海水排煙脱硫システムおよび発電システム
【課題】排ガスの脱硫率の調整を容易に行うことができる海水排煙脱硫システムおよび発電システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る海水排煙脱硫システム１０は、排ガス２５と海水２１ａとを気液接触して排ガス２５を洗浄する排煙脱硫吸収塔１１と、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと希釈混合する希釈混合槽１２と、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する海水供給ラインＬ１２と、排煙脱硫吸収塔１１の塔内と塔外との何れか一方または両方で海水供給ラインＬ１２から分岐し、海水２１ａを希釈混合槽１２に供給する余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２とを有することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る海水排煙脱硫システム１０は、排ガス２５と海水２１ａとを気液接触して排ガス２５を洗浄する排煙脱硫吸収塔１１と、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと希釈混合する希釈混合槽１２と、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する海水供給ラインＬ１２と、排煙脱硫吸収塔１１の塔内と塔外との何れか一方または両方で海水供給ラインＬ１２から分岐し、海水２１ａを希釈混合槽１２に供給する余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の工業燃焼設備等から排出される排ガス中の硫黄酸化物を、海水を用いて脱硫する海水排煙脱硫システムおよび発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、石炭等の化石燃料を燃焼することでボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「排ガス」と呼ぶ）には硫黄酸化物（ＳＯｘ）など硫黄分が含まれる。そのため、排ガスは、脱硫処理され、排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2）等のＳＯｘを除去してから大気に放出される。このような脱硫処理方法として、石灰石石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等がある。
【０００３】
発電所などは大量の冷却水を必要とするため海に面した場所に建設される場合が多い。そのため、脱硫処理に要する稼動コストを抑えることなどの観点から、海水を排ガス中の硫黄酸化物を吸収する吸収液として利用して脱硫を行う海水脱硫を用いた海水排煙脱硫装置が提案されている。
【０００４】
海水排煙脱硫装置は、略円筒のような筒形状又は角形状を縦置きにした脱硫塔（吸収塔）の内部に海水及びボイラ排ガスを供給し、海水を吸収液として気液接触させることでＳＯｘを除去している。脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水（硫黄分吸収海水）は、たとえば、上部が開放された長い水路（Seawater Oxidation Treatment System；ＳＯＴＳ）内を流れ、海水と混合して希釈されて排出される。硫黄分吸収海水は、水路の一部の底面に設置したエアレーション装置から流出される微細気泡によって脱炭酸（爆気）される（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
海水排煙脱硫装置では、海水を用いて脱硫を行う場合、脱硫塔内に供給される排ガスと脱硫塔の外部に排出される排ガスとの比から求められる排ガスの脱硫率は、所定値（例えば、９０％程度）となるように調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０５５７７９号公報
【特許文献２】特開２００９−０２８５７０号公報
【特許文献３】特開２００９−０２８５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
海水を用いて脱硫を行う場合、海水のアルカリ度、海水温度、海水のｐＨ、脱硫した海水中に含まれる硫酸イオン（ＳＯ42-）濃度などの海水性状に応じて、排ガスの脱硫率が所定値（例えば、９０％程度）よりも高くなる場合がある。
【０００８】
海水を脱硫塔内に供給する際、海水の供給量の調整はポンプを運転する台数を変更して制御を行なうようにしているため、脱硫塔内に供給する海水の供給量の微調整は困難である。そのため、排ガスの脱硫率が所定値よりも高くなった場合、排ガスの脱硫率の微調整が困難である、という問題がある。
【０００９】
本発明は、前記課題に鑑み、排ガスの脱硫率の調整を容易に行うことができる海水排煙脱硫システムおよび発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔と、前記排煙脱硫吸収塔の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水を希釈用の海水と希釈混合する希釈混合槽と、前記海水を前記排煙脱硫吸収塔に供給する海水供給ラインと、前記排煙脱硫吸収塔の塔内と塔外との何れか一方または両方で前記海水供給ラインから分岐し、前記海水の一部を前記排煙脱硫吸収塔の塔底部又は前記希釈混合槽のいずれか一方又は両方に供給する余剰海水分岐配管と、前記余剰海水分岐配管に設置された余剰海水分岐量を調節する調節弁と、を有することを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記余剰海水分岐配管の分岐部は、前記海水供給ラインに設けられる海水送給ポンプの後流側に設けられることを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記排煙脱硫吸収塔における脱硫率を算出して得られた脱硫率に基づいて、前記排煙脱硫吸収塔内に前記海水を噴霧する噴霧ノズルからの海水の噴霧量を算出し、前記余剰海水分岐配管に設置された調節弁の開度を調整することで、前記海水の噴霧量を調節することを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１３】
第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、前前記排煙脱硫吸収塔、前記希釈混合槽および前記酸化槽が同一槽で構成されることを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１４】
第５の発明は、ボイラと、前記ボイラから排出される排ガスを蒸気発生用の熱源として使用すると共に、発生した蒸気を用いて発電機を駆動する蒸気タービンと、第１から第４の何れか１つの発明の海水排煙脱硫システムとを有し、前記蒸気タービンで凝縮した水を回収し、循環させる復水器と、前記ボイラから排出される排ガスの脱硝を行う排煙脱硝装置と、前記排ガス中の煤塵を除去する集塵装置と、前記排ガスと熱交換器内を循環する熱媒体とを熱交換する熱回収器と、前記排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔から排出される浄化ガスと前記熱媒体とを熱交換して、前記浄化ガスを再加熱する再加熱器とを含む熱交換器と、前記海水排煙脱硫システムで脱硫された浄化ガスを外部へ排出する煙突との少なくとも１つを有することを特徴とする発電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガスの脱硫率の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る海水排煙脱硫システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、排ガスの脱硫率を調整する運転方法の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る発電システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１８】
本発明による実施例１に係る海水排煙脱硫システムについて、図面を参照して説明する。図１は、海水排煙脱硫システムの構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１と、希釈混合槽１２と、酸化槽１３とを有する。
【００１９】
海水２１は海２２からポンプ２３により海水供給ラインＬ１１に汲み上げられ、一部の海水２１ａはポンプ２４により海水供給ラインＬ１２を介して排煙脱硫吸収塔１１に供給され、他の残りの海水２１ｂは希釈海水供給ラインＬ１３を介して希釈混合槽１２に供給される。海水２１は、海２２からポンプ２３により直接汲み上げた海水を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図示しない復水器から排出される海水２１の排液などを用いるようにしてもよい。
