JPS59199020A

JPS59199020A - 湿式石灰石膏法脱硫プラントの制御方法

Info

Publication number: JPS59199020A
Application number: JP58073376A
Authority: JP
Inventors: Kengo Hamanaka; 浜中　健吾; Susumu Kono; 進河野; Katsuyuki Morinaga; 森永　勝行; Yutaka Nonogaki; 野々垣　豊
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1983-04-26
Publication date: 1984-11-12
Also published as: JPH0418884B2

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、湿式石灰石膏法排煙脱硫プラントのＳ０２吸
収装置において、大幅かつ急激な負荷変化への追従性が
優れた湿式石灰石膏性脱硫プランドの制御方法に関する
。

一般にＳＯ２吸収装置は、第１図に示すように構成され
、次のようにして脱硫する。排ガ゛ス１がダクト２から
吸収塔３中に入ると、ここで循環する吸収液４と接触す
る。排ガス中のＳ０２は（１）式の吸収反応によｐ液中
にＨ２Ｓ０３を生成し、流下する。

ＳＯ２＋Ｈ２０→Ｈ２ＳＯ３・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（１）この後排ガスは排出ラ
イン５を通って煙突から排出される。

一方、Ｈ２Ｓ０３を生成しだ液は塔底部から槽６に流下
する。槽６には供給ライン７から中和剤（炭酸カルシウ
ム、その他水酸化カルシウム等アルカリ性物買）が供給
されており、この中和剤がこの液を中和し、Ｃａ　ＳＯ
５を生成する。中和された液はポンプ８によシ循環ライ
ン９を通って吸収塔３に供給される。なお循環液の一部
は取出され、後工程においてＣａ　ＳＯ３をＣａＳＯ４
−２Ｈ２０（石膏）に酸化される。

このＳＯ□吸収装置における従来の制御方法は、次のよ
うにしておこなっている。−検出器１１で循環する吸収
液のＰＨ値を検出し、調節計１２に入力する。調節計１
２では塔頂に至る吸収液ＯＰＨ値が一定になるべく、信
号を加算器１３に入力する。

一方、負荷検出器１４で系内に入るＳＯ２量（例えば排
ガス流液と入口Ｓ０２濃度との積）つまシ脱硫プラント
の負荷（以後脱硫負荷という）を検出し、加３Ｉ：器１
３に入力する。加算器１３では調節計１２からの信号と
負荷検出器１４からの信号とを加算し、流量調節計１７
に設定値信号として入力する。また供給ライン７の流量
全流量検出器１６で検出し、流量調節計１７に入力する
。流量調節計１７は、これら信号にもとづいて調節弁１
８を制御する。

即ち、従来のπυ御方法は、調節計１２からの出力でフ
ィードバック効果を持たせ、負荷検出器１４からの出力
でフィードフォワード効果を持たせ、吸収Ｓ０２愈と当
量の中和剤を供給しようとするもので、系に入るＳ０２
と当量の中和剤を供給すると常に同じ脱硫率でｓｏ２２
吸収できるという考えを基礎においている。この考え方
は、脱硫負荷が上昇するとき、その上昇速度よシ系内で
の中和反応速度が速いか少なくとも同等の場合に成立す
る。

しかるに脱硫性能は、液中のＨ２Ｓ０３濃度とＰＨによ
り異なり　、Ｈ２ＳＯ３６％度が低く、Ｐｌｌが高い程
Ｓ０２の吸収性が高い。

（１）式の吸収反応の反応速度は、（２）式で表わされ
る。

γ＝Ｋ　−Ａ　、　（ＣＧ−ＣＬ）　　　　　　　　・
・・・・・・・・・・・・・・（２）γ：吸収反応速度Ａ：ガスと液の接触面積ＣＧユニガス中ＳＯ□濃度ＣＬ：液中のＨ２ＳＯ３濃度に：Ｓ０２吸収総括物質移動系数この（２）式で、中和剤を供給してＰＨヲ一定にする制
御法を説明する。第一にガス中のＳ０２ヲ吸収すると、
液中のＨ２ＳＯ５濃度が上昇するので液中のＨ２ＳＯ３
濃度ＣＬが高くなシ、吸収反応速度γがｌ」・さくなる
。故にＨ２Ｓ０３を中和して液中のＨ２ＳＯ５濃度ＣＬ
を低く保つ必要がある。第二に、移動系数には、ＰＨの
関係であるため、Ｈ２ＳＯ３濃度が高くなってＰＨが低
くならないよう中和する必要がある。

