JPH08338263A - 脱硝制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元物質流量を目標値の変化に応答性良く制
御する。 【構成】 脱硝出口ＮＯx と設定値との偏差に基づいて
還元物質流量目標信号ｇを算出するＦＢ制御演算器２７
と、ガスタービン状態量に基づいて補正量を演算するＦ
Ｆ制御演算器２９と、演算器２７、２９の各出力を加算
して還元物質流量指令信号ｉを生成する加算器２８と、
還元物質実流量信号ｊと還元物質流量指令信号ｉの偏差
信号ｋに基づいて操作信号ｌを算出するＦＢ制御演算器
３２と、還元物質圧力と設定値の偏差信号ｏに基づいて
操作信号ｐを演算するＦＢ制御演算器３６と、圧力偏差
信号ｏに基づいて操作信号ｑを演算する補償演算器４０
と、流量偏差信号ｋに基づいて操作信号ｒを演算する補
償演算器４１と、操作信号ｌ、ｑを加算し還元物質流量
調節弁１３を操作する加算器４２と、操作信号ｐ、ｒを
加算して還元物質圧力調節弁１２を操作する加算器４３
とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントのガスタ
ービンの排ガスに対しアンモニア等の還元物質を適量注
入して、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンを利用した発電プラントに
は、複数台のガスタービン、およびこれらのガスタービ
ンの排ガスに含まれる熱を利用して発生させた蒸気によ
り駆動される少なくとも１台の蒸気タービンにより発電
を行う、いわゆる排熱回収方式のコンバインドサイクル
発電プラントと、少なくとも１台のガスタービンにより
発電機を駆動し発電を行う、いわゆるガスタービン発電
プラントとがある。

【０００３】また、排熱回収方式のコンバインドサイク
ル発電プラントには大別して一軸型と多軸型がある。一
軸型とはガスタービン、蒸気タービンおよび発電機が共
通軸で結合されている方式のものであり、多軸型とはガ
スタービンと蒸気タービンが別々の軸に分離され、各軸
に発電機が結合される方式のものである。一方、ガスタ
ービン発電プラントは１台のガスタービンに対して１台
の発電機を有し、このガスタービンと発電機の組み合わ
せが１組または複数組で構成され、ピーク負荷対策用と
して設置される。

【０００４】本発明をこの分野に関して述べるならば、
コンバインドサイクル発電プラントにおいては、一軸型
のものを複数台設ける構成のもの、および単一または複
数の蒸気タービン設備を設ける多軸型構成のものの両者
を対象としており、またガスタービン発電プラントにお
いてはガスタービンと発電機の組み合わせが１組または
複数組の構成のものを対象としている。

【０００５】以下、図４に従って発電プラントにおける
排ガスの脱硝システムについて説明する。図４では、一
軸型のコンバインドサイクル発電プラントの一例を示し
ている。コンバインドサイクル発電プラントは、コンプ
レッサ１、ガスタービン２、発電機３、および蒸気ター
ビン４は共通軸５を介して互いに連結されている。

【０００６】燃料調整弁６の開度調節により流量制御さ
れた燃料がコンプレッサ１からの圧縮空気とともに燃焼
器７に供給され、ここで混合して等圧燃焼され、高温・
高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスによってガ
スタービン２が駆動される。以下、この系をガスタービ
ン系という。

【０００７】ガスタービン２の排ガスは排熱回収ボイラ
８に導かれて蒸気を発生させる。排熱回収ボイラ８で熱
を回収され低温となったガスは、排ガスとして大気中に
排出される。排熱回収ボイラ８で発生した蒸気は蒸気加
減弁９を介して蒸気タービン４に導かれ、これを駆動す
る。蒸気タービン４を通った蒸気は復水器１０に導か
れ、ここで復水される。以下、この系を蒸気系という。

【０００８】上記ガスタービン系と蒸気系を組み合わせ
たコンバインドサイクル発電プラントは、入力として燃
焼器７に燃料を供給し、最終出力として発電機３から電
気出力を得る。なお、ガスタービン発電プラントは上記
コンバインドサイクル発電プラントのガスタービン系の
みで構成され、同様に発電を行う。

【０００９】ところで、図４において、排熱回収ボイラ
８から大気中に排出される排ガス、すなわち燃焼器７の
燃焼生成ガス中には、ＮＯ、ＮＯ₂ など、一般にＮＯx
で総称される窒素酸化物（以下、ＮＯx と称す。）が含
まれている。このＮＯx は有害とされ、その許容値が法
的に規制されている。そこで燃焼生成ガスに含まれるＮ
Ｏx を低減除去するために、排熱回収ボイラ８に脱硝装
置１１が設けられる。脱硝装置１１は、還元物質圧力調
節弁１２および還元物質流量調節弁１３を介して注入さ
れるアンモニア等の還元物質を燃焼生成ガス中のＮＯx
と反応させ、ＮＯx を無害な窒素と水に還元して除去す
る装置であり、未反応のＮＯx はそのまま大気に排出さ
れる。

