JP6189044B2 - 脱硝装置の制御装置及び制御方法、それを備えた脱硝装置 - Google Patents
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Description
従来、DLN(Dry Low NOx)燃焼器が採用されるGTCC(Gas Turbine Combined Cycle)複合発電設備においては、ガスタービン入口温度が低い条件下で、NOx中の二酸化窒素(以下「NO2」という)が高くなることが知られている。
例えば、下記特許文献1では、脱硝触媒入口NOx濃度から算出したアンモニア注入量とガスタービン起動時の負荷変化に対応するアンモニア注入量とをフィードフォワード制御する技術が提案されている。下記特許文献2では、排煙脱硝装置の出口におけるNOx濃度を安定させる技術が提案されている。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
HCHO+NO2→NO+CO+H2O (4)
本発明は、アンモニア(NH3)を含む還元剤を注入することにより燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去する脱硝装置の制御装置において、前記脱硝装置に流入する燃焼排ガス中の脱硝反応前の二酸化窒素(NO2)及び前記燃焼排ガス中のホルムアルデヒド(HCHO)の量を推定する推定手段と、推定された前記ホルムアルデヒドの量と反応する前記二酸化窒素を勘案して、余剰となる前記二酸化窒素を算出し、算出した前記余剰となる二酸化窒素に基づいて、注入させるアンモニア(NH3)量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出されたアンモニア(NH3)量を注入する注入制御手段とを具備する脱硝装置の制御装置を提供する。
このように、ホルムアルデヒドと反応する二酸化窒素量を勘案することにより、より正確なアンモニア必要量が算出されるので、アンモニア過注入によるコストアップやアンモニア過注入によるリークNH3の増加、環境負荷の増加を防止する。
ガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号に基づいて、二酸化窒素量を推定するので、二酸化窒素量を計測する計測器が不要である。なお、ガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号は、例えば、燃焼器からガスタービンに流入するガスタービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値である。ここで、燃焼負荷指令値とは、例えば、発電機出力と、IGV(Inlet Guide Vane;入口案内翼)開度指令値と、吸気温度と、吸気流量とタービンバイパス流量との比であるタービンバイパス比(タービンバイパス流量/吸気流量)と、大気圧と標準大気圧との比(大気圧/標準大気圧)である大気圧比とに基づいて算出される。
ガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号に基づいて二酸化窒素量やホルムアルデヒド量を推定する場合に、実機との誤差を勘案し、所定バイアス値を乗算させることにより、より正確なアンモニア量の算出につながる。好ましくは、一酸化窒素(NO)の推定値は実機との誤差が生じやすいので、燃焼負荷指令値に基づいて推定される一酸化窒素(NO)に対して補正する。
これにより、外乱に応じた所定バイアス値によって自動的にアンモニア量が補正されるので、プラント運用の操作性を向上させることができる。ここで、外乱とは、例えば、外気温度、外気湿度、燃料組成、大気圧・空気中の水分等である。
これにより、負荷変化、窒素酸化物(NOx)の濃度変化等に対する追従性が向上できる。
推定する算出処理をしなくても、簡便に一酸化窒素量と、そこから推定できる二酸化窒素の量の情報を取得できる。
推定する算出処理をしなくても、簡便にホルムアルデヒド量の情報を取得できる。
〔第1の実施形態〕
図1は、第1の実施形態の制御装置10を備えたガスタービンの系統図である。本実施形態に係る制御装置10は、GTCC(Gas Turbine Combined Cycle)複合発電設備100の脱硝装置に適用される場合を例に挙げて説明する。
NOx分析計Aは、排熱回収ボイラ7に設けられており、排熱回収ボイラ7に流入される排気ガスからNOx量を計測し、計測結果を制御装置10に出力する。
脱硝装置8は、アンモニア(以下「NH3」という)を含む還元剤を後述する注入制御部12によって注入することで燃焼排ガス中の窒素酸化物(以下「NOx」という)を除去する。
