JP2023169588A

JP2023169588A - Plant simulator and simulator for operation training

Info

Publication number: JP2023169588A
Application number: JP2022080801A
Authority: JP
Inventors: 力夫井上; Rikio Inoue; 賢祐西; Kensuke Nishi; 家弓　喜雄; Yoshio Ieyumi; 慧森山; Kei Moriyama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2023223664A1

Abstract

To improve the accuracy of prediction of simulation in an operation area different from a normal operation time.SOLUTION: A plant simulator 30 simulates the behavior of a plant comprising a circulating fluidized bed boiler that circulates fluid material discharged from a combustor through a cyclone and an external heat exchanger to the combustor. The plant simulator 30 comprises: a model storage unit 40 that stores a physical model of the plant; and an operation unit 45 that simulates the behavior of the plant by using input data and the physical model. The physical model of the plant includes a physical model related to the components of the circulating fluidized bed boiler. The operation unit 45 includes at least one of a combustor operation unit 46 that simulates a delay in combustion of fuel introduced into a combustor, a cyclone operation unit 47 that simulates an afterburning phenomenon in the cyclone, and an external heat exchange operation unit 48 that simulates a delay in heat transfer caused by the fluid material in the external heat exchanger.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、プラントシミュレータ及び運転訓練用シミュレータに関するものである。 The present disclosure relates to a plant simulator and an operator training simulator.

従来、火力発電プラント、原子力発電プラント等の発電プラントにおいて、運転員の教育及び訓練に利用される運転訓練用シミュレータが開発されている。例えば、特許文献１には、循環流動層（ＣＦＢ：ＣｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄ）ボイラを用いた火力発電プラントの運転訓練用シミュレータが開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, operation training simulators have been developed for use in the education and training of operators in power plants such as thermal power plants and nuclear power plants. For example, Patent Document 1 discloses a simulator for operation training of a thermal power plant using a circulating fluidized bed (CFB) boiler.

特許第５９１７３６６号公報Patent No. 5917366

特許文献１に開示される運転訓練用シミュレータは、プラントの挙動を表現するモデルとして統計モデルを用い、操作者により入力された設定値に応じてプロセス値を演算することで、プラントの挙動をシミュレーションしている。このため、シミュレーションの予測精度を高くするためには、相当数の稼働データを必要とする。したがって、稼働データが十分に得られる通常運転時の予測精度は高いものの、データが不足する運転領域、例えば、異常発生時においては、十分な予測精度を得ることが難しいという問題があった。 The operator training simulator disclosed in Patent Document 1 uses a statistical model as a model to express the behavior of the plant, and simulates the behavior of the plant by calculating process values according to setting values input by the operator. are doing. Therefore, in order to increase the prediction accuracy of simulation, a considerable amount of operational data is required. Therefore, although the prediction accuracy is high during normal operation when sufficient operating data is available, there is a problem in that it is difficult to obtain sufficient prediction accuracy in an operation region where data is insufficient, for example, when an abnormality occurs.

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、通常運転時とは異なる運転領域におけるシミュレーションの予測精度を向上させることのできるプラントシミュレータ及び運転訓練用シミュレータを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and the purpose of the present disclosure is to provide a plant simulator and an operator training simulator that can improve the prediction accuracy of simulation in an operating region different from normal operation. shall be.

本開示の第一態様は、コンバスタから排出された流動材をサイクロン及び外部熱交換器を経由して前記コンバスタへ循環させる循環流動層ボイラを備えるプラントの挙動を模擬するプラントシミュレータであって、前記プラントの物理モデルを記憶するためのモデル記憶部と、入力データと前記物理モデルとを用いて前記プラントの挙動を模擬する演算部とを備え、前記プラントの物理モデルは、前記循環流動層ボイラの構成要素に関する物理モデルを含み、前記演算部は、前記コンバスタにおける投入燃料の燃焼遅れ、前記サイクロンにおける後燃え現象、及び前記外部熱交換器における前記流動材による伝熱遅れの少なくともいずれか１つを含む演算を行うプラントシミュレータである。 A first aspect of the present disclosure is a plant simulator that simulates the behavior of a plant equipped with a circulating fluidized bed boiler that circulates fluidized material discharged from a combustor to the combustor via a cyclone and an external heat exchanger, The physical model of the plant includes a model storage unit for storing a physical model of the plant, and a calculation unit that simulates the behavior of the plant using input data and the physical model. The calculation unit includes a physical model regarding the components, and the calculation unit calculates at least one of a combustion delay of input fuel in the combustor, an afterburning phenomenon in the cyclone, and a heat transfer delay due to the fluid material in the external heat exchanger. This is a plant simulator that performs calculations including:

本開示の第二態様は、コンピュータを上記プラントシミュレータとして機能させるためのプログラムである。 A second aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to function as the plant simulator.

本開示の第三態様は、上記プラントシミュレータと、操作量を入力するための訓練者端末と、前記操作量に基づく制御指令値を前記プラントシミュレータに与える制御シミュレータと、前記プラントシミュレータ又は前記制御シミュレータの内部パラメータに変化を与えるための監督者端末とを備える運転訓練用シミュレータである。 A third aspect of the present disclosure provides the above plant simulator, a trainee terminal for inputting a manipulated variable, a control simulator that provides a control command value based on the manipulated variable to the plant simulator, and the plant simulator or the control simulator. This is a driving training simulator equipped with a supervisor terminal for changing the internal parameters of the driver.

本開示のプラントシミュレータ及び運転訓練用シミュレータによれば、通常運転時とは異なる運転領域におけるシミュレーションの予測精度を向上させることができるという効果を奏する。 According to the plant simulator and driving training simulator of the present disclosure, it is possible to improve the prediction accuracy of simulation in an operating region different from normal operation.

本開示の一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a power generation plant according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係るプラントシミュレータのハードウェア構成の一例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a hardware configuration of a plant simulator according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係るプラントシミュレータが備える機能の一例を示した機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of functions included in a plant simulator according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る循環流動層ボイラの挙動を模擬する各演算部の関係及び入出力データの一例を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the relationship between calculation units and input/output data that simulates the behavior of a circulating fluidized bed boiler according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係るコンバスタ演算部により実行される演算処理の内容を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the contents of arithmetic processing executed by a combustor arithmetic unit according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係るサイクロン演算部により実行される演算処理の内容を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the content of calculation processing executed by a cyclone calculation unit according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る外部熱交換演算部により実行される演算処理の内容を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the contents of calculation processing executed by an external heat exchange calculation section according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る運転訓練用シミュレータの全体構成を概略的に示した図である。1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a driving training simulator according to an embodiment of the present disclosure.

以下に、本開示に係るプラントシミュレータの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本開示の一実施形態に係るプラントシミュレータは、循環流動層ボイラ（以下「ＣＦＢボイラ」という。）を備える発電プラントの挙動を模擬（シミュレーション）するシミュレータである。以下、本実施形態に係るプラントシミュレータについて説明する前に、発電プラント１の構成について簡単に説明する。 An embodiment of a plant simulator according to the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
A plant simulator according to an embodiment of the present disclosure is a simulator that simulates the behavior of a power plant including a circulating fluidized bed boiler (hereinafter referred to as "CFB boiler"). Hereinafter, before explaining the plant simulator according to this embodiment, the configuration of the power generation plant 1 will be briefly explained.

（発電プラントの構成）
図１は、本開示の一実施形態に係る発電プラント１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る発電プラント１は、蒸気を生成するボイラとしてＣＦＢボイラ２を備えている。更に、発電プラント１は、ＣＦＢボイラ２で生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービン３と、蒸気タービン３の駆動力によって発電する発電機４とを備えている。
なお、以下の説明において、「上方」とは鉛直上側方向を、「下方」とは鉛直下側方向を示している。 (Configuration of power generation plant)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power plant 1 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the power plant 1 according to the present embodiment includes a CFB boiler 2 as a boiler that generates steam. Furthermore, the power plant 1 includes a steam turbine 3 that is rotationally driven by the steam generated by the CFB boiler 2 and a generator 4 that generates electricity using the driving force of the steam turbine 3.
In the following description, "upper" refers to a vertically upper direction, and "downward" refers to a vertically lower direction.

ＣＦＢボイラ２は、例えば、コンバスタ５、サイクロン１３、及び外部熱交換器１５を備えている。更に、ＣＦＢボイラ２は、複数の熱交換器８等を備える対流伝熱部７を備えている。
ＣＦＢボイラ２は、コンバスタ５から排出された流動材をサイクロン１３及び外部熱交換器１５を経由してコンバスタ５へ循環させる。流動材の一例として、流動砂（例えば、河砂などＳｉＯ２が主体の粒子）が挙げられる。 The CFB boiler 2 includes, for example, a combustor 5, a cyclone 13, and an external heat exchanger 15. Further, the CFB boiler 2 includes a convection heat transfer section 7 including a plurality of heat exchangers 8 and the like.
The CFB boiler 2 circulates the fluid discharged from the combustor 5 to the combustor 5 via the cyclone 13 and the external heat exchanger 15. An example of the fluid material is fluid sand (for example, particles mainly composed of SiO2, such as river sand).

更に、ＣＦＢボイラ２は、コンバスタ５に燃料を供給する燃料供給装置６を備えている。ＣＦＢボイラ２では、広範な燃料を燃焼可能であり、例えば、燃料として石炭（瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、無煙炭など）、石油コークス、木質バイオマス、製紙スラッジ、ＲＰＦ（ＲｅｆｕｓｅＰａｐｅｒ＆ＰｌａｓｔｉｃＦｕｅｌ）、ＲＤＦ（ＲｅｆｕｓｅＤｅｒｉｖｅｄＦｕｅｌ）、廃タイヤ、脱水汚泥、都市ごみ等を採用することができる。 Further, the CFB boiler 2 includes a fuel supply device 6 that supplies fuel to the combustor 5. The CFB boiler 2 can burn a wide range of fuels, such as coal (bituminous coal, sub-bituminous coal, lignite, anthracite, etc.), petroleum coke, woody biomass, paper sludge, RPF (Refuse Paper & Plastic Fuel), and RDF. (Refuse Derived Fuel), waste tires, dehydrated sludge, municipal waste, etc. can be used.

図１に示す燃料供給装置６は燃料として石炭を採用した場合の一例である。本実施形態では、コンバスタ５の内圧力が大気圧より少し高いので、燃料供給装置６は、燃料供給系統へ燃焼ガスなどが逆流しないよう、ロータリバルブ１０及びシール空気供給装置（図示省略）が設けられている。 The fuel supply device 6 shown in FIG. 1 is an example in which coal is used as fuel. In this embodiment, since the internal pressure of the combustor 5 is slightly higher than atmospheric pressure, the fuel supply device 6 is equipped with a rotary valve 10 and a seal air supply device (not shown) to prevent combustion gas from flowing back into the fuel supply system. It is being

コンバスタ５は、例えば、炉底２９に設けられたノズルから供給される空気（気体）により、内部で流動材を流動させ、流動材の流動層を形成する。ＣＦＢボイラ２は、このように流動層を形成することで、コンバスタ５内の燃料、流動材、および空気の混合を促進し、燃焼効率の向上を図っている。なお、ＣＦＢボイラ２の通常運転時においては、ノズルからは気体として空気が供給されるが、停止時の炉内パージなどでは、不活性ガス（窒素ガスなど）を導入してもよい。 The combustor 5 causes the fluidized material to flow therein by, for example, air (gas) supplied from a nozzle provided at the furnace bottom 29, thereby forming a fluidized bed of the fluidized material. By forming a fluidized bed in this manner, the CFB boiler 2 promotes mixing of the fuel, fluid material, and air in the combustor 5, and aims to improve combustion efficiency. Note that during normal operation of the CFB boiler 2, air is supplied as a gas from the nozzle, but an inert gas (nitrogen gas, etc.) may be introduced when purging the furnace during shutdown.

