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技術 ボイラシステム

出願人 三浦工業株式会社
発明者 山田和也
出願日 2014年9月12日 (6年5ヶ月経過) 出願番号 2014-185955
公開日 2016年4月21日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2016-057033
状態 特許登録済
技術分野 廃ガスボイラ・燃焼式ボイラの制御 蒸気ボイラの細部
主要キーワード 蒸気圧センサ 偏差微分 圧力帯 貫流型 最小燃焼状態 燃焼比 比例帯 ヘッダ圧力
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

段階値制御ボイラ群2Aに対して、同じ蒸気ライン連続制御ボイラ群2Bを増設する場合に、各ボイラ群の稼働率平準化すること。

解決手段

蒸気圧力値制御圧力帯の範囲内に収まるように段階値制御ボイラ群2Aの燃焼状態を制御する第1制御部4Aと、蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つように連続制御ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する第2制御部4Bと、を備えるボイラシステム1であって、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を制御圧力帯の範囲内に収まるように設定し、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満となる状態を第1の時間継続している場合、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より高い値に補正し、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超過した状態を第2の時間継続している場合、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より低い値に補正する。

概要

背景

従来、ボイラとして、選択される燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能な段階値制御ボイラ、及び燃焼量を連続的に増減可能な連続制御ボイラが知られている。

このうち、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラ群により構成されるボイラシステムにおいて、各段階値制御ボイラの燃焼状態を制御する場合、ボイラ群において生成された蒸気集合させる蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値(以下、「ヘッダ圧力値」ともいう)が、予め設定された制御圧力帯(設定圧力制御幅に基づく)に収まるように制御対象のボイラの燃焼量を制御するいわゆる比例分配制御方式が知られている。この場合、蒸気圧力値が制御圧力帯の高圧側に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に制御圧力帯の低圧側に移るほどボイラの燃焼量を多くするようにボイラ群の燃焼状態を制御する。
このようなボイラシステムにおいては、ヘッダ圧力値によって必要蒸気量が定まる(例えば、特許文献1参照)。
このように、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラ群は、予め設定された制御圧力帯に基づいて燃焼率が決定される「第1ボイラ群」に該当する。

他方、1つ以上の連続制御ボイラからなるボイラ群により構成されるボイラシステムにおいて、各連続制御ボイラの燃焼状態を制御する場合、予め目標蒸気圧力値を設定しておき、ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダで検出した蒸気圧力値(ヘッダ圧力値)を目標蒸気圧力値に保つように、ヘッダ圧力値と目標蒸気圧力値との偏差に応じた制御量を算出することで、制御対象のボイラの燃焼量を制御する台数制御が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
このように、1つ以上の連続制御ボイラからなるボイラ群は、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値になるように燃焼率が決定される「第2ボイラ群」に該当する。

近年、連続制御ボイラが普及し始めており、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)に対して、同じ蒸気ラインに連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)を増設することが行われる場合がある。
このような場合、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)は、設定圧力と制御幅を設定することで、ヘッダ圧力を安定させる制御圧力帯を決定し、ヘッダ圧力が制御圧力帯に収まるように制御対象のボイラの燃焼量を制御する。
他方、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は、目標蒸気圧力値を設定することで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御される。
したがって、ヘッダ圧力が制御圧力帯に収まるように燃焼量が制御される段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)と、蒸気圧力値が目標蒸気圧力値を保つように燃焼量が制御される連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)のように、制御方法の異なる台数制御ボイラ群を同じ蒸気ラインに混在させる場合には、ヘッダ圧力は、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)において設定された目標蒸気圧力値を保つように制御されることから、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率は、目標蒸気圧力値に基づいて決定されることになる。

仮に、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が高めに設定された場合、通常「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率>「段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となり、逆に連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が低めに設定された場合、通常「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率<段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となり、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が制御圧力帯の中間に設定された場合、負荷要求が変化しない場合には、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率≒段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となることが想定される。
しかしながら、負荷要求が下がった場合には、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は稼働率を下げることで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御されることから、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率<段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となるように変化することが想定される。逆に、負荷要求が上がった場合には、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は稼働率を上げることで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御されることから、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率>段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となるように変化することが想定される。
このように、負荷要求の変化に対応して、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率は変化するため、負荷要求が変化した場合、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率と連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率の関係は変化する。

概要

段階値制御ボイラ群2Aに対して、同じ蒸気ラインに連続制御ボイラ群2Bを増設する場合に、各ボイラ群の稼働率を平準化すること。蒸気圧力値が制御圧力帯の範囲内に収まるように段階値制御ボイラ群2Aの燃焼状態を制御する第1制御部4Aと、蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つように連続制御ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する第2制御部4Bと、を備えるボイラシステム1であって、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を制御圧力帯の範囲内に収まるように設定し、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満となる状態を第1の時間継続している場合、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より高い値に補正し、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超過した状態を第2の時間継続している場合、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より低い値に補正する。

目的

本発明は、予め設定された制御圧力帯とヘッダ圧力値に基づいて燃焼率が決定されるように制御される1つ以上のボイラを有する第1ボイラ群と、ヘッダ圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値を保つように燃焼率が決定されるように制御される、第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラを有する第2ボイラ群とからなるボイラ群を備えるボイラシステムにおいて、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率とを、負荷要求が変化した場合においても、自動的に平準化することができるボイラシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、前記第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群とからなるボイラ群と、前記ボイラ群において生成された蒸気集合させる蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように前記第1ボイラ群の燃焼状態を制御する第1制御部と、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値を設定された目標蒸気圧力値に保つように前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する第2制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記第1制御部は、予め前記制御圧力帯を複数の圧力帯域に区分し、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値に該当する圧力帯域に基づいて、前記第1ボイラ群におけるボイラの燃焼状態を制御し、前記第2制御部は、予め、第1閾値と、前記第1閾値より大きな値となる第2閾値と、を設定し、前記目標蒸気圧力値を、前記制御圧力帯の範囲内に収まるように設定し、前記第2ボイラ群の稼働率が前記第1閾値未満となる状態を予め設定された第1の時間継続している場合、前記目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より高い値に補正し、前記第2ボイラ群の稼働率が前記第2閾値を超過した状態を予め設定された第2の時間継続している場合、前記目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より低い値に補正する、ことを特徴とするボイラシステム。

