JP2009113016A - 排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫性能等の諸条件変更や現場調整等を実施する際、コストや工期の増加を最小限に抑えた柔軟な対応が可能になる液柱方式の排煙脱硫装置を提供すること。
【解決手段】脱硫塔の内部で液柱ノズル２０から噴き上げられて落下する吸収液と脱硫塔の下方より上昇する燃焼排気ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置において、液柱ノズル２０の先端部に、吸収液の噴出流速または噴出パターンが異なる出口チップ３０を着脱可能に取り付けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の発電プラントに適用される排煙脱硫装置に係り、特に、吸収液（海水や石灰水等）を用いて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置に関する。

従来、石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、ボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「ボイラ排ガス」と呼ぶ）は、ボイラ排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ_２）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去してから大気に放出される。このような脱硫処理を施す排煙脱硫装置の脱硫方式として、脱硫塔の内部で海水や石灰水等の吸収液とボイラ排ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置が知られている。

液柱方式の排煙脱硫装置は、脱硫塔の内部に多数の液柱ノズルを設置して吸収液を噴き上げ、落下してきた吸収液とボイラ排ガスとのを気液接触により脱硫する装置である。
従来の液柱方式においては、たとえば図１７及び図１８に示すように、略円筒形状とした液柱ノズル１が使用されている。この液柱ノズル１は、脱硫塔内に設置されている水平方向のヘッダ２から上向きに多数取り付けられている。この液柱ノズル１から流出する吸収液は略円形断面の棒状水柱となり、ノズル１に設定された特性に応じて定まる液柱高さＨまで噴き上げられるともに、頂上付近では分散幅（直径）Ｗ程度まで周方向へ向けて分散した後に落下する。なお、液柱が分散する分散幅Ｗが大きいほど、吸収液が細かい液滴に分散して気液接触の面積を増すことができる。

従って、液柱方式の排煙脱硫装置においては、液柱を形成する吸収液流量の他、気液接触の時間に影響を与える液柱高さＨや、気液接触の液滴面積に影響を与える吸収液の分散性（分散幅Ｗの直径や液滴の大きさ）が脱硫効率を向上させる上で重要になる。
また、上述した排煙脱硫装置の他の従来技術には、脱硫効果の向上を目的として、吸収水噴霧手段を上下に互い違いに配置する構成を提案したものがある。（たとえば、特許文献１参照）
２００２−１１９８２７号公報

ところで、上述した排煙脱硫装置においては、吸収液の流量を一定にした条件で脱硫率を向上させる手段として、液柱ノズルから噴出する吸収液の液柱高さＨを増すことや分散性を増すことが考えられる。しかし、従来の液柱ノズルは特性の変更ができないため、諸条件の変更に柔軟に対応することは困難であった。
すなわち、吸収液の流量を増すためにはポンプ等の吸収液供給設備を変更する必要があり、コストや工期等を大幅に増すような変更が必要となる。しかし、吸収液の流量を変更できない場合には、多数の液柱ノズルを交換して液柱高さＨを増すなどの対策が必要となり、このような液柱ノズルの交換にもコストや時間が必要である。
また、排煙脱硫装置の吸収塔を小型化してコストの削減を図るという観点においても、液柱ノズルから噴出する吸収液の分散性を増して脱硫性能を増すことが望まれる。

このような背景から、液柱方式の排煙脱硫装置においては、脱硫性能等の諸条件変更や現場調整等を実施する際、コストや工期の増加を最小限に抑えた柔軟な対応を可能にすることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、脱硫性能等の諸条件変更や現場調整等を実施する際、コストや工期の増加を最小限に抑えた柔軟な対応が可能になる液柱方式の排煙脱硫装置を提供することにある。また、本発明は、液柱方式の排煙脱硫装置において、液柱ノズルから噴出する吸収液の分散性を向上させることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る排煙脱硫装置は、脱硫塔の内部で液柱ノズルから噴き上げられて落下する吸収液と脱硫塔の下方より上昇する燃焼排気ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置において、前記液柱ノズルの先端部に、吸収液の噴出流速または噴出パターンが異なる出口チップを着脱可能に取り付けたことを特徴とするものである。

このような排煙脱硫装置によれば、液柱ノズルの先端部に、吸収液の噴出流速または噴出パターンが異なる出口チップを着脱可能に取り付けたので、液柱ノズル全体を交換する必要はなくなり、出口チップの交換だけで液柱ノズルの液柱高さや分散性を変更することができる。

