JP2004355329A - プロセス値制御方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プロセス値が急速負荷変化、炭種変化、外乱等により、プロセス値の平衡状態が大きく崩れた場合でも、前記制御対象のプロセス値がハンチングしないように制御する方法と装置を提供すること。
【解決手段】制御対象のプロセス値が脱硝反応器へのアンモニア（ＮＨ３）の被処理ガス中への注入量である場合に被処理ガス中の実測ＮＯｘ濃度の変化率が所定値より小さくなり、実測ＮＯｘ濃度の変化が所定のハンチング領域内に入り、かつ脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過した場合にはＮＯｘ濃度変化の制御感度を下げる脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。
ここで、実測ＮＯｘ濃度の変化が前記ハンチング領域内から脱して安定した場合には、ＮＯｘ濃度変化の制御感度の下げを解除して通常のＮＯｘ濃度変化の制御感度に戻すことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】制御対象のプロセス値が脱硝反応器へのアンモニア（ＮＨ３）の被処理ガス中への注入量である場合に被処理ガス中の実測ＮＯｘ濃度の変化率が所定値より小さくなり、実測ＮＯｘ濃度の変化が所定のハンチング領域内に入り、かつ脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過した場合にはＮＯｘ濃度変化の制御感度を下げる脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。
ここで、実測ＮＯｘ濃度の変化が前記ハンチング領域内から脱して安定した場合には、ＮＯｘ濃度変化の制御感度の下げを解除して通常のＮＯｘ濃度変化の制御感度に戻すことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィードバック制御を使用したプロセス値の制御方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロセス値の制御例として、被処理ガス（排ガス）中の窒素酸化物（ＮＯｘ）分をアンモニア（ＮＨ３）を注入した後に脱硝触媒により除去する排煙脱硝装置における、被処理ガス中へのアンモニア（ＮＨ３）注入流量を調節するアンモニア注入流量制御装置により、従来技術のプロセス値制御方法について説明する。
【０００３】
排煙脱硝装置内において、被処理ガス中のＮＯｘは被処理ガス中に注入するＮＨ３と反応し、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。しかし、注入したＮＨ３はＮＯｘとの反応に使用されるだけでなく、触媒表面上に吸着し得るだけ吸着することも考慮に入れなければならない。
【０００４】
一方、被処理ガス中に注入する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、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度が規定値を超過することがある。従来技術の排煙脱硝装置に設置する脱硝反応制御の系統図を図３に示す。
【０００５】
被処理ガス中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ３注入量を算出するＮＨ３注入量算出器９は、脱硝反応器の入口ＮＯｘ濃度、出口ＮＯｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度及び排ガス量等から適切なＮＨ３注入量を算出するものである。すなわち、脱硝反応器の入口ＮＯｘ分析計１２で検出された入口ＮＯｘ濃度信号１３と、被処理ガス量２８の被処理ガス流量信号２９とを乗算器３１で乗算し、総ＮＯｘ量信号３０を算出する。
【０００６】
一方、入口ＮＯｘ濃度信号１３と脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度設定器１５で設定された設定ＮＯｘ濃度信号１６との減算を行う減算器１９を有する必要ＮＨ３モル比演算部１８でＮＨ３モル数のＮＯｘモル数に対する比である必要モル比（ＮＨ３モル／ＮＯｘモル）信号２０を算出し、これに出口ＮＯｘ分析計２２で検出された実測出口ＮＯｘ濃度信号２３と設定ＮＯｘ濃度信号１６との偏差を減算器２４により計算して得た脱硝反応器出口ＮＯｘ制御偏差６７を比例積分演算器２５で演算した後、加算器２６で加えて前記必要モル比信号２０の補正を行う。得られた補正後の必要モル比補正信号２７を総ＮＯｘ量信号３０と乗算器３２で掛け合わせて必要ＮＨ３流量信号３３を算出する。
【０００７】
この必要ＮＨ３流量信号３３とＮＨ３流量計３８で検出された実測ＮＨ３流量信号３９を減算器４０で減算してＮＨ３流量偏差信号４１を算出し、これを比例積分演算器４２で弁開度信号４３に変換して真空変換器４４によりＮＨ３流量調節弁制御信号４５に変換し、ＮＨ３配管５の途中に設けられたＮＨ３流量調節弁１０を開閉する。
【０００８】
また、前記脱硝反応器出口ＮＯｘ制御偏差６７からＮＨ３流量を増減させる脱硝出口ＮＯｘ偏差補正バイアス出力信号６４（脱硝反応器出口制御偏差６７を偏差に応じたバイアスを設定する関数発生器５４と変化率制限器５５で処理して得られる。）と、脱硝反応器内での残存ＮＨ３吸着量を考慮してＮＨ３流量を増減させる残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号６５（出口ＮＯｘ濃度信号２３と入口ＮＯｘ濃度信号１３との偏差を減算器５７で算出し、これに被処理ガス流量２８を乗算器５８で掛け合わせて脱硝反応器内の残存ＮＯｘ量を算出し、これに対応して消費されるＮＨ３流量を実測ＮＨ３流量信号３９に基づき減算器５６で算出し、消費されたＮＨ３流量とリークＮＨ３流量検出器５９の検出値の偏差から残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号６５を得る。）とを加算器６１で加算し、さらに得られた加算値に脱硝反応器出口制御偏差６７からの補正ゲイン６３（制御偏差６７を偏差に応じたゲインを設定する関数発生器５２と一次遅れ関数発生器５３で処理して得られる。）を乗算することで補正必要ＮＨ３注入補正出力信号６６を得て、これを加算器５１で前記必要ＮＨ３流量信号３３に加えて補正後の必要ＮＨ３流量信号６８を算出する。
