(57)【要約】【課題】先行制御的な補正を行うファジィ補正を補償してＮＨ３注入量が過剰気味にならず、出口ＮＯｘ濃度が設定範囲内に収まるような排ガス処理装置と方法を提供すること。【解決手段】排ガス中のＮＯｘに対して脱硝触媒上でＮＨ３を注入して反応させ、脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度が所定範囲内に入るようにＮＨ３流量を制御する場合に、ＮＨ３流量、電力指令値から決まるＮＨ３要求モル比の値、ファジィ推論に基づく先行補正値及び脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度とその設定値との偏差によるフィードバック補正の総和により演算する脱硝制御方法であって、（ａ）脱硝装置の入口排ガス中のＮＯｘ濃度、出口ＮＯｘ濃度、出口ＮＯｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度設定上限、出口ＮＯｘ濃度設定下限及び（ｂ）脱硝装置における排ガス中のＨ２Ｏ濃度、入口ＮＯｘ濃度、排ガス流量及びＯ２濃度の時間的変動を概略想定して作成された運転条件を入力し、非線形最適制御によりＮＨ３注入量の最適フィードバック操作量を出力する排ガス処理方法。【選択図】  図１
2004154693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）脱硝装置の入口排ガス中のＮＯｘ濃度、脱硝装置の出口排ガス中のＮＯｘ濃度、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定値、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定上限、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定下限及び（ｂ）脱硝装置における排ガス中のＨ２Ｏ濃度、前記入口ＮＯｘ濃度、排ガス流量及びＯ２濃度の時間的変動を概略想定して作成された運転条件を入力し、非線形最適制御によりＮＨ３注入量の最適フィードバック操作量を出力し、該出力値と排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）に対して脱硝触媒上でアンモニア（ＮＨ３）を注入して反応させ、ＮＨ３流量、メガ・ワット・デマンドＭＷＤ（電力指令値）から決まるＮＨ３要求モル比の値、ファジィ推論に基づく先行補正値及び脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度とその設定値との偏差によるフィードバック補正の総和により、脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度が所定範囲内に入るようにＮＨ３流量を制御することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】
前記（ａ）及び（ｂ）の他に（ｃ）前記入口排ガス中のＮＯｘ変動が前記出口排ガス中のＮＯｘ値に与えるの影響度合いを最小化するための変動抑制定数を入力して、非線形最適制御により最適フィードバック操作量を出力することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
非線形最適制御は、前記入口排ガス中のＮＯｘ濃度と前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度から現在触媒上に吸着しているＮＨ３量を推定する吸着ＮＨ３逆算量と該吸着ＮＨ３逆算量から前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度の設定値の対応する現在の触媒上に吸着しているＮＨ３量を推定する吸着ＮＨ３デマンド量を計算し、
前記吸着ＮＨ３逆算量と吸着ＮＨ３デマンド量の偏差である吸着ＮＨ３量偏差を求め、
該吸着ＮＨ３量偏差と排ガス処理時間に対する吸着ＮＨ３量の時間変化率を決める状態方程式と、該状態方程式の右辺を吸着ＮＨ３量で微分して得られる一次導関数と、出口排ガス中のＮＯｘ濃度の上限と下限を有する数学的関数で数式により表現し、これらから得られる関数とにより複素関数である波動関数を求め、
