JPH03238024A

JPH03238024A - 排ガス脱硝制御装置

Info

Publication number: JPH03238024A
Application number: JP2338650A
Authority: JP
Inventors: Hajime Ase; 阿瀬　始
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-10-23
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH0771619B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は、ごみ焼却炉等の排ガスに含まれる窒素酸化物
量を制御する排ガス脱硝制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

ごみ焼却炉等では、その焼却により窒素酸化物Ｎ　Ｏｘ
が生成されてこれが排ガス中に含まれて放出されるので
、このＮ　Ｏｘ量を押さえることが行われている。

かかるＮ　Ｏｘ量を押さえる第１の技術としてアンモニ
アＮＨ３等を排ガスに吹込んで還元作用によってＮＯｘ
を除去する無触媒脱硝法があり、この方法はＮＯｘ量を
規定値以下に押さえるには有効なものである。なお、こ
の方法は、単に排ガスにＮＨ，を一定量吹込むだけでは
ＮＯｘ量は大きく変動するため精度高く押さえることが
できない。

従って、吹込むＮＨ，量を排ガス中のＮＯｘ量に従って
、制御することが行われている。

又、第２の技術として特開昭５２−１５３８６９号公報
に記載されている技術がある。この技術は、燃料流量発
信装置、又は燃料流量発信装置、排煙中酸素濃度検出装
置、排煙中膜酸ガス濃度検出装置、燃焼空気流量発信装
置及び燃焼ガス流量発信装置のうち少なくとも２つ以上
を含む測定装置と、この測定装置の出力信号から排煙中
の窒素酸化物濃度を推定する演算装置と、この演算装置
の出力により窒素酸化物除去還元剤の供給量を制御する
装置と、窒素酸化物除去装置の排出ガス中の窒素酸化物
濃度を検出する窒素酸化物濃度検出装置と、この窒素酸
化物濃度検出装置の出力により演算装置の出力を修正す
る装置とを備えたものである。

さらに第３の技術として特開昭５４−９９７７１号公報
に記載されているものがある。この技術は乾式排煙脱硝
法におけるアンモニア注入制御法に関するもので、高負
荷、高温域ではＮＨ３／ＮＯＸ比を上げて脱硝率低下を
防ぎ、又低負荷、低温域ではＮ　Ｈ３／　Ｎ　Ｏｘ比を
下げてＮＨ，の触媒への吸着量を減少させる技術である
。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記技術では次のような問題がある。先
ず第１の技術では、 ■ごみ焼却炉においては高温状態にある炉出口（−１’
　ｆのυ１ガスにＮＨ，を吹込むため、燃焼により発生
したＮＯＸ　ｆｆｉを連続的に分析することが困難であ
る。

■又、ＮＨ，とＮＯｘとの混合・反応及び脱硝反応後の
ＮＯｘの計測が得られるのに時間が掛かり、又ＮＨ３吹
込み後の除去結果がＮＯｘ計測値に現れるまでに分オー
ダの遅れが生じる。このため、ＮＯｘ計測値が設定値に
なるようにフィードバックしてＮＨ，の吹込み量を最適
に制御することは非常に難しい。

■ＮＨ３とＮＯｘとの無触媒脱硝反応の特性は、温度条
件及び燃焼状態によって発生量るＮｏＸ量により大きく
変動する。第６図はＮＨ３吹込部温度と脱硝率との関係
を示し、第７図はＮＨ３吹込部と温度とプロセス遅れと
の関係を示す図である。

尚、第６図においてＲ１、Ｒ２、Ｒ３は（ＮＨ。

／ＮＯＸ比）を示している。各図から分かるように温度
が最適に近い条件になっていてこの状態で制御が最適に
なっていても、温度が変動すると脱硝率が下がり、又プ
ロセス遅れが大きくなる。さらに、ごみ焼却炉において
は、ごみの種類の不均一性のため温度条件や燃焼状態等
の変動が大きく、このためＮＨ３を一定量吹込んでいる
と脱硝後のＮＯｘ量も大きく変動してしまう。従って、
変動するＮＯｘ量を規定値以下に押さえるために多量の
ＮＨ，を吹込むと臭気を発生し、又ＮＨ，を無駄に消費
する。

次に第２の技術では、還元剤の供給量と推定窒素酸化物
発生量に基づき定まる還元剤供給目標値との偏差をゼロ
とするような制御であるので、窒素酸化物濃度推定値の
精度を高める必要がある。

