JP5848192B2

JP5848192B2 - 排煙脱硫装置

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Publication number: JP5848192B2
Application number: JP2012111978A
Authority: JP
Inventors: 木村　健; 健木村
Original assignee: 木村　健; 健木村; 木村紀子; 佐藤淳子; 木村　茂; 木村茂
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: US9005534B2; JP2013237017A; US20130309139A1

Description

本発明は、工場や発電所等から発生する排煙から亜硫酸ガスを除去するための排煙脱硫装置であって、特に、エネルギー消費の原因となるスラリー循環量及び通風圧損失を減少することを可能とし、また、将来に設置することが考えられる炭酸ガス回収装置の前段として設置する場合を想定して、脱硫率をほぼ１００％とするとともに、副生品をほぼ１００％石膏化することを可能とする排煙脱硫装置に関する。

従来、吸収剤スラリーを垂直方向に流下し、ケーシングを円筒体とし、この円筒体内に処理ガス（排煙）を流すことによって、処理ガス中から亜硫酸ガスを除去する排煙脱硫装置が知られている。
特に、日本では、竪型円筒体を用いて、処理ガスを垂直方向に流す方式の排煙脱硫装置が広く使われている。
しかしながら、この竪型円筒体を用いる方式の排煙脱硫装置では、スラリー循環量が増加して、エネルギー消費が大きくなるという問題がある。具体的には、堅型円筒体を用いる方式の排煙脱硫装置では、ガス処理量が円筒体直径の２乗に比例して増加し、これに伴い、吸収剤となるスラリーの循環量も円筒体直径の２乗に比例して増加するため、エネルギー消費が大きくなる。
一方、回転軸が水平方向に延びるように配設される水平円筒体を用いてガスを水平方向に流す方式の排煙脱硫装置では、ガス処理量が円筒体直径の２乗に比例して増加する点は、竪型円筒体を用いる排煙脱硫装置と同様であるが、スラリー循環量は、円筒体直径の１乗に比例して増加するにとどまる。
したがって、１次式と２次式のグラフを頭に画いてみるまでもなく、排煙脱硫装置では、竪型円筒体を用いるよりも水平円筒体を用いた方が、スラリー循環量が少なくて済み、エネルギー消費が小さくなるため、有利となっている。特に、大型装置である排煙脱硫装置では、円筒体も大きくなるため、竪型円筒体を用いるよりも水平円筒体を用いた方が断然有利となっている。
なお、日本において竪型円筒体を用いる方式の排煙脱硫装置が広く使われている理由は、本来小型装置をもとに発展されたガス吸収装置の考え方を大型装置である排煙脱硫装置に適用したことに基因すると考えられる。

ここで、水平円筒体を用いる排煙脱硫装置として、例えば、特許文献１、２に示すものが知られている。
特許文献１に記載された排煙脱硫装置は、一端に被処理ガス入り口を有する環状エンド・プレートを、また他端に出口を有する環状エンド・プレートを、それぞれ設けたところの内壁に脱硫剤を汲み上げるＵ字状の樋からなる多数のリフターを軸方向に平行に取り付けるとともに、内部全空間に空隙あるいは空孔を有する多数の独立した充填物を充填した回転円筒体を水平かつ回転可能に配設し、かつ該回転円筒体の一端に吸収剤スラリー供給手段を、また他端にその排出口を設けたものである。
そして、この排煙脱硫装置では、充填物の下部をスラリー貯留部内に浸漬させつつ回転円筒体を回転させて処理ガスと吸収剤スラリーとを向流又は並流接触させることにより気液接触させる。

特許文献１に記載された排煙脱硫装置を実施した実績として、回転円筒体（回転充填層）の直径が１ｍの実験機、回転円筒体の直径が３．２ｍの実用１号機、回転円筒体の直径が４．５ｍの実用２号機及び回転円筒体の直径が４．５ｍの実用３号機があり、それぞれ成功し、特に、実用１号機及び実用２号機は、４０年近い運転実績をもっている。ここで、各機では、回転円筒体（回転充填層）の軸方向の長さは、３ｍとなっている。なお、副産物を亜硫酸カルシウムとして考えれば、回転円筒体の長さをさらに短くすることが可能である（１ｍ程度まで）。
これらの装置の成功は、上記した「大型装置である排煙脱硫装置では、竪型円筒体を用いるよりも水平円筒体を用いた方が断然有利となっている」旨の所論を裏付けるものとなっている。
各装置の運転実績を表１に示す。

