JP5437151B2

JP5437151B2 - 排煙脱硫装置及びこれを備えた酸素燃焼装置と方法

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Publication number: JP5437151B2
Application number: JP2010101919A
Authority: JP
Inventors: 良晃三井; 典幸今田; 浩石坂; 直己尾田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011230047A

Description

本発明は、火力発電用ボイラプラント等において、燃焼排ガスに含まれるＳＯ₂（硫黄酸化物）を除去する排煙脱硫装置（以下、単に脱硫装置ということもある）及びこの排煙脱硫装置を備え、空気から窒素分を分離して得られた酸素を用いて石炭等の燃料をボイラで燃焼させる酸素燃焼システムに関するものである。

従来の脱硫装置３の構成例を図７に示す。
脱硫装置３は主に、脱硫吸収液６を噴霧するスプレノズル４、吸収液循環ポンプ５、ミストエリミネータ８、脱硫吸収液６中に生成した亜硫酸の酸化用ガス供給部９、攪拌機１０、吸収液を溜めて亜硫酸を酸化する吸収液溜め部１１等から構成される。

脱硫装置３は前記吸収液貯め部１１の上側に図示しない燃焼装置からの排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクト１と排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクト２をそれぞれ対向する側壁に設けた脱硫吸収部２６がある。該入口ダクト１と出口ダクト２の間の脱硫装置３の内部の空間には排ガス流路があり、該排ガス流路は脱硫装置３の内部の空間を二室に分割する仕切板２２で仕切られている。該仕切板２２の下端部側を吸収液に浸漬され、上端部は脱硫装置３の内部の天井に達しない高さまであり、排ガス流路内を流れる排ガスは入口ダクト１側の空間を仕切板２２に沿って上昇し、脱硫装置３の内部の天井と仕切板２２の上端部との間の開口部からなる流路から出口ダクト２側の空間に向かって降下し、出口ダクト２から排出する。

脱硫装置３の内部は仕切板２２で仕切られた排ガスが上向きに流れる上昇流領域２９と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクト２に向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域３０が形成され、それぞれの領域２９，３０に設置したスプレノズル４から噴霧される吸収液６と排ガスを接触させて、排ガス中のＳＯ₂を除去する（特許文献１）。

排ガス中のＳＯ₂を吸収することで吸収液６中で生成した亜硫酸を酸化するために、下降流領域に設けられる酸化用ガス供給部９から酸化用ガス２７である空気を供給する。空気により亜硫酸が酸化され、石膏となって脱硫装置３から排出される。

次に空気から窒素分を分離して得られた酸素を用い、石炭等の燃料をボイラで燃焼させる酸素燃焼システムの例を図６に示す。
前記酸素燃焼システムは、ボイラ１３で酸素を用いて燃料を燃焼させた排ガスが流れる排ガス流路に上流側から順に、ボイラ１３、脱硝装置１４、熱交換器１５、集塵装置１６、脱硫装置３、ＣＯ₂回収装置１７、再循環ライン１８が配置され、さらに酸素製造装置１９及び酸素供給ライン２０等も配置された構成である。

酸素製造装置１９により空気から窒素分と分離された酸素は、酸素供給ライン２０等からボイラ１３に供給され、燃料である石炭２５を酸素燃焼することにより生成した排ガスを脱硝装置１４に導き、排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を分解する。脱硝装置１４から排出された排ガスは熱交換器１５を通じて再循環ガスと熱交換され、熱交換器１５の出口温度２００〜１６０℃程度まで降下した後、集塵装置１６で煤塵が除去される。
集塵装置１６で除塵された排ガスの一部は脱硫装置３に供給されて、ＳＯ₂が除去され、ＣＯ₂回収装置１７へ導かれる。また、脱硫装置３に供給しない一部の排ガスは、再循環ガスとして再循環ライン１８を通り、熱交換器１５で２００℃まで昇温された後、ボイラ１３に燃焼用ガスとして供給する構成となっている。

酸素燃焼システムでは、脱硫装置３からＣＯ₂回収装置１７に導かれる排ガス中に含まれる残留ＳＯ₂がＣＯ₂回収装置１７で圧縮され、冷却される過程で液化して硫酸となってＣＯ₂回収装置１７を構成する材料の腐食を引き起こす可能性があるため、ＣＯ₂回収装置１７を持たない空気燃焼式のシステムに比べ、脱硫装置３出口における残留ＳＯ₂濃度を極力低減する必要がある。

