JP2014134320A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラの発停を繰り返すことなく圧力安定性を向上可能なボイラシステムを提供すること。
【解決手段】ボイラシステム１は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラ２０を備えるボイラ群２と、要求負荷に応じてボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部４と、を備え、制御部４は、要求負荷に応じて必要とされる必要蒸気量が増加基準蒸気量を超えた場合に、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる。このとき、燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する基準となる停止基準蒸気量に増加ヒステリシスを加えて増加基準蒸気量を設定することで、ボイラ２０の増加後すぐに当該ボイラ２０が停止することを防止する。
【選択図】図１

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、ボイラを、台数増加負荷ゾーン、最適運転負荷ゾーン及び台数減少負荷ゾーンの３つの負荷ゾーンに区分し、ボイラが台数増加負荷ゾーンで燃焼している場合に燃焼させるボイラの台数を増加させ、ボイラが台数減少負荷ゾーンで燃焼している場合に燃焼させるボイラの台数を減少させる比例制御ボイラの制御方法が提案されている。そして、この特許文献１で提案された比例制御ボイラの制御方法では、燃焼させるボイラの台数の増減を行った後には、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ている。

特開平１１−１３２４０５号公報

ところで、比例制御方式のボイラシステムといっても、ボイラの発停はオン／オフ制御で行わなければならず、運転を開始又は停止したボイラの負荷率は大きく変動する。そのため、燃焼させるボイラの台数を増減した場合には、比例制御方式による連続制御が活かされずに圧力安定性の悪化につながるおそれがある。特に、ボイラの発停が繰り返される場合には、圧力安定性が大きく損なわれるおそれがある。

また、ボイラシステムでは、急激な負荷変動や一時的な必要蒸気量の増加に対応できる程度の蒸気量を余力として確保しておくことが好ましく、余力の確保には、燃焼させるボイラの台数を増加することが最も簡易である。
しかしながら、確保する余力量によっては、図９に示すように負荷が若干増加しただけで燃焼させるボイラを増加させる必要がある。そして、若干の負荷増加に伴いボイラを増加させたのでは、燃焼を開始したボイラは最小燃焼状態で燃焼しなければならず、その後、負荷が減少すると直ちに運転を停止することになり、ボイラの発停が繰り返されてしまう。

そこで、本発明は、ボイラの発停を繰り返すことなく圧力安定性を向上可能なボイラシステムを提供することを第１の目的とし、また、圧力安定性を向上させつつ、急激な負荷変動や一時的な必要蒸気量の増加に対する余力を確保可能なボイラシステムを提供することを第２の目的とする。

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、前記ボイラ群には、燃焼させるボイラを増加させる基準となる増加基準蒸気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気量が前記増加基準蒸気量を超えた場合に、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ台数制御部を備えるボイラシステムに関する。

また、前記ボイラ群には、複数のボイラが燃焼している状態において燃焼状態にあるボイラのうちの１のボイラの燃焼を停止する基準となる停止基準蒸気量が更に設定されており、前記停止基準蒸気量に所定蒸気量を加えた蒸気量を前記増加基準蒸気量として設定することが好ましい。

また、前記制御部は、前記複数のボイラそれぞれについて最大蒸気量と出力している蒸気量との差である余力蒸気量を算出するとともに、算出された前記余力蒸気量の和である合計余力蒸気量を算出する余力算出部を更に備え、前記ボイラ群には、急激な要求負荷の変動に対して想定される蒸気量の増加に対する余力を示す変動蒸気量が設定されており、前記ボイラ台数制御部は、前記余力算出部により算出された前記合計余力蒸気量が前記変動蒸気量を下回った場合であっても、前記要求負荷に応じて必要とされる必要蒸気量が前記増加基準蒸気量を超えた場合に限り、燃焼させるボイラの台数を増加させることが好ましい。