【００１０】このような脱硝装置１１においては、例え
ば還元剤としてアンモニアを使用する場合には、その供
給量が少なすぎると未反応のＮＯx が増えることにな
り、また多すぎると未反応のアンモニアが排出されるこ
とになる。また、プロセスが触媒でのＮＯx とアンモニ
アの化学反応であるため、制御の応答性がよくないとい
う特徴がある。

【００１１】このように燃焼生成ガス中のＮＯx の量に
見合った量の還元物質が適切なタイミングで供給されな
い場合には種々の不都合が生じるので、還元物質の供給
量と供給タイミングを制御するための装置として脱硝制
御装置が必要となる。図４において符号１４が脱硝制御
装置である。

【００１２】また、一般にガスタービン２は起動、停止
時にその排出ＮＯx が変動することが知られているが、
これを規制値以下に抑えるための脱硝制御装置も提案さ
れている。

【００１３】従来技術の脱硝制御装置としては特願平３
−１８１３０６号等が知られている。図５は従来の脱硝
制御装置の一構成例を示すもので、この図に従って従来
技術について説明する。この脱硝制御装置１４は大きく
フィードバック（ＦＢ）制御系とフィードフォワード
（ＦＦ）制御系および圧力制御系に分けられる。

【００１４】フィードバック制御系は、還元物質流量制
御の時定数が脱硝出口ＮＯx 濃度の時定数に対して異な
る（速い）ため、還元物質流量測定値が目標値と等しく
なるように還元物質流量調節弁１３を操作する流量制御
系である２次フィードバック制御系と、その目標値とし
て脱硝出口ＮＯx 濃度測定値がＮＯx 設定値と等しくな
るように還元物質流量を算出する１次フィードバック制
御系とを組み合わせた、いわゆるカスケード制御系にて
構成される。

【００１５】フィードフォワード制御系は、フィードバ
ック制御系のみでは脱硝プロセスの動特性（反応遅れ）
と検出遅れにより、十分な制御性能が得られないため、
脱硝入口ＮＯx 濃度により先行的に制御を行うものであ
る。

【００１６】また圧力制御系は、還元物質流量制御の上
流側に設置されており、還元物質制御の上流側の圧力が
常に一定になるように制御している。

【００１７】以下詳細に説明すると、１次フィードバッ
ク制御系において、信号発生器２１には、本制御装置の
制御設定値である脱硝出口ＮＯx 流量の設定値が設定さ
れており、ＮＯx 流量設定値信号ａが減算器２２に出力
される。脱硝出口ＮＯx 濃度検出手段２３は、脱硝装置
１１出口における排ガス中のＮＯx 濃度を検出し、脱硝
出口ＮＯx 濃度信号ｂを乗算器２４に出力する。排ガス
流量演算手段２５は、ガスタービンの状態量、例えばコ
ンプレッサ１の空気流量、燃焼器７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２６からガスタービ
ン状態量信号ｃを入力し、ガスタービン排ガス流量を算
出して、ガスタービン排ガス流量信号ｄを乗算器２４に
出力する。乗算器２４では、排ガス流量と脱硝出口ＮＯ
x 濃度から脱硝出口ＮＯx 流量が算出され、脱硝出口Ｎ
Ｏx 流量信号ｅとして減算器２２に出力される。

【００１８】減算器２２ではＮＯx 流量設定値と脱硝出
口ＮＯx 流量の偏差が算出され、偏差信号ｆがフィード
バック制御演算器２７へ出力される。フィードバック制
御演算器２７は、入力した偏差をゼロとするような還元
物質流量を演算し、還元物質流量目標信号ｇとして加算
器２８に出力する。なお、このフィードバック制御演算
器２７はいわゆるＰＩＤ演算器でも良い。

【００１９】このフィードバック制御系では、脱硝出口
ＮＯx 濃度検出手段２３に遅れがあるので、脱硝出口排
ガス中の実ＮＯx 濃度を検出し、減算器２２に対し脱硝
出口ＮＯx 濃度信号ｂを出力するまでに時間が掛かる。
このため脱硝出口ＮＯx 濃度信号と脱硝出口ＮＯx 設定
値とのフィードバック制御を行っても、信号が遅れてい
るため、的確な還元物質流量を注入できず、排出ＮＯx
量のオーバーシュートが大きくなる。また脱硝反応は、
時定数が大きく、還元物質を注入しても脱硝出口ＮＯx
が変化するまでに数分から数十分もの時間が掛かるとい
う問題があった。このため、フィードバック制御のみだ
けでは規制値内に制御できないため、フィードフォワー
ド制御をつけ加え、フィードバック制御の応答の遅さを
補っている。

【００２０】フィードフォワード制御系は、ガスタービ
ンの状態量、例えばコンプレッサ１の空気流量、燃焼器
７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２６からのガスタービン状態量信号に基づいて、フィ
ードフォワード制御演算器２９により制御出力信号ｈを
算出し、フィードフォワード制御分として加算器２８に
出力する。

