JPH078748A

JPH078748A - 湿式排煙脱硫方法および装置

Info

Publication number: JPH078748A
Application number: JP5141645A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kako; 宏行加来; Naruhito Takamoto; 成仁高本; Hiroshi Ishizaka; 浩石坂; Shigeru Nozawa; 滋野澤; Atsushi Katagawa; 篤片川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】排水の放出を極力さけることができる排煙脱
硫システムを提供すること。【構成】脱硫塔本体８からシックナ１３等を経て回収
された微量成分を含む排水を排水管２０から一旦、酸化
タンク２２に隣接する濃縮タンク２５に戻し、入口ダク
ト６の上部のスプレノズル２７から脱硫塔内に繰り返し
噴霧して排ガスと接触させる。この排水はボイラ等の煙
道排ガスの持つ熱量により蒸発濃縮される。濃縮された
排水に石灰石と空気を供給し、さらに灰排出管３から出
る燃焼灰と混合し固形物として取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湿式排煙脱硫方式に関
し、特に、その排水量を低減する方法に関するものであ
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Ｓ
Ｏ₂を除去する排煙脱硫法の研究および排煙脱硫装置の
開発は極めて重要な課題となっている。上記排煙脱硫法
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、未だ湿式法が主流を
占めている。この湿式法には、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ＳＯ₂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、発電用の大型のボイラ等の排煙脱硫
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使用
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３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１塔型脱硫塔の開発が進み、最
近では１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４に従来技術のスプレー方式による１塔
型脱硫装置の系統の一例を示す。本システムは、１塔型
の脱硫塔本体８、集塵機２、ガス・ガスヒータ５、中和
槽１２、シックナ１３、脱水器１６、排水処理装置１９
などから構成されている。ボイラから排出された排ガス
は、ダクト管１から集塵機２に入り石炭灰であるダスト
が除去される。ここで分離除去された石炭灰は灰排出管
３から系外に廃棄される。石炭灰を除去された排ガスは
ガス・ガスヒータ５に入り、出口ダクト７から送られた
飽和排ガスを加熱する。加熱された出口ダクト７の排ガ
スは出口ダクト管４から煙突（図示せず）に送られる。
一方、ガス・ガスヒータ５で熱交換された排ガスは入口
ダクト６より脱硫塔本体８に入る。脱硫塔本体８では循
環液ポンプ１１により液配管１０から送られてくる炭酸
カルシウムを含んだ吸収液が複数のスプレノズル９から
噴霧され、排ガスと吸収液との気液接触が行われる。ス
プレノズル９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台ずつ循環液ポ
ンプ１１が設置されている。スプレノズル９の段数とし
ては、一般に４〜１０段程度設置されることが多いが、
本図では簡略化のため２段で示している。排ガスと吸収
液との気液接触で、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）は剤供給管２４から酸化タンク２２内に供給され
る。

【０００５】重亜硫酸カルシウムを生成した吸収液は酸
化タンク２２に溜まり、空気吹き込み管２１から供給さ
れる空気により吸収液中の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（Ｃａ
ＣＯ₃）および石膏が共存する酸化タンク２２内の吸収
液の一部は循環液ポンプ１１によって再びスプレノズル
９に送られ、一部は抜き出し管２３より廃液処理・石膏
回収系へと送られる。脱硫塔内の反応式は以下のように
示される。（スプレ部）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）

【０００６】酸化タンク２２で生成した石膏は抜き出し
管２３よりスラリ廃液として抜き出され、中和槽１２で
アルカリを添加して中和され、シックナ１３で廃液中の
石膏粒子を沈積させる。中和槽１２では、通常カセイソ
ーダを中和剤として添加するので撹拌器（図示せず）で
均一に撹拌しなければならない。均一に撹拌することに
より、スラリ液中に堆積した塩素やフッ素が中和処理さ
れ、酸化タンク２２中に塩素化合物やフッ素化合物が蓄
積することを防止できる。通常の運転条件では、スラリ
中の石膏の粒径は大きいもので５０μｍ程度であり、小
さいものでは数μｍである。そのためシックナ１３での
沈積時間を十分にとる必要があるので、５００ＭＷ規模
の脱硫装置のシックナ１３の径は１０ｍ前後にもなる。
濃縮された石膏スラリはスラリ液管１５から脱水器１６
に入る。ここで石膏は最終的に固液分離され、石膏排出
管１８から廃棄物として処理される。石膏を脱水して固
体の廃棄物として取り扱う場合には、石膏中の水分を１
０％以下にする必要があるので、脱水器１６のスラリ液
の処理時間を長くしなければならず、５００ＭＷ規模で
は脱水器が５〜１０台必要となる。脱水器１６で生じた
排水の一部は戻り配管１７から酸化タンク２２に戻さ
れ、残りはシックナ１３の上澄み液と共に排水処理装置
１９に送られ、無害化処理された後に排水管２０から系
外に排出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】湿式脱硫ではＳＯ₂吸
収過程で排ガス中に含まれる微量成分が吸収液中に溶解
し徐々に濃度が高くなる。特に塩素イオンは濃度が高く
なると脱硫性能が低下するため吸収液中の石膏を分離し
た後の吸収液の一部を排水しなければならない。この排
水は固型物の分離除去、ｐＨ調整などの処理をした後に
排水として系外へ排出する必要がある。この経済的負担
を少なくするためには、排出量を極力低減して排出処理
設備の縮小を図ることが必要である。

