JPS64993Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は乾式脱硝装置に係り、特に負荷変化
への対応が好適な乾式脱硝装置用アンモニア注入
制御装置に関するものである。

事業用ボイラ等の燃焼装置においては、最近
益々即応性が向上し、起動や停止を含む急速な負
荷変化に際してもこれに十分対応できるようにな
つてきている。これにともないボイラ燃焼排ガス
の脱硝を行なうアンモニア接触還元脱硝装置（以
下、脱硝装置と呼ぶ）に対しても、速い応答が要
請されつつある。

このような要請に沿うものとして、第１図に示
す脱硝方法が一般に行われている。すなわち、ボ
イラ出力を第１図ａに示すような状態で変化させ
ると同図ｂに示すような濃度で窒素酸化物（以
下、NOxiと称する）を含む燃焼排ガスが得られ
るので、これを脱硝処理するため同図ｃの破線に
示すごとく段階的にアンモニアが投入される。

しかし、このような方法によるときは、処理ガ
ス中の窒素酸化物濃度（以下、NOxoと称する）
が同図ｄの破線で示すような変動を生ずる欠点が
ある。

かかる欠点を解消するため、例えば同図ｃの実
線で示すような方法でアンモニアを投入すれば、
同図ｄの実線で示すようなNOxoの変動が小さい
処理ガスとなることが想定されているが、従来、
このようなアンモニア投入制御は試みられていな
い。

従来の脱硝装置は、第２図に示す通り、ボイラ
装置１の燃焼排ガス煙道２内に設けられた、脱硝
触媒反応器３およびアンモニア注入ノズル４から
なる脱硝装置と、アンモニアガス流量制御装置１
０およびアンモニアガス圧力制御装置６０からな
るアンモニア供給装置１００と、NOx制御装置
２００とから主に構成されている。そして、上記
の流量制御装置１０は、ガス質量流量計１２、調
節計１３、流量調整弁１５が図に示すように接続
されて構成されており、その流量目標値１７は、
既述第１図ｃの実線に示すような値を与えるよう
にNOx制御装置２００から出力される。一方、
この流量制御装置１０は、配管１９によりアンモ
ニアガス圧力制御装置６０に接続されている。こ
のアンモニアガス圧力制御装置６０は、ガス圧制
御装置３０、気化圧制御装置４０および気化器水
温制御装置５０から構成される。ガス圧制御装置
３０は、アンモニアガスヘツダタンク（以下、単
にヘツダタンクと称する）３１、圧力計３２、調
節計３３、圧力調整弁３５および安全弁３８か
ら、気化圧制御装置４０は、アンモニア気化用温
水タンク（以下、気化器と呼ぶ）４１、圧力計４
２、調節計４３、調整弁４５、および液体アンモ
ニアタンク４９から、また気化器水温制御装置５
０は、温度計５２、調節計５３、熱源蒸気５９の
調整弁５５および蒸気注入ノズル５１からそれぞ
れ構成されている。

しかし、このような構成のアンモニア供給装置
１００に対して第１図ｃの実線に示すようなアン
モニア流量要求信号は流量目標値１７として加え
る場合には、下記(1)〜(3)に示すような不具合のあ
ることが判明した。

(1) 流量要求信号１７に対して、弁１５は直ちに
応答するが、配管１９は可成り長い（一般に50
〜100m）ため、流量調整弁１５の入口圧のみ
が変化するに止まり、ガス流量の変化は遅れ
る。

(2) 流量調整弁１５の動きに対し、ヘツダタンク
３１の圧力の応答は上記の理由により遅れる。
この影響で圧力調整弁３５の動作も遅れること
となるため、ヘツダタンク３１の圧力を規定範
囲内に制御することができず、これにより圧力
下限警報発生や安全弁３８の動作をまねくこと
がある。

(3) ガス圧制御装置３０の上記したような乱調
は、気化圧制御装置４０に対しても同様な悪影
響を与え、また、気化器水温制御装置５０に対
しても乱調を引き起し、安全弁４８の動作や圧
力下限警報の発生をまねくことがある。

