JPH021523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス吸収塔に係り、更に詳しくは、排
ガス中の二酸化いおうの吸収等に好適なスプレ式
ガス吸収塔に関するものである。

従来より、ガス吸収やガス洗浄操作に用いらる
塔形式には、多孔板方式、ラツヒリング（あるに
はサドル）充填方式、スプレ方式等がある。排ガ
ス中の二酸化いおうなどを炭酸カルシウム懸濁液
で吸収する、いわゆる石灰石スラリ脱硫方式のよ
うに、吸収反応の副生物として硫酸カルシウムな
どの結晶生成がある場合には、多孔板方式や充填
方式の吸収塔においては、反応の進行の場である
多孔板、ラツヒリングなどの上に石こうのスケー
ルが生成、付着して成長することになる。多孔板
方式や充填方式の吸収塔におけるこのスケールト
ラブルは、湿式脱硫プロセスの最大の欠点であ
り、高濃度な二酸化いおうを含む排煙脱硫装置で
は年間１〜２回の装置停止時にスケールを完全除
去することによつて閉塞を回避し、かつ脱硫効
率、吸収効率の低下を防いでいる。

一方、最近の石灰火力の復活によつて、排ガス
中の二酸化いおう濃度は上昇し、排煙脱硫装置の
スケールトラブルの急激化が予測されるため、今
後の湿式排煙脱硫装置の吸収塔はスケールトラブ
ルの少いスプレ塔構造が採用されるようになつて
きている。スプレ方式では、結晶を生成する反応
の場は、スプレ液滴の粒表面であり、被吸収ガス
の流れに対向又は同伴して通過する塔内の空間で
あることになる。

従つて、スプレ塔内の吸収反応の高効率化を計
るための塔設計の要点は、良好な微粒を噴霧する
スプレノズルの選定と、噴霧の分布を均一にする
適切なスプレヘツダのレイアウトにあるといえ
る。

第１図に典型的な湿式排煙脱硫プロセスフロー
シートの一例を示す。プロセスの主要機器は、ガ
ス入口にある冷却ベンチユリ塔２と吸収塔９であ
る。排ガスは矢印の方向より入口ガスダクト１を
通り冷却ベンチユリ塔２に入り、冷却液循環タン
ク６からポンプ５により送られ配管４を通り冷却
スプレ３から噴霧された冷却水により、排ガスの
温度が低下され、かつガス中のばいじんが第１次
的に除去される。ガス冷却を行なつた冷却液は冷
却塔２の塔底より循環タンク６に戻され、ガスに
同伴された冷却液はデミスタ７で捕集され、戻り
管８を通つて循環タンク６に戻される。

吸収塔９内には複数段にスプレノズル１０が設
けられてあり、循環タンク１３からポンプ１４に
より配管１２を通つてスプレノズル１０に吸収液
が送られ、噴霧された冷却液は塔底に溜り循環タ
ンクに戻される。冷却塔２で冷却されたガスは吸
収塔９にその下側より入り上昇し、噴霧吸収液と
向流で気液接触し、脱硫反応（SO₂吸収反応）が
進められる。脱硫反応を終えたガスは矢印方向へ
塔９から排出される。１１は吸収液を捕集するデ
ミスタである。尚、吸収液循環タンク１３には、
吸収液のメーキヤツプ、PH制御系として吸収剤タ
ンク１５、供給ポンプ１６、配管１７が付属して
いる。スプレ式吸収塔９は多くの場合空洞とされ
ているが、多孔板構造とする場合もある。

従来建設され、あるいは現在建設中のスプレ吸
収塔の仕様の一例をあげると、塔径が15ｍφ、ス
プレノズル個数がスプレヘツダ１段につき約100
個、スプレ段間隔が1.5〜２ｍで５〜６段のスプ
レヘツダを配置し、液ガス比（Ｌ／Ｇ）20／Ｎ
m³以下の二酸化いおう吸収塔がある。

