JP2016205678A - ボイラシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】第１ボイラ群２Ａに属する廃熱回収ボイラは、缶内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、第２ボイラ群２Ｂに属するボイラは、ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値になるように、２つのボイラ群が個別に制御され、第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値が第１ボイラ群２Ａのボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値に設定されるボイラシステムにおいて、使用蒸気量に関係なく第２ボイラ群２Ｂが所定量以上の燃焼量を確保する。【解決手段】第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された目標圧力値Ｐ１と一致するようにＰＩ又はＰＩＤアルゴリズムにより算出される必要蒸気量ＭＶが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力し、必要蒸気量ＭＶが第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量ＭＶを出力するように構成される。【選択図】図１
Description
本発明は、１つ以上のボイラを有する第１ボイラ群と第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。
従来、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、片方のボイラ群を主として燃焼させ（以下、「第１ボイラ群」ともいう）、もう片方のボイラ群を、不足分を補うように燃焼させる（以下、「第２ボイラ群」ともいう）方法が一般的である。
例えば、第１ボイラ群に属する各ボイラは、廃熱回収ボイラとして、それぞれボイラの缶体内の圧力値である缶内圧力値（以下、「缶内圧力値」ともいう）が予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように熱回収量を制御され、また、第２ボイラ群に属するボイラは、複数のボイラにおいて生成された蒸気が集合する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燃焼状態を制御され、２つのボイラ群が個別に制御される場合、第２ボイラ群の目標圧力値を、第１ボイラ群のボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値となるように、低く設定することが好ましい。
そうすることで、全体負荷が低い場合には、第１ボイラ群の各ボイラの缶内圧力が第２ボイラ群の目標圧力値よりも高い圧力値で安定することになり、ヘッダ圧力値は、第１ボイラ群の各ボイラの蒸気管における圧力損失を加味して算出される圧力値の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、ボイラ群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。
このため、第２ボイラ群のヘッダ圧力値の目標圧力値を、第１ボイラ群のボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値となるように低く設定する場合においても、第２ボイラ群のボイラをある程度燃焼させておくことが望まれる。
このため、第２ボイラ群のヘッダ圧力値の目標圧力値を、第１ボイラ群のボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値となるように低く設定する場合においても、第２ボイラ群のボイラをある程度燃焼させておくことが望まれる。
本発明は、１つ以上の廃熱回収ボイラからなる第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ボイラ群に属する各廃熱回収ボイラは、それぞれ缶内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、また第２ボイラ群に属するボイラは、ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値になるように、２つのボイラ群が個別に制御され、第２ボイラ群の目標圧力値が第１ボイラ群のボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値に設定され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、使用蒸気量に関係なく、第２ボイラ群に対して、所定量以上の燃焼量を確保す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、１つ以上の廃熱回収ボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上の補助ボイラからなる第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であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、前記第２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、前記第１ボイラ群に属する廃熱回収ボイラは、それぞれ前記廃熱回収ボイラの缶体内の圧力値である缶内圧力値を測定する缶内圧力測定手段と、前記缶内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前記第１ボイラ群の熱回収量を制御するローカル制御部と、を備え、前記制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定されるヘッダ圧力値が、予め設定された、前記制御圧力帯の上限値よりも小さい値となる目標圧力値と一致するように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより必要蒸気量を算出する必要蒸気量算出部と、前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が予め設定された第１蒸気量を下回る場合、前記第１蒸気量を出力し、前記必要蒸気量が前記第１蒸気量以上となる場合、前記必要蒸気量を出力するように、前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する出力制御部と、を備えるボイラシステムに関する。
また、前記出力制御部は、前記第１蒸気量を出力する場合、前記第２ボイラ群における予め設定される台数の補助ボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させることができる。
また、前記固定燃焼率は、前記燃焼させる補助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、前記燃焼させる補助ボイラの最小燃焼率とすることができる。
また、前記目標圧力値は前記制御圧力帯の上限値と下限値の中間の値よりも小さく、前記制御圧力帯の下限値以上とすることができる。
また、前記目標圧力値は前記制御圧力帯の下限値よりも小さい値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つ以上の廃熱回収ボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上の補助ボイラからなる第２ボイラ群とからなるボイラ群を備え、第１ボイラ群に属する各廃熱回収ボイラは、それぞれ缶内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、また第２ボイラ群に属するボイラは、ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値になるように、２つのボイラ群が個別に制御され、第２ボイラ群の目標圧力値が第１ボイラ群のボイラの缶内圧力値の制御圧力帯の上限値よりも小さな値に設定されるボイラシステムにおいて、全体負荷が低い場合であっても、第２ボイラ群を一定量燃焼させることができるため、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を防止するとともに、ボイラ群同士の負荷不均一を改善することができる。
