(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型槽下部に収容される吸収液層の上方に槽を横断するように配置されて、排ガスを受け入れる排ガス入口室と、上端が排ガス入口室に連通し、下端が吸収液に浸漬するように縦方向に延在し、かつ吸収液中に排ガスを流出させる排ガス流出孔を下端に備えた排ガス分散管と、吸収剤を供給する供給口と、吸収液を攪拌する攪拌機と、排ガス中の有害酸性成分を酸化するための酸素を供給する空気ノズルと、吸収液のＰＨを測定するＰＨメータとを槽内に備え、排ガス入口室及び排ガス分散管を介して排ガスを吸収液内に導入して気液接触させ、排ガス中の有害酸性成分を吸収液によって接触、除去するようにしたジェットバブリング反応槽において、
ＰＨメータの検出端が、排ガス分散管の排ガス流出孔の高さレベルより３〜１００ｃｍ下方に設置され、
攪拌機の攪拌翼と空気ノズルと吸収剤を供給する供給口とが吸収液層の下部に設置され、
吸収剤を供給する供給口が、攪拌機と空気ノズルの双方のうちの高い方から１０〜３００ｃｍ高い位置に配置され、
吸収剤を供給する供給口が、攪拌機の攪拌翼の上方に位置していることを特徴とするジェットバブリング反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ジェットバブリング反応槽に関し、更に詳細にはフロス層及びその近傍領域の吸収液のＰＨを設定値に速やかに安定させるように改良されたジェットバブリング反応槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガスから亜硫酸ガス、ダスト等の環境汚染物質を除去するために、湿式排煙脱硫法が多用されている。湿式排煙脱硫法とは、排ガスと吸収剤スラリとを気液接触反応させ、亜硫酸ガスを硫酸塩として固定化、除去する方法である。使用される吸収剤スラリは、亜硫酸ガスを硫酸塩として固定する吸収剤、例えば石灰石を水に溶解及び／又は懸濁させたスラリ状水溶液（以下、吸収液と言う）である。
なかでも、排ガスと、槽内に収容した吸収液とを気液接触させて、排ガス中の環境汚染物質を除去する排ガス処理槽として、ジェットバブリング反応槽を使用した湿式排煙脱硫装置は、環境汚染物質の除去率が高くかつ経済的にも優れた装置として広く採用されている。
【０００３】
排ガス中の亜硫酸ガスを除去する場合を例にして、湿式排煙脱硫装置に使用されている従来のジェットバブリング反応槽の構成を以下に説明する。
ジェットバブリング反応槽は、典型的には例えば特公昭５５−３７２９５号公報の第１図及び特公平３−７０５３２号公報の第１図に示すように、亜硫酸ガス等の環境汚染物質を固定する吸収液を槽内下部に収容し、亜硫酸ガスを含む排ガスを吸収液中に分散導入してジェットバブリング層を形成しつつ吸収剤と反応させて亜硫酸ガスを硫酸塩として固定する気液接触式の反応槽である。
【０００４】
更に、吸収剤として石灰石を使用し、排ガス中の亜硫酸ガスを除去するジェットバブリング反応槽（以下、簡単に反応槽と略称する）１０を図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、反応槽１０は、上から順に排ガス出口室１２と、槽体を横断するように設けられた排ガス入口室１４と、吸収液を収容する下部空間とに区画されている。排ガス出口室１２と排ガス入口室１４とは、槽体を横断して水平に伸びる第１隔板１６によって仕切られ、排ガス入口室１４と下部空間とは、第１隔板１６に平行に伸びる第２隔板１８によって仕切られている。第２隔板１８は、吸収液２０の液面より上方に位置し、その間に排ガス流出用の空間部２２を形成している。
排ガス出口室１２は出口ダクト２４に接続し、その下の排ガス入口室１４は入口ダクト２６に接続している。また、処理排ガスを空間部２２から排ガス出口室１２に流入させるガスライザとして、複数本のパイプ状の連通管２８（図３では、簡単に１本のみ図示）が排ガス入口室１４を貫通して、空間部２２と排ガス出口室１２とを連通させている。
【０００５】
排ガス分散管３０は、上端部で排ガス入口室１４に連通し、下端部で吸収液２０に浸漬するように排ガス入口室１４の第２隔板１８から下方に下降している。その下端部には多数の小さな開口が設けてあり、排ガスはそれら開口から吸収液２０中に分散して、フロス層（ジェットバブリング層）Ａを形成する。フロス層層Ａは、排ガスの気泡と吸収液とからなる気液相連続の気液接触層である。
反応槽１０の下部は、吸収液２０を収容するようになっており、槽下部には吸収液、石灰石スラリを攪拌するための攪拌機３２と、亜硫酸ガスの石膏固定化に必要な酸素を供給するための酸素含有ガス、例えば空気を噴出する噴出ノズルを備えた空気供給管３４とが設けられている。
