JP2011110440A - 脱硫設備の運転制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】石灰石の活性状況を監視すること。
【解決手段】排ガス中の石炭灰を集塵する電気集塵器と、電気集塵器を経た脱塵排ガスに吸収液を接触させることで脱塵排ガス中のＳＯ２を吸収液中の石灰石に吸収させつつＳＯ２が除去された脱硫排ガスを排出する吸収塔とを備える脱硫設備の運転制御システムにおいて、脱塵排ガス中のＳＯ２濃度Ｓ１と、脱硫排ガス中のＳＯ２濃度Ｓ２と、排ガスの排ガス流量Ｓ３と、吸収液の石灰石濃度Ｃと、吸収塔にて脱塵排ガスに接触して貯留された吸収液における吸収液タンク保有量Ｖと、吸収液のｐＨとに基づき、石灰石活性定数Ｋを算出し、当該石灰石活性定数Ｋを予め設定された石灰石活性定数閾値Ｘと比較して石灰石の活性状況を判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、排ガスに含まれるＳＯ２を除去する脱硫設備の運転制御システムに関する。
排ガス中のＳＯ２を石灰石膏法にて脱硫処理する脱硫設備では、脱硫前にあらかじめ石炭灰やフッ化水素ガスを除去する冷却塔を設置し、その後にＳＯ２を除去する吸収塔を設置する、いわゆるデュアルループプロセスや、冷却塔設置を設けず、吸収塔のみでＳＯ２を除去する、いわゆるシングルループプロセスが使用されている。
しかし、デュアルループプロセスでは、冷却塔の設置コスト、運転コスト、さらに冷却塔から排出される低ｐＨの排水処理設備などが必要になり、敷地が増大することに加え、建設コストおよび運転コストが嵩むことが大きな問題となる。
一方、シングルループプロセスでは、冷却塔設備を設けていないことからデュアルループプロセスのような問題はないが、排ガスに含まれる特有の成分である石炭灰およびフッ化水素ガスの影響により、吸収液中で吸収剤である石灰石の溶解速度が低下して失活現象が発生することで脱硫性能や副生される石膏の純度が低下し、これを補うために石灰石の消費量が増大してしまう問題がある。
失活現象は、下記式１に示すように、石炭灰に含まれるアルミニウムが吸収液中に溶解して存在するアルミニウムイオンと、排ガスに含まれるフッ化水素が吸収液中に溶解して存在するフッ素イオンとの反応により生成されるフルオロアルミニウム錯体（ＡｌＦｘ）が、石灰石（ＣａＣＯ３）の表面に吸着することで溶解速度を低減するために生じると考えられる。
Ａｌ３＋＋ＸＦ−→ ＡｌＦｘ（３−ｘ） ［ｘ=１〜６］・・・式１
そして、シングルループプロセスにて失活現象を防止するため、従来、以下の２つの方法がとられていた。
（１）原因物質である石炭灰の吸収液中への流入量を減少させるため、吸収塔の前段に配置された電気集塵器の性能を上げること。
（２）吸収液中の吸収原料である石灰石の濃度を増し吸収液のｐＨを上げて石炭灰から溶解するアルミニウムの量を減少させると共に、生成されたＡｌＦｘを分解する。ＡｌＦｘは、分解して溶解度の小さな水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ３））とフッ化カルシウム（ＣａＦ２）となって固相に移行し、失活現象は解消される。
ところが、上記（１）の方法については、石炭の種類や燃焼条件により電気集塵器の性能が大きく影響を受け、安定した石炭灰の除去性能が得られない場合があり、また、石炭灰からのアルミニウム溶解速度が大きく変化する場合があることから、失活現象を安定的に抑制することは困難であった。
また、上記（２）の方法については、吸収液中の吸収原料である石灰石の濃度を増すことによりｐＨを上げて失活現象を抑制することができるものの、吸収液中には高濃度の未反応石灰石が残留することとなり、下記式２に示すように、石灰石とＳＯ２とが反応することで、副生される石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）の純度を著しく低下させ、また石灰石の消費量を増大させてしまう問題があった。従って、常時ｐＨを上昇させることができない。また、ｐＨ上昇には限度があるため、ＡｌＦｘが完全に分解しきれず、失活からの完全回復は望めない。
ＳＯ２＋１／２Ｏ２＋ＣａＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ→ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２・・・式２
このように、電気集塵器の性能を上げたり、石灰石の濃度を増し吸収液のｐＨを上げたりすることで失活現象の解消に効果はあるものの、上記のごとく、新たな問題を生じさせるおそれがある。従って、失活現象を防ぐには、失活現象に至る事態をいち早く把握し、失活現象に至る前に失活を更生できるように、吸収液中の石灰石の活性状況を監視することが望まれている。
なお、従来、特許文献１には、電気集塵器と、電気集塵器の排ガス流れ方向下流側に設置されて排ガスの脱硫処理と石膏の生成とを行う湿式脱硫装置とを備えた排ガス処理装置が開示されている。この排ガス処理装置は、電気集塵器の出口側排ガス中の煤塵濃度を検出する煤塵濃度検出手段と、処理すべき排ガスの流量を検出する排ガス流量検出手段と、脱硫装置の入口ＳＯ２濃度を検出する脱硫装置入口ＳＯ２濃度検出手段と、脱硫装置の出口ＳＯ２濃度を検出する脱硫装置出口ＳＯ２濃度検出手段と、脱硫装置の吸収部への吸収剤スラリの供給流量を検出する吸収剤スラリ流量検出手段と、煤塵濃度検出手段および排ガス流量検出手段からの検出信号に基づいて煤塵量を算出する煤塵量算出手段と、吸収剤スラリ流量検出手段からの検出信号に基づいて吸収剤中の不純物量を算出する吸収剤中不純物量算出手段と、煤塵量算出手段によって算出された煤塵量と吸収剤中不純物量算出手段によって算出された吸収剤中の不純物量とに基づいて生成されるべき石膏の純度を予測する石膏純度予測演算手段と、石膏純度予測演算手段からの予測値に基づいて電気集塵器の運転条件を調節する電気集塵器制御手段とを備えている。
