JP2005211750A - 触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より安価にかつ小さい変動幅で出口ＮＯｘ濃度を一定に制御できる触媒脱硝装置のＮＨ₃ 注入制御方法を提供する。
【解決手段】(1) 廃棄物焼却炉から発生する排ガス中のＮＯｘをＮＨ₃ 接触還元法により除去する触媒脱硝装置のＮＨ₃ 注入制御方法において、予め触媒脱硝装置入口に注入するＮＨ₃ 量の上限値、中間値、下限値と、該触媒脱硝装置出口のＮＯｘ濃度とを設定し、該触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の実測値が前記出口ＮＯｘ濃度設定値を超えた場合、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記上限値と中間値の間のＮＨ₃ 量を、また前記出口ＮＯｘ濃度設定値より小さい場合、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記中間値と下限値の間のＮＨ₃ 量を、前記触媒脱硝装置の入口に瞬時にパルス的に注入し、前記触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を一定に保つＮＨ₃ 注入制御方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物焼却炉で発生した排ガスに含まれるＮＯｘを除去するための触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法に関するものである。

図３は、従来のボイラ排ガス用触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法による出口ＮＯｘ濃度を一定に制御するための制御系統図である。
図３において、まず排ガス流量信号９と触媒脱硝装置入口のＮＯｘ濃度計からの入口ＮＯｘ濃度信号１０に基づいて排ガス中のＮＯｘ総量１３が算出され、また入口ＮＯｘ濃度信号１０と出口ＮＯｘ濃度設定値２に基づいて脱硝率が算出され、この値はモル比に変換される。次にＮＯｘ総量１３とモル比から算出されたアンモニア注入量の信号に、出口ＮＯｘ濃度設定値２と実際に測定された触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度信号１との偏差値に基づいて算出されたフィードバック信号が加えられてアンモニア流量要求値１４が算出される。さらに該アンモニア流量要求値１４とアンモニア流量信号１２との偏差からアンモニア流量調節弁６の開度が算出され、該開度信号に基づいたアンモニア流量調節弁６の作動によりアンモニア注入量が制御される。

しかし、上記方法で触媒脱硝装置に注入するアンモニア注入量を制御する場合には、出口ＮＯｘ濃度計のほかに排ガス流量検出手段や入口ＮＯｘ濃度計の設置が必要であり、運用費用が増大するという問題があった。
また、廃棄物焼却炉から排出されるＮＯｘ濃度は、焼却炉への廃棄物の投入量（燃焼温度、燃焼滞留時間、相対的な酸素濃度等）の不均一性や、炉内の付着灰のどさ落ち等の理由により、ボイラから排出されるＮＯｘ濃度に比べてその変動が大きいという特性があるため、触媒脱硝装置を設置して出口ＮＯｘ濃度を一定に制御する場合、入口ＮＯｘ濃度の変動が大きいことから出口ＮＯｘ濃度を一定に制御することが難しいという問題があった。

一方、特許文献１には排ガス流量検出手段および入口ＮＯｘ濃度計を用いずに、出口ＮＯｘ濃度計の設置だけで出口ＮＯｘ濃度を一定に維持する制御方法が提案されている。この制御方法の制御系統図を図４に示した。図４において、まず偏差演算器３により出口ＮＯｘ濃度信号１と出口ＮＯｘ濃度設定値２の偏差値が算出される。次に比例積分演算器４により該偏差値に基づいて適正なアンモニア量を注入するためのアンモニア注入量調節弁６の開度が算出され、さらに上限、下限設定器５により、あらかじめ設定されたアンモニア注入量の上限値と下限値の範囲となるようにアンモニア注入量が調整され、調整された信号が最終的にアンモニア注入量調節弁６に入力される。アンモニア注入量調節弁６の開度の制御は、アンモニア注入量の上限値と下限値の範囲で瞬時にパルス的に変動するように行われる。
しかし、この制御方法では、アンモニア注入量が上限値から下限値の間で調整され、調整幅が大きいために応答性が低くなり、出口ＮＯｘ濃度の変動が大きくなってしまうという欠点があった。
特開２００２−２８４４９号公報

