JP2772233B2

JP2772233B2 - 脱硝制御装置

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Publication number: JP2772233B2
Application number: JP5331585A
Authority: JP
Inventors: 野史郎日; 口治男小
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH07185260A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数台のガスタービン
と、これらのガスタービンの排ガスに含まれる熱を利用
して発生させられた蒸気により駆動される少なくとも１
台の蒸気タービンにより発電を行うコンバインドサイク
ル発電プラント、または、少なくとも１台のガスタービ
ンにより発電機を駆動し、発電を行う、いわゆるガスタ
ービン発電プラントのなかで、燃焼生成ガス中の窒素酸
化物に対し、アンモニア等の還元物質を注入することに
より除去する脱硝制御装置または系列脱硝制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる排熱回収方式のコンバインドサ
イクル発電プラントには大別して一軸型と多軸型があ
る。一軸型とはガスタービン、蒸気タービンおよび発電
機が共通軸で結合されている方式のものであり、多軸型
とはガスタービンと蒸気タービンが別々の軸に分離さ
れ、各軸に発電機が結合される方式のものである。一
方、ガスタービン発電プラントは１台のガスタービンに
対して１台の発電機を有し、このガスタービンと発電機
の組み合わせが１組または複数組で構成され、発電を行
うものであり、ピーク負荷対策用として設置される。

【０００３】本発明をこの分野に関して述べるならば、
コンバインドサイクル発電プラントにおいては、一軸型
のものを複数台設ける構成のもの、および単一または複
数の蒸気タービン設備を設ける多軸型構成のものの両者
を対象としており、またガスタービン発電プラントにお
いてはガスタービンと発電機の組み合わせが１組または
複数組の構成のものを対象としている。

【０００４】図１２は一般的な一軸型のコンバインドサ
イクル発電プラントの一例の構成図、図１３はガスター
ビンと発電機の組み合わせが１組のガスタービン発電プ
ラントの一例の構成図である。コンバインドサイクル発
電プラントは、コンプレッサー１、ガスタービン２、発
電機３、および蒸気タービン４は共通軸５を介して互い
に連結されており、燃料調整弁６，７の開度調節により
流量制御された燃料がコンプレッサ１からの圧縮空気と
共に燃焼器８に供給され、ここで混合して等圧燃焼さ
れ、高温・高圧の燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスに
よってガスタービン２が駆動される（以下ガスタービン
系と称す。）。ガスタービン２の排ガスは排熱回収ボイ
ラ９に導かれて蒸気を発生させ、排熱回収ボイラ９で熱
を回収され低温となったガスは、排ガスとして大気中に
排出される。一方排熱回収ボイラ９で発生された蒸気は
蒸気加減弁１０を介して蒸気タービン４に導かれ、これ
を駆動する。蒸気タービン４を通った蒸気は復水器１１
に導かれ、ここで復水される（以下蒸気系と称す。）。
このガスタービン系と蒸気系を組み合わせたコンバイン
ドサイクル発電プラントは入力として燃焼器８に燃料を
供給し、最終出力として発電機３から電気出力を得る。
一方、ガスタービン発電プラントは上記コンバインドサ
イクル発電プラントのガスタービン系のみで構成され、
同様に発電を行う。但し、ガスタービン２からの排ガス
は排気ダクト１２を介して大気中に排出される。

【０００５】ところで、図１２または図１３において、
排熱回収ボイラ９または排気ダクト１２から大気中に排
出される排ガス、すなわち燃焼器８の燃焼生成ガス中に
は、ＮＯ、ＮＯ₂など、一般にＮＯｘで総称される窒素
酸化物（以下ＮＯｘと称す。）が含まれている。このＮ
Ｏｘは有害とされ、その許容値が法的に規制されてい
る。そこで燃焼生成ガスに含まれるＮＯｘを低減除去す
るために排熱回収ボイラ９、排気ダクト１２に脱硝装置
１３が設けられている。

【０００６】脱硝装置３３とは燃焼生成ガスにアンモニ
ア等の還元物質を還元物質流量調節弁１４を介し注入
し、ＮＯｘと還元物質を脱硝装置１３で反応させ、無害
な窒素と水に還元して除去する装置であり、未反応のＮ
Ｏｘはそのまま大気に排出される。例えば還元剤として
アンモニア（ＮＨ₃）を使用する場合には、その供給量
が少なすぎると未反応のＮＯｘが増えることになり、ま
た多すぎると未反応のアンモニアが排出されることにな
る。また、プロセスが触媒でのＮＯｘとアンモニアの化
学反応であるため、制御の応答性がよくないという特徴
がある。このように燃焼生成ガス中のＮＯｘの量に見合
った量の還元物質が適切なタイミングで供給されない場
合には種々の不都合が生じるので、還元物質の供給量と
供給タイミングを制御するための装置として脱硝制御装
置が必要となり、また、一般にガスタービン２は起動、
停止時にその排出ＮＯｘが変動することが知られている
が、これを規制値以下に抑えるために脱硝制御装置が提
案されている。

【０００７】なおここで言う規制値は、プラント排出Ｎ
Ｏｘ濃度、プラント排出ＮＯｘ流量、プラント排出ＮＯ
ｘ移動時間平均流量、プラント排出ＮＨ₃濃度、プラン
ト排出ＮＨ₃流量、プラント排出ＮＨ₃移動時間平均流
量等があり、これらは設置される地域により決定され
る。通常は、移動時間平均値にて規制される場合が多
い。これは一定時間内のプロセス量の和を平均したもの
で、プラントの単位時間での排出量の平均値を示してい
る。

