(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、循環タンクから抜き出した吸収液を前記ガス流路内に設けられるガス吸収部で噴霧して排ガスとを気液接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
循環タンク内壁の周囲全体に、中央部に開口を有し、全体が循環タンクに落下する吸収液滴により液面近傍に形成される気泡を含む泡沫層より下方の吸収液中に浸漬している鍔状の邪魔板を設置したことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
邪魔板は、循環タンク内壁近傍を流下する液の流れ方向が循環タンク中心部に向かうように配置し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】
邪魔板は、循環タンク底部に向けて傾斜させ、循環タンク内壁面に設けたことを特徴とする請求項２記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項４】
邪魔板は、多孔板としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項５】
循環タンク垂直壁面に少なくとも２段以上の邪魔板を設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項６】
邪魔板は、その循環タンク内壁側壁面の接合部分を曲面にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項７】
邪魔板上に鉛直方向に壁面を有するガイドベーンを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項８】
ガイドベーンは、循環タンクの中心軸を通る平面に対して０度を超え、かつ９０度以下の傾斜角度で循環タンク側壁と交わる壁面を有することを特徴とする請求項７に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項９】
邪魔板は、循環タンク液深の１／２〜７／８の位置に設置され、該邪魔板の幅は循環タンクの径の１／２０〜１／４としたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか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、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、循環タンクのコンパクト化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。排煙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。このような湿式排煙脱硫装置は完成された技術とも考えられているが、燃料の多様化、排水量低減などに伴い、脱硫装置に対して厳しい運転条件が要求されている。一方、脱硫装置自体のコンパクト化も望まれており、脱硫装置には小型化と高性能化を同時に達成する高度な技術が必要となる。
【０００３】
従来技術のスプレ方式を採用した湿式排煙脱硫装置の公知例として、脱硫装置を構成する吸収塔の側断面略図を図１２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。
【０００４】
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。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から噴射されており、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、Ｃａ（ＨＳＯ3）2を生成する。循環タンク６に落下した吸収液５は、循環タンク内を下降し、循環ポンプ４に吸込まれて再びスプレノズル１３から噴射される。この間に、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気供給管８から供給される空気１５中の酸素により吸収液中のＣａ（ＨＳＯ3）2が酸化され、硫酸カルシウム（石膏）が生成される。
【０００５】
