JPH06218229A - 排煙浄化剤の供給制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排煙中の有害成分濃度測定開始より測定値に
応じて浄化剤供給速度が変更されるまでの時間を制御す
ることにより浄化剤供給をより適切に実施する。 【構成】 ＮＯｘサンプル座２１からＮＯｘ濃度分析計
２２により検出される濃度信号３２と脱硝反応塔の下流
部にある排煙流量検出器２６で検出された排煙の流量信
号器２７からの流量信号３５とをＮＨ₃流量制御装置２
４で演算した値によってＮＨ₃流量制御バルブ２５を調
節する。ＮＯｘ濃度信号３２を一旦、伝送時間調節装置
２３内の記憶装置に書き込んだ後、該調節装置２３によ
り制御された時間遅れで記憶装置より読みだしＮＨ₃流
量制御装置２４に送る。この時間遅れは排煙がサンプル
座２１からＮＨ₃注入ノズル８に至るまでの所要時間に
ほぼ等しく置いている。こうして、伝送時間の制御によ
ってＮＯｘサンプル座２１を通過した排煙がＮＨ₃注入
ノズル８に到達した時点でＮＨ₃が添加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排煙処理の制御方法と装
置に係り、特に排煙中の有害成分（窒素酸化物、塩化水
素、二酸化硫黄）の浄化剤添加速度の制御に好適な浄化
剤供給制御方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみの大部分（約７０％）は焼却処
理される。焼却されない残りの都市ごみは埋め立てられ
るが、埋め立て可能地域の減少で焼却処理に移行する傾
向にある。また、最近の動向としてごみ処理は単に焼却
処理するだけでなく、エネルギー回収の観点からもます
ます重要になっている。都市ごみを焼却処理するには燃
焼技術だけでなく排煙処理技術の開発が必要である。焼
却設備は都市内や近郊に造られるので十分な排煙処理が
要求される。ごみ焼却排煙の処理では当初の煤塵処理に
よる排煙の無色化より始まり塩化水素処理、ダイオキシ
ン処理と規制項目が増加し、立地の困難さから規制値が
より厳しくなる傾向にある。

【０００３】排煙中の窒素酸化物は従来、主に燃焼方法
の改善と無触媒脱硝によって対処し、濃度１００〜２０
０ｐｐｍに低減して大気に放出していた。さらに窒素酸
化物濃度を低下させるには触媒脱硝が必要であるが、ご
み焼却排煙では通常のボイラと異なるので従来の触媒脱
硝装置をそのままでは適用することが難しい。例えば次
のような困難さがある。 ａ、排煙中の窒素酸化物濃度変化が激しく還元剤供給制
御が追従し難い。 ｂ、排煙中にアルカリ金属が多く存在し、脱硝触媒を被
毒し易い。 ｃ、通常の脱硝温度である３５０℃近傍では排煙中の未
燃分（ダイオキシンの前駆体）とＨＣｌが反応して有害
なダイオキシンを生成する。 この内、項目ｂ、ｃは予め排煙を予備的に処理して煤塵
とＨＣｌを除去することで解決できる。しかし、項目ａ
は解決できない。

【０００４】ごみは石炭、石油などと異なり性状が不均
一である。しかも、現在の技術では石炭、石油と異なり
微粉砕して均一化して燃焼させることもできない。高カ
ロリーのプラスチックが投入された時と低カロリーの生
ごみが投入された時では燃焼温度が異なり窒素酸化物発
生量も異なる。しかも、焼却設備として格子炉あるいは
流動層炉が使用され、ごみの形状が不均一なので燃焼空
気、燃焼ガスの吹き抜けもあるので急激に、しかも不規
則にガス組成が変化する。ごみ焼却排煙中の窒素酸化物
濃度は数分間のサイクルで±５０％の変動幅で変動する
ことも多くある。これに対し化石燃料を燃焼させる通常
のボイラでは窒素酸化物濃度が安定しており、窒素酸化
物濃度が変化する場合でも燃焼炉の運転の制約によって
緩やかにしか負荷を変動できないので窒素酸化物の濃度
変化も緩やかである。このように、燃料源の違いがあっ
ても、従来用いられている脱硝装置では脱硝装置入口の
窒素酸化物濃度を測定し、窒素酸化物濃度検出値から添
加すべき還元剤の量を演算し、還元剤供給速度調整装置
を制御し、必要な還元剤量を排煙に添加していた。

