特開2016-215092(P2016-215092A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2016-215092海水脱硫排水の水質改質装置及び海水排煙脱硫システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-215092(P2016-215092A)
(43)【公開日】2016年12月22日
(54)【発明の名称】海水脱硫排水の水質改質装置及び海水排煙脱硫システム
(51)【国際特許分類】
   C02F 1/74 20060101AFI20161125BHJP
   B01F 3/08 20060101ALI20161125BHJP
   B01D 53/50 20060101ALI20161125BHJP
   B01D 53/78 20060101ALI20161125BHJP
   B01F 5/00 20060101ALI20161125BHJP
   B01F 3/04 20060101ALI20161125BHJP
   B01D 53/14 20060101ALI20161125BHJP
【FI】
   C02F1/74 C
   B01F3/08 Z
   B01D53/50 270
   B01D53/50 290
   B01D53/78
   B01F5/00 D
   B01F3/04 A
   B01D53/14 210
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2015-100016(P2015-100016)
(22)【出願日】2015年5月15日
(71)【出願人】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】吉元 貴志
(72)【発明者】
【氏名】香川 晴治
(72)【発明者】
【氏名】神山 直行
(72)【発明者】
【氏名】竹内 康浩
【テーマコード(参考)】
4D002
4D020
4D050
4G035
【Fターム(参考)】
4D002AA02
4D002AC01
4D002AC10
4D002BA02
4D002BA14
4D002CA01
4D002DA36
4D002EA11
4D002GA01
4D002GB20
4D020AA06
4D020BA23
4D020BB03
4D020CB25
4D020CD10
4D020DA03
4D020DB12
4D050AA06
4D050AA12
4D050AB42
4D050BB01
4D050BD02
4D050BD03
4D050BD06
4D050CA13
4G035AB07
4G035AB37
4G035AC11
4G035AC26
4G035AC55
4G035AE13
(57)【要約】
【課題】例えば攪拌機等を用いることなく、液液混合を良好に行うことができる海水脱硫排水の水質改質装置及び海水排煙脱硫システムを提供する。
【解決手段】海水脱硫装置15により排ガス12中の硫黄酸化物を海水14により海水脱硫することで生成される酸性の海水脱硫排水21を、希釈海水14b及び空気71aにより水質回復処理を行う酸化・曝気部23を備えた水質改質装置であって、酸化・曝気部23の前流側に設けられ、希釈海水14bを供給して海水脱硫排水21と混合する入口側希釈部22を備え、該入口側希釈部22の底面22aから立設され少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体31を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
海水脱硫装置により排ガス中の硫黄酸化物を海水により海水脱硫することで生成される酸性の海水脱硫排水を、希釈海水及び空気により水質回復処理を行う酸化・曝気部を備えた水質改質装置であって、
前記酸化・曝気部の前流側に設けられ、前記希釈海水を供給して海水脱硫排水と混合する入口側希釈部を備え、
該入口側希釈部に、少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記入口側希釈部内に海水脱硫排水を導入する排水供給路は、前記希釈海水の海水流れ方向と直交する方向から前記海水脱硫排水を導入することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項3】
請求項1において、
前記入口側希釈部内に前記海水脱硫排水を導入する排水供給路を前記希釈海水の海水流れ方向と直交する方向に配置してなり、
前記排水供給路から前記海水脱硫排水を供給する孔に対して、前記渦発生用の抵抗体が対向する位置に配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記酸化・曝気部の後流側に設けられ、水質が改質された水質回復海水にさらに希釈海水を供給して混合する出口側希釈部を備え、
該出口側希釈部に、少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
