JPS59199021A - 湿式石灰石膏法脱硫プラントの制御方法 - 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、湿式石灰石貴注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
優れた湿式石灰石骨法脱硫プラントの制御方法に関する
。

一般にＳ０２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）式の吸収反応によシ液中Ｋ
　Ｈ２Ｓｏ３’ｒ生成し、流下する。

Ｓ０２＋Ｈ２０→Ｈ２ＳＯ３・・曲間・曲（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、Ｈ２Ｓ０３ｔ−生成した液は、塔底部から槽６に
流下する。槽６には供給ライン７がら中和剤（炭酸カル
シウム、その他水酸カルシウム等アルカリ性物質）が供
給されておシ、この中和剤がこの液を中和し、ＣａＳＯ
３を生成する。中和された液はポンプ８にょシ循環ライ
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Ｃａ５Ｏｓ　ｔ　ＣａＳＯ
４’２Ｈ２０（石膏）に酸化される。

このＳ０２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。ＰＨ検出器１ノで循環する吸
収液の声値を検出し、調節計１２に入力する。調節計１
２では塔頂に至る吸収液の声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
ス流量と入口Ｓ０２濃度との積）つまり脱硫プラントの
負荷（以後脱硫負荷という〕全検出し、加算器１３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の流量を流量
検出器１６で検出し、流量調節計１７に入力する。流量
調節計１２は、これら信号にもとづいて調節弁１８を制
御する。

即ち従来の制御方法は、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８０２量と当量の
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ＳＯ２を吸収
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Ｈ２ＳＯ３濃度と声によシ
異なシ、Ｈ２ＳＯ３濃度が低く、−が高い程、Ｓ０２の
吸収性が高い。

０）式の吸収反応の反応速度は、（２）式で表わされる
。

γ＝に−Ａ・（ｃｃ、　−ＣＬ　）　　　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・（２）γ：吸収反応速度 Ａ：ガスと液の接触面積 ＣＧ：ガス中のＳＯ２濃度 ＣＬ：液中（２）　Ｈ２Ｓ０．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Ｐ）′Ｉを一定にす
る制御法を説明する。第一にガス中のｓｏ２’ｉ吸収す
ると、液中のＨ２ＳＯ３濃度が上昇するので液中のＨ２
ＳＯ３濃度ＣＬが高くなシ、吸収反応速度・ｒが小さく
なる。故にＨ２ＳＯ３を中和して液中のＨ２ＳＯ３濃度
ＣＬヲ低く保つ必要がある。第二に、移動系数には、Ｐ
Ｈの関数であるため、Ｈ２ＳＯ３濃度が高くなって−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
ｉ（を所定の値に保つことはできない。−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。

ただし ＣＧ□ニゲラント入ロガス中のＳＯ２濃度ＣＧｏニブラ
ント出ロガス中のＳＯ□濃度−男声は、Ｈ２ＳＯ５濃度
を高くすると下がシ、未反応のＣａＣｏ　３が多く存在
すると即ち液中のＣａ　Ｃ０５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υいかなる負荷量のときにも高いｐ）Ｉで運転
して未反応ＣａＣＯ５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ｐＨ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／
２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Ｃａ　Ｃｏ　５を多く
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Ｃａ　００５分が吸収塔３内で中和反応
に使用されずライン／り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ＣａＣ０３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−（で高負荷のとき高ＰＨで
運転すればよいといえる。

この運転を行うための制御法には、−調節計１２の一般
定値全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
する〆（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ｐＨ’ｌ第２図のように広範囲に変化させるには、
系内のＣａ　Ｃｏ　３濃度ｔｐＨ変化に対応して変化さ
せる必要がある。−の変化幅を１．０（例えば４．７か
ら５．７までの変化幅）とするにはＣａＣ０３濃度を約
１０倍変化させなければならない。負荷が２５％から１
００係まで平均５％／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ＣａＣＯ３供給量の約１０
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時間分滞溜している。

従って、例えば１５分間の間にこのように多量のＣａＣ
Ｏ５’ｅ　１０倍にするには、この１５分間にＣａＣＯ
３に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
要因であシ、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（ｍ’／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ＰＨを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。従って循環液量りを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としたとき循環液量りを１／３にしても気
液接触面積Ａは４５％以下にはならないことを意味して
いる。

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Ａを変化させるには、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／オフすれば気液接触
面積Ａは、か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めシ台
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、湿式石灰石貴注脱硫プラントの吸収
塔に流入する排ガスの負荷量に対応してシミュレーショ
ンモデルにより吸収塔を循環する吸収液の最適−値及び
吸収液循環用ポンプの最適稼動台数を設定し、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
全制御する際に、第１及び第２のシミュレーションモデ
ルｋ　ｆａ　’／’ｊ　、ｆａ　１のシミュレーション
モデルで排ガス流量、入口Ｓ０２濃度、吸収液循環流量
及び吸収液の中和剤供給量から−及び脱硫率全計算し、
これら計算値と操業中におけるｐｔｉ及び脱硫率の検出
値とを比較し、その偏差にもとづいて第１及び第２シミ
ユレーシヨンモデル内で設定した反応定数を修正するこ
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コンピュータの内に
記憶しておき、こめコンピュータに負荷量を入力し、負
荷量の変動に応じて最適稼動ポンプ台数と最適運転ＰＨ
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−調節計１２の…設定値信号として出力して
制御する。ここで最適とは、目標の脱硫率を得る最低の
ＰＨｓ最低のポンプ台数である。また図中Ｍは、ポ／ｆ
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−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
１れる穏種の不純物等によ＃）ｆランド毎に異なる。

