JP2013178045A - 石炭火力プラントの制御装置及び、石炭火力プラント - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、異なる品質の燃料を使用する石炭火力プラントにおいて、所望の負荷条件を満足する上で、発熱量のみならず、ボイラに供給する燃料バランス（燃焼バランス）をも考慮して燃料供給量を自由度が高く決定する機能を備えた、石炭火力プラントの制御装置、及び燃料供給系統を提供することにある。
【解決手段】本発明の石炭火力プラントの制御装置は、計測信号及び石炭情報を基にプラントの燃焼効率を計算するプラント効率計算部と、プラントの燃焼バランス特性を模擬する燃焼バランスモデルと、プラントの制御信号を生成する制御信号生成部とを備える。
また、本発明の石炭供給系統は、１種類のバーナ段に対して１種類または複数の石炭供給装置（給炭機）から石炭を供給可能な構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭等の化石燃料を用いて発電する火力プラントの制御装置、及び、燃料の供給系統に関する。

石炭等の化石燃料を用いて発電する火力プラントの制御装置では、プラントの要求負荷を満足するように発電用の熱を生成する燃焼炉（ボイラ）へ供給する燃料量を決定し、プラントを制御する。プラントが所望の負荷で運転する上で重要となる因子が燃料の発熱量であり、負荷に応じてボイラへ供給する総熱量（入熱）を決定し、制御装置はそれに見合った燃料量を計算し、供給量を調整する。

また近年では、燃料価格の高騰により常に均一な品質の燃料を確保することが困難であるという理由から、品質の異なる燃料を混合して運用するプラントが多くなっている。更には、地球環境保全を目的とした大気中への二酸化炭素（ＣＯ₂）排出量削減の観点から、木質バイオマスを燃料に混合させ用いるプラントが今後増加することが予想される。

このような混合燃料使用時の火力プラントでは、燃料毎の発熱量を基に計算される入熱に対して各燃料の混合比率を計算する必要があるが、燃料毎の燃焼特性が著しく異なる場合には燃焼効率が低下し、ボイラから所望の熱量を回収できない可能性があり、その結果要求負荷を満足できずに発電量の安定化に支障をきたす場合があることも想定される。

上記に鑑みた技術として、特許文献１には、プラントの要求負荷に関連付けられた、燃料混合を考慮した最適制御ゲインを抽出し制御演算を実行することで、常に所定の応答条件を満足する負荷が得られ、発電量の安定化を実現する技術が記載されている。

また、特許文献２には、複数種の燃料の供給量と負荷とのバランス関係を適正に保持するため、燃料供給量変化に伴う時間変化について、調整燃料によるバランス度δを０とする制御技術が記載されている。

特開２０１０−２５４９１号公報 特開平１０−２３２０１６号公報

特許文献１に開示された技術により、燃料の混合を考慮した発熱量及び燃料供給量計算が実行されるため、所望の負荷条件に対する応答性は向上し、プラントを安定に運転できる。

しかしながら、所望の負荷を取るために発熱量を優先させた燃料供給の結果、却ってボイラの燃焼効率の低下を招き、プラントの運転コストを増加させてしまう可能性がある。本特許技術によると、ボイラに設置された燃料を燃焼させるバーナに供給する燃料量のバランスを無視した供給量が計算され、その結果燃焼バランスが悪化し燃焼効率が低下することも考えられる。

また、特許文献２では、全体バランスを調整する調整燃料により制御することでバランス度δを０にするので、燃焼バランスのバランス状態からの遊び度について言及されておらず制御の自由度が低い。

本発明は、上記の課題に鑑みて考案されたものであり、異なる品質の燃料を使用する石炭火力プラントにおいて、所望の負荷条件を満足する上で、発熱量のみならず、ボイラに供給する燃料バランス（燃焼バランス）をも考慮した燃料供給量を自由度が高く決定する機能を備えた、石炭火力プラントの制御装置、及び燃料供給系統を提供することにある。

本発明は、石炭火力プラントから該プラントの状態量である計測信号を取り込み、前記計測信号を用いて前記プラントを制御する操作信号を演算する機能を備えた石炭火力プラントの制御装置において、制御装置は、前記プラントの状態量である計測信号を取り込んで保存する計測信号データベースと、燃料である石炭の運用及び組成情報を管理する石炭情報管理データベースと、前記計測信号及び石炭情報を基にプラントの燃焼効率を計算するプラント効率計算部と、前記プラント効率計算部が計算した結果を保存するモデル情報データベースと、前記モデル情報データベースに保存される情報を用いて、該プラントの燃焼バランス特性を模擬する燃焼バランスモデルと、前記燃焼バランスモデルが学習した結果を保存する制御ロジックデータベースと、前記制御ロジックデータベースに保存されている情報を基に該プラントの制御信号を生成する制御信号生成部とを設けて、前記プラント効率計算部及び燃焼バランスモデルが計算した、最適な燃焼バランスに関する評価パラメータ値を基に、前記制御信号生成部が制御信号を生成するように構成したことを特徴とする石炭火力プラントの制御装置、及び本発明の制御装置を適用する上で、該プラントのボイラに供給される燃料系統が、１種類のバーナ段に対して１種類または複数の石炭供給装置（給炭機）から石炭を供給可能な構成となる燃料供給系統である。

本発明によれば、異なる品質の燃料を使用する石炭火力プラントにおいて、所望の負荷条件を満足する上で、発熱量のみならず、ボイラに供給する燃料バランス（燃焼バランス）をも考慮した燃料供給量を自由度が高く決定する機能を備えた、石炭火力プラントの制御装置を構成し、プラントの効率向上と運転コスト削減を実現することができる。

本発明の第１実施例である石炭火力プラントの制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例１の制御装置が適用される石炭火力プラントの構成を示す概略構成図である。 実施例２の制御装置が適用される石炭火力プラントの１次空気配管部分の構成を示す概略構成図である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における一連の制御動作フローを示すフローチャートである。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置におけるプラント効率計算部の動作手順を表すフローチャートである。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置におけるミル回転数と石炭の粒径分布との特性を近似する概念を示す概略図である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置におけるモデル情報データベースに保存されるデータの態様を示す図である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における燃焼バランスモデルの動作手順を表すフローチャートである。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における燃焼バランスモデルのモデル学習の概念を示す図である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における制御信号生成部の動作手順を表すフローチャートである。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における燃焼バランスモデルの特性を表示する際に画像表示装置に表示される画面の一例である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における、系統図を表示させる際に画像表示装置に表示される画面の一例である。 実施例１の石炭火力プラントの制御装置における、プラント効率トレンド及びプラント運用コスト効果を表示させる際に画像表示装置に表示される画面の一例である。 本発明の第２実施例である石炭火力プラントの制御装置が適用される石炭火力プラントの構成を示す概略構成図である。