本発明に係る排煙脱硫装置は、脱硫塔の内部で液柱ノズルから噴き上げられて落下する吸収液と脱硫塔の下方より上昇する燃焼排気ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置において、前記液柱ノズルの先端に液柱分散機構を取り付けたことを特徴とするものである。

このような排煙脱硫装置によれば、液柱ノズルの先端に液柱分散機構を取り付けたことにより、液柱の分散を促進して吸収液の液滴を増し、燃焼排ガスと接触する吸収液の面積を増加させることができる。なお、液柱分散機構は、液柱ノズルの出口チップに取り付けてもよい。

上述した本発明によれば、液柱ノズルの先端部に着脱可能に取り付けた出口チップの交換により、吸収液の噴出流速や噴出パターンを容易に変更することができる。このため、液柱ノズル全体を交換する必要がなくなり、出口チップの交換だけで液柱ノズルの液柱高さや分散性を変更することができる。従って、脱硫性能等の諸条件を変更する場合や現場調整等が必要になった場合には出口チップのみを交換すればよいので、ノズル全体を交換する場合と比較してコストや工期の増加を最小限に抑えた柔軟な対応が可能になる。
また、液柱ノズルの先端に液柱分散機構を取り付けることにより、液柱の分散を促進して燃焼排ガスと接触する吸収液の面積を増加させることができるので、脱硫効率の向上により脱硫塔の小型化が可能となり、装置の設置スペースやコストの低減に大きな効果を奏する。

以下、本発明に係る排煙脱硫装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１６に示す排煙脱硫装置１０において、脱硫塔１１は、たとえば石炭や原油等を燃料とする発電プラントのボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「ボイラ排ガス」と呼ぶ）に含まれている二酸化硫黄(ＳＯ_２ )等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を、大気へ放出する前に柱状に噴出させた海水や石灰水等の吸収液と気液接触させて除去する液柱方式の装置である。

図示の排煙脱硫装置１０は、たとえば矩形断面の筒形状を縦置きにした脱硫塔１１の内部に吸収液及びボイラ排ガスを供給することにより、液柱ノズル２０から噴出させた吸収液とボイラ排ガスとの間に気液接触を生じさせて硫黄酸化物を除去するように構成したものである。
脱硫塔１１に供給したボイラ排ガスは、脱硫塔１１の下部に設けられた排ガス導入口１２から脱硫塔１１の内部に流入して上昇する。脱硫塔１１に供給した吸収液は、脱硫塔１１内に配設したヘッダ１３に取り付けられている多数の液柱ノズル２０から上向きに噴出され、脱硫塔１１の内部で液柱の頂上まで上昇した後に自然落下する。

脱硫塔１１の内部には、所定の間隔を設けて複数のヘッダ１３が水平方向に配列されており、各ヘッダ１３は図示しない吸収液の供給配管に接続されている。また、各ヘッダ１３の上部には、多数の液柱ノズル２０が等ピッチに取り付けられている。この液柱ノズル２０は、吸収液を上向きに噴出させることで略円柱形状の液柱を形成する。以下、液柱ノズル２０の構成について、具体的に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１に示す液柱ノズル２０は、ノズル本体２１と、ノズル本体２１の上端部に着脱可能に取り付けられた出口チップ３０とを具備して構成される。図１に示す構成例では、ノズル本体２１と出口チップ３０との間は、ノズル本体２１の外ネジ２２と出口チップ３０の内ネジ３１との螺合により着脱可能に一体化される。なお、図示は省略したものの、必要箇所にはパッキンやＯリング等によるシールが施されている。
ノズル本体２１は、ヘッダ取付用のフランジ２３を備えた略円筒形状の部材であり、上端部にノズル特性を規定する出口チップ３０を取り付けることで、所望の特性を有する液柱ノズル２０となる。

出口チップ３０は、吸収液の噴出流速や噴出パターン等を規定する部分であり、必要に応じて出口形状や出口寸法の異なる複数種類が用意されている。図１に示す出口チップ３０は円形断面とされ、噴出された吸収液は略円柱状の液柱を形成するので、吸収液の流路出口径を変更することで液柱高さの調整が可能となる。
このような構成とすれば、出口チップ３０の出口断面形状が異なるものや、同じ断面形状でも流路出口径等の寸法が異なるものを複数用意することで、吸収液の噴出流速や噴出パターンを変化させることができる。従って、液柱ノズル２０は、先端部に取り付けられた着脱自在の出口チップ３０を交換することにより、吸収液の噴出流速や噴出パターンを容易に変更できるようになる。

