(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを導入して炭酸カルシウムを含む吸収液と接触させる吸収塔と、該吸収塔で排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜めて該吸収液中に酸化空気を吹き込む循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、
循環タンクの壁面に前記吸収液を吐出する回転軸を有する攪拌機プロペラとスピンドルを設け、該攪拌機プロペラの負圧側面に対向する位置に攪拌機プロペラの回転軸を支持する酸化空気供給用の空気チャンバーを設け、該空気チャンバーの攪拌機プロペラの負圧側の面に空気噴出口又は空気噴出スリットと該空気噴出口又は空気噴出スリットの開閉を行う回転バルブ又はシャッタ状物を設けた酸化空気供給装置を備えたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
吸収液を吐出する攪拌機プロペラまたはスピンドルの回転に同期して、連続的または断続的に酸化空気を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項３】
吸収液を吐出する攪拌機プロペラの正圧側のスピンドル基部にプロペラの吸収液吐出側に酸化空気を供給するためのガイドベーンを設けたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項４】
排ガスを導入して炭酸カルシウムを含む吸収液と接触させる吸収塔と、該吸収塔で排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜めて該吸収液中に酸化空気を吹き込む循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、
循環タンクの壁面に前記吸収液を吐出する回転軸を有する攪拌機プロペラと、該攪拌機プロペラの負圧側面に対向する位置に攪拌機プロペラの回転軸を支持する酸化空気供給用の空気チャンバーを設け、該空気チャンバーには回転部を設け、攪拌機プロペラの回転軸に沿って前記回転部から循環タンク内に臨む空気噴出管が設けられ、該空気噴出管の先端の空気噴出口が攪拌機プロペラの吐出側周縁部に設置された酸化空気供給装置を備えたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ2）を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、特に吸収液中の亜硫酸種の酸化が効率的に行われる湿式排煙脱硫装置および酸化空気供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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煙中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置の一例としてスプレ方式吸収塔の概略を図１３に示す。この湿式排煙脱硫装置は、主に吸収塔本体１、入口ダクト２、出口ダクト３、吸収液循環ポンプ4、循環タンク６、攪拌機７、空気供給管８、ミストエリミネータ９、吸収液抜出し管１０、循環配管１１、スプレヘッダー１２、スプレノズル１３、吸込み配管１４等から構成される。
【０００３】
ボイラから排出される排ガスは、入口ダクト２から吸収塔本体１に導入され、塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。この間、吸収液循環ポンプ４から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液５がスプレノズル１３から噴射され、吸収液５と排ガスの気液接触が行われる。このとき吸収液５は排ガス中のＳＯ2を吸収し、ＳＯ32-が生じ、炭酸カルシウムと反応して亜硫酸カルシウムＣａ（ＨＳＯ3）2を生成する。噴射された吸収液５は一旦循環タンク６に降下し、滞留中に酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気供給管８から供給される酸化空気中の酸素によりＣａ（ＨＳＯ3）2が酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【０００４】
従来の循環タンク６の壁面に設けられた酸化空気供給装置の例を図１４および図１５に示す。
【０００５】
図１４に示す例では、攪拌機７の回転軸まわりに空気噴出管１８を設け、該空気噴出管１８を通じて攪拌機プロペラ１６の背面(攪拌機７側)から攪拌機プロペラ１６の回転位置がどこにあっても定常的に酸化空気１５を吸収液５中に供給していた。また、図１５に示す例では、攪拌機プロペラ１６の背面(攪拌機７側)下方から、空気噴出管１８を通じて攪拌機プロペラ１６の回転位置がどこにあっても定常的に酸化空気を供給していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
