JP2010203265A

JP2010203265A - 脱硝装置

Info

Publication number: JP2010203265A
Application number: JP2009047549A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Nakada; 勝久中田; Noritoshi Ando; 則俊安藤; Yukimaro Murata; 行麿村田
Original assignee: SAMSON CO Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】脱硝装置において出口ＮＯｘ値を目標値に保つ。
【解決手段】排ガス流路２内に還元剤を噴霧する脱硝装置であって、脱硝制御装置７、還元剤噴霧ノズル３、脱硝触媒５、ＮＯｘ値計測装置６をそれぞれ持った脱硝装置において、前記脱硝制御装置７には、出口ＮＯｘ値の目標値、燃焼排ガス発生装置の出力値から還元剤の基本供給量を算出する基本供給量算出式、基本供給量に対する補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２を算出する補正値算出式を入力しておき、基本供給量に補正値算出式で算出した補正値Ｋ１と補正値Ｋ２を加味した還元剤量を排ガス通路内へ噴霧するように制御し、補正値Ｋ１は、前記ＮＯｘ値計測装置６にて計測した出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づいて比例的に補正値を増減するものであり、補正値Ｋ２は比例係数×（出口ＮＯｘ値−目標値）＋前回補正値Ｋ２_−１とする。補正値Ｋ２の更新は、前記補正値Ｋ１の算出周期よりも長い周期で更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンなどの燃焼装置から排出される燃焼排ガスに尿素水などの還元剤を供給し、燃焼排ガス中に含まれているＮＯｘを分解する脱硝装置に関するものである。

コージェネ用エンジンなどの燃焼装置で燃焼を行った際に発生する燃焼排ガスには、ＮＯｘが含まれている。ＮＯｘは光化学スモッグや酸性雨の原因となるものであり、都市部では条例等によって規制が行われている所もある。そのため、ＮＯｘを無害なＮ_２などに分解することが必要であり、尿素水やアンモニア水などの還元剤を供給する還元剤供給装置と還元反応を促進する脱硝触媒からなる脱硝装置を設置することが広く行われている。この脱硝装置は、燃焼排ガス中に還元剤を噴霧しておき、脱硝触媒においてＮＯｘをアンモニアと反応させることで、ＮＯｘを無害なＮ_２とＨ_２０に分解するものである。

脱硝装置による脱硝の場合、還元剤供給量を適正に制御する必要がある。還元剤供給量が少ないと大気中に排出されるＮＯｘ排出量が多くなり、還元剤供給量が多すぎると反応しきれなかったアンモニアが大気中に排出されることになる。そのため、特許第３０５１４４２号に記載されているように、還元剤供給量を適正に制御する手段の検討が行われている。還元剤供給量の基本的な調節は、エンジン負荷率（エンジン出力値）に基づいて行う。エンジンの出力が大きくなれば燃焼排ガスの発生量が増加し、燃焼排ガス中に含まれているＮＯｘ量も増加するため、還元剤供給量はエンジン負荷率の変動に対して比例的に変更する。

また、エンジンが一定の燃焼を継続している場合であっても、気温や湿度が変動することによって、エンジンから排出される燃焼排ガス中のＮＯｘ値が上下する。そのため、エンジンの出力値に対する比例制御のみで還元剤供給を制御していたのでは、還元剤供給量に過不足が生じる。そこで、燃焼排ガス中のＮＯｘ値を検出しておき、ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量を制御するということが考えられた。単純に考えれば、脱硝前（脱硝装置入口部）のＮＯｘ値を検出しておき、入口ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量を制御すれば、適正な制御が行えるはずである。しかし、入口ＮＯｘ値に基づいて所定還元剤供給量を決定しても、脱硝後のＮＯｘ値が所定の値にはならず、ずれが発生することになっていた。また、還元剤供給用ポンプの能力が低下していた場合などでは、想定量の還元剤を供給することができず、出口ＮＯｘ値は上昇する。そのため、出口ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量を操作し、操作の結果として現れる出口ＮＯｘ値を検出してさらに還元剤供給量を操作するフィードバック制御を行う必要がある。

