JPH11267452A - 脱硝装置のアンモニア注入量制御方法 - Google Patents

脱硝装置のアンモニア注入量制御方法

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JPH11267452A
JPH11267452A JP10077869A JP7786998A JPH11267452A JP H11267452 A JPH11267452 A JP H11267452A JP 10077869 A JP10077869 A JP 10077869A JP 7786998 A JP7786998 A JP 7786998A JP H11267452 A JPH11267452 A JP H11267452A
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nox concentration
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英樹 斎藤
Unso Hayashi
雲聰 林
Hideki Shiozaki
秀喜 塩崎
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正義 市来
Nobuo Matsumoto
信夫 松本
Tetsushi Hayashi
哲史 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予測NOx濃度と実NOx濃度とを精度よく
一致させ、これにより適正なアンモニア注入量を確保で
きる脱硝装置のアンモニア注入量制御方法を提供する。 【解決手段】 入口NOx濃度予測値からアンモニア注
入量を求めるフィードフォワード制御を行うに際し、入
口NOx濃度補正値を装置入口に設けられたNOx濃度
分析計の特性に基づいて処理することにより出力信号を
求め、この出力信号とNOx濃度分析計の計測値とから
誤差信号を求め、この誤差信号に基づいて求められた修
正信号とガスタービンのプロセス量から計算される入口
NOx濃度予測値との和として入口NOx濃度補正値を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
出口に設けられて排ガス中のNOxを除去する脱硝装置
において、還元剤であるアンモニアを先行注入するに際
して、アンモニア注入量の適正値を確保するための脱硝
装置のアンモニア注入量制御方法に関し、特に、アンモ
ニア注入量制御に必要な入口NOx濃度の値を適正に求
めるための補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンから排出されるNOx量
は、起動・停止の過程や負荷変動によって過渡的に大き
く変動するものであり、他方、脱硝装置は、脱硝・吸着
反応という化学反応特有の非線形性・動特性をもってい
る。また、NOx量を計測するNOx濃度分析計は、検
出遅れ・サンプリングによるむだ時間を有している。そ
のため、脱硝出口NOx濃度計測値のフィードバックに
よる制御は技術的に困難である。
【0003】したがって、従来の脱硝装置のアンモニア
注入量制御方法としては、ガスタービン出口の予測NO
x濃度と脱硝出口の目標NOx濃度とから計算される脱
硝率に基づいて、予め設定されたアンモニアモル比(ア
ンモニア量/NOx量)をテーブルから取り出し、アン
モニアモル比と予測NOx流量(=NOx濃度×排ガス
流量)との積により必要なアンモニア注入量を求め、そ
の信号を負荷変化信号などで補正するフィードフォワー
ド制御を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の脱硝装置の
アンモニア注入量制御方法では、予測NOx濃度の予測
精度が十分でないため、これが実NOx濃度と一致せ
ず、予測NOx濃度信号を元にしたフィードフォワード
制御によるアンモニア注入量が適正なものとならず、制
御結果に悪影響を与えるという問題があった。
【0005】この発明の目的は、予測NOx濃度と実N
Ox濃度とを精度よく一致させ、これにより適正なアン
モニア注入量を確保できる脱硝装置のアンモニア注入量
制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明による脱硝装置
のアンモニア注入量制御方法は、入口NOx濃度予測値
からアンモニア注入量を求めるフィードフォワード制御
を行う脱硝装置のアンモニア注入量制御方法において、
入口NOx濃度補正値を装置入口に設けられたNOx濃
度分析計の特性に基づいて処理することにより出力信号
を求め、この出力信号とNOx濃度分析計の計測値とか
ら誤差信号を求め、この誤差信号に基づいて求められた
修正信号とガスタービンのプロセス量から計算される入
口NOx濃度予測値との和として入口NOx濃度補正値
を得ることを特徴とするものである。
【0007】こうして得られる入口NOx濃度補正値
を、ガスタービンの起動・停止時に使用し、ガスタービ
ンの定常運転時には、これに代えてNOx濃度分析計の
計測値を使用してもよい。
【0008】誤差信号から修正信号を求めるに際して
は、誤差信号に比例要素を施すか、または、誤差信号に
比例要素および積分要素を施すことが好ましい。
【0009】NOx濃度分析計の特性は、時間遅れTお
よびむだ時間Lにより決定される伝達関数G(s)=e
−L・s/(1+T・s)により表すことが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。
【0011】図1は、この発明のアンモニア注入量制御
方法が使用される脱硝プロセスのフローを示している。
同図において、圧縮機(2) および燃焼器(3) によって駆
動されるガスタービン(1) の出口に、排熱回収ボイラ用
排ガス脱硝装置(4) が設けられている。この排ガス脱硝
