JP2740537B2 - 脱硫装置の冷却塔排水量制御装置 - Google Patents

脱硫装置の冷却塔排水量制御装置

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JP2740537B2 JP1050741A JP5074189A JP2740537B2 JP 2740537 B2 JP2740537 B2 JP 2740537B2 JP 1050741 A JP1050741 A JP 1050741A JP 5074189 A JP5074189 A JP 5074189A JP 2740537 B2 JP2740537 B2 JP 2740537B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は脱硫装置の冷却塔排水量制御装置に係り、特
に冷却塔循環液の水質を適正値に維持するに好適な脱硫
装置の冷却塔排水量制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の冷却塔排水量制御系統を第2図に示す。第2図
において、亜硫酸ガス、ばいじんおよび塩化水素ガスを
含有する排ガス30は、脱硫装置入口煙道6を経て冷却塔
1に導入される。冷却塔1内では、循環タンク2内の液
が循環ポンプ3、循環配管4およびスプレノズル5を経
て噴霧され、十分な気液接触によりガスの冷却、除じん
および塩化水素ガス(HCl)等の可溶性ガスの除去が行
われる。冷却塔1を通ったガスは、次に煙道7を経て吸
収塔に供給され硫黄酸化物の吸収・除去が行われる。
冷却塔1で除去されたばいじんおよびHClは、循環液
中に浮遊固形物(SS)およびCl-イオンとなって蓄積さ
れることから、循環液の水質を調整するよう冷却塔循環
液の一部は、抜き出し管9および調節弁13を経てばいじ
んシックナ8へ抜き出され、ここで抜き出された排水中
のSSの沈降濾過が行われ、上澄水はオーバーフロー管10
を経て再び循環タンク2に戻される。一方ばいじんシッ
クナ8で沈降濃縮された液は、アンダーフロー管11およ
び調節弁14を経て、最終的に排水処理装置等へ排出され
る。また冷却塔循環液は、このアンダーフロー排水やガ
スの冷却・増湿時の蒸発で消費されるため、補給水31が
補給水管12および調節弁15を経て循環タンク2に供給さ
れる。
上記系統において、冷却塔循環液は、僅かであるがSO
2ガスが溶解するため通常pH=1〜2の希硫酸となり、
このため循環液は腐食・摩耗性の高い水質となり、冷却
塔、循環タンク、ポンプおよび配管・弁類等の機器は、
ゴムライニング、樹脂ライニングまたはセラミック等の
耐食・耐摩耗材料が用いられる。また強度を必要とする
ボルト・ナット、ポンプ部品やライニング施工が難しい
形状の接液部品に対しては、高Ni・Cr・Moの高級ステン
レス鋼(例えば、ハステロイC等)が用いられるが、低
pH、高Cl−イオン、高F-イオン濃度に対しては耐食性の
面で適用限界がある。
さらに石炭焚きボイラ排ガスのように、ばいじんがフ
ライアッシュの場合は、排中にCaO、MgO、Na2O、K2O等
の可溶性物質が含まれ、これらの物質が循環液中に溶解
し、その蓄積量との兼合で高濃度の溶解塩が形成され
る。さらに冷却塔補給水中の各種溶解物質も冷却塔に持
込まれることになる。このため循環液は、各種の陽イオ
ン、陰イオンが共存する液となり、濃縮の度合によって
は共存塩の影響で飽和溶解度が低下し、例えば、CaSO4
・2H2Oの析出によるスケールトラブルの危険を生じる。
一方、SSについても、高濃度の場合は、スプレノズル
の詰り原因または機器の摩耗加速要因となるため注意を
要する。
上記したように、冷却塔循環液の性状は複雑であり、
装置の安定運転維持のためには、使用材料の耐食限界、
スケール生成および詰り防止を考慮する必要があり、経
験的に通常Cl-イオン濃度は20,000ppm以下、T−Ca濃度
は1,000ppm、SS濃度は1wt%以下を目標とし、冷却塔循
環系統から循環液の一部が抜き出される。
このようなばいじんシックナーと上澄水の回収ライン
を有する閉ループ系統においては、冷却塔に持込まれる
各種物質の液中の溶解イオン濃度は、ばいじんシックナ
ーアンダーフロー排水量との関係で決定される。
上記した系統における従来の制御方法は、脱硫装置入
口排ガス量に応じて排水量を比例的に制御する単純な方
法であった。すなわち、脱硫装置入口煙道6に設けられ
た排ガス流量検出器19の検出信号を制御量として、また
抜き出し管9およびアンダーフロー管11にそれぞれ設け
られた排水流量検出器16、17の検出信号をフィードバッ
ク量として、調節弁13、14の開度を調節する方法であ
