JP3731471B2 - 高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法 - Google Patents
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Description
【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。
【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、例えばオイルコークスや残渣油と呼ばれる超重質油（燃料中のイオウ分が通常３％程度以上）を使用することが多くなってきている。
【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。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、ＳＯ3 濃度が高くなった場合には、アンモニア注入量が不足し、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やすいという欠点がある。
【０００６】
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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、排ガスへ適切な量のアンモニアを注入することのできる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。
【０００８】
【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高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、前記アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて該アンモニアの注入量を調整するのに際し、前記排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて注入比率を求め、該注入比率を前記高イオウ油燃料の燃料消費量に比例した基本アンモニア注入量に乗算することにより、前記排ガス中に注入するアンモニアの注入量を調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化が、排ガス中のＳＯ3 濃度に影響することに着目して成されたもので、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化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、排ガスへのアンモニア注入量が過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、請求項１における排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じてアンモニアの注入量を調整する仕方を、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対応した注入比率を求め、該注入比率を前記高イオウ油燃料の燃料消費量に比例した比例アンモニア注入量に乗算するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３は、請求項２において、注入比率の設定を、燃焼酸素濃度が定格値のときを１としたときの該定格値に対する比率で行うようにしたものである。ここで、燃焼酸素濃度が定格値とは、ボイラが定常運転での燃焼酸素濃度の値をいう。
【００１２】
【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。
【００１３】
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の概略構造を示す構成図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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油燃料消費量信号１００、燃焼酸素濃度信号１０１がそれぞれ入力される。
【００１７】
ここで、燃焼酸素濃度とは、高Ｓ油焚きボイラ１２から排出される排ガス中の酸素濃度であって、アンモニアが注入される前の酸素濃度をいう。
【００１８】
そして、制御装置２６は、これらの入力された信号１００、１０１からの情報に基づいて演算されたアンモニア注入量を注入量指令信号３６として注入手段２２に出力する。
【００１９】
ところで、発明者は、高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷上昇時又は下降時にＳＯ3 濃度の変化が特に大きいことに着目し、その原因を検討したところ、負荷変化時には排ガス中の燃焼酸素濃度の変化が大きく、この燃焼酸素濃度の変化が排ガス中のＳＯ3 濃度の変化に大きく影響しているという知見を得た。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づいて成されたもので、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１６に送気して排ガス中のダストを除去する高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて該アンモニアの注入量を調整するようにしたものである。
【００２１】
図２は、本発明を行うための制御装置２６の制御系統図である。
【００２２】
制御装置２６には、高Ｓ油焚きボイラ１２からの燃料消費量信号１００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が設けられている。即ち、演算式ＦＸ１によって排ガス中のＳＯ3 を中和するのに最低限必要な基本のアンモニア注入量が求められ、求められた基本アンモニア注入量が演算器３７に出力される。
【００２３】
図３は、ＦＸ１演算式を図で表したもので、高Ｓ油燃料における燃料消費量に対する基本アンモニア注入量を、ＦＸ１の特性に基づいた比例注入制御を示したものである。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注入制御を行う。
【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 を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ＦＸ１特性線は、この（１）式に基づいて構成したものである。
【００２５】
【数１】
