JPS62121619A - 湿式排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は湿式排煙脱硫装置に係り、特に排ガス中の硫黄
酸化物を吸収除去する吸収液（カルシウム系化合物スラ
リなど）中に生成される亜硫酸塩（亜硫酸カルシウムな
ど）を硫酸塩に酸化するための専用の酸化塔を必要とす
ることなく、排ガス中の硫黄酸化物を安定した硫酸塩（
石膏など）として回収するのに好適な一塔式の脱硫装置
に関するものである。

〔発明の背景〕

現在、湿式排煙脱硫システムにおいて、アルカリ金属、
アルカリ土類金属あるいはアンモニウムなどの水酸化物
、炭酸塩、亜硫酸塩または酸化物の溶液、もしくはスラ
リ（＠濁液）を吸収液として用い、排ガス中の硫黄酸化
物を吸収除去し、副産物として安定した硫酸塩の形で回
収する方法が一般的である。

ここで、従来技術の一例である石灰石または石灰などの
カルシウム系化合物スラリを用いて、排ガス中の硫黄酸
化物（ＳＯＸ）を吸収除去し、硫酸カルシウム（石膏）
として回収する排煙脱硫システムについて図面に基づい
て説明する。第６図にそのフローシー１〜を示す。図か
ら明らかなどとく、ボイラなどからの排ガス１は除じん
塔２に専かれ、ここで除しん塔の循環タンク３からのス
ラリか除しん塔２の中でスプレされることにより、排ガ
スの除しんおよび冷却が行なわれ、ついで飛散するミス
トがミストエリミネータ４により除去された後に吸収塔
５に送られる。吸収塔５内では、吸収塔の循環タンク６
から、循環ポンプ７を介して管路８から供給されるカル
シウム系化合物スラリによって排ガス中のＳＯＸが吸収
除去される。

排ガス中に同伴するミストはデミスタ９によって除去さ
れ、清浄ガス】０が煙道へ必かれる。一方、ＳＯＸを吸
収したカルシウム系化合物を含む循環スラリは、吸収塔
５および吸収塔の循環タンク６内で亜硫酸カルシウム（
ＣａＳＯ，）になるが、この一部は吸収塔５内において
排ガス中の酸素（０２）によって酸化されて石膏（硫酸
カルシウム）になる。このスラリ吸収液は、循環ポンプ
７を介して管路８から吸収塔５内に循環されるとともに
、ＳＯＸの吸収量に見合ってブリードポンプ１１を介し
て反応槽１２へ供給される。なお、吸収塔の循環タンク
６には石灰石（Ｃａ　ＣＯ３）スラリ１３が補給される
。反応槽１２では、硫酸１４を添加することによって、
スラリ中に含有する未反応ＣａＣＯ３が石膏に転換され
、またＣａＳＯ３を石膏に酸化するに好適なｐＨに調整
される。このスラリは、酸化塔への供給ポンプ１５によ
って酸化塔１６に供給され、ここでＣａＳＯ３は空気１
７によって石膏に酸化される。得られた石膏スラリはシ
ラフナ１８へ導かれ、濃縮された後、遠心分離機１９で
脱水され、付着水１０％以下の石膏粉体２０として回収
される。石膏スラリの濃縮および脱水時の濾過水である
石膏分離母液２１は、石灰石スラリの調整などに再使用
される。

このように従来法においては、燃焼排ガス中のＳｏｘの
吸収過程で、排ガス中に含まれる０２だけで吸収液中の
ＣａＳＯ３をすべて酸化し石膏にすることは困難であり
、吸収液中に生成される亜硫酸塩を、別に設置した酸化
塔１６において酸化する方式が一般的に採用されてきた
。しかしながら、近年、酸化塔１６を省略し、ＳＯＸ吸
収部において硫黄酸化物の硫酸塩への酸化を進めようと
する多くの方法が提案されている。その−例として、酸
化触媒を利用する方法（特公昭５Ｂ　−３６６１９号公
報）、吸収塔の循環タンクや別に設けた反応槽に空気を
吹込む方法（特開昭５５−１１６４２３号公報、同１．
１６４２４号公報、特開昭５８−９８１２６号公報、同
９２４５２号公報、同９５５４３号公報、同１０４６１
９号公報、実開昭５８−９５２１８号公報）あるいは２
段脱硫法（特開昭５８−７４１２６号公報）などを挙げ
ることができる。しかし、上記の触媒を使用する方法に
おいては、触媒を高効率で回収しない限り経済的には成
り立たず、また空気吹込み法にあっては、多量の空気を
微細気泡として供給しない限り、従来の酸化塔に代る酸
化速度で亜硫酸塩を酸化し硫酸塩にすることができない
という欠点がある。

