KR101528743B1 - 산성 가스의 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 고가의 산성 가스 측정 장치를 새로이 도입할 필요가 없는 피드백 형식에 있어서, 출구의 산성 가스 농도의 피크 발생이 적은 안정된 산성 가스 처리를 실시함과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가를 저감하기 위한 새로운 제어 방식에 의한 산성 가스 처리 방법의 제공에 관한 것이다.
본 발명의 산성 가스의 처리 방법은, 산성 가스가 포함되는 연소 배기가스에 알칼리제를 첨가하여, 분진을 집진한 후의 산성 가스 농도를 측정하는 산성 가스 농도 측정 기기의 측정 신호에 근거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성 가스의 처리 방법으로서, 적어도 평균 시간(예를 들면, 후술하는 1시간 등) 동안의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수(예를 들면, 후술하는80% 등)를 곱한 기초 첨가량을 산출하는 공정과 산출한 기초 첨가량에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정을 갖는다.

Description

산성 가스의 처리 방법{Method for Treating Acidic Gas}
본 발명은, 도시 쓰레기 폐기물 소각로, 산업 폐기물 소각로, 발전 보일러, 탄화로, 민간 공장 등의 연소 시설에서 발생하는 유해한 염화수소나 유황 산화물 등의 산성 가스의 처리 방법에 관한 것이다. 자세하게는, 산성 가스를 처리하는 알칼리제의 첨가량을 효율적으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
유해한 염화수소나 유황 산화물을 포함한 배기가스는 소석회나 베이킹소다(重曹) 등의 알칼리제로 처리되어, 그 후 백필터(BF) 등의 집진기로 제진된 후, 굴뚝으로부터 배출된다. 한편, 집진기로 집진된 비산재는, 유해한 Pb, Cd 등의 중금속류를 함유하고 있어, 이들 유해 중금속을 안정화 처리한 후, 매립 처분되고 있다.
산성 가스를 처리하는 알칼리제인 5~30μm로 미분 가공된 베이킹소다(重曹)는, 소석회에 비해 반응성이 높고, 산성 가스를 안정적으로 처리할 수 있음과 동시에 미반응분(未反應分)이 적고, 매립 처분량을 저감할 수 있어 환경 부하 저감에 유효한 수단이다. 또한, 중금속 처리 방법으로서는 다이에틸다이싸이오카밤산염(diethyldithiocarbamic acid salt) 등의 킬레이트로 불용화 처리하는 방법이 일반적이고, 단기적으로는 중금속 고정 효과는 높지만, 최종 처분장에 있어서의 산성비에 의한 pH저하 및 킬레이트의 산화 자기분해에 의해, 납 등의 중금속이 재용출하는 문제가 남는다. 한편, 인산 등의 인산 화합물에 의한 중금속 고정은, 무기 광물인 수산화인회석(hydroxyapatite) 형태까지 변화시키기 때문에, 최종 처분장에 있어서의 장기 안정성이 뛰어나 환경보호의 관점으로부터 매우 가치가 높은 처리 방법이다. 더욱이 상기 미분 베이킹소다로 처리한 비산재를 인산 등의 중금속 고정제로 처리하는 방법은, 많은 환경 부하 저감 효과를 가지는 유효한 수단이다.
그런데, 염화수소나 유황 산화물 등의 산성 가스를 처리하는 소석회나 베이킹소다 등의 알칼리제의 첨가량을 제어하는 것은, 산성 가스 처리 비용을 저감 가능할 뿐만 아니라, 알칼리제의 미반응분을 저감하여, 비산재의 매립 처분량을 저감하는 효과를 기대할 수 있다.
염화수소나 유황 산화물 등의 산성 가스를 처리하는 알칼리제의 첨가량은, 일반적으로, 백필터의 후단에 설치된 이온 전극식의 염화수소 측정 장치로 측정된 HCl 농도를 기초로 PID 제어장치에 의해 피드백 제어되고 있다. 그렇지만, 소각 시설 등의 연소 시설에 있어서는 통상 입구의 산성 가스 농도를 측정하는 장치는 설치되지 않고, 입구의 변동 상황을 모르는 상태로 PID 제어의 파라미터를 설정하여 제어 출력을 조정한다. 그런데 PID 제어장치는 P, I, D, 첨가량(출력) 하한, 첨가량(출력) 상한의 5개의 설정 항목이 있음과 동시에 각 항목의 설정치가 복합하여 제어 출력치를 결정하므로 적절한 첨가 제어를 검토하는데 많은 시간을 필요로 한다. 이 때문에, 일반적으로 PID 제어장치에 의한 설정은, 제어 목표치(SV)를 넘을 때에 첨가량이 큰 폭으로 증가하는 제어를 실시하고 있는 시설이 많다.
그러나, 통상의 PID 제어장치의 제어 출력은, 단일의 상한 밖에 설정하지 못하고, 예를 들면 HCl 농도의 제어 목표치(SV)를 40 ppm으로 설정할 경우, 40 ppm 이상의 농도로 제어 출력의 단일의 상한을 한도로 하여 알칼리제를 첨가하게 되고, 알칼리제를 과잉 첨가하는 원인이 된다. 또한, 상기 피드백 제어는, 산성 가스 측정 장치의 계측 지연의 영향을 받는다. 백필터 출구의 HCl 농도는 통상 이온 전극법(예를 들면 교토 전자 공업제 HL-36)으로 측정되고, 유황 산화물 농도는 적외선 흡수법(예를 들면 시마즈 제작소제 NSA-3080)으로 측정되고 있지만, 시료 배기가스의 샘플링 시간, 및 계측기의 응답 시간을 포함하면 5~10 분의 많은 계측 지연이 있다. 본 계측 지연은, 알칼리제의 첨가 래그를 일으켜, 산성 가스의 처리 불량으로 연결됨과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가를 불러 일으키는 원인이 된다.
본 과제를 해결하기 위하여 여러 가지 제어 방법이 검토되고 있다. 특허 문헌 1에 있어서는 통상의 PID 제어식에 P를 추가로 더하는 「P+PID 제어」가 제안되고 있다. 본 제안은, 통상의 PID 제어로 곤란한 산성 가스의 돌발적 발생의 대응을 고려한 것이다. 또한, 특허 문헌 2 및 3에 있어서는, 입구의 산성 가스 농도를 기초로 알칼리제의 첨가량을 결정하는 피드포워드(feed forward) 제어와 알칼리제가 처리한 후의 산성 가스 농도를 기초로 알칼리제의 첨가량을 보충하는 피드백 제어를 조합하는 제어 방식이 제안되고 있다. 본 제어 방식은 피드백 제어의 과잉 첨가를 억제하는 효과가 예상되고, 산성 가스의 안정 처리와 알칼리제의 과잉 첨가를 저감하는 효과를 얻을 수 있는 것으로 고려된다.
일본 특개2002-113327호 공보 일본 특개평10-165752호 공보 일본 특개2006-75758호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 있어서는, 입구의 돌발적 대응은 어느 정도 가능하지만, 제어 출력의 상한치 및 하한치가 단일 설정이기 때문에, 입구 산성 가스 농도의 변동이 격렬한 시설에 있어서는 약제에 의한 헌팅을 일으키므로, 출구 산성 가스 농도의 피크가 적은 안정된 처리는 어렵다. 또한, 상기 측정 장치의 계측 지연은 가미되지 않고, 계측 지연에 의한 알칼리제의 첨가 래그에 의한 산성 가스의 처리 불량에는 대응할 수 없다. 더욱이, 특허 문헌 2 및 3에 있어서는, 소각 시설 등의 연소 시설에 대하여, 출구의 산성 가스 농도 밖에 계측하고 있지 않는 시설이 대부분을 차지하고 있어, 본 제어 방식을 실시하기 위해서는, 입구의 산성 가스 농도를 계측하는 고가의 산성 가스 측정 장치를 추가로 도입할 필요가 있다.
상기 종래를 감안해, 본 발명은, 고가의 산성 가스 측정 장치를 추가로 도입할 필요가 없는 피드백 형식에 있어서, 출구의 산성 가스 농도의 피크 발생이 적은 안정된 산성 가스 처리를 실시함과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가를 저감하기 위한 새로운 제어 방식에 의한 산성 가스 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 산성 가스가 포함되는 연소 배기가스에 알칼리제를 첨가하여, 분진을 집진한 후의 산성 가스 농도를 측정하는 산성 가스 농도 측정 기기의 측정 신호에 근거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성 가스의 처리 방법이며, 적어도 평균 시간(예를 들면, 후술하는 5분 , 15분 , 30분 , 1시간, 3시간, 6시간 등) 동안의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수(예를 들면, 후술하는 95%, 90%, 80%, 70%, 50% 등)를 곱한 기초 첨가량을 산출하는 공정과 상기 산출한 기초 첨가량에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정을 갖는 산성 가스의 처리 방법.
