JP2016211838A - 燃焼最適化システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼最適化システムおよび燃焼最適化方法を提供する。【解決手段】システムは、複数のゾーン位置を有するボイラ１と、複数のセンサを含むセンサグリッド２と、センサ検証装置３と、最適化制御器４と、を含む。複数のセンサは複数のセンサ信号を提供するように構成され、複数のセンサ信号は各ゾーン位置の測定値を表す。センサ検証装置は、複数のセンサからの複数のセンサ信号を受信し、複数の受信したセンサ信号および複数の受信したセンサ信号の間の所定の相関に基づいて、各センサの検証済センサ信号を生成するように構成される。最適化制御器４は、各センサの検証済センサ信号に基づいて、ボイラ１の少なくとも１つの動作パラメータを最適化するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼最適化システムおよび方法に関する。
本開示は、一般的には制御の分野に関し、より具体的には燃焼最適化システムおよび燃焼最適化方法に関する。
センサは、通常、温度、圧力、ガス濃度などの、システムの重要な動作パラメータに関連する種々のデータを測定し収集するために使用される。センサの出力は、システム内の変化する条件に基づいて変化する。したがって、センサの典型的な使用は、システムの性能を効率的に制御できるように、システムの性能を監視することである。センサからの信号は、評価のために提供することができる。評価結果に基づいて、システムの１つまたは複数の動作パラメータは、システムの効率を改善するために変更または制御される。センサ信号がより正確である場合には、システムのより良好な制御が可能なので、センサ信号の精度はシステムの制御において重要な役割を果たす。しかし、システムが、センサを損傷するおそれのある高温または高圧の環境などの過酷な環境で動作している場合には、センサが正確なデータを提供しているか否かを判定することは非常に困難である。システムの動作パラメータを反映するセンサが壊れて、正確な信号を供給することができない場合には、壊れたセンサの出力に基づいたシステムの制御はより効率的でない場合があり得る。
たとえば、ボイラシステムでは、ボイラシステムの燃焼制御方法を決定するために複数のセンサが使用される。しかし、ボイラシステムの過酷な環境は、必然的に、時間の経過と共にセンサを老化、劣化、および故障させやすくする。したがって、これらの低性能センサからの信号は、ボイラシステムのデータを正確に反映することがなく、不適切な燃焼制御を引き起こすおそれもある。そのような不適切な燃焼制御は、より低い燃焼効率、より高い窒素酸化物および一酸化炭素の濃度、ならびに信頼性の低下につながるおそれがある。さらに、そのような不適切な燃焼制御はまた、スラッギングの増加およびボイラチューブの故障の増加を招く可能性があり、さらに炉の火災の消火および爆発などの壊滅的な結果を招くおそれがある。
本発明の実施形態の一態様では、燃焼最適化システムが提供される。燃焼最適化システムは、複数のゾーン位置を有するボイラと、複数のセンサを含むセンサグリッドと、センサ検証装置と、最適化制御器と、を含む。複数のセンサは複数のセンサ信号を提供するように構成され、複数のセンサ信号は各ゾーン位置の測定値を表す。センサ検証装置は、複数のセンサからの複数のセンサ信号を受信し、複数の受信したセンサ信号および複数の受信したセンサ信号の間の所定の相関に基づいて、各センサの検証済センサ信号を生成するように構成される。最適化制御器は、各センサの検証済センサ信号に基づいて、ボイラの少なくとも１つの動作パラメータを最適化するように構成される。
本発明の実施形態の別の態様では、燃焼最適化方法も提供される。燃焼最適化方法は、ボイラ内の複数のゾーン位置と通信するように構成された複数のセンサを含むセンサグリッドから複数のセンサ信号を受信するステップと、複数の受信したセンサ信号および複数の受信したセンサ信号の間の所定の相関に基づいて、各センサの検証済センサ信号を生成するステップと、各センサの検証済センサ信号に基づいて、ボイラの少なくとも１つの動作パラメータを最適化するステップと、を含む。
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
本発明の一実施形態による燃焼最適化システムの概略的なブロック図である。 図１の燃焼最適化システムのボイラの概略図である。 本発明の一実施形態によるセンサ検証装置の概略的なブロック図である。 本発明の別の実施形態によるセンサ検証装置の概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態による燃焼最適化方法のフローチャートである。 図５の各センサの全体的なセンサ健全性信頼値をどのように決定するかのステップを示す図である。
本開示の実施形態について、添付の図面を参照して以下で説明する。以下の説明では、周知の機能または構成は、不必要な詳細により本開示を不明瞭にすることを避けるために、詳細には説明しない。
特に定義されない限り、本明細書で用いられる技術的および科学的用語は、本開示が属する技術的分野の当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる「第１の」、「第２の」等の用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、むしろ１つの要素と別の要素とを区別するために用いられる。また、単数形（ａ、ａｎ）での記述は、量の限定を意味するものではなく、むしろ参照される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。「または」という用語は、包括的であって、列挙された項目のうちのいずれかまたはすべてを意味する。本明細書における（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を含むことを意味する。さらに、「に基づいて」というフレーズは、「に少なくとも基づいて」を意味する。
図１は、本発明の実施形態による燃焼最適化システムの概略ブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態による燃焼最適化システム１００は、ボイラ１、センサグリッド２、センサ検証装置３、および最適化制御器４を含む。
