(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硝装置入口でのＮＯX流量に対する上記脱硝装置へのＮＨ3注入量のモル比と上記脱硝装置出口でのＮＯX濃度との相関関係が、上記モル比と上記ＮＯX濃度とをＸＹ座標とする平面上で下に凸のＶ字型の特性曲線を示す脱硝装置において、最小の上記ＮＨ3注入量で上記ＮＯX濃度を所定の目標ＮＯX濃度以下に抑制するためのＮＨ3注入量制御方法であって、
上記モル比が上記ＮＯX濃度が極小値をとる極小点のモル比よりも小さい第１領域とそれ以外の第２領域とに上記脱硝装置の動作領域を分け、
上記第１領域において上記ＮＯX濃度が上記目標ＮＯX濃度となる目標運転点におけるモル比よりもモル比が小さい側では、実特性曲線に従って上記モル比に対するＮＯX濃度を設定するとともに、上記目標運転点におけるモル比よりもモル比が大きい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記モル比の増大に対して増大することなく単調に減少するような仮想の特性線に従って上記モル比に対する仮想のＮＯX濃度を設定し、
上記仮想ＮＯX濃度を上記目標ＮＯX濃度に近づける方向に上記ＮＯX流量に応じて上記ＮＨ3注入量を調整するフィードバック制御を行うことを特徴とする、脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項２】
目標運転点の右側の領域において上記目標ＮＯX濃度から所定量マイナス側にオフセットした値に上記仮想ＮＯX濃度を設定することを特徴とする、請求項１記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項３】
上記第１領域では上記目標ＮＯX濃度から所定量マイナス側にオフセットした値と実ＮＯX濃度との何れか大きい方の値に上記仮想ＮＯX濃度を設定し、上記第２領域では上記目標ＮＯX濃度から所定量マイナス側にオフセットした値と上記目標ＮＯX濃度を軸とする実ＮＯX濃度の反転値との何れか小さい方の値に上記仮想ＮＯX濃度を設定することを特徴とする、請求項１記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項４】
上記所定量を上記モル比の増大に応じて増大させることを特徴とする、請求項２又は３記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項５】
上記所定量を可変調整できるようにしておき、リークＮＨ3量が少なく、少なくとも上記ＮＯX濃度を上記目標ＮＯX濃度以下に制御すればよい場合、或いは、上記ＮＨ3注入量の変動を小さくしたい場合には、上記所定量をゼロに設定することを特徴とする、請求項２又は３記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項６】
上記フィードバック制御のゲインを上記モル比の大きさに応じて変化させることを特徴とする、請求項１〜５の何れかの項に記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項７】
上記フィードバック制御のゲインを上記脱硝装置に流入する排ガス温度に応じて変化させることを特徴とする、請求項１〜６の何れかの項に記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項８】
上記極小点を脱硝装置の特性に基づいて上記脱硝装置に流入する排ガス温度に応じて変化させることを特徴とする、請求項１〜７の何れかの項に記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御方法。
【請求項９】
脱硝装置入口でのＮＯX流量に対する上記脱硝装置へのＮＨ3注入量のモル比と上記脱硝装置出口でのＮＯX濃度との相関関係が、上記モル比と上記ＮＯX濃度とをＸＹ座標とする平面上で下に凸のＶ字型の特性曲線を示す脱硝装置のＮＨ3注入量制御装置であって、
上記脱硝装置出口での上記ＮＯX濃度を検出するＮＯX濃度検出手段と、
上記脱硝装置出口での目標ＮＯX濃度を設定する目標ＮＯX濃度設定手段と、
上記脱硝装置入口での上記ＮＯX流量を検出するＮＯX流量検出手段と、
上記脱硝装置への上記ＮＨ3注入量を調整するＮＨ3注入量調整手段と、
上記脱硝装置の運転点が、上記ＮＯX濃度が上記目標ＮＯX濃度よりも大きく且つ上記モル比が上記ＮＯX濃度が極小値をとる極小点のモル比よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する判定手段と、
上記運転点が上記第１領域から上記第２領域にかけて上記モル比の増大に対して増大することなく単調に変化するような仮想の特性線に従って上記モル比に対する仮想のＮＯX濃度を設定する仮想ＮＯX濃度設定手段と、
目標ＮＯX濃度と上記仮想ＮＯX濃度設定手段で設定された上記仮想ＮＯX濃度との偏差に応じて上記仮想ＮＯX濃度を上記目標ＮＯX濃度に近づける方向に上記ＮＯX流量検出手段で検出された上記ＮＯX流量に応じて上記ＮＨ3注入量調整手段により上記ＮＨ3注入量を調整するフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする、脱硝装置のＮＨ3注入量制御装置。
【請求項１０】
コンピュータを請求項９記載の脱硝装置のＮＨ3注入量制御装置として機能させることを特徴とする、ＮＨ3注入量制御プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載のプログラムを記録したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１２】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて上記出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法であって、
入力値が上記極小点における入力値よりも小さい第１領域と、それ以外の第２領域とに上記システムの動作領域を分け、
上記第１領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に減少するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定し、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させることを特徴とする、Ｖ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法。
【請求項１３】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて上記出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法であって、
入力値が上記極小点における入力値よりも小さい第１領域と、それ以外の第２領域とに上記システムの動作領域を分け、
上記第２領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に増加するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定し、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させることを特徴とする、Ｖ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法。
