JP2013224799A - 石炭火力プラントの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭火力プラントにおいて、プラントの運転効率の最大化を目的としてミル操作条件を決定することが可能な制御装置を提供する。
【解決手段】計測信号１を取得して石炭火力プラント１００を制御する制御装置２００において、計算結果データベース２５０と制御ロジックデータベース２６０に保存された情報を用いて、プラント１００の制御信号１４を生成する制御信号生成部５００と、計測信号１のデータを保存する計測信号データベース２１０と、少なくとも石炭の水分値と燃料比とＨＧＩを含む石炭情報５を保存する石炭情報管理データベース２２０と、ミル特性情報７を保存するミル特性情報データベース２３０と、ミル特性を計算するミル特性評価部３００と、ミル操作条件１１を計算するミル操作計算部４００と、ミル操作条件１１を保存する計算結果データベース２５０と、プラント１００の制御ロジックを保存する制御ロジックデータベース２６０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料に石炭を用いて発電する石炭火力プラントの制御装置に関する。

燃料に石炭を用いて発電する石炭火力プラントでは、プラントに設置された複数の微粉炭機（ミル）により、固形状の石炭を粉砕して微細粒子状の微粉炭を生成する。石炭は産地や気候条件等により品質が異なるため、粒度や水分等の微粉炭特性をなるべく均質化してプラントに用いる必要がある。このため、石炭火力プラントの制御装置では、予め運用計画に応じて登録された石炭情報に基づき、石炭の性状に合わせてミル操作条件を適宜変更する制御を実施している。

一方で、近年では、燃料価格の高騰により常に同等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用いるプラントが多くなっている。更に、地球環境保全を目的とした大気中への二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量削減の観点から、木質バイオマスを燃料に混合して用いるプラントが今後増加することが予想される。

このように燃料を混合して用いる石炭火力プラントでは、処理している石炭の性状がミル毎に異なることが予想され、各々の石炭性状に応じた適応的なミル制御が必要となる。更に、ひとつのミルに対して複数の種類が混合された石炭が供給される場合、これらの石炭がどのような割合で混合されているかは不明である。このため、実際に処理している石炭の性状が予め登録された石炭情報とは異なり、適切なミル制御が実行できない可能性ある。

上記の事情に鑑みた技術として、特許文献１には、ミルの計測情報を基に水分や粉砕性といった石炭の性状をリアルタイムに推定し、推定した情報を基にミル操作条件を適応的に制御する技術が開示されている。

特開２００３−３４０２９９公報

特許文献１に開示された技術により、燃料を混合させて使用する場合にも、ミルの計測情報から推定した石炭情報によって適切なミル制御を実行し、燃料の微粉炭特性のばらつきを軽減することができる。

しかし、ミルで適切な微粉炭が得られたとしても、ミルの後流にあるボイラで微粉炭を燃焼したときに、所望の燃焼特性が実際に得られる保証はない。このため、ボイラ火炉内では、ミルから供給される微粉炭を燃焼させるバーナの配置によって燃焼バランスが悪化し、結果としてプラントの運転効率が悪化してしまう可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みて発明されたものであり、その目的は、石炭火力プラントにおいて、プラントの運転効率の最大化を目的としてミル操作条件を決定することが可能な制御装置を提供することである。

本発明による石炭火力プラントの制御装置は、以下のような特徴を有する。

石炭を粉砕して微粉炭にするミルと微粉炭を燃焼するボイラとを備える石炭火力プラントから、前記石炭火力プラントの状態量を表す計測信号を取得し、前記計測信号を用いて前記石炭火力プラントを制御する石炭火力プラントの制御装置において、前記計測信号を用いて、前記石炭火力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、前記計測信号に含まれているデータを保存する計測信号データベースと、前記石炭に関する情報を保存する石炭情報管理データベースと、前記ミルの特性に関する情報を保存するミル特性情報データベースと、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、及び前記ミル特性情報データベースに保存された情報を用いて、前記ミルの特性を計算するミル特性評価部と、前記ミル特性評価部が計算した前記ミルの特性を用いて、前記ミルの操作条件を計算するミル操作計算部と、前記ミル操作計算部が計算した前記ミルの操作条件を保存する計算結果データベースと、前記石炭火力プラントに対する制御ロジックを保存する制御ロジックデータベースとを備える。石炭情報管理データベースは、前記石炭に関する情報として、少なくとも石炭の水分の値、燃料比、及び粉砕性指標であるＨＧＩを保存する。前記制御信号生成部は、前記計算結果データベース、及び前記制御ロジックデータベースに保存された情報を用いて、前記制御信号を生成するように構成されている。

本発明によれば、石炭火力プラントにおいて、ミルの運転効率のみならずボイラ火炉での燃焼状態をも最適化する制御が可能である。この結果、石炭の性状やプラント運用条件が変動する場合でも、プラント全体の運転効率を最大にすることができる。

本発明の実施例によ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。 本実施例による制御装置が適用される石炭火力プラントの概略を示す構成図である。 石炭火力プラントが備えるミルの構成を示す図である。 本実施例による石炭火力プラントの制御装置における制御の手順を示すフローチャートである。 ミル特性評価部の機能を示す構成図である。 ミル基本性能計算機能の機能を示す構成図である。 ミル基本性能計算機能の機能モジュールＦ_１（ｘ）の機能を示す図である。 水分補正量計算モジュールＦ_１ａ（ｘ）の関数特性を示す図である。 ミル基本性能計算機能の機能モジュールＦ_２（ｘ）の機能を示す図である。 燃料比補正モジュールＦ_２ｂ（ｘ）の関数特性を示す図である。 ミル基本性能計算機能の機能モジュールＦ_３（ｘ）の機能を示す図である。 ミル基本性能計算機能の機能モジュールＦ_４（ｘ）の機能を示す図である。 ミル基本性能計算機能の機能モジュールＦ_８（ｘ）の関数特性を示す図である。 ミル効率計算機能の機能を示す構成図である。 ミル特性評価部の動作の手順を表すフローチャートである。 ミル操作計算部の動作の手順を表すフローチャートである。 ミルのグルーピングを示す概略図である。 ミル操作計算部を実行する際に画像表示装置に表示されるミルグループの設定画面の例である。 ミル特性情報のトレンドを確認する際に、画像表示装置に表示されるミル評価値トレンドの表示画面の例である。 各ミルグループの平均運転効率のトレンド及びプラント全体の運転効率のトレンドを確認する際に、画像表示装置に表示される運転効率バランス・プラント効率のトレンドの表示画面の例である。

初めに、本発明による石炭火力プラントの制御装置の概要を述べる。本制御装置の詳細は、後述する実施例で説明する。

本発明による石炭火力プラントの制御装置は、計測信号データベースと、石炭情報管理データベースと、ミル特性情報データベースと、ミル特性評価部と、ミル操作計算部と、計算結果データベースと、制御ロジックデータベースと、制御信号生成部とを備え、石炭火力プラントからプラントの状態量である計測信号を取得し、この計測信号を用いて、石炭火力プラントを制御する制御信号を生成する。この際、ミル特性評価部及びミル操作計算部は、ミルの最適な操作条件をリアルタイムで算出し、制御信号生成部は、これを基に制御信号を生成する。

計測信号データベースは、計測信号に含まれており制御信号を生成する際に用いる計測データを保存する。石炭情報管理データベースは、燃料である石炭に関する情報（石炭情報）を保存する。ミル特性情報データベースは、運用炭性状（水分、燃料比、粉砕性指標であるＨＧＩのそれぞれの推定値）及びプラントのミルの特性情報（ミルの基本性能情報であるＣ／Ａ値、ミル容量、微粒化指標、及びミル動力と、ミルの運転効率）を保存する。ミル特性評価部は、計測信号データベース、石炭情報管理データベース、及びミル特性情報データベースに保存された情報を用いて、ミルの特性（ミルの基本性能情報と運転効率）を計算する。ミル操作計算部は、ミル特性評価部が計算したミルの特性を用いて、ミルの操作条件を計算する。計算結果データベースは、ミル操作計算部が計算したミルの操作条件を保存する。制御ロジックデータベースは、プラントに対する制御ロジックを保存する。この制御ロジックには、ミル操作計算部が計算したミルの操作条件の値を用いてミルを制御するためのロジックが含まれる。制御信号生成部は、計算結果データベース、及び制御ロジックデータベースに保存された情報を用いて、プラントの制御信号を生成する。

このような構成により、本発明による石炭火力プラントの制御装置は、ミルの計測情報を基にリアルタイムに推定する石炭情報（石炭の性状）及びミルの運転状態と、ボイラ内で微粉炭を燃焼させるバーナの配置及び燃焼バランスを考慮することにより、ミルの運転効率のみならずボイラ火炉での燃焼状態をも最適化する制御が可能である。この結果、石炭の性状やプラント運用条件が変動する場合でも、供給される石炭の性状やプラント運用条件に合わせて、プラント全体の運転効率を常に最大にすることができる。

計測信号は、ミルの分級機回転数、ミルローラ加圧油圧力、ミル出口空気温度（以下、「ミル出口温度」と称する）、ミルの入口と出口の差圧（以下、「ミル差圧」と称する）、ミルローラリフト量、ミルへ供給される給炭量（以下、「給炭機流量」と称する）、ボイラに供給される１次空気流量及び２次空気流量、ボイラの給水流量、ボイラの給水温度、ボイラの給水圧力、ボイラの蒸気温度、ボイラの蒸気圧力、ボイラの蒸気流量、ボイラの排ガス温度、ボイラの排ガスに含まれる環境負荷物質の濃度（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度や一酸化炭素の濃度など）、及びボイラの排ガス再循環流量のうち、少なくとも1つを表す信号を含む。

制御信号は、ミルの分級機回転数、ミルローラ加圧油圧力、ミルへの給炭量、ボイラの空気流量、ボイラの空気ダンパ開度、ボイラの排ガス再循環流量、ボイラの給水流量、及びタービンガバナ開度のうち、少なくとも１つを決定する信号を含む。

ミル特性評価部は、ミル基本性能計算機能とミル効率計算機能を備える。ミル基本性能計算機能は、計測信号データベース、石炭情報管理データベース、及びミル特性情報データベースに保存された情報を入力し、ミル基本性能情報を計算する。ミル基本性能情報には、ミルがボイラへ供給する微粉炭供給量であるミル容量、このミル容量を１次空気流量で除したＣ／Ａ値、微粉炭の微粒化度合いを表す微粒化指標、及びミルで消費される動力であるミル動力が含まれる。ミル効率計算機能は、ミル基本性能情報を基にミル毎の運転効率を計算する。

