JP2010234321A

JP2010234321A - アンモニア注入量補正制御装置及びアンモニア注入量補正制御方法

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Publication number: JP2010234321A
Application number: JP2009087068A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Watanabe; 祥文渡邉
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP5089638B2

Abstract

【課題】排煙脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度を安定させる。
【解決手段】ＮＯｘ処理設備１の制御装置８で、フィードフォワード制御部８１は、出口ＮＯｘ濃度目標値を入口ＮＯｘ濃度測定値から減算し、入口ＮＯｘ濃度測定値で除算した脱硝率目標値に基づいて、モル比を求める。モル比、入口ＮＯｘ濃度測定値、燃料流量から演算された燃焼ガス量予測値を乗算したアンモニア注入量を加算器Ａ１に出力する。フィードバック制御部８２は、減算器Ｓ１からの出口のＮＯｘ濃度偏差補正信号及び微分器Ｄ１からの入口ＮＯｘ濃度測定値の変化量のうち、大きい方を加算器Ａ１に出力する。加算器Ａ２は、入口ＮＯｘ濃度測定値の変化量と、バーナ燃焼本数の変化量と、発電機出力の変化量とを加算し、加算器Ａ１に出力する。減算器Ｓ２は、流量測定器７からのアンモニア流量測定値及び加算器Ａ１からのアンモニア流量設定値の差分をＰＩＤ制御部８４に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排ガスのＮＯｘ濃度を低減する排煙脱硝装置に注入するアンモニアの量を補正する制御装置及びその方法に関する。

排煙脱硝装置におけるアンモニア注入制御では、脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度に対する出口ＮＯｘ濃度の目標値として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量）と、入口ＮＯｘ量の予測値との積からベースのアンモニア注入量を求める。そして、このベースのアンモニア注入量を注入量設定値として出力するフィードフォワード制御を行っている。

さらに、この注入量設定値の出力信号に対して、出口ＮＯｘ濃度の目標値と、実際の測定値との偏差を補正するフィードバック制御信号を加算することにより、出口ＮＯｘ濃度が目標値となるように制御している。

なお、特許文献１には、脱硝触媒装置の出口におけるＮＯｘ濃度に基づいてアンモニア等の注入量をフィードバック制御するとともに、二次燃焼室内の酸素濃度及び温度の計測値からサーマルＮＯｘの濃度を予測し、その予測値に基づいてアンモニアの注入量をさらにフィードフォワード制御する、廃棄物処理設備のＮＯｘ処理方法が開示されている。

特開２００６−１９２４０６号公報

ところで、上記の制御方式においては、公的な環境基準を守るために、出口ＮＯｘ濃度の測定箇所が脱硝装置から離れた下流（例えば、煙突の入口の近傍等）に位置する。しかし、このような下流の出口ＮＯｘ濃度をフィードバック制御信号に反映したのでは、時間遅れが発生し、脱硝装置に対するアンモニア注入量を適切に制御できない。

また、ボイラ設備等の燃焼装置における燃焼状態の変化により入口ＮＯｘ濃度が急変した場合に、フィードバック制御信号の時間遅れが顕著になり、アンモニア注入量の必要量と、実流量との間にアンバランスが生じ、出口ＮＯｘ濃度が急変する。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、排煙脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度を安定させることにある。

上記課題を解決するために、本発明は、排ガスのＮＯｘ濃度を低減する排煙脱硝装置に注入するアンモニアの量を補正する制御装置であって、前記排煙脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の目標値及び測定値を取得し、前記ＮＯｘ濃度の目標値からその測定値を減算することにより、ＮＯｘ濃度偏差を算出し、出力する第１の減算器と、前記排煙脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度の測定値を取得し、前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を算出し、出力する第１の微分器と、前記第１の減算器から出力された前記ＮＯｘ濃度偏差を取得し、前記第１の微分器から出力された前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を取得し、前記ＮＯｘ濃度偏差及び前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量のうち、より大きい方をアンモニア流量設定値として出力するフィードバック制御部と、アンモニア流量測定値を取得し、前記フィードバック制御部から出力された前記アンモニア流量設定値を取得し、前記アンモニア流量設定値から前記アンモニア流量測定値を減算することにより、アンモニア流量補正値を算出し、アンモニア流量調節弁に出力する第２の減算器と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、排煙脱硝装置の入口におけるＮＯｘ濃度の増加傾向を、アンモニア注入量に対して迅速に反映させることができる。これによれば、排煙脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度を安定させることができる。

