JP2016050694A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】段階値制御ボイラ群に連続制御ボイラを増設されたボイラ群のバックアップ燃焼によるヘッダ圧力の変動を抑制し、圧力安定性を高める。
【解決手段】段階値制御ボイラ群に連続制御ボイラ２０Ｂを増設されたボイラ群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、制御部４は、第１判定部４１によりバックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラ２０Ｂが存在することを判定し、当該連続制御ボイラ２０Ｂに対して、バックアップ要求量算出部４２により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量を増加させるバックアップ指示を行い、バックアップ指示を受けた当該連続制御ボイラ２０Ｂは、指示された燃焼量に基づいて、燃焼率を変更することで、バックアップ蒸気量を出力する。
【選択図】図１

Description

発明は、段階的な燃焼位置で燃焼可能な複数の段階値制御ボイラと、燃焼率を連続的に変更可能な１つ以上の連続制御ボイラと、を備えるボイラシステムに関する。

従来、複数の燃焼位置で燃焼可能なボイラを複数有するボイラ群と、このボイラ群を制御する制御部と、を備えるボイラシステムでは、複数のボイラの燃焼位置を段階的に制御することで、ボイラ群から出力される蒸気量を調整することとしている。
このような段階値制御によるボイラシステムでは、停止状態にあるボイラの燃焼を開始する場合に、当該ボイラが給蒸可能となるまでに生じる不足分を他のボイラによりバックアップすることで、蒸気量が不足することを補うこととしている。

ところで、段階値制御ボイラ（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ、三位置、高速多位置）を台数制御する場合、ターンダウン比（最大燃焼量／最少燃焼量）が大きいボイラである場合において、起動・起蒸バックアップが適切に動作しない問題がある。
例えば、高燃焼位置における燃焼量は同じであって、ターンダウン比が１：４の三位置ボイラ群を台数制御する場合、待機ボイラへの燃焼指令により当該ボイラからのバックアップ要求に対し、他の低燃焼ボイラが高燃焼に繰り上がりバックアップ燃焼を行う。
この場合、バックアップ要求量は低燃焼（例えば２５％分）であるのに対し、バックアップ燃焼量が７５％分と、要求量に対し３倍の燃焼量を出してしまうため、ヘッダ圧力が上昇し、結果的に前記待機ボイラに待機指示が出され、これが継続すると特定ボイラの発停過多が生じる可能性がある。
例えば、低燃焼位置での燃焼率２０％、中燃焼位置での燃焼率４０％、高燃焼位置での燃焼率１００％の４位置制御ボイラから成るボイラ群を台数制御する場合においても、２台のボイラが中燃焼の状態で３台目の待機ボイラを起動させようとした場合、２０％のバックアップ要求に対し、１台のボイラが中燃焼から高燃焼に移行することで、６０％のバックアップ燃焼を行う。この場合も、上記と同様に、要求量に対し３倍の燃焼量を出してしまうため、ヘッダ圧力が上昇し、結果的に前記待機ボイラに待機指示が出され、これが継続すると特定ボイラの発停過多が生じる可能性がある。

このように、ターンダウン比が大きいボイラを用いてバックアップを行う場合、バックアップによる蒸気量が不足分に対して過剰となってしまう。このような過剰なバックアップを解消するため、近年では、蒸気ヘッダの圧力勾配に応じてバックアップタイミングを制御する工夫が知られている（例えば、特許文献１）。

これに対して、近年では、燃焼率を連続的に変更可能な連続制御ボイラが普及し始めており、段階値制御ボイラ群に連続制御ボイラを増設することが行われる場合がある。この場合、既存の台数制御装置で対応しようとすると、連続制御ボイラを段階値制御ボイラに見立てて制御する方法が考えられる。その際、連続制御ボイラを単純に段階値制御ボイラに見立てる方法だと、前述のような起動・起蒸バックアップの問題が発生してしまう。

