JPH01315321A - Waste heat recovery heat exchanger - Google Patents

Waste heat recovery heat exchanger

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JPH01315321A
JPH01315321A JP63147554A JP14755488A JPH01315321A JP H01315321 A JPH01315321 A JP H01315321A JP 63147554 A JP63147554 A JP 63147554A JP 14755488 A JP14755488 A JP 14755488A JP H01315321 A JPH01315321 A JP H01315321A
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catalyst
exhaust gas
temperature
denitrification
reducing agent
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Hideaki Shimada
秀顕 島田
Tsuneo Suzuki
恒夫 鈴木
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Abstract

PURPOSE:To prevent the unreacted reducing agent from being discharged to the atmosphere by detecting the temp. of exhaust gas at the inlet and outlet of denitration catalyst, and calculating the optimum injection amount of the catalyst by the output signal of the detected temp. to control the injection amount. CONSTITUTION:NH3 is injected into the exhaust gas from a reducing agent injection nozzle 10, and the gas exchanges heat at a superheater 2 and at an evaporator 3, and then enters into the denitration catalyst 4 where NOx is reduced to be removed, and enters into a fuel economizer 5 where heat is exchanged again, and then the gas is discharged to the atmosphere from a stack. In this case, the temp. of the exhaust gas is detected at the catalyst inlet side and at the catalyst outlet side by temp. detectors 20, 21, and the temp. signals are inputted into an arithmetic unit 22 where the injection amount of NH3 suitable for the temp. of the catalyst is calculated from the injection amount of NH3 calculated at an NH3 injection amount calculator 24 calculating from the signal 23 concerning NOx content, so that an adjusting valve 15 is controlled.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、ガスタービン装置等からの排ガスを熱源とし
て、他の蒸気原動機用の駆動蒸気やプロセス用の蒸気或
は温水を生成する排熱回収熱交換器に係り、特に排ガス
中の窒素酸化物の温度を低減させるようにした排熱回収
熱交換器に関する。
[Detailed description of the invention] [Object of the invention] (Industrial application field) The present invention uses exhaust gas from a gas turbine device as a heat source to generate driving steam for other steam engines, steam for processes, or hot water. The present invention relates to an exhaust heat recovery heat exchanger that generates nitrogen oxides, and particularly relates to an exhaust heat recovery heat exchanger that reduces the temperature of nitrogen oxides in exhaust gas.

(従来の技術) 一一般に、コンバインドサイクル発電システムや熱併給
発電システムにおいては、ガスタービン或はディーゼル
エンジン等の排ガスを熱源として、蒸気タービン用の駆
動蒸気やプロセス用の蒸気温水を生成する排熱回収熱交
換器が設けられているが、ガスタービン或はディーゼル
エンジン等の排ガス中には有害な窒素酸化物が含まれて
いるため、環境保全の面からその低減を図る手段が採用
されている。
(Prior art) In general, in a combined cycle power generation system or a cogeneration power generation system, exhaust gas from a gas turbine or diesel engine is used as a heat source to generate driving steam for a steam turbine or steam hot water for a process. Although a recovery heat exchanger is installed, the exhaust gas from gas turbines, diesel engines, etc. contains harmful nitrogen oxides, so measures are being taken to reduce them in order to protect the environment. .

第5図は従来の排熱回収熱交換器の概略構成を示す図で
あり、排熱回収熱交換器のケーシング1内には、ガスタ
ービン或はディーゼルエンジン等(図示せず)から供給
される排ガスの流れに対してその上流側から過熱器2、
蒸発器3、脱硝触媒4、および節炭器5が配設されてい
る。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional exhaust heat recovery heat exchanger. Inside the casing 1 of the exhaust heat recovery heat exchanger, a gas is supplied from a gas turbine or a diesel engine (not shown), etc. A superheater 2 from the upstream side with respect to the flow of exhaust gas,
An evaporator 3, a denitrification catalyst 4, and a carbon saver 5 are provided.

しかして、上記ガスタービン等から排熱回収熱交換器に
供給された排ガスは、上記過熱器2、蒸発器3、および
節炭器5において順次上記過熱器2等を流通する水と熱
交換され、図示しない煙突から大気中に放出される。一
方、上記排ガスと熱交換される水は、図示しない給水ポ
ンプより給水管を通して節炭器5へ送られ加熱された後
蒸気ドラム7の下部へ導入される。そして、蒸気ドラム
7の缶水は循環ポンプ8によって蒸発器3へ送られ、こ
こで蒸発し再び蒸気ドラム7に戻って湿分分離された後
、過熱器2で過熱蒸気となり、主蒸気管9を通って図示
しない蒸気タービンやプロセス装置等に供給される。
Therefore, the exhaust gas supplied from the gas turbine etc. to the exhaust heat recovery heat exchanger is heat exchanged with water flowing through the superheater 2 etc. in the superheater 2, evaporator 3, and energy saver 5 in sequence. , is released into the atmosphere from a chimney (not shown). On the other hand, water to be heat exchanged with the exhaust gas is sent to the economizer 5 through a water supply pipe from a water supply pump (not shown), heated, and then introduced into the lower part of the steam drum 7. The canned water in the steam drum 7 is then sent to the evaporator 3 by the circulation pump 8, where it is evaporated, returned to the steam drum 7 again, where the moisture is separated, and then turned into superheated steam in the superheater 2. The water is supplied to a steam turbine, process equipment, etc. (not shown) through the