【０００８】図１４は従来の脱硝制御装置の一構成例で
ある。脱硝制御装置３０は大きくフィードバック制御系
とフィードフォワード制御系に分けられる。フィードバ
ック制御系は、還元物質流量制御の時定数が脱硝出口Ｎ
Ｏｘ濃度の時定数に対して異なる（速い）ため、還元物
質流量を計測し、還元物質流量調節弁１４を操作するフ
ィードバック制御を行なう２次フィードバック制御系
と、その目標値として脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測し、設
定値と等しくなる様にフィードバック制御を行なう１次
フィードバック制御系とを組み合わせた、いわゆるカス
ケード制御系にて構成される。フィードフォワード制御
系は、フィードバック制御系のみでは脱硝プロセスの動
特性（反応遅れ）と検出遅れにより、十分な制御性能が
得られないため、脱硝入口ＮＯｘ濃度により先行的に制
御を行うものである。

【０００９】１次フィードバック制御系において、信号
発生器１５には、本制御装置の制御設定値である脱硝出
口ＮＯｘ流量移動時間平均設定値が設定されており、そ
の移動時間平均値制御設定値ａが、減算器１６に出力さ
れている。一方脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手段１７では、
脱硝出口排ガス中の実ＮＯｘ濃度を検出し脱硝出口ＮＯ
ｘ濃度信号ｅとして、乗算器１８に出力する。また、ガ
スタービンの状態量、例えばコンプレッサ１の空気流
量、燃焼器８への燃料流量等を検出するガスタービン状
態量検出手段１９からのガスタービン状態量信号ｈによ
り、排ガス流量演算手段２０でガスタービン排ガス流量
の計算を行い、ガスタービン排ガス流量信号ｉとして乗
算器１８に出力される。乗算器１８では、排ガス流量と
排ガスＮＯｘ濃度からＮＯｘ流量を算出し、そのＮＯｘ
流量信号が移動時間平均演算器２１に出力される。移動
時間平均演算器２１では移動時間平均を算出するための
計算を行う。すなわち、入力した脱硝出口ＮＯｘ流量ｊ
を蓄積し、一定の時間分保存し加算平均する事により、
移動時間平均値ｋを算出する。以下に式を示す。

【００１０】ｉはｉサンプル時間前を示し、ｊ_iはｉサンプル時間前
のプロセス値（ここでは瞬時値の脱硝出口ＮＯｘ流量ｊ
等）を示し、この値を用いて加算平均を行う事で算出さ
れる。（２）式はこれをラプラス演算子で表したもので
ある。ここに示すように移動時間平均値は過去の流量信
号を一定の時間分保存し、この結果は減算器１６に出力
される。減算器１６では、移動時間平均値制御設定値ａ
と脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均ｋとの偏差を求め、
フィードバック補償演算器２２へその偏差信号ｆを出力
する。フィードバック補償演算器２２ではこの偏差信号
ｆにより還元物質流量目標信号ｇが求められ加算器２３
に出力される。なおこのフィードバック補償演算器２２
はいわゆるＰＩＤ演算器でも良い。

【００１１】フィードバック制御系では、脱硝出口ＮＯ
ｘ濃度検出手段１７に遅れがあるので、脱硝出口排ガス
中の実ＮＯｘ濃度を検出し、減算器１８に対し脱硝出口
ＮＯｘ濃度信号ｅを出力するまでに時間が掛かる。この
ため脱硝出口ＮＯｘ濃度信号と脱硝出口ＮＯｘ設定値と
のフィードバック制御を行っても、信号が遅れているた
め、的確な還元物質流量を注入できず、排出ＮＯｘ量の
オーバーシュートが大きくなる。また脱硝反応は、時定
数が大きく、還元物質を注入しても脱硝出口ＮＯｘが変
化するまでに数分から数十分もの時間が掛かると言う問
題があった。このため、フィードバック制御のみだけで
は規制値内に制御できないため、フィードフォワード制
御をつけ加え、フィードバック制御の応答の遅さを補っ
ている。

【００１２】すなわち、フィードフォワード制御系にお
いて、ガスタービンの状態量、例えばコンプレッサ１の
空気流量、燃焼器８への燃料流量等を検出するガスター
ビン状態量検出手段１９からガスタービン状態量信号を
検出し、フィードフォワード制御演算器２５から、移動
時間平均値制御出力信号（フィードフォワード分）ｍと
して前記加算器２３に出力を行う。加算器２３では１次
フィードバック制御系の出力、すなわち還元物質流量目
標信号ｇと移動時間平均値制御出力（フィードフォワー
ド分）ｍの加算が行われ、還元物質流量指令信号ｎが求
められる。フィードバック制御の遅れをフィードフォワ
ード制御にて、改善している。この還元物質流量指令信
号ｎが、２次フィードバック制御系の目標値として、減
算器２６に出力される。以上により、脱硝出口ＮＯｘ流
量移動時間平均信号ｋと移動時間平均値制御設定値ａが
等しくなる様な還元物質の流量、すなわち還元物質流量
指令信号ｎが求められる。

【００１３】また、還元物質流量検出手段２７では還元
物質の実流量を検出し、還元物質実流量信号ｏが減算器
２６に出力され、減算器２６では還元物質実流量信号ｏ
と前記還元物質流量指令信号ｎの偏差が求められ、偏差
信号ｐがフィードバック補償演算器２８に出力される。
フィードバック補償演算器２８ではこの偏差信号ｐがゼ
ロとなる様に還元物資流量調節器２９へ操作信号ｑを出
力し、還元物質流量調節弁１４を操作する。なおこのフ
ィードバック補償演算器２８はいわゆるＰＩＤ演算器で
も良い。このようにする理由は、ＮＯｘ制御に比べて、
還元物質流量制御の時定数が早いためである。以上によ
り、１次フィードバック制御系により求められた還元物
質流量指令信号ｎと還元物質実流量信号ｏが等しくなる
様に還元物質流量調節弁１４が制御され、脱硝出口ＮＯ
ｘ流量移動時間平均と制御設定値が等しくなる様に制御
される事になり、プラントから排出されるＮＯｘが規制
値以下に抑えられる。

