JP2023108772A - ボイラ制御装置、ボイラ制御方法、及び、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラの運転状態に関わらず、ボイラに対する要求負荷の変化中に安定的な運転を維持する。【解決手段】ボイラ制御装置は、先行制御信号生成部、補正係数算出部及び制御部を備える。先行制御信号生成部は、ボイラの負荷変化に基づいて先行制御信号を生成する。補正係数算出部は、ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて先行制御信号を補正するための補正係数を算出する。制御部は、補正係数を用いて補正された先行制御信号に基づいてボイラを制御する。【選択図】図３

Description

本開示は、ボイラ制御装置、ボイラ制御方法、及び、プログラムに関する。

火力発電プラントでは、燃料を燃焼させることで発電機を駆動するための蒸気を発生させるボイラが用いられる。火力発電プラントにおけるボイラは、従来のベース運転では、基本的に定格出力での運転がなされており、例えば夜間などの電力需要が低下する時間帯では、負荷が減少するように運転状態を変化させることで出力が調整される。

このような従来のボイラ制御における負荷変化は、目標負荷に向かう一方向なものであるが、過渡的なボイラ入力の過不足によりボイラの運転状態が不安定となることを防ぐために、予め判明している負荷変化に対して、燃料投入量や過熱器スプレ量のような制御パラメータに対して、先行制御信号（ＢＩＲ：Ｂｏｉｌｅｒ Ｉｎｐｕｔ Ｒａｔｉｏ）を投入することがある（例えば特許文献１）。

特許第５９７０３６８号公報

先行制御信号は、例えばボイラの試運転時に行われる負荷変化試験によって、その投入量が決定される。しかしながら実際に運用されているボイラでは、試運転時から状態が変化していることがあり、このような場合に、試運転時の負荷変化試験によって決定された先行制御信号を投入したとしても、実際に運用されているボイラにおいて負荷変化時の運転状態が不安定になってしまうおそれがある。例えば、運用開始後のボイラでは、伝熱面に付着する煤等をスーツブロアによって然るべきタイミングで除去することで、ボイラ出口蒸気の過熱度が調整されることがあり、この過熱度の調整量が試運転時における設定値から乖離していた場合、試運転時に決定された量の先行制御信号を投入しても、ボイラの運転状態が安定しないおそれがある。

近年、ボイラを備える火力発電プラントに対して、電源系統において、発電量が変動しやすい再生可能エネルギ由来の発電量変動の調整を担う役割が期待されている。このような用途ではボイラにおいて負荷変化が生じる機会が多いため、上述のような課題が生じる機会も増えると考えられる。

本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情を鑑みなされたものであり、ボイラの運転状態に関わらず、ボイラの負荷変化中に安定的な運転を好適に実現可能なボイラ制御装置、ボイラ制御方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。

本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ制御装置は、上記課題を解決するために、
ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するための先行制御信号生成部と、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するための補正係数算出部と、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するための制御部と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ制御方法は、上記課題を解決するために、
ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係るプログラムは、上記課題を解決するために、
コンピュータを用いて、
ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
を実行可能である。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、ボイラの運転状態に関わらず、ボイラの負荷変化中に安定的な運転を好適に実現可能なボイラ制御装置、ボイラ制御方法、及び、プログラムを提供できる。

一実施形態に係るボイラの概略構成図である。 一実施形態に係るボイラ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 一実施形態に係るボイラ制御装置の機能的構成を示すブロック図である。 図３の先行制御信号生成部の制御フロー図である。 図３の補正係数算出部の制御フロー図である。 ボイラの負荷変化が増加である場合における典型的な先行制御信号の推移を示す図である。 図５の第１補正係数算出部が有する関数の一例である。 偏差の時間的変化に対する各補正係数の算出範囲を示す図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず本開示の幾つかの実施形態に係るボイラ制御装置の制御対象であるボイラについて説明する。図１は一実施形態に係るボイラ１０の概略構成図である。

ボイラ１０は、主燃料である固体燃料を粉砕した微粉燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。固体燃料としては、バイオマス燃料や石炭等が使用される。