前記渦発生用の抵抗体が、柱状体であることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項6】
請求項5において、
前記柱状体の周囲に突起を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
前記渦発生用の抵抗体が、回転翼を備えていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項8】
請求項7において、
前記回転翼を備えた渦発生用の抵抗体が、海水流れ方向に沿って並列に配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、
前記渦発生用の抵抗体が、千鳥状態で配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置。
【請求項10】
排ガスと海水とを気液接触して脱硫反応させる海水脱硫装置と
前記海水脱硫装置からの海水脱硫排水を改質処理する請求項1乃至9のいずれか一つの海水脱硫排水の水質改質装置と、を具備することを特徴とする海水排煙脱硫システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の発電プラントに適用される海水脱硫装置の排水処理に係り、特に、海水法を用いて脱硫する海水脱硫装置の海水脱硫排水(排海水)の水質を改質する海水脱硫排水の水質改質装置及び海水排煙脱硫システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、ボイラから排出される燃焼排気ガス(以下、「排ガス」と呼ぶ)は、該排ガス中に含まれている二酸化硫黄(SO2)等の硫黄酸化物(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を施す脱硫装置の脱硫方式としては、石灰石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等が知られている。
【0003】
このうち、海水法を採用した海水脱硫装置は、吸収剤として海水を使用する脱硫方式である。この方式では、たとえば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することにより、海水を吸収液として湿式ベースの気液接触を生じさせて硫黄酸化物を除去している。
上述した脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水脱硫排水は、たとえば、水路幅が広くて上部が開放された長い水路(Seawater Oxidation Treatment System;SOTS)内を流れ排水される際、水路の一部の底面に設置したエアレーション装置を備えた水質改質装置(酸化・曝気部)において、微細気泡を流出させるエアレーションによって脱炭酸(爆気)される(特許文献1〜3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【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】
【0005】
しかしながら、海水を用いた脱硫塔からの使用済の海水脱硫排水は、水質改質装置に導入する前において、反応しやすいpHに調整するために、希釈用の海水を供給して、海水脱硫排水を希釈しているが、その両者の液液混合が不完全である、という問題がある。
【0006】
特に、長い水路構造の水質改質装置での改質処理の場合には、水路入口部での混合が良好なことが要求されており、その対策が望まれている。
【0007】
また、海水脱硫の排水の水質改質には膨大な海水量が必要となるので、一般の攪拌手段である例えば攪拌機等の設置は大幅な動力増加に繋がるという、問題がある。
また、使用済の脱硫排水とそれを希釈する希釈排水とが二方向から導入され、例えば直交流等となって混合する場合には、これらの二方向からの流れを十分に混合させるための対策が望まれている。
【0008】
そこで、例えば攪拌機等の設置をすることなく、液液混合を良好に行う水質改質技術の出現が切望されている。
【0009】
本発明は、前記問題に鑑み、例えば攪拌機等を用いることなく、液液混合を良好に行うことができる海水脱硫排水の水質改質装置及び海水排煙脱硫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、海水脱硫装置により排ガス中の硫黄酸化物を海水により海水脱硫することで生成される酸性の海水脱硫排水を、希釈海水及び空気により水質回復処理を行う酸化・曝気部を備えた水質改質装置であって、前記酸化・曝気部の前流側に設けられ、前記希釈海水を供給して海水脱硫排水と混合する入口側希釈部を備え、該入口側希釈部に、少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0011】
第2の発明は、第1の発明において、前記入口側希釈部内に海水脱硫排水を導入する排水供給路は、前記希釈海水の海水流れ方向と直交する方向から前記海水脱硫排水を導入することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0012】
