KR101397428B1 - 산성가스의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 산성가스농도 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 제어하는 피드백 형식에 있어서, 현재상태의 피드백 제어가 안고있는 계측지연에 따른 산성가스의 처리불량 및 알칼리제의 과잉첨가를 삭감하는 산성가스의 처리방법을 제공하는 것이다.
산성가스가 포함되는 연소배기가스에 알칼리제를 첨가하고, 분진을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하도록 설치된 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성가스의 처리방법은, 계측지연시간이 각각 다른 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)에 의하여 동일한 종류의 산성가스농도를 측정하는 공정과, 복수의 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정을 구비한다.

Description

산성가스의 처리방법{METHOD FOR TREATING ACID GAS}
본 발명은, 도시쓰레기 폐기물 소각로, 산업폐기물 소각로, 발전보일러, 탄화로(炭化爐), 민간공장 등의 연소시설에 있어서 발생하는 유해한 염화수소(鹽化水素)나 유황산화물(硫黃酸化物) 등의 산성가스(酸性 gas)의 처리방법에 관한 것이다. 상세하게는, 산성가스를 처리하는 알칼리제(alkaline劑)의 첨가량을 효율적으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
유해한 염화수소나 유황산화물을 포함하는 배기가스는, 소석회(消石灰)나 중조(重曹) 등의 알칼리제에 의하여 처리되고, 그 후 백필터(bag filter)(ＢＦ) 등의 집진기(集塵機)에 의하여 제진(除塵)된 후에 굴뚝으로부터 배출된다. 한편 집진기에서 집진(集塵)된 비산재(飛散灰)는, 유해한 Ｐｂ, Ｃｄ 등의 중금속류를 함유하고 있어, 이들 유해중금속을 안정화 처리한 후 매립처분 하고 있다.
산성가스를 처리하는 알칼리제인 5∼30μm로 미분가공(微粉加工)된 중조는, 소석회에 비해 반응성이 높고 산성가스를 안정적으로 처리할 수 있음과 아울러 미반응분(未反應分)이 적고, 매립처분량을 삭감할 수 있어 환경부하 저감에 유효한 수단이다. 또한 중금속 처리방법으로서는 디에틸디티오카르밤산염(diethyldithiocarbamate) 등의 킬레이트(chelate)에 의하여 불용화처리(不溶化處理)하는 방법이 일반적인데, 단기적으로는 중금속 고정효과는 높지만 최종처분장에 있어서의 산성비에 의한 ｐＨ저하 및 킬레이트의 산화자가분해(酸化自家分解)에 의하여 납 등의 중금속이 재용출(再溶出) 되는 문제가 남는다. 한편 인산 등의 인산화합물(燐酸化合物)에 의한 중금속고정(重金屬固定)은, 무기광물(無機鑛物)인 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 형태까지 변화시키기 때문에, 최종처분장에 있어서의 장기적으로 안정성이 우수하고 환경보호의 관점으로부터 매우 가치 높은 처리방법이다. 또한 상기 미분중조(微粉重曹)에 의하여 처리한 비산재를, 인산 등의 중금속고정제에 의하여 처리하는 방법은 많은 환경부하 저감효과를 가지는 유효한 수단이다.
그런데 염화수소나 유황산화물 등의 산성가스를 처리하는 소석회나 중조 등의 알칼리제의 첨가량을 제어하는 것은, 산성가스 처리비용을 삭감할 수 있을 뿐 아니라, 알칼리제의 미반응분을 저감하고, 비산재의 매립처분량을 삭감하는 효과를 기대할 수 있다.
염화수소나 유황산화물 등의 산성가스를 처리하는 알칼리제의 첨가량은, 일반적으로, 백필터의 후단에 설치된 이온전극식(ion電極式)의 염화수소 측정장치에서 측정된 ＨＣl농도를 바탕으로 ＰＩＤ제어장치에 의하여 피드백 제어(feedback 制御)되고 있다. 그러나 소각시설 등의 연소시설에 있어서는 보통 입구의 산성가스농도를 측정하는 장치는 설치되어 있지 않아, 입구의 변동상황을 모르는 상태에서 ＰＩＤ제어의 파라메타(parameter)를 설정해서 제어출력을 조정한다. 그런데 ＰＩＤ제어장치는 P, I, D, 첨가량(출력)하한, 첨가량(출력)상한의 5개의 설정항목이 있음과 아울러 각 항목의 설정치가 복합되어 제어출력치를 정하기 때문에 적절한 첨가제어를 검토하는데 막대한 시간을 요한다. 이 때문에 일반적으로 ＰＩＤ제어장치에 의한 설정은, 제어목표치(ＳＶ)를 넘었을 때에 첨가량이 대폭적으로 증가하는 제어를 실시하고 있는 시설이 많다.
그러나 보통 ＰＩＤ제어장치의 제어출력은 하나의 상한(上限)만을 설정할 수 있어, 예를 들면 ＨＣl농도의 제어목표치(ＳＶ)를 40ｐｐｍ으로 설정하였을 경우에, 40ｐｐｍ 이상의 농도로 제어출력하는 하나의 상한을 한도로서 알칼리제를 첨가하게 되어, 알칼리제를 과잉첨가하는 원인이 된다. 또한 상기 피드백 제어는 산성가스 측정장치의 계측지연의 영향을 받는다. 백필터 출구의 ＨＣl농도는 보통 이온전극법(ion電極法)(예를 들면 교토전자공업제(京都電子工業製ＨＬ-36))으로 측정되고, 유황산화물 농도는 적외선흡수법(赤外線吸收法)(예를 들면 시마즈제작소제(島津製作所製)ＮＳＡ-3080)으로 측정되고 있지만, 시료 배기가스의 샘플링시간 및 계측기의 응답시간을 포함하면 5∼10분의 막대한 계측지연이 있다. 본 계측지연은 알칼리제의 첨가지연을 야기하고, 산성가스의 처리불량으로 이어짐과 동시에 알칼리제의 과잉첨가를 야기하는 원인이 된다.
본 과제를 해결하기 위해서 다양한 제어방법이 검토되고 있다. 특허문헌1에 있어서는 보통의 ＰＩＤ제어식에 P를 더한 「Ｐ+ＰＩＤ제어」가 제안되어 있다. 본 제안은 보통의 ＰＩＤ제어로는 곤란한 산성가스의 돌발적 발생에 대한 대처를 고려한 것이다. 또한 특허문헌2 및 3에 있어서는, 입구의 산성가스농도를 바탕으로 알칼리제의 첨가량을 정하는 피드포워드 제어(feed forward control)와, 알칼리제가 처리한 후의 산성가스농도를 바탕으로 알칼리제의 첨가량을 보충하는 피드백 제어를 조합시키는 제어방식이 제안되어 있다. 본 제어방식은 피드백 제어의 과잉첨가를 억제하는 효과를 기대할 수 있고, 산성가스의 안정적인 처리와 알칼리제의 과잉첨가를 삭감하는 효과를 얻을 것이라고 생각된다.
일본국 공개특허 특개2002-113327호 공보 일본국 공개특허공보 특개평10-165752호 공보 일본국 공개특허 특개2006-75758호 공보
그러나 특허문헌1에 있어서는, 입구에 대한 돌발적인 대응은 어느 정도 가능하지만, 상기 측정장치의 계측지연은 고려되고 있지 않아서 계측지연에 의한 알칼리제의 첨가지연에 따른 산성가스의 처리불량에는 대응할 수 없다. 또한 특허문헌2 및 3에 있어서는 집진전의 연도(燃道)의 측정환경은, 집진후의 측정환경에 비해 산성가스농도가 높고 고온이기 때문에, 측정기 기재의 부식대책을 강구할 필요가 있다. 또한 제진(除塵)전의 배기가스에는 많은 매연먼지가 존재하기 때문에, 제진대책 및 예를 들면 제진필터의 교환 등 유지보수에 노동력 등이 필요하게 된다. 또한 이들 측정기기의 불량에 의하여 발생하는 측정불량은, 산성가스농도의 측정신호가 알칼리제의 첨가량에 직접적인 영향을 끼치기 때문에, 출구의 산성가스농도를 안정적으로 관리해야하는 데에 있어서 큰 문제가 된다.
상기 현상을 감안하여 본 발명은, 산성가스를 안정적으로 측정할 수 있는 측정환경, 즉 집진공정후의 산성가스농도 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 제어하는 피드백 형식에 있어서, 현재상태의 피드백 제어가 안고있고 계측지연에 따른 산성가스의 처리불량 및 알칼리제의 과잉첨가를 삭감하는 산성가스의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 산성가스가 포함되는 연소배기가스에 알칼리제를 첨가하고, 분진(粉塵)을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하도록 설치된 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성가스의 처리방법으로서, 계측지연시간이 각각 서로 다른 복수의 산성가스농도 측정기기(예를 들면 후술하는 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15) 등)에 의하여 동일한 종류의 산성가스농도를 측정하는 공정과, 상기 복수의 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산(feedback 演算)에 의하여 산출하는 공정을 구비하는 산성가스의 처리방법.
종래의 백필터 출구의 산성가스농도는, 예를 들면 단일 측정기기에 의하여 계측지연시간이 5∼10분인 이온전극법으로 측정되고, 그 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백에서 제어하고 있다. 본 방법은, 측정기기의 계측지연에 의하여 알칼리제의 과잉첨가를 야기한다.