る。なお、この種の制御方法として関連するものには、
例えば実開昭63−63115号等が挙げられる。
しかしながら、従来の方法は、排ガス中のばいじん
量、HCl濃度および灰中のCaO量等は設計条件値に一定と
いう前提で成り立っており、ボイラで使用される燃料の
性状変化および灰の電気抵抗と電気集じん機の性能によ
って影響される脱硫装置入口ばいじん量の変化等につい
ては配慮されていなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、冷却塔排水量の決定ならびに循環液
の水質に大きく影響する排ガス性状について、その変化
に対応する配慮がなされておらず、今後海外炭焚きが数
多く行われ、炭種の変化に伴いボイラからの排ガス性状
が大巾に変化するガスを処理する脱硫装置に対しては、
不必要に多くの排水およびそれに伴う排水処理装置の運
転費増加を招く問題を有している。また、排水量を決定
する循環液中のCl-イオン、Ca2+イオン等を直接計測す
る計器についても、数多くの溶解塩を含有する複雑な液
性状であるために信頼性がなく実用化されていないのが
現状である。
本発明の目的は、排ガスおよび冷却塔補給水から冷却
塔に持込まれる各種物質量を、信頼性のある測定値とボ
イラ燃料等の分析データ入力との組み合わせによって求
め、この値を用いて排水量を演算することにより、排水
量を必要最小限に制御することができる脱硫装置の冷却
塔排水量制御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、排ガス側と補給水側の両方から冷却塔に
持込まれる各種物質量を演算し、循環液中のSS、Cl-
オンおよびT−Ca濃度を規定することにより達成され
る。すなわち、本発明は、亜硫酸ガス、ばいじんおよび
塩化水素ガスを含有する排ガスを冷却塔に導き、冷却塔
循環液と気液接触させて、ガスの冷却、除じんおよび可
溶性ガスの除去を行う脱硫装置の冷却塔の排水量制御装
置において、排ガスおよび冷却塔補給水から持込まれ
る、ばいじん、Cl-イオン、Ca2+イオンの物質量を排ガ
ス中のばいじん濃度およびHCl濃度、補給水中のCl-イオ
ン濃度およびCa2+イオン濃度ならびにばいじん中のCa濃
度のうちの必要データに基づいて演算し、これらの演算
値を入力して排水流量設定信号を出力する関数演算器
と、排水流量を検出する排水流量検出器と、前記関数演
算器出力と前記排水流量検出器出力とを入力し、前記循
環液中の各物質の濃度が適正な濃度になるように、冷却
塔循環系統からの抜き出し管に設けた調節弁およびばい
じんシックナーアンダーフロー管に設けた調節弁の開度
を調節する調節器とを具備したことを特徴とする脱硫装
置の冷却塔排水量制御装置。
排ガスから冷却塔に持込まれるCl量は、ボイラ燃料中
のCl分析値データ入力によりガス中のHCl濃度に関数変
換し、この濃度と計測される排ガス流量との積で表され
る。また排ガスから冷却塔に持込まれるばいじん量は、
ばいじん濃度検出器と排ガス流量検出器で直接計測され
る量の積で表せる。さらに、排ガスから冷却塔に持込ま
れるCa量は、ボイラ燃料の灰中のCaO分析値と前記の持
込まれるばいじん量の積で表せる。一方、補給水から冷
却塔に持込まれるCl量およびCa量は、補給水中のCl-
オンおよびT−Ca濃度分析値と計測される補給水流量の
積で表わされる。
〔作用〕
本発明の制御装置によれば、冷却塔排水量を決定する
因子である排ガス側および補給水側から冷却塔に持込ま
れる各種物質量を演算で求めることにより、特に排ガス
量およびその性状の変化に応じて必要最小限の排水量を
設定することができる。このため、複雑な水質である循
環液中のCl-イオンおよびCa2+イオン濃度等を、信頼性
の低い、または実用化されていない計器を用いて連続計
測する必要もなくなる。また従来のように最も厳しい排
ガス性状を設計条件として決定した最大排水量を基にし
て、排ガス量の変化のみの信号で比例制御していたもの
に比べて、排ガス性状等の変化に対応した制御が可能と
なり、無駄な排水をなくすことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により詳細に説明す
る。
従来の系統(第2図)と異なる点は、脱硫装置入口煙
道6と補給水管12に、それぞればいじん濃度検出器20と
補給水流量検出器18が設置され、排ガス中のばいじん濃
度および冷却塔補給水流量が計測されること、データ記
憶装置21が設けられ、ボイラ燃料の種類に応じて必要な
データ等が外部より該データ記憶装置に入力されるこ
と、並びにこれらの値が演算器22〜24に入力され、排水
量Q1、Q2が演算されることである。データ記憶装置21に
