JPS60257823A - アンモニアの注入量制御装置 - Google Patents

アンモニアの注入量制御装置

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JPS60257823A
JPS60257823A JP59113898A JP11389884A JPS60257823A JP S60257823 A JPS60257823 A JP S60257823A JP 59113898 A JP59113898 A JP 59113898A JP 11389884 A JP11389884 A JP 11389884A JP S60257823 A JPS60257823 A JP S60257823A
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JP
Japan
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nox
amount
signal
nox amount
load
Prior art date
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Pending
Application number
JP59113898A
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English (en)
Inventor
Kunihiko Konishi
邦彦 小西
Yasuyoshi Kato
泰良 加藤
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はアンモニアの注入量制御装置に係り、特に、排
ガス中のNOxを除去する乾式脱硝装置へアンモニア(
NH3)を注入するアンモニアの注入量制御装置に関す
るものである。
〔発明の背景〕
近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭専
焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用ボイラにおい
ては石炭専焼の大容量火力発電所が建設されている。
ところが、石炭燃料は石油燃料に比べて燃料性が悪いの
で排ガス中に含まれるNOx及び未燃分が発生しやす(
、特にNOxの低減対策のために火炎の分割、排ガスの
再循環、二段燃焼及び炉内脱硝などを採用して緩慢な燃
焼を行なわせてNOxを低減することも行なわれている
そしてこの石炭専焼火力においては、ボイラ負荷が常に
全負荷で運転されるものは少な(、負荷を80%負荷、
50%負荷、25%負荷へと負荷を上げ、下げして運転
したり、運転を停止するなど、いわゆる高頻度起動停止
(rktily St、αγt 5top 以下単にD
SSという)運転を行なって中間負荷を担う火力発電プ
ラントへ移行しつつある。
一方、この中間負荷火力用にはこの火力発電ボイラの他
に、起動特性のよいガスタービンと排熱回収ボイ2を組
合せた、いわゆるコンバインドプラントも用いられ、D
SS運転を行なって電力需要の多い昼間のみ運転し、夜
間は運転を停止するものが建設されようとしている。
ところが、この石炭専焼の中間負荷用ボイラ、ガスター
ビンにおいてもNOx排出濃度の規制強化に伴ない、従
来の燃焼改善に加えて、NH3を還元剤として触媒の存
在下で脱硝を行なう乾式接触還元脱硝装置を設置するプ
ラントが増加している。
それは石炭専焼ボイ2においては燃料の燃焼性が悪いの
でN0x−iが増加し、ガスタービンプラントにおいて
は酸素量が多く高温燃焼を行なうために、石炭専焼ボイ
ラと同様に、排ガス中には多量のNOxを含有している
ので、第1図に示す様な脱硝装置が設置される。
第1図は脱硝装置が設置されたボイラの代表的な煙風道
系統を示す。
空気ダクト1内の燃焼用空気は押込通風機2にて昇圧さ
れ、空気予熱器3にて排ガスダクト4の排ガスによって
加熱された後ウィンドボックス5よりボイラ6へ供給さ
れる。
一方ボイラ6内で燃焼した排ガスは、排ガスダクト4で
NHa注入管7からのNH3によって脱硝されると共に
、下流に配置した脱硝装置8内の触媒9において脱硝を
促進し、排ガス中のNOxは除去されて空気予熱器3、
集塵機10、誘引通風機11で昇圧され大気へ放出され
る。
ところが、かかる脱硝装置8は触媒9の種類によっても
多少反応温度範囲は異るが、最も脱硝効率の高い温度範
囲は300〜400°Cの比較的高温で、温度範囲はい