【０００９】
また、上記制御回路として下記の公知例がある。
▲１▼特開昭６２−２３１３０５号公報、「温度制御装置」：当該発明は、被制御体の温度に規定以上のハンチングが現れたときは、積分動作の利得下げるようにしたことを特徴とする温度制御装置である。
【００１０】
▲２▼特開平２−３１２０１号公報、「フィードバック制御装置」：当該発明は、持続的な振動変化が発生した場合、ゲインを下げる制御回路を設けたことを特徴とするフィードバック制御装置である。
【００１１】
▲３▼特開平３−１７９５０１号公報、「油圧サーボ系の制御装置」：当該発明は、予め設定されているハンチング発生時周波数と一致した場合に、ハンチングが発生したと判断することと、ハンチングを抑えるゲイン調整手段をそなえたことを特徴とする制御装置である。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６２−２３１３０５号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平２−３１２０１号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平３−１７９５０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の脱硝反応器のＮＨ３流量制御装置において、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度が制御設定値へ漸近するまでの時間を短縮すべく、できるだけ制御量（ＮＨ３量）の増加・減少の感度を上げる方向で調整を実施するが、ボイラの運転状態が著しく異なる急速負荷変化、炭種変化、予測不能な外乱等が発生した場合（ボイラの平衡状態が大きく崩れた場合）、ハンチング現象が発生する事象があった。
【００１６】
更に、ハンチング現象が発生した場合においても、制御量の感度を下げるタイミングが考慮されておらず、ハンチングを助長させる事象があった。
【００１７】
このため、ボイラの運転状態が著しく異なる急速負荷変化、炭種変化、外乱等によりボイラの平衡状態が大きく崩れた場合、制御対象プロセス値がハンチングする現象が生じる。
【００１８】
本発明の課題はボイラの運転状態が著しく異なるなど、プロセス値が急速負荷変化、炭種変化、外乱等により、プロセス値の平衡状態が大きく崩れた場合でも、前記制御対象のプロセス値がハンチングしないように制御する方法と装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する為に、本発明は主として次の様な構成を採用する。
（１）被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御方法であって、制御対象機器のプロセス値の変化率が所定値より小さくなり、実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入り、且つ制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したと判定されると、プロセス値の制御量感度を下げて制御対象機器のプロセス値を調節するプロセス値制御方法。
【００２０】
（２）アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法において、実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなり、実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入り、かつ脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過した場合には窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げる脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。
ここで、実測ＮＯｘ濃度の変化が前記ハンチング領域内から脱して安定した場合には、ＮＯｘ濃度変化の制御感度の下げを解除して通常のＮＯｘ濃度変化の制御感度に戻すことができる。
【００２１】
（３）被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御装置であって、制御対象機器のプロセス値を調節するプロセス値調節手段と、プロセス値の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定するプロセス値変化方向判定器と、実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうかを判定する負荷変化終了時限後判定器と、前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときにプロセス値の制御量感度を下げる切替器とを設けたプロセス値制御装置。
【００２２】
