(57)【要約】【課題】設備コストや運転コストを極力低く抑えつつ、効率よく排ガスの脱硫を行うことのできる排煙脱硫装置を提供すること。【解決手段】吸収塔(2)に設けられる多段のスプレヘッダ(10)において、最上段に位置する第１段スプレヘッダ(11)の中央側に中空円錐状の噴霧を下向き二方向に噴射する第１のスプレノズル(21)を、第２段・第３段スプレヘッダ(12,13)の中央側に中空円錐状の噴霧を上下方向に噴射する第２のスプレノズル(22)を、第１段スプレヘッダ(11)の塔壁近傍に中実円錐状の噴霧を下向き二又に噴射する第３のスプレノズル(23)を、第２段・第３段スプレヘッダ(12,13)の塔壁近傍に中実円錐状の噴霧を上下方向に噴射する第４のスプレノズル(24)を、第４段スプレヘッダ(14)から第６段スプレヘッダ(16)に中空円錐状の噴霧を下向きに噴射する第５のスプレノズル(25)を、それぞれ取り付ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に排ガスが流れる吸収塔と、排ガスの流れ方向に多段に配置されたスプレヘッダと、当該スプレヘッダに取り付けられ吸収液を噴射するスプレノズルと、を有する排煙脱硫装置であって、
前記多段のスプレヘッダのうち、最上段に位置する前記スプレヘッダに取り付けられ、中空円錐状の噴霧を下向き且つ少なくとも二方向に噴射する第１のスプレノズルと、
前記多段のスプレヘッダのうち、前記最上段に位置するスプレヘッダを除いて連続した二段以上の前記スプレヘッダに取り付けられ、中空円錐状の噴霧を上向き及び下向きに噴射する第２のスプレノズルと、
を備えることを特徴とする排煙脱硫装置。
【請求項２】
前記最上段に位置するスプレヘッダにおける前記吸収塔の塔壁近傍に取り付けられ、中実円錐状の噴霧を下向き且つ少なくとも二又に噴射する第３のスプレノズルと、
前記連続した二段以上のスプレヘッダにおける前記吸収塔の塔壁近傍に取り付けられ、中実円錐状の噴霧を上向き及び下向きに噴射する第４のスプレノズルと、を備え、
前記第１のスプレノズルは前記最上段に位置するスプレヘッダにおいて前記第３のスプレノズルより内側に取り付けられており、
前記第２のスプレノズルは前記連続した二段以上のスプレヘッダにおいて前記第４のスプレノズルより内側に取り付けられている
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】
前記最上段に位置するスプレヘッダ及び前記連続した二段以上のスプレヘッダ以外のスプレヘッダには、噴霧を下向きに噴射する第５のスプレノズルが取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の排煙脱硫装置。
【請求項４】
前記連続した二段以上のスプレヘッダとは、前記最上段のスプレヘッダの直下に位置する二段のスプレヘッダであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排煙脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、化石燃料を燃焼させて生じる排ガス（排煙）中の硫黄酸化物を除去するのに用いられる排煙脱硫装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に火力発電設備等には、石炭等の化石燃料を燃焼することで発生する排ガス中に含まれる硫黄分を除去するために排煙脱硫装置が設けられている。
排煙脱硫装置の種類としては大別して湿式、半乾式、乾式とあり、効率のよい湿式の排煙脱硫装置が多く採用されている。しかし、湿式の排煙脱硫装置は高効率である一方で設備コストや運転コストが高いという問題がある。
【０００３】
湿式の排煙脱硫装置は、内部に排ガスが流通する吸収塔内に排ガスの流れ方向に多段にスプレヘッダを配置し、当該スプレヘッダに複数取り付けられているスプレノズルから硫黄分を吸収する吸収液を排ガス中に噴射することで脱硫を行っている。従って、脱硫の効率を向上させるには、吸収液を細かく飛散させ排ガスとの気液接触面積を大きくする必要がある。
【０００４】