また、前記ボイラ台数制御部は、前記合計余力蒸気量が前記変動蒸気量を下回った場合、該変動蒸気量と前記合計余力蒸気量との差に相当する台数のボイラを燃焼停止状態から給蒸準備状態に移行させることが好ましい。

また、前記制御部は、燃焼させるボイラの台数を増加させた場合、燃焼させるすべてのボイラを均一な負荷率で燃焼させることが好ましい。

本発明によれば、ボイラの発停を繰り返すことなく圧力安定性を向上させることができる。また、本発明によれば、圧力安定性を向上させつつ、急激な負荷変動や一時的な必要蒸気量の増加に対する余力を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの全体構成を示す図である。 上記実施形態に係るボイラ群の概略を示す図である。 上記実施形態に係る台数制御装置の機能構成を示すブロック図である。 上記実施形態のボイラシステムの動作の概略を示す図である。 上記実施形態のボイラシステムの動作の概略を示す図である。 上記動作によるボイラ群の燃焼状態の概略を示す図である。 上記実施形態のボイラシステムの処理の流れを示すフローチャートである。 上記実施形態のボイラシステムの処理の流れを示すフローチャートである。 従来のボイラシステムの動作に伴うボイラ群の燃焼状態の概略を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい実施形態について、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（負荷率）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（後述の出力蒸気量）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気量である必要蒸気量を算出する。

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、燃焼量（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、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量Ｕが設定されている。これにより、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、単位蒸気量Ｕ単位で、蒸気量を変更可能となっている。なお、以下では、ボイラ２０の最小燃焼状態Ｓ１における蒸気量を最小蒸気量と呼び、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量を最大蒸気量と呼ぶ。

単位蒸気量Ｕは、最大蒸気量に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム１における出力蒸気量の必要蒸気量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ２０の最大蒸気量の０．１％〜２０％に設定されることが好ましく、１％〜１０％に設定されることがより好ましい。
なお、出力蒸気量とは、ボイラ群２により出力される蒸気量を示し、この出力蒸気量は、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸気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号機ボイラから５号機ボイラのそれぞれに「１」〜「５」の優先順位が割り当てられている場合、１号機ボイラの優先順位が最も高く、５号機ボイラ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。

また、ボイラ群２には、燃焼するボイラの台数を決定するための停止基準閾値及び増加基準閾値が設定されている。本実施形態では、停止基準閾値として停止基準蒸気量を用い、増加基準閾値として変動蒸気量（第１増加閾値）及び増加基準蒸気量（第２増加閾値）を用いることとしている。

停止基準蒸気量は、燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する基準となる蒸気量であり、必要蒸気量が停止基準蒸気量に達する（以下になる又はより小さくなる）と燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する。なお、停止基準蒸気量は任意に設定することができるが、説明を容易にするため本実施形態では、燃焼しているボイラ２０の台数×最小蒸気量を停止基準蒸気量として設定する。即ち、燃焼させるボイラ２０を２台から１台に減少する停止基準蒸気量として２８００ｋｇ／ｈを設定し、３台から２台に減少する停止基準蒸気量として４２００ｋｇ／ｈを設定し、４台から３台に減少する停止基準蒸気量として５６００ｋｇ／ｈを設定し、５台から４台に減少する停止基準蒸気量として７０００ｋｇ／ｈを設定する。

また、変動蒸気量は、急激な負荷変動に対応して短時間に増加させられる余力の蒸気量であり、ボイラ群２の燃焼状態に応じて、後述の制御部４の制御又は管理者による手動制御により設定される。一例として、ボイラシステム１の立ち上がり時には大きな変動蒸気量が設定され、安定状態に移った後は小さな変動蒸気量が設定される。
後述するように、ボイラ群２は、燃焼しているボイラ２０の余力の和（後述の合計余力蒸気量）が変動蒸気量を超えるように制御される。即ち、後述の合計余力蒸気量が設定された変動蒸気量以下になると、停止していたボイラ２０が燃焼を開始し、ボイラ２０の台数が増加する。

