JP2014126298A - 排ガス中のｓｏ３含有量計測装置、重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置、重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法を提供する。
【解決手段】ＳＯ₃を含有する排ガス１１を、煙道１２から導入する第１の開閉弁１３Ａを備えた第１のガス導入ライン１４Ａと、第１のガス導入ラインに接続され、ガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器２０と、第１のガス導入ラインに介装され、導入した排ガス１１ａ中のダストを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を選択的に通過する第１のフィルタ手段１５Ａと、第１のガス導入ラインから第１の開閉弁までの第１の加熱領域Ｌ₁を、煙道内の排ガスのガス温度と同等の温度に加熱し、ガス温度を煙道内のガス温度と同等の温度に保持する第１の加熱手段１６Ａと、第１のガス導入ラインの第１の開閉弁からＳＯ₃測定器の入口までの第２の加熱領域Ｌ₂を、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度に加熱し、保持する第２の加熱手段１６Ｂと、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置、重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法に関するものである。

例えば石炭や重油、重油を深絞りした後の重質残渣等を燃料とした火力発電ボイラプラントにおいては、ボイラ排ガス中の硫黄酸化物を除去する必要がある。
従来は、排ガス中のＳＯ₃ガスの連続分析技術が確立されていなかったので、その都度分析要員が間欠的に計測する化学分析に留まっていた（特許文献１）。
よって、排ガス煙道からの排ガスのサンプリング及び諸作業に１〜３時間／ケースかかり、分析に数日／ケース（持帰り分析含む）かかる場合もあり、測定結果がでるまでに多大な時間を要していた。又このようにＳＯ₃含有量の測定に手間が掛かる為、運転状態の変動幅が把握しにくいという問題もあった。

これまでは上記の様に機器分析装置による連続計測技術がなかったので、プラント建設後の試運転調整時や営業運転過程で必要に応じて化学分析で計測し、このデータを用いて運転管理を行っていた。このように従来は多大な労力を払って計測を行っていたが、近年、ＦＴ−ＩＲやレーザー法等の赤外分光法を用いた連続計測機器による火力発電プラントでのＳＯ₃計測事例等が報告され始めている。

ところで、ＳＯ₃ガスは、酸露点を下回る温度域においては、微細なミスト状のＳＯ₃（硫酸ヒューム）となり、プラント煙道内部で腐食・灰付着性が増大する為、この濃度を把握し管理することが極めて重要である。

排ガス中のＳＯ₃除去対策として、例えば重油や重質残渣燃料等を用いた油焚き火力プラントにおいては、空気予熱器（ＡＨ）の後流の煙道内に、アンモニアガスを噴霧し、排ガス中のＳＯ₃と中和反応させ、硫酸アンモニウムダストを生成させ、例えば電気集塵機（ＥＰ）で捕捉するシステムが提案されている（特許文献２）。

特開平８−２１０９５４号公報 特開２００３−１２６６４８号公報

しかしながら、実機対応のプラント操業においては、排ガス中へのアンモニア注入量は、最大ＳＯ₃流通に対応する量を供給することで、安全率を見込んで注入せざるを得なかった。
このため、排ガス中のＳＯ₃量の変動に対応できずに、過不足が生じる原因となっていた。

また、燃料性状変化によりＳＯ₃濃度が低下した時も過大なアンモニア注入が継続され、不経済であった。また、逆に燃料の硫黄（Ｓ）分や燃料組成中のバナジウム等触媒効果のある成分の増加，火炉の経時的な汚れ状態，脱硝触媒性能の経時変化等に起因してＳＯ₃転換率が高まった場合等に、アンモニアの注入量が不足するおそれも予測される。

他方、化学分析にてＳＯ₃含有量の測定を行う場合に、サンプリングライン内でＳＯ₃が凝縮しないように、当該サンプリングラインをヒータで加熱し保温しながらサンプリング対象となるＳＯ₃ガスをガス化して分析装置内に導く必要がある。このときの加熱温度は酸露点を十分に上回る温度にすればよく、当該酸露点は例えば電力中央研究所の大塚の式等で簡便に計算される。

上述のように排ガス煙道から吸引部乃至凝縮部までのラインの区間では酸露点以上に加熱・保温する必要があると共に、サンプルラインにフィルタ手段を設け、このフィルタ手段を通過してきたガス状ＳＯ₃成分のみを測定することとしているため、ダスト表面乃至細孔内部に吸着したＳＯ₃はカウントされないこととなる。

