JP3564289B2 - 脱硫吸収液の処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置内の気液接触後の脱硫吸収液に混在する未燃カーボン等の微粒子を分離除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湿式排煙脱硫装置において、排ガスは、石灰等を含有する吸収液との気液接触によって洗浄され、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）と未燃カーボン等の微粒子が除去される。排ガスから吸収液へと移行した未燃カーボン等の微粒子は、該吸収液から分離回収される副生石膏等の副生物の純度の低下や着色による品質の低下の原因となる。
【０００３】
従来、副生石膏中の不純物（未燃カーボン等の微粒子）の含有率を規定値以下にするために、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）を吸収した吸収液中の石膏を液体サイクロンによって濃縮し、未燃カーボンの含有率を相対的に下げていた。しかし、未燃カーボンは、吸収液とほぼ同じ挙動をするため、液体サイクロンによって石膏を濃縮しても、未燃カーボンの含有率の低減には限界がある。例えば、石膏の純度については、要求される水準を満足しても、着色による外観上の品質の悪化が避けられない場合がある。
このように、湿式排煙脱硫処理で副生する石膏は、未燃カーボン等の微粒子からなる不純物に起因する着色による価格の低下や用途の制限等の問題をもっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、不純物の含有率が低く、着色の少ない副生物（石膏等）を脱硫吸収液から分離して得るために、該副生物の分離前に、未燃カーボン等の微粒子を脱硫吸収液から効率的に除去する脱硫吸収液の処理方法および処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱硫吸収液の処理方法は、未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理方法であって、該微粒子を含む該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせ、該微粒子を該気泡の表面に付着させると共に、該気泡からなる発泡相を生じさせる工程と、該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得る工程とからなり、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とすることを特徴とする（請求項１）。
上記吸収液中に供給する気体の量は、該吸収液の横断面の単位面積当たり、１００〜２５０ｍ3Ｎ／ｈ・ｍ2とすることが好ましい（請求項２）。
【０００６】
本発明の脱硫吸収液の処理装置は、未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理装置であって、該微粒子を含む該吸収液を貯留する処理槽と、該処理槽に隣接する破泡槽と、該処理槽と該破泡槽とを連通する泡導入管とを備え、該処理槽には、該吸収液を該処理槽内に供給するための吸収液供給口と、該処理槽内に貯留された該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせると共に該処理槽内に該気泡からなる発泡相を生じさせるための気体供給口とが設けられ、該破泡槽内には、該泡導入管内を通過した該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得るための破泡手段が設けられおり、該泡導入管は、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とするものであることを特徴とする（請求項３）。
上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置で生じた微粒子を含む液体を後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けてもよい（請求項４）。
上記脱硫吸収液の処理装置において、上記処理槽が、該処理槽内に貯留された吸収液の排出口を有し、該排出口から排出された該吸収液の一部を、上記気体と共に上記気体供給口を通じて該処理槽内に返送する手段を設けてもよい（請求項５）。
上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置における処理槽の排出口から排出された上記吸収液のうち、該処理槽に返送される吸収液以外の吸収液を、後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けてもよい（請求項６）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
石炭焚きボイラや油焚きボイラ等の燃焼排ガス中には、約１００〜１，０００ｐｐｍの硫黄酸化物（ＳＯＸ ）が含まれている。燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去するために、湿式排煙脱硫装置を用いて、燃焼排ガスを吸収液と気液接触させる。硫黄酸化物は、必要に応じて空気との接触による酸化条件下に、吸収液と反応して石膏等の副生物を生じる。副生物は、固液分離等によって回収される。
【０００８】
ここで、吸収液として、石灰スラリー（炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムのいずれかのスラリーをいう）、水酸化マグネシウムスラリー、水酸化ナトリウム水溶液、亜硫酸ナトリウム水溶液、塩基性硫酸アルミニウム水溶液、希硫酸、アンモニア水等を用いることができる。
吸収液の種類に応じて得られる副生物として、石膏（硫酸カルシウム）、硫酸ナトリウム、亜硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム等を挙げることができる。
【０００９】
石灰スラリーを用いた湿式脱硫法を例にとって説明すると、まず、重油焚きボイラの燃焼排ガスを、１０〜３０重量％の石灰スラリーを含有する吸収液と気液接触させる。硫黄酸化物は、吸収液と反応し、さらに空気によって酸化されて石膏となり、吸収液中で析出し、石膏濃度１０〜３０重量％のスラリーを生じる。このスラリー（脱硫吸収液）は、石膏の他に、数百〜数千ｍｇ／リットルの黒色の未燃カーボンや、溶解度の大きい硫酸アンモニウム等の可溶性塩を含む。この未燃カーボン等を脱硫吸収液から除去する装置を、以下、具体的に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の脱硫吸収液の処理装置を表す。図１において、供給配管２によって吸収液供給口１９から処理槽１内に供給される脱硫吸収液Ａは、貯留液Ｂとして、処理槽１内に貯留される。処理槽１内での貯留液Ｂの液面の位置は、レベル検出器１３の検出値に応じて調節計１４によって制御される調節弁１５によって、抜き出し配管６内を流れる脱硫吸収液の流量を制御することによって、調整される。ここで、抜き出し配管６による吸収液の排出量は、湿式脱硫装置内での脱硫量に応じて調整するのが好ましい。
【００１１】
供給配管２の下方に設けられた気泡供給口４からは、ガスＣが処理槽１内に供給される。ここで、ガスＣとしては、空気、窒素ガス等が用いられる。ガスＣは、貯留液Ｂ中で気泡となって上方に移動する。気泡が貯留液Ｂ中を移動する過程で、貯留液Ｂ中の未燃カーボン等の微粒子が、気泡の周囲に集まり、気泡を安定化させ、気泡と共に上方に移動する。こうして、貯留液Ｂの液面の上方の処理槽１内の空間には、気泡からなる発泡相Ｄが形成される。
【００１２】