이에 대하여 (1)의 발명에 의하면, 계측지연시간이 긴 측정기기와 계측지연시간이 짧은 측정기기, 즉 산성가스농도의 계측지연시간이 서로 다른 복수의 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출한다. 이에 따라 계측지연시간이 긴 측정기기 하나만이 아니라 계측지연시간이 짧은 측정기기를 조합시킬 수 있으므로, 피드백 제어에 있어서의 산성가스농도 측정기기의 계측지연에 의한 알칼리제의 과잉첨가를 경감시킬 수 있다.
또한 (1)의 발명에 의하면, 계측지연시간이 각각 서로 다른 복수의 산성가스농도 측정기기를 구비하고 있으므로, 계측지연시간은 길지만 측정신뢰도는 높은 측정기기에 의하여 백필터 출구의 산성가스농도를 적절하게 측정할 수 있고, 또한 계측지연시간은 짧지만 측정신뢰도는 낮은 측정기기가 단독으로 피드백 제어하는 것 보다도 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다. 따라서 알칼리제의 첨가를 적절하게 할 수 있어 산성가스의 처리효율을 더 향상시킬 수 있다.
또한 계측지연시간이 긴 측정기기에 계측지연시간이 짧은 측정기기를 조합시킴으로써, 산성가스 증가시에 알칼리제를 첨가하는 타이밍을 종래 제어에 비해 빨리 할 수 있어, 산성가스 측정장치의 계측지연에 의한 산성가스의 처리불량을 개선할 수 있다.
(2) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은, 상기 복수의 측정신호에 의거하여 각각 연산되는 복수의 첨가량 출력치의 상한치(上限値)(예를 들면 후술하는 복수의 첨가량 출력치의 100%의 값)를 산출하는 공정과, 상기 산출한 복수의 상한치 중 적어도 1개의 상한치에 대해서, 상기 상한치보다 작은 값(예를 들면 후술하는 50%의 출력 제한을 곱한값)의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 구비하는 (1)에 기재된 산성가스의 처리방법.
(2)의 발명에 의하면, 산출한 복수의 첨가량 출력치의 상한치 중 적어도 1개의 상한치에 대해서, 상기 상한치보다 작은 값의 첨가량 출력치를 산출한다.
이에 따라, 계측지연시간이 긴 측정기기 및 계측지연시간이 짧은 측정기기의 측정신호에 의거하여 산출되는 첨가량 출력치의 양방을 상한치(100%)로 가동하는 것에 비해서, 예를 들면 계측지연시간이 긴 측정기기의 측정신호에 의거하여 산출되는 첨가량 출력치에만 제한(예를 들면 50%의 출력제한)을 가함으로써도, 산성가스의 처리의 안정화를 도모하면서 알칼리제의 과잉첨가를 더 방지할 수 있다.
또한 계측지연시간이 긴 측정기기 및 계측지연시간이 짧은 측정기기의 측정신호에 의거하여 산출되는 첨가량 출력치의 양방에 제한(예를 들면 50%의 출력 제한)을 가함으로써, 산성가스의 처리의 안정화를 도모하면서 알칼리제의 과잉첨가를 더 방지할 수 있다.
(3) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은, 적어도 2개의 산성가스농도의 경사의 범위(예를 들면 후술하는 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정(正)의 범위 및 부(負)의 범위 등)를 설정하는 공정과, 상기한 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스농도의 제어목표치(예를 들면 후술하는 실시예8에 있어서의 180ｐｐｍ, 220ｐｐｍ 등)를 설정하는 공정과, 적어도 상기 측정신호 및 상기 경사의 범위별 제어목표치에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 구비하고, 상기 제어목표치를 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성가스농도의 경사의 범위가 클 경우(예를 들면 후술하는 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정(正)의 경우(산성가스농도 상승시))에 설정하는 제어목표치는, 상기 산성가스농도의 경사의 범위가 작을 경우(예를 들면 후술하는 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 부(負)의 경우(산성가스농도 하강시))에 설정하는 제어목표치보다 작은 (1) 또는 (2)에 기재된 산성가스의 처리방법.
(3)의 발명에 의하면 백필터 출구의 산성가스농도의 경사가 정(正)의시(산성가스농도 상승시)에는, 경사가 부(負)의시(산성가스농도 하강시)보다도 산성가스농도의 제어목표치를 작게 했으므로, 산성가스농도 상승시에서의 알칼리제 첨가량을 산성가스농도 하강시보다도 많게 할 수 있다. 또한 반대로 산성가스농도 하강시에서의 알칼리제 첨가량을, 산성가스농도 상승시보다도 적게 할 수 있다. 따라서 피드백 연산에 의한 알칼리제의 첨가출력을 미리 실시할 수 있어, 계측지연에 의한 영향을 더 경감시킬 수 있다.
(4) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은, 상기 측정신호에 의거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치(下限値)(예를 들면 후술하는 도21, 도23, 도31의 ＬＯ[제어출력하한])와 상한치(예를 들면 후술하는 도21, 도23, 도31의 ＬＨ[제어출력상한])의 사이에, 상기 산성가스농도(예를 들면 후술하는 도21, 도23, 도31의 ＢＦ출구 ＨＣl농도)에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 새로운 상한치(예를 들면 후술하는 도21, 도23, 도31의 ＬＭ1[출력제한1], ＬＭ2[출력제한2])를 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 산성가스의 처리방법.
보통의 피드백 연산에 있어서의 출력상한은 1개뿐이어서, 산성가스가 제어목표치이상이 되면 입구의 산성가스농도의 크기에 관계없이 알칼리제는 상한치까지 첨가가능하게 되어 과잉첨가를 야기한다.
이에 대하여 (4)의 발명에 의하면, 첨가량 출력치의 하한치와 상한치 사이에, 현재의 산성가스농도에 따른 제어출력의 제한을 가함으로써, 산성가스농도의 크기에 따라 알칼리제의 적절한 첨가가 가능해져 첨가량의 삭감이 가능하게 된다.
(5) 상기 알칼리제가 평균입자지름 5∼30μm의 미분중조인 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 산성가스의 처리방법.
본 발명에 사용하는 알칼리제는, 특히 산성가스와의 반응이 빠른 평균입자지름이 5∼30μm으로 조정된 미분중조인 것이 바람직하다. 미분중조는 반응이 빠르기 때문에 제어응답성(制御應答性)이 좋아, 본 발명의 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 다만 본 발명은 제어방법에 의한 것이며, 소석회에서도 적용이 가능하다. 소석회는, 산성가스와의 반응성이 높고 비표면적(比表面積)이 예를 들면 30m2/ｇ 이상인 고비표면적(高比表面積)의 소석회인 것이, 본 발명의 성능을 발휘할 수 있다.
(6) 상기 미분중조와는 다른 알칼리제를 병용하는 (5)에 기재된 산성가스의 처리방법.
본 발명의 효과를 발휘하는 알칼리제로서는 특별히 제한은 없다. 미분중조 이외의 알칼리제로서는 탄산나트륨(sodium carbonate), 탄산수소칼륨(Potassium Bicarbonate), 탄산칼륨(potassium carbonate), 세스퀴탄산나트륨(Sodium sesquicarbonate), 천연소다(天然soda), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 산화마그네슘(magnesium oxide), 수산화마그네슘 (magnesium hydroxide) 등을 예로 들 수 있다. 또한 알칼리제가 분체의 경우에, 산성가스와의 반응성이 높고 입자지름이 30μｍ 미만, 특히 5∼20μm의 미분(微粉)인 쪽이 바람직하다. 미리 입경(粒徑)을 조정한 약제를 적용하더라도 좋고, 현지에 분쇄설비(粉碎設備)를 설치하고 입경이 거친 알칼리제를 현지에서 분쇄하면서 첨가하더라도 좋다. 또한 각 알칼리제를 물에 용해한 슬러리 또는 수용액에서도 실시가 가능하다.
(7) 상기 외의 알칼리제는, 소석회, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연소다 및 조중조(粗重曹)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 알칼리제인 (6)에 기재된 산성가스의 처리방법.
본 발명에 의한 제어를 실시하는 알칼리제와는 다른 저렴한 알칼리제를 병용하는 것도 경제적으로 유효한 수단이 된다. 일반적으로 사용되는 저렴한 알칼리제로서는 소석회, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 탄산나트륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연소다, 조중조를 예로 들 수 있다.
본 발명에 의하여, 산성가스를 안정적으로 측정할 수 있는 측정환경 즉 집진공정 후의 산성가스농도 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 제어하는 피드백 형식에 있어서, 현재상태의 피드백 제어가 안고있는 측정기기의 계측지연에 따른 산성가스의 처리불량의 개선 및 알칼리제의 과잉첨가를 삭감하여, 효율적인 알칼리제의 첨가에 의한 안정적인 산성가스의 처리가 가능하게 된다.
도1은, 소각시설에 있어서의 배기가스인 ＨＣl에 미분중조를 첨가하는 산성가스 처리시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도2는, 시뮬레이션 반응계의 기본구성도이다.
도3은, 배기가스 반응에 있어서의 미분중조 첨가당량(微粉重曹添加當量)과 ＨＣl제거율의 관계를 나타내는 그래프다.
도4는, 백필터상 반응에 있어서의 미분중조 첨가당량과 ＨＣl제거율의 관계를 나타내는 그래프다.
도5는, 입구 ＨＣl농도의 거동(擧動;fate)을 나타내는 그래프다.
도6은, 실기검토 결과의 미분중조 첨가량(微粉重曹添加量) 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도7은, 시뮬레이션 검토결과의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도8은, 시뮬레이션 검토결과의 비교예 및 실시예 마다의 알칼리제 첨가량 등을 나타내는 표다.
