JP2014044037A - ボイラシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】必要とされる蒸発量が変動する度に複数のボイラすべての蒸発量を変動させることなく、複数のボイラの負荷率を平準化できるボイラシステムを提供すること。
【解決手段】複数のボイラ20を備えるボイラ群2と、ボイラ群2の燃焼状態を制御する制御部4と、を備えるボイラシステム1であって、複数のボイラ20には単位蒸発量Uが設定されており、制御部4は、必要蒸発量と出力蒸発量との偏差量を算出する偏差算出部43と、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きい場合に負荷率の低いボイラ20を選択し、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さい場合に負荷率の高いボイラ20を選択するボイラ選択部44と、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きいと選択されたボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分増加させ、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さいと選択されたボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分減少させる出力制御部46と、を備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳しくは、燃焼状態の制御を比例制御で行うボイラシステムに関する。
従来、複数のボイラを燃焼させて蒸気を発生させるボイラシステムとして、ボイラの燃焼量を連続的に増減させて蒸気の発生量を制御する、いわゆる比例制御方式のボイラシステムが提案されている。
例えば、特許文献1には、燃焼している複数のボイラを均等な負荷率で運転させ、また、燃焼しているボイラの台数が変動が生じた場合には、変動後に燃焼しているすべてのボイラを均等な負荷率で運転させる比例制御ボイラの制御方法が提案されている。
特開平11−132405号公報
しかしながら、特許文献1で提案された手法では、必要とされる蒸発量に変動がある度、及び燃焼させるボイラの台数に変動が生じる度に、燃焼しているすべてのボイラの負荷率を変動させるため、燃焼しているすべてのボイラの燃焼状態を頻繁に変更することとなり、ボイラシステムの圧力安定性を維持しにくい。
従って、本発明は、必要とされる蒸発量が変動する度に複数のボイラすべての蒸発量を変動させることなく、これら複数のボイラの負荷率を平準化できるボイラシステムを提供することを目的とする。
本発明は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、複数の前記ボイラには、変動可能な蒸発量の単位である単位蒸発量が設定されており、前記制御部は、前記要求負荷に応じて必要とされる必要蒸発量と、前記ボイラ群により出力される出力蒸発量との偏差量を算出する偏差算出部と、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きい場合に前記複数のボイラのうち負荷率の低いボイラを選択し、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さい場合に前記複数のボイラのうち負荷率の高いボイラを選択するボイラ選択部と、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きいと前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を前記単位蒸発量分増加させ、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さいと前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を前記単位蒸発量分減少させる出力制御部と、を備えるボイラシステムに関する。
また、前記制御部は、前記偏差算出部により算出された前記偏差量が前記単位蒸発量以上であるかを判定する判定部を更に備え、前記出力制御部は、前記判定部により前記偏差量が前記単位蒸発量以上であると判定された場合に、前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を変更させることが好ましい。
また、前記偏差算出部は、前記出力制御部により前記選択されたボイラの蒸発量が変更された場合、前記必要蒸発量と蒸発量変更後の前記ボイラ群の出力蒸発量との偏差量を算出する請求項1又は2に記載のボイラシステムことが好ましい。
また、前記複数のボイラには、優先順位が設定されており、前記ボイラ選択部は、前記複数のボイラの負荷率が等しい場合、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きいと、最も優先順位の高いボイラを選択し、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さいと、最も優先順位の低いボイラを選択することが好ましい。
また、前記単位蒸発量は、前記複数のボイラそれぞれに対して個別に設定され、前記判定部は、前記偏差量が前記ボイラ選択部により選択されたボイラの単位蒸発量以上であるかを判定することが好ましい。
また、前記単位蒸発量は、前記ボイラの最大蒸発量の0.1%〜20%に設定されることが好ましい。
本発明のボイラシステムによれば、必要とされる蒸発量が変動する度に複数のボイラすべての蒸発量を変動させることなく、これら複数のボイラの負荷率を平準化できる。