ボイラ１０は、火炉１１と、燃焼装置２０と、燃焼ガス通路１２とを有する。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置２０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ（以下、適宜「バーナ２１」と総称する）を有する。バーナ２１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。

尚、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆを付している。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ、複数の微粉燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ（以下、適宜「微粉燃料供給管２２」と総称する）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ（以下、適宜「ミル３１」と総称する）に連結されている。ミル３１は、例えば、内部に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル３１に供給される一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）により、ミル３１が備える分級機（図示省略）に搬送される。分級機では、バーナ２１での燃焼に適した粒径以下の微粉燃料と、該粒径より大きな粗粉燃料とに分級される。微粉燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。分級機を通過しなかった粗粉燃料は、ミル３１の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。

バーナ２１の装着位置における火炉１１の炉外側には、風箱（エアレジスタ）２３が設けられており、この風箱２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Forced Draft Fan）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され、風箱２３を介してバーナ２１に二次空気（燃焼用空気、酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。

燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、適宜「過熱器１０２」と総称する）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、適宜「再熱器１０３」と総称する）及び節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。
尚、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。

燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル３１に供給する一次空気やバーナ２１に供給する二次空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。

また、煙道１３には、空気予熱器４２よりも上流側の位置に、脱硝装置４３が設けられていてもよい。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道１３内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。

煙道１３のうち空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。

ボイラ１０において、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉燃料が、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４から風箱２３を介してバーナ２１に供給される。バーナ２１は、微粉燃料と一次空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。火炉１１内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。
尚、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。

燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気及び二次空気と熱交換した後、更にガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。
尚、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。

続いて上記構成を有するボイラ１０を制御対象とするボイラ制御装置１００について説明する。図２は一実施形態に係るボイラ制御装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

ボイラ制御装置１００は、例えばコンピュータのような演算処理装置として構成される。ボイラ制御装置１００のハードウェア構成は、図２に例示するように、入力部１１０と、記憶部１２０と、演算部１３０と、出力部１４０とを備える。

入力部１１０は、ボイラ制御装置１００において行われる演算処理に必要な各種情報を入力するための構成である。入力部１１０には、オペレータが操作可能なマウス、キーボード及びタッチパネルのようなヒューマンインターフェースや、制御対象であるボイラ１０を含む他の装置からの各種情報を取得するためのインターフェース機器であってもよい。

記憶部１２０は、ボイラ制御装置１００において行われる演算処理に必要な各種情報を記憶するための構成である。記憶部１２０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）の少なくとも一方を含むコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成される。記憶部１２０に記憶される各種情報には、これらのハードウェア構成がボイラ制御装置１００として機能するためのプログラムが含まれる。

演算部１３０は、ボイラ制御装置１００の各種演算を実施するための構成であり、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成される。演算部１３０は、記憶部１２０に記憶されたプログラムをＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、ボイラ制御装置１００の各種機能が実現される。

尚、演算部１３０によって実行されるプログラムは、上述のように記憶部１２０に記憶している形態の他に、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

出力部１４０は、演算部１３０における演算結果に基づく出力を行うための構成である。本実施形態では、出力部１４０は、ボイラ制御装置１００の出力として、制御対象であるボイラ１０に対する制御信号を出力する。ボイラ１０は、当該制御信号を受信することにより、制御信号に基づく制御が行われる。

尚、出力部１４０は、制御対象であるボイラ１０に対して制御信号を出力することに加えて、例えばオペレータが演算結果を認識するためのディスプレイや、演算結果に応じて警報を報知するための報知手段等のヒューマンインターフェースを含んでもよい。

続いてボイラ制御装置１００の機能的構成について説明する。図３は一実施形態に係るボイラ制御装置１００の機能的構成を示すブロック図である。ボイラ制御装置１００は、制御部１５０と、先行制御信号生成部１６０と、補正係数算出部１７０とを備える。

尚、図３に示すブロック図は、以下の説明に対応するようにボイラ制御装置１００の機能的構成を示した一例であり、各ブロックは互いに統合されていてもよいし、更に細分化されていてもよい。