たって狭いので、中間負荷火力用のボイラやガスタービ
ンの様に常にDSS運転されルモノにおいては、負荷変
動によって排ガス温度が変動し、触媒9の使用可能領域
をはずれてしまう欠点がある。
この場合、触媒9の使用ガス温度が高過ぎると、触媒9
の組織が変化して触媒9としての機能がそこなわれ、ま
た使用ガス温度が低すぎると排ガス中に存在する無水硫
酸(5O3)と反応してやはり触媒90機能が劣化する
一方、常にDS、S運転される火力発′亀用ボイラ、コ
ンバインドサイクルにおいては、排ガス量およびNOx
濃度が変動し、これによって脱硝性能の追従性が悪くな
る欠点がある。
それは、触媒9上でのNOXとNHsの反応機構に起因
する排ガス量およびNOx濃度が起動時、負荷変化時の
ように変動する場合には、負荷変動に合わせてN1−h
注入量を変化させても脱硝性能が負荷変動に追従できな
いからである。
これらの問題を回避するために、従来のNHaの注入量
制御装置の代表的な例を第2図に示す。
第2図において符号7.8.9は第1図のものと同一の
ものを示す。
12は入口側ダクト、13は出口側ダクトで、入口側ダ
クト12のNOx p度信号14ハNOX #度検出器
1sで検出され、乗算器16で所要脱硝率17と乗算さ
れ処理NOx濃度信号18を得る。
一方、排ガス流量信号19は排ガス流量検出器20で検
出され乗算器21で処理NOx濃度信号18と排ガス流
量信号19が乗算されて単位時間当りの所要NOx処理
信号22が得られる。
この所要NOx処理信号22によって微分器23でNO
x変化量信号24が得られ、加算器25で所要NOx処
理信号22にNOx変化量信号24が加算されてNOx
量演算信号26が得られる。
この場合、脱硝反応はNOxとNHsが等モルで進行す
るために、NOX量演算演算信号26Hsの注入量制御
信号になる。
一方、 NHs注入管7へのNHaはアンモニアタンク
27、アンモニア注入配管28、アンモニア流量計29
、アンモニア流を調節弁30へ供給され、NH3流量信
号31は比較器32でNOx量演算信号26と比較され
、偏差信号33によってアンモニア流量調節弁30が開
、閉される。
これらの制御は先行注入制御と呼ばれるもので、NHs
の注入量をNOx量の変化に対して速めるようにしたも
のである。
しかしながら、排ガス量、NOx濃度が極め−C急激に
変化するD S S運転を行なうものにおいては、この
先行注入制御でNH3を注入しようとすると、NOx量
の変化率(NOx変化量信号24)が大きくなるために
、NOx 量演′n信号26が非常に大きな値となり、
NHaを短時間に多量に注入しなげればならなくなる。
このために、アンモニアタンク27、アンモニア注入配
管28等が大きくなり、コストアップにつながる欠点が
ある。
また、DSS運転を行なう脱硝装置の欠点は、DSS運
転によって頻繁に起動、停止を繰返すことによって、起
動時、負荷変化時に大量のNOxが発生し、NHaを注
入してから触媒9の脱硝活性が定常になるまでには数時
間を必要とする欠点があり、この起動時、負荷変化時に
この負荷に追従できないで排出されるNOx 量が新た
な問題となっている。
〔発明の目的〕
本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、DSS運転を繰返すプラント
であっても起動時、負荷変化時から効率よく脱硝するこ
とができ、負荷追従性に優れたアンモニアの注入量制御
装置を得ようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は前述の目的を達成するために、比較器の前にN
Ox量演算信号とNOx量設定信号を比較するNOx量
演算器と、高信号選択器を設け、両信号を比較の結果、
NOx量設定信号よりNOx量演算信号が大きい負荷上
昇時にはNOx量演算信号に比例してNHa量を注入し
、NOx量設定信号よりNOx量演算信号が小さい負荷
減少時にはNOx量設定信号と等モルのNHsiを注入
するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第3図および第5図は本発明の実施例に係るN1(3“
 1の注入量制御装置の系統図、第4図および第6図は
第3図、第5図のNH3注入注入筒制御装置けるNOx
量、NH3注大量の特性曲線図、第7図および第8図は
NHs吸着量と脱硝率の相関関係を示す特性曲線図であ
る。
第3図において、符号7から33は第2図のものと同一
のものを示す。34はNOx 置設定信号、35はNO
