JP2016142463A - ボイラシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】第1ボイラ群2Aと第2ボイラ群2Bとがそれぞれ個別に目標圧力値制御されるボイラシステム1においてヘッダ圧力値PVを第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1に維持する。【解決手段】第1ボイラ群2Aと第2ボイラ群2Bとからなるボイラ群2を備えるボイラシステム1であって、第1ボイラ群2Aはヘッダ圧力値PVが予め設定された第1目標圧力値P1と一致するように燃焼量がPI制御又はPID制御され、第2ボイラ群2Bは第1ボイラ群2Aの出力蒸気量又は燃焼率が、増大判定出力蒸気量又は増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続する場合に第2ボイラ群2Bの1台のボイラ20Bを固定燃焼率で燃焼させる固定燃焼制御部44Bと、ヘッダ圧力値PVが予め設定された第2目標圧力値P2と一致するように燃焼量をPI制御又はPID制御するフィードバック制御部45Bと、により制御される。【選択図】図1
Description
本発明は、蒸気圧力値が予め設定された目標圧力値になるように燃焼率が決定される1つ以上のボイラを有する第1ボイラ群と、蒸気圧力値が第1ボイラ群において設定された目標圧力値とは異なる目標圧力値になるように燃焼率が決定される、第1ボイラ群に属さない1つ以上のボイラを有する第2ボイラ群とからなる、複数のボイラ群が混在するボイラシステムに関する。
複数のボイラからなるボイラ群において生成された蒸気を蒸気ヘッダに集合し、この蒸気ヘッダから負荷機器に対して蒸気を供給するボイラシステムにおいて、ボイラ群を2種類に大別し、これらを台数制御するボイラシステムが知られている。例えば、特許文献1には、ボイラ群をボイラ効率が高くなる燃焼率で燃焼させるエコ運転ボイラ群と、要求負荷の変動に応じて燃焼率を変更して燃焼させる負荷追従ボイラ群とに大別することが記載されている。
また、特許文献1には記載されていないが、ボイラシステムにおいて、ボイラ群を2種類に大別し、双方のボイラ群が、それぞれ蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値(以下、「ヘッダ圧力値」ともいう)が予め設定された目標圧力値になるように、個別に目標値制御されている場合、仮に双方のボイラ群の目標圧力値を同じとする場合には、双方で負荷追従を行う動作となるため、制御が不安定になる可能性が高い。
このため、2種類のボイラ群が、それぞれ個別に目標圧力値制御されている場合、通常は、片方のボイラ群をメイン的に燃焼させ(以下、メイン的に燃焼させるボイラ群を「第1ボイラ群」ともいう)、もう片方のボイラ群が不足分を補う形でサブ的に燃焼させる(以下、サブ的に燃焼させるボイラ群を「第2ボイラ群」ともいう)方法が一般的である。
このため、2種類のボイラ群が、それぞれ個別に目標圧力値制御されている場合、通常は、片方のボイラ群をメイン的に燃焼させ(以下、メイン的に燃焼させるボイラ群を「第1ボイラ群」ともいう)、もう片方のボイラ群が不足分を補う形でサブ的に燃焼させる(以下、サブ的に燃焼させるボイラ群を「第2ボイラ群」ともいう)方法が一般的である。
このため、例えば、第1ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第2ボイラ群の目標圧力値を低く設定することで、全体負荷が低い場合には、ヘッダ圧力が第1ボイラ群の目標圧力値近辺で安定することになる。この場合、第2ボイラ群においても、ヘッダ圧力が第1ボイラ群の目標圧力値近辺で安定することになる。
そうすると第2ボイラ群のヘッダ圧力値は、自身に予め設定されている目標圧力値を大きく上回るため、第2ボイラ群の燃焼量は基本的にゼロとなる。
そうすると第2ボイラ群のヘッダ圧力値は、自身に予め設定されている目標圧力値を大きく上回るため、第2ボイラ群の燃焼量は基本的にゼロとなる。
この場合、ボイラシステム間で負荷の偏りが生じることになる。その結果、例えば、全体負荷が低く、第1ボイラ群で全体必要量を賄える場合、第2ボイラ群のボイラは燃焼停止され、全台待機となる恐れがある。そうすると、低負荷によるボイラ缶体腐食の恐れが生じる。また、ボイラ群同士で負荷の偏りが大きすぎるため、ボイラ負荷不均一となる問題も生じる。
また、第1ボイラ群のみで全体必要量を賄える場合は、ヘッダ圧力値が第1ボイラ群の目標圧力値近辺で安定し、負荷増加により第1ボイラ群のみで賄えなくなった場合は、ヘッダ圧力値が第2ボイラ群の目標圧力値近辺で安定する等、負荷状況によってヘッダ圧力の安定する圧力値が異なる問題も発生する。
このため、第1ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第2ボイラ群の目標圧力値を低く設定する場合においても、ヘッダ圧力値が、全体負荷が高負荷となる帯域(以下「高負荷帯域」ともいう)を除いて、第1ボイラ群の目標圧力値になるように維持できることが望まれる。また、第2ボイラ群のボイラを燃焼し易くして、ボイラ群間の負荷不均一を是正することが望まれる。
また、第1ボイラ群のみで全体必要量を賄える場合は、ヘッダ圧力値が第1ボイラ群の目標圧力値近辺で安定し、負荷増加により第1ボイラ群のみで賄えなくなった場合は、ヘッダ圧力値が第2ボイラ群の目標圧力値近辺で安定する等、負荷状況によってヘッダ圧力の安定する圧力値が異なる問題も発生する。
このため、第1ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第2ボイラ群の目標圧力値を低く設定する場合においても、ヘッダ圧力値が、全体負荷が高負荷となる帯域(以下「高負荷帯域」ともいう)を除いて、第1ボイラ群の目標圧力値になるように維持できることが望まれる。また、第2ボイラ群のボイラを燃焼し易くして、ボイラ群間の負荷不均一を是正することが望まれる。
本発明は、1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群とからなるボイラ群を備え、第1ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第2ボイラ群の目標圧力値を低く設定するボイラシステムにおいて、第2ボイラ群のボイラを燃焼し易くして、ボイラ群間の負荷不均一を是正するとともに、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値が第1ボイラ群の目標圧力値になるように維持できるボイラシステムを提供し、全体負荷が高負荷帯域にある場合、第2ボイラ群に属するすべてのボイラを対象としたPI制御又はPID制御により、負荷追従を行う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、1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群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ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、前記ヘッダ圧力値が予め設定された第1目標圧力値と一致するように、前記第1ボイラ群の燃焼状態をPI制御又はPID制御する第1制御部と、前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する第2制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記第2制御部は、前記第1ボイラ群の出力蒸気量又は前記第1ボイラ群の燃焼率を収集する第1ボイラ群燃焼状態収集部と、前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の出力蒸気量が、予め設定された増台判定出力蒸気量を上回る状態、又は前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の燃焼率が、予め設定された増台判定燃焼率を上回る状態が、予め設定された増台判定時間継続する第1状態を検出する第1検出部と、前記第2ボイラ群のボイラを燃焼停止又は予め設定された固定燃焼率で燃焼させるように制御し、前記第1検出部により前記第1状態を検出する度に、前記第2ボイラ群において、前記固定燃焼率で燃焼させるボイラを1台増加させる、固定燃焼制御部と、前記ヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第1目標圧力値より小さな値となる第2目標圧力値と一致するように、前記第2ボイラ群の燃焼状態をPI制御又はPID制御する、フィードバック制御部と、を備え、前記ヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第2目標圧力値の値以上であって前記第1目標圧力値の値未満となる閾値を超える場合、前記固定燃焼制御部により前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御し、前記ヘッダ圧力値が、前記閾値の値以下となった場合、前記フィードバック制御部により前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する、ボイラシステムに関する。
前記第2制御部は、さらに、前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の出力蒸気量が予め設定された、前記増台判定出力蒸気量より小さな値となる減台判定出力蒸気量を下回る状態、又は前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の燃焼率が予め設定された、前記増台判定燃焼率より小さな値となる減台判定燃焼率を下回る状態が、予め設定された減台判定時間継続する第2状態を検出する第2検出部を備え、前記固定燃焼制御部は、前記第2検出部により前記第2状態を検出する度に、前記固定燃焼率で燃焼しているボイラを1台減少させることができる。
また、前記固定燃焼率は、前記第2ボイラ群におけるボイラの燃焼効率の最も高い燃焼率とすることができる。
また、前記固定燃焼率は、前記第2ボイラ群におけるボイラの最小燃焼率とすることができる。
本発明のボイラシステムによれば、1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群とからなるボイラ群を備え、第1ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第2ボイラ群の目標圧力値を低く設定するボイラシステムにおいて、第2ボイラ群のボイラを燃焼し易くして、ボイラ群間の負荷不均一を是正するとともに、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値が第1ボイラ群の目標圧力値になるように維持することができる。そうすることで、低負荷により、第2ボイラ群のボイラは全台待機とならず、ボイラ缶体腐食の恐れも生じない。また、全体負荷が高負荷帯域にある場合、第2ボイラ群に属するすべてのボイラを対象としたPI制御又はPID制御により、負荷追従を行うことができる。
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態(以下「第1実施形態」という)に係るボイラシステム1について説明する。図1は、ボイラシステム1の概略を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態(以下「第1実施形態」という)に係るボイラシステム1について説明する。図1は、ボイラシステム1の概略を示す図である。
ボイラシステム1は、3台の連続制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aと3台の連続制御ボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bとからなるボイラ群2と、複数の連続制御ボイラ20A及び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の内部の蒸気圧力(以下「ヘッダ圧力」ともいう)を測定する蒸気圧センサ7と、第1ボイラ群2Aの燃焼状態を制御する第1制御部4Aを有する台数制御装置3Aと、第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する第2制御部4Bを有する台数制御装置3Bと、を備える。なお、蒸気圧センサ7により測定された蒸気ヘッダ6の内部の蒸気圧力値を以下、「ヘッダ圧力値PV」ともいう。
連続制御ボイラ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、連続制御ボイラ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。
