JP2022076571A - System control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の操作量を入力することで所定の制御量を出力する制御対象と、操作量を調節して制御量の調整を行うシステム制御装置及び制御方法に関し、特に、制御量を時間遅れなく目標値に追従させる技術に関する。 The present invention relates to a control target that outputs a predetermined control amount by inputting a predetermined operation amount, a system control device and a control method that adjusts the operation amount to adjust the control amount, and particularly, the control amount is timed. Regarding the technology to follow the target value without delay.
図5に、本願発明が扱うシステムの一例として、従来から用いられている、ごみを燃焼する焼却炉510と、焼却炉510で発生した燃焼排ガスの排熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラ520とを備えたごみ焼却処理施設5の模式図を示す。
FIG. 5 shows, as an example of the system handled by the present invention, waste heat generated by using the
ごみ焼却処理施設5に搬入されるごみはその大きさや組成が一定ではないため、焼却炉510に投入される前に図示しないごみピット内で撹拌・混合され、ある程度均質化されたうえで、図示しない投入装置によって焼却炉510に投入される。焼却炉510に投入されたごみは、図示しない送り装置によって焼却炉510内をゆっくりと移動しながら、一次燃焼空気供給装置511a及び二次燃焼空気供給装置511bから供給される燃焼空気によって焼却処理される。焼却炉510内でごみが焼却されるに伴い、高温の燃焼排ガスが発生する。なお、個別の要素についての詳細な説明は省略するが、ごみ焼却処理施設5は他に、排ガス冷却装置530、バグフィルタ540、排ガス煙道550、誘引通風機560、煙突570、制御装置580、薬剤供給装置590等によって構成される。
Since the size and composition of the waste carried into the
焼却炉510で発生した高温の燃焼排ガスは排ガス煙道550を介して廃熱ボイラ520に供給される。廃熱ボイラ520においては、多数の水管内にボイラ給水が流通しており、水管内の水が燃焼排ガスの排熱によって加熱されて蒸気を発生する。発生した蒸気は図示しない蒸気タービンを駆動し、主に発電のために供される。
The high-temperature combustion exhaust gas generated in the
廃熱ボイラ520から発生する蒸気量の変動を抑制し所定の目標値に保持することは、ごみ焼却処理施設を安定して運用するために非常に重要である。そのため、従来においては、廃熱ボイラ520で発生した蒸気の蒸気量を蒸気量計測手段521を用いて計測し、計測された蒸気量が予め設定された制御目標値に追従するよう焼却炉510の燃焼制御を行うフィードバック制御が行われている。
It is very important to suppress the fluctuation of the amount of steam generated from the
つまり、上述した通り、焼却炉510に投入されたごみは可燃成分(C、H、S等)の組成が一定ではないため、ごみピット内で撹拌・混合処理を行ったとしても、発生する燃焼排ガスの温度や量が変動することがある。そのため、燃焼空気の供給量、焼却炉510内へのごみの投入頻度、又は焼却炉510内におけるごみの送り速度を調整することによって、廃熱ボイラ520から発生する蒸気量が所定値になるよう制御を行う制御装置580を備える。このような従来型の単純フィードバック制御装置580によって行われる制御をブロック図に表すと、図6のようになる。
That is, as described above, since the composition of combustible components (C, H, S, etc.) is not constant in the waste put into the
図6において、従来型の単純フィードバック制御装置580によって行われる制御系は、焼却炉510の入出力関係について演算を行う焼却炉演算部5F、廃熱ボイラ520の入出力関係について演算を行う廃熱ボイラ演算部5B、調節部5C、比較部581及び加算部582によって構成される。ここで、R(s)は入力、つまり、図示しない設定器で設定される蒸気量の制御目標値のラプラス変換を、C(s)は出力、つまり、廃熱ボイラ520から発生する蒸気量のラプラス変換を、Gc(s)は調節部Cにおける入力から出力への伝達関数を、Gf(s)は焼却炉510における入力から出力への伝達関数を、Gb(s)は廃熱ボイラ420における入力から出力への伝達関数を、D(s)は外乱のラプラス変換を示す。なお、ここでいう外乱とは、ごみの発熱量の変動等を意味するもので、廃熱ボイラ520から発生する蒸気の蒸気量に影響を与えるものである。
In FIG. 6, in the control system performed by the conventional simple
このフィードバック制御系の出力C(s)は、入力R(s)及び外乱D(s)を用いて式(1)のように表される。なお、式(1)においては、各伝達関数におけるラプラス変数表示の(s)は全て省略した(以下、式中の(s)は省略)。 The output C (s) of this feedback control system is expressed by the equation (1) using the input R (s) and the disturbance D (s). In the equation (1), (s) of the Laplace variable representation in each transfer function is omitted altogether (hereinafter, (s) in the equation is omitted).
