JP2015197235A - ボイラシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、その連続性を活かして比例制御ボイラを増設するボイラシステムを提供すること。【解決手段】制御部4は、蒸気圧センサ7により測定される蒸気圧値に基づいて、段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置及び比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択することで燃焼状態を制御し、比例制御ボイラ20Bは、制御部4により選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、蒸気圧センサ7により測定される蒸気圧値に基づいて燃焼率が連続的に変更可能に制御される。【選択図】図1
Description
本発明は、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラと燃焼率を連続的に変更可能な1つ以上の比例制御ボイラを有するボイラ群を備えるボイラシステムに関する。
従来、複数の段階的な燃焼位置で燃焼可能なボイラを複数有するボイラ群と、要求される負荷に応じて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が提案されている。
例えば、特許文献1には、スチームヘッダに設けた圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼状態を定める台数制御を行うことが記載されている。特許文献1記載の台数制御では、蒸気圧力制御範囲を複数の圧力区分に分割し、圧力区分毎にボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、スチームヘッダで検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの蒸発量を制御する。圧力区分は一定の幅で定めておき、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くする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、スチームヘッダに設けた圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼状態を定める台数制御を行うことが記載されている。特許文献1記載の台数制御では、蒸気圧力制御範囲を複数の圧力区分に分割し、圧力区分毎にボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、スチームヘッダで検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの蒸発量を制御する。圧力区分は一定の幅で定めておき、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くするボイラシステムが提案されている。
ところで、ボイラには、大別して、選択される燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能な段階値制御ボイラと、燃焼量を連続的に増減可能な比例制御ボイラとがある(例えば、特許文献2参照)。
比例制御ボイラにより構成されるボイラシステムでは、台数制御装置は、目標圧力を予め設定しておき、蒸気ヘッダの蒸気圧力と目標圧力との偏差に応じた制御量を算出することで、ボイラ群の燃焼状態を制御する(特許文献2参照)。
比例制御ボイラにより構成されるボイラシステムでは、台数制御装置は、目標圧力を予め設定しておき、蒸気ヘッダの蒸気圧力と目標圧力との偏差に応じた制御量を算出することで、ボイラ群の燃焼状態を制御する(特許文献2参照)。
特許文献1、2に記載された燃焼制御方法は、ボイラ群が段階値制御ボイラのみ又は比例制御ボイラのみで構成されている状態を想定しているものであり、段階値制御ボイラ及び比例制御ボイラが混在するボイラ群に適用することを想定していない。
仮に、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラ(例えば、4位置制御)からなるボイラシステムに、燃焼量を連続的に増減可能な比例制御ボイラを増設する場合、当該比例制御ボイラを段階値制御ボイラ(例えば、4位置制御)とみなすことで、対応は可能である。
この場合、例えば、比例制御ボイラを燃焼率0〜20%の領域を低燃焼、燃焼率20〜60%の領域を中燃焼、燃焼率60〜100%の領域を高燃焼に見立てると、比例制御ボイラを、0%(燃焼停止)、20%(低燃焼)、60%(中燃焼)、100%(高燃焼)の4段階でしか変化させることができず、比例制御ボイラの備える燃焼量を連続的に増減可能とする連続性を活かすことができない。
このため、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、比例制御ボイラを増設する場合に、台数制御を大幅に変更することなく、かつ比例制御ボイラの連続性を活かした台数制御が望まれる。
この場合、例えば、比例制御ボイラを燃焼率0〜20%の領域を低燃焼、燃焼率20〜60%の領域を中燃焼、燃焼率60〜100%の領域を高燃焼に見立てると、比例制御ボイラを、0%(燃焼停止)、20%(低燃焼)、60%(中燃焼)、100%(高燃焼)の4段階でしか変化させることができず、比例制御ボイラの備える燃焼量を連続的に増減可能とする連続性を活かすことができない。
このため、1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、比例制御ボイラを増設する場合に、台数制御を大幅に変更することなく、かつ比例制御ボイラの連続性を活かした台数制御が望まれる。
本発明は、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラと燃焼率を連続的に変更可能な1つ以上の比例制御ボイラとからボイラ群を備えるボイラシステムにおいて、比例制御ボイラの所定の燃焼ゾーンにおいて、燃焼率を連続的に増減可能とすることで、比例制御ボイラの連続性を活かして、圧力の安定性を図ることが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、段階的な燃焼位置で燃焼可能な、1つ以上の段階値制御ボイラと、燃焼率を連続的に変更可能な、1つ以上の比例制御ボイラとからなるボイラ群と、前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気集合部と、前記蒸気集合部の内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように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、前記比例制御ボイラは、それぞれ予め最小燃焼率から最大燃焼率までの燃焼率の範囲が複数の燃焼ゾーンに分割され、前記制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラの燃焼ゾーンを選択することで燃焼状態を制御し、前記1つ以上のそれぞれの比例制御ボイラは、前記制御部により選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、前記蒸気圧値に基づいて燃焼率が連続的に変更可能に制御されるボイラシステムに関する。
また、前記制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、前記選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更することが好ましい。
また、前記前記1つ以上のそれぞれの比例制御ボイラはローカル制御部を備え、前記ローカル制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、前記選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更することが好ましい。
また、nを1以上の整数として、前記比例制御ボイラは、前記制御部により設定された前記燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、前記蒸気圧値に基づいて燃焼率がn%刻みで連続的に変更可能に制御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、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、燃焼量を連続的に増減可能な比例制御ボイラを増設した場合、台数制御を大幅に変更することなく、比例制御ボイラの連続性を活かすことで、例えば圧力の安定性を図ることができるボイラシステムを提供することができる。