ところで、上述の如き排熱回収熱交換器に、燃料をLN
Gとするガスタービン装置からの排ガスが流入するとし
た場合、この排ガスには何の処置も施されていなければ
、150ppm程度の窒素酸化物が含まれており、環境
基準を満足するためには、通常ガスタービン燃焼器に水
または蒸気を注入して窒素酸化物の発生量を抑制すると
ともに、前記排ガス流中に設置されている脱硝装置4に
よってその低減を図ることが行なわれている。この脱硝
装置の方式の一つである乾式選択接触還元法は、排ガス
中に還元剤のアンモニアを注入して窒素酸化物を窒素と
水とに分解するものであり、反応は酸化鉄系の触媒層を
通過する際に行なわれる(特公昭50−35908号公
報参照)。
By the way, the fuel is supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger as described above using LN.
If exhaust gas from a gas turbine equipment named G flows in, this exhaust gas will contain about 150 ppm of nitrogen oxides if no treatment is taken, and in order to satisfy environmental standards, Normally, water or steam is injected into the gas turbine combustor to suppress the amount of nitrogen oxides generated, and a denitrification device 4 installed in the exhaust gas stream is used to reduce the amount of nitrogen oxides. The dry selective catalytic reduction method, which is one of the methods of this denitration equipment, decomposes nitrogen oxides into nitrogen and water by injecting ammonia as a reducing agent into the exhaust gas, and the reaction is carried out using an iron oxide catalyst. This is done when passing through the layer (see Japanese Patent Publication No. 35908/1983).

この方法における脱硝率は、第6図に示すように触媒層
における反応温度に大きく依存している。
The denitrification rate in this method largely depends on the reaction temperature in the catalyst layer, as shown in FIG.

すなわち、脱硝率は反応温度が200℃から300℃に
上昇するにしたがって急激に上昇し、350℃から40
0℃の間で最大値をとり、450℃を過ぎた辺りから再
び低下する。このことから、運転負荷範囲の広いコンバ
インドサイクル発電や熱併給発電用の排熱回収熱交換器
では、その全負荷帯で高い脱硝率が得られるような位置
に脱硝装置が設置されており、第5図に示すように、一
般に脱硝触媒4は蒸発器3の下流側に設置され、また還
元剤であるアンモニアを注入する還元剤注入ノズル10
はその上流側に配設されている。
In other words, the denitrification rate increases rapidly as the reaction temperature rises from 200°C to 300°C, and increases from 350°C to 40°C.
It reaches its maximum value between 0°C and decreases again after 450°C. For this reason, in exhaust heat recovery heat exchangers for combined cycle power generation and cogeneration power generation, which have a wide operating load range, the denitrification equipment is installed at a position where a high denitrification rate can be obtained in the entire load range. As shown in FIG. 5, the denitrification catalyst 4 is generally installed downstream of the evaporator 3, and a reducing agent injection nozzle 10 is installed to inject ammonia, which is a reducing agent.
is placed on the upstream side.

また、上述のように脱硝反応には適切な温度範囲があり
、それ以外の温度範囲でアンモニアを注入すれば、未反
応アンモニアの大気放出量を増加させ、環境保全の見地
から好ましくなく、特に起動停止の頻度が高いコンバイ
ンドサイクル発電などでは重要な問題となる。
In addition, as mentioned above, there is an appropriate temperature range for the denitrification reaction, and if ammonia is injected at a temperature other than that, the amount of unreacted ammonia released into the atmosphere will increase, which is undesirable from an environmental conservation perspective, especially during startup. This is an important problem in combined cycle power generation, which has a high frequency of outages.

この問題に対処するため、従来の排熱回収熱交換器では
、アンモニアの注入制御方法として第5図に示すような
2つの方法が併用されている。第1の方法は、アンモニ
アの注入の開始、終了を制御する方法であり、第5図に
示す装置では、脱硝触媒4の入口における排ガス流の温
度をアンモニア注入制御装置11に入力し、ここからの
信号によりアンモニア注入系統12に設けられた遮断弁
13の開閉を制御するようにしである。しかして、例え
ば起動時には脱硝触媒4の入口における排ガス流の温度
が一定値を越えると、アンモニア注入制御装置11から
の信号によりアンモニア注入系統12の遮断弁13が全
開から全開となり、アンモニアの注入が開始されるよう
になっている。また、第2の方法はアンモニアの注入量
を制御する方法であり、排ガス流中に含まれる窒素酸化
物の還元に必要なアンモニア注入量を、排ガスの窒素酸
化物含有量に関する信号、例えば排ガス流量、温度など
からアンモニア注入量算出袋4置14によって算出し、
このアンモニア注入量算出装置14からの信号によって
調節弁15を作動させ、アンモニアの流入量を制御する
In order to deal with this problem, in the conventional exhaust heat recovery heat exchanger, two methods as shown in FIG. 5 are used in combination as ammonia injection control methods. The first method is to control the start and end of ammonia injection, and in the apparatus shown in FIG. The opening/closing of a cutoff valve 13 provided in the ammonia injection system 12 is controlled by the signal. For example, when the temperature of the exhaust gas flow at the inlet of the denitrification catalyst 4 exceeds a certain value during startup, the shutoff valve 13 of the ammonia injection system 12 is changed from fully open to fully open by a signal from the ammonia injection control device 11, and the ammonia injection is stopped. It is about to start. The second method is to control the amount of ammonia injected, and the amount of ammonia injected necessary for reducing the nitrogen oxides contained in the exhaust gas stream is controlled by a signal related to the nitrogen oxide content of the exhaust gas, such as the exhaust gas flow rate. , Calculate the amount of ammonia injection using the bag 4 and 14 based on the temperature, etc.
The control valve 15 is actuated by the signal from the ammonia injection amount calculation device 14 to control the inflow amount of ammonia.

