TWI465283B - 酸性氣體的處理方法 - Google Patents

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Description

酸性氣體的處理方法
本發明涉及一種城市垃圾廢棄物焚燒爐、工業廢棄物焚燒爐、發電鍋爐、碳化爐、民間工廠等的燃燒設備中所產生的有害的氯化氫或硫氧化物等酸性氣體的處理方法。詳細而言，本發明涉及一種有效率地控制對酸性氣體進行處理的鹼劑的添加量的方法。
包含有害的氯化氫或硫氧化物的排氣通過消石灰或碳酸氫鈉等鹼劑來進行處理後，通過袋式過濾器(Bag Filter，BF)等集塵器進行除塵，然後從煙囪排出。另一方面，由集塵器所收集的飛灰含有有害的Pb、Cd等重金屬類，對這些有害重金屬進行穩定化處理後，實施填埋處理。
對酸性氣體進行處理的鹼劑即被加工成5 μm～30 μm的細粉的碳酸氫鈉的反應性高於消石灰，可穩定地處理酸性氣體，並且未反應成分少，從而可削減填埋處理量，是對於降低環境負荷有效的手段。另外，作為重金屬處理方法，通常為利用二乙基二硫代氨基甲酸鹽等螯合物進行不溶化處理的方法，雖然短期內重金屬固定效果高，但留有如下的問題：因最終處理場中的由酸雨所引起的pH下降及螯合物的氧化自我分解，而導致鉛等重金屬再次溶出。另一方面，利用磷酸等的磷酸化合物的重金屬固定因變化至作為無機礦物的羥基磷灰石的形態為止，故於最終處理場中的長期穩定性優異，就環境保護的觀點而言是價值非常高的處理方法。進而，利用磷酸等重金屬固定劑對由所述碳酸氫鈉細粉進行了處理的飛灰進行處理的方法是具有充分的環境負荷降低效果的有效手段。
另外，控制對氯化氫或硫氧化物等酸性氣體進行處理的消石灰或碳酸氫鈉等鹼劑的添加量不僅可削減酸性氣體處理費用，而且可期待減少鹼劑的未反應成分、削減飛灰的填埋處理量的效果。
對氯化氫或硫氧化物等酸性氣體進行處理的鹼劑的添加量通常是根據由設置在袋式過濾器的後段的離子電極式的氯化氫測定裝置所測定的HCl濃度，通過比例-積分-微分(Proportion Integral Differential，PID)控制裝置來進行反饋控制。但是，在焚燒設備等燃燒設備中，通常未設置測定入口的酸性氣體濃度的裝置，而在不清楚入口的變動狀況的狀態下，設定PID控制的參數並調整控制輸出。然而，PID控制裝置具有P、I、D、添加量(輸出)下限、添加量(輸出)上限這5個設定項目，並且將各項目的設定值複合來決定控制輸出值，因此研究適當的添加控制需要大量的時間。因此，通常，多數設備是在PID控制裝置的設定超過控制目標值(SV)時實施大幅度增加添加量的控制。
但是，通常的PID控制裝置的控制輸出僅可設定單一的上限，例如當將HCl濃度的控制目標值(SV)設定為40 ppm時，在40 ppm以上的濃度下將控制輸出的單一的上限作為限度來添加鹼劑，而成為過度添加鹼劑的原因。另外，所述反饋控制會受到酸性氣體測定裝置的計測延遲的影響。袋式過濾器出口的HCl濃度通常是利用離子電極法(例如京都電子工業製造的HL-36)來測定，硫氧化物濃度是利用紅外線吸收法(例如島津製作所製造的NSA-3080)來測定，但若包含試樣排氣的採樣時間、及計測器的應答時間，則會有5分鐘～10分鐘的極大的計測延遲。該計測延遲成為引起鹼劑的添加延遲、導致酸性氣體的處理不良、並且引起鹼劑的過度添加的原因。
為了解決該課題而研究了各種控制方法。在專利文獻1中，提出有在通常的PID控制式中進一步添加P的“P+PID控制”。該提案是考慮到利用通常的PID控制難以應對的酸性氣體的突然產生的提案。另外，在專利文獻2及專利文獻3中提出有將前饋控制與反饋控制加以組合的控制方式，所述前饋控制是根據入口的酸性氣體濃度來決定鹼劑的添加量的控制方式，所述反饋控制是根據鹼劑進行處理後的酸性氣體濃度來補充鹼劑的添加量的控制方式。一般認為該控制方式是可預期抑制反饋控制的過度添加的效果，並可獲得酸性氣體的穩定處理與削減鹼劑的過度添加的效果的控制方式。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-113327號公報
[專利文獻2]日本專利特開平10-165752號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-75758號公報
但是，在專利文獻1中，雖然在某種程度上可應對入口的突發狀況，但未考慮到所述測定裝置的計測延遲，而無法應對由計測延遲所引起的鹼劑的添加延遲而導致的酸性氣體的處理不良。進而，在專利文獻2及專利文獻3中，集塵前的煙道的測定環境與集塵後的測定環境相比，酸性氣體濃度高、且溫度高，必須尋求測定機器材料的腐蝕對策。另外，由於除塵前的排氣中存在大量的煤塵，因此需要除塵對策，而且在例如除塵過濾器的更換等維護中需要勞力。另外，由於酸性氣體濃度的測定信號對鹼劑的添加量造成直接影響，因此由這些測定機器的故障所產生的測定不良在穩定地管理出口的酸性氣體濃度方面成為大問題。
考慮到所述現狀，本發明的目的在於提供一種酸性氣體的處理方法，其在可穩定地測定酸性氣體的測定環境，即根據集塵步驟後的酸性氣體濃度測定信號來控制鹼劑的添加量的反饋形式中，削減目前的反饋控制所具有的由計測延遲所引起的酸性氣體的處理不良、及鹼劑的過度添加。
(1)　一種酸性氣體的處理方法，其向含有酸性氣體的燃燒排氣中添加鹼劑，並根據酸性氣體濃度測定機器的測定信號，對鹼劑的添加量進行反饋控制，所述酸性氣體濃度測定機器是以測定收集粉塵後的酸性氣體濃度的方式設置，該處理方法的特徵在於包括如下步驟：利用計測延遲時間彼此不同的多個酸性氣體濃度測定機器(例如，後述的HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15等)測定同一種酸性氣體的濃度；以及根據所述多個酸性氣體濃度測定機器的測定信號，通過反饋運算來算出鹼劑的添加量輸出值。
先前的袋式過濾器出口的酸性氣體濃度，是通過例如計測延遲時間為5分鐘～10分鐘的利用離子電極法的單一的測定機器來測定，且根據其測定信號，通過反饋來控制鹼劑的添加量。該方法會因測定機器的計測延遲而引起鹼劑的過度添加。
相對於此，根據(1)的發明，根據計測延遲時間長的測定機器與計測延遲時間短的測定機器，即酸性氣體濃度的計測延遲時間不同的多個測定機器的測定信號，通過反饋運算來算出鹼劑的添加量輸出值。由此，可將計測延遲時間長的測定機器與計測延遲時間短的測定機器加以組合，而非單一的計測延遲時間長的測定機器，因此可減輕反饋控制中的由酸性氣體濃度的測定機器的計測延遲所引起的鹼劑的過度添加。
另外，根據(1)的發明，由於具備計測延遲時間彼此不同的多個酸性氣體濃度測定機器，因此可通過計測延遲時間長但測定可靠度高的測定機器來適當地測定袋式過濾器出口的酸性氣體濃度，而且與通過計測延遲時間短但測定可靠度低的測定機器單獨進行反饋控制相比，可提升測定可靠度。由此，可適當地添加鹼劑，並可進一步提升酸性氣體的處理效率。
進而，通過將計測延遲時間長的測定機器與計測延遲時間短的測定機器加以組合，當酸性氣體增加時比先前控制更快地形成添加鹼劑的時機，可改善由酸性氣體測定裝置的計測延遲所引起的酸性氣體的處理不良。
(2)　根據(1)所述的酸性氣體的處理方法，其中通過反饋運算來算出所述添加量輸出值包括如下步驟；算出根據所述多個測定信號而分別進行運算的多個添加量輸出值的上限值(例如，後述的多個添加量輸出值的100%的值)；以及針對所述已算出的多個上限值中的至少1個上限值，算出比該上限值小的值(例如，施加有後述的50%的輸出限制的值)的添加量輸出值。
根據(2)的發明，針對已算出的多個添加量輸出值的上限值中的至少1個上限值，算出比該上限值小的值的添加量輸出值。
由此，與使根據計測延遲時間長的測定機器及計測延遲時間短的測定機器的測定信號所算出的兩個添加量輸出值以上限值(100%)工作相比，通過僅對例如根據計測延遲時間長的測定機器的測定信號所算出的添加量輸出值施加限制(例如50%的輸出限制)，可謀求酸性氣體的處理的穩定化，並進一步防止鹼劑的過度添加。
進而，通過對根據計測延遲時間長的測定機器、及計測延遲時間短的測定機器的測定信號所算出的兩個添加量輸出值施加限制(例如50%的輸出限制)，也可以謀求酸性氣體的處理的穩定化，並進一步防止鹼劑的過度添加。
