生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_液中の気泡含有量の制御方法及び装置 |
| 出願番号： | 1999006860 |
| 年次： | 2006 |
| IPC分類： | B01D 19/02,G01N 29/02 |
特許情報キャッシュ
吉川 博文 宮田 輝史 高本 成仁 橋本 泰樹 JP 3831136 特許公報(B2) 20060721 1999006860 19990113 液中の気泡含有量の制御方法及び装置 バブコック日立株式会社 000005441 松永 孝義 100096541 吉川 博文 宮田 輝史 高本 成仁 橋本 泰樹 20061011 B01D 19/02 20060101AFI20060921BHJP G01N 29/02 20060101ALI20060921BHJP JPB01D19/02G01N29/02 B01D 19/00-19/04 G01N 29/02 特開平０８−１１３８９１（ＪＰ，Ａ） 特開平０９−２４８４０２（ＪＰ，Ａ） 特開平０７−０６０００７（ＪＰ，Ａ） 特開昭５４−１３９５３３（ＪＰ，Ａ） 8 2000202204 20000725 10 20030701 中澤 登 【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、タンク内のスラリまたは水溶液中に含まれる気泡の含有量を効率的に調整する方法及び装置、特に排ガス中の硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置の吸収液循環タンク内のスラリ中に含まれる気泡の含有量を効率的に調整することにより、脱硫装置を安定に運転する方法及び装置に関するものである。【０００２】【従来の技術】スラリや水溶液中に含まれる気泡は、さまざまな工業分野でトラブルの原因となるため、その量を調整する必要がある。具体的には、機械的に気泡を破壊する方法や化学的に気泡の発生を抑制する方法などがある。気泡を含むスラリを使用する分野として排煙脱硫装置がある。火力発電所等において、化石燃料の燃焼に伴って発生する排煙中の硫黄酸化物、中でも特に二酸化硫黄（ＳＯ２）は、大気汚染、酸性雨等の地球的環境問題の主原因の一つである。このため、排煙中からＳＯ２を除去する排煙脱硫法の研究及び脱硫装置の開発は極めて重要な課題となっている。【０００３】上記脱硫法としては、さまざまなプロセスが提案されているが、湿式法が主流を占めている。この湿式法には、吸収剤にソーダ化合物を用いるソーダ法、カルシウム化合物を用いるカルシウム法及びマグネシウム化合物を用いるマグネシウム法等がある。このうち、ソーダ法は吸収剤とＳＯ２との反応性に優れている反面、使用するソーダ類が非常に高価である。このため、発電用の大型ボイラ等の排煙脱硫装置には、比較的安価な炭酸カルシウム等のカルシウム化合物を用いる方法が最も多く採用されている。【０００４】このカルシウム化合物を吸収液として用いる脱硫システムは、気液接触方法の違いによりスプレー方式、濡れ壁方式及びバブリング方式の３種類に大別される。各方式ともそれぞれ特徴を有しているが、実績が多く信頼性の高いスプレー方式が世界的にも多く採用されている。このスプレー方式の脱硫システムとしては、従来から排ガスの冷却・除塵を行う冷却塔、吸収液を噴霧して排ガス中のＳＯ２と反応させる吸収塔、吸収塔で生成した亜硫酸カルシウムを酸化する酸化塔の３塔で構成されていた。【０００５】しかし、近年になって吸収塔に冷却・酸化の機能を持たせた１塔型脱硫塔（タンク内酸化法）の開発が進み、最近では１塔型脱硫システムがスプレー方式の主流になりつつある。【０００６】図８には、従来技術のスプレー方式による１塔型脱硫装置の一例を示す。１塔型の脱硫塔は、主に塔本体１、入口ダクト２、出口ダクト３、スプレーノズル４、吸収液ポンプ５、循環タンク６、撹拌機７、空気吹き込み装置８、ミストエリミネータ９、吸収液循環ライン１０、石灰石供給管１３、石膏噴出し管１６、脱水機１７等から構成される。スプレーノズル４は水平方向に複数個、更に高さ方向に複数段設置されている。