x量演算信号26とNOx量設定信号34を比較するN
Ox量演算器、36は高信号選択器、37は比較信号、
38は高信号である。
この様な構造において、NOx濃度信号14、排ガス流
量信号19からNOx量演算信号26を得ることは従来
の第2図のものと同様であるが、以下第2図と第3図の
異る点を説明する。
まず、第3図のものにおいては、NOx量演算信号26
とNOx量設定信号34をN0Xt演算器35で比較し
て比較信号37を得る。
次に、高信号選択器36において、NOX 量演算信号
26とNOx ill設定信号34の高い方の高信号3
8を選択する。
そして、この高信号38とNH3流量信号31を比較器
32で比較し、偏差信号33によってアンモニア流量調
節弁30が開、閉される訳であるが、その制御は以下の
ようにされる。
つまり、NOx量演算信号26とNOx量設定信号34
をNOx を演算器35で比較し、NOx量設定信号3
4よりもNOx量演算信号26が大きい場合は、高信号
選択器36からの高信号38としてNOX量演算値26
を選ぶ。
そして、NOx量設定信号34よりもNOx量演算信号
26が大きい場合は、つまり負荷上昇時にはNOx量演
算信号26に比例して等モル以上のN8重量を注入し、
逆に、NOx量を演算信号26よりもNOx量設定信号
34が大きい場合、つまり負荷減少時には等モルのNH
a量を注入するのである。
すなわち、NH3注大量が少なくてよい負荷減少 □時
にはNOx tに対して過剰のN83量を注入して、触
媒9上に余剰のNHsを吸着させておき、NOX ip
(の急増時、つまり負荷上昇時にはNOx量に比例して
注入し一度に大量のNHsを注入しな(ても脱硝率の追
従性がよくなるようにしたのである。
この様に制御されるNHsの注入量パターンをNOx量
の変化と」■:に第4 D?lに示づ。第4図の斜線部
分が従来のN+13の注入量よりも注入量を増やす範囲
である、 以下、発明者等が行なった実験例から説明づる。
本発明者等(・言、第7図、第8図に示す如< NH3
接触還元脱硝法において、N)43注入開始後脱硝効率
が定常値にまで増加するのに数時間を要する原因を反応
機構の面から種々検討した結果、次のような結論に至っ
た。
なお、実験条件はガス温度200°C1面積速度6m/
A 、ガスは灯油燃焼ガスで、No値は200ppm、
N1−13注入量は200 pp+刀である。
即ち、第7図、第8図に示すようにNH3注入開始直後
からの脱硝率と触媒9上に吸沼しているNHs吸N量の
経時変化はよく一致(〜でおり、これをもとに、脱硝率
X(−)とNHa吸着量Qとの関係を調べると次式のよ
うな関係が成立するっ7n i、x−’°n、st、*
Q coル3t、: 定数 この式によれば脱硝率がNH3を注入しはじめて直ちに
高くならないのは、NH3の供船量が少ないためで、触
w、9上のN14s吸着量が定常値になるまでに時間が
かかるためであることが判明した。
一方、脱硝率Xを大きくするためには、触媒9上の吸着
NHa 量を増大させればよいことになる。
この吸着NH3の性質について調べた結果、吸着したN
H3は極めて安定であり、一旦触媒9上に吸着されたN
Hsは脱硝装置〆8の停止期間中も変化はなく、触媒9
上に保持されたままであることも判明した。
本発明者等はこの吸着N)−i3の驚くべき安定性を脱
硝装置・\巧みに応用したものである。
以上述べたように起動時、負荷上昇時のようにNOx 
景の急増時にはすでに触媒9上にN1−13が吸着して
いるために、NOx量に比例したNH3量を注入するだ
(づ′で負荷応答性がよく、効率よく脱硝することがで
きるのでDSS運転を行f′、−うものには最適である
また、一度に多量のN14Bを注入する必要はなく、金
剰のNH3を触媒9に吸着させておく、−とができるた
めに、NH3注入系統のスケールアップも不要となる。
次に第5図、第6図の実施例について説明するが、第3
図のものと異なる点についてのみ説11する。
なお、第5図の符号にお(・て、符号7から38iでは
第3図のものと同一のものを示す。
第5図において、NOX (if演1.1’−信号26
とNOx量設定’E 号34ヲNOx i演n 535
 テ、lt M l、 テlls較’l’B、 号37
を得る。
次に選定器39i’こおいて、N0x−ii演算1イ号
2Gが定数1の信号40よりも大きい場合は定数1の信
号40を選び、NOx演q4信号26が定数にの信号4
1よりも小さい場合には、定数にの信号41を選定する
ようにして選択信号42を得る。
一方、NOX i″A算信号26を微分器43におい゛
