JP2860876B2 - 有害微量成分量予測制御方法及び装置 - Google Patents
有害微量成分量予測制御方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料を燃焼させる流動
層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量の予
測値により流動層燃焼装置に処理剤を注入して制御する
有害微量成分量予測制御方法及び装置に関し、又、流動
層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量を予
測する有害微量成分予測方法及び装置に関する。
層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量の予
測値により流動層燃焼装置に処理剤を注入して制御する
有害微量成分量予測制御方法及び装置に関し、又、流動
層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量を予
測する有害微量成分予測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃焼装置から発生する排ガス中の
有害微量成分量制御には、還元触媒と還元剤としてNH3
を用いる接触還元脱硝方法と、触媒を用いず燃焼装置に
還元剤を注入する無触媒脱硝方法とがある。接触還元脱
硝方法は還元剤のNH3を供給する位置の上流側の排ガス
中のNOxをNOx分析計により測定し、その測定値に従いNO
xに対して所定のモル比になるように制御して供給して
いる。一方無触媒脱硝方法も燃焼装置からの排ガス中の
NOxをNOx分析計により測定し、その測定値に従いNOxに
対して所定のモル比になるように還元剤を制御して注入
している。
有害微量成分量制御には、還元触媒と還元剤としてNH3
を用いる接触還元脱硝方法と、触媒を用いず燃焼装置に
還元剤を注入する無触媒脱硝方法とがある。接触還元脱
硝方法は還元剤のNH3を供給する位置の上流側の排ガス
中のNOxをNOx分析計により測定し、その測定値に従いNO
xに対して所定のモル比になるように制御して供給して
いる。一方無触媒脱硝方法も燃焼装置からの排ガス中の
NOxをNOx分析計により測定し、その測定値に従いNOxに
対して所定のモル比になるように還元剤を制御して注入
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のうちの無触媒脱硝方法を加圧流動層ボイラに適用しよ
うとすると次のような問題が生じる。NH3がNOxを目標値
まで還元し減少させるのに、その反応時間から必要な滞
留時間を確保する必要があり、そのためには加圧流動層
ボイラの後流側に設置された脱塵装置の上流側にNH3を
注入し、高温配管内で還元反応を進行させる必要があ
る。しかし上記方法においては排ガス中に飛散粒子があ
るためNOx分析計入口の上流側になんらかの脱塵装置を
設置する必要があり、また長時間運転する時はこの脱塵
装置の保守・点検が必要となる。また加圧流動層ボイラ
火炉出口と脱塵装置を結ぶ高温配管から分岐しサンプリ
ング口を設けることは、内圧が高い高温配管の強度上問
題となる。従って、排ガス中のNOxをNOx分析計により測
定しないで、燃焼に係る制御量である燃料供給量、空気
供給量、流動層高等の変数からなる計算式から排ガス中
の有害微量成分量を計算し、この有害微量成分量に対し
て最適量の処理剤を注入して、目標の有害微量成分量ま
で低減することが望まれる。
のうちの無触媒脱硝方法を加圧流動層ボイラに適用しよ
うとすると次のような問題が生じる。NH3がNOxを目標値
まで還元し減少させるのに、その反応時間から必要な滞
留時間を確保する必要があり、そのためには加圧流動層
ボイラの後流側に設置された脱塵装置の上流側にNH3を
注入し、高温配管内で還元反応を進行させる必要があ
る。しかし上記方法においては排ガス中に飛散粒子があ
るためNOx分析計入口の上流側になんらかの脱塵装置を
設置する必要があり、また長時間運転する時はこの脱塵
装置の保守・点検が必要となる。また加圧流動層ボイラ
火炉出口と脱塵装置を結ぶ高温配管から分岐しサンプリ
ング口を設けることは、内圧が高い高温配管の強度上問
題となる。従って、排ガス中のNOxをNOx分析計により測
定しないで、燃焼に係る制御量である燃料供給量、空気
供給量、流動層高等の変数からなる計算式から排ガス中
の有害微量成分量を計算し、この有害微量成分量に対し
て最適量の処理剤を注入して、目標の有害微量成分量ま
で低減することが望まれる。
【０００４】本発明の第１の目的は、燃料を燃焼させる
流動層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量
を測定することなく、燃焼に係る変数から有害微量成分
量の予測値を演算し、この予測値から最適量の処理剤を
注入して制御する有害微量成分量予測制御方法及び有害
微量成分量予測制御装置を提供することである。又、本
発明の第２の目的は、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置
の燃焼に係る変数から排ガス中の有害微量成分量を予測
する有害微量成分予測方法及び有害微量成分予測装置を
提供することである。
流動層燃焼装置から発生する排ガス中の有害微量成分量
を測定することなく、燃焼に係る変数から有害微量成分
量の予測値を演算し、この予測値から最適量の処理剤を
注入して制御する有害微量成分量予測制御方法及び有害
微量成分量予測制御装置を提供することである。又、本
発明の第２の目的は、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置
の燃焼に係る変数から排ガス中の有害微量成分量を予測
する有害微量成分予測方法及び有害微量成分予測装置を
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、燃料を流動
層燃焼装置で燃焼させて発生した排ガス中に処理剤を注
入し有害微量成分量を制御する有害微量成分制御方法に
おいて、前記燃料の供給量、前記燃料に含まれる有害微
量成分量及び前記排ガス量から求めた基準有害微量成分
量と、前記流動層燃焼装置の空気過剰率と、前記排ガス
の流動層内での滞留時間とから前記排ガス中の有害微量
成分量を予測し、該予測した排ガス中の有害微量成分量
