本发明涉及在形成有移动层的脱硫塔内利用脱硫剂进行脱硫、并且具有排烟中的粉尘的集尘功能的干式的排烟脱硫装置。
背景技术：
从以含有硫化合物和氮化合物的煤或重油为燃料的火力发电站、产业或家庭用锅炉、水泥窑、焦炭炉排出的排烟气体中含有大量的硫氧化物(sox)、氮氧化物(nox)、煤烟等大气污染物质，成为酸雨、光化学烟雾、pm2.5等的环境污染源。
在现有技术中，在用于除去排烟气体中的sox、nox、氯化氢(hcl)等有害物质的干式排烟净化中，已知在烟道中分散供给粉体状的排烟净化剂(以下简称为“净化剂”)，通过作为固体的净化剂和作为气体的有害物质的气固反应，将排烟气体净化的技术(专利文献1)。在排烟气体中的脱硫、脱盐时，散布粉状的氢氧化钙，为了除去排烟气体中的sox、hcl，以固体与气体的所谓的气固反应为基础。干式排烟脱硫与湿式排烟脱硫相比，具有不使排烟温度下降、不使用大量水等优点。
并且，已知移动层干式脱硫方式，在该方式中，将具有脱硫性或脱盐性的净化剂粒状化，填充到形成有移动层的固气脱硫塔中，使净化剂存在于移动层内的移动层颗粒之间，在脱硫塔内下降移动，使排烟气体流与移动层正交而形成十字流，对排烟气体进行净化。在该技术中，由于脱硫塔具有集尘性，因而不需要电集尘机，不需要抑制排烟气体温度下降的对策，例如不需要设置气体－气体加热器，还不需要排水处理装置，具有能够将设备费用控制到较低水平的优点。但是，在移动层干式脱硫方式中，通过排烟气体流横穿移动层而进行脱硫，因而存在设置面积增大的倾向。
并且，还有如下方法：为了确保气固反应的反应时间，在烟道中散布净化剂，使粉体净化剂附着于袋滤器，将袋滤器表面的附着层作为气固反应层。在这种情况下，由于净化剂的粒径，向袋滤器的附着性成为问题。向袋滤器的气体流入速度通常为0.04m/秒，为了使颗粒在袋滤器表面附着，必须为粒径在20μm以下的微粒。在粒径为20μm以下的情况下，颗粒密度为2g/cm3时，颗粒沉降速度为0.02m/秒，向袋滤器的附着性良好。
但是，在袋滤器中为了抑制压力损失的增加而将附着颗粒间歇地抖落，因此产生未反应净化剂，在排烟气体中的sox与氢氧化钙的脱硫反应中，就ca(钙)/s(硫)而言，消耗相对于s的化学当量为2～4倍的ca系脱硫剂(专利文献2)。
为了克服使用袋滤器的气固反应装置的缺点，作为不使用袋滤器的装置，还已知如下的装置：将构成排烟气体与脱硫剂的固气脱硫塔的旋流器串连连接成多段，使排烟气体流自下而上流动，同时使脱硫剂自上而下移动，使两者以对流的方式接触，在各段的每段中回收脱硫剂(专利文献3)。该装置虽然使气固反应效率提高，但无法避免气体通路中的压力损失的增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭56－171584号
专利文献2：日本特开2010－119932号公报
专利文献3：日本专利第3999995号公报
技术实现要素：
所要解决的课题
本发明是在如上背景下完成的，提供一种在进行利用移动层干式脱硫方式的排烟脱硫时能够获得高脱硫效率的排烟脱硫装置。
用于解决课题的技术手段
本发明为一种排烟脱硫装置，其执行对排烟以干式进行脱硫并进行集尘的处理，该排烟脱硫装置的特征在于，包括：
移动层颗粒的供给部，其在将上述脱硫塔的下部侧区域和上部侧区域分别称为第一室和第二室时，为了在上述脱硫塔内形成作为粒状体的移动层颗粒的下降流，从第二室的上部供给移动层颗粒；
脱硫剂的供给部，其为了形成用于对排烟进行脱硫的脱硫剂的下降流，向上述脱硫塔内供给脱硫剂；
在上述第一室和第二室的彼此相对的侧壁形成的、用于排烟气体通过的通过口；和
用于将从上述第一室的通过口流出的排烟气体导向上述第二室的通过口的引导路，
上述排烟脱硫装置构成为，使排烟气体在上述第一室内以十字流状与上述移动层颗粒的下降流和脱硫剂的下降流接触，向该脱硫塔的外部流出，接着，在上述第二室内以十字流状与上述下降流接触，向该脱硫塔的外部流出，
第二室中的排烟气体的流向是与上述第一室中的排烟气体的流向相反的流向。