特開２０１０−９１１３９号公報

そこで、段階値制御ボイラ群に連続制御ボイラを増設されたボイラ群であっても、過剰なバックアップを解消するための工夫が求められている。
この点、特許文献１のような従来の工夫（バックアップ制御）は、段階値制御方式のボイラについてのものであり、段階値制御ボイラ群に連続制御ボイラを増設したボイラ群についての工夫は何ら開示するものではなかった。

本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、段階的な燃焼位置で燃焼可能な複数の段階値制御ボイラと燃焼率を連続的に変更可能な１つ以上の連続制御ボイラとを備えるボイラ群において、燃焼させるボイラの台数を増加する際のバックアップ制御が可能な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複数の段階値制御ボイラと、燃焼率を連続的に変更可能な１つ以上の連続制御ボイラと、からなるボイラ群と、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、前記制御部は、前記ボイラ群のうち少なくとも１つのボイラへの燃焼指示に対して、バックアップが必要であるか否かを判定するバックアップ判定部と、前記少なくとも１つのボイラへの燃焼指示に応じた蒸気量をバックアップ要求量として算出するバックアップ要求量算出部と、前記バックアップ判定部によりバックアップが必要であると判定された場合に、前記ボイラ群のバックアップ可能ボイラにバックアップ指示を行うバックアップ指示部と、を備え、前記バックアップ指示部は、前記ボイラ群のバックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在す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、バックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在すると判定された場合に、前記連続制御ボイラに対して、前記バックアップ要求量算出部により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量を増加させるバックアップ指示を行う第１バックアップ指示部と、を備えるボイラシステムに関する。

前記バックアップ要求量は、低燃バックアップ要求であるとしてもよい。

本発明によれば、待機ボイラへの燃焼指令等によりバックアップ要求が出された場合、バックアップ可能ボイラの中で連続制御ボイラを優先的にバックアップ燃焼させ、バックアップ要求量に合致する分だけ燃焼量を増加させる。その結果、バックアップ要求量に合致するバックアップ燃焼量を確保できるため、バックアップ燃焼によるヘッダ圧力の変動を抑制し、圧力安定性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 ボイラ群の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る各ボイラの燃焼パターンと蒸気圧帯との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御部の機能的構成を示すブロック図である。 従来例に係るボイラシステムの動作例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの動作例を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい一実施形態について、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。図１は、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。
ボイラシステム１は、図１に示すように、複数（４台）のボイラ２０、すなわち３台の段階値制御ボイラ２０Ａ及び１台の連続制御ボイラ２０Ｂ（以下、簡単のため、段階値制御ボイラ２０Ａ及び連続制御ボイラ２０Ｂを総称して、「ボイラ２０」ともいう）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、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の燃焼位置を制御することにより、ボイラ群２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の燃焼位置を制御する。

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、供給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、供給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）に応じて必要となる蒸気量（必要蒸気量）を算出し、当該必要蒸気量の蒸気が蒸気ヘッダ６に供給されるようにボイラ群２を燃焼させる。

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、本発明の一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群２は、複数の段階的な燃焼位置を有する段階値制御ボイラ２０Ａと燃焼率を連続的に変更可能な連続制御ボイラ２０Ｂとが混在してなる。図２では、１号機ボイラ、３号機ボイラ及び４号機ボイラが段階値制御ボイラ２０Ａであり、２号機ボイラが連続制御ボイラ２０Ｂである。

ここで、段階値制御ボイラとは、燃焼を選択的にオン／オフしたり、炎の大きさを調整したりすること等により複数段階の燃焼位置で燃焼するＮ位置ボイラをいい、このような段階値制御ボイラでは、燃焼率が段階的に変更される。なお、Ｎ位置制御とは、段階値制御ボイラの燃焼量を、燃焼停止位置を含めてＮ位置に段階的に制御可能なことを表す。

