(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、
前記ボイラで消費された燃料消費量を測定する燃料消費量測定手段と、
前記排ガスに注入されたアンモニアが電気集塵器から排出されるまでの前記排ガスにおけるアンモニア濃度変化量を測定する手段であって、前記電気集塵器に供給される排ガス量を測定する排ガス量測定手段と、前記排ガスに注入されるアンモニア注入量を測定する注入量測定手段と、前記電気集塵器から排出された排ガス中のアンモニア濃度を測定する未反応アンモニア濃度測定手段と、から成り、前記排ガス量測定手段で測定した排ガス量と、前記注入量測定手段で測定したアンモニア注入量とから、アンモニアを注入した際の排ガス中の注入アンモニア濃度を算出するとともに、該注入アンモニア濃度と、前記未反応濃度測定手段で測定した未反応アンモニア濃度との差から、前記アンモニア濃度変化量を測定する濃度変化量測定手段と、
前記燃料消費量測定手段で測定した燃料消費量から基本注入量を算出し、該基本注入量に応じて前記アンモニアを注入するとともに、前記濃度変化量測定手段で測定したアンモニア濃度変化量に応じて、前記アンモニアの注入量を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする排煙処理システム。
【請求項２】
前記調整手段は、前記濃度変化量測定手段で測定したアンモニア濃度変化量を、前記排ガス中に存在した硫黄酸化物の濃度に換算し、該換算値に基づいて前記アンモニアの注入量を調整することを特徴とする請求項１記載の排煙処理システム。
【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、この仮定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、排ガス中のＳＯ3 濃度が高くなった場合には、アンモニアの注入量が不足し、未反応のＳＯ3 によって電気集塵器内に酸性硫安が発生する。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、前記ボイラで消費された燃料消費量を測定する燃料消費量測定手段と、前記排ガスに注入されたアンモニアが電気集塵器から排出されるまでの前記排ガスにおけるアンモニア濃度変化量を測定する手段であって、前記電気集塵器に供給される排ガス量を測定する排ガス量測定手段と、前記排ガスに注入されるアンモニア注入量を測定する注入量測定手段と、前記電気集塵器から排出された排ガス中のアンモニア濃度を測定する未反応アンモニア濃度測定手段と、から成り、前記排ガス量測定手段で測定した排ガス量と、前記注入量測定手段で測定したアンモニア注入量とから、アンモニアを注入した際の排ガス中の注入アンモニア濃度を算出するとともに、該注入アンモニア濃度と、前記未反応濃度測定手段で測定した未反応アンモニア濃度との差から、前記アンモニア濃度変化量を測定する濃度変化量測定手段と、前記燃料消費量測定手段で測定した燃料消費量から基本注入量を算出し、該基本注入量に応じて前記アンモニアを注入するとともに、前記濃度変化量測定手段で測定したアンモニア濃度変化量に応じて、前記アンモニアの注入量を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、濃度変化量測定手段によって、アンモニアが注入されてから電気集塵器排出時までのアンモニア濃度変化量を測定することができる。アンモニア濃度変化量は、アンモニアと反応するＳＯ3 の濃度に依存するので、アンモニア濃度変化量に応じて前記アンモニアの注入量を調節すれば、ＳＯ3 濃度が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。
【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２６に送信する。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
図２は、排煙処理システム１０の系統図である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、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。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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、アンモニアの濃度変化を測定して、このアンモニア濃度変化をＳＯ3 濃度に換算し、該換算ＳＯ3 濃度に応じて基本アンモニア注入量を算出する。即ち、制御装置２６は、注入された際の排ガス中のアンモニア濃度（以下、注入アンモニア濃度と称す）と、濃度測定手段２４で測定された排ガス中のアンモニア濃度（以下、未反応アンモニア濃度と称す）を測定するとともに、以下の式（２）を用いて換算ＳＯ3 濃度を算出する。
【００２２】
換算ＳＯ3 濃度＝（注入アンモニア濃度−未反応アンモニア濃度）／２
…式（２）
基本アンモニア注入量は、この式（２）で求めた換算ＳＯ3 濃度により、燃料消費量に比例制御される。制御装置２６は、換算ＳＯ3 濃度を求めると、換算ＳＯ3 濃度信号３７を濃度指示計３８に出力する。また、制御装置２６には、図示しない比率設定器を備えており、該比例設定器によってアンモニアの注入比率を設定変更することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
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。そして、制御装置２６は、この基本アンモニア注入量に過剰アンモニア注入量を加算演算し、アンモニア注入量を算出した後、制御装置２６の調節器（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が適量のアンモニアを注入する。
【００２５】
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。
【００２６】
また、制御装置２６は、アンモニア注入量信号３５、排ガス量信号３２、未反応アンモニア濃度信号３４から換算ＳＯ3 濃度を求め、この換算ＳＯ3 濃度からアンモニアの注入比率を設定変更する。即ち、制御装置２６は、アンモニア注入量信号３５と排ガス量信号３２から、注入アンモニア濃度（＝アンモニア注入量／排ガス流量）を求め、さらに、この注入アンモニア濃度と未反応アンモニア濃度信号３４から、式（２）より、換算ＳＯ3 濃度を算出する。そして、算出した換算ＳＯ3 濃度の信号３７を濃度指示計３８に出力する。これにより、濃度指示計３８に換算ＳＯ3 濃度が表示されるので、作業者が濃度指示計３８を見ながら制御装置２６の比率設定器を操作してアンモニアの注入比率を設定変更することによって、適量のアンモニアを注入することができる。
【００２７】
このように本実施の形態の排煙処理システム１０によれば、アンモニアの濃度変化量からＳＯ3 濃度を換算し、この換算ＳＯ3 濃度に基づいてアンモニアの注入比率を設定するので、ＳＯ3 濃度が変化した場合であっても、適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電気集塵器１６で硫安が発生したり、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排出されることを防止することができる。
【００２８】
また、排煙処理システム１０において、換算ＳＯ3 濃度を求める式（２）は、アンモニア濃度の減少分が全てＳＯ3 の中和に用いられたと仮定して、ＳＯ3 濃度を換算している。したがって、換算ＳＯ3 濃度は、実測のＳＯ3 濃度よりも若干高く算出される。これにより、換算ＳＯ3 濃度に応じてアンモニアを注入すると、アンモニアが若干多めに注入されるので、アンモニア注入不足の発生を確実に防止することができる。
【００２９】
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器を採用したが、デジタル制御装置としてもよい。
【００３０】
また、上述した実施の形態では、換算ＳＯ3 濃度を濃度指示計３８に表示することにより、手動で注入比率を設定変更したが、比率設定器の設定倍率を自動設定してもよい。これにより、アンモニア注入制御を全自動化することも可能である。
【００３１】
【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、濃度変化量測定手段でアンモニア濃度変化量を測定し、該アンモニア濃度変化量に応じて前記アンモニアの注入量を調節したので、ＳＯ3 濃度が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制御系統を示す系統図
【符号の説明】
１０…排煙処理システム、１２…ボイラ、１６…電気集塵器、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、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、３７…換算ＳＯ3 濃度信号、３８…濃度指示計
【図１】
0003705042.tif 000002
【図２】
0003705042.tif 000003