により前記処理剤の注入量を制御することにより達成さ
れる。
層燃焼装置で燃焼させて発生した排ガス中に処理剤を注
入し有害微量成分量を制御する有害微量成分制御方法に
おいて、前記燃料の供給量、前記燃料に含まれる有害微
量成分量及び前記排ガス量から求めた基準有害微量成分
量と、前記流動層燃焼装置の空気過剰率と、前記排ガス
の流動層内での滞留時間とから前記排ガス中の有害微量
成分量を予測し、該予測した排ガス中の有害微量成分量
により前記処理剤の注入量を制御することにより達成さ
れる。
【０００６】上記目的は、流動媒体が流動する流動層中
に固体燃料及び空気を供給して燃焼させる流動層燃焼装
置から発生する排ガス中に処理剤を注入して有害微量成
分量を制御する有害微量成分制御方法において、前記固
体燃料の供給量、予め分析した前記固体燃料中の有害微
量成分割合及び前記燃焼排気ガス量から求めた基準有害
微量成分量と、前記固体燃料の供給量及び前記空気の供
給量と理論空気量から求めた空気過剰率と、前記流動層
高と流動層内のガス速度から求めたガス滞留時間とから
前記燃焼排気ガス中の有害微量成分量を予測演算し、該
予測演算した燃焼排気ガス中の有害微量成分量により前
記処理剤の注入量を制御することにより達成される。
に固体燃料及び空気を供給して燃焼させる流動層燃焼装
置から発生する排ガス中に処理剤を注入して有害微量成
分量を制御する有害微量成分制御方法において、前記固
体燃料の供給量、予め分析した前記固体燃料中の有害微
量成分割合及び前記燃焼排気ガス量から求めた基準有害
微量成分量と、前記固体燃料の供給量及び前記空気の供
給量と理論空気量から求めた空気過剰率と、前記流動層
高と流動層内のガス速度から求めたガス滞留時間とから
前記燃焼排気ガス中の有害微量成分量を予測演算し、該
予測演算した燃焼排気ガス中の有害微量成分量により前
記処理剤の注入量を制御することにより達成される。
【０００７】上記目的は、流動媒体が流動する流動層中
に固体炭化水素燃料及び空気を供給して燃焼させる流動
層燃焼装置から発生する排ガス中に処理剤を注入して有
害微量成分量を制御する制御方法において、前記固体炭
化水素燃料の供給量、予め分析した前記固体炭化水素燃
料中の有害微量成分割合及び前記燃焼排気ガス量から求
めた基準有害微量成分量と、前記固体炭化水素燃料の供
給量及び前記空気の供給量と理論空気量から求めた空気
過剰率と、前記流動層高と流動層内のガス速度から求め
たガス滞留時間とから前記燃焼排気ガス中の有害微量成
分量を予測演算し、該予測演算した燃焼排気ガス中の有
害微量成分量により前記流動層燃焼装置に接続した排気
ガスダクト内、または前記流動層燃焼装置内に設置した
ノズルから注入する前記処理剤の注入量を制御すること
により達成される。
に固体炭化水素燃料及び空気を供給して燃焼させる流動
層燃焼装置から発生する排ガス中に処理剤を注入して有
害微量成分量を制御する制御方法において、前記固体炭
化水素燃料の供給量、予め分析した前記固体炭化水素燃
料中の有害微量成分割合及び前記燃焼排気ガス量から求
めた基準有害微量成分量と、前記固体炭化水素燃料の供
給量及び前記空気の供給量と理論空気量から求めた空気
過剰率と、前記流動層高と流動層内のガス速度から求め
たガス滞留時間とから前記燃焼排気ガス中の有害微量成
分量を予測演算し、該予測演算した燃焼排気ガス中の有
害微量成分量により前記流動層燃焼装置に接続した排気
ガスダクト内、または前記流動層燃焼装置内に設置した
ノズルから注入する前記処理剤の注入量を制御すること
により達成される。
【０００８】上記目的は、燃料を加圧流動層装置で燃焼
させて発生した排ガスからガスタービンにより動力回収
を行う前記排ガス中に含まれる有害微量成分を制御する
有害微量成分量制御方法において、前記加圧流動層装置
からの排ガス中に処理剤を注入して有害微量成分を制御
し、前記ガスタービン後流側で有害微量成分量を検出
し、検出した有害微量成分量値が上限を越えるようであ
れば更に処理剤を注入することにより達成される。
させて発生した排ガスからガスタービンにより動力回収
を行う前記排ガス中に含まれる有害微量成分を制御する
有害微量成分量制御方法において、前記加圧流動層装置
からの排ガス中に処理剤を注入して有害微量成分を制御
し、前記ガスタービン後流側で有害微量成分量を検出
し、検出した有害微量成分量値が上限を越えるようであ
れば更に処理剤を注入することにより達成される。
【０００９】上記目的は、燃料を加圧流動層装置で燃焼
させて発生した排ガスからガスタービンにより動力回収
を行う前記排ガス中に含まれる有害微量成分を制御する
有害微量成分量制御方法において、前記加圧流動層装置
からの排ガス中に処理剤を注入して有害微量成分を制御
し、前記ガスタービン後流側で残留処理剤量を検出し、
検出した残留処理剤量が上限を越えるようであれば前記
処理剤の注入を停止することにより達成される。
させて発生した排ガスからガスタービンにより動力回収
を行う前記排ガス中に含まれる有害微量成分を制御する
有害微量成分量制御方法において、前記加圧流動層装置
からの排ガス中に処理剤を注入して有害微量成分を制御
し、前記ガスタービン後流側で残留処理剤量を検出し、
検出した残留処理剤量が上限を越えるようであれば前記
処理剤の注入を停止することにより達成される。
【００１０】上記目的は、前記有害微量成分がNOxであ
り、前記処理剤がNH3である時に達成される。
り、前記処理剤がNH3である時に達成される。
【００１１】上記目的は、燃料を流動層燃焼装置で燃焼
させて発生した排ガス中に処理剤を注入し有害微量成分
量を制御する有害微量成分制御方法において、前記燃料
の供給量、予め分析した前記燃料に含まれる有害微量成
分割合及び前記排ガス量から求めた基準有害微量成分量
と、前記流動層燃焼装置の燃焼空気過剰率とから前記排
ガス中の有害微量成分量を予測し、該予測した排ガス中
の有害微量成分量により前記処理剤の注入量を制御する
ことにより達成される。
させて発生した排ガス中に処理剤を注入し有害微量成分
量を制御する有害微量成分制御方法において、前記燃料
の供給量、予め分析した前記燃料に含まれる有害微量成
分割合及び前記排ガス量から求めた基準有害微量成分量
と、前記流動層燃焼装置の燃焼空気過剰率とから前記排
ガス中の有害微量成分量を予測し、該予測した排ガス中
の有害微量成分量により前記処理剤の注入量を制御する
ことにより達成される。