【０００５】排煙の一部を濃度分析計に吸引し始めてか
ら濃度検出値で還元剤供給速度を調整するまでに要する
時間は通常、数分を要する。一方排煙は通常、脱硝装置
を含む煙道に数秒しか滞留しないので窒素酸化物濃度を
検出した排煙部分と、窒素酸化物の浄化剤である還元剤
を添加する排煙部分が異なるという問題がある。この問
題は従来の化石燃料を使用する通常のボイラでは窒素酸
化物濃度の変化が小さく無視できたが、ごみを焼却する
炉等では窒素酸化物濃度の変化が大きく無視できない。
窒素酸化物濃度の変化が大きく早い排煙に対しては、窒
素酸化物濃度測定用のサンプルを分取した排煙部分、す
なわち、移動しているサンプリングした排煙部分に窒素
酸化物濃度検出値から演算した還元剤供給量を加えるの
が好ましい。このためには、排煙のサンプルを煙道上流
で採取し、この上流における排煙部分が下流に移動し還
元剤供給位置に至るタイミングをみはからってこの排煙
部分に必要な量の還元剤を添加すると良い。それは、上
流における排煙が下流に移動し還元剤供給位置に至る所
要時間と採取したサンプルの窒素酸化物濃度に基づき演
算して還元剤供給速度を調節するための所要時間を等し
くする方法によって実現できる。

【０００６】サンプルを採取してから還元剤供給速度を
調節する所要時間は濃度分析計の応答時間が律速し、サ
ンプルガスラインの改善によって数十秒にまで短縮可能
である。排煙が煙道の入口から各種排煙処理装置を経て
脱硝装置の還元剤供給位置に至るまでの所要時間はごみ
焼却排煙の場合には冷却装置、塩化水素除去装置などの
排煙処理装置が大きいという特徴のため数十秒と長くな
ることもある。したがって、ごみ焼却排煙の脱硝処理で
はサンプルの採取位置を従来より上流に設ければ排煙部
分がサンプルの採取位置から還元剤供給位置に移動する
所要時間を長くすることが可能であり、サンプル採取か
ら還元剤供給速度調節までの還元剤供給のための制御所
要時間と等しくすることが可能である。従来の制御装置
には還元剤供給速度調節のための制御所要時間を排煙部
分がサンプルの採取位置から還元剤供給位置に移動する
所要時間と一致させるために前記制御の応答を鈍くする
方法があった。しかし、この方法ではデータの変動が平
坦化されるという欠点があり、変動の激しいごみ焼却排
煙等の場合には追従が不可能であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は排煙の
窒素酸化物濃度の分析のための所要時間および還元剤供
給速度の変更のための所要時間についての配慮がなく、
これらの所要時間が無視されており、例えば、ごみ焼却
排煙のように急激に、しかも不規則で大幅に窒素酸化物
濃度が変動する場合には還元剤供給速度の制御が追従し
ないという問題があった。このことは排煙中の窒素酸化
物にかぎらず、排煙中の塩化水素、二酸化硫黄等の特定
成分の処理で各々濃度に応じて吸着剤、反応剤を添加す
る場合にも同様の問題があった。本発明の目的は、従
来、無視していた排煙中の有害成分濃度測定開始より測
定値に応じて浄化剤供給速度が変更されるまでの時間を
制御することにより浄化剤供給速度の制御をより適切に
実施する浄化剤の供給制御方法と装置を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、煙道内の燃焼排煙
中の有害な特定成分の濃度検出値もしくは濃度推定値よ
り浄化剤の添加量を演算し、浄化剤の排煙中への供給速
度を制御して有害成分を排煙中から除去した後に大気に
放出する排煙浄化剤の供給速度制御方法において、排煙
中の有害成分の濃度検出または推定操作開始から、当該
検出濃度または推定濃度に応じた浄化剤の供給速度を決
定して添加するまでの時間遅れ並びに前記濃度検出また
は推定した排煙部分が浄化剤の煙道内での供給位置に移
動する所要時間を考慮して、浄化剤の煙道内での供給位
置において、前記有害成分の濃度検出または推定を行っ
た排煙部分に浄化剤を供給する排煙浄化剤の供給制御方
法である。ここで、前記時間遅れの長さは予め試運転で
経験的に得た最適な数値を手動で入力するか、または煙
道中の排煙流量の積分値に反比例して増減させるように
制御する。