式(1)より、入力R(s)及び外乱D(s)の項いずれにも、分母に焼却炉510の伝達関数Gf(s)と廃熱ボイラ520の伝達関数Gb(s)との積Gf(s)Gb(s)が存在することが分かる。ここで、Gf(s)及びGb(s)は、それぞれ、式(2)及び式(3)のように表される。
From the equation (1), the transfer function G f (s) of the
ここで、式(2)及び式(3)において、Tf及びKfはそれぞれ焼却炉510の時定数及びゲインを、Tb及びKbはそれぞれは廃熱ボイラ520の時定数及びゲインを表す。ところで、焼却炉510の時定数Tfに対して、廃熱ボイラ520の時定数Tbは、廃熱ボイラ520の保有熱量が大きいことに伴い、数倍以上の大きさとなる。具体的には、Tfが数分以内であるのに対し、Tbは10分以上となる。そのため、燃焼排ガスの熱量等の変動に伴う発生蒸気量の変動は、燃焼排ガスの変動よりもかなり遅れて発現することとなる。そのため、蒸気量の変動を検出してから制御を行うと、出力に時間遅れが発生するとともに、振動を伴う時間変動が生じることとなる。従来においては、このような発生蒸気量の変動に追従するために、調節部CにおいてPID(Propotional-Integral-Differential)制御を行い、主として微分動作(Differential Action:D動作)により時間遅れを補償する制御を行うよう設計される。または、ごみピットに投入されたごみの性状をAI(Artificial Intelligence)を用いて予測し、予測されたごみの性状から所望の熱量を有する燃焼排ガスが発生するようごみの送り速度の調整等を行っている。しかしながら、このようなPID制御には限界があり、また、AIを用いた予測制御には、複雑な計算アルゴリズムを使用するための高価な制御装置が必要となる。
Here, in the formulas (2) and (3), T f and K f represent the time constant and gain of the
また、特許文献1に示されるように、外乱補償部をプラントへの操作量出力を入力とする第一の演算部と、プラントの制御量を入力とする第二の演算部に分離し、第一の演算部の出力を操作量出力にフィードバックして第二の演算部の出力をフィードバック制御器の先行制御部に組み込む技術が提案されている(特許文献1)。
Further, as shown in
特許文献1に開示された技術によると、第二の演算部の出力をフィードバック制御器の先行制御部に組み込むため、制御対象の時定数が大きい場合でも応答性の良い制御系を組むことができる。しかしながら、複数の演算部が必要であり装置が複雑になるという問題、及び、単に先行制御系を組み込んだだけでは応答が振動しやすく収束までに時間がかかるという問題があった。
According to the technique disclosed in
このような、大きな時定数により発生する問題は、焼却炉510の燃焼制御だけでなく、他のシステムにおいても同様に発生し得る。
Such a problem caused by a large time constant can occur not only in the combustion control of the
図5に示す、従来型のごみ焼却処理施設5において、バグフィルタ540は、燃焼排ガス中に含まれる煤塵や塩化水素及び硫黄酸化物等の有害酸性ガスを除去するために使用される。塩化水素及び硫黄酸化物等の酸性ガスを除去するにあたっては、消石灰等の中和剤を薬剤供給装置590を用いてバグフィルタ540の入口側に供給し、中和されて塩となったものをバグフィルタ540で捕集する。そして、バグフィルタ540出口において酸性ガス濃度検出手段551を用いて酸性ガス濃度を検出し、検出結果に基づいて、薬剤供給装置590から供給する中和剤の量を調整するようになっている。
In the conventional
ここで、バグフィルタ540自体が大きな時定数を持っているため、酸性ガス濃度検出手段551による濃度検出と中和剤の投入との間に時間遅れが発生し、上記のような単純フィードバック制御装置580では、酸性ガス濃度の変化に中和剤供給量を追従させることが難しい。
Here, since the
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、追加の計測機器や複雑な計算アルゴリズムを必要とする高価な制御装置を使用することなく、制御対象の時定数による影響を低減して応答性を向上させることができるとともに出力の時間変動を抑制することが可能なシステム制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and reduces the influence of the time constant of the controlled object without using an expensive control device that requires additional measuring equipment or a complicated calculation algorithm. It is an object of the present invention to provide a system control device capable of improving responsiveness and suppressing time fluctuation of output.
本発明では、以下のような解決手段を提供する。 The present invention provides the following solutions.
第1の特徴に係る発明は、所定の操作量を入力することで所定の制御量を出力する制御対象と、操作量を調節して制御量の調整を行うシステム制御装置であって、制御対象から出力される制御量が制御目標値に追従するよう制御対象のフィードバック制御を行うシステム制御装置において、制御目標値と制御対象から出力された制御量との差分に基づいて第一操作量を出力する第一調節部と、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量を第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げる第二調節部を備えたシステム制御装置、を提供する。 The invention according to the first feature is a control target that outputs a predetermined control amount by inputting a predetermined operation amount, and a system control device that adjusts the operation amount to adjust the control amount. In a system control device that performs feedback control of the control target so that the control amount output from is followed by the control target value, the first operation amount is output based on the difference between the control target value and the control amount output from the control target. Provided is a system control device provided with a first control unit for controlling a signal, and a second control unit for further increasing the signal gain for a signal in which a physical quantity detected at a controlled inlet and a predictable control amount is compared with the first manipulated quantity. do.
第1の特徴に係る発明によれば、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量が制御対象から出力される制御量の先行要素として機能するため、制御対象の時定数が大きい場合であっても、時間遅れを抑制した制御を行うことができる。また、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量を第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げる操作を行うため、時間遅れを抑制する効果だけでなく、応答の振幅を抑制し、制御速度を速める効果を同時に得ることが可能となる。 According to the invention according to the first feature, since the physical quantity detected at the control target inlet and the control amount can be predicted functions as a preceding element of the control amount output from the control target, the time constant of the control target is large. Even if there is, it is possible to perform control that suppresses the time delay. In addition, since the signal gain is further increased for the signal obtained by comparing the physical quantity detected at the control target inlet and the control amount can be predicted with the first manipulated variable, not only the effect of suppressing the time delay but also the amplitude of the response is performed. It is possible to obtain the effect of suppressing the control speed and increasing the control speed at the same time.
第2の特徴に係る発明は、第1の特徴に係る発明であって、制御対象として焼却炉で発生した燃焼排ガスの排熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラ、制御量として廃熱ボイラから発生する蒸気の蒸気量、操作量として焼却炉に供給する燃焼空気の空気量及び/又は冷却水供給量が用いられ、物理量として廃熱ボイラ入口における燃焼排ガスが有する熱量を、廃熱ボイラ入口における燃焼排ガスの温度と流量とから算出するシステム制御装置、を提供する。 The invention according to the second feature is an invention according to the first feature, which is a waste heat boiler that generates steam by utilizing the exhaust heat of combustion exhaust gas generated in an incinerator as a control target, and waste heat as a controlled amount. The amount of steam generated from the boiler, the amount of combustion air supplied to the incinerator as the operating amount, and / or the amount of cooling water supplied are used, and the amount of heat possessed by the combustion exhaust gas at the waste heat boiler inlet is used as the physical amount of the waste heat boiler. Provided is a system control device, which is calculated from the temperature and flow rate of combustion exhaust gas at an inlet.
