JPH0938458A - 脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置 - Google Patents
脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置Info
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- JPH0938458A JPH0938458A JP7196743A JP19674395A JPH0938458A JP H0938458 A JPH0938458 A JP H0938458A JP 7196743 A JP7196743 A JP 7196743A JP 19674395 A JP19674395 A JP 19674395A JP H0938458 A JPH0938458 A JP H0938458A
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- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 277
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Landscapes
- Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アンモニア還元脱硝装置へのアンモニア注入
量をＮＯｘの還元反応やＮＨ3 の分解反応にマッチング
して適切に制御し、出口ＮＯｘ濃度を設定値内に維持す
る、脱硝装置へのＮＨ3 注入量制御装置を提供する。 【解決手段】 処理すべき排ガス流量１０３と入口ＮＯ
ｘ濃度１０１に基づき入口ＮＯｘ量１０４を算出する手
段と、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５に基づき必要モル比
信号１０６を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度の設定値
１０５と検出値１０７の偏差１０８に基づきモル比修正
信号１０９を算出する手段と、これら３つの信号に基づ
き必要ＮＨ3 流量１１１を算出する手段とを備えた脱硝
装置へのＮＨ3 注入量制御装置において、モル比修正信
号１０９を、入口ＮＯｘ量１０４、出口の濃度設定値１
０５、出口ＮＯｘ濃度設定値と検出値の変化値に１０８
に基づく関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ1 による関数発生器１、
２、３の出力信号により補正する手段を設ける。
量をＮＯｘの還元反応やＮＨ3 の分解反応にマッチング
して適切に制御し、出口ＮＯｘ濃度を設定値内に維持す
る、脱硝装置へのＮＨ3 注入量制御装置を提供する。 【解決手段】 処理すべき排ガス流量１０３と入口ＮＯ
ｘ濃度１０１に基づき入口ＮＯｘ量１０４を算出する手
段と、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５に基づき必要モル比
信号１０６を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度の設定値
１０５と検出値１０７の偏差１０８に基づきモル比修正
信号１０９を算出する手段と、これら３つの信号に基づ
き必要ＮＨ3 流量１１１を算出する手段とを備えた脱硝
装置へのＮＨ3 注入量制御装置において、モル比修正信
号１０９を、入口ＮＯｘ量１０４、出口の濃度設定値１
０５、出口ＮＯｘ濃度設定値と検出値の変化値に１０８
に基づく関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ1 による関数発生器１、
２、３の出力信号により補正する手段を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脱硝装置へのアン
モニア注入量制御装置に係り、特にアンモニアによるＮ
Ｏｘの気相還元反応による脱硝装置内の反応にマッチン
グした適切なアンモニア注入量制御を可能にした脱硝装
置へのアンモニア注入量制御装置に関する。
モニア注入量制御装置に係り、特にアンモニアによるＮ
Ｏｘの気相還元反応による脱硝装置内の反応にマッチン
グした適切なアンモニア注入量制御を可能にした脱硝装
置へのアンモニア注入量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の脱硝制御装置を有するボイラにつ
いて、燃焼ガス流れのフローを図３に、脱硝制御装置を
図２に示す。まず図３につき説明する。燃焼用空気３０
１は火炉３０２に導入され燃料と反応して燃焼ガスとな
り燃焼ガスライン３０６を経てボイラ系外に排出され
る。燃料との反応で生成したＮＯｘ（窒素酸化物）は大
気中に放出するに際し、許容量以下とする必要があり、
