JPH084709B2 - 湿式排煙脱硫制御装置 - Google Patents

湿式排煙脱硫制御装置

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JPH084709B2
JPH084709B2 JP61093592A JP9359286A JPH084709B2 JP H084709 B2 JPH084709 B2 JP H084709B2 JP 61093592 A JP61093592 A JP 61093592A JP 9359286 A JP9359286 A JP 9359286A JP H084709 B2 JPH084709 B2 JP H084709B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は湿式排煙脱硫制御装置に係り、特にボイラ等
の燃焼装置及び脱硫装置を含めた装置の最適運用管理に
好適な湿式排煙脱硫制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の湿式排煙脱硫装置の制御方式は第3図に示され
るように、制御用計算機49により、運転条件に対応した
最適なpH設定値信号51と吸収塔循環ポンプ台数信号50
を、内蔵されたシミュレーションモデルによって演算
し、吸収剤スラリ流量調整弁7をpH設定値にもとづくフ
ィードバック信号により開閉して吸収剤スラリ流量を調
整し、吸収塔循環ポンプ8の台数制御により、スラリ循
環流量を調整していた。
脱硫装置に対する制御上の要求は、あらゆる運転状態
において、要求される脱硫率を確保するとともに、トー
タルユーティリティ、すなわち、吸収剤消費量と吸収塔
循環ポンプ動力コスト等を最小にすることにある。
しかし、従来の制御方式では、排ガス入口側の条件、
すなわち、ボイラの燃料性状(例えば、石炭焚きの場合
は、炭種により、脱硫性能に大きな影響を及ぼすF、Cl
等の含有量に差がある。)に対する制御上の配慮がなさ
れていなかった。
また、石炭焚きの場合には、排ガス中のF、Cl等が脱
硫性能に悪影響を及ぼすが、この影響を防止するため
に、アルカリ剤を供給するが、この供給量は従来、F、
Clの流入量に一定の比率を掛けた供給方式であった。
循環タンク内で、SO2を吸収して生ずる亜硫酸塩を酸
化用空気で強制酸化する場合には、塔内における自然酸
化量及び循環タンク内での空気による酸化量がオンライ
ンで計測できないために、強制酸化用空気を供給するた
めの空気ブロアの運転台数は一定であり、必要以上のブ
ロア動力を消費していた。
また、脱硫性能を支配するものは、入口SO2量、吸収
液pH、吸収液循環流量であるが、制御上操作できる量
は、吸収液pHを支配する吸収剤供給量と吸収液循環流量
を決定する吸収塔循環ポンプ運転台数である。
脱硫装置入口側の負荷変動条件に対して、常に必要と
される脱硫率を確保するためには、この吸収剤供給量と
吸収塔循環ポンプ運転台数を適切に制御する必要があ
る。
このためには、運転条件と各種操作量(吸収塔循環ポ
ンプ運転台数、吸収剤供給量、アルカリ剤供給量、空気
ブロア運転台数)に対して、脱硫性能の将来値を予測し
てやらねばならない。
従来の制御方式では、この具体的な手段が配慮されて
いなかった。
すなわち、ボイラ及び脱硫装置を含めた総合的最適運
用管理については配慮されていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術による制御方式は、脱硫装置のみに着目
したものであり、ボイラの燃料種類による影響について
は配慮がされておらず、ボイラ及び脱硫装置を含めたト
ータルシステムで考えた場合には、必ずしも最適な制御
方式とはならないという問題があった。
本発明の目的は、ボイラ側の運転条件の変化(例えば
燃料の切替及び負荷変化等)に対応して、脱硫装置内の
状態量を予測する演算器を設置して、これに基づき脱硫
