JPS5826009A - Ｓｏ↓２還元塔のガス成分制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｂ（ｈ還元塔のガス成分制御方法に係り、特
番こボイラの負荷変動により排ガスのＳ鵡成分濃度が変
化する場合一すなわち、還元塔に流入する８０．ガス量
が変化する場合番こ適用するに好適な、Ｓｏ．還元塔の
ガス成分制御方法に関する。

最初に、従来のＳＯ，還元塔の機器構成を第１図に従っ
て説明する。

図において、１はＳＯ！還元塔、２はガス混合器、３は
ガス成分分析器、４は空気流量調節器、５はバイパスガ
ス量調節器、６．７はＳＯ！還元塔１内のガス温度検出
器、８は制御装置である。

作動時には、ＳＯｔ　ｒ　ＨｔＯ等を含む流入ガスはＳ
ａｔ還元塔１に送られ、還元塔１内でカーボンと接触し
、後述するような還元その他の反応を繰り返す。

そして、ＳＯ，還元塔１の出口では、Ｃｏｔ　ｌ　Ｓｔ
　ｍ　Ｈ２Ｓ　＊Ｈ，，Ｓｏ．（未反応量）等を含むガ
スとなる。

このガスは、ガス混合器２で、８０．還元塔１をバイパ
スして来たガスと混合され、クラウス反応炉へ送り込ま
れる。良く知られているように、クラウス反応炉は、Ｓ
Ｏ，とＨ．Ｓを供給され、ＳｔとＨ，０に分離反応させ
るものである。そして、この反応をさせるためにＢ、８
０ｔとＨ，Ｓの比が１対２の割合であるのが望まれる。

このような装置で、ガス混合器２の出口での、ガスの成
分は次のようにして制御される。まず、空気流量調節器
４を介してＳｏｗ還元塔１へ空気を送り込み、ＳＯ，還
元塔内のカーボンを燃焼させ、ｊｌＦ１内で還元反応が
進みやすい温度まで上昇させる０ これにより、還元塔１内では、（１）式ないしく４）式
で ｃ　＋　ｓｏ、→　３４２Ｂ、　＋　Ｃｏｔ　　、・・
・−（１１Ｃ＋■、０　→　ＣＱ　＋　Ｈ，・・・・・
・　（２）ＣＯ＋　Ｈ宜０→ｃｏ、　＋Ｈ重　　　・・
・・・・　（３）馬十騒Ｓ、→Ｈ！８　　　　　町・・
　（４）示すような反応が起る０これによシ、入力ガス
に含まれる８０．およびＨｔＯｔｉ、Ｓ宜およびＨｌＳ
に変化することになる。

ここで、前記の各反応は、瞬時に完了するのではなく、
温度やガス成分分圧によシ反応速度が決まり、塔内のガ
スの滞留時間によっても変化する。

このようなりＯ！還元塔のガス成分制御方法としては、
流入空気量の制御によって、還元塔１内の温度を一定に
制御し、還元４１内での８．回収率を最大とすることが
知られている。

前述のような制御を行なった場合は、還元塔１の出口で
のＨｔ８とＳＯ３の比を所定値（２対１）杏こ保持する
ことができなく表る。

この丸めに、従来は、ガス成分分析器３によってＨ，Ｓ
とＳへの成分量を検出し、一方、第１図中に示したよう
に、ガス混合器２およびバイパスガス量調整器５を設け
、流入ガスのバイパス量を調整することによって、クラ
ウス炉へ送られるＨ、８とＳＯ！の比を所定値（２対１
）に保持するようにしていた。

しかし、このような制御方法では、ガス成分分析器３で
の分析結果を得るのに比較的長時間（現状では１０分程
度）を要し、応答速度がおそい九め、流入ガスのバイパ
ス量調整が適確に行なえない欠点があった。また、流入
する排ガス流量が変化し走時、還元塔１内番こ滞留する
時間が正確に把握できないため、反応量の正確な把握が
できず、正確なガス成分量の制御ができないという欠点
を持ってい九。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点をなくし、
還元塔内の正確な滞留時間と温度から反応量を推定し、
正確なガス成分制御を可能とするＳ偽還元塔のガス成分
制御方法を提供するにおる。

本発明は、還元塔の流れに沿った２点以上のガス温度検
出値から、ＳＯ！還元塔内の温度分布を推定すると共に
、ガス流量から還元塔内の滞留時間を推定し、との２つ
の推定値から流入ガスに含まれる８０．の成分濃度を正
確に推定しながら、操作量（空気量）を制御するところ
が特徴である。