このため、火炉出口ＮＯｘ計測器３０３での計測値に対
しＮＨ3 注入ライン３０４からＮＨ3 を注入し触媒を内
蔵した脱硝領域３０７にてＮＯｘ還元反応によってＮＯ
ｘを除去する。ＮＨ3 注入量は脱硝領域出口ＮＯｘ計測
器３０５での計測値が前記の許容量以下となるようにフ
ィードバック等のクローズドループ制御により制御され
る。
いて、燃焼ガス流れのフローを図３に、脱硝制御装置を
図２に示す。まず図３につき説明する。燃焼用空気３０
１は火炉３０２に導入され燃料と反応して燃焼ガスとな
り燃焼ガスライン３０６を経てボイラ系外に排出され
る。燃料との反応で生成したＮＯｘ（窒素酸化物）は大
気中に放出するに際し、許容量以下とする必要があり、
このため、火炉出口ＮＯｘ計測器３０３での計測値に対
しＮＨ3 注入ライン３０４からＮＨ3 を注入し触媒を内
蔵した脱硝領域３０７にてＮＯｘ還元反応によってＮＯ
ｘを除去する。ＮＨ3 注入量は脱硝領域出口ＮＯｘ計測
器３０５での計測値が前記の許容量以下となるようにフ
ィードバック等のクローズドループ制御により制御され
る。
【０００３】次に図２により前記のクローズドループ制
御を説明する。脱硝領域入口ＮＯｘ濃度１０１の計測値
と、空気流量１０２から関数発生器２０１ａにより演算
した燃焼排ガス量１０３とを、乗算器２０４ａで乗算し
入口ＮＯｘ流量１０４を出力する。一方、出口ＮＯｘ濃
度設定値１０５から関数発生器２０１ｂによって必要モ
ル比１０６を演算する。これに前記の入口ＮＯｘ流量１
０４を乗ずればＮＨ3の必要量となるが、出口ＮＯｘ濃
度１０７を計測し、これが制御系に反映されている。す
なわち出口ＮＯｘ濃度設定値１０５と出口ＮＯｘ濃度１
０７との減算器２０２ａによる出口ＮＯｘ濃度偏差１０
８を用い、これを調節器２０３ａの入力としてモル比修
正量１０９を演算する。この修正量を前記の必要モル比
１０６に加算器２０５ｃにより加算して、修正モル比信
号１１０を求め、これと入口ＮＯｘ流量１０４とに基づ
き必要ＮＨ3 流量１１１が計算される。ＮＨ3 流量１１
２は、この必要ＮＨ3 流量１１１に近づくよう、減算器
２０２ｂによるＮＨ3 流量偏差１１３を調節器２０３ｃ
の入力としてＮＨ3 流量調節量１１４により脱硝領域３
０７へのＮＨ3 注入量が調節弁により調節される。
御を説明する。脱硝領域入口ＮＯｘ濃度１０１の計測値
と、空気流量１０２から関数発生器２０１ａにより演算
した燃焼排ガス量１０３とを、乗算器２０４ａで乗算し
入口ＮＯｘ流量１０４を出力する。一方、出口ＮＯｘ濃
度設定値１０５から関数発生器２０１ｂによって必要モ
ル比１０６を演算する。これに前記の入口ＮＯｘ流量１
０４を乗ずればＮＨ3の必要量となるが、出口ＮＯｘ濃
度１０７を計測し、これが制御系に反映されている。す
なわち出口ＮＯｘ濃度設定値１０５と出口ＮＯｘ濃度１
０７との減算器２０２ａによる出口ＮＯｘ濃度偏差１０
８を用い、これを調節器２０３ａの入力としてモル比修
正量１０９を演算する。この修正量を前記の必要モル比
１０６に加算器２０５ｃにより加算して、修正モル比信
号１１０を求め、これと入口ＮＯｘ流量１０４とに基づ
き必要ＮＨ3 流量１１１が計算される。ＮＨ3 流量１１
２は、この必要ＮＨ3 流量１１１に近づくよう、減算器
２０２ｂによるＮＨ3 流量偏差１１３を調節器２０３ｃ
の入力としてＮＨ3 流量調節量１１４により脱硝領域３
０７へのＮＨ3 注入量が調節弁により調節される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、出口ＮＯｘ濃度偏差１０８を入力とする調
節器２０３ａ内での演算はＰＩ型の計算であり、出口Ｎ
Ｏｘ濃度偏差１０８と、調節器２０３ａの出力であるモ
ル比修正量１０９は線形の相関を有する。一方、ＮＨ3
によるＮＯｘ還元は、ＮＨ3 濃度、ＮＯｘ濃度いずれに
ついても非線形となる化学反応式で記述されるものであ
る。すなわちＮＯｘ還元量、ＮＨ3 分解量のいずれにつ
いても、その時間変化率は、ＮＨ3 とＮＯｘの双方の濃
度それぞれのベキ乗の積に比例して与えられる。例えば
１次反応であれば、前記のベキは１となり、前記の時間
変化率はＮＨ3 濃度とＮＯｘ濃度の積に比例して与えら
れる。以上から、単に出口ＮＯｘ濃度偏差１０８に比例
した量をモル比修正量１０９としてフィードバックする
だけではＰ、Ｉ定数の選定によっては制御がハンチング
するおそれがある。また設計段階でどのようなＰ、Ｉ定
数を選べば良好な制御特性となるかについての理論的解
析ができない。このため、実験炉でチューニングした調
節器を実炉にスケールアップするということができない
という問題があった。
においては、出口ＮＯｘ濃度偏差１０８を入力とする調
節器２０３ａ内での演算はＰＩ型の計算であり、出口Ｎ
Ｏｘ濃度偏差１０８と、調節器２０３ａの出力であるモ
ル比修正量１０９は線形の相関を有する。一方、ＮＨ3
によるＮＯｘ還元は、ＮＨ3 濃度、ＮＯｘ濃度いずれに
ついても非線形となる化学反応式で記述されるものであ