ミル基本性能計算機能は、計測信号に含まれるミル出口温度と後述するデフォルト水分とを入力し、ミル出口温度と予め定めた基準設定温度との差分を求める。この差分が負値を取る場合は水分補正量を正値とし、この差分が正値を取る場合は水分補正量を負値とする演算を実施し、水分補正量をデフォルト水分へ加算する。このようにして、ミルが現在処理している石炭の水分を推定する。

更に、ミル基本性能計算機能は、Ｃ／Ａ値の前回値（前回の計算結果でありミル特性情報データベースに保存されている値）、ミル容量の前回値（前回の計算結果でありミル特性情報データベースに保存されている値）、微粒化指標の前回値（前回の計算結果でありミル特性情報データベースに保存されている値）、石炭情報に含まれる後述するデフォルト燃料比、及び燃料比推定値の前回値（前回の計算結果であり石炭情報管理データベースに保存されている値）に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、標準ＮＯｘ濃度を計算する。そして、この標準ＮＯｘ濃度と計測情報に含まれるＮＯｘ濃度との差分を求める。この差分が負値を取る場合は燃料比補正量を負値とし、この差分が正値を取る場合は燃料比補正量を正値とする演算を実施し、燃料比補正量を燃料比推定値の前回値へ加算する。このようにして、ミルが現在処理している石炭の燃料比を推定する。

更に、ミル基本性能計算機能は、計測信号に含まれる１次空気流量、給炭機流量、及びミルローラ加圧油圧力と、予め定めたこれらの量の基準量との差分を、それぞれの量について求める。これらの差分及び石炭の砕け易さを示す値であるＨＧＩ（Ｈａｒｄｇｒｏｖｅ Ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ：粉砕性指標）の推定値の前回値（前回の計算結果でありミル特性情報データベースに保存されている値）に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、ミルローラリフト量補正量を計算する。そして、このミルローラリフト量補正量を計測信号に含まれるミルローラリフト量へ加算することで、標準運転状態におけるミルローラリフト量（基準ミルローラリフト量）を推定する。

更に、ミル基本性能計算機能は、計測信号に含まれる１次空気流量、給炭機流量、及びミル分級機回転数と、予め定めたこれらの量の基準量との差分を、それぞれの量について求める。これらの差分及びＨＧＩ推定値の前回値に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、ミル差圧補正量を計算する。そして、このミル差圧補正量を計測信号に含まれるミル差圧へ加算することで、標準運転状態におけるミル差圧（基準ミル差圧）を推定する。

更に、ミル基本性能計算機能は、推定した石炭の水分、石炭の燃料比、基準ミルローラリフト量、及び基準ミル差圧に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、ミルが現在処理している石炭のＨＧＩを推定する。

更に、ミル基本性能計算機能は、推定したＨＧＩ、及び計測信号に含まれるミルローラ加圧油圧力とミル分級機回転数に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、出炭率を推定する。出炭率は、ミルへの給炭量に対する、微粉炭供給量の比率を示す値である。

更に、ミル基本性能計算機能は、推定したＨＧＩ、及び計測信号に含まれるミルローラ加圧油圧力とミル分級機回転数に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、ミルの微粒化指標を推定する。

ミル効率計算機能は、ミル基本性能計算機能が計算したＣ／Ａ値、微粒化指標、及びミル容量に対して、過去の実績データに基づく統計的手法を用いて、ミルで生成した微粉炭の燃焼率を推定する。

更に、ミル効率計算機能は、推定した燃焼率、及び石炭情報から、ミルから供給される微粉炭を燃焼させる場合の燃焼効率を計算する。

更に、ミル効率計算機能は、計算した燃焼効率、及びミル基本性能計算機能が計算したミル容量及びミル動力から、ミル運転効率を計算する。ミル運転効率は、燃焼効率からミル動力による損失を差引いた値である。

ミル操作計算部は、ミルを複数のグループへ分類する。そして、分類したグループに対し、任意の１つのグループｊに属するミルの運転効率から求めた指標と、このグループｊと他の全てのグループｋ（≠ｊ）との運転効率のバランスを考慮した指標との総和により評価関数を計算し、この評価関数の値を最大化するように、このグループｊに属するミルの操作条件を、最適探索手法を用いて探索する。ミルを複数のグループへ分類する際には、ミルから供給される微粉炭を燃焼させるバーナの配置及び運用情報に基づいて、ミル相互間の運転効率のバランスを考慮することができる。

本制御装置は、入出力部を備え、入出力部を介して画像表示装置と接続することができる。入出力部は、画像表示装置と情報を送受信する。例えば、入出力部は、計測信号データベース、石炭情報管理データベース、ミル特性情報データベース、後述するミル操作計算情報データベース、及び計算結果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ための機能と、ミル特性評価部、及びミル操作計算部が計算した結果を画像表示装置に表示するための機能と、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ための機能を備える。

上記の構成、機能、処理部、及び処理手段等は、こ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、上記の構成、機能、処理部、及び処理手段等は、これらの一部又は全部を、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、及び算出情報等の情報は、メモリ、ハードディスク、及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、及びＤＶＤ等の記録媒体に記録することができる。従って、各処理と各構成は、処理部、処理ユニット、及び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、本発明による石炭火力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。

本発明の実施例によ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、本発明の実施例によ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。図１に示すように、制御装置２００は、石炭火力プラント１００を制御する。

石炭火力プラント１００の制御装置２００は、入出力部８００を備え、入出力部８００を介して保守ツール９１０と接続されている。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９２０（例えばＣＲＴディスプレイ）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は、演算装置として、ミル特性評価部３００、ミル操作計算部４００、及び制御信号生成部５００を備える。ミル特性評価部３００は、石炭火力プラント１００に設置されるミルの台数に応じて、個別のミル特性評価部を有する。図１では、ミルＡ〜ミルＸのそれぞれに対して、個別のミル特性評価部としてＡミル特性評価部３０１ａ〜Ｘミル特性評価部３０１ｘを有する場合を示している。ミル操作計算部４００は、グループに分類されたミルの操作条件をグループ毎に計算するグループ操作計算部を有する。図１では、グループ操作計算部として、グループ１〜グループＮに対して、グループ１操作計算部４０１−１〜グループＮ操作計算部４０１−ｎをそれぞれ有する。ミルは、プラントの構成及び運転特性を考慮して、任意に組合せたグループに分類することができる。

制御装置２００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、ミル特性情報データベース２３０、ミル操作計算情報データベース２４０、計算結果データベース２５０、及び制御ロジックデータベース２６０を備える。

また、制御装置２００は、外部（石炭火力プラント１００）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を備える。

制御装置２００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の各種状態量を計測した計測信号１を取得し、計測信号２として計測信号データベース２１０に保存する。計測信号データベース２１０は、計測信号２に含まれ、制御信号１４を生成する際に用いる計測データも保存する。

また、制御装置２００は、制御信号生成部５００が生成した制御信号１４を、外部出力インターフェース２０２を介して、制御信号１５として石炭火力プラント１００へ出力する。制御信号１５は、石炭火力プラント１００を制御する信号であり、例えば、供給する石炭流量及び空気流量等を制御する信号である。

ミル特性評価部３００は、計測信号データベース２１０に保存された計測データ４、石炭情報管理データベース２２０に保存された石炭情報５、ミル特性情報データベース２３０に保存されたミル特性情報６、及びミル操作計算部４００が出力するミル操作条件９を入力し、出炭量や微粒化度、消費動力などの各ミルの特性を基に、各ミルに対してミル特性情報７及びミル運転効率情報８を計算する。ミル特性情報７は、ミル特性情報データベース２３０に保存される。ミル運転効率情報８は、ミル操作計算部４００へ入力される。石炭情報管理データベース２２０に保存されている石炭情報５は、石炭の銘柄、組成及び発熱量に関する情報を含む。石炭情報５は、予め決定した燃料運用計画に従って、プラント１００の運転員によって登録される。

ミル操作計算部４００は、ミル特性評価部３００から入力したミル運転効率情報８、及びミル操作計算情報データベース２４０に保存されたミル操作計算情報データ１０を用いて、ミルのグループ毎にミル操作条件９、１１を最適探索手法を用いて計算する。ミル操作計算情報データ１０は、判定フラグθ_ｊｋと、ミルグループの操作条件を探索する探索アルゴリズムを動作させるのに必要なパラメータを含む。判定フラグθ_ｊｋと探索アルゴリズムについては、ミル操作計算部４００の機能の詳細な説明と共に後述する。計算したミル操作条件９、１１は、ミル特性評価部３００へ出力すると共に、計算結果データベース２５０に保存する。

制御信号生成部５００は、計測信号データベース２１０から計測データ３を、計算結果データベース２５０から計算結果データ１２を、制御ロジックデータベース２６０から制御ロジックデータ１３をそれぞれ入力し、プラント１００の運転状態を所望の状態に制御するための制御信号１４を生成する。

制御ロジックデータベース２６０は、制御ロジックデータ１３を算出する制御回路を保存する。制御ロジックデータ１３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。また、計算結果データベース２５０が保存する計算結果データ１２には、制御ロジックに対する、ミル操作条件の補正値に関する情報が含まれる。

このように、ミル特性評価部３００が計算したミル運転効率情報８を基に、ミル操作計算部４００は、プラント１００の構成や運転特性を基にミルを分類したグループ単位でミル操作条件１１を計算する。そして、この計算結果を基に、制御信号生成部５００は、プラント１００の制御信号１４を生成する。従って、制御装置２００は、リアルタイムに推定したミル特性に応じて適切なミル制御を実行することが可能であり、プラント効率の向上及び燃料消費量の低減を達成できる。この結果、石炭の性状やプラント運用条件が変動する場合でも、プラント全体の運転効率を最大にすることができる。

なお、ミル特性評価部３００、及びミル操作計算部４００の機能については、後で詳細を説明する。

プラント１００の運転員は、キーボード９０１とマウス９０２を備える外部入力装置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が備え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の入出力部８００は、保守ツール９１０と入出力データ情報９０を送受信する。

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を備え、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、ミル操作計算部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は、保守ツール出力信号９４を画像表示装置９２０に送信し、画像表示装置９２０は、送信された保守ツール出力信号９４に従って画像を表示する。

なお、図１に示した制御装置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、ミル特性情報データベース２３０、ミル操作計算情報データベース２４０、計算結果データベース２５０、及び制御ロジックデータベース２６０は、制御装置２００の内部に配置されているが、これらの全て又は一部を制御装置２００の外部に配置することもできる。