도9는, 입구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도10은, 비교예1에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도11은, 비교예2에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도12는, 실시예1에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도13은, 실시예2에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도14는, 실시예3에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도15는, 실시예4에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도16은, 실시예5에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도17은, 실시예6에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도18은, 실시예7에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도19는, 실시예8에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도20은, 실시예9에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도21은, 실시예10에 있어서의 스텝제어방식의 제어설정의 표다.
도22는, 실시예10에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도23은, 실시예11 및 12에 있어서의 스텝제어방식의 제어설정의 표다.
도24는, 실시예11에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도25는, 실시예12에 있어서의 미분중조 첨가량 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도26은, 소각시설에 있어서의 배기가스인 ＨＣl에 미분중조를 첨가하는 산성가스 처리시스템(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도27은, 실기검토 결과의 비교예 및 실시예 마다의 알칼리제 첨가량 등을 나타내는 표다.
도28은, 비교예3에 있어서의 미분중조 첨가량, 입구 ＨＣl농도 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도29는, 실시예13에 있어서의 미분중조 첨가량, 입구 ＨＣl농도 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도30은, 실시예14에 있어서의 미분중조 첨가량, 입구 ＨＣl농도 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도31은, 실시예15 및 16에 있어서의 스텝제어방식의 제어설정의 표다.
도32는, 실시예15에 있어서의 미분중조 첨가량, 입구 ＨＣl농도 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
도33은, 실시예16에 있어서의 미분중조 첨가량, 입구 ＨＣl농도 및 출구 ＨＣl농도의 거동을 나타내는 그래프다.
이하에 실시형태를 들어서 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도1은, 소각시설에 있어서의 배기가스인 ＨＣl에 미분중조를 첨가하는 산성가스 처리시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
산성가스 처리시스템(1)은, 제어장치(制御裝置)(11), 미분중조 첨가장치(微粉重曹添加裝置)(12), 백필터(13), ＨＣl농도 측정기기(저속)(濃度測定機器(低速))(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(濃度測定機器(高速))(15)로 구성되어 있다. 제어장치(11)는, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로부터 송신되는 ＨＣl농도 측정신호에 의거하여, 피드백 제어(ＰＩＤ제어방식 또는 스텝방식)에 의하여 미분중조의 첨가량 출력치를 산출한다. 미분중조 첨가장치(12)는, 제어장치(11)가 산출한 미분중조의 첨가량 출력치에 의거하여 배기가스 중의 ＨＣl에 미분중조를 첨가한다.
백필터(13)는, 배기가스 중의 ＨＣl과 미분중조의 반응후의 분진을 제거한다. ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)는, 백필터(13)상에 축적된 미분중조(배기가스 중의 ＨＣl과의 반응에 의하여 잔존한 미분중조가 백필터(13)상에 축적된다)와 배기가스 반응후의 ＨＣl이 반응한 후에 ＨＣl농도(후술하는 백필터 출구 ＨＣl농도)를 측정하여 ＨＣl농도 측정신호를 제어장치(11)에 송신한다.
산성가스 처리시스템(1)이 이러한 사이클을 반복해서 피드백 제어를 함으로써, 제어장치(11)는 미분중조 첨가량의 제어출력치를 적절하게 제어한다.
또, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)는 예를 들면 이온전극식의 ＨＣl농도 측정장치이며, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)는 예를 들면 레이저방식의 ＨＣl농도 측정장치이다. 또한 ＨＣl농도의 계측지연시간은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)쪽이 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)보다도 길다.
또한 도1에 나타나 있는 바와 같이, 백필터(13)상에 축적된 미분중조와 배기가스 반응후의 ＨＣl이 반응한 후에 ＨＣl농도(후술하는 백필터 출구 ＨＣl농도)를 측정하도록, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것은, 배기가스 중의 ＨＣl과의 반응에 의하여 잔존한 미분중조가 백필터(13)상에 축적되고, 이 축적된 미분중조가 배기가스 반응후의 ＨＣl과 반응하므로, 더 정확하게 ＨＣl농도의 측정을 할 수 있기 때문이다.
또한 제어장치(11)가 하는 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
제어장치(11)는, 각각의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로부터 송신되는 ＨＣl농도 측정신호에 의거하여, 미분중조 첨가량에 대한 각각의 첨가량 출력치의 상한치를 산출한다. 이 경우에, 산출된 각각의 상한치의 양방 또는 일방에 대해서 출력제한(예를 들면 50%의 출력제한)을 하여도 좋다.
이에 따라, 각각의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로부터 송신되는 ＨＣl농도 측정신호에 의거하여 산출되는 복수의 첨가량 출력치의 양방을 상한치(100%)로 가동되게 하는 것에 비해, 예를 들면 계측지연시간이 긴 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 측정신호에 의거하여 산출되는 첨가량 출력치에만 제한(예를 들면 50%의 출력제한)을 가함으로써 산성가스의 처리의 안정화를 도모하면서 알칼리제의 과잉첨가를 더 방지할 수 있다.
또한, 계측지연시간이 긴 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 계측지연시간이 짧은 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 측정신호에 의거하여 산출되는 첨가량 출력치의 양방에 제한(예를 들면 50%의 출력제한)을 가함으로써도, 산성가스의 처리의 안정화를 도모하면서 알칼리제의 과잉첨가를 더 방지할 수 있다.
또한 제어장치(11)는, ＨＣl농도의 경사(농도의 시간변화율)가 정(正)의 범위와 부(負)의 범위인 2개의 범위를 설정한다. 그리고 이들 2개의 범위별로 ＨＣl농도의 제어목표치를 설정한다.
여기에서 ＨＣl농도의 제어목표치의 설정은, ＨＣl농도의 경사가 정(正)의 범위에 대하여 설정하는 제어목표치를, 부(負)의 범위에 대한 제어목표치보다도 작게 되도록 설정하더라도 좋다. 이렇게 함으로써 ＨＣl농도 상승시에서의 미분중조 첨가량을, ＨＣl농도 하강시보다도 많게 할 수 있다. 또한 반대로 ＨＣl농도 하강시에서의 미분중조 첨가량을 ＨＣl농도 상승시보다도 적게 할 수 있다. 따라서 피드백 연산에 의한 미분중조의 첨가출력을 미리 실시할 수 있어, 계측지연에 의한 영향을 더 경감할 수 있다.
또한 ＨＣl농도의 경사에 따라 제어목표치를 변경하는 설정은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 양방에 대하여 하더라도 좋고 어느 일방에 대해서만 해도 좋다.
또한 제어장치(11)는, 스텝방식에 의한 피드백 제어를 해도 좋다. 여기에서 스텝방식은, ＨＣl농도에 따른 제어출력을 단계적으로 설정하는 제어방식이다. 구체적으로는, ＰＩＤ제어방식에 있어서 설정되어 있는 제어출력치의 상한치에 더하여, 제어출력치의 새로운 상한치를 ＨＣl농도에 대응하여 설정한다.
여기에서 보통의 ＰＩＤ제어에 있어서의 출력상한은 1개뿐이어서, 산성가스가 제어목표치 이상이 되면 산성가스농도의 크기에 관계없이 알칼리제는 상한치까지 첨가가능하게 되어 과잉첨가를 야기한다. 따라서, 스텝제어방식을 채용함으로써, 첨가량 출력치의 하한치와 상한치 사이에 현재의 ＨＣl농도에 따른 새로운 제어출력 상한치를 추가함으로써, ＨＣl농도의 크기에 따른 미분중조의 적절한 첨가가 가능하게 되어, 첨가량의 과잉첨가의 억제가 가능하게 된다.
여기에서 ＨＣl농도에 대응해서 새로운 제어출력 상한치가 설정되지만, ＨＣl농도가 높을수록 새로운 제어출력 상한치도 높게 설정된다. 다만 알칼리제의 과잉첨가의 억제를 위해서는, ＰＩＤ제어방식에 있어서 설정되어 있는 제어출력치의 상한치(예를 들면 후술하는 도21, 도23의 ＬＨ[제어출력상한])보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
새로운 제어출력 상한치의 설정예로서는, 후술하는 도21, 도23에 기재된 ＢＦ출구 ＨＣl농도에 대응하는 제어출력 첨가량처럼, ＨＣl농도가 높을수록 새로운 제어출력 상한치도 높게 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 사용하는 산성가스농도 측정장치는, 계측방식에 관계없이 측정기기의 지연시간이 서로 다르면 실시가 가능하다. ＨＣl농도측정은 계측지연시간이 5∼10분으로 긴 이온전극법이 주류이다. 또 이온전극부에 있어서의 응답은 3분 정도이지만, 가스샘플링에 의한 지연을 포함시키면 5∼7분이다. 또한 산업폐기물 소각로와 같이 샘플링 가스에 브롬(臭素)이 혼입될 가능성이 있을 경우에, 염화수소의 측정치에 막대한 영향을 끼치기 때문에, 브롬을 제거하는 브롬 스크러버(臭素 scrubber)를 설치한다. 본 브롬 스크로버 통과시간은 3분 정도이고 계측지연시간은 8∼10분 정도가 된다.
또한 레이저에 의한 단일흡수선 흡수분광법(單一吸收線吸收分光法)에 의한 염화수소의 계측지연시간은 수초(數秒)(1∼2초)로 매우 짧다. 본 발명은, 계측지연시간이 서로 다른 2개의 측정기기를 사용해서 피드백 제어를 실시함으로써 실시가 가능하지만, 현재상태의 측정기기에서는 이들의 측정장치를 조합시키는 것이 최적이다. 또한 유황산화물의 농도측정은 3분~5분 정도의 지연시간이 있는 적외선흡수법이 주류를 이룬다. 유황산화물에 있어서도 염화수소와 마찬가지로 계측지연시간이 서로 다른 측정기기를 조합시킴으로써 실시가 가능하다.