また、制御装置２６には、図２に示すように、高Ｓ油焚きボイラ１２からの燃焼酸素濃度信号１０１による燃焼酸素濃度の変化に応じて基本アンモニア注入量をどの程度調整すればよいかの演算式ＦＸ２が設けられている。即ち、演算式ＦＸ２によって、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対応した注入比率が求められて演算器３７に出力される。そして、演算器３７では、演算式ＦＸ１から求められた基本アンモニア注入量に、演算式ＦＸ２から求められた注入比率が乗算演算されて求められた乗算アンモニア注入量がコントローラ４４に出力される。コントローラ４４では、この乗算アンモニア注入量を排ガスに注入する注入量指令信号３６としてポジショナ４６を介して注入弁３１に出力する。また、注入管３３を流れるアンモニア流量は、検出器３２で検出されてカスケード制御信号３５として制御装置２６のコントローラ４４に出力される。
【００２６】
図４は、ＦＸ２演算式の好ましい一例を図で示したもので、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対する注入比率を、燃焼酸素濃度が定格値（ＯT ）の場合を１としたときに該定格値に対する比率として設定したものである。例えば、排ガス中の燃焼酸素濃度が定格値の場合には注入比率は１となり、排ガスに注入する乗算アンモニア注入量は基本アンモニア注入量に１を乗算した注入量となる。また、排ガス中の燃焼酸素濃度が定格値の２倍の場合には注入比率は２となり、排ガスに注入する乗算アンモニア注入量は基本アンモニア注入量に２を乗算した注入量となる。
【００２７】
このように、本発明では、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対応した注入比率を求め、該注入比率を燃料消費量に比例した基本アンモニア注入量に乗算した値である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Ｓ油燃料を使用した油焚きボイラ１２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１６内での機器腐食や灰詰まりが生じにくくできる。
【００２８】
【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、高イオウ油を燃料とする排ガスの場合にも、適切な量のアンモニアを注入することができる。特に、高Ｓ油焚きボイラの負荷変化時、特に高Ｓ油焚きボイラの燃焼酸素変化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。これにより、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりを生じにくくできる。
【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の構成図
【図２】制御装置の制御系統を説明する説明図
【図３】アンモニア注入量の比例制御を説明する説明図
【図４】燃焼酸素濃度と注入比率との関係を説明する説明図
【符号の説明】
１０…排煙処理システム、１２…高Ｓ油焚きボイラ、１４…空気予熱器、１６…電気集塵器、１８…煙突、２２…注入手段、２６…制御装置、３１…注入弁、３２…検出器、３３…注入管、３５…カスケード制御信号、３６…注入量指令信号、３７…演算器、４４…コントローラ、１００…高Ｓ油燃料消費量信号、１０１…燃焼酸素濃度信号
【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。
【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、例えばオイルコークスや残渣油と呼ばれる超重質油（燃料中のイオウ分が通常３％程度以上）を使用することが多くなってきている。
【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。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、ＳＯ3 濃度が高くなった場合には、アンモニア注入量が不足し、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やすいという欠点がある。
【０００６】
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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、排ガスへ適切な量のアンモニアを注入することのできる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。
【０００８】
【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高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、前記アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて該アンモニアの注入量を調整するのに際し、前記排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて注入比率を求め、該注入比率を前記高イオウ油燃料の燃料消費量に比例した基本アンモニア注入量に乗算することにより、前記排ガス中に注入するアンモニアの注入量を調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化が、排ガス中のＳＯ3 濃度に影響することに着目して成されたもので、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化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、排ガスへのアンモニア注入量が過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、請求項１における排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じてアンモニアの注入量を調整する仕方を、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対応した注入比率を求め、該注入比率を前記高イオウ油燃料の燃料消費量に比例した比例アンモニア注入量に乗算するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３は、請求項２において、注入比率の設定を、燃焼酸素濃度が定格値のときを１としたときの該定格値に対する比率で行うようにしたものである。ここで、燃焼酸素濃度が定格値とは、ボイラが定常運転での燃焼酸素濃度の値をいう。
【００１２】
【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。
【００１３】
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の概略構造を示す構成図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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油燃料消費量信号１００、燃焼酸素濃度信号１０１がそれぞれ入力される。
