JPH1119469A - 脱硝反応器のアンモニア注入制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硝触媒が経時的に劣化しても脱硝反応器の
出口ＮＯｘ濃度が常に一定の変動幅に入り安定した値に
保たれ信頼性が向上する。 【解決手段】 脱硝触媒にＮＨ₃を注入して被処理ガス
中のＮＯｘを除去する脱硝反応器であって、この脱硝反
応器へのＮＨ₃の注入量を制御する脱硝反応器のアンモ
ニア注入制御装置９において、脱硝触媒の経時的な性能
劣化に対応してＮＨ₃の注入量を補正する補正手段１１
を備える。補正手段１１は、脱硝触媒の経時的な性能劣
化状態を演算する触媒劣化演算手段１２と、該触媒劣化
演算手段１２の出力に応じた加算量をＮＨ₃の注入量に
加算する加算手段３４とを有する。更に、ＮＨ₃の注入
は、脱硝反応器への被処理ガス中のＮＯｘ量が増加した
時に先行的に行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理ガス中の窒
素酸化物（以下「ＮＯｘ」とも記す）を除去する脱硝反
応器におけるアンモニアガス（以下「ＮＨ₃」とも記
す）の注入を制御するアンモニア注入制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、脱硝反応器の概略図である。脱
硝反応器１は、被処理ガスＧを入口ダクト４から導入
し、脱硝処理してから出口ダクト５に排出するものであ
る。この際、被処理ガスＧ中のＮＯｘは、入口ダクト４
に設けられたアンモニア注入管６によって、被処理ガス
Ｇ中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ₃がアンモニア流量調節
弁２８を介して注入され、脱硝反応器１の内部に充填さ
れた脱硝触媒（触媒）３の働きによって無害な水蒸気と
窒素ガスに分解され除去される。

【０００３】通常、脱硝反応器１の運用は被処理ガスＧ
の発生源、例えばボイラ等の負荷変化時においても脱硝
反応器１の出口ＮＯｘ濃度を規定濃度以下になるように
脱硝反応器１の入口ＮＯｘ量に見合ったアンモニアの注
入量にするよう制御が行なわれている。

【０００４】図５は、上記負荷変化時にアンモニアの先
行注入を行なわない場合の経過時間に対する脱硝反応器
運転特性の挙動を示す曲線図である。負荷、例えばボイ
ラ負荷Ｌの上昇に伴い、脱硝反応器１にて処理する被処
理ガスのガス量ＧＭが上昇する。更に、ボイラ出口ＮＯ
ｘ濃度も一般的に負荷上昇に伴い高くなる。従って、脱
硝反応器１へ流入するＮＯｘ量は、 （被処理ガス量ＧＭ）×（ボイラ出口ＮＯｘ濃度）＝脱
硝反応器流入ＮＯｘ量 であるから脱硝反応器に流入するＮＯｘ量も急激に上昇
する。

【０００５】これに対して、アンモニア注入の制御は入
口ＮＯｘ量に見合った量をモル比一定制御か或いは入口
ＮＯｘ濃度Ｃｉ、ガス量ＧＭ等の計測値より求めた値を
ベースとし出口ＮＯｘ濃度Ｃｏが一定となる量のアンモ
ニア注入量ＡＭに制御する。

【０００６】しかし、実際の出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの挙動
は、注入されたＮＨ₃が一旦、脱硝触媒３表面の活性点
に吸着した後にＮＯｘと脱硝反応することから負荷上昇
時はＮＯｘ量の増加に見合うだけのＮＨ₃吸着量が追い
つかないため負荷上昇開始時より出口ＮＯｘ濃度Ｃｏは
一時的に高くなる。