本発明の一実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラ群の概略を示す図である。 制御部の構成を示す機能ブロック図である。 ボイラシステムの動作を示すフローチャートである。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第1実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第2実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第2実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第2実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第2実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 第2実施形態のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。
以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のボイラシステム1の全体構成につき、図1を参照しながら説明する。
ボイラシステム1は、複数(5台)のボイラ20を含むボイラ群2と、これら複数のボイラ20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、ボイラ群2の燃焼状態を制御する制御部4を有する台数制御装置3と、を備える。
ボイラ群2は、負荷機器としての蒸気使用設備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を構成する複数のボイラ20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、複数のボイラ20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。
蒸気圧センサ7は、信号線13を介して、台数制御装置3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を介して台数制御装置3に送信する。
台数制御装置3は、信号線16を介して、複数のボイラ20と電気的に接続されている。この台数制御装置3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、各ボイラ20の燃焼状態を制御する。台数制御装置3の詳細については、後述する。
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。
ボイラシステム1において要求される負荷(要求負荷)は、蒸気使用設備18における蒸気消費量である。台数制御装置3は、この蒸気消費量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧の変動を、蒸気圧センサ7が測定する蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧(物理量)に基づいて算出し、ボイラ群2を構成する各ボイラ20の燃焼量を制御する。
具体的には、蒸気使用設備18の需要の増大により要求負荷(蒸気消費量)が増加し、蒸気ヘッダ6に供給される蒸気量(後述の出力蒸発量)が不足すれば、蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧が減少することになる。一方、蒸気使用設備18の需要の低下により要求負荷(蒸気消費量)が減少し、蒸気ヘッダ6に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧が増加することになる。従って、ボイラシステム1は、蒸気圧センサ7により測定された蒸気圧の変動に基づいて、要求負荷の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム1は、蒸気ヘッダ6の蒸気圧に基づいて、蒸気使用設備18の消費蒸気量(要求負荷)に応じて必要とされる蒸発量である必要蒸発量を算出する。
ここで、本実施形態のボイラシステム1を構成する複数のボイラ20について説明する。図2は、本実施形態に係るボイラ群2の概略を示す図である。
本実施形態のボイラ20は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラからなる。
比例制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態S1(例えば、最大燃焼量の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。比例制御ボイラは、例えば、燃料を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。
また、燃焼量を連続的に制御するとは、後述のローカル制御部22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、ボイラ20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。
本実施形態では、ボイラ20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、ボイラ20(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、複数のボイラ20それぞれには、変動可能な蒸発量の単位である単位蒸発量Uが設定されている。これにより、ボイラ20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、単位蒸発量U単位で、蒸発量を変更可能となっている。