发明效果
本发明中，在脱硫塔内形成移动层颗粒的下降流和脱硫剂的下降流，并且使排烟气体在作为下部侧区域的第一室内以十字流状与移动层颗粒的下降流和脱硫剂的下降流接触，接着，在作为上部侧区域的第二室内以与第一室内的排烟气体的流向相反的流向以十字流状与上述下降流接触。因此具有能够获得高脱硫效率、不需要另外设置集尘装置的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的排烟脱硫装置的概况的纵切侧视图。
图2是表示将本发明的实施方式所涉及的排烟脱硫装置部分削去表示的正面图。
图3是表示本发明的实施方法所涉及的排烟脱硫装置的概况的立体图。
图4是用于表示本发明的实施方式所涉及的排烟脱硫装置的尺寸的说明图。
图5是表示比较例的排烟脱硫装置的概况的侧视图。
图6是表示本发明的排烟脱硫装置的概况的侧视图。
图7是表示脱硫剂的so2吸收特性的一例的特性图。
图8是表示脱硫塔的气体流的流动方向上的上段侧和下段侧的各通道的尺寸的相对关系与脱硫率的关系的曲线图。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明的实施方式所涉及的脱硫装置具备用于使排烟气体与脱硫剂颗粒发生气固反应的脱硫塔1，该脱硫塔1具备相当于下段侧区域的第一室3和相当于上段侧区域的第二室4。第一室3由第一通道31形成，第二室4由第二通道41形成。第一通道31的上端部与第二通道41的下端部通过连接部5连接。
于是，在从第二通道41的上端部连续供给粒状体100时，从第二通道41至第一通道31，因粒状体100的自由下落而形成粒状体100的下降流。该下降流为粒状体100的群的层向下方移动的流动，因此能够称为移动层，在以下说明中，对移动层标注符号101。存在粒状体100兼用作脱硫剂(脱硫剂以颗粒的形态形成移动层)的情况、和粒状体呈非活性且以粉体供给脱硫剂(脱硫剂以粉体的形态存在于形成移动层的颗粒空隙)的情况的两种情况。
排烟气体从第一通道31的一个侧面流入第一通道31内，横穿移动层101并从另一个侧面流出。即，排烟气体以与移动层101正交的方式流动，两者形成所谓的十字流。此时，排烟气体中的sox与脱硫剂中的氢氧化钙反应，以硫酸钙的形态被固定。接着，排烟气体上升，从第二通道41的另一个侧面流入第二通道41内，横穿移动层101并从一个侧面流出。即，排烟气体在第二通道41内也以与移动层101正交的方式流动，形成所谓的十字流。图1和图3中，以箭头表示排烟气体的流动。在以粉体的形式供给脱硫剂的情况下，从第一通道31流出的排烟气体中有时伴随有作为脱硫剂的粉体的一部分，在这种情况下，排烟气体在第二通道41内流通时，该粉体被移动层101收集而除去。另外，即使在排烟气体中的部分烟尘在第一通道31内未被移动层101收集而流出的情况下，该烟尘也会在第二通道41内被收集。因此，第一通道31和第二通道41内具备集尘功能。
对脱硫装置1进行更详细的说明。如图3所示，第一通道31和第二通道41各自构成为将扁平的方筒体纵向配置而成的结构。如图4所示，第一通道31和第二通道41各自的高度h1、h2例如设定为相同尺寸，第一通道31和第二通道41各自的宽度w也设定为相同尺寸。其中，对于各高度h1、h2以及各宽度w而言，不限定于设定为相同尺寸，也可以设定为相互不同的尺寸。
第一通道31的厚度d1与第二通道41的厚度d2的关系没有特别限定，但有时优选d2与d1相同或大于d1。
关于第一通道31和第二通道41各自的厚度d1、d2，本实施方式中设定为d2大于d1，因此连接部5形成为横长的倒截棱椎体状。
第一通道31和第二通道41的彼此相对的侧面的组中，将面积大的侧面的组称为一个侧面、另一个侧面时，如图2和图3所示，在一个侧面和另一个侧面，以在整个横幅上、即从端部至端部各自延伸的方式，在上下方向上排列有构成通气窗的多个倾斜板61。这些倾斜板61各自朝向外侧且向上设置，相互上下邻接的倾斜板61彼此之间形成排烟气体的通过口。使用这样的倾斜板61，则能够保持移动层颗粒，具有使气体通过变得容易的优点。