【０００７】そこで、アンモニア注入制御系にＮＯｘ量
が変化する要素のＮＯｘ量変動要素の信号を用いてＮＨ
₃を先行的に注入する制御系統が採用されている。

【０００８】図６は、アンモニアの先行注入を行なった
場合の経過時間に対する脱硝反応器運転特性の挙動を示
す曲線図である。出口ＮＯｘ濃度Ｃｏはアンモニアの先
行注入（アンモニアの注入量ＡＭの斜線部分４１）の効
果により出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの斜線部分４２の部分を低
くすることが出来るため、この変動分を予め整定時のＮ
Ｏｘ濃度設定値を低く設定しておくことによりプラント
は問題なく運用が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記脱
硝反応器の運用は、脱硝触媒の性能が経時的に殆ど劣化
しないという条件で可能となるものである。

【００１０】図７は、経時的な触媒性能劣化に伴う経過
時間に対する脱硝反応器運転特性の挙動を示す曲線図で
ある。脱硝触媒３の経時的劣化が進むとアンモニアの先
行注入による出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの変動幅を小さくする
効果は少なくなり、この図に示す通り、経時的にΔＮＯ
ｘ₁₁→ΔＮＯｘ₁₂→ΔＮＯｘ₁₃のように高くなり、つい
にはＮＯｘ規制値を守ることが難しい状況となりプラン
ト運用上支障が生じる怖れがあった。

【００１１】そのため、上記した負荷変化時のＮＯｘ濃
度変動幅が大きくなった分をカバーするために通常運用
ベース（整定時）の出口ＮＯｘ濃度の設定値を更に低く
する等の運用とする必要があり、通常運用時（整定時）
においても必要以上の高効率脱硝を行なうこととなり、
そのため還元剤であるＮＨ₃の使用量が多くなり、脱硝
反応器からの未反応アンモニアの濃度が高くなり、後流
機器への影響、例えば空気予熱器伝熱面の酸性硫安の付
着等の問題を発生させる怖れがあった。その為、触媒交
換或いは触媒積増等の脱硝性能向上策の実施が必要とな
り脱硝反応器の経済性或いは信頼性の問題があった。こ
のように、従来の脱硝反応器は、脱硝触媒の経時的劣化
により、プラントの負荷変化時等の出口ＮＯｘ濃度の変
動幅が大きくなるということに対して考慮が払われてい
なかった。

【００１２】本発明の課題は、脱硝触媒が経時的に劣化
しても脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度が常に一定の変動幅
に入り安定した値に保たれ信頼性が向上することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、脱硝触媒の劣化状態を脱硝反応器の運転状態
より把握し、その劣化状態（又は程度）に応じてアンモ
ニアの先行注入量を変えるようにし、脱硝反応器出口Ｎ
Ｏｘ濃度の変動を経時的に一定の変動幅になるようにし
たものである。即ち、被処理ガス中の窒素酸化物を除去
するために設けた触媒にアンモニアを注入して前記窒素
酸化物を除去する脱硝反応器であって、該脱硝反応器へ
の前記アンモニアの注入量を制御する脱硝反応器のアン
モニア注入制御装置において、前記触媒の経時的な性能
劣化状態に対応して前記アンモニアの注入量を補正する
補正手段を備えたことである。

【００１４】補正手段を備えたことにより、脱硝反応器
の脱硝触媒が経時的に性能劣化しても、この性能劣化状
態に対応してアンモニアの注入量を増加する補正を行な
うので、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度を常に一定の変動
幅になるように運転出来、安定した値に保つことが出
来、脱硝反応器の信頼性が向上する。補正手段は、脱硝
触媒の性能劣化状態を脱硝反応器の標準的な運用条件、
例えば１００％負荷時の整定時条件でアンモニアの注入
量と脱硝率を運転データから求める。このようにして求
めた劣化状態に見合うアンモニアの注入量となるように
注入し脱硝触媒の性能劣化後も脱硝反応器出口ＮＯｘ濃
度の変動が一定の変動幅になるようにしている。

【００１５】更に、上記脱硝反応器のアンモニア注入制
御装置において、前記補正手段は、前記触媒の経時的な
性能劣化状態を演算する触媒劣化演算手段と、該触媒劣
化演算手段の出力に応じた加算量を前記アンモニアの注
入量に加算する加算手段とを有することである。触媒劣
化演算手段を有することにより、上記脱硝反応器のアン
モニア注入制御装置の作用に加え、触媒の経時的な性能
劣化状態を演算し、次に、加算手段により触媒劣化演算
手段の出力に応じた加算量を算出してアンモニアの注入
量に加算するので、上記の効果が一層確実になる。