該波動関数の複素関数の偏角を排ガス処理時間で偏微分し、
該偏微分の結果から最適ＮＨ３添加流量を求めることを特徴とする請求項１または２記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
ファジィ推論に基づく先行補正値は、負荷変化率、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度変化率、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度と設定値間の制御偏差、上記制御偏差の変化率、前記入口排ガス中のＮＯｘ濃度変化率、前記入口排ガス中のＮＯｘ濃度の２階微分、排ガス生成源である燃焼装置の燃料粉砕用ミル起動／停止タイミングからなる７つの状態量を「ＩＦ」部とし、ファジィ演算により「ＴＨＥＮ」部として推論することを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス処理方法。
【請求項５】
燃焼装置から排出する排ガスの流路に上流から順に設けた排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）に対して脱硝触媒上にアンモニア（ＮＨ３）を注入するＮＨ３注入量を制御するＮＨ３注入器と、該注入したＮＨ３と排ガスを反応させる排ガス脱硝装置と、排ガス脱硝装置入口の排ガス入口ＮＯｘ濃度を計測する濃度計と排ガス脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を計測する出口ＮＯｘ濃度計と、
（ａ）前記入口ＮＯｘ濃度計による脱硝装置の入口排ガス中のＮＯｘ濃度、前記出口ＮＯｘ濃度計による脱硝装置の出口排ガス中のＮＯｘ濃度、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定値、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定上限、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定下限及び（ｂ）脱硝装置における排ガス中のＨ２Ｏ濃度、前記入口ＮＯｘ濃度、排ガス流量及びＯ２濃度の時間的変動を概略想定して作成された運転条件を入力し、非線形最適制御によりＮＨ３注入量の最適フィードバック操作量を出力する非線形最適制御装置と、
該非線形最適制御装置の出力、メガ・ワット・デマンドＭＷＤ（電力指令値）から決まるＮＨ３要求モル比、ファジィ推論に基づく先行補正値及び前記出口ＮＯｘ濃度とから得られる修正ＮＨ３要求モル比から前記排ガス脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度が所定範囲内に入るようにＮＨ３注入器によるＮＨ３流量を演算する演算装置と
を備えた脱硝制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭焚きボイラ等の脱硝制御装置のような非線形でかつ外乱の変動の大きい化学反応を最適に制御するに好適な排ガス処理制御方法及び装置に関する。また、本来的に不安定な物理現象に起因して運転条件に外乱が生じても、できるだけ反応系に悪影響を及ぼさないように、その影響度合いを定量的に入力することができ、このため最適フィードバック制御と併用するに好適な排ガス処理制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書における脱硝装置とは、還元剤としてＮＨ３を排ガス中に注入し、設置した脱硝触媒上で注入したＮＨ３と排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を反応させて、窒素と水にする装置のことである。
【０００３】
排ガス中のＮＯｘは注入するＮＨ３と上記の反応により、窒素と水になるので、基本的には、注入するＮＨ３量は、処理すべきＮＯｘ量に見合った量を注入することになる。注入したＮＨ３はＮＯｘとの反応に使用される以外に、脱硝触媒表面上に吸着し得る量だけ吸着する。一方、注入するＮＨ３量が処理すべきＮＯｘ量に対して不足するとＮＯｘが処理しきれなくなり、脱硝装置出口ＮＯｘ濃度を所定値以下にすることができなくなる。