【０００９】また、本発明の上記目的は次の構成によっ
て達成される。すなわち、煙道内の燃焼排煙中の有害な
特定成分の濃度検出値もしくは濃度推定値より浄化剤の
添加量を演算し、浄化剤の排煙中への供給速度を制御し
て有害成分を排煙中から除去した後に大気に放出する排
煙浄化剤の供給速度制御装置において、排煙中の有害成
分の濃度を検出または推定する手段と、排煙中の有害成
分の濃度検出または推定操作開始から、当該検出濃度ま
たは推定濃度に応じた浄化剤の供給速度を決定して添加
するまでの時間遅れ長さの可変手段と、浄化剤の供給速
度決定に用いた濃度を有する排煙部分が浄化剤の煙道内
での供給位置まで移動する所要時間の推定値もしくは算
出値に該時間遅れ長さが一致するように制御して、前記
有害成分の濃度検出または推定を行った排煙部分に浄化
剤を供給する浄化剤供給手段とを備えた排煙浄化剤の供
給制御装置である。なお、本発明はごみ焼却排煙の脱硝
制御を主な対象としているが、通常のボイラ排煙脱硝に
おいても濃度変動が大きく、かつ煙道での排煙滞留時間
が長いあるいは濃度分析所要時間が短い場合には適用で
きる。また、排煙処理は窒素酸化物処理に限定するもの
でなく、塩化水素、二酸化硫黄等の特定成分の処理で各
々濃度に応じて吸着剤、反応剤を添加する装置による処
理に適用できる。

【００１０】

【作用】本発明者等はごみ焼却排煙の特性および従来の
排煙処理技術を詳細に検討し、窒素酸化物濃度の変動が
激しく従来の還元剤供給制御装置では追従が遅れて高度
処理ができないこと、煙道における排煙の分析用サンプ
ル採取位置と還元剤供給位置を離し、サンプル採取され
た排煙部分に還元剤が添加されるまでの所要時間を長く
し、排煙の濃度分析をして還元剤供給速度を決定するま
での制御所要時間と一致させることで追従が可能になる
ことを見い出して本発明になる方法に到達したのであ
る。さらに、ごみ焼却炉運転中の排煙流量の変動で発生
する前記二つの所要時間の差を無くすにはサンプル採取
位置を排煙流量の変動に対応させて変動する装置でも実
施できるが、前記還元剤供給制御所要時間を任意に変更
できる装置を用いてサンプル採取された排煙部分に還元
剤が添加されるまでの所要時間の変動にあわせて制御所
要時間を変更する方が容易に実施できることを見い出し
て本発明になる装置に到達したものである。