(発明が解決しようとする課題) ところが、脱硝触媒は一般には鉄等の構造物の表面に触
媒層を定着させたもの等が使用されており、触媒全体の
重量が大きいので熱容量が相当大きくなる。このため、
起動時など負荷変動幅が大きい場合には、触媒上流側の
ガス温度変化に対して触媒下流側での温度変化にはかな
りの時間遅れが生ずる。第7図は、起動時における触媒
出入口部での排ガス温度の変化の一例を示す図であり、
ガスタービン出口における排ガス温度(−点鎖線)の変
化に対応して、触媒の入口部での排ガス温度は実線で示
すように変化し、触媒の出口部の排ガス温度は点線で示
すように変化する。したがって、この場合脱硝反応温度
の実用上の下限である250℃に達するまでの所要時間
は、出口側では入口側より30分程度多くなる。換言す
れば、触媒入口での排ガス温度が250℃に達してから
30分後にようやく触媒全体の温度が脱硝反応温度範囲
の下限になることになる。
(Problem to be solved by the invention) However, denitrification catalysts are generally made of iron or other structures with a catalyst layer fixed on the surface, and the overall weight of the catalyst is large, resulting in a considerably large heat capacity. . For this reason,
When the load fluctuation range is large, such as during startup, there is a considerable time delay between the temperature change on the downstream side of the catalyst and the gas temperature change on the upstream side of the catalyst. FIG. 7 is a diagram showing an example of a change in exhaust gas temperature at the catalyst inlet/outlet portion during startup;
In response to changes in the exhaust gas temperature at the gas turbine outlet (-dotted chain line), the exhaust gas temperature at the catalyst inlet changes as shown by the solid line, and the exhaust gas temperature at the catalyst outlet changes as shown by the dotted line. . Therefore, in this case, the time required for the denitrification reaction temperature to reach the practical lower limit of 250° C. is approximately 30 minutes longer on the outlet side than on the inlet side. In other words, the temperature of the entire catalyst finally reaches the lower limit of the denitrification reaction temperature range 30 minutes after the exhaust gas temperature at the catalyst inlet reaches 250°C.

したがって、前記従来の排熱回収熱交換器のように、脱
硝触媒入口での排ガス温度によってアンモニアの注入タ
イミングを制御した場合、脱硝触媒入口ガス温度が反応
に適した温度範囲に達してから触媒全体の温度が上記温
度範囲に達するまでの間に排ガ不中に注入されたアンモ
ニアは、かなりの部分が未反応のまま大気中に放出され
てしまう等の問題がある。
Therefore, when the timing of ammonia injection is controlled according to the exhaust gas temperature at the denitrification catalyst inlet, as in the conventional exhaust heat recovery heat exchanger, the entire catalyst is There is a problem that a considerable portion of the ammonia injected into the exhaust gas until the temperature reaches the above temperature range is released into the atmosphere without reacting.

一方、未反応アンモニアの大気放出を防ぐ方法として、
脱硝触媒出口における排ガス温度を用いてアンモニアの
注入を制御する方法も考えられる。
On the other hand, as a method to prevent unreacted ammonia from being released into the atmosphere,
A method of controlling ammonia injection using the exhaust gas temperature at the outlet of the denitrification catalyst is also considered.

しかし、この方法の場合には、第7図の起動における排
ガス温度特性から明らかなように、触媒出口の排ガス温
度が脱硝反応に適した温度範囲に達した時点では、触媒
全体が脱硝反応に適した温度範囲になっているため、前
述の如き未反応アンモニアの大気放出は防止することが
できる。しかし、触媒全体が脱硝反応の温度範囲に達す
るまでアンモニアが注入されないため、この間の排ガス
中の窒素酸化物は全く除去されずに大気中に放出される
等の問題がある。
However, in the case of this method, as is clear from the exhaust gas temperature characteristics at startup in Figure 7, when the exhaust gas temperature at the catalyst outlet reaches a temperature range suitable for the denitrification reaction, the entire catalyst is suitable for the denitrification reaction. Since the temperature range is within a certain range, it is possible to prevent unreacted ammonia from being released into the atmosphere as described above. However, since ammonia is not injected until the entire catalyst reaches the temperature range for the denitrification reaction, there are problems such as nitrogen oxides in the exhaust gas during this time are not removed at all and are released into the atmosphere.

本発明はこのような点に鑑み、起動時等における窒素酸
化物の放出を最小に抑え、かつ未反応の還元剤の大気放
出を防止し得るようにした排熱回収熱交換器を得ること
を目的とする。
In view of these points, the present invention aims to provide an exhaust heat recovery heat exchanger that can minimize the release of nitrogen oxides during startup, etc., and prevent unreacted reducing agent from being released into the atmosphere. purpose.