る。すなわちＮＯｘ還元量、ＮＨ3 分解量のいずれにつ
いても、その時間変化率は、ＮＨ3 とＮＯｘの双方の濃
度それぞれのベキ乗の積に比例して与えられる。例えば
１次反応であれば、前記のベキは１となり、前記の時間
変化率はＮＨ3 濃度とＮＯｘ濃度の積に比例して与えら
れる。以上から、単に出口ＮＯｘ濃度偏差１０８に比例
した量をモル比修正量１０９としてフィードバックする
だけではＰ、Ｉ定数の選定によっては制御がハンチング
するおそれがある。また設計段階でどのようなＰ、Ｉ定
数を選べば良好な制御特性となるかについての理論的解
析ができない。このため、実験炉でチューニングした調
節器を実炉にスケールアップするということができない
という問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、ＮＯｘの還元反応やアンモニアの分解反応にマ
ッチングしてアンモニア注入量を制御し、実炉であって
も出口ＮＯｘ濃度を有効に所定値以下に維持することが
できる脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置を提供す
ることにある。
解決し、ＮＯｘの還元反応やアンモニアの分解反応にマ
ッチングしてアンモニア注入量を制御し、実炉であって
も出口ＮＯｘ濃度を有効に所定値以下に維持することが
できる脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【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）処理すべき排ガス流量と入口ＮＯｘ濃度に基づき
入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度設定値
に基づき必要モル比信号を算出する手段と、出口ＮＯｘ
濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモル比修正量信号
を算出する手段と、これら３つの信号に基づき必要アン
モニア流量を算出する手段とを備えたものにおいて、前
記モル比修正量信号を、入口ＮＯｘ量、出口ＮＯｘ濃度
設定値、出口ＮＯｘ濃度設定値と検出値の偏差値に基づ
く関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ1 による各関数発生器の出力信号
により補正する手段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。 （２）入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度
設定値に基づき必要モル比信号を算出する手段と、出口
ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモル比修正
量信号を算出する手段と、上記３つの信号に基づき必要
アンモニア流量を算出する手段とを備えたものにおい
て、脱硝反応が行なわれる排ガスラインの反応領域中の
ＮＯｘ濃度とＮＨ3 濃度を２次元状態変数ベクトル（外
１）とし、排ガスラインに注入するＮＨ3 流量を操作入
力ｕとする下記式
本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 （１）処理すべき排ガス流量と入口ＮＯｘ濃度に基づき
入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度設定値
に基づき必要モル比信号を算出する手段と、出口ＮＯｘ
濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモル比修正量信号
を算出する手段と、これら３つの信号に基づき必要アン
モニア流量を算出する手段とを備えたものにおいて、前
記モル比修正量信号を、入口ＮＯｘ量、出口ＮＯｘ濃度
設定値、出口ＮＯｘ濃度設定値と検出値の偏差値に基づ
く関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ1 による各関数発生器の出力信号
により補正する手段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。 （２）入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度
設定値に基づき必要モル比信号を算出する手段と、出口
ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモル比修正
量信号を算出する手段と、上記３つの信号に基づき必要
アンモニア流量を算出する手段とを備えたものにおい
て、脱硝反応が行なわれる排ガスラインの反応領域中の
ＮＯｘ濃度とＮＨ3 濃度を２次元状態変数ベクトル（外
１）とし、排ガスラインに注入するＮＨ3 流量を操作入
力ｕとする下記式
【０００７】
【数５】