単位蒸発量Uは、ボイラ20の最大燃焼状態S2における蒸発量(最大蒸発量)に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム1における出力蒸発量の必要蒸発量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ20の最大蒸発量の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。また、同様の観点から、単位蒸発量Uは、最大蒸発量が2000kg/hの2tボイラの場合であれば、20kg/h〜200kg/hに設定されることが好ましい。
尚、出力蒸発量とは、ボイラ群2により出力される蒸発量を示し、この出力蒸発量は、複数のボイラ20それぞれから出力される蒸発量の合計値により表される。
また、複数のボイラ20には、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ20を選択するために用いられる。優先順位は、例えば整数値を用いて、数値が小さいほど優先順位が高くなるよう設定することができる。図2に示すように、ボイラ20の1号機〜5号機のそれぞれに「1」〜「5」の優先順位が割り当てられている場合、1号機の優先順位が最も高く、5号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の制御部4の制御により、所定の時間間隔(例えば、24時間間隔)で変更される。
以上のボイラ群2には、所定の燃焼パターンが設定されている。ボイラ群2の燃焼パターンとしては、例えば、優先順位の高いボイラ20から燃焼させると共に、燃焼しているボイラ20の負荷率が所定の閾値を上回った場合に、次に優先順位の高いボイラ20を燃焼させるといった燃焼パターンが挙げられる。
次に、本実施形態のボイラシステム1による複数のボイラ20の燃焼状態の制御の詳細について説明する。
台数制御装置3は、蒸気圧センサ7からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群2の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する各ボイラ20の燃焼状態を算出し、各ボイラ20(後述のローカル制御部22)に台数制御信号を送信する。この台数制御装置3は、図1に示すように、記憶部5と、制御部4と、を備える。
記憶部5は、台数制御装置3(制御部4)の制御により各ボイラ20に対して行われた指示の内容や、各ボイラ20から受信した燃焼状態等の情報、複数のボイラ20の燃焼パターンの設定条件等の情報、複数のボイラ20の優先順位の設定の情報、優先順位の変更(ローテーション)に関する設定の情報等を記憶する。
制御部4は、信号線16を介して各ボイラ20に各種の指示を行ったり、各ボイラ20から各種のデータを受信したりして、5台のボイラ20の燃焼状態や優先順位を制御する。各ボイラ20は、台数制御装置3から燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って当該ボイラ20を制御する。
ボイラ20は、図1に示すように、燃焼が行われるボイラ本体21と、ボイラ20の燃焼状態を制御するローカル制御部22と、を備える。
ローカル制御部22は、要求負荷に応じてボイラ20の燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部22は、信号線16を介して台数制御装置3から送信される台数制御信号に基づいて、ボイラ20の燃焼状態を制御する。
また、ローカル制御部22は、台数制御装置3で用いられる信号を、信号線16を介して台数制御装置3に送信する。台数制御装置3で用いられる信号としては、ボイラ20の実際の燃焼状態、及びその他のデータが挙げられる。
図3は、制御部4の構成を示す機能ブロック図である。制御部4は、必要蒸発量算出部41と、出力蒸発量算出部42と、偏差算出部43と、ボイラ選択部44と、判定部45と、出力制御部46と、を備える。
必要蒸発量算出部41は、蒸気ヘッダ6の蒸気圧に基づいて、要求負荷に応じた必要蒸発量を算出する。
出力蒸発量算出部42は、ローカル制御部22から送信される各ボイラ20の燃焼状態に基いて、ボイラ群2により出力される蒸発量である出力蒸発量を算出する。
偏差算出部43は、必要蒸発量と出力蒸発量との偏差量を算出する。
また、偏差算出部43は、後述の出力制御部46により、選択されたボイラ20の蒸発量が変更された場合には、必要蒸発量と、蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量と、の偏差量を算出する。
ボイラ選択部44は、必要蒸発量に変動があった場合に蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。
具体的には、ボイラ選択部44は、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きい場合、複数のボイラ20のうち負荷率の低いボイラ20を選択し、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さい場合、複数のボイラ20のうち負荷率の高いボイラ20を選択する。
また、ボイラ選択部44は、複数のボイラ20の負荷率が等しい場合、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きいと最も優先順位の高いボイラ20を選択し、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さいと最も優先順位の低いボイラ20を選択する。