また、従来、特許文献２には、排ガスに含まれる所定の物質の濃度が管理されている１つの排ガス系統に、所定の物質を除去するために設置される複数の環境装置を制御する制御装置と、所定の物質の濃度を検出する測定器とを備えた環境装置制御システムが開示されている。この環境装置制御システムでは、制御装置は、複数の環境装置ごとに所定の物質の除去能力に対する所定の要素の効率情報を含む効率テーブルを記憶し、測定部は、検出した所定の物質の濃度を含む情報を制御装置に送信し、さらに制御装置は、測定部から受信した所定の物質の濃度と、所定の物質の濃度の目標値とから、物質の濃度を変更するための変更量を決定し、効率テーブルを参照して効率のよい環境装置を選択し、当該環境装置で処理するように制御する。
特許第２５１０５８３号公報 特開２００４−３７０５６号公報
本発明は上述した課題を解決するものであり、吸収液中の石灰石の活性が失活兆候にあるか否かを把握しつつ石灰石の活性状況を監視することのできる脱硫設備の運転制御システムを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、排ガス中の石炭灰を集塵する電気集塵器と、前記電気集塵器を経た脱塵排ガスに吸収液を接触させることで前記脱塵排ガス中のＳＯ２を前記吸収液中の石灰石に吸収させつつＳＯ２が除去された脱硫排ガスを排出する吸収塔とを備える脱硫設備の運転制御システムにおいて、前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度と、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度と、前記排ガスの排ガス流量と、前記吸収液の石灰石濃度と、前記吸収塔にて脱塵排ガスに接触して貯留された前記吸収液における吸収液タンク保有量と、前記吸収液のｐＨとに基づき、石灰石活性定数を算出し、当該石灰石活性定数を予め設定された石灰石活性定数閾値と比較して石灰石の活性状況を判定する管理装置を備えたことを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、吸収液中の石灰石の活性が失活兆候にあるか否かを把握しつつ石灰石の活性状況を監視できる。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記管理装置は、石灰石の活性状況が失活兆候にある場合、前記石灰石濃度と前記石灰石活性定数との関係、および前記ｐＨと前記石灰石活性定数との関係に基づき、失活に至る原因を判定することを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、失活に至る原因を把握できる。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記管理装置は、失活に至る原因に基づき、失活兆候を更生する態様で、前記電気集塵器の集塵力、および／または前記吸収液への石灰石の供給量を設定することを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、失活兆候に応じて電気集塵器および／または石灰石フィーダが駆動されるので、失活兆候を更生し、失活現象に至る事態を防止できる。しかも、失活兆候に応じて電気集塵器および／または石灰石フィーダが駆動されるので、電力や石灰石を過剰に消費する事態を防止でき、かつ副生される石膏の品質低下を防止できる。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度、前記排ガス流量、前記石灰石濃度、前記吸収液タンク保有量、および前記ｐＨを取得すると共に、前記電気集塵器、および前記吸収液への石灰石の供給を制御する制御装置と、前記電気集塵器と、前記吸収塔とにより、排ガス中の石炭灰を集塵し、かつＳＯ２を除去する脱硫設備が構成され、前記管理装置は、ネットワーク上を介して前記脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、脱硫設備の運転制御を遠隔地にて行える。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記吸収塔の吸収液に強アルカリ液を供給する強アルカリ液供給部をさらに備え、前記管理装置は、前記石灰石活性定数が前記石灰石活性定数閾値未満の場合、前記強アルカリ液供給部による強アルカリ液の供給量を設定することを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、失活現象を回避できる。しかも、必要に応じて強アルカリ液を供給するので、強アルカリ液を過剰に消費する事態を防止できる。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度、前記排ガス流量、前記石灰石濃度、前記吸収液タンク保有量、および前記ｐＨを取得すると共に、前記電気集塵器、前記吸収液への石灰石の供給、および前記強アルカリ液供給部を制御する制御装置と、前記電気集塵器と、前記吸収塔と、前記強アルカリ液供給部とにより、排ガス中の石炭灰を集塵し、かつＳＯ２を除去する脱硫設備が構成され、前記管理装置は、ネットワーク上を介して前記脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、ネットワーク上を介して脱硫設備の運転制御を遠隔地にて行える。
また、本発明の脱硫設備の運転制御システムでは、前記管理装置は、ネットワーク上を介して複数の脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする。
この脱硫設備の運転制御システムによれば、ネットワーク上を介して複数の脱硫設備の運転制御を遠隔地にて統括して行うことが可能になる。
