JPS6219229A - アンモニアの注入量制御装置 - Google Patents

アンモニアの注入量制御装置

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JPS6219229A
JPS6219229A JP60155101A JP15510185A JPS6219229A JP S6219229 A JPS6219229 A JP S6219229A JP 60155101 A JP60155101 A JP 60155101A JP 15510185 A JP15510185 A JP 15510185A JP S6219229 A JPS6219229 A JP S6219229A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は複合発電プラントの廃熱回収装置から排出され
る燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する脱硝
装置に係り、特に廃熱回収装置の脱硝装置におけるアン
モニアの注入量制御装置に関するものである。
〔発明の背景〕
急増する電力需要に応えるために大容量の火力発電所が
建設されているが、これらのボイラは部分負荷時におい
ても高い発電効率を得るために変圧運転を行なうことが
要求されている、これは最近の電力需要の特徴として、
原子力発電の伸びと共に、負荷の最大と最小の差も増大
し。
火力発電はペースロード用から負荷調整用へと移行する
傾向にある。
つまり、火力発電ボイラはボイラ負荷を常に全負荷で運
転されるものは少なく、負荷を７５％負荷。
５０％負荷、２５％負荷へと負荷を上げ、下げして運転
したり、ボイラの運転を停止するなど、いわゆる高頻度
起動停止（Ｄａｉｌｙ　　５ｔａｒｔ　　５ｔｏｐ　以
下単ＫＤＳＳという）運転を行なって中間負荷を担い。
発電効率を向上させることが行なわれている。
例えば高効率発電の一環として、最近複合発電プラント
が注目さねている。この複合発電プラントはまず、ガス
タービンによる発電を行なうと共に、ガスタービンから
排出される排ガス中の熱を廃熱回収装置（廃熱回収ボイ
ラ）によって回収し。
この廃熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービン
を駆動させて発電するものである。
ここの複合発電プラントはガスタービンによる発電と、
蒸気タービンによる発電を行なうために発電効率が高い
うえにガスタービンは負荷応答性に優れ、このために急
激な電力需要の上昇にも十分対応し得る負荷追従性に優
れた利点もあり１％ＫＤＳＳ運転には有効である。
ところが、この複合発電プラントにおいては。
ＬＮＧ、灯油などのクリーンな燃料を使用するので、Ｓ
Ｏｘ量やダスト量は少なくなるが、ガスタービンの燃焼
においては酸素量が多く、高温燃焼を行なうために、排
ガス中のＮＯｘ量が増加するので。
脱硝装置を内蔵した廃熱回収ボイラが開発されている。
第２図は複合発電プラントの概略系統図である。
第２図において、ｌはガスタービン、２はガスタービン
１からの排ガスＧを導入する排ガス通路。
３は過熱器、４は第１の蒸発器、５は脱硝装置。
６は第２の蒸発器、７は節炭器である。過熱器３゜第１
および第２の蒸発器４，６．脱硝装置５１節炭器７は排
ガス通路２内に配置されている。８は蒸気を発生するド
ラム、９はドラム８で発生した蒸気により駆動される蒸
気タービン、１０は蒸気を凝縮して水に戻す復水器、　
１１は復水器１０の水をドラム８に給水する復水ポンプ
である。
復水器１０の水は復水ポンプ１１＆Ｃより給水Ｗとなっ
て節炭器６で排ガスＧにより予熱されてドラム８内に供
給される。ドラム８の水は下降管１３を通って下降し、
管路１４ａ、１４ｂを経て蒸発器４，６へ導入され管路
１５ａ、１５ｂを経てドラム８内に戻る。このようにし
て、循環流動する間に、蒸発器４．６において排ガスＧ
の加熱により生じた蒸気は飽和蒸気管１６により過熱器
３に導入され、ここで排ガスＧにより過熱され、過熱蒸
