JP3009190B2 - 湿式排ガス脱硫装置の制御方法および制御装置 - Google Patents

湿式排ガス脱硫装置の制御方法および制御装置

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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制御方法および制御装
置に係り、特に吸収塔循環流量を適切に制御して、低負
荷時の吸収塔循環ポンプ動力を低減するに好適な湿式排
ガス脱硫装置の制御方法および制御装置に関する。
〔従来の技術〕
湿式排煙脱硫装置は第8図に示されるように、入口排
ガス30を吸収塔33において、吸収液循環ライン31より供
給される吸収液と気液接触させ、排ガス中のSO2は吸収
液中に亜硫酸塩の形で固定され、排ガスは排出ライン34
を通って煙突から排出される。SO2を吸収した吸収液
は、塔部から循環タンク35に流下する。循環タンク35に
は吸収剤スラリ流量調整弁36を通して吸収剤が供給さ
れ、SO2の吸収性能を回復した液は吸収塔循環ポンプ18
により吸収塔33へ供給される。循環液の一部は抜出しラ
イン32を通って排出され、後工程において、吸収液中の
亜硫酸塩は酸化され、石こうとして回収される。
この種の湿式排煙脱硫装置の制御方式として関連する
ものには、例えば特開昭60−110320号公報が挙げられ
る。この制御方式では、吸収塔に流入する排ガスの負荷
量に対応してシミュレーションモデル38により吸収塔を
循環する吸収液の最適pH値信号39および吸収塔循環ポン
プ18の最適稼動台数信号17を設定し、負荷安定時には、
最適稼動台数から1を減じた台数を設定し、前述の最適
pH値に一定の増加分を増えてこれをpHの設定値とし、シ
ミュレーションモデル38により、脱硫率が目標値を満足
している場合に限って、この変更した設定値に基づいて
吸収剤供給量およびポンプ台数を制御している。
しかしながら、この制御方式では、シミュレーション
モデルが実機の挙動を精度よく再現できることが必要不
可欠である。脱硫装置においては、脱硫性能が、排ガス
流量、入口SO2濃度、吸収液pHおよび液−ガス比により
支配されるが、同一のpHでも、吸収液中の酸化状態すな
わち、亜硫酸塩の濃度により脱硫性能が異なる。
第6図に酸化状態と脱硫性能の関係を示す。図から明
らかなように、運転条件の変化に伴う脱硫率の変化をシ
ミュレーションにより正確に予測できるためには、酸化
状態すなわち亜硫酸塩の濃度が必要となり、これはオン
ラインでは計測できないので、亜硫酸塩の酸化速度の不
確かさを考慮すると、手分析値によるデータの修正が必
要であり、運転操作上煩雑であること、またこのデータ
修正作業には、オペレータが介入するので、人為的なミ
スが発生する可能性がある等という点については配慮さ
れていなかった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は吸収塔循環ポンプの最適稼動台数をシ
ミュレーションモデルによって決定しているが、シミュ
レーションモデルの精度という点について配慮がされて
おらず、精度が低下すると必要な脱硫率を維持できない
こと、また運転状態が極端に変化した場合には、液組成
の手分析値によりシミュレーションモデルの係数等を修
正する必要があり、オペレータへの負担が大きくなる等
というような問題があった。
本発明の目的は、オンラインで計測できる情報のみを
用いて、脱硫率を目標値近傍に維持できる湿式排ガス脱
硫装置の制御方法および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、吸収塔入口の排ガス流量と排ガス中のSO
2濃度とに基づき吸収塔への吸収液循環量を制御する湿
式排ガス脱硫装置の制御方法において、吸収塔入口SO2
濃度信号、排ガス流量信号、吸収液pH計信号、脱硫率設
定値信号に基づいて吸収塔への吸収液循環流量デマンド
先行値を演算するとともに、吸収塔入口および出口SO2
濃度信号により脱硫率を求め、該脱硫率と目標値との偏
差信号およびこの偏差信号の変化率信号を求め、両信号
を使いフアジイ推論を用いて吸収塔循環流量デマンド補
正信号を算出し、この算出値を前記吸収塔吸収液循環流
量デマンド先行値に加算して吸収塔吸収液循環流量を決
定するようになしたことを特徴とする湿式排ガス脱硫装
置の制御方法、 および排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により吸収除去