また、増加基準蒸気量は、燃焼させるボイラを増加させる基準となる蒸気量であり、必要蒸気量が増加基準蒸気量に達する（以上又はより大きくなる）と、停止していたボイラ２０が燃焼を開始し、ボイラ２０の台数が増加する。
ここで、ボイラ２０の発停が繰り返されることを防止するため、本実施形態では、燃焼させるボイラ２０の台数を増加した場合における停止基準蒸気量に増加ヒステリシス（所定蒸気量）を加えた蒸気量を増加基準蒸気量として設定する。なお、増加ヒステリシスは、任意に設定することとしてよく、本実施形態では増加ヒステリシスとして４０００ｋｇ／ｈを設定することとしている。そのため、燃焼しているボイラ２０が１台である場合には、２台のボイラ２０が燃焼している場合の停止基準蒸気量（２８００ｋｇ／ｈ）に増加ヒステリシス（４０００ｋｇ／ｈ）を加えた６８００ｋｇ／ｈが増加基準蒸気量となる。また、燃焼しているボイラ２０を２台から３台に増加する場合には、３台のボイラ２０が燃焼している場合の停止基準蒸気量（４２００ｋｇ／ｈ）に増加ヒステリシスを加えた８２００ｋｇ／ｈが増加基準蒸気量となり、以下同様である。

以上のボイラ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。

次に、台数制御装置３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（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、ボイラ群２の停止基準蒸気量、増加基準蒸気量及び変動蒸気量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。

具体的には、本実施形態の制御部４は、図３に示すように、必要蒸気量算出部４１と、出力蒸気量算出部４２と、偏差算出部４３と、ボイラ台数制御部４４と、を含んで構成される。

必要蒸気量算出部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気量を算出する。
出力蒸気量算出部４２は、ローカル制御部２２から送信される各ボイラ２０の燃焼状態に基づいて、ボイラ群２により出力される蒸気量である出力蒸気量を算出する。
偏差算出部４３は、必要蒸気量と出力蒸気量との偏差量を算出する。また、偏差算出部４３は、ボイラ２０の蒸気量が変更された場合には、必要蒸気量と、蒸気量変更後のボイラ群２の出力蒸気量と、の偏差量を算出する。

ボイラ台数制御部４４は、必要蒸気量に変動があった場合に蒸気量を変更させるボイラ２０を選択する。具体的には、ボイラ台数制御部４４は、必要蒸気量が出力蒸気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、必要蒸気量が出力蒸気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、ボイラ台数制御部４４は、複数のボイラ２０の負荷率が等しい場合、必要蒸気量が出力蒸気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、必要蒸気量が出力蒸気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。
そして、ボイラ台数制御部４４は、選択したボイラ２０の単位蒸気量Ｕが偏差算出部４３が算出した偏差量以下である場合に、選択したボイラ２０の蒸気量を単位蒸気量Ｕだけ変更する。

ここで、本発明に係るボイラシステム１による燃焼させるボイラ２０の台数制御の詳細について説明する。
ボイラシステム１は、燃焼量が減少していく状態では、停止基準閾値に基づいて燃焼させるボイラ２０を減少する制御を行う。即ち、ボイラ群２に求められる必要蒸気量が停止基準蒸気量に達すると、燃焼しているボイラ２０のうちの１台のボイラ２０の運転を停止する。

一方、燃焼量が増加していく状態では、ボイラシステム１は、増加基準閾値に基づいて燃焼させるボイラ２０の台数を増加する制御を行う。具体的には、燃焼量の増加に伴い減少するボイラ群２の余力（後述の合計余力蒸気量）が第１増加閾値（変動蒸気量）以下になり、ボイラ群２に求められる必要蒸気量が第２増加閾値（増加基準蒸気量）を超えると、停止しているボイラ２０の燃焼を開始し、燃焼するボイラ２０の台数を増加する。
なお、第１増加閾値及び第２増加閾値に基づく台数制御では、ボイラ群２の余力が変動蒸気量以下になった場合であっても、必要蒸気量が増加基準蒸気量を超えない限りボイラ２０の台数が増加することがないため、急負荷変動に対して設定された変動蒸気量分の余力を確保できない場合がある。そこで、ボイラシステム１では、このような場合に燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０を給蒸準備状態に設定し、変動蒸気量分の余力を確保することとしている。なお、給蒸準備状態とは、給蒸していないが圧力を保持している状態である。

