Apparatus and method for preventing scale generation in flue gas desulfurization system

本発明は、煙道ガス脱硫システムにおけるスケール生成（スケーリング）を防止することに関する。 より詳細には、本発明は湿式煙道ガス脱硫システムの吸収塔におけるスケールの生成及び堆積を防止することに関する。

例えば電力発生システムと関連して用いられる化石燃料燃焼式ボイラシステムは、典型的に、化石燃料の燃焼から生じる副産物である排気を放出せしめる。 この排気、すなわち煙道ガスは、しばしば、種々の化学化合物、例えば、大気中に放出して空気中に分散させることが好ましくない二酸化硫黄（ＳＯ _２ ）を含有している。 このため、煙道ガス流れが大気中に放出される前に、化石燃料燃焼式ボイラシステムからの煙道ガス流れから一定の化学化合物を取り除くためのシステムが設けられている。 このようなシステムは、例えば、煙道ガス流れが大気中に放出される前に、煙道ガス流れ中に含有されている二酸化硫黄（ＳＯ _２ ）の少なくとも一部分を取り除くような構成とされている湿式煙道ガス脱硫（ＷＦＧＤ）システムから成る。

例えば図１Ａに示されているような湿式煙道ガス脱硫（ＷＦＧＤ）システムにおいては、吸収塔５０が設けられ、この吸収塔５０は煙道ガス流れ中に存在しているＳＯ _２の少なくとも一部分を捕獲するアルカリ性スラリー１３０に煙道ガス流れをさらすような構成とされている。 吸収塔５０は、上方区域５２とタンク区域５５とを有する。 上方区域５２は複数のスプレーヘッド１２０を収容し、これらのスプレーヘッド１２０は煙道ガス流れが上方区域５２を通して上昇して吸収塔５０を出るときにスラリーを煙道ガス流れ中に噴霧するような構成とされている。 スラリーはタンク区域５５の底部の近くからひとつ又はそれ以上のポンプ１４１，１４２及び１４３によってスプレーヘッド２０にまで汲み上げられる。 煙道ガスがスラリーと接触すると、煙道ガス中のＳＯ _２はアルカリ性スラリーにより捕獲される。

図１Ｂ及び図１Ｃを参照するに、タンク区域５５は空気をタンク区域５５内に収容されているスラリー中に注入する一連の空気アウトレット１１２（１１２Ａ−１１２Ｅ）を包含する構成とされている。 これらの空気は、スラリー中に含有されているＳＯ _２の中和をスピードアップするのを助長せしめるために供給される。 空気アウトレット１１２の各々は、空気をタンク区域５５内に収容されているスラリー中に放出するひとつ又はそれ以上の穴１１６を包含する構成とされている。 これらの空気の泡の上向き移動が、タンク区域５５の内部壁５７から離れて、タンク区域５５の中央部分に生じる。 その結果、空気泡の上向き移動の力はタンク区域５５の頂部の近くの新鮮なスラリーをタンク区域５５の中央部分から外向きに離して内部壁５７に向かって押し進めるようにする。 このような空気泡の移動及び新鮮なスラリーの流れは、図１Ｄに矢印により概略的に示されている。

図１Ｂは、吸収塔５０のタンク区域５５を概略的に示す図である。 この図１Ｂにおいて、タンク区域５５の内部壁５７は点線で示されている。

図１Ｂ及び図１Ｃに示されている例は、気体、例えば空気をタンク区域５５に収容されているスラリー中に注入するパイプグリッドを包含する構成とされているタンク区域５５を示す。 一連の空気アウトレット１１２Ａ−１１２Ｅの各々は、空気をタンク区域５５内に収容されているスラリー中に放出するひとつ又はそれ以上の穴１１６を包含する構成とされている。 これらの空気アウトレット１１２（１１２Ａ−１１２Ｅ）は、浮力により液面にまで進む微細な泡として空気をスラリー全体を通して等しく分配するのを助長せしめるために設けられている。