気として主蒸気管１７を経て蒸気タービン９へ供給され
る。１８は主蒸気管に接続さね、蒸気タービン９をバイ
パスして蒸気を直接復水器１０に導（タービンバイパス
管である。又、１９は蒸気タービン９への蒸気の流量を
調節する蒸気タービン加減弁、　２０は蒸気タービン９
への蒸気の供給量により蒸気のバイパス量を調節するタ
ービンバイパス弁、２１は排カスダクト２のダンパであ
る。
以上の説明は複合発電プラントの低要であるが一般に、
排熱回収ボイラ内には、脱硝装ｆｆｆ５を組み込んで、
排ガス中の熱を回収すると共に脱硝を行なう方法が実施
さねている。しかし、この脱硝装置５に充填されている
触媒が効果的に作用するためには、一定の温度域が必要
と−され、この温度域を逸脱する゛ど、触媒の効果が減
少する傾向にある。
第３図（ａ）、　ｆｂ）　、　（ｃｌ、　（ｄ）は横軸
にタービン負荷な示し、縦軸にリークＮＨ，，入ロＮＯ
ｘ、排ガス温度。
排ガス流量を示した特性図である。第３図において１曲
線Ａは排ガス流量の変化、曲線Ｂは排ガス温度の変化１
曲線Ｃは脱硝装置５０入口ＮｏｘｒＮＯ，Ｊ曲線りは０
．６％換算値のＮＯｘ、曲線ＥはリークＮＨ１の変化１
．直線ＦはリークＮＨ！の規制値を示し、第３図（ｃ）
のＴ＋　、Ｔｔは触媒が効果的に作用する温度域を、第
３図（ｄｌのＨ点は設計ポイントを示す。
この温度域Ｔ、　、　Ｔ、は一般には１８０’Ｃから４
００°Ｃの温度範囲とされているが実質的には３５０’
Ｃの近傍がより高い活性を保持する温度域となる。
しかしながら、ｍ２図でも説明した様に脱硝装置５の上
流側には、蒸気の過熱器３や蒸発器４等の伝熱管群が配
置されているため低負荷特等、排ガス量が少ない場合に
は、これらの伝熱管群３゜４により熱が奪われ、脱硝装
置５０入口温度は大巾に降下する。
このため、脱硝装置５の設計ポイン）Ｈは第３図（ｄ）
　Ｋ示す如（排ガス温度が低（触媒活性の厳しい低負荷
域となり、触媒量やＮＨ，注入モル比が股定される。
しかし、第３図（ｄ）の曲線Ａで示す様にガスタービン
負荷が上昇すると第３図（ｂ）の曲線Ｃで示す様に入口
ＮＯｘも増加するため従来方式の様な、設計ポイントＨ
で設定した最大モル比を用いモル比一定制御を行なうと
第３図（ａｌの曲線Ｅで示す様に負荷上昇と共にリーク
ＮＨ３（Ｓ−ＮＨＩ）は増加し１曲線Ｅは規制値Ｆをオ
ーバする。
なお、リークＮＨ，は下式で示される。
Ｓ　　ＮＨｓ＝（Ｍ　　？）ＸＮＯｘｉ　　　””””
”１１）但し、５−ＮＨ，ニスリップＮＨＢ　（ｐｐｍ
）Ｍ：設定モル比に） η：脱硝率（ハ） 負荷上昇と共に排ガス温度が 上り脱硝率は若干良くなる傾 向にあるが大巾な上昇はない Ｎ０ｘｉ：入口ＮＯｘ（ｐｐｍ） を示す。
一方、従来の出口ＮＯｘ一定制御を行なうとＮＨ。
使用量の削減ができ、最も経済的な運用が可能であるが
複合発電プラントの様にＤＳＳ運転を行なって負荷変化
の激しい場合には出口ＮＯｘと規制値の間の余裕が少な
いことから追従性が悪く、出口ＮＯｘ濃度が規制値をオ
ーバーする欠点があった。
特に、一般的には脱硝用Ｎ　ＨｍのＮＨ，／Ｎｏｘモル
比は下記Ｑ）式で表示されることから、入口Ｎ０ｘｒに
見合ったモル比を設定すれば良いことになる。
但しａ　　　Ｍ　：　ＮＨ，／ＮＯｘ　モルルーＮ０ｘ
ｉ：入口ＮＯｚ（ｐｐｍ） ＮＯｘ０：出口Ｎｏ）（（ｐｐｍ） Ｓ−ＮＨ，：リークＮＨｓ（ｐｐｍ） η：脱硝率（→ を示す。
しかし、ガスタービン用脱硝装置の場合には。
負荷変化が激しく　１１　（２）式でモル比を設定する
と出　　「口ＮＯｘの上限に対する余裕が少ないため、
しばしば、出口ＮＯｘが規制値をオーバする恐れがあっ
た。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる従来の欠点を解消しようとするもので
、その目的とするところは、負荷上昇に伴ない過剰とな
るＮＨ，注入量を減少させ、且つ。
ガスタービン特有の急激な負荷変化時にも出口ＮＯｘ及
びリークＮＨｓ　（Ｓ　　ＮＨｓ　）が規制値をオーバ
ーすることがないアンモニアの注入量制御装置を提供す
るＫある。
