JPH08326508A - 脱硝制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱硝制御の速応性および信頼性を高める。 【構成】 フィードバック制御系において、脱硝出口Ｎ
Ｏx 濃度検出器として、従来既設の低速型ＮＯx 濃度検
出器１５とこれよりも測定精度は劣るが検出スピードが
速い高速型ＮＯx 濃度検出器４１を使用する。高速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器４１のＮＯx 濃度信号ｒは、関数器４２
によって低速型ＮＯx 濃度検出器１５のＮＯx 濃度信号
ｅのように無駄時間と１次遅れを伴う信号ｓに変換し、
この検出遅れ模擬信号ｓとの偏差を減算器４４によって
算出する。この減算器４４からの偏差信号ｔを低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器１５のＮＯx 濃度信号ｅに加算して得ら
れるＮＯx 濃度信号ｕをフィードバック信号として用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラント等におい
てガスタービン排ガス中の窒素酸化物を規制値以下に低
減するための還元物質注入量を制御する脱硝制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電プラントは、蒸気タービン単
体、または、ガスタービン単体を原動機として発電機と
組合わせていた、いわゆるシンプルサイクルプラントで
あったが、最近では発電効率の向上を目的としてガスタ
ービンと蒸気タービンの利点を巧みに組合わせた複合発
電プラントが主流になりつつある。

【０００３】図１１は、複合発電プラントのガスタービ
ン排ガスの発生から大気への排出に至る構成を概略的に
示したものである。

【０００４】ガスタービン装置は圧縮機１と燃焼器２と
ガスタービン３から構成されており、圧縮機１にて圧縮
された空気が燃焼器２に送られ、燃焼器２において別途
供給される燃料４が圧縮機１からの圧縮空気と混合され
て燃焼される。燃焼器２で発生した高温の燃焼生成ガス
は、ガスタービン３に送られて仕事をした後、ガスター
ビン排ガス５として排熱回収ボイラ６に送られる。

【０００５】排熱回収ボイラ６は、過熱器７、再熱器
８、蒸発器９、および節炭器１０等によって構成され、
ガスタービン排ガス５の排熱を利用して蒸気を生成し、
図示しない蒸気タービンに送る。

【０００６】一方、排熱回収ボイラ６によって熱交換さ
れてエネルギーが小さくなった低温の排ガスは、煙突１
１より大気中に排出される。ところが、この排出ガス中
には人体に有害なＮＯ、ＮＯ₂ 等の窒素酸化物、いわゆ
るＮＯx が含まれており、排出される排ガス中のＮＯx
濃度の許容値は自治体により法的に厳しく規制されてい
る。

【０００７】そこで排ガス中のＮＯx を低減除去して規
制値以下に抑えるために、排ガス流路に脱硝装置１２が
設置されている。脱硝装置とは、排ガス中に還元物質、
例えばアンモニアを注入して、ＮＯx を触媒の存在下で
無害な水と窒素に還元させて除去するものであるが、燃
焼生成ガス中のＮＯx に対し供給アンモニア量が少ない
と未反応のＮＯx が増え、また、過剰のアンモニアを供
給すると未反応のアンモニアを排出することになり、さ
らには、プロセスが触媒中での化学反応ということもあ
り、アンモニアの注入によって排ガス中のＮＯx 量を規
定値に制御するのが難しいという特徴がある。

【０００８】このため、燃焼生成ガス中のＮＯx の量に
見合った例えばアンモニアのような還元物質量を適切な
タイミングで供給するように制御する装置として脱硝制
御装置１３が提案されている。

【０００９】脱硝制御装置１３は、ガスタービン出口の
ＮＯx 濃度を検出する脱硝入口ＮＯx 濃度検出器１４お
よび脱硝装置出口のＮＯx 濃度を検出する脱硝出口ＮＯ
x 濃度検出器１５からそれぞれＮＯx 濃度信号を入力
し、脱硝装置出口のＮＯx 濃度をＮＯx 設定値に抑える
ために必要な還元物質流量を算出し、これに基づいて還
元物質流量調節弁１６の弁開度を制御することにより還
元物質流量を調節する。

【００１０】還元物質は還元物質流量調節弁１６を介し
て還元物質注入グリッド１７に送られ、ここから排ガス
中に注入される。還元物質、例えばアンモニアを注入さ
れた排ガスは、触媒層からなる脱硝装置１２にてＮＯx
とアンモニアの化学反応を生じ、ＮＯx は無害な水と窒
素に還元されて除去される。

【００１１】脱硝制御装置１３は、大きくフィードバッ
ク制御系とフィードフォワード制御系に分けられる。図
１２に脱硝制御装置の従来例を示す。

【００１２】図１２において、フィードバック制御系
は、還元物質の流量を計測して還元物質流量調節弁の弁
開度を操作する２次フィードバック制御系２０と、脱硝
装置出口のＮＯx 値をＮＯx 設定値と等しくなるように
フィードバック制御を行う１次フィードバック制御系２
１とを組み合わせたカスケード制御系にて構成される。
これは、脱硝装置出口のＮＯx 濃度検出の時定数に対し
て還元物質流量制御の時定数の方が速いためにカスケー
ド制御方式が採用される。

【００１３】また、フィードフォワード制御系２２は、
ガスタービン出口すなわち脱硝装置入口のＮＯx 濃度に
より先行的に制御を行うものであり、上記フィードバッ
ク制御系のみでは脱硝反応の反応遅れにより十分な制御
特性が得られないため付加される。

【００１４】１次フィードバック制御系２１において、
信号発生器２３には脱硝装置出口のＮＯx 濃度の基本設
定値が設定されており、信号発生器２３から基本設定値
信号ａが記憶器２４へ送られる。この基本設定値はプラ
ント運転員により手動で増加、減少できるよう設計され
ており、ＮＯx 設定値を変更する場合は、設定値操作手
段２５を操作して、記憶器２４に記憶されている基本設
定値を任意の値に変更する。記憶器２４からは基本設定
値、あるいは任意に増減された変更設定値が設定値信号
ｂとしてＮＯx 濃度逆換算手段２６に出力される。

