KR101522525B1 - 산성가스의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 피드백 제어에 있어서, 고가의 새로운 산성가스 측정장치를 도입하지 않고 산성가스 측정장치의 계측지연에 의한 산성가스의 처리불량의 개선 및 알칼리제의 과잉첨가를 삭감시키는 것이다.
산성가스 처리방법은, 적어도 2개의 산성가스 농도의 경사의 범위를 설정하는 공정과, 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스 농도의 제어목표값을 설정하는 공정과, 적어도 산성가스 측정장치의 측정신호 및 당해 제어목표값에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 나타내는 제어출력값을 산출하는 공정을 구비한다. 제어목표값을 설정하는 공정에 있어서, 산성가스 농도의 경사의 범위가 큰 경우(산성가스 증가 경향 시)에 설정하는 제어목표값은, 산성가스 농도의 경사의 범위가 작은 경우(산성가스 감소 경향 시)에 설정하는 제어목표값보다 작다.

Description

산성가스의 처리방법{METHOD FOR TREATING ACIDIC GAS}
본 발명은, 도시쓰레기 폐기물 소각로, 산업폐기물 소각로, 발전보일러, 탄화로(炭化爐), 민간공장 등의 연소시설에서 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(alkali劑)의 첨가량을 효율적으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
유해한 염화수소나 유황산화물을 포함하는 배기가스는 소석회(消石灰)나 탄산수소나트륨(sodium hydrogen carbonate, 重曹) 등의 알칼리제에 의하여 처리되고, 그 후에 백필터(BF(bag filter)) 등의 집진기(集塵機)에 의하여 제진(除塵)된 후에 굴뚝으로부터 배출된다. 한편 집진기에서 집진된 플라이 애쉬(fly ash)는 유해한 Pb, Cd 등의 중금속류를 함유하고 있어, 이들 유해중금속을 안정화 처리한 후에 매립처분하고 있다.
산성가스를 처리하는 알칼리제인 5∼30μm의 미세 분말로 가공된 탄산수소나트륨은, 소석회에 비하여 반응성이 높아 산성가스를 안정적으로 처리할 수 있음과 아울러 미반응분이 적어서 매립처분량을 삭감시킬 수 있어 환경부하의 감소에 유효한 수단이다. 또한 중금속 처리방법으로서는 디에틸디티오카르밤산염(diethyldithiocarbamate) 등의 킬레이트(chelate)에 의하여 불용화처리(不溶化處理)하는 방법이 일반적이며, 단기적으로는 중금속고정효과(重金屬固定效果)는 높지만, 최종 처분장소에 있어서 산성비에 의한 pH저하 및 킬레이트의 산화자기분해(酸化自己分解)에 의하여 납 등의 중금속이 재용출(再溶出)되는 문제가 남는다. 한편 인산 등의 인산화합물에 의한 중금속고정은, 무기광물인 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 형태까지 변화시키기 때문에, 최종 처분장소에 있어서의 장기 안정성이 우수하여 환경보호의 관점에서 매우 가치가 높은 처리방법이다. 또한 상기 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리된 플라이 애쉬를 인산 등의 중금속고정제로 처리하는 방법은, 많은 환경부하의 감소효과를 구비하는 유효한 수단이다.
그런데 염화수소나 유황산화물 등의 산성가스를 처리하는 소석회나 탄산수소나트륨 등의 알칼리제의 첨가량을 제어하는 것은, 산성가스 처리비용을 삭감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 알칼리제의 미반응분을 감소시켜서 플라이 애쉬의 매립처분량을 삭감시키는 효과를 기대할 수 있다.
염화수소나 유황산화물 등의 산성가스를 처리하는 알칼리제의 첨가량은, 일반적으로 백필터의 후단(後段)에 설치된 이온전극식(ion電極式)의 염화수소측정장치에 의하여 측정된 염화수소 농도를 기초로 하여 PID제어장치에 의하여 피드백 제어(feedback 制御)되고 있다. 그러나 소각시설 등의 연소시설에 있어서는 보통 입구의 산성가스 농도를 측정하는 장치는 설치되어 있지 않아, 입구의 변동상황을 모르는 상태에서 PID제어의 파라미터(parameter)를 설정하여 제어출력을 조정한다. 그런데 PID제어장치는 P, I, D, 첨가량(출력) 하한, 첨가량(출력) 상한의 5개의 설정항목이 있고 또한 각 항목의 설정값이 복합되어 제어출력값을 정하는 것이기 때문에, 적정한 첨가제어를 검토하는데에도 막대한 시간을 필요로 한다. 이 때문에 일반적으로 PID제어장치에 의한 설정은, 제어목표값(SV)을 넘었을 때에 첨가량이 대폭적으로 증가되는 제어를 하고 있는 시설이 많다.
그러나 통상의 PID제어장치의 제어출력은, 단일의 상한밖에 설정될 수 없어 예를 들면 HCl농도의 제어목표값(SV)을 40ppm으로 설정하였을 경우에, 40ppm 이상의 농도에서 제어출력의 단일의 상한을 한도로 하여 알칼리제의 첨가를 하는 것이 되어, 알칼리제를 과잉첨가하는 원인이 된다. 또한 상기 피드백 제어는 산성가스 측정장치의 계측지연의 영향을 받는다. 백필터 출구의 염화수소 농도는 보통 이온전극법(예를 들면 일본의 쿄토전자공업(KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO., LTD)의 제품인 HL-36)에 의하여 측정되고, 유황산화물 농도는 적외선 흡수법(예를 들면 일본의 시마즈 제작소(Shimadzu Corporation)의 제품인 NSA-3080)에 의하여 측정되고 있지만, 시료배기가스의 샘플링 시간 및 계측기의 응답시간을 포함시키면 5∼10분의 막대한 계측지연이 있다. 본 계측지연은, 알칼리제의 첨가 래그(添加 lag)를 야기시켜서 산성가스의 처리불량으로 이어지고 또한 알칼리제의 과잉첨가를 야기시키는 원인이 된다.
본 과제를 해결하기 위하여 다양하게 제어방법이 검토되고 있다. 특허문헌1에 있어서는 통상의 PID제어방식에 P를 더 추가하는 「P + PID제어」가 제안되어 있다. 본 제안은, 통상의 PID제어에서 곤란한 산성가스의 돌발적 발생의 대응을 생각한 것이다. 또한 특허문헌2 및 3에 있어서는, 입구의 산성가스 농도를 기초로 하여 알칼리제의 첨가량을 정하는 피드포워드 제어(feedforward 制御)와, 알칼리제가 처리된 후의 산성가스 농도를 기초로 하여 알칼리제의 첨가량을 보충하는 피드백 제어를 조합시키는 제어방식이 제안되어 있다. 본 제어방식은 피드백 제어의 과잉첨가를 억제하는 효과가 예상되어, 산성가스의 안정처리와 알칼리제의 과잉첨가를 삭감시키는 효과가 얻어질 것이라고 생각한다.