装置の要求される機能を確保し、かつユーティリティを
低減できる制御装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、ボイラ側の運転条件の変化(負荷パター
ン、燃料種類)に対応して、脱硫性能及び酸化性能等の
予測ができる演算装置を設け、この装置の出力信号に基
づいて、脱硫装置の運転操作量を制御することにより、
達成される。
〔作用〕
脱硫性能を大きく支配し、省エネ効果の大きい操作量
は、前述した操作量(吸収塔循環ポンプ運転台数、吸収
剤供給量、アルカリ剤供給量、空気ブロア運転台数)の
うち、吸収塔循環ポンプ運転台数と空気ブロア運転台数
である。
吸収塔循環ポンプ運転台数に関しては、脱硫率予測演
算器が将来の脱硫率を予測できるので、運転状態の変化
に対応して、必要な脱硫率が確保できるように動作す
る。
空気ブロア運転台数に関しては、必要な酸化量の現在
値を予測できる制御回路を設けることにより、常に必要
な酸化空気量が供給されるように動作する。
このように、予測する量が酸化量に関しては現在値、
脱硫率については将来値となっている理由を以下に説明
する。
酸化量に関しては、空気ブロアの運転台数に対して、
必要な空気がただちに、循環タンク内に供給され、空気
による亜硫酸塩の酸化反応は、SO2の吸収液への吸収速
度と同じオーダーであり、非常に早いので、現在の酸化
量予測値にもとづいて、空気量を操作しても全く問題な
いことが実験的に確認されている。
これに対して、脱硫率に関しては、脱硫率を支配する
オンライン計測量、すなわち、入口SO2量、吸収液pH、
吸収液循環量のうちpHの応答がおそい吸収液のpHは、第
4図に示すようにSO2の吸収量と吸収剤の吸収液中の濃
度によって決まる。
このうち、SO2の吸収量の応答は早いが、吸収剤の吸
収液中の濃度に関しては、通常、循環タンクの吸収液体
積が非常に大きく、吸収剤スラリ量ベースのタンク内滞
留時間は数10時間程度である。すなわち、吸収剤の吸収
液中の温度変化の時定数は、SO2の吸収量を一定とした
場合には数10時間となる。
数値で示すと、仮に吸収液中の現在の吸収液濃度が0.
1重量%とし、この濃度を吸収剤を2倍供給して、0.2重
量%とするには数10時間を要することになる。
このように、吸収剤の吸収液中の濃度変化がおそいた
め、pHの応答は非常におそいものとなる。
このため、負荷上昇時を考えた場合には、吸収液中の
吸収剤濃度が、一定のpHを維持するに必要な濃度に達す
ることができないこと、また、SO2吸収量の増加によ
り、pHは低下することになる。
したがって、将来のpHを予測して、脱硫率を予測しな
いと、必要な脱硫率を確保するために必要な吸収塔循環
ポンプの運転台数が求まらないことになる。
それによって、脱硫制御装置は、最適な制御に必要な
情報が得られるようになるので、ボイラの燃料の種類が
切替わったような場合及び負荷変化時にも、脱硫装置は
性能を維持でき、無駄なユーティリティを使用すること
がない。
〔発明の実施例〕
第1図においては、1はボイラ、2は電気集塵器、3
は脱硝装置、4は空気予熱器、5は脱硫装置、6は処理
排ガス、7は吸収剤スラリ流量調整弁、8は吸収塔循環
ポンプ、9は酸化空気ブロワ、10はアルカリ剤流量調整
弁、11は石膏回収装置、12は石膏、13は排水、14はオン
ラインデータ収録器、15はオンラインデータ信号、16は
脱硫制御装置、17はアルカリ剤流量調整弁制御信号、18
は酸化空気ブロワ台数制御信号、19は吸収塔循環ポンプ
台数制御信号、20は吸収剤スラリ流量調整弁制御信号で
ある。
ボイラ1の燃料排ガスは、電気集塵器2で、煤塵の一
部が除去され、脱硝装置3において、窒素酸化物が除去
され、空気予熱器4で冷却された後、脱硫装置5に導入
される。脱硫装置5においては、排ガス中のSO2は、吸
収塔循環ポンプ8によって供給される吸収剤を含んだ吸
収液と気液接触し、吸収除去された処理排ガス6となっ
て排出される。
