(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入して電気集塵器に供給し、該電気集塵器によって前記排ガス中のダストを除去する排煙処理システムにおいて、
前記アンモニアが注入される排ガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記ボイラで消費された燃料消費量と、前記ボイラから排出される排ガス量とに応じて前記排ガス中のイオウ分の中和に必要な基本アンモニア注入量を求めるとともに、前記温度測定手段の測定値に応じて必要過剰アンモニア濃度を求め、求めた前記基本アンモニア注入量と前記必要過剰アンモニア濃度からアンモニア注入量を算出し、該アンモニア注入量の算出値に基づいて、前記アンモニアの注入量を制御する制御装置と、
前記電気集塵器の出口側に設けられたアンモニアの濃度測定手段と、を備え、
前記制御装置は、前記濃度測定手段で測定された未反応アンモニア濃度と、前記必要過剰アンモニア濃度とが略一致するように前記アンモニアの注入量を増減させることを特徴とする排煙処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排煙処理システムに係り、特に油炊きボイラから排出される排ガスを電気集塵器で除塵する排煙処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油炊きボイラ用の排煙処理システムは、電気集塵器を備えており、この電気集塵器によって油炊きボイラから排出された排ガスが除塵されている。以前の排煙処理システムは、排ガスやダストに含まれる水分や三酸化イオウ（ＳＯ3 ）のために排ガスの露点が高く、機器腐食や灰詰まりを起こしたり、酸性の強いスマットを生成するという問題があった。さらに、排ガス中のダストが非常に細かく、電気固有抵抗率が低いため、電気集塵器の電極板に捕集したダストが再飛散し易いという問題もあった。
【０００３】
そこで、電気集塵器の入口側にアンモニアガスを注入してＳＯ3 を中和することによって上記問題点の解決を図ってきた。前記アンモニアの注入量は、ボイラでのＳＯ3 の生成量に応じて行われることが好ましいが、ＳＯ3 の生成量を求めるのに必要な排ガス中のＳＯ3 濃度は、連続して測定することができない。そこで、ＳＯ3 濃度を仮定し、このＳＯ3 濃度によりアンモニア注入量を燃料消費量に比例注入制御していた。そして、ＳＯ3 濃度の変化に対しては、比率設定器で、燃料に含まれるイオウ分の大小によって注入比率を設定変更することによって対応していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近のボイラ設備では、運転コストの低減のために高イオウ油を燃料として使用することが多く、排ガス中のＳＯ3 濃度の変化だけでなく、排ガス温度の変化が大きくなってきた。この結果、電気集塵器に取り込まれる排ガスに従来の制御方法でアンモニアガスを注入すると、注入量が過不足するという問題が発生する。例えば、排ガスの温度が高い場合には、アンモニアの注入量が不足し、ＳＯ3 の一部が未反応のまま電気集塵器内に供給されて酸性硫安を発生する。そして、機器腐食や灰詰まりが発生し、結果として電気集塵器を停止せざるを得なくなる。これを防ぐには、アンモニアを予め過剰に注入すればよいが、何の目安もなくアンモニアの注入量を増加すれば、アンモニアの注入量が過剰となり、経済的に不利益となるだけでなく、電気集塵器から未反応のアンモニアが多量に排出されて新たな公害原因となる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、適切な量のアンモニアを注入することができる排煙処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入して電気集塵器に供給し、該電気集塵器によって前記排ガス中のダストを除去する排煙処理システムにおいて、前記アンモニアが注入される排ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記ボイラで消費された燃料消費量と、前記ボイラから排出される排ガス量とに応じて前記排ガス中のイオウ分の中和に必要な基本アンモニア注入量を求めるとともに、前記温度測定手段の測定値に応じて必要過剰アンモニア濃度を求め、求めた前記基本アンモニア注入量と前記必要過剰アンモニア濃度からアンモニア注入量を算出し、該アンモニア注入量の算出値に基づいて、前記アンモニアの注入量を制御する制御装置と、前記電気集塵器の出口側に設けられたアンモニアの濃度測定手段と、を備え、前記制御装置は、前記濃度測定手段で測定された未反応アンモニア濃度と、前記必要過剰アンモニア濃度とが略一致するように前記アンモニアの注入量を増減させることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ボイラから排出された排ガスの温度に応じてアンモニアの注入量を調整するようにしたので、例えばボイラで高イオウ油を使用して排ガス温度が大きく変動した場合であっても、適切な量のアンモニアを注入することができる。したがって、アンモニアの注入量が不足して酸性硫安が発生したり、アンモニアの注入量が多過ぎて未反応のアンモニアが多量に発生することを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る排煙処理システムの好ましい実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は、本実施の形態の排煙処理システム１０の概略構造を示す構成図である。