する湿式排ガス脱硫装置の制御方法において、吸収塔入
口SO2濃度計信号、排ガス流量計信号、吸収液pH計信
号、脱硫率設定値信号に基づいて吸収塔への吸収液循環
流量デマンド先行値を演算する流量デマンド先行値演算
器と、吸収塔入口および出口SO2濃度計信号により脱硫
率を演算する装置と、当該脱硫率と目標値との偏差信号
およびこの偏差信号の変化率を算出する装置と、該装置
の上記算出値に基づきフアジイ推論を用いて吸収塔循環
流量のデマンド補正信号を算出するフアジイ演算器と、
このフアジイ演算器の出力信号と前記流量デマンド先行
値演算器の演算値との加算値に基づき吸収塔吸収液循環
液量を制御する装置とを有することを特徴とする湿式排
ガス脱硫装置の制御装置、 排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により吸収除去する湿
式排ガス脱硫装置の制御装置において、排ガス流量計信
号、吸収液pH計信号、吸収塔入口SO2濃度計信号および
出口SO2濃度設定器信号に基づいて吸収塔への吸収液循
環流量デマンド先行値を演算するとともに、吸収塔出口
SO2濃度設定値信号および出口SO2濃度計信号との偏差値
および該偏差値の変化量を求め、この2つの値に基づい
てフアジイ推論を用いて吸収塔吸収液循環流量補正値を
算出するとともに、この補正信号を前記吸収液循環流量
デマンド先行値に加算し、この加算値に基づき吸収塔へ
の吸収液循環量を制御するごとくなしたことを特徴とす
る湿式排ガス脱硫装置の制御方法により達成される。
〔作用〕
オンライン計測量に基づいた吸収塔循環流量デマンド
先行値は、脱硫率を目標値に維持するためのベースとな
る流量デマンドを運転状態の変化に対応して変化させる
ように動作する。
このベースとなる吸収塔循環流量で運用すると、脱硫
率と脱硫率設定値との間に偏差が発生する。
この偏差に基づいて、フアジイ推論によるフィードバ
ック補正量分だけ吸収塔循環流量を変えてやれば、偏差
が減少していくので、脱硫率が目標からはずれることが
ない。
〔実施例〕
本発明になる湿式排煙脱硫装置の吸収塔循環流量制御
方法の具体的実施例を第1図に示す。図において、6は
吸収塔循環流量デマンド先行値演算器であり、排ガス流
量計1、pH計、pH計2、入口SO2濃度計3、脱硫率設定
値4のそれぞれの出力信号を用いて以下の演算を実施す
る。脱硫率ηを次式で表現する。
η=1−exp(−BTU・RTUpH・RTUSO2・RTUL/G) …(1) ここに、BTU:定数、pH:pH値、SO2:入口SO2濃度、L/G:
液ガス比、f1、f2、f3:関数,脱硫率ηが設定値ηset
なるためには、(1)、(2)式より ここに、Ld:流量デマンド先行値、Gg:排ガス流量 したがって、(3)式により、流量デマンド信号11が
求まる。
一方、入口SO2濃度計3および出口SO2濃度計5の出力
信号より、引算器7aおよび割算器8を用いて脱硫率信号
9を求め、引算器7bで脱硫率設定値4の出力信号と脱硫
率信号9との脱硫率偏差信号10を求めフアジイ演算器13
に入力する。
フアジイ演算器13では、以下の演算を行う。
脱硫率の偏差信号をe、脱硫率偏差の変化を△eとす
ると e=(ηset−η)/ηmax …(4) △e=en−en-1 =(ηn-1−η)/△ηmax …(5) ここに、ηset:脱硫率設定値、ηn:n時刻点における脱
硫率の計測値、ηmax、△ηmax:規格化定数 eおよび△e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△e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△e=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△eは必ず二つのメンバシップ
関数に関与するので、eと△eの一組の値に対して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 ω=Min{μA1(X′)、μB1(Y′)} …(6) ルール2から ω=Min{μA2(X′)、μB2(Y′)} …(7) ωとω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 この の重心座標 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。実際には、
