JPH11531A - 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】 負荷変化到達後の窒素酸化物濃度の急変に対
して、脱硝反応器出口窒素酸化物濃度を規定値以下に抑
え、且つ設定値との偏差を小さくする。 【解決手段】 窒素酸化物濃度の計測値及び設定値から
算出したアンモニアの注入モル比と被処理ガス中の総窒
素酸化物量とによってアンモニアの注入量を算出する注
入量算出手段９と、負荷が変化した時にのみこの負荷の
変化率に応じて先行的にアンモニアの加算注入量を加算
する注入量加算手段４８とを有する脱硝反応器のアンモ
ニア注入制御装置７において、負荷の変化到達後の窒素
酸化物濃度の急変に先行して負荷の変化到達時の空気流
量デマンド５８と負荷換算による空気量５９との偏差に
対応して必要ＮＨ₃流量信号３３を増減し補正する注入
量補正手段５５を備える。

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）をアンモニアガス
（以下「ＮＨ₃」とも記す）の注入によって分解、除去
する脱硝反応器の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５は、従来技術に係る脱硝反応器のア
ンモニア注入制御装置の制御回路図である。従来のアン
モニア注入制御装置８は、被処理ガス中の窒素酸化物を
分解、除去するに必要なアンモニアの注入量を算出する
注入量算出手段９と、前記被処理ガスの発生源の負荷が
変化した時に先行的に注入するアンモニアの加算量を算
出する注入量加算手段４８とを有している。

【０００３】注入量算出手段９は、脱硝反応器の入口Ｎ
Ｏｘ濃度、出口ＮＯｘ設定値、出口ＮＯｘ濃度及び被処
理ガス量等からアンモニアの注入量を算出するものであ
る。即ち、脱硝反応器の入口ＮＯｘ分析計１２で検出さ
れた入口ＮＯｘ信号１３と、被処理ガス量２８の被処理
ガス流量信号２９とを乗算器３１で乗算し総ＮＯｘ量信
号３０を算出する。一方、入口ＮＯｘ信号１３と脱硝反
応器出口ＮＯｘ設定器１５で設定された設定ＮＯｘ信号
１６との減算を行なう減算器１９を有する必要モル比演
算部１８で必要モル比（ＮＨ₃モル量／ＮＯｘモル量）
信号２０を算出し、これに出口ＮＯｘ分析計２２で検出
された実測出口ＮＯｘ信号２３と設定ＮＯｘ信号１６と
を減算器２４により偏差を算出し、加算器２５で必要モ
ル比信号２０の補正を行なう。補正された必要モル比信
号２６と先に述べた総ＮＯｘ量信号３０とを乗算器３２
で乗算し必要とする必要ＮＨ₃流量信号３３を算出す
る。この必要ＮＨ₃流量信号３３と実測アンモニア流量
計３８で検出された実測ＮＨ₃流量信号３９を減算器４
０で減算してそのＮＨ₃流量偏差信号４１を算出し、こ
れを比例積分器４２で弁開度信号４３に変換して電空変
換器４４により制御信号４５に変換し、ＮＨ₃配管５の
途中に設けられたアンモニア流量調節弁１０を開閉す
る。

【０００４】又、注入量加算手段４８は、負荷指令、例
えばボイラ負荷の負荷指令４９によって変化が起きた
時、負荷の状態が変化したことを捉えて負荷変化時のみ
に働く１段微分回路５０（負荷変化してから到達時まで
一定値でバイアス補正される）及び２段微分回路５１
（負荷変化した時と到達時にそれぞれ一時的にバイアス
補正される）とを有し、先行して必要ＮＨ₃流量信号３
３（アンモニアの注入量）をバイアス補正するものであ
る。こうして得られたアンモニアの注入量を図示してい
ないアンモニア流量計（図４の符号３８）とアンモニア
流量調節弁１０で構成される回路の設定値として与え
る。これにより脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度を規定値以
下に保つようにアンモニアの注入量を制御する。

