JPS6362251B2

JPS6362251B2 -

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Publication number: JPS6362251B2
Application number: JP59171287A
Authority: JP
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1988-12-01
Also published as: JPS6150619A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ほぼ等容量の複数台のガスタービン
と、これらのガスタービンの排ガスに含まれる熱
を利用して発生させられた蒸気により駆動される
少なくとも１台の蒸気タービンとを有する複合サ
イクル発電プラントに係り、特に燃焼生成ガス中
の窒素酸化物をこれにアンモニア等の還元物質を
注入することにより除去される複合サイクル発電
プラントの脱硝制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

いわゆる排熱回収方式の複合サイクル発電プラ
ントには大別して一軸型と多軸型がある。一軸型
とはガスタービン、蒸気タービンおよび発電機が
共通軸で結合されている方式のものであり、多軸
型とはガスタービンと蒸気タービンが別々の軸に
分離され、各軸に発電機が結合される方式のもの
である。本発明をこの分類に則して述べるなら
ば、一軸型のものを複数台設ける構成のもの、お
よび単一または複数の蒸気タービン設備に対して
複数のガスタービン設備を設ける多軸型構成のも
のの両者を対象としており、いずれにしても複数
台のガスタービンを有するプラントを対象とする
ものである。

添付図面の第６図は一軸型の複合サイクル発電
プラントの一例の構成図である。なお、以下の図
面の説明において同一要素は同一符号で示してあ
る。コンプレツサ（CP）１、ガスタービン
（GT）２、発電機３、および蒸気タービン４は
共通の軸５を介して互いに連結されている。燃料
調整弁６の開度調節により流量制御された燃料が
コンプレツサ１からの圧縮空気と共に燃焼器７に
供給され、ここで混合して等圧燃焼され、高温・
高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスによ
つてガスタービン２が駆動される。ガスタービン
２の排ガスは排熱回収ボイラ８に導かれて蒸気を
発生させる。排熱回収ボイラ８で熱を回収され低
温となつたガスは、排ガスとして大気中に排出さ
れる。排熱回収ボイラ８で発生された蒸気は蒸気
加減弁９を介して蒸気タービン４に導かれ、これ
を駆動する。蒸気タービン４を通つた蒸気は復水
器１０に導かれここで復水される。この複合サイ
クル発電プラントは入力として燃焼器７に燃料を
供給し、最終出力として発電機３から電気出力を
得る。

ところで、排熱回収ボイラ８から大気中に排出
される排ガス、すなわち燃焼器７の燃焼生成ガス
中には、NO、NO₂、NO₃など、一般にNOxで総
称される窒素酸化物が含まれている。

この窒素酸化物は有害とされ、その許容量が法
的に規制されている。そこで燃焼生成ガスに含ま
れる窒素酸化物を除去するために排熱回収ボイラ
８に脱硝装置が設けられる。脱硝装置とは燃焼生
成ガスにアンモニア等の還元物質を触媒の中で反
応させ、窒素酸化物を窒素と水に還元して除去す
る装置であり、未反応の窒素酸化物はそのまま大
気中に排出される。例えば還元物質としてアンモ
ニアを使用する場合には、その供給量が少なすぎ
ると未反応の窒素酸化物が増えることになり、ま
た多すぎると未反応のアンモニアが排出されるこ
とになる。このように燃焼生成ガス中の窒素酸化
物の量に見合つた量の還元物質が供給されない場
合には種々の不都合が生じるので、質の供給量を
制御するための装置として脱硝制御装置が必要に
なる。

またこのような脱硝制御装置を用いた場合で
も、ガスタービンの始動時および停止時には、触
媒器の温度が低く、還元反応が不十分にしか行な
われないので、過渡的に窒素酸化物の排出量が増
大することになる。

従来、脱硝制御は個々のガスタービン系列ごと
に行なつていたが、上述の理由により、特定のガ
スタービン系列が制御範囲を逸脱したりあるいは
それに近い制御状態に陥つたりして、プラント全
体として規制量が超える窒素酸化物を排出してし
まうおそれがあつた。