현재 주로 이용되는 PID 제어는, 첨가 출력은 단일의 상한과 하한 밖에 설정할 수 없다. 따라서, 예를 들면 출구 HCl 농도의 제어 목표치(SV)를 40 ppm으로 설정했을 경우, 실제의 출구 HCl 농도가 40 ppm 이하에서는 알칼리제의 첨가를 줄이기 위해서 제어 출력의 하한으로 첨가하고, 제어 목표치(SV) 40 ppm 이상에서는 알칼리제의 첨가를 늘리기 위해서 제어 출력의 상한으로 첨가하는 것을 반복하는 알칼리제의 부적절 첨가(과잉 첨가, 부족 첨가)에 의해, 출구의 HCl 농도는 크게 변동함과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가의 원인이 된다.
이에 대하여, (1)의 발명과 같이, 적어도 평균 시간동안의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱한 기초 첨가량을 산출하고, 산출한 기초 첨가량에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출할 경우, 알칼리제의 부적절 첨가를 방지하여, 처리해야 할 출구 HCl 농도의 변동이 적은 안정된 처리가 가능함과 동시에 (1)의 발명에 의한 적정 첨가의 결과, 알칼리제의 첨가량도 저감할 수 있다.
(1)의 발명은, 종래, 피드백 제어에서는 가미할 수 없었던 입구의 HCl 농도에 관련한 인자로서 과거 평균 첨가량에 주목하여, 과거 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱한 기초 첨가량을 제어 인자로서 활용하는 것에 특징이 있다. 이에 의해, 종래와 같은 하한과 상한을 반복하여 크게 변동하는 알칼리제의 첨가를 실시하지 않고, 첨가량의 베이스로서 타당성이 있는 과거 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱한 기초 첨가량을 베이스로 알칼리제의 첨가량을, 예를 들면 PID등의 피드백 제어에 의해 산출한다. 따라서, 알칼리제의 첨가 변동이 적게 되어, 알칼리제 자신의 첨가 불량(과잉 첨가, 부족 첨가)이 일으키는 헌팅을 억제하여, 적절한 첨가를 실시하는 것으로 첨가량 저감이 가능해짐과 동시에 변동이 적은 산성 가스의 안정 처리가 가능해진다.
(2) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정에 있어서, 상기 산출한 기초 첨가량을 상기 알칼리제의 첨가량 출력치의 하한치(예를 들면, 후술하는 LO: 첨가량 하한)로 하는 (1) 기재의 산성 가스의 처리 방법.
(2)의 발명에 의하면, 기초 첨가량을 첨가량 출력치의 하한치로 하는 것에 의하여, 본 기초 첨가량을 베이스로 하여 종래의 피드백 연산에 의해 첨가량의 과부족이 조정되기 때문에, 알칼리제의 첨가가 적정화되어 산성 가스를 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 평균 첨가량의 평균 시간은, 특히 제한은 없지만, 첨가량의 이동평균 등의 평균치를 활용하는 것이 유효하고 평균 시간은 5분 이상, 15~24시간 정도로 활용하는 것이 바람직하다. 또한, 기초 첨가량으로 규정하는 계수는, 1배 이하가 좋다. 1배 이상의 계수를 이용할 경우, 산성 가스의 안정 처리는 가능하지만, 입구 산성 가스 농도의 감소에 수반하는 첨가량의 감소를 방해하기 때문에 과잉 첨가가 된다. 기초 첨가량은, 평균 첨가량의, 1배 이하(계수100% 이하)이면 좋지만, 특히 0.5~0.95배(50~95%), 특히 0.7~0.9배(70~90%)가 바람직하다.
(3) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은, 적어도 2개의 산성 가스 농도의 기울기의 범위(예를 들면, 후술하는 바로 옆의 HCl 농도의 기울기의 6초 평균이 플러스의 범위 및 마이너스의 범위 등)를 설정하는 공정과, 상기 적어도 2개의 기울기의 범위마다 산성 가스 농도의 제어 목표치(예를 들면, 후술하는 실시예 8에 있어서의 180 ppm, 220 ppm 등)를 설정하는 공정과, 적어도 상기 측정 신호 및 상기 기울기의 범위 마다의 제어 목표치에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 포함하고, 상기 제어 목표치를 설정하는 공정에 있어서, 상기 산성 가스 농도의 기울기의 범위가 큰 경우(예를 들면, 후술하는 바로 옆의 HCl 농도의 기울기의 6초 평균이 플러스의 경우(산성 가스 농도 상승 시))로 설정하는 제어 목표치는, 상기 산성 가스 농도의 기울기의 범위가 작은 경우(예를 들면, 후술하는 바로 옆의 HCl 농도의 기울기의 6초 평균이 마이너스의 경우(산성 가스 농도 하강 시))로 설정하는 제어 목표치보다 작은 (1) 또는 (2) 기재의 산성 가스의 처리 방법.
(3)의 발명에 의하면, 백필터 출구의 산성 가스 농도의 기울기의 범위가 큰 경우(산성 가스 농도 상승 시)에는, 기울기의 범위가 작은 경우(산성 가스 농도 하강 시)보다 산성 가스 농도의 제어 목표치를 작게 했으므로, 산성 가스 농도 상승 시로의 알칼리제 첨가량 출력치를, 산성 가스 농도 하강 시보다 크게 할 수 있다. 따라서, 산성 가스 농도 증가 시에 알칼리제를 첨가하는 타이밍을 현재 상태 제어에 비하여 빨리 할 수 있어 산성 가스 측정 장치의 계측 지연에 의한 산성 가스의 처리 불량을 개선할 수 있다.
또한, 반대로 산성 가스 농도 하강 시로의 알칼리제 첨가량을, 산성 가스 농도 상승시보다 적게 할 수 있으므로, 산성 가스 농도 감소 시에 알칼리제 첨가량을 빠르게 저하시킬 수 있어 산성 가스 측정 장치의 계측 지연에 의한 과잉 첨가를 저감할 수 있다.
(4) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은, 상기 측정 신호에 근거해 연산되는 첨가량 출력치의 하한치(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 LO)와 상한치(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 LH[제어 출력 상한]) 와의 사이에, 상기 산성 가스 농도(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 BF출구 HCl 농도)에 대응하여 상기 첨가량 출력치의 추가적인 상한치(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 LM1[출력 제한 1], LM2[출력 제한 2]) 를 1개 이상 설정하는 공정을 더 포함하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나 기재의 산성 가스의 처리 방법.
통상의 피드백 연산에 있어서의 출력 상한은 1개 밖에 없고, 산성 가스 농도가 제어 목표치 이상이 되면 입구의 산성 가스 농도의 크기에 관계없이, 상한치까지 알칼리제는 첨가가 가능해져, 과잉 첨가를 일으킨다.
이에 대해, (4)의 발명에 의하면, 첨가량 출력치의 하한치와 상한치와의 사이에, 현재의 산성 가스 농도에 따라 제어 출력의 제한을 더하는 것으로, 산성 가스 농도의 크기에 따라 알칼리제의 적정한 첨가가 가능해져, 첨가량의 저감이 가능해진다.
(5) 상기 기초 첨가량을 산출하는 공정에 있어서, 이동평균 시간이 5분 이상인 경우의 평균 첨가량의 0.5배에서 0.95배를 기초 첨가량으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나 기재의 산성 가스의 처리 방법.
상술한 바와 같이, 평균 첨가량의 평균 시간은, 특히 제한은 없지만, 첨가량의 이동평균 등의 평균치를 활용하는 것이 유효하고 평균 시간은 5분 이상, 15~24시간 정도로 활용하는 것이 바람직하다. 또한, 기초 첨가량으로 규정하는 계수는, 1배 이하가 좋다. 1배 이상의 계수를 이용할 경우, 산성 가스의 안정 처리는 가능하지만, 입구 산성 가스 농도의 감소에 수반하는 첨가량의 감소를 방해하기 때문에 과잉 첨가가 된다. 기초 첨가량은, 평균 첨가량의, 1배 이하(계수100% 이하)이면 좋지만, 특히 0.5~0.95배(50~95%), 특히 0.7~0.9배(70~90%)가 바람직하다.
따라서, (5)의 발명에 의하면, 산성 가스의 안정 처리를 실시함과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가를 방지할 수 있다.
(6) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은, 해당 피드백 연산에 더하여 염화수소 농도로부터 연산된 제어 출력과 유황 산화물 농도로부터 연산된 제어 출력의 양 출력을 이용하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 포함하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나 기재의 산성 가스의 처리 방법.