また、本発明は、アンモニア注入量補正制御装置であって、燃焼装置におけるバーナ燃焼本数を取得し、バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を算出し、出力する第２の微分器をさらに備え、前記第２の加算器が、前記第２の微分器から出力された前記バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を加算した前記アンモニア流量設定値を取得することを特徴とする。

この構成によれば、バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を先行信号として取得することにより、排煙脱硝装置の入口におけるＮＯｘ量の変化を前もって把握し、アンモニア注入量に反映させることができる。

また、本発明は、アンモニア注入量補正制御装置であって、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値を取得し、取得した各値に基づいて、アンモニア流量値を算出し、出力するフィードフォワード制御部をさらに備え、前記第２の減算器が、前記フィードフォワード制御部から出力された前記アンモニア流量値を加算した前記アンモニア流量設定値を取得することを特徴とする。

この構成によれば、入口ＮＯｘ濃度の測定値に基づいて、フィードフォワード制御によるアンモニア流量値をアンモニア流量設定値に反映させることができる。

また、本発明は、アンモニア注入量補正制御装置であって、前記フィードフォワード制御部が、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値から算出した脱硝率の目標値に基づいて、予め設定されるアンモニアモル比（アンモニア量／ＮＯｘ量）を求め、前記排煙脱硝装置入口の燃焼ガス量からＮＯｘ量の予測値を計算し、前記アンモニアモル比、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値、前記入口ＮＯｘ量の予測値を乗算して、前記アンモニア流量値を算出することを特徴とする。

なお、本発明は、アンモニア注入量補正制御方法を含む。その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、排煙脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度を安定させることができる。

ＮＯｘ処理設備１の構成を示す図である。制御装置８の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係るアンモニア注入量補正制御装置は、排煙脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の目標値と、測定値との偏差を補正するフィードバック制御信号の下限設定値として、入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を使用するものである。

これによれば、時間遅れのある出口ＮＯｘ濃度ではなく、入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量をフィードバック制御信号の下限値として用いることにより、燃焼状態が変化しても、アンモニア注入量の補正量を適切に調整することができる。これにより、出口ＮＯｘ濃度を安定させることができる。

≪ＮＯｘ処理設備の構成と概要≫
図１は、ＮＯｘ処理設備１の構成を示す図である。ＮＯｘ処理設備１は、産業廃棄物や都市ごみ等を処理する廃棄物処理設備で発生した排ガス中に還元剤（例えば、アンモニア）を注入することにより、排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元分解（脱硝）する処理を行い、処理後の排ガスを外部に放出するものである。

図１に示すように、ＮＯｘ処理設備１は、燃焼装置２、排煙脱硝装置３、煙突４、アンモニア注入装置５、アンモニア流量調節弁６、流量測定器７、制御装置８、ガス分析計Ｇ１及びＧ２、煙管Ｐ１及びＰ２を備える。燃焼装置２は、廃棄物処理設備のボイラ等の、廃棄物や都市ごみ等を燃焼させる装置であり、排ガスとしてＮＯｘを発生させ、その燃焼ガス量としての燃料流量、先行信号としてのバーナ燃焼本数信号を制御装置８に出力する。排煙脱硝装置３は、煙管Ｐ１により燃焼装置２につながり、煙管Ｐ１を通して排気された排ガス中のＮＯｘの脱硝処理を行い、ＮＯｘ濃度を低減する。煙突４は、煙管Ｐ２により排煙脱硝装置３につながり、煙管Ｐ２を通して排気された排ガスを外部に放出する。

アンモニア注入装置５は、排煙脱硝装置３に還元剤としてのアンモニアを注入する装置であり、アンモニア流量調節弁６及び流量測定器７を介して排煙脱硝装置３につながる。アンモニア流量調節弁６は、制御装置８からの指示により、アンモニア注入装置５から排煙脱硝装置３に注入されるアンモニアの流量を調節する弁である。流量測定器７は、アンモニア注入装置５から排煙脱硝装置３に注入されるアンモニアの流量を測定し、制御装置８に出力する機器である。

