JP3565607B2 - 脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置 - Google Patents

脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置に係り、特に燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置であって、燃焼装置の負荷変化時にも応答遅れの少ない脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置の系統を図4により、また脱硝装置へのアンモニア注入量制御についての従来の技術を図3に基づき説明する。
ガスタービン、燃焼装置等の排ガスを排出する装置から排出された排ガスは煙道1を通り脱硝触媒を内蔵した脱硝反応器2にてアンモニアガスと接触反応して排ガス中の窒素酸化物(以下NOという)を除去された後、煙突3へと導かれる。一方、アンモニアガスはアンモニアガス母管4に設けられたアンモニアガス流量調節弁5で流量調節され、脱硝反応器2の上流に設けられたノズル6より注入される。
【0003】
図3において、前記脱硝反応器2に注入する排ガスの流量信号7に脱硝反応器入口に設けられた入口NO濃度分析計8からの生NO濃度信号25を乗算し、排ガス中のNO総量を算出する。一方、入口NO濃度分析計8からのNO濃度を排ガスの基準酸素含有率(通常は6%)時に換算したO換算後のNO信号26と脱硝反応器出口NOx濃度設定信号発生器9の出力信号を演算器10にて下記の(1)式の演算を行ない、出口NOx濃度設定信号発生器9で設定した出口NOx濃度値にするために必要な脱硝率を求め、これに相当する先行モル比信号11aに関数発生器11で信号変換する。
【0004】
【数1】
Figure 0003565607
【0005】
一方、脱硝反応器出口に設けられた出口NOx濃度分析計12からのO換算後のNO濃度信号12aと脱硝反応器出口NOx濃度設定値を減算器13で比較し、偏差を比例積分器14で比例積分動作させた後の信号14a(モル比補正信号)で、加算器15にて先に求めた先行モル比信号11aを修正し、修正モル比信号15aを求め、乗算器16でNO総量信号と乗算して要求アンモニア流量信号16aを求め、アンモニア流量発信器17による実測アンモニア流量信号と減算器18で比較し、偏差を比例積分器19で比例積分動作し、アンモニアガス流量調節弁5でアンモニア注入量を制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、要求アンモニア流量信号を演算するために脱硝反応器入口に設けられたNO分析計の信号を使用している。しかしながら、NO分析計はその測定原理上、分析計自身の応答遅れが約1分、排ガスサンプリング系統の遅れが約2分あり、合計で約3分程度の応答遅れがある。
【0007】
したがって、燃焼装置などの排ガスを排出する装置の負荷変化等で反応器入口NO濃度が変化しても、変化時のNO分析計からのNO信号出力は約3分後に検出されることとなり、必要なアンモニアガス流量の注入も必要な注入タイミングからその時間だけ遅れる問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、NO分析計の応答遅れを補ない、必要なタイミングにて適切な量のアンモニアガスを注入することができる脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
(1)排ガスを排出する装置からの被処理排ガス流量と脱硝装置入口NOx濃度により入口総NOx量を求め、出口NOx濃度設定値と入口NOx濃度により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口NOx濃度設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、前記総NOx量、先行モル比信号、モル比補正信号に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化時には、排ガスを排出する装置の負荷量に基づいて仮りの入口NOx濃度を算出し、この算出値を入口NOx濃度検出値で補正し、補正後の入口NOx濃度を使って前記入口総NOx量および先行モル比信号を求めることを特徴とする燃焼装置の負荷変化時における脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