第2の特徴に係る発明によれば、廃熱ボイラの時定数の大きさに関わらず、焼却炉で発生する燃焼排ガスの熱量に応じた制御を行うことが可能となり、ごみの発熱量等の変動や設定変更に対する応答性を向上させることができる。 According to the invention according to the second feature, regardless of the size of the time constant of the waste heat boiler, it is possible to control according to the calorific value of the combustion exhaust gas generated in the incinerator, and the calorific value of waste and the like can be controlled. It is possible to improve the responsiveness to fluctuations and setting changes.
第3の特徴に係る発明は、第1の特徴に係る発明であって、制御対象として燃焼排ガス中に含まれる煤塵や有害成分を除去するバグフィルタ、制御量としてバグフィルタ出口における燃焼排ガス中に含まれる酸性ガス濃度、操作量としてバグフィルタに吹き込む中和剤の供給量が用いられ、物理量としてバグフィルタ入口における燃焼排ガス中に含まれる酸性ガス濃度が用いられるシステム制御装置、を提供する。 The invention according to the third feature is the invention according to the first feature, which is a bag filter for removing soot and harmful components contained in the combustion exhaust gas as a control target, and a control amount in the combustion exhaust gas at the outlet of the bag filter. Provided is a system control device in which the concentration of the acidic gas contained and the supply amount of the neutralizing agent blown into the bag filter are used as the operation amount, and the concentration of the acid gas contained in the combustion exhaust gas at the inlet of the bag filter is used as the physical quantity.
第3の特徴に係る発明によれば、バグフィルタの時定数の大きさに関わらず、燃焼排ガスの酸性ガス濃度に応じた制御を行うことが可能となり、酸性ガス濃度の変動や設定変更に対する応答性を向上させることができる。 According to the invention according to the third feature, it is possible to control according to the acid gas concentration of the combustion exhaust gas regardless of the size of the time constant of the bag filter, and it is possible to respond to the fluctuation of the acid gas concentration and the setting change. It is possible to improve the sex.
本発明によれば、追加の計測機器や複雑な計算アルゴリズムを必要とする高価な制御装置を使用することなく、制御対象の時定数による影響を低減して応答性を向上させることができるとともに出力の時間変動を抑制し制御速度を速めることが可能なシステム制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of the time constant of the controlled object, improve the responsiveness, and output without using an expensive control device that requires additional measuring equipment or a complicated calculation algorithm. It is possible to provide a system control device capable of suppressing time fluctuations and increasing the control speed.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that this is only an example, and the technical scope of the present invention is not limited to this.
[ごみ焼却処理施設の全体構成]
図1を用いて、本発明に係るシステム制御装置及びシステム制御方法の一例として適用されるごみ焼却処理施設の全体構成を説明する。
[Overall composition of waste incineration facility]
With reference to FIG. 1, the overall configuration of a waste incineration treatment facility applied as an example of the system control device and the system control method according to the present invention will be described.
図1に示すように、本発明に係るシステム制御装置及びシステム制御方法の一例として適用されるごみ焼却処理施設1は、焼却炉10と、廃熱ボイラ20と、排ガス冷却装置30と、バグフィルタ40と、排ガス煙道50と、誘引通風機60と、煙突70と、制御装置80と薬剤供給装置90によって構成される。
As shown in FIG. 1, the
焼却炉10は、不定形の一般廃棄物や、産業廃棄物等の廃棄物を焼却処理するものである。本実施形態においては、竪型ごみ焼却炉を例にとって図示しているが、焼却炉10の形式は、ストーカ炉や流動層炉など、他の形式であってもよい。
The
焼却炉10には、一次燃焼空気を供給する一次燃焼空気供給手段11a、二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給手段11b、炉内冷却用の冷却水を供給する冷却水供給手段12等が配設される。これらは、後述する制御装置80からの信号によって、それぞれの供給量を変化させることができるよう構成される。
The
廃熱ボイラ20は、焼却炉10で廃棄物を焼却処理した際に発生する高温の燃焼排ガスから排熱を回収し、給水を加熱して蒸気を発生するものであり、ボイラ給水を加熱するエコノマイザ、エコノマイザで加熱されたボイラ給水をさらに加熱して蒸発させる蒸発器、及び、蒸発器で発生した蒸気と水分とを気液分離する蒸気ドラム等から構成される。また、廃熱ボイラ20で発生した蒸気を取り出す主蒸気配管には、蒸気量を検出する蒸気量検出手段21が配設される。
The
排ガス冷却装置30は、廃熱ボイラ20から排出された燃焼排ガスをバグフィルタ40に供給可能な温度、好ましくは200℃以下まで減温するものであり、例えば、冷却水を噴霧して燃焼排ガスを冷却する減温塔等によって構成される。
The exhaust
バグフィルタ40は、排ガス冷却装置30で減温された燃焼排ガスをろ過することで、燃焼排ガス中に含まれる煤塵や有害成分を除去するものであって、煤塵や有害成分をろ過するためのろ布を含む。
The
排ガス煙道50は、焼却炉10、廃熱ボイラ20、排ガス冷却装置30、バグフィルタ40等の各装置の間を接続し燃焼排ガスを流通させるための煙道である。焼却炉10と廃熱ボイラ20との間における排ガス煙道50には、燃焼排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段51、及び、燃焼排ガスの流量を検出する排ガス流量検出手段52が配設される。なお、このような排ガス温度検出手段51や排ガス流量検出手段52は、従来のごみ焼却処理施設にも設置されているものである。