そこで、スプレノズルとして上向きと下向きの双方向に吸収液を噴射可能な双方向スプレノズルを用い、最下段又は最下段近傍の双方向スプレノズルについては、上向きの吸収液噴射量及び下向きの吸収液噴射量の比（上向き噴射量／下向き噴射量）を０．１〜０．９の範囲内とし、その他の段の双方向スプレノズルについては上向き及び下向きの各吸収液噴射量を同量又はほぼ同量とした構成の排煙脱硫装置が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、吸収塔内のスプレノズルの全てを上下の双方向ノズルとしつつ、最下段のスプレノズルについては上向きの吸収液噴射量を下向きの吸収液噴射量よりも少なくすることで、脱硫の効率化及び排ガスの圧力損失の低減化を図っているが、全てのスプレノズルを上下の双方向スプレノズルとすると、排煙脱硫装置の設備コスト及び運転コストがさらに高くなるという問題がある。
【０００７】
また、吸収塔内では気液接触が有効に行われ難い領域や、積極的に吸収液を噴射し難い領域があり、これらの領域に関係なく一律に吸収液を噴射することで脱硫の効率を上げるのは困難である。
例えば、特許文献１のように最上段のスプレノズルにおいて上向きに吸収液を噴射すると、吸収塔の排ガス出口部分に設けられているミストエリミネータにまで吸収液が飛散して、ミストエリミネータの性能が低下したり、吸収塔より排ガス下流側の設備にまで吸収液が運ばれたりするおそれが生じる。
【０００８】
さらに、排ガスが吹き抜けやすく気液接触が行われにくい吸収塔の塔壁近傍は、吸収液の噴射圧力を強くして気液接触が有効に行われるようにすると塔壁の摩耗を生じるという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸収塔内部の適切な位置に適切なスプレノズルを配置することで、設備コストや運転コストを極力低く抑えつつ、効率よく排ガスの脱硫を行うことのできる排煙脱硫装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明に係る排煙脱硫装置は、上下方向に排ガスが流れる吸収塔と、排ガスの流れ方向に多段に配置されたスプレヘッダと、当該スプレヘッダに取り付けられ吸収液を噴射するスプレノズルと、を有する排煙脱硫装置であって、前記多段のスプレヘッダのうち、最上段に位置する前記スプレヘッダに取り付けられ、中空円錐状の噴霧を下向き且つ少なくとも二方向に噴射する第１のスプレノズルと、前記多段のスプレヘッダのうち、前記最上段に位置するスプレヘッダを除いて連続した二段以上の前記スプレヘッダに取り付けられ、中空円錐状の噴霧を上向き及び下向きに噴射する第２のスプレノズルと、を備えることを特徴としている。
【００１０】
さらに、前記最上段に位置するスプレヘッダにおける前記吸収塔の塔壁近傍に取り付けられ、中実円錐状の噴霧を下向き且つ少なくとも二又に噴射する第３のスプレノズルと、前記連続した二段以上のスプレヘッダにおける前記吸収塔の塔壁近傍に取り付けられ、中実円錐状の噴霧を上向き及び下向きに噴射する第４のスプレノズルと、を備え、前記第１のスプレノズルは前記最上段に位置するスプレヘッダにおいて前記第３のスプレノズルより内側に取り付けられており、前記第２のスプレノズルは前記連続した二段以上のスプレヘッダにおいて前記第４のスプレノズルより内側に取り付けられているのが好ましい。
【００１１】
また、前記最上段に位置するスプレヘッダ及び前記連続した二段以上のスプレヘッダ以外のスプレヘッダには、噴霧を下向きに噴射する第５のスプレノズルが取り付けられているのが好ましい。
特に、前記連続した二段以上のスプレヘッダとは、前記最上段のスプレヘッダの直下に位置する二段のスプレヘッダであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記手段を用いる本発明によれば、種類の異なるスプレノズルを吸収塔内の排ガスの流れに応じた最適な領域にそれぞれ配置することで、設備コスト及び運転コストを最小限に抑えつつ、各領域において十分な脱硫効率を確保して吸収塔の全体としての脱硫効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図２】図１における上側四段のスプレヘッダを拡大した要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る排煙脱硫装置の概略構成図が示されている。
図１に示す排煙脱硫装置１は、火力発電設備の排ガス処理システムの一部として設けられており、例えば石炭焚きボイラから煙突に至るまでの煙道において、脱硝部、エアヒータ、脱塵部及び熱交換器に続いて配置されている。
【００１５】
図１に示すように、排煙脱硫装置１は、下部側面のガス導入部２ａから上部のガス排出部２ｂに向けて上下方向に排ガスが流れる円筒形状の吸収塔２を有している。この吸収塔２の下部には、吸収剤としての石灰石を含む吸収液を溜める吸収液貯留部３が形成されている。