制御部１５０は、ボイラ１０の運転状態に関する入力パラメータに基づいて、制御対象の制御パラメータに対応する制御信号を生成することにより、ボイラ１０の制御を実施するための構成である。

先行制御信号生成部１６０は、制御部１５０が取り扱う制御信号に対する先行制御信号（ＢＩＲ：Ｂｏｉｌｅｒ Ｉｎｐｕｔ Ｒａｔｉｏ）を生成するための構成である。先行制御信号ＢＩＲは、予め判明しているボイラの負荷変化に関する情報に基づいて生成されることで、目標負荷に向かう過渡的なボイラ入力（燃料供給量等）の過不足によりボイラの運転状態が不安定となることを防ぐためのものである。本実施形態では一例として、先行制御信号ＢＩＲは、ボイラの負荷に対応する負荷指標、負荷変化率、及び、負荷変化幅に基づいて生成される。

補正係数算出部１７０は、先行制御信号生成部１６０によって生成された先行制御信号ＢＩＲを補正するための補正係数ＡＮを算出するための構成である。補正係数算出部１７０で算出された補正係数ＡＮは、先行制御信号生成部１６０で生成された先行制御信号ＢＩＲに乗算されることで先行制御信号ＢＩＲの補正に用いられ、制御部１５０では補正後の先行制御信号ＢＩＲに基づくボイラ１０の制御が実施される。

続いて図４及び図５を参照して、先行制御信号生成部１６０及び補正係数算出部１７０による制御内容について詳しく説明する。図４は図３の先行制御信号生成部１６０の制御フロー図であり、図５は図３の補正係数算出部１７０の制御フロー図である。

まず図４に示すように、先行制御信号生成部１６０では、入力パラメータとして、ボイラ負荷の制御目標値である負荷指標、ボイラ負荷の変化速度である負荷変化率、及び、ボイラの負荷変化開始時の負荷と負荷変化完了時の負荷の差である負荷変化幅がそれぞれ入力されることにより、先行制御信号ＢＩＲが生成される。先行制御信号ＢＩＲは、目標値ＢＩＲｔ、及び、変化レート（変化速度）によってその振る舞いが特定される。
尚、負荷指標としては、例えば、火力発電プラントであれば、該プラントに対する発電量指令（ＭＷＤ）が用いられる。発電量指令を制御目標値として、ボイラの負荷が制御される。

ここで図６を参照して、典型的な先行制御信号ＢＩＲの振る舞いについて説明する。図６は、ボイラの負荷が増加する場合の負荷変化における典型的な先行制御信号ＢＩＲの推移を示す図である。

図６では、初期値Ｌ１であるボイラの負荷が時刻ｔ１において増加を開始し、時刻ｔ２において目標値Ｌ２に到達するように増加する場合が示されている。このとき、先行制御信号ＢＩＲは、増加時の変化レートとして予め設定された第１変化レートＲ１（一定値）に従って時刻ｔ１から増加を開始し、時刻ｔ３において目標値ＢＩＲｔに到達するように変化する。典型的には時刻ｔ３は時刻ｔ２より前であり、時刻ｔ３で目標値ＢＩＲｔに到達した先行制御信号ＢＩＲは、ボイラの負荷変化が終了する時刻ｔ２までの間、一定に維持される。そして時刻ｔ２においてボイラの負荷変化が終了すると、先行制御信号ＢＩＲは、減少時の変化レートとして予め設定された第２変化レートＲ２（一定値）に従って目標値ＢＩＲｔからゼロまで次第に減少される。その結果、時刻ｔ４において先行制御信号ＢＩＲはゼロ（初期値）になる。このように、ボイラの負荷が目標値Ｌ２に到達することでボイラの運転が安定化される時刻ｔ２以降では、ボイラの負荷変化中に運転状態を安定化するために投入される先行制御信号ＢＩＲが除去されることで、先行制御信号ＢＩＲが外乱となることが防止される。