しかし中和反応速度は非常に小さいため、負荷の上昇速
度が大きいときには負荷に当量の中和剤を供給してもＰ
Ｈ７ｉ所定の値に保つことはできない。ｐＨが低下する
と脱硫性能が低下するので、中和反応速度を大きくする
必要がある。

なお脱硫性能は、一般に（３）式の脱硫率ηで表わされ
る。

ただ踵ＣＧｘニブラント入ロガス中のｓ０２濃度ＣＧｏニブラ
ント出ロガス中の８０２＃度一方、ｐ１４は、Ｈ２ＳＯ
３濃度を高くすると下が９、′未反応のＣａ　ＣＯ３が
多く存在すると即ち液中のＣａＣＯ３濃度が高いと、上
がる。

以上のことから急激な負荷上昇に追従できるようにする
には、次のような方法が考えられる。

常時つまシいかなる負荷量のときにも高いＰＨで運転し
て未反応ＣａＣ０５が系内に多く貯留している状態とし
、負荷上昇に対して余裕を持たせる方法。あるいは低負
荷の間に高ｐｌ（で運転する方法。

しかし、これらの方法は、極めて不経済である。即ち、
槽６中のＣａＣＯ３濃度が高いと、その濃度でライン／
ｆから系外に排出している。このため低負荷時の反応速
度γが小さくてよいときに未反応ＣａＣＯ３’に多く保
持していると、原料（中和剤）を多く供給しなければな
らない。更にＣａＣＯｓ分が吸収塔３内で中和反応に使
用されずラインメンから系外に排出すると、後工程で硫
酸で中和しなければならない。

以上の如くこれらの方法では、未使用のＣａＣＯ３が多
くなるのみでなく、これを中和処理する硫酸も多くなる
。なお、この方法では、低負荷時にプロセスに余裕があ
るため、脱硫性能が不必要に高くなる。

以上の理由から中和剤及び硫酸の消費量を少くして運転
するには、低負荷のとき低ｐＨで高負荷のとき高ＰＨで
運転すればよいといえる。

この運転を行うだめの制御法には、ＰＨ調節計１２のＰ
Ｈ設定値を負荷の関数とする方法がある。

この場合、いかなる負荷においても目標脱硫率となるよ
うに予め計算しておく。目標脱硫率を得るための負荷に
対するＰＨ設定値の関数関係は、プラント毎に異なるが
、はぼ第２図のようになる。

この制御法は、中和剤及び硫酸の消費量を最小にするに
は、非常によいが、高速負荷変化への追従という面では
実用的ではない。

即ち、Ｐｌｌを第２図のように広範囲に変化させるには
、系内のＣａＣＯ３濃度をＰＨ変化に対応して変化させ
る必要がある。ＰＨの変化幅’に１．０（例えば、４．
７から５．７までの変化幅）とするにはＣａＣＯ３濃度
を約１０倍変化させなければならな。

い。負荷が２５％から１００％まで平均５チ／分の速度
で変化したとき、この間の時間は１５分である。

一方槽６内のＣａＣＯ３量（槽内液容量Ｘ　ＣａＣＯ３
濃度）は、負荷１００％時のＣａ　ＣＯ５供給量の約１
０倍変化度である。換言すれば槽６内のＣａＣＯ３は供
給量に対して１０時間分滞留している。

従って、例えば１５分間の間にこのように多量のＣａＣ
Ｏ３ｋ　１０倍にするには、この１５分間にＣａＣＯ５
ｋ膨大に供給しなければならない。このためこの方法は
供給設備の面から実用的方法とはいえず、負荷変化への
追従が困難である。

このことから本発明者らは、別の操作を付加してＰＨの
変化幅を小さくすることを考えた。

即ち（２）式に戻って考えると、負荷が変化した場合、
これに対応して気液接触面積Ａを変化させればよい。こ
の気液接触面積Ａは、充填層における吸収反応速度の一
要因であり、流れている液の流量に影響され、下式で示
される。

Ａ−＝（Ｌ／Ｓ）“ ただしＬ：吸収塔を流下する液すなわちライン９を流れ
ている循環液の流量（ｍ５／Ｈｒ　）Ｓ：断面積 α：実験的に決まる糸数で０．３〜１以下の数。

