JPH0523810B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラ等の燃焼装置から排出される
硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置の制御装
置に関する。

〔発明の背景〕

ボイラ等の燃焼装置から排出される排ガス中に
は硫黄酸化物（以下、SO_xという）が含まれてお
り、このSO_xの大気中への放出は厳しく規制され
ている。このため、排ガスの排出通路中にはSO_x
を吸収する脱硫装置が備えられている。以下、こ
の脱硫装置の概略を図により説明する。

第３図は湿式排煙脱硫装置の系統図である。図
で、１は燃焼装置からの排ガスを導く煙道、２は
排ガス中のダストを除去し、かつ、排ガスを飽和
温度まで冷却する除塵塔、３は除塵塔２に供給す
る循環液を貯蔵する循環タンク、４は循環タンク
３の液を除塵塔２に供給する循環ポンプ、５は汚
染した循環液を排出するポンプである。６は除塵
塔２から出る排ガス中のミストを除去するミスト
エリミネータ、７は排ガス中のSO_xを除去する吸
収塔、８は吸収塔７から出る排ガス中の同伴ミス
トを除去するデミスタ、９は煙道である。

１０は吸収塔７内の吸収剤スラリ（たとえば石
灰石スラリ）であり、排ガス中のSO_xを吸収する
ことにより排ガスからSO_xを除去する。１１は吸
収塔７に吸収剤スラリを循環させる循環ポンプ、
１２は吸収塔ブリードポンプである。吸収塔ブリ
ードポンプ１２は、SO_xを吸収して生成した亜硫
酸カルシウムを含有するスラリの一部を抜き出す
ポンプであり、抜き出されたスラリは図示しない
酸化塔へ送られ、ここで石膏となつて回収され
る。１３は吸収剤スラリを貯蔵する吸収剤スラリ
タンク、１４は吸収剤スラリを吸収塔７へ供給す
るポンプ、１５は吸収剤スラリの供給流量を調整
する吸収剤スラリ調整弁である。

１７は煙道１を通過する排ガス流量を測定する
排ガス流量計、１８は排ガス中のSO_x濃度を測定
するSO_x濃度計、１９は吸収剤スラリタンク１３
から吸収塔７へ供給される吸収剤スラリの量を測
定する吸収剤スラリ流量計、２０は吸収塔７の吸
収剤スラリのPH値を測定する吸収剤スラリPH計で
ある。これら各計測器１７，１８，１９，２０は
測定した値に応じた電気信号を出力する。

上記のように、燃焼装置から排出された排ガス
は吸収塔７を通過することにより、その中に含ま
れたSO_xを吸収剤スラリに吸収させ、この結果、
煙道９を経て煙突から排出される排ガス中のSO_x
の量は規制値以下に抑制される。SO_xを吸収した
吸収剤スラリはブリードポンプ１２により抜き出
されるとともに、吸収塔７には吸収剤スラリタン
ク１３から新らたな吸収剤スラリが、吸収剤スラ
リ流量調整弁を経て所定量供給される。この吸収
剤スラリの供給量を制御する制御装置を第４図に
より説明する。

第４図は従来の湿式排煙脱硫装置の制御装置の
ブロツク図である。図で、１５，１７，１８，１
９はそれぞれ第３図に同一符号で示される吸収剤
スラリ流量調整弁、排ガス流量計、SO_x濃度計、
吸収剤スラリ流量計である。２２は排ガス流量計
１７の測定値とSO_x濃度計１８の測定値とを乗算
する乗算器、２３は乗算器２２の出力とある定め
られた定数とを乗算する乗算器、２４は減算器２
４ａ、比例積分器２４ｂ、手動／自動切換器２４
ｃより構成される調節計、２５は電気／空気変換
器である。

