JP5155690B2 - Coal-fired boiler gas concentration estimation device and gas concentration estimation method - Google Patents

Coal-fired boiler gas concentration estimation device and gas concentration estimation method Download PDF

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本発明は、火力発電プラントに備えられた石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法に係わり、特に石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるガス成分であるCO濃度やNOxの濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法に関するものである。   The present invention relates to a gas concentration estimation device and a gas concentration estimation method for a coal fired boiler provided in a thermal power plant, and in particular, to determine the concentration of CO and NOx, which are gas components contained in exhaust gas discharged from a coal fired boiler. The present invention relates to a gas fired boiler gas concentration estimating apparatus and a gas concentration estimating method.

石炭焚きボイラは燃料として石炭を使用するが、この石炭焚きボイラを備えた火力発電プラントでは、石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれている環境汚染物質であるCOとNOxの濃度を規定値以下に抑制しなければならない。   Coal-fired boilers use coal as fuel. In thermal power plants equipped with coal-fired boilers, the concentrations of CO and NOx, which are environmental pollutants contained in the exhaust gas discharged from coal-fired boilers, are specified values. The following must be suppressed.

石炭焚きボイラの排ガスに含まれるCOとNOxの生成量は相反する関係にあり、石炭焚きボイラで石炭を燃焼させる際に燃焼用の空気(酸素)過剰であればNOxの生成量が多くなり、逆に空気が不足していればCOの生成量が多くなる。   The amount of CO and NOx contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler is in a contradictory relationship, and if the combustion air (oxygen) is excessive when burning coal with a coal-fired boiler, the amount of NOx produced will increase. Conversely, if the air is insufficient, the amount of CO generated will increase.

最近の石炭焚きボイラでは、COとNOxの両者が生成する濃度を低減し、かつ石炭焚きボイラの燃焼効率を向上させるため、燃焼用空気を段階的に石炭焚きボイラ内に送り込む二段燃焼方式が採用されている。   In recent coal-fired boilers, in order to reduce the concentration produced by both CO and NOx and to improve the combustion efficiency of coal-fired boilers, there is a two-stage combustion system in which combustion air is sent stepwise into the coal-fired boiler It has been adopted.

この二段燃焼方式による燃焼制御では、石炭焚きボイラに供給する燃焼用空気量の調整と、石炭焚きボイラに設置されたバーナの燃焼パターンの選択などを行なって、石炭焚きボイラの最適な燃焼状態をつくる。   In this two-stage combustion control, the optimal combustion state of the coal-fired boiler is adjusted by adjusting the amount of combustion air supplied to the coal-fired boiler and selecting the combustion pattern of the burner installed in the coal-fired boiler. Make.

また、この燃焼制御の最適化のための調整(制御ゲインの調整、バーナ燃焼パターンの計画など)はオフラインであらかじめ実施しておく。   Further, adjustments for the optimization of the combustion control (control gain adjustment, burner combustion pattern planning, etc.) are performed offline in advance.

ただし、このようにして前もって調整された燃焼条件は、代表的な運転モードに対して最適化されたものであり、大まかな運転計画でしかない。   However, the combustion conditions adjusted in advance in this way are optimized for typical operation modes and are only rough operation plans.

また、経年劣化によりプラントである石炭焚きボイラの特性が変わるので、石炭焚きボイラ運転開始時には最適な燃焼条件であったものが、経年によって最適な燃焼条件から徐々にずれてくる。   Moreover, since the characteristics of the coal-fired boiler that is a plant change due to aging, what was the optimal combustion condition at the start of the coal-fired boiler operation gradually deviates from the optimal combustion condition over time.

これに対して、時々刻々と変わる負荷要求値などの運転条件や経年劣化に対応して、石炭焚きボイラの運転の最適化(COとNOx濃度を許容範囲内に抑えながら、燃焼効率を最大化する)を実施することが、経済的な観点から要求されている。   On the other hand, optimization of the operation of coal-fired boilers (maximizing combustion efficiency while keeping CO and NOx concentrations within an acceptable range) in response to operating conditions such as load demands that change from time to time and aging degradation From the economic point of view.

この石炭焚きボイラの運転の最適化を実現するには、現在の運転条件をベースとして、制御デマンド変更に対する排ガス中のCOとNOx濃度の変化をオンラインでシミュレーションできることが必要である。   In order to realize the optimization of the operation of this coal fired boiler, it is necessary to be able to simulate on-line the changes in the CO and NOx concentrations in the exhaust gas in response to changes in control demand based on the current operating conditions.

つまり、計測データから得られる現在の石炭焚きボイラの運転条件に対して、制御デマンドを変更した場合の石炭焚きボイラの燃焼効率と環境負荷物質の排出量を評価し、両者の点を鑑みて最適な制御ポイントを探索する機能が必要である。   In other words, with respect to the current operating conditions of coal-fired boilers obtained from measurement data, the combustion efficiency of coal-fired boilers and emissions of environmentally hazardous substances are evaluated when the control demand is changed. A function to search for a control point is necessary.

石炭焚きボイラから排出される排ガス中のCOとNOx濃度を推定する方法は幾つかあるが、ニューラルネットのような学習型のアルゴリズムを基に、実機データを用いて各運転条件とガス濃度の変化傾向との関係をモデリングする方法がある。   There are several methods for estimating the CO and NOx concentrations in the exhaust gas discharged from coal-fired boilers. Based on a learning-type algorithm such as a neural network, changes in operating conditions and gas concentrations using actual machine data There are ways to model relationships with trends.

