JPH084710B2

JPH084710B2 - 湿式排煙脱硫装置の運転方法

Info

Publication number: JPH084710B2
Application number: JP61104541A
Authority: JP
Inventors: 隆則中本; 滋野沢; 正勝西村; 士西村
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPS62262728A

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装置の運転方法に係り、特に排
ガス中の硫黄酸化物を吸収して生成する亜硫酸塩の酸化
を低ユーティリティで行なうに好適な湿式排煙脱硫装置
の運転方法に関するものである。

（従来の技術）湿式排煙脱硫においては、アルカリ金属、アルカリ土
類金属およびその他アルカリ性の水酸化物、炭酸塩、亜
硫酸塩、酸化物の水溶液または懸濁液を用いて排ガス中
の硫黄酸化物を吸収、除去し、副生品として安定な硫酸
塩を回収する方法が一般的である。第５図により、カル
シウム系吸収剤を用いて硫酸カルシウム（石膏）を副
生、回収する従来技術について説明する。

ボイラ等の排ガス101は除塵塔１で除塵、冷却された
後、または直接吸収塔２に供給され、該吸収塔２内で排
ガス中の硫黄酸化物が吸収、除去される。ここで、排ガ
ス中の硫黄酸化物を吸収、除去するために使用された吸
収剤スラリ102は、一旦、吸収塔循環タンク３に保持さ
れ、循環して硫黄酸化物の除去が行なわれる。除塵塔１
がある場合には、除塵塔循環タンク４に吸収剤スラリ10
3が保持され、除塵塔１に循環され、除塵と硫黄酸化物
の除去が行なわれる。吸収塔および除塵塔の各循環タン
ク３および４では撹拌機５および６によって吸収剤スラ
リが撹拌され、SO₂吸収性能の回復を図った後、循環ポ
ンプ７または８によって、再び吸収塔または除塵塔に供
給される。これを逐次繰返すことにより、吸収剤スラリ
は排ガス中の硫黄酸化物を吸収して亜硫酸カルシウムと
なり、その一部または条件によっては全量が排ガス中の
酸素によって酸化されて硫酸カルシウム（石膏）とな
る。該スラリは石膏製造プロセスで空気酸化、濃縮、脱
水され石膏として回収される。

このようにして従来プロセスでは吸収プロセスで亜硫
酸カルシウムを常に完全に石膏とすることは困難であ
り、該吸収剤スラリは酸化塔等で酸化する必要がある。
なお、吸収プロセスでの亜硫酸カルシウムから硫酸カル
シウムへの転換は排ガス中のO₂、SO₂濃度、排ガスと吸
収剤スラリの接触時間、接触面積、滞留時間およびpHに
よって決まり、通常の排ガス条件で亜硫酸カルシウムを
全量吸収塔で石膏にするには、吸収塔pHを低下させ、吸
収剤スラリの接触回数および接触面積を大きくする必要
がある。接触回数、接触面積を大きくするためには、液
−ガス比を高める、塔高を高くすることなどが必要とな
り、動力費の増大や設備費の増大につながることにな
る。

上記プロセスにおいては、脱硫装置において最も重要
な脱硫性能（脱硫率）のコントロールは、基本的には吸
収塔循環スラリのpHを検知し、設定値との偏差に応じ
て、吸収剤である石灰石スラリ供給量を制御することに
よりなされている。すなわち、脱硫性能を高めるには吸
収塔循環スラリのpHを高くする、すなわち、吸収塔循環
スラリ中の石灰石（CaCO₃）濃度を高めることが必要で
ある。上記プロセスにおける吸収塔循環スラリ中にはSO
₂を吸収して生成した亜硫酸カルシウム（CaCO₃・1/2H
₂O）が多量（10〜数百mmol/）に含まれており、この
ようなスラリ組成をもつ吸収塔循環スラリのpHと脱硫率
の関係は第２図のごとくpHの影響を強く受ける。このた
め上記プロセスにおいては有効な脱硫率制御方法である
ことが理解される。

