JPH04346819A - 脱硝制御装置及び方法　　 - Google Patents

脱硝制御装置及び方法　　

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JPH04346819A
JPH04346819A JP3146529A JP14652991A JPH04346819A JP H04346819 A JPH04346819 A JP H04346819A JP 3146529 A JP3146529 A JP 3146529A JP 14652991 A JP14652991 A JP 14652991A JP H04346819 A JPH04346819 A JP H04346819A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排ガス中に
含まれているＮＯｘを還元するための脱硝制御装置と、
同装置に用いられる脱硝制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発電プラント等で用いられているデイ　
ーゼル機関では、排ガス中に含まれているＮＯｘ　の処
理方法として、一般に選択接触還元脱硝法が用いられて
いる。この方法は、ＮＯｘ　の還元剤としてアンモニア
（ＮＨ３　）を排ガス中に噴霧し、脱硝反応器の出口に
おけるＮＯｘ　濃度を制御するものである。そして、こ
の出口側のＮＯｘ　濃度はセンサによって検出されるよ
うになっており、該センサの検出値をフィードバックし
てＮＨ３　の供給量をＰＩＤ制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の装置に
おいては、デイ　ーゼル機関が一定の出力で作動してい
る時には、噴霧されたＮＨ３　量に対して同量のＮＯｘ
　が還元され、出口側のＮＯｘ　濃度は一定に保たれて
いる。しかし、デイ　ーゼル機関の出力が変動した場合
には出口側のＮＯｘ　濃度が大幅に変動してしまい、従
来のフィードバック制御では出口側のＮＯｘ　濃度を目
標値に修正するのにかなりの長時間を要するという問題
があった。
【０００４】本発明は、出力の変動時に出口側ＮＯｘ　
濃度が大きく変動する原因を見出すとともに、この原因
に基づいて出口側ＮＯｘ　濃度の修正をできる限り短時
間で行なえるようにすることを目的としている。
【０００５】本発明の脱硝制御装置は、内燃機関からの
排ガスを処理する触媒を備えた脱硝反応器と、前記排ガ
スにアンモニアを加えるアンモニアの供給装置と、内燃
機関の負荷を計測する負荷センサと、立上り時を含む内
燃機関の負荷の変動時に、前記負荷センサが検出した前
記内燃機関の負荷に応じて必要なアンモニアの流量を算
出し、この必要なアンモニアの流量から前記脱硝反応器
の触媒に対するアンモニアの吸着量を算出し、このアン
モニアの吸着量に応じてアンモニアの噴霧量を算出し、
このアンモニアの噴霧量に応じて前記供給装置に制御信
号を与える制御装置とを具備している。
【０００６】本発明の脱硝制御方法は、触媒を有する脱
硝反応器に内燃機関からの排ガスをアンモニアと共に適
用して排ガス中のＮＯｘ　を還元する脱硝制御方法にお
いて、立上り時を含む内燃機関の負荷の変動時に内燃機
関の負荷を検出し、検出した負荷に応じて必要なアンモ
ニアの流量を算出し、この必要なアンモニアの流量から
前記触媒に対するアンモニアの吸着量を算出し、このア
ンモニアの吸着量に応じてアンモニアの噴射量を算出し
、このアンモニアの噴射量に応じてアンモニアの噴射を
制御することを特徴としている。
【０００７】
【実施例】内燃機関の排ガス中に含まれているＮＯｘ　
の濃度は、一般に機関出力の変化（負荷の変化）に伴っ
て変動するものと考えられる。そこで、出口側のＮＯｘ
　濃度の変動に見合う分だけＮＨ３　の流量を調節すれ
ば、出口側のＮＯＸ　濃度を目標値に直ちに一致させら
れるはずである。
【０００８】しかしながら、前述したように、このよう
な方法ではＮＯｘ　濃度の変動が大きく、目標値に戻る
のに長い時間がかかってしまう。図８及び図９は、本発
明者等が上述した問題点を把握するために行なった実験
の結果を示すものである。
【０００９】即ち、図８に示すように、機関の立上り時
にはＮＯｘ　入口値■はほぼ一定であり、ＮＨ３　流量
■を徐々に増大させているにもかかわらず、ＮＯｘ　出
口値■はきわめて大きくなり、目標値に達して一定とな
るのにかなりの時間を要している。
【００１０】また、図９の左方に示すように、機関の負
荷が減少した場合、ＮＯｘ　入口値■の減少に比べてＮ
Ｏｘ　出口値■の減少は激しく、目標値に戻って安定す
るのにはかなりの時間を要している。
【００１１】また、図９の右方に示すように、機関の負
荷が増加した場合、ＮＯｘ　入口値■の増加に比べてＮ
Ｏｘ　出口値■の増大は激しく、ＮＨ３　流量■を増加
