JPH0611379B2 - Exhaust heat recovery heat exchanger - Google Patents

Exhaust heat recovery heat exchanger

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JPH0611379B2
JPH0611379B2 JP63147554A JP14755488A JPH0611379B2 JP H0611379 B2 JPH0611379 B2 JP H0611379B2 JP 63147554 A JP63147554 A JP 63147554A JP 14755488 A JP14755488 A JP 14755488A JP H0611379 B2 JPH0611379 B2 JP H0611379B2
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JP
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exhaust gas
catalyst
temperature
reducing agent
exhaust
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秀顕 島田
恒夫 鈴木
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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 field of use) The present invention uses exhaust gas from a gas turbine device or the like as a heat source for driving steam for another steam engine, steam for process, or hot water. The present invention relates to an exhaust heat recovery heat exchanger, and more particularly to an exhaust heat recovery heat exchanger configured to reduce the temperature of nitrogen oxides in exhaust gas.

(従来の技術) 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) Generally, in a combined cycle power generation system or a combined heat and power generation system, exhaust heat recovery for generating driving steam for a steam turbine or steam hot water for a process by using exhaust gas of a gas turbine or a diesel engine as a heat source. Although a heat exchanger is provided, since harmful nitrogen oxides are contained in the exhaust gas of a gas turbine, a diesel engine, etc., a means for reducing the same is adopted from the viewpoint of environmental protection.

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, and the casing 1 of the exhaust heat recovery heat exchanger is supplied from a gas turbine, a diesel engine or the like (not shown). From the upstream side of the exhaust gas flow, the superheater 2,
An evaporator 3, a denitration catalyst 4, and a economizer 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
こで蒸気し再び蒸気ドラム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。
Thus, the exhaust gas supplied from the gas turbine or the like to the exhaust heat recovery heat exchanger is heat-exchanged with the water flowing through the superheater 2 or the like in the superheater 2, the evaporator 3, and the economizer 5 in order. , Is emitted into the atmosphere from a chimney (not shown). On the other hand, the water that is heat-exchanged with the exhaust gas is sent from a water supply pump (not shown) to the economizer 5 through the water supply pipe, heated, and then introduced into the lower portion of the steam drum 7. Then, the canned water of the steam drum 7 is sent to the evaporator 3 by the circulation pump 8, and is steamed there, and returns to the steam drum 7 again to separate moisture, and then becomes superheated steam in the superheater 2 and becomes the main steam pipe 9 And is supplied to a steam turbine, a process device, or the like (not shown).

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, in the exhaust heat recovery heat exchanger as described above, the fuel is LN
When the exhaust gas from the gas turbine device, which is designated as G, flows in, the exhaust gas contains about 150 ppm of nitrogen oxides unless any measures are taken, and in order to satisfy the environmental standard, In general, water or steam is injected into a gas turbine combustor to suppress the amount of nitrogen oxides generated, and a denitration device 4 installed in the exhaust gas flow.
The reduction is being carried out. The dry selective catalytic reduction method, which is one of the methods of this denitration device, is to inject ammonia as a reducing agent into exhaust gas to decompose nitrogen oxides into nitrogen and water, and the reaction is an iron oxide-based catalyst. This is carried out when passing through the layer (see Japanese Examined Patent Publication No. 50-35908).

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。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400℃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。
The denitrification rate in this method largely depends on the reaction temperature in the catalyst layer as shown in FIG. That is, the denitrification rate rapidly increases as the reaction temperature rises from 200 ° C to 300 ° C, reaches a maximum value between 350 ° C and 400 ° C, and decreases again after passing 450 ° C.
From this, in the exhaust heat recovery heat exchanger for combined cycle power generation and co-generation with a wide operating load range, the denitration device is installed at a position where a high denitration rate can be obtained in the entire load zone. As shown in FIG. 5, the denitration catalyst 4 is generally installed on the downstream side of the evaporator 3, and the reducing agent injection nozzle 10 for injecting ammonia as a reducing agent is arranged on the upstream side thereof.

