JP2690754B2 - 湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリの供給方法 - Google Patents

湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリの供給方法

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JP2690754B2 JP63231683A JP23168388A JP2690754B2 JP 2690754 B2 JP2690754 B2 JP 2690754B2 JP 63231683 A JP63231683 A JP 63231683A JP 23168388 A JP23168388 A JP 23168388A JP 2690754 B2 JP2690754 B2 JP 2690754B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湿式排ガス脱硫装置への吸収剤スラリの供
給方法に係り、特に吸収塔内の吸収液スラリのpHを目標
値に維持するのに好適な吸収塔への吸収剤スラリの供給
方法に関する。
〔従来の技術〕 従来の湿式排煙脱硫装置の制御方法は第2図に示され
る様に、排ガスをダクト22から吸収塔23中に入れ、ここ
で吸収塔23、循環ポンプ26、循環ライン31を経て、循環
する吸収液24と気液接触させる。排ガス中のSO2は吸収
液に吸収された後、排ガスは排出ライン30を通って煙突
から排出される。
一方、SO2を吸収した吸収液24は、塔底部からタンク2
5に流下する。タンク25には吸収剤スラリ供給ライン28
から吸収剤が供給されており、これによりSO2の吸収性
能を回復した液は吸収塔循環ポンプ26により循環ライン
31を通って吸収塔23に供給される。なお、循環液の一部
は抜出しライン27を通って排出され、後工程において石
こうに酸化される。
このSO2吸収装置において、従来は吸収剤供給量を次
のように制御している。pH計4で吸収液のpH値を検出
し、調節計19bに入力する。調節計19bでは塔頂に至る吸
収液のpH値が一定になるように信号を加算器18bに入力
する。
一方、負荷検出器21で系内に入るSO2量、すなわち脱
硫プラントの負荷を検出し、加算器18bに入力する。加
算器18bでは調節計19bからの信号と負荷検出器21からの
信号とを加算し、調節計19bに設定値信号として入力す
る。また吸収剤スラリ供給ライン28の流量を吸収剤スラ
リ流量計5で検出し、調節計19cに入力する。調節計19c
は、これら信号にもとづいて吸収剤スラリ流量調整便20
を制御する。
しかし、湿式排煙脱硫装置においては、吸収剤スラリ
の投入に対するpHの応答性は非常におそい(時定数は40
分程度)ので、pHが設定値に達するまでには、時定数相
当の時間を要する。このため、pHを設定値に維持するた
めには、吸収剤供給量を変化させた場合に、pHがn分後
にどの程度変化するかを予測しないと、精度の良いpH制
御は不可能である。特に、pHの偏差に応じて吸収剤を供
給する従来の制御方式では、大幅な負荷変化時には、pH
の制御性が悪化するという点については配慮されていな
かった。
このpHの制御性を改善するための制御方式としては、
特開昭61-97019号、特開昭62-204829号等が挙げられ
る。
特開昭61-97019号は第3図に示される様に、pH予測演
算器(1)42を用いてpH将来値予測信号44とpH設定値信
号40との偏差にもとづいて、吸収剤スラリ供給量を補正
するものである。この方式では、pHの予測値が吸収剤ス
ラリ供給量に大きく影響するので、pHの予測程度が問題
となる可能性がある。
そこで、特開昭62-204829号では、第4図に示される
ように、オンラインで計測されるpH計4の出力信号とpH
予測演算器(2)43の出力信号であるpH現在値予測信号
45とが一致するように、パラメータ修正信号46を演算器
43に入力することにより、pHの予測精度を向上させる制
御方式が考えられた。ここで、41は脱硫率設定信号であ
る。
しかしながら、これらの制御方式では、pHの設定値と
実測値との間の偏差に基づいて吸収剤を供給しているた
