JP2011177635A - 脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体に噴霧された薬剤濃度分布を所望の濃度分布にすることが可能な脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】流体に薬剤を投入する薬剤投入手段１５と、流体の温度分布を計測する温度測定装置２１と、温度測定装置２１によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出する薬剤濃度算出部２３と、薬剤濃度算出部２３によって算出された濃度分布に応じて薬剤投入手段１５が投入する薬剤の流量を決定する薬剤流量決定部２４と、薬剤流量決定部２４が決定した流量の薬剤を流体に投入するように薬剤投入手段１５を制御する薬剤投入手段制御部２５と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法に関し、特に、排ガスに噴霧する還元剤の濃度分布の制御に関するものである。

一般に、脱硝装置では、煙道中の排ガスに還元剤を噴霧して、触媒と化学反応させることによって、窒素と水とにして排ガス中に含まれていた窒素酸化物を除去している。排ガスに噴霧された還元剤は、蒸発し、その際に、蒸発潜熱によって排ガスの温度が低下する。

還元剤の噴霧状態の調整は、ボイラプラントの試運転時に還元剤が噴霧された排ガスの温度を計測することによって行われている。脱硝装置は、還元剤の噴霧状態をボイラプラント試運転時に調整した後、そのままの状態でボイラプラント実運転でも使用されている。
特許文献１および特許文献２には、還元剤が噴霧された排ガスの温度を光学的に計測することが開示されている。

ボイラプラントの実運転時における還元剤の噴霧状態の制御としては、窒素酸化物の濃度および還元剤の濃度を計測することによって、排ガスに噴霧する還元剤の流量制御が行われている（例えば、特許文献３および特許文献４）。

特開平８−２３３６６８号公報 特開平６−２２１９３２号公報 特開平７−６００６６号公報 特開２００３−２９０６３０号公報

しかしながら、特許文献３および特許文献４に記載の発明は、還元剤の噴霧量を一定にした場合であっても、ノズル等が閉塞する等した際には、還元剤の濃度分布が所望の濃度分布にはならず、そのため、脱硝装置の効率が劣るという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流体に噴霧された薬剤濃度分布を所望の濃度分布にすることが可能な脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る脱硝装置の制御装置によれば、流体に薬剤を投入する薬剤投入手段と、流体の温度分布を計測する温度測定装置と、該温度測定装置によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出する薬剤濃度算出部と、該薬剤濃度算出部によって算出された濃度分布に応じて前記薬剤投入手段が投入する薬剤の流量を決定する薬剤流量決定部と、該薬剤流量決定部が決定した流量の薬剤を流体に投入するように前記薬剤投入手段を制御する薬剤投入手段制御部と、を備えることを特徴とする。

流体に投入された薬剤は、蒸発し、その際に、主に、薬剤に含まれる溶媒（例えば、水）の蒸発潜熱、溶質（例えば、塩安やアンモニア）の気化熱や昇華熱にて熱を奪う、すなわち、温度降下によって流体の温度を低下させる。薬剤をガス状で投入した場合も、薬剤温度と流体温度との温度差により流体の温度を低下させる。したがって、薬剤投入量が多い部分の流体では、他の領域よりも流体の温度が局所的に低下する。このように、流体の温度分布は、薬剤投入量の流量分布を反映し、結果的に薬剤の濃度分布を反映することになる。すなわち、流体の温度分布が所望の温度分布となれば、薬剤投入量の流量分布が所望の流量分布であるといえ、流体と薬剤とが所望の混合状態となっていると推定することができる。

そこで、温度測定装置によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出して、薬剤流量決定部によって流体に投入する薬剤の流量を決定する。決定された流量の薬剤は、薬剤投入手段を薬剤投入手段制御部によって制御することによって流体に投入することとした。そのため、流体に投入する薬剤の投入状態を補正することができる。したがって、薬剤が投入された流体の濃度分布を所望の濃度分布にすることができる。
薬剤投入手段としては、例えば、流量制御弁と、流量制御弁に接続されるノズルとが挙げられる。

さらに、本発明に係る脱硝装置の制御装置によれば、前記薬剤投入手段によって流体に投入される薬剤の濃度を制御する薬剤濃度制御手段を備え、該薬剤濃度制御手段は、薬剤に混合する希釈剤の流量を制御することを特徴とする。

薬剤濃度制御手段によって薬剤に混合する希釈剤の流量を制御することとした。そのため、流体に投入される薬剤の流量を変化させることなく薬剤の濃度を変えることができる。したがって、流体に投入される薬剤の液滴径を小さく略均一に維持することができる。
薬剤濃度制御手段としては、例えば、流量制御弁やポンプが挙げられる。