以下、本発明のボイラシステムの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1には、本発明のボイラシステムの好ましい一実施形態である、2台の段階値制御ボイラ20Aと1台の比例制御ボイラ20Bとからなるボイラ群2により構成されるボイラシステム1(以下、「実施形態1」ともいう)を示す。
最初に、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、2台の段階値制御ボイラ20Aと1台の比例制御ボイラ20Bとからなるボイラ群2と、複数のボイラ20A又は20B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20A及び20Bは、それぞれ、図1に示すように、燃焼が行われるボイラ本体21A及び21Bと、ボイラ20A及び20Bの燃焼状態を制御するローカル制御部22A及び22Bと、を備える。
ローカル制御部22A及び22Bは、それぞれ、蒸気消費量に応じてボイラ20A及び20Bの燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部22A及び22Bは、信号線16を介して台数制御装置3から送信される制御信号に基づいて、ボイラ20A及び20Bの燃焼状態を制御する。また、ローカル制御部22A及び22Bは、台数制御装置3で用いられる信号を、信号線16を介して台数制御手段に送信する。台数制御装置3で用いられる信号としては、ボイラ20A及び20Bの実際の燃焼状態、及びその他のデータ等が挙げられる。
ボイラ群2は、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20A及び20B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20A及び20B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20A及び20B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20A及び20B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20A及び20B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20A及び20Bの燃焼状態を制御する。
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20A及び20Bの燃焼状態を制御する。
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20A及び20Bの燃焼状態を制御する。
具体的には、蒸気使用設備18の需要の増大により蒸気消費量が増加し、蒸気ヘッダ6に供給される出力蒸気量が不足すれば、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が減少する。一方、蒸気使用設備18の需要の低下により蒸気消費量が減少し、蒸気ヘッダ6に供給される出力蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が増加する。台数制御装置3は、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値の変動に基づいて、蒸気消費量の変動をモニターする。そして、台数制御装置3は、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値に基づき算出した目標蒸気量分の蒸気を生成するように各ボイラ20A及び20Bの燃焼量を制御する。
<段階値制御ボイラ20A>
段階値制御ボイラ20Aとは、燃焼を選択的にオン/オフしたり、又は炎の大きさを調整すること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。
段階値制御ボイラ20Aとは、燃焼を選択的にオン/オフしたり、又は炎の大きさを調整すること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。
ボイラシステム1の備える段階値制御ボイラ20Aは、例えば、各燃焼位置における燃焼量、及び最大燃焼量としての燃焼能力(高燃焼位置における燃焼量)が段階値制御ボイラ20Aのそれぞれで等しく設定され、以下の4段階で燃焼状態(燃焼位置、燃焼率)を制御可能とされており、いわゆる4位置制御されるボイラである。
1)燃焼停止位置(第1燃焼位置:0%)
2)低燃焼位置L(第2燃焼位置:例えば最大燃焼量の5〜35%で設定される、本実施形態では20%)
3)中燃焼位置M(第3燃焼位置:例えば最大燃焼量の40〜70%で設定される、本実施形態では60%)
4)高燃焼位置H(第4燃焼位置:100%(最大燃焼量))。
1)燃焼停止位置(第1燃焼位置:0%)
2)低燃焼位置L(第2燃焼位置:例えば最大燃焼量の5〜35%で設定される、本実施形態では20%)
3)中燃焼位置M(第3燃焼位置:例えば最大燃焼量の40〜70%で設定される、本実施形態では60%)
4)高燃焼位置H(第4燃焼位置:100%(最大燃焼量))。
例えば、段階値制御ボイラ20Aの高燃焼位置Hにおける燃焼状態(高燃焼状態)の燃焼量が3000kg/hであった場合、中燃焼位置Mにおける燃焼量は1800kg/h、低燃焼位置Lにおける燃焼量は600kg/hとなる。
なお、段階値制御ボイラ20Aとして、4位置制御以外に、任意のN位置制御、例えば燃焼量が燃焼停止位置(第1燃焼位置)、低燃焼位置L(第2燃焼位置)、及び高燃焼位置H(第3燃焼位置)の3段階の燃焼位置に制御可能とされる、いわゆる3位置制御や、また5位置以上としてもよい。また、各段階値制御ボイラ20Aのボイラ容量、燃焼位置の段階数、及び各燃焼位置における燃焼率等が、各段階値制御ボイラ20Aのそれぞれで異なることとしてもよい。
<比例制御ボイラ20Bについて>
ボイラシステム1の備える比例制御ボイラ20B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20B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。
ボイラシステム1の備える比例制御ボイラ20B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20B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、ローカル制御部22B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、比例制御ボイラ20B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。
比例制御ボイラ20B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、比例制御ボイラ20B(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、比例制御ボイラ20B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、比例制御ボイラ20B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。
より具体的には、比例制御ボイラ20B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、比例制御ボイラ20B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、比例制御ボイラ20B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、比例制御ボイラ20B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。
続いて、図2を参照して、比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンについて説明する。
比例制御ボイラ20Bは、最小燃焼状態S1から最大燃焼状態S2の範囲で燃焼率を連続的に変更することができるが、ここでは、ボイラシステム1を構成する段階値制御ボイラ20Aに合わせて4つの燃焼ゾーンに分割することができる。
1)燃焼停止ゾーン(燃焼率:0%)
2)低燃焼ゾーンL(最大燃焼量の20%)
3)中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)
4)高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)。
比例制御ボイラ20Bは、最小燃焼状態S1から最大燃焼状態S2の範囲で燃焼率を連続的に変更することができるが、ここでは、ボイラシステム1を構成する段階値制御ボイラ20Aに合わせて4つの燃焼ゾーンに分割することができる。
