JPH0731839A - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴霧した液滴ができるだけ長く脱硫塔内に存
在するようにし、噴霧した液滴が有効に脱硫反応に寄与
する構成を備えた脱硫装置の提供。 【構成】 吸収液を脱硫塔内に噴霧するスプレーノズル
4を脱硫塔本体1の壁面に設置した側壁スプレーヘッド14
〜16と天井スプレーヘッド17の先端に設け、前記各壁面
毎または各壁面の部分毎にそれぞれスプレーノズル4の
噴霧吸収液量の調整手段を設け、脱硫塔内に内装物を設
けない構造とする。脱硫塔内にスプレー配管や配管のサ
ポートなどが無い構造なので、噴霧した液滴がこれらの
内装物に衝突し、ＳＯ₂ガスとの吸収反応が停止するこ
となく、噴霧液滴が有効に脱硫反応に寄与できるように
なる。脱硫塔内でガスの偏流あるいはショートパスが生
じるのを防ぐために、塔内に偏流防止板を設置するかあ
るいは入口側側壁スプレーヘッド14からの噴霧吸収液量
を他のスプレーヘッド15〜17のそれより上げればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湿式排煙脱硫装置に関
し、特にスプレーノズルから噴霧した液滴により排ガス
中の硫黄酸化物を除去する際の該ノズルの配置構造を考
慮した高性能な湿式排煙脱硫装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所などにおいて、化石燃料の燃
焼に伴って発生する排煙中の硫黄酸化物、中でも特に二
酸化硫黄（ＳＯ₂）は、大気汚染・酸性雨などの地球的
環境問題の主原因の一つである。このため、排煙中から
ＳＯ₂を除去する排煙脱硫法の研究および脱硫装置の開
発は極めて重要な課題となっている。上記脱硫法として
は、最近低コストでシステムが簡単な簡易型の乾式脱硫
装置の開発が進められているが、脱硫率がせいぜい７０
〜８０％と低いこともあり、未だ湿式排煙脱硫法が主流
を占めている。この湿式排煙脱硫法には、吸収剤にソー
ダ化合物を用いるソーダ法、カルシウム化合物を用いる
カルシウム法およびマグネシウム化合物を用いるマグネ
シウム法などがある。このうち、ソーダ法は吸収剤とＳ
Ｏ₂との反応性に優れている反面、使用するソーダ類が
非常に高価である。このため、発電用の大型ボイラなど
の排煙脱硫装置には、比較的安価な炭酸カルシウムなど
のカルシウム化合物を用いる方法が最も多く採用されて
いる。

【０００３】このカルシウム化合物を吸収液として用い
る脱硫システムは、気液接触方法の違いによりスプレー
方式、濡れ壁方式およびバブリング方式の３種類に大別
される。各方式ともそれぞれ特徴を有しているが、実績
が多く信頼性の高いスプレー方式が世界的にも多く採用
されている。このスプレー方式の脱硫システムとして
は、従来から排ガスの冷却・除塵を行う冷却塔、吸収液
を噴霧して排ガス中のＳＯ₂と反応させる吸収塔、吸収
塔で生成した亜硫酸カルシウムを酸化する酸化塔の三塔
で構成されていた。しかし、近年になって吸収塔に冷却
・酸化の機能を持たせた一塔型脱硫塔の開発が進み、最
近では一塔型脱硫システムがスプレー方式の主流になり
つつある。

【０００４】図５に従来技術のスプレー方式による一塔
型脱硫装置の一例を示す。一塔型の脱硫塔は、主に脱硫
塔本体２１、入口ダクト２２、出口ダクト２３、スプレ
ーノズル２４、吸収液の循環ポンプ２５、酸化タンク２
６、撹拌機２７、空気吹込み管２８、デミスタ２９など
から構成される。スプレーノズル２４は水平方向に複数
個、さらに高さ方向に複数段設置されており、通常各段
ごとに１台ずつ循環ポンプ２５が設置される。スプレー
ノズル２４の段数としては、一般に４〜１０段程度設置
されることとが多いが、本図では簡略化のため４段で示
している。また、撹拌機２７および空気吹込み管２８は
脱硫塔下部の吸収液が滞留する酸化タンク２６に設置さ
れ、デミスタ２９は吸収塔内最上部あるいは出口ダクト
２３内に設置される。

