JPH0691939B2

JPH0691939B2 - 湿式排煙脱硫方法および装置

Info

Publication number: JPH0691939B2
Application number: JP61036758A
Authority: JP
Inventors: 博黒田; 士西村; 紀夫嵐; 武勇小室; 忠昭溝口; 隆則中本; 良一宮高; 滋野沢
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS62193630A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、湿式排煙脱硫方法および装置に係り、特に排
ガス中の硫黄酸化物を吸収除去し、副生品として石膏を
回収するに好適な湿式排煙脱硫方法および装置に関する
ものである。

（従来の技術）現在実用化されている湿式排煙脱硫装置は、石灰石、石
灰などのカルシウム系の吸収剤を用い、副生品として石
膏を回収するものが主流である。第７図は、石灰石を吸
収剤とし、副生品とし石膏を回収する従来の排煙脱硫装
置を示したものである。排ガス１は除じん塔２に導びか
れ、ここで冷却、除じんおよび一部脱硫されたのち、吸
収塔３に導かれ、ここで循環液スラリと接触し、デミス
タ４でミストは除去され、吸収塔から排出される。一
方、吸収剤スラリである石灰石スラリ20は、石灰石スラ
リポンプ21により吸収塔循環タンク５に供給され、その
スラリは吸収塔循環ポンプ７により吸収塔３内に設置さ
れたスプレノズル22に供給され、ここから塔３内に噴霧
されて排ガス１と接触し、排ガス１中の硫黄酸化物を吸
収除去して循環タンク５へ戻り、循環使用される。吸収
後のスラリは、吸収塔ブリードポンプ８により、除じん
塔循環タンク６に供給され、除じん塔２内で、さらに排
ガス１と接触し、排ガス１中の硫黄酸化物を除去するこ
とによりスラリ中の未反応石灰石の量を減じて副生品回
収系、すなわち、酸化塔供給タンク10へ供給される。酸
化塔供給タンク10で、未反応石灰石は硫酸を添加するこ
とにより石膏とし、また酸化に好適なpHに調整される。
pH調整されたスラリは、酸化塔供給ポンプ11により、酸
化塔12に供給され、ここで亜硫酸カルシウムは、空気酸
化され石膏とされた後、導管13を通ってシックナ14へ導
びかれ、濃縮された後、石膏スラリは、遠心分離機17で
脱水され、粉体の石膏18が回収される。シックナ14およ
び遠心分離機17の濾過水19は、循環再利用される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、この従来技術では吸収塔３と除じん塔２
が別個に配置されている二塔式であること、吸収系から
抜出したスラリ中の未反応石灰石の中和装置（硫酸ポン
プ、硫酸タンク等）および亜硫酸カルシウムの酸化装置
が必要であるため、設置面積が大きくなり、また設備が
複雑となる欠点がある。また、通風系のダクトの曲りが
多く必要となるため、ダクトのロスが増加し、電力など
のユーティリティが多くなる欠点がある。

以上の理由により、ユーティリィを低減し、かつ設備を
簡素化し、設置面積の小さいコンパクトな脱硫装置が要
望されていた。そして本発明者らは、その要望にこたえ
るべく、コンパクトな脱硫装置として新しいプロセスお
よび装置を提案した（特願昭59−028764号）。しかし、
この装置は、吸収剤循環タンクを別置するか、またはタ
ンク内に仕切板を設けて二槽にしたもので、装置の複雑
化は避けられなかった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、除
じん装置および酸化装置を省略するとともに、さらに設
備を簡素化し得る湿式排煙脱硫方法および装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、排ガス中の硫黄酸化物をカルシウム系吸収剤
を含む吸収剤スラリにより除去し、副生品として石膏を
回収する湿式排煙脱硫方法において、排ガス中の硫黄酸
化物の吸収除去を吸収部で行い、硫黄酸化物の吸収除去
により低下する循環スラリのpHの回復を前記吸収部下部
に設けられた循環タンク内で行い、硫黄酸化物の吸収に
より生成した亜硫酸カルシウムの酸化を、前記循環タン
ク内に設置した攪拌翼近傍に空気を吹き込んで微細な気
泡を発生させることにより行い、かつ循環タンク内のpH
を5.0〜6.5に制御して、硫黄酸化物の吸収スラリのpH回
復、酸化を同一塔内で行うことを特徴とする。