特許第３０５１４４２号記載の発明においては、入口ＮＯｘ値に基づく還元剤供給量の制御と、出口ＮＯｘ値に基づく還元剤供給量の制御が行われている。この場合、入口ＮＯｘ値と出口ＮＯｘ値の両方に基づく制御を行うことで、還元剤供給量が適正になるように調節するものであり、排出ＮＯｘ値を安定して低く抑え、かつアンモニアの排出も抑えることができると記載されている。しかし、入口ＮＯｘ値と出口ＮＯｘ値の両方のＮＯｘ値に基づいて制御を行う場合、ＮＯｘ値計測装置は脱硝装置の入口部分と出口部分の両方に設置することが必要となる。ＮＯｘ値計測装置を２箇所に設置することになると、装置コストは上昇するという欠点があった。

また、出口ＮＯｘ値に基づく比例動作のフィードバック制御の場合、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差が小さくなると、還元剤供給量の変更幅が小さくなることより、出口ＮＯｘ値が安定状態となっても定常偏差が残ることになる。定常偏差を無くす方法として、積分による修正を行う制御（ＰＩＤ制御）があるが、複雑なＰＩＤ制御を行うためには制御装置の計算能力を高めなど、高機能化する必要があり、コストの上昇を招くことになる。

特許３０５１４４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、脱硝装置において簡単な構成でありながら出口ＮＯｘ値を目標値に保つことのできる脱硝装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、ＮＯｘを含んだ燃焼排ガスを流す排ガス流路、排ガス流路内に還元剤を噴霧する還元剤噴霧ノズル、還元剤噴霧ノズルへ還元剤を供給する還元剤供給ユニット、還元剤供給ユニットでの還元剤供給量を制御する脱硝制御装置、還元剤噴霧ノズルより下流の排ガス通路内に設置しておき排ガス中に噴霧した還元剤を反応させることでＮＯｘの分解を行う脱硝触媒、脱硝触媒より下流における出口ＮＯｘ値を計測するＮＯｘ値計測装置をそれぞれ持った脱硝装置において、前記脱硝制御装置には、出口ＮＯｘ値の目標値、エンジンなど燃焼排ガスを発生する装置における出力値から還元剤の基本供給量を算出する基本供給量算出式、基本供給量に対する補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２を算出する補正値算出式を入力しておき、基本供給量算出式にて算出した基本供給量に、補正値算出式で算出した補正値Ｋ１と補正値Ｋ２を加味した還元剤量を排ガス通路内へ噴霧するように制御する脱硝装置であって、補正値Ｋ１は、前記ＮＯｘ値計測装置にて計測した出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づいて比例的に補正値を増減するものであり、補正値Ｋ２は、比例係数×（出口ＮＯｘ値−目標値）＋前回補正値Ｋ２_−１であって、補正値Ｋ２の更新は、前記補正値Ｋ１の算出周期よりも長い周期で更新するように設定したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の脱硝装置において、脱硝運転開始から所定の時間が経過するまでの間は、補正値Ｋ１の値を０、補正値Ｋ２の値は保存しておいた前回値のままとし、補正値Ｋ１の算出は脱硝運転開始から時間Ｔ１後に開始し、補正値Ｋ２の更新は脱硝運転開始から時間Ｔ２後に開始するようにしておき、脱硝運転開始からの時間は、時間Ｔ１＜時間Ｔ２としていることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、前記の脱硝装置において、補正値Ｋ２は、前回の更新から条件時間以上経過しており、かつ出口ＮＯｘ値が安定しているという条件を満たしている場合に更新を行うように設定したことを特徴とする脱硝装置。

本発明を実施することで、高度な計算能力を持った制御装置を使用せずとも、定常偏差をなくして出口ＮＯｘ値を目標値付近へ維持する制御を行うことができる。また、脱硝運転開始直後や出口ＮＯｘ値が安定していない状態では、出口ＮＯｘ値と尿素水供給量はかけ離れた値となり、この状態では補正を行うと却って出口ＮＯｘ値の変動幅が大きくなることがある。脱硝運転を開始してから所定の時間が経過した後であったり、出口ＮＯｘ値が安定しているという条件を満たしている場合に更新を行うようにすることで、出口ＮＯｘ値を目標値に近づける時間を短くすることができる。補正値Ｋ２は、補正値Ｋ１による補正を行った後に残る定常偏差を解消するための補正であるため、補正値Ｋ１の算出開始後に、補正値Ｋ２の更新を開始し、Ｋ２の更新周期はＫ１の算出周期より長くすることで、補正値Ｋ２の算出時に適正な値を算出することができる。