本発明の課題は、上記従来技術の問題を解決し、排ガス流量検出手段や入口ＮＯｘ濃度計を用いることなく、より安価にかつ小さい変動幅で出口ＮＯｘ濃度を一定に制御することができる触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法を提供することにある。

本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）廃棄物焼却炉から発生する排ガス中のＮＯｘをアンモニア接触還元法により除去する触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法において、あらかじめ触媒脱硝装置入口に注入するアンモニア量の上限値、中間値および下限値と、該触媒脱硝装置出口のＮＯｘ濃度とを設定し、該触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の実測値が前記出口ＮＯｘ濃度設定値を超えた場合には、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記上限値と中間値の間のアンモニア量を、また該実測値が前記出口ＮＯｘ濃度設定値より小さい場合には、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記中間値と下限値の間のアンモニア量を、前記触媒脱硝装置の入口に瞬時にパルス的に注入し、これにより前記触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を一定に保つことを特徴とする触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。

（２）廃棄物焼却炉から発生する排ガス中のＮＯｘをアンモニア接触還元法により除去する触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法において、あらかじめ触媒脱硝装置入口に注入するアンモニア量の上限値、中間値および下限値と、該触媒脱硝装置出口のＮＯｘ濃度設定値として上限設定値および下限設定値とを設定し、該触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の実測値が前記上限設定値と下限設定値の間にある場合には前記中間値のアンモニア量を、また該実測値が前記上限設定値を超えた場合には前記上限値のアンモニア量を、さらに該実測値が前記下限設定値より小さい場合には前記下限値のアンモニア量を、前記触媒脱硝装置の入口に瞬時にパルス的に注入し、これにより前記触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を一定に保つことを特徴とする触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。

（３）前記アンモニア量の中間値は、計画入口ＮＯｘ濃度、計画水分濃度、計画モル比および計画排ガス量から求められた、アンモニア注入量の予想される必要量であることを特徴とする（１）または（２）に記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
（４）前記アンモニア量の上限値は、前記中間値の１〜２倍であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
（５）前記アンモニア量の下限値は、前記中間値の０〜１倍であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
（６）前記出口ＮＯｘ濃度の上限設定値を、計画出口ＮＯｘ濃度の１００〜２００％とすることを特徴とする（２）〜（５）のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
（７）前記出口ＮＯｘ濃度の下限設定値を、計画出口ＮＯｘ濃度の０〜１００％とすることを特徴とする（２）〜（６）のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。

本発明によれば、排ガス流量検出手段および入口ＮＯｘ計を用いることなく、触媒脱硝装置に注入するアンモニア注入量を上限値と中間値の間または中間値と下限値の間で制御ができるため、より安価にアンモニア注入制御ができ、かつ出口ＮＯｘの変動を小さくすることができる。

以下、本発明を図面により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すアンモニア注入制御方法の制御系統図である。この制御方法でも基本的には出口ＮＯｘ濃度信号１と出口ＮＯｘ濃度の設定値２の偏差からアンモニア注入量調節弁６の開度が調節される。
図１において、まず、実測された触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度信号１と、予め設定された出口ＮＯｘ濃度設定値２が、偏差演算器３に入力され、出口ＮＯｘ濃度の実測値と該設定値２の偏差値が算出され、さらに比例積分演算器４に入力されて該偏差値に基づいた適正なアンモニア量が算出され、該アンモニア量の信号が切換器１７に入力される。