（４）アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置において、脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を算出する必要アンモニア注入流量算出器と、該必要アンモニア注入流量算出器で算出された必要アンモニア注入流量と実測したアンモニア注入流量の偏差に基づきアンモニア注入流量を調節しながら脱硝反応器へ注入するアンモニア注入流量調節器とを備えた脱硝装置のアンモニア流量制御装置において、実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定する実測窒素酸化物濃度変化方向判定器と、実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうか判定する負荷変化終了時限後判定器と、前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときに窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げる切替器とを設けた脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置。
前記切替器は、前記三つの判定器が全て「ノー」の判定があったときにＮＯｘ濃度変化の制御感度を元に設定値に戻す機能を備えた構成とすることができる。
【００２３】
【作用】
図１により本発明を説明すると、制御対象となるプロセス値の変化方向をプロセス変化方向判定信号８７により、常時判定させておき、負荷変化・起動・停止などのイベントが終了し一定時間が経過したことを判定する負荷変化終了時限後判定信号８６と制御対象となるプロセス値のハンチング発生有無をハンチング判定信号８８が成立した場合には、制御対象となるプロセス値のハンチング現象を収束させる方向へ、制御量の感度を変化率制限付切替器８２により切替を行い、ハンチングを速やかに改善することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る脱硝制御装置において、図面を用いて以下説明する。
図２は脱硝反応器の概略図である。脱硝反応器１は、被処理ガスＧ、例えば被処理ガスＧの発生源であるボイラの排ガスを入口ダクト２から導入し、ＮＨ３の注入によって脱硝処理してから出口ダクト３に排出し、更に図示していない煙突により屋外に排出する。この際、入口ダクト２に設けられたＮＨ３注入管４によって、被処理ガスＧ中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ３がアンモニア流量計３８及びアンモニア流量調節弁１０を介して注入され、被処理ガスＧ中のＮＯｘは脱硝反応器１の内部に充填された図示していない脱硝触媒の働きによって無害な水蒸気と窒素ガスに分解され、除去される。通常、脱硝反応器１の運用は被処理ガスＧの発生源、例えばボイラ等の負荷変化時においても脱硝反応器１の出口ＮＯｘ濃度が既定値以下になるように制御される。ここで、被処理ガスＧ中の入口ＮＯｘ濃度は、入口ＮＯｘ分析計１２で、出口ＮＯｘ濃度は出口ＮＯｘ分析計２２で計測される。
【００２５】
以下、本発明の実施例である制御装置の全体構造を図１を用いて説明する。
図１は上記脱硝反応器１に備えられた脱硝反応器のアンモニア制御装置の実施の形態を示す図である。
【００２６】
図１のアンモニア制御装置は、図３に示す従来技術のアンモニア制御装置に負荷要求指令値の変動により被処理ガスＧ中へのアンモニア注入流量の平衡状態が大きく崩れた場合でも、アンモニア注入流量がハンチングしないように制御する回路を追加したものである。すなわち、被処理ガス中にＮＨ３注入量を算出する注入量算出器９及び先行的に必要ＮＨ３流量算出器５０の他に、制御量感度切替信号８５を設置したものである。
【００２７】
具体的な動作方法は以下となる。
制御対象となる被処理ガス中へのＮＨ３注入流量の変化方向をプロセス変化方向判定信号８７により、常時判定させておき、負荷変化・起動・停止などのイベントが終了し一定時間が経過したことを判定する負荷変化終了時限後判定信号８６により判定させる。
【００２８】
プロセス変化（ＮＨ３注入流量変化）方向判定信号８７は脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度信号２３を微分回路７８で微分して、その変化率が下限値に達した場合（変化率が小さくなってプロセス値が安定してきた状態）に出力がある。
【００２９】
また、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度信号２３の下側判定器７６と上側判定器７７の両方の信号がＡＮＤ回路７９に入力され、それがＡＮＤ回路７９から出力されるとＮＨ３注入流量が大きく変化するためハンチングが生じていることになり、ＡＮＤ回路７９の出力信号はハンチングの判定信号８８となる。すなわち、下側判定器７６と上側判定器７７の両方の条件を満たしたか否かで判定信号８８が出力される。プロセス変化方向判定信号８７とハンチング判定信号８８の両方からＡＮＤ回路８１に入力があると、該ＡＮＤ回路８１の出力はＡＮＤ回路７５に入力される。
【００３０】
ＡＮＤ回路７５にはボイラ等の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうか判定する負荷変化終了時限後判定信号８６が入力可能になっている。
【００３１】
負荷変化終了時限後判定信号８６は、負荷要求指令値（ボイラ等の負荷変化、起動または停止で生じる指令値）の微分回路６９で微分され、その微分値が上側判定器７０と下側判定器７１のいずれかの条件を満たすと、ＯＲ回路７２から出力があり、該出力が否定回路７３とオンディレイ回路７４を経由することで得られる。
【００３２】
ＡＮＤ回路７５には負荷変化終了時限後判定信号８６と先のプロセス変化方向判定信号８７とハンチング判定信号８８の両方からの入力で作動するＡＮＤ回路８１からの出力がＡＮＤ回路７５に入力されると三つの条件が揃うので、変化率制限付切替器８２が作動する。該変化率制限付切替器８２の作動は二つの定数発生器８３、８４の定数値が切り替わることで行われる。また、変化率制限付切替器８２の出力は脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度制御偏差６７の一次遅れ関数発生器５３に入力されて、必要ＮＨ３注入流量算出器５０の補正必要ＮＨ３注入流量補正出力信号６６に算入される。