산업 폐기물 소각로나 민간 공장의 연소 시설에 있어서는, 염화수소와 유황 산화물이 고농도로 발생하는 경우가 많다. 이 때는, 염화수소와 유황 산화물의 양쪽 모두가 처리 대상이 되어, 백필터 후단에 설치된 염화수소 농도 측정 장치의 염화수소 농도를 기초로 구해지는 제어 출력과 유황 산화물 농도를 기초로 구해지는 제어 출력을 예를 들면 가산하는 것에 의하여, 염화수소 및 유황 산화물의 두 산성 가스를 안정되게 처리할 수 있다.
따라서, (6)의 발명에 의하면, 염화수소 및 유황 산화물의 두 산성 가스를 안정되게 처리할 수 있다.
(7) 상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은,
해당 피드백 연산에 더하여 염화수소 농도 및 또는 유황 산화물 농도의 평균치에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 포함하는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나 기재의 산성 가스의 처리 방법.
그런데, 산성 가스의 배출 농도 관리는 각 산성 가스 농도(염화수소 농도, 유황 산화물 농도)의 1시간 평균치로 관리하고 있는 시설이 있다. 일반적으로는, 제어 목표치(SV)를 마련하여 제어하지만, 제어 목표치는 어디까지나 목표이며, 제어한 결과 목표치를 넘는 농도가 되는 케이스가 때때로 있다. 특히 첨가량 저감과 산성 가스의 안정 처리는 상반되는 사상인 것으로부터, 첨가량 저감이 요구되면 요구될수록, 1시간 평균치가 관리치를 넘는 리스크가 강해진다. 이 경우, 산성 가스 농도가, 1시간 평균 관리치 이상, 혹은 거기에 가까운 농도에 이르렀을 경우, 다량의 알칼리제(어느 일정 첨가량을 규정)를 첨가하는 것으로써, 첨가량 저감과 산성 가스의 안정 처리가 양립할 수 있는 안심도가 높은 제어가 가능해진다.
따라서, (7)의 발명에 의하면, 염화수소 농도 및 또는 유황 산화물 농도의 평균치에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하므로, 첨가량 저감과 산성 가스의 안정 처리가 양립할 수 있는 안심도가 높은 제어가 가능해진다.
(8) 상기 알칼리제가 평균 입자 지름 5~30μm의 미분(微粉) 베이킹소다인 (1) 내지 (7) 중 어느 하나 기재의 산성 가스의 처리 방법.
본 발명에 이용되는 알칼리제에 특별한 제한은 없다. 특히 산성 가스와의 반응이 빠른 평균 입자 지름이 5~30μm으로 조정된 미분 베이킹소다는, 제어 응답성이 좋고, 본 발명의 제어 방법의 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 또한, 소석회도 적용 가능하다. 이 경우, JIS특호 소석회로도 적용 가능하지만, 산성 가스와의 반응성이 높은 비표면적이 예를 들면 30 m2/g이상인 고비표면적의 소석회를 이용하는 것이 본 발명의 성능을 발휘할 수 있다.
(9) 상기 미분 베이킹소다와는 다른 알칼리제를 병용하는 (8) 기재의 산성 가스의 처리 방법.
본 발명의 효과를 발휘하는 알칼리제로서는 특히 제한은 없다. 미분 베이킹소다 이외의 알칼리제로서는, 소석회, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 등을 예시할 수 있다. 또한, 알칼리제가 분체의 경우, 산성 가스와의 반응성이 높은 입자 지름이 30μm미만, 특히 5~20μm의 미분 쪽이 바람직하다. 미리 입경을 조정한 제(
Figure 112014005344656-pct00001
)를 적용해도 좋고, 현지에 분쇄 설비를 마련하여 입경이 엉성한 알칼리제를 현지에서 분쇄하면서 첨가해도 좋다. 또한, 각 알칼리제를 물에 용해한 슬러리 또는 수용액에서도 실시가 가능하다.
(10) 상기 다른 알칼리제는, 소석회, 수산화 나트륨, 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 탄산나트륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 및 결점 베이킹소다로부터 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 알칼리제인 (9) 기재의 산성 가스의 처리 방법.
본 발명에 의한 제어를 실시하는 알칼리제와는 다른 염가의 알칼리제를 병용하는 것도 경제적으로 유효한 수단이 된다. 병용하는 알칼리별로 제한은 없지만, 일반적으로 이용되는 염가의 알칼리제로서는, 소석회, 수산화 나트륨, 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 탄산나트륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 미세 베이킹소다를 예시할 수 있다.
본 발명에 의해, 고가의 산성 가스 측정 장치를 추가로 도입할 필요가 없는 피드백 형식에 있어서, 출구의 산성 가스 농도의 피크 발생이 적은 안정된 산성 가스 처리를 실시함과 동시에 알칼리제의 과잉 첨가를 저감하기 위한 새로운 제어 방식에 의한 산성 가스 처리 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 소각 시설에 있어서의 배기가스인 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가하는 산성 가스 처리시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 시뮬레이션 반응계의 기본 구성도이다.
도 3은 배기가스 반응에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가 당량과 HCl 제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 백필터상 반응에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가 당량과 HCl 제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 입구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실제 기기 검토 결과의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 7은 시뮬레이션 검토 결과의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 8은 시뮬레이션 검토 결과의 비교예 및 실시예 마다의 알칼리제 첨가량 등을 나타내는 표이다.
도 9는 입구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예 1에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 12는 비교예 2, 실시예 2 및 20에 있어서의 스텝 제어 방식의 제어 설정 표이다.
도 13은 비교예 2에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 2에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 15는 비교예 3, 실시예 3, 9, 10, 11 ,17, 18, 21및 22에 있어서의 스텝 제어 방식의 제어 설정 표이다.
도 16은 비교예 3에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시예 3에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시예 4에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 19는 실시예 5에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 20은 실시예 6에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 21은 실시예 7에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 22는 실시예 8에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 23은 실시예 9에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 24는 실시예 10에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 25는 실시예 11에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 26은 실시예 12에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 27은 실시예 13에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 28은 실시예 14에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 29는 실시예 15에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 30은 실시예 16에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 31은 실시예 17에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 32는 실시예 18에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 33은 비교예 4에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 34는 실시예 19에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 35는 실시예 20에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 36은 실시예 21에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 37은 실시예 22에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 38은 소각 시설에 있어서의 배기가스인 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가하는 산성 가스 처리시스템(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 39는 실제 기기 검토 결과의 비교예 및 실시예 마다의 알칼리제 첨가량 등을 나타내는 표이다.
도 40은 비교예 5에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 41은 비교예 6, 실시예 23 및 24에 있어서의 스텝 제어 방식의 제어 설정 표이다.
도 42는 비교예 6에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 43은 실시예 23에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 44는 실시예 24에 있어서의 미분 베이킹소다 첨가량, 입구 HCl 농도 및 출구 HCl 농도의 거동을 나타내는 그래프이다.
이하에 실시 형태를 들어 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 소각 시설에 있어서의 배기가스인 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가하는 산성 가스 처리시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
산성 가스 처리시스템(1)은, 제어장치(11), 미분 베이킹소다 첨가장치(12), 백필터(13), HCl 농도 측정기기(14)로 구성되어 있다. 제어장치(11)는, HCl 농도 측정기기(14)로부터 송신되는 HCl 농도 측정 신호, 및 과거의 평균 첨가량으로부터 산출되는 기초 첨가량에 근거하여 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치를 피드백 제어(PID 제어 방식 또는 스텝 방식)에 의해 산출한다. 미분 베이킹소다 첨가장치(12)는, 제어장치(11)가 산출한 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치에 근거하여 배기가스 중의 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가한다.
덧붙여 기초 첨가량은, 평균 시간(예를 들면, 이동평균 시간)동안의 과거의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱해 산출된다.
백필터(13)는, 배기가스 중의 HCl과 미분 베이킹소다의 반응 후의 분진을 제거한다. HCl 농도 측정기기(14)는, 백필터(13)상에 축적된 미분 베이킹소다(배기가스 중의 HCl과의 반응에 의해서 잔존한 미분 베이킹소다가 백필터(13)상에 축적된다)와 배기가스 반응 후의 HCl이 반응한 후의 HCl 농도(후술하는 백필터 출구 HCl 농도)를 측정하고, HCl 농도 측정 신호를 제어장치(11)에 송신한다.
산성 가스 처리시스템(1)은, 이러한 사이클을 반복하여 피드백 제어를 실시하는 것으로, 제어장치(11)는, 미분 베이킹소다 첨가량의 제어 출력치를 적절하게 하는 제어를 실시한다.
