JP2004082037A - 二室型湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収塔の圧力損失を増加させることなく、出口ダクトでのガス偏流を低減し、ミストの再飛散、スケーリングや腐食などの問題が生じない信頼性の高い湿式排煙脱硫装置を提供すること。
【解決手段】吸収液を貯留する循環タンク６の上に仕切板を設けで入口ダクト側の排ガス上昇流領域と出口ダクト側の排ガス下降流領域を形成した二室型吸収塔に出口ダクトは、吸収塔側面に接続される壁面部分の中で上側の壁面の高さをガス流れ方向に下向きに傾斜させた傾斜部と、該傾斜部に続く上側壁面の高さをガス流れ方向に上向きに傾斜させた傾斜部を設け、上側壁面の上向き傾斜部の傾斜開始位置近傍を起点に、そのガス流れ下流側に放射状に傾きの異なる三枚以上のガイドプレートを設置した二室型湿式排煙脱硫装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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（ＳＯ_２）を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、特に、出口ダクトでのガス偏流を低減するのに好適な二室型湿式排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の二室型の湿式排煙脱硫装置の公知例を図７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、空気吹込み管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、仕切板１４、上昇流領域１５、下降流領域１６等から構成される。スプレノズル１３はガス流れに対して直交する断面内に複数個設置されており、更にガス流れ方向に複数段設置されている。また、攪拌機７及び空気吹込み管８は、吸収液が滞留する循環タンク６に設置され、ミストエリミネータ９は出口ダクト３内に設置される。
【０００３】
図示していないボイラから排出される排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔本体１にほぼ水平方向に導入され、出口ダクト３から排出される。
【０００４】
スプレ方式による吸収塔の多くは、排ガスと吸収液を向流接触させるために、吸収塔下部から導入した排ガスを塔頂部から排出させるが、図７に示す吸収塔は、吸収塔本体１内に下端を循環タンク６内の吸収液中に浸漬させた仕切板１４を設置し、出口ダクト３を入口ダクト２とほぼ同じ高さに設けているため、入口ダクト２から導入された排ガスは仕切板１４に遮られ、上昇流領域１５を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域１６を下降する。
【０００５】
この間、上昇流領域１５および下降流領域１６では、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が、それぞれの領域に設けられたスプレノズル１３から噴射され、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ＳＯ_２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一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により亜硫酸カルシウムが酸化され、硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【０００６】
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液の一部は、吸収液循環ポンプ４によって循環配管１１を介して再びスプレノズル１３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廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴射によって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、出口ダクト３に設けられたミストエリミネータ９によって捕集される。
【０００７】
図７に示す吸収塔本体１の出口ダクト３は入口ダクト２とほぼ同じ高さであって、基礎から比較的低い高さの吸収塔側壁に設けられているため、ミストエリミネータ９および出口ダクト３の図示していない支持鉄骨が低く簡易なものになり、また、図示していない熱交換器（再加熱側）に接続するためのダクトの長さも短くて良い。
【０００８】