〔微分1〜た微分信号44を平均器45によって平均信
号46を得、その平均信号46の符号が正か、負かを符
号判定器47により判定して判定信号48を得る。
この判定(?号48か正の場合、すなわちNOx量が増
加している場合には、訂信号選択器36において定数1
の(i号40を選択し、逆に負の場合、すなわちNOx
量が減少している場合に(ま定数にの信号4]を選定す
るようにし、その信号49を得る。
この信号49とNOX @ ’g信号26を乗算器5o
により乗算し高信号38を得る。
そしてこの高信号3日とN山流量信号31を比較器32
で比較し、偏差信号33によってアンモニア流量調節弁
30が開、閉される。
以上のように匍j御したN1−4aの注入量パターンを
NOx量の変化と共に第6図に示す。第6図の斜線部分
が従来のNH3の注入量よりも注入量を増やす範囲であ
る。
この様に排ガス中の処理NOX量が増加する場合、及び
NOx量が減少する時でNOx量役電信号34よりもN
Ox量が多い場合には、NHa注入騎はNOx量に比例
して注入され、NOx Jlが減少する時でNOX景設
定設定信号34もNOx量が少な(・場合には、そのN
Ox 量にに倍したNH3−@lを注入するようにした
のである。
〔発明の効果〕
本発明は比較器の前にNOx量演算信号とNOx量設定
信号を比較するNOx量演算器と、高信号選択器を設け
、両信号を比較の結果、NOx量設定信号よりNOx量
演算信号が大きい負荷上昇時にはNOx量演算信号に比
例してNH3量を注入し、NOx量設定信号よりNOx
 il演算信号が小さい負荷減少時にはNOx量設定信
号と等モルのN83量を注入するようにしたので、DS
S運転を繰返すプラントであっても負荷追従性がよくな
り、アンモニア注入系統も小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はボイラの煙風道系統を示す系統図、第2図は従
来のアンモニアの注入禁制脚装置の系統図、第3図およ
び第5図は本発明の実施例に係るアンモニアの注入量制
御装置の系統図、第4図および第6図は第3図および第
5図のNH3注入量制御装置におけるNOx量、NH3
注大量の特性曲線図、第7図および第8図はNH3吸着
量と脱硝率の相関関係を示す特性曲線図である。 12・・・・・・入口ダクト、15.20・・・・・・
検出手段、26・・・・・・NOx量演算信号、34・
・・・・・NOx を設定信号、35・・・・・・NO
x量演算器、36・・・・・・高信号選択器、31・・
・・・・NH3流量実測信号、32・・・・・・比較器
、33・・・・・・偏差信号。 第1図 第2図 第3図 第4図 □時間 第5図 第6図 第7図 マ 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入口ダクトの検出手段によるNOx量演算信号と、NH
    3流量信号を比較・する比較器を設け、この比較器によ
    る偏差信号によってNH3流量を制御するものにおいて
    、前記比較器の前にNOx量演算信号とNOx量設定信
    号を比較するNOx量演算器と、高信号選択器を設け、
    両信号を比較の結果、 NOx量設定信号よりNOx量
    演算信号が太き(・負荷上昇時にはNOx量演算信号に
    比例してN1−13量を注入し、NOx Jl設定信号
    よりNOx−9i演算信号が小さい負荷減少時にはNO
    x量設定信号と等モルのN1−(a量を注入するように
    したことを特徴とするアンモニアの注入量制御装置。
JP59113898A 1984-06-05 1984-06-05 アンモニアの注入量制御装置 Pending JPS60257823A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012050912A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Nippon Steel Engineering Co Ltd 脱硝制御装置及び脱硝制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012050912A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Nippon Steel Engineering Co Ltd 脱硝制御装置及び脱硝制御方法

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