これに対し、本発明者らは湿式排煙脱硫装置の合理化を
目的として、特願昭５９−２８７６４号において、吸収
塔に除しん部、冷却部、酸化部を設け、−塔で排ガスの
除しん、冷却、脱硫および吸収液の酸化を行ない、副生
する石膏を回収するプロセスを提案し、また実開昭５９
−２０６０８号においては、吸収塔に除しん部を設け、
吸収塔の循環タンク内の吸収液に酸化用空気を供給する
手段として、循環タンクの側壁に取付けた攪拌機の吸収
液中に設けた攪拌翼近傍に空気を強制的に吹込み、亜硫
酸塩を硫酸塩に酸化する方式を提案した。しかし、上記
プロセスは、排ガス除しん部の循環タンクとＳＯＸ吸収
部の循環タンクとを別々に設置させた方式によるもので
あって、さらに排煙脱硫プロセスの簡略化と合理化のた
めに、これらの循環タンクを合体させて、完全に、排ガ
スの除しん、ＳＯＸの吸収除去および吸収液の酸化反応
が同一の吸収塔内で実施できるプロセスの開発が強く要
望されるようになった。

しかしながら、排ガスの除しん、ＳＯヶの吸収除去およ
び吸収液の酸化のこれらの機能を集約させるためには、
次に示す問題を解決する必要がある。すなわち、従来、
吸収塔の循環タンク６に取付けられている攪拌機は、ス
ラリ沈降防止を目的としてし設置されたものであるが、
攪拌機の吸収液中に設けた攪拌翼近傍に酸化用の空気を
供給すると、吸収液へ伝わる攪拌動力は著しく低下し、
そのため気泡の分散が不均一となり、さらには、攪拌機
の本来の目的であるスラリ沈降防止すら困難となるので
、気泡がほぼ均一に吸収液内に攪拌されてＣａＳＯ３な
どの亜硫酸塩の酸化がほぼ完全に行なわれ、かつスラリ
の沈降が防止できる最適な攪拌動力と適正な空気供給量
とを把握し設定しなければならないどう課題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、燃
焼排ガスの除しん塔ならびに吸収液の酸化塔を個別に必
要とすることなく、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ，）を
吸収除去する吸収液（カルシウム系化合物スラリなど）
を用いて、一つの吸収塔で排ガスの除しんおよびＳＯＸ
を吸収除去し、さらに吸収液中に生成される亜硫酸塩（
亜硫酸カルシウムなど）をほぼ完全に酸化して純度の高
い硫酸塩（石膏など）として回収することができ、かつ
高い脱硫率を維持することが可能な、シンプルで合理的
な構造の高性能な一塔式の排煙脱硫装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

要するに本発明は、燃焼排ガスを、ＳＯＸ吸収液（カル
シウム系化合物スラリなど）と接触させて吸収除去し、
吸収液中に生成される亜硫酸塩〔亜硫酸カルシウム（Ｃ
ａＳＯ３）など〕を、吸収塔の循環タンクに付設されて
いる攪拌機の吸収液攪拌翼近傍に空気を吹込み硫酸塩〔
硫酸カルシウム（ＣａＳ０４））に酸化させて安定した
硫酸塩（石膏など）として回収する湿式排煙脱硫システ
ムであって、攪拌機の吸収液中に設けた攪拌翼径、攪拌
速度、攪拌機台数および空気供給量を最適化することに
よって、吸収液中の亜硫酸塩（ＣａＳＯ３など）の酸化
をほぼ完全に行ない、これにより吸収液中の亜硫酸塩濃
度がほとんど０となり排ガスの脱硫性能を著しく向上さ
せることができると共に、生成した硫酸塩（石膏など）
を高い純度で効率的に回収することが可能な、完全−塔
式の湿式排煙脱硫装置である。そして、本発明は湿式排
煙脱硫装置の合理化を骨子とするものであって、従来の
方式とは異なり、排ガスの除じん塔および吸収液の酸化
塔を一つの吸収塔内に組み込み、それらの機能を集約し
たものである。