従来の化学分析法においては、排ガス中のミスト状のＳＯ₃とガス状のＳＯ₃とを個別に分析できなかった為、プラントの各設備において酸露点を下回った部分の排ガス計測でも、ミスト状のＳＯ₃がフィルタ手段に捕捉されてしまうので、測定見掛け上、ＳＯ₃ガス濃度が検出されていない分析結果であった場合でも、プラント排ガス中にミスト状のＳＯ₃が存在してしまい、煙突からの紫煙の排出や後流機器等に腐食等の悪影響を及ぼすことも考えられる、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、排ガス中のミスト状のＳＯ₃とガス状のＳＯ₃との両方の総量を計測できる排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置、重質燃料焚ボイラシステム及びその運転方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ＳＯ₃を含有する排ガスを、煙道から導入する第１の開閉弁を備えた第１のガス導入ラインと、前記第１のガス導入ラインに接続され、前記排ガス中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器と、前記第１のガス導入ラインに介装され、導入した排ガス中のダストを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を選択的に通過する第１のフィルタ手段と、第１のガス導入ラインの煙道から第１の開閉弁までの領域を、煙道内の排ガスのガス温度（Ｔ₁）と同等の温度に加熱し、導入した排ガスのガス温度を煙道内のガス温度（Ｔ₁）と同等の温度（Ｔ₂）に保持する第１の加熱手段と、前記第１のガス導入ラインの開閉弁からＳＯ₃測定器までの領域を、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度に加熱し、保持する第２の加熱手段と、を具備してなり、前記第１のフィルタ手段を通過後の排ガス中のミスト状のＳＯ₃を、前記第２の加熱手段の加熱によりガス状のＳＯ₃とし、排ガス中に浮遊するガス状及びミスト状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測してなることを特徴とする排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、ＳＯ₃を含有する排ガスを、前記煙道から導入する第２の開閉弁を備えた第２のガス導入ラインと、前記第２のガス導入ラインに接続され、前記排ガス中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器と、前記第２のガス導入ラインに介装され、導入した排ガス中のミスト状のＳＯ₃とダストとの両方を捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃を選択的に通過する第２のフィルタ手段と、第２のフィルタ手段以降の第２のガス導入ラインのＳＯ₃測定器までの領域を加熱し、第２のフィルタ手段通過後の排ガスのガス温度を酸露点以上の高温側に保持する第３の加熱手段と、を具備してなり、前記第２のフィルタ手段を通過後の排ガス中のガス状のＳＯ₃の濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測すると共に、前記第１のフィルタ手段を通過後の排ガス中のミスト状のＳＯ₃を加熱することによりガス状のＳＯ₃とし、排ガス中に含まれるガス状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測し、第１のフィルタ手段を通過したガス状のＳＯ₃の総ＳＯ₃濃度と、第２のフィルタ手段を通過したガス状のＳＯ₃のみの濃度との差分を、ミスト状ＳＯ₃濃度として求めることを特徴とする排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置にある。

第３の発明は、重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含む煤塵とを除去する集塵器と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムであって、第１の発明の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側で、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整する制御手段を有することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムにある。

第４の発明は、重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含むと煤塵とを除去する集塵器と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムの運転方法において、第１の発明の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側と、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、ＳＯ₃濃度に見合ったアンモニアを注入することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第５の発明は、第４の発明において、さらに、第１の発明の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記アンモニア供給手段の出口側と、前記集塵機の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応率を確認し、中和反応率に見合ったアンモニアを注入することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第６の発明は、第４の発明において、さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視し、前記空気予熱器の出口側のＳＯ₃濃度に応じて、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第７の発明は、第４の発明において、さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視すると共に、前記集塵機出口側で灰流動性を計測し、炉内の酸素（Ｏ₂）濃度と灰流動性情報とにより、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第８の発明は、第４の発明において、さらに、第１の発明のＳＯ₃含有排ガス計測装置を用いて、前記アンモニア供給手段の出口側と、前記集塵機の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応率を確認し、ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ中和反応率が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第９の発明は、第４の発明において、さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視すると共に、前記集塵機出口側で灰流動性を計測し、ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ灰流動性が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第１０の発明は、第４の発明において、さらに、排ガス中のＳＯ₃と水分を連続計測して排ガス中の酸露点を求め、前記空気予熱器の運転温度を酸露点より高める運転をすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

第１１の発明は、重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含む煤塵とを除去する集塵器と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムの運転方法において、第２の発明の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側で、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、濃度に見合ったアンモニアを注入すると共に、排ガス中のミスト状のＳＯ₃に応じて、燃焼状態を調整してＳＯ₃を低減することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法にある。

本発明によれば、第１のフィルタ手段の通過後の排ガス中に存在するミスト状のＳＯ₃は全て、ガス状のＳＯ₃へガス化されることとなる。この結果、従来では計測できなかったミスト状のＳＯ₃分の濃度もＳＯ₃濃度として計測できることとなる。

