(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオウ分の高い高イオウ油を燃料とする高イオウ油焚きボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入してから電気集塵器に送気して前記排ガス中のダストを除去すると共に、前記高イオウ油焚きボイラの負荷下降時には、前記高イオウ油燃料から該高イオウ油燃料よりも低イオウ分の重油燃料に切り換える高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、
イオウ分の高い前記高イオウ油燃料からイオウ分の低い前記重油燃料に切り換えた後も一定時間の間は、前記重油燃料消費量に比例した比例アンモニア注入量に、前記重油燃料のイオウ分に対する前記高イオウ油燃料のイオウ分の比を乗算して求められた乗算アンモニア注入量を前記排ガス中に注入することを特徴とする高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法。
【請求項２】
イオウ分の高い高イオウ油を燃料とする高イオウ油焚きボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入してから電気集塵器に送気して前記排ガス中のダストを除去すると共に、前記高イオウ油焚きボイラの負荷下降時には、前記高イオウ油燃料から該高イオウ油燃料よりも低イオウ分の重油燃料に切り換える高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、
前記排ガスを送気する通風系を稼働したままで前記重油燃料用の重油バーナを消火する前記高イオウ油焚きボイラの全消火時には、前記重油バーナを消火した後も一定時間の間は、前記重油バーナを消火した時点における重油燃料消費量に対応するアンモニア注入量を前記排ガス中に定量注入し続けることを特徴とする高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法に係わり、特に、イオウ分の含有率の高い高イオウ燃料（以下「高Ｓ油燃料」と称す）を燃料とする高イオウ油焚きボイラ（以下「高Ｓ油焚きボイラ」と称す）の排煙処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油炊きボイラ用の電気集塵器では、取り扱う排ガス及び排ガス中のダストに含有す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、アンモニア注入量は、手動又は試運転時等の排ガス中のＳＯ３  濃度の測定結果に基づき、燃料消費量に比例した比例注入制御を行なっていた。また、ＳＯ３  濃度の変化に対しては、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。そして、アンモニアの注入・停止のタイミングは、燃料バーナの点火に合わせて注入が開始され、燃料バーナの消火に合わせて注入を停止していた。
【０００４】
ところで、最近のボイラ設備では、運転コストの低減のために高Ｓ油燃料、例えばオリノコタールと呼ばれる超重質油を乳化した油（燃料中のイオウ分が通常３％程度）を使用することが多くなってきている。この高Ｓ油燃料を燃料とした高Ｓ油焚きボイラの場合、通常、ボイラの起動時（ボイラ負荷上昇時）、停止時（ボイラ負荷下降時）には、高Ｓ油燃料よりもイオウ分の低い重油燃料（燃料中のイオウ分が通常１％程度）を使用する。そして、この場合にも上記したと同様に、アンモニア注入量は、燃料消費量に比例した比例注入制御を行なうと共に、燃料バーナの消火に合わせて注入を停止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高Ｓ油焚きボイラからの排ガスの場合には、排ガス中のＳＯ３  発生濃度の変化は、ボイラ負荷（ボイラ出力）とは必ずしも一致せず不安定になり易い。特に、ボイラの負荷下降時の高Ｓ油燃料から重油燃料への燃料切換時、更に、重油バーナを消火する高Ｓ油焚きボイラの全消火時には、従来の比例注入制御や、燃料バーナの消火に合わせた注入停止タイミングでは、アンモニア注入不足になり酸性イオウが発生し、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりが生じ易いという欠点がある。この結果、電気集塵器を停止せざるを得ないような問題が生じる。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。