JP4667577B2 - 排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法、供給量制御装置、及び廃棄物処理システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物焼却排ガスの脱塩処理方法に係り、特に、ごみなどの廃棄物を焼却炉等で焼却したときに生成する排ガスの脱塩装置に好適な、脱塩剤の供給量の制御に関する。
【0002】
ここで、上記排ガスは、塩化水素を含む排ガス、特に廃棄物を処理する際に発生する塩化水素ガスを多量に含む排ガスを対象とする。また、廃棄物は、家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オフィス機器、電子機器、化成品等の産業廃棄物など、可燃物を含むものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、塩化水素ガスを含む排ガスの乾式脱塩装置では、脱塩剤を吹き込み濾布表面に粉体層を形成させ、塩化水素、硫黄酸化物等の有害ガスと中和反応させることにより、酸性有害ガスを除去していた。脱塩剤としては、反応性の低い消石灰が用いられ、保証値を満足させるためには、常に過剰に脱塩剤を投入する必要があった。
【0004】
脱塩剤の投入量の制御としては、常に過剰に投入しているため、PID制御、すなわち、単純な比例操作(P操作)に積分操作(I操作)とさらに微分操作(D操作)を加えた制御方式により、安定した出口HCl濃度が得られた。また、発生する残渣は埋立処分が必要であり、最終処分場の逼迫が社会問題になっている。
【0005】
このような塩化水素を含む排ガスを処理する例としては、廃棄物処理装置の燃焼炉から排出される排ガスを処理するものが知られている(たとえば、特開平1−49816号公報(特公平6−56253号)参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
最終処分場の逼迫という大きな社会問題を背景に埋立処分する残渣の発生量抑制が緊急の課題となっており、最近の動向としては、脱塩剤として、高反応で反応速度の速い微粉重曹や高反応消石灰などの高反応脱塩剤を用いるケースが多くなってきた。
【0007】
この場合、1当量近くで運転を行なっているため、当量比の変動によって出口HCl濃度の変動が大きく現われる。通常のPID制御による投入量制御では、この出口HCl濃度の変動、特にHCl濃度が急上昇する変動を抑え、常時、低濃度レベルで安定した制御は困難である。
【0008】
また、廃棄物焼却炉における排ガス中の酸性ガスの濃度は、その処理する廃棄物の性質や、焼却炉の運転状況により変化しており、その変化に対応するため、脱塩装置(以下、バグフィルタともいう)に吹き込む脱塩剤を常に過剰に供給して運転を行っているのが実情であり、不経済であった。
【0009】
本発明の課題は、ごみなどの廃棄物を焼却したときに生成する塩化水素ガスを含む焼却排ガスの脱塩装置において、前記の高反応脱塩剤を用いて脱塩処理する場合、脱塩剤供給量の制御応答を速くし、脱塩装置出口の排ガス中の塩化水素濃度を低レベルに安定化させ、また、脱塩剤の過剰供給量を適正化してランニングコストを低減させることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは、塩化水素ガスを多量に含む廃棄物などの焼却排ガスの脱塩剤の供給処理に、PID制御(単純な比例操作(P操作)を基本とし、その欠点であるオフセットを消すために、積分操作(I操作)を加え、さらにPI操作に共通な調整遅れを修正するために微分操作(D操作)を加えた制御方式。)に、さらにP制御を組み合わせる方式を創案した。
【0011】
すなわち、微粉重曹(炭酸水素ナトリウム)や高反応消石灰などの高反応脱塩剤を使用し、バグフィルタ出口のHCl濃度に基づいて、PID制御により脱塩剤供給量を増減させて、バグフィルタ出口HCl濃度を任意の設定値に制御するとともに、別の任意の設定値を設定し、その設定値を超えたときにP制御を採用して脱塩剤供給量を急増させることにより、バグフィルタ出口HCl濃度の上昇を速やかに抑制し、安定したフィードバック制御が実施できることを知見した。
【0012】