: 일본국 공개특허 특개2002-113327호 공보 : 일본국 공개특허 특개평10-165752호 공보 : 일본국 공개특허 특개2006-75758호 공보
그러나 특허문헌1에 있어서는, 입구의 돌발적 대응은 어느 정도 가능하지만, 상기 측정장치의 계측지연은 고려되어 있지 않아 계측지연에 의한 알칼리제의 첨가 래그에 의한 산성가스의 처리불량에는 대응할 수 없다. 또한 특허문헌2 및 3에 있어서는, 소각시설 등의 연소시설에 있어서 출구의 산성가스 농도밖에 계측하지 않고 있는 시설이 대부분을 차지하고 있어, 본 제어방식을 실시하기 위해서는 입구의 산성가스 농도를 계측하는 고가의 새로운 산성가스 측정장치를 도입할 필요가 있다.
상기 종래의 실정을 감안하여 본 발명은, 고가의 새로운 산성가스 측정장치를 도입할 필요가 없는 피드백 형식에 있어서 종래의 피드백 제어가 가지고 있는 계측지연에 의한 산성가스의 발생 및 알칼리제의 과잉첨가를 억제하는 산성가스 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1). 연소배기가스에 포함되는 산성가스에 알칼리제를 첨가한 후의 공정에 설치된 산성가스 측정장치의 측정신호를 기초로 하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성가스 처리방법에 있어서, 적어도 2개의 산성가스 농도의 경사의 범위(예를 들면 후술하는 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정(正)의 범위 및 부(負)의 범위 등)를 설정하는 공정과, 상기 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스 농도의 제어목표값(예를 들면 후술하는 실시예1에 있어서의 30ppm, 40ppm 등)을 설정하는 공정과, 적어도 상기 측정신호 및 상기 제어목표값에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 나타내는 제어출력값을 산출하는 공정을 구비하고, 상기 제어목표값을 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성가스 농도의 경사의 범위가 큰 경우(예를 들면 후술하는 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정인 경우(산성가스 증가 경향 시))에 설정하는 제어목표값은, 상기 산성가스 농도의 경사의 범위가 작은 경우(예를 들면 후술하는 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 부인 경우(산성가스 감소 경향 시))에 설정하는 제어목표값보다 작은 것을 특징으로 한다.
종래의 PID제어에서는, 예를 들면 산성가스 농도의 제어목표값(SV)을 40ppm으로 설정하였을 경우에, 40ppm에 도달한 후에 제어출력이 증가되어 알칼리제가 첨가되고, 첨가된 알칼리제가 산성가스와 반응함으로써 산성가스 농도가 40ppm 이하에 도달한 후에 제어출력이 감소하는 거동이 된다. 따라서 산성가스 농도의 증감의 경향이 고려되어 있지 않았다.
이에 대하여 (1)에 의하면, 산성가스 증가 경향 시의 산성가스 농도 제어목표값을 감소 경향 시의 산성가스 농도 목표값보다 작게 하였기 때문에, 산성가스 증가 경향 시의 알칼리제 첨가량의 제어출력값이 산성가스 감소 경향 시의 제어출력값에 비하여 커지게 된다.
(2). (1)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 알칼리제의 첨가량을 나타내는 제어출력값의 하한값(예를 들면 후술하는 도15, 도17, 도19의 LH[제어출력 하한](미세 분말 탄산수소나트륨의 최소첨가량))과 상한값(예를 들면 후술하는 도15, 도17, 도19의 LH[제어출력 상한](미세 분말 탄산수소나트륨의 최대첨가량))의 사이에, 상기 산성가스 농도(예를 들면 후술하는 도15, 도17, 도19의 BF출구 HCl농도)에 대응하여 상기 제어출력값의 새로운 상한값(예를 들면 후술하는 도15, 도17, 도19의 제어출력 첨가량)을 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
통상의 PID제어장치는 하나의 제어출력 상한밖에 없어 예를 들면 산성가스의 제어목표값(SV)이 일정하면 산성가스 농도의 크기에 관계없이 그 상한값을 한도로 하여 알칼리제가 첨가되기 때문에 과잉첨가를 야기한다. 이에 대하여 (2)에 의하면, 현재의 산성가스 농도에 따른 제어출력의 제한을 가함으로써(후술하는 스텝제어방식) 산성가스 농도의 크기에 따라 알칼리제의 적정한 첨가가 가능하게 되어, 첨가량의 삭감이 가능하게 된다.
(3). (1) 또는 (2)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 상기 산성가스 측정장치가 이온전극법에 의한 염화수소 농도 측정장치인 것을 특징으로 한다.
(4). (1) 내지 (3)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 상기 산성가스 측정장치가 적외선 흡수법 혹은 자외선 형광법에 의한 유황산화물 농도 측정장치인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
본 발명에 사용하는 산성가스의 측정장치는 계측방식에 의하지 않고 실시할 수 있다. 염화수소 농도는 이온전극법, 레이저에 의한 단일흡수선 흡수분광법 등에 의하여 측정 가능하고, 유황산화물은 적외선 흡수법, 자외선 형광법 등에 의하여 측정이 가능하다. 또 본 발명은 산성가스의 계측지연의 개선을 주목적으로 하고 있기 때문에, 계측지연이 큰 장치로서, 이온전극법에 의한 염화수소 측정장치나 적외선 흡수법 혹은 자외선 형광법에 의한 유황산화물 측정장치를 사용하여 백필터 후단의 산성가스를 측정함으로써 피드백 제어를 하고 있는 시설에서 특히 효과를 발휘한다.
또 연소시설에 있어서 백필터 후단의 염화수소 농도를 계측지연이 없는 레이저 형식에 의하여 측정하여 피드백 제어함으로써 피드백 제어의 과잉첨가를 개선할 수 있는 가능성이 있다. 그러나 레이저 방식은 JIS인정에 기술적 과제가 남아 있어, 종래에는 최종배기가스의 산성가스 농도를 판정하는 측정장치로서 보급이 진행되지 않고 있다.
