JP3568614B2 - 石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置 - Google Patents
石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置に係り、特に高速負荷変動時にも排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適なアンモニア注入制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の脱硝装置用アンモニア注入制御装置は、図４に示すように、処理ガス流量計１の出力信号と入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号を乗算器７ａで乗算して、入口ＮＯｘ量信号２１とする。一方、入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号および出口ＮＯｘ濃度設定器３の出力信号より、引算器８ａおよび割算器９より必要脱硝率信号１０を演算し、この信号を関数発生器１１に入力して、ＮＯｘ量に対して必要なアンモニアモル比信号（先行値モル比信号）１３を演算する。
【０００３】
出口ＮＯｘ濃度設定器３の出力信号と出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号との間の偏差信号を引算器８ｂで求め、調節計１２ａで信号処理して、フィードバックモル比信号１５を演算する。加算器１４ａでは、必要モル比信号１３とフィードバックモル比信号１５を加算して全モル比信号１６とし、乗算器７ｂで入口ＮＯｘ量信号２１と乗算して、必要アンモニア流量信号２２とする。次に、負荷要求信号５を微分器１７および二階微分器１８で演算処理した信号を加算器１４ｂに入力し、加算器１４ｂではこれらの信号と前述の必要アンモニア流量信号２２と加算して、アンモニア流量要求信号１９を演算する。このアンモニア流量要求信号１９とアンモニア流量計６の出力信号の偏差を引算器８ｃで求め、調節計１２ｂで信号処理してアンモニア流量調整弁２０を開閉することにより、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値近傍に維持していた。
【０００４】
この制御方式は、基本的には入口ＮＯｘ量に対する先行値、出口濃度設定値との偏差によるフィードバック補正、および負荷要求信号に対する動的先行値により、アンモニア注入量を決定する方式である。なお、動的先行値は、アンモニア注入量の変化に対する脱硝反応の遅れ、通常十数分を補償するために設けられている。
【０００５】
最近では、火力プラントの高速負荷変化率運用に伴い、脱硝負荷の変動が急激になってきたにもかかわらず、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度の設定値に対する出口ＮＯｘ濃度の偏差の変化幅を小さく抑えることが要求されている。すなわち、出口ＮＯｘ濃度の制御性を向上させ、リークアンモニアを減少させることが必要不可欠となっている。
【０００６】
特に、石炭焚きボイラにおいては、負荷変動時にミルの起動停止操作を行うが、この際ミルウォーミング空気またはミル残炭パージ用の空気を供給するために、ボイラ内燃焼域では一時的に空気過剰の状態が発生する。このため脱硝装置入口排ガスＮＯｘ濃度にはピーク値が発生する。このピーク値に対して、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持するために大量のアンモニアを注入すると、入口ＮＯｘ濃度のピークに対応した、出口ＮＯｘ濃度のピークを抑えることはできるが、入口ＮＯｘ濃度がピーク値を示さなくなると、アンモニアが過剰となり、脱硝率が上昇して脱硝装置出口ＮＯｘ濃度は極端に低下してしまう。図５にはこのような状況の一例を示す。
【０００７】
このように、従来技術になるアンモニア注入量制御方式では、高速負荷変動時において、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持するとともに、過剰アンモニアのリークを防止するという点について配慮されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記従来技術は、脱硝負荷が急激に変化した場合においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値近傍に維持するという点について配慮がされておらず、動的先行制御によって大量のアンモニアの注入により、出口ＮＯｘ濃度の上限値はクリアできても、下限値を下回るとともに過剰アンモニアがリークするという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、高速負荷変動時においても、脱硝装置出口のＮＯｘ濃度を設定値近傍に適切に維持できる、石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）石炭燃焼装置からの被処理ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、上記総ＮＯｘ量、先行モル比信号、モル比補正信号に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
【００１１】