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を構成する複数の連続制御ボイラ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、複数の連続制御ボイラ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を構成する複数の連続制御ボイラ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、複数の連続制御ボイラ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、それぞれ台数制御装置3A及び3Bに電気的に接続されている。蒸気圧センサ7は、ヘッダ圧力を測定し、測定したヘッダ圧力値PVに係る信号(蒸気圧信号)を、信号線13を介して、それぞれ台数制御装置3A及び3Bに送信する。
台数制御装置3A及び3Bは、信号線16A及び16Bを介して、それぞれ複数の連続制御ボイラ20A及び20Bと電気的に接続されている。この台数制御装置3A及び3Bは、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ圧力値PVに基づいて、それぞれ連続制御ボイラ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、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2B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。
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が不足すれば、ヘッダ圧力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、ヘッダ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により測定されたヘッダ圧力値PV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、ヘッダ圧力値PV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、第1実施形態のボイラシステム1を構成する複数のボイラ20A及び20Bについて説明する。図2は、第1実施形態に係るボイラ群2の概略を示す図である。
第1実施形態のボイラ20A及び20Bは、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な連続制御ボイラからなる。
連続制御ボイラとは、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。連続制御ボイラは、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。
第1実施形態のボイラ20A及び20Bは、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な連続制御ボイラからなる。
連続制御ボイラとは、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。連続制御ボイラは、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、ローカル制御部22A及び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、ボイラ20A及び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。
第1実施形態におけるボイラ20A及び20Bにおける、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については、それぞれボイラ20A及び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、複数のボイラ20A及び20B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20A及び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、複数のボイラ20A及び20B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20A及び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、ボイラ20A及び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、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、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2B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20A及び20B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。
尚、出力蒸気量とは、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2B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20A及び20B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、第1実施形態では、複数のボイラ20A及び20Bには、それぞれボイラ効率が最も高くなる負荷率(以下「エコ運転ポイント」ともいう)が設定される。
また、複数のボイラ20A及び20Bには、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、台数制御装置3A及び3Bが、それぞれ第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bにおいて、それぞれ、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ20A及び20B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、例えば、第1ボイラ群2Aのボイラ20Aの1号機〜3号機のそれぞれに「1」〜「3」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、3号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第1制御部4A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。
同様に、第2ボイラ群2Bのボイラ20Bの4号機〜6号機のそれぞれに「1」から「3」の優先順位が割り当てられている場合、4号機の優先順位が最も高く、6号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第2制御部4B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。
図2に示すように、例えば、第1ボイラ群2Aのボイラ20Aの1号機〜3号機のそれぞれに「1」〜「3」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、3号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第1制御部4A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。
同様に、第2ボイラ群2Bのボイラ20Bの4号機〜6号機のそれぞれに「1」から「3」の優先順位が割り当てられている場合、4号機の優先順位が最も高く、6号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第2制御部4B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。
前述したように、連続制御ボイラ20A及び20Bは、それぞれ、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、それぞれ信号線16A及び16Bを介して台数制御装置3A及び3Bから送信される制御信号又は運転者の手動操作により入力された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、それぞれ台数制御装置3で用いられる信号を、信号線16A及び16Bを介して台数制御装置3A及び3Bに送信する。台数制御装置3A及び3B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。
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、それぞれ信号線16A及び16Bを介して台数制御装置3A及び3Bから送信される制御信号又は運転者の手動操作により入力された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、それぞれ台数制御装置3で用いられる信号を、信号線16A及び16Bを介して台数制御装置3A及び3Bに送信する。台数制御装置3A及び3B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。
以上のように構成されたボイラシステム1では、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bで発生させた蒸気が、蒸気ヘッダ6を介して蒸気使用設備18に供給される。
次に、台数制御装置3A及び3Bの詳細について説明する。
前述したように、台数制御装置3A及び3Bは、蒸気圧センサ7からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じた第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bの必要蒸気量、及び必要蒸気量に対応する各ボイラ20A及び20Bの燃焼状態を算出し、各ボイラ20A及び20B(ローカル制御部22A及び22B)に台数制御信号を送信する。この台数制御装置3A及び3Bは、図1に示すように、それぞれ第1記憶部5A及び第2記憶部5Bと第1制御部4A及び第2制御部4Bとを備え、それぞれ信号線16A及び16Bを介して各ボイラ20A及び20Bに電気的に接続されている。
前述したように、台数制御装置3A及び3Bは、蒸気圧センサ7からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じた第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bの必要蒸気量、及び必要蒸気量に対応する各ボイラ20A及び20Bの燃焼状態を算出し、各ボイラ20A及び20B(ローカル制御部22A及び22B)に台数制御信号を送信する。この台数制御装置3A及び3Bは、図1に示すように、それぞれ第1記憶部5A及び第2記憶部5Bと第1制御部4A及び第2制御部4Bとを備え、それぞれ信号線16A及び16Bを介して各ボイラ20A及び20Bに電気的に接続されている。
第1制御部4A及び第2制御部4Bは、それぞれ信号線16A及び16Bを介してボイラ20A及び20Bに各種の指示を送信したり、それぞれ各ボイラ20A及び20Bから各種のデータを受信したりして、それぞれボイラ20A及び20Bの燃焼状態及び運転台数の制御を実行する。各ボイラ20A及び20Bは、それぞれ台数制御装置3A及び3Bから燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って該当するボイラ20A及び20Bの燃焼量を制御する。なお、第1制御部4A及び第2制御部4Bは、それぞれ信号線16A及び16Bを介してそれぞれボイラ20A及び20Bの燃焼状態に関する情報を受信する。
第1制御部4A及び第2制御部4Bの詳細な構成については後述する。
第1制御部4A及び第2制御部4Bの詳細な構成については後述する。
第1記憶部5Aは、台数制御装置3A(第1制御部4A)の制御により、ボイラ20Aに対して行われた指示の内容や、各ボイラ20Aからそれぞれ受信した燃焼状態等の情報、各ボイラ20Aの単位蒸気量Uの設定に関する情報、複数のボイラ20Aの優先順位の設定に関する情報、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、それぞれ記憶する。
また、第1記憶部5Aには、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ圧力値PVに係る設定条件として予め設定される、第1ボイラ群2Aの燃焼制御に係る第1目標圧力値P1を記憶することができる。