【００２１】加算器２８では、１次フィードバック制御
系の出力すなわち還元物質流量目標信号ｇと、フィード
フォワード制御出力信号ｈとの加算が行われ、還元物質
流量指令信号ｉが出力される。

【００２２】このようにしてフィードバック制御の遅れ
がフィードフォワード制御にて改善され、２次フィード
バック制御系の目標値として、還元物質流量指令信号ｉ
が減算器３０に入力される。

【００２３】２次フィードバック制御系においては、還
元物質流量検出手段３１により還元物質の実流量が検出
され、還元物質流量検出手段３１から還元物質実流量信
号ｊが減算器３０に入力される。減算器３０では還元物
質実流量信号ｊと還元物質流量指令信号ｉの偏差を求
め、偏差信号ｋをフィードバック制御演算器３２に出力
する。フィードバック制御演算器３２は、この偏差信号
ｋがゼロとなるように操作信号ｌを出力し、還元物質流
量調節弁１３を操作する。なお、このフィードバック制
御演算器３２はいわゆるＰＩＤ演算器でも良い。このよ
うにカスケード制御する理由は、ＮＯx 制御に比べて、
還元物質流量制御の時定数が早いためである。

【００２４】以上により、１次フィードバック制御系に
より求められた還元物質流量指令信号ｉに還元物質実流
量信号ｊが一致するように還元物質流量調節弁１３が制
御され、脱硝出口ＮＯx 流量がＮＯx 流量設定値に一致
するように制御されることになり、プラントから排出さ
れるＮＯx が規制値以下に抑えられる。

【００２５】一方、信号発生器３３には、圧力制御の制
御設定値である圧力設定値が設定されており、圧力設定
値信号ｍとして減算器３４に出力される。また、還元物
質圧力検出手段３５は還元物質の圧力を検出し、還元物
質実圧力信号ｎを減算器３４に出力する。減算器３４で
は還元物質実圧力信号ｎと圧力設定値信号ｍの偏差を求
め、偏差信号ｏをフィードバック制御演算器３６に出力
する。フィードバック制御演算器３６ではこの偏差信号
ｏがゼロとなるように操作信号ｐを出力し、還元物質圧
力調節弁１２を操作する。なお、このフィードバック制
御演算器３６はいわゆるＰＩＤ演算器でも良い。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来制御には以下の問題がある。

【００２７】脱硝出口ＮＯx 流量がＮＯx 流量設定値と
等しくなるように制御されるためには、１次フィードバ
ック制御系により求められた還元物質流量指令信号ｉと
還元物質実流量信号ｊが等しくなるように還元物質流量
調節弁１３が制御されることが必要であるが、還元物質
流量調節弁１３が変化することにより還元物質流量調節
弁１３上流側の還元物質圧力信号ｎが変化する。これに
ともない、圧力制御系が還元物質圧力調節弁１２で制御
しようとするが、還元物質圧力調節弁１２が動作して
も、制御が結果的に遅れて、還元物質圧力信号ｎには変
動を生じる。この還元物質流量調節弁１３の上流圧力の
変動により還元物質実流量信号ｊも変動し、このため還
元物質流量指令信号ｉと還元物質実流量信号ｊが等しく
なるように的確な還元物質流量制御ができず、結果的に
脱硝出口ＮＯx 流量（信号ｅ）は脱硝出口ＮＯx 流量設
定値（信号ａ）に制御できないという問題があった。

【００２８】従来の脱硝制御系で外乱を受けた場合の応
答を図６に示す。現地点で負荷変化等の何らかの外乱を
受けたとすると、ガスタービン出口ＮＯx 濃度が変化す
るため、１次フィードバック制御系により脱硝出口ＮＯ
x 流量（信号ｅ）と脱硝出口ＮＯx 流量設定値（信号
ａ）が等しくなるように求められる還元物質流量指令信
号ｉが変化する。

【００２９】２次フィードバック制御系では、還元物質
流量検出手段３１からの還元物質実流量信号ｊと還元物
質流量指令信号ｉとの偏差がゼロとなるように操作信号
ｌを出力し、還元物質流量調節弁１３を操作する。例え
ば図６に示すような外乱に対しては還元物質流量が増加
するため、還元物質の圧力（信号ｎ）は過渡的に低下す
る。脱硝制御の場合は、ＮＯx 流量を先行的に注入する
ため、還元物質の流量変動も大きくなり、圧力低下も大
きくなる。

【００３０】圧力制御側では、還元物質の圧力（信号
ｎ）が圧力設定値（信号ｍ）になるように、還元物質圧
力調節弁１２の操作信号ｐを出力するが、補償が遅れて
しまい、圧力低下が復帰し整定するまで時間が掛かる。

【００３１】このように上流側の圧力が低下するため、
流量制御側ではさらに還元物質流量調節弁１３を開くよ
うに制御するが、過渡的に流量が確保できなくなり、還
元物質流量指令信号ｉと還元物質実流量信号ｊが等しく
ならず、大きくずれてしまう。結果的に脱硝出口ＮＯx
流量（信号ｅ）は脱硝出口ＮＯx 流量設定値（信号ａ）
に制御できないという問題があった。