【００１６】更に、上記いずれかの脱硝反応器のアンモ
ニア注入制御装置において、前記補正手段は、前記触媒
の経時的な性能劣化状態のデータを外部から入力するこ
とにより行なわれることである。触媒の経時的な性能劣
化状態のデータを外部から入力することにより、上記い
ずれかの脱硝反応器のアンモニア注入制御装置の作用に
加え、脱硝触媒の定期的な性能試験結果に基づいて確認
し、これを入力することにより、アンモニアの注入量の
補正を的確に行なうことが出来る。

【００１７】そして、上記いずれかの脱硝反応器のアン
モニア注入制御装置において、前記アンモニアの注入
は、該脱硝反応器への被処理ガス中の窒素酸化物量が増
加した時に先行的に行なわれることである。被処理ガス
中の窒素酸化物量が増加した時にアンモニアの注入を先
行的に行なうことにより、上記いずれかの脱硝反応器の
アンモニア注入制御装置の作用に加え、予め脱硝触媒に
アンモニアを注入しておけるので、時間的に後から流入
する窒素酸化物に対して遅れることなく分解して除去す
ることが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の脱硝反応器のアンモ
ニア注入制御装置の実施の形態について、図１〜３を使
用して説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る脱硝反応器のアンモ
ニア注入制御装置の一実施の形態を示す系統図である。
本実施の形態のアンモニア注入制御装置９は、先に示し
た図４における被処理ガスＧ中のＮＯｘを除去するため
に設けた脱硝触媒３に注入するＮＨ₃の注入量を制御す
るもので、脱硝反応器の入口ＮＯｘ濃度検出器１６で検
出された入口ＮＯｘ濃度信号１６ａと、被処理ガス流量
要素１８による被処理ガス流量信号１８ａとを乗算器２
４で乗算し総ＮＯｘ量信号２５を算出する。一方、モル
比設定器２１による必要モル比（ＮＯｘ量とＮＨ₃量の
比率）信号２１ａを切替器２３を介して総ＮＯｘ量信号
２５に乗算器２６によって乗算し、更にＮＯｘ量変動要
素２９によるＮＯｘ量変動信号２９ａを加算器２７で加
算して必要アンモニア流量信号３０を算出する。この必
要アンモニア流量信号３０と実測アンモニア流量検出器
１４で検出された実測アンモニア流量信号１４ａとを比
較器３１で比較してその偏差信号３１ａを発生させ、こ
れを比較積分器３２で弁開度信号に変換し、更に制御信
号３３に変換し、アンモニア流量調節弁２８を開閉す
る。

【００２０】尚、本実施の形態のアンモニア注入制御装
置９は、出口ＮＯｘ濃度検出器１５で検出した出口ＮＯ
ｘ濃度信号１５ａと、出口ＮＯｘ濃度設定器１９で設定
された出口ＮＯｘ濃度設定信号１９ａと比較し、次に比
較積分器２０を介してＮＯｘ濃度差信号を発生させ、こ
れに被処理ガス流量信号１８ａを乗算して要求ＮＨ₃量
（出口ＮＯｘ濃度を設定出口ＮＯｘ濃度とするために必
要なＮＨ₃量）信号を発生させることも出来る。

【００２１】更に、本実施の形態のアンモニア注入制御
装置９は、２点鎖線で囲われた部分である補正手段１１
を備えたことである。補正手段１１は、脱硝触媒３（図
４）の経時的な性能劣化状態に対応してＮＨ₃の注入量
を補正するもので、脱硝触媒３の経時的な性能劣化状態
を演算する触媒劣化演算手段１２と、この触媒劣化演算
手段１２の出力に応じた加算量をアンモニアの注入量に
加算する加算手段３４とを有する。ここで、ＮＨ₃の注
入は、脱硝反応器１への被処理ガスＧ中のＮＯｘ量が増
加した時に先行的に行なわれる。