従って気液接触面積Ａを負荷に対応して変化させれば、
前述のようにｐＨｋ変化させる必要がなく、負荷への追
従が容易となる。

しかし脱硫装置の場合、気液接触面積Ａを負荷に対して
連続して対応させるには、次の問題がある。

第１に循環液はスラリである。このため液自体に含まれ
ている固形分及び塔内での反応で発生する固形分が壁及
び充填物へ付着する場合、これを循環液自体で洗い流す
必要がある。従って循環液ｉＬｋ極端に少量とすること
はできず最小限は１００％負荷時のおよそ１／３である
ことが判った。これは、αが１よシ小さいため、例えば
α＝０．７としたとき循環液ｉ　Ｌ　’ｉ　１／３にし
ても気液接触面積Ａは４５ｑ６以下にはならないこと全
意味してｂる。

第２に循環液はスラリで摩耗が激しいため、循環流量を
弁で調整することは不可能である。

以上の理由から気液接触面積Ａｉ変化させるには、循環
液流量りを循環液ポンプの稼動台数で変化させるのが得
策である。

ポンプを数多く備えてこれをオン／オンすれば気液接触
面積Ａは、がなシ負荷に連続して対応できる。しかしポ
ンプ及びその関係に要する価格は、ポンプの容量に比例
するのではなく、１台に対する固定価格要素もあシ、台
数を増加することは経済的ではない。これに対しポンプ
台数が少ないと循環液流量りの変化は非常に離散的とな
る。

本発明は、これらの知見にもとづいてなされたもので、
稼動ポンプ台数と…との組合せで制御することによシ、
経済的にかつ負荷変化への追従性を向上させることがで
きる制御方法を得んとするものである。

すなわち本発明は、湿式石灰石膏法脱硫グラントの吸収
塔に流入する排ガスと複数台のポンプで吸収塔を循環流
通している吸収液と全接触せしめて脱硫する際、排ガス
負荷量に対応して吸収液の最適ｐｌ（値及び最適稼動ポ
ンプ台数をそれぞれ設定し、これら設定値にもとづいて
吸収液の供給流量及び稼動ポンプ台数を制御するととも
に、排ガス負荷の変化量及び脱硫率を検出し、排ガス負
荷量が一定又は上昇中でかつ脱硫率が目標脱硫率よシ下
回るとき稼動ポンプ台数を増加修正することを特徴とす
る。

以下本発明を図面を参照して説明する。

本発明は、第３図に示す如き関数を第４図に示すコンピ
ュータの記憶装置２１内に記憶しておき、この記憶装置
２１に負荷Ｍｒ、　１１　’Ｌ大入力、負荷量ｌの変動
に応じて最適稼動ポンプ台数Ｎと最適運転ＰＨ（ｐＨｓ
）とを設定し、それぞれの設定信号をポンプ８のオンオ
フ信号及びＰＨ調節計１２のＩｈ設定値信号として出力
して制御する。

ここで最適とは、目標の脱硫率′（ｉｌ−得る最低のＰ
Ｈ１最低のポンプ台数である。また図中Ｍは、ポンプの
最小必要数を示す。なお、第３図は一例であって、負荷
量と最適稼動ポンプ台数及び最適運転ｐ）Ｉとの具体的
関係は排ガス量、入口Ｓ０２濃度、排ガスや供給水中に
含まれる種々の不純物等によシ、プラント毎に異なる。

１だ第３図に示す如きグラフは、プラント設計時に予め
作成しておくが、運転を始めると微妙な狂いがあるので
、試運転データにて調整する。なお第３図は、保証脱硫
率η。を例えば９０％とすると、この、敬係上の９２％
を得るためのＰＨ設定値Ｐ１１ｓとポンプ台数Ｎとを示
す。

この方法によれば、ポンプ８の稼動台数を変えて吸収液
４の循環流量を制御するので、変動すべきＰＨの範囲が
狭くなり負ａｉ７追従が容易となる。又ＰＨ設定値の制
御をおこなっているのでボン７″８の台数も少なくてよ
い。