さらに、本発明に係る脱硝装置の制御装置によれば、流体が流れる流路の一の壁面に取り付けられた受光部と、他の壁面から発せられ、流体を通過した光が該受光部に入射し、該受光部に入射した光を分光する分光部と、該分光部により分光された光から、流体の実測吸収スペクトルを検出する検出部と、該検出部によって検出された前記実測吸収スペクトルから流体の温度を算出する温度算出部と、を備えることを特徴とする。

流路に受光部だけを配置して流体の温度分布を測定することとした。そのため、流路中の流体の流れを阻害することがない。したがって、流体の温度分布を常時測定することができる。また、壁面から発せられて流体を通過した光を測定するため、測定する光を流体に照射する構成を用いる必要がない。そのため、温度測定装置の構成要素が少ない。したがって、容易かつ安価に温度分布を測定することができる。

さらに、本発明に係る脱硝装置によれば、上記のいずれかに記載の制御装置と、該制御装置によって流量が制御された薬剤が導かれる複数のノズルと、複数の該ノズルによって噴霧された流体中の窒素酸化物を除去する触媒部と、を備えることを特徴とする。

流体に噴霧される薬剤の濃度分布を補正することが可能な制御装置を用いることとした。そのため、流体に噴霧される薬剤の濃度分布を適正に制御することができ、所望の混合状態とされた流体を触媒部に導くことができる。したがって、脱硝装置の性能改善を図り、脱硝効率の向上させることができる。

また、局所的に温度の高い流体部分は、ノズルの閉塞が想定でき、計測された温度分布が所望の温度分布とならない場合には、流体と薬剤との混合状態が不均一であることが想定できる。そのため、脱硝装置のメンテナンス処置を迅速に行うことができる。したがって、脱硝装置の運転の信頼性を向上させることができる。

また、薬剤の噴霧量を制御して薬剤と流体とを所望の混合状態にすることができる制御装置を用いることとしたので、過剰な薬剤の投入を防止することができる。したがって、触媒部との反応に用いられなかった薬剤が脱硝装置から導出することを防止することができる。

また、噴霧される薬剤の濃度制御を加えた場合には、流体に投入する薬剤の液滴径を小さく略均一に維持することができる。そのため、流体に投入した薬剤を十分に蒸発させることが可能となる。したがって、脱硝効率の向上をより一層図ることができる。

さらに、本発明に係る脱硝装置によれば、前記薬剤は、アンモニア、アンモニアと塩化水素の混合物、アンモニア水溶液、尿素水溶液、または塩化アンモニア水溶液のいずれかであることを特徴とする。

流体に投入されたアンモニア、アンモニアと塩化水素の混合物（例えば、塩化アンモニウム）、アンモニア水溶液、尿素水溶液、または塩化アンモニア水溶液のいずれかの濃度分布を制御することとした。そのため、薬剤が噴霧された流体と触媒部とを十分に反応させることができる。したがって、窒素酸化物の除去と共に流体中の水銀を効率的に除去可能な脱硝装置とすることができる。

さらに、本発明に係るボイラプラントによれば、流体を排出するボイラと、該ボイラから排出された流体が導かれる上記に記載の脱硝装置と、該脱硝装置から導出された流体と熱交換する熱交換器と、を備えることを特徴とする。

反応に用いられなかった薬剤が導出することが防止可能な脱硝装置を用いることとした。そのため、脱硝装置から流体が導かれる熱交換器に薬剤が析出して熱交換器が閉塞することを防止することができる。したがって、プラント運転の信頼性を向上させ、メンテナンスを容易にすることができる。

また、窒素酸化物の除去に優れた脱硝装置を用いることとしたので、ボイラプラントから導出される窒素酸化物を大幅に削減することができる。したがって、環境負荷の小さなボイラプラントにすることができる。

さらに、本発明に係る脱硝装置の制御方法によれば、流体に薬剤を投入する薬剤投入工程と、流体の温度分布を計測する温度測定工程と、該温度測定工程によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出する薬剤濃度算出工程と、該薬剤濃度算出工程によって算出された濃度分布に応じて投入する薬剤の流量を決定する薬剤投入流量決定工程と、該薬剤投入流量決定工程が決定した流量の薬剤を流体に投入する薬剤投入手段制御工程と、を備えることを特徴とする。