表１に示すように、各機では、スラリー循環量は、回転円筒体の直径の１乗に比例して増加するにとどまっており、「大型装置である排煙脱硫装置では、竪型円筒体を用いるよりも水平円筒体を用いた方が断然有利となっている」ことがわかる。
このように、特許文献１に記載された排煙脱硫装置では、スラリーの循環量については、回転円筒体の直径に比例してスラリー循環量を考えるしか、考えようがない点に注目すべきである。
また、表１に示すように、各機では、回転円筒体（回転充填層）の軸方向の長さが３ｍとなっており、これは、回転円筒体の直径を３ｍ以上とする場合には、竪型円筒体を用いるよりも水平円筒体を用いた方が有利であることを示している。
ここで、見逃してはならない点は、回転円筒体の直径が大きくなると、スラリーの落下高さが回転円筒体の直径に比例して大きくなることである。すなわち、スラリーの１回の落下にともなう化学反応量は、回転円筒体の直径が１ｍの場合を基準として、直径が３．２ｍの場合は３．２倍、直径が４．５ｍの場合は４．５倍になる。したがって、後述する試設計機４の場合は、回転円筒体の直径が２４．３ｍであるから、スラリーの１回の落下にともなう化学反応量は２４．３倍となる。
このことが、ガスを垂直方向に流すよりもガスを水平方向に流す方が有利である根源と考えてよいであろう。

一方、特許文献１に記載された排煙脱硫装置の作用は、化学反応の面からみると、亜硫酸ガスの吸収剤として石灰石スラリーを用いて、副生品として石膏を生成するものである。この際、中間製品として亜硫酸カルシウムが生成され、この亜硫酸カルシウムが処理ガス（排煙）中の酸素により酸化されて石膏となるという過程をとる。
この亜硫酸ガスの石膏化の過程については、処理ガス中の酸素濃度及び装置から排出される石膏スラリーのＰＨ（ペーハー）との間に微妙な関係があることが知られた。
上記の亜硫酸ガスの石膏化の過程についての知見を整理すると、以下のように考えられる。
ＳＯ_２＋Ｈ_２Ｏ ⇒ Ｈ_２ＳＯ_３・・・（１）
ＣａＣＯ_３ ⇒ Ｃａ^２＋＋ＣＯ_３ ^２− ・・・（２）
Ｃａ^２＋＋Ｈ_２ＳＯ_３ ⇒ ＣａＳＯ_３＋２Ｈ^＋・・・（３）
（水溶性亜硫酸カルシウム）
ＣＯ_３ ^２− ⇒ ＣＯ_２＋１／２Ｏ_２・・・（４）
ＣａＳＯ_３＋１／２Ｈ_２Ｏ ⇒ ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ・・・（５）
（亜硫酸カルシウム結晶）
ＣａＳＯ_３＋１／２Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ ⇒ ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ・・・（６）
（石膏結晶）
スラリー出口側（ガス導入口側）の酸性スラリー中では、亜硫酸カルシウムの結晶は溶解して、下記式（７）に示す反応がおこる。
ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ ⇒ ＣａＳＯ_３＋１／２Ｈ_２Ｏ・・・（７）
さらに、上記式（４）の１／２Ｏ_２及び処理ガス中の過剰空気のＯ_２と反応して、下記式（８）に示す反応がおこる。
ＣａＳＯ_３＋１／２Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ ⇒ ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ・・・（８）

また、引用文献２に記載された有害ガスの脱硫装置は、固定ダクト内に水平軸を中心に回転自在に支承されたところの、内部に気液接触充填物が充填された籠型回転円筒体の設置と、籠型回転円筒体の下方に配設されたスラリー貯留槽と、スラリー貯留槽内の吸収剤スラリーを汲み上げて籠型回転円筒体の外周面に還流させるスラリー還流手段と、を備えている。そして、この有害ガスの脱硫装置では、吸収剤スラリーを還流させるだけで籠型回転円筒体を回転させることができるため、籠型回転円筒体の電気的な駆動手段が不要となり、装置を小型化することが可能となるとともに、使用電力量を抑制することが可能となる。

近年、工場や発電所等から発生する排煙から地球温暖化の原因となる炭酸ガスを回収しなければならないと言われている。そして、排煙から炭酸ガスを回収する前段として、排煙から亜硫酸ガスを除去する排煙脱硫装置が使用されているが、この排煙脱硫装置には、低コストであるばかりでなく、高性能（脱硫率がほぼ１００％であること）が求められる。
そして、これに関連する本発明者の特許発明として、特許文献３に示すものがある。

実公昭５３−１９１７１号公報特許第４４１８９８７号公報特許第４５０５０４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された排煙脱硫装置では、脱硫率が低下する恐れがある。
すなわち、特許文献１に記載された排煙脱硫装置では、処理ガス中の酸素量が多い場合には、処理ガス中の酸素により亜硫酸カルシウムを酸化して石膏とすることができる。しかしながら、処理ガス中の酸素量が少ない場合には、装置内に酸素（空気）を持ち込む手段がなく、石膏化反応が十分に進まないという欠点がある。この場合、装置の排液のＰＨ（ペーハー）を下げて酸性状態として運転すれば石膏化が可能であるが、そのためには、石灰石スラリーの供給量を理論的所要量より下げて運転する必要があり、すると、石灰石スラリーが不足して脱硫率が低下する。

