JPS6056971B2 - 排ガス中のＳＯｘ排出量の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラからの排ガス中のＳＯｘ排出量制御装
置に係り、特に複数の燃料を使用するボイラに好適な排
ガス中のＳＯｘ排出量の制御装置に関する。

発電プラントの運用においては、環境汚染に対する社
会的な規制がきびしくなり、特にボイラか’らの排ガス
中のＳＯｘに対しては、に値規制の他にＳＯｘ排出量の
規制が行われる様になつてきている。

これに対処するため、発電プラントにおいては排煙脱
硫装置により排ガス中からＳＯｘを除去する方法や、硫
黄分の少ない燃料を併用して使用する方法が採用されて
いる。

後者の方式の場合、硫黄分の少ない燃料は硫黄分の多
い燃料に比較し高価であるため、硫黄分の少ない燃料と
硫黄分の多い燃料をブレンドし、燃料中の硫黄分を適切
な値にすることにより、高価な低硫黄分燃料の使用量を
おさえながら、ボイラからの排ガス中のＳＯｘ排出量が
規制値以内となる様に調整し、環境規制の制約内で最も
経済的な運用を行う様にしている。

従来この様な場合には、ボイラからの排ガス中のＳＯｘ
濃度および排ガス流量を計測し、これより排ガス中のＳ
Ｏｘ排出量を算出し、この値が規制値より大きい場合は
硫黄分の少ない燃料を増加し、この値が規制値より小さ
い場合は硫黄分の多い燃料を増加して調整している。

第１図に従来例を示す。

図の実施例は、プラント系２００とＳＯｘ排出量制御系
１００とより成る。プラント系２００は、一般燃料の供
給を管路２４を通じて供給する一般燃料供給部２０、低
硫黄分の燃料を管路２５を通じて供給する低硫黄分燃料
供給部２１、上記管路２４，２５の流量制御を行う弁２
２，２３、この弁２２，２３を通じて送られる燃料をバ
ーナ３１によつて燃料させるボイラ３０、該ボイラ３０
からの排ガスを外部に放出する煙突３２より成る。更に
、ボイラ３０に供給される燃料の硫黄濃度を検出する検
出計２６，２７、流量を検出する検出計２８，２９、排
ガス中のＳＯｘ濃度を検出する検出計３４、排ガス流量
を検出する検出計３３が設けられている。制御系１００
は、上記検出計３３，３４によつて得られるＳＯｘ濃度
と排ガス流量とを入力として排ガス中のＳＯｘ排出量を
演算する演算器１、排ガス中のＳＯｘ排出目標値を設定
する設定器２、演算器１と設定器２との偏差を算出する
減算器３、検出器２６，２７の各硫黄分濃度の偏差を検
出する減算器４，減算器３，４のＳＯｘ偏差と硫黄分濃
度偏差を入力として燃料の修正操作量を算出する演一算
器５、該演算器５の修正操作量の発散を防ぎ適性範囲に
入つているように制限してなるりミッタ６、一般燃料の
燃料量指令値発生器７、低硫黄分燃料の燃料量指令値発
生器８、該発生器７，８の指令値と上記りミッタ６の出
力との偏差をとる減・算器９，１０より成る。

この減算器９，１０の出力はそれぞれ流量制御弁２２，
２３に送られ流量制御を行う。以上の構成に於いて、最
初は発生器７，８の出力指令値に従つて弁２２，２３の
制御が行われ、指令値に従つた燃料流量が管路２４，２
５を介してボイラ３０に送られ、バーナ３１を通して燃
焼させられる。

燃焼が進むに従つて検出器３３，３４で、ＳＯｘ濃度、
排ガス流量が検出され、目標値とのＳＯｘ量の偏差がと
られ、演算器５に送られる。この演算器５には検出器２
６，２７の硫黄分濃度の偏差も入力し、両者ともに修正
操作量が得られる。この修正操作量をりミッタ６を介し
て制・限し、減算器９，１０で燃料量指令値との間で偏
差をとり、弁２２，２３の制御を行う。かくして、全体
としてフィードバックループが形成され、目標値に合う
ように排ガス中のＳＯｘ排出量の制御が行われてゆく。
尚、流量検出器２８，２９の出力は他に設けられた管理
装置等に送られ、全体の管理運営に供されている。上述
した従来の制御構成ではボイラからの排ガス中のＳＯｘ
排出量に偏差が生じた時に制御が行われており、燃料の
制御を行つてから排ガス中のＳＯｘ排出量が変わるまで
に時間おくれがあるため、制御おくれを生じるという問
題があつた。