また、本発明に用いる装置は、塔上部に設けられた処理
ガス出口と、該処理ガス出口の下方に設けられた、カル
シウム系吸収剤を含むスラリを噴霧するスプレノズルを
有する吸収部と、該吸収部の下方に設けられた、循環ス
ラリを噴霧するスプレノズルを有する除じん部と、該除
じん部の下部側壁に設けられた該処理ガスの入口と、前
記除じん部の下方に設けられた循環タンクと、該循環タ
ンク側壁に設けられた攪拌機と、該攪拌機の攪拌翼近傍
に酸化用空気を吹き込む手段と、前記循環タンク内の吸
収剤スラリを除じん部および吸収部にそれぞれ循環させ
るポンプおよび配管系と、前記吸収部に吸収剤スラリを
循環させる配管系に新しいカルシウム系吸収剤を供給す
る手段と、循環タンクからスラリを排出する手段とを有
し、前記酸化用の攪拌機は、循環タンクの液面レベルよ
り2m以下で、かつ吸収剤スラリの循環ポンプ吸込配管の
タンク側取合点より上に設置されていることを特徴とす
る。

脱硫性能を高く維持するためには、吸収剤スラリのpHを
高くする必要があり、良質の石膏を回収するため、およ
び酸化装置の容量を小さくするためには、スラリのpHを
低くする必要があり、従来から吸収用循環タンクと酸化
用タンクを共用することは、一般に困難であるとされて
いた。しかしながら、本発明者らによれば、下記研究の
結果により、特定条件のもとに、酸化用タンクと吸収用
循環タンクを一つにできることが明らかになった。以
下、これについて詳しく述べる。

第２図は、ガス量3,000Nm³/h、SO₂濃度1,000ppmの条件
で、組成が（石膏＋石灰石）と（石膏＋石灰石＋亜硫酸
カルシウム）の各スラリについて脱硫率を測定した結果
を示したものである。なお、この場合のスラリ中の固形
物は両スラリ共約10wt％とした。本図から明らかなよう
に、（石膏＋石灰石）スラリの方が、低pH範囲まで高脱
硫率が得られる。その理由は、各種基礎試験および下記
の吸収反応式より、液中に亜硫酸カルシウムの固形物が
存在しない場合は、液中のH₂SO₃分圧（SO₂分圧）が吸収
塔内でそれほど高くならず、SO₂の吸収を阻害しないた
めである。

SO₂＋H₂O→H₂SO₃（SO₂の吸収）（１） H₂SO₃→H⁺＋HSO₃ ^-（解離）（２） HSO₃ ^-→H⁺＋SO₃ ^2-（″）（３） CaCO₃＋H⁺→Ca²⁺＋HCO₃ ^-（中和）（４） HCO₃ ^-＋H⁺→H₂CO₃（″）（５） H₂CO₃→H₂O＋CO₂↑（脱気）（６） Ca²⁺＋SO₃ ^2-＋1/2H₂O →CaSO₃・1/2H₂O（結晶化）（７）スラリ中に亜硫酸カルシウムが存在した場合は下記の反
応が起こる。

CaSO₃・1/2H₂O＋H₂SO₃ →Ca²⁺＋２HSO₃ ^-＋1/2H₂O （８） HSO₃ ^-＋H⁺→H₂SO₃ （９）すなわち（９）式により、吸収塔内でスラリ中のH₂SO₃
分圧が高くなり、（１）式のSO₂吸収が阻害され、脱硫
率が低くなる。よって、吸収液中の亜硫酸濃度を溶解度
以下に保てば、比較的低pHでも、脱硫反応を進行させる
ことができる。

一方、亜硫酸カルシウムの酸化反応において、スラリの
pHを低くする必要があるのは、第３図に示されるよう
に、亜硫酸カルシウムの溶解度がpHに依存しており、ま
ず固形物の亜硫酸カルシウムを溶解させ、液中に溶解さ
せた酸素と反応させる必要があるためである（J.A.P.C.
A、March 1972、Vol.22、No.3）。

一方、吸収塔で生成した亜硫酸カルシウムの結晶化反応
（８）は比較的遅く、循環タンク内で起こると考えられ
ており、従って迅速な酸化手段を用いて結晶化前に亜硫
酸カルシウムの酸化を行なえば、一塔化が達成できるこ
とになる。そしてこの迅速な酸化手段として、本発明で
は、攪拌機近傍に空気を吹き込む方法を採用している。

第４図は、循環タンクに亜硫酸カルシウムの固形物が存
在する場合と、しない場合のpHと酸化率の関係（酸化用
空気量は理論量の２倍供給）を示すものである。亜硫酸
カルシウムの固形物が存在しない場合の酸化率は、pHに
よらず、高酸化率が得られることが判る。