(3)　根據(1)或(2)所述的酸性氣體的處理方法，其特徵在於：通過反饋運算來算出所述添加量輸出值的步驟更包括如下步驟：設定至少2個酸性氣體濃度的斜率的範圍(例如，後述的最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的範圍及負的範圍等)；在所述至少2個斜率的各自的範圍內設定酸性氣體濃度的控制目標值(例如，後述的實例8中的180 ppm、220 ppm等)；以及至少根據所述測定信號及所述斜率的各自的範圍內的控制目標值，算出鹼劑的添加量輸出值；且在設定所述控制目標值的步驟中，所述酸性氣體濃度的斜率的範圍大的情況(例如，後述的最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的情況(酸性氣體濃度上升時)下設定的控制目標值小於所述酸性氣體濃度的斜率的範圍小的情況(例如，後述的最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為負的情況(酸性氣體濃度下降時))下設定的控制目標值。
根據(3)的發明，當袋式過濾器出口的酸性氣體濃度的斜率為正時(酸性氣體濃度上升時)，與斜率為負時(酸性氣體濃度下降時)相比，使酸性氣體濃度的控制目標值變小，因此可使酸性氣體濃度上升時的鹼劑添加量多於酸性氣體濃度下降時。另外，相反地可使酸性氣體濃度下降時的鹼劑添加量少於酸性氣體濃度上升時。由此，可提前實施利用反饋運算的鹼劑的添加輸出，而可進一步減輕由計測延遲所產生的影響。
(4)　根據(1)至(3)中任一項所述的酸性氣體的處理方法，其特徵在於：通過反饋運算來算出所述添加量輸出值的步驟更包括如下步驟：在根據所述測定信號而進行運算的添加量輸出值的下限值(例如，後述的表2、表3、表5的LO[控制輸出下限])與上限值(例如，後述的表2、表3、表5的LH[控制輸出上限])之間，對應於所述酸性氣體濃度(例如，後述的表2、表3、表5的BF出口HCl濃度)而設定1個以上所述添加量輸出值的新的上限值(例如，後述的表2、表3、表5的LM1[輸出限制1]、LM2[輸出限制2])。
通常的反饋運算中的輸出上限僅為1個，若酸性氣體濃度變成控制目標值以上，則不論入口的酸性氣體濃度的大小，鹼劑均可添加至上限值為止，從而引起過度添加。
相對於此，根據(4)的發明，在添加量輸出值的下限值與上限值之間，施加對應於當前的酸性氣體濃度的控制輸出的限制，由此可對應於酸性氣體濃度的大小而添加適當的鹼劑，並可削減添加量。
(5)　根據(1)至(4)中任一項所述的酸性氣體的處理方法，其特徵在於：所述鹼劑是平均粒徑為5 μm～30 μm的碳酸氫鈉細粉。
本發明中所使用的鹼劑優選與酸性氣體的反應特別快且平均粒徑調整成5 μm～30 μm的碳酸氫鈉細粉。由於碳酸氫鈉細粉的反應快，因此控制應答性良好，可有效地發揮本發明的性能。但是，本發明是取決於控制方法的發明，即便是消石灰，也可以應用。對於消石灰而言，與酸性氣體的反應性高且比表面積例如為30 m2 /g以上的高比表面積的消石灰更可發揮本發明的性能。
(6)　根據(5)所述的酸性氣體的處理方法，其特徵在於：並用與所述碳酸氫鈉細粉不同的其他鹼劑。
發揮本發明的效果的鹼劑並無特別限制。作為碳酸氫鈉細粉以外的鹼劑，可例示：碳酸鈉、碳酸氫鉀、碳酸鉀、倍半碳酸鈉、天然蘇打、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂等。另外，當鹼劑為粉體時，優選與酸性氣體的反應性高且粒徑未滿30 μm，特別是5 μm～20 μm的細粉。可以應用事先調整了粒徑的鹼劑，也可以在現場設置粉碎設備，一面在現場粉碎粒徑粗的鹼劑一面進行添加。另外，即便是將各種鹼劑溶解于水中而成的漿料或水溶液，也可以實施。
(7)　根據(6)所述的酸性氣體的處理方法，其特徵在於：所述其他鹼劑是選自由消石灰、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氧化鎂、碳酸鈉、倍半碳酸鈉、天然蘇打、及粗碳酸氫鈉所組成的組群中的至少1種鹼劑。
並用與本發明的實施控制的鹼劑不同的廉價的鹼劑也成為在經濟上有效的手段。作為通常所使用的廉價的鹼劑，可例示：消石灰、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氧化鎂、碳酸鈉、倍半碳酸鈉、天然蘇打、粗碳酸氫鈉。
(發明的效果)
通過本發明，在可穩定地測定酸性氣體的測定環境，即根據集塵步驟後的酸性氣體濃度測定信號來控制鹼劑的添加量的反饋形式中，可改善目前的反饋控制所具有的由測定機器的計測延遲所引起的酸性氣體的處理不良、並可削減鹼劑的過度添加、且可通過有效率地添加鹼劑來進行穩定的酸性氣體的處理。
以下列舉實施形態來更具體地說明本發明，但本發明並不限定於此。
圖1是表示向作為焚燒設備中的排氣的HCl中添加碳酸氫鈉細粉的酸性氣體處理系統1的構成的方塊圖。
酸性氣體處理系統1包括控制裝置11、碳酸氫鈉細粉添加裝置12、袋式過濾器13、HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15。控制裝置11根據從HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15傳送來的HCl濃度測定信號，通過反饋控制(PID控制方式或分步方式)來算出碳酸氫鈉細粉的添加量輸出值。碳酸氫鈉細粉添加裝置12根據控制裝置11所算出的碳酸氫鈉細粉的添加量輸出值，向排氣中的HCl中添加碳酸氫鈉細粉。
袋式過濾器13將排氣中的HCl與碳酸氫鈉細粉的反應後的粉塵去除。HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15測定蓄積在袋式過濾器13上的碳酸氫鈉細粉(通過與排氣中的HCl的反應而殘存的碳酸氫鈉細粉蓄積在袋式過濾器13上)與排氣反應後的HCl進行反應後的HCl濃度(後述的袋式過濾器出口HCl濃度)，並將HCl濃度測定信號傳送至控制裝置11。
酸性氣體處理系統1重複此種循環來進行反饋控制，由此控制裝置11進行使碳酸氫鈉細粉添加量的控制輸出值變成適當的值的控制。
再者，HCl濃度測定機器(低速)14例如為離子電極式的HCl濃度測定裝置，HCl濃度測定機器(高速)15例如為雷射方式的HCl濃度測定裝置。另外，關於HCl濃度的計測延遲時間，HCl濃度測定機器(低速)14比HCl濃度測定機器(高速)15長。
另外，如圖1所示，優選以測定蓄積在袋式過濾器13上的碳酸氫鈉細粉與排氣反應後的HCl進行反應後的HCl濃度(後述的袋式過濾器出口HCl濃度)的方式，設置HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15。其原因在於：通過與排氣中的HCl的反應而殘存的碳酸氫鈉細粉蓄積在袋式過濾器13上，該蓄積的碳酸氫鈉細粉與排氣反應後的HCl進行反應，因此可更準確地測定HCl濃度。
進而，對控制裝置11所進行的控制加以詳細說明。
控制裝置11根據分別從HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15傳送來的HCl濃度測定信號，算出碳酸氫鈉細粉添加量的各個添加量輸出值的上限值。在此情況下，也可以對所算出的各個上限值的兩者或一者進行輸出限制(例如，50%的輸出限制)。
由此，與使根據分別從HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15傳送來的HCl濃度測定信號所算出的多個添加量輸出值的兩者以上限值(100%)工作相比，通過僅對例如根據計測延遲時間長的HCl濃度測定機器(低速)14的測定信號所算出的添加量輸出值施加限制(例如50%的輸出限制)，可謀求酸性氣體的處理的穩定化，並進一步防止鹼劑的過度添加。
進而，通過對根據計測延遲時間長的HCl濃度測定機器(低速)14、及計測延遲時間短的HCl濃度測定機器(高速)15的測定信號所算出的兩個添加量輸出值施加限制(例如50%的輸出限制)，也可以謀求酸性氣體的處理的穩定化，並進一步防止鹼劑的過度添加。