次に、本発明による排煙脱硫システムにおいてカルシウ
ム系化合物スラリを用いた場合の一例を挙げ図面に基づ
いてさらに詳細に説明する。第１図にそのフローシート
を示す。なお、図において同一符号を付したものは同一
部品または同一機能を有する部分である。

第１図に示すごとく、ボイラなどからの排ガス１は吸収
塔５へ導入される。そして吸収塔の循環タンク６からは
吸収塔へ吸収液を循環する循環ポンプ７によって、吸収
液であるカルシウム系化合物スラリか管路８を経由して
吸収塔５上部にスプレ供給され、排ガスは吸収液と接触
して冷却、除しんさらに脱硫されながら吸収塔５内を上
昇し、デミスタ９によって排ガス中に同伴するミストが
　。

除去され、清浄ガス１０となってダクト２２を経由して
煙道へ導かれ外気に排出される。なお、吸収塔の循環タ
ンク６には吸収液である石灰石および石灰などのスラリ
かスラリ供給管１３から補給される。

上記の本発明の湿式排煙脱硫システムにおいて、本発明
の特徴とするところは、吸収塔の循環タンク６内に落下
し貯留された、排ガスの除しんおよび脱硫に供されたカ
ルシウム系化合物スラリに対して、吸収塔の循環タンク
６に付設された適切な攪拌動力を有する攪拌機２３の吸
収液攪拌翼近傍に最適量の空気２４を供給して微細な気
泡となし、排ガス中のＳＯｘを吸収して生成されたスラ
リ吸収液中のＣａＳＯ３をほぼ完全に酸化させてＣａ５
Ｏ。

（石膏）にするところにある。

本発明者らは、先に吸収塔の循環タンク６内の吸収液中
に設けた攪拌翼の近傍に空気２４を導入し微細気泡を発
生させることによって、スラリ中に生成されたＣａＳＯ
３の酸化反応を著しく促進させることができ、特にＣａ
ＳＯ３の酸化塔を併置しなくてもＣａＳＯ４への酸化が
可能であることを見い出し、すでに上述した特許および
実用新案を出願しているが、さらに排ガスの脱硫によっ
て生じるＣａＳＯ３を完全に酸化し効率的に石膏の回収
をはかるための、最適な空気供給量および攪拌動力など
の条件について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成す
るに至った。

すなわち、本発明者らは排ガスの脱硫によって生成され
る亜硫酸塩（ＣａＳＯ３など）の酸化指数は、空気量、
攪拌翼径、攪拌速度、攪拌機台数などの因子が複雑に影
響するが、第２図に示すごとく、吸収液中の亜硫酸塩の
酸化指数は、空気供給時の攪拌動力ＰＶ（ＰＳ／背）お
よび供給空気の空塔速度Ｖｓ　（ｍ　／　ｈ　）の関数
で整理することができ、次に示す（１）式によって表わ
されることを見い出した。

β　　　γ 酸化指数＝α・Ｐｖ　−ｖＳ　　　・Ｖｓγ……（１）
（式中、α＝１０、β＝０．４、γ＝０．７）さらに、
上記の（１）式によって適切なＰｖおよびＶｓを決定し
、ＳＯ８の吸収系において生成された亜硫酸塩を、吸収
塔の循環タンク内に設けられている吸収液の攪拌翼近傍
に空気を供給し攪拌翼の回転により生ずる剪断力によっ
て微細な気泡となし、酸化を行った場合は、第３図に示
すように、吸収液中の亜硫酸塩（Ｓ○３′−）濃度が減
少するに従って脱硫性能が向上することを本発明者らは
見い出した。すなわち、ＳＯＸの吸収系において、次に
示す（２）式の平衡関係が成立するので、吸収液中のＨ
２Ｓ　Ｏ，濃度（ＣＨ２ＳＯ３）を低くすることによっ
て、ＳＯ２分圧（ＰＳＯ２）を低くすることができ、高
い脱硫率が得られることになる。

