JPH0372912A - 排ガス脱硫設備の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラー排ガス、焼結炉排ガス、都市ゴミ焼
却炉排ガス、金属加熱炉排ガス等の硫黄酸化物（Ｓｏに
〉　を含む排ガスの脱硫設備の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の排ガス脱硫設備の制御方法としては、基
本的には第４図に示す方式によって行われる。

同図を参照して、排ガス発生源からの排ガスは、排ガス
人口ダクト７１から洗浄塔７２に導入され、循環ポンプ
７３および配管７４によって循環する洗浄液によって冷
却、除塵されると同時に、排ガス中の亜硫酸ガスは次の
ような反応により洗浄液に吸収される。

ＳＯ＊　＋１ｌｉＯ−＋　）ｉ＋　＋ＨＳＯｓ−（１）
ＭｇＳＯｓ　＋　Ｈ”　＋４１ＳＬ−→Ｍｇ”＋２Ｈ３
Ｏａ−（２）Ｈ”　＋ＨＳＯｓ−＋　’Ａ　Ｏ２→２）
１”＋ＳＯａ　　　　　　　　（３）２Ｈ”　＋ＳＯ４
”−＋１ｇ（ＯＨ）　２→Ｍｇ５Ｏａ　＋２ＨｉＯ（４
）Ｍｇ”　＋２１１ＳＯ＊−十Ｍｇ（ＯＨ）　２→２Ｍ
ｇＳＯ３＋２Ｈ２０（５）ＭｇＳＯｓ十％０２→Ｍ　ｇ
　Ｓ　Ｏ、（６）ＣａＳＯａ　＋　＋ＡＯ２→Ｃａ５Ｏ
ｎ　　　　　　　　　　　　　　　（７）すなわち、（
１）式で吸収された亜硫酸ガスは（２）式で示されるよ
うに亜硫酸マグネシウムと反応し、亜硫酸イオンを生成
すると共に、一部（３）式で示されるように排ガス中の
酸素ガスと反応し自然酸化することで硫酸イオンを生成
する。

またＨ＋やＨ３Ｏ３−は吸収剤であるＭｇ　（Ｏｌｌ）
　２との中和により（４）式、（５）式で示されるよう
に、硫酸マグネシウムや亜硫酸マグネシウムを生成する
。

（６）式は、（５）式で生成した溶解度の小さい亜硫酸
マグネシウムを溶解度の大きい硫酸マグネシウムに変換
させる反応である。洗浄塔に酸化用空気を吹込むことに
より、亜硫酸マグネシウムを強制酸化させることで亜硫
酸マグネシウムの析出によるスケーリングを防止すると
同時に、洗浄塔からの洗浄液の抜出し量の低減を図って
いる。

加えて、水酸化マグネシウム等の市販のマグネシウム化
合物には不純物として１〜２％程度のカルシウム化合物
を含んでいるため、脱硫反応により亜硫酸カルシウムが
生成している。

この際、亜硫酸カルシウムは、亜硫酸マグネシウムと比
較して水に対する溶解度は遥かに小さいので、亜硫酸カ
ルシウムの析出によるスケーリングを防止することが重
要な問題である。

従って、（６）式と同様に、（７）式によって亜硫酸カ
ルシウムを強制酸化させる必要があるが、（２）式で示
されるように、亜硫酸塩は直接の吸収剤となるため、亜
硫酸塩を過剰に酸化した場合、吸収に必要な亜硫酸塩が
なくなる問題があった。

そこで従来は、カルシウムイオンの蓄積を抑えスケーリ
ングを防止できる程度以上に抜出し機構７５から洗浄液
を抜出しておいて、そのうえで吸収に必要な亜硫酸イオ
ン濃度を確保するように配管７６から洗浄塔に酸化用空
気を吹込んでいた。

具体的には、亜硫酸カルシウム塩の生成量や亜硫酸イオ
ンの生成量にかえて、それらに相関のある洗浄塔入口の
総亜硫酸ガスの流量を、排ガス流量の信号３と洗浄塔人
口の亜硫酸ガス濃度の信号３１の積として掛算器７７で
生成して、これを洗浄塔入口の総亜硫酸ガスの流量を示
す信号として関数発生器７８．７９に人力し、出力とし
てそれぞれ洗浄液の抜出し量１７を制御量とする調節器
６６の設定値、酸化用の吹込み空気量４４を制御量とす
る調節器６９の設定値を得る。

