JPS62227426A - 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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JPS62227426A
JPS62227426A JP61071382A JP7138286A JPS62227426A JP S62227426 A JPS62227426 A JP S62227426A JP 61071382 A JP61071382 A JP 61071382A JP 7138286 A JP7138286 A JP 7138286A JP S62227426 A JPS62227426 A JP S62227426A
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JP
Japan
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signal
flow rate
air flow
load
injection amount
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JP61071382A
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English (en)
Inventor
Toru Ogasawara
徹 小笠原
Toshimichi Wada
敏通 和田
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Mitsubishi Power Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアンモニアの注入量制御装置に係り、特に、排
ガス中の窒素酸化物(NQx )  を除去する乾式脱
硝装置へアンモニア(NH,)  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。
〔従来の技術〕
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、LNG(液化天然ガス)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、LNG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、ガス燃料に比べて燃料
性が悪いので排ガス中に含まれるNOX及び未燃分が発
生しやすく、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、LNG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く、負
荷を75%負荷、50%力荷、25%角荷へと負荷を上
げ、下げして運転したり、運転を停止するなど、いわゆ
る毎日起動停止(DailyS tart S tap
 以下単にDSSという)運転や、週末起動停止(We
ekly S tart S top以下単にWSS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ラを組
合せた、いわゆるフンバインドプラントも用いられ、D
SS運転やWSS運転を行なって電力需要の多い昼間や
週日のみ運転し、夜間や週末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、LNG専焼の中間負荷用ボイ
ラ、ガスタービンにおいてもNOX排出濃変の規制強化
に伴ない、従来の燃焼改善に加えて、NH,を遣元剤と
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ラにおいては燃料の燃焼性が悪いの
でN0X()I−が増加し、LNG専焼ボイラ、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1石炭専焼ボイラと口MK。
排ガス中には多量のNOXを含有しているので、第2図
に示す様な脱硝装置が設置される。
第2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。
一方ポイラ6内で燃焼した排ガスは、排ガスダクト4で
NH,注入管7からのNl(、によって脱硝されると共
K、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℃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コンバインド
サイクルプラントの様に常KDSS運転やWSS運転さ
れるものにおいては、負荷変動によって排ガス温度が常
に変動し、触媒9の使用可能領域をはずれてしまう。
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(So、 )と反応してやはり触媒90機能が
劣化する。
一方、常にDSS運転やWSS運転される火力発′亀用
ボイラ、コンバインドサイクルプラント忙おいては、排
ガス量およびNOX濃変が変動し、これによって脱硝性
能の追従性が悪くなる。
それは、触媒9上でのNOXとNH,の反応機構に起因
する排ガス量およびNO!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NH,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iC5従来のNH,の注入
量制御装置の代表的な例を第3図に示す。
第3図において、入口NO!濃度検出器12で検出され
た入口NO!信号13と、空気流量検出器14で検出さ