め、吸収液中の亜硫酸塩の酸化状態(例えば全量酸化状
態、準全量酸化状態、部分酸化状態)によって、同一の
pH偏差でも、必要な吸収剤供給量が大幅に異なることが
ある。特に、準全量酸化状態(吸収液中の亜硫酸塩の濃
度がほとんどゼロの状態で、亜硫酸イオンが過飽和の状
態で存在する)では、吸収剤の溶解速度すなわち、中和
反応速度が極端に低下し、必要なpH偏差を補修するに
は、当量の数倍程度の吸収剤の大幅な過剰投入が必要な
場合も生ずる。
このように、従来技術による制御方式では、必ずし
も、吸収液のpHを設定値に維持することができないとい
う欠点があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、吸収剤の投入に対する吸収液pHの応
答性が悪いことおよび亜硫酸塩の酸化状態による吸収剤
の必要量の相違等についての配慮がされておらず、大幅
な負荷変動時および準全量酸化状態ではpHを目標値近傍
に維持することができず、吸収剤の適正な供給が行なわ
れること、pHの変動により脱硫性能が安定しないこと、
pHの変動はスケールの生成を促進すること等という問題
があった。
本発明の目的は、吸収液中の吸収剤濃度を予測するこ
とにより、pHを目標値に維持できる吸収剤供給量を計算
できる演算器を設置して、pHをあらゆる運転状態で目標
値に維持することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、排ガスを吸収塔に導き、吸収塔内で吸収
剤スラリと接触させて排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去
する湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリの供
給方法において、吸収塔での吸収剤スラリの供給量と抜
出し量および硫黄酸化物吸収量より現時点における吸収
塔内吸収液中の吸収剤濃度の予測値を算出する工程と、
吸収塔での硫黄酸化物吸収量と吸収液中の全カルシウム
イオン濃度および上記吸収剤濃度予測値に基づき吸収剤
の溶解速度定数を求める工程と、所定時間n分後の予想
負荷に基づき算出した吸収塔での硫黄酸化物吸収量と、
前記現時点での吸収塔内の吸収剤濃度予測値および吸収
剤の溶解速度定数から所定時間n分後の吸収塔内の吸収
剤濃度予測値を算出する工程と、所定時間n分後のpH設
定値から求めた水素イオン強度と吸収塔内での硫黄酸化
物吸収量と吸収剤の溶解速度定数および吸収液中の全カ
ルシウムイオン濃度より所定時間n分後に必要とされる
吸収塔内吸収剤の濃度予測値を算出する工程と、所定時
間n分後における吸収塔内の吸収剤濃度予測値と必要と
される吸収剤濃度予測値との偏差量に基づき吸収塔への
吸収剤スラリ供給量を制御する工程とを有することを特
徴とする湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリ
の供給方法により達成される。
〔実施例〕
本発明の吸収剤供給量制御方法の具体的実施例を第1
図に示す。第1図において、1は排ガス流量計、2は入
口SO2濃度計、3は出口SO2濃度計、4はpH計、5は吸収
剤スラリ流量計、6は吸収塔23から外部へのスラリ抜出
流量計、8は負荷要求信号、9は微分器、10はpH設定
値、11は吸収剤濃度演算器(2)、12は吸収剤濃度信
号、13は吸収剤溶解速度定数信号である。7は吸収剤濃
度演算器(1)であり、以下の演算を実施する。吸収塔
内の吸収液24中の吸収剤濃度バランスは となる。ここに、V:タンク体積(l)、x:吸収剤濃度
(mol/l)、t:時間(h)、y:吸収剤スラリ濃度
(−)、yp:吸収剤純度(−)、Me:吸収剤分子量(kg/m
ol)、Gsl:吸収剤スラリ流量(kg/h)、RSO2:SO2吸収
量(mol/h)、Gd:抜き出し流量(kg/h)、γ:吸収液比
重量(kg/h)Gg:排ガス流量(Nl/h)、xH2O:排ガス中水
分(−)、Cso2:入口SO2濃度(ppm)、ξ:脱硫率
((Cso2−C′SO2)/Cso2)、C′SO2:出口SO2濃度
である。
したがって(1)、(2)式をオンライン計測信号
1、2、3、4、5、6にもとづいて解くことにより、