【０００４】
従来技術における脱硝制御装置の系統図を図９に示す。
脱硝装置出口ＮＯｘ濃度（以下、単に出口ＮＯｘ濃度という）１０７は出口ＮＯｘ濃度設定値１０５と減算器２０２ａにおいて比較され、その偏差、すなわち出口ＮＯｘ濃度偏差１０８が出力される。該出口ＮＯｘ濃度偏差１０８はＰＩ（比例・積分）調節器２０３ａに入力されて、その出力はモル比修正量１０９である。
【０００５】
また、石炭焚きボイラにおける石炭の粉砕用ミルの入り・切りによるＮＯｘ発生への対応に主眼をおいた先行的補正としてファジィ補正１５１が演算・発生される。一方、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５を関数発生器２０１ｂに入力して必要モル比１０６が演算される。
【０００６】
以上のモル比修正量１０９、ファジィ補正１５１及び必要モル比１０６の３者の総和を加算器２０５ｃで加算して修正モル比１１０を計算する。
【０００７】
この修正モル比１１０を脱硝装置入口ＮＯｘ流量１０４と乗算器２０４ｂで乗算演算して必要ＮＨ３流量１１１を得る。ここで、入口ＮＯｘ流量１０４は脱硝装置入口ＮＯｘ濃度（以下、単に入口ＮＯｘ濃度という）１０１と燃焼排ガス流量１０３とを乗算器２０４ａで乗算演算した結果として計算されるが、燃焼排ガス流量１０３は空気流量１０２の関数発生器２０１ａによる出力である。
【０００８】
ＮＨ３流量１１２はこの必要ＮＨ３流量１１１と減算器２０２ｂで比較され、その偏差、すなわちＮＨ３流量偏差１１３が算出され、これをＰＩ調節器２０３ｃに入力することでＮＨ３流量調節量１１４が得られる。
【０００９】
図９に示す従来制御系におけるフィードバック及びファジィ補正の特徴と問題点について以下説明する。
この従来技術における修正モル比１１０の各成分のうちベース値は必要モル比１０６で算定される。ここで、その他の成分、すなわちフィードバック補正であるモル比修正量１０９、先行補正であるファジィ補正１５１についてその役割を略述すると以下のようになる。
【００１０】
＜フィードバック補正＞
先ず、フィードバック成分であるモル比修正量１０９は、出口ＮＯｘ濃度１０７が、その設定値１０５に接近するための操作に寄与する。ここで従来技術の特徴は２つあって、先ずＮＯｘ濃度設定値が、本来は上限・下限の２種類であるにもかかわらず単一値の出口ＮＯｘ濃度設定値１０５として与えられること、次いで、このフィードバックを決めるＰ（比例）とＩ（積分）の各因子の重み係数が経験的に決定されており、且つ負荷バンド毎に関数発生器（図示せず）により設定されていることである。
【００１１】
＜ファジィ補正＞
次にファジィ補正１５１について概略を示す。ファジィ補正１５１においては、この従来例の場合にあっては、以下の７つの状態量を「ＩＦ」部とし、ファジィ演算により「ＴＨＥＮ」部としてファジィ補正１５１を演算するものである。すなわち、ＩＦ部は、
１．負荷変化率
２．出口ＮＯｘ濃度変化率
３．出口ＮＯｘ濃度と設定値間の制御偏差
４．上記制御偏差の変化率
５．入口ＮＯｘ濃度変化率
６．入口ＮＯｘ濃度の２階微分
７．ミル起動／停止タイミング
である。これらの状態量の値の大小をファジィレベル：負で絶対的に大きい、負で非常に大きい、負で大きい、負で中くらい、負で小さい、負で非常に小さい、ゼロ、正で非常に小さい、正で小さい、正で中くらい、正で大きい、正で非常に大きい、正で絶対的に大きい、という、この例の場合であれば１３レベルに分解する。その上で、例えば、ファジィルールとして、
｛出口ＮＯｘ濃度変化率２が正で非常に大きい｝且つ｛負荷変化率１が正で小さい｝ならば｛ＮＨ３注入量は正で非常に大きい｝
のような「もし（ＩＦ）〜ならば、そのときは（ＴＨＥＮ）〜とせよ」と言う形のＩＦ−ＴＨＥＮ推論を構成する。ＩＦ部に対応する計測数値を、これらルールに入力して得られるメンバシップ関数の重心を採用することで、最終的にファジィ補正１５１を数値として得る。
【００１２】