５ｏ２（ガス）＋Ｈ２Ｏ−＊Ｈ，５Ｏ３（液）・・・（
２）平衡定数Ｋ　”　Ｃ）＋２８０３　／　Ｐ　ＳＯｚ
上記の高い脱硫率が得られる理由を吸収系において起る
反応式によって説明すると次のごとくなる。

ＳＯ２＋Ｈ７０−＋Ｈ２Ｓ　０３（ＳＯ２の吸収）・・
・（３）Ｈ２ＳＯ，→Ｈ”＋Ｈ３Ｏ３−（解離）　　・
Ｖｓγ……（４）Ｈ８Ｏ３−→Ｈ”＋　Ｓ　Ｏ，”−（
解離）　　・Ｖｓγ……（５）ＧａＣ○３＋Ｈ”→Ｃａ
”＋ＨＣ０３−（中和）−（６）ＨＣＯ２−＋Ｈ＋→Ｈ
２Ｃ○、（中和）　　・Ｖｓγ……（７）Ｈ，Ｃ○３→
Ｈ２０＋Ｃ○２↑（脱気）　・Ｖｓγ……（８）Ｃａ”
＋Ｓ○３”−＋１／２Ｈ２０ →Ｃａ５ｏ３・１／２Ｈ２０（結晶化）・　（９）スラ
リ吸収液中にＣａＳＯ３が存在する場合は、ＣａＳＯ３
・１／２Ｈ２０＋Ｈ２ＳＯ３→Ｃａ”　”　＋　２　Ｈ
Ｓ　Ｏ３−＋　１／　２　Ｈ２０・・・（１０）Ｈ８Ｏ
３−＋Ｈ＋ＨＨ２ＳＯ３・Ｖｓγ……（１１）すなわち
、（１１）式によって吸収塔内でスラリ吸収液中のＨ２
Ｓ○３濃度が高くなり、（３）式におけるＳＯ２の吸収
が阻害され脱硫率が低下することになる。したがって、
吸収液中の亜硫酸塩濃度を極力下げることにより、好ま
しくは２〜５ｍｍｏｌ／Ｑとすることにより脱硫反応を
促進させることができる。

この亜硫酸塩濃度を２〜５ｍｍｏｌ／ｌにするには、吸
収液の酸化指数の最適値を選定する必要があるが、当然
のことながら、この値は必ずしも一定の値をとらない。

本発明者らは、この酸化指数の最適範囲について種々実
験を行ない検討したところ次に示す結果を得た。すなわ
ち、酸化指数があまり小さいと、上述したような亜硫酸
塩濃度を２〜５　ｍ　ｍｏｌ、／　Ｑにするためには、
吸収塔の循環タンクの容量を大きくする必要がありメリ
ットは少なくなる。逆に酸化指数を必要以上に大きくす
ると、生成する石膏の結晶が小さくなり過ぎて、その回
収が困難になるばかりか石膏としての商品価値が低下し
てしまう。さらには、酸化の際に生ずるＣＯＤ起因物質
であるジチオン酸（８２０６２−）の生成量が増加する
という問題が生ずる。また、酸化指数を必要以上に高め
るには、吸収液の攪拌動力および空気供給量とその動力
の増大につながりユーティリティ上得策とは言い難い。

