JP6498626B2 - 脱硫剤添加制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、脱硫剤添加制御方法に関する。

金属類を含むスラッジなどに適切な溶剤を加えて１３００〜１４００度の高温で加熱溶解し、銅や金・銀などの有価金属を回収することが行われている。スラッジを溶融炉で溶融した際に発生する排ガスには各種排出規制物質が含まれており、各排出規制物質の濃度を排出基準以下に浄化して排出する必要がある。

特許文献１には、排出規制物質の１つであるフッ素の濃度を、排出基準を満たす濃度まで浄化処理する方法が開示されている。

特開２０１５−８５２４２号公報

ところで、排出規制物質の１つに硫黄酸化物（ＳＯｘ）がある。一般に、排ガス中のＳＯｘは、排ガスに脱硫剤を添加することによって除去されるが、脱硫剤の添加量を脱硫工程後のＳＯｘの濃度に基づいて手動で決定した場合、その添加量が過剰になってしまうおそれがある。

本発明は上記の課題に鑑み、排ガス中のＳＯｘ濃度の排出基準を遵守しつつ、脱硫剤の使用量を低減する脱硫剤添加制御方法を提供すること目的とする。

本発明に係る脱硫剤添加制御方法は、脱硫剤の添加により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を中和する脱硫工程において、前記脱硫工程後のＳＯｘ濃度に基づいて前記排ガスに添加する前記脱硫剤の添加量を制御する脱硫剤添加制御方法であって、Ｎ時間前のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値と、現在のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値との差分である第１差分と、前記Ｎ時間前に前記脱硫剤の添加量の算出に用いた制御値と、に基づいて、今回の制御値を算出し、前記今回の制御値に基づいて前記脱硫剤の添加量を決定する方法である。

この場合において、前記第１差分に所定の係数を乗算した値に、前記Ｎ時間前の制御値を加算することにより、前記今回の制御値を算出してもよい。

この場合において、現在のＳＯｘ濃度のＭ時間移動平均値が第１の閾値以上である場合、前記所定の係数に所定の値を加算してもよい。

また、所定時間毎にＳＯｘ濃度の瞬時値を取得し、前記ＳＯｘ濃度の瞬時値が第２の閾値以上である場合、前記ＳＯｘ濃度の瞬時値と前記第２の閾値との差分である第２差分を更に用いて、前記今回の制御値を算出してもよい。

この場合において、前記ＳＯｘ濃度の瞬時値に応じた補正係数を更に用いて、前記今回の制御値を算出してもよい。

また、前記ＳＯｘ濃度の瞬時換算値が第３の閾値以下の場合、前記今回の制御値を固定値としてもよい。

本発明に係る脱硫剤添加制御方法によれば、排ガス中のＳＯｘ濃度の排出基準を遵守しつつ、脱硫剤の使用量を低減することができる。

スラッジの処理工程を表す工程図である。 脱硫剤添加制御方法のフローチャートである。

図１は、スラッジの処理工程を表す工程図である。図１で例示するように、出発原料は金属類を含むスラッジである。

（溶融工程）
溶融工程では、スラッジを溶融炉に投入し、焼却処理する。

（冷却工程）
冷却工程では、溶融炉からの高温の排ガスを廃熱ボイラーに導入し、３００℃以下に冷却する。

（除塵工程）
除塵工程では、集塵機を用いて、排ガス中の塵を取り除く。この除塵工程によって、フッ素除去工程においてカルシウム塩との反応効率を上げることができる。集塵機はいずれのタイプでもよいが、大きさや処理能力の面から電気集塵機が好ましい。

（フッ素除去工程）
フッ素除去工程では、排ガスにフッ素を除去するためのカルシウム塩を投入する。カルシウム塩としては生石灰、消石灰、塩化カルシウム、石膏、及び炭酸カルシウムの何れを使用してもよい。排ガスは、溶融炉にて生成した硫黄酸化物や窒素酸化物を含有する酸性ガスであることから、中和効果を有する塩基性の消石灰や炭酸カルシウムが好ましい。またカルシウム塩を投入する時には、活性炭に代表される炭素系吸着剤をも添加するとさらに清浄効果が期待される。

（回収工程１）
回収工程１では、投入されたカルシウム塩や活性炭が適当な集塵機、例えばバグフィルターにより分離回収される。回収物としてのカルシウム塩にはフッ素がフッ化カルシウムとして含有されている。

（脱硫工程）
脱硫工程では、フッ素を除去した排ガスに、脱硫剤（例えば、ナトリウムの炭酸塩）を添加して硫黄酸化物（ＳＯｘ）を中和する。これは、排ガス中に酸成分、とくに硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれていると後工程である脱硝工程において、脱硝触媒が被毒されることになり好ましくないからである。