また、コンバスタ５から排ガスとともに飛び出す循環粒子（例えば、流動材と未燃燃料）は、コンバスタ５出口側に設けられたサイクロン１３によって、燃焼ガスと循環粒子とに分離される。サイクロン１３で分離・捕集した循環粒子は、シールポット１４および外部熱交換器１５を介して、再びコンバスタ５へ戻される。このように、本実施形態に係るＣＦＢボイラ２では、流動材や未燃燃料を循環させるシステムとすることにより燃焼効率の向上を図っている。また、外部熱交換器１５へ送られる循環粒子の分岐率を灰取出弁１６で調整することで、コンバスタ５の炉内温度を調整することができる。外部熱交換器１５へは、循環粒子を流動させるための流体（例えば、空気等）がブロワ１７から供給されている。 Further, circulating particles (for example, fluidized material and unburned fuel) flying out from the combustor 5 together with the exhaust gas are separated into combustion gas and circulating particles by a cyclone 13 provided on the exit side of the combustor 5. The circulating particles separated and collected by the cyclone 13 are returned to the combustor 5 via the seal pot 14 and the external heat exchanger 15. In this way, in the CFB boiler 2 according to the present embodiment, the combustion efficiency is improved by using a system that circulates the fluidized material and unburned fuel. Furthermore, by adjusting the branching rate of circulating particles sent to the external heat exchanger 15 using the ash removal valve 16, the temperature inside the combustor 5 can be adjusted. A blower 17 supplies a fluid (for example, air) to the external heat exchanger 15 to flow the circulating particles.

サイクロン１３で分離された燃焼ガスは、対流伝熱部７に送られる。対流伝熱部７において、燃焼ガスは、対流伝熱部７に設けられた複数の熱交換器８の内部を流通する水や蒸気と熱交換する。熱交換器８では、燃焼ガスとの熱交換によって蒸気が生成される。生成された蒸気は、蒸気タービン３に送られ、蒸気タービン３を回転駆動する。蒸気タービン３が回転駆動すると、その回転力が発電機４に伝達され、発電機４が発電する。また、対流伝熱部７において、熱交換器８と熱交換した燃焼ガスは、空気予熱器２２及びバグフィルタ２３を通過した後に、煙突（図示省略）から大気に放出される。 The combustion gas separated by the cyclone 13 is sent to the convection heat transfer section 7. In the convection heat transfer section 7 , the combustion gas exchanges heat with water and steam flowing through a plurality of heat exchangers 8 provided in the convection heat transfer section 7 . In the heat exchanger 8, steam is generated by heat exchange with combustion gas. The generated steam is sent to the steam turbine 3 and drives the steam turbine 3 to rotate. When the steam turbine 3 is driven to rotate, its rotational force is transmitted to the generator 4, and the generator 4 generates electricity. Furthermore, in the convection heat transfer section 7, the combustion gas that has exchanged heat with the heat exchanger 8 passes through an air preheater 22 and a bag filter 23, and then is released into the atmosphere from a chimney (not shown).

コンバスタ５には、コンバスタ５内において流動材を流動させる複数のノズル（図示略）と、燃焼空気を供給する燃焼空気供給部２６とが設けられている。なお、微粉燃焼方式で用いられるコンバスタが部分的に１５００℃程度を超過することに対し、ＣＦＢボイラ２で用いられるコンバスタ５では炉内温度が均一であるとともに、例えば８００～９００℃に制御される。このため、ＣＦＢボイラ２では、サーマルＮＯｘ（燃焼温度依存の発生ＮＯｘ）の生成量を抑制できる。また、コンバスタ５内に石灰石を供給することで炉内脱硫（ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２、ＣａＯ＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２ →ＣａＳＯ４）を行うことも可能となる。 The combustor 5 is provided with a plurality of nozzles (not shown) that cause the fluid to flow within the combustor 5, and a combustion air supply section 26 that supplies combustion air. Note that, while the combustor used in the pulverized powder combustion method partially exceeds about 1500°C, the combustor 5 used in the CFB boiler 2 has a uniform furnace temperature and is controlled to, for example, 800 to 900°C. . Therefore, in the CFB boiler 2, the amount of thermal NOx (generated NOx dependent on combustion temperature) generated can be suppressed. Further, by supplying limestone into the combustor 5, it is also possible to perform in-furnace desulfurization (CaCO3→CaO+CO2, CaO+SO2+1/2O2→CaSO4).

燃焼空気供給部２６は、例えば、複数設けられている。燃焼空気供給部２６は、各々、ＦＤＦ（ＦｏｒｃｅｄＤｅｌｉｖｅｒｙＦａｎ）２７から供給され、空気予熱器２２で燃焼ガスとの熱交換によって予熱された空気の一部を、燃焼用空気として炉内に噴出する。噴出される燃焼用空気は、風室２８によって、各燃焼空気供給部２６に略均一に分配されている。このため、コンバスタ５内では一様な流動層が形成され、炉内温度が比較的均一になる。 For example, a plurality of combustion air supply sections 26 are provided. The combustion air supply units 26 are each supplied from a FDF (Forced Delivery Fan) 27 and eject a part of the air, which has been preheated by heat exchange with the combustion gas in the air preheater 22, into the furnace as combustion air. . The ejected combustion air is distributed approximately uniformly to each combustion air supply section 26 by the wind chamber 28 . Therefore, a uniform fluidized bed is formed within the combustor 5, and the temperature within the furnace becomes relatively uniform.

このように、ＣＦＢボイラ２は、各構成要素における熱容量の比較的大きな流動材による熱移動、コンバスタ５における反応速度が比較的遅い流動層燃焼、サイクロン１３における流動材及び燃焼ガスの分離、外部熱交換器１５における流動層伝熱といった、噴流床燃焼を用いた微粉燃料焚ボイラとは異なる特徴的な挙動を示す。 In this way, the CFB boiler 2 uses heat transfer by a fluid material with a relatively large heat capacity in each component, fluidized bed combustion with a relatively slow reaction rate in the combustor 5, separation of the fluid material and combustion gas in the cyclone 13, and external heat transfer. It exhibits characteristic behavior, such as fluidized bed heat transfer in the exchanger 15, which is different from a pulverized fuel fired boiler using spouted bed combustion.

（プラントシミュレータ）
次に、本実施形態に係るプラントシミュレータ３０について、図面を参照して説明する。プラントシミュレータ３０は、上述した発電プラント１の挙動を模擬する装置である。 (Plant simulator)
Next, the plant simulator 30 according to this embodiment will be explained with reference to the drawings. The plant simulator 30 is a device that simulates the behavior of the power plant 1 described above.

図２は、プラントシミュレータ３０のハードウェア構成の一例を示した図である。図２に示すように、プラントシミュレータ３０は、いわゆるコンピュータであり、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：プロセッサ）３１、主記憶装置（ＭａｉｎＭｅｍｏｒｙ）３２、二次記憶装置（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｔｏｒａｇｅ：メモリ）３３等を備えている。更に、プラントシミュレータ３０は、外部機器と接続するための外部インターフェース３４、ネットワークを介して他の装置と通信を行い、情報の送受信を行うための通信インターフェース３５を備えていてもよい。また、プラントシミュレータ３０は、プラントシミュレータ３０に対して設定値や運転条件等の各種データを与えるための入力部（図示略）、シミュレーション結果を表示するための表示部（図示略）を備えていてもよい。これら各部は、例えば、バス３６を介して互いに情報の授受が可能な構成とされている。また、入力部及び表示部は、外部インターフェース３４又は通信インターフェース３５を介してプラントシミュレータ３０のＣＰＵ３１と情報の授受が可能な構成とされていてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the plant simulator 30. As shown in FIG. 2, the plant simulator 30 is a so-called computer, and includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 31, a main memory 32, a secondary storage 33, etc. It is equipped with Furthermore, the plant simulator 30 may include an external interface 34 for connecting with external equipment, and a communication interface 35 for communicating with other devices via a network and transmitting and receiving information. The plant simulator 30 also includes an input section (not shown) for providing various data such as setting values and operating conditions to the plant simulator 30, and a display section (not shown) for displaying simulation results. Good too. These units are configured to be able to exchange information with each other via a bus 36, for example. Further, the input section and the display section may be configured to be able to exchange information with the CPU 31 of the plant simulator 30 via the external interface 34 or the communication interface 35.

主記憶装置３２は、例えば、キャッシュメモリ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の書き込み可能なメモリで構成され、ＣＰＵ３１の実行プログラムの読み出し、実行プログラムによる処理データの書き込み等を行う作業領域として利用される。
二次記憶装置３３は、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｍｅｄｉｕｍ）である。二次記憶装置３３は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどである。 The main storage device 32 is composed of a writable memory such as a cache memory and a RAM (Random Access Memory), and is used as a work area for reading an execution program of the CPU 31, writing processing data by the execution program, etc. .
The secondary storage device 33 is a non-transitory computer readable storage medium. The secondary storage device 33 is, for example, a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.

後述する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で二次記憶装置３３に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ３１が主記憶装置３２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、後述する各種機能が実現される。なお、プログラムは、二次記憶装置３３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。 A series of processes for realizing various functions described below are stored, for example, in the form of a program in the secondary storage device 33, and the CPU 31 reads this program to the main storage device 32 to process and calculate information. By executing the process, various functions described below are realized. The program may be installed in the secondary storage device 33 in advance, stored in a computer-readable storage medium, or distributed via wired or wireless communication means. may be applied. Computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, and the like.

ＣＰＵ３１、主記憶装置３２、二次記憶装置３３は、複数設けられていてもよい。例えば、ＣＰＵ３１は、１つのプロセッサ・パッケージ内に複数のプロセッサコアが搭載されたマルチコア・シングルプロセッサとして実現されてもよい。また、ＣＰＵ３１は、１つのプロセッサ・パッケージ内に１つのプロセッサコアが搭載されたシングルコアを複数備えるシングルコア・マルチプロセッサにより実現されてもよい。 A plurality of CPUs 31, main storage devices 32, and secondary storage devices 33 may be provided. For example, the CPU 31 may be implemented as a multi-core single processor in which a plurality of processor cores are mounted in one processor package. Further, the CPU 31 may be realized by a single-core multiprocessor including a plurality of single cores in which one processor core is mounted in one processor package.

図３は、本実施形態に係るプラントシミュレータ３０が備える機能の一例を示した機能ブロック図である。図３に示すように、プラントシミュレータ３０は、発電プラント１の物理モデルを記憶するためのモデル記憶部４０と、シミュレーションに関する演算を実行する演算部４５とを備えている。 FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the functions included in the plant simulator 30 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the plant simulator 30 includes a model storage unit 40 for storing a physical model of the power generation plant 1, and a calculation unit 45 for performing calculations related to simulation.