このような欠点を生ずる原因は、圧力伝播の遅
れが避けられない長経路の配管１９をもつている
にも拘らず、各制御系が、独立動作型に構成され
ているためと考えられる。

この考案の目的は、上記した従来技術の欠点を
なくし、負荷変動に対して即応できる乾式脱硝装
置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、この考案は、燃焼
排ガスの煙道に沿つて設けられた、アンモニア注
入ノズルおよび触媒反応器を含む脱硝反応器と、
該アンモニア注入ノズルへアンモニアガスの案内
を行うために順次設けられた少くとも１系統から
なるアンモニアガス圧力制御装置およびアンモニ
アガス流量制御装置を含むアンモニア供給装置
と、燃焼排ガス中のNOx濃度および同制御目標
値等からアンモニア注入要求量の決定を行う
NOx制御装置とを備えた乾式脱硝装置において、
上記アンモニアガス圧力制御装置の少くとも１系
統に、定常運転時に必要なアンモニアガス圧力関
連の目標値信号とNOx濃度変化率反映信号とを
加算する加算器および該加算器の出力信号に関し
て作動する上下限制限器を備えたアンモニアガス
圧力関連目標演算装置を設けることを特徴とす
る。

この考案の好適態様においては、上記のNOx
濃度変化率反映信号として、アンモニアガス流量
制御装置で発生する制御偏差に比例する信号ある
いはこれとアンモニア注入要求量の変化に比例す
る信号とを用いることが望ましい。

また、上記のアンモニアガス流量制御装置で発
生する制御偏差に比例する信号に替えて、該流量
制御装置に設けられた流量調整弁の上流側で得ら
れるアンモニアガス圧力の変化率に比例する値の
逆符号信号およびこれと上記制御偏差に比例する
信号との加算信号から選ばれる信号を用いること
もできる。さらにまた、アンモニア注入要求量の
変化率に比例する信号に替えて、該信号にアンモ
ニア注入要求量に比例する信号を加算した信号を
用いることもできる。

以下、図面に示す実施例によりこの考案をさら
に詳しく説明する。

第３図は、この考案の実施例に係るアンモニア
供給装置とNOx制御装置部の系統を示すもので、
このものは、第２図に示す同一符号とその説明が
同様に参照される部分と、点線内に設けられたア
ンモニアガス圧力・流量協調制御装置３００とか
ら主に構成される。

なお、上記のアンモニア圧力・流量協調制御装
置３００はアンモニア圧力目標演算装置と気化圧
目標演算装置を含む構成となつており、前者は変
化率演算器３０１、加算器３０２、上下限制限器
３０３および補償率設定器３０４から、また、後
者は変化率演算器４０１、加算器４０２、上下限
制限器４０３および補償率設定器４０４からそれ
ぞれ構成される。

このような構成の装置において、従来は一定と
されていたガス圧制御装置３０の目標値３７に替
え、この信号に以下の信号、すなわち、流量制御
装置１０で発生する制御偏差信号１４を補償率設
定器３０４で処理した制御偏差比例信号１４ａと
流量目標値１７の変化率信号３０５とを加算器３
０２で加算し、次いでこの加算信号３０６を上下
限制限器３０３により処理し、かくして得られる
信号３７ａが用いられこととなる。

また、同様なことが気化圧制御装置４０につい
ても行われる。すなわち、従来は一定とされてい
た気化圧目標値４７に、後流の前記ガス圧制御装
置３０から得られる信号３４を補償率設定器４０
４で処理した信号３４ａと流量目標値１７の変化
率信号４０５とを加算器４０２で加算し、次いで
この加算信号４０６を上下限制限器４０３により
処理し、かくして得られる信号４７ａが新たな気
化圧目標値として用いられる。

上記の信号処理に当り、上下限制限器３０３お
よび４０３の特性は、一般に第４図のごとく設定
される。すなわち、入力信号Pdi，３０６または
４０６がＨPdiＬならば、その出力PdはPd
＝Pdiとなり、PdiＨならばPd＝Ｈ、また、Pdi
ＬならばPd＝Ｌとされる。（式中および図中、
HHは安全弁動作圧力、Ｈは圧力目標上限値、Ｌ
は圧力目標下限値、LLは圧力下限警報値、Pdo
は通常時の圧力目標値出力、Pdiは圧力目標値入
力、ΔPdiはPdo−Pdiをそれぞれ示す）。