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態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、本発明の第１実施形態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。
図１に示すように、ボイラシステム１は、１台のボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａと、２台のボイラ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２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する制御部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。
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。
第１ボイラ群２Ａのボイラ２０Ａは、廃熱回収ボイラ（排ガス利用ボイラ）により構成される。廃熱回収ボイラとは、例えば、プラント設備において、燃料を供給して発電機を駆動させる際に発生する高温の燃焼ガスのような排ガスを熱源として、蒸気を生成するボイラをいう。
ボイラ２０Ａは、ボイラ本体２１Ａと、ボイラ２０Ａの缶内圧力値を測定するボイラ圧検出部２３Ａと、ローカル制御部２２Ａと、を備える。
ボイラ本体２１Ａは、排ガス供給配管（図示せず）から導入された排ガスと給水配管（図示せず）から導入された給水との間で熱交換を行い、蒸気を生成する。ボイラ本体２１Ａにおいて熱交換に用いられた排ガスは、排気配管（図示せず）から外部に排出される。
ボイラ２０Ａは、ボイラ本体２１Ａと、ボイラ２０Ａの缶内圧力値を測定するボイラ圧検出部２３Ａと、ローカル制御部２２Ａと、を備える。
ボイラ本体２１Ａは、排ガス供給配管（図示せず）から導入された排ガスと給水配管（図示せず）から導入された給水との間で熱交換を行い、蒸気を生成する。ボイラ本体２１Ａにおいて熱交換に用いられた排ガスは、排気配管（図示せず）から外部に排出される。
ボイラ圧検出部２３Ａは、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡを測定し、測定した缶内圧力値ＰＶＡをローカル制御部２２Ａに送信する。
ローカル制御部２２Ａは、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡに基づいて、ボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。具体的には、ローカル制御部２２Ａは、ボイラ本体２１Ａに導入される排ガスの量を制御することで、ボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
ボイラ本体２１Ａに導入される排ガスの量の調整は、例えば、ボイラ２０Ａを、排ガス供給配管と排気配管とを接続するバイパス配管（図示せず）と、排ガス供給配管からバイパス配管に流れる排ガスの流量を調整する切替ダンパ（図示せず）と、を含んで構成し、この切替ダンパの開度を調整することで行われる。
ローカル制御部２２Ａは、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡに基づいて、ボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。具体的には、ローカル制御部２２Ａは、ボイラ本体２１Ａに導入される排ガスの量を制御することで、ボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
ボイラ本体２１Ａに導入される排ガスの量の調整は、例えば、ボイラ２０Ａを、排ガス供給配管と排気配管とを接続するバイパス配管（図示せず）と、排ガス供給配管からバイパス配管に流れる排ガスの流量を調整する切替ダンパ（図示せず）と、を含んで構成し、この切替ダンパの開度を調整することで行われる。
ボイラシステム１において、ボイラ２０Ａは、メイン出力ボイラ（ベースロードボイラ）として機能する。ボイラ２０Ａは、例えば、熱回収量が１００％の時に、相当蒸発量として１０〜３０ｔ／ｈの蒸気出力が可能に構成されている。
他方、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂは、例えば、多管式貫流ボイラから構成される連続制御ボイラである。ボイラ２０Ｂは、燃焼が行われるボイラ本体２１Ｂと、連続制御ボイラ２０Ｂの燃焼状態を制御するローカル制御部２２Ｂと、を備える。
ボイラシステム１において、ボイラ２０Ｂは、サブ出力ボイラ（ピークロードボイラ）として機能する。ボイラ２０Ｂは、例えば、燃焼量が１００％の時に、相当蒸発量が２〜３ｔ／ｈの蒸気出力が可能に構成されている。
ボイラシステム１において、ボイラ２０Ｂは、サブ出力ボイラ（ピークロードボイラ）として機能する。ボイラ２０Ｂは、例えば、燃焼量が１００％の時に、相当蒸発量が２〜３ｔ／ｈの蒸気出力が可能に構成されている。
蒸気圧センサ７は、信号線１３を介して、台数制御装置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、台数制御装置３Ｂに送信する。
台数制御装置３Ｂは、信号線１６Ｂを介して、複数のボイラ２０Ｂと電気的に接続されている。この台数制御装置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、それぞれボイラ２０Ｂの燃焼状態を制御する。
以上のように、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、ボイラ２０Ａの缶内圧力及びヘッダ圧力がそれぞれ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、ボイラ２０Ａの缶内圧力及びヘッダ圧力がそれぞれ増加することになる。従って、ボイラシステム１は、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定されたボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡ及び蒸気圧センサ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。
より具体的には、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡ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ＭＶＡを算出する。
第２ボイラ群２Ｂ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ＭＶを算出する。
より具体的には、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡ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ＭＶＡを算出する。
第２ボイラ群２Ｂ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ＭＶを算出する。
ここで、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、ボイラ群２の概略を示す図である。
［ボイラ２０Ａについて］
第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、比例分配制御方式により、熱回収量（例えば、切替ダンパの開度）を制御する。
具体的には、ボイラ圧検出部２３Ａは、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡを測定し、測定した缶内圧力値ＰＶＡをローカル制御部２２Ａに送信する。
ローカル制御部２２Ａは、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡが制御圧力帯の範囲内に収まるように、ボイラ２０Ａによる熱回収量を制御する。
第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、比例分配制御方式により、熱回収量（例えば、切替ダンパの開度）を制御する。
具体的には、ボイラ圧検出部２３Ａは、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡを測定し、測定した缶内圧力値ＰＶＡをローカル制御部２２Ａに送信する。