図４に戻って、先行制御信号生成部１６０では、入力パラメータである負荷指標、負荷変化率、及び、負荷変化幅がそれぞれ関数ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３に入力され、それぞれの出力が乗算されることで、先行制御信号ＢＩＲの目標値ＢＩＲｔが求められる。特に本実施形態では、これらの関数の演算結果に対して、補正係数算出部１７０によって算出される補正係数ＡＮが更に乗算されることにより、先行制御信号ＢＩＲの目標値ＢＩＲｔが補正可能に構成されている。

また先行制御信号生成部１６０では、入力パラメータである負荷指標が関数ｆｘ４、ｆｘ５にそれぞれ入力され、それぞれの算出結果に基づいて第１変化レートＲ１、及び、第２変化レートＲ２が求められる。先行制御信号生成部１６０は、このように算出された先行制御信号ＢＩＲの目標値ＢＩＲｔ、第１変化レートＲ１、及び、第２変化レートＲ２に基づいて、図６を参照して例示的に述べた先行制御信号ＢＩＲの振る舞いが実現されるように、先行制御信号ＢＩＲを生成する。

続いて図５に示すように、補正係数算出部１７０は、第１補正係数ＡＮ１を算出するための第１補正係数算出部１７２、第２補正係数ＡＮ２を算出するための、及び、第３補正係数ＡＮ３を算出するための第３補正係数算出部１７６を備える。第１補正係数算出部１７２、第２補正係数算出部１７４、第３補正係数算出部１７６では、以下に説明するように、ボイラ１０の運転状態を示すパラメータＰの予め設定された設定値に対する偏差ΔＰに基づいて、それぞれ第１補正係数ＡＮ１、第２補正係数ＡＮ２、第３補正係数ＡＮ３の算出が行われ、第１補正係数ＡＮ１と第２補正係数ＡＮ２と第３補正係数ＡＮ３とを乗算して、統合した補正係数を算出する。統合した補正係数は後述する上限値以下であれば補正係数ＡＮとして出力される。
尚、ボイラ１０の運転状態を示すパラメータＰは限定されないが、本実施形態では一例として、ボイラ１０の出口蒸気過熱度である場合を示す。蒸気過熱度は、例えば、特定の位置で計測された蒸気温度（例えば図１の蒸気温度センサ２７ａの検出値）と、蒸気温度計測位置における圧力（例えば図１の圧力センサ２７ｂの検出値）での蒸気の飽和温度との差として定義される。蒸気過熱度は、蒸気の過熱の度合を示す指標であればこの定義に限定されない。

第１補正係数算出部１７２は、偏差ΔＰが第１基準値（閾値ΔＰｒｅｆ）より大きい場合に、補正係数ＡＮとして偏差ΔＰに基づく第１補正係数ＡＮ１を算出するための構成である。偏差ΔＰと第１補正係数ＡＮ１との関係は予め関数ｆｘ６として設定されており、第１補正係数算出部１７２は、当該関数ｆｘ６に基づいて、偏差ΔＰに対応する第１補正係数ＡＮ１を算出する。

ここで図７は図５の第１補正係数算出部１７２が有する関数ｆｘ６の一例である。この例では、関数ｆｘ６は、偏差ΔＰが増加するにしたがって、第１補正係数ＡＮ１が段階的に減少するように構成される。具体的には、ΔＰ＜ΔＰ１の範囲では、第１補正係数ＡＮ１は一定値ＡＮ１ａであり、ΔＰ１≦ΔＰ＜ΔＰ２の範囲では、第１補正係数ＡＮ１は偏差ΔＰが増加するに従って単調に減少し、ΔＰ２≦ΔＰ＜ΔＰ３の範囲では、第１補正係数ＡＮ１は一定値ＡＮ１ｂであり、ΔＰ３≦ΔＰ＜ΔＰ４の範囲では、第１補正係数ＡＮ１は偏差ΔＰが増加するに従って単調に減少し、ΔＰ４≦ΔＰの範囲では、第１補正係数ＡＮ１は一定値ＡＮ１ｃである。