【請求項１４】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて上記出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法であって、
入力値が上記極大点における入力値よりも小さい第１領域と、それ以外の第２領域とに上記システムの動作領域を分け、
上記第１領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に増加するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定し、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させることを特徴とする、Ｖ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法。
【請求項１５】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて上記出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法であって、
入力値が上記極大点における入力値よりも小さい第１領域と、それ以外の第２領域とに上記システムの動作領域を分け、
上記第２領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に減少するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定し、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させることを特徴とする、Ｖ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法。
【請求項１６】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムの制御装置であって、
上記システムから上記出力値を検出する検出手段と、
上記システムに上記入力値を入力する入力手段と、
上記システムの運転点が、上記入力値が上記極小点における入力値よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する判定手段と、
上記第１領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に減少するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定する仮想出力値設定手段と、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させるフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする、Ｖ字型特性システムの制御装置。
【請求項１７】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムの制御装置であって、
上記システムから上記出力値を検出する検出手段と、
上記システムに上記入力値を入力する入力手段と、
上記システムの運転点が、上記入力値が上記極小点における入力値よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する判定手段と、
上記第２領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に増加するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定する仮想出力値設定手段と、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させるフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする、Ｖ字型特性システムの制御装置。
【請求項１８】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムの制御装置であって、
上記システムから上記出力値を検出する検出手段と、
上記システムに上記入力値を入力する入力手段と、
上記システムの運転点が、上記入力値が上記極大点における入力値よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する判定手段と、
上記第１領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に増加するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定する仮想出力値設定手段と、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させるフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする、Ｖ字型特性システムの制御装置。
【請求項１９】
入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムの制御装置であって、
上記システムから上記出力値を検出する検出手段と、
上記システムに上記入力値を入力する入力手段と、
上記システムの運転点が、上記入力値が上記極大点における入力値よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する判定手段と、
上記第２領域において上記出力値が上記目標出力値となる目標運転点における入力値よりも入力値が大きい側では、実特性曲線に従って上記入力値に対する出力値を設定するとともに、上記目標運転点における入力値よりも入力値が小さい側では、上記第１領域から上記第２領域にかけて上記第１領域での上記入力値に対する出力値の傾きと上記第２領域での上記入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に減少するような仮想の特性線に従って上記入力値に対する仮想の出力値を設定する仮想出力値設定手段と、
上記仮想出力値を上記目標出力値に近づける方向に上記入力値を変化させるフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする、Ｖ字型特性システムの制御装置。
【請求項２０】
コンピュータを請求項１６〜１９記載の制御装置として機能させることを特徴とする、Ｖ字型特性システムのための制御プログラム。
【請求項２１】
請求項２０記載のプログラムを記録したことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中のＮＯＸを除去するための脱硝装置、特に、脱硝装置入口でのＮＯＸ流量に対する脱硝装置へのＮＨ３注入量のモル比と脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度との相関関係が上記モル比と上記ＮＯＸ濃度とをＸＹ座標とする平面上で下に凸のＶ字型曲線となる脱硝装置におけるＮＨ３注入量の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力プラント等の燃焼設備（ガスタービン等）の排気路には、排ガス中のＮＯＸを除去するための脱硝装置が設置されている。脱硝装置は、触媒（脱硝触媒及びＮＨ３分解触媒などで構成される）上でＮＯＸにＮＨ３を反応させることで、ＮＨ３とともにＮＯＸを酸素、水及び窒素に分解することで排ガス中のＮＯＸ濃度を低減させている。脱硝装置におけるＮＯＸの除去効率（脱硝効率）はＮＨ３の注入量によって左右されるため、脱硝装置を運転する上でＮＨ３の注入量の制御は重要である。
