(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア接触還元法による排煙脱硝設備の入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値を入力しアンモニア必要モル比を演算するアンモニア必要モル比演算手段と、
前記出口ＮＯｘ濃度設定値と前記排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度とアンモニア注入量を入力し、過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係を有する自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測し、予測した排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を用いてアンモニアモル比補正信号を出力する予測制御手段と、
前記アンモニア必要モル比と該アンモニアモル比補正信号を入力し先行値アンモニアモル比を出力する先行値アンモニアモル演算手段と、
負荷要求信号と微粉炭ミル起動停止指令信号を入力して入口ＮＯｘ濃度のピークを補償する動的先行モル比信号をファジイ演算するファジイ制御手段と、
前記先行値アンモニアモル比を該動的先行モル比信号により補正しアンモニア全モル比を出力する全モル比演算手段と、
該アンモニア全モル比と入口ＮＯｘ量を入力し必要アンモニア量を演算する必要アンモニア量演算手段と、
該必要アンモニア量と注入アンモニアフィードバック値を入力し注入アンモニア量調整弁制御量を出力する注入アンモニア量制御手段とを有することを特徴とする排煙脱硝設備のアンモニア注入量制御装置。
【請求項２】
アンモニア接触還元法による排煙脱硝設備の入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値を入力してアンモニア必要モル比を演算し、
前記出口ＮＯｘ濃度設定値と前記排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度とアンモニア注入量を入力して過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係を有する自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測し、予測した排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を用いてアンモニアモル比補正信号を出力し、
前記アンモニア必要モル比と該アンモニアモル比補正信号を入力して先行値アンモニアモル比を出力し、
負荷要求信号と微粉炭ミル起動停止指令信号を入力して入口ＮＯｘ濃度のピークを補償する動的先行モル比信号をファジイ演算し、
前記先行値アンモニアモル比を該動的先行モル比信号により補正してアンモニア全モル比を出力し、
該アンモニア全モル比と入口ＮＯｘ量を入力して必要アンモニア量を演算し、
該必要アンモニア量と注入アンモニアフィードバック値を入力して注入アンモニア量調整弁制御量を出力することを特徴とする排煙脱硝設備のアンモニア注入量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速負荷変動時にアンモニア注入量制御の追従性を高めた排煙脱硝設備のアンモニア注入量制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の排煙脱硝設備アンモニア注入量制御装置の構成を示すブロック図である。
本図に示すように排煙脱硝設備の排ガス流量計１からの排ガス流量信号３３と入口ＮＯｘ濃度計２からの入口ＮＯｘ濃度信号３４を乗算器７ａで乗算して入口ＮＯｘ量信号２１を得る。一方出口ＮＯｘ濃度設定器３からの出口ＮＯｘ濃度設定信号３５を引算器８ａにに入力し、入口ＮＯｘ濃度計２からの入口ＮＯｘ濃度信号３４を引算器８ａ及び割算器９に入力し、演算により必要脱硝率信号１０を得る。この必要脱硝率信号１０を関数発生器１１に入力し、演算により必要モル比信号１３を得る。出口ＮＯｘ濃度設定器３からの出口ＮＯｘ濃度設定信号３５と出口ＮＯｘ濃度計４からの出口ＮＯｘ濃度信号３６との偏差信号３７を引算器８ｂで求め、調節計１２ａで信号処理してフィードバックモル比信号１５を得る。このフィードバックモル比信号１５は現在計測した出口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値とから求められ偏差に基づきアンモニア必要モル比を補正し、ネガティブフィードバック的に制御するものである。