(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスダクトに配設された排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置と、
前記脱硝装置の入口部にアンモニアを注入するアンモニア注入装置と、
前記脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度を測定する脱硝装置入口ガス分析計と、
前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を測定する脱硝装置出口ガス分析計と、
排ガスを大気放出する煙突の入口部のＮＯｘ濃度を測定する煙突入口ガス分析計と、
前記煙突入口ガス分析計の校正、点検時に信号を出力する校正点検スイッチと、アンモニア注入量及び警報の出力を制御する制御装置とを具備する排煙脱硝設備であって、
前記脱硝装置入口ガス分析計、前記脱硝装置出口ガス分析計、及び前記煙突入口ガス分析計のＮＯｘ濃度測定値に基づきアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えたときは警報を出力し、前記煙突入口ガス分析計の校正、点検時は、前記脱硝装置入口ガス分析計、及び前記脱硝装置出口ガス分析計のＮＯｘ濃度測定値に基づきアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が、予め定める時間継続して運転管理値を超えたときは警報を出力するように制御することを特徴とする排煙脱硝設備。
【請求項２】
排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度、及び煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定し、この３点のＮＯｘ濃度測定値に基づき前記脱硝装置へのアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えたときは警報を出力し、
前記煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する煙突入口ガス分析計の校正、点検時は、前記脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度測定値、及び前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度測定値に基づき前記脱硝装置へのアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が、予め定める時間継続して運転管理値を超えたときは警報を出力するように制御することを特徴とする排煙脱硝設備の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の窒素酸化物を除去する排煙脱硝設備及び排煙脱硝設備の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などで使用されるボイラから排出される排ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれているため、脱硝装置、アンモニア注入装置、ＮＯｘ計などからなる排煙脱硝設備を用いてＮＯｘを除去した後、排ガスを煙突から大気放出している。一般にＮＯｘ除去には、選択接触還元法と呼ばれる排ガス中にアンモニアを吹き込み、触媒上でＮＯｘをアンモニアと反応させ、ＮＯｘを窒素と水に分解する方法が用いられている。具体的には、排ガスを煙突に導く排ガスダクトに脱硝触媒を有する脱硝装置を配設し、脱硝装置の入口側の排ガスダクト内にアンモニアを注入し、脱硝装置でＮＯｘを除去する。
【０００３】
排ガス中のＮＯｘの除去は、触媒上で排ガス中のＮＯｘと外部から注入したアンモニアとを反応させるため、アンモニアの注入量の調整が重要となる。注入するアンモニアの量が不足する場合は、排ガス中のＮＯｘを十分に除去することができない。一方、アンモニア注入量が過剰になると、アンモニアは余剰となりリークアンモニアとして大気に放出される。従来、一般的にアンモニアの注入量は、脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度の測定値、脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度の測定値、処理ガス量、及び脱硝装置の出口ＮＯｘの設定値などを基本にアンモニア注入量が算出され、これにボイラ負荷変動等を考慮した補正が行われていた。このほか、さらに煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定し、このデータを加味しアンモニアの注入量を算出、制御する方法もある。
【０００４】
これに対して従来のアンモニア注入量制御方法は、脱硝装置入口ＮＯｘ計、脱硝装置出口ＮＯｘ計の応答速度遅れが大きく、脱硝装置出口の排出ＮＯｘ濃度がハンチングし規制値を超える恐れがあるとし、これを解決する方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１０４７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、脱硝装置出口の排出ＮＯｘ濃度がハンチングし規制値を超える恐れがあることに対する解決方法を提案するものであるが、排煙脱硝設備にはこの他の課題もある。煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計を備え、煙突入口部のＮＯｘ濃度が環境規制値以下となるように運転する排煙脱硝設備にあっては、アンモニア注入量を制御するに当たり、脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度を基にアンモニア注量設定値ベースを算出し、脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度、及び煙突入口部のＮＯｘ濃度を基に各々補正値を算出し、これを加算してアンモニア注入量設定値を求める。このため、煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計の校正、点検時の排煙脱硝設備の運転方法が問題となる。