【００３３】
こうして、ハンチング判定信号８８が成立している範囲だけＮＨ３注入流量の制御量の感度を下げ、制御対象となるＮＨ３注入流量のハンチング現象を収束される方向へ制御量の感度を下げるように変化率制限付切替器８２の切替を行い、ハンチングを速やかに改善することが出来るので、その結果、適宜、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度の制御量の感度調整が実施でき、常時適切な制御量の感度を確保することが可能となる。
【００３４】
また、負荷要求指令値の微分値のＯＲ回路７２から出力が無くなり、ハンチング現象が収束するとオンディレイ回路７４を経由することで所定時間後にはＡＮＤ回路７５が作動しなくなるので変化率制限付切替器８２の作動も無くなり、制御量の感度を初期設定値へ戻すことができる。
【００３５】
こうして前記制御操作後にハンチング現象が収束したことを制御対象となるＮＨ３注入流量の挙動より判断し、適切なタイミングで制御量の感度を初期設定値へ戻すことができる。
【００３６】
前記従来技術の項で述べた公報記載の３つの従来技術は、全てハンチング現象が発生した場合に制御ゲインを下げることを特徴としているが、ハンチング現象が発生した場合においても、ゲインを下げるタイミングおよび範囲を考慮することが肝要であり、もしこれを怠った場合には発散現象或いはハンチング現象を助長させることがしばしばある。
【００３７】
これに対して本発明の上記実施の形態はハンチング現象が発生した場合には操作量の感度を下げ、常に制御対象となるプロセス値の安定化を図り、ハンチング現象が収束した場合には、再度、ハンチング発生前の制御量感度へ戻すことに特徴があり、ゲインを下げるタイミングおよび範囲を考慮すること無く容易にハッチングを収束させ、安定な制御が自動的にできる特徴がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、制御量の感度と制御対象となるプロセス値の感度に差異が生じ、ハンチング現象が発生した場合においても、人為的な行為を必要とせず操作量の感度を下げ、常に制御対象となるプロセス値の安定化を図り、ハンチング現象が収束した場合には、再度、ハンチング発生前の制御量感度へ戻すことにより、常に制御設定値へ漸近するまでの時間短縮が計れる効果が期待出来る制御方式である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る脱硝制御装置の一実施の形態を示す制御回路図である。
【図２】脱硝反応器の窒素酸化物計測位置及びアンモニア注入位置を示す概略図である。
【図３】従来技術に係る脱硝制御装置の制御回路図である。
【符号の説明】
１ 脱硝反応器 ２ 入口ダクト
３ 出口ダクト ４ ＮＨ３注入管
５ ＮＨ３配管
８ 従来脱硝制御装置
９ ＮＨ３注入量算出器
１０ ＮＨ３流量調節弁
１２ 入口ＮＯｘ分析計 １３ 入口ＮＯｘ濃度信号
１５ 出口ＮＯｘ濃度設定器 １６ 設定ＮＯｘ濃度信号
１８ 必要ＮＨ３モル比演算部
１９、２４、４０、５６、５７、６０ 減算器
２０ 必要モル比信号 ２２ 出口ＮＯｘ分析計
２３ 出口ＮＯｘ濃度信号 ２５、４２ 比例積分演算器
２６、５１、６１ 加算器 ２７ 必要モル比補正信号
２８ 被処理ガス量 ２９ 被処理ガス流量信号
３０ 総ＮＯｘ量信号 ３１、３２、５８、６２ 乗算器
３３ 必要ＮＨ３流量信号
３８ ＮＨ３流量計
３９ 実測ＮＨ３流量信号
４１ ＮＨ３流量偏差信号
４３ 弁開度信号 ４４ 真空変換器
４５ ＮＨ３流量調節弁制御信号
５０ 必要ＮＨ３流量算出器
５２、５４ 関数発生器 ５３ 一次遅れ関数発生器
５５ 変化率制御器 ５９ リークＮＨ３流量検出器
６３ 出口ＮＯｘ偏差補正ゲイン出力信号
６４ 脱硝出口出口ＮＯｘ偏差補正バイアス出力信号
６５ 残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号
６６ 補正必要ＮＨ３注入補正出力信号
６７ 脱硝出口ＮＯｘ制御偏差 ６８ 補正後必要ＮＨ３流量信号
６９、７８ 微分回路 ７０、７７ 上側判定器
７１、７６、８０ 下側判定器 ７２ ＯＲ回路
７３ 否定回路 ７４ オンディレイ回路
７５、７９、８１ ＡＮＤ回路 ８２ 変化率制限付切替器
８３、８４ 定数発生器 ８５ 制御量感度切替信号
８６ 負荷変化終了時限後判定信号 ８７ プロセス変化方向判定信号
８８ ハンチング判定信号 Ｇ 被処理ガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィードバック制御を使用したプロセス値の制御方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロセス値の制御例として、被処理ガス（排ガス）中の窒素酸化物（ＮＯｘ）分をアンモニア（ＮＨ３）を注入した後に脱硝触媒により除去する排煙脱硝装置における、被処理ガス中へのアンモニア（ＮＨ３）注入流量を調節するアンモニア注入流量制御装置により、従来技術のプロセス値制御方法について説明する。
【０００３】
排煙脱硝装置内において、被処理ガス中のＮＯｘは被処理ガス中に注入するＮＨ３と反応し、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。しかし、注入したＮＨ３はＮＯｘとの反応に使用されるだけでなく、触媒表面上に吸着し得るだけ吸着することも考慮に入れなければならない。
【０００４】