【００１５】一般にＮＯx 値の規制管理は、基準Ｏ₂ 濃
度の排ガスにおけるＮＯx 濃度に換算した値（以下、換
算ＮＯx 濃度と呼ぶ）で行われており、記憶器２４から
出力される設定値信号ｂは、この換算ＮＯx 濃度の設定
値信号である。これに対して還元物質注入は、排ガス中
の実際のＮＯx 濃度（以下、これを実ＮＯx 濃度と呼
ぶ）に対して行われるため、設定値信号ｂは換算前の実
ＮＯx 濃度の設定値に逆換算される必要がある。

【００１６】このため、ＮＯx 濃度逆換算手段２６は、
排ガスＯ₂ 濃度検出手段２７から排ガスＯ₂ 濃度信号ｃ
を入力し、この排ガスＯ₂ 濃度により設定値信号ｂを逆
換算して、実設定値信号ｄを減算器２８に出力する。

【００１７】脱硝出口ＮＯx 濃度検出器１５は、検出遅
れを伴うが計器の精度は良いいわゆる低速型ＮＯx 濃度
検出器であり、図１１に示すように脱硝装置出口に１個
のみ設置されており、脱硝装置出口の排ガス中の実ＮＯ
x 濃度を検出して脱硝出口ＮＯx 濃度信号ｅを減算器２
８に出力する。

【００１８】減算器２８は、逆換算された実設定値信号
ｄと脱硝出口ＮＯx 濃度信号ｅとの偏差を求め、ＰＩ
（比例積分）演算器２９へその偏差信号ｆを出力する。

【００１９】ＰＩ演算器２９は、この偏差信号ｆに基づ
いてこれを０にするような信号、すなわち脱硝出口ＮＯ
x 濃度信号ｅが実設定値信号ｄに等しくなるような還元
物質流量目標信号ｇを演算し、加算器３０に出力する。

【００２０】フィードフォワード制御系２２において
は、排ガス流量演算手段３１が、ガスタービンの状態
量、例えば、図１１の圧縮機１の空気流量、燃料器２へ
の燃料流量等を検出するガスタービン状態量検出手段３
２からガスタービン状態量信号ｈを入力して排ガス流量
の計算を行い、排ガス流量信号ｉを乗算器３３に出力す
る。

【００２１】図１１に示すように排熱回収ボイラ６の入
口、すなわちガスタービン出口に設置された脱硝入口Ｎ
Ｏx 濃度検出器１４は、脱硝装置入口排ガス中の実ＮＯ
x 濃度を検出し、脱硝入口ＮＯx 濃度信号ｊを乗算器３
３に出力する。

【００２２】乗算器３３では、排ガス流量信号ｉと脱硝
入口ＮＯx 濃度信号ｊの乗算を行い、脱硝入口ＮＯx 流
量信号ｋを乗算器３４に出力する。信号発生器３５に
は、脱硝装置入口の排ガス中のＮＯx 量に対して注入す
べき還元物質量の割合であるモル比が予め設定されてお
り、モル比信号ｌを乗算器３４に出力する。

【００２３】乗算器３４では、脱硝入口ＮＯx 流量信号
ｋとモル比信号ｌの乗算を行い、基準還元物質流量信号
ｍを加算器３０に出力する。これにより、脱硝入口実Ｎ
Ｏx量に対する必要な還元物質の流量、すなわち基準還
元物質流量信号ｍが求められる。

【００２４】加算器３０においては、１次フィードバッ
ク制御系２１の出力による還元物質流量目標信号ｇと、
フィードフォワード制御系２２の出力による基準還元物
質流量信号ｍとの加算が行われ、これにより還元物質流
量指令信号が求められる。

【００２５】これは、フィードフォワード制御系２２で
設定した還元物質流量で除去しきれなかったＮＯx を１
次フィードバック制御系２１で監視して、脱硝出口ＮＯ
x 量をＮＯx 設定値に制御するために還元物質流量の増
減を行うものである。

【００２６】この還元物質流量指令信号ｎが２次フィー
ドバック制御系２０の目標値として減算器３６に入力さ
れる。

【００２７】２次フィートバック制御系２０において
は、減算器３６は、還元物質流量計３７からの還元物質
流量信号ｏと、２次フィードバック制御系２０の目標値
である還元物質流量指令信号ｎの偏差を求め、偏差信号
ｐをＰＩ演算器３８に出力する。ＰＩ演算器３８は、偏
差信号ｐを０とするような還元物質流量調節弁１６の弁
開度を求め還元物質流量調節弁１６へ操作信号ｑを送
る。

【００２８】すなわち、脱硝装置出口におけるＮＯx 量
の変動に伴い、ＮＯx 量をＮＯx 設定値に一致させるよ
う算出された還元物質量に対して、プロセス値（還元物
質流量測定値）との変化量をＰＩ演算器３８に送り、Ｐ
Ｉ演算器３８からの操作信号ｑにより還元物質流量調節
弁１６の弁開度を制御することによって、プロセス値を
還元物質算出量に一致させている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の脱硝制
御装置においては、以下に示すような問題点がある。

【００３０】（１）１次フィートバック制御系に使用さ
れる脱硝出口ＮＯx 濃度検出器は１個であり、このＮＯ
x 濃度検出器はメンテナンスを考慮した設置場所の問題
もあって、脱硝装置出口の還元処理後の排ガスをＮＯx
濃度検出器に引き込むためのサンプリング配管が長く、
そのために検出器の検出時間が遅れる、いわゆるむだ時
間を生じるという問題がある。