図２及び図３を用いて、本発明の実施例による制御装置２００が適用される石炭火力プラント１００の構成を説明する。まず、石炭火力プラント１００の発電の仕組みについて簡単に説明する。

図２は、本実施例による制御装置２００が適用される石炭火力プラント１００の概略を示す構成図である。石炭火力プラント１００を構成するボイラ１０１は、複数のバーナ１０２を備える。バーナ１０２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次空気と、燃焼調整用の２次空気とをボイラ１０１に供給する。バーナ１０２により供給された微粉炭は、ボイラ１０１の内部で燃焼する。

複数のバーナ１０２は、図２に示すように、ボイラ１０１の上下方向に複数段（図２では２段）に分かれて１列に並べられ、ボイラ１０１の前面（以下、「缶前」と称する）と背面（以下、「缶後」と称する）に配置されている。このようなバーナ１０２の配置により、ボイラ１０１の内部では、缶前と缶後から微粉炭を燃焼させる。缶前と缶後、及び上下方向のバーナ１０２の燃焼バランスを改善することにより、微粉炭の燃焼効率を向上させ、微粉炭の単位重さ当たりに対してより多くの熱量を発生させることができる。

なお、微粉炭と１次空気は配管１３９から、２次空気は配管１４１から、それぞれバーナ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とに分岐し、エアーヒーター１０４の下流側に配設した配管１３３で再び合流し、バーナ１０２の上流側に設置されたミル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り加熱される。この加熱された１次空気と、エアーヒーター１０４をバイパスした１次空気は、ミル１３４が粉砕した微分炭をバーナ１０２に搬送する。

ミル１３４は、缶前と缶後のバーナ１０２の各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１０２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１３４を停止して段単位でバーナ１０２を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、使用する石炭の性状に応じて望ましい粒度の微粉炭が得られるよう、ミル１３４の分級機回転数を始めとするミル操作量を調整する。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によって供給量が調整される。その後、石炭は、石炭コンベア１３８を介してミル１３４に供給される。ミル１３４の構造及び特性の詳細については、後述する。

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。ファン１２１を用いて配管１４０へ送出された空気は、エアーヒーター１０４で燃焼ガスとの熱交換により加熱された後に、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、それぞれボイラ１０１のバーナ１０２とアフタエアポート１０３とに導かれる。バーナ１０２とアフタエアポート１０３へ供給される空気の流量は、それぞれの配管１４１、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る。この後、燃焼ガスは、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、エアーヒーター１０４で熱交換してボイラ１０１に供給される空気を加熱する。そして、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加熱され、高温高圧の蒸気となる。なお、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を駆動する。蒸気タービン１０８が駆動されると、発電機１０９は発電する。

石炭火力プラント１００には、石炭火力プラント１００の運転状態を示す状態量を検出するための様々な計測器が配置されている。

石炭火力プラント１００に配置された計測器で取得した石炭火力プラント１００の計測信号１は、図１に示すように、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。

石炭火力プラント１００に配置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が発電す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。この給水の流量は、流量計測器１５０によって計測される。

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窒素酸化物（ＮＯｘ）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。

図３は、石炭火力プラント１００が備えるミルの構成を示す図である。図３には、一例として、回転式分級機を備えるミル１３４を示している。ミル１３４のケーシング５０内の下部には、駆動装置５１により水平回転するテーブル５２が配置される。テーブル５２の上方には、流体圧シリンダ５５により水平軸５６を介して上下方向に回転し得るローラ５７が配置されている。流体圧シリンダ５５によってローラ５７を水平回転しているテーブル５２に押し付けることにより、ローラ５７とテーブル５２が協働し、テーブル５２上に供給された石炭を粉砕することができる。

ケーシング５０内には、テーブル５２を包囲するよう環状体５３が設置される。環状体５３は、テーブル５２よりも下方の位置からケーシング５０内へ供給された１次空気５４を、ケーシング５０の上部へ吹き込み得る構造となっている。ケーシング５０の上部には、微粉炭をボイラのバーナ１０２（図２参照）へ供給するための微粉炭供給管６０が接続されている。

ケーシング５０の上部には、ケーシング５０の外部から内部へ上下方向に挿入される形で回転シュート５８が設置されている。ケーシング５０の外部の上方に設置した縦型の分級機モータ６１は、出力軸がベルトを介して回転シュート５８と接続される。回転シュート５８の外周には、ケーシング５０の内部の上部に位置するように、回転式分級機６２が装着される。回転式分級機６２は、円周方向に複数の回転翼を備える。分級機回転モータ６１の動力により、回転シュート５８及び回転式分級機６２は回転する。

ケーシング５０内には、回転式分級機６２の下方に位置するよう、逆円錐状のホッパ６３が設置されている。ホッパ６３は、１次空気５４により上昇する石炭が通過できるように、傾斜面に沿ってスリットを有する。回転シュート５８の上方には、給炭機モータ７４の駆動によって回転シュート５８に石炭を供給する給炭機１３５が、回転シュート５８に接続されて設置されている。

図３に示すミル１３４では、石炭バンカ１３６（図２参照）から給炭機１３５へ供給された石炭は、回転シュート５８を介してケーシング５０内に投入され、テーブル５２上へ落下し、駆動装置５１により駆動されたテーブル５２とローラ５７の協働作業により粉砕される。粉砕された石炭５９は、１次空気５４に搬送されて上昇し、ホッパ６３上のスリットを通過してホッパ６３の内部へ入り、分級機モータ６１の駆動により回転シュート５８と共に回転する回転式分級機６２によって粗粒が分級される。分級された石炭５９のうち微粉炭は、回転式分級機６２を通過して微粉炭供給管６０へ送出されてボイラ１０１のバーナ１０２（共に図２を参照）へ供給される。一方、分級された石炭５９のうち粗粒６４は、ホッパ６３を滑落して、テーブル５２上へ戻される。

ミル１３４に供給される１次空気５４は、通常２００〜２４０℃前後の温度を有して石炭を乾燥させる役割を有し、ミル出口温度（微粉炭供給管６０の空気温度）を設定温度に保持するように、温度が調節される。

ミル１３４には、１次空気５４の温度を計測する計測機器７０を始めとする種々の計測機器が設置されており、これらの計測機器によって得られたミル１３４の計測情報は、制御装置２００へ入力される。このような計測機器の例としては、図３に示す１次空気５４の流量を計測する流量計６５、回転式分級機６２の回転数を計測する回転数計測器７１、給炭機１３５からミル１３４へ供給される給炭量を計測する給炭量計７２、ケーシング５０内の１次空気供給部分の空気圧を計測する圧力計６７、微粉炭供給管６０における１次空気圧を計測する圧力計６６、流体圧シリンダ５５に充填されている加圧油圧力を計測する圧力計６８、及びミルローラ５７が石炭を粉砕する際に生じるローラ軸リフト量を計測する計測器６９を挙げることができる。これらの計測機器の設置場所や計測機器の種類は、制御装置２００が備える制御ロジック及び生成する制御信号の種類に応じて、変更してもよい。圧力計６６、６７が計測した１次空気供給部分と微粉炭供給管６０の空気圧に関しては、これらの差圧が計測信号として制御装置２００へ入力される。

制御装置２００は、入力したミル１３４の計測情報を基に制御信号を決定し、これらを各ミルのアクチュエータ（操作端）へ出力する機能を有する。制御信号の一例として、図３には、給炭量指令７３、分級機回転数指令７５、１次空気流量を決定する１次空気流量指令７６、及びミルローラ加圧油圧力指令７７を示す。

給炭量指令７３により、給炭機モータ７４の回転数を変更し、給炭機１３５から供給される給炭量を調整することができる。回転数指令７５により、回転式分級機６２の回転数を調整し、回転式分級機６２を通過する微粉炭の粒度及び微粉炭供給量（ミル容量）を調整することができる。一般に、分級機回転数を増加させると微粉炭粒度は下がり、ミル容量も下がる。１次空気流量指令７６により、ミル１３４へ供給される１次空気５４の流量を調整することができる。ミルローラ加圧油圧力指令７７により、流体圧シリンダ５５に充填されている加圧油の圧力を変更することで、テーブル５２とローラ５７の接触圧力を調整し、石炭性状に応じた粉砕方法を選択することができる。

即ち、本実施例による、石炭火力プラント１００の制御装置２００において、外部入力インターフェース２０１を介して入力されるプラントの計測信号１（図１参照）には、様々な計測器によって計測した石炭火力プラント１００の各種の状態量のうち、少なくとも１つを表す信号が含まれる。このような状態量としては、ミル１３４の様々な計測情報、ボイラ１０１に供給される１次空気及び２次空気の流量、ボイラ１０１の熱交換器１０６に供給される給水の流量と温度と圧力、ボイラ１０１の熱交換器１０６で発生して蒸気タービン１０８に供給される蒸気の温度と圧力と流量、ボイラ１０１から排出される排ガスの温度、ボイラ１０１から排出される排ガスに含まれる環境負荷物質の濃度（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度や一酸化炭素の濃度など）、及びボイラ１０１から排出される排ガスのうちボイラ１０１に再循環させる排ガスの流量（排ガス再循環流量）等を挙げることができる。ミル１３４の計測情報としては、ミルの分級機回転数、ミルローラ加圧油圧力、ミル出口温度、ミルの入口と出口の差圧、ミルローラリフト量、ミルへ供給される給炭量等を挙げることができる。

また、図２及び図３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（図１参照）によって生成され、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に出力される制御信号１４（図１参照）としては、ミル１３４の各操作端における操作量、ボイラ１０１に配管１３３、１４１、１４２を介して供給する空気の流量、ボイラ１０１に空気を供給する配管１３３、１４１、１４２に設置され空気の流量を調節する空気ダンパの開度、排ガス再循環流量、給水ポンプ１０５を介して熱交換器１０６に供給する給水の流量、及びタービン１０８に導かれる蒸気の流量を決定するタービンガバナ１０７の開度等のうち、少なくとも１つを表す信号が含まれる。ミル１３４の各操作端における操作量としては、ミルの分級機回転数、ミルローラ加圧油圧力、及びミルへの給炭量等を挙げることができる。

図４は、図１に示した本実施例によ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である。図４に示すように、制御装置２００は、ステップ１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、及び１５００を組合せて実行する。以下では、それぞれのステップについて説明する。

ステップ１０００では、制御装置２００の動作開始後、計測信号データを取得する。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から計測信号１を取得し、計測信号２として計測信号データベース２１０に保存する。