덧붙여 HCl 농도 측정기기(14)는, 예를 들면 이온 전극식의 HCl 농도 측정 장치이다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 백필터(13)상에 축적된 미분 베이킹소다와 배기가스 반응 후의 HCl이 반응한 후의 HCl 농도(후술하는 백필터 출구 HCl 농도)를 측정하도록 HCl 농도 측정기기(14)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것은, 배기가스중의 HCl과의 반응에 의해서 잔존하는 미분 베이킹소다가 백필터(13)상에 축적되어 이 축적된 미분 베이킹소다가 배기가스 반응 후의 HCl와 반응하기 때문에, 보다 정확하게 HCl 농도의 측정을 할 수 있기 때문이다.
또한, 제어장치(11)는, 산출한 기초 첨가량을 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치의 하한치(예를 들면, 후술하는 LO: 첨가량 하한)로서 피드백 제어를 실시한다.
따라서, 본 기초 첨가량을 베이스로 하여 종래의 피드백 연산에 의해 첨가량의 과부족이 조정되기 때문에, 알칼리제의 첨가가 적정화되어 산성 가스를 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 평균 첨가량의 평균 시간은, 특히 제한은 없지만, 첨가량의 이동평균 등의 평균치를 활용하는 것이 유효하고 평균 시간은 5분 이상, 15~24시간 정도로 활용하는 것이 바람직하다. 또한, 기초 첨가량으로 규정하는 계수는, 1배 이하가 좋다. 1배 이상의 계수를 이용할 경우, 산성 가스의 안정 처리는 가능하지만, 입구 산성 가스 농도의 감소에 수반하는 첨가량의 감소를 방해하기 때문에 과잉 첨가가 된다. 기초 첨가량은, 평균 첨가량의, 1배 이하(계수100% 이하)이면 좋지만, 특히 0.5~0.95배(50~95%), 특히 0.7~0.9배(70~90%)가 바람직하다.
더욱이 제어장치(11)는, HCl 농도의 기울기(농도의 시간 변화율)가 플러스 범위와 마이너스 범위의 2개의 범위를 마련한다. 그리고, 이들 2개의 범위마다 HCl 농도의 제어 목표치를 설정한다.
여기서, HCl 농도의 제어 목표치의 설정은, HCl 농도의 기울기가 플러스 범위에 대해서 마련하는 제어 목표치가, 마이너스 범위에 대한 제어 목표치보다 작아지도록 설정해도 좋다. 이와 같이 함으로써, HCl 농도 상승 시로의 미분 베이킹소다 첨가량을, HCl 농도 하강 시보다 많게 할 수 있다. 또한, 반대로 HCl 농도 하강 시로의 미분 베이킹소다 첨가량을, HCl 농도 상승시보다 적게 할 수 있다. 따라서, 피드백 연산에 의한 미분 베이킹소다의 첨가 출력을 미리 실시할 수 있어 계측 지연에 의한 영향을 한층 더 경감할 수 있다.
더욱이, 제어장치(11)는, 스텝 방식에 의한 피드백 제어를 실시해도 좋다. 여기서, 스텝 방식은, HCl 농도에 대응하는 제어 출력을 단계적으로 설정하는 제어 방식이다. 구체적으로는, PID 제어 방식에 있어서 설정되어 있는 제어 출력치의 상한치에 더하여, 제어 출력치의 추가적인 상한치를 HCl 농도에 따라 설정한다.
여기서, 통상의 PID 제어에 있어서의 출력 상한은 1개 밖에 없고, 산성 가스가 제어 목표치 이상이 되면 산성 가스 농도의 크기에 관계없이, 상한치까지 알칼리제는 첨가 가능해져, 과잉 첨가를 일으킨다. 그래서, 스텝 제어 방식을 채용하는 것에 의하여, 첨가량 출력치의 하한치와 상한치와의 사이에, 현재의 HCl 농도에 따라 추가적인 제어 출력 상한치를 더함으로써, HCl 농도의 크기에 따라 미분 베이킹소다의 적정한 첨가가 가능해져, 첨가량의 과잉 첨가의 억제가 가능해진다.
더욱이 HCl 농도에 따라 새로운 제어 출력 상한치(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 LM1[출력 제한 1], LM2[출력 제한 2]) 가 설정되지만, HCl 농도가 높은 만큼 추가적인 제어 출력 상한치도 높게 설정된다. 다만, 알칼리제의 과잉 첨가의 억제를 위해서는, PID 제어 방식에서 설정되어 있는 제어 출력치의 상한치(예를 들면, 후술하는 도 12, 도 15, 도 41의 LH[제어 출력 상한]) 보다 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태로 이용하는 산성 가스의 측정 장치는 계측 방식에 관계없이 실시가 가능하다. 염화수소 농도는, 이온 전극법, 레이저에 의한 단일 흡수선흡수 분광법 등으로 측정 가능하고, 유황 산화물은, 적외선 흡수법, 자외선 형광법 등으로 측정이 가능하다. 덧붙여 본 실시 형태에서는, 종래의 피드백 제어에서는 가미되어 있지 않았던 타당한 기초 첨가량을 활용하는 것으로써 개선 효과를 얻을 수 있는 것으로부터, 계측 지연 속도에 관계없이 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
산업 폐기물 소각로나 민간 공장의 연소 시설에 대해서는, 염화수소와 유황 산화물이 고농도로 발생하는 경우가 많다. 이 때에는, 염화수소와 유황 산화물의 양쪽 모두가 처리 대상이 되어, 백필터 후단에 설치된 염화수소 농도 측정 장치의 염화수소 농도를 기초로 상기 제어 방식에서 구해지는 제어 출력과 유황 산화물 농도를 기초로 상기 제어 방식에서 구해지는 제어 출력을 예를 들면 가산함에 의하여, 염화수소 및 유황 산화물의 두 산성 가스를 안정되게 처리할 수 있다.
더욱이 산성 가스의 배출 농도 관리를 각 산성 가스 농도(염화수소, 유황 산화물 농도)의 1시간 평균치로 관리하고 있는 시설이 있다. 일반적으로는, 제어 목표치(SV)를 마련하여 제어하지만, 제어 목표치는 어디까지나 목표이며, 제어한 결과 목표치를 넘는 농도가 되는 케이스가 때때로 있다. 특히 첨가량 저감과 산성 가스의 안정 처리는 상반되는 사상인 것으로부터, 첨가량 저감이 요구되면 요구될수록, 1시간 평균치가 관리치를 넘는 리스크가 강해진다. 이 경우, 1시간 평균 관리치 이상, 혹은 거기에 가까운 농도에 이르렀을 경우, 다량의 알칼리제(어느 일정 첨가량을 규정)를 첨가하는 것으로써, 첨가량 저감과 산성 가스의 안정 처리가 양립할 수 있는 안심도 높은 제어가 가능해진다.
본 실시 형태로 이용하는 알칼리제는, 특히 제한은 없다. 특히 산성 가스와의 반응이 빠른 평균 입자 지름이 5~30μm으로 조정된 미분 베이킹소다는, 제어 응답성이 좋고, 본 제어 방법의 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다. 또한, 소석회는, JIS특호 소석회에서도 가능하지만, 산성 가스와의 반응성이 높은 비표면적이 예를 들면 30 m2/g이상인 고비표면적의 소석회를 이용하는 것이, 본 발명의 성능을 발휘할 수 있다. 상기 이외의 알칼리제로서는, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 등을 예시할 수 있다.
또한, 알칼리제가 분체의 경우, 산성 가스와의 반응성이 높은 입자 지름이 30μm미만, 특히 5~20μm의 미분 쪽이 바람직하다. 미리 입경을 조정한 제를 적용해도 좋고, 현지에 분쇄 설비를 마련하여 입경이 엉성한 알칼리제를 현지에서 분쇄하면서 첨가해도 좋다. 또한, 각 알칼리제를 물에 용해한 슬러리 또는 수용액에서도 실시가 가능하다.
더욱이 본 실시 형태에 의한 제어를 실시하는 알칼리제와는 다른, 염가의 알칼리제를 병용하는 것도 경제적으로 유효한 수단이 된다. 병용하는 알칼리제에 제한은 없지만, 일반적으로 이용되는 염가의 알칼리제로서는, 소석회, 수산화 나트륨, 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 탄산나트륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 미세 베이킹소다를 예시할 수 있다.
[실시예]
시뮬레이션 반응계에 대해 설명한다.
[시뮬레이션 반응계] : 배기가스와 백필터상에 있어서의 복합 반응
시뮬레이션 반응계는, 미분 베이킹소다와 염화수소(HCL)와의 반응이 배기가스 중에서 순간에 일어나는 반응과 백필터상에 축적된 미반응의 미분 베이킹소다와 HCL와의 두 개의 반응으로 구성하였다(도 2 참조). 또한, 백필터에 있어서의 포집물의 체류 시간은, 통상 2시간 정도이다. 따라서, 본 시뮬레이션에 있어서는, 백필터상의 미분 베이킹소다는, 규정 시간(약 2시간으로 설정)에 소멸하는 형태로 하였다.