れた空気流量信号15を関数発生器16で排ガス流量信
号17に変換し、この排ガス流量信号17と入口NOX
信号13によって演算器18で総N0Xfi:信号19
を算出する。一方モル比設定器20で必要モル比(N0
XfilとN)T、iの比重)信号21を算出し、この
必要モル比信号21と総NOX景信号19によって演算
器22で必W N)T、流量信号23を算出する。
この必要NH,H,信号23と実測NH,H,検出器2
4で検出された実測NH,流景借景信号をNH。
流量調節器26で比較してその偏差信号27を算出し、
この偏差信号27によってNIl、配管28のNH,流
量調節弁29を開、閉するように制御されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、従来の第3図に示すアンモニアの注大量制御
装置においては、DSS運転やWSS運転を行なって常
に負荷変動を行なうものkは負荷追従性が悪く好ましく
ない。
例えば自衛変化時においては排ガス量、NO!濃度、排
ガス温度などが急激に変化するためK、第4図(a) 
、 (b) 、 (c)に示すように一時的に脱硝装置
8の出口NO!濃度が高くなったり、あるいはリークN
H,量が増加するといった現象が生じる。
第4図(a)、 (b)、 (c)は横軸に時間、縦軸
にボイラ負荷、脱硝装置出口NOX景、リークNH,t
を示し、曲線Aはボイラ負荷変化、曲線Bは出口NOX
量変化、曲線CはリークNH,量変化を示す。
ボイラ9荷が曲線Aの点りから点Eに上昇すると、脱硝
装置出口のNOX量は曲線Bの点りから点EK上昇し、
リークNH,量は曲線Cの点りから点Eに減少する。
他方、ボイラ負荷が曲線Aの点Fから点GK減少すると
出口NOX量は曲線Bの点Fから点Gへ減少し、リーク
NH,量は曲線Cの点Fから点Gへ上昇する。
これは触媒表面上に吸着しているNH,が排ガス中のN
OXに対し一時的に不足、または過剰になるためである
本発明はかかれ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、ボイラの負荷変化に対するN
H,の追従性が良く、脱硝性能を一定に維持出来ると同
時にリークNH,tを減少させることができるアンモニ
アの注入量制御装置を得ようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は前述の目的を達成するために、NH,流量調節
器の上流側に空気流量信号と空気流量変化信号から先行
NH,注入量信号を演算する先行注入量演算器と、この
先行NH,注入量信号と必要NH。
流量信号を加算する演算器を設け、補正NH3流量信号
によって制御するものである。
〔実施例〕
以下1本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図において、符号14から29は第3図のものと同
一のものを示す。
筑1図において、30は微分器、31は微分器30によ
って演算される空気流量変化信号、32は空気流量信号
15と空気流量変化信号31から先行NU、注入量信号
33が演算される先行注入量演算器、34は必要NH,
流量信号23と先行NH。
注入量信号33が加算される演算器、35は補正NH,
流量信号である。
以下、本発明の実施例に係るアンモニアの注入量制御装
置について説明する前に、先行NH,注入量信号331
C空気流量信号15と空気流量変化信号31を用いる理
由について説明する。
触媒表面に吸着しているNH,量をQとすると、9量変
化時K、出口NOx濃変を一定に保つためKは、触媒表
面の吸着NH,も排ガスの条件の変化に応じて増加、減
少しなくてはならない。そのときの必要な吸着NH,t
の変化速度を、dq/dtとすると、この変化速+td
Q/dtK応じたNH,注入量を、先行して増、減すれ
ば、非常に負荷変化に対して、追従性の優れた先行制御
が可能となる。
触媒表面に吸着しているNH,tQは (1)式で求められる。
ここで、cons t、  は定数、g (T)は排ガ
ス温度Tの関数、Gは排ガス量、■は触媒量、Xは脱硝
率である。
この(1)式は排ガス11−G、排ガス温度T、脱硝率
X等は全て負荷りの関数であるから触媒表面に吸着して
いるNH,量Qは Q=f(L)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(2)(1)式が得られ
る。
負荷変化時においては、ボイラの負荷りは時間tの関数
であるから必要な吸着量の変化速度dq/d。
は dq/dt=c−f(L)・dL/  ・・・・・・・
・・・・・(3)t (1)弐によって求めることができろう従って必要な吸
着量の変化速度dq/  は、dL、2゜t とLから求めることができる。ここで負荷りは燃焼用空
気量Fとほぼ対応することから、dL/dtは空気量変
化率と、Lは空気量と置き換えてもよい。
このdq/’citに比例したNH,量を排ガス条件の
変動に先行して注入することにより、非常に追従性の飼
い制御が可能となることから、先行NH,注入量信号3
3に空気流量信号15と空気流量変化信号31を用いた
必要NH,量Qaq (必要NH,流量信号231C相
当する)は Qaq=GXNXM・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(4)(4)式で求めることが
できる。
但し、Gは排ガス骨、Nは入口NOX濃度、MはNH,
ハOx で表わされるモル比である。
従って、必要NH,流量信号23は(4)式の排ガス景
G、入口NOx濃UN、モル比Mを得るために、空気流
量検出器14、入口NO!濃度検出器12、モル比設定
器20からの空気流量信号15.排ガス流量信号17、
入口NOX信号13、総NOX量信号19、必要モル比
信号21およびその他の関数発生器16、演算器18.
