JP2014167364A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】必要蒸気量が変動する度に複数のボイラすべての蒸気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、複数のボイラには、単位蒸気量Ｕ及び最大変動蒸気量が設定されており、制御部４は、必要蒸気量と出力蒸気量との偏差量を算出する偏差算出部と、複数のボイラを負荷率順に選択するボイラ選択部と、偏差量が最大変動蒸気量以上であった場合に、ボイラ選択部により最初に選択されたボイラの蒸気量を単位蒸気量Ｕ単位で最大変動蒸気量に対応する分変動させ、偏差量が最大増加蒸気量以上でなかった場合に、選択されたボイラの蒸気量を単位蒸気量Ｕ単位で偏差量に対応する分変動させる出力制御部と、を備える。
【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、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、必要とされる蒸気量に変動がある度、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、必要とされる蒸気量が変動する度に複数のボイラすべての蒸気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、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量及び単位時間あたりに変動可能な蒸気量の上限値である最大変動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と、前記ボイラ群により出力される出力蒸気量との偏差量を算出する偏差算出部と、前記複数のボイラを負荷率の低い順又は高い順に選択するボイラ選択部と、前記偏差量が前記最大変動蒸気量以上であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気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最初に選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記最大変動蒸気量に対応する分変動させ、前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気量以上でないと判定された場合に、前記選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記偏差量に対応する分変動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、前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気量以上であると判定された場合、前記出力制御部は、前記最初に選択されたボイラの次に選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記偏差量と前記最大変動蒸気量との差に対応する分変動させることが好ましい。

また、前記最大変動蒸気量は、単位時間あたりに増加可能な蒸気量の上限値である最大増加蒸気量を含み、前記判定部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいかを判定し、前記ボイラ選択部は、前記判定部により前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと判定された場合、前記複数のボイラを負荷率の低い順に選択し、前記出力制御部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと判定された場合、前記最大増加蒸気量に基いて前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸気量を増加させることが好ましい。

また、前記出力制御部は、蒸気量を増加させるボイラの負荷率が該ボイラの次に選択されるボイラの負荷率を超えることになる場合、蒸気量を増加させるボイラの負荷率を、次に負荷率の低いボイラの負荷率と同じになるまで増加させることが好ましい。

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、２以上のボイラの負荷率が等しい場合、優先順位の高いボイラを優先して選択し、前記出力制御部は、選択されたボイラの負荷率を、単位蒸気量分増加させることが好ましい。

また、前記最大変動蒸気量は、単位時間あたりに減少可能な蒸気量の上限値である最大減少蒸気量を含み、前記判定部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいかを判定し、前記ボイラ選択部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと判定された場合、前記複数のボイラを負荷率の高い順に選択し、前記出力制御部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと判定された場合、前記最大減少蒸気量に基いて前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸気量を減少させることが好ましい。

また、前記出力制御部は、蒸気量を減少させるボイラの負荷率が該ボイラの次に選択されるボイラの負荷率を下回る場合、蒸気量を減少させるボイラの負荷率を、次に負荷率の高いボイラの負荷率と同じになるまで減少させることが好ましい。

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、２以上のボイラの負荷率が等しいと、優先順位の低いボイラを優先して選択し、前記出力制御部は、選択されたボイラの負荷率を、単位蒸気量分減少させることが好ましい。

また、前記単位蒸気量は、前記ボイラの最大蒸気量の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、必要とされる蒸気量が変動する度に複数のボイラすべての蒸気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。 ボイラ群の燃焼状態の一例を示す図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す図であり、必要蒸気量が増加した場合におけるボイラシステムの動作を示す図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す図であり、必要蒸気量が増加した場合におけるボイラシステムの動作を示す図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す図であり、必要蒸気量が増加した場合におけるボイラシステムの動作を示す図である。 ボイラ群の燃焼状態の他の例を示す図である。 ボイラシステムの動作の他の例を示す図であり、必要蒸気量が減少した場合におけるボイラシステムの動作を示す図である。 ボイラシステムの動作の他の例を示す図であり、必要蒸気量が減少した場合におけるボイラシステムの動作を示す図である。

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。
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ダンパの開度（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、上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。

