JP2007237019A - 排ガス処理薬剤の供給量制御方法及び排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薬剤の供給量制御系の遅れを補うとともに、被処理排ガス量の変動や酸性ガス濃度の変動などの外乱にかかわらず、薬剤の使用量を低減する。
【解決手段】廃棄物処理により発生する燃焼排ガスに薬剤を供給して前記排ガス中の酸性ガスを除去する排ガス処理装置１の出口酸性ガス濃度を検出し、該出口酸性ガス濃度の検出値と設定値との差を低減すべく前記薬剤の供給量を増減制御するとともに、前記薬剤の供給量を設定された上限値と下限値の範囲内に制限する排ガス処理剤の供給量制御方法において、前記出口酸性ガス濃度の検出値の変化傾向を求め、該変化傾向に基づいて前記薬剤の供給量の前記上限値と前記下限値を変更設定することにより、薬剤の供給量制御系の制御性を改善して、薬剤の使用量を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガス処理薬剤の供給量制御方法及び排ガス処理装置に係り、特に、廃棄物の燃焼排ガス中の酸性ガスを処理する薬剤の供給量を制御する技術に関する。

一般に、ごみなどの廃棄物等を焼却処理した排ガスには、塩化水素ガス、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、フッ化水素ガス等の酸性ガスが含まれることから、排ガス中に排ガス処理薬剤（以下、適宜、単に薬剤と略す。）を投入して、それらの酸性ガスを除去することが行われている。例えば、特許文献1には、排ガス中にナトリウム系の薬剤の紛体、又は高反応消石灰の紛体を排ガス中に吹き込んで、下流側に設けた濾布表面に薬剤層を形成し、薬剤層を通過する排ガス中の酸性ガスを中和させて処理する乾式の排ガス処理装置が記載されている。

また、特許文献1には、排ガス処理装置の出口側の酸性ガス濃度を検出し、検出濃度と設定値の差を低減するように、比例、積分、微分要素からなるＰＩＤ制御により薬剤の供給量を制御している。また、被処理排ガス中の急激な酸性ガス濃度の増加又は減少に対応して薬剤の供給量を補正することが提案されている。

特開２００２−１１３３２７

しかし、通常の薬剤の供給量制御系には、酸性ガス濃度を検出する分析計の検出遅れ、及び薬剤を排ガス中に投入する薬剤供給装置の応答遅れがあることから、不安定な制御系にならざるを得ない。

そこで、不安定な制御に起因する薬剤の供給過剰又は供給不足を回避するため、薬剤供給量の上限値及び下限値を設定し、薬剤供給量をその範囲内に制限することが考えられる。ところが、廃棄物処理量の変動、被処理排ガス量の変動、あるいは酸性ガス濃度の変動などの外乱があることから、薬剤供給量の上限値及び下限値は、安全側に余裕を持って設定せざるを得ないため、薬剤の使用量が増加してしまうという問題がある。

本発明は、薬剤の供給量制御系の遅れを補うとともに、被処理排ガス量の変動や酸性ガス濃度の変動などの外乱にかかわらず、薬剤の使用量を低減することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、廃棄物処理により発生する燃焼排ガスに薬剤を供給して前記排ガス中の酸性ガスを除去する排ガス処理装置の出口酸性ガス濃度を検出し、該出口酸性ガス濃度の検出値と設定値との差を低減すべく前記薬剤の供給量を制御するとともに、前記薬剤の供給量を設定された上限値及び下限値の範囲内に制限する排ガス処理剤の供給量制御方法において、前記出口酸性ガス濃度の検出値の変化傾向又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の変化傾向のいずれか一つを求め、該変化傾向に基づいて前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を変更することを特徴とする。

すなわち、排ガス処理装置の出口酸性ガス濃度の変動に合わせて薬剤供給量を速やかに変更しようとしても、分析計の検出遅れや、薬剤供給手段の応答遅れによって、薬剤供給量の制御が不安定になり、薬剤の供給過剰等の問題が起こる。また、廃棄物処理量の変動、燃焼排ガス量の変動、あるいは燃焼排ガス中の酸性ガス濃度の変動に薬剤供給量の制御が追従していなければ、排ガス処理装置の出口酸性ガス濃度の変動として現れる。

そこで、本発明は、出口酸性ガス濃度の検出値等の変化傾向に基づいて、薬剤供給量の上限値及び下限値を変更していることから、廃棄物処理量等が減少して出口酸性ガス濃度が減少する傾向にあれば、薬剤供給量の下限値が減少した値に変更されるので、薬剤の使用量を低減することができる。逆に、廃棄物処理量等が増大して出口酸性ガス濃度が増加する傾向にあれば、薬剤供給量の上限値及び下限値が増大した値に変更されるので、出口酸性ガス濃度を許容基準値に保持制御できる。また、出口酸性ガス濃度の検出値等の比較的変化が緩慢な変化傾向に基づいて制御しているから、制御系の遅れ等があっても薬剤の使用量を低減することができる。