一方、再循環ガスとして再循環ライン（排ガス再循環系統）１８に戻す排ガスも燃焼システム全体としてＳＯ₂が濃縮するのを回避するため、ある程度脱硫することが望ましい。
上記図６に示す酸素燃焼システムでは、再循環ガスとして再循環ライン１８に戻す排ガスは脱硫されないため、燃焼システム全体としてＳＯ₂が濃縮し、再循環ライン１８でダクト材料の腐食等を引き起こす可能性がある。

また、脱硫装置３の入口ダクト２の排ガス中のＳＯ₂濃度が高いので、従来と同じ脱硫率では、出口ダクト２の排ガス中のＳＯ₂濃度が高くなり、上述したＣＯ₂回収装置１７を構成する材料の腐食の問題が顕著となるおそれがある。そこで、再循環ライン１８を脱硫装置３の後流側からボイラ１３側に戻す構成とすることが考えられる（特許文献２，３）。

特開平５−２２０３３１号公報特開平３−２５２３０５号公報特開平５−２３１６０９号公報

上記従来技術では脱硫装置３における脱硫率を左右する要素は、Ｌ／Ｇ（液ガス比）とガス流速であるが、再循環ガス量はＣＯ₂回収装置１７へ送られる回収ガス量に比べて多いため、排ガス全量をＣＯ₂回収装置１７へ送られる回収ガス側の要求ＳＯ₂濃度に合わせて高度に脱硫するとなると、極めて多量の脱硫吸収液を用いる必要が生じ、ポンプ動力等、大幅なユーティリティの増大につながるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、多量の脱硫吸収液を用いることなく、ポンプ動力等の大幅なユーティリティの増大を招くことなく、一つの脱硫装置でボイラ側（再循環ライン側）とＣＯ₂回収装置側とに求められるＳＯ₂濃度に応じた異なる脱硫率の排ガス処理を行い、ＣＯ₂回収装置の腐食防止と燃焼システム全体としてのＳＯ₂濃縮防止を図ることができる排ガス脱硫率を高めた排煙脱硫装置及びこれを備えた酸素燃焼装置と方法を提供することである。

本発明の課題は次の解決手段で達成される。
請求項１記載の発明は、ボイラ等の燃焼装置（１３）から排出される燃焼排ガスを導入してスプレノズル（４）から噴霧した石灰分を含む脱硫吸収液（６）と気液接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫吸収部（２６）と、前記気液接触後の脱硫吸収液（６）を貯留する脱硫吸収液溜め部（１１）とを備えた湿式排煙脱硫装置（３）であって、
脱硫吸収部（２６）には、前記燃焼排ガスを導入する入口ダクト（１）と、該入口ダクト（１）から導入した排ガスが上向きに流れる上昇流領域（２９）を形成して該上降流領域（２９）に前記スプレノズル（４）の一部が配置される第１の吸収部と、該第１の吸収部のガス流れの後流側に排ガスが下向きに流れる下降流領域（３０）を形成して該下降流領域（３０）に前記スプレノズル（４）の他部が配置される第２の吸収部と、該第２の吸収部から浄化したガスを外部に排出する出口ダクト（２）とを備え、前記第１の吸収部の上部に空間部を形成し、該空間部には第１の吸収部を経た排ガスの一部を燃焼装置（１３）へ供給するために再循環ガスとして利用するための再循環出口ダクト（２’）を接続したことを特徴とする排煙脱硫装置である。

請求項２記載の発明は、前記脱硫吸収部（２６）が、前記脱硫吸収液溜め部（１１）の脱硫吸収液（６）の液面よりも低い位置であって、前記酸化用ガス供給部（９）が設けられた壁面から離れた前記脱硫吸収液溜め部（１１）の中央寄りに、該吸収液溜め部（１１）の水平断面積以下の水平断面積を持つ下端開口部（７ｂ）を設けた水封管（７）を有することを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項３記載の発明は、上昇流領域（２９）と下降流領域（３０）の断面積比が４：１〜２９：１になるように設置し、下降流領域（３０）のガス流速を４〜２７ｍ／ｓにしたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。

請求項４記載の発明は、酸素製造装置（１９）と、該酸素製造装置（１９）で製造した酸素と請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の再循環出口ダクト（２’）から排出される排ガスを燃焼装置（１３）の燃焼用ガスの一部として供給する排ガス再循環ライン（１８）と、請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）と、該排煙脱硫装置（３）の出口ダクト（２）から浄化処理した排ガスを導入して排ガス中のＣＯ₂を回収するＣＯ₂回収装置（１７）とを設けたことを特徴とする酸素燃焼装置である。