X′とY′の値に対して四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) …(10) 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13では、(4)〜
(9)式に示した演算をサンプリング時間ごとに実施
し、流量デマンド補正信号14を加算器12aに入力する。
加算器12aでは、流量デマンド先行値信号11と流量デマ
ンド補正信号14を加算して流量デマンド信号15を出力
し、ポンプ台数設定器16に入力する。ポンプ台数設定器
16では、第5図に示すように、循環流量デマンドを下ま
わらないようなポンプ必要台数を求め、これを最適稼動
台数信号として、吸収塔循環ポンプ18の台数を決定す
る。
本制御方式は、基本的には、流量デマンド先行値信号
11と脱硫率偏差信号10をフアジイ推論により信号処理し
たフィードバック補正信号である流量デマンド補正信号
14から、吸収塔循環流量デマンドを求めるものである
が、オンライン計測信号から流量先行値を求める点と、
フィードバック補正をフアジイ推論を利用して行うとこ
ろに特徴がある。
第6図に示したように、脱硫装置においては、排ガス
中のSO2を吸収して、吸収液中に生成する亜硫酸塩の濃
度(亜硫酸塩(CaSO3)と亜硫酸イオン(SO3 --)の合計
濃度)、すなわち酸化状態により脱硫率が大幅に異なっ
てくる。ここで、亜硫酸塩の濃度と酸化状態の関係は以
下のとおりである。
全量酸化域:亜硫酸塩濃度<数mmol/ 準全量酸化域:数mmol/<亜硫酸塩濃度<数10mmol/
部分酸化域:亜硫酸塩濃度>数10mmol/ なお、準全量酸化域は、過渡的な状態であり、全量酸
化域からの急速なSO2吸収量の増大によって発生する。
このように、脱硫装置においては、同一の脱硫率偏差
が発生しても、酸化状態によって、脱硫率を目標値に維
持するために増減しなければならない吸収塔循環流量の
値が異なってくる。すなわち、フィードバック補正を通
常のPIコントローラで行う場合には、通常は比例ゲイン
および積分時間が一定であるので、前述のような酸化状
態の相異による適応修正は不可能である。
フアジイ演算器13では、第3図に示した制御ルールに
より、脱硫率偏差eがPB、偏差の変化△eがNSのような
状態、すなわち、準全量酸化域に突入したような場合で
も、操作量の増分HはPSとなり、急激な操作量の増加は
ないが、PIコントローラではI動作が効いていて、操作
量は極端に大きくなり、脱硫率がハンチングする可能性
がある。
すなわち、通常のPIコントローラに比べて、第3図に
示した制御ルールを適切に選ぶことにより、P動作の比
例ゲインおよびI動作の積分時間をプロセスの動きに対
応させて調整できるようにフアジイ演算器を使用するこ
とができる。
このように、本発明では、フアジイ演算器13が、あた
かも熟練オペレータのように動作するので、特殊な運転
状態においても、脱硫率を目標値近傍に維持できる。
本発明の他の実施例を第7図に示す。本実施例は出口
SO2濃度を目標値に維持することを目的としたものであ
り、流量デマンド演算器21では以下の演算を実施する。
脱硫率ηは次式で与えられるので、 η=1−(SO゜2/SO2) …(11) (1)、(2)、(11)式より、流量デマンドL′d
は、 ここに、SO゜2set:出口SO2濃度設定値 したがって、(12)式を使用して、オンライン計測信
号より、流量デマンド先行値信号11が演算される。
ここでは、フアジイ演算器13の入力信号である出口SO
2濃度偏差信号22は、出口SO2濃度設定値20の出力信号と
出口SO2濃度計5の出力信号より与えられる。
その他の構成は、第1図に示した構成と全く同様であ
る。
この実施例の効果は、出口SO2濃度が一定に維持され
るので、脱硫率一定制御に比べて、低負荷時の吸収塔循
環ポンプの動力低減量が大きくなることが挙げられる。
一般に入口SO2濃度は負荷増加とともに増大する。この
ため、低負荷時においては、入口SO2濃度が相対的に低
くなるので、出口SO2濃度一定制御では、低負荷時の脱
硫率を低くとることができるので、循環ポンプ動力を低
減できる。この状況を第9図に示す。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フアジイ推論を用いて吸収塔循環流
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、脱硫率の変化挙動を見ながら、吸収塔循環流量ま