例えば、特開2007−264796号公報には、ボイラの制御に使用するプラントの特性を模擬する連続モデルの作成に関して、ボイラのプロセスデータに基づいて連続モデルを作成し、数値解析したプロセスデータと実機の運転データを用いて連続モデルを再度作成し、この再度作成された連続モデルを用いて強化学習しボイラの制御を行なうことによって、排ガス中の環境負荷物質を減少させる制御方法が開示されている。そして連続モデルの作成にニューラルネットを用いることも示唆されている。   For example, in JP 2007-26496A, regarding the creation of a continuous model that simulates the characteristics of a plant used for boiler control, a continuous model is created based on boiler process data, and numerically analyzed process data and actual machine A control method for reducing environmentally hazardous substances in exhaust gas by re-creating a continuous model using the operation data and performing reinforcement control using the re-created continuous model to control the boiler is disclosed. . It is also suggested to use a neural network to create a continuous model.

このようなモデリング方法の場合、実機データがあれば、その実機の特性に応じたCO濃度とNOx濃度の推定モデルが容易に作成できる。つまり、石炭焚きボイラの運転開始後も運転中の実機データを用いれば、その状態に適した推定モデルが作成できるので、よく適用される方法の一つである。   In the case of such a modeling method, if there is actual machine data, an estimation model of CO concentration and NOx concentration according to the characteristics of the actual machine can be easily created. In other words, using actual machine data during operation even after the start of operation of the coal fired boiler, an estimation model suitable for the state can be created, which is one of the methods often applied.

特開2007−264796号公報JP 2007-264796 A

しかしながら、石炭焚きボイラの計測値である実機データは、出力などの運転条件を変えている場合の過渡的な状態も含まれている。この場合、計測値間の相関関係は一時的な状態であり、時間が経過してプラントの状態が整定した後の相関関係とは異なる状態を示すことになる。   However, actual machine data, which is a measured value of a coal-fired boiler, includes a transient state when operating conditions such as output are changed. In this case, the correlation between the measured values is a temporary state, and shows a state different from the correlation after the plant has settled over time.

特開2007−264796号公報に示唆されたニューラルネットを用いてプラントの動特性をモデリングしたい場合には、このような実機データを用いてニューラルネットの学習を行なうことが有効である。   When modeling the dynamic characteristics of a plant using a neural network suggested in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-264796, it is effective to learn the neural network using such actual machine data.

しかしながら、プラントの静特性を学習したい場合には、このような過渡的な状態を含む実機データを学習に用いると、モデリングに誤差を生じる要因となる。また、通常、プラントの計測値は計測誤差を含む。   However, when it is desired to learn the static characteristics of the plant, using actual machine data including such a transient state for learning causes a modeling error. Moreover, the measured value of a plant usually includes a measurement error.

例えば、温度などは比較的、高精度で計測できるが、流量などは計測誤差を含みやすい。また、センサの経年劣化も計測誤差の要因となる。つまり、上記したように実機データの中には、精度の高いデータと精度が低く誤差が大きいデータとが混在している。   For example, the temperature and the like can be measured with relatively high accuracy, but the flow rate and the like tend to include measurement errors. In addition, sensor aging also causes measurement errors. That is, as described above, in the actual machine data, data with high accuracy and data with low accuracy and large error are mixed.

これらの精度が低いデータが混在した実機データを全て用いてニューラルネットの学習を行った場合には、構築されたニューラルネットのモデルも精度が低いものとなる。   When neural network learning is performed using all real machine data in which data with low accuracy is mixed, the constructed neural network model also has low accuracy.

この結果、精度が低いデータが混在した実機データを用いて実機データの傾向を学習してプラントである石炭焚きボイラから排出される排ガス中のCO/NOx濃度の推定モデルを構築する場合に、構築されたモデルの推定精度が低くなるという問題があった。   As a result, when building a model to estimate the CO / NOx concentration in the exhaust gas discharged from a coal-fired boiler that is a plant by learning the trend of actual machine data using actual machine data mixed with low accuracy data There was a problem that the estimation accuracy of the model was lowered.

本発明の目的は、石炭焚きボイラの燃焼制御で排ガス中のCO濃度又はNOx濃度の変化をニューラルネットを用いてシミュレーションする場合に、実機データに含まれる計測誤差に起因したニューラルネットモデルの推定誤差を抑制して精度の高いガス濃度の推定を可能にする石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法を提供することにある。   An object of the present invention is to estimate an estimation error of a neural network model due to a measurement error included in actual machine data when a change in CO concentration or NOx concentration in exhaust gas is simulated using a neural network in combustion control of a coal fired boiler. An object of the present invention is to provide a gas concentration estimation device and a gas concentration estimation method for a coal fired boiler that can accurately estimate the gas concentration.

