JP5708476B2

JP5708476B2 - 湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定方法及び判定装置

Info

Publication number: JP5708476B2
Application number: JP2011286131A
Authority: JP
Inventors: 裕二小谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013132626A

Description

本発明は、真空吸引式の石膏脱水機を備える湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常を判定する方法及び装置に関する。

発電所等においては、一般的に、石炭焚ボイラ等から排出される排煙から硫黄酸化物（ＳＯ_２）を、吸収塔において吸収剤として石灰石（ＣａＣＯ_３）スラリーを用いて気液接触操作により吸収除去し、石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）を生成させる湿式排煙脱硫装置が設けられている。

硫黄酸化物から石膏の生成反応は、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ）を中間生成物とし、下記（１）式と（２）式により表される。

ＣａＣＯ_３＋ＳＯ_２＋１／２Ｈ_２Ｏ→ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２
・・・（１）
ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ→ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ
・・・（２）

湿式排煙脱硫装置では、排煙量、排煙成分さらには石灰石成分等の変動によって、石膏生成プロセスの異常がしばしば発生して、未反応炭酸カルシウムを多量に含有する低純度石膏や、亜硫酸カルシウムを多量に含有する未酸化石膏等の不良石膏を生成してしまい、生成される石膏製品の純度が低下する。

また、未酸化石膏が付着することによって煙道が閉塞して煙道差圧が上昇したり、石灰石スラリー中の炭酸カルシウムが反応せずに吸収塔のｐＨが低下し、吸収塔へ投入する石灰石スラリーの流量を増加させる必要が生じることもある。

さらに、付着した亜硫酸カルシウムは容易に除去できないので、煙道の閉塞が顕著な場合には、湿式排煙脱硫装置ならびにその上流設備や下流設備を一旦停止し、煙道内に作業者が入って亜硫酸カルシウムの除去作業を行う必要があり、湿式排煙脱硫装置を含むプラント全体の稼働率の低下の一因にもなる。このため、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常を、異常発生後のできるだけ早いタイミングで判定する技術が求められている。

特許文献１には、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常を判定するための異常診断装置が開示されている。この異常診断装置は、湿式排煙脱硫装置の運転状態及び石炭性状を演算することにより低純度石膏や未酸化石膏の発生を監視することによって、石膏生成プロセスの異常を診断する。

特開平６−２３８１２６号公報

特許文献１により開示された異常診断装置には、給炭量、排ガス流量、入口ＳＯ_２濃度、出口ＳＯ_２濃度、入口ばい塵濃度、吸収材スラリー流量、吸収塔抜出流量、酸化用空気流量、吸収塔レベルの９項目の運転状態信号、塩素、フッ素の２項目の石炭性状、排ガス性状演算器、液性状演算器、石膏純度演算器の３つの演算器、さらには１つの異常診断装置という、極めて多くの機器を必要とし、石炭の性状分析を行う必要があるという課題がある。

また、この異常診断装置の演算に必要となる塩素、フッ素の石炭性状は、一般的に、炭種による変動が大きく、同一炭種であっても石炭性状が大きく変動するため、この異常診断装置の診断の精度を維持するためには、石炭性状の分析を頻繁に行う必要があるという課題もある。

本発明の目的は、従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常を、複数の運転状態信号、石炭性状、複数の演算器や頻繁な石炭性状の分析等を一切行う必要なく、簡便な仕組みで確実に判定することができる、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定方法及び判定装置を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、
（Ａ）湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスにより生成される石膏製品の粒径分布は、通常運転時に比較して異常時には、粒径の小さい未反応炭酸カルシウム及び亜硫酸カルシウムの割合が増加することに起因して、小粒径物の割合が高まり、不良石膏の粒径分布が増加すること、及び
（Ｂ）石膏生成プロセスの異常時には、石膏粒子間の空隙を、上記粒径の小さい未反応炭酸カルシウム及び亜硫酸カルシウムが閉塞させることに起因して、真空吸引式の石膏脱水機の真空部のゲージ圧力（大気圧をゼロとする相対的な圧力）が顕著に、例えば−０．０６ＭＰａＧ以下に低下すること
を知見した。

本発明者は、これらの知見に基づいてさらに検討を重ね、湿式排煙脱硫装置において真空吸引式の石膏脱水機の真空部の圧力が顕著に低下することによって湿式排煙脱硫装置の石膏生成プロセスの異常を簡便かつ確実に判定できることを知見して、本発明を完成した。

本発明は、湿式排煙脱硫装置の吸収塔において排煙中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去して石膏を生成させ、真空部に真空力を作用させて、生成した石膏含有スラリーから水を分離する脱水機能を有する真空吸引式の石膏脱水機によって固液分離する際に、真空部のゲージ圧力が所定の閾値以下に低下することによって石膏生成プロセスの異常を判定することを特徴とする湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定方法である。