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、高Ｓ油焚きボイラの負荷下降時の高Ｓ油燃料から重油燃料への切り換え時、或いは全消火時における排ガスへのアンモニア注入量を適切に制御できるので、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりが生じにくい高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、イオウ分の高い高イオウ油を燃料とする高イオウ油焚きボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入してから電気集塵器に送気して前記排ガス中のダストを除去すると共に、前記高イオウ油焚きボイラの負荷下降時には、前記高イオウ油燃料から該高イオウ油燃料よりも低イオウ分の重油燃料に切り換える高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、イオウ分の高い前記高イオウ油燃料からイオウ分の低い前記重油燃料に切り換えた後も一定時間の間は、前記重油燃料消費量に比例した比例アンモニア注入量に、前記重油燃料のイオウ分に対する前記高イオウ油燃料のイオウ分の比を乗算して求められた乗算アンモニア注入量を前記排ガス中に注入することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項１は、高イオウ油焚きボイラからの排ガスの場合には、特に、ボイラ負荷下降時にイオウ分の高い高イオウ油からイオウ分の低い重油への燃料切換を行うにもかかわらず、切り換え後も一定時間の間は、電気集塵器に送気される排ガス中のＳＯ３  濃度が重油燃料のみを燃焼させる重油専燃時のＳＯ３  濃度まで下がらないという知見に基づいてなされたもので、適切なアンモニア注入制御を行なえるようにしたものである。
【０００９】
即ち、本発明の請求項１によれば、前記切り換え時から一定時間の間は、重油燃料消費量に比例した比例アンモニア注入量に、重油燃料のイオウ分の比に対する高イオウ油のイオウ分の比（高イオウ油燃料イオウ分／重油燃料イオウ分）を乗算して求められた乗算アンモニア注入量を排ガスに注入するようにしたので、高イオウ油焚きボイラからの排ガスの場合にも排ガスへのアンモニア注入量が不足することがない。これにより、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりが生じにくくできる。
【００１０】
本発明の請求項２は前記目的を達成するために、イオウ分の高い高イオウ油を燃料とする高イオウ油焚きボイラから排出された排ガスにアンモニアを注入してから電気集塵器に送気して前記排ガス中のダストを除去すると共に、前記高イオウ油焚きボイラの負荷下降時には、前記高イオウ油燃料から該高イオウ油燃料よりも低イオウ分の重油燃料に切り換える高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、前記排ガスを送気する通風系を稼働したままで前記重油燃料用の重油バーナを消火する前記高イオウ油焚きボイラの全消火時には、前記重油バーナを消火した後も一定時間の間は、前記重油バーナを消火した時点における重油燃料消費量に対応するアンモニア注入量を前記排ガス中に定量注入し続けることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２は、排ガスを送気する通風系を稼働したままで、前記重油燃料用の重油バーナを消火する前記高イオウ油焚きボイラの全消火時には、前記重油バーナを消火した後も一定時間の間は、電気集塵器に送気される排ガス中のＳＯ３  濃度がゼロにならないという知見に基づいてなされたもので、適切なアンモニア注入制御を行なえるようにしたものである。
【００１２】
即ち、本発明の請求項２によれば、高イオウ油焚きボイラの全消火時には、重油バーナを消火した後も一定時間の間は、アンモニアを排ガス中に定量注入し続けるようにしたので、高イオウ油焚きボイラの全消火時の場合にも排ガスへのアンモニア注入量が不足することがない。これにより、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりが生じにくくできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法を適用する排煙処理システム１０の概略構成を示す構成図である。
【００１５】
同図に示すように、排煙処理システム１０は主として、高Ｓ油焚きボイラ１２、空気予熱器１４、電気集塵器１６、煙突１８から構成され、高Ｓ油焚きボイラ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。
【００１６】
