WO2007116714A1 - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

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Abstract

 吸収塔内で、石灰石または石灰を含むスラリを含有する吸収液を排ガス流れ方向に複数段設けられたスプレヘッダ3の複数のスプレノズル5から排ガス中に噴霧して前記排ガス中の硫黄酸化物などを吸収、除去する場合に、スプレノズル5は円環噴霧型(ホロコーン型)として、その吸収液噴霧角度を、吸収塔壁周辺部では排ガス流れに対向する方向を中心として放射状に50度~80度とし、吸収塔中心部では排ガス流れに対向する方向を中心として放射状に80度~130度としている。  上記2種類のスプレノズル5を用いて吸収塔内を流れる排ガスの偏流を防止し、吸収塔塔壁周辺部を排ガスが吹き抜けることによる脱硫性能の低下を防止するとともに、噴霧スプレ液滴の整流効果により、必要以上に圧力損失が大きくなることを防止し、全体のコストを低減した湿式排煙脱硫装置が得られる。

Description

明 細 書
湿式排煙脱硫装置
技術分野
[0001] 本発明は排ガス中の硫黄酸化物(以下、 SOxということがある)、ばいじん及びボイ ラ燃料中に含まれる成分や物質を石灰石または石灰を含むスラリを含有する吸収液 を用いて低減する湿式排煙脱硫装置に関する。
背景技術
[0002] 大気汚染防止のため、排ガス中に含まれる硫黄酸ィ匕物などを除去する装置として、 湿式石灰石 石膏脱硫装置が広く実用化されている。この湿式排煙脱硫装置は図 1 1に示すように、ボイラ等の燃焼装置力も排出される排ガスは入口煙道 2から吸収塔 1 内に導入され、吸収塔 1内に設置された排ガス流れ方向に複数段設けられるスプレ ヘッダ 3にそれぞれ設けられるスプレノズル 5より噴霧される石灰石または石灰を含む スラリなどの吸収液の液滴と接触することにより、排ガス中の塩ィ匕水素 (HC1)、フツイ匕 水素 (HF)等の酸性ガスとともに排ガス中の SOxが吸収される。同時に燃焼装置で 用 、る燃料中に含まれる成分に起因するばいじん、その他の物質が吸収液により吸 収、除去される。
[0003] また、排ガスに同伴されるミストは吸収塔 1の出口煙道 4に設置されたミストエリミネ ータ 7により除去され、清浄な排ガスは出口煙道 4を経て、必要により再加熱されて煙 突より排出される。 SOxの吸収剤である、例えば石灰石は石灰石スラリ 8として図示し ていない石灰石スラリポンプにより吸収塔 1の液溜部 9内に SOx吸収量に応じて供給 される。
[0004] 液溜部 9内の吸収液は液溜部 9に接続する複数の吸収液循環配管 11により抜き出 され、該循環配管 11に設けられた吸収塔循環ポンプ 12により昇圧され、各循環配管 11に接続したスプレヘッダ 3にそれぞれ送られた後、スプレノズル 5から噴霧される。 吸収塔 1内を上昇する排ガスは前記噴霧された吸収液滴と気液接触して排ガス中の SOxなどが吸収、除去される。
[0005] 排ガス中の SOxは吸収液中のカルシウムと反応し、中間生成物として亜硫酸カル シゥム (重亜硫酸カルシウムを含む)になり、液溜部 9に落下し、図示していない空気 ブロワ等により昇圧されて液溜部 9に供給された空気 14により石膏に酸化され、最終 生成物 (石膏)となる。このように吸収塔 1内に空気を直接供給することにより、排ガス 中の SOxの吸収反応と、生成した亜硫酸カルシウムの酸化反応を同時に進行させる ことにより脱硫反応全体が促進される。
[0006] なお、その際に液溜部 9に供給する空気 14は酸ィ匕用撹拌機 15により微細化するこ とにより酸化空気の利用率を高めている。その後、吸収液スラリは液溜部 9から生成 石膏量に応じて抜出しポンプ 16により昇圧されて抜き出され、石膏脱水設備 17に送 られ、粉体の石膏として回収される。