図２は、ボイラ１の概略図である。図２を参照すると、ボイラ１は、２×２のマトリクスであるように概略的に示される複数のゾーン位置１０を有する。図２では、一例として、複数のゾーン位置１０は、ボイラ１のバックパスにあるように示す。しかし、複数のゾーン位置１０は、複数のゾーン位置１０から出力されるデータが、ボイラ１の動作状態を反映することができる限り、ボイラ１の任意の位置に配置することができる。センサグリッド２は、２×２のマトリクスであるように概略的に示す複数のセンサ２０を含む。複数のセンサ２０は、複数のゾーン位置１０と通信する。図２では、一例として、複数のセンサ２０は、複数のゾーン位置１０にそれぞれ配置されているように示す。しかし、本発明の複数のセンサ２０の位置は、これに限定されるものではない。図１と組み合わせて、複数のセンサ２０は複数のセンサ信号Ｓを提供するように構成され、複数のセンサ信号Ｓはボイラ１の各ゾーン位置１０の測定値を表す。複数のセンサ２０が健全である場合には、健全なセンサ２０からのセンサ信号Ｓは、各ゾーン位置１０のデータを正確に反映することができる。しかし、センサ２０が故障した場合には、故障したセンサ２０からのセンサ信号Ｓは、各ゾーン位置１０のデータを正確に反映しない。このように、本発明の燃焼最適化システム１００は、図１のセンサ検証装置３を提供する。
ここで図１に戻り、センサ検証装置３は、センサグリッド２の複数のセンサ２０からセンサ信号Ｓを受信し、複数の受信したセンサ信号Ｓおよび複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成する。本発明のセンサ検証装置３は、健全なセンサ２０か故障したセンサ２０かに関わらず、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成し、それによって燃焼最適化システム１００の正常な動作を確保し、誤燃焼制御を低減させる。最適化制御器４は、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖに基づいて、ボイラ１の少なくとも１つの動作パラメータを最適化し、それによって本発明の燃焼最適化システム１００の燃焼制御方法を向上させる。
図１に示すように、一実施形態では、本発明の燃焼最適化システム１００は、グラフィカルユーザインターフェース５をさらに含むことができる。グラフィカルユーザインターフェース５は、センサ検証装置３に接続される。センサ検証装置３が、複数のセンサ２０のうちの少なくとも１つが故障していると判定した場合には、センサ検証装置３はまた、グラフィカルユーザインターフェース５に対して障害警告信号Ｓｆを生成するように構成され、それによって燃焼最適化システム１００のタイムリーな保守および回復を可能にし、累進的な損傷および機器の停止時間を回避する。
別の実施形態では、本発明の燃焼最適化システム１００は、複数のセンサ２０を制御するためのセンサ制御器６をさらに含むことができる。センサ制御器６は、センサ検証装置３に接続される。センサ検証装置３が、複数のセンサ２０のうちの少なくとも１つが故障していると判定した際に、その障害がセンサ制御信号により補償または修理することができるタイプである場合には、センサ検証装置３はまた、センサ制御器６に対して補修コマンドＣｒを生成するように構成される。
図３は、本発明の一実施形態によるセンサ検証装置３の概略的なブロック図を示す。図３に示すように、センサ検証装置３は、推定モジュール３１を含む。推定モジュール３１は、複数のセンサ信号Ｓを受信し、複数の受信したセンサ信号Ｓに基づいて各センサ２０の推定されたセンサ信号Ｓｅを生成する。推定されたセンサ信号Ｓｅは、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて生成することができる。たとえば、推定されたセンサ信号Ｓｅは、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の空間的相関に基づいて生成することができる。センサ検証装置３は、各受信したセンサ信号Ｓおよび各推定されたセンサ信号Ｓｅに基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成する。
続いて図３を参照して、センサ検証装置３は、診断モジュール３２および検証モジュール３３をさらに含む。診断モジュール３２は、複数のセンサ信号Ｓを受信し、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏを決定する。全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏは、各センサ２０の信頼性を表す。それから、検証モジュール３３は、各受信したセンサ信号Ｓ、各推定されたセンサ信号Ｓｅ、および各全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏに基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成する。
一実施形態では、診断モジュール３２は、検出モジュール３４０および融合モジュール３５０を含む。検出モジュール３４０は、複数のセンサ信号Ｓを受信し、各センサ２０の障害タイプを検出し、各センサ２０の障害タイプ信頼値、たとえば、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を生成するように構成される。障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、各障害タイプの障害レベルを表す。融合モジュール３５０は、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏを生成するために、各センサ２０の生成された障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を融合するように構成される。