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
の循環流量全制御するので、変動すべきｐｌ（の範囲が
狭くなシ負荷追従が容易となる。

又Ｐ）■設定値の制御をおこなっているのでポンプ８０
台数も少なくてよい。

しかして第３図の特性は、予じめシミュレーション等に
よシ作成しておくが、予想されたグランド特性により運
転できる保証はなく、又以下に述べる理由によシ特性が
日々変化する。即ち、排ガス中に含まれる（すなわちボ
イラ燃料中に存在した）極微量のハロゲンやＭｎ等の金
属及び原料中和剤中の同様の不純物で、これらが各種反
応の触媒的役割を果している。また中和剤であるＣ　ａ
　ＣＯｓは、前工程で固体（粉体）を水と混合して吸収
塔に供給しているが、原料ロットによシ粒径や硬さくす
なわち吸収塔に入って゛からの溶解の容易さ）が異なる
。

従って、これらに起因してプロセスの特性が日々微妙に
変化する。この特性の変化幅は大きくないが、本発明の
目的が省エネルギ、省資源であるため目標に対して高精
度でなければならない。

本発明は、第１及び第２のシミーレーションモデルを用
いて第４図に示す方法で修正を行っテイル。第１のシミ
ーレーションモデル２１は、オンラインリアルタイムシ
ミュレーションモデルで、第２シミユレーシヨンモデル
２２は第３図の特性を作成するときに用いたオフライン
シミュレーシ、ンモデルである。まず第１のシミーレー
ションモデル２１′ニ、排ガス流ｔ　Ｇ　％　人口Ｓ０
２濃度ＳＩ％吸収液の循環流ＭＬ及び吸収液の中和剤供
給量Ｆ□の検出信号を入力する。そして第１のシミュレ
ーションモデル２１は、これら入力信号にもとづいて槽
６内の吸収液の田（すなわち循環する吸収液の塔頂での
…）及び脱硫率を算出し、比較手段２３に入力する。

一方排ガス入口のＳＯ２濃度ＳＸＤと排ガス出口のＳＯ
２濃度Ｓ。Ｄとを検出して脱硫率演算器２４に出力する
。この演算器２４は脱硫率ηＤＫ−計算して比較手段２
３に出力する。又ＰＨの検出値ｐ九を比較手段２３に出
力する。

この比較手段２３では、第１のシミュレーションモデル
２１で計算された一値及び脱硫率と、実測された声検出
値へと脱硫率η。とを比較し、その偏差を反応定数修正
手段２５に出力する。

修正手段２５は、この偏差にもとづいてシミーレーショ
ンモデルに含まれている反応定数を修正するもので、修
正信号を第１のシミュレーションモデル２１にフィード
バックしている。この修正は偏差がなくなるように常に
おこなわれている。修正項目は、プロセスへの影響力が
強い中和反応速度定数と酸化反応速度定数が主なもので
ある。ここで酸化反応とは、吸収されて生成する亜硫酸
イオンが硫酸イオンに酸化される反応である。この反応
は、（２）式に示す液中のＨ２ＳＯ４濃度ＣＬヲ増加さ
せ脱硫性能に大きな影響を与える。

一方反応定数修正手段２５からの修正出力は、第２のシ
ミュレーションモデル２２にも入力され、このシミュレ
ーションモデルの反応定数が自動的に修正される。

従って本発明によれば、いかなる説破負荷量に対しても
最適なｐｉ（とポンプ稼動台数とで常に脱硫率を所定の
値に保持でき、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、
省エネルギ効果を有するなど顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿式石灰石管法脱硫プラントの制御方法
の説明図、第２図は負荷量と設定ｐＨ値（ｐＨｓ）との
関係を示す特性図、第３図は本発明に係る湿式石灰石管
法脱硫プラントの制御方法における負荷量と最適ポンプ
台数及び設定ｍ値との関係の一例を示す特性図、第４図
は第３図の特性を修正するロジックを示すブロック図で
ある。 １・・・排ガス、２・・・ダクノト、３・・・吸収塔、
４・・・吸収液、５・・・排出ライン、６・・・槽、７
・・・供給ライン、８・・・ポンプ、９・・・循環ライ
ン、１ノ・・・ＰＨ検出器、１２・・・調節計、１３・
・・加算器、１４・・・負荷検出器、１を川流量検出器
、１７・・・流量調節計、１８・・・調節弁、２１・・
・第１のシミュレーションモデル、２２・・・第２のシ
ミュレーションモデル、２３・・・比較手段、２４・・
・脱硫率演算器、２５・・・反応定数修正手段。 第１図 １図 （ −負舌デ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   の負荷量に対応してシミュレーションモデルによシ吸収
   塔を循環する吸収液の最適ＰＨ値及び吸収液循環用ポン
   プの最適稼動台数を設定し、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際に、
   第１及び第２のシミュレーションモデルを設ケ、第１の
   シミュレーションモデルで排ガス流量、入口Ｓ０２濃度
   、吸収液循環流量及び吸収液の中和剤供給量からＰＩ′
   Ｉ及び脱硫率を計算し、これ少計算値と操業中における
   戸及び脱硫率の検出値とを比較し、その偏差にもとづい
   て第１及び第２のシミュレーションモデル内で設定した
   反応定数を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。