JP4218011B2 - 処理装置の制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理装置の制御装置及び方法に係り、更に詳しくは、アンモニアによる選択的接触還元法に基づく排煙脱硝装置の制御装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボイラ等の燃焼によって発生する排ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去するために、図4に模式的に示す排煙脱硝装置が用いられている。この排煙脱硝装置は、アンモニアによる選択的接触還元法に基づくものであり、排ガス中のNOxと還元剤として添加したアンモニア(NH3)とを触媒上で反応させ、無害な窒素(N2)と水蒸気(H2O)に分解する方式である。この反応は、主として、(式1)で表わされる。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O・・・(式1)
現在広く用いられている脱硝触媒の使用温度範囲は、約300〜400℃であるため、ボイラプラントの場合、節炭器(ECO)と空気予熱器(AH)の間に脱硝反応器が組み込まれる。
【0003】
上述した排煙脱硝装置の制御方法に関しては、例えば、特許文献1、特許文献2等に開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開昭55-446357号公報
【特許文献2】
特開平11-319482号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアンモニアを用いた排煙脱硝装置では、例えば排煙脱硝装置の下流側にNOx検出器を設置し、この検出器によるNOxの実測値が予め設定した設定値(例えば規制値)を超えないようにアンモニアの供給量を制御している。
【0006】
しかし、ボイラ等のプラントでは、運転条件の急変、例えば負荷の急変、プロセス機器(ポンプ、ブロア等)の起動・停止等により、NOxの実測値(プロセス値)が急変動(突変と呼ぶ)することがある。このようなプロセス値の突変により、プロセス値が一時的に設定値(例えば規制値)を超えてしまうことがある。
【0007】
このような突変においても、規制値を超えないようにするためには、通常運転時においても、設定値を規制値より十分低く設定する必要がある。しかしこの場合、アンモニアを必要以上に消費することになり、プラントの運転コストが上昇する問題点がある。
【0008】
一方、プラントの設定値(例えば規制値)は、主として環境保護の観点から決定されているため、プロセス値の突変等により、一時的に設定値を超えても、ある一定時間内の平均値が規定値以下であれば、環境保護の目的を達成することができる。
そこで、ファジイ制御等を採用し、突変等が発生した場合に、その後の制御値を下げて、ある一定時間内の平均値が規定値となるよう制御する場合もある。
【0009】
しかしファジイ制御は、複雑であり、制御内容の変更が困難な問題点がある。そのため、ファジイ制御が組込まれていても、予期しないプロセス値の突然変化には必ずしも対応できず、また制御不調時の調整も困難であった。
【0010】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プロセス値の突変等により、プロセス値が一時的に設定値から逸脱しても、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができ、かつアンモニア等の還元剤の消費を最小限に抑えることができる処理装置の制御装置及び方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、処理対象物を添加剤と反応させて分解する処理装置の制御装置であって、
処理装置に供給する添加剤の流量を制御する添加剤制御器(12)と、処理装置の下流側の物質処理対象物の残存濃度または該処理対象物と該添加剤の反応による生成物濃度を検出する濃度検出器(14)と、該濃度検出器による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように添加剤制御器を制御する瞬時値制御回路(16)と、所定の規定時間T内において前記実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行う時間平均制御回路(18)と、を備え、
前記時間平均制御回路(18)は、所定の前記規定時間Tの開始時より前記時間平均制御設定値Cと前記実測値Aとの差分Δ=C−Aを積算し、この積算値を前記規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力する制御回路であり、
前記瞬時値制御回路(16)は、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算する加算器を有し、
前記瞬時値制御回路は、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算した値に、前記実測値Aを近づけるように前記添加剤制御器を制御する、ことを特徴とする処理装置の制御装置が提供される。
【0012】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記処理装置は排ガス中のNOxを還元剤と反応させて分解する排煙脱硝装置であり、前記処理対象物は排ガス中のNOxであり、前記添加剤は排ガス中のNOxを還元するための還元剤であり、前記濃度検出器はNOx検出器である。
【0013】