攪拌機３２は、その回転軸３６が槽上の駆動装置３８から連通管２８の一本を経由して下方に延びている。
図３中、４０は吸収剤供給管、４２は反応により生じた石膏スラリの排出管である。
【０００６】
以下に、反応槽１０の運転を説明する。図３において、反応槽１０の下部には、亜硫酸ガスと反応して、石膏に固定化する石灰石粉末を水に溶解及び／又は懸濁させたスラリが吸収液として収容されている。
排ガスは、入口ダクト２６から排ガス入口室１４を経由して排ガス分散管３０の開口より吸収液の液面下に導入され、ジェット状に噴出してバブリングしながら上昇する。これにより、所謂フロス層Ａが吸収液上に生成される。亜硫酸ガスは、水、酸素、石灰石と反応して、次のように石膏となる。生じた石膏は、結晶として吸収液中に析出し、吸収液は多量の石膏粒子を浮遊させるスラリとなる。
ＳＯ2 （ガス）＋Ｈ2 Ｏ  →  Ｈ2 ＳＯ3                     （吸収）
Ｈ2 ＳＯ3 ＋１／２Ｏ2   →  Ｈ2 ＳＯ4                     （酸化）
Ｈ2 ＳＯ4 ＋ＣａＣＯ3   →  ＣａＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ↑  （中和）
ＣａＳＯ4 ＋２Ｈ2 Ｏ    →  ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2 Ｏ      ↓  （晶析）
【０００７】
亜硫酸ガスを除去された排ガスは、連通管２８及び排ガス出口室１２を経て出口ダクト２４により系外に排出される。
一方、晶析した石膏を濃厚に含有するスラリは、排出管４２より排出される。また、排出管４２より抜き出されたスラリに見合う量の石灰石スラリが吸収剤供給管４０より連続的に反応槽１０に補給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導入される排ガス中の亜硫酸ガス濃度は、必ずしも一定ではなく、排ガスを発生する火力発電所或いはボイラの運転条件の変動に応じてしばしば変動する。排ガス中の亜硫酸ガス濃度が高くなった場合に、脱硫率を高くしないと、処理排ガス中の亜硫酸ガス濃度が所定値より高い値になり、環境問題を引き起こすことになる。
そこで、排ガス中の亜硫酸ガス濃度の上昇に合わせて、脱硫率を上げる必要があり、脱硫率を上げるためには、石灰石スラリの供給を多くして、吸収液のＰＨを大きくする必要がある。
【０００９】
従って、導入排ガス中の亜硫酸ガス濃度の変動にもかかわらず処理排ガス中の亜硫酸ガス濃度を所定値に維持するためには、排ガス中の亜硫酸ガス濃度の変動に合わせて吸収液のＰＨを所定の設定値に素早く調整することが必要であり、かつ吸収液のＰＨの測定値の正確さが重要になる。
また、導入排ガスの流量、亜硫酸ガス濃度の変化により、導入亜硫酸ガスの量が変動する場合にも、石灰石供給量の過不足が生じ、吸収液のＰＨが設定値から変動する。これを元の設定値に素早く収斂させなければ、処理排ガスの亜硫酸ガス濃度を所定値に維持することができない。
吸収液のＰＨは、従来、吸収液層の下部、具体的には生成物スラリの排出管内で測定されている。供給される吸収液の吸収剤濃度、例えば石灰石スラリであればＣａ濃度は、ほぼ一定であるから、吸収液のＰＨは、吸収液の供給流量を変化させることにより調整される。そこで、ＰＨの設定値と吸収液の供給流量との関係を示すプログラムが作成されおり、ＰＨを調整する場合、そのプログラムに従ってＰＨが設定値になるように吸収液の供給流量が調節される。
【００１０】
しかし、従来の反応槽では、ＰＨの設定値を変更した場合、実際のＰＨ測定値が設定したＰＨ値に収斂するのに長時間を要し、その間脱硫率が変動すると言う問題があった。例えば、図２の点線グラフは、従来の反応槽でＰＨの設定値を４から４．５に変えた場合のＰＨ測定値と経過時間とを示すグラフであり、ＰＨの測定値が変動して設定値に収斂させるのに６０分以上必要とすることを示している。
その間、ＰＨが変動しているため、ジェットバブリング反応槽で処理された排ガスの脱硫率が必要以上に高くなったり、或いは低くなったりして変動すると言う問題があった。
【００１１】
よって、本発明の目的は、吸収液のＰＨが設定値に収斂し易いような構造を備えたジェットバブリング反応槽を提供することである。
【００１２】