本発明に係る制御装置は、石炭火力プラントから取得する計測信号を用いて、石炭火力プラントに与える制御信号を導出する制御信号生成部を備えた構成となる。その際、前記プラント効率計算、及び燃焼バランスモデルが最適な燃焼バランスに関する評価パラメータ値を求め、それを基に前記制御信号生成部が制御信号を生成する。また、前記石炭供給系統は、１種類のバーナ段に対して１種類または複数の石炭供給装置（給炭機）から石炭を供給可能な構成とする。

前記計測信号は、石炭火力プラントの各バーナ段へ供給する給炭量、空気ダンパの開度、石炭を粉砕するミルの回転数、給水流量、蒸気流量、蒸気温度、蒸気圧力、タービンガバナ開度、排ガス再循環流量、プラントから排出されるガスに含まれる窒素酸化物、一酸化炭素、及び硫化水素の夫々の濃度のうち少なくとも１つを表す信号を含む。また制御信号は、空気ダンパの開度、空気流量、燃料流量、ミル回転数、給水流量、タービンガバナ開度、排ガス再循環流量のうち少なくとも１つを決定する信号を含む。

更に、前記制御装置は、石炭火力プラントに与える制御信号を生成する際に用いる、前記計測信号に含まれるデータを保存する計測信号データベースと、燃料である石炭の運用及び組成情報を管理する石炭情報管理データベースと、前記計測信号及び石炭情報を基にプラントの燃焼効率を計算するプラント効率計算部と、前記プラント効率計算部が計算した結果を保存するモデル情報データベースと、前記モデル情報データベースに保存される情報を用いて、該プラントの燃焼バランス特性を模擬する燃焼バランスモデルと、前記燃焼バランスモデルが学習した結果を保存する制御ロジックデータベースを備える。

更に、前記プラント効率計算部では、前記計測信号データベース及び石炭情報管理データベースに保存されるデータを基にプラントの熱効率、及び、ボイラの燃焼バランスに関する評価指標である、入熱比、粒径比及び組成比を計算し、これらを組合せたモデル学習データを生成する機能を備える。

更に、前記燃焼バランスモデルでは、前記プラント効率計算部が生成したモデル学習データを用いて、前記３種類の燃焼バランスに関する評価指標とプラント効率との関係が正規分布に従うと仮定し、各評価指標に対して前記正規分布モデルがモデル学習データにフィッティングするように、正規分布の中心及び分散パラメータを学習する機能を備える。

更に、前記制御信号生成部では、前記燃焼バランスモデルが学習した正規分布の中心パラメータを最適な燃焼バランスの評価指標値と決定し、この値を基にボイラの燃焼バランスの制御に寄与する操作量（給炭量、１次空気流量、ミル回転数）を最適探索により決定する機能を備える。

前記制御装置は画像表示装置と接続され、計測信号データベース、石炭情報管理データベース、モデル情報データベース、制御ロジックデータベース、及び制御信号データベースに保存された情報を画像表示装置に表示する出力部と、前記データベースに保存された情報の確認時に必要な実行条件を、画像表示装置を介して設定する入力部を備える。

また、前記プラント効率計算部、燃焼バランスモデル、及び制御信号生成部が計算した結果を画像表示装置に表示する出力部を備える。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル、測定情報、算出情報等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。よって、各処理、各構成は、処理部、処理ユニット、プログラムモジュールなどとして各機能を実現可能である。

次に、本発明によるプラントの制御装置及び火力発電プラントの制御装置の実施例について図面を参照して説明する。

まず、本発明の第１実施例である石炭火力プラントの制御装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例による石炭火力プラントの制御装置のシステム構成図である。図１に示すように、制御対象の石炭火力などのプラント１００は、制御装置２００によって制御される。

石炭火力プラント１００を制御する制御装置２００は保守ツール９１０と接続されているので、石炭火力プラント１００の運転員は、保守ツール９１０に接続された外部入力装置９００と画像表示装置（例えばＣＲＴディスプレイ）９２０とを介して、制御装置２００を制御することができる。

制御装置２００には、演算装置として、プラント効率計算部３００、燃焼バランスモデル４００、制御信号生成部５００がそれぞれ備えられた構成となっている。

また制御装置２００には、データベース（ＤＢ）として、計測信号データベース２１０、石炭情報管理データベース２２０、モデル情報データベース２３０、制御ロジックデータベース２４０、及び制御信号データベース２５０が設けられている。

また制御装置２００には、外部とのインターフェースとして、外部入力インターフェース２０１、及び外部出力インターフェース２０２が設けられている。

制御装置２００では、外部入力インターフェース２０１を介して、石炭火力プラント１００から該プラントの各種状態量を計測した計測信号１を制御装置２００の計測信号データベース２１０に取り込んでおり、また、制御装置２００の制御信号生成部５００から外部出力インターフェース２０２を介して、制御対象の石炭火力プラント１００に対して該プラントを制御する制御信号１１を出力するように構成されている。制御信号１１は、例えば供給する石炭流量、ミル回転数等のプラント装置を制御する信号である。

この制御装置２００では、外部入力インターフェース２０１を介して前記石炭火力プラント１００から取り込んだ石炭火力プラント１００の状態量を計測した計測信号２は、計測信号データベース２１０に保存される。

また、制御装置２００に設けた制御信号生成部５００にて生成される制御信号９は、制御装置２００に設けた制御信号データベース２５０に保存されると共に、同じく生成された制御信号１０は、外部出力インターフェース２０２から前記石炭火力プラント１００に対する操作信号１１として出力される。

制御装置２００に設けたプラント効率計算部３００では、計測信号データ２１０に保存された計測データ３、石炭情報管理データベース２２０に保存された石炭情報４が入力され、演算結果として、石炭を燃焼させるボイラの燃焼バランスの指標に対するモデル学習データ５を計算、生成する。このモデル学習データ５は、モデル情報データベース２３０に保存される。また、計測データ３は、制御装置２００に設けた制御信号生成部５００にも入力される。

制御装置２００に設けた燃焼バランスモデル４００では、モデル情報データベース２３０に保存されたモデル情報データ６を用いて、プラントの燃焼バランスを模擬計算し、モデル学習データ７を制御ロジックデータベース２４０に保存する。

制御装置２００に設けた制御信号性西部５００では、制御ロジックデータベース２４０から制御ロジックデータ８を入力し、プラントの運転状態を所望の状態に制御するための制御信号９、及び１０を生成する。

この制御ロジックデータベース２４０には、制御ロジックデータ８を算出する制御回路、及び燃焼バランスモデル４００が学習したモデル学習データを含む制御パラメータが保存される。この制御ロジックデータ８を算出する制御回路には、従来技術として公知のＰＩ（比例・積分）制御を用いることができる。

このように、制御装置２００の動作において、燃焼バランスモデル４００がプラントの計測信号を考慮して計算した燃焼バランスの学習結果を基に、制御信号生成部５００が燃料である石炭の供給量、ミルの回転数等の制御信号９及び１０を生成するメカニズムを具備することにより、プラントの運転状態に応じてボイラの燃焼バランスを最適化し、プラント効率を向上させる制御を実施することが可能となる。

