JP3910307B2

JP3910307B2 - 湿式排煙脱硫装置

Info

Publication number: JP3910307B2
Application number: JP09991399A
Authority: JP
Inventors: 憲昭谷口; 滋野沢; 四郎難波; 直巳尾田; 浩石坂
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: JP2000288337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収塔内において硫黄酸化物（ＳＯ_２）を吸収した吸収液を保有し、吸収液中のＳＯ_２を酸化、中和する循環タンクに係わり、特に、高ＳＯ_２濃度排ガス処理に適すと共に、循環タンクのコンパクト化を可能にした排煙脱硫装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、火力発電所においてＳＯ_２及びばいじん排出値の低濃度化が進められており、高性能かつ低コストな排煙脱硫装置の開発が急務である。
【０００３】
従来技術の排煙脱硫装置の一例を図１３〜図１６に示す。湿式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、吸収液スプレ部４、スプレノズル５、吸収塔循環ポンプ６、循環タンク７、酸化用攪拌機８、酸化用空気吹き込み管９、ミストエリミネータ１０、バッフル１１、抜出し配管１２などを主体として構成される。
【０００４】
図示していないが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を通り吸収塔本体１に導入され、出口ダクト３から排出される。この間に、炭酸カルシウムを含んだ吸収液が複数のスプレノズル５から噴霧され、吸収液と排ガスと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、循環タンク７へ落下する。循環タンク７内には酸化用攪拌機８が設置されており、空気吹き込み管９から導入された酸化用空気は攪拌機８の羽根の回転により微粒化されて液中に溶解する。
【０００５】
循環タンク７内では、吸収したＳＯ_２により亜硫酸カルシウムが生成されるが、液中に溶解した酸素により酸化され、炭酸カルシウムにより中和されることで石膏を生成する。炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク７内の吸収液は、抜き出し管１２によって抜き出され、その一部は循環ポンプ６によって再びスプレノズル５に送られ、一部は石膏回収系へと送られる。循環ポンプ６への抜き出し配管１２には、循環ポンプ６内に酸化用に挿入される空気の巻込みを防止し、かつ異物の混入を防止するために気泡巻込み防止用柵（以下、バッフルと記すことがある）１１を設置している。バッフル１１は上面が開口しており、吸収液はバッフル１１の上面より流入し、抜き出し配管１２から循環ポンプ６へと送られる。バッフル１１内の液流速は０．５ｍ／ｓ程度としている。
【０００６】
前記従来技術における循環タンク６への酸化用空気供給量はプラント条件によっても異なるが、ほぼ吸収するＳＯ_２量に比例している。このため、高硫黄分炭を燃焼するプラントでは高ＳＯ_２濃度の排ガスを処理する必要があり、必然的に酸化用空気供給量も通常の場合と比較して増加させる必要がある。また、循環タンク７の容量を決定する際には、通常、循環タンク７内でのｐＨの回復（脱硫性能に影響）、生成石膏粒径（脱水性能に影響）等を考慮して決定するが、近年の低コスト化に伴い、徐々にコンパクト化されてきている。
【０００７】
ここで、循環タンク７内の気泡含有率（以下、ボイド率と記す）は、高ＳＯ_２処理による酸化用空気量の増加及びタンクサイズのコンパクト化に伴い増加する。
【０００８】
次の表１に、あるプラントにおける設計例として、循環タンク７の容量、酸化用空気供給量、及び循環タンク７内のボイド率の関係を示す。
【０００９】
【表１】

【００１０】
表１の中で、プラント２は循環タンク７のコンパクト化を図った例であり、プラント１、２を比較すると循環タンク７内におけるボイド率は３倍近く増加していることが分かる。通常、循環ポンプ６内へ気泡が混入するとキャビテーション現象が発生し、循環ポンプ６の吐出圧が減少し、ポンプ容量の維持が困難となる。
【００１１】
