(57)【要約】【課題】湿式排煙脱硫装置における吸収液の循環ポンプの過大振動や循環ポンプのメカニカルシールの破損を防止する。【解決手段】予備機を含め複数台の循環ポンプ及びスプレー型吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、吸収液を循環させるための循環ポンプ１０のインペラ４０にポンプ内循環用の孔４２を複数個設けて、循環ポンプ１０及び循環ポンプの出入口配管の過大振動を防止するように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプレー型吸収塔内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けられたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク内の吸収液を、予備機を含め複数台の循環ポンプ及びこれらの循環ポンプ出口配管の共通ヘッダーを備えた循環液ラインを介してスプレー噴霧段に汲み上げ循環させるようにした湿式排煙脱硫装置において、循環ポンプのインペラにポンプ内循環用の孔を複数個設けて、循環ポンプ及び循環ポンプの出入口配管の過大振動を防止するようにしたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
スプレー型吸収塔内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けられたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク内の吸収液を、予備機を含め複数台の、無注水型メカニカルシールを使用する循環ポンプを備えた循環液ラインを介してスプレー噴霧段に汲み上げ循環させるようにした湿式排煙脱硫装置において、循環ポンプのインペラにポンプ内循環用の孔を複数個設けて、循環ポンプの無注水型メカニカルシールの破損を防止するようにしたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項３】
循環ポンプのインペラに設けられたポンプ内循環用の孔は、循環ポンプ内を循環する流量が循環ポンプ吐出流量の０．１〜１容量％となるような大きさである請求項１又は２記載の湿式排煙脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿式石灰石こう法等の排煙脱硫装置、詳しくは、吸収液の循環ポンプの過大振動や循環ポンプのメカニカルシールの破損を防止するようにした湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湿式排煙脱硫装置の吸収塔には、吸収液を循環させるための循環ポンプが複数台設置される場合が殆どである。その場合、出口側配管は１本のヘッダーで構成され、かつ、循環ポンプも予備機が設置されるケースが多い。
【０００３】
循環ポンプにおいては、小型化を図るためにポンプ回転数を高くする傾向があるが、この場合、ポンプ比速度が高くなって、ポンプの旋回逆流の発生ポイントが最高効率点の８５〜９０％程度となり、予備機切替等の全台運転時に旋回逆流が発生し、ひいては配管との共鳴等による過大振動の要因ともなる。
【０００４】
一方、近年、循環ポンプのメカニカルシールにシール水が不要な無注水型メカニカルシールが採用されている。この無注水型メカニカルシールを採用した循環ポンプにおいては、ポンプ内液をメカニカルシール部に供給しメカニカルシール摺動部の冷却を行っているが、最近の脱硫装置は吸収塔に酸化空気を供給しているため、ポンプ内液には空気が混入している。そのため、空気がメカニカルシール部に集約されて摺動部の冷却を妨げ、ひいてはメカニカルシールの破損原因となっている。
【０００５】
従来、湿式石灰石こう法脱硫方法及び装置として、スプレー型吸収塔内に導入した硫黄酸化物含有排ガスに、スプレー噴霧段より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部のボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク内の吸収液をスプレー噴霧段に汲み上げて循環させる構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、循環ポンプとして、メカニカルシールの緩衝ゴムに円筒状のリングを装着してシールボックスを形成し、リングの側部に形成した通水窓をメカニカルシールの摺動面に対向させ、羽根車の後面シュラウドに円筒部を設け、羽根車の円筒部内にシールボックス内と羽根車内部とを連通する通水孔を設け、羽根車円筒部とリングの一端が嵌合するよう構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、横型ポンプとして、メカニカルシールを内蔵する横型ポンプにおいて、メカニカルシールとインペラの吸込側および吐出側にそれぞれ連通し、かつ、オリフィス及びサイクロンセパレータを有するフラッシング水通路をケーシングカバー内に設けた構成のものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３３９６６６２号公報（第１頁、図５）
