JP4945332B2 - Exhaust gas treatment device controller, exhaust gas treatment system, plant with exhaust gas treatment system, and control method and control program for exhaust gas treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電プラントのガスタービンなどの排ガスに含有される窒素酸化物などの汚染物質を減少させる排ガス処理器、その制御装置およびその排ガス処理器付きのプラント、並びに、排ガス処理器の制御方法および制御プログラムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment device for reducing pollutants such as nitrogen oxides contained in exhaust gas such as a gas turbine of a power plant, a control device therefor, a plant with the exhaust gas treatment device, and a control method for the exhaust gas treatment device. And control program.
エネルギー需要の増加への対応は化石燃料に頼る傾向が強く、化石燃料によるエネルギー供給量が増大し、これに伴って二酸化炭素(CO2)の排出量も増大している。このため、地球温暖化の危機が叫ばれ、CO2の排出量を地球規模で規制しようとする動きがでている。このような背景から、ガスタービンを備えた発電プラントにおいては、高効率が期待でき、その結果CO2の削減にもつながる、ガスタービンサイクルと蒸気タービンサイクルを組み合わせた複合発電プラントが期待されている。このような複合発電プラントは、たとえばガスタービン、その排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ、この発生蒸気を駆動蒸気とする蒸気タービンと、熱回収された排ガスを排気する煙突とを備えている。 The response to the increase in energy demand tends to rely on fossil fuels, and the amount of energy supplied by fossil fuels has increased, and accordingly, the amount of carbon dioxide (CO 2 ) emissions has also increased. For this reason, the crisis of global warming has been screamed, and there is a movement to regulate CO 2 emissions on a global scale. From such a background, a power plant equipped with a gas turbine is expected to be a combined power plant combining a gas turbine cycle and a steam turbine cycle, which can be expected to be highly efficient and consequently reduce CO 2 . . Such a combined power plant includes, for example, a gas turbine, an exhaust heat recovery boiler that generates steam using the exhaust gas as a heat source, a steam turbine that uses the generated steam as driving steam, and a chimney that exhausts the exhaust gas that has been recovered heat. ing.
このような複合発電プラントや、ガスタービン単独で発電を行う発電プラントなどにおいては、CO2の他に窒素酸化物(NOx)や硫黄酸化物(SOx)を排出してしまう。NOxやSOxは大気汚染物質であるため、その大気への放出が厳しく規制されている。このために排ガス流路中に脱硝装置や脱硫装置などを設置している場合がある。 In such a combined power plant or a power plant that generates power with a gas turbine alone, nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) are discharged in addition to CO 2 . Since NOx and SOx are air pollutants, their release into the atmosphere is strictly regulated. For this reason, a denitration device or a desulfurization device may be installed in the exhaust gas flow path.
このうち、脱硝装置における脱硝方法の一つとして、アンモニア注入系統より触媒部にアンモニアを吹きかけてアンモニアを活性化し、NOxと反応させてNOxを無害の窒素ガスと水蒸気とに還元分解する方法がある。この方法は、一般的に触媒の温度特性により300〜400℃での反応効率がよいため、複合発電プラントにおいては、蒸発器と節炭器の間に設置される。なお、アンモニアも有害成分のため未反応のアンモニアが排出されることは極力抑えなければならない。また、排ガスに含有される硫黄酸化物も、このような脱硝装置と同様に、排ガス中にアンモニアを注入することにより減少させることができる。 Among them, as one of the denitration methods in the denitration apparatus, there is a method in which ammonia is blown to the catalyst portion from the ammonia injection system to activate ammonia and react with NOx to reduce and decompose NOx into harmless nitrogen gas and water vapor. . This method is generally installed between an evaporator and a economizer in a combined power plant because the reaction efficiency at 300 to 400 ° C. is good due to the temperature characteristics of the catalyst. Since ammonia is also a harmful component, it is necessary to suppress unreacted ammonia from being discharged as much as possible. Further, sulfur oxides contained in the exhaust gas can be reduced by injecting ammonia into the exhaust gas, as in the case of such a denitration apparatus.
このような排気ガスのアンモニアによる脱硝反応プロセスでは、以下のような点に考慮すべきである。
(1)アンモニアとNOxとの反応は、触媒を介しての化学反応であり、排気ガスの温度・流量・圧力やアンモニア・NOxの濃度等の変動によって反応特性が非線形に変化する。したがって、異なるプラントの運転状態では、注入するアンモニア流量を同量変化させても脱硝反応プロセスで排出されるNOx量の変化は等しくならない。
(2)触媒部の入口・出口でのNOx濃度はガス分析計により常に測定されているが、ガス分析のため測定に要する無駄時間が非常に大きい(数十秒から数分程度)。
(3)大気中への排出NOx量および排出アンモニア量には濃度規制あるいは流量規制がある。たとえば濃度規制の場合には、以下の制限を考慮しなければならない。
a.ある時刻における排出NOx量が、瞬間排出量規制値を越えないこと。
b.1時間の平均排出NOx量が、移動時間平均規制値を越えないこと。
c.ある時刻における排出アンモニア量が、瞬間排出量規制値を越えないこと。
d.1時間の平均排出アンモニア量が、移動時間平均規制値を越えないこと。
なお、流量規制の場合には、上のa.−d.の規制値の単位を濃度の代わりに流量と置いたものになる。
In such a denitration reaction process using ammonia of exhaust gas, the following points should be considered.
(1) The reaction between ammonia and NOx is a chemical reaction through a catalyst, and the reaction characteristics change nonlinearly due to fluctuations in exhaust gas temperature, flow rate, pressure, ammonia / NOx concentration, and the like. Therefore, in the operating state of different plants, even if the injected ammonia flow rate is changed by the same amount, the change in the amount of NOx discharged in the denitration reaction process is not equal.
(2) Although the NOx concentration at the inlet / outlet of the catalyst unit is constantly measured by a gas analyzer, the dead time required for the measurement for gas analysis is very large (several tens of seconds to several minutes).
(3) The amount of NOx discharged to the atmosphere and the amount of ammonia discharged have a concentration restriction or a flow restriction. For example, in the case of concentration regulation, the following restrictions must be considered.
a. The NOx emission amount at a certain time does not exceed the instantaneous emission amount regulation value.
b. The average exhaust NOx amount per hour should not exceed the average travel time regulation value.
c. The amount of ammonia discharged at a certain time does not exceed the instantaneous emission control value.
d. The average amount of ammonia discharged per hour does not exceed the average regulation value for travel time.
In the case of flow regulation, the above a. -D. The unit of regulation value is set to flow rate instead of concentration.
ガスタービン排気ガスの脱硝制御としては、排出NOx設定値と排出NOx測定値の偏差に基づいてPID制御などによりアンモニア流量を調整する方法がある。しかし、このようなPID制御などによるフィードバック制御ではNOx測定に無駄時間の大きいシステムを安定かつ応答良く制御することは難しい。また、ガスタービン排気ガス中の発生NOx量に変化が起こった場合でも、無駄時間分は変化を検知できないため、排出NOx量に変化が表れてからアンモニア流量を操作しても、無駄時間分だけは排出NOx量を変えられない。このため、フィードフォワード信号を活用することが試みられてきた。 As the denitration control of the gas turbine exhaust gas, there is a method of adjusting the ammonia flow rate by PID control or the like based on the deviation between the exhaust NOx set value and the exhaust NOx measurement value. However, such feedback control by PID control or the like makes it difficult to stably and responsively control a system having a large dead time for NOx measurement. Also, even if there is a change in the amount of NOx generated in the gas turbine exhaust gas, the change in the waste time cannot be detected, so even if the ammonia flow rate is manipulated after the change in the exhaust NOx amount, only the waste time Cannot change the amount of exhausted NOx. For this reason, attempts have been made to utilize feedforward signals.
たとえば、特許文献1に記載されているように、ガスタービンから発生するNOx量は、ガスタービンの燃料流量、吸入している空気の流量、温度などから推定できる。また、排出NOx量がある値となるよう、触媒でのアンモニアとNOxの反応特性から、発生するNOx量に対して注入するアンモニア流量を計算することができる。そこで、この推定した発生NOx量をフィードフォワード信号としてアンモニア注入量を先行的に変化させ、脱硝制御性能の向上をはかることができる。また、たとえば特許文献2および特許文献3にも、制御性能を向上させるための技術が開示されている。
PID制御などによるフィードバック制御では十分な制御性が得られないために、発生NOx量を推定計算で求め、この発生NOx推定値を用い、注入するアンモニア流量を反応特性から計算で求め、先行的に変えて制御性の向上をはかってきた。しかしながら、このような制御方法では、次のような問題がある。
(1)発生するNOx量は制御周期ごとに計測されたプロセス量を用いて推定され、注入するアンモニア流量の計算に用いられている。アンモニアはこの計算値を用いて、下位のアンモニア流量制御系で実際にプロセスに注入される。アンモニア流量制御系には時間遅れがあり、発生NOx量の変化に対してアンモニア注入量は時間遅れをもって変化する。このため、発生NOx量の変化時には、アンモニア注入量はアンバランスになり、排出NOx量が変動する場合がある。
(2)発生NOx推定値の精度がよくない場合には、先行的に注入するアンモニア流量にずれを生じる。このため排出NOx量に変動を生じる場合がある。
(3)触媒でのアンモニアとNOxの反応率が運転状態や経年変化などで変わるため、発生NOx量に基づいて排出NOx量を目標値とするアンモニア注入量の計算も、運転状態や経年変化によりずれを生じることがある。このため排出NOx量に変動を生じる場合がある。
(4)排出NOx量に規制値からずれを生じた場合に、無駄時間分はフィードバックが働かない。このため排出NOx量を規制値に戻すためには時間がかかる。
(5)無駄時間のある制御対象であるため、PID制御などの制御方式ではフィードバックは強くかけられない。このため、排出NOx量に目標値とずれが生じても、戻すためには長時間を要する場合がある。
Since sufficient controllability cannot be obtained by feedback control by PID control or the like, the amount of generated NOx is obtained by estimation calculation, and the ammonia flow rate to be injected is obtained by calculation from the reaction characteristics by using this generated NOx estimated value. It has been changed to improve controllability. However, such a control method has the following problems.