未燃カーボン等の微粒子を含む発泡相Ｄは、泡導入管１０内を通って、隔離板９を介して隔てられた破泡槽１６内に流入し、破泡板等からなる破泡手段１１によって破泡され、未燃カーボン等の微粒子を含む液体（破泡液）Ｅと、オフガスＦとに分離される。破泡液Ｅは、破泡槽１６内の底部に溜まった後に、溢流配管１２を通って系外に排出される。一方、破泡により生じたオフガスＦは、破泡槽１６の上部に設けられたガス出口１７から排出される。オフガスＦは、処理槽１に供給されるガスＣとして用いることができる。
【００１３】
図１では、破泡槽１６が処理槽１の上部に設けられている。しかし、気泡相Ｄが自由高さに達して自然破泡する前に、処理槽から分離して破泡させればよいので、破泡槽１６は、処理槽１の側面に接して設けてもよい。
図１では、気体供給口４を一つ設けた例を示したが、複数設けてもよい。
図１において、気体供給口４を吸収液排出口１８の上方に設けると、気泡が吸収液排出口１８に吸い込まれることがなく、好都合である。ただし、このような支障を生じない限り、気体供給口４を吸収液排出口１８の下方や処理槽１の底部に設けてもよい。
【００１４】
破泡手段としては、破泡板の他に、回転翼、水流、ガス流、熱、消泡剤の散布、超音波照射、放電等を挙げることができる。
破泡手段１１が破泡板の場合には、泡導入管１０の径とガスＣの供給速度を適切なものとすることによって、発泡相Ｄを泡導入管１０から勢いよく噴出させ、破泡手段（破泡板）１１に衝突させて破泡することができる。また、この場合、泡導入管１０と破泡手段（破泡板）１１の距離は、脱硫吸収液の種類、気泡の径、気泡の移動速度等を考慮して適切に定められる。破泡板を可動にして、最適な位置に調整できるようにしてもよい。
泡導入管１０は、処理槽１と破泡槽１６の間に複数設けてもよい。
【００１５】
本発明者の知見によれば、発泡相を自由高さまで成長させて発泡相の上部を分離して処理する場合には、自然に破泡した液体が、泡よりも重いために発泡相内を下降して貯留液Ｂ中に流れ込む。その際、破泡した液体は、発泡相中の未燃カーボン等の微粒子をも下方に移動させてしまう。
したがって、発泡相は、自然破泡の起こる前に破泡手段によって破泡させるのが望ましい。それによって、ほぼピストンフロー的に上昇してくる発泡相中の気泡に同伴した微粒子を、発泡相内をほとんど下降させることなく、回収することができる。
【００１６】
本発明の湿式脱硫吸収液の処理装置において、図２に示すように、吸収液排出口１８から排出されて抜き出し配管６内を流れる吸収液を、循環ポンプ３によって加圧して、吸収液の一部を戻り配管５内を通して処理槽１へと返送すると共に、返送途中でミキサー８によって吸収液中に気体を供給することができる。この場合、気泡を含む吸収液が、気体供給口４から処理槽１内に導入される。ミキサー８では、返送される吸収液と、ガス配管７を通して供給されるガスＣとが混合される。なお、図２の他の部分は、符号を含め、図１と同様である。
【００１７】
ここで、ミキサー８としては、循環液にガスＣを混入させて、適当な径の、適当な数の泡を形成できれば、任意のものが用いられる。具体的には、単に配管を組み合わせたものの他、ガス配管７の先端に分散板を設けたものや、内部に螺旋状リボンや攪拌翼を持つもの等が挙げられる。脱硫吸収液の種類、スラリーの濃度、温度、固形物の粒径、閉塞の可能性等を考慮して適当なものを使用すればよい。
【００１８】
ミキサー８の例を図３に示す。図３において、ガスＣの流れるガス配管７は、吸収液の流れる戻り配管５の横断面の中心部付近まで、戻り配管５内に突出している。ミキサー８で供給されたガスＣは、循環ポンプ３による循環液（吸収液）によって、非常に微細な気泡に千切られ、処理槽１内の貯留液Ｂ中に分散される。なお、戻り配管５の端部を、処理槽１の中央部まで突き出させると、処理槽１内に均一に泡を供給することができる。
【００１９】
図４は、石灰スラリーを用いた湿式排煙脱硫プラントを示す。
重油焚きボイラの燃焼排ガス２１は、湿式排煙脱硫装置２２に導入され、循環ポンプ２３によって配管２４内を通りノズル２５から噴出する石灰スラリーと接触して、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）が吸収除去され、浄化ガス２６として排出される。
吸収塔のタンク２７内には、供給された空気２８を微細な気泡として効率良く吹き込むアーム回転式のエアスパージャ２９が設置されている。ＳＯＸ を吸収した脱硫吸収液３０は、空気２８と効率良く接触して、空気酸化して石膏を生じさせる。石膏は、吸収液中で析出し、１０〜３０重量％の石膏濃度を有する脱硫吸収液（スラリー）３０が生じる。
【００２０】
脱硫吸収液は、タンク２７から配管３１を通じて排出され、ポンプ３２を経由した後、脱硫吸収液の処理装置３３内に供給される。処理装置３３の破泡槽内の破泡液は、溢流配管３４により排出され、オフガスは、配管３５を通り、湿式排煙脱硫装置２２の浄化ガス２６と共に系外に排出される。
処理槽３３から排出された脱硫吸収液は、処理装置３３に返送されるものを除いて、配管３６を通って固液分離装置３７内に導かれ、石膏３８と濾液３９に分離される。分離された石膏３８は、石膏ボード等に有効に利用される。
【００２１】
一方、濾液３９は、ポンプ４０を通過後、一部はライン４１を通って排水処理装置（図示せず）へ搬送され、残部はライン４２を通ってＳＯ２ の吸収剤である石灰石を含有するスラリー４３中に供給される。このスラリー４３には、別途、工水４４及び石灰石４５が供給される。スラリー４３は、ポンプ４６によって、ライン４７を介して湿式排煙脱硫装置２２に供給される。
【００２２】
処理装置３３から溢流配管３４を通って排出される破泡液中には、未燃カーボン等の微粒子以外に約３０〜５０重量％の石膏が含まれる。この破泡液中の石膏を回収すると共に、未燃カーボン等の微粒子の濃縮度を高め、微粒子の分離処理をより効率的かつ経済的に行うため、図５に示すように、処理装置を複数設けることができる。図５において、未燃カーボン等の微粒子と石膏を含む破泡液は、ポンプ４８によって、溢流配管３４を介して、再度、処理装置３３と同様な処理装置３３’に導びかれ、石膏分が分離回収される。
図４に示すプラントにおいて、配管３６の途中に、脱硫吸収液の処理装置３３と同様な処理装置を設けて、未燃カーボン等の微粒子の除去率を高めることもできる。例えば、図６に示すプラントは、図５のプラントにおいて、配管３６の途中に脱硫吸収液の処理装置３３”を加えたものである。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
図２に示す処理装置を用いて実験を行った。
直径３０ｃｍ、高さ２ｍの処理槽１の上に、高さ１ｍの破泡槽１６を設け、処理槽１と破泡槽１６の間に隔離板９を取り付けた。隔離板９に内径２．５ｃｍ、長さ３０ｃｍの泡導入管１０を取り付け、直径１０ｃｍの破泡手段（破泡板）１１を泡導入管１０の上端より２．５ｃｍ上方に設けた。供給配管２は、口径１．５ｃｍであり、処理槽１の底部から１ｍ上方の位置に取り付けた。抜き出し配管６は、口径２．５ｃｍであり、処理槽１の底部から２０ｃｍ上方の位置に取り付けた。抜き出し配管６には、循環ポンプ３を接続し、循環ポンプ３の後流に、口径２．５ｃｍの戻り配管５を設けた。戻り配管５の側面に、戻り配管５のほぼ中心部まで口径１．５ｃｍのガス配管７を挿入して、ミキサー８を形成した。
【００２４】
以上の仕様からなる装置を用いて、次の条件下で実験を行った。
（１）脱硫吸収液Ａ：湿式脱硫塔の出口の吸収液（未燃カーボン含有率：約４００ｍｇ／リットル、硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有率：約３０ｇ／リットル、石膏濃度が約２０重量％のスラリー）
（２）脱硫吸収液Ａの供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（３）貯留液Ｂの液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（４）循環ポンプ３の吸引流量：８〜１０ｍ３ ／ｈ
（５）ガスＣ（空気）の流量：１０〜１４ｍ３ ／ｈ
【００２５】
処理槽１内の吸収液の液深が一定となるように、調節計１４の設定値に応じて調節弁１５を作動させて、吸収液排出口１８から吸収液を排出させた。