進而，控制裝置11設定HCl濃度的斜率(濃度的時間變化率)為正的範圍與負的範圍這2個範圍。而且，在所述2個範圍的每個範圍內設定HCl濃度的控制目標值。
此處，HCl濃度的控制目標值的設定也能夠以如下方式進行設定：針對HCl濃度的斜率為正的範圍所設定的控制目標值小於針對負的範圍的控制目標值。通過如此設定，可使HCl濃度上升時的碳酸氫鈉細粉添加量多於HCl濃度下降時。另外，相反地可使HCl濃度下降時的碳酸氫鈉細粉添加量少於HCl濃度上升時。由此，可提前實施利用反饋運算的碳酸氫鈉細粉的添加輸出，而可進一步減輕由計測延遲所產生的影響。
另外，對應於HCl濃度的斜率而變更控制目標值的設定可以對HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15兩者進行，也可以僅對任一者進行。
進而，控制裝置11也可以進行利用分步方式的反饋控制。此處，分步方式是階段性地設定對應於HCl濃度的控制輸出的控制方式。具體而言，除在PID控制方式中所設定的控制輸出值的上限值以外，對應於HCl濃度而設定控制輸出值的新的上限值。
此處，通常的PID控制中的輸出上限僅為1個，若酸性氣體濃度變成控制目標值以上，則不論酸性氣體濃度的大小，鹼劑均可添加至上限值為止，從而引起過度添加。因此，通過採用分步控制方式，在添加量輸出值的下限值與上限值之間，添加對應於當前的HCl濃度的新的控制輸出上限值，由此可對應於HCl濃度的大小而添加適當的碳酸氫鈉細粉，從而可抑制添加量的過度添加。
此處，對應於HCl濃度設定新的控制輸出上限值是HCl濃度越高，將新的控制輸出上限值也設定得越高。但是，為了抑制鹼劑的過度添加，優選設為比在PID控制方式中所設定的控制輸出值的上限值(例如，後述的表2、表3的LH[控制輸出上限])小的值。
作為新的控制輸出上限值的設定例，優選如後述的表2、表3中所記載的對應於BF出口HCl濃度的控制輸出添加量般，HCl濃度越高，將新的控制輸出上限值也設定得越高。
本實施形態中所使用的酸性氣體濃度測定裝置不論計測方式，只要測定機器的延遲時間不同便可實施。HCl濃度測定的主流是計測延遲時間長達5分鐘～10分鐘的離子電極法。再者，離子電極部的應答為3分鐘左右，但若包含由氣體採樣所引起的延遲，則為5分鐘～7分鐘。進而，當如工業廢棄物焚燒爐般存在溴混入至採樣氣體中的可能性時，由於會對氯化氫的測定值造成極大的影響，因此設置去除溴的除溴器。該除溴器通過時間為3分鐘左右，計測延遲時間變成8分鐘～10分鐘左右。
另外，由利用雷射的單一吸收線吸收分光法所得的氯化氫的計測延遲時間為數秒(1秒～2秒)而非常短。本發明可通過使用計測延遲時間不同的兩個測定機器實施反饋控制來實施，但對目前的測定機器而言，最合適的是將這些測定裝置加以組合。另外，硫氧化物濃度測定的主流是紅外線吸收法，其延遲時間為3分鐘～5分鐘左右。與氯化氫同樣地，硫氧化物濃度測定也可以通過將計測延遲時間不同的測定機器加以組合來實施。
再者，本發明將改善酸性氣體濃度的計測延遲作為主要目的，因此使用計測延遲大的利用離子電極法的氯化氫測定裝置來測定袋式過濾器後段的酸性氣體，在進行反饋控制的設備中尤其發揮效果。
另外，在工業廢棄物焚燒爐或民間工廠的燃燒設備中，高濃度地產生氯化氫與硫氧化物的情況多。此時，氯化氫與硫氧化物兩者成為處理對象，例如將根據設置在袋式過濾器後段的HCl濃度測定裝置的HCl濃度而在所述控制方式中求出的控制輸出、與根據硫氧化物濃度而在所述控制方式中求出的控制輸出相加，由此可穩定地處理氯化氫及硫氧化物這兩種酸性氣體。
進而，酸性氣體的排出濃度管理有利用各酸性氣體濃度(氯化氫濃度、硫氧化物濃度)的1小時平均值進行管理的設備。在控制過程中通常設定控制目標值(SV)來進行控制，但控制目標值始終是目標，往往存在如下的情況，即進行控制的結果是濃度超過目標值。尤其，由於削減添加量與酸性氣體的穩定處理是相反的想法，因此越要求削減添加量，1小時平均值超過管理值的風險越增強。在此情況下，當達到1小時平均管理值以上或接近其的濃度時，通過大量的添加(規定某一固定的添加量)，可實現削減添加量與酸性氣體的穩定處理能夠並存且安心度高的控制。
本實施形態中所使用的碳酸氫鈉細粉優選與酸性氣體的反應特別快且平均粒徑調整成5 μm～30 μm的碳酸氫鈉細粉。其原因在於：由於碳酸氫鈉細粉的反應快，因此控制應答性良好，可有效地發揮本實施形態的性能。但是，本實施形態是取決於控制方法的實施形態，即便是消石灰，也可以應用。對於消石灰而言，與酸性氣體的反應性高且比表面積例如為30 m2 /g以上的高比表面積的消石灰更可發揮本實施形態的性能。
在本實施形態中，使用碳酸氫鈉細粉作為鹼劑，但發揮本實施形態的效果的鹼劑並無特別限制。作為碳酸氫鈉細粉以外的鹼劑，可例示：碳酸鈉、碳酸氫鉀、碳酸鉀、倍半碳酸鈉、天然蘇打、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鎂、氫氧化鎂等。另外，當鹼劑為粉體時，優選與酸性氣體的反應性高且粒徑未滿30 μm，特別是5 μm～20 μm的細粉。可以應用事先調整了粒徑的鹼劑，也可以在現場設置粉碎設備，一面在現場粉碎粒徑粗的鹼劑一面進行添加。另外，即便是將各種鹼劑溶解于水中而成的漿料或水溶液，也可以實施。
併用與本實施形態的實施控制的碳酸氫鈉細粉不同的廉價的鹼劑也成為在經濟上有效的手段。作為通常所使用的廉價的鹼劑，可例示：消石灰、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氧化鎂。
[實例]
對模擬反應系統進行說明。
[模擬反應系統]：排氣與袋式過濾器上的複合反應
在模擬反應系統中，碳酸氫鈉細粉與氯化氫(HCl)的反應包括以下兩種反應：在排氣中瞬間產生的反應、及蓄積在袋式過濾器上的未反應的碳酸氫鈉細粉與HCl的反應(參照圖2)。另外，袋式過濾器中的捕獲物的滯留時間通常為2小時左右。因此，在該模擬中設為如下的形態：袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉在規定時間(設定為約2小時)內消失。
參照圖2，對模擬反應系統的基本構成進行說明。
首先，在焚燒設備中的加藥控制中，根據設置在袋式過濾器出口的離子電極式的HCl濃度測定機器(低速)、及例如雷射方式等的HCl濃度測定機器(高速)的HCl濃度(處理後)信號，通過PID等的控制式的運算來決定藥劑添加量(碳酸氫鈉細粉添加量(Ag))(下述式(1))，然後將所決定的添加量的碳酸氫鈉細粉(酸性氣體處理劑)添加至排氣(入口HCl濃度(Hi))中。添加至煙道中的碳酸氫鈉細粉與排氣中的HCl等酸性氣體進行反應，而將排氣中的HCl去除。
Ag=(Ag1×K1÷100+Ag2×K2÷100)+LO　(1)
Ag：碳酸氫鈉細粉添加量[kg/h]
Ag1：根據HCl濃度測定機器(低速)的輸出所規定的添加量[kg/h]
Ag2：根據HCl濃度測定機器(高速)的輸出所規定的添加量[kg/h]
LO：添加量下限[kg/h]
K1：HCl測定機器1(低速)用的調整係數[%]
K2：HCl測定機器2(高速)用的調整係數[%]
另外，利用碳酸氫鈉細粉的入口HCl濃度的HCl去除率是根據本公司的碳酸氫鈉細粉的應用知識，通過以下兩種關係來估算：排氣反應的碳酸氫鈉細粉添加當量(Jg)與排氣反應的HCl去除率(αg)的關係(圖3)、及袋式過濾器上反應的碳酸氫鈉細粉添加當量(Js)與袋式過濾器上反應的HCl去除率(αs)的關係(圖4)。另外，將HCl與碳酸氫鈉細粉的反應設為瞬間。首先，排氣中的反應後的HCl濃度(Hg)是通過排氣反應的碳酸氫鈉細粉添加當量(Jg)與排氣反應的HCl去除率(αg)來導出(下述式(2))。再者，排氣反應的碳酸氫鈉細粉添加當量(Jg)是通過下述式(3)來算出。
Hg=Hi×(1-αg÷100)　(2)
Hi：入口HCl濃度(ppm)
Hg：排氣反應後的HCl濃度(ppm)
αg：排氣反應的HCl去除率(%)
[根據排氣反應的碳酸氫鈉細粉添加當量與HCl去除率的關係(圖3)來設定]
Jg=Ag÷{Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000}　(3)
Jg：排氣反應的碳酸氫鈉細粉添加當量
Ag：碳酸氫鈉細粉添加量(kg/h)