【０００５】図示していないボイラから排出される排ガ
スは、入口ダクト２２より脱硫塔本体２１に導入され、
最終的には出口ダクト２３より排出される。この間、脱
硫塔には循環ポンプ２５から送られる炭酸カルシウムを
含んだ吸収液が、脱硫塔内に配置されたスプレー配管３
０に取り付けられた複数のスプレーノズル２４から噴霧
され、吸収液と排ガスの気液接触が行われる。このとき
吸収液は排ガス中のＳＯ₂を選択的に吸収し、重亜硫酸
カルシウム（Ｃａ（ＨＳＯ₃）₂）を生成する。吸収剤で
ある微粒の炭酸カルシウム（石灰石）は石灰石供給管３
３により酸化タンク２６内に供給される。重亜硫酸カル
シウムを生成した吸収液は酸化タンク２６に留まり、撹
拌機２７によって撹拌されながら、空気吹込み管２８か
ら供給される空気により吸収液中の重亜硫酸カルシウム
が酸化され石膏（ＣａＳＯ₄）を生成する。炭酸カルシ
ウム（ＣａＣＯ₃）および石膏が共存する酸化タンク２
６内の吸収液の一部は、循環ポンプ２５によって再びス
プレーノズル２４に送られ、一部は吸収液抜出し管３４
より廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレ
ーノズル２４から噴霧され微粒化された吸収液の中で、
液滴径の小さいものは排ガスに同伴されるが、脱硫塔上
部に設けられたデミスタ２９によって回収される。この
時の脱硫反応および酸化タンク２６内での反応は以下の
ように示される。

【０００６】 （スプレー部） ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₃ （１） ＣａＣＯ₃＋２Ｈ₂ＳＯ₃→Ｃａ（ＨＳＯ₃）₂＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ （２） Ｃａ（ＨＳＯ₃）₂＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ＳＯ₄ (一部分) （３） （酸化タンク） Ｃａ（ＨＳＯ₃）₂＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂ＳＯ₄ （３） ＣａＣＯ₃＋Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ （４） また、酸化タンク２６で生成した石膏をスラリ廃液とし
て吸収液抜出し管３４から排出し、石膏回収装置３５で
石膏を回収する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に記載し
た通常のスプレー型脱硫装置では、脱硫塔の設置面積を
できるだけ小さくするために、脱硫塔を高くしスプレー
ノズル２４の段数を複数段にすることにより吸収に必要
な噴霧液量の確保をしている。すなわち、スプレーノズ
ル２４から噴霧する液量は脱硫性能の面から決まるの
で、脱硫性能を増加させるには噴霧液量を多くする必要
がある。噴霧された液滴は脱硫塔内でガス中のＳＯ₂を
吸収しながら飛行し、側壁、塔内の循環液配管あるいは
酸化タンク２６の液面に到達して気液接触によるＳＯ₂
の吸収反応を終える。噴霧された液滴径は通常数ｍｍφ
以下であり、単位容積当たりの液滴の反応表面積をでき
るだけ大きくするには、液滴の飛行時間が長い方がＳＯ
₂ガスを多くするので脱硫性能は高くなる。しかし、前
述したようにスプレーノズル２４の段数を複数段にする
と、脱硫塔内にスプレー配管３０や図示していないスプ
レー配管３０のサポートなどが存在するので、噴霧した
液滴がこれらの内装物と衝突しＳＯ₂ガスとの吸収反応
がほとんど停止する。そのため脱硫性能を高めようとす
ると、かなり余計に循環液量の噴霧をする必要がある。
本発明の目的は噴霧した液滴ができるだけ長く脱硫塔内
に存在するようにし、噴霧した液滴が有効に脱硫反応に
寄与する構成を備えた湿式排煙脱硫装置を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、次
の構成によって達成される。すなわち、ボイラなどの燃
焼装置から排出される排ガスを脱硫塔内で噴霧吸収液と
接触させ、排ガス接触後の吸収液を吸収塔下部のタンク
から吸収塔内に再循環させることにより、排ガス中の硫
黄酸化物を処理する湿式排煙脱硫装置において、吸収液
を脱硫塔内に噴霧するスプレーノズルを脱硫塔本体の壁
面に設置し、脱硫塔内に内装物を設けない湿式排煙脱硫
装置である。