従って、この窒素酸化物濃度推定値を窒素酸化物除去装
置の排ガス中の窒素酸化物濃度の実測値に基き修正する
ための装置が必要である。そして、上記の如く窒素酸化
物濃度推定値の精度を高めるためにその値を修正してい
るが、その値から一義的に定まる還元剤供給量には自ず
から誤差が含まれる。しかも、その推定値から還元剤供
給量を演算するに当たってもその演算式から誤差が生じ
るから、制御結果の精度を高めようとしても限界がある
。そして、この演算式から生じる誤差は実際かなり大き
く、しかも種々の条件により変動する。

さらに、第３の技術ではアンモニア供給量を生成窒素酸
化物量の関数（Ｎ　Ｈ３／　Ｎ　Ｏｘ比）により一義的
に定まるに当り、脱硝性能が燃焼排ガス温度に依存する
ことに着目して燃焼排ガス温度によりこの関数を修正す
る構成である。そして、最終的に排ガス中に窒素酸化物
濃度がいかなる値となるかは問題としていない。従って
、常に安定した生成窒素酸化物濃度を規定値以下に押さ
えることができない。

そこで本発明は、最適な除去物吹き込み量で窒素酸化物
量を所定値以下に抑えることができる排ガス脱硝制御装
置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の成分量を
検出し、この成分量と窒素酸化物設定値とから窒素酸化
物を除去するための除去物の吹込み量制御信号を作成し
て窒素酸化物量を所定値にする排ガス脱硝制御装置にお
いて、吹込み制御手段により窒素酸化物の発生量と関連
する燃焼状態の情報を受け、この情報により吹込み量制
御信号を燃焼状態に応じて変化させて上記目的を達成し
ようとする排ガス脱硝制御装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第１実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は排ガス脱硝制御装置の構成図である。

同図において１はごみ焼却炉における焼却炉であって、
２は炉内、３はアンモニアの吹込み部、４は排ガス検出
部である。この排ガス検出部４には排ガス窒素酸化物濃
度計（ＮＯＸ計）５が設けられ、この排ガス窒素酸化物
濃度計５から出力される測定信号は窒素酸化物設定値Ｎ
Ｓが入力される減算器６に送られるようになっている。

この減算器６の出力信号は吹込量フィードバック制御部
７に送られ、この制御部７は排ガスに含まれるＮＯｘ量
が窒素酸化物設定値ＮＳとなるようなＮＨ３の吹込み量
を演算して求め、この吹込み量の制御信号を加算器８を
介してアンモニア吹込装置９に送出する機能をもったも
のである。

吹込み量制御手段１０は、燃焼炉内温度、燃焼炉出口温
度、燃焼炉への燃焼空気量、燃焼炉からの排ガス酸素濃
度及び上記流量の各燃焼状態の情報を受け、これら情報
から予め設定された窒素酸化物発生関数により推定窒素
酸化物発生量を求め、この推定窒素酸化物発生量に基づ
゛く制御信号を吹込み制御信号に加算する機能をもった
ものである。

具体的な構成を説明すると、燃焼炉１には炉内温度計１
１、炉出口温度計１２、燃焼空気流量計１３、排ガス酸
素濃度計１４及び蒸気流量計１５が設けられ、これらの
出力信号は発生ＮＯｘ量推定器１６に送られるようにな
っている。この発生ＮＯｘ量推定器１６は、窒素酸化物
発生関数としての燃焼によるＮＯＸ発生の系統的数式モ
デル（自己回帰モデル、重回帰モデル等）が内蔵され前
記各燃焼情報から数式モデルに基づいて発生ＮＯｘ量を
推定する機能をもったものである。なお、この演算式は
次式の通りである。

３／　ｏ　−ａ　＋ｏＸ　ｌ＋　ａ　２０Ｘ　２　＋ａ
　３０Ｘ　３十ａ４ｏＸ４＋ａ５ｏＸ５＋　ａ　ｏｌｙｏ　（１）　＋　ａ　＋＋Ｘ　＋　（１
）＋　８２□Ｙ　２　（１）　＋　８３１Ｘ　３　（１
）＋ａ４＋ｙ４（１）　＋ａ５．ｘ５　（１）十ａ。２
”１０　（２）　＋ａ２□ｘ（２）十・・・・・・（１
）ここで、’ＩＯは発生ＮＯｘ量の推定値、Ｘｌは燃焼空
気流量、ｘ２は炉内温度、ｘ３は炉出口温度、ｘ４は排
ガス酸素濃度、Ｘ、はボイラの蒸気流量であり、ａｊｌ
（ｌ、ｊ−１，２，３・・・）は係数、（ｍ）はｍ回前
のデータ、０がないのは現在のデータを示している。

吹込フィードフォワード制御部１７は、発生ＮＯｘ量推
定器１６からの推定ＮＯｘ量を受けて必要なＮＨ３量を
演算して求め、その制御信号を加算器８に送出するもの
である。そこで、この演算式は次の通りである。