温度測定装置によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出して、薬剤流量決定部によって流体に投入する薬剤の流量を決定する。決定された流量の薬剤は、薬剤投入手段を薬剤投入手段制御部によって制御することによって流体に投入することとした。そのため、流体に投入する薬剤の投入状態を補正することができる。したがって、薬剤が投入された流体の濃度分布を所望の濃度分布にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る脱硝装置を備えたボイラプラントの概略構成図である。 図１に示した脱硝装置に設けられているノズルの配置図である。 図２に示したノズルに還元剤を供給する注入管の配置図である。 本発明の第１実施形態に係る脱硝装置の制御装置の概略構成図である。 図４に示した温度測定装置の概略構成図である。 温度とアンモニア水の噴霧量との関係を示すグラフである。 ダクト内を流れる排ガスの温度分布とアンモニア水の噴霧量との関係を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るノズルの配置の変形例である。 本発明の第２実施形態に係る薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の概略構成図が示されている。 本発明の第２実施形態に係る薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の第１変形例である。 本発明の第２実施形態に係る薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の第２変形例である。 本発明の第２実施形態に係る薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の第３変形例である。 本発明の第３実施形態に係る脱硝装置を備えたボイラプラントの概略構成図である。

［第１実施形態］
図１には、本実施形態のボイラプラントの概略構成図が示されている。
ボイラプラント１は、排ガス（流体）を排出するボイラ２と、ボイラ２から排出された排ガスが導かれる脱硝装置３と、脱硝装置３から導出された排ガスと空気とが熱交換する空気熱交換器（熱交換器）４と、空気熱交換器４によって温度が下げられた排ガス中のダストを除去する電気集塵機５と、脱硝装置３および電気集塵機５によって浄化された排ガスをボイラプラント１外に導出する煙突６とを備えている。

ボイラ２は、燃料を燃焼して排ガスを排出する。空気熱交換器４は、冷媒として空気を用いて排ガスと熱交換するものである。空気熱交換器４を通過することによって排ガスは、温度が下げられる。
電気集塵機５は、排ガス中のダストを除去するものである。

脱硝装置３は、排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。脱硝装置３は、触媒（触媒部）１１と、還元剤を噴霧するノズル（薬剤投入手段制御部）１３と、制御装置（図示せず）とを備えている。触媒１１は、還元剤であるアンモニア水（薬剤）が噴霧された排ガスが通過することによって排ガス中の窒素酸化物と反応して、窒素酸化物を無害な窒素と水とにするものである。触媒１１は、ハニカム構造とされ、複数設けられている。触媒１１は、二酸化チタン（TiO₂）を主成分として、活性成分であるバナジウム（V）、タングステン（W）などが添加されたものである。なお、還元剤としては、ガス状と液状の２種があり、ガス状では、アンモニア、アンモニアと塩化水素の混合物（例えば、塩化アンモニウム）、液状では、アンモニア水溶液、尿素水溶液、塩化アンモニア水溶液があり、ガス状、液状どちらも適用可能であるが、ここではアンモニア水溶液（アンモニア水）を例に挙げて説明する。

ノズル１３は、ダクト１２内を流れる排ガスにアンモニアを噴霧するものである。ノズル１３には、薬剤供給部８より還元剤であるアンモニア水が供給される。ノズル１３は、触媒１１の上流側のダクト１２内に設けられている。ノズル１３は、ダクト１２の幅方向に複数設けられている。さらに、ノズル１３は、図２に示すように排ガスが通過する方向（ダクト１２の延在方向）に複数段（例えば、２段）設けられている。

ノズル１３は、その延在方向の断面形状が長方形状とされている。ノズル１３は、ダクト１２内を下方に延在している。ノズル１３の長さは、段によってその長さが異なっている。長さの異なるノズル１３を用いることによって、ダクト１２の延在方向に垂直な面を通過する排ガスに対してアンモニア水を噴霧することができる。各ノズル１３は、ダクト１２の外側に配置されている注入管１４に接続されている。注入管１４と各ノズル１３との間には、流量制御弁（薬剤投入手段制御部）１５が設けられている。

注入管１４は、図３に示すようにダクト１２の幅方向に延在している。注入管１４は、空気注入管１６と還元剤注入管１７とを備えている。空気注入管１６の下方には、還元剤注入管１７が平行になるように設けられている。空気注入管１６は、下方に向かって複数の還元剤注入分岐管１９を有している。各還元剤注入分岐管１９の途中には、還元剤注入管１７が合流している。還元剤注入管１７が合流した各還元剤注入分岐管１９の下端には、流量制御弁１５を介してノズル１３が各々接続されている。

各流量制御弁１５は、各還元剤注入分岐管１９と、各ノズル１３との間に設けられている。流量制御弁１５は、ノズル１３と同数設けられている。流量制御弁１５は、ノズル１３へと導かれるアンモニア水の流量を制御するものである。

図４には、本実施形態における制御装置の概略構成図が示されている。
制御装置２０は、温度測定装置２１と、温度分布を算出する温度分布算出装置２２と、アンモニア水溶液中のアンモニアの濃度分布を算出する薬剤濃度分布算出装置（薬剤濃度算出部）２３と、アンモニア水の噴霧量を設定する薬剤噴霧量設定装置（薬剤流量決定部）２４と、流量制御弁１５の開度を制御する弁制御装置（薬剤投入手段制御部）２５とを備えている。