装置(4) においては、ガスタービン(1) の排ガス中に含
まれるNOxとアンモニア注入グリッド(5) から注入さ
れたアンモニアとが、脱硝触媒(6) の存在下で反応して
窒素と水とになって煙突(7) から排出されるとともに、
これらに未反応のNOxとアンモニアとが随伴する。脱
硝装置(4) 入口および出口には、それぞれNOx濃度分
析計(8)(9)が設けられている。アンモニアは、後述する
制御方法に基づいた制御を行う制御装置(10)によりコン
トロールされており、アンモニア発生装置(11)で得られ
たものが圧力調整弁(12)および流量調整弁(13)などによ
りその流量を制御されて混合器(14)に至り、ここでファ
ン(15)および流量調整弁(16)を介して導入された希釈用
空気と混合されて、アンモニア注入グリッド(5) に送ら
れている。
【0012】図2は、アンモニア注入量制御系のブロッ
ク図を示している。アンモニア注入量制御系は、入口N
Ox濃度計測値および入口NOx濃度予測値に基づいて
入口NOx濃度予測値を補正する入口NOx濃度演算部
(21)と、アンモニア吸着量・アンモニア注入量計算ブロ
ック(22)、出口NOx濃度補正ブロック(23)およびシミ
ュレーションブロック(24)を備えたアンモニア注入量制
御系フィードフォワード部(以下FF部という。)と、
出口NOx濃度比較ブロック(25)を備えたアンモニア注
入量制御系フィードバック部(以下FB部という。)と
から構成されている。
【0013】入口NOx濃度演算部(21)は、フィードフ
ォワード制御で使用される入口NOx濃度の予測値を実
際の入口NOx濃度に近い値として求める部分である。
FF部は、タービンの起動時、停止時および定常運転時
のアンモニア注入量を脱硝プロセスモデルに基づいたフ
ィードフォワード演算で決定するものである。また、F
B部は、タービンの定常運転時に、脱硝出口NOx濃度
をフィードバックしてフィードフォワード制御を補正す
るものであり、ガスタービン(1) の起動時および停止時
には、フィードバック制御は実施されないようになって
いる。
【0014】図3を参照して、この発明の要部である入
口NOx濃度演算部(21)の詳細を説明する。
【0015】入口NOx濃度演算部(21)は、入口NOx
濃度予測値qを修正する修正信号nを出力する予測濃度
修正ブロック(31)と、入口NOx濃度演算部(21)で得ら
れた入口NOx濃度補正信号pをNOx濃度分析計(8)
の特性に基づいて処理して出力信号rを出力する計測系
特性ブロック(32)と、入口NOx濃度分析計(8) の入口
NOx濃度計測値mと計測系特性ブロック(32)からの出
力信号rとの差を求めてこれを誤差信号として予測濃度
修正ブロック(31)に出力する減算器(33)と、予測濃度修
正ブロック(31)からの修正信号nと入口NOx濃度予測
値qとの和を求めてこれを補正信号pとして出力する加
算器(34)とを備えたフィードバック回路である。
【0016】入口NOx濃度分析計(8) は、時間遅れお
よびむだ時間を有しており、その特性は、伝達関数G
(s)=e−L・s/(1+T・s)によって表すこと
ができる。ここで、Lは計測システムのむだ時間で、T
は計測システムの遅れ時間である。
【0017】これに対応して、計測系特性ブロック(32)
も、伝達関数G(s)=e−L′・s/(1+T′・
s)によって表す。ここで、むだ時間係数L′および遅
れ時間係数T′は、実システムの係数の推測値である。
NOx濃度分析計(8) の特性は、たとえばそのメーカー
によって異なるものであるが、どのメーカーのNOx濃
度分析計(8) を用いても、その特性に計測系特性ブロッ
ク(32)を合わせることで、柔軟な対応が可能である。
【0018】予測濃度修正ブロック(31)は、たとえば、
その伝達関数がKpである単純な比例ゲインで表され
る。このKpを十分大きくすることによって、誤差信号
を0にすることができれば、入口実NOx濃度kと入口
NOx濃度補正信号pとが等しくなり、この原理で入口
実NOx濃度kを推定することができる。すなわち、比
例ゲインKpが十分大きければ、入口NOx濃度予測値
qは、修正信号nに比べて小さいので無視することがで
きるから、システム全体の伝達関数は、分析計(8) の入
力をラプラス変換したものをk(s)、補正信号pをラ
プラス変換したものをp(s)として、 で表すことができる。したがって、LとL′とがほぼ等
しくかつTとT′とがほぼ等しい場合、システム全体と
しては、近似的に、伝達関数 で表される特性をもつこととなる。なお、Kpを大きく
すればするほど、入口実NOx濃度kと入口NOx濃度
補正信号pとがよく一致する。
【0019】こうして、入口NOx濃度分析計(8) の計
測値mと計測系特性ブロック(32)からの出力信号rとの
差である誤差信号をほぼ0とすることにより、入口実N
Ox濃度kに等しくなった入口NOx濃度補正信号p
は、FF部に出力される。なお、定常運転時には、入口
NOx濃度分析計(8) の計測値mを入口NOx濃度補正
信号pとして使用してもよい。
【0020】FF部で得られたアンモニア注入量FF信
号は、FB部から出力されたアンモニア注入量FB信号
と加算器(27)により加算され、アンモニア注入量設定値
として出力される。制御装置(10)のアンモニア流量制御
部では、このアンモニア注入量設定値と実際のアンモニ
ア流量の偏差をとり、PID制御を行い、バルブの開度
を制御する。
【0021】FB部の出口NOx濃度比較ブロック(25)
は、定常運転時に、出口NOx濃度目標値と脱硝装置
(4) 出口のNOx濃度分析計(9) による出口NOx濃度
計測値とを比較し、その偏差に基づいた補正信号をアン
モニア注入量FB信号として出力する部分であり、これ
により、アンモニア注入量がより一層適切に制御され
る。
【0022】図4は、この発明のアンモニア注入量制御