(1) The amount of NOx generated is estimated using the process amount measured for each control cycle, and is used for calculating the ammonia flow rate to be injected. Ammonia is actually injected into the process using the calculated ammonia flow control system. The ammonia flow rate control system has a time delay, and the ammonia injection amount changes with a time delay with respect to the change in the generated NOx amount. For this reason, when the amount of generated NOx changes, the ammonia injection amount becomes unbalanced, and the exhausted NOx amount may fluctuate.
(2) When the accuracy of the generated NOx estimated value is not good, a deviation occurs in the ammonia flow rate injected in advance. For this reason, fluctuations in the amount of exhausted NOx may occur.
(3) Since the reaction rate of ammonia and NOx in the catalyst changes depending on the operating state and aging, etc., the calculation of the ammonia injection amount with the exhausted NOx amount as a target value based on the generated NOx amount also depends on the operating state and aging. Deviation may occur. For this reason, fluctuations in the amount of exhausted NOx may occur.
(4) When the exhausted NOx amount deviates from the regulation value, feedback does not work for the dead time. For this reason, it takes time to return the exhausted NOx amount to the regulation value.
(5) Since the control target has a dead time, feedback cannot be applied strongly in a control method such as PID control. For this reason, even if the amount of exhausted NOx deviates from the target value, it may take a long time to return.
このような問題点は、推定計算した発生NOx量を用いた静特性的なフィードフォワード制御に強く依存した制御系を構成することによって起こるのである。すなわち、発生NOx量について制御周期ごとに静特性として推定演算を行い、注入するアンモニア流量を静特性の値として推定計算する場合には、注入するアンモニアと発生したNOxの触媒での反応の時間的なずれを考慮していない。このため、発生NOx量の変動時には、排出NOx量が目標値からの偏差を生じる。また、フィードバックによる制御の働きが弱いために、排出されるNOx量に目標値と偏差が生じても、目標値に戻すためには長時間を要する場合がある。 Such a problem is caused by constructing a control system that relies heavily on the static feedforward control using the estimated calculated NOx amount. That is, in the case of estimating and calculating the generated NOx amount as a static characteristic for each control cycle and estimating and calculating the ammonia flow rate to be injected as the value of the static characteristic, the time of reaction of the injected ammonia and the generated NOx with the catalyst Does not take into account misalignment. For this reason, when the generated NOx amount varies, the exhausted NOx amount deviates from the target value. Further, since the control function by feedback is weak, it may take a long time to return to the target value even if a deviation from the target value occurs in the exhausted NOx amount.
また、排ガス中の硫黄酸化物を減少させる場合にも、脱硝装置と同様の問題がある。 Moreover, when reducing the sulfur oxide in exhaust gas, there exists a problem similar to a denitration apparatus.
そこで、本発明は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の汚染物質の含有量を減少させる際に、無駄時間に強いフィードバック制御ができるようにすることを目的とする。 Therefore, the present invention provides a dead time when ammonia is injected into a gas to be treated containing at least one contaminant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated. The purpose is to enable strong feedback control.
上述の目的を達成するため、本発明は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器を制御する排ガス処理器制御装置において、前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is configured to inject ammonia into a treatment target gas containing at least one of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the contaminant in the treatment target gas. In the exhaust gas treatment device control apparatus for controlling the exhaust gas treatment device to be reduced, the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target value of the amount of exhaust pollutant Means for receiving the target exhaust pollutant amount, means for transmitting the ammonia injection amount injected into the gas to be treated to the exhaust gas treatment device, the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device and using said ammonia injection amount, and calculates the internal state quantity estimation values estimated internal state quantity of the exhaust gas treatment device for determining the exhaust pollutant amount A state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and a value obtained by integrating a deviation of the exhausted pollutant amount from the target discharged pollutant amount by an integral gain. Feedback control amount calculation means for calculating a feedback control amount based on the integral feedback control amount; and ammonia injection amount calculation means for calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount.
また、本発明は、排ガス処理システムにおいて、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器と、前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、を備えた排ガス処理器制御装置と、を有することを特徴とする。 In the exhaust gas treatment system, the present invention reduces the content of the pollutant in the gas to be treated by injecting ammonia into the gas to be treated containing at least one of nitrogen oxide and sulfur oxide. Receiving an exhaust gas treatment device, a process amount of the exhaust gas treatment device, an amount of exhaust pollutant contained in exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and a target exhaust pollutant amount that is a target value of the exhaust pollutant amount Means for transmitting to the exhaust gas treatment device, an ammonia injection amount to be injected into the gas to be treated, a measured value of the exhaust pollutant amount , a process amount of the exhaust gas treatment device, and an ammonia injection amount, an internal state estimating means for calculating the internal state quantity estimation values estimated internal state quantity of the exhaust gas treatment device for determining the exhaust pollutant amount, the internal Based on a state feedback control amount obtained by multiplying a state feedback gain by a state feedback gain, and an integral feedback control amount obtained by multiplying a value obtained by integrating the deviation of the exhaust pollutant amount from the target exhaust pollutant amount by an integral gain. An exhaust gas treatment device control device comprising: a feedback control amount calculation unit that calculates a feedback control amount; and an ammonia injection amount calculation unit that calculates the ammonia injection amount based on the feedback control amount. To do.
また、本発明は、排ガス処理システム付プラントにおいて、燃焼器と、前記燃焼器から排出される窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器と、前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、を備えた排ガス処理器制御装置と、を有することを特徴とする。 Further, the present invention provides a plant with an exhaust gas treatment system, injecting ammonia into a combustor and a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide discharged from the combustor. Exhaust gas treatment device for reducing the content of the pollutant in the gas to be treated, the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the exhausted pollutant Means for receiving a target exhaust pollutant amount that is a target value of the amount; means for transmitting an ammonia injection amount to be injected into the gas to be treated to the exhaust gas treatment device; a measured value of the exhaust pollutant amount ; using the process amount and the ammonia injection amount of vessels, the internal state quantity estimating the internal state quantity of the exhaust gas treatment device for determining the exhaust pollutant amount An internal state estimating means for calculating a constant value, a state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and a value obtained by integrating a deviation of the discharged pollutant amount from the target discharged pollutant amount. Exhaust gas comprising: a feedback control amount calculation unit that calculates a feedback control amount based on an integral feedback control amount multiplied by a gain; and an ammonia injection amount calculation unit that calculates the ammonia injection amount based on the feedback control amount And a processor control device.
また、本発明は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器を制御する排ガス処理器の制御方法において、前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する工程と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する工程と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定工程と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出工程と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出工程と、を有することを特徴とする。 Further, the present invention provides an exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated. In the control method of the exhaust gas treatment device to be controlled, the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollution which is a target value of the amount of exhaust pollutant A step of receiving a substance amount; a step of transmitting an ammonia injection amount to be injected into the gas to be treated to the exhaust gas treatment device; a measured value of the exhaust pollutant amount ; a process amount of the exhaust gas treatment device; and an ammonia injection amount. with, the internal state estimating step of calculating the internal state quantity estimation values estimated internal state quantity of the exhaust gas treatment device for determining the exhaust pollutant amount A state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and an integral feedback control amount obtained by multiplying a value obtained by integrating a deviation of the exhaust pollutant amount from the target exhaust pollutant amount by an integral gain. A feedback control amount calculating step for calculating a feedback control amount based on the feedback control amount; and an ammonia injection amount calculating step for calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount.
また、本発明は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器を制御する排ガス処理器の制御プログラムにおいて、コンピュータに、前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信させる機能と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信させる機能と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する機能と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出する機能と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出する機能と、を実現させることを特徴とする。 Further, the present invention provides an exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated. In the control program of the exhaust gas treatment device to be controlled, the computer has the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target value of the amount of exhaust pollutant A function of receiving a target exhaust pollutant amount; a function of transmitting an ammonia injection amount injected into the processing target gas to the exhaust gas treatment device; a measured value of the exhaust pollutant amount ; a process amount of the exhaust gas treatment device; using ammonia injection volume, the internal state quantity estimation values estimated internal state quantity of the exhaust gas treatment device for determining the exhaust pollutant amount An integrated function obtained by multiplying a value obtained by integrating a deviation from the target discharged pollutant amount with a state feedback control amount obtained by multiplying the estimated value of the internal state amount by a state feedback gain, and the target discharged pollutant amount. a function of calculating a feedback control amount based on the feedback control amount, characterized that you to realize a function that calculates the ammonia injection amount based on the feedback control amount.
本発明によれば、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の汚染物質の含有量を減少させる際に、無駄時間に強いフィードバック制御ができる。 According to the present invention, when injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated, dead time is consumed. Strong feedback control.