【００１２】上記目的は、前記有害微量成分がSOxであ
り、前記処理剤がCaCO3である時に達成される。
り、前記処理剤がCaCO3である時に達成される。
【００１３】上記目的は、固体燃料を流動燃焼させる流
動層燃焼装置からの排ガス中に含まれる有害微量成分量
を検出する有害微量成分量検出手段と、該有害微量成分
量検出手段が検出した有害微量成分量により前記排ガス
中に注入する処理剤量を制御する処理剤注入制御手段と
を有する有害微量成分制御装置において、前記有害微量
成分量検出手段として、前記固体燃料の供給量、予め分
析した前記燃料に含まれる有害微量成分割合及び前記排
ガス量から求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃
焼装置の燃焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での
滞留時間とから前記排ガス中の有害微量成分量を予測演
算する有害微量成分量予測手段を設けたことにより達成
される。
動層燃焼装置からの排ガス中に含まれる有害微量成分量
を検出する有害微量成分量検出手段と、該有害微量成分
量検出手段が検出した有害微量成分量により前記排ガス
中に注入する処理剤量を制御する処理剤注入制御手段と
を有する有害微量成分制御装置において、前記有害微量
成分量検出手段として、前記固体燃料の供給量、予め分
析した前記燃料に含まれる有害微量成分割合及び前記排
ガス量から求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃
焼装置の燃焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での
滞留時間とから前記排ガス中の有害微量成分量を予測演
算する有害微量成分量予測手段を設けたことにより達成
される。
【００１４】前記流動層燃焼装置または前記流動層燃焼
装置に接続し前記排ガスを外部へ導く排気ガスダクト内
に前記処理剤を注入する処理剤注入ノズルを設け、前記
排気ガスダクトの該処理剤注入ノズルの上流に空気を注
入する空気注入ノズルを設けることが望ましい。
装置に接続し前記排ガスを外部へ導く排気ガスダクト内
に前記処理剤を注入する処理剤注入ノズルを設け、前記
排気ガスダクトの該処理剤注入ノズルの上流に空気を注
入する空気注入ノズルを設けることが望ましい。
【００１５】上記目的は、燃料を流動層装置で燃焼させ
て発生した排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測す
る有害微量成分予測方法において、前記燃料の供給量、
前記燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量か
ら求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の
燃焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間
とから前記排ガス中の有害微量成分量を予測することに
より達成される。
て発生した排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測す
る有害微量成分予測方法において、前記燃料の供給量、
前記燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量か
ら求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の
燃焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間
とから前記排ガス中の有害微量成分量を予測することに
より達成される。
【００１６】固体燃料を流動燃焼させる流動層燃焼装置
からの排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測する有
害微量成分予測装置において、前記燃料の供給量、前記
燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量から求
めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の燃焼
空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間とか
ら前記排ガス中の有害微量成分量を予測演算する有害微
量成分量予測手段を設けたことにより達成される。
からの排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測する有
害微量成分予測装置において、前記燃料の供給量、前記
燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量から求
めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の燃焼
空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間とか
ら前記排ガス中の有害微量成分量を予測演算する有害微
量成分量予測手段を設けたことにより達成される。
【００１７】
【作用】一般に燃焼装置からの排ガスに含まれる有害微
量成分がNOxである場合にその発生要因は、燃焼条件に
影響されるサーマルNOxと燃料中に含まれる窒素分に影
響されるフューエルNOxとされている。流動層燃焼装置
は燃焼温度が低いのでサーマルNOxは基本的に少ない
が、発明者はフューエルNOxが燃焼条件のうち空気過剰
率、流動層内でのガス滞留時間の影響を受けることを発
見した。
量成分がNOxである場合にその発生要因は、燃焼条件に
影響されるサーマルNOxと燃料中に含まれる窒素分に影
響されるフューエルNOxとされている。流動層燃焼装置
は燃焼温度が低いのでサーマルNOxは基本的に少ない
が、発明者はフューエルNOxが燃焼条件のうち空気過剰
率、流動層内でのガス滞留時間の影響を受けることを発
見した。
【００１８】流動層燃焼装置においてNOx発生量が空気
過剰率、流動層内でのガス滞留時間によって変化する理
由は、次のように考えることができる。空気過剰率が高
くなると、当然流動層内の酸素量が増大し燃料中の窒素
分の酸化反応が促進され、生成されるNOxの量が多くな
る。また、空気過剰率が高くなると、燃料中の炭素が未