尚、制御装置２００に設置したプラント効率計算部３００、燃焼バランスモデル４００、及び制御信号生成部５００の詳細な機能については、後述する。

プラント１００の運転員は、キーボード９０１とマウス９０２で構成される外部入力装置９００、制御装置２００とデータを送受信できる保守ツール９１０、及び画像表示装置９２０を用いることにより、制御装置２００に備えられている種々のデータベースに保存された情報にアクセスすることができる。制御装置２００は保守ツール９１０と入出力データ情報９０をやり取りするための入力部又は出力部を有する。

保守ツール９１０は、外部入力インターフェース９１１、データ送受信処理部９１２、及び外部出力インターフェース９１３で構成され、データ送受信処理部９１２を介して制御装置２００とデータを送受信できる。

外部入力装置９００で生成した保守ツール入力信号９１は、外部入力インターフェース９１１を介して保守ツール９１０に取り込まれる。保守ツール９１０のデータ送受信処理部９１２では、保守ツール入力信号９２の情報に従って、制御装置２００から入出力データ情報９０を取得する。

また、データ送受信処理部９１２では、保守ツール入力信号９２の情報に従って、制御装置２００のプラント効率計算部３００、燃焼バランスモデル４００、及び制御信号生成部５００で得られた演算結果の確認に必要な入出力データ情報９０を出力する。

データ送受信処理部９１２では、入出力データ情報９０を処理した結果得られる保守ツール出力信号９３を、外部出力インターフェース９１３に送信する。外部出力インターフェース９１３から送信された保守ツール出力信号９４は、画像表示装置９２０に表示される。

尚、上記の制御装置２００では、計測信号データベース２１０、石炭情報管理データベース２２０、モデル情報データベース２３０、制御ロジックデータベース２４０、及び制御信号データベース２５０が制御装置２００の内部に配置されるが、これらの全て、あるいは一部を制御装置２００の外部に配置することもできる。

次に、図２は本発明の実施例１に係わる制御装置２００が適用される石炭火力プラント１００の構成を示す概略図である。先ず、石炭火力プラント１００による発電の仕組みについて簡単に説明する。

図２において、石炭火力プラント１００を構成するボイラ１０１には、ミル１３４で石炭を細かく粉砕した燃料である微粉炭と、微粉炭搬送用の１次空気及び燃焼調整用の２次空気とを供給する複数のバーナ１０２が設けられており、このバーナ１０２を通じて供給した微粉炭を、ボイラ１０１の内部で燃焼させる。バーナ１０２の構造は、図示しているようにボイラ１０１の前後に複数段配置され、各段は複数のバーナが１列に配置される。バーナの配置は任意としてもよい。図２に示されたバーナ構造、配置により、ボイラ１０１の内部ではボイラの前面（以降、缶前と表記）と背面（以降、缶後と表記）から微粉炭を燃焼させる。缶前後のバーナ燃焼バランスを改善することにより、ボイラの熱回収効果が向上し、プラントの熱効率も改善する。

尚、微粉炭と１次空気は配管１３９から、２次空気は配管１４１から夫々バーナ１０２に導かれる。１次空気は、ファン１２０から配管１３０に導かれ、途中でボイラ１０１の下流側に設置されたエアーヒーター１０４を通過する配管１３２と、エアーヒーター１０４を通過せずにバイパスする配管１３１とに分岐するが、エアーヒーター１０４の下流側に配設した配管１３３となって再び合流し、バーナ１０２の上流側に設置された微粉炭を製造するミル１３４に導かれる。エアーヒーター１０４を通過する１次空気は、ボイラ１０１を流下する燃焼ガスと熱交換することによって加熱される。この加熱された１次空気と共に、エアーヒーター１０４をバイパスした１次空気は、ミル１３４において粉砕した微分炭をバーナ１０２に搬送する。

ミル１３４は各バーナ段に対応するように配置され（図２では４台）、各段を構成するバーナへ微粉炭と１次空気を供給する。すなわち、発電出力低下時など石炭供給量を低下させる場合にはミルを停止してバーナ段毎にバーナ休止させることができる。ミル１３４では、ボイラ１０１の燃焼性を考慮し、使用する石炭の性質に応じて望ましい粒度の微粉炭が得られるよう、ミルの回転数を調整する。また、石炭バンカ１３６に貯蔵された石炭は石炭コンベア１３７を経由して給炭機１３５へ導かれ給炭機１３５によって供給量を調整される。その後、石炭コンベア１３８を介してミル１３４に供給される。

また、ボイラ１０１には、２段燃焼用の空気をボイラ１０１に投入するアフタエアポート１０３が設けられている。２段燃焼用の空気は、配管１４２からアフタエアポート１０３に導かれる。図２に示したボイラ１０１において、ファン１２１を用いて配管１４０から投入された空気は、エアーヒーター１０４で同様にして加熱された後に、２次空気用の配管１４１とアフタエアポート用の配管１４２とに分岐して、夫々、ボイラ１０１のバーナ１０２とアフタエアポート１０３とに導かれる。この、バーナ１０２及びアフタエアポート１０３へ供給される空気流量は、夫々の配管１４１及び１４２に設置された空気ダンパ（図示せず）の操作によって調整できる。

ボイラ１０１の内部で微粉炭を燃焼することによって発生した高温の燃焼ガスは、ボイラ１０１の内部の経路に沿って下流側に流下して、ボイラ１０１の内部に配置された熱交換器１０６で給水と熱交換して蒸気を発生させた後に、排ガスとなってボイラ１０１の下流側に設置されたエアーヒーター１０４に流入し、このエアーヒーター１０４で熱交換してボイラ１０１に供給する空気を昇温する。

そして、このエアーヒーター１０４を通過した排ガスは、図示していない排ガス処理を施した後に、煙突から大気に放出される。

ボイラ１０１の熱交換器１０６を循環する給水は、給水ポンプ１０５を介して熱交換器１０６に供給され、熱交換器１０６においてボイラ１０１を流下する燃焼ガスによって過熱され、高温高圧の蒸気となる。尚、本実施例では熱交換器の数を１つとしているが、熱交換器を複数配置するようにしてもよい。

熱交換器１０６で発生した高温高圧の蒸気は、タービンガバナ１０７を介して蒸気タービン１０８に導かれ、蒸気の持つエネルギーによって蒸気タービン１０８を駆動して発電機１０９で発電する。

上記第１実施例の石炭火力プラント１００には、石炭火力プラントの運転状態を示す状態量を検出する様々な計測器が配置されている。

前記石炭火力プラント１００に配置された計測器から取得された石炭火力プラントの計測信号は、図１に示すようにプラント１００から計測信号１として制御装置２００の外部入力インターフェース２０１に送信される。