貯留液Ｂの液面と隔離板９の間の空間は、発泡相Ｄで充満され、泡導入管１０からの噴出物は、破泡板１１に勢いよく衝突し、破泡槽１６の底部には、深さ約５ｃｍの破泡液Ｅが貯留し、溢流配管１２からは、未燃カーボンを約１２，０００〜１４，０００ｍｇ／リットル含む破泡液Ｅが、約０．３ｍ３ ／ｈで溢流した。
【００２６】
この結果、抜き出し配管６を通して排出される吸収液中の未燃カーボンの含有率は、約１〜５ｍｇ／リットルに低減した。
抜き出し配管６を通して排出された吸収液から、固液分離装置（遠心分離器）によって石膏を回収した。得られた石膏は、石膏１ｇあたり０．２３ｍｇの硫酸アンモニウムと０．０１ｍｇの未燃カーボンを含み、白色度が高かった。
【００２７】
実施例２
図５に示すプラントを用いて、実験を行なった。図５のプラント中の１段目の処理装置３３として、上記の実施例１の処理装置と同じものを用いた。
１段目の処理装置３３から溢流配管３４を通して排出される破泡液は、２段目の処理装置３３’に供給される。２段目の処理装置３３’は、１段目の処理装置３３に比べ小型化されている。すなわち、２段目の処理装置において、処理槽は、直径１５ｃｍ、高さ２ｍであり、処理槽の上には、高さ１ｍの破泡槽が設けられ、処理槽と破泡槽の間には隔離板が取り付けられている。隔離板には内径１．５ｃｍ、長さ３０ｃｍの泡導入管が取り付けられ、直径５ｃｍの破泡板が、泡導入管の上端より２．５ｃｍ上方に設けられている。その他の構成は、１段目の処理装置と同様である。
【００２８】
以上の仕様からなる装置を用いて、下記の条件で実験を行なった。
（１）脱硫吸収液：湿式脱硫塔の出口の吸収液
（ａ）未燃カーボン含有率：１３５０ｍｇ／Ｌ
（ｂ）石膏濃度：２０重量％（スラリー）
（ｃ）硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有量：イオン強度０．５モル／Ｌ
注）イオン強度
Ｉ＝（１／２）×（ΣＣｉＺｉ２ ）（ここで、Ｉ：イオン強度（モル／Ｌ）、Ｃｉ：イオン濃度（モル／Ｌ）、Ｚｉ：ｉイオンの価数（−））
【００２９】
（２）１段目の処理装置
（ａ）脱硫吸収液の供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（ｂ）貯留液の液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（ｃ）循環ポンプの吸引流量：１０ｍ３ ／ｈ
（ｄ）ガス（空気）の流量：１２ｍ３ Ｎ／ｈ（１７０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）
（ｅ）固液分離装置への流量：０．９ｍ３ ／ｈ
（ｆ）破泡槽内の溢流量：０．１ｍ３ ／ｈ
【００３０】
（３）２段目の処理装置
（ａ）脱硫吸収液の供給流量：０．１ｍ３ ／ｈ
（ｂ）貯留液の液量：０．０２６ｍ３ （液深１．５ｍ）
（ｃ）循環ポンプの吸引流量：０．５ｍ３ ／ｈ
（ｄ）ガス（空気）の流量：３ｍ３ Ｎ／ｈ（１７０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）
（ｅ）固液分離装置への流量：０．０９ｍ３ ／ｈ
（ｆ）破泡槽内の溢流量：０．０１ｍ３ ／ｈ
【００３１】
実験の結果、１段目の処理装置に供給された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、１３５０ｍｇ／Ｌであったが、固液分離装置に向かう脱硫吸収液中の未燃カーボン濃度は、１３．５ｍｇ／Ｌに低減されており、効率良く未燃カーボンが除去されていることが確認された。また、破泡槽からの排出液は、１３．４ｇ／Ｌの未燃カーボンと２１．２ｇ／Ｌの石膏を含有する。
【００３２】
この排出液を２段目の処理装置に導入して処理すると、２段目の処理装置の破泡槽からの排出液は、１３２．８ｇ／Ｌの未燃カーボンと、２．２ｇ／Ｌの石膏を含む。１段目の処理装置からの排出液と比べて、２段目の処理装置からの排出液は、石膏の含有量が少なくなり、未燃カーボンの含有量が多くなり、しかも液量が低減されるので、廃棄物の処理がより経済的となる。
１段目の処理装置から抜き出された脱硫吸収液から、固液分離装置（遠心分離器）によって石膏を回収したところ、石膏中の未燃カーボン分の濃度は、０．０２ｍｇ／ｇであり、石膏の白色度は高かった。
【００３３】
実施例３
図４に示すプラントを用いて、実験を行った。実施例２で用いた１段目の処理装置と同様の処理装置のみを用いて、未燃カーボン等の微粒子を処理した。
（１）脱硫吸収液：湿式脱硫塔の出口の吸収液
（ａ）未燃カーボン含有率：２．１ｇ／Ｌ
（ｂ）石膏濃度：２１重量％（スラリー）
（ｃ）硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有量：イオン強度０．１〜１．５モル／Ｌ（条件変化）
注）イオン強度
Ｉ＝（１／２）×（ΣＣｉＺｉ２ ）（ここで、Ｉ：イオン強度（モル／Ｌ）、Ｃｉ：イオン濃度（モル／Ｌ）、Ｚｉ：ｉイオンの価数（−））
（２）脱硫吸収液の供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（３）処理槽内の貯留液の液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（４）循環ポンプの吸引流量：１０ｍ３ ／ｈ
（５）ガス（空気）の流量：１．５〜２５ｍ３ Ｎ／ｈ（条件変化）
【００３４】
処理装置３３中の処理槽の液深が一定となるように、調節計の設定値に応じて調節弁を動作させ、抜き出し配管から処理液を抜き出した。
脱硫吸収液中のイオン強度を種々変化させ、また、処理槽に吹き込むガス（空気）流量をパラメーターとして、処理装置３３の処理槽から排出されて固液分離装置に向かう脱硫吸収液中の未燃カーボン除去率を調べた。
【００３５】
その結果、図７に示すように、処理装置３３に吹き込むガス流量（単位：ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）（処理槽の単位断面積当たりのガス流量）によって未燃カーボンの除去率が大いに異なることが判明し、最適な操作範囲があることを見いだした。
すなわち、未燃カーボンを効率良く除去するためには、ガス流量５０〜３００ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ 、好ましくは１００〜２５０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ の範囲で操作するのがよく、５０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ 未満のガス流量では発泡性が悪く、また、３００ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ を超えると、発生した泡が泡導入管を通過する前に破泡する割合が多くなり、未燃カーボン等の微粒子の除去性が悪くなる。
【００３６】
脱硫吸収液中のイオン強度は、０．１〜１．５モル／Ｌの範囲で試験を実施したが、イオン強度が０．１モル／Ｌ以上であれば、発泡性が良く、通常の油焚きボイラ等の燃焼排ガス中のＳＯＸ を除去する湿式排煙脱硫装置からの脱硫吸収液をそのまま使用できる。なお、イオン強度が不足する脱硫吸収液であれば、硫酸アンモニウム等の可溶性塩を添加することによって、イオン強度を高めることができる。
この結果、処理装置３３の処理槽から排出される脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、１０〜２０ｍｇ／Ｌに低減された。この吸収液を固液分離装置（遠心分離器）３７によって固液分離し、石膏３８を回収したところ、白色度の高い石膏が得られた。
【００３７】
実施例４