電気集塵器１６の入口側には、アンモニアの注入手段２２が設けられ、この注入手段２２によってガス状のアンモニアが排ガス中に注入される。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。
【００１７】
注入手段２２から排ガスに注入するアンモニアの注入量は制御装置２６によって制御される。制御装置２６には、高Ｓ油焚きボイラ１２からの信号として、高Ｓ油燃料よりもイオウ分の低い重油の重油燃料消費量信号１００、高Ｓ油燃料消費量信号１０１、重油バーナ開閉信号１０２、高Ｓ油バーナ開閉信号１０３がそれぞれ入力される。そして、制御装置２６は、これらの入力された信号からの情報に基づいて演算したアンモニア注入量を、注入制御信号３６として注入手段２２に出力する。
【００１８】
また、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、排ガス温度信号３３として制御装置２６に入力される。更に、電気集塵器１６の出口側には、アンモニアの残留濃度測定手段２４が設けられ、この残留濃度測定手段２４によって電気集塵器１６から排出された未反応の残留アンモニア濃度が測定される。残留濃度測定手段２４で測定された未反応アンモニア濃度信号３４も、制御装置２６に出力される。
【００１９】
図２は、制御装置２６の制御系統を示した系統図である。
【００２０】
制御系統は、重油制御系統４０と高Ｓ油制御系統４２の２系統から構成される。
【００２１】
各制御系統４０、４２にはそれぞれ、重油専焼時或いは高Ｓ油専焼時に、高Ｓ油焚きボイラ１２からの燃料消費量信号１００、１０１による燃料消費量に対してどの程度のアンモニア注入量を排ガス中に注入すればよいかの演算式ＦＸ１  、ＦＸ２  が設定されている。そして、この演算式に従って乗算演算器のＰ１１、Ｐ２１及び加算演算器Ｐ１２、Ｐ２２が演算する。また、重油燃料と高Ｓ油燃料との混焼時には、高Ｓ油焚きボイラ１２から重油燃料消費量信号１００と高Ｓ油燃料消費量信号１０１の両方が制御装置２６に出力され、ＦＸ１  とＦＸ２  の各々の演算式によって、重油燃料のアンモニア注入量と高Ｓ油燃料のアンモニア注入量が演算され、得られた２つのアンモニア注入量が加算される。
【００２２】
図３は、ＦＸ１  或いはＦＸ２  の演算式を図で表したもので、重油燃料或いは高Ｓ油燃料におけるそれぞれの燃料消費量に対するアンモニア注入量の注入特性を示したものである。図３に示すように、アンモニア注入量は、乗算演算器Ｐ１１、Ｐ２１により調整される比例注入制御と、加算演算器Ｐ１２、Ｐ２２により調整されるバイアス注入制御とで構成される。
【００２３】
比例注入制御は、燃料消費量が一定以上、即ち排ガス中のＳＯ３  濃度が高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷（ボイラ出力）に比例し易い安定状態での注入制御で、燃料消費量に比例した図３の比例線Ａから得られた比例アンモニア注入量に基づいた注入制御される。
【００２４】
一般にアンモニアとＳＯ３  との反応は、ＳＯ３  ＋２ＮＨ３  ＋Ｈ２  Ｏ→（ＮＨ４  ）２  ＳＯ４  で表される。従って、排ガス中のＳＯ３  の中和するために最低限必要な基本アンモニア注入量は次式（１）で求められ、図３の線Ａの比例注入制御は、この（１）式に基づいて構成したものである。
【００２５】
【数１】
アンモニア注入量（ｋｇ／ｈ）＝〔２モル×ＳＯ３  濃度（ｐｐｍ）  〕×排ガス量（ｍ３  Ｎ／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）
式（１）において、排気ガス量は、燃料消費信号１００、１０１から換算してもよく、実際に測定してもよい。
【００２６】
また、図３の線Ａで示された比例注入制御は、排ガス中のＳＯ３  を中和するための最低限必要な比例アンモニア注入量であり、生成されたＳＯ３  を再分解させないための必要過剰アンモニア注入量は、温度測定手段２０によって測定された排ガス温度に基づいて必要過剰アンモニア濃度を求め、図３の線Ａに加算制御される。
【００２７】
また、ＳＯ３  濃度の変化に対しては、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できるように、比例線Ａの傾きを図３の矢印（Ｃ、Ｄ）方向に可変できるように構成される。即ち、燃料の含有イオウ分やＳＯ３  発生量が増加すると、比例線Ａの傾きが大きくなる方向（矢印Ｃ方向）に移動し、燃料の含有イオウ分やＳＯ３  発生量が減少すると、比例線Ａの傾きが小さくなる方向（矢印Ｄ方向）に移動する。
【００２８】
