JP2003065037A - 脱硝装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼機器の吸気温度の変化に拘わらず、
所定の脱硝性能を維持するとともに、還元剤の漏れを防
止することである。 【解決手段】 燃焼機器１の吸気温度に応じて、還元剤
の投入量を調整するようにした脱硝装置の制御方法であ
る。さらに、燃焼機器１の吸気温度および運転状況に応
じて、還元剤の投入量を調整するようにした脱硝装置の
制御方法である。

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、脱硝装置の制御
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンやボイラなどのような燃焼部を
備えた機器（以下、「燃焼機器」と云う）からの排ガス
の低ＮＯｘ化対策として、脱硝装置が用いられている。
この脱硝装置は、還元剤投入ノズルによって還元剤とし
ての尿素水を排ガス中へ投入するように構成されてい
る。そして、尿素水を排ガス中へ投入することにより、
排ガスの熱を利用して尿素水からアンモニアを発生さ
せ、このアンモニアの還元反応によってＮＯｘを窒素と
水とに分解している。

【０００３】ところで、前記脱硝装置において、還元剤
の投入量は、前記燃焼機器における燃焼量に応じて設定
されている。すなわち、尿素水の投入量は、前記燃焼機
器の燃焼量に応じたＮＯｘの発生量と、前記燃焼機器か
ら排出されるＮＯｘの許容量とに応じて決定されてい
る。

【０００４】しかし、前記脱硝装置において、気温の変
化などにより、前記燃焼部へ供給される燃焼用空気の温
度，すなわち吸気温度が変化すると、前記燃焼部におけ
るＮＯｘの発生量が変化するため、尿素水の投入量に過
不足が生じる。このように吸気温度の変化により、尿素
水の投入量に過不足が生じると、所定の脱硝性能を維持
することができなかったり、またアンモニアの漏れが発
生したりする。すなわち、尿素水の投入量が不足する
と、前記燃焼機器からの排ガス中のＮＯｘを充分に低減
することができなくなり、逆に尿素水の投入量が過剰に
なると、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアがそのまま
流出してしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、燃焼機器の吸気温度の変化に拘わらず、
所定の脱硝性能を維持するとともに、還元剤の漏れを防
止することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、燃焼機器の吸気温度に応じて、還元剤の投入量を調
整することを特徴としている。

【０００７】さらに、請求項２に記載の発明は、燃焼機
器の吸気温度および運転状況に応じて、還元剤の投入量
を調整することを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明する。この発明は、脱硝装置，とくにエンジ
ンやボイラなどのように燃焼部を備えた機器（以下、
「燃焼機器」と云う）における脱硝装置において好適に
実施することができる。

【０００９】まず、この発明を実施する脱硝装置につい
て説明する。前記脱硝装置は、前記燃焼機器の排ガス通
路に設けられた還元剤投入ノズルを備えている。また、
前記脱硝装置は、前記排ガス通路における前記還元剤投
入ノズルの下流側に脱硝触媒を備えた構成を含んでい
る。ここで、還元剤としては、たとえば尿素水が用いら
れる。また、還元剤としては、尿素水のほか、加熱によ
ってアンモニアを発生するような化合物があり、たとえ
ばシアヌル酸，メラミン，ビウレットなどを用いること
ができる。さらに、還元剤としては、アンモニアそのも
のを水溶液の状態またはガスの状態で用いることができ
る。以下の説明においては、還元剤として尿素水を用い
た場合を例としている。

【００１０】前記脱硝装置は、前記燃焼機器から前記排
ガス通路内へ排ガスが流入しているとき、前記還元剤投
入ノズルから排ガス中へ尿素水を投入する。そして、排
ガスの熱を利用して、尿素水からアンモニアを発生さ
せ、このアンモニアと排ガス中のＮＯｘとを反応させ
る。すると、アンモニアの還元作用により、ＮＯｘは無
害な窒素と水に分解される。

【００１１】つぎに、この発明の第一の制御方法につい
て説明する。この第一の制御方法は、前記燃焼機器の吸
気温度に応じて還元剤の投入量を調整する制御方法であ
る。したがって、前記脱硝装置は、前記燃焼機器の吸気
温度の検出手段（以下、「温度検出手段」と云う）を備
えている。また、前記脱硝装置は、前記還元剤投入ノズ
ルによる還元剤，すなわち尿素水の投入量を調整するこ
とができるように構成されている。