22によって演算される。
先行Nl(、量Qpr (先行NH,注入f信号33に
相当する)は、 F Qp「=kXf(F)×ノ(dt)・・・・・・・・・
(s)(1式で求めることができる。
ここで、Fは空気量、dF7.tは、空気量の時間変化
率、kは定数である。
従って、先行NH,注入景信号33は、空気流量検出器
14、微分器30、先行注入量演算器32からの空気流
量信号15、空気流量変化信号31、先行NH,注入貴
信号33によって演算される、従って、ボイラの9荷が
一定の場合は、必要NH,量Qaqで制御され、ボイラ
の負荷変化時においては、必要NH,量Qaqと先行N
Ha t Qp rとを加えた量で制御される。
以下、第1図に示すアンモニアの注入量制御装置を用い
て具体的に説明する。
ボイラの負荷が一定の場合は、排ガス中に注入されるN
H,量は次のように制御される。まず、空気流量検出器
14の空気流量信号15は関数発生器16によって排ガ
ス流量信号17に変換され、入口NOx濃度検出器12
からの入口NOx信号13によって排ガス中に含有され
る総N0Xi信号19が演算器18で演算される。そし
て、それにモル比設定器20からの必要モル比信号21
と総NOX量信号19を乗じて、必要NH,流量信号2
3を求める。
必要NH,流量信号23と実測NH,流量検出器24の
実測NH,流量信号25をNH,流量調節器26でその
NH,流量偏差信号27を演算し、とのNH,流量偏差
信号27が零になるようにNH,流量調節器26でNH
,流量調節弁29を調節する。
次にボイラの負荷が変化したとき釦は、空気流量検出器
14に急変が生じ空気流量信号15およびそれを微分器
30によって変換した空気流量変化信号31によって先
行NH,注入量演算器32で先行NH,注入量信号33
を演算する。この先行NH,注入量信号33と、必要N
H,流量信号23が演算器34で加算され、補正NH,
流量信号35がNH311ft、量調節器26で実測N
H,流量信号25と比較されて、NH,流量調節弁29
が調節される。
この様に、先行NH,注入量信号33を演算する際に、
空気流量信号15と空気流量変化信号31を用いて同じ
負荷変化率であっても、負荷に応じて補正NH,注入景
信号35を増、減することができ、負荷追従性はよくな
る。
また、補正NH,流量信号35はDSS運転やWSS運
転時であっても出口N0XQ度あるいはリークNH,を
一定に維持することができる。
〔発明の効果〕
、本発明はNH,流量調節器の上流側に空気流量信号と
空気流量変化信号から先行Nl−1,注入量信号を演算
する先行注入量演算器と、この先行NH,注入量信号と
必要NH,流量信号を加算する演算器を設け、補正NH
,流量信号によって制御するようにしたので、狗荷変化
に対するNH,の追従性がよく、脱硝性能を一定に維持
できると共K、リークNH。
量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係るNH,の注入量制御装置
の制御系統図、第2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図、第3図は従来のアンモニアの注
入量制御装置の制御系統図、第4図(a) 、 (b)
 、 (c)は横軸に時間、縦軸にボイラ負荷、脱硝装
置出口N0Xt及びリークNH,itを示した特性曲線
図である。 12・・・・・入口NOX濃度検出器、13・・・・・
・入口NOX信号、14・・・・・・空気流量検出器、
15・・・・・・空気流量信号、16・・・・・・関数
発生器、17・・・・・・排ガス流量信号、20・・・
・・・モル比設定器、21・・・・・・必要モル比信号
、23・・・・・・必要NHs流量信号、24・・・・
・・実測NH,流景流出検出器5・・・・・・実測NH
,H,信号、26・・・・・・NH,流量調節器、27
・・・・・・偏差信号、29・・・・・・NHa流量調
節弁、31・・・・・・空気流量変化信号、32・・・
・・・先行注入量演算器、33・・・・・・先行Nu、
注入量信号、34・・・・・・演算器、35・・・・・
・補正NH,H,信号。 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 空気流量検出器からの空気流量信号を基に関数発生器で
    変換した排ガス流量信号と、入口NO_x濃度検出器か
    らの入口NO_x濃度信号と、モル比設定器からの必要
    モル比信号から必要NH_3流量信号を演算し、この必
    要NH_3流量信号とNH_3流量検出器からの実測N
    H_3流量信号から偏差信号を演算するNH_3流量調
    節器を設け、偏差信号によつてNH_3流量調節弁を開
    、閉するものにおいて、前記NH_3流量調節器の上流
    側に空気流量信号と空気流量変化信号から先行NH_3
    注入量信号を演算する先行注入量演算器と、この先行N
    H_3注入量信号と必要NH_3流量信号を加算する演
    算器を設け、補正NH_3流量信号によつて制御するよ
    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
JP61071382A 1986-03-31 1986-03-31 アンモニアの注入量制御装置 Pending JPS62227426A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1057769A (ja) * 1996-08-23 1998-03-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 石炭焚ボイラの脱硝アンモニア注入量制御方法及び装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1057769A (ja) * 1996-08-23 1998-03-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 石炭焚ボイラの脱硝アンモニア注入量制御方法及び装置

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