(課題を解決するための手段) 本発明は、熱源となる排ガス中に含まれる窒素酸化物を
接触還元分解により無害化する脱硝触媒と、その上流側
に設けられた還元剤注入装置とを有する排熱回収熱交換
器において、上記脱硝触媒の入口及び出口の排ガス温度
、或は複数段の脱硝触媒の各段の入口の排ガス温度およ
び最終段の出口の排ガス温度を検出する排ガス温度検出
器と、その排ガス温度検出器の出力信号により前記還元
剤の最適注入量を計算し、還元剤の注入系統に設けられ
た調節弁への制御信号を出力する演算器とを有すること
を特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The present invention includes a denitrification catalyst that renders nitrogen oxides contained in exhaust gas serving as a heat source harmless through catalytic reductive decomposition, and a reducing agent injection device provided upstream of the denitrification catalyst. In the exhaust heat recovery heat exchanger, an exhaust gas temperature detector that detects the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitrification catalyst, or the exhaust gas temperature at the inlet of each stage of the multi-stage denitrification catalyst and the exhaust gas temperature at the exit of the final stage; , and a computing unit that calculates the optimum injection amount of the reducing agent based on the output signal of the exhaust gas temperature detector and outputs a control signal to a control valve provided in the reducing agent injection system.

(作 用) 排熱回収熱交換器の作動中、脱硝触媒の入口及び出口の
排気ガス温度、或は複数段の脱硝触媒の各段の出口の排
ガス温度が検出されると、その検出温度によって反応温
度に達している触媒の領域が演算器により算出され、そ
れに応じて還元剤の最適注入量が計°算され、その出力
信号によって還元剤の注入系統の調節弁が制御され、最
適量の還元剤が熱交換器内に注入される。
(Function) During the operation of the exhaust heat recovery heat exchanger, when the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitrification catalyst or the exhaust gas temperature at the outlet of each stage of the multi-stage denitrification catalyst is detected, the detected temperature The area of the catalyst that has reached the reaction temperature is calculated by the calculator, and the optimum amount of reducing agent to be injected is calculated accordingly.The control valve of the reducing agent injection system is controlled by the output signal, and the optimum amount is calculated. A reducing agent is injected into the heat exchanger.

(実施例) 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明の排熱回収熱交換器の一例を示す概略
構成図であり、ガスタービンやディーゼルエンジン等か
ら排出された排ガスは、還元剤注入ノズル10が設けら
れている導入口部から熱交換器内に流入し、過熱器2、
蒸発器3で熱交換した後、脱硝触媒4に入り排ガス中の
窒素酸化物が還元剤であるアンモニアと反応して分解さ
れ、所定の濃度まで低減される。そしてその後節炭器5
で再び熱交換して、図示しない煙突から大気中に放出さ
れる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the exhaust heat recovery heat exchanger of the present invention, in which the exhaust gas discharged from a gas turbine, diesel engine, etc. Flows into the heat exchanger from the superheater 2,
After exchanging heat in the evaporator 3, the nitrogen oxides in the exhaust gas enter the denitrification catalyst 4 and are decomposed by reacting with ammonia, which is a reducing agent, and are reduced to a predetermined concentration. And then the economizer 5
It exchanges heat again and is released into the atmosphere from a chimney (not shown).

ところで、上記脱硝触媒4の入口および出口にはそれぞ
れ触媒入口側温度検出器20および触媒出口側温度検出
器21が設けられており、両温度検出器20.21で検
出された温度信号は演算器22に人力される。また、上
記演算器22には、ガスタービン装置等の出口部におけ
る排ガス中の窒素酸化物含有量に関する信号23、例え
ば排ガス温度、排ガス流量等の信号を用いて、現在の排
ガスの状態のみに対応するアンモニア注入量を算出する
アンモニア注入量算出装置24からの信号も入力される
Incidentally, a catalyst inlet side temperature detector 20 and a catalyst outlet side temperature detector 21 are provided at the inlet and outlet of the denitrification catalyst 4, respectively, and the temperature signals detected by both temperature detectors 20 and 21 are sent to a computer. It will be man-powered on the 22nd. In addition, the arithmetic unit 22 uses a signal 23 related to the nitrogen oxide content in the exhaust gas at the outlet of the gas turbine device, etc., such as signals such as exhaust gas temperature and exhaust gas flow rate, to respond only to the current state of the exhaust gas. A signal from an ammonia injection amount calculation device 24 that calculates the ammonia injection amount is also input.

一方、上記演算器22は、入出力回路、中央演算装置お
よび記憶装置等から構成されており、触媒入口温度検出
器20の出力信号と触媒出口側温度検出器21の出力信
号とから、触媒層内のうち反応に適した温度に達してい
る領域例えば触媒の反応に適した温度に達している表面
積を計算し、この値と触媒層全域例えば全表面積との比
によって定義される補正係数を、前記アンモニア注入量
算出装置24からの信号に乗することにより・現在の触
媒の温度状態までを考慮した最適なアンモニア注入量を
算出し、これを弁開度信号に変換して、調節弁15を制
御する制御信号を出力する。
On the other hand, the arithmetic unit 22 is composed of an input/output circuit, a central processing unit, a storage device, etc., and calculates the temperature of the catalyst layer from the output signal of the catalyst inlet temperature detector 20 and the output signal of the catalyst outlet temperature detector 21. Calculate the area that has reached a temperature suitable for reaction, for example, the surface area of the catalyst that has reached a temperature suitable for reaction, and then calculate the correction coefficient defined by the ratio of this value to the entire area of the catalyst layer, for example, the total surface area. By multiplying the signal from the ammonia injection amount calculation device 24, the optimum ammonia injection amount is calculated taking into account the current temperature state of the catalyst, and this is converted into a valve opening signal to control the control valve 15. Outputs a control signal to control.

