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JP3243643B2 - 排ガス脱硝方法及びその装置 - Google Patents

排ガス脱硝方法及びその装置

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JP3243643B2
JP3243643B2 JP04583191A JP4583191A JP3243643B2 JP 3243643 B2 JP3243643 B2 JP 3243643B2 JP 04583191 A JP04583191 A JP 04583191A JP 4583191 A JP4583191 A JP 4583191A JP 3243643 B2 JP3243643 B2 JP 3243643B2
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JP
Japan
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exhaust gas
amount
ammonia
load
nitrogen oxide
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JP04583191A
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敏次 佐瀬
道昭 松田
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Publication date
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排ガスから窒
素酸化物を除去する脱硝装置、特にディーゼル機関に適
した排ガス脱硝装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、排気ガス脱硝装置のアンモニア注入
制御は、エンジンの起動信号を発停信号発信器より受け
取ってバルブを開き、アンモニアの注入を開始し、停止
信号を受け取ってバルブを閉じて注入を終了するように
なっている。
【0003】また、特開平1−168318号公報に
は、ディーゼルエンジンの排ガスダクトに設けた脱硝装
置をバイパスするバイパスダクトを設け、このバイパス
ダクト後流側の排ガスダクトに排ガス温度測定用の温度
計を設け、該温度計のガス温度信号とエンジン運転信号
と脱硝装置運転温度設定温度信号とを比較し、アンモニ
ア用バルブの開閉を制御する装置が開示されている。
【0004】また、特開平2−223623号公報に
は、アンモニア供給量を予めシーケンサによって学習さ
せ、それに基づいて必要量のアンモニアを供給する発電
ディーゼルエンジン排ガスのNOx装置が開示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のバルブのみを開閉してアンモニアを供給すものでは、
窒素酸化物の発生量に対応したアンモニア流量の微妙な
制御ができないため、窒素酸化物の排出量の制御が行え
ず、リークアンモニアが増加するなどの問題があった。
【0006】また、従来より窒素酸化物の発生量の変化
に対応してアンモニア流量を調整する制御が行われてい
るが、この方法では、常に窒素酸化物濃度や排気ガス風
量等を測定し、アンモニア供給量を計算する必要があ
り、NOx計の調整やガス採取管の清掃などのメンテナ
ンスコストが高くなるという問題があった。
【0007】また、特開平2−223623号公報のも
のは、アンモニア供給量を予めシーケンサによって学習
させ、それに基づいて必要量のアンモニアを供給する
が、その装置構成及び制御方法が複雑で、運転や調整が
困難であるという問題がある。本発明は上述の点に鑑み
てなされたもので、上記問題点を除去し、構成が簡単
で、内燃機関の負荷の変化に追従して適切な流量のアン
モニアを排気ガス中に供給できる排ガス脱硝装置を提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、内燃機関の排ガス中にアンモニアを注入し、
該アンモニアが注入された排ガスを窒素酸化物触媒反応
塔に通し、排ガス中の窒素酸化物を除去する排ガス脱硝
方法において、内燃機関の負荷に対して排出される窒素
酸化物量と一定酸素濃度に換算した場合の規制濃度にお
ける許容窒素酸化物量とをそれぞれ負荷の一次関数とし