【００３２】これに対応しようとすると、制御パラメー
ターを上げることになるが、元々干渉系であるため制御
性が悪く、制御パラメーターを上げることは結果的にオ
ーバーシュートを生じやすくし、また安定性が損われる
という問題が生じる。

【００３３】以上述べたように、従来の制御系では、結
果的に的確な還元物質流量を注入できず、オーバーシュ
ートが大きくなる。また、制御性が悪いため、よけいな
還元物質を注入することになり、経済性に優れないとい
う欠点があった。また、今後規制が強化され、規制の方
法自体も複雑となり、規制対象も未反応還元物質も含む
傾向があるため、これらの規制に対処できないという欠
点があった。

【００３４】本発明は、前述の従来技術の欠点を克服す
るためになされたもので、コンバインドサイクル発電プ
ラントおよびガスタービン発電プラントにおいて、起動
・停止過程および負荷変化時の急激なプロセス状態の変
化に追従が可能であり、さらに種々の規制に対処可能な
脱硝制御を行い、経済性および安全性に優れた運転を可
能とし得る脱硝制御装置を提供することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、圧
力調節弁を介して圧力調整された還元物質を流量調節弁
を介してガスタービンの排ガスに注入し脱硝装置にて窒
素酸化物を分解除去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が設定値となるように
注入すべき還元物質流量を演算する還元物質流量演算手
段と、流量調節弁を介して注入される還元物質流量と還
元物質流量演算手段によって演算される還元物質流量と
の偏差および圧力調節弁を介して調整される還元物質圧
力と予め設定された圧力設定値との偏差に基づいて流量
調節弁の操作信号を演算する還元物質流量制御手段と、
圧力調節弁を介して調整される還元物質圧力と圧力設定
値との偏差および流量調節弁を介して注入される還元物
質流量と還元物質流量演算手段によって演算される還元
物質流量との偏差に基づいて圧力調節弁の操作信号を演
算する還元物質圧力制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００３６】また本発明は、圧力調節弁を介して圧力調
整された還元物質を流量調節弁を介してガスタービンの
排ガスに注入し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する
脱硝制御装置において、脱硝装置出口の排ガス中の窒素
酸化物量が設定値となるように注入すべき還元物質流量
を演算する還元物質流量演算手段と、流量調節弁を介し
て注入される還元物質流量と還元物質流量演算手段によ
って演算される還元物質流量との偏差に基づいて流量調
節弁の操作信号を演算する還元物質流量制御手段と、圧
力調節弁を介して調整される還元物質圧力と予め設定さ
れた圧力設定値との偏差および流量調節弁を介して注入
される還元物質流量と還元物質流量演算手段によって演
算される還元物質流量との偏差に基づいて圧力調節弁の
操作信号を演算する還元物質圧力制御手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００３７】また本発明は、圧力調節弁を介して圧力調
整された還元物質を流量調節弁を介してガスタービンの
排ガスに注入し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する
脱硝制御装置において、脱硝装置出口の排ガス中の窒素
酸化物量が設定値となるように注入すべき還元物質流量
を演算し還元物質流量指令信号を出力する還元物質流量
演算手段と、流量調節弁を介して注入される還元物質流
量を測定し還元物質流量測定信号を出力する還元物質流
量測定手段と、圧力調節弁を介して調整される還元物質
圧力を測定し還元物質圧力測定信号を出力する還元物質
圧力測定手段と、還元物質流量測定信号および還元物質
流量指令信号に基づいてこれらの偏差がゼロとなるよう
な流量調節弁の操作量を演算し、この操作量を還元物質
圧力測定信号と予め設定された圧力設定値との偏差に基
づいて補正して流量調節弁を操作する操作信号を出力す
る還元物質流量制御手段と、還元物質圧力測定信号およ
び圧力設定値に基づいてこれらの偏差がゼロとなるよう
な圧力調節弁の操作量を演算し、この操作量を還元物質
流量測定信号と還元物質流量指令信号との偏差に基づい
て補正して圧力調節弁を操作する操作信号を出力する還
元物質圧力制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００３８】また本発明は、圧力調節弁を介して圧力調
整された還元物質を流量調節弁を介してガスタービンの
排ガスに注入し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する
脱硝制御装置において、脱硝装置出口の排ガス中の窒素
酸化物量が設定値となるように注入すべき還元物質流量
を演算し還元物質流量指令信号を出力する還元物質流量
演算手段と、流量調節弁を介して注入される還元物質流
量を測定し還元物質流量測定信号を出力する還元物質流
量測定手段と、圧力調節弁を介して調整される還元物質
圧力を測定し還元物質圧力測定信号を出力する還元物質
圧力測定手段と、還元物質流量測定信号および還元物質
流量指令信号に基づいてこれらの偏差がゼロとなるよう
に流量調節弁を操作する操作信号を出力する還元物質流
量制御手段と、還元物質圧力測定信号および圧力設定値
に基づいてこれらの偏差がゼロとなるような圧力調節弁
の操作量を演算し、この操作量を還元物質流量測定信号
と還元物質流量指令信号との偏差に基づいて補正して圧
力調節弁を操作する操作信号を出力する還元物質圧力制
御手段とを備えたことを特徴とする。