スプレ式吸収塔に使用される吸収液スプレノズ
ルには、吊り鐘状の噴霧パターンを示すホローコ
ーン型と、筆毛状の噴霧パターンを示すフルコー
ン型との２つのノズルタイプがある。従来建設さ
れ、あるいは現在建設中のスプレ式吸収塔には、
上述のノズルのいずれかの型式のものを統一して
全数同仕様のノズルが使用されている。

ホローコーン型ノズルの脊圧が１Kg／cm³Ｇの場
合の噴霧粒径分布の一例を第２図に示す。第２図
にみられる如く、平均粒径は1000〜1100μであつ
て、粒径は100〜2500μの間に正規分布をしてい
る。また、脊圧を３〜５Kg／cm³Ｇに上げるか、ま
たは噴霧孔径を小さくすると粒径分布のピークは
500〜300μに移り、微細粒子分布形態に変化す
る。逆に脊圧を下げると粒径分布のピークは1500
〜2000μとなり粗粒（大粒径）分布型となる。

第３図に、第２図の粒度分布の噴霧粒子の比表
面積割合を示す。第３図より判るように、粒径分
布が微細粒子に偏向すれば、表面積は激増し、粗
粒子に偏寄すれば激減することになる。したがつ
て、液滴表面において進行するガス吸収反応の割
合は、液滴の粒径と粒の数に大きく依存する。こ
この液滴径と粒数は、ノズルの供給脊圧力に大き
く左右される。この供給脊圧力はポンプの所要動
力に正比例し、脊圧力を２倍にするにはポンプ駆
動モータの所要動力は２倍必要となる。塔内に微
細粒子を充満させておくために、高い供給脊圧力
の微細粒子噴霧用のスプレノズルを設置すること
は、このポンプ所要動力の点からはなはだ不経済
である。

また一方、本発明者の実験によれば、第２図に
示されるような液滴が吸収塔内に噴霧された場
合、(a)塔上段のスプレヘツダのノズルより噴霧さ
れた100〜500μの微粒子は、対向してくる被吸収
ガスに同伴されて、ガスに向流することなくデミ
スタに向い、(b)塔下段のスプレヘツダのノズルよ
り噴霧された500〜2500μの大粒径液滴はガスに
逆流して直ちに塔底に落下していることが明らか
になつた。スプレ塔内の反応の場は液滴表面であ
るため、前述の(a)および(b)の液粒子は吸収効率の
向上へ寄与せず、噴霧動力の損失となつているも
のである。

本発明者が行つた実験の結果の一部を第４図に
示す。第４図は塔底から塔頂に向けて流速２〜３
ｍ／Ｓで通過するガス中での各粒径の粒子の移動
挙動を示すものである。即ち、粒径500μ以下の
粒子は、ガスに同伴し上昇し、粒径800μ以上の
粒子は、ガス流に逆らつて一直線に下降してい
る。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、噴霧動力を増加させることなく高いガス吸
収効率を得ることができるガス吸収塔を提供する
にある。

本発明によるガス吸収塔は、吸収液を噴霧する
複数個のスプレノズルを持つ複数段のスプレ段を
有し、ガスを塔下側より導入し上側より排出する
ガス吸収塔において、前記スプレ段は平均粒径
800〜1500μの液滴を噴霧する上段スプレと、平
均粒径500〜800μの液滴を噴霧する中段スプレ
と、平均粒径100〜500μの液滴を噴霧する下段ス
プレとから成り、前記各段のスプレ毎に流量調節
弁を有し、ガス吸収塔へのガス入口にガス濃度検
知器を備え、該検知器が設定されている高濃度を
検知したとき前記流量調節弁の全てを開とする信
号を出力し、高濃度から低濃度への変化に対して
液滴の平均粒径の大きい側から小さい側に前記各
段のスプレの流量調節弁を順次閉鎖する制御手段
を備えたことを特徴とするものである。

本発明者は第４図に示す実験結果等に基いて次
の(i)および(ii)の結論に達した。

(i) 粒径500μ以下の粒子はガスに同伴し上昇す
るので、塔内での長い滞留時間を得、ガスとの
接続時間を延長させるためには、ガス流れの上
流に噴霧しなければならない。