The
また、バグフィルタ40入口における排ガス煙道50には、バグフィルタ40に流入する燃焼排ガス中に含まれる塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスの濃度を検出する入口酸性ガス濃度検出手段53が配設されるとともに、バグフィルタ40出口における排ガス煙道50には、バグフィルタ40から流出する燃焼排ガス中に含まれる酸性ガスの濃度を検出する出口酸性ガス濃度検出手段54が配設される。
Further, in the flue-
誘引通風機60は、バグフィルタ40の下流に配設される通風機であり、バグフィルタ40で浄化された排ガスを吸引して、煙突70から排ガスを大気に放出するためのものである。
The attracting
制御装置80は、本発明におけるシステム制御装置として機能するものであり、蒸気量検出手段21で検出された蒸気量、排ガス温度検出手段51で検出された排ガス温度、排ガス流量検出手段52で検出された排ガス流量に基づいて、一次燃焼空気供給手段11aや二次燃焼空気供給手段11bから焼却炉10へ供給される燃焼空気流量及び/又は冷却水供給手段12から焼却炉10内へ供給される冷却水流量などを制御するものである。また、制御装置80は、酸性ガス濃度検出手段53で検出された酸性ガス濃度に基づいて、後述する薬剤供給装置90から供給される中和剤の供給量の制御を行う。
The
薬剤供給装置90は、ガス冷却装置30とバグフィルタ40との間における排ガス煙道50に消石灰等の中和剤を供給するものであり、供給量を調整可能な切り出しホッパ等によって構成される。
The
〔第一実施形態〕
図2を用いて、第一実施形態におけるシステム制御装置が行う制御について説明する。図2は、第一実施形態におけるシステム制御装置が行う制御における信号の流れを示すブロック図である。なお、図5で説明した従来型の単純フィードバック制御装置580と重複する箇所については説明を簡略化または省略し、主に図5と異なる点について説明する。
[First Embodiment]
The control performed by the system control device in the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a signal flow in the control performed by the system control device according to the first embodiment. The points that overlap with the conventional simple
第一実施形態に係るシステム制御装置においては、本発明における制御対象として焼却炉10で発生した燃焼排ガスの排熱を利用して蒸気を発生させる廃熱ボイラ20、制御量として廃熱ボイラ20から発生する蒸気の蒸気量、操作量として焼却炉10に供給する燃焼空気の空気量及び/又は冷却水供給量が適用され、廃熱ボイラ20から発生する蒸気量が制御目標値に追従するよう焼却炉10を操作することで廃熱ボイラ20のフィードバック制御が行われる。
In the system control device according to the first embodiment, the
具体的に説明すると、第一実施形態におけるシステム制御装置で実行される制御のブロック線図は、焼却炉10の入出力関係について演算を行う焼却炉演算部F、廃熱ボイラ20の入出力関係について演算を行う廃熱ボイラ演算部B、第一調節部C1、第一比較部81及び加算部82に加え、第二調節部C2及び第二比較部83によって構成される。
Specifically, the block diagram of the control executed by the system control device in the first embodiment shows the input / output relationship of the incinerator calculation unit F and the
なお、R(s)は入力、つまり、図示しない設定器で設定される蒸気量の制御目標値のラプラス変換を、C(s)は出力、つまり、蒸気量検出手段21で検出された廃熱ボイラ20から発生する蒸気量のラプラス変換を、Gc1(s)は第一調節部C1における入力から出力への伝達関数を、Gc2(s)は第二調節部C2における入力から出力への伝達関数を、Gf(s)は焼却炉10における入力から出力への伝達関数を、Gb(s)は廃熱ボイラ20における入力から出力への伝達関数を、D(s)は外乱のラプラス変換を示す。
Note that R (s) is an input, that is, Laplace conversion of the control target value of the steam amount set by a setting device (not shown), and C (s) is an output, that is, waste heat detected by the steam
第一比較部81は、図示しない設定器で設定される蒸気量の制御目標値である入力R(s)と、蒸気量検出手段21で検出された廃熱ボイラ20から発生する蒸気量である出力C(s)の差分を算出する。
The
第一調節部C1は、従来型の単純フィードバック制御装置580で示された調節部4Cと同様に、第一比較部81で算出される入力R(s)と出力C(s)の差分を入力とし伝達関数Gc1(s)にしたがって算出される操作量を出力する。このとき第一調節部C1から出力される操作量を第一操作量MV1とする。なお、ここで出力される第一操作量MV1とは、一次燃焼空気供給手段11aや二次燃焼空気供給手段11bから焼却炉10内に供給される燃焼空気の空気量及び/又は冷却水供給手段12から焼却炉10内に供給される冷却水の供給量に関する信号である。
The first adjustment unit C1 inputs the difference between the input R (s) and the output C (s) calculated by the
第二比較部83は、廃熱ボイラ20入口において排ガス温度検出手段51で検出された排ガス温度と、排ガス流量検出手段52で検出された排ガス流量とを用いて、図示しない排ガス熱量算出手段によって算出される燃焼排ガスが有する熱量、つまり廃熱ボイラ20入口における燃焼排ガスの熱量を先行要素とし、その先行要素に対応するプロセス値PVと、第一調節部C1から出力される第一操作量MV1との差分を算出するものである。なお、ここでいうプロセス値PVとは、第一操作量MV1と同様に、一次燃焼空気供給手段11aや二次燃焼空気供給手段11bから焼却炉10内に供給される燃焼空気の空気量及び/又は冷却水供給手段12の冷却水供給量に関する信号であり、燃焼排ガスの熱量から所定のモデルを用いて算出可能である。
The
加算部82は、第二比較部83で算出された第一操作量MV1とプロセス値PVとの差分に対し、外乱D(s)を加算するものである。
The
第二調節部C2は、第二比較部83で算出された、第一操作量MV1とプロセス値PVとの差分に対し外乱D(s)を加算したものを入力とし、伝達関数Gc2(s)にしたがって算出される操作量を先行ブースト要素として出力する。このとき第二調節部C2から出力される操作量を第二操作量MV2とする。第二調節部C2から出力された第二操作量MV2は、焼却炉演算部Fへの入力となる。
The second adjusting unit C2 inputs the input obtained by adding the disturbance D (s) to the difference between the first manipulated variable MV1 and the process value PV calculated by the
なお、第一調節部C1及び第二調節部C2によって調整されるのは、一次燃焼空気供給手段11aや二次燃焼空気供給手段11bから焼却炉10内に供給される燃焼空気の空気量及び/又は冷却水供給手段12から焼却炉10内に供給される冷却水の供給量である。
The amount of combustion air supplied into the
次に、このように構成された第一実施形態に係るシステム制御装置を用いた燃焼制御方法について説明する。 Next, a combustion control method using the system control device according to the first embodiment configured in this way will be described.