【００３１】この検出時間の遅れにより、フィードバッ
ク制御の速応性が損なわれ、脱硝装置出口の排ガスの中
のＮＯx 量を設定値にするために必要な還元物質量に流
量調節する還元物質流量調節弁１６の操作指令に遅れを
生じる。

【００３２】この結果、脱硝装置出口のＮＯx 量を設定
値に迅速に抑えることができなかったり、また必要以上
の還元物質量を注入して経済的に好ましくないといった
問題がある。

【００３３】（２）また、フィードフォワード制御系に
使用される脱硝入口ＮＯx 濃度検出器１４は、排熱回収
ボイラ６の入口、すなわちガスタービン３の出口後流に
設置されるが、その計測点を決めるにあたっては、まず
排ガスの進行方向に対して垂直な２次平面において格子
状に１６点ほど計測点をとり、各々の計測点についてＮ
Ｏx 値を計測してその平均値を計算し、１６点の計測値
のうち平均値に最も近い値を示す計測点を代表として採
用し、以後その計測点に固定して計測を行っていた。

【００３４】しかしながら、ガスタービン出口後流の排
ガス中のＮＯx 濃度値の分布は、プラントの負荷が変わ
ることにより異なるという問題があり、代表値を示す計
測点を１箇所決めても、プラント負荷の変動により代表
値を示す計測点の位置も変動するために、ＮＯx 濃度検
出器の信号はプラント負荷により精度が変わり脱硝制御
を行うために最適な信号とは言えないという問題があ
る。

【００３５】本発明は、上記（１）の問題点に対処し
て、脱硝出口ＮＯx 濃度検出器のフィードバック信号の
応答性を高め、還元物質流量調節弁の操作指令に遅れを
なくし、脱硝制御の速応性を向上させた脱硝制御装置を
提供することを目的とする。

【００３６】また本発明は、上記（２）の問題点に対処
して、プラント負荷が変わっても、常に最適な脱硝入口
ＮＯx 濃度検出値を得て、安定した信頼性の高い脱硝制
御を行うことができる脱硝制御装置を提供することを目
的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、上記
（１）および（２）の問題点を解決するために、本発明
はガスタービンの排ガスを導入しこの排ガスの熱を熱交
換器によって回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ
と、この排熱回収ボイラ内に設置され排ガス中の窒素酸
化物を注入還元物質と反応させて除去する脱硝装置とを
有する複合発電プラントの、脱硝装置出口の排ガス中の
窒素酸化物量を脱硝装置に注入される還元物質流量を調
整することによって設定値に制御する脱硝制御装置にお
いて、脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を高精度
で測定する低速型窒素酸化物検出器と、脱硝装置出口の
排ガス中の窒素酸化物量を高速度で測定する高速型窒素
酸化物検出器と、低速型窒素酸化物検出器による窒素酸
化物測定信号および前記高速型窒素酸化物検出器による
窒素酸化物測定信号に基づいてフィードバック信号を生
成し、このフィードバック信号が設定値に等しくなるよ
うな還元物質流量を算出するフィードバック制御系と、
排熱回収ボイラ内の少なくとも最もガスタービン近くに
配置された熱交換器より下流側に設置され、脱硝装置入
口の排ガス中の窒素酸化物量を測定する脱硝入口窒素酸
化物検出器と、この脱硝入口窒素酸化物検出器からの窒
素酸化物測定信号に基づいて脱硝装置入口の窒素酸化物
量に対して必要な還元物質流量を算出しフィードバック
制御系の出力に加算するフィードフォワード制御系とを
備えたことを特徴とする。

【００３８】また本発明は、上記（１）の問題点を解決
するために、ガスタービンの排ガスに還元物質を注入し
脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去して脱硝装置出口の
排ガス中の窒素酸化物量を設定値に制御する脱硝制御装
置において、脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を
高精度で測定する低速型窒素酸化物検出器と、脱硝装置
出口の排ガス中の窒素酸化物量を高速度で測定する高速
型窒素酸化物検出器と、低速型窒素酸化物検出器による
窒素酸化物測定信号および高速型窒素酸化物検出器によ
る窒素酸化物測定信号に基づいてフィードバック信号を
生成し、このフィードバック信号が設定値に等しくなる
ような還元物質流量を算出するフィードバック制御系と
を備えたことを特徴とする。

【００３９】また本発明は、上記フィードバック制御系
が、脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が時間によ
って変動するプラント状態では高速型窒素酸化物検出器
による窒素酸化物測定信号をフィードバック信号として
用い、脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量がほぼ一
定となる定常状態では低速型窒素酸化物検出器による窒
素酸化物測定信号をフィードバック信号として用いるこ
とを特徴とする。

【００４０】さらに本発明は、上記フィードバック制御
系が、高速型窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測定信
号に基づいて、当該信号の時間に対する波形から変動領
域を抽出し対応する窒素酸化物信号を出力する演算手段
と、低速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測定信号
に演算手段からの窒素酸化物信号を加算する加算器と、
この加算器から出力されるフィードバック信号が設定値
に等しくなるような還元物質流量を算出するフィードバ
ック演算手段を備えたことを特徴とする。

【００４１】また本発明は、上記フィードバック制御系
が、低速型窒素酸化物検出器および高速型窒素酸化物検
出器のいずれか一方に異常が生じたとき、他方の正常な
検出器による窒素酸化物測定信号をフィードバック信号
として用いるバックアップ手段を備えたことを特徴とす
る。