【００３９】また本発明は、上記構成における還元物質
流量演算手段が、脱硝装置出口で測定される排ガス中の
窒素酸化物量と設定値に基づいてこれらの偏差がゼロと
なるような還元物質流量を演算するフィードバック制御
演算手段と、ガスタービンの状態量に基づいてフィード
バック制御演算手段によって演算された還元物質流量を
補正するフィードフォワード制御補正手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００４０】

【作用】燃焼器で生成されガスタービンから排出される
燃焼生成ガスは窒素酸化物を含むため、圧力調節弁およ
び流量調節弁を介して供給されるアンモニア等の還元物
質により脱硝装置において窒素酸化物を分解除去された
後、大気に放出される。本発明の脱硝制御装置において
は、還元物質流量演算手段により脱硝装置出口の排ガス
中の窒素酸化物量が設定値に制御されるように還元物質
流量指令値が演算される。還元物質流量制御手段は、排
ガスに注入される還元物質流量の測定値が還元物質流量
指令値に一致するように流量調節弁の操作量を求め、さ
らには好ましくは流量調節弁の上流の還元物質圧力の測
定値と圧力設定値との偏差に基づいてこれをゼロとする
ような補正量を求めて補正して、流量調節弁の操作信号
を出力する。流量調節弁は、還元物質流量制御手段から
の操作信号により開度を調整される。還元物質圧力制御
手段は、流量調節弁上流の還元物質圧力の測定値が圧力
設定値に一致するように圧力調節弁の操作量を求め、さ
らに排ガスに注入される還元物質流量の測定値と還元物
質流量指令値との偏差に基づいてこれをゼロとするよう
な補正量を求めて補正して、圧力調節弁の操作信号を出
力する。圧力調節弁は還元物質圧力制御手段からの操作
信号により開度を調整される。

【００４１】このように、還元物質の流量制御と圧力制
御を組合わせ、流量制御の信号を圧力制御の補正に使用
し、また必要に応じて圧力制御の信号を流量制御の補正
に使用して制御することにより、還元物質流量指令値の
変動に対する追従性および応答性を高めることができ
る。したがって、種々の規制を満足した最適な還元物質
の注入を行うことができ、制御性を向上させることがで
きる。また、必要以上の還元物質の注入を防ぐことがで
き、経済性の向上に寄与することができる。

【００４２】

【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、重複する説明は省略する。

【００４３】図１は、本発明の脱硝制御装置の第１実施
例の構成を示し、図２は本実施例の特性を示す。

【００４４】図１において、本実施例は図５に示す従来
例と比較して、ＮＯx 制御を行う１次フィードバック制
御系およびフィードフォワード制御系は同じであるが、
２次フィードバック制御系および圧力制御系が異なる。

【００４５】すなわち、還元物質圧力の偏差信号ｏに基
づいて還元物質流量調節弁１３の操作信号ｑを演算する
補償演算器４０、還元物質流量の偏差信号ｋに基づいて
還元物質圧力調節弁１２の操作信号ｒを演算する補償演
算器４１、フィードバック制御演算器３２の出力信号ｌ
と補償演算器４０の出力信号ｑを加算する加算器４２、
およびフィードバック制御演算器３６の出力信号ｐと補
償演算器４１の出力信号ｒを加算する加算器４３とが新
たに付加されている。

【００４６】次に、本実施例の作用を説明する。

【００４７】還元物質流量指令信号ｉを演算する１次フ
ィードバック制御系およびフィードフォワード制御系は
従来と同等である。

【００４８】２次フィードバック制御系では、還元物質
流量検出手段３１は還元物質の実流量を検出し、還元物
質実流量信号ｊを減算器３０に出力する。減算器３０で
は還元物質実流量信号ｊと還元物質流量指令信号ｉの偏
差を求め、偏差信号ｋをＰＩＤ演算器のようなフィード
バック制御演算器３２に出力を行う。フィードバック制
御演算器３２ではこの偏差信号ｋがゼロとなるように還
元物質流量調節弁１３の操作信号ｌを出力する。

【００４９】信号発生器３３には、圧力制御の制御設定
値である圧力設定値が設定されており、制御設定値信号
ｍとして減算器３４に出力される。また、還元物質圧力
検出手段３５は還元物質の圧力を検出し、還元物質実圧
力信号ｎを減算器３４に出力する。減算器３４では圧力
（信号ｎ）と設定値（信号ｍ）の偏差を求め、偏差信号
ｏをＰＩＤ演算器のようなフィードバック制御演算器３
６に出力する。フィードバック制御演算器３６ではこの
偏差信号ｏがゼロとなるように還元物質圧力調節弁１２
の操作信号ｐを出力する。