乗算器２２で排ガス流量とSO_x濃度が乗算さ
れ、吸収塔７へ送られる排ガス中のSO_xの量に応
じた信号が乗算器２２から出力される。乗算器２
３では、乗算器２３の出力に一定の定数を乗算す
ることによりそのSO_x量に対する必要な吸収剤ス
ラリ量に応じた信号が得られる。この信号は吸収
剤スラリ流量計１９の信号とともに調節計２４の
減算器２４ａに入力され、両信号の偏差が演算さ
れる。この偏差は比例積分器２４ｂ、手動／自動
切換器２４ｃの自動側を経て電気／空気変換器２
５に出力され、電気／空気変換器２５からはこの
偏差信号に応じて当該偏差を解消する方向に吸収
剤スラリ流量調整弁１５を駆動する流体が出力さ
れる。この結果、吸収塔７内の吸収剤スラリ量は
適正値に制御されることになる。

ところで、吸収塔７の脱硫性能は、吸収剤スラ
リのPH値が高いほど高く、又、流入するSO_xの量
が少ないほど高くなる。さらに、吸収塔７の吸収
剤スラリのPH値は液中の吸収剤濃度が大であるほ
ど高く、又、流入するSO_xの量が少ないほど高く
なる。以上のことから、燃焼装置が低負荷で運転
されている場合の吸収塔７の脱硫性能は、低負荷
運転による流入SO_x量の低下によつて高くなるば
かりでなく、流入SO_x量の低下に起因する吸収塔
７の吸収剤スラリのPH値の上昇によつても高くな
ることになる。なお、第５図に吸収塔７のSO_xの
吸収特性が示されている。第５図で、横軸には吸
収塔７の吸収剤スラリのPH値が、縦軸には脱硫率
がとつてある。図は、Ｌ／Ｇ＝12.8／Ｎm³。
SO_x濃度＝760ppmの場合の脱硫率を示す。図か
らPH値の増大により脱硫率が急激に上昇すること
が判る。

一方、前述のように、必要な吸収剤スラリ量の
算出は、乗算器２３において、SO_xの量にある一
定の定数を乗算することにより行なわれる。した
がつて、吸収塔７内における吸収剤過剰率は流入
するSO_x量の如何にかかわらず一定となる。な
お、吸収剤過剰率は次式により表わされる。

過剰率＝吸収剤当量／吸収SO_x当量−１ 結局、吸収塔７の脱硫特性および過剰率一定の
制御特性から、第４図に示す制御装置では、低負
荷運転時において、必要以上の吸収剤を投入する
こととなり、その結果、多量の硫酸を消費して運
転費を高騰せしめるという欠点があつた。このよ
うな欠点を除くため、次図に示すような制御装置
が提案されている。

第６図は他の従来の湿式排煙脱硫装置の制御装
置のブロツク図である。図で、第４図に示す部分
と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。２０は第３図に示す吸収剤スラリPH計であ
る。２７は減算器２７ａ、比例積分器２７ｂ、手
動／自動切換器２７ｃより構成される調節計、２
８は乗算器２３の出力と調節計２７の出力とを加
算する加算器である。

調節計２７の減算器２７ａには、吸収塔スラリ
PH計２０で測定されたPH値に応じた信号と、予め
定められたPH値に応じた信号とが入力されて両者
の偏差が演算される。このPH値の偏差は比例積分
器２７ｂ、手動／自動切換器２７ｃの自動側を経
て加算器２８に入力される。一方、加算器２８に
は乗算器２３から出力された必要な吸収剤スラリ
量に応じた信号が入力される。加算器２８では、
調節計２７で得られたPH値偏差に応じた信号を必
要な吸収剤スラリ量に応じた信号に加算すること
により、必要な吸収剤スラリ量が補正される。例
えば、低負荷時においてPH値が設定されたPH値よ
り高くなると、加算器２８では必要な吸収剤スラ
リ量を減少させる方向の演算が行なわれる。加算
器２８の出力は調節計２４に入力され、以下第４
図に示す装置と同様の動作が実行される。このよ
うに、第６図に示す制御装置においては、PH値を
一定に保持することにより低負荷時の脱硫率を計
画値に維持し、前述の欠点を除去することができ
る。