本発明の石炭焚きボイラのガス濃度推定装置は、ニューラルネットを用いて石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるガス成分の濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定装置において、前記ガス濃度推定装置は石炭焚きボイラのプロセスデータを格納するプロセスデータベース部と、このプロセスデータベース部に格納されたプロセスデータからニューラルネットの学習に適したデータを抽出するフィルタリング処理を行なうフィルタリング処理部と、このフィルタリング処理部で抽出されたニューラルネットの学習に適したデータに基づいてニューラルネットの学習処理を行なうニューラルネット学習処理部と、このニューラルネット学習処理部の学習処理に基づいて前記石炭焚きボイラから排出する排ガス中のCO濃度又はNOx濃度を推定処理するニューラルネット推定処理部とを備え、前記フィルタリング処理部におけるフィルタリング処理は、前記ニューラルネット学習処理部の学習に用いるプロセスデータに対してニューラルネットの入力信号として使用する各信号に対して、1つの入力信号を基準として他の入力信号の値が所定の閾値以内にあるプロセスデータを抽出してグループとし、該グループに属するプロセスデータを用いて基準とする入力信号と推定対象であるガス濃度の信号値との関係をフィッティングした関数を求め、フィッティングした関数の値と推定対象であるCO濃度又はNOx濃度の信号値との差を用いて、除外するデータを特定するように構成したことを特徴とする。
また、本発明の石炭焚きボイラのガス濃度推定方法は、ニューラルネットを用いて石炭焚きボイラから排出されるガス成分の濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定方法において、石炭焚きボイラのプロセスデータをプロセスデータベース部に格納し、このプロセスデータベース部に格納されたプロセスデータはフィルタリング処理部によってニューラルネットの学習に適したデータを抽出するフィルタリング処理を行ない、このフィルタリング処理部で抽出されたニューラルネットの学習に適したデータに基づいてニューラルネット学習処理部によってニューラルネットの学習処理を行ない、このニューラルネット学習処理部の学習処理に基づいてニューラルネット推定処理部によって石炭焚きボイラから排出する排ガス中のCO濃度又はNOx濃度を推定処理し、フィルタリング処理部におけるフィルタリング処理は、前記ニューラルネット学習処理部の学習に用いるプロセスデータに対してニューラルネットの入力信号として使用する各信号に対して、1つの入力信号を基準として他の入力信号の値が所定の閾値以内にあるプロセスデータを抽出してグループとし、該グループに属するプロセスデータを用いて基準とする入力信号と推定対象であるガス濃度の信号値との関係をフィッティングした関数を求め、フィッティングした関数の値と推定対象であるCO濃度又はNOx濃度の信号値との差を用いて、除外するデータを特定することを特徴とする
The gas concentration estimation device for a coal fired boiler according to the present invention is a gas concentration estimation device for a coal fired boiler that estimates the concentration of gas components contained in exhaust gas discharged from the coal fired boiler using a neural network. The apparatus includes a process database unit that stores process data of a coal-fired boiler, a filtering processing unit that performs filtering processing to extract data suitable for learning of a neural network from the process data stored in the process database unit, and the filtering processing A neural network learning processing unit for performing a neural network learning process based on data suitable for neural network learning extracted by the unit, and an exhaust gas discharged from the coal fired boiler based on the learning process of the neural network learning processing unit CO concentration in or And a neural network estimation processing section for estimating process the Ox concentration, filtering processing in the filtering processing section, to each signal to be used as an input signal of the neural network with respect to the process data used for learning of the neural network learning processing unit On the other hand, with one input signal as a reference, process data whose values of other input signals are within a predetermined threshold are extracted into a group, and the process data belonging to the group is used as a reference input signal and an estimation target. A function obtained by fitting a relationship with a signal value of a certain gas concentration is obtained, and data to be excluded is specified by using a difference between the value of the fitted function and a signal value of a CO concentration or NOx concentration to be estimated. characterized in that it was.
The method for estimating the gas concentration of a coal-fired boiler according to the present invention is a method for estimating the concentration of a gas component discharged from a coal-fired boiler using a neural network. Is stored in the process database section, and the process data stored in the process database section is subjected to a filtering process for extracting data suitable for learning of the neural network by the filtering process section, and the neural network extracted by the filtering process section is processed. Based on the data suitable for learning, the neural network learning processing unit performs the neural network learning processing, and based on the learning processing of the neural network learning processing unit, the neural network estimation processing unit causes CO in exhaust gas discharged from the coal-fired boiler. Dark Alternatively, the NOx concentration is estimated, and the filtering processing in the filtering processing unit is performed by using one input signal for each signal used as the input signal of the neural network with respect to the process data used for learning of the neural network learning processing unit. As a reference, process data whose values of other input signals are within a predetermined threshold are extracted to form a group, and the process data belonging to the group is used as a reference between the input signal used as a reference and the gas concentration signal value to be estimated. A function obtained by fitting the relationship is obtained, and data to be excluded is specified using a difference between the value of the fitted function and the signal value of the CO concentration or NOx concentration to be estimated .

本発明によれば、石炭焚きボイラの燃焼制御で排ガス中のCO濃度又はNOx濃度の変化をニューラルネットを用いてシミュレーションする場合に、実機データに含まれる計測誤差に起因したニューラルネットモデルの推定誤差を抑制して精度の高いガス濃度の推定を可能にする石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法が実現できる。   According to the present invention, when a change in CO concentration or NOx concentration in exhaust gas is simulated using a neural network in combustion control of a coal fired boiler, an estimation error of a neural network model caused by a measurement error included in actual machine data This makes it possible to realize a gas concentration estimation device and a gas concentration estimation method for a coal fired boiler that can accurately estimate the gas concentration.