一方、被処理ガス中に注入する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、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度が規定値を超過することがある。従来技術の排煙脱硝装置に設置する脱硝反応制御の系統図を図３に示す。
【０００５】
被処理ガス中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ３注入量を算出するＮＨ３注入量算出器９は、脱硝反応器の入口ＮＯｘ濃度、出口ＮＯｘ濃度設定値、出口ＮＯｘ濃度及び排ガス量等から適切なＮＨ３注入量を算出するものである。すなわち、脱硝反応器の入口ＮＯｘ分析計１２で検出された入口ＮＯｘ濃度信号１３と、被処理ガス量２８の被処理ガス流量信号２９とを乗算器３１で乗算し、総ＮＯｘ量信号３０を算出する。
【０００６】
一方、入口ＮＯｘ濃度信号１３と脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度設定器１５で設定された設定ＮＯｘ濃度信号１６との減算を行う減算器１９を有する必要ＮＨ３モル比演算部１８でＮＨ３モル数のＮＯｘモル数に対する比である必要モル比（ＮＨ３モル／ＮＯｘモル）信号２０を算出し、これに出口ＮＯｘ分析計２２で検出された実測出口ＮＯｘ濃度信号２３と設定ＮＯｘ濃度信号１６との偏差を減算器２４により計算して得た脱硝反応器出口ＮＯｘ制御偏差６７を比例積分演算器２５で演算した後、加算器２６で加えて前記必要モル比信号２０の補正を行う。得られた補正後の必要モル比補正信号２７を総ＮＯｘ量信号３０と乗算器３２で掛け合わせて必要ＮＨ３流量信号３３を算出する。
【０００７】
この必要ＮＨ３流量信号３３とＮＨ３流量計３８で検出された実測ＮＨ３流量信号３９を減算器４０で減算してＮＨ３流量偏差信号４１を算出し、これを比例積分演算器４２で弁開度信号４３に変換して真空変換器４４によりＮＨ３流量調節弁制御信号４５に変換し、ＮＨ３配管５の途中に設けられたＮＨ３流量調節弁１０を開閉する。
【０００８】
また、前記脱硝反応器出口ＮＯｘ制御偏差６７からＮＨ３流量を増減させる脱硝出口ＮＯｘ偏差補正バイアス出力信号６４（脱硝反応器出口制御偏差６７を偏差に応じたバイアスを設定する関数発生器５４と変化率制限器５５で処理して得られる。）と、脱硝反応器内での残存ＮＨ３吸着量を考慮してＮＨ３流量を増減させる残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号６５（出口ＮＯｘ濃度信号２３と入口ＮＯｘ濃度信号１３との偏差を減算器５７で算出し、これに被処理ガス流量２８を乗算器５８で掛け合わせて脱硝反応器内の残存ＮＯｘ量を算出し、これに対応して消費されるＮＨ３流量を実測ＮＨ３流量信号３９に基づき減算器５６で算出し、消費されたＮＨ３流量とリークＮＨ３流量検出器５９の検出値の偏差から残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号６５を得る。）とを加算器６１で加算し、さらに得られた加算値に脱硝反応器出口制御偏差６７からの補正ゲイン６３（制御偏差６７を偏差に応じたゲインを設定する関数発生器５２と一次遅れ関数発生器５３で処理して得られる。）を乗算することで補正必要ＮＨ３注入補正出力信号６６を得て、これを加算器５１で前記必要ＮＨ３流量信号３３に加えて補正後の必要ＮＨ３流量信号６８を算出する。
【０００９】
また、上記制御回路として下記の公知例がある。
▲１▼特開昭６２−２３１３０５号公報、「温度制御装置」：当該発明は、被制御体の温度に規定以上のハンチングが現れたときは、積分動作の利得下げるようにしたことを特徴とする温度制御装置である。
【００１０】
▲２▼特開平２−３１２０１号公報、「フィードバック制御装置」：当該発明は、持続的な振動変化が発生した場合、ゲインを下げる制御回路を設けたことを特徴とするフィードバック制御装置である。
【００１１】
▲３▼特開平３−１７９５０１号公報、「油圧サーボ系の制御装置」：当該発明は、予め設定されているハンチング発生時周波数と一致した場合に、ハンチングが発生したと判断することと、ハンチングを抑えるゲイン調整手段をそなえたことを特徴とする制御装置である。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６２−２３１３０５号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平２−３１２０１号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平３−１７９５０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の脱硝反応器のＮＨ３流量制御装置において、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度が制御設定値へ漸近するまでの時間を短縮すべく、できるだけ制御量（ＮＨ３量）の増加・減少の感度を上げる方向で調整を実施するが、ボイラの運転状態が著しく異なる急速負荷変化、炭種変化、予測不能な外乱等が発生した場合（ボイラの平衡状態が大きく崩れた場合）、ハンチング現象が発生する事象があった。
【００１６】
更に、ハンチング現象が発生した場合においても、制御量の感度を下げるタイミングが考慮されておらず、ハンチングを助長させる事象があった。
【００１７】
このため、ボイラの運転状態が著しく異なる急速負荷変化、炭種変化、外乱等によりボイラの平衡状態が大きく崩れた場合、制御対象プロセス値がハンチングする現象が生じる。
【００１８】
本発明の課題はボイラの運転状態が著しく異なるなど、プロセス値が急速負荷変化、炭種変化、外乱等により、プロセス値の平衡状態が大きく崩れた場合でも、前記制御対象のプロセス値がハンチングしないように制御する方法と装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する為に、本発明は主として次の様な構成を採用する。