このようなファジィ補正１５１においては、特に、バーナ点火（ミル起動）あるいはバーナ消火（ミル停止）において空気流量と燃料量のアンバランスにより過大なＮＯｘ量が発生し得ることから、脱硝反応器に入るＮＯｘ濃度に見合うより、常に多目にＮＨ３注入量の補正をすることになる。これは、出口ＮＯｘ濃度についてはあくまで上限を押さえることが主眼であるという設計思想によるものである。
【００１３】
従って、従来技術においては、ファジィ補正はＮＨ３量を多目に注入するが、これを抑制する方向のアクションは組み込まれていない。すなわち、下限に対応する制御がなおざりにされていることが問題点としてある。
【００１４】
このため従来技術では、出口ＮＯｘ濃度は上限設定を守るようにできるものの、下限は常に下限より下方に逸脱したアンダ気味になりやすい制御結果となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術の問題点として、要するに先行制御的な補正を行うファジィ補正はＮＨ３を過剰気味に注入する指令となり、この指令をＰＩフィードバック補正ではうまく補償できていないことがある。この事情を図８の制御結果を用いて説明する。図８は負荷下降時のメガ・ワット・デマンドＭＷＤ（電力指令値）６０１、アンモニア供給流量６０２、出口ＮＯｘ濃度１０７の変化を示す。
【００１６】
ＭＷＤ６０１でみると約１００〜５０％へ負荷下降している。入口ＮＯｘ濃度に応じてＮＨ３注入量６０２を変化させるが、図示していないがファジィ補正が多目に効く結果、この注入量は多目となっており、このため出口ＮＯｘ濃度１０７が上限１６２を満足するものの下限１６３を大きく逸脱するものとなる。
【００１７】
本発明の課題は、先行制御的な補正を行うファジィ補正を補償してＮＨ３注入量が過剰気味にならず、出口ＮＯｘ濃度が設定範囲内に収まるような排ガス処理装置と方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
すなわち、（ａ）脱硝装置の入口排ガス中のＮＯｘ濃度、脱硝装置の出口排ガス中のＮＯｘ濃度、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定値、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定上限、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度設定下限及び（ｂ）脱硝装置における排ガス中のＨ２Ｏ濃度、前記入口ＮＯｘ濃度、排ガス流量及びＯ２濃度の時間的変動を概略想定して作成された運転条件を入力し、非線形最適制御によりＮＨ３注入量の最適フィードバック操作量を出力し、該出力値と排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）に対して脱硝触媒上でアンモニア（ＮＨ３）を注入して反応させ、ＮＨ３流量、メガ・ワット・デマンドＭＷＤ（電力指令値）から決まるＮＨ３要求モル比の値、ファジィ推論に基づく先行補正値及び脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度とその設定値との偏差によるフィードバック補正の総和により、脱硝装置出口排ガス中のＮＯｘ濃度が所定範囲内に入るようにＮＨ３流量を制御する排ガス処理方法である。
【００１９】
ここで、前記（ａ）及び（ｂ）の他に（ｃ）前記入口排ガス中のＮＯｘ変動が前記出口排ガス中のＮＯｘ値に与えるの影響度合いを最小化するための変動抑制定数を入力して、非線形最適制御により最適フィードバック操作量を出力する方法を用いることもできる。
【００２０】
また、前記非線形最適制御は、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度から現在触媒上に吸着しているＮＨ３量を推定する吸着ＮＨ３逆算量と該吸着ＮＨ３逆算量から出口ＮＯｘ濃度の設定値の対応する現在の触媒上に吸着しているＮＨ３量を推定する吸着ＮＨ３デマンド量を計算し、前記吸着ＮＨ３逆算量と吸着ＮＨ３デマンド量の偏差である吸着ＮＨ３量偏差を求め、該吸着ＮＨ３量偏差と排ガス処理時間に対する吸着ＮＨ３量の時間変化率を決める状態方程式の時間変化率と、該状態方程式の右辺を吸着ＮＨ３量で微分して得られる一次導関数と、排ガス出口でのＮＯｘ濃度の上限と下限を有する数学的関数で数式により表現し、これらから得られる関数とにより複素関数である波動関数を求め、該波動関数の複素関数の偏角を排ガス処理時間で偏微分し、該偏微分の結果から最適ＮＨ３添加流量を求めることができる。