또 본 발명은, 산성가스의 계측지연의 개선을 주목적으로 하고 있기 때문에, 염화수소 측정장치를 사용해서 계측지연이 큰 이온전극법에 의해 백필터 후단의 산성가스를 측정하여 피드백 제어를 하고 있는 시설에 있어서 특히 효과를 발휘한다.
또한 산업폐기물 소각로나 민간공장의 연소시설에 있어서는, 염화수소와 유황산화물이 고농도로 발생하는 경우가 많다. 이 때는, 염화수소와 유황산화물의 양방이 처리대상이 되고, 백필터 후단에 설치된 ＨＣl농도 측정장치의 ＨＣl농도를 바탕으로 상기 제어방식에 있어서 구해진 제어출력과, 유황산화물 농도를 바탕으로 상기 제어방식에 있어서 구해진 제어출력을 예를 들면 가산함으로써, 염화수소 및 유황산화물의 양쪽 산성가스를 안정적으로 처리할 수 있다.
또한 산성가스의 배출농도 관리는 각 산성가스농도(염화수소, 유황산화물 농도)의 1시간 평균치로 관리하고 있는 시설이 있다. 제어에 있어서는 제어목표치(ＳＶ)를 설정해서 제어하는 것이 일반적이지만, 제어목표치는 어디까지나 목표이며, 제어한 결과목표치를 넘는 농도가 되는 경우가 때때로 있다. 특히 첨가량 삭감과 산성가스의 안정적인 처리는 상반되는 사상이기 때문에 첨가량 삭감을 원하면 원하는 만큼, 1시간 평균치가 관리치를 넘을 리스크가 높아진다. 이 경우에는, 1시간 평균관리치 이상 또는 그것에 가까운 농도에 도달했을 경우에 다량의 첨가(어느 일정 첨가량을 규정)를 함으로써, 첨가량 삭감과 산성가스의 안정적인 처리를 양립할 수 있는 안심도가 높은 제어가 가능하게 된다.
본 실시형태에서 사용하는 미분중조는, 특히 산성가스와의 반응이 빠른 평균입자지름이 5∼30μm로 조정된 미분중조인 것이 바람직하다. 미분중조는 반응이 빠르기 때문에 제어응답성이 좋아, 본 실시형태의 성능을 효과적으로 발휘할 수 있기 때문이다. 다만 본 실시형태는 제어방법에 의한 것이며, 소석회에서도 적용이 가능하다. 소석회는, 산성가스와의 반응성이 높고 비표면적이 예를 들면 30m2/ｇ 이상인 고비표면적의 소석회인 쪽이, 본 실시형태의 성능을 발휘할 수 있다.
본 실시형태에서는 알칼리제로서 미분중조를 사용했지만, 본 실시형태의 효과를 발휘하는 알칼리제로서는 특별히 제한은 없다. 미분중조 이외의 알칼리제로서는, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 세스퀴탄산나트륨, 천연소다, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 산화마그네슘, 수산화마그네슘 등을 예로 들 수 있다. 또한 알칼리제가 분체인 경우에, 산성가스와의 반응성이 높고 입자지름이 30μｍ 미만, 특히 5∼20μm의 미분인 쪽이 바람직하다. 미리 입경을 조정한 약제를 적용하더라도 좋고 현지에 분쇄설비를 설치하여 입경의 거친 알칼리제를 현지에서 분쇄하면서 첨가하더라도 좋다. 또한 각 알칼리제를 물에 용해한 슬러리 또는 수용액에서도 실시가 가능하다.
본 실시형태에 의한 제어를 실시하는 미분중조와는 다른 저렴한 알칼리제를 병용하는 것도 경제적으로 유효한 수단이 된다. 일반적으로 사용되는 저렴한 알칼리제로서는 소석회, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 산화마그네슘을 예로 들 수 있다.
[실시예]
시뮬레이션 반응계에 대해서 설명한다.
[시뮬레이션 반응계]:배기가스와 백필터상에 있어서의 복합반응
시뮬레이션 반응계는, 배기가스 중에서 미분중조와 염화수소(ＨＣＬ)와의 반응이 순간적으로 일어나는 반응과, 백필터상에 축적된 미반응의 미분중조와 ＨＣＬ의 반응, 이 2개의 반응에 의하여 구성했다(도2 참조). 또한 백필터에 있어서의 포집물(捕集物)의 체류시간은 보통 2시간 정도이다. 따라서 본 시뮬레이션에 있어서는, 백필터상의 미분중조는 규정시간(약 2시간으로 설정)에서 소멸하는 형태로 했다.
도2를 참조하여 시뮬레이션 반응계의 기본구성을 설명한다.
우선, 소각시설에서 약액주입제어(藥液注入制御)에서는, 백필터 출구에 설치된 이온전극식의 ＨＣl농도 측정기기(저속) 및 예를 들면 레이저방식 등의 ＨＣl농도 측정기기(고속)의 ＨＣl농도(처리후)신호를 바탕으로 ＰＩＤ 등의 제어식의 연산에 의하여 약제첨가량(미분중조 첨가량(Ａｇ))을 결정하고(하기 식(1)), 결정된 첨가량의 미분중조(산성가스 처리제)를 배기가스(입구 ＨＣl농도(Ｈｉ))에 첨가한다. 연도에 첨가된 미분중조는 배기가스 중의 ＨＣl 등의 산성가스와 반응하여 배기가스 중의 ＨＣl이 제거된다.
Ａｇ=(Ａｇ1×K1÷100+Ａｇ2×K2÷100)+ＬＯ （1)
Ａｇ:미분중조 첨가량[ｋｇ/h]
Ａｇ1:ＨＣl농도 측정기기(저속)의 출력으로부터 규정되는 첨가량[ｋｇ/h]
Ａｇ2:ＨＣl농도 측정기기(고속)의 출력으로부터 규정되는 첨가량[ｋｇ/h]
ＬＯ:첨가량 하한[ｋｇ/h]
K1:ＨＣl측정기기1(저속)용의 조정계수[%]
K2:ＨＣl측정기기2(고속)용의 조정계수[%]
또한 미분중조에 의한 입구 ＨＣl농도의 ＨＣl제거율은, 당사의 미분중조의 적용지식으로부터, 배기가스 반응의 미분중조 첨가당량(Ｊｇ)과 배기가스 반응ＨＣl제거율(αg)의 관계(도3) 및 백필터상 반응 미분중조 첨가당량(Ｊｓ)과 백필터상 반응ＨＣl제거율(αs)의 관계(도4)로부터 시산(試算)했다. 또한 ＨＣl과 미분중조의 반응은 순간적인 것으로 했다. 우선, 배기가스에 있어서의 반응후의 ＨＣl농도(Ｈｇ)는, 배기가스 반응의 미분중조 첨가당량(Ｊｇ)과 배기가스 반응ＨＣl제거율(αg)에 의하여 계산된다(하기 식(2)). 또 배기가스 반응의 미분중조 첨가당량(Ｊｇ)은 하기 식(3)에 의하여 산출된다.
Ｈｇ=Ｈｉ×(1-αg÷100) (2）
Ｈｉ:입구 ＨＣl농도(ｐｐｍ)
Ｈｇ:배기가스 반응후ＨＣl농도(ｐｐｍ)
αg:배기가스 반응에 있어서의 ＨＣl제거율(％）
[배기가스 반응 미분중조 첨가당량과 ＨＣl제거율의 관계(도3)로부터 설정]
Ｊｇ=Ａｇ÷｛Ｈｉ÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000} (3)
Ｊｇ:배기가스 반응 미분중조 첨가당량
Ａｇ:미분중조 첨가량(ｋｇ/h)
Ｈｉ:입구 ＨＣl농도(ｐｐｍ)
M1:ＨＣl분자량[36.5로 설정]
M2:중조분자량[84로 설정]
F:배기가스량(Ｎｍ3/h)[55,000Ｎｍ3/h로 설정]
또한 배기가스 반응에 의하여 잔존한 미분중조는 백필터상에 수시로 축적된다. ＢＦ상에 축적된 미분중조는, 배기가스 반응후의 ＨＣl과 반응하여 백필터 출구의 ＨＣl농도(Ｈｏ)가 결정된다. 이 때에, ＢＦ상의 축적 미분중조량(Ａｓ)은, 배기가스 반응에 의하여 축적된 미분중조로부터 ＢＦ상에서 ＨＣl과 반응한 미분중조량을 빼었다. 또한 본 백필터상에 축적된 미분중조량(Ａｓ)과 배기가스 반응후의 ＨＣl농도(Ｈｇ)로부터 시산되는 백필터상의 미분중조 첨가당량(Ｊｓ)(하기 식(5))으로부터 백필터상에서의 ＨＣl제거율(αs)을 정하고, 백필터 출구의 ＨＣl농도(Ｈｏ)를 결정했다(하기 식(4)).