本実施形態における段階値制御ボイラ２０Ａは、図２に示すように、燃焼停止位置（０％）、低位燃焼位置としての低燃焼位置（２５％）、及び高位燃焼位置としての高燃焼位置（１００％）の３段階の燃焼位置で燃焼可能とされるいわゆる３位置制御のボイラにより構成される。この場合、例えば、一台の段階値制御ボイラ２０Ａの高燃焼位置における燃焼量（蒸気量）が２０００ｋｇ／ｈであった場合、低燃焼位置における燃焼量（蒸気量）は５００ｋｇ／ｈとなる。なお、段階値制御ボイラ２０Ａの燃焼位置の個数は、４位置（燃焼停止位置、低燃焼位置、中燃焼位置及び高燃焼位置）以上でもよい。また、各段階値制御ボイラ２０Ａの各燃焼位置における燃焼量及び燃焼能力は等しく設定されていてもよく、あるいは異なって設定されていてもよい。

連続制御ボイラとは、少なくとも、ボイラの燃焼を維持可能な最小燃焼状態Ｓ１からボイラを安全に燃焼可能な最大燃焼状態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。なお、燃焼量を連続的に制御するとは、後述のローカル制御部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、ボイラの出力（燃焼量）が所定単位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。

本実施形態における連続制御ボイラ２０Ｂは、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、図２に示すように、連続制御ボイラ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、連続制御ボイラ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、蒸気量を変動可能となっている。単位蒸気量Ｕは、連続制御ボイラ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、連続制御ボイラ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。

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〜４号機のそれぞれに「１」〜「４」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、４号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、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、各ボイラ２０とその各燃焼位置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。図３は、本発明の一実施形態に係る各ボイラの燃焼パターンと、圧力制御範囲における蒸気ヘッダ６の蒸気圧帯との関係を示す図である。
燃焼パターンは、ボイラの種別と当該ボイラの燃焼位置とからなる。図３では、ボイラ２０を高燃焼位置で燃焼させる状態にする場合を「Ｈ」、低燃焼位置で燃焼させる状態にする場合を「Ｌ」、燃焼停止位置にする場合を「−」とし、ボイラ２０の優先順位に従い当該燃焼位置を左から順に示している。例えば、燃焼パターンＦの［（Ｈ）（Ｌ）（Ｌ）（Ｌ）］は、優先順位１位のボイラ２０を高燃焼位置で燃焼させる状態とし、優先順位２位のボイラ２０、優先順位３位のボイラ２０、及び優先順位４位のボイラ２０をそれぞれ低燃焼位置で燃焼させる状態とすることを示す。

燃焼パターンは、蒸気ヘッダ６の圧力が高くなるほど、即ち要求負荷が小さくなるほどボイラ群２から出力される蒸気量が小さいパターンが選択され、また、蒸気ヘッダ６の圧力が低くなるほど、即ち要求負荷が大きくなるほどボイラ群２から出力される蒸気量が大きいパターンが選択される。

そして、台数制御装置３は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧が属する蒸気圧帯に対応する燃焼パターンでボイラ群２の燃焼状態を制御する。
なお、図３では、９の蒸気圧帯に対応して９パターンの燃焼パターンを設定することとしているが、これは段階値制御ボイラ２０Ａを３位置ボイラとしているためであり、段階値制御ボイラ２０Ａを４位置ボイラ等にした場合には、対応する燃焼位置に応じた数の燃焼パターンが設定される。

図１に戻り、段階値制御ボイラ２０Ａ及び連続制御ボイラ２０Ｂは、それぞれ燃焼が行われるボイラ本体２１Ａ及び２１Ｂと、それぞれの燃焼状態を制御するローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂ（以下、簡単のため、ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂを総称して、「ろーかる制御部２２」ともいう）と、を備える。
ボイラ本体２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ水管やバーナを備え、図示せぬ水源（給水タンク）から供給された缶水を水管内で加熱し、蒸気を生成する。
ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ要求負荷に応じてボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を制御する。具体的には、ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ信号線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２０Ａ及び２０Ｂの実際の燃焼位置又は燃焼状態、及びその他のデータが挙げられる。

ここで、台数制御装置３から台数制御信号が送信された場合のローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂの制御について説明する。例えば、台数制御装置３から燃焼パターンＣ［（Ｌ）（Ｌ）（−）（−）］の台数制御信号がローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂに送信されているものとする。