計測器としては、例えば図２に示すように、熱交換器１０６から蒸気タービン１０８に供給される高温高圧の蒸気の温度を計測する温度計測器１５１、蒸気の圧力を計測する圧力計測器１５２、発電機１０９で発電される電力量を計測する発電出力計測器１５３がある。

蒸気タービン１０８の復水器（図示せず）によって蒸気を冷却して生じた給水は、給水ポンプ１０５によってボイラ１０１の熱交換器１０６に供給されるが、この給水の流量は流量計測器１５０によって計測されている。

ボイラ１０１から排出する燃焼ガスである排ガス中に含まれている成分（窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）など）の濃度に関する状態量の計測信号は、ボイラ１０１の下流側に設けた濃度計測器１５４によって計測される。

また、給炭系統に関する計測器としては、配管１３３を通ってミル１３４へ供給される１次空気の流量を計測する１次空気流量計１５５、給炭機１３５より石炭コンベア１３８を通りミル１３４へ供給される石炭の給炭量を計測する給炭量計１５６、及びミル１３４の回転数を計測する回転数計１５７があり、夫々のミル及び給炭機について上記情報を計測できる構成となっている。

即ち、本発明の制御装置２００を上記石炭火力プラント１００に適用した、第１実施例の石炭火力プラントの制御装置において、計測器で計測される石炭火力プラント１００の計測データ項目には、上記各計測器によって計測した石炭火力プラント１００の状態量であるボイラ１０１に供給される石炭流量、ミル１３４の回転数、ボイラ１０１に供給される１次及び２次空気流量、ボイラ１０１の熱交換器１０６に供給される給水流量、ボイラ１０１の熱交換器１０６で発生して蒸気タービン１０８に供給される蒸気温度、ボイラ１０１の熱交換器１０６に供給される給水の給水圧力、ボイラ１０１から排出される排ガスのガス温度、前記排ガスのガス濃度、及びボイラ１０１から排出される排ガスの一部をボイラ１０１に再循環させる排ガス再循環流量等が含まれ、これらデータ項目の少なくとも一つ以上を利用することができる。

これらの計測データ項目は、図１で示した制御装置２００における制御信号生成部５００で演算して出力された制御信号１１によって制御される計測データ項目である。

尚、一般的には図２に図示した以外にも多数の計測器が石炭火力プラント１００に配置されるが、ここでは図示を省略する。また前記制御装置２００は、他の計測データ項目を制御することもできるので、操作端機器の設置場所を制御対象に応じて変えてもよい。

図３は、図２に示した石炭火力プラント１００のボイラ１０１に供給する１次空気が各ミル１３４へ導かれる配管部の拡大図である。

図３に示したように、エアーヒーター１０４によって熱交換された１次空気は配管１３３を通って各ミルへ分岐し、供給される構造となっている。また、前記配管１３３からミル１３４へ分岐する部分には、各ミルへの１次空気流量を調節するエアダンパ１６０、及び流量を計測する空気流量計１５８が設置されている。そして、このエアダンパ１６０の開度を調節することで、ミル１３４へ供給する１次空気流量を個別に制御する。

以上の説明から、図２に示した石炭火力プラント１００を制御するために、制御装置２００が備える制御信号生成部５００によって演算され、外部出力インターフェース２０２を介して石炭火力プラント１００に出力される操作信号１１としては、ボイラ１０１に配管１３３、１４１、１４２を通じて供給される空気流量、ボイラ１０１に空気を供給する配管１３３、１４１、１４２にそれぞれ設置された空気の流量を調節する空気ダンパ１６０の開度、ボイラ１０１に給炭機１３５からミル１３４を経由して供給される石炭流量、粉砕される石炭の粒度を調整するミルの回転数、ボイラ１０１から排出される排ガスの一部をボイラ１０１に再循環させる排ガス再循環流量、給水ポンプ１０５を通じて熱交換器１０６に供給される給水流量、及びタービン１０８に導かれる蒸気流量を決定するタービンガバナ１０７の開度等が含まれ、これらデータ項目の少なくとも一つ以上を利用することができる。

図４は、図１に示した第１実施例である石炭火力プラントの制御装置２００における制御の手順を示すフローチャート図である。図４に示したフローチャートは、ステップ１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、及び１６００を組み合わせて実行する。以下では、夫々のステップについて説明する。

制御装置２００の動作開始後、計測信号データを取得するステップ１０００では、外部入力インターフェース２０１を通じて石炭火力プラント１００の計測信号を取得し、計測信号データベース２１０に保存する。

次に、プラント効率を計算するステップ１１００では、プラント効率計算部３００を動作させ、前記計測信号データベース２１０に保存された計測信号データ３、及び石炭情報管理データベース２２０に保存された石炭情報データ４を用いて、ボイラの燃焼バランスに対するプラントの運転効率を計算し、両者を組合せたプラント効率データ５として前記モデル情報データベース２３０に保存する。尚、プラント効率計算部３００の詳細な機能及び動作については、後述する。

次に、燃焼バランスモデルを学習するステップ１２００では、燃焼バランスモデル４００を動作させ、モデル情報データ６を用いて石炭火力プラント１００のボイラの燃焼バランスを模擬するモデルを学習する。学習した結果は、モデル学習データ７として制御ロジックデータベース２４０に保存する。尚、燃焼バランスモデル４００の詳細な機能及び動作については、後述する。

次に、制御信号を計算するステップ１３００では、制御ロジックデータベース２４０に保存される前記燃焼バランスモデル４００のモデル学習結果、及び制御信号の生成に用いるプラントの制御ロジックを用いて、ボイラ燃焼バランスが最適となる制御信号１０を生成し、それを制御信号データベース２５０に保存する。尚、制御信号生成部５００の詳細な機能及び動作については、後述する。

次に、プラント制御するステップ１４００では、前記ステップ１３００にて計算した制御信号１０を、前記外部出力インターフェースを介して制御信号１１として石炭火力プラント１００へ入力し、プラントを所望の運転状態へ制御する。

最後に、一連の処理動作の終了を判定するステップ１５００は分岐である。外部入力装置９００を通じて本発明の制御装置２００の動作を終了させる信号が入力された場合は処理を終了させるステップに進み、そうでない場合はステップ１０００に戻る。

以上の動作によって、本発明の制御装置２００の動作では、計測信号データ取得、プラント効率計算、燃焼バランスモデル学習、制御信号計算及び制御実施に至る一連の処理を自動的に獲得・実行できる。

次に、前記制御装置２００におけるプラント効率計算部３００の詳細な動作について、図５のフローチャート及び図６、図７を用いて説明する。

図５は、プラント効率計算部３００の動作を表すフローチャートであり、図４に示したフローチャートのステップ１１００の動作を詳細に示したものである。図５に示したフローチャートは、ステップ１１１０、１１２０、１１３０及び１１４０を組合せて実行する。以下では、夫々のステップについて説明する。