【００４２】また本発明は、上記フィードバック制御系
が、高速型窒素酸化物検出器が異常か否かを判断する高
速型センサ異常判断手段と、低速型窒素酸化物検出器が
異常か否かを判断する低速型センサ異常判断手段と、高
速型センサ異常判断手段の判断結果に基づいて、高速型
窒素酸化物検出器の正常時は加算器からの出力信号を選
択し、高速型窒素酸化物検出器の異常時は低速型窒素酸
化物検出器からの出力信号を選択してフィードバック演
算手段のフィードバック信号として出力する第１信号切
替手段と、高速型窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測
定信号が設定値に等しくなるような還元物質流量を算出
する第２フィードバック演算手段と、低速型センサ異常
判断手段の判断結果に基づいて、低速型窒素酸化物検出
器の正常時はフィードバック演算手段からの出力信号を
当該フィードバック制御系の出力信号として選択し、低
速型窒素酸化物検出器の異常時は第２フィードバック演
算手段からの出力信号を選択する第２信号切替手段とを
備えたことを特徴とする。

【００４３】また本発明は、上記（２）の問題点を解決
するために、ガスタービンの排ガスを導入しこの排ガス
の熱を熱交換器によって回収して蒸気を発生させる排熱
回収ボイラと、この排熱回収ボイラ内に設置され排ガス
中の窒素酸化物を注入還元物質と反応させて除去する脱
硝装置とを有する複合発電プラントの、脱硝装置出口の
排ガス中の窒素酸化物量を脱硝装置に注入される還元物
質流量を調整することによって設定値に制御する脱硝制
御装置において、排熱回収ボイラ内の少なくとも最もガ
スタービン近くに配置された熱交換器より下流側に設置
され、脱硝装置入口の排ガス中の窒素酸化物量を測定す
る脱硝入口窒素酸化物検出器と、この脱硝入口窒素酸化
物検出器からの窒素酸化物測定信号に基づいて脱硝装置
入口の窒素酸化物量に対して脱硝装置出口の窒素酸化物
量を設定値に制御するに必要な還元物質流量を算出する
フィードフォワード制御系とを備えたことを特徴とす
る。

【００４４】

【作用】上記構成において、高速型窒素酸化物濃度検出
器（以下窒素酸化物をＮＯx という）の信号は、検出速
度は速いが若干精度が劣るという問題があり、低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器の信号は、精度はよいが実際のＮＯx 値
（以下、実ＮＯx 値と呼ぶ）に対して検出遅れを生じる
という問題がある。

【００４５】２つの検出器の特徴を最大限に生かすた
め、負荷変化時や起動／停止時のような実ＮＯx 値が変
動するプラント状態では、検出遅れの少ない高速型ＮＯ
x 濃度検出器の信号を採用するようにし、実ＮＯx 値の
変動が小さくなりほぼ一定になれば、検出遅れの影響は
なくなるので、高速型より高精度な低速型ＮＯx 濃度検
出器の信号を採用にするようにする。

【００４６】このために、高速型ＮＯx 濃度検出器の信
号を処理する演算手段では、検出遅れの少ない高速型Ｎ
Ｏx 検出器の信号から、時間に対する実ＮＯx の変化が
激しい変動領域だけを抽出するようにし、この値とＮＯ
x 値の変動の少ない定常領域における低速型ＮＯx 濃度
検出器の高精度な値との加算によりフィードバック信号
が生成される。

【００４７】このように、演算手段によって高速型ＮＯ
x 濃度検出器の信号から抽出された検出遅れの少ない変
動領域の信号と低速型ＮＯx 濃度検出器の高精度な値と
の加算により、実ＮＯx 値の拳動にほぼ対応したＮＯx
濃度信号を得ることができる。すなわち、実ＮＯx 値に
対するＮＯx 濃度検出器の速応性と精度を補償すること
ができ、フィードバック制御の精度向上を図ることがで
きる。

【００４８】また、フィードバック制御系が、低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器および前記高速型ＮＯx 濃度検出器のい
ずれか一方に異常が生じたとき、他方の正常な検出器に
よる窒素酸化物測定信号をフィードバック信号として用
いるバックアップ手段を備えることにより、ＮＯx 検出
器の異常時に対するフィードバック制御の信頼性を高め
ることができる。

【００４９】さらにまた、脱硝装置入口のＮＯx 濃度検
出器を、排熱回収ボイラ内の熱交換器、例えば過熱器の
後流、または、再熱器や蒸発器の後流に設置することに
より、プラントの負荷変動があっても熱交換器の後流で
は排ガス中のＮＯx 濃度分布の傾向はほとんど変化しな
いので、脱硝装置入口のＮＯx 濃度測定値の精度は、プ
ラントの負荷変動により大きく左右されることがなく、
この結果フィードフォワード制御の精度を安定させるこ
とができる。

【００５０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。なお、従来例と共通する部分には同一符号を付し
て、重複する説明は省略する。

【００５１】本発明の脱硝制御装置の第１実施例を図１
に基づいて説明する。図１は本実施例における１次フィ
ードバック制御系を示すものである。

【００５２】本実施例の脱硝制御装置は、従来の技術と
同じくフィードフォワード制御系とフィードバック制御
系からなる。フィードフォワード制御系は図１２に示す
従来技術と同じ構成であるが、フィードバック制御系に
おいては、２台の脱硝出口ＮＯx 濃度検出器が使用さ
れ、従来既設のＮＯx 濃度検出器（以下、低速型ＮＯx
濃度検出器と呼ぶ）１５とともに、低速型ＮＯx 濃度検
出器１５よりも測定精度は劣るが検出スピードが速い高
速型ＮＯx 濃度検出器４１が脱硝装置出口に設置され
る。このような高速型ＮＯx 濃度検出器４１はサンプリ
ング配管を短くし、排ガスをＮＯx 計に引き込む速度を
速くするために大型の引き込みポンプを備えることによ
って得られる。