請求項2

前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値が、区分された前記複数の圧力帯域の内の所定の圧力帯域に該当する場合、前記第1ボイラ群の稼働率が、前記第1閾値を下限、前記第2閾値を上限とする範囲となることを特徴とする請求項1に記載のボイラシステム。

請求項3

前記第2制御部は、蒸気消費量の変動に対して蒸気ヘッダの蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つため、前記第2ボイラ群で発生すべき蒸気量をPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムにより制御する、請求項1又は請求項2に記載のボイラシステム。

請求項4

前記第1ボイラ群は、燃焼率を段階的に変更可能な段階値制御ボイラにより構成される請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のボイラシステム。

請求項5

前記第2ボイラ群は、燃焼率を連続的に変更可能な連続制御ボイラにより構成される請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のボイラシステム。

技術分野

0001

本発明は、予め設定された制御圧力帯に基づいて燃焼率が決定される1つ以上のボイラを有する第1ボイラ群と、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値になるように燃焼率が決定される、第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラを有する第2ボイラ群とからなるボイラ群を備えるボイラシステムに関する。

背景技術

0002

従来、ボイラとして、選択される燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能な段階値制御ボイラ、及び燃焼量を連続的に増減可能な連続制御ボイラが知られている。

0003

このうち、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラ群により構成されるボイラシステムにおいて、各段階値制御ボイラの燃焼状態を制御する場合、ボイラ群において生成された蒸気集合させる蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値(以下、「ヘッダ圧力値」ともいう)が、予め設定された制御圧力帯(設定圧力制御幅に基づく)に収まるように制御対象のボイラの燃焼量を制御するいわゆる比例分配制御方式が知られている。この場合、蒸気圧力値が制御圧力帯の高圧側に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に制御圧力帯の低圧側に移るほどボイラの燃焼量を多くするようにボイラ群の燃焼状態を制御する。
このようなボイラシステムにおいては、ヘッダ圧力値によって必要蒸気量が定まる(例えば、特許文献1参照)。
このように、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラ群は、予め設定された制御圧力帯に基づいて燃焼率が決定される「第1ボイラ群」に該当する。

0004

他方、1つ以上の連続制御ボイラからなるボイラ群により構成されるボイラシステムにおいて、各連続制御ボイラの燃焼状態を制御する場合、予め目標蒸気圧力値を設定しておき、ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダで検出した蒸気圧力値(ヘッダ圧力値)を目標蒸気圧力値に保つように、ヘッダ圧力値と目標蒸気圧力値との偏差に応じた制御量を算出することで、制御対象のボイラの燃焼量を制御する台数制御が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
このように、1つ以上の連続制御ボイラからなるボイラ群は、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値になるように燃焼率が決定される「第2ボイラ群」に該当する。

0005

近年、連続制御ボイラが普及し始めており、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)に対して、同じ蒸気ラインに連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)を増設することが行われる場合がある。
このような場合、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)は、設定圧力と制御幅を設定することで、ヘッダ圧力を安定させる制御圧力帯を決定し、ヘッダ圧力が制御圧力帯に収まるように制御対象のボイラの燃焼量を制御する。
他方、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は、目標蒸気圧力値を設定することで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御される。
したがって、ヘッダ圧力が制御圧力帯に収まるように燃焼量が制御される段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)と、蒸気圧力値が目標蒸気圧力値を保つように燃焼量が制御される連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)のように、制御方法の異なる台数制御ボイラ群を同じ蒸気ラインに混在させる場合には、ヘッダ圧力は、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)において設定された目標蒸気圧力値を保つように制御されることから、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率は、目標蒸気圧力値に基づいて決定されることになる。

0006

仮に、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が高めに設定された場合、通常「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率>「段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となり、逆に連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が低めに設定された場合、通常「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率<段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となり、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の目標圧力が制御圧力帯の中間に設定された場合、負荷要求が変化しない場合には、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率≒段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となることが想定される。
しかしながら、負荷要求が下がった場合には、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は稼働率を下げることで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御されることから、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率<段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となるように変化することが想定される。逆に、負荷要求が上がった場合には、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)は稼働率を上げることで、ヘッダ圧力を目標蒸気圧力値に保つように制御されることから、「連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率>段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率」となるように変化することが想定される。
このように、負荷要求の変化に対応して、連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率は変化するため、負荷要求が変化した場合、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率と連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率の関係は変化する。

先行技術

0007

特開2011−208817号公報
特開2010−48462号公報

発明が解決しようとする課題

0008

このため、例えば、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)に対して、同じ蒸気ラインに連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)を増設する場合に、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率と連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率とを平準化して稼働させたい場合は、1日の稼働状況を考慮したうえで、例えば1日を通じて、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)の稼働率と連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)の稼働率が同じになるように圧力設定を行う必要がある。しかし、曜日季節によって稼働状況が変化する場合、その都度圧力設定の適正値を調整することは手間がかかり、現実的ではない。
このため、段階値制御ボイラ群(第1ボイラ群)に対して、同じ蒸気ラインに連続制御ボイラ群(第2ボイラ群)を増設する場合に、両者の稼働率を例えば1日を通じて平準化するように、自動調整することができる台数制御が望まれる。

0009

本発明は、予め設定された制御圧力帯とヘッダ圧力値に基づいて燃焼率が決定されるように制御される1つ以上のボイラを有する第1ボイラ群と、ヘッダ圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値を保つように燃焼率が決定されるように制御される、第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラを有する第2ボイラ群とからなるボイラ群を備えるボイラシステムにおいて、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率とを、負荷要求が変化した場合においても、自動的に平準化することができるボイラシステムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、前記第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群とからなるボイラ群と、前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように前記第1ボイラ群の燃焼状態を制御する第1制御部と、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値を設定された目標蒸気圧力値に保つように前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する第2制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記第1制御部は、予め前記制御圧力帯を複数の圧力帯域に区分し、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値に該当する圧力帯域に基づいて、前記第1ボイラ群におけるボイラの燃焼状態を制御し、前記第2制御部は、予め、第1閾値と、前記第1閾値より大きな値となる第2閾値と、を設定し、前記目標蒸気圧力値を、前記制御圧力帯の範囲内に収まるように設定し、前記第2ボイラ群の稼働率が前記第1閾値未満となる状態を予め設定された第1の時間継続している場合、前記目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より高い値に補正し、前記第2ボイラ群の稼働率が前記第2閾値を超過した状態を予め設定された第2の時間継続している場合、前記目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より低い値に補正する、ことを特徴とするボイラシステムに関する。

