JP5020348B2

JP5020348B2 - 炭酸カルシウム濃度測定装置

Info

Publication number: JP5020348B2
Application number: JP2010081553A
Authority: JP
Inventors: 輝之渡邉
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214911A

Description

本発明は、火力発電設備における脱硫装置で用いられる炭酸カルシウム濃度測定装置に関する。

従来より、火力発電設備は、燃焼により生じる排ガスに含まれる硫黄酸化物等を除去するため、排煙脱硫装置を備える。この排煙脱硫装置として、水及び石灰を混合したスラリーに排ガスを接触させ、石灰に含まれる炭酸カルシウムと硫黄酸化物とを結合させて、石膏として回収する石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置が知られている。

石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置では、脱硫性能としてスラリーに含まれる炭酸カルシウムの濃度が化学当量以上必要である。しかしながら、炭酸カルシウムと硫黄酸化物を結合させて石膏を生成するので、炭酸カルシウムの濃度が高いと炭酸カルシウムが余剰となる場合がある。この場合、余剰となる炭酸カルシウムと結合させるように、硫酸等の酸を別途スラリーに供給する必要が生じる。このため、経済面からも、スラリーに含まれる炭酸カルシウムの濃度は測定され、この濃度に応じてスラリーに混合する石灰の量が制御されている。

そこで、スラリーの一部を採取し、採取したスラリーと硫酸等の酸を反応させるとともに、スラリーの内部に気泡を発生させるバブリング手段により空気を吹き込み、これにより発生する亜硫酸ガスと炭酸ガスの濃度を検出して、検出した濃度を基にスラリーに含まれる炭酸カルシウムの濃度を測定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開昭６０−１５４１５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、空気を吹き込むバブリング手段に設けられた孔に生成された石膏が付着して孔を閉塞してしまい、空気が十分に吹き込まれず、炭酸カルシウムの計測が困難になることがあった。

このため、空気を継続的にスラリーに吹き込み、炭酸カルシウムの濃度の計測を安定的に持続することのできる炭酸カルシウム濃度測定装置が求められていた。

本発明は、空気を継続的にスラリーに吹き込み、炭酸カルシウムの濃度の計測を安定的に持続することのできる炭酸カルシウム濃度測定装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置は、火力発電所設備の石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置において、スラリー中の炭酸カルシウム濃度を測定する装置であって、前記スラリーを被測定液としてサンプリングするサンプリング手段と、前記スラリーを収容する反応容器と、前記反応容器内で発生する炭酸ガスを検出する分析部と、を備え、前記反応容器には、容器内中央部を軸にして攪拌する攪拌翼と、前記被測定液への酸導入手段と、前記被測定液内に気泡を発生させるバブリング手段が配置されており、前記バブリング手段は、バブルの発生点が前記攪拌翼より下方に配置されるとともに、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバブルを発生させることを特徴とする。

（２）前記バブリング手段は、一端に直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の開放部を有するバブリングチューブであることが好ましい。

（３）バブリングされる気体が空気であることが好ましい。

（４）前記酸導入手段は、前記被測定液の液面上から酸を滴下する位置に配置される酸滴下管を備え、前記反応容器の上方から見た平面視において、その略中央部に配置される攪拌翼の回転範囲より外側になるように、前記酸滴下管及び前記バブルの発生点が配置され、前記平面視における、前記酸滴下管の位置と、前記攪拌翼の回転軸位置と、前記バブルの発生点と、がなす小さいほうの角αが９０度以上１８０度以下であることが好ましい。

（５）前記角αが略１８０度となるように配置されることが好ましい。

本発明によれば、空気を継続的にスラリーに吹き込み、炭酸カルシウムの濃度の計測を安定的に持続することのできる炭酸カルシウム濃度測定装置を提供することができる。

本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置を有する石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置が配置された火力発電設備の概略図である。本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置の概略図である。本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置における反応容器を側面から見た図である。本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置における反応容器を上面から見た図である。

以下、本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置１に係る好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の炭酸カルシウム濃度測定装置１を有する石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３が配置された火力発電設備１００の概略図である。火力発電設備１００は、ボイラ１０１と、電気集塵機１０２と、石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３と、煙突１０４と、を備える。ボイラ１０１で石炭を燃焼させることにより生じた排ガスは、図示しない脱硝装置を経て、電気集塵機１０２に流通し、電気集塵機１０２の内部で排ガスから煤塵が除去される。煤塵を除去されたガスは、石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３に流通する。煤塵を除去されたガスは、石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３で、硫黄酸化物を除去される。硫黄酸化物を除去されたガスは、煙突１０４に流通し、外気に排出される。