（２）石炭燃焼装置からの被処理排ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、前記先行モル比信号とモル比補正信号に基づき全モル比信号を求め、上記総ＮＯｘ量と全モル比信号およびアンモニア注入量検出値に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率、および入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の時間に関する二階微分に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
【００１２】
（３）石炭燃焼装置から脱硝装置に流入する排ガスの総ＮＯｘ量を算出する手段と、脱硝率に基づいて先行的モル比信号を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度の設定値に対する偏差によりフィードバッグモル比補正信号を算出する手段と、前記総ＮＯｘ量と先行モル比信号とモル比補正信号とに基づきアンモニア流量要求信号を算出する手段と、このアンモニア流量要求信号とアンモニア流量検出値に基づきアンモニア流量調整弁を制御する手段とを備えた前記脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置において、負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時のそれぞれに関するファジイ推論に基づきアンモニア流量調整弁の制御量を補正する制御器を設けたことを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
【００１３】
【作用】
本発明の特徴的構成であるファジイ推論制御において、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に基づくファジイ推論では、入口脱硝負荷の変化傾向および出口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとららえてアンモニアを先行的に注入し、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に基づくファジイ推論では、出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持できるようなフィードバック補正（比例積分コントローラに相当）として動作し、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の時間に関する二階微分に基づくファジイ推論では、入口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえてアンモニアを先行的に注入し、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に基づくファジイ推論では負荷変化時に発生する入口ＮＯｘ濃度のピークに対して、出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持するようにアンモニアを先行的に注入する。
【００１４】
それによって脱硝装置の応答遅れおよび入口ＮＯｘ濃度のピークに対処できるので、高速負荷変動時においても出口ＮＯｘ濃度は設定値の近傍に維持されるとともに、リークアンモニア濃度も低減できる。
なお、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度の制御性の向上により、アンモニアの消費量を低減できる。
【００１５】
【実施例】
本発明になる脱硝装置のアンモニア注入量制御装置の具体的実施例を図１に示す。
本制御装置は脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持するに必要な脱硝率を得るための先行値モル比信号１３、出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号によるフィードバック補正モル比信号１５およびファジイ制御器３０によるモル比補正信号３３によりアンモニア注入量を決定するものである。
【００１６】
このうち先行値モル比信号およびフィードバック補正モル比信号については、従来の制御方式と同様である。
ファジイ制御器３０では、入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号、出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号、負荷要求信号５、ミル起動停止指令信号後の経過時間３１を入力し、以下の演算処理を行う。
【００１７】
制御ルール前件部の組合わせとしては、以下の４種類とする。
（１）（負荷変化率、出口ＮＯｘ濃度変化率）
（２）（出口ＮＯｘ濃度の制御偏差、制御偏差の変化率）
（３）（入口ＮＯｘ濃度変化率、入口ＮＯｘ濃度の二階微分）
（４）（負荷変化率、ミル起動停止指令信号後の経過時間）
ここでは一例として、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間を前件部とした場合について説明する。
【００１８】
ｎ時刻点における負荷要求信号をＸｎ 、ミル起動停止指令信号後の経過時間をＹｎ とすると、負荷変化率信号△Ｘｎ は次式となる。
【００１９】
【数１】△Ｘｎ ＝（Ｘｎ −Ｘｎ−１ ）・Ｓｘ …（１）
ここに、Ｓｘ ：スケーリングファクタ
同様に、Ｙｎ についてもスケーリングを行い、
【００２０】
【数２】
Ｙ＊ ｎ ＝Ｙｎ ・Ｓｙ …（２）