以上より、本発明においては、循環タンク内のスラリの
pHを５〜6.5に調整し、理論空気量の２倍以上の空気を
攪拌翼近傍に供給して亜硫酸カルシウムを効率よく酸化
することにより、脱硫率90％以上、酸化率99％以上を得
ることができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。第１図は、
本発明の一実施例を示す湿式排煙脱硫装置の説明図であ
る。この装置は、塔上部に設けられた処理ガス出口57
と、該処理ガス出口57の下方に設けられた、カルシウム
系吸収剤を含むスラリを噴霧するスプレノズル56Aを有
する吸収部44と、該吸収部44の下方に設けられた、循環
スラリを噴霧するスプレノズル56Bを有する除じん部43
と、該除じん部43の下部側壁に設けられた被処理ガス41
の入口41Aと、前記除じん部43の下方に設けられた循環
タンク53と、該循環タンク側壁に設けられた攪拌機49
と、該攪拌機49の攪拌翼近傍に酸化用空気50を吹き込む
手段と、前記循環タンク53内の吸収剤スラリを除じん部
43および吸収部44にそれぞれ循環させるポンプ47、48お
よび配管系58、58Aと、前記吸収部44に吸収剤スラリを
循環させる配管系58Aに新しいカルシウム系吸収剤55を
供給する手段と、循環タンク53内のスラリの排出手段
（ポンプ51および導管52）とを有し、前記酸化用の攪拌
機49は、循環タンク53の液面レベルより2m以下で、かつ
吸収剤スラリの循環ポンプ47、48の吸込配管のタンク側
取合点より上に設置されている。なお、45はデミスタ、
46はガス分散板である。

このような構成において、排ガス41は入口41Aから吸収
塔57の下部の除じん部43へ導びかれ、ここで冷却、除じ
ん、一部脱硫された後、ガス分散板（スクリーンプレー
ト）46でガスは整流された後、吸収部44へ導入される。
ここで、排ガス中の硫黄酸化物は、カルシウム系吸収剤
を含むスラリにより、最終的に除去された後、排ガス41
は同伴ミストをデミスタ45により除去された後、吸収部
塔頂部の出口57より清浄ガス42として排出される。一
方、吸収剤スラリである石灰石スラリ55は、吸収部循環
ポンプ48の吸込み側に供給され、ポンプ48によりタンク
53から吸込まれた循環スラリと混合され、配管58Aを通
って吸収部44に供給され、スプレノズル56Aから散布さ
れて循環タンク53に戻る。また除じん部43には同一の循
環タンク53よりポンプ47および配管58を経て、スラリが
供給され、スプレノズル56Bから散布されて循環タンク5
3に戻る。この循環タンク53に戻ったスラリは、その中
でpHの回復が図られるとともに、循環タンク53には、空
気50を微細な気泡としてスラリ中へ分散する攪拌機49が
設置されており、硫黄酸化物を吸収して生成した亜硫酸
カルシウムを石膏に酸化する。循環タンク53内のスラリ
は、石膏と微量の未反応石灰石を含むが、このスラリは
抜出しポンプ51により導管52を経て、石膏脱水系に送ら
れ、粉末の石膏として回収される。

良質な石膏を得るためには、亜硫酸カルシウムの酸化率
を極力高く、また未反応石灰石を極力少なくする必要が
ある。そのため、循環タンク53への安定した空気の吹き
込み、およびその空気の有効利用は、本プロセスの目的
の１つであるユーティリィティ低減のための重要な課題
である。そこで本発明では、空気の吹き込み手段とし
て、循環タンク53の側壁に設けられた攪拌機49の攪拌翼
近傍に空気を吹き込み、攪拌翼のせん断力により微細な
気泡を発生させ、空気量が少ない状態でも高酸化率を達
成するようにした。すなわち、攪拌機49の攪拌翼近傍に
空気を吹き込むことにより、該空気は、前記攪拌機49の
推力を利用して循環タンク53内に吹き込まれるので、吹
き込まれた空気が循環タンク内のスラリと均質化される
程度に充分に攪拌混合される。従って循環タンク内に、
トラブルの原因となる気体吹込管等を設置することな
く、溶存空気（酸素）をスラリ全体に拡散して亜硫酸カ
ルシウム酸化を促進することができる。この攪拌機49
は、通常タンクに設けられるスラリ沈降防止用のものを
利用することも可能である。しかし、攪拌機から発生し
た気泡が循環ポンプ47、48に吸込まれると、ポンプのキ
ャビテーションにつながり、吐出容量の減少、圧力の低
下がおこることになるため、攪拌機の設置位置はポンプ
吸込み配管より上方に位置させることが好ましい。

