JP2972263B2 - 湿式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御装置および吸収剤供給量制御方法 - Google Patents

湿式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御装置および吸収剤供給量制御方法

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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の吸収剤供給量制御装置
および吸収剤供給量制御方法に係り、特に吸収液pHを適
切に制御して、吸収剤の消費量を低減するのに好適な湿
式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御装置および吸収剤
供給量制御方法に関する。
〔従来の技術〕
従来の湿式排ガス脱硫装置の吸収液pH制御装置は、第
5図に示されるように、SOxを含有する排ガス25を吸収
塔12中に導入し、ここで循環する吸収液11と気液接触さ
せる。排ガス中のSOx、例えばSO2が吸収液に吸収された
後、排ガスは排出ラインを通って煙突から排出される。
一方、SO2を吸収した吸収液11は、吸収塔循環タンク1
3に戻される。吸収塔循環タンク13には吸収剤スラリ流
量調整弁10により吸収剤が供給されており、SO2の吸収
性能を回復した吸収液11は、吸収塔循環ポンプ14により
吸収塔12に戻される。なお、循環液の一部は抜出しライ
ン15を通って排出され、後工程において酸化されて石膏
となり回収される。
このような湿式排ガス脱硫装置において、従来は吸収
剤供給量を次のように制御している。pH計3で吸収液の
pH値を検出し、調節計9cに入力する。調節計9cでは塔頂
に到る吸収液のpH値が設定値になるように信号を加算器
8bに入力する。
一方、負荷検出器16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8bに入力する。加算
器8bでは調節計9cからの信号と負荷検出器16からの信号
とを加算し、調節計9bに吸収剤スラリ流量デマンド信号
17として入力する。吸収剤スラリ供給量を吸収剤スラリ
流量計4で検出し、調節計9bに入力する。調節計9bは、
これらの信号に基づいて吸収剤スラリ流量調整弁10を制
御する。
なお、上述した吸収剤供給量制御方式を制御系統図に
したものを第6図に示す。
第6図においては、1は排ガス流量計、2は入口排ガ
スSOx濃度計、3はpH計、4は吸収塔への吸収剤スラリ
供給流量計、5a、5bは引算器、6a、6b、6cは関数発生
器、7a、7bは乗算器、8は加算器、9は調節計、10は吸
収剤スラリ供給流量調節弁である。図においては、関数
発生器6aにおいて、入口SO2量の関数としてpH設定値を
与え、関数発生器6bにおいて、入口SO2量の関数として
吸収剤過剰率先行値を与えるものである。
したがって、この吸収剤供給量制御方式は、過剰率先
行値信号(関数発生器6bの出力信号)と、吸収液pHの設
定値に対するフィードバック信号(関数発生器6cの出力
信号)の加算値により吸収剤供給量を決定するものであ
り、これまで実機において採用されてきた制御方式であ
る。
しかしながら、本制御方式では、特殊な運転状態にお
いては良好な制御特性が得られないという点については
配慮されていなかった。
すなわち、吸収液の酸化状態はSO2の吸収量と、生成
する亜硫酸の酸化量との大小関係によって、全量酸化領
域(SO2吸収量<酸化量)と部分酸化領域(SO2吸収量>
酸化量)に分けられる。
一般的には高負荷で部分酸化領域、低負荷では全量酸
化領域となる。
ところが、低負荷から高負荷へ運転条件が移行する場
合には、全量酸化領域から部分酸化領域へ酸化状態が移
行するが、この間の遷移領域として準全量酸化領域が存
在する。
この準全量酸化領域においては、吸収液中にSO2を吸
収して生成する亜硫酸塩の固形物が存在しないので、亜
硫酸イオンが晶折困難となって吸収液中の亜硫酸イオン
が過飽和状態となり、吸収液中のSO2分圧が増加するた
め脱硫性能が低下する。また、過飽和状態の亜硫酸イオ
ンが吸収剤の表面に析出して、吸収剤の溶解反応が鈍く
なり、必要な脱硫性能を維持できる吸収液のpHを保持す