도 2를 참조하고, 시뮬레이션 반응계의 기본 구성을 설명한다.
우선, 소각 시설에 있어서의 약주(약품주입)제어에서는, 백필터 출구에 설치된 이온 전극식의 HCl 농도 측정 기기의 HCl 농도(처리 후) 신호를 기본으로 PID등의 제어식의 연산에 의해 약제 첨가량(미분 베이킹소다 첨가량(Ag)) 을 결정하여(아래와 같이 식(1)), 결정한 첨가량의 미분 베이킹소다(산성 가스 처리제)를 배기가스(입구 HCl 농도(Hi))에 첨가한다. 화기 통로에 첨가된 미분 베이킹소다는 배기가스 중의 HCl 등의 산성 가스와 반응하여 배기가스 중의 HCl이 제거된다.
Ag = Ag1+LO (1)
Ag : 미분 베이킹소다 첨가량[kg/h]
Ag1 : HCl 농도 측정 기기의 출력으로부터 규정되는 첨가량[kg/h](스텝 방식의 경우, 도 12, 15, 41 참조)
LO : 첨가량 하한[kg/h]
통상 시(본 발명과 관련되는 기초 첨가량을 적용하지 않는 경우)에는, 미리 설정한 LO를 사용한다.
본 발명과 관련되는 기초 첨가량을 적용하는 경우에는, LO를 지정 시간의 이동평균 첨가량에 소정의 계수를 곱한 기초 첨가량으로 출력을 연산한다.
또한, 미분 베이킹소다에 의한 입구 HCl 농도의 HCl 제거율은, 폐사 미분 베이킹소다의 적용 지견으로부터 배기가스 반응 미분 베이킹소다 첨가 당량(Jg)과 배기가스 반응 HCl 제거율(αg)과의 관계(도 3) 및 백필터상 반응 미분 베이킹소다 첨가 당량(Js)과 백필터상 반응 HCl 제거율(αs)과의 관계(도 4)로부터 시험 계산하였다. 또한, HCl과 미분 베이킹소다와의 반응은 순간으로 하였다. 우선, 배기가스에 있어서의 반응 후의 HCl 농도(Hg)는, 배기가스 반응의 미분 베이킹소다 첨가 당량(Jg)과 배기가스 반응 HCl 제거율(αg)에 의해 유도된다(아래와 같이 식(2)). 덧붙여 배기가스 반응의 미분 베이킹소다 첨가 당량(Jg)은, 아래와 같이 식(3)에 의해 산출된다.
Hg = Hi×(1-αg÷100) (2)
Hi: 입구 HCl 농도(ppm)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl 농도(ppm)
αg : 배기가스 반응에 있어서의 HCl 제거율(%)
[배기가스 반응 미분 베이킹소다 첨가 당량과 HCl 제거율의 관계(도 3)로부터 설정]
Jg = Ag÷{Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000} (3)
Jg : 배기가스 반응 미분 베이킹소다 첨가 당량
Ag : 미분 베이킹소다 첨가량(kg/h)
Hi : 입구 HCl 농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 베이킹소다 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[55,000 N㎥/h로 설정]
또한, 배기가스 반응에 의해 잔존한 미분 베이킹소다는, 백필터상에 수시 축적된다. BF상에 축적된 미분 베이킹소다는, 배기가스 반응 후의 HCl과 반응하여, 백필터 출구의 HCl 농도(Ho)가 정해진다. 이 때, BF상 축적 미분 베이킹소다량(As)은, 배기가스 반응으로 축적된 미분 베이킹소다로부터 BF상에서 HCl과 반응한 미분 베이킹소다량을 공제하였다. 또한, 본 백필터상 축적 미분 베이킹소다량(As)과 배기가스 반응 후의 HCl 농도(Hg)로부터 시험 계산되는 백필터상 미분 베이킹소다 첨가 당량(Js)(아래와 같이 식(5))으로부터 백필터상에서의 HCl 제거율(αs)을 결정하여 백필터 출구의 HCl 농도(Ho)를 결정하였다(아래와 같이 식(4)).
Ho = Hg×(1-αs÷100) (4)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl 농도(ppm)
Ho : 백필터 출구 HCl 농도(ppm)
αs : 백필터상 반응의 HCl 제거율(%)
[백필터상 미분 베이킹소다 첨가 당량과 HCl 제거율의 관계(도 4)로부터 설정]
Js = As÷{Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000} (5)
Js : 백필터상 미분 베이킹소다 첨가 당량
As : 백필터상 미분 베이킹소다량(kg/h)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl 농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 베이킹소다 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(N㎥/h)[55,000 N㎥/h로 설정]
As = Zn÷Ts×3600 (6)
Zn : 백필터상 미분 베이킹소다 축적량(kg)
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5 sec 설정]
Zn = Ｚｎ' ×(1-2.3÷T4×Ts) (7)
Ｚｎ' : 미반응 미분 베이킹소다량(kg)
T4 : 백필터상 축적 미분 베이킹소다 90% 소멸 완화시간(sec)
[7,200 sec 설정]
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5 sec 설정]
Ｚｎ' = (Ag÷3600×Ts-Rg)+(Ｚｎ－１- Rs) (8)
Ag : 미분 베이킹소다 첨가량(kg/h)
Ts : 단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5 sec 설정]
Rg : 배기가스 반응에 있어서의 베이킹소다 반응량(kg/h)
Ｚｎ－１ : Ts(Sec) 전의 백필터상 미분 베이킹소다 축적량(kg)
Rs : 백필터상 반응에 있어서의 베이킹소다 반응량(kg/h)
Rg = (Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αg÷100 (9)
Hi : 입구 HCl 농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 베이킹소다 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(N㎥/h)[55,000 N㎥/h로 설정]
αg : 배기가스 반응에 있어서의 HCl 제거율(%)
Rs = (Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αs÷100 (10)
Hg : 배기가스 반응 후 HCl 농도(ppm)
M1 : HCl 분자량[36.5로 설정]
M2 : 베이킹소다 분자량[84로 설정]
F : 배기가스량(Nm3/h)[55,000 Nm3/h로 설정]
αs : 백필터상 반응의 HCl 제거율(%)
본 반응 후의 백필터 출구의 HCl 농도가 이온 전극식의 HCl 농도 측정기기(14)로 측정된다. 그런데, 이온 전극식의 HCl 농도 측정기기(14)에서는, 시설에 의한 지연 시간(T1), 배기가스 샘플링에 의한 계측 지연 시간(T2α), 및 이온 전극식의 측정에 의한 계측 지연 시간(T2β, 응답 시간)이 있어, 피드백 특유의 제어 지연이 발생한다.
그래서 본 시뮬레이션의 HCl 농도 측정기기(14)의 지연 시간(T)은, 시설에 의한 지연 시간(T1)과 HCl 농도 측정기기(14)의 계측 지연 시간(T2)의 합계로 하였다(아래와 같이 식(11)). 덧붙여 HCl 농도 측정기기(14)의 계측 지연 시간(T2)은, HCl 처리 후의 배기가스를 화기 통로로부터 샘플링 하는 계측 지연 시간(T2α)과 이온 전극식 HCl 농도 측정 기기(T2β)의 계측 지연 시간(응답 시간)을 설정하여, 이들의 합으로 하였다(아래와 같이 식(12)). 일반적으로 이용되고 있는 이온 전극식의90% 응답 시간(계측 지연)은, HCl 가스의 흡수액으로의 확산이 영향을 주기 때문에 T2β는(아래와 같이 식(13)) 으로 하였다. 본 시뮬레이션에 있어서, 계측 지연 시간의 긴 이온 전극식은, 실제 기기 시설의 상황으로부터 T1=30초, T2α=390초(샘플링 지연 210초+취소 스크러버 통과 지연 180초), T2β=180초의 합계 600초(10분: T1=0. 5분 , T2=9. 5분 )로 하였다.
덧붙여 이온 전극식보다 계측 지연 시간이 짧은 HCl 농도 측정 기기를 이용하는 경우, 계측 지연 시간을 바꾸어 거동을 확인하였다.