【００１４】ところで、コンバインドサイクル発電プラ
ントおよびＧＴ発電プラント１台からなるものを１ユニ
ットと呼ぶ。コンバインドサイクル発電プラントやガス
タービン発電プラントは数ユニットずつのグループ毎に
取扱われる事が多い。例えば発電要求量や排出力規制値
などは１グループ当りの数値が問題となる。このグルー
プを系列と呼ぶ。ガスタービン起動中／停止中は排気ガ
ス温度が脱硝反応プロセスに必要な温度より低いため脱
硝制御が不可能な状態である。そこでグループ内に起動
停止中のユニットがある場合それ以外のユニットの排出
ＮＯｘ量を減らしておけばグループ全体のＮＯｘ排出量
を規定値以下に抑える事が出来る。このようにグループ
全体の脱硝制御を行う制御装置を系列脱硝制御装置と呼
ぶ。

【００１５】系列脱硝制御としては、特公昭６３−６２
２５１号等が知られている。図１５は、系列脱硝制御装
置の従来の機能を示す図であって、１次フィードバック
制御系において、信号発生器３１には、系列脱硝制御装
置の制御設定値である系列脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間
平均設定値が設定されており、その移動時間平均値制御
設定値ａとして、減算器３２に出力される。第１軸脱硝
出口ＮＯｘ濃度検出手段３３では、脱硝出口排ガス中の
実ＮＯｘ濃度を検出し、第１軸乗算器３４に出力する。
第１軸排ガス流量演算手段３５では、ガスタービンの状
態量、例えばコンプレッサ１の空気流量、燃焼器８への
燃料流量等を検出するガスタービン状態量検出手段３６
からのガスタービン状態量信号ｈにより、ガスタービン
排ガス流量の計算を行い、第１軸ガスタービン排ガス流
量信号として第１軸乗算器３４に出力を行う。第１軸乗
算器３４では、第１軸排ガス流量と第１軸排ガスＮＯｘ
濃度から、第１軸ＮＯｘ流量ｓを算出し、第１軸移動時
間平均演算器３７に出力する。第１軸移動時間平均演算
器３７では第１軸移動時間平均値ｕを算出するための計
算を行う。すなわち、入力した流量を蓄積し、一定の時
間分保存し加算平均する事により、第１軸移動時間平均
値ｕを算出する。同様に第ｎ軸についても、第ｎ軸脱硝
出口ＮＯｘ濃度検出手段３８、第ｎ軸乗算器３９、第ｎ
軸排ガス流量演算手段４０、ガスタービン状態量検出手
段４０ａから第ｎ軸ＮＯｘ流量ｔを算出し、第ｎ軸移動
時間平均演算器４１を用い、第ｎ軸移動時間平均値ｖを
算出する。系列としての移動時間平均信号ｗは、加算器
４２により、第１軸から第ｎ軸までの系列脱硝出口ＮＯ
ｘ流量移動時間平均信号より算出され、減算器３２に出
力される。減算器３２では、移動時間平均値制御設定値
ａと系列脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均信号ｗの偏差
を求め、フィードバック補償演算器４３へその偏差信号
ｘを出力する。フィードバック補償演算器４３ではこの
偏差信号ｘにより系列移動時間平均制御出力信号ｙが求
められ除算器４４に出力される。なおこのフィードバッ
ク補償演算器４３はいわゆるＰＩＤ演算器でも良い。除
算器４４では、系列脱硝制御自動軸数で除算し、各軸脱
硝制御設定信号ｚを算出する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この制
御には以下のような問題がある。制御対象は移動時間平
均値であるが、（１）式に示すように、移動時間平均信
号は、時間平均する時間分だけ遅れた信号を用いるた
め、結果的に流量の移動時間平均も遅れる事になる。言
替えれば、移動時間平均制御は今からでは変えようのな
い過去の出力を足し合わせた出力を見て制御しようとす
るもので制御入力が変ってもその結果が表れるまでに時
間が掛かるので制御するのが難しい。

【００１７】またフィードフォワード制御はプラントの
応答を考慮して行うために、近年のコンバインドサイク
ル発電プラントやガスタービンシンプルサイクル発電プ
ラント等の広い運用負荷、プラント系統の複雑化に対し
て、フィードフォワード制御によって全ての範囲をカバ
ーし、規制値を満足する事は難しくなってきている。こ
のためフィードフォワード制御を加えても、規制値を満
足することは難しい。

【００１８】図１６（ａ）に従来制御を適用した制御系
での外乱応答結果を示す。現地点で何らかの外乱を受け
たとすると、脱硝出口ＮＯｘ流量信号ｊは瞬時に外乱の
影響により変動する。移動時間平均値ｋは、この瞬時値
を用いて、（１）式に基づいて算出するので、結果的に
は外乱の影響は、１／（移動時間サンプル数）となり、
徐々にしか影響は表れない。結果として、この制御では
この外乱に対して、補償が遅れてしまい、外乱の影響は
移動時間平均値と設定値との偏差として大きく長く残っ
てしまう。これに対応しようとすると、制御パラメータ
ーを上げる事になるが、移動時間平均制御はむだ時間系
であるため、制御性が悪く、制御パラメーターを上げる
事は結果的に、オーバーシュートが生じやすくし、また
安定性が損われるという問題が生じる。

【００１９】また図１６（ｂ）は従来制御を適用した制
御系での目標値応答結果を示す。移動時間平均値制御設
定値ａをステップ状に変更したとすると、この設定値変
更に対して、移動時間平均値ｋは、１／（移動時間サン
プル数）となるため、設定値変動に対しての偏差はこの
移動時間平均分だけ残り続ける。制御としてみると偏差
信号ｆが長く残るために補償動作も相対的に遅く実施す
る必要があるため、補償が遅れてしまう。これに対応し
ようとすると、外乱応答と同様に制御パラメーターを上
げる事になるが、移動時間平均制御はむだ時間系である
ため、制御性が良くなく、制御パラメーターを上げる事
は結果的に、オーバーシュートを生じやすくし、また安
定性が損われるという問題が生じる。