【００１７】
ここで、燃焼酸素濃度とは、高Ｓ油焚きボイラ１２から排出される排ガス中の酸素濃度であって、アンモニアが注入される前の酸素濃度をいう。
【００１８】
そして、制御装置２６は、これらの入力された信号１００、１０１からの情報に基づいて演算されたアンモニア注入量を注入量指令信号３６として注入手段２２に出力する。
【００１９】
ところで、発明者は、高Ｓ油焚きボイラ１２の負荷上昇時又は下降時にＳＯ3 濃度の変化が特に大きいことに着目し、その原因を検討したところ、負荷変化時には排ガス中の燃焼酸素濃度の変化が大きく、この燃焼酸素濃度の変化が排ガス中のＳＯ3 濃度の変化に大きく影響しているという知見を得た。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づいて成されたもので、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１６に送気して排ガス中のダストを除去する高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて該アンモニアの注入量を調整するようにしたものである。
【００２１】
図２は、本発明を行うための制御装置２６の制御系統図である。
【００２２】
制御装置２６には、高Ｓ油焚きボイラ１２からの燃料消費量信号１００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が設けられている。即ち、演算式ＦＸ１によって排ガス中のＳＯ3 を中和するのに最低限必要な基本のアンモニア注入量が求められ、求められた基本アンモニア注入量が演算器３７に出力される。
【００２３】
図３は、ＦＸ１演算式を図で表したもので、高Ｓ油燃料における燃料消費量に対する基本アンモニア注入量を、ＦＸ１の特性に基づいた比例注入制御を示したものである。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注入制御を行う。
【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 を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ＦＸ１特性線は、この（１）式に基づいて構成したものである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
図４は、ＦＸ２演算式の好ましい一例を図で示したもので、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対する注入比率を、燃焼酸素濃度が定格値（ＯT ）の場合を１としたときに該定格値に対する比率として設定したものである。例えば、排ガス中の燃焼酸素濃度が定格値の場合には注入比率は１となり、排ガスに注入する乗算アンモニア注入量は基本アンモニア注入量に１を乗算した注入量となる。また、排ガス中の燃焼酸素濃度が定格値の２倍の場合には注入比率は２となり、排ガスに注入する乗算アンモニア注入量は基本アンモニア注入量に２を乗算した注入量となる。
【００２７】
このように、本発明では、排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に対応した注入比率を求め、該注入比率を燃料消費量に比例した基本アンモニア注入量に乗算した値である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Ｓ油燃料を使用した油焚きボイラ１２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１６内での機器腐食や灰詰まりが生じにくくできる。
【００２８】
【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、高イオウ油を燃料とする排ガスの場合にも、適切な量のアンモニアを注入することができる。特に、高Ｓ油焚きボイラの負荷変化時、特に高Ｓ油焚きボイラの燃焼酸素変化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。これにより、電気集塵器内での機器腐食や灰詰まりを生じにくくできる。
【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の構成図
【図２】制御装置の制御系統を説明する説明図
【図３】アンモニア注入量の比例制御を説明する説明図
【図４】燃焼酸素濃度と注入比率との関係を説明する説明図
【符号の説明】
１０…排煙処理システム、１２…高Ｓ油焚きボイラ、１４…空気予熱器、１６…電気集塵器、１８…煙突、２２…注入手段、２６…制御装置、３１…注入弁、３２…検出器、３３…注入管、３５…カスケード制御信号、３６…注入量指令信号、３７…演算器、４４…コントローラ、１００…高Ｓ油燃料消費量信号、１０１…燃焼酸素濃度信号
Claims (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高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法において、
前記アンモニアが注入される排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて該アンモニアの注入量を調整するのに際し、
前記排ガス中の燃焼酸素濃度の変化に応じて注入比率を求め、該注入比率を前記高イオウ油燃料の燃料消費量に比例した基本アンモニア注入量に乗算することにより、前記排ガス中に注入するアンモニアの注入量を調整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。 - 前記注入比率は、前記燃焼酸素濃度が定格値の場合を１としたときの該定格値に対する比率であることを特徴とする請求項１に記載の高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法。
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| JP2000394756A JP3731471B2 (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 高イオウ油焚きボイラの排煙処理方法 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101010727B1 (ko) * | 2008-12-19 | 2011-01-24 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연소 배가스의 황산화물 제거 시스템 및 그의 방법 |
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