(57)【要約】【課題】  特別な計測装置を使用しなくともＮＯｘ量を正確に算出し、適正な量の還元剤を吐出する還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】原動機２と排熱ボイラ１からなるコージェネレーションシステムであって、排ガスに向けて尿素水などの還元剤を吐出する還元剤吐出装置１６を設置しておき、排ガス中のＮＯｘと還元剤を反応させることで、排ガス中のＮＯｘを還元除去するようにしている脱硝装置付コージェネレーションステムにおいて、脱硝前の排ガス中に含まれているＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測機能６、前記排熱ボイラの給水量を計測する給水量計測機能７、計測した給水量から排ガスボリュームを算出する排ガスボリューム算出機能５を持ち、計測しておいたＮＯｘ濃度と、給水量から算出した排ガスボリュームを利用して燃焼排ガス中へ吐出する還元剤量を調節する還元剤供給量制御装置８を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン等燃料の燃焼によって動力を発生する原動機と、原動機で発生した燃焼排ガスの熱を回収して蒸気を発生する排熱ボイラからなるコージェネレーションシステムであって、燃焼排ガスに向けて尿素水などの還元剤を吐出する還元剤吐出装置を設置しておき、燃焼排ガスに含まれているＮＯｘ（窒素酸化物）と還元剤を反応させることで、燃焼排ガス中のＮＯｘを還元除去するようにしている脱硝装置付コージェネレーションステムにおいて、
脱硝前の燃焼排ガス中に含まれているＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測機能、前記排熱ボイラの給水量を計測する給水量計測機能、計測した給水量から排ガスボリュームを算出する排ガスボリューム算出機能を持ち、計測しておいたＮＯｘ濃度と、給水量から算出した排ガスボリュームを利用して燃焼排ガス中へ吐出する還元剤量を調節する還元剤供給量制御装置を設けたことを特徴とする還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステムにおいて、
排熱ボイラの缶内圧力を検出する缶内圧力検出装置又は缶内温度を検出する缶内温度検出装置と、排熱ボイラの給水温度を検出する給水温度検出装置を設け、缶内圧力又は缶内温度から飽和水蒸気の比エンタルピと給水温度から給水の比エンタルピを算出することができるようにしておくとともに、排熱ボイラ入口部における入口排ガス温度を計測する入口温度計測装置と、排熱ボイラ出口部における出口排ガス温度を計測する出口温度計測装置を設け、還元剤供給量制御装置には給水量から排ガスボリュームを算出する換算式として、
排ガスボリューム＝（給水量×（飽和水蒸気の比エンタルピ−給水の比エンタルピ））／（（入口排ガス温度−出口排ガス温度）×排ガス比熱Ｃｐ）を設定しておき、
還元剤供給量制御装置は計測した給水量、入口排ガス温度、出口排ガス温度及び、計測値から算出した飽和水蒸気の比エンタルピ、給水の比エンタルピ、排ガス比熱を換算式に代入することによって、排ガスボリュームを算出することを特徴とする還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステムに関するものであり、より詳しくは季節変動や空燃比の変化などによって排ガスボリュームが変化し、還元剤吐出量の適正値が変化した際に、還元剤吐出量を調節する補正機能を持ったコージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−６２４２７号公報に記載があるように、エンジンやガスタービンなど燃料の燃焼によって動力を発生するとともに燃焼排ガスを発生する原動機と、原動機で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラ（排ガスボイラ）を設置しておき、動力（電力）とともに熱を利用することで装置全体としての効率を高めるということが行われている。そして、燃焼排ガスに含まれているＮＯｘを除去するために、燃焼排ガス中へ尿素水などの還元剤を吐出し、ＮＯｘを還元除去することが行われている。