第一実施形態に係るシステム制御装置を用いた燃焼制御方法は、第一調節部C1において制御目標値と発生蒸気量との差分に基づいて第一操作量MV1を出力するステップ、焼却炉10で発生した燃焼排ガスが有する熱量を先行要素として熱量に対応するプロセス値PVを算出するステップ、算出されたプロセス値PVと第一操作量MV1との差分を出力することで第一操作量MV1を補正するステップ、加算部82においてプロセス値PVと第一操作量MV1との差分に外乱D(s)を加算するステップ、第二調節部C2において第一操作量MV1とプロセス値PVとの差分に対し外乱D(s)を加算したものに基づいて第二操作量MV2を出力するステップ、第二操作量MV2を焼却炉10への入力とするステップ、を備える。
The combustion control method using the system control device according to the first embodiment is a step of outputting the first operation amount MV1 based on the difference between the control target value and the generated steam amount in the first control unit C1, in the
このような構成であるため、焼却炉演算部Fの出力として、排ガス温度検出手段51で検出された排ガス温度と排ガス流量検出手段52で検出された排ガス流量とを用いて燃焼排ガスの熱量が算出され、燃焼排ガスの熱量に対応する信号は二つに分岐する。熱量に対応する信号の一方は廃熱ボイラ演算部Bに対する入力となり、他方は、所定のモデルに基づいて熱量に対応するプロセス値PVに変換される。プロセス値PVは第二比較部83で第一操作量MV1との差分として第一操作量MV1を補正した後、外乱D(s)が加えられ、第二調節部C2に対する入力となる。そして第二調節部C2において第二操作量MV2が算出され、第二操作量MV2が焼却炉演算部Fに入力される。
Due to such a configuration, the calorific value of the combustion exhaust gas is calculated using the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas
この場合、第二調節部C2は、第一操作量MV1をプロセス値PVで補正した信号に対するゲインとして機能する。 In this case, the second adjusting unit C2 functions as a gain for the signal obtained by correcting the first manipulated variable MV1 with the process value PV.
このように、廃熱ボイラ20の入口から焼却炉10の入口に至る一巡伝達関数が構成され、廃熱ボイラ20から発生する蒸気の蒸気量の先行要素として燃焼排ガスの熱量を用い、さらに、先行要素にゲインを与えブーストする操作を付加したフィードバック系の制御装置の出力C(s)は、入力R(s)及び外乱D(s)を用いて式(4)のように表される。
In this way, a one-circle transfer function from the inlet of the
第一実施形態に係るシステム制御装置における入出力関係を表した式(4)を、従来型の単純フィードバック制御装置480における入出力関係を表した式(1)と比較すると、その違いは、入力R(s)及び出力C(s)の分母にGc2(s)Gf(s)という、廃熱ボイラ20の伝達関数Gb(s)に依存しない項が発現する点にある。つまり、廃熱ボイラ20の大きな時定数Tbに依存しない項の存在により応答性が向上する。すなわち、廃熱ボイラ20から発生する蒸気の蒸気量の先行要素として燃焼排ガスの熱量を用いることで、時間遅れを抑制する効果を得ることが出来る。
Comparing the equation (4) expressing the input / output relationship in the system control device according to the first embodiment with the equation (1) expressing the input / output relationship in the conventional simple feedback control device 480, the difference is the input. The denominator of R (s) and the output C (s) is G c2 (s) G f (s), which is a term independent of the transfer function G b (s) of the
また、小ループの伝達関数Gf’(s)は、式(5)のように表される。 Further, the transfer function G f '(s) of the small loop is expressed by Eq. (5).
式(5)の等価ゲインKf’と等価時定数Tf’は、Kf=1とすると、式(6)のようになる。 The equivalent gain K f'and the equivalent time constant T f'of the equation (5) are as shown in the equation (6) when K f = 1.
ここで、式(6)においては、Gc2(s)を上げることでTf’が低下するため、好ましい結果となる。また、Gc2(s)を上げることでKf’は1に近づくため、Gc2(s)を上げすぎてもゲインが小さくなることがない。また、Gc1(s)のゲインには影響を与えないので、Gc2(s)を十分に大きくすることが可能である。
Here, in the formula (6), T f'decreases by increasing G c2 (s), which is a preferable result. Further, since
つまり、第一実施形態に係るシステム制御装置においては、小フィードバック回路による前向きのGc2(s)がかかることにより、第一調節部C1のゲインに影響を与えることなく第二調節部C2で信号ゲインを上げることができ、その結果、時間遅れを抑制する効果だけでなく、振幅を抑制する効果を同時に得ることが可能となる。 That is, in the system control device according to the first embodiment, the forward G c2 (s) by the small feedback circuit is applied, so that the signal is signaled by the second adjusting unit C2 without affecting the gain of the first adjusting unit C1. The gain can be increased, and as a result, not only the effect of suppressing the time delay but also the effect of suppressing the amplitude can be obtained at the same time.