しかし、吸収塔内の下降流領域１６はガス流れと液滴の落下の向きが同じであるため、気液接触効率が下がり、脱硫性能が低下しやすい条件となる。したがって、高い脱硫性能を確保するために下降流領域１６のガス流速を６〜１５ｍ／ｓ程度に高速化することになる。ただし、ミストエリミネータ９で捕集された液滴が再飛散しない限界ガス流速は約５〜６ｍ／ｓであるため、下降流領域１６から出口ダクト３にかけてガス流れの向きを９０度以上曲げながら、ガス流速を大幅に減速させなければならない。この場合、ガス流れは出口ダクト３の底壁面側に大きく偏流し、ミストエリミネータ９の下方部のガス流速を高めるため、ミストエリミネータ９で一旦捕集された液滴が再飛散し、結果としてミスト捕集性能の低下を招くことになる。
【０００９】
このように、図７に示す従来技術では出口ダクト３でのガス偏流によるミストエリミネータ９におけるミスト捕集性能の低下を防止する点について十分配慮されていなかった。
【００１０】
この点については、本発明者らは先に特開２００１−１７８２８号公報記載の出願発明において、図８に示すような整流板１７を出口ダクト３の開口部に設置することで、出口ダクト３でのガス流れを整流できることを明らかにしている。
しかし、整流板１７を出口ダクト３の開口部に設置した場合、下降流領域１６での排ガス流れが整流板１７に対してほぼ垂直方向に流れるため、整流板１７の間を通り出口ダクト３から吸収塔の外部に向けて流れるように排ガスの流れの向きを強制的に変える必要がある。このため、整流板１７は排ガス流れに対して大きな障害となり排ガス流れの圧力損失が大きくなりやすい。
【００１１】
また、下降流領域１６で噴霧された後、落下する吸収液５の一部がガス流れに同伴され、飛散ミストとして整流板１７に直接衝突することになる。この吸収液５の整流板１７への衝突により飛散ミストを粗取りする効果を期待できる反面、飛散ミストの落下速度が速く、飛散ミストが衝突する際の衝撃が強すぎるため、整流板１７自身の強度ならびに図示していないその支持部材の強度を高める必要がある。また、整流板１７への飛散ミスト衝突時の騒音も問題となり得る場合がある。
【００１２】
整流板１７の設置による圧力損失増加を最小限に抑える方法としては、図９に示すように整流板１７がミストエリミネータ９に近づくように出口ダクト３の開口部よりも排ガス流れの下流側に設置することが考えられる。この場合には整流板１７に対する排ガスの流入角度が小さくなるため圧力損失は小さいが、出口ダクト３の上部において排ガス流れの剥離が生じ、渦が発生するため、ミストエリミネータ９の上部には排ガスが流れにくい。また、整流板１７の影響により、出口ダクト３の底壁面近傍を流れるガスをも上方側に流そうとするため、出口ダクト３底部のミストエリミネータ９の入口近傍でも渦が発生し、そのため、ミストエリミネータ９の入口では、上部と底部にガスが流れにくくなり、その流れのほとんどは中央部に集中する結果となる。
【００１３】
さらに、図１０には出口ダクト３からミストエリミネータ９にかけてのガス流れの様子を平面図で示しているが、吸収塔本体１の直径と出口ダクト３の幅の比率あるいは吸収塔内の下降流領域１６でのガス流速などによっては、下降流領域１６を下降してきた排ガスが出口ダクト３の開口部から放射状に流出し、出口ダクト３の中央部よりも側壁側の方がガス流速が高くなる場合があり、ミストエリミネータ９の入口でのガス偏流をさらに大きくすることになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、吸収塔の出口ダクト３内でのガス偏流を防止する点について配慮がされておらず、ミストエリミネータ９におけるミスト捕集性能の低下、捕集液滴の再飛散によるスケーリングやガス−ガスヒータ再加熱器伝熱管の腐食などの問題が生じる可能性があった。
【００１５】
本発明の課題は、吸収塔の圧力損失を増加させることなく、出口ダクトでのガス偏流を低減し、ミストの再飛散、スケーリングや腐食などの問題が生じない信頼性の高い湿式排煙脱硫装置を提供することにある。
【００１６】
【問題点を解決するための手段】
上記本発明の課題は、次の構成によって達成される。
すなわち、（ａ）吸収液を貯留する循環タンクと、（ｂ）該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ほぼ水平方向に導入する入口ダクトと排ガスをほぼ水平方向に排出させる出口ダクトを設け、前記入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するために天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板で入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、噴出する吸収液スラリが排ガスと上昇流領域では向流接触し、下降流領域では並流接触するように前記各領域にスプレノズルを設けた二室式吸収塔とを備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、出口ダクトの吸収塔側面に接続される壁面部分の中で上側の壁面の高さをガス流れ方向に下向きに傾斜させた傾斜部とし、該傾斜部に続く上側壁面の高さをガス流れ方向に上向きに傾斜させた構成とし、前記出口ダクト上側壁面の上向きの傾斜の開始位置近傍を起点に、そのガス流れ下流側に、出口ダクト空間を鉛直方向に分割し、上下方向に対して放射状に広がる少なくとも三枚のガイドプレートを設置した二室型湿式排煙脱硫装置である。
