JP2014219119A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】最小燃焼状態であるにも関わらず蒸気圧力が上昇していく状況における圧力安定性を向上可能な比例制御方式のボイラシステムを提供すること。【解決手段】比例制御方式のボイラ２０を複数備えるボイラシステム１であって、ボイラ２０の燃焼状態を制御する制御部４は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が予め設定された目標圧力Ｐとなるようにボイラ２０の燃焼状態をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御部４１と、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率でボイラ２０が燃焼している状態で蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを上回ることを条件に、ＰＩＤ制御を停止するとともに、ボイラ２０の燃焼を停止するボイラ停止部４２と、ボイラ２０の燃焼が停止している状態で、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降することを条件に、ボイラ２０の燃焼を開始するボイラ燃焼部４３と、を備える。【選択図】図４

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した場合には、変動後に燃焼している全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

このような比例制御方式のボイラシステムでは、蒸気の発生量を細やかに調整することができるため、設備ごとに設定された目標圧力から大きく外れることなく複数のボイラの燃焼状態を制御することができる。
しかしながら、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、停止状態から最小燃焼状態までの間では負荷率を連続的に制御することができない。そのため、最小燃焼状態のボイラから発生した蒸気の圧力が目標圧力から外れていく状況では、圧力調整を適切に行うことができないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、最小燃焼状態であるにも関わらず蒸気圧力が上昇していく状況における圧力安定性を向上可能な比例制御方式のボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、最小燃焼率から最大燃焼率まで燃焼量を連続的に変更して燃焼可能なボイラと、要求負荷に応じて前記ボイラの燃焼量を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記制御部は、前記ボイラで発生した蒸気の蒸気圧力が予め設定された制御範囲内の制御目標値となるように前記ボイラの燃焼量をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御部と、前記最小燃焼率で前記ボイラが燃焼している状態で、前記蒸気圧力が前記制御範囲の上限設定値を上回ることを条件に、前記ＰＩＤ制御を停止し、前記ボイラの燃焼を停止するボイラ停止部と、前記ボイラの燃焼が停止している状態で、前記蒸気圧力が前記制御目標値よりも高い第１閾値まで下降することを条件に、前記ボイラの燃焼を開始するボイラ燃焼部と、を備えるボイラシステムに関する。

また、前記ＰＩＤ制御部は、前記ボイラ燃焼部が前記ボイラの燃焼を開始した後に、前記ＰＩＤ制御を再開することが好ましい。

また、前記ボイラ停止部は、ＰＩＤ制御部により前記ボイラの燃焼量が制御されている状態で、前記蒸気圧力が前記第１閾値よりも高く前記上限設定値よりも低い第２閾値を上回ることを条件に、前記ＰＩＤ制御を停止し、前記ボイラを前記最小燃焼率で燃焼させることが好ましい。

本発明によれば、最小燃焼状態であるにも関わらず蒸気圧力が上昇していく状況での圧力安定性を向上可能な比例制御方式のボイラシステムを提供できる。

本発明の実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 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。 蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力の変化を示すグラフである。 ボイラシステムの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るボイラシステムの蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力の変化を示すグラフである。 第２実施形態に係るボイラシステムの動作を示すフローチャートである。

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、第１実施形態のボイラシステム１の全体構成につき、図１を参照しながら説明する。
第１実施形態のボイラシステム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の内部の蒸気圧力の変動を、蒸気圧センサ７が測定する蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力（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の内部の蒸気圧力が下降することになる。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）が下降し、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の内部の蒸気圧力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力の変動に基づいて、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の蒸気圧力に基づいて、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、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、最大燃焼率の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。

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。
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。

また、ボイラシステム１には、図４に示すように目標圧力Ｐと圧力制御範囲Ｒとが設定されている。
目標圧力Ｐは、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力の目標値であり、蒸気使用設備１８ごとに任意に設定される。後述するように台数制御装置３は、蒸気圧センサ７で測定された蒸気圧力に基づいて蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が目標圧力Ｐと一致するようにボイラ２０の燃焼状態を制御する。
圧力制御範囲Ｒは、台数制御装置３が蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力を収めようとする範囲であり、上限圧力Ｐｕ及び下限圧力Ｐｄによりその範囲が定められる。目標圧力Ｐは圧力制御範囲Ｒの略中心の圧力値であり、上限圧力Ｐｕは圧力制御範囲Ｒの上限を示す圧力値であり、下限圧力Ｐｄは圧力制御範囲Ｒの下限を示す圧力値である。