【特許文献２】
特開昭６０−１７２９８号公報（第１頁、第２図）
【特許文献３】
実開昭５７−１０１３９７号公報（第１頁、図面）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に記載された循環ポンプは、温水暖房システム、給湯システム等に用いられるもので、通水孔はフローティングシートとシールリングの摺動異音を小さくするための循環水用の孔である。
【００１０】
また、特許文献３に記載された横型ポンプは、従来のフラッシング配管を廃止するために、異物の混入したフラッシング水の循環用の孔（フラッシング水通路）をインペラに設けたものである。
【００１１】
近年、湿式排煙脱硫装置も発電所規模の大容量化とともに処理量が大容量となってきている。それに伴い、湿式排煙脱硫装置には殆ど設置されている吸収塔循環ポンプも大容量のものが開発されている。
吸収塔循環ポンプには、通常、片吸込うず巻ポンプが採用されることが多く、また、必要とされる循環流量も大きいため、循環ポンプは複数台設置されるとともに、ポンプの故障時にも装置の運転継続を図るために予備ポンプも設置されている。
【００１２】
うず巻ポンプの比速度（ポンプ比速度、吸込比速度等）については、比速度が大きくなるとポンプ内インペラの入口部分で、いわゆる旋回逆流が発生し易いと言われている。図３に吸込比速度と最高効率からの旋回逆流開始点との関係の一例を示しているが、図３から、吸込比速度が大きくなると、旋回逆流開始点が最高効率点に近くなって行くことがわかる。なお、吸込比速度は数１に示す。数１において、ＮＰＳＨはｎｅｔ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｓｕｃｔｉｏｎ  ｈｅａｄの略で、ポンプの（吸込圧力）−（蒸気圧）のことである。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
ポンプ吸込比速度は、上記のように、ポンプ流量が大きいほど、また、回転数が高いほど大きくなる。表１に示すような形式、台数、性能の吸収塔循環ポンプを、図４に示すように吸収塔に設置し、各々の循環ポンプ１０ａ〜１０ｅを運転したところ、表２に示すような結果となった。１２は吸収塔からの吸収液の吸込配管、１４は吸収液の吐出配管、１６は共通ヘッダー、１８は垂直ヘッダーである。なお、共通ヘッダーを設けない場合もある。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
表２に示すように、下段循環ポンプは、常用機４台運転でも予備機を加えた５台運転でも、ポンプの過大振動は発生しなかった。しかし、上段循環ポンプにおいては、常用機４台運転では発生しなかったポンプ過大振動が、予備機を加えた５台運転を行うと、過大振動が発生した。これは、下段循環ポンプと上段循環ポンプの吸込比速度の相違に起因している。すなわち、下段循環ポンプ吸込比速度は数２により５２９１となり、上段循環ポンプ吸込比速度は数３により６８５９となることに起因している。
【００１８】
【数２】
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【００１９】
【数３】
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【００２０】
上記のように、上段循環ポンプのポンプ回転数が高い分、吸込比速度も大きくなり、図３に示すように、ポンプ最高効率点から締切り側の９２％流量で、旋回逆流が発生する。これに対し、下段循環ポンプは、ポンプ最高効率点から締切り側に、７２％の流量で旋回逆流が発生する。
【００２１】
図４に示すようなポンプ出口側の配管構成で、常用機４台が定格の能力を要した装置では、図５に示すように、５台運転時にはポンプを仕様点から締切り側で運転することになるが、吸込比速度が大きいポンプの場合は、５台運転時に旋回逆流開始点付近の運転となり、ポンプインペラ吸込付近で渦が発生（旋回逆流が発生）する。
旋回逆流がポンプに発生すると、その渦により通常、低周波数領域の振動が発生するが、その振動自身はそれほど大きくない。しかし、ポンプ及び出入口配管等で構成される機器との共振、共鳴等により増幅される危険性がある。
【００２２】
近年の湿式排煙脱硫装置は、吸収塔に空気を吹き込む、いわゆる吸収塔内酸化方式が採用されており、吸収塔循環スラリー中には若干の空気が混入する。この混入量は吸収塔形式や空気の吹込み方式により異なるが０．１〜３容量％程度が予想される。この空気を含んだ吸収塔循環スラリーが、循環ポンプ等吸収塔から直接スラリーを抜き出すポンプ内に、空気とともに吸い込まれることになるが、その結果、ポンプのメカニカルシール部のようにスラリーの流動が少ない部分では、遠心力により比重の軽い空気はポンプ中心部に集まり易くなり、メカニカルシール摺動部分の摺動により発生する熱を冷却することができず、摺動部が過熱による破損（例えば、サーマルショックでクラックが発生する）に至るケースが多々発生する。