現在の吸収剤濃度の予測値x(第1図の12)が求められ
る。
一方、除去されたSO2量と吸収剤消費量は等しいの
で、 RSO2=V・γa …(3) となる。ここで、γa:吸収剤消費量(mol/l・h)、k:
吸収剤溶解速度定数、〔H+〕:水素イオン濃度(mol/
l)、〔Ca2+〕:吸収液中の全カルシウムイオン濃度(m
ol/l)、α、β、γ:定数である。
(3)、(4)式を、(1)、(2)式から求まる現
在の吸収剤濃度χを用いて解くと、吸収剤の溶解速度定
数kがオンライン固定できる。準全量酸化状態ではこの
溶解速度定数が極端に小さくなる。なお、〔Ca2+〕はpH
およびCl-濃度より容易に推定できる。すなわち、 CaSO4の形で液中に存在するCa2+はpHの増加とともに
増加し次いで飽和する関係をもち、pHによって決まる。
また、 CaCl2Ca2++2Cl1- 液中のCa2+およびCl1-は上式の形で存在するので、Cl
1-が1mol/lであればCa2+は1/2mol/lとなる。
したがって、〔Ca2+〕はCaSO4およびCaCl2の和とな
る。よって 〔Ca2+〕=f1(pH)+f2(Cl1- このようにして、吸収剤濃度演算器(1)7により、
現在の吸収剤濃度予測信号(χ)12および吸収剤溶解速
度定数信号(k)13が求められる。
次に、11は吸収剤濃度演算器(2)であり、ここでは
オンライン計測信号5、6、8、10および微分器9の出
力信号を用いて以下の演算を実施する。まず、n分後の
運転条件を、次式から予測する。
SO2t+n=f1(Lt+n) …(6) Ggt+n=f2(Lt+n)・R …(7) ここに、L:負荷(%)、R:オーバまたはアンダファイ
ヤリング率。
この運転条件をもとに、(1)〜(4)式より、n分
後の吸収剤濃度予測信号xt+n14を求める。このとき初
期吸収剤濃度としては、吸収剤濃度信号12を用いる。な
お、(4)式のkは吸収剤溶解速度定数信号13を用い
る。
(1)式を差分に展開すると ここに、 γ、V、Δt、Ma、y、yp、xH2Oは既知であり、G
d、Gsl、Gg、Cso2、ηはオンライン計測により求ま
る。
上式をiΔt=nとなるまでくり返し計算することに
よりxtよりxt+nが求められる。なお、操作量であるG
d、Gl、Gslは現状の値を使用し、Gg、Cso2については
負荷の予測値より(5)〜(7)式を使って求める。
ηはpHt+Δt、L/G(Glt/Ggt+Δt)、Cso2t+Δ
tより求める。ここで、Glは吸収塔での吸収剤スラリの
スプレイ量である。
ηt+Δt=f{pHt+Δt′L/G,Cso2 t+Δt} (3)、(4)式より pHt+Δt=−log10〔H+ t+Δt〕 上式よりpH t+Δtが求まる。この計算はくり返し演
算して解を求めることになる。なお、 〔Ca2+ t+Δt〕=f1(pHt+Δt)+f2(Cl-1) n分後に必要な吸収剤濃度予測信号15は、 〔H+〕=10-pHset …(8) (ここに、pHset:pH設定値)として(2)、(3)、
(4)式より計算できる。
〔H+ t+n〕=10-pHset 上式よりx t+n setが求まる。なお、Rso2t+n、
〔Ca2+ t+n〕は上述の手順による。
なお、準全量酸化状態では、(4)式のkが極端に小
さくなり、必要な吸収剤濃度予測信号15が極端に大きく
なる。このようにして、吸収剤濃度演算器(2)11で
は、n分後の吸収剤濃度予測信号14およびn分後に必要
な吸収剤濃度予測信号15が計算できる。
減算器16aでは、n分後の吸収剤濃度予測信号14とn
分後に必要な吸収剤濃度予測信号15との偏差を求め、係
数器17で一定の係数を掛け合わせ、加算器18aにおい
て、従来制御方式の吸収剤供給デマンド信号29を加え
て、引算器16bで吸収剤スラリ流量計5の出力信号との
偏差を求め、調節計19aで信号処理して、吸収剤スラリ
流量調整弁20を開閉することにより吸収剤供給量を調節
する。
本発明はこのような構成なので、吸収剤の供給量を操
作した場合の吸収液中の吸収剤濃度の変化を予測でき、
吸収液pHを設定値に精度良く制御できる。特に大幅な負
荷変動時および準全量酸化状態において本発明は有効で
ある。
第5図に本発明の制御方法にもとづいて、pHを制御し