一方、警報設定器１５には予め出口ＮＯｘ濃度の上限設定値（Ｈ）と下限設定値（Ｌ）が入力されており、この信号が、偏差演算器３および比例積分演算器４を経て切換器１７に導かれる。また出口ＮＯｘ濃度設定値２が関数演算器１６に入力され、該設定値２の出口ＮＯｘ濃度とするために予想されるアンモニア必要量（中間値）が算出され、その信号が切換器１７に入力される。
該切換器１７では、出口ＮＯｘ濃度信号１が、出口ＮＯｘ濃度の上限設定値（Ｈ）よりも高い場合または下限設定値（Ｌ）よりも低い場合は、ＸからＹへの制御経路が選定され、その信号が上限、下限設定器５に入力される。該上限、下限設定器５では、出口ＮＯｘ濃度の実測値が上限設置値を超えた場合には上限値のアンモニア量を選定し、また実測値が下限設定値より低い場合には下限値のアンモニア量を選定して該信号をアンモニア注入量調節弁１６に導く。

また、出口ＮＯｘ濃度信号１が、出口ＮＯｘ濃度の設定値（Ｈ）と設定値（Ｌ）の間にある場合は、該切換器１７により、ＺからＹの制御経路が選定され、関数演算器１６により出口ＮＯｘ濃度設定値２に基づいて算出されたアンモニア必要量（中間値）の信号がアンモニア注入量調節弁１６に導かれる。
アンモニア注入量調節弁１６では、これらの信号に基づいて調整弁の開度が制御され、必要なアンモニア量が触媒脱硝装置の入口に注入される。
上記制御方法では予め入力する出口ＮＯｘ濃度を上限設定値（Ｈ）と下限設定値（Ｌ）の２段設定としたが、該設定値を１段設定とし、該出口ＮＯｘ濃度設定値を境として実測値が該設定値を超えた場合にはアンモニア注入量を中間値から上限値の間で調整し、該設定値より小さい場合には中間値から下限値の間でアンモニアの注入量を制御するようにしてもよい。

このような制御により、アンモニア注入量は上限値から中間値への移行または中間値から下限値への移行で、調整弁６の開度が調整されて瞬時にパルス的に変化するように注入されるため、出口ＮＯｘ濃度変化に迅速に対応することが可能となり、出口ＮＯｘ濃度の変動幅を小さくすることができる。
本発明において、アンモニア注入量の中間値は、排ガスの脱硝に予想される必要なアンモニア量であって、計画入口ＮＯｘ濃度、計画水分濃度、計画モル比および計画排ガス量から求められる量とするのが好ましい。またアンモニア注入量の上限値は中間値の１〜２倍とし、下限値は中間値の０〜１倍（１倍以下）とするのが好ましい。さらに出口ＮＯｘ濃度の上限設定値は計画出口ＮＯｘ濃度の１００〜２００％とし、出口ＮＯｘ濃度の下限設定値は計画出口ＮＯｘ濃度の０〜１００％（１００％以下）とするのが好ましい。

本発明の効果を確認するために以下に示す排ガス計画条件およびアンモニア注入制御条件により図１の制御系統図に基づいて制御試験を行った。
排ガス計画条件
排ガス種類 ：都市ごみ焼却炉バグフィルタ出口排ガス
計画排ガス量 ：約１２０ｍ³ ／ｈ(normal,wet)
計画入口ＮＯｘ濃度：２００ｐｐｍ（Ｏ₂ ：１２％）
計画モル比 ：０．９５
計画Ｈ₂ Ｏ濃度 ：３０％
計画出口ＮＯｘ濃度：１５ｐｐｍ（Ｏ₂ ：１２％）