本発明によれば、吸収液中の石灰石の活性が失活兆候にあるか否かを把握しつつ石灰石の活性状況を監視できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムの概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムのブロック図である。 図３は、吸収液の石灰石濃度と石灰石活性定数との関係のグラフである。 図４は、吸収液のｐＨと石灰石活性定数との関係のグラフである。 図５は、本発明の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムの動作を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムの概略図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムのブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムの動作を示すフローチャートである。
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
［実施の形態１］
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムの概略図である。図１に示すように、脱硫設備１は、火力発電所などの石炭焚ボイラ（図示せず）からの排ガス１００ａ中の石炭灰を集塵する電気集塵器２と、電気集塵器２を経た脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２（二酸化硫黄）を除去する吸収塔３と、制御装置９とを備えている。
電気集塵器２は、ケーシング内に供給された排ガス１００ａにコロナ放電することで石炭灰などの煤塵を帯電させ、正負に荷電させた付着部に対して電気的吸引力によって煤塵を付着させる。この電気集塵器２は、電源装置２ａが付設され、この電源装置２ａからの電圧供給により駆動される。電気集塵器２にて除塵された脱塵排ガス１００ｂは、脱塵排ガス管２ｂを介して吸収塔３内に供給される。
吸収塔３は、電気集塵器２を経た脱塵排ガス１００ｂに、石灰石を含む吸収液（以下、吸収液という）１０１を接触させることで脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２（二酸化硫黄）を吸収液１０１中の石灰石に吸収させ、これによりＳＯ２が除去された脱硫排ガス１００ｃを排出する。
吸収塔３は、その底部に吸収液１０１が貯留されている。吸収塔３の外部には、石灰石フィーダ３ａが設けられ、この石灰石フィーダ３ａにより石灰石１０２が計量されつつ吸収塔３内の底部に供給される。また、吸収塔３内の底部には、水１０３が供給される。すなわち、吸収塔３内の底部に供給された石灰石１０２と水１０３とで吸収液１０１が生成される。
吸収塔３内の底部に設けられたタンクに貯留された吸収液１０１は、吸収液循環ポンプ３ｂにより圧送され吸収塔３の外部の吸収液ヘッダ３ｃを経て吸収塔３内の上部に供給される。そして、吸収液１０１は、吸収塔３内の上部に設けられたノズル３ｄから流下されつつ、吸収塔３内の下部に至る過程で、吸収塔３内を上昇する脱塵排ガス１００ｂと接触する。これにより、脱塵排ガス１００ｂに含まれるＳＯ２が吸収液１０１中の石灰石１０２と反応し（上記式２参照）、脱塵排ガス１００ｂからＳＯ２が除去されることになる。そして、ＳＯ２が除去された脱硫排ガス１００ｃは、吸収塔３の頂部に接続された脱硫排ガス管３ｅを介して脱硫設備１から排出される。また、ＳＯ２の除去に用いられた吸収液１０１は、吸収塔３内の底部に貯留される。
また、吸収塔３内の底部に貯留された吸収液１０１の一部は、吸収液循環ポンプ３ｂにより圧送されつつ吸収塔３の外部の吸収液ヘッダ３ｃから分岐した抜出管３ｆを経て脱水器３ｇに送られる。脱水器３ｇは、例えば、ベルトフィルタで構成され、当該ベルトフィルタで搬送される過程で吸収液１０１を脱水処理し、石膏１０４として系外に排出される。また、吸収液１０１を脱水したろ過液は、本実施の形態では吸収塔３の底部に供給される水１０３として利用される。
吸収塔３内の底部には、酸化用空気１０５が供給される。このため、吸収液１０１に酸化用空気１０５が含まれることで吸収液１０１の酸化が促進されるので、ＳＯ２の除去効率を向上できる。
なお、上述した吸収塔３では、吸収液ヘッダ３ｃを経て吸収塔３内の上部に供給された吸収液１０１を、ノズル３ｄから流下させることで、吸収塔３内を上昇する脱塵排ガス１００ｂと接触させているが、この限りではない。例えば、図には明示しないが、吸収液ヘッダを経て吸収塔内の中部に吸収液を供給し、吸収塔内の中部に設けられたノズルから吸収液を吸収塔内の上方に噴出させる。これにより、吸収液は、吸収塔内の上部で分散しつつ微細な液滴となって吸収塔内を降下し、吸収塔内を上昇する脱塵排ガスと接触する。この結果、より大きな気液接触面積を確保して気液接触効率を向上するので、ＳＯ２の除去効率を向上できる。なお、吸収液１０１と脱塵排ガス１００ｂとの接触には、上述した向流接触の他、流下する吸収液１０１に対して脱塵排ガス１００ｂが並行して流される並流接触や、並流接触と向流接触とを組み合わせた並向流接触がある。
上述した脱硫設備１において、脱塵排ガス管２ｂには、電気集塵器２を経て吸収塔３に至る脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１を検出する入口側ＳＯ２濃度検出部４が設けられている。また、脱硫排ガス管３ｅには、吸収塔３から排出される脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２を検出する出口側ＳＯ２濃度検出部５が設けられている。また、吸収液ヘッダ３ｃには、吸収液１０１の石灰石濃度Ｃを検出する石灰石濃度検出部６が設けられている。また、吸収塔３内には、吸収塔３にて脱塵排ガス１００ｂに接触して貯留された吸収液１０１の保有量（以下、吸収液タンク保有量という）Ｖを検出する吸収液タンク保有量検出部７が設けられている。また、吸収液ヘッダ３ｃには、吸収液１０１のｐＨを検出するｐＨ検出部８が設けられている。なお、入口側ＳＯ２濃度検出部４を設けた位置には、脱塵排ガス１００ｂ（排ガス１００ａ）の排ガス流量Ｓ３を検出する排ガス流量検出部４ａも設けられている。