取得部21は、ガスタービン4の入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号を取得する。ここで、ガスタービン4の入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号とは、例えば、燃焼器3からガスタービン4に流入するガスタービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値、即ちガスタービン4の入口の燃焼ガス温度に比例した値である。以下、ガスタービン4の入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号を「燃焼負荷指令値」として示す。ここで、燃焼負荷指令値とは、例えば、発電機出力と、IGV(Inlet Guide Vane;入口案内翼)開度指令値と、吸気温度と、吸気流量とタービンバイパス流量との比であるタービンバイパス比(タービンバイパス流量/吸気流量)と、大気圧と標準大気圧との比(大気圧/標準大気圧)である大気圧比とに基づいて算出される。
第2推定部23は、取得部21において取得されたガスタービン入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号と、HCHO量とを対応付けた対応情報FX2を用いて、ガスタービン4から排出される排ガスに含まれるHCHO量を推定し、推定値をHRSG制御装置30に出力する。対応情報FX1,FX2は、例えば、関数、テーブルで示される。
第1補正部13は、算出部11により算出されたNH3量に所定バイアス値を乗算して、NH3量を補正する。これにより、実測における理論計算値とのズレを補正し、脱硝反応に必要なNH3量をより正確に算出することができる。好ましくは、NOの推定値は実機との誤差が生じやすいので、燃焼負荷指令値に基づいて推定されるNOに対して補正する。
注入制御部12は、算出部11により算出されたNH3量を脱硝装置8に注入させる指令を出力する。
取得部21において燃焼負荷指令値を取得すると、燃焼負荷指令値からNO量を推定する対応情報FX1に基づいてNOの発生量(例えば、20〔ppm〕)が、第1推定部22において推定される。また、燃焼負荷指令値からHCHO量を推定する対応情報FX2に基づいて、HCHOの発生量(例えば、15〔ppm〕)が第2推定部23において推定される。
算出されたNH3注入量の情報が、注入制御部12に出力されると、HRSG制御部30はそのNH3注入量で脱硝装置8にNH3を注入させる。
これにより、HCHOと反応するNO2を勘案することにより、より正確なアンモニア必要量が算出されるので、NH3過注入によるコストアップやNH3過注入によるリークNH3の増加、環境負荷の増加を防止する。
また、NO推定値とHCHO推定値とに基づいてNH3量を決定できるので、制御が簡略化できる。また、負荷が変化した場合であっても、NH3量の適正化と過渡的NOx増加を防止することができる。
以下に脱硝反応を表わす式を示す。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
HCHO+NO2→NO+CO+H2O (4)
なお、本実施形態の構成に加え、算出部11は、外気温度、外気湿度、燃料組成、大気圧・空気中の水分等の外乱に応じた所定バイアス値に基づいて、算出されたNH3量を補正する第2補正部(第2補正手段)14を設けることとしてもよい(図5参照)。
これにより、外気温度、外気湿度、燃料組成、大気圧・空気中の水分等の外乱によって生じるNO量やHCHO量の変化に対応するために、自動的にNH3量の補正が可能となるので、プラント運用の操作性を向上させることができる。
また、脱硝装置8の下流側に設けられる煙突9の出口にNOx量を計測する第2NOx分析計(図示略)を設け、第2NOx分析計において計測されるNOxの量、及びGTCC(複合発電設備)負荷指令値に基づいて、ガスタービン実負荷、コンバインドサイクル実負荷、ガスタービン4の入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号、NO、及びHCHOそれぞれの信号に対してフィードバック補正をかけてもよい。これにより、負荷変化、NOx濃度変化等に対する追従性を向上させることもできる。
次に、本発明の第2の実施形態について図6を用いて説明する。
本実施形態の制御装置が第1の実施形態と異なる点は、排ガス回収ボイラ7に設けられる、一酸化窒素計測部(一酸化窒素計測手段)によりNO量を計測して取得し、ホルムアルデヒド計測部(ホルムアルデヒド計測手段)によりHCHO量を計測して取得する点で、上記第1の実施形態と異なる。以下、本実施形態の脱硝装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
ホルムアルデヒド計測部42は、排熱回収ボイラ7に設けられており、HCHO量を計測し、計測結果を算出部に出力する。