本発明を実施する脱硝装置の概要図尿素水供給量の算出方法を説明する説明図本発明の実施例におけるフローチャート本発明の実施例における尿素水供給量と出口ＮＯｘ値の変化を示したグラフ本発明の実施例における尿素水供給量と出口ＮＯｘ値の変化を示したグラフ

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する脱硝装置の概要図である。図１ではエンジン１で発生する燃焼排ガスに還元剤を供給することでＮＯｘを除去するようにしており、エンジン１に接続した排ガス通路２に脱硝装置本体部を設けている。ＮＯｘを還元する還元剤としてはアンモニアよりも尿素の方が取扱いが容易であるため、実施例では尿素水を使用するものとする。排ガス通路２の途中には燃焼排ガス流の上流側から順に還元剤噴霧ノズル３と脱硝触媒５を設置している。還元剤噴霧ノズル３は、先端を排ガス通路２内に設置し、他端側は尿素水ポンプや尿素水タンクなどからなる還元剤供給ユニット４と接続しており、還元剤供給ユニット４から供給する尿素水を排ガス通路２内へ噴霧するようにしている。還元剤供給ユニットの尿素水ポンプにはパルス式の定量ポンプを使用し、１分間当たりのパルス数を変更することで尿素水供給量を調節することができるようにしている。排ガス通路２の脱硝触媒５より下流側には、燃焼排ガス中のＮＯｘ値を計測するＮＯｘ値計測装置６を設けておき、ＮＯｘ値計測装置６によって脱硝装置の出口側におけるＮＯｘ値（出口ＮＯｘ値）を計測するようにしておく。

還元剤供給ユニット４から供給する尿素水供給量を決定するために脱硝制御装置７を設けておき、脱硝制御装置７はエンジン１及びＮＯｘ値計測装置６とも接続し、エンジン負荷率などの情報（エンジン出力値）と出口ＮＯｘ値の情報から尿素水供給量を決定するようにしておく。脱硝装置は、排出ＮＯｘの規制値が定まっている場合には、規制値よりも少し低い値に設定し、例えば規制値が１００ppmであれば９０ppmを目指すようにする。脱硝制御装置７には、エンジン出力値から定める基本となる尿素水の供給量（基本供給量）を決定する基本供給量算出式と、ＮＯｘ値計測装置６にて計測した出口ＮＯｘ値に基づいて先に算出した基本供給量からの増減を行う補正値を算出する補正値算出式を設定しておく。エンジンの負荷率と燃焼排ガス排出量はほぼ比例の関係があり、燃焼排ガス中のＮＯｘ値が一定の場合には燃焼排ガス量とＮＯｘ量も比例の関係が成立する。また、ＮＯｘ量と尿素水必要量もほぼ比例の関係があることより、エンジン負荷率が増加すれば尿素水必要量も比例的に増加することになる。そのため、大気排出される排ガス中のＮＯｘ値を所定の値に保つためには、エンジン出力値を検出しておき、エンジン出力値の増加に応じてＮＯｘを分解する尿素水を増加するようにすればよい。

しかし、エンジン出力値が同じであっても、季節の変化による気温や湿度の変動などによって燃焼排ガス中のＮＯｘ値は変動する。基本供給量算出式による尿素供給量制御は、ＮＯｘ値が一定であって燃焼排ガス量のみが変化する場合には有効であるが、ＮＯｘ値が変動した場合には尿素水供給量を適正に制御することができない。そのため、エンジン出力値に基づく基本供給量のみの尿素水供給では、供給量に過不足が発生するということになる。尿素水供給量が不足した場合には大気中へ排出されるＮＯｘ量が多くなり、尿素水供給量が過剰となった場合には反応しきれなかったアンモニア成分が大気中へ排出されることになるため、尿素水供給量が適正となるように制御する必要がある。

