JP3544716B2 - Method and apparatus for controlling ammonia injection amount in denitration apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、脱硝装置のアンモニア注入量制御方法および装置に係り、特に、排ガス中の窒素酸化物(NOx ) を除去する乾式脱硝装置へアンモニア(NH3)を注入するアンモニアの注入量制御方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、我が国においては重油供給量のひつ迫から、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。
【0003】
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 およ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、二段燃焼およ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%負荷、25%負荷へと上げ、下げして運転したり、運転を停止するなど、いわゆる高頻度起動停止( Daily Start Stop 以下単にDSS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。
【0004】
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わせた、いわゆるコンバインドプラントも用いられ、DSS運転を行なって電力需要の多い中間のみ運転し、夜間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 排出濃度の規制強化に伴ない、従来の燃焼改善に加えて、NH3 を還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。
【0005】
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NOx 量が増加し、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、石炭専焼ボイラと同様に、排ガス中には多量のNOx を含有しているので、図3に示すような脱硝装置が設置される。
図3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。
【0006】
空気ダクト31内の燃焼用空気は押込通風機32にて昇圧され、空気予熱器33にて排ガスダクト34の排ガスによって加熱された後ウインドボックス35よりボイラ36へ供給される。
一方ボイラ36内で燃焼した排ガスは、排ガスダクト34でNH3 注入管37からのNH3 によって脱硝されると共に、下流に配置した脱硝装置38内の触媒39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33、集塵機40、誘引通風機41で昇圧され大気へ放出される。
【0007】
ところが、かかる脱硝装置38においては、触媒39の種類によっても多少反応温度範囲は異なるが、最も脱硝効率の高い温度範囲は300〜400℃の比較的高温であり、温度範囲はいたって狭い。従って、中間負荷火力用のボイラやコンバインドサイクルのように常にDSS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39の使用可能領域をはずれてしまう欠点がある。
【0008】
この場合、触媒39の使用ガス温度が高すぎると、触媒39の組織が変化して触媒39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(SO3)と反応してやはり触媒39の機能が劣化する。
一方、常にDSS運転される火力発電用ボイラ、コンバインドサイクルにおいては、排ガス量およびNOx 濃度が変動し、これによって脱硝性能の追従性が悪くなる欠点がある。
【0009】
それは、触媒39上でのNOx とNH3 の反応機構に起因する排ガス量およびNOx 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NH3 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に提案された、従来のNH3 の注入量制御装置の代表的な例を図2に示す。
【0010】
図2において、入口NOx 濃度検出器1で検出された入口NOx 信号1aと、排ガス流量信号22を演算器11で演算し総NOx 量信号12を算出する。一方入口NOx 信号1aと出口NOx 設定器6で設定された設定NOx 信号6aより必要モル比設定器8で必要モル比(NOx 量とNH3 量の比率)信号8aを算出し、これに出口NOx 濃度検出器3で検出された実測出口NOx 信号3aと設定NOx 信号6aとの偏差による補正を加算器7aで行ない、この補正された必要モル比信号8bと先に述べた総NOx 量信号12とを演算器13で演算し必要NH3 流量信号14を算出する。
【0011】
この必要NH3 流量信号14と実測NH3 流量検出器4で検出された実測NH3 流量信号4aを比較器9bで比較してその偏差信号15を算出し、これを比例積分器16で弁開度信号17に変換して電空変換器18により制御信号19に変換し、NH3 配管20のNH3 流量調節弁2を開、閉する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、瞬間、瞬間における脱硝装置出口の窒素酸化物の濃度を規定値以下に保つ機能は有しているが、ある一定時間平均値での窒素酸化物濃度を一定値以下に抑制する機能を有していなかった。そのため、負荷変動等により、一時的に窒素酸化物の排出濃度が規定値を超えた場合、そのまま、時間平均値も規制値を超えてしまう問題があった。