請求項５記載の発明は、請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の再循環出口ダクト（２’）から排出される排ガスと酸素製造装置（１９）で製造した酸素を燃焼装置（１３）の燃焼用ガスの一部として供給し、請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の出口ダクト（２）から浄化処理した排ガスを導入して排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂回収装置（１７）で回収することを特徴とする酸素燃焼方法である。

請求項１記載の発明によれば、本発明によれば、脱硫装置３内の上昇流領域２９で、排ガス中のＳＯ₂をある程度除去できるため、排ガス中のＳＯ₂濃度が増加するのを防止することができる。したがって、脱硫装置３内の下降流領域３０で、ＳＯ₂をさらに効率よく除去できるため、再循環出口ダクト２’からのＳＯ₂濃度が低減された排ガスを燃焼装置の再循環ガスとして利用することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、脱硫装置のスプレー部の壁面を該吸収液溜め部１１に挿入し、いわゆる水封管７とし、該水封管７の水平断面積を該吸収液溜め部１１の水平断面積以下としたので、供給する酸化用ガス２７の気泡が上昇する速度よりも、速く吸収液が下降流を形成し、脱硫装置（吸収液）内でＳＯ₂の吸収に伴って生成した亜硫酸の酸化に用いる酸化用ガスが排ガス中に放散して排ガスが希釈されるのを防止できる。

また、脱硫吸収部２６と脱硫吸収液溜め部１１とを水封管７により分離するようになるので、脱硫吸収液６中に生成する亜硫酸の酸化用ガス２７が脱硫装置３の出口ガス中に混入することがないため、脱硫装置３の後流側に配置される、例えばＣＯ₂回収装置１７の入口のＣＯ₂濃度が低下するのを防止し、ＣＯ₂回収率の低下を防止する効果がある。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、上昇流領域２９と下降流領域３０の断面積比が４：１〜２９：１になるように設置したので、脱硫装置３の下降流領域３０では上昇流領域２９に比べてガス処理量が少なくて済む上、ガス流速を高めることができるので高度な脱硫（高脱硫率）を行うことができる。

したがって脱硫装置３の出口ダクト２から排出される排ガス中の残留ＳＯ₂濃度を極めて低くすることができ、後流側に配置されるＣＯ₂回収装置１７などの機器を構成する材料の腐食の可能性を低減できる。

さらに下降流領域３０のガス流速を高めることができるので低濃度のＳＯ₂も効率よく除去することができるようになり、例えば前記ＣＯ₂回収装置１７などの腐食の防止や安定な運転をすることができる。

請求項４、５記載の発明によれば、過剰に供給した酸素をボイラの燃焼ガスに利用できるため、余分な酸素を使うことがなく、設備コスト低減の効果がある。

さらに、請求項４、５に記載の発明によれば、排煙脱硫装置を備え、空気から窒素分を分離して得られた酸素を用い、石炭等の燃料をボイラで燃焼させる酸素燃焼システムとし、一つの脱硫装置３でボイラ側（再循環ライン１８側）とＣＯ₂回収装置１７側とに求められるＳＯ₂濃度に応じた異なる脱硫率の排ガス処理を行い、ユーティリティの大幅な増大を招くことなく、ＣＯ₂回収装置１７の腐食防止と燃焼システム全体としてのＳＯ₂濃縮防止を図ることができる。また、脱硫吸収液６中に生成する亜硫酸の酸化用ガス２７に高濃度な酸素を用いて、亜硫酸の酸化に利用されなかった余剰の酸素を燃焼装置１３へ供給する循環ライン１８に供給することで、酸化用ガスに空気を用いた場合よりも、供給ガス量を低減できる。従って、ガス供給動力を低減できる。あわせて、脱硫吸収液面の上昇を防止して、吸収液溜め部１１のサイズをコンパクト化でき、設備コストを低減できる。

本発明の一実施例の排煙脱硫装置の内部構造図である。図１の排煙脱硫装置を用いる酸素燃焼システムの構成図である。本発明の一実施例の排煙脱硫装置の内部構造図である。図１又は図３の排煙脱硫装置のＡ−Ａ’線の断面円形の矢視図（図４（ａ））、断面矩形の矢視図（図４（ｂ））である。図１又は図３の排煙脱硫装置のＢ−Ｂ’線の断面円形の矢視図（図５（ａ））、断面矩形の矢視図（図５（ｂ））である。従来技術の酸素燃焼システムの構成図である。従来技術の排煙脱硫装置の内部構造図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。従来技術と共通する構成、作用については説明を省略する。