【０００８】に記載する２次元状態方程式
【０００９】
【数６】
【００１０】における２次元ベクトル（外２）の第１成
分ｆ1 に基づく第１の関数発生器と、２次元ベクトルｇ
によるＬie微分が０になるような関数φ：
分ｆ1 に基づく第１の関数発生器と、２次元ベクトルｇ
によるＬie微分が０になるような関数φ：
【００１１】
【数７】Ｌg →φ＝０ を用いて、その２次元ベクトル（外２）によりＬie微分
（外３）φをさらに（外４）または（外２）によりＬie
微分を行なった結果、すなわち
（外３）φをさらに（外４）または（外２）によりＬie
微分を行なった結果、すなわち
【００１２】
【数８】
【００１３】の代数演算結果として算出される各ｈ0 、
ｈ1 に基づく第２、第３の関数発生器と、上記３つの関
数発生器に入力された入口ＮＯｘ流量、出口ＮＯｘ濃度
設定値、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差値に基
づいて各関数発生器から出力された補正信号により前記
モル比修正量信号を補正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。
ｈ1 に基づく第２、第３の関数発生器と、上記３つの関
数発生器に入力された入口ＮＯｘ流量、出口ＮＯｘ濃度
設定値、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差値に基
づいて各関数発生器から出力された補正信号により前記
モル比修正量信号を補正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。
【００１４】本発明では、実験炉等の解析で得られたＮ
Ｏｘ還元の化学反応式を基にして理論解析により調節器
を最適設計できる。従ってハンチング等の発生はなく出
口ＮＯｘ濃度をその設定値近傍に維持できる。また本発
明の実現のためには予め設計段階で特定の関数を用意し
ておくだけであり、制御のためにシミュレータ等を要す
るものでないので特に制御用ユニット計算機の負荷を増
すものではない。
Ｏｘ還元の化学反応式を基にして理論解析により調節器
を最適設計できる。従ってハンチング等の発生はなく出
口ＮＯｘ濃度をその設定値近傍に維持できる。また本発
明の実現のためには予め設計段階で特定の関数を用意し
ておくだけであり、制御のためにシミュレータ等を要す
るものでないので特に制御用ユニット計算機の負荷を増
すものではない。
【００１５】
【実施例】以下、本発明になる脱硝制御装置の一実施例
を図１を用いて説明する。従来技術（図３）との相異
は、モル比修正量６（図１）の計算のみである。以下そ
の計算方法を示す。まず、出口ＮＯｘ設定値１０５、出
口ＮＯｘ濃度偏差１０８および入口ＮＯｘ流量１０４の
３変数を引数とする関数ｆ1 、ｈ1 およびｈ 0 をそれぞ
れ１、２および３の関数発生器で計算する（計算方法は
後述する）。関数ｆ1 は調節器２０３ｂにより変換量δ
Ｖ修正量４となり、これと図３で述べた従来技術のモル
比修正量１０９とを加算器２０５ａで加算する。加算結
果である変換入力量δＦ、５は２のｈ1 関数と乗算器２
０４ｂで演算され、その演算結果と３のｈ0 関数を加算
器２０５ｂで加算する。この加算結果が本発明のモル比
修正量６である。
を図１を用いて説明する。従来技術（図３）との相異
は、モル比修正量６（図１）の計算のみである。以下そ
の計算方法を示す。まず、出口ＮＯｘ設定値１０５、出
口ＮＯｘ濃度偏差１０８および入口ＮＯｘ流量１０４の
３変数を引数とする関数ｆ1 、ｈ1 およびｈ 0 をそれぞ
れ１、２および３の関数発生器で計算する（計算方法は
後述する）。関数ｆ1 は調節器２０３ｂにより変換量δ
Ｖ修正量４となり、これと図３で述べた従来技術のモル
比修正量１０９とを加算器２０５ａで加算する。加算結
果である変換入力量δＦ、５は２のｈ1 関数と乗算器２
０４ｂで演算され、その演算結果と３のｈ0 関数を加算
器２０５ｂで加算する。この加算結果が本発明のモル比
修正量６である。
【００１６】次に関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ1 を計算する。こ
のためまずＮＯｘのＮＨ3 による還元反応と、ＮＨ3 の
気相分解反応について、図４と数式を用いて説明する。
図４で、燃焼ガスライン３０６に設けられたノズルから
ＮＨ3 注入ライン３０４によりＮＨ3 が注入され、その
流量はＮＨ3 流量ＧNH3 ４０５である。ＮＯｘは燃焼ガ
スライン３０６の入口側から入口ＮＯｘ流量ＧNOxi、４
０２だけ流入し、注入されたＮＨ3 により還元され出口
ＮＯｘ流量ＧNOxO、４０３だけが系外に排出される。Ｎ
Ｈ3 はＮＯｘを還元させるために消費され同時に気相分
解によりリークＮＨ3 流量ＧNH3l、４０４だけが系外に
排出される。以上の反応は反応領域４０１内にて行なわ
れる。反応領域としては、例えば図３の入口ＮＯｘ濃度