燃分となる割合が小さく流動層内のチャー濃度が低下
し、チャーによるNOx還元反応量は少なくなり流動層か
ら排出されるNOx量は増加する。
過剰率、流動層内でのガス滞留時間によって変化する理
由は、次のように考えることができる。空気過剰率が高
くなると、当然流動層内の酸素量が増大し燃料中の窒素
分の酸化反応が促進され、生成されるNOxの量が多くな
る。また、空気過剰率が高くなると、燃料中の炭素が未
燃分となる割合が小さく流動層内のチャー濃度が低下
し、チャーによるNOx還元反応量は少なくなり流動層か
ら排出されるNOx量は増加する。
【００１９】そして、流動層内でのガス滞留時間が短く
なるとNOx量が多くなる理由は、流動層内で発生したNOx
と流動層内チャーとの接触時間が短くなるため、チャー
による還元反応チャーによるNOx還元反応量は少なくな
るからである。
なるとNOx量が多くなる理由は、流動層内で発生したNOx
と流動層内チャーとの接触時間が短くなるため、チャー
による還元反応チャーによるNOx還元反応量は少なくな
るからである。
【００２０】このようにして基準NOx濃度と空気過剰率
とガス滞留時間から排ガスに含まれるNOx量が予測でき
るから、排ガス中のNOxをNOx分析計により測定しない
で、燃焼制御量である燃料供給量及び予め燃料を分析し
て求めた窒素分、空気供給量、流動層高等の変数を含む
計算式から排ガス中のNOx量を予測し、このNOx量に対し
て最適量の処理剤を注入するように制御することで、目
標とするNOx量まで低減できる。
とガス滞留時間から排ガスに含まれるNOx量が予測でき
るから、排ガス中のNOxをNOx分析計により測定しない
で、燃焼制御量である燃料供給量及び予め燃料を分析し
て求めた窒素分、空気供給量、流動層高等の変数を含む
計算式から排ガス中のNOx量を予測し、このNOx量に対し
て最適量の処理剤を注入するように制御することで、目
標とするNOx量まで低減できる。
【００２１】更に、流動層燃焼装置から排ガスを外部へ
導く排気ガスダクト内に空気を注入することにより、排
ガス中に含まれる未燃分を不完全燃焼させCOを発生させ
てNOxを還元することができる。
導く排気ガスダクト内に空気を注入することにより、排
ガス中に含まれる未燃分を不完全燃焼させCOを発生させ
てNOxを還元することができる。
【００２２】流動層燃焼装置からの排ガスに含まれる有
害微量成分がSOxの場合に空気過剰率によって変化する
理由は、空気過剰率が高くなると全排ガスが増加してSO
xの排ガス中に占める割合が低下しSOx濃度は小さくな
る。一方空気過剰率が小さくなるとSOxの排ガス中に占
める割合が増加しSOx濃度は大きくなるから、基準SOx濃
度と空気過剰率とからSOx量が予測できる。
害微量成分がSOxの場合に空気過剰率によって変化する
理由は、空気過剰率が高くなると全排ガスが増加してSO
xの排ガス中に占める割合が低下しSOx濃度は小さくな
る。一方空気過剰率が小さくなるとSOxの排ガス中に占
める割合が増加しSOx濃度は大きくなるから、基準SOx濃
度と空気過剰率とからSOx量が予測できる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
る。
【００２４】図１は本発明の実施例の基本的な構成を説
明するフローチャートである。
明するフローチャートである。
【００２５】本図に示すように流動層燃焼装置７から排
ガス用高温配管６へ排出される排ガス中の有害微量成分
量は、演算手段２５において空気過剰率{(燃焼のために
実際に供給した空気量)/(燃料を完全燃焼させる空気
量)}と流動層１０内でのガス滞留時間と基準有害微量成
分量から計算される。ここで空気過剰率は固体炭化水素
燃料供給量と空気供給量から、流動層でのガス滞留時間
は流動層高から、基準有害微量成分量は固体炭化水素燃
料供給量と予め分析した有害微量成分量の含有率、燃焼
排ガス量から計算する。この有害微量成分量に対して、
処理剤タンク５から適当量の処理剤が、処理剤注入ノズ
ル１より排ガス用高温配管６内または流動層燃焼装置７
内へ噴出され、その結果、煙突１８から放出される有害
微量成分量は目標値まで低減される。
ガス用高温配管６へ排出される排ガス中の有害微量成分
量は、演算手段２５において空気過剰率{(燃焼のために
実際に供給した空気量)/(燃料を完全燃焼させる空気
量)}と流動層１０内でのガス滞留時間と基準有害微量成
分量から計算される。ここで空気過剰率は固体炭化水素
燃料供給量と空気供給量から、流動層でのガス滞留時間
は流動層高から、基準有害微量成分量は固体炭化水素燃
料供給量と予め分析した有害微量成分量の含有率、燃焼
排ガス量から計算する。この有害微量成分量に対して、
処理剤タンク５から適当量の処理剤が、処理剤注入ノズ
ル１より排ガス用高温配管６内または流動層燃焼装置７
内へ噴出され、その結果、煙突１８から放出される有害
微量成分量は目標値まで低減される。
【００２６】図２は本発明の実施例の構成を説明するフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【００２７】本実施例は一塔式流動層プラントでのNH3
注入による無触媒脱硝の例である。
注入による無触媒脱硝の例である。
【００２８】流動層ボイラ火炉出口に設置された排ガス
用高温配管６には、少なくとも１つ以上のNH3注入ノズ
ル１が設置されている。ここでは有害微量成分が窒素酸
化物(以下NOxと略す)で、処理剤がNH3となる。本実施例
は流動層からのNOx予測式を用いたフィードフォワード
制御とガスタービン出口で分析計により測定したNOx、N
H3濃度に基づくフィードバック制御を組み合わせた脱硝
制御方法である。
用高温配管６には、少なくとも１つ以上のNH3注入ノズ
ル１が設置されている。ここでは有害微量成分が窒素酸
化物(以下NOxと略す)で、処理剤がNH3となる。本実施例
は流動層からのNOx予測式を用いたフィードフォワード
制御とガスタービン出口で分析計により測定したNOx、N
H3濃度に基づくフィードバック制御を組み合わせた脱硝
制御方法である。
【００２９】まず流動層からのNOx予測式を用いた脱硝
制御方法(フィードフォワード制御)について説明する。
制御方法(フィードフォワード制御)について説明する。
【００３０】演算手段Aにおいては、NOx予測式からNOx
を求め、この量に対して一定比率の還元剤NH3量を求
め、注入するものである。NOx濃度は(1)式により予測す