排ガス処理量や燃料中の硫黄分の増大に伴って脱硫装置の負荷が大きくなるに従い、吸収液中のＣａ（ＨＳＯ3）2の酸化に必要な酸化空気の量も増加する。
【０００７】
上述した酸化空気供給装置は、いずれも酸化空気供給量が増加すると前記供給量に比較して攪拌機７からの吸収液吐出量が不足し、酸化空気は循環タンク６の中央部まで到達しにくくなる傾向があった。したがって、循環タンク６の中央部ではＣａ（ＨＳＯ3）2 の酸化が不十分となるため、これを補うために空気噴出管１８などの酸化空気供給装置から酸化空気を過剰に投入したり、吸収液5の循環タンク６内での滞留時間を長くする必要があり、酸化空気供給用動力や循環タンク容量が増大する傾向にあった。
【０００８】
本発明の課題は、少ない量の酸化空気で亜硫酸カルシウムＣａ（ＨＳＯ3）2 を効率的に酸化することにより、酸化空気供給用動力を低減し、小さな吸収液循環タンク容量で運転が可能な湿式排煙脱硫装置及び酸化空気供給装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。請求項１記載の発明は、排ガスを導入して炭酸カルシウムを含む吸収液と接触させる吸収塔と、該吸収塔で排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜めて該吸収液中に酸化空気を吹き込む循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、循環タンクの壁面に前記吸収液を吐出する回転軸を有する攪拌機プロペラとスピンドルを設け、該攪拌機プロペラの負圧側面に対向する位置に攪拌機プロペラの回転軸を支持する酸化空気供給用の空気チャンバーを設け、該空気チャンバーの攪拌機プロペラの負圧側の面に空気噴出口又は空気噴出スリットと該空気噴出口又は空気噴出スリットの開閉を行う回転バルブ又はシャッタ状物を設けた湿式排煙脱硫装置である。
【００１０】
また、本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。請求項４記載の発明は、排ガスを導入して炭酸カルシウムを含む吸収液と接触させる吸収塔と、該吸収塔で排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液を溜めて該吸収液中に酸化空気を吹き込む循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、循環タンクの壁面に前記吸収液を吐出する回転軸を有する攪拌機プロペラと、該攪拌機プロペラの負圧側面に対向する位置に攪拌機プロペラの回転軸を支持する酸化空気供給用の空気チャンバーを設け、該空気チャンバーには回転部を設け、攪拌機プロペラの回転軸に沿って前記回転部から循環タンク内に臨む空気噴出管が設けられ、該空気噴出管の先端の空気噴出口が攪拌機プロペラの吐出側周縁部に設置された酸化空気供給装置を備えた湿式排煙脱硫装置である。
【００１１】
【作用】
図４は本発明の循環タンクの壁面に設けた酸化空気供給口と攪拌機プロぺラ１６の挙動を説明するための図であり、攪拌機の特定のプロペラ１６とそれを所定距離回転させた場合のプロぺラ１６の断面図（図３に示す平面Ｓ上の断面）を模式的に示しており、本実施の形態の機構を従来技術と比較して説明した図である。
【００１２】
Ｃａ（ＨＳＯ3）２ の酸化を効率良く行うため、空気供給管から供給された空気は攪拌機により微細化され、攪拌機による吐出流とともに循環タンク内に分散される。従来技術では空気供給量の増大により吸収液スラリーの吐出増加量が空気供給量の増加割合に比べて減少すると、気泡は攪拌機プロペラ１６から吐出した直後に吸収液の液面へと上昇し、吸収液吐出流に伴って循環タンクの中央部まで到達する気泡が少なくなり、効果的な気液接触が行われているとはいえなかった。このような吸収液吐出流の減少は図４によって説明できる。
【００１３】
図４（ａ）は酸化空気を供給していないときの攪拌機のプロペラ１６付近のスラリーの吐出の状況を表している。攪拌機が回転し始めると、プロペラ１６の背面(モータ側)の吸収液の流体塊（スラリー）Ｂは相対的に吐出側に移動する。そのため吐出側にいたスラリーＣはプロペラ１６から吐出される。同時に、プロペラ１６のモータ側には負圧が発生し、スラリーＡがプロペラ１６側に吸込まれる。空気供給をしていないときは、このようにして、プロペラ１６から連続的にスラリーＣが吐出される。
【００１４】
このとき、空気噴出管１８からの空気をプロペラ１６の背後から供給すると、図４（ｂ）に示す従来技術では図４（ａ）に示すスラリーＡの代わりに空気噴出管１８から空気Ａ’がプロペラ１６側に吸込まれる。そのためプロペラ１６の吐出側に存在するスラリーＣ及び背面側に存在するスラリーＢがプロペラ１６から吐出された後で、プロペラ１６から吐出されるのはスラリーでなく空気Ａ’であり、スラリーの吐出流量が極端に減少する。