関数発生器７８に採用された関数は、洗浄液の抜出し量
１７を洗浄塔人口の総亜硫酸ガス流量の関数とし、亜硫
酸カルシウムの析出しない程度の洗浄液濃度（全硫酸濃
度として約４〜７％）となる量に設定される。

関数発生器７９に採用された関数は、酸化用の吹込み空
気量４４を洗浄塔入口の総亜硫酸ガス流量の関数とし、
吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸イオン濃度となる
ように設定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の排ガス脱硫設備の制御方法では、洗浄塔から
の洗浄液の抜出し量や洗浄塔への酸化用の吹込み空気量
を洗浄塔入口の総亜硫酸ガス流量の関数として調節する
ものであるため、洗浄液の抜出し量が多く、また、吹込
み空気量を適切に調節できないという欠点があった。

本発明において解決すべき課題は、上記従来の排ガス脱
硫方式の欠点を解消して亜硫酸カルシウム塩によるスケ
ーリングをしない範囲で洗浄液の亜硫酸イオンによる吸
収能を確保しながらも、抜出し量の低減と吹込み空気量
の低減をすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、オン・ライン計測可能な状態量から関数発生
器を用いて洗浄液中のカルシウムイオン濃度と亜硫酸イ
オン濃度および吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸イ
オンの濃度を算出し、さらに、洗浄液中の亜硫酸イオン
濃度および洗浄液中のカルシウムイオン濃度と亜硫酸イ
オン濃度との積を一次調節器の制御量として、それぞれ
亜硫酸イオンを硫酸イオンに酸化せしめるための吹き込
み空気量上、洗浄塔からの洗浄液の抜出し量を操作量と
する二つのカスケード制御をすることより上記課題を解
決した。

〔作用〕

排ガス１１　　洗浄塔人口の亜硫酸ガス濃度、洗浄塔出
口の亜硫酸ガス濃度、洗浄塔人口のダスト濃度、洗浄塔
出口のダスト濃度、吸収剤投入量等の信号と制御量であ
る吹込み空気量と洗浄液の抜出し量の信号を計測し、予
め設定された関数発生器に入力することにより、その出
力として洗浄液中での亜硫酸イオンの生成量とその濃度
及び洗浄液中へのカルシウムイオン流入量とその濃度の
信号を得る。

加えて、洗浄液の吸収能力と強い相関がある洗浄液中で
の亜硫酸イオンの濃度を、洗浄塔入口の亜硫酸ガス濃度
をはじめとするオン・ライン計測可能な状態量の関数と
して、関数発生器を予め設定することにより、上記同様
にその出力として吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸
イオンの濃度の信号を得る。

このようにして得られた吸収のために必要な洗浄液中の
亜硫酸イオンの濃度の信号を設定値とし、洗浄液中の亜
硫酸イオン濃度を制御量とする一次調節器でもって、吹
込み空気量を検出しこの吹込み空気量を制御量とする二
次調節器の設定値を補正する。この二次調節器の出力信
号によって洗浄塔に酸化用空気を吹込む配管に設けられ
た調節弁を操作するというカスケード制御をする。

更に、スケーリングせず、且つ洗浄塔から洗浄液の抜出
し量が最小となる洗浄液中の亜硫酸イオン濃度とカルシ
ウムイオン濃度の積の最適値を予め亜硫酸イオンとカル
シウムイオンの溶解度積を基単として求めておき、この
数値を設定値とし上記で得られた洗浄液中の亜硫酸イオ
ン濃度と洗浄液中のカルシウムイオン濃度の積を制御量
とする一次調節器の出力でもって、洗浄液の抜出し量を
検出しこの洗浄液の抜出し量を制御量とする二次調節器
の設定値を補正する。この二次調節器の出力信号によっ
て洗浄塔から洗浄液を抜出す配管に設けられた調節弁を
操作するというカスケード制御をする。