図１は、実施例１に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置の概略図である。 図２は、第１のフィルタ手段のフィルタ通過の概念図である。 図３は、実施例６に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置の概略図である。 図４は、第２のフィルタ手段のフィルタ通過の概念図である。 図５は、煙道内のサンプリングの様子を示す。 図６は、実施例２に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 図７は、実施例３に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 図８は、実施例４に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 図９は、実施例５に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 図１０は、実施例６に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。 図１１に未燃Ｃ濃度と灰剪断力との関係を示す図である。 図１２は、Ｃ／ＳＯ₃（モル比）と灰剪断力との関係を示す図である。

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。

図１は、実施例１に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａは、例えば油焚ボイラ等で燃焼されたＳＯ₃を含有する排ガス１１を、煙道１２から導入する第１の開閉弁１３Ａを備えた第１のガス導入ライン１４Ａと、前記第１のガス導入ライン１４Ａに接続され、前記排ガス１１中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器２０と、前記第１のガス導入ライン１４Ａに介装され、導入した排ガス１１ａ中のダストを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を選択的に通過する第１のフィルタ手段１５Ａと、第１のガス導入ライン１４Ａの煙道１２のフランジ１２ａから第１の開閉弁１３Ａまでの第１の加熱領域Ｌ₁を、煙道１２内の排ガス１１のガス温度（Ｔ₁）と同等の温度に加熱し、導入した排ガス１１ａのガス温度を煙道１２内のガス温度（Ｔ₁：図示例１５１℃）と同等の温度（Ｔ₂：図示例１５１℃）に保持する第１の加熱手段１６Ａと、前記第１のガス導入ライン１４Ａの第１の開閉弁１３ＡからＳＯ₃測定器２０の入口１５ａまでの第２の加熱領域Ｌ₂を、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度（２００℃以上、Ｔ₃：図示例２２０℃）に加熱し、保持する第２の加熱手段１６Ｂと、を具備してなり、前記第１のフィルタ手段１５Ａを通過後の排ガス１１ｂ中のミスト状のＳＯ₃を、第２の加熱手段１６Ｂの加熱によりガス状のＳＯ₃とし、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃から変換したガス状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器２０で計測してなるものである。
ここで、図１中、符号２１Ａは第１の温度制御装置、２１Ｂは第２の温度制御装置、２２はガス吸引ポンプ、２３はガス戻りライン、３１は制御装置、３２は表示手段を各々図示する。

第１のガス導入ライン１４Ａは、煙道１２内にフランジ１２ａから挿入されるガス導入部１４ａを有し、排ガス１１が導入するように排ガス１１のガス流れと対向するように、開口部１４ｂが形成されている。
また、導入管１４ｃは、煙道１２のフランジ１２ａから第１のフィルタ手段１５Ａと第１の開閉弁１３Ａまでの第１の加熱領域Ｌ₁は、第１の加熱手段１６Ａである例えばヒータが巻装され、煙道１２内の排ガス１１のガス温度（Ｔ₁）と同等の温度に内部を加熱し、導入した排ガス１１ａのガス温度を煙道１２内のガス温度（Ｔ₁：図示例１５１）と同等の温度（Ｔ₂：図示例１５１℃）に保持するようにしている。

これにより加熱領域Ｌ₁内の第１のガス導入ライン１４Ａは、煙道内と同一条件となるようにしている。
この同一条件とすることで、導入される排ガス１１ａ内にはガス状のＳＯ₃とミスト状のＳＯ₃とダストとの三者が、煙道１２内と同等の割合で存在することとなる。

図２は、第１のフィルタ手段のフィルタ通過の概念図である。
第１のガス導入ライン１４Ａに介装される第１のフィルタ手段１５Ａは、図２に示すように、導入した排ガス１１ａ中のダスト３１のみを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃３２及びミスト状のＳＯ₃３３を選択的に通過させるものである。
この結果、第１のフィルタ手段１５Ａを通過した排ガス１１ｂ中には、ダストが除去されたガス状のＳＯ₃３２及びミスト状のＳＯ₃３３が存在することとなる。

ここで、第１の開閉弁１３ＡからＳＯ₃測定器２０の入口１５ａまでの第２の加熱領域Ｌ₂は、第２の加熱手段１６Ｂにより、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度（例えば２００℃以上、Ｔ₃：図示例２２０℃）に加熱し、保持されている。
よって、第１の開閉弁１３Ａを通過したダスト３１が除去された排ガス１１ｂは、この加熱領域Ｌ₂を通過する際、排ガス１１ｂ中のミスト状のＳＯ₃３３がガス状のＳＯ₃３２に変換されることとなり、排ガス１１ｂは、全てガス状のＳＯ₃となる。