【００１７】
上記ガイドプートの中で、最上段のガイドプレートは、該ガイドプレート上方の出口ダクトの上壁面の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度とし、最下段のガイドプレートは、該ガイドプレート下方の出口ダクトの底壁面の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度とし、中段に設置されるガイドプレートは最上段と最下段のガイドプレート間に流入する排ガスを出口ダクトの上壁面と底壁面に偏らせない傾斜角度として、それぞれ設置することが望ましい。
【００１８】
また、上記ガイドプレートの上流側に、出口ダクト空間を水平方向に分割する少なくとも二枚の直立ベーンを設置することが望ましい。
【００１９】
【作用】
吸収塔の出口ダクトへの整流板設置による排ガス流れの圧力損失増加を最小限に抑えるためには、図８に示すように整流板１７を出口ダクト３の開口部とミストエリミネータ９の間に設置する必要がある。しかし、単に整流板１７の設置位置を調整しただけでは、排ガス流れ低圧力損失化と整流の両立は難しい。図９に示すように、整流板１７の設置位置を出口ダクト３内の下流側に移動させると、整流板１７に対する排ガスの流入角度が小さくなるため圧力損失は小さくなるが、出口ダクト３の上部において排ガス流れの剥離による渦が発生し、ミストエリミネータ９の上部に排ガスが流れにくくなる。また、整流板１７の整流作用により、出口ダクト３の底壁面近傍を流れる排ガスをも上方側に流そうとするため、出口ダクト３の底部のミストエリミネータ９の入口近傍でも小さな渦が発生し、そのため、ミストエリミネータ９の入口では上部と底部にガスが流れにくく、その流れのほとんどは中央部に集中するようになる。
【００２０】
しかし、本発明のように、まず、出口ダクトの吸収塔側面に接続される壁面部分の中で上側の壁面の高さをガス流れ方向に下向きに傾斜させた傾斜部とすることで、吸収塔の下降流領域から出口ダクト内に曲がって流入する排ガスの流れ方向が変る部分の内側に鋭角部分がなくなり、出口ダクト上側壁面に沿うように流れやすくなる。そのため、出口ダクト上側壁面での排ガス流れの剥離による渦の発生を防止することができる。本発明の前記傾斜部に続く上側壁面の高さをガス流れ方向に上向きに傾斜させる構成により、出口ダクトの流路を絞ることになるが、元々渦が発生していた部分を覆うように出口ダクトの吸収塔側面接続部の壁面部分に下向きに傾斜させた傾斜部があるため、ガス流路断面減少による圧力損失の増加はない。
【００２１】
また、前記出口ダクト上側壁面の上向きの傾斜の開始位置近傍を起点に、その下流側にガイドプレート（整流板）を設置することにより、ガイドプレートに対する排ガスの流入角度が最も小さくなり、圧力損失の増加を最小限に抑えることができる。
【００２２】
また、ガイドプレートの枚数を少なくとも三枚とし、さらに上下方向に対して放射状に広がるようにすることで、渦の発生防止とミストエリミネータ入口でのガス流れの均一化を図ることができる。
【００２３】
最上段のガイドプレートは、元々出口ダクトの上側に流れにくいガスを確実にミストエリミネータ入口上部に導くためのものであり、当該ガイドプレート上方の出口ダクトの上壁面の傾斜角度とほぼ同じ角度に合わせることで最大限の効果を発揮し、渦の発生防止にも寄与する。
【００２４】
一方、最下段のガイドプレートは、出口ダクト底壁面での剥離と渦の発生を防止するためのものであり、当該ガイドプレート下方の出口ダクトの底壁面の傾斜角度にほぼ合わせるように、整流ガイドプレートの傾斜角度を緩やかにすることで最大限の効果を発揮する。
【００２５】
さらに、中段に設置されるガイドプレートは、最上段のガイドプレートの底壁面側の剥離と渦の発生を防止するものであり、この中段のガイドプレートを設置しないと最上段と最下段の間に流入する排ガスは、ミストエリミネータの中央部から下側に流れることになり、ミストエリミネータの中央部と最上部の間にほとんどガスが流れない部分が生じるようになる。
【００２６】
したがって、本発明では、ガイドプレートの枚数は二枚では不十分であり、少なくとも三枚以上を設置する必要がある。
【００２７】
また、出口ダクトの排ガスの流れる領域を平面的に見たときに、吸収塔内の下降流領域を下降してきた排ガスが出口ダクトの開口部から放射状に流出する。このとき、出口ダクトの平面視で中央部よりも側壁側の方がガス流速が高くなりやすい場合には、上記ガイドプレートの上流側に、ダクト空間を水平方向に分割する二枚の直立ベーンを設置することで、出口ダクトの水平方向におけるガス偏流を防止することができる。