【００２０】
排煙脱硫吸収塔１１は、排ガス２５と海水２１ａとを気液接触して排ガス２５を浄化する塔である。排煙脱硫吸収塔１１では、海水２１ａは噴霧ノズル２６より上方に液柱状に噴出させ、排ガス２５と海水供給ラインＬ１２を介して供給される海水２１ａとを気液接触させて、排ガス２５中の硫黄分の脱硫を行っている。本実施例では、噴霧ノズル２６は、上方に液柱状に噴出させる噴霧ノズルであるが、これに限定されるものではなく、下方にシャワー状に噴霧するようにしてもよい。
【００２１】
即ち、排煙脱硫吸収塔１１において排ガス２５と海水２１ａとを気液接触させて、下記式（I）に示すような反応を生じさせ、排ガス２５中のＳＯ2などの形態で含有されているＳＯｘなどの硫黄分を海水２１ａに吸収させ、排ガス２５中の硫黄分を、海水２１ａを用いて除去している。
ＳＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ → Ｈ2ＳＯ3（Ｌ） → ＨＳＯ3- ＋ Ｈ＋ ・・・（I）
【００２２】
この海水脱硫により海水２１ａと排ガス２５との気液接触により発生したＨ2ＳＯ3が解離して水素イオン（Ｈ+）が海水２１ａ中に遊離するためｐＨが下がり、硫黄分吸収海水２７には多量の硫黄分が吸収される。このため、硫黄分吸収海水２７は硫黄分を高濃度に含んでいる。このとき、硫黄分吸収海水２７のｐＨとしては、例えば３〜６程度となる。そして、排煙脱硫吸収塔１１で硫黄分を吸収した硫黄分吸収海水２７は、排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に貯留される。排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に貯留された硫黄分吸収海水２７は、硫黄分吸収海水排出ラインＬ１４を介して希釈混合槽１２に送給される。希釈混合槽１２で硫黄分吸収海水２７は希釈混合槽１２に供給される海水２１ｂと混合され、希釈される。
【００２３】
また、排煙脱硫吸収塔１１で脱硫された浄化ガス２９は浄化ガス排出通路Ｌ１５を介して大気中に放出される。
【００２４】
また、海水供給ラインＬ１２には、余剰海水分岐配管Ｌ２１、またはＬ２２、あるいはその両方が設けられている。余剰海水分岐配管Ｌ２１は、海水供給ラインＬ１２のポンプ２４と排煙脱硫吸収塔１１との間の分岐部２８Ａで海水供給ラインＬ１２と連結している。また、余剰海水分岐配管Ｌ２２は、排煙脱硫吸収塔１１内の海水供給ラインＬ１２の分岐部２８Ｂと連結している。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２に送給される。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２には、調節弁Ｖ１１、Ｖ１２が設けられ、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整している。
【００２５】
余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を余剰海水２１ｃとして抜き出すことで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を容易に調整することができるため、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、ポンプ２４の吐出圧が抑えられるため、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。更に、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に供給されるため、硫黄分吸収海水２７を混合し、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができることから、希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７中に含まれるＳＯ2が大気中に再飛散することを低減することができる。
【００２６】
排ガス２５の脱硫率は、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス２５中の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比（出口ＳＯ2濃度／入口ＳＯ2濃度）や硫黄分吸収海水２７の海水性状に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量により調整される。
【００２７】
本実施例において、海水性状とは、硫黄分吸収海水２７のアルカリ度、海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度などをいう。アルカリ度とは、炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸イオン（ＣＯ32-）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）、ＯＨ-、有機酸や弱酸の塩（ケイ酸、リン酸、ホウ酸）などの酸を消費する成分の含有量である。排ガス２５の脱硫率を硫黄分吸収海水２７の海水性状に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整する場合には、硫黄分吸収海水２７のアルカリ度、海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度の少なくとも１つ以上に基づいて調整される。中でも海水性状としては、アルカリ度(ＨＣＯ3-)に基づいて調整するのが好ましい。
【００２８】
排煙脱硫吸収塔１１には、排ガス２５の入口および出口には、排ガス２５の入口ＳＯ2濃度および出口ＳＯ2濃度を測定するためのＳＯ2濃度計が設けられている。また、排煙脱硫吸収塔１１には、硫黄分吸収海水２７の海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度を測定するための温度計、ｐＨ測定器、ＳＯ4濃度計を設ける。
【００２９】
図２は、排ガス２５の脱硫率を調整する運転方法の一例を示す図である。図２に示すように、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス２５の脱硫率および硫黄分吸収海水２７の海水性状を求める（ステップＳ１１）。排ガス２５の脱硫率が所定の閾値（例えば、設定値＋α）以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、本実施例において、脱硫率の所定の閾値とは、例えば、排煙脱硫吸収塔１１が、通常、脱硫に必要とされる所定の設定値（例えば、脱硫率が９０％）と余分α（例えば、脱硫率が数％）との和の値をいう。
【００３０】
排ガス２５の脱硫率が所定の閾値（例えば、設定値＋α）以上の場合には、硫黄分吸収海水２７の海水性状と排ガス２５の脱硫率とから海水２１ａの噴霧に必要な噴霧量を算出する（ステップＳ１３）。海水２１ａの噴霧に必要な噴霧量に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度を算出する（ステップＳ１４）。算出された調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開閉度を調整する（ステップＳ１５）。
【００３１】
算出された調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開閉度を調整することで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を調整することができるため、噴霧ノズル２６から噴霧される海水２１ａの噴霧量を容易に調整することができる。これにより、上述の通り、排煙脱硫吸収塔１１において、排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。
【００３２】
また、本実施例においては、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２は、希釈混合槽１２と連結し、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に送給するようにしているが、抜き出された余剰海水２１ｃの供給先は希釈混合槽１２に限定されるものではなく、排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に送給するようにしてもよいし、酸化槽１３へ直接送給するようにしてもよい。また、抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２と排煙脱硫吸収塔１１の塔底部との両方に送給するようにしてもよいし、酸化槽１３と排煙脱硫吸収塔１１の塔底部との両方に送給するようにしてもよい。さらに、抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２、酸化槽１３および排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に送給するようにしてもよい。