計測器３０３と脱硝出口ＮＯｘ計測器３０５の間の燃焼
ガスライン３０６の内容積を取ればよい。
のためまずＮＯｘのＮＨ3 による還元反応と、ＮＨ3 の
気相分解反応について、図４と数式を用いて説明する。
図４で、燃焼ガスライン３０６に設けられたノズルから
ＮＨ3 注入ライン３０４によりＮＨ3 が注入され、その
流量はＮＨ3 流量ＧNH3 ４０５である。ＮＯｘは燃焼ガ
スライン３０６の入口側から入口ＮＯｘ流量ＧNOxi、４
０２だけ流入し、注入されたＮＨ3 により還元され出口
ＮＯｘ流量ＧNOxO、４０３だけが系外に排出される。Ｎ
Ｈ3 はＮＯｘを還元させるために消費され同時に気相分
解によりリークＮＨ3 流量ＧNH3l、４０４だけが系外に
排出される。以上の反応は反応領域４０１内にて行なわ
れる。反応領域としては、例えば図３の入口ＮＯｘ濃度
計測器３０３と脱硝出口ＮＯｘ計測器３０５の間の燃焼
ガスライン３０６の内容積を取ればよい。
【００１７】以上を数式で表現すると次のようになる。
すなわち、反応領域４０１内のＮＯｘ濃度をｎNOx 、Ｎ
Ｈ3 濃度をｎNH3 として、これらの濃度は次の質量バラ
ンス式をみたす。
すなわち、反応領域４０１内のＮＯｘ濃度をｎNOx 、Ｎ
Ｈ3 濃度をｎNH3 として、これらの濃度は次の質量バラ
ンス式をみたす。
【００１８】
【数９】
【００１９】ここでＶ：反応領域の体積〔m3〕 ｔ：時間〔ｓ〕 ｎNO：ＮＯｘ濃度〔kmol/ m3〕 ＧNOxO＝ｖＡｎNO：出口ＮＯｘ流量〔kmol/s〕 ただし、ｖ：燃焼ガス流速〔m/s 〕 Ａ：反応領域の燃焼ガスラインの流路断面積〔m2〕 ＧNOxi：入口ＮＯｘ流量〔kmol/s〕 ｆNO（…）：ＮＯｘ還元反応によるＮＯｘ還元率〔kmol
/ m3s 〕 ただし、Ｋ：ＮＯｘ還元反応の反応速度定数〔l/s 〕 ｎNH3 ：ＮＨ3 濃度〔Kmol/ m3〕 ＧNH3l＝ｖＡｎNH3 ：リークＮＨ3 流量〔kmol/s〕 ＧNH3 ：ＮＨ3 注入流量〔kmol/s〕 ｆNH3 ：ＮＯｘ還元反応および気相分解によるＮＨ3 の
消費率〔kmol/ m3s 〕 ただし、ｇ：ＮＨ3 気相分解の反応速度定数〔l/s 〕 である。すなわち反応領域４０１内のＮＯｘ濃度ｎNOx
とＮＨ3 濃度ｎNH3 を変数として上式は次のように状態
方程式の形に書ける；
/ m3s 〕 ただし、Ｋ：ＮＯｘ還元反応の反応速度定数〔l/s 〕 ｎNH3 ：ＮＨ3 濃度〔Kmol/ m3〕 ＧNH3l＝ｖＡｎNH3 ：リークＮＨ3 流量〔kmol/s〕 ＧNH3 ：ＮＨ3 注入流量〔kmol/s〕 ｆNH3 ：ＮＯｘ還元反応および気相分解によるＮＨ3 の
消費率〔kmol/ m3s 〕 ただし、ｇ：ＮＨ3 気相分解の反応速度定数〔l/s 〕 である。すなわち反応領域４０１内のＮＯｘ濃度ｎNOx
とＮＨ3 濃度ｎNH3 を変数として上式は次のように状態
方程式の形に書ける；
【００２０】
【数１０】
【００２１】ここで反応を記述する関数ｆNO、ｆNH3 は
非線形関数であり、例えばＮＯｘ還元反応がＮＯｘのｍ
次、ＮＨ3 のｎ次の反応であればｆNO（…）は次の積に
比例して与えられる；
非線形関数であり、例えばＮＯｘ還元反応がＮＯｘのｍ
次、ＮＨ3 のｎ次の反応であればｆNO（…）は次の積に
比例して与えられる；
【００２２】
【数１１】 ｆNO ∝（ｎNOx ) m （ｎNH3)n …（３） 通常、操作量であるＮＨ3 流量ＧNH3 を状態変数である
出口ＮＯｘ濃度ｎNOx、ＮＨ3 濃度ｎNH3 をフィードバ
ックして作ることになる；
出口ＮＯｘ濃度ｎNOx、ＮＨ3 濃度ｎNH3 をフィードバ
ックして作ることになる；
【００２３】
【数１２】
【００２４】ここで（ＰＩ）i はＰＩ調節器であり、ま
た右肩ｓｖは設定値（Set Value ）であることを示す。
しかしＰ、Ｉの定数を計画するに際し式（＊）で与えら
れる操作量ＧNH3 を状態方程式（１）′、（２）′に入
力しても、最適な定数を理論解析で求めることはできな
い。ここで“最適”とは制御仕様を十分に充足すること
を意味し、速い応答かつハンチング等が発生しないこと
である。式（＊）を式（１）′、（２）′に入力すると
これは非線形微分方程式となり最適なＰ、Ｉ定数を決め
る理論がない。従って例えば小型炉で経験的にこれらの
定数をチューニングできたとしても、その結果を大型炉
にスケールアップする等ができない。
た右肩ｓｖは設定値（Set Value ）であることを示す。
しかしＰ、Ｉの定数を計画するに際し式（＊）で与えら
れる操作量ＧNH3 を状態方程式（１）′、（２）′に入
力しても、最適な定数を理論解析で求めることはできな
い。ここで“最適”とは制御仕様を十分に充足すること
を意味し、速い応答かつハンチング等が発生しないこと
である。式（＊）を式（１）′、（２）′に入力すると
これは非線形微分方程式となり最適なＰ、Ｉ定数を決め
る理論がない。従って例えば小型炉で経験的にこれらの