例えば、循環ポンプ容量が減少した場合、吸収塔本体１内に噴霧する吸収液量が減少するため、脱硫性能が低下し、吸収塔出口ＳＯ_２濃度を満足できないことになる。また、他のポンプ（例えば、図示しない石膏回収系に設けられる吸収塔抜き出しポンプ）容量が減少した場合、系内での水バランスが乱れて後流のピット等の液レベル調整が困難になる。
【００１２】
一般に、ポンプ吸込み液中にボイド率として３〜４％以上の気泡が混入するとキャビテーション現象が発生するとされており、上述のような現象を回避するためには、ポンプ吸込み液中のボイド率を３％以下にする必要がある。また、このようなキャビテーション現象が発生した状態において循環液量を維持するためにはポンプを追加して設置することで、キャビテーション現象が発生した場合にもポンプ容量の低下を補うようにした過剰設計を行う必要があるが、コスト面から判断して有効的な手段とは言えない。
【００１３】
従って、前記従来技術では、高ＳＯ_２濃度排ガスを処理する場合又は循環タンク容量のコンパクト化が図られた場合において、循環タンク７内での高ボイド率状態によって、循環ポンプ６内への気泡の巻き込みによるキャビテーション現象の発生の防止に関する検討がなされておらず、高ボイド状態においてもポンプ吸込み液中のボイド率を３％以下にする循環タンク７の検討がなされていなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、高ＳＯ_２濃度排ガス処理又は循環タンク容量のコンパクト化が図られた場合の高ボイド率状態における循環ポンプ６のキャビテーション現象の防止に関する配慮がなされていなかった。
【００１５】
本発明の課題は、タンク内が高ボイド率状態においても、ポンプのキャビテーション現象を起きることのない循環タンク構造を有する排煙脱硫装置と方法を得ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばいじんを噴霧吸収液により除去するための吸収塔と、前記吸収塔から導入された吸収液を保有し、亜硫酸カルシウムを酸化及び中和する循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、循環タンクから吸収液を抜き出すための吸収液抜出配管を循環タンクに接続して設け、該吸収液抜出配管接続部の循環タンク内にバッフルを設け、循環タンクの壁面に該タンク内の液を撹拌するための撹拌機を設け、バッフル内部に流入する吸収液流速を液中での気泡上昇速度以下となるように、バッフル上面と、更に前記攪拌機による液の押出しによって生じる液の旋回流に対して、その上流側以外のバッフル面のいずれか一面以上に開口部を設けた湿式排煙脱硫装置により達成される。
【００１７】
上記湿式排煙脱硫装置は、バッフル上面と、更に攪拌機による液の押出しによって生じる液の旋回流に対して、その上流側以外のバッフル面のいずれか一面以上に開口部（すなわち、バッフル下面、前面又は攪拌機の旋回流に対する下流側側面のいずれか一面以上を開口した構成）を設けて、バッフル内部に流入する吸収液流速を液中での気泡上昇速度以下とする構成とする。
【００１８】
また、バッフルの上方に硫黄酸化物を吸収した吸収液がショートパスしてバッフル内に流入することのないように、落下液遮へい板を設け、バッフル内部に流入する吸収液流速を液中での気泡上昇速度以下とする構成でも良い。
【００２１】
【作用】
循環タンク内に設けたバッフル内に気泡が混入した場合に、気泡の上昇速度がバッフル内から抜き出し配管への流れの流速より速ければ、気泡は前記バッフル内の流れに逆って上昇していくものと考えられる。図９に気泡径と気泡上昇速度の関係を示す。液性状（液粘度など）によっても異なるが、ほぼ気泡径の上昇と共にその上昇速度も増加する。循環タンクからバッフル内に流入する気泡の径は、ほぼ一定であり、バッフル内の液速度をそのときの気泡上昇速度以下にすることにより高ボイド率であっても、ポンプへの気泡巻き込みを抑制することが可能であり、例えばバッフル内に流入する気泡径は数ｍｍであるため、上昇速度は０．２ｍ／ｓ（２０ｃｍ／ｓ）程度となる。つまり、高ボイド率であっても、バッフル内部の液流速を気泡上昇速度以下、即ち０．２ｍ／ｓ以下とすることにより、ポンプ内への気泡巻き込みを抑制することが可能であり、循環タンク内を高ボイド率にすることができ、その結果、循環タンクのコンパクト化を図ることができる。
【００２２】