モデル記憶部４０には、発電プラント１の挙動を演算するための複数の物理モデルが格納されている。例えば、モデル記憶部４０には、発電プラント１を構成する各構成要素の物理モデルが格納されている。例えば、ＣＦＢボイラ２においては、コンバスタ５、サイクロン１３、外部熱交換器１５等の構成要素に関する物理モデルがそれぞれ格納されている。各物理モデルは、例えば、ヤコビアン等の行列によって表され、各構成要素の入出力を紐づける内部パラメータを含んでいる。 The model storage unit 40 stores a plurality of physical models for calculating the behavior of the power plant 1. For example, the model storage unit 40 stores physical models of each component that constitutes the power generation plant 1. For example, in the CFB boiler 2, physical models regarding components such as the combustor 5, the cyclone 13, and the external heat exchanger 15 are stored. Each physical model is represented by a matrix such as a Jacobian, and includes internal parameters that link inputs and outputs of each component.

モデル記憶部４０は、例えば、上述した二次記憶装置３３として実現されてもよい。また、モデル記憶部４０は、外部インターフェース３４又は通信インターフェース３５を介して接続される外部記憶装置として実現されてもよい。例えば、モデル記憶部４０は、クラウド上のサーバとして実現されてもよい。このように、モデル記憶部４０は、後述する演算部４５がアクセス可能な記憶部として実現されていればよく、物理モデルの格納場所については特に限定されない。 The model storage unit 40 may be realized, for example, as the secondary storage device 33 described above. Further, the model storage unit 40 may be realized as an external storage device connected via the external interface 34 or the communication interface 35. For example, the model storage unit 40 may be implemented as a server on the cloud. In this way, the model storage unit 40 only needs to be implemented as a storage unit that can be accessed by the calculation unit 45, which will be described later, and the storage location of the physical model is not particularly limited.

演算部４５は、入力データ（制御指令信号、設定値等）とモデル記憶部４０に格納されている各種物理モデルとを用いて発電プラント１の挙動を模擬する。例えば、演算部４５は、コンバスタ演算部４６、サイクロン演算部４７、及び外部熱交換演算部４８等を備えている。 The calculation unit 45 simulates the behavior of the power generation plant 1 using input data (control command signals, set values, etc.) and various physical models stored in the model storage unit 40. For example, the calculation unit 45 includes a combustor calculation unit 46, a cyclone calculation unit 47, an external heat exchange calculation unit 48, and the like.

図４は、本実施形態に係るＣＦＢボイラ２の挙動を模擬する各演算部の関係及び入出力データの一例を示した図である。ＣＦＢボイラ２に関する物理モデルは、例えば、ＣＦＢボイラ２の特徴である流動材による熱移動、コンバスタ５における流動層燃焼、サイクロン１３による燃焼ガスと流動材の分離回収といった独自の挙動を再現するマスヒートバランスを演算可能な物理モデルとして構築されている。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the calculation units and input/output data that simulates the behavior of the CFB boiler 2 according to the present embodiment. The physical model for the CFB boiler 2 is a mass heat model that reproduces the unique behavior of the CFB boiler 2, such as heat transfer by the fluidized material, fluidized bed combustion in the combustor 5, and separation and recovery of combustion gas and fluidized material by the cyclone 13. It is constructed as a physical model that can calculate balance.

図１に示したように、ＣＦＢボイラ２においては、投入された燃料が流動材と混合され、燃焼することで発生した熱が対流伝熱部７へ供給されるとともに、流動材はサイクロン１３で回収されて、シールポット１４又は外部熱交換器１５からコンバスタ５へと再度投入される。したがって、このような燃焼ガス及び流動材の流れに沿って各演算部４６～４８が演算を行う。
なお、図４においては、流動材の循環に関する入力データ及び出力データを主に示しており、一部の入力データ及び一部の出力データは図示が省略されている。 As shown in FIG. 1, in the CFB boiler 2, the input fuel is mixed with a fluidized material, and the heat generated by combustion is supplied to the convection heat transfer section 7, and the fluidized material is passed through a cyclone 13. It is recovered and fed into the combustor 5 again from the seal pot 14 or the external heat exchanger 15. Therefore, each of the calculation units 46 to 48 performs calculations along the flow of combustion gas and fluidized material.
Note that FIG. 4 mainly shows input data and output data regarding the circulation of the fluid material, and illustration of some input data and some output data is omitted.

図５は、コンバスタ演算部４６により実行される演算処理の内容を示した図である。図５に示すように、コンバスタ演算部４６は、主にコンバスタ５に投入された燃料が流動材と混合され、燃焼する燃焼状態の挙動を模擬する。コンバスタ演算部４６は、例えば、燃焼遅れ演算部４６１及び出口状態演算部４６２を備えている。 FIG. 5 is a diagram showing the contents of the calculation process executed by the combustor calculation unit 46. As shown in FIG. 5, the combustor calculation unit 46 mainly simulates the behavior of a combustion state in which the fuel input into the combustor 5 is mixed with a fluidized material and combusted. The combustor calculation section 46 includes, for example, a combustion delay calculation section 461 and an outlet state calculation section 462.

燃焼遅れ演算部４６１は、コンバスタ５における投入燃料の燃焼遅れを模擬する。例えば、燃焼遅れ演算部４６１は、燃料種別、燃料流量、燃焼ガス流量、及び燃料投入機器の運転状態に関する情報（例えば、運転ポイント、運転負荷等）の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した入力データと投入燃料の燃焼遅れを演算するための物理モデルとを用いて、コンバスタ５における投入燃料の燃焼遅れを演算する。 The combustion delay calculation unit 461 simulates the combustion delay of the input fuel in the combustor 5. For example, the combustion delay calculation unit 461 acquires as input data at least one of the fuel type, fuel flow rate, combustion gas flow rate, and information regarding the operating state of the fuel injection device (for example, operating points, operating load, etc.). , the combustion delay of the input fuel in the combustor 5 is calculated using the acquired input data and a physical model for calculating the combustion delay of the input fuel.

燃料種別の一例として、石炭、バイオマス燃料（例えば、木質ペレット、ＰＫＳ、木質チップ等）、廃棄物燃料（例えば、廃タイヤ）が挙げられる。燃料投入機器の一例として、払出コンベア、給炭器が挙げられる。 Examples of fuel types include coal, biomass fuel (eg, wood pellets, PKS, wood chips, etc.), and waste fuel (eg, waste tires). Examples of fuel input devices include a delivery conveyor and a coal feeder.

本実施形態では、一例として、投入燃料量、燃料発熱量、燃料水分量、燃料性状（含有成分組成、揮発分量、固定炭素量、灰分量等）、流動材流量Fr_com、流動材温度Tr_fbhe、炉内流体速度、空気流量、循環ガス流量Fg_r_com、燃料粉砕性能、燃料比、燃焼ガス性状、及びコンバスタ差圧が入力データとしてコンバスタ演算部４６に入力される。この入力データの内、図４に示すように、流動材流量Fr_com、循環ガス流量Fg_r_com（図５参照）は、シールポット及び外部熱交換演算部４８からフィードバックされるデータに基づいて演算されたデータである。すなわち、以下の式が成立する。 In this embodiment, examples include input fuel amount, fuel calorific value, fuel moisture content, fuel properties (composition of contained components, volatile content, fixed carbon content, ash content, etc.), fluid flow rate Fr_com, fluid media temperature Tr_fbhe, furnace Internal fluid velocity, air flow rate, circulating gas flow rate Fg_r_com, fuel pulverization performance, fuel ratio, combustion gas properties, and combustor differential pressure are input to the combustor calculation unit 46 as input data. Among this input data, as shown in FIG. 4, the fluid flow rate Fr_com and the circulating gas flow rate Fg_r_com (see FIG. 5) are data calculated based on data fed back from the seal pot and the external heat exchange calculation section 48. It is. That is, the following formula holds true.

Fr_com=Fr_cyc2 +Fr_fbhe +Fr_supply
Fg_r_com=Fg_cyc2 +Fg_cyc3 Fr_com=Fr_cyc2 +Fr_fbhe +Fr_supply
Fg_r_com=Fg_cyc2 +Fg_cyc3

ここで、流動材流量Fr_cyc2はシールポット１４からコンバスタ５に戻される流動材流量、Fr_fbheは外部熱交換器１５からコンバスタ５に戻される流動材流量、Fr_supplyは、追加流動材の流量である。また、Fg_cyc2は、シールポット１４からコンバスタ５に戻される燃焼ガス流量、Fg_cyc3は外部熱交換器１５からコンバスタ５に戻される燃焼ガス流量である。 Here, the fluid flow rate Fr_cyc2 is the flow rate of the fluid returned from the seal pot 14 to the combustor 5, Fr_fbhe is the flow rate of the fluid returned from the external heat exchanger 15 to the combustor 5, and Fr_supply is the flow rate of the additional fluid. Further, Fg_cyc2 is the flow rate of the combustion gas returned from the seal pot 14 to the combustor 5, and Fg_cyc3 is the flow rate of the combustion gas returned to the combustor 5 from the external heat exchanger 15.

燃焼遅れ演算部４６１は、例えば、上述した入力データの全て又は一部を用いて、燃料投入のための流量指令値が出力されてから燃料投入のための燃料投入機器に伝達されるまでの通信遅れ、燃料投入機器の動作遅れ、投入された燃料がコンバスタに到達するまでの時間、投入燃料がコンバスタ内で燃焼するために有する時間の少なくとも一つを模擬する。 The combustion delay calculation unit 461 uses, for example, all or part of the input data described above to perform communication from when the flow rate command value for fuel injection is output until it is transmitted to the fuel injection device for fuel injection. simulating at least one of the following: a delay, a delay in the operation of a fuel injection device, a time for the injected fuel to reach the combustor, and a time that the injected fuel has for combustion in the combustor.

出口状態演算部４６２は、燃焼遅れ演算部４６１の出力結果を用いてコンバスタ５の出口状態の挙動を模擬する。出口状態演算部４６２は、例えば、コンバスタ内における熱量、燃焼ガス流量、圧力等の挙動を模擬する。この際、出口状態演算部４６２は、各内部パラメータのフィッティングを行う。内部パラメータの一例としては、ヒートロス、熱吸収、流動材状態（厚さ）などが挙げられる。 The exit state calculation section 462 simulates the behavior of the exit state of the combustor 5 using the output result of the combustion delay calculation section 461. The outlet state calculation unit 462 simulates, for example, the behavior of the amount of heat, combustion gas flow rate, pressure, etc. within the combustor. At this time, the exit state calculation unit 462 performs fitting of each internal parameter. Examples of internal parameters include heat loss, heat absorption, flow material condition (thickness), and the like.