る。
を求め、この量に対して一定比率の還元剤NH3量を求
め、注入するものである。NOx濃度は(1)式により予測す
る。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここでr:空気過剰率, rs:基準空気過剰率,
θs:基準ガス滞留時間(sec),θ:ガス滞留時間(sec),
A,B,n:定数である。
θs:基準ガス滞留時間(sec),θ:ガス滞留時間(sec),
A,B,n:定数である。
【００３３】なお、(1)は空気過剰率に関して直線近似
で適用可能な範囲は1.0〜１.4であり、起動時には空気
過剰率が2.0近辺の高い値となる場合も有り(1ａ)式によ
り予測する。
で適用可能な範囲は1.0〜１.4であり、起動時には空気
過剰率が2.0近辺の高い値となる場合も有り(1ａ)式によ
り予測する。
【００３４】 予測NOx濃度(ppm)=基準NOx濃度(ppm) + A1[A2-exp{A3(rs-r)}] + B(θs-θ)……………………………………………(1a) ここでA1,A2,A3は定数である。
【００３５】空気過剰率:rは演算手段Bにおいて(2)式よ
り、燃料供給量(kg/h)、及び燃焼用空気量(kg/h)から計
算する。
り、燃料供給量(kg/h)、及び燃焼用空気量(kg/h)から計
算する。
【００３６】 空気過剰率:r(-)=[燃焼用空気量(kg/h)/{燃料供給量(kg/h)× 理論空気量(Nm3/kg・cwp)×1.293(kg/Nm3)}]× 燃焼効率(%)/100)………………………………………(2) Gfw1(s)、Gfw2(s)は伝達関数でそれぞれ燃焼空気量、燃
料供給量の動特性を補償するためのものである。
料供給量の動特性を補償するためのものである。
【００３７】ガス滞留時間:θ(sec)は演算手段Cにおい
て(3)式より、流動層内でのガス滞留時間:θ(sec)を差
圧計の指示値から求めた流動層高(m)と流動層内でのガ
ス速度(m/sec)から計算する。
て(3)式より、流動層内でのガス滞留時間:θ(sec)を差
圧計の指示値から求めた流動層高(m)と流動層内でのガ
ス速度(m/sec)から計算する。
【００３８】 流動層内でのガス滞留時間:θ(sec)={流動層高(m)}/流動層内ガス速度 (m/sec)}…………………………(3) ここで流動層内でのガス速度(m/sec)は(4)式より、燃焼
用空気量(kg/h)、流動層燃焼装置内断面積(m2)、流動層
内温度(℃)から計算する。
用空気量(kg/h)、流動層燃焼装置内断面積(m2)、流動層
内温度(℃)から計算する。
【００３９】 流動層ガス速度(m/sec)=C{燃焼用空気量(kg/h)}×1.293(kg/Nm3)/3600× {流動層内温度(℃)+273}/{基準温度0(℃)+273}/ {流動層燃焼装置内断面積(m2)}………………(4) ここでCは定数である。
【００４０】基準NOx濃度は(5)式より、予め分析して求
めた石炭中の窒素分(mg/kg)、石炭の高位発熱量(kcal/k
g)、石炭中全窒素割合(ｗｔ%)、燃料供給量(kg/h)、排
ガス量(kg/h）から計算する。
めた石炭中の窒素分(mg/kg)、石炭の高位発熱量(kcal/k
g)、石炭中全窒素割合(ｗｔ%)、燃料供給量(kg/h)、排
ガス量(kg/h）から計算する。
【００４１】
【数２】
【００４２】ここでE、mは定数で、mにより石炭中の窒
素分がNOxに転換する割合が定められる。 排ガス用高
温配管６内に設置したNH3注入ノズル１からは(6)式によ
り算出した量のNH3が供給できるように制御する。
素分がNOxに転換する割合が定められる。 排ガス用高
温配管６内に設置したNH3注入ノズル１からは(6)式によ
り算出した量のNH3が供給できるように制御する。
【００４３】 注入NH3量(kg/h)=F(設定NH3/NOモル比)×{予測NOx濃度(ppm)}…………(6) ここでFは定数である。
【００４４】フィードバック制御においてはNOx分析計A
X-1、NH3分析計AX-2の出力がフィードフォワード制御の
偏差を打ち消すように働く。具体的にはNOx分析計AX-1
においてNOx量を測定し、この値が上限を越えるようで
あれば更に還元剤を注入し、またNH3分析計AX-2におい
て、残留NH3濃度を測定し、この値が上限を越えるよう
であればNH3の注入を停止するように制御する。ガスタ
ービン１５の後流には触媒脱硝装置１７が設置してあ
り、更に煙突１８入口までのNoxを低減することができ
る。なおガスタービン１５には燃焼器を備えていないか
らここでのNOxの発生は無い。
X-1、NH3分析計AX-2の出力がフィードフォワード制御の
偏差を打ち消すように働く。具体的にはNOx分析計AX-1
においてNOx量を測定し、この値が上限を越えるようで
あれば更に還元剤を注入し、またNH3分析計AX-2におい
て、残留NH3濃度を測定し、この値が上限を越えるよう
であればNH3の注入を停止するように制御する。ガスタ
ービン１５の後流には触媒脱硝装置１７が設置してあ
り、更に煙突１８入口までのNoxを低減することができ
る。なおガスタービン１５には燃焼器を備えていないか
らここでのNOxの発生は無い。
【００４５】流動層ボイラ７が複数個設置された場合
は、それぞれの流動層ボイラ炉出口に設置された排ガス
用高温配管６に、少なくとも１つ以上のNH3注入ノズル
１が設置される。
は、それぞれの流動層ボイラ炉出口に設置された排ガス
用高温配管６に、少なくとも１つ以上のNH3注入ノズル
１が設置される。
【００４６】図３は本発明の実施例の空気過剰率、流動
層内でのガス滞留時間とNOx濃度の関係を説明する図表
である。
層内でのガス滞留時間とNOx濃度の関係を説明する図表
である。
【００４７】本図の横軸に空気過剰率、縦軸にNOx濃
度、ガス滞留時をパラメータとして線で示した。各線は
(1)式の予測式から求めたガス滞留時間計算値で、丸印
は滞留時間2秒、4秒の実測値である。NOx濃度は空気過
剰率が大きくなるにつれて、また滞留時間時間が短くな
るにつれて高くなる。実測値と計算値を比較すると、両
者の値は10%以内で一致しているので、NOx濃度は明らか
に(1)式から予測できる。 図４は本発明の実施例のモ
ル比とNOx還元率との関係を説明する図表である。図２
に示す流動層プラントでのNH3注入による無触媒脱硝の
データである。横軸に(NH3モル数/(NOモル数)、縦軸にN