本実施例１の酸素燃焼システムにおける脱硫装置の構成を図１に示し、この脱硫装置をボイラの酸素燃焼システムに適用した例を図２に示す。

脱硫装置３は主に、ボイラなどの燃焼装置１３（図２）から排出される排ガスを導入する入口ダクト１、導入した排ガスに脱硫吸収液６を噴霧するためにスプレ配管２１と該配管２１に設けられたスプレノズル４、脱硫装置３の底部（吸収液溜め部１１）に溜まった吸収液６を該スプレノズル４へ循環供給する吸収液循環ポンプ５、排ガス出口ダクト２と排ガスの再循環出口ダクト２’に設置されたミストエリミネータ８、脱硫吸収液６中に生成した亜硫酸の酸化用ガス供給部９、吸収液溜め部１１の吸収液６を攪拌する攪拌機１０、脱硫装置３の内部の排ガス流路となる空間を二室に分割する仕切板２２などから構成される。

仕切板２２の下端部側は吸収液溜め部１１内の吸収液６中に浸漬され、上端部は脱硫装置３の内部の天井に達しない高さまであり、排ガス流路は入口ダクト１側の空間を仕切板２２に沿って上昇し、脱硫装置３の内部の天井と仕切板２２の上端部との間の開口部からなる流路から出口ダクト２側の室に向かって降下する。

脱硫装置３は前記吸収液貯め部１１の上側に図２に示す燃焼装置１３からの排ガスをほぼ水平方向に導入する入口ダクト１と排ガスをほぼ水平方向に排出する出口ダクト２をそれぞれ対向する側壁に設け、さらに入口ダクト１と出口ダクト２の間の脱硫装置３の内部の空間は仕切板２２で二室に分割されている。排ガスは入口ダクト１側の空間を仕切板２２に沿って上昇し、脱硫装置３の天井と仕切板２２の上端部との間の開口部から出口ダクト２側の空間に向かって降下し、出口ダクト２及び後述する再循環出口ダクト２’から排出する。

このように脱硫装置３の内部に入口ダクト１から導入された排ガスの流路は仕切板２２で仕切られて上向きに流れる上昇流領域２９と、天井側の開口部で反転した後に出口ダクト２に向けて下向きに排ガスが流れる下降流領域３０からなり、それぞれの領域２９，３０に設置したスプレノズル４から噴霧される吸収液６と排ガスが接触して排ガス中のＳＯ₂を除去する。本明細書では前記上昇流領域２９を第１の吸収部、下降流領域３０を第２の吸収部ということがある。
なお、脱硫装置３における前記第１の吸収部と第２の吸収部からなる部位を脱硫吸収部２６とし、該脱硫吸収部２６より下方の吸収液６が溜まる部位を吸収液溜め部１１とする。

また前記上昇流領域（第１の吸収部）２９と下降流領域（第２の吸収部）３０との間に形成された空間部からは排ガスの一部をボイラ１３へ再循環させる再循環ライン１８（図２）に通じる再循環出口ダクト２’が接続されている。再循環ライン１８に接続される再循環出口ダクト２’にはミストエリミネータ８を設けることが望ましい。

ここで上昇流領域２９を通過した排ガスは、上昇流領域２９と下降流領域３０との間に形成された空間部を経て、再循環ライン１８側に流れる排ガスと下降流領域３０に流れる排ガスとに分かれるが、ガス量としては、定格運転時において概ね７５％から８０％のガスが再循環出口ダクト２’を経由して再循環ライン１８から排出され、残りのガスは出口ダクト２から排出される。

上昇流領域２９におけるガス流速は、例えば３〜４ｍ／ｓとすることが一般的である。下降流領域３０のガス流速を上昇流領域２９におけるガス流速と同じにした場合、上昇流領域（第１の吸収部）２９と下降流領域（第２の吸収部）３０の断面積比は３：１〜４：１となるが、必ずしもガス流速を同じに設定する必要はなく、両者のガス流速及び再循環ライン１８側に流れる排ガスと第２の吸収部側に流れる排ガスの流量設定とに応じて第１の吸収部と第２の吸収部の断面積比も異なってくる。