【０００８】また、石炭などに混合し付着水とすること
で排水を処理し、固型物の形で埋め立て、あるいは廃坑
への投棄を行うためには極力排水量を低減する必要があ
る。特に海外の場合、内陸地すなわち炭坑の近くに発電
所が設置される場合が多く、分離が困難な塩素を含む排
水は河川の汚染の原因になるため極力排水の放出はさけ
る必要があり、排水量を低減して石炭灰などと混ぜ廃棄
する必要がある。単に排水量を低減すると塩素濃度の増
加に伴う脱硫性能の低下および分離された石膏の付着水
中の塩素濃度が上がるため石膏ボードとして副生物利用
ができないなどの問題が発生する。そこで、本発明の目
的は排水の放出を極力さけることができる排煙脱硫シス
テムを提供することである。

【０００９】

【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において酸化タン
クから循環供給される吸収液と気液接触させることによ
り排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去する湿式排煙脱硫方
法において、脱硫塔からの回収された微量成分を含む排
水を脱硫塔内に導入される排ガスと接触させることによ
り排水中の水分を蒸発させて濃縮する湿式排煙脱硫方法
である。

【００１０】上記湿式排煙脱硫方法において、脱硫塔内
での排ガスにより濃縮された排水を繰り返し脱硫塔内に
導入される排ガスと接触させる方法を採用することがで
きる。また、上記湿式排煙脱硫方法で脱硫塔内での排ガ
スにより濃縮された排水に少なくともアルカリ金属また
はアルカリ土類金属化合物および空気を供給して安定化
させて処理すること、こうして得られるアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属化合物および空気の供給により安
定化した排水に燃焼灰を混合し固形物として取り出して
処理すること、または、上記湿式排煙脱硫方法で脱硫塔
内での排ガスにより濃縮された排水に燃焼灰を混合し固
形物として取り出して処理することができる。

【００１１】本発明の上記目的は次の構成によっても達
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において酸化タンクから循環供給
される吸収液と気液接触させることにより排ガス中の硫
黄酸化物を吸収除去する湿式排煙脱硫装置において、脱
硫塔から回収された微量成分を含む排水を脱硫塔の排ガ
ス入口部の上方に設けられたスプレノズルに供給する排
水経路を設けた湿式排煙脱硫装置である。

【００１２】上記湿式排煙脱硫装置において、排水経路
はスプレノズルから脱硫塔入口部の排ガス中に噴霧され
た排水を受ける濃縮タンクと、該濃縮タンクから前記ス
プレノズルに排水を循環供給する排水供給管とを備えた
構成、または、濃縮タンクは酸化タンクに隣接して設け
た構成、または、濃縮タンクは脱硫塔入口部のガス流に
直交する方向にわたり複数設置され、各濃縮タンクには
それぞれに対応したスプレノズルに接続する排水供給管
を設け、さらに隣接する濃縮タンク間には濃縮排水の連
通管を設けた構成とすることができる。本発明で使用さ
れる脱硫剤は石灰石、水酸化マグネシウム等のアルカリ
金属化合物、アルカリ土類金属化合物が用いられる。

【００１３】

【作用】ボイラ等の燃焼装置から脱硫塔に入る排ガスは
１３０〜１５０°程度あり、このガスが脱硫塔に入ると
湿式脱硫では吸収液と接触してＳＯ₂が吸収されること
になるが、同時に吸収液中の水が蒸発して排ガス温度は
飽和温度まで低下する。すなわち５０〜５５℃まで低下
して排出されることになる。そこで脱硫排水を脱硫塔入
口の排ガスと接触させ、水分を蒸発させることにより排
水を濃縮することができ排水量の低減が図れる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例を図面と共に説明する。脱
硫排水の蒸発は脱硫塔入口の排ガスライン内で行うこと
もできるが、図１は脱硫塔入口で蒸発濃縮する方法を示
す。図１に示す部材で図４と同一番号を用いた部材は同
一機能を持つものであり、その説明は省略する。図１に
おいて、脱硫塔本体８から排出して、中和槽１２、シッ
クナ１３等で処理された排水は排水管２０を通り酸化タ
ンク２２に隣接した濃縮タンク２５に入る。この酸化タ
ンク２２と濃縮タンク２５は脱硫塔本体８の下部に設け
られたものであり、濃縮タンク２５は入口ダクト６の下
方に配置されている。