【０００７】また、撹拌機７及び空気吹き込み装置８は脱硫塔下部の吸収液が滞留する循環タンク６に設置され、ミストエリミネータ９は吸収塔内最上部あるいは出口ダクト３内に設置される。ボイラから排出される排ガスＡは、入口ダクト２より脱硫塔本体１に導入され、出口ダクト３より排出される。この間、脱硫塔には吸収液循環ライン１０を通じてポンプ５から送られる吸収液Ｂが複数のスプレーノズル４から噴射され、吸収液と排ガスＡの気液接触が行われる。このとき吸収液Ｂは排ガスＡ中のＳＯ２を選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液Ｂは循環タンク６に留まり、撹拌機７によって撹拌されながら、空気吹きこみ装置８から供給される空気Ｃにより吸収液中の亜硫酸カルシウムが酸化されて石膏Ｄを生成する。【０００８】石灰石Ｅなどの脱硫剤は石灰石スラリ槽１１からポンプ１２により石灰石供給管１３を通じて循環タンク６内の吸収液に添加される。石灰石の供給量は吸収液循環ライン１０に設置されたｐＨ計１４の指示値に基づいてバルブ１５により調整される。石灰石及び石膏が共存す循環タンク６内の吸収液の一部は、石膏抜き出し管１６より脱水機１７に送られ、石膏Ｄが回収される。また、スプレーノズル４から噴霧され、微粒化された吸収液の内、液滴径の小さいものは排ガスＡに同伴されるが、脱硫塔上部に設けられたミストエリミネータ９によって回収される。【０００９】吸収液Ｂが循環タンク６に落下した際に排ガスを巻き込んで微細な気泡が発生し、循環タンク６内の吸収液中に充満し、液レベルが上昇する場合がある。液レベルが上昇しすぎると入口ダクト２へ吸収液Ｂが逆流することがあるので、これを避けるために消泡剤Ｆを消泡剤タンク１８からポンプ１９により消泡剤供給管２０を通じて循環タンク６内の吸収液に添加する。【００１０】【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に示した従来技術では下記の問題点があることが判明した。（ａ）気泡の大きさや発生量は、吸収液中に溶解している無機塩の濃度や排ガス中に含まれる灰などの固体粒子の量などさまざまな因子によって影響されるが、これらの因子は変動するため消泡剤を連続的に一定量添加しても気泡の含有量（すなわち液レベル）も変動する。気泡の含有量が多くなりすぎる（すなわち液レベルが高くなりすぎる）と気泡を含んだ液が入口ダクト２から流出し、大きなトラブルになる。【００１１】（ｂ）消泡剤の添加量が多すぎると、空気吹き込み装置８から供給される空気Ｃの気泡径が大きくなり、亜硫酸カルシウムが十分に酸化されなくなるか、または、十分酸化するには酸化用空気Ｃが多量に必要となる。なお、亜硫酸カルシウムが酸化されないと脱硫率が低下する。（ｃ）循環タンク６内の気泡の発生状況は外部からでは把握することが困難であるため、消泡剤の添加量を適正な範囲に制御することが不可能である。【００１２】このように従来技術では、上記のように循環タンク６内の吸収液中の気泡の含有量や液レベルを一定に維持することが困難であり、そのため循環タンク６内の吸収液が入口ダクト２から流出して大きなトラブルになったり、亜硫酸の酸化を阻害されて脱硫率が低下するという問題があった。そこで本発明の課題は、消泡剤の添加量を制御することにより、タンク内の液レベルを一定に維持する方法及び装置の提供することである。【００１３】【課題を解決するための手段】 本発明の上記課題を達成するために、請求項１記載の発明によると、スラリまたは水溶液からなる流体を貯留したタンクに接続された循環ラインから前記流体をほぼ閉鎖された空間内に抜き出して利用した後、前記循環ラインを介して再び前記タンクに戻す循環系における前記タンクに消泡剤を添加して、タンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、前記循環ラインを流れている該スラリまたは水溶液の配管中の気泡の含有量を測定し、その含有量が所定の範囲になるように消泡剤を添加することにより、タンク内の液レベルを一定に維持できるようになる。