〔発明の概要〕
本発明は前述の目的を達成するために、排ガス通路のガ
ス温度検出器からのガス温度検出信号と。
入口ＮＯｘ検出器からの入口ＮＯｘ検出信号と、ガス流
量検出器からのガス流量検出信号と、リークＮＨ３演算
器からのリークＮ　Ｈｓ設定信号からモル比信号を演算
するモル比演算器と、入口ＮＯｘ検出器からの入口ＮＯ
ｘ検出信号と、出口ＮＯｘ検出器からの出口ＮＯｘ検出
信号と１モル比演算器からのモル比信号からリークＮＨ
３演算信号を演算するリークＮＨ３演算器と、リークＮ
　Ｈｓ設定信号とリークＮＨ３演算信号からリークＮＨ
，偏差信号を演算する比較器とを投げ１モル比倍号にリ
ークＮＨ，偏差信号を加算してモル比補正信号を演算す
るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の実施例に係るアンモニアの注入量制御
装置忙おげろ制御系統図である。
第１図において、２は排ガス通路、５は脱硝装置で第２
図のものと同一のものを示す。
２２はガス温度検出器、２３はガス温度検出信号。
２４は入口ＮＯｘ検出器、２５は入口ＮＯｘ検出信号、
２６はガス流量検出器、２７はガス流量検出信号、２８
はリークＮＨ３演算器、２９はリークＮ　Ｈａ設定信号
、　３０はガス温度検出信号２３．入口ＮＯｘ検出信号
２５．ガス流量検出信号２７およびリークＮＨ３偏差信
号２９からモル比を演算するモル比演算器、３１はモル
比信号、３２は出口ＮＯｘ検出器、３３は出口ＮＯｘ検
出信号。
３４は入口ＮＯｘ検出信号２５．−Ｔ−ル比信号３１お
よび出口ＮＯｘ検出信号３３からリークＮＨ，を演算す
るり−りＮＨ３演算器、３５はリークＮＨ３演算信号、
３６は比較器、３７はリークＮＨ３偏差信号、３８は加
算器、３９は掛算器、４０は総ＮＯｘ量信号、４１はモ
ル比補正信号、４２は掛算器、４３は必要ＮＨ，流量信
号、４４はＮ６注入管、４５はＮＨ，流量検出器、４６
はＮＨ３流量検出信号、４７はＮＨ，コントロール弁、
４８は比較器。
４９は開閉信号である。
以下１本発明の詳細な説明する前に、前述の（２）式か
ら説明する。
通常、上記の（２）式に示す脱硝率ηは、排ガスの温度
やガス流量、入口ＮＯｘ等のガス条件により定まり、ガ
ス温度の上昇等により性能がアップし。
リークＮＨｓ　（Ｓ　　ＮＨｓ）を増加させずに脱硝率
ηを高めることができ、ガスタービンの急激な負荷上昇
に追従して注入モル比を高めることができる。
本発明は、これらの特性に着目し、注入モル比にガス条
件の補正を加えるために１モル比演算器３０で下記の（
３）式によるモル比Ｍを演算し、５−ＮＨ３の規制値を
守る許す限りの高いモル比で運用するＮＨｓの注入量制
御装置である。
Ｍ＝Ｆ（Ｇ、Ｔ、Ｎ０ｘｉ、５−ＮＨ，）・−−−−・
・−（３１Ｇ：ガス流量（Ｈｍ／ｎ　） Ｔ：ガス温度（０Ｃ） ＮＯｘｉ：入口ＮＯｘ（ｐｐｍ） Ｓ−ＮＨ，：リークＮＨ１（ｐｐｍ） 尚、其の他、排ガス中のＨｔＯやＯｌ等も若干ｌに影響
を与えるが、その割合は小さいため。
平均値を定数としてインプットする。
さらに１本発明はリークＮＨ３演算器３４で５−ＮＨ。
を下記式（４）で算出し、実用機器として精度上問題の
あるＮＨ，計を使用することなく規制値との偏差を求め
１モル比の補正を行なうものである。
５−ＮＨ，＝ＮＯｘｉ（Ｍ−１）＋ＮＯｘ。・−・・・
−−−−（４）Ｓ　　ＮＨｓ　　：リークＮＨ，（ｐｐ
ｍ）ＮＯｘｉ：入口ＮＯｘ　（ｐｐｍ） Ｍ：注入ＮＨｓ／ＮＯｘモル比Ｈ ＮＯｘＯ：出口Ｎ０ｘ（ｐｐｍ） 第１図において、ガス温度検出器２２からのガス温度検
出信号２３．入口ＮＯｘ検出器２４かもの入口ＮＯｘ検
出信号２５．ガス流量検出器２６からのガス流量検出信
号２７およびリークＮ　Ｈｓ　（Ｓ　　ＮＨｓ　）設定
器２８からのリークＮ　Ｈｓ設定信号２９をモル比演算
器３０に入力して、（３）式によるモル比信号３１を演
算する。
一方、入口ＮＯｘ検出器２４からの入口ＮＯｘ検出信号
２５１モル比演算器３０からのモル比信号３１および出
口ＮＯＸ検出器３２からの出口ＮＯｘ検出信号３３をリ
ークＮＨ３演算器３４に入力して（４）式によるリーク