再び図５に戻って、第２補正係数算出部１７４は、偏差ΔＰに基づいて偏差変化率ＤＰを算出するための偏差変化率算出部１７５を有する。偏差変化率算出部１７５では、偏差ΔＰを時間微分することにより偏差変化率ＤＰが算出される。第２補正係数算出部１７４では、このように算出された偏差変化率ＤＰが第２基準値ＤＰｒｅｆより大きい場合に、第２補正係数算出部１７４から第２補正係数ＡＮ２が出力されるように構成される。

本実施形態では特に、第２補正係数算出部１７４は、（ｉ）偏差ΔＰが予め設定された閾値ΔＰｒｅｆ（第１基準値）より大きいこと（第１条件）、及び、（ｉｉ）偏差変化率ＤＰが第２基準値ＤＰｒｅｆより大きいこと（第２条件）の両方が成立した場合に、第２補正係数ＡＮ２が出力されるように構成される。具体的には第１条件及び第２条件の少なくとも一方が不成立の場合には、第２補正係数算出部からはデフォルト値「１．０」（図５のＳＧ２とＳＧ４に格納されている設定値）が出力され、第１条件及び第２条件の両方が成立した場合に、切替部１７７によって、第２補正係数算出部１７４の出力値がデフォルト値「１．０」から第２補正係数ＡＮ２に切り替わるように構成される。

第２補正係数ＡＮ２は、ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、ボイラ１０の少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される。本実施形態では、ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、不図示のセンサ等によって取得された第１プロセス値及び第２プロセス値がそれぞれ関数ｆｘ７～ｆｘ９に入力され、各関数ｆｘ７～ｆｘ９の出力結果を乗算したものが第２補正係数ＡＮ２として求められる。

尚、第２補正係数ＡＮ２の算出に用いられる第１プロセス値及び第２プロセス値は、例えば、ボイラ１０における過熱器出口蒸気温度偏差（予め設定された設定された蒸気温度設定値との差）、及び、過熱器スプレイ弁（蒸気温度を調整するために蒸気中に噴霧されるスプレイ水の流量を調整する弁）の開度である。

尚、図５では第２補正係数算出部１７４として、偏差ΔＰの変化が増加方向である場合に対応する第２補正係数算出部１７４ａと、偏差ΔＰの変化が減少方向である場合に対応する第２補正係数算出部１７４ｂとが示されているが、両者の構成は、前述した第１条件及び第２条件の判定閾値の正負が異なることを除いて同一である。

第３補正係数算出部１７６は、ボイラの負荷に対応する負荷指標に基づいて偏差変化加速度ＡＰを算出するための偏差変化加速度算出部１７８を有する。偏差変化加速度算出部１７８では、偏差変化率算出部１７５で算出された特定の時刻ｔにおける偏差変化率ＤＰ１、及び、時刻ｔから一定時間Δｔ経過後の偏差変化率ＤＰ２に基づいて、偏差変化加速度ＡＰ（＝（ＤＰ１－ＤＰ２）÷Δｔ）が算出される。第３補正係数算出部１７６では、このように算出された偏差変化加速度ＡＰが第３基準値ＡＰｒｅｆ以上である場合に、第３補正係数算出部１７６から第３補正係数ＡＮ３が出力されるように構成される。

本実施形態では特に、第３補正係数算出部１７６は、第２補正係数算出部１７４で用いられた前述の第１条件及び第２条件に加えて、（ｉｉｉ）偏差変化加速度ＡＰが第３基準値ＡＰｒｅｆより大きいこと（第３条件）の全てが成立した場合に、第３補正係数ＡＮ３が出力されるように構成される。具体的には第１～第３条件の少なくとも一方が不成立の場合には、第３補正係数算出部１７６からはデフォルト値「１．０」が出力され、第１～第３条件の全てが成立した場合に、切替部１７９によって、第３補正係数算出部１７６からの出力値がデフォルト値「１．０」（図５のＳＧ３とＳＧ５に格納されている設定値）から第３補正係数ＡＮ３に切り替わるように構成される。