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。
Further, as described above, there is an appropriate temperature range for the denitration reaction, and if ammonia is injected in a temperature range other than that, it increases the amount of unreacted ammonia released into the atmosphere, which is not preferable from the standpoint of environmental protection, and especially it is started. This is an important issue in combined cycle power generation, which is frequently stopped.

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てある。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
全閉から全開となり、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装置14によつて算出し、
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 together as a method for controlling the injection of ammonia. The first method is a method of controlling the start and end of the injection of ammonia, and in the apparatus shown in FIG. 5, the temperature of the exhaust gas flow at the inlet of the denitration catalyst 4 is input to the ammonia injection control apparatus 11, from which The opening / closing of the shutoff valve 13 provided in the ammonia injection system 12 is controlled by this signal. Therefore, for example, when the temperature of the exhaust gas flow at the inlet of the denitration catalyst 4 exceeds a certain value at the time of startup, the shutoff valve 13 of the ammonia injection system 12 is changed from fully closed to fully opened by a signal from the ammonia injection control device 11, and ammonia injection is performed. Is about to start. The second method is a method of controlling the injection amount of ammonia, and the injection amount of ammonia required for the reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas flow is determined by a signal related to the nitrogen oxide content of the exhaust gas, for example, the exhaust gas flow rate. Calculated from the temperature, temperature, etc. by the ammonia injection amount calculation device 14,
The control valve 15 is operated by a 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(一点鎖線)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。
(Problems to be solved by the invention) However, as a denitration catalyst, a catalyst having a catalyst layer fixed on the surface of a structure such as iron is generally used, and since the weight of the entire catalyst is large, the heat capacity becomes considerably large. . For this reason,
When the load fluctuation range is large, such as at startup, there is a considerable time delay in the temperature change on the catalyst downstream side with respect to the gas temperature change on the catalyst upstream side. FIG. 7 is a diagram showing an example of changes in exhaust gas temperature at the catalyst inlet / outlet portion at startup,
Corresponding to the change in the exhaust gas temperature (dashed line) at the gas turbine outlet, 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 to reach the practical lower limit of the denitration reaction temperature of 250 ° C. is about 30 minutes longer on the outlet side than on the inlet side. In other words, 30 minutes after the exhaust gas temperature at the catalyst inlet reaches 250 ° C., the temperature of the entire catalyst finally becomes the lower limit of the denitration reaction temperature range.

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ス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 injection timing of ammonia is controlled by the exhaust gas temperature at the denitration catalyst inlet as in the conventional exhaust heat recovery heat exchanger, the entire catalyst is reached after the denitration catalyst inlet gas temperature reaches the temperature range suitable for the reaction. Ammonia injected into the exhaust gas before the temperature reaches the above temperature range has a problem that a considerable part is released into the atmosphere without being reacted.

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。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。
On the other hand, as a method to prevent atmospheric release of unreacted ammonia,
A method of controlling the injection of ammonia using the exhaust gas temperature at the denitration catalyst outlet is also conceivable. However, in the case of this method, as is clear from the exhaust gas temperature characteristics at startup in FIG. 7, when the exhaust gas temperature at the catalyst outlet reaches the temperature range suitable for the denitration reaction, the entire catalyst is suitable for the denitration reaction. Since the temperature is within the above range, it is possible to prevent the unreacted ammonia from being released into the atmosphere as described above. However, since ammonia is not injected until the temperature of the entire catalyst reaches the temperature range of the denitration reaction, there is a problem that nitrogen oxide in the exhaust gas during this period is not removed at all and is 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 obtain an exhaust heat recovery heat exchanger capable of minimizing the release of nitrogen oxides at the time of startup and preventing the release of unreacted reducing agent to the atmosphere. To aim.