単位蒸気量Ｕは、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量（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。また、同様の観点から、単位蒸気量Ｕは、最大蒸気量が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それぞれには、単位時間あたりに変動可能な蒸気量の上限値である最大変動蒸気量が設定されている。本実施形態では、最大変動蒸気量は、１秒間で変動させられる蒸気量の上限値として設定される。また、この最大変動蒸気量は、単位蒸気量Ｕの整数倍に対応する値に設定される。
最大変動蒸気量としては、単位時間あたりに増加可能な蒸気量の上限値である最大増加蒸気量と、単位時間あたりに減少可能な蒸気量の上限値である最大減少蒸気量と、がそれぞれ設定される。

更に、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（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に設定する単位蒸気量Ｕについての情報、複数のボイラ２０の最大変動蒸気量の設定の情報、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。

図３は、制御部４の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態では、制御部４は、要求負荷に変動があった場合、複数のボイラ２０それぞれの負荷率に基いて負荷率を変動させるボイラ２０を選択し、この選択されたボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ単位で変動させる。また、制御部４は、変動させるべき蒸気量及び負荷率を変動させるボイラ２０の最大変動蒸気量に基いて、必要に応じて更に他のボイラ２０を選択し、この選択された他のボイラ２０の負荷率も単位蒸気量Ｕ単位で変動させる。
以上の機能を実現するために、制御部４は、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、ボイラ選択部４４と、判定部４５と、出力制御部４６と、を備える。

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。

ボイラ選択部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、ボイラ選択部４４は、複数のボイラ２０を負荷率の低い順又は高い順に選択する。より詳細には、ボイラ選択部４４は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きい場合、複数のボイラを負荷率の低い順に選択し、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい場合、複数のボイラを負荷率の高い順に選択する。
また、ボイラ選択部４４は、２以上のボイラ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優先順位の高いボイラ２０を優先して選択し、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さいと優先順位の低いボイラ２０を優先して選択する。

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気量Ｕ以上であるかを判定する。また、判定部４５は、偏差量が最大変動蒸気量以上であるか否かを判定する。更に、判定部４５は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きいか小さいかを判定する。

出力制御部４６は、判定部４５により、偏差量が最大変動蒸気量以上であると判定された場合、ボイラ選択部４４により最初に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で最大変動蒸気量に対応する分変動させる。そして、この場合、出力制御部４６は、最初に選択されたボイラ２０の次に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量と最大変動蒸気量との差に対応する分変動させる。

より具体的には、判定部４５により、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きいと判定された場合には、最大変動蒸気量として最大増加蒸気量が用いられる。そして、この場合、まず、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により最初に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で最大増加蒸気量分増加させる。次いで、出力制御部４６は、最初に選択されたボイラ２０の次に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量と最大変動蒸気量との差に対応する分増加させる。

一方、判定部４５により、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さいと判定された場合には、最大変動蒸気量として最大減少蒸気量が用いられる。そして、この場合、まず、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により最初に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で最大減少蒸気量分減少させる。次いで、出力制御部４６は、最初に選択されたボイラ２０の次に選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量と最大減少蒸気量との差に対応する分減少させる。

また、出力制御部４６は、判定部４５により、偏差量が最大変動蒸気量よりも小さいと判定された場合、ボイラ選択部４４により選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量に対応する分変動させる。
より具体的には、この場合、判定部４５により必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きいと判定された場合には、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量に対応する分増加させる。また、判定部４５により必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さいと判定された場合には、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ単位で偏差量に対応する分減少させる。

尚、以上の制御を行う場合において、蒸気量を増加させるボイラ２０の負荷率がこのボイラ２０の次に選択されるボイラ２０の負荷率を超えることになる場合、出力制御部４６は、まず、蒸気量を増加させるボイラ２０（例えば、最初に選択されたボイラ２０）の負荷率を、次に負荷率の低いボイラ２０（例えば、２番目に選択されるボイラ２０）の負荷率と同じになるまで増加させる。また、この場合、制御部４は、偏差量から負荷率を増加させた分の蒸気量を差し引いた偏差残量を算出する。