（１）被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御方法であって、制御対象機器のプロセス値の変化率が所定値より小さくなり、実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入り、且つ制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したと判定されると、プロセス値の制御量感度を下げて制御対象機器のプロセス値を調節するプロセス値制御方法。
【００２０】
（２）アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法において、実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなり、実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入り、かつ脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過した場合には窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げる脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。
ここで、実測ＮＯｘ濃度の変化が前記ハンチング領域内から脱して安定した場合には、ＮＯｘ濃度変化の制御感度の下げを解除して通常のＮＯｘ濃度変化の制御感度に戻すことができる。
【００２１】
（３）被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御装置であって、制御対象機器のプロセス値を調節するプロセス値調節手段と、プロセス値の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定するプロセス値変化方向判定器と、実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうかを判定する負荷変化終了時限後判定器と、前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときにプロセス値の制御量感度を下げる切替器とを設けたプロセス値制御装置。
【００２２】
（４）アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置において、脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を算出する必要アンモニア注入流量算出器と、該必要アンモニア注入流量算出器で算出された必要アンモニア注入流量と実測したアンモニア注入流量の偏差に基づきアンモニア注入流量を調節しながら脱硝反応器へ注入するアンモニア注入流量調節器とを備えた脱硝装置のアンモニア流量制御装置において、実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定する実測窒素酸化物濃度変化方向判定器と、実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうか判定する負荷変化終了時限後判定器と、前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときに窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げる切替器とを設けた脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置。
前記切替器は、前記三つの判定器が全て「ノー」の判定があったときにＮＯｘ濃度変化の制御感度を元に設定値に戻す機能を備えた構成とすることができる。
【００２３】
【作用】
図１により本発明を説明すると、制御対象となるプロセス値の変化方向をプロセス変化方向判定信号８７により、常時判定させておき、負荷変化・起動・停止などのイベントが終了し一定時間が経過したことを判定する負荷変化終了時限後判定信号８６と制御対象となるプロセス値のハンチング発生有無をハンチング判定信号８８が成立した場合には、制御対象となるプロセス値のハンチング現象を収束させる方向へ、制御量の感度を変化率制限付切替器８２により切替を行い、ハンチングを速やかに改善することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る脱硝制御装置において、図面を用いて以下説明する。
図２は脱硝反応器の概略図である。脱硝反応器１は、被処理ガスＧ、例えば被処理ガスＧの発生源であるボイラの排ガスを入口ダクト２から導入し、ＮＨ３の注入によって脱硝処理してから出口ダクト３に排出し、更に図示していない煙突により屋外に排出する。この際、入口ダクト２に設けられたＮＨ３注入管４によって、被処理ガスＧ中のＮＯｘ量に見合ったＮＨ３がアンモニア流量計３８及びアンモニア流量調節弁１０を介して注入され、被処理ガスＧ中のＮＯｘは脱硝反応器１の内部に充填された図示していない脱硝触媒の働きによって無害な水蒸気と窒素ガスに分解され、除去される。通常、脱硝反応器１の運用は被処理ガスＧの発生源、例えばボイラ等の負荷変化時においても脱硝反応器１の出口ＮＯｘ濃度が既定値以下になるように制御される。ここで、被処理ガスＧ中の入口ＮＯｘ濃度は、入口ＮＯｘ分析計１２で、出口ＮＯｘ濃度は出口ＮＯｘ分析計２２で計測される。
【００２５】
以下、本発明の実施例である制御装置の全体構造を図１を用いて説明する。
図１は上記脱硝反応器１に備えられた脱硝反応器のアンモニア制御装置の実施の形態を示す図である。
【００２６】