【０００３】
この場合、還元剤量が過剰であるとアンモニアの成分が燃焼排ガスとともに大気中へ排出されることになり、還元剤量が不足しているとＮＯｘの除去が不十分となって大量のＮＯｘが大気中へ排出されることになる。そのため、特開昭５１−１０７２７０号公報には、ＮＯｘガス量を求め、排ガス中のＮＯｘ量に対応させて還元剤量を制御することが記載されている。燃焼排ガスに含まれているＮＯｘ量は、季節変動や空燃比の変動によって多少変化するため、適切な還元剤量を求めるためには変動するＮＯｘ量を正確に検出することが必要である。ＮＯｘ量は排ガス中のＮＯｘ濃度と排ガスボリュームから算出することができ、ＮＯｘ濃度はＮＯｘ濃度計を用いることで容易に測定することができるが、排ガスボリュームを実際に測定する場合には特別な計測装置の設置が必要であってコスト上昇の要因となっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−１０７２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、燃焼排ガス中に含まれているＮＯｘを還元除去する脱硝装置を持ったコージェネレーションシステムにおいて、特別な計測装置を使用しなくともＮＯｘ量を正確に算出し、適正な量の還元剤を吐出することのできる還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、エンジン等燃料の燃焼によって動力を発生する原動機と、原動機で発生した燃焼排ガスの熱を回収して蒸気を発生する排熱ボイラからなるコージェネレーションシステムであって、燃焼排ガスに向けて尿素水などの還元剤を吐出する還元剤吐出装置を設置しておき、燃焼排ガスに含まれているＮＯｘ（窒素酸化物）と還元剤を反応させることで、燃焼排ガス中のＮＯｘを還元除去するようにしている脱硝装置付コージェネレーションステムにおいて、
脱硝前の燃焼排ガス中に含まれているＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測機能、前記排熱ボイラの給水量を計測する給水量計測機能、計測した給水量から排ガスボリュームを算出する排ガスボリューム算出機能を持ち、計測しておいたＮＯｘ濃度と、給水量から算出した排ガスボリュームを利用して燃焼排ガス中へ吐出する還元剤量を調節する還元剤供給量制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記の還元剤吐出量補正機能を持ったコージェネレーションシステムにおいて、
排熱ボイラの缶内圧力を検出する缶内圧力検出装置又は缶内温度を検出する缶内温度検出装置と、排熱ボイラへの給水温度を検出する給水温度検出装置を設け、缶内圧力又は缶内温度から飽和水蒸気の比エンタルピと給水温度から給水の比エンタルピを算出することができるようにしておくとともに、
排熱ボイラ入口部における入口排ガス温度を計測する入口温度計測装置と、排熱ボイラ出口部における出口排ガス温度を計測する出口温度計測装置を設け、還元剤供給量制御装置には給水量から排ガスボリュームを算出する換算式として、
排ガスボリューム＝（給水量×（飽和水蒸気の比エンタルピ−給水の比エンタルピ））／（（入口排ガス温度−出口排ガス温度）×排ガス比熱Ｃｐ）を設定しておき、