脱硫工程において、投入する脱硫剤は、一般的なＳＯｘ中和用試薬、例えば炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどでよい。例えば、市販の脱硫剤（旭硝子社製のアクレシア（登録商標）等）を使用することができる。その粒径は特に指定されないが、後述する回収工程２において粉塵を回収する集塵機の能力に応じて選択される。

（回収工程２）
回収工程２では、脱硫工程で生じた粉塵、すなわち炭酸ナトリウムの中和反応により生じた硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム等を固気分離する。なお、この分離された粉塵は、特に処理することなく水に溶解させた後、通常の排水処理工程に投入して排出することが可能である。

（脱硝工程）
脱硝工程では、回収工程２により粉塵が除去された排ガスに、アンモニアを添加して脱硝触媒により窒素酸化物を取り除く。脱硝工程後の排ガスは、大気中に放出される。この脱硝工程は、脱硝触媒塔などを用いるなど、一般的に用いられる方法で行えばよい。なお、本実施形態では脱硝工程後、排ガス中に含まれるＳＯｘ濃度が分析計によって測定される。

次に、上述したスラッジの処理工程のうち、脱硫工程において排ガスに添加される脱硫剤の添加量を制御する脱硫剤添加制御方法について説明する。脱硫剤添加量制御は、脱硫剤を排ガスに添加する脱硫剤添加装置に接続された制御装置により実行される。

本実施形態において、制御装置は、脱硝工程後のＳＯｘ濃度の１時間移動平均値を排出基準未満の所定の範囲に収め、かつ、脱硫剤の使用量を低減するよう脱硫剤の添加量を制御する。脱硫剤の添加量の決定には、ＭＶ値を用いる。なお、ＭＶ値は、例えば、脱硫剤の添加弁の開放度等を制御するための指標であり、ＭＶ値と脱硫剤の添加量の相関は、事前に試験を行うことで求めることができる。なお、ＭＶ値は、脱硫剤の添加量の決定に用いられる制御値の一例である。

図２は、本実施形態にかかる脱硫剤添加制御方法を示すフローチャートである。図２の処理は、脱硫剤添加量制御が開始され、脱硫剤添加量制御が終了されるまで、所定時間おきに実行される。

まず、ステップＳ１１において、制御装置は、分析計から、脱硝工程後のＳＯｘ濃度の１時間移動平均値を取得する。なお、ＳＯｘ濃度の１時間移動平均値は、ＳＯｘ濃度のＭ時間移動平均値の一例である。

次に、ステップＳ１３において、制御装置は、ステップＳ１１で取得したＳＯｘ濃度の１時間移動平均値が閾値Ｖ１以上か否かを判断する。

ＳＯｘ濃度の１時間移動平均値が閾値Ｖ１以上の場合、ステップＳ１３の判断が肯定され、ステップＳ１４に移行する。なお、閾値Ｖ１は、第１の閾値の一例である。

ステップＳ１４に移行すると、制御装置は、ＭＶ値の算出に使用する係数であるＧａｉｎに所定の値を加算する。所定の値は、ＳＯｘ濃度の移動平均値に基づいて決定される。

一方、ステップＳ１３の判断が否定された場合、ステップＳ１４の処理をスキップして、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５に移行すると、制御装置は、所定時間ごとに取得されるＳＯｘ濃度の瞬時値が閾値Ｖ２以上であるか否かを判断する。ＳＯｘ濃度の瞬時値は、測定によって求められる。なお、閾値Ｖ２は、第２の閾値の一例である。

ＳＯｘ濃度の瞬時値が閾値Ｖ２未満である場合、ステップＳ１５の判断が否定され、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６に移行すると、制御装置は、ＳＯｘ濃度の瞬時値が閾値Ｖ３以下であるか否か判断する。ここでの判断が否定された場合、ステップＳ１７に移行する。なお、閾値Ｖ３は、第３の閾値の一例である。

ステップＳ１７に移行すると、制御装置は、以下の式（１）により、ＭＶ値を算出する。

ＭＶ＝Ｇａｉｎ×Δｘ＋Ｂｉａｓ＋ＭＶｘ （１）

ここで、Δｘは、例えば、２時間前のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値と現在のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値との差分である。なお、ＳＯｘ濃度の移動平均値を算出する期間（時間）は、２時間に限定されるものではなく、２時間未満であっても、２時間以上であってもよい。ＳＯｘ濃度の移動平均値を算出する期間（時間）は、例えば、スラッジを溶融炉に投入する時間間隔に基づいて決定すればよい。２時間前のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値と現在のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値との差分は、Ｎ時間前のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値と、現在のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値との差分である第１差分の一例である。

