(57)【要約】【課題】ボイラの運転期間が長くなっても、ボイラから排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物の生成量の増大を抑制することが可能な排ガス処理装置等を提供する。【解決手段】燃料Ｆを燃焼させるボイラ５と、ボイラ５に空気Ａを供給する空気供給部１６と、ボイラ５から排出される排ガスＥ中に含まれる酸素濃度を検出可能なＯ２センサ２５と、ボイラ５の運転期間と、酸素濃度と、排ガスＥ中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率と、の相関関係を表す相関マップと、空気供給部１６を制御して、ボイラ５に供給される空気Ａの供給量を調整可能な運転制御装置９と、を備え、運転制御装置９は、ボイラ５の運転期間に応じた目標となる転換率に基づいて相関マップから目標酸素濃度を取得し、Ｏ２センサ２５によって検出される酸素濃度が目標酸素濃度となるように、ボイラ５への空気Ａの供給量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるボイラと、
前記ボイラに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記ボイラから排出される排ガス中に含まれる酸素濃度を検出可能な酸素濃度検出手段と、
前記ボイラの運転期間と、前記酸素濃度と、前記排ガス中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率と、の相関関係を表す相関マップと、
前記酸化剤供給手段を制御して、前記ボイラに供給される前記酸化剤の供給量を調整可能な制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ボイラの運転期間に応じた目標となる前記転換率に基づいて前記相関マップから目標酸素濃度を取得し、前記酸素濃度検出手段によって検出される前記酸素濃度が前記目標酸素濃度となるように、前記ボイラへの前記酸化剤の供給量を調整することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記相関マップは、前記ボイラの運転期間が長くなるにつれて、前記酸素濃度が低下することで、前記転換率が一定となることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記酸化剤は、空気であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
酸化剤が供給されるボイラの運転期間と、前記ボイラから排出される排ガス中に含まれる酸素濃度と、前記排ガス中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率との相関関係を表す相関マップを用いて、前記ボイラから排出される排ガスを処理する排ガス処理方法であって、
前記ボイラの運転期間を取得する運転期間取得工程と、
前記ボイラの運転期間に応じた目標となる前記転換率である目標転換率を取得する目標転換率取得工程と、
前記ボイラの運転期間および前記目標転換率に基づいて、前記相関マップから目標酸素濃度を取得する目標酸素濃度取得工程と、
前記酸素濃度を検出する酸素濃度検出工程と、
前記酸素濃度検出工程において検出した前記酸素濃度が、前記目標酸素濃度となるように、前記ボイラへの前記酸化剤の供給量を調整する酸化剤供給量調整工程と、を備えたことを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼させるボイラの排ガスを処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、重質燃料焚ボイラから排出される排ガス中に含まれる煤塵を除去する電気集塵機の下流側において、灰流動性を計測する灰流動性計測計を有する重質燃料焚ボイラシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この重質燃料焚ボイラシステムでは、灰流動性計測計により計測した灰流動性情報に基づいて、ボイラへ供給する空気の供給量を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ボイラから排出された排ガスでは、排ガス中に含まれる酸素と硫黄とが結合することにより、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄酸化物が生成される。このうち、三酸化硫黄は、ボイラの運転期間が長くなるにつれて生成量が増加する。つまり、ボイラの運転期間が長くなると、ボイラの内部に設けられた伝熱管に汚れが付着することで、伝熱管による熱交換の効率が低下し、これにより、ボイラ内の温度が上昇することや付着灰の触媒作用等により、三酸化硫黄が生成され易くなる。