△Ｘｎ 、Ｙ＊ ｎ のメンバシップ関数の一例を図２に示す。図２において、ファジイ変数を分解するファジイ集合の数は以下のような１３個であり、これらの集合にそれぞれラベルを付加する。ラベルは−６から１刻みに＋６までの正数で表わす。
【００２１】
｛−６、−５、…、０、１…５、６｝＝｛ＮＡＬ、ＮＶＬ、ＮＬ、ＮＭ、ＮＳ、ＮＶＳ、ＺＥ、ＰＶＳ、ＰＳ、ＰＭ、ＰＬ、ＰＶＬ、ＰＡＬ｝
ここに、例えばＮＡＬは、Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ Ｌａｒｇｅを意味する。ＶはＶｅｒｙ、ＭはＭｅｄｉｕｍ、ＳはＳｍａｌｌ、ＺＥはＺｅｒｏ、ＰはＰｏｓｉｔｉｖｅを表わす。
【００２２】
△Ｘｎ とＹ＊ ｎ の状況により、補正すべきアンモニア注入モル比Ｈ４ ｎ を決定する制御ルールの例を図３に示す。
この制御ルールを用いて、アンモニア注入モル比Ｈｎ を求める方法としては、よく知られている「ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法」を用いる。
したがって、このＨ４ ｎ に制御ゲインＫ４ を掛け合わせて、制御入力Ｕ４ は
【００２３】
【数３】
Ｕ４ ＝Ｋ４ ・Ｈ４ ｎ …（３）
同様にして、他の前件部についても
【００２４】
【数４】Ｕ１ ＝Ｋ１ ・Ｈ１ ｎ
Ｕ２ ＝Ｋ２ ・Ｈ２ ｎ …（４）
Ｕ３ ＝Ｋ３ ・Ｈ３ ｎ
したがって、ファジイ制御器３０の出力Ｕｎ は、次式となる。
【００２５】
【数５】
【００２６】
このファジイ制御器の出力信号３３を加算器１４ｃにおいて、フィードバック補正モル比信号１５に加算する。
すなわち、本制御方式は従来制御方式にファジイ制御器３０の出力信号３３を付加したものである。
ファジイ制御器３０において、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に対するファジイ制御では、脱硝装置のアンモニア注入に対する脱硝反応の大きな遅れを補償するために、負荷および出口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえて、先行的にアンモニア注入量を増減するものである。
【００２７】
出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に対するファジイ制御では、フィードバック補正を行うＰＩコントローラのように動作する。なお、ファジイ制御ではＰＩコントローラの制御定数が適応的に変化するように動作するので、出口ＮＯｘ濃度の制御性が向上する。
次に、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の二階微分に対するファジイ制御では、入口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえて先行的にアンモニアを注入できるので、脱硝反応の遅れを補償でき、出口ＮＯｘ濃度の制御性を向上できる。
【００２８】
石炭焚きボイラにおいて、負荷変動時にミルの起動停止を伴う運用では、負荷上昇時にミルの投入があり、この際ミルウォーミング用空気量の増加によりＯ２ 分圧が一時的に増加するので、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度にはピークが発生する。負荷降下時にはミルの振動を防止するために残炭パージを急速に行う必要があり、この残炭パージ用空気の増加によりＯ２ 分圧が一時的に増加し、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度にはピークが発生する。
【００２９】
このような負荷上昇および負荷降下時の脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピーク値対策として、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に対するファジイ制御を導入する。
図３におけるファジイ制御ルールでは、負荷変化率の絶対値の大きさに対応してアンモニア注入量を与え、ミル起動停止後の経過時間がある値に達すると、アンモニア注入量を絞り込むものであり、これにより脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピークを抑えるとともに、脱硝性能の過度な上昇を抑えるものである。
【００３０】
上述した４つのファジイ制御出力は、（５）式に示した制御ゲインＫｉ （ｉ＝１〜４）により重みを変えてモル比補正信号３３となる。
したがって、本発明によれば高速負荷変動時においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持できるとともにリークアンモニアを低減できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭焚ボイラの高速負荷変動時においても、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に基づくファジイ制御により脱硝反応の遅れを補償し、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に基づくファジイ制御により、適切なフィードバック補正を行い、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の二階微分に基づくファジイ制御により脱硝反応の遅れを補償し、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に基づくファジイ制御により、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピークに対応できる。