0011

また、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧力値が、区分された前記複数の圧力帯域の内の所定の圧力帯域に該当する場合、前記第1ボイラ群の稼働率が、前記第1閾値を下限、前記第2閾値を上限とする範囲となることとしてもよい。

0012

前記第2制御部は、蒸気消費量の変動に対して蒸気ヘッダの蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つため、前記第2ボイラ群で発生すべき蒸気量をPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムにより制御することとしてもよい。

0013

前記第1ボイラ群は、燃焼率を段階的に変更可能な段階値制御ボイラにより構成されることとしてもよい。

0014

前記第2ボイラ群は、燃焼率を連続的に変更可能な連続制御ボイラにより構成されることとしてもよい。

発明の効果

0015

本発明のボイラシステムによれば、蒸気圧力値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように各ボイラの燃焼率を決定するように制御される1つ以上のボイラ(例えば、段階値制御ボイラ)を有する第1ボイラ群と、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値を保つように各ボイラの燃焼率を決定するように制御される1つ以上のボイラ(例えば、連続制御ボイラ)を有する第2ボイラ群とからなるボイラ群を備えるボイラシステムにおいて、負荷要求が変化した場合においても、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率とを、例えば1日を通じて平準化するように、自動調整することができるボイラシステムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0016

本実施形態に係るボイラシステム1の概略を示す図である。
本実施形態におけるボイラ群の概略を示す図である。
第1実施形態における第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を5等分した概略を示す図である。
第1実施形態における目標蒸気圧を補正する場合のフローチャートである。
第1実施形態における第2ボイラ群2Bの稼働率が低い場合に、目標蒸気圧力値を上げることで、稼働率が増加する様子を示す図である。
第1実施形態における第2ボイラ群2Bの稼働率が高い場合に、目標蒸気圧力値を下げることで、稼働率が減少する様子を示す図である。
第2実施形態における、ディファレンシャルを設けて、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を5分割した概略を示す図である。
第2実施形態における第2ボイラ群2Bの稼働率が高い場合に、目標蒸気圧力値を下げることで、稼働率が減少する様子を示す図である。
第2実施形態における第2ボイラ群2Bの稼働率が低い場合に、目標蒸気圧力値を上げることで、稼働率が増加する様子を示す図である。

実施例

0017

最初に、本発明の第1実施形態に係るボイラシステム1の全体構成につき、図1を参照しながら説明する。

0018

ボイラシステム1は、3台の段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aと2台の連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bとからなるボイラ群2と、複数の段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bにおいて生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダ6と、この蒸気ヘッダ6の内部の圧力を測定する蒸気圧センサ7と、第1ボイラ群2Aの燃焼状態を制御する第1制御部4Aを有する台数制御装置3Aと、第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する第2制御部4Bを有する台数制御装置3Bと、を備える。

0019

段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bは、それぞれ、図1に示すように、燃焼が行われるボイラ本体21A及びボイラ本体21Bと、段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御するローカル制御部22A及びローカル制御部22Bと、を備える。

0020

ローカル制御部22A及びローカル制御部22Bは、それぞれ、蒸気消費量に応じて段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部22A及びローカル制御部22Bは、それぞれ信号線16A及び信号線16Bを介して台数制御装置3A及び台数制御装置3Bから送信される制御信号に基づいて、段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御する。また、ローカル制御部22A及びローカル制御部22Bは、それぞれ台数制御装置3A及び台数制御装置3Bで用いられる信号を、信号線16A及び信号線16Bを介して台数制御装置3A及び台数制御装置3Bに送信する。台数制御装置3A及び台数制御装置3Bで用いられる信号としては、それぞれ段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの実際の燃焼状態、及びその他のデータ等が挙げられる。

0021

ボイラ群2は、蒸気使用設備18に供給する蒸気を生成する。
蒸気ヘッダ6は、蒸気管11を介してボイラ群2を構成する複数の段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bに接続されている。この蒸気ヘッダ6の下流側は、蒸気管12を介して蒸気使用設備18に接続されている。
蒸気ヘッダ6は、ボイラ群2で生成された蒸気を集合させて貯留することにより、複数の段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が調整された蒸気を蒸気使用設備18に供給する。

0022

蒸気圧センサ7は、信号線13を介して、それぞれ台数制御装置3A及び台数制御装置3Bに電気的に接続されている。蒸気圧センサ7は、蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧(ボイラ群2で発生した蒸気の圧力)を測定し、測定した蒸気圧に係る信号(蒸気圧信号)を、信号線13を介して、それぞれ台数制御装置3A及び台数制御装置3Bに送信する。

0023

台数制御装置3A及び台数制御装置3Bは、信号線16A及び信号線16Bを介して、それぞれ複数の段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bと電気的に接続されている。この台数制御装置3A及び台数制御装置3Bは、蒸気圧センサ7により測定される蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧に基づいて、それぞれ段階値制御ボイラ20A及び連続制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御する。

0024

以上のボイラシステム1は、ボイラ群2で発生させた蒸気を、蒸気ヘッダ6を介して、蒸気使用設備18に供給可能とされている。

0025

次に、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2A及び連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bについてそれぞれ詳しく説明する。
最初に、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aについて説明する。

0026

<段階値制御ボイラ20A>
段階値制御ボイラ20Aとは、燃焼を選択的にオンオフしたり、又は炎の大きさを調整すること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。

0027

ボイラシステム1の備える段階値制御ボイラ20Aは、例えば、各燃焼位置における燃焼量、及び最大燃焼量としての燃焼能力高燃焼位置における燃焼量)が段階値制御ボイラ20Aのそれぞれで等しく設定され、以下の4段階で燃焼状態(燃焼位置、燃焼率)を制御可能とされており、いわゆる4位置制御されるボイラである。
1)燃焼停止位置(第1燃焼位置:0%)
2)低燃焼位置L(第2燃焼位置:例えば最大燃焼量の5〜35%で設定される、本実施形態では20%)
3)中燃焼位置M(第3燃焼位置:例えば最大燃焼量の40〜70%で設定される、本実施形態では60%)
4)高燃焼位置H(第4燃焼位置:100%(最大燃焼量))。