以下、第2図に基づいて演算器22の動作の詳細を説明
する。
The details of the operation of the arithmetic unit 22 will be explained below based on FIG.

第2図は、本発明の排熱回収熱交換器の運転時において
、或時刻に演算器22が行なう処理を示すフローチャー
トであり、未反応アンモニアの大気放出が問題となるの
は、主として起動時及び負荷変動時であるが、ここでは
起動時を想定して説明を進める。
FIG. 2 is a flowchart showing the processing carried out by the computing unit 22 at a certain time during operation of the exhaust heat recovery heat exchanger of the present invention, and the release of unreacted ammonia into the atmosphere becomes a problem mainly at the time of startup. and during load fluctuations, but here we will proceed with the explanation assuming the startup time.

まず、Plにおいて触媒の反応温度の下限値T、111
nを設定する。この値は全運転状態を通して一定である
First, the lower limit T of the reaction temperature of the catalyst at Pl is 111
Set n. This value remains constant throughout all operating conditions.

つづいて、現在時刻における触媒入口ガス温度T1、お
よび触媒出口側ガス温度T2をP2で読み込み、P3で
この2つの温度信号のうち高い方をHt−低い方をTt
、に設定する。図中のMAX[T1.T2]はT1とT
2の大きい方を示し、MEN rTl、T2コはT1と
T2の小さい方を示している。ここで、起動時には触媒
入口側ガス温度T1が触媒出口側ガス温度T2よりも高
いため、TH−T1.TL−T2となる。
Next, the catalyst inlet gas temperature T1 and the catalyst outlet gas temperature T2 at the current time are read in P2, and in P3, the higher one of these two temperature signals is Ht - the lower one is Tt.
, set to . MAX [T1. T2] is T1 and T
The larger one of 2 is shown, and MEN rTl, T2 shows the smaller one of T1 and T2. Here, since the catalyst inlet side gas temperature T1 is higher than the catalyst outlet side gas temperature T2 at the time of startup, TH-T1. It becomes TL-T2.

続いて、P4にてアンモニア注入量算出装置24からの
触媒内温変分布に関する補正が行なわれていないアンモ
ニア注入ff1A  を読み込む。この後T1□ (−
触媒入口側温度T’t)と反応温度下限値T  と比較
し、TIt <TwinならばP9へ分岐する。この場
合触媒入口側ガス温度T1が反応温度下限値Tm1nに
達していないので、脱硝触媒全体が反応温度に達してい
ないと判断され、真のアンモニア注入ff1A−0とす
る。
Subsequently, in P4, the ammonia injection ff1A, which has not been corrected regarding the temperature variation distribution within the catalyst, from the ammonia injection amount calculation device 24 is read. After this T1□ (-
The catalyst inlet side temperature T't) is compared with the reaction temperature lower limit value T, and if TIt<Twin, the process branches to P9. In this case, since the catalyst inlet side gas temperature T1 has not reached the reaction temperature lower limit value Tm1n, it is determined that the entire denitration catalyst has not reached the reaction temperature, and true ammonia injection ff1A-0 is performed.

これに対し、TH≧Tl11nすなわち触媒入口温度T
1が反応温度下限値Tm1n以上である場合には、P 
へ進みTL (触媒出口側温度T2)と反応下限値温度
”m1nとの比較を行なう。このとき、TL≧”win
すなわち触媒出口側温度T2も反応温度下限値以上であ
る場合には、脱硝触媒全体が反応温度に達していると判
断されるので、アンモニア注入量は補正されずA−Ao
となる( P to)。
On the other hand, TH≧Tl11n, that is, the catalyst inlet temperature T
1 is equal to or higher than the reaction temperature lower limit Tm1n, P
Proceed to step 2 and compare TL (catalyst outlet side temperature T2) with reaction lower limit temperature "m1n".At this time, TL≧"win"
In other words, when the catalyst outlet side temperature T2 is also equal to or higher than the reaction temperature lower limit value, it is determined that the entire denitrification catalyst has reached the reaction temperature, so the ammonia injection amount is not corrected and A-Ao
(P to).

一方、T  <T   ならばP7へ分岐する。こL 
    mIn の場合触媒入口側温度T1は反応温度に達しており、か
つ触媒出口側温度T2が反応温度に達していないことに
なり、脱硝触媒は部分的に反応温度に達していると判断
される。
On the other hand, if T < T, the process branches to P7. This L
In the case of mIn, the catalyst inlet temperature T1 has reached the reaction temperature, and the catalyst outlet temperature T2 has not reached the reaction temperature, so it is determined that the denitrification catalyst has partially reached the reaction temperature.

そして、アンモニア注入量算出装置24で計算された値
A。に対して補正係数αを計算する。ここて、補正係数
αは、触媒層内の反応温度域に達している部分の全触媒
に対する比を表わし、触媒入口温度T と触媒出口温度
T2の関数である。
Then, the value A calculated by the ammonia injection amount calculation device 24. Calculate the correction coefficient α for . Here, the correction coefficient α represents the ratio of the portion of the catalyst layer that has reached the reaction temperature range to the total catalyst, and is a function of the catalyst inlet temperature T 1 and the catalyst outlet temperature T2.

この関数の一例としては、触媒入口、出口間の温度分布
を一次式で近似した T  −T     T、−72 L (起動時)) が最も単純な形としてあげられる。
As an example of this function, the simplest form is T - T T, -72 L (at startup), which approximates the temperature distribution between the catalyst inlet and outlet using a linear equation.