在第一通道31中作为排烟气体的流出面的另一个侧面(图2中右侧的侧面)和第二通道41中作为排烟气体的流出面的一个侧面(图2中左侧的侧面)，例如沿着倾斜板61的组的外侧面设有网(网状体)62。网62用于防止形成移动层101的粒状体(以下称为“移动层颗粒”)顺着排烟气体的气流从各通道31、41流出。在使用这种网62时，与使用格子状网板(screen)的情况相比，具有能够将成本控制在较低水平的优点。其中，网和格子状网板是作为形成有多个孔的柔软的面状体的例子列举的。
第一通道31和第二通道41的侧面的结构不限于如上所述组合了倾斜板61的形成有横长的狭缝上的通过口的结构，也可以为在侧面分散形成有多个孔部的结构。并且，可以不使用网62，将在侧面形成的孔部设定为移动层颗粒100不流出的大小。
另外，在第一通道31和第二通道41的周围设置形成作为排烟气体的流通路的引导路的流路部件300，以使排烟气体从第一通道31的一个侧面流入，从另一个侧面流出，接着，上升，从第二通道41的另一个侧面流入，从一个侧面流出。301是排烟气体的流入口，与从排烟气体源例如火力发电站送来的排烟气体的流通路连接。302是流出口，在脱硫塔1中，经脱硫的排烟气体从该流出口302被送至后段的处理装置。
在图1中，71是构成用于向连接部5内供给粉状的脱硫剂的脱硫剂供给部的一部分的料斗，71a是用于进行脱硫剂的供给、停止的阀，71b是脱硫剂的供给管。另外，72是构成用于向第二通道41的上部供给粉状的脱硫剂的脱硫剂供给部的一部分的料斗，72a是用于进行脱硫剂的供给、停止的阀，72b是脱硫剂的供给管。
如图1所示，在第二通道41的上端部设有构成用于供给移动层颗粒100的移动层颗粒的供给部的供给口401，该供给口401设有用于进行移动层颗粒100的供给、停止的阀402。另外，在第一通道31的下端部设有将移动层颗粒100排出的排出口403，排出口403设有将排出口403开关的阀404。排出口403和阀404在第一通道31的宽度方向上延伸。由此，在第二通道41和第一通道31内，移动层101的水平截面上移动层颗粒100的浓度的均匀性提高。另外，为了确保脱硫装置1内部的气体的密封性，在阀404的下方侧设有具备密封功能的密封阀405。
由于脱硫塔1的大容量化，移动层的横向宽度扩大，在由第一通道31的下方侧的棱锥形料斗406排出移动层颗粒100的情况下，难以在移动层101内形成均匀的水平截面，难以形成所谓的活塞流(pistonflow)。因此，将排出移动层颗粒100的阀(排出阀)404设为与移动层101的横向宽度对应的长轴型的结构。但是其结果，移动层101内的气体的密封性变差，因而在棱锥型料斗406的下端部设置具有移动层101内的气体密封功能的移动层颗粒100的排出用的密封阀405，从而将移动层颗粒、粉状脱硫剂和排烟中的烟尘排出。
作为向脱硫塔1供给脱硫剂的形态，有脱硫剂兼用作移动层颗粒100的情况、和脱硫剂与移动层颗粒100单独供给的情况的两种情况。在后者的情况下，存在从料斗72经由供给管72b向脱硫塔1内供给脱硫剂的情况、从料斗71经由供给管71b向脱硫塔1内供给脱硫剂的情况、和将脱硫剂与移动层颗粒100混合从供给口401向脱硫塔1内供给的情况。
在移动层颗粒100(粒状体)兼用作脱硫剂的情况下，使用将氢氧化钙或生石灰、煤灰、石膏或使用过的脱硫剂(硫酸钙)混合并成型而得到的物质。也可以使用含有二氧化硅、氧化铝的沸石等粘土矿物来代替煤灰。移动层颗粒100的粒径例如设定成粒径的尺寸为“mm”级的大小。移动层颗粒100的形状不限于球状，也可以为柱状等。作为一例，移动层颗粒100可以列举粒径为6mm、高度为9mm的圆柱状的粒料作为一例。
在这样构成的脱硫装置中，火力发电站等的排烟气体从流入口301和第一通道31的一个侧面的倾斜板61的间隙流入第一通道31内。然后，以脱硫剂兼用作移动层颗粒100的情况为例，移动层颗粒100从第二通道41的上端部的供给口401供给，因此在第二通道41、连接部5和第一通道31内形成作为移动层颗粒100的下降流的移动层101。