0028

例えば、段階値制御ボイラ20Aの高燃焼位置Hにおける燃焼状態(高燃焼状態)の燃焼量が3000kg/hであった場合、中燃焼位置Mにおける燃焼量は1800kg/h、低燃焼位置Lにおける燃焼量は600kg/hとなる。

0029

段階値制御ボイラ20Aとして、4位置制御以外に、任意のN位置制御、例えば燃焼量が燃焼停止位置(第1燃焼位置)、低燃焼位置L(第2燃焼位置)、及び高燃焼位置H(第3燃焼位置)の3段階の燃焼位置に制御可能とされる、いわゆる3位置制御や、また5位置以上としてもよい。また、各段階値制御ボイラ20Aのボイラ容量、燃焼位置の段階数、及び各燃焼位置における燃焼率等が、各段階値制御ボイラ20Aのそれぞれで異なることとしてもよい。

0030

<比例分配制御方式>
次に、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aの制御について説明する。
第1制御部4Aは、予め設定圧力と制御幅を設定することで、制御圧力帯を決定する。ここで、制御圧力帯は、圧力の最大許容値である最大圧力値Pmaxと圧力の最少許容値である最小圧力値Pminの間の圧力帯とする。
第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値の圧力偏差PD1(予め設定された最大圧力値Pmaxとヘッダ圧力値との差分)に基づいて、必要蒸気量JNを算出し、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を選択し、段階値制御ボイラ20Aの燃焼状態を制御する。なお、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置は、例えば、予め設定された優先順位に基づいて選択される。

0031

具体的には、第1制御部4Aは、例えば、次のように制御する。
第1制御部4Aは、制御周期毎に、ヘッダ圧力値の圧力偏差PD1を制御圧力幅P1(最大圧力値Pmax−最少圧力値Pmin)で除算した比率PR1に基づいて、要求負荷に応じたボイラで発生すべき蒸気量(以下、「必要蒸気量JN」ともいう)を式1により算出する。

必要蒸気量JN = 最大蒸気量JG× PR1 ・・・ (式1)

ここで、最大蒸気量JGとは、第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aそれぞれの最大燃焼状態における蒸気量(最大蒸気量)の合計である。
上記の例では、最大蒸気量JG=9000kg/hとなる。

0032

第1制御部4Aは、例えばローカル制御部22Aから送信される各ボイラ20Aそれぞれの燃焼状態に基づいて、制御周期毎に、ボイラ群2Aにより出力される出力蒸気量JTを算出する。

0033

第1制御部4Aは、制御周期毎に算出する必要蒸気量JNと出力蒸気量JTとの偏差量及びヘッダ圧力値の変動状態に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を選択することで、燃焼状態を制御することができる。
具体的には、例えば、次のように行われる。

0034

第1制御部4Aは、今回制御周期計測したヘッダ圧力値を前回制御周期に計測したヘッダ圧力値と比較して、今回制御周期のヘッダ圧力値が上昇しているか、下降しているか、を判断する。

0035

今回制御周期のヘッダ圧力が下降している場合であって、
今回必要蒸気量JN >今回出力蒸気量JT
を満たす場合、第1制御部4Aは、燃焼量不足として、差分蒸気量(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)の蒸気量に該当する燃焼量を増加させるように、燃焼位置を変更する。
具体的には、第1制御部4Aは、蒸気量の増加分が(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≦ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を選択する。この際、第1制御部4Aは、差分蒸気量に最も近い燃焼位置を優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置が複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。

0036

今回制御周期のヘッダ圧力が上昇している場合であって、
今回必要蒸気量JN <今回出力蒸気量JT
を満たす場合、第1制御部4Aは、燃焼量過剰として、(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)の蒸気量に該当する燃焼量を減少させるように、燃焼位置を変更する。
具体的には、第1制御部4Aは、蒸気量の減少分が(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≧ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を選択する。この際、第1制御部4Aは、差分蒸気量に最も近い燃焼位置を優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置が複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。

0037

なお、上記以外の場合、第1制御部4Aは、現状の燃焼状態を継続する。

0038

第1制御部4Aは、上記燃焼制御処理を制御周期で繰り返して実行することができる。
このようにすることで、要求負荷が小さくなるほど、つまりヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量が小さくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置が選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまりヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量が大きくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置が選択される。
このように、第1ボイラ群2Aにおける台数制御(比例分配制御方式)では、ヘッダ圧力によって第1ボイラ群2A全体の稼働率が定まる。

0039

<稼働率>
図3に示すように、例えば、制御圧力帯を5等分して、それぞれの帯域の稼働率を定義する。この場合、第1ボイラ群2Aの稼働率は、帯域の高い方から、0〜20%、20%〜40%、40%〜60%、60%〜80%、80%〜100%となる。
なお、第1ボイラ群2Aは、段階値制御ボイラ20Aであることから、第1ボイラ群2Aの稼働率は、連続的な数値ではなく離散的な数値をとる。

0040

例えば、上記の例に基づいて、段階値制御ボイラ20Aの燃焼パターンとその稼働率を列挙すると次のようになる。ここで、「XXX」は1号機〜3号機の燃焼パターンを、(%)は稼働率を示す。
(稼働率0%〜20%以下)
「−−−」(0%)、
「L−−」(6.7%)、
LL−」(13.3%)、
「LLL」(20%)、
「M−−」(20%)、
(稼働率20%〜40%以下)
「ML−」(26.7%)、
「MLL」(33.3%)、
「H−−」(33.3%)、
「MM−」(40%)、
「HL−」(40%)、
(稼働率40%〜60%以下)
「MML」(46.7%)、
「HLL」(46.7%)、
「HM−」(53.3%)、
「MMM」(60%)、
「HML」(60%)、
(稼働率60%〜80%以下)
「HH−」(66.7%)、
「HHL」(73.3%)、
「HMM」(73.3%)、
(稼働率80%〜100%以下)
「HHM」(86.7%)、
「HHH」(100%)
以上、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aについて説明した。