定数をチューニングできたとしても、その結果を大型炉
にスケールアップする等ができない。
【００２５】そこで本発明では、上記の非線形な状態方
程式（１）′、（２）′に変数変換を行ない、制御計画
上で解析がより簡単な線形状態方程式に帰着させる。こ
の変数変換を次に示す。状態方程式（１）′、（２）′
を、
程式（１）′、（２）′に変数変換を行ない、制御計画
上で解析がより簡単な線形状態方程式に帰着させる。こ
の変数変換を次に示す。状態方程式（１）′、（２）′
を、
【００２６】
【数１３】
【００２７】に対する式として次のように書き直す；
【００２８】
【数１４】
【００２９】である。このベクトル式に基づき以下のフ
ローで非線形状態方程式を線形式に帰着させるような変
数変換がなされる；
ローで非線形状態方程式を線形式に帰着させるような変
数変換がなされる；
【００３０】
【数１５】
【００３１】をみたす定数でないスカラー関数φ＝φ
（ｎNOx 、ｎNH3 ）を見いだす。 ＳＴＥＰ２；この関数φを用いて次の変数変換をする；
（ｎNOx 、ｎNH3 ）を見いだす。 ＳＴＥＰ２；この関数φを用いて次の変数変換をする；
【００３２】
【数１６】
【００３３】 ＳＴＥＰ３；操作入力についても次の変数変換をする；
【００３４】
【数１７】
【００３５】以上、状態変数を
【００３６】
【数１８】
【００３７】また操作量を
【００３８】
【数１９】 ＧNH3 → Ｆ …（１２） に変換すると状態方程式は線形式となる。
【００３９】
【数２０】
【００４０】本発明の本実施例ではＳＴＥＰ１から
【００４１】
【数２１】 φ＝ｎNOx …（１４） と選ぶものとする。このとき式（８）、（９）から、新
しい状態変数は、
しい状態変数は、
【００４２】
【数２２】
【００４３】また式（１０）から新しい操作量は、
【００４４】
【数２３】 ＧNH3 ＝ｈ0 ＋ｈ1 Ｆ …（１０）′ をみたすＦである。ここで
【００４５】
【数２４】
【００４６】であり、式（５）、（６）、（１４）から
具体的に計算すると、
具体的に計算すると、
【００４７】
【数２５】
【００４８】と与えられる。そして状態変数（Ｘ、Ｖ）
と操作量Ｆは次の最も単純な形の線形の状態方程式をみ
たす；
と操作量Ｆは次の最も単純な形の線形の状態方程式をみ
たす；
【００４９】
【数２６】
【００５０】すなわち、もともとの非線形状態方程式
【００５１】
【数２７】
【００５２】を、変換（８）′、（９）′
【００５３】
【数２８】
【００５４】により線形でしかも最も単純な状態方程式
【００５５】
【数２９】
【００５６】に帰着できたことになる。設計段階では、
この線形状態方程式（１９）、（２０）を確立されてい
る線形微分方程式の理論に基づき、最適に制御するよう
に操作量Ｆを計画すればよい。この入力Ｆを変換して本
来の操作量ＧNH3 を構成することで制御の最適化ができ
る。
この線形状態方程式（１９）、（２０）を確立されてい
る線形微分方程式の理論に基づき、最適に制御するよう
に操作量Ｆを計画すればよい。この入力Ｆを変換して本
来の操作量ＧNH3 を構成することで制御の最適化ができ
る。
【００５７】以下で操作量ＧNH3 を具体的に計算する。
状態変数Ｘは反応領域４０１内のＮＯｘ濃度ｎNOx であ
り、これは出口ＮＯｘ濃度１０７に他ならないから、そ
の設定値Ｘsvは出口ＮＯｘ濃度設定値１０５である。す
なわち、
状態変数Ｘは反応領域４０１内のＮＯｘ濃度ｎNOx であ
り、これは出口ＮＯｘ濃度１０７に他ならないから、そ
の設定値Ｘsvは出口ＮＯｘ濃度設定値１０５である。す
なわち、
【００５８】
【数３０】 Ｘsv＝ｎNOx sv …（２１） ここで Ｘsv…状態変数Ｘの設定値〔kmol/ m3〕 ｎNOx sv…出口ＮＯｘ濃度設定値〔kmol/ m3〕 である。また状態変数Ｖの設定値は、式（１９）を充足
するためには０でなければならない；
するためには０でなければならない；
【００５９】
【数３１】 Ｖsv＝０ …（２２） 従って状態方程式（１９）、（２０）に従う系を最適に
制御し速やかにＸsv、Ｖ svに追従させるためには、操作
量Ｆを下式で作ればよい；
制御し速やかにＸsv、Ｖ svに追従させるためには、操作
量Ｆを下式で作ればよい；
【００６０】
【数３２】 Ｆ＝（ＰＩ)1δＸ＋（ＰＩ)2Ｖ …（２３） ここで
【００６１】
【数３３】（ＰＩ）i ：ＰＩ調節器 δＸ＝Ｘsv−Ｘ …（２４） である。この式（２３）を用いて式（１０）′から必要
ＮＨ3 流量ＧNH3 、１１１を計算すると、
ＮＨ3 流量ＧNH3 、１１１を計算すると、
【００６２】
【数３４】 ＧNH3 ＝ｈ0 ＋ｈ1 Ｆ ＝ｈ0 ＋ｈ1 （（ＰＩ）1 δＸ＋（ＰＩ）2 Ｖ） …（１０）″ ここで、ｈ0 、ｈ1 の具体的な形が式（１５）′、（１
６）′で与えられており、引数を示すと、
６）′で与えられており、引数を示すと、
【００６３】