Ox還元率を示し、この値が大きくなれば排ガス中のNOx
量は少なくなる。またこの値を大きくするためには供給
するNH3量は多くなる。炉内温度即ち、反応温度が高く
なればNOx還元率は高くなる。破線で示す値が目標値で
あり、この目標値を達成するようにNH3注入量を制御す
る必要がある。
度、ガス滞留時をパラメータとして線で示した。各線は
(1)式の予測式から求めたガス滞留時間計算値で、丸印
は滞留時間2秒、4秒の実測値である。NOx濃度は空気過
剰率が大きくなるにつれて、また滞留時間時間が短くな
るにつれて高くなる。実測値と計算値を比較すると、両
者の値は10%以内で一致しているので、NOx濃度は明らか
に(1)式から予測できる。 図４は本発明の実施例のモ
ル比とNOx還元率との関係を説明する図表である。図２
に示す流動層プラントでのNH3注入による無触媒脱硝の
データである。横軸に(NH3モル数/(NOモル数)、縦軸にN
Ox還元率を示し、この値が大きくなれば排ガス中のNOx
量は少なくなる。またこの値を大きくするためには供給
するNH3量は多くなる。炉内温度即ち、反応温度が高く
なればNOx還元率は高くなる。破線で示す値が目標値で
あり、この目標値を達成するようにNH3注入量を制御す
る必要がある。
【００４８】図５は本発明の他の実施例の構成を説明す
るフローチャートである。
るフローチャートである。
【００４９】本実施例は一塔式流動層プラントでのCaCO
3注入による脱硫の例である。
3注入による脱硫の例である。
【００５０】ここでは有害微量成分が硫黄酸化物(以下S
Oxと略す)で、処理剤がCaCO3となる。本実施例は流動層
からのSO2予測式を用いたフィードフォワード制御とガ
スタービン出口で分析計により測定したSO2濃度に基づ
くフィードバック制御を組み合わせた脱硫制御方法であ
る。まず流動層からのSOx予測式を用いた脱硫制御方法
(フィードフォワード制御)について説明する。演算手段
Aにおいては、SO2予測式からSO2量を求め、この量に対
して(Caモル数)/(Sモル数)が最適値となるように、脱硫
剤バンカー２７からのCaCO3供給量をフィーダ２８で制
御するものである。
Oxと略す)で、処理剤がCaCO3となる。本実施例は流動層
からのSO2予測式を用いたフィードフォワード制御とガ
スタービン出口で分析計により測定したSO2濃度に基づ
くフィードバック制御を組み合わせた脱硫制御方法であ
る。まず流動層からのSOx予測式を用いた脱硫制御方法
(フィードフォワード制御)について説明する。演算手段
Aにおいては、SO2予測式からSO2量を求め、この量に対
して(Caモル数)/(Sモル数)が最適値となるように、脱硫
剤バンカー２７からのCaCO3供給量をフィーダ２８で制
御するものである。
【００５１】SO2濃度は(7)式より予測する。
【００５２】 予測SO2濃度(ppm)=基準SO2濃度(ppm) - G・exp(H・r)……………………(7) ここでr:空気過剰率, G,H:定数である。
【００５３】 空気過剰率:rは(8)式より、燃料供給量、及び燃焼用空気量(kg/h)から計算す る。空気過剰率:r(-)=[燃焼用空気量(kg/h)/{燃料供給量(kg/h)× 理論空気量(Nm3/kg・cwp)×1.293(kg/Nm3)}]×燃焼効率(%)/100………(8) 基準SO2濃度は(9)式より、燃料供給量(kg/h)、石炭中全
硫黄割合(ｗｔ%)、排ガス量(kg/h）から計算する。
硫黄割合(ｗｔ%)、排ガス量(kg/h）から計算する。
【００５４】 基準SO2濃度(pppm)=I{燃料供給量(kg/h)}×{石炭中全硫黄割合(ｗｔ%)/ 100}/排ガス量(kg/h）………………………………(9) ここでIは定数である。
【００５５】フィードバック制御においてはSO2分析計A
X-1の出力がフィードフォワード制御の偏差を打ち消す
ように働く。具体的にはSO2分析計AX-1においてSO2濃度
を測定しSO2量を求め、この値が上限を越えるようであ
れば更に脱硫剤CaCO3供給する。 図６は本発明の他の
実施例の構成を説明するフローチャートである。
X-1の出力がフィードフォワード制御の偏差を打ち消す
ように働く。具体的にはSO2分析計AX-1においてSO2濃度
を測定しSO2量を求め、この値が上限を越えるようであ
れば更に脱硫剤CaCO3供給する。 図６は本発明の他の
実施例の構成を説明するフローチャートである。
【００５６】本実施例は一塔式流動層プラントにおける
NH3注入による無触媒脱硝のうちNH3注入ノズル1の排ガ
ス上流側に空気ノズル24が設置した例である。基礎試験
において、NO-NH3-O2脱硝反応ではCO(一酸化炭素)が共
存すると、750℃近辺の低温領域においても脱硝性能が
高くなることを確認している。本実施例ではこのCO共存
効果を利用するもので、流動層においては特に低層高、
低負荷において流動層内で燃焼せず飛散するチャーが多
くなるため、炉出口に設置した空気ノズル24から空気を
供給し、ここでチャーを不完全燃焼させてCOを発生さ
せ、NH3注入後のNO還元領域において、低負荷時(排ガス
温度750℃近辺)においても脱硝反応を効果的に進行させ
る。空気ノズル24から空気を供給しCOを発生させる操作
は、特に排ガス温度が低下するボイラ負荷50%程度の低
負荷時に実施する。無触媒脱硝の制御は、初めの実施例
と同様な方法で実施する。
NH3注入による無触媒脱硝のうちNH3注入ノズル1の排ガ
ス上流側に空気ノズル24が設置した例である。基礎試験
において、NO-NH3-O2脱硝反応ではCO(一酸化炭素)が共
存すると、750℃近辺の低温領域においても脱硝性能が
高くなることを確認している。本実施例ではこのCO共存
効果を利用するもので、流動層においては特に低層高、
低負荷において流動層内で燃焼せず飛散するチャーが多
くなるため、炉出口に設置した空気ノズル24から空気を
供給し、ここでチャーを不完全燃焼させてCOを発生さ
せ、NH3注入後のNO還元領域において、低負荷時(排ガス
温度750℃近辺)においても脱硝反応を効果的に進行させ
る。空気ノズル24から空気を供給しCOを発生させる操作
は、特に排ガス温度が低下するボイラ負荷50%程度の低
負荷時に実施する。無触媒脱硝の制御は、初めの実施例
と同様な方法で実施する。
【００５７】図７は本発明の他の実施例の構成を説明す
るフローチャートである。
るフローチャートである。