ところで、前述のように、吸収塔７のスラリの
PH値は吸収SO_x量とスラリ中の吸収剤濃度とに依
存するため、低負荷時に流入SO_x量が減少した場
合、上記第６図に示す装置のようにPH値を一定に
保持すると、必然的に吸収剤濃度は低下すること
になる。一方、吸収塔７は、ブリードポンプ１２
で取り出されるブリード量に対して約20時間分の
スラリを保有しているため、流入排ガス側（燃焼
装置側）の負荷変化速度に比べて液組成の変化に
は遅れを生じる。したがつて、第６図に示す制御
装置においては、低負荷で安定したPH値および安
定した吸収剤スラリ性状で運転している状態から
負荷上昇が行なわれると、この負荷上昇に対して
液組成の変化が遅れ、この結果、一時的にPH値が
低下して脱硫率の低下を招き、この間、多量の
SO_xが排出されることになる。これは、特に負荷
変化の多い燃焼装置に設置される脱硫装置におい
ては、安定した運転ができないという欠点を生じ
ることになる。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来の欠点を除き、
燃焼装置の負荷変動に対して一定の脱硫率を維持
することができ、かつ、吸収剤の消費量を低減す
ることができる湿式排煙脱硫装置の制御装置を提
供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、排ガス
中の硫黄酸化物の量に対応する吸収剤過剰率を求
め、さらに、吸収塔における所定時間後の予測PH
値および吸収塔における前記所定時間後の目標と
する目標PH値を演算し、これら吸収剤過剰率、予
測PH値および目標PH値に基づいて、供給されるべ
き吸収剤スラリ量を演算し、この演算値に基づい
て吸収剤スラリ流量調整弁を制御するようにした
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図に示す実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る湿式排煙脱硫装
置の制御装置のブロツク図である。図で、第６図
に示す部分と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。３０は乗算器２２から出力される
SO_x量に対応するPH値を出力する関数発生器であ
る。この関数発生器３０の特性図が、横軸をSO_x
量、縦軸をPH設定値としてブロツク図中に示され
ている。関数発生器３０の出力は調節計２７の減
算器２７ａに入力される。なお、この調節計２７
にはPH値偏差を過剰率に変換する機構を含む。３
１は乗算器２２から出力されるSO_x量に対応する
吸収剤過剰率を出力する関数発生器であり、その
特性図が、横軸をSO_x量、縦軸を吸収剤過剰率と
してブロツク図中に示されている。３２は所定時
間（ｔ分）経過後のPH予測値を演算する第１の演
算器であり、吸収剤スラリPH計２０および吸収剤
スラリ流量計１９の出力信号に基づいて演算が行
なわれる。３３は乗算器２２から出力されるSO_x
量を入力してこれを微分する微分器である。３４
は上記所定時間（ｔ分）経過後のPH目標値を演算
する第２の演算器であり、微分器３３の出力と乗
算器２２の出力に基づいて演算が行なわれる。３
５は減算器３５ａ、比例積分器３５ｂ、手動／自
動切換器３５ｃおよび図示されていないがPH値偏
差を過剰率に変換する機構で構成される調節計で
あり、第１の演算器３２と第２の演算器３４の出
力が減算器３５ａに入力される。３６は関数発生
器３１、調節計２７，３５の各出力を加算する加
算器、３７は乗算器２２の出力と加算器３６の出
力とを乗算する乗算器である。３８はSO_x量に定
数を乗ずる乗算器である。ある量のSO_xと反応す
る吸収剤の量は一定であり、当該定数は両者の比
を示すものである。３９は定数100％を加算する
加算器である。

次に、本実施例の動作を説明する。乗算器２２
から出力されたSO_x量は関数発生器３０に入力さ
れ、関数発生器３０からは図示の特性にしたがつ
てPH値が出力される。このPH値は第６図に示すPH
設定値に相当するものであるが、SO_x量が少ない
ときは小さな値、SO_x量が多いときは大きな値と
して設定値を変更し、これにより、前述のSO_x量
による脱硫性能の変化に対応する。即ち、低負荷
時には余分な吸収剤スラリの消費を抑えることが
できる。関数発生器３０から出力されるPH設定値
は吸収剤スラリPH計２０の実測値と比較され、調
節計２７からはその偏差が出力される。一方、乗
算器２２から出力されたSO_x量は関数発生器３１
に入力され、関数発生器３１からは図示の特性に
したがつて吸収剤過剰率を出力する。この関数発
生器３１の特性に上記と同様に脱硫性能を考慮し
て定められるものであり、その出力は吸収剤過剰
率の設定値となる。