【００１０】
同図に示すように、排煙処理システム１０は主として、油炊きボイラ１２、空気予熱器１４、電気集塵器１６、煙突１８から構成され、ボイラ１２から排出された排ガスが、空気予熱器１４を経た後、電気集塵器１６で脱塵され、煙突１８から大気に放出されるようになっている。
【００１１】
ボイラ１２は、該ボイラ１２で消費された燃料消費量と、ボイラ１２から排出される排ガス量とを測定できるようになっており、燃料消費量信号３１と排ガス量信号３２を形成して、後述する制御装置（調整手段に相当）２６に送信する。
【００１２】
電気集塵器１６の入口側には、温度測定手段２０が配設され、この温度測定手段２０によって電気集塵器１６に供給される排ガスの温度が測定される。温度測定手段２０は、制御装置２６に接続されており、制御装置２６に排ガス温度信号３３を送信する。
【００１３】
また、電気集塵器１６の入口側には、注入手段２２が設けられ、この注入手段２２によってアンモニアガスが注入される。これにより、排ガスに含まれるＳＯ3 は、アンモニアガスによって中和されて硫酸アンモニウムを生成し、この硫酸アンモニウムが電気集塵器１６によって捕集される。
【００１４】
電気集塵器１６の出口側には、アンモニアの濃度測定手段２４が設けられ、この濃度測定手段２４によって電気集塵器１６から排出された未反応のアンモニアの濃度が測定される。濃度測定手段２４で形成された未反応アンモニア濃度信号３４は、制御装置２６に送信される。
【００１５】
図２は、排煙処理システム１０の系統図である。
【００１６】
同図に示すように、前記注入手段２２は、ガス遮断手段４２、ガス流量検知手段４４、ガス流量調節弁４６、逆止弁４８、逆火防止器５０、及び混合器５２を備えており、気化されたアンモニアガス４０が、ガス遮断手段４２、ガス流量検知手段４４、ガス流量調節弁４６、逆止弁４８、及び逆火防止器５０を経て混合器５２に送気されるように、管路が連結されている。混合器５２に送気されたアンモニアガスは、加熱空気５６と混合されて約１５〜３０倍に希釈され、注入ノズル（図示せず）によって図１の電気集塵器１６の入口煙道内に注入される。
【００１７】
前記ガス流量検知手段４４は、注入されるアンモニアガスの流量を測定する手段であり、アンモニア注入量信号３５を制御装置２６に送信する。また、前記ガス流量調節弁４６は、注入されるアンモニアガスの流量を調節する手段であり、信号変換器（ポジショナ）５４を介して制御装置２６に接続されている。
【００１８】
一方、制御装置２６は、前記アンモニア注入量信号３５の他に、燃料消費量信号３１、排ガス量信号３２、排ガス温度信号３３、未反応アンモニア濃度信号３４を取り込んで、アンモニアの適切な注入量を算出するとともに、アンモニア注入量制御信号３６を形成して、これを注入手段２２の信号変換器５４に出力するようになっている。信号変換器５４に出力された信号３６は、空気信号に変換され、これによって、ガス流量調節弁４６の開度調整が行われ、注入手段２２によるアンモニア注入量が調節される。
【００１９】
ところで、アンモニアの適切な注入量は、以下のようにして求められる。
【００２０】
一般にアンモニアの反応は、ＳＯ3 ＋２ＮＨ3 ＋Ｈ2 Ｏ→（ＮＨ4 ）2 ＳＯ4 で表され、アンモニアの適切な注入量は、次式で求められる。
【００２１】
【数１】
アンモニアの注入量(kg/h)＝〔２モル×ＳＯ3 濃度(ppm) ＋必要過剰アンモニア濃度(ppm) 〕×排ガス量(m3N/h dry) ×アンモニア分子量（＝１７）／１モルの標準体積（＝２２．４）×１０-6    …式（１）
ここで、前記必要過剰アンモニア濃度は、生成された硫安を再分解させないために必要であるとともに、排ガス煙道断面でのＳＯ3 分布のばらつき等に対応するために必要である。即ち、アンモニア注入量は、ＳＯ3 を中和するのに最低限必要な基本アンモニア注入量と、中和反応を安定して行うために必要な必要過剰アンモニア注入量とを加算することによって求められる。
【００２２】