燃焼パターンＣでは、優先順位１位のボイラ２０Ａ(１号機）を低燃焼位置（Ｌ）で燃焼させ、優先順位２位のボイラ２０Ｂ（２号機）を低燃焼位置（Ｌ）で燃焼させ、優先順位３位ボイラ２０Ａ及び優先順位４位ボイラ２０Ａ（４号機）を燃焼停止位置（−）で燃焼停止させている。ここで、図２に示すように優先順位１位、３位、及び４位のボイラは、燃焼停止位置（−）、低燃焼位置（Ｌ）、高燃焼位置（Ｈ）が設定された段階値制御ボイラである。そのため、台数制御装置３からの信号に基づいて、１号機ボイラ２０Ａのローカル制御部２２Ａは、１号機ボイラ２０Ａを低燃焼位置（Ｌ）で燃焼させ、３号機ボイラ２０Ａのローカル制御部２２Ａ及び４号機ボイラ２０Ａのローカル制御部２２Ａは、それぞれ３号機ボイラ２０Ａ及び４号機ボイラ２０Ａを燃焼停止位置（−）で燃焼停止させる。

これに対して優先順位２位のボイラ２０Ｂ（２号機ボイラ）は、連続制御ボイラであり、１号機ボイラ２０Ａ、３号機ボイラ２０Ａ、及び４号機ボイラ２０Ａのように燃焼停止位置（−）、低燃焼位置（Ｌ）、高燃焼位置（Ｈ）が設定されていない。そのため、２号機ボイラ２０Ｂのローカル制御部２２Ｂは、台数制御装置３から低燃焼位置（Ｌ）で燃焼するように指示されても、２号機ボイラを適切に燃焼させることができない。

そこで、本実施形態の連続制御ボイラ２０Ｂ（２号機ボイラ）のローカル制御部２２Ｂは、連続制御ボイラ２０Ｂが変更可能な燃焼率のうちの所定燃焼率を段階値制御ボイラの低燃焼位置（Ｌ）として設定し、台数制御装置３からの信号に対して当該燃焼率でボイラ２０Ｂを燃焼させる。
なお、２号機ボイラ２０Ｂのローカル制御部２２Ｂは、台数制御装置３から高燃焼位置（Ｈ）で燃焼するように指示された場合も同様に、連続制御ボイラ２０Ｂが変更可能な燃焼率のうちの所定燃焼率を段階値制御ボイラの高燃焼位置（Ｈ）として設定し、台数制御装置３からの信号に対して当該燃焼率で連続制御ボイラ２０Ｂを燃焼させる。
例えば、連続制御ボイラ２０Ｂ（２号機ボイラ）の最大燃焼量（蒸気量）が３０００ｋｇ／ｈとした場合、連続制御ボイラ２０Ｂ（２号機ボイラ）のローカル制御部２２Ｂは、燃焼率２５％を低燃焼位置として設定し、燃焼率１００％を高燃焼位置として設定することができる。
こうすることで、台数制御装置３は、段階値制御ボイラ２０Ａ及び連続制御ボイラ２０Ｂが混在するボイラ群の燃焼状態を適切に制御することができる。

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の目標蒸気量、及び目標蒸気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、信号線１６を介して各ボイラ２０に電気的に接続されている。

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から受信した燃焼位置、燃焼状態等の情報、燃焼パターンや優先順位の設定情報、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。また、後述するように、各ボイラ２０が段階値制御ボイラであるか又は連続制御ボイラであるかを識別するためのボイラ種別を記憶する。

制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０に各種の指示（台数制御信号）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、４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。

ところで、燃焼停止位置（−）に位置する状態が一定時間継続すると、ボイラ２０は冷却され、制御部４から低燃焼位置（Ｌ）に位置するように制御されても直ちに低燃焼位置（Ｌ）に対応する蒸気量（例えば、５００ｋｇ／ｈ）の蒸気を出力することができない。このような場合に、制御部４は、蒸気を出力可能な他のボイラ２０に対して不足分の蒸気を代わりに出力させるように指示し、蒸気不足を防止することがある。このような他のボイラ２０が代わって蒸気を出力することを、以下「バックアップ」と呼び、「ＢＵ」と表記することがある。