【0013】
本発明の目的は、瞬時のNOx 排出量を規定値以下に保ちつつ、しかも時間平均のNOx 排出量を規制値以下に保つ機能をもつ脱硝装置のアンモニア注入量制御方法および装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
(1)脱硝装置の入口NOx 濃度と出口NOx 濃度および同濃度設定値とにより必要アンモニアモル比信号を求め、この信号と排ガスの総NOx 量とに基づいてアンモニア注入量設定信号を求め、該設定信号とアンモニア注入量測定値との偏差に基づいて脱硝装置へのアンモニア注入量を制御する方法において、出口NOx 濃度の所定時間にわたる移動平均演算値と前記出口NOx 濃度設定値との偏差に基づいて、前記アンモニア注入量設定信号を補正することを特徴とする脱硝装置のアンモニア注入量制御方法。
(2)脱硝装置で処理すべき排ガスの総NOx 量に応じてアンモニア注入量を制御する脱硝装置のアンモニア注入量制御装置において、処理すべき排ガス流量と入口NOx 濃度と出口NOx 濃度および濃度設定値とに基づいてアンモニア注入量信号を算出する手段と、出口NOx 濃度の所定時間にわたる移動平均演算値を算出する移動平均演算器と、該演算値と出口NOx 濃度設定値との偏差値に基づいてアンモニア注入量補正信号を算出する補正手段と、前記アンモニア注入量信号とアンモニア注入量補正信号とによりアンモニア注入量設定値を算出する手段と、このアンモニア注入量設定値とアンモニア注入量測定値とによりアンモニア流量調節弁を制御する手段とを設けたことを特徴とする脱硝装置へのアンモニア注入量制御装置。
【0015】
【作用】
本発明によれば、脱硝装置出口の窒素酸化物濃度の移動平均演算を行ない、その結果、時間平均の排出量が規制値を超える場合には、過剰にアンモニアを注入し、窒素酸化物濃度を低く抑えるようになるので、時間平均の規制値を超過することがない。
【0016】
【実施例】
図1に、本発明によるアンモニア注入量制御回路の実施例を示す。図1において、図2と同一符号は図2と同一のものを示す。ボイラまたはガスタービンの燃焼排ガスは、脱硝装置38の直前でアンモニア注入管37によりアンモニアを注入され、脱硝装置により、排ガス中の窒素酸化物を低減されて、煙突より排出される。このような、脱硝装置において、脱硝装置の入口NOx 濃度検出器1による入口NOx 信号1aと脱硝装置の出口NOx 設定器6で設定された設定NOx 信号6aに基づきモル比設定器8により、必要モル比8aの演算を行なう。これと脱硝装置出口NOx 濃度検出器3による実測出口NOx 信号3aとの間に偏差がある場合は加算器7aによりモル比の修正を行なう。
【0017】
こうして得られた必要モル比信号8bを、排ガス量信号22と、脱硝装置入口NOx 濃度検出器1による入口NOx 信号1aとの乗算で計算される総NOx 量信号12に掛けることにより、必要とするアンモニア注入量信号14を求める。
さらに、本発明においては、移動平均演算器5により、脱硝装置出口NOx 濃度検出器3による実測出口NOx 信号3aの移動平均の演算を行なう。これにより求まる実測出口NOx の移動平均値5aと出口NOx 設定器6で設定された設定NOx 信号6aの差を減算器9cによって計算する。
【0018】
この結果、NOx の移動平均値5aが、設定NOx 信号6aを超過する場合は過剰のアンモニアを注入するよう、超過量に基づく関数発生器23の出力値23aを上記した必要アンモニア注入量信号14の値に加算する。この加算された最終的な必要アンモニア注入量信号14aをアンモニア流量4とアンモニア流量調節弁2で構成される回路の設定値として与える。
【0019】
【発明の効果】
従来技術では、脱硝装置出口NOx 量の瞬時値をある規定値以下に抑える機能しか有していなかった。このため、負荷変化等により、出口NOx 量が一時的に規定値を超過した場合、時間平均値の排出量が、結果的に規制値を超過してしまうことになっていたが、本発明によれば、一時的にNOx 量が、規定値を超過しても、その後アンモニアを過剰に注入することによりこれを触媒中に含浸させ、NOx 排出量を規定値より低く抑えることができる。その結果、時間平均値は規制値を満足するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、脱硝装置のアンモニア注入量制御回路を示す図。
【図2】従来技術による脱硝装置のアンモニア注入量制御回路を示す図。
【図3】脱硝装置が設置されたボイラの煙風道系統図。
【符号の説明】
1…入口NOx 濃度検出器、2…アンモニア流量調節弁、3…出口NOx 濃度検出器、4…NH3 流量検出器、5…移動平均演算器、6…出口NOx 設定器、7…加算器、8…必要モル比設定器、9…減算器、11…乗算器、12…総NOx 量信号、13…乗算器、14…必要NH3 流量信号、14a…NH3 流量設定信号、15…NH3 流量偏差信号、19…制御信号、20…NH3 配管、22…排ガス流量信号、23…関数発生器、37…NH3 注入管、38…脱硝装置。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method and an apparatus for controlling the injection amount of ammonia in a denitration apparatus, and more particularly to a method and apparatus for controlling the injection amount of ammonia to inject ammonia (NH 3 ) into a dry denitration apparatus for removing nitrogen oxides (NO x ) in exhaust gas. And devices.