【数３５】 ｈ0 ＝ｈ0 （ｎNOx 、ｎNH3 、ＧNOxi） …（１５）″ ｈ1 ＝ｈ1 （ｎNOx 、ｎNH3 、ＧNOxi） …（１６）″ である。反応領域４０１中のＮＨ3 濃度ｎNH3 はリーク
ＮＨ3 濃度に他ならず、これに設定値ｎNH3 SVを代入す
ることにより式（１０）″および（９）′から
ＮＨ3 濃度に他ならず、これに設定値ｎNH3 SVを代入す
ることにより式（１０）″および（９）′から
【００６４】
【数３６】
【００６５】変数変換により本来の非線形状態方程式
（１）′、（２）′が最も単純な線形式（１９）、（２
０）に帰着される場合は関数として要求されるのは
ｈ0 、ｈ1 およびｆ1 の３個である。以上の式（１
０）″′のｈ0 、ｈ1 およびｆ1 が関数発生器３、２お
よび１で計算される関数である。ここでもともとの反応
を記述する関数ｆNO、ｆNH3 は式（３）の形の項を含む
場合が多い。そこでｈ0 、ｈ1 、ｆ1 も式（３）の形の
項を含む。また式（３）のｍやｎは必ずしも整数でな
い。その場合、次の級数表示をとり、
（１）′、（２）′が最も単純な線形式（１９）、（２
０）に帰着される場合は関数として要求されるのは
ｈ0 、ｈ1 およびｆ1 の３個である。以上の式（１
０）″′のｈ0 、ｈ1 およびｆ1 が関数発生器３、２お
よび１で計算される関数である。ここでもともとの反応
を記述する関数ｆNO、ｆNH3 は式（３）の形の項を含む
場合が多い。そこでｈ0 、ｈ1 、ｆ1 も式（３）の形の
項を含む。また式（３）のｍやｎは必ずしも整数でな
い。その場合、次の級数表示をとり、
【００６６】
【数３７】
【００６７】と表現し、式（２５）右辺を有限級数で近
似する。
似する。
【００６８】
【数３８】
【００６９】すなわち、このような表現を用いること
で、ｈ0 、ｈ1 、ｆ1 は出口ＮＯｘ濃度設定値
ｎNOx SV、出口ＮＯｘ濃度偏差δｎNOx および入口ＮＯ
ｘ流量ＧNOxiを引数とする関数である。以上から、化学
反応を含み本来は、非線形の状態方程式（１）′、
（２）′で記述される系の操作入力であるＮＨ3 流量Ｇ
NH3 の最適値を線形状態方程式（１９）、（２０）の理
論解析により計算することが可能となった。本来の非線
形状態方程式を線形化するための変数変換のため、関数
ｈ0 、ｈ1 、ｆ1 が現れた。しかし、この関数は単に出
口ＮＯｘ濃度設定値ｎNOx SV、偏差δｎNOx 、入口ＮＨ
3 流量、ＧNOxiが計測または設定されていれば単に関数
値を計算するだけで与えられる。すなわち制御用計算機
の負荷を増すようなものでない。
で、ｈ0 、ｈ1 、ｆ1 は出口ＮＯｘ濃度設定値
ｎNOx SV、出口ＮＯｘ濃度偏差δｎNOx および入口ＮＯ
ｘ流量ＧNOxiを引数とする関数である。以上から、化学
反応を含み本来は、非線形の状態方程式（１）′、
（２）′で記述される系の操作入力であるＮＨ3 流量Ｇ
NH3 の最適値を線形状態方程式（１９）、（２０）の理
論解析により計算することが可能となった。本来の非線
形状態方程式を線形化するための変数変換のため、関数
ｈ0 、ｈ1 、ｆ1 が現れた。しかし、この関数は単に出
口ＮＯｘ濃度設定値ｎNOx SV、偏差δｎNOx 、入口ＮＨ
3 流量、ＧNOxiが計測または設定されていれば単に関数
値を計算するだけで与えられる。すなわち制御用計算機
の負荷を増すようなものでない。
【００７０】
【発明の効果】本発明においては、実験炉等の解析で得
られたＮＯｘ還元およびＮＨ3 分解の化学反応式に基づ
いて設計段階で最適な調節器を理論解析により求めるこ
とができる。従って出口ＮＯｘ濃度のハンチング等はな
く、常にその設定値近傍に維持することが可能であると
いう効果がある。また制御装置で必要となるのは、出口
ＮＯｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度偏差および入口ＮＯ
ｘ流量を引数とする３個の関数の関数発生器のみであ
り、制御用シミュレータ等を必要とせず制御用計算機の
負荷を増さないですむという効果がある。
られたＮＯｘ還元およびＮＨ3 分解の化学反応式に基づ
いて設計段階で最適な調節器を理論解析により求めるこ
とができる。従って出口ＮＯｘ濃度のハンチング等はな
く、常にその設定値近傍に維持することが可能であると
いう効果がある。また制御装置で必要となるのは、出口
ＮＯｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度偏差および入口ＮＯ
ｘ流量を引数とする３個の関数の関数発生器のみであ
り、制御用シミュレータ等を必要とせず制御用計算機の
負荷を増さないですむという効果がある。
【図１】本発明になる脱硝装置へのアンモニア注入量制
御装置の一実施例を示す系統図。
御装置の一実施例を示す系統図。
【図２】従来技術になる脱硝装置へのアンモニア注入量
制御装置の系統図。
制御装置の系統図。
【図３】本発明をボイラなどの燃焼装置の燃焼ガスライ
ンに適用した場合の説明図。
