JP2014228170A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】過度な燃焼状態の変化を生じさせることなく、圧力安定性を維持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には単位蒸気量Ｕが設定され、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４３と、ボイラ選択部４４と、偏差量が最初に選択されるボイラの単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する第１判定部４５と、偏差残量を算出する偏差残量算出部４６と、偏差残量が次に選択されるボイラの単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する第２判定部４７と、第１判定部４５及び第２判定部４７の判定結果に基いて蒸気量を変動させるボイラ２０を決定する変動ボイラ決定部４８と、変動ボイラ決定部４８により決定されたボイラ２０の蒸気量を変動させる出力制御部４９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、必要とされる蒸気量（必要蒸気量）に変動があ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。そのため、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る。また、必要蒸気量の変動量が少ない場合には、各ボイラの燃焼量の変動量は非常に微小なものとなる。その結果、ボイラを構成する部品の摩耗や消耗が生じやすくなってしまうと共に、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、複数のボイラの過度な燃焼状態の変化を生じさせることなく、圧力安定性を維持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負荷率の高い順に選択するボイラ選択部と、前記偏差量が前記ボイラ選択部により最初に選択されたボイラの単位蒸気量以上であるか否かを判定する第１判定部と、前記第１判定部により、前記偏差量が前記最初に選択されたボイラの単位蒸気量以上であると判定された場合に、該偏差量から該単位蒸気量を減じて偏差残量を算出する偏差残量算出部と、前記偏差残量算出部により算出された偏差残量が前記ボイラ選択部により次に選択されたボイラの単位蒸気量以上であるか否かを判定する第２判定部と、前記第１判定部及び前記第２判定部の判定結果に基いて、蒸気量を変動させるボイラを決定する変動ボイラ決定部と、前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を前記単位蒸気量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大きい場合、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、前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を前記単位蒸気量分増加させることが好ましい。

また、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、前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を前記単位蒸気量分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、前記複数のボイラの負荷率が等しい場合、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと、優先順位の高いボイラを優先して選択し、前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと、優先順位の低いボイラを優先して選択することが好ましい。

また、前記単位蒸気量は、前記複数のボイラそれぞれに対して個別に設定されていてもよい。

また、前記単位蒸気量は、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、複数のボイラの過度な燃焼状態の変化を生じさせることなく、圧力安定性を維持できる。

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。 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、図６に示す状態から１秒経過後のボイラシステムの燃焼状態を示す図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す図であり、図７に示す状態から１秒経過後のボイラシステムの燃焼状態を示す図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す図であり、図８に示す状態から１秒経過後のボイラシステムの燃焼状態を示す図である。

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、特定のボイラ２０の負荷率が急激に変動しないように、ボイラ群２の燃焼状態を制御する。

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、第１判定部４５と、偏差残量算出部４６と、第２判定部４７と、変動ボイラ決定部４８と、出力制御部４９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２０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２０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。

第１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。より詳細には、第１判定部４５は、偏差量が、ボイラ選択部４４により最初に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。
また、第１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。

偏差残量算出部４６は、第１判定部４５により、偏差量が最初に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合に、偏差量から当該選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量を算出する。また、偏差残量算出部４６は、後述の第２判定部４７により、偏差残量が選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合には、偏差残量から選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量の値を更新する。

第２判定部４７は、偏差残量算出部４６により算出された偏差残量が、次に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。この第２判定部４７による判定は、偏差残量が、選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕを下回るまで行われる。
尚、ボイラ群２を構成する複数のボイラ２０すべてについて第１判定部４５又は第２判定部４７による判定が行われた場合には、第２判定部４７は、偏差残量とボイラ選択部４４により最初に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕとを比較する。

変動ボイラ決定部４８は、第１判定部４５及び第２判定部４７の判定結果に基いて蒸気量を変動させるボイラ２０を決定する。具体的には、変動ボイラ決定部４８は、第１判定部４５により、偏差量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０、及び第２判定部４７により、偏差残量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。

