(57)【要約】【課題】脱硫装置内の吸収液を下向きに噴霧する複数のスプレノズルの近傍を上昇する排ガスの流れの流速が増加しないで、スムーズに行えるスプレノズルを備えた脱硫装置を有する排煙処理装置を提供することである。【解決手段】吸収塔５内に設けた排ガス流路内に脱硫液を噴霧する複数の脱硫用スプレノズル２７を設けた分岐ヘッダ３９と該分岐ヘッダ３９を接続した主ヘッダ３８を上下方向に複数段設置し、各段の分岐ヘッダ３９に設けたスプレノズル２７における隣接するスプレノズル２７同士の水平方向の間隔ｄに対して、鉛直方向で０．２ｄ以上、０．５ｄ以下の間隔となるようにスプレノズル２７を設置した排煙処理装置であり、脱硫率は高く維持したまま、動力を従来構造に比べて約１０％低減することが可能となり、吸収塔での圧力損失を低減することができ、その結果として脱硫装置作動用動力を低減することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫装置の吸収塔内に設けた排ガス流路内に脱硫液を噴霧する複数の脱硫用スプレノズルを設けた分岐ヘッダと該分岐ヘッダを接続した主ヘッダを上下方向に複数段設置し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去する排煙処理装置において、
各段の分岐ヘッダに設けたスプレノズルにおける隣接するスプレノズル同士の間隔ｄに対して、鉛直方向で０．２ｄ以上、０．５ｄ以下の間隔となるようにスプレノズルを設置したことを特徴とする排煙処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所に用いられる発電用ボイラの排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する排ガス処理装置に係り、特に脱硫液を排ガス中に噴霧する湿式脱硫処理技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電所における排ガス処理装置として、脱硫液を排ガス中に噴霧することで排ガス中の硫黄酸化物（主にＳＯ2）を吸収、除去する湿式脱硫装置を使用した装置構成の一例を図３に示す。図３に示す例では、燃料として石炭を使用する例であるが、硫黄含有量の多い重油などでも同様な構成となるのが一般的である。ボイラ１に石炭２１と燃焼用空気３６を供給し、石炭２１の燃焼反応によって発生した熱により、図示しないボイラ熱交換器で高圧蒸気を作る。得られた高圧蒸気により図示しないタービンを回転させ、タービンと連結した発電機により発電をする。
【０００３】
一方、ボイラ１から排出される燃焼排ガスは、空気予熱器３で燃焼用空気と熱交換した後、集塵機４で煤塵が除去される。集塵機４としては、濾布を使用したバグフィルタや、排ガス流路内に電極を設置した電気式集塵器などがある。バグフィルタは、設備コストは安価であるが、圧力損失が大きいこと、濾布を定期的に交換する必要があるなどの問題もあり、圧力損失が小さく、比較的メンテナンスが容易な電気式集塵器が広く使用されている。一般に集塵機部のガス温度は１６０〜２００℃程度である。集塵機４を出た排ガスを湿式脱硫装置の吸収塔５に供給し、排ガス中のＳＯ2を除去した後、煙突２から放出する。
【０００４】
ここで、湿式脱硫装置の吸収塔５では、内部にノズル２７が複数段設置され、脱硫液２８を循環ポンプ２６により昇圧し、噴霧する構成となっている。一般に脱硫液２８としてＣａＣＯ3やＮａＯＨ溶液が使用される。吸収塔５内に噴霧された脱硫液２８は、排ガス中のＳＯ2を吸収し、吸収塔５の下部に脱硫液２８として捕集され、排水ライン２９より、図示しない排水処理設備に送られる。
【０００５】
前記従来技術においては、脱硫装置の吸収塔５の内部に脱硫液噴霧ノズル２７を多段に設置し、それぞれのノズル２７から脱硫液を噴霧し、排ガスと気液接触させることで、排ガス中のＳＯ2を吸収、除去している。
【０００６】
脱硫装置の吸収塔５の内部に設置するノズル２７の配置構造の一例を図８に示す。図８（Ａ）に吸収塔５の一つの水平断面方向に配置されたスプレノズル２７を示し、図８（Ｂ）にスプレノズル２７が複数段上下方向に配置された吸収塔５の側断面図を示し、図８（Ｃ）には上下方向に３段配置されたスプレノズル２７を備えた吸収塔５の部分側断面図を示す。
【０００７】