このようなバックアップを行うため、制御部４は、図４に示す構成を備える。図４は、制御部４の構成を示す機能ブロック図である。
図４に示すように、制御部４は、バックアップ判定部４１と、バックアップ要求量算出部４２と、バックアップ指示部４３と、を含んで構成される。バックアップ指示部４３は、第１判定部４３１と、第１バックアップ指示部４３２と、を含んで構成される。

バックアップ判定部４１は、ボイラ群２のうち少なくとも１つのボイラ２０への燃焼指示に対して、バックアップが必要であるか否かを判定する。なお、当該少なくとも１つのボイラ２０は、燃焼パターンの変更前に燃焼停止位置（−）に位置し、燃焼パターンの変更後に燃焼停止位置（−）以外の燃焼位置に位置するボイラ２０である。
また、バックアップ判定部４１による判定は、任意の方法により行うこととしてよい。一例として、バックアップ判定部４１は、当該少なくとも１つのボイラ２０を燃焼停止位置（−）以外の燃焼位置に変更した後、所定時間経過しても蒸気ヘッダ６の内部の圧力が上昇しない場合に、当該少なくとも１つのボイラ２０に対してバックアップが必要であると判定する。また、他の例として、ローカル制御部２２から当該少なくとも１つのボイラ２０の燃焼位置を取得しておき、燃焼停止位置（−）に位置していた時間に応じて当該少なくとも１つのボイラ２０に対するバックアップが必要であるか判定することとしてもよい。即ち、当該少なくとも１つのボイラ２０が燃焼停止位置（−）に一定時間以上位置していた場合、バックアップ判定部４１は、バックアップが必要であると判定する。

バックアップ要求量算出部４２は、少なくとも１つのボイラ２０への燃焼指示に応じた蒸気量をバックアップ要求量として算出する。
３位置制御の段階値制御ボイラ２０Ａでは、少なくとも１つのボイラ２０Ａに対して燃焼停止位置（−）から低燃焼位置（Ｌ）に位置するように指示された場合にバックアップが可能であることから、本実施形態では、バックアップ要求量は、例えば５００ｋｇ／ｈとなる。

バックアップ指示部４３は、バックアップ判定部４１によりバックアップが必要であると判定された場合に、ボイラ群２のバックアップ可能ボイラにバックアップ指示を行う。
バックアップ可能ボイラとは、燃焼指示に応じて蒸気量を大きくすることが可能なボイラ２０であり、従来は、当該ボイラ２０が複数存在する場合には、基本的に燃焼位置が低く、優先順位の高いボイラ２０にバックアップ指示を行っていた。
例えば、本実施形態のように、ターンダウン比が１：４の三位置ボイラ群を台数制御する場合、当該少なくとも１つのボイラ２０への燃焼指令により、燃焼位置が低く、優先順位の高いボイラ２０（１号機）が高燃焼位置（Ｈ）に繰り上がりバックアップ燃焼を行うことになる。
この場合、バックアップ要求量は２５％分であるのに対し、バックアップ燃焼量が７５％分と、要求量に対し３倍の燃焼量を出してしまい、蒸気量が過剰になってしまう。

この点、本実施形態では、バックアップ指示部４４は、バックアップ可能ボイラの中で連続制御ボイラ２０Ｂを優先的にバックアップ燃焼させ、バックアップ要求量に合致する分だけ燃焼量を増加させる。その結果、バックアップ要求量に合致するバックアップ燃焼量を確保できるため、バックアップ燃焼によるヘッダ圧力の変動を抑制し、圧力安定性を高めることができる。

より具体的には、第１判定部４３１は、記憶部５に記憶している各ボイラのボイラ種別及び各ボイラ２０から受信した燃焼位置、燃焼状態等の情報を参照することで、ボイラ群２のバックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在するか否かを判定する。

第１判定部４３１により、バックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在すると判定された場合に、第１バックアップ指示部４３２は、優先順位にかかわらず、当該連続制御ボイラ２０Ｂに対して、バックアップ要求量算出部４２により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量を増加させるバックアップ指示を行う。