[HCl 농도 측정 기기(저속 응답, 이온 전극식을 모의)]
T=T1+T2 (11)
T: HCl 농도 측정 기기의 시뮬레이션 반응계의 지연 시간(sec)
T1: 시설의 지연 시간(sec)[30 sec 설정]
T2: HCl 농도 측정 기기의 계측 지연 시간(sec)
T2=T2α+T2β (12)
T2α: HCl 농도 측정 기기의 배기가스 샘플링 시간(sec)
[390 sec 설정]
T2β: HCl 농도 측정 기기의 90% 응답 시간(sec)[180 sec 설정]
T2β=2.3×τ (13)
Yn=Ｙｎ－１+ (Xn - Ｙｎ－１)÷τ×Ts (14)
τ: 완화시간(sec)
Ts: 단위 시뮬레이션 시간(=데이터 샘플링 시간)(sec)
[0.5 sec 설정]
Xn: 현재의 측정 장치 입력 HCl 농도(ppm)
Yn: 현재의 측정 장치 출력 HCl 농도(ppm)
Ｙｎ－１: 전회(Ts(sec) 전)의 측정 장치 출력 HCl 농도(ppm)
또한, 산성 가스를 처리하는 알칼리제의 첨가량은, HCl 계측 기기로 측정된 농도를 기본으로 시험 계산한 피드백에 의해 구해지는 첨가 출력을 기본으로 규정된다(상기 식(1)). 본 발명과 관련되는 기초 첨가량은, 이동평균 첨가량×계수(1배 이하)를 피드백 제어의 하한으로 연산하였다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 변동하는 입구 HCl 농도를 이용하여, 실제 기기에 있어서의 PID의 첨가 거동 및 HCl 발생 상황(도 6) 및 본 시뮬레이션 반응계의 결과(도 7)로부터 배기가스 반응과 BF상 반응의 HCl과의 반응 효율을 설정하였다. 본 검토 결과를 도 6및 도 7에 나타낸다. 본 시설에 대해서는, 배기가스의 HCl 제거 효율이 80%, BF상 반응의 제거 효율이 65%로 실제 기기와 시뮬레이션의 거동이 일치하였다(도 6, 도 7). 따라서, 본 조건으로 이하 시뮬레이션을 실시하였다. 덧붙여 본 시뮬레이션에 있어서는, 제어 방법에 따르는 제어 응답성을 분명히 하기 위하여, 비교적 변동이 큰 시간대의 입구 HCl 농도(Hi)를 이용하여 실시하였다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예에 있어서의 검토는, 실제 기기 검토 결과로부터 시뮬레이션 반응계를 제작하여, 각 제어 방법에 따르는 제어 결과를 검토한 것이다. 덧붙여 기초 첨가량에 있어서의 평균 첨가량의 평균 시간이 긴 조건(3시간, 6시간)이 있기 때문에, 입구 HCl 농도를 반복 이용하여 6~9시간 경과시의 결과로 평가하였다.
[ 비교예 1]
도 9에 나타내는 입구 HCl 농도를 이용하여, 상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간계 9.5분 )로 계측한 HCl 농도를 기본으로 PID 제어 방식 「P(비례 게인)=100%, I=0. 1초, D=0. 1초, 첨가량 출력 하한 200 kg/h, 첨가량 출력 상한 480 kg/h」에 있어서 출구 HCl 농도의 제어 목표치(SV)를 200 ppm으로 설정하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도(평균, 1시간 평균 최대, 순간 최대, 1시간 평균 최소, 순간 최소)를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 10에 나타낸다.
산성 가스의 배출 관리치로서 잘 이용되는 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 212 ppm, 순간 최대는 384 ppm였다.
[ 실시예 1]
30분 이동평균 첨가량(kg/h)에80%의 계수를 곱해 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 1에 나타내는 동일 설정 조건으로 연산해 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 11에 나타낸다.
실시예 1에 의하면, 1시간 평균치의 HCl의 최대치는, 189 ppm, 순간 최대는 309 ppm과 비교예 1에 비하여 산성 가스 처리 성능이 향상됨과 동시에 첨가량도 330 kg/h로부터 315 kg/h로 저감되었다.
여기서, 스텝 제어 방식의 개요를 설명한다. 비교예 2, 3및 6, 실시예 2, 3, 9~11, 17, 18, 20~24에서는 PID 제어 방식에 대신해 스텝 제어 방식에 의한 제어를 실시한다.
스텝 방식은 PID 제어 방식과 달리, 출구의 HCl 농도에 따라 출력을 단계적으로 규정하는 제어 방식으로 하였다. 비교예 2, 실시예 2, 20(도 12)으로 설명하면 HCl 농도가 SV제어 목표치[제어 출력 개시 농도(출력 하한 이상)] ~SM1간은 제어 출력을 LO와 LM1간에 단계적으로 출력한다. HCl 농도가 SM1~SM2간으로는 LM2로 설정한 제어 출력을 출력하여, SM2 이상에서는 LH(제어 출력 상한)를 출력하는 형식으로 하였다. 덧붙여 통상의 PID 제어식에서는 출력 제한이 없고, LO와 LH의 설정뿐이다. 또한, HCl 기울기에 의한 제어 연산으로 이용하는 HCl 농도와 제어 출력을 결정하는 테이블의 보정은 SVA1와 SVA2로 실시하여, HCl 기울기가 플러스일 때는 연산으로 이용하는 HCl 농도로부터 SVA1를 빼고, HCl 기울기가 마이너스일 때에는 연산으로 이용하는 HCl 농도에 SVA2를 더하였다. 이에 의해 동일한 HCl 농도를 입력했을 때에 연산되는 제어 출력이, HCl 기울기의 값이 큰 경우(산성 가스 농도가 증가 경향)의 제어 출력치가 HCl 기울기의 값이 작은 경우의 제어 출력치에 비해 커지는 형식으로 하였다.
덧붙여 미분 베이킹소다 첨가량(Ag)은, 상기 식(1)에서 구할 수 있다.
[ 비교예 2]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간 9.5분 )로 계측한 HCl 농도를 기본으로 스텝 방식의 제어에서 제어 목표치(본 방식에서는 알칼리제의 제어 출력이 출력 하한 이상으로 첨가되는 농도를 SV라고 규정한다)를 200 ppm으로 설정하여 피드백 제어(도 12 참조)하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 13에 나타낸다.
스텝 방식에 의한 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 212 ppm, 순간 최대는 383 ppm였다.
[ 실시예 2]
30분 이동평균 첨가량(kg/h)에 80%의 계수를 곱해 기초 첨가량으로 하여, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 2에 나타내는 스텝 방식의 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 14에 나타낸다.
실시예 2에 의하면, 스텝 방식에 대해도 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 195 ppm, 순간 최대는 320 ppm과 비교예 2에 비해 산성 가스 처리 성능이 향상됨과 동시에 첨가량도 295 kg/h로부터 289 kg/h로 저감되었다.
[ 비교예 3]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간 9.5분)로 계측한 HCl 농도를 기본으로 스텝 방식의 제어에 있어서 바로 옆의 HCl 농도의 기울기의 6초 평균이 플러스의 경우, 제어 목표치(SV)를 180 ppm(SV-20 ppm)으로 하고, 바로 옆의 HCl 농도의 기울기의 6초 평균이 마이너스의 경우, 제어 목표치(SV)를 220 ppm(SV+20 ppm)으로 피드백 제어(도 15 참조)하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 16에 나타낸다.
본 스텝 방식에 더하여 제어 목표치를 HCl 농도의 기울기에 의해 변경(이후 SV변경이라고 칭함)한 본 피드백 제어에 의한 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 216 ppm, 순간 최대는 381 ppm였다.
[ 실시예 3]
30분 이동평균 첨가량(kg/h)에 80%의 계수를 곱해 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 3에 나타내는 피드백 형식의 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 17에 나타낸다.
실시예 3에 의하면, 상기 피드백 방식에서 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 198 ppm, 순간 최대는 283 ppm과 비교예 3에 비하여 산성 가스 처리 성능이 향상됨과 동시에 첨가량도 301 kg/h로부터 289 kg/h으로 저감되었다.
[ 실시예 4~8]
평균 시간을 바꾼 이동평균 첨가량(kg/h)[실시례4:5분, 실시례5:15분, 실시예6:1시간, 실시예7:3시간, 실시예8:6시간]에 80%의 계수를 곱해 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 1에 나타내는 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 18~22에 나타낸다.
실시예 4~8에 의하면, 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱한 기초 첨가량을 피드백 제어의 인자로서 활용하여, 알칼리제의 첨가량을 연산함으로써 산성 가스의 안정 처리가 가능해진다.
실시예 4~8의 효과는, 평균 첨가량의 인자를 피드백으로 활용하는 것에 의하여 얻어지고, 평균 시간에 특히 제한이 없다. 첨가량 평균 시간 5분 (실시예 4)에 있어서는 동등한 첨가량으로 출구 HCl 농도 1시간 평균치 최대로 186 ppm, 순간 최대 369 ppm과 산성 가스의 안정 처리 효과를 얻을 수 있다.
더욱이 첨가량 평균 시간 6시간(실시예 8)에 있어서도, 출구 HCl 농도의 1시간 평균치 최대는 194 ppm, 순간 최대 308 ppm과 안정 처리 효과를 얻을 수 있음과 동시에 첨가량도 311 kg/h으로 저감되어 있다. 첨가량의 평균 시간은 5분 이상이 바람직하고, 특히 15분~6시간이 바람직하다.