【００５０】また、減算器３０で求められた還元物質実
流量信号ｊと還元物質流量指令信号ｉの偏差信号ｋは補
償演算器４１に入力される。補償演算器４１は、この偏
差信号ｋがゼロとなるように還元物質圧力調節弁１２の
操作信号ｒを演算し、加算器４３に出力する。加算器４
３ではフィードバック制御演算器３６からの操作信号ｐ
と補償演算器４１からの操作信号ｒを加算して還元物質
圧力調節弁１２を操作する。

【００５１】減算器３４で求められた還元物質実圧力信
号ｎと還元物質圧力設定値信号ｍの偏差信号ｏは、また
補償演算器４０に入力される。補償演算器４０ではこの
偏差信号ｏがゼロとなるように還元物質流量調節弁１３
の操作信号ｑを演算し、加算器４２に出力する。加算器
４２ではフィードバック制御演算器３２からの操作信号
ｌと補償演算器４０からの操作信号ｑを加算し、還元物
質流量調節弁１３を操作する。

【００５２】なお、上記補償演算器４０、４１として
は、フィードバック制御演算器３２、３６と同様にＰＩ
Ｄ演算器を用いることができる。

【００５３】本実施例においては、上記構成にすること
により、従来制御の欠点であった問題を解決することが
できる。すなわち、制御目標はＮＯx 流量を規制値に収
めることであるが、前述のように、流量は、圧力の干渉
を受け、制御するのが難しく、規制値を満足することは
難しい。しかしながら、本実施例では、この圧力制御に
流量制御を組合わせるようにしたので、これらの遅れを
補償でき、制御規制値内に収めることが可能となる。

【００５４】次に、外乱を受けた場合の本実施例の応答
を説明する。図２は、本実施例の制御系での外乱応答結
果を示している。

【００５５】現地点で負荷変化等の何らかの外乱を受け
たとすると、１次フィードバック制御系により脱硝出口
ＮＯx 流量（信号ｅ）が脱硝出口ＮＯx 流量設定値（信
号ａ）となるように求められる還元物質流量指令信号ｉ
が変化する。

【００５６】２次フィードバック制御系において、この
還元物質流量指令信号ｉと還元物質流量検出手段３１に
よって検出される還元物質実流量信号ｊとの偏差信号ｋ
が減算器３０からフィードバック制御演算器３２に出力
され、このフィードバック制御演算器３２により偏差信
号ｋがゼロとなるような還元物質流量調節弁１３の操作
信号ｌが演算される。また、補償演算器４０により還元
物質実圧力信号ｎと圧力設定値信号ｍとの偏差信号ｏが
ゼロとなるような操作信号ｑが演算され、還元物質流量
調節弁１３は、操作信号ｌに対して操作信号ｑが加算さ
れた操作信号ｌ′によって操作される。これにより、上
流側の圧力の低下に対しても、流量制御側が先行的に制
御するため、過渡的な圧力変動が防止でき、結果的に流
動変動も防止でき、還元物質実流量信号ｊを迅速に還元
物質流量指令信号ｉに一致させることができる。

【００５７】また、圧力制御系において、還元物質実圧
力信号ｎと圧力設定値信号ｍとの偏差に基づいてフィー
ドバック制御演算器３６により還元物質実圧力信号ｎが
圧力設定値信号ｍと等しくなるように還元物質圧力調節
弁１２の操作信号ｐが演算される。さらに、還元物質実
流量信号ｊと還元物質流量指令信号ｉとの偏差に基づい
て補償演算器４１により還元物質実流量信号ｊが還元物
質流量指令信号ｉに等しくなるような還元物質圧力調節
弁１２の操作信号ｒが演算され、フィードバック制御演
算器３６からの操作信号ｐに加算される。還元物質圧力
調節弁１２は、操作信号ｐに対して操作信号ｒが加算さ
れた操作信号ｐ′により操作される。これにより、還元
物質の流量増加に対して、還元物質圧力調節弁１２を先
行的に開くことができるため、還元物質圧力（信号ｎ）
の過渡的な低下は防止することができる。脱硝制御の場
合は、ＮＯx 流量を先行的に注入するため、還元物質の
流量変動も大きくなるが、このような回路により、圧力
低下も防止することができる。

【００５８】以上により、図２に示すように、脱硝出口
ＮＯx 流量（信号ｅ）を脱硝出口ＮＯx 流量設定値（信
号ａ）に応答性良く一致するよう制御することができ
る。

【００５９】また、本実施例では流量制御により、圧力
制御信号を操作する制御を行っているので、外乱に対し
て、短時間で補償することができ、外乱の影響は小さく
なる。さらに、制御パラメーターも独立して設定できる
ので、制御性を改善し、安定性を確保することが可能で
ある。