このように相反する現象について種々検討を重ねたとこ
ろ、酸化指数の最適範囲は２０〜１００であることを見
い出した。ここで、一つの具体的実例を挙げて説明する
。処理ガス量１　、　］、５５．７００　Ｎ　ｒｎ’　
／　ｈ　、　Ｓ○Ｊ１度１．３１０ｐｐｍ、脱硫率９０
％の脱硫装置について、吸収塔の循環タンク内における
吸収液の酸化指数と全亜硫酸塩濃度（ｍｍｏｌ／　ｎ　
）との関係を調べたところ第４図に示す結果を得た。こ
こで、タンク容量■をパラメータとしているが、とのＶ
は石灰石の溶解速度から決定されるものであり、一般的
には１分間に循環する吸収液量の６倍をとっている。

図に示すごとく、吸収液の酸化指数と全亜硫酸塩濃度と
の間には密接な関係があり、全亜硫酸塩濃度を２〜５　
ｍｍｏｌ／　Ｑとするには、酸化指数を３０〜９０にす
る必要があることが分かる。しかし、タンク容量Ｖをあ
る程度犠牲にすれば、酸化指数の好ましい範囲は２０〜
１００となる。

さらに、吸収塔循環タンクの容量と全亜硫酸塩濃度との
関係を第５図に示すが、酸化指数を２０〜１００の範囲
にすれば、循環タンクを極端に大きくさせる必要はなく
、全亜硫酸塩濃度を２〜５ｍｍｏｌ／ｆｌの範囲にする
ことができることが判明した。

〔発明の実施例〕

以下に、本発明の一実施例を挙げさらに詳細に説明する
。

（実施例　１） 第１図に示すフローシートの本発明の湿式排煙脱硫装置
を用い、以下に示す排ガス処理条件のもとに脱硫実験を
行なった。

吸収塔の径が０．６５ｍφ、その下部に設けた吸収塔の
循環タンクの径が２ｍφで高さが２ｍの脱硫装置に、Ｓ
Ｏ７濃度が１１０００ｐｐ、Ｏ２濃度６％の石炭燃焼排
ガスを流量３０００　Ｎ　ｒｒｉ’　／　ｈで供給し、
液（Ｌ）／ガス（Ｇ）の比が１５ｆｌ／Ｎｒｎ’となる
ようトこ循環タンク内のスラリ（液量４．５ｍ）を吸収
塔へ循環し、スプレ段数６段でスプレして、排ガス中の
ＳＯ２の吸収を行なった。循環タンク内のスラリのｐＨ
値が５．５となるように、２０％石灰石スラリを供給し
、一方、循環タンクに取付けた４台の攪拌機の攪拌翼（
２００ｍｎφ、回転数１０１００Ｏｒｐ近傍に空気を流
量５ＯＮｍｉ″／ｈ　（攪拌動力として０．２３Ｐ　Ｓ
　／　ｍ　）で供給したところ（酸化指数として３８゜
５）、脱硫率９８％、酸化率９９％、石灰石過剰率２％
、残留全亜硫酸塩濃度２．５ｍｍｏｌ／Ｑであって、回
収された石膏の純度は９７％と高く、その粒径も１００
１Ｍ程度と良好であった。また、未反応の石灰石は０．
５％以下であり、ジチオン酸生成量は５　ｐｐｍ以下と
良好な結果を得た。なお、この実験において硫酸などの
添加物は一切使用しなかった。

（比較例　１） 実施例１と同様の脱硫試験装置を用いて、空気供給量３
ＯＮｍ’／ｈ、攪拌翼回転速度５００ｒｐｍ　（攪拌動
力として０．０５Ｐ　Ｓ　／　ｍ’）　、空塔速度とし
て９．５ｍ　／　ｈの場合、酸化指数は１５となるが、
この場合の脱硫率は７１％であり、残留する全亜硫酸塩
濃度は約５０ｍｍｏｌ／　Ｄ、であった。

（比較例　２） 実施例１と同様の脱硫試験装置を用い、空気供給量を１
００　Ｎ　ｍｉ／　ｈ　、攪拌翼回転速度を１８Ｏｒｐ
ｍ　（攪拌動力として１．２２Ｐ　Ｓ　／ポ）、空塔速
度を３１．８ｍ　／　ｈとすると酸化指数は１２２とな
るが、この場合の脱硫率は９８％、全亜硫酸イオン濃度
はほとんどＯと良好であったが、生成した石膏の結晶は
約３０岬程度となり微細になり過ぎた。また、ジチオン
酸生成量は５０ｐｐｍと高かった。