脱硫装置の吸収塔５の下部に貯留された吸収液２８は、循環ポンプ２６により昇圧され、吸収液配管とヘッダ３７を通過し、吸収塔５の内部に設置したスプレノズル２７より噴霧される。ヘッダ３７は主ヘッダ３８と分岐ヘッダ３９より構成され、分岐ヘッダ３９の部分から水平方向にスプレノズル２７が配置される構成となっている。
【０００８】
このとき、図８（Ｂ）に破線で囲んだ部分に示すスプレノズル２７とその近傍の様子を拡大したものを図９に示す。図９には３つのスプレノズル２７の側面図を示すが、スプレノズル２７から噴出した脱硫液は、スプレノズル２７の出口付近では液膜４０となっており、スプレノズル２７から離れるに従って液膜４０が分散した液滴４１となる。
【０００９】
スプレノズル２７の近傍には液膜４０があるため、スプレノズル２７の近傍では排ガスが流れない領域となり、図９に矢印で示すようにスプレノズル２７の近傍を迂回するようなガス流れが形成されている。そのため、従来のスプレノズル２７の配置では、２つのスプレノズル２７、２７の間を上昇する排ガスの流路が狭くなり、ガス流速が増加し、圧力損失も増加するという問題があった。
【００１０】
特許文献１（特許第５２８９６６８号公報）には、脱硫装置の吸収塔の内部に上下方向に複数段設置した複数のスプレノズルについて、吸収塔の塔壁部分から塔内の排ガスの上昇流がすり抜けるのを防ぐために、通常のスプレノズルの他に、該スプレノズルより一段低く、しかも塔壁により近い部分に補助スプレノズルを配置した構成が開示されている。
【００１１】
特許文献２（特開平１１−１７９１４４号公報）には、脱硫装置の吸収塔の内部に上下方向に複数段設置した複数のスプレノズルの間隙部に、前記スプレノズルより一段低い位置に副スプレノズルを配置して噴霧吸収液の希薄部を少なくして、噴霧吸収液と排ガスとの接触を効果的に行う構成が開示されている。
【００１２】
特許文献３（特開平１１−１２８６５１号公報）には、吸収塔の同一水平面に格子状に配置されたスプレノズルから噴出される吸収液滴の局所的な濃度を計測して、所定の濃度値からの偏差が大きなスプレノズルの配置位置を変更する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第５２８９６６８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９１４４号公報
【特許文献３】特開平１１−１２８６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術によれば、吸収塔内を上昇する排ガス流に対してスプレノズルの配置に対する工夫が十分でなく、隣接するスプレノズル間の排ガス流れの流速が均一とは言いがたく、排ガスと噴霧吸収液との気液接触が不均衡となり、その結果脱硫率が望ましいレベルになく、改善の余地があった。
【００１５】
本発明の課題は、上述したように、脱硫装置内の吸収液を下向きに噴霧する複数のスプレノズルの近傍を上昇する排ガスの流れの流速が増加しないで、スムーズに行えるスプレノズルを備えた吸収塔を有する排煙処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記本発明の課題は、次の解決手段で解決される。
すなわち、脱硫装置の吸収塔内に設けた排ガス流路内に脱硫液を噴霧する複数の脱硫用スプレノズルを設けた分岐ヘッダと該分岐ヘッダを接続した主ヘッダを上下方向に複数段設置し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去する排煙処理装置において、各段の分岐ヘッダに設けたスプレノズルにおける隣接するスプレノズル同士の間隔ｄに対して、鉛直方向で０．２ｄ以上、０．５ｄ以下の間隔となるようにスプレノズルを設置したことを特徴とする排煙処理装置である。
（作用）
本発明に基づく吸収塔内に設けたスプレノズル近傍の様子を図４に示す。ガス流れに対し、垂直方向にｄ（ｍ）の間隔で設置したスプレノズルを、排ガスの流路方向に対して０．２ｄから０．５ｄの間隔となるようにずらして設置している。排ガスの流路方向に対して、スプレノズルをずらして配置することで、スプレノズル近傍に形成される液膜によって狭められる流路を広く確保できることがわかる。
【００１７】
このようなスプレノズルの配置にした際のガス流速分布のイメージを図中に重ねて記載するが、従来構造の場合に比べて、ガス流れの圧力損失が小さくなることがわかる。