排烟气体横穿第一通道31内的移动层101，从另一个侧面的倾斜板61的间隙流出，沿着由流路部件300构成的流通路(引导路)上升，从第二通道41的另一个侧面的倾斜板61的间隙流入第二通道41内。流入第二通道41内的排烟气体横穿移动层101，经由一个侧面的倾斜板61的间隙和流出口302流出。
这样一来，在排烟气体依次在下段侧的第一通道31内、上段侧的第二通道41内通过时，排烟气体中的sox被氢氧化钙的脱硫剂吸收，形成硫酸钙。另外，在排烟气体横穿第一通道31时，排烟气体中所含的烟尘被移动层101除去，即使烟尘从第一通道31流出，也能够在横穿第二通道41时被可靠地除去。
在此，假设将2个通道横向排列、使废气依次横穿一个通道、另一个通道的方式时，需要向另一个通道的上部搬送脱硫剂，然后，例如利用带式传输机将从该另一个通道的下方排出的脱硫剂搬送到一个通道的上部。相对于此，如上述实施方式，如果设成在作为脱硫塔的下部侧的第一通道31内通过、接着在作为该脱硫塔的上部侧的第二通道41内通过，则具有能够简化脱硫剂的搬送体系的优点。
另外，如上述实施方式，在使横穿第一通道31内的排烟气体的流向与横穿第二通道41内的废气的流向相反时，在上段侧(第二通道41侧)在水平方向观察时，越接近流出口302，废气中的sox浓度越小。因此，越接近流出口302，脱硫剂的脱硫性能下降的程度越小。
因此，在下段侧(第一通道31侧)，在水平方向观察时，越接近流入口301，脱硫性能越高的脱硫剂落下。在此，下段侧的废气中的sox浓度越接近流入口301越高，示意性地说，越是废气中的sox浓度高的区域，与脱硫性能越高的脱硫剂接触。因此，能够获得高脱硫效率。相对于此，在假设将2个通道横向排列、使废气依次横穿一个通道、另一个通道的上述假定手法时，从另一个通道的下方排出的脱硫剂通过搬送体系被搬送到一个通道的上部，因而另一个通道中的脱硫剂的水平方向的排列与一个通道中的脱硫剂的水平方向的排列不对应，脱硫效率低于上述实施方式。
对于脱硫剂兼用作移动层颗粒100时的脱硫装置的作用进行了说明，但在脱硫剂与移动层颗粒100分体的情况下，作为脱硫剂的颗粒存在于移动层颗粒100之间的空隙，形成下降流。
在脱硫剂与移动层颗粒100分体的情况下，例如可以使用粒径1μm至40μm的氢氧化钙的粉体，也可以使用该范围之外的粒径。
脱硫剂的粒径越小，越能够缩短反应时间，但在排烟气体横穿脱硫塔1内时，脱硫剂可能随着排烟气体经由网62向外侧流出。在这种情况下，优选从下方侧的料斗71供给脱硫剂。
其理由是，即使脱硫剂从下段侧的第一通道31(第一室3)内流出，在排烟气体流入上段侧的第二通道41内时，脱硫剂被移动层101收集。因此，可以说第一通道31(第一室3)作为反应室发挥功能，第二通道41(第二室4)作为集尘室发挥功能。
关于是否优选从下方侧的料斗71供给脱硫剂，可以根据脱硫剂的粒径与网62的孔部的大小的平衡来确定，作为一例，在脱硫剂的粒径例如在40μm以下的情况下，可以列举使用下方侧的料斗71的方式。另外，在脱硫剂的粒径例如超过40μm的情况下，可以列举粉状脱硫剂从上方侧的料斗72向第二通道41的上端部供给的方式。其中，上述的粉状脱硫剂的供给位置与粒径的关系只不过是一例。
在排烟气体中的粉尘浓度低的情况、例如低于0.1g/nm3的情况下，第一通道31的厚度d1与第二通道41的厚度d2的关系优选设为0.4≤d1/(d1+d2)≤0.6。但是，即使k{＝d1/(d1+d2)}偏离该范围也能够获得本发明的效果，因而不限于将k设定在该范围内。
并且，在排烟气体所伴有的粉尘浓度高的情况、例如在0.1g/nm3以上的情况下，可以采用k＝d1/(d1+d2)在0.2以上0.5以下的构成、即0.2≤d1/(d1+d2)≤0.5。在这种情况下，即使粉尘浓度高，由于下段侧的第一通道31的厚度小于上段侧的第二通道41的厚度，因而移动层101的下降流的流速在第一通道31中增大，因而能够抑制压力损失的增加。但是，即使k偏离该范围，也能够获得本发明的效果，因而不限于将k设定在该范围内。