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からの蒸気圧力信号に基づいて、所定のＰＩＤアルゴリズムにより蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐになるために必要な制御量（必要蒸気量）を算出し、算出した制御量に基づいて制御ボイラの燃焼状態（負荷率）を制御する。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、ＰＩＤ制御部４１と、ボイラ停止部４２と、ボイラ燃焼部４３と、を備える。

ＰＩＤ制御部４１は、ボイラ群２から発生した蒸気の圧力（蒸気ヘッダ６に貯留された蒸気の蒸気圧力）が、予め設定された目標圧力Ｐとなるような制御量を算出し、この制御量に基づいてボイラ２０の燃焼量を制御する。即ち、ＰＩＤ制御部４１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力と目標圧力Ｐとの偏差に対して、所定のＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行うことで、ヘッダ圧力が目標圧力となるために必要な蒸気量を算出し、算出した蒸気量を発生するようにボイラ２０を制御する。
また、ＰＩＤ制御部４１は、後述のボイラ燃焼部４３がボイラ２０の燃焼を開始して所定時間経過すると、所定のＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を再開する。

ボイラ停止部４２は、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率（最小燃焼率）で燃焼している状態で、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを上回ることを条件に、ＰＩＤ制御部４１による制御を停止するとともに、ボイラ２０の燃焼を停止する。
ここで、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している状態とは、ボイラ群２のうちの１のボイラのみが最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼し、その他のボイラ２０が燃焼を停止している状態をいう。なお、ボイラシステム１が１台のボイラ２０で構成される場合には、当該１台のボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している状態が、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している状態となる。
また、ＰＩＤ制御部４１による制御を停止するとは、要求負荷（蒸気ヘッダ６の蒸気圧力）に基づいてボイラ２０の負荷率を連続的に変更することを停止することをいう。そのため、ボイラ停止部４２によりＰＩＤ制御部４１の制御が停止されている状態では、ボイラ２０の負荷率が変更することはない。

ボイラ燃焼部４３は、全てのボイラ２０が燃焼を停止している状態で、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐよりも高い第１閾値Ｐ１まで下降することを条件に、ボイラ２０の燃焼を開始する。
即ち、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを上回るとボイラ停止部４２により全てのボイラ２０の燃焼が停止するが、この燃焼停止に伴い蒸気圧力が上限圧力Ｐｕから第１閾値Ｐ１まで下降すると、ボイラ燃焼部４３は、燃焼を停止していたボイラ２０の燃焼を開始する。具体的には、ボイラ燃焼部４３は、複数のボイラ２０のうちの１のボイラ２０のバーナをオンすることで当該ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させる。

次に、図４を参照して、本実施形態のボイラシステム１の動作について説明する。図４は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力の変化を示すグラフである。

時間Ｔ０から時間Ｔ１において、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上昇し続けている。このとき、ＰＩＤ制御部４１は、上昇する蒸気圧力に対してＰＩＤ制御を行い、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
時間Ｔ１において蒸気圧力が上限圧力Ｐｕに到達すると、ボイラ停止部４２は、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼しているか否かを判定し、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している場合には、ＰＩＤ制御部４１によるＰＩＤ制御を停止し、全てのボイラ２０の燃焼を停止する。他方、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼していない場合には、ＰＩＤ制御部４１はＰＩＤ制御を継続し、結果的にボイラ２０は負荷率を低下させて燃焼することになる。

ここで、図４では、時間Ｔ１の時点でボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼しているものとする。すると、時間Ｔ１の時点で全てのボイラ２０の燃焼が停止するため、その後、時間Ｔ１から時間Ｔ２において蒸気圧力は下降することになる。
そして、時間Ｔ２において蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ボイラ燃焼部４３は、複数のボイラ２０のうちの１台のボイラ２０の燃焼を開始し、その後、所定時間経過すると、ＰＩＤ制御部４１は、ＰＩＤ制御を再開する。

このように目標圧力Ｐまで下降する前、即ち目標圧力Ｐよりも高い第１閾値Ｐ１の時点でボイラ２０の燃焼を開始するため、その後ＰＩＤ制御部４１による通常の制御に戻した際に蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐを超えて下降してしまうこと（オーバーシュート）を防止することができる。