温度測定装置２１は、図５に示すように光ファイバー（受光部）２６を用いてアンモニア水が噴霧された排ガスの温度分布を測定するものである。光ファイバー２６は、ダクト１２（図４参照）を構成している壁面１２ａと、その壁面１２ａに隣接する壁面１２ｂとに設けられている。

光ファイバー２６には、他の壁面１２ｃ、１２ｄから発し、ダクト１２を流れる排ガスを通過した光が入射する。このため、光ファイバー２６に入射する光は、排ガスに含まれる成分、例えば、水蒸気によって一部が吸収されている。光ファイバー２６に入射した光は、温度測定装置２１に導かれる。

温度測定装置２１に導かれた光は、温度測定装置２１内に設けられている分光部（図示せず）によって分光される。分光された光は、温度測定装置２１内に設けられている分析部（図示せず）に導かれる。分析部において、実側された発光スペクトルＲＳ（以下「実側発光スペクトル」という。）から、所定の波長に関する信号強度の関数を取得する。実側発光スペクトルＲＳは、壁面１２ｃ、１２ｄから発せられた光の発光スペクトルと、ダクト１２内を流れる排ガスに関する吸収スペクトルとが組み合わされたものである。

さらに、分析部は、ダクト１２内を流れている排ガスに含まれる水蒸気の理論上の吸収スペクトル（以下「理論吸収スペクトル」という。）における、前述した所定の波長に関する信号強度の関数を取得する。水蒸気の理論吸収スペクトルの信号強度は、所定の波長と、ダクト１２内のある温度計測位置における水蒸気の温度との関数として求めることができる。

分析部は、上述した水蒸気の理論吸収スペクトルの信号強度を用いて、ダクト１２内のある温度計測位置における理論吸収スペクトルと、実測発光スペクトルＲＳとの誤差が最小となる水蒸気の温度を算出する。このように、温度測定装置２１は、水蒸気などによって吸収された光の強度を用いて温度を推定することができる。

温度分布算出装置２２（図４参照）は、温度測定装置２１によって計測された排ガスの波長の結果に基づいて、アンモニア水が噴霧された排ガスの温度分布を算出するものである。
薬剤濃度分布算出装置２３は、温度分布算出装置２２によって算出された排ガスの温度分布に基づいて、排ガスに噴霧されたアンモニアの濃度分布を算出するものである。

薬剤噴霧量設定装置２４は、薬剤濃度分布算出装置２３によって算出されたアンモニアの濃度分布の結果から排ガスに噴霧する噴霧量を決定するものである。
弁制御装置２５は、薬剤噴霧量設定装置２４によって決定された噴霧量に応じて各流量制御弁１５の開度を制御するものである。これにより、各流量制御弁１５から排ガスに噴霧されるアンモニア水の流量は、流量制御弁１５毎に異なることになる。

次に本実施形態におけるアンモニア水の噴霧量の制御方法について用いて説明する。
ボイラ２から排出された排ガスには、ダクト１２の上方から複数のノズル１３（図１参照）によってアンモニア水が噴霧される。アンモニア水が噴霧された排ガスは、ダクト１２内を流れて脱硝装置３（図１参照）へと導かれる。

アンモニア水が噴霧された排ガスの温度は、脱硝装置３に導かれる上流側において光ファイバー２６と温度測定装置２１とによって計測される。温度測定装置２１が推定した温度に基づいて、温度分布算出装置２２が排ガスの温度分布を算出する。

温度分推定装置２２によって算出された排ガスの温度分布に基づいて薬剤濃度分布算出装置２３が排ガス中に散布されたアンモニアの濃度分布を算出する。算出された排ガス中のアンモニアの濃度分布の結果に基づいて、アンモニアの濃度分布が所望の濃度分布になっていない場合には、薬剤噴霧量設定装置２４が各ノズル１３（図１参照）から噴霧するアンモニア水の噴霧量を決定する。また、薬剤噴霧量設定装置２４は、決定したアンモニア水の噴霧量を各ノズル１３（図１参照）からダクト１２内を流れる排ガスに噴霧するように各流量制御弁１５の開度を決定する。

弁制御装置２５は、薬剤噴霧量設定装置２４が決定した開度に基づいて各流量制御弁１５を制御する。これにより、薬剤濃度分布算出装置２３によって各ノズル１３（図３参照）から排ガスに噴霧されたアンモニア水の噴霧量が多いと算出された部分には、アンモニア水の噴霧量を減少させることができ、排ガスに噴霧されたアンモニア水の噴霧量が少ないと算出された部分には、アンモニア水の噴霧量を増加させて噴霧することができる。

