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
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)
- 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)。 - 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)。 - 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)。
- 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)。 - 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)。 - 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)。 - 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)。 - 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)。
- 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)。 - 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)。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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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