このように、吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸イオ
ンの濃度を一次調節器の設定値とし、吹込み空気量を二
次調節器の操作量とするカスケード制御をすれば、洗浄
塔人口亜硫酸ガス濃度の変動があっても吸収のために必
要な亜硫酸イオンの濃度をトレースし、かつ洗浄液の抜
出し量や吹込み空気量が低減できる。

また、スケーリングせず、かつ洗浄液の抜出し量が最小
となるように設定した亜硫酸イオン濃度とカルシウムイ
オン濃度の積を一次調節器の設定値とし、洗浄液の抜出
し量を二次調節器の操作量とするカスケード制御をすれ
ば、排ガスのＳ０２負荷に代表される酸負荷の変動やダ
スト負荷の変動があっても、スケールトラブルを生ずる
ことなく、洗浄液の抜出し量を低減できる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図、第２図、第３図を参照
して説明する。

まず、カルシウムイオン濃度の算出にあたっては、第１
図に示すように、オン・ラインで測定される洗浄塔入口
のダスト濃度１、洗浄塔出口のダスト濃度２．排ガス流
量３の各信号とこれらの信号を減算する減算器４．掛算
する掛算器５を用いて洗浄塔へのダスト負荷６を計算す
る。これに予め測定されたダスト中のカルシウム含有濃
度７とダスト中のカルシウム反応率８の両信号を掛算器
９で掛算した数値を再び掛算器１０で掛算し、洗浄塔に
流入するダスト起因のカルシウムイオンの量１１を算出
する。

また、オン・ラインで測定される洗浄塔への脱硫剤投入
量１２と、予め測定された脱硫剤中のカルシウム成分の
含有濃度１３を掛算器１４で掛算することにより、洗浄
塔に流入する脱硫剤起因のカルシウムイオンの量１５を
算出する。

更に、後述する手順で算出した洗浄液中に溶解している
カルシウムイオン濃度２２と洗浄液の抜出し量１７を掛
算器１８で掛算することにより、洗浄塔から流出するカ
ルシウムイオンの量１９を算出する。

このように、ダストや脱硫剤に起因して流入し溶解する
カルシウムイオンの量と、抜出し洗浄液に伴って流出す
るカルシウムイオンの量から、カルシウムイオンのバラ
ンスを加算器１６．　　減算器２０で計算し、これによ
り洗浄液中のカルシウムイオン濃度を計算する関数発生
器２１の出力として、洗浄液中のカルシウムイオン濃度
２２を得る。

次に亜硫酸イオン濃度の算出に当たっては、第２図に示
すように、オン・ラインで測定される洗浄塔入口の亜硫
酸ガス濃度３１．洗浄塔出口の亜硫酸ガス濃度３２．排
ガス流量３の各信号とこれらの信号を減算する減算器３
４．掛算する掛算器３５を用いて洗浄塔へのＳＯ２負荷
４１を計算する。これにオン・ラインで測定される排ガ
ス中の酸素濃度３６と洗浄塔入口の亜硫酸ガス濃度３１
をパラメータとする関数発生器３８を用いて、洗浄塔で
の亜硫酸イオンの自然酸化率３９を計算する。

この自然酸化率３９を数値ｌから減じた値を演算器４０
で求め、洗浄塔へのＳＯ２負荷４１と掛算器４２で掛算
することにより、洗浄塔に流入する亜硫酸イオンの量４
３が算出できる。

また、オン・ラインで測定される空気吹込み量４４、洗
浄液ｐ）１４５と予めオン・ラインで測定された洗浄液
中の塩素イオン濃度４６をパラメータとする関数発生器
４７を用いて洗浄塔での強制酸化量４８を計算する。さ
らに、後述する手順で算出した洗浄塔での亜硫酸イオン
濃度５５とオン・ラインで測定される洗浄液の抜出し量
１７を掛算器５１で掛算することにより、洗浄塔より流
出する亜硫酸イオンの量５２を算出する。

このように、洗浄塔へのＳｏ、負荷４１と自然酸化率３
９から推算できた亜硫酸イオンの流入量４３と推算でき
た亜硫酸イオンの酸化量４８及び流出する亜硫酸イオン
の量５２とで亜硫酸イオンのバランスを減算器４９．５
３で計算し、これにより洗浄液中の亜硫酸イオン濃度を
計算する関数発生器５４の出力として、亜硫酸イオン濃
度５５を得る。