【００３３】
希釈混合槽１２は、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を希釈用の海水２１ｂと希釈・混合する槽である。希釈混合槽１２において、排煙脱硫吸収塔１１で排ガス２５中の硫黄分を海水２１ａと接触させて海水脱硫することによって生じた硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合・希釈する。硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合し、希釈することで、希釈混合槽１２内の硫黄分吸収希釈海水３１のｐＨを上昇させ、ＳＯ2ガスの再放散を防ぐことができる。また、希釈混合槽１２においてＳＯ2が放散され、外部に漏洩するのを防止することで、刺激臭を放つのを防止することができる。
【００３４】
そして、硫黄分吸収希釈海水３１は、希釈混合槽１２の下流側に設けられている酸化槽１３に送給される。酸化槽１３は、希釈混合槽１２の下流側に設けられ、硫黄分吸収希釈海水３１の水質回復処理を行う曝気装置（エアレーション装置）３２を有する槽である。
【００３５】
曝気装置３２は、空気３３を供給する酸化用空気ブロア３４と、空気３３を送給する散気管３５と、空気３３を酸化槽１３内の硫黄分吸収希釈海水３１に供給する酸化空気用ノズル３６とを有するものである。酸化用空気ブロア３４により外部の空気３３が散気管３５を介して酸化空気用ノズル３６から酸化槽１３内に送り込まれ、下記式（II）のような酸素の溶解を生じる。酸化槽１３において硫黄分吸収希釈海水３１中の硫黄分が空気３３と接触して下記式（III）〜（V）のような亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ3-）の酸化反応と、重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）の脱炭酸反応とを生じ、硫黄分吸収希釈海水３１は水質回復され、水質回復海水３７となる。
Ｏ2(Ｇ) → Ｏ2（Ｌ）・・・（II）
ＨＳＯ3- ＋ １／２Ｏ2 → ＳＯ42- ＋ Ｈ＋ ・・・（III）
ＨＣＯ3- ＋ Ｈ＋ → ＣＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（IV）
ＣＯ32- ＋２Ｈ＋ → ＣＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（V）
【００３６】
これにより、硫黄分吸収希釈海水３１のｐＨを上昇させると共に、ＣＯＤを低減することができ、水質回復海水３７のｐＨ、溶存酸素濃度、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして放出することができる。また、酸化槽１３で硫黄分吸収希釈海水３１の水質回復を行う際にガスが発生しても、この発生するガスはＳＯ2環境基準濃度を満たすようにして酸化槽１３で放散させることができる。水質回復海水３７は海水排出ラインＬ３１を介して海２２へ放流される。
【００３７】
このように、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス２５の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比および硫黄分吸収海水２７のアルカリ度に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整することで、噴霧ノズル２６から噴霧される海水２１ａの噴霧量を調整して排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。更に、余剰海水２１ｃを希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７に混合することで、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができる。このため、屋外開放型の酸化槽１３に流れた硫黄分吸収海水２７を酸化処理し水質回復を行う際、排煙脱硫吸収塔１１において吸収したＳＯ2が希釈混合槽１２において放散され、ＳＯ2ガスが外部に漏洩するのを防止し、刺激臭を放つのを防止することができる。
【００３８】
したがって、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０によれば、排ガス２５の安定した脱硫率を維持しつつ、安全性および信頼性の高い海水排煙脱硫装置を提供することができる。
【００３９】
また、本実施例においては、排煙脱硫吸収塔１１で海水脱硫に用いた海水２１ａの処理をする海水排煙脱硫システムについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。海水排煙脱硫装置は、例えば各種産業における工場、大型、中型火力発電所などの発電所、電気事業用大型ボイラ又は一般産業用ボイラ、製鉄所、精錬所等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水脱硫する海水排煙脱硫装置にも適用することができる。
【００４０】
また、本実施例においては、排煙脱硫吸収塔１１、希釈混合槽１２および酸化槽１３は各々別々の槽として独立しており、排煙脱硫吸収塔１１と希釈混合槽１２と酸化槽１３とを連結するようにしているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、排煙脱硫吸収塔１１、希釈混合槽１２および酸化槽１３を一体として一つの槽で構成してもよいし、希釈混合槽１２と酸化槽１３とを一体として一つの槽で構成するようにしてもよい。
【実施例２】
【００４１】
本発明の実施例２に係る発電システムについて、図面を参照して説明する。本実施例に係る発電システムに適用される海水排煙脱硫システムには、実施例１に係る海水排煙脱硫システムが用いられる。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００４２】
図３は、本発明の実施例２に係る発電システムの構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施例に係る発電システム４０は、ボイラ４１と、蒸気タービン４２と、復水器４３と、排煙脱硝装置４４と、集塵装置４５と、海水排煙脱硫システム１０とを有するものである。尚、本実施例において、上述のように、硫黄分吸収海水とは、海水排煙脱硫システム１０においてＳＯ2など硫黄分を吸収した使用済み海水をいう。
【００４３】
ボイラ４１は、油タンクまたは石炭ミルなどから供給される燃料４６を空気予熱器（ＡＨ）４７で予熱された空気４８と共にバーナ（不図示）から噴射して燃焼させる。外部から供給される空気４８は押込みファン４９により空気予熱器４７に送給され予熱される。燃料４６と空気予熱器４７で予熱された空気４８とは前記バーナに供給され、燃料４６はボイラ４１で燃焼される。これにより、蒸気タービン４２を駆動するための蒸気５０を発生する。
【００４４】
ボイラ４１内で燃焼して発生する排ガス５１は排煙脱硝装置４４に送給される。また、排ガス５１は復水器４３から排出される水５２と熱交換し、蒸気５０を発生する熱源として使用される。蒸気タービン４２はこの蒸気５０を用いて発電機５３を駆動している。そして、復水器４３は蒸気タービン４２で凝縮した水５２を回収し、再びボイラ４１に戻し、循環させている。
【００４５】
ボイラ４１から排出された排ガス５１は排煙脱硝装置４４内で脱硝され、空気予熱器４７で空気４８と熱交換した後、集塵装置４５に送給され、排ガス５１中の煤塵を除去する。そして、集塵装置４５で除塵された排ガス５１は、誘引ファン５５により海水排煙脱硫システム１０内に供給される。この時、排ガス５１は熱交換器５６で、海水排煙脱硫システム１０で脱硫され排出される浄化ガス２９と熱交換された後、海水排煙脱硫システム１０内に供給される。また、排ガス５１は熱交換器５６で浄化ガス２９と熱交換することなく海水排煙脱硫システム１０に直接供給するようにしてもよい。
【００４６】
また、熱交換器５６は、熱回収器と、再加熱器とを含むものであり、前記熱回収器と前記再加熱器との間を熱媒体が循環している。前記熱回収器は、空気予熱器４７と集塵装置４５との間に設けられ、ボイラ４１から排出される排ガス５１と前記熱媒体とを熱交換する。前記再加熱器は、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、排煙脱硫吸収塔１１から排出される浄化ガス５７と前記熱媒体とを熱交換して、浄化ガス２９を再加熱する。