別の観点からは、本発明は、排煙中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去して石膏を生成させる吸収塔と、真空部に真空力を作用させて、生成した石膏含有スラリーから水を固液分離する脱水機能を有する真空吸引式の石膏脱水機とを備える湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置であって、真空部のゲージ圧力が所定の閾値以下に低下することによって石膏生成プロセスの異常を判定する演算装置を備えることを特徴とする湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置である。

これらの本発明では、所定の閾値が−０．０６ＭＰａＧであることが、湿式排煙脱硫装置の石膏生成プロセスの異常をより確実に判定するためには、望ましい。

本発明によれば、湿式排煙脱硫装置における真空吸引式の石膏脱水機の真空部の圧力低下を計測することだけで、複数の運転状態信号、石炭性状、複数の演算器や頻繁な石炭性状の分析等を一切行う必要なく、湿式排煙脱硫装置の石膏生成プロセスの異常を簡便かつ確実に判定できるようになる。

図１は、湿式排煙脱硫装置の全体構成を模式的に示す説明図である。図２は、通常運転時における石膏脱水機による石膏含有スラリーの脱水状況を模式的に示す説明図である。図３は、通常運転時及び石膏生成プロセスの異常時それぞれにおける石膏製品の粒径分布を示すグラフである。図４は、石膏生成プロセスの異常時における石膏含有スラリーの脱水状況を模式的に示す説明図である。図５は、実施例の測定結果を示すグラフである。

真空吸引式の石膏脱水機を備える湿式排煙脱硫装置に本発明を適用した形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、湿式排煙脱硫装置０の全体構成を模式的に示す説明図である。

図１に示すように、湿式排煙脱硫装置０は、吸収塔１と、圧力計１１を有する石膏脱水機８とを備えるので、これらを順次説明する。
［吸収塔１］
石灰石スラリーピット６に収容される石灰石スラリーＡは、石灰石スラリーピット６から石灰石スラリーポンプ７により吸収塔１に移送される。

吸収塔１は、脱硫前の排煙Ｂ中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去し、石膏を生成させる。すなわち、吸収塔１に移送された石灰石スラリーＡは、石膏スラリーと混合されて石灰石・石膏混合スラリー２となり、石灰石・石膏混合スラリー２は、スラリーポンプ（スプレー用）４によりスプレー３からスプレーされ、排煙Ｂ中の硫黄酸化物と反応して石膏含有スラリーＣとなる。

このように、吸収塔１は、排煙中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去して石膏含有スラリーＣを生成する。
［石膏脱水機８］
生成した石膏含有スラリーＣは、石膏スラリーポンプ５により石膏脱水機８に移送され、連続運転によって処理される。石膏含有スラリーＣは、真空ポンプ１２により生成される真空部１７における真空によって脱水され、石膏製品９になる。また、石膏含有スラリーＣから分離された空気を含む水Ｄは、気液分離器１０により空気と水とに分離される。

真空ポンプ１２、石膏脱水機８の運転状態を監視するために気液分離器１０と真空ポンプ１２との間に圧力計１１が設けられる。
このように、石膏脱水機８は、真空部１７に真空力を作用させることによって、吸収塔１において生成した石膏含有スラリーＣから水を固液分離する脱水機能を有する真空吸引式の石膏脱水機である。

以上のように構成される湿式排煙脱硫装置０において、圧力計１１により真空部１７の圧力が所定の閾値以下に低下することを検出することによって湿式排煙脱硫装置０の石膏生成プロセスの異常を簡便かつ確実に判定することができる。この理由を説明する。

図２は、通常運転時における石膏脱水機８による石膏含有スラリーＣの脱水状況を模式的に示す説明図である。
石膏含有スラリーＣは、真空部１７から、図２中のブロック矢印で示すように吸引力を受け、石膏スラリー水分１５は、図２中の実線矢印で示すように、真空部１７へ吸引される。この際、石膏分（石膏粒子）１４は、ろ布等１３によって真空部１７への吸引を阻害される。このような原理により、石膏含有スラリーＣから石膏スラリー水分１５が脱水され、石膏製品９が発生する。

図３は、通常運転時及び石膏生成プロセスの異常時それぞれにおける石膏製品９の粒径分布を示すグラフである。
図３にグラフで示すように、石膏生成プロセスの異常時の不良石膏は、通常運転時の石膏に比べて、粒径の小さな未反応炭酸カルシウムや亜硫酸石膏の不純物の割合が高くなる。

図４は、石膏生成プロセスの異常時における石膏含有スラリーＣの脱水状況を模式的に示す説明図である。
図４に示すように、石膏生成プロセスの異常時には、粒径の小さい未反応炭酸カルシウム及び亜硫酸カルシウムなどの不純物粒子１６が脱水時に石膏粒子１４間の空隙を閉塞する。このため、石膏生成プロセスの異常時には通常運転時に比較して真空部１７のゲージ圧力が低下する。このゲージ圧力低下は粒径の小さい不純物粒子１６によって発生するため、石膏生成プロセスの異常の発生と高い相関を示す。

