TW422944B - Method and apparatus for controlling the amount of a treatment medium introduced in order to reduce the nitrogen oxides content of the exhaust gases from combustion processes - Google Patents

Description

A7 422944 ____ 五、發明説明（I ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種方法，以控制處理介質之量，其引 入以降低燃燒過程所生廢氣之氮氧化物含量，如申請專 利範圍第1項之前文所聲明。本發明進一步關於控制引 入之處理介質之量之設備，如申請專利範圍第8項之前 文所聲明。 在燃燒過程所生廢氣之處理以降低氮氧化物含量之情 形，氨在還原催化轉化器上游供應至廢氣流動（SCR法）或 氨及/或在溫度之影響下形成氨或氨化合物之物質（例 如，脲 '脲鹽或類似物質）在第二燃燒槽注射至廢氣流 動中（SNCR法）。在兩種情形，在氮氧化物之還原反應中 未被消耗之氨如所謂之氨流失排放至廢氣中，其造成大 氣污染。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 EP 0 5 49 9 04專利揭示一種方法以控制處理介質之量， (該介質被引入以降低燃燒過程所生廢氣之氮氧化物含 量），此方法不僅使氮氧化物含量亦使未消耗氨之含量儘 可地低。此方法具有缺點，其目標爲儘可能製造極少之 氨流失，及廢氣流動中之增加氮氧化物含量在此情形必 須爲被接受的。其特別不利在於在此情形超過氮氧化物 排放之法律指定限制^ 本發明之目的因此提議一種方法以控制處理介質之 量，例如，氨（其被引入以降低燃燒過程所生廢氣之氮 氧化物含量），此方法具有改良之特徵，特別是關於符合 法規限制。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） 422944 A7 B7_ 五、發明説明（2·) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 此目的藉由具有申請專利範圍第1項所聲明之特點之 方法完成。依附之申請專利範圍第2至6項進一步關於 此方法之有利改進。此目的進一步藉由具有申請專利範 圍第7項所聲明之特點之控制設備完成。 此目的藉由一種方法以控制處理介質之量而完成，特 別是氨，其引入以降低燃燒過程所生廢氣之氮氧化物含 量，在此方法中，平均氮氧化物含量及引入量之第一控 制變數如氮氧化物含量之函數而產生，在此方法中，引 入量之第二控制變數如處理介質流失之函數而產生，及 在此方法中，僅考慮第一控制變數或第二控制變數，成 爲平均氮氧化物含量之函數。 特別地，爲了符合法定限制，連續地測量經淨化燃燒 氣體之氮氧化物含量，依照法定限制特別定期地再計算 平氮氧化物含量，例如，在各情形經過半小時或經過24 小時。 除了氮氧化物含量，亦測量處理介質流失，及由其（視 需求而定）計算平均値，例如，經過24小時之時間平均 之値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照本發明之控制設備本質上具有兩個不同之操作模 式。在第一操作模式，其中並無超過排放限制之風險， 引入氨量之第一控制變數如使用氮氧化物調節器所測量 之氮氧化物含量之函數而計算，及引入氨量之第二控制 變數如使用流失調節器所測量之氨滑動之函數而計算。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（21〇X：!97公釐） 422944 at _B7_ 五、發明説明（5 ) 最小値選擇設備，其連接於兩個調節器之下游，用以選 擇第一控制變數與第二控制變數之兩個値之較小者，以 控制引入之氨量，其生成降低之氨消耗及較少之氨流失。 只要有不符合指定限制之任何風險，特別是關於氮氧化 物排出，控制設備儘快改變至第二操作模式。連續地測 量平均氮氧化物含量及比較指定限制。只要平均氮氧化 物含量超過限制，控制設備在第二操作模式操作，造成 改變之此限制以此方式有利地低於法律指定排放限制以 維持安全界限。在此第二操作模式，僅使用氮氧化物調 節器產生之第一控制變數控制引入之氨量，以使純氣體 中之氮氧化物含量儘可能低。 本發明所聲請之方法之優點爲，在第一操作模式，燃 燒槽所生廢氣之氮氧化物含量與未消耗氨含量（氨流失） 保持低，及在氮氧化物排放高時之時間，進入第二操作 模式，此時僅氮氧化物含量保持儘可能低，以符合法定 限制，特別是關於氮氧化物排放。 本發明參考許多例示具體實施例而詳細說明。在圖式 中： 第1圖顯示燃燒過程之示意描述； 第2圖顯示控制設備之第一例示具體實施例； 第3圖顯示控制設備之第二例示具體實施例； 第4a圖顯示流失調節器於第一操作模式； 第4b圖顯示流失調節器於第二操作模式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS > A4規格（2丨Ο X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裝 422944 經濟部智慧財產局員工消賫合作社印製 A7 B7五、發明説明（At ) 描述於第1圖之燃燒設備1具有燃燒設備2，其一方 面經供應線路供應燃料7，及另一方面經另一個供應線 路供應處理介質8a，特別是處理介質8a之流速可經控制 配件8及描述於第2與3圖之控制設備30而控制。