(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中の硫黄酸化物とばいじんを含む排ガスを導入する排ガス入口部と該排ガス入口部より上部に設けた吸収液スプレ部とを備えた吸収塔本体と、
排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜め、かつ吸収液を攪拌するプロペラを備えた攪拌機と該プロペラの近傍に酸化用空気を吹き込む空気供給手段と空気による酸化反応とアルカリにより中和反応を経た後に吸収液を抜き出して吸収塔本体の吸収液スプレ部に吸収液を循環供給する吸収液循環手段を備えた液溜部と
を備えた湿式排煙脱硫装置において、
前記空気供給手段は攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方の液溜部内の吸収液に酸化用空気を供給し、該攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方に供給する空気量の比を調整する手段であることを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
前記攪拌機のプロペラの液吐出前方に設置する前記空気供給手段の空気吐出口は、プロペラの水平方向の中心軸の延長線より下方の位置となるように配置することを特徴とする請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の湿式排煙脱硫装置を用いて、攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方の液溜部内の吸収液に酸化用空気を供給する空気供給手段から、攪拌機のプロペラの液吐出前方及び液吐出後方に供給する空気量の比率は、液吐出後方より液吐出前方の比率を高くすることを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項４】
必要空気量のうち、前記攪拌機のプロペラの液吐出前方及び液吐出後方に供給する空気量の比率は、液吐出後方を１０％とし、かつ、液吐出前方を９０％とすることを特徴とする請求項３に記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項５】
前記空気供給手段に供給する酸化空気量を変化させる場合、必要空気量のうち、前記攪拌機のプロペラの液吐出後方に供給する空気量は一定とし、前記攪拌機のプロペラの液吐出前方に供給する空気量を変化させることを特徴とする請求項３に記載の湿式排煙脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙脱硫装置と、その吸収塔液溜部において吸収した硫黄酸化物（以下、ＳＯ2ということがある。）を中和・酸化する工程を有する液溜部に係わり、特に吸収したＳＯ2を酸化するための酸化用空気の供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球を取り巻く自然環境の悪化が著しい。中でも世界各地に設置された火力発電所等において、化石燃料の燃焼に伴って発生する排ガス中のＳＯ２及びばいじんは、大気汚染等の環境問題の主原因の一つであり、前記排ガス処理のために湿式排煙脱硫装置を設置することが主流となっている。【０００３】
特に最近に至っては、排ガス中のＳＯ2及びばいじん排出値の低濃度化が要求される一方で、ボイラ燃料の多様化等により入口ＳＯ2濃度が高くなっており、高性能な排煙脱硫装置の開発が急務である。【０００４】
従来技術の排煙脱硫装置の一例を図４と図５に示す。排煙脱硫装置は吸収塔本体１、ガス入口部２、ガス出口部３、吸収液スプレ部４、スプレノズル５、循環ポンプ６、液溜部７、酸化用撹拌機８、後部空気配管１０、プロペラ１１、石膏スラリ抜出し配管２０、石膏脱水機２１及びミスト捕集部３０を主体として構成される。【０００５】
ボイラの排ガスＧは、ガス入口部２から導入され吸収液スプレ部４のスプレノズル５から噴霧される吸収液と気液接触し、清浄なガスとなりミスト捕集部３０によって同伴されるミストが除去された後、ガス出口部３から排出される。【０００６】