【０００９】本発明の吸収液を脱硫塔内に噴霧するスプ
レーノズルは脱硫塔の側面部壁面と天井壁面とに設け、
前記各壁面毎にそれぞれのスプレーノズルの噴霧吸収液
量の調整手段を設けることができる。また、脱硫塔の壁
面に噴霧吸収液の偏流防止部材を配置する構成を採用す
ることもできる。本発明は、前記吸収塔下部のタンクは
例えば酸化タンクであるが、該酸化タンクには空気吹込
み管を備えた構成からなる一塔式の湿式排煙脱硫装置に
適したものである。しかし、本発明は一塔式の湿式排煙
脱硫装置に限らず、脱硫塔の後流側に酸化塔を設ける二
塔式の湿式排煙脱硫装置の場合にも適用できる。

【００１０】

【作用】従来法では、脱硫塔の設置面積をできるだけ小
さくするために、脱硫塔を高くしスプレーノズルの段数
を複数段にすることにより吸収剤であるスラリ状の吸収
液を噴霧していた。これに対して本発明を利用すれば、
脱硫塔内にスプレー配管や配管のサポートなどが無い構
造なので、噴霧した液滴がこれらの内装物に衝突し、Ｓ
Ｏ₂ガスとの吸収反応が停止することなく、噴霧した液
滴が長く脱硫塔内に存在することになり、噴霧液滴が有
効に脱硫反応に寄与できるようになる。

【００１１】また、スプレーノズルを脱硫塔の側面部壁
面と天井壁面に設けることで、脱硫塔内部壁面を有効に
利用することができる。また、脱硫塔に導入される排ガ
スの種類、流量または含まれる硫黄酸化物の濃度等に応
じて、各側壁、天井に別々に配置された各スプレーノズ
ル群ごとにスプレーする吸収液量を変化させること、あ
るいはある特定の側面部の壁面の部分毎にまたは天井壁
面の部分毎に吸収液噴霧量を変化させることが可能とな
る。

【００１２】また、脱硫塔内でガスの偏流あるいはショ
ートパスが生じて脱硫性能が低下する場合では、塔内に
偏流防止板を設置するかあるいは入口側側壁ノズルの液
量を上げればよい。塔内に偏流防止板を設置するとガス
のショートパスは完全に防止できる。偏流防止板を設置
しない場合には、入口側側壁ノズルの流量を他の壁面に
設けられたスプレーノズル流量より上げれば噴霧液滴に
よる液膜が形成され、ガスの流動抵抗となるので、ショ
ートパスは無くなりガス偏流は防止できる。

【００１３】こうして、本発明によれば、脱硫塔内に噴
霧した吸収液滴をできるだけ長く塔内に存在させること
ができ、結果として噴霧吸収液滴が有効に脱硫反応に寄
与でき、脱硫性能は飛躍的に向上することになる。ま
た、噴霧された液滴は有効に脱硫反応に寄与できるの
で、同一の脱硫性能を得ようとすれば、噴霧液量の低減
もできる。また、従来技術においては脱硫塔内にスプレ
ー配管や配管のサポートなどを設置する場合、吸収液は
強い酸性であるので腐食を防止するために、これらの部
材はステンレスなどの高級材料で作製していたが、本発
明を用いると配管類が脱硫塔の外に設置されるのでこの
ような高級材料を用いる必要はなくなる。

【００１４】

【実施例】本発明は、下記の実施例によってさらに詳細
に説明されるが、下記の例で制限されるものではない。
本発明の一実施例の湿式排煙脱硫装置の脱硫塔の概略図
を図１に示す。図１（ａ）は脱硫塔の概略側断面図であ
り、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線から下方を視
た概略図である。図１において、箱形状の脱硫塔本体１
の一側壁の塔上部に入口ダクト２、中央部下部に出口ダ
クト３がそれぞれ設けられ、四方の各側壁にスプレーノ
ズル４が配置されている。脱硫塔本体１の下部には吸収
液を収納した酸化タンク６が設けられ、該タンク６の側
壁には撹拌機７、空気吹込み管８、吸収液抜出し管１
０、複数の循環液配管１１、石灰石供給管１３が設けら
れている。各循環液配管１１には循環ポンプ５がそれぞ
れ設けられ、酸化タンク６内の吸収液をスプレーノズル
４に供給する。各側壁のスプレーノズル４には入口側側
壁スプレーヘッド１４、その反対側側壁スプレーヘッド
１５（以上、図１（ａ））および入口側側壁の両隣の側
壁にある側壁スプレーヘッド１６（図１（ｂ））から吸
収液が供給される。また、天井壁のスプレーノズル４に
は天井スプレーヘッド１７が設けられる。