この問題を解決するために、プラント全体とし
ての窒素酸化物排出量設定値を守るような制御を
行なうための統括脱硝制御装置がすでに提案され
ている。第７図はその一例の構成図である。複数
台の一例として３台のガスタービンを想定し、各
ガスタービンの排ガス系統中に配置された排熱回
収ボイラに設けられている脱硝装置を対象として
個々に脱硝制御を行なうために第１、第２および
第３の個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを設
ける。各個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは
同一内部構成を持つており、図には装置１１Ａの
内部構成しか詳細に示していないが、装置１１
Ｂ，１１Ｃも装置１１Ａと同様に構成されている
ものとする。

各個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃにはそ
れぞれのガスタービン設備の排ガスに含まれる窒
素酸化物排出流量を検出する第１の検出器１２
と、脱硝装置に注入された還元物質（例えばアン
モニア）の流量を検出する第２の検出器１７とが
設けられている。各系統の窒素酸化物検出流量を
表わす各第１の検出器１２の出力信号ａ１，ａ
２，ａ３は加算器２１に導かれ、その総和として
ここでプラント全体の窒素酸化物排出流量が計算
され、総排出流量信号ｂが出力される。この総排
出流量信号ｂは、設定器２２によつて設定される
窒素酸化物排出流量目標値信号ｃと共に減算器２
３に入力され、ここで両入力信号の偏差を表わす
信号ｄ、つまり窒素酸化物の総排出流量実際値と
設定目標値との間の偏差を表わす信号ｄが形成さ
れる。この信号ｄはPI演算器２５に導かれ、こ
こで各個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに与
えられる個別排出流量目標値信号ｅが形成され
る。

この信号ｅは各タービンの負荷状態のいかんに
かかわらず共通に各個別制御装置１１Ａ，１１
Ｂ，１１Ｃの減算器１４に入力される。減算器１
４には第１の検出器１２の出力信号ａ１も入力さ
れ、ここで両入力の偏差信号ｇが形成される。偏
差信号ｇはPI演算器１５に入力されて還元物質
の注入流量目標値ｈが形成される。そしてこの目
標値と還元物質の注入流量実際信号ｉが等しくな
るように、減算器１８、PI演算器１９、還元物
質注入流量調節器２０により制御が行なわれる。

第７図の装置において各ガスタービン設備とも
安全運転を行なつているときは各個別制御装置と
も安定運転制御を行ない、プラント全体の総排出
流量が設定器２２によつて設定される総排出流量
目標値に一致するように各個別制御装置１１Ａ，
１１Ｂ，１１Ｃによる個別制御が行なわれる。次
に例えば或るタービン設備からの窒素酸化物排出
流量が、例えばすでに述べたタービン始動などに
際して過渡的に著しく増大し、制御範囲を逸脱し
たような場合には、第１の検出器１２による窒素
酸化物排出流量の総和がその目標値を大幅に上ま
わり、減算器２３の出力、つまりはPI演算器２
５を介して与えられる各個別制御装置１１Ａ，１
１Ｂ，１１Ｃへの入力目標値ｅが減少方向に制御
される。

しかし、脱硝制御が基本的に触媒を用いた化学
反応であり制御の応答性が必ずしも早くないこ
と、また、そのようなプロセス性質上、PI演算
器の時定数も必然的に大きい値となる事から、タ
ービン始動時などの急激な排出量増加時などに
は、これらの応答性の悪さのために一時的にプラ
ント全体としての窒素酸化物排出量が設定値を大
きく超え、環境規制値を超えてしまう危険性があ
る。

また、発電所内のガスタービン設備が同時に多
数起動、停止等した場合には、制御不能な窒素酸
化物が多量に排出され、他の統括制御下にあるガ
スタービン設備でこの排出量増分を補償し切れ
ず、結果的に発電所全体の窒素酸化物排出量目標
値を守り切れないことがある。

〔発明の目的〕

本発明は上記の従来技術の欠点を克服するため
になされたもので、特定のガスタービンの始動時
などの過渡時を含めて、より広範囲に規制値を満
足させることができ、かつより合理的な脱硝制御
を行ない得る脱硝制御装置を提供することを目的
とする。