また、前記気液接触した吸収液は、吸収塔本体１内を下降して液溜部７に一時的に溜められる。液溜部７では、供給される空気９が酸化用撹拌機８と連結して回転するプロペラ１１によって微細化され、空気中の酸素が吸収液中に溶解する。液溜部７では吸収したＳＯ2と図示していない炭酸カルシウム供給系統より液溜部７に供給される炭酸カルシウムの中和反応により亜硫酸カルシウムが生成され、吸収液中に溶解した酸素により酸化され石膏が生成する。石膏がスラリとして存在する液溜部７内の吸収液は循環ポンプ６によって再びスプレノズル５に送られ、一部は石膏スラリ抜出し配管２０を通り、石膏脱水機２１へ送られ、固形物の石膏と水とに分離される。【０００７】
上記従来技術では、図５に示すように攪拌機８のプロペラ１１の後方の供給口を備えた後部空気配管１０から液溜部７に酸化用空気９を供給している。これは、プロペラ１１の回転によって生ずるせん断力により、液溜部７に供給された酸化用空気９を微細化して吸収液との気液接触面積を大きくすることで、空気利用率を高める方式である（特開２００１−１２０９４６号公報）。【０００８】
また、攪拌機プロペラ１１の前方に空気を供給する方法がある（特開平８−９４９号公報、特開２０００−３１７２５９号公報）。この方法では、空気をプロペラ１１の回転による吸収液の吐出流に同伴させることにより、空気の気泡を微細化しながら液溜部に均一に分散する方式である。
【特許文献１】特開２００１−１２０９４６号公報
【特許文献２】特開平８−９４９号公報
【特許文献３】特開２０００−３１７２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術の中で、図５に示す攪拌機８のプロペラ１１の後方の供給口を備えた後部空気配管１０から液溜部７に酸化用空気９を供給する方式では、近年のボイラ燃料の多様化等により、高ＳＯ2濃度の排ガスを処理する場合には、対応しきれないことがある。すなわち、高ＳＯ2濃度の排ガスを処理する場合、吸収液中の亜硫酸カルシウム（Ｃａ（ＨＳＯ3）2）量が増加し、それに伴い供給する酸化空気量も増加する。しかしながら、攪拌機１台当りに供給可能な酸化空気量には限界があり、限界値以上の空気量を供給するとプロペラ１１の回転による吐出流量が減少し、空気９の中でプロペラ１１が空回りした状態となり、気泡１２の微細化が行われず、吸収液との気液接触面積が減少し、酸化効率が低下することになる。【００１０】
また、上記従来技術の中で、攪拌機プロペラ１１の前方で吸収液中に空気を供給する方式は、酸化空気の気泡を微細化しながら液溜部７に均一に分散することはできるが、プロペラ１１の前方に供給する空気自体は、回転するプロペラ１１と接触しないことから、微細化された気泡の大きさは、空気をプロペラ１１の後方に供給する方法に比べて大きくなるため、吸収液との接触面積が小さくなり、酸化効率としては低下する。しかしながら、プロペラ１１の前方に供給する空気自体は、プロペラ１１が回転することにより生じる吐出流に直接、同伴されるため、液溜部７内の気泡分散距離が大きくなり、滞留時間が増加することにより均一に分散されやすい利点はある。【００１１】
前述のように、近年のボイラ燃料の多様化等により、排ガス中の除去すべきＳＯ2量は増加傾向にあり、これに伴い酸化用空気量も増加している。攪拌機８の１台当りに供給可能な酸化空気量には限界があり、それ以上の空気量を供給するとプロペラ１１の回転による吐出流量が減少し、供給された空気９の中でプロペラ１１が空回りした状態となり、気泡１２の微細化が行われず、酸化空気の気泡１２と吸収液の気液接触面積が減少し、ＳＯ2の酸化効率が低下することになる。【００１２】
また、攪拌機８は酸化用空気９の微細化と共に、液溜部７での吸収液スラリ中の固形物の沈降防止を行うための攪拌を同時に行うことが多く、酸化空気量増加によりプロペラ１１からの吐出流量が減少すれば、吸収液スラリ中の固形物も液溜部７の底部に沈降することになり、配管の閉塞等、プラントの運用に支障をきたすことになる。【００１３】
そこで、従来は液溜部７に供給される酸化用空気量の増加に伴い、攪拌機８の設置台数を増加させており、このことが機器コストの増加及びユーザのメンテナンス費用増加の原因になっていた。また、攪拌機８の設置台数は同じで、プロペラ１１の羽根径を大きくする、あるいは、プロペラ１１の回転数を増加させることにより酸化空気量増加に対応する手段はあるが、これらは、いずれも攪拌機８の動力が増加することにより消費電力、すなわち運転費が増加することになる。【００１４】