ここで、アンモニア水の噴霧量の決定方法について説明する。
ボイラ２からダクト１２に導出された排ガス中の窒素酸化物量（mol/h）は、脱硝装置３の上流側のアンモニア水が噴霧される前の窒素酸化物の濃度と、流速との関係から求めることができる。

これらの関係から求められた排ガス中の窒素酸化物量（mol/h）と、アンモニア水の供給量Ｎ（mol/N）との比が１に近づくように各ノズル１３に供給するアンモニア水の供給量を所望の供給量になるように調整する。しかし、所望の供給量のアンモニア水を供給しても排ガス中に噴霧されたアンモニア水の噴霧濃度が所望の濃度分布になっていない場合には、噴霧量を変化させてアンモニア水の噴霧濃度を所望の濃度分布にすることが望まれる。

排ガスに噴霧されたアンモニア水は、蒸発する際に蒸発潜熱によって排ガスの温度を低下させることが一般に知られている。
図６には、排ガスの温度とアンモニア水の噴霧量とを示したグラフが示されている。図６の縦軸はアンモニア水の噴霧量を示し、横軸はアンモニア水が噴霧された排ガスの温度を示す。図６に示すように、アンモニア水の噴霧量が多くなると蒸発潜熱が大きくなるため排ガスの温度が低下する。

図６に示した関係を用いて、アンモニア水が噴霧された排ガスの温度分布を測定して排ガスに噴霧されたアンモニアの濃度分布を算出する。
なお、アンモニアガスを排ガスに噴霧する場合は、蒸発潜熱による温度降下が得られないため、ノズル１３の上流側に冷却手段を備え、アンモニアガスを冷却して排ガス中に噴霧されることが好ましい。アンモニアガスの噴霧量が多くなると温度差も大きくなるため、排ガスの温度が低下する。排ガス温度とアンモニアガスの噴霧量の関係をアンモニアガス温度ごとにデータとして得ておけば、アンモニアガスが噴霧された排ガスの温度分布を測定することで、排ガスに噴霧されたアンモニアの濃度分布を算出することができる。
図７には、ダクト内を流れる排ガスの温度分布とアンモニア水の噴霧量との関係を示す模式図が示されている。
アンモニア水が噴霧される前の排ガス中に含まれる窒素酸化物量（mol/h）に対して、供給量Ｎave（mol/L）のアンモニア水を噴霧した場合におけるアンモニア水の理論的な温度降下量の平均値を△Ｔaveとし、計測される排ガスの理論的な平均降下温度をＴaveとする。

ここでは、簡易的に図７に示すようにダクト１２内を２分割して説明する。
領域３０と領域３１とに２分割されたダクト１２内には、各領域３０、３１にノズル１３が一つずつ設けられている。領域３０に設けられているノズル１３ａからダクト１２内を流れる排ガスに噴霧されたアンモニア水の実噴霧量をＮ１（mol/L）とする。領域３１に設けられているノズル１３ｂからダクト１２内を流れる排ガスに噴霧されたアンモニア水の実噴霧量をＮ２（mol/L）とする。

排ガスの下流側であって、ダクト１２の延在する方向に対して垂直な面３２における領域３０および領域３１の温度をそれぞれＴ１、Ｔ２とする。なお、計測される温度Ｔ１、Ｔ２は、各領域３０、３１に設けられているノズル１３ａ、１３ｂがアンモニア水を噴霧する位置と略同位置とされている。

図６のグラフに示したように、各温度Ｔ１、Ｔ２の計測結果から排ガスに噴霧されたアンモニアの濃度分布を知ることができる。アンモニアの濃度分布が所望の濃度分布ではない場合には、各領域３０、３１の排ガスに噴霧するアンモニア水の噴霧量Ｎ１、Ｎ２を変える。

各温度Ｔ１、Ｔ２の計測結果から各温度降下量△Ｔ１、△Ｔ２が分かる。これから、アンモニア水の噴霧変化量△Ｎ１、△Ｎ２を求めることができる。アンモニア水の噴霧変化量△Ｎ１、△Ｎ２を変化させることによって、各温度Ｔ１、Ｔ２を排ガスの理論的な平均降下温度Ｔaveに近づけることができる。

ただし、実際には、領域３０の排ガスの温度降下量△Ｔ１は、アンモニア水の噴霧変化量△Ｎ１の影響だけではなく領域３１のアンモニア水の噴霧変化量△Ｎ２の影響を受ける。また、領域３１の排ガスの温度降下量△Ｔ２は、アンモニア水の噴霧変化量△Ｎ２の影響だけではなく領域３０のアンモニア水の噴霧変化量△Ｎ１の影響を受ける。そのため、これらを考慮した補正項を加えてアンモニア水の各噴霧量Ｎ１、Ｎ２を変えることによって、各領域３０、３１の温度Ｔ１、Ｔ２を平均降下温度Ｔaveに近づけていくことができる。