一方、特許文献２に記載された有害ガスの脱硫装置では、循環するスラリーに空気を吹き込んで処理ガス中の酸素量不足を補う手段を取り得るが、その効果をあげるためには、スラリー貯留槽におけるスラリー出口側（ガス導入口側）で酸性が強く、スラリー入口側（ガス排出口側）で塩基性が強くなるように吸収剤スラリーの流れを形成する必要があった。
また、特許文献２に記載された有害ガスの脱硫装置においても、石灰石スラリーが不足して脱硫率が低下する傾向がある。
本発明の課題は、排煙脱硫装置において、副生品中の亜硫酸カルシウムをほぼ１００％石膏化するとともに、脱硫率をほぼ１００％とすることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る排煙脱硫装置は、所定の長さに形成され、一方側に設けられたガス導入口及び他方側に設けられたガス排出口を有する固定ダクトと、両端面及び円周面のそれぞれが格子状とされた略円筒状に形成され、一方側の端面を前記ガス導入口側に対面させ、他方側の端面を前記ガス排出口側に対面させ、水平軸を中心に回転自在に支承された状態で、前記固定ダクト内に配設された籠型回転円筒体と、気液接触用充填物を前記籠型回転円筒体内に充填してなり、前記ガス導入口から導入されたガスを軸方向に通過させる回転充填層と、前記回転充填層の前記ガス導入口側及び前記ガス排出口側のそれぞれに配設されたガスシールプレートと、前記回転充填層の下方に配設され、その一部に連通部分を有する仕切り板によって区分された複数の連通貯留区分を有するスラリー貯留槽と、吸収剤スラリーを前記スラリー貯留槽における前記ガス排出口側に供給するスラリー供給手段と、前記吸収剤スラリーを前記スラリー貯留槽における前記ガス導入口側から排出するスラリー排出手段と、前記複数の連通貯留区分のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記連通貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記回転充填層における該連通貯留区分の上方の部位に散布するスラリー散布手段と、を備え、前記複数の連通貯留区分は、前記軸方向に沿って並ぶように配設され、前記スラリー供給手段によって前記スラリー貯留槽における前記ガス排出口側に供給された前記吸収剤スラリーは、脱硫反応及び石膏化反応をしつつ、前記複数の連通貯留区分を経由して前記ガス導入口側へと移動されて、前記スラリー排出手段によって前記スラリー貯留槽における前記ガス導入口側から排出されることを特徴とする。

また本発明の排煙脱硫装置では、スラリー貯留槽内において、複数の連通貯留区分が軸方向に沿って並ぶように設けられている。そして、スラリー貯留槽のガス排出口側に供給された吸収剤スラリーは、脱硫反応及び石膏化反応をしつつ、複数の連通貯留区分を経由してガス導入口側へと移動されて、スラリー貯留槽のガス導入口側から排出される。
これによって、各連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーのＰＨ（ペーハー）を比較すると、複数の連通貯留区分のうちガス排出口側に位置する連通貯留区分ほど、該連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーの塩基性が強くなり、複数の連通貯留区分のうちガス導入口側に位置する連通貯留区分ほど、該連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーの酸性が強くなる。
これに伴い、回転充填層の各部位に散布される吸収剤スラリーのＰＨを比較すると、ガス排出口側の部位ほど、該部位に散布される吸収剤スラリーの塩基性が強くなり、ガス導入口側の部位ほど、該部位に散布される吸収剤スラリーの酸性が強くなる。
これにより、ガス導入口側から排出される吸収剤スラリー（石膏スラリー）のＰＨを下げて酸性とすることができ、亜硫酸カルシウムの石膏化をより確実に行うことができる。この石膏化作用は、スラリー貯留槽に吹き込まれる空気によりさらに確実なものとなり、ガス導入口側から排出される石膏スラリーの酸性の程度を弱めることができる。
したがって、第一の発明に係る排煙脱硫装置によれば、副生品中の亜硫酸カルシウムをほぼ１００％石膏化することが可能となるとともに、脱硫率をほぼ１００％とすることが可能となる。
ここで、本発明に係るスラリー供給手段としては、後述するスラリーフィーダー６２が該当し、スラリー排出手段としては、後述するスラリー排出装置６４が該当し、スラリー散布手段としては、後述する循環装置６３が該当する。

さらに本発明に係る排煙脱硫装置は、前記スラリー貯留槽において前記連通部分を有していない仕切り板によって区分されてなる独立貯留区分と、所定の液位を保つように前記吸収剤スラリーを前記独立貯留区分に供給する液位調整手段と、前記独立貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記回転充填層における該独立貯留区分の上方の部位に散布するスラリー散布手段と、を備え、前記独立貯留区分は、前記複数の連通貯留区分の前記ガス排出口側に位置し、前記スラリー供給手段は、前記独立貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記複数の連通貯留区分のうち最も前記ガス排出口側に位置する連通貯留区分に供給し、該吸収剤スラリーの供給量を調整可能となっていることを特徴とする。