【００１５】以上の構成部材を備えた図１の脱硫塔にお
いて、ＳＯ₂を含む燃焼排ガスは脱硫塔本体１の塔上部
の入口ダクト２から該本体１内部に入る。脱硫塔では循
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
が側壁と天井に設けられた複数のスプレーノズル４から
噴霧される。ここで噴霧された吸収液と排ガスの気液接
触により、ＳＯ₂ガスが吸収されて酸化タンク６に落下
する。一方、吸収剤である微粒の炭酸カルシウム（石灰
石）は石灰石供給管１３により酸化タンク６内に供給さ
れる。重亜硫酸カルシウムを生成した吸収液は酸化タン
ク６に溜まり、撹拌機７によって撹拌されながら、空気
吹込み管８から供給される空気により吸収液中の重亜硫
酸カルシウムが酸化され石膏（ＣａＳＯ₄）を生成す
る。炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）および石膏が共存す
る酸化タンク６内の吸収液の一部は、循環ポンプ５によ
って再びスプレーノズル４に送られ、酸化タンク６内の
吸収液の一部は吸収液抜出し管１０より石膏回収装置１
２へと送られる。また、スプレーノズル４から噴霧され
微粒化された吸収液の中で、液滴径の小さいものは排ガ
スに同伴されるが、脱硫塔の出口ダクト３に設けられた
デミスタ９によって回収される。これらの反応式は前述
の（１）式〜（４）式に示した通りである。

【００１６】スプレーノズル４から噴霧する液量は脱硫
性能の面から決まるので、脱硫性能を増加させるには噴
霧液量を多くする必要がある。噴霧された液滴は脱硫塔
内でガス中のＳＯ₂を吸収しながら飛行し、側壁、塔内
のスプレー配管あるいは酸化タンク６の液面に到達して
気液接触によるＳＯ₂の吸収反応を終える。噴霧された
液滴径は通常の実機では数ｍｍφ以下であり、単位容積
当たりの液滴の反応表面積をできるだけ大きくするため
には、液滴の飛行時間が長い方がＳＯ₂ガスを多く吸収
するので脱硫性能は高くなる。本実施例の脱硫塔は、従
来法の図５に示す脱硫塔内のスプレー配管３０やスプレ
ー配管３０のサポート（図示せず）などが、無い構造な
ので噴霧した液滴がこれらの内装物に衝突し、ＳＯ₂ガ
スとの吸収反応が停止するおそれはなくなる。したがっ
て、本実施例により噴霧された液滴は有効に脱硫反応に
寄与できるので、前記従来法と同一の脱硫性能を得よう
とすれば、噴霧液量の低減が可能となる。

【００１７】また、本実施例の脱硫塔においては、各側
壁、天井に配置された前記各スプレーヘッド１４〜１７
群ごとに循環ポンプ５を設置しているので、排ガスの種
類、流量またはＳＯ₂含有量等に応じて特定の側壁また
は天井部分での噴霧吸収液量を変化させることが可能と
なる。なお、図１には脱硫塔本体１の横断面形状が角型
のケースを示しているが、丸型の場合でも適用できる。

【００１８】図２には脱硫塔内の入口側壁の入口ダクト
２と出口ダクト３の間に偏流防止板１８を設置した場合
を示す。図２において、図１に示す脱硫塔の構成部材と
同一機能を持つ部材は同一番号を付した。脱硫塔内でガ
スの偏流あるいはショートパスが生じて脱硫性能が低下
する場合には、脱硫塔内に偏流防止板１８を設置するか
あるいは入口側側壁スプレーヘッド１４の噴霧吸収液量
を上げれば良い。塔内に偏流防止板１８を設置するとガ
スのショートパスは完全に防止できる。また、偏流防止
板１８を設置しない図１の場合には、入口側側壁スプレ
ーヘッド１４の噴霧吸収液量を上げれば噴霧液滴による
液膜が形成されガスの流動抵抗となるので、偏流防止板
１８を設置した場合と同じ効果によりショートパスは無
くなりガス偏流は防止できる。