【００１５】濃縮タンク２５に入った排水は排水ポンプ
２６で脱硫塔本体８の入口ダクト６上方に位置する側壁
に設けられた排水スプレノズル２７に送られ、ここから
脱硫塔内に噴霧される。噴霧された排水は入口ダクト６
から脱硫塔に入る排ガスと接触し蒸発することになる。
この排水管２０からの排水を濃縮タンク２５経由で排水
スプレノズル２７へ循環噴霧することをくり返すことに
より、排水は濃縮され、その量の低減を図ることができ
る。また、排水スプレノズル２７からの排水の噴霧で、
排ガス中のＳＯ₂を同時に吸収する効果もあり脱硫性能
を高めることができる。濃縮タンク２５において濃縮さ
れた吸収液はそのまま排水処理するか、吸収剤を添加し
て吸収したＳＯ₂を安定化させる方法を採ることにな
る。石灰石−石膏法の場合は吸収したＳＯ₂に見合った
石灰石と空気を濃縮タンク２５内あるいは濃縮排水ライ
ン２８に供給することで安定化を図り、灰排出管３から
出る灰と混合して排出することになる。

【００１６】図２および図３にさらに別の実施例を示
す。なお、図２および図３に示す実施例は共に図１と同
一の脱硫システム内の酸化タンク２２部分の構造の一部
を変更したものであり、脱硫システムの要部のみを図示
する。図２は脱硫塔の入口ダクト６で排水の蒸発濃縮を
実施する例を示すが、これは脱硫塔の排ガスの入口ダク
ト６を拡大して、その上部に排水スプレノズル２７を取
り付けたものである。排水管２０から濃縮タンク２５に
供給され、排水ポンプ２６によりスプレノズル２７から
噴霧される排水は濃縮タンク２５へ落下する過程で排水
中の水が蒸発することになるが、一部の排水は入口ダク
ト６から脱硫塔内へ流入する排ガスに同伴される。排ガ
スに同伴された排水は、後流側が脱硫塔内の空間である
ため、塔壁などに付着してスケーリングなどを生成する
ことはない。また同様に入口ダクト６の中にも噴霧され
た排水の一部が吹き込まれ、入口ダクト６内に付着して
スケーリングを起こすことが考えられるが、脱硫塔の入
口ダクト６内には通常、間欠的あるいは連続的に水が噴
霧されるため、この心配もない。また入口ダクト６内に
噴霧された水は堰３０によりさえぎられ、酸化タンク２
２に流れる構造を採ることにより濃縮され、排水が入口
ダクト６内の噴霧水により希釈されることはない。

【００１７】図３は濃縮タンク２５を入口ダクト６を横
断する方向、すなわち排ガス流の方向に直交する方向に
３槽（Ａ槽〜Ｃ槽）設置した実施例の上面図を示す。排
水管２０からＣ槽に送り込まれた排水は排水ポンプ２６
により排水が濃縮タンク２５と排水スプレノズル２７
（図２参照）間を循環しており、この過程で排水中の水
分は蒸発し濃縮される。この排水はさらにＣ槽とＢ槽を
連結した連絡管３１を通ってＢ槽に入る。Ｂ槽でもＣ槽
と同様な操作が行われてから、すなわち排水ポンプ２６
により排水スプレノズル２７へ排水を送り、ノズル２７
から脱硫塔内に噴霧して排水を循環することにより、さ
らに排水の濃縮を図る。さらにこの排水はＢ槽からＡ槽
に連絡管３１を通って送られ、蒸発濃縮され、排水量を
１／１０〜１／３０程度まで減容する。

【００１８】本方式は排水を濃縮すると同時に排ガス中
のＳＯ₂の一部を吸収する効果があるため脱硫塔のスプ
レノズル９から噴霧される吸収液の量を低減できる効果
を持っている。また脱硫塔入口で排水を噴霧することに
よりガス流れを均一化する効果もあり、脱硫塔内での偏
流による脱硫率のアンバランスを防止できる。さらに排
ガス中に含まれるダストも噴霧された排水で除去できる
効果を持っている。また、石炭灰などを混合し固形物と
して廃棄する場合、排水量が多いと多量の灰が必要とな
り、さらにこれに伴って排水と灰の混合機、さらに排
水、灰の輸送システムが大型化する。本法は事前に排水
を濃縮するため処理設備がコンパクトになる。