【００２１】
さらに、前記ファジィ推論に基づく先行補正値は、負荷変化率、出口ＮＯｘ濃度変化率、出口ＮＯｘ濃度と設定値間の制御偏差、上記制御偏差の変化率、入口ＮＯｘ濃度変化率、入口ＮＯｘ濃度の２階微分、ミル起動／停止タイミングからなる７つの状態量を「ＩＦ」部とし、ファジィ演算により「ＴＨＥＮ」部として推論することで得られる。
【００２２】
また、本発明の上記課題は、ファジィ推論に基づく先行補正値は、負荷変化率、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度変化率、前記出口排ガス中のＮＯｘ濃度と設定値間の制御偏差、上記制御偏差の変化率、前記入口排ガス中のＮＯｘ濃度変化率、前記入口排ガス中のＮＯｘ濃度の２階微分、排ガス生成源である燃焼装置の燃料粉砕用ミル起動／停止タイミングからなる７つの状態量を「ＩＦ」部とし、ファジィ演算により「ＴＨＥＮ」部として推論する排ガス処理方法により解決できる。
【００２３】
【作用】
従来技術の前記問題点を解決するためには、論理的には二つの選択があり得る。一つはフィードバック補正を最適化する事であり、今一つの可能性は、先行補正の改良である。
【００２４】
本発明は、前者、すなわちフィードバック補正の最適化を行うことで適切な制御をする。このために考え得るアイディアとしては、先ず触媒上の残存／吸着ＮＨ３量に着目した制御である。すなわち、脱硝の動特性を決定するのは吸着ＮＨ３量のダイナミックスであり、これを最適量に保持するようフィードバック補正するならばそれに対応して出口ＮＯｘ濃度が常に上限と下限の範囲内に入ると予想できる。
【００２５】
しかし、このアイディアを実現するためには、
ａ．触媒モデルと触媒特性との誤差の回復手段、
ｂ．制御定数の負荷バンドごとの最適チューニング手段、
の２点を制御装置に組み込んでおく必要がある。
【００２６】
言い換えれば、制御装置の仕様として、
ａ．モデル誤差の許容、
ｂ．制御定数の自動的チューニング
の２項目が課せられることになる。
【００２７】
このような仕様を満足する制御装置として、本発明では、以下に詳述する「非線形最適制御」を適用する。この制御方法の特徴は、
ａ．完全には最適性ではないが、「準」、「だいたい」の最適性が保証される、ｂ．設計者の直観に応じた自動的な制御定数チューニング機能を有する、
事である。
【００２８】
このとき、フィードバック制御の最適化を非線形最適制御装置により実行する際の外乱として排ガス入口ＮＯｘ濃度の変動が、その非線形最適制御装置に及ぼす悪影響を最小化するように注入ＮＨ３量を補正することによって、先行補正を改良する。
【００２９】
このような仕様を満足する制御装置として、本発明では、非線形最適制御に、入口ＮＯｘ濃度の変動が排ガス出口ＮＯｘ濃度に対して与える影響度合を抑制するための定数を設計者が入力できるような制御装置を適用する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下図面と数式を用いて、本発明の実施の形態の非線形最適制御になる脱硝制御方法及び装置について説明する。
本発明の実施の形態の制御系の構成を図１に示す。図９に示す従来の制御系との相違は、図９のＰＩ調節器２０３ａに代えて非線形最適制御装置１９０を設けることである。この非線形最適制御装置１９０への入力情報は脱硝装置入口排ガス中のＮＯｘ濃度１０１（以下、各種濃度は全て排ガス中の濃度をいう）、出口ＮＯｘ濃度１０７及び出口ＮＯｘ濃度１０７の設定値、すなわち、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５、その上限１６２と下限１６３である。さらに想定される運転条件１６１、すなわちＨ２Ｏ濃度、入口ＮＯｘ濃度、排ガス流量およびＯ２濃度の時間的変動を概略推定して作成された運転条件も入力される。この他に図示していないが、後述の制御コストに関わる関数形状を決めるパラメータも入力され、最適フィードバック補正値１８０が出力される。ここで注目すべきは、単に出口ＮＯｘ濃度設定値１０５のみならず、その上限１６２、下限１６３をも考慮するものとしていることである。これにより、排ガス出口ＮＯｘ濃度１０７が下限設定１６３を下回らないようにする制御仕様を実現することができる。