そこで、本発明の課題は、液溜部に供給する酸化空気量を増加させても、攪拌機の設置台数あるいは運転費を増加させることなく、高効率で酸化を行うことが可能な湿式排煙脱硫装置と方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、次の解決手段により達成される。
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物とばいじんを含む排ガスを導入する排ガス入口部と該排ガス入口部より上部に設けた吸収液スプレ部とを備えた吸収塔本体と、排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜め、かつ吸収液を攪拌するプロペラを備えた攪拌機と該プロペラの近傍に酸化用空気を吹き込む空気供給手段と空気による酸化反応とアルカリにより中和反応を経た後に吸収液を抜き出して吸収塔本体の吸収液スプレ部に吸収液を循環供給する吸収液循環手段を備えた液溜部とを備えた湿式排煙脱硫装置において、前記空気供給手段は攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方の液溜部内の吸収液に酸化用空気を供給し、該攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方に供給する空気量の比を調整する手段である湿式排煙脱硫装置である。
【００１６】
ここでプロペラの液吐出前方及び液吐出後方とは、それぞれ予め液吐出の方向が決められたプロペラによる液溜部内の吸収液を吐出する方向をプロペラの液吐出前方といい、吸収液を吐出する方向の反対側の方向をプロペラの液吐出後方という。【００１８】
請求項２記載の発明は、前記攪拌機のプロペラの液吐出前方に設置する前記空気供給手段の空気吐出口は、プロペラの水平方向の中心軸の延長線より下方の位置となるように配置する請求項１に記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の湿式排煙脱硫装置を用いて、攪拌機のプロペラの液吐出後方及び液吐出前方の液溜部内の吸収液に酸化用空気を供給する空気供給手段から、攪拌機のプロペラの液吐出前方及び液吐出後方に供給する空気量の比率は、液吐出後方より液吐出前方の比率を高くする湿式排煙脱硫方法である。
【００２０】
請求項４記載の発明は、必要空気量のうち、前記攪拌機のプロペラの液吐出前方及び液吐出後方に供給する空気量の比率を、液吐出後方を１０％とし、かつ、液吐出前方を９０％とする請求項３記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記空気供給手段に供給する酸化空気量を変化させる場合、必要空気量のうち、前記攪拌機のプロペラの液吐出後方に供給する空気量は一定とし、前記攪拌機のプロペラの液吐出前方に供給する空気量を変化させる請求項３記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２２】
本発明では、攪拌機プロペラの液吐出前方（以下、単に「前方」という。）と液吐出後方（以下、単に「後方」という。）に酸化空気を供給することにより、プロペラの後方から供給した空気についてはプロペラの回転により生ずるせん断力で気泡を微細化し、かつ、プロペラの前方から供給した空気についてはプロペラの回転により生ずる吐出流に直接、同伴させて気泡分散距離を大きくすることにより、液溜部内の滞留時間が増加する。このように攪拌機プロペラの前方と後方に酸化空気を供給するという両方の特徴を生かすことにより、酸化空気量を増加させても攪拌機台数を増加させること無く、酸化効率を向上させることができるものである。【００２３】
一方、従来技術の中に特開平５−３１７６４２号公報及び特開昭５９−１３６２４号公報には攪拌機プロペラの液吐出方向の前後にわたり、その下方または上方から酸化用空気を液溜部の吸収液中に供給する方式が開示されている。【００２４】
これらの従来技術は、本発明に比べて酸化用空気の大部分が攪拌機によるせん断力を受けず、微細化されないので酸化効率が悪くなり、空気量の増加による空気ブロアの動力を増加させ、かつ酸化用攪拌機台数を増加させる必要がある。【００２５】
請求項１記載の発明によれば、酸化空気量が増加しても気泡の微細化及び気泡を液溜部に均一に分散させることができるので、攪拌機台数を増加させること無く、酸化効率を向上させることが可能である。【００２６】