(5). (1) 내지 (4)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 제어목표값을 설정하는 산성가스 농도의 경사를 가장 최근의 7분 이내의 평균값으로 하는 것을 특징으로 한다.
제어목표값을 설정하는 산성가스 농도의 경사는, 가장 최근의 7분 이내의 평균값을 사용하는 것이 바람직하다. 7분 이내의 산성가스의 경사의 평균값을 사용하였을 경우에 적절한 선택이 가능하게 되어, 산성가스를 안정하게 처리할 수 있다.
(6). (1) 내지 (5)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 염화수소 농도로부터 연산된 제어출력과 유황산화물 농도로부터 연산된 제어출력의 양쪽 출력을 사용하여 알칼리제의 첨가량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
산업폐기물 소각로나 민간공장의 연소시설에 있어서는, 염화수소와 유황산화물이 고농도에서 발생하는 것이 많다. 이 때에는 염화수소와 유황산화물의 양방이 처리대상이 되며, 백필터 후단에 설치된 염화수소 농도 측정장치의 염화수소 농도(鹽化水素 濃度)를 기초로 하여 구한 제어출력과 유황산화물 농도(硫黃酸化物 濃度)를 기초로 하여 구한 제어출력을 예를 들면 합산함으로써 염화수소 및 유황산화물의 양쪽 산성가스를 안정하게 처리할 수 있다.
(7). (1) 또는 (6)에 기재되어 있는 산성가스 처리방법에 있어서, 산성가스를 처리하는 알칼리제는, 평균입자지름이 5∼30μm인 미세 분말 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
본 발명에 사용하는 알칼리제는, 특히 산성가스와의 반응성이 빠르고 평균입자지름이 5∼30μm로 조정된 미세 분말 탄산수소나트륨인 것이 바람직하다. 미세 분말 탄산수소나트륨의 반응성이 빠르기 때문에 제어응답성이 좋아, 본 발명의 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 다만 본 발명은 제어방법에 의한 것으로서 소석회에서도 적용이 가능하다. 소석회는, 산성가스와의 반응성이 높은 것으로서 비표면적(比表面積)이 예를 들면 30m2/g 이상인 고비표면적의 소석회인 것이 본 발명의 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명에 의하여, 고가의 새로운 산성가스 측정장치를 도입할 필요가 없는 피드백 형식에 있어서 종래의 피드백 제어가 가지고 있는 산성가스 측정장치의 계측지연에 의한 산성가스의 처리불량의 개선 및 알칼리제의 과잉첨가를 삭감시켜서, 효율적인 알칼리제의 첨가에 의하여 안정한 산성가스의 처리가 가능하게 된다.
도1은, 소각시설에 있어서 배기가스인 HCl에 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가하는 산성가스 처리시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도2는, 시뮬레이션 반응계1의 기본구성도이다.
도3은, 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량과 HCl제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도4는, 실제 기기에 있어서 백필터 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도5는, 시뮬레이션 반응계1에 있어서 백필터 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도6은, 시뮬레이션 반응계2의 기본구성도이다.
도7은, 배기가스 반응에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량과 HCl제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도8은, 백필터 상 반응에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량과 HCl제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도9는, 시뮬레이션 반응계2에 있어서 백필터 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도10은, 비교예 및 실시예별로 백필터 출구 HCl농도 등을 나타내는 표이다.
도11은, 입구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도12는, 비교예1에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도13은, 실시예1에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도14는, 실시예2에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도15는, 비교예2에 있어서 스텝제어방식의 제어설정을 나타내는 표이다.
도16은, 비교예2에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도17은, 실시예3에 있어서 스텝제어방식의 제어설정을 나타내는 표이다.
도18은, 실시예3에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도19는, 실시예4 등에 있어서 스텝제어방식의 제어설정의 표이다.
도20은, 실시예4에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도21은, 실시예5에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도22는, 실시예6에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도23은, 실시예7에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도24는, 실시예8에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량 및 출구 HCl농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
이하에 실시형태를 들어서 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
도1은, 소각시설에 있어서의 배기가스인 HCl에 미세 분말의 탄산수소나트륨(sodium hydrogen carbonate)을 첨가하는 산성가스 처리시스템(酸性gas 處理system)(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
산성가스 처리시스템(1)은, 제어장치(制御裝置)(11), 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가장치(12), 백필터(bag filter)(13) 및 HCl농도 측정장치(14)로 구성되어 있다. 제어장치(11)는, HCl농도 측정신호 등에 의거하여 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량의 제어출력값을 PID제어방식에 의하여 산출한다. 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가장치(12)는, 제어장치(11)가 산출한 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량의 제어출력값에 의거하여 배기가스 중의 HCl에 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가한다.
백필터(13)는, 배기가스 중의 HCl과 미세 분말 탄산수소나트륨의 반응 후의 분진(粉塵)을 제거한다. HCl농도 측정장치(14)는, 백필터(13) 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨(배기가스 중의 HCl과의 반응에 의하여 잔존한 미세 분말 탄산수소나트륨이 백필터(13) 상에 축적된다)과 배기가스 반응 후의 HCl이 반응한 후의 HCl농도(후술하는 백필터 출구 HCl농도)를 측정하여 HCl농도 측정신호를 제어장치(11)로 송신한다.
산성가스 처리시스템(1)은 이러한 사이클(cycle)을 반복하여 피드백 제어(feedback 制御)를 함으로써 제어장치(11)는 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량의 제어출력값을 적절한 것으로 하는 제어를 한다.
또 HCl농도 측정장치(14)는 이온전극식(ion電極式)의 염화수소 농도 측정장치이다.
또한 도1에 나타내는 바와 같이 백필터(13) 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨과 배기가스 반응 후의 HCl이 반응한 후의 HCl농도(후술하는 백필터 출구 HCl농도)를 측정하도록 HCl농도 측정장치(14)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것은, 배기가스 중의 HCl과의 반응에 의하여 잔존한 미세 분말 탄산수소나트륨이 백필터(13) 상에 축적되고, 이 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨이 배기가스 반응 후의 HCl과 반응하기 때문에 더 정확하게 HCl농도를 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
또 HCl농도 측정장치(14)의 설치에 대해서는, 상기에 한정되지 않으며, 배기가스 중의 HCl에 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가장치(12)에 의하여 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가한 후의 공정이면 어느 공정이더라도 좋다.
또한 제어장치(11)가 하는 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
제어장치(11)는, HCl농도의 경사(농도의 시간변화율)가 정(正)의 범위와 부(負)의 범위인 2개의 범위를 설정한다. 그리고 이들 2개의 범위별로 HCl농도의 제어목표값을 설정한다.