以上の通り、本実施形態に係る脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。
温度測定装置２１によって求められた温度分布により排ガス（流体）に噴霧（投入）されたアンモニア水（薬剤）の濃度分布を算出して、薬剤流量設定装置（薬剤流量決定部）２４によって排ガスに噴霧するアンモニア水の流量を決定する。決定された流量のアンモニア水は、流量制御弁（薬剤投入手段）１５を弁制御装置（薬剤投入手段制御部）２５によって制御することによって排ガスに噴霧することとした。そのため、排ガスに噴霧するアンモニア水の噴霧状態を補正することができる。したがって、アンモニア水が噴霧された排ガスの濃度分布を所望の濃度分布にすることができる。

ダクト１２に光ファイバー（受光部）２６だけを配置して排ガスの温度分布を測定することとした。そのため、ダクト１２内の排ガスの流れを阻害することがない。したがって、排ガスの温度分布を常時測定することができる。

また、ダクト１２の壁面１２ｃ、１２ｄから発せられて排ガスを通過した光を測定するため、測定する光を排ガスに照射する構成を用いる必要がない。そのため、温度測定装置２１の構成要素が少ない。したがって、容易かつ安価に温度分布を測定することができる。

排ガスに噴霧されるアンモニアの濃度分布を補正することが可能な制御装置２０を用いることとした。そのため、排ガスに噴霧されるアンモニアの濃度分布を適正に制御することができ、アンモニア水と所望の混合状態にされた排ガスとを触媒（触媒部）１１に導くことができる。したがって、脱硝装置３の性能改善を図り、脱硝効率の向上させることができる。

また、局所的に温度の高い排ガス部分は、ノズル１３の閉塞が想定でき、計測された温度分布が所望の温度分布とならない場合には、排ガスとアンモニア水との混合状態が不均一であることが想定できる。そのため、脱硝装置３のメンテナンス処置を迅速に行うことができる。したがって、脱硝装置３の運転の信頼性を向上させることができる。

また、アンモニア水の噴霧量を制御してアンモニア水と排ガスとを所望の混合状態にすることができる制御装置２０を用いることとしたので、過剰なアンモニア水の噴霧を防止することができる。したがって、触媒１１との反応に用いられなかったアンモニアが脱硝装置３から導出することを防止することができる。

反応に用いられなかったアンモニアが導出することを防止することが可能な脱硝装置３を用いることとした。そのため、脱硝装置３から排ガスが導かれる空気熱交換器（熱交換器）４にアンモニアが析出して空気熱交換器４が閉塞することを防止することができる。したがって、ボイラプラント１の運転の信頼性を向上させ、メンテナンスを容易にすることができる。

また、窒素酸化物の除去に優れた脱硝装置３を用いることとしたので、ボイラプラント１から導出される窒素酸化物を大幅に削減することができる。したがって、環境負荷の小さなボイラプラント１にすることができる。

なお、本実施形態では、ボイラプラント１として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、化学プラントなどであっても良い。
また、ノズル１３は、図８に示すように傾きを変えて設けても良い。

[第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法は、薬剤濃度制御手段を備えている点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９には、本発明の第２実施形態に係る薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の概略構成図が示されている。
ここで還元剤であるアンモニア（薬剤）は、ベース液であるアンモニアと、ベース液を希釈する希釈水（希釈剤）とを混同させる二液混合方式である。排ガスに噴霧されるアンモニアの濃度は、希釈水を増減させることによって変えることができる。

ノズル１３へアンモニアを供給する薬剤供給部８は、ベース液貯蔵タンク４１と、希釈水貯蔵タンク４２と、希釈水を昇圧する希釈水供給用ポンプ４３と、希釈水の流量を制御する希釈水用流量制御弁（薬剤濃度制御手段）４４と、希釈水用流量制御弁４４の開度を調整する制御装置２０と、アンモニアを各流量制御弁（薬剤投入手段）１５を経て各ノズル（薬剤投入手段）１３へと供給する還元剤供給用ポンプ４５とを備えている。

ベース液貯蔵タンク４１には、アンモニアのベース液が貯蔵されている。ベース液貯蔵タンク４１には、還元剤供給用ポンプ４５との間を接続する配管４６が接続されている。
希釈水貯蔵タンク４２には、アンモニアのベース液を希釈する希釈水が貯蔵されている。
希釈水供給用ポンプ４３は、希釈水貯蔵タンク４２から導かれた希釈水を昇圧するものである。希釈水供給用ポンプ４３の下流側には、希釈水用流量制御弁４４が設けられている。

