JP2007120784A

JP2007120784A - 台数制御を行う多缶設置ボイラ

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Publication number: JP2007120784A
Application number: JP2005309594A
Authority: JP
Inventors: Masahito Nishiyama; 将人西山
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: JP4632361B2

Abstract

【課題】ボイラが短時間に発停することを繰り返すハンチング動作の発生を起こしにくし、蒸気圧力を安定させる。
【解決手段】蒸気圧力値に基づいてボイラの必要燃焼量を算出し、必要台数のボイラを燃焼させる台数制御装置を備えている多缶設置ボイラであって、台数制御装置は、燃焼制御対象ボイラ全体での燃焼可能量に対する現在の燃焼量を運転率として算出し、運転率が半分よりも低い値に設定した運転率下限値より低い状態が台数制御減時間以上継続した場合、設置しているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行い、運転率が半分よりも高い値に設定した運転率上限値より高い状態が台数制御増時間以上継続した場合、燃焼制御対象から外していたボイラがあれば燃焼制御対象に含めるボイラを増加することで、それまでよりも多い台数の燃焼制御対象ボイラにてボイラの台数制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は台数制御を行う多缶設置ボイラに関するものである。

ボイラを複数台設置し、個々のボイラの燃焼状態を調節することでボイラ全体での蒸気供給量を制御するボイラの多缶設置システムが知られている。蒸気ボイラの多缶設置システムの場合、各ボイラで発生した蒸気をスチームヘッダに集合させて蒸気使用部へ供給しており、スチームヘッダに設けた圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼状態を定める台数制御を行う。台数制御では、蒸気圧力調節範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、スチームヘッダで検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの燃焼量を制御する。蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くすることで、蒸気圧力値が圧力調節範囲内を維持するように制御する。

図２と図５は、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼制御し、低燃焼は高燃焼の半分の燃焼量であるボイラを使用したものであって、従来の台数制御を説明するものである。図２ではボイラを４台設置し、蒸気圧力調節範囲を0.800MPa〜0.900MPaとした場合の燃焼パターンを示している。３位置燃焼制御ボイラ４台での燃焼量は、全缶停止、低燃焼１台、低燃焼２台、低燃焼３台、低燃焼４台、高燃焼１台低燃焼３台、高燃焼２台低燃焼２台、高燃焼３台低燃焼１台、高燃焼４台の９段階になるため、0.800MPa〜0.900MPaの蒸気圧力調節範囲内とその上下で９つ燃焼量を割り振る。４台のボイラには燃焼の優先順位を定めておき、優先順位が上位のものから順に燃焼を行う。図ではボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「Ｈ」、低燃焼の場合を「Ｌ」、停止の場合を「−」で示している。

蒸気圧力値が0.900MPaよりも高い圧力区分にあれば、すべてのボイラを停止し、燃焼量の値は０、蒸気圧力値が0.900MPaよりも一つ下の圧力区分にある場合には、優先順位第１位のボイラのみ低燃焼でほかのボイラは停止とし、さらにもう一段階下の圧力区分にある場合には、優先順位が第１位と第２位のボイラを低燃焼としており、以下同様に蒸気圧力値が0.800MPa未満となり、すべてのボイラを高燃焼とするまでの燃焼状態を定めている。

この時、わずかな圧力変化によって短い周期で燃焼量の増減が行われることを防止するため、蒸気圧力上昇によって燃焼量を減少する圧力値と、蒸気圧力低下によって燃焼量を増加する圧力値をずらして設定する。つまり、蒸気圧力調節範囲内を１５の圧力区分に分割し、高圧側から順に１〜１５の番号を割り振っておく。蒸気圧力上昇時には蒸気圧力値が圧力区分の奇数番から偶数番に上昇した時に燃料量を減少させ、蒸気圧力下降時には蒸気圧力値が圧力区分の奇数番から偶数番に下降した時に燃料量を増加させる。

図２に基づいて具体的に説明すると、0.800MPa〜0.807MPaである分割No.１５内から、0.807〜0.813MPaである分割No.１４内に蒸気圧力値が上昇した時、ボイラの燃焼量をＨＨＨＨからＨＨＨＬへ減少する。しかし、蒸気圧力値がさらに上昇して0.813〜0.820MPaである分割No.１３内に入っても燃焼量は減少させず、蒸気圧力値が0.820〜0.827MPaの分割No.１２内に入った段階で、ボイラの燃焼量をＨＨＨＬからＨＨＬＬへ減少する。逆に蒸気圧力値が下降し始めた場合、分割No.１２から分割No.１３に蒸気圧力値が低下してもこの時には燃焼量を増加せず、分割No.１３から分割No.１４に蒸気圧力値が低下した段階で燃焼量をＨＨＬＬからＨＨＨＬへ増加する。