そこで、ＮＯｘ値計測装置６にて計測した出口ＮＯｘ値に基づいて尿素水供給量を増減する補正を行う。補正値の算出は、ＮＯｘ値計測装置６で計測した出口ＮＯｘ値と、あらかじめ設定しておいた出口ＮＯｘ値の目標値との差から算出する。補正値は基本供給量から１分当たり何パルス分の尿素水を増加又は減少するかを決定するようにしており、基本供給量から補正値分を加算した量の尿素水を供給する。尿素水供給量は、基本供給量＋補正値Ｋ１＋補正値Ｋ２としとおき、補正値Ｋ１＝比例係数×（出口ＮＯｘ値Ｇ−目標値Ｆ）、補正値Ｋ２＝前回補正値Ｋ２_−１＋比例係数×（出口ＮＯｘ値Ｇ−目標値Ｆ）とする。補正値Ｋ１の算出は短周期（例えば１秒ごと）に行い、補正値Ｋ２の算出はＫ１の算出よりも長い周期（例えば２分ごと）に行うようにしておく。

補正量Ｋ１は、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づいて、尿素水供給量を比例的に補正するものである。出口ＮＯｘ値が目標値よりも大きい場合は、尿素供給量が必要量に比べて少ないためにＮＯｘ値が高くなっているということである。この場合、補正値Ｋ１は正の値となり、目標値に対して出口ＮＯｘ値が高くなるほど補正値は大きな値となる。補正値Ｋ１が正の場合、エンジン出力値から求まる基本の尿素水量では不足しているということであるため、補正値算出式で算出した補正値Ｋ１分だけ尿素水供給量を増加する。尿素水供給量を増加すると、ＮＯｘは減少することになるために出口ＮＯｘ値は低下し、出口ＮＯｘ値を目標値に近づけていくことができる。逆に、出口ＮＯｘ値が目標値以下である場合は、尿素供給量が必要量に比べて多いためにＮＯｘ値が低くなっているということである。この場合、補正値Ｋ１は負の値となり、目標値に対して出口ＮＯｘ値が低くなるほど補正値Ｋ１はよりマイナス方向に大きな値となる。補正値Ｋ１が負の場合、エンジン出力値から求まる基本の尿素水量では過剰であるということであるため、補正値算出式で算出した補正値Ｋ１分だけ尿素水供給量を減少する。尿素水供給量を減少すると、ＮＯｘは増加することになるために出口ＮＯｘ値は上昇し、出口ＮＯｘ値を目標値に近づけていくことができる。

補正値Ｋ２は、補正値Ｋ１による調節を行っても発生する定常偏差を無くすためのものである。比例制御によるフィードバック制御の場合、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差が大きければ尿素水供給量を大きく変更することで、出口ＮＯｘ値を目標値に近づけていくことができる。しかし、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差が小さくなるほど、尿素水供給量の変更幅が小さくなっていくため、出口ＮＯｘ値を目標値に一致させることができず、その場合の出口ＮＯｘ値と目標値の偏差である定常偏差が発生する。補正値Ｋ２も出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づいて、尿素水供給量を比例的に補正するものであるが、補正値Ｋ２の場合は前回補正値Ｋ２_−１に現時点の出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づく補正値を加算していく値とする。前回補正値Ｋ２_−１に現時点の出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づく補正値を加算する更新を行うことで、定常偏差を埋めることができる。

なお、補正値算出式の係数とは、尿素水供給量と出口ＮＯｘ値の関係から定められるものである。エンジン１の容量が大きく燃焼排ガスの量が多いものであれば、出口ＮＯｘ値と目標値の差が小さくても、増加する尿素水量は大きくなる。逆に燃焼排ガスの量の少ないものであれば、出口ＮＯｘ値と目標値の差が同じであっても、増加する尿素水量は小さくなる。出口ＮＯｘ値と目標値の差に対して尿素水供給量の補正量を大きくしなければならない場合は係数を大きな値とし、出口ＮＯｘ値と目標値の差に対して尿素水供給量の補正量は小さくなる場合は係数を小さな値とする。