【０００５】又、この種の方法、装置として関連するも
のは、例えば特開昭６２−２２７４２６号公報が挙げら
れる。これによると負荷が変化したとき（負荷変化中）
を捉えて空気流量測定信号及びそれを微分器を使用して
変換した空気流量変化信号によってアンモニアの先行注
入量を演算するものであるが、空気流量が変化しない負
荷変化到達時には空気流量変化信号はゼロとなり負荷変
化到達後は実質的に補正が出来ないことになる。しか
し、負荷上昇変化時の場合、負荷に見合って燃料量が変
化するので安全性を考慮して燃料量に対し通常の負荷整
定時より空気を過剰に投入するためＮＯｘ濃度も一時的
に急上昇する。

【０００６】この脱硝反応器の入口ＮＯｘ濃度急上昇に
対応して負荷変化中は上記１段微分回路５０及び２段微
分回路５１により出口ＮＯｘ設定値との偏差を小さく抑
えることは出来たが、負荷到達後に負荷変化中に過剰に
投入された空気が負荷変化後の整定時のバランスする空
気量に戻るため、逆にＮＯｘ濃度が急降下し、しかも負
荷変化中に先行注入した過剰のアンモニアの影響を受け
て出口ＮＯｘ濃度が設定値に対して大きく下回り、アン
モニア流量調節弁１０がそれに対応するためにほとんど
閉となってしまう。しかし、その後の負荷整定時の入口
ＮＯｘ濃度で安定したとき、アンモニア注入量を絞って
いたことの反動で、出口ＮＯｘ濃度が上昇し、制御が追
従出来ず出口ＮＯｘ濃度設定値を大きく上回ることにな
る。以上のように負荷変化到達後のＮＯｘ濃度の急変に
追従することが出来なかった。

【０００７】又、先のボイラ負荷の降下変化時の場合
も、同様に負荷変化中は１段、２段微分回路により調整
出来たが、負荷変化中のＮＯｘ濃度の低下に伴いアンモ
ニア注入量をカットして出口ＮＯｘ濃度設定値との偏差
を小さく抑えたため、負荷変化到達時に負荷上昇時と同
様に過剰空気による影響で負荷到達後のＮＯｘ濃度急上
昇が発生し、負荷変化到達後の現象のため補正すること
が出来なかった。従って、負荷変化到達に先行してアン
モニアの注入量を増減し、規定値以下に抑え、且つ脱硝
反応器出口ＮＯｘ濃度設定値との偏差を小さくする点に
ついて配慮がされていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ボイ
ラ負荷上昇変化中におけるエアーリッチによる過剰空気
によって脱硝反応器入口ＮＯｘ濃度の急上昇及びボイラ
負荷下降変化中における空気流量減少による脱硝反応器
の出口ＮＯｘ濃度の低下に対して脱硝反応器のＮＯｘ濃
度を規定値以下に保つ機能は有しているが、負荷上昇到
達後の過剰空気の戻りによるＮＯｘ濃度の急降下の発生
に対し、或いは、負荷下降変化中のＮＯｘ濃度低下に伴
うアンモニア量カットによる影響で負荷到達後のＮＯｘ
濃度急上昇の発生に対して、各々負荷変化到達後の現象
のために補正することが出来ず、先行してアンモニアの
注入量を増減し、規定値以下に迎え且つ脱硝反応器の出
口ＮＯｘ濃度設定値との偏差を小さくする点について配
慮されておらず、負荷上昇変化到達後の窒素酸化物濃度
の急降下、或いは負荷下降変化到達後の窒素酸化物濃度
の急上昇に対応しきれず、窒素酸化物の排出濃度が規定
値を越えてしまう怖れがあった。

【０００９】本発明の課題は、負荷変化到達後の窒素酸
化物濃度の急変に対して、脱硝反応器の出口窒素酸化物
濃度を規定値以下に抑え、且つ脱硝反応器の出口窒素酸
化物濃度の設定値との偏差を小さくすることである。

