JP2010203266A

JP2010203266A - 脱硝装置

Info

Publication number: JP2010203266A
Application number: JP2009047550A
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
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP5190396B2

Abstract

【課題】脱硝装置を複数台設置した場合において、装置コストを低減する。
【解決手段】複数系統の排ガス流路にそれぞれ脱硝装置１０ａ・１０ｂを設け、各排ガス通路２ａ・２ｂにおける脱硝装置より下流部分にサンプル管８ａ・８ｂを接続し、サンプル管の他端は共通のＮＯｘ値計測装置６と接続して各排ガス通路における出口ＮＯｘ値を検出するようにしておき、各排ガス通路に設けている脱硝装置１０ａ・１０ｂでは、ＮＯｘ値計測装置６が出口ＮＯｘ値を計測している側では、計測出口ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量を調節し、ＮＯｘ値計測装置６が排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測していない側では、前回の計測時に保存しておいた前回最終値に基づいて還元剤供給量の調節を行い、出口ＮＯｘ値計測の切替えは、前回の切替えから切替え条件時間以上経過、かつ出口ＮＯｘ値が安定しているという条件を満たした場合に行う。
【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濃度が上下する。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。

そのため、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を検出しておき、ＮＯｘ濃度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濃度を検出しておき、入口ＮＯｘ濃度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濃度に基づいて所定還元剤供給量を決定しても、脱硝後のＮＯｘ濃度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濃度は上昇する。そのため、出口ＮＯｘ濃度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濃度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濃度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、エンジンを複数台設置しているシステムであれば、排ガス通路はエンジンと同数必要であり、脱硝装置もエンジンと同じ台数が必要となる。装置台数が増えれば装置コストも増えるのは仕方のないことではあるが、脱硝装置の装置台数が増加した場合であってもできる限り装置コストを低減したいとの要望があった。

特許３０５１４４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、脱硝装置を複数台設置した場合において、構成の効率化によって部品数を削減し、装置コストを低減することにある。

請求項１に記載の発明は、エンジンなど燃焼排ガスを発生する装置を複数台設置しており、複数系統の排ガス流路にそれぞれ脱硝装置を設けて燃焼排ガス中のＮＯｘを分解している複数設置脱硝装置であって、各排ガス通路における脱硝装置より下流部分にサンプル管の一端を接続し、サンプル管の他端は共通のＮＯｘ値計測装置と接続しており、ＮＯｘ値計測装置によって各排ガス通路における出口ＮＯｘ値をそれぞれ検出することができるようにしておき、各排ガス通路に設けている脱硝装置では、ＮＯｘ値計測装置が該当排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測している場合には、計測している出口ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量の調節を行い、ＮＯｘ値計測装置が該当排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測していない場合には、ＮＯｘ値計測装置によって当該排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測していた時における出口ＮＯｘ値を前回最終値として保存しておき、前回最終値に基づいて還元剤供給量の調節を行っており、出口ＮＯｘ値の計測を行う排ガス通路の切替えは、前回の切替えから切替え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た場合に、ＮＯｘ値の計測を行う排ガス通路の切替えを行うようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の複数設置脱硝装置において、出口ＮＯｘ値が安定しているとは、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の最大値と最小値の差が安定判定用振幅未満、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の平均値が安定判定用目標範囲内、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値に基づいて算出する還元剤供給量補正値が安定判定用補正値内のいずれか、または複数の条件を満たしている場合であることを特徴とする。

本発明を実施した場合、ＮＯｘ値計測装置を共用することになるので、ＮＯｘ値計測装置の必要数は、脱硝装置の設置数よりも少なくなる。そのため、ＮＯｘ値計測装置の設置数を少なくすることができ、装置コストを低減することができる。また切替えの条件として、出口ＮＯｘ値が安定しているという要件を入れていることにより、出口ＮＯｘ値が変動している時期に出口ＮＯｘ値の計測を停止し、その後の出口ＮＯｘ値変動に対応させて還元剤供給量を調節することができなくなることにより、還元剤供給量に過不足が発生することになるいうことを防止できる。さらに、切替えの条件として、前回の切替えから切替え条件時間以上経過している場合としておくことにより、装置の過剰な切替えによって切替え装置の消耗が速まり、装置の寿命が短くなるということを防ぐことができる。

本発明を実施する脱硝装置のフロー図尿素水供給量算出の状況の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有効性を確認するために計測した出口ＮＯｘ値を示しているグラフ他の実施例における脱硝装置のフロー図

