CN102451616B

CN102451616B - 酸性气体的处理方法

Info

Publication number: CN102451616B
Application number: CN201110307903.0A
Authority: CN
Inventors: 益子光博
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: JP2012086105A; TW201223623A; JP5598245B2; CN102451616A; TWI450754B

Abstract

本发明提供一种酸性气体的处理方法，在反馈控制中，不将新且昂贵的酸性气体测定装置予以导入，改善由酸性气体测定装置的测量延迟引起的酸性气体的处理不良，以及使碱剂的过剩添加减少。所述酸性气体的处理方法包括如下的步骤：设定至少两个酸性气体浓度的斜率范围；针对至少两个斜率范围，对酸性气体浓度的控制目标值进行设定；以及至少基于酸性气体测定装置的测定信号以及所述控制目标值，对表示碱剂的添加量的控制输出值进行计算，在对控制目标值进行设定的步骤中，酸性气体浓度的斜率范围大时(酸性气体有增加倾向时)所设定的控制目标值，比酸性气体浓度的斜率范围小时(酸性气体有减少倾向时)所设定的控制目标值更小。

Description

酸性气体的处理方法

技术领域

本发明涉及一种有害的氯化氢或硫氧化物等的酸性气体的处理方法，所述有害的氯化氢或硫氧化物等的酸性气体产生于城市垃圾废弃物焚化炉(incinerator)、工业废弃物焚化炉、发电锅炉(powerboiler)、碳化炉、以及民间工厂等的燃烧设施中。详细而言，本发明涉及一种有效率地对碱剂的添加量进行控制的方法，所述碱剂对酸性气体进行处理。

背景技术

包含有害的氯化氢或硫氧化物的废气经消石灰或碳酸氢钠(sodiumbicarbonate)等的碱剂处理之后，经袋式过滤器(BagFilter，BF)等的吸尘器除尘，然后从烟囱排出。另一方面，吸尘器所收集的飞尘包含有害的Pb、Cd等的重金属类，对所述有害重金属进行稳定化处理之后，进行填埋处理。

对酸性气体进行处理的碱剂即被加工成5μm～30μm的细粉的碳酸氢钠是与消石灰相比较，反应性高，可稳定地对酸性气体进行处理，并且未反应部分少，可削减填埋处理量，且有效地使环境负担减小的手段。另外，作为重金属处理方法，利用二乙基二硫代胺基甲酸盐等的螯合物来进行不溶化处理的方法是一般的方法，短期而言，所述方法的重金属固定效果高，但仍存在如下的问题，即，由于因最终处理厂的酸雨引起的pH下降以及螯合物的氧化自分解，铅等的重金属会再次析出。另一方面，对于利用磷酸等的磷酸化合物的重金属固定而言，由于变化至无机矿物即羟磷灰石(hydroxyapatite)形态为止，因此，最终处理厂中的长期稳定性优异，从环境保护的观点考虑，所述利用磷酸等的磷酸化合物的重金属固定是价值非常高的处理方法。此外，利用磷酸等的重金属固定剂来对经所述细粉碳酸氢钠处理的飞尘进行处理的方法，是具有使大量的环境负担减轻的效果的有效手段。

然而，若对消石灰或碳酸氢钠等的碱剂的添加量进行控制，则不仅可削减酸性气体处理费用，而且可期待如下的效果，即，使碱剂的未反应分减少，削减飞尘的填埋处理量，所述消石灰或碳酸氢钠等的碱剂对氯化氢或硫氧化物等的酸性气体进行处理。

一般而言，根据设置于袋式过滤器的后段的离子(ion)电极式的氯化氢测定装置所测定出的氯化氢浓度，借由比例积分微分(ProportionalIntegralDifferential，PID)控制装置来对碱剂的添加量进行反馈(feedback)控制，所述碱剂对氯化氢或硫氧化物等的酸性气体进行处理。然而，在焚化设施等的燃烧设施中，并未设置有对通常入口的酸性气体浓度进行测定的装置，在不了解入口的变动状况的状态下，对PID控制的参数(parameter)进行设定，且对控制输出进行调整。然而，对于PID控制装置而言，由于存在P、I、D、添加量(输出)下限、以及添加量(输出)上限这五个设定项目，并且将各项目的设定值予以复合而决定控制输出值，因此，需要大量的时间来研究出适当的添加控制。因此，一般而言，实施如下的控制的设施多，所述控制是指当PID控制装置的设定超过控制目标值(SV)时，使添加量大幅度地增加。

然而，通常的PID控制装置的控制输出仅可设定单一的上限，例如当将HCl浓度的控制目标值(SV)设定为40ppm时，在40ppm以上的浓度下，以控制输出的单一的上限为限度来添加碱剂，从而引起碱剂的过剩添加。另外，所述反馈控制会受到酸性气体测定装置的测量延迟的影响。袋式过滤器出口的氯化氢浓度通常是由离子电极法(例如京都电子工业制造的HL-36)来测定，硫氧化物浓度是由红外线吸收法(例如岛津制作所制造的NSA-3080)来测定，但若包括试料废气的取样(sampling)时间、以及测量器的响应时间，则存在5分钟～10分钟的极大的测量延迟。本测量延迟成为引起碱剂的添加滞后，导致酸性气体的处理不良，并且引起碱剂的过剩添加的原因。