還元剤供給量制御装置は計測した給水量、入口排ガス温度、出口排ガス温度および、計測値から算出した飽和水蒸気の比エンタルピ、給水の比エンタルピ、排ガス比熱を換算式に代入することによって排ガスボリュームを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を実施することで、特別な計測装置を使用しなくても排ガスボリュームを算出することができ、計測しておいたＮＯｘ濃度と、算出した排ガスボリュームから燃焼排ガスに含まれているＮＯｘ量を正確に算出することができるようになるため、還元剤の吐出量を適正な値に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する装置全体の概略を示した説明図、図２は本発明による還元剤吐出量決定のタイムチャートを記した説明図である。
【００１０】
燃料の燃焼によって動力を発生する動力発生源であるとともに燃焼排ガスの発生源でもあるエンジン２と、エンジン２で発生した燃焼排ガスから熱を回収する排熱ボイラ１を設置しており、エンジン２と排熱ボイラ１の間を排ガス通路１７で接続している。エンジン２から排出されてきた燃焼排ガスは、高温の状態で排ガス通路１７内を流れて排熱ボイラ１へ入る。排熱ボイラ１は排ガス中の熱を回収し、温度の低下した排ガスは排気筒を通して外気へと排出する。排熱ボイラ１は、燃焼排ガスが保有している熱によってボイラ内部の缶水を加熱し、蒸気を発生させるものであり、排熱ボイラ１の下部に接続している給水配管１２から給水を行い、排熱ボイラ１の上部に接続している蒸気配管から蒸気を取り出す。排熱ボイラ１には、缶内水位を計測する水位計測装置１０を設けておき、蒸気の発生によって缶内水位が給水開始水位まで低下すると給水配管１２途中に設けている給水ポンプ９を作動することで給水を行い、排熱ボイラ１内水位が給水停止水位まで上昇すると給水を停止する制御を行う。
【００１１】
排ガス通路１７には燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度センサ１９、給水配管１２には給水ポンプ９の下流側に流量計１８を設置しておき、ＮＯｘ濃度と給水配管１２内を流れる水量を検出することができるようにしておく。排熱ボイラ１の排ガス入口部には排熱ボイラ入口における排ガス温度を計測する入口温度計測装置１３、排熱ボイラ１の排ガス出口部には排熱ボイラ出口における排ガス温度を計測する出口温度計測装置１４を設ける。排熱ボイラ１には内部の蒸気部における温度を計測することで缶内温度を出力する缶内温度検出装置１５、給水配管１２には給水の温度を検出する温度検出装置２０を設けておく。
【００１２】
排熱ボイラ１には、ＮＯｘ還元剤である尿素水を燃焼排ガス中へ吐出する還元剤吐出装置１６を設けておく。還元剤吐出装置１６は、還元剤供給ポンプを作動することによって尿素水の吐出を行う。還元剤吐出装置による尿素水吐出量の調節は、還元剤供給量制御装置８によって行う。還元剤供給量制御装置８は、ＮＯｘ濃度計測部６、給水量計測部７、排ガスボリューム算出部５、ＮＯｘ量算出部４、還元剤吐出制御部３を設けており、排ガスのＮＯｘ濃度と給水量を換算することで算出する排ガスボリュームを利用して燃焼排ガス中へ吐出する還元剤量を調節する。還元剤供給量制御装置８では、図２に記載しているように、エンジン２が作動している時間帯を所定時間ごとに分割し、所定時間ごとに尿素水吐出量を決定する。図中のＡからＦは時刻を表しており、所定時間Ｔ１は時刻Ａから時刻Ｄまで、所定時間Ｔ２は時刻Ｂから時刻Ｅまで、所定時間Ｔ３は時刻Ｃから時刻Ｆまでとなる。各所定時間は、一部が重なり合うようにしており、各所定時間において給水量を計測する。なお、図では所定時間はＴ１からＴ３までしか記載していないが、実際にはエンジン作動期間中は継続しており、繰り返し給水量を計測する。
【００１３】
給水量計測部７は、流量計１８からの信号を受信することで所定時間内における給水量を計測して積算するものである。図２に記しているように所定時間ごとに給水量を計測しており、給水ポンプ９が作動している間は積算給水量が増加し、給水ポンプ９が停止すると給水量の変化も停止している。なお、本実施例では給水ポンプ９を断続的に作動しているが、給水ポンプ９は連続的に作動しておき、排熱ボイラ内の缶内水位に応じて給水量を比例制御するものであってもかまわない。給水量を比例制御する場合は、積算給水量の計測値は緩やかに増加し続けることとなる。