在 .描述之例示具體實施例中，氨作爲處理介質8a。在燃燒 設備2產生之燃燒氣體5a送入鍋爐3，如未處理氣體5b 而離開該鍋爐3，及在流經煙道氣淨化設備4之後，如 淸潔空氣5c送入煙道6·其在此排放至大氣中。測量氨 用之測量設備9經連接線路9a接合流經之未處理氣體 5b，測量之處理介質流失（氨流失）9b如電子信號供應至 下游控制設備30。氮氧化物用之測量設備10可類似地經 連接線路10a接合流經之未處理氣體5b，其可類似地將 所測量之未處理氣體之氮氧化物含量如電子信號供應至 下游控制設備30。純氣體5c之氮氧化物含量經連接線路 11a藉另一個氮氧化物用之測量設備11測量。此測量之 氮氧化物含量lib如電子信號供應至下游控制設備30。 第2圖顯示控制設備30之第一例示具體實施例。測量 之純氣體之氮氧化物含量 Ub供應至氮氧化物調節器 14，其考慮預定之公稱氮氧化物含量値lie，產生控制變 數14b，其供應至流失調節器13及最小値選擇設備12。 如在純氣體5c中測量之氮氧化物値之函數’氮氧化物調 節器產生氨水計量用之控制變數14b以自煙道氣去除氮。 在未處理氣體5b中測量之氨流失9b供應至流失調節 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 422944 __B7_ 五、發明説明（ί ) 器13,其考慮公稱氨流失値9c，產生氨水計量用之控制 變數13b以自煙道氣去除氮，第二控制變數13b類似地 供應至最小値選擇設備12。流失調節器13產生之控制變 數13b在已去除氮之未反應氣體流動5b中測量之氨流失 .超過預定公稱値時，降低氨水之計量。第二控制變數13b 如此生成在測量之氨流失9ΐι上升時加入較小量之氣水。 控制變數13b與14b在最小値選擇設備12彼此比較，及 兩個値之較小者如控制變數12b供應至下游流動調節器 17。此流動調節器17用以確定亦傳送氨水流速，其由控 制變數12b預定及對流動調節器17指定爲公稱値，其藉 由氨流速使用感應器（未描述）測量及如實際値12c供應至 流動調節器17而完成，其經控制變數17a以控制變數12b 預定之氨量8a供應至燃燒設備2之方式，驅動控制配 件8，例如，包含例如計量泵之計量設備8。 依照第2圖之控制設備30亦具有平均設備16，其形 成關於得自所測量氮氧化物含量之時間之平均値，及供 應此平均値如平均氮氧化物含量16b’由使用輸入設備i6d 指定之公稱氮氧化物含量平均値16c作爲經調節變數i6e 對比較器15形成差。平均値在平均設備16藉由，例如， 計算半小時平均値或每日平均値，而連續地計算。如果 平均氮氧化物含量16b超過公稱氮氧化物含量平均値 1 6c，則比較器1 5產生邏輯控制信號"Γ_，其如控制變數 15b供應至流失調節器13·如果平均氮氧化物含量16b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2丨〇Χ 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

,1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 422944 A7 B7 五、發明説明（心） 低於公稱氮氧化物含量平均値16c，則比較器15產生邏 輯控制信號”0"。第4a與4b圖以兩種不同之操作模式顯 示流失調節器13。依照第4a圖，在第一操作模式，控制 變數15b爲邏輯"1"及改變設備19在所示之位置。依照 第4b圖，在第二操作模式，控制變數15b爲邏輯"〇"， 及改變設備在對應地所示位置。如果平均氮氧化物含量 16b超過公稱氮氧化物含量平均値16c，則比較器切換至 邏輯控制信號〃1"及流失調節器13改變至第一操作摸式， 如第4a圖所示。在第一操作模式，由流失調節器13發 出之控制變數13b總是與氮氧化物調節器之控制變數14b 相同，因爲比例路徑用於比例/積分部份20，使得輸出 値y等於輸入値Z，而積分器關閉。此電路確定流失調 節器13之控制變數13b總是與氮氧化物調節器14之控 制變數14b相同，不論X値爲何，其由公稱處理介質流 失値9c與處理介質流失9b間之差形成。在第一操作模 式，控制變數13b直接依照控制變數14b，而且如果需要， 在改變設備19切換時製造跳接。配置於下游之最小値選 擇設備12嚐試選擇兩個控制變數13b、14b之較小者。 由於此二變數在第一操作模式具有相同之數量，如此確 定控制變數12b對應氮氧化物調節器14之控制變數14b。 因此，氨水之供應現在由氮氧化物調節器14調節，不論 發生之流失爲何，使得控制系統嚐試符合所需之氮氧化 物排放限制，以氨流失爲代價》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 422944 A7 B7 五、發明説明（<1 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第二操作模式亦特別地設計，使得在改變設備19由Z 切換至X時，即，在其以開放z開關及封閉X開關之 方式改變時，控制變數13b並無跳接。在第二操作模式， 積分調節器連接比例/積分部份20,而比例調節器連接 比例部份21，在第二操作模式之流失調節器13全部生成 .