【００１１】従来の排煙中の有害成分の除去のための浄
化剤の供給速度制御装置に、例えば、新たに記憶装置を
組み込みデータを一時貯蔵した後、所定の時間遅れで次
の処理ステップに送るよう動作させる。この時間遅れは
任意に操作できる。それによって浄化剤の供給速度制御
の応答所要時間を任意に制御できる。したがって窒素酸
化物等の排煙中の有害成分を検出した排煙部分が浄化剤
の供給位置に移動した時に有害成分検出量に応じた浄化
剤量を添加することが可能となり、激しい濃度変化にも
浄化剤供給制御を追従させることができる。排煙の移動
所要時間は排煙の温度と圧力が変化せず、途中での排煙
の流入と流出がなければ排煙流量の積分値、つまり排煙
流路の容積に反比例するので浄化剤供給速度制御のため
の所要時間を排煙流量の積分値に反比例するよう制御回
路を組み込めば、流量が変動しても新たに時間遅れの長
さを手動入力する必要がない。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図面と共に説明する。本
実施例が適用される排煙脱硝装置のフローを図１に示
す。ごみ焼却炉１で発生した燃焼排煙は冷却塔２、煙道
３、廃熱回収器４、スプレ塔５、バグフィルタ６で順次
処理された後、必要に応じてガスヒータ７で脱硝反応器
９の使用温度まで加熱され、アンモニア注入ノズル８か
らアンモニアが添加され、脱硝反応器９に至り排煙脱硝
処理されてブロワー１０で煙突１１より排出される。ア
ンモニア注入ノズル８にはアンモニア供給管１３からア
ンモニアガスが供給される。本実施例の特徴の一つはア
ンモニア制御用の窒素酸化物サンプル座２１が脱硝反応
器９の近くでなく、遥か上流の廃熱回収器４の入口の排
ガス路に位置させ、サンプル座２１からアンモニア注入
ノズル８に至るまでの排煙の通過所要時間をアンモニア
制御の最少所要時間より長くしたことである。アンモニ
ア流量の制御ラインは本出願人の出願に係る特公平３ー
３７９６５号公報にも示されるような従来の排煙脱硝装
置と類似しており窒素酸化物サンプル座２１から窒素酸
化物濃度分析計２２により検出される濃度信号３２と脱
硝反応塔の下流部にある排煙流量検出器２６で検出され
た排煙の流量信号発信器２７からの流量信号３５とをア
ンモニア流量制御装置２４で演算した値によってアンモ
ニア流量制御バルブ２５を調節する流れになっている。
本実施例になるアンモニア流量制御装置２４は伝送時間
調節装置２３を追加したことに特徴があり、伝送時間の
制御によって窒素酸化物サンプル座２１を通過した排煙
がアンモニア流入ノズル８に到達した時点でアンモニア
が添加される。

【００１３】本実施例のアンモニアの流量制御のフロー
を図２に示す。まず、伝送時間調節装置２３に濃度信号
３２からの窒素酸化物濃度検出値と流量信号３５からの
排煙流量検出値を入力する（ステップ１）。ついで、窒
素酸化物濃度検出値を窒素酸化物サンプリングの時刻と
ともに記憶装置（ＲＡＭ）に書き込む（ステップ２）。
この記憶装置に書き込まれたデータより、どの時刻の窒
素酸化物濃度信号検出値を出力するかを決定する（ステ
ップ３）。このステップ３の決定のための手順の一例は
次の通りである。まず、煙道の窒素酸化物濃度検出位置
からアンモニア供給位置までの煙道の容積Ｖと定数Ｋを
入力する（ステップ３１）。前記容積Ｖと定数Ｋは図示
していないが、別の記憶装置に入力しておいた値を読み
出すことで前記入力ができる。ここでＫは煙道の窒素酸
化物濃度検出位置からアンモニア供給位置まで排煙部分
が移動する間の排煙流量の積分値（排煙の累積量Ｇ）と
その間の煙道の容積Ｖとの比例定数であり、予め試運転
で試験的に得ることができ、また、排煙が煙道の窒素酸
化物濃度検出位置からアンモニア供給位置まで排煙部分
が移動する間の空間をピストンフローで流れるとみなし
前記間の空間の温度と圧力分布よりこの空間に存在する
排煙量を算出し、この算出値が排煙流量の積分値に等し
いとして得ることもできる。ついで、過去の窒素酸化物
サンプリング時刻ｔを任意の仮定値に設定する（ステッ
プ３２）。さらに、現在より過去の時刻ｔまでの排煙流
量を積分して煙道を通過した排煙の累積量Ｇを演算する
（ステップ３３）。そして 次式 Ｖ＝ＫＧ が成立するかどうか判定する（ステップ３４）。成立し
ないとステップ３２に戻り新しい別の仮定値をｔに代入
する。Ｖ＝ＫＧが成立すると計算のサブルーチンを抜け
だして次のステップに進む。排煙の累積量Ｇに相当する
指定した過去の時刻ｔに窒素酸化物サンプル座２１で採
取したサンプル中の窒素酸化物濃度をＲＡＭより読み出
し、窒素酸化物濃度検出値等より添加するアンモニア流
量を決定し、アンモニア流量制御信号を出力する（ステ
ップ５）。