ステップ１１００では、各ミルについてミル特性を計算する。ミル特性評価部３００は、計測信号データベース２１０に保存された計測データ４、石炭情報管理データベース２２０に保存された石炭情報５、及びミル特性情報データベース２３０に保存されたミル特性情報６を用いて、ミル操作計算部４００が出力するミル操作条件９に対して、各ミルのミル特性情報７及びミル運転効率情報８を計算する。計算した情報のうち、ミル特性情報７はミル特性情報データベース２３０に保存され、ミル運転効率情報８はミル操作計算部４００へ送信される。なお、ミル特性評価部３００の詳細な機能及び動作については、後述する。

ステップ１２００では、ミル操作条件を計算する。ミル操作計算部４００は、ミル特性評価部３００から送信されたミル運転効率情報８、及びミル操作計算情報データベース２４０に保存されたミル操作計算情報データ１０を用いて、各ミルの操作条件を最適探索手法で求めて決定する。その際に、各ミルをプラントの構成や運転特性を考慮して複数のグループに分類し、分類したグループ間の相互作用によってプラント全体の運転効率化を目的とした最適なミル操作条件を決定する。決定したミル操作条件１１は、計算結果データベース２５０に保存する。なお、ミル操作計算部４００の詳細な機能及び動作については、後述する。

ステップ１３００では、制御信号を生成する。制御信号生成部５００は、計測信号データベース２１０に保存された計測データ３、計算結果データベース２５０に保存された計算結果データ１２、及び制御ロジックデータベース２６０に保存された制御ロジックデータ１３を用いて計算し、制御信号１４を生成する。

ステップ１４００では、プラントを制御する。ステップ１３００にて生成した制御信号１４を、外部出力インターフェース２０２を介して制御信号１５として石炭火力プラント１００へ出力し、プラント１００を所望の運転状態へ制御する。

ステップ１５００は、一連の処理動作の終了を判定する分岐である。外部入力装置９００を介して制御装置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む。制御装置２００の動作を終了させない場合は、ステップ１０００に戻る。

以上の動作によって、本実施例による制御装置２００は、計測信号データの取得、ミル特性の計算、ミル操作条件の計算、制御信号の計算と生成、及びプラントの制御の実施に至る一連の処理を、自動的に獲得し実行できる。

次に、制御装置２００のミル特性評価部３００の動作について、図５〜図１３を用いて詳細に説明する。

図５は、ミル特性評価部３００の機能を示す構成図である。図１に示したようにミル特性評価部３００は複数のミル特性評価部（Ａミル特性評価部３０１ａ〜Ｘミル特性評価部３０１ｘ）を有しているが、図５では、Ａミル特性評価部３０１ａの構成のみを示し、以降の説明では、Ａミル特性評価部３０１ａの機能と動作について説明する。その他のミル特性評価部の機能と動作は、Ａミル特性評価部３０１ａと同一である。

図５に示すように、Ａミル特性評価部３０１ａは、Ａミル基本性能計算機能３０２ａ、及びＡミル効率計算機能３０３ａを備える。

Ａミル基本性能計算機能３０２ａは、計測信号データベース２１０に保存された計測データ４、石炭情報管理データベース２２０に保存された石炭情報５、ミル特性情報データベース２３０に保存されたミル特性情報６、及びミル操作計算部４００より入力されるＡミル操作条件９ａを用いて、Ａミル基本性能情報３０４ａを計算し、Ａミル効率計算機能３０３ａへ出力する。

Ａミル効率計算機能３０３ａは、Ａミル基本性能情報３０４ａ、石炭情報５、及びミル特性情報６を用いて、Ａミル運転効率８ａを計算し、ミル操作計算部４００へ送信する。

Ａミル基本性能計算機能３０２ａで求めたＡミル基本性能情報３０４ａと、Ａミル効率計算機能３０３ａで求めたＡミル運転効率８ａは、ミル特性情報７ａとして、ミル特性情報データベース２３０に保存される。

図６は、図５に示したＡミル基本性能計算機能３０２ａの機能を示す構成図である。Ａミル基本性能計算機能３０２ａは、機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０、Ｆ_２（ｘ）３１１、Ｆ_３（ｘ）３１２、Ｆ_４（ｘ）３１３、Ｆ_５（ｘ）３１４、Ｆ_６（ｘ）３１５、Ｆ_７（ｘ）３１７、Ｆ_８（ｘ）３１８、Ｆ_９（ｘ）３１９、及び演算モジュール３１６を備える。ここで、ｘは入力項目（データ情報）を示す。入力項目には、１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、ミル出口温度３２２、デフォルト水分３２３、ＮＯｘ濃度３２４、デフォルト燃料比３２５、ミルローラリフト量３２６、ミルローラ加圧油圧力３２７、デフォルトＨＧＩ（Ｈａｒｄｇｒｏｖｅ Ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ：粉砕性指標）３２８、ミル差圧３２９、及びミル分級機回転数３３０が含まれる。

入力項目のうち、図５に示した計測データ４に該当するのは、ミル出口温度３２２、ＮＯｘ濃度３２４、ミルローラリフト量３２６、及びミル差圧３２９である。図５に示した石炭情報５に該当するのは、デフォルト水分３２３、デフォルト燃料比３２５、及びデフォルトＨＧＩ３２８である。図５に示したミル操作条件９ａに該当するのは、１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、ミルローラ加圧油圧力３２７、及びミル分級機回転数３３０である。出力であるＡミル基本性能情報３０４ａを構成する項目には、Ｃ／Ａ値（微粉炭供給量であるミル容量を１次空気流量で除した値）３３７、ミル容量３３８、生成された微粉炭の粒度を示す微粒化指標３３９、及びミルの分級機モータ６１で消費される動力を表すミル動力３４０が含まれる。

なお、石炭情報５は、運用計画に基づいて、事前の石炭組成の分析結果を参考にして石炭情報管理データベース２２０に登録された情報である。このため、石炭情報５は、実際に使用されている石炭の真の組成情報を示しているとは限らない。そこで、石炭情報５に含まれる情報には、「デフォルト」という語句を付けて表記している。

ミル特性評価部３００は、現在のプラント計測情報を基に、各ミルにおいて粉砕しボイラへ供給する微粉炭の組成、粒度等の情報をリアルタイムで同定する。このような情報は、ミルの最適制御へ利用することができる。

以下、Ａミル基本性能計算機能３０２ａの各機能モジュールについて、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９、図１０、及び図１１を用いて説明する。

図７Ａは、機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０の機能を示す図である。機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０は、ミル出口温度３２２及びデフォルト水分３２３を用いて、当該ミル（ミルＡ）で現在処理されている石炭が含有する水分の推定値３３１を導出する。具体的には、図７Ａに示すように、ミル出口温度３２２とミル出口基準設定温度３４１との差分３４３を、減算演算モジュール３４２が計算する。ミル出口基準設定温度３４１は、制御装置２００に予め設定しておく。次に、ミル出口温度の差分３４３を、水分補正量計算モジュールＦ_１ａ（ｘ）３４４へ入力し、水分補正量３４５を出力する。

図７Ｂは、水分補正量計算モジュールＦ_１ａ（ｘ）３４４の関数特性３５４を示す図である。図７Ｂに示すように、Ｆ_１ａ（ｘ）は、ミル出口温度の差分３４３に対する関数で表される。ミル出口温度の差分３４３が正値の場合（ミル出口温度３２２がミル出口基準設定温度３４１よりも高い場合）は、水分補正量３４５が負値を取り、差分３４３が負値の場合（ミル出口温度３２２がミル出口基準設定温度３４１よりも低い場合）は、水分補正量３４５が正値を取るように設定される。

水分補正量計算モジュールＦ_１ａ（ｘ）３４４の関数特性３５４は、ミル特性情報データベース２３０に保存されるミル特性情報６を基に作成され、図示しているように１次関数に限定されるものではなく、非線形関数特性としてもよい。

図７Ａに戻って説明を続ける。最後に、機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０は、加算演算モジュール３４６を用いて、デフォルト水分３２３に水分補正量３４５を加算することで水分推定値３３１を求めて、これを出力する。

図８Ａは、機能モジュールＦ_２（ｘ）３１１の機能を示す図である。機能モジュールＦ_２（ｘ）３１１は、ＮＯｘ濃度３２４、デフォルト燃料比３２５、Ｃ／Ａ値３３７（前回計算結果）、ミル容量３３８（前回計算結果）、微粒化指標３３９（前回計算結果）、及び燃料比推定値３３２（前回計算結果）を入力し、当該ミル（ミルＡ）で現在処理されている石炭の燃料比推定値３３２を導出する。ここで、「前回計算結果」というのは、それぞれの値が、前回の計算結果でありデータベースに保存されている値（前回値）であることを示している。

具体的な石炭の燃料比推定値３３２の導出方法を説明する。図８Ａに示すように、機能モジュールＦ_２ａ（ｘ）３４７は、デフォルト燃料比３２５、Ｃ／Ａ値３３７（前回計算結果）、ミル容量３３８（前回計算結果）、微粒化指標３３９（前回計算結果）、及び燃料比推定値３３２（前回計算結果）を入力し、最新のミル特性情報及び石炭情報から推定される標準ＮＯｘ濃度３４８を求めて出力する。機能モジュールＦ_２ａ（ｘ）３４７には、ミル特性情報６に含まれる入出力項目情報のデータベースを重回帰分析やニューラルネットワークといった統計的手法を用いて学習させたモデルを用いることができる。

次に、機能モジュールＦ_２ａ（ｘ）３４７は、ＮＯｘ濃度３２４と標準ＮＯｘ濃度３４８との差分３５０を、減算演算モジュール３４９で計算する。標準ＮＯｘ濃度３４８は、制御装置２００に予め設定しておく。次に、ＮＯｘ濃度の差分３５０を、燃料比補正モジュールＦ_２ｂ（ｘ）３５１へ入力し、燃料比補正量３５２を出力する。

図８Ｂは、燃料比補正モジュールＦ_２ｂ（ｘ）３５１の関数特性３５５を示す図である。図８Ｂに示すように、燃料比補正モジュールＦ_２ｂ（ｘ）３５１は、ＮＯｘ濃度の差分３５０に対する関数で表される。ＮＯｘ濃度の差分３５０が正値の場合（ＮＯｘ濃度３２４が標準ＮＯｘ濃度３４８よりも高い場合）は、燃料比補正量３５２が正値を取り、差分３５０が負値の場合（ＮＯｘ濃度３２４が標準ＮＯｘ濃度３４８よりも低い場合）は、燃料比補正量３５２が負値を取るように設定される。