[0002]
[Prior art]
In recent years, Japan has been converting fuel from conventional heavy oil burning to coal burning and LNG (liquefied natural gas) burning in order to correct the dependence on petroleum due to the tight supply of heavy oil. In the boiler, large-capacity thermal power plants have been constructed that are exclusively used for coal and LNG.
[0003]
However, coal petroleum fuels, NO x and unburned prone included because poor fuel resistance in the exhaust gas as compared with the gas fuel, in particular split flames for measures to reduce the NO x, re exhaust gas circulation is also performed to employ such two-stage combustion and furnace denitration to perform a slow combustion to reduce the NO x to.
Of the coal-fired power and LNG-fired power, there are few boiler loads that are always operated at full load. The boiler load is increased to 75% load, 50% load, and 25% load, and the boiler load is reduced. There is a shift to a thermal power plant that carries an intermediate load by performing a so-called high-frequency start-stop (hereinafter simply referred to as DSS) operation such as stopping the operation.
[0004]
On the other hand, for this intermediate-load thermal power plant, in addition to this thermal power generation boiler, a so-called combined plant combining a gas turbine with good startup characteristics and an exhaust heat recovery boiler is also used. Only driving and shutting down at night are being built.
However, this coal-, LNG mono-fuel combustion of the intermediate load boiler, not accompanied the tighter regulation of the NO x emission concentrations in a gas turbine, in addition to the conventional combustion improvement, the denitration in the presence of a catalyst and NH 3 as a reducing agent The number of plants equipped with dry catalytic reduction denitration equipment for performing the process is increasing.
[0005]
It increases the amount of NO x since poor combustion of the fuel in coal-boiler, LNG-fired boiler, in order to perform the amount of oxygen are many high-temperature combustion in a gas turbine plant, like the coal-boiler, the flue gas since contains a large amount of NO x, NO x removal apparatus is installed as shown in FIG.
FIG. 3 shows a typical flue duct system of a boiler provided with a denitration device.
[0006]
The air for combustion in the
On the other hand, the exhaust gas burned in the
[0007]
However, in such a
[0008]
In this case, if the working gas temperature of the
On the other hand, always thermal power boiler being DSS operation, the combined cycle, exhaust gas volume and concentration of NO x is varied, whereby there is a disadvantage that followability of the NOx removal performance is deteriorated.
[0009]
It startup exhaust gas amount and concentration of NO x due to the reaction mechanism of the NO x and NH 3 in the
FIG. 2 shows a typical example of a conventional NH 3 injection amount control device proposed to avoid these problems.
[0010]
2, calculates the inlet NO x signal 1a detected by the inlet concentration of NO x detector 1 calculates the exhaust gas
[0011]
The required NH 3
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The above prior art has a function to keep the concentration of nitrogen oxides at the outlet of the denitration apparatus at a moment or less at a specified value or less, but suppresses the nitrogen oxide concentration at an average value for a certain period of time to a certain value or less. Had no function. Therefore, when the nitrogen oxide emission concentration temporarily exceeds the specified value due to a load change or the like, there is a problem that the time average value also exceeds the regulated value as it is.