【００１９】また、脱硫塔内にスプレ配管や配管のサポ
ートなどを設置する場合、スラリ液は強い酸性であるの
で腐食を防止するために、前記配管にはステンレスなど
の高級材料を使用していたが、本発明を用いると循環液
配管１１等が脱硫塔の外に設置されるのでこのような高
級材料を用いる必要はなくなる。以上述べたように本発
明の実施例により、前記従来法と同一の脱硫性能を得よ
うとすれば噴霧液量の低減ができるので、運転コストの
低減が可能となる。また、脱硫塔内に内装物がないの
で、装置製作面でのコストも低減できる。

【００２０】図３に示す実施例では、ＳＯ₂を含む燃焼
排ガスを塔下部の入口ダクト２から脱硫塔本体１に入れ
た実施例を示す。図３において、図１に示す脱硫塔の構
成部材と同一機能を持つ部材は同一番号を付した。図３
の場合は、脱硫塔の下部より燃焼排ガスが塔内に供給さ
れるので、塔頂部に設置された天井スプレーヘッド１７
のスプレーノズル４から噴霧される吸収液滴とガスは向
流接触することになり、図１の場合より、さらに脱硫性
能の向上が期待できる。

【００２１】図４には、従来法と本発明の脱硫性能の比
較を示す。燃焼排ガス量：１５，０００Ｎｍ³／ｈのパ
イロット装置を用いて、ＳＯ₂濃度：７５０ｐｐｍ、カ
ルシウム過剰率：２％の条件で、＃３２５パス９５％の
井倉地方産出の石灰石を用いての実験結果を示す。本発
明を用いると全ての液ガス比で本発明の方が脱硫率は高
くなっており、本発明の有効性が示されている。以上述
べたように、本発明の実施例を利用すれば脱硫性能が向
上するので噴霧液量の低減が可能となり、運転コストは
低減できる。また、内装物が脱硫塔内に無く配管類が脱
硫塔の外に設置されるので、ステンレスなどの高級材料
を使用する必要はなくなり、装置製作面でのコストも低
減できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明を利用すれば、運転コストの低減
が可能となると同時に、内装物が塔内にないので配管類
が脱硫塔の外に設置され、ステンレスなどの高級材料を
使用する必要がなくなり、装置製作面でのコストも低減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の湿式排煙脱硫装置の脱硫
塔の概略図である。

【図２】 本発明の一実施例の湿式排煙脱硫装置の脱硫
塔の概略図である。

【図３】 本発明の一実施例の湿式排煙脱硫装置の脱硫
塔の概略図である。

【図４】 本発明の一実施例の湿式排煙脱硫装置の液ガ
ス比と脱硫率の関係を示す図である。

【図５】 従来の湿式排煙脱硫装置の脱硫塔の概略図で
ある。

【符号の説明】

１…脱硫塔本体、２…入口ダクト、３…出口ダクト、４
…スプレーノズル、６…酸化タンク、１１…循環液配
管、１４…入口側側壁スプレーヘッド、１７…天井スプ
レーヘッド、１８…偏流防止板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２５ Ｑ (72)発明者 吉川 博文 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラなどの燃焼装置から排出される排
   ガスを脱硫塔内で噴霧吸収液と接触させ、排ガス接触後
   の吸収液を吸収塔下部のタンクから吸収塔内に再循環さ
   せることにより、排ガス中の硫黄酸化物を処理する湿式
   排煙脱硫装置において、 吸収液を脱硫塔内に噴霧するスプレーノズルを脱硫塔本
   体の壁面に設置し、脱硫塔内に内装物を設けないことを
   特徴とする湿式排煙脱硫装置。
2. 【請求項２】 吸収液を脱硫塔内に噴霧するスプレーノ
   ズルを脱硫塔の側面部壁面と天井壁面とに設け、前記各
   壁面毎または各壁面の部分毎にそれぞれのスプレーノズ
   ルの噴霧吸収液量の調整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。
3. 【請求項３】 脱硫塔の壁面に噴霧吸収液の偏流防止部
   材を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の
   湿式排煙脱硫装置。
4. 【請求項４】 吸収塔下部のタンクは酸化タンクであ
   り、該酸化タンクには空気吹込み管を備えたことを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の湿式排煙脱硫装
   置。