このガス状のＳＯ₃をＳＯ₃測定器２０で計測することで、煙道１２内の排ガス１１中のガス状及びミスト状のＳＯ₃の総量を計測することができる。

すなわち、煙道１２内では、ガス状ＳＯ₃とミスト状ＳＯ₃とが混在しているが、それを第１のガス導入ライン１４Ａにより導入する際、排ガス１１の温度と同じ温度でヒータトレース制御して導き、第１のフィルタ手段１５Ａにて、ダスト３１のみを捕捉し、ミスト状のＳＯ₃３３とガス状のＳＯ₃３２のみを選択的に通過させている。
更にこの第１のフィルタ手段１５Ａの通過後に、加熱領域Ｌ₂において、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持するように、「酸露点＋数十℃」以上に加熱して、ＳＯ₃ミストをガス化して、全てガス状のＳＯ₃とし、これをＳＯ₃測定器２０に導き、結果として本来から存在するガス状のＳＯ₃３２とミスト状のＳＯ₃３３からガス化されたガス状ＳＯ₃との総和を、ＳＯ₃濃度として検出するようにしている。

ここで、第２の加熱領域Ｌ₂は、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度とすればよく、例えば酸露点＋数十℃以上としているが、酸露点は、排ガス１１中のＳＯ₃濃度と水分量とにより変動するので、本発明では、２００℃以上とするのが好ましい（本実施例では一例として、Ｔ₃：図示例２２０℃としている。）。

これにより、第１のフィルタ手段１５Ａの通過後の排ガス１１ｂ中に存在するミスト状のＳＯ₃は全て、ガス状のＳＯ₃へガス化されることとなる。

この結果、従来では計測できなかったミスト状のＳＯ₃分の濃度もＳＯ₃濃度として計測できることとなる。

ここで、導入した排ガス１１ａ中のダストを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を選択的に通過する第１のフィルタ手段１５Ａについて説明する。
第１のフィルタ手段１５Ａは、ダスト３１のみを捕捉し、ミスト状のＳＯ₃とガス状のＳＯ₃のみを選択的に通過させられるものであればいずれを用いても良い。

例えば、ダスト３１の粒径と同等の目開きのセラミック性ろ紙や慣性フィルタや、ＳＯ₂及びＳＯ₃と反応しない金属のメッシュフィルタや、金属多孔体によるフィルタや、同様の目開きの逆洗可能なセラミックフィルタを用いたフィルタ等を例示することができる。

また、静電フィルタ（電気極性が固定式のもの）、電場フィルタ（任意に電気極性を変えて除塵・除媒が可能なもの）等を用いるようにしても良い。

但し、これらフィルタ手段は時々新品に交換するか、閉塞が著しい条件下ならばメンテナンス操作としてフィルタ手段に貯留したダスト分を除媒したり、高温加熱し、貯留ＳＯ₃あるいは未燃カーボンを主体とするダストをガス化して飛ばすような操作を行うようにすると良い。

実施例１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、例えば重油を燃料としたボイラプラントにおけるボイラ排ガス中の硫黄酸化物を除去する制御システムについて説明する。
油焚きボイラの燃料としては、重油や重質油、石油残渣燃料（減圧残油(VR : Vacuum Residue)、ペトコーク、溶剤脱れき（Solvent De-Asphalting :SDA)ピッチ等を例示することができる。
これらの燃料、特に異なる地域の燃料を交互に或いはブレンドして燃焼させる場合は硫黄（Ｓ）分の含有量が短期間で大きく変動する場合があり、排ガス中のＳＯ₃濃度にも燃料種、燃料ロットによるバラつきが発生する。

図６は、実施例２に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。
図６に示すように、本実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム５０Ａは、例えば重質燃料焚ボイラ５１からの排ガス１１中の窒素酸化物を除去する脱硝装置５２と、窒素酸化物除去後の排ガス１１中の熱を回収する空気予熱器５３と、熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段６０と、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応生成ダストを含む煤塵とを除去する（電気）集塵器５４と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する（気液接触式の）脱硫装置５６と、脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突５７とを具備するものである。
図６中、符号５５は排ガスのガス温度を高めるガス・ガスヒータ（ＧＧＨ）、５４ａは電気集塵機５４で回収された灰、６１はアンモニア供給部、６２は脱硫装置５６に供給する石灰石、６３は脱硫装置５６に供給する酸化用空気、６４は脱水手段、６５は石膏、６６は脱水濾液を図示する。