判定部45は、偏差算出部43により算出された偏差量が単位蒸発量U以上であるかを判定する。
出力制御部46は、判定部45により偏差量が単位蒸発量U以上であると判定された場合に、ボイラ選択部44により選択されたボイラ20の蒸発量を変更させる。具体的には、出力制御部46は、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きい場合、ボイラ選択部44により選択されたボイラの蒸発量を単位蒸発量U分増加させる。また、出力制御部46は、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さい場合、ボイラ選択部44により選択されたボイラの蒸発量を単位蒸発量U分減少させる。
次に、本実施形態のボイラシステム1の動作につき、図4を参照しながら説明する。
図4は、本実施形態のボイラシステム1の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップST1において、偏差算出部43は、必要蒸発量と出力蒸発量との偏差量を算出し、処理はステップST2に進む。
ステップST2において、制御部4(ボイラ選択部44)は、必要蒸発量と出力蒸発量とを比較する。制御部4による比較の結果、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きかった場合、処理は、ステップST3に進む。必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さかった場合、処理は、ステップST8に進む。また、必要蒸発量と出力蒸発量が等しかった場合、処理は、ステップST1に戻る。
ステップST3において、ボイラ選択部44は、最も負荷率の低いボイラを選択し、処理は、ステップST4に進む。
ステップST4において、ボイラ選択部44は、ステップST3において選択されたボイラが複数台あるかを判定する。選択されたボイラが複数台あると判定された場合には、処理はステップST5に進む。選択されたボイラが複数台でない(1台である)と判定された場合には、処理は、ステップST6に進む。
ステップST5において、ボイラ選択部44は、ステップST3で選択されたボイラのうち最も優先順位の高いボイラを選択し、処理は、ステップST6に進む。
ステップST6において、判定部45は、偏差量が単位蒸発量以上であるかを判定する。偏差量が単位蒸発量以上であると判定された場合、処理はステップST7に進む。偏差量が単位蒸発量を下回ると判定された場合、処理は終了する。
ステップST7において、出力制御部46は、選択されたボイラの蒸発量を単位蒸発量分増加させて、処理は、ステップST1に戻る。
一方、ステップST2において、制御部4による比較の結果、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さかった場合、ステップST8において、ボイラ選択部44は、最も負荷率の高いボイラを選択し、処理は、ステップST9に進む。
ステップST9において、ボイラ選択部44は、ステップST8において選択されたボイラが複数台あるかを判定する。選択されたボイラが複数台あると判定された場合には、処理はステップST10に進む。選択されたボイラが複数台でない(1台である)と判定された場合には、処理は、ステップST11に進む。
ステップST10において、ボイラ選択部44は、ステップST8で選択されたボイラのうち最も優先順位の低いボイラを選択し、処理は、ステップST11に進む。
ステップST11において、判定部45は、偏差量が単位蒸発量以上であるかを判定する。偏差量が単位蒸発量以上であると判定された場合、処理はステップST12に進む。偏差量が単位蒸発量を下回ると判定された場合、処理は終了する。
ステップST12において、出力制御部46は、選択されたボイラの蒸発量を単位蒸発量分減少させて、処理は、ステップST1に戻る。
尚、ステップST7及びステップST12から、処理がステップST1に戻った場合、偏差算出部43は、蒸発量を変更後のボイラ群2の出力蒸発量に基いて、偏差量を算出する。
次に、本発明のボイラシステム1の動作の具体例について、図4及び図5〜図12を参照しながら説明する。図5〜図12は、それぞれ、第1実施形態に係るボイラ群2の燃焼状態を模式的に示す図である。
第1実施形態では、図5に示すように、ボイラシステム1は、最大蒸発量が2000kg/hである5台のボイラ20からなるボイラ群2を有し、それぞれのボイラ20の単位蒸発量Uは、100kg/hに設定されている。また、ボイラ20の1号機〜5号機のそれぞれには、「1」〜「5」の優先順位が割り当てられている。
まず、必要蒸発量が増加した場合のボイラシステム1の動作につき図5〜図9を参照しながら説明する。
図5に示すように、出力蒸発量が4800kg/hである状態において、必要蒸発量が5150kg/hに増加した場合、まず、偏差算出部43は、必要蒸発量と出力蒸発量の偏差量(350kg/h)を算出する(図4のステップST1参照)。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きいので、ボイラ選択部44は、図5に示すように、5台のボイラ20のうち負荷率の低いボイラ20を選択する(図4のステップST2及びST3参照)。具体的には、5台のボイラ20のうち、4号機ボイラ20及び5号機ボイラ20の負荷率が低く、かつ、同一の負荷率であるので、ボイラ選択部44は、4号機ボイラ20及び5号機ボイラ20を選択する。
ここで、ボイラ選択部44により複数台のボイラ20が選択されたので、ボイラ選択部44は、図6に示すように、選択された4号機ボイラ20及び5号機ボイラ20のうち、優先順位の高い4号機ボイラ20を選択する(図4のステップST5参照)。