(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 Problem) The present invention has a denitration catalyst for detoxifying nitrogen oxides contained in exhaust gas which is a heat source by catalytic reduction decomposition, and a reducing agent injection device provided on the upstream side thereof. In the exhaust heat recovery heat exchanger, an exhaust gas temperature detector for detecting the exhaust gas temperature at the inlet and the outlet of the denitration catalyst, or the exhaust gas temperature at the inlet of each stage of the denitration catalyst and the exhaust gas temperature at the outlet of the final stage. And an arithmetic unit for calculating an optimum injection amount of the reducing agent based on the output signal of the exhaust gas temperature detector and outputting 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。
(Operation) When the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the NOx removal catalyst or the exhaust gas temperature at each stage of the NOx removal catalyst is detected during operation of the exhaust heat recovery heat exchanger, the detected temperature The area of the catalyst that has reached the reaction temperature is calculated by the computing unit, the optimal injection amount of the reducing agent is calculated accordingly, and the control signal of the reducing agent injection system is controlled by the output signal, so that the optimal amount of the reducing agent is obtained. Are 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 Embodiments of the present invention will be described below 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, and the exhaust gas discharged from a gas turbine, a diesel engine, or the like is an inlet port portion provided with a reducing agent injection nozzle 10. Flows into the heat exchanger from the superheater 2,
After exchanging heat with the evaporator 3, the nitrogen oxide in the exhaust gas enters the denitration catalyst 4 and is decomposed by reacting with ammonia as a reducing agent to be reduced to a predetermined concentration. And then the economizer 5
After that, heat is exchanged again, and the heat is released from the chimney (not shown) into the atmosphere.

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に入力される。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。
By the way, a catalyst inlet side temperature detector 20 and a catalyst outlet side temperature detector 21 are provided at the inlet and the outlet of the denitration catalyst 4, respectively, and the temperature signals detected by the temperature detectors 20 and 21 are calculated by a calculator. 22 is input. Further, the computing unit 22 uses only the signal 23 relating to the nitrogen oxide content in the exhaust gas at the outlet of the gas turbine device, for example, the signal of the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, etc., to correspond to the current exhaust gas state only. A signal from the ammonia injection amount calculation device 24 for calculating the ammonia injection amount to be input 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
によつ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からの信号に乗ずることにより、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 computing unit 22 is composed of an input / output circuit, a central processing unit, a storage unit, and the like, and uses the output signal of the catalyst inlet temperature detector 20 and the output signal of the catalyst outlet side temperature detector 21 to determine the catalyst layer. Of the area in which the temperature suitable for the reaction is reached, for example, the surface area reaching the temperature suitable for the reaction of the catalyst is calculated, and the correction coefficient defined by the ratio of this value and the entire area of the catalyst layer, for example, the total surface area Is multiplied by a signal from the ammonia injection amount calculation device 24 to calculate an optimum ammonia injection amount in consideration of the current temperature state of the catalyst, and this is converted into a valve opening signal to adjust the control valve 15 Output a control signal for controlling.

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 computing unit 22 will be described below with reference to 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 flow chart showing the processing performed by the computing unit 22 at a certain time during the operation of the exhaust heat recovery heat exchanger of the present invention. The release of unreacted ammonia into the atmosphere is a problem mainly at startup. Also, although the load is changed, the description will proceed here assuming the start-up.

まず、Pにおいて触媒の反応温度の下限値Tmin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 value T min of the reaction temperature of the catalyst is set at P 1 . This value is 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T、お
よび触媒出口側ガス温度TをPで読み込み、P
この2つの温度信号のうち高い方をH、低い方をT
に設定する。図中のMAX[T,T]はTとT
の大きい方を示し、MIN[T,T]はTとT
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Tが触媒出口側ガス温度Tよりも高いた
め、T=T,T=Tとなる。
Subsequently, the catalyst inlet gas temperature T 1 and the catalyst outlet gas temperature T 2 at the current time are read in P 2 , and in P 3 , the higher one of these two temperature signals is HL and the lower one is TL.
Set to. MAX [T 1 , T 2 ] in the figure are T 1 and T 2.
, MIN [T 1 , T 2 ] is T 1 and T 2
The smaller one is shown. Here, since the catalyst inlet side gas temperature T 1 is higher than the catalyst outlet side gas temperature T 2 at the time of startup, T H = T 1 and T L = T 2 .