第3の発明は、第1の発明において、前記入口側希釈部内に前記海水脱硫排水を導入する排水供給路を前記希釈海水の海水流れ方向と直交する方向に配置してなり、
前記排水供給路から前記海水脱硫排水を供給する孔に対して、前記渦発生用の抵抗体が対向する位置に配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0013】
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、前記酸化・曝気部の後流側に設けられ、水質が改質された水質回復海水にさらに希釈海水を供給して混合する出口側希釈部を備え、該出口側希釈部に、少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0014】
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つの発明において、前記渦発生用の抵抗体が、柱状体であることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0015】
第6の発明は、第5の発明において、前記柱状体の周囲に突起を有することを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0016】
第7の発明は、第1乃至6のいずれか一つの発明において、前記渦発生用の抵抗体が、回転翼を備えていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0017】
第8の発明は、第7の発明において、前記回転翼を備えた渦発生用の抵抗体が、海水流れ方向に沿って並列に配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0018】
第9の発明は、第1乃至8のいずれか一つの発明において、前記渦発生用の抵抗体が、千鳥状態で配置されていることを特徴とする海水脱硫排水の水質改質装置にある。
【0019】
第10の発明は、排ガスと海水とを気液接触して脱硫反応させる海水脱硫装置と、前記海水脱硫装置からの海水脱硫排水を改質処理する請求項1乃至9のいずれか一つの海水脱硫排水の水質改質装置と、を具備することを特徴とする海水排煙脱硫システムにある。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、入口側希釈部の底面から立設され少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体を有するので、海水脱硫排水と希釈海水との液液混合が進み、よく混ざり合った希釈混合海水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1図1は、実施例1に係る海水脱硫排水の水質改質装置を備えた海水排煙脱硫システムの概略図である。
図2図2は、図1の要部の平面概略図である。
図3図3は、実施例1に係る海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図4A図4Aは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4B図4Bは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4C図4Cは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4D図4Dは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4E図4Eは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4F図4Fは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図4G図4Gは、渦発生用の抵抗体の断面図である。
図5図5は、本実施例に係る他の渦発生用の抵抗体の斜視図である。
図6図6は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図7図7は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図8A図8Aは、渦発生用の抵抗体を流れ方向に同列に配置した図である。
図8B図8Bは、渦発生用の抵抗体を流れ方向に同列に配置した図である。
図8C図8Cは、渦発生用の抵抗体を流れ方向に同列に配置した図である。
図8D図8Dは、渦発生用の抵抗体を千鳥配列とした図である。
図9図9は、渦発生用の抵抗体を組み合わせた構造物の斜視図である。
図10図10は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図11図11は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図12図12は、実施例2に係る海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図13図13は、実施例2に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
