JPH11333251A - 脱硝装置のアンモニア注入量制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硝装置出口ＮＯｘの実測値と設定値との偏
差を小さくするための調整要素を少なくし、かつ最適な
ＮＨ₃ 補正量を見出すことができる脱硝装置のＮＨ₃ 注
入量制御方法を提供する。 【解決手段】 脱硝装置入口ガス流量と入口ＮＯｘ計の
出力から総ＮＯｘ量を求める手段と、脱硝装置入口およ
び出口のＮＯｘ濃度から必要モル比を求める演算部と、
総ＮＯｘ量と必要モル比からＮＨ₃ 注入量を求める手段
と、負荷変化時のみに付加されるＮＨ₃ 先行注入量バイ
アス値を求める１段微分回路と、先行注入量バイアス値
とＮＨ₃ 注入量とに基いて制御されるＮＨ₃ 流量調節弁
を備えたものにおいて、負荷指令に基づく負荷変化開始
時に、負荷変化到達時の各負荷に対応する弁開度を予め
設定しておく設定器１７ａを介して、弁開度まで一気に
ＮＨ ₃ 流量調節弁２を操作してＮＨ₃ 注入量を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は脱硝装置のアンモニ
ア注入量制御方法および装置に係り、特に排ガス中の窒
素酸化物（ＮＯｘ) を除去する脱硝装置の制御方法およ
び装置であって、負荷変化時における脱硝装置出口の窒
素酸化物排出量を規定値以下に抑制するのに好適な脱硝
装置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】従来の、脱硝装置のアンモニア注入量制
御は、図２に示されるような制御回路に基づいて行われ
ていた。すなわち、脱硝装置入口ＮＯｘ分析計１による
計測値と脱硝装置出口ＮＯｘ設定器５の設定値からモル
比演算部６においてモル比（ＮＨ₃ ／ＮＯｘ) の演算が
行なわれる。さらに脱硝装置出口ＮＯｘ設定器５により
与えた設定値と脱硝装置出口ＮＯｘ分析計４による計測
値に差が生じた場合は加算器７によりモル比の修正が行
なわれる。以上のようにして得られた必要モル比７ａを
処理ガス量と脱硝装置入口ＮＯｘ分析計１による入口Ｎ
Ｏｘ計測値との乗算によって計算される排ガス中の総Ｎ
Ｏｘ量１１に掛けることにより必要とするアンモニア注
入量１２が求められる。このときボイラ負荷が負荷指令
によって変化したとき負荷の状態が変化したことを捉え
て負荷変化時のみに働く１段微分回路８（負荷変化して
から到達時まで一定値でバイアス補正される）および２
段微分回路９（負荷変化した時と到達時にそれぞれ一時
的にバイアス補正される）が先行してアンモニア注入量
がバイアス補正される。こうして得られたアンモニア注
入量をアンモニア流量計３とアンモニア流量調節弁２で
構成される制御回路の設定値として与える。これにより
脱硝装置出口のＮＯｘ量が一定になるようにアンモニア
の注入量が制御される。

【０００３】このような従来技術においては、ボイラ負
荷上昇変化時の場合、負荷に見合って燃料量が変化する
ので安全性を考慮して燃料量に対し、通常の負荷整定時
より空気を過剰に投入するやり方が行なわれるので、す
なわちエアーリッチによる過剰空気によって、空気（＝
Ｏ₂)が過剰に投入されるため、ＮＯｘ濃度も一時的に急
上昇するが、この脱硝装置入口ＮＯｘ急上昇に対応して
負荷変化してから目標負荷到達時まで、一定量のバイア
ス補正ができる１段微分回路８とその一定量を任意に決
めることができる上下限制限器１０を使用して調整され
る。さらに、負荷変化開始と同時に一時的にバイアス補
正できる２段微分回路９とその補正量を任意に設定でき
る上下限制限器１０も使用して調整されていた。