1)燃焼停止ゾーン(燃焼率:0%)
2)低燃焼ゾーンL(最大燃焼量の20%)
3)中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)
4)高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)。
<実施形態1>
次に、図3A〜図3Cを参照して、実施形態1、即ち2台の段階値制御ボイラ20Aと1台の比例制御ボイラ20Bとからなるボイラ群2により構成されるボイラシステム1について説明する。
次に、図3A〜図3Cを参照して、実施形態1、即ち2台の段階値制御ボイラ20Aと1台の比例制御ボイラ20Bとからなるボイラ群2により構成されるボイラシステム1について説明する。
前述したように、比例制御ボイラ20Bは、4つの燃焼ゾーンに分割されている。
1)燃焼停止ゾーン(燃焼率:0%)
2)低燃焼ゾーンL(最大燃焼量の20%)
3)中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)
4)高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)。
1)燃焼停止ゾーン(燃焼率:0%)
2)低燃焼ゾーンL(最大燃焼量の20%)
3)中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)
4)高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)。
ボイラシステム1において、制御部4は、ヘッダ圧力値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように各段階値制御ボイラ20A及び比例制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御する。制御圧力帯は複数の圧力帯域に区分され、圧力帯域毎に各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置と、比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンとの組み合わせからなる複数の燃焼パターンが設定されている。ヘッダ圧力値がどの圧力帯域に該当するかによって各ボイラ20A及び比例制御ボイラ20Bの燃焼状態を定め、ボイラ群2の蒸発量を制御する。
図3Aに、各段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)及び比例制御ボイラ20B(3号機)において設定される仮想ボイラを示す。
図3Aに示すようにボイラ20Aの燃焼又はその停止は、仮想ボイラ単位で扱うことができる。仮想ボイラとは、ボイラにおける燃焼位置(燃焼量)の違い(低燃焼位置、中燃焼位置、高燃焼位置等)をそれぞれ独立したボイラとみなし、それぞれの蒸発量をボイラに仮想したものである。例えば、4位置制御の段階値ボイラ20Aは、低燃焼量ボイラ、(中燃焼量−低燃焼量)ボイラ、(高燃焼量−中燃焼量)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるとみなすことができる。
そうすることで、図3Aに示すように、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラを選択する場合、仮想ボイラ単位で設定することができる。
図3Aに示すようにボイラ20Aの燃焼又はその停止は、仮想ボイラ単位で扱うことができる。仮想ボイラとは、ボイラにおける燃焼位置(燃焼量)の違い(低燃焼位置、中燃焼位置、高燃焼位置等)をそれぞれ独立したボイラとみなし、それぞれの蒸発量をボイラに仮想したものである。例えば、4位置制御の段階値ボイラ20Aは、低燃焼量ボイラ、(中燃焼量−低燃焼量)ボイラ、(高燃焼量−中燃焼量)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるとみなすことができる。
そうすることで、図3Aに示すように、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラを選択する場合、仮想ボイラ単位で設定することができる。
同様に、比例制御ボイラ20Bは、低燃焼ゾーン(燃焼率20%)ボイラ、中燃焼ゾーン(燃焼率20〜60%)ボイラ、高燃焼ゾーン(燃焼率60%〜100%)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるとみなすことができる。
仮に、段階値制御ボイラ20Aの高燃焼位置Hにおける燃焼状態(高燃焼状態)の燃焼量を例えば、3000kg/hとした場合、低燃焼量仮想ボイラ(600kg/h)、(中燃焼量−低燃焼量)仮想ボイラ(1200kg/h)、(高燃焼量−中燃焼量)仮想ボイラ(1200kg/h)となる。
同様に、比例制御ボイラ20Bの最大燃焼量を3000kg/hとした場合、低燃焼ゾーン仮想ボイラ(600kg/h)、(中燃焼ゾーン仮想ボイラ(600kg〜1200kg/h)、高燃焼ゾーン仮想ボイラ(1200kg〜3000kg/h)となる。
同様に、比例制御ボイラ20Bの最大燃焼量を3000kg/hとした場合、低燃焼ゾーン仮想ボイラ(600kg/h)、(中燃焼ゾーン仮想ボイラ(600kg〜1200kg/h)、高燃焼ゾーン仮想ボイラ(1200kg〜3000kg/h)となる。
図3Bに、各段階値制御ボイラ20A及び比例制御ボイラ20Bの燃焼パターンと、制御圧力帯における圧力帯域との関係を示す。制御圧力帯は、a〜iの9の圧力帯域に区分されると仮定する。燃焼パターンは、9の圧力帯域に対応して、9パターン設定される。
なお、図3Bにおいて、比例制御ボイラ20Bを高燃焼ゾーンで燃焼させる状態(高燃焼状態)にする場合を「高燃H」、中燃焼ゾーンで燃焼させる状態(中燃焼状態)にする場合を「中燃M」、低燃焼ゾーンで燃焼させる状態(低燃焼状態)にする場合を「低燃L」、燃焼停止状態にする場合を「−」として示す。
なお、図3Bにおいて、比例制御ボイラ20Bを高燃焼ゾーンで燃焼させる状態(高燃焼状態)にする場合を「高燃H」、中燃焼ゾーンで燃焼させる状態(中燃焼状態)にする場合を「中燃M」、低燃焼ゾーンで燃焼させる状態(低燃焼状態)にする場合を「低燃L」、燃焼停止状態にする場合を「−」として示す。
燃焼パターンは、要求負荷が小さくなるほど、つまりヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量が小さいパターンが選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまりヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量が大きいパターンが選択される。
より具体的には、図3Bに示すように、ヘッダ圧力値が圧力帯域aに該当する場合、制御部4は、1号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域aの下限値(圧力帯域bの上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を燃焼停止状態(−)から低燃焼位置(低燃L)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域bに該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域bの下限値(圧力帯域cの上限値)を下回ると、制御部4は、1号機の燃焼状態を低燃焼位置(低燃L)から中燃焼位置(中燃M)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域cに該当する場合、制御部4は1号機を中燃焼位置(中燃M)、2号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域cの下限値(圧力帯域dの上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼停止状態(−)から最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域dに該当する場合、制御部4は1号機を中燃焼位置(中燃M)、2号機を低燃焼位置(低燃L)、3号機を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域dの下限値(圧力帯域eの上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を低燃焼位置(低燃L)から中燃焼位置(中燃M)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域eに該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を中燃焼位置(中燃M)、3号機を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域eの下限値(圧力帯域fの上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)から中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域fに該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を中燃焼位置(中燃M)、3号機を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)で燃焼させる。