プラント効率計算部３００の動作開始後、初めにステップ１１１０では、前記計測信号データベース２１０及び石炭情報管理データベース２２０に保存されているデータを取得する。このとき、夫々のデータベースに保存されているデータは、取得した計測信号の時系列データ、及び使用される石炭の種類や組成情報の時系列データである。ステップ１１１０では、この中からボイラの燃焼バランスに関する評価指標並びにプラント効率の計算に必要なデータを抽出する。

次に、燃焼バランス評価指標を計算するステップ１１２０では、前記ステップ１１１０で取得したデータを基に、ボイラの燃焼バランスの評価指標を計算する。本実施例の制御装置２００では、ボイラの燃焼バランスの改善に関する評価指標として、缶前後の入熱比、粒径比及び組成比を用いる。

缶前後入熱比α_heatはバーナより供給される石炭の単位時間当たりの前後の熱量比を表し、以下の〔数１〕によって計算する。〔数１〕において、ｈ_i（ｈ_j）はバーナ段ｉ（ｊ）から供給される石炭の発熱量、ｆ_i（ｆ_j）はバーナ段ｉ（ｊ）から供給される給炭量、Ｆは缶前バーナ段の集合、Ｒは缶後バーナ段の集合を意味する。α_heatは缶前から供給される石炭の発熱量と給炭量の積（ボイラへの入熱量）の和を、缶後から供給される石炭の発熱量と給炭量の積の和で除した値の対数をとった値であり、０のとき缶前後の入熱比は等しいことを意味する。

次に、缶前後粒径比α_diaはバーナより供給される石炭（微粉炭）の平均粒径の前後比を表し、以下の〔数２〕によって計算する。〔数２〕において、ｄ_i（ｄ_j）はバーナ段ｉ（ｊ）から供給される石炭の平均粒径を意味する。α_diaは缶前から供給される石炭の平均粒径の和を、缶後から供給される石炭の平均粒径の和で除した値の対数をとった値であり、０のとき缶前後の入熱比は等しいことを意味する。

また、石炭の粒径情報は計測に時間を要するためリアルタイムの計測信号として制御装置２００に取込むことは困難である。そこで、粒径と関係の深いミルの回転数情報を用いて粒径を近似的に求める。図６は、ミルの回転数データに対する石炭の粒径分布特性を示した図であり、これはミルでサンプリングした微粉炭の分析結果からミル回転数と平均粒径の関係をプロットしたものである。このデータ分布に対して、ミル回転数と粒径の関係を表す粒径特性曲線を求め、粒径ｄ_i（ｄ_j）を近似的に計算する。尚、前記粒径特性曲線の導出には、従来技術として公知の近似手法（重回帰分析、ニューラルネットワーク等）を用いることができる。

最後に、缶前後組成比α_compはバーナより供給される石炭の組成情報の前後比を表し、以下の〔数３〕によって計算する〔数３〕において、ｃ_ik（ｃ_jl）はバーナ段ｉ（ｊ）から供給される石炭組成ｋ（ｌ）の成分値を意味する。各組成の成分値は、規格化されたものを使用してもよい。α_diaは缶前から供給される石炭の組成別の成分値の和を、缶後から供給される石炭の組成別の成分値の和で除した値の対数をとった値を、全ての組成について総和をとったものである。

以上の３種類の燃焼バランスに関する評価指標の値を適正化することが、本実施例における主目的となる。

次に、プラント効率を計算するステップ１１３０では、前記ステップ１１１０で取得したデータを基に、プラントの熱効率（燃料の石炭として投入された熱量に対して、実際に発電用として回収された熱量の割合）を計算する。プラントの熱効率計算に使用する情報としては、公開文献などにより既に一般的に使用されている指標を用いることができるため、ここでは説明を省略する。

次に、計算結果をデータベースへ保存するステップ１１４０では、前記ステップ１１２０及びステップ１１３０で計算したデータを組合せ、モデル情報データとしてモデル情報データベース２３０へ保存し、プラント効率計算部３００の動作を終了させるステップに進む。図７に、モデル情報データの一態様を示す。図７に示すように、モデル情報データには、データＮo.情報２３１、データ保存時刻２３２、入熱比２３３、粒径比２３４、組成比２３５及びプラント効率２３６が一組のデータとして記載され、データを作成した順に管理されている。

次に、前記制御装置２００における燃焼バランスモデル４００の詳細な動作について、図８フローチャート及び図９の概念図を用いて説明する。

先ず、燃焼バランスモデルの概要について説明する。燃焼バランスモデルは、先述したボイラの前後燃焼バランスに関する３種類の評価指標に対する、プラントの運転効率の特性を推定する機能を有する。通常、ボイラでは上記の評価指標は値が０となる場合（燃焼特性が前後対称にバランスしている状態）に最大性能となるように設計される。但し、プラントの運転時間が経過するにつれてプラント特性も変化するため、最適な燃焼バランスも時々刻々と変化することが考えられる。そこで、燃焼バランスモデル４００では、この経年変化を含む燃焼バランス特性を〔数４〕に示した正規分布でモデル化し、計測信号データを基に作製したモデル情報データに対して、正規分布をフィッティングさせるようにパラメータ（中心μ、分散σ）を学習させる。

〔数４〕は、前記の入熱比α_heatに関するモデル特性式であり、ここでは表記を省略するが、粒径比α_dia、及び組成比α_compに対しても、夫々モデル特性式が定義される。

図８は、燃焼バランスモデル４００の動作を表すフローチャートであり、図４に示したフローチャートのステップ１２００の動作を詳細に示したものである。図８に示したフローチャートは、ステップ１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０及び１２７０を組合せて実行する。以下では、夫々のステップについて説明する。

燃焼バランスモデル４００の動作開始後、初めにステップ１２１０では、前記モデル学習データベース２３０に保存されているデータを更新する。このとき、前記データ保存時刻２３２と本ステップ実行時の時刻とを比較し、保存後一定期間を経過しているデータはモデル情報データベース２３０より削除する。図９に示したように、時刻ｔのモデル情報データの分布は、時刻ｔ−５のデータ分布に比べてデータの追加・削除により分布が異なっている。このように、現在から一定期間内に保存されたデータのみでモデルを学習することにより、プラントの経年変化による燃焼バランスに関する特性変化に対応した制御が可能となる。また、全てのモデル情報データに対して、プラント効率を［０、１］の範囲に正規化する。これは、燃焼バランスモデルが正規分布を仮定しており、データを［０、１］の範囲に分布させる必要があるためである。