【００６０】同様に圧力の変動に対しても、流量制御に
先行的に制御信号を渡せるために、流量の変動に対し
て、短時間で補償することができ、外乱の影響は小さく
なる。上記したように、本実施例では、還元物質の流量
制御と圧力制御を組合わせ、流量制御の信号を圧力制御
にまた圧力制御の信号を流量制御に使用して制御を行う
ために、制御性干渉を低減することができ、流量制御の
応答性を向上させることが可能となり、結果的にＮＯx
の制御の応答性も向上させることができる。

【００６１】したがって、プラントの変動に対しても、
規制を満足し、かつプラントの起動、停止過程および負
荷変化時を含めた様々な運転点に対して、最適な還元物
質流量を注入することができる。さらに、最適な還元物
質流量を注入することができることにより、未反応還元
物質に対する規制を満足することができ、還元物質がプ
ラント運転上、危険な量以上注入されないように還元物
質の注入量の指令値に対し制限を行い、プラントを安全
に運転することができる。

【００６２】以上の効果により、種々の規制に対処がで
き、さらに最適な還元物質を注入することにより、安全
かつ経済的なプラントの運用を可能とするコンバインド
サイクル発電プラントまたはガスタービン発電プラント
の脱硝制御装置を得ることができる。

【００６３】図３は、本発明の脱硝制御装置の第２実施
例を示すもので、図５に示す従来例と比較して、圧力制
御系において、還元物質流量の偏差信号ｋに基づいて還
元物質圧力調節弁１２の操作信号ｒを演算する補償演算
器４１と、この補償演算器４１の出力（信号ｒ）をフィ
ードバック制御演算器３６の出力（信号ｐ）に加算する
加算器４３とを設けている。

【００６４】次に、本実施例の作用を説明する。

【００６５】還元物質流量指令信号ｉを演算する１次フ
ィードバック制御系およびフィードフォワード制御系、
ならびに２次フィードバック制御系は従来と同等であ
る。

【００６６】還元物質圧力制御系において、第１実施例
と同様に、還元物質実流量信号ｊと還元物質流量指令信
号ｉの偏差信号ｋを補償演算器４１に入力する。補償演
算器４１ではこの偏差信号ｋがゼロとなるように還元物
質圧力調節弁１２の操作信号ｒを演算し加算器４３に出
力する。加算器４３では、フィードバック制御演算器３
６により還元物質実圧力信号ｎと還元物質圧力設定値信
号ｍの偏差信号ｏに基づいて演算された操作信号ｐと補
償演算器４１で演算された操作信号ｒを加算し還元物質
圧力調節弁１２を操作する。

【００６７】このような構成にすることにより、本実施
例では従来制御の欠点であった問題を解決できる。すな
わち、制御目標はＮＯx 流量を規制値に収めることであ
るが、前述のように、流量は、圧力の干渉を受け、制御
するのが難しく、規制値を満足することは難しい。しか
しながら、本実施例では、この圧力制御に流量制御から
の信号を使用し補正するようにしたので、これらの遅れ
を補償でき、制御規制値内に収めることが可能となる。
ただし、第１実施例と比較して、圧力からの補正信号を
流量側で受けていないため、圧力変動にたいする制御性
の改善は期待できない。しかしながら、圧力変動が少な
いプラントではより簡易な構成で十分な効果をあげるこ
とが出来る。

【００６８】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、コン
バインドサイクル発電プラントまたはガスタービン発電
プラントにおけるプラント状態量の速い変化に対して
も、ＮＯx に対する規制値または未反応還元物質に対す
る規制値を、濃度による規制値または流量による規制値
のいずれの場合にも係わらず満足し、プラントの状態量
に最適な制御をおこなうことができるので、最適な還元
物質の注入が可能となり、プラント起動・停止過程およ
び負荷変化時の速いプラント状態量の変化にも追従可能
であり、むだな還元物質を浪費することがないので経済
性に優れ、かつ安全にプラントの運転を行うことができ
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を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示す脱硝制御装置の特性を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例の脱硝制御装置を示すブロ
ック図である。