本発明の目的は、制御遅れにない排ガス中のＳＯｘ排出
量の制御装置を提供するものである。本発明の要旨は、
以下の通りである。ボイラの排ガス中のＳＯｘは燃料中
の硫黄分がボイラで燃焼して発生するものである。

従つて一般に排ガス中のＳＯｘ排出量は燃料中の硫黄量
に比例する。さらに排ガス中のＳＯｘ排出量はボイラへ
供給される燃料が燃焼して発生し、煙突において測定さ
れるため、時間おくれが生じるのに対し、燃料中の硫黄
量はポイラに投入する燃料量および燃料中の硫黄分濃度
より算出されるため、時間おくれなしで測定できる。本
発明では上記特性を活用し、燃料中の硫黄量の測定値を
もとに制御おくれの無い排ガス中のＳＯｘ排出量の制御
を可能としたものである。

第２図に本発明の実施例を示す。第１図と異なる点は、
主として制御系１００内の構成にある。新しく設けられ
たものは、減算器３の出力であるＳＯｘ排出量偏差をも
とに燃料中の硫黄量の目標値の修正を行う演算器１１、
ＳＯｘ排出量の目標値から燃料中の硫黄量の１次的目標
値を算出してなる演算器１２、上記２つの演算器１１，
１２の出力を加算する加算器１３、検出器２６，２７，
２８，２９の各検出量を入力として一般燃料及び低硫黄
分燃料の両者に含まれる総硫黄量を算出する演算器１５
、該演算器１５の出力である総硫黄量と上記加算器１３
の出力との偏差をとる減算器１４である。この減算器１
４の出力は演算器５の入力となる；この演算器５は、加
算器４と上記減算器１４との出力を入力として燃料の修
正操作量を行つている。図において、ボイラの負荷が変
動したりして燃料量が増加した場合、燃料量の計測信号
が増加し、これに伴ない演算器１５からの信号（燃料中
の硫黄量実測値）が増加する。

演算器１５からの信号が増加すると減算器１４からの信
号は一側に変動し、これに伴ないりミッタ６からの信号
も一側に変動するりミッタ６からの信号は発生器７から
の信号に加算され、発生器８からの信号には減算されて
いるため、一般燃料が減少し、低硫黄燃料が等量だけ増
加する。この修正動作を伴ない演算器１５からの信号（
燃料中の硫黄量）が減少し、加算器１３からの信号（燃
料中の硫黄量の目標値）とバランスする。このマイナ制
御ループにおいては、フィードバック信号として、ボイ
ラへの燃料流量および燃料中の硫黄分濃度の信号を用い
ており、燃料中の硫黄量が変動すると直ちに検出、フィ
ードバックできるため、制御おくれ無しに燃料中の硫黄
量が一定に制御できる。

燃料中の硫黄量を一定にすると、ボイラにおいて燃料が
燃焼して発生するＳＯｘ排出量も一定になるため、上記
制御系においては、ボイラの負荷が変動したりして燃料
が変動しても、マイナループにより制御により排ガス中
のＳＯｘ排出量が一定に制御される。

この排ガス中のＳＯｘ排出量の実測値とＳＯｘ排出量の
目標値が比較され、偏差があると偏差に対応して燃料中
の硫黄量の目標値が修正される。

今、排ガス中のＳＯｘ排出量の実測値がＳＯｘ排出量の
目標値を超えた場合、減算器３からの信号が一となり、
演算器１１により燃料中の硫黄量に対応する値に換算さ
れ、この値だけ燃料中の硫黄量の目標値が減方向に修正
される。この減方向に修正された燃料中の硫黄量の目標
値に従つて、マイナループにより燃料中の硫黄量が制御
され、燃料中の硫黄量が減少し、その結果排ガス中のＳ
Ｏｘ排出量が減少し、ＳＯｘ排出量の実測値と目標値が
一致した所でバランスする。以上説明した様に、第２図
に示す制御等においては、ボイラの負荷の変動などによ
り燃料量が変動した場合、マイナループにより燃料中の
硫黄量が制御されて上記変動による燃料中の硫黄量の変
動を無くするため、制御おくれ無しに排ガス中のＳＯｘ
排出量の制御が可能である。