吸収剤は、脱硫制御装置16の出力信号である吸収剤ス
ラリ流量調整弁制御信号20により開閉される吸収剤スラ
リ流量調整弁7により流量調整されて、脱硫装置5に供
給される。さらに、排ガス中のF、Cl、Al等が吸収液中
に混入してくるが、これらの成分は脱硫性能を阻害する
ので、脱硫制御装置16の出力信号であるアルカリ剤流量
調整弁信号17に基づいて、アルカリ剤流量調整弁10を開
閉して、NaOH等のアルカリ剤を供給し、上記成分を固形
物として吸収液中から除去する。SO2と気液接触する吸
収液スラリの流量は、脱硫制御装置16の出力信号である
吸収塔循環ポンプ台数制御信号19により吸収塔循環ポン
プ8の台数制御等により流量調整される。
酸化空気ブロワ9の運転台数は脱硫制御装置16の出力
信号である酸化空気ブロワ台数制御信号18により決定さ
れる。吸収液スラリの一部は石膏回収装置11に導入さ
れ、石膏12として回収され、残り排水13は排出される。
なお、オンラインデータ収録器14では、ボイラ1及び脱
硫装置5のオンラインデータ信号15を脱硫制御装置16に
送信する。
第2図は脱硫制御装置16の構成を示したものであり、
21は排ガス流量計、22は入口SO2濃度計、23は脱硫率設
定器、24は出口SO2濃度計、25は燃料流量計、26は空気
流量計、27は燃料性状データ、28はpH計、29は吸収剤ス
ラリ流量計、30はアルカリ剤流量計、31は吸収塔スラリ
循環流量計、32は減算器、33は掛算器、34は割算器、35
は関数発生器、36は加算器、37はポンプ台数増減器、38
は脱流率予測演算器、39はポンプ台数調整器、40はpH設
定値演算器、41は排ガスガス中F、Cl濃度予測演算器、
42はpH設定値補正演算器、43は調節計、44はポンプ台数
制御装置、45は係数器、46は酸化空気ブロワ台数制御装
置である。
排ガス流量計21及び入口SO2濃度計22の出力信号を掛
算器33aで掛け合わせてSO2の絶対量(掛算器33aの出力
信号)を求め、この信号と脱硫率設定器23の出力信号に
より、関数発生器35aにおいて、吸収塔循環ポンプ8の
台数設定値を求める。ポンプ台数調整器39においては、
ポンプ台数増減器37及び脱硫率予測演算器38を用いて、
入口SO2濃度計22の出力信号、排ガス流量計21の出力信
号、pH計28の出力信号、排ガス流量計21の出力信号、pH
計28の出力信号、減算器32bの出力信号、関数発生器35a
の出力信号よりポンプの台数増減信号47を演算し、加算
器36aにおいて関数発生器35aの出力信号とポンプ台数調
整器39の出力信号(ポンプの台数増減信号47)を加算し
て、ポンプ台数調整器41に送信し、この出力信号である
吸収塔循環ポンプ台数制御信号19により吸収塔循環ポン
プ8の台数を決定する。
出口SO2濃度計24の出力信号、入口SO2濃度計22の出力
信号の偏差を減算器32aで求め、この信号を割算器34に
おいて入口SO2濃度計22の出力信号で割算すると、割算
器34の出力信号は脱硫率信号48となる。この脱硫率信号
48と脱硫率設定器23の出力信号との偏差を減算器32bで
求める。
ポンプ台数調整器39においては、減算器32bの出力信
号に基づいて、この信号が正のとき、すなわち、実際の
脱硫率信号48が脱硫率設定器23の出力信号より大きい場
合には、ポンプの運転台数を1台減台し、この条件で、
脱硫率予測割算器38で、t分後の脱硫率を予測し、この
脱硫率予測値が脱硫率設定器23の出力信号よりも大きく
なるまで、ポンプの台数信号を増加させる。上記信号が
負のとき、すなわち、実際の脱硫率信号48が脱硫率設定
器23の出力信号より小さい場合には、ポンプの運転台数
信号を1台増台し、上記と同様の手順でポンプの運転台
数を増減させる。脱硫率予測演算器38においては、下記
の方式により、t分後の脱硫率を演算する。