なお、排ガスが上向きに流れる上昇流領域２９にスプレノズル４を設置した第１の吸収部が設けられ、下降流領域３０に同じく第２の吸収部が設けられ、さらに第１の吸収部と第２の吸収部との間からボイラ１３へ再循環させる再循環ライン１８が接続されるように排ガス流路が構成されていれば、必ずしも上記の形態に限定されるものではない。

即ち、隣接する第１の吸収部と第２の吸収部を区分するのは、必ずしも仕切板２２のように薄い板状の部材でなくとも良く、スプレノズル４の上下方向、水平方向の配置や配管、スプレの噴射方向（上向き、下向き、その他）等、入口ダクト１、出口ダクト２の位置や形状、吸収塔の上部空間部において再循環ライン１８に接続されるダクトの位置や形状等も特に限定されない。

下降流領域３０のガス流れを横断する方向の断面積は上昇流領域２９の断面積よりも小さく、第１と第２の吸収部のガス流路断面積に対する各吸収部の長さ（ガス流路）が相対的に長いため、気液接触が吸収部（ガス流路）断面方向にムラ無く行われ、また、ガスが吹き抜けしにくいので、効率良くＳＯ₂を除去することができる。さらに、スプレノズル４を流路内に設けずに壁面に設置して、相対的に圧力損失を低減した形態を採用することもできる。

本実施形態によれば、一つの脱硫装置３の第１の吸収部２９と第２の吸収部３０とで異なる脱硫率の排ガス処理を行うことができるため、後段の機器で要求される異なる脱硫率に応じて複数の脱硫装置を設置するための設備コストの増大を招くことが無い。

例えば、複数の脱硫装置を直列に接続して、その途中から再循環ライン１８側の排ガスを取り出し、残りの排ガスをさらに脱硫してＣＯ₂回収装置１７へ導く場合や、必ずしも高度な脱硫は要求されないが、処理ガス量が多い再循環ライン用と処理ガス量は少ないが高度な脱硫を要求されるＣＯ₂回収装置１７用にそれぞれ別々の脱硫装置３を並列して設ける場合よりも設備コストを低減することができる。

ガス流路断面積の大きい第１の吸収部とその後流側にガス流路断面積の小さい第２の吸収部が形成されるので、後述するように第２の吸収部は相対的に断面積に対する流路長さが長く、吸収液に対してガスが吹き抜けにくい特徴を有し、ＣＯ₂回収装置１７側へ排出するガスに対して高度な脱硫が行える。

第１の吸収部と第２の吸収部の間から再循環ライン１８に流れる排ガスを取り出すので第１の吸収部でＳＯ₂を吸収した酸性のミストを、この再循環ライン１８側に導いて捕集することにより、第２の吸収部側に、この酸性のミストが流入しにくく、第２の吸収部において噴射する脱硫吸収液６がガス中に残留するＳＯ₂の除去に有効に使われるようにすることができるのである。

空気燃焼システムの排ガス中のＳＯ₂濃度は燃料の種類にも依存するが１５０〜４０００ｐｐｍ程度である。
従来型の脱硫装置を備えた酸素燃焼システムにおいて、脱硫装置３の前流側からボイラ１３へ排ガスを再循環させると、再循環させるガス中のＳＯ₂は除去されないため、系内でＳＯ₂が濃縮し、脱硫装置３の入口のＳＯ₂濃度が７５０〜２０、０００ｐｐｍと空気燃焼システムの約５倍に増加する。

図１に示した本発明の脱硫装置３は排ガスを系内でＳＯ₂が濃縮しない程度、あるいは再循環ライン１８や熱交換器１５、ボイラ１３において構成材料等に腐食の問題が生じない程度に脱硫してからボイラに再循環する。このため、脱硫装置３入口の排ガス中のＳＯ₂濃度が高まるのを防止することができる。

脱硫装置３の上昇流領域２９に設けられた第１の吸収部で排ガスは、ある程度脱硫されるため、下降流領域３０へ向かう排ガス中のＳＯ₂濃度を低くすることができ、下降流領域３０に設けられた第２の吸収部での脱硫に関する負荷を低減し、最終的に脱硫装置３の出口ダクト２から排出されるガス中のＳＯ₂濃度をＣＯ₂回収装置１７での腐食の問題が生じない程度まで低くすることができる。
なお、上昇流領域領域２９と下降流領域３０の断面積比が（３：１〜４：１）であり、下降流領域３０のガス流域を３〜４ｍ／ｓとしている。