여기에서 HCl농도의 제어목표값의 설정은, HCl농도의 경사가 정인 범위에 대하여 설정하는 제어목표값이 부인 범위에 대한 제어목표값보다 작아지도록 한다. 이와 같이 함으로써 HCl농도가 증가 경향 시의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량의 제어출력값을 HCl농도가 감소 경향 시의 제어출력값보다 크게 할 수 있다.
또 HCl농도의 감소 경향 시에 있어서, 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량의 출력값을 예를 들면 0.7배로 하는 제어를 더불어서 실행함으로써 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량을 직접 적게 하더라도 좋다. 이와 같이 함으로써 HCl농도의 감소 경향 시에 첨가량을 빨리 저하시킬 수 있어, 과잉첨가를 감소시킬 수 있다.
다음에 제어장치(11)에 있어서의 제어방식을, PID제어방식에서 바꾸어서 스텝제어방식(step制御方式)에 대하여 설명한다.
스텝방식은, HCl농도에 따른 제어출력을 단계적으로 설정하는 제어방식이다. 구체적으로는 PID제어방식에 있어서 설정되어 있는 제어출력값의 상한값에 추가하여, 제어출력값의 새로운 상한값을 HCl농도에 대응하여 설정한다.
여기에서 통상의 PID제어에서는, 미세 분말 탄산수소나트륨의 첨가량의 상한값은 1개밖에 없기 때문에, HCl농도에 관계없이 그 상한값에 도달하는 범위 내에서 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가하여 버리는 것이 되어 과잉첨가가 야기된다. 여기에서 스텝제어방식을 채용함으로써 현재의 HCl농도에 따른 새로운 제어출력 상한값을 추가함으로써 산성가스 농도의 크기에 따라 알칼리제의 적정한 첨가가 가능하게 되어, 첨가량의 과잉첨가의 억제가 가능하게 된다.
여기에서 HCl농도에 대응하여 새로운 제어출력 상한값이 설정되지만, HCl농도가 높을수록 새로운 제어출력 상한값도 높게 설정된다. 다만 알칼리제(alkali劑)의 과잉첨가를 억제하기 위해서는, PID제어방식에 있어서 설정되어 있는 제어출력값의 상한값(예를 들면 후술하는 도15, 도17 및 도19의 LH[제어출력 상한])보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
새로운 제어출력 상한값의 설정예로서는, 후술하는 도15, 도17 및 도19에 기재되어 있는 BF출구 HCl농도[연산입력값]에 대응하는 제어출력 첨가량과 같이 HCl농도가 높을수록 새로운 제어출력 상한값도 높게 설정하는 것이 바람직하다.
또 본 실시형태에 사용하는 산성가스 측정장치는, 염화수소(HCl) 농도 측정장치(HCl농도 측정장치(14)에 한정되지 않으며, 적외선 흡수법(赤外線 吸收法) 혹은 자외선 형광법(紫外線 螢光法)에 의한 유황산화물 농도 측정장치이더라도 좋다.
또한 본 실시형태에서는, HCl농도의 제어목표값을 설정하는 산성가스 농도의 경사는, 가장 최근의 7분 이내의 평균값이다. 7분 이내의 산성가스의 경사의 평균값을 사용하였을 경우에, 적정한 선택이 가능하게 되어 산성가스를 안정하게 처리할 수 있기 때문이다.
또한 본 실시형태에서는, 염화수소로부터 연산된 제어출력만을 사용하였지만, 염화수소 농도로부터 연산된 제어출력과 유황산화물 농도로부터 연산된 제어출력의 양쪽 출력을 사용하여 알칼리제의 첨가량을 제어하더라도 좋다. 산업폐기물 소각로나 민간공장의 연소시설에 있어서는, 염화수소와 유황산화물이 고농도에서 발생하는 것이 많기 때문이다.
이 경우에는 염화수소와 유황산화물의 양방이 처리대상이 되어, 백필터의 후단에 설치된 염화수소 농도 측정장치의 염화수소 농도(鹽化水素 濃度)를 기초로 하여 구한 제어출력과 유황산화물 농도(硫黃酸化物 濃度)를 기초로 하여 구한 제어출력을 예를 들면 합산함으로써 염화수소 및 유황산화물의 양쪽 산성가스를 안정하게 처리할 수 있다.
본 실시형태에서 사용하는 미세 분말 탄산수소나트륨은, 특히 산성가스와의 반응성이 빠르고 평균입자지름이 5∼30μm로 조정된 미세 분말 탄산수소나트륨인 것이 바람직하다. 미세 분말 탄산수소나트륨의 반응성이 빠른 점에서 제어응답성이 좋기 때문이다.
본 실시형태에서는 알칼리제로서 미세 분말 탄산수소나트륨을 사용하였지만, 본 실시형태의 효과를 발휘하는 알칼리제로서는 특별하게 제한은 없다. 미세 분말 탄산수소나트륨 이외의 알칼리제로서는 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate), 천연소다, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 산화마그네슘, 수산화마그네슘 등을 예시할 수 있다. 또한 알칼리제가 분체(粉體)인 경우에 산성가스와의 반응성이 높은 입자지름이 30μm 미만 특히 5∼20μm의 미세 분말인 것이 바람직하다. 미리 입경(粒徑)을 조정한 제(劑)를 적용하더라도 좋고, 현지(現地)에 분쇄설비를 설치하여 입경이 굵은 알칼리제를 현지에서 분쇄하면서 첨가하더라도 좋다.
또한 입구의 산성가스를 측정하고 있는 연소시설에 있어서는, 피드포워드 제어(feedforward 制御)에 추가하여 본 제어방식에 의하여 피드백하여 제어하는 것도 유효한 수단이다. 또한 백필터의 후단에 탈초촉매설비(脫硝觸媒設備)가 설치되어 있는 경우에는 200℃ 전후에서 적용할 필요가 있기 때문에, 백필터의 온도를 180∼230℃로 조정함으로써 재가열 에너지의 열적 로스(熱的 loss)를 삭감시킬 수 있어, 경제적인 운용이 가능하게 된다.