η−ｆ（γ、Ｔ）　　　　　　　　　　　　・・・（２
）η−（ｙｏ　　ｙ）／ｙｏにより脱硝率を示し、γ−
ＮＨ，／ｙである。

ここで、ＴはＮＨ，の吹込み部温度（炉出口温度）、ｙ
ｏは発生ＮｏＸ量、ｙは脱硝反応後のＮＯｘ量である。

次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。各種のこみか燃焼炉内に投入されて燃焼空気か送り込
まれて燃焼すると、この燃焼によりＮＯＸを含んだ排ガ
スが炉出口へ放出される。

ここで、排ガス窒素酸化物濃度計５は排ガス中のＮ　Ｏ
ｘ　員を検出してその測定信号を減算器６に送出する。

この減算器６には窒素酸化物設定値ＮＳが入力されてい
るので、この設定値ＮＳとの偏差０が吹込フィードバック制御部７に送出される。

この吹込フィードバック制御部７には入力した偏差信号
を零とするような、すなわち排ガス中のＮＯｘ量を窒素
酸化物設定値ＮＳにするような吹込み制御信号を加算器
８に送出する。

一方、炉内温度計１１からの温度検出信号、炉出口温度
計１２からの温度検出信号、燃焼空気流量計１３からの
流量検出信号、排ガス酸素濃度計１４からの濃度検出信
号及び蒸気流量計１５からの流量検出信号が発生ＮＯｘ
量推定器１６に送られている。この発生ＮＯｘ量推定器
１６は上記燃焼情報を受け、上記第（１）式を演算して
発生ＮＯｘ量の推定値を求め、これを吹込フィードフォ
ワード制御部１７に送出する。そして、この制御部１７
は発生ＮＯｘ量の推定値を受けて上記第（２）式を演算
して必要なＮＨ３の吹込み量を求め、その制御信号を加
算器８に送出する。かくして、加算器８からは現在必要
なＮＯｘの除去量に応じたＮＨ，量の吹込み制御信号が
アンモニア吹込装置９に送られる。以上の動作の結果、
第２図１に示すような制御結果が得られる。第２図においてＱＮ
は発生ＮＯｘ量の推定値を示し、ＰＨは吹込むＮＨ３ｆ
ｆ１を示し、ＺＮは排ガス中のＮＯｘｍを示している。

このように排ガス中のＮＯｘ量は略窒素酸化物設定値Ｎ
Ｓに制御されている。なお、Ｔｇは時間５分を示してい
る。

このように上記第１実施例においては、各燃焼状態の情
報を受けて窒素酸化物発生関数から発生ＮＯｘ量の推定
値を求め、この推定値に基づく制御信号を吹込み量制御
信号に加算してＮＨ３の吹込み量の制御信号を送出する
構成としたので、プロセス遅れを生ぜずにＮＯｘ量を窒
素酸化物設定値ＮＳに、つまり規定値以下にすることが
できる。

そして、吹込むＮＨ３量は発生ＮＯｘ量の推定値を加算
するのでＮＯＸを除去するに無駄なく、さらに発生ＮＯ
ｘ量の推定値を求める構成なので、ＮＯｘとＮＨ，との
反応部つまり燃焼炉１にＮＯＸの検出器が設けられずに
ＮＯＸの検出ができない場合でのＮＯ８発生量を推定し
てＮＯｘ量を規定値以下に制御できる。

２次に本発明の第２実施例について第３図に示す構成国を
参照して説明する。なお、第１図と同一部分には同一符
号を付しである。

吹込み量制御手段２０はＮＨ，の吹込み部における温度
情報（炉出口温度）を受け、この温度情報に応じて吹込
み量フィードバック制御部２１の制御パラメータを設定
変更する機能をもったものである。具体的には炉出口温
度計１２から出力される温度検出信号を受け、炉出口温
度に応じた制御パラメータを求め、この制御パラメータ
を吹込量フィードバック制御部２１に設定するパラメー
タ調整部２２と、前記吹込量フィードバック制御部２１
と、減算器６とから構成されている。ここで、制御パラ
メータを求める演算式は次式の通りである。

フィードバック制御に適用した場合のＰＩＤ制御での伝
達間数Ｇ　（Ｓ）は、Ｇ　（Ｓ）冒Ｋｐ　　ｆｌ　＋（１／Ｔ＋　Ｓ）＋Ｔｏ
　Ｓ）・・・（３〉である。ここで、Ｋ、、Ｔ、、ＴＤをそれぞれ温　３度の関数として定める。

