JPH0938447A - 吸収液分散装置と排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸収液を吸収塔内に均等に分散させ、吸収液
滴の濃度分布を一様にすることを可能にし、吸収部の偏
流を抑制し高い脱硫性能を得ることのできる吸収液分散
装置および該吸収液分散装置を備えた排煙脱硫装置を提
供すること。 【解決手段】 複数の噴出管２２から噴出される吸収液
は分散板２３に衝突し、膜状に広がり、また仕切板２４
により噴出吸収液の混合を防ぎ、吸収液の塔内分布が一
様になるようにしている。噴出吸収液はガス流路断面を
均等に覆うことで吸収塔内の排ガスの偏流を極力抑制す
ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ排ガス中の有
害成分を除去する排煙脱硫装置に係わり、特に高ガス流
速条件下に吸収液を均一に分散させ、ガス偏流の影響を
極力抑制する吸収液分散装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球を取り巻く自然環境の悪化が
進み、中でも世界各地に設置される火力発電所から排出
されるＳＯ₂ガスは、その絶対量も多いことから環境に
与える影響も大きいと考えられ、排煙脱硫装置を用いた
ＳＯ₂ガス放出量の低減は環境汚染対策を行うためには
不可欠になっている。

【０００３】現在、排煙脱硫システムとしては、その確
立された技術と高い信頼性により湿式石灰石−石膏法に
よるスプレ式脱硫装置が主流を占めている。しかし、前
記スプレ式脱硫装置の設置には多大なコストを必要とす
るため、発展途上国での普及率は低く、より安価な脱硫
装置を提供することが急がれている。

【０００４】従来技術のスプレ式排煙脱硫装置の一例を
図７に示す。スプレ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、スプレノズル４、吸
収液循環ポンプ５、酸化タンク６、撹拌機７、空気吹き
込み管８、ミストエリミネータ９などから構成される。
スプレノズル４は排ガス流れに対して直交方向に複数
個、さらにガス流れ方向に複数段設置されている。ま
た、撹拌機７および空気吹き込み管８は吸収塔下部の吸
収液が滞留する酸化タンク６に設置され、ミストエリミ
ネータ９は出口ダクト３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、脱硫ファンにより入口ダクト２より吸収塔本体１
に導入され、出口ダクト３より排出される。この間、吸
収塔本体１に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が複数のスプレノズル４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、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
吸収液は酸化タンク６に溜まり、酸化用撹拌機７によっ
て撹拌されながら空気吹き込み管８から供給される空気
中の酸素により吸収液中の亜硫酸カルシウムが酸化され
石膏を生成する。炭酸カルシウム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、吸収液循環ポンプ５
によって再びスプレノズル４に送られ、一部は吸収液抜
き出し管１０より図示していない石膏回収系へと送られ
る。また、スプレノズル４から噴霧され微細化された吸
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、出口ダクト３に設けられたミストエリミネータ９に
よって回収される。

【０００６】従来脱硫装置内では吸収液分散装置として
ホロコーン型のスプレノズル４が利用されているが、図
８に示したように、このタイプのスプレノズル４を用い
ると吸収液噴霧直後の吸収液密度は高く、それ以降徐々
に低くなっていく特性を持つ。このため排ガス１２は液
密度の低いところ、つまり抵抗の低いところを流れよう
とする。通常１段のスプレヘッダには複数個のスプレノ
ズル４（図５参照）が等間隔に設置されているが、スプ
レノズル４の特性から、その断面には液密度の高低の分
布ができると考えられる。この結果、排ガス１２は液密
度の低い部分を流れようとするため、ガスの偏流が生じ
てしまい、この傾向は排ガス１２の流速の高速化が進む
ほど顕著である。これは見かけ上、液ガス比を下げるこ
とになるため脱硫性能低下の原因となる。また、通常吸
収塔内はスプレノズル４を均等に配置するためにスプレ
ヘッダを塔内に挿入しているが、スプレノズル４の１ケ
当りの噴霧液量を均一化するためにスプレヘッダ配管内
の流速を一定にすることが必要であり、その対策とし
て、スプレヘッダ配管を基部から先端に行くにつれて、
徐々に細くする工夫が施されている。