실시예
[시험예1]
실제 기기의 검토결과로부터 시뮬레이션 반응계(simulation 反應系)를 제작하였다. 우선 제1패턴으로서 시뮬레이션 반응계1에 대하여 설명한다. 또 상기 실제 기기의 검토결과는, 도시쓰레기 소각시설에 있어서, 평균입자지름 8μm로 조정한 미세 분말 탄산수소나트륨(일본의 쿠리타공업(KURITA INDUSTRIAL CO., LTD)의 제품인 HIGHPURSER B-200을 종래의 제어인 PID장치를 사용하여 이온전극법에 의하여 측정(일본의 쿄토전자공업(KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO., LTD)의 제품 HL-36)된 염화수소 농도를 기초로 하여 피드백 제어한 것이다.
[시뮬레이션 반응계1] : 배기가스에 있어서의 반응을 상정
시뮬레이션 반응계1을 검토함에 있어서, 탄산수소나트륨과 염화수소(HCl)의 반응이 배기가스 중에서 매우 짧은 시간에 일어나는 반응으로 하여, 시뮬레이션 반응계1을 도2에 나타내는 바와 같이 구성하였다.
도2를 참조하여 시뮬레이션 반응계1의 기본구성을 설명한다.
소각시설에 있어서의 약품주입제어(chemical feed 制御)는, 백필터의 출구에 설치된 이온전극식 HCl농도 측정장치의 HCl농도(처리 후) 신호를 기초로 하여 PID 등의 제어식의 연산에 의하여 약제첨가량(미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량(Ag))을 결정하고, 결정된 첨가량의 미세 분말 탄산수소나트륨(산성가스 처리제)을 배기가스(입구 HCl농도(Hi))에 첨가한다. 연도(煙道)에 첨가된 미세 분말 탄산수소나트륨은 배기가스 중의 HCl 등의 산성가스와 반응하여, 배기가스 중의 HCl이 제거된다(HCl제거율(α)에 의거하여 제거된다). 본 반응 후의 백필터 출구 HCl농도(Ho)가 이온전극식 HCl측정장치에 의하여 측정되지만, 시설에 의한 계측지연, 배기가스 샘플링에 의한 계측지연 및 이온전극식의 측정에 의한 계측지연(응답시간)이 있어, 피드백 특유의 제어지연이 발생한다. 여기에서 본 시뮬레이션에 있어서의 HCl의 계측지연시간(T)을 다음의 식(1)과 같이 설정하였다.
T = T1 + T2 + T3 …… (1)
T : 시뮬레이션 반응계의 계측지연시간
T1 : 시설의 지연시간(sec)[30sec 설정]
T2 : HCl측정장치의 배기가스 샘플링 시간(sec)[240sec 설정]
T3 : HCl측정장치의 90% 응답시간(sec)[180sec 설정]
또 이온전극식의 90% 응답시간(계측지연)에는, HCl가스의 흡수액으로의 확산이 영향을 주기 때문에 T3은 다음의 식(2)로 하였다. 이번의 시뮬레이션 검토에 있어서, 본 시뮬레이션의 계측지연시간은 시설의 상황으로부터 T1 = 30초, T2 = 240초, T3 = 180초로 설정하였다.
T3 = 2.3 × τ …… (2)
Yn = Yn -1 + (Xn - Yn -1) ÷ τ × Ts …… (3)
τ : 시정수(sec)
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(= 데이터 샘플링 시간)(sec)[0.5sec 설정]
Xn : 현재의 측정장치 입력 HCl농도(ppm)
Yn : 현재의 측정장치 출력 HCl농도(ppm)
Yn -1 : 전회(前回)[Ts(sec) 전]의 측정장치 출력 HCl농도(ppm)
또한 미세 분말 탄산수소나트륨에 의한 입구 HCl농도(Hi)의 HCl제거율(α)은, 일본의 쿠리타공업 제품인 미세 분말 탄산수소나트륨의 적용지식에서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(J)과 HCl제거율의 관계(도3)로부터 시험적으로 계산하였다. 또한 HCl과 미세 분말 탄산수소나트륨의 반응은 매우 짧은 시간으로 하였다. 또 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(J)은 다음의 식(4)에 의하여 산출된다.
J = Ag ÷｛Hi ÷ 0.614 ÷ 1000 ÷ M1 × M2 × F ÷ 1000} …… (4)
J : 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량
Ag : 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량(kg/h)
Hi : 입구 HCl농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 탄산수소나트륨 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[25,000Nm3/h로 설정]
본 이론에 의거하여 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가한 실제 기기와 동일한 PID제어조건「P(비례 게인(proportional gain)) = 10%, I = 0.1초, D = 0.1초, 첨가량 출력 하한 5kg/h, 첨가량 출력 상한 100kg/h」에서 시뮬레이션을 한 결과, 시뮬레이션과 실제 기기에서는 출구 HCl농도(Ho)의 거동은 서로 다르게 되었다(도4, 도5). 또 출구 HCl농도(Ho)는 다음의 식(5)에 의하여 산출된다.
Ho = Hi × (1 - αg ÷ 100) …… (5)
Hi : 입구 HCl농도(ppm)
Ho : 백필터 출구 HCl농도(ppm)
α : HCl제거율(％)[첨가당량과 HCl제거율의 관계(도3)로부터 설정]
미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가한 HCl처리 후의 HCl농도의 추이를 비교하면, 본 시뮬레이션 반응계1의 HCl농도의 상승속도는 실제 기기에 비하여 빠르다. 상기의 계측지연시간 등의 파라미터를 변경하여 검토하였지만, 실제 기기와 시뮬레이션의 결과는 일치하지 않았다. 따라서 실제 기기에 있어서의 상기의 HCl농도 상승속도가 본 시뮬레이션 반응계1에 비하여 지연되는 원인은, 백필터에 의하여 포집된 미반응의 미세 분말 탄산수소나트륨이 HCl과 반응하고 있는 것이라고 생각된다.
[시험예2]
다음에 제2패턴으로서 시뮬레이션 반응계2에 대하여 설명한다.
[시뮬레이션 반응계2] : 배기가스와 백필터 상에 있어서의 복합반응
상기 검토결과로부터 백필터 상에 있어서 미반응의 미세 분말 탄산수소나트륨과 HCl의 반응을 감안하여, 상기 배기가스에 있어서의 반응에 추가함으로써 백필터 상에서의 반응을 도6에 나타내는 바와 같이 구성하였다. 또한 백필터에 있어서의 포집물의 체류시간은 보통 2시간 정도이다. 따라서 본 시뮬레이션 반응계2에 있어서는, 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨은 규정시간(약 2시간으로 설정)에서 소멸하는 형태로 하였다.
도6을 참조하여 시뮬레이션 반응계2의 기본구성을 설명한다.