還元剤供給用ポンプ４５は、配管４６から導かれた所定濃度のアンモニアを昇圧するものである。還元剤供給用ポンプ４５の下流側には、各流量制御弁１５に接続されている配管４９が接続されている。
希釈水用流量制御弁４４は、開度を変化させることによって通過する希釈水の流量を変えるものである。希釈水用流量制御弁４４の下流側には、配管４８が接続されている。配管４８は、配管４６に合流されている。
制御装置２０は、希釈水用流量制御弁４４の開度を制御する希釈水用流量制御弁制御装置（図示せず）を備えている。

次に、本実施形態のアンモニアを所定濃度に混合する制御方法について説明する。
還元剤供給用ポンプ４５によってアンモニアのベース液がベース液貯蔵タンク４１から配管４６へと導出される。一方、希釈水は、希釈水貯蔵タンク４２から希釈水用供給ポンプ４３へと導かれて昇圧される。昇圧された希釈水は、希釈水用流量制御弁４４へと導かれる。

希釈水用流量制御弁４４は、その開度が制御装置２０に設けられている希釈水用流量制御弁制御装置によって制御される。希釈水用流量制御弁４４の開度は、配管４９からノズル１３へと導かれるアンモニアが所望濃度になるように制御される。希釈水用流量制御弁制御装置によって開度が制御された希釈水用流量制御弁４４からは、流量が制御された希釈水が配管４８へと導出される。

配管４８に導出された流量が制御された希釈水は、アンモニアのベース液が導かれている配管４６に合流される。配管４６内において、アンモニアのベース液と希釈水とは、所定濃度のアンモニアに混合される。所定濃度に混合されたアンモニアは、還元剤供給用ポンプ４５によって昇圧されて配管４９へと導出される。配管４９に導出された所定濃度のアンモニアは、各流量制御弁１５から各ノズル１３へと導かれて排ガス（流体）に噴霧される。

以上の通り、本実施形態に係る脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。
希釈水用流量制御弁（薬剤濃度制御手段）４４によってアンモニア（薬剤）に混合する希釈水（希釈剤）の流量を制御することとした。そのため、排ガス（流体）に投入されるアンモニアの流量を変化させることなくアンモニアの濃度を変えることができる。したがって、排ガスに噴霧されるアンモニアの液滴径を小さく略均一に維持することができる。

また、排ガスに噴霧されるアンモニアの濃度制御を加えた場合には、排ガスに噴霧（投入）するアンモニアの液滴径を小さく略均一に維持することができる。そのため、排ガスに噴霧したアンモニアを十分に蒸発させることが可能となる。したがって、脱硝装置の脱硝効率の向上をより一層図ることができる。

なお、本実施形態では、配管４８から配管４６へと導出される希釈水の流量は、希釈水用流量制御弁４４によって制御されるとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、希釈水用流量制御弁４４の代わりに希釈水供給用ポンプの吐出量を制御しても良い。
図１０には、本実施形態の変形例１として、薬剤濃度制御手段を備えた脱硝装置の概略構成図が示されている。
希釈水供給用ポンプ（薬剤濃度制御手段）４３は、制御装置２０に備えられている希釈水用流量制御弁制御装置（図示せず）によって吐出量が制御される。希釈水用流量制御弁制御装置によって吐出量が制御された希釈水は、希釈水供給用ポンプ４３から配管４８へと導出される。配管４８を流れる吐出量が制御された希釈水は、配管４６に合流する。

また、本実施形態では、アンモニアの混合は、配管４６内で行われるとして説明したが、図１１に示すように水槽内で混合させるとしても良い。
図１１には、本実施形態の変形例２として、希釈水混合用ポンプを備えた脱硝装置の概略構成図が示されている。
ベース液用供給ポンプ５２は、ベース液貯蔵タンク４１から導かれたアンモニアのベース液を昇圧するものである。ベース液用供給ポンプ５２によって昇圧されたアンモニアのベース液は、ベース液用流量制御弁（薬剤濃度制御手段）５３へと導かれる。

ベース液用流量制御弁５３は、ベース液用供給ポンプ５２から導かれたアンモニアのベース液の流量を制御するものである。ベース液用流量制御弁５３は、制御装置２０に備えられている希釈水用流量制御弁制御装置（図示せず）によって開度が制御される。

混合用水槽５４は、アンモニアのベース液と希釈水とを混合するものである。ベース液用流量制御弁５３を通過して流量が制御されたアンモニアのベース液と、希釈水用流量制御弁４４（薬剤濃度制御手段）を通過して流量が制御された希釈水とは、混合用水槽５４において混合される。混合用水槽５４においてアンモニアのベース液と希釈水とが混合されることによって、アンモニアは所定濃度にされる。所定濃度にされたアンモニアは、混合用水槽５４から還元剤供給用ポンプ４５へと導かれる。