【００２０】以上述べたように、流量移動時間平均信号
と設定値とのフィードバック制御を行い、還元物質流量
目標信号ｇを出力しても、過去の１時間前の信号が遅れ
ているため、この時に還元物質を注入しても、１時間前
のプロセスには影響しないので、結果的に、的確な還元
物質流量を注入できず、オーバーシュートが大きくな
る。また、制御性が悪いため、よけいな還元物質を注入
する事になり、経済性に優れないという欠点があった。
また、今後規制が強化され、規制の方法自体も複雑とな
り、規制対象も未反応還元物質も含む傾向があるため、
これらの規制に対処できないという欠点があった。

【００２１】これは移動時間平均制御を行う系列脱硝制
御についても同様な問題である。

【００２２】本発明は、前述の従来技術の欠点を克服す
るためになされたもので、コンバンドサイクル発電プラ
ント及びガスタービン発電プラントにおいて、起動・停
止過程及び負荷変化時の急激なプロセス状態の変化に追
従が可能であり、更に種々の規制に対処可能な脱硝制御
を行い、経済性及び安全性に優れた運転を可能とし得る
脱硝制御装置を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】コンバインドサイクル発
電プラントまたはガスタービン発電プラントの脱硝制御
装置において、脱硝出口のＮＯ_ｘ或はＮＨ_３の流量又は
濃度の移動時間平均値制御設定値と上記ＮＯ_ｘ或はＮＨ
_３の実流量又は実濃度信号の移動時間平均値との偏差か
らなる移動時間平均値制御出力に、ガスタービンの状態
量に対応するフィードフォワード信号を加算した移動時
間平均値制御出力値を、瞬時値制御の設定信号として出
力する設定装置と、その設定信号とＮＯ_ｘ或はＮＨ_３の
実流量又は実濃度信号との差によって還元物質流量指令
信号を出力する演算装置、還元物質実流量信号と還元物
質流量指令信号との差によって還元物質流量調節弁の操
作信号を出力演算装置とを有することを特徴とする。

【００２４】

【作用】移動時間平均制御を行うにあたって、瞬時値制
御と組合わせて、制御に使用することが出来るので種々
の規制を満足し、最適な還元物質の注入を行う事がで
き、制御性を向上する事ができ、またむだな還元物質の
注入を防ぐ事ができ、経済性を向上する事ができる。

【００２５】

【実施例１】以下、本発明の実施例１を図１、２に従っ
て説明する。図１は本発明による脱硝制御装置を示す図
であり、図２は本発明の特性を示す図である。尚、従来
の技術で参照した図面と同一要素は同一符号で示し、説
明は省略する。

【００２６】移動時間平均制御を行う１次フィードバッ
ク制御系は従来と同等である。本制御装置の制御設定値
である脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均設定値が信号発
生器１５に設定されており、ガスタービン状態量検出手
段１９から排ガス流量演算手段２０により、ガスタービ
ン排ガス流量の計算を行い、脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手
段１７と乗算器１８を用い、ＮＯｘ流量が算出される。
移動時間平均演算器２１では移動時間平均が算出され
る。減算器１６では、移動時間平均値制御設定値ａと脱
硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均値ｋの偏差を求め、フィ
ードバック補償演算器２２へその偏差信号ｆが出力され
る。フィードバック補償演算器２２ではこの偏差信号ｆ
により、移動時間平均制御出力（フィードバック分）ｇ
を求め、加算器２３に出力する。

【００２７】フィードフォワード制御系において、ガス
タービンの状態量、例えばコンプレッサ１の空気流量、
燃焼器８への燃料流量等を検出するガスタービン状態量
検出手段１９からガスタービン状態量信号を検出し、フ
ィードフォワード制御演算器２５では、移動時間平均制
御出力信号（フィードフォワード分）が求められ、加算
器２３に出力される。加算器２３では移動時間平均制御
出力（フィードバック分）ｇと移動時間平均制御出力信
号（フィードフォワード分）ｍとが加算され、移動時間
平均出力値ｃが瞬時値制御設定値として求められる。以
上により、脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均値ｋと移動
時間平均値制御設定値信号ａが等しくなる様な瞬時値制
御設定値が与えられる。

【００２８】このようにして得られた移動時間平均制御
出力値ｃが２次フィードバック制御系において瞬時値制
御の脱硝出口ＮＯｘ流量設定値として減算器４５に出力
される。

【００２９】一方、ガスタービン状態量検出手段１９か
らのガスタービン状態量信号ｈにより、排ガス流量演算
手段２０でガスタービン排ガス流量の計算が行われ、ガ
スタービン排ガス流量信号ｉとして、乗算器１８に出力
され、脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手段１７で検出された脱
硝出口排ガス中の実ＮＯｘ濃度とから、ＮＯｘ流量が算
出され減算器４５に出力される。この減算器４５では、
移動時間平均制御出力値ｃと脱硝出口ＮＯｘ流量の偏差
が求められ、フィードバック補償演算器４６へその偏差
信号ｒが出力される。フィードバック補償演算器４６で
はこの偏差信号ｒにより還元物質流量指令信号ｎが求め
られる。以上により、脱硝出口ＮＯｘ流量信号ｊと移動
時間平均制御出力ｃからの瞬時値制御設定値信号が等し
くなる様な、還元物質の流量、すなわち還元物質流量指
令信号ｎが求められる。