また、別の制御方式として、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量とを用いたFF制御(フィードフォワード制御)により、脱塩剤の供給量を増減させ、任意の設定値に制御するようにした。バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤供給量を増減させることにより、制御の応答性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、ごみ焼却炉や廃棄物燃焼溶融炉から排出される、塩化水素ガスを多量に含む廃棄物焼却排ガスの乾式脱塩処理に、〔P+PID〕制御によって脱塩剤を供給する方式の一例を示す構成図である。
【0014】
本実施形態は、排ガス処理システムにおいて、バグフィルタ30、HCl分析計31、調節計32、33、加算器34、脱塩剤制御装置35などから構成される。
【0015】
バグフィルタ30は処理前排ガス36を脱塩処理する乾式脱塩装置である。HCl分析計31は、バグフィルタ30で脱塩処理した処理後排ガス37をサンプリングして塩化水素(HCl)濃度を分析する。
【0016】
調節計32は、分析したHCl濃度PVと任意の設定値SV1に基づいて、PID制御による操作信号MV1を演算して出力する。調節計33は、同様にHCl濃度PVと任意の設定値SV2に基づいて、P制御による操作信号MV2を演算して出力する。なお、P制御の設定値SV2は、PID制御の設定値SV1より高く設定するものとする。
【0017】
これら二つの操作信号MV1、MV2は、加算器34で加算され、制御出力(MV1+MV2)として脱塩剤供給装置35に出力される。このとき、操作信号MV2が負の場合はMV2をゼロとする。
【0018】
脱塩剤供給装置35は、制御出力(MV1+MV2)に基づいて、所定量の脱塩剤をバグフィルタ入口側の処理前排ガス36に供給する。脱塩剤としては、微粉重曹、高反応消石灰などの高反応脱塩剤が好ましい。
【0019】
ここで、本発明に好適な高反応脱塩剤について説明する。Na系脱塩剤としては、微粉重曹(NaHCO3)が好ましい。また、Ca系脱塩剤としては、粉体表面に細孔を形成した高反応な消石灰(Ca(OH)2)がある。本発明は乾式の脱塩処理であるため、脱塩剤粉末の粒径は20μm以下が好ましい。
【0020】
つぎに、図2を参照して、本発明における脱塩剤供給量の別の制御方式であるフィードフォワード(FF)制御方式を採用した例について説明する。本例は、バグフィルタ入口HCl濃度と排ガス流量とに基づいて、FF制御方式により、供給脱塩剤流量を増減させて、バグフィルタ出口HCl濃度を任意の設定値に制御するものである。
【0021】
▲1▼ 図2に示すように、バグフィルタ40入口側の処理前排ガスのHCl濃度をHCl分析計41で分析し、バグフィルタ40出口側の処理後排ガスの流量を流量計42で検出する。
▲2▼ バグフィルタ入口側HCl濃度と、バグフィルタ出口側排ガス流量とをFF調節計43に入力し、脱塩剤供給量の適正値を演算する。
▲3▼ この演算した指令値(MV値)に基づいて、脱塩剤供給装置44から脱塩剤をバグフィルタ入口側の処理前排ガスに供給する。
【0022】
本例によれば、バグフィルタ入口側HCl濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤の供給量を増減させるので、応答性が向上し、脱塩剤の効率的な供給制御ができる。本例においても、脱塩剤は、微粉重曹等の高反応脱塩剤を用いることが好ましい。
【0023】
また、図1で説明した〔P+PID〕制御方式と、図2で説明したFF制御方式とを組み合わせて実施すると、さらにきめの細かい、安定した制御が可能になる。
【0024】
次に、廃棄物処理システムにおける廃棄物焼却排ガスの処理系について説明する。図3は、本発明に係る廃棄物処理システムの一実施形態を説明する系統図である。
【0025】
この廃棄物処理システムにおいて、たとえば150mm角以下に破砕された都市ごみなどの廃棄物Aは、スクリューフィーダなどの供給手段により熱分解反応器2に供給される。
【0026】
この熱分解反応器2は、たとえば横型回転ドラムが用いられ、図示しないシール機構によりその内部は低酸素雰囲気に保持されると共に、下流の燃焼溶融炉6の後流側に配置される熱交換器8により加熱される加熱空気がラインL1から供給される。