図14図14は、実施例2に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例1】
【0023】
図1は、実施例1に係る海水脱硫排水の水質改質装置を備えた海水排煙脱硫システムの概略図である。図2は、図1の要部の平面概略図である。図3は、実施例1に係る海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図4A乃至図4Gは、渦発生用の抵抗体の断面図である。図5は、本実施例に係る他の渦発生用の抵抗体の斜視図である。図6及び図7は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図8A乃至図8Cは、渦発生用の抵抗体を流れ方向に同列に配置した図である。図8Dは、渦発生用の抵抗体を千鳥配列とした図である。
図1及び図2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、ボイラ11からの排ガス12を除塵処理する除塵装置13と、除塵後の排ガス12中の硫黄酸化物を海水14により脱硫する吸収塔15aを有する海水脱硫装置15と、この海水脱硫装置15からの海水脱硫排水(排海水)21を改質処理する水質改質装置20とを備えている。
【0024】
海水脱硫装置15の吸収塔15aには、海水14を供給する海水供給ライン(海水流路)L1の先端が接続され、供給された海水14の一部14aは、装置本体内の噴出部15bに海水導入ラインL12により供給される。噴出部15bは、供給された海水14aを液柱方式により上方に噴出する。この噴出されて落下する海水は、導入される排ガス12と対向接触する。
【0025】
この吸収塔15aでは、排ガス12中の硫黄酸化物を噴出された海水と対向接触により海水脱硫させ、亜硫酸(H2SO3)を含んだ酸性の海水脱硫排水21を生成している。すなわち、吸収塔15a内では、下記式(I)で示される反応により、排ガス12中の硫黄酸化物が吸収されて、亜硫酸イオン(HSO3-)と水素イオン(H)とを含む海水脱硫排水21が生じる。
SO2(G)+H2O→H2SO3(L)→HSO3-+H+・・・(I)
なお、浄化された浄化ガス12Aは、煙突61から外部へ排出される。
【0026】
この海水脱硫排水21は、吸収塔15aの底部側から水質改質装置20に接続された海水脱硫排水ラインL13により、排水される。
【0027】
本実施例に係る水質改質装置20は、図1及び2に示すように、吸収塔15aにより排ガス12中の硫黄酸化物を海水14により海水脱硫することで生成される酸性の海水脱硫排水21を、希釈海水14b及び空気71aにより水質回復処理を行う酸化・曝気部23を備えた水質改質装置であって、酸化・曝気部23の前流側に設けられ、希釈海水14bを供給して海水脱硫排水21と混合する入口側希釈部22を備え、該入口側希釈部22の底面22aから立設され少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体31を有するものである。
【0028】
ここで、本実施例に係る渦発生用の抵抗体31は、柱状体としており、入口側希釈部22の底面22aから立設されている。
【0029】
本実施例では、水質改質装置20は、長辺の側壁20a、20bと短辺の側壁20c、20dで囲まれてなる矩形型の上部が解放された長い水路構造としており、図中左側の短辺の側壁20cから右側の側壁20dに向かって、その長手方向に海水が上流から下流に移動し、改質処理がなされている。
【0030】
ここで、入口側希釈部22の長さL1は例えば5m〜10m、酸化・曝気部23の長さL2は50m〜200m、出口側希釈部24の長さL3は5m〜10mとしている。またその幅Wは20m〜50mの一種の大型の海水運河構造としている。このような長い運河構造の場合、従来では十分な液液混合するには、例えば攪拌操作等が必要であったが、本実施例では、位置口部に小さな抵抗体を複数本設置してカルマン渦等の攪拌渦を発生させるだけで、十分な液液混合が可能になる。この流路に設置する渦発生用の抵抗体31の径は例えば10cm〜100cmとしている。
【0031】
入口側希釈部22は、供給する希釈海水14bにより海水脱硫排水21を希釈する領域である。海水14を供給する海水供給ラインL11からの海水が希釈海水14bとして入口側希釈部22内に供給されている。この入口側希釈部22で海水脱硫排水21と希釈海水14bとが混合されることで、希釈混合海水25を生成している。
本実施例では、海水脱硫排水21は、水質改質装置20と別に設置されている海水脱硫装置15の吸収塔15aから排出されるものであり、入口側希釈部22の側壁20aに設けた排水供給路41により内部に導入されている。
【0032】
酸化・曝気部23は、外部よりブロワ71により途導入される空気71aにより希釈混合海水25の水質を改質して、水質回復処理を行う領域である。