したがって、石膏脱水機８の真空部１７のゲージ圧力が所定の閾値以下に低下することを、気液分離器１０と真空ポンプ１２との間に設けられた圧力計１１により検出することによって、石膏生成プロセスの異常を、複数の運転状態信号、石炭性状、複数の演算器や頻繁な石炭性状の分析等を一切行う必要なく、簡便な仕組みで確実に判定することができる。

真空部１７のゲージ圧力を連続的に計測する圧力計１１は、真空部１７から真空ポンプ１２までの配管系統に設置すればよいが、測定値の外乱を少なくするには、気液分離器１０と真空ポンプ１２との間に設置することが望ましい。

所定の閾値は、圧力計１１の測定値と石膏生成プロセスの異常との相関関係を事前に調査し、その結果に基づいて適宜設定すればよい。このような閾値として−０．０６ＭＰａＧを用いることが、湿式排煙脱硫装置０の石膏生成プロセスの異常をより確実に判定するためには、望ましい。

以上の説明は、オペレータが真空部１７のゲージ圧力低下を認識して湿式排煙脱硫装置０の石膏生成プロセスの異常を判定する場合を示すが、圧力計１１の計測結果に基づいて計測したゲージ圧力が所定の閾値以下に低下することによって石膏生成プロセスの異常を判定する演算装置（例えばパソコン等）を構成要素とする、本発明に係る、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置を用いるようにしてもよい。

本発明に係るこの判定装置によれば、複数の運転状態信号、石炭性状、複数の演算器や頻繁な石炭性状の分析等を一切行う必要なく、湿式排煙脱硫装置の石膏生成プロセスの異常を、簡便、確実かつ無人化して自動的に判定できるようになる。

図１に示す連続稼働中の湿式排煙脱硫装置０の圧力計１１により、真空ポンプ１２の真空部１７のゲージ圧力を１日１回３０日間計測し、本発明に係る、湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置を用いて、この間における石膏生成プロセスの異常を判定した。

なお、本実施例では、圧力計１１を気液分離器１０に設置し、また上記閾値は−０．０６ＭＰａＧと設定した。そして、本発明に係る判定装置に用いる演算装置（パソコン）は、圧力計１１の計測値を取り込み、その都度、圧力計１１の計測値が上記閾値を下回ったか否かを判定し、下回った場合には警報を出力するように周辺機器と接続した。

図５は、測定結果を示すグラフである。また、図５には、製造された石膏製品の石膏製品９の粒径分布に基づいて別途調査した湿式排煙脱硫装置０の石膏生成プロセス異常の有無を併せて示す。

図５にグラフで示すように、圧力計１１のゲージ圧力が閾値−０．０６ＭＰａＧを下回って低下すると、石膏生成プロセスの異常が発生し、両者は高い相関を示すことがわかる。

１吸収塔
２石灰石・石膏混合スラリー
３スプレー
４スラリーポンプ（スプレー用）
５石膏スラリーポンプ
６石灰石スラリーピット
７石灰石スラリーポンプ
８石膏脱水機
９石膏製品
１０気液分離器
１１圧力計
１２真空ポンプ
１３ろ布等
１４石膏粒子
１５石膏スラリー水分
１６不純物粒子
１７真空部
Ａ石灰石スラリー
Ｂ脱硫前の排煙
Ｃ石膏含有スラリー
Ｄ水

本発明によれば、湿式排煙脱硫装置の石膏生成プロセスの異常を簡便な方法により判定し、対策を早期に実施することができるので、石膏純度の悪化を確実に防止できるだけではなく、湿式排煙脱硫装置を含むプラント全体の稼働率の低下も防止することができる。

Claims

湿式排煙脱硫装置の吸収塔において排煙中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去して石膏含有スラリーを生成させ、真空部に真空力を作用させて該生成した石膏含有スラリーから水を分離する真空吸引式の石膏脱水機によって固液分離する際に、前記真空部のゲージ圧力が所定の閾値以下に低下することによって石膏生成プロセスの異常を判定することを特徴とする湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定方法。
前記所定の閾値は−０．０６ＭＰａＧである請求項１に記載された石膏生成プロセスの異常の判定方法。
排煙中に含まれる硫黄酸化物を気液接触操作により吸収除去して石膏含有スラリーを生成する吸収塔と、真空部に真空力を作用させて該生成した石膏含有スラリーから水を固液分離する真空吸引式の石膏脱水機とを備える湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置であって、前記真空部の圧力が所定の閾値以下に低下することによって石膏生成プロセスの異常を判定する演算装置を備えることを特徴とする湿式排煙脱硫装置における石膏生成プロセスの異常の判定装置。