【0027】
この加熱空気により熱分解反応器2に供給される廃棄物Aは、300〜600℃に、通常は450℃程度に加熱される。これによって、この廃棄物Aは熱分解され、熱分解ガスG1と、主として不揮発性の熱分解残留物Bとを生成する。
【0028】
そして、この熱分解反応器2で生成される熱分解ガスG1と熱分解残留物Bとは図示していない排出装置により分離され、熱分解ガスG1は、熱分解ガス配管であるラインL2を経て燃焼溶融炉6のバーナに供給される。
【0029】
熱分解残留物Bは、廃棄物Aの種類によって種々異なるが、日本国内の都市ごみの場合、本発明者等の知見によれば、
大部分が比較的細粒の可燃分 10〜60%
比較的細粒の灰分 5〜40%
粗粒金属成分 7〜50%
粗粒瓦礫、陶器、コンクリート等 10〜60%
より構成されていることが判明した。
【0030】
このような成分を有する熱分解残留物Bは、450℃程度の比較的高温で排出されるため、図示していない冷却装置により80℃程度に冷却され、分離手段としての分別装置4に導かれ、ここで燃焼性成分である熱分解カーボンCと不燃焼性成分である有価物D1とガレキD2に分離される。分別装置4は、例えば、振動篩い、磁選機、アルミ選別機などの公知の分別機器が使用される。
【0031】
このように不燃焼性成分が分離、除去された熱分解カーボンCは、ロール式、チューブミル式、ロッドミル式、ボールミル式などの粉砕機5で粉砕され、燃焼溶融炉6に供給される。粉砕機5は、廃棄物の種類、性状により適宜選択されるが、この粉砕機5において熱分解カーボンCとガレキD2は、好ましくは全て1mm以下に粉砕され、ラインL3を経て燃焼溶融炉6のバーナに供給される。
【0032】
一方、図示していない送風機により供給される燃焼用空気および熱分解ガスG1と熱分解カーボンCとは、燃焼溶融炉6で1300℃程度の高温域で燃焼され、この燃焼により熱分解カーボンCとガレキD2の比較的細粒の灰分より発生する燃焼灰は溶融され溶融スラグEを生成する。
【0033】
溶融スラグEは、燃焼溶融炉4のスラグ排出口から図示していない水槽に落下させ水砕スラグとされる。水砕スラグは図示していない装置により所定の形状にブロック化されるかまたは粒状に形成され、建材または舗装材などとして再利用される。
【0034】
廃棄物処理システムの燃焼溶融炉6で発生した焼却排ガスG2は、熱交換器8で熱回収されて排ガスG3となり廃熱ボイラ10に供給され熱回収されて排ガスG4となり、さらに減温塔12に送られ温度が下げられる。減温塔12で温度が下げられた排ガスG5は、第1バグフィルタ14に送られて、ダストF1を濾過する。
【0035】
なお、第1バグフィルタ14の入口温度は、150〜200℃が好ましい。150℃未満だと結露等による装置腐食の問題が生じ、200℃を超えると排ガス中のダイオキシン類の除去率が悪くなるという問題がある。
【0036】
廃熱ボイラ10、減温塔12および第1バグフィルタ14では、それぞれダストF2、F3、F1が回収され、分別設備4で分離される熱分解カーボンCおよびガレキD2の粉砕物とともに、ラインL4、L3を介して燃焼溶融炉6のバーナに戻され、燃焼溶融炉6内で燃焼・溶融してスラグ化される。
【0037】
次に、第1バグフィルタ14でダストを除去された排ガスに、脱塩剤Hを加えて、第2バグフィルタ16によって排ガス中の塩化水素を脱塩残渣Jとして除去する。
【0038】
本発明の廃棄物処理システムでは、第2バグフィルタ16の入口側に投入する脱塩剤に高反応脱塩剤を使用し、その供給量を、図1で説明した〔P+PID〕制御方式で実施するようにした。
【0039】
すなわち、第2バグフィルタ16出口の排ガス中のHCl濃度を分析計31で分析し、調節計32、33で〔P+PID〕操作した制御出力により、脱塩剤供給装置35から微粉重曹などの高反応脱塩剤を第2バグフィルタ入口側の焼却排ガスに供給するようにした。
【0040】
そのため、脱塩剤の過剰投入が是正され、適正で効率的な供給が可能となり、ランニングコストが低減した。また、高反応脱塩剤を使用しても、脱塩剤供給量の制御応答、特に、増方向の制御応答が速いため、第2バグフィルタ出口のHCl濃度を、常に低いレベルで安定して維持できた。
【0041】