図２に示す第１変形例の液柱ノズル２０Ａは、ノズル本体２１Ａと、ノズル本体２１Ａの上端部に挿入した出口チップ３０Ａとを着脱可能に一体化する構造が異なっている。すなわち、上述した実施形態の螺合構造に代えて、一対の固体バンド４０を用いて出口チップ３０Ａをノズル本体２１Ａに固定する構造が採用されている。この場合も、必要箇所においては、図示省略のパッキンやＯリング等によるシールが施されている。
なお、図２に示す固定バンド４０は、たとえば弾性を有する線材を折曲成形したものであり、両端部をノズル本体２１Ａの係止孔（不図示）に挿入することで、上方から挿入されて嵌合しただけの状態にある出口チップ３０Ａの上端面を押さえ込んで固定することができる。

図３に示す第２変形例の液柱ノズル２０Ｂは、ノズル本体２１Ｂの上端部から出口チップ３０Ｂを挿入した後、外周部から固定ボルト４１により固定する構造である。図示の例では、３本の固定ボルト４１が１２０度ピッチに配設され、ノズル本体２１Ｂを貫通して出口チップ３０Ｂの途中まで到達することで、軸方向の移動を阻止するように固定している。なお、固定ボルト４１の使用数については、一般的には３本または４本が好ましいものの、特に限定されるものではない。

また、図４に示す第３変形例の液柱ノズル２０Ｃは、出口チップ３０Ｃにフランジ部３２を設けてあり、ノズル本体２１Ｃの上端部から出口チップ３０Ｃを挿入した後、上方から固定ボルト４１により固定する構造となっている。図示の例では、３本の固定ボルト４１が１２０度ピッチに配設され、フランジ部３２を貫通してノズル本体２１Ｃまで到達することで、出口チップ３０Ｃが軸方向に移動することを阻止する固定構造となっている。なお、この場合の固定ボルト４１についても、一般的には３本または４本の使用数が好ましいものの、特に限定されるものではない。

＜第２の実施形態＞
図５に示す液柱ノズル５０は、液柱を形成する吸収液の分散を促進する液柱分散機構として、ノズル先端部に放射状出口６０が取り付けられている。図示の液柱ノズル５０において、略円筒形状としたノズル本体５１の先端部に設けられた放射状出口６０は、平面視が細長い矩形を直交させた十字状となる出口形状を有している。すなわち、液柱ノズル５０から噴射される吸収液は、細長い矩形を直交させた十字状の出口から噴出することにより、棒状に吹き上げられる液柱は、傾斜部６０ａを有することで周方向へ広がって液柱の分散幅Ｗが大きくなり、上昇する過程で周囲のガスを巻き込んで液滴に分散されやすくなる。従って、吸収液が落下する時には、比較的細かい液滴に分散された状態となるため、ボイラ排ガスと気液接触する吸収液の表面積を増加させることができる。

このように、吸収液の分散により気液接触の表面積が増した状態では、吸収液による効率のよい脱硫が可能になるので、使用する吸収液の流量が同じであれば、気液接触の表面積が増加した分だけ装置全体としての脱硫性能は向上する。
また、図５に示した構成例では、液柱分散機構となる放射状出口６０が液柱ノズル５０のノズル本体５１と一体化されているが、上述した第１の実施形態と同様に、ノズル本体５１と別体の出口チップに液柱分離機構の放射状出口６０を設けることで、着脱可能な構成としてもよい。

ところで、上述した実施形態の放射状出口６０は平面視を十字状としたが、たとえば図６に示す放射状出口６０′のように、細長い矩形を４５度ピッチの放射状に配置した出口形状を採用するなど、十字状に限定されることはない。