バックアップ指示を受けた連続制御ボイラ２０Ｂは、指示された燃焼量に基づいて、燃焼率を変更することで、バックアップ蒸気量を出力する。

なお、バックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在しない場合には、従来どおり、優先順位にしたがって、バックアップ可能な段階値制御ボイラ２０Ａに対してバックアップ指示を行う。この場合、適切なタイミングでバックアップ指示を行うようにしてもよい。

以上、停止状態にあるボイラの燃焼を開始する場合に、当該ボイラが給蒸可能となるまでに生じる不足分を他のボイラによりバックアップを行うための、制御部４の詳細な構成について説明した。

続いて、図５及び図６を参照して、制御部４によるバックアップの流れを詳細に説明する。図５は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして従来のアルゴリズムによるバックアップ制御を実施した場合における動作を示す動作概要図である。これに対して、図６は、本発明の一実施形態に係るバックアップ制御を実施した場合における動作を示す動作概要図である。なお、図５及び図６において、１号機ボイラ２０Ａ（段階値制御ボイラ）及び２号機ボイラ２０Ｂ（連続制御ボイラ）は直ちに給蒸可能なボイラであるとする。

従来のアルゴリズムによるバックアップ制御を実施した場合、図５に示すように、燃焼位置が低く、優先順位の高い１号機ボイラ２０Ａ（段階値制御ボイラ）にバックアップ指示を行う。この場合、バックアップ要求量は低燃焼（例えば２５％分）であるのに対し、バックアップ燃焼量が７５％分と、要求量に対し３倍の燃焼量を出してしまうため、ヘッダ圧力が上昇し、結果的に前記待機ボイラに待機指示が出され、これが継続すると特定ボイラの発停過多が生じる可能性がある。

一方、本発明の一実施形態に係るバックアップを実行した場合、図６に示すように、第１判定部４３１は、バックアップ可能ボイラ（１号機及び２号機）の中に連続制御ボイラ２０Ｂ(２号機）が存在することを判定する。第１バックアップ指示部４３２は、連続制御ボイラ２０Ｂ(２号機）に対して、バックアップ要求量算出部４２により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量（５００ｋｇ／ｈ）を増加させるバックアップ指示を行う。バックアップ指示を受けた連続制御ボイラ２０Ｂ（２号機）は、指示された燃焼量に基づいて、燃焼率を変更することで、バックアップ蒸気量を出力する。

このような動作によれば、待機ボイラ２０への燃焼指令等によりバックアップ要求が出された場合、バックアップ可能ボイラの中で連続制御ボイラ２０Ｂ（２号機）を優先的にバックアップ燃焼させ、バックアップ要求量に合致する分だけ燃焼量を増加させる。その結果、バックアップ要求量に合致するバックアップ燃焼量を確保できるため、バックアップ燃焼によるヘッダ圧力の変動を抑制し、圧力安定性を高めることができる。
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。

本実施形態のボイラシステム１においては、制御部４（第１判定部４３１）は、バックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在することを判定し、制御部４（第１バックアップ指示部４３２）は、制御部４（バックアップ要求量算出部４２）により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量を増加させるバックアップ指示を行い、バックアップ指示を受けた連続制御ボイラ２０Ｂは、指示された燃焼量に基づいて、燃焼率を変更することで、バックアップ蒸気量を出力するように構成した。

このような構成によれば、待機ボイラ２０への燃焼指令等によりバックアップ要求が出された場合、バックアップ可能ボイラの中で連続制御ボイラ２０Ｂを優先的にバックアップ燃焼させ、バックアップ要求量に合致する分だけ燃焼量を増加させる。その結果、バックアップ要求量に合致するバックアップ燃焼量を確保できるため、バックアップ燃焼によるヘッダ圧力の変動を抑制し、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。

上記実施形態では、各ボイラ２０とその各燃焼位置との組み合わせからなる複数の燃焼パターンと、圧力制御範囲における蒸気ヘッダ６の蒸気圧帯との関係を予め設定し、台数制御装置３は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧が属する蒸気圧帯に対応する燃焼パターンでボイラ群２の燃焼状態を制御したが、これに限らない。