停止しているボイラの燃焼を開始して低燃焼としたり、低燃焼を行っているボイラを高燃焼へ変更することで燃焼量は増加し、逆に低燃焼を行っているボイラを停止したり、高燃焼を行っているボイラを低燃焼へ変更することで燃焼量は減少する。ボイラの燃焼状態を低燃焼と高燃焼の間で変更する場合や燃焼を停止する場合は、短時間で燃焼量を変更することができるため、蒸気発生量変更の追従性は比較的高くなる。しかし、運転を停止していたボイラの燃焼を開始する場合、プレパージなどの準備に要する時間が必要であるため、燃焼開始指令から実際に蒸気を発生し始めるまでに比較的長い時間が必要となる。

燃焼開始の出力から実際に蒸気が発生するまでの時間が長く掛かる場合、蒸気圧力値の低下速度が速いと、蒸気発生の準備を行っている間に蒸気圧力値が低下してさらに低圧側の圧力区分となり、本来なら燃焼を行う必要のないボイラに対しても燃焼を開始させることがある。つまり、燃焼台数を１台増加するだけで蒸気圧力は上昇するはずであったのに、燃焼指令を行っても蒸気圧力が更に低下し続けているとして、２台以上のボイラに燃焼指令を送ると、複数のボイラが連続して燃焼を開始することになり、蒸気供給が始まれば燃焼量が大きくなりすぎているために蒸気圧力が急上昇することになる。この場合、燃焼開始直後に燃焼台数を減少する出力を行わなければならなくなり、また蒸気圧力値の急上昇によって蒸気圧力値が高い値となった場合には多数のボイラを連続して停止するということになる。多数のボイラを停止することで再び蒸気圧力が低下することになった場合、すぐには燃焼を開始できないため蒸気圧力値はさらに大きく低下する、ということを繰り返すハンチングを引き起こしてしまう。

図５は４台のボイラで燃焼量を調節する台数制御をシミュレーションした結果である。ここでは、プレパージ時間を３０秒、メイン安定時間１５秒、低燃焼は高燃焼の５０％、ボイラ１台の蒸気発生量（実際蒸発量）は１．６t/hと設定した。そして、蒸気圧力値からの燃焼量決定と、決定した燃焼量を燃焼指令としてボイラへ出力する際には２秒のタイムラグが発生するとしている。また、蒸気圧力値は０から開始し、蒸気使用量は１t/hとしており、圧力調節範囲を0.800MPa〜0.900MPaとした。この場合、４台のボイラすべてが高燃焼で燃焼する状態と、４台のボイラすべてが停止する状態を繰り返すハンチングが発生するという結果が得られた。

図５に基づいて具体的に説明すると、運転開始時点では蒸気圧力が０であり、圧力調節範囲の下限より低いため、台数制御装置は停止していたすべてのボイラに対して高燃焼の燃焼指令を出力する。しかし、ボイラが運転を停止している状態から燃焼を開始するには、炉内を換気するプレパージなど燃焼準備の時間が必要であってその間は蒸気を供給することがでず、さらに燃焼開始直後は火炎を安定させる時間（メイン安定時間）が必要であるため、高燃焼を開始するのはその後からとなる。

運転開始から３２秒後に４台のボイラはそろって低燃焼を開始する。ボイラは燃焼を開始してもメイン燃焼安定時間の間は低燃焼を維持している。また、燃焼を開始しても、すぐに蒸気を供給することができるわけではないため、この時点では蒸気圧力値はまだ変化していない。運転開始から４２秒後、蒸気圧力値の上昇が始まる。ただし、蒸気圧力値の変化はわずかであり、図では四捨五入した値を記しているため、数値は0.00となっている。