制御装置８は、各計器や装置からデータ信号を入力し、フィードフォワード制御やフィードバック制御の処理を行い、その結果として求められたアンモニア流量の補正量を示す信号をアンモニア流量調節弁６に出力するものであり、メモリ上のプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を備える。ガス分析計Ｇ１は、煙管Ｐ１を通る排ガスのＮＯｘ濃度を測定し、脱硝入口ＮＯｘ濃度として制御装置８に出力する。ガス分析計Ｇ２は、煙管Ｐ２を通る排ガスのＮＯｘ濃度を測定し、脱硝出口ＮＯｘ濃度として制御装置８に出力する。煙管Ｐ１は、燃焼装置２と、排煙脱硝装置３との間に介設され、排ガスを燃焼装置２から排煙脱硝装置３に導通させる。煙管Ｐ２は、排煙脱硝装置３と、煙突４との間に介設され、排ガスを排煙脱硝装置３から煙突４に導通させる。

≪制御装置の構成と処理≫
図２は、制御装置８の構成を示すブロック図である。制御装置８は、理論アンモニア注入量演算回路のフィードフォワード制御プログラム（以下、「フィードフォワード制御部」という）８１、脱硝出口ＮＯｘ濃度制御回路のフィードバック制御プログラム（以下、「フィードバック制御部」という）８２、目標値設定部８３、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御部８４、加算器Ａ１及びＡ２、減算器Ｓ１及びＳ２、微分器Ｄ１、Ｄ２及びＤ３を備える。

フィードフォワード制御部８１は、燃焼装置２からの燃焼ガス量としての燃料流量、ガス分析計Ｇ１からの脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値及び目標値設定部８３からの脱硝出口ＮＯｘ濃度目標値を取得する。そして、脱硝出口ＮＯｘ濃度目標値を脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値から減算して脱硝目標値を求める。その脱硝目標値を脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値で除算して求めた脱硝率目標値に基づいて、予め設定されるアンモニアモル比（アンモニア量／ＮＯｘ量）を求める。そのモル比、脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値、燃料流量から演算された燃焼ガス量予測値の３個の数値を乗算して、ベースのアンモニア注入量（アンモニア流量値）を求める。ここで、脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値と、燃料流量から演算された燃焼ガス量とを乗算した脱硝入口ＮＯｘ量予測値は、より実運転に近似した値を求めることができる。

なお、フィードフォワード制御部８１は、脱硝率・モル比演算プログラム、アンモニア注入量演算プログラム及び予測ＮＯｘ量演算プログラムを含む。

フィードバック制御部８２は、減算器Ｓ１からの脱硝出口のＮＯｘ濃度偏差補正信号及び微分器Ｄ１からの脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値の変化量（変化速度＝単位時間あたりの変化量。以下同様）を示す信号を取得し、より大きい方（より小さくない方）をフィードバック制御設定値として加算器Ａ１に出力する。これは、入口ＮＯｘ濃度の変化量を下限値として設定すること、すなわち、出口ＮＯｘ濃度偏差の補正量より入口ＮＯｘ濃度の変化量が大きい場合にその変化量を用いてフィードバック制御を行うことを意味する。これによれば、燃焼装置２における燃焼状態の変化により脱硝入口ＮＯｘ濃度が急変しても、脱硝入口ＮＯｘ濃度の変化量より小さくならないようにフィードバック制御が行われるので、安定したアンモニア注入量の補正制御が実現できる。

なお、フィードバック制御部８２は、出口ＮＯｘ濃度偏差補正プログラム及び出口ＮＯｘ濃度補正漏れ防止プログラムを含む。また、フィードバック制御設定値は、大きくすると外乱信号になるので、例えば、所定値以下になるように制限する。

