JP2000246054A

JP2000246054A - 脱硝装置のアンモニア注入量制御方法

Info

Publication number: JP2000246054A
Application number: JP11055724A
Authority: JP
Inventors: Hideki Saito; 英樹斎藤; Toshihide Miyake; 寿英三宅; Hideki Shiozaki; 秀喜塩崎; Nobuo Matsumoto; 信夫松本; Tetsushi Hayashi; 哲史林; Hiroyuki Kuno; 碩亨久野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】脱硝入口アンモニア濃度設定値を補正し、適
正なアンモニア注入量を確保できる脱硝装置のアンモニ
ア注入量制御方法を提供する。【解決手段】脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出口ＮＯｘ濃
度および脱硝出口アンモニア濃度から求まる脱硝入口ア
ンモニア濃度推定値と、脱硝入口アンモニア濃度設定値
との関係式：ｙ＝ａｘ＋ｂを求め、このａ、ｂを用いて
脱硝入口アンモニア濃度補正値を計算し、この補正値を
用いてアンモニア注入量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
出口に設けられて排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置
において、還元剤であるアンモニアを先行注入するに際
し、アンモニア注入量の適正値を確保するための制御方
法に関し、特に、脱硝入口アンモニア濃度を適正に求め
るための補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンから排出されるＮＯｘ量
は、起動・停止の過程や負荷変動によって過渡的に大き
く変動するものであり、他方、脱硝装置は、脱硝・吸着
反応という化学反応特有の非線形性・動特性をもってい
る。また、ＮＯｘ量を計測するＮＯｘ濃度分析計は、検
出遅れ・サンプリングによるむだ時間を有している。そ
のため、脱硝出口ＮＯｘ濃度計測値のフィードバックに
よる制御は技術的に困難である。

【０００３】したがって、従来の脱硝装置のアンモニア
注入量制御方法としては、ガスタービン出口の予測ＮＯ
ｘ流量と脱硝出口の目標ＮＯｘ流量とから計算される脱
硝率に基づいて、予め設定されたアンモニアモル比（ア
ンモニア量／ＮＯｘ流量）をテーブルから取り出し、ア
ンモニアモル比と予測ＮＯｘ流量（＝ＮＯｘ濃度×排ガ
ス流量）との積により必要なアンモニア注入量を求め、
その信号を負荷変化信号などで補正するフィードフォワ
ード制御を行っていた。また、脱硝・吸着反応動特性の
逆モデルによるアンモニア注入量制御技術も考案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の脱硝装置の
アンモニア注入量制御方法は、アンモニア注入量計算値
分だけアンモニアを注入して排ガスと混合し、脱硝触媒
表面で還元反応させるものであるが、この方法では、排
ガス流量計測値が不確かさを含んでいることや、注入さ
れたアンモニアが脱硝触媒に到着するまでに微量燃焼す
ることなどが原因で、脱硝触媒表面上でのアンモニア吸
着量が不足し、制御結果に悪影響を及ぼすという問題が
あった。

【０００５】この発明の目的は、脱硝入口アンモニア濃
度設定値を補正し、適正なアンモニア注入量を確保でき
る脱硝装置のアンモニア注入量制御方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明による脱硝装置
のアンモニア注入量制御方法は、脱硝装置のアンモニア
注入量制御方法において、脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出
口ＮＯｘ濃度および脱硝出口アンモニア濃度から求まる
脱硝入口アンモニア濃度推定値と、脱硝入口アンモニア
濃度設定値との関係式を求め、この関係式を用いて脱硝
入口アンモニア濃度補正値を計算し、この補正値を用い
てアンモニア注入量を求めることを特徴とするものであ
る。

【０００７】脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出口ＮＯｘ濃度
および脱硝出口アンモニア濃度は、それぞれの濃度分析
計により計測される。脱硝入口アンモニア濃度設定値に
代えて、アンモニア流量と排ガス流量との比で求められ
るアンモニア濃度計算値を用いてもよく、関係式として
は、１次式：ｙ＝ａｘ＋ｂを用いることが好ましい。