は、例えば燃料中のCl濃度、灰中のCaO量等の燃料性状
分析データならびに補給水中のCl-イオンおよびT−Ca
濃度等の水質分析データが入力される。
次に、本発明の演算および制御機能を説明する。
(1)冷却塔循環液抜き出し排水流量制御 冷却塔1で捕集されるばいじん量Dは、排ガス流量検
出器19の信号QGとばいじん濃度検出器20の信号C1を用い
て、次の式で求められる。
D=a・QG・C1 …(1) ここで、 D:冷却塔捕集ばいじん量 QG:排ガス量 C1:排ガス中のばいじん濃度 a:除じん効率 抜き出し排水流量Q1は、循環液中のSS濃度を規定値に
維持するものであるから、次式に示すように冷却塔捕集
ばいじん量Dの関数として求めることができる。
Q1=f(D) …(2) したがって、(1)および(2)式でQ1を求める演算
器22の出力と抜き出し排水流量検出器16の出力とが減算
器25に入力されて偏差信号が求められ、これにより調節
計26の調節弁13の開度が調節される。
(2)ばいじんシックナーアンダーフロー排水流量制御 冷却塔1に持込まれるCl量Xは、ボイラ燃料中のCl濃
度分析値および冷却塔補給水中のCl-イオン濃度分析値
が入力されているデータ記憶装置21からのガス中のHCl
濃度換算信号C2、補給水中のCl-イオン濃度信号C3と、
排ガス流量検出器19の信号QGおよび補給水流量検出器18
の信号Wを用いて、次式で求められる。
X=b・QG・C2+W・C3 …(3) ここで、 X:冷却塔に持込まれるCl量 C2:排ガス中のHCl濃度 W:補給水流量 C3:補給水のCl-イオン濃度 b:定数 シックナーアンダーフロー排水流量Q2は、循環液中の
Cl-イオン濃度を規定値に維持するものであるから、次
式に示すようにXの関数として求めることができる。
Q2=f(X) …(4) 一方、冷却塔1に持込まれるCa量Yは、ボイラ燃料の
灰中のCaO分析値および冷却塔補給水中のT−Ca濃度分
析値を入力したデータ記憶装置21からの灰中のCaO濃度
信号C4、補給水中のT−Ca濃度信号C5と、(1)式で求
めた演算器22からの捕集ばいじん量信号Dおよび補給水
流量検出器18の信号Wを用いて、次式で求められる。
Y=c・D・C4+W・C5 …(5) ここで、 Y:冷却塔に持込まれるCa量 D:冷却塔捕集ばいじん量 W:補給水量 C4:灰中のCaO濃度 C5:補給水中のT−Ca濃度 c:定数 また、シックナーアンダーフロー排水流量Q2は、循環
液中のT−Ca濃度を規定値に維持するものであるから、
次式に示すようにYの関数として求めることができる。
Q2=f(Y) …(6) (4)および(6)式で求めたQ2のうち、いずれか大
きい方の値を最終的なQ2として扱えばよいことになる。
したがって、(3)および(4)式でQ2を求める演算
器23の出力と、(5)および(6)式でQ2を求める演算
機24の出力とを選択器27に入力し、いずれか大きい方の
値の出力とシックナーアンダーフロー排水流量検出器17
の出力を減算器28に入力して偏差信号を求め、調節計29
の信号によって調節弁14の開度が調節される。
第1表は、石炭焚きボイラ排ガス処理を行う処理ガス
量61万Nm2/hの脱硫装置において、5炭種を例にした場
合の燃料およびガス性状変化と冷却塔排水量の 関係を
示したものである。
従来の制御装置では、いかなる炭種においても、最も
条件が厳しいA炭を設計条件として、この場合の排水量
Q1およびQ2が定格ガス量時の基準値となり、処理ガス量
に応じて比例的に制御されている。
本実施例によれば、例えばE炭が焚かれた場合は、定
格ガス量時において、排水量Q1は11.6t/hから1.2t/h
に、Q2は3.7t/hから1.0t/hに減じることができるよう
に、各炭種に応じて第1表に示す排水量での運転制御が
でき、また混炭の場合にも十分対応できる。
本発明の他の実施例として、データ入力および記憶装
置に、燃料中のF濃度、灰中のSiO2、Al2O3、MgO、Na
2O、K2O、また補給水中のNa+イオン濃度、Mg2+イオン濃
度またはCOD濃度等の分析データ入力、さらに煙道中にN
H3濃度計を設けてNH3濃度の入力により、前記実施例と
同様の各種物質量の演算を行うことができる。これによ
って、排水中の各種イオン濃度の予測が可能となり、排
水処理装置の最適運転管理用の情報を提供することがで
きる等の効果が得られる。
〔発明の効果〕 本発明によれば、冷却塔に持込まれる各種物質量の変
化を冷却塔入口側で逸早く把握し、冷却塔循環液の排出
量を制御できるので、循環液水質の適格な維持管理がで
き、この結果、ばいじんシックナーへの凝集剤添加量お
よび排水処理装置での各種薬品使用量等が大巾に低減さ
れることになり、運転費を低減することができる。ま