図4は、本発明における〔P+PID〕制御の動作例を示す図である。通常はバグフィルタの出口HCl濃度(PV)とPID制御の設定値SV1とを比較して、PID制御のみで脱塩剤供給量を調整し、前記出口HCl濃度が設定値SV1になるように制御が行なわれているが、前記出口HCl濃度がP制御の設定値SV2を超えると、P制御の制御出力を急増し、脱塩剤供給量を急激に増やして出口HCl濃度を速やかに下げる様子を示している。
【0042】
図5は、図1の制御装置における〔P+PID〕制御の一実施例を示す図である。上図(a)にバグフィルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図(b)にバグフィルタ出口HCl濃度と制御出力を示す。
【0043】
本例では、高反応脱塩剤には微粉重曹を使用し、二つの調節計のそれぞれの設定値を、SV1=5ppm(PID制御)、SV2=15ppm(P制御)に設定して、〔P+PID〕制御を実施している。
【0044】
本図から、通常は、出口HCl濃度はPID制御の設定値SV1=5ppmになるように、PID制御のみによって脱塩剤供給量が制御されているが、出口HCl濃度がP制御の設定値SV2=15ppmを超えたときにP制御が作動し、制御出力を急増して出口HCl濃度を速やかに5ppmまで下げていることがわかる。その結果、脱塩剤供給量はほぼ1当量で確実に制御されている。
【0045】
図6は、図1の制御装置における〔P+PID〕制御の他の実施例を示す図である。上図(a)にバグフィルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図(b)にバグフィルタ出口HCl濃度と制御出力を示す。
【0046】
高反応脱塩剤には微粉重曹を使用している。二つの調節計のそれぞれの設定値は、SV1=2ppm(PID制御)、SV2=3ppm(P制御)に設定して、〔P+PID〕制御を実施している。本例は、二つの調節計のそれぞれの設定値を2ppmと3ppmの非常に低い値に設定し、かつ、二つの調節計のそれぞれの設定値の差を1ppmと極端に小さくした場合であるが、出口HCl濃度(PV値)が、PIDの設定値SV1=2ppm以下になると、PID制御のみによって制御出力MV1を下げ、脱塩剤供給量を減らして余剰な脱塩剤をなくすように制御が行なわれている。
【0047】
一方、脱塩剤供給量が不足し、出口HCl濃度がP制御の設定値SV2=3ppmを超えると、P制御の制御出力MV2を急増して脱塩剤供給量を瞬時に増加し、出口HCl濃度を速やかに低下させている。このようなP制御の作動による制御出力の急増が頻繁に行なわれており、その結果、出口HCl濃度は瞬時にも10ppmを超えることなく、非常に低い濃度に制御が行なわれている。
【0048】
図7に参考例を示す。本例は、焼却排ガスの脱塩剤に消石灰を使用し、PID制御のみにより投入量制御を行った場合の例である。上図(a)にバグフィルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図(b)にバグフィルタ出口HCl濃度と制御出力を示す。
【0049】
通常の消石灰では反応性が低く、反応速度も遅いため、PID制御のみで出口HCl濃度の安定制御は可能であるが、当量比が2当量付近での運転であり、脱塩剤を過剰投入していることがわかる。
【0050】
図8は、各種脱塩剤の当量比によるHCl除去率を示している。高反応で反応速度の速い微粉重曹は、1当量で約90%と非常に高い除去率であるが、少しの当量比の変化で、HCl除去率は大きく変化する。高反応消石灰もほぼ同様で、ほぼ1当量で70%の除去率を示している。一方、通常のJIS特号消石灰は、70〜80%を除去するのに、1.5〜2当量を必要としており、当量比の変化によるHCl除去率の変化もゆるやかである。
【0051】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、廃棄物を燃焼して生じる焼却排ガスに、高反応な脱塩剤を用いて脱塩処理する場合において、〔P+PID〕制御方式を採用することにより、過剰な脱塩剤供給量を低減して供給量を適切化し、ランニングコストを下げるとともに、脱塩剤供給量を瞬時に急増して脱塩装置出口の塩化水素ガス濃度を速やかに下げ、脱塩装置出口の塩化水素ガス濃度を常時10ppm以下の低い濃度まで下げて安定して維持することができる。