一方、吸収塔内の排ガス流路の水平断面方向のスプレノズル配置は、従来と同等であり、排ガスと吸収液滴が接触する範囲は変化がないことから、吸収塔の脱硫性能自体は変化することがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にしたがってスプレノズルをスプレヘッダへ取り付けることにより、脱硫装置の脱硫率は高く維持したまま、動力を従来構造に比べて約１０％低減することが可能となり、スプレノズルの配置を変更することで、脱硫性能を低下することなく、吸収塔での圧力損失を低減することができ、その結果として脱硫装置作動用動力を低減することが可能となり、消費動力も低減できるという効果がある。  
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に基づく排煙処理装置の脱硫装置におけるスプレノズル配置を示す要部平断面図（図１（Ａ））と要部側断面図（図１（Ｂ））である。
【図２】図１の排煙処理装置の吸収塔の概略側断面図である。
【図３】一般的な排煙処理装置の構成を示す図である。
【図４】本発明に基づく脱硫装置吸収塔内のスプレノズル配置におけるスプレ部近傍の脱硫液およびガス流れの様子を示す図である。
【図５】本発明と従来技術の脱硫装置吸収塔内部の高さ方向距離と圧力損失との関係を示す図である。
【図６】本発明に基づく３種類のスプレノズル配置態様を示す図である。
【図７】本発明に基づく、脱硫装置内部のスプレノズル高さと圧力損失、脱硫率を数値解析で評価した結果及びその結果より、消費動力の差を評価した結果を示す図である。
【図８】従来の排煙処理装置の脱硫装置吸収塔におけるスプレノズル配置を示す要部平断面図（図８（Ａ））と要部側断面図（図８（Ｂ））と吸収塔の概略側断面図（図８（Ｃ））である。
【図９】従来の排煙処理装置の脱硫装置吸収塔内のスプレノズル配置におけるスプレ部近傍の脱硫液およびガス流れの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施例を図１に示す。図１は図３に示す排ガス処理システムの脱硫装置５の内部に設置する吸収液を噴霧するスプレノズル２７を備えたスプレヘッダ３７（主ヘッダ３８と分岐ヘッダ３９からなる）を３段配置した構成を示す平断面図（図１（Ａ））及び側断面図（図１（Ｂ））であり、図２は、図１のスプレノズル２７を備えた主ヘッダ３８へ吸収塔５の底部から吸収液２８を循環供給する構成を示す脱硫装置吸収塔５の部分側断面図である。
【００２１】
図１に示すように主ヘッダ３８から分岐した分岐ヘッダ３９に取り付けられたスプレノズル２７は、取り付け高さが異なる２種類からなり、隣り合うスプレノズル２７が同じ高さにならないように設置している。
【００２２】
上記構成からなる脱硫装置吸収塔５内部の圧力損失の変化を図５に示す。図５は縦軸に脱硫装置吸収塔５の高さ方向距離を、横軸に最上段スプレノズル２７の出口部の圧力と、各高さ位置における圧力との差を示している。図５には、比較のために図８と図９に示す従来技術のスプレノズル２７の配置態様における脱硫装置吸収塔５内部の圧力損失も合わせて示す。
【００２３】
従来のスプレノズル２７の配置態様におけるガス流れの圧力損失（図中に破線で示す）では、各段のスプレノズル２７部分で急激な圧力損失が生じているが、これは、スプレノズル２７近傍の液膜により脱硫装置吸収塔５内部を上昇する排ガスの流速が増加したためである。一方、各スプレノズル２７間では、緩やかな圧力損失の増加があるが、これは、液滴と排ガスとの接触によるものである。
【００２４】
これに対し、本実施例のスプレノズル２７の配置態様の場合における、排ガス上昇流の圧力損失を実線で示すが、スプレノズル２７部分における前記圧力損失が小さくなり、その結果として全体の排ガス上昇流の圧力損失が従来技術に比較して小さくなることが分かる。
【００２５】
隣接する２つのスプレノズル２７の横方向の間隔ｄ（ｄは隣接する２つのスプレノズル２７の横方向の間隔）と本実施例に基づく２つのスプレノズル２７の高さ方向の距離との関係について、数値解析により評価した結果を以下に示す。複数のスプレノズル２７から液滴を噴霧させ、隣接する２つのスプレノズル２７の高さ方向の距離を０から０．９ｄと変化させた場合の、ガス側の圧力損失と脱硫率とを数値解析により算出した結果を図７に示す。