우선 소각시설에 있어서의 약품주입제어에서는, 백필터의 출구에 설치된 이온전극식 HCl농도 측정장치의 HCl농도(처리 후) 신호를 기초로 하여 PID 등의 제어식의 연산에 의하여 약제첨가량(미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량(Ag))을 결정하고, 결정된 첨가량의 미세 분말 탄산수소나트륨(산성가스 처리제)을 배기가스(입구 HCl농도(Hi))에 첨가한다.
배기가스에 있어서의 반응 후의 HCl농도(Hg)는, 배기가스 반응의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(Jg)과 배기가스 반응 HCl제거율(αg)에 의하여 유도된다(다음의 식(6)). 또 배기가스 반응의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(Jg)은 다음의 식(7)에 의하여 산출된다.
Hg = Hi × (1 - αg ÷ 100) …… (6)
Hi : 입구 HCl농도(ppm)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl농도(ppm)
αg : 배기가스 반응에 있어서의 HCl제거율(％)
[배기가스 반응 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량과 HCl제거율의 관계(도7)로부터 설정]
Jg = Ag ÷｛Hi ÷ 0.614 ÷ 1000 ÷ M1 × M2 × F ÷ 1000} …… (7)
Jg : 배기가스 반응 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량
Ag : 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량(kg/h)
Hi : 입구 HCl농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 탄산수소나트륨 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[25,000Nm3/h로 설정]
또한 배기가스 반응에 의하여 잔존한 미세 분말 탄산수소나트륨은 백필터 상에 수시로 축적된다. 백필터 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨은 배기가스 반응 후의 HCl과 반응하여, 백필터 출구의 HCl농도(Ho)가 결정된다. 이 때에 백필터 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨량(As)은, 배기가스 반응에서 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨으로부터 백필터 상에서 HCl과 반응한 미세 분말 탄산수소나트륨량을 빼서 구하였다.
또한 본 백필터 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨량(As)과 배기가스 반응 후의 HCl농도(Hg)로부터 시험적으로 계산되는 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(Js)으로부터 백필터 상에서의 HCl제거율(αs)을 정하여, 백필터 출구의 HCl농도(Ho)를 결정하였다(다음의 식(8)). 또 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량(Js)은 다음의 식(9)에 의하여 산출된다. 또한 HCl계측의 지연은 시뮬레이션 반응계1과 마찬가지로 T(= T1 + T2 + T3)로 하였다.
Ho = Hg × (1 - αs ÷ 100) …… (8)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl농도(ppm)
Ho : 백필터 출구 HCl농도(ppm)
αs : 백필터 상의 반응의 HCl제거율(％)
[백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량과 HCl제거율의 관계(도8)로부터 설정]
Js = As ÷｛Hg ÷ 0.614 ÷ 1000 ÷ M1 × M2 × F ÷ 1000} …… (9)
Js : 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가당량
As : 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨량(kg/h)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 탄산수소나트륨 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[25,000Nm3/h로 설정]
As = Zn ÷ Ts × 3600 …… (10)
Zn : 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 축적량(kg)
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(= 데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5sec 설정]
Zn = Zn' × (1 - 2.3 ÷ T4 × Ts) …… (11)
Zn' ：미반응 미세 분말 탄산수소나트륨량(kg)
T4 : 백필터 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨 90% 소멸 시정수(sec)
[7,200sec 설정]
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(= 데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5sec 설정]
Zn' ＝ (Ag ÷ 3600 × Ts - Rg) + (Zn -1 - Rs) …… (12)
Ag : 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량(kg/h)
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(= 데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5sec 설정]
Rg : 배기가스 반응에 있어서의 탄산수소나트륨 반응량(kg/h)
Zn -1 : Ts(sec) 전의 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨 축적량(kg)
Rs : 백필터 상의 반응에 있어서의 탄산수소나트륨 반응량(kg/h)
Rg = (Hi ÷ 0.614 ÷ 1000 ÷ M1 × M2 × F ÷ 1000) ÷ 3600 × Ts × αg ÷ 100 …… (13)
Hi : 입구 HCl농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 탄산수소나트륨 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[25,000Nm3/h로 설정]
αg : 배기가스 반응에 있어서의 HCl제거율(％)
Rs = (Hg ÷ 0.614 ÷ 1000 ÷ M1 × M2 × F ÷ 1000) ÷ 3600 × Ts × αs ÷ 100 …… (14)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 탄산수소나트륨 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[25,000Nm3/h로 설정]
αs : 백필터 상의 반응의 HCl제거율(％)
본 이론에 있어서, 배기가스에 있어서의 반응과 백필터 상에 있어서의 반응에 의한 HCl제거율을 변경하여 시뮬레이션을 한 결과, 배기가스 반응과 백필터 상에 있어서의 반응은 도7, 도8에 나타내는 HCl제거율[배기가스 반응 95%, 백필터 상의 반응 75%]에 의하여 실제 기기에 있어서의 백필터 출구 HCl농도의 거동(도4)과 거의 일치하였다(도9). 이것은, 백필터 상의 미세 분말 탄산수소나트륨이 HCl과 반응하고 있기 때문에 HCl상승속도가 완화되어 있는 것을 뒷받침하는 결과이다. 또한 본 시뮬레이션에 있어서는 백필터 상에서의 HCl과의 반응은 배기가스 반응에 비하여 뒤떨어지는 결과이다. 이것은, 백필터 상에서의 반응은 처리하여야 할 HCl농도가 배기가스 반응에 비하여 낮기 때문에 HCl제거율이 낮은 것에 의한 것이라고 생각된다. 또한 백필터에 축적되는 미세 분말 탄산수소나트륨은, 배기가스의 온도에 의하여 열분해되어 탄산나트륨으로 되어 있는 것이라고 생각된다. 탄산나트륨의 HCl제거율은, 미세 분말 탄산수소나트륨에 비하여 뒤떨어지기 때문에 백필터 상에서의 제거율이 저하될 가능성이 있다.
본 검토결과로부터 연소배기가스에 있어서의 미세 분말 탄산수소나트륨과 HCl의 반응은, 배기가스에 있어서의 반응과 백필터 상에 축적된 미세 분말 탄산수소나트륨의 반응이 복합된 반응계로 되어 있는 것이라고 생각된다. 또한 백필터 출구의 HCl농도의 거동이 실제 기기와 거의 일치한 것으로부터, 본 시뮬레이션 반응계2는 미세 분말 탄산수소나트륨을 사용한 제어방법을 평가하는 툴(tool)로서 유효하다는 것을 알았다.