本発明に係る排ガス処理器制御装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 An embodiment of an exhaust gas treatment device control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1の実施の形態]
図2は、本発明に係る排ガス処理器制御装置の第1の実施の形態における制御対象の排ガス処理器を備えたプラントの例としての複合発電プラントのブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram of a combined power plant as an example of a plant including an exhaust gas treatment device to be controlled in the first embodiment of the exhaust gas treatment device control device according to the present invention.
この複合発電プラントは、ガスタービン1と、その排ガス2を熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ3と、この発生蒸気を駆動蒸気とする蒸気タービン4と、熱回収された排ガスを排気する煙突5とを備えている。ガスタービン1は、導入空気6を加圧する空気圧縮機7と、加圧空気を燃料系統8から供給された燃料とともに燃焼する燃焼器9と、燃焼により生じた燃焼ガスにより作動されるタービン10と、負荷をとる発電機11とを備えている。
This combined power plant includes a
排熱回収ボイラ3は、排ガス2が流れる排ガスダクト12の上流から下流に沿って、過熱器13、蒸発器14、排ガス処理器15および節炭器16を備えており、過熱器13で生じた蒸気を蒸気配管17により蒸気タービン4に供給している。蒸気タービン4は、排熱回収ボイラ3で発生した蒸気により作動されるタービン18と、負荷をとる発電機19と、タービン18で仕事をした後の蒸気を復水する復水器20とを備えている。
The exhaust
復水器20からの復水は、給水配管21により節炭器16に導かれて加熱された後、蒸発器14で蒸発され、この蒸気はさらに過熱器13で加熱される。蒸発器14において、給水は強制循環または温度差による自然循環をしながら、加熱・蒸発が行われる。
Condensate from the
なお、ここで、ガスタービン1のタービン10と蒸気タービン4のタービン18は、それぞれ異なる発電機11,19に接続されているが、同一の発電機に接続してもよい。
Here, the
排ガス処理器15は、アンモニア注入器23、触媒部22およびアンモニア吹きつけ部24を備えたアンモニア注入系統を有する、たとえば脱硝器である。アンモニア注入器23から供給されるアンモニアは、アンモニア吹きつけ部24から触媒部22に吹きかけられ、触媒と接して活性化する。活性化したアンモニアは、排ガス2に含まれる窒素酸化物(NOx)と反応して、NOxの一部は、無害の窒素ガスと水蒸気に還元分解される。この反応は、触媒の温度特性により300〜400℃での効率がよいため、排ガス処理器15は、蒸発器14と節炭器16の間に設置する。排ガス処理器15には、この排ガス処理器15を制御する排ガス処理器制御装置25が接続されている。なお、本実施の形態では、汚染物質として主として窒素酸化物を対象として説明するが、排ガス2に含まれる硫黄酸化物(SOx)であっても、排ガス処理器15と同様な構成のたとえば脱硫装置が用いられる。なお、図2では、本発明を適用するプラントとして複合発電プラントを例示したが、硫黄酸化物を除去する脱硫装置が設けられるプラントの場合、複合発電プラントではなく、石炭や重油焚きのボイラを備えるプラントであることが多い。
The exhaust
つまり、本実施の形態の排ガス処理器制御装置25は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスに、アンモニアを注入してこの処理対象ガス中の汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器を制御するものである。
That is, the exhaust gas treatment
排ガス処理器15は、処理対象ガスである排ガス2にアンモニアを注入して排ガス2に含有される汚染物質の量を減少させて排出する。排ガス処理器15から排出される汚染物質の量(排出汚染物質量)は、排ガス2に注入されるアンモニアの量(アンモニア注入量)や、プロセス量などによって変化する。ここで、プロセス量とは、排ガス処理器15の排ガス処理プロセスに関与する量であって、排ガス処理器15が制御しない、あるいは、制御できない量である。プロセス量としては、たとえば、排ガス2に含有される汚染物質の量や燃焼温度などがある。
The exhaust
本実施の形態では、排ガス処理器15の排ガス処理プロセスの動特性を表す動特性モデル、および、排ガス処理器15の内部状態を示す内部状態量を導入する。この動特性モデルは、アンモニア注入量、プロセス量および内部状態量と、排出汚染物質量との関係を記述したモデルである。
In the present embodiment, a dynamic characteristic model representing the dynamic characteristics of the exhaust gas treatment process of the exhaust
脱硝プロセスなどの排ガス処理プロセスは、現実には非線形の特性を持つものであるが、近似的に線形時不変の動特性モデルで表すことができる。そこで、本実施の形態では、排ガス処理プロセスの動特性が、次に示す離散時間tの状態方程式で表されるとする。
x(t+1)=Ax(t)+Buu(t)+Bww(t) …(1)
y(t)=Cx(t) …(2)
ここで、
u(t)は、時刻tにおけるアンモニア注入量、
w(t)は、時刻tにおけるプロセス量、
x(t)は、時刻tにおける排ガス処理器の内部の状態を示す内部状態量、
y(t)は、時刻tにおける排出汚染物質量、
である。
Exhaust gas treatment processes such as a denitration process actually have nonlinear characteristics, but can be approximately represented by a linear time-invariant dynamic characteristic model. Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the dynamic characteristics of the exhaust gas treatment process are expressed by the following state equation of discrete time t.
x (t + 1) = Ax (t) + B u u (t) + B w w (t) (1)
y (t) = Cx (t) (2)
here,
u (t) is the ammonia injection amount at time t,
w (t) is the process amount at time t,
x (t) is an internal state quantity indicating the internal state of the exhaust gas treatment device at time t,
y (t) is the amount of pollutant discharged at time t,
It is.
本実施の形態において、u(t)およびy(t)は、スカラー量である。x(t)はn次のベクトル量、w(t)はm次のベクトル量である。Aはn行n列の行列、Buはn行1列の行列、Bwはn行m列の行列、Cは1行n列の行列である。x(t)は、特に物理的な意味合いを持っている必要はない。また、プロセス量w(t)として、排ガス2に含有されるたとえばNOxなどの汚染物質の量の推定値である発生汚染物質量推定値を用いることとする。したがって、mは1である。
In the present embodiment, u (t) and y (t) are scalar quantities. x (t) is an n-order vector quantity, and w (t) is an m-order vector quantity. A is a matrix of n rows and n columns, B u is a matrix of n rows and 1 column, B w is a matrix of n rows and m columns, and C is a matrix of 1 row and n columns. x (t) does not have to have a physical meaning in particular. In addition, as the process amount w (t), an estimated amount of generated pollutant, which is an estimated value of the amount of contaminant such as NOx contained in the
A、BuおよびBwは、排ガス処理器15の実際の排ガス処理プロセスの動特性をよく表現するように定めた定数である。これらの定数は、たとえば計測器の特性、配管の長さ、システム設計などに基づいて物理的な因果関係から定めることができる。また、テスト信号に対する応答に基づいて定めることもできる。さらに、物理的な因果関係から定めた定数を、実際の応答に基づいて補正してもよい。
A, B u and B w are constants determined so as to better express the dynamic characteristics of the actual exhaust gas treatment process of the exhaust
次に、この動特性モデルを用いて、アンモニア注入量u(t)を決定する方法について説明する。 Next, a method for determining the ammonia injection amount u (t) using this dynamic characteristic model will be described.
図1は、本実施の形態における排ガス処理器制御装置のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of an exhaust gas treatment device control apparatus according to the present embodiment.
排ガス処理器制御装置25は、目標排出汚染物質量受信手段31、排出汚染物質量受信手段32およびプロセス量受信手段33を備えている。目標排出汚染物質量受信手段31は、排ガス処理器15から排出される排ガスに含有される汚染物質量を所定の値以下になるように保つために、何らかの方法で与えられる目標排出汚染物質量r(t)を受信する。この目標排出汚染物質量r(t)は、時間の経過に伴って変化する値であってもよいし、一定値であってもよい。排出汚染物質量受信手段32は、排ガス処理器15から排出される排ガスに含有される汚染物質量の測定値y(t)を受信する。プロセス量受信手段33は、プロセス量w(t)を受信する。
The exhaust gas treatment
本実施の形態では、排ガス処理プロセスの動特性モデルの入力であるアンモニア注入量u(t)は、次式の通り、フィードフォーワード制御量uw(t)とフィードバック制御量uB(t)との和で表されるとする。
u(t)=uw(t)+uB(t) …(3)
また、フィードフォーワード制御量uw(t)は、プロセス量w(t)にフィードフォーワードゲインKwを乗じたものとする。すなわち、
uw(t)=Kww(t) …(4)
である。
In the present embodiment, the ammonia injection amount u (t), which is an input of the dynamic characteristic model of the exhaust gas treatment process, is a feedforward control amount u w (t) and a feedback control amount u B (t) as follows: And the sum of
u (t) = u w (t) + u B (t) (3)
Further, the feedforward control amount u w (t) is assumed to process the amount of w (t) multiplied by the feed forward gain K w. That is,
u w (t) = K w w (t) (4)
It is.
フィードバック制御量uB(t)は、状態フィードバック制御量uS(t)と積分制御量uI(t)との和として与えられるものとする。すなわち、
uB(t)=uS(t)+uI(t) …(5)
である。
The feedback control amount u B (t) is given as the sum of the state feedback control amount u S (t) and the integral control amount u I (t). That is,
u B (t) = u S (t) + u I (t) (5)
It is.