第２図に、本発明を実施するのに好適なＳａｔ還元塔の
概略構成を示す。図中の、第１図と同一の符号は同一ま
たは同等部分をあられしているので、その説明は省略す
る。

なお、ガス混合器２およびバイパスガス量調節器５を鎖
線で示しているのけ、これらが本発明の実施の丸めには
、理論上は不要であることをあられしている。

本発明の作動原理を理解するために、まず、前にあけた
（１）式及び（４）式の反応速度を調べると、化学平衡
の法則より、それぞれの反応速度ｒＩＴｒ！は次の（５
）式および（６）式で示される。

’＋　＝　ｋ＋　ｅ−””Ｔ（ＰＳ□、）　（ｍ／５ｅ
ｅ）　・・−＝・＝（５）ｒ、　＝　ｋｇ　＊−Ｅｖ／
ＲＴ（ＰＨ，）（Ｐｓ、）”（ｗｒＡｅｅ）　・・（６
１こ＼で、 ｋＩ＋に！’反応速度定数 Ｅ、、Ｅ、：活性化エネルギ Ｒ：気体定数 Ｔ　：絶対温度 （Ｐｇ（）、）、ＣＰＨり、（Ｐｓ、）　：　Ｓｏｔ、
　Ｈｔ、　Ｓｔの各分圧従って、還元塔ｌ内におけるＳ
〜およびＨ，Ｓの各反応量は、次の（））式および（８
）式で示すことかでと＼で、 Ｆｇ　：　　）−タルガス流量　　・ Ａ　：塔の断面積 ｌ　：塔の高さ し九がって、還元塔に流入したガスに含まれていたＳｏ
ｗの量をＦ’ｓｏ、で示すと、このＳＯｌはＦＢＯＲ−
Δ（Ｓｏｗ） となって還元塔１から流出することが分るｏしたかって
、流出されたガス中に含まれるＳＯ６とＨ，Ｓの比は、
（９）式で示されることになる０前述のように、ＳＯ１
還元塔１の出口でのＳＯｌとＨＩ３の比はし２となるこ
とが必要である。（９）式の比１ｋｌ／２にするために
は、（１１式が成立するように塔内の温ｔＴを決めれば
良いことが分る。

ここで、塔内の温度を平均、温度〒で代表させることに
すれば、 ／Ａｄｘ＝Ｖ であるから、αΦ式はＯ９式のように変形できる。

−＝−■ ＦＢ（）２に＋　ｅ　ＲＴ　（ＰＳＯ，）　、。

こ＼で、 Ｖ：塔内容積 従って、１式を満足する平均温度聞を求め、〒１を設定
値または目標値として、塔内の平均温度が〒ｒに一致す
るように空気量を調節すれば良いことが分る。

ところが、ここで問題となるのは、流入ガスに含まれる
ＳＯｌの量ＦｓＯｆを直接測定できないことである。そ
こで、Ｆｓ□、を間接的に推定する必要がある０ ここで、ガス成分分析器３で測定したＳＯｌ量をＦＳｏ
、　ａであられし、塔内に流入するガス中に含まれるＳ
Ｏ７の濃度をρｓｏ、とし、バイパス弁５から流入する
ガス量をＦ’ｇとすると、１式およびａｓ式が成り立つ
。

ここで、 ！’ｓｏ、＝ｙｇ’ρｓｏ、　、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
、、、　（１３Ａ）であるから、ａｓ式で求めたρＳＯ
！を（１３Ａ）式に代入し、Ｆ’５ｏｆｆｉｔ−推定す
ることができる０以上の解析屹より、具体的な制御方式
は次のようにすれば良いことが分る。すなわち、まず平
均温度〒を仮定し、１式により流入ガスのＳＯｌの濃度
ＩＢ□！ｔ−求める０ つぎに、（ＩｍＡ）式により、Ｆ’ｓｏ講Ｆｇ・ρｓｏ
−こよって推定演算し、さらに１式を利用して塔内の平
均温度〒を算出する。ここで１式から得られた平均温度
がさきに仮定した値に等しければ、これを塔内平均温度
の目標値〒、として設定する０このとき、もしも両者が
一致しないときは、０式で仮定した平均温度〒を微小量
だけ補正して、同様の計算を行ない−いわゆる収斂計算
法によって前記塔内温度の目標値五を決定する。