このような制御を行うため本実施形態の制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、減缶判定部４４１と、余力算出部４４２と、増缶判定部４４３と、余力判定部４４４と、を含んで構成される。

減缶判定部４４１は、必要蒸気量と減少基準蒸気量とを比較し、必要蒸気量が減少基準蒸気量に達したか否かを判定する。
そして、ボイラ台数制御部４４は、減缶判定部４４１により必要蒸気量が減少基準蒸気量に達したと判定されると、燃焼しているボイラ２０のうちの１台のボイラ２０の運転を停止し、ボイラ２０の台数を減少する。

余力算出部４４２は、燃焼状態にある複数のボイラ２０のそれぞれについて、最大蒸気量と該ボイラ２０が出力している蒸気量との差（即ち、該ボイラ２０における余力）である余力蒸気量を算出する。また、余力算出部４４２は、給蒸準備状態にあるボイラ２０について、余力蒸気量を算出する。なお、給蒸準備状態にあるボイラ２０の余力蒸気量は最大蒸気量（７０００ｋｇ／ｈ）となる。また、以下において燃焼状態にあるボイラ２０の余力蒸気量を余力蒸気量（燃焼）と呼び、給蒸準備状態にあるボイラ２０の余力蒸気量を余力蒸気量（準備）と呼ぶことがある。
また、余力算出部４４２は、余力蒸気量の和である合計余力蒸気量（即ち、ボイラ群２における余力）を算出する。なお、余力算出部４４２は、合計余力蒸気量として、燃焼状態にあるボイラ２０の余力蒸気量（燃焼）の和である合計余力蒸気量（燃焼）、及び燃焼状態にあるボイラ２０の余力蒸気量（燃焼）と給蒸準備状態にあるボイラ２０の余力蒸気量（準備）との和である合計余力蒸気量（燃焼＋準備）を算出する。

増缶判定部４４３は、ボイラ群２に設定された変動蒸気量と余力算出部４４２が算出した合計余力蒸気量（燃焼）とを比較し、燃焼しているボイラ２０のみで変動蒸気量分の余力が確保されているか否かを判定するとともに、必要蒸気量と増加基準蒸気量とを比較し、必要蒸気量が増加基準蒸気量に達したか否かを判定する。
そして、ボイラ台数制御部４４は、増缶判定部４４３により合計余力蒸気量（燃焼）が変動蒸気量よりも小さいと判定され、かつ、必要蒸気量が増加基準蒸気量に達したと判定されると、給蒸を停止しているボイラ２０の燃焼を開始し、ボイラ２０の台数を増加する。なお、ボイラ台数制御部４４は、ボイラ２０の台数を変更した後、変更後に燃焼しているボイラ２０のすべてを均一な負荷率で燃焼させる。
一方、ボイラ台数制御部４４は、合計余力蒸気量（燃焼）が変動蒸気量よりも小さいと判定されても、必要蒸気量が増加基準蒸気量に達していない場合には、ボイラ２０の台数を増加しない。

余力判定部４４４は、ボイラ群２に設定された変動蒸気量と余力算出部４４２が算出した合計余力蒸気量（燃焼＋準備）とを比較し、給蒸準備状態にあるボイラ２０を含むボイラ群２全体で変動蒸気量分の余力が確保されているか否かを判定する。
そして、ボイラ台数制御部４４は、余力判定部４４４により合計余力蒸気量（燃焼＋準備）が変動蒸気量よりも小さいと判定されると、燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０を給蒸準備状態に移行する。