【００１２】そして、この第一の制御方法においては、
前記温度検出手段によって吸気温度を検出し、この検出
結果に応じて、前記還元剤投入ノズルによる尿素水の投
入量を調整する。この尿素水の投入量の調整は、吸気温
度の変化に応じてＮＯｘの発生量が変化すると云う関係
に基づき、前記燃焼機器で発生したＮＯｘが前記燃焼機
器から排出されるＮＯｘの許容量以下となるように行わ
れる。

【００１３】前記のように、吸気温度の変化に応じて、
尿素水の投入量を調整することにより、吸気温度の変化
に拘わらず、ＮＯｘの発生量に対応した適切な量の尿素
水を投入することができる。すると、ＮＯｘの発生量に
対する尿素水の投入量が不足するのを防止することがで
きるため、前記燃焼機器からの排ガス中のＮＯｘを許容
量以下に低減することができる。また、ＮＯｘの発生量
に対して尿素水の投入量が過剰となるのを防止すること
ができるため、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアがそ
のまま流出してしまうのを防止することができる。

【００１４】したがって、この第一の制御方法による
と、吸気温度の変化に拘わらず、所定の脱硝性能を維持
することができ、また還元剤の漏れを防止することがで
きる。

【００１５】つぎに、この発明の第二の制御方法につい
て説明する。この第二の制御方法は、前記燃焼機器の吸
気温度および運転状況に応じて還元剤の投入量を調整す
る制御方法である。したがって、前記脱硝装置は、前記
温度検出手段に加えて、前記燃焼機器の運転状況の検出
手段（以下、「運転状況検出手段」と云う）を備えてい
る。また、前記脱硝装置は、前記と同様、前記還元剤投
入ノズルによる尿素水の投入量を調整することができる
ように構成されている。

【００１６】ここで、前記運転状況検出手段について説
明する。前記燃焼機器の運転状況の検出は、前記燃焼機
器の燃焼量，燃料供給量，排ガス発生量などを検出する
ことによって行うことができる。また、運転状況の検出
は、前記燃焼機器がエンジンの場合、エンジンの出力を
検出することによって行うことができ、また前記燃焼機
器がボイラの場合、蒸発量を検出することによって行う
ことができる。ここで、前記燃焼機器が発電機駆動用の
エンジンの場合、運転状況の検出は、前記発電機の発電
電力を検出することによって行うことができる。したが
って、前記運転状況検出手段としては、燃焼量，燃料供
給量，排ガス発生量，エンジンの出力，蒸発量，電力な
どの検出手段を用いることができる。また、前記燃焼機
器から運転状況の情報を得るように構成することによ
り、前記燃焼機器自体を前記運転状況検出手段として用
いることができる。

【００１７】そして、この第二の制御方法においては、
前記温度検出手段によって吸気温度を検出するととも
に、前記運転状況検出手段によって運転状況を検出し、
これらの検出結果に応じて、前記還元剤投入ノズルによ
る尿素水の投入量を調整する。この尿素水の投入量の調
整は、吸気温度の変化に応じてＮＯｘの発生量が変化す
ると云う関係および運転状況の変化に応じてＮＯｘの発
生量が変化すると云う関係に基づき、前記燃焼機器で発
生したＮＯｘが前記燃焼機器から排出されるＮＯｘの許
容量以下となるように行われる。

【００１８】前記のように、前記燃焼機器の吸気温度の
変化および運転状況の変化に応じて、還元剤の投入量を
調整すると、前記燃焼機器の吸気温度の変化や運転状況
の変化に拘わらず、ＮＯｘの発生量に対応した適切な量
の還元剤を投入することができる。すると、前記燃焼機
器の吸気温度の変化や運転状況の変化によって、ＮＯｘ
の発生量に対する尿素水の投入量に過不足が生じるのを
防止することができる。そのため、前記燃焼機器からの
排ガス中のＮＯｘを許容量以下に低減することができ、
またＮＯｘと反応しなかったアンモニアがそのまま流出
するのを防止することができる。

【００１９】したがって、この第二の制御方法による
と、前記燃焼機器の吸気温度および運転状況の変化に拘
わらず、所定の脱硝性能を維持することができ、またア
ンモニアの漏れを防止することができる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明を実施する脱硝
装置の一例を概略的に示す説明図である。ここで、この
発明を実施する脱硝装置は、エンジンにおける脱硝装置
である。