なお、この場合、塔内平均温度の仮定は、現在または直
前の塔内温度の実測値に基づいて行なわれるのが普通で
ある。

それ故に、仮に１９式から得られる平均温度が０３式の
演算の際に仮定した平均温度〒とくい違ったとしても、
その差は僅少であシ、収斂計算法によって、比較的簡単
に塔内温度の目標値〒ｒを決定することができる。

前述のようにして目標値〒ｒが決定されたならば、温度
検出器６，７を利用して平均温度を求め、これが〒、に
一致するように空気流量調節器４を、例えばフィードバ
ック制御すれば良い。

以上に詳述したように、本発明のＳＯｔ還元塔成分制御
方法では、 （イ）１式を用いて、流入ガス中のＳＯ意の濃度ρｓｏ
。

を演算する。なお、このとき、塔内の平均温度〒は、現
°在または直前の塔内温度実測値に基づ　　・いて、こ
れに近い値を仮定する。

（ロ）前記ビ）で求めた濃度ｐｓｏ講用いて、（１３Ａ
）式から、流入ガス中のＳＯｔ量ＦＳＯ！”演算する。

ｆう前記（ロ）で求めたｓｏ、量Ｆ’ｓｏ、　ｔ−４１
１式に代入し、塔内平均温度〒を演算する。

に）前記ｅ→で求めた平均温度が、先化仮定した塔内平
均温度と等しくなければ、仮定した塔内平均温度を少し
ずつ変化させて、前記（イ）〜（ハ）の演算をくり返し
−すなわち、収斂計算法によって一両者が等しくなるよ
うにする。

（ホ）以上のようにして、求められた塔内平均温度を目
標値として、塔内平均温度実測値が目標値に等しくなる
ように、空気流量調節器４の開度を制御して空気供給量
を調節する。

という工程によって、Ｓｏ！還元塔１の出口におけるＳ
Ｏｔ成分とＨ，８式分との比を、常ζこ１対２に保つよ
うにしている。

したがって、本発明の制御方法を適用すれば、流入ガス
をバイパスして還元塔１の出口側へ供給する必要がなく
なり、理論的にはガス混合器２とバイパスガス量調節器
５を省略することができる。

また、本発明では、流入ガスの量に基づいて還元塔内の
温度を制御するので、制御の応答時間が従来例に比べて
短かくなり、クラウス反応炉へ供給される８０．とＨ，
Ｓとの成分比の制御が、よシ確実となる利点がある。

しかし、実際には、塔内平均温度の目標値〒ｒと実際の
平均温度〒との間には偏差があることもある。特に、流
入ガスの量が急激に増大するような過渡時には、温度偏
差が大きくなり、還元塔出口における成分比を所定値に
保つことが困難となる。

第２図に、鎖線で示しているガス混合器２およびバイパ
スガス量調節器５は、本発明の制御方法を実施した時に
、過渡的に生じる温度偏差に起因して生ずる８０．やＨ
，Ｓの成分偏差を補償するために、予備的に設備される
ものである。これらのバイパスガス流量制御系は、次の
ように調節される。

すなわち、目標平均温度を〒ｒ、実際の平均温度を〒１
とすると、ａ４式であられされるｌＦｓ偽分だけ、還元
塔ｌの出口側において、８０．が不足すること番こなる
。そこで、バイパス流量制御系を介して、・・　・・・
・・Ｉ この不足分に相当する８０．を補給してやる必要がある
。

ｖｌ、　＝＝ΔＦｓｏ＊／ρ８０．　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・負９すなわち
、ナ喝式より求まるｖｇを目標にノくイノ（スガス量調
節器５を制御する必要がある。ここで、ＳＯ鵞が不足し
た場合は以上の考えで補償できるが、８０、が過剰にな
った時は制御不能となるＯそれ故に、バイパスガス流量
制御系による補償を確実に行なうためには、（９）式に
示すＳＯｖとａｙｓとの比をあらかじめ、１対２以上に
設定しておく必要があるＯ 以上に説明した制御方法は、制御装置弘で実現される。