【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６内におけるＣａ（ＨＳＯ3）2の酸化に必要な液の滞留時間及び酸化効率に関して、十分な対策がとられていない。亜硫酸を十分に酸化して、高い脱硫性能を得るためには長時間の滞留時間を確保する必要があり、循環タンク６は大容量としなくてはならなかった。また、循環タンク６に落下する液滴が泡沫層１６(図１２)を生じさせ、この泡沫層１６からの気泡が循環ポンプ４に吸い込まれて、液循環量を減少させる問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、コンパクトな循環タンクで、かつ液の滞留時間の確保と酸化効率の向上、気泡の吸い込み防止が可能な湿式排煙脱硫装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、次の構成により解決される。
【０００８】
すなわち、吸収液を貯留する循環タンクの上側に、ボイラなどの燃焼装置から排出される排ガスを入口ダクトから導入し、出口ダクトから排出する排ガス流路を有し、循環タンクから抜き出した吸収液を前記ガス流路内に設けられるガス吸収部で噴霧して排ガスと気液接触させることにより、排ガス中の硫黄酸化物を処理する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、循環タンク内壁の周囲全体に、中央部に開口を有し、全体が循環タンクに落下する吸収液滴により液面近傍に形成される気泡を含む泡沫層より下方の吸収液中に浸漬している鍔状の邪魔板を設置した湿式排煙脱硫装置である。
【００１０】
前記邪魔板は、循環タンク内壁近傍を流下する液の流れ方向が循環タンク中心部に向かうように配置することができる。
【００１１】
また、邪魔板は、循環タンク底部に向けて傾斜させ、循環タンク内壁面に設けること、多孔板とすること、その循環タンク内壁側壁面の接合部分を曲面にしたこと、循環タンク垂直壁面に少なくとも２段以上設置することなどの構成を採用することができる。
【００１２】
また、邪魔板上に鉛直方向に壁面を有するガイドベーンを設けること、さらにガイドベーンを循環タンクの中心軸を通る平面に対して０度を超え、かつ９０度以下の傾斜角度で循環タンク側壁と交わる壁面を有するように配置することができる。
【００１３】
また、本発明の前記邪魔板は、循環タンク液深の１／２〜７／８の位置に設置し、該邪魔板の幅は循環タンクの径の１／２０〜１／４とすることが望ましい。
【００１４】
【作用】
図１２に示す従来技術において、循環タンク６の液面に落下した吸収液は循環タンク６内を下降し、循環ポンプ４に吸込まれるまでの間に、空気供給管８から供給される酸化空気１５により酸化されて硫酸カルシウムとなる。
【００１５】
図１３は、循環タンク６内の液と気泡の流動シミュレーションの結果から、酸化空気供給管８から供給される空気気泡軌跡を表した図である。従来、循環タンク６内に供給された空気１５は、攪拌機７から吐出する液流れに同伴して循環タンク６内に均一に分散されると考えられていた。しかしながら、その多くが攪拌機７による吐出流により循環タンク６の中心部に集まっていることが明らかとなった。中心部に集まった気泡は上昇し始めるが、気泡上昇に伴い液も循環タンク６の中心部において上方に向かう上昇流となる。一方、循環タンク６の液面には、スプレノズル１３から噴出した吸収液が落下し続けている。
【００１６】
図１４は、循環タンク６の液面に落下した吸収液の流線の一部を示す。
循環タンク６の中心部付近に落下した吸収液は、該上昇流によって循環タンク６の中心部に落下できず、液面に沿って水平方向に流れ、循環タンク６の内壁に衝突して、次に下降流となっていることが分かる。この下降流は内壁近傍のごく狭い領域に液が集中するため高流速となり、かつ、図１５に示すように循環タンク６内の周囲全体に発生する。循環タンク内壁近傍の液は該下降流によって十分な滞留時間を得ないまま循環ポンプ４に吸い込まれ、亜硫酸の酸化が不十分となる。さらに、図１３に示したように循環タンク６の中心部においては気泡１５が多く存在するため、液中の溶存酸素濃度は高く、逆に循環タンク内壁近傍においては低濃度となる。溶存酸素濃度が低い循環タンク内壁近傍を吸収液は短時間で通過するため、酸化不十分は顕著なものとなる。また、下降流に同伴して、液面近傍の泡沫層１６が循環ポンプ４に吸い込まれるため、目標とする吸収液の循環量が得られず脱硫性能が低下するという問題が発生する。
【００１７】
このような問題に対し、本発明では、例えば図１に示す循環タンク６の内壁の周方向全体に液の下降流速を減少させる機能を有する手段を設けることに特徴がある。下降流速を減少させる機能を有する手段としては、循環タンク６の内壁に邪魔板１７を設置する。このような邪魔板１７によって、内壁近傍の液下降流速を減少させることができ、滞留時間の確保と泡沫層（気泡）１６の吸収液循環ポンプ４による吸い込みが防止できる。さらに、邪魔板１７によって、循環タンク６の内壁近傍の液が循環タンク６の中央部へと流れ込むため、溶存酸素濃度の高い液との混合が促進され、酸化効率が向上する。