【０００６】
煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計を校正、点検するときは、排ガス分析計の出力が大きく変動するため、アンモニア注入量設定値の算出に際しては、煙突入口部のＮＯｘ濃度に基づく補正値はゼロとされる。これは排ガス分析計の校正点検スイッチのオン信号に基づいて行われる。このため排ガス分析計を校正、点検中は、アンモニア注入量を最適に制御することができず、一時的に煙突入口部のＮＯｘ濃度が環境規制値を超えてしまう恐れがある。また、煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計を校正、点検中は、誤警報を防止する観点から煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報回路が遮断されている。
【０００７】
このため運転員は、記録計で煙突入口部のＮＯｘ濃度を確認しながら、必要に応じて手動介入して、煙突入口部のＮＯｘ濃度が環境規制値を越えないようにアンモニア注入量を調整する必要がある。記録計で監視しながらの運転は、運転員の負担が大きい。また排ガス分析計の校正、点検終了後に、校正点検スイッチを切り忘れると、煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報が遮断されたままの状態であるため、煙突入口部のＮＯｘ濃度が環境規制値を超えていても運転員がこれに気付かない恐れがある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、排煙脱硝設備の煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計の校正、点検中及び校正、点検後の運転員の監視負荷を低減することが可能な排煙脱硝設備、及び排煙脱硝設備の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排ガスダクトに配設された排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置と、前記脱硝装置の入口部にアンモニアを注入するアンモニア注入装置と、前記脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度を測定する脱硝装置入口ガス分析計と、前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度を測定する脱硝装置出口ガス分析計と、排ガスを大気放出する煙突の入口部のＮＯｘ濃度を測定する煙突入口ガス分析計と、前記煙突入口ガス分析計の校正、点検時に信号を出力する校正点検スイッチと、アンモニア注入量及び警報の出力を制御する制御装置とを具備する排煙脱硝設備であって、前記脱硝装置入口ガス分析計、前記脱硝装置出口ガス分析計、及び前記煙突入口ガス分析計のＮＯｘ濃度測定値に基づきアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えたときは警報を出力し、前記煙突入口ガス分析計の校正、点検時は、前記脱硝装置入口ガス分析計、及び前記脱硝装置出口ガス分析計のＮＯｘ濃度測定値に基づきアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が、予め定める時間継続して運転管理値を超えたときは警報を出力するように制御することを特徴とする排煙脱硝設備である。
【００１０】
また本発明は、排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度、及び煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定し、この３点のＮＯｘ濃度測定値に基づき前記脱硝装置へのアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えたときは警報を出力し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する煙突入口ガス分析計の校正、点検時は、前記脱硝装置の入口ＮＯｘ濃度測定値、及び前記脱硝装置の出口ＮＯｘ濃度測定値に基づき前記脱硝装置へのアンモニア注入量を制御し、前記煙突入口部のＮＯｘ濃度が、予め定める時間継続して運転管理値を超えたときは警報を出力するように制御することを特徴とする排煙脱硝設備の制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排煙脱硝設備は、脱硝装置へのアンモニア注入量を制御し、所定の条件の下、煙突入口部のＮＯｘ濃度測定値が、運転管理値を超えたときは、警報を出力するように制御する制御装置を有し、煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する煙突入口ガス分析計（排ガス分析計）の校正、点検時は、煙突入口部のＮＯｘ濃度が、予め定める時間継続して運転管理値を超えたときは警報を出力するように制御するので、運転員は従来のように記録計での監視が不要となり監視負荷が低減される。また煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計の校正、点検終了後、仮に排ガス分析計の校正点検スイッチを切り忘れたとしても、従来の排煙脱硝設備と異なり煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報が発せられるので、運転員はこれに気付き適切な処置を講じることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の一形態としての排煙脱硝設備１の概略的構成を示す図である。排煙脱硝設備１は、脱硝装置２の入口部にアンモニアを注入するアンモニア注入装置３、排ガス中のＮＯｘの濃度を測定する排ガス分析計４及び制御装置５を備える。ボイラから排出される排ガスは、排ガスダクト１１に導かれ、排ガス中のＮＯｘは、排ガスダクト１１に設置された脱硝装置２で、煙突１２の入口部のＮＯｘ濃度が運転管理値以下の濃度となるまで除去される。運転管理値は環境規制値よりも低い値であり、環境規制値よりも低い値である運転管理値を用いることで、ＮＯＸ濃度の環境規制値超過の未然防止を図っている。脱硝装置２は、触媒を備え、脱硝装置２の入口部に供給されるアンモニアと排ガス中のＮＯｘとを触媒上で反応させ、ＮＯｘを窒素と水に分解する。
【００１３】
脱硝装置２でＮＯｘが除去された排ガスは、排ガスダクト１１を通じて電気集じん器１３に送られ、ここで排ガスに含まれるばいじんが除去された後、煙突１２を通じて大気中に放出される。脱硝装置２と電気集じん器１３とを結ぶ排ガスダクト１１の間には、排ガスの熱を利用してボイラの燃焼用空気を予熱するための空気予熱器１４が配設されている。なお、本実施形態では、後述のように脱硝装置２を出た排ガスに空気が混入する。排ガス中のＮＯｘは、酸素換算した煙突入口部でのＮＯｘ濃度が規制の対象となるため、以下、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）は、酸素換算した煙突入口部でのＮＯｘ濃度を意味するものとする。
【００１４】
アンモニア注入装置３は、排ガスダクト１１内にアンモニアを注入するアンモニア注入管３１、アンモニア注入量を調節するアンモニア注入量調節弁３２を備える。アンモニア注入量調節弁３２の弁開度は、制御装置５からの指令に基づき行われる。制御装置５は、アンモニアの注入量を算出し、アンモニアの注入量を制御する制御信号を出力するとともに、警報装置４０と連絡し、警報装置４０へ警報信号を出力する機能を備え、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えたと判断すると、所定の条件の下、警報装置４０に信号を送る。
【００１５】
図２は、制御装置５のアンモニア注入量の制御要領を説明するための図である。制御装置５には、脱硝装置２の入口部のＮＯｘ濃度、脱硝装置２の出口部のＮＯｘ濃度、及び煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する各排ガス分析計４（４ａ、４ｂ、４ｃ）からＮＯｘ濃度データが送られ、制御装置５は、これらデータと設定値とを用いて、煙突入口部での排ガス中のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値以下となるように、アンモニア注入量を算出し、アンモニア注入装置３へ制御信号を送る。具体的には、制御装置５は、脱硝装置２の入口ＮＯｘ濃度測定値、排ガス量、及びモル比等からアンモニア注入量設定値ベース２０を算出する。また脱硝装置２の出口ＮＯｘ濃度測定値を用いて脱硝出口ＮＯｘＰＩ補正値２１を算出し、煙突の入口ＮＯｘ濃度測定値を用いて煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値（酸素換算ＰＩ補正値）２２を算出する。これらの値を加算器２３、２４で加算し、アンモニア注入量設定値２５を算出し、アンモニア実流量との差分をアンモニア注入量調節弁開度指令として、アンモニア注入量調節弁３２に制御信号を送る。
【００１６】
本実施形態に示す排煙脱硝設備１は、脱硝装置２と電気集じん器１３との間に空気予熱器１４を有する。空気予熱器１４は、排ガスの廃熱を利用してボイラ燃焼用空気を予熱するものであり、ここからボイラ燃焼用空気が排ガスダクト１１内に入り込むため、煙突入口部でのＮＯｘ濃度（生の値）が低く検出される。排ガス中のＮＯｘは、酸素換算した煙突入口部でのＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値以下となるようにＮＯｘを除去する必要があることから、煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値（酸素換算ＰＩ補正値）２２がアンモニア注入量の算出、制御に使用されている。
【００１７】
上記のように構成される排煙脱硝設備１において、煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計４ｃを校正するときの制御装置５の制御方法について説明する。なお、排ガス分析計４ｃの校正は、通常１週間に一回程度の割合で行われ、一回当たりの校正時間は３０分程度である。煙突入口部のＮＯｘ濃度を測定する排ガス分析計４ｃを校正するときは、空気、又は高濃度のＮＯｘを含む模擬ガスを用いて排ガス分析計４ｃを校正するため、排ガス分析計４ｃの出力が大きく変動する。このため、排ガス分析計４ｃを校正しないときと同様に、排ガス分析計４ｃの出力に基づき煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値２２を算出し、これをアンモニア注入量設定値算出の際の補正値とすると、アンモニア注入量設定値２５は大きく変動してしまう。