コンバスタ演算部４６は、コンバスタ５の出口状態の挙動を示す出力データとして、コンバスタ出口の燃焼ガス温度Tg_com及び燃焼ガス流量（流動材含まず）Fg_com、流動材温度Tr_com及び流動材流量Fr_com、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_com、燃焼ガス性状、コンバスタ５の炉内ガス圧力、コンバスタ５の炉内流体速度等を出力する。
コンバスタ演算部４６から出力されたこれらの出力データは、図４に示すように、サイクロン演算部４７に入力データとして与えられる。 The combustor calculation unit 46 outputs the combustion gas temperature Tg_com and combustion gas flow rate (excluding fluidized material) Fg_com at the combustor exit, the fluidized material temperature Tr_com and fluidized material flow rate Fr_com, and the inside of the furnace as output data indicating the behavior of the exit state of the combustor 5. The combustion gas oxygen concentration O2_com, combustion gas properties, gas pressure in the furnace of the combustor 5, fluid velocity in the furnace of the combustor 5, etc. are output.
These output data outputted from the combustor calculation section 46 are given as input data to the cyclone calculation section 47, as shown in FIG.

図６は、サイクロン演算部４７により実行される演算処理の内容を示した図である。図６に示すように、サイクロン演算部４７は、主にサイクロン１３における熱移動と物質移動の挙動を模擬する。サイクロン演算部４７は、例えば、後燃え演算部４７１及び熱量演算部４７２を備えている。 FIG. 6 is a diagram showing the contents of the calculation process executed by the cyclone calculation unit 47. As shown in FIG. 6, the cyclone calculation unit 47 mainly simulates the behavior of heat transfer and mass transfer in the cyclone 13. The cyclone calculating section 47 includes, for example, an afterburning calculating section 471 and a heat amount calculating section 472.

後燃え演算部４７１は、後燃え現象を模擬する。サイクロン１３における「後燃え」は、コンバスタ５において燃焼しきれなかった未燃分の燃料が、コンバスタ５の後流に位置するサイクロン１３の入口近傍にて燃焼する現象である。「後燃え」によって燃焼ガスの温度が上昇するため、後燃え演算部４７１は、この燃焼ガスの温度の挙動を模擬する。例えば、後燃え演算部４７１は、コンバスタ出口における燃焼ガス温度及び燃焼ガス流量、コンバスタ出口における流動材温度及び流動材流量、炉内燃焼ガス酸素濃度等の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した入力データと後燃え演算を行うための物理モデルとを用いて、燃焼ガスの温度上昇の様子を模擬する。 The afterburn calculation unit 471 simulates the afterburn phenomenon. "Afterburn" in the cyclone 13 is a phenomenon in which unburned fuel that has not been completely burned in the combustor 5 is burned near the inlet of the cyclone 13 located downstream of the combustor 5. Since the temperature of the combustion gas increases due to "afterburn," the afterburn calculation unit 471 simulates the behavior of the temperature of the combustion gas. For example, the afterburning calculation unit 471 acquires as input data at least one of the combustion gas temperature and combustion gas flow rate at the combustor outlet, the fluidizing material temperature and fluidizing material flow rate at the combustor exiting, the combustion gas oxygen concentration in the furnace, etc. , the state of temperature rise of combustion gas is simulated using the acquired input data and a physical model for performing afterburning calculations.

本実施形態では、一例として、コンバスタ出口における燃焼ガス温度Tg_com及び燃焼ガス流量Fg_com、コンバスタ出口における流動材温度Tr_com及び流動材流量Fr_com、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_com、燃料ガス性状、コンバスタ５の炉内ガス圧力、コンバスタ５の炉内流体速度等が入力データとしてサイクロン演算部４７に入力される。 In this embodiment, as an example, combustion gas temperature Tg_com and combustion gas flow rate Fg_com at the combustor outlet, fluidizing material temperature Tr_com and fluidizing material flow rate Fr_com at the combustor exit, in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com, fuel gas properties, and the furnace of the combustor 5. Internal gas pressure, in-furnace fluid velocity of the combustor 5, etc. are input to the cyclone calculation unit 47 as input data.

更に、後燃え演算部４７１は、後燃えによる燃焼ガスの温度上昇の模擬結果と上記入力データの全て又は一部を用いて、燃焼ガスと循環ガスの分離計算を行う。この分離配分も物理モデルに反映することで、シミュレーションの予測精度を向上させることが可能となる。 Further, the afterburning calculation unit 471 performs separation calculation between the combustion gas and the circulating gas using all or part of the input data and the simulation result of the temperature rise of the combustion gas due to afterburning. By reflecting this separation allocation in the physical model, it is possible to improve the prediction accuracy of the simulation.

熱量演算部４７２は、後燃え演算部４７１の出力結果と入力データの全て又は一部を用いてサイクロン１３の挙動を模擬する。熱量演算部４７２は、例えば、サイクロン１３における熱量計算、具体的には、遠心分離による流量分岐計算を行う。この際、熱量演算部４７２は、各内部パラメータのフィッティングを行う。内部パラメータの一例としては、流動化用流体流量、コンバスタ出口のガス性状などが挙げられる。 The calorific value calculation unit 472 simulates the behavior of the cyclone 13 using all or part of the output result and input data of the afterburn calculation unit 471. The calorific value calculation unit 472 calculates the calorific value in the cyclone 13, for example, and specifically calculates the flow rate branching by centrifugation. At this time, the heat amount calculation unit 472 performs fitting of each internal parameter. Examples of internal parameters include fluidizing fluid flow rate and gas properties at the combustor outlet.

サイクロン演算部４７は、サイクロンの挙動を示す出力データとして、サイクロン出口の燃焼ガス温度Tg_cyc及び燃焼ガス流量Fg_cyc、外部熱交換器入口の流動材温度Tr_cyc及び流動材流量Fr_cyc、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_comを出力する。 The cyclone calculation unit 47 outputs the combustion gas temperature Tg_cyc and combustion gas flow rate Fg_cyc at the cyclone outlet, the fluidized material temperature Tr_cyc and fluidized material flow rate Fr_cyc at the external heat exchanger inlet, and the combustion gas oxygen concentration in the furnace, as output data indicating the behavior of the cyclone. Output O2_com.

サイクロン演算部４７の出力データのうち燃焼ガス流量Fg_cycは、対流伝熱部７の挙動を模擬する対流伝熱演算部４９への入力データと、シールポットへの入力データとに分離される。
具体的には、燃焼ガス流量Fg_cycの一部が燃焼ガス流量Fg_hsとして対流伝熱演算部４９に入力され、燃焼ガス流量Fg_cycの残りが燃焼ガス流量Fg_cyc1としてシールポットに入力される。すなわち、以下の関係式が成立する。 Of the output data of the cyclone calculation unit 47, the combustion gas flow rate Fg_cyc is separated into input data to the convection heat transfer calculation unit 49 that simulates the behavior of the convection heat transfer unit 7, and input data to the seal pot.
Specifically, a part of the combustion gas flow rate Fg_cyc is inputted to the convective heat transfer calculation unit 49 as the combustion gas flow rate Fg_hs, and the remainder of the combustion gas flow rate Fg_cyc is inputted to the seal pot as the combustion gas flow rate Fg_cyc1. That is, the following relational expression holds true.

Fg_cyc＝Fg_hs+Fg_cyc1 Fg_cyc＝Fg_hs+Fg_cyc1

対流伝熱演算部４９は、入力データを用いて対流伝熱部７の挙動を模擬する。なお、対流伝熱部７以降における燃焼ガス等の挙動の模擬や給水蒸気系統における挙動の模擬については、ＣＦＢボイラ２を備える発電プラントに特有の演算ではないため、公知の発電プラントのシミュレーション手法を適宜取り入れればよい。したがって、対流伝熱演算部４９以降の詳細な説明については省略する。 The convection heat transfer calculation unit 49 simulates the behavior of the convection heat transfer unit 7 using input data. Note that simulation of the behavior of combustion gas, etc. after the convection heat transfer section 7 and simulation of behavior in the feed steam system is not a calculation specific to a power generation plant equipped with the CFB boiler 2, so a known simulation method for power generation plants is used. You can incorporate it as appropriate. Therefore, a detailed explanation of the convection heat transfer calculating section 49 and subsequent parts will be omitted.

一方、シールポットに入力された入力データは、出力データとしてそのまま出力される。すなわち、図４では、説明の便宜上、データの流れを理解しやすくするために、図１のような実際のＣＦＢボイラ２の構成と同様にシールポットを演算部の入出力データの要素として示しているが、このシールポットについては入力データと出力データとが同一であるため、省略可能である。 On the other hand, the input data input to the seal pot is output as is as output data. That is, in FIG. 4, for convenience of explanation and to make it easier to understand the flow of data, the seal pot is shown as an element of the input/output data of the calculation section, similar to the configuration of the actual CFB boiler 2 as shown in FIG. However, since the input data and output data for this seal pot are the same, it can be omitted.

シールポットの出力データのうち、燃焼ガス流量Fg_cyc1及び流動材流量Fr_cyc1については、シールポット出口からコンバスタ演算部４６へ直接入力される燃焼ガス流量Fg_cyc2、流動材流量Fr_cyc2と、外部熱交換演算部４８へ入力される燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材流量Fr_cyc3とに分離される。すなわち、以下の関係式が成立する。なお、シールポットに入力された流動材流量Fr_cycは、シールポット内部で一時的に溜まり、コンバスタ５と外部熱交換器１５へ流れるまでの遅れ時間を考慮して、シールポットからFr_cyc1として出力する。 Of the output data of the seal pot, the combustion gas flow rate Fg_cyc1 and the fluid flow rate Fr_cyc1 are combined with the combustion gas flow rate Fg_cyc2, the fluid flow rate Fr_cyc2, which are directly input from the seal pot outlet to the combustor calculation unit 46, and the external heat exchange calculation unit 48. The combustion gas flow rate Fg_cyc3 and the fluidized material flow rate Fr_cyc3 are separated into the combustion gas flow rate Fg_cyc3 and the fluidized material flow rate Fr_cyc3. That is, the following relational expression holds true. Note that the fluid flow rate Fr_cyc input to the seal pot is outputted from the seal pot as Fr_cyc1, taking into account the delay time from when it temporarily accumulates inside the seal pot until it flows to the combustor 5 and the external heat exchanger 15.

Fg_cyc1=Fg_cyc2 +Fg_cyc3
Fr_cyc1=Fr_cyc2 +Fr_cyc3 Fg_cyc1=Fg_cyc2 +Fg_cyc3
Fr_cyc1=Fr_cyc2 +Fr_cyc3

また、外部熱交換演算部４８に入力される流動材温度Tr_cyc3及び燃焼ガス温度Tg_cyc3については、シールポット１４と外部熱交換器１５の間にある配管を考慮し、その配管における温度降下を模擬するため、シールポット出口における流動材温度Tr_cyc及び燃焼ガス温度Tg_cycとは異なる値を用いる。 Furthermore, regarding the fluidized material temperature Tr_cyc3 and combustion gas temperature Tg_cyc3 that are input to the external heat exchange calculation unit 48, the piping between the seal pot 14 and the external heat exchanger 15 is considered, and the temperature drop in the piping is simulated. Therefore, values different from the fluidizing material temperature Tr_cyc and the combustion gas temperature Tg_cyc at the seal pot outlet are used.