【００４７】
海水排煙脱硫システム１０は、上述の実施例１に係る海水排煙脱硫装置である。すなわち、海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１と、希釈混合槽１２と、酸化槽１３と、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２とを有するものである。
【００４８】
海水排煙脱硫システム１０では、上述の通り、排ガス５１中に含有されている硫黄分を海２２から汲み上げられた海水２１を用いて海水脱硫を行っている。また、海水２１は海２２からポンプ２３により汲み上げられ、復水器４３で熱交換した後、一部の海水２１ａは海水供給ラインＬ１２を介してポンプ２４により海水排煙脱硫システム１０に送給される。また、残りの海水２１ｂは海水供給ラインＬ１３を介して希釈混合槽１２の上流側に送給される。海水排煙脱硫システム１０において排ガス５１と海水２１ａとを気液接触させて、排ガス５１中の硫黄分を海水２１ａに吸収している。硫黄分を吸収した硫黄分吸収海水２７は排煙脱硫吸収塔１１から希釈混合槽１２の上流側に送給され、海水２１ｂと混合し、希釈される。
【００４９】
また、海水排煙脱硫システム１０で浄化された排ガス５１は、浄化ガス２９となって浄化ガス排出通路Ｌ１５を介して煙突５７から外部に排出される。
【００５０】
本実施例では、海水排煙脱硫システム１０は、海水供給ラインＬ１２に余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２を設けている。余剰海水分岐配管Ｌ２１は海水供給ラインＬ１２のポンプ２４と排煙脱硫吸収塔１１との間で海水供給ラインＬ１２と連結している。また、余剰海水分岐配管Ｌ２２は排煙脱硫吸収塔１１内の海水供給ラインＬ１２と連結している。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に送給される。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を余剰海水２１ｃとして抜き出すことで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を調整し、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス５１の脱硫率の調整を行う。排ガス２５の脱硫率は、上述の通り、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス５１中の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比（出口ＳＯ2濃度／入口ＳＯ2濃度）や硫黄分吸収海水２７のアルカリ度に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量により調整される。よって、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を抜き出す量を容易に調整できるため、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を容易に調整することができる。このため、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス５１の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、ポンプ２４の吐出圧が抑えられるため、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。
【００５１】
また、海２２から汲み上げられた海水２１は復水器４３で熱交換した後、海水排煙脱硫システム１０に送給し、海水脱硫に用いているが、海２２から汲み上げた海水２１を復水器４３で熱交換させずに海水排煙脱硫システム１０に直接送給し、海水脱硫に用いるようにしてもよい。
【００５２】
希釈混合槽１２で硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合し、希釈された硫黄分吸収希釈海水３１は、酸化槽１３に送給され、酸化槽１３で硫黄分吸収希釈海水３１を水質回復し、水質回復海水３７とする。酸化槽１３で得られた水質回復海水３７は、ｐＨ、溶存酸素濃度、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして酸化槽１３から海水排出ラインＬ３２を介して海２２へ放流される。
【００５３】
また、海水供給ラインＬ１１から海水２１の一部を、希釈海水供給ラインＬ１３を介して酸化槽１３内の水質回復海水３７の後流側に供給するようにしてもよい。これにより、水質回復海水３７を更に希釈することができる。これにより、水質回復海水３７のｐＨを上昇させ、海水排液のｐＨを海水近くにまで上昇させ、海水排液のｐＨの排水基準（ｐＨ６．０以上）を満たすと共に、ＣＯＤを低減することができ、水質回復海水３７のｐＨ、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして放出することができる。
【００５４】
このように、本実施例に係る発電システム４０によれば、排煙脱硫吸収塔１１において排ガス５１の脱硫率の調整を容易に行うことができると共に、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１へ供給する動力を低減しランニングコストの抑制を図ることができる。また、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に供給され、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができることから、希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７中に含まれるＳＯ2が大気中に再飛散することを低減することができる。したがって、排ガス５１の安定した脱硫率を維持しつつ、安全性および信頼性の高い発電システムを提供することができる。
【００５５】
また、本実施例に係る海水排煙脱硫装置１０は、各種産業における工場、大型、中型火力発電所などの発電所、電気事業用大型ボイラ又は一般産業用ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水脱硫することで生じる硫黄分吸収溶液中の硫黄分の除去に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 海水排煙脱硫システム
１１ 排煙脱硫吸収塔
１２ 希釈混合槽
１３ 酸化槽
２１、２１ａ、２１ｂ 海水
２１ｃ 余剰海水
２２ 海
２３、２４ ポンプ
２５、５１ 排ガス
２６ 噴霧ノズル
２７ 硫黄分吸収海水
２８Ａ、２８Ｂ 分岐部
２９ 浄化ガス
３１ 硫黄分吸収希釈海水
３２ 曝気装置（エアレーション装置）
３３ 空気
３４ 酸化用空気ブロア
３５ 散気管
３６ 酸化空気用ノズル
３７ 水質回復海水
４０ 発電システム
４１ ボイラ
４２ 蒸気タービン
４３ 復水器
４４ 排煙脱硝装置
４５ 集塵装置
４６ 燃料
４７ 空気予熱器（ＡＨ）
４８ 空気
４９ 押込みファン
５０ 蒸気
５２ 水
５３ 発電機
５５ 誘引ファン
５６ 熱交換器
５７ 煙突
Ｌ１１、Ｌ１２ 海水供給ライン
Ｌ１３ 希釈海水供給ライン
Ｌ１４ 硫黄分吸収海水排出ライン
Ｌ１５ 浄化ガス排出通路
Ｌ２１、Ｌ２２ 余剰海水分岐配管
Ｌ３１、Ｌ３２ 海水排出ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の工業燃焼設備等から排出される排ガス中の硫黄酸化物を、海水を用いて脱硫する海水排煙脱硫システムおよび発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、石炭等の化石燃料を燃焼することでボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「排ガス」と呼ぶ）には硫黄酸化物（ＳＯｘ）など硫黄分が含まれる。そのため、排ガスは、脱硫処理され、排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2）等のＳＯｘを除去してから大気に放出される。このような脱硫処理方法として、石灰石石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等がある。
【０００３】
発電所などは大量の冷却水を必要とするため海に面した場所に建設される場合が多い。そのため、脱硫処理に要する稼動コストを抑えることなどの観点から、海水を排ガス中の硫黄酸化物を吸収する吸収液として利用して脱硫を行う海水脱硫を用いた海水排煙脱硫装置が提案されている。