一方、バイアス注入制御は、燃料消費量が一定以下（例えば、ボイラ負荷が１／４以下付近に低下した場合）即ち、排ガス中のＳＯ３  発生濃度がボイラ負荷（ボイラ出力）と一致しにくい不安定状態の場合の制御で、図３のバイアス線Ｂに基づいたアンモニア注入量が燃料消費量に関係なく一定量注入される。また、生成されたＳＯ３  を再分解させないための必要過剰アンモニア注入量は、比例注入制御の場合と同様に、排ガス温度に基づいて必要過剰アンモニア濃度を求め、図３の線Ｂに加算制御される。
【００２９】
このバイアス線Ｂのアンモニア注入量としては、高Ｓ油焚きボイラの試運転により不安定状態になる燃料消費量を把握して固定値として設定することもできるが、好ましくは、高Ｓ油焚きボイラの停止において重油バーナの消火時点での重油燃料消費量に対応するアンモニア注入量に設定するとよく、更に好ましくは、重油バーナの消火時点での重油燃料消費量に対応する最低限必要な基本アンモニア注入量（必要過剰アンモニア濃度を加算制御しない）に設定するとよい。これにより、一定負荷以下の不安定状態におけるＳＯ３  発生量の不安定さに対する対処と過剰アンモニアの不足状態が発生するのを防止することができると共に、未反応の残留アンモニアが電気集塵器１６から多量に排出されるのを防止できる。
【００３０】
また、図２に示すように、制御装置２６の重油制御系統４０には、前述した乗算演算器のＰ１１と加算演算器Ｐ１２との間に乗算演算器Ｐ１３が設けられる。この乗算演算器Ｐ１３には、重油燃料のイオウ分に対する高Ｓ油燃料のイオウ分の比（以下「Ｓ比」と称す）が設定されており、高Ｓ油バーナ開閉信号１０３により「高Ｓ油バーナが全数閉」情報と「一定時間タイマー」情報が乗算演算器Ｐ１３に入力した時のみ、前記ＦＸ１  の演算式で得られる比例アンモニア注入量に一定時間だけＳ比が乗算される。これにより、重油専焼時の比例アンモニア注入量が一定時間だけ増加する。また、加算演算器Ｐ１２は、ＦＸ１  の演算式に従った演算とは別に、高Ｓ油焚きボイラ１２の全消火時には、重油消費量信号１００と重油用バーナ開閉信号１０２とからの信号により制御される。即ち、重油消費量信号１００により重油バーナの消火時点の「重油燃料消費量」情報、重油バーナ開閉信号１０２により「重油バーナ全閉」情報と「一定時間タイマー」情報が加算演算器Ｐ１２に入力されると、図３のバイアス線Ｂに基づくバイアス注入制御が一定時間だけ行なわれる。
【００３１】
そして、上記したそれぞれの条件において制御装置２６で求められたアンモニア注入量は、図２に示す調節計（ＰＩ動作）４４により、注入制御信号３６として信号変換器４６に出力されてエア信号に変換され、注入手段２２の注入弁３１の開度を調整する。これにより、排気ガス中へのアンモニア注入量が制御される。この場合、高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷変動等を考慮して、アンモニア注入量が流量計３２により検出され、検出信号３５として制御装置２６に出力され、カスケード制御が可能なように構成されている。
【００３２】
次に、上記の如く構成された排煙処理システム１０を使用した排煙処理方法を図４に従って説明する。
【００３３】
図４は、高Ｓ油焚きボイラの運転パターンとアンモニアの注入パターンを示した図である。
【００３４】
高Ｓ油焚きボイラ１２を起動する場合は、通風系を起動させておいてから重油バーナに点火する。この重油バーナ点火の段階で排ガス中へのアンモニア注入が開始される。次に、高Ｓ油焚きボイラ１２に負荷をかけていく併入段階の一定負荷状態で高Ｓ油バーナに点火し、重油燃料と高Ｓ油燃料との混焼段階を経た後、重油バーナを消火する。この混焼時間は重油燃料から高Ｓ油燃料への燃料切替時間（Ｔ１  ）  に相当する。そして、高Ｓ油焚きボイラ１２本来の高Ｓ油のみの運転である高Ｓ油専焼状態で負荷を上昇させていき所望の負荷状態で定常運転に入る。
【００３５】
高Ｓ油焚きボイラ１２を停止する場合は、定常運転時の負荷状態から次第に負荷を下降させていき、一定の負荷状態のところで重油用バーナを点火し、高Ｓ油燃料と重油燃料との混焼段階を経た後、高Ｓ油用バーナを消火する。この混焼時間は高Ｓ油燃料から重油燃料への燃料切替時間（Ｔ２  ）  に相当する。そして、重油のみの重油専焼段階を経てから高Ｓ油焚きボイラ１２と負荷装置（例えば発電機）とを切り離す解列を経て重油バーナを消火する全消火を行なう。最後に通風系を停止する。
【００３６】
図４のアンモニア注入量とボイラ出力との関係から分かるように、起動から定常運転を経て高Ｓ油バーナを消火するまでの間、制御装置２６は、ボイラ負荷、即ち燃料消費量に比例した比例注入制御を行なう。換言すると、高Ｓ油焚きボイラからの燃料消費量信号１００、１０１により、重油専焼、高Ｓ油専焼、混焼に応じて図３の比例線Ａを使用した比例注入制御を行なう。