本発明者らは、バッフル内吸い込み液流速とポンプ吸い込み液中のボイド率の関係をパイロット試験を実施することにより見出した。その結果を図１０に示す。試験条件としては、高ＳＯ_２排ガス処理及び循環タンク７のコンパクト化を図った場合を想定し、循環タンク７内でのボイド率を１７％とした。
【００２３】
図１０からバッフル内吸い込み液流速を増加させるとポンプ吸い込み液中ボイド率が増加することが分かる。ここでポンプキャビテーションが発生すると言われるボイド率３％付近に着目すると、その時のバッフル内吸い込み液流速は０．２７ｍ／ｓである。循環タンク７中の気泡の上昇速度は図９より０．２ｍ／ｓ程度であることは前述したが、本試験結果からもバッフル内吸い込み液流速を気泡の上昇速度以下とすることでポンプキャビテーションを防止できることが可能であると判断できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態の排煙脱硫装置を図１〜図４に示す。図１は縦型排煙脱硫装置の断面の概略図であり、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図、図３は横型排煙脱硫装置の断面の概略図であり、図４は図３のＡ−Ａ線矢視図である。
【００２５】
図１〜図４には図１３〜図１６に示した従来の吸収塔と同様に、吸収塔本体１、入口ダクト２、出口ダクト３、吸収液スプレ部４、スプレノズル５、吸収塔循環ポンプ６、循環タンク７、酸化用攪拌機８、酸化用空気吹き込み管９、ミストエリミネータ１０、バッフル１１及び抜き出し配管１２等を主体として構成される吸収塔が示されている。
【００２６】
しかし本発明による吸収塔では、図１〜図４に示したようにバッフル液吸い込み面積、すなわちバッフル開口面積を増加することで、バッフル内吸い込み液流速を従来システムと比較して低下させている。
【００２７】
バッフル構造の詳細について図１１〜図１２に示す。図１１の示すバッフル１１は、その上面にのみ開口部を設けた参考例である。
【００２８】
また、本発明者らはバッフル１１内への吸い込み液の流速Ｖを、バッフル１１の開口部の面積Ｓをポンプ容量Ｑで除した次式
Ｖ＝Ｓ／Ｑ
で定義している。
【００２９】
この流速Ｖを気泡上昇速度または０．２ｍ／ｓ以下にすれば、循環ポンプ６内への気泡混入量が抑制可能であるが、実際にはバッフル容量が大型化してしまい循環タンク７内での吸収液の攪拌状態を阻害してしまうことが考えられる。循環タンク７内での吸収液の攪拌状態が緩慢な場合、吸収液内での酸化、中和反応速度を低下させるため、バッフル１１はできる限り小型化し、攪拌機８による循環タンク７内での吸収液の攪拌に影響を与えないことが望ましい。
【００３０】
図１２に小型化を可能にしたバッフル１１の構造図を示す。本構造では、バッフル１１上面の開口に加えて、下面及び攪拌機８によって生じるタンク内旋回流に対する下流側を開口したものである。このように開口部分を複数箇所設けることにより、上面のみを開口した場合と比較してバッフル１１の容量を小型化することが可能となる。
【００３１】
図１２に示すバッフル１１は、その上下面及び側面を開口しているが、上面と、更に循環タンク７内での吸収液の旋回流の上流側以外の何れか一面以上を開口すればよく、開口部の組み合わせ例は図１２に示したものに限らない。
【００３２】
本発明者らは、バッフル内吸い込み液流速とポンプ吸い込み液中のボイド率の関係をパイロット試験を実施することにより見出した。その結果を図１０に示す。試験条件としては、高ＳＯ_２排ガス処理及び循環タンク７のコンパクト化を図った場合を想定し、循環タンク７内でのボイド率を１７％とした。
【００３３】
図１０からバッフル内吸い込み液流速を増加させるとポンプ吸い込み液中ボイド率が増加することが分かる。ここでポンプキャビテーションが発生すると言われるボイド率３％付近に着目すると、その時のバッフル内吸い込み液流速は０．２７ｍ／ｓである。循環タンク７中の気泡の上昇速度は図９より０．２ｍ／ｓ程度であることは前述したが、本試験結果からもバッフル内吸い込み液流速を気泡の上昇速度以下とすることでポンプキャビテーションを防止できることが可能であると判断できる。
【００３４】
本発明による他の実施の形態を図５〜図８に示す。図５は縦型排煙脱硫装置の断面の概略図であり、図６は図５のＡ−Ａ線矢視図、図７は横型排煙脱硫装置の断面の概略図であり、図８は図７のＡ−Ａ線矢視図である。
【００３５】