続いて、Pにてアンモニア注入量算出装置24からの
触媒内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Aを読み込む。この後T(=触媒入口側
温度T)と反応温度下限値Tminと比較し、T<T
minならばPへ分岐する。この場合触媒入口側ガス温
度Tが反応温度下限値Tmin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
アンモニア注入量A=0とする。
Subsequently, at P 4 , the ammonia injection amount A O from the ammonia injection amount calculation device 24, which is not corrected for the temperature distribution in the catalyst, is read. After that, TH (= catalyst inlet side temperature T 1 ) is compared with the reaction temperature lower limit value T min, and TH <T
If min , branch to P 9 . In this case, since the catalyst inlet gas temperature T 1 has not reached the reaction temperature lower limit value T min , it is determined that the entire denitration catalyst has not reached the reaction temperature, and the true ammonia injection amount A = 0.

これに対し、T≧Tminすなわち触媒入口温度T
反応温度下限値Tmin以上である場合には、Pへ進み
(触媒出口側温度T)と反応下限値温度Tmin
の比較を行なう。このとき、T≧Tminすなわち触媒
出口側温度T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=Aとなる(P
10)。
On the other hand, if T H ≧ T min, that is, if the catalyst inlet temperature T 1 is equal to or higher than the reaction temperature lower limit value T min , the process proceeds to P 6 and T L (catalyst outlet side temperature T 2 ) and the reaction lower limit value temperature T min. Compare with. At this time, if T L ≧ T min, that is, the catalyst outlet side temperature T 2 is also the reaction temperature lower limit value or more,
Since it is determined that the entire denitration catalyst has reached the reaction temperature, the ammonia injection amount is not corrected and A = A 0 (P
10 ).

一方、T<TminならばPへ分岐する。この場合触
媒入口側温度Tは反応温度に達しており、かつ触媒出
口側温度T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 L <T min , the process branches to P 7 . In this case, the catalyst inlet side temperature T 1 has reached the reaction temperature, and the catalyst outlet side temperature T 2 has not reached the reaction temperature, and it is judged that the denitration 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
に対して補正係数αを計算する。ここで、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
の関数である。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 が最も単純な形としてあげられる。
Then, the correction coefficient α is calculated for the value A 0 calculated by the ammonia injection amount calculation device 24. Here, the correction coefficient α represents the ratio of the portion reaching the reaction temperature range in the catalyst layer to all the catalysts, and is a function of the catalyst inlet temperature T 1 and the catalyst outlet temperature T 2 . As an example of this function, the temperature distribution between the catalyst inlet and outlet was approximated by a linear equation. Can be given as the simplest form.

続いて、上記Pで計算されたαを、補正されないアン
モニア注入量A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量Aが計算される(P)。
Next, the corrected true ammonia injection amount A is calculated by multiplying the uncorrected ammonia injection amount A 0 by α calculated in P 7 (P 8 ).

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(P11、P
12)。
In this way, the true ammonia injection amount A determined in each of the above steps is converted into the opening signal of the control valve 15, and the opening signal is output to the control valve 15 (P 11 , P
12 ).

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 changes, the optimum ammonia injection amount is calculated by the same process as 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, at the time of startup or load change, the area of the catalyst that has reached the reaction temperature from the denitration catalyst inlet / outlet gas temperature to the ammonia injection amount that was conventionally determined only from the exhaust gas state of the gas turbine etc. Since it is calculated and corrected by this, an appropriate amount of ammonia is injected into the exhaust gas, the amount of nitrogen oxides released into the atmosphere is minimized, and unreacted ammonia is released into the atmosphere. 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段入口側排出ガス温度検出器26a,第2段入
口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2段出口排出ガス温度検出器26
r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 view showing another embodiment of the present invention. In this exhaust heat recovery heat exchanger, a plurality of stages of denitration catalysts are provided in the flow direction, and a plurality of stages form one denitration device. Has been done. That is, between the evaporator 3 and the economizer 5, the first stage denitration catalyst 25a, ..., The nth stage denitration catalyst 25n are provided from the upstream side of the exhaust gas flow, and the inlet side of each stage is provided. Is provided with 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. At the outlet, the second stage outlet exhaust gas temperature detector 26
r is provided. The inlet side temperature detectors from the second stage to the nth stage are also used as the outlet side temperature detectors of the denitration catalyst of the preceding stage, and the output signals of these n + 1 temperature detectors are calculated by the calculator 22. Entered in.

