JP2633599B2 - アンモニア注入量制御方法 - Google Patents

アンモニア注入量制御方法

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JP2633599B2 JP63008524A JP852488A JP2633599B2 JP 2633599 B2 JP2633599 B2 JP 2633599B2 JP 63008524 A JP63008524 A JP 63008524A JP 852488 A JP852488 A JP 852488A JP 2633599 B2 JP2633599 B2 JP 2633599B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,排ガス脱硝プロセスにおけるアンモニア注
入量制御方法に係り,特にボイラの負荷変化が頻繁であ
るオートマティック フリークエンシイ コントロール
〔Automatic Frequency Control(AFC)〕運用における
排ガス脱硝装置において、優れた追従性を有するアンモ
ニア注入量制御方法に関する。
〔従来の技術〕
排ガス脱硝プロセスの一つであるアンモニア接触還元
法は,構造,性能,コストの面などで長所が多く,現
在,多数の発電プラント用の大型ボイラにおける排ガス
脱硝プロセスに採用されている。また,近年,原子力発
電の全発電量に対する占める割合の増加によって,火力
発電所におけるボイラ運転は,従来の100パーセントの
定負荷運用から,必要な量しか発電しない中間負荷運用
に変化しつつある。そのため,火力発電用ボイラの自動
負荷変化制御が多く採用されることになり,特にボイラ
の負荷が頻繁に変化するAFC運用においては,ボイラ負
荷は短時間内に極めて小刻みな変化を示す。
従来の排ガス脱硝プロセスは,例えば第3図に示すア
ンモニア注入量制御方法において,第4図に示すような
ボイラの起動,停止時の負荷変化(I)に対し,その負
荷および負荷変化率で決定される過剰または過少のアン
モニア量を,ボイラの負荷変化に伴う運転条件,すなわ
ち,排ガス量,排ガス温度,脱硝装置入口NOx(窒素酸
化物)濃度(VI)などの変化に対応して,アンモニアの
先行注入量(II)が決定され,脱硝装置出口NOx濃度(I
V)を低く安定させる方法が採用されてきた(特開昭58
−143825号公報)。この理由は,第5図に示すように,
アンモニア注入量(III)に対して脱硝装置出口NOx濃度
(IV)が定常に達するまでの反応時間,すなわち脱硝反
応の時間常数が10〜60分と非常に長く,かつボイラの負
荷変化時の排ガス条件の急激な変化に対応して脱硝装置
出口の排ガス中のNOx量を規制値以下にすることが要求
されているため,一時的に過剰量のアンモニアを先行し
て注入する必要があるからである。しかしながら,この
アンモニアの先行注入量制御方法は,低負荷から高負荷
に変化させるようなボイラの起動,停止時の運転条件し
か考慮されておらず,AFC運用といった負荷が頻繁に小刻
みに変化する場合のボイラ運転におけるアンモニアの先
行注入量制御については全く配慮がなされていなかっ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述したごとく,従来の脱硝プロセスにおけるアンモ
ニアの先行注入量制御方法は,ボイラの負荷が頻繁に小
刻みに変化するAFC運用における場合についての配慮は
全くなく,そのため,例えば第6図に示すごとく,脱硝
装置出口NOx濃度(IV)および未反応の残留アンモニア
濃度(V)が上昇し,極めて不安定な脱硝運転となって
いた。
本発明の目的は,ボイラのAFC運用時において,脱硝
装置入口の排ガス中のNOx濃度,排ガス温度,排ガス量
などの脱硝処理ガス条件の頻繁で小刻みな変動に対し,
脱硝装置出口の排ガス中のNOx濃度および未反応の残留
アンモニア濃度が低く,しかも安定した脱硝運転が可能
で,極めて追従性のよいアンモニアの先行注入量制御方
法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本発明の目的は,排ガスの脱硝プロセスにおける
アンモニアの先行注入量制御方法において,ボイラなど
の燃焼装置のAFC運用の信号に基づいて,通常の場合に
おけるアンモニアの先行注入量(V)に対し,0.2V〜0.8
Vの範囲のアンモニア量を先行注入して,AFC運用に追従
させることにより,達成される。
すなわち,本発明は負荷の変化に応じて燃焼量を自動
的に制御する燃焼装置から排出される燃焼排ガス中に,
アンモニアを注入して排ガス中のNOxを接触還元し脱硝
する脱硝装置のアンモニア注入量制御方法であって,排
ガス中のNOxの流量を検出して,これを脱硝するに必要
なアンモニアの注入量を算出し,さらに脱硝反応の遅延
に基づく時間常数を加味して,必要とするアンモニア注
入量を先行して脱硝反応系に注入するアンモニアの先行