η=1−exp(−BTU・RTU1・ RTU2・RTU3・RTU4) ……(1) RTU1=f(pH) ……(2) RTU2=f(Gg ) ……(3) RTU3=f(CSO2 ) ……(4) RTU4=f(NP ) ……(5) BTU =−ln(1−η) ……(6) ここに、ηO:基準脱硫率、η:脱硫率予測値、pH:
吸収液pH、pH:pH予測値、CSO2:入口SO2濃度、
CSO2 :入口SO2濃度予測値、NP:ポンプ台数。
pH設定値演算器4では、脱硫率設定器23の出力信号、
排ガス流量計21の出力信号、入口SO2濃度計22の出力信
号、加算器36aの出力信号を用いて、(1)〜(6)式
の関係を用いてpH設定値を演算し、加算器36bに加え
る。排ガス中F、Cl濃度予測演算器41は、燃料流量計2
5、空気流量計26、燃料性状データ27より、排ガス中の
F、Clの濃度を予測し、この出力信号をpH設定値補正演
算器42に入力する。排ガス中のF、Cl濃度は次式で計算
される。
ここに、CX:排ガス中のFまたはClの濃度、Ga:空気流
量、Gf:燃料流量、η:燃焼率、C′X:燃料中のFまた
はCl濃度。
pH設定値補正演算器42では、F及びCl濃度に対するpH
の補正信号を求めておいて、これらを加算し、pH補正信
号49(ΔpH)を出力する。
ΔpH=ΔpHF+ΔpHcl ……(10) ΔpHF=f(F濃度) ……(11) ΔpHcl=f(Cl濃度) ……(12) ここにΔpH:pH補正信号 加算器36bでは、pH補正信号49とpH設定値演算器40の
出力信号を加算してpHの設定値を求め、減算器32cにお
いて、pH計28の出力信号とpH設定値信号(加算器36bの
出力信号)の偏差を求め、この偏差信号に応じて、関数
発生器35bにおいて、吸収剤スラリの過剰率補正信号を
求め、加算器36cに入力する。加算器36cにおいては、SO
2の絶対量信号(掛算器33aの出力信号)に対応して、関
数発生器35cで、過剰率先行信号を与えて、前記過剰率
補正信号と加え合わせて、全体の吸収剤過剰率信号と
し、この信号にSO2の絶対量信号を掛算器33bで掛け合わ
せて、吸収剤スラリのデマント信号とし、吸収剤スラリ
流量計29の出力信号との偏差を減算器32dで求めて、調
節計43aに入力し、この出力信号である吸収剤スラリ流
量調整弁制御信号20により吸収剤スラリ流量調整弁7を
開閉する。
アルカリ剤流量は、排ガス中F、Cl濃度予測演算器41
の出力信号である、F及びClの濃度に排ガス流量計21の
出力信号を掛算器33cで掛け合わせ、この掛算器33cの出
力信号に一定の係数の係数器45で掛けて先行流量信号と
し、これにpHの偏差信号(減算器32cの出力信号)を調
節計43bで処理した信号を加算器37dで加算し、アルカリ
剤流量計30の出力信号との偏差を減算器32eで求め、こ
の信号を調節計43cで処理し、アルカリ剤流量調整弁制
御信号17により、アルカリ剤流量調整弁10を開閉する。
酸化空気ブロワの台数制御に関しては、掛算器33dに
おいて、入口SO2量信号(掛算器33aの出力信号)と実測
脱硫率信号(割算器34の出力信号)とを掛け合わせて、
吸収SO2量信号とし、pH計28の出力信号を関数発生器35d
に入力して、係数を求め、これに吸収塔スラリ循環流量
計31の出力信号を掛算器33eで掛けて自然酸化量信号を
求め、減算器32fにおいて、吸収SO2量信号(掛算器33d
の出力信号)から自然酸化量信号(掛算器33eの出力信
号)を引算すると、これは必要酸化量信号(減算器32f
の出力)となるので、この信号に対して関数発生器35e
で、必要空気量信号を求め、この信号を酸化空気ブロワ
台数制御装置46に入力して、酸化空気ブロワ台数制御信
号18を求め、酸化空気ブロワ9の運転台数を決定する。
本実施例は、このように、ボイラ及び脱硫装置を含め
た総合的な運用管理方式であり、ボイラ及び脱硫装置の
オンライン測定データ及び将来の予測値を用いて、オン
ライン測定が困難な状態量の現在及び将来値の予測結果
に基づいて、脱硫装置の性能を維持し、ユーティリテ