第３図は、以上に説明し九本発明の制御方法のアルゴリ
ズムを、ブロック線図で説明したもので６る。このアル
ゴリズムは、マイクロコンヒエータ尋で容易に実現でき
る。

図ｉこおいて、まずブロック１００は、還元塔１内の実
測された温度、ガス成分分析器３で得られた成分眸を計
算機に入力する機能である０ブロツク１０１では、塔内
の平均温度を仮定し、ａ３式を利用して流入ガス中のＳ
Ｏ，濃度ρｓｏ、を推定し、さらに、（ｘｓＡ）式によ
って流入ＳＯ宜量ＦＳＯ！を推定、５動薯す５゜次に、
ブロック１０２では、ａｆＪ式を利用して塔内の目標温
度〒、を求める。なお、この場合、１式から求めた塔内
平均温度（目標値）がさきに仮定した値と異なるときは
、前記仮定値を少し変化させて、前記１０１および１０
２の機能をくり返し実行させる。両者の値が等しくなっ
たとき、塔内目標温度〒、を確定し、ブロック１０３へ
進む０ブロツク１０３では、この目標温度〒１に塔内の
温度〒、が一致するように、公知の比例・積分制御郷の
適宜のアルゴリズムを実施し、空気流量調節器４の開度
口ｉｆ　２００を決定する。

次に、必要があれば、ブロック１０４で、過渡的な温度
偏差による外乱を補償する丸め、（Ｉ４．　Ｌｉ式を利
用してＦ／、を求める。さらに、ブロック１０５では、
バイパスガス流量がこのＦｋに一致するようにバイパス
ガス量調節器５の開度目標２０１を決定する。

最後に、ブロック１０６で、計算機の出力として、これ
ら２つの（調節器４．５の）弁の開度目標２００゜２０
１を、それぞれ該当する調節弁へ出力して、それぞれの
流量制御を、公知の適宜な手法によって実行する。

又、（ＩＩ）式における反応速度定数に！は、圧力、温
度によっても変化する。それ故に、ガス成分分析器３の
結果（Ｈ，Ｂガス量）にしたがって、これを補正するこ
とが望ましい。

第４図は、ｋ、補正のアルゴリズムを示したものである
。基本的に杜、ｎ組のガス温度平均値〒ｉ。

ガス流量ＦｉｔおよびＨ，Ｓガス量測定値’Ｈ１Ｓ　ａ
　ｉ　（こコテ、前記Ｉは１〜ｎ）のデータの回帰分析
によシに鵞を推定する。

第４図で、ブロック３００は、このｎ組のデータの収集
機能を示す。次に、ブロック３０１では、ｎ組のデータ
から、一式に示す評価基準Ｊを導入すそして 前記評価基準Ｊを最小にするに、を求める。すなわち、
δＪ／ａｋ、　＝　Ｏとおき、整理すると、ａη式が得
られ、これからに、が求、められる。