【００３７】
次に、高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷下降時に高Ｓ油燃料から重油燃料に切り替わると、高Ｓ油バーナ開閉信号１０３により「高Ｓ油バーナが全数閉」情報と「一定時間タイマー」情報が乗算演算器Ｐ１３に入力され、重油制御系統４０の比例注入制御で得られた比例アンモニア注入量に、重油燃料のイオウ分に対する高Ｓ油燃料のイオウ分のＳ比を乗算して求めれた乗算アンモニア注入量が排ガス中に一定時間（Ｔ３  ）  注入される。一定時間（Ｔ３  ）  後は、再び、重油制御系統４０の比例注入制御で得られる比例アンモニア注入量が排ガス中に注入される。例えば、重油燃料のイオウ分を１％、高Ｓ油燃料のイオウ分を３％とし、一定時間（Ｔ３  ）  を１時間とした場合には、比例アンモニア注入量の３倍の乗算アンモニア注入量が排ガス中に１時間注入される。これにより、電気集塵器１６の入口及び出口におけるＳＯ３  発生濃度を抑制することができる。従って、高Ｓ油焚きボイラ１２からの排ガスの場合には、ボイラ負荷下降時にイオウ分の高い高Ｓ油燃料からイオウ分の低い重油への燃料切換を行うにもかかわらず、切換後も一定時間の間は、電気集塵器に送気される排ガス中のＳＯ３  濃度が重油専燃時のＳＯ３  濃度まで下がらないという従来の問題を解決することができる。その結果、電気集塵器１６内での機器腐食や灰詰まりを生じにくくできる。
【００３８】
また、高Ｓ油焚きボイラ１２の全消火時には、重油バーナを消火すると、高Ｓ油焚きボイラ１２からは重油消費量信号１００により重油バーナを消火した時点における「重油燃料消費量」情報と、重油バーナ開閉信号１０２により「重油バーナ全閉」情報と「一定時間タイマー」情報が加算演算器Ｐ１２に出力される。これにより、制御装置２６は、図３のバイアス線Ｂに基づいたバイアス注入制御を一定時間（Ｔ４  ）、例えば１時間程度行なう。これにより、高Ｓ油焚きボイラ１２の全消火後の電気集塵器１６入口におけるＳＯ３  濃度をほぼゼロにすることができる。従って、高Ｓ油焚きボイラ１２の全消火時において、重油バーナを消火したにもかかわらず一定時間の間は、電気集塵器１６に送気される排気ガス中のＳＯ３  濃度がゼロにならないという従来の問題を解決することができる。その結果、電気集塵器１６内での機器腐食や灰詰まりを生じにくくできる。
【００３９】
また、高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷下降時に高Ｓ油燃料から重油燃料に切り替わる場合や、全消火時の「一定時間」の長さをどの程度にするかは、高Ｓ油焚きボイラ１２の試運転等により固定時間に設定してもよいが、電気集塵器１６出口のＳＯ３  濃度を測定して測定結果に基づいて制御するとよい。又、「一定時間」を可変的に制御する場合には、電気集塵器１６出口の残留アンモニア濃度を残留濃度測定手段２４で測定し、注入濃度（アンモニア注入量／排ガス流量）より換算ＳＯ３  濃度〔（注入アンモニア濃度−残留アンモニア濃度）／２〕を求め、求めた換算ＳＯ３  濃度に基づいて制御するとよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法によれば、高Ｓ油焚きボイラの負荷下降時の高Ｓ油燃料から重油燃料への切り換え時、或いは全消火時における排ガスへのアンモニア注入量を適切に制御できるので、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりが生じにくくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法を適用する排煙処理システム
【図２】制御装置の制御系統を説明する説明図
【図３】制御装置により制御されるアンモニア注入量の特性を説明する説明図
【図４】高Ｓ油焚きボイラの運転パターンとアンモニア注入パターンを示した説明図
【符号の説明】
１０…排煙処理システム、１２…高Ｓ油焚きボイラ、１６…電気集塵器、１８…煙突、２０…温度測定手段、２２…注入手段、２４…残留濃度測定手段、２６制御装置、１００…重油燃料消費量信号、１０１…高Ｓ油燃料消費量信号、１０２…重油バーナ開閉信号、１０３…高Ｓ油バーナ開閉信号、４０…重油制御系統、４２…高Ｓ油制御系統、Ｐ１１、Ｐ２１…乗算演算器、Ｐ１２、Ｐ２２…加算演算器、Ｐ１３…乗算演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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