以上、本実施形態のボイラシステム１の構成について説明した。続いて、本実施形態のボイラシステム１の動作を、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、本実施形態のボイラシステム１による増加基準閾値に基づく台数増加時の動作を示す。なお、図４では、２台のボイラ２０のみを図示し、その他のボイラ２０を省略している。また、図４では、変動蒸気量として４０００ｋｇ／ｈが設定されているものとする。

図４（１）を参照して、１台のボイラ２０が運転を停止している状態で、もう１台のボイラ２０から１８００ｋｇ／ｈの蒸気が出力されているため、現在の合計余力蒸気量（燃焼）は５２００ｋｇ／ｈである。この状態で必要蒸気量が増加すると、ボイラ２０から出力する蒸気を増加することで必要蒸気量に対して追従させる。このとき、図４（１）では、燃焼状態にあるボイラ２０の合計余力蒸気量（燃焼）のみで設定された変動蒸気量（４０００ｋｇ／ｈ）を確保できているため、必要蒸気量の増加に対して燃焼状態にある１台のボイラのみで追従させることになる。

その後、図４（２）に示すように、燃焼状態にあるボイラ２０から出力される蒸気量が３０００ｋｇ／ｈに達すると、蒸気量の増加に伴い合計余力蒸気量（燃焼）が減少し、設定された変動蒸気量（第１増加閾値）分の余力が確保できなくなる。
このとき、停止しているボイラ２０の運転を開始し、燃焼するボイラ２０を２台に増加すると、図４（２Ａ）に示すように、２台のボイラ２０のそれぞれに余力蒸気量が生じるため、合計余力蒸気量（燃焼）が増加し、変動蒸気量分の余力を確保することができる。しかしながら、燃焼するボイラ２０を２台から１台に減少する停止基準蒸気量が２８００ｋｇ／ｈであるため、必要蒸気量が３０００ｋｇ／ｈになった時点で燃焼するボイラ２０を増加したのでは、その後に必要蒸気量が若干減少しただけで、直ちにボイラ２０の運転を停止してしまうことになる。

そこで、ボイラシステム１では、変動蒸気量（第１増加閾値）分の余力を確保できなくなっただけではボイラ２０の台数を増加せず、その後、必要蒸気量が増加基準蒸気量（第２増加閾値）に達するまで１台のボイラ２０のみで必要蒸気量に対して追従させる。
即ち、図４（３）に示すように、停止基準蒸気量（２８００ｋｇ／ｈ）に増加ヒステリシス（４０００ｋｇ／ｈ）を加えた増加基準蒸気量（６８００ｋｇ／ｈ）に到達するまで、燃焼しているボイラ２０の蒸気量を増加させる。そして、必要蒸気量が増加基準蒸気量に到達すると、停止しているボイラ２０の運転を開始し、燃焼するボイラ２０を２台に増加する。

その結果、図４（４）に示すように、２台のボイラ２０から３４００ｋｇ／ｈの蒸気が出力されることになる。ここで、ボイラ２０の台数を増加した後の３４００ｋｇ／ｈの蒸気量は、最小蒸気量に対して十分に余裕があるため、その後、必要蒸気量が減少したとしても、必要蒸気量が停止基準蒸気量に達することがない。その結果、運転を開始したボイラ２０が直ちに停止することがなく、ボイラ２０の発停を繰り返すことがない。

ところで、変動蒸気量分の余力を確保できなくなった後も必要蒸気量が増加基準蒸気量に達するまでボイラ２０を増加しない場合、余力の確保が不十分になってしまう。図４（３）では、変動蒸気量として４０００ｋｇ／ｈが設定されているにも関わらず、合計余力蒸気量（燃焼）として２００ｋｇ／ｈしか確保できていない。
そこで、ボイラシステム１では、燃焼しているボイラ２０のみで変動蒸気量分の余力を確保できない場合には、燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０を給蒸準備状態に移行させることで余力の確保を行うこととしている。このようなボイラシステム１による余力確保の動作を図５に示す。