【００１５】
一方、図４（ｃ）に示す本発明では、空気噴出管１８から噴出する酸化空気Ｄをプロペラ１６の吐出側の面に選択的に供給することにより、プロペラ１６の吐出側に供給される酸化空気Ｄと共にプロペラ１６の吐出側のスラリーＣが循環タンク内の吸収液中に押し出され、その後に生じるプロペラ１６の負圧側（モータ側）に吸込まれるのはスラリーＡとなる。
【００１６】
このように酸化空気Ｄをプロペラ１６の吐出側の面に選択的に供給することにより、スラリーはプロペラ１６の負圧側に連続的に吸込まれ、プロペラ１６から吐出されるスラリーの吐出流量は減少しない。
【００１７】
したがって、プロペラ１６からは十分なスラリーの吐出流量が得られ、微細化された空気気泡もスラリー吐出流に同伴して循環タンク中央部まで到達する。ただし、このように酸化空気を常にプロペラ１６の吐出側に供給するためには、プロペラ１６の回転と共に酸化空気噴出管１８も回転しなければならない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１９】
本発明の一実施の形態の湿式排煙脱硫装置を図１、図３、図４に示すが、図１３、図１４に示す湿式排煙脱硫装置と比較して攪拌機プロペラ付近の構成が異なるだけで、その他の構成は図１３に示す湿式排煙脱硫装置と実質的に同一である。
【００２０】
図１は攪拌機プロペラ１６の吐出側の面に空気供給口を設けた吸収塔を備えた脱硫装置の概略断面図を示したものである。図２は本発明の参考例であり、また図３には攪拌機７のプロペラ１６の斜視図を示す。
【００２１】
ボイラから排出される排ガスは、入口ダクト２から吸収塔本体１に導入され、塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。この間、吸収液循環ポンプ４から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液５がスプレノズル１３から噴射され、吸収液５と排ガスの気液接触が行われる。このとき吸収液５は排ガス中のＳＯ2を吸収し、ＳＯ32-が生じ、炭酸カルシウムと反応して亜硫酸カルシウムＣａ（ＨＳＯ3）2を生成する。スプレノズル１３から噴射された吸収液５は一旦循環タンク６に降下し、滞留中に酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気供給管８から供給される酸化空気中の酸素によりＣａ（ＨＳＯ3）2が酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【００２２】
本実施の形態では、吸収液循環タンク６内の貯留されている吸収液中に吸収液を吐出する攪拌機プロペラ１６上に酸化空気供給口を設けたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成による本実施の形態特有の作用効果は図４（ｃ）を用いて説明した通りである。
【００２４】
すなわち図４（ｃ）に示すように、空気噴出管１８から噴出する酸化空気Ｄをプロペラ１６の吐出側の面に選択的に供給することにより、吸収液スラリーはプロペラ１６の負圧側に連続的に吸込まれ、プロペラ１６から吐出されるスラリーの吐出流量は減少せず、プロペラ１６からは十分なスラリーの吐出流量が得られ、微細化された空気気泡もスラリー吐出流に同伴して循環タンク６の中央部まで到達する。  このとき、酸化空気を常にプロペラ１６の吐出側に供給するためには、プロペラ１６の回転と共に空気噴出管１８も回転させる必要がある。
【００２５】
図２に示すように攪拌機７部分の図２中の攪拌機プロペラ１６は吐出側の面を白色、モータ側の面をハッチングで示してある。  
循環タンク６の側壁の攪拌機７の取付部には空気供給管８から供給された空気の溜まり部である空気チャンバー１７が設けられる。該空気チャンバー１７を貫通してプロペラ１６の回転軸７ａが循環タンク６内部に向けて伸びている。また空気チャンバー１７のタンク側の前面１７ａに設けられた回転部１７ｂに支持された空気噴出管１８が回転軸７ａに沿って設けられており、該空気噴出管１８の先端部にはプロペラ１６の吐出側に酸化空気１５を噴出する空気噴出口１８ａを備えている。
【００２６】
さらに空気チャンバー１７の回転部１７ｂは攪拌機７の回転軸７ａに固着され、該回転軸７ａと共に回転する構成であり、空気チャンバー１７と回転部１７ｂの接合部にはシール１９を設置し、空気チャンバー１７内の酸化空気が循環タンク６内に漏れないようにしている。
【００２７】
上記攪拌機７部分の構成により、空気供給管８から空気チャンバー１７に酸化用空気が送られ、プロペラ１６の回転軸７ａと同じように回転している空気噴出管１８の先端に空気チャンバー１７より酸化空気が送られる。空気噴出管１８の先端の空気噴出口１８ａは、常にプロペラ１６の吐出側にあるので、酸化空気はプロペラ１６の吐出側の面から循環タンク６内の吸収液中に酸化空気が噴出される。
【００２８】