ィ、すなわち、吸収剤消費量、アルカリ剤消費量、吸収
塔循環ポンプ動力、酸化空気ブロワ動力を低減できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ボイラ及び脱硫装置を含めた総合的
最適運用管理ができるので、以下に示すような効果があ
る。
(1)ボイラの燃料切替え及び負荷変化に対しても、所
定の脱硫率を容易に確保できる。
(2)ユーティリティの低減、すなわち、吸収剤消費
量、アルカリ剤消費量、吸収塔循環ポンプ動力、酸化空
気ブロワ動力が低減できる。
(3)脱硫率の予測ができるので、プラント異常状態が
容易に検出できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる湿式排煙脱硫制御装置の一実施例
を示す制御概念図、第2図は第1図の脱硫制御装置の一
実施例を示す制御系統図、第3図は従来の脱硫装置の制
御概念図、第4図は吸収剤濃度とpHの関係を示す説明図
である。 1……ボイラ、2……電気集塵器、3……脱硝装置、4
……空気予熱器、5……脱硫装置、7……吸収剤スラリ
流量調整弁、8……吸収塔循環ポンプ、9……酸化空気
ブロワ、10……アルカリ剤流量調整弁、11……石膏回収
装置、14……オンラインデータ収録器、16……脱硫制御
装置、21……排ガス流量計、22……入口SO2濃度計、23
……脱硫率設定器、24……出口SO2濃度計、25……燃料
流量計、26……空気流量計、27……燃料性状データ、28
……pH計、29……吸収剤スラリ流量計、30……アルカリ
剤流量計、31……吸収塔スラリ循環流量計、32……減算
器、33……掛算器、34……割算器、35……関数発生器、
36……加算器、37……ポンプ台数増減器、38……脱硫率
予測演算器、39……ポンプ台数調整器、40……pH設定
器、41……排ガス中F、Cl濃度予測演算器、42……pH設
定値補正演算器、43……調節計、44……ポンプ台数制御
装置、45……係数器、46……酸化空気ブロワ台数制御装
置、47……ポンプの台数増減信号、48……脱硫率信号、
49……pH補正信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/34 ZAB (72)発明者 鴨川 広美 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 川野 滋祥 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−97019(JP,A) 特開 昭62−204829(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ボイラ等の燃焼装置と、塔内に吸収液が供
    給され、排ガス中の硫黄酸化物を吸収除去する吸収塔、
    吸収塔内の吸収液を循環させる吸収塔循環ポンプおよび
    吸収循環タンクに酸化用空気を供給するための酸化空気
    ブロワを備えた湿式排煙脱硫装置において、吸収液pH及
    び入口SO2量の現在値と変化率より、pH及び入口SO2量の
    将来の予測値を演算し、前記の両予測値及び吸収液循環
    量より将来の脱硫率予測値を求め、この予測脱硫率にも
    とづいて、吸収液循環量を制御する手段を設けたことを
    特徴とする湿式排煙脱硫制御装置。
  2. 【請求項2】現在のpH測定値より求められた吸収液中の
    硫酸塩と亜硫酸塩の生成量より、必要な亜硫酸塩の酸化
    量を演算し、この値にもとづいて酸化に必要な空気量を
    求め、この値にもとづいて酸化空気ブロワを制御するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の湿式排
    煙脱硫制御装置。
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