【００１８】
このため、煙突入口部の排ガス分析計４ｃを校正するときは、アンモニア注入量設定値２５の算出には、煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値２２をゼロとして入力する。排ガス分析計４ｃの校正時の確認は、排ガス分析計４ｃの校正点検スイッチ（ＳＷ）２６の信号に基づいて行われ、オン信号が出力されると切替器２７は、煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値２２をゼロとする。このように煙突入口部の排ガス分析計４ｃの校正中は、煙突入口ＮＯｘのＯ２換算ＰＩ補正値２２をゼロとして、アンモニア注入量設定値２５を算出するため、アンモニア注入量を最適に制御することができず、一時的に煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が環境規制値を超えてしまう恐れもある。この場合、制御装置５は、所定の条件下で警報装置４０に煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号を送り、運転員に煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えていることを報知する。これらは排ガス分析計４ｃを点検する際も同様である。次ぎに制御装置５の警報制御要領を説明する。
【００１９】
図３は、制御装置５が警報装置４０に煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号を送るための警報シーケンス５０を示す回路図である。図３において、５４、５５はアンド回路であり、入力信号が全て“１”になったときにのみ、出力信号“１”が出力され、それ以外では“０”が出力される。５６は、オア回路であり、少なくともいずれかの入力信号が“１”であれば出力信号“１”が出力され、全ての入力信号が“０”の場合のみ、出力信号“０”が出力される。５７はノット回路であり、入力信号と出力信号とが反転する。また５８はオンリレであり、入力信号“１”が所定の時間継続して入力された場合のみ、所定時間経過後に出力信号“１”が出力され、その他の場合は出力信号“０”が出力される。
【００２０】
警報シーケンス５０には、煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正、点検中であるか否かを示す校正点検スイッチ２６の信号５１、ボイラ１０のバーナ点火信号５２、及び煙突入口ＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えたか否かを示す信号５３が入力される。警報シーケンス５０を、（１）通常運転時のように煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中でない場合、（２）煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中の場合に分けて説明する。
【００２１】
（１）煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中でない場合、排ガス分析計４ｃの校正点検スイッチ２６の信号５１は“０”であり、ルート６０を通じてノット回路５７で“１”に反転した後、ルート６１を通じてオア回路５６に入り、ルート６２を通じてアンド回路５５に入力信号“１”が入力される。また煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えると信号５３は“１”を出力するため、ルート６５、ルート６６を通じて“１”の信号がアンド回路５５に入力される。この結果、アンド回路５５が成立し、煙突入口ＮＯｘ濃度高７０の警報信号が出力される。このように煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中でない場合は、ボイラのバーナ点火信号５２の有無に係わらず、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えると直ちに煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号７０が出力される。
【００２２】
（２）煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中の場合、排ガス分析計４ｃの校正点検スイッチ２６の信号５１は“１”であり、ルート６０、ルート６４を通じてアンド回路５４に“１”の信号が入力される。ボイラが稼動中の場合、ボイラのバーナ点火信号５２は“１”であり、ルート６３を通じてアンド回路５４に“１”の信号が入力される。また煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えると信号５３は、信号“１”を出力し、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間継続して運転管理値を超え続けると、オンリレ５８は、信号“１”を出力し、ルート６７を通じてアンド回路５４に信号“１”が入力される。この状態でアンド回路５４が成立するためルート６８、オア回路５６、ルート６２を通じて信号“１”がアンド回路５５に入力される。一方、この時点で煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えていると、ルート６５、ルート６６を通じてアンド回路５５に信号“１”が入力されるため、アンド回路５５が成立し、煙突入口部のＮＯｘ濃度高の警報信号７０が出力される。