再循環ライン１８に接続される再循環出口ダクト２’にはミストエリミネータ８が設けられ、上昇流領域２９とその上部の空間部に至るまで上向きに排ガスが流れることから、再循環出口ダクト２’にあるミストエリミネータ８におけるミスト捕集効率が高められる。このため、再循環ライン１８側に流れるガス中の残留ＳＯ₂により、ミストエリミネータ８の後流側の再循環ライン１８にあるダクトや機器類の材料に腐食が生じるリスクを低減できる。

上昇流領域２９に設けられた第１の吸収部の上部の空間部では、排ガスに同伴されて吹き上げられた吸収液ミストは、一部がここで滞留成長して落下しやすくなる。
また、上昇流領域２９に設けられた第１の吸収部を経て、その上部の空間部に達した排ガスのうち、全ガス量の７５〜８０％のガスは天井部９の再循環出口ダクト２’から再循環ライン１８に排出される一方、残り２０〜２５％程度のガスは下降流領域３０に設けられた第２の吸収部へ流れるが、ガス流れの向きが上向きから下向きに転じるので、大部分のミストは慣性力によって、７５〜８０％のガスとともに再循環ライン１８側に排出される。特に図１に示す構成例では再循環ライン１８に通じる天井部９の再循環出口ダクト２’が脱硫装置（吸収塔）３の上部に設けられているので、その働きが顕著である。

そのため、下降流領域３０に設けられた第２の吸収部へ上昇流領域２９で吸収されたＳＯ₂を含む酸性のミストが飛散する量を低減でき、第２の吸収部でＳＯ₂を含む酸性のミストとスプレノズル４から噴射される吸収液６中に含まれるアルカリ分との反応を少なくできることから、ガス中の残留ＳＯ₂との反応が優先的になり、第２の吸収部でのＳＯ₂の除去性能が大幅に向上するという利点がある。

本発明の他の実施例を図３に示す。本実施例は図１に示す脱硫装置３におけるスプレーノズル４のある脱硫吸収部２６の下端を脱硫吸収液溜め部１１の液面より下側に挿入し、この部分は、いわゆる水封管７を形成する。該水封管７の断面積を該吸収液溜め部１１の断面積以下とし、該水封管７の水平断面積は該脱硫液溜め部１１に供給する酸化用ガス２７の気泡が上昇する速度よりも、速く吸収液６が下降流を形成するような水封管７の前記断面積とした。

吸収液溜め部１１内に設けた酸化用ガス供給部９を水封管７の外側に設けた。また、吸収液溜め部１１の上部の気相６ｂに酸化用ガス出口配管１２を設けた。脱硫装置３の吸収液溜め部１１の気相６ｂは水封管７の隔壁７ａにより脱硫吸収部２６と隔離されている。これにより、亜硫酸の酸化で利用されなかった酸化用ガス２７は出口ダクト２や再循環ライン１８に混入することなく、酸化用ガス出口配管１２から系外に排出される構造とした。

脱硫吸収液６は、吸収液循環ポンプ５により吸収液溜め部１１から吸引され、スプレノズル４を通じて脱硫吸収部２６へ噴射されており、吸収液溜め部１１では攪拌機１０により、主に水封管７の隔壁７ａの外側を循環している。このため脱硫装置３の脱硫吸収部２６から落下して水封管７に流入する脱硫吸収液６の流れが上側から下側に向けて一方向に流れるので、水封管７の内部での脱硫吸収液６の沈降速度が早く、気泡が上昇しにくいという特性がある。

したがって、酸化用ガス供給部９から脱硫吸収液６に供給された酸化用ガス２７が脱硫吸収部２６へ向かう動きに対して、水封管７の隔壁７ａが障壁として作用することに加えて、水封管７の内部での脱硫吸収液６の下向きの流れにより、その動きを制限する。

このため、脱硫装置３の吸収液中で生成する亜硫酸の酸化用ガス２７が脱硫装置出口ダクト２の排ガスに混入するのを防止し、脱硫装置３の後段に配置されるＣＯ₂回収装置装置１７の入口におけるＣＯ₂濃度が低下することを防止でき、高効率なＣＯ₂回収ができる。