必要モル比信号１３とフィードバックモル比信号１５を加算器１４ａで加算して全モル比信号１６を得て、乗算器７ａからの入口ＮＯｘ量信号２１と乗算器７ｂで乗算して必要アンモニア流量信号２２を得る。次に負荷要求信号３８を微分器１７及び二階微分器１８でそれぞれ微分演算した負荷一階微分信号３９及び負荷二階微分信号４０を加算器１４ｂに入力し、乗算器７ｂからの必要アンモニア流量信号２２と加算してアンモニア流量要求信号１９を得る。このアンモニア流量要求信号１９とフィードバック値であるアンモニア流量計６からのアンモニア流量信号４１との偏差信号４２を引算器８ｃで求め、調節計１２ｂで制御出力としての処理を行い制御信号４３をアンモニア流量調節弁２０へ出力する。制御信号４３によりアンモニア流量調節弁２０を開閉して排煙脱硝設備へのアンモニア注入量を制御し、排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を所定の値に抑制している。この制御系は基本的に入口ＮＯｘ量信号２１に対する先行値の必要モル比信号１３、出口ＮＯｘ濃度信号３６、出口ＮＯｘ濃度設定信号３５との偏差信号３７によるフィードバックモル比信号１５の補正及び負荷要求信号３８に対する動的先行値の負荷一階微分信号３９、負荷二階微分信号４０によりアンモニア注入量を制御するものである。なお、動的先行値は、アンモニア注入量の変化に対する脱硝反応を通常１０分程度補償するために設けられている。
【０００３】
最近では火力プラントの高速負荷変化率運転に伴い脱硝負荷の変動が急激になり、排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度設定値信号３５に対する出口ＮＯｘ濃度の追従性を向上させることが不可欠となっている。例えば、負荷上昇時には脱硝負荷の増加に対して負荷要求信号３８に対する動的先行制御によりアンモニアが多量注入され、出口ＮＯｘ濃度は一旦出口ＮＯｘ濃度設定値に抑制できるが、脱硝負荷が一定になるとアンモニアは過剰となり脱硝率は急上昇して出口ＮＯｘ濃度は極端に低下するものの排ガス中のリークアンモニアが問題になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、脱硝負荷の変動が急激に変化した場合、特に負荷上昇時の動的先行制御によりアンモニアが多量に注入された後の追従性は必ずしも満足できるものではなく、必要以上にアンモニアを注入することによる排ガス中のリークアンモニアが増加したり消費量が大きくなる問題がある。
本発明の目的は、排煙脱硝設備の高速負荷変動時にアンモニア注入量制御の追従性を高めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、アンモニア接触還元法による排煙脱硝設備の入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値を入力しアンモニア必要モル比を演算するアンモニア必要モル比演算手段と、前記出口ＮＯｘ濃度設定値と前記排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度とアンモニア注入量を入力し、過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係を有する自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測し、予測した排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を用いてアンモニアモル比補正信号を出力する予測制御手段と、前記アンモニア必要モル比と該アンモニアモル比補正信号を入力し先行値アンモニアモル比を出力する先行値アンモニアモル演算手段と、負荷要求信号と微粉炭ミル起動停止指令信号を入力して入口ＮＯｘ濃度のピークを補償する動的先行モル比信号をファジイ演算するファジイ制御手段と、前記先行値アンモニアモル比を該動的先行モル比信号により補正しアンモニア全モル比を出力する全モル比演算手段と、該アンモニア全モル比と入口ＮＯｘ量を入力し必要アンモニア量を演算する必要アンモニア量演算手段と、該必要アンモニア量と注入アンモニアフィードバック値を入力し注入アンモニア量調整弁制御量を出力する注入アンモニア量制御手段とを有することにより達成される。
【０００６】