上記のことから、シールポットからコンバスタ演算部４６に入力される入力データは、燃焼ガス温度Tg_cyc及び燃焼ガス流量Fg_cyc2、流動材温度Tr_cyc及び流動材流量Fr_cyc2となる。
また、シールポットから外部熱交換演算部４８に入力される入力データは、燃焼ガス温度Tg_cyc3及び燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材温度Tr_cyc3及び流動材流量Fr_cyc3、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_comとなる。 From the above, the input data input from the seal pot to the combustor calculation unit 46 are the combustion gas temperature Tg_cyc, the combustion gas flow rate Fg_cyc2, the fluid temperature Tr_cyc, and the fluid flow rate Fr_cyc2.
Further, the input data input from the seal pot to the external heat exchange calculation section 48 are the combustion gas temperature Tg_cyc3, the combustion gas flow rate Fg_cyc3, the fluidizing material temperature Tr_cyc3, the fluidizing material flow rate Fr_cyc3, and the in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com.

図７は、外部熱交換演算部４８により実行される演算処理の内容を示した図である。図７に示すように、外部熱交換演算部４８は、主に外部熱交換器１５における伝熱挙動を模擬する。外部熱交換演算部４８は、例えば、伝熱遅れ演算部４８１及び伝熱演算部４８２を備えている。 FIG. 7 is a diagram showing the contents of the calculation process executed by the external heat exchange calculation section 48. As shown in FIG. 7, the external heat exchange calculation unit 48 mainly simulates the heat transfer behavior in the external heat exchanger 15. The external heat exchange calculation section 48 includes, for example, a heat transfer delay calculation section 481 and a heat transfer calculation section 482.

伝熱遅れ演算部４８１は、例えば、外部熱交換器１５に流入する流動材の温度及び流量、並びに、流体の温度、流量、及び圧力の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した入力データと伝熱遅れ演算を行うための物理モデルとを用いて、外部熱交換器１５における伝熱遅れを模擬する。ここで、流体の一例として、空気、燃焼ガス、蒸気、給水等の少なくともいずれか一つが挙げられる。本実施形態において、この流体は、外部熱交換器１５の内部を流通する蒸気または給水である。
伝熱遅れ演算部４８１は、例えば、上述した入力データの各値に応じて、熱交換する伝熱量の遅れ（時間成分）と熱交換の効率が変化するものとして、伝熱遅れを模擬する。 The heat transfer delay calculation unit 481 obtains, for example, the temperature and flow rate of the fluid flowing into the external heat exchanger 15, and at least one of the temperature, flow rate, and pressure of the fluid as input data. The heat transfer delay in the external heat exchanger 15 is simulated using input data and a physical model for calculating heat transfer delay. Here, examples of the fluid include at least one of air, combustion gas, steam, water supply, and the like. In this embodiment, this fluid is steam or feed water flowing inside the external heat exchanger 15.
The heat transfer delay calculation unit 481 simulates the heat transfer delay, for example, assuming that the delay (time component) in the amount of heat transfer to be exchanged and the efficiency of heat exchange change according to each value of the input data described above.

本実施形態では、一例として、燃焼ガス温度Tg_cyc3及び燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材温度Tr_cyc3及び流動材流量Fr_cyc3、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_com、流体流量Ffw_in、流体温度Tfw_in、流体圧力Pfw_inが入力データとして外部熱交換演算部４８に入力される。 In this embodiment, as an example, input data includes combustion gas temperature Tg_cyc3, combustion gas flow rate Fg_cyc3, fluidized material temperature Tr_cyc3, fluidized material flow rate Fr_cyc3, in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com, fluid flow rate Ffw_in, fluid temperature Tfw_in, and fluid pressure Pfw_in. It is input to the external heat exchange calculation section 48 as a.

伝熱演算部４８２は、伝熱遅れ演算部４８１の出力結果と入力データの全て又は一部を用いて外部熱交換器１５の挙動を模擬する。この際、伝熱演算部４８２は、各内部パラメータのフィッティングを行う。内部パラメータの一例としては、流動材保有熱、外部熱交換伝熱面熱伝達係数などが挙げられる。 The heat transfer calculation unit 482 simulates the behavior of the external heat exchanger 15 using all or part of the output result of the heat transfer delay calculation unit 481 and input data. At this time, the heat transfer calculation unit 482 performs fitting of each internal parameter. Examples of internal parameters include heat retained by the fluidized material, heat transfer coefficient of external heat exchange heat transfer surface, and the like.

外部熱交換演算部４８は、外部熱交換器１５の挙動を示す出力データとして、燃焼ガス温度Tg_fbhe及び燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材温度Tr_fbhe及び流動材流量Fr_fbhe、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_comを出力する。更に、外部熱交換演算部４８は、伝熱面出口流体温度Tfw_outを出力データとして出力してもよい。そして、これら出力データは、コンバスタ演算部４６の入力データとして用いられる。なお、流動材流量Fr_fbheは、外部熱交換演算部４８に入力されるFr_cyc3に対して、ガス流量及びブロワ流量に応じて変動する。 The external heat exchange calculation unit 48 outputs combustion gas temperature Tg_fbhe, combustion gas flow rate Fg_cyc3, fluidized material temperature Tr_fbhe, fluidized material flow rate Fr_fbhe, and in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com as output data indicating the behavior of the external heat exchanger 15. do. Furthermore, the external heat exchange calculation unit 48 may output the heat transfer surface outlet fluid temperature Tfw_out as output data. These output data are then used as input data to the combustor calculation section 46. Note that the fluid flow rate Fr_fbhe varies with respect to Fr_cyc3 input to the external heat exchange calculation unit 48 depending on the gas flow rate and the blower flow rate.

次に、上述したプラントシミュレータ３０の動作について図４～図７を参照して簡単に説明する。まず、シミュレーション開始時には、シミュレーションを行うために必要とされる各種設定値、制御指令値等のデータがプラントシミュレータ３０が備える入力部（図示略）から入力される。プラントシミュレータ３０の演算部４５は、これら入力データが入力されると、発電プラント１のシミュレーションを開始する。 Next, the operation of the above-mentioned plant simulator 30 will be briefly explained with reference to FIGS. 4 to 7. First, at the start of the simulation, data such as various setting values and control command values required for performing the simulation are input from an input unit (not shown) included in the plant simulator 30. The calculation unit 45 of the plant simulator 30 starts simulating the power generation plant 1 when these input data are input.

まず、コンバスタ演算部４６により、コンバスタの燃焼状態の挙動が模擬される。具体的には、投入燃料量、燃料発熱量、燃料水分量、燃料性状、流動材流量Fr_com、流動材温度Tr_fbhe、炉内流体速度、空気流量、循環ガス流量Fg_r_com、燃料粉砕性能、燃料比、燃焼ガス性状、及びコンバスタ差圧が入力データとしてコンバスタ演算部４６に与えられる。燃焼遅れ演算部４６１は、これら入力データと、燃焼遅れを演算するための物理モデルとを用いて、コンバスタ５における投入燃料の燃焼遅れを演算する。 First, the combustor calculation unit 46 simulates the combustion state behavior of the combustor. Specifically, the input fuel amount, fuel calorific value, fuel water content, fuel properties, fluidized material flow rate Fr_com, fluidized material temperature Tr_fbhe, fluid velocity in the furnace, air flow rate, circulating gas flow rate Fg_r_com, fuel crushing performance, fuel ratio, The combustion gas properties and the combustor differential pressure are given to the combustor calculation unit 46 as input data. The combustion delay calculation unit 461 calculates the combustion delay of the input fuel in the combustor 5 using these input data and a physical model for calculating the combustion delay.

燃焼遅れの演算結果は、出口状態演算部４６２に出力され、出口状態演算部４６２により、コンバスタ５の出口状態の挙動が模擬される。この結果、コンバスタ演算部４６から、燃焼ガス温度Tg_com、燃焼ガス流量Fg_com、流動材温度Tr_com、流動材流量Fr_com、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_com、燃焼ガス性状、炉内ガス圧力、炉内流体速度が出力データとして出力される。 The combustion delay calculation result is output to the exit state calculation section 462, and the exit state calculation section 462 simulates the behavior of the exit state of the combustor 5. As a result, the combustor calculation unit 46 outputs the combustion gas temperature Tg_com, combustion gas flow rate Fg_com, fluidized material temperature Tr_com, fluidized material flow rate Fr_com, in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com, combustion gas properties, in-furnace gas pressure, and in-furnace fluid velocity. is output as output data.

これらの出力データは、サイクロン演算部４７に入力データとして与えられ、サイクロン１３における熱量の挙動が模擬される。具体的には、サイクロン演算部４７の後燃え演算部４７１は、これら入力データと後燃え演算を行うための物理モデルとを用いて、燃焼ガスの温度上昇の様子を模擬する。更に、後燃え演算部４７１により、後燃えによる燃焼ガスの温度上昇の模擬結果を用いて、燃焼ガスと循環ガスの分離計算が行われる。 These output data are given as input data to the cyclone calculation unit 47, and the behavior of the amount of heat in the cyclone 13 is simulated. Specifically, the afterburn calculation unit 471 of the cyclone calculation unit 47 simulates the temperature rise of the combustion gas using these input data and a physical model for performing the afterburn calculation. Further, the afterburning calculation unit 471 performs separation calculation between the combustion gas and the circulating gas using the simulated result of the temperature rise of the combustion gas due to afterburning.

後燃え演算部４７１の演算結果は、熱量演算部４７２に出力される。熱量演算部４７２は、後燃え演算部４７１の出力結果と入力データとを用いてサイクロン１３における熱量計算を行う。この結果、サイクロン演算部４７から燃焼ガス温度Tg_cyc、燃焼ガス流量Fg_cyc、流動材温度Tr_cyc、流動材流量Fr_cyc、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_comが出力される。 The calculation result of the afterburn calculation section 471 is output to the heat amount calculation section 472. The heat amount calculating section 472 calculates the amount of heat in the cyclone 13 using the output result of the afterburning calculating section 471 and the input data. As a result, the cyclone calculation unit 47 outputs the combustion gas temperature Tg_cyc, the combustion gas flow rate Fg_cyc, the fluidized material temperature Tr_cyc, the fluidized material flow rate Fr_cyc, and the in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com.

サイクロン演算部４７の出力データのうち燃焼ガス流量Fg_cycは、燃焼ガス流量Fg_hsと燃焼ガス流量Fg_cycとに分離され、燃焼ガス流量Fg_hsは対流伝熱演算部４９に入力データとして与えられ、燃焼ガス流量Fg_cyc1はシールポットに入力データとして与えられる。 Of the output data of the cyclone calculation section 47, the combustion gas flow rate Fg_cyc is separated into the combustion gas flow rate Fg_hs and the combustion gas flow rate Fg_cyc, and the combustion gas flow rate Fg_hs is given as input data to the convective heat transfer calculation section 49, and the combustion gas flow rate Fg_cyc is Fg_cyc1 is given to the seal pot as input data.

