(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクトと、浄化した排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクトとを設け、前記入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設けることで入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域にスプレノズルを設置し、該スプレノズルから噴出する吸収液スラリと排ガスを上昇流領域では向流接触、下降流領域では並流接触させるように配置した、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔と、
前記吸収塔の下方にスプレノズルから噴出する吸収液スラリを貯留する循環タンクと、
を備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
前記仕切板の下端部を循環タンク内の吸収液内に浸漬させ、該仕切板により、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側であって、かつ仕切板の下端部と循環タンクの底部との間に吸収液スラリ流通部を設け、
排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下部に位置する循環タンク内のスラリ貯留部の下降流領域のガス流れ方向に直交する前記断面積に対向する断面積を小さくすることを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化用空気流通孔を設けることを特徴とする請求項１記載の二室型湿式排煙脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、特に、吸収塔内部への仕切板の設置によって、排ガスが上向きに流れる上昇流領域と下向きに流れる下降流領域の二つの気液接触部に分けられた二室型の脱硫装置において、循環タンク内での石膏堆積防止と、亜硫酸カルシウムの酸化性能を向上できる機能を備えた二室型湿式排煙脱硫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ガス中の硫黄酸化物、中でも特にＳＯ２は、大気汚染・酸性雨等の環境問題における主原因の一つである。排ガス中の硫黄酸化物を取り除く脱硫システムは石灰石−石膏法による湿式法が主流を占めており、中でも最も実績が多く信頼性の高いスプレ方式が世界的にも多く採用されている。
【０００３】
スプレ方式を採用し、低コスト化を図った二室型の湿式排煙脱硫装置の従来技術を図６に示す。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、仕切板４、吸収液循環ポンプ５、循環タンク７、攪拌機８、空気吹込み管９、ミストエリミネータ１０、吸収液抜出し管１１、排ガス上昇流領域１２、排ガス下降流領域１３、循環配管１４、スプレヘッダー１５、スプレノズル１６〜１７等から構成される。
【０００４】
スプレノズル１６及び１７は、ガス流れに対して直交する断面内に複数個設置されており、更にガス流れ方向に複数段設置されている。また、攪拌機８及び空気吹込み管９は、吸収液スラリ６（以下、単にスラリということがある）が滞留する循環タンク７に設置され、ミストエリミネータ１０は出口ダクト３内に設置される。
【０００５】
ボイラから排出される排ガスは、脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔本体１にほぼ水平方向に導入され、出口ダクト３から排出される。スプレ方式による吸収塔の多くは、排ガスと吸収液６を向流接触させるために、吸収塔下部から導入した排ガスを塔頂部から排出させるが、図６に示す従来技術は吸収塔本体１内に仕切板４を設置し、出口ダクト３を入口ダクト２とほぼ同じ高さに設けているため、入口ダクト２から導入された排ガスは、仕切板４に遮られ、上昇流領域１２を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域１３を下降する。
【０００６】
この間、上昇流領域１２及び下降流領域１３では、吸収液循環ポンプ５から送られる炭酸カルシウムを含んだ吸収液６が、それぞれの領域に設けられたスプレノズル１６及び１７から微粒化されて噴射され、吸収液６と排ガスの気液接触が行われる。このとき、吸収液６は排ガス中のＳＯ２を選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液６のうち、液滴径の小さいものは排ガスに同伴され、出口ダクト３に設けられたミストエリミネータ１０によって捕集される。それ以外の液滴径の大きなものは、一旦循環タンク７に溜まり、酸化用の攪拌機８によって攪拌されながら、空気吹込み管９から供給される気泡１９中の酸素により硫酸カルシウム（石膏）を生成する。また、循環タンク７内のスラリ６の上層部には泡沫層１８が形成される。炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク７内の吸収液６の一部は、吸収液循環ポンプ５によって再びスプレノズル１６及び１７に送られ、一部は吸収液抜き出し管１１より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。