本実施例の構成では、上述のとおり、脱硫装置３の脱硫吸収部２６から落下し、水封管７に流入してくる吸収液の流れが水封管７の下端部の開口部７ｂに向けて上方から下方へ一方向の流れになっており、水封管７の内部での吸収液の沈降速度が早く、気泡が上昇しにくいという特性がある。また、水封管７は、吸収液溜め部１１の水面下の底部付近に挿入されているので、脱硫装置３内の吸収液６を吸収液溜め部１１に容易に流下させることができ、該流下する吸収液６により吸収液溜め部１１の脱硫吸収液６の攪拌に寄与するので、攪拌機１０の台数低減もしくは攪拌機１０の小型化が可能であり、コスト低減が期待できる。

さらに、脱硫吸収液溜め部１１で用いる攪拌機１０による気泡の攪拌・微細化も進み易くなる。
仮に脱硫吸収部２６にある水封管７の下端部開口部７ｂを通じて酸化用ガスが排ガス中に放出されることがあっても、その量は軽減され、排ガスが希釈されにくい。

図４（ａ）に、図３におけるＡ−Ａ’線断面矢視図を示し、この実施例では水封管７や脱硫吸収液溜め部１１の水平断面が円形になった場合の構造を示す。スプレノズル４からスプレされた液滴は排ガスと接触した後、水封管７を通過して酸化用ガス２７が供給されている外側の脱硫吸収液部６に供給される。

また、図４（ｂ）に、図３におけるＡ−Ａ’線断面矢視図の一例として、水封管７や脱硫吸収液溜め部１１の水平断面が円形以外のケース、例えば、四角の形状の場合の実施例を示す。このように、特に断面の形状にこだわる必要はなく、水封管の断面積が小さい場合に、酸化用ガスが供給されるスペースが大きくなり、亜硫酸の酸化効率は高くなる。

本発明の他の実施例を図５に示す。図５は図１または図３の脱硫装置３において、Ｂ−Ｂ’線の断面矢視図の一例である。図５（ａ）は脱硫装置３の脱硫吸収液溜め部２６の水平断面形状が円形になった場合の下降流側である下降流領域３０のガス流速を上昇流領域２９のガス流速よりも速くなるように水平断面形状を設定した例である。
具体的には、脱硫吸収液溜め部２６の上昇流領域２９と下降流領域３０の断面積比が４：１〜２９：１になるように設置し、下降流領域３０のガス流速を４〜２７ｍ／ｓにする。

脱硫吸収液溜め部２６の下降流領域３０の水平断面積を上昇流領域２９のそれより小さくすると、圧力損失が大きくなるため、図示していない脱硫装置３の後流側で用いるファンの動力が大きくなる。一方、下降流領域３０の水平断面積を上昇流領域２９のそれより小さくすると、ガスの流速が高くなることから、ＳＯ₂の除去性能が高くなるため、吸収液６の噴霧量を低減でき、吸収液循環ポンプ５の動力は小さくなる。ファンと吸収液循環ポンプ５の動力は小さく、ＳＯ₂除去性能が高い範囲が断面積比４：１〜２９：１、下降流領域３０のガス流速は４〜２７ｍ／ｓとなる。

脱硫吸収液溜め部２６の下降流領域３０に設けられた第２の吸収部の導入部付近でのＳＯ₂濃度は低くなっている。排ガス中のＳＯ₂ガスが低濃度である場合は、当該ＳＯ₂ガスのガス流速を高めると、効率よく除去できることが分かっていることから、本実施形態によれば下降流領域３０に設けられた第２の吸収部におけるガスを高効率で脱硫することができる。このため、脱硫装置３のコンパクト化と脱硫装置３の後流側に配置される機器への残留ＳＯ₂飛散量を低減できる。

前記下降流領域３０では、水平断面積が上昇流領域２９のそれよりも小さく、ガス流路の前記水平断面積に対するガス流路長さが大きいため、壁面にスプレノズル４を設置して吸収液６を噴霧しても、ガスが吹き抜けることなく、効率良くＳＯ₂を除去することができる。

また、前記上昇流領域２９と下降流領域３０の断面積の比が最大２９：１となり、壁面の間の距離が短くなっていることから、脱硫装置３の側壁面にスプレノズル４を設置しても良く、この場合は対抗壁までスプレ液滴の速度が低減するのを抑制することができ、ガスとスプレ液滴の相対速度を高く維持できることから、下降流領域３０の速度を３〜４ｍ／ｓにした場合よりも、高効率にＳＯ₂を除去することができる。