Ｋｐ＝Ｋｐ（θ）Ｔ＋−Ｔ＋（θ）Ｔｏ＝Ｔｏ（θ）なお、θはＮＨ，吹込部温度である。

次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。燃焼炉１が燃焼状態にあって排ガスが放出されている
と、この排ガス中に含まれているＮＯｘ量が排ガス窒素
酸化物濃度計５により検出されてその濃度検出信号が減
算器６に送出される。

この減算器６からは窒素酸化物設定値ＮＳとの偏差信号
が吹込量フィードバック制御部２１に送られる。

一方、炉出口温度計１２は炉出口の温度を検出してその
温度検出信号をパラメータ調整部２２に送出する。さて
、このパラメータ調整部２２は取り込んだ温度検出信号
から上記第（３）式を演算してＮＨ，の吹込み量に応じ
た制御パラメータを求める。これにより吹込量フィード
バック制御部２１の制御パラメータが設定変更される。

かくし４て、吹込量フィードバック制御部２１は変更設定された
制御パラメータにより排ガス中のＮｏＸ量を窒素酸化物
設定値ＮＳと制御するための吹込み制御信号をアンモニ
ア吹込装置９に送出する。

第４図は以上の動作の結果であって排ガス中のＮＯｘ量
は窒素酸化物設定値ＮＳに制御されている。

このように第２実施例においては、炉出口温度に応じた
制御パラメータを設定変更するパラメータ調整部２２を
設けたので、吹込量フィードバック制御部２１の制御パ
ラメータをＮＯｘの発生に関連する炉出口温度に応じて
変更設定でき、これによりプロセス遅れを生ぜず、かつ
無駄な量のＮＨ３を吹込むことなく排ガス中のＮｏＸ量
を規定値以下にできる。なお、このことは第５図に示す
制御パラメータの調整が無い場合と比較すればその違い
が明確である。又、炉出口温度ＴＤの変動に対してもＮ
Ｏｘの量を窒素酸化物設定値ＮＳに制御できる。

　５〔発明の効果〕以上詳記したように本発明によれば、最適な除去物吹き
込み量で窒素酸化物量を所定値以下に抑えることができ
る排ガス脱硝制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる排ガス脱硝制御装置の第１実施
例を示す構成図、第２図は第１図に示す装置の制御結果
を示す図、第３図は本発明に係わる排ガス脱硝制御装置
の第２実施例を示す構成図、第４図は第３図に示す装置
の制御結果を示す図、第５図は従来装置の制御結果を示
す図、第６図は吹込み部の温度に対する脱硝率を示す図
、第７図は吹込み部の温度に対するプロセス遅れを示す
図である。１・・・焼却炉、２・・・炉内、３・・・アンモニアの
吹き込み部、４・・・排ガス検出部、５・・・排ガス窒
素酸化物濃度計、６・・・減算器、７・・・吹き込み量
フィードバック制御部、８・・・加算器、９・・・アン
モニア吹込み装置、１０・・・吹込み量制御手段１０．
１１・・・６炉内温度計、１２・・・炉出口温度計、１３・・・燃焼
空気流量計、１４・・・排ガス酸素濃度計、１５・・・
蒸気流量計、１６・・・発生ＮＯＸ量推量器定器７・・
・吹込み量フィードフォワード制御部、２０・・・吹込
み量制御手段、２１・・・吹込量フィードバック制御部
、２２・・・パラメータ調整部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の成分量を検出
し、この成分量と窒素酸化物設定値とから前記窒素酸化
物を除去するための除去物の吹込み量制御信号を作成し
て前記窒素酸化物量を所定値にする排ガス脱硝制御装置
において、前記窒素酸化物の発生量と関連する燃焼状態
の情報を受け、この情報により前記吹込み量制御信号を
前記燃焼状態に応じて変化させる吹込み制御手段を具備
したことを特徴とする排ガス脱硝制御装置。
（２）除去物は、アンモニアである特許請求の範囲第（
１）項記載の排ガス脱硝制御装置。
（３）吹込み量制御手段は、燃焼空気量、燃焼炉内温度
、炉出口温度、排ガス酸素濃度等の各燃焼情報を受けて
予め設定された窒素酸化物発生関数から推定窒素酸化物
発生量を求め、この推定窒素酸化物発生量に基づく制御
信号を吹込み制御信号に加算する特許請求の範囲第（１
）項記載の排ガス脱硝制御装置。
（４）吹込み制御手段は、燃焼炉内温度の情報を受け、
この情報に応じて吹込み量制御信号を作成する制御部の
パラメータを変更設定する特許請求の範囲第（１）項記
載の排ガス脱硝制御装置。