図８は、本発明の脱硫装置を付設した排煙脱硫プラントの一例を示す。図８において、油焚きボイラ１０１から排出された排ガスは、脱硝装置１０３で注入されるアンモニアガス（図示省略）により接触還元され、ＮＯＸ が除去される。脱硝装置１０３を出た排ガスは、空気予熱器１０２において、ボイラ１０１に吹き込まれる空気との間で熱交換した後、さらに後流の熱回収器１０４で熱回収される。熱回収器１０４で冷却された排ガスは、湿式脱硫装置１０５に導入されて、硫黄酸化物および煤塵（未燃カーボン等）が除去され、再加熱器１０６で加熱後、煙突１０７から排出される。一方、湿式脱硫装置１０５内の未燃カーボン等の微粒子を含む脱硫吸収液は、ポンプ１０８によって、脱硫吸収液の１段目の処理装置１０９に導かれ、処理装置１０９の破泡槽から排出された液体は、更に２段目の処理装置１１０に導かれ、処理される。未燃カーボンを除去された脱硫吸収液は、固液分離装置１１１に導かれ、石膏１１２と濾液１１３に分離される。
【００３８】
図８に示すプラントを用いて排煙脱硫を実施した。試験条件は、次の通りである。
（１）油焚きボイラ排ガスのガス量：２００ｍ３ Ｎ／ｈ
（２）排ガス中のＳＯＸ の濃度：１５００ｐｐｍ
（３）排ガス中のＮＯＸ の濃度：１１０ｐｐｍ
（４）排ガス中の未燃カーボンの含有量：２０５ｍｇ／ｍ３ Ｎ
（５）脱硝装置での脱硝率：９０％
（６）湿式脱硫装置での脱硫率：９７％
（７）湿式脱硫装置での除塵率：９５％
【００３９】
湿式脱硫装置から吸収液の一部を、本発明の処理装置の試験用として引き抜き、試験を実施した。引き抜き液中の未燃カーボンの含有量は、３４００ｍｇ／Ｌであり、可溶性塩の含有量は、イオン強度として０．８モル／Ｌであった。また、処理装置として、実施例１で用いた処理装置と同様のものを用いた。実験の結果、１段目の処理装置に供給された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、３４００ｍｇ／Ｌであったが、処理槽から排出された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、３２ｍｇ／Ｌであった。また、固液分離器によって回収した石膏を分析したところ、石膏１ｇ当たりの未燃カーボン分が０．１６ｍｇであり、石膏の白色度が高かった。
【００４０】
２段目の処理装置の破泡槽内の溢流中の未燃カーボンの濃度は、３２０ｇ／Ｌであり、石膏の濃度は、５．５ｇ／Ｌであった。なお、本発明は、図８に示すシステムに限定されるものではなく、例えば、脱硝装置、熱回収器、再加熱器を省いたシステムにおいても有効である。
【００４１】
図９に従来の排煙脱硫プラントを示す。
油焚きボイラ１０１から排出された未燃カーボンを含む排ガスは、脱硝装置１０３で注入されるアンモニアガス（図示省略）により接触還元され、ＮＯＸ が除去される。脱硝装置１０３を出た排ガスは、空気予熱器１０２において、ボイラ１０１に吹き込まれる空気との間で熱交換した後、さらに後流の熱回収器１０４で熱回収され、電気集塵器１１４に導入される。
【００４２】
電気集塵器１１４に導入された排ガスは、通常、数百ｍｇ／ｍ３ Ｎの未燃カーボン分を含有し、電気集塵器１１４で９０％以上の未燃カーボン分が除去される。電気集塵器１１４で未燃カーボンを除去することによって、煙突１０７から排出される排ガス中のダスト濃度を十分低くすることができると共に、湿式脱硫装置１０５で副生する石膏中の未燃カーボン分を減じて、白色度の高い高純度の石膏を得ることができる。大部分の未燃カーボンを除去した排ガスは、湿式脱硫装置１０５に導入され、吸収液として使用される石灰スラリーによって、排ガス中のＳＯＸ が吸収除去され、副生品として石膏が生成する。石膏を含むスラリーは、脱硫装置１０５からポンプ１０８によって引き出され、固液分離装置１１１で固液分離され、石膏１１２が回収される。また、濾液１１３は、石灰石の溶解のためのメークアップ水として使用される。
【００４３】
従来の湿式脱硫装置では、液とガスの衝突により、ガス中の未燃カーボン分が除去される。特に液柱塔方式の脱硫装置では、その除塵効果がさらに高く、電気集塵器を省略しても、煙突から排出されるガス中のダスト分を十分低い濃度にすることができる。しかし、本発明の処理装置を設置しない場合には、湿式脱硫装置の吸収液中に含まれる未燃カーボン分は、数千ｍｇ／Ｌと高くなり、回収される石膏の白色度が低く、純度が低い。そこで、本発明の処理装置を用いると、電気集塵器を省略することができると共に、高純度の石膏を回収することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、燃焼排ガスとの気液接触によって未燃カーボン等の微粒子を含有する脱硫吸収液から、効率的に微粒子が除去されるので、脱硫吸収液を固液分離して得られる石膏等の副生物の純度が高まり、着色も少なくなる。
また、本発明の処理装置を用いることによって、電気集塵器を省略しても、白色度の高い高純度の石膏を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱硫吸収液の処理装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の脱硫吸収液の処理装置の他の例を示す図である。
【図３】本発明の脱硫吸収液の処理装置中のミキサーの一例の断面図である。
【図４】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの一例を示す図である。
【図５】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの他の例を示す図である。
【図６】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの他の例を示す図である。
【図７】処理槽に供給されるガスの流量と、未燃カーボンの除去率の関係を示す図である。
【図８】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの一例を示す図である。
【図９】従来の排煙脱硫プラントを示す図である。
【符号の説明】
１ 処理槽
２ 供給配管
３ 循環ポンプ
４ 気体供給口
５ 戻り配管
６ 抜き出し配管
７ ガス出口
８ ミキサー
９ 隔離板
１０ 泡導入管
１１ 破泡手段
１２ 溢流配管
１３ レベル検出器
１４ 調節計
１５ 調節弁
１６ 破泡槽
１７ ガス出口
１８ 吸収液排出口
１９ 吸収液供給口
２１ 燃焼排ガス
２２ 湿式排煙脱硫装置
２３ 循環ポンプ
２４ 配管
２５ ノズル
２６ 浄化ガス
２７ タンク
２８ 空気
２９ エアスパージャ
３０ 脱硫吸収液
３１ 配管
３２ ポンプ
３３，３３’，３３” 脱硫吸収液の処理装置
３４ 溢流配管
３５ 配管
３６ 配管
３７ 固液分離装置
３８ 石膏
３９ 濾液
４０ ポンプ
４１ ライン
４２ ライン
４３ スラリー
４４ 工水
４５ 石灰石
４６ ポンプ
４７ ライン
４８ ポンプ
１０１ ボイラ
１０２ 空気予熱器
１０３ 脱硝装置
１０４ 熱回収器
１０５ 湿式脱硫装置
１０６ 再加熱器
１０７ 煙突
１０８ ポンプ
１０９ 脱硫吸収液の処理装置
１１０ 脱硫吸収液の処理装置
１１１ 固液分離器装置
１１２ 石膏
１１３ 濾液
１１４ 電気集塵器
Ａ 脱硫吸収液
Ｂ 貯留液
Ｃ ガス
Ｄ 発泡相
Ｅ 破泡液
Ｆ オフガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置内の気液接触後の脱硫吸収液に混在する未燃カーボン等の微粒子を分離除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湿式排煙脱硫装置において、排ガスは、石灰等を含有する吸収液との気液接触によって洗浄され、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）と未燃カーボン等の微粒子が除去される。排ガスから吸収液へと移行した未燃カーボン等の微粒子は、該吸収液から分離回収される副生石膏等の副生物の純度の低下や着色による品質の低下の原因となる。
【０００３】
従来、副生石膏中の不純物（未燃カーボン等の微粒子）の含有率を規定値以下にするために、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）を吸収した吸収液中の石膏を液体サイクロンによって濃縮し、未燃カーボンの含有率を相対的に下げていた。しかし、未燃カーボンは、吸収液とほぼ同じ挙動をするため、液体サイクロンによって石膏を濃縮しても、未燃カーボンの含有率の低減には限界がある。例えば、石膏の純度については、要求される水準を満足しても、着色による外観上の品質の悪化が避けられない場合がある。