Hi：入口HCl濃度(ppm)
M1：HCl分子量[設定為36.5]
M2：碳酸氫鈉分子量[設定為84]
F：排氣量(Nm3 /h)[設定為55,000 Nm3 /h]
另外，通過排氣反應而殘存的碳酸氫鈉細粉時常蓄積在袋式過濾器上。蓄積在BF上的碳酸氫鈉細粉與排氣反應後的HCl進行反應，而決定袋式過濾器出口的HCl濃度(Ho)。此時，蓄積在BF上的碳酸氫鈉細粉量(As)是從排氣反應中所蓄積的碳酸氫鈉細粉減去在BF上與HCl進行反應的碳酸氫鈉細粉量。另外，根據通過該蓄積在袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉量(As)與排氣反應後的HCl濃度(Hg)所估算的袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉添加當量(Js)(下述式(5))，決定袋式過濾器上的HCl去除率(αs)，並決定袋式過濾器出口的HCl濃度(Ho)(下述式(4))。
Ho=Hg×(1-αs÷100)　(4)
Hg：排氣反應後的HCl濃度(ppm)
Ho：袋式過濾器出口的HCl濃度(ppm)
αs：袋式過濾器上反應的HCl去除率(%)
[根據袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉添加當量與HCl去除率的關係(圖4)來設定]
Js=As÷{Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000}　(5)
Js：袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉添加當量
As：袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉量(kg/h)
Hg：排氣反應後的HCl濃度(ppm)
M1：HCl分子量[設定為36.5]
M2：碳酸氫鈉分子量[設定為84]
F：排氣量(Nm3 /h)[設定為55,000 Nm3 /h]
As=Zn ÷Ts×3600　(6)
Zn ：袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉蓄積量(kg)
Ts：單位模擬時間(=數據採樣時間)(sec)
[設定為0.5 sec]
Zn =Zn' ×(1-2.3÷T4×Ts)　(7)
Zn' ：未反應碳酸氫鈉細粉量(kg)
T4：蓄積在袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉消失90%的時間常數(sec)
[設定為7,200 sec]
Ts：單位模擬時間(=數據採樣時間)(sec)
[設定為0.5 sec]
Zn' =(Ag÷3600×Ts-Rg)+(Zn-1 -Rs)　(8)
Ag：碳酸氫鈉細粉添加量(kg/h)
Ts：單位模擬時間(=數據採樣時間)(sec)
[設定為0.5 sec]
Rg：排氣反應的碳酸氫鈉反應量(kg/h)
Zn-1 ：Ts(Sec)前的袋式過濾器上的碳酸氫鈉細粉蓄積量(kg)
Rs：袋式過濾器上反應的碳酸氫鈉反應量(kg/h)
Rg=(Hi÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αg÷100　(9)
Hi：入口HCl濃度(ppm)
M1：HCl分子量[設定為36.5]
M2：碳酸氫鈉分子量[設定為84]
F：排氣量(Nm3 /h)[設定為55,000 Nm3 /h]
αg：排氣反應中的HCl去除率(%)
Rs=(Hg÷0.614÷1000÷M1×M2×F÷1000)÷3600×Ts×αs÷100　(10)
Hg：排氣反應後的HCl濃度(ppm)
M1：HCl分子量[設定為36.5]
M2：碳酸氫鈉分子量[設定為84]
F：排氣量(Nm3 /h)[設定為55,000 Nm3 /h]
αs：袋式過濾器上反應的HCl去除率(%)
該反應後的袋式過濾器出口的HCl濃度是利用離子電極式的HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15來測定。然而，離子電極式的HCl濃度測定機器(低速)14存在由設備所引起的延遲時間(Ta)、由排氣採樣所引起的計測延遲時間(TBα)、及由離子電極式的測定所引起的計測延遲時間(Tbβ，應答時間)，而產生反饋特有的控制延遲。
因此，將該模擬的HCl濃度測定機器(低速)14的延遲時間(T1)設為由設備所引起的延遲時間(Ta)、與HCl濃度測定機器(低速)14的計測延遲時間(Tb)的合計(下述式(11))。再者，設定從煙道對HCl處理後的排氣進行採樣的計測延遲時間(Tbα)與離子電極式HCl濃度測定機器(Tbβ)的計測延遲時間(應答時間)，並將兩者的和設為HCl濃度測定機器(低速)14的計測延遲時間(Tb)(下述式(12))。由於通常所使用的離子電極式的90%應答時間(計測延遲)會受到HCl氣體朝吸收液擴散的影響，因此將Tbβ設為(下述式(13))。在該模擬中，計測延遲時間長的離子電極式根據實體設備的狀況而設為Ta=30秒、Tbα=390秒(採樣延遲210秒+除溴器通過延遲180秒)、Tbβ=180秒的合計600秒(10分鐘：Ta=0.5分鐘、Tb=9.5分鐘)。
另外，將該模擬的HCl濃度測定機器(高速)15的延遲時間(T2)設為由設備所引起的延遲時間(Ta)、與HCl濃度測定機器(高速)15的計測延遲時間(Tc)的合計(下述式(15))。再者，根據離子電極式來改變計測延遲時間短的HCl濃度測定機器(高速)15的計測延遲時間(Tc)，並確認變化。
另外，通過該反饋所求出的碳酸氫鈉細粉添加量是根據由HCl濃度測定機器(低速)14所求出的添加輸出(Ag1)、及由HCl濃度測定機器(高速)15所求出的添加輸出(Ag2)而求出(所述式(1))。
[HCl濃度測定機器(低速應答、模擬離子電極式)]
T1=Ta+Tb　(11)
T1：HCl濃度測定機器(低速)的模擬反應系統的延遲時間(sec)
Ta：設備的延遲時間(sec)[設定為30 sec]
Tb：HCl濃度測定機器(低速)的計測延遲時間(sec)
Tb=Tbα+Tbβ　(12)
Tbα：HCl濃度測定機器(低速)的排氣採樣時間(sec)
[設定為390 sec]
Tbβ：HCl濃度測定機器(低速)的90%應答時間(sec)
[設定為180 sec]
Tbβ=2.3×τ　(13)
Yn =Yn-1 +(Xn -Yn-1 )÷τ×Ts　(14)
τ：時間常數(sec)
Ts：單位模擬時間(=數據採樣時間)(sec)
[設定為0.5 sec]
Xn：當前的測定裝置輸入HCl濃度(ppm)
Yn：當前的測定裝置輸出HCl濃度(ppm)
Yn-1 ：前次(Ts(sec)前)的測定裝置輸出HCl濃度(ppm)
[HCl濃度測定機器(高速應答)]
T2=Ta+Tc　(15)
T2：HCl濃度測定機器(高速)的模擬反應系統的延遲時間(sec)
Ta：設備的延遲時間(sec)[設定為30 sec]
Tc：HCl濃度測定機器(高速)的計測延遲時間(sec)
計測延遲時間短的測定機器僅對所述Tc進行設定變更。
另外，使用如圖5所示般變動的入口HCl濃度，根據實體機器中的PID的添加變動、HCl產生狀況(圖6)及該模擬反應系統的結果(圖7)，設定排氣反應和BF上反應與HCl的反應效率。將該研究結果示於圖6及圖7。在該設備中，排氣的HCl去除效率為80%，BF上反應的去除效率為65%，實體機器與模擬的行為一致(圖6、圖7)。因此，在該條件下進行以下的模擬。再者，在該模擬中，為了使取決於控制方法的控制應答性變得明確，使用變動比較大的時間帶的入口HCl濃度(Hi)來實施。
以下表示在該模擬反應系統中對各種控制方法進行研究的結果。
再者，以下的實例1～實例12中所使用的碳酸氫鈉細粉的平均粒徑為5 μm～30 μm。另外，實例1～實例12中所使用的HCl濃度測定機器14利用離子電極法。
[比較例1]