【０００８】この発明の脱硝装置のアンモニア注入量制
御方法によると、脱硝入口アンモニア濃度設定値は、求
められた関係式に基づいて補正され、これにより、排ガ
ス流量計測値が不確かさを含んでいることや、注入され
たアンモニアが脱硝触媒に到着するまでに微量燃焼する
ことなどにより生じる誤差分が小さくなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。

【００１０】図１は、この発明のアンモニア注入量制御
方法が使用される脱硝プロセスのフローを示している。
同図において、圧縮機(2) および燃焼器(3) によって駆
動されるガスタービン(1) の出口に、排熱回収ボイラ用
排ガス脱硝装置(4) が設けられている。この排ガス脱硝
装置(4) においては、ガスタービン(1) の排ガス中に含
まれるＮＯｘとアンモニア注入グリッド(5) から注入さ
れたアンモニアとが、脱硝触媒(6) の存在下で反応して
窒素と水とになって煙突(7) から排出されるとともに、
これらに未反応のＮＯｘとアンモニアとが随伴する。脱
硝装置(4) 入口および出口には、それぞれＮＯｘ濃度分
析計(8)(9)が設けられている。また、脱硝装置(4) 出口
には、アンモニア濃度分析計(10)が設けられている。ア
ンモニアは、制御装置によりコントロールされており、
アンモニア発生装置(11)で得られたものが流量調整弁(1
2)などによりその流量を制御されて混合器(13)に至り、
ここで流量調整弁(14)およびファン(15)を介して導入さ
れた希釈用空気と混合されて、アンモニア注入グリッド
(5) に送られている。

【００１１】上記のプロセスでは、脱硝入口ＮＯｘ濃度
および脱硝出口ＮＯｘ濃度は、それぞれＮＯｘ濃度分析
計(8)(9)によって計測でき、脱硝出口アンモニア濃度も
アンモニア濃度分析計(10)によって計測することができ
る。ＮＯｘとアンモニアとはモル比１：１で反応すると
考えられるので、次の計算により定常状態（負荷変動の
ないとき）における脱硝入口アンモニア濃度推定値を求
めることができる。

【００１２】脱硝入口アンモニア濃度推定値＝脱硝入口ＮＯｘ濃度−脱硝出口ＮＯｘ濃度＋脱硝出口アンモニア濃度…（１）ここで、（脱硝入口ＮＯｘ濃度−脱硝出口ＮＯｘ濃度）
は、消費されたアンモニア量に相当しており、脱硝入口
アンモニア濃度推定値は、実際に脱硝触媒上に到達した
と考えられるアンモニア濃度を表している。

【００１３】式（１）に示した脱硝入口アンモニア濃度
推定値を、さまざまな脱硝入口アンモニア濃度設定値お
よび計算値に対する静特性試験での計測によって求めれ
ば、脱硝入口アンモニア濃度推定値＝ａ×脱硝入口アン
モニア濃度設定値＋ｂ…（２）という関係式が得られ
る。

【００１４】したがって、脱硝入口アンモニア濃度補正
値＝（１／ａ）×（脱硝入口アンモニア濃度設定値−
ｂ）…（３）という式から、脱硝入口アンモニア濃度補
正値を得ることができる。

【００１５】よって、式（３）から得られる補正信号を
用いてアンモニア注入量を求めれば、適正なアンモニア
注入量を得ることができる。すなわち、図２に示すよう
に、アンモニア注入量ＦＦ制御部から出された脱硝入口
アンモニア濃度設定値Ｓは、脱硝入口アンモニア濃度補
正部において、演算：（Ｓ−ｂ）／ａを施され、この値
が脱硝入口アンモニア濃度補正値としてアンモニア制御
装置に送られ、アンモニア制御装置においてこの脱硝入
口アンモニア濃度補正値とガスタービン出口排ガス流量
とからアンモニア流量設定値（アンモニア注入量）が求
められる。こうして求められたアンモニア流量設定値
は、排ガス流量計測値に含まれる不確かさやアンモニア
の燃焼などの誤差が補正されており、適正な量のアンモ
ニアが脱硝装置に供給される。