次いで、判定部45は、偏差量(350kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上であるかを判定する(図4のステップST6参照)。ここでは、偏差量は、単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図7に示すように、4号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(100kg/h)増加させる(図4のステップST7参照)。
出力制御部46により4号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(5150kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(4900kg/h)との偏差量(250kg/h)を算出する(図4のステップST1参照)。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。具体的には、ボイラ選択部44は、図7に示すように、5台のボイラ20のうち最も負荷率の低いボイラ20である5号機ボイラ20を選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(250kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図8に示すように、5号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(100kg/h)増加させる。
出力制御部46により5号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(5150kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(5000kg/h)との偏差量(150kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、負荷率の低いボイラ20を選択する。ここでは、1〜5号機のボイラ20の負荷率は、いずれも等しいため、ボイラ選択部44は、最も優先順位の高い1号機ボイラ20を選択する(図8参照)。
次いで、判定部45は、偏差量(150kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図9に示すように、1号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(100kg/h)増加させる。
出力制御部46により5号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(5150kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(5100kg/h)との偏差量(50kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、負荷率の低いボイラ20を選択する。ここでは、2〜5号機のボイラ20の負荷率が低く、かつ、負荷率がいずれも等しいため、ボイラ選択部44は、4台のうち最も優先順位の高い2号機ボイラ20を選択する(図9参照)。
この場合、判定部45は、偏差量(50kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上でないと判定するため、出力制御部46は、2号機ボイラ20の蒸発量は変動させず、出力蒸発量増加に係る制御を終了する(図4のステップST6参照)。
次に、必要蒸発量が減少した場合のボイラシステム1の動作につき、図4及び図10〜図12を参照しながら説明する。
図10に示すように、出力蒸発量が5100kg/hである状態において、必要蒸発量が4850kg/hに減少した場合、まず、偏差算出部43は、必要蒸発量と出力蒸発量の偏差量(250kg/h)を算出する(図4のステップST1参照)。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さいので、ボイラ選択部44は、5台のボイラ20のうち負荷率の高いボイラ20を選択する(図4のステップST2及びステップST8参照)。具体的には、図10に示すように、5台のボイラ20のうち、1号機ボイラ20の負荷率が最も高いので、ボイラ選択部44は、1号機ボイラ20を選択する。
この場合、ボイラ選択部44に選択されたボイラ20は1台であるため(図4のステップST9参照)、次いで、判定部45は、偏差量(250kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上であるかを判定する(図4のステップST11参照)。ここでは、偏差量は、単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図11に示すように、1号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(100kg/h)減少させる(図4のステップST12参照)。
出力制御部46により1号機ボイラ20の蒸発量が減少された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(4850kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(5000kg/h)との偏差量(150kg/h)を算出する(図4のステップST1参照)。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、図11に示すように、1〜5号機のボイラ20の負荷率は、いずれも等しいため、ボイラ選択部44は、最も優先順位の低い5号機ボイラ20を選択する(図4のステップST8〜ステップST10参照)参照)。