Ｈｏ=Ｈｇ×(1-αs÷100) (4）
Ｈｇ:배기가스 반응후ＨＣl농도(ｐｐｍ)
Ｈｏ:백필터 출구 ＨＣl농도(ｐｐｍ)
αs:백필터상 반응의 ＨＣl제거율(％)
［백필터상 미분중조 첨가당량과 ＨＣl제거율의 관계(도4)로부터 설정]
Ｊｓ=Ａｓ÷｛Ｈｇ÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000} (5)
Ｊｓ:백필터상 미분중조 첨가당량
Ａｓ:백필터상 미분중조량(ｋｇ/h)
Ｈｇ:배기가스 반응후ＨＣl농도(ｐｐｍ)
M1:ＨＣl분자량[36.5로 설정]
M2:중조분자량[84로 설정］
F:배기가스량(Ｎｍ3/h)[55,000Ｎｍ3/h로 설정]
Ａｓ=Ｚｎ÷Ｔｓ×3600 (6)
Ｚｎ:백필터상 미분중조축적량(ｋｇ)
Ｔｓ:단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링시간)(ｓｅｃ)
[0.5ｓｅｃ설정]
Ｚｎ=Ｚｎ'×（1-2.3÷T4×Ｔｓ) (7)
Ｚｎ'：미반응 미분중조량(ｋｇ)
T4:백필터상 축적 미분중조 90% 소멸 시정수(消滅時定數)(ｓｅｃ)
[7,200ｓｅｃ설정］
Ｔｓ:단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링시간)(ｓｅｃ)
[0.5ｓｅｃ설정]
Ｚｎ'＝（Ａｇ÷3600×Ｔｓ-Ｒｇ)+(Ｚｎ-1-Ｒｓ) (8）
Ａｇ:미분중조 첨가량(ｋｇ/h)
Ｔｓ:단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링시간)(ｓｅｃ)
[0.5ｓｅｃ설정]
Ｒｇ:배기가스 반응에 있어서의 중조반응량(ｋｇ/h）
Ｚｎ-1:Ｔｓ(Ｓｅｃ)전의 백필터상 미분중조축적량(ｋｇ)
Ｒｓ:백필터상 반응에 있어서의 중조반응량(ｋｇ/h)
Ｒｇ=(Ｈ÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000÷3600×Ｔｓ×αg÷100 (9)
Ｈｉ:입구 ＨＣl농도(ｐｐｍ）
M1:ＨＣl분자량[36.5로 설정］
M2:중조분자량[84로 설정］
F:배기가스량(Ｎｍ3/h)[55,000Ｎｍ3/h로 설정]
αg:배기가스 반응에 있어서의 ＨＣl제거율(％）
Ｒｓ=(Ｈｇ÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ｔｓ×αs÷100 (10）
Ｈｇ:배기가스 반응후ＨＣl농도(ｐｐｍ）
M1:ＨＣl분자량[36.5로 설정］
M2:중조분자량[84로 설정］
F:배기가스량(Ｎｍ3/h)[55,000Ｎｍ3/h로 설정]
αs:백필터상 반응의 ＨＣl제거율(％）
본 반응후의 백필터 출구의 ＨＣl농도가 이온전극식의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로 측정된다. 그런데 이온전극식의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)에서는, 시설에 의한 지연시간(Ｔａ), 배기가스 샘플링에 의한 계측지연시간(ＴＢα) 및 이온전극식의 측정에 의한 계측지연시간(Ｔｂβ, 응답시간)이 있고, 피드백 특유의 제어지연(制御遲延)이 발생한다.
따라서 본 시뮬레이션의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 지연시간(T1)은, 시설에 의한 지연시간(Ｔａ)과 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 계측지연시간(Ｔｂ)의 합계로 했다(하기 식(11)). 또 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 계측지연시간(Ｔｂ)은, ＨＣl처리후의 배기가스를 연도로부터 샘플링하는 계측지연시간(Ｔｂα)과, 이온전극식 ＨＣl농도 측정기기(Ｔｂβ)의 계측지연시간(응답시간)을 설정하고, 이들의 합으로 했다(하기 식(12)). 일반적으로 사용되고 있는 이온전극식의 90% 응답시간(계측지연)은, ＨＣl가스의 흡수액에 대한 확산이 영향을 주기 때문에 Ｔｂβ은 (하기 식(13))으로 했다. 본 시뮬레이션에 있어서, 계측지연시간이 긴 이온전극식은, 실기시설(實機施設)의 상황으로부터 Ｔａ=30초, Ｔｂα=390초(샘플링지연 210초+브롬 스크로버 통과지연 180초), Ｔｂβ=180초의 합계600초(10분:Ｔａ=0.5분, Ｔｂ=9.5분)로 했다.
또한 본 시뮬레이션의 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 지연시간(T2)은, 시설에 의한 지연시간(Ｔａ)과 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 계측지연시간(Ｔｃ)의 합계로 했다(하기 식(15)). 또, 이온전극식보다 계측지연시간이 짧은 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 계측지연시간(Ｔｃ)을 바꾸어 거동(擧動;fate)을 확인했다.
또한 본 피드백에 의하여 요구되는 미분중조 첨가량은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)로부터 구해진 첨가출력량(Ａｇ1)과 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로부터 구해진 첨가출력량(Ａｇ2)에 의거해서 구해진다(상기 식(1)).
[ＨＣl농도 측정기기(저속응답, 이온전극식을 시뮬레이션）］
T1=Ｔａ+Ｔｂ （11)
T1:ＨＣl농도 측정기기(저속)의 시뮬레이션 반응계의 지연시간(ｓｅｃ)
Ｔａ:시설의 지연시간(ｓｅｃ)[30ｓｅｃ설정]
Ｔｂ:ＨＣl농도 측정기기(저속)의 계측지연시간(ｓｅｃ）
Ｔｂ=Ｔｂα+Ｔｂβ (12）
Ｔｂα:ＨＣl농도 측정기기(저속)의 배기가스 샘플링시간(ｓｅｃ)
[390ｓｅｃ설정］
Ｔｂβ:ＨＣl농도 측정기기(저속)의 90% 응답시간(ｓｅｃ)
[180ｓｅｃ설정］
Ｔｂβ=2.3×τ (13)
Ｙｎ=Ｙｎ-1+(Ｘｎ-Ｙｎ-1）÷τ×Ｔｓ （14)
τ:시정수(ｓｅｃ）
Ｔｓ:단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링시간)(ｓｅｃ)
[0.5ｓｅｃ설정］
Ｘｎ:현재의 측정장치입력ＨＣl농도(ｐｐｍ）
Ｙｎ:현재의 측정장치출력ＨＣl농도(ｐｐｍ）
Ｙｎ-1:전회(Ｔｓ(ｓｅｃ)전)의 측정장치출력ＨＣl농도(ｐｐｍ)
[ＨＣl농도 측정기기(고속응답）］
T2=Ｔａ+Ｔｃ （15)
T2:ＨＣl농도 측정기기(고속)의 시뮬레이션 반응계의 지연시간(ｓｅｃ）
Ｔａ:시설의 지연시간(ｓｅｃ)[30ｓｅｃ설정］
Ｔｃ:ＨＣl농도 측정기기(고속)의 계측지연시간(ｓｅｃ)
계측지연시간이 짧은 측정기기는 상기 Ｔｃ만을 설정변경했다.
또한 도5에 나타나 있는 바와 같이, 변동하는 입구 ＨＣl농도를 사용한 실기에 있어서의 ＰＩＤ의 첨가거동 및 ＨＣl발생상황(도6) 및 본 시뮬레이션 반응계의 결과(도7)로부터 배기가스 반응과 ＢＦ상 반응 ＨＣl의 반응효율을 설정했다. 본 검토 결과를 도6 및 도7에 나타낸다. 본 시설에 있어서는, 배기가스의 ＨＣl제거효율이 80%, ＢＦ상 반응의 제거효율이 65%로 실기와 시뮬레이션의 거동이 일치했다(도6, 도7). 따라서 본 조건에서 이하 시뮬레이션을 했다. 또 본 시뮬레이션에 있어서는, 제어방법에 의한 제어응답성을 명백히 하기 위해서 비교적 변동이 큰 시간대의 입구 ＨＣl농도(Ｈｉ)를 사용해서 실시했다.
본 시뮬레이션 반응계에 있어서 각종 제어방법을 검토한 결과를 이하에 나타낸다.
또 이하의 실시예1∼12에 있어서 사용한 미분중조의 평균입자지름은 5∼30μm이다. 또한 실시예1∼12에 있어서 사용한 ＨＣl농도 측정기기(14)는 이온전극법에 의한다.
[비교예1]
도9에 나타내는 입구 ＨＣl농도를 사용하고, 상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기계 측정지연시간 합계9.5분)만으로 계측된 ＨＣl농도를 바탕으로, ＰＩＤ제어방식 「P(비례게인(proportional gain))=100%, I=0.1초, D=0.1초, 첨가량 출력하한 200Kg/h, 첨가량 출력상한 480Kg/h」에 있어서 출구 ＨＣl농도의 제어목표치(ＳＶ)를 200ｐｐｍ으로 설정해 피드백 제어를 했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도(평균, 1시간 평균최대, 순간최대, 1시간 평균최소, 순간최소)를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도10에 나타낸다.
비교예1에 의하면, 산성가스의 배출관리치로서 잘 사용되는 1시간 평균치의 ＨＣl의 최대값은, 234ｐｐｍ, 순간최대는 416ｐｐｍ이었다.
[비교예2]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기계 측지연시간 2초)만으로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어한 것 이외에는 비교예1과 마찬가지로 제어했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도11에 나타낸다.