図５（１）に示すように、変動蒸気量として４０００ｋｇ／ｈが設定されている状態で、１号機ボイラのみが１８００ｋｇ／ｈの蒸気を出力し、他のボイラ２０が運転を停止している。このとき、ボイラ群２の合計余力蒸気量（燃焼＋準備）は５２００ｋｇ／ｈであり、変動蒸気量分の余力の確保ができている。

その後、図５（２）に示すように、必要蒸気量が３０００ｋｇ／ｈに上昇すると、１号機ボイラから出力される蒸気が１８００ｋｇ／ｈから３０００ｋｇ／ｈに増加する。その結果、合計余力蒸気量（燃焼＋準備）が５２００ｋｇ／ｈから４０００ｋｇ／ｈに減少し、変動蒸気量分の余力の確保ができなくなる。

すると、図５（３）に示すように、制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、燃焼停止状態Ｓ０にある２号機ボイラを給蒸準備状態に移行して、合計余力蒸気量（燃焼＋準備）を増加させる。図５では、４０００ｋｇ／ｈに減少した合計余力蒸気量が１１０００ｋｇ／ｈ（＝４０００＋７０００）に増加し、変動蒸気量分の余力が確保されている。

このように、本実施形態のボイラシステム１では、必要蒸気量が停止基準蒸気量に余裕（増加ヒステリシス）を持たせた増加基準蒸気量に達した場合にボイラ２０の台数を増加するため、燃焼させるボイラ２０の台数を増加した後に直ちに停止基準蒸気量に達することがない。その結果、図６（１）に示すように、燃焼量を連続的に制御する台数固定運転ゾーンを確保することができ、図９に示すようなボイラ２０の発停の繰り返しを防止できる。よって、ボイラシステム１によれば、圧力安定性を向上させることができる。

一方、増加基準蒸気量に増加ヒステリシス分の余裕を持たせると、図６（１）に示すように、変動蒸気量分の余力を十分に確保することができない。このとき、余力の確保のために停止しているボイラ２０の運転を開始したのでは、停止基準蒸気量に対する余裕が少なく、その後の必要蒸気量の減少に伴い運転を開始したボイラ２０が直ちに停止してしまう可能性がある。
この点、本実施形態のボイラシステム１では、ボイラ２０の運転を開始するのではなく燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０を給蒸準備状態に移行させることで、変動蒸気量分の余力を確保する。その結果、図６（２）に示すように、台数固定運転ゾーンを確保し圧力安定性を向上させつつ、急激な負荷変動に対する余力を十分に確保することができる。

次に、ボイラシステム１によるボイラ群２の燃焼状態の制御の流れにつき、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８は、ボイラシステム１の制御の流れを示すフローチャートである。

初めに、処理の前準備として単位蒸気量Ｕ、増加基準蒸気量、停止基準蒸気量等の各種情報を設定する（ステップＳＴ１）。続いて、ステップＳＴ２において、制御部４は、現在のボイラ群２の燃焼状態等に基づいて変動蒸気量の設定を行う。

続いて、ステップＳＴ３において、制御部４は、必要蒸気量及び偏差量を算出する。即ち、必要蒸気量算出部４１が蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて要求負荷に応じた必要蒸気量を算出し、出力蒸気量算出部４２が各ボイラ２０の燃焼状態に基づいて出力蒸気量を算出すると、偏差算出部４３は、必要蒸気量と出力蒸気量との偏差量を算出する。

続いて、ステップＳＴ４において、制御部４は、蒸気量の変動が必要であるか否かを判定する。本実施形態では、制御部４は、偏差量が０である場合に蒸気量の変動が必要でないと判定し、偏差量が０でない場合に蒸気量の変動が必要であると判定する。蒸気量の変動が必要でない場合には、ステップＳＴ２の処理に戻り、蒸気量の変動が必要な場合には、続いてステップＳＴ５の処理に移る。