上記目的は、アンモニア接触還元法による排煙脱硝設備の入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値を入力してアンモニア必要モル比を演算し、前記出口ＮＯｘ濃度設定値と前記排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度とアンモニア注入量を入力して過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係を有する自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測し、予測した排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を用いてアンモニアモル比補正信号を出力し、前記アンモニア必要モル比と該アンモニアモル比補正信号を入力して先行値アンモニアモル比を出力し、負荷要求信号と微粉炭ミル起動停止指令信号を入力して入口ＮＯｘ濃度のピークを補償する動的先行モル比信号をファジイ演算し、前記先行値アンモニアモル比を該動的先行モル比信号により補正してアンモニア全モル比を出力し、該アンモニア全モル比と入口ＮＯｘ量を入力して必要アンモニア量を演算し、該必要アンモニア量と注入アンモニアフィードバック値を入力して注入アンモニア量調整弁制御量を出力することにより達成される。
【０００７】
上記構成は、従来の必要アンモニア量の負荷変化率による動的先行制御に代わり、過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係をサンプリング周期毎のデータを用いて同定した自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度を予測してアンモニア必要モル比を補正することにより、過去のデータに基づいて予測制御を行い脱硝反応の大きな遅れを補償して高速負荷変動時にもアンモニア注入量制御の追従性を高めて従来の動的先行制御によるアンモニアの大量注入を阻止し、リークアンモニア、アンモニア消費量の増加を防止することができる。予測制御により従来の出口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定値とから求められアンモニアモル比の指標であるアンモニアフィードバックモル比を求めるフィードバックモル比手段によるネガティブフィードバック的なアンモニアモル比の補正は不要となる。
【０００８】
また、負荷要求信号と微粉炭ミル起動停止指令信号を入力して入口ＮＯｘ濃度のピークを補償するように動的先行モル比信号をファジイ演算することにより、微粉炭ミル起動停止に伴う排煙脱硝設備入口ＮＯｘ濃度のステップ状の急激な変化に対してはフィードフォワードファジイにより滑らかにアンモニア注入量を先行制御し対応することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。
図１は本発明の実施の形態の排煙脱硝設備アンモニア注入量制御装置の構成を示すブロック図である。
本図に示すアンモニア注入量制御装置は図４に示す排煙脱硝設備のアンモニア注入量制御装置の調節計１２ａが出力するフィードバックモル比信号１５に代わり予測制御装置３０が出力するアンモニアモル比補正信号３１を加算器１４ａへ入力し、かつ加算器１４ｂへ入力する負荷一階微分信号３９、負荷二階微分信号４０を出力する微分器１７、二階微分器１８に代わり負荷要求信号５０と微粉炭ミル起動停止指令信号５１を入力し入口ＮＯｘ濃度のピークを補償するようにファジイ演算して動的先行モル比信号５３を出力するファジイ演算器５２を設けたものである。微粉炭ミル起動停止指令信号５１は石炭焚ボイラの微粉炭ミルを起動・停止する指令であり、微粉炭ミルの起動は微粉炭ミルからボイラ火炉へ微粉炭が供給され微粉炭が燃焼して排ガスが排煙脱硝設備に流入し、脱硝負荷が急激に増加することを意味している。一方微粉炭ミルの停止は微粉炭の燃焼が停止して脱硝負荷が急激に減少することを意味している。このように微粉炭ミル起動停止指令信号５１は脱硝負荷の極めて急激な増加または急激な減少の先行信号となる。
【００１０】
予測制御装置３０には出口ＮＯｘ濃度設定器３からの出口ＮＯｘ濃度設定信号３５と出口ＮＯｘ濃度計４からの出口ＮＯｘ濃度信号３６とアンモニア流量計６からのアンモニア流量信号４１が入力され、過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度との因果関係をデータを用いて同定した自己回帰モデルにより将来のサンプリング周期毎の排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度が予測される。この将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度設定信号３５との間の制御偏差の自乗積分値とアンモニアモル比のサンプリング周期毎の変化量の自乗積分値の和を最小とするようにアンモニアモル比補正信号３１が定められる。
【００１１】