図２は、エンジン出力値（％）から求める基本供給量と、出口ＮＯｘ値から求める補正値Ｋ１・補正値Ｋ２から、尿素水供給量を決定する様子をグラフ化した説明図である。基本供給量算出式は、エンジン出力値に所定の定数を掛けることで基本供給量を算出することができる。例えば、エンジン出力値がＸ％であれば、基本供給量としてＹパルス／分の尿素水を供給するというように設定しておく。尿素水供給量は、基本供給量に補正値Ｋ１と補正値Ｋ２を加えた値であり、Ｙ＋Ｋ１＋Ｋ２分の尿素水を供給する。なお、補正値Ｋ１や補正値Ｋ２はマイナスの値となることもあり、尿素水供給量は基本供給量Ｙより少なくなることもある。

次に、図３に記載している尿素水供給量を決定するフローチャートに沿って説明する。尿素水供給量を決定する場合、まずＳ１にてエンジンの出力値を検出し、Ｓ２にて基本供給量の算出を行う。基本供給量はエンジン出力値と比例の関係にあり、マップ式にエンジン出力値を代入することで算出することができる。Ｓ３において、脱硝装置の運転開始からの時間がＴ１（例：１５分）以上になっているか否かを確認し、Ｔ１以上経過している場合はＳ４、Ｔ１に達していない場合にはＳ９へ移る。Ｓ４に移った場合は、ＮＯｘ値計測装置６による出口ＮＯｘ値の検出を行う。Ｓ５では、補正値Ｋ１＝比例係数×（出口ＮＯｘ値Ｇ−目標値Ｆ）の算出式を用い、出口ＮＯｘと目標値の偏差から補正値Ｋ１を算出する。

Ｓ６では、脱硝運転開始からの時間がＴ２（例：２０分）以上になっているか否かを確認し、Ｔ２以上経過している場合はＳ７、Ｔ２に達していない場合にはＳ１０へ移る。さらにＳ７では、補正値Ｋ２の更新周期となっているか否かを確認し、更新周期の場合にはＳ８、更新周期でない場合はＳ１１へ移る。更新は、前回の更新から条件時間（例：２分）以上経過しており、かつ出口ＮＯｘ値が安定しているという条件を満たしている場合に更新を行う。出口ＮＯｘ値が安定しているとは、例えば直前５分間における出口ＮＯｘ値の最大値と最小値の差が、その間の平均値に対する３０％よりも小さい場合としておく。

Ｓ８では、補正値Ｋ２の値を更新する。補正値Ｋ２は、出口ＮＯｘ値と目標値Ｔの偏差に比例係数を掛けたものと、前回の補正値Ｋ２である前回補正値Ｋ２_−１を加算したものである。前回補正値Ｋ２_−１は、脱硝運転を初めて行う場合であって前回補正値Ｋ２_−１が存在しない場合は、初期値＝０としておき、以前に補正値Ｋ２を算出したことがある場合にはその値を記憶しておいて、その値を呼び出す。そのため補正値Ｋ２を算出した場合は、脱硝装置の電源を停止させた場合でも保持できる手段によって保存しておく。１回目の補正値Ｋ２更新時には、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に係数を掛けたものが補正値Ｋ２となり、２回目の更新時には先ほどのＫ２がＫ２_−１となって、この値に更新時点における出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に係数を掛けたものを加えることでＫ２を算出する。

また、Ｓ３において、脱硝装置の運転開始からの時間がＴ１に達しておらず、Ｓ９に移行した場合は、Ｓ９にて補正値Ｋ１＝０としておき、Ｓ１０へ移行する。Ｓ１０は、Ｓ６において脱硝装置の運転開始からの時間がＴ２に達していなかった場合にも実行され、Ｓ１０では補正値Ｋ２＝前回補正値Ｋ２_−１としておく。この場合、前回補正値Ｋ２_−１（前回の脱硝装置の運転開始時における最終のＫ２値）が存在する場合には、その値を補正値Ｋ２とするが、過去に補正値Ｋ２の算出を行ったことがない場合には、前回補正値Ｋ２＝０となる。