続いて、上記P7で計算されたαを、補正されないアン
モニア注入量Aoに乗じることにより補正を施こされた
真のアンモニア注入1iIAが計算される(P8)。
Subsequently, the corrected true ammonia injection amount 1iIA is calculated by multiplying the uncorrected ammonia injection amount Ao by α calculated in the above P7 (P8).

このようにして、上記各ステップによって決定された真
のアンモニア注入量Aは調節弁15の開度信号へ変換さ
れ、その開度信号が調節弁15に出力される(P、□、
Pl。)。
In this way, the true ammonia injection amount A determined in each of the above steps is converted into an opening signal of the control valve 15, and the opening signal is output to the control valve 15 (P, □,
Pl. ).

負荷変動時においても、第2図に示すフローチャートと
同様なプロセスで最適なアンモニア注入量が計算される
Even when the load fluctuates, the optimum ammonia injection amount is calculated using a process similar to the flowchart shown in FIG.

このようにして、起動時や負荷変動時に、従来ガスター
ビン等の排ガス状態のみから決定されていたアンモニア
注入量に対して、脱硝触媒入口、出口ガス温度から反応
温度に達している触媒の領域を求め、これによる補正が
施こされるため、排ガス中への適量のアンモニアが注入
されることになり、窒素酸化物の大気放出量を最小に抑
え、かつ未反応アンモニアが大気中に放出されることを
防止することができる。
In this way, during start-up and load fluctuations, the amount of ammonia injection, which was conventionally determined only from the exhaust gas condition of the gas turbine, etc., can be adjusted from the denitration catalyst inlet and outlet gas temperature to the area of the catalyst that has reached the reaction temperature. Since the amount of ammonia is calculated and the correction is made based on this, an appropriate amount of ammonia is injected into the exhaust gas, minimizing the amount of nitrogen oxides released into the atmosphere, and releasing unreacted ammonia into the atmosphere. This can be prevented.

第3図は本発明の他の実施例を示す図であって、この排
熱回収熱交換器では、脱硝触媒が流れ方向に対して複数
段設けられ、この複数段によって一つの脱硝装置が形成
されている。すなわち、蒸発器3と節炭器5との間には
排ガス流の上流側から第1段の脱硝触媒25a、・・・
・・・第n段の脱硝触媒25nが設けられており、各段
の入口側には第1段入ロ側排出ガス温度検出器26a、
第2段入ロ側排出ガス温度検出器26b・・・、第n段
入口側排出ガス温度検出器26nがそれぞれ設けられて
おり、第n段脱硝触媒の出口には第n段出口排出ガス温
度検出器26rが設けられている。そして、第2段から
第n段までの入口側温度検出器が前段の脱硝触媒の出口
側の温度検出器を兼用するようにしてあり、これらn+
1個の温度検出器の出力信号が演算器22に入力される
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which the denitrification catalyst is provided in multiple stages in the flow direction, and one denitrification device is formed by the multiple stages. has been done. That is, between the evaporator 3 and the economizer 5, from the upstream side of the exhaust gas flow, first-stage denitrification catalysts 25a, . . .
... An n-th stage denitrification catalyst 25n is provided, and on the inlet side of each stage, a first stage inlet side exhaust gas temperature detector 26a,
A second stage inlet side exhaust gas temperature detector 26b..., an nth stage inlet side exhaust gas temperature detector 26n are provided respectively, and the nth stage outlet exhaust gas temperature detector 26b is provided at the outlet of the nth stage denitrification catalyst. A detector 26r is provided. The temperature detectors on the inlet side from the second stage to the nth stage are also used as the temperature detectors on the outlet side of the denitrification catalyst in the previous stage, and these n+
The output signal of one temperature sensor is input to the calculator 22.

上記演算器22には、第1実施例と同様に排ガス中の窒
素酸化物含有量に関する信号23を用いてアンモニア注
入量を算出するアンモニア注入量算出装置24からも入
力され、そこで、n+1個の排ガス温度検出器の信号か
ら反応温度に達している触媒の段数を求め、これと全段
数との比によって定義される補正係数αを計算し、補正
されていないアンモニア注入ff1Aoに乗じて真のア
ンモニア注入EIAを算出し、さらにこの値を調節弁1
5の開度信号に変換し、その信号が調節弁15に対して
制御信号として加えられる。
The arithmetic unit 22 also receives input from the ammonia injection amount calculation device 24 which calculates the ammonia injection amount using the signal 23 regarding the nitrogen oxide content in the exhaust gas, as in the first embodiment. The number of stages of the catalyst that has reached the reaction temperature is determined from the signal of the exhaust gas temperature sensor, the correction coefficient α defined by the ratio of this to the total number of stages is calculated, and the uncorrected ammonia injection ff1Ao is multiplied to calculate the true ammonia Calculate the injection EIA and apply this value to the control valve 1.
5, and the signal is applied to the control valve 15 as a control signal.

第4図は、上記実施例において或時刻に演算器22が行
なう処理を示すフローチャートであって、まずP で触
媒反応温度の下限値Tll11nを設定す■ る。つづいて、P2でアンモニア注入量算出装置24か
らの触媒反温度分布に関する補正が行なわれていないア
ンモニア注入量Aoを読み込む。
FIG. 4 is a flowchart showing the processing performed by the computing unit 22 at a certain time in the above embodiment. First, the lower limit value Tll11n of the catalyst reaction temperature is set with P. Subsequently, at P2, the ammonia injection amount Ao, which has not been corrected regarding the catalyst anti-temperature distribution, is read from the ammonia injection amount calculation device 24.