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フロー図、図２はエンジン出力値（％）と出口ＮＯｘ値に基づく補正値から求める還元剤供給量をグラフ化した説明図、図３は本発明の実施例におけるフローチャート、図４は本発明の有効性を確認するために計測した出口ＮＯｘ値を示しているグラフ、図５は他の実施例における脱硝装置のフロー図である。

図１は、二台のエンジン１ａ１ｂから排出する燃焼排ガスに含まれているＮＯｘを除去する脱硝装置のフローを示している。２つの系統はａｂを付けて区別することとし、それぞれａ系統、ｂ系統と名付けておく。図１ではエンジン１を二台設置しているため、排ガス通路２として２ａと２ｂを設けており、還元剤噴霧ノズル３や還元剤供給ユニット４も２系統ずつとなっている。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。

ａ系統の場合、エンジン１ａで発生する燃焼排ガスは、エンジン１ａに接続している排ガス通路２ａを通して排出する。排ガス通路２ａ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３ａと脱硝触媒５ａを設置している。還元剤噴霧ノズル３ａは、先端を排ガス通路２ａ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４ａと接続しており、還元剤供給ユニット４ａから供給する尿素水を排ガス通路２ａ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する。還元剤噴霧ノズル３ａ・還元剤供給ユニット４ａ・脱硝触媒５ａからなるａ系統の脱硝装置１０を脱硝装置１０ａとしておく。

排ガス通路２ａの脱硝触媒５ａより下流側には、排ガス通路２ａから排ガスを抜き取るサンプル管８ａを接続しており、サンプル管８ａは燃焼排ガス中のＮＯｘ値を計測するＮＯｘ値計測装置６とも接続しておく。サンプル管８ａの途中にはサンプル弁９ａを設けておき、サンプル弁９ａを開くことで、排ガス通路２ａを通して排気されている燃焼排ガスの一部を抽出してＮＯｘ値計測装置６へ送り、ＮＯｘ値計測装置６によって排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値を計測するようにしておく。

ｂ系統の場合も構成はａ系統と同じであり、エンジン１ｂで発生する燃焼排ガスは、エンジン１ｂに接続している排ガス通路２ｂを通して排出する。排ガス通路２ｂ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３ｂと脱硝触媒５ｂを設置している。還元剤噴霧ノズル３ｂは、先端を排ガス通路２ｂ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４ｂと接続しており、還元剤供給ユニット４ｂから供給する尿素水を排ガス通路２ｂ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する。還元剤噴霧ノズル３ｂ・還元剤供給ユニット４ｂ・脱硝触媒５ｂからなるｂ系統の脱硝装置１０を脱硝装置１０ｂとしておく。

排ガス通路２ｂの脱硝触媒５ｂより下流側には、排ガス通路２ｂから排ガスを抜き取るサンプル管８ｂを接続しており、サンプル管８ｂは燃焼排ガス中のＮＯｘ値を計測するＮＯｘ値計測装置６とも接続しておく。サンプル管８ｂの途中にはサンプル弁９ｂを設けておき、サンプル弁９ｂを開くことで、排ガス通路２ｂを通して排気されている燃焼排ガスの一部を抽出してＮＯｘ値計測装置６へ送り、ＮＯｘ値計測装置６によって排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値を計測するようにしておく。

脱硝装置１０ａ及び脱硝装置１０ｂの作動制御は、脱硝制御装置７にて行う。脱硝制御装置７は、エンジン１ａ・エンジン１ｂ・還元剤供給ユニット４ａ・還元剤供給ユニット４ｂ・サンプル弁９ａ・サンプル弁９ｂ及びＮＯｘ値計測装置６と接続している。脱硝制御装置７は、エンジン１ａ及びエンジン１ｂからエンジン負荷率などの情報（エンジン出力値）を取り込むとともに、ＮＯｘ値計測装置６にて計測したＮＯｘ値を取り込んでいる。

脱硝制御装置７では、エンジン負荷率（エンジン出力値）から算出する尿素水の基本供給量と、出口ＮＯｘ値に基づき先に算出する基本供給量からの増減を行う尿素水供給量の補正値を決定し、尿素水供給量の調節を行う。脱硝制御装置７には、尿素水の基本供給量を算出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値に基づいて補正値を算出する補正値算出式を設定しておく。また、脱硝制御装置７では、サンプル弁９ａ及びサンプル弁９ｂの開閉制御も行うようにしておく。