そして、これら入口側ＳＯ２濃度検出部４で検出された脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、出口側ＳＯ２濃度検出部５で検出された脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、排ガス流量検出部４ａで検出された排ガス流量Ｓ３、石灰石濃度検出部６で検出された吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量検出部７で検出された吸収液タンク保有量Ｖ、およびｐＨ検出部８で検出された吸収液１０１のｐＨの各データは、制御装置９に入力される。
制御装置９について、図２の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムのブロック図を参照して説明する。制御装置９は、マイコンなどで構成されている。制御装置９には、記憶部９ａが設けられている。記憶部９ａは、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。また、制御装置９には、電気集塵器２を稼動するうえで電源装置２ａに電圧をかけるための電気集塵器駆動部９ｂや、石灰石フィーダ３ａを稼動するうえでフィーダモータ（図示せず）に電圧をかけるための石灰石フィーダ駆動部９ｃが設けられている。また、制御装置９には、入出力部９ｄが設けられている。入出力部９ｄは、キーボードやマウスやモニターで構成されている。また、制御装置９には、情報通信部９ｅが設けられている。情報通信部９ｅは、管理装置１０の情報通信部１０ｄとの間で情報通信を行うためのものである。この制御装置９は、管理装置１０から入力された情報に基づき、記憶部９ａに予め格納されたプログラムやデータに従って、電気集塵器２および石灰石フィーダ３ａを統括的に制御する。
管理装置１０について、図２の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムのブロック図を参照して説明する。管理装置１０は、マイコンなどで構成されている。管理装置１０は、図１に示すように、制御装置９とネットワークＮ上を介して接続され、脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、排ガス流量Ｓ３、吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量Ｖ、および吸収液１０１のｐＨの各データを制御装置９から取得する。
管理装置１０には、記憶部１０ａが設けられている。記憶部１０ａは、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。記憶部１０ａは、活性定数式データベース１０ａａ、石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂ、石灰石濃度・石灰石活性定数データベース１０ａｃ、ｐＨ・石灰石活性定数データベース１０ａｄ、電源装置供給電圧データベース１０ａｅ、および石灰石フィーダ供給電圧データベース１０ａｆを有している。
活性定数式データベース１０ａａは、制御装置９から取得した、脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量Ｖ、および吸収液１０１のｐＨの各データに基づき石灰石活性定数Ｋを算出するための下記式３が格納されている。
Ｋ＝ｆ（ΔＳ，Ｃ，Ｖ，ｐＨ）・・・式３
ここで、ΔＳは、吸収液１０１中の石灰石１０２により排ガス１００ａからＳＯ２を除去したＳＯ２除去量であり、脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１から脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２を差し引き、排ガス流量Ｓ３を乗じて求められる。
かかる式３においては、ＳＯ２除去量ΔＳが大きい程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が良く石灰石活性定数Ｋが高くなる。また、吸収液１０１のｐＨが高くなる程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が良く石灰石活性定数Ｋが高くなる。一方、石灰石濃度Ｃが濃い程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が悪く石灰石活性定数Ｋが低くなる。また、吸収液タンク保有量Ｖが多い程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が悪く石灰石活性定数Ｋが低くなる。
石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂは、石灰石１０２の活性状況を判定するための基準となる石灰石活性定数閾値Ｘが格納されている。
石灰石濃度・石灰石活性定数データベース１０ａｃは、石灰石濃度Ｃと石灰石活性定数Ｋとの関係が格納されている。上述のごとく、石灰石濃度Ｃと石灰石活性定数Ｋとの関係は、石灰石濃度Ｃが濃い程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が悪く石灰石活性定数Ｋが低くなり、具体的には、図３の吸収液の石灰石濃度と石灰石活性定数との関係のグラフに示す。
ｐＨ・石灰石活性定数データベース１０ａｄは、吸収液１０１のｐＨと石灰石活性定数Ｋとの関係が格納されている。上述のごとく、吸収液１０１のｐＨと石灰石活性定数Ｋとの関係は、吸収液１０１のｐＨが高くなる程、石灰石１０２がＳＯ２を吸収する活性が良く石灰石活性定数Ｋが高くなり、具体的には、図４の吸収液のｐＨと石灰石活性定数との関係のグラフに示す。