[0013]
An object of the present invention, while maintaining the instantaneous of the NO x emissions below a specified value, yet provides ammonia injection amount control method and apparatus for denitration device having a function to keep below the regulated value NO x emissions of the time average It is in.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention claimed in this application to achieve the above object is as follows.
(1) determine the required ammonia molar ratio signal by an inlet concentration of NO x and outlet concentration of NO x and the concentration setting of the denitration apparatus, obtains the ammonia injection amount setting signal based on the total amount of NO x of the signal and the exhaust gas a method for controlling ammonia injection amount to the denitrification device based on a deviation between the set signal and the ammonia injection quantity measurement value, moving average calculation value over a predetermined time of the outlet concentration of NO x and said outlet concentration of NO x set value Wherein the ammonia injection amount setting signal is corrected based on the deviation of the ammonia injection amount setting signal.
(2) in the ammonia injection rate control unit of the denitration device for controlling ammonia injection amount according to the total amount of NO x of the exhaust gas to be treated by the denitration apparatus, the exhaust gas flow rate and inlet concentration of NO x to be processed and an outlet concentration of NO x and means for calculating the ammonia injection amount signal based on the density setting value, a moving average calculator for calculating a moving average operation value over a predetermined time of the outlet concentration of NO x, and the calculated value and the outlet concentration of NO x set value Correction means for calculating an ammonia injection amount correction signal based on the deviation value; means for calculating an ammonia injection amount set value based on the ammonia injection amount signal and the ammonia injection amount correction signal; Means for controlling an ammonia flow control valve based on an amount measurement value, and an ammonia injection amount control apparatus for a denitration apparatus.
[0015]
[Action]
According to the present invention, a moving average calculation of the nitrogen oxide concentration at the outlet of the denitration apparatus is performed, and as a result, when the time-average emission exceeds the regulation value, excessive ammonia is injected to reduce the nitrogen oxide concentration. Since it will be kept low, it will not exceed the hourly average regulation value.
[0016]
【Example】
FIG. 1 shows an embodiment of an ammonia injection amount control circuit according to the present invention. 1, the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same components as those in FIG. The combustion exhaust gas from the boiler or gas turbine is injected with ammonia by an
[0017]
The required
Further, in the present invention, the moving
[0018]
As a result, the moving average value 5a of the NO x is set NO x if it exceeds a
[0019]
【The invention's effect】
In the prior art, only it had no function to suppress below a specified value in the instantaneous value of the denitrator outlet amount of NO x. Therefore, the load variation or the like, when the amount of the outlet NO x exceeds the temporary specified value, the discharge amount of the time average value, was supposed to become excess as a result, the regulated value, the present invention According to temporarily amount of NO x is even exceeded the prescribed value, then the ammonia which is impregnated into the catalyst by excessively injected and NO x emissions amount can be lowered than the specified value . As a result, the time average value satisfies the regulation value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an ammonia injection amount control circuit of a denitration apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an ammonia injection amount control circuit of a conventional denitration apparatus.
FIG. 3 is a flue system diagram of a boiler provided with a denitration device.
[Explanation of symbols]
1 ... inlet concentration of NO x detector, 2 ... ammonia flow control valve, 3 ... outlet concentration of NO x detector, 4 ... NH 3 flow rate detector, 5 ... moving average calculator, 6 ... outlet NO x setter, 7 ... adder, 8 ... required molar ratio setter 9 ... subtractor, 11 ... multiplier, 12 ... total amount of NO x signal, 13 ... multiplier, 14 ... need NH 3 flow rate signal, 14a ... NH 3 flow rate setting signal, 15: NH 3 flow deviation signal, 19: control signal, 20: NH 3 pipe, 22: exhaust gas flow signal, 23: function generator, 37: NH 3 injection pipe, 38: denitration device.
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