圧力帯域fにおいては、3号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更することができる。例えば、ヘッダ圧力値が圧力帯域fの上限値(eの下限値)に等しい場合は、燃焼率20%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域fの下限値(gの上限値)に等しい場合は、燃焼率60%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域f内にある場合は、例えば、ヘッダ圧力値に比例して燃焼率を1%刻みで増加又は減少してもよい。また、nを任意の整数として、燃焼率をn%刻みで増加又は減少してもよい。
圧力帯域fにおいて、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
圧力帯域fにおいて、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
これに対して、例えば、1号機〜3号機が全て段階値制御ボイラ20Aから構成されるボイラシステムのような従来例(以下「従来例」という)の場合、圧力帯域fにおいて、制御部4は1号機〜3号機をそれぞれ中燃焼位置(中燃M)で燃焼させるに過ぎない。
ヘッダ圧力値が圧力帯域fの下限値(圧力帯域gの上限値)を下回ると、制御部4は、1号機の燃焼状態を中燃焼位置(中燃M)から高燃焼位置(高燃H)に変更する指示を出す。また、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)を燃焼率60%で燃焼する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域gに該当する場合、制御部4は1号機を高燃焼位置(高燃H)、2号機を中燃焼位置(中燃M)、3号機を燃焼率60%で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域gの下限値(圧力帯域hの上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を中燃焼位置(中燃M)から高燃焼位置(高燃H)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域hに該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を高燃焼位置(高燃H)、3号機を燃焼率60%で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域hの下限値(圧力帯域iの上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼率60%から高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域iに該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を高燃焼位置(高燃H)、3号機を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)で燃焼させる。
圧力帯域iにおいては、3号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更することができる。例えば、ヘッダ圧力値が圧力帯域iの上限値(hの下限値)に等しい場合は、燃焼率60%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域iの下限値に等しい場合は、燃焼率100%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域i内にある場合は、例えば、ヘッダ圧力値に比例して燃焼率を1%刻みで増加又は減少してもよい。また、nを任意の整数として、燃焼率をn%刻みで増加又は減少してもよい。
圧力帯域iにおいて、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
圧力帯域iにおいて、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
これに対して、従来例の場合、圧力帯域iにおいて、制御部4は1号機〜3号機をそれぞれ高燃焼位置(高燃H)で燃焼させるに過ぎない。
なお、最下位の圧力帯域iから最上位の圧力帯域aに向けて蒸気圧が上昇していく場合、上記と逆の順に、燃焼量が小さいパターンが選択される。
その際、前述したように、ヘッダ圧力が上昇方向(負荷量が減少方向)の時に燃焼パターンXから燃焼量の小さい燃焼パターンYへ移行する基準となる圧力値と、ヘッダ圧力が下降方向(負荷量が増加方向)の時に燃焼量の小さい燃焼パターンYから燃焼パターンXへ移行する基準となる圧力値との間には、前者が後者より大きくなるように所定の差(ディファレンシャル)を設けることができる。なお、圧力変化を確認する遅延時間を設けることで、圧力帯をよりラップさせることもできる。
その際、前述したように、ヘッダ圧力が上昇方向(負荷量が減少方向)の時に燃焼パターンXから燃焼量の小さい燃焼パターンYへ移行する基準となる圧力値と、ヘッダ圧力が下降方向(負荷量が増加方向)の時に燃焼量の小さい燃焼パターンYから燃焼パターンXへ移行する基準となる圧力値との間には、前者が後者より大きくなるように所定の差(ディファレンシャル)を設けることができる。なお、圧力変化を確認する遅延時間を設けることで、圧力帯をよりラップさせることもできる。
次に、段階値制御ボイラ20A及び比例制御ボイラ20Bの最大燃焼量を例えば、3000kg/hとした場合、図3Cを参照して、ボイラシステム1による段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)及び比例制御ボイラ(3号機)の燃焼状態の制御の概略について説明する。
ボイラシステム1において、例えば要求負荷が55%(4950kg/h)付近で安定している場合には、図3Cに示すように、圧力帯域fの範囲内で、1号機、2号機が中燃焼位置(M)(1800kg/h)で燃焼し、3号機が中燃焼ゾーン(最大燃焼量の20%〜60%)の燃焼率45%(1350kg/h)付近で燃焼することで安定する。
これに対して、従来例において、例えば要求負荷が55%(4950kg/h)付近で安定している場合、1号機、2号機及び3号機が中燃焼位置(中燃M)(1800kg/h)で燃焼する状態が継続することで、ボイラ群2により生成される蒸気量(5400kg/h)が蒸気使用設備18で使用される蒸気量(4950kg/h)を上回る。すると、ヘッダ圧力値は、徐々に上昇する。その結果、ヘッダ圧力値が圧力帯域fの上限値を上回ると、制御部4は、3号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる指示を出す。
一方、3号機が低燃焼位置(低燃L)(600kg/h)で燃焼する状態(つまり1号機及び2号機が中燃焼位置(中燃M)で燃焼し、3号機が低燃焼位置(低燃L)で燃焼する状態)が継続すると、ボイラ群2により生成される蒸気量(4200kg/h)が蒸気使用設備18で使用される蒸気量(4950kg/h)を下回る。すると、ヘッダ圧力値は、徐々に低下する。その結果、ヘッダ圧力値が圧力帯域fの上限値を下回ると、制御部4は、低燃焼位置(低燃L)で燃焼している3号機を中燃焼位置(中燃M)で燃焼させる指示を出す。
このように、従来例においては、ヘッダ圧力値が、3号機の燃焼位置を低燃焼位置(低燃L)と、中燃焼位置(中燃M)との間で変更させる閾値(ここでは、圧力帯域fの上限値)をまたいで繰り返し上下することとなる。その結果、3号機が低燃焼位置(低燃L)と中燃焼位置(中燃M)との間で繰り返し燃焼位置の変更を行うこととなる。
このように、実施形態1においては、例えば、要求負荷が55%(4950kg/h)付近で安定している場合、従来例とは異なり、段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)は中燃焼位置(M)で燃焼し、必要蒸気量の増減に対しては、比例制御ボイラ(3号機)の中燃焼ゾーン(最大燃焼量の20%〜60%)において、燃焼率を連続的に増減制御することで、比例制御ボイラ(3号機)の連続性を活かして、圧力の安定性を図ることができる。