上記の場合において、前記酸性ガス濃度の検出値の変化傾向又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の変化傾向は、それぞれ前記検出値又は前記物理量の時間平均値の変化を用いることができる。この場合、時間平均値が予め設定された許容範囲内のとき、薬剤の供給量の上限値及び下限値を保持し、時間平均値が許容範囲の上限を超えたとき、薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量上げ、時間平均値が許容範囲の下限を下回ったとき、薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量下げる。

本発明の排ガス処理装置は、廃棄物処理装置から排出される排ガスが導入される排ガス処理装置と、該排ガス処理装置に導入される排ガスに該排ガス中の酸性ガスを中和する薬剤を供給する薬剤供給手段と、前記排ガス処理装置から排出される排ガス中の出口酸性ガス濃度を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記出口酸性ガス濃度の検出値と設定値との差を低減すべく前記薬剤の供給量を制御するとともに、前記薬剤の供給量を設定された上限値及び下限値の範囲内に制限する薬剤供給量指令値を求めて前記薬剤供給手段に出力する薬剤供給量制御手段とを備えた排ガス処理装置において、前記薬剤供給量制御手段は、前記出口酸性ガス濃度の検出値又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の時間平均値のいずれか一つを求める演算手段と、前記時間平均値が予め設定された許容範囲内のとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を保持し、前記時間平均値が前記許容範囲の上限を超えたとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量上げ、前記時間平均値が前記許容範囲の下限を下回ったとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量下げる設定値変更手段を備えて構成することができる。

本発明によれば、薬剤の供給量制御系の遅れを補うとともに、被処理排ガス量の変動や酸性ガス濃度の変動などの外乱にかかわらず、薬剤の使用量を低減することができる。

以下、本発明の排ガス処理剤の供給量制御方法及び排ガス処理装置を、実施形態に基づいて説明する。

図１に、本実施形態の排ガス処理剤の供給量制御方法を適用してなる排ガス処理装置のブロック構成図を示す。図示のように、本実施形態の排ガス処理装置１には、図示していない廃棄物処理装置から集じん装置などを介して除塵された排ガスが、排ガスダクト２を介して導入される。排ガス処理装置１により処理された排ガスは、排ガスダクト３を介して誘引送風機４により誘引され、図示していない煙突等に送られるようになっている。また、排ガス処理装置１は、バグフィルタを用いて構成することが好ましいが、バグフィルタに限られるものではない。

一方、排ガス処理装置１の入口側の排ガスダクト２には、薬剤槽１１に貯留されている薬剤が、ロータリーフィーダ１２によって切り出され、ブロワー１３から供給される搬送気体が流通される気体輸送管１４によって搬送されて供給されるようになっている。これらの薬剤槽１１、ロータリーフィーダ１２、ブロワー１３、気体輸送管１４によって、本実施形態の薬剤供給手段が構成されている。また、薬剤には、排ガス中の酸性ガスを中和する薬剤が用いられ、具体的には、反応速度が高い重曹粉末などのナトリウム系粉末、あるいは高反応消石灰などを用いることができる。

また、ロータリーフィーダ１２は、インバータ１５によって可変速運転されるモータ１６により駆動されている。インバータ１５は、制御装置２０から出力される薬剤の供給量指令値に基づいてモータ１６の回転数を制御し、排ガスダクト２に供給する薬剤供給量を制御するようになっている。

制御装置２０は、ＰＩＤ制御手段２１と上下限変更手段２２とを備え、分析計２３から入力される排ガス処理装置１の出口酸性ガス濃度の検出値を取り込み、後述する制御処理によって薬剤の供給量指令値を求めてインバータ１５に出力するようになっている。分析計２３は、排ガス処理装置１の出口側の排ガスダクト３から排ガスをサンプリングして出口酸性ガス濃度を測定するようになっている。つまり、制御装置２０により本実施形態の薬剤供給量制御手段が構成され、分析計２３により本実施形態の排ガス中の酸性ガス濃度を検出する検出手段が構成されている。

次に、本実施形態の薬剤供給量制御に係る詳細構成を動作とともに説明する。排ガス処理装置１に導入される排ガスは、廃棄物処理装置などから排出される燃焼排ガスの熱が回収され、かつ飛灰等が除去され排ガスである。この排ガス中には、塩化水素ガス、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、フッ化水素ガス等の酸性ガスが含まれることから、薬剤槽１１から供給される薬剤が添加されて排ガス処理装置１に導入される。排ガス中に添加された薬剤は、排ガスと共に排ガス処理装置１に導かれ、バグフィルタの濾布面等のフィルタ表面に薬剤層を形成し、薬剤層を通過する排ガス中の酸性ガスを中和させて処理するようになっている。例えば、薬剤として重曹（ＮａＨＣＯ_３）を用いた場合、塩化水素（ＨＣｌ）は無害のＮａＣｌに転換されてフィルタ表面に捕捉されて除去される。このようにして、酸性ガスが除去された排ガスは、誘引送風機４によって煙突等から放出される。