すなわち、廃熱ボイラ20の時定数の大きさに関わらず、焼却炉10で発生する燃焼排ガスの熱量に応じた制御を行うことが可能となり、ごみの発熱量等の変動や設定変更に対する応答性を向上させることができる。
That is, regardless of the size of the time constant of the
図3に、第一実施形態に係るシステム御装置を用いて燃焼制御を行った場合の応答性を検証した結果について示す。図3においては、(A)定常状態から設定を変更した場合、(B)実際の運転データに基づく外乱を与えた際のランダム応答について検討を行い、それぞれ、従来型の単純フィードバック制御装置580を用いて制御を行った場合の結果との比較を行った。また、(a)はGc2(s)のゲインKp2を2とした場合、(b)は同ゲインを10とした場合についての結果を示す。
FIG. 3 shows the results of verifying the responsiveness when combustion control is performed using the system device according to the first embodiment. In FIG. 3, (A) when the setting is changed from the steady state, (B) a random response when a disturbance is given based on actual operation data is examined, and a conventional simple
図3を参照すると、いずれの場合においても、第一実施形態に係るシステム制御装置においては、従来型の単純フィードバック系よりもオーバーシュートの小さい応答が得られていることが確認できる。これは廃熱ボイラ20の大きな時定数の影響を軽減できた結果である。また、振動幅の小さい応答が得られていることが確認できる。これは、前向きの第二調節部C2を加えたことで、補正された信号のゲインを上げることができ、その結果、時間遅れを抑制する効果だけでなく、第一調節部C1のゲインの影響を受けることなくゲインを上げることができた結果である。
With reference to FIG. 3, in any case, it can be confirmed that the system control device according to the first embodiment obtains a response with a smaller overshoot than the conventional simple feedback system. This is a result of reducing the influence of the large time constant of the
第一実施形態に係るシステム制御装置の効果を物理的に説明すると以下のようになる。すなわち、焼却炉10で発生した燃焼排ガスは所定の温度と所定の流量をもって廃熱ボイラ20に流入する。燃焼排ガスが有する熱量は、温度と流量とによって算出されるが、焼却炉10と廃熱ボイラ20との間における排ガス煙道50からの熱の流出は無視できるほど小さいため、ごみ燃焼部10から排出される燃焼排ガスが保有する熱量と廃熱ボイラ20に流入する燃焼排ガスが保有する熱量は等しい。本実施形態においては、廃熱ボイラ20に流入する燃焼排ガスが保有する熱量を検知し、その熱量を燃焼空気量などのプロセス値PVに変換したものを蒸気量の先行要素とし、さらに第一調節部C1から出力される第一操作量MV1と比較したものに外乱D(s)を付与したものを前向きの第二調節部C2の入力とすることで、つまり、蒸気量の変動に先行して燃焼排ガスの熱量の変動に基づいて燃焼空気量及び/又は冷却水量を調節することで、廃熱ボイラ20の時定数の影響を受けることのない因子を操作量として制御系に加味して、時間遅れの少ない制御系を実現している。その結果、廃熱ボイラ20から発生する蒸気量の変動を、従来の5%から3%以内に抑制することが可能となる。
The effect of the system control device according to the first embodiment is physically explained as follows. That is, the combustion exhaust gas generated in the
このとき、第一調節部C1から出力される第一操作量MV1とプロセス値PVを比較したものに外乱D(s)を付与したものを入力として所定の伝達関数にしたがって操作量を出力する前向きの調節部を第二調節部C2として設け、第二調節部C2から出力される操作量を第二操作量MV2として焼却炉10の調節に使用する。
At this time, the first manipulated variable MV1 output from the first adjusting unit C1 is compared with the process value PV, and the disturbance D (s) is added to the input, and the manipulated variable is output according to a predetermined transfer function. The adjustment unit is provided as the second adjustment unit C2, and the operation amount output from the second adjustment unit C2 is used as the second operation amount MV2 for the adjustment of the
このようにすることで、出力のラプラス変換を入力及び外乱のラプラス変換を用いて立式した際、廃熱ボイラ20の時定数に依存しない項、及び、第一調節部C1から影響を受けずに信号ゲインを上げることができる項が発現し、廃熱ボイラ20の時定数の大きさに依存せず、しかも振動の発生しない応答を得ることが可能となる。
By doing so, when the Laplace transform of the output is formulated using the Laplace transform of the input and the disturbance, it is not affected by the term independent of the time constant of the
また、ごみの熱量の算出に、排ガス煙道50における排ガス温度検出手段51及び排ガス流量検出手段52で検出された排ガス温度及び排ガス流量を使用するため、従来から設置されている検出手段をそのまま用いて制御を行うことが出来る。つまり、制御のために新たな計測機器を設置することなく、既設の設備を活かして応答性の高い制御を行うことが可能となる。
Further, since the exhaust gas temperature and the exhaust gas flow rate detected by the exhaust gas
〔第二実施形態〕
図4を用いて、第二実施形態におけるシステム制御装置が行う制御について説明する。図4は、第二実施形態におけるシステム制御装置が行う制御における信号の流れを示すブロック図である。なお、図5で説明した従来型の単純フィードバック制御装置580と重複する箇所については説明を簡略化または省略し、主に図5と異なる点について説明する。
[Second Embodiment]
The control performed by the system control device in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a signal flow in the control performed by the system control device according to the second embodiment. The points that overlap with the conventional simple
第二実施形態に係るシステム制御装置においては、制御対象としてバグフィルタ40、制御量としてバグフィルタ40出口における燃焼排ガス中に含まれる酸性ガス濃度、操作量としてバグフィルタ40に吹き込む中和剤の供給量が適用され、バグフィルタ40出口における酸性ガス濃度が制御目標値に追従するよう中和剤の供給量を制御することでバグフィルタ40のフィードバック制御が行われる。
In the system control device according to the second embodiment, the
具体的に説明すると、第二実施形態におけるシステム制御装置で実行される制御のブロック線図は、バグフィルタ40の入出力関係について演算を行うバグフィルタ演算部BF、第一調節部C1、第一比較部81及び加算部82に加え、第二調節部C2及び第二比較部83によって構成される。
Specifically, the block diagram of the control executed by the system control device in the second embodiment is a bug filter calculation unit BF, a first adjustment unit C1, and a first calculation for the input / output relationship of the
なお、R(s)は入力、つまり、図示しない設定器で設定される酸性ガス濃度の制御目標値のラプラス変換を、C(s)は出力、つまり、出口酸性ガス濃度検出手段54で検出されるバグフィルタ40出口における酸性ガス濃度のラプラス変換を、Gc1(s)は第一調節部C1における入力から出力への伝達関数を、Gc2(s)は第二調節部C2における入力から出力への伝達関数を、Gbf(s)はバグフィルタ40における入力から出力への伝達関数を、D(s)は外乱のラプラス変換を示す。