その後、すべてのボイラは燃焼指令通り高燃焼となり、蒸気圧力値は急激に上昇していく。運転開始から１１７秒後、蒸気圧力値は圧力調節範囲内である0.810MPaに達した。蒸気圧力値が制御範囲内に入ると、図２のように定めておいた圧力区分ごとの燃焼量となるように、台数制御装置はボイラの燃焼量を調節する。１１７秒時点の蒸気圧力値は0.810MPaであり、この場合、図２に記載している圧力区分によれば、分割No.１４の圧力区分内となるため、３台のボイラに対しては高燃焼、残り１台のボイラに対しては低燃焼の燃焼指令を出力する。その後も蒸気圧力値が上昇するごとに燃焼量を減少させていくが、蒸気圧力値の上昇が急激であるため、運転開始から１２４秒後には蒸気圧力値が圧力調節範囲上限の0.900MPaを越える圧力に達している。蒸気圧力値が上限値を越えた場合、台数制御装置はすべてのボイラに対して停止の燃焼指令を出力し、ボイラの燃焼を停止する。

ボイラの燃焼を停止しても余熱による蒸気発生は続くために蒸気圧力値はさらに上昇し、１２８秒時点の0.920MPaで極大となり、その後はボイラを全停止しているために蒸気圧力値は低下に転じる。運転開始から１３７秒後、蒸気圧力値は0.900MPa未満となり、圧力調節範囲上限を越えていた蒸気圧力値が圧力調節範囲の範囲内に入っているため、台数制御装置は蒸気圧力値に対応する燃焼指令を出力する。１３７秒後の蒸気圧力値が0.890MPaであった場合、図２の圧力区分によれば分割No.２の区分内になるため、台数制御装置は１台のボイラに対して低燃焼の燃焼指令を出力する。

その後も蒸気圧力値が低下して低圧側の圧力区分になるほど、台数制御装置は停止しているボイラに対して燃焼を開始させる燃焼指令、又は低燃焼の指令を出力しているボイラに対して高燃焼へ移行させる燃焼指令を出力する。しかし、一度停止したボイラの燃焼を開始するにはプレパージ等の時間が必要であり、低燃焼から高燃焼への変更も燃焼していなければ行えない。そのため、蒸気を供給することができない時間が長く続いており、図５の蒸気圧力値は低下し続ける。台数制御装置では、燃焼量を増加させる指令を出力しても蒸気圧力値が低下していくため、さらに燃焼量を増加させる指令を出力していき、最終的にはすべてのボイラに対して高燃焼の指令を出力している。

運転開始から１６８秒後に最初のボイラが燃焼を開始し、以後次々と停止していたボイラが燃焼を開始していく。運転開始から１８４秒後に蒸気圧力値は極小値の0.733MPaとなり、以降の蒸気圧力値は上昇することになる。運転開始から２０３秒後、蒸気圧力値は再び圧力調節範囲内に入る。この時点における燃焼状態は、４台すべてが高燃焼となっており、蒸気圧力値は急激に上昇することになる。台数制御装置は、蒸気圧力値の上昇につれてボイラの燃焼量を減少させていくのであるが、蒸気圧力値の上昇が急激であるため、運転開始から２２１秒後には再び蒸気圧力値が0.900MPaを越えている。

蒸気圧力値が0.900MPaを越えると、台数制御装置はすべてのボイラを停止するため、再び蒸気圧力値は急速に低下していく。なお、２２１秒時点の燃焼状態では、１台のボイラが低燃焼となっているが、そのボイラもタイムラグ分の２秒後には燃焼を停止する。この圧力低下時にも、台数制御装置では蒸気圧力値が低圧側の圧力区分に移るごとに燃焼量を増加させる指令を出力するが、ボイラはすぐには燃焼を再開することができない。そのため、蒸気圧力値は大きく低下することになり、２７２秒の時点で蒸気圧力値は0.734MPaまで低下する。以降も蒸気圧力値は圧力調節範囲の上限と下限を交互にはみ出すこととなり、ボイラは全缶高燃焼と全缶停止を繰り返すハンチングが継続する。

ハンチング動作は、蒸気圧力値を安定させることができないというだけでなく、ボイラの寿命に悪影響を与え、さらには燃料や電力の使用量も増大することになるため、ハンチングの発生を抑えることが必要である。そこで、特開２００４−２００４１号公報に記載の発明では、蒸気圧力値が高い場合には圧力区分数を削減し、圧力区分の幅を広くした台数制御パターンにてボイラの運転台数を制御することで、ハンチングの発生を防止するようにしている。しかしこの場合であっても、図５のようにボイラを全缶停止した後すぐにボイラを全缶起動し、その後再びボイラを全缶停止するようなハンチングが発生している場合にはハンチングを収束させることはできない。
特開２００４−２００４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラが短時間に発停することを繰り返すハンチング動作の発生を起こしにくし、蒸気圧力を安定させることにある。