アンモニア接触還元法のようにアンモニアの触媒表面への吸着量が脱硝性能を支配するような非線形で複雑なプロセスでは、制御用のシュミレーションモデルを構築することが困難であり、ステップ応答により求められる自己回帰モデルによる手法が有効である。
【００１２】
次に予測制御装置３０におけるアンモニアモル比補正信号３１の演算について詳細に説明する。最初にアンモニアモル比（注入アンモニアモル数／入口ＮＯｘモル数）と排煙脱硝設備の出口ＮＯｘ濃度との因果関係を（１）式の自己回帰モデルで求める。
Ａ（ｚ~ 1）ｙ（ｋ）＝Ｂ（ｚ~ 1）ｕ（ｋ−１）……………………（１）
【００１３】
【数１】
0003653599.tif 000002
【００１４】
【数２】
0003653599.tif 000003
【００１５】
【数３】
0003653599.tif 000004
【００１６】
ｕ（ｋ−１），・ ・ ・ ・，ｕ（ｋ−ｎ）……………………………（１０）
ｙ（ｋ），・ ・ ・ ・ ・ ・，ｙ（ｋ−ｎ）……………………………（１１）
次に（１２）式の評価関数を考える。
【００１７】
【数４】
0003653599.tif 000005
【００１８】
ここで、
Ｒ：設定値
ｈ：重み係数
Ｍ：予測サンプリング数
である。
【００１９】
（１２）式を最小にする解は（１３）式で与えられる。
【００２０】
【数５】
0003653599.tif 000006
【００２１】
このようにして（１３）式よりアンモニアモル比補正信号３１が求められる。
次にファジイ演算器を説明する。
負荷要求信号５０と微粉炭ミル起動停止指令信号５１を入力し以下のファジイ演算を行う。
制御ルールの前件部としては、負荷要求信号５０と微粉炭ミル起動停止指令信号５１を信号処理し、負荷変化率と微粉炭ミル起動停止指令後の経過時間とする。即ち、ｋ時刻点における負荷要求信号をｘ（ｋ）、微粉炭ミル起動停止指令後の経過時間をｚ（ｋ）とすると、負荷変化率信号Δｘ（ｋ）は次式となる。
【００２２】
Δｘ（ｋ）＝（ｘ（ｋ）−ｘ（ｋ−１））・Ｓｘ…………………（１４）
ここでＳｘはスケーリングファクタである。
【００２３】
同様にｚ（ｋ）についてもスケーリングを行う。
【００２４】
ｚ´（ｋ）＝ｚ（ｋ）・Ｓｚ…………………………………………（１５）
図２は本発明の実施の形態のメンバシップ関数の例を示す図表である。
【００２５】
本図においてファジイ変数を分割するファジイ集合の数は以下のような１３個であり、これらの集合にそれぞれラベルを付加する。ラベルは−６から１つ刻みに＋６までの整数で表す。
【００２６】
｛−６，・・・，−１，０，１，・・・，６｝＝｛NAL,NVL,NL,NM,NS,NVS,ZE,PVS,PS,PM,PL,PVL,PAL｝……………（１６）
ここで、
ＮＡＬ：Negative Absolutely Large
ＮＶＬ：Negative Very Large
ＮＬ  ：Negative Very
ＮＭ  ：Negative Medium
ＮＳ  ：Negative Small
ＮＶＳ：Negative Very Small
ＺＥ  ：Zero
ＰＶＳ：Positive Very Small
ＰＳ  ：Positive Small
ＰＭ  ：Positive Medium
ＰＬ  ：Positive Large
ＰＶＬ：Positive Very Large
ＰＡＬ：Positive Absolutely Large
である。
【００２７】
図３は本発明の実施の形態のアンモニア注入モル比を定めるルールを示す図表である。
【００２８】
本図に示すように横方向の数列は負荷変化率信号Δｘ（ｋ）であり、縦方向の数列は微粉炭ミル起動停止指令後の経過時間をｚ´（ｋ）についてスケーリングを行ったものである。この数表からΔｘ（ｋ）とｚ´（ｋ）の状況により公知のＭｉｎ−Ｍａｘ重心法を用いてアンモニア注入モル比Ｈ（ｋ）を求める。求められたアンモニア注入モル比Ｈ（ｋ）に制御ゲインＫを乗算して制御入力ｕ´を得る。
【００２９】
ｕ´（ｋ）＝Ｋ・Ｈ（ｋ）…………………………………………（１７）
この制御入力ｕ´により動的先行モル比信号５３が与えられる。
【００３０】