た、電気集じん機が不調等の理由により冷却塔入口ばい
じん量が大巾に増加するような場合においても、本発明
の制御機能が追従するため循環液が異常濃縮を来たす恐
れがなく、装置の安定維持のための信頼性向上にも役立
つ効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御装置の一実施例を示す系統図、お
よび第2図は従来の制御装置を示す系統図である。 1……冷却塔、2……循環タンク、8……ばいじんシッ
クナー、9……抜き出し管、16、17……排水流量検出
器、18……補給水流量検出器、19……排ガス流量検出
器、20……ばいじん濃度検出器、21……データ記憶装
置、22、23、24……演算器、26、29……調節計。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】亜硫酸ガス、ばいじんおよび塩化水素ガス
    を含有する排ガスを冷却塔に導き、冷却塔循環液と気液
    接触させて、ガスの冷却、除じんおよび可溶性ガスの除
    去を行う脱硫装置の冷却塔の排水量制御装置において、
    排ガスおよび冷却塔補給水から持込まれる。ばいじん、
    Cl-イオンおよびCa2+イオンの物質量を、排ガス中のば
    いじん濃度およびHCl濃度、補給水中のCl-イオン濃度お
    よびCa2+イオン濃度ならびにばいじん中のCa濃度のうち
    の必要データに基づいて演算し、これらの演算値を入力
    して排水流量設定信号を出力する関数演算器と、排水流
    量を検出する排水流量検出器と、前記関数演算器出力と
    前記排水流量検出器出力とを入力し、前記循環液中の各
    物質の濃度が適正な濃度になるように、冷却塔循環系統
    からの抜き出し管に設けた調節弁およびばいじんシック
    ナーアンダーフロー管に設けた調節弁の開度を調節する
    調節器とを具備したことを特徴とする脱硫装置の冷却塔
    排水量制御装置。
  2. 【請求項2】脱硫装置入口煙道中に排ガス流量検出器と
    ばいじん濃度検出器とを設け、これら検出器の出力を入
    力して冷却塔に持込まれるばいじん量を演算する演算器
    と、前記演算器出力を入力して冷却塔循環系統からの抜
    き出し排水流量設定信号を出力する関数演算器とを設け
    たことを特徴とする請求項(1)記載の脱硫装置の冷却
    塔排水量制御装置。
  3. 【請求項3】前記ばいじんシックナーで冷却塔循環系統
    から抜き出された排水中の浮遊固形物の沈降濾過を行
    い、一方、上澄水は冷却塔に戻して再利用する閉ループ
    系統と、Cl-イオン濃度を適正値に維持するために、使
    用される燃料中のCl分析値をデータ入力して排ガス中の
    塩化水素ガス濃度信号を出力する関数発生器と、前記排
    ガス流量検出器の出力と前記塩化水素ガス濃度関数発生
    器の出力とを入力して排ガスから持込まれるCl量を演算
    する演算器と、冷却塔補給水中のCl-イオン分析データ
    入力と前記補給水流量検出器の出力を入力して補給水か
    ら持込まれるCl量を演算する演算器と、これらの二つの
    演算器からの出力を入力してシックナーアンダーフロー
    排水流量設定信号を出力する関数演算器とを設けたこと
    を特徴とする請求項(1)記載の脱硫装置の冷却塔排水
    量制御装置。
  4. 【請求項4】請求項(3)記載のばいじんシックナー廻
    りの閉ループ系統において、さらにCa2+イオン濃度を適
    正値に維持するために、使用される燃料の灰中のCaO分
    析データ入力と排ガス中のばいじん量を演算する演算器
    からの出力を入力して排ガスから持込まれるCa量を演算
    する演算器と、冷却塔補給水中のCa2+イオン分析データ
    入力と前記補給水流量検出器の出力を入力して補給水か
    ら持込まれるCa量を演算する演算器と、これら二つの演
    算器からの出力を入力してシックナーアンダーフロー排
    水流量設定信号を出力する関数演算器とを設けたことを
    特徴とする請求項(3)記載の脱硫装置の冷却塔排水量
    制御装置。
  5. 【請求項5】請求項(4)記載の脱硫装置の冷却塔排水
    量制御装置において、前記2種類のシックナーアンダー
    フロー排水流量設定の関数演算器の出力信号の中、いづ
    れか大きい方の信号を選択する選択器を有することを特
    徴とする脱硫装置の冷却塔排水量制御装置。
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