【００５３】そして、本実施例のフィードバック制御系
は、図１に示すように、図１２の従来構成と比較して、
前述の高速型ＮＯx 濃度検出器４１と、この高速型ＮＯ
x 濃度検出器４１のＮＯx 濃度信号ｒを入力し低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器１５の出力信号ｅのように無駄時間と１
次遅れを伴う信号ｓに変換する関数器４２と、高速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器４１のＮＯx 濃度信号ｒと関数器４２の
出力信号ｓとの偏差を算出する減算器４３と、低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器１５からのＮＯx 濃度信号ｅに減算器４
３からの偏差信号ｔを加算してＮＯx 濃度信号ｕを減算
器２８に出力する加算器４４とを付加した構成となって
いる。

【００５４】次に、本実施例の作用を図１〜図４を参照
して説明する。図２〜図４は上記フィードバック制御系
の各信号の特性を示すものである。

【００５５】高速型ＮＯx 濃度検出器４１によって得ら
れる脱硝出口ＮＯx 濃度信号ｒは、図２に示すように、
関数器４２によって低速型ＮＯx 濃度検出器１５の脱硝
出口ＮＯx 濃度信号ｅのように検出遅れを有する信号ｓ
に変換される。減算器４３では、高速型ＮＯx 濃度検出
器４１からの検出遅れの少ない信号ｒと関数器４２によ
って検出遅れを有するように加工された検出遅れ模擬信
号ｓとの偏差を求め、偏差信号ｔを出力する。これによ
り、図３に示すように、高速型ＮＯx 濃度検出器の信号
ｒのうち変動領域を取り出すことができる。この偏差信
号ｔは、加算器４４において、低速型ＮＯx 濃度検出器
１５からの図３に示すようなＮＯx 濃度信号ｅと加算さ
れ、図４に示すような信号ｕが脱硝出口ＮＯx 濃度信号
として減算器２８に出力される。

【００５６】上記したように、本実施例においては、脱
硝装置出口の実ＮＯx 濃度の変動に対し、ＮＯx 値の変
動領域では高速型ＮＯx 濃度検出器４１による検出遅れ
のないレスポンスの良い信号ｒが採用され、ＮＯx 値変
動のない定常領域では、低速型ＮＯx 濃度検出器１５の
精度の良い信号ｅが採用されることになり、脱硝制御の
フィードバック制御において速応性と精度をともに確保
することができる。その結果、脱硝装置の還元物質流量
調節弁の弁開度制御に遅れをなくして、脱硝装置出口の
ＮＯx 量を設定値に抑えるための還元物質流量を迅速に
送ることができ、また、過剰な還元物質を消費せずに経
済的な運用を行うことができる。

【００５７】本発明の脱硝制御装置の第２実施例を図５
に基づいて説明する。

【００５８】図５は、本実施例における１次フィードバ
ック制御系を示すもので、第１実施例の１次フィードバ
ック制御系を示す図１と比較して、高速型ＮＯx 濃度検
出器４１によるＮＯx 濃度信号ｒからＮＯx 濃度の変動
領域を取り出す手段が異なっている。

【００５９】すなわち、本実施例では、高速型ＮＯx 濃
度検出器４１からのＮＯx 濃度信号ｒを入力し、演算を
行って微分成分信号ｖを加算器４４に出力する関数器５
１が設けられている。加算器４４は、低速型ＮＯx 濃度
検出器１５によるＮＯx 濃度信号ｅに関数器５１からの
微分成分信号ｖを加算して、脱硝出口ＮＯx 濃度信号ｗ
を減算器２８に出力する。

【００６０】次に、本実施例の作用を図５〜図８を参照
して説明する。

【００６１】関数器５１は、高速型ＮＯx 濃度検出器４
１からＮＯx 濃度信号ｒを入力し、微分成分信号ｖを出
力する。

【００６２】ここで、関数器５１で行われる演算につい
て説明する。高速型ＮＯx 濃度検出器４１の出力信号ｒ
は、図６に示すように実ＮＯx 濃度信号（ｗ。とする）
に対して誤差を含んでおり、次式

【数１】ｒ＝αｗ。＋β （ただし、α、βは定数）で表される。

【００６３】また、低速型ＮＯx 濃度検出器１５の出力
信号ｅは、実ＮＯx 濃度信号ｗ。に対して一次送れを伴
う信号であるため、次式

【数２】ｅ＝｛１／（１＋ＴＳ）｝ｗ。

【００６４】で表され、この式［数２］より、実ＮＯx
濃度信号ｗ。は、次式

【数３】ｗ。＝（１＋ＴＳ）ｅ＝ｅ＋ＴＳ・ｅ で表される。これは、低速型ＮＯx 濃度検出器１５の信
号ｅにＴＳ・ｅを加算することにより、実ＮＯx 濃度信
号ｗ。に近似できることを示している。

【００６５】ここで、ＴＳ・ｅを高速型ＮＯx 濃度検出
器４１の信号ｒの関数とするため、

【数４】ｆ（ｒ）＝ＴＳ・ｅ とおいて、この式［数４］に式［数１］、式［数２］を
代入すると、

【数５】 ｆ（ｒ）＝｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ｗ。

【００６６】 ＝｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝（ｒ−β）／α となる。さらに１／α＝Ｋ₁ 、β／α＝Ｋ₂ とおくと、

【数６】ｆ（ｒ）＝Ｋ₁ ・｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ｒ−
Ｋ₂ ・｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ となるが、上式の第２項は定数Ｋ₂ の不完全微分なので
０となり、

【数７】ｆ（ｒ）＝Ｋ₁ ・｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ｒ で示される。

【００６７】関数器５１は、式［数７］に従って演算
し、信号ｖを出力する。この信号ｖは加算器４４におい
て低速型ＮＯx 濃度検出器１５の信号ｅと加算されるこ
とにより、次式