【０００５】
ここで、ボイラの排出側には、排ガス中の煤塵および硫安を集塵するアンモニア注入設備付きの電気集塵機が接続される場合がある。この電気集塵機は、流入する排ガスにアンモニアを添加して、排ガス中に含まれる三酸化硫黄とアンモニアとを反応させることにより硫安を生成し、排ガス中に含まれる煤塵と共に、生成した硫安を除去している。しかしながら、生成された硫安には、アンモニアの不足などにより、付着性の強い酸性硫安が含まれる。この酸性硫安は、電気集塵機の電極（集塵極）に付着し易い。このため、三酸化硫黄の生成量が増加するにつれて、電極に酸性硫安が付着し、電気集塵機の集塵性能を低下させる虞がある。加えて、電気集塵機は、アンモニアの添加量を、三酸化硫黄の生成量が最大となる場合に十分となる添加量としている。このため、電気集塵機は、三酸化硫黄の生成量が最大となるまでの間、余分なアンモニアを添加することになる。
【０００６】
そこで、本発明は、ボイラの運転期間が長くなっても、ボイラから排出される排ガス中に含まれる三酸化硫黄の生成量の増大を抑制することが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の排ガス処理装置は、燃料を燃焼させるボイラと、ボイラに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、ボイラから排出される排ガス中に含まれる酸素濃度を検出可能な酸素濃度検出手段と、ボイラの運転期間と、酸素濃度と、排ガス中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率と、の相関関係を表す相関マップと、酸化剤供給手段を制御して、ボイラに供給される酸化剤の供給量を調整可能な制御手段と、を備え、制御手段は、ボイラの運転期間に応じた目標となる転換率に基づいて相関マップから目標酸素濃度を取得し、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が目標酸素濃度となるように、ボイラへの酸化剤の供給量を調整することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、制御手段は、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度が目標酸素濃度となるように、ボイラへの酸化剤の供給量を調整することができる。このため、制御手段は、三酸化硫黄への転換率を、ボイラの運転期間に応じた目標となる転換率とすることができる。これにより、ボイラの運転期間が長くなっても、三酸化硫黄の転換率を一定にすることができる。よって、ボイラにアンモニア注入設備付きの電気集塵機が接続された場合、電気集塵機に流入する排ガス中の三酸化硫黄の増大を抑制でき、電気集塵機に流入する排ガス中の三酸化硫黄の流入量を一定にすることができる。このため、電気集塵機の電極を汚れ難くすることができ、電機集塵機の運転を長期化させることが可能となる。また、電気集塵機に流入する三酸化硫黄の流入量を一定にできるため、アンモニアの添加量を一定とすることができ、これにより、余分なアンモニアの添加を抑制することができる。
【０００９】
この場合、相関マップは、ボイラの運転期間が長くなるにつれて、酸素濃度が低下することで、転換率が一定となることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、ボイラの運転期間が長くなるにつれて、ボイラへの酸化剤の供給量を減らし、酸素濃度を低下させることで、三酸化硫黄への転換率を一定とすることができる。
【００１１】
この場合、酸化剤は、空気であることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、三酸化硫黄への転換率を一定とすることができるため、三酸化硫黄とアンモニアとが反応して生成される硫安の生成量の増大を抑制できる。また、酸化剤として空気を用いることにより、ボイラは、空気が供給されながら、燃料を燃焼させることができる。
【００１３】