【００１６】図３は、脱硝入口アンモニア濃度補正の具
体例を示している。同図に示すグラフは、脱硝入口アン
モニア濃度設定値を０，１０，２０，３０，４０（ｐｐ
ｍ）と変更し、このときの脱硝入口アンモニア濃度推定
値（ｐｐｍ）を式（１）から求めて、両者の相関式ｙ＝
ａｘ＋ｂを求めているものである。このグラフから、脱
硝入口アンモニア濃度推定値は、脱硝入口アンモニア濃
度設定値よりも若干低い値を示しており、例えば、脱硝
入口アンモニア濃度設定値３０ｐｐｍのときには、同図
に破線と矢印で示すように、２９ｐｐｍ程度となってい
る。そこで、脱硝入口アンモニア濃度推定値の軸の３０
ｐｐｍの点を脱硝入口アンモニア濃度設定値と置き換え
て、これを破線と矢印で示すように相関式上にプロット
し、これに対応する脱硝入口アンモニア濃度設定値の軸
の値を脱硝入口アンモニア濃度補正値とすれば、脱硝入
口アンモニア濃度の適正な補正値が得られることにな
る。

【００１７】図４は、脱硝触媒上での実際のアンモニア
濃度が設定値よりも１０％低くなってしまっている場合
を仮定して、アンモニア注入量を補正した場合と補正し
ない場合に関し、アンモニア注入量フィードフォワード
制御を用いた脱硝プロセスシミュレーション結果を示し
ている。同図より、補正を行うことにより、より適正な
アンモニア注入量が得られていることが分かる。

【００１８】図５は、アンモニア注入量を補正した場合
と補正しない場合に関して、脱硝出口ＮＯｘ濃度とその
設定値との比較を行っている。同図より明らかなよう
に、アンモニア注入量を補正した場合のほうが脱硝出口
ＮＯｘ濃度とその設定値との偏差が小さくなっており、
本発明によってアンモニア注入量が補正され、より精度
の良い制御が行われていることがわかる。

【００１９】

【発明の効果】この発明の脱硝装置のアンモニア注入量
制御方法によると、排ガス流量計測値が不確かさを含ん
でいたり、注入されたアンモニアが脱硝触媒に到着する
までに微量燃焼してしまうことによって不足するアンモ
ニア注入量を補正することが可能となり、より精度の良
い制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるアンモニア注入量制御方法が使
用される脱硝プロセスを示すフロー図である。

【図２】この発明によるアンモニア注入量制御方法にお
ける脱硝入口アンモニア濃度補正装置を示すブロック図
である。

【図３】脱硝入口アンモニア濃度補正方法の１計算例を
示すグラフである。

【図４】脱硝プロセスシミュレーションの１計算例を示
すグラフである。

【図５】脱硝出口ＮＯｘ濃度とその設定値との比較の１
計算例を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩崎秀喜大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内 (72)発明者松本信夫大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内 (72)発明者林哲史大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内 (72)発明者久野碩亨大阪市住之江区南港北１丁目７番89号日立造船株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA12 AC10 BA06 CA01 DA07 GA02 GA05 GB01 GB02 GB06 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脱硝装置のアンモニア注入量制御方法に
おいて、脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出口ＮＯｘ濃度およ
び脱硝出口アンモニア濃度から求まる脱硝入口アンモニ
ア濃度推定値と、脱硝入口アンモニア濃度設定値との関
係式を求め、この関係式を用いて脱硝入口アンモニア濃
度補正値を計算し、この補正値を用いてアンモニア注入
量を求め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。
【請求項２】脱硝入口アンモニア濃度設定値に代え
て、アンモニア流量と排ガス流量との比で求められるア
ンモニア濃度計算値を用いることを特徴とする請求項１
記載の脱硝装置のアンモニア注入量制御方法。
【請求項３】関係式として、１次式：ｙ＝ａｘ＋ｂを
用いることを特徴とする請求項１または２記載の脱硝装
置のアンモニア注入量制御方法。