また、第1記憶部5Aには、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ圧力値PVに係る設定条件として予め設定される、第1ボイラ群2Aの燃焼制御に係る第1目標圧力値P1を記憶することができる。
第2記憶部5Bは、第1記憶部5Aと同様に、台数制御装置3B(第2制御部4B)の制御により、ボイラ20Bに対して行われた指示の内容や、各ボイラ20Bからそれぞれ受信した燃焼状態等の情報、各ボイラ20Bの単位蒸気量Uの設定に関する情報、複数のボイラ20Bの優先順位の設定に関する情報、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、それぞれ記憶する。
また、第2記憶部5Bには、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ圧力値PVに係る設定条件として予め設定される、第2ボイラ群2Bの燃焼制御に係る第2目標圧力値P2を記憶することができる。
また、第2記憶部5Bには、蒸気圧センサ7により測定されるヘッダ圧力値PVに係る設定条件として予め設定される、第2ボイラ群2Bの燃焼制御に係る第2目標圧力値P2を記憶することができる。
さらに、第2記憶部5Bには、予め設定される増台判定出力蒸気量、増台判定時間、減台判定出力蒸気量、及び減台判定時間を記憶するとともに、第2ボイラ群2Bのボイラ20B毎に予め設定される固定燃焼率を記憶することができる。なお、減台判定出力蒸気量は、増台判定出力蒸気量の値よりも小さい値とする。
後述する固定燃焼制御部44Bは、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続する(以下、「第1状態」ともいう)場合、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させる。逆に、固定燃焼制御部44Bは、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続する(以下、「第2状態」ともいう)場合、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少させる。
後述する固定燃焼制御部44Bは、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続する(以下、「第1状態」ともいう)場合、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させる。逆に、固定燃焼制御部44Bは、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続する(以下、「第2状態」ともいう)場合、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少させる。
また、第2記憶部5Bには、予め設定される、第2目標圧力値P2以上であって第1目標圧力値P1未満となる閾値Pを記憶することができる。
後述するように、第2ボイラ群2Bの第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値PVと閾値Pを比較することにより、後述する固定燃焼制御部44Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御するか、又は後述するフィードバック制御部45Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御するかを判断する。
後述するように、第2ボイラ群2Bの第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値PVと閾値Pを比較することにより、後述する固定燃焼制御部44Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御するか、又は後述するフィードバック制御部45Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御するかを判断する。
次に第1制御部4A及び第2制御部4Bの詳細な構成について説明する。
まず、第1制御部4Aについて説明する。
まず、第1制御部4Aについて説明する。
第1制御部4Aは、第1ボイラ群2Aから発生した蒸気の圧力値(ヘッダ圧力値PV)が、予め設定された第1目標圧力値P1となるような制御量を算出し、この制御量に基づいて第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aの燃焼量を制御する。
すなわち、第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値PVと予め第1記憶部5Aに設定された第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1との偏差に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
すなわち、第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値PVと予め第1記憶部5Aに設定された第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1との偏差に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
ここで、第1制御部4AのPIDアルゴリズムに基づくフィードバック制御について簡単に説明する。
第1制御部4Aは、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値PV(フィードバック値)と予め設定された第1目標圧力値P1との偏差がゼロとなるように、現時点の必要蒸気量MVnを、以下に示す速度形PIDアルゴリズムにより算出する。なお、速度形PIアルゴリズムについては、速度形PIDアルゴリズムにおいて、D制御出力(変化分)を省略したものであり、その説明は省略する。
第1制御部4Aは、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値PV(フィードバック値)と予め設定された第1目標圧力値P1との偏差がゼロとなるように、現時点の必要蒸気量MVnを、以下に示す速度形PIDアルゴリズムにより算出する。なお、速度形PIアルゴリズムについては、速度形PIDアルゴリズムにおいて、D制御出力(変化分)を省略したものであり、その説明は省略する。
第1制御部4Aは、複数のボイラ20Aから発生させるべき現時点の必要蒸気量MVnを、下記の速度形演算式(式1)により算出する。
MVn=MVn−1+ΔMVn ・・・・・・・・・・(式1)
(式1)において、MVn:現時点の必要蒸気量(今回必要蒸気量)、MVn−1:前回の制御周期時点の必要蒸気量(前回必要蒸気量)、ΔMVn:前回から今回までの必要蒸気量変化分である。ここで、添字nは、繰り返し演算の演算回数(n回目:n=1,2,…,Nの正の整数値)を示す。
速度形演算は、制御周期毎に前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔMVnのみを計算し、これに前回必要蒸気量MVn−1を加算して、今回必要蒸気量MVnを計算する方法である。
これに対して、制御周期毎に今回必要蒸気量MVnを直接計算するPID制御アルゴリズムは、位置形演算と言う。
MVn=MVn−1+ΔMVn ・・・・・・・・・・(式1)
(式1)において、MVn:現時点の必要蒸気量(今回必要蒸気量)、MVn−1:前回の制御周期時点の必要蒸気量(前回必要蒸気量)、ΔMVn:前回から今回までの必要蒸気量変化分である。ここで、添字nは、繰り返し演算の演算回数(n回目:n=1,2,…,Nの正の整数値)を示す。
速度形演算は、制御周期毎に前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔMVnのみを計算し、これに前回必要蒸気量MVn−1を加算して、今回必要蒸気量MVnを計算する方法である。
これに対して、制御周期毎に今回必要蒸気量MVnを直接計算するPID制御アルゴリズムは、位置形演算と言う。
前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔMVnは、下記の(式2)により算出される。
ΔMVn=ΔPn+ΔIn+ΔDn ・・・・・・・(式2)
(式2)において、ΔPn:P制御出力(変化分)、ΔIn:I制御出力(変化分)、ΔDn:D制御出力(変化分)であり、それぞれ下記の(式3)〜(式5)により求められる。
ΔPn=KP×(en−en−1) ・・・・・・・・・(式3)
ΔIn=KP×(Δt/TI)×en ・・・・・・・(式4)
ΔDn=KP×(TD/Δt)×(en−2en−1+en−2) ・・(式5)
(式3)〜(式5)において、Δt:制御周期、KP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間、en:現時点の偏差量、en−1:前回の制御周期時点の偏差量、en−2:前々回の制御周期時点の偏差量である。
現時点の偏差量enは、第1目標圧力値P1と、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値PVとの差であって、下記の(式6)により求められる。
en=P1−PV ・・・・・・・・・・・・・・(式6)
ΔMVn=ΔPn+ΔIn+ΔDn ・・・・・・・(式2)
(式2)において、ΔPn:P制御出力(変化分)、ΔIn:I制御出力(変化分)、ΔDn:D制御出力(変化分)であり、それぞれ下記の(式3)〜(式5)により求められる。
ΔPn=KP×(en−en−1) ・・・・・・・・・(式3)
ΔIn=KP×(Δt/TI)×en ・・・・・・・(式4)
ΔDn=KP×(TD/Δt)×(en−2en−1+en−2) ・・(式5)
(式3)〜(式5)において、Δt:制御周期、KP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間、en:現時点の偏差量、en−1:前回の制御周期時点の偏差量、en−2:前々回の制御周期時点の偏差量である。
現時点の偏差量enは、第1目標圧力値P1と、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値PVとの差であって、下記の(式6)により求められる。
en=P1−PV ・・・・・・・・・・・・・・(式6)
第1制御部4Aは、(式3)、(式4)、(式5)で算出された各出力(変化分)を、(式2)に従って合計することにより、前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔMVnを算出する。
そして、第1制御部4Aは、(式1)のように、前回必要蒸気量MVn−1に必要蒸気量変化分ΔMVnを加算して、今回必要蒸気量MVnを計算することができる。
こうすることで、第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
以上、連続制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aを制御する第1制御部4Aについて説明した。
そして、第1制御部4Aは、(式1)のように、前回必要蒸気量MVn−1に必要蒸気量変化分ΔMVnを加算して、今回必要蒸気量MVnを計算することができる。
こうすることで、第1制御部4Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
以上、連続制御ボイラ20Aからなる第1ボイラ群2Aを制御する第1制御部4Aについて説明した。
次に、第2制御部4Bについて説明する。
図3に示すように、第2制御部4Bは、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bと、第1検出部42Bと、第2検出部43Bと、固定燃焼制御部44Bと、フィードバック制御部45Bと、を含んで構成される。
図3に示すように、第2制御部4Bは、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bと、第1検出部42Bと、第2検出部43Bと、固定燃焼制御部44Bと、フィードバック制御部45Bと、を含んで構成される。
第1実施形態のように、第1ボイラ群2Aが複数のボイラ20Aからなる場合、第1ボイラ群2Aを構成する各ボイラ20Aの最小蒸気量、単位蒸気量、最大蒸気量としての燃焼能力が異なる場合が想定される。したがって、第1実施形態において、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bは、第1ボイラ群2Aの燃焼状態の情報として、各ボイラ20Aの出力蒸気量の合計となる第1ボイラ群2Aの出力蒸気量を収集することとしている。
このように、第1実施形態において、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bは、第1ボイラ群2Aにより出力される蒸気量である出力蒸気量を収集する。第1ボイラ群2Aにより出力される蒸気量である出力蒸気量を収集するためには、例えば、第2制御部4Bは、第1制御部4Aから通信を介して、第1ボイラ群2Aの各ボイラ20Aの出力蒸気量を収集することができる。