算出部11は、一酸化窒素計測部41により計測されたNO量に基づいて、NO2量を推定し、推定されたNO2の量に基づいてNH3量を算出する。また、算出部は、ホルムアルデヒド計測部42により計測されたHCHO量に基づいてNH3量を算出する。
なお、本実施形態においては、NO2量及びHCHO量を計測値から取得することとして説明していたが、これに限定されず、例えば、NO2量は計測値を用い、HCHO量は推定値を用いるとのように計測値と推定値とを組み合わせてNH3量を算出することとしてもよい。
7 脱硝装置
11 算出部
12 注入制御部
13 第1補正部
14 第2補正部
A NOx分析計
Claims (10)
- アンモニア(NH3)を含む還元剤を注入することにより燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去する脱硝装置の制御装置において、
前記脱硝装置に流入する燃焼排ガス中の脱硝反応前の二酸化窒素(NO2)及び前記燃焼排ガス中のホルムアルデヒド(HCHO)の量を推定する推定手段と、
推定された前記ホルムアルデヒドの量と反応する前記二酸化窒素を勘案して、余剰となる前記二酸化窒素を算出し、算出した前記余剰となる二酸化窒素に基づいて、注入させるアンモニア(NH3)量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出されたアンモニア(NH3)量を注入する注入制御手段と
を具備する脱硝装置の制御装置。 - 前記算出手段は、前記脱硝装置の上流側に設けられるガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号に基づいて推定される一酸化窒素(NO)の量に基づいて、
二酸化窒素(NO2)の量を推定し、推定された二酸化窒素(NO2)の量に基づいてアンモニア(NH3)量を算出する請求項1に記載の脱硝装置の制御装置。 - 前記算出手段は、前記脱硝装置の上流側に設けられるガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号に基づいてホルムアルデヒド(HCHO)の量を推定し、推定されたホルムアルデヒド(HCHO)量を用いてアンモニア(NH3)量を算出する請求項1または請求項2に記載の脱硝装置の制御装置。
- 前記算出手段により算出されたアンモニア(NH3)量に所定バイアス値を乗算して、アンモニア(NH3)量を補正する第1補正手段を具備する請求項2または請求項3に記載の脱硝装置の制御装置。
- 前記算出手段は、外乱に応じた前記所定バイアス値に基づいて、算出されたアンモニア(NH3)量を補正する第2補正手段を具備する請求項4に記載の脱硝装置の制御装置。
- 前記脱硝装置の下流側に設けられる煙突の出口において計測される窒素酸化物(NOx)の量、及び複合発電設備の負荷指令値に基づいて、前記複合発電設備の実負荷、前記ガスタービンの入口温度に相関性のあるガスタービン制御信号、一酸化窒素(NO)、及びホルムアルデヒド(HCHO)のそれぞれの信号を補正する請求項4または請求項5に記載の脱硝装置の制御装置。
- 一酸化窒素(NO)の量を計測する一酸化窒素計測手段を具備し、
前記算出手段は、前記一酸化窒素計測手段により計測された一酸化窒素(NO)の量に基づいて、二酸化窒素(NO2)の量を推定し、推定された二酸化窒素(NO2)の量に基づいてアンモニア(NH3)量を算出する請求項1または請求項3に記載の脱硝装置の制御装置。 - ホルムアルデヒド(HCHO)の量を計測するホルムアルデヒド計測手段を具備し、
前記算出手段は、前記ホルムアルデヒド計測手段により計測されたホルムアルデヒド(HCHO)の量に基づいてアンモニア(NH3)量を算出する請求項1または請求項2に記載の脱硝装置の制御装置。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載の制御装置を備えた脱硝装置。
- アンモニア(NH3)を含む還元剤を注入することにより燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去する脱硝装置の制御方法において、
脱硝反応前の二酸化窒素(NO2)及び前記燃焼排ガス中のホルムアルデヒド(HCHO)の量を推定する推定過程と、
推定された前記ホルムアルデヒドの量と反応する前記二酸化窒素を勘案して、余剰となる前記二酸化窒素を算出し、算出した前記余剰となる二酸化窒素に基づいて、注入させるアンモニア(NH3)量を算出する算出過程と、
前記算出過程により算出されたアンモニア(NH3)量を注入する注入制御過程と
を有する脱硝装置の制御方法。
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