【０００７】
酸化用の攪拌機８の主なる目的は亜硫酸カルシウムを酸化することであるが、循環タンク７内において石膏の堆積を防ぐ役割も果たす。しかしながら、攪拌機８の台数は亜硫酸カルシウムの酸化に必要な酸素量によって決定され、前記台数は必ずしも石膏が循環タンク７の底部に堆積しないように吸収液６を攪拌するのに十分な動力が得られる数ではない。
【０００８】
また、吸収塔本体１で吸収されるＳＯ２のうち、そのほとんどは上昇流領域１２で吸収されるため、上昇流領域１２から循環タンク７に落下する吸収液６中の亜硫酸カルシウム濃度は下降流領域１３から落下する吸収液６中のそれに比べて３〜１０倍程度高い。上昇流領域１２側の亜硫酸カルシウムを高濃度で含む吸収液６は循環ポンプ５に吸い込まれるまでの滞留時間の間に酸化されるが、実際には上昇流領域１２側の吸収液６のうちでも仕切板４付近に落下した吸収液６は入口ダクト２付近に落下した吸収液６と比較して吸収液循環ポンプ５の吸収口に近く、高亜硫酸カルシウム濃度の吸収液６が短時間で循環ポンプ５に吸い込まれ、亜硫酸カルシウムを完全に酸化する滞留時間を得ることが難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、循環タンク７内における石膏の堆積防止に対して十分な攪拌力が得られず、吸収液６の攪拌が十分に行われない循環タンク７の中央部において石膏が堆積する。また、堆積して固化した石膏が循環ポンプ５に吸い込まれると、スプレノズル１６、１７の詰まりや循環ポンプ５の破損を引き起こす。
【００１０】
また、従来技術では、循環タンク７内の吸収液６中における亜硫酸カルシウムの酸化に関して十分に考慮されていない。循環ポンプ５から吸収塔本体１へスプレされる吸収液６中に亜硫酸カルシウムが残存すると、吸収塔での脱硫性能低下及びスプレノズル１６、１７や塔壁などへのスケーリングの発生を引き起こす問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、循環タンク底部における石膏の堆積を防ぐこと、また、吸収塔内での排ガスの上昇流領域側における吸収液スラリ６中の高濃度亜硫酸カルシウムを循環タンク内で完全に酸化することにより、スプレノズルの詰まりや循環ポンプの破損、脱硫性能の低下及びスケーリングの発生を防止し、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクトと、浄化した排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクトとを設け、前記入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するための天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設けることで入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、それぞれの領域にスプレノズルを設置し、該スプレノズルから噴出する吸収液スラリと排ガスを上昇流領域では向流接触、下降流領域では並流接触させるように配置した、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔と、前記吸収塔の下方にスプレノズルから噴出する吸収液スラリを貯留する循環タンクとを備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
前記仕切板の下端部を循環タンク内の吸収液内に浸漬させ、該仕切板により、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側であって、かつ仕切板の下端部と循環タンクの底部との間に吸収液スラリ流通部を設け、排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下部に位置する循環タンク内のスラリ貯留部の前記下降流領域のガス流れ方向に直交する断面積に対向する断面積を小さくする二室型湿式排煙脱硫装置により解決される。
【００１３】
【作用】
本発明の二室型湿式排煙脱硫装置により、仕切板の下端部と循環タンクの底部との間であって、循環タンク内の吸収液スラリの液深の半分の位置よりも下側にスラリ流通部を設けることにより、石膏粒子がスラリの流れに同伴して、該スラリ流通部を流れるので石膏が循環タンク底部に堆積することを防止できる。
【００１４】
また、前記循環タンク内の吸収液スラリ流通部における吸収液スラリの平均流速が０．５〜４ｍ／秒となるように該スラリ流通部の大きさを設定するので、スケーリングの発生を防止することができる。