上記プロセスは安定した脱硫性能を有し数多くの実績
を有しているが、近年、脱硫装置の合理化に対するニー
ズが強くなってきており、上記プロセス（以後、酸化別
値プロセスと称する）は設備費等の面から必ずしもそれ
らのニーズにこたえられない。このため本発明者らは、
鋭意研究開発を行ない、ガスの冷却、除塵、吸収、酸化
の機能を１つの塔に有する湿式排煙脱硫装置を提案した
（特開昭62−193629号公報、特開昭62−193630号公報）第６図は、このような湿式排煙脱硫装置のフローを示
す説明図である。この装置は、脱硫塔14と、該脱硫塔14
の下部に設けられた循環タンク15と、該循環タンク内に
設けられた撹拌機17および18と、吸収剤スラリを循環タ
ンク15からスプレ手段22に循環させる循環ポンプ16から
構成されている。なお、17はスラリ沈降防止用撹拌機、
18は気体分散用の撹拌機、19はデミスタを示す。

上記脱硫プロセスは、石灰石−石膏法湿式排煙脱硫プ
ロセスの主要機能である（除塵・冷却）吸収、酸化とい
った機能を１つの塔にもたせたものであるが、これを成
立させるには、液−ガス比、スプレ構造および配置、ス
ラリpH等の最適化はもちろんのことであるが、亜硫酸塩
の酸化状態が最も重要な因子である。本プロセスにおい
て脱硫性能をコントロールする方法として前述した酸化
別置プロセス同様、pHを検知し吸収剤である石灰石供給
量を制御する方法を適用することができるが、本プロセ
スに該方法を用いた場合には、回収される石膏中のCaCO
₃量が増減し、良質の石膏を回収するには必ずしもよい
方法とはいえない。副生する石膏を構造用、建築用とし
て使用するためには、一般に石膏中のCaCO₃は１％以下
が望ましいが、酸化別置プロセスでは酸化塔へ供給する
前に硫酸を使用して未反応CaCO₃の分解および酸化条件
の最適化を行なうため、そのような心配がない。

このように、（除塵）−吸収−酸化の一体型プロセス
においては、脱硫率を一定とするための方法として石灰
石供給量制御方式のみでは必ずしも得策とはいい難く、
上記問題点を解決する新規な制御方式が望まれていた。

さらに、排ガス量、入口SO₂濃度はボイラ等の運転条
件に大きく左右され、必ずしも最大限の酸化性能は必要
でない場合が多い。これに対して前記プロセスでは酸化
用撹拌機の回転数、空気量、運転台数は一定であるが、
排ガス条件によってはそこまで必要でない場合が多く、
余分なユーティリティを費やす可能性がある。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、一塔
式の湿式排煙脱硫装置において低ユーティリティで、し
かも所期の脱硫率を安定に維持することが可能な湿式排
煙脱硫装置の運転方法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、吸収剤スラリを除去SO₂量に見合って供給
するのみでなく、酸化用撹拌機の台数を除去SO₂量に見
合って変化させることにより、前記目的を達成するよう
にしたものである。すなわち、本発明は、排ガス中の硫
黄酸化物の除去手段およびそれにより生成する亜硫酸塩
を吸収塔下部の液溜側面に設置された２台以上の撹拌機
の翼近傍に空気を吹込み酸化する手段を一塔内に有する
湿式排煙脱硫装置の運転方法において、塔への排ガス量
および除去SO₂濃度を測定し、両者の積と設定値の偏差
により該酸化用撹拌機の運転台数を制御することを特徴
とする。

（作用）複数台取付けられた酸化用空気微細化撹拌機は、排ガ
ス量およびSO₂濃度を検知し、その信号に基づいて演算
を行ない必要酸化量を求め、それに見合って該撹拌機の
運転台数を決定することにより、排ガス中のSO₂を吸収
して生成する亜硫酸塩をむだなユーティリティを使用す
ることなく、全量酸化することができる。なお、停止さ
せた撹拌機に対しては、空気の供給も停止することが好
ましい。なぜなら、単に空気を吹込むのみではほとんど
酸化に寄与せず、むだなユーティリティとなるからであ
る。また、運転される撹拌機への空気の供給量は一定が
好ましい。これは、撹拌機回転数一定条件下で空気量を
変化させると、撹拌翼の軸動力が変化し、特に設定空気
量よりも空気量を減らすと軸動力は高くなり、モータに
対して荷負荷となり、ひいては撹拌機の故障をきたす可
能性があるためである。それによって吸収液中の亜硫酸
イオンがほとんど０となり、吸収性能を高くすると同時
に、酸化に必要なユーティリティである撹拌機の運転動
力および空気供給動力を節減することができる。また、
吸収剤である石灰石スラリは除去SO₂量に対してほぼ等
量供給するだけで済み、回収される石膏中のCaCO₃濃度
は低く維持され、石膏の品質を悪化させることもなくな
る。