【００３２】
したがって、高速負荷変動時においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持できるとともに、リークアンモニアを低減できるという効果がある。なお、上記ファジイ制御は４つすべてを適用すれば最も効果的であるが、そのうち複数を適用することにより、それぞれの効果が期待できることはいうまでもない。
【００３３】
なお、出口ＮＯｘ濃度の制御性の向上により、アンモニアの消費量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる脱硝装置のアンモニア注入量制御装置の一実施例を示す制御系統図。
【図２】メンバシップ関数の一例を示す説明図。
【図３】制御ルールの一例を示す説明図。
【図４】従来技術になるアンモニア注入量制御装置を示す制御系統図。
【図５】従来技術になるアンモニア注入量制御装置の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１…処理ガス流量計、２…入口ＮＯｘ濃度計、３…出口ＮＯｘ濃度設定器、４…出口ＮＯｘ濃度計、５…負荷要求信号、６…アンモニア流量計、７ａ、７ｂ…乗算器、８ａ、８ｂ、８ｃ…引算器、９…割算器、１０…必要脱硝率信号、１１…関数発生器、１２…調節計、１３…必要モル比信号、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…加算器、１５…フィードバック補正モル比信号、１６…全モル比信号、１９…アンモニア流量要求信号、２０…アンモニア流量調整弁、２１…入口ＮＯｘ量信号、３０…ファジイ制御器、３１…ミル起動停止後の経過時間、３３…モル比補正信号。
【産業上の利用分野】
本発明は、石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置に係り、特に高速負荷変動時にも排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適なアンモニア注入制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の脱硝装置用アンモニア注入制御装置は、図４に示すように、処理ガス流量計１の出力信号と入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号を乗算器７ａで乗算して、入口ＮＯｘ量信号２１とする。一方、入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号および出口ＮＯｘ濃度設定器３の出力信号より、引算器８ａおよび割算器９より必要脱硝率信号１０を演算し、この信号を関数発生器１１に入力して、ＮＯｘ量に対して必要なアンモニアモル比信号（先行値モル比信号）１３を演算する。
【０００３】
出口ＮＯｘ濃度設定器３の出力信号と出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号との間の偏差信号を引算器８ｂで求め、調節計１２ａで信号処理して、フィードバックモル比信号１５を演算する。加算器１４ａでは、必要モル比信号１３とフィードバックモル比信号１５を加算して全モル比信号１６とし、乗算器７ｂで入口ＮＯｘ量信号２１と乗算して、必要アンモニア流量信号２２とする。次に、負荷要求信号５を微分器１７および二階微分器１８で演算処理した信号を加算器１４ｂに入力し、加算器１４ｂではこれらの信号と前述の必要アンモニア流量信号２２と加算して、アンモニア流量要求信号１９を演算する。このアンモニア流量要求信号１９とアンモニア流量計６の出力信号の偏差を引算器８ｃで求め、調節計１２ｂで信号処理してアンモニア流量調整弁２０を開閉することにより、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値近傍に維持していた。
【０００４】
この制御方式は、基本的には入口ＮＯｘ量に対する先行値、出口濃度設定値との偏差によるフィードバック補正、および負荷要求信号に対する動的先行値により、アンモニア注入量を決定する方式である。なお、動的先行値は、アンモニア注入量の変化に対する脱硝反応の遅れ、通常十数分を補償するために設けられている。
【０００５】
最近では、火力プラントの高速負荷変化率運用に伴い、脱硝負荷の変動が急激になってきたにもかかわらず、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度の設定値に対する出口ＮＯｘ濃度の偏差の変化幅を小さく抑えることが要求されている。すなわち、出口ＮＯｘ濃度の制御性を向上させ、リークアンモニアを減少させることが必要不可欠となっている。
【０００６】
特に、石炭焚きボイラにおいては、負荷変動時にミルの起動停止操作を行うが、この際ミルウォーミング空気またはミル残炭パージ用の空気を供給するために、ボイラ内燃焼域では一時的に空気過剰の状態が発生する。このため脱硝装置入口排ガスＮＯｘ濃度にはピーク値が発生する。このピーク値に対して、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持するために大量のアンモニアを注入すると、入口ＮＯｘ濃度のピークに対応した、出口ＮＯｘ濃度のピークを抑えることはできるが、入口ＮＯｘ濃度がピーク値を示さなくなると、アンモニアが過剰となり、脱硝率が上昇して脱硝装置出口ＮＯｘ濃度は極端に低下してしまう。図５にはこのような状況の一例を示す。
【０００７】