上記本発明の構成によれば、瞬時値制御回路(16)により、NOx検出器(14)による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように還元剤制御器(12)を制御するので、還元剤制御器(12)により排煙脱硝装置に供給する還元剤の流量を制御して、常に実測値Aを瞬時値制御設定値Bに近づけることができる。
また、時間平均制御回路(18)により、所定の規定時間T内において実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行うので、プロセス値が一時的に設定値から逸脱しても、その後のバイアス操作により、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができる。
さらに、この時間平均制御回路(18)により、通常運転時において設定値を規制値より低く設定する必要がなくなるため、還元剤(例えばアンモニア)を必要以上に消費することがなく、還元剤の消費を最小限に抑えることができ、プラントの運転コストを低減することができる。
【0015】
また、時間平均制御回路(18)により修正値Dを出力し、瞬時値制御回路(16)により瞬時値制御設定値Bにこの修正値Dを加算することにより、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができる。またこの瞬時値制御回路(16)と時間平均制御回路(18)は、構成及び制御内容が明確でシンプルであるため、瞬時値制御設定値B、時間平均制御設定値C、規定時間Tを変更するだけで制御内容の変更が可能であり、予期しないプロセス値の突変等にも容易に対応できる。さらに時間平均制御回路(18)の制御が不調な時にも、この回路を切り離して瞬時値制御回路(16)のみで従来の制御を継続できるので、時間平均制御回路(18)の調整が容易である。
【0016】
また、本発明によれば、処理対象物を還元剤と反応させて分解する処理装置の制御方法であって、
処理装置の下流側の物質処理対象物の残存濃度または該処理対象物と該添加剤の反応による生成物濃度の検出器による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように制御する瞬時値制御ステップ(A)と、所定の規定時間T内において前記実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行う時間平均制御ステップ(B)と、からなり、
前記時間平均制御ステップ(B)において、所定の前記規定時間Tの開始時より前記時間平均制御設定値Cと前記実測値Aとの差分Δ=C−Aを積算し、この積算値を前記規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力し、
前記瞬時値制御ステップ(A)において、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算し、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算した値に、前記実測値Aを近づけるように制御する、ことを特徴とする処理装置の制御方法が提供される。
【0017】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記処理装置は排ガス中のNOxを還元剤と反応させて分解する排煙脱硝装置であり、前記処理対象物は排ガス中のNOxであり、前記添加剤は排ガス中のNOxを還元するための還元剤であり、前記濃度検出器はNOx検出器である。
【0018】
上記本発明の方法により、瞬時値制御ステップ(A)により、修正値Dが0の場合に、排煙脱硝装置に供給する還元剤の流量を制御して、常に実測値Aを瞬時値制御設定値Bに近づけることができる。また時間平均制御ステップ(B)により修正値Dが出力される場合には、瞬時値制御設定値Bに修正値Dを加算した値を修正された瞬時値制御設定値B'として、実測値Aを修正された瞬時値制御設定値B'に近づけるように還元剤の流量を制御するので、規定時間Tの残存時間で所定の規定時間Tの差分(Δ=C-Aの積算値)を修正し、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の制御装置を備えた処理装置の模式図である。この例において、処理装置は排ガス中のNOxを還元剤と反応させて分解する排煙脱硝装置であり、処理対象物は排ガス中のNOxである。
図1において、1はボイラ、2は処理装置(排煙脱硝装置)、3はスタックであり、ボイラ1の排ガスが排煙脱硝装置2を介してスタック3から排気されるようになっている。なお本発明はボイラ用に限定されず、排ガス中にNOxを含む燃焼装置の排煙脱硝装置に適用することができる。
【0020】
排煙脱硝装置2は、処理対象物(排ガス中のNOx)を添加剤(排ガス中のNOxを還元するための還元剤)と反応させて分解する装置である。この排煙脱硝装置2は、アンモニアによる選択的接触還元法に基づくものであり、排ガス中のNOxと還元剤として添加したアンモニア(NH3)とを触媒上で反応させ、無害な窒素(N2)と水蒸気(H2O)に分解する方式である。
【0021】
図1に示すように、発明の制御装置10は、添加剤制御器12(この例では還元剤制御器)、濃度検出器14(この例ではNOx検出器)、瞬時値制御回路16及び時間平均制御回路18を備える。
還元剤制御器12は、例えば流量調節弁であり、瞬時値制御回路16からの制御信号に応じて排煙脱硝装置2に供給する還元剤(この例ではアンモニア)の流量を制御するようになっている。またNOx検出器14は、例えばNOx濃度センサであり、排煙脱硝装置2の下流側のNOx濃度を検出し、検出データを瞬時値制御回路16及び時間平均制御回路18に発信するようになっている。