为了解决所述问题，已研究出了各种控制方法。在专利文献1中，已提出了进一步将P添加至通常的PID控制式的“P+PID控制”。本方案考虑了通常的PID控制所难以应对的酸性气体的突然产生。另外，在专利文献2以及专利文献3中，已提出了将前馈(feedforward)控制与反馈控制加以组合的控制方式，所述前馈控制根据入口的酸性气体浓度来决定碱剂的添加量，所述反馈控制根据经碱剂处理之后的酸性气体浓度来对碱剂的添加量进行补充。一般认为本控制方式估计具有抑制反馈控制的过剩添加的效果，且可获得对于酸性气体的稳定处理、以及使碱剂的过剩添加减少的效果。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2002-113327号公报

[专利文献2]日本专利特开平10-165752号公报

[专利文献3]日本专利特开2006-75758号公报

然而，对于专利文献1而言，能够某种程度地应对在入口处突然产生的酸性气体，但并未顾及所述测定装置的测量延迟，无法应对由测量延迟引起的碱剂的添加滞后所导致的酸性气体的处理不良。另外，对于专利文献2以及专利文献3而言，在焚化设施等的燃烧设施中，大多数的设施仅对出口的酸性气体浓度进行测量，为了实施本控制方式，必须将对入口的酸性气体浓度进行测量的新且昂贵的酸性气体测定装置予以导入。

发明内容

考虑到所述以往的问题，本发明的目的在于提供一种酸性气体处理方法，该酸性气体处理方法是在无需将新且昂贵的酸性气体测定装置予以导入的反馈形式下，抑制由以往的反馈控制所具有的测量延迟引起的酸性气体的产生、以及碱剂的过剩添加。

(1)一种酸性气体的处理方法，根据酸性气体测定装置的测定信号来对碱剂的添加量进行反馈控制，所述酸性气体测定装置是在将碱剂添加至燃烧废气中所含的酸性气体之后的步骤中设置的酸性气体测定装置，所述酸性气体处理方法的特征在于包括如下的步骤：设定至少两个酸性气体浓度的斜率范围(例如，后述的最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正的范围以及该6秒平均值为负的范围等)；针对所述至少两个斜率范围，对酸性气体浓度的控制目标值(例如，后述的实例1中的30ppm、40ppm等)进行设定；以及至少基于所述测定信号以及所述控制目标值，对表示碱剂的添加量的控制输出值进行计算，在对所述控制目标值进行设定的步骤中，所述酸性气体浓度的斜率范围大时(例如，后述的最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正时(酸性气体有增加倾向时))所设定的控制目标值，比所述酸性气体浓度的斜率范围小时(例如，后述的最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为负时(酸性气体有减少倾向时))所设定的控制目标值更小。

在以往的PID控制中，例如当将酸性气体浓度的控制目标值(SV)设定为40ppm时，发生如下的变化，即，在酸性气体浓度达到40ppm之后，控制输出增加且添加碱剂，添加的碱剂与酸性气体发生反应，借此，在酸性气体浓度达到40ppm以下之后，控制输出减少。因此，并未考虑酸性气体浓度增减的倾向。

相对于此，根据(1)，使酸性气体有增加倾向时的酸性气体浓度控制目标值，比酸性气体有减少倾向时的酸性气体浓度控制目标值更小，因此，酸性气体有增加倾向时的碱剂添加量的控制输出值，比酸性气体有减少倾向时的控制输出值更大。

(2)根据(1)所述的酸性气体处理方法，其特征在于还包括如下的步骤：在表示碱剂的添加量的控制输出值的下限值(例如，后述的表2、表3、以及表4的LO[控制输出下限](细粉碳酸氢钠的最小添加量))与上限值(例如，后述的表2、表3、以及表4的LO[控制输出上限](细粉碳酸氢钠的最大添加量))之间，根据所述酸性气体浓度(例如，后述的表2、表3、以及表4的BF出口HCl浓度)，设定一个以上的所述控制输出值的新的上限值(例如，后述的表2、表3、以及表4的控制输出添加量)。

通常的PID控制装置仅有一个控制输出上限，例如若酸性气体的控制目标值(SV)保持固定，则无论酸性气体浓度的大小如何，均会以所述上限值为限度来添加碱剂，因此，会引起过剩添加。相对于此，根据(2)，借由添加与目前的酸性气体浓度相对应的控制输出的限制(后述的分步(step)控制方式)，能够根据酸性气体浓度的大小来适当地添加碱剂，从而能够使添加量削减。

(3)根据(1)或(2)所述的酸性气体处理方法，其特征在于：所述酸性气体测定装置是利用离子电极法的氯化氢浓度测定装置。

(4)根据(1)至(3)所述的酸性气体处理方法，其特征在于：所述酸性气体测定装置是利用红外线吸收法或紫外线荧光法的硫氧化物浓度测定装置。

本发明中所使用的酸性气体的测定装置无论测量方式如何，均能够实施测量。氯化氢浓度能够由离子电极法、利用激光(laser)的单一吸收线吸收光谱法等来测定，硫氧化物能够由红外线吸收法、紫外线荧光法等来测定。再者，本发明是以改善酸性气体的测量延迟为主要目的，因此，在如下的设施中发挥特别的效果，所述设施使用氯化氢测定装置或硫氧化物测定装置，对袋式过滤器后段的酸性气体进行测定，且进行反馈控制，所述氯化氢测定装置利用测量延迟大的离子电极法，所述硫氧化物测定装置利用红外线吸收法或紫外线荧光法。

再者，以无测量延迟的激光形式，对燃烧设施的袋式过滤器后段的氯化氢浓度进行测定，且进行反馈控制，借此，有可能可改善反馈控制的过剩添加。然而，激光方式在日本工业标准(JapaneseIndustrialStandards，JIS)认定方面仍有技术问题，以往，激光方式的测定装置尚未作为对最终废气的酸性气体浓度进行判定的测定装置而进一步得到普及。