以上のように酸化空気をプロペラ１６の吐出側に供給することで、図４（ｃ）に示した機構によりスラリー吐出流量が確実に得られ、微細化された気泡は図１に示すように循環タンク６の中央部付近まで到達し、循環タンク６全体に均一に気泡が分散する。図１に示す循環タンク６の中央部付近まで到達する微細化された気泡により図１３に示す従来技術と比較して酸化空気が吸収液中に充分行き渡り、亜硫酸カルシウムの酸化が効果的に行われる。
【００２９】
図５はＳＯ3濃度３，０００ｐｐｍであり、単位時間当たりの排ガス流量７５０，０００ｍ3Ｎ／ｈｒである排ガスを処理する排煙脱硫装置において、ＳＯ32-の酸化に必要な空気量を従来技術を「１」として本発明と比較した図である。
【００３０】
本発明の実施の形態による酸化空気供給方法を適用することにより、循環タンク６内の吸収液中に均一に酸化空気が分散して気液接触が効率的に行われ、従来の２／３程度の供給空気量で十分なＳＯ32-の酸化が可能であることが分かる。
【００３１】
このため、酸化空気を循環タンク６内に供給するブロワ−も従来より小型化することができる。さらに、循環タンク６内に供給する酸化空気量が従来技術に比して少ないため、吸収液５とともに循環ポンプ４に吸込まれる気泡の量が少なくなり、循環ポンプ４に吸込まれる気泡の量が多いときに発生する循環液量の減少および排ガス脱硫率の低下が防止できる。
【００３２】
図６に示す参考例は、攪拌機７の回転軸７ａを中空として空気噴出管１８を兼ねている点で図２に示した参考例と異なる。空気供給管８から供給され、空気チャンバー１７に蓄えられた酸化空気は、攪拌機７の回転軸７ａ内に設けられた中空部にある空気噴出管１８を通過し、プロペラ１６の吐出側に設けた噴出口１８ａから循環タンク６内の吸収液に供給される。攪拌機７の回転軸７ａを中空とすることで、図２に示した空気噴出管１８を別途設ける必要がなくなり、より簡潔な装置となる。なお、攪拌機７の回転軸７ａの外周と空気チャンバー１７の壁面との間にシール１９が設置されている。
【００３３】
図７に示す実施の形態は、空気噴出管１８の空気噴出口１８ａをプロペラ１６の縁に設置し、複数の空気噴出口１８ａを設けたものであり、複数の空気噴出口１８ａを設けた点で図２、図６に示した参考例とは異なる。図７に示す構成では、空気チャンバー１７の回転部１７ｂに設けられた空気噴出管１８が、プロペラ１６の回転軸７ａと共に回転するので、空気チャンバー１７に送られた酸化空気が空気噴出管１８の先端の空気噴出口１８ａから噴出される。空気噴出口１８ａはプロペラ１６の縁に設置されているので、酸化空気はプロペラ１６の吐出側の近傍から循環タンク６内の吸収液中に酸化空気が噴出される。また、空気噴出口１８ａから循環タンク６内の吸収液に供給された酸化空気はプロペラ１６の全体に分散するため、図２、図６に示す参考例に比較してより微細な気泡が発生する。なお、空気チャンバー１７の回転部１７ｂと空気チャンバー前面１７ａとはシール１９でシールされている。
【００３４】
以上の実施形態や参考例では空気噴出管１８の空気噴出口１８ａがプロペラ１６のいずれかの位置に設けられる例を示したが、攪拌機プロペラ１６のスピンドル２１上に空気噴出管１８の空気噴出口１８ａを設けても良い。この場合、プロペラ回転方向側面の付け根近傍に開口させることが望ましい。
【００３５】
図８（断面概略図）および図９（斜視図）に示す本発明の他の実施形態は、吸収液を吐出する攪拌機プロペラ１６の回転に同期して、連続的または断続的に酸化空気を供給する手段を設けたことを特徴とする。酸化空気の供給を連続的または断続的に行わせるための手段としては、空気チャンバー前面１７ａに空気噴出口１７ｃ又は空気噴出スリット（図示せず）と、前記空気噴出口１７ｃ又は空気噴出スリットの開閉を行う回転バルブ２０、シャッター状物（図示せず）などとを設けた構成とする。
【００３６】
図８および図９に示す本実施形態は、攪拌機プロペラ１６の回転軸７ａ周りに空気チャンバー１７と、そのプロペラ１６設置側の前面１７ａに空気噴出口１７ｃを設け、空気チャンバー１７の前面１７ａの裏面に接するように、かつ空気噴出口１７ｃを閉じることができる回転バルブ２０を回転軸７ａ上の設けたものである。空気チャンバー１７は循環タンク６の壁面に固定されている。
【００３７】
回転バルブ２０は、前面１７ａに接しながら攪拌機プロペラ１６と同期して回転し、図１０（攪拌機プロペラ１６を正面から見た図）に示すように空気噴出口１７ｃに、その開角度域（プロファイル）θＡが一致したときに酸化空気が供給され、閉角度域（プロファイル）θＢが一致したときには酸化空気が遮断されるようになっている。
【００３８】
回転バルブ２０の開閉プロファイルは、開角度域（プロファイル）θＡが攪拌機プロペラ１６の回転方向前縁寄りの領域Ａ（図１０では３枚のプロペラ１６ａ〜１６ｃのうち、１６ａについて示す）側、閉角度域Ｂ（プロファイル）が攪拌機プロペラ１６ａ〜１６ｃのそれぞれに設定される。
【００３９】
これにより、空気噴出口１７ｃから噴出する酸化空気はプロペラ１６ａ〜１６ａの正圧側（回転方向前縁寄りの領域Ａ）に供給されるようにすることができる。