【００１５】
また、排ガスが下向きに流れる吸収塔内部の下降流領域のガス流れ方向の断面積より、仕切板で仕切られた前記下降流領域下方に位置する循環タンク内のスラリの貯留部の前記下降流領域のガス流れ方向に直交する方向の断面積に対向する断面積を小さくすることで、吸収塔内部の上昇流領域側の循環タンク内の体積を大きくして高濃度で亜硫酸カルシウムを含む吸収液スラリ側の降下速度を減少させ、十分な滞留時間を得ることができ、高濃度の亜硫酸カルシウムを循環タンク内で完全に酸化することが可能となる。
【００１６】
また、吸収塔内の排ガスが上向きに流れる上昇流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に留まる酸化用空気の量によって気泡が多く発生する場合に、循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化用空気流通孔を設けておけば、該流通孔から吸収塔内の下降流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に酸化用空気を流通させることができ、前記上昇流領域側の下方の循環タンク内のスラリ中の酸化用空気の量を調整することができる。
【００１７】
【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を用いて説明する。
図１は本発明による実施の形態であり、図６で説明した同一機能を有する部材には同一番号を付している。図１は、循環タンク７内の仕切板４の下端以下におけるスラリ流通部が循環タンク７の底部に接し、その高さが液深の１／５となるよう設けることにより、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を０．５ｍ／秒にした吸収塔の側面図を示したものである。図２は、タンク７の底部に堆積する石膏量とスラリ流通部を通過するスラリ６の平均流速の関係を表した図である。図３は、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域の断面積の１／５倍となるよう、該下降流領域下部の循環タンク７内のスラリ貯留部の断面積を減少させた例である。
【００１８】
図１に示す実施の形態は、循環タンク７内に浸漬した仕切板４の下端部と循環タンク７の底部の間のスラリ流通部の高さは該タンク７の底部から液深の約１／５となるように設けて、スラリ６流通部を通過する吸収液スラリ６の平均流速を０．５ｍ／秒にしている点で従来技術と異なる。上昇流領域側１２に落下する吸収液６は循環タンク７を下降し、仕切板４下端部にあるスラリ流通部を通り抜け、吸収液循環ポンプ５に吸い込まれる。
【００１９】
このとき、石膏粒子がスラリ６の流れに同伴して流れるよう、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を考慮して該スラリ流通部の断面積を設定することで石膏の堆積を防止できる。二室型湿式排煙脱硫装置において、スラリ流通部を通過するスラリ６の平均流速は、およそ０．１ｍ／秒以下である。
【００２０】
図２は、スラリ流通部を通過するスラリ６の平均流速とタンク７底部に堆積した石膏量の関係を表したものである。堆積した石膏量は、流速が０．１ｍ／秒以上の時を基準にして相対量で表してある。図２より、スラリ流通部を通過するスラリ６の平均流速が速い場合、石膏の堆積量が減少することが分かる。望ましくは、平均スラリ流速を０．５ｍ／秒以上とした場合、石膏の堆積が防止できる。また、スラリ流通部を通過する平均スラリ流速を上昇させると、それらを再び吸収塔へと循環させるポンプ５の動力の負荷が高くなり、循環量が減少し、脱硫性能が低下してしまう。これらを考慮して、循環タンク７内の仕切板４の流通部における平均スラリ流速を０．５〜４ｍ／秒にすることが望ましい。
【００２１】
図３に示す実施の形態は、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域１３の断面積の１／５倍となるよう、該下降流領域１３下方の循環タンク７内のガス流れ方向の断面積を減少させた点で従来技術と異なる。循環タンク７内の上昇流領域１２側のガス流れ方向の断面積を大きくすれば、スラリ６の降下速度が減少することにより、上昇流領域１２側の循環タンク７内での滞留時間が長くなり、亜硫酸カルシウムをより完全に酸化することができるが、下降流領域１３側の循環タンク７内のガス流れ方向の断面積は小さくなり、該下降流領域１３でのスラリ６の下降速度が増加し、滞留時間が短くなる。下降流領域１３側のスラリ６中にも無視できない程度の亜硫酸カルシウムがあり、その酸化に見合う滞留時間が必要であること、さらに、スラリ６の下降速度の増加に伴い、循環タンク７内のスラリ６中の酸化空気が循環ポンプ５に吸収される割合が多くなり、ポンプ５のキャビテーションやスラリ６の循環量低下が発生することから、上昇流領域１２側の循環タンク７内のガス流れ方向の断面積の上限が制限される。これらを考慮して、排ガスが下向きに流れる吸収塔本体１の下降流領域１３のガス流れ方向の断面積より、該下降流領域１３の下部に位置する仕切板４で仕切られる循環タンク７内のガス流れ方向の断面積を１〜１／１０倍とすることが望ましい。