シールポットに入力された入力データは、流動材流量を除いて出力データとしてそのまま出力される。シールポットの出力データのうち、燃焼ガス流量Fg_cyc1は、燃焼ガス流量Fg_cyc2と、燃焼ガス流量Fg_cyc3とに分離される。同様に、流動材流量Fr_cyc1は、流動材流量Fr_cyc2と流動材流量Fr_cyc3とに分離される。そして、燃焼ガス温度Tg_cyc、燃焼ガス流量Fg_cyc2、流動材温度Tr_cyc、流動材流量Fr_cyc2がシールポットからコンバスタ演算部４６に入力データとして与えられ、上述したコンバスタ演算部４６における演算に再び用いられる。 The input data input to the seal pot is output as is as output data except for the fluid flow rate. Among the output data of the seal pot, the combustion gas flow rate Fg_cyc1 is separated into a combustion gas flow rate Fg_cyc2 and a combustion gas flow rate Fg_cyc3. Similarly, the fluid flow rate Fr_cyc1 is separated into a fluid flow rate Fr_cyc2 and a fluid flow rate Fr_cyc3. Then, the combustion gas temperature Tg_cyc, the combustion gas flow rate Fg_cyc2, the fluidized material temperature Tr_cyc, and the fluidized material flow rate Fr_cyc2 are given as input data from the seal pot to the combustor calculation unit 46, and are used again in the calculation in the combustor calculation unit 46 described above.

また、外部熱交換演算部４８には、シールポットから出力された出力データに基づく入力データが与えられる。すなわち、外部熱交換演算部４８には、燃焼ガス温度Tg_cyc3、燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材温度Tr_cyc3、流動材流量Fr_cyc3、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_comが入力データとして与えられる。また、外部熱交換演算部４８には、流体流量Ffw_in、流体温度Tfw_in、流体圧力Pfw_inが入力データとして与えられる。なお、流動材温度Tr_cyc3及び燃焼ガス温度Tg_cyc3については、上述した通り、配管における温度降下を模擬するため、シールポット出口における流動材温度Tr_cyc及び燃焼ガス温度Tg_cycとは異なる値を用いる。 Further, the external heat exchange calculation section 48 is given input data based on the output data output from the seal pot. That is, the external heat exchange calculation unit 48 is given the combustion gas temperature Tg_cyc3, the combustion gas flow rate Fg_cyc3, the fluidized material temperature Tr_cyc3, the fluidized material flow rate Fr_cyc3, and the in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com as input data. Further, the external heat exchange calculation unit 48 is given the fluid flow rate Ffw_in, the fluid temperature Tfw_in, and the fluid pressure Pfw_in as input data. Note that, as described above, for the fluidizing material temperature Tr_cyc3 and the combustion gas temperature Tg_cyc3, different values from the fluidizing material temperature Tr_cyc and the combustion gas temperature Tg_cyc at the seal pot outlet are used in order to simulate the temperature drop in the piping.

外部熱交換演算部４８の伝熱遅れ演算部４８１は、これら入力データと流動材の伝熱遅れ演算を行うための物理モデルとを用いて、流動材による伝熱遅れを模擬する。伝熱遅れ演算部４８１の演算結果は、伝熱演算部４８２に出力される。伝熱演算部４８２は、伝熱遅れの演算結果と入力データとを用いて外部熱交換器１５における伝熱挙動を模擬する。この結果、外部熱交換演算部４８から燃焼ガス温度Tg_ fbhe、燃焼ガス流量Fg_cyc3、流動材温度Tr_fbhe、流動材流量Fr_ fbhe、炉内燃焼ガス酸素濃度O2_com等が出力される。これら出力データは、コンバスタ演算部４６に入力データとして与えられ、上述したコンバスタ演算部４６における演算に再び用いられる。 The heat transfer delay calculation section 481 of the external heat exchange calculation section 48 simulates the heat transfer delay due to the fluid material using these input data and a physical model for calculating the heat transfer delay of the fluid material. The calculation result of the heat transfer delay calculation section 481 is output to the heat transfer calculation section 482. The heat transfer calculation unit 482 simulates the heat transfer behavior in the external heat exchanger 15 using the heat transfer delay calculation result and input data. As a result, the external heat exchange calculation unit 48 outputs the combustion gas temperature Tg_fbhe, the combustion gas flow rate Fg_cyc3, the fluidized material temperature Tr_fbhe, the fluidized material flow rate Fr_fbhe, the in-furnace combustion gas oxygen concentration O2_com, etc. These output data are given as input data to the combustor calculation unit 46 and are used again in the calculation in the combustor calculation unit 46 described above.

以上説明してきたように、本実施形態に係るプラントシミュレータ３０によれば、以下の作用効果を奏する。
プラントシミュレータ３０は、物理モデルを用いて発電プラント１の挙動を模擬するシミュレータであり、更に、コンバスタ５における燃料投入時の燃焼遅れを模擬する燃焼遅れ演算部４６１、サイクロン１３における後燃え現象を模擬する後燃え演算部４７１、及び外部熱交換器１５における流動材の伝熱遅れを模擬する伝熱遅れ演算部４８１を備える。これにより、ＣＦＢボイラ２に特有のプラント挙動を再現することができる。この結果、通常運転時とは異なる運転領域（例えば、異常発生時等）における発電プラント１のシミュレーションの予測精度を向上させることができる。 As described above, the plant simulator 30 according to the present embodiment provides the following effects.
The plant simulator 30 is a simulator that simulates the behavior of the power generation plant 1 using a physical model, and further includes a combustion delay calculation unit 461 that simulates the combustion delay at the time of fuel injection in the combustor 5, and an afterburning phenomenon in the cyclone 13. and a heat transfer delay calculation section 481 that simulates the heat transfer delay of the fluidized material in the external heat exchanger 15. Thereby, plant behavior specific to the CFB boiler 2 can be reproduced. As a result, it is possible to improve the prediction accuracy of the simulation of the power plant 1 in an operating region different from normal operation (for example, when an abnormality occurs).

なお、本実施形態のプラントシミュレータ３０は、燃焼遅れ演算部４６１、後燃え演算部４７１、及び伝熱遅れ演算部４８１の全てを備える必要はない。例えば、これらの演算部の少なくとも1つを備えるような構成とされていればよい。 Note that the plant simulator 30 of this embodiment does not need to include all of the combustion delay calculation section 461, afterburning calculation section 471, and heat transfer delay calculation section 481. For example, the configuration may include at least one of these calculation units.

（運転訓練用シミュレータ）
次に、上述した本実施形態に係るプラントシミュレータ３０の一適用例である運転訓練用シミュレータ６０について図面を参照して説明する。本実施形態に係る運転訓練用シミュレータ６０は、発電プラント１の運転訓練に用いられるシミュレータである。
図８は、本実施形態に係る運転訓練用シミュレータ６０の全体構成を概略的に示した図である。 (Driving training simulator)
Next, a driving training simulator 60, which is an application example of the plant simulator 30 according to the present embodiment described above, will be described with reference to the drawings. The operation training simulator 60 according to this embodiment is a simulator used for operation training of the power generation plant 1.
FIG. 8 is a diagram schematically showing the overall configuration of the driving training simulator 60 according to the present embodiment.

図８に示すように、運転訓練用シミュレータ６０は、上述したプラントシミュレータ３０を備えている。更に、運転訓練用シミュレータ６０は、訓練者端末６２、制御シミュレータ６４、及び監督者端末６６を備えている。 As shown in FIG. 8, the driving training simulator 60 includes the above-described plant simulator 30. Further, the driving training simulator 60 includes a trainee terminal 62, a control simulator 64, and a supervisor terminal 66.

訓練者端末６２は、主に訓練者が操作する端末である。訓練者は、訓練者端末６２を操作することにより、発電プラント１を操作するための操作量を入力する。
制御シミュレータ６４は、発電プラント１を制御するための制御装置を模擬するシミュレータである。制御シミュレータ６４は、例えば、訓練者端末６２から入力された操作量に基づく制御指令値をプラントシミュレータ３０に与える。また、制御シミュレータ６４は、例えば、プラントシミュレータ３０の制御量を入力データとして取得し、それら入力データを目標値に一致させるためのフィードバック制御を行う。
監督者端末６６は、プラントシミュレータ３０又は制御シミュレータ６４の内部パラメータに変化を与えるための装置であり、主に、訓練者を指導する監督者によって操作される。 The trainee terminal 62 is a terminal mainly operated by the trainee. The trainee inputs the amount of operation for operating the power generation plant 1 by operating the trainee terminal 62.
The control simulator 64 is a simulator that simulates a control device for controlling the power generation plant 1. The control simulator 64 provides the plant simulator 30 with a control command value based on the manipulated variable input from the trainee terminal 62, for example. Further, the control simulator 64 obtains, for example, the control amount of the plant simulator 30 as input data, and performs feedback control to match the input data with a target value.
The supervisor terminal 66 is a device for changing internal parameters of the plant simulator 30 or the control simulator 64, and is mainly operated by a supervisor who instructs the trainee.

訓練者端末６２、制御シミュレータ６４、及び監督者端末６６は、いずれもコンピュータである。なお、これらが備える構成の一例については、例えば、図２に示したプラントシミュレータ３０のハードウェア構成と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。 The trainee terminal 62, the control simulator 64, and the supervisor terminal 66 are all computers. Note that an example of the configuration provided by these devices is the same as, for example, the hardware configuration of the plant simulator 30 shown in FIG. 2, so detailed description thereof will be omitted here.

次に、本実施形態に係る運転訓練用シミュレータ６０による運転訓練について説明する。 Next, driving training using the driving training simulator 60 according to this embodiment will be explained.

例えば、監督者端末６６には、複数種類の異常を発生させるための設定項目が登録されている。監督者は、監督者端末６６の表示画面に表示された設定項目の中から、訓練生に訓練させたい設定項目を選択する。これにより、監督者によって選択された設定項目に対応する異常を発生させるための異常発生指令が制御シミュレータ６４又はプラントシミュレータ３０に出力される。以下、監督者によって定格負荷運転時の外部熱交換器１５の過熱器におけるチューブリーク（伝熱管からの内部流体漏洩）の設定項目が選択された場合について説明する。 For example, the supervisor terminal 66 has registered setting items for generating multiple types of abnormalities. The supervisor selects the setting item that he/she wants the trainee to train from among the setting items displayed on the display screen of the supervisor terminal 66. As a result, an abnormality generation command for generating an abnormality corresponding to the setting item selected by the supervisor is output to the control simulator 64 or the plant simulator 30. Hereinafter, a case will be described in which a setting item for tube leak (internal fluid leak from heat transfer tubes) in the superheater of the external heat exchanger 15 during rated load operation is selected by the supervisor.