【０００３】
従来の脱硝装置におけるＮＨ３注入量の制御方法としては、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた方法が一般的である。フィードフォワード制御では、目標とする脱硝効率（＝脱硝装置出口での目標ＮＯＸ濃度／脱硝装置入口でのＮＯＸ濃度）に応じて、予め入口ＮＯＸ流量に対するＮＨ３注入量のモル比（＝ＮＨ３注入量／ＮＯＸ流量）を設定しておき、このモル比と入口ＮＯＸ流量（＝入口ＮＯＸ濃度×排ガス流量）との積により必要なＮＨ３注入量を求め、その信号を負荷変化信号などで補正することが行われている。また、フィードバック制御としては、脱硝装置出口での目標ＮＯＸ濃度と検出した実ＮＯＸ濃度との偏差に応じて、フィードフォワード制御で設定されるＮＨ３注入量を補正することが行われている。これらフィードフォワード制御及びフィードバック制御については、改良された様々な制御方法が提案されている（特開平８−１６８６３９号公報、特開平９−３８４５８号公報、特開２００１−１９８４３８号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、脱硝装置の性質によっては、脱硝装置入口でのＮＯＸ流量に対するＮＨ３注入量のモル比と脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度との関係が、図６に実線で示すように下に凸のＶ字型の特性を示す場合がある。ここで極小値をとる点を極小点とよぶことにする。図６に示すようにＮＨ３／ＮＯＸモル比がある程度大きくなるとＮＯＸ濃度が逆に増加するのは、脱硝装置が主に下記の反応式（ａ）〜反応式（ｃ）に示すＮＯＸの還元反応を担う脱硝触媒に加えて、主に反応式（ｄ）〜反応式（ｅ）に示すＮＨ３の分解反応を担うＮＨ３分解触媒により構成されているためである。
【０００５】
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３  →  ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ  ・・・（ａ）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２  →  ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ  ・・・（ｂ）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３  →  ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ  ・・・（ｃ）
４ＮＨ３＋３Ｏ２  →  ２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ  ・・・（ｄ）
４ＮＨ３＋５Ｏ２  →  ４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ  ・・・（ｅ）
このように脱硝装置のＮＨ３／ＮＯＸモル比に対する出口ＮＯＸ濃度の特性がＶ字型特性となる場合、ある出口ＮＯＸ濃度の目標値ＳＶに対応する特性曲線上の運転点は２点Ｐ１，Ｐ２存在し、目標値ＳＶに対応するＮＨ３注入量の解は２つ存在することになる。一方、図６に二点鎖線で示すように、リークＮＨ３量（脱硝装置出口の残留ＮＨ３量）はＮＨ３／ＮＯＸモル比が大きくなるにつれて単調に増加する。したがって、同一の目標出口ＮＯＸ濃度ＳＶとなる運転点Ｐ１，Ｐ２であっても、極小点Ｐ０に対し左側（ＮＨ３／ＮＯＸモル比が小側）の運転点Ｐ１で運転を行うほうが、無駄なＮＨ３の消費を抑えてランニングコストを低減し、かつ環境への負荷を小さくすることができる。つまり、このＶ字型特性を有する脱硝装置では、極小点Ｐ０に対して左側の領域にある運転点Ｐ１が、ＮＨ３消費量を最小にして出口ＮＯＸ濃度を規定値に制御することができる最適運転点であるといえる。
【０００６】
ところが、特性曲線がこのようなＶ字型となる場合には、入出力特性の傾きの符号が極小点Ｐ０で変わるため、従来のように単に目標ＮＯＸ濃度ＳＶと実ＮＯＸ濃度との偏差に応じてフィードバック制御を行ったのでは、運転点が目標運転点Ｐ１から発散してしまい、制御不能に陥る可能性がある。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、１つの出力値に対して２つの入力値が存在しうるＶ型特性システムにおける安定したフィードバック制御技術を提供するとともに、このＶ型特性システムにおけるフィードバック制御技術を利用することによって、最小のＮＨ３注入量でＮＯＸ濃度を目標濃度以下に抑制できるようにした脱硝装置におけるＮＨ３注入量の制御技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、まず、入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法を提供する。
このフィードバック制御方法では、まず、システムの動作領域を、入力値が極小点における入力値よりも小さい第１領域と、それ以外の第２領域とに分ける。極小点における出力値及び入力値については、実験や設計計算によって予め既知にしておく。
【０００８】
システムの運転点が第２領域にあるときには、入力値に対する仮想の出力値を第１領域での入力値に対する出力値の傾きと異符号の傾きで増減することなく単調に変化するような仮想の特性線に従って設定するものとする。
そして、仮想出力値を目標出力値に近づける方向に入力値を変化させる。このようなフィードバック制御方法によれば、極小点がなく単調に変化する仮想の特性線に従ってフィードバック制御を行うことになるので、運転点を所望の目標運転点付近に安定して収束させることができる。
【０００９】
上記のフィードバック制御方法は、以下の構成の制御装置によって実施することができる。この制御装置は、入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムの制御装置であって、システムから出力値を検出する検出手段とシステムに入力値を入力する入力手段に加え、判定手段、仮想出力値設定手段、及びフィードバック制御手段を備えている。
【００１０】
判定手段は、システムの運転点が、入力値が極小点における入力値よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する機能を有している。仮想出力値設定手段は、第１領域での入力値に対する出力値の傾きと第２領域での入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に変化するような仮想の特性線に従って、入力値に対する仮想の出力値を設定する機能を有している。フィードバック制御手段は、仮想出力値を目標出力値に近づける方向に入力値を変化させる機能を有している。
【００１１】