次に、モデルパラメータを初期化するステップ１２２０では、燃焼バランスモデルのパラメータ（μ、σ）を初期化する。

次に、モデル評価関数を計算するステップ１２３０では、現在のモデルパラメータに対する、各燃焼バランス評価指標のモデル評価関数を以下の〔数５〕により求める。

ここで、ｍは燃焼バランスモデル学習の繰り返し回数、Ｄは現在のモデル情報データ数、ｉはモデル情報データの添え字、η_iはデータｉのプラント効率である。また、μ_heat,m、σ_heat,mは現在の繰り返し回数ｍに対するモデルパラメータである。〔数５〕は、入熱比α_heatに関するモデル評価関数であり、粒径比α_dia、及び組成比α_compに対しても、夫々同一形式のモデル特性式が定義される（表記は省略）。そして、最終的に３種類のモデル評価関数の平均値を取った値が、全ての燃焼バランス評価指標を考慮したモデル評価関数として求まる。

次に、モデルパラメータを探索するステップ１２４０では、前記ステップ１２３０で計算したモデル評価関数の値が最小となるモデルパラメータの組合せを探索する。探索アルゴリズムとしては、勾配法、ランダム探索法、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法、タブーサーチ、粒子群最適化など、公知の手法を適用することができる。

次の、モデルパラメータの探索終了を判定するステップ１２５０は分岐である。モデルパラメータの探索処理が、予め設定した反復回数実行されていればステップ１２６０へ進み、そうでなければステップ１２３０へ戻る。

以上のモデルパラメータ探索の結果、図９に示したように、時刻によって保有するモデル情報データに対してモデル特性式が最もフィッティングするモデルパラメータを得ることができる。例えば、図９では、時刻ｔ−５に比べて、燃焼バランス評価指標＜０となるデータが追加されたため、時刻ｔでは中心パラメータが左方向へ変化するようにモデルが学習されている。

次の、最適燃焼バランス評価指標を計算するステップ１２６０では、学習した３種類の燃焼バランスモデルの中心パラメータ（μ_heat、μ_dia、μ_comp）を現在の最適な入熱比、粒径比及び組成比として求める。

次の、ステップ１２７０では、求めた最適な燃焼バランス評価指標を含むモデル学習結果を、制御ロジックデータベース２４０に保存し、燃焼バランスモデル４００の動作を終了させるステップに進む。

図１０は、制御信号生成部５００の動作を表すフローチャートであり、図４に示したフローチャートのステップ１３００の動作を詳細に示したものである。制御信号生成部５００では、本発明の目的であるボイラの燃焼バランス最適化に寄与する制御信号だけでなく、石炭火力プラントの運転に必要な制御信号も生成する。ボイラの燃焼バランス最適化に寄与する制御信号には、前記のようにミル毎の給炭量、１次空気流量及びミル回転数がある。その他の制御信号生成のロジックは、前記制御ロジックデータベース２４０に保存されている制御ロジックを用いて生成される。これには既存の公知技術を用いることができるため、詳細は省略する。

図１０のフローチャートは、前記のボイラ燃焼バランス最適化に寄与する制御信号の生成アルゴリズムについて示したものであり、ステップ１３１０、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０及び１３６０を組合せて実行する。以下では、夫々のステップについて説明する。

制御信号生成部５００の動作開始後、初めにステップ１３１０では、燃焼バランス最適化に寄与する制御信号（給炭量、１次空気流量及びミル回転数）を初期化する。ここで、給炭量はプラントの要求負荷に見合った入熱となるように決定される。

次に、制御信号評価関数を計算するステップ１３２０では、現在の制御信号に対する評価関数を以下の〔数６〕により求める。

ここで、ｎは制御信号生成演算の繰り返し回数、α^* _heat、α^* _dia、α^* _compは前記ステップ１２６０で決定した最適な燃焼バランス評価指標、α_heat,n、α_dia,n、α_comp,nは現在の制御信号（繰り返し回数ｎに対する）に対する燃焼バランス評価指標であり、前記〔数１〕〜〔数３〕を用いて計算する。

次に、制御信号を探索するステップ１３３０では、前記ステップ１３２０で計算した制御信号評価関数の値が最小となる制御信号の組合せを探索する。探索アルゴリズムとしては、前記の燃焼バランスモデルの学習と同様に、勾配法、ランダム探索法、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法、タブーサーチ、粒子群最適化など、公知の手法を適用することができる。

次の、制御信号の探索終了を判定するステップ１３４０は分岐である。制御信号の探索処理が、予め設定した反復回数実行されていればステップ１３５０へ進み、そうでなければステップ１３２０へ戻る。

次の、最適制御信号を計算するステップ１３５０では、探索の結果得られた最適な制御信号の組合せを最適制御信号とする。

次の、ステップ１３６０では、求めた最適制御信号を、制御信号データベース２５０に保存し、制御信号生成部５００の動作を終了させるステップに進む。

以上の一連の説明から明らかなように、前記制御装置２００では、前記燃焼バランスモデル４００が現在時刻から一定期間に蓄積されたモデル情報データベースを基に、正規分布を仮定したモデルのフィッティングによって、ボイラ前後の燃焼バランスに関する入熱比、粒径比及び組成比の３種類の評価指標に関して、プラント効率が最良となる条件を求めることができる。また、学習した最適な評価指標を満足するように、ミル毎の給炭量、１次空気流量及びミル回転数を決定する。これらの制御信号に従った、ボイラの燃焼バランスを考慮した適応的な制御の結果、燃焼状態を改善させプラントの効率を向上し、燃料使用量及び所内動力削減によるプラント運転コスト削減を達成できる。

尚、上述した実施例では、燃焼バランスに関する入熱比、粒径比及び組成比の３種類の評価指標を用いて説明したが、これらの何れか一つ以上を用いたり、ほかの指標を用いて制御信号を生成することとしても良い。

以上で、本発明の制御装置２００の詳細動作の説明を終了する。

上述したように、石炭火力プラントから該プラントの状態量である計測信号を取り込み、計測信号を用いてプラントを制御する機能を備えた石炭火力プラントの制御装置において、制御装置は、石炭火力プラントに与える制御信号を生成する際に用いる、計測信号に含まれるデータを保存する計測信号データベースと、プラントに与える制御信号を生成する制御信号生成部と、燃料である石炭の運用及び組成情報を管理する石炭情報管理データベースと、ボイラの燃焼バランスを評価する指標及びプラントの燃焼効率の計算結果を保存するモデル情報データベースと、制御信号を生成するための情報を保存する制御ロジックデータベースを備えて構成し、更に制御装置に、計測信号及び石炭情報を基にプラントの燃焼効率を計算するプラント効率計算部と、モデル情報データベースに保存される情報を用いて、プラントの燃焼バランス特性を模擬する燃焼バランスモデルとを設けて、制御信号生成部が、プラント効率計算部及び燃焼バランスモデルの計算結果を含む、制御ロジックデータベースに保存されている情報を基に該プラントの制御信号を生成するように構成したプラントの制御装置により、異なる品質の燃料を使用する石炭火力プラントにおいて、所望の負荷条件を満足する上で、発熱量のみならず、ボイラに供給する燃料バランス（燃焼バランス）をも考慮した燃料供給量を自由度が高く決定する機能を備えた、石炭火力プラントの制御装置を構成し、プラントの効率向上と運転コスト削減を実現することができる。