Ｓ１１では、エンジンの出力値から算出した尿素水の基本供給量に、算出しておいた補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２を加えることで尿素水供給量を決定する。Ｓ１１で決定した尿素水量をＳ１２で供給することで、排ガス中に含まれているＮＯｘの削減を行う。なお、脱硝装置を初めて運転する場合、補正値Ｋ１の値は脱硝運転開始からＴ１（１５分間）が経過するまで補正値Ｋ１＝０、補正値Ｋ２もＴ２（２０分）が経過するまでは、補正値Ｋ２＝０となっている。そのため、この場合には脱硝装置の運転開始からＴ１が経過するまでは、尿素水供給量＝基本供給量となる。また、補正値Ｋ２の値は、前回の脱硝装置運転時における補正値Ｋ２の値を保持しておくため、２回目以降の脱硝運転開始時には最初から補正値Ｋ２の加算を行う。ただし、脱硝運転開始からＴ２（２０分間）は補正値Ｋ２の値を更新しないため、その間の補正値Ｋ２は一定となる。なお、補正値Ｋ２の更新は、補正値Ｋ１の算出周期よりも長く設定しており、例えばＫ１の算出は１秒ごとに行うが、Ｋ２の更新は２分ごとに行う。補正値Ｋ２は、補正値Ｋ１による補正を行った後に残る定常偏差を解消するための補正であるため、Ｋ２の更新周期はＫ１の算出周期より長くする。

また、脱硝運転を開始してからＴ１（１５分）が経過するまでは補正値Ｋ１の算出を行わないのは、出口ＮＯｘ値が大きく変動することを防止するためである。脱硝装置の運転開始直後の場合、その時にＮＯｘ値計測装置６で検出している排ガスは脱硝作用が得られていない排ガスであるため、ＮＯｘ値は目標値よりも大幅に高い値となる。この時点で出口ＮＯｘ値による尿素水供給量の補正を開始すると、尿素水供給量は大幅に増加するように制御されるため、尿素水供給ポンプの最大値まで増加することになる。その後、過剰に供給している尿素水による反応が進むと、出口ＮＯｘ値が急激に低下する。この場合、出口ＮＯｘ値の低下は急激であるために出口ＮＯｘ値が目標値よりも大幅に低い値となり、今度は尿素水供給量を大幅に減少することになる。このように尿素水供給量の大幅な変更を繰り返していると、排出される排ガスのＮＯｘは安定しない。一定時間（Ｔ１：１５分間）が経過するまでの間は、出口ＮＯｘ値に基づく尿素水供給量変更を行わずに一定の値を維持しておいた場合、出口ＮＯｘ値を目標値に近づけるように調節することはできないが、目標値から大きく離れることもない値となる。そのため、尿素水供給量の補正を開始しても尿素水供給量が大きく変化することはなく、出口ＮＯｘ値を目標値に近づける時間は短くすることができる。

補正値の算出を時間経過とともに説明する。図４と図５は、出口ＮＯｘ値と尿素水供給量の関係をグラフ化した説明図である。図４と図５では、エンジン発電量、出口ＮＯｘ値、尿素水基本供給量、補正値Ｋ１、補正値Ｋ２の変化を記載している。図４は脱硝装置を初めて運転する場合、図５は脱硝装置の２回目以降の運転時のものである。図４は補正値Ｋ２＝初期値＝０の状態から脱硝装置の運転を開始する場合であり、図５は補正値Ｋ２として前回の運転時に算出したＫ２値を初めから保有している状態で脱硝装置の運転を開始する場合のものである。