図１Ａ及び図１Ｄを参照して、湿式煙道ガス脱硫（ＷＦＧＤ）システムの機能の概要を説明する。 スラリーがスプレーヘッド１２０により吸収塔５０の上方区域５２内に噴霧された後、スラリーは吸収塔５０を通して流れる煙道ガスと接触する。 これにより、スラリーは煙道ガス内に含有されているＳＯ _２の少なくとも一部分を捕獲する。 この新たに吸収したＳＯ _２を含有するスラリー、すなわち、新鮮なスラリーはタンク区域５５内を下向きに落ちる。 新鮮なスラリーがタンク区域５５内に入っても、アルカリ性スラリー中の新たに吸収したＳＯ _２はまだ完全に中和されていない。 ＳＯ _２が酸素及び炭酸カルシウムと反応して安定セッコウ結晶を形成するまで、溶液は亜硫酸カルシウム又は硫酸カルシウムに関して過飽和の状態となっている。 この過飽和状態においては、溶液がタンク区域５５の内面にスケール生成を発生させやすいものである。

図１Ａ、図１Ｄ及び図１Ｅを参照するに、新鮮なスラリーが循環ポンプ１４１，１４２及び１４３により汲み上げられて又は再循環されて上方区域５２内のスプレーヘッド１２０にまで戻されるまで、新鮮なスラリーはタンク区域５５内に存在している。 タンク区域５５内に存在している間、新鮮なスラリーは時間が経過すると最終的にはタンク区域５５の底部に向かって下向きに動く。 新鮮なスラリーがタンク区域５５の底部の近くにまで到達するときまでは、溶液は平衡に近づき、したがって、スラリーはもはやスラリーが新鮮なスラリーとしてタンク区域の頂部に最初に入るときのように飽和されていない。 したがって、この“老化したスラリー”はタンク区域５５の内部壁５７と反応するのが少ないものであり、その結果、内部壁５７にスケールを多く生成して堆積せしめる。

図１Ｅは、スケール６５が生成されて内部壁５７に堆積された後のタンク区域５５を示す図である。 図１Ｆは、スケール６５が生成されて内部壁５７に堆積された後のタンク区域５５を一部分切断して示す図である。

これらの図１Ｅ及び図１Ｆを参照するに、共通することは、吸収塔５０において、煙道ガスに新たにさらされたスラリー（新鮮なスラリー）の過飽和状態のために吸収塔５０の内部壁５７に沿ってスケール６５が生成されて堆積されていることを示しているところである。 このスケール生成は、典型的に、吸収塔５０のタンク区域５５の内周部に生じるが、しかしこの区域だけに制限されるものではない。

時おり、堆積したスケールを吸収塔のタンク壁から取り除かなければならない。 スケールを取り除くためには、典型的には、湿式煙道ガス脱硫（ＷＦＧＤ）システム２５を休止し、それから、人間が吸収塔５０のタンク内に入って、タンク壁からスケールを物理的に取り除くことが必要とされている。 しかしながら、これは、しばしば、スケールが生成した吸収塔のタンクの内部壁の区域に人間が到達してスケールを安全に取り除くことを可能にするために、吸収塔のタンクの中に例えば足場及び安全設備のような設備を設置すること及びその後取り除くことを必要とする。

湿式煙道ガス脱硫（ＷＦＧＤ）システムの休止は、人間がスケールを吸収塔のタンク内部壁から取り除くために用いられる設備を設置するに加えて、時間を消費せしめまた高コストとするものである。 更に、人間を吸収塔のタンクの密閉空間に入れることは、タンクの内部壁から落下するスケールと関連して安全面において潜在的な危険をこうむらせるものである。

本発明は、煙道ガス脱硫システムにおけるスケール生成を減少せしめる装置及び方法を提供する。

簡単に述べれば、構成において、本発明の装置は、とりわけ、次に述べるように作られている。 すなわち、インジェクタが吸収塔のタンク区域の中に設置された構成とされている。 このインジェクタは、老化したスラリーをタンク区域の内部壁に向かって押し進めるように流体をタンク区域内のスラリー中に指し向けるような構成とされている。