本発明に係わるガス濃度推定装置は、火力発電プラントに設置された石炭焚きボイラを対象としており、ニューラルネットを用いて石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるCOとNOxのガス濃度の推定処理を行なうガス濃度推定装置である。   The gas concentration estimation apparatus according to the present invention is intended for a coal-fired boiler installed in a thermal power plant, and uses a neural network to estimate the gas concentrations of CO and NOx contained in the exhaust gas discharged from the coal-fired boiler. It is the gas concentration estimation apparatus which performs.

石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるCOとNOxの物質は環境規制により排ガス中の濃度に制限値が設けられている。   The CO and NOx substances contained in the exhaust gas discharged from the coal-fired boiler are limited in concentration in the exhaust gas due to environmental regulations.

本発明の実施例である石炭焚きボイラのガス濃度推定装置は、石炭焚きボイラを備えた火力発電プラントの種々の運転条件に対する排ガス中のCO濃度とNOx濃度を推定するものである。   An apparatus for estimating the gas concentration of a coal fired boiler according to an embodiment of the present invention estimates CO concentration and NOx concentration in exhaust gas for various operating conditions of a thermal power plant equipped with a coal fired boiler.

本発明の対象となる石炭焚きボイラを備えた火力発電プラントの制御システムは、前記ガス濃度推定装置から得られる種々の運転条件(燃料流量、空気流量など)に対するCO濃度とNOx濃度の推定値を基に、排ガスの環境規制を満足し、かつ、ボイラの効率が最大となる石炭焚きボイラの運転条件を計画するものである。   The control system of the thermal power plant equipped with the coal fired boiler which is the subject of the present invention provides the estimated values of the CO concentration and the NOx concentration with respect to various operating conditions (fuel flow rate, air flow rate, etc.) obtained from the gas concentration estimation device. Based on this, the operating conditions of coal-fired boilers that meet the environmental regulations for exhaust gas and maximize boiler efficiency are planned.

本発明の実施例である石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及び方法について図面を参照して以下に説明する。   An apparatus and method for estimating the gas concentration of a coal fired boiler as an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例である石炭焚きボイラのガス濃度推定装置の構成を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a coal-fired boiler gas concentration estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示したプラントである石炭焚きボイラ4の燃焼制御は制御システム2によって行われている。そして図1に示した石炭焚きボイラ4のガス濃度推定装置1は、石炭焚きボイラ4から排出される排ガス中のCO濃度とNOx濃度を推定するガス濃度推定装置1が設置されている。   Combustion control of the coal-fired boiler 4 that is the plant shown in FIG. 1 is performed by the control system 2. And the gas concentration estimation apparatus 1 of the coal burning boiler 4 shown in FIG. 1 is installed with the gas concentration estimation apparatus 1 for estimating the CO concentration and the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the coal burning boiler 4.

前記ガス濃度推定装置1は、石炭焚きボイラ4の実機データとなるプロセスデータを制御システム2を介してオンラインで取り込み、この取り込んだプロセスデータを時系列に格納するプロセスデータベース(プロセスDB)11と、このプロセスDB11に時系列に格納されたプロセスデータからニューラルネットの学習に適したデータを抽出するフィルタリング処理を行なうフィルタリング処理部12と、このフィルタリング処理部12におけるフィルタリング処理結果を格納するフィルタリング処理結果格納部13とを備えている。   The gas concentration estimation device 1 captures process data as actual machine data of the coal-fired boiler 4 online via the control system 2, and a process database (process DB) 11 that stores the captured process data in time series, A filtering processing unit 12 for performing filtering processing for extracting data suitable for learning of the neural network from the process data stored in time series in the process DB 11 and a filtering processing result storage for storing the filtering processing result in the filtering processing unit 12 Part 13.

また前記ガス濃度推定装置1は、フィルタリング処理で抽出されて前記フィルタリング処理結果格納部13に格納されたニューラルネットの学習に適したデータに基づいて、石炭焚きボイラ4から排出される排ガス中のCO濃度及び又はNOx濃度の推定のためのニューラルネットの学習処理を行なうニューラルネット学習処理部14と、このニューラルネット学習処理部14の学習処理で求めた結合係数を格納する学習結果格納部15とを備えている。   Further, the gas concentration estimation apparatus 1 is configured to detect CO in exhaust gas discharged from the coal-fired boiler 4 based on data suitable for learning of a neural network extracted by filtering processing and stored in the filtering processing result storage unit 13. A neural network learning processing unit 14 that performs a neural network learning process for estimating the concentration and / or NOx concentration, and a learning result storage unit 15 that stores the coupling coefficient obtained by the learning process of the neural network learning processing unit 14. I have.

更に前記ガス濃度推定装置1は、ニューラルネット学習処理部14の学習処理に基づいて前記石炭焚きボイラ4から排出する排ガス中のCO濃度及び又はNOx濃度を推定処理するニューラルネット推定処理部16を備えている。   Furthermore, the gas concentration estimation device 1 includes a neural network estimation processing unit 16 that estimates the CO concentration and / or NOx concentration in the exhaust gas discharged from the coal fired boiler 4 based on the learning processing of the neural network learning processing unit 14. ing.