【００１４】
排ガス通路１７を通して送られる燃焼排ガス中のＮＯｘ量は、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度と燃焼排ガスボリュームによって求める。燃焼排ガスボリュームは、給水量計測部７によって計測している給水配管１２内を流れる給水量から換算することで算出することができ、排ガスボリュームの算出は排ガスボリューム算出部５にて行う。排熱ボイラ１は、燃焼排ガスの熱を回収することで缶水を加熱して蒸気を発生するものであり、排熱ボイラ１で回収することのできる熱量は燃焼排ガスボリュームに対応して変化するため、蒸気発生量は燃焼排ガスボリュームに応じて変化することになる。排熱ボイラ１では、蒸気の発生によって缶内水位が低下すると、水位低下に相当する分だけ給水を行うため、排ガスボリューム、回収熱量、蒸気発生量、給水量は一定の相関関係がある。そのため、給水量に基づいて燃焼排ガスボリュームを算出することができる。
【００１５】
尿素水吐出量の決定は、まず給水量計測部７によって、一つの所定時間における積算の給水量を算出することから始まる。排ガスボリューム算出部８には、給水量から排ガスボリュームを算出するために、排ガスボリューム＝（給水量×（飽和水蒸気の比エンタルピ−給水の比エンタルピ））／（（入口排ガス温度−出口排ガス温度）×排ガス比熱Ｃｐ）からなる換算式を設定しておく。
【００１６】
給水量計測部７において、時刻Ａから始まる所定時間Ｔ１における積算の給水量を計測し、その間の給水量がＷ１であったとすると、給水量計測部７では給水量Ｗ１の値を排ガスボリューム算出部５へ出力する。また、排ガスボリューム算出部５では、入口温度計測装置１３で計測した入口排ガス温度の値、出口温度計測装置１４で計測した出口排ガス温度の値、缶内温度検出装置１５で計測した缶内温度の値、給水温度検出装置２０で計測した給水温度の値を取り込んでおく。温度の値は、所定時間の間に複数回計測してその平均値を算出しておき、平均値を該所定時間における温度とする。
【００１７】
給水量計測部７では、計測値を換算式に代入することによって排ガスボリュームを算出する。例えば、所定時間：１分間、入口排ガス温度：４５０℃、出口排ガス温度：１５０℃、缶内温度：１７５℃（飽和水蒸気の比エンタルピ２７７２kJ／kg）、給水温度：６０℃（給水の比エンタルピ２５１kJ／kg）、排ガス比熱：１．４であったとき、所定時間における給水量が１０Ｌであったとする。この場合、排ガスボリューム＝（１０×（２７７２−２５１））／（（４５０−１５０）×１．４）＝６０．０となり、１分間における排ガスボリュームは６０．０ｍ3となる。なお、飽和水蒸気の比エンタルピ、給水の比エンタルピ、排ガス比熱は、それぞれ算出式を入力しておき、缶内温度、給水温度、排ガス入口温度から算出する。ここでは、缶内温度を検出して飽和水蒸気の比エンタルピを算出するようにしているが、缶内圧力検出装置を設けておき、缶内圧力に基づいて飽和水蒸気の比エンタルピを算出しても同じ結果が得られる。
【００１８】
排ガスボリューム算出部５では、給水量から換算することで求めた排ガスボリュームの値をＮＯｘ量算出部４へ出力する。ＮＯｘ量算出部４では、ＮＯｘ濃度計測部６で計測しておいたＮＯｘ濃度と、排ガスボリューム算出部５で算出した排ガスボリュームからＮＯｘ量を算出して所定時間におけるＮＯｘ量の値を還元剤吐出制御部３へ出力する。還元剤吐出制御部３では、算出したＮＯｘ量に基づいて尿素水吐出量を定め、適正量の尿素水を燃焼排ガスへ吐出することができるように制御する。算出した尿素水の適正量は、所定時間分のＮＯｘ量に対応する量であるため、所定時間と同じ時間を掛けて算出した量の尿素水を吐出する場合での瞬間における吐出量を決定し、連続的に尿素水を吐出する。
【００１９】