目標値設定部８３は、公的基準等により脱硝出口ＮＯｘ濃度の目標値を設定する記憶装置であり、外部から入力された値を記憶してもよいし、予め記憶していてもよい。ＰＩＤ制御部８４は、減算器Ｓ２からアンモニア流量の測定値と、設定値との偏差を取得し、その偏差に従って開度指令を作成し、アンモニア流量調節弁６に出力する。加算器Ａ１は、フィードフォワード部８１からのフィードフォワード制御設定値、フィードバック部８２からのフィードバック制御設定値及び加算器Ａ２からの微分値による設定値を取得し、各値を加算し、その加算値をアンモニア流量設定値として減算器Ｓ２に出力する。加算器Ａ２は、微分器Ｄ１からの脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値の変化量、微分器Ｄ２からのバーナ点火・消火によるバーナ燃焼本数の変化量（単位時間あたりの変化量。以下同様）及び微分器Ｄ３からの発電機出力の変化量（単位時間あたりの変化量。以下同様）を取得し、各値を加算し、その加算値を加算器Ａ１に出力する。

減算器Ｓ１は、ガス分析計Ｇ２からの脱硝出口ＮＯｘ濃度測定値（酸素濃度４％換算値）及び目標値設定部８３からの脱硝出口ＮＯｘ濃度目標値を取得し、各値の差分を求め、その差分値をＮＯｘ濃度偏差補正信号としてフィードバック制御部８２に出力する。減算器Ｓ２は、流量測定器７からのアンモニア流量測定値及び加算器Ａ１からのアンモニア流量設定値を取得し、各値の差分（アンモニア流量補正値）を求め、その差分値をＰＩＤ制御部８４に出力する。

微分器Ｄ１は、ガス分析計Ｇ１から脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値を取得し、脱硝入口ＮＯｘ濃度の変化量を求め、フィードバック制御部８２及び加算器Ａ２に出力する。微分器Ｄ２は、燃焼装置２からバーナ燃焼本数を取得し、バーナ燃焼本数の変化量により予測される脱硝入口ＮＯｘ量の変化を求め、加算器Ａ２に出力する。これにより、フィードバック制御信号にバーナ燃焼本数の変化量により予測される脱硝入口ＮＯｘ量の変化を求めた先行信号が加算されることになり、脱硝入口ＮＯｘ濃度測定値の変化をより小さくすることが可能となる。微分器Ｄ３は、発電設備９から発電機出力を取得し、発電機出力の変化量から演算した先行信号を求め、加算器Ａ２に出力する。

以上本発明の実施の形態について説明したが、図２に示す制御装置８を機能させるために、ＣＰＵで実行されるプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録し、その記録したプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行させることにより、本発明の実施の形態に係る制御装置８が実現されるものとする。なお、プログラムをインターネット等のネットワーク経由でコンピュータに提供してもよいし、プログラムが書き込まれた半導体チップ等をコンピュータに組み込んでもよい。

以上説明した本発明の実施の形態によれば、排煙脱硝装置３の入口におけるＮＯｘ濃度の増加傾向を、アンモニア注入量に対して迅速に反映させることができる。また、入口ＮＯｘ濃度の測定値に基づいて求めたフィードフォワード制御設定値をアンモニア流量設定値に反映させることができる。さらに、燃料流量及びバーナ燃焼本数の変化量を先行信号として取得することにより、排煙脱硝装置３の入口におけるＮＯｘ量及びその変化を前もって把握し、アンモニア注入量に反映させることができる。

以上によれば、排煙脱硝装置３の出口におけるＮＯｘ濃度を安定させることができる。これによれば、環境規制値の遵守、ＮＯｘ濃度上昇の防止による環境負荷の低減、出口ＮＯｘ濃度の目標値を高くすることによるアンモニア使用量の低減を図ることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１ＮＯｘ処理設備
２燃焼装置
３排煙脱硝装置
４煙突
５アンモニア注入装置
６アンモニア流量調節弁
７流量測定器
Ｇ１、Ｇ２ガス分析計
Ｐ１、Ｐ２煙管
８制御装置
８１フィードフォワード制御部
８２フィードバック制御部
８３目標値設定部
８４ＰＩＤ制御部
Ａ１、Ａ２加算器
Ｓ１、Ｓ２減算器
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３微分器