(5)根据(1)至(4)所述的酸性气体处理方法，其特征在于：将对控制目标值进行设定的酸性气体浓度的斜率，设为最近的7分钟以内的平均值。

对控制目标值进行设定的酸性气体浓度的斜率优选使用最近的7分钟以内的平均值。当使用7分钟以内的酸性气体的斜率的平均值时，能够适当地进行选择，从而可稳定地对酸性气体进行处理。

(6)根据(1)至(5)所述的酸性气体处理方法，其特征在于：使用根据氯化氢浓度而运算出的控制输出与根据硫氧化物浓度而运算出的控制输出这两个输出，对碱剂的添加量进行控制。

在多数情况下，工业废弃物焚化炉或民间工厂的燃烧设施中会产生高浓度的氯化氢与硫氧化物。此时，氯化氢与硫氧化物均成为处理对象，例如将根据设置于袋式过滤器后段的氯化氢浓度测定装置的氯化氢浓度而求出的控制输出、与根据硫氧化物浓度而求出的控制输出相加，借此，可稳定地对氯化氢以及硫氧化物这两种酸性气体进行处理。

(7)根据(1)至(6)所述的酸性气体处理方法，其特征在于：对酸性气体进行处理的碱剂是平均粒子径为5μm～30μm的细粉碳酸氢钠。

本发明中所使用的碱剂特别优选为如下的细粉碳酸氢钠，该细粉碳酸氢钠的与酸性气体之间的反应性快且平均粒子径已被调整至5μm～30μm。由于细粉碳酸氢钠的反应性快，因此，控制响应性良好，从而可有效果地发挥本发明的性能。然而，本发明取决于控制方法，且本发明也可应用消石灰。若消石灰为高比表面积的消石灰，则更可发挥本发明的性能，所述高比表面积的消石灰的与酸性气体之间的反应性高且比表面积例如为30m2/g以上。

[发明的效果]

根据本发明，在无需将新且昂贵的酸性气体测定装置予以导入的反馈形式下，可改善由以往的反馈控制所具有的酸性气体测定装置的测量延迟引起的酸性气体的处理不良，以及可使碱剂的过剩添加减少，能够借由有效地添加碱剂来稳定地对酸性气体进行处理。

附图说明

图1是表示将细粉碳酸氢钠添加至焚化设施中的废气即HCl的酸性气体处理系统1的构成的方块图。

图2是模拟反应系统1的基本构成图。

图3是表示细粉碳酸氢钠添加当量与HCl除去率的关系的曲线图。

图4是表示实际设备的袋式过滤器出口HCl浓度的变化的曲线图。

图5是表示模拟反应系统1的袋式过滤器出口HCl浓度的变化的曲线图。

图6是模拟反应系统2的基本构成图。

图7是表示废气反应中的细粉碳酸氢钠添加当量与HCl除去率的关系的曲线图。

图8是表示袋式过滤器上的反应中的细粉碳酸氢钠添加当量与HCl除去率的关系的曲线图。

图9是表示模拟反应系统2的袋式过滤器出口HCl浓度的变化的曲线图。

图10是表示入口HCl浓度的变化的曲线图。

图11是表示比较例1中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图12是表示实例1中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图13是表示实例2中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图14是表示比较例2中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图15是表示实例3中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图16是表示实例4中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图17是表示实例5中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图18是表示实例6中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图19是表示实例7中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

图20是表示实例8中的细粉碳酸氢钠添加量以及出口HCl浓度的变化的曲线图。

[符号的说明]

1：酸性气体处理系统/模拟反应系统

11：控制装置

12：细粉碳酸氢钠添加装置

13：袋式过滤器

14：HCl浓度测定装置

Ag：细粉碳酸氢钠添加量

Hg：废气反应后的HCl浓度

Hi：入口HCl浓度

Ho：袋式过滤器出口HCl浓度

J：细粉碳酸氢钠添加当量

Js：袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠添加当量

Jg：废气反应细粉碳酸氢钠添加当量

T1：设施的延迟时间

T2：HCl测定装置的废气取样时间

T3：HCl测定装置的90％响应时间

α：HCl除去率

αg：废气反应中的HCl除去率

αs：袋式过滤器上的反应的HCl除去率

具体实施方式

以下，列举实施方式来更具体地对本发明进行说明，但本发明并不限定于此实施方式。

图1是表示将细粉碳酸氢钠添加至焚化设施中的废气即HCl的酸性气体处理系统(system)1的构成的方块图。

酸性气体处理系统1包括：控制装置11、细粉碳酸氢钠添加装置12、袋式过滤器13以及HCl浓度测定装置14。控制装置11基于HCl浓度测定信号等，借由PID控制方式来对细粉碳酸氢钠添加量的控制输出值进行计算。细粉碳酸氢钠添加装置12基于控制装置11所计算出的细粉碳酸氢钠添加量的控制输出值，将细粉碳酸氢钠添加至废气中的HCl。

袋式过滤器13将废气中的HCl与细粉碳酸氢钠发生反应之后的粉尘予以除去。HCl浓度测定装置14对HCl浓度(后述的袋式过滤器出口HCl浓度)进行测定，将HCl浓度测定信号发送至控制装置11，所述HCl浓度(后述的袋式过滤器出口HCl浓度)是蓄积在袋式过滤器13上的细粉碳酸氢钠(因与废气中的HCl反应而残存的细粉碳酸氢钠蓄积在袋式过滤器13上)与废气反应后的HCl发生反应之后的HCl浓度。