次いで、ボイラ選択部４４は、負荷率が等しくなったボイラ２０のうちの優先順位の高いボイラ２０を選択し、出力制御部４６は、選択されたボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を単位蒸気量Ｕ分減少させる。次いで、ボイラ選択部４４は、負荷率の低いボイラ２０を選択し、出力制御部４６は、選択されたボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を更に単位蒸気量Ｕ分減少させる。そして、同様の制御を、偏差残量が単位蒸気量Ｕを下回るまで続ける。

また、蒸気量を減少させるボイラ２０の負荷率がこのボイラ２０の次に選択されるボイラ２０の負荷率を下回ることになる場合、出力制御部４６は、まず、蒸気量を減少させるボイラ２０（例えば、最初に選択されたボイラ２０）の負荷率を、次に負荷率の高いボイラ２０（例えば、２番目に選択されるボイラ２０）の負荷率と同じになるまで減少させる。また、この場合、制御部４は、偏差量から負荷率を減少させた分の蒸気量を差し引いた偏差残量を算出する。

次いで、ボイラ選択部４４は、負荷率が等しくなったボイラ２０のうちの優先順位の低いボイラ２０を選択し、出力制御部４６は、選択されたボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を単位蒸気量Ｕ分減少させる。次いで、ボイラ選択部４４は、負荷率の高いボイラ２０を選択し、出力制御部４６は、選択されたボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を更に単位蒸気量Ｕ分減少させる。そして、同様の制御を、偏差残量が単位蒸気量Ｕを下回るまで続ける。

本実施形態では、以上の制御を所定の時間間隔で（例えば、１秒毎に）実施している。

次に、本実施形態のボイラシステム１の動作の具体例につき、図４〜図１０を参照しながら説明する。
まず、要求負荷が増加している状態（必要蒸気量が増加している状態）におけるボイラシステム１の動作につき、図４〜図７を参照しながら説明する。

ここでは、図４に示すように、ボイラシステム１は、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の単位蒸気量Ｕは、図４に示す一目盛分に設定されている。そして、それぞれのボイラ２０の最大増加蒸気量及び最大減少蒸気量は、単位蒸気量の４倍に設定されている。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。

そして、５台のボイラ２０がそれぞれ図４に示す負荷率で燃焼している状態において、単位時間（１秒）毎に、単位蒸気量Ｕの７倍の偏差量に相当する必要蒸気量の増加があった場合におけるボイラシステム１の動作につき説明する。

まず、初めの１秒間におけるボイラシステム１の動作につき、図５を参照しながら説明する。
この場合、まず、制御部４（判定部４５）は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きく、また、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）が単位蒸気量Ｕよりも大きくかつ最大増加蒸気量（単位蒸気量×４）よりも大きいと判定する。
次いで、ボイラ選択部４４は、５台のボイラ２０を、負荷率の低い順に選択する。ここでは、ボイラ選択部４４は、まず、５号機ボイラ２０を選択する。

次いで、出力制御部４６は、図５（ａ）に示すように、５号機ボイラ２０の負荷率を、最大増加蒸気量に相当する単位蒸気量Ｕ×４分増加させる。また、制御部４は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）から増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×４）を差し引いた偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、ボイラ選択部４４は、最大増加蒸気量分の負荷率を増加させた５号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち最も負荷率の低い４号機ボイラ２０を選択する。そして、出力制御部４６は、４号機ボイラ２０の負荷率を増加させる。
ここで、４号機ボイラ２０の負荷率を、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）分増加させた場合、４号機ボイラ２０の負荷率は、この４号機ボイラ２０の次に負荷率の低い３号機ボイラ２０の負荷率よりも高くなってしまう。そこで、出力制御部４６は、まず、４号機ボイラ２０の負荷率を、４号機ボイラ２０の次に負荷率の低い３号機ボイラ２０の負荷率と同じになるまで増加させる。具体的には、図５（ｂ）に示すように、出力制御部４６は、４号機ボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ×１分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×２となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、最大増加蒸気量分の負荷率を増加させた５号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち、最も負荷率の低いボイラを選択する。ここでは、３号機ボイラ２０と４号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の高い３号機ボイラ２０を優先して選択する。
次いで、図５（ｃ）に示すように、出力制御部４６は、選択した３号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×１となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、５台のボイラ２０のうち、最大増加蒸気量分の負荷率を増加させた５号機ボイラ２０を除くボイラ２０のうち、最も負荷率の低い４号機ボイラ２０を選択する。
次いで、図５（ｄ）に示すように、出力制御部４６は、選択した４号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は０となり、燃焼量を増加させる制御は終了する。