本発明の一実施形態では、センサ２０の障害のタイプは、これらに限定されないが、範囲およびレート、ノイズ、スパイク、ならびにドリフトを含むことができる。センサ２０のスパイクは、変化しないままのシステムの全運転条件でのセンサ読取値の最近の履歴と比較した場合に、センサ読取値の予期しない瞬間的な変化として定義することができる。センサ２０のドリフトは、予測または予想値からのセンサ読取値のずれとして定義することができる。上記の障害タイプは、単なる一例として示している。しかし、本発明のセンサ２０の障害タイプは、これに限定されるものではない。これらの障害タイプに対応して、図３に示すように、本発明の検出モジュール３４０は、範囲およびレート検出器３４０１、ノイズ検出器３４０２、スパイク検出器３４０３、ならびにドリフト検出器３４０４を含むことができる。同様に、本発明の検出モジュール３４０は、これに限定されるものではなく、他のタイプの検出器を含んでもよい。一実施形態では、検出モジュール３４０が含む検出器の数は、検出されるべきセンサ２０の障害タイプが変化した場合に、それに対応して調整することができる。
詳細には、範囲およびレート検出器３４０１は、各センサ２０の範囲およびレート障害を検出し、それから各センサ２０の範囲およびレート障害信頼値Ｖ１を生成する。範囲およびレート障害信頼値Ｖ１は、範囲およびレート障害の障害レベルを表す。ノイズ検出器３４０２は、各センサ２０のノイズ障害を検出し、それから各センサ２０のノイズ障害信頼値Ｖ２を生成する。ノイズ障害信頼値Ｖ２は、ノイズ障害の障害レベルを表す。スパイク検出器３４０３は、各センサ２０のスパイク障害を検出し、それから各センサ２０のスパイク障害信頼値Ｖ３を生成する。スパイク障害信頼値Ｖ３は、スパイク障害の障害レベルを表す。ドリフト検出器３４０４は、各センサ２０のドリフト障害を検出し、それから各センサ２０のドリフト障害信頼値Ｖ４を生成する。ドリフト障害信頼値Ｖ４は、ドリフト障害の障害レベルを表す。
本発明の別の実施形態では、診断モジュール３２は、相関適合モジュール３６０をさらに含むことができる。相関適合モジュール３６０は、複数のセンサ２０から複数のセンサ信号Ｓを受信し、受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて、各センサ２０の相関適合率Ｖｃを生成する。各センサ２０の相関適合率Ｖｃは、各センサ２０の障害レベルを表す。たとえば、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関は、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の空間的相関を含むことができる。一実施形態では、融合モジュール３５０は、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏを生成するために、各センサ２０の生成された障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、および各センサ２０の相関適合率Ｖｃをさらに融合する。
図３を参照すると、別の実施形態では、本発明の推定モジュール３１はまた、推定モジュール信頼値Ｖｅを生成することができる。推定モジュール信頼値Ｖｅは、推定されたセンサ信号Ｓｅの信頼性を表す。一実施形態では、検証モジュール３３は、さらに推定モジュール信頼値Ｖｅにさらに基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成する。
本発明の燃焼最適化システム１００は、健全なセンサ２０か故障したセンサ２０かに関わらず、複数の受信したセンサ信号Ｓおよび複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成することができるので、本発明の燃焼最適化システム１００は、誤操作を低減させ、稼働効率を向上させ、システムの燃焼方式を最適化し、システムの頑丈さを増大させ、センサ障害による経済的損失を低減することができる。
本発明の燃焼最適化システム１００の別の実施形態では、複数のセンサ２０は、複数のＣＯセンサ（図示せず）および複数のＯ2センサ（図示せず）を含むことができる。複数のＣＯセンサは、各ゾーン位置１０を通過するＣＯ濃度を示す複数のＣＯセンサ信号Ｓ１（図４に示す）を提供するように構成される。複数のＯ2センサは、各ゾーン位置１０を通過するＯ2濃度を示す複数のＯ2センサ信号Ｓ２（図４に示す）を提供するように構成される。
図４は、本発明の別の実施形態によるセンサ検証装置３の概略的なブロック図を示す。これに対応して、推定モジュール３１は、複数のＣＯセンサ信号Ｓ１および複数のＯ2センサ信号Ｓ２をそれぞれ受信するように構成され、複数の受信したＣＯセンサ信号Ｓ１に基づいて各ＣＯセンサの推定されたＣＯセンサ信号Ｓｅ１と、複数の受信したＯ2センサ信号Ｓ２に基づいて各Ｏ2センサの推定されたＯ2センサ信号Ｓｅ２と、を生成する。たとえば、各ＣＯセンサの推定されたＣＯセンサ信号Ｓｅ１は、複数の受信したＣＯセンサ信号Ｓ１の間の空間的相関に基づいて生成することができ、各Ｏ2センサの推定されたＯ2センサ信号Ｓｅ２は、複数の受信したＯ2センサ信号Ｓ２の間の空間的相関に基づいて生成することができる。診断モジュール３２では、検出モジュール３４０はＣＯ検出モジュール３４１およびＯ2検出モジュール３４２を含み、融合モジュール３５０はＣＯ融合モジュール３５１およびＯ2融合モジュール３５２を含む。検証モジュール３３は、ＣＯ検証モジュール３３１およびＯ2検証モジュール３３２を含む。
ＣＯ検出モジュール３４１は、複数のＣＯセンサ信号Ｓ１を受信し、各ＣＯセンサの障害タイプを検出し、各ＣＯセンサの障害タイプ信頼値、たとえば、Ｖ１１、Ｖ２１、Ｖ３１、Ｖ４１を生成するように構成される。一例として、ＣＯ検出モジュール３４１は、これらに限らないが、範囲およびレート検出器３４１１、ノイズ検出器３４１２、スパイク検出器３４１３、ならびにドリフト検出器３４１４を含むことができる。ＣＯ検出モジュール３４１では、範囲およびレート検出器３４１１は各ＣＯセンサの範囲およびレート障害を検出し、次いで各ＣＯセンサの範囲およびレート障害信頼値Ｖ１１を生成し、ノイズ検出器３４１２は各ＣＯセンサのノイズ障害を検出し、次いで各ＣＯセンサのノイズ障害信頼値Ｖ２１を生成し、スパイク検出器３４１３は、各ＣＯセンサのスパイク障害を検出し、次いで各ＣＯセンサのスパイク障害信頼値Ｖ３１を生成し、ドリフト検出器３４１４は各ＣＯセンサのドリフト障害を検出し、次いで各ＣＯセンサのドリフト障害信頼値Ｖ４１を生成する。