ローカル制御部２２Ａは、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡが制御圧力帯の範囲内に収まるように、ボイラ２０Ａによる熱回収量を制御する。
ローカル制御部２２Ａは、ボイラ２０Ａに対して行われた指示の内容や、ボイラ２０Ａから受信した熱回収状態の情報、出力蒸気量に関する情報を、ローカル記憶部（図示せず）に記憶する。
また、ローカル記憶部（図示せず）には、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡに係る設定条件として、ボイラ２０Ａの燃焼制御に係る制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎを予め設定することができる。
比例分配制御方式の詳細については、後述する。
また、ローカル記憶部（図示せず）には、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡに係る設定条件として、ボイラ２０Ａの燃焼制御に係る制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎを予め設定することができる。
比例分配制御方式の詳細については、後述する。
［ボイラ２０Ｂについて］
他方、ボイラ２０Ｂは、例えば、多管式貫流ボイラのような燃焼量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。
他方、ボイラ２０Ｂは、例えば、多管式貫流ボイラのような燃焼量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、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、複数のボイラ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。
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２０Ｂには、それぞれボイラ効率が最も高くなる負荷率であるエコ運転ポイントが設定される。
また、複数のボイラ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３Ｂが、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ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２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂの２号機及び３号機のそれぞれに「１」及び「２」の優先順位が割り当てられている場合、２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２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂの２号機及び３号機のそれぞれに「１」及び「２」の優先順位が割り当てられている場合、２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。
上述のように、ボイラ２０Ｂは、ボイラ本体２１Ｂと、ボイラ２０Ｂの燃焼状態を制御するローカル制御部２２Ｂと、を備える。ローカル制御部２２Ｂは、蒸気消費量に応じてボイラ２０Ｂの燃焼状態を変更させる。
具体的には、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂにおいては、ローカル制御部２２Ｂは、信号線１６Ｂを介して台数制御装置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２０Ｂの燃焼状態を制御する。また、ローカル制御部２２Ｂは、台数制御装置３Ｂで用いられる信号を、信号線１６Ｂを介して台数制御装置３Ｂに送信する。台数制御装置３Ｂで用いられる信号としては、ボイラ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。
台数制御装置３Ｂは、蒸気圧センサ７からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じた各ボイラ２０Ｂの燃焼状態を算出し、各ボイラ２０Ｂ（ローカル制御部２２Ｂ）に台数制御信号を送信する。この台数制御装置３Ｂは、図１に示すように、記憶部５Ｂと制御部４Ｂとを備え、信号線１６Ｂを介して各ボイラ２０Ｂに電気的に接続されている。
制御部４Ｂは、信号線１６Ｂを介してボイラ２０Ｂに各種の指示を送信したり、それぞれ各ボイラ２０Ｂから各種のデータを受信したりして、ボイラ２０Ｂの燃焼状態及び運転台数の制御を実行する。各ボイラ２０Ｂは、台数制御装置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２０Ｂの燃焼量を制御する。なお、制御部４Ｂは、信号線１６Ｂを介してボイラ２０Ｂの燃焼状態に関する情報を受信する。
制御部４Ｂの詳細な構成については後述する。
制御部４Ｂの詳細な構成については後述する。
記憶部５Ｂは、台数制御装置３Ｂ（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、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、第２ボイラ群２Ｂの燃焼制御に係る目標圧力値Ｐ１を予め設定することができる。
さらに、記憶部５Ｂには、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量を設定するとともに、一定蒸気量を出力するための、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を予め設定することができる。
そうすることで、後述するように、第２ボイラ群２Ｂの出力制御部４１Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶに基づいて算出される必要蒸気量ＭＶｎと第１蒸気量Ｖ１を比較することにより、必要蒸気量ＭＶｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御するか、又は第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させるかを判断することができる。
また、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、第２ボイラ群２Ｂの燃焼制御に係る目標圧力値Ｐ１を予め設定することができる。
さらに、記憶部５Ｂには、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量を設定するとともに、一定蒸気量を出力するための、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を予め設定することができる。
そうすることで、後述するように、第２ボイラ群２Ｂの出力制御部４１Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶに基づいて算出される必要蒸気量ＭＶｎと第１蒸気量Ｖ１を比較することにより、必要蒸気量ＭＶｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御するか、又は第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させるかを判断することができる。
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、第１ボイラ群２Ａにおける熱回収量の制御、及び第２ボイラ群２Ｂにおける燃焼制御についてそれぞれ説明する。
まず、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの熱回収量制御を実行するローカル制御部２２Ａの詳細な構成について説明する。
まず、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの熱回収量制御を実行するローカル制御部２２Ａの詳細な構成について説明する。
［比例分配制御方式］
ローカル制御部２２Ａは、予め設定圧力と制御幅を設定することで、制御圧力帯を決定する。ここで、制御圧力帯は、ボイラ２０Ａの缶内圧量値ＰＶＡの最大許容値である上限値Ｐｍａｘと圧力の最少許容値である下限値Ｐｍｉｎの間の圧力帯とする。