続いて、上述した液柱分離機構の第１変形例を図７に示して説明する。この第１変形例では、液柱ノズル５０Ａの先端部に周方向へ所定のピッチで設けた矩形状の切欠６１により凹凸形状部６０Ａが形成され、この凹凸形状部６０Ａが液柱分離機構として機能する。この場合、液柱ノズル５０Ａから噴出する吸収液の液柱には、切欠６１から液柱ノズル本体５０Ａ内に吸引された周囲のボイラ排ガスが流入するので、このボイラ排ガスにより吸収液の液柱は分散が促進されることとなる。
また、この場合の凹凸形状６０Ａは、矩形状に限定されることはなく、たとえば図８に示すように、三角形状の切欠６１′により凹凸形状部６０Ｂを形成するなど、種々の変形例が可能である。

続いて、上述した液柱分離機構の第２変形例を図９及び図１０に示して説明する。この第２変形例では、従来構造を採用した液柱ノズル１の出口付近に液柱分離機構となるエジェクタ７０，７０Ａが設置されている。このようなエジェクタ７０，７０Ａを設けることにより、液柱がエジェクタ内を通過して流れる際に周囲のボイラ排ガスを積極的に吸い込むので、このボイラ排ガスが液柱の分散を促進することとなる。
なお、この変形例では、従来構造の液柱ノズル１にエジェクタ７０，７０Ａを組み合わせているが、上述した第１の実施形態に示した液柱ノズル２０やその変形例はもちろんのこと、図５〜図８に示した液柱分離機構を有する液柱ノズル５０及びその変形例と組み合わせることも可能である。

続いて、上述した液柱分離機構の第３変形例を図１１及び図１２に示して説明する。この第３変形例では、液柱ノズル１の適所に、液柱分離機構となる旋回流形成手段が設けられている。
図１１に示す旋回流形成手段は、液柱ノズル１の出口付近に設けられたスワラー８０である。このスワラー８０を設けることにより、液柱ノズル１から噴出する吸収液の液柱は旋回流となり、従って、液柱が周方向へ広がって分散幅Ｗを増すとともに、旋回しながら上昇する過程で周囲のボイラ排ガスを液柱に吸引する。この結果、液柱に吸引されたボイラ排ガスは、旋回流の撹拌を受けて液柱の分散を促進することとなる。

また、液柱ノズル１から噴射された液柱を旋回流とする旋回流形成手段としては、上述したスワラー８０の他にも、たとえば図１２に示すライフル溝８１がある。このライフル溝８１は、液柱ノズル１の内周面に形成した螺旋状の溝である。従って、ライフル溝８１が設けられた液柱ノズル１から噴射される吸収液の液柱は、ノズル内を通過する際にライフル溝８１により旋回流となって流出するので、周囲のボイラ排ガスが液柱に吸引されることで液柱の分散が促進される。
なお、このような第３変形例についても、従来構造の液柱ノズル１との組合せに限定されることはなく、上述した第１の実施形態に示した液柱ノズル２０やその変形例はもちろんのこと、図５〜図１０に示した液柱分離機構を有する液柱ノズル５０及びその変形例と組み合わせることも可能である。

最後に、上述した液柱分離機構の第４変形例を図１３に示して説明する。この第４変形例では、液柱ノズル１の適所に、液柱分離機構となるガス吸引口９０が設けられている。図示の構成例では、液柱ノズル１の出口近傍に、斜め上向きのガス吸引口９０が放射状に８本穿設されている。
このようなガス吸引口９０を設けたことにより、ノズル内を流れる吸収液に周囲のボイラ排ガスが吸引されるので、液柱に吸引されたボイラ排ガスは、液柱の分散を促進することとなる。

ところで、上述したガス吸引口９０は、斜め上向きの穿設方向や穿設数等について、上述した図１３の構成例に限定されることはない。
また、このような第４変形例についても、従来構造の液柱ノズル１との組合せに限定されることはなく、上述した第１の実施形態に示した液柱ノズル２０やその変形例はもちろんのこと、図５〜図１２に示した液柱分離機構を有する液柱ノズル５０及びその変形例と組み合わせることも可能である。

このように、上述した本発明によれば、液柱ノズル２０の先端部に着脱可能に取り付けた出口チップ３０の交換により、吸収液の噴出流速や噴出パターンを容易に変更することができる。このため、液柱ノズル全体を交換する必要がなくなり、出口チップ３０の交換だけで液柱ノズル２０の液柱高さＨや分散性Ｗを変更することができる。
従って、吸収液の流量を変更しなくても、たとえば図１４に示すように、出口径の小さいノズルチップ３０に交換することで、従来の液柱高さＨをＨａまで増すことができる。また、吸収液の流量を変更しなくても、たとえば図１５に示すように、柱状分離機構を取り付けた液柱ノズル５０とすることで、液柱高さＨｎは従来より低くなるものの、分散幅Ｗｎを増すことができる。