まず図４に基づいて説明する。図４のグラフはエンジン（発電機エンジン）の作動開始時から始まっており、エンジンは徐々に作動量を増やし、約６分後に定格発電量となる。脱硝装置の運転は、エンジンの運転開始から１分半ほど遅れて開始している。脱硝装置の運転開始直後の場合、尿素水の供給量は基本供給量のみとなる。基本供給量はエンジンの作動量増加に対して比例的に増加するように設定しているため、尿素水供給量はエンジン作動量に応じて増加していく。補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２による補正を行っていない間の尿素水噴霧量は、基本供給量のみとなり、エンジンの作動量が一定の値を保っている間は基本供給量も一定の値を保つ。そのため、脱硝装置の運転開始から１５分が経過するまでは、尿素水供給量が一定の値を保つ時間が続く。運転開始初期における出口ＮＯｘ値は、脱硝装置の運転開始直後の場合には、脱硝作用が得られていないために非常に高くなっており、一時は４００ppmを越えている。その後、尿素水の供給による脱硝効果が現れ始めると、出口ＮＯｘ値は低下しているが、目標値である１５０ppmに対して１００ppmほど高い２５０ppm程度まで低下した後には横ばいとなっている。これは、基本供給量のみの尿素水供給量では、尿素水が不足しているということを示しており、尿素水供給量を増加する補正を行う必要がある。なお、通常は基本供給量のみで出口ＮＯｘ値が目標値付近となるように基本供給量の値を設定しておき、補正値Ｋ１と補正値Ｋ２は微調整を行うためのものである。しかし、その場合には補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２の値が小さくなって図示しにくいため、本実施例では、基本供給量を通常よりも少なく設定し、補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２の作用が図面で明確に把握できるようにしている。

脱硝装置の運転開始からＴ１（１５分）が経過すると、補正値Ｋ１による補正が始まる。補正値Ｋ１は、その時点における出口ＮＯｘ値と目標値の偏差を検出し、偏差を無くすように尿素水供給量を補正するものである。そのため、出口ＮＯｘ値が目標値よりも高い場合には、尿素水供給量を増加する方向の補正が行われる。補正値Ｋ１の補正が開始されると、尿素水供給量は基本供給量に補正値Ｋ１を増加した量となる。補正値Ｋ１による補正開始時点では、出口ＮＯｘ値が目標値よりも大幅に大きな値となっているため、補正値Ｋ１は比較的大きな値となっている。補正値Ｋ１による補正で尿素水供給量が大きく増加すると、尿素水によるＮＯｘの分解量が多くなるために、出口ＮＯｘ値は低下し出口ＮＯｘ値と目標値の偏差は小さくなっていく。補正値Ｋ１は、出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に比例するものであり、偏差が小さくなると補正値Ｋ１の値も小さくなる。そのため、補正値Ｋ１による補正を開始した直後には、出口ＮＯｘ値は低下させることができていたが、２１０〜２３０ppm程度まで低下した以降は低下が止まっている。

その後、脱硝装置の運転開始からＴ２（２０分）が経過すると、補正値Ｋ２による補正が始まる。補正値Ｋ２は、前回の補正値Ｋ２をＫ２_−１とし、Ｋ２_−１に現時点での出口ＮＯｘ値と目標値の偏差から算出した値を加えたものである。図４は脱硝装置を初めて運転する場合の場合のものであるため、補正値Ｋ２の算出開始時点では前回補正値Ｋ２_−１は存在しないため、初回のＫ２_−１値は０となり、初回のＫ２値は出口ＮＯｘ値と目標値の偏差から定まる値のみとなる。補正値Ｋ２は２分ごとに更新するようにしており、２分間は一定の値を維持する。初回の補正値Ｋ２算出より２分が経過すると、補正値Ｋ２の値を更新する。この場合、補正値Ｋ２は、前回補正値Ｋ２_−１（上記で算出した補正値Ｋ２）に現時点での出口ＮＯｘ値と目標値の偏差から定まる値を加えたものとなる。Ｋ２_−１と、現時点での出口ＮＯｘ値と目標値の偏差から定まる値は、いずれも正の値となるため、補正値Ｋ２の値はそれまでよりも大きな値となる。補正値Ｋ１の値は、出口ＮＯｘ値が目標値に近づくほど小さな値となっていくが、補正値Ｋ２の値が増加していくことより、尿素水供給量は増加する。尿素水供給量が増加することで出口ＮＯｘ値は目標値に近づいていく。脱硝装置の運転開始から３０分を少し越えたあたりにおいて、出口ＮＯｘ値は目標値付近に到達しており、その後は目標値付近を維持することができている。補正値Ｋ１のみの補正では、定常偏差が発生するという問題があった。しかし、補正値Ｋ２による補正を付け加えることにより、定常偏差を無くすことができる。