なお、上述した上昇流領域２９と下降流領域３０の断面積比およびガス流速の範囲は、特に本実施例に限定されるものではなく、本発明の全ての形態に共通して適用することができる。

図５（ｂ）は図１または図３の脱硫装置３において、Ｂ−Ｂ’線断面が多角形（図５（ｂ）の場合四角形）の場合の一例である。図４と同様に前記断面が円形である必要はなく、多角形の場合でも同様に、下降流領域３０の排ガス流速が、上昇流領域２９の排ガス流速よりも速くなるように、下降流領域３０のガス流れを横断する方向の断面積を決定すれば良い。

下降流領域３０では、ガス流れを横断する方向の断面積が上昇流領域２９側のガス流れを横断する方向の断面積よりも小さいため、壁面からスプレノズル４を設置して吸収液６を噴霧しても、ガスが吹き抜けることなく、効率良くＳＯ₂を除去することができる。

本発明による脱硫装置は、高効率で排ガス中のＳＯ₂を除去することで、ＣＯ₂回収装置の腐食を防止できるため、産業上の利用可能性が高い。

１入口ダクト２排ガス出口ダクト
２’ 天井部排ガス出口ダクト
３脱硫装置４スプレノズル
５吸収液循環ポンプ６脱硫吸収液
６ｂ吸収液溜め部の気相７水封管
７ａ水封管開口部７ｂ水封管隔壁
８ミストエリミネータ９酸化用ガス供給部
１０攪拌機１１吸収液溜め部
１３燃焼装置（ボイラ）１５熱交換器
１７ＣＯ₂回収装置１８再循環ライン
２１スプレ配管２２仕切板
２６脱硫吸収部２７酸化用ガス
２９上昇流領域３０下降流領域

Claims

ボイラ等の燃焼装置（１３）から排出される燃焼排ガスを導入してスプレノズル（４）から噴霧した石灰分を含む脱硫吸収液（６）と気液接触させて排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫吸収部（２６）と、前記気液接触後の脱硫吸収液（６）を貯留する脱硫吸収液溜め部（１１）とを備えた湿式排煙脱硫装置（３）であって、
脱硫吸収部（２６）には、前記燃焼排ガスを導入する入口ダクト（１）と、該入口ダクト（１）から導入した排ガスが上向きに流れる上昇流領域（２９）を形成して該上降流領域（２９）に前記スプレノズル（４）の一部が配置される第１の吸収部と、該第１の吸収部のガス流れの後流側に排ガスが下向きに流れる下降流領域（３０）を形成して該下降流領域（３０）に前記スプレノズル（４）の他部が配置される第２の吸収部と、該第２の吸収部から浄化したガスを外部に排出する出口ダクト（２）とを備え、前記第１の吸収部の上部に空間部を形成し、該空間部には第１の吸収部を経た排ガスの一部を燃焼装置（１３）へ供給するために再循環ガスとして利用するための再循環出口ダクト（２’）を接続したことを特徴とする排煙脱硫装置。
前記脱硫吸収部（２６）は、前記脱硫吸収液溜め部（１１）の脱硫吸収液（６）の液面よりも低い位置であって、前記酸化用ガス供給部（９）が設けられた壁面から離れた前記脱硫吸収液溜め部（１１）の中央寄りに、該吸収液溜め部（１１）の水平断面積以下の水平断面積を持つ下端開口部（７ｂ）を設けた水封管（７）を有することを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
上昇流領域（２９）と下降流領域（３０）の断面積比が４：１〜２９：１になるように設置し、下降流領域（３０）のガス流速を４〜２７ｍ／ｓにしたことを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
酸素製造装置（１９）と、
該酸素製造装置（１９）で製造した酸素と請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の再循環出口ダクト（２’）から排出される排ガスを燃焼装置（１３）の燃焼用ガスの一部として供給する排ガス再循環ライン（１８）と、
請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）と、
該排煙脱硫装置（３）の出口ダクト（２）から浄化処理した排ガスを導入して排ガス中のＣＯ₂を回収するＣＯ₂回収装置（１７）と
を設けたことを特徴とする酸素燃焼装置。
請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の再循環出口ダクト（２’）から排出される排ガスと酸素製造装置（１９）で製造した酸素を燃焼装置（１３）の燃焼用ガスの一部として供給し、請求項１に記載の排煙脱硫装置（３）の出口ダクト（２）から浄化処理した排ガスを導入して排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂回収装置（１７）で回収することを特徴とする酸素燃焼方法。