また本発明に係る排煙脱硫装置では、スラリー貯留槽内において、複数の連通貯留区分のガス排出口側に、連通貯留区分に連通していない独立貯留区分が設けられている。そして、独立貯留区分における吸収剤スラリーの液位が所定の位置となるように、吸収剤スラリーが独立貯留区分に供給される。
これによって、複数の連通貯留区分よりガス排出口側に位置する独立貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーでは、吸収剤が大過剰の状態となる。これに伴い、回転充填層のうち独立貯留区分の上方の部位（最もガス排出口側の部位）に、吸収剤が大過剰の状態の吸収剤スラリーが散布される。したがって、吸収剤スラリーの供給量を低減しても脱硫率をほぼ１００％とすることが可能となる。
例えば、スラリー貯留槽において４つの連通貯留区分ａ〜ｄ及び独立貯留区分ｅ（合計５つの貯留区分）を設けた場合には、最もガス導入口側に位置する連通貯留区分ａに貯留されている吸収剤スラリーは酸性〜中性となり、連通貯留区分ａよりガス排出口側に位置する連通貯留区分ｂ〜ｄに貯留されている吸収剤スラリーは塩基性となり、最もガス排出口側に位置する独立貯留区分ｅに貯留されている吸収剤スラリーでは吸収剤（石灰石）が大過剰の状態となる。そして、この状態で、各貯留区分ａ〜ｅに貯留されている吸収剤スラリーが、回転充填層における各貯留区分ａ〜ｅの上方の部位に散布・循環される。
この際、５つの貯留区分ａ〜ｅのうちガス排出口側から２番目に位置する連通貯留区分ｄに供給される吸収剤スラリー量は、ガス導入口側から排出される石膏スラリーが酸性（ＰＨ３〜６）となるように調整される。
ここで、吸収剤スラリーの供給量を処理ガス量及び亜硫酸ガス濃度から計算される理論供給量の９５％とすると、回転充填層のうち連通貯留区分ａの上方から連通貯留区分ｄの上方までの部位におけるガスの脱硫率は、吸収剤不足により、９５％程度となる。しかしながら、吸収剤が大過剰の状態となっている吸収剤スラリーを散布する独立貯留区分ｅが、連通貯留区分ｄのガス排出口側に配設されていることによって、回転充填層のうち独立貯留槽ｅの上方の部位において残り５％の亜硫酸ガスが脱硫される。これにより、回転充填層の全体において、ほぼ１００％の脱硫率を達成することができる。
したがって、本発明に係る排煙脱硫装置によれば、副生品中の亜硫酸カルシウムをほぼ１００％石膏化することが可能となるとともに、脱硫率をほぼ１００％とすることが可能となる。

本発明に係る排煙脱硫装置によれば、ガス導入口側から排出される吸収剤スラリー（石膏スラリー）のＰＨを下げて酸性とすることができ、亜硫酸カルシウムの石膏化をより確実に行うことができる。この石膏化作用は、スラリー貯留槽に吹き込まれる空気によりさらに確実なものとなり、ガス導入口側から排出される石膏スラリーの酸性の程度を弱めることができる。
また、本発明に係る排煙脱硫装置によれば、前段落で説明したメカニズムにより脱硫率をほぼ１００％とすることができる。
すなわち、本発明に係る排煙脱硫装置によれば、副生品中の亜硫酸カルシウムをほぼ１００％石膏化することが可能となるとともに、脱硫率をほぼ１００％とすることが可能となる。

本発明の実施形態に係る排煙脱硫装置の断面図である。図１に示す排煙脱硫装置が備えるスラリー貯留槽の平面図である。図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る排煙脱硫装置１について、図面を参照しながら説明する。
排煙脱硫装置１は、工場や発電所等の排煙経路に設置されて、排出される排煙（処理ガス）から亜硫酸ガスを除去する装置である。
特に、排煙脱硫装置１は、排煙から炭酸ガスを回収する炭酸ガス回収装置の前段として設置されると、一層有利となる。

（排煙脱硫装置１の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る排煙脱硫装置１の断面図である。図１は、排煙脱硫装置１を籠型回転円筒体２０の水平軸２１に沿って鉛直方向に切断した状態を示している。また、図１では、循環する吸収剤スラリーの流れを実線矢印で示し、処理ガスの流れを破線矢印で示している。
図２は、図１に示す排煙脱硫装置１が備えるスラリー貯留槽４０の平面図である。特に、図２では、スラリー貯留槽４０内における仕切り板４３，４４の配置を示しており、吸収剤スラリーの流れを実線矢印で示し、処理ガスの流れを破線矢印で示している。
図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、ガスシールプレート５０を籠型回転円筒体２０の水平軸２１に沿う向きから見た状態を示している。