第1検出部42Bは、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bにより収集した第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が、増台判定時間継続する第1状態を検出する。
第2検出部43Bは、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bにより収集した第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が、減台判定時間継続する第2状態を検出する。
固定燃焼制御部44Bは、第2ボイラ群2Bのボイラ20Bを燃焼停止又は予め設定された固定燃焼率で燃焼させるように制御する。
より具体的には、固定燃焼制御部44Bは、第1検出部42Bにより第1状態を検出する度に、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させ(すなわち燃焼停止状態のボイラ20Aを1台固定燃焼率で燃焼させ)、第2検出部により第2状態を検出する度に、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少、すなわち燃焼停止させる。
より具体的には、固定燃焼制御部44Bは、第1検出部42Bにより第1状態を検出する度に、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させ(すなわち燃焼停止状態のボイラ20Aを1台固定燃焼率で燃焼させ)、第2検出部により第2状態を検出する度に、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少、すなわち燃焼停止させる。
そうすることで、全体負荷が低い場合であっても、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの1台のボイラ20Bを固定燃焼率で燃焼させることができる。また、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの1台のボイラ20Bを燃焼停止させることができる。
このようにすることで、第2ボイラ群2Bの発生蒸気量がゼロとなる時間(全台待機時間)を短くすることができる。また、ヘッダ圧力が変化する使用蒸気量の閾値を高くすることができる。
すなわち、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値PVを第1ボイラ群の第1目標圧力値P1になるように維持することができる。
このようにすることで、第2ボイラ群2Bの発生蒸気量がゼロとなる時間(全台待機時間)を短くすることができる。また、ヘッダ圧力が変化する使用蒸気量の閾値を高くすることができる。
すなわち、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値PVを第1ボイラ群の第1目標圧力値P1になるように維持することができる。
なお、固定燃焼率は、第2ボイラ群2Bにおける燃焼させるボイラ20Bの燃焼効率の最も高い燃焼率とすることが好ましい。
また、固定燃焼率は、第2ボイラ群2Bにおける燃焼させるボイラ20Bの最小燃焼率とすることもできる。そうすることで、仮に全体負荷が上昇し、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量の不足分を第2ボイラ群2Bが補う場合に、負荷追従性に優れたボイラシステム1を提供することができる。
フィードバック制御部45Bは、ヘッダ圧力値PVが、予め設定された、前記第1目標圧力値P1より小さな値となる第2目標圧力値P2(P2<P1)と一致するように、前記第2ボイラ群の燃焼状態をPI制御又はPID制御する。
より具体的には、ヘッダ圧力値PVと予め第2記憶部5Bに設定された第2ボイラ群2Bの第2目標圧力値P2との偏差に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値が第2目標圧力値P2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第2ボイラ群2Bを構成するボイラ20Bを制御する。
なお、フィードバック制御部45BのPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムによる制御については、前述した第1制御部4AのPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムによる制御と同様であることから、説明は省略する。
より具体的には、ヘッダ圧力値PVと予め第2記憶部5Bに設定された第2ボイラ群2Bの第2目標圧力値P2との偏差に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値が第2目標圧力値P2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第2ボイラ群2Bを構成するボイラ20Bを制御する。
なお、フィードバック制御部45BのPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムによる制御については、前述した第1制御部4AのPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムによる制御と同様であることから、説明は省略する。
<固定燃焼制御部44Bとフィードバック制御部45Bの切換え制御>
第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値PVが、予め第2記憶部5Bに設定された、第2目標圧力値P2以上であって第1目標圧力値P1未満となる閾値P(P2≦P<P1)を超える場合、固定燃焼制御部44Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御し、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下となった場合、フィードバック制御部45Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する。
第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値PVが、予め第2記憶部5Bに設定された、第2目標圧力値P2以上であって第1目標圧力値P1未満となる閾値P(P2≦P<P1)を超える場合、固定燃焼制御部44Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御し、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下となった場合、フィードバック制御部45Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼状態を制御する。
ボイラシステム1は、例えば全体負荷が低い状態から高い状態に移行する際に、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続する度に、固定燃焼制御部44Bにより、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させることができる。
その後、第2ボイラ群2Bが固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを増加できない場合、全体負荷が上昇しても第1ボイラ群2Aが、ヘッダ圧力値PVを第1目標圧力値P1とするために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる間は、第2ボイラ群2Bは、固定燃焼制御部44Bにより制御される。
その後、第2ボイラ群2Bが固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを増加できない場合、全体負荷が上昇しても第1ボイラ群2Aが、ヘッダ圧力値PVを第1目標圧力値P1とするために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる間は、第2ボイラ群2Bは、固定燃焼制御部44Bにより制御される。
その後、全体負荷が上昇して、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができなくなると、ヘッダ圧力値PVが減少する。そして、ヘッダ圧力値PVが第2ボイラ群2Bの第2目標圧力P2近辺まで低下した場合、第2ボイラ群2Bは、固定燃焼制御部44Bに換えて、フィードバック制御部45Bにより、固定燃焼率で燃焼させた固定燃焼ボイラを含む第2ボイラ群2Bに属するすべてのボイラ20Bで、PIアルゴリズム又は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、負荷追従を行う。
その後、全体負荷が減少し、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを上回ると、第2ボイラ群2Bは、フィードバック制御部45Bに換えて、固定燃焼制御部44Bにより、制御されることになる。
その後、例えば全体負荷がさらに減少する際に、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続する度に、固定燃焼制御部44Bにより、第2ボイラ群2Bにおける、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少、すなわち燃焼停止させる。
その後、例えば全体負荷がさらに減少する際に、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続する度に、固定燃焼制御部44Bにより、第2ボイラ群2Bにおける、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少、すなわち燃焼停止させる。
次に、第1実施形態のボイラシステム1の動作を実現するための処理の流れについて、図4〜図6を参照して説明する。図4〜図6は、それぞれ、第1ボイラ群2A及び第2ボイラ群2Bの処理の流れを示すフローチャートである。
まず、図4を参照して、第1ボイラ群2Aにおける処理の流れを説明する。
まず、図4を参照して、第1ボイラ群2Aにおける処理の流れを説明する。
処理の前準備として、第1ボイラ群2Aに対して第1目標圧力値P1の設定を行い、第1記憶部5Aの所定の領域に記憶しておく(図示せず)。
ステップST1において、台数制御装置4Aにより第1ボイラ群2Aの燃焼制御を開始する。
ステップST2において、第1制御部4Aにより、制御周期毎に第1ボイラ群2Aの燃焼状態を制御する。
より具体的には、第1制御部4Aは、制御周期毎に、ヘッダ圧力値PVと予め第1記憶部5Aに設定された第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1との偏差(en=P1−PV)に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
より具体的には、第1制御部4Aは、制御周期毎に、ヘッダ圧力値PVと予め第1記憶部5Aに設定された第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1との偏差(en=P1−PV)に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1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第1ボイラ群2Aを構成するボイラ20Aを制御する。
第1制御部4Aは、制御周期毎に、ステップST2を繰り返す。
次に、図5を参照して、第2ボイラ群2Bにおける処理の流れを説明する。
処理の前準備として第2ボイラ群2Bに対して第2目標圧力値P2を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。第2ボイラ群2Bに対して増台判定出力蒸気量、増台判定時間、減台判定出力蒸気量、及び減台判定時間を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。第2ボイラ群2Bのボイラ20B毎に、固定燃焼率を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。また、閾値Pを、第2目標圧力値P2以上かつ第1目標圧力値P1未満の範囲に設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく(以上、図示せず)。