Note that R (s) is an input, that is, the Laplace transform of the control target value of the acid gas concentration set by a setting device (not shown) is detected, and C (s) is an output, that is, the outlet acid gas
第一比較部81は、図示しない設定器で設定される酸性ガス濃度の制御目標値である入力R(s)と、出口酸性ガス濃度検出手段54で検出された酸性ガス濃度である出力C(s)の差分を算出する。
The
第一調節部C1は、第一比較部81で算出される入力R(s)と出力C(s)の差分を入力とし伝達関数Gc1(s)にしたがって算出される第一操作量MV1を出力する。
The first adjustment unit C1 takes the difference between the input R (s) and the output C (s) calculated by the
第二比較部83は、入口酸性ガス濃度検出手段53で検出された酸性ガス濃度を先行要素とし、その先行要素に対応するプロセス値PVと、第一調節部C1から出力される第一操作量MV1との差分を算出するものである。なお、ここでいうプロセス値とは、薬剤供給装置90から供給される中和剤の供給量であり、バグフィルタ40入口における酸性ガス濃度から所定のモデルを用いて算出可能である。
The
加算部82は、第二比較部83で算出された第一操作量MV1とプロセス値PVとの差分に対し、外乱D(s)を加算するものである。
The
第二調節部C2は、第二比較部83で算出された第一操作量MV1とプロセス値PVとの差分に外乱D(s)を加えたものを入力とし伝達関数Gc2(s)にしたがって算出される第二操作量MV2を先行ブースト要素として出力する。
The second adjusting unit C2 takes the difference between the first manipulated variable MV1 calculated by the
なお、第一調節部C1及び第二調節部C2によって調整されるのは、薬剤供給装置90から供給される中和剤の供給量である。
It should be noted that what is adjusted by the first adjusting unit C1 and the second adjusting unit C2 is the supply amount of the neutralizing agent supplied from the
次に、このように構成された第二実施形態に係るシステム制御装置を用いた制御方法について説明する。 Next, a control method using the system control device according to the second embodiment configured in this way will be described.
第二実施形態に係るシステム制御装置を用いた制御方法は、第一調節部C1において制御目標値と出口酸性ガス濃度との差分に基づいて第一操作量MV1を出力するステップ、焼却炉で発生した燃焼排ガスが有する酸性ガス濃度を先行要素として中和剤の供給量に相当するプロセス値PVを算出するステップ、算出されたプロセス値PVと第一操作量MV1との差分を出力するステップ、プロセス値PVと第一操作量MV1との差分に対し外乱D(s)を加えるステップ、プロセス値PVと第一操作量MV1との差分に対し外乱D(s)を加えたものに基づいて第二調節部C2において第二操作量MV2を出力するステップ、第二操作量MV2をバグフィルタ40への入力とするステップ、を備える。
The control method using the system control device according to the second embodiment is generated in the incinerator, which is a step of outputting the first operation amount MV1 based on the difference between the control target value and the outlet acid gas concentration in the first control unit C1. A step of calculating the process value PV corresponding to the supply amount of the neutralizing agent using the acid gas concentration of the burned exhaust gas as a leading factor, a step of outputting the difference between the calculated process value PV and the first operation amount MV1, and the process. The step of adding the disturbance D (s) to the difference between the value PV and the first manipulated variable MV1, and the second based on the step of adding the disturbance D (s) to the difference between the process value PV and the first manipulated variable MV1. The adjusting unit C2 includes a step of outputting the second operation amount MV2 and a step of inputting the second operation amount MV2 to the
このような構成であるため、バグフィルタ40入口における燃焼排ガス中の酸性ガス濃度が入口酸性ガス濃度検出手段53で検出され、入口酸性ガス濃度に対応する信号は二つに分岐する。入口酸性ガス濃度に対応する信号の一方はバグフィルタ演算部BFに対する入力となり、他方は、所定のモデルに基づいて中和剤供給量に相当するプロセス値PVに変換され、さらに第一操作量MV1との差分を取った後に外乱D(s)が加えられ、第二調節部C2に対する入力となる。そして第二調節部C2において第二操作量MV2が算出され、バグフィルタ演算部BFに入力される。
Due to such a configuration, the acid gas concentration in the combustion exhaust gas at the inlet of the
このようにすることで、第一実施形態と同様に、小フィードバック回路による前向きのGc2(s)がかかることにより、第一調節部C1のゲインに影響を与えることなく第二調節部C2で信号ゲインを上げることができ、その結果、時間遅れを抑制する効果だけでなく、振幅を抑制する効果を同時に得ることが可能な制御方法を提供することができる。 By doing so, as in the first embodiment, the forward G c2 (s) by the small feedback circuit is applied, so that the second adjusting unit C2 does not affect the gain of the first adjusting unit C1. It is possible to increase the signal gain, and as a result, it is possible to provide a control method capable of simultaneously obtaining not only the effect of suppressing the time delay but also the effect of suppressing the amplitude.
すなわち、バグフィルタ40の時定数の大きさに関わらず、焼却炉10で発生する燃焼排ガスの酸性ガス濃度に応じた制御を行うことが可能となり、酸性ガス濃度の変動や設定変更に対する応答性を向上させることができる。
That is, regardless of the size of the time constant of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments described above. Further, the effects described in the embodiments of the present invention merely list the most suitable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
例えば、第一実施形態における焼却炉10は、その下流に廃熱ボイラ20を備えるものであれば、ストーカ式、流動層式、キルン式等、任意の形式の焼却炉が用いられる。
For example, as the
また、廃熱ボイラ20は焼却炉10と別体のものである必要はなく、焼却炉10の炉壁を水管で構成してボイラ構造とした焼却炉・ボイラ一体型のものも本願発明に含み得る。その場合、熱量を計算するための温度を検出する位置は、二次燃焼空気を吹き込む位置の下流で、排ガスと二次燃焼空気が混合された位置であればよい。
Further, the
また、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換しても良い。 Further, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. .. Further, a part of the configuration of each embodiment may be added, deleted, or replaced with another configuration.