【００１８】
循環タンク内壁に設置した邪魔板が水平方向に対して循環タンクの底面に向かって傾斜した角度で設置されていると吸収液中の石膏が邪魔板上で堆積することを防止できる。また、邪魔板を多孔板とすることによって、高スラリー濃度の吸収液においても石膏の堆積を防止できる。
【００１９】
循環タンク内壁に側壁高さ方向に少なくとも２段の邪魔板を設置すると、循環タンクの内壁近傍の吸収液の高速下降流をより確実に防止でき、液滞留時間を確保できる。また、その多段邪魔板を、循環タンクの底面に向かって傾斜をつけると邪魔板上で石膏が堆積しにくくなる。
【００２０】
邪魔板の循環タンク６の内壁面との接合部分を曲面にすることにより、循環タンク６の液面から降下してきた吸収液を淀み無く循環タンクの中心部へと流すことが可能となり、邪魔板上の石膏が堆積するのを防止できる。
【００２１】
また、邪魔板上に鉛直方向に壁面を有するガイドベーンを１以上設けると、循環タンクの中心部へと向かう液流れを整流し、より効率的な液混合が可能となる。また、ガイドベーンは邪魔板の補強にも成る。さらにガイドベーンを循環タンクの中心軸を通る平面に対して０度を超え、かつ９０度以下の傾斜角度で循環タンク側壁と交わる壁面を有するように配置することで、水平方向に対して旋回流となっている循環タンク内の液流れの方向と同一方向にガイドベーンで落下吸収液を誘導できるので効率的な液混合が可能となる。
【００２２】
また、本発明の邪魔板を循環タンク６の液深の１／２から７／８の範囲の位置に設置することが、吸収液の滞留時間の確保および液混合促進効率が良くなるので望ましい。また、邪魔板の幅を循環タンク径の１／２０〜１／４とすることで、循環タンク内壁近傍の高速下降流を抑制することができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１に示す本実施の形態では、図１２に示す排煙脱硫装置と同一符号の部材は同一番号を付してその説明は省略する。
【００２５】
図１は本実施の形態の循環タンク６の内壁の周方向全体にリング状の邪魔板１７を設置した吸収塔の側面を表した図であり、図２は循環タンク６内の液流れを従来技術（図２（ａ））と本発明（図２（ｂ））で比較した図である。図３は、本発明を適用した循環タンク６に落下する吸収液の流線を示した図である。図４は、循環タンク６に落下する液中の亜硫酸が循環ポンプ４に吸い込まれるまでに完全酸化されるのに必要な循環タンク容量、供給空気量を、従来技術の場合を１として、本発明を適用した循環タンク６と比較した図である。
【００２６】
図１に示す装置では、循環タンク６の内壁の周方向全体にリング状の邪魔板１７を設置した点で従来技術と異なる。スプレノズル１３から噴射された吸収液５は、吸収塔内で排ガス中のＳＯ2を吸収し、Ｃａ（ＨＳＯ3）2が生成され、循環タンク６に落下する。循環タンク６の液面に落下した吸収液は循環タンク６内を下降し循環ポンプ４に吸込まれるまでの間に、空気供給管８から供給される酸化空気１５により酸化され硫酸カルシウムとなる。循環タンク６内に供給された空気１５は、攪拌機７から吐出する液流れに同伴して循環タンク６内に分散されるが、その多くが循環タンク６中心部に集まる。中心部に集まった気泡は上昇し始めるが、気泡上昇に伴い液も循環タンク６中心部において上方に向かう上昇流となる。一方、吸収塔内でＳＯ2を吸収し亜硫酸Ｃａ（ＨＳＯ3）2が生成された液滴は、液面全体に常に落下し続けている。落下した吸収液は、循環タンク６内を下降し始めるが、その流れは気泡上昇によって発生した上昇流の影響を強く受ける。
【００２７】
図２（ａ）の従来技術に示した循環タンク６では、循環タンク６の液面に落下した液滴は気泡によって生じた上昇流によって下降できず、液面に沿って水平方向に流れ、循環タンク６の内壁に衝突し、下降流となる。循環タンク６内壁近傍では、多量の吸収液が流れ込み、高速の下降流が発生する。
【００２８】
循環タンク６内壁近傍に生じた高速下降流は、以下のような問題を起こす。まず、循環タンク６内壁近傍の吸収液の大部分は、循環タンク６液面に落下した亜硫酸濃度の高い液で、かつ短時間で循環タンク６の底面まで下降する。このため、酸化に十分な液滞留時間が得られず、循環ポンプ４に吸い込まれるまでに亜硫酸が完全に酸化されない問題が発生する。また、循環タンク６の中央部においては気泡が多く存在するため液中の溶存酸素濃度は高く、逆に循環タンク６内壁近傍においては低濃度となる。循環タンク６液面に落下した吸収液が流れこむ循環タンク６内壁近傍には、酸化に十分な酸素も無く、亜硫酸の酸化不十分がさらに顕著なものとなる。さらに、高速下降流は液面付近に存在する泡沫層１６を同伴して下降するため、泡沫層１６がそのまま循環ポンプ４に吸い込まれる。循環ポンプ４に吸い込まれた泡沫(気泡)は液循環量を減少させるだけでなく、気泡混入量が極端に多い場合には循環ポンプ４を破損させる。