酸性气体处理系统1将如上所述的循环(cycle)予以重复而进行反馈控制，借此，控制装置11进行如下的控制，该控制将细粉碳酸氢钠添加量的控制输出值设为适当的控制输出值。

再者，HCl浓度测定装置14是离子电极式的氯化氢浓度测定装置。

另外，如图1所示，优选以对HCl浓度(后述的袋式过滤器出口HCl浓度)进行测定的方式来设置HCl浓度测定装置14，所述HCl浓度(后述的袋式过滤器出口HCl浓度)是蓄积在袋式过滤器13上的细粉碳酸氢钠与废气反应后的HCl发生反应之后的HCl浓度。原因在于：因与废气中的HCl之间的反应而残存的细粉碳酸氢钠会蓄积在袋式过滤器13上，该蓄积的细粉碳酸氢钠会与废气反应后的HCl发生反应，因此，可更正确地对HCl浓度进行测定。

再者，HCl浓度测定装置14的设置并不限定于所述设置，只要是将细粉碳酸氢钠添加装置12所添加的细粉碳酸氢钠添加至废气中的HCl之后的步骤，则可在任一个步骤中对HCl浓度测定装置14进行设置。

此外，详细地说明控制装置11所进行的控制。

控制装置11设置两个范围，即，HCl浓度的斜率(浓度的时间变化率)为正的范围与HCl浓度的斜率(浓度的时间变化率)为负的范围。而且，针对所述两个范围，分别对HCl浓度的控制目标值进行设定。

此处，以如下的方式来对HCl浓度的控制目标值进行设定，所述方式是指使相对于HCl浓度的斜率为正的范围而设置的控制目标值，比相对于HCl浓度的斜率为负的范围的控制目标值更小。借此，可使HCl浓度有增加倾向时的细粉碳酸氢钠添加量的控制输出值，比HCl浓度有减少倾向时的控制输出值更大。

再者，当HCl浓度有减少倾向时，也可一并执行如下的控制，该控制将细粉碳酸氢钠添加量的输出值例如设为0.7倍，借此来直接地使细粉碳酸氢钠添加量减小。借此，当HCl浓度有减少倾向时，可迅速地使添加量下降，从而可使过剩添加减少。

接着，将控制装置11的控制方式改变成PID控制方式，对分步控制方式进行说明。

分步控制方式是阶段性地对与HCl浓度相对应的控制输出进行设定的控制方式。具体而言，除了PID控制方式所设定的控制输出值的上限值之外，还对应于HCl浓度来对控制输出值的新的上限值进行设定。

此处，在通常的PID控制中，由于细粉碳酸氢钠的添加量仅有一个上限值，因此，导致无论HCl浓度如何，均会在达到所述细粉碳酸氢钠的添加量的上限值的范围内，添加细粉碳酸氢钠，从而会引起过剩添加。因此，借由采用分步控制方式来增加与目前的HCl浓度相对应的新的控制输出上限值，借此，能够根据酸性气体浓度的大小来适当地添加碱剂，从而能够抑制碱剂的过剩添加。

此处，对应于HCl浓度而设定新的控制输出上限值，HCl浓度越高，则新的控制输出上限值也会被设定得越高。然而，为了抑制碱剂的过剩添加，优选将上述新的控制输出上限值，设为比PID控制方式所设定的控制输出值的上限值(例如后述的表2、表3以及表4的LH[控制输出上限])更小的值。

作为新的控制输出上限值的设定例，优选像与后述的表2、表3以及表4所记载的BF出口HCl浓度[运算输入值]相对应的控制输出添加量那样，HCl浓度越高，则将新的控制输出上限值也设定得越高。

再者，本实施方式中所使用的酸性气体测定装置不限于氯化氢(HCl)浓度测定装置(HCl浓度测定装置14)，也可为利用红外线吸收法或紫外线荧光法的硫氧化物浓度测定装置。

另外，在本实施方式中，对HCl浓度的控制目标值进行设定的酸性气体浓度的斜率是最近的7分钟以内的平均值。原因在于：当使用7分钟以内的酸性气体的斜率的平均值时，能够适当地进行选择，从而可稳定地对酸性气体进行处理。

另外，在本实施方式中，仅使用了根据氯化氢浓度而运算出的控制输出，但也可使用根据氯化氢浓度而运算出的控制输出、与根据硫氧化物浓度而运算出的控制输出这两个输出，对碱剂的添加量进行控制。原因在于：在多数情况下，工业废弃物焚化炉或民间工厂的燃烧设施中会产生高浓度的氯化氢与硫氧化物。

在所述情况下，氯化氢与硫氧化物均成为处理对象，将根据设置于袋式过滤器后段的氯化氢浓度测定装置的氯化氢浓度而求出的控制输出、与根据硫氧化物浓度而求出的控制输出例如进行相加，借此，可稳定地对氯化氢以及硫氧化物这两种酸性气体进行处理。

本实施方式中所使用的细粉碳酸氢钠特别优选为如下的细粉碳酸氢钠，该细粉碳酸氢钠的与酸性气体之间的反应性快且平均粒子径已被调整成5μm～30μm。原因在于：由于细粉碳酸氢钠的反应性快，因此，控制响应性良好。