[ 실시예 9~11]
평균 시간을 변경한 이동평균 첨가량(kg/h)[실시예9 : 15분, 실시예10 : 1시간, 실시예11 : 3시간]에 80%의 계수를 곱해 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 3에 나타내는 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 23~25에 나타낸다.
스텝+SV변경 방식에 의한 피드백 제어에 있어서의 첨가량 평균 시간 15분 ~3시간으로 바꾸었을 때의 실시예 9~11에 의하면, 첨가량 평균 시간과 관계없이, 산성 가스 안정 처리 효과와 첨가량 저감 효과를 얻을 수 있다. 본 방식은, 특히 첨가량이 288~292 kg/h와 첨가량 저감 효과가 뛰어난 제어 방식이다.
[ 실시예 12~16]
1시간 이동평균 첨가량(kg/h)에 곱해지는 계수를 변경하여 [실시예12 : 95%, 실시예13 : 90%, 실시예14 : 80%, 실시예15 : 70%, 실시예16 : 50%] 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 1에 나타내는 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 26~30에 나타낸다.
실시예 12~16의 효과는, 평균 첨가량의 인자를 피드백에 활용하는 것에 의하여 얻어지고, 기초 첨가량을 연산할 때에 평균 첨가량에 곱해지는 계수는 1배 이하이면 좋고, 특별한 제한은 없다. 본 계수에 1배(100%) 이상의 계수를 곱했을 경우, 입구 HCl 농도가 감소해도, 본 기초 첨가량에 이용되는 평균 첨가량이 감소하지 않고 과잉 첨가를 일으킨다.
본 기초 첨가량을 연산하는 계수가95%(실시예 12)~70%(실시예 15)에 있어서는, 모두 출구 HCl 농도의 1시간 평균치 최대 및 순간 최대치가 비교예 1에 비해 저하되고, 산성 가스의 안정 처리 효과를 얻음과 동시에 첨가량 저감 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 계수가50%에서는(실시예 16) 첨가량이 약간 증가했지만 산성 가스 안정 처리 효과가 얻어졌다. 기초 첨가량을 연산할 때에 평균 첨가량에 곱해지는 계수는, 1배 이하이면 좋고, 바람직하게는 50~95%, 특히 70~90%가 바람직하다.
[ 실시예 17, 18]
1시간 이동평균 첨가량(kg/h)에 곱해지는 계수를 변경하여 [실시예17 : 90%, 실시예18 : 70%] 기초 첨가량으로 하고, 첨가량 출력 하한으로서 활용한 이외에는, 비교예 3에 나타내는 동일 설정 조건으로 연산하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 31, 32에 나타낸다.
스텝+SV변경 방식에 의한 피드백 제어에 있어서의 기초 첨가량을 연산할 때에 곱해지는 계수를 70~90%로 변경했을 때의 실시예 17, 18에 의하면, 기초 첨가량을 연산하는 계수와 상관없이, 산성 가스 안정 처리 효과와 첨가량 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 방식은, 특히 첨가량이 289~297 kg/h으로 첨가량 저감 효과가 뛰어난 제어 방식이다.
[ 비교예 4]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간계 2초)로 계측한 HCl 농도를 기본으로 PID 제어 방식 「P(비례 게인)=100%, I=0. 1초, D=0. 1초, 첨가량 출력 하한 200 kg/h, 첨가량 출력 상한 480 kg/h」에 있어서 출구 HCl 농도의 제어 목표치(SV)를 200 ppm으로 설정하여 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 33에 나타낸다.
측정 기기의 계측 지연 시간에 의한 영향을 검토하였다. 계측 지연이 적은 고속 응답의 HCl 측정 기기를 이용하여 피드백 제어했을 경우, 알칼리제의 첨가량 변화와 출구 HCl 농도의 변화는 순간적으로 일어나고 개선은 되는 것으로 예측되었다. 그러나, 알칼리제 첨가 변동에 의한 첨가 불량이 일어나는 것으로 예측되고, 산성 가스의 배출 관리치로서 잘 이용되는 출구 HCl 농도의 1시간 평균치의 최대치는, 209 ppm, 순간 최대는 385 ppm였다.
[ 실시예 19]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간계 2초)로 계측한 HCl 농도를 기본으로 PID 제어 연산한 이외에는 실시예 1과 동일 조건으로 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 34에 나타낸다.
[ 실시예 20]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간계 2초)로 계측한 HCl 농도를 기본으로 스텝 방식에 의한 연산을 한 이외에는 실시예 2와 동일 조건으로 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 35에 나타낸다.
[ 실시예 21]
상기 시뮬레이션에서 HCl 측정 기기(측정 기기 계측 지연 시간계 2초)로 계측한 HCl 농도를 기본으로 스텝+SV변경 방식에 의한 연산을 한 이외에는 실시예 3과 동일 조건으로 피드백 제어하였다.
미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 36에 나타낸다.
실시예 21에 의하면, 계측 기기의 계측 지연 시간의 장단에 상관없이 효과를 발휘한다. 또한 제어 형식으로서는 피드백 형식이면 모두 효과를 발휘한다. 실시예 19~21은, 계측 지연 시간 2초를 상정한 결과이지만, 피드백에 의한 알칼리제의 첨가 불량을 억제하여, 모두 산성 가스의 안정 처리 효과 및 첨가량 저감 효과를 얻을 수 있었다.
[ 실시예 22]
상기 시뮬레이션에서 출구 HCl 농도의 1시간 평균치가 190 ppm를 넘을 경우, 480 kg/h의 알칼리제의 첨가를 실시한 이외에는, 실시예 10과 동일 조건(지연 시간 9.5분 , 스텝+SV변경)으로 피드백 제어하였다. 미분 베이킹소다 첨가량과 미분 베이킹소다로 처리한 후의 백필터 출구 HCl 농도를 도 8에 나타낸다. 또한, 본 제어 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 출구 HCl 농도의 거동을 도 37에 나타낸다.
산성 가스의 배출 농도 관리는 각 산성 가스 농도(염화수소, 유황 산화물 농도)의 1시간 평균치로 관리하고 있는 시설이 있다. 제어에 있어서는 제어 목표치(SV)를 마련하여 제어하는 것이 일반적이지만, 제어 목표치는 어디까지나 목표이며, 제어한 결과 목표치를 넘는 농도가 되는 케이스가 있다.
본 실시예는, 출구 HCl 농도의 1시간 평균치가 200 ppm를 넘는 실시예 10에 있어서, 1시간 평균 관리(190 ppm 이상은 480 kg/h첨가)를 실시한 예이다. 출구의 1시간 평균치가 관리해야 할 농도에 가까워졌을 경우, 알칼리제를 대량으로 첨가하는 제어를 실시하는 것으로써, 산성 가스의 한층 더 안정적인 처리 효과와 효율적인 알칼리제의 이용이 가능해진다.
이하, 실제 기기 검토 결과인, 비교예 5, 6, 실시예 23, 24에 대해 설명하면서, 비교예 5, 6, 실시예 23, 24에서 이용되는 산성 가스 처리시스템(2)의 구성에 대해 설명한다.
도 38은, 소각 시설에 있어서의 배기가스인 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가하는 산성 가스 처리시스템(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
산성 가스 처리시스템(2)은, 제어장치(21), 미분 베이킹소다 첨가장치(22), 미분 베이킹소다 첨가장치(26), 백필터(23), HCl 농도 측정 기기(이온 전극 방식)(24)로 구성되어 있다. 제어장치(21)는, HCl 농도 측정 기기(이온 전극 방식)(24)로부터 송신되는 HCl 농도 측정 신호, 및 과거의 평균 첨가량으로부터 산출되는 기초 첨가량에 근거하여 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치를 피드백 제어(PID 제어 방식 또는 스텝 방식)에 의해 산출한다. 미분 베이킹소다 첨가장치(22)는, 제어장치(21)가 산출한 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치에 근거하여 배기가스 중의 HCl에 미분 베이킹소다를 첨가한다. 또한, 미분 베이킹소다 첨가장치(26)는, 제어장치(21)가 산출한 미분 베이킹소다의 첨가량 출력치와는 관계없이 일정량의 미분 베이킹소다를 배기가스 중의 HCl에 첨가한다.
덧붙여 기초 첨가량은, 평균 시간(예를 들면, 이동평균 시간) 동안의 과거의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱해 산출된다.