ここで、空気71aは、空気導入配管72を介して、散気管73に供給され、散気管73に設けたエアレーションノズル74より、空気71aを酸化・曝気部23内に導入している。
【0033】
出口側希釈部24は、水質改質がなされた水質改質海水26に対して、放流海水27として放流する前にさらに必要に応じて希釈海水を供給する領域である。
【0034】
ここで、入口側希釈部22内に設置される渦発生用の抵抗体31は、柱状体としており、入口側希釈部22の底面22aから、幅方向に立設されている。
【0035】
本実施例では、海水脱硫排水21は、入口側希釈部22の側壁20aに設けた排水供給路41により内部に導入されている。この側壁20a側から海水脱硫排水21が入口側希釈部22に導入される場合、横幅(W)方向の流れの分布が形成される。本実施例により、渦発生用の抵抗体31が所定間隔を持って設置されることで、希釈海水14bと海水脱硫排水21とが混合される際、単純な液液混合ではなく、渦発生用の抵抗体31により、攪拌渦等が発生することで、液液混合が進み、十分に混合された希釈混合海水25となって、幅(W)方向と直交する方向(海水の流れ方向)への流れとなるようにしている。この結果、海水脱硫排水21を希釈海水14bと直交する方向から導入する場合、横幅(W)方向の流れの分布が形成されるが、希釈海水14bと合流する領域において、渦発生用の抵抗体31を設置することで両者がぶつかり合う際に、攪拌渦の発生が促進され、液液混合が促進することとなる。
【0036】
次に、本実施例に係る海水脱硫排水の水質改質装置20について、渦発生用の抵抗体31を設置する一例について説明する。図3に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Aでは、入口側希釈部22の内部において、側壁20aに設けた排水供給路41の開口部41aから海水脱硫排水21を横方向から直接導入するものである。図3に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Aの場合には、海水脱硫排水21は、開口部41aと対向する側壁20b側に向かって排出されるので、希釈海水14bと海水脱硫排水21との混合領域に、渦発生用の抵抗体31を配置するようにしている。本実施例では、入口側希釈部22の希釈海水14bの入口側では、渦発生用の抵抗体31の設置数を少なくすると共に、酸化・曝気部23側では、渦発生用の抵抗体31の設置数を多くなるようにしている。ここで、渦発生用の抵抗体31の配置の位置と数は、プラント毎により変更すればよく、両者の排水速度及び流れにより適宜変更される。
【0037】
本実施例により、渦発生用の抵抗体31を所定配置することで、希釈海水14bと海水脱硫排水21とが混合される際、単純な液液混合ではなく、渦発生用の抵抗体31に流れ方向が変化することで、渦等が発生し、液液混合が進むようにしている。この結果、海水脱硫排水21を希釈海水14bと直交する方向から導入する場合、横幅(W)方向の流れの分布が形成されるが、希釈海水14bと合流する領域において、渦発生用の抵抗体31を設置することで両者がぶつかり合う際に、カルマン渦等の攪拌渦が発生し、液液混合が促進することとなる。
【0038】
この渦発生用の抵抗体31の断面形状は、例えば円、半円、凹部を有する半円、矩形、逆台形等の形状としており、海水が渦発生用の抵抗体31に当接して、その進行方向の後流側にカルマン渦等の攪拌渦を形成するものであればいずれでもよい。
【0039】
図4A乃至図4Gは、渦発生用の抵抗体の断面図及び渦発生の一例を示すである。
図4Aは、横断面形状が円の渦発生用の抵抗体31Aである。図4Aに示すように、抵抗体31Aの海水流れ後流側に攪拌渦32が形成されている。また、この抵抗体31Aの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。この発生した攪拌渦32により、海水脱硫排水21と希釈海水14bとの混合が良好に促進されることで、海水脱硫排水21と希釈海水14bとの両者の液液混合が進み、よく混ざり合った希釈混合海水25を生成することができる。
なお、カルマン渦等の攪拌渦32の発生は、抵抗体の流れ方向の下流側にて抵抗体の全体にわたって発生するものであり、図中の攪拌渦は模式的に記載した一例である。また、攪拌渦の大きさについても海水の流速により変化するものであり、図に限定されるものではない。
【0040】
以下は断面が円形以外の渦発生用の抵抗体の他の例を示す。図4Aに示す抵抗体31Aと同様に、渦の発生場所、大きさ範囲等は海水の流速により種々変化するので、以下の図面はその一例であり、これらに限定されるものではない。
図4Bは、横断面形状が矩形の渦発生用の抵抗体31Bである。図4Bに示すように、抵抗体31Bの海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Bの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0041】