本発明の実施例では、制御対象の石炭焚きボイラ4にはボイラの燃焼制御を行なう制御システム2が設置されており、この制御システム2によってガス濃度推定装置1に対して石炭焚きボイラ4の運転条件を設定し、ガス濃度推定装置1ではこの運転条件でのCO濃度とNOx濃度の推定値を演算するように構成されている。   In the embodiment of the present invention, a control system 2 for controlling combustion of the boiler is installed in the coal-fired boiler 4 to be controlled, and the control system 2 operates the coal-fired boiler 4 with respect to the gas concentration estimation device 1. Conditions are set, and the gas concentration estimation apparatus 1 is configured to calculate the estimated values of the CO concentration and the NOx concentration under these operating conditions.

ガス濃度推定装置1は、石炭焚きボイラ4のCO濃度とNOx濃度を推定するに際して、制御システム2を通して取り込んだ石炭焚きボイラ4のプロセスデータを使用する。   The gas concentration estimation device 1 uses the process data of the coal fired boiler 4 taken through the control system 2 when estimating the CO concentration and NOx concentration of the coal fired boiler 4.

制御システム2から取り込んだ石炭焚きボイラ4のプロセスデータは、上記したようにガス濃度推定装置1に設置されたプロセスDB11に送付されて時系列に格納される。   The process data of the coal fired boiler 4 taken in from the control system 2 is sent to the process DB 11 installed in the gas concentration estimation apparatus 1 as described above and stored in time series.

そしてガス濃度推定装置1では、次にフィルタリング処理部12にてプロセスDB11に時系列に格納された石炭焚きボイラ4のプロセスデータを取り込んで、ニューラルネットの学習に適したプロセスデータのみを抽出するフィルタリング処理を行なう。   Then, in the gas concentration estimation device 1, the filtering processing unit 12 takes in the process data of the coal fired boiler 4 stored in the process DB 11 in time series, and extracts only the process data suitable for learning of the neural network. Perform processing.

本実施例では、モデル構築に使用する石炭焚きボイラ4の実機のプロセスデータの中から、モデルの誤差となるデータを省いた後、モデルの学習を行なう処理とする。モデルの誤差要因となるデータの選別は以下のようにして行なう。   In the present embodiment, the process of learning the model is performed after omitting data that is a model error from the actual process data of the coal-fired boiler 4 used for model construction. Selection of data that causes the model error is performed as follows.

通常、モデルの入力として使用するデータの種類は複数ある。これらのうち、最初に1つの入力信号に着目し、この入力信号を除いて、他の入力信号の値がほぼ同じであるデータの組合せを複数抽出する。   There are usually multiple types of data used as model inputs. Of these, first, pay attention to one input signal, and excluding this input signal, a plurality of combinations of data whose values of other input signals are substantially the same are extracted.

抽出した複数のデータについて、着目した入力信号の変化に対する傾向を確認する。このとき、傾向から逸脱したデータがあれば、そのデータがモデリングの際の誤差要因となると判断し、学習データから除外する。以上の処理を、入力信号に使用するデータの種類ごとに実施する。   For a plurality of extracted data, a tendency with respect to a change in the input signal of interest is confirmed. At this time, if there is data deviating from the tendency, it is determined that the data becomes an error factor in modeling, and is excluded from the learning data. The above processing is performed for each type of data used for the input signal.

次に、このフィルタリング処理部12におけるフィルタリング処理の具体的な内容について説明する。   Next, specific contents of the filtering process in the filtering processor 12 will be described.

フィルタリング処理部12は、ニューラルネットの入力として使用する入力信号、及び、推定対象であるCO濃度、NOx濃度に対応する計測値をプロセスDB11に格納された石炭焚きボイラ4のプロセスデータの中から取得する。   The filtering processing unit 12 acquires an input signal used as an input of the neural network and measurement values corresponding to the estimation target CO concentration and NOx concentration from the process data of the coal fired boiler 4 stored in the process DB 11. To do.

ニューラルネットの入力信号としては、例えば、石炭焚きボイラ4に供給される燃焼用の一次空気流量(非計測の場合は一次空気ファン動力など)、二次空気流量、石炭焚きボイラの負荷、及び燃料の石炭を供給する給炭機流量などがある。   As an input signal of the neural network, for example, a primary air flow rate for combustion supplied to the coal fired boiler 4 (primary air fan power in the case of non-measurement), a secondary air flow rate, a load of the coal fired boiler, and fuel There is a flow of coal feeders that supply coal.

このうち、最初の手順として1つの信号に着目し、フィルタリング処理部12にてプロセスDB11に格納されているプロセスデータのグループ化を行なう。   Of these, focusing on one signal as the first procedure, the filtering processing unit 12 groups the process data stored in the process DB 11.

例えば、最初の手順における1つの信号として給炭機流量の信号に着目した場合、給炭機流量以外の信号値について、差が所定の閾値以内にあるデータを同じグループとして定義する。   For example, when attention is paid to the signal of the coal feeder flow rate as one signal in the first procedure, data having a difference within a predetermined threshold is defined as the same group for signal values other than the coal feeder flow rate.