この結果、脱硫性能等の諸条件を変更する場合や現場調整等が必要になった場合には、出口チップ３０のみを交換して調整すればよいので、ノズル全体を交換する場合と比較してコストや工期の増加を最小限に抑えた柔軟な対応が可能になる。
また、液柱ノズルの先端に液柱分散機構を取り付けることにより、液柱の分散を促進して燃焼排ガスと接触する吸収液の面積を増加させることができるので、脱硫効率の向上により脱硫塔の小型化が可能となり、装置の設置スペースやコストの低減が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る液柱方式の排煙脱硫装置について、液柱ノズルに関する第１の実施形態を示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 図１の液柱ノズルに関する第１変形例を示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。 図１の液柱ノズルに関する第２変形例を示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 図１の液柱ノズルに関する第３変形例を示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明に係る液柱方式の排煙脱硫装置について、放射状出口の液柱分離機構を備えている液柱ノズルに関する第２の実施形態を示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 図５に示した放射状出口の液柱分離機構を備えた液柱ノズルに関する変形例であり、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 図５に示した放射状出口の液柱分離機構に関する第１変形例であり、（ａ）は凹凸形状部の液柱分離機構を備えた液柱ノズルの出口形状を示す平面図、（ｂ）は断面図である。 図７に示した凹凸形状部の液柱分離機構を備えた液柱ノズルに関する変形例であり、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。 図５に示した放射状出口の液柱分離機構に関する第２変形例であり、（ａ）はエジェクタの液柱分離機構を備えた液柱ノズルの断面図である。 図９に示したエジェクタの液柱分離機構を備えた液柱ノズルに関する変形例を示す断面図である。 図５に示した放射状出口の液柱分離機構に関する第３変形例であり、（ａ）は旋回流形成手段の液柱分離機構を備えた液柱ノズルの出口形状を示す平面図、（ｂ）は断面図である。 図１１に示した旋回流形成手段の液柱分離機構を備えた液柱ノズルに関する変形例を示す断面図である。 図５に示した放射状出口の液柱分離機構に関する第４変形例であり、（ａ）はガス吸引口の液柱分離機構を備えた液柱ノズルの出口形状を示す平面図、（ｂ）は断面図である。 液柱の液柱高さに関する効果を説明する図である。 液柱の分散幅に関する効果を説明する図である。 液柱方式の排煙脱硫装置について、構成の概要を示す図である。 従来の液柱ノズルの液柱高さ及び分散幅を示す図である。 液柱方式の排煙脱硫装置について、従来の液柱ノズルを示す図で、（ａ）は出口形状の平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１０ 排煙脱硫装置
１１ 脱硫塔
１３ ヘッダ
２０，２０Ａ〜Ｃ 液柱ノズル
２１，２１Ａ〜Ｃ ノズル本体
３０，３０Ａ〜Ｃ 出口チップ
４０ 固定バンド
４１ 固定ボルト
５０，５０′，５０Ａ 液柱ノズル
５１ ノズル本体
６０，６０′ 放射状出口（液柱分離機構）
６０Ａ，６０Ｂ 凹凸形状部（液柱分離機構）
６１，６１′ 切欠
７０，７０Ａ エジェクタ（液柱分離機構）
８０ スワラー（液柱分離機構）
８１ ライフル溝（液柱分離機構）
９０ ガス吸引口（液柱分離機構）

Claims (2)

1. 脱硫塔の内部で液柱ノズルから噴き上げられて落下する吸収液と脱硫塔の下方より上昇する燃焼排気ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置において、
   前記液柱ノズルの先端部に、吸収液の噴出流速または噴出パターンが異なる出口チップを着脱可能に取り付けたことを特徴とする排煙脱硫装置。
2. 脱硫塔の内部で液柱ノズルから噴き上げられて落下する吸収液と脱硫塔の下方より上昇する燃焼排気ガスとを気液接触させて脱硫する液柱方式の排煙脱硫装置において、
   前記液柱ノズルの先端に液柱分散機構を取り付けたことを特徴とする排煙脱硫装置。

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