そして請求項２記載の発明によると、消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、具体的な方法の一例としてスラリまたは水溶液が流れ、前記タンクに接続している配管に超音波を照射し、その減退率からスラリまたは水溶液中の気泡含有量を測定し、その含有量が所定の範囲になるように消泡剤を添加することにより、タンク内の液レベルを一定に維持できるようになる。【００１４】 また、請求項３記載の発明によると、消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、タンク内の該スラリまたは水溶液を撹拌する撹拌機の消費動力を測定し、その消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲内に入るように消泡剤を添加することにより、タンク内の液レベルを一定に維持できるようになる。また、請求項４記載の発明によると、消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、スラリまたは水溶液を前記タンクに送液するポンプの消費動力を測定し、その消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲内になるように消泡剤を添加することにより、タンク内の液レベルを一定に維持できるようになる。【００１５】【発明の実施の形態】本発明は、下記の実施の形態によって、さらに詳細に説明されるが、下記の例で制限されるものではない。図１に示す実施の形態では、図８に示した従来技術に基づく脱硫塔と同様に主に塔本体１、入り口ダクト２、出口ダクト３、スプレーノズル４、吸収液ポンプ５、循環タンク６、撹拌機７、空気吹き込み装置８、ミストエリミネータ９、吸収液循環ライン１０、石灰石供給管１３、石膏抜き出し管１６、脱水機１７、消泡剤タンク１８、ポンプ１９、消泡剤供給管２０等から構成されるが、図１に示す例では、さらに超音波式気泡含有量測定装置２１及び気泡含有量とその設定値との差異を演算する演算機２２を備えている。【００１６】ボイラから排出される排ガスＡは、入口ダクト２より脱硫塔本体１に導入され、出口ダクト３より排出される。この間、脱硫塔には吸収液循環ライン１０を通じてポンプ５から送られる吸収液Ｂが複数のスプレーノズル４から噴霧され、吸収液と排ガスＡの気液接触が行われる。このとき吸収液Ｂは排ガスＡ中のＳＯ２を選択的に吸収し、亜硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウムを生成した吸収液Ｂは循環タンク６に溜まり、撹拌機７によって撹拌されながら、空気吹き込み装置８から供給される空気Ｃにより吸収液中の亜硫酸カルシウムが酸化されて石膏Ｄを生成する。【００１７】石灰石Ｅなどの脱硫剤は石灰石スラリ槽１１からポンプ１２により石灰石供給管１３を通じて循環タンク６内の吸収液に添加される。石灰石の供給量は吸収液循環ライン１０に設置されたｐＨ計１４の指示値に基づいてバルブ１５により調整される。石灰石及び石膏が共存するタンク６内の吸収液の一部は、石膏抜き出し管１６より脱水機１７に送られ、石膏Ｄが回収される。また、スプレーノズル４から噴霧され、微粒化された吸収液の内、液滴径の小さいものは排ガスＡに同伴されるが、脱硫塔上部に設けられたミストエリミネータ９によって回収される。【００１８】吸収液循環ライン１０に設置された超音波式気泡含有量測定装置２１により吸収液循環ライン１０中の気泡含有量が測定される。この測定結果及びあらかじめ決めておいた設定値との差を演算機２２により求め、消泡剤タンク１８からポンプ１９により消泡剤供給管２０を通じて循環タンク６内の吸収液に添加される消泡剤Ｆの量を調整する。【００１９】図２には、超音波式気泡含有量測定装置２１の使用例を示す。吸収液循環ライン１０に設置された超音波の発信部２１Ａから超音波が発信され、受信部２１Ｂで受信され、その受信強度から超音波の減退率を求める。図３に吸収液循環ライン１０の配管内に流れる液中の気泡の含有率と超音波の減退率の関係を示すが、気泡の含有率が高いほど減退率も大きくなる。