この制御装置によれば、検出手段、入力手段、判定手段、仮想出力値設定手段、及びフィードバック制御手段の協働による自動制御によって上記フィードバック制御方法の実施が可能である。なお、上記制御装置は、ハードであるコンピュータに、コンピュータを上記の検出手段、入力手段、判定手段、仮想出力値設定手段、及びフィードバック制御手段としての機能を持たせためのプログラムを読み込み実行させることで実現することができる。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録した形で提供することができる。
また、本発明は、入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大点を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法も提供する。
【００１２】
さらに、本発明は、脱硝装置入口でのＮＯＸ流量に対する脱硝装置へのＮＨ３注入量のモル比と脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度との相関関係が、モル比とＮＯＸ濃度とをＸＹ座標とする平面上で下に凸のＶ字型の特性曲線を示す脱硝装置におけるＮＨ３注入量の制御方法として、上記のフィードバック制御方法を利用したＮＨ３注入量制御方法を提供する。
【００１３】
このＮＨ3注入量制御方法では、まず、モル比がＮＯX濃度が最小となる極小点のモル比よりも小さい第１領域とそれ以外の第２領域とに脱硝装置の動作領域を分ける。この場合も極小点のＮＯX濃度及びモル比ついては、実験や設計計算によって予め既知にしておく。
そして、上記第１領域から上記第２領域にかけてモル比の増大に対して増大することなく単調に減少するような仮想の特性線に従ってモル比に対する仮想のＮＯX濃度を設定する。
【００１４】
そして、目標ＮＯＸ濃度と仮想ＮＯＸ濃度との偏差に応じて仮想ＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度に近づける方向にＮＯＸ流量に応じてＮＨ３注入量を調整するフィードバック制御を行う。このようなＮＨ３注入量制御方法によれば、極小点がなく単調に変化する仮想の特性線に従ってフィードバック制御を行うことができるので、運転点を所望の目標運転点付近に安定して収束させることができる。そして、このＮＨ３注入量制御方法では、極小点よりも小側の領域においてＮＯＸ濃度が目標ＮＯＸ濃度となる運転点を目標運転点としているので、最小のＮＨ３注入量でＮＯＸ濃度を所定の目標ＮＯＸ濃度以下に抑制することができる。したがって、ＮＨ３消費量を抑えてランニングコストを低減することができるとともに、リークＮＨ３量を極微量に抑えることもできる。
【００１５】
好ましくは、目標運転点の右側の領域において目標ＮＯＸ濃度から所定量マイナス側にオフセットした値に仮想ＮＯＸ濃度を設定する。目標ＮＯＸ濃度と仮想ＮＯＸ濃度との間には常に所定量の偏差が生じ、且つこの偏差はモル比の増加に対して非減少であるので、このような簡単な設定方法によっても、偏差に応じてＮＨ３注入量を調整して仮想ＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度に近づける方向に制御することで、実のＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度付近に収束させることができる。
【００１６】
より好ましくは、第１領域において目標ＮＯＸ濃度から所定量マイナス側にオフセットした値とＮＯＸ濃度との何れか大きい方の値に仮想ＮＯＸ濃度を設定し、第２領域において目標ＮＯＸ濃度から所定量マイナス側にオフセットした値と目標ＮＯＸ濃度を軸とするＮＯＸ濃度の反転値との何れか小さい方の値に仮想ＮＯＸ濃度を設定する。第２領域ではＮＯＸ濃度はモル比が大きくなるにつれ増加するので、上記反転値は逆にモル比が大きくなるにつれ減少していく。したがって、このような設定方法によれば、モル比が比較的大きくなり目標ＮＯＸ濃度に対応するモル比から大きく外れたときには、上記反転値が仮想ＮＯＸ濃度となって目標ＮＯＸ濃度との偏差が拡大するので、偏差に応じて設定されるＮＨ３注入量の調整量も大きくすることができ、運転点を目標運転点付近に速やかに収束させることが可能になる。
【００１７】
上記の何れの設定方法においても、より好ましくは、仮想ＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度からマイナス側にオフセットする量（所定量）は、モル比の増大に応じて増大させるようにする。これにより、仮想ＮＯＸ濃度はモル比の増加に応じて単調減少するようになり、仮想ＮＯＸ濃度と目標ＮＯＸ濃度との偏差は偏差に応じて設定されるＮＨ３注入量の調整量もモル比に応じて増減することができ、運転点を目標運転点付近に速やかに収束させることが可能になる。
【００１８】
また、目標ＮＯＸ濃度からマイナス側にオフセットする量（所定量）を可変調整できるようにしておくのも好ましい。この場合には、リークＮＨ３量が少なく、少なくともＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度以下に制御さえすればよい場合や、ＮＨ３注入量の変動を小さくしたい場合には、上記の所定量をゼロに設定することで、これら要望を満たすことが可能になる。
【００１９】
また、フィードバック制御のゲインをモル比の大きさに応じて変化させたり、脱硝装置に流入する排ガス温度に応じて変化させたりするのも好ましい。特性曲線の右側と左側とでは化学反応が異なるため時定数が大きく変化し、また、温度によって脱硝装置の反応速度も大きく異なるので、このようにモル比や排ガス温度に応じてフィードバック制御のゲインを変化させることで、運転点を目標運転点付近により速やかに収束させることが可能になる。
【００２０】
さらに、極小点を脱硝装置に流入する排ガス温度に応じて変化させるのも好ましい。特性曲線は排ガス温度により変化し、それに応じて極小点に対応するＮＯＸ濃度及びＮＨ３注入量も変化するので、このように排ガス温度に応じて極小点を変化させることで、最小のＮＨ３注入量でＮＯＸ濃度を目標ＮＯＸ濃度以下に抑制するためのより正確なフィードバック制御が可能になる。
【００２１】
上記のＮＨ３注入量制御方法は、以下の構成の制御装置によって実施することができる。この制御装置は、脱硝装置入口でのＮＯＸ流量に対する脱硝装置へのＮＨ３注入量のモル比と脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度との相関関係が、モル比とＮＯＸ濃度とをＸＹ座標とする平面上で下に凸のＶ字型の特性曲線を示す脱硝装置のＮＨ３注入量制御装置であって、脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸ濃度検出手段、脱硝装置出口での目標ＮＯＸ濃度を設定する目標ＮＯＸ濃度設定手段、脱硝装置入口でのＮＯＸ流量を検出するＮＯＸ流量検出手段、脱硝装置へのＮＨ３注入量を調整するＮＨ３注入量調整手段に加え、判定手段、仮想ＮＯＸ濃度設定手段、及びフィードバック制御手段を備えている。
【００２２】
判定手段は、脱硝装置の運転点が、モル比がＮＯX濃度が最小となる極小点のモル比よりも小さい第１領域にあるか、それ以外の第２領域にあるかを判定する機能を有している。仮想ＮＯX濃度設定手段は、上記第１領域から上記第２領域にかけてモル比の増大に対して増大することなく単調に減少するような仮想の特性線に従ってモル比に対する仮想のＮＯX濃度を設定する機能を有している。フィードバック制御手段は、仮想ＮＯX濃度を目標ＮＯX濃度に近づける方向にＮＯX流量に応じてＮＨ3注入量を調整する機能を有している。