【００２３】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸収液スラリーの循環ポンプの過大振動やメカニカルシールの破損を防止することができる湿式排煙脱硫装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の湿式排煙脱硫装置は、スプレー型吸収塔内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けられたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク内の吸収液を、予備機を含め複数台の循環ポンプ及びこれらの循環ポンプ出口配管の共通ヘッダーを備えた循環液ラインを介してスプレー噴霧段に汲み上げ循環させるようにした湿式排煙脱硫装置において、循環ポンプのインペラにポンプ内循環用の孔を複数個設けて、循環ポンプ及び循環ポンプの出入口配管の過大振動を防止するように構成されている。
【００２５】
また、本発明の湿式排煙脱硫装置は、スプレー型吸収塔内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けられたボトムタンクに落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク内の吸収液を、予備機を含め複数台の、無注水型メカニカルシールを使用する循環ポンプを備えた循環液ラインを介してスプレー噴霧段に汲み上げ循環させるようにした湿式排煙脱硫装置において、循環ポンプのインペラにポンプ内循環用の孔を複数個設けて、循環ポンプの無注水型メカニカルシールの破損を防止するようにしたことを特徴としている。
【００２６】
これらの湿式排煙脱硫装置において、循環ポンプのインペラに設けられたポンプ内循環用の孔は、循環ポンプ内を循環する流量が循環ポンプ吐出流量の０．１〜１容量％、望ましくは０．２〜０．５容量％となるような大きさである。
孔の大きさが上限を越える場合は、ポンプ効率が悪くなり、孔の大きさが下限未満の場合は、ポンプの過大振動防止や、メカニカルシール破損防止の効果を発揮しなくなる。
【００２７】
近年の湿式石灰石こう法排煙脱硫装置としては、亜硫酸を酸化して石こうにするための酸化用空気を吸収塔に吹き込む、いわゆる吸収塔内酸化方式が採用されている。また、吸収塔には、循環ポンプが複数台設置される場合が殆どである。その場合、出口側配管は１本の共通ヘッダーで構成され、かつ循環ポンプも予備機が設置されるケースが多い。なお、循環ポンプに無注水型メカニカルシールを用いるような場合には、共通ヘッダーを用いないことがある。
【００２８】
前述のように、循環ポンプも小型化を図るために、ポンプ回転数を高くする傾向があるが、この場合、ポンプ比速度が高くなり、ポンプの旋回逆流の発生ポイントが最高効率点の８５〜９０％程度となり、予備機切替等の全台運転時に旋回逆流が発生し、低周波数の振動が発生する。振動発生それ自体は大きな問題になることは少ないが、配管との共鳴等による過大振動の要因ともなる。この配管における共鳴は、下記のように、管路内のスラリー中の音速と管路長さによって共鳴周波数が決まる。
ｆ＝Ｃ／２ｌ
なお、ｆは共鳴周波数、Ｃはスラリー中の音速、ｌは管路長である。
【００２９】
図６に液中（水中）に空気を含んだ場合の音速の変化を示しているが、一般的に、循環ポンプに吸い込まれる循環スラリーには、酸化用空気が０．１〜３容量％程度含まれているため、スラリー中の音速は大略１００〜３５０ｍ  ／ｓｅｃ  となり、管路長を１０ｍ  とすれば共鳴周波数は５〜１７．５Ｈｚとなり、殆どが本例と同様に低周波領域の周波数で、循環ポンプの旋回逆流によって発生する周波数領域とほぼ一致する。
【００３０】
また、酸化用空気の循環スラリーへの混入は、無注水型メカニカルシールを採用した場合、前記のように、メカニカルシール摺動部に空気が集約され摺動部で発生する熱のスラリーによる冷却が不十分となり、摺動部の破損に至る場合が多々発生する。
これらの不具合の発生を防止する方法として、図１（詳細は後述）に示すように、ポンプのインペラ部にスラリーがポンプ内を循環するように孔を複数個明け、圧力の高い部分（インペラの裏）から圧力の低い部分（吸込み口）へスラリーを循環させるように構成する。
【００３１】