触媒仕様
触媒種類 ：都市ごみ用板状触媒
計画ＡＶ値：４ｍ／ｈ( ＡＶ値＝排ガス量÷触媒表面積)
アンモニア注入制御装置仕様
仕様 ：マスフローコントローラー
アンモニア注入量レンジ：0 〜１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ
出口ＮＯｘ濃度設定値（＝計画出口ＮＯｘ濃度）：１５ｐｐｍ
警報設定器
出口ＮＯｘ濃度上限設定値（Ｈ）：１７ ppm（計画出口ＮＯｘ濃度の１１３％）
出口ＮＯｘ濃度下限設定値（Ｌ）：１３ ppm（計画出口ＮＯｘ濃度の８３％）
関数演算器
アンモニア流量の中間値（＝アンモニア注入量の予想される必要量）
＝計画排ガス量×計画入口ＮＯｘ濃度×（１−計画水分濃度）×計画モル比
＝１２０×２００／１０⁶ ×（１−０．３０）×０．９５÷６０×１０⁶
＝２６６ｃｍ³ ／ｍｉｎ

上限、下限設定器
アンモニア流量の下限値：１３０ｃｍ³ ／ｍｉｎ
（アンモニア注入量の予想される必要量の約０．５倍）
アンモニア流量の上限値：４００ｃｍ³ ／ｍｉｎ
（アンモニア注入量の予想される必要量の約１．５倍）
比例積分演算器
比例設定範囲：１〜５００
積分設定範囲：１〜６０００
比例設定値 ：１
積分設定値 ：１

試験結果のトレンドグラフを図２に示す。なお、図２には入口ＮＯｘ濃度と排ガス量の測定結果を示しているが、これらの測定値は制御信号としては取り入れられておらず、出口ＮＯｘ濃度の信号のみが取り入れられている。
図２から、外部からの入力信号として、入口ＮＯｘ濃度および排ガス量の信号を取り入れることなく、アンモニア注入量の上限値と中間値の間および中間値と下限値の間でアンモニア注入量を瞬時に（パルス的に）変化させることにより、出口ＮＯｘ濃度をほぼ一定に制御できていることがわかる。

また試験時間中（１１：３０〜１５：３０）に、インドフェノール吸光光度法によりリークアンモニアを４回測定し、それぞれ０．１ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ未満、０．１ｐｐｍ未満（測定限界：０．１ｐｐｍ以下）の結果を得た。さらに試験期間中（１１：３０〜１５：３０）の出口ＮＯｘの変動係数（試験期間中に１分に１回データを採取）は８．１％であった。
各項目の平均値を下記に示す。
排ガス量平均値 ：１２０ｍ³ ／ｈ(normal,wet)
入口ＮＯｘ平均値 ：１７５ｐｐｍ
出口ＮＯｘ平均値 ：１５．３ｐｐｍ
リークアンモニア平均値：０．１ｐｐｍ未満
出口ＮＯｘ変動係数 ：８．１％

（比較例１）
比較例として従来技術の結果を確認するために、図３に示す制御系統図に基づいて以下の試験を行なった。
排ガス計画条件
排ガス種類 ：都市ごみ焼却炉バグフィルタ出口排ガス
計画排ガス量 ：約１４０ｍ³ Ｎ／ｈ
計画入口ＮＯｘ濃度：２００ｐｐｍ（Ｏ₂ ：１２％）
計画モル比 ：０．９６５
計画Ｈ₂ Ｏ濃度 ：３０％
出口ＮＯｘ設定値 ：１２ｐｐｍ（Ｏ₂ ：１２％）
触媒
触媒種類 ：都市ごみ用板状触媒
計画ＡＶ値：４ｍ／ｈ (ＡＶ値＝排ガス量÷触媒表面積)
アンモニア注入制御装置
仕様 ：マスフローコントローラー
アンモニア注入量レンジ：0 〜１０００ｃｍ³ ／ｍｉｎ

アンモニア注入量の予想される必要量
＝計画排ガス量×計画入口ＮＯｘ濃度×（１−計画水分濃度）×計画モル比
＝１４０×２００／１０⁶ ×（１−０．３０）×０．９６５÷６０×１０⁶
＝３１５ｃｍ³ ／ｍｉｎ
アンモニア流量下限値：１５０ｃｍ³ ／ｍｉｎ
（アンモニア注入量の予想される必要量の約０．５倍）
アンモニア流量上限値：６００ｃｍ³ ／ｍｉｎ
（アンモニア注入量の予想される必要量の約２．０倍）
比例積分演算器
比例設定範囲：１〜５００
積分設定範囲：１〜６０００
比例設定値 ：１
積分設定値 ：１