次に図５に基づいて説明する。図５は脱硝装置の２回目の運転時のものである。図５の場合も図４と同様にエンジンの作動開始時から始まっており、エンジンは徐々に作動量を増やし、約５分後に定格発電量となる。脱硝装置の運転は、エンジンの運転開始から１分ほど遅れて開始している。脱硝装置の２回目以降の運転時には、運転開始時点でＫ２_−１（前回の補正値Ｋ２）の値が保存されているため、尿素水の供給量は基本供給量に補正値Ｋ２を加算した値となる。脱硝装置の運転開始直後の場合、脱硝作用が得られるまでの間は出口ＮＯｘは目標値に比べて大きな値であって不安定となる。しかし、エンジンの運転開始から７分が経過したころには、出口ＮＯｘ値が目標値付近まで低下している。エンジンの出力量が一定となっている間は、基本供給量も一定となり、脱硝装置の運転開始からＴ２（２０分）が経過するまでは補正値Ｋ２の更新を行わないことより、補正値Ｋ２も一定となっている。そのため、５分頃より１５分頃の間における尿素水供給量は一定となっている。図５では出口ＮＯｘ値が安定している状態において、目標値の１５０ppmを下回っているため、補正値Ｋ１の値はマイナスとなる。そのため、補正値Ｋ１による補正を開始後には、尿素水供給量が少しではあるが減少している。

１エンジン
２排ガス通路
３還元剤噴霧ノズル
４還元剤供給ユニット
５脱硝触媒
６ＮＯｘ値計測装置
７脱硝制御装置

Claims

ＮＯｘを含んだ燃焼排ガスを流す排ガス流路、排ガス流路内に還元剤を噴霧する還元剤噴霧ノズル、還元剤噴霧ノズルへ還元剤を供給する還元剤供給ユニット、還元剤供給ユニットでの還元剤供給量を制御する脱硝制御装置、還元剤噴霧ノズルより下流の排ガス通路内に設置しておき排ガス中に噴霧した還元剤を反応させることでＮＯｘの分解を行う脱硝触媒、脱硝触媒より下流における出口ＮＯｘ値を計測するＮＯｘ値計測装置をそれぞれ持った脱硝装置において、前記脱硝制御装置には、出口ＮＯｘ値の目標値、エンジンなど燃焼排ガスを発生する装置における出力値から還元剤の基本供給量を算出する基本供給量算出式、基本供給量に対する補正値Ｋ１及び補正値Ｋ２を算出する補正値算出式を入力しておき、基本供給量算出式にて算出した基本供給量に、補正値算出式で算出した補正値Ｋ１と補正値Ｋ２を加味した還元剤量を排ガス通路内へ噴霧するように制御する脱硝装置であって、補正値Ｋ１は、前記ＮＯｘ値計測装置にて計測した出口ＮＯｘ値と目標値の偏差に基づいて比例的に補正値を増減する、補正値Ｋ２は、比例係数×（出口ＮＯｘ値−目標値）＋前回補正値Ｋ２_−１であって、補正値Ｋ２の更新は、前記補正値Ｋ１の算出周期よりも長い周期で更新するように設定したことを特徴とする脱硝装置。
請求項１に記載の脱硝装置において、脱硝運転開始から所定の時間が経過するまでの間は、補正値Ｋ１の値を０、補正値Ｋ２の値は保存しておいた前回値のままとし、補正値Ｋ１の算出は脱硝運転開始から時間Ｔ１後に開始し、補正値Ｋ２の更新は脱硝運転開始から時間Ｔ２後に開始するようにしておき、脱硝運転開始からの時間は、時間Ｔ１＜時間Ｔ２としていることを特徴とする脱硝装置。
請求項１又は２に記載の脱硝装置において、補正値Ｋ２は、前回の更新から条件時間以上経過しており、かつ出口ＮＯｘ値が安定しているという条件を満たしている場合に更新を行うように設定したことを特徴とする脱硝装置。