状態フィードバック制御量uS(t)は、内部状態量x(t)に、状態フィードバックゲイン−KSを乗じて与えられるものとする。すなわち、
uS(t)=−KSx(t) …(6)
である。
The state feedback control amount u S (t) is given by multiplying the internal state amount x (t) by the state feedback gain −K S. That is,
u S (t) = − K S x (t) (6)
It is.
積分制御量uI(t)は、排出汚染物質量y(t)の目標排出汚染物質量r(t)からの偏差e(t)を積分した値v(t)に、積分ゲイン−KIを乗じて与えられるものとする。すなわち、
e(t)=r(t)−y(t) …(7)
v(t+1)=e(t)+v(t)
=r(t)− y(t)+v(t)
=r(t)−Cx(t)+v(t) …(8)
uI(t)=−KIv(t) …(9)
である。
The integral control amount u I (t) is obtained by integrating the integral gain −K I into a value v (t) obtained by integrating the deviation e (t) of the discharged pollutant amount y (t) from the target discharged pollutant amount r (t). It shall be given by multiplying by That is,
e (t) = r (t) -y (t) (7)
v (t + 1) = e (t) + v (t)
= R (t) -y (t) + v (t)
= R (t) -Cx (t) + v (t) (8)
u I (t) = − K I v (t) (9)
It is.
式(1)から式(8)を用いると、排ガス処理器15と排ガス処理器制御装置25の全体の系は、次式によって表される。
また、
x'(t+1)=A'x(t)+B'uB(t)+F'w'(t) …(12)
y'(t)=C'x'(t) …(13)
When the equations (1) to (8) are used, the entire system of the exhaust
Also,
x ′ (t + 1) = A′x (t) + B′u B (t) + F′w ′ (t) (12)
y ′ (t) = C′x ′ (t) (13)
次に、この系に現れるゲインを算出する方法について説明する。状態フィードバックゲイン−KS、および、積分ゲイン−KIは、評価関数を導入して、たとえば無限区間の最適レギュレータ理論により求めることができる。評価関数は、偏差e(t)、内部状態変数x(t)およびアンモニア注入量u(t)の少なくとも一つを用いて表されるものであり、たとえば次式で与えられる。
この評価関数J1を小さくするためには、内部状態量x'およびフィードバック制御量uB(t)が小さい値となればよい。この評価関数Jを最小化するフィードバックゲイン(−KSおよび−KI)は、式(15)で表される離散時間のリカッチ方程式の解Sを用いて、式(16)のように与えられる。
A'TSA'−S−A'TSB'(B'TSB'+R)−1B'TSA'+Q=0
…(15)
K=[KS KI]=(B'TSB'+R)−1B'TSA' …(16)
In order to reduce the evaluation function J1, the internal state quantity x ′ and the feedback control quantity u B (t) may be small values. The feedback gain (−K S and −K I ) that minimizes the evaluation function J is given by Expression (16) using the solution S of the discrete time Riccati equation expressed by Expression (15). .
A ′ T SA′-SA ′ T SB ′ (B ′ T SB ′ + R) −1 B ′ T SA ′ + Q = 0
... (15)
K = [K S K I ] = (B ′ T SB ′ + R) −1 B ′ T SA ′ (16)
このようにして得られた状態フィードバックゲイン−KS、および、積分ゲイン−KIを用いて、フィードバック制御量uB(t)は決定される。このようなフィードバック制御は、定ゲイン−KS、−KIで評価関数J1を最小化するという意味で最適制御則ということができる。 The feedback control amount u B (t) is determined using the state feedback gain −K S and the integral gain −K I obtained in this way. Such feedback control can be said to be an optimal control law in the sense that the evaluation function J1 is minimized by the constant gains −K S and −K I.
実際には、内部状態量x(t)は直接計測できないため、その値を推定する必要がある。そこで、次に、積分ゲインx(t)を推定した内部状態量推定値xp(t)を求める方法について説明する。 Actually, since the internal state quantity x (t) cannot be measured directly, it is necessary to estimate its value. Accordingly, a method for obtaining the internal state quantity estimated value x p (t) obtained by estimating the integral gain x (t) will be described next.
調整パラメータLを導入し、内部状態量推定値xp(t)を用いて、排ガス処理プロセスの動特性モデルを次のように表現する。
xp(t+1)=Axp(t)+Buu(t)+Bww(t)
+L{y(t)−yp(t)} …(17)
yp(t)=Cxp(t) …(18)
ここで、yp(t)は、内部状態量推定値xp(t)を用いて計算される排出汚染物質量y(t)の推定値である。
The adjustment parameter L is introduced, and the dynamic characteristic model of the exhaust gas treatment process is expressed as follows using the internal state quantity estimated value x p (t).
x p (t + 1) = Ax p (t) + B u u (t) + B w w (t)
+ L {y (t) -y p (t)} ... (17)
y p (t) = Cx p (t) (18)
Here, y p (t) is an estimated value of the discharged pollutant amount y (t) calculated using the internal state quantity estimated value x p (t).
調整パラメータLは、A−LCが安定化するように決定する。たとえば(AT,CT)に対して、式(19)で表されるリカッチ方程式を解いて得られる解S0を用いて、式(20)のように調整パラメータLを決定すると、A−LCが安定になる。
AS0AT−S0−AS0CT(CS0CT+R0)−1CS0AT+Q0=0
…(19)
LT=K0=(CS0CT+R0)−1CS0AT …(20)
ここで、Q0およびR0は調整パラメータであり、Q0はn行n列の正定行列、R0は正の値を持つスカラー量である。
The adjustment parameter L is determined so that the A-LC is stabilized. For example, with respect to (A T , C T ), using the solution S 0 obtained by solving the Riccati equation represented by Equation (19), the adjustment parameter L is determined as in Equation (20). LC becomes stable.
AS 0 AT −S 0 −AS 0 C T (CS 0 C T + R 0 ) −1 CS 0 A T + Q 0 = 0
... (19)
L T = K 0 = (CS 0 C T + R 0 ) −1 CS 0 A T (20)
Here, Q 0 and R 0 are adjustment parameters, Q 0 is an n-by-n positive definite matrix, and R 0 is a scalar quantity having a positive value.
このようにして求めた調整パラメータLを使って排ガス処理プロセスの動特性モデルをを式(17)および式(18)のように表現する。このとき、内部状態量推定値xp(t)は、真の内部状態x(t)に近づいていくので、内部状態量推定値xp(t)を用いて排ガス処理プロセスの制御を行うことができる。つまり、排ガス処理器制御装置25の内部では、たとえば式(6)の代わりに、次の式を用いて状態フィードバック制御量uS(t)を求める。
uS(t)=−KSx(t) …(21)
Using the adjustment parameter L thus determined, a dynamic characteristic model of the exhaust gas treatment process is expressed as in Expression (17) and Expression (18). At this time, since the internal state quantity estimated value x p (t) approaches the true internal state x (t), the exhaust gas treatment process is controlled using the internal state quantity estimated value x p (t). Can do. That is, inside the exhaust gas
u S (t) = − K S x (t) (21)
このような制御を実現するために、排ガス処理器制御装置25は、内部状態推定手段41、状態フィードバックゲイン乗算器42、減算器43、積分器44、積分ゲイン乗算器47、フィードバック制御量加算器48、フィードフォーワードゲイン乗算器49およびフィードフォーワード制御量加算器50を有している。
In order to realize such control, the exhaust gas
図3は、本実施の形態における排ガス処理器制御装置の制御の流れを示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the exhaust gas treatment device control apparatus in the present embodiment.