さらに本発明は、発電所内のガスタービン設備
の起動、停止が重なつたような場合においても、
窒素酸化物の排出量の積算値や移動平均値が常に
目標値以下となるようにすることができる脱硝制
御装置を提供することをも目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため本発明は、プラント
全体の窒素酸化物排出量の目標値を設定する総排
出量設定手段と、各ガスタービン設備ごとの窒素
酸化物排出流量を検出する検出器群との他に、各
ガスタービン設備が起動又は停止する際に排出す
る制御不能な窒素酸化物排出流量のパターンを記
憶する関数発生装置と、起動中又は停止中のガス
タービン設備とプラント全体の統括制御から切離
されて個別制御されているガスタービン設備との
窒素酸化物排出量を関数発生装置及び検出器群の
出力から求め、これらの値を目標値から引くこと
により統括制御されている各ガスタービン設備の
窒素酸化物排出流量目標値を形成する演算制御手
段とを備え、この演算制御手段から与えられる目
標値に従つて各ガスタービン設備ごとに設けられ
た注入流量検出部群により還元物質の注入流量を
制御するよう構成した複合サイクル発電プラント
の統括脱硝制御装置を提供するものである。

さらに本発明は、上記総排出量設定手段と、上
記検出器群と、上記関数発生装置との他に、検出
器群から得られる過去一定期間内の窒素酸化物排
出量実績を記憶する記憶装置と、将来一定期間内
の窒素酸化物排出量予測値をあらかじめ決定され
た運転スケジユールにもとづいて予測計算する演
算部と、窒素酸化物排出の実績値及び予測値を用
いて目標値設定以後の一定期間内の窒素酸化物排
出量の移動平均値又は積算値が目標値以下となる
ように各ガスタービン設備の窒素酸化物排出量目
標値を形成する演算手段とを備え、この演算手段
から与えられる目標値に従つて各ガスタービン設
備ごとに設けられた注入流量制御部群により還元
物質の注入流量を制御するように構成した複合サ
イクル発電プラントの統括脱硝制御装置をも提供
するものである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面の第１図乃至第５図を参照して
本発明のいくつかの実施例を説明する。第１図は
第１の実施例の構成図である。プラント全体の窒
素酸化物排出流量設定値ｃは設定器２２で設定さ
れて減算器２６に与えられる。起動時排出量予測
用関数発生器（第１の関数発生器）２７はガスタ
ービン駆動時の制御不能な窒素酸化物排出流量パ
ターンを記憶するもので、停止時排出量予測値用
関数発生器（第２の関数発生器）２８はガスター
ビン停止時の制御不能な窒素酸化物排出流量パタ
ーンを記憶するものである。起動／停止捕正演算
回路２９は第１、第２の関数発生器２７，２８の
出力とプラント内のガスタービンの起動又は停止
の信号（図示しない）にもとづいて、実際に窒素
酸化物の急激な排出量増大が始まる前に、起動／
停止設備分相当（又はそれを少し上まわる量）の
窒素酸化物排出量予測値信号ｌを形成する。すな
わち、起動の際には第１の関数発生器２７からの
流量パターンにもとづいて予測値信号ｌが形成さ
れ、停止時には第２の関数発生器２８からの流量
パターンにもとづいて予測値信号ｌが形成され
る。これによつて起動停止時の急激な排出量増大
が補償される。

また、ガスタービン設備の定期定格時などのよ
うに、プラント全体に対する中央の制御（統括制
御）から切りはなされて単独運転されているガス
タービン設備に関しては、脱硝制御についても切
替器３５にて中央と切りはなされ、各ガスタービ
ン設備ごとに設けられた個別設定器３６Ａ，３６
Ｂ，３６Ｃによつて設定された窒素酸化物排出量
目標値に従つて還元物質の注入制御が行なわれる
（個別制御がなされる）。このような場合には、そ
のガスタービン設備から排出される窒素酸化物の
量は起動／停止中のガスタービンからの排出量と
同様、制御不可能な排出量として扱わなければな
らない。このため、各ガスタービン設備の第１の
検出器（窒素酸化物排出流量検出器）１２の出力
信号ａ１〜ａ３のうちで切替器３５Ａ，３５Ｂ，
３５Ｃにてプラント全体に対する中央制御から切
りはなされている設備（第１図の例では第３の設
備がこの状態となつているが、この例に限らな
い）もののみを加算器３０に入力し、起動／停止
中以外で制御不可能な窒素酸化物排出流量信号ｍ
を得るようにしてある。すなわち統括制御させず
に個別制御される第３の設備についての排出流量
信号ｍ求めるようにしている。