P ではP からPloまでのループを制御するル一ブ
カウタンに1および反応温度に達している触媒をカウン
トするカウンタiがともにOにセットされる。
At P, a loop counter that controls the loop from P to Plo is set to 1, and a counter i that counts catalysts that have reached the reaction temperature are both set to O.

P ではループkが1だけ加算され、P5で第に段目の
触媒入口側ガス温度TK1と同じく出口側ガス温度TK
□を読み込み、続くP6でこのTKlとT のうち高い
方をT  低い方をTLに設定すに2        
   11 ゝ る。ここで起動時にはT  >T  であるからT11
KI    K2 に入口側ガス温度TK2、TLに出口側ガス温度TK2
が設定される。
At P, loop k is added by 1, and at P5, the outlet side gas temperature TK is the same as the catalyst inlet side gas temperature TK1 of the second stage.
Read □, and in the following P6, set the higher one of TKl and T to T and the lower one to TL.
11. Here, since T > T at startup, T11
KI K2 is the inlet side gas temperature TK2, TL is the outlet side gas temperature TK2
is set.

ついで、P7でTHと触媒反応温度下限値T、 との比
較を行ない、THくT、。の場合に11n は反応温度に達していないので、Ploへ分岐しそのま
まループが続けられる。一方、TH>T1゜の場合には
、TIは反応温度に達しており、続いてP に進みTL
とT、1nの比較が行なわれる。
Then, in P7, TH is compared with the lower limit value T of the catalyst reaction temperature, and TH T is determined. In this case, 11n has not reached the reaction temperature, so it branches to Plo and the loop continues. On the other hand, if TH>T1°, TI has reached the reaction temperature, and then proceeds to P and TL
and T, 1n are compared.

このときTt、≧Tm1nであれば、その段の触媒人口
、出口共に反応温度に達しているので、カウンタiが1
だけ加算される。一方Tt、≧T、l11nでない場合
はTLは反応温度に達していないためカウントは行なわ
れずP へ進む。そして、PloにてO ループカウンタkが全触媒段数nに達するまでP4〜P
1oがループされる。
At this time, if Tt≧Tm1n, both the catalyst population and the outlet of that stage have reached the reaction temperature, so the counter i is 1.
will be added. On the other hand, if Tt, ≧T, and l11n are not satisfied, TL has not reached the reaction temperature, so counting is not performed and the process proceeds to P. Then, at Plo, P4 to P until the loop counter k reaches the total number of catalyst stages n.
1o is looped.

このようにしてループが終了した時点で、反応温度に達
してている触媒の段数iがカウントされれたことになり
、Pllにて補正を施した真のアンモニア注入量Aを A −A 。
When the loop ends in this way, the number i of catalyst stages that have reached the reaction temperature has been counted, and the true ammonia injection amount A corrected by Pll is A - A.

n によって計算する。そして上記真のアンモニア注入量A
が調節弁15の開度信号に変換され、調節弁15に出力
される(P1□”13)。
Calculate by n. And the above true ammonia injection amount A
is converted into an opening degree signal of the control valve 15, and output to the control valve 15 (P1□"13).

このように演算器22の動作は基本的には第1の実施例
と同様であるが、第1の実施例では触媒の出入口での排
ガス温度により触媒内の温度分布を予想して補正係数を
決めているのに対し、第2の実施例では全段の脱硝触媒
のうち出入口の温度が共に反応温度に達している段の数
をカウントし、補正係数αをα−1/nによって求める
点で異なっている。
In this way, the operation of the calculator 22 is basically the same as in the first embodiment, but in the first embodiment, the temperature distribution inside the catalyst is predicted based on the exhaust gas temperature at the entrance and exit of the catalyst, and the correction coefficient is calculated. On the other hand, in the second embodiment, the number of stages in which both the inlet and outlet temperatures have reached the reaction temperature among all stages of the denitrification catalyst is counted, and the correction coefficient α is calculated by α-1/n. It's different.