使用圖8所示的入口HCl濃度，在所述模擬中根據僅利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間合計為9.5分鐘)所計測的HCl濃度，將PID控制方式“P(比例增益)=100%、I=0.1秒、D=0.1秒、添加量輸出下限為200 kg/h、添加量輸出上限為480 kg/h”中的出口HCl濃度的控制目標值(SV)設定為200 ppm並進行反饋控制。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度(平均、1小時平均最大、瞬間最大、1小時平均最少、瞬間最少)示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖9。
根據比較例1，經常用作酸性氣體的排出管理值的1小時平均值的HCl的最大值為234 ppm，瞬間最大為416 ppm。
[比較例2]
在所述模擬中，根據僅利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制，除此以外，以與比較例1相同的方式進行控制。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖10。
當如比較例2般，僅利用計測延遲少的高速應答的HCl濃度測定機器(高速)15進行反饋控制時，預測鹼劑的添加量變化與出口HCl濃度的變化是瞬間產生的變化。但是，因鹼劑添加變動而產生振盪，1小時平均值的HCl最大值為227 ppm、瞬間最大為425 ppm。
[實例1～實例5]
在所述模擬中，將以下兩種添加輸出相加來進行反饋控制：根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間合計為9.5分鐘)所計測的HCl濃度，在PID控制方式“P(比例增益)=100%、I=0.1秒、D=0.1秒、添加量輸出下限為200 kg/h、添加量輸出上限為480 kg/h”中將出口的HCl濃度的控制目標值(SV)設定為200 ppm並進行了反饋控制的添加輸出；以及根據利用HCl濃度測定機器(高速)15所計測的HCl濃度，以同一設定將出口的控制目標值(SV)設為200 ppm並進行了反饋控制的添加輸出。
再者，HCl濃度測定機器(高速)15的測定機器計測延遲時間在實例1中為2秒，在實例2中為1分鐘，在實例3中為3分鐘，在實例4中為5分鐘，在實例5中為7分鐘。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖11～圖15。
根據實例1～實例5，對根據計測延遲時間不同的至少兩個酸性氣體測定機器的測定信號所估算的添加輸出進行運算，並對鹼劑的添加量進行運算，由此可實現酸性氣體的穩定處理。
實例1是將測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘的HC1計與測定機器的計測延遲時間為2秒(瞬間)的HCl計加以組合來進行反饋控制的結果，但與比較例1及比較例2不同，可對應於出口的HCl濃度的目標值添加適當的鹼劑。另外，該條件下的出口HCl濃度的1小時平均值為193 ppm，瞬間最大為272 ppm而為適當的加藥控制的結果，可知是出口HCl濃度的變動少且容易管理的控制方法。
另外，即便測定機器的計測延遲時間為7分鐘(實例5)，與比較例1及比較例2相比也得到改善，只要計測延遲時間不同即可。但是，作為加藥管理，計測延遲時間越短，對於酸性氣體的穩定處理越有效，優選7分鐘以下，更優選3分鐘以下。
[實例6]
在所述模擬中，對根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行了反饋控制的添加輸出施加50%的輸出限制，對根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行了反饋控制的添加輸出不施加限制(100%)，將所述兩種添加輸出相加來進行反饋控制。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖16。
[實例7]
在所述模擬中，對根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行了反饋控制的添加輸出施加50%的輸出限制，對根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行了反饋控制的添加輸出施加50%的輸出限制，將所述兩種添加輸出相加來進行反饋控制。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。表1是表示模擬研究結果的各比較例及實例的鹼劑添加量等的表。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖17。
此處，針對如實例6及實例7般，對根據計測延遲時間不同的至少兩個酸性氣體測定機器的測定信號所估算的添加輸出的上限施加至少1個以上的限制時的酸性氣體處理結果進行說明。
實例6是對根據HCl濃度測定機器(低速)14的測定信號所估算的添加輸出施加50%的限制的例子。另外，實例7是對HCl濃度測定機器(低速)14及HCl濃度測定機器(高速)15的兩種添加輸出施加50%的限制的例子。可知在任一例中，HCl的處理水平均與實例1大致相同，並且添加量為271 kg/h～300 kg/h，與實例1(311 kg/h)相比可削減鹼劑的添加量。
[實例8]
在所述模擬中，將以下兩種添加輸出相加來進行反饋控制：當根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的情況下，將控制目標值(SV)設為180 ppm(SV-20 ppm)，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為負的情況下，將控制目標值(SV)設為220 ppm(SV+20 ppm)而進行了控制的添加輸出；以及當根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，將控制目標值(SV)設為200 ppm而進行了控制的添加輸出。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖18。
[實例9]
在所述模擬中，對以下兩種添加輸出施加50%的輸出限制後使兩者相加來進行反饋控制：當根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的情況下，將控制目標值(SV)設為180 ppm(SV-20 ppm)，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為負的情況下，將控制目標值(SV)設為220 ppm(SV+20 ppm)而進行了控制的添加輸出；以及當根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，將控制目標值(SV)設為200 ppm而進行了控制的添加輸出。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖19。
此處，對如實例8及實例9般，當根據計測延遲時間不同的至少兩個酸性氣體測定機器的測定信號進行估算時，在最接近的HCl濃度的斜率為正的情況下，降低控制目標值，在最接近的HCl濃度的斜率為負的情況下，提高控制目標值，並提前實施利用反饋的添加輸出時的酸性氣體處理結果進行說明。
實例8是將根據HCl濃度測定機器(低速)14的測定信號進行估算時變更所述控制目標值(SV)，並進行運算所得的添加輸出，與根據HCl濃度測定機器(高速)15的測定信號而維持200 ppm的控制目標值進行運算所得的添加輸出相加，並進行了反饋控制的例子。另外，實例9是對實例8中的根據HCl濃度測定機器(低速)14與HCl濃度測定機器(高速)15的測定信號進行運算所得的兩種添加輸出施加50%的限制，並將兩者相加的反饋控制。
在實例8中，可知添加量與實例1大致相同，尤其瞬間最大HCl從272 ppm下降至248 ppm，通過該控制方法而強化了對應波峰。另外，在實例9中，可知與實例1相比，瞬間最大為255 ppm且對應波峰得到強化，並且添加量從實例8的315 kg/h削減至279 kg/h，可實施平衡良好的控制。