燃料比補正モジュールＦ_２ｂ（ｘ）３５１の関数特性３５５は、水分補正量計算モジュールＦ_１ａ（ｘ）３４４の関数特性３５４と同様に、ミル特性情報データベース２３０に保存されるミル特性情報６を基に作成され、１次関数に限定されない。

図８Ａに戻って説明を続ける。最後に、機能モジュールＦ_２（ｘ）３１１は、加算演算モジュール３５３を用いて、燃料比推定値３３２（前回計算結果）に燃料比補正量３５２を加算することで燃料比推定値３３２を求めて、これを出力する。

図９は、機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２の機能を示す図である。機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２は、１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、ミルローラリフト量３２６、ミルローラ加圧油圧力３２７、及びＨＧＩ推定値３３３（前回計算結果）を入力し、基準ミルローラリフト量３３４を求めて出力する。

具体的には、機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２は、図９に示すように、まず１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、及びミルローラ加圧油圧力３２７と、これらのそれぞれの量に対する標準運転条件時の測定量である基準１次空気流量３５６、基準給炭機流量３５９、及び基準ミルローラ加圧油圧力３６２を入力する。減算演算モジュール３５７によって、１次空気流量３２０と基準１次空気流量３５６の差分である１次空気流量の差分３５８を計算する。減算演算モジュール３６０によって、給炭機流量３２１と基準給炭機流量３５９の差分である給炭機流量の差分３６１を計算する。減算演算モジュール３６３によって、ミルローラ加圧油圧力３２７と基準ミルローラ加圧油圧力３６２の差分であるミルローラ加圧油圧力の差分３６４を計算する。基準１次空気流量３５６、基準給炭機流量３５９、及び基準ミルローラ加圧油圧力３６２は、予め定めて制御装置２００に設定しておく。

次に、求めたこれらの差分とＨＧＩ推定値３３３（前回計算結果）を機能モジュールＦ_３ａ（ｘ）３６５へ入力し、ミルローラリフト量補正量３６６を得る。機能モジュールＦ_３ａ（ｘ）３６５には、機能モジュールＦ_２ａ（ｘ）３４７と同様に、ミル特性情報６に含まれる入出力項目情報のデータベースを重回帰分析やニューラルネットワークといった統計的手法を用いて学習させたモデルを用いることができる。

最後に、機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２は、加算演算モジュール３６７を用いて、求めたミルローラリフト量補正量３６６をミルローラリフト量３２６に加算することで基準ミルローラリフト量３３４を求めて、これを出力する。

図１０は、機能モジュールＦ_４（ｘ）３１３の機能を示す図である。機能モジュールＦ_４（ｘ）３１３は、１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、デフォルトＨＧＩ３２８、ミル差圧３２９、ミル分級機回転数３３０、及びＨＧＩ推定値３３３（前回計算結果）を入力し、基準ミル差圧３３５を求めて出力する。

具体的には、機能モジュールＦ_４（ｘ）３１３は、図１０に示すように、まず１次空気流量３２０、給炭機流量３２１、及びミル分級機回転数３３０と、これらのそれぞれの量に対する標準運転条件時の測定量である基準１次空気流量３５６、基準給炭機流量３５９、及び基準ミル分級機回転数３６８を入力する。そして、これらの量の差分をそれぞれ減算演算モジュール３５７、３６０、及び３６９によって求め、１次空気流量の差分３５８、給炭機流量の差分３６１、及びミル分級機回転数の差分３７０をそれぞれ計算する。基準ミル分級機回転数３６８は、制御装置２００に予め設定しておく。

次に、求めた各差分とＨＧＩ推定値３３３（前回計算結果）を機能モジュールＦ_４ａ（ｘ）３７１へ入力し、ミル差圧補正量３７２を得る。機能モジュールＦ_４ａ（ｘ）３７１には、機能モジュールＦ_２ａ（ｘ）３４７や機能モジュールＦ_３ａ（ｘ）３６５と同様に、ミル特性情報６に含まれる入出力項目情報のデータベースを重回帰分析やニューラルネットワークといった統計的手法を用いて学習させたモデルを用いることができる。

最後に、機能モジュールＦ_４（ｘ）３１３は、加算演算モジュール３７３を用いて、求めたミル差圧補正量３７２をミル差圧３２９へ加算することで基準ミル差圧３３５を求めて、これを出力する。

機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２及びＦ_４（ｘ）３１３によって求めた基準ミルローラリフト量３３４及び基準ミル差圧３３５は、後述する機能モジュールＦ_５（ｘ）においてＨＧＩ推定値を求める際に、入力項目であるミルローラリフト量及びミル差圧の計測値に含まれるノイズ（現在のミル操作条件に起因するノイズ）の影響を排除し、標準運転条件をベースとした場合のミル状態量である。この基準ミルローラリフト量３３４及び基準ミル差圧３３５は、ＨＧＩの推定精度を向上させる効果もたらす。

図６に戻って説明を続ける。

機能モジュールＦ_５（ｘ）３１４は、機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０、Ｆ_２（ｘ）３１１、Ｆ_３（ｘ）３１２、及びＦ_４（ｘ）３１３が求めた水分推定値３３１、燃料比推定値３３２、基準ミルローラリフト量３３４、及び基準ミル差圧３３５を入力し、ＨＧＩ推定値３３３を出力する。機能モジュールＦ_５（ｘ）３１４には、Ｆ_２ａ（ｘ）３４７、Ｆ_３ａ（ｘ）３６５、及びＦ_４ａ（ｘ）３７１と同様に、ミル特性情報６に含まれる入出力項目情報のデータベースを重回帰分析やニューラルネットワークといった統計的手法を用いて学習させたモデルを用いることができる。また、水分推定値３３１、燃料比推定値３３２、基準ミルローラリフト量３３４、及び基準ミル差圧３３５が石炭のＨＧＩ特性と定性的に相関を持つことは公知の知見であり、これらの相関関係からＨＧＩを高精度に推定できる。ＨＧＩ推定値３３３は、ミル特性情報データベース２３０に保存される。

機能モジュールＦ_６（ｘ）３１５は、ミルローラ加圧油圧力３２７、ミル分級機回転数３３０、及びＨＧＩ推定値３３３を入力し、出炭率３３６を出力する。出炭率とは、給炭機からミルへ供給される石炭量に対して、ミルからボイラへ供給される微粉炭量の割合を示す指標である。出炭率３３６は、石炭の砕きやすさ、ミルの粉砕・分級条件に影響するため、ミルローラ加圧油圧力３２７、ミル分級機回転数３３０、及びＨＧＩ推定値３３３の相関関係から求める。機能モジュールＦ_６（ｘ）３１５も、機能モジュールＦ_５（ｘ）３１４と同様に、統計的手法によるモデルを用いることが望ましい。

機能モジュールＦ_６（ｘ）３１５は、乗算演算モジュール３１６を用いて、計算した出炭率３３６を給炭機流量３２１に乗じることによりミルの出炭量（ミル容量）３３８を求め、これをＡミル効率計算機能３０３ａ（図５参照）に出力する。

機能モジュールＦ_９（ｘ）３１９は、１次空気流量３２０、及びミル容量３３８を入力し、Ｃ／Ａ値３３７を計算し、これをＡミル効率計算機能３０３ａ（図５参照）に出力する。Ｆ_９（ｘ）３１９は、ミル容量３３８を１次空気流量３２０で除してＣ／Ａ値３３７を計算する。

機能モジュールＦ_７（ｘ）３１７は、ミルローラ加圧油圧力３２７、ミル分級機回転数３３０、及びＨＧＩ推定値３３３を入力し、微粒化指標３３９を計算し、これをＡミル効率計算機能３０３ａ（図５参照）に出力する。微粒化指標３３９とは、ミルによって粉砕された微粉炭の粒度を定量的に示した指標であり、通常は２００メッシュパス値（７５μ間隔の篩を通過した微粉炭の割合）が用いられる。２００メッシュパス値が大きいほど粒度が小さいことを表し、ボイラでの燃焼効率が高くなる。微粒化指標３３９も、出炭率３３６と同様に、石炭の砕きやすさ、ミルの粉砕・分級条件に影響するため、ミルローラ加圧油圧力３２７、ミル分級機回転数３３０、及びＨＧＩ推定値３３３の相関関係から求める。機能モジュールＦ_７（ｘ）３１７も、統計的手法によるモデルを用いることが望ましい。

機能モジュールＦ_８（ｘ）３１８は、ミル分級機回転数３３０に対するミル動力３４０を求め、これをＡミル効率計算機能３０３ａ（図５参照）に出力する。ミル動力３４０は、ミル分級機回転数３３０と１次相関の関係にある。

図１１は、機能モジュールＦ_８（ｘ）３１８の関数特性３７４を示す図である。図１１に示すように、Ｆ_８（ｘ）３１８の関数特性３７４は、ミル分級機回転数３３０とミル動力３４０との１次関数によって与えられる。関数特性３７４は、ミル特性情報データベース２３０に保存されたミル特性情報６を基に作成される。

以上で、Ａミル基本性能計算機能３０２ａの機能の詳細な説明を終了する。

図１２は、図５に示したＡミル効率計算機能３０３ａの機能を示す構成図である。Ａミル効率計算機能３０３ａは、機能モジュールＦ_１０（ｘ）３７５、Ｆ_１１（ｘ）３７７、及びＦ_１２（ｘ）３７９を備える。

機能モジュールＦ_１０（ｘ）３７５は、Ａミル基本性能計算機能３０２ａの計算結果として入力されたＣ／Ａ値３３７、ミル容量３３８、及び微粒化指標３３９を入力し、燃焼率推定値３７６を求めて出力する。燃焼率推定値３７６とは、ミルＡからボイラへ供給される微粉炭量に対する、微粉炭をボイラのバーナ部で燃焼させた場合に完全燃焼する微粉炭量の割合の推定値である。

燃焼率推定値３７６は、バーナ構造及び燃焼条件を一定とした場合、Ｃ／Ａ値３３７、微粒化指標３３９、及びミル容量３３８によって決定される。具体的には、事前に実施した特性評価試験によってＣ／Ａ値３３７、微粒化指標３３９、及びミル容量３３８の値と燃焼率との関係を求め、これをミル特性情報データベース２３０に保存しておく。そして、このデータを用いて燃焼率を推定するモデルを、重回帰分析やニューラルネットワークといった統計的手法により構築することで、任意の入力条件に対する燃焼率の推定が可能となる。