在本实施方式中，使用细粉碳酸氢钠作为碱剂，但发挥本实施方式的效果的碱剂并无特别的限制。作为细粉碳酸氢钠以外的碱剂，可例示碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、倍半碳酸钠、天然碱(naturalsoda)、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、以及氢氧化镁等。另外，当碱剂为粉体时，优选与酸性气体的反应性高的粒子径不足30μm的细粉，特别优选5μm～20μm的细粉。可应用预先已对粒径进行了调整的碱剂，也可当场设置粉碎设备，并一面当场对粒径粗的碱剂进行粉碎，一面添加该碱剂。

另外，对于对入口的酸性气体进行测定的燃烧设施而言，除了前馈控制之外，以本控制方式来进行反馈控制也是有效的手段。当在袋式过滤器后段进一步设置有脱硝触媒设备时，由于该脱硝触媒设备必须在200℃左右的温度下运转，因此，将袋式过滤器温度调整至180℃～230℃，借此，可使再加热能量(energy)的热损失减少，从而能够实现经济的运用。

[实例]

[测试例1]

根据实际设备研究结果来制作模拟(simulation)反应系统。首先，作为第一模式(pattern)，对模拟反应系统1进行说明。再者，所述实际设备研究结果是在城市垃圾焚化设施中，根据如下的氯化氢浓度来进行反馈控制所得的结果，所述氯化氢浓度是使用以往控制即PID装置，以离子电极法来对平均粒子径已调整至8μm的细粉碳酸氢钠(栗田工业制造的HypertherB-200)进行测定(京都电子工业制造的HL-36)所得的氯化氢浓度。

[模拟反应系统1]：对废气中的反应进行假设

每当研究模拟反应系统1时，将碳酸氢钠与氯化氢(HCl)的反应设为在废气中瞬间产生的反应，以图2所示的方式来构成模拟反应系统1。

参照图2来对模拟反应系统1的基本构成进行说明。

对于焚化设施中的加药控制而言，根据设置于袋式过滤器出口的离子电极式HCl浓度测定装置的HCl浓度(处理后)信号，借由PID等的控制式的运算来决定药剂添加量(细粉碳酸氢钠添加量(Ag))，接着将已决定的添加量的细粉碳酸氢钠(酸性气体处理剂)添加至废气(入口HCl浓度(Hi))。添加至烟道的细粉碳酸氢钠与废气中的HCl等的酸性气体发生反应，废气中的HCl被除去(基于HCl除去率(α)而被除去)。利用离子电极式HCl测定装置来对本反应之后的袋式过滤器出口HCl浓度(Ho)进行测定，但存在由设施引起的测量延迟、由废气取样引起的测量延迟、以及由离子电极式的测定引起的测量延迟(响应时间)，从而会产生反馈特有的控制延迟。因此，以下述式(1)的方式来对本模拟中的HCl的测量延迟时间(T)进行设定。

T＝T1+T2+T3(1)

T：模拟反应系统的测量延迟时间

T1：设施的延迟时间(sec)[设定为30sec]

T2：HCl测定装置的废气取样时间(sec)[设定为240sec]

T3：HCl测定装置的90％响应时间(sec)[设定为180sec]

再者，HCl气体的朝向吸收液的扩散会对离子电极式的90％响应时间(测量延迟)产生影响，因此，T3设为下述式(2)。在此次的模拟研究中，对于本模拟的测量延迟时间，根据设施的状况来设定为T1＝30秒、T2＝240秒、以及T3＝180秒。

T3＝2.3×τ(2)

Y_n＝Y_n-1+(X_n-Y_n-1)÷τ×Ts(3)

τ：时间常数(sec)

Ts：单位模拟时间(＝数据(data)取样时间)(sec)[设定为0.5sec]

X_n：目前的测定装置输入HCl浓度(ppm)

Y_n：目前的测定装置输出HCl浓度(ppm)

Y_n-1：上一次[Ts(sec)前]的测定装置输出HCl浓度(ppm)

另外，从栗田工业制造的细粉碳酸氢钠的运用知识的方面考虑，根据细粉碳酸氢钠添加当量(J)与HCl除去率的关系(图3)，对由细粉碳酸氢钠产生的入口HCl浓度(Hi)的HCl除去率(α)进行估算。另外，将HCl浓度与细粉碳酸氢钠的反应设为瞬间的反应。再者，根据下述式(4)来对细粉碳酸氢钠添加当量(J)进行计算。

J＝Ag÷{Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000}(4)

J：细粉碳酸氢钠添加当量

Ag：细粉碳酸氢钠添加量(kg/h)

Hi：入口HCl浓度(ppm)

M1：HCl分子量[设定为36.5]

M2：碳酸氢钠分子量[设定为84]

F：废气量(Nm³/h)[设定为25,000Nm³/h]

以与实际设备相同的PID控制条件“P(比例增益(gain))＝10％，I＝0.1秒，D＝0.1秒，添加量输出下限为5kg/h，添加量输出上限为100kg/h”进行模拟，结果在模拟反应系统与实际设备中，出口HCl浓度(Ho)的变化有所不同(图4、图5)，所述实际设备基于本理论来添加细粉碳酸氢钠。再者，根据下述式(5)来对出口HCl浓度(Ho)进行计算。

Ho＝Hi×(1-αg÷100)(5)

Hi：入口HCl浓度(ppm)

Ho：袋式过滤器出口HCl浓度(ppm)

α：HCl除去率(％)[根据添加当量与HCl除去率的关系(图3)来设定]

与添加了细粉碳酸氢钠的HCl处理之后的HCl浓度的推移相比较，本模拟反应系统1的HCl浓度的上升速度比实际设备更快。虽改变所述测量延迟时间等的参数来进行研究，但实际设备与模拟的结果并不一致。因此，认为实际设备中的所述HCl浓度上升速度比本模拟反应系统1更慢的原因在于：袋式过滤器所捕集的未反应的细粉碳酸氢钠会与HCl发生反应。