電源装置供給電圧データベース１０ａｅは、上述した石灰石活性定数Ｋに対応して、電気集塵器２の電源装置２ａに電圧を加えるための電源装置電圧情報が格納されている。
石灰石フィーダ供給電圧データベース１０ａｆは、上述した石灰石活性定数Ｋに対応して、石灰石フィーダ３ａのフィーダモータ（図示せず）に電圧を加えるためのフィーダ電圧情報が格納されている。
また、管理装置１０には、処理部１０ｂが設けられている。処理部１０ｂは、活性定数算出部１０ｂａ、活性状況判定部１０ｂｂ、および失活原因判定部１０ｂｃを有している。
活性定数算出部１０ｂａは、上述した記憶部１０ａの活性定数式データベース１０ａａに格納された上記式３に、ＳＯ２除去量ΔＳ、石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量Ｖ、および吸収液１０１のｐＨを当てはめ、石灰石活性定数Ｋを算出する。
活性状況判定部１０ｂｂは、活性定数算出部１０ｂａで算出された石灰石活性定数Ｋを、石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂに格納された石灰石活性定数閾値Ｘと比較し、石灰石１０２の活性状況を判定する。具体的に、石灰石活性定数閾値Ｘは、石灰石１０２の活性が良好な最低値である。そして、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘ以上であれば、石灰石１０２の活性が良好であると判定できる。すなわち、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘをより上回っていれば、石灰石１０２の活性がより良く、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘに近づくに従って石灰石１０２の活性が悪い方向、つまり失活兆候にあることが判定できる。一方、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘ未満の場合は、石灰石の活性が悪い、つまり失活現象にあると判定できる。
失活原因判定部１０ｂｃは、活性状況判定部１０ｂｂにおいて、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘに近づく失活兆候にある場合、石灰石濃度・石灰石活性定数データベース１０ａｃに格納された、石灰石濃度Ｃと石灰石活性定数Ｋとの関係、およびｐＨ・石灰石活性定数データベース１０ａｄに格納された、吸収液１０１のｐＨと石灰石活性定数Ｋとの関係に基づき、失活に至る原因を判定する。
また、管理装置１０には、入出力部１０ｃが設けられている。入出力部１０ｃは、キーボードやマウスやモニターで構成されている。また、管理装置１０には、情報通信部１０ｄが設けられている。情報通信部１０ｄは、制御装置９の情報通信部９ｅとの間で情報通信を行うためのものである。この管理装置１０は、制御装置９から入力された情報に基づき、記憶部１０ａに予め格納されたプログラムやデータに従って、制御装置９に対し、電気集塵器２および石灰石フィーダ３ａを統括的に制御するための情報を出力する。
上述した制御装置９および管理装置１０による脱硫設備の運転制御について、図５の実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムの動作を示すフローチャートを参照して説明する。
図５に示すように、まず、制御装置９では、入口側ＳＯ２濃度検出部４で検出された脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、出口側ＳＯ２濃度検出部５で検出された脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、排ガス流量検出部４ａで検出された排ガス流量Ｓ３、石灰石濃度検出部６で検出された吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量検出部７で検出された吸収液タンク保有量Ｖ、およびｐＨ検出部８で検出された吸収液１０１のｐＨの各データを管理装置１０に出力する（ステップＳＴ１）。そして、管理装置１０では、上記各データを入力する（ステップＳＴ２）。
次に、管理装置１０では、活性定数算出部１０ｂａにおいて、活性定数式データベース１０ａａに格納された上記式３に基づいて、石灰石活性定数Ｋを算出する（ステップＳＴ３）。
次に、管理装置１０では、活性状況判定部１０ｂｂにおいて、活性定数算出部１０ｂａで算出された石灰石活性定数Ｋを、石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂに格納された石灰石活性定数閾値Ｘと比較し、石灰石１０２の活性状況を判定する（ステップＳＴ４）。
これにより、脱硫設備１における石灰石１０２の活性状況から、石灰石１０２の活性が失活兆候にあるか否かを把握できる。
そして、ステップＳＴ４における判定において、石灰石１０２の活性が失活兆候にある場合（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、管理装置１０では、失活原因判定部１０ｂｃにおいて、失活に至る原因を判定する（ステップＳＴ６）。
これにより、石灰石１０２の活性が失活兆候にある場合は、失活に至る原因を把握できる。
なお、ステップＳＴ４における判定において、石灰石１０２の活性が失活兆候ではない場合（ステップＳＴ５：Ｎｏ）、管理装置１０では、ステップＳＴ１，ＳＴ２に戻り、制御装置９から出力された上記各データを入力する。