この場合、過熱器のチューブリークを発生させる異常発生指令が監督者端末６６からプラントシミュレータ３０に与えられる。これにより、プラントシミュレータ３０は、過熱器にチューブリークが発生した状態を模擬する。例えば、図６に例示した燃焼ガス系統側では、蒸気が炉内にリークして膨張することにより、過熱器の出口ガス圧力及び温度が変化し、コンバスタ演算部から出力される燃焼ガス圧力及び燃焼ガス温度が変化し、対流伝熱部へ入力される入力データに影響が伝搬する。この場合において、プラントシミュレータ３０の演算部４５は、コンバスタ５における投入燃料の燃焼遅れ、サイクロン１３における後燃え現象、及び外部熱交換器１５における流動材による伝熱遅れを考慮して異常発生時における挙動の模擬を行う。これにより、異常発生時におけるプラント挙動のシミュレーション精度を向上させることができる。 In this case, an abnormality generation command to cause a tube leak in the superheater is given to the plant simulator 30 from the supervisor terminal 66. Thereby, the plant simulator 30 simulates a state in which a tube leak occurs in the superheater. For example, on the combustion gas system side illustrated in FIG. 6, as steam leaks into the furnace and expands, the outlet gas pressure and temperature of the superheater change, and the combustion gas pressure and combustion output from the combustor calculation section change. The gas temperature changes and the effect propagates to the input data input to the convection heat transfer section. In this case, the calculation unit 45 of the plant simulator 30 considers the combustion delay of the input fuel in the combustor 5, the afterburning phenomenon in the cyclone 13, and the heat transfer delay due to the fluidized material in the external heat exchanger 15, and calculates the Simulate behavior. This makes it possible to improve the simulation accuracy of plant behavior when an abnormality occurs.

異常発生によってコンバスタ演算部４６、サイクロン演算部４７、外部熱交換演算部４８の各々における入力データ、内部パラメータ、及び出力データが変動することにより、プラントシミュレータ３０から制御シミュレータ６４にフィードバックされる制御量が変化する。これにより、制御シミュレータ６４からプラントシミュレータ３０に与えられる制御指令値が変化する。例えば、過熱器スプレーやタービンガバナ弁等の制御指令値が変化し、この変化がプラントシミュレータ３０における発電プラント１の挙動に反映される。 The control amount that is fed back from the plant simulator 30 to the control simulator 64 due to fluctuations in the input data, internal parameters, and output data in each of the combustor calculation unit 46, cyclone calculation unit 47, and external heat exchange calculation unit 48 due to the occurrence of an abnormality. changes. As a result, the control command value given from the control simulator 64 to the plant simulator 30 changes. For example, control command values for the superheater spray, turbine governor valve, etc. change, and this change is reflected in the behavior of the power generation plant 1 in the plant simulator 30.

このような各種プロセス値の変化及び制御指令値の変化は、訓練者端末６２の表示部に表示される。訓練者は、表示部に表示されたプロセス値の変化及び制御指令値の変化を確認し、プラントシミュレータ３０が模擬している計測器などのセンサ値を確認するなどして、異常発生の有無などを判断する。そして、訓練者は、異常発生であると判断した場合には、訓練者端末６２の入力部を操作することにより、異常を抑制するための初期対応動作を行う。例えば、異常発生のレベル（この場合は、リーク量に応じた各種プロセス値の変動量の大きさ）などに応じて、自身が正しいと考える操作を訓練者端末６２から行う。例えば、初期対応動作の一例として、燃料遮断や負荷の調整が挙げられる。
監督者は、異常発生時における訓練者の初動対応動作などを確認することにより、訓練生の指導を行う。 Such changes in various process values and changes in control command values are displayed on the display section of the trainee terminal 62. The trainee checks changes in process values and control command values displayed on the display, checks sensor values of measuring instruments etc. simulated by the plant simulator 30, and determines whether an abnormality has occurred. to judge. If the trainee determines that an abnormality has occurred, the trainee performs an initial response operation to suppress the abnormality by operating the input section of the trainee terminal 62. For example, the trainee performs an operation from the trainee terminal 62 that he/she considers to be correct depending on the level of abnormality occurrence (in this case, the magnitude of variation in various process values depending on the amount of leakage). For example, examples of initial response actions include fuel cutoff and load adjustment.
The supervisor provides guidance to the trainee by checking the trainee's initial response actions when an abnormality occurs.

以上説明してきたように、本実施形態に係る運転訓練用シミュレータ６０によれば、以下の作用効果を奏する。
プラントシミュレータ３０は、物理モデルを用いて発電プラント１の挙動を模擬するシミュレータであり、更に、コンバスタ５における燃料投入時の燃焼遅れ、サイクロン１３による燃焼ガスと流動材の分離回収、外部熱交換器１５における流動材の保有熱といったＣＦＢボイラ２に特有のパラメータを再現可能な構成とされている。したがって、異常発生時における発電プラント１の挙動を高精度で模擬することが可能となる。これにより、発電プラント１の起動・停止及び通常運転時の訓練に加え、異常発生時の訓練を行うことが可能となる。これにより、訓練者の運転技能を効果的に向上させることが可能となる。更に、想定外のプラント停止の予防にもつながり、プラント停止期間を極力短くできる。これにより、プラント稼働率の向上にも寄与することが可能となる。 As described above, the driving training simulator 60 according to the present embodiment provides the following effects.
The plant simulator 30 is a simulator that simulates the behavior of the power generation plant 1 using a physical model, and further includes a combustion delay during fuel injection in the combustor 5, separation and recovery of combustion gas and fluidized material by the cyclone 13, and an external heat exchanger. The configuration is such that parameters unique to the CFB boiler 2, such as the retained heat of the fluidized material in step 15, can be reproduced. Therefore, it is possible to simulate with high accuracy the behavior of the power generation plant 1 when an abnormality occurs. Thereby, in addition to training during startup, shutdown, and normal operation of the power plant 1, it becomes possible to perform training when an abnormality occurs. This makes it possible to effectively improve the driving skills of the trainee. Furthermore, it also helps prevent unexpected plant shutdowns, making it possible to shorten the plant shutdown period as much as possible. This makes it possible to contribute to improving the plant operating rate.

以上、本開示のプラントシミュレータ３０及び運転訓練用シミュレータ６０について各実施形態を用いて説明したが、本開示の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。開示の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。 As mentioned above, although the plant simulator 30 and the driving training simulator 60 of the present disclosure have been described using each embodiment, the technical scope of the present disclosure is not limited to the range described in the above embodiments. Various changes or improvements can be made to the embodiments described above without departing from the gist of the disclosure, and forms with such changes or improvements are also included within the technical scope of the present disclosure. Further, the above embodiments may be combined as appropriate.

例えば、上述した各実施形態におけるシミュレーションにおいて、入力遅れ及び出力遅れを加味することとしてもよい。例えば、実際の発電プラント１では、制御装置や作業員が操作する入力部から制御指令値等が設定又は変更された場合、その制御指令値によってプラントを構成する各機器（操作端）が動作するまでにタイムラグが生じる。このタイムラグは、例えば、通信遅延や操作端自体の動作遅れ等によるものである。したがって、これらの入力遅れを表す内部パラメータ等を用いることにより、入力遅れを模擬することとしてもよい。 For example, input delay and output delay may be taken into account in the simulations in each of the embodiments described above. For example, in an actual power generation plant 1, when a control command value, etc. is set or changed from a control device or an input section operated by a worker, each device (operating end) that makes up the plant operates according to the control command value. There will be a time lag. This time lag is due to, for example, a communication delay or an operation delay of the operating terminal itself. Therefore, the input delay may be simulated by using internal parameters representing these input delays.

同様に、制御指令値や設定等が変更されることにより、発電プラント１の挙動が変化し、その挙動の変化が発電プラント１内に設けられている各種センサによって検出されるまでには、各機器の応答遅れ、センサの検出遅れ、通信遅延、表示部への表示遅れ等が発生する。したがって、これらの応答遅れ等を表す内部パラメータ等を用いることにより、出力遅れを模擬することとしてもよい。 Similarly, the behavior of the power generation plant 1 changes due to changes in control command values, settings, etc., and by the time the change in behavior is detected by the various sensors installed in the power generation plant 1, each Delays in device response, sensor detection delays, communication delays, display delays, etc. occur. Therefore, the output delay may be simulated by using internal parameters representing these response delays and the like.

以上説明した各実施形態に記載のプラントシミュレータ３０及び運転訓練用シミュレータ６０は、例えば以下のように把握される。 The plant simulator 30 and the driving training simulator 60 described in each of the embodiments described above are understood as follows, for example.

本開示の第１態様に係るプラントシミュレータ（３０）は、コンバスタ（５）から排出された流動材をサイクロン（１３）及び外部熱交換器（１５）を経由して前記コンバスタへ循環させる循環流動層ボイラ（２）を備えるプラント（１）の挙動を模擬するプラントシミュレータであって、前記プラントの物理モデルを記憶するためのモデル記憶部（４０）と、入力データと前記物理モデルとを用いて前記プラントの挙動を模擬する演算部（４５）とを備え、前記プラントの物理モデルは、前記循環流動層ボイラの構成要素に関する物理モデルを含み、前記演算部は、前記コンバスタにおける投入燃料の燃焼遅れ、前記サイクロンにおける後燃え現象、及び前記外部熱交換器における前記流動材による伝熱遅れの少なくともいずれか１つを含む演算を行う。 A plant simulator (30) according to a first aspect of the present disclosure includes a circulating fluidized bed that circulates fluidized material discharged from a combustor (5) to the combustor via a cyclone (13) and an external heat exchanger (15). A plant simulator for simulating the behavior of a plant (1) including a boiler (2), comprising a model storage unit (40) for storing a physical model of the plant, and a model storage unit (40) for storing a physical model of the plant; a calculation unit (45) that simulates the behavior of the plant; the physical model of the plant includes a physical model regarding the components of the circulating fluidized bed boiler; A computation is performed that includes at least one of an afterburning phenomenon in the cyclone and a heat transfer delay due to the fluidized material in the external heat exchanger.

上記プラントシミュレータは、物理モデルを用いてプラントの挙動を模擬するものであって、更に、コンバスタにおける投入燃料の燃焼遅れ、サイクロンにおける後燃え現象、及び外部熱交換器における流動材による伝熱遅れの少なくともいずれか１つを含む演算を行う。これにより、循環流動層ボイラに特有の内部パラメータを再現することができる。この結果、通常運転時とは異なる運転領域（例えば、異常発生時等）におけるプラントのシミュレーションの予測精度を向上させることができる。 The above-mentioned plant simulator simulates the behavior of a plant using a physical model, and furthermore, it simulates the combustion delay of the input fuel in the combustor, the afterburning phenomenon in the cyclone, and the heat transfer delay due to the fluidized material in the external heat exchanger. Perform an operation involving at least one of these. This makes it possible to reproduce internal parameters specific to a circulating fluidized bed boiler. As a result, it is possible to improve the prediction accuracy of plant simulation in an operating region different from normal operation (for example, when an abnormality occurs).

本開示の第２態様に係るプラントシミュレータ（３０）は、前記第１態様において、前記演算部（４５）は、前記コンバスタの挙動を模擬するコンバスタ演算部（４６）を備え、前記コンバスタ演算部は、燃料種別、燃料流量、燃焼ガス流量、及び燃料を投入する機器の運転状態に関する情報の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した前記入力データと投入燃料の燃焼遅れを演算するための物理モデルとを用いて、前記コンバスタにおける投入燃料の燃焼遅れを模擬する燃焼遅れ演算部（４６１）を備える。 In the plant simulator (30) according to a second aspect of the present disclosure, in the first aspect, the calculation unit (45) includes a combustor calculation unit (46) that simulates the behavior of the combustor, and the combustor calculation unit , to obtain as input data at least one of the fuel type, fuel flow rate, combustion gas flow rate, and information regarding the operating state of the equipment to which the fuel is input, and to calculate the combustion delay of the input fuel with the acquired input data. A combustion delay calculation unit (461) is provided that simulates the combustion delay of the input fuel in the combustor using a physical model of the combustor.