請求項１に記載の発明は、並列に設置している複数台のボイラ、ボイラで発生した蒸気の圧力である蒸気圧力値を検出する圧力検出装置、前記蒸気圧力値が圧力調節範囲内を維持できるように蒸気圧力値に基づいてボイラの必要燃焼量を算出し、算出した必要燃焼量分の燃焼が行われるように、燃焼制御対象としているボイラから燃焼台数を決定し、必要台数のボイラを燃焼させる台数制御を行う台数制御装置を備えている多缶設置ボイラであって、台数制御装置は、燃焼制御対象ボイラ全体での燃焼可能量に対する現在の燃焼量を運転率として算出し、運転率が半分よりも低い値に設定した運転率下限値より低い状態が台数制御減時間以上継続した場合、設置しているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行い、運転率が半分よりも高い値に設定した運転率上限値より高い状態が台数制御増時間以上継続した場合、燃焼制御対象から外していたボイラがあれば燃焼制御対象に含めるボイラを増加することで、それまでよりも多い台数の燃焼制御対象ボイラにてボイラの台数制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、蒸気の圧力調節範囲内を分割して複数の圧力区分を設定し、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移ることでボイラの燃焼量を低下させ、蒸気圧力値が低圧側の圧力区分に移ることでボイラの燃焼量を増加させるようにしておき、燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外す場合、台数制御装置は、運転率が運転率下限値より小さい状態でありながら、蒸気圧力値は低圧側の圧力区分へ移行していかないという状態が台数制御減時間以上継続した場合、燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行い、燃焼制御対象から外しているボイラを燃焼制御対象に含める場合、台数制御装置は、運転率が運転率上限値より大きい状態でありながら、蒸気圧力値は高圧側の圧力区分へ移行していかないという状態が台数制御増時間以上継続した場合、燃焼制御対象から外していたボイラがあれば燃焼制御対象に含めるボイラを増加することで、それまでよりも多い台数の燃焼制御対象ボイラにてボイラの台数制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、蒸気圧力値が前記圧力調節範囲よりも高くなった場合、台数制御減時間を待たずに燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行うことを特徴とする。

必要台数よりも多くのボイラに対して燃焼を開始させるということをなくすことで、蒸気供給量が過多となって蒸気圧力値が全缶停止となる圧力まで上昇するということを抑えることができ、ハンチングの発生を防止することができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の台数制御にてシミュレーションした場合の蒸気圧力変化と、従来の台数制御にてシミュレーションした場合における蒸気圧力変化を比較したグラフ、図２は４台設置したボイラ全缶を台数制御対象とした状態における燃焼パターン説明図、図３は一部ボイラを台数制御対象から除外した状態における燃焼パターン説明図、図４は本発明の台数制御にてシミュレーションした場合の蒸気圧力変化と、燃焼指令及び燃焼状態の説明図である。

本実施例では、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼制御し、低燃焼は高燃焼の半分の燃焼量であるボイラを４台設置して台数制御を行うものとしている。図２ではボイラを４台設置し、蒸気圧力調節範囲を0.800MPa〜0.900MPaとした場合の燃焼パターンを示している。図２の説明は、背景技術の欄に記載しているために省略する。

図３は、制御対象ボイラの数を減少した場合における燃焼状態であり、制御対象が３台の場合、制御対象が２台の場合、制御対象が１台の場合の３パターンを定めている。制御対象から除外したボイラは「＊」で示しており、このボイラは燃焼制御対象ボイラの台数を増加しない限り、燃焼停止のまま運転させず、それ以外のボイラでは蒸気圧力値から定まる燃焼状態に基づいて燃焼の制御を行う。

１台のボイラを除外して燃焼制御対象を３台とした場合、燃焼量は７段階となる。この場合も図２と同じように、蒸気圧力上昇によって燃焼量を減少する圧力値と、蒸気圧力低下によって燃焼量を増加する圧力値をずらして設定するため、蒸気圧力調節範囲内を分割No.１から分割No.１１の圧力区分に分割する。この場合、蒸気圧力値が0.800MPaより小さくても、制御対象から除外しているボイラに対しては燃焼の指令を行わず、制御対象としている３台のボイラに対してはすべてを高燃焼とする。その他の圧力区分でも同様であり、制御対象としているボイラのみで燃焼状態を割り振っている。