所謂之PI調節器•在此第二操作模式，流失調節器13 藉由產生對應之控制變數13b，嚐試降低處理介質流失9b 與公稱處理介質流失値9c間之差至零。在第二操作模式， 控制變數13b與14b可假設不同之値，最小値選擇設備12 選擇兩個値之較小者及將其預定爲流動調節器17之控制 變數12b。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 控制設備30之第二例示具體實施例，其描述於第3 圖，異於依照第2圓之例示具體實施例在於，氮氧化物 含量藉串級控制系統控制，其中具有較動態反應之未處 理氣體氮氧化物含量10b供應至附屬氮氧化物調節器 14，及純氣體氮氧化物含量lib之較鈍信號供應至主要 氮氧化物調節器18，此氮氧化物調節器18產生控制變數 18b，其在彤成其與輸入設備】指定之公稱未處理氣體 氮氧化物含量値間之差時，產生氮氧化物調節器14之預 設値。此串級控制系統具有較隹之動態反應之優點。除 了此串級控制系統，依照第3圓與第4圖之兩個控制設 備30爲相同之設計。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 2?7公釐） A7 未處理氣體 純氣體 處理介質 處理介質流失 氮氧化物含量 流失調節器 氮氧化物調節器 平均設備 平均氮氧化物含量 公稱氮氧化物含量平均値 流動調節器 改變設備 422944 B7 五、發明説明U ) 主要元件對照表 5b 5c 8 a 9b 1 lb 13 14 16 16b 16c 17 18 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ABCD

   芻 8. 08 -S ο S3 'm請# :;:I,AF.!>·τ-月 Π.2:之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 侉此本-/.::無-1:史實'1?-2:容芡冷氺-]'衫正0 422944 六、申請專利範圍 第87102608號「控制所引入的處理介質數量以降低自燃 燒程序所排放廢氣中氮氧化物含量之方法及設備」專利 案 （89年8月修正） A申請專利範圍 1. 一種控制所引入的處理介質（8a)數量以降低燃燒程 序所排放廢氣中氮氧化物之方法， V. _ 其中平均氮氧化物含量（16b)及引入量之第一控制 變數（14b)如氮氧化物含量（lib)之函數而產生， 其中引入量之第二控制變數（13b)如處理介質流失 (9b)之函數而產生， 及其中僅第一控制變數（14b)或第二控制變數（13 b) 作爲引入量之控制變數（12b)，如平均氮氧化物含量 (16b)之函數《 2.如申請專利範圍第1項之方法， 其中，如果平均氮氧化物含量（16b)超過公稱氮氧 化物含量平均値（16c)，則僅使用第一控制變數 (14b)。 申請專利範圍第1或2項之方法， 其中，如果第一控制變數（14b)及第二控制變數（13b) 均可使用，則使用具有較小値者》 ί)如申請專利範圍第1或2項之方法， 其中平均氮氧化物含量（16b)依照可預定之方法計 算，特別是依照可由相關法規定義之方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f ) 訂 B8 C8 D8 422944 六、申請專利範圍 如申請專利範圍第1或2項之方法， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中在未處理氣體（5b)及純氣體（5 c)中測量氮氧化 物含量（10b，lib)，及其中第一控制變數（14b)藉串 級控制系統兩個氮氧化物含量（l〇b，1 lb)產生。 (J1如申請專利範圍第1或2項之方法， 其中公稱氮氧化物含量平均値（16c)選擇爲小於法 規指定之限制。 7]如申請專利範圍第1或2項之方法， 其中，在第一控制變數（14b)與第二控制變數（13b) 間之改變時，引入量之控制變數（12b)連續地改變。 8. —種用以進行如申請專利範圍第1至7項中任一項 所請求方法之控制設備，其特徵爲：計算平均氮氧 化物含量（16b>用之平均設備（16)，氮氧化物調節器 (14) |流失調節器（13)，及改變設備（19)，其可藉平 均設備（16)驅動及決定僅氮氧化物調節器（14)之控制 變數（14b)或流失調節器（13)之控制變數（13b)|成爲 控制處理介質流動之流動調節器（17)之控制變數》 9. 如申請專利範圍第8項之控制設備， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中氮氧化物調節器（14)及流失調節器（13)之兩個 控制變數（13b，14b)供應至最小値選擇設備（12)，其 供應兩個控制變數（13b，14b)之較小者作爲對流動調 節器（17)之控制變數。 10.如申請專利範圍第8或9項之控制設備，其中第二 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格{ 2丨0X2?7公釐） 422944 儲 CS D8 六、申請專利範圍 氮氧化物調節器（18)連接氮氧化物調節器（14)之上 游|形成串級控制設備。 11. 一種燃燒設備，其係利用如申請專利範圍第1或2 之方法來操作，或者是具有如申請專利範圍第8項 之控制設備。 I H-5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）