【００５８】本実施例は一塔式流動層プラントにおいて
無触媒脱硝に代わり高温脱硝触媒を用いる例である。定
格負荷ではガスタービン１５の入口温度が850℃程度と
なり触媒はこの温度に耐え得る必要がある。本実施例は
流動層からのNOx予測式を用いたフィードフォワード制
御と煙突入口で分析計により測定したNOx、NH3濃度に基
づくフィードバック制御を組み合わせた脱硝制御方法で
ある。
無触媒脱硝に代わり高温脱硝触媒を用いる例である。定
格負荷ではガスタービン１５の入口温度が850℃程度と
なり触媒はこの温度に耐え得る必要がある。本実施例は
流動層からのNOx予測式を用いたフィードフォワード制
御と煙突入口で分析計により測定したNOx、NH3濃度に基
づくフィードバック制御を組み合わせた脱硝制御方法で
ある。
【００５９】フィードフォワード制御において、演算手
段Ａ、Ｂ、Ｃにおける計算式は初めの実施例で説明した
ものと同じである。本実施例では高温触媒に供給するＮ
Ｈ３等の還元剤量を、演算手段Ａにおいて計算したＮＯ
ｘ量に対して一定比率で供給する。フィードバック制御
においては、高温脱硝触媒出口に設置されたＮＯｘ分析
計ＡＸ−１、ＮＨ３分析計ＡＸ−２の出力がフィードフ
ォワード制御の偏差を打ち消すように働く。具体的には
ＮＯｘ分析計ＡＸ−１においてＮＯｘ量を測定し、この
値が上限を越えるようであれば更に還元剤を注入し、ま
たＮＨ３分析計ＡＸ−２において、ＮＨ３濃度を測定
し、この値が上限を越えるようであればＮＨ３の注入を
停止するように制御するものである。本発明は、流動層
燃焼装置の空気過剰率とガス滞留時間から排ガス中に含
まれる有害微量成分量が予測できるから、排ガス中の有
害微量成分量を測定することなく燃料供給量及び有害微
量成分割合、空気供給量、流動層高等の変数を含む計算
式から排ガス中の有害微量成分量を予測し、最適量の処
理剤を注入するように制御することにより、目標とする
有害微量成分量まで低減できる。
段Ａ、Ｂ、Ｃにおける計算式は初めの実施例で説明した
ものと同じである。本実施例では高温触媒に供給するＮ
Ｈ３等の還元剤量を、演算手段Ａにおいて計算したＮＯ
ｘ量に対して一定比率で供給する。フィードバック制御
においては、高温脱硝触媒出口に設置されたＮＯｘ分析
計ＡＸ−１、ＮＨ３分析計ＡＸ−２の出力がフィードフ
ォワード制御の偏差を打ち消すように働く。具体的には
ＮＯｘ分析計ＡＸ−１においてＮＯｘ量を測定し、この
値が上限を越えるようであれば更に還元剤を注入し、ま
たＮＨ３分析計ＡＸ−２において、ＮＨ３濃度を測定
し、この値が上限を越えるようであればＮＨ３の注入を
停止するように制御するものである。本発明は、流動層
燃焼装置の空気過剰率とガス滞留時間から排ガス中に含
まれる有害微量成分量が予測できるから、排ガス中の有
害微量成分量を測定することなく燃料供給量及び有害微
量成分割合、空気供給量、流動層高等の変数を含む計算
式から排ガス中の有害微量成分量を予測し、最適量の処
理剤を注入するように制御することにより、目標とする
有害微量成分量まで低減できる。
【００６０】
【発明の効果】本発明の有害微量成分量予測制御方法及
び装置によれば、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置から
発生する排ガス中の有害微量成分量を測定することな
く、燃焼に係る変数から有害微量成分量の予測値を演算
し、この予測値から最適量の処理剤を注入して制御する
ことができる。又、本発明の有害微量成分予測方法及び
装置によれば、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置の燃焼
に係る変数から排ガス中の有害微量成分量を予測するこ
とができる。
び装置によれば、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置から
発生する排ガス中の有害微量成分量を測定することな
く、燃焼に係る変数から有害微量成分量の予測値を演算
し、この予測値から最適量の処理剤を注入して制御する
ことができる。又、本発明の有害微量成分予測方法及び
装置によれば、燃料を燃焼させる流動層燃焼装置の燃焼
に係る変数から排ガス中の有害微量成分量を予測するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例の基本的な構成を説明するフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図２】本発明の実施例の構成を説明するフローチャー
トである。
トである。
【図３】本発明の実施例の空気過剰率、流動層内でのガ
ス滞留時間とNOx濃度の関係を説明する図表である。
ス滞留時間とNOx濃度の関係を説明する図表である。
【図４】本発明の実施例のモル比とNOx還元率との関係
を説明する図表である。
を説明する図表である。
【図５】本発明の他の実施例の構成を説明するフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】本発明の他の実施例の構成を説明するフローチ
ャートである。
ャートである。
【図７】本発明の他の実施例の構成を説明するフローチ
ャートである。
ャートである。
１ 処理剤注入ノズル ２ 燃料供給ノズル ３ 燃焼空気用ダクト ４ 差圧計 ５ 処理剤タンク ６ 排ガス用高温配管 ７ 流動層ボイラ ８ 燃焼空気用ウインドボックス ９ 分散板 １０ 流動層 １１ サイクロン １２ セラミックフィルタ １３ ガスタービン入口ダクト １４ 圧縮機 １５ ガスタービン １６ 発電機 １７ 高温触媒脱硝装置 １８ 煙突 １９ 混合器 ２０ NH3希釈空気用供給管 ２１ NH3希釈空気供給用調整弁 ２２ 伝熱管 ２３ NH3供給用調整弁 ２４ 空気ノズル ２５ 演算手段 ２６ 監視用モニタ ２７ 脱硫剤バンカ ２８ フィーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ａ Ｂ (72)発明者 戸室 仁一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 稲田 徹 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 穂刈 信幸 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 大木 勝弥 