0041

<連続制御ボイラ20Bについて>
次に、連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bについて説明する。
ボイラシステム1の備える連続制御ボイラ20Bとは、少なくとも、最小燃焼状態S1(例えば、最大燃焼率の20%の燃焼量における燃焼状態)から最大燃焼状態S2の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。連続制御ボイラ20Bは、例えば、燃料バーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給するバルブの開度燃焼比)を制御することにより、燃焼量を調整するようになっている。

0042

また、燃焼量を連続的に制御するとは、ローカル制御部22Bにおける演算や信号がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合(例えば、連続制御ボイラ20Bの出力(燃焼量)が1%刻みで制御される場合)であっても、事実上連続的に出力を制御可能な場合を含む。

0043

連続制御ボイラ20Bの燃焼停止状態S0と最小燃焼状態S1との間の燃焼状態の変更は、連続制御ボイラ20B(バーナ)の燃焼をオン/オフすることで制御される。そして、最小燃焼状態S1から最大燃焼状態S2の範囲においては、燃焼量が連続的に制御可能となっている。
より具体的には、連続制御ボイラ20Bには、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量Uが設定されている。これにより、連続制御ボイラ20Bは、最小燃焼状態S1から最大燃焼状態S2の範囲においては、単位蒸気量U単位で、蒸気量を変更可能となっている。

0044

単位蒸気量Uは、連続制御ボイラ20Bの最大燃焼状態S2における蒸気量(最大蒸気量)に応じて適宜設定できるが、ボイラシステムにおける出力蒸気量の必要蒸気量に対する追従性を向上させる観点から、連続制御ボイラ20Bの最大蒸気量の0.1%〜20%に設定されることが好ましく、1%〜10%に設定されることがより好ましい。

0045

PID制御
次に、第2ボイラ群2Bの制御について説明する。第2制御部4Bは、予め設定された目標蒸気圧力値、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値等に基づいて、操作量(指示蒸気量)を算出する。具体的には、第2制御部4Bは、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値が、予め設定された目標蒸気圧力値となるように、操作量(指示蒸気量)を、PIDアルゴリズムにより算出する。

0046

第2制御部4Bは、操作量(指示蒸気量)を、下記の(式2)に基づいて算出する。
操作量(指示蒸気量)=偏差比例出力(P制御)+偏差積分出力(I制御)+偏差微分出力(D制御)
・・・(式2)

0047

また、操作量(指示蒸気量)を構成する各成分は、下記の(式3)、(式5)、及び(式6)により算出される。
偏差比例出力(PID_E)=PID_K×(目標蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値)
・・・(式3)
ここで、PID_K(比例ゲイン)は、単位圧力偏差(1MPa)当たりのボイラ出力(蒸気量)である。

0048

比例帯Pbと比例ゲインKpとの関係について簡単に触れておく。
例えば、比例帯Pbと比例ゲインKpとの関係は以下の式で表すことができる。
比例ゲインPID_K = 最大蒸気量/(比例帯Pb×フルスケール圧力)
・・・(式4)
なお、比例ゲインの値は、固定値ではなく、ボイラ20の燃焼率に基づいて、例えば、ボイラ20の燃焼率が低いほど、比例ゲインを小さくなるように調整することができる。
(式3)及び(式4)から明らかなように、比例帯Pbを大きく設定すると、比例ゲインが小さくなり、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、小さな操作量(指示蒸気量)が算出され、比例帯を小さく設定すると、比例ゲインが大きくなり、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、大きな操作量(指示蒸気量)が算出される。

0049

偏差積分出力(PID_EI)=PID_EI+ PID_E/積分時間(秒)
・・・(式5)
(式5)から明らかなように、積分時間を長く設定すると、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、小さな操作量(指示蒸気量)が算出され、積分時間を短く設定すると、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、大きな操作量(指示蒸気量)が算出されることとなる。

0050

偏差微分出力(PID_ED)=
PID_K×(前回制御周期の蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値)×微分時間(秒)
・・・(式6)

0051

以上のように、第2制御部4Bは、上記式(式3)、(式5)、及び(式6)で算出された各出力を合計することにより、操作量(指示蒸気量)を算出する。
以上、連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bについて説明した。

0052

<稼働率の自動制御
次に、予め設定された制御圧力帯に基づいて燃焼率を決定するように制御される1つ以上の段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aと、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値になるように燃焼率を決定するように制御される1つ以上の連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bとからなるボイラ群2を備えるボイラシステム1において、負荷要求が変化した場合においても、第1ボイラ群2Aの稼働率と第2ボイラ群2Bの稼働率とを、自動的に平準化するための制御について説明する。

0053

最初に、第2制御部4Bは、管理者による設定又は第1制御部4Aとの通信により、第1ボイラ群2Aの制御圧力情報(設定圧力及び制御幅等)を予め収集する。
第2制御部4Bは、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を例えば5等分することで、それぞれの帯域における第1ボイラ群2Aの稼働率が、帯域の高い方から順番に、0〜20%、20%〜40%、40%〜60%、60%〜80%、80%〜100%となることを認識することができる。

0054

第1ボイラ群2Aの稼働率については、上記の方法に限定しない。
例えば、第2制御部4Bは、管理者による設定又は第1制御部4Aとの通信により、第1ボイラ群2Aの制御圧力情報(設定圧力及び制御幅等)及び圧力帯と稼働率との対応関係を予め収集することとしてもよい。
また、台数制御稼働中に、第2制御部4Bは、第1制御部4Aとの通信により第1ボイラ群2Aの燃焼状態を収集してもよい。

0055

第2制御部4Bは、ヘッダ圧力の目標圧力を設定し、PID制御(又はPI制御)により、連続制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御する。具体的には、第2制御部4Bは、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が蒸気消費量の変動にかかわらず一定の目標蒸気圧力値となるように、蒸気消費量の変動に応じて連続制御ボイラ20Bの燃焼量を制御する。
より具体的には、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を、第1制御部4Aから収集した制御圧力帯の範囲内に収まるように設定したうえで、第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する。
例えば、連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bの目標蒸気圧力を、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aの制御圧力帯の中央に設定した場合、ヘッダ圧力が、目標蒸気圧力近辺で安定している場合は、第1ボイラ群2Aの稼働率は、40%〜60%であることが分かる。
第2制御部4Bは、第2ボイラ群2Bの稼働率について、常時把握することができる。