비교예2와 같이, 계측지연이 적은 고속응답의 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)만을 사용해서 피드백 제어하였을 경우에, 알칼리제의 첨가량 변화와 출구 ＨＣl농도의 변화는 순간적으로 일어날 것이라고 예측되었다. 그러나 알칼리제 첨가변동에 의한 헌팅(hunting)은 일어나고, 1시간 평균치의 ＨＣl최대값은 227ｐｐｍ, 순간최대에서는 425ｐｐｍ이었다.
[실시예1∼5]
상기 시뮬레이션에 있어서, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 합계9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로, ＰＩＤ제어방식「P(비례게인)=100%, I=0.1초, D=0.1초, 첨가량 출력하한 200Kg/h, 첨가량 출력상한 480Kg/h」에 있어서 출구의 ＨＣl농도의 제어목표치(ＳＶ)를 200ｐｐｍ으로 설정해 피드백 제어한 첨가출력과, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 동일한 설정으로 출구의 제어목표치(ＳＶ)를 200ｐｐｍ으로 해서 피드백 제어한 첨가출력을 가산하고, 피드백 제어를 했다.
또, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 측정기기 계측지연시간은, 실시예1이 2초, 실시예2가 1분, 실시예3이 3분, 실시예4가 5분, 실시예5가 7분이었다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도12∼16에 나타낸다.
실시예1∼5에 의하면, 계측지연시간이 서로 다른 적어도 2개의 산성가스 측정기기의 측정신호를 바탕으로 시산되는 첨가출력을 연산하고, 알칼리제의 첨가량을 연산함으로써 산성가스의 안정적인 처리가 가능하게 된다.
실시예1은, 측정기기 계측지연시간(9.5분)과 측정기기 계측지연시간이 2초(순간)의 ＨＣl계를 조합시켜 피드백 제어한 결과이지만, 비교예1 및 비교예2와 달리, 출구의 ＨＣl농도의 목표치에 따른 적절한 알칼리제의 첨가가 가능했다. 또한 본 조건에 있어서의 출구 ＨＣl농도의 1시간 평균치는 193ｐｐｍ, 순간최대는 272ｐｐｍ라고 하는 적절한 약액주입제어의 결과, 출구 ＨＣl농도의 변동이 적고 관리가 용이한 제어방법인 것을 알았다.
또한 측정기기 계측지연시간은 7분(실시예5)이더라도 비교예1 및 비교예2에 비해서 개선되어 있고, 계측지연시간이 서로 다르면 좋다. 다만 약액주입 관리로서는 짧으면 짧은 만큼 산성가스의 안정적인 처리에는 효과적이므로, 바람직하게는 7분 이하, 더 바람직하게는 3분 이하인 것이 좋다.
[실시예6]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어한 첨가출력에 50%의 출력제한을 하고, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어한 첨가출력에는 제한을 가하지않고 (100%)가산하고, 피드백 제어를 했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도17에 나타낸다.
[실시예7]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어한 첨가출력에 50%의 출력제한을 하고, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어한 첨가출력에 50%의 출력제한을 하고 가산하고, 피드백 제어를 했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도18에 나타낸다.
여기에서 실시예6 및 7과 같이, 계측지연시간이 서로 다른 적어도 2개의 산성가스 측정기기의 측정신호를 바탕으로 시산되는 첨가출력의 상한에, 적어도 1개 이상의 제한을 가했을 때의 산성가스 처리결과에 대해서 설명한다.
실시예6은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 측정신호로부터 시산된 첨가출력에 50%의 제한을 가한 예이다. 또한 실시예7은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14) 및 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 양쪽 첨가출력에 50%의 제한을 가한 예이다. 어느쪽의 예에 있어서도 ＨＣl의 처리레벨은 실시예1과 거의 동등함과 아울러 첨가량이 271∼300Kg/h으로서 실시예1(311Kg/h)과 비교해서 알칼리제의 첨가량을 삭감할 수 있는 것을 알았다.
[실시예8]
상기 시뮬레이션에 있어서, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정(正)인 경우에는 제어목표치(ＳＶ)를 180ｐｐｍ(ＳＶ-20ｐｐｍ)으로 하고, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 부(負)인 경우에는 제어목표치(ＳＶ)를 220ｐｐｍ(ＳＶ+20ｐｐｍ)으로서 제어한 첨가출력에, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 제어목표치(ＳＶ)를 200ｐｐｍ으로 하여 제어한 첨가출력을 가산하고, 피드백 제어를 했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도19에 나타낸다.
[실시예9]
상기 시뮬레이션에 있어서, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때의 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정(正)인 경우에는 제어목표치(ＳＶ)를 180ｐｐｍ(ＳＶ-20ｐｐｍ)으로 하고, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 부(負)인 경우에는 제어목표치(ＳＶ)를 220ｐｐｍ(ＳＶ+20ｐｐｍ)으로서 제어한 첨가출력에 50%로 출력제한하고, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어를 할 때의 제어목표치(ＳＶ)를 200ｐｐｍ으로서 제어한 첨가출력에 50%의 출력제한을 해서 가산하고, 피드백 제어를 했다.
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도20에 나타낸다.
여기에서 실시예8 및 9와 같이 계측지연시간이 서로 다른 적어도 2개의 산성가스 측정기기의 측정신호를 바탕으로 시산할 때에, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사가 정인 경우에는 제어목표치를 저하시키고, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사가 부인 경우에는 제어목표치를 올려서, 피드백에 의한 첨가출력을 미리 했을 때의 산성가스 처리결과에 대해서 설명한다.
실시예8은, ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)의 측정신호를 바탕으로 시산할 때에 상기 제어목표치(ＳＶ)를 변경해서 연산된 첨가출력과, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 측정신호를 바탕으로 200ｐｐｍ의 제어목표치인 채로 연산한 첨가출력을 가산하고 피드백 제어한 예이다. 또한 실시예9는, 실시예8에 있어서의 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)와 ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)의 측정신호를 바탕으로 연산된 양쪽 첨가출력에 50%의 제한을 가하여 가산한 피드백 제어다.
실시예8에서는, 실시예1과 거의 동등한 첨가량에서, 특히 순간최대ＨＣl이 272ｐｐｍ으로부터 248ｐｐｍ으로 저하하여, 본 제어방법에 의하여 피크대응이 강화되어 있는 것을 알았다. 또한 실시예9에서는, 실시예1에 비해 순간최대가 255ｐｐｍ으로 피크대응이 강화되고 또한 첨가량이 실시예8의 315Kg/h로부터 279Kg/h로 삭감되어 있어, 균형이 좋은 제어를 실시할 수 있는 것을 알았다.
이하, 실시예10∼12에 대해서 설명한다. 실시예10∼12에서는 ＰＩＤ제어방식을 대신해서 스텝제어방식에 의한 제어를 한다.
여기에서 스텝제어방식의 개요를 설명한다. 스텝방식은 ＰＩＤ제어방식과 달리, 출구의 ＨＣl농도에 따라 출력을 단계적으로 규정하는 제어방식으로 했다. 실시예10(도21)으로 설명하면 ＨＣl농도가 ＳＶ제어목표치[제어출력시작 농도(출력하한이상)]∼ＳＭ1사이는, 제어출력을 ＬＯ와 ＬＭ1사이에서 단계적으로 출력한다. ＨＣl농도가 ＳＭ1∼ＳＭ2사이에서는 ＬＭ2로 설정한 제어출력을 출력하고, ＳＭ2 이상에서는 ＬＨ(제어출력상한)를 출력하는 형식으로 했다. 또 보통의 ＰＩＤ제어식에서는 출력제한이 없고, ＬＯ와 ＬＨ의 설정만 있다. 또한 ＨＣl경사에 의한 제어연산(制御演算)에서 사용하는 ＨＣl농도와 제어출력을 정하는 테이블의 보정은 ＳＶＡ1과 ＳＶＡ2로 하고, ＨＣl경사가 정인 때에는 연산에서 사용하는 ＨＣl농도로부터 ＳＶＡ1을 빼고, ＨＣl경사가 부인 때에는 연산에서 사용하는 ＨＣl농도에 ＳＶＡ2를 더했다. 이에 따라 동일한 ＨＣl농도를 입력했을 때에 연산되는 제어출력이, ＨＣl경사의 값이 클 경우(산성가스농도가 증가경향)의 제어출력치가 ＨＣl경사의 값이 작을 경우의 제어출력치에 비해 커지게 되는 형식으로 했다.
또 미분중조 첨가량(Ａｇ)은 상기 식 (1)로 구해진다.
[실시예10]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에, 스텝방식의 제어에 있어서, 제어목표치(본 방식에서는 알칼리제의 제어출력이 출력하한 이상으로 첨가되는 농도를 ＳＶ로 규정한다)를 200ｐｐｍ으로 설정해 제어한 첨가출력과, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 스텝방식의 제어에 있어서, 제어목표치를 동일하게 200ｐｐｍ으로 설정해 제어한 첨가출력을 해서 가산하고, 피드백 제어했다(도8 및 도21 참조).
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도22에 나타낸다.
[실시예11]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에, 스텝방식의 제어에 있어서, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정인 경우에 제어목표치(ＳＶ)를 180ｐｐｍ(ＳＶ-20ｐｐｍ)으로 하고, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 부인 경우에 제어목표치(ＳＶ)를 220ｐｐｍ(ＳＶ+20ｐｐｍ)으로서 제어한 첨가출력에, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 스텝방식의 제어에 있어서, 제어목표치를 동일하게 200ｐｐｍ으로 설정해 제어한 첨가출력을 가산하고, 피드백 제어했다(도8 및 도23 참조).
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도24에 나타낸다.