また、プロペラの後方及び前方に供給する空気量の比を調整することでボイラの負荷変化に対して対応可能である。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、プロペラの回転によって液が吐出される特性上、プロペラの下側の方が吐出流速が速く、かつ、液溜部の中央付近まで流れを形成し易いことにより、気泡が液溜部の吸収液中で分散しやすく、また滞留時間が長くなるため、吸収液中でのＳＯ2の酸化効率が向上する。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、プロペラの前方から供給する空気の微細化と滞留時間の増加という両方の効果により吸収液中でのＳＯ2の酸化効率を向上させる。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、プロペラの後方から供給される空気量が少ないのでプロペラによる液吐出力の低下が僅かであり、液に同伴される気泡の分散距離、液溜部内での滞留時間の低下が少ないため、吸収液中でのＳＯ2の酸化効率が向上する。
【００３０】
請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、攪拌機のプロペラの後方から供給される空気はプロペラの回転によるせん断力により微細化されるが、この空気が一定であることによりプロペラの前方に供給される空気についても一定の気泡分散距離、液溜部内での滞留時間が維持できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の具体例を図面を用いて説明する。  
図１は本発明の具体例に係わる湿式排煙脱硫装置の断面図である。図２は図１の湿式排煙脱硫装置の液溜部を拡大した断面図である。図１と図２において、排煙脱硫装置は吸収塔本体１、ガス入口部２、ガス出口部３、吸収液スプレ部４、スプレノズル５、循環ポンプ６、液溜部７、酸化用撹拌機８、後部空気配管１０、プロペラ１１、前部空気配管１３、石膏スラリ抜出し配管２０、石膏脱水機２１及びミスト捕集部３０を主体として構成される。【００３２】
ボイラの排ガスＧは、ガス入口部２から導入され吸収液スプレ部４のスプレノズル５から噴霧される吸収液と気液接触し、清浄なガスとなりミスト捕集部３０によって同伴されるミストが除去された後、ガス出口部３から排出される。また、前記気液接触した吸収液は、吸収塔本体１内を下降して液溜部７に一時的に溜められる。【００３３】
液溜部７では、後部空気配管１０及び前部空気配管１３より供給される空気９が酸化用撹拌機８と連結して回転するプロペラ１１によって微細化され気泡１２となり、気泡１２中の酸素が吸収液中に溶解する。液溜部７では吸収したＳＯ2と図示していない炭酸カルシウム供給系統より液溜部７に供給される炭酸カルシウムの中和反応により亜硫酸カルシウムが生成され、吸収液中に溶解した酸素により酸化され石膏が生成する。石膏がスラリとして存在する液溜部７内の吸収液は、循環ポンプ６によって再びスプレノズル５に送られ、一部は石膏スラリ抜出し配管２０を通り、石膏脱水機２１へ送られ、固形物の石膏と水とに分離される。【００３４】
このような構造において、後部空気配管１０はプロペラ１１の羽根径の範囲内で空気９が供給できる位置に配置できれば良いが、前部空気配管１３の出口は、プロペラ１１の羽根径の範囲内でプロペラ１１の回転中心軸の水平方向の延長線上よりやや下側の位置に空気９が供給できる位置に配置する方が好ましい。これは、攪拌機８のプロペラ１１の回転によって液が吐出される特性上、プロペラ１１の下側の方が吐出流速が速く、かつ、液溜部７の中央付近まで流れを形成し易いことにより、気泡１２が液溜部７の吸収液中で分散しやすく、また滞留時間が長くなることによる。【００３５】
また、上記のように後部空気配管１０及び前部空気配管１３から液溜部７に供給する空気量は、ボイラの負荷変化に関わらず、一定量を供給することを基本とするが、ボイラ負荷変化に伴って、空気量を変化させる場合は、後部空気配管１０から供給する空気量は一定としておき、前部空気配管１３から供給する空気量をボイラ負荷に応じて変化させるようにすることで、攪拌機８のプロペラ１１の液吐出後方から供給される空気９はプロペラ１１の回転によるせん断力により、微細化されるが、この空気９が一定であることにより、プロペラ１１の液吐出前方に供給される空気９についても一定の気泡分散距離、液溜部７内での滞留時間が維持できるという効果がある。  