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濃度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濃度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。

図２は、エンジン出力値（％）から求まる基本供給量と、出口ＮＯｘ値から求まる補正値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。

補正値は、補正量＝係数×（出口ＮＯｘ値−目標値）の算出式にて求めることができる。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値が目標値よりも高くなっているということである。この場合、補正値は正の値となり、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。補正値が正の場合、基本供給量に補正値算出式で算出した補正値を加算することで尿素水供給量は増加するため、出口ＮＯｘ値は目標値へ向けて低下していくことになる。逆に出口ＮＯｘ値が目標値よりも小さい場合は、尿素供給量が必要量に比べて多いためにＮＯｘ値が目標値よりも低くなっているということである。この場合、補正値は負の値となり、目標値に対して出口ＮＯｘ値が低くなるほど補正値はマイナス方向に大きな値となる。補正値が負の場合、基本供給量に補正値算出式で算出した補正値を加算することで尿素水供給量は減少するため、出口ＮＯｘ値は目標値へ向けて増加していくことになる。

なお、補正値算出式の係数とは、尿素水供給量と出口ＮＯｘ値の関係から定まるものである。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より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。この係数は脱硝装置ごとに異なる。

例えば、補正量＝係数×（出口ＮＯｘ値−目標値）の式に出口ＮＯｘ値を代入すると、補正値＝＋Ｚの値が得られていたとする。図２に記載しているように、エンジン出力値（Ｘ％）から定まる基本供給量がＹパルス／分、出口ＮＯｘ値に基づく補正値が＋Ｚパルス／分である場合、尿素水供給量は、エンジン出力値から求める基本供給量Ｙに出口ＮＯｘ値から求める補正値Ｚを加えた値であるため、Ｙ＋Ｚパルス／分となる。これは、現時点では出口ＮＯｘ値が目標値よりも高くなっているために補正値が＋となっているということであり、尿素水供給量を増加することで出口ＮＯｘ値を減少させることで、出口ＮＯｘ値を目標値に近づけていくことになる。

次に、図３に記載している尿素水供給量の補正量を決定するフローチャートに沿って説明する。補正量は出口ＮＯｘ値に基づいて算出するが、排ガス通路２はａ系統とｂ系統の２系統あって、ＮＯｘ値計測装置６は一つであるため、ＮＯｘ値計測装置６は２系統を交互に計測する。まずａ系統の脱硝装置１０ａでの尿素水供給制御を、排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御で行う。この場合、ステップＳ１において、サンプル弁９ａを開き、サンプル弁９ｂは閉じる操作を行っておく。サンプル弁９ａを開き、サンプル弁９ｂは閉じると、ＮＯｘ値計測装置６へは排ガス通路２ａを流れている燃焼排ガスのみを抽出して送ることになるため、ステップＳ２で計測しているＮＯｘ値は排ガス通路２ａのものとなる。次のステップＳ３において、尿素水供給量の補正値を算出する。直前のステップＳ２では排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値を検出しているため、脱硝装置１０ａに対する補正値は、検出した出口ＮＯｘ値を補正値算出式に代入することで求める。この時、ＮＯｘ値計測装置６による出口ＮＯｘ値の計測値をそのまま使用して補正値を算出したのでは、ノイズのような異常値発生時に影響を強く受けることになるため、所定時間における出口ＮＯｘ値の平均値を算出しておき、脱硝制御装置７では平均値を出口ＮＯｘ値とする。ＮＯｘ値計測装置６によるＮＯｘ値の検出は１秒ごとなどの短時間間隔で行うが、脱硝制御装置７で扱うＮＯｘ値とは５分間における移動平均値とするなど比較的長い時間を設定しておく。

また、補正値は、脱硝装置１０ａに対するものだけでなく脱硝装置１０ｂに対するものも必要である。ＮＯｘ値計測装置６では排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値を検出しており、排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値の計測は行っていない場合、現時点の出口ＮＯｘ値を補正値算出式に代入することで脱硝装置１０ｂの補正値を算出するということはできない。この場合には、排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値の計測を行っていた時における最終値（移動平均値の最終値）を保存しておき、最終値から算出する。この場合、最終値は固定となるため補正値も固定値となり、リアルタイムで出口ＮＯｘ値における補正値を算出することはできない。しかし、ＮＯｘ値計測装置６による出口ＮＯｘ値の切替えを適切に行うことで、出口ＮＯｘ値の計測を行っていなくても尿素水供給量を適切に保つことができる。