ステップＳＴ５において、制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、各ボイラ２０への燃焼指示を設定する。即ち、ボイラ台数制御部４４は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きい場合、負荷率の低いボイラ２０に対して単位蒸気量Ｕに相当する分の負荷率を増加するように指示し、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい場合、負荷率の高いボイラ２０に対して単位蒸気量Ｕに相当する分の負荷率を減少するように指示する。また、ボイラ台数制御部４４（減缶判定部４４１）は、必要蒸気量が停止基準蒸気量よりも小さい場合、燃焼しているボイラ２０のうちの１台のボイラ２０の運転を停止するように指示する。

続いて、ステップＳＴ６において、制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、燃焼するボイラ２０の台数を増加するか否かを判定する増缶判定処理を行う。なお、増缶判定処理の詳細については、図８で後述する。
続いて、ステップＳＴ７において、制御部４は、各ボイラ２０へ燃焼指示を出力し、各ボイラ２０から出力される蒸気量を制御する。また、ステップＳＴ６の処理が終わると、制御部４は、ステップＳＴ２の処理に戻り、ステップＳＴ２〜ステップＳＴ６の処理を繰り返す。

次に、ステップＳＴ６における増缶判定処理の詳細について、図８を参照して説明する。
初めに、ステップＳＴ６１において、制御部４（余力算出部４４２）は、現在燃焼しているボイラ２０のそれぞれの余力蒸気量（燃焼）を算出するとともに、その和である合計余力蒸気量（燃焼）を算出する。続いて、ステップＳＴ６２において、制御部４（増缶判定部４４３）は、算出した合計余力蒸気量（燃焼）が変動蒸気量以上であるか否かを判定する。このとき、変動蒸気量以上である場合には、制御部４は、増缶判定処理を終了し、変動蒸気量未満である場合には、制御部４は、続いて、ステップＳＴ６３の処理に移る。

ステップＳＴ６３において、制御部４（増缶判定部４４３）は、必要蒸気量と増加基準蒸気量とを比較し、必要蒸気量が増加基準蒸気量以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ６４）。このとき、増加基準蒸気量以上である場合には、制御部４は、続いて、ステップＳＴ６５の処理に移り、増加基準蒸気量未満である場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ６６の処理に移る。

ステップＳＴ６５において、制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、燃焼するボイラ２０の台数を１台増加する。なお、給蒸準備状態のボイラ２０が存在する場合には、制御部４は、給蒸準備状態のボイラ２０から優先して燃焼（給蒸を開始）させることが好ましい。この処理が終了すると、制御部４は、増缶判定処理を終了する。

また、ステップＳＴ６６において、制御部４（余力算出部４４２）は、給蒸準備状態のボイラ２０を含めた合計余力蒸気量（燃焼＋準備）を算出する。続いて、制御部４（余力判定部４４４）は、合計余力蒸気量（燃焼＋準備）が変動蒸気量以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ６７）。このとき、変動蒸気量以上である場合には、制御部４は、増缶判定処理を終了し、変動蒸気量未満である場合には、制御部４は、続いて、ステップＳＴ６８の処理に移る。

ステップＳＴ６８において、制御部４（ボイラ台数制御部４４）は、燃焼停止状態Ｓ０になるボイラ２０を給蒸準備状態に移行させ、増缶判定処理を終了する。

以上説明したボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラ群２に燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる増加基準蒸気量を設定した。そして、制御部４は、要求負荷に応じて必要とされる必要蒸気量が増加基準蒸気量を超えた場合に燃焼させるボイラの台数を増加させる構成とした。これにより、ボイラ２０がいたずらに増加することがないため、ボイラ２０の発停を繰り返すことなく圧力安定性を向上させることができる。