また、第１閾値Ｐ１の時点では、ＰＩＤ制御部４１による制御を再開するのではなく、ボイラ燃焼部４３がボイラ２０の燃焼を開始することとしている。ここで、ボイラ停止部４２によるボイラ２０の燃焼停止は、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している状態であっても蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が上昇する場合に行われる。そのため、フィードバック制御のパラメータ設定によっては、第１閾値Ｐ１まで下降した時点でＰＩＤ制御部４１による通常の制御を再開したとしても、ボイラ２０の燃焼が停止したままとなる可能性があり、ボイラ２０の燃焼開始タイミング（バーナの着火タイミング）が遅れ、結果、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐをオーバーシュートしてしまう。
そこで、本実施形態では、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降した時点で強制的にボイラ２０の燃焼を開始し、その後、ＰＩＤ制御部４１によるフィードバック制御を再開する。これにより、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐをオーバーシュートすることを防止できる。

続いて、図５を参照して、本実施形態のボイラシステム１の処理について説明する。図５は、ボイラシステム１の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳＴ１において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ２の処理を行い、ＮＯの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ７の処理を行う。
ステップＳＴ２では、制御部４（ボイラ停止部４２）は、ボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼しているか否か、即ち、複数のボイラ２０のうち１のボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼し、その他のボイラ２０が燃焼を停止しているか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ３の処理を行い、ＮＯの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ７の処理を行う。

ステップＳＴ３において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、ＰＩＤ制御を停止し、全てのボイラ２０の燃焼を停止する。
続いて、制御部４は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１となるまで待機する（ステップＳＴ４）。

蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ステップＳＴ５において、制御部４（ボイラ燃焼部４３）は、複数のボイラ２０のうちの１のボイラ２０のバーナをオンすることで当該ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させる。
その後、所定時間経過すると、ステップＳＴ６において、制御部４（ＰＩＤ制御部４１）は、ＰＩＤ制御を再開し、処理を終了する。

他方、ステップＳＴ１又はステップＳＴ２でＮＯの場合には、ステップＳＴ７において、制御部４（ＰＩＤ制御部４１）は、蒸気圧力から特定した要求負荷に応じて、所定のＰＩＤアルゴリズムに基づくＰＩＤ制御によりボイラ２０の燃焼状態を制御し、処理を終了する。

以上、本実施形態のボイラシステム１について説明した。このようなボイラシステム１によれば、例えば、次の効果が奏される。

（１）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オン／オフで制御するとともに、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲では燃焼量を連続的に制御する複数の比例制御方式のボイラ２０を備えるボイラシステム１において、制御部４のボイラ停止部４２は、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率でボイラ２０が燃焼している状態で、蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを上回ることを条件に、通常時に行われるＰＩＤ制御を停止するとともに、ボイラ２０の燃焼を停止し、制御部４のボイラ燃焼部４３は、その後、蒸気圧力が目標圧力Ｐよりも高い第１閾値Ｐ１まで下降することを条件に、１のボイラ２０のみ燃焼を開始することとした。
これにより、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率でボイラ２０が燃焼しているにも関わらず蒸気圧力が目標圧力Ｐから外れていく状況では、複数のボイラ２０の燃焼が停止することになり、結果、蒸気圧力が下降することになる。一方、ボイラ２０の燃焼停止は、目標圧力Ｐよりも高い第１閾値Ｐ１の時点で解除されるため、燃焼停止に伴い目標圧力Ｐを超えて蒸気圧力が下降することを防止でき、蒸気圧力を目標圧力Ｐの近傍に調整することができる。これにより、比例制御方式のボイラ２０で連続的に制御することのできない燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間における圧力調整、即ち最小燃焼状態Ｓ１であっても蒸気圧力が上昇してしまう状況における圧力調整を適切に行うことができる。

（２）また、ボイラシステム１では、ＰＩＤ制御部４１は、ボイラ燃焼部４３がボイラ２０の燃焼を開始した後にＰＩＤ制御を再開することとした。即ち、ボイラシステム１では、蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降したタイミングではなく、その後所定時間経過したタイミングで、要求負荷に応じた通常の制御を再開することとした。
これにより、フィードバック制御のパラメータ設定に関わらず、第１閾値Ｐ１まで下降したタイミングで確実にボイラ２０の燃焼を開始することができ、結果、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力が目標圧力Ｐをオーバーシュートすることを防止できる。