同様に、Ｏ2検出モジュール３４２は、複数のＯ2センサ信号Ｓ２を受信し、各Ｏ2センサの障害タイプを検出し、各Ｏ2センサの障害タイプ信頼値、たとえば、Ｖ１２、Ｖ２２、Ｖ３２、Ｖ４２を生成するように構成される。一例として、Ｏ2検出モジュール３４２は、これらに限らないが、範囲およびレート検出器３４２１、ノイズ検出器３４２２、スパイク検出器３４２３、ならびにドリフト検出器３４２４を含むことができる。Ｏ2検出モジュール３４２では、範囲およびレート検出器３４２１は各Ｏ2センサの範囲およびレート障害を検出し、次いで各Ｏ2センサの範囲およびレート障害信頼値Ｖ１２を生成し、ノイズ検出器３４２２は各Ｏ2センサのノイズ障害を検出し、次いで各Ｏ2センサのノイズ障害信頼値Ｖ２２を生成し、スパイク検出器３４２３は各Ｏ2センサのスパイク障害を検出し、次いで各Ｏ2センサのスパイク障害信頼値Ｖ３２を生成し、ドリフト検出器３４２４は各Ｏ2センサのドリフト障害を検出し、次いで各Ｏ2センサのドリフト障害信頼値Ｖ４２を生成する。
ＣＯ融合モジュール３５１は、各ＣＯセンサの全体的なＣＯセンサ健全性信頼値Ｖｏ１を生成するために、各ＣＯセンサの生成された障害タイプ信頼値Ｖ１１、Ｖ２１、Ｖ３１、Ｖ４１を融合するように構成される。たとえば、各ＣＯセンサの、範囲およびレート障害信頼値Ｖ１１、ノイズ障害信頼値Ｖ２１、スパイク障害信頼値Ｖ３１、ならびにドリフト障害信頼値Ｖ４１は、ＣＯ融合モジュール３５１により融合され、次いで各ＣＯセンサの全体的なＣＯセンサ健全性信頼値Ｖｏ１が生成される。
同様に、Ｏ2融合モジュール３５２は、各Ｏ2センサの全体的なＯ2センサ健全性信頼値Ｖｏ２を生成するために、各Ｏ2センサの生成された障害タイプ信頼値Ｖ１２、Ｖ２２、Ｖ３２、Ｖ４２を融合するように構成される。たとえば、各Ｏ2センサの、範囲およびレート障害信頼値Ｖ１２、ノイズ障害信頼値Ｖ２２、スパイク障害信頼値Ｖ３２、ならびにドリフト障害信頼値Ｖ４２は、Ｏ2融合モジュール３５２により融合され、次いで各Ｏ2センサの全体的なＯ2センサ健全性信頼値Ｖｏ２が生成される。
図４の実施形態では、本発明の診断モジュール３２は、相関適合モジュール３６０をさらに含むことができる。相関適合モジュール３６０は、複数のＣＯセンサ信号Ｓ１および複数のＯ2センサ信号Ｓ２をそれぞれ受信し、複数のＣＯセンサ信号Ｓ１および複数のＯ2センサ信号Ｓ２の間の所定の相関に基づいて、各ＣＯセンサのＣＯ相関適合率Ｖｃ１と、各Ｏ2センサのＯ2相関適合率Ｖｃ２と、を生成するように構成される。たとえば、所定の相関は、各ＣＯセンサ信号Ｓ１と各Ｏ2センサ信号Ｓ２との間の物理的特性の相関をさらに含むことができる。本実施形態では、各ＣＯセンサのＣＯ相関適合率Ｖｃ１および各Ｏ2センサのＯ2相関適合率Ｖｃ２は、各ＣＯセンサ信号Ｓ１と各Ｏ2センサ信号Ｓ２との間の物理的特性の相関に基づいて生成される。
診断モジュール３２が相関適合モジュール３６０を含む場合には、ＣＯ融合モジュール３５１は、各ＣＯセンサの障害タイプ信頼値（たとえば、範囲およびレート障害信頼値、ノイズ障害信頼値、スパイク障害信頼値、ならびにドリフト障害信頼値）Ｖ１１、Ｖ２１、Ｖ３１、Ｖ４１と、各ＣＯセンサのＣＯ相関適合率Ｖｃ１と、をさらに融合して、各ＣＯセンサのＣＯセンサ健全性信頼値Ｖｏ１を生成し、Ｏ2融合モジュール３５２は、各Ｏ2センサの障害タイプ信頼値（たとえば、範囲およびレート障害信頼値、ノイズ障害信頼値、スパイク障害信頼値、ならびにドリフト障害信頼値）Ｖ１２、Ｖ２２、Ｖ３２、Ｖ４２と、各Ｏ2センサのＯ2相関適合指標Ｖｃ２と、をさらに融合して、各Ｏ2センサの全体的なＯ2センサ健全性信頼値Ｖｏ２を生成する。
ＣＯ検証モジュール３３１は、本実施形態では、各受信したＣＯセンサ信号Ｓ１、各推定されたＣＯセンサ信号Ｓｅ１、各全体的なＣＯセンサ健全性信頼値Ｖｏ１に基づいて、各ＣＯセンサの検証済ＣＯセンサ信号Ｓｖ１を生成するように構成される。同様に、Ｏ2検証モジュール３３２は、本実施形態では、各受信したＯ2センサ信号Ｓ２、各推定されたＯ2センサ信号Ｓｅ２、各全体的なＯ2センサ健全性信頼値Ｖｏ２に基づいて、各Ｏ2センサの検証済Ｏ2センサ信号Ｓｖ２を生成するように構成される。
推定モジュール３１は、推定モジュール信頼値Ｖｅをさらに生成することができる。推定モジュール信頼値Ｖｅは、推定されたＣＯおよびＯ2センサ信号Ｓｅ１およびＳｅ２の信頼性を表す。一実施形態では、ＣＯ検証モジュール３３１は、各受信したＣＯセンサ信号Ｓ１、各推定されたＣＯセンサ信号Ｓｅ１、各全体的なＣＯセンサ健全性信頼値Ｖｏ１、および推定モジュール信頼値Ｖｅに基づいて検証済ＣＯセンサ信号Ｓｖ１を生成し、Ｏ2検証モジュール３３２は、各受信したＯ2センサ信号Ｓ２、各推定されたＯ2センサ信号Ｓｅ２、各全体的なＯ2センサ健全性信頼値Ｖｏ２、および前記推定モジュール信頼値Ｖｅに基づいて検証済Ｏ2センサ信号Ｓｖ２を生成する。
図５は、本発明の一実施形態による燃焼最適化方法のフローチャートを示す。図５に示すように、本発明の一実施形態による燃焼最適化方法は、以下のステップを含むことができる。
ブロックＢ１では、センサグリッド２（図１に示す）から複数のセンサ信号Ｓを受信する。センサグリッド２は、ボイラ１内のゾーン位置１０（図２に示す）と通信するように構成された複数のセンサ２０を含む。
ブロックＢ２では、センサグリッド２の各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖは、複数の受信したセンサ信号Ｓおよび複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて生成される。たとえば、複数のセンサ２０が同じタイプのセンサ２０を含む場合には、複数のセンサ信号Ｓの間の所定の相関は、複数のセンサ信号Ｓの間の空間的相関を含むことができる。それに加えて、またはその代わりに、複数のセンサ信号Ｓの間の所定の相関はまた、複数のセンサ信号Ｓの間の時間的相関を含むことができる複数のセンサ２０が２つのタイプよりも多いセンサ２０を含む場合には、複数のセンサ信号Ｓの間の所定の相関は、異なるタイプの各センサ信号Ｓ１、Ｓ２の間の物理的特性の相関をさらに含むことができる。
一実施形態では、ステップＢ２は、以下のステップを含むことができる。
ブロックＢ２１では、各センサ２０の推定されたセンサ信号Ｓｅは、複数の受信したセンサ信号Ｓに基づいて推定モジュール３１により生成される。推定されたセンサ信号Ｓｅは、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて生成することができる。たとえば、所定の相関は、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の空間的相関を含むことができる。
ブロックＢ２２では、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏが、複数の受信したセンサ信号Ｓに基づいて決定される。各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏは、各センサ２０の信頼性を表す。