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 昭54−99771（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−83074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−1911（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−15142（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−319941（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−54611（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183936（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23C 11/02 301 F23C 11/02 303 F23B 7/00 302 F23J 15/00
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料を流動層燃焼装置で燃焼させて発生
した排ガス中に処理剤を注入し有害微量成分量を制御す
る有害微量成分制御方法において、前記燃料の供給量、
前記燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量か
ら求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の
空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間とか
ら前記排ガス中の有害微量成分量を予測し、該予測した
排ガス中の有害微量成分量により前記処理剤の注入量を
制御することを特徴とする有害微量成分量予測制御方
法。 - 【請求項２】 固体燃料を流動燃焼させる流動層燃焼装
置からの排ガス中に含まれる有害微量成分量を検出する
有害微量成分量検出手段と、該有害微量成分量検出手段
が検出した有害微量成分量により前記排ガス中に注入す
る処理剤量を制御する処理剤注入制御手段とを有する有
害微量成分制御装置において、前記有害微量成分量検出
手段として、前記固体燃料の供給量、予め分析した前記
燃料に含まれる有害微量成分割合及び前記排ガス量から
求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の燃
焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間と
から前記排ガス中の有害微量成分量を予測演算する有害
微量成分量予測手段を設けたことを特徴とする有害微量
成分量予測制御装置。 - 【請求項３】 燃料を流動層装置で燃焼させて発生した
排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測する有害微量
成分予測方法において、前記燃料の供給量、前記燃料に
含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量から求めた基
準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の燃焼空気過
剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間とから前記
排ガス中の有害微量成分量を予測することを特徴とする
有害微量成分予測方法。 - 【請求項４】 固体燃料を流動燃焼させる流動層燃焼装
置からの排ガス中に含まれる有害微量成分量を予測する
有害微量成分予測装置において、前記燃料の供給量、前
記燃料に含まれる有害微量成分量及び前記排ガス量から
求めた基準有害微量成分量と、前記流動層燃焼装置の燃
焼空気過剰率と、前記排ガスの流動層内での滞留時間と
から前記排ガス中の有害微量成分量を予測演算する有害
微量成分量予測手段を設けたことを特徴とする有害微量
成分予測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132088A JP2860876B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 有害微量成分量予測制御方法及び装置 |
| US08/777,477 US6123910A (en) | 1994-06-14 | 1996-12-30 | Method of predicting and controlling harmful oxide and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132088A JP2860876B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 有害微量成分量予測制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085011A JPH085011A (ja) | 1996-01-12 |
| JP2860876B2 true JP2860876B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=15073221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6132088A Expired - Fee Related JP2860876B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 有害微量成分量予測制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860876B2 (ja) |
-
1994
- 1994-06-14 JP JP6132088A patent/JP2860876B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH085011A (ja) | 1996-01-12 |
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