図１に示す排煙脱硫装置１は、固定ダクト１０と、固定ダクト１０内に配設された籠型回転円筒体２０と、籠型回転円筒体２０内に形成された回転充填層３０と、回転充填層３０の下方に配設されたスラリー貯留槽４０と、一対のガスシールプレート５０と、吸収剤スラリーを循環させるスラリー循環システム６０と、を備えている。
固定ダクト１０は、所定の長さに形成され、水平方向に向けて配設されている。固定ダクト１０は、その中央部を下方及び前後方向（図１に示す奥行き方向）に膨らませることによって、その内部に籠型回転円筒体２０を設置可能な内部空間が形成されている。固定ダクト１０は、処理ガスが流れる方向（図１に示す左右方向）の一方側に設けられたガス導入口１１と、他方側に設けられたガス排出口１２と、を有している。また、ガス排出口１２には、ミストセパレータ１３が配設されている。

籠型回転円筒体２０は、略円筒状の籠型に形成されている。また、籠型回転円筒体２０は、その両端面及び円周面を含む略全体が格子状に形成されている。本実施形態では、籠型回転円筒体２０の両端面及び円周面は、７５ｍｍφ×７５ｍｍφの気液接触用充填物を充填するために、６０ｍｍ程度の間隔の格子状に形成されている。籠型回転円筒体２０は、一方側の端面をガス導入口１１側に対面させ、他方側の端面をガス排出口１２側に対面させ、一対のボス２２ａ，２２ｂに挿通された水平軸２１を中心に回転自在に配置されている。水平軸２１は、一端がガス導入口１１側に、他端がガス排出口１２側に配置される、３つの軸受２３ａ，２３ｂ，２３ｃによって回転自在に支承されている。
そして、籠型回転円筒体２０は、ギャードモータ２４によって、水平軸２１を中心に回転駆動される。籠型回転円筒体２０の回転速度は、５ｒｐｍ程度とする。なお、本実施形態では、ギャードモータ２４によって籠型回転円筒体２０を回転させる構成としているが、ギャードモータ２４を省略して、回転充填層３０の上方から散布される吸収剤スラリーの重さを利用した水車の原理により籠型回転円筒体２０を回転させる構成としても構わない（特許文献２参照）。

回転充填層３０は、多数の気液接触用充填物を籠型回転円筒体２０内に充填することにより形成されている。気液接触用充填物としては、樹脂製円筒状体、ラシヒリング、ポールリング、ネットリング等、籠型回転円筒体２０内に多数の空隙を形成することができるものが用いられる。回転充填層３０は、ガス導入口１１から導入されたガスを軸方向（水平軸２１が延びる方向）に通過させることが可能となっている。
スラリー貯留槽４０は、固定ダクト１０内の底部に配設され、回転充填層３０の下方に位置している。スラリー貯留槽４０は、上方が開放された箱形に形成され、吸収剤スラリーを貯留・循環させることが可能となるように形成されている。ここで、本実施形態では、吸収剤として、石灰石を用いており、吸収剤スラリーとして、石灰石スラリーを用いている。
図１及び図２に示すように、スラリー貯留槽４０内には、その一部に連通部分４３ａを有する仕切り板４３によって区分された複数（本実施形態では、４つ）の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄと、連通部分を有していない仕切り板４４によって区分されてなる独立貯留区分４２と、が設けられている。４つの連通貯留区分４１ａ〜４１ｄ及び独立貯留区分４２は、軸方向（水平軸２１が延びる方向）に沿って並ぶように配設されている。具体的には、連通貯留区分４１ａが最もガス導入口１１側に配置され、ガス導入口１１側からガス排出口１２側に向かって連通貯留区分４１ｂ、連通貯留区分４１ｃ、連通貯留区分４１ｄの順に配置され、独立貯留区分４２が最もガス排出口１２側に配置されている。そして、隣接する連通貯留区分４１ａ〜４１ｄ間では、仕切り板４３の連通部分４３ａを介して、吸収剤スラリーが流入・流出することが可能となっている。一方、独立貯留区分４２は、隣接する連通貯留区分４１ｄに連通していない状態となっている。

図１及び図３に示すように、ガスシールプレート５０は、回転充填層３０のガス導入口１１側及びガス排出口１２側のそれぞれに配設されている。各ガスシールプレート５０は、略四角形の平板状に形成され、その中心部に円形の貫通孔が設けられている。各ガスシールプレート５０の貫通孔の直径は、籠型回転円筒体２０（回転充填層３０）の直径より小さくなっている。そして、各ガスシールプレート５０は、その下端部がスラリー貯留槽４０に貯留されている吸収剤スラリーの液中に挿入された状態で配設され、籠型回転円筒体２０（回転充填層３０）と固定ダクト１０の内面との間をシールする。