【００２１】図１において、エンジン１は、燃焼部（図
示省略）へ燃焼用空気を供給するための吸気通路２と、
前記燃焼部で発生した排ガスを排出するための排ガス通
路３とを備えている。また、前記エンジン１には、発電
機４が設けられている。この発電機４は、前記エンジン
１によって駆動され、発電を行うようになっている。前
記排ガス通路３には、排ガスボイラ５が設けられてい
る。この排ガスボイラ５は、前記エンジン１からの排ガ
スを熱源として、蒸気または温水を発生するようになっ
ている。

【００２２】前記エンジン１の脱硝装置６は、前記排ガ
ス通路３内へ還元剤を投入するための還元剤投入ノズル
７と、還元剤によるＮＯｘの還元反応を促進するための
脱硝触媒８とを備えている。前記還元剤投入ノズル７
は、前記排ガス通路３における前記排ガスボイラ５の上
流側に設けられている。また、前記還元剤投入ノズル７
には、還元剤供給ライン９が接続されている。この還元
剤供給ライン９には、還元剤の投入量の調整手段１０が
設けられている。この調整手段１０は、ポンプ，制御弁
（ともに図示省略）などから構成されている。そして、
前記脱硝装置６は、前記エンジン１の作動時、前記還元
剤投入ノズル７へ還元剤としての尿素水を供給するよう
に構成されている。前記脱硝触媒８は、前記排ガス通路
３内において、前記排ガスボイラ５の下流側に設けられ
ている。

【００２３】つぎに、前記脱硝装置６の作動について説
明する。前記脱硝装置６は、前記エンジン１が作動を始
め、前記排ガス通路３内へ排ガスが流入しているとき、
前記還元剤供給ライン９から前記還元剤投入ノズル７へ
尿素水を供給する。すると、前記還元剤投入ノズル７か
ら前記排ガス通路３内へ尿素水が投入される。前記排ガ
ス通路３内へ投入された尿素水は、排ガスによって加熱
され、アンモニアとなる。このアンモニアは、前記排ガ
ス通路３内において、排ガスと混合される。そして、ア
ンモニアが混合された排ガスが前記脱硝触媒８を通過す
る際、アンモニアによるＮＯｘの還元反応が前記脱硝触
媒８によって促進される。そのため、排ガス中のＮＯｘ
は、窒素と水とに速やかに分解される。そして、前記脱
硝装置６は、前記エンジン１が作動を停止したとき、前
記還元剤供給ライン９から前記還元剤投入ノズル７への
尿素水の供給を停止することにより、前記排ガス通路３
内への尿素水の投入を停止する。

【００２４】さて、つぎに前記脱硝装置６の第一の制御
方法について説明する。この第一の制御方法は、前記エ
ンジン１の吸気温度に応じて尿素水の投入量を調整する
制御方法である。まず、この第一の制御方法を実施する
ための制御構成について説明すると、前記吸気通路２に
は、前記エンジン１の吸気温度を検出するための温度検
出手段１１が設けられている。この温度検出手段１１
は、回線１２を介して、制御器１３に接続されている。
この制御器１３には、回線１２を介して、前記調整手段
１０が接続されている。前記制御器１３には、予め実験
や計算によって求めた吸気温度と尿素水の投入量との関
係を計算式またはデータとして記憶させてある。そし
て、前記制御器１３は、前記エンジン１の吸気温度の検
出結果に基づき、前記制御器１３に記憶させてある計算
式またはデータを参照することによって、前記調整手段
１０を制御するように構成されている。そして、前記調
整手段１０の制御により、前記還元剤投入ノズル７から
前記排ガス通路３への尿素水の投入量が調整されるよう
になっている。

【００２５】ここで、吸気温度と尿素水の投入量との関
係について説明する。まず、前記エンジン１において
は、吸気温度とＮＯｘの発生量との間に所定の関係が成
り立っている。すなわち、吸気温度が上昇すると、ＮＯ
ｘの発生量が増加し、逆に吸気温度が低下すると、ＮＯ
ｘの発生量が減少すると云う関係である。つぎに、尿素
水の投入量は、前記エンジン１におけるＮＯｘの発生量
と前記エンジン１から前記排ガス通路３を介して外部へ
排出されるＮＯｘの許容量（以下、「ＮＯｘ許容量」と
云う）とに応じて決定されるから、ＮＯｘの発生量と尿
素水の投入量との間に所定の関係が成り立つ。したがっ
て、吸気温度と尿素水の投入量との間には、所定の関係
が成り立ち、この関係は、前記のように、実験や計算に
よって求めることができる。