窒素酸化物排出量予測値信号ｌは減算器２６に
与えられ、窒素酸化物排出流量信号ｍは減算器３
１に与えられる。減算器２６，３１はプラント全
体の窒素酸化物排制御値から、起動／停止中のガ
スタービンより排出されると予測される窒素酸化
物流量についての信号ｌと、その他の制御不可能
なガスタービン設備からの（中央からの統括制御
不可能な設備であつて、第１図の例では第３の設
備がこれにあたる）窒素酸化物排出流量信号ｍと
を引き（減算し）、統括脱硝制御下にあるガスタ
ービン設備（第１図の例では起動／停止中でない
ことを条件として第１、第２の設備がこれにあた
る）において排出することが許容される流量目標
値信号ｎを形成する。

統括脱硝制御中台数検出回路３２は起動／停止
中でないガスタービン設備のうち、切替器３５
Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにて中央と接続されている設
備（第１図の例では第１、第２の設備）の台数を
計数し、統括脱硝制御下にあるガスタービン設備
の台数を示す信号Ｐを出力する。除算器３３は流
量目標値信号ｎを統括脱硝制御中のタービン設備
数を示す信号Ｐで除算し、統括脱硝制御中のガス
タービン設備の窒素酸化物排出流量目標値ｅを得
る。第１図の例において第１、第２の個別制御装
置１１Ａ，１１Ｂは各ガスタービン設備の窒素酸
化物排出流量がこの目標値に等しくなるよう各ガ
スタービン設備を個別に制御する。

次に第１図に示す実施例の動作について説明す
ると、各ガスタービン設備が安定運転を行なつて
いる時には、プラント全体の総排出流量設定値ｃ
を運転中の各ガスタービン設備にて均等に分配す
る形で各個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに
よる制御が行なわれる。

また、プラント中のあるガスタービン設備が起
動、停止等を行なう場合には、制御不可能な窒素
酸化物が多量に排出される前に他の安定運転中の
ガスタービン設備の窒素酸化物排出流量目標値ｅ
を制御し、これら安定運転中の設備からの排出量
が前もつて抑え込まれるようにしている。このた
めに、起動又は停止に伴なつて当該タービン設備
から実際に多量の窒素酸化物が排出される時点に
おいても、プラント全体の排出量は設定値又はそ
れ以下とする事ができる。このように第１図に示
す実施例では、従来のようにプラント全体の窒素
酸化物総排出量をフイードバツク制御して排出量
を目標値に一致させるということを行なうことな
しに、排出量が短期的に設定値を大きく越えない
ように制御している。

なお第１図の実施例では、除算器３３にて第
１、第２の個別制御装置１１Ａ，１１Ｂに対する
目標値信号ｅを一様に与えているが、場合によつ
ては予め定めた適当な割合に従つて分配するよう
にしても良い。また、上記実施例はアナログ制御
回路を前提としたものであるが、検出端及び操作
端を除く演算制御回路部分にコンピユータを用い
てそのソフトウエアによつて上記の制御を実現す
ることもできる。

上記の如く第１図に示す第１の実施例によれ
ば、より広範囲に規制値を満し合理的な脱硝制御
を行いうる脱硝制御装置を得ることができる。

しかしながら、第１の実施例では、発電所内の
ガスタービン設備が同時に多数起動・停止等した
場合には、制御不能な窒素酸化物が多量に排出さ
れ他の統括制御下にあるガスタービン設備でこの
排出量増分を補償し切れず、結果的に発電所全体
の窒素酸化物排出量目標値を守り切れないという
従来装置の欠点を克服できない。

