び図 5に示すように、断面 Υ字状の押え部材 5 3力、予め溶接等により一体的に設けられ、これにより、傾斜板 5 2の先端が管材 4 1の底面に密着した状態に保持される構成となっている。

なお、このような端部構成部材 5 0を挿入し閉塞端側における溶接等により固定することで、端板 5 1及び傾斜板 5 2を設ける構造であれば、工具（溶接トーチ等）が挿入困難な管材内部にも容易かつ安定的に傾斜板を設けられる効果がある。

そして、端部 5 1の内面位置は、スプレーバイプ 2 2、 3 2における最も閉塞端側に位置するノズルの入口最大内径の位置からさらに閉塞端側に 0 . 0 5 D ( Dは前記スプレーパイプの内径）だけ離れた離間位置、あるいはこの離間位置よりも内側に設定されている。

すなわち、図 4に示すように、スプレーパイブ 2 2、 3 2の内径を D、ノズル本体 4 3の口径を d、ノズル本体 4 3の入口部曲率半径を R、最も一端側に位置するノズルの中心線から端板 5 1の内面までの距離を Lとした場合、下記式（ 4 ) が成立するように設定している。

L≤ L o ( L o = ά / 2 + R + , or = 0 . 0 5 D ) ( 4 )

なおここで oの値は、例えば D = 2 0 0 m mの場合には or == 1 0 m mとなり、また D = 3 0 0 m mの場合には or = 1 5 m mとなる。

次に、上記のように構成された気液接触装置の動作を説明する。

タンク 1 0内の吸収剤スラリは、循環ボンブ 2 4、 3 4によりそれぞれ供給パイブ 2 5、 3 5を通ってスプレーパイプ 2 2、 3 2に供給される。一方、排煙は、まず排煙導入部 2 1を通って導入側吸収塔 2 0内に導入され下降する。スプレ一バイプ 2 2に供給された吸収剤スラリは、スプレーバイプ 2 2のノズル 2 3力、ら上方へ噴射され、上方に吹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、下降するスラリと吹き上げたスラリとが相互に衝突して微細な粒子状になり、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、粒子状のスラリは塔内に分散して存在するようになり、やがてゆつくりと落下するようになる。こうして、亜硫酸ガスを舍む排煙が粒子状のスラリが存在する塔内を流下するため、体積当たりの気液接触面積が大きくなる。また、ノズル 2 3近傍では排煙がスラリの吹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 2· 0においてかなりの量の亜硫酸ガスか除去される。

次に、吸収塔 2 0を流下した排煙は、タンク 1 0の上部を横方向に流れた後、下部から吸収塔 3 0に入り、吸収塔 3 0を上昇する。吸収塔 3 0では、吸収剤スラリが、スプレーバイプ 3 2のノズル 3 3から上方へ噴射され、吸収塔 2 0 と同様に、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 3 0において最終的に残りのほとんどの亜硫酸ガスが除去される。

なお、タンク 1 0内では、前述したように、空気ブロワ 1 6から送り込まれた空気 C力、'、空気供耠手段 1 1により微細な気泡として、スラリ中に吹込まれ、各吸収塔 2 0、 3 0において亜硫酸ガスを吸収して流下した吸収剤スラリがこれら空気と接触して酸化され、石膏が得られる。

そしてこの際、本例の構成によれば、各スプレーパイプ 2 2、 3 2の各ノズル 2 3、 3 3からのスラリの吹上げは、図 6に示すように、全域に渡って均一かつ安定的なものとなる。このため、排煙と吸収剤スラリとの気液接触は、吸収塔内の水平方向の全域で均一に行われ、効率のよい吸収処理が行われて、循環ポンプ 2 4、 2 5によるスラリの循環量（供給量）を必要最低限のものとしつつ、高い脱硫率が確保される。