なお、後部空気配管１０に流量計１４と流量調節弁１５を設置し、さらに前部空気配管１３にも流量計１６と流量調節弁１７を設置することにより、空気量を自動的に制御することが好ましい。【００３６】
図３は、表１に示す仕様の同じ除去ＳＯ2量を処理して各空気配管１０、１３内の空気流量を制御する排煙脱硫装置における亜硫酸カルシウムの酸化に関して、従来技術の酸化用空気９をプロペラ１１の液吐出後方から供給した場合、プロペラ１１の液吐出前方から供給した場合、及び、本発明のプロペラ１１の液吐出後方と液吐出前方から供給した場合における吸収液中の酸化還元電位（ＯＲＰ）値を比較した図である。ここでＯＲＰとは、吸収液の酸化状態を示すものであり、このＯＲＰ値が高いほど、亜硫酸カルシウムの酸化効率が高くなることを示す。
【表１】
0004776630.tif 000002
図３において、酸化空気９をプロペラ１１の前方から液溜部７に供給した場合（図中（２））には、気泡１２はプロペラ１１の回転による吐出流に直接、同伴されて分散距離が大きくなり、滞留時間が増加することにより、従来技術の液溜部７に酸化空気９をプロペラ１１の後方から供給する場合（図中（１））と比較して、吸収液中のＯＲＰ値は増加する。本発明のプロペラ１１の液溜部７にプロペラ１１の後方と前方から酸化空気９を供給する方法において、後方及び前方とも同じ比率（５０％：５０％）とした場合（図中（４））、プロペラ１１の前方のみから空気９を供給する場合（図中（２））と比較して吸収液中のＯＲＰ値は、ほぼ同等の結果となった。【００３７】
また、プロペラ１１の後方及び前方に供給する空気量の比率を後方１０％：前方９０％とした場合（図中（３））が、最も高いＯＲＰ値を示した。プロペラ１１の後方及び前方とも同じ比率（５０％：５０％）で空気９を供給した場合（図中（４））のように、プロペラ１１の後方の空気量の比率を前方より増加すると、回転するプロペラ１１の周辺に滞留する空気量が増加し、結果として回転するプロペラ１１による液の吐出力が低下し、液に同伴される気泡１２の分散距離が小さくなることにより、液溜部７内での滞留時間が低下することによる。【００３８】
一方、空気量の比率をプロペラ１１の前方に９０％、後方１０％にとして空気９を供給した場合（図中（３））では、プロペラ１１の後方から供給する空気量が少ないため、回転するプロペラ１１による吸収液の吐出力の低下は僅かであるため、吸収液に同伴される気泡１２の分散距離、及び液溜部７内での滞留時間は低下しない。また、プロペラ１１の後方から供給する空気９は、回転するプロペラ１１のせん断力により微細化され、かつ、プロペラ１１の前方から供給する空気９は、回転するプロペラ１１からの吐出流に直接、同伴されて分散距離が大きくなることにより滞留時間が増加する。この供給される空気９の微細化と液溜部７での滞留時間の増加という両方の効果により吸収液中のＯＲＰ値が最も高くなることが分かる。【００３９】
上記の結果より、吸収液中でのＳＯ2の酸化効率を向上させるためには、プロペラ１１の後方及び前方に供給する空気量の比率は、後方より前方の供給比率を高くすることが望ましいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、液溜部に供給する酸化空気量を増加させても、攪拌機の設置台数あるいは運転費を増加させることなく、高効率で酸化を行うことが可能な湿式排煙脱硫装置と方法として産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例の排煙脱硫装置の断面側面図である。
【図２】図１の排煙脱硫装置の液溜部を拡大した断面側面図である。
【図３】本発明と従来技術の脱硫装置において亜硫酸カルシウムの酸化に必要な空気量を比較した図である。
【図４】従来技術の排煙脱硫装置の断面側面図である。
【図５】従来技術の実施形態の液溜部を拡大した断面側面図である。
【図１】
0004776630.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004776630.tif 000006
【図５】
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