させているのに、ＮＯｘ　出口値■が目標値に戻って安
定するのにはかなりの時間を要している。
【００１２】このような実験結果から、本発明者等は、
負荷の増大時には供給したＮＨ３　量が必要量に不足し
、負荷の低下時にはＮＨ３　量が過剰になっていると考
えた。そして、このような現象が起きるのは、機関負荷
が変動すると脱硝反応器の触媒でＮＨ３　が吸着された
り放出されたりするためではないかと考えるに至った。
【００１３】本発明者等の知見によれば、機関の負荷が
一定の状態では脱硝反応器に流入するＮＯｘ　量には変
化がなく、ＮＨ３　の触媒に対する吸着は飽和した状態
にあると考えられ、その吸着量は問題にならない。しか
し、機関の負荷が変化して排ガス量が変化した時や、脱
硝率が変更されてＮＨ３　量が変化した時には、触媒に
対するＮＨ３　の吸着量に変化が生じる。例えば、前記
負荷が増大した場合、触媒へのＮＨ３　の吸着が増大し
、脱硝に必要なＮＨ３　が減少して出口ＮＯｘ　値が高
くなる。逆に、前記負荷が減少した場合、触媒に吸着さ
れていたＮＨ３　が排ガス中に放出され、過剰に脱硝反
応が行なわれて出口ＮＯｘ　値が極端に減少してしまう
。
【００１４】本発明者等は、上述したような触媒におけ
るＮＨ３　の吸着を想定してＮＨ３　流量の制御を行な
うために、ＮＨ３　の吸着量を規定する種々の要因につ
いて研究した。図２は、本発明者等による実験結果の一
例を示すものである。このグラフは、触媒におけるＮＨ
３　の吸着量と、触媒に供給するＮＨ３　の流量との関
係を、機関の負荷又は触媒量を媒介として示したもので
ある。即ち、触媒に対するＮＨ３　の吸着量は、機関の
負荷（又は排ガス量）と、供給されるＮＨ３　の量と、
触媒の量によって変化する。
【００１５】本実施例は、前述したような機関の負荷変
動等によるＮＨ３　の吸着量の増減を用いてＮＨ３　噴
霧量の調整を行なう制御装置に関するものである。
【００１６】図１に示すように、内燃機関１からの排ガ
スは、アンモニア供給装置２（以下、供給装置２と呼ぶ
。）からＮＨ３　の噴霧を受けた後、触媒３を備えた脱
硝反応器４に導かれるようになっている。この脱硝反応
器４の触媒３において、排ガス中のＮＯｘ　とＮＨ３　
が脱硝反応をおこすようになっている。なお、本実施例
においては、触媒３の量は一定である。
【００１７】前記内燃機関１には、機関負荷を検出する
負荷センサ５が設けられている。また、該内燃機関１の
近傍には、外気温・吸気温度・湿度等の環境条件を計測
する一個又は複数個のセンサ６が設けられている。
【００１８】前記負荷センサ５及びセンサ６からの信号
は、制御装置７に入力されるようになっている。この制
御装置７は演算部８と記憶部９を有している。記憶部９
には、機関１の負荷と基準ＮＯＸ　との関係を示すデー
タや、図２のグラフで表されるようなＮＨ３　の供給量
等とＮＨ３　の吸着量との関係を示すデータ等が格納さ
れている。そして、これら記憶部９のデータと、前記負
荷センサ５及びセンサ６からの信号を用いて、演算部８
は前記触媒３におけるＮＨ３　の吸着量の変化を算出し
、この値に基づいて前記供給装置２に制御信号を送るよ
うになっている。
【００１９】次に、以上の構成における作用を説明する
。（１）機関の立上り時 まず、負荷センサ５が内燃機関１の負荷を計測し、検出
信号を制御装置７に与える。制御装置７の演算部８は、
記憶部９にある負荷と基準ＮＯｘ　の関係を示すデータ
と、前記計測負荷とを用い、図３のステップ１００に示
すように、基準ＮＯｘ　値を計算する。一般に、基準Ｎ
Ｏｘ　値は環境条件により変化するので、算出した基準
ＮＯｘ　値は、前記センサ６が検出する外気温や吸気温
度等の条件によって補正する。
【００２０】次に、ステップ１０１に示すように、演算
部８は、前記基準ＮＯｘ　量を用いて脱硝に必要なＮＨ
３　流量を計算する。この計算に必要なデータも記憶部
に保持されている。
【００２１】次に、ステップ１０２に示すように、前記
演算部８は、記憶部９にあるＮＨ３　の供給量と吸着量
の関係を示すデータと、ステップ１０１で算出したＮＨ
３　流量とにより、触媒３におけるＮＨ３　の吸着量を
算出する。
【００２２】次に、ステップ１０３に示すように、前記
演算部８は、ステップ１０２で算出したＮＨ３　の吸着
量を用いて前記供給装置２におけるＮＨ３　の噴射時間
と噴射量を算出し、該供給装置２を制御する。
【００２３】即ち図５に示すように、機関の立上り時に
は、触媒３に吸着される分を見込んだ量のＮＨ３　を短
時間で供給し、触媒３におけるＮＨ３　の吸着を飽和さ
せる。これによって、大きな値を示していたＮＯｘ出口
値は急速に低下し、短時間で目標値に安定することがで
きる。
【００２４】そして、ステップ１０４に示すように、そ
の後はステップ１０１で計算した必要なＮＨ３　流量に
よって運転する。