백필터(23)는, 배기가스 중의 HCl과 미분 베이킹소다의 반응 후의 분진을 제거한다. HCl 농도 측정 기기(이온 전극 방식)(24)는, 백필터(23)상에 축적된 미분 베이킹소다(배기가스 중의 HCl과의 반응에 의해서 잔존하는 미분 베이킹소다가 백필터(23)상에 축적된다)와 배기가스 반응 후의 HCl가 반응한 후의 HCl 농도(후술하는 백필터 출구 HCl 농도)를 측정하고, HCl 농도 측정 신호를 제어장치(21)에 송신한다. 덧붙여 백필터의 입구 HCl 농도는, 도시하지 않은 HCl 농도 측정 기기(레이저 방식)에 의해서 측정된다.
산성 가스 처리시스템(2)은, 이러한 사이클을 반복하여 피드백 제어를 실시하는 것으로, 제어장치(21)는, 미분 베이킹소다 첨가량의 제어 출력치를 적절하게 하는 제어를 실시한다.
[ 비교예 5]
산업 폐기물 소각로에 있어서, 감온탑 출구~백필터간에 레이저 형식의 HCl 측정 기기(교토 전자 공업제 KLA-1)를 설치하여, 입구 HCl 농도를 측정하였다. 또한, 백필터 출구의 이온 전극 방식의 HCl 측정 기기(교토 전자 공업제 HL-36 N)로 측정되는 신호를 기초로 배출 기준치를 관리하는 산소 환산치로 피드백 제어를 실시하였다. 덧붙여 출구의 SOx 농도 신호에 의한 피드백 첨가 출력(SV180ppm)을 HCl 농도에 의한 첨가 출력에 가산하여 실시했지만, 본 시설에 대해서는, SOx가 발생하지 않았기 때문에 본 보고에서는 생략한다.
또한, 산성 가스를 처리하는 알칼리제는, 8μm미분 베이킹소다(쿠리타 공업제 하이파서 B-200)를 상기 피드백 제어에 의해 첨가하였다. 알칼리제의 첨가 장치는, 최대 첨가량의 문제때문에 2대를 활용하여, 1대는 180 kg/h정량 첨가로 하고, 1대는 상기 출구 HCl 농도 신호를 기초로 「하한을 20 kg/h상한 300 kg/h, PID 제어 설정 P(비례 게인)=100%, I=0.1초, D=0.1초」로 피드백 제어하였다.
백필터 입구 HCl 농도 및 백필터 출구 HCl 농도와 미분 베이킹소다의 첨가량(첨가 장치 2대 합산)을 도 39에 나타낸다. 또한, 본 제어 실시 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 입구 출구의 HCl 농도의 거동을 도 40에 나타낸다.
[ 비교예 6]
동일 시설에서, 백필터 출구의 이온 전극 방식의 HCl 측정 기기(교토 전자 공업제 HL-36 N)로 측정되는 HCl 농도 신호(산소 환산치)로 피드백 제어를 실시하였다.
덧붙여, 동일하게 출구의 SOx 농도 신호에 의한 피드백 첨가 출력(SV180ppm)을 HCl 농도에 의한 첨가 출력에 가산하여 실시하였다. 또한, 첨가 장치는, 동일하게 1대는 180 kg/h정량 첨가로 하고, 1대는 「스텝+SV변경 방식(자세한 것은 도 41 참조)」으로 하였다.
백필터 입구 HCl 농도 및 백필터 출구 HCl 농도와 미분 베이킹소다의 첨가량(첨가 장치 2대 합산)을 도 39에 나타낸다. 또한, 본 제어 실시 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 입구 출구의 HCl 농도의 거동을 도 42에 나타낸다.
[ 실시예 23]
동일 시설에서, 「스텝+SV변경 방식」의 피드백 제어에 있어서, 기초 첨가량[30분 이동평균 첨가량, 계수70%]를 활용하여, 출구 HCl 농도 1시간 평균치가 213 ppm 이상[본 시설 HCl 관리치 215 ppm 이하]으로 300 kg/h첨가하는 이외에는, 비교예 6과 동일한 설정으로 피드백 제어를 실시하였다. 덧붙여, 동일하게 출구의 SOx 농도 신호에 의한 피드백 첨가 출력(SV180ppm)을 HCl 농도에 의한 첨가 출력에 가산하여 실시하였다.
또한, 첨가 장치는 동일하게 1대는 180 kg/h정량 첨가로 하고, 1대는 「스텝+SV변경 방식(자세한 것은 도 41 참조)」으로 하였다.
백필터 입구 HCl 농도 및 백필터 출구 HCl 농도와 미분 베이킹소다의 첨가량(첨가 장치 2대 합산)을 도 39에 나타낸다. 또한, 본 제어 실시 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 입구 출구의 HCl 농도의 거동을 도 43에 나타낸다.
본 실시예는, 본 발명의 실제 기기에 의한 적용 결과이다. 비교예 5, 6에 비하여, 입구 HCl 농도의 변동이 적게 되었다. 본 실시예에 의하면, 본 발명과 관련되는 효율적인 알칼리제의 첨가에 의해 알칼리제의 입구 HCl 농도에 대한 첨가량을 나타내는 첨가 당량은, 비교예 5, 6에 비해 저감할 수 있어 효율적인 제어가 가능하였다.
[ 실시예 24]
동일 시설에서, 「스텝+SV변경 방식」의 피드백 제어에 있어서, 비표면적이 30㎡/g이상의 고반응 소석회(우쿠타마 공업 주식회사제 타마카르크 ECO)를 병용 활용하는 이외에는, 실시예 23과 동일한 설정으로 피드백 제어를 실시하였다. 덧붙여, 동일하게 출구의 SOx 농도 신호에 의한 피드백 첨가 출력(SV180ppm)을 HCl 농도에 의한 첨가 출력에 가산하여 실시하였다.
또한, 첨가 장치 1대는 고반응 소석회를 170 kg/h정량 첨가로 하고, 다른 1대는 「스텝+SV변경 방식(자세한 것은 도 41 참조)」으로 하였다.
백필터 입구 HCl 농도 및 백필터 출구 HCl 농도와 미분 베이킹소다의 첨가량(첨가 장치 2대 합산)을 도 39에 나타낸다. 또한, 본 제어 실시 시의 미분 베이킹소다 첨가량과 백필터 입구 출구의 HCl 농도의 거동을 도 44에 나타낸다.
본 실시예는, 비교적 공업적으로 염가인 소석회와 미분 베이킹소다를 병용하여 활용한 사례이다. 본 방법에 있어서도 안정되게 산성 가스의 안정 처리 효과를 얻을 수 있다. 염가의 소석회를 활용하여, 산성 가스 처리 비용이 저감되므로 공업적으로 유효한 방법이다.
1 : 산성 가스 처리 시스템
11 : 제어장치
12 : 미분 베이킹소다 첨가 장치
13 : 백필터
14 : HCl 농도 측정 기기

Claims (10)

  1. 산성 가스가 포함되는 연소 배기가스에 알칼리제를 첨가하여, 분진을 집진한 후의 산성 가스 농도를 측정하는 산성 가스 농도 측정 기기의 측정 신호에 근거하여 알칼리제의 첨가량을 피드백 제어하는 산성 가스의 처리 방법으로서,
    적어도 평균 시간동안의 평균 첨가량에 1배 이하의 계수를 곱한 기초 첨가량을 산출하는 공정과
    상기 산출한 기초 첨가량에 근거하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정을 갖는 산성 가스의 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정에서, 상기 산출한 기초 첨가량을 상기 알칼리제의 첨가량 출력치의 하한치로 하는 산성 가스의 처리 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은,
    상기 측정 신호에 근거하여 연산되는 첨가량 출력치의 하한치와 상한치와의 사이에, 상기 산성 가스 농도에 따라 상기 첨가량 출력치의 추가적인 상한치를 1개 이상 설정하는 공정을 더 포함하는 산성 가스의 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기초 첨가량을 산출하는 공정에 있어서, 평균 시간이 5분 이상인 경우의 평균 첨가량의 0.5배에서 0.95배를 기초 첨가량으로 하는 산성 가스의 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은,
    해당 피드백 연산에 더하여 염화수소 농도로부터 연산된 제어 출력과 유황 산화물 농도로부터 연산된 제어 출력의 두 출력을 이용하여 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 포함하는 산성 가스의 처리 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가량 출력치를 피드백 연산에 의해 산출하는 공정은,
    해당 피드백 연산에 더하여 염화수소 농도 및 또는 유황 산화물 농도의 평균치를 바탕으로 알칼리제의 첨가량 출력치를 산출하는 공정을 더 포함하는 산성 가스의 처리 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알칼리제가 평균 입자 지름 5~30μm의 미분 베이킹소다인 산성 가스의 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 미분 베이킹소다와는 상이한 다른 알칼리제를 병용하는 산성 가스의 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다른 알칼리제는, 소석회, 수산화 나트륨, 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 탄산나트륨, 세스키 탄산나트륨, 천연 소다, 및 미세 베이킹소다로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 알칼리제인 산성 가스의 처리 방법.
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