ローカル制御部２２Ａは、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａから発生した蒸気の缶体内の圧力値、すなわちボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、缶内圧力値ＰＶＡによって必要蒸気量が一意的に定まる比例分配制御アルゴリズムにより制御量を算出し、この制御量に基づいてボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
ローカル制御部２２Ａは、予め設定圧力と制御幅を設定することで、制御圧力帯を決定する。ここで、制御圧力帯は、ボイラ２０Ａの缶内圧量値ＰＶＡの最大許容値である上限値Ｐｍａｘと圧力の最少許容値である下限値Ｐｍｉｎの間の圧力帯とする。
ローカル制御部２２Ａは、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａから発生した蒸気の缶体内の圧力値、すなわちボイラ圧検出部２３Ａにより測定される缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、缶内圧力値ＰＶＡによって必要蒸気量が一意的に定まる比例分配制御アルゴリズムにより制御量を算出し、この制御量に基づいてボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、缶内圧力値ＰＶＡと制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘとの差分である圧力偏差ＰＤ１に基づいて、必要蒸気量ＭＶＡｎを算出する。ここで、添字ｎは、制御周期毎に行われる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。
より具体的には、ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、缶内圧力値ＰＶＡの圧力偏差ＰＤ１を、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎとの差分である制御幅Ｐ１で除算した比率ＰＲ１に基づいて、ボイラ２０Ａで発生すべき蒸気量（以下、「必要蒸気量ＭＶＡｎ」ともいう）を（式１）により算出する。
必要蒸気量ＭＶＡｎ＝最大蒸気量ＪＧ×ＰＲ１ ・・・・・・・(式１)
ここで、最大蒸気量ＪＧとは、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａに予め設定された最大熱回収率で廃熱（又は排熱）を回収した場合における最大蒸気量である。
より具体的には、ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、缶内圧力値ＰＶＡの圧力偏差ＰＤ１を、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎとの差分である制御幅Ｐ１で除算した比率ＰＲ１に基づいて、ボイラ２０Ａで発生すべき蒸気量（以下、「必要蒸気量ＭＶＡｎ」ともいう）を（式１）により算出する。
必要蒸気量ＭＶＡｎ＝最大蒸気量ＪＧ×ＰＲ１ ・・・・・・・(式１)
ここで、最大蒸気量ＪＧとは、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａに予め設定された最大熱回収率で廃熱（又は排熱）を回収した場合における最大蒸気量である。
ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、式１により算出した必要蒸気量ＭＶＡｎと制御周期毎に算出した出力蒸気量ＪＴとの偏差量及び缶内圧力値ＰＶＡの変動状態に基づいて、ボイラ２０Ａの熱回収量を制御することができる。
以上、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａを制御するローカル制御部２２Ａについて説明した。
以上、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａを制御するローカル制御部２２Ａについて説明した。
次に、第２ボイラ群２Ｂの燃焼制御を実行する制御部４Ｂの詳細な構成について説明する。
図３に示すように、制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂと、出力制御部４２Ｂと、を含んで構成される。
図３に示すように、制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂと、出力制御部４２Ｂと、を含んで構成される。
必要蒸気量算出部４１Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶと予め記憶部５Ｂに設定された第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値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き、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となるために必要な必要蒸気量ＭＶｎを算出する。
より具体的には、次のとおり算出される。
より具体的には、次のとおり算出される。
必要蒸気量算出部４１Ｂは、第２ボイラ群２Ｂを構成する複数のボイラ２０Ｂ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１Ｂ）により算出する。
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋ΔＭＶｎ ・・・・・・・・（式１Ｂ）
（式１Ｂ）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。
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋ΔＭＶｎ ・・・・・・・・（式１Ｂ）
（式１Ｂ）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。
前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶｎは、下記の（式２Ｂ）により算出される。
ΔＭＶｎ＝ΔＰｎ＋ΔＩｎ＋ΔＤｎ ・・・・・・（式２Ｂ）
（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３Ｂ）〜（式５Ｂ）により求められる。
ΔＰｎ＝ＫＰ×(ｅｎ−ｅｎ−１) ・・・・・・・・・（式３Ｂ）
ΔＩｎ＝ＫＰ×(Δｔ／ＴＩ)×ｅｎ ・・・・・・・・・・・・（式４Ｂ）
ΔＤｎ＝ＫＰ×(ＴＤ／Δｔ)×(ｅｎ−２ｅｎ−１＋ｅｎ−２) ・・（式５Ｂ）
（式３Ｂ）〜（式５Ｂ）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２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６Ｂ）により求められる。
ｅｎ＝Ｐ１−ＰＶ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式６Ｂ）
ΔＭＶｎ＝ΔＰｎ＋ΔＩｎ＋ΔＤｎ ・・・・・・（式２Ｂ）
（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３Ｂ）〜（式５Ｂ）により求められる。
ΔＰｎ＝ＫＰ×(ｅｎ−ｅｎ−１) ・・・・・・・・・（式３Ｂ）
ΔＩｎ＝ＫＰ×(Δｔ／ＴＩ)×ｅｎ ・・・・・・・・・・・・（式４Ｂ）
ΔＤｎ＝ＫＰ×(ＴＤ／Δｔ)×(ｅｎ−２ｅｎ−１＋ｅｎ−２) ・・（式５Ｂ）
（式３Ｂ）〜（式５Ｂ）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２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６Ｂ）により求められる。
ｅｎ＝Ｐ１−ＰＶ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式６Ｂ）
必要蒸気量算出部４１Ｂは、（式３Ｂ）、（式４Ｂ）、（式５Ｂ）で算出された各出力(変化分)を、（式２Ｂ）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、必要蒸気量算出部４１Ｂは、（式１Ｂ）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。