(2)燃焼装置からの被処理排ガス流量と該排ガスの脱硝装置入口NOx濃度とから入口総NOx量を算出する手段と、脱硝装置の出口NOx濃度設定値と入口NOx濃度とに基づき排ガスに対する先行モル比信号を演算する手段と、出口NOx濃度設定値と検出値の偏差に基づきモル比補正信号を算出する手段と、前記先行モル比信号とモル比補正信号と前記総NOx量とから要求アンモニア流量信号を算出する手段と、この要求アンモニア流量信号とアンモニア流量検出値に基づきアンモニア流量調節弁を制御する手段とを備えた脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置において、燃焼装置の負荷変化時には該負荷量に基づき仮りの入口NOx濃度を算出し、この算出値を入口NOx濃度検出値で補正して前記入口NOx濃度とする手段と、燃焼装置の負荷安定時には入口NOx濃度検出器からの検出値を前記入口NOx濃度とするように切換える手段と、これら手段により得られた入口NOx濃度に基づき先行モル比信号および入口総NOx量を算出する手段とを設けたことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
【0009】
【作用】
ガスタービン燃料流量信号のような燃焼装置の負荷信号から作成する脱硝反応器の模擬の入口NO濃度信号は、実機の運転結果に基づいて各負荷における脱硝装置入口NO濃度をあらかじめプログラム化して各負荷に応じて直ちに算出するようにしておくことにより、NO濃度分析計から求めるNO濃度信号のように遅れの要素はない。しかし、プログラム値は固定のため、その時のガスタービン等の燃焼状態の違い等により微妙にNO濃度が変化した場合、プログラム値と多少ずれる欠点がある。一方、NO分析計からのNO濃度は前述した応答遅れはあるものの、計器誤差は分析計フルスケールの±1%程度以内であり正確なNO値を検出可能である。
【0010】
したがって、遅れのないプログラムNO濃度信号値と遅れはあるが正確なNO分析計からのNO濃度信号値の差分をプログラム化して各負荷に応じて算出したNO信号に加算すれば、実際のNO濃度に近い信号を作成することができる。
【0011】
【実施例】
本発明の実施例を図1により説明する。
燃料流量指令装置20からの信号を受け関数発生器24で脱硝反応器入口生NO濃度の仮信号24aをプログラムにより設定し、脱硝反応器入口NO濃度計8からの生NO濃度信号25との偏差を減算器21で求める。そしてこの偏差と前記したプログラム生NO濃度信号を加算器23で加算し、最終的な入口生NO濃度信号とする。
【0012】
また燃料流量指令器20からの信号を受け、関数発生器27で脱硝反応器入口O換算NO濃度仮信号27aをプログラムにより設定し、この信号を前記した生NO信号25と同一の手法で減算器21、加算器23、O換算入口NO濃度信号26を用いて最終的なO換算入口NO濃度信号を作成する。
なお、燃焼装置の負荷変化中は切替リレー22をX2側に切替えて前記したようにプログラムNO濃度信号と、入口NO濃度分析計8からの入口NO濃度信号を用いて最終的な入口NO濃度信号を作成するが、負荷が変化していない時は切替リレー22をX1側に切替え、入口NO濃度分析計8からの生NO濃度信号25、換算NO信号26がそのまま最終的なそれぞれのNO濃度信号となるようにする。
【0013】
これは負荷変化していない時は脱硝反応器入口NO濃度の変化はほとんどなく、入口NO濃度分析計の応答遅れも制御上問題とはならないからである。そのため精度の高いNO分析計からのNO信号をそのまま使用するものである。
上記した実施例は、負荷変化時のNO濃度の変化幅および変化率の大きいガスタービン用脱硝装置を主体にして記載したものであるが、ボイラ用脱硝装置においても負荷変化時のNO分析計の応答遅れによるアンモニアガスの注入遅れは同じであり、これらについても同様の効果を得ることができる。
【0014】
本実施例の効果について図2により説明する。負荷立上り時はNO濃度分析計からのNO濃度信号28は約3分程度の応答遅れがあるが、プログラムNO濃度信号29は遅れがないため実際のNO濃度値に近い値となる。