なお、NOx濃度を検出する以外に、排ガス中のN2、H2Oの濃度を検出して、処理装置入口と出口の濃度変化を使用してもよい。
【0022】
図2は本発明の制御回路16、18の構成図である。
この図に示すように、瞬時値制御回路16は、瞬時値制御設定値Bを設定する設定器16a、瞬時値制御設定値Bに修正値Dを加算する加算器16b、加算器16bの出力B'とNOx検出器14の実測値Aの差分Δ=B'-Aを計算する減算器16c、及び減算器16cの出力を0に近づけるように還元剤制御器12に制御信号を出力する比例積分器16dとを有する。
この構成により、時間平均制御回路18を切り離して瞬時値制御回路16のみで制御する場合、修正値Dは0であり、従来の制御と同様にNOx検出器14による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように還元剤制御器12を制御する。
また、時間平均制御回路18から修正値Dが出力される場合には、瞬時値制御設定値Bに修正値Dを加算した値を修正された瞬時値制御設定値B'として、実測値Aを修正された瞬時値制御設定値Bに近づけるように還元剤の流量を制御する。
【0023】
また、図2において、時間平均制御回路18は、所定の規定時間T(例えば1時間=3600sec)を設定する設定器18a、時間平均制御設定値Cを設定する設定器18b、経過時間計算回路18c、時間平均制御設定値Cと実測値Aとの差分Δを計算ずる減算器18d、所定の規定時間Tの残存時間T'を演算する減算器18e、差分Δ=C-Aを積算する積算器18f、及び差分Δ=C-Aの積算値を残存時間T'で除算する除算器18gとを有する。
この構成により、所定の規定時間Tの開始時より時間平均制御設定値Cと実測値Aとの差分Δ=C-Aを積算し、この積算値を規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力し、この修正値Dを瞬時値制御回路16の加算器16bで瞬時値制御設定値Bに加算し、瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行うようになっている。なお、時間平均制御設定値Cは瞬時値制御設定値Bと同一又はある一定時間内の平均値を所定の規定値以下になるように瞬時値制御設定値Bより低い値に設定する。
【0024】
図3は、本発明の制御方法を模式的に示す説明図である。この図において、横軸は所定の規定時間Tの開始時よりの経過時間t、縦軸はNOx検出器14の実測値Aである。また縦軸における水平な実線は設定値(瞬時値制御設定値B)であり、水平な破線は修正された瞬時値制御設定値B'である。
【0025】
本発明の排煙脱硝装置の制御方法は、瞬時値制御ステップ(A)と時間平均制御ステップ(B)とからなる。瞬時値制御ステップ(A)では、排煙脱硝装置2の下流側のNOx検出器12による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように制御する。従って、修正値Dが0の場合に、排煙脱硝装置に供給する還元剤の流量を制御して、常に実測値Aを瞬時値制御設定値Bに近づけることができる。
【0026】
また、本発明の制御方法では、時間平均制御ステップ(B)において、所定の規定時間T内において実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行う。すなわち、時間平均制御ステップ(B)において、所定の規定時間Tの開始時より時間平均制御設定値Cと実測値Aとの差分Δ=C-Aを積算し、この積算値を規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力する。
従ってこの時間平均制御ステップ(B)により修正値Dが出力される場合には、図3に示すように、瞬時値制御設定値Bに修正値Dを加算した値を修正された瞬時値制御設定値B'として、実測値Aを修正された瞬時値制御設定値B'に近づけるように還元剤の流量が制御される。
【0027】
上述した本発明の構成によれば、瞬時値制御回路16により、NOx検出器14による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように還元剤制御器12を制御するので、還元剤制御器12により排煙脱硝装置2に供給する還元剤の流量を制御して、常に実測値Aを瞬時値制御設定値Bに近づけることができる。
また、時間平均制御回路18により、所定の規定時間T内において実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行うので、プロセス値が一時的に設定値から逸脱しても、その後のバイアス操作により、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができる。
さらに、この時間平均制御回路18により、通常運転時において設定値を規制値より低く設定する必要がなくなるため、還元剤(例えばアンモニア)を必要以上に消費することがなく、還元剤の消費を最小限に抑えることができ、プラントの運転コストを低減することができる。
【0028】
また、時間平均制御回路18により修正値Dを出力し、瞬時値制御回路16により瞬時値制御設定値Bにこの修正値Dを加算することにより、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができる。