Ｂｉａｓは定数である。ＭＶｘは、例えば、２時間前に制御装置により算出されたＭＶ値である。なお、本実施形態において、制御開始直後では、Δｘの値として、制御開始直後のタイミングで分析計から出力される、ＳＯｘ濃度の１時間移動平均値を使用する。また、制御開始直後は、ＭＶｘ＝０とする。

ところで、ＳＯｘ濃度の瞬時値が閾値Ｖ３以下の場合、ステップＳ１６の判断が肯定され、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８に移行すると、制御装置は、ＭＶ＝固定値とする。

ところで、ＳＯｘ濃度の瞬時値が閾値Ｖ２以上である場合、ステップＳ１５の判断が肯定され、ステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１９に移行すると、制御装置は、以下の式（２）により、ＭＶ値を算出する。

ＭＶ＝補正係数×Ｇａｉｎ×Δｘ´
＋Ｇａｉｎ×Δｘ＋Ｂｉａｓ＋ＭＶｘ （２）

ここで、Δｘ´は、ＳＯｘ濃度の瞬時値と閾値Ｖ２との差分（ＳＯｘ濃度の瞬時値−閾値Ｖ２）である。補正係数は、ＳＯｘ濃度の瞬時値に基づいて決定される値である。

続くステップＳ２１では、制御装置はステップＳ１７〜Ｓ１９のいずれかにおいて算出されたＭＶ値を所定の計算式に代入することによって、脱硫剤の添加量を決定し、脱硫剤を排ガスに添加する。

本実施形態によれば、２時間前のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値と、現在のＳＯｘ濃度の２時間移動平均値との差分であるΔｘと、２時間前に脱硫剤の添加量の算出に用いたＭＶｘと、に基づいて、ＭＶ値を算出し、ＭＶ値に基づいて脱硫剤の添加量を決定するので、２時間前に算出された添加量の脱硫剤を排ガスに添加した結果を踏まえて今回の脱硫剤の添加量を決定できる。これにより、必要量以上の脱硫剤が排ガスに添加されるのを防止することができ、脱硫剤の添加量を低減することができる。

上述した脱硫剤添加量制御を１２ヶ月間実施したところ、ＳＯｘ濃度の１時間移動平均値の平均値は排出基準未満であり、脱硫剤の使用量は脱硝工程後のＳＯｘ濃度に基づいて手動で脱硫剤の添加量を決定した場合の使用量の約４割となった。以上の結果から、上述した脱硫剤添加制御方法により、排ガス中のＳＯｘ濃度の排出基準を遵守しつつ、脱硫剤の使用量を低減できることが明らかとなった。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (6)

1. 脱硫剤の添加により排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を中和する脱硫工程において、前記脱硫工程後のＳＯｘ濃度に基づいて前記排ガスに添加する前記脱硫剤の添加量を制御する脱硫剤添加制御方法であって、
   Ｎ時間前のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値と、現在のＳＯｘ濃度のＮ時間移動平均値との差分である第１差分と、前記Ｎ時間前に前記脱硫剤の添加量の算出に用いた制御値と、に基づいて、今回の制御値を算出し、前記今回の制御値に基づいて前記脱硫剤の添加量を決定する脱硫剤添加制御方法。
2. 前記第１差分に所定の係数を乗算した値に、前記Ｎ時間前の制御値を加算することにより、前記今回の制御値を算出する請求項１に記載の脱硫剤添加制御方法。
3. 現在のＳＯｘ濃度のＭ時間移動平均値が第１の閾値以上である場合、前記所定の係数に所定の値を加算する、請求項２に記載の脱硫剤添加制御方法。
4. 所定時間毎にＳＯｘ濃度の瞬時値を取得し、前記ＳＯｘ濃度の瞬時値が第２の閾値以上である場合、前記ＳＯｘ濃度の瞬時値と前記第２の閾値との差分である第２差分を更に用いて、前記今回の制御値を算出する請求項１から３のいずれか１項記載の脱硫剤添加制御方法。
5. 前記ＳＯｘ濃度の瞬時値に応じた補正係数を更に用いて、前記今回の制御値を算出する請求項４に記載の脱硫剤添加制御方法。
6. 前記ＳＯｘ濃度の瞬時値が第３の閾値以下の場合、前記今回の制御値を固定値とする請求項４又は５記載の脱硫剤添加制御方法。
   

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