石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３は、吸収塔１１０と、水及び石灰が混合され吸収塔１１０内に供給されるスラリー１０と、吸収塔１１０内にスラリー１０を循環させる吸収塔循環ポンプ１１２と、吸収塔１１０内でスラリー１０を噴霧する噴霧装置１１３と、吸収塔１１０内のスラリー１０を採取して、炭酸カルシウムの濃度を測定する炭酸カルシウム濃度測定装置１と、吸収塔１１０に供給するスラリー１０を収容するスラリー供給槽１１４と、スラリー供給槽１１４から吸収塔１１０に供給するスラリー１０の流量を調整するスラリー流量制御部１１５と、を有する。石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３における吸収塔１１０に流通したガスは、噴霧装置１１３で噴霧されるスラリー１０と接触する。吸収塔１１０内で、ガスに含まれる硫黄酸化物と吸収液に含まれる炭酸カルシウムとが結合し、石膏として回収されることにより、ガスから硫黄酸化物が除去される。

図２は、炭酸カルシウム濃度測定装置１の概略図である。炭酸カルシウム濃度測定装置１は、火力発電設備１００の石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置１０３において、スラリー１０中の炭酸カルシウム濃度を測定する装置である。炭酸カルシウム濃度測定装置１は、吸収塔１１０に接続され、吸収塔１１０内のスラリー１０を採取して測定する。炭酸カルシウム濃度測定装置１は、採取したスラリー１０に、硫酸等の酸を供給するとともに、空気を供給して気泡を発生させバブリングを行う。この結果、硫酸カルシウムＣａＳｏ_４、亜硫酸ガスＳＯ_２及び炭酸ガスＣＯ_２が生成される。このうち炭酸ガスの量を測定し、測定した値に基づいて、炭酸カルシウム濃度が算出される。このときバブリングは攪拌による反応の進行と、反応溶液中に溶解している炭酸ガスの気化促進として行なわれる。

炭酸カルシウム濃度測定装置１は、スラリー１０を被測定液としてサンプリングするサンプリング手段２と、スラリー１０を収容する反応容器３と、スラリー１０に酸を導入する酸導入手段４と、反応容器３内にバブル（気泡）を発生させるバブリング手段５と、反応容器３内で生成した気液を処理する処理部６と、反応容器３内で発生する炭酸ガスを検出して測定する分析部７と、分析部７で分析した結果により炭酸カルシウム濃度を算出する演算部８と、を備える。

サンプリング手段２は、定量ポンプを備える。定量ポンプは、一端が吸収塔１１０に、他端が反応容器３に接続された配管に設けられ、吸収塔１１０からスラリー１０を採取する。採取されたスラリー１０は、反応容器３へ送られる。

図３は反応容器３を側面から見た図である。図３に示すように、反応容器３は、略円筒形状で下部の断面積が小さくなった容器本体３１を有し、容器本体３１の内部に、容器内中央部を軸にして攪拌する攪拌翼３３が配置されている。攪拌翼３３は、容器本体３１の中心軸と同軸の回転軸３４に設けられる。攪拌翼３３は、互いに対向する２枚の翼を一対とし、二対の翼を有する。攪拌翼３３は、回転してスラリー１０を攪拌する。

酸導入手段４は、反応容器３の外部から酸滴下管４１を介して硫酸等の酸を反応容器３に導入する。酸滴下管４１は、一端が反応容器３の内部に設けられ、他端が酸を収容する容器に設けられる。酸滴下管４１の一端は、例えば、反応容器３における攪拌翼３３よりも上方に配置され、スラリー１０の液面上から酸を滴下する位置に配置される。反応容器３に酸を導入することにより、反応容器３内のスラリー１０のｐＨは、４以下に保たれるよう制御されている。

バブリング手段５は、反応容器３に配置される。バブリング手段５は、一端が反応容器３の内部に設けられ、他端が図示しない空気供給装置に接続されるバブリングチューブ５１である。バブリングチューブ５１は、この一端にバブルの発生点となる開放部５２を有する。バブリングチューブ５１は、内径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の中空の管である。開放部５２は、バブリングチューブ５１の一端における中空部分である。開放部５２は、攪拌翼３３よりも下方に配置される。空気供給装置からバブリングチューブ５１に空気を供給すると、開放部５２から直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバブルが発生する。開放部５２の直径が２ｍｍ以上であると、バブルが比較的大きく勢いよくバブリングされるため、スラリー１０内で生成された石膏がバブリングチューブ５１を閉塞しづらい。また、開放部５２の直径が１０ｍｍ以下であるため、バブルの数が減ったり、バブルが形成される速度が遅くなって炭酸ガス及び亜硫酸ガスを生成する性能が低下しにくい。また、バブルが大きく、スラリー１０を飛散させることがない。