給水量の計測は、図２に記載しているように重複させて計測する。時刻Ａから始まる所定時間Ｔ１での給水量計測の途中で、時刻Ｂになると所定時間Ｔ２での給水量計測を開始し、さらに時刻Ｃになると所定時間Ｔ３での給水量計測を開始する。時刻Ｄとなって所定時間Ｔ１が終了すると、所定時間Ｔ１における給水量Ｗ１に基づいて排ガスボリュームを算出し、さらに尿素水の吐出量を算出する。同様に時刻Ｅとなって所定時間Ｔ２が終了すると、所定時間Ｔ２における給水量Ｗ２に基づいて排ガスボリュームを算出し、時刻Ｆとなって所定時間Ｔ３が終了すると、所定時間Ｔ３における給水量Ｗ３に基づいて排ガスボリュームを算出しておき、それぞれの場合における尿素水の吐出量を算出する。
【００２０】
所定時間Ｔ１にて算出した尿素水吐出量は、時刻Ａから時刻Ｄまでである所定時間分におけるＮＯｘ量に対応し、同じ時間を掛けて尿素水を吐出する場合における瞬間の吐出量であるため、時刻Ｄからは給水量Ｗ１から定めた吐出量となるように還元剤吐出装置を制御する。しかし、給水量Ｗ１から算出した吐出量を継続する時間は、所定時間Ｔ２による給水量の計測が終了する時刻Ｅまでとする。時刻Ｅになると、この時点で最新の適正な尿素水吐出量は所定時間Ｔ２における給水量に基づくものであるため、尿素水の吐出量は所定時間Ｔ２における給水量に基づいて定まる尿素水量に変更する。
【００２１】
このように給水量計測を重複させておき、最新の適正な尿素水吐出量を算出して尿素水吐出量の調節を行うことで、給水量を算出している時間帯と実際に尿素水を吐出する時間帯がずれることによる影響を少なくすることができる。
【００２２】
排ガスボリュームは、排ガス通路１７に計測装置を設置することでも計測することができるが、その場合には排ガスボリュームを算出するためだけの計測装置が必要となる。流量計１８など排熱ボイラ１の管理に不可欠であって標準的に設置されているもので計測することのできる値を利用し、換算によって燃焼排ガスボリュームを算出することで、燃焼排ガスボリュームを計測するための特別な計測装置を設置する必要がなくなるため、コスト削減効果が得られる。
【００２３】
なお、給水量に対して一定の割合でブローを行っているボイラであれば、給水配管１２内を流れた水量はブロー量を含んだ値となるため、給水配管１２内を流れた水量に基づいて換算したのでは正しい排ガスボリュームを算出することができなくなる。ここでの給水量とは蒸気として排熱ボイラから取り出される量のことであるため、この場合の給水量計測部７では、給水配管１２内を流れた水流からブロー量分を除いたものを給水量として算出するようにしておき、ブロー量を含まない給水量に基づいて排ガスボリュームを算出する。
【００２４】
また実施例では、給水量計測部７、排ガスボリューム算出部５、ＮＯｘ濃度計測部６、ＮＯｘ量算出部４、還元剤吐出量算出部３というように機能を分割させて記載したが、これは理解しやすくするためである。給水量、ＮＯｘ濃度、各計測温度から還元剤吐出量を算出する算出式を定めておき、一つの算出式に各計測値を代入することで段階を踏まずに一気に還元剤吐出量を算出しても同じことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を実施する装置全体の概略を示した説明図
【図２】本発明による還元剤吐出量決定のタイムチャートを記した説明図
【符号の説明】
【００２６】
１  排熱ボイラ      
２  エンジン      
３  還元剤吐出制御部        
４  ＮＯｘ量算出部      
５  排ガスボリューム算出部
６  ＮＯｘ濃度計測部        
７  給水量計測部    
８  還元剤供給量制御装置
９  給水ポンプ
１０  水位計測装置
１１  蒸気量計測装置
１２  給水配管
１３  入口温度計測装置
１４  出口温度計測装置
１５  缶内温度検出装置
１６  還元剤吐出装置
１７  排ガス通路   
１８  流量計
１９  ＮＯｘ濃度センサ 
２０  給水温度検出装置
【図１】
2007085185.tif 000003
【図２】
2007085185.tif 000004