【００１４】本実施例は窒素酸化物濃度分析計２２から
の窒素酸化物濃度信号３２、流量信号発信器２７からの
排煙流量信号３５に基づき必要なアンモニア流量を演算
し、制御するフローは従来と同じであるが、窒素酸化物
濃度信号３２を一旦、伝送時間調節装置２３の記憶装置
に貯えた後、伝送時間調節装置２３により制御された時
間遅れで次のステップのアンモニア流量制御装置２４に
送るラインが追加されている点に特徴がある。本実施例
では、この時間遅れにより、図１における窒素酸化物サ
ンプル座２１でのサンプリングからアンモニア流量制御
バルブ２５が制御されるまでの制御所要時間を窒素酸化
物サンプル座２１からアンモニア注入ノズル８に至るま
での排煙の通過所要時間にほぼ等しく置いている。より
正確に制御するにはアンモニア流量制御装置２４の演算
時間、アンモニア流量制御バルブ２５の応答時間および
排煙の温度履歴、圧力履歴変化による定数Ｋの変化など
も配慮する必要があるのは無論である。なお、本実施例
では窒素酸化物濃度信号３２を用いて制御するが、特開
平１−１７８７１４号公報、特開平２−２２３６２３号
公報にも示されているような窒素酸化物濃度信号の代わ
りになる負荷信号などを用いても本発明が実施できるこ
とは言うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、例えば排煙中の有害成
分濃度分析から浄化剤流量制御までの所要時間を制御可
能となるので、急激に、しかも不規則で大幅に有害成分
濃度が変動する排煙の場合であっても浄化剤供給速度の
制御をより正確に実施できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の排煙浄化剤供給速度制御
装置を用いる排煙脱硫のフロー図である。

【図２】 本発明の一実施例の排煙浄化剤供給速度制御
装置の演算フロー図である。

【符号の説明】

１…ごみ焼却炉、２…冷却塔、３…煙道、４…廃熱回収
器、５…スプレ塔、６…バグフィルタ、７…ガスヒー
タ、８…アンモニア注入ノズル、９…脱硝反応器、１３
…アンモニア供給管、２１…窒素酸化物サンプル座、２
２…窒素酸化物濃度分析計、２３…伝送時間調節装置、
２４…アンモニア流量制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１ Ａ 9042−4Ｄ (72)発明者 山田 陸雄 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 溝口 忠昭 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 高橋 幸男 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 煙道内の燃焼排煙中の有害な特定成分の
   濃度検出値もしくは濃度推定値より浄化剤の添加量を演
   算し、浄化剤の排煙中への供給速度を制御して有害成分
   を排煙中から除去した後に大気に放出する排煙浄化剤の
   供給速度制御方法において、 排煙中の有害成分の濃度検出または推定操作開始から、
   当該検出濃度または推定濃度に応じた浄化剤の供給速度
   を決定して添加するまでの時間遅れ並びに前記濃度検出
   または推定した排煙部分が浄化剤の煙道内での供給位置
   に移動する所要時間を考慮して、浄化剤の煙道内での供
   給位置において、前記有害成分の濃度検出または推定を
   行った排煙部分に浄化剤を供給することを特徴とする排
   煙浄化剤の供給制御方法。
2. 【請求項２】 前記時間遅れの長さは予め試運転で経験
   的に得た最適な数値を手動で入力するか、または煙道中
   の排煙流量の積分値に反比例して増減させるように制御
   することを特徴とする請求項１記載の排煙浄化剤の供給
   制御方法。
3. 【請求項３】 煙道内の燃焼排煙中の有害な特定成分の
   濃度検出値もしくは濃度推定値より浄化剤の添加量を演
   算し、浄化剤の排煙中への供給速度を制御して有害成分
   を排煙中から除去した後に大気に放出する排煙浄化剤の
   供給速度制御装置において、 排煙中の有害成分の濃度を検出または推定する手段と、 排煙中の有害成分の濃度検出または推定操作開始から、
   当該検出濃度または推定濃度に応じた浄化剤の供給速度
   を決定して添加するまでの時間遅れ長さの可変手段と、 浄化剤の供給速度決定に用いた濃度を有する排煙部分
   が、浄化剤の煙道内での供給位置まで移動する所要時間
   の推定値もしくは算出値に該時間遅れ長さが一致するよ
   うに制御して、前記有害成分の濃度検出または推定を行
   った排煙部分に浄化剤を供給する浄化剤供給手段とを備
   えたことを特徴とする排煙浄化剤の供給制御装置。