以下、第１図を用いて本発明を具体的に説明する。

この装置は、第６図に示した一塔式脱硫装置の排ガス
101の供給ラインにガス流量計24、硫黄酸化物濃度検知
器23を設け、これらの積と設定値の偏差により酸化用撹
拌機17、18の運転台数を制御するようにした点で第６図
の従来装置と異なっている。

ボイラ等の排ガス101は脱硫塔14に導かれ、スプレさ
れたカルシウム系吸収剤スラリと接触し、除塵、冷却お
よび脱硫された後、デミスタ19により同伴ミストを除去
され、脱硫塔から排出される。一方、吸収剤である石灰
石スラリ104は除去するSO₂量に見合って循環タンク15に
供給され、排ガスと接触してpHの低下した吸収スラリ中
の水素イオン（H⁺）を低減させる。循環タンク15には、
複数台の空気微細化分散用の撹拌機17、18が設置されて
おり、SO₂を吸収してSO₂平衡分圧の高くなったスラリの
亜硫酸イオン（SO₃ ^-2）を酸化し平衡分圧を低下させ、S
O₂吸収性能の回復を図るとともに、硫酸カルシウム（石
膏）を得る。こうして再生された吸収剤スラリは循環ポ
ンプ16によりスプレ部へ供給され排ガスと向流接触しな
がら循環タンク15へ落下する。このように〔SO₂吸
収〕……（pH低下、SO₃ ^2-増加）−〔SO₃ ^2-酸化〕……
（Ca（HSO₃）_２＋O₂＋2H₂O→CaSO₄・2H₂O＋H₂SO₄、CaSO
₃・1/2H₂O＋1/2O₂＋3/2H₂O→CaSO₄・2H₂O、CaCO₃＋H₂SO
₄＋H₂O→CaSO₄・2H₂O等）−〔SO₂吸収〕……と順次反
応が繰返し行なわれる。この際、第1A図の制御ブロック
図に示すように装置入口のSO₂濃度検知器23でSO₂濃度
を、ガス流量計24で排ガス量（Ｇ）を検知し、その積に
対して必要な酸化量（除去SO₂量）を求め、それに見合
って空気微細化用撹拌機（Ｍ）の運転台数（撹拌機Ｍお
よび空気Air）を変化させ、常に最適な酸化状態にする
ことにより、むだなユーティリティを費やすことなく、
亜硫酸塩の酸化を行ない、脱硫性能を安定させることに
より品質の安定した石膏が得られる。

このように循環使用される吸収スラリの一部は、循環
タンク15から抜出され、ショクナ20で濃縮され、最終的
に遠心分離機21で脱水され、付着水10％以下の石膏とし
て回収される。なお、場合によっては、シックナ20を省
略し、直接遠心分離機21に供給することも可能である。

本発明は、（除塵）・吸収・酸化の機能を一塔に集約
した湿式排煙脱硫プロセスにおいて最も重要な脱硫性能
決定因子である亜硫酸イオン濃度（SO₃ ^2-濃度）を低ユ
ーティリティで常にほとんど０とするために、SO₃ ^2-の
酸化手段である空気微細化分散用撹拌機の運転台数を制
御することにより、酸化可能量を制御し、常に最適な酸
化状態を得られるようにしたものである。撹拌機の運転
台数と酸化可能量、すなわち酸化速度の関係を第３図に
示すが、これは本発明者らが実験、研究を行なった結果
得られたものであり、本発明の特徴となるものである。

本発明者らは、（除塵）・吸収・酸化一塔型プロセス
について鋭意研究を行なった結果、酸化別置型プロセス
と本プロセスとが明らかに異なる脱硫メカニズムで成り
立っていることを見出し本発明に到った。すなわち、吸
収液中に亜硫酸カルシウム（CaSO₃・1/2H₂O）を多量に
含む酸化別置型プロセスにおいては、脱硫率と吸収液pH
の関係は第２図に示したように脱硫率はpHに対する依存
性が高いが、本発明者らが、吸収一酸化一塔型プロセス
に関する試験を行なった結果、第２図に併記したように
脱硫率はpHに対する依存性が小さく、pHが４〜6.5の範
囲ではほぼ一定の脱硫率を示すため、酸化別置プロセス
で有効なpHを検知して石灰石供給量を制御する方法のみ
では脱硫率のコントロールが困難であることが分った。
また、吸収・酸化一塔型プロセスにおいては、塔下部循
環タンクより石膏を回収するため、循環タンクに必要以
上のCaCO₃を投入して脱硫率を高めようとすると回収さ
れる石膏中に未反応のCaCO₃が多量に混入し副生石膏の
品位を低下させる。