図６は、図５の各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏをどのように決定するかのステップを示す。図６を参照して、一実施形態では、ステップＢ２２は、以下のステップを含むことができる。
ブロックＢ２２１では、範囲およびレート障害、ノイズ障害、スパイク障害、ならびにドリフト障害などの各センサ２０の障害タイプが、複数の受信したセンサ信号Ｓに基づいて検出される。
ブロックＢ２２２では、範囲およびレート障害信頼値、ノイズ障害信頼値、スパイク障害信頼値、ならびにドリフト障害信頼値などの各センサ２０の障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が生成される。障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、各障害タイプの障害レベルを表す。
ブロックＢ２２３では、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏを生成するために、各センサ２０の生成された障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が融合される。
別の実施形態では、ステップＢ２２は、以下のステップをさらに含むことができる。
ブロックＢ２２４では、各センサ２０の相関適合率Ｖｃが、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて生成される。各センサ２０の相関適合率Ｖｃは、各センサ２０の障害レベルを表す。一実施形態では、複数のセンサ２０が同じタイプのセンサを含む場合には、各センサ２０の相関適合率Ｖｃは、複数の受信したセンサ信号Ｓの間の空間的相関に基づいて生成することができる。別の実施形態では、複数のセンサ２０が２種以上のセンサ、たとえば第１のセンサおよび第２のセンサを含む場合には、それに応じて複数のセンサ信号Ｓは、複数の第１のセンサ信号Ｓ１および複数の第２のセンサ信号Ｓ２を含み、各センサ２０の相関適合率Ｖｃは、各第１のセンサ信号Ｓ１と各第２のセンサ信号Ｓ２との間の物理的特性の相関に基づいて生成することができる。一実施形態では、ステップＢ２２３は、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏを生成するために、各センサ２０の生成された障害タイプ信頼値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、および各センサ２０の相関適合率Ｖｃを融合するステップを含むことができる。
ここで図５に戻って、ブロックＢ２３では、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖが、各受信したセンサ信号Ｓ、各推定されたセンサ信号Ｓｅ、および各全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏに基づいて生成される。
別の実施形態では、ステップＢ２は、以下のステップをさらに含むことができる。
ブロックＢ２４では、推定モジュール信頼値Ｖｅが生成される。推定モジュール信頼値Ｖｅは、推定されたセンサ信号Ｓｅの信頼性を表す。一実施形態では、ステップＢ２３は、各受信したセンサ信号Ｓ、各推定されたセンサ信号Ｓｅ、各全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏ、および推定モジュール信頼値Ｖｅに基づいて、検証済センサ信号Ｓｖを生成するステップを含むことができる。
ブロックＢ３では、ボイラ１の少なくとも１つの動作パラメータが、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖに基づいて最適化される。
ブロックＢ４では、各センサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏが、少なくとも１つのセンサ２０が故障しているかどうかを表す。
一実施形態では、本発明の燃焼最適化方法は、ステップＢ５をさらに含むことができる。ブロックＢ５では、少なくとも１つのセンサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏが、少なくとも１つのセンサ２０が故障していることを示す場合には、障害警告信号Ｓｆがグラフィカルユーザインターフェース５（図１に示す）に対して生成される。
別の実施形態では、本発明の燃焼最適化方法は、ステップＢ６をさらに含むことができる。ブロックＢ６では、少なくとも１つのセンサ２０の全体的なセンサ健全性信頼値Ｖｏが、少なくとも１つのセンサ２０が故障していることを示す場合には、適用可能であれば、補修コマンドＣｒがセンサ制御器６（図１に示す）に対して生成される。
本発明の燃焼最適化方法は、健全なセンサ２０か故障したセンサ２０かに関わらず、複数の受信したセンサ信号Ｓおよび複数の受信したセンサ信号Ｓの間の所定の相関に基づいて、各センサ２０の検証済センサ信号Ｓｖを生成することができるので、本発明の燃焼最適化方法は、誤操作を低減させ、稼働効率を向上させ、システムの燃焼方式を最適化し、システムの頑丈さを増大させ、センサ障害による経済的損失を低減することができる。
本開示について典型的な実施形態で図示し説明したが、それは示された詳細に限定されるものではない。なぜなら、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形および置換を行うことができるからである。当業者であれば、通常の実験だけを用いて、本明細書で開示された開示の変形例および均等例を想到することができ、このような変形例および均等例はすべて特許請求の範囲によって定義される本開示の趣旨および範囲内にあると考えられる。
１ ボイラ
２ センサグリッド
３ センサ検証装置
４ 最適化制御器
５ グラフィカルユーザインターフェース
６ センサ制御器
１０ ゾーン位置
２０ センサ
３１ 推定モジュール
３２ 診断モジュール
３３ 検証モジュール
１００ 燃焼最適化システム
３３１ ＣＯ検証モジュール
３３２ Ｏ2検証モジュール
３４０ 検出モジュール
３４１ ＣＯ検出モジュール
３４２ Ｏ2検出モジュール
３５０ 融合モジュール