【００１０】

【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、被処理ガス中の窒素酸化物をアンモニアの注
入によって分解、除去する脱硝反応器であって、該脱硝
反応器の窒素酸化物濃度の計測値及び設定値から前記ア
ンモニアの注入モル比（アンモニアモル量／窒素酸化物
モル量）を算出し、該注入モル比と前記被処理ガス中の
総窒素酸化物量とによってアンモニアの注入量を算出す
る注入量算出手段と、負荷が変化した時にのみ該負荷の
変化率に応じて先行的に前記アンモニアの加算注入量を
前記アンモニアの注入量に加算する注入量加算手段とを
有する脱硝反応器のアンモニア注入制御装置において、
前記負荷の変化到達後の窒素酸化物濃度の急変に先行し
て該負荷の変化到達時の空気流量の変化を捉えて前記ア
ンモニアの注入量を増減し補正する注入量補正手段を備
えたことである。

【００１１】上記注入量補正手段は、比較的捉え易い被
処理ガス発生源負荷の変化到達時の空気流量を捉えるこ
とにより、先行的にアンモニアの注入量を増減し補正
し、負荷の変化到達後における出口窒素酸化物濃度の急
変を抑え、且つ前記脱硝反応器の出口窒素酸化物濃度の
設定値との偏差を小さくすることが出来る。

【００１２】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、前記注入量補正手段は、前記負荷の変
化到達時に要求される空気要求流量と、該負荷の変化到
達時に計測した実空気流量との偏差に対応して前記アン
モニアの注入量を増減し補正することである。

【００１３】負荷変化到達時の空気要求流量と実空気流
量との偏差は、その時の負荷の状態により異なるが、偏
差に見合ったアンモニアが投入されることにより、例え
ばアンモニアの注入量の減少バイアス量又は増加バイア
ス量を決めて増減し補正することにより、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、実空気流量
が空気要求流量より多い場合は、窒素酸化物濃度は高く
なるので過剰にアンモニアを投入し、一方、実空気流量
が空気要求流量より少ない場合は、窒素酸化物濃度は低
くなるのでアンモニアを少な目に投入するようになるの
で規定値以下に抑えられ、出口窒素酸化物濃度設定値と
の偏差も大きくなることがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の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図１〜４に基づいて説明
する。

【００１５】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、例えば被処理ガスＧの発生
源であるボイラの排ガス（被処理ガスＧ）を入口ダクト
２から導入し、アンモニアの注入によって脱硝処理して
から出口ダクト３に排出し、更に図示していない煙突よ
り屋外に排出する。この際、被処理ガスＧ中のＮＯｘ
は、入口ダクト２に設けられたアンモニア注入管４によ
って、被処理ガスＧ中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ₃がア
ンモニア流量計３８及びアンモニア流量調節弁１０を介
して注入され、脱硝反応器１の内部に充填された図示し
ていない脱硝触媒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。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濃度を規定値以下に
なるように脱硝反応器１の入口ＮＯｘ量に見合ったアン
モニアの注入量を注入するように制御される。ここで、
被処理ガスＧ中の入口ＮＯｘ濃度は、入口ＮＯｘ分析計
１２で、出口ＮＯｘ濃度は、出口ＮＯｘ分析計２２で計
測される。

【００１６】図１は、上記脱硝反応器１に備えられたア
ンモニア注入制御装置７の一実施の形態を示す制御回路
図である。アンモニア注入制御装置７は、アンモニアの
注入量を算出する注入量算出手段９と、負荷指令に基づ
きアンモニアの注入量に加算注入量を加算する注入量加
算手段４８と、負荷変化到達時にアンモニアの注入量を
補正する注入量補正手段５５とを有するものである。