るためには、場合によっては当量の2〜3倍程度の大量
の吸収剤供給が必要となる。
また、石炭焚ボイラの排ガス中には、吸収剤の溶解反
応を阻害するHCl、およびHF等の酸性ガスが含まれてい
るが、特に吸収液中のF-イオン濃度が所定値(約100pp
m)以上となると、吸収剤の活性、すなわち吸収剤の溶
解反応を阻害し、極端な場合には吸収剤を大量に投入し
ても、吸収液のpHが低下して、必要な脱硫性能を維持す
るためのpHを維持できない状態も起こり得る。
このように、従来の吸収剤供給量制御方式では、特殊
な運転状態、すなわち準全量酸化状態や吸収液中のF-
オン濃度が高くなって吸収剤の活性が低下したような場
合には、必要な脱硫性能を確保できるpHを維持できない
という欠点があった。
なお、この原因は従来制御方式ではpHの偏差に基づい
て、吸収剤供給量の補正をするところにあり、運転状態
によってこのpH偏差に対して必要な吸収剤の補正供給量
が異なるためである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、特殊な運転状態においても、吸収液
pHを所定の値に維持できるように、吸収剤を供給すると
いう点について配慮がされておらず、準全量酸化状態や
吸収液中のF-イオン濃度が高い場合には、必要とされる
pHを維持できず、所定の脱硫性能を確保できないという
問題があった。
本発明の目的は、特殊な運転状態を含むあらゆる運転
状態においてpHを目標値に維持し、所定の脱硫性能を確
保できる吸収剤供給量制御装置および制御方法を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、オンラインで計測できるpH計の出力信号
に基づいて、pHの計測値と目標値との間の偏差信号、お
よび偏差信号の変化率によるフアジイ推論を用いて、吸
収剤のpH補正供給量デマンドを決定するフアジイ演算器
を設定することにより達成される。すなわち、従来技術
の問題点は、排ガスを吸収剤スラリ吸収液と接触させ排
ガス中の硫黄酸化物(SOx)を吸収除去する排ガス脱硫
装置の吸収剤供給量制御装置において、脱硫装置入口の
SOx総量を算出する装置と、該SOx総量より吸収液のpH目
標値を設定する装置と、吸収液のpH値を計測する装置
と、上記pH目標値と計測値の偏差値を求める装置と、こ
のpH偏差値の変化率を求める装置と、上記pH偏差値と偏
差値変化率に基づきフアジイ推論を用いて脱硫装置への
吸収剤の供給量デマンド補正信号を演算するフアジイ演
算器と、このフアジイ演算器の出力信号を用いて吸収剤
供給量デマンドを求める装置とを設けたことを特徴とす
る湿式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御装置、 および排ガスを吸収剤スラリ吸収液と接触させて排ガ
ス中の硫黄酸化物を吸収除去する排ガス脱硫装置の吸収
剤供給量制御方法において、吸収液のpH目標値を設定す
る工程と、吸収液のpH値を測定する工程と、上記pH目標
値と測定値の偏差を求める工程と、このpH偏差値の変化
率を求める工程と、pH偏差値とその変化率とに基づきフ
アジイ推論を用いて脱硫装置への吸収剤の供給量デマン
ド補正信号を演算する工程と、吸収剤スラリ供給量を測
定する工程と、上記吸収剤スラリ供給量測定値と吸収剤
供給両デマンド補正信号とを用いて吸収剤供給量を調整
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
置の吸収剤供給量制御方法により解決される。
〔作用〕
フアジイ演算器は、pHの計測値と目標値との間の偏差
信号、および偏差信号の変化率によるフアジイ推論を用
いて、吸収剤のpH補正供給量デマンドを決定するように
動作する。それによって、例えば準全量酸化状態におい
ては、吸収剤のpH補正供給量デマンドを増加させてもpH
が目標値を下回るような状態が生ずるが、この場合には
フアジイ演算器の出力信号はさらに吸収剤のpH補正供給
量デマンドを増加させてていき、この操作をpHが目標値
に達するまで繰返すことになるので、pHは目標値近傍に
維持され、目標値から大幅にはずれるようなことがな
い。
〔実施例〕
本発明になる湿式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御
装置の具体的実施例を第1図に示す。第6図に示した従