つまり、給炭機流量以外の信号を入力信号とする場合には、フィルタリング処理部12にて、給炭機流量の値は異なるが、一次空気流量、二次空気流量、ボイラ負荷の各信号は所定の閾値以内にあるほぼ同じ値を示すデータを集めてグループ化する。   That is, when a signal other than the coal feeder flow rate is used as an input signal, the filtering processor 12 has different values for the coal feeder flow rate, but the primary air flow rate, secondary air flow rate, and boiler load signals are Data indicating almost the same value within a predetermined threshold is collected and grouped.

次に、上記でグループ化した各グループについて、フィルタリング処理部12にて入力信号である給炭機流量と、推定するガス濃度の対象となるCO濃度とNOx濃度との関係をグラフ化する。この処理の概念を図2に示す。   Next, for each group grouped above, the filtering processing unit 12 graphs the relationship between the coal feeder flow rate, which is an input signal, and the CO concentration and NOx concentration that are the target of the estimated gas concentration. The concept of this process is shown in FIG.

図2はフィルタリング処理部12にて行なうグラフ化の処理であり、同じグループに属するデータに対して、横軸に入力信号の給炭機流量、縦軸に推定するガス濃度の対象となるNOx濃度をプロットしたときの特性グラフを示している。   FIG. 2 is a graphing process performed by the filtering processing unit 12. For data belonging to the same group, the horizontal axis represents the input signal coal feeder flow rate, and the vertical axis represents the gas concentration to be estimated. The characteristic graph when is plotted is shown.

給炭機流量の信号以外の他の信号の値は前述したように所定の閾値以内にあるほぼ同じ値となっているので、給炭機流量以外の他の信号は同条件と仮定できる。この場合、特性グラフはデータの給炭機流量に対する依存性、即ち、NOx濃度に与える影響の関係の程度を示し、図2(a)のケースでは前記関係の程度が大の状況を表している。   Since the values of the signals other than the coal feeder flow rate signal are substantially the same value within the predetermined threshold as described above, the other signals other than the coal feeder flow rate can be assumed to have the same condition. In this case, the characteristic graph shows the dependency of the data on the flow rate of the coal feeder, that is, the degree of the relationship of the influence on the NOx concentration. In the case of FIG. .

次に、図2にプロットしたデータに対して、フィルタリング処理部12にて関数フィッティングを行なう。   Next, the function fitting is performed by the filtering processing unit 12 on the data plotted in FIG.

図2(a)に示された曲線状の関数100がフィッティング処理により得られたフィッティング関数を示している。   A curved function 100 shown in FIG. 2A shows a fitting function obtained by the fitting process.

次に、このフィッティング関数100とプロットされた各データとの誤差をフィルタリング処理12で計算する。   Next, an error between the fitting function 100 and each plotted data is calculated by the filtering process 12.

そしてフィルタリング処理12における計算によって、誤差が所定の閾値の値を超えていたデータは、給炭機流量に対する前記依存性が他のデータと異なるので、誤差を多く含むデータと判断して、後述するニューラルネット学習処理部14でニューラルネットのモデルを学習するモデリング処理で使用するデータから除外する。   And the data in which the error exceeds the predetermined threshold value by the calculation in the filtering process 12 is different from the other data in the dependency on the flow rate of the coal feeder. The neural network learning processing unit 14 excludes the data from the data used in the modeling process for learning the neural network model.

例えば、図2(a)に示したケースにおいて、曲線状の関数100に対してデータ101の誤差ΔEが所定の閾値の値を超えていれば、データ101に含まれる誤差ΔEが大きいと判断してこのデータ101をモデリング処理で使用するデータから除外する。   For example, in the case shown in FIG. 2A, if the error ΔE of the data 101 exceeds a predetermined threshold value with respect to the curved function 100, it is determined that the error ΔE included in the data 101 is large. The data 101 is excluded from data used in the modeling process.

次に、図2(b)に示したケースのように、前記フィルタリング処理12でのフィッティング処理で除外されなかったデータに対して、再度、フィッティング処理を行なう。   Next, as in the case shown in FIG. 2B, the fitting process is performed again on the data that has not been excluded by the fitting process in the filtering process 12.

この図2(b)の例では、データ101を除外してフィッティング処理を行ない、新たに曲線状のフィッティング関数102を得た状況を示している。   The example of FIG. 2B shows a situation where the fitting process 102 is newly performed by excluding the data 101 and the fitting process 102 having a curved shape is obtained.

次に、この新たなフィッティング関数102とプロットされた各データとの誤差をフィルタリング処理12にて計算する。そして誤差が所定の閾値の値を超えるデータが存在した場合には、この所定の閾値の値を超える誤差となるデータを除外して、再度、フィッティング処理を行なう。   Next, an error between the new fitting function 102 and each plotted data is calculated by the filtering process 12. If there is data whose error exceeds the predetermined threshold value, the data that causes an error exceeding the predetermined threshold value is excluded, and the fitting process is performed again.

そして誤差が所定の閾値の値を超えるデータがなければ、このグループに対する処理は終了である。別のグループに対しても同様の処理を行なう。   If there is no data whose error exceeds a predetermined threshold value, the process for this group is completed. Similar processing is performed for another group.

上記に説明した処理を、ニューラルネットモデルの入力信号として設定している各信号(前記した例では、給炭機流量の他に一次空気流量、二次空気流量、及びボイラの負荷)に関して行なう。   The processing described above is performed with respect to each signal set as an input signal of the neural network model (in the example described above, the primary air flow rate, the secondary air flow rate, and the boiler load in addition to the coal feeder flow rate).