Claims

排ガスのＮＯｘ濃度を低減する排煙脱硝装置に注入するアンモニアの量を補正する制御装置であって、
前記排煙脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の目標値及び測定値を取得し、前記ＮＯｘ濃度の目標値からその測定値を減算することにより、ＮＯｘ濃度偏差を算出し、出力する第１の減算器と、
前記排煙脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度の測定値を取得し、前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を算出し、出力する第１の微分器と、
前記第１の減算器から出力された前記ＮＯｘ濃度偏差を取得し、前記第１の微分器から出力された前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を取得し、前記ＮＯｘ濃度偏差及び前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量のうち、より大きい方をアンモニア流量設定値として出力するフィードバック制御部と、
アンモニア流量測定値を取得し、前記フィードバック制御部から出力された前記アンモニア流量設定値を取得し、前記アンモニア流量設定値から前記アンモニア流量測定値を減算することにより、アンモニア流量補正値を算出し、アンモニア流量調節弁に出力する第２の減算器と、
を備えることを特徴とするアンモニア注入量補正制御装置。
請求項１に記載のアンモニア注入量補正制御装置であって、
燃焼装置におけるバーナ燃焼本数を取得し、前記バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を算出し、出力する第２の微分器をさらに備え、
前記第２の減算器は、前記第２の微分器から出力された前記バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を加算した前記アンモニア流量設定値を取得する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のアンモニア注入量補正制御装置であって、
前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値を取得し、取得した各値に基づいて、アンモニア流量値を算出し、出力するフィードフォワード制御部をさらに備え、
前記第２の減算器は、前記フィードフォワード制御部から出力された前記アンモニア流量値を加算した前記アンモニア流量設定値を取得する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御装置。
請求項３に記載のアンモニア注入量補正制御装置であって、
前記フィードフォワード制御部は、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値から求めた脱硝率目標値に基づいて、予め設定されるアンモニア量をＮＯｘ量で除算したアンモニアモル比を求め、前記排煙脱硝装置の入口燃焼ガス量の予測値を計算し、前記アンモニアモル比、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記入口燃焼ガス量の予測値を乗算して、前記アンモニア流量値を算出する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御装置。
制御装置により、排ガスのＮＯｘ濃度を低減する排煙脱硝装置に注入するアンモニアの量を補正する制御方法であって、
前記制御装置は、
前記排煙脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の目標値及び測定値を取得し、前記ＮＯｘ濃度の目標値からその測定値を減算することにより、ＮＯｘ濃度偏差を算出し、出力するステップと、
前記排煙脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度の測定値を取得し、前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を算出し、出力するステップと、
出力された前記ＮＯｘ濃度偏差及び前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量を取得し、前記ＮＯｘ濃度偏差及び前記入口ＮＯｘ濃度の単位時間あたりの変化量のうち、より大きい方をアンモニア流量設定値として出力するステップと、
アンモニア流量測定値を取得し、出力された前記アンモニア流量設定値を取得し、前記アンモニア流量設定値から前記アンモニア流量測定値を減算することにより、アンモニア流量補正値を算出し、アンモニア流量調節弁に出力する補正値算出ステップと、
を実行することを特徴とするアンモニア注入量補正制御方法。
請求項５に記載のアンモニア注入量補正制御方法であって、
前記制御装置は、
燃焼装置におけるバーナ燃焼本数を取得し、前記バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を算出し、出力するステップをさらに実行し、
前記補正値算出ステップでは、出力された前記バーナ燃焼本数の単位時間あたりの変化量を加算した前記アンモニア流量設定値を取得する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御方法。
請求項５又は請求項６に記載のアンモニア注入量補正制御方法であって、
前記制御装置は、
前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値を取得し、取得した各値に基づいて、アンモニア流量値を算出し、出力するフィードフォワード制御ステップをさらに実行し、
前記補正値算出ステップでは、出力された前記アンモニア流量値を加算した前記アンモニア流量設定値を取得する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御方法。
請求項７に記載のアンモニア注入量補正制御方法であって、
前記フィードフォワード制御ステップでは、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記出口ＮＯｘ濃度の目標値から求めた脱硝率目標値に基づいて、予め設定されるアンモニア量をＮＯｘ量で除算したアンモニアモル比を求め、前記排煙脱硝装置の入口燃料ガス量の予測値を計算し、前記アンモニアモル比、前記入口ＮＯｘ濃度の測定値及び前記入口燃料ガス量の予測値を乗算して、前記アンモニア流量値を算出する
ことを特徴とするアンモニア注入量補正制御方法。