なお、定常運転時は、信号１４，３０５，３４
および４０５がともに零であるから、Pdiは信号
３７または４７そのもののPdoとなる。

上記の上限値Ｈは対応する安全弁の動作圧HH
より若干低く、また下限値Ｌは警報値LLより若
干高く設定することにより安全弁や圧力低警報が
動作しない範囲に保つて系統圧力を調整すること
が望ましく、かくすることによりアンモニアガス
の流量制御応答を積極的に改善することができ
る。このことを比較例とともに第５図に基づき説
明する。なお、同図中の数字符号は第２図および
第３図で引用したものと同一である。第５図か
ら、比較例（第２図に示す従来例）(f)では、ガス
圧力３６の低下にともない流量１６の応答遅れが
大きくなる上、信号１７の変化率が高い場合に
は、圧力下限警報値LLを割ることもある。一方、
この考案の実施例(g)では、圧力目標値３７ａが流
量１６を増加させる方向へ動くため流量応答が改
善され、その上信号１７の変化率が急な場合に
は、信号３０６（第３図参照）は過大となるが、
信号３７ａは上限値Ｈを越えることがないため実
圧力３６もＨを越えることがなく、従つて安全弁
の動作を回避することもできる。

また、従来法では、圧力定値制御系の下で圧力
変動を最小とするように制御ゲインを高めている
ため、系の安定性がそこなわれ、これにより圧力
下限警報や安全弁の動作を防止できない上流量即
応性の向上も困難であつた。しかし、この考案に
よれば、流量増加を必要とするときには系統圧力
を単に上昇させればよいので、即応性を大幅に改
善できる。なお、同様な理由により、気化圧制御
装置４０についても同様な効果が達成されること
はいうまでもない。

以上は、この考案実施例の主要部について説明
したものであるが、この考案実施例によれば、気
化圧制御装置関連の温水温度制御装置に関しても
さらに下記の効果が得られる。

すなわち、第３図において、水温制御装置５０
に加算器５０２を設け、これに演算器５０１で演
算されたアンモニア要求量に比例する加熱蒸気要
求量５０５を入力し、かくして得られる信号を水
温制御装置５０へ加えれば、調節計５３ｂのゲイ
ン低下を可能とし、もつて系の安定化を計ること
ができる。

以上はこの考案の典型的な実施例について説明
したものであるが、この考案はこれに限定される
ことなく、この考案の思想の範囲内で他に種々の
変形や応用例が存在することはいうまでもない。
例えば、第３図に示す実施例では、装置３０，４
０および５０は互に近設されているが、装置１０
は配管１９により上記の各装置から離れて設置さ
れている場合を示したが、装置１０に対し装置３
０は近設されているが、装置４０と同５０は配管
３９により遠くに設置されていてもよく、むしろ
この場合のほうが総合的にみて良好な応答性が得
られる。

また、第３図に示す実施例において、ヘツダタ
ンク３１は設置されるが圧力調整弁３５は省略さ
れる場合があるが、この場合には、信号３４ａの
替りに１４ａを用いればよく、また、信号４６の
替りに３６を用いてもよい。

また、第３図に示す実施例では装置３０１およ
び４０１はそれぞれ信号１７の変化率演算器であ
つたがこれを信号１７の値とその変化率に比例す
る信号とを加算する演算器とすればアンモニア流
量に対してヘツダタンク圧を変えることにより流
量調整弁１５の入口圧を一定に保つことが可能と
なり、さらに応答性の改善を図ることができる。

さらにまた、第３図に示す実施例ではガス圧制
御装置３０の先行補正信号（制御偏差比例信号）
１４ａをうるに当り補償率設定器３０４の入力と
して流量制御装置１０の偏差信号１４を用いてい
るが、この１４の替りに流量調整弁１５の上流側
ガス圧力の変化率に比例する信号の逆符号信号を
用いても同じ効果をうることができる。また、信
号１４と上記逆符号信号とを加算して用いても全
く同じ効果が得られる。