このように、従来技術になるアンモニア注入量制御方式では、高速負荷変動時において、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持するとともに、過剰アンモニアのリークを防止するという点について配慮されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記従来技術は、脱硝負荷が急激に変化した場合においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値近傍に維持するという点について配慮がされておらず、動的先行制御によって大量のアンモニアの注入により、出口ＮＯｘ濃度の上限値はクリアできても、下限値を下回るとともに過剰アンモニアがリークするという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、高速負荷変動時においても、脱硝装置出口のＮＯｘ濃度を設定値近傍に適切に維持できる、石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）石炭燃焼装置からの被処理ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、上記総ＮＯｘ量、先行モル比信号、モル比補正信号に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
【００１１】
（２）石炭燃焼装置からの被処理排ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、前記先行モル比信号とモル比補正信号に基づき全モル比信号を求め、上記総ＮＯｘ量と全モル比信号およびアンモニア注入量検出値に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率、および入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の時間に関する二階微分に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
【００１２】
（３）石炭燃焼装置から脱硝装置に流入する排ガスの総ＮＯｘ量を算出する手段と、脱硝率に基づいて先行的モル比信号を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度の設定値に対する偏差によりフィードバッグモル比補正信号を算出する手段と、前記総ＮＯｘ量と先行モル比信号とモル比補正信号とに基づきアンモニア流量要求信号を算出する手段と、このアンモニア流量要求信号とアンモニア流量検出値に基づきアンモニア流量調整弁を制御する手段とを備えた前記脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置において、負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時のそれぞれに関するファジイ推論に基づきアンモニア流量調整弁の制御量を補正する制御器を設けたことを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
【００１３】
【作用】
本発明の特徴的構成であるファジイ推論制御において、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に基づくファジイ推論では、入口脱硝負荷の変化傾向および出口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとららえてアンモニアを先行的に注入し、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に基づくファジイ推論では、出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持できるようなフィードバック補正（比例積分コントローラに相当）として動作し、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の時間に関する二階微分に基づくファジイ推論では、入口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえてアンモニアを先行的に注入し、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に基づくファジイ推論では負荷変化時に発生する入口ＮＯｘ濃度のピークに対して、出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持するようにアンモニアを先行的に注入する。
【００１４】
それによって脱硝装置の応答遅れおよび入口ＮＯｘ濃度のピークに対処できるので、高速負荷変動時においても出口ＮＯｘ濃度は設定値の近傍に維持されるとともに、リークアンモニア濃度も低減できる。
なお、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度の制御性の向上により、アンモニアの消費量を低減できる。
【００１５】
【実施例】
本発明になる脱硝装置のアンモニア注入量制御装置の具体的実施例を図１に示す。
本制御装置は脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値に維持するに必要な脱硝率を得るための先行値モル比信号１３、出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号によるフィードバック補正モル比信号１５およびファジイ制御器３０によるモル比補正信号３３によりアンモニア注入量を決定するものである。