<実施形態2>
上記実施形態1においては、比例制御ボイラを1台としたが、複数台の比例制御ボイラであっても同様に制御できる。
例えば、図4に示すように、2台の段階値制御ボイラ(1号機、2号機)と2台の比例制御ボイラ(3号機、4号機)とからなるボイラ群2により構成される実施形態(以下「実施形態2」ともいう)に係るボイラシステム1について、簡単に説明する。
上記実施形態1においては、比例制御ボイラを1台としたが、複数台の比例制御ボイラであっても同様に制御できる。
例えば、図4に示すように、2台の段階値制御ボイラ(1号機、2号機)と2台の比例制御ボイラ(3号機、4号機)とからなるボイラ群2により構成される実施形態(以下「実施形態2」ともいう)に係るボイラシステム1について、簡単に説明する。
ボイラシステム1において、制御部4は、ヘッダ圧力値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように各段階値制御ボイラボイラ20A及び各比例制御ボイラ20Bの燃焼状態を制御する。制御圧力帯は複数の圧力帯域に区分され、圧力帯域毎に各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置と、各比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンとの組み合わせからなる複数の燃焼パターンが設定されている。ヘッダ圧力値がどの圧力帯域に該当するかによって各ボイラ20A及び各ボイラ20Bの燃焼状態を定め、ボイラ群2Bの蒸発量を制御する。
図5Aに示すように、各段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)及び各比例制御ボイラ20B(3号機及び4号機)の燃焼又はその停止は、仮想ボイラ単位で扱うことができる。
前述したように、4位置制御の段階値ボイラ20Aは、低燃焼量ボイラ、(中燃焼量−低燃焼量)ボイラ、(高燃焼量−中燃焼量)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるとみなすことができる。
前述したように、4位置制御の段階値ボイラ20Aは、低燃焼量ボイラ、(中燃焼量−低燃焼量)ボイラ、(高燃焼量−中燃焼量)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるとみなすことができる。
同様に、比例制御ボイラ20Bは、低燃焼ゾーン(燃焼率20%)ボイラ、中燃焼ゾーン(燃焼率20〜60%)ボイラ、高燃焼量ゾーン(燃焼率60%〜100%)ボイラの3台の仮想ボイラから構成されるととみなすことができる。
そうすることで、図5Aに示すように、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラを選択する場合、仮想ボイラ単位で設定することができる。
図5Bに、各段階値制御ボイラ20A及び各比例制御ボイラ20Bの燃焼パターンと、制御圧力帯における圧力帯域との関係を示す。制御圧力帯は、a´〜l´の12の圧力帯域に区分されると仮定する。燃焼パターンは、12の圧力帯域に対応して、12パターン設定される。
燃焼パターンは、実施形態1と同様に、要求負荷が小さくなるほど、つまりヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量が小さいパターンが選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまりヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量が大きいパターンが選択される。
より具体的には、図5Bに示すように、ヘッダ圧力値が圧力帯域a´に該当する場合、制御部4は、1号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域a´の下限値(圧力帯域b´の上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を燃焼停止状態(−)から低燃焼位置(低燃L)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域b´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を低燃焼位置(低燃L)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域b´の下限値(圧力帯域c´の上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼停止状態(−)から最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域c´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機を低燃焼位置(低燃L)、3号機を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域c´の下限値(圧力帯域d´の上限値)を下回ると、制御部4は、4号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼停止状態(−)から最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域d´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ低燃焼位置(低燃L)、3号機、4号機をそれぞれ最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域d´の下限値(圧力帯域e´の上限値)を下回ると、制御部4は、1号機の燃焼状態を低燃焼位置(低燃L)から中燃焼位置(中燃M)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域e´に該当する場合、制御部4は1号機を中燃焼位置(中燃M)、2号機を低燃焼位置(低燃L)、3号機、4号機をそれぞれ最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域e´の下限値(圧力帯域f´の上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を低燃焼位置(低燃L)から中燃焼位置(中燃M)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域f´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ中燃焼位置(中燃M)、3号機、4号機をそれぞれ最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域f´の下限値(圧力帯域g´の上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)から中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域g´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ中燃焼位置(中燃M)、3号機を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)、4号機を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)で燃焼させる。
圧力帯域g´においては、3号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更することができる。例えば、ヘッダ圧力値が圧力帯域g´の上限値(f´の下限値)に等しい場合は、燃焼率20%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域g´の下限値(h´の上限値)に等しい場合は、燃焼率60%で燃焼し、ヘッダ圧力値が圧力帯域g´内にある場合は、例えば、ヘッダ圧力値に比例して燃焼率を1%刻みで増加又は減少してもよい。また、nを任意の整数として、燃焼率をn%刻みで増加又は減少してもよい。
圧力帯域g´において、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
圧力帯域g´において、制御部4が、ヘッダ圧力値に基づいて、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成することができる。また、制御部4に換えて、3号機のローカル制御部22Bが、3号機の燃焼率を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更するように構成してもよい。