来技術になる吸収剤供給量制御装置と異なるところは、
負荷要求設定器18の出力信号を微分器19に入力して負荷
変化率信号を求め、これに係数器21で一定の係数を掛け
合わせて、負荷先行信号として加算器8aに入力する点
と、pH計3の出力信号とpHの設定値信号(関数発生器6a
の出力信号)との偏差を、フアジイ演算器20を用いて処
理する点にある。前者の負荷先行投入回路については公
知の技術であるが、本発明の特徴はpHの偏差信号(引算
器5の出力信号)に基づいて、フアジイ推論を用いたフ
アジイ演算器20により吸収剤供給量を補正するにある。
フアジイ演算器20では、以下の演算を行う。
一例として、pHの偏差信号(引算器5aの出力信号)を
E、pH偏差の変化(変化率)をΔEとすると、 E=pHset−pHn …(1) ΔE=En−En-1= (pHset−pHn)−(pHset−pHn-1) =pHn-1−pHn …(2) ここに、pHset:pH設定値、pHn:n時刻点におけるpHの
計測値。
EおよびΔEを規格化して、e=E/Emax、Δe=ΔE/
ΔEmaxとする。eおよびΔeのメンバシップ関数を第2
図のように示す。図の記号の意味を以下に示す。
NB:負で大きい、NS:負で小さい、ZE:ほぼ零である、P
S:正で小さい、PB:正で大きい。
eとΔeの状況により、補正すべき吸収剤過剰率の増
分Hを決定する制御則は、第3図のようになる。図にお
いて、例えば もしe=NBでΔe=NBならH=NBのように読み、これ
を制御ルールと呼ぶ。
第2図より、eまたはΔeは必ず2つのメンバシップ
関数に関与するので、eとΔeの1組の値に対して4つ
の制御ルールが関与する。具体的に操作量の基本増分を
決定する方法を第4図に示す。
図では2つの制御ルール(ルール1とルール2)を例
として示し、pH偏差の代表量をX、偏差の変化の代表量
をYとする。X=X′、Y=Y′の値に関するフアジイ
集合をルール1についてA1、B1とし、ルール2について
A2、B2とする。ルール1から決まる操作量の増分のフア
ジイ集合をC1、ルール2に対応するものをC2とし、それ
ぞれのメンバシップ関数をμc1、μc2とする。このと
き、ルール1から w1=Min{μA1(X′)、μB1(Y′)} …(3) ルール2から w2=Min{μA2(X′)、μB2(Y′)} …(4) w1とw2を使用してルール1とルール2を満たす操作量
の基本増分のメンバシップ関数μ を μ =Max{w1μc1、w2μc2} …(5) このμ の重心座標Zを、第4図を参照して次式
で計算する。
この値Zを操作量の基本増分Hとするう。実際には
X′とY′の値に対して4つの制御ルールが関与してい
るが、同様の手順でHを決定する。
したがって、現在の操作量をU(n)とするとき、次
の時点(n+1)における操作量U(n+1)を、 U(n+1)=U(n)+KH(n) …(7) ここに、K:制御ゲイン、H(n):操作量の増分。
このようにして、フアジイ演算器20では、(1)〜
(7)式に示した演算をサンプリング時間ごとに実施
し、pH補正信号22を加算器8aに入力する。
一例として、吸収液の酸化状態が準全量酸化状態に移
行した場合のフアジイ演算器20の出力信号であるpH補正
信号22について説明する。
準全量酸化状態においては、吸収液のpH計3の出力信
号が、pH設定値信号(関数発生器6aの出力信号)より大
幅に低下したような場合、従来制御方式(第6図)で
は、関数発生器6cの出力信号は一定値であり、大量の吸
収剤を投入しないとpH計3の出力信号は、ほぼ一定の値
を示すことになる。そこで、このpH偏差信号(引算器5a
の出力信号)に対する吸収剤のpH補正信号22を関数発生
器6cにより極端に大きくすると、通常運転時にはpHがハ
ンチングして制御不能となる。これは酸化状態によって
吸収剤の活性が大幅に異なり、吸収剤の供給に対するpH
の変化ゲインが異なることによるものである。
これに対してフアジイ演算器20では、前述の状態はe
がPB、ΔeがZEであるので、操作量の増分Hは、第3図
に示すようにPBとなり、吸収剤の投入量は増加し続け、
pHが上昇し始めるとΔeがNSとなり、第3図より操作量
の増分HはPSとなり、一定の値で落ちつくようになる。
このように、本発明によればフアジイ演算器20を設置
することにより、吸収剤の活性が極端に変化した場合に
おいても、適切な吸収剤の供給によりpHを所定の値に維