図５〜図８に示した例では図１〜図４に示した実施の形態の構造に、さらに、バッフル１１上部での落下液による気泡の押し込みを防止するために落下液遮へい板１４を設置したものである。循環タンク７内の気泡は前述のように循環タンク７内を上昇し、特にバッフル１１内に混入した気泡であっても、バッフル内吸い込み液流速が気泡上昇速度以下であれば同様に上昇する。
【００３６】
しかしながら、バッフル上方に吸収液が落下すると、落下液の運動エネルギーによって気泡をバッフル内に押し込む作用が働く。また落下液中には亜硫酸カルシウムを多く含んでいるため、例えば循環ポンプ６内に直に吸い込まれた場合、吸収液中のｐＨの回復が伴わず、性能の低下を引き起こす可能性がある。しかしながら、バッフル１１上部に落下液遮へい板１４を設置することで、上述の様な状態を回避することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、低ＳＯ_２排ガスと比較して多量の酸化用空気を循環タンク内に供給する高ＳＯ_２排ガスを処理するプラントにおいて、循環タンク内が高ボイド率であっても円滑なポンプ運転を行うことが可能であるため、循環タンクのコンパクト化を図ることが可能であり、安価な吸収塔をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバッフル上面の開口面積を増加させバッフル吸い込み液流速を気泡上昇速度以下にした縦型排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態のバッフル上面の開口面積を増加させバッフル吸い込み液流速を気泡上昇速度以下にした横型排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】本発明の実施の形態のバッフルの上方に落下液遮へい板を配置した縦型排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線矢視図である。
【図７】本発明の実施の形態のバッフルの上方に落下液遮へい板を配置した横型排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線矢視図である。
【図９】液中を上昇する気泡径とその上昇速度の関係を示す図である。
【図１０】試験結果に基づいたバッフル内吸い込み液流速とポンプ吸い込み液中のボイド率を表した図である。
【図１１】本発明の参考例によるバッフル上面の開口面積を増加させたバッフル構造の詳細図である。
【図１２】図１、図３に示す本発明の実施の形態の排煙脱硫装置のバッフル上面と下面と側面に開口を設けてバッフル開口面積を増加させたバッフル構造の詳細図である。
【図１３】従来方式による排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１５】従来方式による排煙脱硫装置の断面の概略図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ線矢視図である。
【符号の説明】
１塔本体２入口ダクト
３出口ダクト４吸収液スプレ部
５スプレノズル６循環ポンプ
７循環タンク８酸化用撹拌機
９酸化用空気吹き込み管１０ミストエリミネータ
１１バッフル１２循環ポンプ抜き出し配管
１３タンク内旋回流１４落下液遮へい板
１５タンク側面１６タンク底面
１７バッフル吸込み液

Claims

ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物及びばいじんを噴霧吸収液により除去するための吸収塔と、前記吸収塔から導入された吸収液を保有し、亜硫酸カルシウムを酸化及び中和する循環タンクとを備えた湿式排煙脱硫装置において、
循環タンクから吸収液を抜き出すための吸収液抜出配管を循環タンクに接続して設け、該吸収液抜出配管接続部の循環タンク内にバッフルを設け、循環タンクの壁面に該タンク内の液を撹拌するための撹拌機を設け、バッフル内部に流入する吸収液流速を液中での気泡上昇速度以下となるように、バッフル上面と、更に前記攪拌機による液の押出しによって生じる液の旋回流に対して、その上流側以外のバッフル面のいずれか一面以上に開口部を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
前記バッフルの上方に硫黄酸化物を吸収した吸収液がショートパスしてバッフル内に流入することのないように、落下液遮へい板を設けたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。