試験結果について各項目の平均値を以下に示す。また試験期間中の出口ＮＯｘの変動係数（試験期間中に１分に１回データを採取）は２５％であり、本発明と比べて出口ＮＯｘの変動が大きいことがわかる。
排ガス量平均値 ：１３６ｍ³ Ｎ／ｈ
入口ＮＯｘ平均値 ：１８６ｐｐｍ
出口ＮＯｘ平均値 ：１２．３ｐｍ
リークアンモニア平均値 ：０．５ｐｐｍ
出口ＮＯｘ変動係数 ：２５％

本発明の制御方法によれば、廃棄物焼却炉で発生した排ガスに含まれるＮＯｘを触媒脱硝装置により除去する際に、より安価にかつ小さい変動幅で出口ＮＯｘ濃度を一定に制御することができる。

本発明のアンモニア注入制御方法の一例を示す制御系統図。 本発明のアンモニア注入制御方法による試験結果を示す図。 従来のアンモニア注入制御装置の制御系統図。 従来の他のアンモニア注入制御装置の制御系統図。

符号の説明

１…出口ＮＯｘ濃度信号、２…出口ＮＯｘ濃度設定値、３…偏差演算器、４…比例積分演算器、５…上限、下限設定器、６…アンモニア注入量調節弁、１５…警報設定器、１６…関数演算器、１７…切換器。

Claims (7)

1. 廃棄物焼却炉から発生する排ガス中のＮＯｘをアンモニア接触還元法により除去する触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法において、あらかじめ触媒脱硝装置入口に注入するアンモニア量の上限値、中間値および下限値と、該触媒脱硝装置出口のＮＯｘ濃度とを設定し、該触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の実測値が前記出口ＮＯｘ濃度設定値を超えた場合には、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記上限値と中間値の間のアンモニア量を、また該実測値が前記出口ＮＯｘ濃度設定値より小さい場合には、これらの値の偏差値から算出された範囲で、かつ前記中間値と下限値の間のアンモニア量を、前記触媒脱硝装置の入口に瞬時にパルス的に注入し、これにより前記触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を一定に保つことを特徴とする触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
2. 廃棄物焼却炉から発生する排ガス中のＮＯｘをアンモニア接触還元法により除去する触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法において、あらかじめ触媒脱硝装置入口に注入するアンモニア量の上限値、中間値および下限値と、該触媒脱硝装置出口のＮＯｘ濃度設定値として上限設定値および下限設定値とを設定し、該触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の実測値が前記上限設定値と下限設定値の間にある場合には前記中間値のアンモニア量を、また該実測値が前記上限設定値を超えた場合には前記上限値のアンモニア量を、さらに該実測値が前記下限設定値より小さい場合には前記下限値のアンモニア量を、前記触媒脱硝装置の入口に瞬時にパルス的に注入し、これにより前記触媒脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を一定に保つことを特徴とする触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
3. 前記アンモニア量の中間値は、計画入口ＮＯｘ濃度、計画水分濃度、計画モル比および計画排ガス量から求められた、アンモニア注入量の予想される必要量であることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
4. 前記アンモニア量の上限値は、前記中間値の１〜２倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
5. 前記アンモニア量の下限値は、前記中間値の０〜１倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
6. 前記出口ＮＯｘ濃度の上限設定値を、計画出口ＮＯｘ濃度の１００〜２００％とすることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
7. 前記出口ＮＯｘ濃度の下限設定値を、計画出口ＮＯｘ濃度の０〜１００％とすることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の触媒脱硝装置のアンモニア注入制御方法。
   

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