前記必要過剰アンモニア濃度は、一般的には、Ｎｅｒｎｓｔ近似式による平衡線図より、排ガス温度に対して必要な濃度が得られるが、実際にはこの値では不足することがある。そこで、本実施の形態では、必要なアンモニア濃度を実験的に求め、この結果に基づいて制御する。図３に示すように、実験結果から得られた必要過剰アンモニア濃度は、Ｎｅｒｎｓｔ近似式から得られる必要過剰アンモニア濃度よりも高い濃度に設定され、例えば、ガス温度が１６５℃の場合、Ｎｅｒｎｓｔ近似式では１２ｐｐｍであるのに対し、実験式では２２ｐｐｍと高く設定されている。これにより、アンモニアの注入量が不足することを確実に防止することができ、未反応のＳＯ3 が電気集塵器１６に供給されることを防止することができる。前記制御装置２６には、図３の実験結果から得られた排ガス温度と必要過剰アンモニア濃度の関数変換曲線が入力される。これにより、温度測定手段２０が測定した排ガス温度によって必要過剰アンモニア濃度を求めることができ、必要過剰アンモニア注入量を算出することができる。
【００２３】
一方、基本アンモニア注入量は、ＳＯ3 濃度と排ガス量を測定することによって求められるが、現状技術では、ＳＯ3 濃度を連続して測定する測定計が存在しない。そこで、制御装置２６は、排ガス中のＳＯ3 濃度を仮定し、この仮定ＳＯ3 濃度により基本アンモニア注入量を燃料消費量に比例注入制御する。制御装置２６には、図示しない比率設定器が設けられており、燃料中のイオウ分の大小等によって注入比率を設定変更できるようになっている。さらに、制御装置２６は、図示しない調節計を備えており、ＰＩ制御することができる。
【００２４】
次に上記の如く構成された排煙処理システム１０の制御方法について説明する。
【００２５】
まず、制御装置２６は、ボイラ１２から燃料消費量信号３１を取り込み、この燃料消費量を乗算演算することによって、基本注入量を算出する。このとき、制御装置２６の比率設定器（図示せず）によって、燃料中のイオウ分の大小に応じて注入比率の設定を変更する。これにより、排ガス中のＳＯ3 を中和するのに最低限必要な基本アンモニア注入量が算出される。
【００２６】
次に、制御装置２６は、温度測定手段２０から排ガス温度信号３３を取り込み、この排ガス温度と図３の関数変換曲線から必要過剰アンモニア濃度を求める。そして、ボイラ１２から排ガス量信号３２を取り込み、この排ガス量と前記必要過剰アンモニア濃度を乗算することによって、必要過剰アンモニア注入量を算出する。
【００２７】
次いで、基本アンモニア注入量と必要過剰アンモニア注入量を加算演算して、アンモニア注入量を算出した後、制御装置２６の調節計（図示せず）によってＰＩ制御し、アンモニア注入量制御信号３６を形成する。これにより、アンモニア注入量の制御信号３６が注入手段２２に出力され、注入手段２２が排ガス温度に応じた適量のアンモニアを注入することができる。
【００２８】
また、制御装置２６は、前記ＰＩ制御信号に対して、アンモニア注入量信号３５を取り込むことによってカスケード制御を行うことができる。
【００２９】
さらに、制御装置２６は、濃度測定手段２４から未反応アンモニア濃度信号３４を取り込むことによって、このアンモニア濃度と、排ガス温度信号３３により得られた必要過剰アンモニア濃度とを比較し、両者が略一致するようにアンモニア注入量を増減させる。即ち、制御装置２６は、目標値である過剰アンモニア濃度値と、出力である未反応アンモニア濃度信号３４を比較し、この比較に基づいて形成した注入量増減信号を調節計（図示せず）に入力することによって、求めた必要過剰アンモニア濃度と濃度測定手段２４で測定したアンモニア濃度とを略一致させることができる。
【００３０】
このように本実施の形態の排ガス処理設備によれば、温度測定手段２０で測定した排ガスの温度に応じて必要過剰アンモニア濃度を算出し、これに基づいてアンモニア注入量を設定するので、排ガスの温度が変動した場合であっても常に適切な流量のアンモニアを注入することができる。したがって、アンモニアの注入不足を防止することができるとともに、アンモニアの過剰注入を必要最小限に抑えることができる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態では、制御装置２６に演算機能を有するワンループ形調節計を採用したが、デジタル制御装置としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排煙処理システムによれば、ボイラから排出された排ガスの温度に応じてアンモニアの注入量が調整されるので、排ガスの温度が大きく変動した場合であっても、適切な量のアンモニアを注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の排煙処理システムの全体構成を示す概略構成図
【図２】図１の排煙処理システムの系統図
【図３】排ガス温度による必要過剰アンモニア濃度を示す特性図
【符号の説明】
１０…排煙処理システム、１２…ボイラ、１６…電気集塵器、２０…温度測定手段、２２…注入手段、２４…濃度測定手段、２６制御装置、３１…燃料消費量信号、３２…排ガス量信号、３３…排ガス温度信号、３４…未反応アンモニア濃度信号、３５…アンモニア注入量信号、３６…アンモニア注入量制御信号
【図１】
0003705041.tif 000002
【図２】
0003705041.tif 000003
【図３】
0003705041.tif 000004