このように構成することにより、循環ポンプを定格点より締め切り側で運転しても、インペラ入口部分で生じる旋回逆流を起こさないようにすることができる。また、無注水型メカニカルシールを採用した場合でも、摺動部にスラリーを十分供給できるようにして摺動部の発熱を防止することができる。循環ポンプ内を循環する流量は、ポンプ効率の低下を防ぐ意味から少ないほうが良く、循環ポンプ吐出流量の０．１〜１容量％、望ましくは０．２〜０．５容量％である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図２は本発明の実施の第１形態による湿式排煙脱硫装置の概略構成図、図１は図２における循環ポンプの縦断面説明図である。
【００３３】
２０はスプレー型の吸収塔で、この吸収塔２０内に導入された硫黄酸化物含有排ガスに、吸収塔内に設置されたスプレー噴霧段２２ａ、２２ｂ（一例として２段）より吸収液である石こうと石灰石のスラリーを噴霧して、排ガス中の硫黄酸化物を亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムに転換し、吸収塔内下部に設けられたボトムタンク２４に落下した亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを含む吸収液に酸化用空気を吹き込んで、亜硫酸イオン及び亜硫酸カルシウムを石こうとして固定化し、ボトムタンク２４内の吸収液を、予備機を含め複数台（本例では３台）の循環ポンプ１０及びこれらの循環ポンプ１０出口配管の共通ヘッダー１６を備えた循環液ライン２６を介してスプレー噴霧段２２ａ、２２ｂに汲み上げ循環させるようにして湿式排煙脱硫装置が構成されている。１８は垂直ヘッダー、２８は石灰石粉サイロ、３０は石灰石スラリータンク、３２は石こう分離機、３４は石こう、３６は濾液タンクである。
【００３４】
このように構成された湿式排煙脱硫装置において、図１に示すように、循環ポンプ１０のインペラ４０にポンプ内循環用の孔４２を複数個（一例として３個）設けて、循環ポンプ及び循環ポンプの出入口配管の過大振動を防止するように構成する。４４はポンプ吸込口、４６はポンプ吐出口、４８はポンプケーシング、５０はメカニカルシール、５２は回転軸である。
【００３５】
図１において、ポンプ吸込口４４から矢印の方向に吸い込まれた吸収液スラリーの大部分は、ポンプ吐出口４６から矢印のように吐出される。吸収液スラリーの一部は矢印で示すように、圧力の高いインペラ４０の裏側から孔４２を通って、圧力の低いインペラ４０の内部方向へ流れてスラリーを循環させる。ポンプ内を循環するスラリー量は、循環ポンプ吐出流量の０．１〜１容量％、望ましくは０．２〜０．５容量％である。本発明者らの実験では、０．３容量％として、良好な結果を得ることができた。
【００３６】
つぎに、本発明の第２形態による湿式排煙脱硫装置について説明する。本実施形態は、循環ポンプとして、無注水型メカニカルシールを使用する場合であって、循環ポンプのインペラにポンプ内循環用の孔を複数個設けて、循環ポンプの無注水型メカニカルシールの破損を防止するように構成したものである。循環ポンプの出口配管は共通ヘッダーを設けない単独配管（独立配管）又は共通ヘッダーとしてもよい。他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  循環ポンプの旋回逆流によって発生する低周波数振動を防止できるので、循環配管等との共鳴等による過大振動の発生を未然に防止することができる。
（２）  循環ポンプに回転数の高いポンプを採用することができ、ポンプの小型化が図れ設備費の低減となる。
（３）  空気が混入したスラリーでも、無注水型メカニカルシールを採用することができ、シール水配管等が不要となり、装置費用の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による湿式排煙脱硫装置における循環ポンプの縦断面説明図である。
【図２】図１に示す循環ポンプを用いた本発明の実施の第１形態による湿式排煙脱硫装置の概略構成図である。
【図３】うず巻ポンプの吸込比速度と最高効率からの旋回逆流開始点との関係を示すグラフである。
【図４】実験に用いた湿式排煙脱硫装置における吸収塔循環ポンプまわりを示す概略構成図である。
【図５】図４に示す配管構成における吸収塔循環ポンプの吐出流量と吐出圧力との関係を示すグラフである。
【図６】水と空気との混合体中の空気の体積と音速との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、１０ａ〜１０ｅ  循環ポンプ
１２  吸込配管
１４  吐出配管
１６  共通ヘッダー
１８  垂直ヘッダー
２０  吸収塔
２２ａ、２２ｂ  スプレー噴霧段
２４  ボトムタンク
２６  循環液ライン
２８  石灰石粉サイロ
３０  石灰石スラリータンク
３２  石こう分離機
３４  石こう
３６  濾液タンク
４０  インペラ
４２  孔
４４  ポンプ吸込口
４６  ポンプ吐出口
４８  ポンプケーシング
５０  メカニカルシール
５２  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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