処理の前準備として第2ボイラ群2Bに対して第2目標圧力値P2を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。第2ボイラ群2Bに対して増台判定出力蒸気量、増台判定時間、減台判定出力蒸気量、及び減台判定時間を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。第2ボイラ群2Bのボイラ20B毎に、固定燃焼率を設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく。また、閾値Pを、第2目標圧力値P2以上かつ第1目標圧力値P1未満の範囲に設定し、第2記憶部5Bに記憶しておく(以上、図示せず)。
ステップST11において、台数制御装置4Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼制御を開始する。
ステップST12において、第2制御部4Bは、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超えるか否かを判定する。ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超えている場合(Yes)、ステップST13に移る。ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超えていない場合(No)、ステップST14に移る。
ステップST13において、第2制御部4Bは、固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御を行う。
固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御の詳細については後述する。
固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御の詳細については後述する。
ステップST14において、第2制御部4Bは、フィードバック制御部45Bにより第2ボイラ群2Bの燃焼制御を行う。より具体的には、フィードバック制御部45Bは、制御周期毎に、ヘッダ圧力値PVと予め第2記憶部5Bに設定された第2ボイラ群2Bの第2目標圧力値P2との偏差に対して、所定のPIアルゴリズム又は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、ヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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第2ボイラ群2Bを構成するボイラ20Bを制御する。
その後、ステップST12に移る。
<固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御>
図6を参照して、固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御処理の流れを説明する。
ステップST21において、固定燃焼制御部44Bは、第1検出部42Bが第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bにより収集した第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態を増台判定時間継続する第1状態を検出したか否かを判定する。第1状態を検出した場合(Yes)、ステップST22に移る。第1状態を検出していない場合(No)、ステップST24に移る。
図6を参照して、固定燃焼制御部44Bによる第2ボイラ群2Bの燃焼制御処理の流れを説明する。
ステップST21において、固定燃焼制御部44Bは、第1検出部42Bが第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bにより収集した第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態を増台判定時間継続する第1状態を検出したか否かを判定する。第1状態を検出した場合(Yes)、ステップST22に移る。第1状態を検出していない場合(No)、ステップST24に移る。
ステップST22において、固定燃焼制御部44Bは、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bがあるか否かを判定する。固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bがある場合(Yes)ステップST23に移る。増加させるボイラ20Bがない場合(No)、リターンする。
ステップST23において、固定燃焼制御部44Bは、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させる(すなわち、固定燃焼率で燃焼させる)。
その後、リターンする。
その後、リターンする。
ステップST24において、固定燃焼制御部44Bは、第2検出部43Bが第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bにより収集した第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態を減台判定時間継続する第2状態を検出したか否かを判定する。第2状態を検出した場合(Yes)、ステップST25に移る。第2状態を検出していない場合(No)、リターンする。
ステップST25において、固定燃焼制御部44Bは、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがあるか否かを判定する。固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがある場合(Yes)ステップST26に移る。固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがない場合(No)、リターンする。
ステップST26において、固定燃焼制御部44Bは、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台燃焼停止させる。
その後、リターンする。
その後、リターンする。
次に、図7及び図8を参照して、第1ボイラ群2Aをヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1になるように、また第2ボイラ群2Bをヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2になるように、それぞれ個別に所定のPIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムに基づくフィードバック制御(以下「従来の台数制御」という)を行う場合と比較しながら、第1実施形態に係る台数制御を実施した場合の動作を説明する。
ここで、図7は、従来の台数制御を行った場合のヘッダ圧力の推移を示す図である。これに対して、図8は、本発明の第1実施形態に係る台数制御を実施した場合のヘッダ圧力値の推移を示す図である。
ここで、図7の(B)〜(D)及び図8の(B)〜(D)ともに、縦軸を蒸気量、横軸を時間としている。したがって、図7(C)及び図8(C)における第1ボイラ群発生蒸気量は、第1ボイラ群2Aに含まれるボイラ20Aの発生蒸気量の合計となる。また、第1ボイラ群発生蒸気量のMAXとは、第1ボイラ群2Aに含まれるボイラ20Aの最大出力蒸気量の合計となる。図7(D)及び図8(D)における第2ボイラ群発生蒸気量についても同様である。
ここで、図7の(B)〜(D)及び図8の(B)〜(D)ともに、縦軸を蒸気量、横軸を時間としている。したがって、図7(C)及び図8(C)における第1ボイラ群発生蒸気量は、第1ボイラ群2Aに含まれるボイラ20Aの発生蒸気量の合計となる。また、第1ボイラ群発生蒸気量のMAXとは、第1ボイラ群2Aに含まれるボイラ20Aの最大出力蒸気量の合計となる。図7(D)及び図8(D)における第2ボイラ群発生蒸気量についても同様である。
<従来の台数制御>
従来の台数制御を実施した場合、全体負荷が低い場合(t0〜t1)、第1ボイラ群2Aはヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を発生する。
その後、全体負荷が上昇しても、t2までの間、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
時刻t2以降、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t3)まで、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
t3以降、依然として、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ることから、第1ボイラ群2Aは、自身の出力可能な最大蒸気量Xを出力し、第2ボイラ群2Bは、使用蒸気量の不足分を補う形で、ヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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。
このように、従来の台数制御を実施した場合、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回るまで第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
従来の台数制御を実施した場合、全体負荷が低い場合(t0〜t1)、第1ボイラ群2Aはヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を発生する。
その後、全体負荷が上昇しても、t2までの間、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
時刻t2以降、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t3)まで、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
t3以降、依然として、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ることから、第1ボイラ群2Aは、自身の出力可能な最大蒸気量Xを出力し、第2ボイラ群2Bは、使用蒸気量の不足分を補う形で、ヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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。
このように、従来の台数制御を実施した場合、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回るまで第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
その後、全体負荷が減少し、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超える時点(t4)まで第2ボイラ群2Bはヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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。
時刻t4以降、全体負荷が減少することで、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。t4以降第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
このように、従来の台数制御を実施した場合、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを下回ると第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
このように、従来の台数制御を実施した場合、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを下回ると第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
<第1実施形態に係る台数制御>
これに対して、第1実施形態に係る台数制御を実施した場合、図8(D)に示すように、全体負荷が低い場合(時刻t0〜t1)、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
これに対して、第1実施形態に係る台数制御を実施した場合、図8(D)に示すように、全体負荷が低い場合(時刻t0〜t1)、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
その後、全体負荷が上昇して、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t2において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラを1台燃焼させる。
