(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置か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いじん、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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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化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１１に示すように、ボイラ等の燃焼装置から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、排ガス中の塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（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い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ウム（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は酸化用撹拌機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いは複数のボイラからの大容量排ガスを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いる。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【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化を図っている。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向にある。
【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いう問題があった。  
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２００４−０２４９４５号公報）に開示されているが、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く、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、噴霧液滴径が大きいために脱硫性能が低下する傾向にあるという問題点もある。
【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化した場合に、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、燃焼装置か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いじん、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。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８０〜１３０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、さらに、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く、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を用い、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、さらに、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が、そのスプレノズル５の配置位置が塔壁から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、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化して、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いので利用可能性が高い。
【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か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】
【００３４】
１    吸収塔                ２    入口煙道
３    スプレヘッダ          ４    出口煙道
５    スプレノズル          ７    ミストエリミネータ
８    石灰石スラリ          ９    液溜部
１１  吸収液循環配管        １２  吸収塔循環ポンプ
１４  空気                  １５  酸化用攪拌機
１６  抜出しポンプ          １７  石膏脱水設備
【図１】
0004845568.tif 000002
【図２】
0004845568.tif 000003
【図３】
0004845568.tif 000004
【図４】
0004845568.tif 000005
【図５】
0004845568.tif 000006
【図６】
0004845568.tif 000007
【図７】
0004845568.tif 000008
【図８】
0004845568.tif 000009
【図９】
0004845568.tif 000010
【図１０】
0004845568.tif 000011
【図１１】
0004845568.tif 000012