そして、必要蒸気量算出部４１Ｂは、（式１Ｂ）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。
出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量ＭＶｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
また、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎを出力するように制御する。
そうすることで、全体負荷が低い場合であっても、第２ボイラ群２Ｂを一定量燃焼させることができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂにおける負荷不均一を改善することができる。
また、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎを出力するように制御する。
そうすることで、全体負荷が低い場合であっても、第２ボイラ群２Ｂを一定量燃焼させることができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂにおける負荷不均一を改善することができる。
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。
前述したように、記憶部５Ｂに、第２ボイラ群２Ｂが、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎に、固定燃焼率を予め設定することができる。
前述したように、記憶部５Ｂに、第２ボイラ群２Ｂが、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎に、固定燃焼率を予め設定することができる。
＜出力制御部４２Ｂによる出力蒸気量制御＞
制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
また、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、制御部４Ｂは、出力制御部４２Ｂにより、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎを出力するように制御する。
制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
また、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、制御部４Ｂは、出力制御部４２Ｂにより、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎを出力するように制御する。
そうすることで第２ボイラ群２Ｂにおける負荷が低い場合（例えば、第２ボイラ群２Ｂにおいてヘッダ圧力値ＰＶに基づいて算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を下回る場合）であっても第２ボイラ群２Ｂに割り当てたベースロード分のボイラを予め設定された第１蒸気量Ｖ１に対応する固定燃焼率で固定燃焼させることができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂにおける負荷不均一を改善することができる。
逆に、全体負荷が上昇し、要求負荷に対して第１ボイラ群２Ａだけで賄えなくなり、第２ボイラ群２Ｂにおける負荷が高くなった場合（例えば、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードに該当する一定蒸気量以上となる場合）には、固定燃焼率で燃焼させる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で負荷追従を行うことができる。
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及び図５を参照して説明する。図４及び図５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を構成するボイラ２０Ａに対して缶体内の圧力値である缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の範囲設定（上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎ）を行い、ローカル記憶部に記憶しておく（図示せず）。
ステップＳＴ１において、ローカル制御部２２Ａによりボイラ２０Ａの燃焼制御を開始する。
ステップＳＴ２において、ローカル制御部２２Ａにより、制御周期毎にボイラ２０Ａの燃焼状態を制御する。
より具体的には、ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定されるボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡ（フィードバック値）と、予めローカル記憶部に設定されたボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの圧力偏差ＰＤ１を、制御圧力帯の制御幅Ｐ１で除算した比率ＰＲ１に基づいて、所定の比例分配制御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、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡが制御圧力帯の範囲内に収まるように必要な蒸気量ＭＶＡｎを算出し、算出した蒸気量ＭＶＡｎを発生するようにボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
より具体的には、ローカル制御部２２Ａは、制御周期毎に、ボイラ圧検出部２３Ａにより測定されるボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡ（フィードバック値）と、予めローカル記憶部に設定されたボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの圧力偏差ＰＤ１を、制御圧力帯の制御幅Ｐ１で除算した比率ＰＲ１に基づいて、所定の比例分配制御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、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡが制御圧力帯の範囲内に収まるように必要な蒸気量ＭＶＡｎを算出し、算出した蒸気量ＭＶＡｎを発生するようにボイラ２０Ａの熱回収量を制御する。
ローカル制御部２２Ａ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に対して目標圧力値Ｐ１を設定し、記憶部５Ｂに記憶しておく。
ここで、第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値Ｐ１を第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘよりも小さく設定する。具体的には、目標圧力値Ｐ１は、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される圧力値（Ｐｍａｘ−α）よりも低く設定することが好ましい。
また、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量（第１蒸気量Ｖ１）を設定するとともに、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を設定し、記憶部５Ｂに記憶しておく。なお、第１蒸気量Ｖ１と固定燃焼率との関係について、第１蒸気量Ｖ１は、全台を燃焼させるのではなく、任意の台数を燃焼させることで生成されるように設定することができる。（以上、図示せず）。
処理の前準備として、第２ボイラ群２Ｂに対して目標圧力値Ｐ１を設定し、記憶部５Ｂに記憶しておく。
ここで、第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値Ｐ１を第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘよりも小さく設定する。具体的には、目標圧力値Ｐ１は、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される圧力値（Ｐｍａｘ−α）よりも低く設定することが好ましい。