スラリー循環システム６０は、液位調整装置６１と、スラリーフィーダー６２と、循環装置６３と、スラリー排出装置６４と、空気吹込装置６５と、を備えている。
液位調整装置６１は、石灰石スラリー供給パイプ６１ａと、石灰石スラリー供給パイプ６１ａを介して吸収剤スラリー（石灰石スラリー）を独立貯留区分４２に供給するスラリー供給手段（図示せず）を有している。液位調整装置６１は、所定の液位を保つように吸収剤スラリーを独立貯留区分４２に供給する。
スラリーフィーダー６２は、吸収剤スラリーをスラリー貯留槽４０におけるガス排出口１２側に供給する。具体的には、スラリーフィーダー６２は、独立貯留区分４２から抽出した吸収剤スラリーを複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄのうち最もガス排出口１２側に位置する連通貯留区分４１ｄに供給する。この際、スラリーフィーダー６２は、吸収剤スラリーの供給量を調整可能となっている。
循環装置６３は、吸収剤スラリーを回転充填層３０に散布するスラリー散布装置６３ａと、スラリー散布装置６３ａ及びスラリー貯留槽４０を連結する配管６３ｂと、配管６３ｂを介してスラリー貯留槽４０に貯留されている吸収剤スラリーをスラリー散布装置６３ａに送り込む循環ポンプ６３ｃと、を有している。
ここで、スラリー散布装置６３ａは、スプレーノズルによって吸収剤スラリーを散布する構成であっても、パイプの先端から吸収剤スラリーを流下させる構成であっても、どちらでも構わない。

本実施形態では、４つの連通貯留区分４１ａ〜４１ｄ及び独立貯留区分４２のそれぞれに対応する循環装置６３（合計５基の循環装置６３）が設けられている。具体的には、本実施形態では、５基のスラリー散布装置６３ａと、５つの配管６３ｂと、５基の循環ポンプ６３ｃ（図１に示すＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ）と、を有している。ここで、図１では、各循環ポンプ６３ｃの下方、各配管６３ｂの上方及び各スラリー散布装置６３ａの上方のそれぞれに記号ａ〜ｅが付されているが、これは、同一の記号ａ〜ｅが付されている循環ポンプ６３ａ、配管６３ｂ及びスラリー散布装置６３ａが接続されていることを示している。そして、各循環装置６３は、対応する貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２から抽出した吸収剤スラリーを回転充填層３０における当該貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２の上方の部位に散布する。

スラリー排出装置６４は、石膏スラリー排出パイプ６４ａと、石膏スラリー排出パイプ６４ａに設けられたバルブ６４ｂと、を有している。スラリー排出装置６４は、吸収剤スラリー（石膏スラリー）をスラリー貯留槽４０におけるガス導入口１１側から排出する。具体的には、スラリー排出装置６４は、複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄのうち最もガス導入口１１側に位置する連通貯留区分４１ａから吸収剤スラリー（石膏スラリー）を排出する。この際、スラリー排出装置６４は、吸収剤スラリーの排出量を調整することによって、各連通貯留区分４１ａ〜４１ｄの液位を調整可能となっている。
空気吹込装置６５は、４つの連通貯留区分４１ａ〜４１ｄ及び独立貯留区分４２のそれぞれに貯留されている吸収剤スラリーの液中に空気を吹き込むことが可能となっている。

（排煙脱硫装置１のコントロール）
次に、排煙脱硫装置１のコントロールについて説明する。
液位調整装置６１によるスラリー貯留槽４０への吸収剤スラリー（石灰石スラリー）の供給は、ガス排出口１２側に位置する独立貯留区分４２における吸収剤スラリーの液面の高さ（液位）が所定の高さとなるようにコントロールする。
スラリーフィーダー６２による連通貯留区分４１ｄへの吸収剤スラリーの供給は、ガス導入口１１側に位置する連通貯留区分４１ａから排出される吸収剤スラリー（石膏スラリー）のＰＨが３〜６の範囲内となるようにコントロールする。

この場合、吸収剤スラリーを酸性にコントロールするため、吸収剤スラリーに含まれる吸収剤（石灰石）の量が、処理ガス量及び亜硫酸ガス濃度から計算される理論的所要量に対して不足する。これにより、回転充填層３０のうち連通貯留区分ａの上方から連通貯留区分ｄの上方までの部位における処理ガスの脱硫率は、石灰石不足により９５％程度となる。しかしながら、吸収剤が大過剰の状態となっている吸収剤スラリーを貯留する独立貯留区分４２が５つの貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２のうち最もガス排出口１２側に配置されていることによって、吸収剤が大過剰の状態となっている吸収剤スラリーが回転充填層３０のうち最もガス排出口１２側の部位に散布され、この部位において残り５％の亜硫酸ガスが脱硫される。これにより、回転充填層の全体において、ほぼ１００％の脱硫率を達成することができる。
スラリー貯留槽４０（連通貯留区分４１ａ〜４１ｄ）における吸収剤スラリーの液位は、スラリー排出装置６４のバルブ６４ｂの開閉を制御することによりコントロールする。