この発明のシステム制御装置及び制御方法は、ごみ焼却処理施設のみならず、例えばガスタービン、モータ、高炉、化学プラント等、大きな時定数を有する制御対象を備える各種システムに適用することができる。 The system control device and control method of the present invention can be applied not only to a waste incineration facility but also to various systems including a control target having a large time constant, such as a gas turbine, a motor, a blast furnace, and a chemical plant.
1 ごみ焼却処理施設
10 焼却炉
11a 一次燃焼空気供給手段
11b 二次燃焼空気供給手段
12 冷却水供給手段
20 廃熱ボイラ
21 蒸気量検出手段
30 排ガス冷却装置
40 バグフィルタ
50 排ガス煙道
51 排ガス温度検出手段
52 排ガス流量検出手段
53 入口酸性ガス濃度検出手段
54 出口酸性ガス濃度検出手段
60 誘引通風機
70 煙突
80 燃焼制御装置
81 第一比較部
82 加算部
83 第二比較部
C1 第一調節部
C2 第二調節部
90 薬剤供給装置
1
第1の特徴に係る発明は、所定の操作量を入力することで所定の制御量を出力する制御対象と、操作量を調節して制御量の調整を行うシステム制御装置であって、制御対象から出力される制御量が制御目標値に追従するよう制御対象のフィードバック制御を行うシステム制御装置において、制御目標値と制御対象から出力された制御量との差分に基づいて第一操作量を出力する第一調節部と、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量であって前記制御対象に対する入力となる物理量を第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げる第二調節部を備えたシステム制御装置、を提供する。 The invention according to the first feature is a control target that outputs a predetermined control amount by inputting a predetermined operation amount, and a system control device that adjusts the operation amount to adjust the control amount. In a system control device that performs feedback control of the control target so that the control quantity output from is followed by the control target value, the first operation quantity is output based on the difference between the control target value and the control quantity output from the control target. The signal gain is further increased with respect to the signal obtained by comparing the physical quantity detected at the control target inlet and the physical quantity input to the controlled target with the first manipulated quantity. A system control device, which is provided with an adjustment unit, is provided.
第1の特徴に係る発明によれば、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量であって前記制御対象に対する入力となる物理量が制御対象から出力される制御量の先行要素として機能するため、制御対象の時定数が大きい場合であっても、時間遅れを抑制した制御を行うことができる。また、制御対象入口において検出され制御量を予測可能な物理量であって前記制御対象に対する入力となる物理量を第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げる操作を行うため、時間遅れを抑制する効果だけでなく、応答の振幅を抑制し、制御速度を速める効果を同時に得ることが可能となる。 According to the invention according to the first feature, the physical quantity detected at the control target inlet and the control amount can be predicted , and the physical quantity input to the control target functions as a preceding element of the control quantity output from the control target. Therefore, even when the time constant of the controlled object is large, the control can be performed while suppressing the time delay. Further, since the signal gain is further increased with respect to the signal that is a physical quantity that is detected at the control target inlet and the control amount can be predicted and the physical quantity that is input to the control target is compared with the first operation amount, there is a time delay. It is possible to obtain not only the effect of suppressing the response but also the effect of suppressing the amplitude of the response and increasing the control speed at the same time.
Claims (4)
前記制御目標値と前記制御対象から出力された制御量との差分に基づいて第一操作量を出力する第一調節部と、
前記制御対象入口において検出され前記制御量を予測可能な物理量を前記第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げる第二調節部を備えた、
システム制御装置。 A control target that outputs a predetermined control amount by inputting a predetermined operation amount, and a system control device that adjusts the operation amount to adjust the control amount, and is a control amount output from the control target. In the system control device that performs feedback control of the controlled object so that
A first adjusting unit that outputs a first manipulated variable based on the difference between the control target value and the controlled variable output from the controlled object.
A second adjusting unit for further increasing the signal gain with respect to the signal obtained by comparing the physical quantity detected at the control target inlet and predicting the controlled quantity with the first manipulated variable is provided.
System controller.
前記物理量として前記廃熱ボイラ入口における燃焼排ガスが有する熱量を、前記廃熱ボイラ入口における燃焼排ガスの温度と流量とから算出する、
請求項1に記載のシステム制御装置。 The waste heat boiler that generates steam by using the exhaust heat of the combustion exhaust gas generated in the incinerator as the control target, the steam amount of the steam generated from the waste heat boiler as the control amount, and the incinerator as the operation amount. The amount of combustion air to be supplied and / or the amount of cooling water supplied is used.
As the physical quantity, the amount of heat possessed by the combustion exhaust gas at the waste heat boiler inlet is calculated from the temperature and flow rate of the combustion exhaust gas at the waste heat boiler inlet.
The system control device according to claim 1.
前記物理量として前記バグフィルタに流入する燃焼排ガス中に含まれる酸性ガス濃度が用いられる、
請求項1に記載のシステム制御装置。 The control target is a bag filter that removes soot and harmful components contained in the combustion exhaust gas, the control amount is the concentration of acid gas contained in the combustion exhaust gas flowing out of the bag filter, and the operation amount is being blown into the bag filter. The amount of Japanese agent supplied is used,
As the physical quantity, the concentration of acid gas contained in the combustion exhaust gas flowing into the bag filter is used.
The system control device according to claim 1.
前記制御目標値と前記制御対象から出力された制御量との差分に基づいて第一操作量を出力するステップと、
前記制御対象入口において検出され前記制御量を予測可能な物理量を前記第一操作量と比較した信号に対し、さらに信号ゲインを上げるステップを備えた、
システム制御方法。
A control target that outputs a predetermined control amount by inputting a predetermined operation amount, and a system control method that adjusts the operation amount to adjust the control amount, and is a control amount output from the control target. In the system control method that performs feedback control of the controlled object so that
A step of outputting the first operation amount based on the difference between the control target value and the control amount output from the control target, and
A step of further increasing the signal gain with respect to the signal obtained by comparing the physical quantity detected at the control target inlet and predicting the control amount with the first operation amount is provided.
System control method.
Priority Applications (1)
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