機能モジュールＦ_１１（ｘ）３７７は、機能モジュールＦ_１０（ｘ）３７５が計算した燃焼率推定値３７６、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５を用いて、プラント燃焼効率３７８を計算する。プラント燃焼効率３７８は、石炭火力プラント１００における微粉炭の燃焼効率であり、それぞれのミルに対して求めることができる。ミルＡのプラント燃焼効率３７８をη^ｃ _Ａ［％］とすると、η^ｃ _Ａは、以下の式（１）によって計算される。

ここで、α_Ａ［％］はミルＡの燃焼率推定値、［Ｃ］［％］は運用炭組成における炭素分比率、Ｑ^Ｃは炭素分の単位質量当たりの高位発熱量（＝３．３８×１０^４［ｋＪ／ｋｇ］）、及びＱ^coal _Ａ［ｋＪ／ｋｇ］は運用炭の単位質量当たりの高位発熱量である。［Ｃ］とＱ^coal _Ａは、石炭組成の分析情報であり、石炭情報５に含まれる。式（１）は、プラント燃焼効率３７８であるη^ｃ _Ａが、ミルＡからボイラへ供給される石炭の高位発熱量（＝ボイラへ投入される熱エネルギー）に対する、完全燃焼する微粉炭中に含まれる炭素分に相当する高位発熱量（＝燃焼によって発生する熱エネルギー）の割合であることを意味する。η^ｃ _Ａの値が大きいほど、燃焼によって効率良くエネルギーが発生していることを示す。

機能モジュールＦ_１２（ｘ）３７９は、機能モジュールＦ_１１（ｘ）３７７が計算したプラント燃焼効率３７８、ミル容量３３９、及びミル動力３４０を用いて、ミルＡの運転効率であるＡミル運転効率８ａを計算し、これをミル操作計算部４００（図１参照）へ出力する。ここで、Ａミル運転効率８ａをη^ｍ _Ａ［％］とすると、η^ｍ _Ａは、以下の式（２）及び式（３）によって計算される。

ここで、Ｐ^Ｍ _Ａ［ｋＷ］はミルＡのミル動力３４０、Ｐ^Ｇ _Ａ［ｋＷ］はミルＡから供給される燃料に対するプラントの発電出力の推定値、Ｇ_Ａ［ｋｇ／ｓ］はミル容量３３９、η^ｇ［％］はプラントの発電端効率である。η^ｇは、プラントの機器構成及び運転方法によって決まる定数である。式（２）は、ミル運転効率η^ｍ _Ａが、プラント燃焼効率η^ｃ _Ａからミル動力Ｐ^Ｍ _Ａに相当する効率分を差引いた値であることを意味する。

以上の説明から、ミル特性評価部３００が出力するミル運転効率情報８は、ミルの計測情報、運用炭情報、ミル特性情報、及びミル操作条件に基づく燃焼効率とミル動力から計算されるミルの性能値であり、プラント全体の運転効率に対する各ミルの寄与度と考えることができる。

図１３は、以上の説明に基づく、ミル特性評価部３００の動作の手順を表すフローチャートである。図１３に示したフローチャートは、図４に示した制御装置２００の制御を示すフローチャートのステップ１１００における動作を詳細に示したものであり、ステップ１１１０〜１１２３からなる。ミル特性評価部３００は、ステップ１１１０〜１１２３を組合せて実行する。以下では、それぞれのステップについて説明する。

ステップ１１１０では、ミル特性評価部３００の動作開始後、カウンタｉを１に初期化する。カウンタｉは、各ミルの番号を表す添字である。なお、本フローチャートでは、各ミルを番号で管理し、フローチャートの実行時にミルの番号を添字ｉとしてカウントする。

ステップ１１１１では、機能モジュールＦ_１（ｘ）３１０を動作させ、ミルｉの運用炭（ミルｉで現在処理されている石炭）が含有する水分の推定値３３１を計算する。

ステップ１１１２では、機能モジュールＦ_２（ｘ）３１１を動作させ、ミルｉの運用炭の燃料比推定値３３２を計算する。

ステップ１１１３では、機能モジュールＦ_３（ｘ）３１２を動作させ、ミルｉの基準ミルローラリフト量３３４を計算する。

ステップ１１１４では、機能モジュールＦ_４（ｘ）３１３を動作させ、ミルｉの基準ミル差圧３３５を計算する。

ステップ１１１５では、機能モジュールＦ_５（ｘ）３１４を動作させ、ミルｉのＨＧＩ推定値３３３を計算する。

ステップ１１１６では、機能モジュールＦ_６（ｘ）３１５、及び乗算演算モジュール３１６を動作させ、ミルｉのミル容量３３８を計算して推定する。

ステップ１１１７では、機能モジュールＦ_９（ｘ）３１９を動作させ、ミルｉのＣ／Ａ値３３７を計算する。

ステップ１１１８では、機能モジュールＦ_７（ｘ）３１７を動作させ、ミルｉの微粒化指標３３９を計算して推定する。

ステップ１１１９では、機能モジュールＦ_８（ｘ）３１８を動作させ、ミルｉのミル動力３４０を計算する。

ステップ１１２０では、機能モジュールＦ_１０（ｘ）３７５を動作させ、ミルｉの燃焼率３７６を計算して推定する。

ステップ１１２１では、機能モジュールＦ_１１（ｘ）３７７を動作させ、ミルｉのプラント燃焼効率３７８を計算する。

ステップ１１２２では、機能モジュールＦ_１２（ｘ）３７９を動作させ、ミルｉの運転効率８を計算する。

ステップ１１２３は、カウンタｉを判定する分岐である。カウンタｉが運転しているミルの台数（運転ミル台数）に一致していない場合は、ｉに１を加算し、ステップ１１１１に戻る。カウンタｉが運転ミル台数に一致する場合は、ミル特性評価部３００の動作を終了させるステップに進む。

以上の説明から明らかなように、ミル特性評価部３００では、プラントの計測データ及び事前の分析結果から得られた石炭情報を基に、運用炭性状（水分、燃料比、及びＨＧＩ）及びミルの特性（Ｃ／Ａ値、ミル容量、微粒化指標、ミル動力、及びミル運転効率）をリアルタイムで推定する。本実施例によるミル特性評価部３００は、現在のプラントの運転状態を反映させることが可能なため、事前に分析した石炭情報のみを基にする場合に比べて、より高精度なミルの特性の推定が可能となる。

以上で、制御装置２００のミル特性評価部３００の動作の詳細な説明を終了する。

次に、制御装置２００のミル操作計算部４００の動作について、図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。

図１４は、ミル操作計算部４００の動作の手順を表すフローチャートである。図１４に示したフローチャートは、図４に示した制御装置２００の制御を示すフローチャートのステップ１２００における動作を詳細に示したものであり、ステップ１２１０〜１２１８を組合せて実行する。以下では、それぞれのステップについて説明する。

ステップ１２１０では、ミル操作計算部４００の動作開始後、ミルグループを設定する。すなわち、プラントの構成及び運用条件を基に、ミルを複数のグループ（ミルグループ）へ分類する。ここで、ミルのグルーピングについて、図１５を用いて説明する。

図１５は、ミルのグルーピングを示す概略図であり、ボイラとバーナを表示している。図１５では、代表的な石炭燃焼ボイラの一例である対向燃焼型ボイラを、横から見た図を示している。ボイラには缶前と缶後に３段ずつ、合計６個のバーナが設置されている。各バーナには、図１５に示すように、６台のミルＡ〜ミルＦのうちそれぞれ１台が対応し、微粉炭を供給できるようになっている。

このようなバーナの配置情報は、画像表示装置９２０に表示される。石炭火力プラント１００の運転員は、バーナの配置情報を見ながら、バーナの段単位でミルを組合せて、又は缶前や缶後毎にミルを組合せて、ミルのグルーピングを行う。図１５では、グルーピングの一例として、ミルＡとミルＤがグループ１、ミルＢ、ミルＣ、ミルＥ、及びミルＦがグループ２、ミルＡ、ミルＢ、及びミルＣがグループ３、並びにミルＤ、ミルＥ、及びミルＦがグループ４と分類されている。また、詳細な理由は後述するが、グルーピングはボイラ火炉内部の燃焼効率のバランスを念頭に入れて実施することが望ましい。

図１４に戻って説明を続ける。ステップ１２１１では、ステップ１２１０で設定した各ミルグループについて、ミルの操作条件の探索時に使用するパラメータを初期化する。このパラメータについては、後述する。

ステップ１２１２では、ミルの操作条件の探索における繰返し回数であるカウンタｎを１に初期化する。

ステップ１２１３では、カウンタｊを１に初期化する。カウンタｊは、各ミルグループの番号を表す添字である。なお、本フローチャートでは、各ミルグループを番号で管理し、フローチャートの実行時に各ミルグループの番号を添字ｊとしてカウントする。

ステップ１２１４では、ミルグループｊについて、以下の式（４）、式（５）、及び式（６）で与えられる評価関数値Ｅ_ｊ（ｘ_ｊ）を計算する。ここで、ｘ_ｊはミルグループｊに属するミルの操作条件の集合（ベクトル）であり、前述のように、各ミルの１次空気流量、給炭機流量、ミルローラ加圧油圧力、及びミル分級機回転数を含む。

式（４）において、右辺第１項（η^ｇ _ｊ）は、ミルグループｊの平均ミル運転効率を表し、第２項は、ミルグループｊと他の全てのミルグループｋ（ｋ≠ｊ）との運転効率バランスの影響を表す。石炭ボイラでは、火炉内での燃焼状態に影響する因子として、バーナ相互の燃焼バランスがある。殆どの場合において、ボイラは、各バーナから均等に石炭を燃焼させた場合に火炉内での燃焼状態が最も良くなり、プラント全体として運転効率が最大となるように設計されている。従って、ミル単体の運転効率を最大化するだけでなく、バーナの配置を考慮したミル相互間の運転効率のバランスを最適にするようにして、ミルの操作条件を決定する必要がある。

式（４）の右辺第２項は、他のミルグループｋ（ｋ≠ｊ）とミルグループｊの運転効率比の、均等バランス（運転効率比＝１）に対する差分の２乗和であり、他グループとの運転効率のバランスが悪いほど計算される値が大きくなる。従って、式（４）で求めたＥ_ｊ（ｘ_ｊ）を評価関数とし、この評価関数の値を最大化するような最適探索手法により、プラント全体の運転効率を最大化することができる。