次に、管理装置１０では、ステップＳＴ６にて判定された失活に至る原因に基づき、失活兆候を更生するように、電気集塵器２の集塵力を設定し、および／または、石灰石の供給量を設定する（ステップＳＴ７）。電気集塵器２の集塵力の設定は、石灰石活性定数Ｋに対応する電源装置２ａへの電源装置電圧情報を電源装置供給電圧データベース１０ａｅから取得する。また、石灰石の供給量は、石灰石活性定数Ｋに対応する石灰石フィーダ３ａへのフィーダ電圧情報を石灰石フィーダ供給電圧データベース１０ａｆから取得する。管理装置１０では、双方またはいずれかの電圧情報を制御装置９に出力する。そして、制御装置９では、入力された電圧情報に基づいて、電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａを駆動する（ステップＳＴ８）。
これにより、失活に至る原因に基づき、電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａが駆動されることで、失活兆候が更生される。
上述したように、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、脱塵排ガス１００ｂ（排ガス１００ａ）の排ガス流量Ｓ３、吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量Ｖ、および吸収液１０１のｐＨの各データから、石灰石活性定数Ｋを算出し、当該石灰石活性定数Ｋを、予め設定された石灰石活性定数閾値Ｘと比較して、石灰石１０２の活性状況を判定する。この結果、石灰石１０２の活性が失活兆候にあるか否かを把握しつつ石灰石の活性状況を監視することが可能になる。
また、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、石灰石１０２の活性状況が失活兆候にある場合、石灰石濃度と石灰石活性定数Ｋとの関係、およびｐＨと石灰石活性定数Ｋとの関係に基づき、失活に至る原因を判定する。この結果、失活に至る原因を把握できる。
また、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、失活に至る原因に基づき、失活兆候を更生する態様で、電気集塵器２の集塵力（電源装置２ａへの供給電力）、および／または吸収液１０１への石灰石１０２の供給量（石灰石フィーダ３ａへの供給電力）を設定する。この結果、失活兆候に応じて電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａが駆動されるので、失活兆候を更生し、失活現象に至る事態を防止することが可能になる。しかも、失活兆候に応じて電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａが駆動されるので、電力や石灰石を過剰に消費する事態を防止し、かつ副生される石膏の品質低下を防止することが可能になる。
また、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、管理装置１０は、ネットワークＮ上を介して脱硫設備１における制御装置９と通信可能に接続されている。この結果、脱硫設備１の運転制御を遠隔地にて行うことが可能になる。
なお、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、図１に示すように、管理装置１０がネットワークＮ上を介して複数の脱硫設備１における制御装置９と通信可能に接続されている。図２では、１つの脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが一対一の関係で接続されている形態を示しているが、複数の脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが多対一の関係で接続されている場合は、管理装置１０において、各制御装置９に対応して記憶部１０ａ、処理部１０ｂ、入出力部１０ｃ、および情報通信部１０ｄが機能する。この結果、複数の脱硫設備１の運転制御を遠隔地にて統括して行うことが可能になる。なお、脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが一対一の関係で接続される場合は、制御装置９と管理装置１０とがネットワークＮ上を介して接続されず、管理装置１０が脱硫設備１の制御装置９に含まれて構成されていてもよい。
このように、実施の形態１に係る脱硫設備の運転制御システムでは、火力発電所などからの排ガス１００ａをシングルループプロセスの石灰石膏法による脱硫設備で処理する場合に、吸収剤としての石灰石の失活による性能低下の防止、および運転安定性の向上を図ることが可能である。この結果、副生石膏の品質を確保すると共に、ランニングコストの増大を防止できる。
［実施の形態２］
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムの概略図である。なお、以下に説明する実施の形態２において、上述した実施の形態１と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６に示す脱硫設備１は、上述した実施の形態１に対し、強アルカリ液供給部１１をさらに備えている。強アルカリ液供給部１１は、吸収塔３に貯留された吸収液１０１に、強アルカリ液１０６を供給するもので、強アルカリ液１０６を収容する強アルカリ液タンク１１ａ、強アルカリ液タンク１１ａから吸収塔３に至り接続された強アルカリ液管１１ｂ、および強アルカリ液管１１ｂに介装された強アルカリ液ポンプ１１ｃを有している。すなわち、強アルカリ液供給部１１は、強アルカリ液タンク１１ａに収容された強アルカリ液１０６を、強アルカリ液ポンプ１１ｃにより強アルカリ液管１１ｂを介して吸収塔３に圧送する。
また、図７の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムのブロック図に示すように、制御装置９には、上述した実施の形態１に対し、強アルカリ液供給部１１を稼動するうえで強アルカリ液ポンプ１１ｃに電圧をかけるための強アルカリ液ポンプ駆動部９ｆがさらに設けられている。