第３補正係数ＡＮ３は、ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、ボイラ１０の少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される。本実施形態では、ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、不図示のセンサ等によって取得された第１プロセス値及び第２プロセス値がそれぞれ関数ｆｘ１０～ｆｘ１２に入力され、各関数ｆｘ１０～ｆｘ１２の出力結果を乗算したものが第３補正係数ＡＮ３として求められる。

尚、第３補正係数ＡＮ３の算出に用いられる第１プロセス値及び第２プロセス値は、例えば、ボイラ１０における過熱器出口蒸気温度偏差、及び、過熱器スプレイ弁開度である。また第３補正係数ＡＮ３の算出に用いられる第１プロセス値及び第２プロセス値は、前述した第２補正係数ＡＮ２の算出に用いられる第１プロセス値及び第２プロセス値と共通であってもよいし、異なっていてもよい。

尚、図５では第３補正係数算出部１７６として、偏差ΔＰの変化が増加方向である場合に対応する第３補正係数算出部１７６ａと、偏差ΔＰの変化が減少方向である場合に対応する第３補正係数算出部１７６ｂとが示されているが、両者の構成は、前述した第１～第３条件の判定閾値の正負が異なることを除いて同一である。

図８は偏差ΔＰの時間的変化に対する各補正係数の算出範囲を示す図である。第１補正係数ＡＮ１は、偏差ΔＰが第１基準値ΔＰｒｅｆより大きくなる範囲Ａにおいて算出される（この場合、第１補正係数算出部１７２からはデフォルト値「１．０」ではない第１補正係数ＡＮ１が出力される）。第２補正係数ＡＮ２は、偏差変化率ＤＰが第２基準値ＤＰｒｅｆより大きくなる範囲Ｂにおいて算出される（この場合、第２補正係数算出部１７４からはデフォルト値「１．０」ではない第２補正係数ＡＮ２が出力される）。第３補正係数ＡＮ３は、偏差変化加速度ＡＰが第３基準値ＡＰｒｅｆより大きくなる範囲Ｃにおいて算出される（この場合、第３補正係数算出部１７６からはデフォルト値「１．０」ではない第３補正係数ＡＮ３が出力される）。

このように範囲Ａ～範囲Ｃでは、それぞれ第１補正係数ＡＮ１～第３補正係数ＡＮ３が出力される。特に範囲Ａ及びＢが重複している範囲では、第１補正係数ＡＮ１及びＡＮ２がデフォルト値「１．０」以外を示すため、先行制御信号ＢＩＲは、第１補正係数ＡＮ１及び第２補正係数ＡＮ２を含む（第１補正係数ＡＮ１と第２補正係数ＡＮ２とを乗算した）補正係数ＡＮによって補正される。また範囲Ａ～Ｃが重複している範囲では、第１補正係数ＡＮ１、第２補正係数ＡＮ２及び第３補正係数ＡＮ３がデフォルト値「１．０」以外を示すため、先行制御信号ＢＩＲは、第１補正係数ＡＮ１、第２補正係数ＡＮ２及び第３補正係数ＡＮ３を含む（第１補正係数ＡＮ１と第２補正係数ＡＮ２と第３補正係数ＡＮ３とを乗算した）補正係数ＡＮによって補正される。

尚、補正係数算出部１７０は、図５に示すように、負荷変化中に補正係数ＡＮを予め設定された上限値以下になるように制限するための補正係数制限部１８０を更に備える。補正係数制限部１８０は、ボイラの負荷指標の変化等に基づいてボイラの負荷変化が開始したことを検知し、それをトリガーとして、第１補正係数ＡＮ１、第２補正係数ＡＮ２及び第３補正係数ＡＮ３を乗算して統合した補正係数と上限値（図５ではＳＧ１に格納されている設定値「２．０」）とを比較し、小さい方を最終的な補正係数ＡＮとして出力するように構成される。このように補正係数ＡＮが予め設定された上限値以下に制限することで、負荷変化中に補正係数ＡＮが過大になることでボイラの運転が不安定になることを効果的に防止できる。