同様に、２台のボイラを除外して燃焼制御対象を２台とした場合、３台のボイラを除外して燃焼制御対象を１台とした場合も設定しておく。制御対象台数が２台の場合、燃焼量は０〜４の５段階となるため、圧力調節範囲の0.800MPa〜0.900MPaを７等分し、圧力調節範囲の上下を含めて５段階の燃焼量を設定して燃焼量の制御を行う。制御対象が１台の場合、燃焼量は０〜２の３段階となるため、圧力調節範囲の0.800MPa〜0.900MPaを３等分し、圧力調節範囲の上下を含めて３段階の燃焼量を設定して燃焼量の制御を行う。制御対象台数の減少によって燃焼量と分割数が減少しているが、燃焼量設定の考え方は図２と図３の３パターンはすべて同じである。

続いて図４に基づき説明を行う。図４では、プレパージ時間を３０秒、メイン安定時間１５秒、低燃焼は高燃焼の５０％、ボイラ１台の蒸気発生量（実際蒸発量）は１．６t/hと設定した。そして、蒸気圧力値からの燃焼量決定と、決定した燃焼量を燃焼指令としてボイラへ出力する際には２秒のタイムラグが発生するとしている。また、蒸気圧力値は０から開始し、蒸気使用量は１t/hとしており、その他のパラメータも図５に記載している従来制御でのシミュレーションと同じにしている。

そして、本実施例では、ボイラの燃焼制御対象台数を変更するための設定値として、制御台数増時間の値を１０秒、制御台数減時間の値を１０秒と設定している。制御台数増時間及び制御台数減時間は、制御対象台数を変更するためのものであり、制御対象ボイラ全体での燃焼可能量に対する現在のボイラ燃焼量を運転率として算出しておき、運転率が５０±１０％の範囲から所定時間以上の間外れると制御対象台数を変更する。運転率の算出は、（（高燃焼台数×２＋低燃焼台数）／（制御台数×２））×１００にて算出することができる。

運転率が小さい（運転率下限値である４０％を下回っている）状態が制御台数減時間である１０秒より長く継続した場合は、必要量よりも多くのボイラを燃焼制御対象としていると判断し、制御対象ボイラの台数を１台減少する。運転率が小さい状態とは、図２の圧力区分を参照すれば分かるとおり、圧力調節範囲の上限に近い側となる。上限に近い圧力であると、少しの圧力上昇で全缶停止となり、一度燃焼を停止すると次に燃焼を開始するまでには燃焼準備に要する時間が必要であるため、その間に蒸気圧力値が急低下するということでハンチングが発生しやすくなる。この場合には図３に記載しているように制御対象台数を削減することで、蒸気圧力値は圧力調節範囲の中央へ近付けることができ、ハンチングを発生し難くすることができる。

このことを具体的に説明する。ボイラを４台設置している図２において、蒸気使用量が、１台のボイラを低燃焼とした場合と、２台のボイラを低燃焼の場合の中間程度であったとすると、台数制御装置は「Ｌ−−−」と「ＬＬ−−」を交互に出力することで蒸気の使用量と発生量のバランスがとれる。つまり、蒸気圧力値が分割No.２の範囲にある場合、燃焼量は「Ｌ−−−」であるため、蒸気圧力値は低下し、分割No.４の範囲まで低下すれば燃焼量は「ＬＬ−−」になるため、蒸気圧力値は上昇する。分割No.２の圧力区分にある時の運転率は（（０×２＋１）／（４×２））×１００＝１２．５％、分割No.４の圧力区分にある時の運転率は（（０×２＋２）／（４×２））×１００＝２５％となる。

この場合、蒸気圧力値は分割No.４〜分割No.２の0.873〜0.893MPa程度で増減することになり、0.893MPaから圧力調節範囲の上限値である0.900MPaまでの余裕は0.007MPaとなる。圧力調節範囲の上限値に近い圧力で維持されている場合、蒸気使用量のわずかな変動でも蒸気圧力値が上限値より高くなる可能性があり、蒸気圧力値の上昇によってボイラがすべて停止すると、すぐには燃焼を開始できないため蒸気圧力値が急降下することにつながる。