본 시뮬레이션 반응계2에 있어서 각종 제어방법을 검토한 결과를 이하에 나타내었다. 또 이하의 실시예1∼8에 있어서 사용한 미세 분말 탄산수소나트륨의 평균입자지름은 5∼30μm이다. 또한 실시예1∼8에 있어서 사용한 HCl농도 측정장치(14)는 이온전극법에 의한 염화수소 농도 측정장치이다.
[비교예1]
도11에 나타내는 입구 HCl농도를 사용하여, 시뮬레이션 반응계2에서의 PID제어방식「P(비례 게인) = 10%, I = 0.1초, D = 0.1초, 첨가량 출력 하한 5kg/h, 첨가량 출력 상한 100kg/h」에 있어서 HCl처리의 제어목표값(SV)을 40ppm으로 설정하여 제어하였다. 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 본 제어 시의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도12에 나타낸다.
[실시예1]
비교예1에 나타내는 조건과 동일한 PID 설정조건에 있어서, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정(正)인 경우에 제어목표값(SV)을 30ppm으로 하고, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 부(負)인 경우에 제어목표값(SV)을 40ppm으로 하여 제어하였다. 마찬가지로 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도13에 나타낸다.
HCl농도의 경사가 정(증가 경향)인 경우에 제어목표값을 낮게 설정함으로써 HCl농도 증가 경향 시의 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량이 많아지게 되어 HCl의 피크의 발생을 방지하는 효과가 있다는 것을 알았다. 또한 HCl평균 및 1시간 평균 최대도 저하되고 있어, 목적대로 HCl을 안정하게 처리하는 효과가 얻어졌다. 다만 종래 제어(비교예1)에 비하여 미세 분말 탄산수소나트륨의 첨가량은 증가하기 때문에, 본 제어는 HCl농도를 예를 들면 30ppm 이하로 안정하게 처리하는 것이 필요한 시설에 있어서 적절한 제어설정이다.
[실시예2]
비교예1에 나타내는 조건과 동일한 PID 설정조건에 있어서, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정인 경우에 제어목표값(SV)을 30ppm으로 하고, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 부인 경우에 제어목표값(SV)을 50ppm으로 하여 제어하였다. 마찬가지로 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도14에 나타낸다.
HCl농도의 경사가 정(증가 경향)인 경우에, 실시예1과 마찬가지로 HCl피크의 발생을 방지하는 효과가 얻어짐과 아울러 HCl도 종래 제어(비교예1)에 비하여 안정하게 처리할 수 있었다. 또한 HCl농도의 경사가 부(감소 경향)인 경우에, 실시예1에 비하여 제어목표값(SV)을 크게 하였기 때문에 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량이 적어지게 되어 첨가가 빨리 종료되어, 미세 분말 탄산수소나트륨의 첨가량은 실시예1에 비하여 저하되었다. 다만 종래 제어(비교예1)에 비하여 첨가량은 증가되어 있기 때문에, 본 제어는 HCl농도를 예를 들면 30ppm 이하로 안정하게 처리하는 것이 필요한 시설에 있어서 적절한 제어설정이다.
이하에서는 비교예2 및 실시예3∼8에 대하여 설명한다. 비교예2 및 실시예3∼8에서는 PID제어방식을 대신하여 스텝제어방식에 의한 제어를 한다.
여기에서 스텝제어방식의 개요를 설명한다. 스텝제어방식은 PID제어방식과 달리, 출구의 HCl농도에 따라 출력을 단계적으로 규정하는 제어방식으로 하였다. 우선 비교예2(도15)에 의하여 설명하면, HCl농도가 SV(제어목표값[제어출력시작농도(출력 하한 이상)])∼SM1의 사이에서는 제어출력을 LO과 LM1의 사이에서 단계적으로 출력한다. HCl농도가 SM1∼SM2의 사이에서는 LM2로 설정된 제어출력을 출력하고, SM2 이상에서는 LH(제어출력 상한)를 출력하는 형식으로 하였다. 또 통상의 PID제어방식에서는 출력제한이 없으며, LO와 LH의 설정만이 있다. 또한 HCl경사에 의한 제어연산에서 사용하는 HCl농도와 제어출력을 정하는 테이블의 보정은 SVA1과 SVB1에 의하여 하고, HCl경사가 정일 때에는 연산에서 사용하는 HCl농도로부터 SVA1을 빼고, HCl경사가 부일 때에는 연산에서 사용하는 HCl농도에 SVB1을 더하였다. 이에 따라 동일한 HCl농도를 입력하였을 때에 연산되는 제어출력이, HCl경사의 값이 큰 경우(산성가스 농도가 증가 경향)의 제어출력값이 HCl경사의 값이 작은 경우의 제어출력값에 비하여 커지게 되는 형식으로 하였다.
[비교예2]
도11에 나타내는 입구 HCl농도를 사용하여, 시뮬레이션 반응계2에 있어서의 스텝제어방식에서 제어목표값(본 방식에서는 알칼리제의 제어출력이 출력 하한 이상으로 첨가되는 농도를 SV라고 규정한다)을 40ppm으로 설정하여 제어하였다. 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 백필터 출구 HCl농도에 따른 미세 분말 탄산수소나트륨의 제어출력 첨가량을 도15에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도16에 나타낸다.
본 제어방식에 있어서는, 제어출력의 하한과 상한의 사이에 HCl농도범위에 의하여 제어출력에 제한을 가하기 때문에 단계적으로 알칼리제를 첨가할 수 있다. 이것으로부터 알칼리제의 과잉첨가가 방지되어 미세 분말 탄산수소나트륨의 첨가량은 대폭적으로 저하되었다. 그러나 처리하여야 할 HCl의 처리레벨은, 종래 제어(비교예1)에 비하여 대폭적으로 악화되었다.
[실시예3]
비교예2와 동일한 스텝제어방식에 있어서, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정인 경우에 제어목표값(SV)을 30ppm으로 하고, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 부인 경우에 제어목표값(SV)을 40ppm으로 하여 제어하였다. 마찬가지로 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 백필터 출구 HCl농도에 따른 미세 분말 탄산수소나트륨의 제어출력 첨가량을 도17에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도18에 나타낸다.