【０００４】ここで、１３はモニタリレーであり、負荷
が変化中であるか否かを検知して、変化中は切換器１４
をａからｃに接続して、アンモニア増（または減）信号
を加算器７ｃに送るようになっている。また、前記１
段、２段微分回路による調整は通常、まず入口ＮＯｘ濃
度の変化度合（大きい、小さい）によって、１段微分回
路８にてアンモニア流量調整弁開度指令（例えば信号１
２）に付加される信号を上下限制限器１０を介して図３
に示すように、アンモニア追加投入量３４とし仮設定し
加算器７ｃに加算し、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度３２を監
視する。出口ＮＯｘ濃度がその制御目標値３３を大きく
上回る場合は、アンモニア追加量が不足しているので投
入量３４を大きくし、逆に下回る場合はアンモニアが過
投入されているので投入量３４を小さくする。以上のよ
うにこの投入量３４の設定を繰り返し変えながら調整さ
れる。

【０００５】さらに、この１段微分回路だけでは、制御
目標値３３に対し、許容値内におさまらない場合、一時
的にアンモニア量を増量できる２段微分回路９がある。
この２段微分回路９の補正要素としての図４に示すよう
にアンモニア投入量４４と抜き時間５５があるが、その
アンモニア投入量４４と抜き時間４５の設定は、負荷変
化時のＮＯｘ急上昇に対してまず、投入量を設定（抜き
時間は仮設定）し出口ＮＯｘ挙動３２を監視するが、こ
の投入量によってアンモニア量が足りない場合、出口Ｎ
Ｏｘの制御目標値３３に対し、ＮＯｘ挙動３２は上回
り、逆にアンモニア投入量が多いと下回る。

【０００６】次に、抜き時間の設定は投入量との関係も
あるが、短かすぎると設定投入量でアンモニア流量調節
弁を一時的に開方向に動作させていたものが、急に引き
戻される（閉方向）ため、アンモニア量としては少なく
なり、このことが出口ＮＯｘの制御目標値３３に対して
大きく上回ることになる。逆に長すぎるとゆっくりと閉
方向に引き戻されるため、アンモニア量としては多くな
り、このことが制御目標値３３に対して大きく下回るこ
とになる。したがって、これらのアンモニア投入量４４
と抜き時間４５を種々設定を変えながら調整することに
なる。

【０００７】以上のように負荷変化時のＮＯｘ急変に対
応して２段微分回路９による一時的なバイアス補正の調
整要素であるアンモニア投入量４４と抜き時間４５は、
１段微分回路８による一定量のバイアス補正と組合せて
設定することになり、一度設定した１段微分回路の補正
量も再度見直しする場合も生じ、２つの回路での相互調
整になるので、最適なアンモニア補正量を見出すのに時
間と労力を要していた。

【０００８】このように上記従来技術は、負荷変化時の
ＮＯｘ急変に対応する調整の仕方に比較的少ない調整要
素で、しかも容易に最適なアンモニア補正量を見出す点
について、配慮されていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ボイ
ラ負荷上昇変化中におけるエアーリッチにともなう過剰
空気による脱硝装置入口ＮＯｘ急上昇、およびボイラ負
荷降下変化中における空気量減少による脱硝装置出口Ｎ
Ｏｘ低下に対応して負荷変化してから目標負荷到達時ま
で一定量のバイアス補正できる１段微分回路と負荷変化
開始または目標負荷到達と同時に一時的にバイアス補正
できる２段微分回路を使用するが、２段微分回路による
制御はアンモニア投入量と抜き時間の２つの制御要素の
調整を含むので、操作が複雑であるという問題があっ
た。

【００１０】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、窒素酸化物の排出濃度を規定値以下に保ちつ
つ、脱硝装置出口ＮＯｘ値の実測値と設定値との偏差を
小さくするための調整要素を少なくし、しかも最適なア
ンモニア補正量を容易に見出すことができる脱硝装置の
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。

