JP3883800B2 - ボイラの台数制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を備えた複数台のボイラの台数制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に燃焼量を増減する比例制御方式のボイラを複数台設置した装置について台数制御運転を行う場合、図６に示すように、負荷変動に対して燃焼中のボイラすべての燃焼量を同時に増減する同時比例方式で制御が行われる。同時比例制御方式では、各ボイラの出力が一定値（図６では“ａ”）以上になったら燃焼台数を１台増加させ、一定値（図６では“ｂ”）以下になったら燃焼台数を１台減少させる。なお、図６では、一例として、５台のボイラを設置した場合の同時比例台数制御運転の状態を示しており、実線が負荷増加時の運転状態、破線が負荷減少時の運転状態である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
連続的に燃焼量を増減する制御機構を持つボイラの台数制御において、蒸気負荷が急変する場合には、上記のように、燃焼缶をすべて同時に燃焼量を増減させて負荷追従することが望ましいが、蒸気負荷の変動が緩慢な場合には、必要以上に燃焼台数が増加することになり、運転効率を低下させる。また、負荷変動が緩慢な場合には、すべての燃焼缶を同時比例制御して負荷追従させる必要はない。
【０００４】
また、台数制御装置の圧力制御の操作出力をボイラ燃焼台数の増減演算に使用する場合に、操作出力が一定値（図６では“ａ”）、例えば、７０％を超えたときに燃焼缶を増加させるようにすると、燃焼缶数に比例して、ボイラ出力の余裕量が増加し、負荷に対し燃焼缶数が増えすぎることになる。すなわち、一例として、操作出力が設定値である７０％を超えたときに燃焼缶を増加させる場合、７０％の設定値が固定のままでは、１缶当り３０％分のボイラ余裕量が燃焼缶数に比例して増加することになり、燃焼缶数が増えるに従い、負荷に対して燃焼缶数が必要以上に多くなる。
また、図６における“ａ”の値が一定の場合、合計負荷率が高くなるに従い、燃焼缶を増加させた直後のバランス負荷率と“ａ”との隙間が徐々に狭くなり、負荷増加に伴って燃焼缶数が増える程、燃焼缶数が必要数より過剰になりやすくなる。
【０００５】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を持つボイラの台数制御で、同時比例制御モードと最大燃焼固定制御モードとを切り替え可能な構成とすることにより、負荷変動パターンに適合した制御モードを選択することができ、運転効率を向上させることができるボイラの台数制御方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を持つボイラの台数制御において、台数制御装置からの出力信号で、燃焼量を同時に増減するボイラを最大２缶に制限し、合計負荷に対するボイラの燃焼台数を最小限とすることにより、蒸気負荷の変動が緩慢な場合にも必要以上に燃焼台数が増加することなく、運転効率を向上させることができるボイラの台数制御方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を持つボイラの台数制御で、台数制御装置の燃焼缶数増加判断値を、燃焼缶数に比例して自動的に変更できる機能を設けることにより、燃焼缶数が変わっても常に最適なボイラ余裕量で台数制御を行うことができ、負荷に対し燃焼缶数が過剰になることを防止できるボイラの台数制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のボイラの台数制御方法は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を備えた複数台のボイラの台数制御方法において、同時比例制御モードと最大燃焼固定制御モードとを切り替え可能なモード切替器を設け、負荷変動が大きい場合には、モード切替器により制御モードを同時比例制御モードにして、台数制御装置からの信号で燃焼中のボイラすべての燃焼量を同時に増減し、負荷変動が小さい場合には、モード切替器により制御モードを最大燃焼固定制御モードにして起動優先順位の高いボイラから最大燃焼に固定し、台数制御装置からの信号で燃焼量を増減するボイラの台数を最小限にするように構成されている（図１、図２、図３参照）。