【００２８】
【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。
ただし、本発明における整流板は、従来の整流板と明確に区別するため、ガイドプレート１９と呼ぶことにする。
【００２９】
図１は本発明による一実施例の二室型湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面図を示したものである。図２は図１の出口ダクト部の拡大図を示したものである。図３は図２におけるガス流れの様子を示したものである。図４は水平方向におけるガイドプレート設置位置の許容範囲を示したものである。図５は図１に示す実施例の絞り部の上流側に直立ベーンを設置した場合の本発明の他の実施例の出口ダクトの側面図である。図６は図５の出口ダクトの平面図である。
【００３０】
図１から図６において、図７などに示す従来技術の符号１〜１６で示す装置、部材と同一のものを同一符号で示す。図１から図６において、出口ダクト３に絞り部１８とガイドプレート１９と直立ベーン２０が設けられていることが図７などに示す従来技術とは異なる。
【００３１】
図１および図２に示す実施例は、吸収塔本体１側面に接続される出口ダクト３に絞り部１８を設けることで出口ダクト３の上壁面レベルを一旦下げ、出口ダクト３上壁面の上昇開始位置近傍を起点に、その下流側に、ダクト空間を鉛直方向に分割し、上下方向に対して放射状に広がる少なくとも三枚の平板から構成されるガイドプレート１９を設置した点で従来技術と異なる。
【００３２】
入口ダクト２より導入された排ガスは、スプレノズル１３から噴射される吸収液５と接触しながら、上昇流領域１５を上昇し、塔頂部で反転した後、下降流領域１６を下降する。その後、排ガスは出口ダクト３に向かって９０度以上曲がることになり、出口ダクト３上壁面での剥離によって渦が発生しやすくなるとともに、出口ダクト３の底壁面側に大きく偏流しやすくなる。
【００３３】
しかし、本実施例の場合、図３に示すように、まず、出口ダクト３に絞り部１８を設け、出口ダクト３の上壁面レベルを一旦下げることにより、下降流領域１６から出口ダクト３に曲がる流れ方向の変更部分の内側に鋭角部分がなくなり、出口ダクト３上壁面に沿うように流れやすくなるため、出口ダクト３上壁面での剥離による渦の発生を防止することができる。
【００３４】
また、出口ダクト３上壁面がミストエリミネータ９に向かって上昇を開始する位置近傍を起点に、その下流側にガイドプレート１９を設置することにより、ガイドプレート１９に対する排ガスの流入角度が最も小さくなり、圧力損失の増加を最小限に抑えることができる。
【００３５】
また、ガイドプレート１９の枚数を少なくとも三枚とし、さらに上下方向に対して放射状に広がるようにそれぞれを設置することで、渦の発生防止とミストエリミネータ９入口でのガス流れの均一化を図ることができる。最上段のガイドプレート１９は、元々出口ダクト３の上側に流れにくいガスを確実にミストエリミネータ９入口上部に導くためのものであり、出口ダクト３上壁面の傾斜角度とほぼ同じ角度に合わせることで最大限の効果を発揮し、渦の発生防止にも寄与する。
【００３６】
一方、最下段のガイドプレート１９は、出口ダクト３底壁面での排ガス流れの剥離と渦の発生を防止するためのものであり、出口ダクト３底壁面の傾斜角度にほぼ合わせるように、ガイドプレート１９の角度を緩やかにすることで最大限の効果を発揮する。さらに、中段に設置されるガイドプレート１９は、最上段ガイドプレート１９底壁面側の剥離と渦の発生を防止するものであり、ミストエリミネータ９入口でのガス偏流を防止する上で、本発明においては必要不可欠なものである。
【００３７】
ガイドプレート１９の水平方向における設置位置に関しては許容範囲があり、本実施例における許容範囲は図４に示すようになる。
図４には出口ダクト３の絞り部１８の終端部での上壁面の上昇開始位置とガイドプレート１９の設置起点との距離をＬ、絞り部１８のダクト高さをＨとしたときの比Ｌ／Ｈを横軸に、ミストエリミネータ９入口におけるガス流速の標準偏差を平均流速で割った変動率を縦軸に取り、両者の関係を表している。
【００３８】
出口ダクト３の絞り部１８の終端部での上壁面の上昇開始位置を基準とした場合、ガイドプレート１９が基準点よりも上流側に設置されると前記比Ｌ／Ｈはマイナス値となり、逆に下流側に設置されると前記比Ｌ／Ｈはプラス値となる。一般にミストエリミネータ入口での前記変動率の許容値は０．３以下であり、図４から前記変動率が０．３以下となる前記比Ｌ／Ｈを求めると、その適正範囲は−０．３〜＋０．２５となる。したがって、前記比Ｌ／Ｈが−０．３〜＋０．２５になるような位置にガイドプレート１９を設置することで、高い整流効果を得ることができる。
【００３９】
本発明の他の実施例である吸収塔出口ダクト領域の側面図を図５に示し、吸収塔出口ダクト領域の平面図を図６に示す。