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量Aに乗じて真のアンモ
ニア注入量Aを算出し、さらにこの値を調節弁15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 calculator 22 is also input from the ammonia injection amount calculation device 24 that calculates the ammonia injection amount using the signal 23 relating to the nitrogen oxide content in the exhaust gas as in the first embodiment, where n + 1 The number of catalyst stages reaching the reaction temperature is obtained from the signal of the exhaust gas temperature detector, the correction coefficient α defined by the ratio of this to the total number of stages is calculated, and the uncorrected ammonia injection amount A 0 is multiplied to obtain the true value. Is calculated, and this value is converted into an opening degree signal of the control valve 15, and the signal is added 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Tminを設定する。つづいて、P
でアンモニア注入量算出装置24からの触媒内温度分布
に関する補正が行なわれていないアンモニア注入量A
を読み込む。
FIG. 4 is a flow chart showing the processing performed by the computing unit 22 at a certain time in the above-mentioned embodiment. First, the lower limit value T min of the catalyst reaction temperature is set at P 1 . Next, P 2
Ammonia injection amount A 0 not corrected by the ammonia injection amount calculation device 24 regarding the temperature distribution in the catalyst
Read.

ではPからP10までのループを制御するループカ
ウンタk、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 3 , both the loop counter k that controls the loop from P 4 to P 10 and the counter i that counts the catalyst that has reached the reaction temperature are set to O.

ではループkが1だけ加算され、Pで第k段目の
触媒入口側ガス温度TK1と同じく出口側ガス温度TK2
読み込み、続くPでこのTK1とTK2のうち高い方をT
、低い方をTに設定する。ここで起動時にはTK1
K2であるからTに入口側ガス温度TK2、Tに出口
側ガス温度TK2が設定される。
At P 4 , the loop k is incremented by 1, and at P 5 , the catalyst inlet side gas temperature T K1 as well as the outlet side gas temperature T K2 is read, and at P 6 that follows, the higher of T K1 and T K2 . T to
Set H 2 and the lower one to T L. Here when starting up, T K1
T inlet side gas temperature because it is K2 to T H T K2, T L the outlet gas temperature T K2 is set.

ついで、PでTと触媒反応温度下限値Tminとの比
較を行ない、T<Tminの場合には反応温度に達して
いないので、P10へ分岐しそのままループが続けられ
る。一方、T>Tminの場合には、Tは反応温度に
達しており、続いてPに進みTとTminの比較が行
なわれる。このときT≧Tminであれば、その段の触
媒入口、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T≧Tminでない場合は
は反応温度に達していないためカウントは行なわれ
ずP10へ進む。そして、P10にてループカウンタkが全
触媒段数nに達するまでP〜P10がループされる。
Then, performs comparison between T H and the catalyst reaction temperature lower limit value T min at P 7, since in the case of T H <T min is not reached the reaction temperature, it is loop branches to P 10 continues. On the other hand, when T H > T min , T H has reached the reaction temperature, and then the process proceeds to P 8 to compare T L and T min . At this time, if T L ≧ T min , the counter i is incremented by 1 because both the catalyst inlet and outlet of that stage have reached the reaction temperature. On the other hand, if T L ≧ T min is not satisfied, T L has not reached the reaction temperature and counting is not performed and the process proceeds to P 10 . Then, at P 10 , P 4 to P 10 are looped until the loop counter k reaches the total catalyst stage number n.