[测试例2]

接着，作为第二模式，对模拟反应系统2进行说明。

[模拟反应系统2]：废气与袋式过滤器上的复合反应

根据所述研究结果，考虑袋式过滤器上的未反应的细粉碳酸氢钠与HCl的反应，包括所述废气中的反应在内，以图6所示的方式构成袋式过滤器上的反应。另外，袋式过滤器中的捕集物的滞留时间通常为两小时左右。因此，在本模拟反应系统2中，袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠设为如下的形态，即，该细粉碳酸氢钠会在规定时间(设定为约两小时)内消失。

参照图6来对模拟反应系统2的基本构成进行说明。

首先，对于焚化设施中的加药控制而言，根据设置于袋式过滤器出口的离子电极式HCl浓度测定装置的HCl浓度(处理后)信号，借由PID等的控制式的运算来决定药剂添加量(细粉碳酸氢钠添加量(Ag))，接着将已决定的添加量的细粉碳酸氢钠(酸性气体处理剂)添加至废气(入口HCl浓度(Hi))。

根据废气反应的细粉碳酸氢钠添加当量(Jg)与废气反应HCl除去率(αg)，推导出废气中的反应之后的HCl浓度(Hg)(下述式(6))。再者，根据下述式(7)来对废气反应的细粉碳酸氢钠添加当量(Jg)进行计算。

Hg＝Hi×(1-αg÷100)(6)

Hi：入口HCl浓度(ppm)

Hg：废气反应后的HCl浓度(ppm)

αg：废气反应中的HCl除去率(％)

[根据废气反应细粉碳酸氢钠添加当量与HCl除去率的关系(图7)来设定]

Jg＝Ag÷{Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000}(7)

Jg：废气反应细粉碳酸氢钠添加当量

Ag：细粉碳酸氢钠添加量(kg/h)

Hi：入口HCl浓度(ppm)

M1：HCl分子量[设定为36.5]

M2：碳酸氢钠分子量[设定为84]

F：废气量(Nm³/h)[设定为25,000Nm³/h]

另外，因废气反应而残存的细粉碳酸氢钠会随时蓄积在袋式过滤器上。蓄积在袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠与废气反应后的HCl发生反应，从而决定袋式过滤器出口的HCl浓度(Ho)。此时，从废气反应中所蓄积的细粉碳酸氢钠中，减去在袋式过滤器上与HCl发生反应的细粉碳酸氢钠量，从而求出袋式过滤器上的蓄积细粉碳酸氢钠量(As)。

另外，根据本袋式过滤器上的蓄积细粉碳酸氢钠量(As)、以及根据废气反应后的HCl浓度(Hg)而估算出的袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠添加当量(Js)，决定出袋式过滤器上的HCl除去率(αs)，且决定袋式过滤器出口的HCl浓度(Ho)(下述式(8))。再者，根据下述式(9)来对袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠添加当量(Js)进行计算。另外，与模拟反应系统1同样地，将HCl测量的延迟设为T(＝T1+T2+T3)。

Ho＝Hg×(1-αs÷100)(8)

Hg：废气反应后的HCl浓度(ppm)

Ho：袋式过滤器出口HCl浓度(ppm)

αs：袋式过滤器上的反应的HCl除去率(％)

[根据袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠添加当量与HCl除去率的关系(图8)来设定]

Js＝As÷{Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000}(9)

Js：袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠添加当量

As：袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠量(kg/h)

Hg：废气反应后的HCl浓度(ppm)

M1：HCl分子量[设定为36.5]

M2：碳酸氢钠分子量[设定为84]

F：废气量(Nm³/h)[设定为25,000Nm³/h]

As＝Z_n÷Ts×3600(10)

Z_n：袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠蓄积量(kg)

Ts：单位模拟时间(＝数据取样时间)(sec)

[设定为0.5sec]

Z_n＝Z_n′×(1-2.3÷T4×Ts)(11)

Z_n′：未反应细粉碳酸氢钠量(kg)

T4：袋式过滤器上的蓄积细粉碳酸氢钠90％消失时间常数(sec)

[设定为7,200sec]

Ts：单位模拟时间(＝数据取样时间)(sec)

[设定为0.5sec]

Z_n′＝(Ag÷3600×Ts-Rg)+(Z_n-1-Rs)(12)

Ag：细粉碳酸氢钠添加量(kg/h)

Ts：单位模拟时间(＝数据取样时间)(sec)

[设定为0.5sec]

Rg：废气反应中的碳酸氢钠反应量(kg/h)

Z_n-1：Ts(Sec)前的袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠蓄积量(kg)

Rs：袋式过滤器上的反应中的碳酸氢钠反应量(kg/h)

Rg＝(Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αg÷100(13)

Hi：入口HCl浓度(ppm)

M1：HCl分子量[设定为36.5]

M2：碳酸氢钠分子量[设定为84]

F：废气量(Nm³/h)[设定为25,000Nm³/h]

αg：废气反应中的HCl除去率(％)

Rs＝(Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αs÷100(14)

Hg：废气反应后的HCl浓度(ppm)

M1：HCl分子量[设定为36.5]

M2：碳酸氢钠分子量[设定为84]

F：废气量(Nm³/h)[设定为25,000Nm³/h]

αs：袋式过滤器上的反应的HCl除去率(％)