本発明は、また、煙道ガス脱硫システムにおけるスケール生成を制御する方法を提供するものとして考察することができる。 これに関して、このような方法は、とりわけ、次に述べるような段階、すなわち、非過飽和スラリーを吸収塔の内面に向かって噴射せしめる段階を包含するものと要約することができる。

本発明の装置及び方法の他の特徴及び利点は、添付図面及び下記の詳細な説明を精査することにより当業者には明らかになるであろう。 このような本発明の装置及び方法の他の特徴及び利点のすべては本発明の範囲内に含まれるものであり、したがって特許請求の範囲の記載により保護されるものである。

添付図面を参照することにより、当業者には本発明が一層良く理解されまた本発明の目的及び利点が明らかになるであろう。

本発明は、ＳＯ _２を豊富に含有するスラリー（新鮮なスラリー）と吸収塔５０のタンク区域５５の内部壁との間にバリヤを配置することにより、新鮮なスラリーを吸収塔５０の内部壁から離して維持する装置及び方法に関する。 一層高く過飽和されている新鮮なスラリーを吸収塔５０の内部壁から離して維持することにより、吸収塔５０の内面に沿うスケールの生成及び堆積が排除され又は排除されない場合でも非常に減少させられる。

本発明の一実施例において、バリヤはタンク区域５５の底部の近くに残留していてもはや高反応性を有していない老化したスラリーをタンク区域５５の底部からタンク区域５５の内部壁５７に向かって上向きに付勢せしめることにより形成される。 老化したスラリーは、種々の手段によりタンク区域５５の底部の近くから付勢せしめることができる。

図２は、本発明の一実施例を概略的に示す。 この実施例において、吸収塔５０にはひとつ又はそれ以上のインジェクタ２２５が設けられ、この又はこれらのインジェクタ２２５は流体、例えば空気を次に述べるように指し向けるようにして、すなわち、タンク区域５５の底部の近くに位置している老化したスラリーをタンク区域５５の内部壁５７に向かって上向きに押し進める又は上昇せしめるような構成とされている。

図３Ａ−図３Ｃは、実施可能なインジェクタ２２５を概略的に示す。 この実施例において、インジェクタ２２５は流体、例えば空気をタンク区域５５の内部壁５７に向かって上向きに噴射せしめるような構成とされている。 インジェクタ２２５は、好適には、所定の長さの内部断面を有する中空の管様部材又は導管である。 インジェクタ２２５は、大略リング状に形成されていると共に、タンク区域５５の直径よりも小さい直径を有している。 しかしながら、インジェクタ２２５は流体、例えば空気をタンク区域５５の内部壁５７の適当な範囲に向かって上向きに噴射せしめるような他の形状とすることができることは勿論である。 インジェクタ２２５は、更に、インジェクタ２２５の中にポンプ１６０で供給した流体、例えば空気１６０を所定の方向へかつ所定の分散パターンで噴射せしめることを可能にするひとつ又はそれ以上の穴２３０を備える構成とされている。 インジェクタ２２５に沿って配設される穴２３０の数は、とりわけ、空気１６０を噴射せしめることが所望される内部壁５７の範囲の大きさに左右される。

図３Ｅ及び図３Ｆは、穴２３０の実施可能な形状を概略的に示す。 図３Ｅに示されている例においては、穴２３０が大略円形又は楕円形とされている。 図３Ｆに示されている例においては、穴２３０が大略四角形又は矩形とされている。