次に、第１実施例である石炭火力プラントの制御装置において、制御装置２００とデータを送受信できる保守ツール９１０の外部出力インターフェース９１３から送信された保守ツール出力信号９４を表示する画像表示装置９２０にて表示される画面について、図１１、図１２、図１３を用いて説明する。

図１１は第１実施例である石炭火力プラントの制御装置において、燃焼バランスモデル４００が学習したモデル特性を確認する際に、画像表示装置９２０に表示される画面例である。図１１に示した画面では、入熱比、粒径比及び組成比に関するモデル特性及びモデルパラメータの学習結果を確認することができる。

図１１に示す画面が前記画像表示装置９２０に表示された状態で、外部入力装置９００のマウス９０２を操作して画面上の数値ボックスにフォーカスを移し、キーボード９０１を用いることで数値を入力できる。また、マウス９０２を操作して画面上のボタンをクリックすることで、ボタンを選択する（押す）ことができる。

図１１に示した画面では、マウス９０２を操作して画面上のタブ３０００、３００１及び３００２をクリックすることで、３種類の燃焼バランス評価指標に関するモデル学習特性の表示内容を切替えることができる。

各ページには、図９に模式図で示したモデル特性学習結果画面３００３、正規分布モデルの中心パラメータμの学習履歴画面３００４、及び分散パラメータσの学習履歴画面３００５が表示される。

モデル特性学習画面においては、時刻（離散値の単位時刻）を数値ボックス３００６へ入力し、ボタン３００７を選択することで、任意の時刻におけるモデル特性学習結果を画面３００３へ表示させることができる。

また、中心及び分散パラメータの学習履歴画面においては、時刻（横軸）に対するパラメータ値（縦軸）の推移を表示することができる。数値ボックス３００８、３００９、３０１１、３０１２に夫々表示させたい時刻の最小／最大値を入力し、ボタン３０１０及び３０１３を選択することで、任意の期間の学習結果を表示させることができる。

また、ボタン３０１４を選択することで、燃焼バランスモデル特性表示画面を終了させる。

図１２は第１実施例である石炭火力プラントの制御装置２００において、燃焼バランスモデル４００が学習した燃焼バランス評価指標と、プラントの計測信号から得られる給炭量情報及び石炭情報をプラント系統図上に表示させる上で、画像表示装置９２０に表示される画面例である。

図１２に示した画面では、先ずボイラのバーナ配置系統図に対応させるように給炭量情報を数値ボックス３１００に表示させる。例えば、ミルＡからの給単量は図１２における系統図上のＡ段バーナ配置位置の数値ボックスに表示される。画面右のプルダウンメニューからは給炭機の種類を選択することができ、選択した給炭機から供給される石炭の組成情報が数値リスト３００２に表示される。また、選択した給炭機に対応するバーナ段の数値ボックスが太枠で強調され、給炭機とミル・バーナとの関係を確認できる。

更に、画面下には現在の制御信号生成時に用いられている、燃焼バランスの評価指標（入熱比、粒径比、組成比）がリアルタイムで表示されており、シークバー３１０３及び数値ボックス３１０４にて、その値を表示する。シークバー３１０３では、評価指標の値が０の場合に系統図のボイラ中心にバーのポインタが位置する。即ち、中心からのポインタのずれが、そのまま評価指標に対する燃焼バランスと対応するため、ボイラの燃焼バランスが現在どのように推移していくのかを視覚的に容易に判断することができる。また、供給される石炭情報と給炭量情報から、燃焼バランスの評価指標が正しく制御に適用されているかを確認することができる。また、ボタン３１０６を選択することで、燃焼バランスモデル特性表示画面を終了させる。

尚、前述したような燃焼バランス評価指標の数式による算出の他、燃料の燃焼特性として発生熱量の違いについて左右のバーナの入熱比のバランスとして予めデータベースに記録しておき、その燃焼バランスの現在値を出力することとしても良い。

つまり、石炭火力プラントの制御装置が、表示装置にボイラの複数のバーナの配置図を表示させ、前記複数のバーナの燃焼バランスを評価する評価指標の軸の中心を前記複数のバーナの間の中心に合わせて表示し、前記複数のバーナの燃焼バランスを評価する評価指標の現在値を、各バーナの炭種情報を用いてデータベースに予め定められた計算式又は対応関係データを参照して算出し、前記評価指標の軸上に算出した現在値を表示装置に表示させる石炭火力プラントの制御装置又はその制御装置の制御方法とすることで、供給される燃料性状が変化しても細かい燃料性状データの定量値を参照せずにボイラの燃焼バランスが現在どのように推移していくのかを視覚的に容易に判断することができる。

図１３は第１実施例である石炭火力プラントの制御装置２００において、プラントの制御の結果、計算されるプラント効率のトレンド、及びプラント効率から算出される運用コストを表示させる際に、画像表示装置９２０に表示される画面例である。

図１３の画面では、プラント効率計算部３００で計算したプラント効率の時系列トレンドがグラフエリア３２００に表示される。グラフエリア３２００において、実線で示した系列３２０１は実際のプラント運転結果に対するプラント効率であり、破線で示した系列３２０２は、本発明の制御装置２００による制御を実施しなかった場合、即ち、燃焼バランスが全ての評価指標に対して常に０となるようにプラントを制御した場合のプラント効率を示す。両者の比較から、燃焼バランスの最適値を考慮してプラントを制御した場合のプラント効率に対する効果を確認できる。

また、本画面の数値ボックス３２０３及び３２０４より、運転コスト計算時の評価期間を入力し、ボタン３２０５を選択することで一定期間内の運転履歴を基にプラントの運用コストを計算し、その結果を数値ボックス３２０６へ表示する。また、ボタン３２０７を選択することで、燃焼バランスモデル特性表示画面を終了させる。

本画面により、本発明の制御装置２００によるプラント効率及び運用コストに与える効果を表示させることで、プラントの運転員は、本制御装置による制御効果を確認しながらプラントの運転を実施することができる。

以上で、第１実施例であるプラントの制御装置における画像表示装置９２０に表示される画面についての説明を終了する。

次に、本発明に係わる制御装置２００を、実施例１と石炭供給系統が異なる石炭火力プラントに適用した第２実施例である石炭火力プラントの制御装置及び、石炭供給系統について説明する。

図１４は、本発明の実施例２に関わる制御装置２００が適用される石炭火力プラント１００の構成を示す概略図である。図１４に示した石炭火力プラント１００において、給炭機１３７からミル１３４に石炭を供給する系統が実施例１と異なっている。即ち、給炭機１３７からミル１３４へ石炭を供給する石炭コンベア１３８が、１台の給炭機から全てのミルに対して設置され、１台のミルには全ての給炭機から石炭を供給することができる構成となっている。実施例１の場合はバンカ毎に異なる性状の石炭が貯炭されている場合には、１台の給炭機より１台のミルにしか石炭を供給できないため、制御装置２００が求めた最適な燃焼バランスの評価指標を満足するための石炭を必ずしも各ミルへ供給できない可能性があった。