【００１６】
このうち先行値モル比信号およびフィードバック補正モル比信号については、従来の制御方式と同様である。
ファジイ制御器３０では、入口ＮＯｘ濃度計２の出力信号、出口ＮＯｘ濃度計４の出力信号、負荷要求信号５、ミル起動停止指令信号後の経過時間３１を入力し、以下の演算処理を行う。
【００１７】
制御ルール前件部の組合わせとしては、以下の４種類とする。
（１）（負荷変化率、出口ＮＯｘ濃度変化率）
（２）（出口ＮＯｘ濃度の制御偏差、制御偏差の変化率）
（３）（入口ＮＯｘ濃度変化率、入口ＮＯｘ濃度の二階微分）
（４）（負荷変化率、ミル起動停止指令信号後の経過時間）
ここでは一例として、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間を前件部とした場合について説明する。
【００１８】
ｎ時刻点における負荷要求信号をＸｎ 、ミル起動停止指令信号後の経過時間をＹｎ とすると、負荷変化率信号△Ｘｎ は次式となる。
【００１９】
【数１】△Ｘｎ ＝（Ｘｎ −Ｘｎ−１ ）・Ｓｘ …（１）
ここに、Ｓｘ ：スケーリングファクタ
同様に、Ｙｎ についてもスケーリングを行い、
【００２０】
【数２】
Ｙ＊ ｎ ＝Ｙｎ ・Ｓｙ …（２）
△Ｘｎ 、Ｙ＊ ｎ のメンバシップ関数の一例を図２に示す。図２において、ファジイ変数を分解するファジイ集合の数は以下のような１３個であり、これらの集合にそれぞれラベルを付加する。ラベルは−６から１刻みに＋６までの正数で表わす。
【００２１】
｛−６、−５、…、０、１…５、６｝＝｛ＮＡＬ、ＮＶＬ、ＮＬ、ＮＭ、ＮＳ、ＮＶＳ、ＺＥ、ＰＶＳ、ＰＳ、ＰＭ、ＰＬ、ＰＶＬ、ＰＡＬ｝
ここに、例えばＮＡＬは、Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ Ｌａｒｇｅを意味する。ＶはＶｅｒｙ、ＭはＭｅｄｉｕｍ、ＳはＳｍａｌｌ、ＺＥはＺｅｒｏ、ＰはＰｏｓｉｔｉｖｅを表わす。
【００２２】
△Ｘｎ とＹ＊ ｎ の状況により、補正すべきアンモニア注入モル比Ｈ４ ｎ を決定する制御ルールの例を図３に示す。
この制御ルールを用いて、アンモニア注入モル比Ｈｎ を求める方法としては、よく知られている「ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法」を用いる。
したがって、このＨ４ ｎ に制御ゲインＫ４ を掛け合わせて、制御入力Ｕ４ は
【００２３】
【数３】
Ｕ４ ＝Ｋ４ ・Ｈ４ ｎ …（３）
同様にして、他の前件部についても
【００２４】
【数４】Ｕ１ ＝Ｋ１ ・Ｈ１ ｎ
Ｕ２ ＝Ｋ２ ・Ｈ２ ｎ …（４）
Ｕ３ ＝Ｋ３ ・Ｈ３ ｎ
したがって、ファジイ制御器３０の出力Ｕｎ は、次式となる。
【００２５】
【数５】
このファジイ制御器の出力信号３３を加算器１４ｃにおいて、フィードバック補正モル比信号１５に加算する。
すなわち、本制御方式は従来制御方式にファジイ制御器３０の出力信号３３を付加したものである。
ファジイ制御器３０において、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に対するファジイ制御では、脱硝装置のアンモニア注入に対する脱硝反応の大きな遅れを補償するために、負荷および出口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえて、先行的にアンモニア注入量を増減するものである。
【００２７】
出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に対するファジイ制御では、フィードバック補正を行うＰＩコントローラのように動作する。なお、ファジイ制御ではＰＩコントローラの制御定数が適応的に変化するように動作するので、出口ＮＯｘ濃度の制御性が向上する。
次に、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の二階微分に対するファジイ制御では、入口ＮＯｘ濃度の変化傾向をとらえて先行的にアンモニアを注入できるので、脱硝反応の遅れを補償でき、出口ＮＯｘ濃度の制御性を向上できる。
【００２８】
石炭焚きボイラにおいて、負荷変動時にミルの起動停止を伴う運用では、負荷上昇時にミルの投入があり、この際ミルウォーミング用空気量の増加によりＯ２ 分圧が一時的に増加するので、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度にはピークが発生する。負荷降下時にはミルの振動を防止するために残炭パージを急速に行う必要があり、この残炭パージ用空気の増加によりＯ２ 分圧が一時的に増加し、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度にはピークが発生する。
【００２９】
このような負荷上昇および負荷降下時の脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピーク値対策として、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に対するファジイ制御を導入する。
図３におけるファジイ制御ルールでは、負荷変化率の絶対値の大きさに対応してアンモニア注入量を与え、ミル起動停止後の経過時間がある値に達すると、アンモニア注入量を絞り込むものであり、これにより脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピークを抑えるとともに、脱硝性能の過度な上昇を抑えるものである。