て求め、この窒素酸化物量と許容窒素酸化物量の差から
排ガス中の窒素酸化物濃度が規制濃度以下になるまでの
アンモニア供給量を負荷に対する一次関数式で算出し、
負荷の変化に応じて該算出したアンモニア量を供給する
ことを特徴とする。
【0009】また、内燃機関の排ガスを排出する排ガス
ダクトに窒素酸化物触媒反応塔を接続すると共に、該内
燃機関と窒素酸化物触媒反応塔の間の排ガスダクトに窒
素酸化物の還元剤としてアンモニアを供給するアンモニ
ア供給装置を接続した排ガス脱硝装置において、内燃機
関の負荷に対して排出される窒素酸化物量と一定酸素濃
度に換算した場合の規制濃度における許容窒素酸化物量
とをそれぞれ負荷の一次関数としてとして求め、この窒
素酸化物量と許容窒素酸化物量の差から排ガス中の窒素
酸化物濃度を規制濃度以下とするアンモニア供給量を負
荷を一次関数として算出する一次関数式の係数を記憶
し、該係数値を用い負荷の変化に応じて前記アンモニア
供給量を算出する演算手段と、該演算手段の算出出力に
より前記アンモニア供給装置からのアンモニア供給量を
制御し窒素酸化物濃度を規制値以下とする制御手段とを
設けたこと特徴とする。
【0010】
【作用】内燃機関より排出された排ガスは供給されたア
ンモニアと混合し、窒素酸化物触媒反応塔に流入し、こ
こで触媒の作用により、窒素酸化物の除去すなわち脱硝
が行われる。
【0011】排ガス中に注入するアンモニアの供給量
は、内燃機関の負荷に対して排出される窒素酸化物の量
と一定酸素濃度に換算した場合の規制濃度における窒素
酸化物の量との差から、負荷に対する一次関数として算
出し、該算出結果に基づいてアンモニアを排ガス中に注
入するので、アンモニアは常に排ガス中の窒素酸化物の
量に対応して適正量が供給されることになり、効率のよ
い安定した脱硝が行われることになる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の排ガス脱硝装置の構成例を示す図
である。図1の排ガス脱硝装置は発電機11を駆動する
ディーゼル機関1の排ガス脱硝装置の構成を示す。
【0013】ディーゼル機関1の排気口には、排ガスダ
クト9により窒素酸化物触媒反応塔、即ち脱硝塔2が接
続されている。排ガスダクト9の途中で且つ脱硝塔の上
流側にアンモニア注入器8を設置する。ディーゼル機関
1に直結した発電機11の負荷信号線6は、アンモニア
供給量演算器5に接続され、該アンモニア供給量演算器
はアンモニア流量調整弁コントローラ4に接続されてい
る。
【0014】前記アンモニア注入器8はアンモニア流量
調整弁7を通してアンモニア貯留ボンベ3に連結されて
いる。前記アンモニア流量調整弁7は前記アンモニア流
量調整弁コントローラ4に接続されている。
【0015】前記脱硝塔2の出口は排ガス排出ダクト1
0を通して図示しない煙突等に接続され、脱硝塔2によ
り脱硝された排ガスは大気に放出されるようになってい
る。以下、上記構成の排ガス脱硝装置の動作を説明す
る。
【0016】上記のように内燃機関(ディーゼル機関
1)の排ガスに窒素酸化物を還元するための還元剤とし
てアンモニアを注入混合し、窒素酸化物触媒反応塔によ
り脱硝するようにした装置において、該装置を設ける内
燃機関の種々の項目について内燃機関の負荷に対する値
を測定した結果図2及び図3に示す。
【0017】図2(a)は負荷に対する窒素酸化物濃度
NOxを示す図であり、図2(b)は負荷に対する排ガ
ス風量を示す図である。窒素酸化物量は次式(1)で計
算される。 (窒素酸化物)=(窒素酸化物濃度)×(排ガス風量)・・・・(1) 従って、窒素酸化物の量は図2(c)に示すように、略
一次関数で表される。
【0018】又、特定の酸素濃度に換算して表した窒素
酸化物濃度で規制値(低減目標値)が表される場合の許
容窒素酸化物量は次式(2)で表される。 (許容窒素酸化物量)=(許容酸化物濃度)×(排ガス風量)×(21− O2)/(21−O2O)・・・・・・・・(2) ここでO2Oは特定の酸素濃度〔%〕を示し、O2は任意
の酸素濃度を示し、21は空気中の酸素濃度を示す。デ
ィーゼル機関の排ガス中の窒素酸化物の排出規準は酸素
濃度換算(O2O)で13%に設定されている。
【0019】図3(a)は負荷に対する酸素濃度を示し
図であり、図3(b)は負荷に対する(許容酸化物濃
度、即ち規制値)×(21−O2)/(21−O2O)を
示す図である。
【0020】また、図3(c)は負荷に対する許容窒素