【００２５】（２）機関の負荷変化時 前記内燃機関１の負荷が増大又は減少した時は、図４の
ステップ２００に示すように負荷センサ５によって負荷
変化を計測する。即ち、ステップ２０１，３０１に示す
ように、変化前の負荷と変化後の負荷をそれぞれ計測す
る。そして、変化前と変化後のそれぞれについて、ステ
ップ２０２，２０３，２０４及びステップ３０２，３０
３，３０４に示すように、演算部８がそれぞれＮＨ３　
吸着量を計算する。この計算の手順は図３のステップ１
００，１０１，１０２と同一である。
【００２６】次に、ステップ２０５に示すように、ステ
ップ２０４及び３０４で算出した吸着量を用い、負荷変
化前後のＮＨ３　吸着量の差を算出する。ＮＨ３　吸着
量の差は、負荷が増大した時には増となり、負荷が減少
した時には減となる。
【００２７】そして、ステップ２０６に示すように、ス
テップ２０５で算出した吸差量の差を用いて前記供給装
置２におけるＮＨ３　の噴射時間と噴射量を算出し、該
供給装置２を制御する。
【００２８】即ち図６に示すように、内燃機関１の負荷
が減少した時には、触媒３から放出されて過剰となる分
を見込んで従来よりも量をへらしたＮＨ３　を適当な流
量で供給する。これによって、ＮＯｘ　出口値は従来ほ
ど大きく落ち込むことがなく、目標値に比較的短時間で
戻ることができる。
【００２９】また図７に示すように、内燃機関１の負荷
が増大した時には、触媒３に吸着されるＮＨ３　の増分
を見込んだ量のＮＨ３　を短時間で供給し、触媒３にお
けるＮＨ３　の吸着を直ちに飽和させる。これによって
、ＮＯｘ　出口値は従来のように大きく増大することが
なく、また比較的短時間で目標値に戻ることができる。
【００３０】そして、その後は、ステップ３０３で算出
した負荷変化後の必要ＮＨ３　量に前述した吸着量の変
化分を加えたＮＨ３　流量で制御する。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、脱硝触媒におけるＮＨ
３　の吸着量を機関の負荷に応じて算出し、これに基づ
いてＮＨ３　の噴霧量を制御するようにしている。従っ
て、機関の立上り時や負荷変動時における出口側ＮＯｘ
　濃度の変動を従来に比べて大幅に減少させることがで
きるとともに、目標値に戻すまでの時間を短縮すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施例において、触媒に対するＮＨ３　吸着
量と、ＮＨ３　流量との関係を示すグラフである。
【図３】同実施例において、機関の立上り時の制御手順
を示すフローチャートである。
【図４】同実施例において、負荷の変化時の制御手順を
示すフローチャートである。
【図５】同実施例における機関の立上り時の状態を示す
グラフである。
【図６】同実施例における機関の負荷低下時の状態を示
すグラフである。
【図７】同実施例における機関の負荷増大時の状態を示
すグラフである。
【図８】従来の装置乃至方法による機関の立上り時の状
態を示すグラフである。
【図９】従来の装置乃至方法による機関の負荷変化時の
状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　内燃機関 ２　　アンモニア供給装置（供給装置）３　　触媒 ４　　脱硝反応器 ５　　負荷センサ ７　　制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内燃機関からの排ガスを処理する触媒
    を備えた脱硝反応器と、前記排ガスにアンモニアを加え
    るアンモニアの供給装置と、内燃機関の負荷を計測する
    負荷センサと、立上り時を含む内燃機関の負荷の変動時
    に、前記負荷センサが検出した前記内燃機関の負荷に応
    じて必要なアンモニアの流量を算出し、この必要なアン
    モニアの流量から前記脱硝反応器の触媒に対するアンモ
    ニアの吸着量を算出し、このアンモニアの吸着量に応じ
    てアンモニアの噴霧量を算出し、このアンモニアの噴霧
    量に応じて前記供給装置に制御信号を与える制御装置と
    を具備する脱硝制御装置。
  2. 【請求項２】　　触媒を有する脱硝反応器に内燃機関か
    らの排ガスをアンモニアと共に適用して排ガス中のＮＯ
    ｘ　を還元する脱硝制御方法において、立上り時を含む
    内燃機関の負荷の変動時に内燃機関の負荷を検出し、検
    出した負荷に応じて必要なアンモニアの流量を算出し、
    この必要なアンモニアの流量から前記触媒に対するアン
    モニアの吸着量を算出し、このアンモニアの吸着量に応
    じてアンモニアの噴射量を算出し、このアンモニアの噴
    射量に応じてアンモニアの噴射を制御することを特徴と
    する脱硝制御方法。
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