【００２３】
この制御装置によれば、ＮＯＸ濃度検出手段、目標ＮＯＸ濃度設定手段、ＮＯＸ流量検出手段、ＮＨ３注入量調整手段、判定手段、仮想ＮＯＸ濃度設定手段、及びフィードバック制御手段の協働による自動制御によって上記ＮＨ３注入量制御方法の実施が可能である。なお、上記制御装置は、ハードであるコンピュータに、コンピュータを上記のＮＯＸ濃度検出手段、目標ＮＯＸ濃度設定手段、ＮＯＸ流量検出手段、ＮＨ３注入量調整手段、判定手段、仮想ＮＯＸ濃度設定手段、及びフィードバック制御手段としての機能を持たせためのプログラムを読み込み実行させることで実現することができる。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録した形で提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる脱硝装置のＮＨ３注入量制御方法を説明するためのグラフである。図１に示すグラフは脱硝装置の静特性をあらわしており、横軸は脱硝装置入口でのＮＯＸ流量に対する脱硝装置へのＮＨ３注入量のモル比（ＮＨ３／ＮＯＸモル比＝Ｋ’）であり、縦軸は脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度である。本実施形態にかかる脱硝装置の静特性は、図中に実線で示すように下に凸のＶ字型の特性を示しており、ＮＨ３／ＮＯＸモル比がＫ０、出口ＮＯＸ濃度がＸ０の運転点が極小点となる。
【００２５】
目標出口ＮＯＸ濃度をＳＶとするとき、出口ＮＯＸ濃度がＳＶとなる運転点は特性曲線上に２点ある。このうち、ＮＨ３注入量を最小にすることができるのは、極小点の左側にある運転点であり、この運転点を目標運転点とする。以下、脱硝装置の運転点を目標運転点付近に収束させるための、ＮＨ３注入量の制御方法について説明する。
【００２６】
まず、脱硝装置の運転領域を、２つの領域（Ｉ）、（ＩＩ）に分割する。そして、各領域（Ｉ）、（ＩＩ）において、実際の出口ＮＯＸ濃度のプロセス値（実ＮＯＸ濃度）ＰＶを、仮想のプロセス値（仮想ＮＯＸ濃度）ＰＶ’に変換する。各領域（Ｉ）、（ＩＩ）の範囲と実ＮＯＸ濃度ＰＶを仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’へ変換するための変換式はそれぞれ以下のようになる。
【００２７】
領域（Ｉ）：Ｋ’＜Ｋ０
ＰＶ’＝ｍａｘ｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’），ＰＶ｝  ・・・（１）
領域（ＩＩ）：Ｋ’≧Ｋ０
ＰＶ’＝ｍｉｎ｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’），ＳＶ−（ＰＶ−ＳＶ）｝・・・（２）
上記の各領域（Ｉ）、（ＩＩ）における変換式は、Ｖ字型に変化する特性曲線を単調に減少する曲線に仮想的に変換するための式である。領域（Ｉ）は図１に示すように極小点に対して左側の領域にあたり、この領域では実特性曲線は単調減少している。この領域（Ｉ）は本発明にかかる第１領域に該当する。
【００２８】
領域（ＩＩ）は本発明にかかる第２領域に該当する。領域（ＩＩ）では、実特性曲線は極小点を超えると逆に単調に増加していく。したがって、理論的には単調増加に変わる極小点よりも右側の領域（ＩＩ）のみ、実特性曲線を単調に減少する曲線に仮想的に変換すればよいとも考えられる。しかしながら、極小点の座標（Ｋ０、Ｘ０）は設計データや実機計測により求めることができるものの、あくまでもある運転条件下での参考値にすぎず、実際の極小点とはずれている可能性がある。このため、極小点を境にして特性曲線を変換しようとすると、予想極小点と実際の極小点との間にずれがあった場合、特に、実際の極小点が予想極小点よりも左側にあった場合には、変換後も一部単調増加の領域が残ってしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図１中に破線で示すように、目標出口ＮＯＸ濃度ＳＶに対して所定量Ｓ０（Ｋ’）だけマイナス側にオフセットした線を引き、仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’をこのオフセット線上に位置させている｛式（１），（２）参照｝。なお、Ｓ０（Ｋ’）はＳＶオフセット関数であり、ＮＨ３／ＮＯＸモル比Ｋ’の増加に対して単調増加な関数とする。つまり領域（Ｉ）では、実特性曲線とオフセット線とを比較し、いずれか大きい方の線上に仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’を位置させ｛式（１）参照｝、領域（ＩＩ）では、実特性曲線を目標出口ＮＯＸ濃度ＳＶを軸にして反転させた反転特性曲線（図１中に一点鎖線で示す線）とオフセット線とを比較し、何れか小さい方の線上に仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’を位置させている｛式（２）参照｝。このような方法で仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’を設定する場合には、極小点は少なくともＳＶ＞ＰＶとなる範囲に存在していればよく、予想極小点と実極小点との間に誤差があったとしても仮想特性曲線の形状への影響はない。この結果、本実施形態で用いられる仮想特性曲線は、図１中に太実線で示す曲線となる。
【００３０】
この仮想特性曲線をもちいてフィードバック制御を行うことにより、運転点が目標運転点の左側にある場合には、仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’が目標ＮＯＸ濃度ＳＶよりも大きいのでＮＨ３注入量が増大調整される。これにより、運転点は実特性曲線に沿って右側に移動して実ＮＯＸ濃度ＰＶが抑制される。運転点が目標運転点の右側にある場合には、仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’が目標ＮＯＸ濃度ＳＶよりも小さいのでＮＨ３注入量が減少調整される。これにより、運転点は実特性曲線に沿って左側に移動してＮＨ３注入量が抑制される。特に、運転点が目標運転点から右側に大きくずれた場合には、Ｋ’の増大に対して減少する反転特性曲線上に仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’が位置するようになるため、目標ＮＯＸ濃度ＳＶと仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’との偏差は拡大する。このため、偏差に応じて設定されるＮＨ３注入量の減少調整量は大きくなり、運転点を目標運転点付近に速やかに収束させることができる。なお、Ｓ０（Ｋ’）は前述のように単調増加な関数であればよいが、好ましくはＫ’の増加に応じて目標ＮＯＸ濃度ＳＶと仮想ＮＯＸ濃度ＰＶ’との偏差が拡大するような単調増加関数とする。このようにＳ０（Ｋ’）を単調増加関数とすることで、偏差に応じて設定されるＮＨ３注入量の減少調整量をＫ’の増大に応じて大きくすることができ、運転点を目標運転点付近に速やかに収束させることができる。
【００３１】