出力制御部４９は、変動ボイラ決定部４８により蒸気量を変動させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を単位蒸気量Ｕ分変動させる。より具体的には、出力制御部４９は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きい場合、変動ボイラ決定部４８により蒸気量を変動させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、出力制御部４９は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい場合、変動ボイラ決定部４８により蒸気量を変動させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕ分減少させる。
尚、出力制御部４９は、偏差量が大きく一台のボイラ２０が蒸気量を変動させるボイラ２０として複数回選択された場合には、この選択されたボイラ２０の蒸気量を、単位蒸気量Ｕに選択された回数を乗じた蒸気量分変動させる。

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（第１判定部４５）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、複数のボイラ２０を負荷率の低い順に選択し、処理は、ステップＳＴ４に進む。尚、このステップＳＴ３において、負荷率の等しいボイラ２０が複数あった場合には、ボイラ選択部４４は、優先順位の高いボイラ２０を優先して選択する。

ステップＳＴ４において、第１判定部４５は、ステップＳＴ１において算出された偏差量がボイラ選択部４４により最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。第１判定部４５により、偏差量が最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合、処理は、ステップＳＴ５に進む。第１判定部４５により、偏差量が最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ未満であると判定された場合、処理は終了する。

ステップＳＴ５において、変動ボイラ決定部４８は、第１判定部４５により偏差量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０を、蒸気量を増加させるボイラ２０に決定する。また、出力制御部４９は、変動ボイラ決定部４８において蒸気量を増加させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を、ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ分増加させる。そして、処理はステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６において、偏差残量算出部４６は、偏差量から最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量を算出し、処理は、ステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７において、第２判定部４７は、偏差残量算出部４６により算出された偏差残量が、次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。第２判定部４７により、偏差残量が次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合、処理は、ステップＳＴ５に戻る。

この場合、ステップＳＴ５においては、変動ボイラ決定部４８は、第２判定部４７により偏差残量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０を蒸気量を増加させるボイラ２０に決定する。そして、ステップＳＴ６において、偏差残量算出部４６は、偏差残量から次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量を更新する。

第２判定部４７により、偏差残量が次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ未満であると判定された場合には、処理は終了する。

一方、ステップＳＴ２において、必要蒸発量が出力蒸発量よりも小さいと判定された場合、ステップＳＴ８において、ボイラ選択部４４は、複数のボイラ２０を負荷率の高い順に選択し、処理は、ステップＳＴ９に進む。尚、このステップＳＴ８において、負荷率の等しいボイラ２０が複数あった場合には、ボイラ選択部４４は、優先順位の低いボイラ２０を優先して選択する。

ステップＳＴ９において、第１判定部４５は、ステップＳＴ１において算出された偏差量がボイラ選択部４４により最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。第１判定部４５により、偏差量が最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合、処理は、ステップＳＴ１０に進む。第１判定部４５により、偏差量が最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ未満であると判定された場合、処理は終了する。

ステップＳＴ１０において、変動ボイラ決定部４８は、第１判定部４５により偏差量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０を、蒸気量を減少させるボイラ２０に決定する。また、出力制御部４９は、変動ボイラ決定部４８において蒸気量を減少させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を、ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ分減少させる。そして、処理はステップＳＴ１１に進む。

ステップＳＴ１１において、偏差残量算出部４６は、偏差量から最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量を算出し、処理は、ステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２において、第２判定部４７は、偏差残量算出部４６により算出された偏差残量が、次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。第２判定部４７により、偏差残量が次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合、処理は、ステップＳＴ１０に戻る。

この場合、ステップＳＴ１０においては、変動ボイラ決定部４８は、第２判定部４７により偏差残量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定されたボイラ２０を蒸気量を減少させるボイラ２０に決定する。そして、ステップＳＴ１１において、偏差残量算出部４６は、偏差残量から次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量を更新する。

第２判定部４７により、偏差残量が次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ未満であると判定された場合には、処理は終了する。