【００１１】

【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）脱硝装置入口および出口の被処理ガス中の窒素酸
化物（ＮＯｘ) 濃度に基づいて設定したアンモニア注入
モル比と、被処理ガス流量と、負荷変化時のみに付加さ
れるアンモニア先行注入量バイアスとによりアンモニア
注入量を定め、これにより注入されたアンモニアと被処
理ガスとを脱硝装置内の触媒と接触させて、被処理ガス
中のＮＯｘを除去する脱硝装置のアンモニア注入量制御
方法において、ボイラ負荷変化時の被処理ガス中のＮＯ
ｘ濃度の急変に対応するために、各部分負荷整定時の必
要アンモニア流量調節弁開度をあらかじめ設定器に入れ
ておき、負荷変化開始時にその設定器にて設定された負
荷到達時の弁開度まで一気にアンモニア流量調節弁を操
作して先行的に被処理ガス中にアンモニアを注入するこ
とを特徴とする脱硝装置のアンモニア注入量制御方法。 （２）脱硝装置入口の被処理ガスの流量とＮＯｘ濃度か
ら処理すべき総ＮＯｘ量を求める手段と、脱硝装置入口
および出口の被処理ガス中のＮＯｘ濃度から必要アンモ
ニア注入モル比を求める手段と、前記総ＮＯｘ量と必要
アンモニア注入モル比よりアンモニア注入量設定値を求
める手段と、負荷指令に基づく負荷変化時のみに付加さ
れるアンモニア先行注入量バイアス値を求める手段と、
前記アンモニア注入量設定値とアンモニア先行注入量バ
イアス値に基づきアンモニア流量調節弁を制御してアン
モニアを被処理ガス中に注入する手段とを有する脱硝装
置のアンモニア注入量制御装置において、負荷指令に基
づく負荷変化開始時に、負荷変化到達時の負荷に対応す
る弁開度までアンモニア流量調節弁を急速に操作する手
段を設けたことを特徴とする脱硝装置のアンモニア注入
量制御装置。 （３）被処理ガスの総ＮＯｘ量に対して必要なアンモニ
ア注入量を設定する第１の手段と、負荷変化時のみに付
加されるアンモニア注入量バイアスを決定する第２の手
段と、前記第１および第２の手段により設定および決定
されたアンモニア量をアンモニア流量調節弁により脱硝
装置に入る被処理ガス中に注入する手段とを備えた脱硝
装置のアンモニア注入量制御装置において、負荷指令に
基づく負荷変化時に負荷の１次微分値によりアンモニア
バイアス量を決定し、このバイアスアンモニア量を前記
第１の手段の設定したアンモニア量に加算する手段と、
各部分負荷整定時に必要とするアンモニア流量を得るた
めの弁開度をあらかじめ設定しておく弁開度設定手段
と、負荷指令に基づく負荷変化開始時に前記弁開度設定
手段に基づきアンモニア流量調節弁を負荷変化到達時の
負荷に対応する開度まで一気に操作する手段とにより前
記第２の手段を構成したことを特徴とする脱硝装置のア
ンモニア注入量制御装置。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明を実施例図である図１によ
り具体的に説明する。ボイラからの燃焼排ガスＧが脱硝
触媒を内蔵した脱硝装置１００に導入される。脱硝装置
の入口にはアンモニア注入ノズル２０が設けられ、アン
モニア流量計３およびアンモニア流量調節弁２を介して
供給された所定量のアンモニアが前記ノズル２０から注
入され排ガスＧと混合し、脱硝装置内の脱硝触媒と抵触
し、排ガス中の窒素酸化物が還元され煙突より排出され
る。

【００１３】図１において、脱硝装置入口ＮＯｘ（濃
度）分析計１の測定値と脱硝装置出口ＮＯｘ（濃度）設
定器５の出力との差分を差分器５ａにより求め、割算器
５ｂにてこの差分を入口ＮＯｘ値を用いて割算すること
により脱硝率を求める。この脱硝率を関数発生器９０ａ
に入れることにより、排ガスに注入するアンモニアのモ
ル比（ＮＨ₃ ／ＮＯｘ) が算出される。