本発明の排ガス処理方法は、酸化剤が供給されるボイラの運転期間と、ボイラから排出される排ガス中に含まれる酸素濃度と、排ガス中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率との相関関係を表す相関マップを用いて、ボイラから排出される排ガスを処理する排ガス処理方法であって、ボイラの運転期間を取得する運転期間取得工程と、ボイラの運転期間に応じた目標となる転換率である目標転換率を取得する目標転換率取得工程と、ボイラの運転期間および目標転換率に基づいて、相関マップから目標酸素濃度を取得する目標酸素濃度取得工程と、酸素濃度を検出する酸素濃度検出工程と、酸素濃度検出工程において検出した酸素濃度が、目標酸素濃度となるように、ボイラへの酸化剤の供給量を調整する酸化剤供給量調整工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、酸化剤供給量調整工程では、酸素濃度検出工程において検出される酸素濃度が目標酸素濃度となるように、ボイラへの酸化剤の供給量を調整することができる。このため、三酸化硫黄への転換率を、ボイラの運転期間に応じた目標となる転換率にすることができる。これにより、ボイラの運転期間が長くなっても、三酸化硫黄の転換率を一定にすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排ガス処理装置および排ガス処理方法によれば、ボイラの運転期間が長くなっても、ボイラから排出される排ガス中に含まれる三酸化硫黄への転換率を一定とすることができ、排ガス中の三酸化硫黄の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施例に係る排ガス処理装置の概略構成図である。
【図２】図２は、ボイラの運転期間、酸素濃度および三酸化硫黄への転換率の相関関係を表す相関マップの説明図である。
【図３】図３は、ボイラの運転期間に応じて変化する三酸化硫黄への転換率を示すグラフの説明図である。
【図４】図４は、排ガス処理方法に関する一連の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る排ガス処理装置および排ガス処理方法について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１８】
図１は、本実施例に係る排ガス処理装置の概略構成図である。本実施例の排ガス処理装置１は、空気を酸化剤として用い、重質油等の粗悪燃料をボイラで燃焼すると共に、ボイラから排出された排ガスを浄化するものである。
【００１９】
排ガス処理装置１は、ボイラ５と、ボイラ５に接続された脱硝装置６と、脱硝装置６に接続された電気集塵機７と、電気集塵機７に接続された脱硫装置８と、これらの運転を制御する運転制御装置（制御手段）９とを備えている。
【００２０】
ボイラ５には、燃料Ｆを供給する燃料供給部１５と、酸化剤としての空気Ａを供給する空気供給部１６とが接続されている。また、ボイラ５の内部には、伝熱管１７が設けられ、伝熱管１７は、ボイラ５内で発生した熱により加熱されることで熱交換する。空気供給部１６からボイラ５へ空気Ａが供給されると共に、燃料供給部１５からボイラ５へ燃料Ｆが供給されると、ボイラ５では、空気Ａを用いて燃料Ｆを燃焼させることで、ボイラ５内に設けられた伝熱管１７を加熱する。そして、ボイラ５は、燃焼後に発生した排ガスＥを脱硝装置６へ向けて排出する。このとき、ボイラ５から排出された排ガスＥにおいて、その中に含まれる酸素と硫黄とが結合し、硫黄酸化物が生成される。なお、空気供給部１６は、運転制御装置９に接続されており、運転制御装置９による制御により、ボイラ５へ向けて供給される空気Ａの供給量を調整している。
【００２１】
なお、ボイラ５と脱硝装置６との間には、Ｏ２センサ２５が設けられており、ボイラ５から排出された排ガスＥ中の酸素濃度を検出している。Ｏ２センサ２５は、運転制御装置９に接続されており、検出した酸素濃度を運転制御装置９へ向けて出力している。
【００２２】
脱硝装置６は、排ガスＥ中に含まれる窒素酸化物を除去するものである。脱硝装置６は、その内部に脱硝触媒層（図示せず）を有しており、排ガスＥが脱硝触媒層と接触することにより、排ガスＥ中の窒素酸化物が窒素ガス（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解・除去される。
【００２３】