ヘッダ圧力値が圧力帯域g´の下限値(圧力帯域h´の上限値)を下回ると、制御部4は、4号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を最少燃焼状態S1(最大燃焼量の20%)から中燃焼ゾーンM(最大燃焼量の20%〜60%)に変更する指示を出す。また、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)を燃焼率60%で燃焼する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域h´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ中燃焼位置(中燃M)、3号機を燃焼率60%、4号機を中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)で燃焼させる。
圧力帯域h´においては、4号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、中燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(20%〜60%)において、連続的に変更することができる。この連続制御は、圧力帯域g´における3号機の燃焼率の連続制御と同様である。
ヘッダ圧力値が圧力帯域h´の下限値(圧力帯域i´の上限値)を下回ると、制御部4は、1号機の燃焼状態を中燃焼位置(中燃M)から高燃焼位置(高燃H)に変更する指示を出す。また、制御部4は、4号機(比例制御ボイラ20B)を燃焼率60%で燃焼する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域i´に該当する場合、制御部4は1号機を高燃焼位置(高燃H)、2号機を中燃焼位置(中燃M)、3号機及び4号機をそれぞれ燃焼率60%で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域i´の下限値(圧力帯域j´の上限値)を下回ると、制御部4は、2号機の燃焼状態を中燃焼位置(中燃M)から高燃焼位置(高燃H)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域j´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ高燃焼位置(高燃H)、3号機及び4号機をそれぞれ燃焼率60%で燃焼させる。
ヘッダ圧力値が圧力帯域j´の下限値(圧力帯域k´の上限値)を下回ると、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼率60%から高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)に変更する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域k´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ高燃焼位置(高燃H)、3号機を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)、4号機を燃焼率60%で燃焼させる。
圧力帯域k´においては、3号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更することができる。この連続制御は、圧力帯域g´における3号機の燃焼率の連続制御と同様である。
ヘッダ圧力値が圧力帯域k´の下限値(圧力帯域l´の上限値)を下回ると、制御部4は、4号機(比例制御ボイラ20B)の燃焼状態を燃焼率60%から高燃焼ゾーンH(最大燃焼量の60%〜100%)に変更する指示を出す。また、制御部4は、3号機(比例制御ボイラ20B)を燃焼率100%で燃焼する指示を出す。ヘッダ圧力値が圧力帯域l´に該当する場合、制御部4は1号機及び2号機をそれぞれ高燃焼位置(高燃H)、3号機を燃焼率100%、4号機を高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)で燃焼させる。
圧力帯域l´においては、4号機(比例制御ボイラ20B)は、ヘッダ圧力値に基づいて、高燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内(60%〜100%)において、連続的に変更することができる。この連続制御は、圧力帯域k´における3号機の燃焼率の連続制御と同様である。
なお、最下位の圧力帯域l´から最上位の圧力帯域a´に向けて蒸気圧が上昇していく場合、上記と逆の順に、燃焼量が小さいパターンが選択される。
その際、前述したように、ヘッダ圧力が上昇方向(負荷量が減少方向)の時に燃焼パターンXから燃焼量の小さい燃焼パターンYへ移行する基準となる圧力値と、ヘッダ圧力が下降方向(負荷量が増加方向)の時に燃焼量の小さい燃焼パターンYから燃焼パターンXへ移行する基準となる圧力値との間には、前者が後者より大きくなるように所定の差(ディファレンシャル)を設けることができる。なお、圧力変化を確認する遅延時間を設けることで、圧力帯をよりラップさせることもできる。
その際、前述したように、ヘッダ圧力が上昇方向(負荷量が減少方向)の時に燃焼パターンXから燃焼量の小さい燃焼パターンYへ移行する基準となる圧力値と、ヘッダ圧力が下降方向(負荷量が増加方向)の時に燃焼量の小さい燃焼パターンYから燃焼パターンXへ移行する基準となる圧力値との間には、前者が後者より大きくなるように所定の差(ディファレンシャル)を設けることができる。なお、圧力変化を確認する遅延時間を設けることで、圧力帯をよりラップさせることもできる。
次に、段階値制御ボイラ20A及び比例制御ボイラ20Bの最大燃焼量を例えば、3000kg/hとした場合、図5Cを参照して、ボイラシステム1による段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)及び比例制御ボイラ(3号機及び4号機)の燃焼状態の制御の概略について説明する。
ボイラシステム1において、例えば要求負荷が55%(6600kg/h)付近で安定している場合には、図5Cに示すように、圧力帯域h´の範囲内で、1号機、2号機が中燃焼位置(M)(1800kg/h)で燃焼し、3号機が中燃焼ゾーン(中燃L)で燃焼率60%の固定で燃焼し、4号機が中燃焼ゾーン(最大燃焼量の20%〜60%)の燃焼率40%(1200kg/h)付近で燃焼することで安定する。
このように、実施形態2においても、実施形態1と同様に、例えば、要求負荷が55%(6600kg/h)付近で安定している場合、段階値制御ボイラ20A(1号機及び2号機)は中燃焼位置(M)で燃焼し、比例制御ボイラ20B(3号機)は、燃焼率60%で燃焼し、必要蒸気量の増減に対しては、比例制御ボイラ(4号機)の中燃焼ゾーン(最大燃焼量の20%〜60%)において、燃焼率を連続的に増減制御することで、比例制御ボイラ(4号機)の連続性を活かして、圧力の安定性を図ることができる。
なお、本実施形態では、本発明を、3台のボイラ20(2台の段階値制御ボイラ20Aと1台の比例制御ボイラ20B)からなるボイラ群2を備えるボイラシステム1及び4台のボイラ20(2台の段階値制御ボイラ20Aと2台の比例制御ボイラ20B)からなるボイラ群2Bを備えるボイラシステム1に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、1台以上の段階値制御ボイラ20Aと1台以上の比例制御ボイラ20B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。
<実施形態3>
実施形態1及び実施形態2においては、制御圧力帯は複数の圧力帯域に区分され、ヘッダ圧力値の該当する圧力帯域に基づいて各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置と、各比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンとの組み合わせからなる複数の燃焼パターンが設定された。
実施形態1及び実施形態2においては、制御圧力帯は複数の圧力帯域に区分され、ヘッダ圧力値の該当する圧力帯域に基づいて各段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置と、各比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンとの組み合わせからなる複数の燃焼パターンが設定された。
これに対して、実施形態3においては、制御部4は、ヘッダ圧力値の圧力偏差PD1(予め設定された最大圧力値Pmaxとヘッダ圧力値との差分)に基づいて、必要蒸気量JNを算出し、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択し、ボイラ20A及びボイラ20Bの燃焼状態を制御する。