在脱硫剂与移动层颗粒100分体的情况下，从脱硫塔1的下部排出的移动层颗粒100，例如能够在进行筛分处理而除去在移动层颗粒100上附着的脱硫剂和煤尘之后，进行再使用。在这种情况下，可以说移动层颗粒100相对于脱硫塔1进行循环。
在此，对于第一通道31的厚度d1与第二通道41的厚度d2相等、且第一通道31的高度h1与第二通道41的高度h2相等、第一通道31和第二通道41的各容积相等的本发明的脱硫装置与图5所示的比较例，通过模拟求出脱硫效率并进行比较。简便起见，将本发明的装置称为2段移动层、将比较例称为1段移动层。图5所示的1段移动层的厚度设定为(d1+d2)、高度设定为h1(＝h2)、横向宽度设定为与2段移动层相同。作为具体的尺寸，将h1(h2)设定为10m，将d1、d2均设定为0.9m，将横向宽度w设定为5m。在1段移动层和2段移动层中，脱硫剂均兼用作移动层。
模拟通过如下假定而进行。
a.水平流入移动层内的微小立方体中的排烟气体所带入的每单位时间的sox量、与从与该流入面相对的面流出的每单位时间的sox量之差，和脱硫剂中的sox的流量相等。
b.脱硫剂是纯氢氧化钙。因此能够利用1摩尔的氢氧化钙来吸收1摩尔的so2。
c.脱硫剂的so2的吸收特性按照图7所示的、利用煤灰的脱硫剂的吸收特性曲线。其中，关于图7所示的吸收特性的测定中的气体的流通条件，so2为1000ppm、no为200ppm、co2为10％、o2为6％、h2o为10％，温度为140℃。
在模拟时，将流入移动层的气体速度设定为0.3、0.4、0.5、0.6m/秒4种，相对于排烟气体中的sox浓度500ppm，将脱硫剂供给量ca/s(氢氧化钙中的ca的当量相对于排烟气体中的s的当量)设定为1.0、1.2、1.6倍的3种，将此时的1段移动层、2段型的脱硫效率示于表1。
[表1]
由表1可知，例如对ca/s＝1.2、气体速度0.3m/秒的情况进行评价时，1段移动层(比较例)的脱硫率为92％，而2段移动层(本发明)的脱硫效率提高至96％。另外，在ca/s＝1.2、气体速度0.3m/秒时，1段移动层的脱硫率为83％，而2段移动层的脱硫效率提高至86.5％。
另外，在ca/s＝1.2的情况下，想要得到90％以上的脱硫率时，在1段移动层中空间速度(svh－1)＝600，而在2段移动层中，空间速度(svh－1)＝800。
图8是在2段移动层中将k＝d1/(d1+d2)作为横轴、将脱硫率作为纵轴的曲线图。d1+d2设定为1.8m、排烟气体的气体速度设定为0.3m/s(秒)。可知在排烟气体中的粉尘浓度不太高、因气体通过而引起的在移动层的压力损失不成为问题的情况下，若设定k＝0.4～0.6，则能够获得高脱硫效率。
实施例
对于图5所示的1段移动层和图6所示的2段移动层，在同样的排烟气体条件下通过模拟对脱硫性能进行比较，结果如下。
排烟气体处理量：50,000nm3/hr、75,640m3/hr－140℃
排烟气体温度：140℃
排烟气体水分：10％
sox浓度：500ppm
烟尘浓度：2g/nm3
脱硫剂：利用煤灰的脱硫剂
1段脱硫塔：移动层宽度5m、高度10m、厚度1.8m
2段脱硫塔：移动层宽度5m、高度10m×2、厚度：下段0.9m、上段0.9m
气体速度：0.42m/sec
空间速度(svhr－1)：840/hr
在以上的脱硫性能中，将1段移动层、2段移动层的脱硫塔的空间速度相同地设为svh－1＝840，ca/s＝1.2时1段移动层的脱硫效率为87.5％、2段移动层的脱硫效率为91.4％。
根据本发明，能够实现高效的干式排烟脱硫装置，干式排烟脱硫与湿式排烟脱硫相比，由于不使排烟温度降低，因而不需要气体－气体加热器，具有不大量使用水、不需要排水处理等优点，并且由于移动层脱硫装置具有集尘功能，因而不需要电集尘机。