【００２２】
図４に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態において循環ポンプ５の吸入口の上方の循環タンク７の壁面に空気吹込み管２１を伴う攪拌機２０を設置した点で図１に示す実施の形態とは異なる。仕切板４の下端部と循環タンク７の底部との間のスラリ流通部を通過する平均スラリ流速を上昇させるため、該スラリ流通部の面積を小さくし、攪拌機８のスラリ攪拌動力を下げることにより、攪拌機８から供給される酸化用空気を循環タンク７の上昇流領域１２側に留める。さらに、下降流領域１３側のスラリ６中の亜硫酸カルシウムは低濃度であるため、長い酸化時間は必要なく、循環ポンプ５へ吸い込まれず、気泡２２の吸い込みによるポンプ５のキャビテーション、スラリ６の循環量の低下及び変動を防止できる。
【００２３】
図５に示した実施の形態は、図１に示す実施の形態において循環タンク７内に浸漬した仕切板４部分に酸化用空気流通孔２３を設けた点で図１、図４に示す実施の形態とは異なる。仕切板４で仕切られた上昇流領域１２側の循環タンク７内のスラリ６中に留まる酸化用空気の量により、泡沫層１８が多く発生する場合、流通孔２３から仕切板４で仕切られた下降流領域１３側の循環タンク７内のスラリ６中に酸化用空気を流通させることにより、循環タンク７の上昇流領域１２側の循環タンク７内のスラリ６中に留まる酸化用空気の量を調整することができる。
【００２４】
なお、上記の実施の形態で示した発明は、丸型、角型循環タンクによらず効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、循環タンク底部における石膏の堆積を防ぐことができるため、堆積し、固化した石膏が循環ポンプに吸い込まれてスプレーの目詰まり及びポンプ破損を起こすことを防止することができる。また、上昇流領域から落下してくる亜硫酸カルシウム濃度が高いスラリを循環タンク内で完全に酸化することができるため、吸収塔での脱硫性能の低下及びスケーリングの発生防止が可能となり、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置となる。
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、仕切板部分に設けた酸化用空気流通孔から吸収塔内の下降流領域の下方に位置する循環タンク内のスラリ中に酸化用空気を流通させることができ、前記上昇流領域側の下方の循環タンク内のスラリ中の酸化用空気の量を調整することができる。
【００２６】
また、上昇流領域から落下してくる亜硫酸カルシウム濃度が高いスラリを循環タンク内で完全に酸化することができるため、吸収塔での脱硫性能の低下及びスケーリングの発生防止が可能となり、信頼性が高く、安定した運転が可能な湿式排煙脱硫装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による実施例であり、循環タンク内の仕切板におけるスラリ流通部の平均スラリ流速を０．５ｍ／秒にするよう流通部を設けた吸収塔の側面図を示したものである。
【図２】  タンク底部に堆積する石膏量と仕切板の流通部を通過するスラリの平均流速の関係を表した図である。
【図３】  排ガスが下向きに流れる吸収塔本体の下降流領域の断面積の１／５倍となるよう、該部分下部の循環タンク内の断面積を減少させた吸収塔の実施例である。
【図４】  図１の実施例において循環ポンプの吸入口の上に空気吹込み管を伴う攪拌機を設置した実施例である。
【図５】  図１に示す実施例において循環タンク内に浸漬した仕切板部分に酸化空気流通孔を設けた実施例である。
【図６】  従来技術の二室型湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面図である。
【符号の説明】
１  吸収塔本体                    ２  入口ダクト
３  出口ダクト                    ４  仕切板
５  吸収液循環ポンプ              ６  吸収液（スラリ）
７  循環タンク                    ８、２０  攪拌機
９、２１  空気吹込み管            １０  ミストエリミネータ
１１  吸収液抜出し管              １２  排ガス上昇流領域
１３  排ガス下降流領域            １４  循環配管
１５  スプレヘッダー              １６、１７  スプレノズル
１８  泡沫層                      １９、２２  気泡
２３  酸化用空気流通孔
【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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