たは循環ポンプ稼動台数を決定できるので、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塔循
環流量制御が可能となり、通常の運転状態はもちろんの
こと、吸収液の酸化状態が変化して、脱硫率の変化挙動
が大幅に変動した場合にも、脱硫率を目標値に維持し、
安定した脱硫性能を確保できるとともに、循環量の適切
な制御により、低負荷時の吸収塔循環ポンプ動力を低減
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による湿式排ガス脱硫装置の吸収塔循環
流量制御系統図、第2図は脱硫率偏差量とその変化量に
ついてのメンバシップ関数の説明図、第3図は脱硫率偏
差とその変化量により補正すべき吸収剤過剰率の増分決
定ルールの実施例説明図、第4図はフアジイ演算器のフ
アジイ推論の原理説明図、第5図は循環ポンプ運転台数
決定原理図、第6図はPH値と酸化状態と脱硫率の関係説
明図、第7図は本発明の第2の実施例図、第8図は従来
の吸収塔循環流量制御方法を示す制御系統図、第9図は
本発明の第2の実施例におけるポンプ動力の低減効果を
示す説明図である。 1……排ガス流量計、2……PH計、3……入口SO2濃度
計、4……脱硫率設定値、5……出口SO2濃度計、6…
…流量デマンド先行値演算器、9……脱硫率信号、10…
…脱硫率偏差信号、11……流量デマンド先行値信号、15
……流量デマンド信号、16……ポンプ台数設定器、17…
…最適稼動台数信号。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸収塔入口の排ガス流量と排ガス中のSO2
    濃度とに基づき吸収塔への吸収液循環量を制御する湿式
    排ガス脱硫装置の制御方法において、吸収塔入口SO2
    度信号、排ガス流量信号、吸収液pH計信号、脱硫率設定
    値信号に基づいて吸収塔への吸収液循環流量デマンド先
    行値を演算するとともに、吸収塔入口および出口SO2
    度信号により脱硫率を求め、該脱硫率と目標値との偏差
    信号およびこの偏差信号の変化率信号を求め、両信号を
    使いフアジイ推論を用いて吸収塔循環流量デマンド補正
    信号を算出し、この算出値を前記吸収塔吸収液循環流量
    デマンド先行値に加算して吸収塔吸収液循環流量を決定
    するようになしたことを特徴とする湿式排ガス脱硫装置
    の制御方法。
  2. 【請求項2】排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により吸収
    除去する湿式排ガス脱硫装置の制御装置において、吸収
    塔入口SO2濃度計信号、排ガス流量計信号、吸収液pH計
    信号、脱硫率設定値信号に基づいて吸収塔への吸収液循
    環流量デマンド先行値を演算する流量デマンド先行値演
    算器と、吸収塔入口および出口SO2濃度計信号により脱
    硫率を演算する装置と、当該脱硫率と目標値との偏差信
    号およびこの偏差信号の変化率を算出する装置と、該装
    置の上記算出値に基づきフアジイ推論を用いて吸収塔循
    環流量のデマンド補正信号を算出するフアジイ演算器
    と、このフアジイ演算器の出力信号と前記流量デマンド
    先行値演算器の演算値との加算値に基づき吸収塔吸収液
    循環流量を制御する装置とを有することを特徴とする湿
    式排ガス脱硫装置の制御装置。
  3. 【請求項3】排ガス中の硫黄酸化物を吸収液により吸収
    除去する湿式排ガス脱硫装置の制御方法において、排ガ
    ス流量計信号、吸収液pH計信号、吸収塔入口SO2濃度計
    信号および出口SO2濃度設定器信号に基づいて吸収塔へ
    の吸収液循環流量デマンド先行値を演算するとともに、
    吸収塔出口SO2濃度設定値信号および出口SO2濃度計信号
    との偏差値および該偏差値の変化量を求め、この2つの
    値に基づいてフアジイ推論を用いて吸収塔吸収液循環流
    量補正値を算出するとともに、この補正信号を前記吸収
    液循環流量デマンド先行値に加算し、この加算値に基づ
    き吸収塔への吸収液循環量を制御するごとくなしたこと
    を特徴とする湿式排ガス脱硫装置の制御方法。
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