このように、湿式排煙脱硫処理で副生する石膏は、未燃カーボン等の微粒子からなる不純物に起因する着色による価格の低下や用途の制限等の問題をもっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、不純物の含有率が低く、着色の少ない副生物（石膏等）を脱硫吸収液から分離して得るために、該副生物の分離前に、未燃カーボン等の微粒子を脱硫吸収液から効率的に除去する脱硫吸収液の処理方法および処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱硫吸収液の処理方法は、未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理方法であって、該微粒子を含む該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせ、該微粒子を該気泡の表面に付着させると共に、該気泡からなる発泡相を生じさせる工程と、該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得る工程とからなり、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とすることを特徴とする（請求項１）。
上記吸収液中に供給する気体の量は、該吸収液の横断面の単位面積当たり、１００〜２５０ｍ3Ｎ／ｈ・ｍ2とすることが好ましい（請求項２）。
【０００６】
本発明の脱硫吸収液の処理装置は、未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理装置であって、該微粒子を含む該吸収液を貯留する処理槽と、該処理槽に隣接する破泡槽と、該処理槽と該破泡槽とを連通する泡導入管とを備え、該処理槽には、該吸収液を該処理槽内に供給するための吸収液供給口と、該処理槽内に貯留された該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせると共に該処理槽内に該気泡からなる発泡相を生じさせるための気体供給口とが設けられ、該破泡槽内には、該泡導入管内を通過した該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得るための破泡手段が設けられおり、該泡導入管は、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とするものであることを特徴とする（請求項３）。
上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置で生じた微粒子を含む液体を後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けてもよい（請求項４）。
上記脱硫吸収液の処理装置において、上記処理槽が、該処理槽内に貯留された吸収液の排出口を有し、該排出口から排出された該吸収液の一部を、上記気体と共に上記気体供給口を通じて該処理槽内に返送する手段を設けてもよい（請求項５）。
上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置における処理槽の排出口から排出された上記吸収液のうち、該処理槽に返送される吸収液以外の吸収液を、後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けてもよい（請求項６）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
石炭焚きボイラや油焚きボイラ等の燃焼排ガス中には、約１００〜１，０００ｐｐｍの硫黄酸化物（ＳＯＸ ）が含まれている。燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去するために、湿式排煙脱硫装置を用いて、燃焼排ガスを吸収液と気液接触させる。硫黄酸化物は、必要に応じて空気との接触による酸化条件下に、吸収液と反応して石膏等の副生物を生じる。副生物は、固液分離等によって回収される。
【０００８】
ここで、吸収液として、石灰スラリー（炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムのいずれかのスラリーをいう）、水酸化マグネシウムスラリー、水酸化ナトリウム水溶液、亜硫酸ナトリウム水溶液、塩基性硫酸アルミニウム水溶液、希硫酸、アンモニア水等を用いることができる。
吸収液の種類に応じて得られる副生物として、石膏（硫酸カルシウム）、硫酸ナトリウム、亜硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム等を挙げることができる。
【０００９】
石灰スラリーを用いた湿式脱硫法を例にとって説明すると、まず、重油焚きボイラの燃焼排ガスを、１０〜３０重量％の石灰スラリーを含有する吸収液と気液接触させる。硫黄酸化物は、吸収液と反応し、さらに空気によって酸化されて石膏となり、吸収液中で析出し、石膏濃度１０〜３０重量％のスラリーを生じる。このスラリー（脱硫吸収液）は、石膏の他に、数百〜数千ｍｇ／リットルの黒色の未燃カーボンや、溶解度の大きい硫酸アンモニウム等の可溶性塩を含む。この未燃カーボン等を脱硫吸収液から除去する装置を、以下、具体的に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の脱硫吸収液の処理装置を表す。図１において、供給配管２によって吸収液供給口１９から処理槽１内に供給される脱硫吸収液Ａは、貯留液Ｂとして、処理槽１内に貯留される。処理槽１内での貯留液Ｂの液面の位置は、レベル検出器１３の検出値に応じて調節計１４によって制御される調節弁１５によって、抜き出し配管６内を流れる脱硫吸収液の流量を制御することによって、調整される。ここで、抜き出し配管６による吸収液の排出量は、湿式脱硫装置内での脱硫量に応じて調整するのが好ましい。
【００１１】
供給配管２の下方に設けられた気泡供給口４からは、ガスＣが処理槽１内に供給される。ここで、ガスＣとしては、空気、窒素ガス等が用いられる。ガスＣは、貯留液Ｂ中で気泡となって上方に移動する。気泡が貯留液Ｂ中を移動する過程で、貯留液Ｂ中の未燃カーボン等の微粒子が、気泡の周囲に集まり、気泡を安定化させ、気泡と共に上方に移動する。こうして、貯留液Ｂの液面の上方の処理槽１内の空間には、気泡からなる発泡相Ｄが形成される。
【００１２】
未燃カーボン等の微粒子を含む発泡相Ｄは、泡導入管１０内を通って、隔離板９を介して隔てられた破泡槽１６内に流入し、破泡板等からなる破泡手段１１によって破泡され、未燃カーボン等の微粒子を含む液体（破泡液）Ｅと、オフガスＦとに分離される。破泡液Ｅは、破泡槽１６内の底部に溜まった後に、溢流配管１２を通って系外に排出される。一方、破泡により生じたオフガスＦは、破泡槽１６の上部に設けられたガス出口１７から排出される。オフガスＦは、処理槽１に供給されるガスＣとして用いることができる。
【００１３】
図１では、破泡槽１６が処理槽１の上部に設けられている。しかし、気泡相Ｄが自由高さに達して自然破泡する前に、処理槽から分離して破泡させればよいので、破泡槽１６は、処理槽１の側面に接して設けてもよい。
図１では、気体供給口４を一つ設けた例を示したが、複数設けてもよい。
図１において、気体供給口４を吸収液排出口１８の上方に設けると、気泡が吸収液排出口１８に吸い込まれることがなく、好都合である。ただし、このような支障を生じない限り、気体供給口４を吸収液排出口１８の下方や処理槽１の底部に設けてもよい。
【００１４】
破泡手段としては、破泡板の他に、回転翼、水流、ガス流、熱、消泡剤の散布、超音波照射、放電等を挙げることができる。