以下，對實例10～實例12進行說明。在實例10～實例12中，利用分步控制方式代替PID控制方式進行控制。
此處，對分步控制方式的概要進行說明。分步方式與PID控制方式不同，將其設為對應於出口的HCl濃度而階段性地規定輸出的控制方式。表2是實例10中的分步控制方式的控制設定的表。若利用實例10(表2)進行說明，則當HCl濃度為SV控制目標值[控制輸出起始濃度(輸出下限以上)]～SM1之間時，在LO與LM1之間階段性地輸出控制輸出。設為如下的形式：若HCl濃度為SM1～SM2之間，則輸出利用LM2所設定的控制輸出，若HCl濃度為SM2以上，則輸出LH(控制輸出上限)。再者，在通常的PID控制式中無輸出限制，僅為LO與LH的設定。另外，對基於HCl斜率的控制運算中所用的HCl濃度與控制輸出進行決定的表格的修正是利用SVA1與SVA2來進行，當HCl斜率為正時從運算中所使用的HCl濃度減去SVA1，當HCl斜率為負時使運算中所使用的HCl濃度與SVA2相加。由此，使輸入同一HCl濃度時進行運算的控制輸出變成如下的形式：HCl斜率的值大時(酸性氣體濃度增加的傾向)的控制輸出值大於HCl斜率的值小時的控制輸出值。
再者，碳酸氫鈉細粉添加量(Ag)是通過所述式(1)來求出。
[實例10]
在所述模擬中，將以下兩種添加輸出相加來進行反饋控制：當根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，在分步方式的控制中將控制目標值(在該方式中，將鹼劑的控制輸出被添加至輸出下限以上的濃度規定為SV)設定為200 ppm而進行了控制的添加輸出；以及當根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，同樣地在分步方式的控制中將控制目標值設定為200 ppm而進行了控制的添加輸出(參照表1及表2)。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖20。
[實例11]
在所述模擬中，將以下兩種添加輸出相加來進行反饋控制：當根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，在分步方式的控制中最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的情況下，將控制目標值(SV)設為180 ppm(SV-20 ppm)，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為負的情況下，將控制目標值(SV)設為220 ppm(SV+20 ppm)而進行了控制的添加輸出；以及當根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，同樣地在分步方式的控制中將控制目標值設定為200 ppm而進行了控制的添加輸出(參照表1及表3(表3是實例11及實例12中的分步控制方式的控制設定的表))。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖21。
[實例12]
在所述模擬中，對以下兩種添加輸出施加50%的輸出限制後使兩者相加來進行反饋控制：當根據利用HCl濃度測定機器(低速)14(測定機器的計測延遲時間為9.5分鐘)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，在分步方式的控制中最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為正的情況下，將控制目標值(SV)設為180 ppm(SV-20 ppm)，在最接近的HCl濃度的斜率的6秒平均為負的情況下，將控制目標值(SV)設為220 ppm(SV+20 ppm)而進行了控制的添加輸出；以及當根據利用HCl濃度測定機器(高速)15(測定機器的計測延遲時間為2秒)所計測的HCl濃度進行反饋控制時，同樣地在分步方式的控制中將控制目標值設定為200 ppm而進行了控制的添加輸出(參照表1及表3)。
將碳酸氫鈉細粉添加量與利用碳酸氫鈉細粉進行處理後的袋式過濾器出口HCl濃度示於表1。另外，將該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量與袋式過濾器出口HCl濃度的變化示於圖22。
[表1]
模擬研究結果
[表2]
實例10的設定
[表3]
實例11、實例12的設定
實例10～實例12是利用分步方式進行反饋控制的實例。分步方式是對添加輸出的上限值設定多個輸出限制，防止添加損失的方案。
以分步控制方式為基礎進行控制的結果，與比較例1及比較例2(1小時平均為227 ppm～234 ppm，瞬間最大為416 ppm～425 ppm)相比，實例10～實例12的1小時平均值為206 ppm～218 ppm，瞬間最大為253 ppm～274 ppm而表現出穩定的酸性氣體處理性能。另外，可知與以PID為基礎進行控制的實例1、實例8、及實例9(1小時平均為193 ppm～205 ppm，瞬間最大為248 ppm～272 ppm)相比，若1小時平均為206 ppm～218 ppm，瞬間最大為253 ppm～274 ppm，則酸性氣體的管理性能略差，但添加量相對於279 kg/h～315 kg/h而削減為272 kg/h～297 kg/h。
本發明在PID方式、分步方式中均可實施，但認為根據上述結果當尋求酸性氣體的穩定處理時，PID方式有效，當尋求添加量削減效果時，分步方式有效。
以下，當對作為實體機器研究結果的比較例3、實例13～實例16進行說明時，對比較例3、實例13～實例16中所使用的酸性氣體處理系統2的構成進行說明。
圖23是表示向作為焚燒設備中的排氣的HCl中添加碳酸氫鈉細粉的酸性氣體處理系統2的構成的方塊圖。
酸性氣體處理系統2包括控制裝置21、碳酸氫鈉細粉添加裝置22、碳酸氫鈉細粉添加裝置26、袋式過濾器23、HCl濃度測定機器(離子電極方式)24及HCl濃度測定機器(雷射方式)25。控制裝置21根據從HCl濃度測定機器(離子電極方式)24及HCl濃度測定機器(雷射方式)25傳送來的HCl濃度測定信號，通過反饋控制(PID控制方式或分步方式)來算出碳酸氫鈉細粉的添加量輸出值。碳酸氫鈉細粉添加裝置22根據控制裝置21所算出的碳酸氫鈉細粉的添加量輸出值，向排氣中的HCl中添加碳酸氫鈉細粉。另外，碳酸氫鈉細粉添加裝置26不論控制裝置21所算出的碳酸氫鈉細粉的添加量輸出值，均將固定量的碳酸氫鈉細粉添加至排氣中的HCl。
袋式過濾器23將排氣中的HCl與碳酸氫鈉細粉的反應後的粉塵去除。HCl濃度測定機器(離子電極方式)24及HCl濃度測定機器(雷射方式)25測定蓄積在袋式過濾器23上的碳酸氫鈉細粉(通過與排氣中的HCl的反應而殘存的碳酸氫鈉細粉蓄積在袋式過濾器23上)與排氣反應後的HCl進行反應後的HCl濃度(後述的袋式過濾器出口HCl濃度)，並將HCl濃度測定信號傳送至控制裝置21。
酸性氣體處理系統2重複此種循環來進行反饋控制，由此控制裝置21進行使碳酸氫鈉細粉添加量的控制輸出值變成適當的值的控制。
再者，關於HCl濃度的計測延遲時間，HCl濃度測定機器(離子電極方式)24比HCl濃度測定機器(雷射方式)25長。
另外，如圖23所示，優選以測定蓄積在袋式過濾器23上的碳酸氫鈉細粉與排氣反應後的HCl進行反應後的HCl濃度(袋式過濾器出口HCl濃度)的方式，設置HCl濃度測定機器(離子電極方式)24及HCl濃度測定機器(雷射方式)25。其原因在於：通過與排氣中的HCl的反應而殘存的碳酸氫鈉細粉蓄積在袋式過濾器23上，該蓄積的碳酸氫鈉細粉與排氣反應後的HCl進行反應，因此可更準確地測定HCl濃度。
[比較例3]
在工業廢棄物焚燒爐中，將雷射形式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的KLA-1)設置在減溫塔出口與袋式過濾器之間，測定入口HCl濃度。另外，根據由袋式過濾器出口的離子電極方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的HL-36N)所測定的信號，利用管理排出基準值的氧換算值來實施反饋控制。再者，雖然將取決於出口的SO2 濃度信號的反饋添加輸出(SV為180 ppm)與取決於HCl濃度的添加輸出相加來實施，但在該設備中，未產生SO2 。