（２）ボイラ群２に、燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する基準となる停止基準蒸気量、及び停止基準蒸気量に増加ヒステリシスを加えた蒸気量を増加基準蒸気量として設定した。これにより、増加基準蒸気量と停止基準蒸気量との間に増加ヒステリシス分の余裕が生じるため、燃焼させるボイラ２０の台数を増加した後に必要蒸気量が減少したとしても、必要蒸気量が直ちに停止基準蒸気量に達することがなく、ボイラ２０の発停の繰り返しを防止することができ、圧力安定性を向上させることができる。

（３）ボイラ群２に、急激な要求負荷の変動に対して想定される蒸気量の増加に対する余力を示す変動蒸気量を設定した。そして、制御部４は、ボイラ群２の合計余力蒸気量（燃焼）が変動蒸気量を下回った場合であっても、必要蒸気量が増加基準蒸気量を超えた場合に限り、燃焼させるボイラの台数を増加させることとした。これにより、余力の確保によりボイラ２０の発停が繰り返されてしまうことを防止でき、圧力安定性を向上させることができる。

（４）制御部４は、合計余力蒸気量（燃焼＋準備）が変動蒸気量を下回った場合、該変動蒸気量と合計余力蒸気量（燃焼＋準備）との差に相当する台数のボイラを燃焼停止状態から給蒸準備状態に移行させることとした。これにより、圧力安定性を向上させつつ、急激な負荷変動に対する余力を十分に確保することができる。

（５）制御部４は、燃焼させるボイラの台数を増加させた場合、燃焼させるすべてのボイラを均一な負荷率で燃焼させることとした。これにより、複数のボイラ２０の負荷率を平準化することができる。

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、上記実施形態では、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、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸気量の合計値をボイラ群２の出力蒸気量としたが、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気量である指示蒸気量の合計値をボイラ群２の出力蒸気量として扱ってもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
４ 制御部
４１ 必要蒸気量算出部
４２ 出力蒸気量算出部
４３ 偏差算出部
４４ ボイラ台数制御部
４４１ 減缶判定部
４４２ 余力算出部
４４３ 増缶判定部
４４４ 余力判定部
Ｕ 単位蒸気量

Claims (5)

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、
   前記ボイラ群には、燃焼させるボイラを増加させる基準となる増加基準蒸気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気量が前記増加基準蒸気量を超えた場合に、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ台数制御部を備えるボイラシステム。
2. 前記ボイラ群には、複数のボイラが燃焼している状態において燃焼状態にあるボイラのうちの１のボイラの燃焼を停止する基準となる停止基準蒸気量が更に設定されており、
   前記増加基準蒸気量は、前記停止基準蒸気量に所定蒸気量を加えた蒸気量である、請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記制御部は、
   前記複数のボイラそれぞれについて最大蒸気量と出力している蒸気量との差である余力蒸気量を算出するとともに、算出された前記余力蒸気量の和である合計余力蒸気量を算出する余力算出部を更に備え、
   前記ボイラ群には、急激な要求負荷の変動に対して想定される蒸気量の増加に対する余力を示す変動蒸気量が設定されており、
   前記ボイラ台数制御部は、前記余力算出部により算出された前記合計余力蒸気量が前記変動蒸気量を下回った場合であっても、前記要求負荷に応じて必要とされる必要蒸気量が前記増加基準蒸気量を超えた場合に限り、燃焼させるボイラの台数を増加させる請求項２に記載のボイラシステム。
4. 前記ボイラ台数制御部は、前記合計余力蒸気量が前記変動蒸気量を下回った場合、該変動蒸気量と前記合計余力蒸気量との差に相当する台数のボイラを燃焼停止状態から給蒸準備状態に移行させる請求項３に記載のボイラシステム。
5. 前記制御部は、燃焼させるボイラの台数を増加させた場合、燃焼させるすべてのボイラを均一な負荷率で燃焼させる請求項１から４のいずれかに記載のボイラシステム。

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