この時、燃焼制御対象を１台減少して対象を３台にすると、図３に記載の通り同じ燃焼量となる分割No.４〜分割No.２圧力は0.864〜0.891MPa、さらにもう１台減少して対象を２台にすると、分割No.４〜分割No.２の圧力は0.857〜0.886MPaとなる。0.886MPaから圧力調節範囲の上限値である0.900MPaまでの余裕は0.014MPaであり、制御対象ボイラが４台の場合の余裕0.007MPaよりも大きくなる。この場合、蒸気使用量が多少変化しても圧力調節範囲の上限及び下限までには余裕があるため、すぐに上限値又は下限値を越えるということは発生しにくい。

また、燃焼制御対象としているボイラの台数が多いと、燃焼状態を定める圧力区分の幅が狭くなるため、わずかの圧力変動で燃焼状態の変更が発生する。そのため圧力区分の幅は広く設定しておいた方がハンチングの発生は防止でき、制御対象とするボイラの台数を少なくすれば圧力区分の幅は広がるため、このことからもハンチングの発生を防止できる。

逆に、運転率が大きい（運転率上限値である６０％を上回っている）状態が台数制御増時間である１０秒より長く継続した場合は、ボイラの燃焼量を増加する余裕が少なくなっていると判断し、制御対象ボイラの台数を増加する。上記の通り、制御対象ボイラを少なくすればハンチングの発生を抑制できるのであるが、蒸気の使用量に対して制御対象ボイラ数が少ないと、蒸気の供給が不足するおそれが生じる。そのため、運転率が大きくなった場合には、制御対象から除外していたボイラを制御対象に含めることで、蒸気供給量の増加に対応することができるようにする。

また、台数制御増時間のカウントは、蒸気圧力値が低圧側の圧力区分へ変化した時には中止するように設定しておく。蒸気圧力値が低下している場合、現時点では運転率が低くても後に蒸気圧力低下によって燃焼量を増加することが必要になる可能性があるため、カウントを中止することで、制御対象台数の無駄な変更を防止する。逆に、台数制御減時間のカウントは、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分へ変化した時には中止するように設定しておく。この場合も、蒸気圧力値が上昇している場合、現時点では運転率が高くても後に蒸気圧力上昇によって燃焼量を減少することが必要になる可能性があるため、カウントを中止することで、制御対象台数の無駄な変更を防止する。

そして、制御対象台数の変更は、蒸気圧力値が圧力調節範囲の上限値よりも高くなった場合には、台数制御減時間を待たずに燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外す。また、蒸気圧力値が圧力調節範囲の下限値よりも低く設定した値よりもさらに低くなった場合には、燃焼制御対象から外していたボイラをすべて燃焼制御対象に含めるようにもしておく。

蒸気圧力値が圧力調節範囲の上限値より高くなるということは、蒸気使用量よりもボイラの蒸気発生量の方が大きいということである。そのため、燃焼制御対象ボイラの台数を減少することができ、燃焼制御対象ボイラの台数を減少することで、前記のようにハンチングを防止する効果を得ることができる。しかし、燃焼制御対象ボイラの台数を減らしすぎていると、蒸気使用量が増加した際には蒸気圧力値が圧力調節範囲から大きく低下することになる。そのため、蒸気圧力値が圧力調節範囲から大きく低下した場合には圧力安定を優先するため、燃焼制御対象ボイラの台数を増加する。

続いて図４に記載のシミュレーション結果に沿って説明する。図４の場合、運転開始時点では蒸気圧力が０であり、圧力調節範囲の下限より低いため、台数制御装置は停止していたすべてのボイラに対して高燃焼の燃焼指令を出力する。しかし、ボイラが運転を停止している状態から燃焼を開始するには、炉内を換気するプレパージなど燃焼準備の時間が必要であるため、その間は蒸気を供給することができていない。

運転開始から３２秒後に４台のボイラはそろって低燃焼を開始する。なお、ボイラは燃焼を開始してもメイン燃焼安定時間の間は低燃焼を維持する。この時点では、燃焼開始後すぐに蒸気圧力が上昇するということはないため、蒸気圧力値はまだ変化していない。運転開始から４２秒後、蒸気圧力値の上昇が始まる。ただし、蒸気圧力値の変化はわずかであり、図では四捨五入した値を記しているため、数値は0.00となっている。

その後、すべてのボイラは燃焼指令通り高燃焼となり、蒸気圧力値は急激に上昇していく。運転開始から１１７秒後、蒸気圧力値は圧力調節範囲内である0.810MPaに達した。蒸気圧力値が制御範囲内に入ると、図２のように定めておいた圧力区分ごとの燃焼量となるように、台数制御装置はボイラの燃焼量を調節する。１１７秒時点の蒸気圧力値は0.810MPaであり、この場合、図２に記載している圧力区分によれば、分割No.１４の圧力区分内となるため、３台のボイラに対しては高燃焼、残り１台のボイラに対しては低燃焼の燃焼指令を出力する。