【００２２】上記触媒劣化演算手段１２は、脱硝触媒３
の性能劣化状態を確認する回路で、リセット装置３７及
び演算装置３８を有している。演算装置３８は、入口Ｎ
Ｏｘ濃度Ｃｉ、出口ＮＯｘ濃度Ｃｏ、被処理ガス量ＧＭ
及びアンモニアの注入量ＡＭのプロセス量をベースとし
て脱硝反応器の脱硝性能劣化状態を演算する。即ち、入
口ＮＯｘ濃度Ｃｉと出口ＮＯｘ濃度Ｃｏから脱硝率ηを
求める。一方、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉ、被処理ガス量Ｇ
Ｍ、アンモニアの注入量ＡＭからアンモニア注入モル比
Ｍを求める。

【００２３】図２は、上記アンモニア注入モル比Ｍと脱
硝率ηとの関係曲線図である。脱硝性能を示す脱硝率η
は、アンモニア注入モル比Ｍを大きくするに従い向上す
るが、その傾向は横ばいとなる傾向がある。脱硝触媒３
は、経時的劣化がない新品状態であれば、例えば曲線Ａ
₁に示すようなモル比特性曲線となるが、経時的に性能
劣化が進行するとモル比特性曲線は、Ａ₂→Ａ₃→Ａ₄…
に示すように脱硝性能が低下する。

【００２４】ここで、触媒性能特性がモル比特性曲線Ａ
₁に沿っている場合、プラントの負荷変化時のアンモニ
アの注入量は負荷変化開始前の低負荷域では脱硝率η₁
の運用を行なう。その時、アンモニア注入モル比Ｍは、
Ｍ₁₀となる。高負荷域では入口ＮＯｘ濃度Ｃｉが一般的
に高くなるため出口ＮＯｘ濃度Ｃｏを一定とした運用を
行なうとした場合、脱硝率ηを高くする必要があるため
脱硝率η₂とする必要がありアンモニア注入モル比Ｍは
Ｍ₂₀まで高くなる。

【００２５】更に、脱硝触媒３の性能が曲線Ａ₁より曲
線Ａ₂へと低下した場合は、低負荷ではＭ₁₁、高負荷で
はＭ₂₁のアンモニア注入モル比となる。即ち、触媒性能
劣化がない場合、高低負荷時のアンモニア注入モル比差
はΔＭ₀であるものが触媒劣化後のモル比差はΔＭ₁とな
り、これらのモル比差はΔＭ₁＞ΔＭ₀となる。

【００２６】このことは負荷変化時のアンモニアの先行
注入量を触媒性能劣化状態により変えなければ、脱硝触
媒の劣化が進行すれば出口ＮＯｘ濃度の変動はそれに伴
い大きくなることを意味している。以上の考え方に基づ
きアンモニアの先行注入量を触媒性能劣化状態に対応さ
せて変化させるようにしたものが本実施の形態の補正手
段１１である。

【００２７】次に、先に述べた演算装置３８は、上記の
ようにして求めた脱硝率η、アンモニア注入モル比Ｍを
用いて、この時点での脱硝触媒の脱硝性能を示す曲線Ａ
を曲線Ａ₁、Ａ₂…から求める。この求められた曲線Ａか
ら、それに対応した係数Ｂ（Ｂ₁、Ｂ₂…のどれか）を求
める。この係数Ｂが触媒の性能劣化状態に対応した数値
となり、これにより触媒の劣化状態を知ることが出来
る。係数Ｂの値は、例えば曲線Ａ₁に相当する係数Ｂ₁が
１の時、曲線Ａ₂に相当する係数Ｂ₂が０．９５等に予め
設定しておく。

【００２８】図３は、触媒性能劣化状態を表わす係数Ｂ
とアンモニアの先行注入量補正値との関係曲線図であ
る。加算手段３４は、図３に示す特性曲線Ｃを持つ関数
発生器３９とアンモニアの先行注入量補正値用のアナロ
グメモリ３６を有する。特性曲線Ｃは、予め試験等によ
り決めておく。アナログメモリ３６は、関数発生器３９
にて出力された先行注入量補正値に当初よりアナログメ
モリ３６に入力されていた先行注入量補正値を置き換え
るものである。尚、この置き換えるタイミングは例えば
リセット装置３７等により自動的に行なっても良いし運
転員により適時校正をかけても良い。