持できるので、必要な脱硫率を確保できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フアジイ推論を用いて吸収剤の供給
量デマンドを補正するフアジイ演算器を設置することに
より、pHの変化挙動を見ながら吸収剤の供給量を決定で
きるので、あたかもプラントの挙動を熟知したベテラン
運転員による吸収剤の供給量制御が可能となり、通常の
運転状態はもちろんのこと、準全量酸化状態や吸収液中
のF-イオン濃度の増加により、吸収剤の活性が低下した
ような特殊な運転状態においても、pHを所定値に維持
し、安定した脱硫性能を確保できるとともに、吸収剤の
適切な供給量制御により吸収剤の過剰投入を防止でき、
吸収剤の消費量を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明になる吸収剤供給量制御装置の一実施
例を示す制御系統図、第2図は、第1図の制御系統に設
けるフアジイ演算器のメンバシップ関数の説明図、第3
図は、本発明で使用するフアジイ演算器における制御ル
ールの一例を示す説明図、第4図は、フアジイ推論の原
理を示す説明図、第5図は、従来の吸収剤供給量制御装
置の概略図、第6図は、従来の吸収剤供給量制御方式を
示す制御系統図である。 1……排ガス流量計、2……入口排ガスSOx濃度計、3
……pH計、4……吸収剤スラリ供給流量計、5a、5b……
引算器、6a、6b……関数発生器、7a、7b……乗算器、8a
……加算器、9a……調節計、吸収剤スラリ供給流量調整
弁、18……負荷要求設定器、19……微分器、20……フア
ジイ演算器、21……係数器、22……pH補正信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 53/50,53/77

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排ガスを吸収剤スラリ吸収液と接触させ排
    ガス中の硫黄酸化物(SOx)を吸収除去する排ガス脱硫
    装置の吸収剤供給量制御装置において、脱硫装置入口の
    SOx総量を算出する装置と、該SOx総量より吸収液のpH目
    標値を設定する装置と、吸収液のpH値を計測する装置
    と、上記pH目標値と計測値の偏差値を求める装置と、こ
    のpH偏差値の変化率を求める装置と、上記pH偏差値と偏
    差値変化率に基づきフアジイ推論を用いて脱硫装置への
    吸収剤の供給量デマンド補正信号を演算するフアジイ演
    算器と、このフアジイ演算器の出力信号を用いて吸収剤
    供給量デマンドを求める装置とを設けたことを特徴とす
    る湿式排ガス脱硫装置の吸収剤供給量制御装置。
  2. 【請求項2】排ガス流量と排ガス中のSOx濃度より脱硫
    装置入口のSOx総量を算出する装置と、負荷信号から負
    荷先行信号を算出する装置と、入口SOx総量より吸収剤
    過剰率先行値を算出する装置と、吸収剤スラリ供給量測
    定装置と、フアジイ演算器の出力信号、吸収剤過剰率先
    行値、負荷先行信号および吸収剤スラリ供給量に基づき
    脱硫装置への吸収剤供給量を調整する装置とを設けたこ
    とを特徴とする請求項(1)記載の湿式排ガス脱硫装置
    の吸収剤供給量制御装置。
  3. 【請求項3】排ガスを吸収剤スラリ吸収液と接触させて
    排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去する排ガス脱硫装置の
    吸収剤供給量制御方法において、吸収液のpH目標値を設
    定する工程と、吸収液のpH値を測定する工程と、上記pH
    目標値と測定値の偏差値を求める工程と、このpH偏差値
    の変化率を求める工程と、pH偏差値とその変化率とに基
    づきフアジイ推論を用いて脱硫装置への吸収剤の供給量
    デマンド補正信号を演算する工程と、吸収剤スラリ供給
    量を測定する工程と、上記吸収剤スラリ供給量測定値と
    吸収剤供給量デマンド補正信号とを用いて吸収剤供給量
    を調整する工程とを有することを特徴とする湿式排ガス
    脱硫装置の吸収剤供給量制御方法。
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