排ガス処理器制御装置25を用いる場合には、まず、上述のようにして状態フィードバックゲイン−KSなどの各種ゲインを求め、排ガス処理器制御装置25に設定する(工程S1)。次に、時刻を1進め(工程S2)、その時点での、排出汚染物質量の測定値y(t)、目標排出汚染物質量r(t)、プロセス量w(t)を、排出汚染物質量受信手段32、目標排出汚染物質量受信手段31およびプロセス量受信手段33によって受信する(工程S3)。
When using the exhaust gas
次に、内部状態推定手段41は、排出汚染物質量の測定値y(t)、プロセス量w(t)およびアンモニア注入量u(t)を用いて、内部状態量推定値xp(t)を算出する。また、状態フィードバックゲイン乗算器42は、内部状態量推定値xp(t)に状態フィードバックゲイン−KSを乗じて、状態フィードバック制御量uS(t)を算出する(工程S4)。
Next, the internal state estimation means 41 uses the measured value y (t), the process amount w (t), and the ammonia injection amount u (t) of the discharged pollutant amount to estimate the internal state amount x p (t). Is calculated. In addition, the state
一方、減算器43は、目標排出汚染物質量r(t)から排出汚染物質量y(t)を減じて、偏差e(t)を算出する。積分器44は、この偏差e(t)を時間方向に積分して、積分値v(t)を算出する。積分器44は、たとえばシフトレジスタ(z−1)45および加算器46によって実現される。積分ゲイン乗算器47は、積分値v(t)に積分ゲイン−KIを乗じて積分制御量uI(t)を算出する(工程S5)。このようにして、排出汚染物質量y(t)と目標排出汚染物質量r(t)との偏差e(t)が0となるまで、すなわち、排出汚染物質量y(t)が目標排出汚染物質量r(t)に等しくなるまで、偏差e(t)を小さくする積分制御量uI(t)が与えられる。なお、積分器の状態変数であるv(t)は真の値が分かっているので、内部状態量x(t)のように状態推定は行う必要が無い。
On the other hand, the
その後、フィードバック制御量加算器48は、積分制御量uI(t)に状態フィードバック制御量uS(t)を加えて、フィードバック制御量uB(t)を算出する(工程S6)。
Thereafter, the feedback
フィードフォーワードゲイン乗算器49は、プロセス量w(t)にフィードフォーワードゲインKwを乗じて、フィードフォーワード制御量uw(t)を算出する(工程S7)。フィードフォーワード制御量加算器50は、フィードバック制御量uB(t)にフィードフォーワード制御量uw(t)を加えて、アンモニア注入量u(t)を算出する(工程S8)。
Feed
なお、フィードフォーワード制御量uw(t)を0としても、排ガス処理プロセスの制御は可能である。このような制御は、たとえばフィードフォーワードゲインKwを0としたり、排ガス処理器制御装置25からフィードフォーワードゲイン乗算器49およびフィードフォーワード制御量加算器50を削除することにより実現することができる。
Even when the feedforward control amount u w (t) is set to 0, the exhaust gas treatment process can be controlled. Such control can be realized, for example, by setting the feedforward gain Kw to 0 or deleting the
このようにして得られたアンモニア注入量u(t)は、内部状態推定手段41に伝達されて内部状態量推定値xp(t)の算出に用いられるとともに、アンモニア注入量送信手段34によって排ガス処理器15に伝達されて排ガス処理プロセスの制御に用いられる。
The ammonia injection amount u (t) obtained in this way is transmitted to the internal state estimating means 41 and used for calculating the internal state amount estimated value x p (t). It is transmitted to the
次に、プラントの運転終了などによって、排ガス処理器15の制御を終了するか否かを判定し(工程S9)、制御を終了するまで、工程S2から工程S8までが繰り返される。
Next, it is determined whether or not the control of the exhaust
なお、一台または複数のコンピューターに上述の機能を実現させるプログラムによって、この排ガス処理器制御装置25を実現することもできる。
The exhaust gas treatment
本実施の形態の排ガス処理器制御装置25は、内部状態推定手段41と、積分器44などによってフィードバック制御量uIを算出するフィードバック制御量算出手段とを有している。このため、動特性を考慮した強力なフィードバック制御をすることができ、無駄時間に強いフィードバック制御ができる。また、このフィードバック制御には、動特性を考慮したフィードバックゲインを用いているため、排ガス処理プロセスの制御の安定性および信頼性が向上する。
The exhaust gas treatment
さらに、排ガス処理プロセスのプロセス量を用いたフィードフォーワード制御を効果的に組み合わせて用いることができるため、即応性に冨んだ排ガス処理プロセスの制御が可能である。また、フィードフォーワード制御量uw(t)を内部状態推定手段41で用いる場合には、内部状態量推定値xp(t)の信頼性が高まり、より精度の高い制御が可能となる。 Furthermore, since the feed forward control using the process amount of the exhaust gas treatment process can be effectively combined and used, it is possible to control the exhaust gas treatment process that is highly responsive. Further, when the feedforward control amount u w (t) is used in the internal state estimation means 41, the reliability of the internal state amount estimated value x p (t) is increased, and more accurate control is possible.
また、本実施の形態では、評価関数として偏差e(t)およびアンモニア注入量u(t)の両方について、無限区間における各々の二乗和を用いている。これにより無限区間の最適レギュレータ理論を適用することが可能となり、フィードバックゲインを算出することができる。無限区間の最適レギュレータ理論により得られる制御ゲインは、一定値であるため、エンドレスに使用することができる。また、無限区間の最適レギュレータ理論を用いて制御ゲインを算出することにより、排ガス処理プロセスの制御の安定性と素早い制御応答を実現することができる。 In this embodiment, the sum of squares in the infinite interval is used for both the deviation e (t) and the ammonia injection amount u (t) as the evaluation function. This makes it possible to apply the optimal regulator theory for an infinite interval and calculate the feedback gain. Since the control gain obtained by the optimal regulator theory in an infinite interval is a constant value, it can be used endlessly. Further, by calculating the control gain using the optimal regulator theory in an infinite interval, it is possible to realize the control stability and quick control response of the exhaust gas treatment process.
本実施の形態では、最適レギュレータ理論を適用する際に用いる動特性モデルとしてフィードフォワード制御量や積分器の存在まで考慮に入れた系に拡張した動特性モデルを用いている。これにより、状態フィードバックゲインに加えて積分ゲインが同時に得られるため、両者のパラメータに齟齬が無くなり,信頼性の高い脱硝制御を実現することができる。 In this embodiment, a dynamic characteristic model extended to a system that takes into account the presence of a feedforward control amount and an integrator is used as a dynamic characteristic model used when applying the optimal regulator theory. As a result, in addition to the state feedback gain, an integral gain can be obtained at the same time, so there is no flaw in both parameters, and highly reliable denitration control can be realized.
また、フィードバックゲイン(−KSおよび−KI)は、他の方法で求めることもできる。上述の説明では、無限ステップ先までを評価区間とした評価関数J1を用いてフィードバックゲインを決定しているが、たとえば有限Nステップ先までを評価区間とした次の評価関数J2を用いて決定することもできる。
この評価関数J2を最小化するフィードバックゲイン(−KSおよび−KI)は、式(18)の離散時間リカッチ方程式の解S(t)を用いて、式(19)のように与えられる。
S(t)=A'TS(t+1)A'+Q
−A'TS(t+1)B'(B'TS(t+1)B'+R)−1B'TS(t+1)A'
…(23)
K(t)=[KS(t) KI(t)]
=(B'TS(t+1)B'+R)−1B'TS(t+1)A' …(24)
なお、離散時間リカッチ方程式は、たとえば動的最適化(ダイナミック・プログラミング)によって解くことができる(たとえば非特許文献1参照)。
The feedback gain (−K S and −K I ) that minimizes the evaluation function J2 is given by Equation (19) using the solution S (t) of the discrete time Riccati equation of Equation (18).
S (t) = A ′ T S (t + 1) A ′ + Q
-A 'T S (t + 1 ) B' (B 'T S (t + 1) B' + R) -1 B 'T S (t + 1) A'
... (23)
K (t) = [K S (t) K I (t)]
= (B 'T S (t + 1) B' + R) -1 B 'T S (t + 1) A' ... (24)
The discrete-time Riccati equation can be solved, for example, by dynamic optimization (for example, see Non-Patent Document 1).
このようにして、有限区間の最適レギュレータ理論によって、時刻tから時刻t+Nまでのフィードバックゲインが得られる。これらのフィードバックゲインを用いて、時刻tから時刻t+Nまでの状態フィードバック量uS(t)は、次のように与えられる。
uS(t) =−KS(t) x(t)
uS(t+1)=−KS(t+1)x(t+1)
uS(t+2)=−KS(t+2)x(t+2) …(25)
:
uS(t+N)=−KS(t+N)x(t+N)
同様に、時刻tから時刻t+Nまでの積分制御量uI(t)は、次のように与えられる。
uI(t) =−KI(t) v(t)
uI(t+1)=−KI(t+1)v(t+1)
uI(t+2)=−KI(t+2)v(t+2) …(26)
:
uI(t+N)=−KI(t+N)v(t+N)
In this way, a feedback gain from time t to time t + N is obtained by the optimal regulator theory in a finite interval. Using these feedback gains, the state feedback amount u S (t) from time t to time t + N is given as follows.
u S (t) = − K S (t) x (t)
u S (t + 1) = − K S (t + 1) × (t + 1)
u S (t + 2) = − K S (t + 2) × (t + 2) (25)
:
u S (t + N) = − K S (t + N) × (t + N)
Similarly, the integral control amount u I (t) from time t to time t + N is given as follows.
u I (t) = − K I (t) v (t)
u I (t + 1) = − K I (t + 1) v (t + 1)
u I (t + 2) = − K I (t + 2) v (t + 2) (26)
:
u I (t + N) = − K I (t + N) v (t + N)
式(25)および式(26)では、時刻tから時刻t+Nまでの状態フィードバック制御量uS(t)および積分制御量uI(t)を算出するために、時刻tから時刻t+Nまでの内部状態量x(t)および偏差e(t)を積分した値v(t)を用いている。ところで、式(1)の通りuB(t)=uS(t)+uI(t)であり、式(11)の通りx'(t+k)=[x(t+k) v(t+k)]Tであるから、式(25)および式(26)は次のように書くことができる。
uB(t) =−K(t) x'(t)
uB(t+1)=−K(t+1)x'(t+1)
=−K(t+1){A'x'(t)+B'uB(t)+F'w'(t)}
=−K(t+1){A'x'(t)−B'K(t)x'(t)+F'w'(t)}
=−K(t+1){A'−B'K(t)}x'(t)−K(t+1)F'w'(t)
uB(t+2)=
−K(t+2){A'−B'K(t+1)}{A'−B'K(t)}x'(t)
−K(t+2)F'w'(t+1)
−K(t+2){A'−B'K(t+1)}F'w'(t)
:
uB(t+N)=
−K(t+N){A'−B'K(t+N−1)}{A'−B'K(t+N−2)}
・・・{A'−B'K(t)}x'(t)
−K(t+N)F'w'(t+N−1)
−K(t+N){A'−B'K(t+N−2)}F'w'(t+N−2)
−・・・
−K(t+N){A'−B'K(t+N−2)}・・・
{A'−B'K(t)}F'w'(t)
…(27)
(27)式では、将来の信号であるw'(t+k),k=1,2,…,N−1が必要である。将来のw'(t)が既知の場合は、それを使用する。将来のw'(t)が未知の場合には、w'(t+k)=w'(t),k=1,2,…,Nとすることにより、現在の値がそのまま将来も続くということになる。
In the equations (25) and (26), in order to calculate the state feedback control amount u S (t) and the integral control amount u I (t) from time t to time t + N, the internal values from time t to time t + N are calculated. A value v (t) obtained by integrating the state quantity x (t) and the deviation e (t) is used. By the way, u B (t) = u S (t) + u I (t) as in Expression (1), and x ′ (t + k) = [x (t + k) v (t + k)] T as in Expression (11). Therefore, Expression (25) and Expression (26) can be written as follows.