【００３０】他方、還元物質流量検出手段２７で検出さ
れた還元物質実流量信号ｏは減算器２６に出力され、そ
の減算器２６で上記還元物質実流量信号ｏと前記還元物
質流量指令信号ｎとの偏差が求められ、偏差信号ｐがフ
ィードバック補償演算器２８に出力され、フィードバッ
ク補償演算器２８ではこの偏差信号ｐがゼロとなる様に
還元物質流量調節器２９へ操作信号ｑを出力し、還元物
質流量調節弁１４を操作する。

【００３１】このような構成にする事により、本発明で
は従来制御の欠点であった問題を解決できる。すなわ
ち、制御目標は移動時間平均値を規制値に収める事であ
るが、前述のように、移動時間平均信号は、時間平均す
る時間分だけ遅れた信号を用いるため、結果的に流量の
移動時間平均も遅れる事になり、その結果が表れるまで
に時間が掛かるので制御するのが難しく、フィードフォ
ワード制御を加えても、規制値を満足することは難し
い。しかしながら本特許では、この移動時間平均値に加
え、瞬時値制御を組合わせるようにしたので、これらの
遅れを補償でき、制御規制値内に収める事が可能とな
る。以下に外乱／設定値変更を受けた場合の本発明を用
いた場合の応答を図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明す
る。

【００３２】図２（ａ）に本発明による制御を適用した
制御系での外乱応答結果を示す。なんらかの外乱を受け
たとすると、脱硝出口ＮＯｘ流量信号ｊは瞬時に外乱の
影響により変動する。移動時間平均値ｋは、この瞬時値
を用いて、（１）式に基づいて算出されるので、結果的
には外乱の影響は、１／（移動時間サンプル数）とな
り、徐々にしか影響は表れない。本発明では瞬時値によ
る制御を行っているので、外乱の影響による脱硝出口Ｎ
Ｏｘ流量信号ｊの変動を検出し、移動時間平均値制御出
力ｃからの瞬時値制御設定値信号と比較し、この偏差ｒ
をフィードバック補償演算器４６により補償動作を行
い、還元物質流量指令信号ｎを算出し、還元物質を注入
することができる。瞬時値制御では、外乱に対して、短
時間で補償することができ、瞬時値制御により移動時間
平均値への外乱の影響は小さくなる。また、制御パラメ
ーターも移動時間平均制御に関するものと瞬時値制御に
関するものを独立して設定できるので、瞬時値制御では
制御パラメーターを大きめにして、制御性を改善し、移
動時間平均制御ではむだ時間系に適した制御パラメータ
ーを設定し、安定性を確保する事が可能である。また図
２（ｂ）に本発明による制御を適用した制御系での目標
値応答結果を示す。移動時間平均値制御設定値ａをステ
ップ状に変更したとすると、この設定値変更に対して、
移動時間平均値ｋは、１／（移動時間サンプル数）とな
るため、設定値変動に対しての偏差信号ｆはこの移動時
間平均分だけ残り続ける。制御としてみると制御偏差が
長く残るために補償動作も相対的に遅く実施する必要が
あるが、本発明では、移動時間平均制御により、瞬時値
制御の設定値を算出しているために、制御性能を独立に
設定する事ができ、瞬時値制御の応答性を早める事が可
能となり、結果的に移動時間平均制御の応答性も早める
事ができる。また瞬時値制御のプロセスゲインの変動や
その他の非線形性も、移動時間平均制御に影響を与え
ず、この系内で吸収できる。

【００３３】このように、移動時間平均制御の出力に基
づいて、瞬時値制御の設定値を算出し、瞬時値を制御す
る事になるため、制御されるプロセス量は移動時間平均
値のように遅れる事なく計測し、プラントのＮＯｘ濃度
変化を瞬時に捕まえる事が可能になるので、規制を満足
し、かつプラントの起動、停止過程及び負荷変化時を含
めた様々な運転点に対して、最適な還元物質流量を注入
する事ができる。またこのとき最適な還元物質流量を注
入する事が出来るので、未反応還元物質に対する規制を
満足する事ができ、還元物質がプラント運転上、危険な
量以上注入されない様に還元物質の注入量の指令値に対
し制限を行い、プラントを安全に運転する事ができる。

【００３４】すなわち、本実施例においては下記のよう
な効果がある。

【００３５】１）瞬時値制御で生ずる外乱は、それが
移動時間平均制御に影響が表れる前に、瞬時値制御で抑
えられる。

【００３６】２）移動時間平均制御の目標値維持に必
要な操作量を瞬時値設定値と言う形で正確に設定でき
る。

【００３７】３）移動時間平均制御と瞬時値制御の制
御パラメーターを独立して設定できるので、瞬時値制御
の応答速度を高め、これにより移動時間平均制御の応答
性も改善される。

【００３８】４）瞬時値制御のプロセスゲインの変動
やその他の非線形性もこの系内で吸収できる。

【００３９】以上の効果により、種々の規制に対処がで
き、更に最適な還元物質を注入する事により、安全かつ
経済的なプラントの運用を可能とするコンバインドサイ
クル発電プラントまたはガスタービン発電プラントの脱
硝制御装置を得る事ができる。

【００４０】尚、上記実施例においては、制御設定値及
び規制値が、瞬時値の代りに短時間の移動時間平均値を
用いる場合でも、同等の効果がある。たとえば１時間の
移動時間平均値と５分間の移動時間平均値を規制値とし
た場合に、５分は１時間に比べ短時間であり、５分間の
移動時間平均を先の瞬時値と同様に扱うことにより、１
時間の移動時間平均値の制御性を同様に向上することが
できる。以上より瞬時値のかわりに短時間の移動時間平
均にたいしても適用できる。また移動時間平均制御を表
す信号として、ＮＯｘ流量・ＮＯｘ濃度・ＮＨ₃流量、
ＮＨ₃濃度の少なくとも１つを用い、瞬時値制御を表す
信号として、ＮＯｘ流量、ＮＯｘ濃度・ＮＨ₃流量・Ｎ
Ｈ₃濃度の少なくとも１つを用いる場合に対しても適用
できる。