【００２６】
図７（Ａ）は、スプレノズル高さ（隣接する２つのスプレノズル２７の高さ方向の距離）と圧力損失との関係を示す。高さ方向に隣接する２つのスプレノズル２７の配置をずらすことで、ガスが通過しやすくなり、圧力損失は低下することが分かる。図７（Ｂ）は、スプレノズル２７の高さと脱硫率との関係を示す。スプレノズル２７の高さが０．３ｄ以上となると、上方に設置したスプレノズル２７から噴出した液滴が、下側にずらしたスプレノズル２７の液膜部分あるいはスプレノズル２７本体に衝突するようになるため、噴霧液滴とガスとの接触効率が悪くなり、吸収液がＳＯ2を吸収する性能が低下することが分かる。
【００２７】
前記圧力損失の低下は、排ガスを脱硫装置側に搬送するファンの動力が低減できるメリットとなるが、脱硫率が低下してしまうので、圧力損失の低下前と同じ脱硫性能を出すためには、脱硫液の噴霧量を増加させる必要があり、すなわち、脱硫液循環ポンプの動力増加となり、デメリットとなる。
【００２８】
そこで、両者の影響を総合的に評価するために、図７（Ａ）と図７（Ｂ）の結果をもとに、動力比で再整理した結果を図７（Ｃ）に示す。この結果より、隣接する２つのスプレノズル２７の高さを変えていくことで、隣接する２つのスプレノズル２７の高さの差が０．３ｄ近傍で、消費動力が最小となることが分かる。このことから、本実施例に基づくスプレノズル２７の位置は、従来の隣接する２つのスプレノズル２７のノズル高さに対し、０．２ｄ〜０．５ｄの範囲に設定することが最も効果的であることが分かる。  
【００２９】
また、本発明の他のスプレノズル２７の配置態様の実施例を図６に示す。分岐スプレヘッダ３９へのスプレノズル２７の取り付け方法として、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）などの取り付け方法がある。
【００３０】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）の全てにおいて分岐ヘッダ３９の互いに反対側の位置にスプレノズル２７を取り付けるが、図６（Ａ）では一方のスプレノズル２７は分岐スプレヘッダ３９と同じ高さ位置に直線状の連絡管４２を介して取り付け、他方のスプレノズル２７は先端の液滴噴霧部が分岐スプレヘッダ３９より低い高さ位置にあるジグザグ状の折れ曲がり連絡管４２を介して分岐スプレヘッダ３９に取り付ける。また、図６（Ｂ）では一方のスプレノズル２７は分岐スプレヘッダ３９と同じ高さ位置に直線状の連絡管４２を介して分岐スプレヘッダ３９に取り付け、他方のスプレノズル２７は先端の液滴噴霧部が分岐スプレヘッダ３９より低い高さ位置にあるＬ字状の折れ曲がり連絡管４２を介して分岐スプレヘッダ３９に取り付ける。また、図６（Ｃ）では一方のスプレノズル２７は先端の液滴噴霧部が分岐スプレヘッダ３９より高い高さ位置にあるＬ字状の折れ曲がり連絡管４２を介して分岐スプレヘッダ３９に取り付け、他方のスプレノズル２７は先端の液滴噴霧部が分岐スプレヘッダ３９より低い位置にあるＬ字状の折れ曲がり連絡管４２を介して分岐スプレヘッダ３９に取り付ける。
【００３１】
分岐スプレヘッダ３９へのスプレノズル２７の取り付け方法は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）のいずれの方法でも図７で説明した場合と同様な効果が期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ボイラ                      ２  煙突
３  空気予熱器                  ４  集塵機
５  脱硫装置                    ２１  石炭
２６  吸収液用循環ポンプ        ２７  スプレノズル
２８  脱硫吸収液                ２９  排水ライン
３６  燃焼用空気                ３８  主ヘッダ
３９  分岐ヘッダ                ４０  液膜
４１  液滴                      ４２  連絡管
【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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