【０００４】
海水排煙脱硫装置は、略円筒のような筒形状又は角形状を縦置きにした脱硫塔（吸収塔）の内部に海水及びボイラ排ガスを供給し、海水を吸収液として気液接触させることでＳＯｘを除去している。脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水（硫黄分吸収海水）は、たとえば、上部が開放された長い水路（Seawater Oxidation Treatment System；ＳＯＴＳ）内を流れ、海水と混合して希釈されて排出される。硫黄分吸収海水は、水路の一部の底面に設置したエアレーション装置から流出される微細気泡によって脱炭酸（爆気）される（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
海水排煙脱硫装置では、海水を用いて脱硫を行う場合、脱硫塔内に供給される排ガスと脱硫塔の外部に排出される排ガスとの比から求められる排ガスの脱硫率は、所定値（例えば、９０％程度）となるように調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０５５７７９号公報
【特許文献２】特開２００９−０２８５７０号公報
【特許文献３】特開２００９−０２８５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
海水を用いて脱硫を行う場合、海水のアルカリ度、海水温度、海水のｐＨ、脱硫した海水中に含まれる硫酸イオン（ＳＯ42-）濃度などの海水性状に応じて、排ガスの脱硫率が所定値（例えば、９０％程度）よりも高くなる場合がある。
【０００８】
海水を脱硫塔内に供給する際、海水の供給量の調整はポンプを運転する台数を変更して制御を行なうようにしているため、脱硫塔内に供給する海水の供給量の微調整は困難である。そのため、排ガスの脱硫率が所定値よりも高くなった場合、排ガスの脱硫率の微調整が困難である、という問題がある。
【０００９】
本発明は、前記課題に鑑み、排ガスの脱硫率の調整を容易に行うことができる海水排煙脱硫システムおよび発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔と、前記排煙脱硫吸収塔の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水を希釈用の海水と希釈混合する希釈混合槽と、前記海水を前記排煙脱硫吸収塔に供給する海水供給ラインと、前記排煙脱硫吸収塔の塔内と塔外との何れか一方または両方で前記海水供給ラインから分岐し、前記海水の一部を前記排煙脱硫吸収塔の塔底部又は前記希釈混合槽のいずれか一方又は両方に供給する余剰海水分岐配管と、前記余剰海水分岐配管に設置された余剰海水分岐量を調節する調節弁と、を有することを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記余剰海水分岐配管の分岐部は、前記海水供給ラインに設けられる海水送給ポンプの後流側に設けられることを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記排煙脱硫吸収塔における脱硫率を算出して得られた脱硫率に基づいて、前記排煙脱硫吸収塔内に前記海水を噴霧する噴霧ノズルからの海水の噴霧量を算出し、前記余剰海水分岐配管に設置された調節弁の開度を調整することで、前記海水の噴霧量を調節することを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１３】
第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、前前記排煙脱硫吸収塔、前記希釈混合槽および前記酸化槽が同一槽で構成されることを特徴とする海水排煙脱硫システムである。
【００１４】
第５の発明は、ボイラと、前記ボイラから排出される排ガスを蒸気発生用の熱源として使用すると共に、発生した蒸気を用いて発電機を駆動する蒸気タービンと、第１から第４の何れか１つの発明の海水排煙脱硫システムとを有し、前記蒸気タービンで凝縮した水を回収し、循環させる復水器と、前記ボイラから排出される排ガスの脱硝を行う排煙脱硝装置と、前記排ガス中の煤塵を除去する集塵装置と、前記排ガスと熱交換器内を循環する熱媒体とを熱交換する熱回収器と、前記排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔から排出される浄化ガスと前記熱媒体とを熱交換して、前記浄化ガスを再加熱する再加熱器とを含む熱交換器と、前記海水排煙脱硫システムで脱硫された浄化ガスを外部へ排出する煙突との少なくとも１つを有することを特徴とする発電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガスの脱硫率の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る海水排煙脱硫システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、排ガスの脱硫率を調整する運転方法の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る発電システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１８】
本発明による実施例１に係る海水排煙脱硫システムについて、図面を参照して説明する。図１は、海水排煙脱硫システムの構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１と、希釈混合槽１２と、酸化槽１３とを有する。
【００１９】
海水２１は海２２からポンプ２３により海水供給ラインＬ１１に汲み上げられ、一部の海水２１ａはポンプ２４により海水供給ラインＬ１２を介して排煙脱硫吸収塔１１に供給され、他の残りの海水２１ｂは希釈海水供給ラインＬ１３を介して希釈混合槽１２に供給される。海水２１は、海２２からポンプ２３により直接汲み上げた海水を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図示しない復水器から排出される海水２１の排液などを用いるようにしてもよい。
【００２０】
排煙脱硫吸収塔１１は、排ガス２５と海水２１ａとを気液接触して排ガス２５を浄化する塔である。排煙脱硫吸収塔１１では、海水２１ａは噴霧ノズル２６より上方に液柱状に噴出させ、排ガス２５と海水供給ラインＬ１２を介して供給される海水２１ａとを気液接触させて、排ガス２５中の硫黄分の脱硫を行っている。本実施例では、噴霧ノズル２６は、上方に液柱状に噴出させる噴霧ノズルであるが、これに限定されるものではなく、下方にシャワー状に噴霧するようにしてもよい。
【００２１】
即ち、排煙脱硫吸収塔１１において排ガス２５と海水２１ａとを気液接触させて、下記式（I）に示すような反応を生じさせ、排ガス２５中のＳＯ2などの形態で含有されているＳＯｘなどの硫黄分を海水２１ａに吸収させ、排ガス２５中の硫黄分を、海水２１ａを用いて除去している。
ＳＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ → Ｈ2ＳＯ3（Ｌ） → ＨＳＯ3- ＋ Ｈ＋ ・・・（I）
【００２２】
この海水脱硫により海水２１ａと排ガス２５との気液接触により発生したＨ2ＳＯ3が解離して水素イオン（Ｈ+）が海水２１ａ中に遊離するためｐＨが下がり、硫黄分吸収海水２７には多量の硫黄分が吸収される。このため、硫黄分吸収海水２７は硫黄分を高濃度に含んでいる。このとき、硫黄分吸収海水２７のｐＨとしては、例えば３〜６程度となる。そして、排煙脱硫吸収塔１１で硫黄分を吸収した硫黄分吸収海水２７は、排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に貯留される。排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に貯留された硫黄分吸収海水２７は、硫黄分吸収海水排出ラインＬ１４を介して希釈混合槽１２に送給される。希釈混合槽１２で硫黄分吸収海水２７は希釈混合槽１２に供給される海水２１ｂと混合され、希釈される。
【００２３】
また、排煙脱硫吸収塔１１で脱硫された浄化ガス２９は浄化ガス排出通路Ｌ１５を介して大気中に放出される。
【００２４】
また、海水供給ラインＬ１２には、余剰海水分岐配管Ｌ２１、またはＬ２２、あるいはその両方が設けられている。余剰海水分岐配管Ｌ２１は、海水供給ラインＬ１２のポンプ２４と排煙脱硫吸収塔１１との間の分岐部２８Ａで海水供給ラインＬ１２と連結している。また、余剰海水分岐配管Ｌ２２は、排煙脱硫吸収塔１１内の海水供給ラインＬ１２の分岐部２８Ｂと連結している。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２に送給される。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２には、調節弁Ｖ１１、Ｖ１２が設けられ、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整している。