【数８】 ｗ＝ｅ＋ｖ ＝ｅ＋Ｋ₁ ・｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ｒ ＝ｗ。

【００６８】からも明らかなように、実ＮＯx 濃度信号
ｗ。に近似したＮＯx 濃度信号ｗが得られる。

【００６９】なお、式［数７］より、

【数９】 ｖ＝Ｋ₁ ・｛ＴＳ／（１＋ＴＳ）｝ｒ ＝Ｋ₁ ・｛ｒ−ｒ／（１＋ＴＳ）｝ で示されるように、関数器５１によって演算される信号
ｖは、高速型ＮＯx 濃度検出器４１の信号ｒと信号ｒの
一次遅れ（図７において信号ｒ′で示す）の偏差（図８
においてｒ−ｒ′で示す）にゲインＫ₁ を乗じたものと
等しく、この信号ｖと低速型ＮＯx 濃度検出器１５の信
号ｅの加算により、実ＮＯx 濃度信号ｗ。に近似した信
号ｗが得られる。

【００７０】このように、関数器５１は、高速型ＮＯx
濃度検出器４１のＮＯx 濃度信号ｒの波形において、信
号ｒの微分成分ｖを取り出すことにより、生成ＮＯx 量
の変動が激しい変動領域のみを取り出すことができる。
これは実ＮＯx 濃度の立上がり時の変動特性に類似し
て、しかも検出遅れの少ない信号である。この信号ｖと
低速型ＮＯx 濃度検出器１５の検出遅れを伴うＮＯx 濃
度信号ｅを加算器４４にて加算することにより、ＮＯx
値の拳動に対して変動領域ではレスポンスの良い高速型
ＮＯx 濃度検出器４１の信号を採用し、定常領域では低
速型ＮＯx 濃度検出器１５の精度の良い信号を採用する
ことができる。

【００７１】上記したように、本実施例によれば、第１
実施例と同様に、脱硝装置出口における実ＮＯx 値の拳
動に対して検出信号のレスポンスを補償することがで
き、またＮＯx 値が変動しない定常領域では低速型ＮＯ
x 濃度検出器１５の精度の良い信号を採用するため、脱
硝制御のフィードバック制御の速応性と精度を上げるこ
とができる。

【００７２】本発明の脱硝制御装置の第３実施例を図９
に基づいて説明する。

【００７３】図９は、本実施例における１次フィードバ
ック制御系を示すもので、図５に示す第２実施例の１次
フィードバック制御系の構成に加えて、低速型ＮＯx 濃
度検出器１５および高速型ＮＯx 濃度検出器４１のいず
れかに異常に生じた場合でも、どちらかの検出器のＮＯ
x 濃度信号を使用してＮＯx 設定値にするための還元流
量目標信号を算出することができるよう、信号切替器６
１、６２、高速型ＮＯx 濃度検出器４１に異常を生じた
かどうかを判断する高速型ＮＯx 計異常判断手段６３、
低速型ＮＯx 濃度検出器１５に異常を生じたかどうかを
判断する低速型ＮＯx 計異常判断手段６４、ＮＯx 濃度
逆換算手段２６からの実設定値信号ｄと高速型ＮＯx 濃
度検出器４１からのＮＯx 濃度信号ｒとの偏差を計算す
る減算器６５、および減算器６５からの偏差信号に基づ
いて還元物質流量目標信号ｇ′を信号切替器６２に出力
するＰＩ演算器６６が新たに設けられている。

【００７４】次に、本実施例の作用を説明する。

【００７５】高速型ＮＯx 計異常判断手段６３は、高速
型ＮＯx 濃度検出器４１に異常を生じたかどうかを判断
し、ディジタル信号ｘを信号切替器６１に出力する。信
号切替器６１は、高速型ＮＯx 濃度検出器４１のＮＯx
濃度信号ｒからＮＯx 値の変動領域のみを取り出した信
号ｖを低速型ＮＯx 濃度検出器１５によるＮＯx 濃度信
号ｅに加算したレスポンスと精度の良いＮＯx 濃度信号
ｗと、低速型ＮＯx 濃度検出器１５によるＮＯx 濃度信
号ｅとを入力し、高速型ＮＯx 計異常判断手段６３から
の信号ｘにより、高速型ＮＯx 濃度検出器４１に異常が
ないときはレスポンスと精度の良いＮＯx 濃度信号ｗを
選択し、高速型ＮＯx 濃度検出器４１に異常があるとき
は低速型ＮＯx 濃度検出器１５のＮＯx 濃度信号ｅを選
択して減算器２８に出力する。ＰＩ演算器２９は、減算
器２８によって算出された信号切替器６１からの信号と
ＮＯx 濃度逆換算手段２６からの実設定値信号ｄと偏差
に基づいてこの偏差を０とするような還元物質流量目標
信号ｇを演算し、信号切替器６２に出力する。

【００７６】一方、減算器６５は高速型ＮＯx 濃度検出
器４１によるＮＯx 濃度信号ｒとＮＯx 濃度逆換算手段
２６からの実設定値信号ｄとの偏差信号ｙをＰＩ演算器
６６に出力し、ＰＩ演算器６６はこの偏差信号ｙを０と
するような還元物質流量目標信号ｇ′を演算して信号切
替器６２に出力する。

【００７７】信号切替器６２は、低速型ＮＯx 濃度検出
器１５に異常を生じたかどうかを判断する低速型ＮＯx
計異常判断手段６４からの信号ｚにより、低速型ＮＯx
濃度検出器１５に異常を生じた場合にはＰＩ演算器６６
からの還元物質流量目標信号ｇ′を選択し、異常のない
場合にはＰＩ演算器２９からの還元物質流量目標信号ｇ
を選択して加算器３０に出力する。