３５１ ＣＯ融合モジュール
３５２ Ｏ2融合モジュール
３６０ 相関適合モジュール
３４０１ 範囲およびレート検出器
３４０２ ノイズ検出器
３４０３ スパイク検出器
３４０４ ドリフト検出器
３４１１ 範囲およびレート検出器
３４１２ ノイズ検出器
３４１３ スパイク検出器
３４１４ ドリフト検出器
３４２１ 範囲およびレート検出器
３４２２ ノイズ検出器
３４２３ スパイク検出器
３４２４ ドリフト検出器
Ｂ１ ブロック
Ｂ２ ブロック
Ｂ２１ ブロック
Ｂ２２ ブロック
Ｂ２２１ ブロック
Ｂ２２２ ブロック
Ｂ２２３ ブロック
Ｂ２２４ ブロック
Ｂ２３ ブロック
Ｂ２４ ブロック
Ｂ３ ブロック
Ｂ４ ブロック
Ｂ５ ブロック
Ｂ６ ブロック
Ｃｒ 補修コマンド
Ｓ 受信したセンサ信号
Ｓ１ 受信したＣＯセンサ信号、第１のセンサ信号
Ｓ２ 受信したＯ2センサ信号、第２のセンサ信号
Ｓｅ 推定されたセンサ信号
Ｓｅ１ 推定されたＣＯセンサ信号
Ｓｅ２ 推定されたＯ2センサ信号
Ｓｆ 障害警告信号
Ｓｖ 検証済センサ信号
Ｓｖ１ 検証済ＣＯセンサ信号
Ｓｖ２ 検証済Ｏ2センサ信号
Ｖ１ レート障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ１１ レート障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ１２ レート障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ２ ノイズ障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ２１ ノイズ障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ２２ ノイズ障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ３ スパイク障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ３１ スパイク障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ３２ スパイク障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ４ ドリフト障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ４１ ドリフト障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖ４２ ドリフト障害信頼値、障害タイプ信頼値
Ｖｃ 相関適合率
Ｖｃ１ ＣＯ相関適合率
Ｖｃ２ Ｏ2相関適合率
Ｖｅ 推定モジュール信頼値
Ｖｏ センサ健全性信頼値
Ｖｏ１ ＣＯセンサ健全性信頼値
Ｖｏ２ Ｏ2センサ健全性信頼値

Claims (20)

  1. 燃焼最適化システム（１００）であって、
    複数のゾーン位置（１０）を有するボイラ（１）と、
    複数のセンサ（２０）を含むセンサグリッド（２）であって、前記複数のセンサ（２０）は複数のセンサ信号を提供するように構成され、前記複数のセンサ信号は各ゾーン位置の測定値を表す、センサグリッド（２）と、
    前記複数のセンサ（２０）からの前記複数のセンサ信号を受信し、前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）および前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の所定の相関に基づいて、前記各センサ（２０）の検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するためのセンサ検証装置（３）と、
    前記各センサ（２０）の前記検証済センサ信号（Ｓｖ）に基づいて、前記ボイラ（１）の少なくとも１つの動作パラメータを最適化するための最適化制御器（４）と、を含む燃焼最適化システム（１００）。
  2. 前記センサ検証装置（３）は、
    前記複数のセンサ信号を受信し、前記各センサ（２０）の推定されたセンサ信号（Ｓｅ）を生成するための推定モジュール（３１）を含み、
    前記センサ検証装置（３）は、前記各受信したセンサ信号（Ｓ）および前記各推定されたセンサ信号（Ｓｅ）に基づいて前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成する、請求項１に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  3. 前記推定モジュール（３１）は、前記複数の受信したセンサ信号の間の前記所定の相関に基づいて、前記推定されたセンサ信号（Ｓｅ）を生成し、前記所定の相関は、前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の空間的相関を含む、請求項２に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  4. 前記センサ検証装置（３）は、
    前記複数のセンサ信号を受信し、前記各センサ（２０）の信頼性を表す、前記各センサ（２０）の全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を決定するための診断モジュール（３２）と、
    前記各受信したセンサ信号（Ｓ）、前記各推定されたセンサ信号（Ｓｅ）、および前記各全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）に基づいて、前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するための検証モジュール（３３）と、をさらに含む、請求項２に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  5. 前記推定モジュール（３１）は、前記推定されたセンサ信号（Ｓｅ）の信頼性を表す推定モジュール（３１）信頼値をさらに生成し、
    前記検証モジュール（３３）は、前記各受信したセンサ信号（Ｓ）、前記各推定されたセンサ信号（Ｓｅ）、前記各全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）、および前記推定モジュール（３１）信頼値に基づいて、前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成する、請求項４に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  6. 前記診断モジュール（３２）は、