図４は反応容器３を上面から見た図である。図４に示すように、酸滴下管４１とバブリングチューブ５１の開放部５２とは、反応容器３の上方から見た平面視において、反応容器３の略中央部に配置される攪拌翼３３の回転範囲βより外側になるように配置される。反応容器３の上方から見た平面視における酸滴下管４１の位置と、攪拌翼３３の回転軸３４位置と、開放部５２と、がなす小さいほうの角αが、９０度以上１８０度以下となるように、酸滴下管４１及び開放部５２は配置される。角αが９０度未満では開放部５２と酸滴下管４１の位置が近くなりバブリングによって酸滴下管４１に石膏が付着し易くなる。特に、角αが略１８０度となるように、酸滴下管４１及び開放部５２が配置されることが好ましい。酸滴下管４１及び開放部５２が、回転軸３４を挟んで対称位置に、距離が遠く離れるように配置されることで、酸滴下管４１に石膏が付着して閉塞されづらくなる。

処理部６は、反応容器３と分析部７との間に設けられる。処理部６は、反応容器３でバブリングを行った気液を気体と液体に分離する気液分離器６１及び気液分離器６１の下流に配置され、気液分離器６１から得た気体から水分を除去する除湿器６２を備える。反応容器３で生成された気液は、処理部６により気体とされ、分析部７へ流通する。

分析部７は、炭酸ガスの分析計と亜硫酸ガスの分析計を備える。分析部７は、反応容器３で生成され、処理部６を流通した気体に含まれる炭酸ガス及び亜硫酸ガスの濃度を測定する。

演算部８は、分析部７で測定した炭酸ガス及び亜硫酸ガスの濃度より、スラリー１０に含まれる炭酸カルシウムの濃度を演算処理して算出する。算出した結果は、演算部８からスラリー流量制御部１１５に送られる。スラリー流量制御部１１５は、算出した結果に基づいて、スラリー供給槽１１４から吸収塔１１０に供給するスラリー１０の流量を制御する。

次に、本実施形態の炭酸カルシウム濃度測定装置１の動作について、図１〜４を参照しながら説明する。図１及び２に示すように、サンプリング手段２は、吸収塔１１０の内部からスラリー１０を採取し、反応容器３へ供給する。酸導入手段４は、反応容器３に酸滴下管４１を介して硫酸を導入し、反応容器３内のスラリー１０に滴下する。この状態で、反応容器３内のスラリー１０は、ｐＨが４以下に保たれる。反応容器３は、モーター３２により攪拌翼３３の回転軸３４を回転させて、スラリー１０を攪拌する。攪拌により、スラリー１０と硫酸がよく混合されて反応するとともに、スラリー１０に含まれる固形分が沈降せず、スラリー１０中に分散される。

図３に示すように、バブリング手段５は、図示しない空気供給装置からバブリングチューブ５１により、反応容器３内のスラリー１０に空気を供給する。空気は、バブリングチューブ５１の一端に設けられる開放部５２からスラリー１０に供給される。開放部５２は、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバブリングチューブ５１の中空部分で構成されるため、開放部５２から直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバブルが発生する。バブルはスラリー１０が攪拌翼３３で攪拌されるにしたがって、スラリー１０中に分散する。攪拌翼３３よりも下方に配置される開放部５２からバブルが供給されるので、スラリー１０と硫酸とがよく混合され、反応する。石灰と水との混合液であるスラリー１０に、硫酸を供給しつつバブリングを行うと、硫酸カルシウム、炭酸ガス及び亜硫酸ガスが生成される。バブルの大きさは、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるため、開放部５２からスラリー１０中に排出される勢いが強く、生成された硫酸カルシウム（石膏）は開放部５２に付着しづらい。

図４に示すように、酸滴下管４１の位置と、攪拌翼３３の回転軸３４の位置と、開放部５２と、がなす小さいほうの角αが、反応容器３の上方から見た平面視において９０度以上１８０度以下となるように、酸滴下管４１及び開放部５２は配置されている。また、図３に示すように、酸滴下管４１はスラリー１０の液面上に配置されている一方、開放部５２は、攪拌翼３３よりも下方に配置されている。したがって、酸滴下管４１と開放部５２とは、反応容器３の側面視では、攪拌翼３３を中心に対角線上に配置されている。酸滴下管４１と開放部５２とは、反応容器３の上方から見た平面視においても側面視においても、反応容器３内で互いに最も離れた位置に配置されている。したがって、開放部５２から供給されたバブルにより発生した石膏は、酸滴下管４１の周囲に付着しづらい。