【００３０】
上述した４つのファジイ制御出力は、（５）式に示した制御ゲインＫｉ （ｉ＝１〜４）により重みを変えてモル比補正信号３３となる。
したがって、本発明によれば高速負荷変動時においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持できるとともにリークアンモニアを低減できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭焚ボイラの高速負荷変動時においても、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率に基づくファジイ制御により脱硝反応の遅れを補償し、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率に基づくファジイ制御により、適切なフィードバック補正を行い、入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の二階微分に基づくファジイ制御により脱硝反応の遅れを補償し、負荷変化率とミル起動停止指令信号後の経過時間に基づくファジイ制御により、脱硝装置入口ＮＯｘ濃度のピークに対応できる。
【００３２】
したがって、高速負荷変動時においても、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を設定値の近傍に維持できるとともに、リークアンモニアを低減できるという効果がある。なお、上記ファジイ制御は４つすべてを適用すれば最も効果的であるが、そのうち複数を適用することにより、それぞれの効果が期待できることはいうまでもない。
【００３３】
なお、出口ＮＯｘ濃度の制御性の向上により、アンモニアの消費量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる脱硝装置のアンモニア注入量制御装置の一実施例を示す制御系統図。
【図２】メンバシップ関数の一例を示す説明図。
【図３】制御ルールの一例を示す説明図。
【図４】従来技術になるアンモニア注入量制御装置を示す制御系統図。
【図５】従来技術になるアンモニア注入量制御装置の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１…処理ガス流量計、２…入口ＮＯｘ濃度計、３…出口ＮＯｘ濃度設定器、４…出口ＮＯｘ濃度計、５…負荷要求信号、６…アンモニア流量計、７ａ、７ｂ…乗算器、８ａ、８ｂ、８ｃ…引算器、９…割算器、１０…必要脱硝率信号、１１…関数発生器、１２…調節計、１３…必要モル比信号、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…加算器、１５…フィードバック補正モル比信号、１６…全モル比信号、１９…アンモニア流量要求信号、２０…アンモニア流量調整弁、２１…入口ＮＯｘ量信号、３０…ファジイ制御器、３１…ミル起動停止後の経過時間、３３…モル比補正信号。
Claims (3)
- 石炭燃焼装置からの被処理ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、上記総ＮＯｘ量、先行モル比信号、モル比補正信号に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
- 石炭燃焼装置からの被処理排ガス流量と脱硝装置入口ＮＯｘ濃度により入口総ＮＯｘ量を求め、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値により排ガスに対するアンモニアの先行モル比信号を求め、出口ＮＯｘ濃度の設定値と検出値の偏差に基づいてモル比補正信号を求め、前記先行モル比信号とモル比補正信号に基づき全モル比信号を求め、上記総ＮＯｘ量と全モル比信号およびアンモニア注入量検出値に基づき脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、燃焼装置の負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時間、負荷変化率と出口ＮＯｘ濃度変化率、出口ＮＯｘ濃度の制御偏差と制御偏差の変化率、および入口ＮＯｘ濃度変化率と入口ＮＯｘ濃度の時間に関する二階微分に関するファジイ推論に基づき前記アンモニア注入量を補正することを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法。
- 石炭燃焼装置から脱硝装置に流入する排ガスの総ＮＯｘ量を算出する手段と、脱硝率に基づいて先行的モル比信号を算出する手段と、出口ＮＯｘ濃度の設定値に対する偏差によりフィードバッグモル比補正信号を算出する手段と、前記総ＮＯｘ量と先行モル比信号とモル比補正信号とに基づきアンモニア流量要求信号を算出する手段と、このアンモニア流量要求信号とアンモニア流量検出値に基づきアンモニア流量調整弁を制御する手段とを備えた前記脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置において、負荷変化率と石炭ミル起動停止指令信号後の経過時のそれぞれに関するファジイ推論に基づきアンモニア流量調整弁の制御量を補正する制御器を設けたことを特徴とする石炭燃焼排ガス処理用脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
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