【００２６】つぎに、この第一の制御方法について、前
記制御器１３の制御内容とともに説明する。この第一の
制御方法は、前記エンジン１が作動し、前記還元剤投入
ノズル７から前記排ガス通路３内へ尿素水が投入されて
いるときに行われる。この状態において、前記制御器１
３は、前記温度検出手段１１によって吸気温度を検出
し、この検出結果に応じて、前記調整手段１０を制御す
ることにより、尿素水の投入量を調整する。このとき、
尿素水の投入量は、吸気温度に応じてつぎのように調整
する。

【００２７】まず、吸気温度が上昇した場合、前記制御
器１３は、吸気温度の検出結果に応じて、尿素水の投入
量を増加させる。すると、吸気温度の上昇によるＮＯｘ
の発生量の増加に応じた量の尿素水が投入されるため、
前記排ガス通路３から外部へ排出される排ガス中のＮＯ
ｘを前記ＮＯｘ許容量以下に低減することができる。つ
ぎに、吸気温度が低下した場合には、吸気温度の低下に
応じて、前記還元剤投入ノズル７からの尿素水の投入量
を減少させる。すると、吸気温度の低下によるＮＯｘの
発生量の減少に応じた量の尿素水が投入されるため、ア
ンモニアがＮＯｘと反応しないまま流出してしまうのを
防止することができる。

【００２８】以上のように、前記エンジン１の吸気温度
の変化に応じて、尿素水の投入量を調整すると、吸気温
度の変化に拘わらず、適切な量の尿素水を投入すること
ができる。したがって、この第一の制御方法によると、
吸気温度の変化に拘わらず、所定の脱硝性能を維持する
ことができ、またアンモニアの漏れを防止することがで
きる。

【００２９】つぎに、前記脱硝装置６の第二の制御方法
について説明する。この第二の制御方法は、前記エンジ
ン１の吸気温度および運転状況に応じて尿素水の投入量
を調整する制御方法である。この第二の制御方法を実施
するための制御構成について説明すると、まず前記脱硝
装置６には、前記第一の制御方法を実施するための制御
構成に加え、前記エンジン１の運転状況として前記エン
ジン１の出力を検出するための手段を備えている。前記
脱硝装置６においては、この運転状況検出手段として、
前記発電機４を利用している。すなわち、前記発電機４
を回線１２を介して前記制御器１３に接続し、前記発電
機４の発電電力を監視することにより、前記エンジン１
の出力（以下、「エンジン出力」と云う）を検出するよ
うに構成されている。

【００３０】つぎに、前記制御器１３には、予め実験や
計算に基づいて求めた吸気温度およびエンジン出力と尿
素水の投入量との関係を計算式またはデータとして記憶
させてある。そして、前記制御器１３は、前記エンジン
１の吸気温度の検出結果およびエンジン出力の検出結果
に基づき、前記制御器１３に記憶させてある計算式また
はデータを参照することによって、前記調整手段１０を
制御するように構成されている。そして、前記調整手段
１０の制御により、前記還元剤投入ノズル７から前記排
ガス通路３への尿素水の投入量が調整されるようになっ
ている。

【００３１】ここで、吸気温度およびエンジン出力と尿
素水の投入量との関係について説明する。まず、前記エ
ンジン１においては、前記のように、吸気温度とＮＯｘ
の発生量との間に所定の関係が成り立っている。つぎ
に、前記エンジン１においては、エンジン出力とＮＯｘ
の発生量との間に所定の関係が成り立っている。すなわ
ち、エンジン出力が増加すると、ＮＯｘの発生量が増加
し、逆にエンジン出力が減少すると、ＮＯｘの発生量が
減少すると云う関係である。つぎに、尿素水の投入量
は、前記エンジン１におけるＮＯｘの発生量と前記ＮＯ
ｘ許容量とに応じて決定されるから、ＮＯｘの発生量と
尿素水の投入量との間に所定の関係が成り立つ。したが
って、吸気温度およびエンジン出力と尿素水の投入量と
の間には、所定の関係が成り立ち、この関係は、前記の
ように、実験や計算によって求めることができる。