【０００７】図５を用いて説明するとスプレノズル４か
ら吸収液２５は噴霧されるが、スプレヘッダ配管３１と
それより先端側の径の小さい配管３２を流れる吸収液量
を比較すると配管３２内の液量は配管３１のそれより２
個分のスプレノズル４で噴霧された量だけ少なくなる。
配管３１と配管３２の管径が等しいと、配管３２内での
流速は低下してしまい、配管３１と配管３２の双方に設
置されたスプレノズル４から噴霧される吸収液量は、配
管３１に設置されたスプレノズル４からの吸収液量の方
が配管３２のそれより多くなるという現象が生じる。こ
れは配管３２と配管３２より先端側の径の小さい配管３
３の間でも同様のことが言える。このため管内流速を一
定にし、それぞれのスプレノズル４から噴霧される吸収
液量を均一化するためには配管３１から配管３３へ向け
て徐々に管径を細くする必要がある。また管径を細くし
て管内流速を一定することでスプレノズル４または管内
における目詰まりも防止される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スプレヘッダ
の管径を前記したように先端に行くほど細くすること
は、その投影面積を変化させることになり、吸収塔断面
積を部分的に変化させることになる。そのため高ガス流
速条件下では吸収塔内にガス偏流が生じ、該ガス偏流は
脱硫性能に悪影響を及ぼしてしまう。また、図６のよう
にホロコーンタイプのスプレノズル４を用いて吸収塔天
井部から吸収液を噴霧した場合、横からみると、このス
プレノズル４では扇形にしか吸収液を噴霧することがで
きないため、天井部付近（図中に斜線にて示した）には
吸収液滴が存在しない部分が生じ、この部分を排ガスが
吹き抜けてしまい、脱硫性能が大幅に低下してしまう。
すなわち、この方式では吸収塔内に吸収液滴の濃度分布
が存在してしまい、高ガス流速条件とした場合、ガス偏
流による脱硫性能が低下することに関してその配慮が十
分になされていなかった。

【０００９】また、現在、吸収塔はコンパクト化の傾向
にあり、塔径の縮小からスプレ部における塔内速度は従
来と比較して徐々に増加している。このような背景のも
とで従来通り、塔内にスプレヘッダを挿入した形のスプ
レ部を設置すると配管およびスプレノズルによる塔内投
影面積が増加し、圧力損失の大幅な増加を招いてしま
う。また、通常吸収液はガス流に対して直交方向に噴霧
する方式が多く用いられており、塔内流速の増加によっ
て吸収液噴霧による圧力損失も増加するため、図７に示
す従来脱硫装置の吸収液循環ポンプ５の動力低減は図れ
ない。ところで、従来脱硫装置の動力割合の８０％程度
が吸収液循環ポンプ５と図示していないファンによって
占められており、吸収液循環ポンプ５の動力低減は運転
費の大幅な低減に通じる。

【００１０】そこで、本発明の目的は吸収液を吸収塔内
に均等に分散させ、吸収液滴の濃度分布を一様にするこ
とを可能にし、吸収部の偏流を抑制し、高い脱硫性能を
得ることのできる吸収液分散装置および該吸収液分散装
置を備えた排煙脱硫装置を提供することである。

【００１１】また、本発明の目的は吸収液噴霧によるガ
ス流の吸収塔内での圧力損失を抑制しつつ脱硫性能を低
下させないまま、吸収塔循環ポンプ動力を低減すること
のできる吸収液分散装置および該吸収液分散装置を備え
た排煙脱硫装置を提供することである。

【００１２】

【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中の有害成分を除去するため
に排ガス中に吸収液を分散させる装置であって、吸収液
噴出管と該吸収液噴出管出口近傍に設けた吸収液を衝突
させて膜状に広げる分散板とからなることを特徴とする
吸収液分散装置である。

【００１３】本発明の吸収液分散装置において、吸収液
噴出管は吸収液配管から分岐した複数の噴出管からな
り、また、各吸収液噴出管は吸収液配管に設けられた仕
切り板により仕切られた構成とすることができる。ま
た、分散板の鉛直方向断面が水平に対して傾斜するよう
に吸収液配管に取り付けることが望ましい。

【００１４】また、本発明には、ボイラなどの排ガス中
に含まれる硫黄酸化物を除去するために上記吸収液分散
装置を設置した排煙脱硫装置も含まれる。

【００１５】本発明によれば、吸収液噴出管から排出さ
れる吸収液を分散板に衝突させて膜に広げる吸収液分散
装置を用いることで、吸収塔水平部または吸収塔入口ダ
クト部のガス流路断面方向全体を均等に吸収液で覆うこ
とが可能になる。前記ガス流路断面方向全体を均等に覆
うことで吸収液の液密度は一様となるため、ガス偏流は
存在せず速度分布を持たない一様な流れを形成する。一
様な吸収液の膜部を排ガスが通過することによって排ガ
ス中のＳＯ₂は除去される。

【００１６】吸収液を分散される方法としては、吸収液
を供給するポンプなどにより、吸収塔水平部または吸収
塔入口ダクト部まで昇圧された吸収液を配管を用いて上
部から直ちに噴出させ、その直後（下方）に配置した分
散板により吸収液を膜状に形成させる。また、複数の管
から排出される吸収液が混合されないように液の流れ方
向に仕切り板を設け、吸収液の塔内分布が一様になるよ
うにしている。これにより、吸収塔内の排ガスの偏流を
極力抑制することが可能となる。