[0007] 近年、湿式排煙脱硫装置の信頼性向上及び経済的観点から大容量ボイラある!/ヽ は複数のボイラカ の大容量排ガスを 1つの吸収塔 1で処理するケースが増加してき ている。また、排ガス中の SOx濃度が高い場合、あるいは大容量排ガス又は高 SOx 濃度の排ガスを高い効率で脱硫することが要求される場合には、吸収塔 1の循環ス プレ量を増加させることで、所要脱硫性能を満足させて 、る。
[0008] 特に大容量であって、高 SOx濃度の排ガスを高効率に脱硫することが要求される プラントにおいては、吸収塔循環液量が増大する。一方で、吸収塔スプレヘッダ 3に 取り付けられるスプレノズル 5の吸収液噴霧容量及び各スプレヘッダ 3に取り付けるス プレノズル 5の設置個数の制約及び循環ポンプ 12の液供給量性能の制約から、スプ レノズル 5へ循環供給する吸収液量に制約があることから複数段のスプレヘッダ 3を 設置している。
[0009] 上記従来技術において,吸収塔 1内の吸収部に設置されているスプレノズル 5は、 極力等間隔となるよう碁盤目状に配置されている。またここでのホロコーン型のスプレ ノズル 5の排ガス流れに直交する方向に対する噴霧角度は図 9に示すように約 90度 のものが主に使用されている。
特許文献 1:特開 2004— 24945号公報
特許文献 2:特開平 11 179144号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0010] 縦型の円筒形の吸収塔の場合には、通常、図 10のスプレヘッダ 3が配置された同 一水平断面から吸収塔 1内を見た図に示すように、同一水平面上に吸収塔 1を横断 する一方の方向に伸びたスプレノズル 5を支持するスプレヘッダ 3により簡略な碁盤 目状にスプレノズル 5を配置する構成を採用して低コストィ匕を図っている。しかし、塔 壁周辺のスプレノズル数が少なくなるため、吸収塔周辺部の液滴密度が低くなる傾 I口」にある。
[0011] このように吸収塔内の液滴密度に偏差が生じると、排ガスが液滴密度の低い部分 に多く流れることにより、十分な気液接触が行われず、 SOxの吸収性能が部分的に 低下し、全体の脱硫性能に影響するという問題があった。
[0012] また、吸収塔内を流れる排ガスが偏流すると、渦流の発生などにより圧力損失が増 大する傾向にあると ヽぅ問題があった。
さらに、このような現象を防止するために吸収塔内のガス流速を低くすると、吸収塔 の塔径を大きくする必要が生じたり、吸収塔内に噴霧する吸収液の液量を必要以上 に多くしたりする必要があるという問題点があった。
[0013] これに対し、吸収塔内でのガス偏流を抑制し、脱硫性能の低下を防止するために 塔壁周辺部に設置するスプレノズル 5の型式をノズル直下にも液滴を噴霧できるフル コーンノズル (全面円環噴霧型ノズル)とする発明が前記特許文献 1 (特開 2004— 0 24945号公報)に開示されている力 フルコーンノズルはホロコーンノズル(円環噴 霧型ノズル)に比べて平均液滴径が粗ぐかつ液密度が薄いため、気液接触効率が 悪く脱硫性能面で劣る。
[0014] また、吸収塔内でのガス偏流を抑制し、脱硫性能の低下を防止するために、塔壁 周辺部に配置するスプレノズル数を増大させる対策もとられているが、吸収液の噴霧 角度が図 9に示すように 90度前後では排ガスと十分に接触せず塔壁に吹付けられる 吸収液量が多くなり、多量に吸収液を必要とするようになる問題点もあった。
[0015] これに対し、吸収塔中心部では吸収液の噴霧角度が狭いと噴霧断面積が狭くなり 、ノズル間隔を狭くして多数のノズル 5を配置させる必要があり、高コストであるだけで なく圧力損失も高くなるという問題点があった。また吸収液の噴霧角度が狭いと噴霧 液滴径が大きくなる傾向にあり、噴霧液滴径が大き 、ために脱硫性能が低下する傾 向にあると 、う問題点もある。