次に、本実施形態にかかる脱硝装置のＮＨ３注入量制御装置について図２，図３を用いて説明する。本実施形態のＮＨ３注入量制御装置は、ハードとしてのコンピュータに以下に説明する制御ロジックに基づき作成したプログラムが読み込まれたものである。本実施形態のＮＨ３注入量制御装置は、従来同様にフィードフォワード制御にフィードバック制御を組み合わせたＮＨ３注入量制御を採用しており、その制御ロジックは、図２のブロック図に示すフィードフォワード制御の制御ロジックと、図３のブロック図に示すフィードバック制御の制御ロジックとに分けて説明することができる。図１を用いて説明した本発明のＮＨ３注入量制御方法は、図３に示すフィードバック制御の制御ロジックに適用される。
【００３２】
まず、フィードフォワード制御の制御ロジックについて図２を用いて説明する。ここでは、排ガス流量２５０、排ガスＮＯＸ濃度２５１、及び排ガス温度２５２が、各検出器１０１、１０２、１０３によって運転中のプラントから検出される。検出された排ガス流量２５０と排ガスＮＯＸ濃度２５１は、それぞれ一時遅れフィルタ１０４、１０５によってノイズ除去された後、乗算器１０６において乗算される。排ガス流量２５０に排ガスＮＯＸ濃度２５１を乗算することにより脱硝装置の入口でのＮＯＸ流量に相当する信号２０１が算出される。算出された入口ＮＯＸ流量相当信号２０１は、微分器１０７によって微分されて微分先行信号２０２が取り出される。この微分先行信号２０２は負荷変動時の制御の時間遅れを補償するための先行信号であり、加算器１０８によって入口ＮＯＸ流量相当信号２０１に加算され（ただし正の場合のみ）、微分先行信号を含む入口ＮＯＸ流量相当信号２０３が算出される。この入口ＮＯＸ流量相当信号２０３に単位換算の係数１０９が乗算器１１０において乗算されることにより、入口ＮＯＸ流量２０４が算出される。以上の制御ロジックは本発明のＮＨ３注入量制御装置にかかるＮＯＸ流量検出手段に相当している。そしてＮＯＸ流量信号２０４に対して、化学両論的な換算係数１１９が乗算器において乗算されることにより、ＮＨ３注入量のフィードフォワード成分２１３が算出される。
【００３３】
一方、検出器１０３で検出された排ガス温度２５２は、変換マップ１１１に照合されて排ガス温度に応じた極小点のモル比２０５に変換される。極小点のモル比は、検出された排ガス温度条件下において出口ＮＯＸ濃度を最小にするモル比（ＮＨ３／ＮＯＸモル比）であり、排ガス温度と極小点のモル比との関係は予め実験や設計計算等によって求められている。得られた極小点のモル比２０５は加算器１１３により調整用バイアス１１２が加算される。この調整用バイアス１１２は、例えば実機と設計計算との差を補償するための補正値であり、調整用バイアス１１２が加算補正されたモル比（Ｋ０）２０６が、ＮＨ３注入量を設定する上での基準値となる。図６に示すように特性曲線は排ガス温度により変化し、それに応じて極小点に対応するモル比も変化するので、このように基準モル比（Ｋ０）２０６の設定を排ガス温度２５２に応じて変化する設定にすることで、制御精度を高めることができる。
【００３４】
ＮＨ３注入量の設定値２０９は、この基準モル比（Ｋ０）２０６に後述するフィードバック成分２０７を加算器１１４で加算した要求モル比（Ｋ）２０８に、前述のＮＨ３フィードフォワード成分２１３を乗算器１１５で乗算することで求められる。求められたＮＨ３注入量設定値２０９は、流量計１１８によって計測されたＮＨ３注入量２１０とともにＰＩ調節計１１６に入力される。ＰＩ調節計１１６は、ＮＨ３注入量設定値２０９と現時点でのＮＨ３注入量２１０との偏差に応じた比例積分制御によって、流量制御弁１１７の調整量２１１を算出している。流量制御弁１１７は、ＰＩ調節計１１６から入力される調整量２１１に応じてＮＨ３注入量２１０を制御している。本実施形態では、これらＰＩ調節計１１６及び流量制御弁１１７により本発明のＮＨ３注入量制御装置にかかるＮＨ３注入量調整手段が構成されている。
【００３５】
次に、フィードバック制御の制御ロジックについて図３を用いて説明する。ここでは、脱硝装置出口でのＮＯＸ濃度（ＰＶ）が検出器（ＮＯＸ濃度検出手段）１２１によって脱硝装置から検出される。また、入力器（目標ＮＯＸ濃度設定手段）１２２からは、脱硝装置出口での目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）が入力される。目標ＮＯＸ濃度２２２と出口ＮＯＸ濃度２２１とは比較器１２３で比較され、その比較信号（ＳＶ−ＰＶ）２２３が算出される。加算器１２５には、比較器１２３の比較信号２２３と目標ＮＯＸ濃度２２２とが入力され、その加算値である出口ＮＯＸ濃度２２１の反転値（ＳＶ−ＰＶ＋ＳＶ）が仮想出口ＮＯＸ濃度２２４として低値選択器１２６に入力される。
【００３６】
高値選択器１２７には、出口ＮＯＸ濃度２２１と、仮想出口ＮＯＸ濃度２２７とが入力されている。この仮想出口ＮＯＸ濃度２２７は、比較器１２９において目標ＮＯＸ濃度２２２からオフセット値｛Ｓ０（Ｋ’）｝２２６を減算した値であり、オフセット値２２６は、モル比（Ｋ’）２４０を変換マップ１３１に照合することで得ることができる。変換マップ１３１では、オフセット値２２６はモル比（Ｋ’）２４０に応じて単調増加するように設定されている。
【００３７】
なお、モル比２４０は、入口ＮＯＸ流量２０４とＮＨ３注入量２１０とを、それぞれ一時遅れフィルタ１３３、１３４によってノイズ除去された後、除算器１３５においてＮＨ３注入量２１０から入口ＮＯＸ流量２０４を除算することで算出される（Ｋ’＝ＮＨ３／ＮＯＸ）。また、算出されたモル比２４０は比較器１３６にも入力される。比較器１３６では、基準モル比２０６とモル比２４０とが比較され、その比較信号（Ｋ’−Ｋ０）２４１は判定器１３７に入力される。
【００３８】
高値選択器１２７は、２つの入力の何れか大きい方を選択して出力するようになっている。ここでは、仮想出口ＮＯＸ濃度２２７が出口ＮＯＸ濃度２２１よりも大きい場合には出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）２２１が選択され、仮想出口ＮＯＸ濃度２２７が出口ＮＯＸ濃度２２１以下の場合には仮想出口ＮＯＸ濃度｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’）｝２２７が選択されて出力される。
【００３９】
低値選択器１２６は、２つの入力値のうち小さい方を選択して出力する。ここでは、低値選択器１２６には仮想出口ＮＯＸ濃度（ＳＶ−ＰＶ＋ＳＶ）２２４と仮想出口ＮＯＸ濃度｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’）｝２２７とが入力されており、何れか小さい方の仮想出口ＮＯＸ濃度を選択して切替スイッチ１２８に入力する。
切替スイッチ１２８は、判定器１３７の判定結果に基づき２つの入力、すなわち、低値選択器１２６の選択信号２２８と高値選択器１２７の選択信号２２９の何れか一方を選択して変化率リミッタ１３８に出力する。判定器１３７では、比較信号２４１が０以上か否か、すなわち、モル比（Ｋ’）２４０が基準モル比（Ｋ０）２０６以上か否かを判定しており、モル比２４０が基準モル比２０６未満の場合には、切替スイッチ１２８では高値選択器１２７の選択信号２２９が選択され、モル比２４０が基準モル比２０６以上の場合には、選択器１２６の選択信号２２８が選択される。
【００４０】