【０００７】
また、本発明のボイラの台数制御方法は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を備えた複数台のボイラの台数制御方法において、負荷増減時に、台数制御装置からの出力信号で、燃焼量を同時に増減するボイラが最大２缶となるように制限して、燃焼ボイラの台数を増減させるか、燃焼量を増減しているボイラを最大燃焼に固定するか、又は最大燃焼に固定しているボイラを燃焼量が増減するように変更し、合計負荷に対するボイラの燃焼台数が最小限となるように圧力制御を行うことを特徴としている（図１、図４参照）。
上記の本発明のボイラの台数制御方法において、燃焼ボイラを増減する際、操作出力に応じて燃焼量を増減しているボイラを最大燃焼に固定するとき、又は最大燃焼に固定しているボイラを操作出力に応じて燃焼量を増減するように変更する場合に、蒸気圧力のオーバーシュート又はダウンシュートを防止するため、動作切替直前の台数制御装置の操作出力から切替後の安定すべき操作出力値を演算し、圧力フィードバック制御を待たずに操作出力を演算値に移行させてフィードフォワード制御を行うことができる。
【０００８】
また、本発明のボイラの台数制御方法は、連続的に燃焼量を増減する制御機構を備えた複数台のボイラの台数制御方法において、蒸気圧力のフィードバック制御による台数制御装置からの各ボイラへの操作出力を台数制御装置でのボイラ燃焼台数の増減演算に使用するに際し、燃焼缶数が変わってもボイラ出力の余裕量が常に最適な状態で台数制御できるように、台数制御装置で燃焼缶数を検出するとともに、設定した燃焼缶数増加判断値を基準にそのときの燃焼缶数に対する実効値を演算し、操作出力が燃焼缶数増加判断値の実効値を超えたときに燃焼缶数を増加させて負荷に対し燃焼缶数が増えすぎることを防止することを特徴としている（図５参照）。
上記の本発明のボイラの台数制御方法においては、下記の計算式により、燃焼缶数に適合した燃焼缶数増加判断値の実効値を演算することができる。
ＳＶ１１＝１−（（１−ＳＶ１）／（１＋（Ｎ−１）*Ｒ））
（ＳＶ１１；燃焼缶数増加判断値の実効値、ＳＶ１；燃焼缶数増加判断値の設定値、Ｎ；燃焼台数、Ｒ；係数（０〜１の範囲で可変））
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図１は、本発明の実施の第１、第２形態によるボイラの台数制御方法を実施する装置の台数制御信号系統を示している。複数台（図１では、一例として、４台）設置された各ボイラ１０はそれぞれ比例制御盤１２によって連続的に燃焼量を増減させることができる。１４は操作端である。図示を省略しているが、各ボイラ１０から発生する蒸気は蒸気溜めに集められ、蒸気溜めに接続された圧力検出器１６により、蒸気圧力信号ＰＶが台数制御盤１８に送られる。台数制御盤１８では、ＰＩ制御演算手段２０でＰＩ制御出力信号ＭＶが出力され、台数制御演算手段２２で燃焼台数又は／及び最大燃焼固定台数等が演算される。
【００１０】
まず、本発明の実施の第１形態について説明する。
図１において、蒸気負荷の変動が大きい場合は、台数制御盤１８からの信号で燃焼中のボイラ１０すべての燃焼量を同時に増減する。逆に、蒸気負荷の変動が小さい場合においては、台数制御盤１８からの信号で燃焼量を増減するボイラ１０の台数を最小限にする。具体的には、台数制御盤１８の台数制御演算手段２２に制御モードの切替器を設けて、負荷変動パターンに適合した制御モードを選択できるようにする。制御モードとしては、同時比例制御モードと最大燃焼固定制御モードとを有し、各制御モードはモード切替器により切り替えることができる。最大燃焼固定制御モードでは、負荷追従するボイラ缶数を設定できるものとし、燃焼缶数がその缶数を超えた分、起動優先順位の高いボイラから最大燃焼に固定する。
【００１１】
図２、図３は、それぞれ負荷増加時、負荷減少時の燃焼台数演算及び最大燃焼固定台数演算のロジックを説明するフローチャートである。なお、図２、図３に示す各符号の説明は以下の通りである。
ＭＶ；台数制御盤ＰＩ制御出力
ＳＶ１；台数増加ゾーン設定値
ＳＶ２；台数減少ゾーン設定値
Ｔ１；台数増遅延タイマー
Ｔ３；台数増遅延タイマー
Ｔ２；台数減遅延タイマー
Ｎ；燃焼台数
Ｎfr；負荷制御対応缶数