(ii) 粒径800μ以上の粒子はガス流れに逆らつて
一直線に下流するので、塔のできるだけ上方の
スプレヘツダのノズルより噴霧する必要があ
る。

今、所要ポンプ動力を一定にして、スプレ圧力
一定で、上記の(i)、(ii)の条件を満足させるには、
下記の処置をとることが必要となる。

(i) 上段のスプレヘツダにはノズル孔径を大と
し、平均粒径800〜1500μの粒子を噴霧するノ
ズルを取付ける。

(ii) 中間部のスプレヘツダには平均粒径500〜
800μの粒子を噴霧するノズルを取付ける。

(iii) 下段のスプレヘツダには、ノズル孔径を最小
とし、平均粒径が100〜500μ近傍にあるような
微細粒子を噴霧するノズルを取付け、塔下部に
微細粒子の噴霧ゾーンを形成させる。

特に、平均粒径が800μ以上の粒子は可及的に
中下段のスプレヘツダのノズルから噴霧させるこ
となく、専ら上段のスプレヘツダのノズルから噴
霧させることが必要である。

一方、省動力、高効率運用を考えれば、塔入口
ガス流量に応じて、塔全体の吸収液循環を増減制
御し、かつ、吸収ガスの濃度に応じて、上記の上
段、中段、下段のスプレ群のそれぞれの噴霧量を
制御することが不可欠であるのは云うまでもな
い。例えば、低濃度のガス吸収の際には、上段の
スプレヘツダ群は停止し、中段−下段のみの高い
比表面積をもつ微細粒子雰囲気のみとして、低い
ポンプ動力で運用し、高い吸収効率を確保する。
従来の同型スプレノズル群の場合は、吸収液循環
量を制御すれば、噴霧特性が急変して、低動力高
吸収率運転（絞り運転）はできない。

第５図に本発明のガス吸収塔の一実施例のフロ
ーシートを示す。ガスが入口１８より導入され、
出口１９より排出され、吸収液循環タンク１３の
吸収液がポンプ１４により配管１２を通つてスプ
レヘツダに送られ、噴霧液は塔底よりタンク１３
に戻されること、および吸収剤タンク１５等の付
属設備があることは第１図における場合と全く同
様である。

この装置においては複数段のスプレ段すなわ
ち、スプレヘツダは上段スプレ２０、中段スプレ
２１、下段スプレ２２の３群に大別され、それぞ
れ流量調節弁２０Ａ，２１Ａ，２２Ａを介して配
管１２に接続されている。各段のスプレ２０，２
１，２２にはそれぞれ粗粒（800〜1500μ）、微粒
（500〜800μ）、微細粒（100〜500μ）の粒子を噴
霧するスプレノズル２０Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂが取
付けてある。ガス入口１８にはガス流量検知器２
３およびガス濃度検知器２４が設けてある。吸収
液配管１２には調節弁２５が設けてあり、ガス流
量検知器２３よりの信号により図示せざる制御手
段により調節弁２５が制御される。またガス濃度
検知器２４よりの信号は制御手段２６に送られ、
制御手段２６は各段のスプレヘツダの流量調節弁
２０Ａ、２１Ａ，２２Ａを制御する。

下段スプレノズル２２Ｂより噴霧された粒径
500μ以下の微細粒子群は塔下部でガス吸収を行
つた後、塔上部に上昇し、衝突、付着等により大
粒子化して落下し、一部はデミスタ１１に捕促さ
れる。微細粒子は比表面積が大であり、塔内にお
ける滞留時間が長いので効果的な吸収を行う。ま
た、上段スプレノズル２０Ｂより噴霧された粒径
800μ以上の粗粒子群は、上段で噴霧されている
ので塔内に比較的長時間滞留し、落下に際して
は、塔内各部のヘツダ上面、ヘツダ支持架構など
に衝突し、清掃、すなわちスケール除去しながら
塔底に向う。このように塔内での液滴挙動に無駄
がなく、高い吸収効率が得られる。