以上説明したように上記実施形態によれば、ボイラ１０の運転状態を示す指標の設定値に対する偏差ΔＰに基づいて、先行制御信号ＢＩＲに対する補正係数ＡＮが算出される。これにより、ボイラ１０の運転状態が、各種設定値を決定した試運転時から変化している場合であっても、当該変化の状況（変化の程度、方向）を示す偏差ΔＰに基づく補正係数ＡＮによって先行制御信号ＢＩＲを補正することで、安定的なボイラ運転を実現できる。特に、補正係数ＡＮは、偏差ΔＰに加えて、指標の変化率ＤＰ又は変化加速度ＡＰの少なくとも一方に基づいて算出されることで、単純に偏差ΔＰだけに基づいて算出した場合に比べて、良好な安定性を達成できる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一態様に係るボイラ制御装置は、
ボイラ（１０）の負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号（ＢＩＲ）を生成するための先行制御信号生成部（１６０）と、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差（ΔＰ）、及び、前記指標の変化率（ＤＰ）又は変化加速度（ＡＰ）の少なくとも一方に基づいて前記先行制御信号を補正するための補正係数（ＡＮ）を算出するための補正係数算出部（１７０）と、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するための制御部（１５０）と、
を備える。

上記（１）の態様によれば、ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差に基づいて、先行制御信号に対する補正係数が算出される。これにより、ボイラの運転状態が試運転時から変化している場合であっても、当該変化の状況を示す偏差に基づく補正係数によって先行制御信号を補正することで、安定的なボイラ運転を実現できる。特に、補正係数は、偏差に加えて、指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて算出されることで、単純に偏差だけに基づいて算出した場合に比べて、良好な安定性を達成できる。

（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記補正係数算出部は、
前記偏差が第１基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記偏差に基づく第１補正係数（ＡＮ１）を算出するための第１補正係数算出部（１７２）と、
前記変化率が第２基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記変化率に基づく第２補正係数（ＡＮ２）を算出するための第２補正係数算出部（１７４）と、
前記変化加速度が第３基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記変化加速度に基づく第３補正係数（ＡＮ３）を算出するための第３補正係数算出部（１７６）と、
を含む。

上記（２）の態様によれば、先行制御信号を補正するための補正係数として、偏差、変化率及び変化加速度にそれぞれ対応する第１補正係数、第２補正係数及び第３補正係数が算出される。

（３）他の態様では、上記（２）の態様において、
前記第１補正係数は、前記偏差と前記第１補正係数との関係を規定する第１関数を用いて算出される。

上記（３）の態様によれば、補正係数として、第１関数に偏差を入力することによって得られる第１補正係数を用いて先行制御信号が補正される。

（４）他の態様では、上記（２）又は（３）の態様において、
前記第２補正係数は、前記ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、前記ボイラの少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される。

上記（４）の態様によれば、補正係数として、負荷指標及び少なくとも１つのプロセス値に基づいて算出される第２補正係数を用いて先行制御信号が補正される。

（５）他の態様では、上記（２）から（４）のいずれか一態様において、
前記第３補正係数は、前記ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、前記ボイラの少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される。

上記（５）の態様によれば、補正係数として、負荷指標及び少なくとも１つのプロセス値に基づいて算出される第３補正係数を用いて先行制御信号が補正される。

（６）他の態様では、上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
前記負荷変化において前記補正係数を予め設定された上限値以下になるように制限するための補正係数制限部を更に備える。

上記（６）の態様によれば、補正係数が予め設定された上限値以下に制限することで、負荷変化中に補正係数が過大になることでボイラの運転が不安定になることを効果的に防止できる。

（７）他の態様では、上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
前記指標は、前記ボイラの出口における蒸気過熱度である。

上記（７）の態様によれば、ボイラの過熱器出口蒸気の過熱度を指標とした偏差に基づいて補正係数の算出が行われる。これにより、例えば、伝熱面の汚れやスーツブロアの稼働状態によって過熱度が試運転時より変化していたとしても、補正係数によって補正された先行制御信号に基づいてボイラを制御することで、安定的なボイラ運転を実現できる。