この結果、切替スイッチ１２８から出力される選択信号２３０は、モル比（Ｋ’）２４０が基準モル比（Ｋ０）２０６未満の場合には、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）２２１と仮想出口ＮＯＸ濃度｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’）｝２２７の何れか大きい方となる。そして、モル比（Ｋ’）２４０が基準モル比（Ｋ０）２０６以上の場合には、仮想出口ＮＯＸ濃度（ＳＶ−ＰＶ＋ＳＶ）２２４と仮想出口ＮＯＸ濃度｛ＳＶ−Ｓ０（Ｋ’）｝２２７の何れか小さい方となる。以上の制御ロジックは本発明のＮＨ３注入量制御装置にかかる判定手段及び仮想ＮＯＸ濃度設定手段に相当している。
【００４１】
切替スイッチ１２８の選択信号２３０は、変化率リミッタ１３８においてその変化率が制限された上で、制御量（ＰＶ’）２３１としてＰＩ調節計（フィードバック制御手段）１３９に入力される。ＰＩ調節計１３９は、目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）２２２と制御量（ＰＶ’）２３１との偏差に応じた比例積分制御によって、フィードバック制御量（ＭＶ）２３２を算出している。算出されたフィードバック制御量２３２は、変換マップ１４０によってモル比のフィードバック成分２０７に変換され、加算器１１４において基準モル比（Ｋ０）２０６に加算される。
【００４２】
なお、本実施形態では、ＰＩ調節計１３９の比例ゲイン（ｋＰ）２４５は、排ガス温度やモル比に応じて調整される。具体的には、所定の基準温度における基準比例ゲイン（ｋＰ０）１４５が定められており、この基準比例ゲイン（ｋＰ０）１４５に対して乗算器１４３、１４４を介して温度対応補正ゲイン２４６とモル比対応補正ゲイン２４７とが乗算されることにより、比例ゲイン（ｋＰ）２４５が算出される。温度対応補正ゲイン２４６は、排ガス温度２５２に対応付けられて変換マップ１４１に記憶されており、モル比対応補正ゲイン２４７は、モル比（Ｋ’）２４０と基準モル比（Ｋ０）２０６との偏差に対応付けられて変換マップ１４２に記憶されている。特性曲線の右側と左側とでは化学反応が異なるため時定数が大きく変化し、また、排ガス温度によって脱硝装置の反応速度も大きく異なるので、このようにモル比や排ガス温度に応じてフィードバック制御の比例ゲイン（ｋＰ）２４５を変化させることで、運転点を目標運転点付近により速やかに収束させることが可能になる。
【００４３】
以上が本実施形態にかかる脱硝装置の制御装置の制御ロジックであるが、さらに、図２のＰＩ調節計１１６で算出される調整量２３２に対し、図４に示すような制御ロジックによる処理を付加してもよい。この制御ロジックは、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を大きく下回る状態が長く続いた後に、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を大きく超えるオーバーシュートが発生するのを防止するための制御ロジックである。
【００４４】
前述のように特性曲線の右側と左側とでは化学反応が異なるため時定数が大きく変化し、特性曲線の右側ほど、すなわち、モル比が大きいほど反応速度は遅くなる。このため、運転点が目標運転点よりも右側にある場合にはＮＨ３注入量を減少させるようにフィードバック制御が行われるが、ＮＨ３注入量を減少させてもすぐには出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）は変化しない。このため、運転点が目標運転点よりも右側にある状態が長く続いた場合には、ＮＨ３注入量が過剰に減少調整される。その後、この影響が遅れてあらわれ、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が増大し、目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を大きく超えてオーバーシュートしてしまう可能性がある。このようなオーバーシュートの発生は、目標濃度以上のＮＯＸを排出してしまうだけでなく、運転点の目標運転点への収束を遅らせてしまうという問題がある。
【００４５】
そこで、図４に示す制御ロジックでは、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を大きく下回る状態が長く続いた後にＮＯＸ濃度が目標ＮＯＸ濃度に近づいた場合には、ＮＨ３注入量の調整量を一時的に多くしてＮＨ３注入量が過剰に減少調整されてしまうことを防止している。具体的には、調整量（ＸＣＭＶ）２３２を１制御周期分遅らせた信号２６４と所定の補正用調整量（ＭＶＲ）１５０とを加算器１５１で加算し、その加算値２６１を除算器１５２で２で割ることにより平均値｛（ＸＣＭＶ＋ＭＶＲ）／２｝２６２を求め、この平均値２６２と調整量２１１との何れかを切替器１５３により選択してトラッキング信号２６３としてＰＩ調節計１３９に出力している。なお、補正用調整量１５０は調整量２３２に比較してやや大きい値に設定されている。このため、切替器１５３において平均値２６２が選択されたときには、ＮＨ３注入量の調整量は通常よりもやや大きく設定されることになる。
【００４６】
切替器１５３の切替動作はＡＮＤ器１６４からの信号に基づき行われるようになっている。すなわち、ＡＮＤ器１６４のＡＮＤ条件が成立した場合には、切替器１５３はトラッキング信号２６３として平均値２６２を選択し、成立していない場合には調整量２１１を選択する。
ＡＮＤ器１６４のＡＮＤ条件は、次の３つの条件が成立した場合に成立する。第一の条件はディレイタイマ１５９がオンになることである。ディレイタイマ１５９は判定器１５７の判定が成立してからの時間を計時しており、所定時間Ｔ１を経過したらオンになる。判定器１５７は、比較器１５４、１５６により算出される目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）２２２から出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）２２１と閾値（ＫＲ）１５５とを減算した値（ＳＶ−ＫＲ−ＰＶ）２６５が０より大きいか判定している。第二の条件は判定器１５８の判定が成立することである。判定器１５８は、比較器１５４により算出される目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）２２２から出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）２２１を減算した値（ＳＶ−ＰＶ）２６４が０より大きいか判定している。そして、第三の条件は判定器１６３の判定が成立することである。判定器１６３は、比較器１６２により算出される基準モル比（Ｋ０）２０６から要求モル比（Ｋ）２０８を減算した値（Ｋ０−Ｋ）２６６が０より大きいか判定している。以上の３つの条件は、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を大きく下回る（ＰＶ＜ＳＶ−ＫＲ）状態が長く続いた後に、運転点が極小点よりも左側の領域で、出口ＮＯＸ濃度（ＰＶ）が目標ＮＯＸ濃度（ＳＶ）を超えた状態になったことを意味している。
【００４７】