【００７８】すなわち、本実施例においては、通常、高
速型ＮＯx 濃度検出器４１および低速型ＮＯx 濃度検出
器１５に異常のない場合は、高速型ＮＯx 濃度検出器４
１と低速型ＮＯx 濃度検出器１５の各出力を利用したレ
スポンスと精度を補償された信号ｗを信号切替器６１か
ら出力し、この信号を用いて脱硝出口ＮＯx を設定値に
抑えるために必要な還元物質流量目標信号ｇを求め、加
算器２８に出力するが、低速型ＮＯx 濃度検出器１５が
異常になった時は、高速型ＮＯx 濃度検出器４１の信号
のみを用いて脱硝出口ＮＯx を設定値に抑えるために必
要な還元物質流量目標信号ｇ′を算出する。また、高速
型ＮＯx 濃度検出器４１が異常になった時は、低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器１５の信号のみを用いて脱硝出口ＮＯx
を設定値に抑えるために必要な還元物質流量目標信号ｇ
を求め、加算器２８に出力する。

【００７９】上記したように、本実施例によれば、通常
は高速型ＮＯx 濃度検出器の信号と低速型ＮＯx 濃度検
出器の信号を用いて実ＮＯx 値の変動に対してレスポン
スと精度の補償されたＮＯx 濃度信号を合成し、これを
用いてフィードバック制御を行うことにより、脱硝制御
の速応性と精度を上げることができる。また、高速型、
または低速型ＮＯx 濃度検出器の出力のどちらかに異常
を生じた場合は、異常が生じていない検出器の出力信号
を用いてフィードバック制御を行えるようにすることに
より、ＮＯx 濃度検出器の異常時に対する信頼性を向上
させることができる。

【００８０】本発明の脱硝制御装置の第４実施例を図１
０に基づいて説明する。図１０は、複合発電プラントに
おけるＮＯx 濃度検出器の設置場所を示すものである。

【００８１】本実施例においては、フィードフォワード
制御系で使用される脱硝入口ＮＯx濃度検出器１４は、
図１０に示すように排熱回収ボイラ６内の過熱器７、再
熱器８、蒸発器９のいずれかの熱交換器の後流に設置さ
れる。

【００８２】このように、脱硝入口ＮＯx 濃度検出器１
４を熱交換器の後流に設置することにより、プラント負
荷の変動により、ガスタービン出口の排ガス流量および
生成ＮＯx 量が変化しても、熱交換器後流の排ガス進行
方向に対する垂直平面状におけるＮＯx 濃度分布は変動
することはない。

【００８３】上記したように、本実施例によれば、プラ
ントの負荷が変動しても代表する計測点の位置は変動し
ないため、常に安定した精度の良い計測を行うことがで
きる。この結果、脱硝制御におけるフィードフォワード
制御の精度を安定させることができ、脱硝制御の信頼性
を向上させることができる。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、脱硝装置出口に高速型
ＮＯx 濃度検出器と低速型ＮＯx 濃度検出器を設置し、
脱硝装置出口の実ＮＯx 値の拳動に対して、ＮＯx 値が
大きく変動する領域では、高速型ＮＯx 濃度検出器によ
る検出遅れのないレスポンスの良い信号を使用し、ＮＯ
x 値の変動の小さい定常領域では、精度の良い低速型Ｎ
Ｏx 濃度検出器の信号を使用することにより、脱硝装置
のフィードバック制御の速応性と精度を上げることがで
きる。

【００８５】また、脱硝装置入口のＮＯx 濃度検出器を
排熱回収ボイラの熱交換器の後流に設置することによ
り、脱硝入口ＮＯx 濃度の計測値をプラントの負荷変動
に左右されない安定した精度に保つことができ、フィー
ドフォワード制御の精度を安定させることができる。

【００８６】その結果、脱硝装置出口のＮＯx 値を正確
かつ迅速に制御することができ、制御制の向上およびた
還元物質の消費量の節約を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の脱硝制御装置における１
次フィードバック制御系を示すブロック図である。

【図２】図１に示す１次フィードバック制御系の信号ｒ
および信号ｓの特性を示す図である。

【図３】図１に示す１次フィードバック制御系の信号ｔ
および信号ｅの特性を示す図である。

【図４】図１に示す１次フィードバック制御系の信号ｕ
の特性を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例の脱硝制御装置における１
次フィードバック制御系を示すブロック図である。

【図６】図５に示す１次フィードバック制御系の信号
ｅ、信号ｒおよび実ＮＯx 濃度信号ｗ。の特性を示す図
である。

【図７】図５に示す１次フィードバック制御系の信号ｒ
および信号ｒの一次遅れ信号ｒ′の特性を示す図であ
る。

【図８】図５に示す１次フィードバック制御系の関数器
５１の出力信号ｖの特性を示す図である。

【図９】本発明の第３実施例の脱硝制御装置における１
次フィードバック制御系を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第４実施例の脱硝制御装置のＮＯx
濃度検出器の設置場所を示す図である。