すなわち、超音波の減退率が設定値より大きい場合は消泡剤の添加量を増加し、逆に超音波の減退率が設定値より小さい場合は消泡剤の添加量を減少させることで吸収液中の気泡の含有量を一定に維持できる。【００２０】図４には、図１に示した例での吸収液循環ライン１０に設置された超音波式気泡含有量測定装置２１の代わりに、撹拌機７の消費動力を動力計２３で測定し、あらかじめ決めておいたその設定値との差を演算機２２により求め、消泡剤タンク１８からポンプ１９により消泡剤供給管２０を通じて循環タンク６内の吸収液に添加される消泡剤Ｆの量を調整する装置を示す。撹拌機７の後半部から空気Ｃを供給し、空気Ｃが微細化される際に消費される動力は、同一の撹拌機７であっても吸収液の泡立ち易さに影響される。【００２１】図５には、循環タンク６内の気泡の含有率と撹拌機７の消費動力の関係を示すが、気泡の含有率が高いほど消費動力は小さくなる。吸収液が泡立ちやすい場合、すなわち消泡剤が不足している場合は、酸化用空気も微細な気泡になりやすいので撹拌機７の消費動力は小さくなる。逆に、吸収液が泡立ちにくい場合、すなわち消泡剤が過剰にある場合は、酸化用空気も微細な気泡になりにくいので撹拌機７の消費動力は大きくなる。撹拌機７の消費動力が設定値より小さい場合は消泡剤の添加量を増加し、逆に設定値より大きい場合は消泡剤の添加量を減少させることで吸収液中の気泡の含有量を一定に維持できる。【００２２】なお、空気Ｃは撹拌機７の前に供給してこれを微細化する場合でも、また空気を供給しない撹拌機７でも、吸収液中に気泡が含まれていれば、その消費動力により消泡剤の添加量を調整することは可能である。【００２３】図６には、図１に示した例での吸収液循環ライン１０に設置された超音波式気泡含有量測定装置２１の代わりに、吸収液ポンプ５の消費動力を動力計２３で測定し、あらかじめ決めておいた設定値との差を演算機２２により求め、消泡剤タンク１８からポンプ１９により消泡剤供給管２０を通じて循環タンク６内の吸収液に添加される消泡剤Ｆの量を調整する装置を示す。図７には、循環タンク６内の気泡の含有率と吸収液ポンプ５の消費動力の関係を示すが、気泡の含有率が高いほど消費動力は小さくなる。吸収液ポンプ５の消費動力が設定値より小さい場合は消泡剤Ｆの添加量を増加し、逆に設定値より大きい場合は消泡剤Ｆの添加量を減少させることで吸収液の気泡の含有量を一定に維持できる。【００２４】上記した例では超音波を利用して配管内の気泡の含有率を測定しているが、ほかの方法で測定することも可能である。また、上記例は脱硫塔の下部から排ガスを導入し、上部から排出する構造でかつスプレで吸収液を排ガス中に噴霧する脱硫塔についての例を示したが、本発明の方法は排ガスの流れ方向や排ガスと吸収液の接触方式（濡れ壁式吸収装置等）に関係なく有効である。また、他のタンクを使用する産業分野でも有効である。【００２５】【発明の効果】本発明によれば、タンク内のスラリ中に含まれる気泡の含有量を効率的に調整することにより、脱硫装置を安定に運転できる。【図面の簡単な説明】【図１】 本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置のフロー図である。【図２】 図１の吸収液循環ラインに設置された超音波式気泡含有量測定装置部分の図である。【図３】 図１の吸収液循環ラインの配管内に流れる液中の気泡の含有率と超音波の減退率の関係を示す図である。【図４】 本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置のフロー図である。【図５】 図４の循環タンク内の気泡の含有率と撹拌機の消費動力の関係を示す図である。【図６】 本発明の実施の形態の湿式排煙脱硫装置のフロー図である。【図７】 図６の循環タンク内の気泡の含有率と吸収液ポンプの消費動力の関係を示す図である。【図８】 従来技術の排煙脱硫装置のフロー図である。