u B (t) = − K (t) x ′ (t)
u B (t + 1) = − K (t + 1) x ′ (t + 1)
= −K (t + 1) {A′x ′ (t) + B′u B (t) + F′w ′ (t)}
= −K (t + 1) {A′x ′ (t) −B′K (t) x ′ (t) + F′w ′ (t)}
= −K (t + 1) {A′−B′K (t)} x ′ (t) −K (t + 1) F′w ′ (t)
u B (t + 2) =
−K (t + 2) {A′−B′K (t + 1)} {A′−B′K (t)} x ′ (t)
−K (t + 2) F′w ′ (t + 1)
−K (t + 2) {A′−B′K (t + 1)} F′w ′ (t)
:
u B (t + N) =
−K (t + N) {A′−B′K (t + N−1)} {A′−B′K (t + N−2)}
... {A'-B'K (t)} x '(t)
−K (t + N) F′w ′ (t + N−1)
−K (t + N) {A′−B′K (t + N−2)} F′w ′ (t + N−2)
-...
-K (t + N) {A'-B'K (t + N-2)} ...
{A'-B'K (t)} F'w '(t)
... (27)
In the equation (27), future signals w ′ (t + k), k = 1, 2,..., N−1 are required. If the future w ′ (t) is known, use it. When the future w ′ (t) is unknown, by setting w ′ (t + k) = w ′ (t), k = 1, 2,..., N, the current value will continue in the future. become.
以上により、時刻tから時刻t+Nまでのフィードバック制御量uB(t)は、時刻tにおける状態変数x'(t)と、時刻tにおいて計算可能なK(t),K(t+1),…,K(t+N)を用いて算出できる。よって、時刻tにおいて、時刻tから時刻t+Nまでのフィードバックゲインと制御入力を一度に決めることができる。このため、時刻tから時刻t+Nの間の経過時間を周期として、この周期ごとに、状態フィードバックゲイン−KSおよび積分ゲイン−KIを切り替えて使っていくことができる。 From the above, the feedback control amount u B (t) from time t to time t + N is calculated from the state variable x ′ (t) at time t and K (t), K (t + 1),. It can be calculated using K (t + N). Therefore, at time t, the feedback gain and control input from time t to time t + N can be determined at a time. Therefore, a cycle of time elapsed between the time t + N from the time t, for each this period, it is possible to continue using by switching the state feedback gain -K S and the integral gain -K I.
このようにして、無限区間のみならず、有限区間の最適レギュレータ理論によっても、フィードバックゲインを得ることができ、有限区間の評価関数J2を最小化するという意味での最適制御を行うことができる。 In this way, the feedback gain can be obtained not only by the infinite interval but also by the optimal regulator theory of the finite interval, and optimal control can be performed in the sense of minimizing the evaluation function J2 of the finite interval.
さらに、フィードバックゲイン(−KSおよび−KI)を、最小二乗法によって算出することもできる。 Further, the feedback gain (−K S and −K I ) can be calculated by the least square method.
ここでは、評価関数J2(式(22)参照)を、ベクトルと行列を用いて、次のように表現する。
J2=XTQnX+UTRU …(28)
ここで、
J2 = X T Q n X + U T RU ... (28)
here,
これを、行列表現すると、次のようになる。
この式は、次のように書くことができる。
X=Anx'(t)+AbU+Fw …(29)
ここで、An、AbおよびFwは次の式で定義されるものである。
X = A n x ′ (t) + A b U + F w (29)
Here, A n, A b and Fw are as defined by the following equation.
式(29)を式(28)に代入すると、次のようになる。
J2=XTQnX+UTRU
=(Anx'(t)+AbU+Fw)TQn(Anx'(t)+AbU+Fw)
+UTRU
=UT(Ab TQnAb+R)U
+(x'(t)TAn TQnAb+Fw TQnAb)U
+UT(Ab TQnFw+Ab TQnAnx'(t))
+x'(t)TAn TQnAbx'(t)
+x'(t)TAn TQnFw+Fw TQnAnx'(t)
+Fw TQnFw
このJ2を最小化するUは、JをUで偏微分した値として算出することができる。∂J2/∂U=0を解いて、最適解U=[uB(t),uB(t+1),…,uB(t+N−1)]Tは、次のように得られる。
U=−(Ab TQnAb+R)−1(AbQnFw+AbQnAnx'(t))
…(30)
式(30)で得られるuB(t),uB(t+1),…,uB(t+N−1)を用いて、アンモニア注入量u(t),u(t+1),…,u(t+N−1)が得られる。この式は、uB(t),uB(t+1),…,uB(t+N)が、時刻tにおける内部状態量x'(t)と時刻tにおいて計算できるフィードバックゲインK(t),K(t+1),…,K(t+N)によって計算できることを示している。つまり、時刻tにおいて、時刻tから時刻t+Nまでのフィードバックゲインと制御入力を一度に決めることができる。このため、時刻tから時刻t+Nの間の経過時間を周期として、この周期ごとに、状態フィードバックゲイン−KSおよび積分ゲイン−KIを切り替えて使っていくことができる。
Substituting equation (29) into equation (28) yields:
J2 = X T Q n X + U T RU
= (A n x ′ (t) + A b U + F w ) T Q n (A n x ′ (t) + A b U + F w )
+ U T RU
= U T (A b T Q n A b + R) U
+ (X '(t) T A n T Q n A b + F w T Q n A b) U
+ U T (A b T Q n F w + A b T Q n A n x '(t))
+ X ′ (t) TA n T Q n A b x ′ (t)
+ X '(t) T A n T Q n F w + F w T Q n A n x' (t)
+ F w T Q n F w
U that minimizes J2 can be calculated as a value obtained by partial differentiation of J by U. By solving ∂J2 / ∂U = 0, the optimal solution U = [u B (t), u B (t + 1),..., U B (t + N−1)] T is obtained as follows.
U = − (A b T Q n A b + R) −1 (A b Q n F w + A b Q n A n x ′ (t))
... (30)
Using u B (t), u B (t + 1),..., U B (t + N−1) obtained by the equation (30), the ammonia injection amounts u (t), u (t + 1),. -1) is obtained. This equation shows that u B (t), u B (t + 1),..., U B (t + N) can be calculated by the internal state quantity x ′ (t) at time t and the feedback gain K (t), K It can be calculated by (t + 1),..., K (t + N). That is, at time t, the feedback gain and the control input from time t to time t + N can be determined at a time. Therefore, a cycle of time elapsed between the time t + N from the time t, for each this period, it is possible to continue using by switching the state feedback gain -K S and the integral gain -K I.
また、上述の通り所定の時間の経過ごとに算出されるフィードバックゲインを、定ゲインとして取り扱うこともできる。 Further, as described above, the feedback gain calculated every predetermined time can be handled as a constant gain.
たとえば、フィードバック制御量uB(t)は、式(27)または式(30)を用いて、時刻tにおいて、時刻tから時刻t+Nまでの値が一度に求められる。そこで、時刻tにおいては、最初のuB(t)1つだけを制御に用い、次の時刻t+1では、t+1をtと置き換えて、再度最初のuB(t)1つだけを制御に用いることとする。これを続けて行うことにより、得られたフィードバックゲインの列のうち、uB(t)を算出する部分のみを用いることとなる。
For example, the feedback control amount u B (t) is obtained at a time from time t to time t + N at time t using equation (27) or equation (30). Therefore, at time t, only the first u B (t) is used for control, and at the next
具体的には、式(25)および式(26)または式(30)の代わりに、次の式(31)または式(32)を用いる。
u(t)=−K(t)x(t) …(31)
U=−[1 0 … 0](Ab TQnAb+R)Ab TQnAnx(t)
…(32)
Specifically, the following formula (31) or formula (32) is used instead of formula (25) and formula (26) or formula (30).
u (t) =-K (t) x (t) (31)
U = − [1 0... 0] (A b T Q n A b + R) A b T Q n A n x (t)
... (32)
このようにして、フィードバックゲインとして、一定値を用いることができる。つまり、最適な制御ゲインを1種類だけ実装すれば良いこととなる。すなわち、所定の時間の経過ごとに算出されるフィードバックゲインを用いる制御アルゴリズムを、定ゲインの制御則にすることができ、取り扱いが容易になる。 In this way, a constant value can be used as the feedback gain. That is, only one type of optimum control gain needs to be mounted. In other words, a control algorithm using a feedback gain calculated every time a predetermined time elapses can be a constant gain control rule, and handling is easy.