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５〜図９を参照しながら説明する。
ここでは、図５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５に示す一目盛分に設定されている。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。尚、ここでは、１号機ボイラ２０〜５号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕは、すべて同一であるとする。

そして、５台のボイラ２０がそれぞれ図５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４倍の偏差量に相当する必要蒸気量の増加があった場合（要求負荷が増加した場合）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の動作につき説明する。図６は、図５に示す状態から１秒が経過した場合のボイラ群２の燃焼状態を示す図である。
この場合、まず、第１判定部４５は、必要蒸気量が出力蒸気量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、５号機ボイラ２０、４号機ボイラ２０、１号機ボイラ２０、２号機ボイラ２０、３号機ボイラ２０の順にボイラ２０を選択する。尚、図５に示す状態では、１号機ボイラ２０〜３号機ボイラ２０の負荷率が等しいため、ボイラ選択部４４は、優先順位に基づいて、１号機ボイラ２０、２号機ボイラ２０、３号機ボイラ２０の順にボイラ２０を選択する。

次いで、第１判定部４５は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×４）が、最初に選択した５号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕよりも大きいと判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、５号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×４）から選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）が、次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）が２番目に選択された４号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、４号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）から４号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）が、次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）が３番目に選択された１号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。

次いで、変動ボイラ決定部４８は、１号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）から１号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）が、次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）が４番目に選択された２号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、２号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）から２号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（０）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（０）が次に選択される３号機ボイラ２０の単位蒸気量以下でないと判定する。すると、出力制御部４９は、図６に示すように、これまでに変動ボイラ決定部４８により蒸気量を変動させるボイラ２０に決定された５号機ボイラ２０、４号機ボイラ２０、１号機ボイラ２０及び２号機ボイラ２０の蒸気量を、それぞれ、単位蒸気量Ｕ分増加させる。

次に、図６に示す状態から更に１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説明する。図７は、図６に示す状態から１秒が経過した場合のボイラ群２の燃焼状態を示す図である。

この場合、まず、第１判定部４５は、必要蒸気量が出力蒸気量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、５号機ボイラ２０、４号機ボイラ２０、３号機ボイラ２０、１号機ボイラ２０、２号機ボイラ２０の順にボイラ２０を選択する。

次いで、第１判定部４５は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×４）が、最初に選択した５号機の単位蒸気量Ｕよりも大きいと判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、５号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差量（単位蒸気量Ｕ×４）から選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）が、次に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）が２番目に選択された４号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、４号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×３）から４号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）が、次に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）が３番目に選択された３号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。

次いで、変動ボイラ決定部４８は、３号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×２）から３号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）が、次に選択されるボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。ここでは、第２判定部４７は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）が４番目に選択された１号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であると判定する。
次いで、変動ボイラ決定部４８は、１号機ボイラ２０を、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定する。そして、偏差残量算出部４６は、偏差残量（単位蒸気量Ｕ×１）から１号機ボイラ２０の単位蒸気量Ｕを減じて偏差残量（０）を算出する。

次いで、第２判定部４７は、偏差残量（０）が次に選択される２号機ボイラ２０の単位蒸気量以下でないと判定する。すると、出力制御部４９は、図７に示すように、これまでに変動ボイラ決定部４８により蒸気量を変動させるボイラ２０に決定された５号機ボイラ２０、４号機ボイラ２０、３号機ボイラ２０及び１号機ボイラ２０の蒸気量を、それぞれ、単位蒸気量Ｕ分増加させる。

同様にして、図７に示す状態から更に２秒が経過すると、図８及び図９に示すように、１秒毎に、負荷率の低い４台のボイラ２０の負荷が単位蒸気量Ｕずつ増加していく。そして、図５に示す状態から４秒が経過する間に、ボイラ群２を構成する５台のボイラ２０の燃焼状態は、徐々に均等化されていく。

以上説明した本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。

蒸気量を増加させるボイラを決定する場合に、最も負荷率の低いボイラを選択し、選択されたボイラの蒸気量を増加させることで、複数のボイラ２０の負荷率を均等化できる。この場合、他のボイラと比べて大きく負荷率の低いボイラが存在すると、この負荷率の低いボイラのみ蒸気量を増加させ続けることとなる。