最後に、ブロック３０２においては、以上のようにして
求まったに、で、ａυ式のに！を修正する。

以上水したような反応速度定数に、の補正方法を採用す
ることによって、塔内の反応量をよシ一層正確ｔこ推定
できるようになる。それ故に、還元塔出口での８０．と
Ｈ，Ｓの比率を常に所定の値に保つことがよシ一層確実
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＳＯ８還元塔の機器構成を示す概略図、
第２図は本発明のガス成分制御方法を実施するのに好適
な８０．還元塔の概略構成を示す図、第３図および第４
図は本発明の制御アルゴリズムを示すブロック線図であ
る。 １・・・ＳＯ１還元塔、２・・・ガス混合器、３・・・
ガス成分分析器、４・・・空気流量調節器、５・・・ノ
くイ／（スガス流量調節器、６．７・・・ガス温度検出
器、８．８Ａ　・・制御装置 代理人弁理士　平　木　道　人 才３図 第４図 ６２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｓ偽を含むガスを還元塔へ流入させ、流入された
   ガス中の８０雪を還元剤の存在下でＨ，Ｓｌζ還元し、
   還元塔出口における８０．とＨ２Ｓとの比を所定値に保
   持する８０．還元塔のガス成分制御方法であって、流入
   ガス量を検出し、前記流入ガス流量、還元塔の出口にお
   けるＳＯ２量および還元塔内のガス温度から流入ガス中
   のｓＯ！量を推定演算し、このようｌこして求め六流入
   ガス中のＳＯ！量から、還元塔出口に訃ける８０．とＨ
   ，Ｓとの比を所定値にするのに必要な還元塔内のガス温
   度目標値を決定し、還元塔内のガス温度が前記目標値に
   等しくなるように、還元塔内への流入空気量を制御する
   ことを特徴とするＳＯ１還元塔のガス成分制御方法。 偉）還元塔出口におけるＨ、Ｂ量を検出し、これを用い
   て還元塔内におけるＨ、Ｓ生成反応の反応速度定数の補
   正値を求め、これ番こよって流入ガス中の動量を補正す
   ることを特徴とする特許 範囲第１項記載のＳｏ，還元塔のガス成分制御方法。 （３１　　ｓｏ，を含むガスを還元塔へ流入させ、流入
   されたガス中のＳＯ，を還元剤の存在の下でＨ！Ｓに還
   元し、一方、流入ガスの一部を還元塔の出口へ直接バイ
   パスさせ、還元塔出口のガスとバイパスされたガスとを
   混合し、混合ガス中の８０．と■，Ｓとの比を所定値に
   保持するＳへ還元塔のガス成分制御方法であって、還元
   塔へ流入されるガス量およびバイパス量を検出し、前記
   流入ガス流量、バイパスガス流量、還元塔の出口におけ
   るＳＯ！量および還元塔内のガス温度から流入ガス中の
   ８０．量を推定演算し、このようにして求め九流入ガス
   中の８０、から、混合ガス中のＳＯ！とＨｔｇとの比を
   所定値に保持するのに必要な還元塔内のガス温度目標値
   を決定し、還元塔内のガス温度が前記目標値に等しくな
   るようｌと、還元塔内への流入空気量を制御すると共に
   、前記ガス温度目標値に対するガス温度実測値の偏差に
   基づいて、バイパスガス流量を制御することをＩ！！ｆ
   徴とするＳＯｔ還元塔のガス成弁制御方法。 （４）　　混合ガス中におけるＨ、Ｓ量を検出し、これ
   を用いて還元塔内におけるＩ（、Ｓ生成反応の反応速度
   定数の補正値を求め、これによって流入ガス中のＳＯＷ
   量を修正することを特徴とする特許の範囲第３項記載の
   ８０，還元塔のガス成分制御方法。 （５１　　ｓｏ，を含むガス、空気および還元剤を流入
   され、その出口においてＳＯｔおよびＨｔＳを生ずるＳ
   Ｏ！還元塔と、流入空気流量調節手段と、還元塔内のガ
   ス温度を検出する手段と、流入ガス流量を検出する手段
   と、還元塔出口におけるガス成分（ＳＯＷ）を分析する
   手段と、流入ガス流量、還元塔出口における８０！量、
   および還元塔内のガス温度を入力されて、流入ガス中の
   ＳＯ！量を推定演算し、さらに、還元塔出口におけるＳ
   Ｏ！とＨ，Ｓとの比を所定値にするのに必要な還元塔内
   のガス温度目標値を演算し、このために必要な還元塔内
   への流入空気量を演算し、かつ前記必要流入空気量が得
   られるように、流入空気流量調節手段を制御する制御装
   置とを具備したことを特徴とする８０．還元塔のガス成
   分制御装置。 （６）還元塔出口におけるＨｔＳ量を検出し、これを用
   いて還元塔内におけるＨ，Ｓ生成反応の反応速度定数の
   補正値を求め、これによって流入ガス中のＳＯｔ量を修
   正することを特徴とする前記特許請求の範囲第５項記載
   のＳＣｈ還元塔のガス成分制御装置Ｏ （７）　　８０！を含むガス、空気および還元剤を流入
   され、その出口においてＳＯ，およびＨｔＳを生ずる８
   ０。 還元塔と、流入空気流量調節手段と、還元塔内のガス温
   度を検出する手段と、流入ガス流量を検出する手段と、
   流入ガスの一部を還元塔出口へ直接バイパスする手段と
   、バイパスされるガス量を調整する手段と、還元塔出口
   のガスとバイパスされたガスとを混合する手段と、混合
   ガス中のガス成分（　ＳＯｘ　）を分析する手段と、流
   入ガス流量、ガス混合手段の出口におけるＳＯ，量、お
   よび還元塔内のガス温度を入力されて、流入ガス中の８
   ０，量を推定演算し、さらに、ガス混合手段の出口にお
   けるＳＯ！とＨ，Ｓとの比を所定値にするのに必要な還
   元塔内のガス温度目標値を演算し、このために必要な還
   元塔内への流入空気量を演算し、かつ前記必要流入空気
   量が得られるように、流入空気流量調節手段を制御する
   制御装置とを具備したことを特徴とするＳＯｔ還元塔の
   ガス成分制御装置。 （８》　　混合ガス中におけるＨ，Ｓ量を検出し、これ
   を用ａて還元塔内におけるＨ，８生成反応の反応速度定
   数の補正値を求め、これによって流入ガス中のＳＯ，量
   を修正することを特徴とする前記特許請求の範囲第７項
   記載のＳＯ！還元塔のガス成分制御装置。