実施形態3において、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンは、予め設定された優先順位に基づいて選択される。
より具体的には、制御部4は、例えば、次のように制御する。
実施形態3において、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンは、予め設定された優先順位に基づいて選択される。
より具体的には、制御部4は、例えば、次のように制御する。
制御部4は、制御周期ごとに、ヘッダ圧力値の圧力偏差PD1を制御圧力幅P1(最大圧力値Pmax−圧力の最低許容値)で除算した比率PR1に基づいて、要求負荷に応じたボイラで発生すべき蒸気量(以下、「必要蒸気量JN」ともいう)を式1により算出する。
必要蒸気量JN = 最大蒸気量JG × PR1 ・・・ (式1)
ここで、最大蒸気量JGとは、ボイラ群2を構成するボイラ20A及びボイラ20Bそれぞれの最大燃焼状態における蒸気量(最大蒸気量)の合計である。
必要蒸気量JN = 最大蒸気量JG × PR1 ・・・ (式1)
ここで、最大蒸気量JGとは、ボイラ群2を構成するボイラ20A及びボイラ20Bそれぞれの最大燃焼状態における蒸気量(最大蒸気量)の合計である。
また、制御部4は、例えばローカル制御部22A及びローカル制御部22Bから送信される各ボイラ20A及びボイラ20Bそれぞれの燃焼状態に基づいて、制御周期ごとに、ボイラ群2により出力される出力蒸気量JTを算出する。
制御部4は、制御周期ごとに算出する必要蒸気量JNと出力蒸気量JTとの偏差量及びヘッダ圧力値の変動状態に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択することで、燃焼状態を制御することができる。
具体的には、例えば、次のように行われる。
具体的には、例えば、次のように行われる。
制御部4は、今回制御周期に計測したヘッダ圧力値を前回制御周期に計測したヘッダ圧力値と比較して、今回制御周期のヘッダ圧力値が上昇しているか、下降しているか、を判断する。
今回制御周期のヘッダ圧力が下降している場合であって、
今回必要蒸気量JN > 今回出力蒸気量JT
を満たす場合、制御部4は、燃焼量不足として、差分蒸気量(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)の蒸気量に該当する燃焼量を増加させるように、燃焼位置又は燃焼ゾーンを変更する。
具体的には、制御部4は、蒸気量の増加分が(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≦ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択する。この際、制御部4は、差分蒸気量に最も近い燃焼位置又は燃焼ゾーンを優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置又は燃焼ゾーンが複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。
なお、今回制御周期のヘッダ圧力が下降している場合であって、
今回必要蒸気量JN ≦ 今回出力蒸気量JT
を満たす場合は、制御部4は、現状の燃焼状態を維持する。
今回必要蒸気量JN > 今回出力蒸気量JT
を満たす場合、制御部4は、燃焼量不足として、差分蒸気量(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)の蒸気量に該当する燃焼量を増加させるように、燃焼位置又は燃焼ゾーンを変更する。
具体的には、制御部4は、蒸気量の増加分が(今回必要蒸気量JN−今回出力蒸気量JT)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≦ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択する。この際、制御部4は、差分蒸気量に最も近い燃焼位置又は燃焼ゾーンを優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置又は燃焼ゾーンが複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。
なお、今回制御周期のヘッダ圧力が下降している場合であって、
今回必要蒸気量JN ≦ 今回出力蒸気量JT
を満たす場合は、制御部4は、現状の燃焼状態を維持する。
今回制御周期のヘッダ圧力が上昇している場合であって、
今回必要蒸気量JN < 今回出力蒸気量JT
を満たす場合、制御部4は、燃焼量過剰として、(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)の蒸気量に該当する燃焼量を減少させるように、燃焼位置又は燃焼ゾーンを変更する。
具体的には、制御部4は、蒸気量の減少分が(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≧ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択する。この際、制御部4は、差分蒸気量に最も近い燃焼位置又は燃焼ゾーンを優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置又は燃焼ゾーンが複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。
なお、ヘッダ圧力が上昇している場合であって、
今回必要蒸気量JN ≧ 今回出力蒸気量JT
を満たす場合は、制御部4は、現状の燃焼状態を継続する。
今回必要蒸気量JN < 今回出力蒸気量JT
を満たす場合、制御部4は、燃焼量過剰として、(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)の蒸気量に該当する燃焼量を減少させるように、燃焼位置又は燃焼ゾーンを変更する。
具体的には、制御部4は、蒸気量の減少分が(今回出力蒸気量JT−今回必要蒸気量JN)に最も近く、変更後に、必要蒸気量JN ≧ 出力蒸気量JT を満足するそれぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンを選択する。この際、制御部4は、差分蒸気量に最も近い燃焼位置又は燃焼ゾーンを優先的に選択するものとし、該当する燃焼位置又は燃焼ゾーンが複数ある場合には、予め設定された優先順位に基づいて選択することができる。
なお、ヘッダ圧力が上昇している場合であって、
今回必要蒸気量JN ≧ 今回出力蒸気量JT
を満たす場合は、制御部4は、現状の燃焼状態を継続する。
制御部4は、ヘッダ圧力値に基づいて、比例制御ボイラ20Bの燃焼率を、選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更するようにできる。
また、制御部4に換えて、ローカル制御部22Bが、ヘッダ圧力値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更するようにしてもよい。
また、制御部4に換えて、ローカル制御部22Bが、ヘッダ圧力値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更するようにしてもよい。
制御部4は、上記燃焼制御処理を、例えば1〜3秒に1回の制御周期で、繰り返して実行することができる。
このようにすることで、要求負荷が小さくなるほど、つまりヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量が小さくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンが選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまりヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量が大きくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンが選択される。
このようにすることで、要求負荷が小さくなるほど、つまりヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量が小さくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンが選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまりヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量が大きくなるように、それぞれの段階値制御ボイラ20Aの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラ20Bの燃焼ゾーンが選択される。