時刻t2以降、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t3において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台燃焼させる。
同様に、時刻t3以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t4において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台燃焼させる。
時刻t2以降、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t3において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台燃焼させる。
同様に、時刻t3以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t4において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台燃焼させる。
時刻t4以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態が増台判定時間継続しても、その時点t5において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラが存在しないことから第2ボイラ群2Bは、固定燃焼の状態で、発生蒸気量は変わらない。
その後、時刻t6までは、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t7)まで、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態が続く。
その後、時刻t6までは、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t7)まで、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態が続く。
時刻t7以降、使用蒸気量が第1ボイラ群2Aの出力可能な最大蒸気量Xを上回ることから、第1ボイラ群2Aは自身の出力可能な最大蒸気量Xを出力し、使用蒸気量の不足分を補う形で、第2ボイラ群2Bは、ヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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こととなる。
その後、全体負荷が減少し、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超える時点(t8)までは第2ボイラ群2Bは蒸気ヘッダ圧力値が第2目標圧力値P2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。
時刻t8以降、全体負荷が減少することで、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超えることで、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態となり、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うこととなる。
その後、さらに全体負荷が減少して、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t9において第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラを1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
時刻t9以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t10において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
同様に、時刻t10以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t11において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。この状態で、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
その後、さらに全体負荷が減少して、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t9において第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラを1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
時刻t9以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t10において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
同様に、時刻t10以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t11において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。この状態で、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
時刻t11以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態が減台判定時間継続しても、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラが存在しないことから、第2ボイラ群2Bは、全台待機状態のまま継続する。
[第2実施形態]
第1実施形態では、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bは、第1ボイラ群2Aの燃焼状態の情報として、各ボイラ20Aの出力蒸気量の合計となる第1ボイラ群2Aの出力蒸気量を収集した。
これに対して、第2実施形態の第1ボイラ群2A´は、1台のボイラ20A´からなるものとして、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´は、第1ボイラ群2A´の燃焼状態の情報として、第1ボイラ群2A´の燃焼率(ボイラ20A´の燃焼率)を収集するものとする。
第1実施形態では、第1ボイラ群燃焼状態収集部41Bは、第1ボイラ群2Aの燃焼状態の情報として、各ボイラ20Aの出力蒸気量の合計となる第1ボイラ群2Aの出力蒸気量を収集した。
これに対して、第2実施形態の第1ボイラ群2A´は、1台のボイラ20A´からなるものとして、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´は、第1ボイラ群2A´の燃焼状態の情報として、第1ボイラ群2A´の燃焼率(ボイラ20A´の燃焼率)を収集するものとする。
第2実施形態の第2ボイラ群2Bは、第1実施形態と同様に、3台のボイラ20Bからなるものとする。第2実施形態のボイラシステム1では、第1ボイラ群2A´及び第2ボイラ群2Bで発生させた蒸気が、蒸気ヘッダ6を介して蒸気使用設備18に供給される。
以下、第2実施形態については、主として、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。第2実施形態において、特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用される。また、第2実施形態においても第1実施形態と同様な効果が奏される。
第2実施形態における台数制御装置3Bの第2制御部4B´について説明する。図9に示すように、第2制御部4B´は、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´と、第1検出部42B´と、第2検出部43B´と、固定燃焼制御部44B´と、フィードバック制御部45Bと、を含んで構成される。
第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´は、ボイラ20A´の燃焼率を収集し、第1ボイラ群2A´の燃焼率とみなす。なお、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´は、第1制御部4Aから、例えばアナログ信号を取り込むことで第1制御部4Aの燃焼率を収集することができる。
第1検出部42B´は、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´により収集した第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態を、増台判定時間継続する第1状態を検出する。
第2検出部43B´は、第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´により収集した第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態を、減台判定時間継続する第2状態を検出する。
固定燃焼制御部44B´は、第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態を増台判定時間継続する(以下、「第1状態」ともいう)場合、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させる。逆に、第1ボイラ群2Aの燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態を減台判定時間継続する(以下、「第2状態」ともいう)場合、固定燃焼制御部44B´は、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台減少させる。
また、第2実施形態における台数制御装置3Bの第2記憶部5Bには、予め設定される増台判定燃焼率、増台判定時間、減台判定燃焼率、及び減台判定時間を記憶するとともに、第2ボイラ群2Bのボイラ20B毎に予め設定される固定燃焼率を記憶することができる。なお、減台判定燃焼率は、増台判定燃焼率の値よりも小さい値とする。
次に、第2実施形態のボイラシステム1の処理の流れについて説明する。
第2実施形態の第1ボイラ群2A´の処理の流れについては、図4に示した第1実施形態の第1ボイラ群2Aにおける処理の流れと同じである。
第2実施形態の第1ボイラ群2A´の処理の流れについては、図4に示した第1実施形態の第1ボイラ群2Aにおける処理の流れと同じである。
第2実施形態の第2ボイラ群2Bの処理の流れについては、固定燃焼制御部44Bを固定燃焼制御部44B´に読み替えることで、図5に示した第1実施形態の第2ボイラ群2Bにおける処理の流れと同じである。
第2実施形態の第2ボイラ群2Bの固定燃焼制御部44B´の処理の流れについては、図6に示した第1実施形態の第2ボイラ群2Bの固定燃焼制御部44Bの処理の流れと、ステップST21における第1検出部42B´の処理、及びステップ24における第2検出部43B´の処理が異なるが、その他の処理は、第1実施形態の第2ボイラ群2Bの固定燃焼制御部44Bにおける処理と同じである。
図10に第2実施形態の第2ボイラ群2Bの固定燃焼制御部44B´の処理の流れを示すフローチャートを示す。
図10を参照すると、ステップ21´において固定燃焼制御部44B´は、第1検出部42B´が第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´により収集した第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続する第1状態を検出したか否かを判定する。第1状態を検出した場合(Yes)、ステップST22´に移る。第1状態を検出していない場合(No)、ステップST24´に移る。
図10を参照すると、ステップ21´において固定燃焼制御部44B´は、第1検出部42B´が第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´により収集した第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続する第1状態を検出したか否かを判定する。第1状態を検出した場合(Yes)、ステップST22´に移る。第1状態を検出していない場合(No)、ステップST24´に移る。
ステップST22´において、固定燃焼制御部44B´は、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bがあるか否かを判定する。固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bがある場合(Yes)ステップST23´に移る。増加させるボイラ20Bがない場合(No)、リターンする。