【図４】一軸型コンバインドサイクル発電プラントの一
例の構成を示す図である。

【図５】脱硝制御装置の従来例を示すブロック図であ
る。

【図６】従来の脱硝制御装置の特性を示す図である。

【符号の説明】

１………コンプレッサ ２………ガスタービン ３………発電機 ４………蒸気タービン ６………燃料調整弁 ７………燃焼器 ８………排熱回収ボイラ １０………復水器 １１………脱硝装置 １２………還元物質圧力調節弁 １３………還元物質流量調節弁 １４………脱硝制御装置 ２１………信号発生器 ２３………脱硝出口ＮＯx 濃度検出手段 ２５………排ガス流量演算手段 ２６………ガスタービン状態量検出手段 ２７………フィードバック（ＦＢ）制御演算器 ２９………フィードフォワード（ＦＦ）制御演算器 ３１………還元物質流量検出手段 ３２………フィードバック（ＦＢ）制御演算器 ３３………信号発生器 ３５………還元物質圧力検出手段 ３６………フィードバック（ＦＢ）制御演算器 ４０………補償演算器 ４１………補償演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 史郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 田邉 仁志 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力調節弁を介して圧力調整された還元
   物質を流量調節弁を介してガスタービンの排ガスに注入
   し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する脱硝制御装置
   において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が設定値と
   なるように注入すべき還元物質流量を演算する還元物質
   流量演算手段と、 前記流量調節弁を介して注入される還元物質流量と前記
   還元物質流量演算手段によって演算される還元物質流量
   との偏差および前記圧力調節弁を介して調整される還元
   物質圧力と予め設定された圧力設定値との偏差に基づい
   て前記流量調節弁の操作信号を演算する還元物質流量制
   御手段と、 前記圧力調節弁を介して調整される還元物質圧力と前記
   圧力設定値との偏差および前記流量調節弁を介して注入
   される還元物質流量と前記還元物質流量演算手段によっ
   て演算される還元物質流量との偏差に基づいて前記圧力
   調節弁の操作信号を演算する還元物質圧力制御手段とを
   備えたことを特徴とする脱硝制御装置。
2. 【請求項２】 圧力調節弁を介して圧力調整された還元
   物質を流量調節弁を介してガスタービンの排ガスに注入
   し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する脱硝制御装置
   において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が設定値と
   なるように注入すべき還元物質流量を演算する還元物質
   流量演算手段と、 前記流量調節弁を介して注入される還元物質流量と前記
   還元物質流量演算手段によって演算される還元物質流量
   との偏差に基づいて前記流量調節弁の操作信号を演算す
   る還元物質流量制御手段と、 前記圧力調節弁を介して調整される還元物質圧力と予め
   設定された圧力設定値との偏差および前記流量調節弁を
   介して注入される還元物質流量と前記還元物質流量演算
   手段によって演算される還元物質流量との偏差に基づい
   て前記圧力調節弁の操作信号を演算する還元物質圧力制
   御手段とを備えたことを特徴とする脱硝制御装置。
3. 【請求項３】 圧力調節弁を介して圧力調整された還元
   物質を流量調節弁を介してガスタービンの排ガスに注入
   し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する脱硝制御装置
   において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が設定値と
   なるように注入すべき還元物質流量を演算し還元物質流
   量指令信号を出力する還元物質流量演算手段と、 前記流量調節弁を介して注入される還元物質流量を測定
   し還元物質流量測定信号を出力する還元物質流量測定手
   段と、 前記圧力調節弁を介して調整される還元物質圧力を測定
   し還元物質圧力測定信号を出力する還元物質圧力測定手
   段と、 前記還元物質流量測定信号および前記還元物質流量指令
   信号に基づいてこれらの偏差がゼロとなるような前記流
   量調節弁の操作量を演算し、この操作量を前記還元物質
   圧力測定信号と予め設定された圧力設定値との偏差に基
   づいて補正して前記流量調節弁を操作する操作信号を出
   力する還元物質流量制御手段と、 前記還元物質圧力測定信号および前記圧力設定値に基づ
   いてこれらの偏差がゼロとなるような前記圧力調節弁の
   操作量を演算し、この操作量を前記還元物質流量測定信
   号と前記還元物質流量指令信号との偏差に基づいて補正
   して前記圧力調節弁を操作する操作信号を出力する還元
   物質圧力制御手段とを備えたことを特徴とする脱硝制御
   装置。
4. 【請求項４】 圧力調節弁を介して圧力調整された還元
   物質を流量調節弁を介してガスタービンの排ガスに注入
   し脱硝装置にて窒素酸化物を分解除去する脱硝制御装置
   において、 前記脱硝装置出口の排ガス中の窒素酸化物量が設定値と
   なるように注入すべき前記還元物質流量を演算し還元物
   質流量指令信号を出力する還元物質流量演算手段と、 前記流量調節弁を介して注入される還元物質流量を測定
   し還元物質流量測定信号を出力する還元物質流量測定手
   段と、 前記圧力調節弁を介して調整される還元物質圧力を測定
   し還元物質圧力測定信号を出力する還元物質圧力測定手
   段と、 前記還元物質流量測定信号および前記還元物質流量指令
   信号に基づいてこれらの偏差がゼロとなるように前記流
   量調節弁を操作する操作信号を出力する還元物質流量制
   御手段と、 前記還元物質圧力測定信号および前記圧力設定値に基づ
   いてこれらの偏差がゼロとなるような前記圧力調節弁の
   操作量を演算し、この操作量を前記還元物質流量測定信
   号と前記還元物質流量指令信号との偏差に基づいて補正
   して前記圧力調節弁を操作する操作信号を出力する還元
   物質圧力制御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、前記還元物質流量演算
   手段が、 前記脱硝装置出口で測定される排ガス中の窒素酸化物量
   と設定値に基づいてこれらの偏差がゼロとなるような還
   元物質流量を演算するフィードバック制御演算手段と、 前記ガスタービンの状態量に基づいて前記フィードバッ
   ク制御演算手段によって演算された還元物質流量を補正
   するフィードフォワード制御補正手段とを備えたことを
   特徴とする脱硝制御装置。