以上説明した実施形態1乃至実施形態3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)段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラ20Aからなるボイラシステムに、燃焼量を連続的に増減可能な1つ以上の比例制御ボイラ20Bを増設した場合であっても、各比例制御ボイラ20Bの最小燃焼率から最大燃焼率までの燃焼率の範囲を複数の燃焼ゾーンに分割しておき、制御部4は、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ蒸気圧に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラの燃焼ゾーンを選択することで燃焼状態を制御し、それぞれの比例制御ボイラ20Bは、当該比例制御ボイラ20Bの燃焼率を、ヘッダ蒸気圧の値に基づいて、制御部4に選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、連続的に変更することができる。
そうすることで、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、燃焼量を連続的に増減可能な1つ以上の比例制御ボイラを増設した場合であっても、台数制御を大幅に変更することなく、比例制御ボイラの連続性を活かすことで、例えば圧力の安定性を図ることができる。
そうすることで、段階的な燃焼位置で燃焼可能な1つ以上の段階値制御ボイラからなるボイラシステムに、燃焼量を連続的に増減可能な1つ以上の比例制御ボイラを増設した場合であっても、台数制御を大幅に変更することなく、比例制御ボイラの連続性を活かすことで、例えば圧力の安定性を図ることができる。
(2)比例制御ボイラ20Aの燃焼率の変更を行う場合に、制御部4が、比例制御ボイラ20Aの燃焼率を変更制御することができる。これにより、台数制御を大幅に変更することなく、比例制御ボイラの連続性を活かした台数制御が可能となる。
(3)比例制御ボイラ20Aの燃焼率の変更を行う場合に、ローカル制御部22Aが、比例制御ボイラ20Aの燃焼率を変更制御することができる。これにより、台数制御を大幅に変更することなく、比例制御ボイラの連続性を活かした台数制御が可能となる。
(4)比例制御ボイラ20Aの燃焼率の変更を行う場合に、燃焼率をn%刻みで連続的に変更可能に制御することができる。これにより、圧力の安定性を図ることができる。
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、本発明のボイラシステム1及び1Bにおける段階値制御ボイラ20Aを、2台ともに4位置制御のボイラとしたが、これに限らない。即ち、本発明の段階値制御ボイラ20Aを、それぞれ、N位置制御のボイラ(Nは任意の2以上の整数)に適用してもよい。各段階値ボイラ20A毎に、ボイラ容量、燃焼位置の段階数N、及び各燃焼位置における燃焼率等を異なることとしてもよい。また、段階値制御ボイラ20Aの台数を1以上の任意の台数としてもよい。
また、比例制御ボイラ20Bについても、台数を1以上の任意の台数として、比例制御ボイラ毎にその最小燃焼量、単位蒸気量、最大燃焼量としての燃焼能力が異なる場合にも適用可能である。
例えば、本実施形態では、本発明のボイラシステム1及び1Bにおける段階値制御ボイラ20Aを、2台ともに4位置制御のボイラとしたが、これに限らない。即ち、本発明の段階値制御ボイラ20Aを、それぞれ、N位置制御のボイラ(Nは任意の2以上の整数)に適用してもよい。各段階値ボイラ20A毎に、ボイラ容量、燃焼位置の段階数N、及び各燃焼位置における燃焼率等を異なることとしてもよい。また、段階値制御ボイラ20Aの台数を1以上の任意の台数としてもよい。
また、比例制御ボイラ20Bについても、台数を1以上の任意の台数として、比例制御ボイラ毎にその最小燃焼量、単位蒸気量、最大燃焼量としての燃焼能力が異なる場合にも適用可能である。
また、本実施形態では、1つの燃焼パターン例に基づいて説明したが、これに限らず、任意の燃焼パターンに適用可能である。
1 ボイラシステム
2 ボイラ群
4 制御部
20A 段階値制御ボイラ
20B 比例制御ボイラ
2 ボイラ群
4 制御部
20A 段階値制御ボイラ
20B 比例制御ボイラ
Claims (4)
- 段階的な燃焼位置で燃焼可能な、1つ以上の段階値制御ボイラと、燃焼率を連続的に変更可能な、1つ以上の比例制御ボイラとからなるボイラ群と、
前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気集合部と、
前記蒸気集合部の内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、
前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値が、予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように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、
前記比例制御ボイラは、それぞれ予め最小燃焼率から最大燃焼率までの燃焼率の範囲が複数の燃焼ゾーンに分割され、
前記制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値の該当する前記圧力帯域に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラの燃焼位置、及びそれぞれの比例制御ボイラの燃焼ゾーンを選択することで燃焼状態を制御し、
前記1つ以上のそれぞれの比例制御ボイラは、前記制御部により選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、前記蒸気圧値に基づいて燃焼率が連続的に変更可能に制御されるボイラシステム。 - 前記制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、前記選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更する、請求項1に記載のボイラシステム。
- 前記1つ以上のそれぞれの比例制御ボイラはローカル制御部を備え、
前記ローカル制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧値に基づいて、当該比例制御ボイラの燃焼率を、前記選択された燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において連続的に変更する、請求項1に記載のボイラシステム。 - nを1以上の整数として、前記比例制御ボイラは、前記制御部により設定された前記燃焼ゾーンの燃焼率の範囲内において、前記蒸気圧値に基づいて燃焼率がn%刻みで連続的に変更可能に制御される、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のボイラシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014074429A JP2015197235A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | ボイラシステム |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014074429A JP2015197235A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | ボイラシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2015197235A true JP2015197235A (ja) | 2015-11-09 |
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ID=54547040
Family Applications (1)
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JP2014074429A Pending JP2015197235A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | ボイラシステム |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2015197235A (ja) |
-
2014
- 2014-03-31 JP JP2014074429A patent/JP2015197235A/ja active Pending
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