破泡手段１１が破泡板の場合には、泡導入管１０の径とガスＣの供給速度を適切なものとすることによって、発泡相Ｄを泡導入管１０から勢いよく噴出させ、破泡手段（破泡板）１１に衝突させて破泡することができる。また、この場合、泡導入管１０と破泡手段（破泡板）１１の距離は、脱硫吸収液の種類、気泡の径、気泡の移動速度等を考慮して適切に定められる。破泡板を可動にして、最適な位置に調整できるようにしてもよい。
泡導入管１０は、処理槽１と破泡槽１６の間に複数設けてもよい。
【００１５】
本発明者の知見によれば、発泡相を自由高さまで成長させて発泡相の上部を分離して処理する場合には、自然に破泡した液体が、泡よりも重いために発泡相内を下降して貯留液Ｂ中に流れ込む。その際、破泡した液体は、発泡相中の未燃カーボン等の微粒子をも下方に移動させてしまう。
したがって、発泡相は、自然破泡の起こる前に破泡手段によって破泡させるのが望ましい。それによって、ほぼピストンフロー的に上昇してくる発泡相中の気泡に同伴した微粒子を、発泡相内をほとんど下降させることなく、回収することができる。
【００１６】
本発明の湿式脱硫吸収液の処理装置において、図２に示すように、吸収液排出口１８から排出されて抜き出し配管６内を流れる吸収液を、循環ポンプ３によって加圧して、吸収液の一部を戻り配管５内を通して処理槽１へと返送すると共に、返送途中でミキサー８によって吸収液中に気体を供給することができる。この場合、気泡を含む吸収液が、気体供給口４から処理槽１内に導入される。ミキサー８では、返送される吸収液と、ガス配管７を通して供給されるガスＣとが混合される。なお、図２の他の部分は、符号を含め、図１と同様である。
【００１７】
ここで、ミキサー８としては、循環液にガスＣを混入させて、適当な径の、適当な数の泡を形成できれば、任意のものが用いられる。具体的には、単に配管を組み合わせたものの他、ガス配管７の先端に分散板を設けたものや、内部に螺旋状リボンや攪拌翼を持つもの等が挙げられる。脱硫吸収液の種類、スラリーの濃度、温度、固形物の粒径、閉塞の可能性等を考慮して適当なものを使用すればよい。
【００１８】
ミキサー８の例を図３に示す。図３において、ガスＣの流れるガス配管７は、吸収液の流れる戻り配管５の横断面の中心部付近まで、戻り配管５内に突出している。ミキサー８で供給されたガスＣは、循環ポンプ３による循環液（吸収液）によって、非常に微細な気泡に千切られ、処理槽１内の貯留液Ｂ中に分散される。なお、戻り配管５の端部を、処理槽１の中央部まで突き出させると、処理槽１内に均一に泡を供給することができる。
【００１９】
図４は、石灰スラリーを用いた湿式排煙脱硫プラントを示す。
重油焚きボイラの燃焼排ガス２１は、湿式排煙脱硫装置２２に導入され、循環ポンプ２３によって配管２４内を通りノズル２５から噴出する石灰スラリーと接触して、硫黄酸化物（ＳＯＸ ）が吸収除去され、浄化ガス２６として排出される。
吸収塔のタンク２７内には、供給された空気２８を微細な気泡として効率良く吹き込むアーム回転式のエアスパージャ２９が設置されている。ＳＯＸ を吸収した脱硫吸収液３０は、空気２８と効率良く接触して、空気酸化して石膏を生じさせる。石膏は、吸収液中で析出し、１０〜３０重量％の石膏濃度を有する脱硫吸収液（スラリー）３０が生じる。
【００２０】
脱硫吸収液は、タンク２７から配管３１を通じて排出され、ポンプ３２を経由した後、脱硫吸収液の処理装置３３内に供給される。処理装置３３の破泡槽内の破泡液は、溢流配管３４により排出され、オフガスは、配管３５を通り、湿式排煙脱硫装置２２の浄化ガス２６と共に系外に排出される。
処理槽３３から排出された脱硫吸収液は、処理装置３３に返送されるものを除いて、配管３６を通って固液分離装置３７内に導かれ、石膏３８と濾液３９に分離される。分離された石膏３８は、石膏ボード等に有効に利用される。
【００２１】
一方、濾液３９は、ポンプ４０を通過後、一部はライン４１を通って排水処理装置（図示せず）へ搬送され、残部はライン４２を通ってＳＯ２ の吸収剤である石灰石を含有するスラリー４３中に供給される。このスラリー４３には、別途、工水４４及び石灰石４５が供給される。スラリー４３は、ポンプ４６によって、ライン４７を介して湿式排煙脱硫装置２２に供給される。
【００２２】
処理装置３３から溢流配管３４を通って排出される破泡液中には、未燃カーボン等の微粒子以外に約３０〜５０重量％の石膏が含まれる。この破泡液中の石膏を回収すると共に、未燃カーボン等の微粒子の濃縮度を高め、微粒子の分離処理をより効率的かつ経済的に行うため、図５に示すように、処理装置を複数設けることができる。図５において、未燃カーボン等の微粒子と石膏を含む破泡液は、ポンプ４８によって、溢流配管３４を介して、再度、処理装置３３と同様な処理装置３３’に導びかれ、石膏分が分離回収される。
図４に示すプラントにおいて、配管３６の途中に、脱硫吸収液の処理装置３３と同様な処理装置を設けて、未燃カーボン等の微粒子の除去率を高めることもできる。例えば、図６に示すプラントは、図５のプラントにおいて、配管３６の途中に脱硫吸収液の処理装置３３”を加えたものである。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
図２に示す処理装置を用いて実験を行った。
直径３０ｃｍ、高さ２ｍの処理槽１の上に、高さ１ｍの破泡槽１６を設け、処理槽１と破泡槽１６の間に隔離板９を取り付けた。隔離板９に内径２．５ｃｍ、長さ３０ｃｍの泡導入管１０を取り付け、直径１０ｃｍの破泡手段（破泡板）１１を泡導入管１０の上端より２．５ｃｍ上方に設けた。供給配管２は、口径１．５ｃｍであり、処理槽１の底部から１ｍ上方の位置に取り付けた。抜き出し配管６は、口径２．５ｃｍであり、処理槽１の底部から２０ｃｍ上方の位置に取り付けた。抜き出し配管６には、循環ポンプ３を接続し、循環ポンプ３の後流に、口径２．５ｃｍの戻り配管５を設けた。戻り配管５の側面に、戻り配管５のほぼ中心部まで口径１．５ｃｍのガス配管７を挿入して、ミキサー８を形成した。
【００２４】
以上の仕様からなる装置を用いて、次の条件下で実験を行った。
（１）脱硫吸収液Ａ：湿式脱硫塔の出口の吸収液（未燃カーボン含有率：約４００ｍｇ／リットル、硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有率：約３０ｇ／リットル、石膏濃度が約２０重量％のスラリー）
（２）脱硫吸収液Ａの供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（３）貯留液Ｂの液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（４）循環ポンプ３の吸引流量：８〜１０ｍ３ ／ｈ
（５）ガスＣ（空気）の流量：１０〜１４ｍ３ ／ｈ
【００２５】
処理槽１内の吸収液の液深が一定となるように、調節計１４の設定値に応じて調節弁１５を作動させて、吸収液排出口１８から吸収液を排出させた。
貯留液Ｂの液面と隔離板９の間の空間は、発泡相Ｄで充満され、泡導入管１０からの噴出物は、破泡板１１に勢いよく衝突し、破泡槽１６の底部には、深さ約５ｃｍの破泡液Ｅが貯留し、溢流配管１２からは、未燃カーボンを約１２，０００〜１４，０００ｍｇ／リットル含む破泡液Ｅが、約０．３ｍ３ ／ｈで溢流した。
【００２６】
この結果、抜き出し配管６を通して排出される吸収液中の未燃カーボンの含有率は、約１〜５ｍｇ／リットルに低減した。
抜き出し配管６を通して排出された吸収液から、固液分離装置（遠心分離器）によって石膏を回収した。得られた石膏は、石膏１ｇあたり０．２３ｍｇの硫酸アンモニウムと０．０１ｍｇの未燃カーボンを含み、白色度が高かった。
【００２７】
実施例２
図５に示すプラントを用いて、実験を行なった。図５のプラント中の１段目の処理装置３３として、上記の実施例１の処理装置と同じものを用いた。
１段目の処理装置３３から溢流配管３４を通して排出される破泡液は、２段目の処理装置３３’に供給される。２段目の処理装置３３’は、１段目の処理装置３３に比べ小型化されている。すなわち、２段目の処理装置において、処理槽は、直径１５ｃｍ、高さ２ｍであり、処理槽の上には、高さ１ｍの破泡槽が設けられ、処理槽と破泡槽の間には隔離板が取り付けられている。隔離板には内径１．５ｃｍ、長さ３０ｃｍの泡導入管が取り付けられ、直径５ｃｍの破泡板が、泡導入管の上端より２．５ｃｍ上方に設けられている。その他の構成は、１段目の処理装置と同様である。