本発明者は、運転中の商業規模のジェットバブリング反応槽からデータを収集、分析した結果、吸収液のＰＨは、図４に示すように、反応槽内の吸収液層の上部と下部ではＰＨが大きく異なることを見い出した。更に言えば、フロス層では、亜硫酸ガスを吸収するためにＰＨが小さく、一方、フロス層下の吸収液層では、亜硫酸ガスを吸収しないために、フロス層から下方に離れるに従い、ＰＨが大きくなる。図４で、グラフ１はＰＨが比較的小さい場合を示し、グラフ２はＰＨが比較的大きい場合を示している。
そこで、上述したジェットバブリング反応槽の反応機構上、フロス層のＰＨが最も重要であるから、フロス層のＰＨ測定を試みた。しかし、大量の排ガスがジェットバブリングしているために、市販の工業用ＰＨメータ、更にはジェットバブリング作用による影響を緩和するプロテクタを取り付けたＰＨメータを使用しても測定値が安定せず、良好な精度の測定値を得ることができなかった。その結果、ＰＨメータを使用してフロス層のＰＨを直接連続的に測定するやり方を商業運転を目的とする反応槽に適用するのは技術的に困難であることが判った。
【００１３】
一方、フロス層のＰＨを速やかに安定させるために、吸収液の供給位置についても研究した。そこで、先ず、フロス層に吸収剤（石灰石スラリ）を注入することにより、ＰＨを均一化することを試みた。しかし、フロス層では、大量の排ガスによるジェットバブリング作用により上下方向に激しい攪拌が行われているので、吸収剤の移動速度は上下方向には速いが、水平方向には比較的遅い。そのために、局部的にＰＨが上昇し、排ガス分散管にスケールが付着すると言う問題があった。
更に、研究を進めたところ、吸収液層下部に石灰石スラリを供給し、攪拌機と空気ノズルの攪拌作用により石灰石スラリをフロス層に供給するやり方の方が吸収剤をフロス層に均一に補給できることが判った。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の知見に基づき、本発明に係るジェットバブリング反応槽は、竪型槽下部に収容される吸収液層の上方に槽を横断するように配置されて、排ガスを受け入れる排ガス入口室と、上端が排ガス入口室に連通し、下端が吸収液に浸漬するように縦方向に延在し、かつ吸収液中に排ガスを流出させる排ガス流出孔を下端に備えた排ガス分散管と、吸収剤を供給する供給口と、吸収液を攪拌する攪拌機と、排ガス中の有害酸性成分を酸化するための酸素を供給する空気ノズルと、吸収液のＰＨを測定するＰＨメータとを槽内に備え、排ガス入口室及び排ガス分散管を介して排ガスを吸収液内に導入して気液接触させ、排ガス中の有害酸性成分を吸収液によって接触、除去するようにしたジェットバブリング反応槽において、
ＰＨメータの検出端が、排ガス分散管の排ガス流出孔の高さレベルより３〜１００ｃｍ下方に設置され、
攪拌機の攪拌翼と空気ノズルと吸収剤を供給する供給口とが吸収液層の下部に設置され、
吸収剤を供給する供給口が、攪拌機と空気ノズルの双方のうちの高い方から１０〜３００ｃｍ高い位置に配置され、
吸収剤を供給する供給口が、攪拌機の攪拌翼の上方に位置していることを特徴としている。
【００１５】
本発明で使用するＰＨメータは、市販のもので良いが、ジェットバブリング作用の影響を小さくするために排ガス流出孔より下方に離れた位置に配置される。その距離は、ジェットバブリング作用の強度、即ち排ガス分散管の開口形状、排ガス流出速度等により異なるが、好ましくは３〜１００cmである。吸収剤を供給する供給口は、攪拌機と空気ノズルの攪拌作用を利用するために攪拌機の攪拌翼と空気ノズルの双方より高い位置に配置される。攪拌翼又は空気ノズルのうちの高い方から供給口までの距離は、好ましくは、１０〜３００cmである。攪拌機の攪拌翼の形式は、特に限定はなく羽根（パドル）式でもプロペラ式でも良い。
【００１６】
【作用】
本発明では、吸収液を吸収液下部に供給し、攪拌機及び空気ノズルの攪拌作用を利用することにより、吸収液を上方に移動させ、均一な分布でフロス層に供給することができる。一方、フロス層に極く近接した吸収液層上部でＰＨを測定することにより、排ガス中の有害酸性成分の除去反応に最も重要なフロス層への供給吸収液のＰＨを測定できる。また、ＰＨメータの検出端は、排ガス分散管の排ガス流出孔より僅か下方に設置されているので、フロス層のジェットバブリング作用を直接受けることなく、フロス層近傍の吸収液のＰＨを正確に測定することができる。
以上の構成により、後述の図２に示すように、従来のジェットバブリング反応槽に比べて、ＰＨの設定値を変更した後、ＰＨが定常状態になるまでの経過時間を大幅に短縮することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明に係るジェットバブリング反応槽（以下、簡単に反応槽と言う）の実施例の要部構成を示す模式的断面図である。尚、特にここで説明しない部品、部位は、図３に示した従来の反応槽１０に設けられたものと同じである。