次のステップＳ４では、フィードバック制御を行う脱硝装置を、ａ系統の脱硝装置１０ａからｂ系統の脱硝装置１０ｂへ切り替えるか否かの判定を行う。切替えは、以下の条件Ａ〜条件Ｄのすべてを満たした場合に行う。条件Ａ：出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御を行っている時間が切替え条件時間以上である。条件Ｂ：直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の最大値と最小値の差が安定判定用振幅未満である。条件Ｃ：直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の平均値が安定判定用目標範囲内である。条件Ｄ：直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値に基づいて算出する還元剤供給量補正値が安定判定用補正値範囲内である。

具体的な切替え条件としては、以下の設定を行っておく。条件Ａ：排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御が３０分以上継続、又は排ガス通路２ｂの出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御が３０分以上継続している。条件Ｂ：直前の５分間における出口ＮＯｘ値の変動幅（最大値と最小値の差）が、その間の出口ＮＯｘ値の平均値に対する３０％と定めた安定判定用振幅より小さい。条件Ｃ：直前の５分間における出口ＮＯｘ値の平均値が目標値に対して＋５％〜−１１％の範囲とした安定判定用目標範囲内である。条件Ｄ：直前５分間の補正値が、５分間における補正値平均値−尿素水供給ポンプ最大値×１０％〜補正値平均値＋尿素水供給ポンプ×１０％の安定判定用補正値範囲内にある。これらの条件のいずれか１つでも満たしていなかった場合、切替えは行わずステップＳ１へ戻る。この場合、サンプル弁９ａの開とサンプル弁９ｂの閉を継続しておき、ステップＳ２にてａ系統の出口ＮＯｘ値を計測し、ａ系統のフィードバック制御を行う。

ステップＳ４で切替え条件を満たしていた場合には、ステップＳ５へ移行し、ｂ系統でのフィードバック制御に切り替える。ステップＳ５では、ステップＳ１とは逆に、サンプル弁９ａを閉じ、サンプル弁９ｂは開く操作を行う。サンプル弁９ａを閉じ、サンプル弁９ｂを開くと、ＮＯｘ値計測装置６へは排ガス通路２ｂを流れてきた燃焼排ガスのみを送ることになるため、ステップＳ６で計測しているＮＯｘ値は排ガス通路２ｂのものとなる。次のステップＳ７において、尿素水供給量の補正値を算出する。補正値の算出は、直前のステップＳ６では排ガス通路２ｂの出口ＮＯｘ値を検出しているため、脱硝装置ｂに対する補正値の算出では、検出した出口ＮＯｘ値（移動平均値）を補正値算出式に代入することで補正値を求める。また、脱硝装置ａに対する補正値を算出する場合、ステップＳ６では排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値の計測は行っていないため、補正値は固定値で代用する。この固定値は、排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値の計測を行っていた時における最終の値を保存しておき、最終値から算出した値とする。最終値は他方でフィードバック制御を行っている間は変化しないため、この間の補正値は一定となる。

ステップＳ８では、出口ＮＯｘ値の計測対象を排ガス通路２ｂから排ガス通路２ａへ切り替えるか否かの判断を行う。切替え条件はステップＳ４の場合と同じであり、これらの条件のいずれかでも満たしていなかった場合、切替えは行わずステップＳ５へ戻る。ステップＳ８で切替え条件を満たしていた場合には、ステップＳ１へ移行し、ａ系統でフィードバック制御を行う。

図４は切替え制御の妥当性を判断するために行った試験結果をグラフに示している。本発明を実施した場合、ＮＯｘ値計測装置６の設置数が脱硝装置１０よりも少ないため、リアルタイムでの出口ＮＯｘ値に基づいて補正値を算出するフィードバック制御を行えない時期が発生する。フィードバック制御を行うことのできない時期に、出口ＮＯｘ値が目標値を大きく外れるようであれば、本制御は実施できないため、フィードバック制御を行っていない場合であっても出口ＮＯｘ値を安定させることができるかを確認する。図４のグラフは、ａｂ両系統における尿素水供給量算出方法と、排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値及び脱硝装置１０ａにおける尿素水供給量の変化を示している。実際の制御ではｂ系統でのフィードバック制御時には、排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値の計測を行い、排ガス通路２ａにおける出口ＮＯｘ値の計測は行わないのであるが、本図は補正値を固定値とした場合の評価用であるため、ａ系統の出口ＮＯｘ値を記載している。