在本理论中，改变废气中的反应与袋式过滤器上的反应的HCl除去率且进行模拟，结果，如图7、图8所示，对于废气反应与袋式过滤器上的反应而言，废气反应的HCl除去率为95％，袋式过滤器上的反应的HCl除去率为75％，与实际设备中的袋式过滤器出口HCl浓度的变化(图4)大致一致(图9)。此结果证明：由于袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠会与HCl发生反应，因此，HCl上升速度缓和。另外，本模拟的结果是袋式过滤器上的与HCl之间的反应逊色于废气反应中的与HCl之间的反应。一般认为原因在于：袋式过滤器上的反应所应处理的HCl浓度比废气反应所应处理的HCl浓度更低，因此，HCl除去率低。另外，一般认为蓄积在袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠会因废气的温度而发生热分解，并变成碳酸钠。碳酸钠的HCl除去率逊色于细粉碳酸氢钠的HCl除去率，因此，袋式过滤器上的除去率有可能会下降。

根据本研究结果，认为燃烧废气中的细粉碳酸氢钠与HCl的反应，是废气中的反应与蓄积在袋式过滤器上的细粉碳酸氢钠的反应复合而成的反应系统。另外，袋式过滤器出口的HCl浓度的变化与实际设备大致一致，因此，已知：本模拟反应系统2是有效地对使用细粉碳酸氢钠的控制方法进行评价的工具(tool)。

以下表示在本模拟反应系统2中，对各种控制方法进行研究所得的结果。

再者，以下的实例1～实例8中所使用的细粉碳酸氢钠的平均粒子径为5μm～30μm。另外，实例1～实例8中所使用的HCl浓度测定装置14是利用离子电极法的氯化氢浓度测定装置。

[比较例1]

使用图10所示的入口HCl浓度，在模拟反应系统2中，采用PID控制方式“P(比例增益)＝10％，I＝0.1秒，D＝0.1秒，添加量输出下限为5kg/h，添加量输出上限为100kg/h”，将HCl处理的控制目标值(SV)设定且控制为40ppm。表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，图11表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

表1

[实例1]

在与比较例1所示的PID相同的设定条件下，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正时，将控制目标值(SV)控制为30ppm，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为负时，将控制目标值(SV)控制为40ppm。同样地，表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，图12表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

已知：当HCl浓度的斜率为正(有增加倾向)时，将控制目标值设定为低控制目标值，借此，存在如下的效果，即，HCl浓度有增加倾向时的细粉碳酸氢钠添加量增多，防止HCl的峰值(peak)的产生。另外，HCl平均浓度以及每小时平均最大浓度均下降，如愿地获得了稳定地对HCl进行处理的效果。然而，与以往控制(比较例1)相比较，细粉碳酸氢钠的添加量增加，因此，本控制是适合于如下的设施的控制设定，该设施是必须使HCl浓度例如稳定在30ppm以下来进行处理的设施。

[实例2]

在与比较例1所示的PID相同的设定条件下，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正时，将控制目标值(SV)控制为30ppm，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为负时，将控制目标值(SV)控制为50ppm。同样地，表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，图13表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

当HCl浓度的斜率为正(有增加倾向)时，与实例1同样地，可获得防止HCl峰值的产生的效果，并且与以往控制(比较例1)相比较，也可稳定地对HCl进行处理。另外，当HCl浓度的斜率为负(有减少倾向)时，与实例1相比较，使控制目标值(SV)增大，因此，细粉碳酸氢钠添加量变少，提前结束添加，与实例1相比较，细粉碳酸氢钠的添加量下降。然而，与以往控制(比较例1)相比较，添加量增加，因此，本控制是适合于如下的设施的控制设定，该设施是必须使HCl浓度例如稳定在30ppm以下来进行处理的设施。

以下，对比较例2以及实例3～实例8进行说明。在比较例2以及实例3～实例8中，代替PID控制方式，借由分步控制方式来进行控制。

此处，对分步控制方式的概要进行说明。分步控制方式与PID控制方式不同，该分步控制方式设为根据出口的HCl浓度来阶段性地规定输出的控制方式。首先，以比较例2(表2)来进行说明，设为如下的形式，即，当HCl浓度在SV控制目标值[控制输出开始浓度(输出下限以上)]～SM1之间时，在LO与LM1之间，阶段性地将控制输出予以输出。当HCl浓度在SM1～SM2之间时，将LM2所设定的控制输出予以输出，当HCl浓度为SM2以上时，将LH(控制输出上限)予以输出。再者，在通常的PID控制式中并无输出限制，仅存在LO与LH的设定。另外，在SVA1与SVB1中对表格(table)进行修正，该表格决定利用HCl斜率的控制运算中所使用的HCl浓度与控制输出，当HCl斜率为正时，从运算中所使用的HCl浓度中减去SVA1，当HCl斜率为负时，将SVB1与运算中所使用的HCl浓度相加。借此，当将相同的HCl浓度予以输入时所运算出的控制输出设为如下的形式，即，使HCl斜率的值大时(酸性气体浓度有增加倾向)的控制输出值，比HCl斜率的值小时的控制输出值更大。

[比较例2]

使用图10所示的入口HCl浓度，在模拟反应系统2中，采用分步控制方式，将控制目标值(在本方式中，碱剂的控制输出将超过输出下限地添加的浓度固定为SV)设定且控制为40ppm。表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，表2表示与袋式过滤器出口HCl浓度相对应的细粉碳酸氢钠的控制输出添加量。此外，图14表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

在本控制方式中，在控制输出的下限与上限之间，根据HCl浓度范围来对控制输出施加限制，因此，可阶段性地添加碱剂。因此，防止碱剂的过剩添加，细粉碳酸氢钠的添加量会大幅度地下降。然而，与以往控制(比较例1)相比较，应处理的HCl的处理水平(level)大幅度地变差。