なお、この作用効果は、後述するような発明者らの実験により主として確かめられたものであるカ^ その原理は次のように考えられる。

すなわち、まず各スプレーパイプ相互の関係では（供給パイプの長手方向については）、供耠バイプ 2 5、 3 5が前述したように先細りの流路形状とされることにより、内部の平均流速が一定になり、内部を流れるスラリの静圧が長手方向に略一定になるまた、閉塞された管端側においては、流路が漸次絞られるために、流れの乱れが抑制される。このため、各スプレーパイプ相互で（供給パイプの長手方向において）、吹上げ高さの不均一が生じたり、供給パイプの閉塞端側のスプレーパイプの吹上げ状態が不安定（吹上げ高さや方向の変動等）になったりする不具合が従来よりも格段に低減される。

また、各スプレーパイプのそれぞれにおいても、傾斜板 5 2により流路が先細り状とされ、かつ端板 5 1の内面-位置がノズル入口の最大内径より略内側に配置されたために、図 1 0に示すような後述の流れの乱れ（渦の発生、変動）が抑制され、パィプ内閉塞端側の流れが図 3の矢印に示すような整然としたものとなる _β このため、各スプレーパイプにおける特に閉塞端側のノズルからの吹上げ状態が極端に不安定なものとなったり、平均的な高さが他のノズルに比して極端に低下したりする不具合が解消される。

ここで、傾斜板 5 2のもう一つの大きな働きは、酸化タンクからポンプを介してスプレーバイプに供給されてくる液中に混入されるスケールの小塊を液流れで傾斜板 5 2面上に沿って最下流位置のノズル下まで移送させて最下流位置ノズルからスケール小塊がスプレーバイプ内に溜ることなく排出させる作用をする。また、端板 5 1は最下流位置のノズルからの液柱の高さレベルの変動を抑制するのに重要な働きをする。即ちスプレーパイプの閉塞された端部ボケット部に生起する渦流の発生を抑圧させている。

最下流位置のノズルからの液柱の高さレベルの変動は、傾斜板 5 2の設置だけでは必ずしも不十分な場合があり、この端板 5 1の配置でもって液柱レベルの抑制が可能となる。

上記の如く、端板 5 1は端部ボケット部に生起する渦流の発生を抑制して、最下流位置のノズルからの液柱高さレベルの変動を抑制とすると共に、若干残る渦流によって、最下流位置のノズル下に移送されてくるスケール塊を巻上げ排出させる働きを兼ねそなえる。

このように、傾斜板 5 2と端板 5 1とは両者が適当な位置関係に配置されることによっても、液柱の安定した吹き上げとスプレーバイプに供給されてくる液中のスケール塊をスプレーバイプから排出させて安定した運転継続が達成できる。以上説明したように、上記例の気液接触装置 1を有する脱硫装置によれば、各ノズルからのスラリ（液状体）の吹上げ状態を、塔内の全域にわたって均一かつ安定的なものとすることができる。このため、スラリの循環流量を一部の吹上げ状態が悪い部分のために無駄に增加させなくても、効率良い気液接触が実現でき、脱硫率の向上及び運転コストの低滅に大きく貢献することができる。また、供袷パイプ 2 5、 3 5やスプレーパイプ 2 2、 3 2において、流路断面積が後流側に向って滅少する構成となっているので、後流に向って流速が低下することが抑制される（特に、供給パイプでは流速が略一定となる）。このため、流速が低下することによって、スラリ中の固形分が沈降して管内底面に体積固着してスケール化することが防止できる効果もある。

なお、上記例では、一つのタンクに二つの吸収塔を設けた構成としているため、一つのタンクで気液接触（亜硫酸ガスの吸収）を 2段階に行うことができる。このため、各接触処理塔（吸収塔）の高さやスラリの循環流量を従来と同じかそれ以下としても、従来と同等又はそれ以上の気液接触効率（脱硫率）が得られる。しかも、導出側接触処理塔（導出側吸収塔）では、並流式よりも接触効率のよい、いわゆる向流式の気液接触となるから、単に並流式の気液接触装置を二つ直列に接続して設ける場合よりも、さらに気液接触効率を高めることができる。なお、本発明は上記形態例に限られず各種の態様があり得る。例えば、スブレ一パイプの構造は、パイプの本体部分（例えば上記管材 4 1 ) 自体が、閉塞端に向けて先細りの形状とされていてもよい。