第３図は本発明の他の実施例を示すものである。この実
施例での特徴は予測制御を行つた点にある。第２図と異
なる点は、演算器１５の出力を演算器５に入力させるの
ではなく新しく設けた演算器１６に入力させたこと、こ
の演算器１６の出力と演算器１の出力とを加算させる加
算器１７を設けたこと、この加算器１７の出力を減算器
３のマイナス側入力としたことにある。演算器１６は演
算器１５の出力てある燃料中の硫黄量の変化の経歴より
排ガス中のＳＯｘ排出量の変動分を予測演算するものて
ある。加算器１７は演算器１６と演算器１とを入力とし
排ガス中のＳＯｘ排出量の予測値を算出している。減算
器３は設定器２の目標値と加算器１７の排出量の予測値
との偏差を算出している。排ガス中のＳＯｘは燃料中の
硫黄が燃焼して発生するものであり、第４図イ，口に示
すように燃料中の硫黄量の変動（イ図）に対する排ガス
中のＳＯｘ排出量の変動は口図の様になる。

図より現在時刻よりｔ１前に燃料中の硫黄量がΔＳ変動
した時の、現在時刻におけるこれによる排・ガス中のＳ
Ｏｘ排出量の変動は下記式により表わされる。

これは口図に示される。これより現在時刻よりｔ１前に
燃料中の硫黄量がΔＳ変動した時の、今後のこれによる
排ガス中のＳＯｘ排出量の変動量子測値は下記式で与え
られ）る。

今後の排ガス中のＳＯｘ排出量の変動は、現在時刻まで
の各時点における燃料中の硫黄量の変動によるＳＯｘ排
出量の変動量子測値の総和であるから下記式で与えられ
る。

上記式は過去の実測値およびボイラでの燃料中の硫黄量
の変動に対する排ガス中のＳＯｘ排出量の変動の応答特
性（無駄時間ＴＬ即ち一次おくれの時定数ＴＬ）の関数
であるため、現在時刻までの燃料中の硫黄量の変動経過
を記憶しておけば、容易に計算することができる。

なお、ｔ１が充分に大きくなるとΔＳＯｘＦ（ｔ１）は
０に近くなるため、現時点を起点として、一定期間につ
いてのみ考慮すれば良い。

第３図で示す制御系においては演算器１６において、燃
料中の硫黄量の変動経過より、上記原理に従つて今後の
排ガス中のＳＯｘ排出量の変動分を予測計算し、この結
果と現在時刻における排ガス中のＳＯｘ排出量実測値と
より、排ガス中のＳＯｘ排出量の予測値を算出し、この
予測値と目標値の偏差にもとづき制御を行つている。

これによりボイラの負荷の変動などにより燃料量が変動
して燃料中の硫黄量が変動した場合、その影響が排ガス
中のＳＯｘ排出量に現られれる前に、制御を行うことが
でき、制御おくれ無しに排ガス中のＳＯｘ排出量の制御
が可能である。

以上本発明の原理にもとづく制御おくれのない排ガス中
のＳＯｘ排出量制御方式として（１）ＳＯｘ排出量の制
御系のマイナループとして、燃料中の硫黄量を制御する
回路を設ける方式および（２）燃料の硫黄量の変動経過
および排ガス中のＳＯｘ排出量実測値より、排ガス中の
ＳＯｘ排出量の予測値を算出し、これにもとづき制御を
行う方式について述べた。この２つの方式はそれぞれ単
独て適用することができるが、さらにこの２つの方式を
組み合わせて適用することができる。

ただしこの場合はＳＯｘ排出量の制御系ののマイナルー
プとして、燃料中の硫黄量を制御する回路が付加されて
いるため、排ガス中のＳＯｘ排出量の予測値の算出にお
いては、燃料中の硫黄量の変動経過のかわりに、燃料中
の硫黄量の目標値（修正値を加味した目標値の変動経過
を利用することになる。

第５図は上記原理にもとづく本発明の実施例を示したも
のである。

この第５図は第２図、第３図を併せたものであり、構成
要素は、第２図、第３図のものと変りない。

この実施例によれば、ボイラの負荷が変動したりして燃
料量が変動した場合、燃料中の硫黄量が変動するが、マ
イナループの制御により燃料中の硫黄量を一定にするフ
ィードバック制御が行なわれるため、排ガス中のＳＯｘ
排出量が制御おくれ無しに、一定値に制御される。さら
に本制御系においては排ガス中のＳＯｘ排出量の予測値
とＳＯｘ排出量の目標値が比較され、偏差があると、Ｓ
Ｏｘ排出量の予測値力ＳＯｘ排出量の目標値に等しくな
る様に、燃料中の硫黄量の目標値が修正される。