【００２５】
余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を余剰海水２１ｃとして抜き出すことで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を容易に調整することができるため、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、ポンプ２４の吐出圧が抑えられるため、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。更に、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に供給されるため、硫黄分吸収海水２７を混合し、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができることから、希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７中に含まれるＳＯ2が大気中に再飛散することを低減することができる。
【００２６】
排ガス２５の脱硫率は、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス２５中の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比（出口ＳＯ2濃度／入口ＳＯ2濃度）や硫黄分吸収海水２７の海水性状に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量により調整される。
【００２７】
本実施例において、海水性状とは、硫黄分吸収海水２７のアルカリ度、海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度などをいう。アルカリ度とは、炭酸（Ｈ2ＣＯ3）、炭酸イオン（ＣＯ32-）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）、ＯＨ-、有機酸や弱酸の塩（ケイ酸、リン酸、ホウ酸）などの酸を消費する成分の含有量である。排ガス２５の脱硫率を硫黄分吸収海水２７の海水性状に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整する場合には、硫黄分吸収海水２７のアルカリ度、海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度の少なくとも１つ以上に基づいて調整される。中でも海水性状としては、アルカリ度(ＨＣＯ3-)に基づいて調整するのが好ましい。
【００２８】
排煙脱硫吸収塔１１には、排ガス２５の入口および出口には、排ガス２５の入口ＳＯ2濃度および出口ＳＯ2濃度を測定するためのＳＯ2濃度計が設けられている。また、排煙脱硫吸収塔１１には、硫黄分吸収海水２７の海水温度、ｐＨ、ＳＯ4濃度を測定するための温度計、ｐＨ測定器、ＳＯ4濃度計を設ける。
【００２９】
図２は、排ガス２５の脱硫率を調整する運転方法の一例を示す図である。図２に示すように、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス２５の脱硫率および硫黄分吸収海水２７の海水性状を求める（ステップＳ１１）。排ガス２５の脱硫率が所定の閾値（例えば、設定値＋α）以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、本実施例において、脱硫率の所定の閾値とは、例えば、排煙脱硫吸収塔１１が、通常、脱硫に必要とされる所定の設定値（例えば、脱硫率が９０％）と余分α（例えば、脱硫率が数％）との和の値をいう。
【００３０】
排ガス２５の脱硫率が所定の閾値（例えば、設定値＋α）以上の場合には、硫黄分吸収海水２７の海水性状と排ガス２５の脱硫率とから海水２１ａの噴霧に必要な噴霧量を算出する（ステップＳ１３）。海水２１ａの噴霧に必要な噴霧量に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度を算出する（ステップＳ１４）。算出された調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開閉度を調整する（ステップＳ１５）。
【００３１】
算出された調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開度に基づいて調節弁Ｖ１１、Ｖ１２の開閉度を調整することで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を調整することができるため、噴霧ノズル２６から噴霧される海水２１ａの噴霧量を容易に調整することができる。これにより、上述の通り、排煙脱硫吸収塔１１において、排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。
【００３２】
また、本実施例においては、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２は、希釈混合槽１２と連結し、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に送給するようにしているが、抜き出された余剰海水２１ｃの供給先は希釈混合槽１２に限定されるものではなく、排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に送給するようにしてもよいし、酸化槽１３へ直接送給するようにしてもよい。また、抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２と排煙脱硫吸収塔１１の塔底部との両方に送給するようにしてもよいし、酸化槽１３と排煙脱硫吸収塔１１の塔底部との両方に送給するようにしてもよい。さらに、抜き出された余剰海水２１ｃは、希釈混合槽１２、酸化槽１３および排煙脱硫吸収塔１１の塔底部に送給するようにしてもよい。
【００３３】
希釈混合槽１２は、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を希釈用の海水２１ｂと希釈・混合する槽である。希釈混合槽１２において、排煙脱硫吸収塔１１で排ガス２５中の硫黄分を海水２１ａと接触させて海水脱硫することによって生じた硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合・希釈する。硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合し、希釈することで、希釈混合槽１２内の硫黄分吸収希釈海水３１のｐＨを上昇させ、ＳＯ2ガスの再放散を防ぐことができる。また、希釈混合槽１２においてＳＯ2が放散され、外部に漏洩するのを防止することで、刺激臭を放つのを防止することができる。
【００３４】
そして、硫黄分吸収希釈海水３１は、希釈混合槽１２の下流側に設けられている酸化槽１３に送給される。酸化槽１３は、希釈混合槽１２の下流側に設けられ、硫黄分吸収希釈海水３１の水質回復処理を行う曝気装置（エアレーション装置）３２を有する槽である。
【００３５】
曝気装置３２は、空気３３を供給する酸化用空気ブロア３４と、空気３３を送給する散気管３５と、空気３３を酸化槽１３内の硫黄分吸収希釈海水３１に供給する酸化空気用ノズル３６とを有するものである。酸化用空気ブロア３４により外部の空気３３が散気管３５を介して酸化空気用ノズル３６から酸化槽１３内に送り込まれ、下記式（II）のような酸素の溶解を生じる。酸化槽１３において硫黄分吸収希釈海水３１中の硫黄分が空気３３と接触して下記式（III）〜（V）のような亜硫酸水素イオン（ＨＳＯ3-）の酸化反応と、重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）の脱炭酸反応とを生じ、硫黄分吸収希釈海水３１は水質回復され、水質回復海水３７となる。
Ｏ2(Ｇ) → Ｏ2（Ｌ）・・・（II）
ＨＳＯ3- ＋ １／２Ｏ2 → ＳＯ42- ＋ Ｈ＋ ・・・（III）
ＨＣＯ3- ＋ Ｈ＋ → ＣＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（IV）
ＣＯ32- ＋２Ｈ＋ → ＣＯ2（Ｇ） ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（V）
【００３６】
これにより、硫黄分吸収希釈海水３１のｐＨを上昇させると共に、ＣＯＤを低減することができ、水質回復海水３７のｐＨ、溶存酸素濃度、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして放出することができる。また、酸化槽１３で硫黄分吸収希釈海水３１の水質回復を行う際にガスが発生しても、この発生するガスはＳＯ2環境基準濃度を満たすようにして酸化槽１３で放散させることができる。水質回復海水３７は海水排出ラインＬ３１を介して海２２へ放流される。