ところで第３図は、あくまで負荷変動がないか又はゆる
やかな静的な状態での最的な特性である。このため急激
負荷変化時の過度状態には目標脱硫率を割るおそれがあ
る。

従って本発明では、第４図に示す制御ロジックにもとづ
いて過度状態の脱硫率を保証する。

この制御ロジックは、入口排ガス中のＳＯ□濃度ＳＩと
出口排ガス中の８０２濃度Ｓ。とを脱硫率演算手段２２
に入力し脱硫率ηを計算する。ここで得られた脱硫率η
は比較手段２３に入り設定脱硫率η１と比較される。こ
こで設定脱硫率ηは、保証脱硫率η。を下回る場合にポ
ンプを増大するという目標下限値である。例えば保証脱
硫率η。を９０係とすると設定脱硫率ηは９１％となる
。

この比較手段２３は、η〈η□であれば、ポンプの増大
要求信号すなわちポンプ台数を１台追加する信号ｎＰ２
を別の比較手段２４に出力する。

一方、負荷信号ｔを微分手段２５に入力し、負荷の変化
速度を算出する。この算出値はフィルタと比較器とから
なる判定手段２６に入力する。判定手段２６では、大幅
な長周期の負荷変化であるか否か、及び負荷が上昇中（
又は定常状態）か、あるいは、負荷が下降中であるかを
判定して比較手段２４に出力する。そして大幅な長周期
の負荷変化でかつ負荷が上昇中（又は定常状態）のとき
、前記ポンプ増大信号ｎＰ２を有効とみな・すようにし
ている。なお、負荷周期が高周波（例えば５分以下の周
期）で変動している場合は、プラントの容量で（すなわ
ち槽内に滞溜している未反応中和剤）追従できるので、
高周波変動に対してポンプを追従させる必要はない。

更に現在稼動中のポンプ台数ｎと記憶装置２１で得られ
た最適稼動ポンプ台数Ｎとを比較手段２７で比較して負
荷に対応したポンプ増大信号ｎＰ１を上記比較手段２４
に出力し又はポンプ減少信号”ｍを出力する。比較手段
２４は論理積のロジックを有する要素で、負荷変化が上
昇中又は定常のときでｎＰｌあるいはｎＰ２のどちらの
信号でもポンプが増大する信号ｎＰを出力する。

従って本発明によれば、脱硫負荷が急変しても常に脱硫
率を所定の値に保持でき、しかも中和剤、硫酸の使用量
を少なくして省資源、省エネルギーを図ることができる
。またこの方法によれば、ポンプの駆動電力もほぼ負荷
に対応しておシ、省エネルギ効果金有するなど顕著な効
果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿式石灰石η法脱硫プラントの制御方法
の説明図、第２図は負荷重と設定ＰＨ値（ｐ！（８）と
の関係を示す特性図、第′３図は本究明に係る湿式石灰
石句法脱硫プラントのｔｌｉｌＪ　ｔｌＪ方法における
負荷量と最適ポンプ金敷及び設定ＰＨ値との関係の一例
を示す特性図、第４図は同制御方法の制御ロジックを示
すブロック図である。１・・・排ガス、２・・・ダクト、３・・・吸収塔、４
・・・吸収液、５・・・排出ライン、６・・・梠、７・
・・供給ライン、８・・・ポンプ、９・・・循環ライン
、１１・・・ＰＨ検出器、１２・・・調節計、１３・・
・加算器、１４・・・負荷検出器、１５・・・流量調節
側、１６・・・流量検出器、１７・・・流量調節計、１
８・・・調節弁、２１・・・記憶装置、２２・・・脱硫
率演算手段、２３・・・比較手段、２４・・・比較手段
、２５・・・微分手段、２６・・・判定手段、２７・・
・比較手段。第１図第２図一計４第４図

Claims

【特許請求の範囲】

湿式石灰石骨法脱硫プラントの吸収塔に流入する排ガス
と複数台のポンプで吸収塔を循環流通している吸収液と
を接触せしめて脱硫する際、排ガス負荷量に対応して吸
収液の最適ＰＨ値及び最適稼動ポンプ台数をそれぞれ設
定し、これら設定値にもとづいて吸収液の供給流量及び
稼動ポンプ台数を制御するとともに、排ガス負荷の変化
量及び脱硫率を検出し、排ガス負荷量が一定又は上昇中
でかつ脱硫率が目標脱硫率より下回るとき稼動ポンプ台
数全増加修正することを特徴とする湿式石灰石骨法脱硫
プラントの制御方法。