【００１７】このため従来方式ではホロコーンノズルを
用いて背圧０．８ｋｇ／ｃｍ²で噴霧していたのに対し
て、本発明では吸収液の分散にほとんど背圧を必要とし
ない。膜部は非常に薄く（１ｃｍ以内）形成させるため
スプレ部における圧力損失は非常に少なく、また排ガス
の持つ運動エネルギーによって容易に微細化されるた
め、反応に作用する排ガスと吸収液の気液接触面積は低
下することなく、反応は迅速に促進される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面とともに
説明する。本実施例の吸収液分散装置を用いた排煙脱硫
装置を図３に示す。図７に示した従来の吸収塔を同様に
本実施例の排煙脱硫装置は吸収塔本体１、入口ダクト
２、出口ダクト３、スプレノズル４、循環ポンプ５、酸
化タンク６、撹拌機７、空気吹き込み管８、ミストエリ
ミネータ９などから構成される。しかし、本実施例では
吸収塔上流側のガス流速の速い入口ダクト２の天井部に
仕切板（図示せず）を設けた吸収液分散部１１を設置
し、さらに液分散部用の吸収液循環ポンプ１４を循環ポ
ンプ５とは別に設けている。循環ポンプ１４から送られ
る吸収液は吸収液分散部１１から噴出され、ガス入口ダ
クト２から導入される高流速の排ガスによって微粒化さ
せ、排ガス中のＳＯ₂を吸収させる。

【００１９】続いて吸収液分散部１１の詳細を図１、図
２を用いて説明する。吸収液分散部１１は長手方向が略
水平方向に向いた管２１と該管２１の側面に適宜の間隔
で下方に向けて取り付けられた複数の噴出管２２と該噴
出管２２の出口の下方に間隔をあけて管２１の軸方向に
その長手方向が沿うように設けられた分散板２３および
該分散板２３と管２１を接続し、かつ、複数の噴出管２
２の間を仕切る複数の仕切板２４から成る。分散板２３
の鉛直方向断面は図２に示すように水平に対して傾斜す
るように仕切板２４により支持されている。また、図２
には吸収液分散部１１が吸収塔入口ダクト２の天井部に
設けられた凹部２ａ内に設ける例を示しているが、吸収
液分散部１１は吸収塔入口ダクト２に限らず、吸収塔内
の水平部分に設けることができる。

【００２０】吸収液分散部１１に供給された吸収液は管
２１から複数の噴出管２２に分岐され、鉛直方向下方に
落下する。この過程で分散板２３を斜め方向に設置され
ているので、この分散板２３に吸収液が衝突すると、膜
状に広がりガス流路（ダクト）断面を覆いつくす。さら
に、それぞれの噴出管２２から噴出された吸収液が互い
に干渉しあい、吸収液による濃度分布が生じないように
するため、仕切板２４を設置することで吸収液を均等に
ダクト内に分散させることが可能になる。

【００２１】本装置構造では吸収液を分散するための吸
収液分散部１１を吸収塔内水平部または吸収塔入口ダク
ト２部分に設置することで、塔内に設置する内挿物（ス
プレヘッダ）の配置数を低減できるため、それに伴う建
設費用を大幅に低減するこが可能である。また、吸収液
分散部１１では内挿物がなく、一様に吸収液を分散でき
るため塔内でのガスの偏流の影響が存在せず、ガス流速
分布がほぼ一定であるため、それに伴う脱硫性能の低下
はない。

【００２２】吸収液循環ポンプ５の動力費を低減するた
めには単にスプレ背圧を低減する方法が考えられるが、
この方法では吸収液の噴霧液量が減少してスプレノズル
４の絶対個数が増加してしまうため、その原価およびス
プレノズル４の取り付け用のヘッダ数が増加してしま
い、建設コストの増大につながり、高い液ガス比が要求
される高ＳＯ₂濃度の排ガス処理には好ましくない。し
かし、本実施例では吸収塔水平部または吸収塔入口ダク
ト２の上部から液膜状に吸収液を分散するため、高ＳＯ
₂対応策として循環液量を増加した場合でも、形成され
る液膜数を増加させれば良いだけであるため、それに伴
う設備費の増加はあまりない。