その後も蒸気圧力値が上昇するごとに燃焼量を減少させていくが、蒸気圧力値の上昇は急激であり、燃焼量削減の指令を出力しても蒸気供給はすぐには停止しない。そのため、運転開始から１２４秒後には蒸気圧力値が圧力調節範囲上限の0.900MPaを越える圧力に達しており、蒸気圧力値が上限値を越えた場合、台数制御装置はすべてのボイラに対して停止の燃焼指令を出力し、ボイラの燃焼を停止する。また、台数制御装置では、蒸気圧力値が圧力調節範囲上限よりも高くなったため、制御対象ボイラの台数を１台減少する。１２４秒の１秒後である１２５秒では、４番目のボイラを燃焼制御対象から外しており、燃焼指令の出力は「−−−＊」となっている。

蒸気圧力値は１２８秒時点の0.920MPaでピークとなり、その後はボイラを全停止しているために蒸気圧力値は低下に転じる。運転開始から１３７秒後、蒸気圧力値は0.900MPa未満となり、圧力調節範囲上限を越えていた蒸気圧力値が圧力調節範囲の範囲内に入ったため、台数制御装置は蒸気圧力値に対応する燃焼指令を出力する。この時の燃焼制御対象ボイラの台数は３台であるため、圧力区分の設定は図３の制御対象３台で設定している燃焼量に制御する。１３７秒後の蒸気圧力値が0.890MPaであった場合、図３の圧力区分によれば分割No.２の区分内になるため、台数制御装置は１台のボイラに対して低燃焼の燃焼指令を出力する。

その後も蒸気圧力値が低下して低圧側の圧力区分になるほど、台数制御装置は停止しているボイラに対して燃焼を開始するように燃焼指令出力、又は低燃焼の指令を出力しているボイラに対して高燃焼とするように移行指令を出力する。しかし、一度停止したボイラの燃焼を開始するにはプレパージ等の時間が必要であり、その間は蒸気を供給することができないため、図４の蒸気圧力値は従来例の図５と同様に低下し続ける。台数制御装置では、燃焼量を増加させる指令を出力しても蒸気圧力値が低下していくため、さらに燃焼量を増加させる指令を出力していき、最終的には燃焼制御対象から外したボイラ以外の残り３台のボイラに対して高燃焼の指令を出力している。

運転開始から１６８秒後に最初のボイラが燃焼を開始し、以後次々と停止していたボイラが燃焼を開始していく。運転開始から１８４秒後に蒸気圧力値は極小値の0.733MPaとなり、以降の蒸気圧力値は上昇となる。運転開始から２１０秒後、蒸気圧力値は再び圧力調節範囲内に入る。この場合、蒸気圧力値は上昇していくが、燃焼しているボイラは３台であるため、従来例に比べると蒸気圧力値の上昇速度は低くなる。図５の従来例では４台のボイラを高燃焼としているのに対し、本実施例では３台のボイラしか燃焼していないため、図５の従来例に比べると圧力調節範囲に戻るまでの時間は７秒遅れている。

運転開始から２２３秒後、燃焼制御対象ボイラの燃焼量は低燃焼が２台と停止が１台であるため、この時の運転率は（（０×２＋２）／（３×２））×１００＝３３．３％、蒸気圧力値は0.874MPaであって、圧力区分の分割No.は３となっている。運転率が運転率下限値の４０％を切っているため、台数制御減時間のカウントを開始する。カウント開始から１０秒後、２３３秒時点における燃焼制御対象ボイラの燃焼量は、低燃焼が１台と停止が２台であり、運転率は（（０×２＋１）／（３×２）×１００＝１６．７％、蒸気圧力値は0.890MPaであって、圧力区分の分割No.は２となる。この間、運転率は常に運転率下限値以下であって、圧力区分は下降していないため、台数制御減時間の１０秒を経過後に、燃焼制御対象ボイラの台数を１台減少する。制御対象ボイラが２台になった２３４秒時点の蒸気圧力値は0.889MPaとなり、制御対象２台の圧力区分における分割No.は１となるが、燃焼量は低燃焼１台であるため変化しない。