また、本実施例では、煙道１２の空気予熱器５３の後流側で、電気集塵機５４の前流側には、煙道内にアンモニア（ＮＨ₃）を噴霧する噴霧手段を有するアンモニア供給手段６０が設けられており、ＳＯ₃とアンモニアとの気気反応により、酸性硫安（(ＮＨ₃)ＨＳＯ₄）を中間生成物として経由し硫酸アンモニウム（(ＮＨ₄)₂ＳＯ₄）の紛体粒子状生成物にして、電気集塵機５４で捕集するようにしている。

本実施例においては、アンモニア噴霧手段６０の前流側の煙道内のＳＯ₃濃度を計測するために、第１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａ−１を設置している。
この第１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａ−１により、排ガス１１中のＳＯ₃の変動の幅を把握することとしている。

そして、第１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａ−１のＳＯ₃測定器２０により、煙道１２内のＳＯ₃濃度が求められる。そして、その濃度を基に、制御装置３１により、アンモニア噴霧手段６０の各噴射ノズル（図示せず）から注入するアンモニア量が、アンモニア供給部の調整弁（図示せず）で調整され、ＳＯ₃濃度に応じたアンモニアが注入される。
このように排ガス中のＳＯ₃濃度を連続的に検出し、当該検出信号をプラント制御システム内に取込んで必要アンモニア量を演算しフィードフォワード制御することにより、その濃度に見合ったアンモニアを注入することで、排ガス中のＳＯ₃を効率的に除去することができ、排ガス１１中のＳＯ₃の中和不足が原因で生じる例えば閉塞、低温腐食、紫煙等を防止し、プラント内の設備・機器の長寿命化に寄与にすることができる。

また、ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ中和反応率が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発するようにしても良い。

さらに、排ガス中の水分を連続計測して排ガス中の酸露点を求め、前記空気予熱器５３の運転温度を酸露点より高める運転をするようにしても良い。

また、ＳＯ₃ガス濃度を求めると共に、排ガス中の水分量を連続測定することで酸露点が連続演算出来るようになる。これにより、空気予熱器５３の運転温度を酸露点より高める運転を行うことで空気予熱器５３内の腐食や閉塞トラブルを回避することができる。ここで、排ガス中の水分量の連続計測としては、例えばフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）やレーザー式赤外分光計等を用いて別途計測するようにすれば良い。

図７は、実施例３に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。なお、実施例２のシステムと同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示すように、本実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム５０Ｂは、さらに、第２の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａ−２を用いて、前記アンモニア供給手段６０の出口側で、前記集塵機５４の入口側との間で排ガス１１中のＳＯ₃濃度を計測するようにしている。

そして、第１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａ−１を用いて、空気予熱器５３の出口でＳＯ₃濃度に応じて、実施例２と同様の制御を制御装置３１で行いつつ、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応率を確認し、フィードバック制御により、中和反応率に見合ったアンモニアをアンモニア供給手段６０から注入するようにしている。

図８は、実施例４に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。なお、実施例２のシステムと同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図８に示すように、本実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム５０Ｃは、さらに、重質燃料焚ボイラ（以下「ボイラ」という）５１の炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視し、前記空気予熱器５３の出口側のＳＯ₃濃度に応じて、空気予熱器５３で熱交換した空気の供給量をダンパ６７の開度を調整している。この結果、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整するようにしている。

これにより、ボイラ５１への空気量を減少させることができ、これにより、未燃Ｃ量を増大させ、結果的に飛灰中の未燃Ｃ濃度が増大され、灰中の未燃Ｃ量をＳ分量に対して増大させ、灰の付着性を低くし、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）を防止することができる。

炉内酸素濃度の調整は空気予熱器５３を介して導入される空気以外に、直接ボイラ５１に供給される空気の量を調節するようにしても良い。

図９は、実施例５に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。なお、実施例２のシステムと同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図９に示すように、本実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム５０Ｄは、さらに、重質燃料焚ボイラ５１の炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視すると共に、前記集塵機５４の出口側で、灰剪断力計測計６８を用いて灰流動性を計測している。

そして、炉内の酸素（Ｏ₂）濃度と灰流動性情報とにより、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整するようにしている。
炉内酸素濃度の調整は、実施例４と同様である。

本実施例では、灰剪断力計測計６８により灰中の剪断力の情報を求め、この剪断力情報を制御装置３１で集約する。
この灰剪断力情報からボイラ５１に供給する適切な空気供給量を計算し、ボイラ５１への空気供給量の制御を行うように、例えばダンパ６７の開度調整をして空気量制御指令を行う。