ステップST23´において、固定燃焼制御部44B´は、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼させるボイラ20Bを1台増加させる(すなわち、固定燃焼率で燃焼させる)。その後、リターンする。
ステップST24´において、固定燃焼制御部44B´は、第2検出部43B´が第1ボイラ群燃焼状態収集部41B´により収集した第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続する第2状態を検出したか否かを判定する。第2状態を検出した場合(Yes)、ステップST25´に移る。第2状態を検出していない場合(No)、リターンする。
ステップST25´において、固定燃焼制御部44B´は、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがあるか否かを判定する。固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがある場合(Yes)ステップST26´に移る。固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bがない場合(No)、リターンする。
ステップST26´において、固定燃焼制御部44B´は、第2ボイラ群2Bにおいて、固定燃焼率で燃焼しているボイラ20Bを1台燃焼停止させる。その後、リターンする。
次に、図11を参照しながら、第2実施形態に係る台数制御を実施した場合の動作を説明する。図11(A)は、本発明の第2実施形態に係る台数制御を実施した場合のヘッダ圧力値の推移を示す図である。また、図11(B)は、ボイラシステム1における使用蒸気量の推移を示す図である。
図11(C)及び図11(D)の縦軸は、それぞれ、第1ボイラ群2A´及び第2ボイラ群2Bの燃焼率を、横軸は時間を示している。
図11(C)及び図11(D)の縦軸は、それぞれ、第1ボイラ群2A´及び第2ボイラ群2Bの燃焼率を、横軸は時間を示している。
第2実施形態に係る台数制御を実施した場合、図11に示すように、時刻t0〜t1にかけて全体負荷が低い場合(第1ボイラ群2A´の燃焼率が増大判定燃焼率以下の場合)、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
その後、全体負荷が上昇して、第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t2において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラ1台を、固定燃焼率で燃焼させる。
時刻t2以降、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t3において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台、固定燃焼率で燃焼させる。
同様に、時刻t3以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t4において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台、固定燃焼率で燃焼させる。
時刻t2以降、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t3において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台、固定燃焼率で燃焼させる。
同様に、時刻t3以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続した場合、時刻t4において、第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラをさらに1台、固定燃焼率で燃焼させる。
時刻t4以降、依然として、全体負荷が上昇して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が増台判定時間継続しても、その時点t5において第2ボイラ群2Bの燃焼停止状態のボイラが存在しないことから第2ボイラ群2Bは、固定燃焼の状態のままで、発生蒸気量は変わらない。
その後、時刻t6までは、第1ボイラ群2A´は、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2A´の出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t7)まで、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態が続く。
その後、時刻t6までは、第1ボイラ群2A´は、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。
ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量が第1ボイラ群2A´の出力可能な最大蒸気量Xを上回ると、ヘッダ圧力値PVは低下するが、ヘッダ圧力値PVが閾値P以下になる時点(t7)まで、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態が続く。
時刻t7以降、使用蒸気量が第1ボイラ群2A´の出力可能な最大蒸気量Xを上回ることから、第1ボイラ群2A´は自身の出力可能な最大蒸気量Xを出力し、使用蒸気量の不足分を補う形で、第2ボイラ群2Bは、ヘッダ圧力値PVが第2目標圧力値P2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こととなる。
その後、全体負荷が減少し、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超える時点(t8)までは第2ボイラ群2Bは蒸気ヘッダ圧力値が第2目標圧力値P2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。
時刻t8以降、全体負荷が減少することで、ヘッダ圧力値PVが閾値Pを超えた場合、第2ボイラ群2Bは固定燃焼状態となり、第1ボイラ群2A´は、ヘッダ圧力値PVが第1目標圧力値P1となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うこととなる。
その後、さらに全体負荷が減少して、第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t9において第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラを1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
時刻t9以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t10において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
同様に、時刻t10以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t11において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。この状態で、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
その後、さらに全体負荷が減少して、第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t9において第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラを1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
時刻t9以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t10において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。
同様に、時刻t10以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2A´の燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続した場合、時刻t11において、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラをさらに1台減少させる(すなわち、1台を燃焼停止状態にさせる)。この状態で、第2ボイラ群2Bは全台待機状態となる。
時刻t11以降、全体負荷が減少して、再び第1ボイラ群2Aの燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続しても、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラが存在しないことから、第2ボイラ群2Bは、全台待機状態のまま継続する。
以上、第2実施形態において、第1ボイラ群2A´は、1台のボイラ20A´からなるものとしたが、第1ボイラ群2A´が複数のボイラからなる場合であっても、各ボイラの最小蒸気量、単位蒸気量、最大蒸気量としての燃焼能力が同じ場合には、各ボイラの燃焼率を合計した値をボイラ台数で除算した値を第1ボイラ群2A´の燃焼率とすることができる。
このように、第1実施形態乃至第2実施形態に係る台数制御を実施した場合、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値PVを第1ボイラ群2Aの第1目標圧力値P1に維持することができる。また第2ボイラ群2Bのボイラを燃焼し易くなるため、ボイラ群間の負荷不均一を是正することができる。
第1実施形態乃至第2実施形態のボイラシステム1によれば、例えば、次の効果が奏される。
第1実施形態のボイラシステム1においては、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが予め設定された第1目標圧力値P1と一致するように、その燃焼状態をPI制御又はPID制御される。他方第2ボイラ群2Bは、固定燃焼制御部44Bを備えることで、全体負荷が低い場合であっても、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態、又は第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が、増台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの1台のボイラ20Bを固定燃焼率で燃焼させることができる。逆に、第1ボイラ群2A乃至2A´の出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態又は第1ボイラ群2Aの燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラ20Bを1台燃焼停止させることができる。
第1実施形態のボイラシステム1においては、第1ボイラ群2Aは、ヘッダ圧力値PVが予め設定された第1目標圧力値P1と一致するように、その燃焼状態をPI制御又はPID制御される。他方第2ボイラ群2Bは、固定燃焼制御部44Bを備えることで、全体負荷が低い場合であっても、第1ボイラ群2Aの出力蒸気量が増台判定出力蒸気量を上回る状態、又は第1ボイラ群2A´の燃焼率が増台判定燃焼率を上回る状態が、増台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの1台のボイラ20Bを固定燃焼率で燃焼させることができる。逆に、第1ボイラ群2A乃至2A´の出力蒸気量が減台判定出力蒸気量を下回る状態又は第1ボイラ群2Aの燃焼率が減台判定燃焼率を下回る状態が減台判定時間継続する場合に、第2ボイラ群2Bの燃焼しているボイラ20Bを1台燃焼停止させることができる。
そうすることで、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値PVを第1ボイラ群2A乃至2A´の第1目標圧力値P1に維持することができる。また第2ボイラ群2Bのボイラを燃焼し易くなるため、ボイラ群同士の負荷不均一を改善することができる。このように、全体負荷が低く、第1ボイラ群で全体必要量を賄える場合であっても、第2ボイラ群のボイラは全台待機とならず、低負荷によるボイラ缶体腐食の恐れも生じない。
また、第1実施形態乃至第2実施形態のボイラシステム1においては、予め設定される固定燃焼率は第2ボイラ群2Bにおける燃焼させるボイラ20Bの燃焼効率の最も高い燃焼率(エコ運転ポイント)とすることができる。
そのため、第1実施形態乃至第2実施形態によれば、全体負荷が低い場合に、第2ボイラ群2Bを効率よく燃焼させることができる。