【００２９】他の実施の形態として、補正手段１１にお
いて、脱硝触媒３の経時的な性能劣化状態のデータを外
部から入力することにより行なうことも出来る。脱硝触
媒３の経時的な性能劣化状態に対応したデータを補正手
段１１に入力し、アンモニアの注入量を補正する。入力
データは、例えば定期的な性能試験結果に基づき確認し
作成する。これを脱硝反応器のアンモニア注入制御装置
９に入力してアンモニアの先行注入量を補正するように
する。いずれにしても脱硝反応器の脱硝触媒性能からア
ンモニアの先行注入量を補正すようにしたものである。

【００３０】本実施の形態のアンモニア注入制御装置９
は、次のような効果がある。即ち、 経時的に脱硝触媒３の性能劣化が進行しても、これ
に対応するようにアンモニアの先行注入量を変更するの
で、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの変動幅を一定の
幅範囲内にすることが出来る。

【００３１】 上記経時的性能劣化があっても負荷変
動時の出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの変動幅が大きくならないた
め整定時の出口ＮＯｘ濃度Ｃｏの運用値を下げる必要が
ない。

【００３２】 整定時のアンモニアの使用量が少なく
てすむ。

【００３３】 未反応のリークアンモニアを低くした
運用が可能となるため後流機器への影響を小さく抑えた
運用が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の脱硝反応器のアンモニア注入制
御装置によれば、脱硝反応器の脱硝触媒が経時的に劣化
しても、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度が常に一定の変動
幅に入り安定した値に保たれ信頼性を向上させることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る脱硝反応器のアンモニア注入制御
装置の一実施の形態を示す系統図である。

【図２】アンモニア注入モル比Ｍと脱硝率ηとの関係曲
線図である。

【図３】触媒性能劣化状態を表わす係数Ｂとアンモニア
先行注入量補正値との関係曲線図である。

【図４】脱硝反応器の概略図である。

【図５】アンモニア先行注入を行なわない場合の経過時
間に対する脱硝反応器運転特性の挙動を示す曲線図であ
る。

【図６】アンモニア先行注入を行なった場合の経過時間
に対する脱硝反応器運転特性の挙動を示す曲線図であ
る。

【図７】経時的な触媒性能劣化に伴う経過時間に対する
脱硝反応器運転特性の挙動を示す曲線図である。

【符号の説明】

１ 脱硝反応器 ３ 脱硝触媒（触媒） ９ アンモニア注入制御装置 １１ 補正手段 １２ 触媒劣化演算手段 ３４ 加算手段 Ｇ 被処理ガス ＡＭ アンモニアの注入量

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理ガス中の窒素酸化物を除去するた
   めに設けた触媒にアンモニアを注入して前記窒素酸化物
   を除去する脱硝反応器であって、該脱硝反応器への前記
   アンモニアの注入量を制御する脱硝反応器のアンモニア
   注入制御装置において、前記触媒の経時的な性能劣化状
   態に対応して前記アンモニアの注入量を補正する補正手
   段を備えたことを特徴とする脱硝反応器のアンモニア注
   入制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記補正手段は、前
   記触媒の経時的な性能劣化状態を演算する触媒劣化演算
   手段と、該触媒劣化演算手段の出力に応じた加算量を前
   記アンモニアの注入量に加算する加算手段とを有するこ
   とを特徴とする脱硝反応器のアンモニア注入制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記補正手段
   は、前記触媒の経時的な性能劣化状態のデータを外部か
   ら入力することにより行なわれることを特徴とする脱硝
   反応器のアンモニア注入制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
   記アンモニアの注入は、該脱硝反応器への被処理ガス中
   の窒素酸化物量が増加した時に先行的に行なわれること
   を特徴とする脱硝反応器のアンモニア注入制御装置。