注入量制御方法において,特に燃焼装置の負荷変化が頻
繁に小刻みに変化するAFC運用時に,脱硝反応系に注入
するアンモニアの先行注入量の0.2〜0.8倍のアンモニ
ア,より好ましくは0.6〜0.7倍のアンモニアを注入する
ことにより,本発明の目的は達成される。
〔作用〕
排ガスの脱硝反応における反応率,すなわち脱硝率
(X)は,処理ガス量(F),反応温度(T),還元触
媒の表面に吸着されているアンモニア量(Q)および脱
硝装置に充填された触媒量と密接な関係があって,次式
で表わすことができる。
ln(1−X)-1=Kr・Q・S/F ……(1) Kr=f(T) ……(2) 式中,Krは反応速度定数,Sは触媒面積,fは関数を表わ
す。
本発明のアンモニアの先行注入量制御の概念につい
て,上記の(1)および(2)式に基づいて説明する。
例えば,ボイラの負荷が上昇する場合,処理ガス量
(F)が急激に増加し,また反応温度(T)も上昇す
る。反応温度(T)の上昇は比較的緩やかである。
(1)式に示すごとく,還元触媒の表面に吸着されてい
るアンモニア量(Q)が同じで,処理ガス量(F)が増
加すると脱硝率(X)は低下する。ボイラ負荷上げの
際,脱硝装置の入口NOx濃度もまた高くなる傾向にある
ので,脱硝率(X)は上げる必要がある。したがって,
新しい条件で必要な脱硝率(X)を得るためには,触媒
表面に吸着されるアンモニア吸着量(Q)を大きくしな
ければならない。通常の場合,アンモニア注入量は,量
論的に次に示す(3)式によって求めることができる。
(アンモニア注入量)=〔NH3〕/〔NOx〕(モル比) ×(入口NOx濃度)×(処理ガス量) ……(3) このアンモニア注入量は,脱硝条件の変化に伴う触媒
のアンモニア吸着量の変化を考慮しておらず,ボイラの
負荷上昇に追従させるためには,アンモニア注入量が不
足していることにある。アンモニアの先行注入量制御
は,触媒のアンモニア吸着量の不足分を,ガス条件の変
化に先行して注入しようとするものである。このアンモ
ニアの先行注入量の算出には,ガス条件が変化する前の
状態と,変化した後のガス条件が必要となるが,実際の
アンモニアの先行注入量制御では,どこまで,つまりガ
ス条件の変化が始まる時点のガス状態を測定することは
できても,変化が終った時点のガス状態を予測すること
は不可能である。したがって,アンモニアの先行注入量
はボイラスタート時の負荷0%から100%まで上昇させ
る最も厳しい負荷変化条件を基準にして設定されること
になる。AFC運用時のボイラの負荷変化は,2〜6%/min
と速いが,負荷変化の幅は発電能力の約10%程度であ
り,実際のガス条件の変化はあまり大きくない。しかし
ながら,アンモニアの先行注入量は,最も厳しい条件で
設定してあるために,アンモニアの先行注入制御量がAF
C運用時には過剰となる傾向にあり,かつボイラの負荷
下げの場合には過少となる傾向にある。ボイラの負荷変
化時の処理ガス量,排ガス中のNOx濃度の変化の幅によ
るが,一度の負荷変化の範囲が全発電量の10〜15%程度
であるAFC運用時などにおけるアンモニアの先行制御量
は,ボイラのスタートアップ時のアンモニアの先行注入
量(V)に対して,0.2V〜0.8Vしか必要でないことを種
々の実験により知見した。
したがって,ボイラ停止状態からのスタートする場合
とか,高い負荷状態からのボイラの停止といった,ボイ
ラの負荷変化の幅が大きい場合の運転と,AFC運用といっ
た負荷変化の範囲が狭く,かつ頻繁に小刻みに負荷が変
動する場合の運用とに分けて,アンモニアの先行注入量
を制御することにより,より実際の運転に適合した,ボ
イラの負荷変化に対し追従性の高い排ガス脱硝装置にお
ける合理的なアンモニア注入量の制御が行えることにな
る。
そして,AFC運用時などにおける本発明のアンモニアの
先行制御量は,従来技術におけるアンモニアの先行注入
量(V)に対して0.2V〜0.8Vの範囲が好ましく,より好
ましい範囲は0.6V〜0.7Vである。アンモニアの先行制御
量が上記の範囲を外れると,脱硝装置出口NOx濃度の上
昇もしくは未反応の残留アンモニア量が増加する傾向に
なるので好ましくない。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ,図面に基づいてさら
に詳細に説明する。
ボイラのAFC運用など負荷が小刻みに変化する運転に
おいて,脱硝装置入口の排ガス条件,すなわち排ガス中
のNOx濃度,排ガス量,排ガス温度などの変化に対して
追従性に優れた脱硝装置の運転を可能とするアンモニア
の先行注入量制御方法について説明する。
本発明のボイラのAFC運用におけるアンモニアの先行
注入量制御方法の一例を第1図に示す。図において,入
口NOx検出器3で検出された入口NOx濃度信号24と空気流
量検出器2で検出された空気流量信号17を関数変換器6
によって,排ガス流量信号25に変換し,この排ガス流量
信号25と入口NOx濃度信号24を除算器9によって入口NOx