【００３１】
また、本実施の形態の非線形最適制御系を図２に示す。本実施の形態の制御系は吸着ＮＨ３逆算部１００１、デマンド計算部１００２、コントローラ１００３、波動関数計算部１００４及び最適操作量計算部１００５から成る。
【００３２】
以下各部の内容を説明する。吸着ＮＨ３逆算部１００１では、入口ＮＯｘ濃度１０１と出口ＮＯｘ濃度１０７の計測値から現在触媒上に吸着しているであろうＮＨ３量を推算する。デマンド計算部１００２では、現在触媒上にどれだけ吸着ＮＨ３量が残存していれば出口ＮＯｘ濃度が設定値になるはずであるかを計算し、その吸着ＮＨ３量をデマンド、すなわち吸着ＮＨ３逆算部１００１で推算したＮＨ３量の目標値、として出力する。
これらの吸着ＮＨ３逆算部１００１とデマンド計算部１００２との差が吸着ＮＨ３量偏差１００６である。
【００３３】
コントローラ１００３には制御定数ＨＲ、すなわち正の定数で設計者が設定するパラメータ１９１が入力され、コントローラ１００３の中では、吸着ＮＨ３量の動特性を決めている状態方程式Ｆ（ｘ、ｔ）と、そのｘについての一次導関数∂Ｆ（ｘ、ｔ）／∂ｘ、また上限、下限を仕様として数式表現するための関数Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）が設定されている。ここでｘは吸着ＮＨ３量偏差１００６、ｔは時間である。関数Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）の形を決めるために上限１６２、下限１６３の設定値とともにコスト関数パラメータ値１９２が、このコントローラ１００３に入力される。
【００３４】
波動関数計算部１００４では、コントローラ１００３で設定された状態方程式Ｆ（ｘ、ｔ）、その一次導関数∂Ｆ（ｘ、ｔ）／∂ｘと関数Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）の情報を用いて複素数関数ψ（ｘ、ｔ）が計算される。
【００３５】
最適操作量計算部１００５では、前記複素数関数ψ（ｘ、ｔ）の偏角（複素数の実数軸からの角度）をｘで偏微分することで最適操作量が算出される。
【００３６】
変数ｘは吸着ＮＨ３デマンドからの推算値の偏差
ｘ＝Ｃｎｈ３（ｔ）−Ｃｎｈ３ｄｍ（ｔ）
である。この変数ｘは次の状態方程式
ｄｘ／ｄｔ＝ｕ＋Ｆ（ｘ、ｔ）
を満たす。ｕは注入ＮＨ３量の規定値からの偏差量であり、Ｆ（ｘ、ｔ）は変数ｘの時間変化を規定する。
【００３７】
制御の仕様として次の時間積分が極小になることを要求する。
【数式１】
2004154693.tif 000003
【００３８】
ここで
【数式２】
2004154693.tif 000004
は時間積分であり、δは積分の極小化の演算を示す。
【００３９】
また、被積分関数は
【００４０】
【数式３】
2004154693.tif 000005
であり、Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）が出口ＮＯｘの上限、下限の制限を数学関数として与えている。ここでｍは重み定数であって、ｍを大きくとると出口ＮＯｘの上下限制約よりも操作量ｕの変動抑制に重きがおかれる。
【００４１】
以上の諸関数、Ｆ、Ｖｐｈｙｓ及びパラメータｍと更にもうひとつのパラメータＨＲを使い、次の方程式をたてる。
【数式４】
2004154693.tif 000006
【００４２】
ここで
【数式５】
2004154693.tif 000007
は虚数単位、ψ（ｘ、ｔ）は変数ｘと時間ｔの複素数の値関数、
【００４３】
また
【数式６】
2004154693.tif 000008
はψ（ｘ、ｔ）に作用する偏微分演算子である。
【００４４】
この演算子
【００４５】
【数式７】
2004154693.tif 000009
は線形演算子であるから固有値を有し、その虚部が最小となる固有値に対応する固有関数を
【００４６】
【数式８】
2004154693.tif 000010