また、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量（第１蒸気量Ｖ１）を設定するとともに、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を設定し、記憶部５Ｂに記憶しておく。なお、第１蒸気量Ｖ１と固定燃焼率との関係について、第１蒸気量Ｖ１は、全台を燃焼させるのではなく、任意の台数を燃焼させることで生成されるように設定することができる。（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、制御部４Ｂは、制御周期毎に、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１を下回るか否かを判定する。必要蒸気量ＭＶｎが第１蒸気量Ｖ１を下回る場合（Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１３に移る。必要蒸気量ＭＶｎが第１蒸気量Ｖ１以上の場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ１４に移る。
ステップＳＴ１３において、出力制御部４２Ｂは、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
その後、ステップＳＴ１２に移る。
ステップＳＴ１４において、制御部４Ｂ（出力制御部４２Ｂ）は、算出した必要蒸気量ＭＶｎ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。
次に、図６及び図７を参照して、第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値Ｐ１を第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘよりも小さく設定して、より好ましくは、蒸気管１１における圧力損失αを加味した圧力値（Ｐｍａｘ−α）よりも小さくして、第２ボイラ群２Ｂが所定の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場合（以下「従来の燃焼制御」という）と比較しながら、第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合の動作を説明する。
ここで、図６は、第２ボイラ群２Ｂが「従来の燃焼制御」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７は、本発明の第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合のヘッダ圧力の推移を示す図である。
ここで、図６の（Ｂ）〜（Ｄ）及び図７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６及び図７における第１ボイラ群発生蒸気量は、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの発生蒸気量となる。また、第１ボイラ群発生蒸気量のＭＡＸとは、第１ボイラ群を構成するボイラ２０Ａの最大出力蒸気量となる。
図６及び図７における第２ボイラ群発生蒸気量は、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂの発生蒸気量の合計となる。また、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０ＢのＭＡＸとは、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂの最大出力蒸気量の合計となる。
ここで、図６の（Ｂ）〜（Ｄ）及び図７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６及び図７における第１ボイラ群発生蒸気量は、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの発生蒸気量となる。また、第１ボイラ群発生蒸気量のＭＡＸとは、第１ボイラ群を構成するボイラ２０Ａの最大出力蒸気量となる。
図６及び図７における第２ボイラ群発生蒸気量は、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂの発生蒸気量の合計となる。また、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０ＢのＭＡＸとは、第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂの最大出力蒸気量の合計となる。
＜従来の燃焼制御＞
従来の燃焼制御を実施した場合、図６に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ０〜ｔ１）、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡは、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに近い圧力値となるために必要な蒸気量を発生する。このとき、ヘッダ圧力値は、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される値（ＰＶＡ−α）となり、目標圧力値Ｐ１より高い。このため、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
従来の燃焼制御を実施した場合、図６に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ０〜ｔ１）、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡは、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに近い圧力値となるために必要な蒸気量を発生する。このとき、ヘッダ圧力値は、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される値（ＰＶＡ−α）となり、目標圧力値Ｐ１より高い。このため、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使用蒸気量が増加しても、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡは低下するが、時刻ｔ１〜ｔ２までの間、制御圧力帯の範囲内に収まり、かつ蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される値（ＰＶＡ−α）が依然として目標圧力値Ｐ１以上となるよう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。このため、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、時刻ｔ２以降、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となると、第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値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フィードバック制御を開始する。
このように、全体負荷が上昇して使用蒸気量が増加する場合、ボイラ２０Ａは、自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力する前（制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎに達する前）に、第２ボイラ群２Ｂがフィードバック制御を開始する。
このように、従来の燃焼制御を実施した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となるまで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
このように、全体負荷が上昇して使用蒸気量が増加する場合、ボイラ２０Ａは、自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力する前（制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎに達する前）に、第２ボイラ群２Ｂがフィードバック制御を開始する。