次いで、判定部45は、偏差量(150kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上であるかを判定する(図4のステップST11参照)。ここでは、偏差量は、単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図12に示すように、5号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(100kg/h)減少させる(図4のステップST12参照)。
出力制御部46により5号機ボイラ20の蒸発量が減少された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(4850kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(4900kg/h)との偏差量(50kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、1〜4号機のボイラ20の負荷率が高く、かつ、負荷率がいずれも等しいため、ボイラ選択部44は、4台のうち最も優先順位の低い4号機ボイラ20を選択する。
この場合、判定部45は、偏差量(50kg/h)が単位蒸発量U(100kg/h)以上でないと判定するため、出力制御部46は、4号機ボイラ20の蒸発量は変動させず、出力蒸発量減少に係る制御を終了する(図4のステップST11参照)。
尚、上述した第1実施形態では、選択されたボイラ20の蒸発量を変動させた後に、蒸発量を変更後の偏差量を算出させたが、これに限らない。即ち、出力制御部46に、選択されたボイラ20の蒸発量を変更させることなく、選択されたボイラ20の情報を記憶部5に記憶させた後、偏差算出部43に、単位蒸発量U分変動させた出力蒸発量に基いて偏差量を算出させてもよい。この場合、算出される偏差量が単位蒸発量を下回った場合に、出力制御部46に、記憶部5に記憶された情報に基いて、選択されたボイラ20の蒸発量をまとめて変動させてもよい。
また、ボイラ選択部44は、偏差量及び単位蒸発量Uに基いて、蒸発量を変更するボイラ20の台数を決定した後、複数のボイラ20の負荷率及び優先順位に基いて、蒸発量を変更するボイラ20を選択してもよい。
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。
(1)複数のボイラにそれぞれ単位蒸発量Uを設定した。そして、制御部4を、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きい場合に負荷率の低いボイラ20を選択し、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さい場合に負荷率の高いボイラ20を選択するボイラ選択部44と、ボイラ選択部44により選択されたボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分変動させる出力制御部46と、を含んで構成した。これにより、必要蒸発量が変動した場合に、負荷率の最も高い又は低いボイラ20の蒸発量を変動させて出力蒸発量を調整できるので、複数のボイラ20の負荷率を平準化できる。よって、必要蒸発量が変動する度に、複数のボイラ20すべての蒸発量を変動させてこれら複数のボイラ20の負荷率を均一化させることなく、複数のボイラ20の負荷率を平準化できるので、ボイラシステム1の圧力安定性を向上させられる。
(2)制御部4を、必要蒸発量と出力蒸発量との偏差量が単位蒸発量U以上であるかを判定する判定部45を含んで構成し、判定部45により偏差量が単位蒸発量U以上であると判定された場合に、出力制御部46に、ボイラ20の蒸発量を変更させた。これにより、偏差量が単位蒸発量Uに届かない場合にはボイラ20の燃焼状態を変動させないので、ボイラシステム1の運転状態を安定化できる。また、ボイラ20の燃焼状態をある程度固定できるので、燃焼状態の変動が頻繁に行われたことに基づいて燃焼状態の異常判定を行うとした場合には、ボイラ20の燃焼状態が固定されることに起因して誤判定を起こしにくくなり、結果としてボイラ20の燃焼状態の異常等が生じたか否かの判定を容易に行える。
(3)偏差算出部43に、選択されたボイラ20の蒸発量が変更された場合、必要蒸発量と、蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量と、の偏差量を算出させた。これにより、ボイラ20の蒸発量を変更した後の出力蒸発量に基いて偏差量を算出させられる。よって、偏差量が単位蒸発量Uを下回るまで繰り返しボイラの蒸発量を変更させられるので、必要蒸発量が大きく変動した場合であっても、複数のボイラ20の負荷率を平準化させられる。
(4)ボイラ選択部44に、複数のボイラ20の負荷率が等しい場合、最も優先順位の高いボイラ20、又は最も優先順位の低いボイラ20を選択させた。これにより、複数のボイラ20の負荷率が等しい場合であっても、いずれかのボイラ20の蒸発量を変更させられるので、必要蒸発量の変動に応じて、適切に出力蒸発量を変動させられる。
次に、本発明の第2実施形態に係るボイラシステム1の動作の具体例につき、図13〜図17を参照しながら説明する。
第2実施形態のボイラシステム1は、最大蒸発量及び単位蒸発量Uの異なる複数のボイラ20によりボイラ群2が構成されている点で、第1実施形態と異なる。
第2実施形態では、ボイラ群2は、例えば、最大蒸発量が2000kg/hで単位蒸発量が100kg/hの1号機ボイラ20、最大蒸発量が2500kg/hで単位蒸発量が250kg/hの2号機ボイラ20、及び最大蒸発量が3000kg/で単位蒸発量が150kg/hの3号機ボイラ20の3台のボイラにより構成される。即ち、第2実施形態では、単位蒸発量Uは、複数のボイラ20それぞれに個別に設定される。