しかしながら、このような場合において、要求負荷が短時間に大きく増加すると、出力蒸気量の増加量が要求負荷の増加量に追従できず、要求負荷の増加に対する応答遅れを生じてしまう。即ち、例えば、１秒間に増加可能な蒸気量が単位蒸気量Ｕの３倍であるボイラに対して、１秒毎に単位蒸気量Ｕの４倍の燃焼量増加要求があった場合には、ボイラ２０は、蒸気量の増加要求に対応できなくなってしまう。

そこで、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きかった場合に、ボイラ選択部４４に、複数のボイラ２０を負荷率の低い順に選択させ、第１判定部４５に、偏差量が、最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定させた。そして、偏差量が、最初に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であった場合には、偏差残量算出部４６に偏差残量を算出させ、第２判定部４７に、偏差残量が次に選択されたボイラ２０の単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定させた。更に、変動ボイラ決定部４８に、第１判定部４５及び第２判定部４７の判定結果に基いて蒸気量を変動させるボイラ２０を決定させ、出力制御部４９に、蒸気量を変動させるボイラ２０に決定されたボイラ２０の蒸気量を単位蒸気量Ｕ分変動させた。

これにより、要求負荷（必要蒸気量）が増加した場合に、負荷率の低いボイラ２０から順に、それぞれのボイラ２０の単位蒸気量Ｕ分ずつ負荷率を増加させて出力蒸気量を増加させられるので、要求負荷が短時間に大きく増加した場合であっても、要求負荷の増加に対する応答性を良好に保てる。また、複数のボイラ２０の負荷率を単位蒸気量Ｕ単位で増加させるので、要求負荷（必要蒸気量）が増加した場合に、複数のボイラ２０の過度な燃焼状態の変化を生じさせずに、ボイラシステム１の圧力安定性を維持できる。

尚、上記においては、必要蒸気量が増加した場合について説明したが、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、要求負荷の減少に対する応答性を良好に保てる。また、複数のボイラ２０の過度な燃焼状態の変化を生じさせずに、ボイラシステム１の圧力安定性を維持できる。

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、ボイラ群２を、単位蒸気量Ｕの等しい複数のボイラ２０により構成したが、これに限らない。即ち、ボイラ群を、単位蒸気量の異なる複数の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。

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 第１判定部
４６ 偏差残量算出部
４７ 第２判定部
４８ 変動ボイラ決定部
４９ 出力制御部

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、変動可能な蒸気量の単位である単位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負荷率の高い順に選択するボイラ選択部と、
   前記偏差量が前記ボイラ選択部により最初に選択されたボイラの単位蒸気量以上であるか否かを判定する第１判定部と、
   前記第１判定部により、前記偏差量が前記最初に選択されたボイラの単位蒸気量以上であると判定された場合に、該偏差量から該単位蒸気量を減じて偏差残量を算出する偏差残量算出部と、
   前記偏差残量算出部により算出された偏差残量が前記ボイラ選択部により次に選択されたボイラの単位蒸気量以上であるか否かを判定する第２判定部と、
   前記第１判定部及び前記第２判定部の判定結果に基いて、蒸気量を変動させるボイラを決定する変動ボイラ決定部と、
   前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を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大きい場合、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、前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を増加させる請求項１に記載のボイラシステム。
3. 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、前記変動ボイラ決定部により蒸気量を変動させるボイラに決定されたボイラの蒸気量を減少させる請求項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、
   前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも大きいと、優先順位の高いボイラを優先して選択し、
   前記必要蒸気量が前記出力蒸気量よりも小さいと、優先順位の低いボイラを優先して選択する請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステム。
5. 前記単位蒸気量は、前記複数のボイラそれぞれに対して個別に設定される請求項１〜４のいずれかに記載のボイラシステム。
6. 前記単位蒸気量は、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。

Images