（排煙脱硫装置１の作用）
次に、排煙脱硫装置１の作用について説明する。
排煙脱硫装置１では、処理ガスは、図示しない送風機によりガス導入口１１から固定ダクト１０内に送り込まれ、固定ダクト１０内の中央に配置された籠型回転円筒体２０（回転充填層３０）を通過して、ミストセパレータ１３を経た後に、ガス排出口１２から排気される。
一方、スラリー貯留槽４０内では、スラリーフィーダー６２が独立貯留区分４２から抽出した吸収剤スラリーを複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄのうち最もガス排出口１２側に位置する連通貯留区分４１ｄに供給する。そして、スラリー貯留槽４０におけるガス排出口１２側（連通貯留区分４１ｄ）に供給された吸収剤スラリーは、脱硫反応及び石膏化反応をしつつ、複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄを経由してガス導入口１１側へと移動されて、スラリー排出装置６４によってスラリー貯留槽４０におけるガス導入口１１側（連通貯留区分４１ａ）から排出される。
この際、各貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２に貯留されている吸収剤スラリーは、各貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２に対応して設けられている循環装置６３によって籠型回転円筒体２０に散布される。

籠型回転円筒体２０に散布された吸収剤スラリーは、籠型回転円筒体２０内を流下する吸収剤スラリーの重力及び籠型回転円筒体２０自体の回転の影響を受けながら気液接触充填物等の表面を流下し、その際に形成されるスラリー液膜が固定ダクト１０内を通過する処理ガスとの広い面積での気液接触による反応を行いつつ、スラリー貯留槽４０内の各貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２に落下する。
そして、スラリー貯留槽４０内に流下した吸収剤スラリーは、処理ガスとの気液接触による反応で生成された多量の石膏を含んでいる。
また、スラリー貯留槽４０内では、空気吹込装置６５が吸収剤スラリーの液中に空気を吹き込むことによって、吸収剤スラリーが撹拌されるとともに、新鮮な酸素が補給されて石灰石粉を溶解しつつ吸収剤スラリーが順次循環される。

以上のように、排煙脱硫装置１では、スラリー貯留槽４０内において、複数の貯留区分４１ａ〜４１ｄ，４２が軸方向に沿って並ぶように設けられている。そして、スラリー貯留槽４０のガス排出口１２側（独立貯留区分４２）に供給された吸収剤スラリーは、脱硫反応及び石膏化反応をしつつ、複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄを経由してガス導入口１１側へと移動されて、スラリー貯留槽４０のガス導入口１１側（連通貯留区分４１ａ）から排出される。
これによって、各連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーのＰＨ（ペーハー）を比較すると、複数の連通貯留区分のうちガス排出口１２側に位置する連通貯留区分ほど、該連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーの塩基性が強くなり、複数の連通貯留区分のうちガス導入口１１側に位置する連通貯留区分ほど、該連通貯留区分に貯留されている吸収剤スラリーの酸性が強くなる。

これに伴い、回転充填層３０の各部位に散布される吸収剤スラリーのＰＨを比較すると、ガス排出口１２側の部位ほど、該部位に散布される吸収剤スラリーの塩基性が強くなり、ガス導入口１１側の部位ほど、該部位に散布される吸収剤スラリーの酸性が強くなる。
これにより、ガス導入口１１側から排出される吸収剤スラリー（石膏スラリー）のＰＨを下げて酸性とすることができ、亜硫酸カルシウムの石膏化をより確実に行うことができる。この石膏化作用は、スラリー貯留槽４０に吹き込まれる空気によりさらに確実なものとなり、ガス導入口１１側から排出される石膏スラリーの酸性の程度を弱めることができる。

特に、排煙脱硫装置１では、複数の連通貯留区分４１ａ〜４１ｄよりガス排出口１２側に位置する独立貯留区分４２に貯留されている吸収剤スラリーでは、吸収剤が大過剰の状態となる。これに伴い、回転充填層３０のうち独立貯留区分４２の上方の部位（最もガス排出口１２側の部位）に、吸収剤が大過剰の状態の吸収剤スラリーが散布される。
ここで、吸収剤スラリーの供給量を処理ガス量及び亜硫酸ガス濃度から計算される理論供給量の９５％とすると、回転充填層３０のうち連通貯留区分４１ａの上方から連通貯留区分４１ｄの上方までの部位におけるガスの脱硫率は、吸収剤不足により、９５％程度となる。しかしながら、吸収剤が大過剰の状態となっている吸収剤スラリーを散布する独立貯留区分４２が、連通貯留区分４１ｄのガス排出口１２側に配設されていることによって、回転充填層３０のうち独立貯留槽４２の上方の部位において残り５％の亜硫酸ガスが脱硫される。これにより、回転充填層３０の全体において、ほぼ１００％の脱硫率を達成することができる。
したがって、排煙脱硫装置１によれば、副生品中の亜硫酸カルシウムをほぼ１００％石膏化することが可能となるとともに、脱硫率をほぼ１００％とすることが可能となる。

次に、排煙脱硫装置１の実施例について説明する。
特許文献１に記載された排煙脱硫装置の実施例（回転充填層の直径が１ｍの実験機、回転円筒体の直径が３．２ｍの実用１号機、回転円筒体の直径が４．５ｍの実用２号機及び回転円筒体の直径が４．５ｍの実用３号機）のデータを基に、脱硫率１００％の石灰石−石膏法による排煙脱硫装置１の試設計機１〜４の試設計を行った。
各試設計機の試設計の結果を表２に示す。