図１のアンモニア制御装置は、図３に示す従来技術のアンモニア制御装置に負荷要求指令値の変動により被処理ガスＧ中へのアンモニア注入流量の平衡状態が大きく崩れた場合でも、アンモニア注入流量がハンチングしないように制御する回路を追加したものである。すなわち、被処理ガス中にＮＨ３注入量を算出する注入量算出器９及び先行的に必要ＮＨ３流量算出器５０の他に、制御量感度切替信号８５を設置したものである。
【００２７】
具体的な動作方法は以下となる。
制御対象となる被処理ガス中へのＮＨ３注入流量の変化方向をプロセス変化方向判定信号８７により、常時判定させておき、負荷変化・起動・停止などのイベントが終了し一定時間が経過したことを判定する負荷変化終了時限後判定信号８６により判定させる。
【００２８】
プロセス変化（ＮＨ３注入流量変化）方向判定信号８７は脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度信号２３を微分回路７８で微分して、その変化率が下限値に達した場合（変化率が小さくなってプロセス値が安定してきた状態）に出力がある。
【００２９】
また、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度信号２３の下側判定器７６と上側判定器７７の両方の信号がＡＮＤ回路７９に入力され、それがＡＮＤ回路７９から出力されるとＮＨ３注入流量が大きく変化するためハンチングが生じていることになり、ＡＮＤ回路７９の出力信号はハンチングの判定信号８８となる。すなわち、下側判定器７６と上側判定器７７の両方の条件を満たしたか否かで判定信号８８が出力される。プロセス変化方向判定信号８７とハンチング判定信号８８の両方からＡＮＤ回路８１に入力があると、該ＡＮＤ回路８１の出力はＡＮＤ回路７５に入力される。
【００３０】
ＡＮＤ回路７５にはボイラ等の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうか判定する負荷変化終了時限後判定信号８６が入力可能になっている。
【００３１】
負荷変化終了時限後判定信号８６は、負荷要求指令値（ボイラ等の負荷変化、起動または停止で生じる指令値）の微分回路６９で微分され、その微分値が上側判定器７０と下側判定器７１のいずれかの条件を満たすと、ＯＲ回路７２から出力があり、該出力が否定回路７３とオンディレイ回路７４を経由することで得られる。
【００３２】
ＡＮＤ回路７５には負荷変化終了時限後判定信号８６と先のプロセス変化方向判定信号８７とハンチング判定信号８８の両方からの入力で作動するＡＮＤ回路８１からの出力がＡＮＤ回路７５に入力されると三つの条件が揃うので、変化率制限付切替器８２が作動する。該変化率制限付切替器８２の作動は二つの定数発生器８３、８４の定数値が切り替わることで行われる。また、変化率制限付切替器８２の出力は脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度制御偏差６７の一次遅れ関数発生器５３に入力されて、必要ＮＨ３注入流量算出器５０の補正必要ＮＨ３注入流量補正出力信号６６に算入される。
【００３３】
こうして、ハンチング判定信号８８が成立している範囲だけＮＨ３注入流量の制御量の感度を下げ、制御対象となるＮＨ３注入流量のハンチング現象を収束される方向へ制御量の感度を下げるように変化率制限付切替器８２の切替を行い、ハンチングを速やかに改善することが出来るので、その結果、適宜、脱硝反応器出口ＮＯｘ濃度の制御量の感度調整が実施でき、常時適切な制御量の感度を確保することが可能となる。
【００３４】
また、負荷要求指令値の微分値のＯＲ回路７２から出力が無くなり、ハンチング現象が収束するとオンディレイ回路７４を経由することで所定時間後にはＡＮＤ回路７５が作動しなくなるので変化率制限付切替器８２の作動も無くなり、制御量の感度を初期設定値へ戻すことができる。
【００３５】
こうして前記制御操作後にハンチング現象が収束したことを制御対象となるＮＨ３注入流量の挙動より判断し、適切なタイミングで制御量の感度を初期設定値へ戻すことができる。
【００３６】
前記従来技術の項で述べた公報記載の３つの従来技術は、全てハンチング現象が発生した場合に制御ゲインを下げることを特徴としているが、ハンチング現象が発生した場合においても、ゲインを下げるタイミングおよび範囲を考慮することが肝要であり、もしこれを怠った場合には発散現象或いはハンチング現象を助長させることがしばしばある。
【００３７】
これに対して本発明の上記実施の形態はハンチング現象が発生した場合には操作量の感度を下げ、常に制御対象となるプロセス値の安定化を図り、ハンチング現象が収束した場合には、再度、ハンチング発生前の制御量感度へ戻すことに特徴があり、ゲインを下げるタイミングおよび範囲を考慮すること無く容易にハッチングを収束させ、安定な制御が自動的にできる特徴がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、制御量の感度と制御対象となるプロセス値の感度に差異が生じ、ハンチング現象が発生した場合においても、人為的な行為を必要とせず操作量の感度を下げ、常に制御対象となるプロセス値の安定化を図り、ハンチング現象が収束した場合には、再度、ハンチング発生前の制御量感度へ戻すことにより、常に制御設定値へ漸近するまでの時間短縮が計れる効果が期待出来る制御方式である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る脱硝制御装置の一実施の形態を示す制御回路図である。
【図２】脱硝反応器の窒素酸化物計測位置及びアンモニア注入位置を示す概略図である。
【図３】従来技術に係る脱硝制御装置の制御回路図である。
【符号の説明】
１ 脱硝反応器 ２ 入口ダクト
３ 出口ダクト ４ ＮＨ３注入管
５ ＮＨ３配管
８ 従来脱硝制御装置
９ ＮＨ３注入量算出器
１０ ＮＨ３流量調節弁
１２ 入口ＮＯｘ分析計 １３ 入口ＮＯｘ濃度信号
１５ 出口ＮＯｘ濃度設定器 １６ 設定ＮＯｘ濃度信号
１８ 必要ＮＨ３モル比演算部
１９、２４、４０、５６、５７、６０ 減算器
２０ 必要モル比信号 ２２ 出口ＮＯｘ分析計