【００１７】注入量算出手段９は、先に図５で説明した
ように、入口ＮＯｘ分析計１２による計測値と出口ＮＯ
ｘ設定器１５から必要モル比演算部１８によるモル比の
演算を行なう。更に、出口ＮＯｘ設定器１５により与え
られた設定値と出口ＮＯｘ分析計２２による計測値に偏
差が生じた場合は加算器２５によりモル比の修正を行な
う。以上のようにして得られた必要モル比を被処理ガス
量２８と入口ＮＯｘ分析計１２による計測値との乗算に
よって計算される被処理ガス中の総ＮＯｘ量に掛けるこ
とにより必要とするアンモニアの注入量（必要ＮＨ₃流
量信号３３）を算出する。

【００１８】注入量加算手段４８は、負荷としてのボイ
ラ負荷が負荷指令４９によって変化が起きた時、負荷の
状態が変化したことを捉えて負荷変化時のみに働く１段
微分回路５０（負荷変化してから到達時まで一定値でバ
イアス補正される）及び２段微分回路５１（負荷変化し
た時と到達時にそれぞれ一時的にバイアス補正される）
が先行してアンモニアの注入量（必要ＮＨ₃流量信号３
３）をバイアス補正する。

【００１９】そして、アンモニア注入制御装置７の注入
量補正手段５５は、ボイラ負荷の変化到達後の窒素酸化
物濃度の急変に先行して、負荷の変化到達時に要求され
る空気要求流量としての空気流量デマンド５８と負荷指
令４９に基づき関数発生器６０によって発生した負荷換
算による空気量（実空気流量）とを比較器６１で算出し
た偏差６２に対応して、上記注入量算出手段９によって
発信された必要ＮＨ₃流量信号３３を増減し補正する。

【００２０】即ち、負荷変化到達時にボイラ空気流量デ
マンド５８と負荷指令４９より得られた負荷換算による
空気量５９との偏差が生じた場合、その偏差に負荷変化
率５６によるゲイン補正６３を掛けて図２及び図３の補
正出来る最大補正（縦軸）７４を決めて、次の一時遅れ
６４にて設定した一時遅れ設定時間７５（横軸）と縦軸
の６３％値との交点を通る二次曲線７６が得られる。こ
の二次曲線７６とアンモニア投入の入りレート７７で設
定した値７７ａとの交点が、実際のアンモニアの最大／
最小投入量７８で、この入りレート７７にて速く／遅
く、大きく／小さく利かせ方が調整出来る。

【００２１】更に、上記アンモニアの最大／最小投入量
７８の点から図１の戻りレート７９で設定した値７９と
二次曲線７６の値とで大きい方が実際のアンモニア投入
の戻りレート８０でこの戻りレート８０にて早く／遅
く、長く／短く利かせ方が調整出来る。更に負荷による
ゲイン補正６９により、異なる負荷変化帯でのアンモニ
ア投入量が高さ方向（縦軸）のみ変更出来る。以上述べ
た構成要素により偏差に見合ったアンモニアがバイアス
補正される。

【００２２】例えば、負荷変化上昇終了後のＮＯｘ濃度
の急激な落ち込みに即応させるため図１のアンモニア流
量調節弁１０への開度信号を通常の比例・積分器４２に
よるものに加えてアンモニア入りレート７７で設定され
たものが図２のアンモニア入りレート７７ａで表され、
又、負荷変化率によるゲイン補正６３で設定されたもの
が図２のアンモニア最小投入量７８の点で表わされ、こ
の点７８まで弁が一時的に絞られてアンモニアの注入量
を急減させることが出来る。このことは、負荷変化到達
後のＮＯｘの落ち込みを予想して、予めアンモニアの注
入量を減らすことになるので結果として設定値を大きく
下回ることはなくなる。

【００２３】次に、図１のアンモニア戻りレート７９で
設定されたものが図２の実アンモニア戻りレート８０で
表わされ、この間の時間及びアンモニア最小投入量７８
の点を調整することにより、アンモニアの注入量を多く
又は少なく加減出来る。このことは、一時的に弁を絞っ
たことにより、アンモニアの注入量が逆に足りなくなる
ことも予想され、この引き戻し時間を適度に調整するこ
とでＮＯｘ濃度に見合ったアンモニアの注入量が可能と
なり、結果として設定値に対して偏差値を小さく出来
る。