[실시예12]
상기 시뮬레이션에 있어서 ＨＣl농도 측정기기(저속)(14)(측정기기 계측지연시간 9.5분)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 스텝방식의 제어에 있어서, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 정인 경우에 제어목표치(ＳＶ)를 180ｐｐｍ(ＳＶ-20ｐｐｍ)으로 하고, 가장가까운 곳의 ＨＣl농도의 경사의 6초 평균이 부인 경우에 제어목표치(ＳＶ)를 220ｐｐｍ(ＳＶ+20ｐｐｍ)으로서 제어한 첨가출력에 50%의 출력제한을 하고, ＨＣl농도 측정기기(고속)(15)(측정기기 계측지연시간 2초)로 계측한 ＨＣl농도를 바탕으로 피드백 제어할 때에 스텝방식의 제어에 있어서, 제어목표치를 동일하게 200ｐｐｍ으로 설정해 제어한 첨가출력에, 50%의 출력제한을 해서 가산하고, 피드백 제어했다(도8 및 도23 참조).
미분중조 첨가량과, 미분중조로 처리한 후의 백필터 출구 ＨＣl농도를 도8에 나타낸다. 또한 본 제어시의 미분중조 첨가량과 백필터 출구 ＨＣl농도의 거동을 도25에 나타낸다.
실시예10∼12는 스텝방식으로 피드백 제어한 실시예다. 스텝방식은, 첨가출력의 상한치에 출력제한을 복수 개 설정하여 첨가손실을 방지하는 방책이다.
스텝제어방식을 베이스로서 제어한 결과, 비교예1 및 비교예2(1시간 평균 227∼234ｐｐｍ, 순간최대 416∼425ｐｐｍ)에 비해서, 실시예10∼12는 1시간 평균치가 206∼218ｐｐｍ, 순간최대 253∼274ｐｐｍ으로 안정적인 산성가스 처리성능을 나타낸다. 또한 ＰＩＤ를 베이스로 해서 제어한 실시예1, 실시예8 및 실시예9(1시간 평균 193∼205ｐｐｍ, 순간최대 248∼272ｐｐｍ)에 비해서, 1시간 평균(206∼218ｐｐｍ, 253∼274ｐｐｍ)에서는 산성가스의 관리성능은 약간 뒤떨어지지만, 첨가량은 279∼315Kg/h에 대하여 272∼297Kg/h으로 삭감된 것을 알았다.
본 발명은, ＰＩＤ방식에 있어서도 스텝방식에 있어서도 모두 실시는 가능하지만, 본 결과로부터 산성가스의 안정적인 처리를 원하는 경우에는 ＰＩＤ방식, 첨가량 삭감효과를 원하는 경우에는 스텝방식이 유효하다고 생각되었다.
이하 실기검토 결과인 비교예3, 실시예13∼16에 대하여 설명함에 있어서, 비교예3, 실시예13∼16에 있어서 사용되는 산성가스 처리시스템(2)의 구성에 대해서 설명한다.
도26은, 소각시설에 있어서의 배기가스인 ＨＣl에 미분중조를 첨가하는 산성가스 처리시스템(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
산성가스 처리시스템(2)은, 제어장치(21), 미분중조 첨가장치(22), 미분중조 첨가장치(26), 백필터(23), ＨＣl농도 측정기기(이온전극방식)(24) 및 ＨＣl농도 측정기기(레이저방식)(25)로 구성되어 있다. 제어장치(11)는, ＨＣl농도 측정기기(이온전극방식)(24) 및 ＨＣl농도 측정기기(레이저방식)(25)로부터 송신되는 ＨＣl농도 측정신호에 의거하여, 미분중조의 첨가량 출력치를 피드백 제어(ＰＩＤ제어방식 또는 스텝방식)에 의하여 산출한다. 미분중조 첨가장치(22)는, 제어장치(11)가 산출한 미분중조의 첨가량 출력치에 의거하여 배기가스 중의 ＨＣl에 미분중조를 첨가한다. 또한 미분중조 첨가장치(26)는, 제어장치(11)가 산출한 미분중조의 첨가량 출력치와는 무관하게 일정량의 미분중조를 배기가스 중의 ＨＣl에 첨가한다.
백필터(23)는, 배기가스 중의 ＨＣl과 미분중조의 반응후의 분진을 제거한다. ＨＣl농도 측정기기(이온전극방식)(24) 및 ＨＣl농도 측정기기(레이저방식)(25)는, 백필터(23)상에 축적된 미분중조(배기가스 중의 ＨＣl과의 반응에 의하여 잔존한 미분중조가 백필터(23)상에 축적된다)와 배기가스 반응후의 ＨＣl이 반응한 후에 ＨＣl농도(후술하는 백필터 출구 ＨＣl농도)를 측정하여 ＨＣl농도 측정신호를 제어장치(21)에 송신한다.
산성가스 처리시스템(2)이 이러한 사이클을 반복해서 피드백 제어를 함으로써, 제어장치(21)는 미분중조 첨가량의 제어출력치를 적절하게 제어할 수 있다.
또 ＨＣl농도의 계측지연시간은, ＨＣl농도 측정기기(이온전극방식)(24)쪽이 ＨＣl농도 측정기기(레이저방식)(25)보다도 길다.
또한 도26에 나타나 있는 바와 같이, 백필터(23)상에 축적된 미분중조와 배기가스 반응후의 ＨＣl이 반응한 후에 ＨＣl농도(백필터 출구 ＨＣl농도)를 측정하도록, ＨＣl농도 측정기기(이온전극방식)(24) 및 ＨＣl농도 측정기기(레이저방식)(25)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것은, 배기가스 중의 ＨＣl과의 반응에 의하여 잔존한 미분중조가 백필터(23)상에 축적되고, 이 축적된 미분중조가 배기가스 반응후의 ＨＣl과 반응하므로 더 정확하게 ＨＣl농도의 측정을 할 수 있기 때문이다.
[비교예3]
산업폐기물 소각로에 있어서, 감온탑 출구(減溫塔出口)∼백필터간에 레이저 형식의 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＫＬＡ-1)를 설치하고 입구 ＨＣl농도를 측정했다. 또한 백필터 출구의 이온전극방식의 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＨＬ-36N)로 측정되는 신호를 바탕으로 배출기준값을 관리하는 산소환산치(酸素換算値)로 피드백 제어를 실시했다. 또, 출구의 ＳＯ2농도신호에 의한 피드백 첨가출력(ＳＶ180ｐｐｍ)을 ＨＣl농도에 의한 첨가출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 있어서는 ＳＯ2가 발생하지 않았다.
또한 산성가스를 처리하는 알칼리제는, 8μm미분중조[구리타공업제(栗田工業製) 하이퍼서B-200]를 상기 피드백 제어에 의하여 첨가했다. 알칼리제의 첨가장치는 최대첨가량의 문제 때문에 2대를 활용하는데, 1대는 180Kg/h 정량첨가로 하고, 1대는 상기 출구 ＨＣl농도신호를 바탕으로 「하한 20Kg/h 상한 300Kg/h, ＰＩＤ제어설정P(비례게인)=100%, I=0.1초, D=0.1초」로 피드백 제어했다.
백필터 입구 ＨＣl농도 및 백필터 출구 ＨＣl농도와, 미분중조의 첨가량(첨가장치2대 합산)을 도27에 나타낸다. 또한 본 제어 실시시의 미분중조 첨가량과 백필터 입구출구의 ＨＣl농도의 거동을 도28에 나타낸다.
앞에 나타나 있는 바와 같이 미분중조의 첨가는 대충 이루어지고, 출구의 ＨＣl농도는 크게 변화되는 낭비가 많은 제어였다.
[실시예13]
동일시설에 있어서, 백필터 출구의 이온전극방식의 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＨＬ-36N)로 측정되는 ＨＣl농도신호(산소환산치)와 백필터 출구의 레이저방식에 의한 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＫＬＡ-1)로 측정된 ＨＣl농도신호(산소환산치)로 피드백 제어를 실시했다. 또한, 동일하게 출구의 ＳＯ2농도신호에 의한 피드백 첨가출력(ＳＶ180ｐｐｍ)을 ＨＣl농도에 의한 첨가출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 있어서는 ＳＯ2가 발생하지 않았다.
또한 첨가장치는, 1대는 마찬가지로 180Kg/h 정량첨가로 하고, 1대는 상기 출구 ＨＣl농도신호를 바탕으로 「하한 20Kg/h 상한 300Kg/h, ＰＩＤ제어설정 P(비례게인)=100%, I=0.1초, D=0.1초」로 하고, 이온전극방식과 레이저방식의 양쪽 측정기기의 측정신호로부터 연산되는 첨가출력의 양방에 67%의 제한을 해 가산함과 아울러 본 제어와는 별개로 1시간 평균치의 시설관리 농도 215ｐｐｍ에 대하여 213ｐｐｍ 이상은 300Kg/h 첨가하는 피드백 제어를 실시했다.
백필터 입구 ＨＣl농도 및 백필터 출구 ＨＣl농도와, 미분중조의 첨가량(첨가장치2대 합산)을 도27에 나타낸다. 또한 본 제어 실시시의 미분중조 첨가량과 백필터 입구출구의 ＨＣl농도의 거동을 도29에 나타낸다.