【００１６】
当該吸収液貯留部３には吸収液循環配管４の一端が接続されており、当該吸収液循環配管４には循環ポンプ５が介装されている。
吸収塔２内の高さ方向中央部分には、排ガス流れ方向において多段にスプレヘッダ１０が配置されており、吸収液循環配管４の他端側が多数に枝分かれして多段のスプレヘッダ１０に接続されている。本実施形態では上から順番に第１段スプレヘッダ１１から第６段スプレヘッダ１６までの６段のスプレヘッダ１０が配置されている。各スプレヘッダ１０には吸収液を噴射するスプレノズル２０が複数取り付けられている。
【００１７】
そして、吸収塔２内において、各スプレヘッダ１０より上方には、脱硫後の排ガス中に同伴するミストを除去するミストエリミネータ６が設けられている。
ここで、各スプレヘッダ１０に設けられているスプレノズル２０について詳しく説明する。図２には図１における上側四段のスプレヘッダを拡大した要部拡大図、図３には当該図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４には当該図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図がそれぞれ示されている。
【００１８】
図１及び図２に一点鎖線で示すように、吸収塔２内には５種類のスプレノズル２１〜２５の群からなる５つの領域Ｓ１〜Ｓ５が形成されている。
詳しくは、最上段に位置する第１段スプレヘッダ１１の中央側（内側）に第１のスプレ領域Ｓ１が、第２段スプレヘッダ１２及び第３段スプレヘッダ１３（以下、併せて第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３ともいう）の中央側（内側）に第２のスプレ領域Ｓ２が、第１段スプレヘッダ１１の塔壁近傍に第３のスプレ領域Ｓ３が、第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３の塔壁近傍に第４のスプレ領域Ｓ４が、第４段スプレヘッダ１４から第６段スプレヘッダ１６に第５のスプレ領域Ｓ５が、それぞれ形成されている。
【００１９】
第１のスプレ領域Ｓ１においては、第１段スプレヘッダ１１に、中空円錐状（いわゆるホロコーン形）の噴霧を下向きに且つ異なる二方向に向けて噴射する第１のスプレノズル２１が複数取り付けられている。
第２のスプレ領域Ｓ２においては、第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３に、中空円錐状の噴霧を下向き及び上向きに噴射する第２のスプレノズル２２が複数取り付けられている。
【００２０】
第３のスプレ領域Ｓ３においては、第１段スプレヘッダ１１に、中実円錐状（いわゆるフルコーン形）の噴霧を下向きに且つ二又に噴射する第３のスプレノズル２３が複数取り付けられている。
第４のスプレ領域Ｓ４においては、第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３に、中実円錐状の噴霧を下向き及び上向きに噴射する第４のスプレノズル２４が複数取り付けられている。
【００２１】
第５のスプレ領域Ｓ５においては、第４段スプレヘッダ１４から第６段スプレヘッダ１６に、中空円錐状の噴霧を下向きに噴射する第５のスプレノズル２５が複数取り付けられている。
これら各スプレノズル２１〜２５は、円錐状の噴霧がそれぞれの噴射方向の軸周りに回転して渦巻状をなすよう構成されている。
【００２２】
具体的には、図３に示すように第１段スプレヘッダ１１は、吸収塔２の径方向に延びる一本のメインヘッダ１１ａから左右対称に複数のサブヘッダ１１ｂが枝分かれしており、当該サブヘッダ１１ｂに各種スプレノズル２１、２３が取り付けられている。詳しくは、メインヘッダ１１ａの先端部及び根元部から延びるサブヘッダ１１ｂと、その他のサブヘッダ１１ｂの先端に第３のスプレノズル２３が取り付けられている。これにより、第１段スプレヘッダ１１において、第３のスプレノズル２３の群からなる第３のスプレ領域Ｓ３が塔壁近傍に形成されている。
【００２３】
そして、第１段スプレヘッダ１１において、メインヘッダ１１ａの先端部及び根元部から延びるサブヘッダ１１ｂを除いた中央側から延びるサブヘッダ１１ｂに、先端を除いて、第１のスプレノズル２１が取り付けられている。これにより、第１段スプレヘッダ１１において、第１のスプレノズル２１の群からなる第１のスプレ領域Ｓ１が形成されている。
【００２４】