例えば、台数制御装置３の制御部４は、必要蒸気量算出部（図示せず）と、出力制御部と、を備え、必要蒸気量算出部により算出した必要蒸気量及び今回出力蒸気量に基づいて、それぞれのボイラ２０の燃焼位置を選択するようにしてもよい。

具体的には、必要蒸気量算出部は、制御周期Δｔ毎に、ヘッダ圧力値ＰＶの圧力偏差ＰＤ１（圧力制御範囲の上限圧力値Ｐｍａｘとヘッダ圧力値ＰＶとの差分）を圧力制御範囲の上限圧力値と下限圧力値との差分である制御幅Ｐ１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ＭＶ」ともいう）を式１により算出する。
必要蒸気量ＭＶ ＝ 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２０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。

次に、出力制御部４５は、今回制御周期において、ヘッダ圧力が下降している場合であって、条件１（今回必要蒸気量ＭＶ ＞ 今回出力蒸気量ＪＴ）を満たす場合、蒸気量の増加分が（今回必要蒸気量ＭＶ−今回出力蒸気量ＪＴ）に最も近く、変更後に、必要蒸気量ＭＶ ≦ 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の燃焼位置を選択する。

他方、今回制御周期において、ヘッダ圧力が上昇している場合であって、条件２（今回必要蒸気量ＭＶ ＜ 今回出力蒸気量ＪＴ）を満たす場合、出力制御部４５は、蒸気量の減少分が（今回出力蒸気量ＪＴ−今回必要蒸気量ＭＶ）に最も近く、変更後に、必要蒸気量ＭＶ ≧ 出力蒸気量ＪＴ を満足するように、それぞれの段階値制御ボイラ２０Ａの燃焼位置を選択する。

上記以外の場合、出力制御部４５は、現状の燃焼状態を継続する。
以上のように、台数制御装置３の制御部４は、必要蒸気量算出部により算出した必要蒸気量及び今回出力蒸気量に基づいて、それぞれのボイラ２０の燃焼位置を選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を、４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、５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、３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、上記実施形態では、３台の段階値制御ボイラ２０Ａの全てを同一のボイラ（低燃焼位置が負荷率２５％の３位置ボイラ）で構成することとしているが、これに限られるものではなく、ボイラ２０Ａ毎に燃焼位置に対応する負荷率が異なることとしてもよい。また、ボイラ２０Ａの容量についても同様に、ボイラ２０Ａ毎に容量が異なることとしてもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
３ 台数制御装置
４ 制御部
５ 記憶部
６ 蒸気ヘッダ
７ 蒸気圧センサ
１８ 蒸気使用設備（負荷機器）
２０ ボイラ
４１ バックアップ判定部
４２ バックアップ要求量算出部
４３ バックアップ指示部
４３１ 第１判定部
４３２ 第１バックアップ指示部

Claims (2)

1. 段階的な燃焼位置で燃焼可能な複数の段階値制御ボイラと、燃焼率を連続的に変更可能な１つ以上の連続制御ボイラと、からなるボイラ群と、
   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、
   前記制御部は、
   前記ボイラ群のうち少なくとも１つのボイラへの燃焼指示に対して、バックアップが必要であるか否かを判定するバックアップ判定部と、
   前記少なくとも１つのボイラへの燃焼指示に応じた蒸気量をバックアップ要求量として算出するバックアップ要求量算出部と、
   前記バックアップ判定部によりバックアップが必要であると判定された場合に、前記ボイラ群のバックアップ可能ボイラにバックアップ指示を行うバックアップ指示部と、
   を備え、
   前記バックアップ指示部は、
   前記ボイラ群のバックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在す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、バックアップ可能ボイラの中に連続制御ボイラが存在すると判定された場合に、前記連続制御ボイラに対して、前記バックアップ要求量算出部により算出されたバックアップ蒸気量に合致する燃焼量を増加させるバックアップ指示を行う第１バックアップ指示部と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記バックアップ要求量は、低燃バックアップ要求である、ことを特徴とする請求項１に記載のボイラシステム。

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