また、アンモニアと希釈水との混合を混合用水槽５４内で行う場合には、図１２に示すように、希釈水用流量制御弁制御装置（図示せず）によってベース液供給用ポンプ（薬剤濃度制御手段）５２および希釈用供給ポンプ（薬剤濃度制御手段）４３の各吐出量を制御して所定濃度のアンモニアとしても良い。

[第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法は、還元剤として塩化アンモニウム水を用いる点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１３には、本発明の第３実施形態に係る脱硝装置を備えたボイラプラントの概略構成図が示されている。
脱硝装置３は、触媒１１として脱硝触媒１１ａと、水銀酸化用触媒１１ｂとを備えている。還元剤（薬剤）としては、塩化アンモニウム水が用いられる。
脱硫装置７は、排ガス中の硫黄分を除去するものである。

脱硝用触媒１１ａは、還元剤である塩化アンモニウム水溶液が噴霧された排ガスが通過することによって排ガス中の窒素酸化物を除去する。脱硝用触媒１１ａによって窒素酸化物が除去された排ガスは、水銀酸化用触媒１１ｂへと導かれる。水銀酸化用触媒１１ｂに導かれた排ガス中の水銀は、排ガスに噴霧された塩化アンモニウム水と反応して塩化第２水銀と水とにされる。
電気集塵機５によってダストが除去された排ガスは、脱硫装置７によって硫黄分が除去される。脱硫装置７によって硫黄分が除去された排ガスは、煙突６からボイラプラント１の外へと導出される。

以上の通り、本実施形態に係る脱硝装置の制御装置、これを備えた脱硝装置、およびこれを備えたボイラプラント、ならびに脱硝装置の制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。
排ガス（流体）に噴霧（投入）された塩化アンモニウム水（薬剤）の濃度分布を制御することとした。そのため、塩化アンモニウム水が噴霧された排ガスと触媒（触媒部）１１ａ、１１ｂとを十分に反応させることができる。したがって、窒素酸化物の除去と共に排ガス中の水銀を効率的に除去可能な脱硝装置３とすることができる。

１ ボイラプラント
３ 脱硝装置
１５ 流量制御弁（薬剤投入手段）
２０ 制御装置
２１ 温度測定装置
２３ 薬剤濃度分布算出装置（薬剤濃度算出部）
２４ 薬剤噴霧量設定装置（薬剤流量決定部）
２５ 弁制御装置（薬剤投入手段制御部）

Claims (7)

1. 流体に薬剤を投入する薬剤投入手段と、
   流体の温度分布を計測する温度測定装置と、
   該温度測定装置によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出する薬剤濃度算出部と、
   該薬剤濃度算出部によって算出された濃度分布に応じて前記薬剤投入手段が投入する薬剤の流量を決定する薬剤流量決定部と、
   該薬剤流量決定部が決定した流量の薬剤を流体に投入するように前記薬剤投入手段を制御する薬剤投入手段制御部と、を備える脱硝装置の制御装置。
2. 前記薬剤投入手段によって流体に投入される薬剤の濃度を制御する薬剤濃度制御手段を備え、
   該薬剤濃度制御手段は、薬剤に混合する希釈剤の流量を制御する請求項１に記載の脱硝装置の制御装置。
3. 前記温度測定装置は、流体が流れる流路の一の壁面に取り付けられた受光部と、他の壁面から発せられ、流体を通過した光が該受光部に入射し、該受光部に入射した光を分光する分光部と、該分光部により分光された光から、流体の実測吸収スペクトルを検出する検出部と、該検出部によって検出された前記実測吸収スペクトルから流体の温度を算出する温度算出部と、を備える請求項１または請求項２に記載の脱硝装置の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置と、
   該制御装置によって流量が制御された薬剤が導かれる複数のノズルと、
   複数の該ノズルによって噴霧された流体中の窒素酸化物を除去する触媒部と、を備える脱硝装置。
5. 前記薬剤は、アンモニア、アンモニアと塩化水素の混合物、アンモニア水溶液、尿素水溶液、または塩化アンモニア水溶液のいずれかである請求項４に記載の脱硝装置。
6. 流体を排出するボイラと、
   該ボイラから排出された流体が導かれる請求項４または請求項５に記載の脱硝装置と、
   該脱硝装置から導出された流体と熱交換する熱交換器と、を備えるボイラプラント。
7. 流体に薬剤を投入する薬剤投入工程と、
   流体の温度分布を計測する温度測定工程と、
   該温度測定工程によって求められた温度分布により流体に投入された薬剤の濃度分布を算出する薬剤濃度算出工程と、
   該薬剤濃度算出工程によって算出された濃度分布に応じて投入する薬剤の流量を決定する薬剤投入流量決定工程と、
   該薬剤投入流量決定工程が決定した流量の薬剤を流体に投入する薬剤投入手段制御工程と、を備える脱硝装置の制御方法。
   
   

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