しかしながら、本発明の実施例２で示した制御装置及び石炭供給系統を具備することにより、各ミルへ全ての給炭機から石炭を供給できるため、各給炭機からミルへ供給する石炭の混合比率を適宜調整することで制御装置２００が求めた最適な燃焼バランスの評価指標を満足するように石炭をボイラ１０１へ供給することが可能となる。

尚、計測器としては、各給炭機から各ミルへ供給される給炭量を計測するため、石炭コンベア１３８毎に流量計１５６が設置される。制御装置２００が操作対象とする情報は、各給炭機の各ミルへ供給する給炭量または、各ミルへの給炭量比率となる。以上の説明以外の、本発明の実施例２００の機器構成については、実施例１と同じである。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル、測定情報、算出情報等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。よって、各処理、各構成は、処理部、処理ユニット、プログラムモジュールなどとして各機能を実現可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

本発明は、石炭火力プラントの制御装置に適用可能である。

１ 計測信号
１１ 制御信号
９０ 入出力データ情報
１００ プラント
１０１ ボイラ
１０２ バーナ
１０３ アフタエアポート
１３０〜１３３、１３９、１４０〜１４２ 配管
１３４ ミル
１３５ 給炭機
１３６ 石炭バンカ
１３７、１３８ 石炭コンベア
１６０〜１６３ エア
２００ 制御装置
２０１、９１１ 外部入力インターフェース
２０２、９１３ 外部出力インターフェース
２１０ 計測信号データベース
２２０ 石炭情報管理データベース
２３０ モデル情報データベース
２４０ 制御ロジックデータベース
２５０ 制御信号データベース
３００ プラント効率計算部
４００ 燃焼バランスモデル
５００ 制御信号生成部
９００ 外部入力装置
９０１ キーボード
９０２ マウス
９１０ 保守ツール
９１２ データ送受信処理部
９２０ 画像表示装置

Claims (10)

1. 石炭火力プラントから該プラントの状態量である計測信号を取り込み、前記計測信号を用いて前記プラントを制御する機能を備えた石炭火力プラントの制御装置において、
   制御装置は、石炭火力プラントに与える制御信号を生成する際に用いる、計測信号に含まれるデータを保存する計測信号データベースと、プラントに与える制御信号を生成する制御信号生成部と、燃料である石炭の運用及び組成情報を管理する石炭情報管理データベースと、ボイラの燃焼バランスを評価する指標及びプラントの燃焼効率の計算結果を保存するモデル情報データベースと、前記制御信号を生成するための情報を保存する制御ロジックデータベースを備えて構成し、
   更に前記制御装置に、前記計測信号及び石炭情報を基にプラントの燃焼効率を計算するプラント効率計算部と、前記モデル情報データベースに保存される情報を用いて、該プラントの燃焼バランス特性を模擬する燃焼バランスモデルとを設けて、
   前記制御信号生成部が、前記プラント効率計算部及び燃焼バランスモデルの計算結果を含む、前記制御ロジックデータベースに保存されている情報を基に該プラントの制御信号を生成するように構成した
   ことを特徴とするプラントの制御装置。
2. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記計測信号は、前記石炭火力プラントの各バーナ段へ供給する給炭量、空気ダンパの開度、石炭を粉砕するミルの回転数、給水流量、蒸気流量、蒸気温度、蒸気圧力、タービンガバナ開度、排ガス再循環流量、前記石炭火力プラントから排出されるガスに含まれる窒素酸化物の濃度、一酸化炭素の濃度、及び硫化水素の濃度のうち少なくとも１つを表す信号を含み、
   前記制御信号は、前記火力発電プラントのボイラに備えた空気ダンパの開度、ボイラに供給される空気流量、ボイラに供給される燃料流量、ミルの回転数、ボイラの給水系に供給される給水流量、タービンガバナ開度、及びボイラから排出された排ガスを該ボイラに再循環させる排ガス再循環流量、のうち少なくとも１つを決定する信号を含む
   ことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
3. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記プラント効率計算部では、前記計測信号データベース及び石炭情報管理データベースに保存されるデータを基にプラントの熱効率、並びに、ボイラの燃焼バランスに関する評価指標である、入熱比、粒径比及び組成比を計算し、これらを組合せたモデル学習データを生成する機能を備える
   ことを特徴とする制御装置。
4. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記燃焼バランスモデルでは、前記プラント効率計算部が生成したモデル学習データを用いて、前記３種類の燃焼バランスに関する評価指標とプラント効率との関係が正規分布に従うと仮定し、各評価指標に対して前記正規分布モデルがモデル学習データにフィッティングするように、正規分布の中心及び分散パラメータを学習する機能を備える
   ことを特徴とする制御装置。
5. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記制御信号生成部では、前記燃焼バランスモデルが学習した正規分布の中心パラメータを最適な燃焼バランスの評価指標値と決定し、この値を基にボイラの燃焼バランスの制御に寄与する操作量である給炭量、１次空気流量、又はミル回転数を最適探索により決定する機能を備える
   ことを特徴とする制御装置。
6. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記制御装置は画像表示装置と接続され、前記計測信号データベース、前記石炭情報管理データベース、前記モデル情報データベース、前記制御ロジックデータベース、及び制御信号が記録された制御信号データベースのいずれかに保存された情報を画像表示装置に表示する出力部と、前記データベースに保存された情報の確認時に必要な実行条件を、画像表示装置を介して設定する入力部を備える
   ことを特徴とする制御装置。
7. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記プラント効率計算部、前記燃焼バランスモデル、及び前記制御信号生成部が計算した結果を画像表示装置に表示する出力部を備える
   ことを特徴とする制御装置。
8. 請求項１に記載の石炭火力プラントの制御装置を有することを特徴とする石炭火力プラント。
9. 請求項８の石炭火力プラントにおいて、燃料を供給する複数のミルと、燃料をボイラに供給する複数のバーナと、前記複数のミルの少なくとも一つは前記複数のバーナへ燃料を供給する複数の燃料供給系統装置を有することを特徴とする石炭火力プラント。
10. 石炭火力プラントの制御装置が、表示装置にボイラの複数のバーナの配置図を表示させ、前記複数のバーナの燃焼バランスを評価する評価指標の軸の中心を前記複数のバーナの間の中心に合わせて表示し、前記複数のバーナの燃焼バランスを評価する評価指標の現在値を、各バーナの炭種情報を用いてデータベースに予め定められた計算式又は対応関係データを参照して算出し、前記評価指標の軸上に算出した現在値を表示装置に表示させることを特徴とする石炭火力プラントの制御装置。