【００４１】

【実施例２】図３は第２の実施例を示すものであって、
実施例１と異なり、瞬時値制御設定値を別に設定する信
号発生器と、その設定値を移動時間平均制御の出力によ
り制限する制限器とを有する。

【００４２】信号発生器４７には、本制御装置の制御設
定値である脱硝流量瞬時値設定値が設定されており、こ
の設定値信号が制限器４８に入力されるようにしてあ
る。この制限器４８には、前記移動時間平均制御出力信
号ｃも入力されており、瞬時値制御設定値は、この制限
器により値を制限され、制御設定値信号となり、減算器
４５に出力される。減算器以降は実施例１と同様に、制
御される。移動時間平均値が維持できない場合には、瞬
時値制御設定値が、移動時間平均制御出力により制限さ
れるので、移動時間平均値を満足する事が出来る。移動
時間平均値が維持できる場合には、瞬時値制御設定値
が、移動時間平均制御出力により制限されないので、瞬
時値を満足する事が出来る。

【００４３】これにより、実施例１と比較して、瞬時値
制御設定値を制御しながら、移動時間平均制御も制限値
以内に収める事が可能となり、精度の良い正確な制御が
可能となる。

【００４４】

【実施例３】図４は第３の実施例を示す図であり、本実
施例では、実施例２が、制限器にて移動時間平均制御の
出力を用いていたが、これを低値選択器４９で置換える
事により、瞬時値制御と移動時間平均制御のどちらか小
さい値を制御設定値として用いるので、更にプラントの
状態変動に対する精度と追従性の改善を行うことができ
る。

【００４５】すなわち、瞬時値制御系において、信号発
生器４７には、本制御装置の制御設定値である脱硝流量
瞬時値設定値が設定されており、これが低値選択器４９
に入力されている。この低値選択器４９には上位の移動
時間平均制御からの出力も入力されている。瞬時値制御
設定値は、この選択器により移動時間平均と瞬時値制御
の小さい値を選択する。これは、移動時間平均値と瞬時
値制御の値のより厳しい方を選択する事になり、どちら
の規制値も満足できる事になる。なおこの低値選択器は
低値優先器でも良い。この値は制御設定値信号となり、
減算器４５に出力される。減算器以降は実施例３と同様
に、制御される。移動時間平均値が維持できない場合に
は、瞬時値制御設定値より、移動時間平均制御出力が低
くなるので、移動時間平均値を満足する事が出来る。移
動時間平均値が維持できる場合には、瞬時値制御設定値
が、移動時間平均制御出力より小さくなるので、瞬時値
を満足する事が出来る。このように、図３と同等以上
に、より制御性の良い制御が得られ、規制を満足し、か
つプラントの起動、停止過程及び負荷変化時において、
最適な還元物質流量を注入する事ができる。

【００４６】しかして、制御設定値を瞬時値設定値と移
動時間平均の小さい（厳しい）ほうから設定する事が可
能になるので、起動停止時を含むあらゆる運転点で、規
制を満足しかつ、プラントの起動、停止過程及び負荷変
化時において、最適な還元物質流量を注入する事ができ
る。

【００４７】

【実施例４】図５は第４の実施例を示す図であって、本
実施例は、実施例２と異なり、設定値を与えるのではな
く、出力にて制限するよう、移動時間平均制御出力によ
る瞬時値制御出力の制限器５０が設けられている。

【００４８】瞬時値制御系において、信号発生器４７に
は、本制御装置の制御設定値である脱硝流量瞬時値設定
値が設定されており、これが減算器４５に入力されてい
る。減算器４５では、瞬時値制御設定値信号ｄと脱硝出
口ＮＯｘ流量信号ｊとの偏差を求め、フィードバック補
償演算器４６へその偏差信号ｒを出力する。フィードバ
ック補償演算器４６ではこの偏差信号ｒにより瞬時値制
御出力ｌが求められ制限器５０に出力される。移動時間
平均値制御は、同様に制御演算されて、制御出力を出力
し、制限器５０により移動時間平均制御出力を制限し制
御出力信号となる。以上により、脱硝出口移動時間平均
制御が厳しい場合にはその信号が、そうでない場合に
は、瞬時値制御の出力信号が、還元物質流量設定値信号
として与えられる。還元物質流量フィードバック制御系
は等しい。

【００４９】しかして、実施例１と同等、または制御出
力による確実な制御を行うことで、規制を満足しかつ、
プラントの起動、停止過程及び負荷変化時において、最
適な還元物質流量を注入する事ができる。

【００５０】

【実施例５】図６に実施例５を示す。本実施例は実施例
４と異なり、制限値を与えるのではなく、出力にて選択
若しくは優先するよう、移動時間平均制御出力による瞬
時値制御出力の高値選択器５１が設けられている。すな
わち、瞬時値制御と、移動時間平均値制御は、同様に制
御演算されて、制御出力を出力し、高値選択器５１によ
り移動時間平均制御出力と瞬時値制御出力の大きい方を
選択し、制御出力信号となる。なお高値選択器５１は高
値優先器でも良い。よって、脱硝出口移動時間平均制御
が厳しい場合にはその信号が、そうでない場合には、瞬
時値制御の出力信号が、還元物質流量設定値信号として
与えられる。還元物質流量フィードバック制御系は等し
い。この場合、実施例４と比べ、移動時間平均制御と瞬
時値制御の厳しい方を同時に制御できる事になるため、
実質的な、精度の良い正確な制御が可能となる。

【００５１】

【実施例６】図７はさらに他の実施例を示す図であり、
図１５に示した系列脱硝制御に対して、図１に示したも
のと同様に、移動時間平均制御出力から瞬時値制御設定
値を算出するものである。