0056

他方、第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値に基づいて、第1ボイラ群2Aの稼働率を判断することができる。具体的には、ヘッダ圧力値が、制御圧力帯を5等分して得られる5つの帯域のどれに該当するかを認識することにより、第1ボイラ群2Aの稼働率を判断することができる。
例えば、ヘッダ圧力値が高い方から3番目の中央の帯域に該当する場合、第2制御部4Bは、第1ボイラ群2Aの稼働率は40〜60%であることを判断できる。また、例えばヘッダ圧力値が5つの帯域のうち、高い方から2番目の帯域に該当する場合、第2制御部4Bは、第1ボイラ群2Aの稼働率は20〜40%であると判断できる。同様に、目標蒸気圧力値が5つの帯域のうち、高い方から4番目の帯域に該当する場合、第1ボイラ群2Aの稼働率は60〜80%であると判断できる。

0057

第2制御部4Bには、予め第2ボイラ群2Bの稼働率に関する第1閾値及び第1閾値より大きな値となる第2閾値が設定される。また、第2制御部4Bには、第1の時間及び第2の時間が設定される。

0058

<第2ボイラ群2Bの稼働率が低い場合の自動補正
連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bの稼働率が低い(第1閾値未満となる)場合、ボイラシステム1の動作について、図4のフローチャートを参照して説明する。

0059

テップST1において、第2制御部4Bは、第2ボイラ群2Bの稼働率を監視して、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満か否かを検出する。第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満であることを検出した場合(Yes)、ステップST2に移る。
なお、第1閾値≦第2ボイラ群2Bの稼働率≦第2閾値を満たす場合、ステップST1に戻る。また、第2ボイラ群2Bの稼働率>第2閾値を満たす場合、後述するステップST12へ移る。

0060

ステップST2において、第2制御部4Bは、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満となる状態が第1の時間継続するか否かを測定する。第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満となる状態が第1の時間継続した場合(Yes)、ステップST3に移る。第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満となる状態が第1の時間継続しなかった場合(No)、ステップST1に移る。

0061

ステップST3において、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より高い値に補正する。例えば、当該補正された目標蒸気圧力値が、制御圧力帯を5等分して得られる5つの帯域のうち、現在の目標蒸気圧力値の該当する帯域よりも高い帯域に収まるように補正する。なお、当該補正された目標蒸気圧力値を現在の目標蒸気圧力値と同一帯域内の高い圧力値になるように補正してもよい。

0062

ステップST4において、第2制御部4Bは、ヘッダ圧力が高い圧力値になるように補正された目標蒸気圧力値に収束するように、PID又はPI制御することで、第2ボイラ群2Bの稼働率を上げる。他方、ヘッダ圧力値が高い圧力値になるように補正された目標蒸気圧力値に収束することから、第1制御部4Aは、第1ボイラ群2Aの稼働率を下げるように、各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を制御する。その後、ステップST1に戻る。

0063

図5に、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満(例えば40%未満)となる状態が第1の時間継続した場合に、第2制御部4Bがヘッダ圧力の目標蒸気圧力値を上げることで、稼働率が変更される様子を示す。

0064

図5の(1)には、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値未満(40%未満)となる状態を示す。この場合、
第2ボイラ群2Bの稼働率 < 第1ボイラ群2Aの稼働率
となる状態が継続している。

0065

そこで、第2制御部4Bは目標蒸気圧力値を高い側に補正することにより、図5の(2)に示すように、第2ボイラ群2Bの稼働率が第1閾値以上(40%以上)となり、増加する。こうすることで、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率の調整を図ることができる。

0066

<第2ボイラ群2Bの稼働率が高い場合の自動補正>
連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bの稼働率が高い(第2閾値を超える)場合、ボイラシステム1の動作について、図4のフローチャートを参照して説明する。

0067

ステップST1において、第2制御部4Bは、第2ボイラ群2Bの稼働率を監視して、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超えるか否かを検出する。第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超えたことを検出した場合(Yes)、ステップST12に移る。
なお、第1閾値≦第2ボイラ群2Bの稼働率≦第2閾値を満たす場合、ステップST1に戻る。また、第2ボイラ群2Bの稼働率<第1閾値を満たす場合、前述したステップST2へ移る。

0068

ステップST12において、第2制御部4Bは、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超えた状態が第2の時間継続するか否かを測定する。第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超える状態が第2の時間継続した場合(Yes)、ステップST13に移る。第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超える状態が第2の時間継続しなかった場合(No)、ステップST1に移る。

0069

ステップST13において、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を現在設定されている目標蒸気圧力値より低い値に補正する。例えば、当該補正された目標蒸気圧力値が、制御圧力帯を5等分して得られる5つの帯域のうち、現在の目標蒸気圧力値の該当する帯域よりも低い帯域に収まるように補正する。なお、当該補正された目標蒸気圧力値を現在の目標蒸気圧力値と同一帯域内の低い圧力値になるように補正してもよい。

0070

ステップST14において、第2制御部4Bは、ヘッダ圧力が低い圧力値になるように補正された目標蒸気圧力値に収束するように、PID又はPI制御することで、第2ボイラ群2Bの稼働率を下げる方向に制御する。他方、ヘッダ圧力値が低い圧力値になるように補正された目標蒸気圧力値に収束することから、第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値に基づいて、第1ボイラ群2Aの稼働率を上げるように、各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置を制御する。その後、ステップST1に戻る。

0071

図6に、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超える(60%を超える)状態が第2の時間継続した場合に、第2制御部4Bがヘッダ圧力の目標蒸気圧力値を下げることで、稼働率が変更される様子を示す。

0072

図6の(1)には、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値を超える(60%を超える)状態を示す。この場合、
第2ボイラ群2Bの稼働率 > 第1ボイラ群2Aの稼働率
となる状態が継続している。

0073

そこで、第2制御部4Bは目標蒸気圧力値を低い側に補正することにより、図5の(2)に示すように、第2ボイラ群2Bの稼働率が第2閾値以下(60%以下)となり、減少する。こうすることで、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率の調整を図ることができる。