雑誌「火力原子力発電」によれば、３００万Ｎｍ^３／ｈ級の設備として、松浦火力２号機（電発）、常陸那珂１号機（東電）が紹介されており、
松浦火力２号機の場合では、
循環ポンプ：７２．５ｍ^３／ｍｉｎ×１２台、
通風機：３９，２００ｍ^３／ｍｉｎ×５６０ｍｍＡｑ
常陸那珂１号機の場合では、
循環ポンプ：１２７．５ｍ^３／ｍｉｎ×５台、
という記載がある。これを計算してみると、スラリー循環量は、前者が５２，２００ｍ^３／ｈ、また後者が３８，２５０ｍ^３／ｈということになる。
これらの数字を試設計機４と比較すると、下記表３に示すようになる。

表３に示すように、本発明と電発松島・東電常陸那珂とでは、スラリー循環量に非常に大きな差がある。

日本で使用されている石灰石−石膏法排煙脱硫装置は、スプレータワー方式が主流であるが、脱硫率１００％を確保する手段を用意するものはなく、表３に示すように循環ポンプによるスラリー循環量も桁ちがいに大きく、通風圧損失も大きいため、エネルギー消費が大きいという欠点がある。
これに対して、本発明に係る排煙脱硫装置１によれば、スラリー循環量を低減することができ、回転円筒体の長さも短いので、通風圧損失が低減され、エネルギー消費を抑制することが可能となる。

１排煙脱硫装置
１０固定ダクト
１１ガス導入口
１２ガス排出口
１３ミストセパレータ
２０籠型回転円筒体
２１水平軸
２２ａ，２２ｂボス
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ軸受
２４ギャードモータ
３０回転充填層
４０スラリー貯留槽
４１ａ〜４１ｄ連通貯留区分
４２独立貯留区分
４３仕切り板
４３ａ連通部分
４４仕切り板
５０ガスシールプレート
６０スラリー循環システム
６１ａ石灰石スラリー供給パイプ
６１液位調整装置
６２スラリーフィーダー
６３循環装置
６３ａスラリー散布装置
６３ｂ配管
６３ｃ循環ポンプ
６４スラリー排出装置
６４ａ石膏スラリー排出パイプ
６４ｂバルブ
６５空気吹込装置

Claims

所定の長さに形成され、一方側に設けられたガス導入口及び他方側に設けられたガス排出口を有する固定ダクトと、
両端面及び円周面のそれぞれが格子状とされた略円筒状に形成され、一方側の端面を前記ガス導入口側に対面させ、他方側の端面を前記ガス排出口側に対面させ、水平軸を中心に回転自在に支承された状態で、前記固定ダクト内に配設された籠型回転円筒体と、
気液接触用充填物を前記籠型回転円筒体内に充填してなり、前記ガス導入口から導入されたガスを軸方向に通過させる回転充填層と、
前記回転充填層の前記ガス導入口側及び前記ガス排出口側のそれぞれに配設されたガスシールプレートと、
前記回転充填層の下方に配設され、その一部に連通部分を有する仕切り板によって区分された複数の連通貯留区分を有するスラリー貯留槽と、
吸収剤スラリーを前記スラリー貯留槽における前記ガス排出口側に供給するスラリー供給手段と、
前記吸収剤スラリーを前記スラリー貯留槽における前記ガス導入口側から排出するスラリー排出手段と、
前記複数の連通貯留区分のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記連通貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記回転充填層における該連通貯留区分の上方の部位に散布するスラリー散布手段と、を備え、
前記複数の連通貯留区分は、前記軸方向に沿って並ぶように配設され、
前記スラリー供給手段によって前記スラリー貯留槽における前記ガス排出口側に供給された前記吸収剤スラリーが、脱硫反応及び石膏化反応をしつつ、前記複数の連通貯留区分を経由して前記ガス導入口側へと移動されて、前記スラリー排出手段によって前記スラリー貯留槽における前記ガス導入口側から排出される排煙脱硫装置において、
前記スラリー貯留槽が、前記連通部分を有していない仕切り板によって区分されてなる独立貯留区分と、
所定の液位を保つように前記吸収剤スラリーを前記独立貯留区分に供給する液位調整手段と、
前記独立貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記回転充填層における該独立貯留区分の上方の部位に散布するスラリー散布手段と、を備え、
前記独立貯留区分は、前記複数の連通貯留区分の前記ガス排出口側に位置し、
前記スラリー供給手段は、前記独立貯留区分から抽出した前記吸収剤スラリーを前記複数の連通貯留区分のうち最も前記ガス排出口側に位置する連通貯留区分に供給し、該吸収剤スラリーの供給量を調整可能としたことを特徴とする排煙脱硫装置。