また、ボイラ20の1号機〜3号機のそれぞれには、「1」〜「3」の優先順位が割り当てられている。
ここでは、必要蒸発量が増加した場合のボイラシステム1の動作につき説明する。
図13に示すように、1号機ボイラ20〜3号機ボイラ20それぞれの蒸発量が1000kg/hであり、ボイラ群2の出力蒸発量が3000kg/hの状態において、必要蒸発量が3750kg/hに増加した場合、まず、偏差算出部43は、必要蒸発量と出力蒸発量の偏差量(750kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、必要蒸発量が出力蒸発量よりも大きいので、ボイラ選択部44は、3台のボイラ20のうち負荷率の低いボイラ20を選択する。具体的には、ボイラ選択部44は、3台のボイラ20のうち、最も負荷率の低い3号機ボイラ20を選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(750kg/h)が3号機ボイラ20の単位蒸発量U(150kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、3号機ボイラ20の単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図14に示すように、3号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(150kg/h)増加させる。
出力制御部46により3号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(3750kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(3150kg/h)との偏差量(600kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。具体的には、ボイラ選択部44は、図14に示すように、3台のボイラ20のうち最も負荷率の低いボイラ20である3号機ボイラ20を再度選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(600kg/h)が3号機ボイラ20の単位蒸発量U(150kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、3号機ボイラ20の単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図15に示すように、3号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(150kg/h)増加させる。
出力制御部46により3号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(3750kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(3300kg/h)との偏差量(450kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、ボイラ選択部44は、図15に示すように、3台のボイラ20のうち最も負荷率の低いボイラ20である2号機ボイラ20を選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(450kg/h)が2号機ボイラ20の単位蒸発量U(250kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、2号機ボイラ20の単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図16に示すように、2号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(250kg/h)増加させる。
出力制御部46により2号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(3750kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(3550kg/h)との偏差量(200kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、3台のボイラ20のうち、最も負荷率の低いボイラ20である3号機ボイラ20を選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(200kg/h)が3号機ボイラ20の単位蒸発量U(150kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、3号機ボイラ20の単位蒸発量U以上であるので、出力制御部46は、図17に示すように、3号機ボイラ20の蒸発量を単位蒸発量U分(150kg/h)増加させる。
出力制御部46により3号機ボイラ20の蒸発量が増加された後、偏差算出部43は、必要蒸発量(3750kg/h)と蒸発量変更後のボイラ群2の出力蒸発量(3700kg/h)との偏差量(50kg/h)を算出する。
次いで、ボイラ選択部44は、蒸発量を変更させるボイラ20を選択する。ここでは、ボイラ選択部44は、図17に示すように、3台のボイラ20のうち最も負荷率の低いボイラ20である3号機ボイラ20を選択する。
次いで、判定部45は、偏差量(50kg/h)が3号機ボイラ20の単位蒸発量U(150kg/h)以上であるかを判定する。ここでは、偏差量は、3号機ボイラ20の単位蒸発量Uを下回っているので、出力制御部46は、3号機ボイラ20の蒸発量は変動させず、出力蒸発量増加に係る制御を終了する。