0074

以上説明した第1実施形態のボイラシステム1によれば、以下のような効果を奏する。

0075

予め設定された制御圧力帯と蒸気圧力値に基づいて燃焼率を決定するように制御される1つ以上のボイラ(段階値制御ボイラ)を有する第1ボイラ群2Aと、蒸気圧力値が予め設定された目標蒸気圧力値になるように燃焼率を決定するように制御される1つ以上のボイラ(連続制御ボイラ)を有する第2ボイラ群2Bとからなるボイラ群2を備えるボイラシステム1において、負荷要求が変化した場合においても、第2ボイラ群2Bにおける目標蒸気圧力値を補正することにより、第1ボイラ群2Aの稼働率と第2ボイラ群2Bの稼働率とを、自動的に平準化することができ、各ボイラの稼働率をバランスのとれたものとすることができる。

0076

また、蒸気圧センサ7により測定される蒸気圧力値が、区分された複数(5つ)の圧力帯域の内の所定の圧力帯域(稼働率40〜60%に対応する3番目の圧力帯域)に該当する場合、第1ボイラ群2Aの稼働率が、第1閾値(40%)を下限、第2閾値(60%)を上限とする範囲となるようにすることにより、第1ボイラ群の稼働率と第2ボイラ群の稼働率とを、例えば1日を通じて平準化(例えば40〜60%)することができる。

0077

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態については、主として、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。第2実施形態において、特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用される。また、第2実施形態においても、第1実施形態と同様な効果が奏される。

0078

第1実施形態に係るボイラシステム1では、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を5等分して得られた5つの帯域により、それぞれの帯域の稼働率を定義した。
これに対して、第2実施形態に係るボイラシステム1では、第2ボイラ群2Bにおける目標圧力を上昇させる判断根拠とする場合の帯域の稼働率(第1閾値)と、第2ボイラ群2Bにおける目標圧力を下降させる判断の根拠とする場合の帯域の稼働率(第2閾値)とをずらして、ディファレンシャルを設ける。

0079

図7を参照して説明する。
第2ボイラ群2Bにおける目標圧力を下降させる判断の根拠とする場合、例えば、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を、5分割して、それぞれの帯域における第1ボイラ群2Aの稼働率が、帯域の高い方から順番に、0〜20%(帯域1)、20%〜40%(帯域2)、40%〜60%(帯域3)、60%〜80%(帯域4)、80%〜100%(帯域5)となるように定義(以下「帯域A」という)する。そして、各帯域の稼働率の上限を第2閾値とする。
上記帯域Aに対して例えばディファレンシャルを10%設けることで、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を各帯域における第1ボイラ群2Aの稼働率が、帯域の高い方から順番に、0〜10%(帯域1´)、10%〜30%(帯域2´)、30%〜50%(帯域3´)、50%〜70%(帯域4´)、70%〜100%(帯域5´)となるように定義(以下「帯域B」という)する。そして、各帯域の稼働率の下限を第2ボイラ群2Bにおける目標圧力を上昇させる判断の根拠とする第1閾値とする。

0080

このように、目標圧力を上昇させる場合の帯域の稼働率(第1閾値)と目標圧力を下降させる場合の帯域の稼働率(第2閾値)との間でディファレンシャルを設けた場合のボイラシステム1の動作について、図8及び図9を参照して説明する。

0081

図8を参照して、ヘッダ圧力の目標蒸気圧力値を下げる場合について説明する。
現在の目標蒸気圧力値が帯域3に該当する圧力を指している場合に、図8の(1)に示すように、第2ボイラ群2Bの稼働率が目標圧力を下降させる判断の根拠とする帯域3における第2閾値(60%)を超える状態が第2の時間継続した場合、第2制御部4Bは、目標圧力を下降させる判断の根拠とする帯域3における第2閾値(60%)を超えた状態が第2の時間継続したとする。
この場合、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を帯域4に該当する低い側の圧力値に補正することにより、図8の(2)に示すように第2ボイラ群2Bの稼働率が低下して、第2ボイラ群2Bの稼働率が55%になった場合、10%のディファレンシャルを設けたことにより、第2ボイラ群2Bの稼働率55%は、帯域4´における第1閾値(50%)よりも大きいことから、目標蒸気圧力値は、そのままとなる。

0082

次に図9を参照して、ヘッダ圧力の目標蒸気圧力値を上げる場合について説明する。
第2ボイラ群2Bの稼働率が低下して、図9の(1)に示すように、第2ボイラ群2Bの稼働率が目標圧力を上昇させる判断の根拠とする帯域4´における第1閾値(50%)未満にまで減少した状態が第1の時間継続したとする。
この場合、第2制御部4Bは、目標蒸気圧力値を帯域3´に該当する高い側の圧力値に補正することにより、図9の(2)に示すように第2ボイラ群2Bの稼働率が上昇する。

0083

このように、第2実施形態においても、第1実施形態に係るボイラシステム1と同様に、負荷要求が変化した場合、第2ボイラ群2Bにおける目標蒸気圧力値を補正することにより、第1ボイラ群2Aの稼働率と第2ボイラ群2Bの稼働率とを、自動的に平準化することができ、各ボイラの稼働率をバランスのとれたものとすることができる。
さらに、第2実施形態に係るボイラシステム1においては、帯域に範囲を示す稼働率にディファレンシャルを適用することで、過度な目標圧力の変更を抑制することが可能となる。

0084

以上、本発明のボイラシステム1の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

0085

本実施形態では、比例分配方式により、段階値制御ボイラ群2Aの各段階値制御ボイラ20Aの燃焼制御を実行しているが、比例分配制御方式に限定しない。
例えば、予め、制御圧力帯を予め複数の圧力帯に区分し、区分された圧力帯毎に、各段階値制御ボイラ20Aとその各燃焼位置との組み合わせからなる燃焼パターン、すなわち、燃焼状態(燃焼位置)を対応付けて設定しておき、蒸気圧がどの圧力帯に対応するかによって、当該圧力帯に対応する燃焼パターン、すなわち各段階値制御ボイラ20Aの燃焼状態(燃焼位置)を決定するように燃焼制御してもよい。

0086

本実施形態では、段階値制御ボイラ20Aを、3台ともに4位置制御のボイラとしたが、これに限らない。すなわち、本発明の段階値制御ボイラ20Aを、それぞれ、N位置制御のボイラ(Nは任意の2以上の整数)に適用してもよい。各段階値ボイラ20A毎に、ボイラ容量、燃焼位置の段階数N、及び各燃焼位置における燃焼率等を異なることとしてもよい。また、段階値制御ボイラ20Aの台数を1以上の任意の台数としてもよい。