一方、第１の演算器３２では、現時点からｔ分
後におけるPH予測値が演算される。このPH値の予
測方法としては種々の手法が考えられるが、ここ
では、一例として自己回帰移動平均混合モデルを
示す。まず、PH値を次式でオンライン同定する。

PHｔ＝_p 〓ⁱ⁼¹ a_i・PH_t-i＋_q 〓^j=1 b_j・G_t-j＋ν_t ここで、 θ＝〔a₁、a₂、……、a_p、b₁、b₂、……、b_q〕^T φ_t＝〔PH_t-1、……、PH_t-p、G_t-1、……、G_t-q〕 とすると、オンライン逐次計算に適したアルゴリ
ズムは以下のようになる。なお、Ｔは転置行列を
意味する符号である。

θ₀＝０、P₀＝αIとして、 θ_t＝θ_t-1＋K_t（PH_t−φ_t・θ_t-1） K_t＝P_t-1φ_t ^T／（１＋φ_t・P_t-1・φ_t ^T） P_t＝P_t-1−P_t-1・φ_t ^T・φ_t ・P_t-1／（１＋φ_t・P_t-1・φ_t ^T） ここに、 PH_t-i：時刻（ｔ−ｉ）におけるPH実測値 G_t-j：時刻（ｔ−ｊ）における吸収剤スラリ実
測値 ν_t：観測白色雑音 a_i・b_j係数 Ｉ：単位マトリクス である。

このように、吸収剤スラリPH計２０の実測値お
よび吸収剤スラリ流量計１９の実測値を入力し、
上記の手法を用いることによりｔ分後のPH予測値
を演算することができる。

次に、第２の演算器３４では、現時点からｔ分
後におけるPH値の目標値が演算される。このPH目
標値の演算は、まず、負荷を次式で予測する。

L_t+i＝L_t＋ｉ・（dL／dt）_t ここに、Ｌは負荷、dL／dtは負荷変化率であ
る。この演算は乗算器２２の出力および微分器３
３の出力に基づいて行なわれ、結局、ｔ分後の
SO_xの予測量が得られる。そこで、関数発生器３
０を利用して、これに予測されたSO_x量を入力す
れば、関数発生器３０からはそのSO_x量に相当し
たPH値を得ることができ、このPH値がｔ分後のPH
目標値となる。

以上のようにして求められたｔ分後のPH予測値
とPH目標値は調節計３５の減算器３５ａに入力さ
れ、調節計３５からは両の偏差に応じた吸収剤過
剰率が出力される。この出力はPH値の予測制御を
行なうための値である。前述のように、吸収塔７
はそのブリード量に対して約20時間分のスラリを
保有しているので、流入ガス側の負荷変化速度に
比べて液組成の変化が遅れる。即ち、吸収剤スラ
リの投入に対してPH値の応答が遅れることにな
る。しかし、この予測制御によりPH値の応答遅れ
が予め予測されることになるので、負荷の変化に
対してもPH値を充分に対応させることができる。

関数発生器３１から出力される吸収剤過剰率
（吸収剤スラリの先行投入）、調節器２７の出力
（負荷の大きさを考慮したPH値のフイードバツク
制御信号）、および調節計３５の出力（PH値の予
測制御信号）は加算器３６に入力されて加算され
る。加算器３６の出力は、低負荷に対しても、
又、負荷変化に対しても充分に対応し得る吸収剤
スラリ過剰率となる。そして、この吸収剤スラリ
過剰率は加算器３９で100％を加算される。一方、
乗算器３８からはそのときのSO_x量に応じた吸収
剤量が出力される。加算器３９の出力と乗算器３
８の出力とが乗算器３７により乗算されることに
より、所要の吸収剤スラリ流量を得ることができ
る。以後の制御は従来装置の制御と同じである。