Ｎmax；最大燃焼固定缶数
Ｎｃ；比例制御対応設定缶数
【００１２】
（１）台数演算ロジック
Ａ．燃焼台数演算
ａ）ヘッダ圧力制御部出力が台数増加ゾーンにあるときＴ１秒後にまず１缶燃焼缶を増加させる。ヘッダ圧力制御部出力がさらに台数増加ゾーンにあるときはＴ１＋Ｔ３秒後に１缶ずつ燃焼缶を増加させる（図２参照）。
ｂ）ヘッダ圧力制御部出力が台数減少ゾーンにあるときＴ２秒後に１缶ずつ燃焼缶を減少させる（図３参照）。
Ｂ．最大燃焼固定台数演算
ａ）燃焼缶数；Ｎ＞Ｎｃ缶のとき、Ｎmax＝Ｎ−Ｎｃを最大燃焼固定缶とする。 Ｎｃ；比例制御対応設定缶数で、任意設定とする。
【００１３】
（２）制御パターン
Ａ．パターン▲１▼（同時比例方式；急変負荷変動型）
ａ）燃焼量制御
ヘッダ圧力制御部出力で燃焼缶すべての燃焼量を同時に増減する。
ｂ）台数増減制御
台数増減制御信号は、燃焼台数演算のみを適用する。
Ｂ．パターン▲２▼（固定＋同時比例方式；緩慢負荷変動型）
ａ）燃焼量制御
ヘッダ圧力制御部出力で燃焼缶のうち後発Ｎｃ缶の燃焼量を同時に増減する。
後発のＮｃ缶より先発している缶は、最大燃焼で固定する。
ｂ）台数増減制御
パターン▲１▼と同じ
ｃ）最大燃焼固定台数制御
燃焼台数演算結果によりさらに最大固定台数演算を行い出力する。
【００１４】
つぎに、本発明の実施の第２形態について説明する。
図１において、蒸気負荷の変動が大きい場合は、台数制御盤１８からの出力信号で燃焼中のボイラ１０すべての燃焼量を同時に増減する。一方、蒸気負荷の変動がきわめて緩慢な場合には、台数制御盤１８からの出力信号で、燃焼量を同時に増減するボイラ１０を最大２缶に制限し、合計負荷に対するボイラ１０の燃焼台数を最小限にする。このときの台数制御運転状態図の一例を図４に示す。なお、図４では、４台のボイラを設置した場合の台数制御運転の状態を示しており、実線が負荷増加時の運転状態、破線が負荷減少時の運転状態である。
【００１５】
具体的に、負荷増加時には、台数制御装置からの出力信号；ＭＶ値が、増缶判断設定値；ＳＶ１に達したとき、▲１▼次のボイラに燃焼指令を出す。または、▲２▼そのとき、ＭＶ値で燃焼量を増減しているボイラの１台に、最大燃焼固定指令を出す。動作▲１▼と▲２▼の使い分けは、そのとき、ＭＶ値で燃焼量を増減しているボイラが、１缶のときは、▲１▼を、既に２缶あるときは、▲２▼の指令を出す。
負荷減少時には、台数制御装置からの出力信号；ＭＶ値が、減缶判断設定値；ＳＶ２まで減少したとき、▲３▼最も後発のボイラの燃焼指令を消す。または、▲４▼そのとき、最大燃焼で固定されているボイラの１台に、ＭＶ値で燃焼量を増減するよう指令を出す。動作▲３▼と▲４▼の使い分けは、そのとき、ＭＶ値で燃焼量を増減しているボイラが、１缶のときは、▲４▼を、既に２缶あるときは、▲３▼の指令を出す。また、燃焼ボイラを増減する際、または、ＭＶ値で燃焼量を増減しているボイラを最大燃焼に固定するとき、もしくは最大燃焼に固定しているボイラをＭＶ値で燃焼量を増減するように変更する場合には、蒸気圧力のオーバーシュート、ダウンシュートを防止するため、動作切替直前のＭＶ値から切替後の安定すべきＭＶ値を演算し、圧力フィードバック制御を待たずにＭＶ値を演算値に移行させてフィードフォワード制御を行う。
【００１６】
具体的な一例として、図４に示す台数制御運転状態図の負荷増加時の運転状態を説明する。

【００１７】
図５は、本発明の実施の第３形態によるボイラの台数制御方法を実施する装置の台数制御信号系統を示している。図５に示す装置の基本的な構成及び作用等は図１と同様である。
蒸気圧力のフィードバック制御では、台数制御盤１８からの各ボイラ１０への操作出力をボイラ増減演算に使用する場合、操作出力が一定値、例えば、７０％を超えたときに燃焼缶を増加させるようにすると、燃焼缶数に比例して、ボイラ出力の余裕量が増加し、負荷に対し燃焼缶数が増えすぎることになる。そこで、台数制御盤１８に、燃焼缶数Ｎを検出する機能を設けて、設定した燃焼缶数増加判断値（燃焼台数増加ゾーン設定値ＳＶ１）を基準にそのときの燃焼缶数Ｎに対する実効値ＳＶ１１を演算する（実効値演算手段２４）。台数制御盤１８では、燃焼缶数増加判断値の実効値ＳＶ１１を使って台数制御を行う。
【００１８】