上記したフィルタリング処理12におけるフィルタリング処理によって、モデルの誤差要因となる誤差の大きなデータを除外することができる。   By the filtering process in the filtering process 12 described above, it is possible to exclude data having a large error, which becomes a model error factor.

これらのフィルタリング処理部12におけるフィルタリング処理結果は、フィルタリング処理結果格納部13に格納される。   The filtering processing results in these filtering processing units 12 are stored in the filtering processing result storage unit 13.

次に、ニューラルネット学習処理部14にて、フィルタリング処理結果格納部13に格納されたフィルタリング処理したデータを基に、CO濃度とNOx濃度を推定するためのニューラルネットの学習処理を行なう。   Next, the neural network learning processing unit 14 performs a neural network learning process for estimating the CO concentration and the NOx concentration based on the filtered data stored in the filtering process result storage unit 13.

前記ニューラルネット学習処理部14におけるニューラルネットの構成例を図3に示す。   A configuration example of the neural network in the neural network learning processing unit 14 is shown in FIG.

図3に示したニューラルネット学習処理部14を構成するニューラルネットの構成例では、ニューラルネットの入力信号として、石炭焚きボイラ4のプロセスデータである給炭機流量、一次空気流量、二次空気流量、ボイラ負荷をそれぞれ与え、ニューラルネットの出力信号として石炭焚きボイラ4から排出される排ガス中のCO濃度とNOx濃度を設定している。   In the configuration example of the neural network that constitutes the neural network learning processing unit 14 shown in FIG. 3, the flow rate of the coal feeder, the primary air flow rate, and the secondary air flow rate that are the process data of the coal-fired boiler 4 are used as the input signal of the neural network. The boiler load is given, and the CO concentration and NOx concentration in the exhaust gas discharged from the coal fired boiler 4 are set as output signals of the neural network.

このニューラルネット学習処理部14を構成するニューラルネットにおける学習処理によって、ニューラルネットの入力値と出力値との関係を表す結合係数が求められる。   A coupling coefficient representing the relationship between the input value and the output value of the neural network is obtained by learning processing in the neural network constituting the neural network learning processing unit 14.

ニューラルネット学習処理部14におけるニューラルネットによる学習処理で求めた結合係数は学習結果格納部15に格納される。   The coupling coefficient obtained by the learning process using the neural network in the neural network learning processing unit 14 is stored in the learning result storage unit 15.

以上の説明が、石炭焚きボイラ4から排出される排ガス中のガス濃度(CO濃度及び又はNOx濃度)を推定するためのニューラルネットモデルを構築する学習処理の内容である。   The above description is the content of the learning process for constructing the neural network model for estimating the gas concentration (CO concentration and / or NOx concentration) in the exhaust gas discharged from the coal burning boiler 4.

このニューラルネット学習処理部14での学習処理では、プロセスDB11に種々の運転条件における石炭焚きボイラ4の計測データが格納されていれば、リアルタイムで処理する必要はない。   In the learning processing by the neural network learning processing unit 14, if the measurement data of the coal burning boiler 4 under various operating conditions is stored in the process DB 11, it is not necessary to process in real time.

また、後述するニューラルネット推定処理部16におけるガス濃度(CO濃度とNOx濃度)を推定する処理を行なう前に、あらかじめ前記した学習処理を行っておき、ニューラルネットモデルを用意しておくことも可能である。   It is also possible to prepare the neural network model by performing the above-described learning process in advance before performing the process of estimating the gas concentration (CO concentration and NOx concentration) in the neural network estimation processing unit 16 described later. It is.

次に、前記ニューラルネット学習処理部14の学習処理で構築されたニューラルネットモデルを用いてニューラルネット推定処理部16で、石炭焚きボイラ4の排ガスに含まれるガス濃度(CO濃度及び又はNOx濃度)の推定を行なう動作について説明する。   Next, using the neural network model constructed by the learning processing of the neural network learning processing unit 14, the neural network estimation processing unit 16 uses the concentration of gas (CO concentration and / or NOx concentration) contained in the exhaust gas from the coal burning boiler 4. An operation for estimating the above will be described.

図1に示した石炭焚きボイラを備えた火力発電プラント4の制御システム2では、環境規制値が設定されている石炭焚きボイラ4の排ガスに含まれるガス濃度であるCO濃度及び又はNOx濃度を低減させるために、石炭焚きボイラ4の燃焼制御の最適化を行なう。   In the control system 2 of the thermal power plant 4 equipped with the coal-fired boiler shown in FIG. 1, the CO concentration and / or the NOx concentration, which is the gas concentration contained in the exhaust gas of the coal-fired boiler 4 for which the environmental regulation value is set, is reduced. Therefore, the combustion control of the coal fired boiler 4 is optimized.

この燃焼制御の最適化の処理は、制御システム2に設置された運転条件設定部3によって、該制御システム2からの指令信号に基づいてニューラルネットの入力に設定するプロセス値のうち制御条件に対応するプロセス値を変更する。   This optimization process of combustion control corresponds to the control condition among the process values set to the input of the neural network based on the command signal from the control system 2 by the operating condition setting unit 3 installed in the control system 2. Change the process value.