[实例3]

在与比较例2相同的分步控制方式中，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正时，将控制目标值(SV)控制为30ppm，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为负时，将控制目标值(SV)控制为40ppm。同样地，表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，表3表示与袋式过滤器出口HCl浓度相对应的细粉碳酸氢钠的控制输出添加量。此外，图15表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

在本控制方式中，与比较例2同样地，阶段性地添加碱剂，与以往控制(比较例1)相比较，可获得使细粉碳酸氢钠添加量削减的效果。另外，当HCl有增加倾向时，考虑测量延迟而迅速地添加细粉碳酸氢钠，借此，可获得稳定地对HCl进行处理的效果。本控制方法与以往控制(比较例1)相比较，HCl的处理水平提高，并且可获得使添加量削减的效果，本控制方法是非常有效的方法。

再者，当此次的袋式过滤器出口HCl浓度的测定值处于40ppm～50ppm之间时，对与HCl浓度相对应的添加量进行设定且进行控制，但即便在本范围内，借由PID来进行控制，在控制输出的下限与上限之间，若HCl浓度为50ppm以下，则将控制输出限制为50kg/h以下，若所述HCl浓度在50ppm～60ppm之间，则将控制输出限制为70kg/h以下，因此，一般认为可获得同等的HCl处理效果与使添加量削减的效果。

[实例4]

在与比较例2相同的分步控制方式中，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为正时，将控制目标值(SV)控制为30ppm，当最近的HCl浓度的斜率的6秒平均值为负时，将控制目标值(SV)控制为50ppm。同样地，表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，表4表示与袋式过滤器出口HCl浓度相对应的细粉碳酸氢钠的控制输出添加量。此外，图16表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

表4

在本控制方式中，与比较例2同样地，阶段性地添加细粉碳酸氢钠，并且当HCl有减少倾向时，与实例3相比较，使控制目标值(SV)增大，因此，细粉碳酸氢钠添加量变少，提前结束添加，与以往控制(比较例1)相比较，可获得使添加量削减的效果。另外，能够实现如下的处理，对于该处理而言，无论能否使添加量削减，HCl的处理水平均为与以往控制(比较例1)同等的水平。本控制方式也可进行与以往控制大致同等的HCl处理，并且可获得使添加量削减的效果，一般认为本控制方式是非常有用的控制方法。

[实例5～实例8]

在与实例4相同的控制条件下，对选择控制运算式的最近的HCl浓度的斜率的适当的平均时间进行研究，因此，改变本HCl浓度的斜率平均时间来进行研究。同样地，表1表示细粉碳酸氢钠添加量与经细粉碳酸氢钠处理之后的袋式过滤器出口HCl浓度(平均浓度、每小时平均最大浓度、瞬间最大浓度)。另外，图17～图20表示本控制时的细粉碳酸氢钠添加量与袋式过滤器出口HCl浓度的变化。

本研究的结果是当将选择控制式的HCl浓度的斜率的平均时间设为10分钟时，产生了大的HCl峰值(实例8)。此表示由于斜率的平均时间变长，因此添加细粉碳酸氢钠的时机(timing)发生了偏差，且表示当将所述斜率的平均时间设定为超过7分钟时，本控制产生了异常。另一方面，当本平均时间为7分钟以下时，并未异常地产生HCl，一般认为适当的HCl斜率的平均时间为7分钟以下(实例5～实例7)。

Claims

1.一种酸性气体的处理方法，根据酸性气体测定装置的测定信号来对碱剂的添加量进行反馈控制，所述酸性气体测定装置是在将所述碱剂添加至燃烧废气中所含的酸性气体之后的步骤中设置的酸性气体测定装置，所述酸性气体处理方法的特征在于包括如下的步骤：

设定至少两个酸性气体浓度的斜率范围；

针对所述至少两个斜率范围，分别对酸性气体浓度的控制目标值进行设定；以及

至少基于所述测定信号以及所述控制目标值，对表示所述碱剂的添加量的控制输出值进行计算，

在对所述控制目标值进行设定的步骤中，在所述酸性气体浓度的斜率大的范围时所设定的控制目标值，比在所述酸性气体浓度的斜率小的范围时所设定的控制目标值更小。

2.根据权利要求1所述的酸性气体处理方法，还包括如下的步骤：

在表示所述碱剂的添加量的所述控制输出值的下限值与上限值之间，对应于所述酸性气体浓度而设定一个以上的所述控制输出值的新的上限值。

3.根据权利要求1或2所述的酸性气体处理方法，其特征在于

所述酸性气体测定装置是利用离子电极法的氯化氢浓度测定装置。

4.根据权利要求1或2所述的酸性气体处理方法，其特征在于

所述酸性气体测定装置是利用红外线吸收法或紫外线荧光法的硫氧化物浓度测定装置。

5.根据权利要求1或2所述的酸性气体处理方法，其特征在于

将对所述控制目标值进行设定的酸性气体浓度的斜率，设为最近的7分钟以内的平均值。

6.根据权利要求1或2所述的酸性气体处理方法，其特征在于

使用根据氯化氢浓度而运算出的控制输出与根据硫氧化物浓度而运算出的控制输出这两个输出，对所述碱剂的添加量进行控制。

7.根据权利要求1或2所述的酸性气体处理方法，其特征在于

对酸性气体进行处理的所述碱剂是平均粒子径为5μm～30μm的细粉碳酸氢钠。