また、図４に示すように第２段スプレヘッダ１２は、第１段スプレヘッダ１１と同様にメインヘッダ１２ａ及びサブヘッダ１２ｂから構成されているが、当該メインヘッダ１２ａは最上段のメインヘッダ１１ａと上面視において３０度程度ずれて吸収塔２の径方向に延びている。
【００２５】
そして、第２段スプレヘッダ１２において、メインヘッダ１２ａの先端部及び根元部から延びるサブヘッダ１２ｂと、その他のサブヘッダ１２ｂの先端に第４のスプレノズル２４が取り付けられている。これにより、第２段スプレヘッダ１２において、第４のスプレノズル２４の群からなる第４のスプレ領域Ｓ４が塔壁近傍に形成されている。
【００２６】
また、メインヘッダ１２ａの先端部及び根元部から延びるサブヘッダ１２ｂを除いた中央側から延びるサブヘッダ１２ｂに、先端を除いて、第２のスプレノズル２２が取り付けられている。これにより、第２段スプレヘッダ１２において、第２のスプレノズル２２の群からなる第４のスプレ領域Ｓ２が形成されている。
【００２７】
第３段スプレヘッダ１３は、図示しないが第２段スプレヘッダ１２と同様の構成で第２のスプレノズル２２及び第４のスプレノズル２４が取り付けられている。第４段スプレヘッダ１４から第６段スプレヘッダ１６についても図示しないが、メインヘッダとサブヘッダとから構成され、各サブヘッダに第５のスプレノズル２５が取り付けられている。なお、各段のメインヘッダは、上面視において直上段のメインヘッダと３０度程度ずつずれて配置されている。
【００２８】
以下、このように構成された排煙脱硫装置１の作用効果について説明する。
図示しない石炭焚きボイラで生じた排ガスは、脱硝部、エアヒータ、脱塵部及び熱交換器を経て、ガス導入部２ａから吸収塔２内に流入し、吸収塔２内を上っていく。
このとき、循環ポンプ５の駆動により、吸収液が吸収液貯留部３から吸収液循環配管４を介して各段のスプレヘッダ１０に送られて、各スプレノズル２０から吸収液が噴射される。
【００２９】
下側三段の第４段スプレヘッダ１４から第６段スプレヘッダ１６の範囲に相当する第５のスプレ領域Ｓ５では、吸収塔２の断面全域にて第５のスプレノズル２５から下方向に中空円錐状に吸収液が噴射される。そして、第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３においては、第２のスプレ領域Ｓ２の第２のスプレノズル２２及び第４のスプレ領域Ｓ４の第４のスプレノズル２４によりそれぞれ上下方向に吸収液が噴射される。最上段の第１段スプレヘッダ１１においては、第１のスプレ領域Ｓ１の第１のスプレノズル２１により下向き二方向に、第３のスプレ領域Ｓ３の第３のスプレノズル２３により下向き二又に吸収液が噴射される。
【００３０】
第５のスプレ領域Ｓ５においては、下向きにのみ吸収液を噴射する単純な構成であり安価である第５のスプレノズル２５を用いることで、設備コストの増加が抑制される。一方で、当該第５のスプレ領域Ｓ５においては、上方から噴射された吸収液が落下してくることから、全域に亘って多量の吸収液が存在することとなり、当該第５のスプレ領域Ｓ５を通る排ガスの脱硫を十分に行うことができる。
【００３１】
次に排ガスが通過する第２のスプレ領域Ｓ２及び第４のスプレ領域Ｓ４においては、上下方向に吸収液が噴射されることで、上下に噴霧された吸収液同士が衝突し、吸収液の微細化が促進される。このように吸収液の微細化が進むことで、液滴の比表面積が大きくなり気液接触の効率が向上し、当該第２のスプレ領域Ｓ２及び第４のスプレ領域Ｓ４においても排ガスの脱硫を十分に行うことができる。
【００３２】
最上段に位置する第１のスプレ領域Ｓ１及び第３のスプレ領域Ｓ３においては、下向きのみ吸収液を噴射することで、下流側への吸収液の飛散を防ぐことができる。一方で、１つのスプレノズル２１、２３から二方向又は二又に吸収液を噴射していることから、吸収液の密度が上がるとともに、横方向で吸収液同士の衝突が生じて吸収液の微細化が促進される。また、各スプレノズル２０からの各噴霧は回転していることから、噴霧近傍を通過する排ガスを巻き込んで乱流状態となり、より一層気液接触が促進される。
【００３３】