Ｎル演算信号３５を演算する。
そして、リークＮＨ，設定器２８からのリークＮ　Ｈｓ
設定信号２９とリークＮＨ３演算信号３５は比較器３６
で比較され、リークＮＨ，偏差信号３７を加算器３８に
入力する。
この加算器３８ではモル比演算器３０からのモル比信号
３１とリークＮＨ，偏差信号３７が加算されて１モル比
補正信号４１とし掛算器４２に入力する。
一方、掛算器３９では入口ＮＯｘ検出器２４からの入口
ＮＯｘ検出信号２５と、ガス流量検出器２６からのガス
流量検出信号２７が入力されて総ＮＯｘ量信号４０を演
算し、掛算器４２で総ＮＯｘ量信号４０とモル比補正信
号４１によって必要ＮＨ，流量信号４３が演算される。
他方、　ＮＨ，注入管４４のＮＨ，流量はＮ　Ｈｓ流量
検出器４５からのＮＨ，流量検出信号４６として測定さ
れ。
比較器４８ではとのＮＨ，流量検出信号４６と必要ＮＨ
８流量信号４３が比較され、その偏差による開閉信号４
９によってＮＨ，コントロール弁４７を開、閉してＮＨ
。
注入管４４のＮＨ，流量を制御するのである。
この様に脱硝装置５へのモル比をモル比演算器３０のモ
ル比信号３１に、リークＮＨ８偏差信号３７を加算して
モル比補正信号４１にすることによって、リークＮＨ，
量は少なくなり、ＤＳＳ運転によって急激に負荷を上昇
させても負荷に追従してモル比を制御できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば負荷上昇に伴なってＮＨ，注入量を制御
することができ、ＤＳＳ運転による急激な負荷上昇時で
も出口ＮＯｘ、リークＮ　Ｈｓを規制値以下忙制御でき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に係るアンモニアの注入量制御
装置の制御系統図、第２図は複合発電プラントの概略系
統図、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、（ｄ）は横
軸にタービン負荷を示し、縦軸にリークＮＨ，量。 入口ＮＯｘ量、排ガス温度、排ガス流量を示した特性図
である。 ２・・・・・・排ガス通路、５・・・・・・脱硝装置、
２２・旧・・排ガス温度検出器、２３・・・・・・排ガ
ス温度検出信号、２４・・・・・・入口ＮＯｘ検出器、
２５・・・・・・入口ＮＯｘ検出信号。 ２６・・・・・・ガス流量検出器、２７・・・・・・ガ
ス流量検出信号。 ２８・・・・・・リークＮＨ，設定器、２９・旧・・リ
ークＮＨ，設定信号、３０・・・・・・モル比演算器、
３１・・・・・・モル比信号。 ３２・・・・・・出口ＮＯｘ検出器、３３・・・・・・
出口ＮＯｘ検出信号。 ３５・・・・・・リークＮＨ３演算信号、３６・・・・
・・比較器、３７・・・・・・リークＮＨ，偏差信号、
４１・・・・・・モル比補正信号。 第１図 第１１

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 排ガス通路にＮＨ＿３注入管と触媒を内蔵した脱硝装置
    を設け、排ガス中の窒素酸化物を脱硝するものにおいて
    、前記排ガス通路のガス温度検出器からのガス温度検出
    信号と、入口ＮＯ＿ｘ検出器からの入口ＮＯ＿ｘ検出信
    号と、ガス流量検出器からのガス流量検出信号と、リー
    クＮＨ＿３設定器からのリークＮＨ＿３設定信号からモ
    ル比信号を演算するモル比演算器と、入口ＮＯ＿ｘ検出
    器からの入口ＮＯ＿ｘ検出信号と、出口ＮＯ＿ｘ検出器
    からの出口ＮＯ＿ｘ検出信号と、モル比演算器からのモ
    ル比信号からリークＮＨ＿３演算信号を演算するリーク
    ＮＨ＿３演算器と、リークＮＨ＿３設定信号とリークＮ
    Ｈ＿３演算信号からリークＮＨ＿３偏差信号を演算する
    比較器とを設け、モル比信号にリークＮＨ＿３偏差信号
    を加算してモル比補正信号を演算するようにしたことを
    特徴とするアンモニアの注入量制御装置。
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