このように、スラリー１０中に硫酸を供給しつつバブリングを行って炭酸ガス及び亜硫酸ガスを生成すると、生成後の気液は、処理部６の気液分離器６１に送られる。気液分離器６１で分離された気体は、除湿器６２で水分を除去され、分析部７に送られる。

分析部７は、処理部６を通過した気体から炭酸ガス及び亜硫酸ガスの濃度を測定する。演算部８は、分析部７で測定した結果に基づいて、スラリー１０中の炭酸カルシウム濃度を算出する。算出した結果は、演算部８からスラリー流量制御部１１５に送られる。スラリー流量制御部１１５は、演算部８で算出されたスラリー１０に含まれる炭酸カルシウム濃度に基づいて、スラリー供給槽１１４から吸収塔１１０へのスラリー１０の供給路の流量を制御する。

以上の炭酸カルシウム濃度測定装置１によれば、以下のような効果を奏する。バブリング手段５により、直径２ｍｍ上１０ｍｍ以下のバブルを発生させることとした。バブルの直径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であると、バブルが比較的大きいため、開放部５２からスラリー１０中に勢いよく排出される。このため、バブルが発生する開放部５２の近傍で、スラリー１０に供給された硫酸と結合して生成された石膏が付着しづらく、開放部５２が閉塞されづらい。よって、スラリー１０中に継続して空気を供給することができ、吸収塔１１０から採取したスラリー１０に含まれる炭酸カルシウムの濃度を継続して測定することができる。

また、バブルの発生点となる開放部５２を、攪拌翼３３よりも下方に位置させた。攪拌翼３３の下方から比較的大きいバブルが発生するため、スラリー１０と硫酸がよく混合され、反応が起こりやすい。またバブルの発生点がバブリングチューブ５１の側面でなく、下端部に設けられるため、清掃が容易となった。

また、酸滴下管４１の位置と、攪拌翼３３の回転軸３４位置と、開放部５２と、がなす小さいほうの角αは、反応容器３の上方から見た平面視において９０度以上１８０度以下となるように、酸滴下管４１及び開放部５２を配置した。このため、スラリー１０に供給された硫酸と結合して生成された石膏が、酸滴下管４１の周囲に付着しづらく、酸滴下管４１が閉塞されづらい。よって、スラリー１０中に継続して空気を供給することができ、吸収塔１１０から採取したスラリー１０に含まれる炭酸カルシウムの濃度を継続して安定的に測定することができる。これによって修理、点検を行うメンテナンスの頻度を少なくし、メンテナンスとメンテナンスの間の期間の間隔を大幅に伸ばすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、開放部５２は、バブリングチューブ５１の一端側におけるバブリングチューブ５１の中空部分により構成されるが、バブリングチューブ５１の一端側に、攪拌翼３３よりも下方に設けられ、直径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であれば、バブリングチューブ５１と別体のノズル部を設けてもよい。また、本実施形態では、開放部５２は、バブリングチューブ５１の一端に一つ設けられているが、複数の開放部が設けられてよい。

１炭酸カルシウム濃度測定装置
２サンプリング手段
３反応容器
４酸導入手段
５バブリング手段
７分析部
１０スラリー
３３攪拌翼
４１酸滴下管
５２開放部
１００火力発電設備
１０３石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置

Claims

火力発電所設備の石灰−石膏式の湿式排煙脱硫装置において、スラリー中の炭酸カルシウム濃度を測定する装置であって、
前記スラリーを被測定液としてサンプリングするサンプリング手段と、前記スラリーを収容する反応容器と、前記反応容器内で発生する炭酸ガスを検出する分析部と、を備え、
前記反応容器には、容器内中央部を軸にして攪拌する攪拌翼と、前記被測定液への酸導入手段と、前記被測定液内に気泡を発生させるバブリング手段とが配置されており、
前記バブリング手段は、バブルの発生点が前記攪拌翼より下方に配置されるとともに、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のバブルを発生させ、
前記酸導入手段は、前記被測定液の液面上から酸を滴下する位置に配置される酸滴下管を備え、
前記反応容器の上方から見た平面視において、その略中央部に配置される攪拌翼の回転範囲より外側になるように、前記酸滴下管及び前記バブルの発生点が配置され、
前記平面視における、前記酸滴下管の位置と、前記攪拌翼の回転軸位置と、前記バブルの発生点と、がなす小さいほうの角αが９０度以上１８０度以下であることを特徴とする炭酸カルシウム濃度測定装置。
前記バブリング手段は、一端に直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の開放部を有するバブリングチューブである請求項１記載の炭酸カルシウム濃度測定装置。
バブリングされる気体が空気である請求項１又は２記載の炭酸カルシウム濃度測定装置。
前記角αが略１８０度となるように配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸カルシウム濃度測定装置。