（実施例　２） 実施例１と同様の脱硫試験装置を用いて、循環タンク内
のスラリの液量６留とし、空気供給量３〇Ｎ　ｍｉ’　
／　ｈ、攪拌翼回転速度８００ｒｐｍ　（攪拌動力とし
て０．１１２Ｐ　Ｓ　／　ｒｒｉ’）　、空塔速度９．
５ｍ／ｈの場合、酸化指数は２０となるが、脱硫率は９
５％となり、全亜硫酸塩濃度は５ｍｍｏｌ／Ｑと低かっ
た。

〔発明の効果〕

゛　以上詳細に説明したごとく、本発明による湿式排煙
脱硫装置によると、一つの吸収塔において、排ガスの除
しんならびに硫黄酸化物を吸収除去することが可能であ
り、さらに硫黄酸化物を吸収した吸収液を酸化するため
の空気供給時の攪拌動力と空気供給量を最適な条件とす
ることによって、吸収液中に生成される亜硫酸塩（Ｃａ
ＳＯ３など）をほぼ完全に酸化させて硫酸塩（ＣａＳＯ
４など）とすることができるので、吸収中の亜硫酸塩濃
度は極めて低くなり、そのために排ガスの脱硫率を著し
く向上させることができると共に、純度の高い硫酸塩、
例えば石膏の回収が可能となり、かつ脱硫装置の合理化
による設備費および維持費の低減をはかることができ、
工業上のメリットは大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の湿式排煙脱硫システムの一例を示すフ
ローシート、第２図は循環タンク内の吸収液への空気供
給時の攪拌動力および供給空気の空塔速度と酸化指数の
関係を示すグラフ、第３図は吸収液中の全亜硫酸塩濃度
と脱硫率との関係を示すグラフ、第４図は吸収液中の全
亜硫酸塩濃度と酸化指数との関係を示すグラフ、第５図
は吸収液中の全亜硫酸塩濃度と循環タンク容量との関係
を示すグラフ、第６図は従来の湿式排煙脱硫システムの
フローシートである。 １・・・排ガス　　　　　　２・・・除しん塔３・・・
除しん塔の循環タンク ４・・・ミストエリミネータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）湿式排煙脱硫システムにおいて、燃焼排ガスと吸
   収液とを接触させて、上記排ガス中の煤じんの除去およ
   び硫黄酸化物を吸収除去する吸収塔と、該吸収塔の下段
   には、上記硫黄酸化物を吸収して亜硫酸塩を生成した吸
   収液を一時貯留し、該貯留された吸収液中に設けられて
   いる吸収液の攪拌翼近傍に空気を供給して上記吸収液中
   の亜硫酸塩を酸化し、該亜硫酸塩を酸化した吸収液を再
   び上記吸収塔へ再循環させる構造の循環タンクを備えた
   一塔式の排煙脱硫装置であって、上記循環タンク内の吸
   収液中に設けられている攪拌翼に与えられる空気供給時
   の攪拌所要動力と空気供給量との間に、次の（１）式の
   酸化指数で示される関係を有し、 酸化指数＝α・Ｐ＿ｖ＾β・Ｖ＿ｓ＾γ……（１）（式
   中、Ｐ＿ｖは空気供給時の攪拌動力ＰＳ／ｍ＾３、Ｖ＿
   ｓは供給空気の空塔速度ｍ／ｈ、α、β、γは定数であ
   って、αは１０、βは０．４、γは０．７で表わされる
   。） かつ、上記（１）式で示される酸化指数を２０〜１００
   の範囲に設定することを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
2. （２）酸化指数を３０〜９０の範囲に設定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の湿式排煙脱硫装
   置。
3. （３）亜硫酸塩の濃度を２〜５ｍｍｏｌ／ｌの範囲とす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の湿式排煙脱硫装置。
4. （４）吸収液がカルシウム系化合物スラリであり、亜硫
   酸塩が亜硫酸カルシウムであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の湿
   式排煙脱硫装置。