図１１に未燃Ｃ濃度と灰剪断力との関係、図１２にＣ／ＳＯ₃（モル比）と灰剪断力との関係を示す。
これらの図面に示すように、未燃Ｃ濃度が少ない場合には、灰剪断力が高くなるので、灰剪断力計測計６８を用いて所定の閾値（例えば図１１では、５ｇｆ／ｃｍ²以上）の場合には、空気量制御指令を制御装置３１からダンパ６７３に発するようにして、未燃Ｃ量の増大を図るようにすれば良い。

本実施例では灰剪断力を計測する場合には、計測セルに対象の灰を充填する。次に、計測セルを横にずらし、剪断面における剪断力を測定する。また、測定された剪断力から粉体層内部の粒子同士の付着力、摩擦力を評価する。

本実施例によれば、ボイラへの空気量を減少させることにより、未燃Ｃ量を増大させ、結果的に飛灰中の未燃Ｃ濃度が増大され、灰中の未燃Ｃ量をＳ分量に対して増大させ、灰の付着性を低くし、灰付着に起因するトラブル（例えばＩＤＦ振動トラブル）を防止することができる。

本実施例では、灰流動性情報として灰剪断力を用いて、空気量を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば灰の物理特性を計測するパウダテスタ等により、灰の「ゆるみ見かけ比重」、「固め見かけ比重」、「圧縮度」、「凝集度」、「スパチュラ角」、「安息角」等のパラメータを求めて空気供給量を調整するようにしても良い。

ここで、前記圧縮度は、ゆるみ見かけ比重と固め見かけ比重からもとめた圧縮度である。
前記凝集度は、ゆるみ見かけ比重と固め見かけ比重の平均値に応じて複数種類の篩を選定し、振動させたときに各篩に残った粉体の重量比から求めた凝集度である。
前記スパチュラ角は、スパチュラ上に灰を盛り上げた後、スパチュラを持ち上げたときにスパチュラ上に残る粉体の側面傾斜角度である。
前記安息角は、自然落下で堆積した粉体の稜線の角度である。

また、前記集塵機出口側で灰流動性を計測し、ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ灰流動性が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発するようにしても良い。

図３は、実施例６に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ｂは、実施例１に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ａにおいて、さらにＳＯ₃を含有する排ガス１１を、煙道２１から導入する第２の開閉弁１３Ｂを備えた第２のガス導入ライン１４Ｂと、前記第２のガス導入ライン１４Ｂに接続され、前記排ガス１１中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器２０と、前記第２のガス導入ライン１４Ｂに介装され、導入した排ガス１１ａ中のミスト状のＳＯ₃とダストとの両方を捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃を選択的に通過する第２のフィルタ手段１５Ｂと、第２のフィルタ手段１５Ｂ以降の第２のガス導入ライン１４ＢのＳＯ₃測定器２０までの第３の加熱領域Ｌ₃を加熱し、第２のフィルタ手段１５Ｂ通過後の排ガス１１ｃのガス温度を高温（ＳＯ₃がガス状体を保持する２００℃以上（ＳＯ₃の酸露点の温度＋数１０℃）、Ｔ₄：２２０℃）に保持する第３の加熱手段１６Ｃと、を具備してなり、前記第２のフィルタ手段１５Ｂを通過後の排ガス１１ｃ中のガス状のＳＯ₃の濃度を、前記ＳＯ₃測定器２０で計測すると共に、前記第１のフィルタ手段１５Ａを通過後の排ガス１１ｂ中のミスト状のＳＯ₃を加熱によりガス状のＳＯ₃とし、排ガス中に含まれるガス状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器２０で計測し、第１のフィルタ手段１５Ａを通過したガス状のＳＯ₃の総ＳＯ₃濃度（Ｘ）と、第２のフィルタ手段１５Ｂを通過したガス状のＳＯ₃のみの濃度（Ｙ）との差分（Ｚ）を、ミスト状ＳＯ₃濃度として求めるものである。

このように、サンプリングラインを２本用意することで、排ガス１１中のガス状のＳＯ₃濃度と、ミスト状のＳＯ₃及びガス状のＳＯ3濃度を個別に測定し、その差分からミスト状のＳＯ₃濃度を演算して、制御装置３１の表示手段３２等に表示出来るようにしている。

即ちＳＯ₃サンプリングラインは、第１のガス導入ライン１４Ａと第２のガス導入ライン１４Ｂ２本の構成から成り、計測時はそれぞれ開閉弁１３Ａ、１３Ｂで切替えるようにしている。
若しくはＳＯ₃濃度計を複数台準備してそれぞれにラインを繋げて並行計測するようにしても良い。