【００１８】
本実施例の反応槽５０では、図１に示すように、羽根式攪拌機５２と、攪拌機５２による攪拌効果を向上させるための邪魔板５４と、空気供給管３４の空気ノズル５６が槽下部に設置されている。
石膏の析出による閉塞を考慮して、空気供給管３４は、槽の側壁上部から挿入されて下降するように設けられ、ノズル径が例えば内径５ｃｍの空気ノズル５６が、スポーク状に複数個（図１では簡単に２個のみ図示）下向きに空気を噴出させるように空気供給管３４の下端に配置されている。尚、図１では１本の空気供給管３４のみ図示されているが、複数本の空気供給管３４を槽側壁から全周にわたり等間隔で挿入しても良い。
石灰石スラリを供給する吸収剤供給管４０は、反応槽５０内に下方に斜行して内部に挿入され、先端に設けられた供給口５８は、攪拌機５２の羽根６０及び空気ノズル５６より上方に、例えば５０ｃｍ上方に位置している。尚、図１では１本の吸収剤供給管４０のみ図示されているが、複数本の吸収剤供給管４０を槽側壁から全周にわたり等間隔で挿入しても良い。
またＰＨメータの検出端６２は、排ガス分散管３０の排ガス流出孔５１より僅かに、例えば３０ｃｍ（図１ではＬで表示）下方に設置されている。ＰＨメータは、市販のメータであって、その検出端は筒状のプロテクタで保護されている。
【００１９】
図２は、図１に示す反応槽５０のフロス層下近傍における吸収液のＰＨの設定値を４から４．５に変えた場合に、設定値に収斂して行く経過を示すグラフで横軸に時間を縦軸にＰＨメータによるＰＨ測定値を示している。実線のグラフは、反応槽５０におけるＰＨの時間的経過であり、点線のグラフは従来の反応槽１０におけるＰＨの時間的経過を示す。
本実施例では、図２に示すように、従来吸収液層下部で測定した場合には問題となった吸収液のＰＨ制御の遅れが大幅に改善され、ＰＨの設定値を４から４．５に変化させた場合、従来の反応槽１０では６０分以上要した時間が本実施例の反応槽５０では２０分に短縮することができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、ジェットバブリング反応槽において、排ガス分散管の排ガス流出孔の高さレベルより３〜１００ｃｍ下方にＰＨメータの検出端を設置し、攪拌機の攪拌翼と酸化用空気ノズルと吸収剤を供給する供給口とを吸収液層の下部に設置し、攪拌機と酸化用空気ノズルの双方のうちの高い方から１０〜３００ｃｍ高い位置に吸収剤を供給する供給口を配置し、吸収剤を供給する供給口を攪拌機の攪拌翼の上方に位置させることにより、従来のジェットバブリング反応槽に比べて、ＰＨの設定値を変更した後、ＰＨが定常状態になるまでの経過時間を大幅に短縮することができる。
よって、本発明に係るジェットバブリング反応槽を採用すれば、導入排ガスの亜硫酸ガス濃度の変動に合わせてＰＨを容易に調整できる、即ち脱硫率を容易に調整できるので、処理排ガスの亜硫酸ガス濃度を所定の値に維持することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るジェットバブリング反応槽の実施例の要部構成の模式的断面図である。
【図２】従来のジェットバブリング反応槽と本発明に係るジェットバブリング反応槽に関し、吸収液のＰＨを４から４．５に設定値を変更し、定常状態になるまでの時間を比較したもので、実線は本発明に係るジェットバブリング反応槽による場合のグラフ、破線は従来のジェットバブリング反応槽による場合のグラフである。
【図３】従来のジェットバブリング反応槽の模式的断面図である。
【図４】ジェットバブリング反応槽の吸収液層内のＰＨの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  従来のジェットバブリング反応槽
１２  排ガス出口室
１４  排ガス入口室
１６  第１隔板
１８  第２隔板
２０  吸収液
２２  空間部
２４  出口ダクト
２６  入口ダクト
２８  連通管
３０  排ガス分散管
３２  攪拌機
３４  空気供給管
３６  回転軸
３８  駆動装置
４０  吸収剤供給管
４２  排出管
５０  本発明に係るジェットバブリング反応槽の実施例
５２  羽根式攪拌機
５４  邪魔板
５６  空気ノズル
５８  供給口
６０  羽根
６２  ＰＨメータの検出端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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