またこの瞬時値制御回路16と時間平均制御回路18は、構成及び制御内容が明確でシンプルであるため、瞬時値制御設定値B、時間平均制御設定値C、規定時間Tを変更するだけで制御内容の変更が可能であり、予期しないプロセス値の突変等にも容易に対応できる。さらに時間平均制御回路18の制御が不調な時にも、この回路を切り離して瞬時値制御回路16のみで従来の制御を継続できるので、時間平均制御回路18の調整が容易である。
【0029】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【0030】
【発明の効果】
上述したように、本発明では、は設定値に対する瞬時値制御(設定値との偏差の比例+積分制御)を行う瞬時値制御回路16を基本(ベース)とし、時間平均制御を瞬時値制御の設定に対するバイアスという形で行わせるものとした。すなわち、時間平均制御は、規定時間の監視開始より随時設定値と実測値とのズレを積算して、以降の規定時間終了までのズレ分との平均が±0となるように瞬時値制御設定値に対してバイアス操作を行うものとした。
この構成により、時間平均制御は現時点までの結果より以降の制御に修正を加えるものであり、予期しないプロセスの変化に対しても以降の制御が修正していくため対応可能である。また、時間平均制御自体の調整個所はなく、最終的な制御は通常の瞬時値制御にて行うため瞬時値制御のみの調整にて対応可能である。
【0031】
従って、本発明の処理装置の制御装置及び方法は、プロセス値の突変等により、プロセス値が一時的に設定値から逸脱しても、ある一定時間内の平均値を所定の規定値以下に制御することができ、かつアンモニア等の還元剤の消費を最小限に抑えることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御装置を備えた排煙脱硝装置の模式図である。
【図2】本発明の制御回路の構成図である。
【図3】本発明の制御方法を模式的に示す説明図である。
【図4】従来の排煙脱硝装置の構成図である。
【符号の説明】
1 ボイラ、2 処理装置(排煙脱硝装置)、3 スタック、
10 制御装置、12 添加剤制御器(還元剤制御器、流量調節弁)、
14 濃度検出器(NOx検出器、NOx濃度センサ)、
16 瞬時値制御回路、16a 設定器、
16b 加算器、16c 減算器、16d 比例積分器、
18 時間平均制御回路、18a設定器、18b設定器、
18c経過時間計算回路、18d減算器、18e減算器、
18f 積算器、18g 除算器
Claims (4)
- 処理対象物を添加剤と反応させて分解する処理装置の制御装置であって、
処理装置に供給する添加剤の流量を制御する添加剤制御器(12)と、処理装置の下流側の物質処理対象物の残存濃度または該処理対象物と該添加剤の反応による生成物濃度を検出する濃度検出器(14)と、該濃度検出器による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように添加剤制御器を制御する瞬時値制御回路(16)と、所定の規定時間T内において前記実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行う時間平均制御回路(18)と、を備え、
前記時間平均制御回路(18)は、所定の前記規定時間Tの開始時より前記時間平均制御設定値Cと前記実測値Aとの差分Δ=C−Aを積算し、この積算値を前記規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力する制御回路であり、
前記瞬時値制御回路(16)は、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算する加算器を有し、
前記瞬時値制御回路は、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算した値に、前記実測値Aを近づけるように前記添加剤制御器を制御する、ことを特徴とする処理装置の制御装置。 - 前記処理装置は排ガス中のNOxを還元剤と反応させて分解する排煙脱硝装置であり、前記処理対象物は排ガス中のNOxであり、前記添加剤は排ガス中のNOxを還元するための還元剤であり、前記濃度検出器はNOx検出器である、ことを特徴とする請求項1に記載の処理装置の制御装置。
- 処理対象物を還元剤と反応させて分解する処理装置の制御方法であって、
処理装置の下流側の物質処理対象物の残存濃度または該処理対象物と該添加剤の反応による生成物濃度の検出器による実測値Aを所定の瞬時値制御設定値Bに近づけるように制御する瞬時値制御ステップ(A)と、所定の規定時間T内において前記実測値Aの平均を所定の時間平均制御設定値Cに近づけるように前記瞬時値制御設定値Bに対してバイアス操作を行う時間平均制御ステップ(B)と、からなり、
前記時間平均制御ステップ(B)において、所定の前記規定時間Tの開始時より前記時間平均制御設定値Cと前記実測値Aとの差分Δ=C−Aを積算し、この積算値を前記規定時間Tの残存時間で平均して修正値Dを出力し、
前記瞬時値制御ステップ(A)において、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算し、前記瞬時値制御設定値Bに前記修正値Dを加算した値に、前記実測値Aを近づけるように制御する、ことを特徴とする処理装置の制御方法。 - 前記処理装置は排ガス中のNOxを還元剤と反応させて分解する排煙脱硝装置であり、前記処理対象物は排ガス中のNOxであり、前記添加剤は排ガス中のNOxを還元するための還元剤であり、前記濃度検出器はNOx検出器である、ことを特徴とする請求項3に記載の処理装置の制御方法。
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