このように、従来の燃焼制御を実施した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となるまで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
＜第１実施形態に係る燃焼制御＞
これに対して、第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合、図７に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ０〜ｔ１）、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは缶内圧力値ＰＶＡは、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに近い圧力値となるために必要な蒸気量を発生する。このとき、ヘッダ圧力値は、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される値（ＰＶＡ−α）となり、目標圧力値Ｐ１より高い。
他方、第２ボイラ群２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
これに対して、第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合、図７に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ０〜ｔ１）、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａは缶内圧力値ＰＶＡは、制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに近い圧力値となるために必要な蒸気量を発生する。このとき、ヘッダ圧力値は、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される値（ＰＶＡ−α）となり、目標圧力値Ｐ１より高い。
他方、第２ボイラ群２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
その後、全体負荷が上昇して使用蒸気量が増加しても、ボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡは低下するが、時刻ｔ１〜ｔ２までの間、制御圧力帯の範囲内に収まり、かつ蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される圧力値（ＰＶＡ−α）が依然として目標圧力値Ｐ１以上となるために必要な蒸気量をボイラ２０Ａ自身の出力蒸気量で賄うことができる。
このため、第２ボイラ群２Ｂは依然として必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
このため、第２ボイラ群２Ｂは依然として必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
その後、全体負荷が上昇して、時刻ｔ２以降、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となると、第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値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フィードバック制御を開始する。
このように、全体負荷が上昇して使用蒸気量が増加する場合、ボイラ２０Ａは、制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎに達する前（すなわち自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力する前）に、第２ボイラ群２Ｂがフィードバック制御を開始する。
このように、従来の燃焼制御を実施した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となるまで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
このように、第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合、使用蒸気量に関係なく第２ボイラ群２Ｂは、一定量以上、燃焼させることができる。
このように、全体負荷が上昇して使用蒸気量が増加する場合、ボイラ２０Ａは、制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎに達する前（すなわち自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力する前）に、第２ボイラ群２Ｂがフィードバック制御を開始する。
このように、従来の燃焼制御を実施した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値Ｐ１となるまで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
このように、第１実施形態に係る燃焼制御を実施した場合、使用蒸気量に関係なく第２ボイラ群２Ｂは、一定量以上、燃焼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を構成するボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるようにボイラ２０Ａの熱回収量がローカル制御部２２Ａにより制御される。
他方、第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが、予め設定された目標圧力値Ｐ１（ここで、目標圧力値Ｐ１は、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される圧力値（Ｐｍａｘ−α）よりも小さな値となるように設定される）と一致するように、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する出力制御部４２Ｂと、を備え、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させ、必要蒸気量ＭＶｎが第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量ＭＶｎを出力するように、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する。
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を構成するボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるようにボイラ２０Ａの熱回収量がローカル制御部２２Ａにより制御される。
他方、第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが、予め設定された目標圧力値Ｐ１（ここで、目標圧力値Ｐ１は、第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡの制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘに、蒸気管１１における圧力損失αを加味して算出される圧力値（Ｐｍａｘ−α）よりも小さな値となるように設定される）と一致するように、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する出力制御部４２Ｂと、を備え、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させ、必要蒸気量ＭＶｎが第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量ＭＶｎを出力するように、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する。
そのため、第１実施形態によれば、使用蒸気量にかかわらず第２ボイラ群２Ｂに対して所定量以上の燃焼量を確保することができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、ボイラ群同士の負荷不均一を改善することができる。
また、第１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実施形態によれば、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。