[第2の実施の形態]
図4は、本発明に係る排ガス処理器制御装置の第2の実施の形態におけるブロック図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram of the second embodiment of the exhaust gas treatment device control apparatus according to the present invention.
本実施の形態の排ガス処理器制御装置25は、第1の実施の形態と同様に、たとえば複合発電プラントに設けられた、排ガス処理器15を制御するものである。排ガス処理器制御装置25は、目標排出汚染物質量受信手段31、排出汚染物質量受信手段32、プロセス量受信手段33を備えている。
As in the first embodiment, the exhaust gas
本実施の形態の排ガス処理器制御装置25は、さらに、目標アンモニア排出量受信手段36および排出アンモニア量受信手段35を備えている。目標アンモニア排出量受信手段36は、排ガス処理器15から排出される排ガスに含有されるアンモニア量を所定の値以下になるように保つために、何らかの方法で与えられる目標アンモニア排出量rA(t)を受信する。この目標アンモニア排出量rA(t)は、時間の経過に伴って変化する値であってもよいし、一定値であってもよい。排出アンモニア量受信手段35は、排ガス処理器15から排出される排ガスに含有される排出アンモニア量の測定値yA(t)を受信する。
The exhaust gas treatment
この排ガス処理器制御装置25は、目標アンモニア排出量rA(t)および排出アンモニア量yA(t)も制御に用いる。このため、排ガス処理器制御装置25は、目標アンモニア排出量rA(t)から目標アンモニア排出量r(t)を減じて、偏差eA(t)を算出する減算器52を備えている。また、この偏差eA(t)にアンモニア用積分ゲイン−KIAを乗じてΔuAを算出するアンモニア用積分ゲイン乗算器53を備えている。
The exhaust gas
また、積分ゲイン乗算器47は、目標排出汚染物質量r(t)から排出汚染物質量y(t)を減じて得られる偏差e(t)が積分される前に、積分ゲイン−KIを乗じてΔuc(t)を算出する。ΔuAとΔucは、加算器54によって足しあわされてΔuIとなり、積分器44によって積分されてuI(t)となる。
Further, the
内部状態推定手段41は、排出アンモニア量yA(t)も用いて、内部状態x(t)の推定値である内部状態量推定値xp(t)を逐次算出する。 The internal state estimation means 41 also sequentially calculates an internal state amount estimated value x p (t), which is an estimated value of the internal state x (t), using the exhausted ammonia amount y A (t).
本実施の形態では、排ガス処理プロセスは、次に示す離散時間tの状態方程式で表される線形時不変の動特性を有するとする。
x(t+1)=Ax(t)+Buu(t)+Bww(t) …(33)
[y(t) yA(t)]T=Cx(t) …(34)
ここで、yA(t)は、時刻tにおける排出アンモニア量、である。なお、式(33)および式(34)に用いている記号は、第1の実施の形態と同様に、ベクトル量、スカラー量あるいは行列を表すものであるが、第1の実施の形態とそれぞれの次数は異なっている場合がある。
In the present embodiment, it is assumed that the exhaust gas treatment process has linear time-invariant dynamic characteristics represented by the following state equation of discrete time t.
x (t + 1) = Ax (t) + B u u (t) + B w w (t) (33)
[Y (t) y A (t)] T = Cx (t) (34)
Here, y A (t) is the amount of ammonia discharged at time t. The symbols used in Expression (33) and Expression (34) represent a vector quantity, a scalar quantity, or a matrix, as in the first embodiment. The order of may vary.
式(33)および式(34)で表される排ガス処理器15の動特性モデルに、排ガス処理器制御装置25の内部の積分器44などを取り入れた拡大された系に対して、第1の実施の形態と同様に、式(14)で表される評価関数J1を導入する。この評価関数J1を最小化する最適な制御則は、式(15)で表される離散時間のリカッチ方程式の解Sを用いて次式で与えられるフィードバックゲインKを用いることにより実現できる。
K=[KS KI KIA]=(B'TSB'+R)−1B'TSA' …(35)
ここで、得られた状態フィードバックゲイン−KS、積分ゲイン−KIおよびアンモニア用積分ゲイン−KIA、並びに、状態変数x(t)を用いて、状態フィードバック制御量uS(t)と積分制御量uI(t)は次のように与えられる。
uS(t)=−KSx(t) …(36)
Δuc(t)=−KI{r(t)−y(t)} …(37)
ΔuA(t)=−KIA{rA(t)−yA(t)} …(38)
uI(t+1)=uI(t)+Δuc(t)+ΔuA(t) …(39)
このようなモデルを用いて、内部状態推定手段41では内部状態量推定値xp(t)を推定し、制御に用いる。このような制御は、評価関数J1を最小化するという意味で、最適制御則であるということができる。
For an expanded system in which the
K = [K S K I K IA] = (B 'T SB' + R) -1 B 'T SA' ... (35)
Here, using the obtained state feedback gain −K S , integral gain −K I and integral gain for ammonia −K IA , and the state variable x (t), the state feedback control amount u S (t) and the integral are integrated. The control amount u I (t) is given as follows.
u S (t) = − K S x (t) (36)
Δu c (t) = − K I {r (t) −y (t)} (37)
Δu A (t) = − K IA {r A (t) −y A (t)} (38)
u I (t + 1) = u I (t) + Δu c (t) + Δu A (t) (39)
Using such a model, the internal state estimation means 41 estimates the internal state quantity estimated value x p (t) and uses it for control. Such control can be said to be an optimal control law in the sense of minimizing the evaluation function J1.
このようにして、排出汚染物質量に加えて排出アンモニア量に関する動特性をも考慮した排ガス処理器制御装置25のフィードバック制御を行う事ができる。これにより、排出汚染物質量のみならず、排出アンモニア量についても、それぞれの目標値にできるだけ近づくような,安定かつ信頼性の高い脱硝制御を行うことができる。
In this way, it is possible to perform feedback control of the exhaust gas
[第3の実施の形態]
図5は、本発明に係る排ガス処理器制御装置の第3の実施の形態におけるブロック図である。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram of the third embodiment of the exhaust gas treatment device control apparatus according to the present invention.
本実施の形態の排ガス処理器制御装置25は、第1の実施の形態の排ガス処理器制御装置を速度型構成とし、フィードバック制御の最後に積分器44を移動させている。これに伴って、内部状態推定手段41で推定された内部状態量推定値xp(t)が状態フィードバックゲイン乗算器42に送られる前に、差分器(1−z−1)56によって差分をとられてから、状態フィードバックゲイン−KSを乗じてΔuS(t)が算出されるようにしている。
In the exhaust gas treatment
また、第5の実施の形態と同様に、目標排出汚染物質量r(t)から排出汚染物質量y(t)を減じて得られる偏差e(t)が積分される前に、積分ゲイン−KIを乗じてΔuI(t)を算出する。ΔuS(t)とΔuI(t)は、加算器57で足しあわされて、ΔuB(t)となる。この排ガス処理器制御装置25は、信号選択器55がなければ、第1の実施の形態の排ガス処理器制御装置と等価な制御演算を実現するものである。
Similarly to the fifth embodiment, before the deviation e (t) obtained by subtracting the discharged pollutant amount y (t) from the target discharged pollutant amount r (t) is integrated, the integral gain − is multiplied by K I is calculated Δu I (t). Δu S (t) and Δu I (t) are added by the
信号選択器55は、たとえば信号の切換スイッチであり、このスイッチを切り替えることにより、外部からアンモニア注入量を設定することができる。これにより、運転員がアンモニア注入量を強制的に設定することや、他の制御則によってアンモニア注入量を設定することなどを連続的に切り替えることが可能となる。また、この信号選択器55として、上下限制限器を用いたり、中間量選択器などを用いることもできる。
The
また、この際、フィードバックゲインなどを用いて排出汚染物質量y(t)に基づいて決定したフィードバック制御量は、積分されることはない。このため、外部からアンモニア注入量を強制的に設定した後などに、この排ガス処理器制御措置25による自動制御に切替えた際に、バンプレスに切り替わるようにできる。よって、切換後速やかに、的確な制御動作が実現される。
At this time, the feedback control amount determined based on the discharged pollutant amount y (t) using a feedback gain or the like is not integrated. For this reason, when it is switched to the automatic control by the exhaust gas treatment
[第4の実施の形態]
図6は、本発明に係る排ガス処理器制御装置の第4の実施の形態における一部を拡大したブロック図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a partially enlarged block diagram of the fourth embodiment of the exhaust gas treatment device control apparatus according to the present invention.