また、一つのタンクに対して一つの吸収塔（接触処理塔）からなるものであつてもよい。この場合には、一つの吸収塔で所定の脱硫率を達成するため吹上げ高さをより高くする必要があるが、この場合には、本発明の作用がより顕著となり効果が著しい。

また、本発明の脱硫装置は、上記実施例のようなタンク酸化方式に限られず、例えば酸化塔を別に設ける構成でもよい。さらに、本発明の気液接触装置は、上記のような排煙脱硫装置における吸収工程のための設備として適用される場合に限られず、液状体と気体とを効率よく接触させる必要のある工程であれば各種の分野に適用できることはいうまでもない。

以下、スプレーパイプの構成に関する本発明の作用を実証する実施例及び比較例（実験結果）を図 6から図 1 0に基づいて説明する。

( a ) 実験 1 .

実験 1では、比較例として、図 1 0に示すように、傾斜板がなく、端板 6 1 a が最も閉塞端側のノズル入口より外側に大きく離れた構成のスプレーバイプ 6 1 (ノズルが 7個のもの）を使用し、全体的な吹上げ高さ（吹上げ状態が安定している閉塞端から離れた位置のノズルの吹上げ高さ）を 3〜9 mに変化させて、各ノズルからの吹上げ状態を目視及び写真撮影等により確認した。

この例では、図 4における 2 0 4. 6 mm ( 2 0 O Aの管材使用）、 d = 4 0 mm. R = 4 0 mmであり、 L =し。 + 4 0としている。

結果は、閉塞端側の三つのノズルの吹上げ状態が不安定となり、その平均的な吹上げ高さは他のノズルよりも低かった。特に、全体的な吹上げ高さが高い程、この現象が顕著であった。例えば、図 7に示すように、閉塞端側の三つのノズルの吹上げ状態が極端に低くなりかつ不安定なものとなった。ここで、図 7は、実験時に撮影した写真に基づくものである。

なお、このような現象が生じる原理は、以下のように考えられる。すなわち、スプレーパイプの流路形状が図 1 0に示すように一定断面で、かつ端板 6 1 aがノズル入口よりも大きく外側に配置されていると、図 1 0の矢印に示すように、端板 6 1 aで跳ね返るようにして逆向きに流れる流れが生じて渦が発生する。そして、発生する堝は、不安定で正転 Z逆転を操返す。このため、閉塞端付近のノズルへの液の流入が一様にならず、液柱が乱高下する。また、このような流れの乱れにより、閉塞端付近のノズル入口部近傍の平均的な静圧が低下し、平均的な吹上げ高さが他のノズルに対して極端に低くなる。

( b ) 実験 2.

実験 2では、上述した形態例におけるスプレーパイプ 2 2、 2 3と同様の構成の傾斜板（図 3に示した構成）が設けられたスプレーパイプ（ノズルが 7個のもの）であって、端板内面位置 Lが表 1のように異なるものを 4種類使用し、全体的な吹上げ高さを 3〜 9 mに変化させて、各ノズルからの吹上げ状態を目視及び写真撮影等により確認した。この場合も実験 1と同じく 2 0 O Aの管材を使用し ( D = 2 0 4. 6 mm) 、 d = 4 0 mm、 R = 4 0 mmである。

結果は、表 1に示すように、 L = L。 + 2 0 mmのスプレーパイプ 6 3の場合には、先端ノズル（最も閉塞端側のノズル）の吹上げ状態が乱れ、図 9に示す如く吹上げ高さが極端に低く不安定なものとなった。ここで、図 9は、全体的な吹上げ高さが略 7 mの場合の写真撮影結果を図示化したものである。

表 1

そして、 L == L。一 1 0 m mのスプレーバイプ 6 0が最も良好で、先端ノズルの吹上げ状態が最も安定し、全体的にも図 6に示す如く吹上げ高さが均一かつ安定的なものとなった。ここで、図 6は、全体的な吹上げ高さが略 7 mの場合の写真撮影結果を図示化したものである。