【００２３】また、一般のホロコーンタイプのスプレノ
ズルを用いて吸収液を噴霧させた場合、吸収液は粒径分
布の広い液滴を形成するため、比較的小さい液滴径のも
のはガス流れに同伴されてミストエリミネータ９まで到
達する。吸収液スプレ部のガス流速を速めれば速めるほ
ど、この傾向は顕著であり、高ガス流速化はミストエリ
ミネータ９の負荷の増大を生む。しかし、本実施例の方
式では排ガスの持つ運動エネルギーによって吸収液を微
細化させるため吸収液の液滴径が比較的均一であり、排
ガスによって同伴される液滴ミストも少なく、また同伴
された液滴も比較的大粒径のためミストエリミネータ９
による捕集も容易である。

【００２４】圧力損失についても排ガス中の対向流に吸
収液を噴霧する従来方式と比較して小さく排ガス流速を
増加させた場合でも異常に圧力損失が増加するようなこ
とはない。

【００２５】また、従来のセラミック製ホロコーンタイ
プのスプレノズルを利用しないため吸収液スプレ部自体
の原価および取り付け作業に関わる建設費用も大幅に削
減される。

【００２６】通常のホロコーンノズルを用いてガス流れ
に対して直交方向に吸収液を噴霧した場合、吸収液スプ
レ部における圧力損失は塔内流速と吸収液の循環液量に
相関して増加していくため、液ガス比の関数として整理
できる。液ガス比、塔内流速を一定とする条件で従来技
術と本実施例を比較すると、本実施例の場合の圧力損失
は従来技術のそれの６割程度しか生じない。その一方で
脱硫性能に関してほぼ同等の性能を示しており、非常に
優れた吸収液分散装置であることが確認できた。

【００２７】本発明に他の実施例を図４に示す。図４に
示す実施例はシステム的には図１、２に示した装置と同
様であるが、分散板２３の鉛直方向断面がへ字状になっ
ているので管２１から噴出された吸収液を分散板２３に
より２方向に分散させることができる点が図１、２の実
施例とは異なる。吸収液を２方向に分散させることで、
ガス流れに対して並流方向と向流方向に吸収液を分散で
き、向流方向だけに吸収液を分散させる場合に比べてガ
ス流れの圧力損失が低減される。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、脱硫性能を低下させる
ことなく、排ガス中にスプレする吸収液のポンプ揚程を
下げ、圧力損失の低減が可能であるため、吸収液噴霧用
のポンプおよびファン動力などを低減することが可能で
ある。同時に従来装置のようにホロコーンノズルを使用
しないため、それに関わる設備費および原価の低減が可
能となる。また、吸収液の噴霧液滴が比較的均一である
ためミスト飛散量も少なくミストエリミネータ負荷の低
減にもつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の吸収液分散部の構造図で
ある。

【図２】 図１の吸収液分散部を吸収塔入口ダクト内に
配置した場合の側断面図である。

【図３】 本発明の一実施例の吸収液分散装置を脱硫装
置内に適用した場合の概略図である。

【図４】 本発明の一実施例の吸収液を２方向に分離さ
せる吸収液分散部を吸収塔入口ダクト内に配置した場合
の側断面図である。

【図５】 従来装置の吸収液分散装置としてスプレノズ
ルを用いた場合の斜視図である。

【図６】 スプレノズルを吸収塔入口ダクト天井部に取
り付けた場合の吸収液の噴霧状況を示した図である。

【図７】 従来の吸収塔構造を示した図である。

【図８】 スプレノズルを用いて吸収液を噴霧した場合
のガス流れの様子を示した図である。

【符号の説明】

１ 吸収塔本体 ２ 入口ダクト ３ 出口ダクト ４ スプレノズル ５ 循環ポンプ ６ 酸化タンク ７ 撹拌機 ８ 空気吹き込み
管 ９ ミストエリミネータ １１ 吸収液分散
部 １４ 吸収液循環ポンプ ２１ 管 ２２ 噴出管 ２３ 分散板 ２４ 仕切板

フロントページの続き (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 (72)発明者 石坂 浩 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 (5)

【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
   ガス中の有害成分を除去するために排ガス中に吸収液を
   分散させる装置であって、吸収液噴出管と該吸収液噴出
   管出口近傍に設けた吸収液を衝突させて膜状に広げる分
   散板とからなることを特徴とする吸収液分散装置。
2. 【請求項２】 吸収液噴出管は吸収液配管から分岐した
   複数の噴出管からなることを特徴とする請求項１記載の
   吸収液分散装置。
3. 【請求項３】 各吸収液噴出管は吸収液配管に設けられ
   た仕切り板により仕切られていることを特徴とする請求
   項１または２記載の吸収液分散装置。
4. 【請求項４】 分散板の鉛直方向断面が水平に対して傾
   斜するように吸収液配管に取り付けられていることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸収液分散装
   置。
5. 【請求項５】 ボイラなどの排ガス中に含まれる硫黄酸
   化物を除去するために請求項１〜４のいずれかの吸収液
   分散装置を設置した排煙脱硫装置。