【００３７】
このように、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス２５の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比および硫黄分吸収海水２７のアルカリ度に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量を調整することで、噴霧ノズル２６から噴霧される海水２１ａの噴霧量を調整して排ガス２５の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。更に、余剰海水２１ｃを希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７に混合することで、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができる。このため、屋外開放型の酸化槽１３に流れた硫黄分吸収海水２７を酸化処理し水質回復を行う際、排煙脱硫吸収塔１１において吸収したＳＯ2が希釈混合槽１２において放散され、ＳＯ2ガスが外部に漏洩するのを防止し、刺激臭を放つのを防止することができる。
【００３８】
したがって、本実施例に係る海水排煙脱硫システム１０によれば、排ガス２５の安定した脱硫率を維持しつつ、安全性および信頼性の高い海水排煙脱硫装置を提供することができる。
【００３９】
また、本実施例においては、排煙脱硫吸収塔１１で海水脱硫に用いた海水２１ａの処理をする海水排煙脱硫システムについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。海水排煙脱硫装置は、例えば各種産業における工場、大型、中型火力発電所などの発電所、電気事業用大型ボイラ又は一般産業用ボイラ、製鉄所、精錬所等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水脱硫する海水排煙脱硫装置にも適用することができる。
【００４０】
また、本実施例においては、排煙脱硫吸収塔１１、希釈混合槽１２および酸化槽１３は各々別々の槽として独立しており、排煙脱硫吸収塔１１と希釈混合槽１２と酸化槽１３とを連結するようにしているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、排煙脱硫吸収塔１１、希釈混合槽１２および酸化槽１３を一体として一つの槽で構成してもよいし、希釈混合槽１２と酸化槽１３とを一体として一つの槽で構成するようにしてもよい。
【実施例２】
【００４１】
本発明の実施例２に係る発電システムについて、図面を参照して説明する。本実施例に係る発電システムに適用される海水排煙脱硫システムには、実施例１に係る海水排煙脱硫システムが用いられる。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００４２】
図３は、本発明の実施例２に係る発電システムの構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施例に係る発電システム４０は、ボイラ４１と、蒸気タービン４２と、復水器４３と、排煙脱硝装置４４と、集塵装置４５と、海水排煙脱硫システム１０とを有するものである。尚、本実施例において、上述のように、硫黄分吸収海水とは、海水排煙脱硫システム１０においてＳＯ2など硫黄分を吸収した使用済み海水をいう。
【００４３】
ボイラ４１は、油タンクまたは石炭ミルなどから供給される燃料４６を空気予熱器（ＡＨ）４７で予熱された空気４８と共にバーナ（不図示）から噴射して燃焼させる。外部から供給される空気４８は押込みファン４９により空気予熱器４７に送給され予熱される。燃料４６と空気予熱器４７で予熱された空気４８とは前記バーナに供給され、燃料４６はボイラ４１で燃焼される。これにより、蒸気タービン４２を駆動するための蒸気５０を発生する。
【００４４】
ボイラ４１内で燃焼して発生する排ガス５１は排煙脱硝装置４４に送給される。また、排ガス５１は復水器４３から排出される水５２と熱交換し、蒸気５０を発生する熱源として使用される。蒸気タービン４２はこの蒸気５０を用いて発電機５３を駆動している。そして、復水器４３は蒸気タービン４２で凝縮した水５２を回収し、再びボイラ４１に戻し、循環させている。
【００４５】
ボイラ４１から排出された排ガス５１は排煙脱硝装置４４内で脱硝され、空気予熱器４７で空気４８と熱交換した後、集塵装置４５に送給され、排ガス５１中の煤塵を除去する。そして、集塵装置４５で除塵された排ガス５１は、誘引ファン５５により海水排煙脱硫システム１０内に供給される。この時、排ガス５１は熱交換器５６で、海水排煙脱硫システム１０で脱硫され排出される浄化ガス２９と熱交換された後、海水排煙脱硫システム１０内に供給される。また、排ガス５１は熱交換器５６で浄化ガス２９と熱交換することなく海水排煙脱硫システム１０に直接供給するようにしてもよい。
【００４６】
また、熱交換器５６は、熱回収器と、再加熱器とを含むものであり、前記熱回収器と前記再加熱器との間を熱媒体が循環している。前記熱回収器は、空気予熱器４７と集塵装置４５との間に設けられ、ボイラ４１から排出される排ガス５１と前記熱媒体とを熱交換する。前記再加熱器は、排煙脱硫吸収塔１１の後流側に設けられ、排煙脱硫吸収塔１１から排出される浄化ガス５７と前記熱媒体とを熱交換して、浄化ガス２９を再加熱する。
【００４７】
海水排煙脱硫システム１０は、上述の実施例１に係る海水排煙脱硫装置である。すなわち、海水排煙脱硫システム１０は、排煙脱硫吸収塔１１と、希釈混合槽１２と、酸化槽１３と、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２とを有するものである。
【００４８】
海水排煙脱硫システム１０では、上述の通り、排ガス５１中に含有されている硫黄分を海２２から汲み上げられた海水２１を用いて海水脱硫を行っている。また、海水２１は海２２からポンプ２３により汲み上げられ、復水器４３で熱交換した後、一部の海水２１ａは海水供給ラインＬ１２を介してポンプ２４により海水排煙脱硫システム１０に送給される。また、残りの海水２１ｂは海水供給ラインＬ１３を介して希釈混合槽１２の上流側に送給される。海水排煙脱硫システム１０において排ガス５１と海水２１ａとを気液接触させて、排ガス５１中の硫黄分を海水２１ａに吸収している。硫黄分を吸収した硫黄分吸収海水２７は排煙脱硫吸収塔１１から希釈混合槽１２の上流側に送給され、海水２１ｂと混合し、希釈される。
【００４９】
また、海水排煙脱硫システム１０で浄化された排ガス５１は、浄化ガス２９となって浄化ガス排出通路Ｌ１５を介して煙突５７から外部に排出される。
【００５０】
本実施例では、海水排煙脱硫システム１０は、海水供給ラインＬ１２に余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２を設けている。余剰海水分岐配管Ｌ２１は海水供給ラインＬ１２のポンプ２４と排煙脱硫吸収塔１１との間で海水供給ラインＬ１２と連結している。また、余剰海水分岐配管Ｌ２２は排煙脱硫吸収塔１１内の海水供給ラインＬ１２と連結している。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２から抜き出された余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に送給される。余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を余剰海水２１ｃとして抜き出すことで、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を調整し、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス５１の脱硫率の調整を行う。排ガス２５の脱硫率は、上述の通り、排煙脱硫吸収塔１１に供給される排ガス５１中の入口ＳＯ2濃度と出口ＳＯ2濃度との比（出口ＳＯ2濃度／入口ＳＯ2濃度）や硫黄分吸収海水２７のアルカリ度に基づいて余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃの量により調整される。よって、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２により海水供給ラインＬ１２から海水２１ａの一部を抜き出す量を容易に調整できるため、排煙脱硫吸収塔１１に供給される海水２１ａの量を容易に調整することができる。このため、排煙脱硫吸収塔１１における排ガス５１の脱硫率の調整を容易に行うことができる。また、ポンプ２４の吐出圧が抑えられるため、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１に供給する動力を低減することができる。