[0016] 本発明の課題は、吸収塔内のガス流速を上げて、吸収塔をコンパクトィ匕した場合に 、吸収塔内を流れる排ガスの偏流を防止し、吸収塔塔壁周辺部を排ガスが吹き抜け ることによる脱硫性能の低下を防止するとともに、噴霧スプレ液滴の整流効果により、 必要以上に圧力損失が大きくなることを防止すること、及び全体のコストを低減した湿 式排煙脱硫装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
請求項 1記載の発明は、燃焼装置力 排出される排ガスを導入し、石灰石または石 灰を含むスラリを含有する吸収液を排ガス流れ方向に複数段設けられたスプレへッ ダの複数のスプレノズルカも排ガス中に噴霧して前記排ガス中に含まれるば 、じん、 硫黄酸ィ匕物および燃焼装置で用いる燃料中に含まれる成分に起因する物質を吸収 、除去する吸収塔と、該吸収塔下部に設けた吸収液溜め部を備えた湿式排煙脱硫 装置において、各スプレヘッダに設けられた複数のスプレノズルは円環噴霧型(ホロ コーン型)のスプレノズル力もなり、その吸収液噴霧角度を、吸収塔壁周辺部では排 ガス流れに対向する方向を中心として放射状に 50度〜 80度とし、吸収塔中心部で は排ガス流れに対向する方向を中心として放射状に 80度〜 130度とする湿式排煙 脱硫装置である。
[0018] 図 3には吸収塔中心部に配置するホロコーン型のスプレノズルの下向きの吸収液 噴霧角度が放射状に 80度〜 130度である場合の側面図(図 3 (a) )と下側から見た 噴霧吸収液の平面図(図 3 (b) )を示し、図 4には、吸収塔壁周辺部に配置するホロコ ーン型)のスプレノズルの下向きの吸収液噴霧角度が放射状に 50度〜 80度である 場合の側面図(図 4 (a) )と下側から見た噴霧吸収液の平面図(図 4 (b) )を示す。
[0019] 本発明において、吸収塔のガス流れに直交する方向の断面において液滴密度の 低くなる吸収塔の塔壁周辺部に設置するスプレノズルの下向きの吸収液噴霧角度を 50〜80度にすることにより、吸収塔断面積当りの液密度が低くなるのを防ぎ、前記吸 収塔断面のどの部分にぉ ヽても液滴密度の偏差が少なくなるので、液滴密度の低 ヽ 部分を排ガスがショートパスし、気液接触が不十分となり、同時に SOxの吸収性能が 低下する現象が起こることがなくなる。また、排ガスと十分に接触せず塔壁に吹付け られる吸収液量が減少し、吸収液量の低減、循環ポンプの動力低減に繋がる。
[0020] また、本発明において吸収塔中心部に設置するスプレノズルの噴霧角度を 80〜1 30度にすることにより平均液滴径が小さくなる。そのため吸収液膜が広がり、それに 伴い膜厚が薄くなり排ガスと接触する際に、吸収液が微粒化され SOxの吸収性能が 向上し、さら〖こ、噴霧断面積が広くなり、スプレノズルの員数低減、圧力損失低減に 繋がる。
[0021] 請求項 2記載の発明は、吸収塔壁から 2m以内に配置された吸収塔壁周辺部のス プレノズルの吸収液噴霧角度を、排ガス流れに対向する方向を中心として放射状に 50度〜 80度とした請求項 1記載の湿式排煙脱硫装置である。
[0022] 前記吸収塔壁周辺部のスプレノズルを吸収塔壁から 2m以内に配置することで、吸 収塔壁周辺部ガスの吹き抜けが防止できるだけでなぐ脱硫性能と吸収塔内での排 ガスの圧力損失の増大との間でバランスさせることができる(図 8参照)。
発明の効果
[0023] 請求項 1記載の発明によれば、吸収塔内の排ガス流速を上昇させても脱硫性能を 保ちつつ、吸収塔の圧力損失および循環液量が必要以上に大きくなることを防止で きるので、設備容量を低減することが可能になる効果がある。