さらに、塔壁近傍に位置する第３のスプレ領域Ｓ３及び第４のスプレ領域Ｓ４においては、中実円錐状の噴霧を噴射することで、塔壁に対する圧力が集中する中空円錐状の噴霧よりも、塔壁に与える負荷を軽減し、塔壁の摩耗を抑えることができる。その上、中実円錐状の噴霧を噴射することで塔壁近傍における吸収液の密度が高くなり、排ガスを中央側に案内することができ、塔壁に沿った排ガスの吹き抜けを防止することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の排煙脱硫装置１では、５種類ものスプレノズル２０が吸収塔２内の排ガスの流れに応じた最適な領域にそれぞれ配置されており、高価なスプレノズルの使用を少なくし、設備コストを最小限に抑えることができる。また、適切なノズル配置としたことで高効率化し、運転コストを低減することもできる。そして、各領域において十分な脱硫効率を確保することで、吸収塔２の全体としての脱硫効率を向上させることができる。
【００３５】
以上で本発明に係る排煙脱硫装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、吸収塔２は円筒形状とし、各段のスプレヘッダ１０をメインヘッダとサブヘッダとから構成しているが、吸収塔及びスプレヘッダの構成はこれに限られず、例えば吸収塔を断面が矩形の角型吸収塔とし、当該角型吸収塔に合わせたスプレヘッダの構成としてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態のように第２のスプレ領域Ｓ２及び第４のスプレ領域Ｓ４を最上段である第１段スプレヘッダ１１直下の第２段・第３段スプレヘッダ１２、１３に形成することがコスト及び脱硫効率の点で最も効果的ではあるが、第２のスプレ領域及び第４のスプレ領域は連続した二段以上のスプレヘッダに形成することで一定以上の効果を得ることができる。従って、例えば第２段・第３段スプレヘッダだけでなく、第４のスプレヘッダ、第５のスプレヘッダにまで第２のスプレ領域及び第４のスプレ領域を形成してもよい。または、第１段スプレヘッダの直下でなく、第２段スプレヘッダのスプレノズルを下向きのみの第５のスプレノズルとし、第３のスプレヘッダと第４のスプレヘッダに第２のスプレヘッダ及び第４のスプレヘッダを取り付けてもよい。
【００３７】
さらに、第３のスプレノズル２３及び第４のスプレノズル２４を設けず、第１段スプレヘッダ１１の全域に第１のスプレノズル２１を取り付け、第２段スプレヘッダ１２の全域に第２のスプレノズル２２を取り付けて、第１のスプレ領域Ｓ１、第２のスプレ領域Ｓ２、及び第５のスプレ領域Ｓ５のみで構成してもよい。この場合でも少なくとも吸収液の微細化の効果を得ることができる。
【００３８】
また、上記実施形態における第１のスプレノズルは下向きの二方向に噴霧を噴射するスプレノズルであるが、当該第１のスプレノズルは下向きであれば三方向、四方向等の多方向に噴霧を噴射可能なスプレノズルにしてもよい。第３のスプレノズルについても、三又に噴霧を噴射可能なスプレノズルにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、第５のスプレノズル２５は中空円錐状の噴霧を下向きに噴射するスプレノズルであるが、当該第５のスプレノズルの噴霧形状はこれに限られるものではない。例えば、第５のスプレノズルを中実円錐状の噴霧を下向きに噴射するスプレノズルとしてもよい。さらに、第５のスプレノズルに、低動力なスプレノズルであるスパイラルノズルを用いてもよく、これにより排煙脱硫装置の運転コストも低減することができる。
【００４０】
また、上記実施形態における排煙脱硫装置１は石炭焚きボイラの煙道において、脱硝部、エアヒータ、脱塵部及び熱交換器に続いて配置されているが、本発明に係る排煙脱硫装置は他の構成の火力発電設備にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  排煙脱硫装置
２  吸収塔
１０  スプレヘッダ
１１  第１段スプレヘッダ
１２  第２段スプレヘッダ
１３  第３段スプレヘッダ
１４  第４段スプレヘッダ
１５  第５段スプレヘッダ
１６  第６段スプレヘッダ
２０  スプレノズル
２１  第１のスプレノズル
２２  第２のスプレノズル
２３  第３のスプレノズル
２４  第４のスプレノズル
２５  第５のスプレノズル
Ｓ１  第１のスプレ領域
Ｓ２  第２のスプレ領域
Ｓ３  第３のスプレ領域
Ｓ４  第４のスプレ領域
Ｓ５  第５のスプレ領域
【図１】
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【図２】
2015042389.tif 000004
【図３】
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【図４】
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