【００５２】瞬時値制御を行うための瞬時値の系列値を
算出する加算器５２、設定値と比較する減算器５３、減
算器５３の偏差信号に基づき補償するフィードバック補
償演算器５４から構成される。

【００５３】１次フィードバック制御系において、信号
発生器３１には、系列脱硝制御装置の制御設定値である
系列脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均設定値が設定され
ており、その移動時間平均値制御設定値ａとして、減算
器３２に出力される。第１軸脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手
段３３では、脱硝出口排ガス中の実ＮＯｘ濃度を検出
し、第１軸乗算器３４に出力する。第１軸排ガス流量演
算手段３５では、ガスタービンの状態量、例えばコンプ
レッサ１の空気流量、燃焼器８への燃料流量等を検出す
るガスタービン状態量検出手段３６からのガスタービン
状態量信号により、ガスタービン排ガス流量の計算を行
い、第１軸ガスタービン排ガス流量信号として第１軸乗
算器３４に出力を行う。第１軸乗算器３４では、第１軸
排ガス流量と第１軸排ガスＮＯｘ濃度から、第１軸ＮＯ
ｘ流量ｓを算出し第１軸移動時間平均演算器３７に出力
する。第１軸移動時間平均演算器３７では第１軸移動時
間平均値ｕを算出するための計算を行う。すなわち、入
力した流量を蓄積し、一定の時間分保存し加算平均する
事により、第１軸移動時間平均値ｕを算出する。同様に
第ｎ軸についても、第ｎ軸脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手段
３８、第ｎ軸乗算器３９、第ｎ軸排ガス流量演算手段４
０、ガスタービン状態量検出手段４０ａを用い第ｎ軸Ｎ
Ｏｘ流量ｔを算出し、第ｎ軸移動時間平均演算器４１を
用い、第ｎ軸移動時間平均値ｖを算出する。

【００５４】系列としての移動時間平均は加算器４２に
より、第１軸から第ｎ軸までの系列脱硝出口ＮＯｘ流量
移動時間平均信号値ｗより算出され、減算器３２に出力
する。減算器３２では、系列の移動時間平均値制御設定
値ａと系列脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均値信号ｗの
偏差を求め、フィードバック補償演算器４３へ、その偏
差信号ｘを出力する。フィードバック補償演算器４３で
は、この偏差信号ｘにより系列移動時間平均制御出力信
号ｙが求められる。以上により、系列脱硝出口ＮＯｘ流
量移動時間平均信号ｗと系列の移動時間平均値制御設定
値ｅが等しくなる様な系列瞬時値制御設定値ｙが与えら
れる。

【００５５】２次フィードバック制御系において、上位
の系列移動時間平均制御出力信号ｙから与えられた制御
設定値が設定されており、減算器５３に出力される。減
算器５３では、この制御設定値信号と系列瞬時値脱硝出
口ＮＯｘ流量αとの偏差が求められ、フィードバック補
償演算器５４へその偏差信号βが出力される。フィード
バック補償演算器５４ではこの偏差信号βにより系列瞬
時値補償信号γが求められ、除算器４４に出力される。
除算器４４では、系列脱硝制御自動軸数で除算し、各軸
脱硝制御への制御設定値ｚが算出される。以上により、
系列瞬時値脱硝出口ＮＯｘ流量信号αと系列移動時間平
均制御出力信号ｙからの設定値が等しくなる様な、各軸
脱硝制御の制御設定値、すなわち各軸脱硝制御設定値信
号ｚが求められる。

【００５６】このように、移動時間平均制御の出力に基
づいて、瞬時値制御の設定値を算出し、瞬時値を制御す
る事になるため、制御されるプロセス量は移動時間平均
値のように遅れる事なく、計測され、制御する事が出来
るので、プラントのＮＯｘ濃度変化を瞬時に捕まえる事
が可能になるので、規制を満足し、かつプラントの起
動、停止過程及び負荷変化時を含めた様々な運転点に対
して、最適な各軸の脱硝制御設定値を算出する事ができ
る。

【００５７】

【実施例７】図８は、第７の実施例を示す図であり、実
施例６と異なり、瞬時値制御設定値を別に設定する信号
発生器５５と、その設定値を移動時間平均制御の出力に
より制限する制限器５６が設けられている。

【００５８】しかして、信号発生器５５には、本制御装
置の瞬時値制御設定値ｄである脱硝流量瞬時値設定値が
設定されている。上位の移動時間平均制御からの出力は
制限値として制限器５６に入力される。上記瞬時値制御
設定値は、この制限器５６により値を制限され、制御設
定値信号となり、減算器５３に出力される。減算器５３
以降は実施例６と同様に制御される。移動時間平均値が
維持できない場合には、瞬時値制御設定値が、移動時間
平均制御出力により制限されるので、移動時間平均値を
満足する事が出来る。移動時間平均値が維持できる場合
には、瞬時値制御設定値が、移動時間平均制御出力によ
り制限されないので、瞬時値を満足する事が出来る。

【００５９】これにより、実施例６と比較して、瞬時値
制御設定値を制御しながら、移動時間平均制御も制限値
以内に収める事が可能となり、精度の良い正確な制御が
可能となる。

【００６０】

【実施例８】図９は第８の実施例を示す図であり、本実
施例では実施例７が、制限器にて移動時間平均制御の出
力を用いていたが、これを低値選択器５７で置換える事
により、瞬時値制御と移動時間平均制御のどちらか厳し
い値を制御設定値として用いるので、更にプラントの状
態変動に対する精度と追従性の改善を行う。低値選択器
５７は低値優先器でも良い。