量信号18に変換する。一方,入口NOx濃度信号24と出口N
Ox濃度設定器4を用いて演算器7によってモル比信号20
を算出する。さらに,入口NOx濃度信号24,設定出口NOx
濃度信号26と出口NOx濃度検出器5より得られた信号を
用いて演算器12によって,設定出口NOx濃度と実際の出
口NOx濃度の偏差である出口補正モル比信号27を算出す
る。モル比信号20と出口補正モル比信号27により加算器
8で補正モル比信号19を求める。補正モル比信号19と入
口NOx量信号18を,演算器10を用いて,必要注入アンモ
ニア流量信号21が求まる。他方,負荷変化が生じた場合
に,空気流量信号17は微分器28によって空気流量変化信
号1が得られ,さらに関数演算器29によって先行アンモ
ニア注入量信号22が求められる。AFC信号14によって切
換器13で,先行注入アンモニア量信号22は,演算器16で
AFC運用先行信号23となる。AFC運用しない場合は,先行
アンモニア注入量信号22を,またAFC運用を行う場合は,
AFC運用先行信号23と必要注入アンモニア流量信号21を
用いて,加算器11によってアンモニア注入量信号15を求
める。このアンモニア注入量信号15によってアンモニア
注入弁の流量調整を行う。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく,本発明の排ガス脱硝プロ
セスにおけるアンモニアの先行注入量制御方法によれ
ば,ボイラなどの負荷が頻繁に小刻みに変化するAFC運
用されるケースと,AFC運用されないでボイラ負荷が大き
く変化するケースとに分けて,アンモニアの先行注入量
の制御を適正に行うことができるので,それぞれのケー
スにおける負荷変化に対応して追従性よく必要とするア
ンモニアの先行注入量を制御することが可能となり,脱
硝装置出口のNOx濃度および未反応の残留アンモニア量
のレベルを低く,かつ安定した値に保持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例において例示したボイラのAFC
運用におけるアンモニアの先行注入量制御のプロセスを
示す系統図,第2図は第1図に示した本発明の実施例に
おけるアンモニアの先行注入量制御方法と脱硝装置出口
NOx濃度および未反応の残留アンモニア濃度の関係を示
すグラフ,第3図は従来のアンモニアの先行注入量制御
方法を示す系統図,第4図は従来のアンモニアの先行注
入量制御方法の概念を示す説明図,第5図は従来の脱硝
装置における脱硝反応が定常に達するまでの脱硝反応の
時間常数を示す説明図,第6図は従来のボイラのAFC運
用におけるアンモニアの先行注入量制御方法と脱硝装置
出口NOx濃度および未反応の残留アンモニア濃度の関係
を示すグラフである。 1……空気流量変化信号、2……空気流量検出器 3……入口NOx濃度検出器 4……出口NOx濃度設定器 5……出口NOx濃度検出器 6……関数変換器、7……演算器 8……加算器、9……除算器 10……演算器、11……加算器 12……演算器、13……切換器 14……AFC信号 15……アンモニア注入量信号 16……演算器、17……空気流量信号 18……入口NOx量信号、19……補正モル比信号 20……モル比信号 21……必要注入アンモニア流量信号 22……先行注入アンモニア量信号 23……AFC運用先行信号 24……入口NOx濃度信号、25……排ガス流量信号 26……設定出口NOx濃度信号 27……出口補正モル比信号 28……微分器、29……関数演算器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷の変化に応じて燃焼量を自動的に制御
    する燃焼装置から排出される燃焼排ガス中に,アンモニ
    アを注入して上記排ガス中の窒素酸化物を接触還元して
    脱硝する脱硝反応系におけるアンモニア注入量制御方法
    であって,上記排ガス中の窒素酸化物の流量を検出し
    て,該窒素酸化物の流量に対して必要とするアンモニア
    注入量を算出し,さらに脱硝反応の遅延に基づく時間常
    数を加味して,上記必要とするアンモニア注入量を先行
    して脱硝反応系に注入するアンモニアの先行注入量制御
    方法において,上記燃焼装置の負荷変化が頻繁に小刻み
    に変化するオートマティック フリークエンシイ コン
    トロール運用時には,上記脱硝反応系に先行注入するア
    ンモニア注入量の0.2〜0.8倍のアンモニア量を先行注入
    制御することを特徴とするアンモニア注入量制御方法。
  2. 【請求項2】先行注入制御するアンモニア注入量が,脱
    硝反応系に先行注入するアンモニア注入量の0.6〜0.7倍
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    アンモニア注入量制御方法。
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