また、図７に示すように、管理装置１０の記憶部１０ａは、上述した実施の形態１に対し、強アルカリ液ポンプ供給電圧データベース１０ａｇをさらに有している。
強アルカリ液ポンプ供給電圧データベース１０ａｇは、上述した石灰石活性定数Ｋに対応して、強アルカリ液供給部１１の強アルカリ液ポンプ１１ｃに電圧を加えるためのポンプ電圧情報が格納されている。
上述した制御装置９および管理装置１０による脱硫設備の運転制御について、図８の実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムの動作を示すフローチャートを参照して説明する。
図８に示すように、まず、制御装置９では、入口側ＳＯ２濃度検出部４で検出された脱塵排ガス１００ｂ中のＳＯ２濃度Ｓ１、出口側ＳＯ２濃度検出部５で検出された脱硫排ガス１００ｃ中のＳＯ２濃度Ｓ２、排ガス流量検出部４ａで検出された排ガス流量Ｓ３、石灰石濃度検出部６で検出された吸収液１０１の石灰石濃度Ｃ、吸収液タンク保有量検出部７で検出された吸収液タンク保有量Ｖ、およびｐＨ検出部８で検出された吸収液１０１のｐＨの各データを管理装置１０に出力する（ステップＳＴ１）。そして、管理装置１０では、上記各データを入力する（ステップＳＴ２）。
次に、管理装置１０では、活性定数算出部１０ｂａにおいて、活性定数式データベース１０ａａに格納された上記式３に基づいて、石灰石活性定数Ｋを算出する（ステップＳＴ３）。
次に、管理装置１０では、活性状況判定部１０ｂｂにおいて、活性定数算出部１０ｂａで算出された石灰石活性定数Ｋを、石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂに格納された石灰石活性定数閾値Ｘと比較し、石灰石１０２の活性状況を判定する（ステップＳＴ４）。
これにより、脱硫設備１における石灰石１０２の活性状況から、石灰石１０２の活性が失活兆候にあるか否かを把握できる。
そして、ステップＳＴ４における判定において、石灰石１０２の活性が失活兆候にある場合（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、管理装置１０では、失活原因判定部１０ｂｃにおいて、失活に至る原因を判定する（ステップＳＴ６）。
これにより、石灰石１０２の活性が失活兆候にある場合は、失活に至る原因を把握できる。
なお、ステップＳＴ４において、石灰石１０２の活性が失活兆候ではない場合（ステップＳＴ５：Ｎｏ）、管理装置１０では、ステップＳＴ１，ＳＴ２に戻り、制御装置９から出力された上記各データを入力する。
次に、管理装置１０では、ステップＳＴ６にて判定された失活に至る原因に基づき、失活兆候を更生するように、電気集塵器２の集塵力を設定し、および／または、石灰石の供給量を設定する（ステップＳＴ７）。電気集塵器２の集塵力の設定は、石灰石活性定数Ｋに対応する電源装置２ａへの電源装置電圧情報を電源装置供給電圧データベース１０ａｅから取得する。また、石灰石の供給量は、石灰石活性定数Ｋに対応する石灰石フィーダ３ａへのフィーダ電圧情報を石灰石フィーダ供給電圧データベース１０ａｆから取得する。管理装置１０では、双方またはいずれかの電圧情報を制御装置９に出力する。そして、制御装置９では、入力された電圧情報に基づいて、電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａを駆動する（ステップＳＴ８）。
これにより、失活に至る原因に基づき、電気集塵器２および／または石灰石フィーダ３ａが駆動されることで、失活兆候が更生される。
次に、活性状況判定部１０ｂｂにおいて、活性定数算出部１０ｂａで算出された石灰石活性定数Ｋを、石灰石活性定数閾値データベース１０ａｂに格納された石灰石活性定数閾値Ｘと比較し、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘ未満の場合、つまり石灰石の活性が失活現象にある場合（ステップＳＴ９：Ｙｅｓ）、管理装置１０では、石灰石の活性を回復させて失活現象を回避するように、強アルカリ液供給部１１での強アルカリ液１０６の供給量を設定する（ステップＳＴ１０）。強アルカリ液１０６の供給量は、石灰石活性定数Ｋに対応する強アルカリ液ポンプ１１ｃへのポンプ電圧情報を強アルカリ液ポンプ供給電圧データベース１０ａｇから取得する。管理装置１０では、このポンプ電圧情報を制御装置９に出力する。そして、制御装置９では、入力されたポンプ電圧情報に基づいて、強アルカリ液ポンプ１１ｃを駆動する（ステップＳＴ１１）。
なお、ステップＳＴ９において、石灰石１０２の活性が失活現象ではない場合（ステップＳＴ９：Ｎｏ）、管理装置１０では、ステップＳＴ１，ＳＴ２に戻り、制御装置９から出力された上記各データを入力する。
上述したように、実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムでは、上述した実施の形態１に加え、石灰石活性定数Ｋが石灰石活性定数閾値Ｘ未満の場合、強アルカリ液供給部１１による強アルカリ液１０６の供給量を設定する。失活を起こす外乱因子、例えば、燃焼炭の種類に急激な変化などが生じた場合、完全失活（石灰石の溶解速度が著しく低下する状態）に落ち込む場合もある。この場合の早期回復法として本実施の形態２では強アルカリ液１０６を吸収塔３に供給し、失活原因物質のＡｌＦｘを分解させる。この結果、失活現象を回避することが可能になる。しかも、必要に応じて強アルカリ液１０６を供給するので、強アルカリ液１０６を過剰に消費する事態を防止することが可能になる。
また、実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムでは、管理装置１０は、ネットワークＮ上を介して脱硫設備１における制御装置９と通信可能に接続されている。この結果、脱硫設備１の運転制御を遠隔地にて行うことが可能になる。