    前記複数のセンサ信号を受信し、前記各センサ（２０）の障害タイプを検出し、前記各センサ（２０）の障害タイプ信頼値を生成するための検出モジュール（３４０）であって、前記障害タイプ信頼値は、前記各障害タイプの障害レベルを表す、検出モジュール（３４０）と、
    前記各センサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を生成するために、前記各センサ（２０）の前記生成された障害タイプ信頼値を融合するための融合モジュール（３５０）と、を含む、請求項４に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  7. 前記診断モジュール（３２）は、
    前記複数のセンサ信号を受信し、前記複数の受信したセンサ信号の間の所定の相関に基づいて、前記各センサ（２０）の相関適合率（Ｖｃ）を生成するための相関適合モジュール（３６０）をさらに含み、前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）は、前記各センサ（２０）の障害レベルを表し、
    前記融合モジュール（３５０）は、前記各センサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を生成するために、前記各センサ（２０）の前記生成された障害タイプ信頼値および前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）を融合する、請求項６に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  8. 前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の所定の相関は、前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の空間的相関を含む、請求項７に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  9. 前記複数のセンサ（２０）は、複数のＣＯセンサ信号を提供するための複数のＣＯセンサと、複数のＯ2センサ信号を提供するための複数のＯ2センサと、を含み、
    前記推定モジュール（３１）は、前記複数のＣＯセンサ信号および前記複数のＯ2センサ信号をそれぞれ受信し、前記複数の受信したＣＯセンサ信号（Ｓ１）に基づいて前記各ＣＯセンサの推定されたＣＯセンサ信号（Ｓｅ１）と、前記複数の受信したＯ2センサ信号（Ｓ２）に基づいて前記各Ｏ2センサの推定されたＯ2センサ信号（Ｓｅ２）と、を生成するように構成され、
    前記検出モジュール（３４０）は、前記複数のＣＯセンサ信号を受信して、前記各ＣＯセンサの障害タイプを検出し、前記各ＣＯセンサの障害タイプ信頼値を生成するためのＣＯ検出モジュール（３４１）と、前記複数のＯ2センサ信号を受信して、前記各Ｏ2センサの障害タイプを検出し、前記各Ｏ2センサの障害タイプ信頼値を生成するためのＯ2検出モジュール（３４２）と、を含み、
    前記相関適合モジュール（３６０）は、前記複数のＣＯセンサ信号および前記複数のＯ2センサ信号をそれぞれ受信し、前記所定の相関に基づいて、前記各ＣＯセンサのＣＯ相関適合率（Ｖｃ１）と、前記各Ｏ2センサのＯ2相関適合率（Ｖｃ２）と、を生成するように構成され、前記所定の相関は、前記各ＣＯセンサ信号と前記各Ｏ2センサ信号との間の物理的特性の相関を含み、
    前記融合モジュール（３５０）は、前記各ＣＯセンサの前記生成された障害タイプ信頼値および前記各ＣＯセンサの前記ＣＯ相関適合率（Ｖｃ１）を融合して、前記各ＣＯセンサの全体的なＣＯセンサ健全性信頼値（Ｖｏ１）を生成するためのＣＯ融合モジュール（３５１）と、前記各Ｏ2センサの前記生成された障害タイプ信頼値および前記各Ｏ2センサの前記Ｏ2相関適合率（Ｖｃ２）を融合して、前記各Ｏ2センサの全体的なＯ2センサ健全性信頼値（Ｖｏ２）を生成するためのＯ2融合モジュール（３５２）と、を含み、
    前記検証モジュール（３３）は、前記各受信したＣＯセンサ信号（Ｓ１）、前記各推定されたＣＯセンサ信号（Ｓｅ１）、および前記各全体的なＣＯセンサ健全性信頼値（Ｖｏ１）に基づいて、前記各ＣＯセンサの検証済ＣＯセンサ信号（Ｓｖ１）を生成するためのＣＯ検証モジュール（３３１）と、前記各受信したＯ2センサ信号（Ｓ２）、前記各推定されたＯ2センサ信号（Ｓｅ２）、および前記各全体的なＯ2センサ健全性信頼値（Ｖｏ２）に基づいて、前記各Ｏ2センサの検証済Ｏ2センサ信号（Ｓｖ２）を生成するためのＯ2検証モジュール（３３２）と、を含む、請求項７に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  10. 前記推定モジュール（３１）は、前記推定されたＣＯおよびＯ2センサ信号の信頼性を表す推定モジュール（３１）信頼値をさらに生成し、
    前記ＣＯ検証モジュール（３３１）は、前記各受信したＣＯセンサ信号（Ｓ１）、前記各推定されたＣＯセンサ信号（Ｓｅ１）、前記各全体的なＣＯセンサ健全性信頼値（Ｖｏ１）、および前記推定モジュール信頼値（Ｖｅ）に基づいて前記検証済ＣＯセンサ信号（Ｓｖ１）を生成し、前記Ｏ２検証モジュール（３３２）は、前記各受信したＯ2センサ信号（Ｓ２）、前記各推定されたＯ2センサ信号（Ｓｅ２）、前記各全体的なＯ2センサ健全性信頼値（Ｖｏ２）、および前記推定モジュール信頼値（Ｖｅ）に基づいて前記検証済Ｏ2センサ信号（Ｓｖ２）を生成する、請求項９に記載の燃焼最適化システム（１００）。
  11. 燃焼最適化方法であって、
    センサグリッド（２）から複数のセンサ信号を受信するステップであって、前記センサグリッド（２）は、ボイラ（１）内の複数のゾーン位置（１０）と通信するように構成された複数のセンサ（２０）を含む、ステップと、
    前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）および前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の所定の相関に基づいて、前記各センサの検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップと、