またプログラムNO濃度信号29では実際のNO挙動に見られるオーバーシュート、アンダーシュート量のプログラムまでは設定困難であるが、プログラムNO濃度信号29に本信号と分析計からのNO濃度信号28の差分を加えた最終NO濃度信号30はそれが可能となる。またガスタービンの場合、燃料流量指令(負荷)とNO濃度の関係はリニアではなく、負荷上昇の過程でバーナ切替えがあり負荷上昇中に入口NO濃度がいったん大きく低下し、その後急上昇するが、このような急激なNO挙動をNO分析計だけで検出することは不可能であるが、燃料流量指令とバーナ切替えのタイミングは一定の関係がある。したがって、この燃料流量指令によりプログラムしたプログラムNO濃度信号であればこのような急激なNO濃度変化があっても遅れの要素なく、実際のNO値に近い値を模擬することが可能となる。
【0015】
【発明の効果】
本発明によれば、精度は高いが応答遅れがある分析計からのNO信号と応答遅れはないが固定値であるため実際のNO挙動とは多少のずれが生じるプログラムNOx濃度信号の両方の信号のメリットを取り入れることが可能となり、燃焼装置の負荷変化に即応して適切なアンモニア注入が実施でき、脱硝装置の性能を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の実施例を示すアンモニア注入量制御系統図。
【図2】実施例の効果を示す図。
【図3】従来技術になるアンモニア注入量制御系統図。
【図4】ガスタービン用脱硝装置の系統図。
【符号の説明】
1…煙道、2…脱硝反応器、3…煙突、4…アンモニアガス母管、5…アンモニアガス流量調節弁、6…ノズル、7…排ガス流量信号、8…入口NO濃度分析計、9…出口NOx濃度設定信号発生器、10…演算器、11…関数発生器、11a…先行モル比信号、12…出口NOx濃度分析計、13…減算器、14…比例積分器、14a…モル比補正信号、15…加算器、15a…修正モル比信号、16…乗算器、16a…要求アンモニア流量信号、17…アンモニア流量発信器、17a…実測アンモニア流量信号、18…減算器、19…比例積分器、20…燃料流量指令装置、21…減算器、22…切替リレー、23…加算器、24…関数発生器、24a…入口生NO濃度仮信号、25…入口生NO濃度信号、26…O換算入口NO濃度信号、27…関数発生器、28…分析計からのNO濃度信号、29…プログラムNO濃度信号、30…最終NO濃度信号。

Claims (2)

  1. 排ガスを排出する装置からの被処理排ガス流量と脱硝装置入口NOx濃度により入口総NOx量を求め、出口NOx濃度設定値と入口NOx濃度により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口NOx濃度設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、前記総NOx量、先行モル比信号、モル比補正信号に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化時には、排ガスを排出する装置の負荷量に基づいて仮りの入口NOx濃度を算出し、この算出値を入口NOx濃度検出値で補正し、補正後の入口NOx濃度を使って前記入口総NOx量および先行モル比信号を求めることを特徴とする燃焼装置の負荷変化時における脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
  2. 燃焼装置からの被処理排ガス流量と該排ガスの脱硝装置入口NO濃度とから入口総NO量を算出する手段と、脱硝装置の出口NOx濃度設定値と入口NO濃度とに基づき排ガスに対する先行モル比信号を演算する手段と、出口NOx濃度設定値と検出値の偏差に基づきモル比補正信号を算出する手段と、前記先行モル比信号とモル比補正信号と前記総NO量とから要求アンモニア流量信号を算出する手段と、この要求アンモニア流量信号とアンモニア流量検出値に基づきアンモニア流量調節弁を制御する手段とを備えた脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置において、燃焼装置の負荷変化時には該負荷量に基づき仮りの入口NO濃度を算出し、この算出値を入口NO濃度検出値で補正して前記入口NO濃度とする手段と、燃焼装置の負荷安定時には入口NO濃度検出器からの検出値を前記入口NO濃度とするように切換える手段と、これら手段により得られた入口NO濃度に基づき先行モル比信号および入口総NO量を算出する手段とを設けたことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
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