以上説明した第2実施形態のボイラシステム1によれば、上述した(1)〜(4)の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。
(5)単位蒸発量Uを複数のボイラ20それぞれに対して個別に設定し、判定部45に、選択されたボイラ20の単位蒸発量U以上であるかを判定させた。これにより、ボイラ群2を、最大蒸発量の異なる複数のボイラ20により構成した場合に、それぞれのボイラ20の特性に応じて異なる単位蒸発量Uを設定できる。また、判定部45に、偏差量が選択されたボイラ20の単位蒸発量U以上であるかを判定させたので、単位蒸発量Uの異なる複数のボイラ20によりボイラ群2を構成した場合であっても、ボイラシステム1における出力蒸発量の調整を適切に行える。
以上、本発明のボイラシステム1の好ましい各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。
例えば、第1実施形態及び第2実施形態では、本発明を、3台の又は5台のボイラ20からなるボイラ群2を備えるボイラシステムに適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、6台以上のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよく、また、2台のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。
また、本実施形態では、ボイラ20を、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をボイラ20の燃焼をオン/オフすることで制御し、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を連続的に制御可能な比例制御ボイラ20により構成したが、これに限らない。即ち、ボイラを、燃焼停止状態から最大燃焼状態の範囲すべてにおいて、燃焼量を連続的に制御可能な比例制御ボイラにより構成してもよい。
また、本実施形態では、複数のボイラ20それぞれから出力される蒸発量の合計値をボイラ群2の出力蒸発量としたが、これに限らない。即ち、台数制御装置3(制御部4)から複数のボイラ20に送信される燃焼指示信号から算出される蒸発量である指示蒸発量の合計値をボイラ群2の出力蒸発量として扱ってもよい。
1 ボイラシステム
2 ボイラ群
4 制御部
20 ボイラ
44 ボイラ選択部
45 判定部
46 出力制御部
U 単位蒸発量

Claims (6)

  1. 負荷率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
    複数の前記ボイラには、変動可能な蒸発量の単位である単位蒸発量が設定されており、
    前記制御部は、
    前記要求負荷に応じて必要とされる必要蒸発量と、前記ボイラ群により出力される出力蒸発量との偏差量を算出する偏差算出部と、
    前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きい場合に前記複数のボイラのうち負荷率の低いボイラを選択し、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さい場合に前記複数のボイラのうち負荷率の高いボイラを選択するボイラ選択部と、
    前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きいと前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を前記単位蒸発量分増加させ、前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さいと前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を前記単位蒸発量分減少させる出力制御部と、を備えるボイラシステム。
  2. 前記制御部は、
    前記偏差算出部により算出された前記偏差量が前記単位蒸発量以上であるかを判定する判定部を更に備え、
    前記出力制御部は、前記判定部により前記偏差量が前記単位蒸発量以上であると判定された場合に、前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸発量を変更させる請求項1に記載のボイラシステム。
  3. 前記偏差算出部は、前記出力制御部により前記選択されたボイラの蒸発量が変更された場合、前記必要蒸発量と蒸発量変更後の前記ボイラ群の出力蒸発量との偏差量を算出する請求項1又は2に記載のボイラシステム。
  4. 前記複数のボイラには、優先順位が設定されており、
    前記ボイラ選択部は、前記複数のボイラの負荷率が等しい場合、
    前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも大きいと、最も優先順位の高いボイラを選択し、
    前記必要蒸発量が前記出力蒸発量よりも小さいと、最も優先順位の低いボイラを選択する請求項1〜3のいずれかに記載のボイラシステム。
  5. 前記単位蒸発量は、前記複数のボイラそれぞれに対して個別に設定され、
    前記判定部は、前記偏差量が前記ボイラ選択部により選択されたボイラの単位蒸発量以上であるかを判定する請求項2〜4のいずれかに記載のボイラシステム。
  6. 前記単位蒸発量は、前記ボイラの最大蒸発量の0.1%〜20%に設定される請求項1〜5のいずれかに記載のボイラシステム。
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