また、 L = L。十 1 0 m mのスプレーパイプ 6 2や L = L。 ± 0 m mのスプレ一パイプでも、先端ノズルの吹上げ状態が若干不安定であるが、図 8に示すように、 L = L。 + 2 0 m mのケースに比べれば格段に良好であった。ここで図 8は、全体的な吹上げ高さが略 7 mの場合の写真撮影結果を図示化したものである。なお、このように吹上げ状態が良好となる原理は、以下のように考えられる。すなわち、スプレーパイプの流路形状が図 3に示すように先細り形状で、かつ端板 5 1がノズル入口最大内径よりも内側に配置されていると、図 3の矢印に示すように、端板 5 1で跳ね返るようにして逆向きに流れる流れは発生せず、各ノズルの入口に液が整然とかつ安定的に流入するようになる。このため、吹上げ状態の乱れや高さの変動も生じないし、また流速が均一化されて吹上げ高さに影響する静圧も均一化されて、他のノズル（閉塞端から離れた位置のノズル）に対しても吹上げ高さが均等化される。

( c ) 実験 3 .

図 1 1に試験装置を示す。本装置は実機のスプレーパイプ 4 1端部側を模擬した透明アクリル製モデルであり、吐出口径 4 0 m mの液柱ノズル 4 3 (ノズル密度 N = 4本 Zm ^z ) をピッチ 5 0 0 m mで 6本装着させ、スプレーパイプ 4 1端には傾斜板 5 2を挿入し、スプレーパイプ 4 1入口端部にはスケール塊の投入口 4 1 aを設けた。なお、液柱ノズルから吐出した液はタンクに戻し、循環使用するようにした。

試験方法

試験要颌

通常の運転時と運転短期停止後の再起動時との 2ケースを想定した試験を次の要領で行った。

( 1 ) 通常の運転時の試験はスケール塊の举動観察を容易にするため循環液に清水を用い先ず、所定の循環液量をスプレーパイプ 4 1に供給した後、大きさを整えた十数個のスケール塊をスプレーパイプ 4 1入口端部から投入して、スケール塊のスプレーバイブ 4 1内挙動及び液柱ノズルからの排出状況を調べた。

( 2 ) 再起動時の試験では、スラリ濃度 2 0 w t %の液を循環液量 L ' = 2 0 0 m ³ / m ² hで循環させた後、 1 0〜 2 5 m mのスケール塊をスプレーパイプ 4 1入口端から投入し、その直後に循環ポンプを停止させ、スブレーパイブ 4 1内のスラリ沈降を待ってスラリパイプ 4 1内の液抜きを行い運転の短期停止状態をつくり放置させた。放置中に再起動後のスラリ塊の挙動観察を容易にするためタンク内のスラリ液を清水に置換して、スケール塊の投入から 1週間後に再起動試験を行った。

試験結果

通常運転時におけるスケール塊の排出

水を循環させてスプレーパイブ入口端から投入したスケール塊の排出（堆積）状況を目視した。スプレーバイプ内スケール塊の挙動

( 1 ) スプレーバイプ入口端部から投入されたスケール塊は循環液流に乗って沈降しながら下流側に流され、スプレーバイプ底に達するとスプレーパイプ底を這うように移動し、傾斜板との接点近傍で滞りがちになるが傾斜板に沿つて移動して端部ノズル下位に達する。

( 2 ) スプレーパイブ底及び傾斜板上のスケール塊の下流側には渦流が生じており、図 1 2のように、複数個のスケール塊 4 1 bが積み重なって山状に位置すると、上流側のスケール塊 4 1 bから次々と山を乗り越えては下流側に位置する具合に、分散したスケール塊は横滑りで移動する。

( 3 ) 端部ノズルの 1 ケ前のノズル下位を通過後の傾斜板上のスケール塊の内、傾斜板 5 2の両サイドに流れ着いたスケール塊の動きは鈍く、居着きがちの傾向が見られる。従って、傾斜板 5 2は平板よりも図 1 3のように中窪み板が望ましい。

液柱ノズルからのスケール塊の排出

( 1 ) 本試験に供した 3〜 3 5 m m範囲のスケール塊はその全てが下流側の端部ノズル（吐出口径 4 O m m ) から排出され、端部ノズル以外の上流側ノズルからのスケール塊排出は観察されなかった。