次に、図５に示す状態から更に１秒経過する場合におけるボイラシステム１の動作につき、図６を参照しながら説明する。
この場合、ボイラ選択部４４は、５台のボイラ２０を、負荷率の低い順に選択する。ここでは、ボイラ選択部４４は、まず、５号機ボイラ２０を選択する。

次いで、出力制御部４６は、図６（ａ）に示すように、５号機ボイラ２０の負荷率を、最大増加蒸気量に相当する単位蒸気量Ｕ×４分増加させる。また、制御部４は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）から増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×４）を差し引いた偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、最大増加蒸気量分の負荷率を増加させた５号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち、最も負荷率の低いボイラを選択する。ここでは、２号機ボイラ２０〜４号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の高い２号機ボイラ２０を優先して選択する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、出力制御部４６は、選択した２号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×２となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、５号機ボイラ２０を除くボイラ２０のうち、最も負荷率の低いボイラを選択する。ここでは、３号機ボイラ２０及び４号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の高い３号機ボイラ２０を優先して選択する。

次いで、図６（ｃ）に示すように、出力制御部４６は、選択した３号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×１となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、５号機ボイラ２０を除くボイラ２０のうち、最も負荷率の低い４号機ボイラ２０を選択する。そして、図６（ｄ）に示すように、出力制御部４６は、選択した４号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、制御部４は、偏差残量を、増加させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は０となり、燃焼量を増加させる制御は終了する。

次に、図６に示す状態から更に３秒が経過する場合におけるボイラシステム１の燃焼状態の変化につき、図７を参照しながら説明する。図７（ａ）は、図６（ｄ）に示す状態から更に１秒経過後のボイラ群２の燃焼状態を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す状態から更に１秒経過後のボイラ群２の燃焼状態を示す図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す状態から更に１秒経過後のボイラ群２の燃焼状態を示す図である。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、上述した制御によれば、図６に示す状態から更に３秒が経過する間に、負荷率の低い５号機ボイラ２０の負荷率は、１号機ボイラ２０〜４号機ボイラ２０の負荷率に近づく。

以上のボイラシステム１によれば、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きかった場合には、最も負荷率の低いボイラ２０を選択し、この選択されたボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ単位で増加させる。更に、偏差量が最大増加蒸気量以上であった場合には、選択されたボイラ２０の負荷率を、最大増加蒸気量分増加させ、偏差残量を他のボイラ２０の負荷率を増加させることで、燃焼量の増加要求に対応する。これにより、他のボイラ２０に比して負荷率が大幅に低いボイラ２０があった状態において、偏差量（燃焼量増加要求量）がボイラ２０の最大増加蒸気量を超えた場合であっても、負荷率の低いボイラ２０の負荷率を最大増加蒸気量分増加させつつ、偏差残量については他のボイラ２０の負荷率を増加させて燃焼量増加要求に対応できる。よって、要求負荷の急激な変動に対する追従性を向上させつつ、時間の経過と共に複数のボイラ２０を均一な負荷率で燃焼させられる。その結果、必要とされる蒸気量が変動する度に複数のボイラすべての蒸気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。

また、出力制御部４６は、蒸気量を増加させるボイラ２０の負荷率が、次に負荷率の低いボイラ２０の負荷率を超えることになる場合には、蒸気量を増加させるボイラ２０の負荷率を、次に負荷率の低いボイラ２０の負荷率と同じになるまで増加させる。そして、その後、ボイラ選択部４４は、負荷率の等しいボイラ２０のうちの優先順位の高いボイラを選択し、出力制御部４６は、選択されたボイラの負荷率を、単位蒸気量Ｕ分増加させる。これにより、複数のボイラ２０をより均一な負荷率で燃焼させられる。

次に、要求負荷が減少している状態（必要蒸気量が減少している状態）におけるボイラシステム１の動作につき、図８〜図１０を参照しながら説明する。
ここでは、図４と同様のボイラ群２において、複数のボイラ２０が図８に示す負荷率で燃焼している状態において、単位時間（１秒）毎に、単位蒸気量Ｕの７倍の偏差量に相当する必要蒸気量の減少があった場合におけるボイラシステム１の動作につき説明する。