請求項 2記載の発明によれば、請求項 1記載の発明の効果に加えて、吸収塔壁周 辺部ガスの吹き抜けを防止し、脱硫性能と吸収塔内での排ガスの圧力損失の増大と の間でバランスさせることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 本発明の実施例の湿式排煙脱硫装置の吸収塔スプレ部のスプレノズル配置を図 1 に示す。図 1は、スプレヘッダ 3が配置された同一水平断面から吸収塔 1の内部を見 た図であり、同一水平面上に吸収塔 1を横断する一方の方向に伸びたスプレノズル 5 の支持用スプレヘッダ 3により簡略な碁盤目状に円環噴霧型 (ホロコーン型)のスプレ ノズル 5が配置される。図中黒塗り部は吸収液噴霧角度 50〜80度のスプレノズル 5 を示し、その他は吸収液噴霧角度 80〜 130度のスプレノズル 5を示す。排ガスの吹 き抜けが生じ易い塔壁周辺部分に吸収液噴霧角度 50〜80度のスプレノズル 5を設 置することにより、塔壁周辺の排ガスの吹き抜けを防止できるので、吸収塔 1内の排 ガスの流速は塔壁周辺部と吸収塔中心部で偏差が少なくなり、脱硫性能は向上する
[0025] また、図 5に示すように塔壁周辺部分では吸収液噴霧角度 50〜80度のホロコーン 型のスプレノズル 5を用 、、塔中央部では吸収液噴霧角度 80〜 130度のホロコーン 型スプレノズル 5を用いると、塔壁部でのスプレ噴霧液の液流速と排ガスとの相対速 度が塔中央部における前記相対速度より大きくなり、塔壁部の圧力損失が吸収塔中 心部に比べ大きくなることで排ガスの吹抜けを防ぐ事が出来る。また吸収塔壁にあた る液量が少なくなるとともにスプレ噴霧液滴の飛行距離が長くなり、同等の性能を出 すために必要な循環液量の低減に繋がる。
[0026] また、図 6に示すように、塔壁部のスプレノズル 5の下向きの吸収液噴霧角度を 50 〜80度にすることで脱硫性能は向上する。
こうして、吸収塔壁周辺部に配置するスプレノズル 5の下向きの吸収液噴霧角度が 放射状に 50度〜 80度とすることで、吸収塔断面積当りの液密度が低くなるのを防ぎ 、前記吸収塔断面のどの部分においても液滴密度の偏差が少なくなるので、液滴密 度の低い部分を排ガスがショートパスし、気液接触が不十分となり、同時に SOxの吸 収性能が低下する現象が起こることがなくなる。
[0027] また、図 7に示すように吸収塔中心部に設置するスプレノズル 5の噴霧角度を 80〜 130度にすることにより平均液滴径が小さくなる。そのため吸収液膜が広がり、それに 伴い膜厚が薄くなり排ガスと接触する際に、吸収液が微粒化され SOxの吸収性能が 向上し、さら〖こ、噴霧断面積が広くなり、スプレノズル 5の員数低減、圧力損失低減に 繋がる。
[0028] また、吸収塔壁周辺部に配置する下向きの吸収液噴霧角度が放射状に 50度〜 80 度であるスプレノズル (狭角スプレノズル) 5は高い脱硫性能を示す力 そのスプレノ ズル 5の配置位置が塔壁力 離れるにつれて吸収塔内の圧力損失が増大する。この ように大きな圧力損失は吸収液噴霧角度が 80〜 130度のスプレノズル 5に比べて大 きいので、図 8に示すように本実施例では吸収液噴霧角度が 50度〜 80度であるスプ レノズル 5は、脱硫性能と圧力損失とのバランスをとるように塔壁から 2m以内の位置 に配置する。
[0029] こうして、吸収塔中央部と塔壁周辺部との間の排ガス流れの圧力差を小さくして、塔 壁周辺部での吹き抜けも防止できる。また、本実施例では、塔壁中心部も塔壁周辺 部も吸収塔全体として、排ガスに均一な抵抗を与えることにより、排ガス流が整流され 、圧力損失増大の要因となる渦流の発生を抑制できる。したがって、必要以上に圧 力損失が増大することがなくなる。