以上、この考案によれば、乾式脱硝装置のアン
モニア供給装置を構成するアンモニアガス圧力制
御装置に、定常運転時に必要なアンモニアガス圧
力関連の目標値信号とNOx濃度変化率反映信号
とを加算する加算器および該加算器の出力信号に
関して作動する上下限制限器を備えたアンモニア
ガス圧力関連目標演算装置を設けたことにより、
NOxの変動に応じてアンモニアガスを供給する
ことが可能となり、これにより、アンモニア供給
装置の機械的改造等を格別要することなく、燃焼
装置の負荷変動に即応した脱硝処理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃおよびｄはそれぞれボイラ負
荷変動時における乾式脱硝装置の追従性を説明す
る図、第２図は、従来の乾式脱硝装置の系統図、
第３図は、この考案の実施例に係る乾式脱硝装置
用アンモニア供給装置の系統図、第４図は、第３
図の装置において圧力目標を設定するために適用
される上下限制限器の特性図、第５図は、第３図
の装置に適用されるアンモニア供給装置の負荷変
動応答特性を比較例とともに示す図である。 １…ボイラ装置、２…燃焼排ガス煙道、３…脱
硝触媒反応器、４…アンモニア注入ノズル、１０
…アンモニアガス流量制御装置、１２…ガス質量
流量計、１３…調節計、１４…制御偏差信号、１
４ａ…制御偏差比例信号、１５…流量調整弁、１
６…流量、１７…流量目標値、１９…配管、３０
…ガス圧制御装置、３１…アンモニアガスヘツダ
タンク、３３…調節計、３４…ガス圧制御装置信
号、３４ａ…ガス圧制御装置処理信号、３５…圧
力調整弁、３７…（定常運転時）アンモニアガス
圧目標値、３７ａ…（修正）アンモニアガス圧目
標値、３８…安全弁、３９…配管、４０…気化圧
制御装置、４１…気化器、４２…圧力計、４３…
調節計、４５…調整弁、４７…（定常運転時）ア
ンモニア気化圧目標値、４７ａ…（修正）アンモ
ニア気化圧目標値、４９…液体アンモニアタン
ク、５０…気化器水温制御装置、１００…アンモ
ニア供給装置、２００…NOx制御装置、３００
…アンモニアガス圧力・流量協調制御装置、３０
１，４０１，５０１…変化率演算器、３０２，４
０２，５０２…加算器、３０３，４０３…上下限
制限器、３０４，４０４…補償率設定器、３０
５，４０５…変化率信号、３０６，４０６…加算
信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 燃焼排ガスの煙道に沿つて設けられた、アン
   モニア注入ノズルおよび触媒反応器を含む脱硝
   反応器と、該アンモニア注入ノズルへアンモニ
   アガスの案内を行うために順次設けられた少く
   とも１系統からなるアンモニアガス圧力制御装
   置およびアンモニアガス流量制御装置を含むア
   ンモニア供給装置と、燃焼排ガス中のNOx濃
   度および同制御目標値等からアンモニア注入要
   求量の決定を行うNOx制御装置とを備えた乾
   式脱硝装置において、上記アンモニアガス圧力
   制御装置の少くとも１系統に、定常運転時に必
   要なアンモニアガス圧力関連の目標値信号と
   NOx濃度変化率反映信号とを加算する加算器
   および該加算器の出力信号に関して作動する上
   下限制限器を備えたアンモニアガス圧力関連目
   標演算装置を設けたことを特徴とする乾式脱硝
   装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、上
   記NOx濃度変化率反映信号は、アンモニアガ
   ス流量制御装置で発生する制御偏差に比例する
   信号であることを特徴とする乾式脱硝装置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第１項において、上
   記NOx濃度変化率反映信号は、アンモニアガ
   ス流量制御装置で発生する制御偏差に比例する
   信号とアンモニア注入要求量の変化率に比例す
   る信号であることを特徴とする乾式脱硝装置。 (4) 実用新案登録請求の範囲第１項において、上
   記NOx濃度変化率反映信号は、アンモニアガ
   ス流量制御装置で発生する制御偏差に比例する
   信号とアンモニア注入要求量の変化率に比例す
   る信号に対してアンモニア注入要求量に比例す
   る信号を加算した信号であることを特徴とする
   乾式脱硝装置。 (5) 実用新案登録請求の範囲第１項において、上
   記NOx濃度変化率反映信号は、アンモニア流
   量制御装置に設けられた流量調整弁の上流側で
   得られるアンモニアガス圧力の変化率に比例す
   る値の逆符号信号およびこれとアンモニアガス
   流量制御装置で発生する制御偏差に比例する信
   号との加算信号から選ばれるものであることを
   特徴とする乾式脱硝装置。