また、入口１８のガス濃度検知器２４よりの信
号が低ガス濃度を示すときは、制御手段２６が上
段スプレ２０の調節弁２０Ａを閉鎖して、上段ス
プレヘツダ２０へ吸収液を供給しているポンプの
運転を停止する。従つて、吸収塔内には中段およ
び下段のノズル２１Ｂおよび２２Ｂからの高い比
表面積をもつ微細粒子雰囲気のみとされ、低いポ
ンプ動力（少ないポンプ台数）で運転され、高い
吸収効率を無駄なく確保する。更にガス濃度が低
下したときは中段スプレ２１の調節弁２１Ａも閉
鎖され、中段スプレヘツダ２１へ吸収液を供給し
ているポンプの運転を停止する。

以上の如く、本発明によるガス吸収塔は、上段
スプレに粗粒子（800μ以上）を噴霧するスプレ
ノズルが取付けられ、必要に応じて中段スプレに
微粒子（500〜800μ）を、下段スプレに微細粒子
（100〜500μ）を噴霧するスプレノズルが取付け
られているので、それぞれの粒子の塔内滞留時間
が延長され、効果的なガス吸収を行うことがで
き、高い吸収効率をあげることができる。これに
より吸収液のポンプ供給圧力を低くすることがで
き、これにポンプ動力も正比例するので、同じ吸
収効率で３〜５％の動力を節減することができ
る。更に、ガス濃度に応じて、各段のスプレ毎の
流量がガス濃度が設定されている高濃度から低濃
度への変化に対して平均粒径の大きい液滴を噴霧
するスプレから小さい液滴を噴霧するスプレの方
向に順次絞られて適切に制御されるので、適切な
動力節減と共に常に高い吸収効率をあげることが
できる。また、ガス流量検知器からのガス流量に
対する信号により、調節弁（実施例では第５図の
２５）を絞る等の制御が前記各段のスプレ毎の順
次流量調節制御と同時に行なわれるため、ガス流
量及びガス濃度の変化に多面的に対応することが
でき、この点からも一層の動力節減と高い吸収効
率を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の典型的な湿式排煙脱硫プロセス
のフローシート、第２図は代表的なスプレノズル
の噴霧粒子の粒径分布図、第３図は第２図の粒子
の比表面積割合を示す線図、第４図は塔内におけ
る液滴の飛行挙動を示す線図、第５図は本発明の
ガス吸収塔の実施例のフローシートである。 ２……冷却ベンチエリ塔、９……吸収塔、１０
……スプレノズル、１３……吸収液循環タンク、
２０，２１，２２……上段、中段、下段スプレヘ
ツダ、２０Ａ，２１Ａ，２２Ａ……上段、中段、
下段流量制御弁、２０Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ……上
段、中段、下段スプレノズル、２３……ガス流量
検知器、２４……ガス濃度検知器、２５……流量
制御弁、２６……自動制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸収液を噴霧する複数個のスプレノズルを持
   つ複数段のスプレ段を有し、ガスを塔下側より導
   入し上側より排出するガス吸収塔において、前記
   スプレ段は平均粒径800〜1500μの液滴を噴霧す
   る上段スプレと、平均粒径500〜800μの液滴を噴
   霧する中段スプレと、平均粒径100〜500μの液滴
   を噴霧する下段スプレとから成り、前記各段のス
   プレ毎に流量調節弁を有すると共に該流量調節弁
   より上流側に他の調節弁を有し、ガス吸収塔への
   ガス入口にガス濃度検知器及びガス流量検知器を
   備え、該ガス流量検知器からの出力信号により前
   記他の調節弁を開閉制御すると共に、前記ガス濃
   度検知器が予め設定されている高濃度を検知した
   とき前記流量調節弁の全てを開とする信号を出力
   し、高濃度から低濃度への変化に対して液滴の平
   均粒径の大きい側から小さい側に前記各段のスプ
   レの流量調節弁を順次閉鎖する制御手段を備えた
   ことを特徴とするガス吸収塔。