図4Cは、横断面形状が上流側を円弧とした半円形の渦発生用の抵抗体31Cである。図4Cに示すように、抵抗体31Cの海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Cの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0042】
図4Dは、横断面形状が上流側を頂点とするくの字形の渦発生用の抵抗体31Dである。図4Dに示すように、抵抗体31Dの海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Dの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0043】
図4Eは、横断面形状が上流側を頂点とする三角形の渦発生用の抵抗体31Eである。図4Eに示すように、抵抗体31Eの海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Eの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0044】
図4Fは、横断面形状が上流側に向いた円弧状の凹部31aを有する半円形の渦発生用の抵抗体31Fである。図4Fに示すように、抵抗体31Fの上流側の円弧状の凹部31aでは小さい渦が発生し、渦の種となっており、この渦の種が抵抗体31Fの側面を通過し、海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Fの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0045】
図4Gは、横断面形状が側壁側に向いた円弧状の凹部31aを有する半円形の渦発生用の抵抗体31Gである。図4Gに示すように、抵抗体31Gの上流側の円弧状の凹部31aでは攪拌渦32が発生し、渦の種となっており、この渦の種が抵抗体31Gの側面を通過し、海水流れ後流側(背面側)に攪拌渦32が形成される。また、この抵抗体31Gの後流側(背面側)には、流れのよどみ領域33が形成され、このよどみ領域33において攪拌渦32の発生が進むと共に、液液混合が促進される。
【0046】
また、この円弧状の凹部31aを有する半円形の渦発生用の抵抗体31Gを、円弧状の凹部31aが海水流れと直交する海面側に向けて、入口側希釈部22の底面22aに設置することもできる。
【0047】
本実施例によれば、入口側希釈部22の底面22aから立設され少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体31を有するので、海水脱硫排水21と希釈海水14bとの液液混合が進み、よく混ざり合った希釈混合海水25を生成することができる。渦発生用の抵抗体31のみを設置することで混合が促進されるので、一般の攪拌手段である例えば攪拌機等の設置が不要となり、動力が不要となる。
【0048】
図5は、本実施例に係る他の渦発生用の抵抗体の斜視図である。図5に示すように、渦発生用の抵抗体31Aの周囲に螺旋状の突起33を設けている。この突起33を設けることにより、攪拌渦32の発生が例えば上下方向に、不規則となり、規則的に発生する攪拌渦32が抵抗体31Aの上下方向の渦の移動等により攪拌を促進させることができる。
【0049】
本実施例に係る渦発生用の抵抗体31を設置する一例について、さらに図6及び図7を用いて説明する。
図6に示すように、本実施例に係る海水脱硫排水の水質改質装置20Bは、海水脱硫装置15により排ガス12中の硫黄酸化物を海水14により海水脱硫することで生成される酸性の海水脱硫排水21を、希釈海水14b及び空気71aにより水質回復処理を行う酸化・曝気部23を備えた水質改質装置であって、酸化・曝気部23の前流側に設けられ、希釈海水14bを供給して海水脱硫排水21と混合する入口側希釈部22を備え、該入口側希釈部22の底面22aから立設され少なくとも一つ以上の渦発生用の抵抗体31を有するものである。
【0050】
ここで、海水脱硫排水21の入口側希釈部22への横方向からの供給方法は、図3に示すように、入口側希釈部22の側壁20aに設けた開口部41aから直接海水脱硫排水21を供給する場合以外に、図6及び図7に示すように、海水脱硫排水21を排水供給路41により、入口側希釈部22に供給する場合がある。
【0051】
図6に示す実施例においては、入口側希釈部22の内部に希釈海水14bを側壁20cから導入し、入口側希釈部22の長手方向に流入させている。そして、海水脱硫排水21は、排水供給路41を希釈海水14bの流れ方向と直交する方向に側壁20aから挿入すると共に、孔42から排出している。
【0052】
本実施例では、渦発生用の抵抗体31は、排水供給路41の孔42と対向する位置に所定間隔を持って配置されている。
排水供給路41の入口側から奇数番号の孔42に対向するように、所定間隔を持って第1列目の渦発生用の抵抗体31が配置されている。また、排水供給路41の入口側から偶数番号の孔42に対向するように、所定間隔を持って第2列目の渦発生用の抵抗体31が配置されている。
【0053】
すなわち、第1列目の渦発生用の抵抗体31のピッチの半分の位置に、第2列目の渦発生用の抵抗体31が交互に配置される、千鳥状態で配置している。