また、第1実施形態乃至第2実施形態のボイラシステム1においては、予め設定される固定燃焼率は第2ボイラ群2Bにおける燃焼させるボイラ20Bの最小燃焼率とすることができる。
そのため、第1実施形態乃至第2実施形態によれば、全体負荷が上昇し、第1ボイラ群2A乃至2A´の出力蒸気量の不足分を第2ボイラ群2Bが補う場合に、負荷追従性に優れたボイラシステム1を提供することができる。
以上、本発明のボイラシステムの好ましい第1実施形態乃至第2実施形態について説明したが、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実施形態では、本発明を、3台のボイラ20Aからなる第1ボイラ群2A及び3台のボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bからなるボイラ群2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。すなわち、本発明を、4台以上のボイラ20からなる第1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台又は2台のボイラからなる第1ボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。
同様に、本発明を、4台以上のボイラ20からなる第2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台又は2台のボイラからなる第2ボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。
例えば、第1実施形態では、本発明を、3台のボイラ20Aからなる第1ボイラ群2A及び3台のボイラ20Bからなる第2ボイラ群2Bからなるボイラ群2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。すなわち、本発明を、4台以上のボイラ20からなる第1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台又は2台のボイラからなる第1ボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。
同様に、本発明を、4台以上のボイラ20からなる第2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台又は2台のボイラからなる第2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、第1実施形態乃至第2実施形態では、連続制御ボイラ20A及び20Bを、すべて同一のボイラ容量としたが、これに限らない。すなわち、連続制御ボイラ20A及び20B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。
ただし、第2実施形態の場合、複数のボイラ20Aを含む第1ボイラ群の燃焼率については、例えば次のように算出することができる。各ボイラ20Aの燃焼率に、「第1ボイラ群2Aのすべてのボイラ20Aの最大出力蒸気量を合計した総出力蒸気量に対する各ボイラ20Aの最大出力蒸気量の比率」を掛けることにより、第1ボイラ群の最大燃焼率を100%とした場合の、各ボイラ20Aの第1ボイラ群2Aにおける燃焼率を計算することができる。こうすることで、各ボイラ20Aの燃焼率から、第2ボイラ群2Aにおける相対的な燃焼率を算出することができる。
ただし、第2実施形態の場合、複数のボイラ20Aを含む第1ボイラ群の燃焼率については、例えば次のように算出することができる。各ボイラ20Aの燃焼率に、「第1ボイラ群2Aのすべてのボイラ20Aの最大出力蒸気量を合計した総出力蒸気量に対する各ボイラ20Aの最大出力蒸気量の比率」を掛けることにより、第1ボイラ群の最大燃焼率を100%とした場合の、各ボイラ20Aの第1ボイラ群2Aにおける燃焼率を計算することができる。こうすることで、各ボイラ20Aの燃焼率から、第2ボイラ群2Aにおける相対的な燃焼率を算出することができる。
また、第1実施形態乃至第2実施形態では、第1ボイラ群2A乃至2A´、及び第2ボイラ群2BのPI(又はPID)制御アルゴリズムとして、制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔMVnのみを計算し、これに前回必要蒸気量MVn−1を加算して、今回必要蒸気量MVnを計算する速度形PI(又は速度形PID)アルゴリズムによるPI又はPID制御を適用したが、速度形PI(又は速度形PID)アルゴリズムに限定されない。第1ボイラ群2A乃至2A´及び/又は第1ボイラ群2Bに対して、制御周期毎に今回必要蒸気量MVnを直接計算する位置型PI(又は位置型PID)アルゴリズムによるPI又はPID制御を適用してもよい。
また、第1実施形態乃至第2実施形態では、ボイラ20A及び20Bにおける、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、それぞれボイラ20A及び20B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連続制御ボイラ20A及び20Bにより構成したが、これに限らない。すなわち、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連続制御ボイラにより構成してもよい。
また、第1実施形態乃至第2実施形態では、第1ボイラ群2A乃至2A´の複数のボイラ20A及び第2ボイラ群2Bの複数のボイラ20Bをそれぞれ連続制御ボイラにより構成することとしているが、第1ボイラ群2A及び/又は第1ボイラ群2Bを段階値制御ボイラにより構成することとしてもよい。なお、段階値制御ボイラとは、複数の段階的な燃焼位置を有し、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。一例として、複数のボイラ20A及び20Bを、燃焼停止位置、低燃焼位置及び高燃焼位置の3位置を有する3位置ボイラにより、構成することとしてもよい。もちろん、ボイラ20A及び20Bは、3位置に限らず、任意のN位置の燃焼位置を有することとしてもよい。
また、段階値制御ボイラにより構成する場合、段階値ボイラ毎に、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ものとしてもよい。
1 ボイラシステム
2 ボイラ群
2A 第1ボイラ群
2A´ 第1ボイラ群
2B 第2ボイラ群
20 ボイラ
20A 連続制御ボイラ
20B 連続制御ボイラ
3A 台数制御装置
4A 第1制御部
5A 第1記憶部
3B 台数制御装置
4B 第2制御部
4B´ 第2制御部
41B 第1ボイラ群燃焼状態収集部
41B´ 第1ボイラ群燃焼状態収集部
42B 第1検出部
42B´ 第1検出部
43B 第2検出部
43B´ 第2検出部
44B 固定燃焼制御部
45B フィードバック制御部
5B 第2記憶部
6 蒸気ヘッダ(蒸気集合部)
7 蒸気圧センサ(蒸気圧測定手段)
18 蒸気使用設備(負荷機器)
2 ボイラ群
2A 第1ボイラ群
2A´ 第1ボイラ群
2B 第2ボイラ群
20 ボイラ
20A 連続制御ボイラ
20B 連続制御ボイラ
3A 台数制御装置
4A 第1制御部
5A 第1記憶部
3B 台数制御装置
4B 第2制御部
4B´ 第2制御部
41B 第1ボイラ群燃焼状態収集部
41B´ 第1ボイラ群燃焼状態収集部
42B 第1検出部
42B´ 第1検出部
43B 第2検出部
43B´ 第2検出部
44B 固定燃焼制御部
45B フィードバック制御部
5B 第2記憶部
6 蒸気ヘッダ(蒸気集合部)
7 蒸気圧センサ(蒸気圧測定手段)
18 蒸気使用設備(負荷機器)
Claims (4)
- 1つ以上のボイラからなる第1ボイラ群と、1つ以上のボイラからなる第2ボイラ群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ヘッダと、
前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、
前記ヘッダ圧力値が予め設定された第1目標圧力値と一致するように、前記第1ボイラ群の燃焼状態をPI制御又はPID制御する第1制御部と、
前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する第2制御部と、
を備えるボイラシステムであって、
前記第2制御部は、
前記第1ボイラ群の出力蒸気量又は前記第1ボイラ群の燃焼率を収集する第1ボイラ群燃焼状態収集部と、
前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の出力蒸気量が、予め設定された増台判定出力蒸気量を上回る状態、又は前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の燃焼率が、予め設定された増台判定燃焼率を上回る状態が、予め設定された増台判定時間継続する第1状態を検出する第1検出部と、
前記第2ボイラ群のボイラを燃焼停止又は予め設定された固定燃焼率で燃焼させるように制御し、前記第1検出部により前記第1状態を検出する度に、前記第2ボイラ群において、前記固定燃焼率で燃焼させるボイラを1台増加させる、固定燃焼制御部と、
前記ヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第1目標圧力値より小さな値となる第2目標圧力値と一致するように、前記第2ボイラ群の燃焼状態をPI制御又はPID制御する、フィードバック制御部と、を備え、
前記ヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第2目標圧力値の値以上であって前記第1目標圧力値の値未満となる閾値を超える場合、前記固定燃焼制御部により前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御し、前記ヘッダ圧力値が、前記閾値の値以下となった場合、前記フィードバック制御部により前記第2ボイラ群の燃焼状態を制御する、ボイラシステム。 - 前記第2制御部は、さらに、
前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の出力蒸気量が、予め設定された、前記増台判定出力蒸気量より小さな値となる減台判定出力蒸気量を下回る状態、又は前記第1ボイラ群燃焼状態収集部により収集した前記第1ボイラ群の燃焼率が、予め設定された、前記増台判定燃焼率より小さな値となる減台判定燃焼率を下回る状態が、予め設定された減台判定時間継続する第2状態を検出する第2検出部を備え、
前記固定燃焼制御部は、前記第2検出部により前記第2状態を検出する度に、前記固定燃焼率で燃焼しているボイラを1台減少させる、請求項1に記載のボイラシステム。 - 前記固定燃焼率は、前記第2ボイラ群におけるボイラの燃焼効率の最も高い燃焼率とする、請求項1又は請求項2に記載のボイラシステム。
- 前記固定燃焼率は、前記第2ボイラ群におけるボイラの最小燃焼率とする、請求項1又は請求項2に記載のボイラシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015019238A JP2016142463A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | ボイラシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015019238A JP2016142463A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | ボイラシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2016142463A true JP2016142463A (ja) | 2016-08-08 |
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Family Applications (1)
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JP2015019238A Pending JP2016142463A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | ボイラシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016142463A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019015442A (ja) * | 2017-07-06 | 2019-01-31 | 三浦工業株式会社 | ボイラシステム |
-
2015
- 2015-02-03 JP JP2015019238A patent/JP2016142463A/ja active Pending
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