【００６１】

【実施例９】図１０は第９の実施例を示し、実施例６と
異なり、設定値を与えるのではなく、出力にて制限する
よう、移動時間平均制御出力による瞬時値制御出力の制
限器５８を設ける。これにより、図７の実施例６と異な
り、実際に出力する信号に基づき、制限するので、精度
の良い正確な制御が可能となる。すなわち、瞬時値制御
系において、信号発生器５５には、本制御装置の制御設
定値である系列脱硝流量瞬時値設定値が設定されてい
る。減算器５３では、系列の瞬時値制御設定値信号ｄと
系列脱硝出口ＮＯｘ流量移動時間平均の偏差を求め、フ
ィードバック補償演算器５４へその偏差信号を出力す
る。フィードバック補償演算器５４ではこの偏差信号に
より還元物質流量目標信号が求められ、制限器５８に出
力される。移動時間平均値制御は、同様に制御演算され
て、制御出力を出力し、制限器５８により移動時間平均
制御出力を制限し制御出力信号となる。以上により、脱
硝出口移動時間平均制御が厳しい場合にはその信号が、
そうでない場合には、瞬時値制御の出力信号が、還元物
質流量設定値信号として与えられる。

【００６２】

【実施例１０】図１１は他の実施例を示す図であり、実
施例９と異なり、制限値を与えるのではなく、出力にて
高値を選択するよう、移動時間平均制御出力による瞬時
値制御出力の高値選択器５９を設ける。これにより、図
１０の実施例９と異なり、実際に出力する信号に基づ
き、選択するので、精度の良い正確な制御が可能とな
る。すなわち、瞬時値制御出力と移動時間平均制御は、
同様に制御演算されて、制御出力を出力する。高値選択
器５９により移動時間平均制御出力と瞬時値制御出力の
どちらか大きい方を選択し制御出力信号とする。なお高
値選択器５９は高値優先器でも良い。以上により、脱硝
出口移動時間平均制御が厳しい場合にはその信号が、そ
うでない場合には、瞬時値制御の出力信号が、選択され
系列脱硝制御自動軸数で除算され、各軸脱硝制御設定値
となる。このように、図１０と同等、または制御出力に
よる確実な制御を行うことで、規制を満足しかつ、プラ
ントの起動、停止過程及び負荷変化時において、最適
な、各軸脱硝制御設定値を算出する事ができる。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、コンバインドサイクル
発電プラントまたはガスタービン発電プラントの速いプ
ラント状態量の変化に対しても、ＮＯｘに対する規制値
または未反応還元物質に対する規制値、濃度による規制
値または流量による規制値、いずれの場合にも係わら
ず、規制値を満足し、かつ、濃度による制御設定値、流
量による制御設定値、かつ移動時間平均および瞬時値に
係わらず、プラントの状態量に最適な制御をおこなう事
ができるので、最適な還元物質の注入が可能となり、プ
ラント起動・停止過程及び負荷変化時の速いプラント状
態量の変化、追従可能であり、むだな還元物質を浪費す
る事がないので経済性に優れ、かつ安全にプラントの運
転を行う事ができる脱硝制御装置および系列脱硝制御装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す図。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の特性を示す
図。

【図３】本発明の実施例２を示す図。

【図４】本発明の実施例３を示す図。

【図５】本発明の実施例４を示す図。

【図６】本発明の実施例５を示す図。

【図７】本発明の実施例６を示す図。

【図８】本発明の実施例７を示す図。

【図９】本発明の実施例８を示す図。

【図１０】本発明の実施例９を示す図。

【図１１】本発明の実施例１０を示す図。

【図１２】一軸型コンバインドサイクル発電プラントの
一例の構成を示す図。

【図１３】ガスタービン発電プラントの一例の構成を示
す図。

【図１４】従来の各軸脱硝制御を示す図。

【図１５】従来の系列脱硝制御を示す図。

【図１６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来制御での特性
を示す図。

【符号の説明】

１４還元物質流量調節弁１５信号発生器１７脱硝出口ＮＯｘ濃度検出手段１８乗算器１９ガスタービン状態量検出手段２０排ガス流量演算手段２１移動時間平均演算器２２フィードバック補償演算器２８フィードバック補償演算器４６フィードバック補償演算器５４フィードバック補償演算器２５フィードフォワード制御演算器２７還元物質流量検出手段２９還元物質流量調節器４５減算器４７信号発生器５５信号発生器４８制限器４９低値選択器５７低値選択器５０制限器５６制限器５１高値選択器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コンバインドサイクル発電プラントまたは
ガスタービン発電プラントの脱硝制御装置において、脱
硝出口のＮＯ_ｘ或はＮＨ_３の流量又は濃度の移動時間平
均値制御設定値と上記ＮＯ_ｘ或はＮＨ_３の実流量又は実
濃度信号の移動時間平均値との偏差からなる移動時間平
均値制御出力に、ガスタービンの状態量に対応するフィ
ードフォワード信号を加算した移動時間平均値制御出力
値を、瞬時値制御の設定信号として出力する設定装置
と、その設定信号とＮＯ_ｘ或はＮＨ_３の実流量又は実濃
度信号との差によって還元物質流量指令信号を出力する
演算装置、還元物質実流量信号と還元物質流量指令信号
との差によって還元物質流量調節弁の操作信号を出力演
算装置とを有することを特徴とする、脱硝制御装置。
【請求項２】移動時間平均値制御出力値と瞬時値制御設
定値発生器からの設定信号のいずれか一方を選択する選
択器を有することを特徴とする、請求項１記載の脱硝制
御装置。
【請求項３】瞬時値制御設定値発生器と、その設定値を
移動時間平均値制御出力値によって制御する制限器とを
有することを特徴とする、請求項１記載の脱硝制御装
置。
【請求項４】瞬時値の代りに短時間の移動時間平均値を
用いることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに
記載の脱硝制御装置。
【請求項５】移動時間平均値及び瞬時値は、それぞれ系
列移動時間平均値及び系列瞬時値であることを特徴とす
る、請求項１乃至４のいずれかに記載の脱硝制御装置。