本実施例での切替え条件は、以下としている。条件Ａ：排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御が３０分以上継続、又は排ガス通路２ｂの出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御が３０分以上継続している。条件Ｂ：直前の５分間における出口ＮＯｘ値の変動幅（最大値と最小値の差）がその間の平均値の出口ＮＯｘ値に対する３０％と定めた安定判定用振幅より小さい。条件Ｃ：直前の５分間における出口ＮＯｘ値の平均値が、目標値に対して＋５％〜−１１％の範囲とした安定判定用目標範囲内である。条件Ｄ：直前５分間の補正値が５分間における補正値平均値−尿素水供給ポンプ最大値×１０％〜補正値平均値＋尿素水供給ポンプ最大値×１０％の安定判定用補正値範囲内にある。

本実施例では、出口ＮＯｘ値の目標値を１５０ppm（ＮＯｘ値はＯ_２＝０％換算した値、以下も同様）としており、＋５％〜−１１％の範囲とした安定判定用目標範囲は１３３〜１５８ppmとしている。また尿素水供給ポンプは最大値が３６０パルス／分のものを使用しており、この場合の尿素水供給ポンプ最大値×１０％と−尿素水供給ポンプ最大値×１０％は、それぞれ３６パルス／分と−３６パルス／分になる。

本実施例では、最初はａ系統の補正値を出口ＮＯｘ値に基づき算出しており、ｂ系統の補正値は前回の排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値の計測を行っていた時における最終の値から求めた固定値としている。ただし、ｂ系統における出口ＮＯｘ値や尿素水供給量の記載は省略しており、グラフにはａ系統における出口ＮＯｘ値と尿素水供給量のみを記載している。

本実施例の場合、出口ＮＯｘ値は安定しているが、条件Ａは３０分間の継続が条件であるため、３０分間は排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値に基づき補正値を算出して脱硝装置１０ａの尿素水供給量を調節するフィードバック制御を行う。その後、３０分を経過した時点で切替え条件を満たしたため、出口ＮＯｘ値に基づくフィードバック制御を行う脱硝装置を脱硝装置１０ａから脱硝装置１０ｂに切り替える。この場合、３０分を経過していることより、時間に関する切替え条件Ａは満たしている。また、直前の５分間における出口ＮＯｘ値の最大値は１５４ppm、最小値は１３５ppmであった。この場合、差は１９ppmであって、変動幅は１３％となる。変動幅の１３％は、条件Ｂの安定判定用振幅３０％より小さいことより、出口ＮＯｘ値の変動幅に関する切替え条件Ｂを満たしている。
直前５分間における出口ＮＯｘ値の平均値は１４９ppmであった。この場合、出口ＮＯｘ値の平均値は安定判定用目標範囲である１３３〜１５８ppmの範囲内であることより、出口ＮＯｘ値の平均値に関する切替え条件Ｃを満たしている。直前５分間における補正値は＋１０８〜＋１１０パルス／分、平均値は１０９パルス／分であった。補正値平均値−尿素水供給ポンプ最大値×１０％〜補正値平均値＋尿素水供給ポンプ最大値×１０％の安定判定用補正値範囲は７３〜１４５パルス／分となることより、補正値安定に関する切替え条件Ｄを満たしている。

時間軸0:30から1:00の間は、フードバック制御による補正値算出は脱硝装置ｂにて行い、脱硝装置ａでは補正値を固定値としている。実際の制御では、この間は脱硝装置ｂにてフィードバック制御を行うために排ガス通路２ｂでの出口ＮＯｘ値を計測するが、補正値を固定している場合に出口ＮＯｘ値がどのように変化するのかを確認するため、グラフでは排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値を記載している。この場合、ａ系統では出口ＮＯｘ値による補正値のフィードバック制御は行っておらず、補正値は固定値となる。エンジン出力も１００％で一定であるために基本供給量も一定であり、このことより基本供給量と補正量を加算した尿素水供給量は全く変化していない。しかし排ガス通路２ａの出口ＮＯｘ値に大きな乱れは発生しておらず、補正値を固定値としておいても有効であることが分かる。ただし、フィードバック制御を行っていない期間が長くなると、出口ＮＯｘ値が目標値から離れていく可能性が高まるため、３０分後には再び切替えの判断を行う。この場合は、排ガス通路２ｂにおける出口ＮＯｘ値が安定しているかを確認し、排ガス通路２ｂの出口ＮＯｘ値が安定していれば切替えを行って、ａ系統でのフィードバック制御を再開する。