第２図ａ乃至ｄは第１図に示す制御装置を用い
た場合の負荷、PH値、脱硫率および吸収剤スラリ
流量のタイムチヤートである。第２図ａ，ｂ，
ｃ，ｄの縦軸にはそれぞれ負荷、PH値、脱硫率お
よび吸収剤スラリ流量がとつてあり、又、横軸に
はそれぞれ時間がとつてある。図で実線は第１図
に示す制御装置による予測制御を実施した場合、
破線は従来装置による制御（予測制御なし）を実
施した場合の曲線を示す。各図から明らかなよう
に、予測制御を行なわない従来の制御装置を用い
た場合には、負荷の変化に対してPH値、脱硫率、
吸収剤スラリ流量とも大きく変動するが、予測制
御を行なう本実施例の制御装置を用いた場合、PH
値、脱硫率、吸収剤スラリ流量ともほぼその目標
値に追従していることが判り、ほぼ一定の脱硫率
を維持することができる。

このように、本実施例では、ｔ分後のPH予測値
とPH目標値との偏差を考慮して吸収剤過剰率を決
定する予測制御を実行するようにしたので、負荷
変動に対する応答性を向上して一定の脱硫率を維
持することができ、ひいては安定した運転を行な
うことができる。又、上記予測制御と併せて、
SO_x量によつて吸収剤過剰率を決定するので、低
負荷時において吸収剤の消費量を低減することが
でき、さらに、吸収塔からとり出されるSO_xを吸
収した吸収剤のPH値を低下させるために使用され
る硫酸の消費量も低減することができ、運転コス
トを低下させることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、所定時間後の
PH予測値およびPH目標値を演算するとともにSO_x
量に対応して吸収剤過剰率を求め、これらの値に
基づいて吸収剤スラリ量を決定するようにしたの
で、負荷変動に対する応答性を向上して一定の脱
硫率を維持することができ、かつ、低負荷時にお
ける吸収剤の消費量を低減することができ、これ
らにより、脱硫装置を安定して、かつ、低コスト
で運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る湿式排煙脱硫装
置の制御装置のブロツク図、第２図ａ，ｂ，ｃ，
ｄは第１図に示す制御装置を用いた場合の負荷、
PH値、脱硫率および吸収剤スラリ流量のタイムチ
ヤート、第３図は湿式排煙脱硫装置の系統図、第
４図は従来の制御装置のブロツク図、第５図は脱
硫率の特性図、第６図は他の従来の制御装置のブ
ロツク図である。 ７……吸収塔、１０……吸収剤スラリ、１５…
…吸収剤スラリ流量調整弁、１７……排ガス流量
計、１８……SO_x濃度計、１９……吸収剤スラリ
流量計、２０……吸収塔スラリPH計、２２，３７
……乗算器、２４，２７，３５……調節計、３
０，３１……関数発生器、３２……第１の演算
器、３３……微分器、３４……第２の演算器、３
６……加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排ガスを導入する吸収塔と、この吸収塔内に
   供給され前記排ガス中の硫黄酸化物を吸収する吸
   収剤スラリと、この吸収剤スラリの供給を制御す
   る吸収剤スラリ流量調整弁とを備えた湿式排煙脱
   硫装置において、前記硫黄酸化物の量に対応する
   吸収剤過剰率を求める手段と、前記吸収塔におけ
   る前記吸収剤スラリの所定時間後のPH値を演算す
   る第１の演算手段と、前記吸収塔における前記吸
   収剤スラリの前記所定時間後の目標とするPH値を
   演算する第２の演算手段と、前記吸収剤過剰率を
   求める手段、前記第１の演算手段および前記第２
   の演算手段の各演算値に基づいて前記吸収剤スラ
   リ流量調整弁により供給されるべき吸収剤スラリ
   量を演算する第３の演算手段とを設けたことを特
   徴とする湿式排煙脱硫装置の制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   演算手段は、前記吸収塔内にある吸収剤スラリの
   PH値と吸収剤スラリ流量実測値とに基づいて所定
   の演算を行なう演算手段であることを特徴とする
   湿式排煙脱硫装置の制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記第２の
   演算手段は、現在の硫黄酸化物の量と負荷変化率
   とに基づいて所定の演算を行なうことを特徴とす
   る湿式排煙脱硫装置の制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記第３の
   演算手段は、硫黄酸化物の量に対応して吸収剤ス
   ラリのPH値を求める手段により得られたPH設定値
   と現在の吸収剤スラリのPH値との偏差のPH値を導
   入する手段を含むことを特徴とする湿式排煙脱硫
   装置の制御装置。