しかして、本実施例においても反応温度に達した触媒部
分に対応する適量の脱硝用アンモニアが注入されること
になるので、窒素酸化物の大気放出量を最小に抑えなが
ら未反応アンモニアの大気放出を抑制することができる
。さらに本実施例においては、演算器22において計算
に使用し得る温度情報が多(なるので、第1実施例より
も信頼性の向上が期待できる。また、脱硝触媒の段数が
比較的少ない場合には、各段毎に第1の実施例を適用す
ることによりアンモニア注入量の精度を上昇させること
も可能である。
Therefore, in this example as well, an appropriate amount of denitrification ammonia is injected into the catalyst portion that has reached the reaction temperature, so that unreacted ammonia is released into the atmosphere while minimizing the amount of nitrogen oxides released into the atmosphere. can be suppressed. Furthermore, in this embodiment, there is a large amount of temperature information that can be used for calculation in the computing unit 22, so it is expected that reliability will be improved compared to the first embodiment. It is also possible to improve the accuracy of the ammonia injection amount by applying the first embodiment to each stage.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明は脱硝触媒の入口および出
口等の排ガス温度を検出し、反応温度に達している温度
領域を求めることにより、それに応じて最適量の還元剤
を注入するようにしたので、未反応の還元剤の大気中へ
の放出を最少限におさえることができ、しかも脱硝触媒
が完全に反応温度に達するまで還元剤の注入を待つ必要
がなく、窒素酸化物の大気放出量を最小に抑えることが
できる。
As explained above, the present invention detects the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitrification catalyst, determines the temperature range where the reaction temperature is reached, and injects the optimal amount of reducing agent accordingly. Therefore, the release of unreacted reducing agent into the atmosphere can be minimized, and there is no need to wait until the denitrification catalyst has completely reached the reaction temperature before injecting the reducing agent, reducing the amount of nitrogen oxide released into the atmosphere. can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の排熱回収熱交換器の概略構成図、第
2図は演算器の動作を示すフローチャート、第3図は本
発明の他の実施例を示す概略構成図、第4図は上記他の
実施例における演算器の動作を示すフローチャート、第
5図は従来の排熱回収熱交換器の概略構成図、第6図は
脱硝装置における脱硝率の温度特性図、第7図はガスタ
ービン出口、脱硝触媒人口および脱硝触媒出口における
排ガス温度の変化を示す状態説明図である。 2・・・過熱器、3・・・蒸発器、4・・・脱硝触媒、
5・・・節炭器、10・・・還元剤注入ノズル、15・
・・調節弁、20・・・触媒入口側温度検出器、21・
・・触媒出口側温度検出器、22・・・演算器、24・
・・アンモニア注入量算出装置。 出願人代理人  佐  藤  −雄 第 2 図 第 5 図 第6図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the exhaust heat recovery heat exchanger of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the computing unit, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the present invention, The figure is a flowchart showing the operation of the computing unit in the above other embodiment, Figure 5 is a schematic configuration diagram of a conventional exhaust heat recovery heat exchanger, Figure 6 is a temperature characteristic diagram of the denitrification rate in the denitrification device, and Figure 7 is FIG. 2 is a state explanatory diagram showing changes in exhaust gas temperature at the gas turbine outlet, the denitrification catalyst population, and the denitrification catalyst outlet. 2... Superheater, 3... Evaporator, 4... Denitrification catalyst,
5. Economizer, 10. Reducing agent injection nozzle, 15.
...Control valve, 20...Catalyst inlet side temperature sensor, 21.
...Catalyst outlet side temperature detector, 22...Arithmetic unit, 24.
...Ammonia injection amount calculation device. Applicant's agent: Yu Sato Figure 2 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、熱源となる排ガス中に含まれる窒素酸化物を接触還
元分解により無害化する脱硝触媒と、その上流側に設け
られた還元剤注入装置とを有する排熱回収熱交換器にお
いて、上記脱硝触媒の入口及び出口の排ガス温度を検出
する排ガス温度検出器と、その排ガス温度検出器の出力
信号により前記還元剤の最適注入量を計算し、還元剤の
注入系統に設けられた調節弁への制御信号を出力する演
算器とを有することを特徴とする排熱回収熱交換器。 2、熱源となる排ガス中に含まれる窒素酸化物を接触還
元分解により無害化する脱硝触媒と、その上流側に設置
された還元剤注入装置とを有する排熱回収熱交換器にお
いて、排ガスの流れ方向に対して複数段設置された脱硝
触媒と、各段の脱硝触媒の入口側の排ガス温度および最
終段の脱硝触媒の出口の排ガス温度をそれぞれ検出する
排ガス温度検出器と、各温度検出器の出力信号により反
応温度に到達した触媒段を求めそれに対応する最適還元
剤注入量を計算し、還元剤の注入系統に設置された調節
弁への制御信号を出力する演算器とを有することを特徴
とする、排熱回収熱交換器。
[Scope of Claims] 1. Exhaust heat recovery heat exchange that includes a denitrification catalyst that renders nitrogen oxides contained in exhaust gas as a heat source harmless through catalytic reductive decomposition, and a reducing agent injection device provided upstream of the denitrification catalyst. In the denitration catalyst, an exhaust gas temperature detector detects the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitrification catalyst, and an output signal from the exhaust gas temperature detector is used to calculate the optimal injection amount of the reducing agent. 1. An exhaust heat recovery heat exchanger comprising: a computing unit that outputs a control signal to a control valve; 2. In the exhaust heat recovery heat exchanger, which has a denitrification catalyst that detoxifies nitrogen oxides contained in the exhaust gas as a heat source through catalytic reductive decomposition, and a reducing agent injection device installed upstream of the denitrification catalyst, the flow of the exhaust gas is Denitrification catalysts installed in multiple stages in the direction, exhaust gas temperature detectors that detect the exhaust gas temperature at the inlet side of the denitrification catalyst in each stage and the exhaust gas temperature at the outlet of the final stage denitrification catalyst, and each temperature detector. It is characterized by having an arithmetic unit that determines the catalyst stage that has reached the reaction temperature based on the output signal, calculates the corresponding optimal reducing agent injection amount, and outputs a control signal to the control valve installed in the reducing agent injection system. This is an exhaust heat recovery heat exchanger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0617698A1 (en) * 1990-10-15 1994-10-05 Exxon Research And Engineering Company Aqueous ammonia injection scheme
JP2014104429A (en) * 2012-11-28 2014-06-09 Babcock-Hitachi Co Ltd Exhaust gas treatment apparatus

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EP0617698A1 (en) * 1990-10-15 1994-10-05 Exxon Research And Engineering Company Aqueous ammonia injection scheme
EP0617698A4 (en) * 1990-10-15 1995-02-01 Exxon Research Engineering Co Aqueous ammonia injection scheme.
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