まず、初めの１秒間におけるボイラシステム１の動作につき、図９を参照しながら説明する。
この場合、まず、制御部４（判定部４５）は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さく、また、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）が単位蒸気量Ｕよりも大きくかつ最大減少蒸気量（単位蒸気量×４）よりも大きいと判定する。
次いで、ボイラ選択部４４は、５台のボイラ２０を、負荷率の高い順に選択する。ここでは、ボイラ選択部４４は、まず、１号機ボイラ２０を選択する。

次いで、出力制御部４６は、図９（ａ）に示すように、１号機ボイラ２０の負荷率を、最大減少蒸気量に相当する単位蒸気量Ｕ×４分減少させる。また、制御部４は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）から減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×４）を差し引いた偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、ボイラ選択部４４は、最大減少蒸気量分の負荷率を減少させた１号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち最も負荷率の高い２号機ボイラ２０を選択する。そして、出力制御部４６は、２号機ボイラ２０の負荷率を増加させる。
ここで、２号機ボイラ２０の負荷率を、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）分減少させた場合、２号機ボイラ２０の負荷率は、この２号機ボイラ２０の次に負荷率の高い３号機ボイラ２０の負荷率よりも低くなってしまう。そこで、出力制御部４６は、まず、２号機ボイラ２０の負荷率を、２号機ボイラ２０の次に負荷率の高い３号機ボイラ２０の負荷率と同じになるまで減少させる。具体的には、図９（ｂ）に示すように、出力制御部４６は、２号機ボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ×２分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を、減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×２）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×１となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、最大減少蒸気量分の負荷率を減少させた１号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち、最も負荷率の高いボイラを選択する。ここでは、２号機ボイラ２０と３号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の低い３号機ボイラ２０を優先して選択する。
次いで、図９（ｃ）に示すように、出力制御部４６は、選択した３号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を、減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は０となり、燃焼量を減少させる制御は終了する。

次に、図９に示す状態から更に１秒経過する場合におけるボイラシステム１の動作につき、図１０を参照しながら説明する。
この場合、ボイラ選択部４４は、５台のボイラ２０を、負荷率の高い順に選択する。ここでは、ボイラ選択部４４は、まず、１号機ボイラ２０を選択する。

次いで、出力制御部４６は、図１０（ａ）に示すように、１号機ボイラ２０の負荷率を、最大減少蒸気量に相当する単位蒸気量Ｕ×４分減少させる。また、制御部４は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×７）から減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×４）を差し引いた偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、ボイラ選択部４４は、最大減少蒸気量分の負荷率を減少させた１号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち、最も負荷率の高い２号機ボイラ２０を選択する。そして、出力制御部４６は、２号機ボイラ２０の負荷率を減少させる。

ここで、２号機ボイラ２０の負荷率を、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）分減少させた場合、２号機ボイラ２０の負荷率は、この２号機ボイラ２０の次に負荷率の高い３号機ボイラ２０の負荷率よりも低くなってしまう。そこで、出力制御部４６は、まず、２号機ボイラ２０の負荷率を、２号機ボイラ２０の次に負荷率の高い３号機ボイラ２０の負荷率と同じになるまで減少させる。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、出力制御部４６は、２号機ボイラ２０の負荷率を、単位蒸気量Ｕ×１分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を、減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×２となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、最大減少蒸気量分の負荷率を減少させた１号機ボイラ２０を除く４台のボイラ２０のうち、最も負荷率の高いボイラ２０を選択する。ここでは、２号機ボイラ２０〜４号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の低い４号機ボイラ２０を優先して選択する。
次いで、図１０（ｃ）に示すように、出力制御部４６は、選択した４号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を、減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は、単位蒸気量Ｕ×１となる。