この場合燃料中の硫黄量の目標値を修正してから、その
結果がＳＯｘ排出量に影響するまでに時間がかかるため
、燃料中の硫黄量の目標値の修正分（変動分）よりＳＯ
ｘ排出量の変動を予測し、ＳＯｘ排出量の予測値とＳＯ
ｘ排出量の目標値の偏差にもとつき燃料中の硫黄量の目
標値を修正する様にしている。

これによりオーバーシュートあるいはハンチングを防止
し、かつすみやかに燃料中の硫黄量の目標値の修正を可
能としている。

以上説明した様に、本発明によれば、ボイラの負荷の変
動などにより燃料量が変動し、この結果燃料中の硫黄量
が変動した場合に、排ガス中のＳＯｘ排出量が変動する
前に、修正制御を行い、制御おくれの無い排ガス中のＳ
Ｏｘ排出量の制御を実現できる。

なお本発明の他の実施例として、上述した本発明の原理
にもとつく制御を電子計算機を利用して実現することも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるボイラからの排ガス中のＳＯｘ
排出量の制御方式を示すブロック図、第２図、第３図、
第５図は本発明の実施例であるボイラからの排ガス中の
ＳＯｘ排出量の制御方式を示すブロック図、第４図イ，
口は燃料中の硫黄量の変動に対する排ガス中のＳＯｘ排
出量の変動の応答特性を示した図である。 １，４，５，１５・・・・・演算器、２・・・・・・設
定器、１００・・・・・・ＳＯｘ排出量制御系、２００
・・・・・・プラント系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の種類の燃料を供給できる燃料供給部と、これ
   ら燃料供給部から供給される燃料量を制御する燃料供給
   量制御手段と、排ガス中のＳＯｘ排出量を検出するＳＯ
   ｘ量検出手段と、該検出手段からの信号とＳＯｘ排出量
   の目標値とをもとに、排ガス中のＳＯｘ排出量を規定値
   以下に制限するように前記各燃料供給量制御手段に制御
   指令を与えて各燃料の供給比率を制御する制御系とを備
   えてなる排ガス中のＳＯｘ排出量制御装置において、各
   燃料の供給量を検出する燃料供給量検出手段と、各燃料
   の硫黄分を検出する燃料成分検出手段とを設け、前記制
   御系は、これらの各検出手段からの信号をもとに、供給
   燃料中の硫黄量の実測値をもとめ、この実測値を変動に
   対応して、前記各燃料供給量制御手段への制御指令値を
   修正するようにしてなることを特徴とする排ガス中のＳ
   Ｏｘ排出量制御装置。 ２ 複数の種類の燃料を供給できる燃料供給部と、これ
   ら燃料供給部から供給される燃料量を制御する燃料供給
   量制御手段と、排ガス中のＳＯｘ排出量を検出するＳＯ
   ｘ排出量検出手段と、該検出手段からの信号とＳＯｘ排
   出量の目標値とをもとに、排ガス中のＳＯｘ排出量を規
   定値以下に制限するように前記各燃料供給量制御手段に
   制御指令を与えて各燃料の供給比率を制御する制御系と
   を備えてなる排ガス中のＳＯｘ排出量制御装置において
   、各燃料の供給量を検出する燃料供給量検出手段と、各
   燃料の硫黄分を検出する燃料成分検出手段とを設け、前
   記制御系は、これらの各検出手段からの信号をもとに、
   供給燃料中の硫黄量の実測値をもとめ、この実測値のこ
   れまでの変動の経過をもとに、今後の排ガス中のＳＯｘ
   排出量の変動量を予測し、この予測結果により前記ＳＯ
   ｘ量検出手段で検出した排ガス中のＳＯｘ排出量の実測
   値を補正し、本補正値とＳＯｘ排出量の目標値をもとに
   前記各燃料供給量制御手段への制御指令値を与えて各燃
   料の供給比率を制御するようにしてなることを特徴とす
   る排ガス中のＳＯｘ排出量制御装置。