なお、実施の形態２に係る脱硫設備の運転制御システムでは、図６に示すように、管理装置１０がネットワークＮ上を介して複数の脱硫設備１における制御装置９と通信可能に接続されている。図７では、１つの脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが一対一の関係で接続されている形態を示しているが、複数の脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが多対一の関係で接続されている場合は、管理装置１０において、各制御装置９に対応して記憶部１０ａ、処理部１０ｂ、入出力部１０ｃ、および情報通信部１０ｄが機能する。この結果、複数の脱硫設備１の運転制御を遠隔地にて統括して行うことが可能になる。なお、脱硫設備１における制御装置９と管理装置１０とが一対一の関係で接続される場合は、制御装置９と管理装置１０とがネットワークＮ上を介して接続されず、管理装置１０が脱硫設備１の制御装置９に含まれて構成されていてもよい。
以上のように、本発明に係る脱硫設備の運転制御システムは、石灰石の活性状況を監視することに適している。
１ 脱硫設備
２ 電気集塵器
２ａ 電源装置
３ 吸収塔
３ａ 石灰石フィーダ
４ 入口側ＳＯ２濃度検出部
５ 出口側ＳＯ２濃度検出部
６ 石灰石濃度検出部
７ 吸収液タンク保有量検出部
８ ｐＨ検出部
９ 制御装置
９ａ 記憶部
９ｂ 電気集塵器駆動部
９ｃ 石灰石フィーダ駆動部
９ｄ 入出力部
９ｅ 情報通信部
９ｆ 強アルカリ液ポンプ駆動部
１０ 管理装置
１０ａ 記憶部
１０ａａ 活性定数式データベース
１０ａｂ 石灰石活性定数閾値データベース
１０ａｃ 石灰石濃度・石灰石活性定数データベース
１０ａｄ ｐＨ・石灰石活性定数データベース
１０ａｅ 電源装置供給電圧データベース
１０ａｆ 石灰石フィーダ供給電圧データベース
１０ａｇ 強アルカリ液ポンプ供給電圧データベース
１０ｂ 処理部
１０ｂａ 活性定数算出部
１０ｂｂ 活性状況判定部
１０ｂｃ 失活原因判定部
１０ｃ 入出力部
１０ｄ 情報通信部
１１ 強アルカリ液供給部
１１ａ 強アルカリ液タンク
１１ｂ 強アルカリ液管
１１ｃ 強アルカリ液ポンプ
１００ａ 排ガス
１００ｂ 脱塵排ガス
１００ｃ 脱硫排ガス
１０１ 吸収液
１０２ 石灰石
１０３ 水
１０４ 石膏
１０５ 酸化用空気
１０６ 強アルカリ液
Ｎ ネットワーク
Ｓ１ 脱塵排ガス中のＳＯ２濃度
Ｓ２ 脱硫排ガス中のＳＯ２濃度
Ｓ３ 排ガス流量
Ｃ 石灰石濃度
Ｖ 吸収液タンク保有量
Ｋ 石灰石活性定数
Ｘ 石灰石活性定数閾値

Claims (7)

  1. 排ガス中の石炭灰を集塵する電気集塵器と、前記電気集塵器を経た脱塵排ガスに吸収液を接触させることで前記脱塵排ガス中のＳＯ２を前記吸収液中の石灰石に吸収させつつＳＯ２が除去された脱硫排ガスを排出する吸収塔とを備える脱硫設備の運転制御システムにおいて、
    前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度と、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度と、前記排ガスの排ガス流量と、前記吸収液の石灰石濃度と、前記吸収塔にて脱塵排ガスに接触して貯留された前記吸収液における吸収液タンク保有量と、前記吸収液のｐＨとに基づき、石灰石活性定数を算出し、当該石灰石活性定数を予め設定された石灰石活性定数閾値と比較して石灰石の活性状況を判定する管理装置を備えたことを特徴とする脱硫設備の運転制御システム。
  2. 前記管理装置は、石灰石の活性状況が失活兆候にある場合、前記石灰石濃度と前記石灰石活性定数との関係、および前記ｐＨと前記石灰石活性定数との関係に基づき、失活に至る原因を判定することを特徴とする請求項１に記載の脱硫設備の運転制御システム。
  3. 前記管理装置は、失活に至る原因に基づき、失活兆候を更生する態様で、前記電気集塵器の集塵力、および／または前記吸収液への石灰石の供給量を設定することを特徴とする請求項２に記載の脱硫設備の運転制御システム。
  4. 前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度、前記排ガス流量、前記石灰石濃度、前記吸収液タンク保有量、および前記ｐＨを取得すると共に、前記電気集塵器、および前記吸収液への石灰石の供給を制御する制御装置と、前記電気集塵器と、前記吸収塔とにより、排ガス中の石炭灰を集塵し、かつＳＯ２を除去する脱硫設備が構成され、
    前記管理装置は、ネットワーク上を介して前記脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の脱硫設備の運転制御システム。
  5. 前記吸収塔の吸収液に強アルカリ液を供給する強アルカリ液供給部をさらに備え、
    前記管理装置は、前記石灰石活性定数が前記石灰石活性定数閾値未満の場合、前記強アルカリ液供給部による強アルカリ液の供給量を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の脱硫設備の運転制御システム。
  6. 前記脱塵排ガス中のＳＯ２濃度、前記脱硫排ガス中のＳＯ２濃度、前記排ガス流量、前記石灰石濃度、前記吸収液タンク保有量、および前記ｐＨを取得すると共に、前記電気集塵器、前記吸収液への石灰石の供給、および前記強アルカリ液供給部を制御する制御装置と、前記電気集塵器と、前記吸収塔と、前記強アルカリ液供給部とにより、排ガス中の石炭灰を集塵し、かつＳＯ２を除去する脱硫設備が構成され、
    前記管理装置は、ネットワーク上を介して前記脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の脱硫設備の運転制御システム。
  7. 前記管理装置は、ネットワーク上を介して複数の前記脱硫設備における前記制御装置と通信可能に接続されていることを特徴とする請求項４または６に記載の脱硫設備の運転制御システム。
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