ここで、式（４）におけるＣ_ｊｋは、運転効率のバランスの影響を考慮するミルグループの組合せ（添字ｊ、ｋ）を決定する係数であり、式（６）に示すように判定フラグθ_ｊｋが真（＝ｔｒｕｅ）の場合は１を、偽（＝ｆａｌｓｅ）の場合は０を取る。θ_ｊｋは、ステップ１２１１において任意に設定される。また、式（４）、式（５）、及び式（６）の変数や添字の意味については、ｋが他のミルグループのカウンタ、Ｊがグループ数、ｌがミルのカウンタ、及びＬｊがグループｊに属するミルの数を表す。判定フラグθ_ｊｋは、前述したように、ミル操作計算情報データベース２４０に保存されたミル操作計算情報データ１０に含まれている。

ステップ１２１５では、ミルグループｊの操作条件を、最適探索手法を用いて求める。具体的には、ステップ１２１４で計算した評価関数値Ｅ_ｊ（ｘ_ｊ）を最大とするような、ミルグループｊに属するミル操作条件ｘ_ｊの組合せを探索する。探索アルゴリズムとしては、勾配法、ランダムサーチ、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法、タブーサーチ、及び粒子群最適化等、任意の公知の手法を用いることができる。探索アルゴリズムを動作させるのに必要なパラメータは、前述したように、ミル操作計算情報データベース２４０に保存されたミル操作計算情報データ１０に含まれている。

ステップ１２１６は、カウンタｊを判定する分岐である。カウンタｊがミルグループの数に一致していない場合は、ｊに１を加算し、ステップ１２１４に戻る。カウンタｊがミルグループの数に一致する場合は、次のステップ１２１７に進む。

ステップ１２１７は、カウンタｎを判定する分岐である。カウンタｎが探索アルゴリズムの最大反復回数に一致していない場合は、ｎに１を加算し、ステップ１２１３に戻る。カウンタｎが最大反復回数に一致する場合は、次のステップ１２１８に進む。最大反復回数は、本フローチャートの実行前に予め設定しておく。

ステップ１２１８では、本フローチャートにおける計算結果を、計算結果データベース２５０に保存し、ミル操作計算部４００の動作を終了するステップに進む。

以上の説明から明らかなように、ミル操作計算部４００では、式（４）、式（５）、及び式（６）で求まる評価関数Ｅ_ｊ（ｘ_ｊ）を用いることにより、ミル単体の運転効率の最大化に加え、バーナの配置を考慮したミル相互間の運転効率のバランスを最適にするようにミル操作条件を決定する。この結果、プラント全体の運転効率を最大化させることができる。

以上で、制御装置２００のミル操作計算部４００の動作の詳細な説明を終了する。

次に、本実施例による石炭火力プラントの制御装置２００に接続される画像表示装置９２０（図１参照）にて表示される画面について、図１６、図１７及び図１８を用いて説明する。画像表示装置９２０は、制御装置２００とデータを送受信する保守ツール９１０に接続され、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に従って画像を表示する。

石炭火力プラント１００の運転員は、図１６、図１７、又は図１８に示す画面が画像表示装置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チェックボックスをクリックすることで、チェックボックスを選択（チェックを表示）することができる。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。また、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。

図１６は、本実施例による石炭火力プラントの制御装置２００において、ミル操作計算部４００を実行する際に画像表示装置９２０に表示されるミルグループの設定画面の例である。この画面は、図１４のフローチャートにおけるステップ１２１０とステップ１２１１に対応して表示される。

図１６に示した画面では、ミル−バーナ配置図３０００とミルグループリスト３００５とが表示され、ステップ１２１０におけるミルグループの設定、及びステップ１２１１におけるミルグループのパラメータの初期化を実施することができる。ミル−バーナ配置図３０００では、各ミルがバーナの配置と対応付けられて表示される。

画面上のミル−バーナ配置図３０００に示された、各バーナに対応するチェックボックス３００１に対し、マウス９０２を操作してチェックを入れることで、グルーピングするミルを選択することができる。ミル−バーナ配置図３０００に示すように、実際のバーナの配置を参考にできるため、バーナ間の運転効率バランスを考慮したグルーピングが可能である。

グルーピングするミルを選択後、グループ追加ボタン３００２を選択することで、選択したミルによるミルグループを新たにミルグループリスト３００５に追加することができる。また、ミルグループリスト３００５中の既存のミルグループに対して、チェックボックス３００６によって任意のグループを選択した後、グループ削除ボタン３００３を選択することで、選択したミルグループをリスト３００５より削除することができる。

ミルグループリスト３００５には、追加したミルグループ毎にグループＮｏ．（グループ番号）３００７、グループに属するミルの名称３００８、及びグループ間の運転効率バランスの影響を考慮するか否かを選択するチェックボックス３００９が存在する。ここで、チェックボックス３００９の選択又は非選択は、式（６）における判定フラグθ_ｊｋの真又は偽に対応する。即ち、マウス９０２を操作してチェックボックス３００９にチェックを入れるとθ_ｊｋは真（＝ｔｒｕｅ）に初期化され、チェックを外すとθ_ｊｋは偽（＝ｆａｌｓｅ）に初期化される。

以上の入力の終了後、グループ更新ボタン３００４を選択することで、設定したミルグループの情報を更新することができる。

全てのミルグループの設定が終了後、終了ボタン３０１０を選択することで、ミルグループの設定画面を終了し、ミルのグルーピング及びミルグループへのパラメータの設定を終了させることができる。

図１７は、本実施例による石炭火力プラントの制御装置２００において、ミル特性評価部３００を実行して得られるミル特性情報のトレンドを確認する際に、画像表示装置９２０に表示されるミル評価値トレンドの表示画面の例である。

図１７に示した画面では、ミル−バーナ配置図３１００とグラフ描画エリア３１０４とが表示される。グラフ描画エリア３１０４は、石炭火力プラント１００が備える任意のミルについて、ミル特性評価部３００が求めたミル特性情報７の時系列トレンドグラフ３１０５を表示する。

画面上のミル−バーナ配置図３１００に示された、バーナの各段に対応するチェックボックス３１０１に対し、マウス９０２を操作してチェックを入れることで、トレンドグラフ３１０５を表示したいミルを選択することができる。複数のミルを選択することが可能であり、選択したミルの数だけ、ミル特性の値のトレンドグラフ３１０５がグラフ描画エリア３１０４に表示される。図１７の例では、ミルＡとミルＤのトレンドグラフ３１０５が表示されている。

また、画面右側に設けられたプルダウンボタン３１０２をマウス９０２で選択すると、プルダウンメニュー３１０３が表示され、ミル特性評価部３００において求めた種々のミル特性情報７の中から、グラフエリア３１０４に表示させたい項目をひとつ選択することができる。

また、終了ボタン３１０６を選択することで、ミル評価値トレンドの表示画面を終了し、ミル特性情報７のトレンドグラフの表示を終了させることができる。

以上のように、図１７に示した画面から、プラント１００の運転員は、各ミルの特性情報７をリアルタイムで把握することができる。即ち、制御装置２００の動作に関わらず、既存の計測情報からは判断が困難なミルの運転状態の急激な変化についても把握が可能であり、ミルの予防保全にも資することができる。

図１８は、本実施例による石炭火力プラントの制御装置２００において、ミル操作計算部４００を実行して得られる各ミルグループの平均運転効率（平均ミル運転効率η^ｇ _ｊ）のトレンド及びプラント全体の運転効率のトレンドを確認する際に、画像表示装置９２０に表示される運転効率バランス・プラント効率のトレンドの表示画面の例である。図１８に示すように、この画面の上半分には、各ミルグループの平均運転効率（グループ運転効率）のトレンドグラフが、運転効率バランストレンドとして表示される。画面の下半分には、プラント全体の運転効率（プラント効率）のトレンドグラフが、プラント効率トレンドとして表示される。

運転効率バランストレンドのグラフでは、図１６のミルグループの設定画面において設定したグループ間の運転効率バランスの設定に基づき、選択した２種類のグループの運転効率のトレンドグラフを表示する。まず、プルダウンメニュー３２０３及び３２０４をマウス９０２で選択することにより、ミルグループの組合せを決定する。このとき、プルダウンメニュー３２０３及び３２０４から選択できるミルグループは、図１６においてチェックボックス３００９を選択したグループの組合せのみとなっている。ミルグループの組合せを決定すると、グラフエリア３２００には、選択した２種類のミルグループの平均運転効率のトレンドグラフ３２０１及び３２０２が表示される。

プラント効率トレンドのグラフでは、プラント全体の運転効率のトレンドグラフを表示する。グラフエリア３２０５には、計測情報を基にリアルタイムに計算されるプラント運転効率のトレンドグラフ３２０６が表示される。ここで、プラント運転効率は、ミル特性評価部３００のミル効率計算機能が導出するミル運転効率から求めず、実際のプラント運転の結果として計測される計測情報を基に算出する。この計測情報には、排ガス流量、排ガス温度、灰中未燃分、一酸化炭素濃度、熱交換器メタル温度、及び排ガス組成のうち少なくとも１つの情報が含まれる。

また、図１８に示した運転効率バランス・プラント効率のトレンドの表示画面では、プラント効率の目標値を設定し、グラフエリア３２０５に表示させることもできる。数値ボックス３２０８にプラント効率の目標値を入力し、設定ボタン３２０９を選択することで、プラント効率の目標値３２０７がグラフエリア３２０５に追加表示される。

また、終了ボタン３２１０を選択することで、運転効率バランス・プラント効率のトレンドの表示画面を終了し、運転効率バランストレンドとプラント効率トレンドの表示を終了させることができる。

以上のように、図１８に示した運転効率バランス・プラント効率のトレンドの表示画面から、プラントの運転員は、設定したグループ間の運転効率のバランスが、望ましい状態（平均運転効率比＝１）となるように制御されているかをリアルタイムに確認することができる。また、プラント運転効率が設定した目標値を達成しているかどうかも、リアルタイムに確認可能である。

以上で、本実施例による石炭火力プラントの制御装置２００に接続される画像表示装置９２０にて表示される画面についての説明を終了する。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、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、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。

また、本発明による制御装置の各構成は、こ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、これらの一部又は全部は、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ようにして、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、及び算出情報等の情報は、メモリ、ハードディスク、及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、及びＤＶＤ等の記録媒体に記録することができる。よって、本発明による制御装置の各構成は、処理部、処理ユニット、及びプログラムモジュールなどとして、各機能の実現が可能である。