電気集塵機７は、アンモニア注入設備２１付きの電気集塵機７である。アンモニア注入設備２１からアンモニアが添加されると、排ガスＥ中の三酸化硫黄とアンモニアとが反応し、硫安が生成される。そして、電気集塵機７は、脱硝後の排ガスＥ中に含まれる煤塵を除去すると共に、アンモニア（ＮＨ３）を添加することにより生成される硫安を除去する。この電気集塵機７は、放電極と集塵極とを有しており、放電極から放電された電荷により排ガスＥ中の煤塵および硫安を陰極側に帯電させ、陰極側に帯電した排ガスＥ中の煤塵および酸性硫安を、陽極側の集塵極に引き寄せることで捕集する。
【００２４】
脱硫装置８は、集塵後の排ガスＥ中に含まれる硫黄酸化物を除去するものである。脱硝装置８は、図示しない吸収塔を有しており、硫黄酸化物を吸収する吸収液として、例えば、石灰スラリーが用いられている。吸収塔では、排ガスＥと石灰スラリーとを接触させて排ガスＥ中の硫黄酸化物を除去し、これにより、排ガスＥが浄化される。浄化された排ガスＥは、浄化ガスとして、脱硫装置８の吸収塔から排出され、吸収塔に接続された煙突２２から外気へ排出される。
【００２５】
運転制御装置９は、ボイラ５、脱硝装置６、電気集塵機７および脱硫装置８の作動をそれぞれ制御している。例えば、運転制御装置９は、空気供給部１６に接続されると共に、Ｏ２センサ２５に接続されており、Ｏ２センサ２５により検出された酸素濃度に基づいて、空気供給部１６からボイラ５へ供給させる空気Ａの流量を調整している。
【００２６】
従って、排ガス処理装置１は、運転制御装置９に制御されながら、燃料供給部１５および空気供給部１６からボイラ５へ向けて燃料Ｆおよび空気Ａを供給する。すると、ボイラ５では、供給された空気Ａを用いて、燃料Ｆを燃焼させることにより、ボイラ５内に設けられた伝熱管１７を加熱する。燃焼後に発生した排ガスＥは、脱硝装置６へ向けて排出される。脱硝装置６へ向かう排ガスＥは、Ｏ２センサ２５により酸素濃度が検出され、検出された酸素濃度は、運転制御装置９に出力される。脱硝装置６へ流入した排ガスＥは、窒素酸化物が除去された後、電気集塵機７へ向けて排出される。電気集塵機７へ流入した排出ガスＥは、アンモニア注入設備２１からアンモニアが添加されることで、排ガスＥに含まれる三酸化硫黄とアンモニアとが反応し、硫安が生成される。そして、電気集塵機７に流入した排ガスＥは、煤塵および硫安が電気集塵機７により集塵された後、脱硫装置８へ向けて排出される。脱硫装置８へ流入した排ガスＥは、硫黄酸化物が除去された後、煙突２２から外気へ排出される。
【００２７】
以上のように構成された排ガス処理装置１において、ボイラ５を長期間運転すると、伝熱管１７に汚れが付着する。伝熱管１７に汚れが付着すると、熱交換の効率が低下し、ボイラ５内の温度が上昇する。ボイラ５内の温度が上昇したり、付着灰の触媒作用が働いたりすると、三酸化硫黄が生成され易くなるため、ボイラ５から排出される排ガスＥ中の三酸化硫黄の生成量は増大する。排ガスＥ中の三酸化硫黄が増大すると、電気集塵機７において添加されるアンモニアにより、生成する硫安に含まれる酸性硫安の生成量が増大し、電気集塵機７の集塵極に付着する酸性硫安の付着量が増大し、電気集塵機７の集塵性能が低下する。このため、本実施例の排ガス処理装置１では、ボイラ５から排出される排ガスＥ中の三酸化硫黄の増大を抑制すべく、運転制御装置９により空気供給部１６を制御することで、ボイラ５に供給する空気Ａの供給量を調整している。以下、図２ないし図４を参照して、運転制御装置９について具体的に説明する。
【００２８】
図２は、ボイラの運転期間、酸素濃度および三酸化硫黄への転換率の相関関係を表す相関マップの説明図である。図３は、ボイラの運転期間に応じて変化する三酸化硫黄への転換率を示すグラフの説明図である。図４は、排ガス処理方法に関する一連の制御動作である。運転制御装置９は、予め用意された相関マップＭに基づいて、空気供給部１６を制御することにより、ボイラ５から排出される排ガスＥ中の硫黄酸化物、特に、三酸化硫黄（ＳＯ３）の転換率を一定としている。
【００２９】
図２に示す相関マップＭは、運転制御装置９に記憶されている。この相関マップＭは、ボイラ５の運転期間と、排ガスＥ中の酸素濃度と、排ガスＥ中に含まれる酸素と硫黄とが結合して三酸化硫黄に転換する転換率との相関関係を表している。ここで、相関マップＭは、その横軸が、ボイラ５の運転期間となっており、その縦軸が、酸素濃度となっている。また、相関マップＭにおいて、Ｌ１は、三酸化硫黄への転換率が所定の割合となるラインであり、Ｌ２は、三酸化硫黄への転換率がＬ１よりも大きな割合となるラインである。
【００３０】