下記に開閉弁１３Ａ、１３Ｂを切替えて任意相の濃度測定を行った場合の事例を示す。
先ず、ガス状のＳＯ₃を測定する場合、第２のライン１４Ｂを２００℃以上（ＳＯ₃酸露点＋数十℃）に加温し、ダストや気中ミスト状のＳＯ₃を捕捉できる細孔径の小さい第２のフィルタ手段１５Ｂで、ガス状ＳＯ₃のみを通過させ、ＳＯ₃ガス濃度を測定するＳＯ₃測定器２０に導き、このときのＳＯ₃濃度を測定する。

次に、ガス状及びミスト状のトータルＳＯ₃を測定する場合、図３の第１のライン１４Ａを排ガス温度（Ｔ₁）と同じ温度でヒータトレース制御してこのライン１４Ａに排ガス１１ａを導き、ミスト状のＳＯ₃を通過させられる第１のフィルタ手段１５Ａにてダストのみを捕捉し、ミスト状のＳＯ₃とガス状のＳＯ₃のみを選択的に通過させる。
更に、この通過後において、第２の加熱手段１６Ｂにより、ラインを酸露点＋数十℃以上（Ｔ₃：２２０℃）に加熱し、排ガス１１ｂ中の、ミスト状のＳＯ₃をガス化して、ＳＯ₃測定器２０に導き、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を合算したＳＯ₃濃度として検出する。

図４は、第２のフィルタ手段のフィルタ通過の概念図である。
第２のガス導入ライン１４Ｂに介装される第２のフィルタ手段１５Ｂは、図４に示すように、導入した排ガス１１ａ中のダスト３１とミスト状ＳＯ₃３３の両方を捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃３２のみを選択的に通過させるものである。

この結果、第２のフィルタ手段１５Ｂを通過した排ガス１１ｃ中には、ダスト３１とミスト状ＳＯ₃３３が除去されたガス状のＳＯ₃３２が存在することとなる。
なお、図５は、煙道内のサンプリングの様子を示すものであり、２本のガス導入ライン１４Ａ、１４Ｂのサンプリング口が重ならないように、排ガス１１の流れにオフセットされて配置されている。

これにより、排ガス中に含まれるミスト状のＳＯ₃量の把握ができることとなる。

図１０は、実施例６に係る重質燃料焚ボイラシステムの概略図である。なお、実施例２のシステムと同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例に係る重質燃料焚ボイラシステム５０Ｅは、重質燃料焚ボイラ５１からの排ガス１１中の窒素酸化物を除去する脱硝装置５２と、窒素酸化物除去後の排ガス１１中の熱を回収する空気予熱器５３と、熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段６０と、排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応生成ダストを含む煤塵とを除去する（電気）集塵器５４と、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する（気液接触式の）脱硫装置５６と、脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突５７とを具備する重質燃料焚ボイラシステムにおいて、本実施例に係る排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置１０Ｂを用いて、前記空気予熱器５３の出口側で、アンモニア供給手段６０の入口側との間で排ガス１１中のＳＯ₃濃度を計測している。

そして、計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、（フィードフォワード制御により、）ＳＯ₃濃度に見合ったアンモニアを注入するようにしている。これと共に、排ガス中のミスト状のＳＯ₃に応じて、煙突５７から排出する排ガスの温度を調整することができる。

また、計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、濃度に見合ったアンモニアを注入すると共に、排ガス中のミスト状のＳＯ₃に応じて、燃焼状態を調整してＳＯ₃を低減するようにしてもよい。

１０Ａ、１０Ｂ 排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置
１１ 排ガス
１２ 煙道
１３Ａ 第１の開閉弁
１３Ｂ 第２の開閉弁
１４Ａ 第１のガス導入ライン
１４Ｂ 第２のガス導入ライン
１５Ａ 第１のフィルタ手段
１５Ｂ 第２のフィルタ手段
１６Ａ 第１の加熱手段
１６Ｂ 第２の加熱手段
１６Ｃ 第３の加熱手段
２０ ＳＯ₃測定器

Claims (11)