【００１４】なお、脱硝装置出口ＮＯｘ設定器５の設定
値と脱硝装置出口ＮＯｘ（濃度）分析計４の検出値との
偏差があるときは、その差分により上記モル比を加算器
７により補正して必要モル比７ａを算出する。処理すべ
き排ガス流量に脱硝装置入口ＮＯｘ分析計１の計測値を
乗算器１ａで乗算して得た総ＮＯｘ量１１に、上記必要
モル比を乗算器７ｂにて乗算することによりアンモニア
注入量１２が算出される。

【００１５】負荷変化がないときは、上記アンモニア注
入量１２とアンモニア流量計３の出力３ａとを比較し、
その差分を差分器３ｂにより求め、比例積分器（ＰＩ）
および電空変換器（ＥＰ）を経てアンモニア流量調節弁
２に送られ、この弁開度を制御して必要なアンモニア量
がアンモニア注入ノズル２０に供給される。負荷指令に
よりボイラ負荷が変化したときは、その１次微分値（変
化割合）を１段微分回路８により求め、上下限制限器１
０を経た信号はモニタリレー１３によりキャッチされ、
負荷変化中は切換器１４のａからｃに接続され、アンモ
ニア増（または減）信号は加算器７Ｃにてアンモニア注
入量１２に加算される。

【００１６】一方、負荷指令によりボイラ負荷が変化し
たときは差分器１５の偏差値から、負荷上昇か負荷降下
かを判別器１６により判断し、切換器１４ｂにより関数
設定器９０ｂ（負荷上昇中）または９０ｃ（負荷降下
中）のうちのいずれかの信号を、アンモニア流量調節弁
２の制御回路中の加算器２ａに先行的に加える。なお、
図１において１７ａ、１７ｂは変化率制限器である。

【００１７】図５に示すように、横軸にボイラ負荷、縦
軸にアンモニア流量調節弁２の開度をとり、あらかじめ
各負荷（例えば１８０ＭＷ、３００ＭＷ、４５０ＭＷ、
６００ＭＷ）整定時で得られたアンモニア流量調節弁開
度を関数設定器９０ｂ、９０ｃに設定しておく。例え
ば、３００ＭＷの現状負荷から４５０ＭＷの負荷に上昇
させる場合、図５の３００ＭＷの弁開度Ｂから４５０Ｍ
Ｗ時の弁開度Ｃに一気にもっていく指令が関数設定器９
０ｂによって先行的に与えられ、アンモニア流量調節弁
２の開度はＰＩＤ制御に無関係に開方向に動き、アンモ
ニアが過投入される。

【００１８】また、図６に示すように実際には、関数設
定器９０ｂから与えられるアンモニア流量調節弁開度指
令信号に基づくアンモニア投入量４０と１段微分回路８
によるアンモニア投入量３４の合計のアンモニア補正量
６０によって、負荷上昇変化開始時のＮＯｘ急上昇に対
し、出口ＮＯｘ濃度の挙動３２は、通常のアンモニア流
量制御による出口ＮＯｘ濃度の挙動７０に比較して、出
口ＮＯｘ濃度の制御目標値３３との偏差は小さく抑えら
れることになる。また、出口ＮＯｘ濃度の実測値３２と
制御目標値３３との偏差をさらに小さくするためには、
前記した１段微分回路８によるアンモニア投入量３４の
設定を微調整すればよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば負荷変化開始時のアンモ
ニア流量調節弁開度から負荷到達時の弁開度へ指令を与
えることで２段微分回路による補正と同様の効果があ
り、負荷変化開始時のＮＯｘ急変に対応でき、その後は
１段微分回路による補正のみでアンモニア注入量を調整
することができるので、適量のアンモニア量にて運用が
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による脱硝装置のアンモニア注入量制御
装置の制御回路を示す図。