また、空気の利用率の観点より、攪拌機の設置位置を考
えると、ある程度、気泡とスラリとの接触時間が必要で
あり、このため気泡発生用の攪拌機49の設置位置を検討
したところ、第５図に示すように液レベルより2m以下に
することが好ましいことが分った。なお、攪拌機の設置
位置を、液レベル54より約5m以上下方に設置しても、空
気の利用率はそれほど増加しない。以上より気泡発生用
の攪拌機49は、循環ポンプ47、48の吸込み配管取合口よ
り上で、液レベル54より2m以下に設置することが好まし
い。

また、吸収部44の脱硫率を向上し、かつ未反応の石灰石
をすこしでも低減するためには、第２図に示すように循
環スラリのpHが高いことが望ましく、このため、吸収部
循環ポンプ48の吸込側配管に新しい石灰石スラリ55を供
給することが望ましい。なお、石灰石スラリ55は循環タ
ンク53に直接供給しても、循環タンクpHおよび循環タン
クの循環液保持時間を適切に選定すれば、未反応石灰石
を石膏基準で0.5％以下にすることが可能であり、石膏
ボードの原料として十分利用可能である。

一方、冷却、除じん、硫黄酸化物の吸収をスプレ式で行
なうため、その性能はガスの偏流に大きく影響される。
したがって、塔内でのガス整流が必要となる。そこで、
ガスの整流を目的としたスクリーンプレート、すなわち
ガス分散板46を設置することが望ましい。その設置位置
は、除じん部43入口に設置することも考えられるが、排
ガス41の温度は、90〜160℃と高温であるため、ガス分
散板にスケーリングが懸念されること、また除じん部で
噴霧された循環スラリが、その上に保持されることによ
り、余分な通風損失が発生することを考慮すれば、図に
示すように除じん部出口、すなわち吸収部入口に設置す
るのが望ましい。

また、排ガス量が減少したり、SO₂濃度が減少した場
合、使用する吸収剤量、酸化用空気量を低減することが
可能である。したがって入口SO₂量を排ガス流量、入口S
O₂濃度の積算値より求め、その信号により供給すべき吸
収剤量、酸化用空気量を制御すれば、低負荷時または計
画値よりSO₂濃度が低い場合に、酸化用空気、吸収剤の
ユーティリティを低減することが可能となる。

また、酸化用空気については、循環スラリ中の溶存酸素
を溶存酸素計により計測し、その値が規定値以下となる
ように調節することにより、酸化用空気のユーティリテ
ィをさらに低減することが可能である。

第１図の実施例では、循環タンク53の径が塔径と同じ場
合を示したが、タンク部を塔径より大きくし、塔高を低
くすることも可能である。

また、第６図に示すように、タンク底部をコーン状61と
することにより、循環タンク内で生成した石膏の粒径の
大きいものを選択的に抜き出すことが可能である。その
結果、石膏脱水系のシックナを省略することができる。

また、副生石膏中の不純物として、石灰石がまったく許
容されない場合は、循環タンク53から、石膏脱水系に抜
出すスラリを硫酸により中和する装置を付加することも
可能である。

（実施例）実施例１第１図に示した湿式脱硫装置を用いて排ガス処理実験を
行なった。試験条件は以下のとおりである。

ガス量:3000Nm³/h、SO₂濃度1000ppm 入口ダスト濃度:200mg/Nm³ 酸化用空気量:7Nm³/h 除じん、冷却部:3l/Nm³ 吸収部:12l/Nm³ 循環タンクpH:5.5 装置条件塔径：φ0.65m、除じん、冷却部スプレ段数:2段、吸収部スプレ段数:4段ガス分散板（吸収部入口）:1段循環タンク径：内径2m×高さ2m、攪拌機:4台試験結果は以下の通りであった。

脱硫率:98％、酸化率:99.5％、石灰石の過剰率:2％、副生石膏純度:97％、硫酸使用量:0kg/h。

比較例１実施例１において循環タンクのpHを4.5に維持すること
を目指して試験を実施したところ、脱硫率が大きく変動
した。その理由は、石灰石の過剰率が0.07％以下とな
り、循環スラリのpH変動が非常に大きく、2.5〜5.0の間
で変化したためである。なお、脱硫率は、60〜90％であ
った。