酸化物量の計算結果を示す図である。図3(c)に示す
ように、特定酸化物濃度に換算した窒素酸化物濃度の規
制値に対する窒素酸化物量は、負荷に対する一次関数で
表される。
【0021】アンモニアによる選択式脱硝作用では、ア
ンモニアと窒素酸化物の反応がモル比1:1で行われ
る。従って、上記窒素酸化物濃度を満足するために必要
なアンモニア量は、次式(3)で表される。 (必要アンモニア量)=(窒素酸化物量)−(許容窒素酸化物量)・(3)
【0022】上記アンモニア量を算出する上記式(3)
の右辺の(窒素酸化物量)及び(許容窒素酸化物量)は
ともに一次式で近似されるので、その減算結果も一次式
で近似できる。即ち、排ガス中の窒素酸化物濃度を規制
値以下にするために必要なアンモニア供給量は、負荷に
対する一次式で近似できることになる。
【0023】上記のように、内燃機関の負荷に対して、
排出される窒素酸化物の量及び特定酸素濃度に換算した
場合の規制(目標)濃度における窒素酸化物の量がそれ
ぞれ略一次関数であらわされることがわかる。このこと
から、脱硝に必要なアンモニア供給量は、内燃機関の負
荷の一次関数として設定し、供給すればよい。
【0024】図1に示す構成の排ガス脱硝装置におい
て、この排ガス脱硝装置を設置するディーゼル機関1の
負荷に対するNOx濃度{図2(a)参照}及び負荷に
対する排ガス風量を{図2(b)参照}を実測して求め
る。この負荷に対するNOx濃度及び排ガス風量から式
(1)を用いて負荷に対して一次関数として表される窒
素酸化物量を求める{図2(c)参照}。
【0025】また、上記ディーゼル機関1の負荷に対す
る酸素濃度を実測して求める{図3(a)参照}。この
負荷に対する酸素濃度から図3(b)示すような負荷に
対する(許容酸化物濃度)×(21−O2)/(21−
2O)を求める。そして、式(2)を用いて負荷に対し
て一次関数として表される許容窒素酸化物量を求める
{図3(c)参照}。
【0026】上記窒素酸化物量と許容窒素酸化物量との
差から式(3)に示すように供給アンモニア量を求め
る。この場合、上記のように窒素酸化物量も窒素酸化物
量も負荷の一次関数と表されるから、両者の差から供給
アンモニア量を算出する式は負荷に対する一次関数式と
なる。この負荷から供給アンモニア量を算出する一次関
数式の係数をアンモニア供給量演算器5の内部メモリに
記憶しておく。
【0027】上記のように、供給アンモニア量を算出す
る式の係数をアンモニア供給量演算器5の内部メモリに
記憶しておくことにより、アンモニア供給量演算器5に
負荷信号線6から負荷値が入力されると、この負荷値に
必要なアンモニア供給量を算出し、その結果をアンモニ
ア流量調整弁コントローラ4に出力する。
【0028】アンモニア流量調整弁コントローラ4はア
ンモニア流量調整弁7の開度を調整し、アンモニア貯留
ボンベ3からアンモニア流量調整弁7及びアンモニア注
入器8を介して排ガスダクト9内にアンモニア供給量演
算器5で算出された供給アンモニア量を注入する。
【0029】これにより、排ガスダクト9内に注入され
たアンモニアは排ガスと混合され、脱硝塔2に流入す
る。そして排ガス中の窒素酸化物は、脱硝塔2内の触媒
によりアンモニアと反応し、水と窒素に分解、即ち脱硝
される。脱硝された排ガスは煙突塔を介して大気中に放
出される。
【0030】なお、上記実施例では、内燃機関(ディー
ゼル機関)の負荷を用いる例を示したが、この負荷に代
えて燃料消費量又は内燃機関に連結した機械の負荷、即
ち発電装置では発電電力量や電流等、またポンプ等の機
械ではトルク等を用いることができる。
【0031】また、アンモニアの供給は脱硝塔の触媒の
内部温度が予め設定された温度範囲内の時、行うように
するとよい。
【0032】なお、上記実施例ではディーゼル機関につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、内燃機関全般に使用することが可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
のような優れた効果が得られる。 (1)アンモニアは常に排ガス中の窒素酸化物の量に対
応して適正量が排ガス中に供給されるので、効率のよい
安定した脱硝が行えると同時に、アンモニアリークの危
険性が低減できる。 (2)アンモニア流量の制御は、負荷信号のみで行うた
め、制御のために排ガス中の窒素酸化物を検出するNO
x計が不要になり、装置が簡略化される。 (3)アンモニア供給量が一次関数としてあらわされる