２３ 出口ＮＯｘ濃度信号 ２５、４２ 比例積分演算器
２６、５１、６１ 加算器 ２７ 必要モル比補正信号
２８ 被処理ガス量 ２９ 被処理ガス流量信号
３０ 総ＮＯｘ量信号 ３１、３２、５８、６２ 乗算器
３３ 必要ＮＨ３流量信号
３８ ＮＨ３流量計
３９ 実測ＮＨ３流量信号
４１ ＮＨ３流量偏差信号
４３ 弁開度信号 ４４ 真空変換器
４５ ＮＨ３流量調節弁制御信号
５０ 必要ＮＨ３流量算出器
５２、５４ 関数発生器 ５３ 一次遅れ関数発生器
５５ 変化率制御器 ５９ リークＮＨ３流量検出器
６３ 出口ＮＯｘ偏差補正ゲイン出力信号
６４ 脱硝出口出口ＮＯｘ偏差補正バイアス出力信号
６５ 残存ＮＨ３吸着量補正バイアス信号
６６ 補正必要ＮＨ３注入補正出力信号
６７ 脱硝出口ＮＯｘ制御偏差 ６８ 補正後必要ＮＨ３流量信号
６９、７８ 微分回路 ７０、７７ 上側判定器
７１、７６、８０ 下側判定器 ７２ ＯＲ回路
７３ 否定回路 ７４ オンディレイ回路
７５、７９、８１ ＡＮＤ回路 ８２ 変化率制限付切替器
８３、８４ 定数発生器 ８５ 制御量感度切替信号
８６ 負荷変化終了時限後判定信号 ８７ プロセス変化方向判定信号
８８ ハンチング判定信号 Ｇ 被処理ガス
Claims (6)
- 被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御方法であって、
制御対象機器のプロセス値の変化率が所定値より小さくなり、実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入り、且つ制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したと判定されると、プロセス値の制御量感度を下げて制御対象機器のプロセス値を調節することを特徴とするプロセス値制御方法。 - アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法において、
実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなり、実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入り、かつ脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過した場合には窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げることを特徴とする脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。 - 実測窒素酸化物濃度の変化が前記ハンチング領域内から脱して安定した場合には、窒素酸化物濃度変化の制御感度の下げを解除して通常の窒素酸化物濃度変化の制御感度に戻すことを特徴とする請求項２記載の脱硝反応器アンモニア注入流量制御方法。
- 被処理物の負荷変化があり、被処理物に基因するプロセス値が変化する制御対象機器のプロセス値制御装置であって、
制御対象機器のプロセス値を調節するプロセス値調節手段と、
プロセス値の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定するプロセス値変化方向判定器と、
実測プロセス値の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、
制御対象機器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうかを判定する負荷変化終了時限後判定器と、
前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときにプロセス値の制御量感度を下げる切替器と
を設けたことを特徴とするプロセス値制御装置。 - アンモニアを被処理ガス中に注入することで被処理ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を調節する脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置において、
脱硝反応器の入口窒素酸化物濃度、出口窒素酸化物濃度設定値、出口窒素酸化物濃度及び処理ガス量を含むパラメータにより被処理ガス中へのアンモニア注入流量を算出する必要アンモニア注入流量算出器と、
該必要アンモニア注入流量算出器で算出された必要アンモニア注入流量と実測したアンモニア注入流量の偏差に基づきアンモニア注入流量を調節しながら脱硝反応器へ注入するアンモニア注入流量調節器と、
を備えた脱硝装置のアンモニア流量制御装置において、
実測窒素酸化物濃度の変化率が所定値より小さくなったかどうかを判定する実測窒素酸化物濃度変化方向判定器と、
実測窒素酸化物濃度の変化が所定のハンチング領域内に入ったかどうかを判定するハンチング判定器と、
脱硝反応器の負荷変化が終了して、または起動開始後または運転停止後所定の時間が経過したかどうか判定する負荷変化終了時限後判定器と、
前記三つの判定器が全て「イエス」の判定であったときに窒素酸化物濃度変化の制御感度を下げる切替器と
を設けたことを特徴とする脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置。 - 前記切替器は、前記ハンチング判定器が「ノー」の判定であったときに窒素酸化物濃度変化の制御感度を元の設定値に戻す機能を備えたことを特徴とする請求項５記載の脱硝反応器アンモニア注入流量制御装置。
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- 2003-05-29 JP JP2003152277A patent/JP2004355329A/ja active Pending
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