予測された出口ＮＯｘ濃度に基づいて定められたアンモニアモル比補正信号３１により必要モル比信号１３が補正され予測的にアンモニアモル比が確定する。アンモニアモル比補正信号３１は加算器１４ａへ図４と同様に定められた必要モル比信号１３と共に入力され先行値モル比信号３２が出力される。先行値モル比信号３２と動的先行モル比信号５３が加算器１４ｂへ入力され全モル比信号１６が出力される。全モル比信号１６は乗算器７ｂで入口ＮＯｘ量信号２１と乗算され、アンモニア流量要求信号１９が出力される。全モル比と入口ＮＯｘ量の乗算により要求されるアンモニア流量は得られる。図４に示す従来技術ではアンモニア流量を動的先行値により補正し、本実施の形態ではアンモニアモル比を動的先行モル比により補正した後に全モル比と入口ＮＯｘ量からアンモニア流量を得ているが両者の間に基本的な相違は無い。本実施の形態のようにアンモニアモル比の段階で動的先行補正する方がファジイ演算ルールを定める上で容易となる。アンモニア流量要求信号１９とアンモニア流量計６からのアンモニア流量信号４１を引算器８ｃへ入力し、偏差信号４２を求めて調節計１２ｂでＰＩＤ等の制御処理を行い、制御信号４３をアンモニア流量調節弁２０へ出力してアンモニア注入量を制御し、排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を所定値に抑制する。
【００３１】
このように本実施の形態の制御装置は、必要モル比信号１３、アンモニアモル比補正信号３１、動的先行モル比信号５３を組み合わせたものであり、必要モル比信号１３は制御入力のベースを与えアンモニアモル比補正信号３１は出口ＮＯｘ濃度設定値に対するフィードバック補正であり、動的先行モル比信号５３は微粉炭ミル起動停止に伴う排煙脱硝設備入口ＮＯｘ濃度のピークを補償する。
【００３２】
従って現時点より１，２，・ ・ ・Ｍサンプリング数後の将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測してアンモニア注入量をフィードバック補正すると共に、微粉炭ミル起動停止により排煙脱硝設備入口ＮＯｘ濃度のステップ状の急激な変化に対してはフィードフォワードファジイにより滑らかにアンモニア注入量を先行制御し、脱硝反応の大きな遅れを補償して高速負荷変動時にもアンモニア注入量制御の追従性を高めることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、過去のアンモニアモル比と排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度との因果関係を同定した自己回帰モデルにより将来の排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を予測してモル比を補正し、排煙脱硝設備入口ＮＯｘ濃度のステップ状の急激な変化に対してはフィードフォワードファジイによりアンモニア注入量を制御することにより、脱硝反応の大きな遅れを補償して高速負荷変動時にもアンモニア注入量制御の追従性を高めて排煙脱硝設備出口ＮＯｘ濃度を所定の値に抑制すると同時にリークアンモニア、アンモニア消費量の増加を防止する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の排煙脱硝設備アンモニア注入量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のファジイ演算器メンバシップ関数例を示す図表である。
【図３】本発明の実施の形態のアンモニア注入モル比を定めるルールを示す図表である。
【図４】従来のアンモニア注入量制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      排ガス流量計
２      入口ＮＯｘ濃度計
３      出口ＮＯｘ濃度設定器
４      出口ＮＯｘ濃度計
６      アンモニア流量計
７      乗算器
７ａ    乗算器
７ｂ    乗算器
８ａ    引算器
８ｂ    引算器
８ｃ    引算器
９      割算器
１０    必要脱硝率信号
１１    関数発生器
１２ａ  調節計
１２ｂ  調節計
１３    必要モル比信号
１４ａ  加算器
１４ｂ  加算器
１５    フィードバックモル比信号
１６    全モル比信号
１７    微分器
１８    二階微分器
１９    アンモニア流量要求信号
２０    アンモニア流量調節弁
２１    入口ＮＯｘ量信号
２２    必要アンモニア流量信号
３０    予測制御装置
３１    アンモニアモル比補正信号
３２    先行値モル比信号
３３    排ガス流量信号
３４    入口ＮＯｘ濃度信号
３５    出口ＮＯｘ濃度設定信号
３６    出口ＮＯｘ濃度信号
３７    偏差信号
３８    負荷要求信号
３９    負荷一階微分信号
４０    負荷二階微分信号
４１    アンモニア流量信号
４２    偏差信号
４３    制御信号
５０    負荷要求信号
５１    微粉炭ミル起動停止指令信号
５２    ファジイ演算器
５３    動的先行モル比信号
【図１】
0003653599.tif 000007
【図２】
0003653599.tif 000008
【図３】
0003653599.tif 000009
【図４】
0003653599.tif 000010