次いで、制御部４（ボイラ選択部４４）は、１号機ボイラ２０を除くボイラ２０のうち、最も負荷率の高いボイラを選択する。ここでは、２号機ボイラ２０と３号機ボイラ２０の負荷率が等しいので、制御部４は、優先順位の低い３号機ボイラ２０を優先して選択する。
次いで、図１０（ｄ）に示すように、出力制御部４６は、選択した３号機ボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ分減少させる。また、制御部４は、偏差残量を、減少させた蒸気量（単位蒸気量Ｕ×１）分減少させる。これにより、偏差残量は０となり、燃焼量を減少させる制御は終了する。

このように、本実施形態のボイラシステム１によれば、必要蒸気量が減少していく場合においても、必要蒸気量が増加していく場合と同様に、要求負荷の急激な変動に対する追従性を向上させつつ、時間の経過と共に複数のボイラ２０を均一な負荷率で燃焼させられる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい一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、本実施形態では、本発明を、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、４台以下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。

また、本実施形態では、ボイラシステム１を、すべて同じ特性（ボイラの最大蒸気量、単位蒸気量Ｕ、最大増加蒸気量、及び最大減少蒸気量）を有するボイラ２０により構成したが、これに限らない。即ち、ボイラシステムを、異なる特性を有する複数のボイラ（例えば、最大蒸気量の異なる複数のボイラ）により構成してもよい。

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 単位蒸気量

Claims (9)

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、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量及び単位時間あたりに変動可能な蒸気量の上限値である最大変動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と、前記ボイラ群により出力される出力蒸気量との偏差量を算出する偏差算出部と、
   前記複数のボイラを負荷率の低い順又は高い順に選択するボイラ選択部と、
   前記偏差量が前記最大変動蒸気量以上であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気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最初に選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記最大変動蒸気量に対応する分変動させ、前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気量の以上でないと判定された場合に、前記選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記偏差量に対応する分変動させる出力制御部と、を備えるボイラシステム。
2. 前記判定部により、前記偏差量が前記最大変動蒸気量以上であると判定された場合、
   前記出力制御部は、前記最初に選択されたボイラの次に選択されたボイラの蒸気量を、前記単位蒸気量単位で前記偏差量と前記最大変動蒸気量との差に対応する分変動させる請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記最大変動蒸気量は、単位時間あたりに増加可能な蒸気量の上限値である最大増加蒸気量を含み、
   前記判定部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいかを判定し、
   前記ボイラ選択部は、前記判定部により前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと判定された場合、前記複数のボイラを負荷率の低い順に選択し、
   前記出力制御部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと判定された場合、前記最大増加蒸気量に基いて前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸気量を増加させる請求項１又は２に記載のボイラシステム。
4. 前記出力制御部は、蒸気量を増加させるボイラの負荷率が該ボイラの次に選択されるボイラの負荷率を超えることになる場合、
   蒸気量を増加させるボイラの負荷率を、次に負荷率の低いボイラの負荷率と同じになるまで増加させる請求項３に記載のボイラシステム。
5. 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、２以上のボイラの負荷率が等しい場合、優先順位の高いボイラを優先して選択し、
   前記出力制御部は、選択されたボイラの負荷率を、単位蒸気量分増加させる請求項４に記載のボイラシステム。
6. 前記最大変動蒸気量は、単位時間あたりに減少可能な蒸気量の上限値である最大減少蒸気量を含み、
   前記判定部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいかを判定し、
   前記ボイラ選択部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと判定された場合、前記複数のボイラを負荷率の高い順に選択し、
   前記出力制御部は、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと判定された場合、前記最大減少蒸気量に基いて前記ボイラ選択部により選択されたボイラの蒸気量を減少させる請求項１〜５のいずれかに記載のボイラシステム。
7. 前記出力制御部は、蒸気量を減少させるボイラの負荷率が該ボイラの次に選択されるボイラの負荷率を下回る場合、
   蒸気量を減少させるボイラの負荷率を、次に負荷率の高いボイラの負荷率と同じになるまで減少させる請求項６に記載のボイラシステム。
8. 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、２以上のボイラの負荷率が等しいと、優先順位の低いボイラを優先して選択し、
   前記出力制御部は、選択されたボイラの負荷率を、単位蒸気量分減少させる請求項７に記載のボイラシステム。
9. 前記単位蒸気量は、前記ボイラの最大蒸気量の０．１％〜２０％に設定される請求項１〜８のいずれかに記載のボイラシステム。

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