본 제어방식에 있어서는, 비교예2와 같이 단계적으로 알칼리제가 첨가되어, 종래 제어(비교예1)에 비하여 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량을 삭감시키는 효과가 얻어졌다. 또한 HCl이 증가하는 경향일 때에는, 계측지연을 고려하여 미세 분말 탄산수소나트륨을 빨리 첨가함으로써 안정하게 HCl을 처리하는 효과가 얻어졌다. 본 제어방법은, 종래 제어(비교예1)에 비하여 HCl의 처리레벨이 향상됨과 아울러 첨가량 삭감의 효과가 얻어지고 있어 매우 유효한 방법이다.
또 이번에는 백필터 출구 HCl농도의 측정값이 40ppm∼50ppm의 사이인 경우에 HCl농도에 따른 첨가량을 설정하여 제어하였지만, 본 범위 사이를 PID에 의하여 제어하더라도, 제어출력의 하한과 상한의 사이에 있어서 HCl농도가 50ppm 이하에서는 제어출력을 50kg/h 이하, 50ppm∼60ppm 사이에서는 제어출력을 70kg/h 이하로 제한을 가하고 있기 때문에, 동등한 HCl처리효과와 첨가량 삭감의 효과가 얻어지는 것이라고 생각되었다.
[실시예4]
비교예2와 동일한 스텝제어방식에 있어서, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 정인 경우에 제어목표값(SV)을 30ppm으로 하고, 가장 최근의 HCl농도 경사의 6초 평균이 부인 경우에 제어목표값(SV)을 50ppm으로 하여 제어하였다. 마찬가지로 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 백필터 출구 HCl농도에 따른 미세 분말 탄산수소나트륨의 제어출력 첨가량을 도19에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도20에 나타낸다.
본 제어방식에 있어서는, 비교예2와 마찬가지로 단계적으로 미세 분말 탄산수소나트륨이 첨가되고 또한 HCl이 감소경향 시에는 실시예3에 비하여 제어목표값(SV)을 크게 하였기 때문에, 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량이 적어지게 되어 첨가가 빨리 종료되어 종래 제어(비교예1)에 비하여 첨가량을 삭감시키는 효과가 얻어졌다. 또한 첨가량을 삭감시킬 수 있음에도 불구하고 HCl의 처리레벨도 종래 제어(비교예1)와 동등한 레벨의 처리가 가능하였다. 본 제어방식도, 종래 제어와 거의 동등한 HCl처리를 할 수 있고 또한 첨가량을 삭감시키는 효과가 얻어지고 있어 매우 유용한 제어방법이라고 생각되었다.
[실시예5∼8]
실시예4와 동일한 제어조건에서 제어연산식을 선택하는 가장 최근의 HCl농도 경사의 적정한 평균시간을 검토하기 위하여 본 HCl농도의 경사평균시간을 변경하여 검토를 하였다. 마찬가지로 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 미세 분말 탄산수소나트륨에 의하여 처리한 후의 백필터 출구 HCl농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대)를 도10에 나타낸다. 또한 본 제어 시에 있어서 미세 분말 탄산수소나트륨 첨가량과 백필터 출구 HCl농도의 거동을 도21∼도24에 나타낸다.
본 검토의 결과, 제어식을 선택하는 HCl농도의 경사의 평균시간을 10분으로 하였을 때에 큰 HCl피크가 발생하였다(실시예8). 이것은 경사의 평균시간을 길게 잡음으로써 미세 분말 탄산수소나트륨을 첨가하는 타이밍이 어긋나고 있다는 것을 나타내고 있으며, 7분 초과로 설정하였을 경우에 본 제어에 불량을 발생시키는 것을 나타낸다. 한편 본 평균시간이 7분 이하일 때에는 이상(異常)의 HCl의 발생은 생각되지 않아, 적정한 HCl경사의 평균시간은 7분 이하라고 생각되었다(실시예5∼7).

Claims (7)

  1. 연소배기가스에 포함되는 산성가스에 알칼리제(alkali劑)를 첨가한 후의 공정에 설치된 산성가스 측정장치(酸性gas 測定裝置)의 측정신호를 기초로 하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어(feedback 制御)하는 산성가스의 처리방법에 있어서,
    적어도 2개의 산성가스 농도의 경사의 범위를 설정하는 공정과,
    상기 적어도 2개의 경사의 범위별로 산성가스 농도의 제어목표값을 설정하는 공정과,
    적어도 상기 측정신호 및 상기 제어목표값에 의거하여 알칼리제의 첨가량을 나타내는 제어출력값을 산출하는 공정을
    구비하고,
    상기 제어목표값을 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성가스 농도의 경사의 범위가 큰 경우에 설정하는 제어목표값은, 상기 산성가스 농도의 경사의 범위가 작은 경우에 설정하는 제어목표값보다 작은 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    알칼리제의 첨가량을 나타내는 제어출력값의 하한값과 상한값의 사이에, 상기 산성가스 농도에 대응하여 상기 제어출력값의 새로운 상한값을 1개 이상 설정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산성가스 측정장치가 이온전극법(ion電極法)에 의한 염화수소 농도 측정장치(鹽化水素 濃度 測定裝置)인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산성가스 측정장치가 적외선 흡수법(赤外線 吸收法) 혹은 자외선 형광법(紫外線 瑩光法)에 의한 유황산화물 농도 측정장치(硫黃酸化物 濃度 測定裝置)인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어목표값을 설정하는 산성가스 농도의 경사를 가장 최근의 7분 이내의 평균값으로 하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    염화수소 농도로부터 연산된 제어출력과 유황산화물 농도로부터 연산된 제어출력의 양쪽 출력을 사용하여 알칼리제의 첨가량을 제어하는 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    산성가스를 처리하는 알칼리제는, 평균입자지름이 5∼30μm인 미세 분말 탄산수소나트륨(微細 粉末 sodium hydrogen carbonate)인 것을 특징으로 하는 산성가스의 처리방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10165752A (ja) * 1996-12-16 1998-06-23 Nippon Steel Corp 廃棄物処理設備における排ガス処理方法
JP2002113327A (ja) * 2000-10-11 2002-04-16 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法
JP2006075758A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Jfe Engineering Kk 脱塩制御装置及び脱塩制御方法
JP2007237019A (ja) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 排ガス処理薬剤の供給量制御方法及び排ガス処理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10165752A (ja) * 1996-12-16 1998-06-23 Nippon Steel Corp 廃棄物処理設備における排ガス処理方法
JP2002113327A (ja) * 2000-10-11 2002-04-16 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法
JP2006075758A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Jfe Engineering Kk 脱塩制御装置及び脱塩制御方法
JP2007237019A (ja) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 排ガス処理薬剤の供給量制御方法及び排ガス処理装置

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