【００２９】
図２（ｂ）に示す従来技術の比較で示す本発明の実施の形態では、循環タンク６内壁の周方向全体にわたってリング状の邪魔板１７が設置してある。気泡が循環タンク６の中心部に集まり上昇流が発生するのは従来技術とほぼ同じである。しかし、吸収液が循環タンク６の内壁に衝突し、下降し始めると、邪魔板１７によって下方に向かう流れは、一旦、方向を転換され、従来技術で見られた循環タンク６の内壁近傍の高速下降流は発生しない。
【００３０】
図３は、本発明を適用した循環タンク６に落下する吸収液の流動シミュレーションから得た流線図である。図２の本発明で示したように、循環タンク６の液面に落下した吸収液が循環タンク６中心部へと方向を転換させられていることがわかる。このため、まず、吸収液の液滞留時間が十分に確保できることから、亜硫酸の酸化が十分に行われる。また、液面近傍の泡沫層１６が下降流に同伴して循環ポンプ４に吸い込まれることも防止できる。さらに、邪魔板１７によって方向転換させられた液は、循環タンク６の中心部へと流れ込む。循環タンク６の中心部では、気泡が多く存在し、液中の溶存酸素濃度が高い。高亜硫酸濃度である壁近傍を流れる吸収液と溶存酸素濃度が高い循環タンク６の中心部の吸収液の混合が促進されるので、亜硫酸の酸化がより完全なものとなる。
【００３１】
リング状の邪魔板１７の設置位置は、液面近傍であるほうが吸収液の滞留時間の確保および液混合促進の点から効率が良いため、循環タンク６の液深の１／２から７／８の範囲の位置に設置することが望ましい。また、邪魔板１７の幅は、循環タンク６内壁近傍の高速下降流を抑制しなければならないことから、循環タンク６径の１／２０〜１／４とすることが望ましい。このように、循環タンク６内壁の周方向全体にわたってリング状の邪魔板１７を設置することにより、液の滞留時間の確保と泡沫層１６の循環ポンプ４への吸い込み、および亜硫酸の酸化効率の向上が同時に達成できる。したがって、コンパクト化が可能となり、かつ亜硫酸の高効率酸化が可能となる。
【００３２】
図４は、循環タンク６に落下する液中の亜硫酸濃度が５ ［ｍｍｏｌ／Ｌ］のとき、循環ポンプ４に吸い込まれるまでに完全酸化されるのに必要な循環タンク容量、供給空気量を従来技術の場合を１として、本発明を適用した循環タンク６と比較した図である。図４より、循環タンク容量、供給空気量ともに減少していることがわかる。本発明を適用することにより、循環タンク６のコンパクト化が可能となり、供給空気量も低減可能であり、ランニングコストおよび空気を供給するブロアの台数も減らせられる。
【００３３】
本発明の他の実施の形態について図５により説明する。図５に示す実施例は、循環タンク６内壁に設置したリング状の邪魔板１７が、水平方向に対して循環タンク６の底面に向かって４５度の角度で設置されている点で図１に示した実施の形態と異なる。吸収液は石膏スラリーであるため、邪魔板１７には石膏が堆積する。邪魔板１７を循環タンク６底面に向かって傾斜させることによって邪魔板１７上での石膏の堆積を防止できる。
【００３４】
図６に示す実施例は、リング状邪魔板１７を多孔板とした点で図１〜図５に示した実施の形態と異なる。邪魔板１７を多孔板とすることによって、高スラリー濃度の吸収液においても石膏の堆積を防止できる。
【００３５】
図７に示す実施例は、垂直方向に対し、循環タンク６内壁に少なくとも２列以上のリング状邪魔板１７を設置した点で図１〜図６に示した実施の形態と異なる。邪魔板１７を多く設置することによって、循環タンク６の内壁近傍の吸収液の高速下降流をより確実に防止でき、液滞留時間を確保できる。
【００３６】
図８に示す実施の形態は、垂直方向に対し多段にわたって設置したリング状邪魔板１７を、循環タンク６の底面に向かって４５度の傾斜をつけた点で図１〜図７に示した実施の形態と異なる。リング状邪魔板１７を多段に設置すると、循環タンク６の内壁近傍の液下降流速が顕著に減少するため、邪魔板１７には石膏が堆積しやすい。そこで、邪魔板１７を循環タンク６の底面に向かって傾斜をつけることによって石膏の堆積を防止できる。
【００３７】
図９に示す実施の形態は、リング状邪魔板１７の循環タンク６の内壁面との接合部分を曲面にした点で図１〜図８に示した実施例と異なる。前記接合部を曲面とすることにより、循環タンク６の液面から降下してきた吸収液を淀み無く循環タンク６の中心部へと流すことが可能となり、邪魔板１７上の石膏堆積を防止できる。