另外，對酸性氣體進行處理的鹼劑是根據所述反饋控制而添加8 μm的碳酸氫鈉細粉[栗田工業製造的Highpurser B-200]。鹼劑的添加裝置因最大添加量的問題而有效地利用2台，1台設為180 kg/h的定量添加，1台根據所述出口HCl濃度信號而以“下限為20 kg/h、上限為300 kg/h、PID控制設定P(比例增益)=100%、I=0.1秒、D=0.1秒”進行反饋控制。
將袋式過濾器入口HCl濃度、袋式過濾器出口HCl濃度、以及碳酸氫鈉細粉的添加量(添加裝置合計2台)示於表4。表4是表示實體機器研究結果的各比較例及實例的鹼劑添加量等的表。另外，將實施該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量、及袋式過濾器入口出口的HCl濃度的變化示於圖24。
如上所示，碳酸氫鈉細粉的添加粗略地進行，且是出口的HCl濃度大幅度變化的浪費多的控制。
[實例13]
在同一設備中，利用由袋式過濾器出口的離子電極方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的HL-36N)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)、及由袋式過濾器出口的雷射方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的KLA-1)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)來實施反饋控制。再者，同樣地將取決於出口的SO2 濃度信號的反饋添加輸出(SV為180 ppm)與取決於HCl濃度的添加輸出相加來實施，但在該設備中，未產生SO2 。
另外，添加裝置同樣地將1台設為180 kg/h的定量添加，1台根據所述出口HCl濃度信號而設為“下限為20 kg/h、上限為300 kg/h、PID控制設定P(比例增益)=100%、I=0.1秒、D=0.1秒”，對根據離子電極方式與雷射方式的兩個測定機器的測定信號進行運算所得的兩個添加輸出施加67%的限制並使兩者相加，並且進而獨立於該控制，當相對於1小時平均值的設備管理濃度215 ppm為213 ppm以上時，實施了添加300 kg/h的反饋控制。
將袋式過濾器入口HCl濃度、袋式過濾器出口HCl濃度、以及碳酸氫鈉細粉的添加量(添加裝置合計2台)示於表4。另外，將實施該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量、及袋式過濾器入口出口的HCl濃度的變化示於圖25。
[實例14]
與實例13同樣地，利用由袋式過濾器出口的離子電極方式的HCl濃度測定機器所測定的HCl濃度信號(氧換算值)、及由袋式過濾器出口的雷射方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的KLA-1)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)來實施反饋控制。再者，同樣地將取決於出口的SO2 濃度信號的反饋添加輸出(SV為180 ppm)與取決於HCl濃度的添加輸出相加來實施，但在該設備中，未產生SO2 。
另外，將實施了控制的添加裝置的控制設為“下限為20 kg/h、上限為300 kg/h、PID控制設定P(比例增益)=100%、I=0.1秒、D=0.1秒”，對根據兩個測定機器的測定信號進行運算所得的兩個添加輸出施加33%的限制並使兩者相加，並且獨立於該控制，當1小時平均值為213 ppm以上時實施了添加300 kg/h的反饋控制。
將袋式過濾器入口HCl濃度、袋式過濾器出口HCl濃度、以及碳酸氫鈉細粉的添加量(添加裝置合計2台)示於表4。另外，將實施該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量、及袋式過濾器入口出口的HCl濃度的變化示於圖26。
實例13及實例14與比較例3相比，出口的HCl濃度的變動均變少，實施了添加損失少的控制。另外，鹼劑的添加量的必需量根據入口HCl濃度而不同，通常以表示平均入口HCl濃度的添加量的當量來進行評價。可知該添加當量與比較例相比得到削減，且進行了有效率的添加。
以下，對實例15及實例16進行說明。在實例15及實例16中，利用分步控制方式代替PID控制方式進行控制。再者，分步控制方式的概要與實例10中所說明的概要相同。
[實例15]
在同一設備中，利用由袋式過濾器出口的離子電極方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的HL-36N)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)、及由袋式過濾器出口的雷射方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的KLA-1)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)來實施反饋控制。再者，同樣地將取決於出口的SO2 濃度信號的反饋添加輸出(SV為180 ppm)與取決於HCl濃度的添加輸出相加來實施，但在該設備中，未產生SO2 。
另外，添加裝置同樣地將1台設為180 kg/h的定量添加，將1台設為分步方式，對根據兩個測定器的測定信號進行運算所得的兩個添加輸出施加50%的限制並使兩者相加，且獨立於該控制，當1小時平均值為213 ppm以上時實施了添加300 kg/h的反饋控制(參照表4及表5(表5是實例15及實例16中的分步控制方式的控制設定的表))。
將袋式過濾器入口HCl濃度、袋式過濾器出口HCl濃度、以及碳酸氫鈉細粉的添加量(添加裝置合計2台)示於表4。另外，將實施該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量、及袋式過濾器入口出口的HCl濃度的變化示於圖27。
實例15是利用分步方式的實例。與比較例3相比，出口的HCl濃度的變動變少，實施了添加損失少的控制。該添加當量與比較例相比得到削減，且進行了有效率的添加。
[實例16]
在同一設備中，利用由袋式過濾器出口的離子電極方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的HL-36N)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)、及由袋式過濾器出口的雷射方式的HCl濃度測定機器(京都電子工業製造的KLA-1)所測定的HCl濃度信號(氧換算值)來實施反饋控制。再者，同樣地將取決於出口的SO2 濃度信號的反饋添加輸出(SV為180 ppm)與取決於HCl濃度的添加輸出相加來實施，但在該設備中，未產生SO2 。
另外，將1台添加裝置設為定量添加170 kg/h的比表面積為30 m2 /g以上的高反應消石灰(奧多摩工業(股份)製造的Tamakalk ECO)，將另1台設為分步方式，對根據兩個測定器的測定信號進行運算所得的兩個添加輸出施加50%的限制並使兩者相加，且獨立於該控制，當1小時平均值為213 ppm以上時實施了添加300 kg/h的反饋控制(參照表4及表5)。
將袋式過濾器入口HCl濃度、袋式過濾器出口HCl濃度、以及碳酸氫鈉細粉的添加量示於表4。另外，將實施該控制時的碳酸氫鈉細粉添加量、及袋式過濾器入口出口的HCl濃度的變化示於圖28。
實例16是將在工業上比較廉價的消石灰與碳酸氫鈉細粉一併有效地利用的實例。在該方法中，也可以穩定地獲得酸性氣體的穩定處理效果。由於有效地利用廉價的消石灰而削減酸性氣體處理費用，因此是在工業上有效的方法。
[表4]
實體機器研究結果
[表5]
實例15，實例16添加裝置2[反鎖控制]的設定
1、2‧‧‧酸性氣體處理系統
11、21‧‧‧控制裝置