以上のような実験的事実に基づき、本発明者らは吸収
・酸化一塔型脱硫プロセスの制御方法について鋭意研究
したところ、本プロセスにおいては吸収液中の亜硫酸イ
オン濃度により脱硫性能が大きく変化することを見出し
た。第４図は、本発明者が実験を行なって得た結果の一
例を示すが、本プロセスにおいては、脱硫率は吸収液中
の亜硫酸イオン濃度に強く影響を受けることがわかる。
このように吸収・酸化一塔型脱硫プロセスが亜硫酸イオ
ン濃度の影響を強く受けるのは、亜硫酸イオン濃度が高
いと吸収液中のSO₂分圧が高くなり吸収液のSO₂吸収能力
が低下するためである。

このように、吸収・酸化一塔プロセスにおいては、吸
収液中の未反応CaCO₃濃度を低くして運転し、pHを4.0〜
6.0、望ましくは5.0〜5.5で運用するが、この場合にお
いては高い吸収能力を維持するため、排ガスと接触して
SO₂を吸収し循環タンクに落下してきた吸収液の亜硫酸
イオンをほぼ全量酸化して硫酸塩とし、吸収液のSO₂平
衡分圧を低くしてやることが重要である。

本プロセスにおいては、この亜硫酸イオン酸化手段と
して循環タンク側面に複数台の酸化用撹拌機を設置し、
その翼近傍に空気を供給し、撹拌機翼の回転により生ず
る剪断力で空気を微細化して酸化剤となる空気中の酸素
を効率よく溶解させ、酸化を行なう方法を用いている。
本システムでは、除去SO₂量に見合った酸化状態を得る
ための撹拌機の台数制御を行なうことにより、本発明の
目的を達成することができる。なお、本発明を実施する
にあたっては、酸化用の撹拌機を等分に配置し、台数を
変化させるにあたっては、できるだけ運転する撹拌機が
タンク水平断面からみて偏りがないのが好ましい。ま
た、撹拌機を停止した場合には、空気もそれに伴って止
めるか、またはスラリ逆流防止程度の空気にとどめる等
の操作を行なうのが好ましい。

本発明を実装置に適用する際には、想定される最も厳
しい条件でも亜硫酸塩がほとんど０となるように複数台
（処理ガス量、装置入口SO₂濃度、タンク液深等により
プラントでは異なるが２〜20台程度）設置する。

本発明の実施方法の一例を第７図に示す。この場合、
撹拌機は第８図に示すようにＡ〜Ｆの６台が設置され
る。使用例を示せば下表のようである。

最大設定値時には、全台の撹拌機を運転するが、実際
には信号として与えられる排ガス量、入口SO₂濃度、出
口SO₂濃度により除去SO₂量（Ｑ′/Q）を演算し、その演
算値がどの領域にあるかにより、最適な運転台数が選択
される。ここでは（G:処理ガス量、Sin:入口SO₂濃度、Sout:出口SO₂濃
度、Q:最大除去SO₂量（設置値）、Ｑ′：任意時間の除
去SO₂量）、Ｑ′/Q×100＝40％のときに運転台数を０と
しているが、これは排ガス中のO₂により自然に酸化され
る量でバランスがとれること（すなわち、強制酸化が不
必要であること）を示す。

本発明をさらにに効果的に用いる方法として、吸収液
中のSO₃ ^2-濃度を連続的に分析し、その信号と設定値と
の偏差をもって運転台数を決定する方法が挙げられる。

このように、本発明を用いることにより最も厳しい排
ガス条件でも、また強制酸化を要しない場合でも低ユー
ティリティで対応が可能となる。

さらに本発明の内容を明確にするため実施例を用いて
詳しく説明する。

（実施例）実施例１処理ガス量580Nm³/h（定格）の吸収・酸化一塔型排煙
脱硫装置を用い実験を行なった。脱硫塔は径がφ0.3m、
高さが約9.5mで、塔下部の循環タンクはφ1.0m、高さ1.
5mで、亜硫酸塩酸化用およびスラリ沈降防止撹拌用に側
面式撹拌機を４台、等分にタンク底より150mmの高さに
取付けた。なお、撹拌機は翼としてφ120mmの３枚プロ
ペラ型のものを用いた。この撹拌機の回転数を1500rpm
で一定とし、１台当たりに供給する空気量を0.75Nm³/h
とした。吸収剤として約20wt％の石灰石スラリを循環タ
ンクに供給した。循環タンクにはCaCO₃およびCaSO₄・2H
₂Oを主成分とする吸収剤スラリが410保持されてお
り、循環ポンプによりタンクより抜出され8.68t/hの流
量で循環した。循環タンクのpHが5.5となるように石灰
石スラリを供給した。