図３Ｇ及び図３Ｈを参照するに、インジェクタ２２５はひとつ又はそれ以上の穴２３０（図示せず）を介してインジェクタ２２５に取り付けられているひとつ又はそれ以上のノズル３２０を包含する構成とすることができる。 これらのノズル３２０は、流体、例えば空気（気体）を所望する方向へかつ所望する分散パターンで噴射せしめてタンク区域５５（図２）の内部壁５７（図２）に向かう老化したスラリーの流れを制御し、これにより空気が噴射される内部壁５７の範囲を最大限に拡大せしめる目的のため又は噴射される空気の噴射圧力を制御する目的のために、設けられている。

図４は、老化したスラリーがインジェクタ２２５の複数の穴２３０から噴射した空気によりタンク区域５５の内部壁５７に向かって上向きに付勢されたときの、老化したスラリーの流れを概略的に示す。 内部壁５７に向かって上向きに付勢された、老化したスラリーはタンク区域５５の上方区域に残留している新鮮なスラリーとタンク区域５５の内部壁５７との間のバリヤとして働くことを見ることができる。

図５は、本発明の他の実施例を示す。 この実施例においては、インジェクタ２２５から噴射する流体がタンク区域５５の底部の近くから再循環される非飽和スラリー（老化したスラリー）である。 この実施例においては、老化したスラリー５４４がタンク区域５５の底部の近くからポンプ５６２により汲み出され、それからインジェクタ２２５によりスラリー中に噴射される。

もし所望するならば、インジェクタ２２５は気体アウトレット１１２のシステムと同時に又は気体アウトレット１１２のシステムと関連して作動するような構成とすることができることを留意すべきである。 換言すれば、もし所望するならば、インジェクタ２２５及び気体アウトレット１１２のシステムの両方を設けることができる。

また、次のことも留意すべきである。 すなわち、本発明の上述した実施例、特に好適な実施例は本発明の原理を理解するために単に示された単なる実施可能な例である。 多くの変形及び変更が本発明の精神の原理から実質的に逸脱することなしに本発明の上述した実施例に行うことができるものである。 そして、このような変形及び変更のすべてが本発明の範囲内に含まれるものであり、本発明は特許請求の範囲の記載により保護されるものである。

典型的な煙道ガス脱硫システム２５を概略的に示す図である。

典型的な複数本の気体アウトレット１１２Ａ〜１１２Ｅを概略的に示す図である。

図１Ｂ中の１本の気体アウトレット１１２を概略的に示す図である。

吸収塔５０のタンク区域５５における頂部から底部へのスラリー１３０の動き及び流れを概略的に示す図である。

タンク区域５５の内部壁５７に沿って生じるスケールの生成を概略的に示す図である。

同様に、タンク区域５５の内部壁５７に沿って生じるスケールの生成を概略的に示す図である。

気体インジェクタ２２５が設けられている本発明の一実施例を概略的に示す図である。

実施可能なインジェクタ２２５を概略的に示す図である。

同様に、実施可能なインジェクタ２２５を概略的に示す図である。

同様に、実施可能なインジェクタ２２５を概略的に示す図である。

２個以上のインジェクタ２２５がタンク区域５５の底部の近くに設けられている吸収塔５０の実施可能な構成の一例を概略的に示す図である。

インジェクタ２２５に設けられる穴２３０の実施可能な形状の一例を概略的に示す図である。

同様に、インジェクタ２２５に設けられる穴２３０の実施可能な形状の他の例を概略的に示す図である。

インジェクタ２２５と関連して用いることができるノズル３２０の実施可能な構成の一例を概略的に示す図である。

同様に、インジェクタ２２５と関連して用いることができるノズル３２０の実施可能な構成の他の例を概略的に示す図である。

老化したスラリーがインジェクタ２２５の多数の穴２３０から噴出した空気によりタンク区域５５の底部からタンク区域５５の内部壁５７に向かって上向きに付勢されたときの、老化したスラリーの流れを概略的に示す図である。

本発明の他の実施例を概略的に示す図であって、この実施例においては、タンク区域５５の底部の近くから老化したスラリーがインジェクタ２２５に供給されて噴出され、これにより老化したスラリーを内部壁５７に向かって付勢せしめるようにしている。