[0030] 本実施例によれば、塔壁中心部も塔壁周辺部も吸収塔全体として、排ガスに均一 な抵抗を与えることにより、排ガス流が整流され、圧力損失増大の要因となる渦流の 発生を抑制できる。したがって、必要以上に圧力損失が増大することがなくなる。
[0031] 本発明の他の実施例を図 2に示す。本実施例は、円環噴霧型 (ホロコーン型)のス プレノズル 5が吸収塔中心部で吸収液噴霧角度を 80〜130度として碁盤目状に配 置され、塔壁周辺部には吸収液噴霧角度を 50〜80度としたスプレノズル 5が配置さ れ、さらに塔壁周辺部のスプレノズル 5を円弧状に均等に配置することで、液滴密度 の偏差が少なくなるので、液滴密度の低 、部分を排ガスがショートパスし気液接触が 不十分となり、 SOxの吸収性能が低下する現象が起こることがなくなる。
産業上の利用可能性
[0032] 湿式脱硫装置の吸収塔をコンパクトィ匕して、吸収塔内のガス流速を上げても脱硫 性能を低下させることがな 、ので利用可能性が高 、。
図面の簡単な説明
[0033] [図 1]本発明の実施例の吸収塔のスプレノズル配置を示す図で、吸収塔の塔壁周辺 部に、噴霧角度 50〜80度のスプレノズルを配置し、吸収塔中心部に噴霧角度 80〜 130度のスプレノズルを配置した図である。
[図 2]本発明の実施例の吸収塔の塔壁周辺部に、円弧状に噴霧角度 50〜80度のス プレノズルを配置し、吸収塔中心部に碁盤目状に噴霧角度 80〜 130度のスプレノズ ルを配置した図である。
[図 3]本発明の広角スプレノズルの液滴噴霧パターンを示す図である。
[図 4]本発明の狭角スプレノズルの液滴噴霧パターンを示す図である。
[図 5]本発明の実施例の塔内のスプレノズル位置とガスとスプレ噴霧液の相対速度を 示す図である。
[図 6]本発明の実施例の塔壁周辺部のスプレノズルの液滴噴霧角度を変化させたと きの脱硫性能を示す図である。
[図 7]本発明の実施例のスプレノズル力ゝらの吸収液噴霧角度と平均液滴径の関係を 示す図である。
[図 8]本発明の実施例の塔壁周辺部のスプレノズルの塔壁からの距離に対する脱硫 性能と吸収塔内の圧力損失との関係を示す図である。
[図 9]従来技術のスプレノズルの液滴噴霧パターンを示す図である。
[図 10]従来技術の湿式排煙脱硫装置のスプレノズル配置を示す図である。
[図 11]従来技術の湿式排煙脱硫装置の系統を示す図である。
符号の説明
1 吸収塔 2
3 スプレヘッダ 4 出口煙道
5 スプレノズノレ 7 ミストエリミネータ
8 石灰石スラジ 9 液溜部
11 吸収液循環配管 1
14 空気 15 1
16 抜出しポンプ 17

Claims

請求の範囲
[1] 燃焼装置カゝら排出される排ガスを導入し、石灰石または石灰を含むスラリを含有す る吸収液を排ガス流れ方向に複数段設けられたスプレヘッダの複数のスプレノズル から排ガス中に噴霧して前記排ガス中に含まれるば 、じん、硫黄酸化物および燃焼 装置で用いる燃料中に含まれる成分に起因する物質を吸収、除去する吸収塔と、該 吸収塔下部に設けた吸収液溜め部を備えた湿式排煙脱硫装置において、 各スプレヘッダに設けられた複数のスプレノズルは円環噴霧型(ホロコーン型)のス プレノズルからなり、その吸収液噴霧角度を、吸収塔壁周辺部では排ガス流れに対 向する方向を中心として放射状に 50度〜 80度とし、吸収塔中心部では排ガス流れ に対向する方向を中心として放射状に 80度〜 130度とすることを特徴とする湿式排 煙脱硫装置。
[2] 吸収塔壁から 2m以内に配置された吸収塔壁周辺部のスプレノズルの吸収液噴霧 角度を、排ガス流れに対向する方向を中心として放射状に 50度〜 80度としたことを 特徴とする請求項 1記載の湿式排煙脱硫装置。
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