蒸気圧力値は運転開始から２３１秒後の時点で極大となっており、その場合でも１台のボイラは低燃焼を継続しているため、蒸気圧力値は緩やかに低下していく。運転開始から３１２秒後、ボイラの燃焼量は低燃焼が２台となっているために蒸気圧力値の低下が止まり、0.830MPaで極小となると、その後は上昇していく。その後も、運転開始から３５１秒後に0.878MPaで極大、４１６秒後の0.829MPaで極小となっており、圧力調節範囲内での推移となる。

制御対象ボイラの台数を適正な値とすることで、必要台数以上のボイラを燃焼させて蒸気力値が急上昇し、すべてのボイラを停止させなければならなくなるといった無駄な動きがなくなり、ハンチングの発生を防止することができている。

ハンチング発生防止効果は、本発明制御による蒸気圧力値及び燃焼量の変化と、従来制御による蒸気圧力値及び燃焼量の変化を記した図１を参照すると一目瞭然である。図１の各パラメータは本発明制御と従来制御で同じであり、上段に蒸気圧力値の変化、下段に燃焼量の変化を記載している。実線で示した蒸気圧力値は本発明制御によるものであり、破線で示した蒸気圧力値は従来制御である。運転開始から２００秒近くまでは、本発明制御と従来制御は同じになっているが、本発明制御では制御台数の適正化を図っているため、２００秒以降では安定した蒸気圧力制御を行うことができるのに対し、従来制御では全缶停止と全缶燃焼を繰り返すハンチングが継続している。

本発明台数制御と、従来台数制御のシミュレーション結果比較説明図蒸気圧力値に基づいて定めた燃焼パターン説明図一部ボイラを台数制御対象から除外した状態における燃焼パターン説明図本発明台数制御にてシミュレーションした場合の蒸気圧力変化と、燃焼指令及び燃焼状態の説明図従来の台数制御にてシミュレーションした場合の蒸気圧力変化と、燃焼指令及び燃焼状態の説明図

Claims

並列に設置している複数台のボイラ、ボイラで発生した蒸気の圧力である蒸気圧力値を検出する圧力検出装置、前記蒸気圧力値が圧力調節範囲内を維持できるように蒸気圧力値に基づいてボイラの必要燃焼量を算出し、算出した必要燃焼量分の燃焼が行われるように、燃焼制御対象としているボイラから燃焼台数を決定し、必要台数のボイラを燃焼させる台数制御を行う台数制御装置を備えている多缶設置ボイラであって、
台数制御装置は、燃焼制御対象ボイラ全体での燃焼可能量に対する現在の燃焼量を運転率として算出し、運転率が半分よりも低い値に設定した運転率下限値より低い状態が台数制御減時間以上継続した場合、設置しているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行い、
運転率が半分よりも高い値に設定した運転率上限値より高い状態が台数制御増時間以上継続した場合、燃焼制御対象から外していたボイラがあれば燃焼制御対象に含めるボイラを増加することで、それまでよりも多い台数の燃焼制御対象ボイラにてボイラの台数制御を行うことを特徴とする台数制御を行う多缶設置ボイラ。
請求項１に記載の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、蒸気の圧力調節範囲内を分割して複数の圧力区分を設定し、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移ることでボイラの燃焼量を低下させ、蒸気圧力値が低圧側の圧力区分に移ることでボイラの燃焼量を増加させるようにしておき、
燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外す場合、台数制御装置は、運転率が運転率下限値より小さい状態でありながら、蒸気圧力値は低圧側の圧力区分へ移行していかないという状態が台数制御減時間以上継続した場合、燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行い、
燃焼制御対象から外しているボイラを燃焼制御対象に含める場合、台数制御装置は、運転率が運転率上限値より大きい状態でありながら、蒸気圧力値は高圧側の圧力区分へ移行していかないという状態が台数制御増時間以上継続した場合、燃焼制御対象から外していたボイラがあれば燃焼制御対象に含めるボイラを増加することで、それまでよりも多い台数の燃焼制御対象ボイラにてボイラの台数制御を行うことを特徴とする台数制御を行う多缶設置ボイラ。
請求項１又は２に記載の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、蒸気圧力値が前記圧力調節範囲よりも高くなった場合、台数制御減時間を待たずに燃焼制御対象としているボイラの一部を燃焼制御対象から外し、残った燃焼制御対象ボイラのみを用いてボイラの台数制御を行うことを特徴とする台数制御を行う多缶設置ボイラ。