また、各図面において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを記載しており、必ずしも製品として必要な全ての制御線や情報線を記載しているとは限らない。実際の製品では、殆ど全ての構成要素が相互に接続されていると考えてもよい。

以上で、本発明による石炭火力プラントの制御装置の詳細な説明を終了する。

１…計測信号、３…計測データ、４…計測データ、５…石炭情報、６…ミル特性情報、７…ミル特性情報、８…ミル運転効率情報、９…ミル操作条件、１０…ミル操作計算情報データ、１１…ミル操作条件、１２…計算結果データ、１３…制御ロジックデータ、１４…制御信号、９０…入出力データ情報、９１…保守ツール入力信号、９２…保守ツール入力信号、９３…保守ツール出力信号、９４…保守ツール出力信号、１００…石炭火力プラント、１０１…ボイラ、１０２…バーナ、１３４…ミル、２００…制御装置、２０１…外部入力インターフェース、２０２…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…ミル特性情報データベース、２４０…ミル操作計算情報データベース、２５０…計算結果データベース、２６０…制御ロジックデータベース、３００…ミル特性評価部、３０１ａ…Ａミル特性評価部、３０２ａ…Ａミル基本性能計算機能、３０３ａ…Ａミル効率計算機能、３０４ａ…Ａミル基本性能情報、４００…ミル操作計算部、５００…制御信号生成部、８００…入出力部、９００…外部入力装置、９０１…キーボード、９０２…マウス、９１０…保守ツール、９１１…外部入力インターフェース、９１２…データ送受信処理部、９１３…外部出力インターフェース、９２０…画像表示装置。

Claims (17)

1. 石炭を粉砕して微粉炭にするミルと微粉炭を燃焼するボイラとを備える石炭火力プラントから、前記石炭火力プラントの状態量を表す計測信号を取得し、前記計測信号を用いて前記石炭火力プラントを制御する石炭火力プラントの制御装置において、
   前記計測信号を用いて、前記石炭火力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、
   前記計測信号に含まれているデータを保存する計測信号データベースと、
   前記石炭に関する情報を保存する石炭情報管理データベースと、
   前記ミルの特性に関する情報を保存するミル特性情報データベースと、
   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、及び前記ミル特性情報データベースに保存された情報を用いて、前記ミルの特性を計算するミル特性評価部と、
   前記ミル特性評価部が計算した前記ミルの特性を用いて、前記ミルの操作条件を計算するミル操作計算部と、
   前記ミル操作計算部が計算した前記ミルの操作条件を保存する計算結果データベースと、
   前記石炭火力プラントに対する制御ロジックを保存する制御ロジックデータベースと、を備え、
   石炭情報管理データベースは、前記石炭に関する情報として、少なくとも石炭の水分の値、燃料比、及び粉砕性指標であるＨＧＩを保存し、
   前記制御信号生成部は、前記計算結果データベース、及び前記制御ロジックデータベースに保存された情報を用いて、前記制御信号を生成するように構成されている、
   ことを特徴とする石炭火力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、前記ミルの分級機回転数、前記ミルのローラ加圧油圧力、前記ミルの出口温度、前記ミルの入口と出口の差圧、前記ミルのローラリフト量、前記ミルへ供給される給炭量、前記ボイラに供給される１次空気及び２次空気の流量、前記ボイラの給水流量、前記ボイラの給水温度、前記ボイラの給水圧力、前記ボイラの蒸気温度、前記ボイラの蒸気圧力、前記ボイラの蒸気流量、前記ボイラの排ガス温度、前記ボイラの排ガスに含まれる環境負荷物質の濃度、及び前記ボイラの排ガス再循環流量のうち、少なくとも１つを表す信号を含み、
   前記制御信号は、前記ミルの分級機回転数、前記ミルのローラ加圧油圧力、前記ミルへの給炭量、前記ボイラの空気流量、前記ボイラの空気ダンパ開度、前記ボイラの排ガス再循環流量、前記ボイラの給水流量、及びタービンガバナ開度のうち、少なくとも１つを決定する信号を含む石炭火力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、
   前記ミル特性評価部は、ミル基本性能計算機能、及びミル効率計算機能を備え、
   ミル基本性能計算機能は、
   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、及び前記ミル特性情報データベースに保存された情報を入力し、
   前記ミルが前記ボイラへ供給する微粉炭の供給量であるミル容量、このミル容量を１次空気流量で除したＣ／Ａ値、前記微粉炭の微粒化度合いを表す微粒化指標、及び前記ミルで消費される動力であるミル動力を含むミル基本性能情報を計算し、
   このミル基本性能情報を前記ミルの特性に関する情報として前記ミル特性情報データベースに保存し、
   前記ミル効率計算機能は、
   前記ミル基本性能情報を基に前記ミルの運転効率を計算する石炭火力プラントの制御装置。
4. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   前記計測信号データベースに保存された前記ミルの出口温度と、前記石炭情報管理データベースに保存された石炭の水分の値とを入力し、
   前記ミル出口温度と予め定めた基準設定温度との差分を求め、この差分が負値を取る場合は水分補正量を正値とし、この差分が正値を取る場合は水分補正量を負値とする演算を実施し、
   この水分補正量を前記石炭の水分の値に加算して水分推定値を求めることで、前記ミルにおいて処理中の石炭の水分の値を推定する石炭火力プラントの制御装置。
5. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   前記ミル特性情報データベースに保存されたミル容量、Ｃ／Ａ値及び微粒化指標と、前記石炭情報管理データベースに保存された石炭の燃料比及び燃料比推定値とから標準ＮＯｘ濃度を計算し、
   この標準ＮＯｘ濃度と前記計測信号に含まれるＮＯｘ濃度との差分を求め、この差分が負値を取る場合は燃料比補正量を負値とし、この差分が正値を取る場合は燃料比補正量を正値とする演算を実施し、
   この燃料比補正量を前記燃料比推定値に加算して燃料比推定値を求めることで、前記ミルにおいて処理中の石炭の燃料比を推定する石炭火力プラントの制御装置。
6. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   前記計測信号に含まれる１次空気の流量と予め定めた前記１次空気の流量の基準量との差分と、前記計測信号に含まれる前記ミルへ供給される給炭量と予め定めた前記給炭量の基準量との差分と、前記計測信号に含まれる前記ミルのローラ加圧油圧力と予め定めた前記ローラ加圧油圧力の基準量との差分とを求め、
   これらの差分と前記ミル特性情報データベースに保存されており石炭の粉砕性指標であるＨＧＩの推定値とから前記ミルのローラリフト量補正量を計算し、
   このローラリフト量補正量を前記計測信号に含まれる前記ミルのローラリフト量に加算して前記ミルの基準ローラリフト量を求めることで、標準運転における前記ミルのローラリフト量を推定する石炭火力プラントの制御装置。
7. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   前記計測信号に含まれる１次空気の流量と予め定めた前記１次空気の流量の基準量との差分と、前記計測信号に含まれる前記ミルへ供給される給炭量と予め定めた前記給炭量の基準量との差分と、前記計測信号に含まれる前記ミルの分級機回転数と予め定めた前記分級機回転数の基準量との差分とを求め、
   これらの差分と前記ミル特性情報データベースに保存されており石炭の粉砕性指標であるＨＧＩの推定値とから前記ミルの入口と出口の差圧の補正量を計算し、
   この差圧の補正量を前記計測信号に含まれる前記ミルの入口と出口の差圧に加算して前記ミルの基準差圧を求めることで、標準運転における前記ミルの差圧を推定する石炭火力プラントの制御装置。
8. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   推定した前記ミルにおいて処理中の石炭の水分の値と、推定した前記ミルにおいて処理中の石炭の燃料比と、推定した標準運転における前記ミルのローラリフト量と、推定した標準運転における前記ミルの差圧とから、前記ミルにおいて処理中の石炭の粉砕性指標であるＨＧＩの値を推定し、推定したＨＧＩの値を前記ミル特性情報データベースに保存する石炭火力プラントの制御装置。
9. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
   前記ミル基本性能計算機能は、
   推定したＨＧＩの値と、前記計測信号に含まれる前記ミルのローラ加圧油圧力と、前記計測信号に含まれる前記ミルの分級機回転数とから、前記ミルへ供給される石炭の量に対する、前記ミルから前記ボイラへ供給する微粉炭の量の割合を示す出炭率を推定する石炭火力プラントの制御装置。
10. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記ミル基本性能計算機能は、
    推定したＨＧＩの値と、前記計測信号に含まれる前記ミルのローラ加圧油圧力と、前記計測信号に含まれる前記ミルの分級機回転数とから、前記微粒化指標を推定する石炭火力プラントの制御装置。
11. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記ミル効率計算機能は、
    前記ミル基本性能計算機能が計算したミル容量とＣ／Ａ値と微粒化指標とから、前記ミルが生成した微粉炭の燃焼率を推定する石炭火力プラントの制御装置。
12. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記ミル効率計算機能は、
    推定した燃焼率と、前記石炭情報管理データベースに保存された前記石炭に関する情報とから、前記微粉炭の燃焼効率を計算する石炭火力プラントの制御装置。
13. 請求項３に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記ミル効率計算機能は、
    計算した燃焼効率と、前記ミル基本性能計算機能が計算したミル容量及びミル動力とから、燃焼効率からミル動力に相当する効率を差引いた値である前記ミルの運転効率を計算する石炭火力プラントの制御装置。
14. 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、
    前記石炭火力プラントは、複数の前記ミルを備え、
    前記ミル操作計算部は、
    複数の前記ミルを複数のグループへ分類し、
    前記グループのうち任意の１つのグループに属するミルの運転効率から求めた指標と、前記任意の１つのグループとこのグループ以外の他の全てのグループとの運転効率のバランスを考慮した指標とにより評価関数を計算し、
    前記評価関数の値を最大化するように前記任意の１つのグループに属するミルの操作条件を、最適探索手法を用いて探索する石炭火力プラントの制御装置。
15. 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、
    画像表示装置と情報を送受信するための入出力部を備える石炭火力プラントの制御装置。
16. 請求項１４に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記ミルを前記ボイラが備えるバーナの配置と対応付けて表示し、前記グループの追加と削除を可能とする画面を表示する画像表示装置と接続する石炭火力プラントの制御装置。
17. 請求項１４に記載の石炭火力プラントの制御装置において、
    前記グループの平均の運転効率のトレンドグラフと、前記石炭火力プラントの計測情報から得られた運転効率のトレンドグラフとを表示する画像表示装置と接続する石炭火力プラントの制御装置。

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