最後に第３図に示すように、吸収のために必要な亜硫酸
イオンの濃度６１をオン・ラインで計測される洗浄塔入
口の亜硫酸ガス濃度３１の関数６２として算出する。

このようにしてオン・ライン計測可能な状ｔ！ＩＩから
算出された洗浄液中のカルシウムイオン濃度（第１図の
符番２２）と、洗浄液中の亜硫酸イオン濃度（第２図の
符番５５）　及び吸収のために必要な亜硫酸イオンの濃
度（第３図の符番６１）を第３図に示すように、亜硫酸
イオンを硫酸イオンに酸化せしめるための吹込み空気量
と、洗浄塔からの洗浄液の抜出し量をカスケード制御す
る際の一次調節計の制御量の設定値としている。すなわ
ち、予め設定された最適なカルシウムイオン濃度と亜硫
酸イオン濃度の積６３を設定値とし、上記洗浄液中のカ
ルシウムイオン濃度２２と亜硫酸イオン濃度５５の積６
４を制御量とする一次調節計６５の出力で洗浄液抜出し
量１７を調節する二次調節計６６の設定値を補正し、こ
の二次調節計６６の出力で洗浄液抜出し量１７の調節弁
６７を操作する。

また、上記吸収のために必要な亜硫酸イオンの濃度６１
を設定値とし、洗浄液中の亜硫酸イオン濃度５５を制御
量とする一次調節計６８の出力で吹込み空気量４４を調
節する二次調節計６９の設定値を補正し、この二次調節
計６９の出力で吹込み空気量４４の調節弁７０を操作す
る。

〔発明の効果〕

本制御方法によって、洗浄塔人口亜硫酸ガス濃度の変動
があっても、吸収のために必要な亜硫酸イオンの濃度を
トレースし高脱硫率を確保できると共に、洗浄液の抜出
し量や吹込み量を低減できる。

しかも、排ガス中の３０２負荷に代表される酸負荷の変
動やダスト負荷の変動があっても、スケールトラブルを
生ずることなく、洗浄塔からの洗浄液の抜出し量を低減
し、排水処理をはじめとするランニングコストの低減を
図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明のオン・ライン計測可能な状態
量から関数発生器を用いてそれぞれ洗浄液中のカルシウ
ムイオン濃度と洗浄液中の亜硫酸イオン濃度を算出する
手順の一例を示すフローチャート、第３図は本発明の脱
硫設備の制御方法の一例を示すフローチャートであり、
一部、本発明の吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸イ
オンの濃度を算出する手順の一例を示すフローチャート
を含んでいる。また、第４図は、従来の脱硫設備の制御
方法の一例を示すフローチャートである。 ４、２０．３４．４９．５３：減算器 ５、９．１０．１４．１ｇ、　３５．４２．５１：掛算
器１６：加算器 ２１、３ｇ、　４７．５４：関数発生器４０：演算器 ６５．６８ニ一次調節計 ６６、６９：二次調節計 ７１：排ガス入口ダクト ７２：洗浄塔 ７３：ポンプ ７４．７６：配管 ７５：　　抜出し機構

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マグネシウム化合物を脱硫剤として含むマグネシウ
   ム系洗浄液を循環せしめつつ、気液接触によって排ガス
   の脱硫を行うに当たり、 オン・ライン計測可能な状態量から関数発生器を用いて
   洗浄液中のカルシウムイオン濃度と亜硫酸イオン濃度お
   よび吸収のために必要な洗浄液中の亜硫酸イオンの濃度
   を算出し、さらに、洗浄液中の亜硫酸イオン濃度および
   洗浄液中のカルシウムイオン濃度と亜硫酸イオン濃度と
   の積を一次調節器の制御量として、それぞれ亜硫酸イオ
   ンを硫酸イオンに酸化せしめるための吹き込み空気量と
   洗浄塔からの洗浄液の抜出し量を操作量とする二つのカ
   スケード制御をすることを特徴とする排ガス脱硫設備の
   制御方法。