1. ＳＯ₃を含有する排ガスを、煙道から導入する第１の開閉弁を備えた第１のガス導入ラインと、
   前記第１のガス導入ラインに接続され、前記排ガス中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器と、
   前記第１のガス導入ラインに介装され、導入した排ガス中のダストを捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃及びミスト状のＳＯ₃を選択的に通過する第１のフィルタ手段と、
   第１のガス導入ラインの煙道から第１の開閉弁までの領域を、煙道内の排ガスのガス温度（Ｔ₁）と同等の温度に加熱し、導入した排ガスのガス温度を煙道内のガス温度（Ｔ₁）と同等の温度（Ｔ₂）に保持する第１の加熱手段と、
   前記第１のガス導入ラインの開閉弁からＳＯ₃測定器までの領域を、ＳＯ₃がガス導入ライン内部でガス状の状態を保持する温度に加熱し、保持する第２の加熱手段と、を具備してなり、
   前記第１のフィルタ手段を通過後の排ガス中のミスト状のＳＯ₃を、前記第２の加熱手段の加熱によりガス状のＳＯ₃とし、排ガス中に浮遊するガス状及びミスト状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測してなることを特徴とする排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置。
2. 請求項１において、
   ＳＯ₃を含有する排ガスを、前記煙道から導入する第２の開閉弁を備えた第２のガス導入ラインと、
   前記第２のガス導入ラインに接続され、前記排ガス中のガス状のＳＯ₃を計測するＳＯ₃測定器と、
   前記第２のガス導入ラインに介装され、導入した排ガス中のミスト状のＳＯ₃とダストとの両方を捕捉すると共に、ガス状のＳＯ₃を選択的に通過する第２のフィルタ手段と、
   第２のフィルタ手段以降の第２のガス導入ラインのＳＯ₃測定器までの領域を加熱し、第２のフィルタ手段通過後の排ガスのガス温度を酸露点以上の高温側に保持する第３の加熱手段と、を具備してなり、
   前記第２のフィルタ手段を通過後の排ガス中のガス状のＳＯ₃の濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測すると共に、
   前記第１のフィルタ手段を通過後の排ガス中のミスト状のＳＯ₃を加熱によりガス状のＳＯ₃とし、排ガス中に含まれるガス状のＳＯ₃の総濃度を、前記ＳＯ₃測定器で計測し、
   第１のフィルタ手段を通過したガス状のＳＯ₃の総ＳＯ₃濃度と、第２のフィルタ手段を通過したガス状のＳＯ₃のみの濃度との差分を、ミスト状ＳＯ₃濃度として求めることを特徴とする排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置。
3. 重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
   窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、
   熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、
   排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含む煤塵とを除去する集塵器と、
   除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
   脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムであって、
   請求項１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側で、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、
   計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整する制御手段を有することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステム。
4. 重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
   窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、
   熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、
   排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含む煤塵とを除去する集塵器と、
   除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
   脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムの運転方法において、
   請求項１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側と、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、
   計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、ＳＯ₃濃度に見合ったアンモニアを注入することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
5. 請求項４において、
   さらに、請求項１の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記アンモニア供給手段の出口側と、前記集塵機の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、
   排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応率を確認し、中和反応率に見合ったアンモニアを注入することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
6. 請求項４において、
   さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視し、
   前記空気予熱器の出口側のＳＯ₃濃度に応じて、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
7. 請求項４において、
   さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視すると共に、
   前記集塵機出口側で灰流動性を計測し、
   炉内の酸素（Ｏ₂）濃度と灰流動性情報とにより、炉内の酸素濃度を制御し、排ガス中の未燃焼カーボン量を調整することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
8. 請求項４において、
   さらに、請求項１のＳＯ₃含有排ガス計測装置を用いて、前記アンモニア供給手段の出口側と、前記集塵機の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、
   排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの中和反応率を確認し、
   ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ中和反応率が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
9. 請求項４において、
   さらに、重質燃料焚ボイラの炉内の酸素（Ｏ₂）濃度を監視すると共に、
   前記集塵機出口側で灰流動性を計測し、
   ＳＯ₃濃度が閾値を上回り、且つ灰流動性が閾値を下回ったらプラント制御システムにアラームを発することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
10. 請求項４において、
    さらに、排ガス中の水分を連続計測して排ガス中の酸露点を求め、
    前記空気予熱器の運転温度を酸露点より高める運転をすることを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。
11. 重質燃料焚ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、
    窒素酸化物除去後の排ガス中の熱を回収する空気予熱器と、
    熱回収後の排ガス中にアンモニア（ＮＨ₃）を添加するアンモニア供給手段と、
    排ガス中のＳＯ₃とアンモニアとの反応生成ダストを含む煤塵とを除去する集塵器と、
    除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
    脱硫後の排ガスを外部に排出する煙突とを具備する重質燃料焚ボイラシステムの運転方法において、
    請求項２の排ガス中のＳＯ₃含有量計測装置を用いて、前記空気予熱器の出口側で、前記アンモニア供給手段の入口側との間で排ガス中のＳＯ₃濃度を計測し、
    計測したＳＯ₃濃度に応じて、アンモニア供給量を調整し、濃度に見合ったアンモニアを注入すると共に、排ガス中のミスト状のＳＯ₃に応じて、燃焼状態を調整してＳＯ₃を低減することを特徴とする重質燃料焚ボイラシステムの運転方法。

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