【0054】
また、図7に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Cのように、海水脱硫排水の水質改質装置20Bにおいて、さらに渦発生用の抵抗体31の列を海水流れ方向に沿って複数追加し、千鳥配列の第3列及び第4列とするようにしている。この列の追加により、さらに攪拌渦が増大し、希釈・混合が良好な希釈混合海水25を得ることができる。なお、列の追加は、入口側希釈部22の大きさと、混合度合いを考慮して適宜変更される。この混合度合いは、渦発生用の抵抗体31の段数は、例えば以下の関係式(1)から導きだされる。
【0055】
ここで、希釈部内の希釈海水の流速は例えば0.5〜2.0m/秒であり、海水脱硫排水の流速は例えば0.5〜20m/秒である。また、渦発生用の抵抗体31の径は例えば10cm〜100cmである。
【0056】
【数1】
【0057】
図8A乃至図8Dに本実施例の同列配列に設置した場合と千鳥配列とに設置した場合を示す。図8A乃至図8Cは、渦発生用の抵抗体31を流れ方向に同列に配置した図であり、図8Dは、渦発生用の抵抗体を千鳥配列とした図である。なお、図中波線は攪拌渦を模式的に示す。
図8Aに示すような、第1列目の渦発生用の抵抗体31−1と第2列目の渦発生用の抵抗体31−2とを流れ方向に同一に配置して、攪拌渦の発生を良好とする場合には、混合状態は持続する。
【0058】
図8Bに示すように、例えば希釈海水14bの流速が低下(流速:小)する場合等では、第1列目の渦発生用の抵抗体31−1で発生した渦が第2列目の渦発生用の抵抗体31−2で干渉され、減衰される。これにより混合状態が低下する場合がある。また、図8Cに示すように、希釈海水14bの流速が増大(流速:大)すると、渦が極端に大きくなる場合がある。
【0059】
このような場合には、図8Dに示すように、渦発生用の抵抗体31−1、31−2を千鳥配列の配置とすることにより、第1列目の渦発生用の抵抗体31−1で発生した渦が、第2列目の渦発生用の抵抗体31−2で減衰されることが無くなり、希釈混合海水の混合状態を持続させることができる。
【0060】
また、千鳥配列の第2列目の渦発生用の抵抗体31−2の径を大きくして、発生する攪拌渦を大きくさせることで、液液混合の混合効率を増大することができる。なお、これらの配列の変更は、定期検査のメンテナンス等の際等において、それまでの希釈海水と脱硫排水との流入状態に応じて、適宜変更することができる。
【0061】
図9は、渦発生用の抵抗体を組み合わせた構造物の斜視図である。図9に示すように、渦発生用の抵抗体31を支持部材35、36により組み合わせていわゆるジャングルジム構造体としている。このようなジャングルジム構造体とすることで、海水流れに沿った方向(横方向)の渦発生に加えて、上下方向(縦方向)の渦の発生を組み合わせることができ、液液混合の混合効率が増大する。
【0062】
また、渦発生用の抵抗体31を一本ごと底面22aに設置する必要がなくなり、混合に最適な個所に必要に応じて設置することが容易となる。
【0063】
次に、本実施例における海水排煙脱硫システム10の動作について、図1及び図2を参照しつつ説明する。
先ず、ボイラ11からの排ガスは除塵装置13で排ガス中の煤塵が除去される。除塵後の排ガスは、ポンプPを介して海水脱硫装置15の吸収塔15aに導入され、ここで供給される海水14と気液接触してSO2を亜硫酸(H2SO3)へ脱硫反応させ、浄化して浄化ガス12Aとする。硫黄分を含んだ使用済海水である海水脱硫排水21は、海水脱硫排水21の水質改質装置20の入口側希釈部22に導入される。
本実施例では、排水供給路41の孔42を介して、海水脱硫排水が導入される。一方、海水供給ラインL11から希釈海水14bが入口側希釈部22内に供給されているので、海水脱硫排水21は希釈混合される。
【0064】
この希釈混合の際、渦発生用の抵抗体31が所定間隔を持って配置されているので、海水がこの渦発生用の抵抗体31の横を通過する際、攪拌渦を発生し、希釈・混合が良好な希釈混合海水25となる。
【0065】
pHの低い海水脱硫排水21を未使用の希釈海水14bで希釈することによって、酸化・曝気部23で処理する際の処理海水のpHを中性側にシフトさせることができる。本実施例においては、例えばpH2〜6程度の海水脱硫排水21を、例えばpH3〜7程度の希釈された希釈混合海水25にすることができるが、pHはこれらに限定されるものではない。
【0066】
希釈混合が良好となった希釈混合海水25は、入口側希釈部22の下流側に設けられ、水質回復処理を行う曝気装置(エアレーション装置)である散気管73を有する酸化・曝気部23に導入され、図示しない曝気用空気ブロアより供給された空気71aを散気管73のエアレーションノズル74により供給し、水質回復され、水質改質海水26を得る。
【0067】
ここで、酸化・曝気部23内では、式(II)及び(III)で示される反応が生じている。
HSO+1/2O→SO2−+H ・・・(II)
HCO+H→CO+HO ・・・(III)
【0068】