【００４０】
なお、空気噴出口１７ｃの数量、形状は図に示したものに限定されない。
【００４１】
図８、図９及び図１０に示す本実施の形態特有の効果は、図７の実施の形態で示したような細い空気噴出管１８を攪拌機プロペラ１６と同一速度で回転させる必要がないため、強度を保ちやすく、安全性が高い装置となることである。
【００４２】
また、図１１に示すようにガイドベーン２２をプロペラ１６ａ〜１６ｃの正圧側のスピンドル２１の基部に設置することにより、より確実に攪拌機プロペラ１６の吐出側に酸化空気を供給することが可能となる。
【００４３】
図１２に示す参考例は、図１５に示したような従来技術の攪拌機プロペラ１６の下方にのみ循環タンク６の壁面から酸化空気を供給する既設の空気噴出管１８を利用し、空気チャンバー１７内に酸化用空気を供給する構成からなるものである。図１５に示した既設の酸化空気噴出管１８と攪拌機７をそのまま利用してこれを改造することで、図１２に示す構成にすることができ、この場合には既設の空気供給ラインを変更する必要がなくなる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、酸化空気気泡を循環タンク内の吸収液中に均一に分散でき、効率的な気液接触が可能となる。少ない供給空気量で十分な吸収液中のＳＯ32-の酸化が可能となるため、酸化空気供給用動力を低減することができる。
【００４５】
また、本発明の効率的な気液接触により、吸収液の循環タンク滞留時間が短くてすむので、循環タンク容量を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の攪拌機プロペラの吐出側の面に空気供給口を設けた吸収塔の側面を示したものである。
【図２】 本発明の参考例であり、攪拌機プロペラの吐出側の面に空気供給口を設けた吸収塔を備えた脱硫装置の概略断面図を示した図である。
【図３】 図１の排煙脱硫装置の攪拌機プロペラの図４で説明する断面位置を示した図である。
【図４】 図１の排煙脱硫装置の攪拌機プロペラの酸化空気とスラリーの吐出メカニズムを従来技術と比較して説明した図である。
【図５】 排ガス流量７５０，０００ｍ3Ｎ／ｈｒ、ＳＯ2濃度３,０００ｐｐｍの排ガスを処理する排煙脱硫装置において、ＳＯ32-の酸化に必要な空気量を従来技術を１として本発明と比較した図である。
【図６】 本発明の参考例であり、攪拌機回転軸を中空として空気噴出管を兼ねた場合の攪拌機部分を拡大した図である。
【図７】 本発明による実施の形態の空気噴出管の空気噴出口をプロペラ翼の縁に設置し、複数の空気噴出口を設けた場合の酸化用攪拌機部分を拡大した図である。
【図８】 本発明による実施の形態の空気チャンバーにプロペラと同様に回転する回転バルブによりプロペラの吐出側に選択的に空気が供給されるよう空気噴出口の開閉をする場合の攪拌機部分を拡大した図である。
【図９】 図８の攪拌機部分の斜視図である。
【図１０】 図８の攪拌機部分の正面図である。
【図１１】 図９の攪拌機部分のガイドベーンを設置した実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の参考例であり、図１５に示したような従来技術の攪拌機プロペラの下方にのみ酸化空気を供給する既設の空気噴出管を利用し、空気チャンバーに酸化用空気を供給する場合の攪拌機部分を拡大した図である。
【図１３】 従来技術の湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面を示したものである。
【図１４】 図１３の攪拌機部分を拡大した図である。
【図１５】 図１３の攪拌機部分の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 吸収塔本体                 ２   入口ダクト
３ 出口ダクト                 ４   吸収液循環ポンプ
５ 吸収液                     ６   循環タンク
７ 攪拌機                     ７ａ 回転軸
８ 空気供給管                 １３ スプレノズル
１５  酸化空気                １６ プロペラ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ プロペラ
１７ 空気チャンバー           １７ａ 空気チャンバー前面
１７ｂ 回転部                 １７ｃ 空気噴出口
１８ 空気噴出管               ８ａ 空気噴出口
１９ シール                   ２０ 回転バルブ
２２ ガイドベーン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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