( 2 ) スケール塊が端部ノズルから排出される際は端部ノズル下位の傾斜板 5 2 上に達したスケール塊がノズルに向う循環液の弱い渦流に巻き上げられて排出されて行く。なお、略 2 0 m m以上のスケール塊は適度の渦流発生を待つ格好で排出し、複数個であっても立て続けに排出される。また、スケール塊の排出には、循環液景が 2 0 0 m ³ /m ² h以上、好ましくは 2 4 0 m ³ /m ^z h以上が良い産業上の利用可能性

本発明によれば、排煙脱硫装置の吸収塔において、スプレーパイブからの吸上げ状態を均一かつ安定的なものとし、高い脱硫率が得られる。しかも、本発明では、運転コストの低滅化が可能であり、したがって、本発明の産業上の利用可能性は大きい。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 吸収剤スラリと排煙とを接触させ、排煙中の硫黄酸化物を吸収する排煙脱硫装置において、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一端が閉塞されたスプレーパイプを水平に配設し、このスプレーパィプの他端から吸収剤スラリを送袷して前記ノズルから吸収剤スラリを上向きに噴射させることにより、吸収剤スラリと排煙とを接触させる処理を行うこととし、前記スプレーパイプの閉塞された一端側の流路形状を、流路断面積が閉塞された一端に向って減少する形状としたとしたことを特徴とする排煙脱硫装置。

( 2 ) 前記スプレーパイプを、断面寸法が一定の管材から構成し、この管材の閉塞された一端側内部に、前記管材の閉塞された一端に向ってノズル側に傾斜した傾斜板を配設し、これにより流路断面積が閉塞された一端に向つて滅少する形状としたことを特徴とする請求項 1の排煙脱硫装置。

( 3 ) 前記スプレーパイプの一端を閉塞する端板の内面位置を、前記スプレーバィプにおける最も閉塞された一端側に位置するノズルの入口最大内径の位置からさらに閉塞された一端側に 0 . 0 5 D ( Dは前記スプレーパイプの内径）だけ離れた近傍位置、あるいはこの近傍位置よりも内側に設定したことを特徴とする請求 1項又は 2の排煙脱硫装置。

( 4 ) 前記スプレーパイプを横方向に複数並べて配設し、これらスプレーパイプの他端側が長手方向の複数箇所でそれぞれ接続された供給パイプであって、一端が閉塞された他端から吸収剤スラリが供給される供給パイプを設け、この供給パィプを介して各スプレーパイブに吸収剤スラリが供給される構成とするとともに、前記供給パイプを流路断面積が閉塞された一端に向って減少する形状としたことを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の排煙脱硫装置。

( 5 ) 排煙に吸収剤スラリを接触させ、排煙中の硫黄酸化物を吸収させる排煙脱硫装置であって、排煙と吸収剤スラリとを接触させる手段として接触処理塔内の下方に長手方向に複数のノズルを配され、一端が閉塞されたスプレーパイプを水平に複数配設し、このスプレーバイプの他端からスラリ小塊が含まれる吸収剤スラリを送給して前記ノズルから吸収剤スラリおよびスラリ小塊をも垂直上向きに噴出させることによって吸収剤ス 7リと排煙とを接触せしめ、吸収処理を行う該排煙脱硫装置において、前記スプレーバイプを断面寸法が一定の管状から構成し、この管材が閉塞された一端内部に、この管材の閉塞された一端に向ってノズル側に傾向した傾斜板を配置し、且つ該閉塞された端板と該傾斜板とを適当な位置関係で連！？させるものであってスプレーバイプの一端を閉塞する端板の内面位置を、前記スプレーバイプの最下流に位置するノズルの入口最大内径の位置ないしさらに下流側に 0 . 0 5 Dだけ離れた間に設定させ、傾斜板を最下流位置のノズルから 3〜 4本目ノズルの中間位置もしくは 4〜 5本目ノズルの中間位置から配置させ、最下流位置のノズル位置での傾斜板上の面積がスプレーパイブ断面積の 0 . 2〜0 . 3倍になるように傾斜させた排煙脱硫装置。