【００３８】
図１０に示す実施の形態は、リング状邪魔板１７上にガイドベーン１８を設けた点で図１〜図９に示した実施例と異なる。ガイドベーン１８により、循環タンク６の中心部へと向かう液流れを整流し、より効率的な液混合が可能となる。また、ガイドベーン１８はリング状邪魔板１７の補強にもなり得る。
【００３９】
図１１に示す実施例は、リング状邪魔板１７上にガイドベーン１８を設け、該ガイドベーン１８を循環タンク６の中心軸を通る平面に対して０度を超え、かつ９０度以下の傾斜角度で循環タンク６側壁と交わる壁面を有するように配置する点において図１〜図１０に示した実施の形態と異なる。攪拌機７によって循環タンク６内の液流れは水平方向に対して旋回流となっている。この旋回方向と同一方向に旋回するよう該ガイドベーン１８を傾斜させることにより、効率的な液混合が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、循環タンク内壁近傍に発生する高速下降流を防止できる。これにより、循環タンク中心部の高溶存酸素濃度の吸収液との液混合が促進されるため、液滞留時間の確保と亜硫酸の酸化効率が同時に達成でき、かつ、循環ポンプへの気泡吸い込みも防止可能である。従来技術よりも、少ない循環タンク容量で効率的に亜硫酸を酸化できるため、コンパクトで、かつ高性能な湿式排煙脱硫装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の循環タンク内壁の周方向全体にリング状の邪魔板を設置した概略断面図である。
【図２】  本発明の湿式排煙脱硫装置の循環タンク内の液流れを従来技術と比較した図である。
【図３】  図１の循環タンクに落下する吸収液の流線を示した図である。
【図４】  図１の循環タンクに落下する液中の亜硫酸が完全酸化されるのに必要な循環タンク容量、供給空気量を、従来技術の場合を１として、本発明を適用した循環タンクと比較した図である。
【図５】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の循環タンク壁面にリング状の邪魔板が、水平方向に対して循環タンク底面に向かい４５度の角度で設置した概略断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の循環タンク壁面に多孔板とした邪魔板を設置した概略断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の循環タンク壁面にタンク壁面の垂直方向に対し多段にリング状邪魔板を設置した概略断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の循環タンク壁面に垂直方向に対し多段のリング状邪魔板を、循環タンク底面に向かって４５度の傾斜をつけて設置した概略断面図である。
【図９】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の邪魔板と循環タンク内壁との接合部分を曲面とした概略断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の邪魔板上にガイドベーンを設けた循環タンクの斜視図である。
【図１１】  本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置の邪魔板上に傾斜させたガイドベーンを設けた循環タンクの斜視図である。
【図１２】  従来技術による湿式脱硫装置の概略断面図である。
【図１３】  従来技術による循環タンクに設けた酸化空気供給管から供給される空気気泡の軌跡を表した図である。
【図１４】  従来技術による循環タンク液面に落下した吸収液の流線を示した図である。
【図１５】  従来技術による循環タンク液面に落下した吸収液の液流れを示した図である。
【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                  ８  空気供給管
９  ミストエリミネータ      １０  吸収液抜出し管
１１  循環配管              １２  スプレヘッダー
１３  スプレノズル          １４  吸込み配管
１５  空気                  １６  泡沫層
１７  邪魔板                １８  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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