本実施の形態の排ガス処理器制御装置は、複数のフィードバック制御微分計算器61と、信号選択器62を有している。
The exhaust gas treatment device control apparatus of the present embodiment includes a plurality of feedback control
汚染物質を含有する排ガスを発生させるガスタービン1は、その運転状態によって汚染物質の排出量が大きく異なる場合がある。そこで、排ガス処理器も、ガスタービン1の運転状態に合わせて動特性が異なるようにしている場合がある。あるいは、ガスタービン1の運転状態に対応して動特性が異なる場合がある。このような場合に、排ガス処理器15の動特性を1つのモデルでモデル化することが困難な場合がある。
The
本実施の形態において、複数のフィードバック制御微分計算器61は、たとえば、第3の実施の形態における内部状態推定手段41、差分器56、状態フィードバックゲイン乗算器42、減算器43、積分ゲイン乗算器47、加算器57をそれぞれ備えている。フィードバック制御微分計算器61は、それぞれガスタービン1の異なる運転状態に対して適切な制御則が得られるようになっている。この適切な制御則は、ガスタービン1の運転状態に合わせてモデル化した排ガス処理器15の動特性モデルと、適当な評価関数を用いたものである。状態フィードバックゲイン−KS、積分ゲイン−KIは、ガスタービン1の運転状態ごとに、それぞれ動特性モデルおよび評価関数を用いて求めておく。
In the present embodiment, the plurality of feedback control
このフィードバック制御微分計算器61は、それぞれΔuB(t)を計算する。これらのΔuB(t)のうち、信号選択器62によってガスタービン1の運転状態に対して適切なΔuB(t)が選択され、そのΔuB(t)はシフトレジスタ45を用いて積分されて、フィードバック制御量uB(t)が算出される。
Each of the feedback control
このように、本実施の形態の排ガス処理器制御装置は、ボイラやガスタービンなど、汚染物質を発生させる機器の運転状態によって一番適した制御則を随時選択できるように、切替えながら制御を行うものである。したがって、運転状態に対応したずれの少ない的確な脱硝制御などの排ガス処理制御を行うことができる。これにより、運転状態が大きく変化するプラントなどであっても、応答特性の良い排ガス処理器の制御を実現することができる。 As described above, the exhaust gas treatment device control apparatus according to the present embodiment performs control while switching so that the most suitable control law can be selected at any time according to the operating state of the equipment that generates pollutants such as boilers and gas turbines. Is. Therefore, it is possible to perform exhaust gas treatment control such as accurate denitration control with little deviation corresponding to the operating state. Thereby, control of the exhaust gas treatment device with good response characteristics can be realized even in a plant or the like whose operating state greatly changes.
[他の実施の形態]
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施してもよい。
[Other embodiments]
The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. Moreover, you may implement combining the characteristic of each embodiment.
1…ガスタービン、2…排ガス、3…排熱回収ボイラ、4…蒸気タービン、5…煙突、6…導入空気、7…空気圧縮機、8…燃料系統、9…燃焼器、10…タービン、11…発電機、12…排ガスダクト、13…過熱器、14…蒸発器、15…排ガス処理器、16…節炭器、17…蒸気配管、18…タービン、19…発電機、20…復水器、22…触媒部、23…アンモニア注入器、24…アンモニア吹きつけ部、25…排ガス処理器制御装置、31…目標排出汚染物質量受信手段、32…排出汚染物質量受信手段、33…プロセス量受信手段、34…アンモニア注入量送信手段、35…排出アンモニア量受信手段、36…目標排出アンモニア量受信手段、41…内部状態推定手段、42…状態フィードバックゲイン乗算器、43…減算器、44…積分器、45…シフトレジスタ、46…加算器、47…積分ゲイン乗算器、48…フィードバック制御量加算器、49…フィードフォーワードゲイン乗算器、50…フィードフォーワード制御量加算器、52…減算器、53…アンモニア用積分ゲイン乗算器、54…加算器、55…信号選択器、56…差分器、57…加算器、61…フィードバック制御微分計算器、62…信号選択器
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、
前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、
前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、
前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、
前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、
を有することを特徴とする排ガス処理器制御装置。 Exhaust gas treatment device control for controlling an exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated In the device
Means for receiving the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollutant amount which is a target value of the amount of exhaust pollutant;
Means for transmitting an ammonia injection amount to be injected into the gas to be treated to the exhaust gas treatment device;
Using the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device, and the ammonia injection amount, an internal state amount estimated value obtained by estimating the internal state amount of the exhaust gas treatment device that determines the exhaust pollutant amount Internal state estimating means for calculating;
A state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and an integral feedback control amount obtained by multiplying a value obtained by integrating a deviation of the exhaust pollutant amount from the target exhaust pollutant amount by an integral gain. A feedback control amount calculating means for calculating a feedback control amount based on;
An ammonia injection amount calculating means for calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount;
An exhaust gas treatment device control apparatus comprising:
前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、を備えた排ガス処理器制御装置と、
を有することを特徴とする排ガス処理システム。 An exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one contaminant of nitrogen oxides and sulfur oxides to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated;
Means for receiving the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollutant amount which is a target value of the exhaust pollutant amount; Using the means for transmitting the ammonia injection amount injected into the target gas to the exhaust gas treatment device, the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device, and the ammonia injection amount, the amount of exhaust pollutant is determined. An internal state estimating means for calculating an internal state quantity estimated value obtained by estimating an internal state quantity of the exhaust gas processor to be determined; a state feedback control amount obtained by multiplying the internal state quantity estimated value by a state feedback gain; and the exhausted pollutant Feedback based on the integral feedback control amount obtained by multiplying the value obtained by integrating the deviation of the amount from the target emission pollutant amount by the integral gain A feedback control amount calculating means for calculating a control amount, and the exhaust gas treatment device control apparatus and a ammonia injection amount calculating means for calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount,
An exhaust gas treatment system characterized by comprising:
前記燃焼器から排出される窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも一方の汚染物質を含有する処理対象ガスにアンモニアを注入してこの処理対象ガス中の前記汚染物質の含有量を減少させる排ガス処理器と、
前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する手段と、前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する手段と、前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定手段と、前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出手段と、を備えた排ガス処理器制御装置と、
を有することを特徴とする排ガス処理システム付プラント。 A combustor,
An exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a gas to be treated containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide discharged from the combustor to reduce the content of the pollutant in the gas to be treated When,
Means for receiving the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollutant amount which is a target value of the exhaust pollutant amount; Using the means for transmitting the ammonia injection amount injected into the target gas to the exhaust gas treatment device, the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device, and the ammonia injection amount, the amount of exhaust pollutant is determined. An internal state estimating means for calculating an internal state quantity estimated value obtained by estimating an internal state quantity of the exhaust gas processor to be determined; a state feedback control amount obtained by multiplying the internal state quantity estimated value by a state feedback gain; and the exhausted pollutant Feedback based on the integral feedback control amount obtained by multiplying the value obtained by integrating the deviation of the amount from the target emission pollutant amount by the integral gain A feedback control amount calculating means for calculating a control amount, and the exhaust gas treatment device control apparatus and a ammonia injection amount calculating means for calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount,
A plant with an exhaust gas treatment system characterized by comprising:
前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信する工程と、
前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信する工程と、
前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する内部状態推定工程と、
前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出工程と、
前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出するアンモニア注入量算出工程と、
を有することを特徴とする排ガス処理器の制御方法。 An exhaust gas treatment device for controlling an exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a treatment target gas containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the treatment target gas. In the control method,
Receiving the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollutant amount that is a target value of the amount of exhaust pollutant;
Transmitting an ammonia injection amount to be injected into the gas to be processed to the exhaust gas treatment device;
Using the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device, and the ammonia injection amount, an internal state amount estimated value obtained by estimating the internal state amount of the exhaust gas treatment device that determines the exhaust pollutant amount An internal state estimation step to be calculated;
A state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and an integral feedback control amount obtained by multiplying a value obtained by integrating a deviation of the exhaust pollutant amount from the target exhaust pollutant amount by an integral gain. A feedback control amount calculation step for calculating a feedback control amount based on the
An ammonia injection amount calculation step of calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount;
An exhaust gas treatment device control method comprising:
前記排ガス処理器のプロセス量、前記排ガス処理器から排出される排出ガスに含有される排出汚染物質量およびこの排出汚染物質量の目標値である目標排出汚染物質量を受信させる機能と、
前記処理対象ガスに注入するアンモニア注入量を前記排ガス処理器に送信させる機能と、
前記排出汚染物質量の測定値、前記排ガス処理器のプロセス量および前記アンモニア注入量を用いて、前記排出汚染物質量を決定する前記排ガス処理器の内部状態量を推定した内部状態量推定値を算出する機能と、
前記内部状態量推定値に状態フィードバックゲインを乗じた状態フィードバック制御量と、前記排出汚染物質量の前記目標排出汚染物質量からの偏差を積分した値に積分ゲインを乗じた積分フィードバック制御量とに基づいてフィードバック制御量を算出する機能と、
前記フィードバック制御量に基づいて前記アンモニア注入量を算出する機能と、
を実現させることを特徴とする排ガス処理器の制御プログラム。 An exhaust gas treatment device for controlling an exhaust gas treatment device for injecting ammonia into a treatment target gas containing at least one pollutant of nitrogen oxide and sulfur oxide to reduce the content of the pollutant in the treatment target gas. In the control program, on the computer,
A function of receiving the process amount of the exhaust gas treatment device, the amount of exhaust pollutant contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas treatment device, and the target exhaust pollutant amount which is a target value of the amount of exhaust pollutant;
A function of transmitting an ammonia injection amount to be injected into the processing target gas to the exhaust gas treatment device;
Using the measured value of the exhaust pollutant amount , the process amount of the exhaust gas treatment device, and the ammonia injection amount, an internal state amount estimated value obtained by estimating the internal state amount of the exhaust gas treatment device that determines the exhaust pollutant amount A function to calculate,
A state feedback control amount obtained by multiplying the internal state amount estimated value by a state feedback gain, and an integral feedback control amount obtained by multiplying a value obtained by integrating a deviation of the exhaust pollutant amount from the target exhaust pollutant amount by an integral gain. A function for calculating a feedback control amount based on
A function of calculating the ammonia injection amount based on the feedback control amount;
An exhaust gas treatment device control program characterized by realizing the above.
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