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がカウントされたことになり、
11にて補正を施した真のアンモニア注入量Aを 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(P12',P13)。
When the loop is completed in this way, the stage number i of the catalyst reaching the reaction temperature has been counted,
The true ammonia injection amount A corrected in P 11 Calculate by And the above true ammonia injection amount A
Is converted into an opening signal of the control valve 15 and output to the control valve 15 (P 12 ′ , P 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温度に達している段の数を
カウントし、補正係数αをα=i/nによって求める点で
異なっている。
As described above, the operation of the calculator 22 is basically the same as that of the first embodiment, but in the first embodiment, the correction coefficient is estimated by predicting the temperature distribution in the catalyst according to the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the catalyst. In contrast to the above, the second embodiment counts the number of stages of the denitration catalysts of all stages in which both the inlet and outlet temperatures reach the counter temperature, and obtains the correction coefficient α by α = i / 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くなるので、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, also in this example, since an appropriate amount of ammonia for denitration corresponding to the catalyst portion that has reached the reaction temperature is injected, the atmospheric release of unreacted ammonia is minimized while minimizing the atmospheric release of nitrogen oxides. Can be suppressed. Further, in the present embodiment, since the temperature information that can be used for the calculation in the arithmetic unit 22 increases, the reliability can be expected to be improved as compared with the first embodiment. Further, when the number of stages of the denitration catalyst is relatively small, the accuracy of the ammonia injection amount can be increased by applying the first embodiment to each stage.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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 described above, the present invention detects the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitration catalyst and determines the temperature range where the reaction temperature is reached, so that the optimal amount of reducing agent is injected accordingly. Therefore, it is possible to minimize the release of unreacted reducing agent into the atmosphere, and it is not necessary to wait for the reducing agent to be injected until the denitration catalyst reaches the reaction temperature completely. Can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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、脱硝触媒入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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust heat recovery heat exchanger of the present invention, FIG. 2 is a flow chart showing an operation of a computing unit, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a flow chart showing the operation of the calculator in the other embodiment, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional exhaust heat recovery heat exchanger, FIG. 6 is a temperature characteristic diagram of the denitration rate in the denitration device, and FIG. FIG. 4 is a state explanatory view showing changes in exhaust gas temperature at a gas turbine outlet, a denitration catalyst inlet and a denitration catalyst outlet. 2 ... Superheater, 3 ... Evaporator, 4 ... Denitration catalyst, 5 ...
Economizer, 10 ... reducing agent injection nozzle, 15 ... control valve,
20 ... Catalyst inlet side temperature detector, 21 ... Catalyst outlet side temperature detector, 22 ... Calculator, 24 ... Ammonia injection amount calculation device.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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。
1. An exhaust heat recovery heat exchanger comprising a denitration catalyst for detoxifying nitrogen oxides contained in exhaust gas, which is a heat source, by catalytic reduction decomposition, and a reducing agent injection device provided on the upstream side thereof. An exhaust gas temperature detector that detects the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the denitration catalyst, and calculate the optimal injection amount of the reducing agent by the output signal of the exhaust gas temperature detector,
An exhaust heat recovery heat exchanger, comprising: a calculator that outputs a control signal to a control valve provided in a reducing agent injection system.
【請求項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。
2. An exhaust heat recovery heat exchanger comprising a denitration catalyst for detoxifying nitrogen oxides contained in exhaust gas, which is a heat source, by catalytic reduction decomposition, and a reducing agent injection device installed on the upstream side thereof. A denitration catalyst installed in multiple stages in the exhaust gas flow direction, an exhaust gas temperature detector that detects the exhaust gas temperature at the inlet side of each stage denitration catalyst and the exhaust gas temperature at the exit of the final stage denitration catalyst, and the respective temperatures. It has a calculator that calculates the catalyst stage that has reached the reaction temperature from the output signal of the detector, calculates the optimal reducing agent injection amount corresponding to it, and outputs a control signal to the control valve installed in the reducing agent injection system. An exhaust heat recovery heat exchanger characterized by the above.
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