（１）ＳＶ１を固定したままでは、Ｎが増加すると、燃焼缶数を増加させた直後のバランス負荷率とＳＶ１との隙間（両者の値の差異）が徐々に狭く（小さく）なり、Ｎが増加するに従い、Ｎが必要数より過剰になりやすくなる。これを防ぐため、ＳＶ１の実効値をＮに比例して大きくできる機能を設ける。
（２）燃焼台数増加ゾーン設定値；ＳＶ１の使い方を下記の通りとする。
実効設定値；ＳＶ１１＝１−（（１−ＳＶ１）／（１＋（Ｎ−１）*Ｒ））
ここで、Ｎ；燃焼台数、Ｒ；係数（０．０〜１．０の範囲で可変）である。Ｒは、一例として、０．１単位で可変とする。
この場合、Ｒ＝０のときは、ＳＶ１１＝ＳＶ１となり、Ｒ＝１．０のときは、ＳＶ１１がＮに比例して大きくなる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 制御モードの切替器を設けて負荷変動パターンに適合した制御モードを選択できるようにしたので、運転効率が向上する。
（２） 台数制御装置からの出力信号で、燃焼量を同時に増減するボイラを最大２缶に制限し、合計負荷に対するボイラの燃焼台数を最小限とすることにより、蒸気負荷の変動が緩慢な場合にも必要以上に燃焼台数が増加することなく、運転効率を向上させることができる。
（３） 上記の方法において、動作切替え前後における合計燃焼量が変化しないように動作切替え直前の台数制御装置の操作出力と燃焼缶数から切替え後の操作出力を演算し、操作出力をその演算値に移行させて制御を行うことにより、燃焼ボイラを増減する際、および操作出力に応じて燃焼量を増減しているボイラを最大燃焼に固定するとき、又は最大燃焼に固定しているボイラの固定を解除するように変更する場合に、蒸気圧力のオーバーシュート、ダウンシュートを防止することができる。
（４） 台数制御装置の燃焼缶数増加判断値を、燃焼缶数に比例して自動的に変更できる機能を設けることにより、燃焼缶数が変わっても常に最適なボイラ余裕量で台数制御を行うことができ、負荷に対し燃焼缶数が増えすぎることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１、第２形態によるボイラの台数制御方法を実施する装置の台数制御信号系統を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における負荷増加時の燃焼台数演算及び最大燃焼固定台数演算のロジックを説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の第１形態における負荷減少時の燃焼台数演算及び最大燃焼固定台数演算のロジックを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の第２形態におけるボイラ台数制御運転の状態の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の第３形態によるボイラの台数制御方法を実施する装置の台数制御信号系統を示す概略構成説明図である。
【図６】同時比例方式のボイラ台数制御運転の状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ボイラ
１２ 比例制御盤
１４ 操作端
１６ 圧力検出器
１８ 台数制御盤
２０ ＰＩ制御演算手段
２２ 台数制御演算手段
２４ 実効値演算手段

Claims (1)

1. 連続的に燃焼量を増減する制御機構を備えた複数台のボイラの台数制御方法において、
   蒸気圧力のフィードバック制御による台数制御装置からの各ボイラへの操作出力を台数制御装置でのボイラ燃焼台数の増減演算に使用するに際し、ボイラ出力の余裕量を燃焼缶数に応じて変えて台数制御できるように、台数制御装置で燃焼缶数を検出するとともに、設定した燃焼缶数増加判断値を基準にそのときの燃焼缶数に対する余裕量を考慮した実効値を演算し、操作出力が燃焼缶数増加判断値の実効値を超えたときに燃焼缶数を増加させて負荷に対し燃焼缶数が増えすぎることを防止し、下記の計算式により、燃焼缶数に適合した燃焼缶数増加判断値の実効値を演算することを特徴とするボイラの台数制御方法。
   ＳＶ１１＝１−（（１−ＳＶ１）／（１＋（Ｎ−１）*Ｒ））
   （ＳＶ１１；燃焼缶数増加判断値の実効値、ＳＶ１；燃焼缶数増加判断値の設定値、Ｎ；燃焼台数、Ｒ；余裕量係数（０〜１の範囲で可変））

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