上記プラントシミュレータによれば、コンバスタにおける投入燃料の燃焼遅れを考慮してコンバスタの燃焼の挙動を模擬することが可能となる。これにより、循環流動層ボイラにおける挙動の予測精度を向上させることができる。 According to the above-mentioned plant simulator, it is possible to simulate the combustion behavior of the combustor while taking into account the combustion delay of the input fuel in the combustor. Thereby, the accuracy of predicting behavior in the circulating fluidized bed boiler can be improved.

本開示の第３態様に係るプラントシミュレータ（３０）は、前記第１態様又は前記第２態様において、前記演算部（４５）は、前記サイクロンの挙動を模擬するサイクロン演算部（４７）を備え、前記サイクロン演算部は、前記コンバスタの出口における燃焼ガス温度及び燃焼ガス流量、前記コンバスタの出口における流動材温度及び流動材流量、並びに前記コンバスタ内における燃焼ガスの酸素濃度の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した前記入力データと前記サイクロンの入口近傍における後燃え現象を演算するための物理モデルとを用いて、前記後燃え現象を模擬する後燃え演算部（４７１）を備える。 In the plant simulator (30) according to a third aspect of the present disclosure, in the first aspect or the second aspect, the calculation unit (45) includes a cyclone calculation unit (47) that simulates the behavior of the cyclone, The cyclone calculation unit inputs at least one of a combustion gas temperature and a combustion gas flow rate at the outlet of the combustor, a fluidizing material temperature and a fluidizing material flowrate at the exit of the combustor, and an oxygen concentration of the combustion gas in the combustor. An afterburning calculation unit (471) is provided which simulates the afterburning phenomenon using the acquired input data and a physical model for calculating the afterburning phenomenon near the entrance of the cyclone.

上記プラントシミュレータによれば、サイクロンにおける後燃え現象を考慮してサイクロンの伝熱挙動を模擬することが可能となる。これにより、循環流動層ボイラにおける挙動の予測精度を向上させることができる。 According to the above-mentioned plant simulator, it is possible to simulate the heat transfer behavior of a cyclone in consideration of the afterburning phenomenon in the cyclone. Thereby, the accuracy of predicting behavior in the circulating fluidized bed boiler can be improved.

本開示の第４態様に係るプラントシミュレータ（３０）は、前記第１態様から前記第３態様のいずれかにおいて、前記演算部（４５）は、前記外部熱交換器の挙動を模擬する外部熱交換演算部（４８）を備え、前記外部熱交換演算部は、前記外部熱交換器に流入する前記流動材の温度及び流量、並びに、流体の温度、流量、及び圧力の少なくともいずれか一つを入力データとして取得し、取得した前記入力データと前記外部熱交換器の伝熱遅れを演算するための物理モデルとを用いて、前記外部熱交換器における伝熱遅れを模擬する伝熱遅れ演算部（４８１）を備える。 In the plant simulator (30) according to a fourth aspect of the present disclosure, in any one of the first to third aspects, the calculation unit (45) is configured to provide an external heat exchanger that simulates behavior of the external heat exchanger. A calculation unit (48) is provided, and the external heat exchange calculation unit inputs at least one of the temperature and flow rate of the fluid flowing into the external heat exchanger, and the temperature, flow rate, and pressure of the fluid. A heat transfer delay calculation unit that simulates the heat transfer delay in the external heat exchanger using the input data obtained as data and a physical model for calculating the heat transfer delay in the external heat exchanger ( 481).

上記プラントシミュレータによれば、外部熱交換器における伝熱遅れを考慮して外部熱交換器における伝熱挙動を模擬することが可能となる。これにより、循環流動層ボイラにおける挙動の予測精度を向上させることができる。 According to the above-mentioned plant simulator, it is possible to simulate the heat transfer behavior in the external heat exchanger while taking into account the heat transfer delay in the external heat exchanger. Thereby, the accuracy of predicting behavior in the circulating fluidized bed boiler can be improved.

本開示の第５態様に係るプログラムは、コンピュータを前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおけるプラントシミュレータとして機能させるためのプログラムである。 A program according to a fifth aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to function as a plant simulator in any of the first to fourth aspects.

本開示の第６態様に係る運転訓練用シミュレータ（６０）は、前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおけるプラントシミュレータ（３０）と、操作量を入力するための訓練者端末（６２）と、前記操作量に基づく制御指令値を前記プラントシミュレータに与える制御シミュレータ（６４）と、前記プラントシミュレータ又は前記制御シミュレータの内部パラメータに変化を与えるための監督者端末（６６）とを備える。 A driving training simulator (60) according to a sixth aspect of the present disclosure includes the plant simulator (30) according to any one of the first to fourth aspects, and a trainee terminal (62) for inputting an operation amount. , a control simulator (64) that provides a control command value based on the manipulated variable to the plant simulator, and a supervisor terminal (66) that provides changes to internal parameters of the plant simulator or the control simulator.

上記運転訓練用シミュレータによれば、前記第１態様から前記第４態様のいずれかにおけるプラントシミュレータを備えている。すなわち、このプラントシミュレータは、物理モデルを用いてプラントの挙動を模擬するシミュレータであり、循環流動層ボイラに特有のパラメータを模擬可能な構成とされている。したがって、上記運転訓練用シミュレータは、異常発生時における発電プラントの挙動を高精度で模擬することができ、循環流動層ボイラの運転訓練に耐える実機再現度を達成することができる。これにより、発電プラント１の起動及び停止の訓練に加え、異常発生時の訓練を行うことが可能となる。よって、訓練者の運転技能を効果的に向上させることが可能となる。更に、想定外のプラント停止の予防にもつながり、プラント停止期間を極力短くでき、発電稼働率の向上にも寄与することが可能となる。 According to the driving training simulator described above, the plant simulator according to any one of the first to fourth aspects is provided. That is, this plant simulator is a simulator that simulates the behavior of a plant using a physical model, and is configured to be able to simulate parameters specific to a circulating fluidized bed boiler. Therefore, the above-mentioned operation training simulator can highly accurately simulate the behavior of a power generation plant when an abnormality occurs, and can achieve an actual machine reproducibility that can withstand operation training of a circulating fluidized bed boiler. Thereby, in addition to training for starting and stopping the power generation plant 1, it becomes possible to perform training for when an abnormality occurs. Therefore, it becomes possible to effectively improve the driving skills of the trainee. Furthermore, it also helps prevent unexpected plant shutdowns, shortens the plant shutdown period as much as possible, and contributes to improving the power generation operating rate.

１：発電プラント（プラント）
２：ＣＦＢボイラ（循環流動層ボイラ）
３：蒸気タービン
４：発電機
５：コンバスタ
６：燃料供給装置
７：対流伝熱部
８：熱交換器
１０：ロータリバルブ
１３：サイクロン
１４：シールポット
１５：外部熱交換器
１６：灰取出弁
１７：ブロワ
２２：空気予熱器
２３：バグフィルタ
２６：燃焼空気供給部
２８：風室
２９：炉底
３０：プラントシミュレータ
３１：ＣＰＵ
３２：主記憶装置
３３：二次記憶装置
３４：外部インターフェース
３５：通信インターフェース
３６：バス
４０：モデル記憶部
４５：演算部
４６：コンバスタ演算部
４７：サイクロン演算部
４８：外部熱交換演算部
４９：対流伝熱演算部
６０：運転訓練用シミュレータ
６２：訓練者端末
６４：制御シミュレータ
６６：監督者端末
４６１：燃焼遅れ演算部
４６２：出口状態演算部
４７１：後燃え演算部
４７２：熱量演算部
４８１：伝熱遅れ演算部
４８２：伝熱演算部
1: Power generation plant (plant)
2: CFB boiler (circulating fluidized bed boiler)
3: Steam turbine 4: Generator 5: Combustor 6: Fuel supply device 7: Convection heat transfer section 8: Heat exchanger 10: Rotary valve 13: Cyclone 14: Seal pot 15: External heat exchanger 16: Ash removal valve 17 : Blower 22 : Air preheater 23 : Bag filter 26 : Combustion air supply section 28 : Wind chamber 29 : Furnace bottom 30 : Plant simulator 31 : CPU
32: Main storage device 33: Secondary storage device 34: External interface 35: Communication interface 36: Bus 40: Model storage section 45: Calculation section 46: Combustor calculation section 47: Cyclone calculation section 48: External heat exchange calculation section 49: Convection heat transfer calculation unit 60 : Driving training simulator 62 : Trainer terminal 64 : Control simulator 66 : Supervisor terminal 461 : Combustion delay calculation unit 462 : Exit state calculation unit 471 : Afterburning calculation unit 472 : Heat quantity calculation unit 481 : Heat transfer delay calculation unit 482: Heat transfer calculation unit

Claims

A plant simulator that simulates the behavior of a plant equipped with a circulating fluidized bed boiler that circulates fluidized material discharged from a combustor to the combustor via a cyclone and an external heat exchanger,
a model storage unit for storing a physical model of the plant;
a calculation unit that simulates the behavior of the plant using input data and the physical model;
The physical model of the plant includes a physical model regarding components of the circulating fluidized bed boiler,
The calculation unit is a plant simulator that performs calculations including at least one of a combustion delay of input fuel in the combustor, an afterburning phenomenon in the cyclone, and a heat transfer delay due to the fluidized material in the external heat exchanger.

The calculation unit includes a combustor calculation unit that simulates the behavior of the combustor,
The combustor calculation unit acquires as input data at least one of the fuel type, fuel flow rate, combustion gas flow rate, and information regarding the operating state of the device to which the fuel is input, and compares the acquired input data with the combustion of the input fuel. The plant simulator according to claim 1, further comprising a combustion delay calculation unit that simulates a combustion delay of input fuel in the combustor using a physical model for calculating the delay.

The calculation unit includes a cyclone calculation unit that simulates the behavior of the cyclone,
The cyclone calculation unit inputs at least one of a combustion gas temperature and a combustion gas flow rate at the outlet of the combustor, a fluidizing material temperature and a fluidizing material flowrate at the exit of the combustor, and an oxygen concentration of the combustion gas in the combustor. 2. An afterburning calculation unit that simulates the afterburning phenomenon using the acquired input data and a physical model for calculating the afterburning phenomenon in the vicinity of the entrance of the cyclone. plant simulator.

The calculation unit includes an external heat exchange calculation unit that simulates the behavior of the external heat exchanger,
The external heat exchange calculation unit acquires as input data the temperature and flow rate of the fluid flowing into the external heat exchanger, and at least one of the temperature, flow rate, and pressure of the fluid, and The plant according to claim 1, further comprising a heat transfer delay calculation unit that simulates a heat transfer delay in the external heat exchanger using input data and a physical model for calculating a heat transfer delay in the external heat exchanger. simulator.

A program for causing a computer to function as the plant simulator according to claim 1.

A plant simulator according to claim 1;
A trainee terminal for inputting the operation amount,
a control simulator that provides a control command value based on the manipulated variable to the plant simulator;
A simulator for driving training, comprising: a supervisor terminal for changing internal parameters of the plant simulator or the control simulator.