とすると、最適操作量ｕは
【００４７】
【数式９】
2004154693.tif 000011
で計算される。
【００４８】
ここでＳは
【００４９】
【数式８】
2004154693.tif 000012
を
【００５０】
【数式１０】
2004154693.tif 000013
と表現して得られる実数値関数である。
【００５１】
以上、従来技術におけるファジィ制御におけるＮＨ３の過剰注入は、非線形フィードバックにより上限とともに下限も数式上で考慮する事により補償される。この事情を図３の制御結果を用いて説明する。図３は負荷下降時であり、ＭＷＤ６０１でみると１００％から５０％へ負荷が下降している時の時系列的な各変化量を示す。
【００５２】
図示しない入口ＮＯｘ濃度に応じてＮＨ３注入（供給）量６０２を変える。図示していないが、ＮＨ３注入（供給）量６０２を変えるときにファジィ補正が多目に効く結果、この注入量は多目となっている。しかし、図３に示すグラフでは、これに対しても非線形フィードバックが効いて、このため出口ＮＯｘ濃度１０７は上限１６２を満足するとともに下限１６３をもほぼ満足するものとなっている。
【００５３】
以下には次善の策としての本発明の非線形最適制御になる脱硝制御方法及び装置について、別の実施の形態を図４と図５に示す。
本制御系を図４に示す。図９に示す従来制御系との相違は、ＰＩ調節器２０３ａに代えて吸着ＮＨ３量制御装置２９０を設けたことである。この吸着ＮＨ３量制御装置２９０への入力は入口ＮＯｘ濃度１０１、出口ＮＯｘ濃度１０７、及びこれらの設定値、すなわち、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５である。さらに該出口ＮＯｘ濃度設定値１０５の上限１６２、下限１６３及び想定される運転条件１６１も入力される。
【００５４】
吸着ＮＨ３量制御装置２９０の詳細を図５に示す。本制御装置２９０は吸着ＮＨ３量逆算部１００１、デマンド計算部１００２及びＰＩ調節器２００５から成る。該ＰＩ調節器２００５においては、吸着ＮＨ３量のデマンド計算部１００２と現時点の吸着ＮＨ３量逆算部１００１の推算値の偏差１００６がＰＩ（比例・積分）制御され、現時点の吸着ＮＨ３量逆算部１００１が最適値、すなわちデマンド計算部１００２の値に追従するように制御される。
以上、従来技術におけるファジィ制御におけるＮＨ３の過剰注入の問題点は吸着ＮＨ３量を最適値にするようなＰＩフィードバックを行う事により補償される。
【００５５】
本発明の他の実施の形態について、図６、図７に示す図面で説明する。
図６に示す制御系の構成は、図１に示す制御系の構成と異なる所は非線形最適制御装置１９０に入口ＮＯｘ変動の出口ＮＯｘ値への影響度合いの制限値３００が入力されることである。
【００５６】
非線形最適制御装置１９０への入力は入口ＮＯｘ濃度１０１、出口ＮＯｘ濃度１０７及びこれらの設定値、すなわち、出口ＮＯｘ濃度設定値１０５、その上限１６２と下限１６３、想定運転条件１６１、さらに入口ＮＯｘ濃度の変動の出口ＮＯｘ濃度への影響度合いの制限値である変動抑制制御定数３００が入力される。この他に図示していないが、後述の制御コストに関わる関数形状を決めるパラメータも入力されることは図１に示す場合と同じである。
【００５７】
変動抑制制御定数３００は、入口ＮＯｘ濃度の変動が出口ＮＯｘ濃度の最適制御に影響を及ぼさないように、あるいはその悪影響を最小にくい止めるための定数である。これにより、入口ＮＯｘ濃度１０１の変動が強い場合であっても、その影響を最小限にくい止める事が可能となり、出口ＮＯｘ濃度１０７が上限１６２と下限１６３を充足するようにする、との制御仕様を表現することができる。
【００５８】
本実施の形態の非線形最適制御系を図７に示す。本実施の形態の制御系は吸着ＮＨ３逆算部１００１、デマンド計算部１００２、コントローラ１００３、波動関数計算部１００４及び最適操作量計算部１００５から成る。
【００５９】
図７に示すように、変動抑制定数３００は波動関数計算部１００４に入力される。該波動関数計算部１００４では、コントローラ１００３で設定された状態方程式Ｆ（ｘ、ｔ）、その一次導関数∂Ｆ（ｘ、ｔ）／∂ｘと関数Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）及び変動抑制定数３００の情報を用いて複素数関数ψ（ｘ、ｔ）が計算される。