排ガス量:580Nm³/h、入口SO₂濃度:740ppmの排ガス条
件において、撹拌機４台全部を運転したところ、脱硫率
として90％、また吸収液中SO₃ ^2-濃度は常に0.5mmol/
以下に保たれた。

実施例２排ガス量:305Nm³/h、入口SO₂濃度:630ppm（ボイラ負
荷として1/4負荷に相当）の排ガス条件において、撹拌
機の運転台数を２台として運転したところ、脱硫率とし
て92％、また吸収液中のSO₃ ^2-濃度は常に0.5mmol/以
下に保たれた。

参考例１実施例２と同様の排ガス条件において、撹拌機の運転
台数を４台としても脱硫率は92.0％、また吸収液中のSO
₃ ^2-濃度も実施例２と同様0.5mmol/以下であった。な
お、実施例１および２で回収された石膏中のCaCO₃濃度
は、常に１％以下であった。

（発明の効果）本発明によれば、（除塵）・吸収・酸化一塔型プロセ
スにおいて、重要な亜硫酸塩の酸化を効率的に行ない、
かつ安定した脱硫率を得ることができる。特に、回収さ
れる石膏中のCaCO₃濃度を一定としながら酸化量を必要
量に応じてコントロールすること、すなわち、酸化に費
やすユーティリティを最小限にとどめることが可能であ
る。従来の酸化別置型プロセスの場合、排ガス条件が変
化しても、実際に酸化塔まで吸収剤スラリが供給される
までの時間遅れが大きく、本制御方式の適用は困難であ
る。

本発明により、ボイラの低負荷時、あるいはＳ分の低
い石炭等を燃焼させた場合には、酸化用撹拌機の運転台
数を減らして運転することが可能で、それにかかる撹拌
機の運転動力および空気供給動力を節減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による湿式排煙脱硫装置のフローシー
トを示す図、第1A図は、その撹拌機の運転制御ブロック
図、第２図は、吸収・酸化一塔型プロセスおよび酸化別
置型プロセスのスラリpHと脱硫率の関係を示す図、第３
図は、酸化用撹拌機の運転台数と酸化可能量の関係を示
す図、第４図は、吸収液中の亜硫酸イオン濃度と脱硫率
の関係を示す図、第５図は、酸化別置型プロセスのフロ
ーシートを示す図、第６図は、吸収・酸化一塔型プロセ
スのフローシートを示す図、第７図は、本発明の実施例
における酸化用撹拌機の運転台数の設定基準の一例を示
す関係図、第８図は、撹拌機の配置状態を一例を示す説
明図である。 14……脱硫塔、15……循環タンク、16……循環ポンプ、
17、18……撹拌機、19……デミスタ、20……シックナ、
21……遠心分離機、23……硫黄酸化物濃度検知器、24…
…ガス流量計、25……バルブ、101……排ガス、102……
循環スラリ、104……石灰石スラリ、106……空気、107
……濾過水、108……石膏。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ (72)発明者西村士広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内 (56)参考文献特開昭62−204828（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス中の硫黄酸化物の除去手段およびそ
れにより生成する亜硫酸塩を吸収塔下部の液溜側面に設
置された２台以上の撹拌機の翼近傍に空気を吹き込み酸
化する手段を一塔内に有する湿式排煙脱硫装置の運転方
法において、塔への排ガス量および除去SO₂濃度を測定
し、両者の積と設定値の偏差により該酸化用撹拌機の運
転台数を制御することを特徴とする湿式排煙脱硫装置の
運転方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記の吹
き込む空気は稼働中の酸化用撹拌機のみに供給すること
を特徴とする湿式排煙脱硫装置の運転方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、稼働する酸化用撹拌機１台当たりに供給する空気量
は一定量であることを特徴とする湿式排煙脱硫装置の運
転方法。