一方、窒素酸化物排出量の法的規制の形態とし
ては１時間排出総量等の１時間積算値や移動１時
間平均値による事例が多いが、第１図のように構
成した統括脱硝制御装置においては、前記のよう
に同時に多数のガスタービン設備が起動・停止を
行なつて排出量が一時的に目標値を越えた時に、
積算値や移動平均値が規制値を越えてしまう可能
性がある。このため、発電所のガスタービン設備
の運用上の制約となることがある。

第２図は上記の問題点に鑑みてなされた本発明
の第２の実施例の構成図である。各ガスタービン
設備ごとに設けられた還元物質の注入流量を制御
する第１〜第３の個別制御装置１１Ａ，１１Ｂ，
１１Ｃは第１図と全く同一の構成である。

プラント全体の窒素酸化物排出流量設定値Ｃは
設定器２２にて設定され、制御演算器４１に入力
される。制御演算器４１はガスタービン起動時の
制御不能な窒素酸化物排出量パターンを記憶する
第１の関数発生器２７と、ガスタービン停止時の
制御不能な窒素酸化物排出量パターンを記憶する
第２の関数発生器２８と、各ガスタービン設備か
ら実際に排出された窒素酸化物排出量合計実績を
算出する加算器４２の出力を一定期間内記憶する
記憶装置４３と、プラント全体に対する中央制御
から切りはなされて単独運転されているために統
括脱硝制御の制御下にないガスタービン設備（第
２図の例では第３の設備がこれにあたる）の窒素
酸化物排出量現在値合計を算出する加算器３０
と、各ガスタービン設備の運転スケジユールをあ
らかじめ決定する運転スケジユール設定装置４４
との各出力を用いて、統括脱硝制御下にある各ガ
スタービン設備（第２図の例では第１、第２の設
備がこれにあたる）の窒素酸化物排出量設定値ｄ
を出力する。この制御演算器４１から出力される
設定値信号ｄは上下限制御器３４を経て統括脱硝
制御入／切の切替器３５Ａ〜Ｃに入力され、各ガ
スタービン設備ごとにこの設定値を目標として窒
素酸化物注入流量制御が行なわれる。

第３図は第２図に示す制御演算器における処理
の説明図である。第３図では窒素酸化物排出量の
規制として発電所全体の窒素酸化物排出流量（Ｎ
m³／Ｈ）の一時間移動平均値（実質的には各時点
における過去１時間の排出総量に相当する）が採
用されている。以下、各ガスタービン設備の排出
量設定値が５分ごとに更新される場合について説
明する。設定器２２から入力された発電所全体の
窒素酸化物排出量の設定値は５分ごとに設定値記
憶部５１にて記憶される。この結果現在以前１時
間内の設定値が５分ごとに設定値記憶部５１内に
保存されることになる。ここで、現在時刻−60＋
Ｔ分の設定値をS_G（Ｔ−60）とする。

発電所全体の窒素酸化物排出量合計（N_ACT
（ｔ））を記憶する記憶装置４３からは、現在時点
から過去55分、50分………５分のそれぞれの区間
の排出量実績合計が実績処理部52に入力される。
なお、現在時刻−60＋Ｔ分から現在時刻までの実
績値は∫^O _T-60N_ACT（ｔ）dtとして表わされる。

統括脱硝制御下になり手動運転設備の排出量合
計を算出する加算器３０の出力は、手動運転設備
分排出予測部５３に入力される。ここで手動運転
設備の排出量は、現在時点の値が保持されるもの
として現在から５分、10分………60分後までの排
出量合計を算出する。現在時刻からＴ分後までの
排出量合計は∫^T _ON_EX（ｔ）dtとして表わされる。