次に、本発明の第２実施形態に係るボイラシステム１について説明する。
第１実施形態のボイラシステム１では、蒸気圧力が上限圧力Ｐｕに到達した場合であってもボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率以外の負荷率で燃焼している状態では、ＰＩＤ制御を継続することとしていた。このような第１実施形態のボイラシステム１では、ＰＩＤ制御によりボイラ２０の負荷率はその後低下し、結果、蒸気圧力も下降するものの、蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを大きく超えてしまう可能性もあった。
そこで、第２実施形態のボイラシステム１では、目標圧力Ｐと上限圧力Ｐｕとの間に第２閾値Ｐ２を設け、第２閾値Ｐ２まで蒸気圧力が上昇するとボイラ２０を強制的に最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させることとした。

そのため、第２実施形態のボイラ停止部４２は、ＰＩＤ制御部４１によりボイラ２０の燃焼量が制御されている状態で、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１よりも高く上限圧力Ｐｕよりも低い第２閾値Ｐ２を上回ることを条件に、ＰＩＤ制御部４１による制御を停止するとともに、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させる。即ち、複数のボイラ２０のうち１のボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させ、他のボイラ２０の燃焼を停止する。

なお、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させることで、蒸気圧力は、第２閾値Ｐ２から下降する可能性がある。そこで、ＰＩＤ制御部４１は、ボイラ停止部４２によりボイラ２０が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼している状態で、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降することを条件に、ＰＩＤ制御を再開する。

他方、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させたとしても、蒸気圧力が更に上昇する可能性もある。この場合には、第１実施形態と同様に、蒸気圧力が上限圧力Ｐｕまで上昇するとボイラ停止部４２がボイラ２０の燃焼を停止し、その後、蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降するとボイラ燃焼部４３がボイラ２０の燃焼を開始する。

以上説明した第２実施形態のボイラシステム１の動作について、図６を参照して説明する。図６は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力の変化を示すグラフである。

時間Ｔ０から時間Ｔ１ａにおいて、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上昇し続けている。このとき、ＰＩＤ制御部４１は、上昇する蒸気圧力に対してＰＩＤ制御を行い、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
時間Ｔ１ａにおいて蒸気圧力が第２閾値Ｐ２に到達すると、ボイラ停止部４２は、ＰＩＤ制御部４１によるＰＩＤ制御を停止し、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させる。ボイラ停止部４２がボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させたにも関わらず蒸気圧力が上昇する場合の蒸気圧力の変化を符号１０１で示し、ボイラ停止部４２がボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させることで蒸気圧力が下降する場合の蒸気圧力の変化を符号１０２で示す。

符号１０１を参照して、時間Ｔ１において蒸気圧力が上限圧力Ｐｕに到達すると、ボイラ停止部４２は、全てのボイラ２０の燃焼を停止する。これにより、その後、時間Ｔ１から時間Ｔ２において蒸気圧力は下降することになる。
そして、時間Ｔ２において蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ボイラ燃焼部４３は、複数のボイラ２０のうちの１台のボイラ２０の燃焼を開始し、その後、所定時間経過すると、ＰＩＤ制御部４１は、ＰＩＤ制御を再開する。

符号１０２を参照して、時間Ｔ１ａでボイラ停止部４２がボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させたため、その後、蒸気圧力が下降し始める。
そして、時間Ｔ２ａにおいて蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ＰＩＤ制御部４１は、ＰＩＤ制御を再開する。

このように、蒸気圧力が第２閾値Ｐ２まで上昇した時点でＰＩＤ制御を停止し、ボイラ２０を強制的に最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させることとしているため、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを大きく超えてしまうことを防止でき、圧力安定性を高めることができる。

続いて、図７を参照して、第２実施形態のボイラシステム１の処理について説明する。図７は、ボイラシステム１の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳＴ１１において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、ＰＩＤ制御部４１によりボイラ２０の燃焼量が制御されている状態で蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第２閾値Ｐ２に達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ１２の処理を行い、ＮＯの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ２０の処理を行う。
ステップＳＴ１２において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、ＰＩＤ制御を停止し、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させる。

続いて、ステップＳＴ１３において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕに達したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ１４の処理を行い、ＮＯの場合には、制御部４は、続いてステップＳＴ１８の処理を行う。
ステップＳＴ１４において、制御部４（ボイラ停止部４２）は、全てのボイラ２０の燃焼を停止する。