【００２８】
以上の仕様からなる装置を用いて、下記の条件で実験を行なった。
（１）脱硫吸収液：湿式脱硫塔の出口の吸収液
（ａ）未燃カーボン含有率：１３５０ｍｇ／Ｌ
（ｂ）石膏濃度：２０重量％（スラリー）
（ｃ）硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有量：イオン強度０．５モル／Ｌ
注）イオン強度
Ｉ＝（１／２）×（ΣＣｉＺｉ２ ）（ここで、Ｉ：イオン強度（モル／Ｌ）、Ｃｉ：イオン濃度（モル／Ｌ）、Ｚｉ：ｉイオンの価数（−））
【００２９】
（２）１段目の処理装置
（ａ）脱硫吸収液の供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（ｂ）貯留液の液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（ｃ）循環ポンプの吸引流量：１０ｍ３ ／ｈ
（ｄ）ガス（空気）の流量：１２ｍ３ Ｎ／ｈ（１７０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）
（ｅ）固液分離装置への流量：０．９ｍ３ ／ｈ
（ｆ）破泡槽内の溢流量：０．１ｍ３ ／ｈ
【００３０】
（３）２段目の処理装置
（ａ）脱硫吸収液の供給流量：０．１ｍ３ ／ｈ
（ｂ）貯留液の液量：０．０２６ｍ３ （液深１．５ｍ）
（ｃ）循環ポンプの吸引流量：０．５ｍ３ ／ｈ
（ｄ）ガス（空気）の流量：３ｍ３ Ｎ／ｈ（１７０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）
（ｅ）固液分離装置への流量：０．０９ｍ３ ／ｈ
（ｆ）破泡槽内の溢流量：０．０１ｍ３ ／ｈ
【００３１】
実験の結果、１段目の処理装置に供給された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、１３５０ｍｇ／Ｌであったが、固液分離装置に向かう脱硫吸収液中の未燃カーボン濃度は、１３．５ｍｇ／Ｌに低減されており、効率良く未燃カーボンが除去されていることが確認された。また、破泡槽からの排出液は、１３．４ｇ／Ｌの未燃カーボンと２１．２ｇ／Ｌの石膏を含有する。
【００３２】
この排出液を２段目の処理装置に導入して処理すると、２段目の処理装置の破泡槽からの排出液は、１３２．８ｇ／Ｌの未燃カーボンと、２．２ｇ／Ｌの石膏を含む。１段目の処理装置からの排出液と比べて、２段目の処理装置からの排出液は、石膏の含有量が少なくなり、未燃カーボンの含有量が多くなり、しかも液量が低減されるので、廃棄物の処理がより経済的となる。
１段目の処理装置から抜き出された脱硫吸収液から、固液分離装置（遠心分離器）によって石膏を回収したところ、石膏中の未燃カーボン分の濃度は、０．０２ｍｇ／ｇであり、石膏の白色度は高かった。
【００３３】
実施例３
図４に示すプラントを用いて、実験を行った。実施例２で用いた１段目の処理装置と同様の処理装置のみを用いて、未燃カーボン等の微粒子を処理した。
（１）脱硫吸収液：湿式脱硫塔の出口の吸収液
（ａ）未燃カーボン含有率：２．１ｇ／Ｌ
（ｂ）石膏濃度：２１重量％（スラリー）
（ｃ）硫酸アンモニウム等の可溶性塩の含有量：イオン強度０．１〜１．５モル／Ｌ（条件変化）
注）イオン強度
Ｉ＝（１／２）×（ΣＣｉＺｉ２ ）（ここで、Ｉ：イオン強度（モル／Ｌ）、Ｃｉ：イオン濃度（モル／Ｌ）、Ｚｉ：ｉイオンの価数（−））
（２）脱硫吸収液の供給流量：１ｍ３ ／ｈ
（３）処理槽内の貯留液の液量：０．１０５ｍ３ （液深１．５ｍ）
（４）循環ポンプの吸引流量：１０ｍ３ ／ｈ
（５）ガス（空気）の流量：１．５〜２５ｍ３ Ｎ／ｈ（条件変化）
【００３４】
処理装置３３中の処理槽の液深が一定となるように、調節計の設定値に応じて調節弁を動作させ、抜き出し配管から処理液を抜き出した。
脱硫吸収液中のイオン強度を種々変化させ、また、処理槽に吹き込むガス（空気）流量をパラメーターとして、処理装置３３の処理槽から排出されて固液分離装置に向かう脱硫吸収液中の未燃カーボン除去率を調べた。
【００３５】
その結果、図７に示すように、処理装置３３に吹き込むガス流量（単位：ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ ）（処理槽の単位断面積当たりのガス流量）によって未燃カーボンの除去率が大いに異なることが判明し、最適な操作範囲があることを見いだした。
すなわち、未燃カーボンを効率良く除去するためには、ガス流量５０〜３００ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ 、好ましくは１００〜２５０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ の範囲で操作するのがよく、５０ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ 未満のガス流量では発泡性が悪く、また、３００ｍ３ Ｎ／ｈ・ｍ２ を超えると、発生した泡が泡導入管を通過する前に破泡する割合が多くなり、未燃カーボン等の微粒子の除去性が悪くなる。
【００３６】
脱硫吸収液中のイオン強度は、０．１〜１．５モル／Ｌの範囲で試験を実施したが、イオン強度が０．１モル／Ｌ以上であれば、発泡性が良く、通常の油焚きボイラ等の燃焼排ガス中のＳＯＸ を除去する湿式排煙脱硫装置からの脱硫吸収液をそのまま使用できる。なお、イオン強度が不足する脱硫吸収液であれば、硫酸アンモニウム等の可溶性塩を添加することによって、イオン強度を高めることができる。
この結果、処理装置３３の処理槽から排出される脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、１０〜２０ｍｇ／Ｌに低減された。この吸収液を固液分離装置（遠心分離器）３７によって固液分離し、石膏３８を回収したところ、白色度の高い石膏が得られた。
【００３７】
実施例４
図８は、本発明の脱硫装置を付設した排煙脱硫プラントの一例を示す。図８において、油焚きボイラ１０１から排出された排ガスは、脱硝装置１０３で注入されるアンモニアガス（図示省略）により接触還元され、ＮＯＸ が除去される。脱硝装置１０３を出た排ガスは、空気予熱器１０２において、ボイラ１０１に吹き込まれる空気との間で熱交換した後、さらに後流の熱回収器１０４で熱回収される。熱回収器１０４で冷却された排ガスは、湿式脱硫装置１０５に導入されて、硫黄酸化物および煤塵（未燃カーボン等）が除去され、再加熱器１０６で加熱後、煙突１０７から排出される。一方、湿式脱硫装置１０５内の未燃カーボン等の微粒子を含む脱硫吸収液は、ポンプ１０８によって、脱硫吸収液の１段目の処理装置１０９に導かれ、処理装置１０９の破泡槽から排出された液体は、更に２段目の処理装置１１０に導かれ、処理される。未燃カーボンを除去された脱硫吸収液は、固液分離装置１１１に導かれ、石膏１１２と濾液１１３に分離される。
【００３８】
図８に示すプラントを用いて排煙脱硫を実施した。試験条件は、次の通りである。
（１）油焚きボイラ排ガスのガス量：２００ｍ３ Ｎ／ｈ
（２）排ガス中のＳＯＸ の濃度：１５００ｐｐｍ
（３）排ガス中のＮＯＸ の濃度：１１０ｐｐｍ
（４）排ガス中の未燃カーボンの含有量：２０５ｍｇ／ｍ３ Ｎ
（５）脱硝装置での脱硝率：９０％
（６）湿式脱硫装置での脱硫率：９７％
（７）湿式脱硫装置での除塵率：９５％
【００３９】
湿式脱硫装置から吸収液の一部を、本発明の処理装置の試験用として引き抜き、試験を実施した。引き抜き液中の未燃カーボンの含有量は、３４００ｍｇ／Ｌであり、可溶性塩の含有量は、イオン強度として０．８モル／Ｌであった。また、処理装置として、実施例１で用いた処理装置と同様のものを用いた。実験の結果、１段目の処理装置に供給された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、３４００ｍｇ／Ｌであったが、処理槽から排出された脱硫吸収液中の未燃カーボンの濃度は、３２ｍｇ／Ｌであった。また、固液分離器によって回収した石膏を分析したところ、石膏１ｇ当たりの未燃カーボン分が０．１６ｍｇであり、石膏の白色度が高かった。