この相関マップＭは、図３に示すグラフに基づいて生成されている。図３に示すグラフは、その横軸が、ボイラ５の運転期間となっており、その縦軸が、三酸化硫黄への転換率となっている。また、図３に示すグラフにおいて、Ｍ１は、酸素濃度が第１酸素濃度のときの転換率の変化を表すラインである。同様に、Ｍ２は、酸素濃度が第１酸素濃度よりも高い第２酸素濃度のときの転換率の変化を表すラインである。Ｍ３は、酸素濃度が第２酸素濃度よりも高い第３酸素濃度のときの転換率の変化を表すラインである。図３のグラフに示すように、Ｍ１、Ｍ２およびＭ３は、ボイラ５の運転期間が長くなるにつれて、三酸化硫黄への転換率が上昇するように変化することが分かる。そして、図３における所定の転換率に対応する酸素濃度を、ボイラの運転期間を基準にして、図２の横軸および縦軸に合わせてプロットすると、相関マップＭが得られる。得られた相関マップＭから分かるように、ボイラの運転期間が長くなるにつれて、酸素濃度を低下させることで、三酸化硫黄への転換率は一定となる。
【００３１】
運転制御装置９は、現在のボイラ５の運転期間と、目標とする転換率（例えば、Ｌ１またはＬ２）とに基づいて、相関マップＭから目標となる酸素濃度を目標酸素濃度として設定する。そして、運転制御装置９は、Ｏ２センサ２５から検出される酸素濃度が、目標酸素濃度となるように、空気供給部１６を制御する。
【００３２】
続いて、図４を参照し、排ガス処理装置１の運転制御装置９によりボイラ５の運転を制御する排ガス処理方法について説明する。先ず、運転制御装置９は、現在のボイラ５の運転期間を取得する（ステップＳ１：運転期間取得工程）。この後、運転制御装置９は、目標とする転換率である三酸化硫黄への目標転換率を取得する（ステップＳ２：目標転換率取得工程）。なお、目標転換率は、ボイラ５に使用される燃料の品質等に応じて、適宜設定されることが好ましい。
【００３３】
運転制御装置９は、目標転換率を取得すると、取得したボイラ５の運転期間と取得した目標転換率とに基づいて、相関マップＭから目標酸素濃度を取得して設定する（ステップＳ３：目標酸素濃度設定工程）。目標酸素濃度が設定されると、運転制御装置９は、運転しているボイラ５から排出される排ガスＥ中の酸素濃度を、Ｏ２センサ２５により検出（ステップＳ４：酸素濃度検出工程）し、検出した酸素濃度が目標酸素濃度となるように、空気供給部１６を制御する（ステップＳ５：酸化剤供給量調整工程）。
【００３４】
以上から、本実施例の構成によれば、運転制御装置９は、ボイラ５の運転期間が長くなっても、ボイラ５から排出される排ガスＥ中の三酸化硫黄への転換率を一定の転換率とすることができる。これにより、ボイラ５にアンモニア注入設備２１付きの電気集塵機７が接続された場合、電気集塵機７に流入する排ガスＥ中の三酸化硫黄の増大を抑制でき、電気集塵機７に流入する排ガスＥ中の三酸化硫黄の流入量を一定にすることができる。このため、電気集塵機７の電極を汚れ難くすることができ、電機集塵機７の運転を長期化させることが可能となる。また、電気集塵機７に流入する三酸化硫黄の流入量を一定にできるため、アンモニア注入設備２１から添加されるアンモニアの添加量を一定とすることができ、これにより、余分なアンモニアの添加を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施例の構成によれば、ボイラ５の運転期間が長くなるにつれて、酸素濃度を低下させることで、三酸化硫黄への転換率が一定となる相関マップＭを用いることができる。これにより、運転制御装置９は、三酸化硫黄の転換率を一定にする場合、酸素濃度を低下させるべく、ボイラ５の運転期間が長くなるにつれて、空気供給部１６から供給される空気の供給量を減少させればよい。このため、運転制御装置９は、相関マップＭに基づいて空気供給部１６を制御することで、三酸化硫黄の転換率を好適に一定とすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  排ガス処理装置
５  ボイラ
６  脱硝装置
７  電気集塵機
８  脱硫装置
９  運転制御装置
１５  燃料供給部
１６  空気供給部
１７  伝熱管
２１  アンモニア注入設備
２２  煙突
２５  Ｏ２センサ
Ｆ  燃料
Ａ  空気
Ｅ  排ガス
Ｍ  相関マップ
【図１】
2013044464.tif 000003
【図２】
2013044464.tif 000004
【図３】
2013044464.tif 000005
【図４】
2013044464.tif 000006