12、22、26‧‧‧碳酸氫鈉細粉添加裝置
13、23‧‧‧袋式過濾器
14‧‧‧HCl濃度測定機器(低速)
15‧‧‧HCl濃度測定機器(高速)
24‧‧‧HCl濃度測定機器(離子電極方式)
25‧‧‧HCl濃度測定機器(雷射方式)
圖1是表示向作為焚燒設備中的排氣的HCl中添加碳酸氫鈉細粉的酸性氣體處理系統1的構成的方塊圖。
圖2是模擬反應系統的基本構成圖。
圖3是表示排氣反應中的碳酸氫鈉細粉添加當量與HCl去除率的關係的圖表。
圖4是表示袋式過濾器上反應中的碳酸氫鈉細粉添加當量與HCl去除率的關係的圖表。
圖5是表示入口HCl濃度的變化的圖表。
圖6是表示實體機器研究結果的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖7是表示模擬研究結果的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖8是表示入口HCl濃度的變化的圖表。
圖9是表示比較例1中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖10是表示比較例2中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖11是表示實例1中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖12是表示實例2中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖13是表示實例3中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖14是表示實例4中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖15是表示實例5中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖16是表示實例6中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖17是表示實例7中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖18是表示實例8中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖19是表示實例9中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖20是表示實例10中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖21是表示實例11中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖22是表示實例12中的碳酸氫鈉細粉添加量及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖23是表示向作為焚燒設備中的排氣的HCl中添加碳酸氫鈉細粉的酸性氣體處理系統2的構成的方塊圖。
圖24是表示比較例3中的碳酸氫鈉細粉添加量、入口HCl濃度及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖25是表示實例13中的碳酸氫鈉細粉添加量、入口HCl濃度及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖26是表示實例14中的碳酸氫鈉細粉添加量、入口HCl濃度及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖27是表示實例15中的碳酸氫鈉細粉添加量、入口HCl濃度及出口HCl濃度的變化的圖表。
圖28是表示實例16中的碳酸氫鈉細粉添加量、入口HCl濃度及出口HCl濃度的變化的圖表。
1．．．酸性氣體處理系統
11．．．控制裝置
12．．．碳酸氫鈉細粉添加裝置
13．．．袋式過濾器
14．．．HCl濃度測定機器(低速)
15．．．HCl濃度測定機器(高速)

Claims (11)

  1. 一種酸性氣體的處理方法，其向含有酸性氣體的燃燒排氣中添加鹼劑，並根據測定收集粉塵後的酸性氣體濃度的酸性氣體濃度測定機器的測定信號，對鹼劑的添加量進行反饋控制，其中包括：利用計測延遲時間彼此不同的多個酸性氣體濃度測定機器測定同一種酸性氣體的濃度的步驟；以及根據所述計測延遲時間彼此不同的多個酸性氣體濃度測定機器的測定信號，通過反饋運算來算出鹼劑的添加量輸出值的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟包括：算出根據所述多個測定信號所分別運算出的多個添加量輸出值的上限值的步驟；以及針對所述已算出的多個上限值中的至少1個上限值，算出比該上限值小的值的添加量輸出值的步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：設定至少2個酸性氣體濃度的斜率的範圍的步驟；在所述至少2個斜率的各自的範圍內設定酸性氣體濃度的控制目標值的步驟；以及 至少根據所述測定信號及所述斜率的各自的範圍的控制目標值，算出鹼劑的添加量輸出值的步驟；且在設定所述控制目標值的步驟中，所述酸性氣體濃度的斜率為大的範圍的情況下設定的控制目標值小於所述酸性氣體濃度的斜率為小的範圍的情況下設定的控制目標值。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：設定至少2個酸性氣體濃度的斜率的範圍的步驟；在所述至少2個斜率的各自的範圍內設定酸性氣體濃度的控制目標值的步驟；以及至少根據所述測定信號及所述斜率的各自的範圍的控制目標值，算出鹼劑的添加量輸出值的步驟；且在設定所述控制目標值的步驟中，所述酸性氣體濃度的斜率為大的範圍的情況下設定的控制目標值小於所述酸性氣體濃度的斜率為小的範圍的情況下設定的控制目標值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：在根據所述測定信號所運算出的添加量輸出值的下 限值與上限值之間，對應於所述酸性氣體濃度而設定1個以上所述添加量輸出值的新的上限值的步驟。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：在根據所述測定信號所運算出的添加量輸出值的下限值與上限值之間，對應於所述酸性氣體濃度而設定1個以上所述添加量輸出值的新的上限值的步驟。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：在根據所述測定信號所運算出的添加量輸出值的下限值與上限值之間，對應於所述酸性氣體濃度而設定1個以上所述添加量輸出值的新的上限值的步驟。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述通過反饋運算來算出添加量輸出值的步驟更包括：在根據所述測定信號所運算出的添加量輸出值的下限值與上限值之間，對應於所述酸性氣體濃度而設定1個以上所述添加量輸出值的新的上限值的步驟。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的酸 性氣體的處理方法，其中：所述鹼劑是平均粒徑為5μm~30μm的碳酸氫鈉細粉。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的酸性氣體的處理方法，其中：併用與所述碳酸氫鈉細粉不同的其他鹼劑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的酸性氣體的處理方法，其中：所述其他鹼劑是選自由消石灰、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氧化鎂、碳酸鈉、倍半碳酸鈉、天然蘇打、及粗碳酸氫鈉所組成的組群中的至少1種鹼劑。
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