【符号の説明】１ 塔本体 ２ 入り口ダクト３ 出口ダクト ４ スプレーノズル５ 吸収液ポンプ ６ 循環タンク７ 撹拌機 ８ 空気吹き込み装置９ ミストエリミネータ １０ 吸収液循環ライン１１ 石灰石スラリ槽 １２ ポンプ１３ 石灰石供給管 １４ ｐＨ計１５ バルブ １６ 石膏抜き出し管１７ 脱水機 １８ 消泡剤タンク１９ ポンプ ２０ 消泡剤供給管２１ 超音波式気泡含有量測定装置 ２１Ａ 超音波の発信部２１Ｂ超音波の受信部 ２２ 演算機２３ 動力計Ａ 排ガス Ｂ 吸収液Ｃ 空気 Ｄ 石膏Ｅ 石灰石 Ｆ 消泡剤 スラリまたは水溶液からなる流体を貯留したタンクに接続された循環ラインから前記流体をほぼ閉鎖された空間内に抜き出して利用した後、前記循環ラインを介して再び前記タンクに戻す循環系における前記タンクに消泡剤を添加して、タンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、 前記循環ラインを流れている該スラリまたは水溶液の配管中の気泡の含有量を測定し、 前記気泡の含有量が所定の範囲になるように消泡剤を添加することを特徴とする液中の気泡含有量の制御方法。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、 スラリまたは水溶液が流れ、前記タンクに接続している配管に超音波を照射し、 前記超音波の減退率からスラリまたは水溶液中の気泡含有量を測定し、 前記気泡の含有量が所定の範囲になるように消泡剤を添加することを特徴とする液中の気泡含有量の制御方法。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、 タンク内の該スラリまたは水溶液を撹拌する撹拌機の消費動力を測定し、 前記攪拌機の消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲内に入るように消泡剤を添加することを特徴とする液中の気泡含有量の制御方法。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する方法において、 スラリまたは水溶液を前記タンクに送液するポンプの消費動力を測定し、 前記ポンプの消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲内になるように消泡剤を添加することを特徴とする液中の気泡含有量の制御方法。 スラリまたは水溶液からなる流体を貯留したタンクと、該タンクに接続された循環ラインと、該循環ラインから前記流体をほぼ閉鎖された空間内に抜き出して利用した後、前記循環ラインを介して再び前記タンクに戻す循環系における前記タンクに消泡剤を添加して、タンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する装置において、 前記タンクに接続された循環ラインを流れている該スラリまたは水溶液の配管中の気泡の含有量を測定する手段と、 前記気泡の含有量が所定の範囲内に入るように添加する消泡剤量を調整する手段を有することを特徴とする液中の気泡含有量の制御装置。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する装置において、 該スラリまたは水溶液が流れ、前記タンクに接続している配管に取り付けられた超音波の照射装置と、 照射した超音波の減退率からスラリまたは水溶液中の気泡含有量を測定する手段と、前記気泡含有量が所定の範囲内に入るように添加する消泡剤量を調整する手段を有することを特徴とする液中の気泡含有量の制御装置。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する装置において、 該スラリまたは水溶液を撹拌する撹拌機の消費動力を測定する手段と 前記攪拌機の消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲内に入るように消泡剤の添加量を調整する手段を有することを特徴とする液中の気泡含有量の制御装置。 消泡剤を添加してタンク内のスラリまたは水溶液中の気泡の含有量を調整する装置において、 該スラリまたは水溶液を前記タンクに送液するポンプの消費動力を測定する手段と、 前記ポンプの消費動力があらかじめ気泡含有量との関係で定められた所定の範囲になるように消泡剤の添加量を調節する手段を有することを特徴とする液中の気泡含有量の制御装置。