次に、本実施形態の特徴に係る薬剤供給量制御について説明する。まず、基本動作について説明する。分析計２３は、排ガス処理装置１から排出される排ガス中の酸性ガス濃度を検出して制御装置２０に出力する。制御装置２０は、入力される出口酸性ガス濃度の検出値と、ＰＩＤ制御手段２１内に設定された出口酸性ガス濃度の設定値との差を求め、その差を低減する薬剤供給量指令値を求め、求めた薬剤供給量指令値と、予め設定された薬剤供給量の上限値及び下限値とを比較し、薬剤供給量指令値を上限値及び下限値により制限して出力する。インバータ１５は、薬剤供給量指令値に対応した回転数でモータ１６を駆動し、ロータリーフィーダ１２から薬剤供給量指令値に対応した量の薬剤が気体輸送管１４を介して排ガス中に供給される。これにより、出口酸性ガス濃度の設定値に応じて排ガス処理装置１から排出される排ガス中の酸性ガス濃度が制御される。

次に、本実施形態の特徴部である上下限変更手段２２の詳細構成及び動作について説明する。上下限変更手段２２は、図２に示すフローチャートに従って処理を実行する。図２では、酸性ガス濃度の代表としてＨＣｌ濃度に基づいて制御する場合を示している。まず、分析計２３から入力されるＨＣｌ濃度をサンプリングして時間平均値を求める（ステップＳ１）。次に、ＨＣｌ濃度平均値を設定範囲と比較する（ステップＳ２）。ステップＳ２の比較で、ＨＣｌ濃度平均値が設定範囲内のときは、ステップＳ３に進んで、タイマ設定時間の経過を待ってステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２の比較で、ＨＣｌ濃度平均値が設定範囲を超えている場合は、ステップＳ４に進んで、ＰＩＤ制御手段２１に設定されている薬剤供給量の上限値及び下限値を設定量上げた後、ステップＳ３に進んでタイマ設定時間の経過を待ってステップＳ１に戻って処理を繰り返す。他方、ステップＳ２の比較で、ＨＣｌ濃度平均値が設定範囲を下回っている場合は、ステップＳ５に進んで、ＰＩＤ制御手段２１に設定されている薬剤供給量の上限値及び下限値を設定量下げた後、ステップＳ３に進んでタイマ設定時間の経過を待ってステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

この動作のタイムチャートの一例を、図３に示して説明する。図において、曲線３１は、ＨＣｌ濃度平均値の時間的な変化傾向を表している。図示のように、ＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥはＰＩＤ制御手段２１内に設定されたＨＣｌ濃度の設定値Ｃ^＊に対して変動している。一方、ＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥについて、設定値Ｃ^＊を基準に上下に一定の幅を有する許容範囲が、上下限変更手段２２内に設定されている。また、ＰＩＤ制御手段２１内に薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌが設定されている。

このように設定されることから、本実施形態によれば、時刻ｔ１においてＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥが許容範囲の下限Ｃ_{ＡＶＥ・Ｌ}を下回ると、ステップＳ５において、薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌが設定量ΔＱ下げられる。さらにその状態が図２のステップＳ３のタイマ設定時間Ｔ継続して時刻ｔ２に達すると、ステップＳ５により薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌがさらに設定量ΔＱ下げられる。つまり、ＨＣｌ濃度平均値が許容範囲の下限Ｃ_{ＡＶＥ・Ｌ}を下回るのは、薬剤が過剰に供給されているにもかかわらず、薬剤供給量指令値が時刻ｔ１前の下限値Ｑ_Ｌによって制限されているからである。そこで、本実施形態のように、下限値Ｑ_Ｌを下げることによって、薬剤供給量を低減することができる。

一方、本実施形態の場合、薬剤供給量指令値の下限値Ｑ_Ｌを下げたとき、上限値を同じ設定量ΔＱ下げていることから、薬剤供給量指令値の下限値Ｑ_Ｌを時刻ｔ１、ｔ２で下げた後において薬剤供給量が不足すると、ＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥが徐々に増加する。この場合、時刻ｔ３においてＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥが許容範囲に入るが、本実施形態では上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌの変更は行わず、保持する。

さらに時間が経過して、時刻ｔ４においてＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥが許容範囲の上限Ｃ_{ＡＶＥ・Ｈ}を超えると、ステップＳ４によって、薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌが設定量ΔＱ上げられる。これによって、薬剤供給量の不足が解消されて、ＨＣｌ濃度平均値Ｃ_ＡＶＥが許容範囲内に引き戻される。なお、上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌの差Δ（Ｑ_Ｈ−Ｑ_Ｌ）は、任意の一定値に設定することができる。