ので、演算器に設定する係数の変更が容易で、演算器の
構成も容易で、且つ制御が確実になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱硝装置の概略構成を示す図である。
【図2】内燃機関の負荷に対する種々の値を示す図で、
図2(a)は負荷に対するNOx濃度、図2(b)は負
荷に対する排ガス風量、図2(c)負荷に対するNOx
量の関係をそれぞれ示す。
【図3】内燃機関の負荷に対する種々の値を示す図で、
図3(a)は負荷に対するO2濃度、図3(b)は負荷
に対する規制値×(21ーO2)/(21ー13)、負
荷に対する許容窒素酸化物量負荷NOx量の関係をそれ
ぞれ示す。
【符号の説明】
1 ディーゼル 2 脱硝塔 3 アンモニア貯留ボンベ 4 アンモニア流量調整弁コントローラ 5 アンモニア供給量演算器 6 負荷信号線 7 アンモニア流量調整弁 8 アンモニア注入器 9 排ガスダクト 10 排ガス排出ダクト 11 発電器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−210017(JP,A) 特開 平2−259223(JP,A) 特開 平1−180220(JP,A) 特開 昭60−90029(JP,A) 特開 昭63−302120(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/94 B01D 53/74 F01N 3/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排ガス中にアンモニアを注入
    し、該アンモニアが注入された排ガスを窒素酸化物触媒
    反応塔に通し、排ガス中の窒素酸化物を除去する排ガス
    脱硝方法において、 前記内燃機関の負荷に対して排出される窒素酸化物量と
    一定酸素濃度に換算した場合の規制濃度における許容窒
    素酸化物量とをそれぞれ負荷の一次関数としてとして求
    め、この窒素酸化物量と許容窒素酸化物量の差から排ガ
    ス中の窒素酸化物濃度を規制濃度以下にするアンモニア
    供給量を負荷に対する一次関数として算出し、負荷の変
    化に応じて該算出したアンモニア量を供給することを特
    徴とする排ガス脱硝方法。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排ガスを排出する排ガスダク
    トに窒素酸化物触媒反応塔を接続すると共に、該内燃機
    関と窒素酸化物触媒反応塔の間の排ガスダクトに窒素酸
    化物の還元剤としてアンモニアを供給するアンモニア供
    給装置を接続した排ガス脱硝装置において、 前記内燃機関の負荷に対して排出される窒素酸化物量と
    一定酸素濃度に換算した場合の規制濃度における許容窒
    素酸化物量とをそれぞれ負荷の一次関数として求め、こ
    の窒素酸化物量と許容窒素酸化物量の差から排ガス中の
    窒素酸化物濃度を規制濃度以下とするアンモニア供給量
    を負荷の一次関数として算出する式の係数を記憶し、該
    係数を用い負荷の変化に応じて前記アンモニア供給量を
    算出する演算手段と、 該演算手段の算出出力により前記アンモニア供給装置か
    らのアンモニア供給量を制御し窒素酸化物濃度を規制値
    以下とする制御手段とを設けたこと特徴とする排ガス脱
    硝装置。
  3. 【請求項3】 請求項2の排ガス脱硝装置において、内
    燃機関の負荷に代えて、内燃機関の燃料消費量を用いる
    ことを特徴とする排ガス脱硝装置。
  4. 【請求項4】 請求項2の排ガス脱硝装置において、内
    燃機関の負荷に代えて、内燃機関に連結した機器の負荷
    を用いることを特徴とする排ガス脱硝装置。
  5. 【請求項5】 請求項2又は3又は4に記載の燃料消費
    量或いは負荷とアンモニア量の比例定数について、内燃
    機関の種類や窒素酸化物低減目標値などによってアンモ
    ニア供給量演算手段で任意に設定することを特徴とする
    排ガス脱硝装置。
  6. 【請求項6】 請求項2又は3又は4又は5において、
    前記アンモニアの供給は前記窒素酸化物触媒反応塔の触
    媒の温度が設定された温度範囲の時に行うことを特徴と
    する排ガス脱硝装置。
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