図５と図６に示す実施例は、吸収塔出口ダクト３内に設けられたガイドプレート１９の上流側に、ダクト空間を水平方向に分割する二枚の直立ベーン２０を設置した点で図１に示した実施例と異なる。吸収塔出口ダクト３を平面的に見たときに、下降流領域を下降してきたガスが出口ダクト３の開口部から放射状に流出し、出口ダクト３の中央部よりも側壁側の方がガス流速が高くなりやすい条件においても、ガイドプレート１９の上流側に出口ダクト空間を水平方向に分割する二枚の直立ベーン２０を設置することで、出口ダクト３の水平方向におけるガス偏流を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、圧力損失を増加させることなく、吸収塔の出口ダクトの下流側に位置するミストエリミネータ入口でのガス流れをほぼ均一に整流することができるため、ミストエリミネータでのミスト捕集性能の低下が防止され、また、ミストの再飛散によるミストエリミネータよりも下流側のダクトでのスケーリングやガス−ガスヒータ再加熱器伝熱管の腐食などを防止する効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例であり、二室型湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面図を示したものである。
【図２】図１の出口ダクト部の拡大図を示したものである。
【図３】図２におけるガス流れの様子を示したものである。
【図４】水平方向におけるガイドプレート設置位置の許容範囲を示したものである。
【図５】図１の実施例において絞り部の上流側に直立ベーンを設置した他の実施例である。
【図６】図５の実施例の平面図である。
【図７】従来技術の二室型湿式排煙脱硫装置における吸収塔の側面図である。
【図８】本発明者の発明に係る従来技術の整流板を図７の吸収塔に適用した例である。
【図９】図８の出口ダクトにおける整流板の設置位置を下流側に移動させた場合のガス流れの様子を示したものである。
【図１０】図７の出口ダクトからミストエリミネータにかけてのガス流れの様子を平面図として示したものである。
【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　空気吹込み管
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　仕切板
１５　上昇流領域　　　　　　　１６　下降流領域
１７　整流板　　　　　　　　　１８　絞り部
１９　ガイドプレート　　　　　２０　直立ベーン

Claims (3)

1. （ａ）吸収液を貯留する循環タンクと、（ｂ）該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ほぼ水平方向に導入する入口ダクトと排ガスをほぼ水平方向に排出させる出口ダクトを設け、前記入口ダクトと出口ダクトの間に排ガス流路を設け、その排ガス流路を入口ダクト側と出口ダクト側の二室に分割するために天井部側に開口部を有する鉛直方向に立てた仕切板を設け、該仕切板で入口ダクトから導入される排ガスが上向きに流れる上昇流領域と天井側の開口部で反転した後に出口ダクトに向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域を形成し、噴出する吸収液スラリが排ガスと上昇流領域では向流接触し、下降流領域では並流接触するように前記各領域にスプレノズルを設けた二室式吸収塔とを備えた二室型湿式排煙脱硫装置において、
   出口ダクトの吸収塔側面に接続される壁面部分の中で上側の壁面の高さをガス流れ方向に下向きに傾斜させた傾斜部とし、該傾斜部に続く上側壁面の高さをガス流れ方向に上向きに傾斜させた構成とし、
   前記出口ダクト上側壁面の上向きの傾斜の開始位置近傍を起点に、そのガス流れ下流側に、出口ダクト空間を鉛直方向に分割し、上下方向に対して放射状に広がる少なくとも三枚のガイドプレートを設置したことを特徴とする二室型湿式排煙脱硫装置。
2. 最上段のガイドプレートは、該ガイドプレート上方の出口ダクトの上壁面の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度とし、最下段のガイドプレートは、該ガイドプレート下方の出口ダクトの底壁面の傾斜角度とほぼ同じ傾斜角度とし、中段に設置されるガイドプレートは最上段と最下段のガイドプレート間に流入する排ガスを出口ダクトの上壁面と底壁面に偏らせない傾斜角度として、それぞれ設置することを特徴とする請求項１記載の二室型湿式排煙脱硫装置。
3. 上記ガイドプレートの上流側に、出口ダクト空間を水平方向に分割する少なくとも二枚の直立ベーンを設置することを特徴とする請求項１または２記載の二室型湿式排煙脱硫装置。

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