このように構成されることから、本実施形態によれば、廃棄物処理量等が減少して出口酸性ガス濃度が減少する傾向にあれば、薬剤供給量の下限値Ｑ_Ｌが減少した値に変更されるので、薬剤の使用量を低減することができる。逆に、廃棄物処理量等が増大して出口酸性ガス濃度が増加する傾向にあれば、薬剤供給量の上限値Ｑ_Ｈが増大した値に変更されるので、出口酸性ガス濃度を許容基準値に保持制御できる。また、制御系の遅れ等があっても薬剤の使用量を低減することができる。

上記実施形態では、出口酸性ガス濃度の時間平均値Ｃ_ＡＶＥに基づいて薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌを変更する例を説明した。しかし、出口酸性ガス濃度の時間平均値Ｃ_ＡＶＥは、廃棄物処理量と排ガス処理装置の入口側の酸性ガス濃度と燃焼排ガス量の物理量に相関することから、これらの物理量の少なくとも一つ基づいて薬剤供給量指令値の上限値Ｑ_Ｈ及び下限値Ｑ_Ｌを変更することができ、上記実施形態と同一の効果を奏することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、薬剤供給量の制御幅を抑えて、制御の全体の追従性を改善でき、公害規制のリスクを抑えながら、薬剤の使用量の低減が可能である。

本発明の一実施形態の排ガス処理剤の供給量制御方法を適用してなる排ガス処理装置のブロック構成図である。 本発明の特徴部に係る一実施形態の薬剤供給量の上下限設定値を変更する制御手順を示すフローチャートである。 図２のフローチャートによって制御した場合の動作の一例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ 排ガス処理装置
１１ 薬剤槽
１２ ロータリーフィーダ
１３ ブロワー
１５ インバータ
１６ モータ
２０ 制御装置
２１ ＰＩＤ制御手段
２２ 上下限変更手段
２３ 分析計

Claims (4)

1. 廃棄物処理により発生する燃焼排ガスに薬剤を供給して前記排ガス中の酸性ガスを除去する排ガス処理装置の出口酸性ガス濃度を検出し、該出口酸性ガス濃度の検出値と設定値との差を低減すべく前記薬剤の供給量を制御するとともに、前記薬剤の供給量を設定された上限値及び下限値の範囲内に制限する排ガス処理剤の供給量制御方法において、
   前記出口酸性ガス濃度の検出値の変化傾向又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の変化傾向のいずれか一つを求め、該変化傾向に基づいて前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を変更することを特徴とする排ガス処理薬剤の供給量制御方法。
2. 請求項1に記載の排ガス処理薬剤の供給量制御方法において、
   前記出口酸性ガス濃度の検出値の変化傾向又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の変化傾向は、それぞれ前記検出値又は前記物理量の時間平均値の変化であり、該時間平均値が予め設定された許容範囲内のとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を保持し、前記時間平均値が前記許容範囲の上限を超えたとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量上げ、前記時間平均値が前記許容範囲の下限を下回ったとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量下げることを特徴とする排ガス処理薬剤の供給量制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の排ガス処理薬剤の供給量制御方法において、
   前記出口酸性ガス濃度の検出値の変化に影響を及ぼす物理量は、廃棄物処理量と前記排ガス処理装置の入口側の酸性ガス濃度と前記燃焼排ガス量の少なくとも一つであることを特徴とする排ガス処理薬剤の供給量制御方法。
4. 廃棄物処理装置から排出される排ガスが導入される排ガス処理装置と、該排ガス処理装置に導入される排ガスに該排ガス中の酸性ガスを中和する薬剤を供給する薬剤供給手段と、前記排ガス処理装置から排出される排ガス中の出口酸性ガス濃度を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記出口酸性ガス濃度の検出値と設定値との差を低減すべく前記薬剤の供給量を制御するとともに、前記薬剤の供給量を設定された上限値及び下限値の範囲内に制限する薬剤供給量指令値を求めて前記薬剤供給手段に出力する薬剤供給量制御手段とを備えた排ガス処理装置において、
   前記薬剤供給量制御手段は、前記出口酸性ガス濃度の検出値又は該検出値の変化に影響を及ぼす物理量の時間平均値のいずれか一つを求める演算手段と、前記時間平均値が予め設定された許容範囲内のとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を保持し、前記時間平均値が前記許容範囲の上限を超えたとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量上げ、前記時間平均値が前記許容範囲の下限を下回ったとき、前記薬剤の供給量の上限値及び下限値を設定量下げる設定値変更手段を備えてなることを特徴とする排ガス処理装置。

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