[실시예14]
실시예13과 마찬가지로, 백필터 출구의 이온전극방식의 ＨＣl농도 측정기기에서 측정되는 ＨＣl농도신호(산소환산치)와 백필터 출구의 레이저방식에 의한 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＫＬＡ-1)로 측정된 ＨＣl농도신호(산소환산치)로 피드백 제어를 실시했다. 또, 마찬가지로 출구의 ＳＯ2농도신호에 의한 피드백 첨가출력(ＳＶ180ｐｐｍ)을 ＨＣl농도에 의한 첨가출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 있어서는 ＳＯ2가 발생하지 않았다.
또한 제어를 실시한 첨가장치의 제어는 「하한 20Kg/h 상한 300Kg/h, ＰＩＤ제어설정 P(비례게인)=100%, I=0.1초, D=0.1초」로 하고, 양쪽 측정기기의 측정신호로부터 연산되는 첨가출력의 양방에 33%의 제한을 가하여 가산함과 아울러 본 제어와는 별개로 1시간 평균치 213ｐｐｍ 이상은 300Kg/h 첨가하는 피드백 제어를 실시했다.
백필터 입구 ＨＣl농도 및 백필터 출구 ＨＣl농도와, 미분중조의 첨가량(첨가장치2대 합산)을 도27에 나타낸다. 또한 본 제어 실시시의 미분중조 첨가량과 백필터 입구출구의 ＨＣl농도의 거동을 도30에 나타낸다.
실시예13 및 실시예14는, 모두 비교예3에 비해 출구의 ＨＣl농도의 변동이 적어지고, 첨가손실이 적은 제어를 실시할 수 있다. 또한 알칼리제의 첨가량은 입구 ＨＣl농도에 따라 필요량이 다르게 되고, 일반적으로 입구 ＨＣl농도당 첨가량을 나타내는 당량(當量)으로 평가한다. 본 첨가당량은 비교예에 비해 삭감되어 있어, 효율적인 첨가가 되어 있는 것을 알았다.
이하, 실시예15 및 16에 대해서 설명한다. 실시예15 및 16에서는 ＰＩＤ제어방식을 대신해 스텝제어방식에 의한 제어를 한다. 또 스텝제어방식의 개요는 실시예10에서 설명한 것과 같다.
[실시예15]
동일시설에 있어서, 백필터 출구의 이온전극방식의 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＨＬ-36N)로 측정되는 ＨＣl농도신호(산소환산치)와 백필터 출구의 레이저방식에 의한 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＫＬＡ-1)로 측정된 ＨＣl농도신호(산소환산치)로 피드백 제어를 실시했다. 또, 마찬가지로 출구의 ＳＯ2농도신호에 의한 피드백 첨가출력(ＳＶ180ｐｐｍ)을 ＨＣl농도에 의한 첨가출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 있어서는 ＳＯ2가 발생하지 않았다.
또한 첨가장치는, 1대는 마찬가지로 180Kg/h 정량첨가로 하고, 1대는 스텝방식으로 해서 양쪽 측정기의 측정신호로부터 연산한 첨가출력의 양방에 50%의 제한을 가하여 가산하고, 본 제어와는 별개로 1시간 평균치가 213ｐｐｍ 이상은, 300Kg/h 첨가하는 피드백 제어를 실시했다(도27 및 도31 참조).
백필터 입구 ＨＣl농도 및 백필터 출구 ＨＣl농도와, 미분중조의 첨가량(첨가장치2대 합산)을 도27에 나타낸다. 또한 본 제어 실시시의 미분중조 첨가량과 백필터 입구와 출구의 ＨＣl농도의 거동을 도32에 나타낸다.
실시예15는 스텝방식에 의한 실시예다. 비교예3에 비해 출구의 ＨＣl농도의 변동이 적어져, 첨가손실이 적은 제어를 실시할 수 있다. 본 첨가당량은 비교예에 비해 삭감되어 있어 효율적인 첨가가 되어있다.
[실시예16]
동일시설에 있어서, 백필터 출구의 이온전극방식의 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＨＬ-36N)로 측정되는 ＨＣl농도신호(산소환산치)와, 백필터 출구의 레이저방식에 의한 ＨＣl농도 측정기기(교토전자공업제 ＫＬＡ-1)로 측정된 ＨＣl농도신호(산소환산치)로 피드백 제어를 실시했다. 또, 마찬가지로 출구의 ＳＯ2농도신호에 의한 피드백 첨가출력(ＳＶ180ｐｐｍ)을 ＨＣl농도에 의한 첨가출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 있어서는 ＳＯ2가 발생하지 않았다.
또한 첨가장치 1대는, 비표면적이 30m2/ｇ 이상의 고반응 소석회(오쿠다마공업(주)제(奧多摩工業(株)製) 타마카루쿠ＥＣＯ)를 170Kg/h 정량첨가로 하고, 나머지 1대는 스텝방식으로 해서 양쪽 측정기의 측정신호로부터 연산한 첨가출력의 양방에 50%의 제한을 가하여 가산하고, 본 제어와는 별개로 1시간 평균치가 213ｐｐｍ 이상은 300Kg/h 첨가하는 피드백 제어를 실시했다(도27 및 도31 참조).
백필터 입구 ＨＣl농도 및 백필터 출구 ＨＣl농도와, 미분중조의 첨가량을 도27에 나타낸다. 또한 본 제어 실시시의 미분중조 첨가량과 백필터 입구출구의 ＨＣl농도의 거동을 도33에 나타낸다.
실시예16은 비교적 공업적으로 저렴한 소석회와 미분중조를 병용해서 활용한 실시예다. 본 방법에 있어서도 산성가스의 안정적인 처리효과가 얻어졌다. 저렴한 소석회를 활용하여 산성가스 처리비용이 삭감되므로 공업적으로 유효한 방법이다.
1 : 산성가스 처리시스템
11 : 제어장치
12 : 미분중조 첨가장치
13 : 백필터
14 : ＨＣl농도 측정기기(저속)
15 : ＨＣl농도 측정기기(고속)

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 산성가스(酸性 gas)가 포함되는 연소배기가스(燃燒排氣 gas)에 알칼리제(alkaline劑)를 첨가하고, 분진(粉塵)을 집진(集塵)한 후의 산성가스농도를 측정하는 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어(feedback 制御)하는 산성가스의 처리방법으로서,
    분진을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하도록 설치되고,
    계측지연시간이 각각 다른 복수의 산성가스농도 측정기기에 의하여 동일한 종류의 산성가스농도를 측정하는 공정과,
    상기 복수의 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치(添加量出力値)를 피드백 연산(feedback 演算)에 의하여 산출하는 공정을 구비하고,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    상기 복수의 측정신호에 의거하여 각각 연산되는 복수의 첨가량 출력치의 상한치(上限値)를 산출하는 공정과,
    상기 산출한 복수의 상한치 중 적어도 1개의 상한치에 대해서 상기 상한치보다 작은 값의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을
    구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  3. 산성가스가 포함되는 연소배기가스에 알칼리제를 첨가하고, 분진을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하는 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성가스의 처리방법으로서,
    계측지연시간이 각각 다른 복수의 산성가스농도 측정기기에 의하여 동일한 종류의 산성가스농도를 측정하는 공정과,
    상기 복수의 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정을 구비하고,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    적어도 2개의 산성가스농도의 경사의 범위를 설정하는 공정과,
    상기 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스농도의 제어목표치(制御目標値)를 설정하는 공정과,
    적어도 상기 측정신호 및 상기 경사의 범위별 제어목표치에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을
    더 구비하고,
    상기 제어목표치를 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성가스농도의 경사가 큰 범위의 경우에 설정하는 제어목표치는, 상기 산성가스농도의 경사가 작은 범위의 경우에 설정하는 제어목표치보다 작은 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    적어도 2개의 산성가스농도의 경사의 범위를 설정하는 공정과,
    상기 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스농도의 제어목표치를 설정하는 공정과,
    적어도 상기 측정신호 및 상기 경사의 범위별 제어목표치에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을
    더 구비하고,
    상기 제어목표치를 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성가스농도의 경사가 큰 범위의 경우에 설정하는 제어목표치는, 상기 산성가스농도의 경사가 작은 범위의 작은 경우에 설정하는 제어목표치보다 작은 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  5. 산성가스가 포함되는 연소배기가스에 알칼리제를 첨가하고, 분진을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하는 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성가스의 처리방법으로서,
    분진을 집진한 후의 산성가스농도를 측정하도록 설치되고,
    계측지연시간이 각각 다른 복수의 산성가스농도 측정기기에 의하여 동일한 종류의 산성가스농도를 측정하는 공정과,
    상기 복수의 산성가스농도 측정기기의 측정신호에 의거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정을 구비하고,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    상기 측정신호에 의거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치(下限値)와 상한치(上限値) 사이에, 상기 산성가스농도에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 새로운 상한치를 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    상기 측정신호에 의거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치와 상한치 사이에, 상기 산성가스농도에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 새로운 상한치를 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    상기 측정신호에 의거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치와 상한치 사이에, 상기 산성가스농도에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 새로운 상한치를 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의하여 산출하는 공정은,
    상기 측정신호에 의거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치와 상한치 사이에, 상기 산성가스농도에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 새로운 상한치를 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  9. 제2항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리제가 평균입자지름 5∼30μm의 미분중조(微粉重曹)인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미분중조와는 다른 알칼리제를 병용(倂用)하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다른 알칼리제는, 소석회(消石灰), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화마그네슘(magnesium hydroxide), 산화마그네슘(magnesium oxide), 탄산나트륨(sodium carbonate), 세스퀴탄산나트륨(Sodium Sesquicarbonate), 천연소다(天然 soda) 및 조중조(粗重曹)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 알칼리제인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
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