【図２】従来技術による脱硝装置のアンモニア注入量制
御装置の制御回路を示す図。

【図３】１段微分回路によるアンモニア量補正図。

【図４】２段微分回路によるアンモニア量補正図。

【図５】部分負荷整定時におけるアンモニア流量調節弁
開度の関係図。

【図６】本発明によるアンモニア量補正および脱硝装置
出口ＮＯｘ濃度の挙動を示す図。

【符号の説明】

１…脱硝装置入口ＮＯｘ分析計、２…アンモニア流量調
節弁、３…アンモニア流量計、４…脱硝装置出口ＮＯｘ
分析計、５…脱硝装置出口ＮＯｘ設定器、６…モル比演
算部、７…加算器、８…１段微分回路、９…２段微分回
路、１０…上下限制限器、１１…総ＮＯｘ量、１２…ア
ンモニア注入量、１３…モニタリレー、１４…切換器、
２０…アンモニア注入ノズル、９０…関数発生器、１０
０…脱硝装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱硝装置入口および出口の被処理ガス中
   の窒素酸化物（ＮＯｘ) 濃度に基づいて設定したアンモ
   ニア注入モル比と、被処理ガス流量と、負荷変化時のみ
   に付加されるアンモニア先行注入量バイアスとによりア
   ンモニア注入量を定め、これにより注入されたアンモニ
   アと被処理ガスとを脱硝装置内の触媒と接触させて、被
   処理ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置のアンモニア注
   入量制御方法において、ボイラ負荷変化時の被処理ガス
   中のＮＯｘ濃度の急変に対応するために、各部分負荷整
   定時の必要アンモニア流量調節弁開度をあらかじめ設定
   器に入れておき、負荷変化開始時にその設定器にて設定
   された負荷到達時の弁開度まで一気にアンモニア流量調
   節弁を操作して先行的に被処理ガス中にアンモニアを注
   入することを特徴とする脱硝装置のアンモニア注入量制
   御方法。
2. 【請求項２】 脱硝装置入口の被処理ガスの流量とＮＯ
   ｘ濃度から処理すべき総ＮＯｘ量を求める手段と、脱硝
   装置入口および出口の被処理ガス中のＮＯｘ濃度から必
   要アンモニア注入モル比を求める手段と、前記総ＮＯｘ
   量と必要アンモニア注入モル比よりアンモニア注入量設
   定値を求める手段と、負荷指令に基づく負荷変化時のみ
   に付加されるアンモニア先行注入量バイアス値を求める
   手段と、前記アンモニア注入量設定値とアンモニア先行
   注入量バイアス値に基づきアンモニア流量調節弁を制御
   してアンモニアを被処理ガス中に注入する手段とを有す
   る脱硝装置のアンモニア注入量制御装置において、負荷
   指令に基づく負荷変化開始時に、負荷変化到達時の負荷
   に対応する弁開度までアンモニア流量調節弁を急速に操
   作する手段を設けたことを特徴とする脱硝装置のアンモ
   ニア注入量制御装置。
3. 【請求項３】 被処理ガスの総ＮＯｘ量に対して必要な
   アンモニア注入量を設定する第１の手段と、負荷変化時
   のみに付加されるアンモニア注入量バイアスを決定する
   第２の手段と、前記第１および第２の手段により設定お
   よび決定されたアンモニア量をアンモニア流量調節弁に
   より脱硝装置に入る被処理ガス中に注入する手段とを備
   えた脱硝装置のアンモニア注入量制御装置において、負
   荷指令に基づく負荷変化時に負荷の１次微分値によりア
   ンモニアバイアス量を決定し、このバイアスアンモニア
   量を前記第１の手段の設定したアンモニア量に加算する
   手段と、各部分負荷整定時に必要とするアンモニア流量
   を得るための弁開度をあらかじめ設定しておく弁開度設
   定手段と、負荷指令に基づく負荷変化開始時に前記弁開
   度設定手段に基づきアンモニア流量調節弁を負荷変化到
   達時の負荷に対応する開度まで一気に操作する手段とに
   より前記第２の手段を構成したことを特徴とする脱硝装
   置のアンモニア注入量制御装置。