【００３２】つぎに、この第二の制御方法について、前
記制御器１３の制御内容とともに説明する。この第二の
制御方法も、前記第一の制御方法と同様、前記エンジン
１が作動し、前記還元剤投入ノズル７から前記排ガス通
路３内へ尿素水が投入されているときに行われる。この
状態において、前記制御器１３は、前記温度検出手段１
１によって吸気温度を検出するとともに、前記発電機４
の発電電力に基づいて、エンジン出力を検出し、これら
の検出結果に応じて前記調整手段１０を制御することに
より、尿素水の投入量を調整する。このとき、尿素水の
投入量は、つぎのように調整する。

【００３３】まず、エンジン出力に変化がなく、吸気温
度が変化した場合には、前記第一の制御方法と同様、前
記制御器１３は、吸気温度の検出結果に応じて、前記調
整手段１０を制御し、吸気温度の変化に応じた適切な量
の尿素水を投入する。すると、前記のように、前記排ガ
ス通路３から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘを前記
ＮＯｘ許容量以下に低減することができ、またＮＯｘと
反応しなかったアンモニアがそのまま流出するのを防止
することができる。

【００３４】つぎに、吸気温度が所定温度となっている
とき、エンジン出力が変化した場合は、このときの吸気
温度におけるエンジン出力に対応するように、尿素水の
投入量を調整する。すなわち、まずエンジン出力が増加
した場合、前記制御器１３は、エンジン出力の検出結果
に応じて、前記調整手段１０を制御し、尿素水の投入量
を増加させる。すると、エンジン出力が増加によるＮＯ
ｘの発生量の増加に応じた量の尿素水が投入されるた
め、前記排ガス通路３から外部へ排出される排ガス中の
ＮＯｘを前記ＮＯｘ許容量以下に低減することができ
る。つぎに、エンジン出力が減少した場合には、前記調
整手段１０の制御により、エンジン出力の減少に応じ
て、尿素水の投入量を減少させる。すると、エンジン出
力の減少によるＮＯｘの発生量の減少に応じた量の尿素
水が投入されるため、アンモニアがＮＯｘと反応しない
まま流出してしまうのを防止することができる。

【００３５】さらに、エンジン出力が変化した後、吸気
温度が変化した場合には、この変化後のエンジン出力と
吸気温度の変化に応じて、尿素水の投入量を調整する。
すると、尿素水の投入量に過不足が生じるのを防止する
ことができるため、前記排ガス通路３から外部へ排出さ
れる排ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ許容量以下に低減す
ることができ、またＮＯｘと反応しなかったアンモニア
がそのまま流出するのを防止することができる。

【００３６】以上のように、前記エンジン１の吸気温度
の変化や運転状況の変化に応じて、尿素水の投入量を調
整すると、前記エンジン１の吸気温度の変化や運転状況
の変化に拘わらず、適切な量の尿素水を投入することが
できる。したがって、第二の制御方法によると、前記エ
ンジン１の吸気温度や運転状況が変化しても、所定の脱
硝性能を維持することができ、またアンモニアの漏れを
防止することができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃焼機
器の吸気温度が変化しても、適切な量の還元剤を投入す
ることができるため、所定の脱硝性能を維持することが
でき、また還元剤の漏れを確実に防止することができ
る。

【００３８】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
燃焼機器の吸気温度および運転状況が変化しても、適切
な量の還元剤を投入することができるため、所定の脱硝
性能を維持することができ、また還元剤の漏れを確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する脱硝装置の一例の概略構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン（燃焼機器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AB15 BA07 BA14 CA17 EA03 EA14 4D002 AA12 AC01 AC10 BA06 CA01 CA11 DA57 EA06 GA02 GA03 GB03 GB06 4D048 AA06 AB02 AC04 DA01 DA02 DA06 DA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼機器１の吸気温度に応じて、還元剤
   の投入量を調整することを特徴とする脱硝装置の制御方
   法。
2. 【請求項２】 燃焼機器１の吸気温度および運転状況に
   応じて、還元剤の投入量を調整することを特徴とする脱
   硝装置の制御方法。