ＡＮＤ器１６４のＡＮＤ条件は、フリップフロップ１６１の出力がオフになることで解除される。フリップフロップ１６１は、そのセット端子にディレイタイマ１５９の信号が入力され、リセット端子にディレイタイマ１６０の信号が入力されている。ディレイタイマ１６０は、判定器１５８の判定が成立してからの時間を計時しており、所定時間Ｔ２（１制御周期分）を経過したらオンになる。ディレイタイマ１６０がオンになることで、フリップフロップ１６１の出力信号はオフにリセットされる。これにより、通常の調整量２３２に基づいたＮＨ３注入量の調整が行われる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２〜図４に示す制御ロジックは、あくまでも本発明のＮＨ３注入量制御方法を制御装置により実施する上での制御ロジックの一例にすぎない。したがって、本発明のＮＨ３注入量制御方法を実施することができる限りは、他の制御ロジックを採用することも勿論可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、仮想ＮＯＸ濃度を設定するための仮想の特性線として、式（１）、式（２）の関数で表される特性線を用いているが、この仮想の特性線は、目標ＮＯＸ濃度より小さく且つモル比の増大に対して単調に減少するような特性線であればよい。このような特性線であれば、目標運転点を一意に定めることができる。
【００５０】
さらに、本発明のＮＨ３注入量制御方法が利用しているフィードバック制御方法は、脱硝装置におけるＮＨ３注入量の制御方法への応用にのみ限定されるものではない。すなわち、入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極小値を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて、出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法であれば、用途を問わず適用することができる。
【００５１】
したがって、図５（ａ）に実線で示すように下に凸のＶ字型の特性曲線を示すシステムにおいて、極小点よりも右側の目標運転点に運転点を収束させたい場合には、入力値に対する仮想の出力値を、図中の領域（Ｂ）での入力値に対する出力値の傾きと領域（Ａ）での入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に変化するような、すなわち、領域（Ａ）から領域（Ｂ）にかけて単調増加するような仮想の特性線（太実線で示す）に従って設定し、目標出力値（ＳＶ）と仮想出力値との偏差に応じて仮想出力値を目標出力値に近づける方向に入力値を変化させればよい。ここでは、目標運転点よりも右側の特性曲線を単調増加曲線（二点鎖線で示す）に置き換えている。
【００５２】
また、本発明は、入出力値間の相関関係が入出力値をＸＹ座標とする平面上で一つの極大値を有するＶ字型の特性曲線を示すＶ字型特性システムにおいて、出力値を目標出力値に近づけるためのフィードバック制御方法にも応用することができる。
例えば、図５（ｂ）に実線で示すように上に凸のＶ字型の特性曲線を示すシステムにおいて、極大点よりも左側の目標運転点に運転点を収束させたい場合には、入力値に対する仮想の出力値を、図中の領域（Ａ）での入力値に対する出力値の傾きと領域（Ｂ）での入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に変化するような、すなわち、領域（Ａ）から領域（Ｂ）にかけて単調増加するような仮想の特性線（太実線で示す）に従って設定し、目標出力値（ＳＶ）と仮想出力値との偏差に応じて仮想出力値を目標出力値に近づける方向に入力値を変化させればよい。ここでは、目標運転点よりも右側の特性曲線を単調増加曲線（二点鎖線で示す）に置き換えている。
【００５３】
また、図５（ｃ）に実線で示すように上に凸のＶ字型の特性曲線を示すシステムにおいて、極大点よりも右側の目標運転点に運転点を収束させたい場合には、入力値に対する仮想の出力値を、図中の領域（Ａ）での入力値に対する出力値の傾きと領域（Ｂ）での入力値に対する出力値の傾きとが異符号とならずに単調に変化するような、すなわち、領域（Ａ）から領域（Ｂ）にかけて単調減少するような仮想の特性線（太実線で示す）に従って設定し、目標出力値（ＳＶ）と仮想出力値との偏差に応じて仮想出力値を目標出力値に近づける方向に入力値を変化させればよい。ここでは、目標運転点よりも左側の特性曲線を単調減少曲線（二点鎖線で示す）に置き換えている。
【００５４】
いずれの場合においても、各図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）中に太実線で示すように、変極点がなく単調に変化する仮想特性曲線にしたがってフィードバック制御を行うことが可能になり、運転点を所望の目標運転点付近に安定して収束させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の脱硝装置のＮＨ３注入量制御方法及び制御装置によれば、極小点がなく単調に変化する仮想の特性線に従ってフィードバック制御を行うことができるので、運転点を所望の目標運転点付近に安定して収束させることができる。そして、極小点よりも小側の領域においてＮＯＸ濃度が目標ＮＯＸ濃度となる運転点が目標運転点となるので、最小のＮＨ３注入量でＮＯＸ濃度を所定の目標ＮＯＸ濃度以下に抑制することができる。したがって、ＮＨ３消費量を抑えてランニングコストを低減することができるとともに、リークＮＨ３量を極微量に抑えることもできる。
【００５６】
また、本発明のＶ字型特性システムにおけるフィードバック制御方法及び制御装置によれば、極小点がなく単調に変化する仮想の特性線に従ってフィードバック制御を行うことになるので、運転点を所望の目標運転点付近に安定して収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる脱硝装置の静特性を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態にかかるフィードフォワード制御の制御ロジックを示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるフィードバック制御の制御ロジックを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるオーバーシュート防止制御の制御ロジックを示すブロック図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明のフィードバック制御方法の他の適用例を示す図である。
【図６】下に凸のＶ字型の静特性を有する脱硝装置におけるＮＨ３／ＮＯＸモル比と出口ＮＯＸ濃度との関係と、ＮＨ３／ＮＯＸモル比とリークＮＨ３量との関係を併せて示す図である。
【符号の説明】
１０１  排ガス流量検出器
１０２  排ガスＮＯＸ濃度検出器
１０３  排ガス温度検出器
１０４、１０５、１３３、１３４  一時遅れフィルタ
１０６、１１０、１１５、１２０、１４３、１４４  乗算器
１０８、１１３、１１４、１５１、１２５  加算器
１１１、１３１、１４０、１４１、１４２  変換マップ
１１６、１３９  ＰＩ調節計
１１７  流量制御弁
１２１  出口ＮＯＸ濃度検出器
１２２  目標ＮＯＸ濃度入力器
１２３、１２９、１３６、１５４、１５６、１６２比較器
１３７、１５７、１５８、１６３  判定器
１２６  低値選択器
１２７  高値選択器
１２８、１５３  切替器
１３５、１５２  除算器
１５９、１６０  ディレイタイマ
１６１  フリップフロップ
１６４  ＡＮＤ器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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