比較例２実施例１において循環タンクのpHを6.6に維持して試験
を実施したところ、脱硫率、酸化率は99％以上、98％以
上がそれぞれ達成できたが、石灰石の過剰率を40％以上
にする必要があり、その結果、副生石膏の純度が約70％
までに低下した。

（発明の効果）本発明によれば、石灰石、硫酸のユーティリティ、およ
び酸化用空気圧縮機をブロアーとして、吐出圧力を下げ
ることができ、これに用いる電力ユーティリティの低減
をはかることができる。さらに酸化装置の機器を省略
し、敷地面積を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例を示す湿式排煙脱硫装置の説
明図、第２図は、循環タンクスラリpHと脱硫率の関係を
示す図、第３図は、循環タンクスラリpHと亜硫酸カルシ
ウム溶解量を示す文献から引用した図、第４図は、循環
タンクスラリpHと酸化率の関係を示す図、第５図は、気
泡発生用攪拌機の循環タンク液レベルからの距離と空気
利用率を示す図、第６図は、本発明の他の実施例を示す
説明図、第７図は、従来技術の湿式排煙脱硫装置のフロ
ーシートを示す図である。 41…排ガス、42…清浄ガス、43…除じん部、44…吸収
部、45…デミスタ、46…ガス分散板、47…除じん部循環
ポンプ、48…吸収部循環ポンプ、49…攪拌機、50…空
気、51…抜出しポンプ、52…導管、53…循環タンク、54
…液レベル、55…石灰石スラリ、56…スプレノズル、57
…処理ガス出口、58…循環ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小室武勇茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者溝口忠昭広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内 (72)発明者中本隆則広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内 (72)発明者宮高良一広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (72)発明者野沢滋広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (56)参考文献実開昭58−95216（ＪＰ，Ｕ) 特公昭59−25617（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭59−13624（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス中の硫黄酸化物をカルシウム系吸収
剤を含む吸収剤スラリにより除去し、副生品として石膏
を回収する湿式排煙脱硫方法において、排ガス中の硫黄
酸化物の吸収除去を吸収部で行い、硫黄酸化物の吸収除
去により低下する循環スラリのpHの回復を、前記吸収部
下部に設けられた循環タンク内で行い、硫黄酸化物の吸
収により生成した亜硫酸カルシウムの酸化を、前記循環
タンク内に設置した攪拌翼近傍に空気を吹き込んで微細
な気泡を発生させることにより行い、かつ循環タンク内
のpHを5.0〜6.5に制御して、硫黄酸化物の吸収、スラリ
のpH回復、酸化を同一塔内で行うことを特徴とする湿式
排煙脱硫方法。
【請求項２】特許請求の範囲（１）において、亜硫酸カ
ルシウム酸化用空気供給量および吸収剤供給量を、入口
SO₂濃度および排ガス量の積算値により制御することを
特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項３】特許請求の範囲（１）または（２）におい
て、酸化用空気供給量を、スラリ中の溶存酸素を検出
し、その信号を基に調節することを特徴とする湿式排煙
脱硫方法。
【請求項４】塔上部に設けられた処理ガス出口と、該処
理ガス出口の下方に設けられた、カルシウム系吸収剤を
含むスラリを噴霧するスプレノズルを有する吸収部と、
該吸収部の下方に設けられた、循環スラリを噴霧するス
プレノズルを有する除じん部と、該除じん部の下部側壁
に設けられた該処理ガスの入口と、前記除じん部の下方
に設けられた循環タンクと、該循環タンク側壁に設けら
れた攪拌機と、該攪拌機の攪拌翼近傍に酸化用空気を吹
き込む手段と、前記循環タンク内の吸収剤スラリを除じ
ん部および吸収部にそれぞれ循環させるポンプおよび配
管系と、前記吸収部に吸収剤スラリを循環させる配管系
に新しいカルシウム系吸収剤を供給する手段と、循環タ
ンクからスラリを排出する手段とを有し、前記酸化用の
攪拌機は、循環タンクの液面レベルより2m以下で、かつ
吸収剤スラリの循環ポンプ吸込配管のタンク側取合点よ
り上に設置されていることを特徴とする湿式排煙脱硫装
置。
【請求項５】特許請求の範囲（４）において、吸収部お
よび除じん部にガス整流用のスクリーンプレートを１段
以上設置することを特徴とする湿式排煙脱硫装置。