運転スケジユール設定装置４４より得られる起
動又は停止予定スケジユールから演算区間内に起
動又は停止が予定される場合には、各ガスタービ
ン設備の起動・停止時の制御不能な排出量パター
ンを記憶する第１、第２の関数発生器２７，２８
の信号が起動停止設備分排出予測部５４に入力さ
れ、現在時刻から５分、10分………60分の間にこ
れらの設備から排出される制御不能窒素酸化物の
量の合計が算出される。現在時刻からＴ分後まで
の起動／停止設備による制御不能排出量は∫^T _ON_ST
（ｔ）dtと表わされる。

運転スケジユール設定装置４４からは上記の起
動停止のスケジユールの他に、統括脱硝制御下に
入る設備の数も入力され、統括制御台数処理部５
５にて現在時刻以後５分、10分………60分の統括
制御中台数の時間積分値が算出される。ここで現
在時刻からＴ分後までの統括制御台数積分値は∫^T _O
Ｉ（ｔ）dtと表わされる。

以上のようにして得られた各演算要素を用い
て、各演算区間ごとの各設備の窒素酸化物排出量
設定値が演算部４２にて算出される。現在時刻−
60分＋Ｔ分から現在時刻＋Ｔ分までの１時間の発
電所全体の窒素酸化物排出量平均値がS_G（Ｔ−60）
となるような各設備ごとの設定値（S_S（Ｔ））は、
下式に相当する演算処理により算出される。

S_S（Ｔ）＝S_G（Ｔ）−∫⁰／_T

Claims

【特許請求の範囲】１複数台のガスタービンと、これらのガスター
ビンの排ガスに含まれる熱を利用して発生された
蒸気により駆動される少なくとも１台の蒸気ター
ビンとを有する複合サイクル発電プラントの脱硝
制御装置において、各ガスタービン設備ごとの燃焼生成ガス中の窒
素酸化物排出流量を検出する検出器群と、プラント全体の窒素酸化物排出流量の目標値を
設定する総排出流量設定手段と、各ガスタービン設備が起動又は停止する際に排
出する制御不能の窒素酸化物排出流量パターンを
記憶する関数発生手段と、前記検出器群および関数発生手段の出力にもと
づいて起動又は停止中のガスタービン設備からの
窒素酸化物排出流量と、プラント全体に対する統
括制御と切り離されて個別制御されているガスタ
ービン設備からの窒素酸化物排出流量とを求め、
これらの値を前記目標値から減算することにより
統括制御下にある各ガスタービン設備の窒素酸化
物排出流量目標値を形成する演算制御手段と、この演算制御手段から与えられる目標値とそれ
に対応する前記検出器群の検出値との間の偏差を
零にするように、窒素酸化物を除去するための還
元物質の注入流量を各ガスタービン設備ごとに制
御する制御部群とを備えたことを特徴とする複合
サイクル発電プラントの脱硝制御装置。２複数台のガスタービンと、これらのガスター
ビンの排ガスに含まれる熱を利用して発生された
蒸気により駆動される少なくとも１台の蒸気ター
ビンとを有する複合サイクル発電プラントの脱硝
制御装置において、各ガスタービン設備ごとの燃焼生成ガス中の窒
素酸化物排出流量を検出する検出器群と、プラント全体の窒素酸化物排出流量の目標値を
設定する総排出流量設定手段と、各ガスタービン設備が起動又は停止する際に排
出する制御不能の窒素酸化物排出流量パターンを
記憶する関数発生手段と、前記検出器群から得られる過去一定期間内の窒
素酸化物排出量実績を記憶する記憶装置と、将来一定期間内の窒素酸化物排出量予測値をあ
らかじめ設定された運転スケジユールにもとづい
て予測計算する演算部と、前記窒素酸化物排出量実績値および予測値を用
い前記目標値設定以後の一定期間内の窒素酸化物
排出量の移動平均値又は積算値が前記目標値以下
となるように各ガスタービン設備の窒素酸化物排
出量目標値を形成する演算制御手段と、この演算制御手段から与えられる目標値とそれ
に対応する前記検出器群の検出値との間の偏差を
零にするように、窒素酸化物を除去するための還
元物質の注入流量を各ガスタービン設備ごとに制
御する制御部群とを備えたことを特徴とする複合
サイクル発電プラントの脱硝制御装置。