【0052】
また、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量とを用いたFF制御により、バグフィルタ入口塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤供給量を増減させ、制御の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の排ガス処理脱塩剤の供給量制御方式において、〔P+PID〕制御方式の一実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明の別の実施形態を示し、FF制御方式による供給量制御方式を示す構成図である。
【図3】本発明に係る脱塩剤供給制御方式を採用した廃棄物処理システムの一実施形態を示す系統図である。
【図4】本発明における〔P+PID〕制御の動作例を示す図である。
【図5】本発明における〔P+PID〕制御の一実施形態を示す図である。
【図6】本発明における〔P+PID〕制御の他の実施形態を示す図である。
【図7】PID制御による一参考例を示す図である。
【図8】各種脱塩剤のHCl除去率を示す図である。
【符号の説明】
2 熱分解反応器
6 燃焼溶融炉
14 第1バグフィルタ
16 第2バグフィルタ
30 バグフィルタ
31 HCl分析計
32、33 調節計
34 加算器
35 脱塩剤供給装置
36 処理前排ガス
37 処理後排ガス
40 バグフィルタ
41 HCl分析計
42 排ガス流量計
43 FF調節計
44 脱塩剤供給装置
Claims (4)
- 廃棄物焼却排ガス脱塩装置の出口側排ガス中の塩化水素濃度を検出し、前記塩化水素濃度の検出値をそれぞれ入力とするPID操作とP操作の処理を実行し、
前記PID操作の処理は、前記塩化水素濃度の検出値と第1の設定値とに基づいて第1の操作信号を生成し、前記P操作の処理は、前記塩化水素濃度の検出値が前記第1の設定値よりも大きい第2の設定値を超えたときに第2の操作信号を生成し、
前記第1の操作信号と前記第2の操作信号とを加算した値に基づいて前記脱塩装置の入口側排ガスに供給する脱塩剤供給量を演算し、該演算値に基づいて脱塩剤供給量を制御する排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法。 - 廃棄物焼却排ガス脱塩手段の、出口側排ガス中の塩化水素濃度を分析する分析手段と、入口側排ガス中に脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、前記塩化水素濃度の検出値をそれぞれ入力とするPID操作調節計とP操作調節計とを備え、
前記PID操作調節計は、前記塩化水素濃度の検出値と第1の設定値とに基づいて第1の操作信号を出力し、前記P操作調節計は、前記塩化水素濃度の検出値が前記第1の設定値よりも大きい第2の設定値を超えたときに第2の操作信号を出力し、
前記第1の操作信号と前記第2の操作信号とを加算した値に基づいて前記脱塩装置の入口側排ガスに供給する脱塩剤供給量を演算して前記脱塩剤供給手段に出力する調節手段を有してなる排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。 - 前記脱塩剤に、重曹又は消石灰からなる脱塩剤を用いてなる請求項2に記載の排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。
- 廃棄物を熱分解して熱分解ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成する熱分解反応器と、前記熱分解残留物のうちの燃焼性成分と前記熱分解ガスとを燃焼して溶融スラグおよび排ガスを排出する燃焼溶融炉と、前記排ガスに脱塩剤を供給して脱塩処理する排ガス処理手段とを備え、前記排ガス処理手段は、請求項2または3に記載の排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置を備えてなる廃棄物処理システム。
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