【００１９】石炭焚きボイラに取り付けた石灰石−石膏
法を例に取って述べると、脱硫塔から出る排水は塩素、
フッ素などの不純物が含まれている。この排水量を低減
すると塩素濃度が上がり脱硫性能が低下すると共に分離
された石膏に付着する塩素量が増加するため石膏ボード
としての利用価値がなくなる問題がある。ところで排水
は処理設備を小型化する上から少ない方が望ましい。さ
らに石炭灰などと混合して固体廃棄物として処理する場
合に排水量が多いと、それに見合って多くの石炭灰が必
要になる。そのため排水と灰との混練機や排水および石
炭灰などの輸送機器が大型になり、またこれらの機器を
動かすための動力も大きなものとなる。

【００２０】上記制約により脱硫塔などから取り出す排
水量には限界があり系外濃縮する必要があるが、その濃
縮のために電気やその他からの熱源を用いると、さら
に、新しくエネルギーが必要となる。本発明は脱硫塔入
口の排ガスが持つ熱エネルギーを利用しており、排水濃
縮のために系外から新しくエネルギーを持ち込む必要は
ない。また、脱硫塔出口の排ガスは吸収液中の水分が蒸
発し５０℃から５５℃程度の飽和温度になっており、こ
の蒸発に必要な水は系外から補給する必要があるが排水
を脱硫塔入口で蒸発し濃縮することにより系外からの補
給水の低減も図れる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は脱硫塔入口の排ガスが持つ熱エ
ネルギーを利用して排水濃縮を行うため、エネルギーの
節約、あるいは排水濃縮のための付属設備の設置の節
約、排水濃縮系の小型化ができる。また、本発明は排水
量を低減しても排水中の塩素濃度の上昇による脱硫性能
の低下が防止できると共に分離された石膏（石灰石−石
膏法の場合）に付着する塩素量の増加の防止もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の脱硫システムを示す図。

【図２】本発明の一実施例の脱硫システムの脱硫塔本
体の排ガス入口部を示す図。

【図３】本発明の一実施例の脱硫システムの脱硫塔本
体の排ガス入口部の上面図。

【図４】従来技術の脱硫システムを示す図。

【符号の説明】

２…集塵機、５…ガス・ガスヒータ、８…脱硫塔本体、
１２…中和槽、１３…シックナ、１６…脱水器、１９…
排水処理装置、２０…排水管、２１…空気吹き込み管、
２２…酸化タンク、２４…剤供給管、２５…濃縮タン
ク、２７…排水スプレノズル、２８…濃縮排水ライン、
３０…堰、３１…連絡管

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者野澤滋広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者片川篤広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラなどの燃焼装置から排出される排
ガスを脱硫塔内において酸化タンクから循環供給される
吸収液と気液接触させることにより排ガス中の硫黄酸化
物を吸収除去する湿式排煙脱硫方法において、脱硫塔からの回収された微量成分を含む排水を脱硫塔内
に導入される排ガスと接触させることにより排水中の水
分を蒸発させて濃縮することを特徴とする湿式排煙脱硫
方法。
【請求項２】脱硫塔内での排ガスにより濃縮された排
水を繰り返し脱硫塔内に導入される排ガスと接触させる
ことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項３】請求項１または２記載の湿式排煙脱硫方
法で脱硫塔内での排ガスにより濃縮された排水に少なく
ともアルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物および
空気を供給して安定化させることを特徴とする湿式排煙
脱硫方法。
【請求項４】請求項３記載の湿式排煙脱硫方法で得ら
れるアルカリ金属またはアルカリ土類金属化合物および
空気の供給により安定化した排水に燃焼灰を混合し固形
物として取出すことを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項５】請求項１または２記載の湿式排煙脱硫方
法で脱硫塔内での排ガスにより濃縮された排水に燃焼灰
を混合し固形物として取り出すことを特徴とする湿式排
煙脱硫方法。
【請求項６】ボイラなどの燃焼装置から排出される排
ガスを脱硫塔内において酸化タンクから循環供給される
吸収液と気液接触させることにより排ガス中の硫黄酸化
物を吸収除去する湿式排煙脱硫装置において、脱硫塔から回収された微量成分を含む排水を脱硫塔の排
ガス入口部の上方に設けられたスプレノズルに供給する
排水経路を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項７】排水経路はスプレノズルから脱硫塔入口
部の排ガス中に噴霧された排水を受ける濃縮タンクと、
該濃縮タンクから前記スプレノズルに排水を循環供給す
る排水供給管とを備えていることを特徴とする請求項６
記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項８】濃縮タンクは酸化タンクに隣接して設け
ることを特徴とする請求項６または７記載の湿式排煙脱
硫装置。
【請求項９】濃縮タンクは脱硫塔入口部のガス流に直
交する方向にわたり複数設置され、各濃縮タンクにはそ
れぞれに対応したスプレノズルに接続する排水供給管を
設け、さらに隣接する濃縮タンク間には濃縮排水の連通
管を設けていることを特徴とする請求項６〜８のいずれ
かに記載の湿式排煙脱硫装置。