【００５１】
また、海２２から汲み上げられた海水２１は復水器４３で熱交換した後、海水排煙脱硫システム１０に送給し、海水脱硫に用いているが、海２２から汲み上げた海水２１を復水器４３で熱交換させずに海水排煙脱硫システム１０に直接送給し、海水脱硫に用いるようにしてもよい。
【００５２】
希釈混合槽１２で硫黄分吸収海水２７を海水２１ｂと混合し、希釈された硫黄分吸収希釈海水３１は、酸化槽１３に送給され、酸化槽１３で硫黄分吸収希釈海水３１を水質回復し、水質回復海水３７とする。酸化槽１３で得られた水質回復海水３７は、ｐＨ、溶存酸素濃度、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして酸化槽１３から海水排出ラインＬ３２を介して海２２へ放流される。
【００５３】
また、海水供給ラインＬ１１から海水２１の一部を、希釈海水供給ラインＬ１３を介して酸化槽１３内の水質回復海水３７の後流側に供給するようにしてもよい。これにより、水質回復海水３７を更に希釈することができる。これにより、水質回復海水３７のｐＨを上昇させ、海水排液のｐＨを海水近くにまで上昇させ、海水排液のｐＨの排水基準（ｐＨ６．０以上）を満たすと共に、ＣＯＤを低減することができ、水質回復海水３７のｐＨ、ＣＯＤを海水放流可能なレベルとして放出することができる。
【００５４】
このように、本実施例に係る発電システム４０によれば、排煙脱硫吸収塔１１において排ガス５１の脱硫率の調整を容易に行うことができると共に、海水２１ａを排煙脱硫吸収塔１１へ供給する動力を低減しランニングコストの抑制を図ることができる。また、余剰海水分岐配管Ｌ２１、Ｌ２２に抜き出される余剰海水２１ｃは希釈混合槽１２に供給され、硫黄分吸収海水２７中のＳＯ2濃度を低減することができることから、希釈混合槽１２中の硫黄分吸収海水２７中に含まれるＳＯ2が大気中に再飛散することを低減することができる。したがって、排ガス５１の安定した脱硫率を維持しつつ、安全性および信頼性の高い発電システムを提供することができる。
【００５５】
また、本実施例に係る海水排煙脱硫装置１０は、各種産業における工場、大型、中型火力発電所などの発電所、電気事業用大型ボイラ又は一般産業用ボイラ等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物を海水脱硫することで生じる硫黄分吸収溶液中の硫黄分の除去に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 海水排煙脱硫システム
１１ 排煙脱硫吸収塔
１２ 希釈混合槽
１３ 酸化槽
２１、２１ａ、２１ｂ 海水
２１ｃ 余剰海水
２２ 海
２３、２４ ポンプ
２５、５１ 排ガス
２６ 噴霧ノズル
２７ 硫黄分吸収海水
２８Ａ、２８Ｂ 分岐部
２９ 浄化ガス
３１ 硫黄分吸収希釈海水
３２ 曝気装置（エアレーション装置）
３３ 空気
３４ 酸化用空気ブロア
３５ 散気管
３６ 酸化空気用ノズル
３７ 水質回復海水
４０ 発電システム
４１ ボイラ
４２ 蒸気タービン
４３ 復水器
４４ 排煙脱硝装置
４５ 集塵装置
４６ 燃料
４７ 空気予熱器（ＡＨ）
４８ 空気
４９ 押込みファン
５０ 蒸気
５２ 水
５３ 発電機
５５ 誘引ファン
５６ 熱交換器
５７ 煙突
Ｌ１１、Ｌ１２ 海水供給ライン
Ｌ１３ 希釈海水供給ライン
Ｌ１４ 硫黄分吸収海水排出ライン
Ｌ１５ 浄化ガス排出通路
Ｌ２１、Ｌ２２ 余剰海水分岐配管
Ｌ３１、Ｌ３２ 海水排出ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔と、
前記排煙脱硫吸収塔の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水を希釈用の海水と希釈混合する希釈混合槽と、
前記海水を前記排煙脱硫吸収塔に供給する海水供給ラインと、
前記排煙脱硫吸収塔の塔内と塔外との何れか一方または両方で前記海水供給ラインから分岐し、前記海水の一部を前記排煙脱硫吸収塔の塔底部又は前記希釈混合槽のいずれか一方又は両方に供給する余剰海水分岐配管と、前記余剰海水分岐配管に設置された余剰海水分岐量を調節する調節弁と、
を有することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記余剰海水分岐配管の分岐部は、前記海水供給ラインに設けられる海水送給ポンプの後流側に設けられることを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記排煙脱硫吸収塔における脱硫率を算出して得られた脱硫率に基づいて、前記排煙脱硫吸収塔内に前記海水を噴霧する噴霧ノズルからの海水の噴霧量を算出し、前記余剰海水分岐配管に設置された調節弁の開度を調整することで、前記海水の噴霧量を調節することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
前記排煙脱硫吸収塔、前記希釈混合槽および前記酸化槽が同一槽で構成されることを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項５】
ボイラと、
前記ボイラから排出される排ガスを蒸気発生用の熱源として使用すると共に、発生した蒸気を用いて発電機を駆動する蒸気タービンと、
請求項１から４の何れか１つの海水排煙脱硫システムとを有し、
前記蒸気タービンで凝縮した水を回収し、循環させる復水器と、
前記ボイラから排出される排ガスの脱硝を行う排煙脱硝装置と、
前記排ガス中の煤塵を除去する集塵装置と、
前記排ガスと熱交換器内を循環する熱媒体とを熱交換する熱回収器と、前記排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔から排出される浄化ガスと前記熱媒体とを熱交換して、前記浄化ガスを再加熱する再加熱器とを含む熱交換器と、
前記海水排煙脱硫システムで脱硫された浄化ガスを外部へ排出する煙突との少なくとも１つを有することを特徴とする発電システム。
【請求項１】
排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔と、
前記排煙脱硫吸収塔の後流側に設けられ、硫黄分を含んだ硫黄分吸収海水を希釈用の海水と希釈混合する希釈混合槽と、
前記海水を前記排煙脱硫吸収塔に供給する海水供給ラインと、
前記排煙脱硫吸収塔の塔内と塔外との何れか一方または両方で前記海水供給ラインから分岐し、前記海水の一部を前記排煙脱硫吸収塔の塔底部又は前記希釈混合槽のいずれか一方又は両方に供給する余剰海水分岐配管と、前記余剰海水分岐配管に設置された余剰海水分岐量を調節する調節弁と、
を有することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記余剰海水分岐配管の分岐部は、前記海水供給ラインに設けられる海水送給ポンプの後流側に設けられることを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記排煙脱硫吸収塔における脱硫率を算出して得られた脱硫率に基づいて、前記排煙脱硫吸収塔内に前記海水を噴霧する噴霧ノズルからの海水の噴霧量を算出し、前記余剰海水分岐配管に設置された調節弁の開度を調整することで、前記海水の噴霧量を調節することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
前記排煙脱硫吸収塔、前記希釈混合槽および前記酸化槽が同一槽で構成されることを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【請求項５】
ボイラと、
前記ボイラから排出される排ガスを蒸気発生用の熱源として使用すると共に、発生した蒸気を用いて発電機を駆動する蒸気タービンと、
請求項１から４の何れか１つの海水排煙脱硫システムとを有し、
前記蒸気タービンで凝縮した水を回収し、循環させる復水器と、
前記ボイラから排出される排ガスの脱硝を行う排煙脱硝装置と、
前記排ガス中の煤塵を除去する集塵装置と、
前記排ガスと熱交換器内を循環する熱媒体とを熱交換する熱回収器と、前記排ガスと海水とを気液接触して前記排ガスを洗浄する排煙脱硫吸収塔から排出される浄化ガスと前記熱媒体とを熱交換して、前記浄化ガスを再加熱する再加熱器とを含む熱交換器と、
前記海水排煙脱硫システムで脱硫された浄化ガスを外部へ排出する煙突との少なくとも１つを有することを特徴とする発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１７９５２１（Ｐ２０１２−１７９５２１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２９６２（Ｐ２０１１−４２９６２）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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