    前記各センサの前記検証済センサ信号（Ｓｖ）に基づいて、前記ボイラ（１）の少なくとも１つの動作パラメータを最適化するステップと、を含む燃焼最適化方法。
  12. 前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップは、
    前記複数受信したセンサ信号（Ｓ）に基づいて、推定モジュール（３１）により前記各センサ（２０）の推定されたセンサ信号（Ｓｅ）を生成するステップと、
    前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）に基づいて、前記各センサ（２０）の全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を決定するステップであって、前記各センサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）は前記各センサ（２０）の信頼性を表す、ステップと、
    前記各受信したセンサ信号（Ｓ）、前記各推定されたセンサ信号（Ｓｅ）、および前記各全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）に基づいて、前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップと、を含む、請求項１１に記載の燃焼最適化方法。
  13. 前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップは、
    推定モジュール信頼値（Ｖｅ）を生成するステップをさらに含み、前記推定モジュール信頼値（Ｖｅ）は前記推定されたセンサ信号（Ｓｅ）の信頼性を表し、
    前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップは、
    前記各受信したセンサ信号（Ｓ）、前記各推定されたセンサ信号（Ｓｅ）、前記各全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）、および前記推定モジュール信頼値（Ｖｅ）に基づいて、前記検証済センサ信号（Ｓｖ）を生成するステップを含む、請求項１２に記載の燃焼最適化方法。
  14. 前記推定されたセンサ信号（Ｓｅ）を生成するステップは、前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の前記所定の相関に基づいて、前記推定されたセンサ信号（Ｓｅ）を生成するステップを含み、前記所定の相関は、前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の空間的相関を含む、請求項１２に記載の燃焼最適化方法。
  15. 前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を決定するステップは、
    前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）に基づいて、前記各センサ（２０）の障害タイプを検出するステップと、
    前記各センサ（２０）の障害タイプ信頼値を生成するステップであって、前記障害タイプ信頼値は前記各障害タイプの障害レベルを表す、ステップと、
    前記各センサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を生成するために、前記各センサ（２０）の前記生成された障害タイプ信頼値を融合するステップと、を含む、請求項１２に記載の燃焼最適化方法。
  16. 前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を決定するステップは、
    前記複数の受信したセンサ信号の間の所定の相関に基づいて、前記各センサ（２０）の相関適合率（Ｖｃ）を生成するステップをさらに含み、前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）は、前記各センサ（２０）の障害レベルを表し、
    前記生成された障害タイプ信頼値を融合するステップは、
    前記各センサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）を生成するために、前記各センサ（２０）の前記生成された障害タイプ信頼値および前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）を融合するステップを含む、請求項１５に記載の燃焼最適化方法。
  17. 前記相関適合率（Ｖｃ）を生成するステップは、
    前記複数の受信したセンサ信号（Ｓ）の間の空間的相関に基づいて、前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）を生成するステップを含む、請求項１６に記載の燃焼最適化方法。
  18. 前記複数のセンサ信号は、複数の第１のセンサ信号（Ｓ１）および複数の第２のセンサ信号（Ｓ２）を含み、
    前記相関適合率（Ｖｃ）を生成するステップは、
    前記各第１のセンサ信号（Ｓ１）と前記各第２のセンサ信号（Ｓ２）との間の物理的特性の相関に基づいて、前記各センサ（２０）の前記相関適合率（Ｖｃ）を生成するステップを含む、請求項１６に記載の燃焼最適化方法。
  19. 少なくとも１つのセンサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）が、前記少なくとも１つのセンサ（２０）が故障していることを示す場合には、グラフィカルユーザインターフェース（５）に対して障害警告信号（Ｓｆ）を生成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の燃焼最適化方法。
  20. 少なくとも１つのセンサ（２０）の前記全体的なセンサ健全性信頼値（Ｖｏ）が、前記少なくとも１つのセンサ（２０）が故障していることを示す場合には、センサ制御器（６）に補修コマンド（Ｃｒ）を生成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の燃焼最適化方法。
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