続いて、ステップＳＴ１５において、制御部４は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１となるまで待機する。
その後、蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ステップＳＴ１６において、制御部４（ボイラ燃焼部４３）は、複数のボイラ２０のうちの１のボイラ２０のバーナをオンすることで当該ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させる。
その後、所定時間経過すると、ステップＳＴ１７において、制御部４（ＰＩＤ制御部４１）は、ＰＩＤ制御を再開し、処理を終了する。

他方、ステップＳＴ１３でＮＯの場合には、ステップＳＴ１８において、制御部４は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第１閾値Ｐ１となるまで待機する。
その後、蒸気圧力が第１閾値Ｐ１まで下降すると、ステップＳＴ１９において、制御部４（ＰＩＤ制御部４１）は、ＰＩＤ制御を再開し、処理を終了する。

また、ステップＳＴ１１でＮＯの場合には、ステップＳＴ２０において、制御部４（ＰＩＤ制御部４１）は、蒸気圧力から特定した要求負荷に応じて、所定のＰＩＤアルゴリズムに基づくＰＩＤ制御によりボイラ２０の燃焼状態を制御し、処理を終了する。

以上、第２実施形態のボイラシステム１について説明した。このようなボイラシステム１によれば、上記（１）（２）に加え、次の効果が奏される。

（３）第２実施形態のボイラシステム１では、ボイラ停止部４２は、ＰＩＤ制御部４１によりボイラ２０の燃焼量が制御されている状態で、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第２閾値Ｐ２を上回ることを条件に、ＰＩＤ制御を停止し、ボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させることとした。
これにより、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が第２閾値Ｐ２を超えて上昇することを抑制することができる。また、仮に第２閾値Ｐ２を超えて上昇したとしても上限圧力Ｐｕまで上昇した時点でボイラ２０の燃焼が直ちに停止するため、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が上限圧力Ｐｕを大きく超えてしまうことを防止でき、圧力安定性を高めることができる。

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、第１実施形態及び第２実施形態では、蒸気圧力が目標圧力Ｐよりも高い状態のボイラ２０の燃焼状態の制御について説明したが、蒸気圧力が目標圧力Ｐよりも低い状態の制御は任意に行うことができる。一例として、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力が下限圧力Ｐｄよりも下降するとＰＩＤ制御を停止し、全てのボイラ２０を最大燃焼状態Ｓ２に対応する負荷率で燃焼させ、蒸気圧力を上昇させる。そして、その後、蒸気圧力が下限圧力Ｐｄよりも高く目標圧力Ｐよりも低い第３閾値となったタイミングでＰＩＤ制御を再開することで、目標圧力Ｐを超えて蒸気圧力が上昇してしまうことを防止することとしてもよい。

また、第１実施形態及び第２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、２台〜４台又は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、１台のボイラのみを備えるボイラシステムに適用してもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
４ 台数制御装置
４１ ＰＩＤ制御部
４２ ボイラ停止部
４３ ボイラ燃焼部
Ｐ 目標圧力
Ｐｕ 上限圧力
Ｐ１ 第１閾値

Claims (3)

1. 最小燃焼率から最大燃焼率まで燃焼量を連続的に変更して燃焼可能なボイラと、要求負荷に応じて前記ボイラの燃焼量を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記制御部は、
   前記ボイラで発生した蒸気の蒸気圧力が予め設定された制御範囲内の制御目標値となるように前記ボイラの燃焼量をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御部と、
   前記最小燃焼率で前記ボイラが燃焼している状態で、前記蒸気圧力が前記制御範囲の上限設定値を上回ることを条件に、前記ＰＩＤ制御を停止し、前記ボイラの燃焼を停止するボイラ停止部と、
   前記ボイラの燃焼が停止している状態で、前記蒸気圧力が前記制御目標値よりも高い第１閾値まで下降することを条件に、前記ボイラの燃焼を開始するボイラ燃焼部と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記ＰＩＤ制御部は、前記ボイラ燃焼部が前記ボイラの燃焼を開始した後に、前記ＰＩＤ制御を再開する、請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記ボイラ停止部は、ＰＩＤ制御部により前記ボイラの燃焼量が制御されている状態で、前記蒸気圧力が前記第１閾値よりも高く前記上限設定値よりも低い第２閾値を上回ることを条件に、前記ＰＩＤ制御を停止し、前記ボイラを前記最小燃焼率で燃焼させる、請求項１又は２に記載のボイラシステム。

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