以上、本発明のボイラシステム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、第２ボイラ群２Ａの目標圧力値Ｐ１を制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎの中間の値よりも小さく、かつ下限値Ｐｍｉｎ以上としてもよい。
また、第２ボイラ群２Ａの目標圧力値Ｐ１を制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎよりも小さい値としてもよい。
例えば、第２ボイラ群２Ａの目標圧力値Ｐ１を制御圧力帯の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎの中間の値よりも小さく、かつ下限値Ｐｍｉｎ以上としてもよい。
また、第２ボイラ群２Ａの目標圧力値Ｐ１を制御圧力帯の下限値Ｐｍｉｎよりも小さい値としてもよい。
また、第１実施形態では、本発明を、１台のボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａ及び２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２台以上のボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａであって、第１ボイラ群２Ａに属する各ボイラ２０Ａは、ボイラ２０Ａの缶体内の圧力値である缶内圧力値ＰＶＡを測定するボイラ圧検出部２３Ａとボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内（上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎとの間）に収まるように熱回収量を制御するローカル制御部２２Ａを備えるものとしてもよい。
同様に、本発明を、第２ボイラ群２Ｂが３台以上のボイラ２０Ｂを備えるボイラシステム１に適用してもよく、また、第２ボイラ群２Ｂが１台のボイラ２０Ｂからなるボイラシステム１に適用してもよい。
すなわち、本発明を２台以上のボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａであって、第１ボイラ群２Ａに属する各ボイラ２０Ａは、ボイラ２０Ａの缶体内の圧力値である缶内圧力値ＰＶＡを測定するボイラ圧検出部２３Ａとボイラ２０Ａの缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内（上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎとの間）に収まるように熱回収量を制御するローカル制御部２２Ａを備えるものとしてもよい。
同様に、本発明を、第２ボイラ群２Ｂが３台以上のボイラ２０Ｂを備えるボイラシステム１に適用してもよく、また、第２ボイラ群２Ｂが１台のボイラ２０Ｂからなるボイラシステム１に適用してもよい。
また、第１実施形態では、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂのそれぞれのボイラ容量について特に限定していない。ボイラ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、同じ場合でも、異なる場合でも適用可能である。
また、第１実施形態では、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、速度型ＰＩ（又は位置型ＰＩＤ）アルゴリズムに限定されない。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実施形態では、ボイラ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２０Ｂにより構成したが、これに限らない。すなわち、ボイラ２０Ｂ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実施形態では、ボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、比例分配制御方式により、熱回収量（例えば、切替ダンパの開度）を制御するものとして説明したが、これに限定されない。ボイラ２０Ａは、缶内圧力値ＰＶＡが予め設定された制御圧力帯の範囲内に収まるように、オン／オフ制御方式により、熱回収量を制御するように構成されていてもよい。
１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２Ａ 第１ボイラ群
２Ｂ 第２ボイラ群
２０ ボイラ
２０Ａ 廃熱回収ボイラ
２２Ａ ローカル制御部
２３Ａ ボイラ圧検出部
２０Ｂ 連続制御ボイラ
３Ｂ 台数制御装置
４Ｂ 制御部
４１Ｂ 必要蒸気量算出部
４２Ｂ 出力制御部
５Ｂ 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
２Ｂ 第２ボイラ群
２０ ボイラ
２０Ａ 廃熱回収ボイラ
２２Ａ ローカル制御部
２３Ａ ボイラ圧検出部
２０Ｂ 連続制御ボイラ
３Ｂ 台数制御装置
４Ｂ 制御部
４１Ｂ 必要蒸気量算出部
４２Ｂ 出力制御部
５Ｂ 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 (6)
- １つ以上の廃熱回収ボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上の補助ボイラからなる第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であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、
前記第２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、
前記第１ボイラ群に属する廃熱回収ボイラは、それぞれ
前記廃熱回収ボイラの缶体内の圧力値である缶内圧力値を測定する缶内圧力測定手段と、
前記缶内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前記第１ボイラ群の熱回収量を制御するローカル制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記蒸気圧測定手段により測定されるヘッダ圧力値が、予め設定された、前記制御圧力帯の上限値よりも小さい値となる目標圧力値と一致するように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより必要蒸気量を算出する必要蒸気量算出部と、
前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が予め設定された第１蒸気量を下回る場合、前記第１蒸気量を出力し、前記必要蒸気量が前記第１蒸気量以上となる場合、前記必要蒸気量を出力するように、前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する出力制御部と、を備えるボイラシステム。 - 前記出力制御部は、前記第１蒸気量を出力する場合、前記第２ボイラ群における予め設定される台数の補助ボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる、請求項１に記載のボイラシステム。
- 前記固定燃焼率は、前記燃焼させる補助ボイラの燃焼効率の最も高い燃焼率である、請求項２に記載のボイラシステム。
- 前記固定燃焼率は、前記燃焼させる補助ボイラの最小燃焼率である、請求項２に記載のボイラシステム。
- 前記目標圧力値は前記制御圧力帯の上限値と下限値の中間の値よりも小さく、前記制御圧力帯の下限値以上とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のボイラシステム。
- 前記目標圧力値は前記制御圧力帯の下限値よりも小さい値とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のボイラシステム。
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- 2015-04-20 JP JP2015086053A patent/JP6424725B2/ja active Active
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