【図１１】複合発電プラントにおける従来の脱硝制御装
置のＮＯx 濃度検出器の設置場所を示す概略図である。

【図１２】従来の脱硝制御装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

３………ガスタービン、６………排熱回収ボイラ、７…
……過熱器、８………再熱器、９………蒸発器、１０…
……節炭器、１２………脱硝装置、１３………脱硝制御
装置、１４………脱硝入口ＮＯx 濃度検出器、１５……
…脱硝出口ＮＯx 濃度検出器（低速型ＮＯx 濃度検出
器）、１６………還元物質流量調節弁、１７………還元
物質注入グリッド、２０………２次フィードバック制御
系、２１………１次フィードバック制御系、２２………
フィードフォワード制御系、２３………信号発生器、２
４………記憶器、２５………設定値操作手段、２６……
…ＮＯx 濃度逆換算手段、２７………排ガスＯ₂ 濃度検
出手段、２８、４３、６５………減算器、２９、６６…
……ＰＩ演算器、３０、４４………加算器、４１………
高速型ＮＯx 濃度検出器、４２、５１………関数器、６
１、６２………信号切替器、６３………高速型ＮＯx 計
異常判断手段、６４………低速型ＮＯx 計異常判断手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの排ガスを導入しこの排ガ
   スの熱を熱交換器によって回収して蒸気を発生させる排
   熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラ内に設置され前記
   排ガス中の窒素酸化物を注入還元物質と反応させて除去
   する脱硝装置とを有する複合発電プラントの、前記脱硝
   装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を前記脱硝装置に注
   入される還元物質流量を調整することによって設定値に
   制御する脱硝制御装置において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を高精度で
   測定する低速型窒素酸化物検出器と、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を高速度で
   測定する高速型窒素酸化物検出器と、 前記低速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測定信号
   および前記高速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測
   定信号に基づいてフィードバック信号を生成し、このフ
   ィードバック信号が前記設定値に等しくなるような還元
   物質流量を算出するフィードバック制御系と、 前記排熱回収ボイラ内の少なくとも最もガスタービン近
   くに配置された熱交換器より下流側に設置され、前記脱
   硝装置入口の排ガス中の窒素酸化物量を測定する脱硝入
   口窒素酸化物検出器と、 この脱硝入口窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測定信
   号に基づいて前記脱硝装置入口の窒素酸化物量に対して
   必要な還元物質流量を算出し前記フィードバック制御系
   の出力に加算するフィードフォワード制御系とを備えた
   ことを特徴とする脱硝制御装置。
2. 【請求項２】 ガスタービンの排ガスに還元物質を注入
   し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去して前記脱硝装置
   出口の排ガス中の窒素酸化物量を設定値に制御する脱硝
   制御装置において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を高精度で
   測定する低速型窒素酸化物検出器と、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を高速度で
   測定する高速型窒素酸化物検出器と、 前記低速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測定信号
   および前記高速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測
   定信号に基づいてフィードバック信号を生成し、このフ
   ィードバック信号が前記設定値に等しくなるような還元
   物質流量を算出するフィードバック制御系とを備えたこ
   とを特徴とする脱硝制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の脱硝制
   御装置において、前記フィードバック制御系は、前記脱
   硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が時間によって変
   動するプラント状態では前記高速型窒素酸化物検出器に
   よる窒素酸化物測定信号をフィードバック信号として用
   い、前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量がほぼ
   一定となる定常状態では前記低速型窒素酸化物検出器に
   よる窒素酸化物測定信号をフィードバック信号として用
   いることを特徴とする脱硝制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の脱硝制
   御装置において、前記フィードバック制御系は、 前記高速型窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測定信号
   に基づいて、当該信号の時間に対する波形から変動領域
   を抽出し対応する窒素酸化物信号を出力する演算手段
   と、 前記低速型窒素酸化物検出器による窒素酸化物測定信号
   に前記演算手段からの窒素酸化物信号を加算する加算器
   と、 この加算器から出力されるフィードバック信号が前記設
   定値に等しくなるような還元物質流量を算出するフィー
   ドバック演算手段とを備えたことを特徴とする脱硝制御
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   に記載の脱硝制御装置において、前記フィードバック制
   御系は、前記低速型窒素酸化物検出器および前記高速型
   窒素酸化物検出器のいずれか一方に異常が生じたとき、
   他方の正常な検出器による窒素酸化物測定信号をフィー
   ドバック信号として用いるバックアップ手段を備えたこ
   とを特徴とする脱硝制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の脱硝制御装置におい
   て、前記フィードバック制御系は、 前記高速型窒素酸化物検出器が異常か否かを判断する高
   速型センサ異常判断手段と、 前記低速型窒素酸化物検出器が異常か否かを判断する低
   速型センサ異常判断手段と、 前記高速型センサ異常判断手段の判断結果に基づいて、
   前記高速型窒素酸化物検出器の正常時は前記加算器から
   の出力信号を選択し、前記高速型窒素酸化物検出器の異
   常時は前記低速型窒素酸化物検出器からの出力信号を選
   択して前記フィードバック演算手段のフィードバック信
   号として出力する第１信号切替手段と、 前記高速型窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測定信号
   が前記設定値に等しくなるような還元物質流量を算出す
   る第２フィードバック演算手段と、 前記低速型センサ異常判断手段の判断結果に基づいて、
   前記低速型窒素酸化物検出器の正常時は前記フィードバ
   ック演算手段からの出力信号を当該フィードバック制御
   系の出力信号として選択し、前記低速型窒素酸化物検出
   器の異常時は前記第２フィードバック演算手段からの出
   力信号を選択する第２信号切替手段とを備えたことを特
   徴とする脱硝制御装置。
7. 【請求項７】 ガスタービンの排ガスを導入しこの排ガ
   スの熱を熱交換器によって回収して蒸気を発生させる排
   熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラ内に設置され前記
   排ガス中の窒素酸化物を注入還元物質と反応させて除去
   する脱硝装置とを有する複合発電プラントの、前記脱硝
   装置出口の排ガス中の窒素酸化物量を前記脱硝装置に注
   入される還元物質流量を調整することによって設定値に
   制御する脱硝制御装置において、 前記排熱回収ボイラ内の少なくとも最もガスタービン近
   くに配置された熱交換器より下流側に設置され、前記脱
   硝装置入口の排ガス中の窒素酸化物量を測定する脱硝入
   口窒素酸化物検出器と、 この脱硝入口窒素酸化物検出器からの窒素酸化物測定信
   号に基づいて前記脱硝装置入口の窒素酸化物量に対して
   前記脱硝装置出口の窒素酸化物量を設定値に制御するに
   必要な還元物質流量を算出するフィードフォワード制御
   系とを備えたことを特徴とする脱硝制御装置。