（８）一態様に係るボイラ制御方法は、
ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
を備える。

上記（８）の態様によれば、ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差に基づいて、先行制御信号に対する補正係数が算出される。これにより、ボイラの運転状態が試運転時から変化している場合であっても、当該変化を示す偏差に基づく補正係数によって先行制御信号を補正することで、安定的なボイラ運転を実現できる。特に、補正係数は、偏差に加えて、指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて算出されることで、単純に偏差だけに基づいて算出した場合に比べて、良好な安定性を達成できる。

（９）一態様に係るプログラムは、
コンピュータを用いて、
ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
を実行可能である。

上記（９）の態様によれば、ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差に基づいて、先行制御信号に対する補正係数が算出される。これにより、ボイラの運転状態が試運転時から変化している場合であっても、当該変化を示す偏差に基づく補正係数によって先行制御信号を補正することで、安定的なボイラ運転を実現できる。特に、補正係数は、偏差に加えて、指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて算出されることで、単純に偏差だけに基づいて算出した場合に比べて、良好な安定性を達成できる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼ガス通路
１３ 煙道
２０ 燃焼装置
２１ バーナ
２２ 微粉燃料供給管
２３ 風箱
２４ 風道
３１ ミル
３２ 押込通風機
４１ ガスダクト
４２ 空気予熱器
４３ 脱硝装置
４４ 集じん装置
４６ 脱硫装置
４７ 煙突
１００ ボイラ制御装置
１０１ 火炉壁
１０２ 過熱器
１０３ 再熱器
１０４ 節炭器
１１０ 入力部
１２０ 記憶部
１３０ 演算部
１４０ 出力部
１５０ 制御部
１６０ 先行制御信号生成部
１７０ 補正係数算出部
１７２ 第１補正係数算出部
１７４ 第２補正係数算出部
１７５ 偏差変化率算出部
１７６ 第３補正係数算出部
１７７ 切替部
１７８ 偏差変化加速度算出部
１７９ 切替部
１８０ 補正係数制限部
ＡＮ 補正係数

Claims (9)

1. ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するための先行制御信号生成部と、
   前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するための補正係数算出部と、
   前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するための制御部と、
   を備える、ボイラ制御装置。
2. 前記補正係数算出部は、
   前記偏差が第１基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記偏差に基づく第１補正係数を算出するための第１補正係数算出部と、
   前記変化率が第２基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記変化率に基づく第２補正係数を算出するための第２補正係数算出部と、
   前記変化加速度が第３基準値より大きい場合に、前記補正係数として前記変化加速度に基づく第３補正係数を算出するための第３補正係数算出部と、
   を含む、請求項１に記載のボイラ制御装置。
3. 前記第１補正係数は、前記偏差と前記第１補正係数との関係を規定する第１関数を用いて算出される、請求項２に記載のボイラ制御装置。
4. 前記第２補正係数は、前記ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、前記ボイラの少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される、請求項２又は３に記載のボイラ制御装置。
5. 前記第３補正係数は、前記ボイラの負荷に対応する負荷指標、及び、前記ボイラの少なくとも一つのプロセス値に基づいて算出される、請求項２から４のいずれか一項に記載のボイラ制御装置。
6. 前記負荷変化において前記補正係数を予め設定された上限値以下になるように制限するための補正係数制限部を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のボイラ制御装置。
7. 前記指標は、前記ボイラの出口における蒸気過熱度である、請求項１から６のいずれか一項に記載のボイラ制御装置。
8. ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
   前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
   前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
   を備える、ボイラ制御方法。
9. コンピュータを用いて、
   ボイラの負荷変化に基づいて前記ボイラに対する先行制御信号を生成するステップと、
   前記ボイラの運転状態を示す指標の設定値に対する偏差、及び、前記指標の変化率又は変化加速度の少なくとも一方に基づいて、前記先行制御信号を補正するための補正係数を算出するステップと、
   前記補正係数を用いて補正された前記先行制御信号に基づいて前記ボイラを制御するステップと、
   を実行可能な、プログラム。

Images