【００２３】
このように煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中の場合、煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号７０が出力されるためには、いくつかの条件を満足する必要がある。まずバーナが点火されていることが必要である。バーナが点火されていない場合、つまりボイラが稼動していない場合は、排ガスは排出されないので、煙突入口部のＮＯｘ濃度高の警報信号は必要ではない。煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正中の場合、煙突入口部のＮＯｘ濃度高の警報信号が出力されるためには、さらに、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間継続して運転管理値を超え続ける必要がある。煙突入口部の排ガス分析計４ｃの校正中は、出力が大きく変動することは先に記した通りであるが、通常校正は、ゼロとスパンとを交互に調整するため、煙突入口部の排ガス分析計４ｃの校正中であっても、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間以上継続して高い状態となることはない。煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間以上継続して運転管理値を超えるような場合は、これは排ガス分析計４ｃの校正に伴うものではなく、排ガス中のＮＯｘ濃度が高いことを示していると言える。
【００２４】
排ガス中のＮＯｘ濃度の規制値は、時間平均の値で管理されているため一時的に排ガス中のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えたとしても、時間平均の値である環境規制値を下回るようにＮＯｘを除去することで対処することができる。煙突入口部の排ガス分析計４ｃの校正中とは言え、長時間に渡って排ガス中のＮＯｘ濃度が運転管理値を超えると、環境規制値を下回るようにＮＯｘを除去することが出来ない場合もあるが、本発明では、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間以上継続して運転管理値を超えるような場合は、警報を発するように制御するので、このような心配はない。なお、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が継続して運転管理値を超えた場合に警報を出す時間は、１０分間に限定されるものではない。短い時間であることが望ましいが、排ガス分析計の校正には自ずと一定の時間が必要となるため、あまり短くすると排ガス分析計の校正に伴う煙突入口部のＮＯｘ濃度高の警報信号７０が出力されてしまう。よって、排ガス分析計の校正要領との関係でこの時間を決定すればよい。これらは排ガス分析計４ｃを点検する際も同様である。
【００２５】
以上のように警報シーケンスを設定することで、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えたか否かを適切に監視することができる。特に煙突入口部の排ガス分析計４ｃが校正、点検中であっても、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えたか否かを警報により知ることができる点は、従来排煙脱硝設備にはなく、運転員は煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が運転管理値を超えたか否かの監視を容易に行うことができる。また本発明の警報シーケンス５０を用いることで、仮に排ガス分析計４ｃの校正点検スイッチ２６を切り忘れても、煙突入口部のＮＯｘ濃度（酸素換算値）が１０分間継続して運転管理値を超え続けると、煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号７０が出力されるため、運転員はこの警報に対する原因究明時に排ガス分析計の校正点検スイッチ２６が切り忘れられていることに気付き、排ガス分析計の校正点検スイッチ２６を切ることができる。排ガス分析計の校正点検スイッチ２６を切ることで、通常状態の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の一形態としての排煙脱硝設備１の概略的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態としての排煙脱硝設備１の制御装置５のアンモニア注入量の制御要領を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の一形態としての排煙脱硝設備１の制御装置５が、警報装置４０に煙突入口ＮＯｘ濃度高の警報信号を送るための警報シーケンス５０を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    排煙脱硝設備
２    脱硝装置
３    アンモニア注入装置
４    排ガス分析計
５    制御装置
１１  排ガスダクト
２６  校正点検スイッチ
【図１】
0004836645.tif 000002
【図２】
0004836645.tif 000003
【図３】
0004836645.tif 000004