0087

本実施形態では、連続制御ボイラ20Bを2台ともに、同一のボイラ容量としたが、これに限らない。すなわち、連続制御ボイラ20Bについて、台数を1以上の任意の台数として、連続制御ボイラ毎にその最小燃焼量、単位蒸気量、最大燃焼量としての燃焼能力が異なる場合にも適用可能である。
また、本実施形態では、連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2BをPID制御によりフィードバック制御したが、PID制御に限定されない。PI制御によるフィードバック制御でよい。
また、本実施形態では、連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2BのPID制御アルゴリズムとして、制御周期毎に今回必要蒸気量を直接計算する位置型PIDアルゴリズムによるPID制御を適用したが、位置型PIDアルゴリズムに限定されない。制御周期毎の必要蒸気量変化分のみを計算し、これに前回必要蒸気量を加算して、今回必要蒸気量を計算する速度形PIDアルゴリズムによるPID制御を適用してもよい。

0088

本実施形態では、段階値制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aを制御する台数制御装置3A(第1制御部4A)と連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bを制御する台数制御装置3B(第2制御部4B)とを区別して構成したが、1つの台数制御装置(1つの制御部、1つの記憶部)により、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bをそれぞれ制御してもよい。
また、1つの台数制御装置に、第1制御部4A及び第2制御部4Bを含むように構成して、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bをそれぞれ制御してもよい。

0089

第1実施形態では、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯を5等分して得られた5つの帯域により、それぞれの帯域の稼働率を定義したが、制御圧力帯の分割は、5等分に限定されない。任意のN等分(Nは2以上の整数)としてもよい。また、等分に分割しなくてもよい。第2実施形態では、ディファレンシャル10%を適用して10%ずらしたが、これに限らない。例えば、第1ボイラ群2Aの制御圧力帯の分割において、例えば、第1ボイラ群2Aの稼働率が、帯域の高い方から順番に、0〜25%、15%〜45%、35%〜65%、55%〜85%、75%〜100%となるように、各帯域の第1閾値、第2閾値が多帯域と重複するように定義してもよい。

0090

本実施形態では、第1ボイラ群として段階値制御ボイラからなるボイラ群を適用したが、段階値制御ボイラに限定されない。設定圧力と制御幅により決定される制御圧力帯に基づいて各ボイラの燃焼率を制御するボイラ群であればよい。
同様に、第2ボイラ群として連続制御ボイラからなるボイラ群を適用したが、連続制御ボイラに限定されない。蒸気圧が設定された目標蒸気圧になるように各ボイラの燃焼率を制御するボイラ群であればよい。

0091

また、本実施形態におけるボイラとして、小型貫流型蒸気ボイラ装置炉筒煙管ボイラ等、種々の構造のボイラ装置に適用してもよい。

0092

また、本実施形態では、第1ボイラ群2Aの稼働率と第2ボイラ群2Bの稼働率を例えば1日を通じて均等にするものであるが、第2ボイラ群2Bの稼働率に、所定の係数乗算した補正稼働率を適用することで、例えば、1日を通じて第2ボイラ群2Bの稼働率の配分を第1ボイラ群2Aの稼働率に比べて高く配分、又は低く配分することができる。

0093

[第2ボイラ群2Bの稼働率を高く配分する場合]
第2ボイラ群2Bへの稼働率を高く配分する場合、1よりも小さな値となる所定の係数α(0<α<1)を設定し、第2ボイラ群2Bの稼働率Xに当該係数を乗算して第2ボイラ群2Bの補正稼働率α・Xを算出する。
そして、本実施形態において、第2ボイラ群2Bの稼働率Xに替えて第2ボイラ群2Bの補正稼働率α・Xを適用する。
そうすることで、第2ボイラ群2Bの補正稼働率αX1が第1閾値(例えば40%)を超える値から、第1閾値未満(例えば40%未満)に低下した場合、第2ボイラ群2Bの稼働率X1は第1閾値(40%)×(1/α)未満となり、第1閾値(40%)よりも高くなる。また、第2ボイラ群2Bの補正稼働率αX2が第2閾値(例えば60%)未満から、第2閾値以上(例えば60%以上)に増加した場合、第2ボイラ群2Bの稼働率X2は第2閾値(60%)×(1/α)以上となり、第2閾値(60%)よりも高くなる。
こうすることで、第2ボイラ群2Bの稼働率は、下限値を第1閾値、上限値を第2閾値とする範囲よりも、高い値の範囲にすることができる。すなわち、第2ボイラ群2Bの稼働率を高く配分するように補正することができる。

0094

[第2ボイラ群2Bの稼働率を低く配分する場合]
第2ボイラ群2Bへの稼働率を低く配分する場合、1よりも大きな値となる所定の係数β(1<β)を設定し、第2ボイラ群2Bの稼働率Xに当該係数を乗算して第2ボイラ群2Bの補正稼働率β・Xを算出する。
そして、本実施形態において、第2ボイラ群2Bの稼働率Xに替えて第2ボイラ群2Bの補正稼働率β・Xを適用する。
そうすることで、第2ボイラ群2Bの補正稼働率β・X3が第1閾値(例えば40%)を超える値から、第1閾値未満(例えば40%未満)に低下した場合、第2ボイラ群2Bの稼働率X3は(1/β)×第1閾値(40%)未満となり、第1閾値(40%)よりも低くなる。また、第2ボイラ群2Bの補正稼働率β・X4が第2閾値(例えば60%)未満から、第2閾値以上(例えば60%以上)に増加した場合、第2ボイラ群2Bの稼働率X4は(1/β)×第2閾値(60%)以上となり、第2閾値(60%)よりも低くなる。
このように、第2ボイラ群2Bの稼働率は、下限値を第1閾値、上限値を第2閾値とする範囲よりも、低い値の範囲にすることができる。すなわち、第2ボイラ群2Bの稼働率を低く配分するように補正することができる。

0095

1ボイラシステム
2ボイラ群
20ボイラ
20A段階値制御ボイラ
20B連続制御ボイラ
2A 第1ボイラ群
2B 第2ボイラ群
3A台数制御装置
4A 第1制御部
3B 台数制御装置
4B 第2制御部

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