た場合の実例を示す。
〔試験条件〕
排ガス量:〜240Nm3/h、入口SO2濃度:580ppm、pH設定
値:5.7 第5図において、実戦が本発明の制御方式によるpH制
御であり、破線の従来型制御に比較してpHは、ほぼ設定
値近傍に維持されており、これに伴なって、脱硫率の変
化巾も小さくなり、大幅な負荷変動時においても安定し
た脱硫性能が得られている。
第6図は全量酸化状態から、準全量酸化状態への移行
時の挙動を示したものである。従来型制御では、pHが低
下し、脱硫率が一定に維持できないが、本発明の制御で
は良好なpH制御性が得られている。
なお、従来の制御方式では、pHの偏差に着目してお
り、この偏差に対応する吸収剤補正量を大きくすること
により対応可能にみえるが、酸化状態の判定が自動的に
できないので、準全量酸化状態以外の場合には、pHが設
定値から大きくはずれてしまう。
〔発明の効果〕
本発明によれば、吸収剤供給量の変動に伴なって、将
来の吸収液中の吸収剤濃度が予測できるので、以下に示
すような効果がある。
(1) 大幅な負荷変動時においても、吸収液pHを設定
値近傍に維持できるので、安定した脱硫性能を確保でき
る。
(2) pHの変動が小さくなるので、吸収塔におけるス
ケール生成量を低減できる。
(3) 酸化状態の予測が、溶解速度定数を通して自動
的に行なわれることになるので、準全量酸化状態のよう
な吸収剤の活性低下に対しても、吸収液pHを設定値近傍
に維持できるので、安定した脱硫性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例説明図、第2図〜第4図は従来
技術になる湿式排ガス脱硫装置への吸収剤スラリの供給
量制御系統図、第5図〜第6図は本発明の効果の検証例
説明図である。 1……排ガス流量計、2……入口SO2濃度計、3……出
口SO2濃度計、4……pH計、5……吸収剤スラリ流量
計、6……吸収剤スラリ抜出し量流量計、7……吸収剤
濃度演算器(1)、8……負荷要求信号、9……微分
器、10……pH設定器、11……吸収剤濃度演算器、12……
現在の吸収剤濃度信号、13……吸収剤溶解速度定数信
号、14……n分後の吸収剤濃度予測信号、15……n分後
に必要な吸収剤濃度予測信号、16……減算器、17……係
数器、18……加算器、19……調節計、20……吸収剤スラ
リ流量調整弁、29……吸収剤供給デマンド信号。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排ガスを吸収塔に導き、吸収塔内で吸収剤
    スラリと接触させて排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去す
    る湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリの供給
    方法において、吸収塔での吸収剤スラリの供給量と抜出
    し量および硫黄酸化物吸収量より現時点における吸収塔
    内吸収液中の吸収剤濃度の予測値を算出する工程と、吸
    収塔での硫黄酸化物吸収量と吸収液中の全カルシウムイ
    オン濃度および上記吸収剤濃度予測値に基づき吸収剤の
    溶解速度定数を求める工程と、所定時間n分後の予想負
    荷に基づき算出した吸収塔での硫黄酸化物吸収量と、前
    記現時点での吸収塔内の吸収剤濃度予測値および吸収剤
    の溶解速度定数から所定時間n分後の吸収塔内の吸収剤
    濃度予測値を算出する工程と、所定時間n分後のpH設定
    値から求めた水素イオン強度と吸収塔内での硫黄酸化物
    吸収量と吸収剤の溶解速度定数および吸収液中の全カル
    シウムイオン濃度より所定時間n分後に必要とされる吸
    収塔内吸収剤の濃度予測値を算出する工程と、所定時間
    n分後における吸収塔内の吸収剤濃度予測値と必要とさ
    れる吸収剤濃度予測値との偏差量に基づき吸収塔への吸
    収剤スラリ供給量を制御する工程とを有することを特徴
    とする湿式排ガス脱硫装置の吸収塔への吸収剤スラリの
    供給方法。
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