【００２４】同様に、図３のアンモニア注入量補正図に
示すように、負荷変化下降終了後のＮＯｘ濃度の急激な
上昇に対し、アンモニア入りレート７７及び実アンモニ
ア戻りレート８０により、ＮＯｘ濃度の急変に対応した
アンモニアの注入量が投入出来る。

【００２５】又、注入量補正手段５５において、符号Ｆ
ｘは関数発生器、符号△は減算器、符号Ｔは切替器、符
号×は乗算器を各々示し、参照番号７０は上限下限器、
７１は変化率制限器を示す。

【００２６】更に、負荷変化到達信号５７は、現在の負
荷（負荷変化中も含む）と目的値との偏差を負荷変化中
に継続して監視し、偏差がなくなった状態で目的値の負
荷に到達したとみなした信号である。切替器６６（符号
Ｔ）は、負荷変化中は強制的に０信号を入れて補正しな
いようにして負荷変化到達信号５７にて自動的に０から
補正量信号に切り替えられる機能をもったものである。

【００２７】この結果、負荷変化到達後に上記で述べた
アンモニアの注入量にいち早く加算又は減算される。こ
の加算、減算された注入量を図１のアンモニア流量計３
８とアンモニア流量調節弁１０で構成される回路に設定
値として与えることになる。

【００２８】尚、図１において、上記注入量算出手段９
及び注入量加算手段４８の構成及び作用は、図５の説明
のところで述べたものと同様で、図５に示した部分と同
じ構造、作用部分には同じ符号を付けて示している。

【００２９】

【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、負荷変化到達後の窒素酸化物濃度の急
変に対して、脱硝反応器の出口窒素酸化物濃度を規定値
以下に抑え、且つ脱硝反応器の出口窒素酸化物濃度の設
定値との偏差を小さくすることが出来る。

【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制御回路図である。

【図２】図１の実施の形態における負荷上昇後のアンモ
ニア注入量補正図を示す。

【図３】図２と同様の負荷下降後のアンモニア注入量補
正図を示す。

【図４】脱硝反応器の窒素酸化物計測位置及びアンモニ
ア注入位置を示す概略図である。

【図５】従来技術に係る脱硝反応器のアンモニア注入制
御装置の制御回路図である。

【符号の説明】

７ アンモニア注入制御装置 ９ 注入量算出手段 ４８ 注入量加算手段 ５５ 注入量補正手段 ５８ 空気流量デマンド（空気要求流量） ５９ 負荷換算による空気量（実空気流量）

Claims (2)

【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アンモニア
   の注入によって分解、除去する脱硝反応器であって、該
   脱硝反応器の窒素酸化物濃度の計測値及び設定値から前
   記アンモニアの注入モル比（＝アンモニアモル量／窒素
   酸化物モル量）を算出し、該注入モル比と前記被処理ガ
   ス中の総窒素酸化物量とによってアンモニアの注入量を
   算出する注入量算出手段と、負荷が変化した時にのみ該
   負荷の変化率に応じて先行的に前記アンモニアの加算注
   入量を前記アンモニアの注入量に加算する注入量加算手
   段とを有する脱硝反応器のアンモニア注入制御装置にお
   いて、前記負荷の変化到達後の窒素酸化物濃度の急変に
   先行して該負荷の変化到達時の空気流量の変化を捉えて
   前記アンモニアの注入量を増減し補正する注入量補正手
   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、前記注入量補正手段
   は、前記負荷の変化到達時に要求される空気要求流量
   と、該負荷の変化到達時に計測した実空気流量との偏差
   に対応して前記アンモニアの注入量を増減し補正するこ
   とを特徴とする脱硝反応器のアンモニア注入制御装置。