方法による入口NOx濃度補正を行ったときのシミュレ
ーション結果を示している。同図において、実NOx濃
度とガスタービンのプロセス量から計算される予測NO
x濃度との間には、かなりの誤差が存在しているが、こ
の発明の入口NOx濃度補正により求めた補正後NOx
濃度は、実NOx濃度に極めて近い特性を示している。
【0023】なお、上記において、予測濃度修正ブロッ
ク(31)では、誤差信号から修正信号を求めるに際し、簡
便さを重視して誤差信号に比例要素を施しているが、こ
れに代えて、誤差信号に比例要素および積分要素を施す
ようにしてもよい。比例要素および積分要素の両方を施
すことにより、図4における補正後NOx濃度と実NO
x濃度との差をより小さくすることができる。
【0024】こうして得られた入口NOx濃度補正値を
用いてフィードフォワード制御を行うことにより、精度
の良いアンモニア注入量制御を行うことができる。この
ときのFF部は、上述したアンモニア吸着量・アンモニ
ア注入量計算ブロック(22)、出口NOx濃度補正ブロッ
ク(23)およびシミュレーションブロック(24)を備えたも
のでなくてもよく、たとえば、アンモニア吸着量・アン
モニア注入量計算ブロック(22)だけ、または、出口NO
x濃度補正ブロック(23)およびシミュレーションブロッ
ク(24)だけであってもよく、また、ガスタービン出口の
予測NOx濃度と脱硝出口の目標NOx濃度とから計算
される脱硝率に基づいて、予め設定されたアンモニアモ
ル比をテーブルから取り出し、アンモニアモル比と予測
NOx流量との積により必要なアンモニア注入量を求
め、その信号を負荷変化信号などで補正するという公知
のフィードフォワード制御であってもよい。
【0025】
【発明の効果】この発明の脱硝装置のアンモニア注入量
制御方法によると、アンモニア注入量を求めるさいに使
用される入口NOx濃度予測値が、入口実NOx濃度に
極めて近い値として求められるので、この入口NOx濃
度予測値を用いたフィードフォワード制御を行うことに
より、精度の良いアンモニア注入量制御を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のアンモニア注入量制御方法が使用さ
れる脱硝プロセスを示すフロー図である。
【図2】この発明のアンモニア注入量制御方法を示すブ
ロック図である。
【図3】この発明のアンモニア注入量制御方法の要部で
ある入口NOx濃度演算部を示すブロック図である。
【図4】この発明のアンモニア注入量制御方法による入
口NOx濃度補正を行ったときのシミュレーション結果
を示すグラフである。
【符号の説明】
(4) 脱硝装置 (8) 入口NOx濃度分析計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩崎 秀喜 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 市来 正義 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 松本 信夫 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 林 哲史 大阪市住之江区南港北1丁目7番89号 日 立造船株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入口NOx濃度予測値からアンモニア注
    入量を求めるフィードフォワード制御を行う脱硝装置の
    アンモニア注入量制御方法において、入口NOx濃度補
    正値を装置入口に設けられたNOx濃度分析計の特性に
    基づいて処理することにより出力信号を求め、この出力
    信号とNOx濃度分析計の計測値とから誤差信号を求
    め、この誤差信号に基づいて求められた修正信号とガス
    タービンのプロセス量から計算される入口NOx濃度予
    測値との和として入口NOx濃度補正値を得ることを特
    徴とする脱硝装置のアンモニア注入量制御方法。
  2. 【請求項2】 誤差信号から修正信号を求めるに際し、
    誤差信号に比例要素を施すことを特徴とする請求項1記
    載の脱硝装置のアンモニア注入量制御方法。
  3. 【請求項3】 誤差信号から修正信号を求めるに際し、
    誤差信号に比例要素および積分要素を施すことを特徴と
    する請求項1記載の脱硝装置のアンモニア注入量制御方
    法。
  4. 【請求項4】 NOx濃度分析計の特性を時間遅れTお
    よびむだ時間Lにより決定される伝達関数G(s)=e
    −L・s/(1+T・s)により表すことを特徴とする
    請求項1、2または3記載の脱硝装置のアンモニア注入
    量制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020192501A (ja) * 2019-05-28 2020-12-03 株式会社東芝 脱硝制御装置及び脱硝制御方法
CN113380338A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种循环流化床机组旋风分离器进口处NOx浓度测量修正及预测方法

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JP2020192501A (ja) * 2019-05-28 2020-12-03 株式会社東芝 脱硝制御装置及び脱硝制御方法
CN113380338A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种循环流化床机组旋风分离器进口处NOx浓度测量修正及预测方法

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