【００４０】
２段目の処理装置の破泡槽内の溢流中の未燃カーボンの濃度は、３２０ｇ／Ｌであり、石膏の濃度は、５．５ｇ／Ｌであった。なお、本発明は、図８に示すシステムに限定されるものではなく、例えば、脱硝装置、熱回収器、再加熱器を省いたシステムにおいても有効である。
【００４１】
図９に従来の排煙脱硫プラントを示す。
油焚きボイラ１０１から排出された未燃カーボンを含む排ガスは、脱硝装置１０３で注入されるアンモニアガス（図示省略）により接触還元され、ＮＯＸ が除去される。脱硝装置１０３を出た排ガスは、空気予熱器１０２において、ボイラ１０１に吹き込まれる空気との間で熱交換した後、さらに後流の熱回収器１０４で熱回収され、電気集塵器１１４に導入される。
【００４２】
電気集塵器１１４に導入された排ガスは、通常、数百ｍｇ／ｍ３ Ｎの未燃カーボン分を含有し、電気集塵器１１４で９０％以上の未燃カーボン分が除去される。電気集塵器１１４で未燃カーボンを除去することによって、煙突１０７から排出される排ガス中のダスト濃度を十分低くすることができると共に、湿式脱硫装置１０５で副生する石膏中の未燃カーボン分を減じて、白色度の高い高純度の石膏を得ることができる。大部分の未燃カーボンを除去した排ガスは、湿式脱硫装置１０５に導入され、吸収液として使用される石灰スラリーによって、排ガス中のＳＯＸ が吸収除去され、副生品として石膏が生成する。石膏を含むスラリーは、脱硫装置１０５からポンプ１０８によって引き出され、固液分離装置１１１で固液分離され、石膏１１２が回収される。また、濾液１１３は、石灰石の溶解のためのメークアップ水として使用される。
【００４３】
従来の湿式脱硫装置では、液とガスの衝突により、ガス中の未燃カーボン分が除去される。特に液柱塔方式の脱硫装置では、その除塵効果がさらに高く、電気集塵器を省略しても、煙突から排出されるガス中のダスト分を十分低い濃度にすることができる。しかし、本発明の処理装置を設置しない場合には、湿式脱硫装置の吸収液中に含まれる未燃カーボン分は、数千ｍｇ／Ｌと高くなり、回収される石膏の白色度が低く、純度が低い。そこで、本発明の処理装置を用いると、電気集塵器を省略することができると共に、高純度の石膏を回収することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、燃焼排ガスとの気液接触によって未燃カーボン等の微粒子を含有する脱硫吸収液から、効率的に微粒子が除去されるので、脱硫吸収液を固液分離して得られる石膏等の副生物の純度が高まり、着色も少なくなる。
また、本発明の処理装置を用いることによって、電気集塵器を省略しても、白色度の高い高純度の石膏を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱硫吸収液の処理装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の脱硫吸収液の処理装置の他の例を示す図である。
【図３】本発明の脱硫吸収液の処理装置中のミキサーの一例の断面図である。
【図４】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの一例を示す図である。
【図５】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの他の例を示す図である。
【図６】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの他の例を示す図である。
【図７】処理槽に供給されるガスの流量と、未燃カーボンの除去率の関係を示す図である。
【図８】本発明の脱硫吸収液の処理装置を含む排煙脱硫プラントの一例を示す図である。
【図９】従来の排煙脱硫プラントを示す図である。
【符号の説明】
１ 処理槽
２ 供給配管
３ 循環ポンプ
４ 気体供給口
５ 戻り配管
６ 抜き出し配管
７ ガス出口
８ ミキサー
９ 隔離板
１０ 泡導入管
１１ 破泡手段
１２ 溢流配管
１３ レベル検出器
１４ 調節計
１５ 調節弁
１６ 破泡槽
１７ ガス出口
１８ 吸収液排出口
１９ 吸収液供給口
２１ 燃焼排ガス
２２ 湿式排煙脱硫装置
２３ 循環ポンプ
２４ 配管
２５ ノズル
２６ 浄化ガス
２７ タンク
２８ 空気
２９ エアスパージャ
３０ 脱硫吸収液
３１ 配管
３２ ポンプ
３３，３３’，３３” 脱硫吸収液の処理装置
３４ 溢流配管
３５ 配管
３６ 配管
３７ 固液分離装置
３８ 石膏
３９ 濾液
４０ ポンプ
４１ ライン
４２ ライン
４３ スラリー
４４ 工水
４５ 石灰石
４６ ポンプ
４７ ライン
４８ ポンプ
１０１ ボイラ
１０２ 空気予熱器
１０３ 脱硝装置
１０４ 熱回収器
１０５ 湿式脱硫装置
１０６ 再加熱器
１０７ 煙突
１０８ ポンプ
１０９ 脱硫吸収液の処理装置
１１０ 脱硫吸収液の処理装置
１１１ 固液分離器装置
１１２ 石膏
１１３ 濾液
１１４ 電気集塵器
Ａ 脱硫吸収液
Ｂ 貯留液
Ｃ ガス
Ｄ 発泡相
Ｅ 破泡液
Ｆ オフガス
Claims (6)
- 未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理方法において、該微粒子を含む該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせ、該微粒子を該気泡の表面に付着させると共に、該気泡からなる発泡相を生じさせる工程と、該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得る工程とからなり、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とすることを特徴とする脱硫吸収液の処理方法。
- 上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、１００〜２５０ｍ3Ｎ／ｈ・ｍ2とすることを特徴とする請求項１に記載の脱硫吸収液の処理方法。
- 未燃カーボン等の微粒子を含む燃焼排ガスとの気液接触後の脱硫吸収液の処理装置において、該微粒子を含む該吸収液を貯留する処理槽と、該処理槽に隣接する破泡槽と、該処理槽と該破泡槽とを連通する泡導入管とを備え、該処理槽には、該吸収液を該処理槽内に供給するための吸収液供給口と、該処理槽内に貯留された該吸収液中に気体を供給して、気泡を生じさせると共に該処理槽内に該気泡からなる発泡相を生じさせるための気体供給口とが設けられ、該破泡槽内には、該泡導入管内を通過した該発泡相を破泡して、該微粒子を含む液体を得るための破泡手段が設けられており、該泡導入管は、上記吸収液中に供給する気体の量を、該吸収液の横断面の単位面積当たり、５０〜３００ｍ 3 Ｎ／ｈ・ｍ 2 とするものであることを特徴とする脱硫吸収液の処理装置。
- 上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置で生じた微粒子を含む液体を後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の脱硫吸収液の処理装置。
- 上記処理槽が、該処理槽内に貯留された吸収液の排出口を有し、該排出口から排出された該吸収液の一部を、上記気体と共に上記気体供給口を通じて該処理槽内に返送する手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の脱硫吸収液の処理装置。
- 上記脱硫吸収液の処理装置を複数段に設け、前段の装置における処理槽の排出口から排出された上記吸収液のうち、該処理槽に返送される吸収液以外の吸収液を、後段の処理装置の吸収液供給口へ供給する供給手段を設けたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の脱硫吸収液の処理装置。
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