ンに適用した場合の説明図。
【図４】本発明を適用した燃焼ガスラインの反応領域に
おける各ガスの流れの状態を示す図。
おける各ガスの流れの状態を示す図。
１…関数ｆ1 発生器、２…関数ｈ1 発生器、３…関数ｈ
1 発生器、４…変換量δＶ修正量、５…変換入力量、６
…モル比修正量、１０１…入口ＮＯｘ濃度、１０２…空
気流量、１０３…燃焼排ガス量、１０４…入口ＮＯｘ流
量、１０５…出口ＮＯｘ濃度設定値、１０６…必要モル
比、１０７…出口ＮＯｘ濃度、１０８…出口ＮＯｘ濃度
偏差、１０９…モル比修正量、１１０…修正モル比、１
１１…必要ＮＨ3 流量、１１２…ＮＨ3 流量（検出
値）、１１３…ＮＨ3 流量偏差、１１４…ＮＨ3 流量調
節量。
1 発生器、４…変換量δＶ修正量、５…変換入力量、６
…モル比修正量、１０１…入口ＮＯｘ濃度、１０２…空
気流量、１０３…燃焼排ガス量、１０４…入口ＮＯｘ流
量、１０５…出口ＮＯｘ濃度設定値、１０６…必要モル
比、１０７…出口ＮＯｘ濃度、１０８…出口ＮＯｘ濃度
偏差、１０９…モル比修正量、１１０…修正モル比、１
１１…必要ＮＨ3 流量、１１２…ＮＨ3 流量（検出
値）、１１３…ＮＨ3 流量偏差、１１４…ＮＨ3 流量調
節量。
Claims (2)
- 【請求項１】 処理すべき排ガス流量と入口ＮＯｘ濃度
に基づき入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃
度設定値に基づき必要モル比信号を算出する手段と、出
口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモル比修
正量信号を算出する手段と、これら３つの信号に基づき
必要アンモニア流量を算出する手段とを備えたものにお
いて、前記モル比修正量信号を、入口ＮＯｘ量、出口Ｎ
Ｏｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度設定値と検出値の偏差
値に基づく関数ｆ1 、ｈ0 、ｈ 1 による各関数発生器の
出力信号により補正する手段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。 - 【請求項２】 入口ＮＯｘ量を算出する手段と、出口Ｎ
Ｏｘ濃度設定値に基づき必要モル比信号を算出する手段
と、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づきモ
ル比修正量信号を算出する手段と、上記３つの信号に基
づき必要アンモニア流量を算出する手段とを備えたもの
において、脱硝反応が行なわれる排ガスラインの反応領
域中のＮＯｘ濃度とＮＨ3 濃度を２次元状態変数ベクト
ル 【外１】 とし、排ガスラインに注入するＮＨ3 流量を操作入力ｕ
とする下記式 【数１】 に記載する２次元状態方程式 【数２】 における２次元ベクトル 【外２】 の第１成分ｆ1 に基づく第１の関数発生器と、２次元ベ
クトルｇによるＬie微分が０になるような関数φ： 【数３】Ｌg →φ＝０ を用いて、その２次元ベクトル（外２）によりＬie微分 【外３】 φをさらに 【外４】 または（外２）によりＬie微分を行なった結果、すなわ
ち 【数４】 の代数演算結果として算出される各ｈ0 、ｈ1 に基づく
第２、第３の関数発生器と、上記３つの関数発生器に入
力された入口ＮＯｘ流量、出口ＮＯｘ濃度設定値、出口
ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差値に基づいて各関数
発生器から出力された補正信号により前記モル比修正量
信号を補正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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7196743A JPH0938458A (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7196743A JPH0938458A (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0938458A true JPH0938458A (ja) | 1997-02-10 |
Family
ID=16362871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7196743A Pending JPH0938458A (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0938458A (ja) |
-
1995
- 1995-08-01 JP JP7196743A patent/JPH0938458A/ja active Pending
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