このように、海水脱硫装置15内の反応で生成した亜硫酸イオン(HSO)は酸化・曝気部23内で可溶性の硫酸塩(SO2−)となり海水へ放出される。一方、亜硫酸イオンの酸化反応で発生した水素イオンは、海水中の炭酸イオン(HCO)と反応し、二酸化炭素と水として系外へ放出される。すなわち、酸化・曝気部23内では酸化と脱炭酸反応が発生している。
【0069】
水質改質がなされた水質改質海水26は、出口側希釈部24で必要に応じてさらに希釈海水14bを供給して、希釈し、放流に適した放流海水27として放流する。
【0070】
図10は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図10に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Dは、出口側希釈部24の後流側に、さらに放流調整部29を追設し、出口側希釈部24及び放流調整部29内に、渦発生用の抵抗体31を各々配置させている。これにより、入口側のみならず出口側においても液液混合を良好とすることができる。
【0071】
図11は、実施例1に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図11に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Eは、入口側希釈部22の上流側に、希釈海水14bを導入する希釈海水導入部19を設けると共に、海水脱硫排水の水質改質装置20の長手方向に沿って、隔壁20eを設けて、主流路と副流路とを形成している。そして、希釈海水導入部19に導入された希釈海水14bの一部を、隔壁20eにより形成された副流路を介して出口側希釈部24内に希釈海水14bとしてバイパスして流入するようにしている。
そして、出口側希釈部24内にバイパスして導入される希釈海水14bと、水質改質海水26との混合領域に、渦発生用の抵抗体31を配置させている。これにより、出口側希釈部24内においても、さらに渦発生用の抵抗体31により液液混合が良好となる。
【実施例2】
【0072】
図12は、実施例2に係る海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。なお、実施例1の海水脱硫排水の水質改質装置の構成部材と同一の部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
【0073】
図12に示すように、実施例2に係る海水脱硫排水の水質改質装置20Fでは、回転翼52を備えた渦発生用の抵抗体51が、海水流れ方向に沿って並列に配置されている。このように、回転翼52を備えた渦発生用の抵抗体51とすることにより、渦発生効率を向上させている。
【0074】
また、回転翼52の回転方向は、前列側と後列側とが同一方向に回転するものでもよく、あるいは、前列側と後列側との回転翼52の回転方向を反対回転としてもよい。これらの前後の回転翼の回転方向の組み合わせにより、混合度合いを大きくしたり、小さくしたりすることができる。さらに、ピッチや回転翼52の角度を変えることで、前列で発生する渦を周囲に拡散することができる。
【0075】
図13は、実施例2に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図13に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Gは、実施例1の渦発生用の抵抗体31と回転翼52を備えた渦発生用の抵抗体51とを併用し、入口側希釈部22の前列側に渦発生用の抵抗体31を2列配置させ、その後列側に回転翼52を備えた渦発生用の抵抗体51を2列配置させている。このように、回転翼52を備えた渦発生用の抵抗体51を2列の配置とすることにより渦発生効率を更に向上させている。
【0076】
図14は、実施例2に係る他の海水脱硫排水の水質改質装置の概略図である。図14に示す海水脱硫排水の水質改質装置20Hは、入口側希釈部22の前列側に渦発生用の抵抗体31を2列配置させ、その後列側に回転翼52a、52bを備えた渦発生用の抵抗体51を2列配置させると共に、上流側の回転翼52aよりも下流側の回転翼52bの直径を大きくしている。このように、下流側の回転翼52bを上流側の回転翼52aの直径よりも大きくすることで、渦がより広く広がるため混合効率を更に向上させることができる。
【符号の説明】
【0077】
10 海水排煙脱硫システム
11 ボイラ
12 排ガス
13 除塵装置
14 海水
15 海水脱硫装置
15a 吸収塔
20、20A〜20H 海水脱硫排水の水質改質装置
21 海水脱硫排水
22 入口側希釈部
23 酸化・曝気部
24 出口側希釈部
25 希釈混合海水
26 水質改質海水
27 放流海水
31、51 渦発生用の抵抗体
32 攪拌渦
52、52a、52b 回転翼
図1
図2
図3
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E
図4F
図4G
図5
図6
図7
図8A
図8B
図8C
図8D
図9
図10
図11
図12
図13
図14