【００６０】
具体的には変動抑制係数３００は以下の形で関数Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）に追加される；
Ｖｐｈｙｓ（ｘ、ｔ）＋（変動抑制定数３００）・（入口ＮＯｘ濃度の平方）
最適操作量計算部１００５では、複素数関数ψ（ｘ、ｔ）の偏角（複素数の実数軸からの角度）をｘで偏微分する事で最適操作量が算出される。この際、図１、図２に示す最適操作量計算部１００５に比較して、図６、図７に示す最適操作量計算部１００５のコスト関数が変動抑制定数３００と入口ＮＯｘ濃度の変動に応じて時々刻々に修正されているので、変動抑制定数値に応じて入口ＮＯｘ濃度の変動が出口ＮＯｘ濃度に影響する度合いが抑制されていることになる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、排ガス入口ＮＯｘ濃度の変動が強い場合であっても排ガス出口ＮＯｘ濃度の上限と下限の範囲内に収まる。
また、そのため、排ガス中に注入するＮＨ３量も最適化され、無駄が省けることになり、ＮＨ３注入総量は低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の脱硝制御系統の構成を示す図である。
【図２】図１の脱硝制御系統の中の非線形最適制御部分の詳細を示す図である。
【図３】図１の脱硝制御系統を適用の場合の負荷下降時の出口ＮＯｘ等のトレンド例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の脱硝制御系統の構成を示す図である。
【図５】図４の脱硝制御系統の中の吸着ＮＨ３量制御装置の部分の詳細を示す。
【図６】本発明の他の実施の形態の脱硝制御系統の構成を示す図である。
【図７】図６の脱硝制御系統の中の非線形最適制御部分の詳細を示す図である。
【図８】従来技術になる脱硝制御を適用の場合の負荷下降時の出口ＮＯｘ等のトレンド例を示す図である。
【図９】従来技術になる脱硝制御系統構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１  入口ＮＯｘ濃度                １０２  空気流量
１０３  燃焼排ガス流量                １０４  入口ＮＯｘ流量
１０５  出口ＮＯｘ濃度設定値          １０６  必要モル比
１０７  出口ＮＯｘ濃度                １０８  出口ＮＯｘ濃度偏差
１０９  モル比修正量                  １１０  修正モル比
１１１  必要ＮＨ３流量                  １１２  ＮＨ３流量
１１３  ＮＨ３流量偏差                  １１４  ＮＨ３流量調節量
１５１  ファジィ補正                  １６１  想定運転条件
１６２  出口ＮＯｘ濃度上限            １６３  出口ＮＯｘ濃度下限
１８０  最適フィードバック補正値      １９０  非線形最適制御装置
１９１  制御定数ＨＲ
１９２  コスト関数パラメータ値
２０１  関数発生器                    ２０２  減算器
２０３  ＰＩ調節器                    ２０４  乗算器
２０５  加算器                        ２９０  吸着ＮＨ３量制御装置
３００  変動抑制定数                  ６０１  ＭＷＤ
６０２  アンモニア供給流量            １００１  吸着ＮＨ３逆算部
１００２  吸着ＮＨ３デマンド計算部      １００３  コントローラ
１００４  波動関数計算部              １００５  最適操作量計算部
１００６  吸着ＮＨ３量偏差              ２００５  ＰＩ調節器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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