ＮＯｘ値計測装置にて検出する排ガス通路を切り替える条件として、出口ＮＯｘ値が目標値内で安定していることや、補正値が安定しているという条件を入れており、ＮＯｘ値の変動が生じている場合には切替えを行わなくしている。出口ＮＯｘ値が安定していない場合、その後も出口ＮＯｘ値の変動が続く可能性があるため、出口ＮＯｘ値を計測して補正値を決定する制御を継続しておき、出口ＮＯｘ値が安定後に切替えるようにする。なお、前記の条件Ｂ〜Ｄは、いずれも出口ＮＯｘ値の安定性を判定するためのものであるため、条件Ｂ〜Ｄの中から１又は２の条件のみで安定性を判定することもできる。逆に条件数を多くするほど出口ＮＯｘ値の安定時期を精度良く判定できるため、条件Ｂ〜Ｄ以外の条件を付加してもよい。

また、切替え間隔は、短く設定し過ぎるとサンプル弁９ａ及びサンプル弁９ｂを頻繁に開閉することになるために消耗が激しくなり、長く設定し過ぎると出口ＮＯｘ値が目標値から離れる可能性が高まる。そのため、バランスのとれた値に設定する必要があり、本実施例ではバランスのとれる条件として３０分とした。

図５は他の実施例における脱硝装置のフロー図である。図５ではエンジン１ａ、エンジン１ｂ、エンジン１ｃの３台を設置しており、脱硝装置１０ａ、脱硝装置１０ｂ、脱硝装置１０ｃの制御を共通のＮＯｘ値計測装置６で計測した出口ＮＯｘ値に基づいて行う。この場合も先の実施例と同様に、各排ガス通路２にそれぞれサンプル管８を接続しており、ＮＯｘ値計測装置６では各排ガス通路２の出口ＮＯｘ値を順番に計測することができるようにしている。図５に記載の脱硝装置の場合、３系統となっている点では図１の脱硝装置とは相違しているが、考え方としては同じである。各サンプル管８に設けたサンプル弁９ａ、サンプル弁９ｂ、サンプル弁９ｃを順に開閉することで、各排ガス通路２の出口ＮＯｘ値を計測する。計測している排ガス通路２の脱硝装置１０に対しては、計測しているＮＯｘ値で補正値を算出し、他の脱硝装置１０に対しては前回の最終値から補正値を算出する。

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
８サンプル管
９サンプル弁
１０脱硝装置

Claims

エンジンなど燃焼排ガスを発生する装置を複数台設置しており、複数系統の排ガス流路にそれぞれ脱硝装置を設けて燃焼排ガス中のＮＯｘを分解している複数設置脱硝装置であって、各排ガス通路における脱硝装置より下流部分にサンプル管の一端を接続し、サンプル管の他端は共通のＮＯｘ値計測装置と接続しており、ＮＯｘ値計測装置によって各排ガス通路における出口ＮＯｘ値をそれぞれ検出することができるようにしておき、各排ガス通路に設けている脱硝装置では、ＮＯｘ値計測装置が該当排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測している場合には、計測している出口ＮＯｘ値に基づいて還元剤供給量の調節を行い、ＮＯｘ値計測装置が該当排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測していない場合には、ＮＯｘ値計測装置によって当該排ガス通路の出口ＮＯｘ値を計測していた時における出口ＮＯｘ値を前回最終値として保存しておき、前回最終値に基づいて還元剤供給量の調節を行っており、出口ＮＯｘ値の計測を行う排ガス通路の切替えは、前回の切替えから切替え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た場合に、ＮＯｘ値の計測を行う排ガス通路の切替えを行うようにしたことを特徴とする複数設置の脱硝装置。
請求項１に記載の複数設置の脱硝装置において、出口ＮＯｘ値が安定しているとは、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の最大値と最小値の差が安定判定用振幅未満、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値の平均値が安定判定用目標範囲内、直前の所定時間内における出口ＮＯｘ値に基づいて算出する還元剤供給量補正値が安定判定用補正値内のいずれか、または複数の条件を満たしている場合であることを特徴とする複数設置の脱硝装置。