例えば、一次空気流量を変えたときのCO濃度やNOx濃度の変化傾向を解析する場合には、運転条件設定部3がニューラルネットの入力信号のうち、一次空気流量の値のみを変え、その他の入力信号(例えば、給炭機流量、二次空気流量、及びボイラの負荷)の値については現在値をそのまま設定するように動作する。   For example, when analyzing the change tendency of CO concentration or NOx concentration when the primary air flow rate is changed, the operating condition setting unit 3 changes only the value of the primary air flow rate among the input signals of the neural network, As for the values of the input signals (for example, the coal feeder flow rate, the secondary air flow rate, and the boiler load), the current value is set as it is.

このとき、ニューラルネット推定処理部16による推定処理で得られるCO濃度やNOx濃度の推定値(上記の例では、入力信号の一次空気流量に対する変化傾向が分かる)を基に、制御システム2が石炭焚きボイラにおけるボイラ燃焼の最適な制御方法を決定する。   At this time, based on the estimated values of the CO concentration and NOx concentration obtained in the estimation process by the neural network estimation processing unit 16 (in the above example, the change tendency with respect to the primary air flow rate of the input signal is known), the control system 2 is operated with coal. Determine the optimal control method for boiler combustion in a fired boiler.

ボイラ燃焼の最適な制御方法としては、例えばボイラに供給する燃焼用空気量の調節や、ボイラの燃焼パターンを変更してボイラの燃焼制御を行なうことが考えられる。   As an optimal control method for boiler combustion, for example, it is conceivable to perform combustion control of the boiler by adjusting the amount of combustion air supplied to the boiler or changing the combustion pattern of the boiler.

上記で述べたニューラルネット推定処理部16による処理の結果については、図1に示した表示装置5に表示して確認できるように構成されている。   About the result of the process by the neural network estimation process part 16 mentioned above, it is comprised so that it can display and confirm on the display apparatus 5 shown in FIG.

図4に図1に示した本実施例に設置した表示装置5における表示例の一例を示すが、図4(a)に示した表示装置5の表示例では、フィルタリング処理部12のフィルタリング処理によって除外されたデータ101を図示している。   FIG. 4 shows an example of a display example on the display device 5 installed in the present embodiment shown in FIG. 1. In the display example of the display device 5 shown in FIG. 4A, the filtering processing unit 12 performs the filtering process. The excluded data 101 is illustrated.

また、図4(b)に示した表示装置5の表示例では、本実施例のニューラルネット推定処理部16によって、学習処理により得られたニューラルネットモデルのNOx濃度に対する推定値を点線で示すと共に、時間の経過によるNOx濃度の推定値のトレンドも表示している。   Further, in the display example of the display device 5 shown in FIG. 4B, the estimated value for the NOx concentration of the neural network model obtained by the learning process is indicated by a dotted line by the neural network estimation processing unit 16 of the present embodiment. The trend of the estimated value of the NOx concentration over time is also displayed.

また、この図4(b)の表示例では、実線で示したNOx濃度の実測値と、点線で示したニューラルネットモデルによる推定値のトレンドとの双方を比較する形式で図示している。   Further, in the display example of FIG. 4B, the measured value of the NOx concentration indicated by the solid line and the trend of the estimated value based on the neural network model indicated by the dotted line are illustrated in a format for comparison.

以上に説明した本実施例では、制御システムによるボイラの燃焼制御の最適化を行なうための排ガス中のCO濃度及び又はNOx濃度の推定処理を高精度で行なうことが可能となる。   In the present embodiment described above, the CO concentration and / or NOx concentration estimation processing in the exhaust gas for optimizing the boiler combustion control by the control system can be performed with high accuracy.

即ち、本発明の実施例によれば、石炭焚きボイラの燃焼制御で排ガス中のCO濃度又はNOx濃度の変化をニューラルネットを用いてシミュレーションする場合に、実機データに含まれる計測誤差に起因したニューラルネットモデルの推定誤差を抑制して精度の高いガス濃度の推定を可能にする精度の高いガス濃度の推定を可能にする石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法が実現できる。   That is, according to the embodiment of the present invention, when a change in CO concentration or NOx concentration in exhaust gas is simulated using a neural network in the combustion control of a coal-fired boiler, a neural network caused by a measurement error included in actual machine data is used. It is possible to realize a gas concentration estimation device and a gas concentration estimation method for a coal-fired boiler that can estimate a gas concentration with high accuracy by suppressing an estimation error of the net model and enabling high-precision gas concentration estimation.

本発明は石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるガス成分であるCO濃度やNOxの濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定装置及びガス濃度推定方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a gas concentration estimation apparatus and a gas concentration estimation method for a coal fired boiler for estimating the concentration of CO and NOx, which are gas components contained in exhaust gas discharged from a coal fired boiler.

本発明の一実施例である石炭焚きボイラのガス濃度推定装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the gas concentration estimation apparatus of the coal fired boiler which is one Example of this invention. 図1に示した実施例のガス濃度推定装置を構成するフィルタリング処理部におけるグラフ化の処理の一例を示した概略図。Schematic which showed an example of the graphing process in the filtering process part which comprises the gas concentration estimation apparatus of the Example shown in FIG. 図1に示した実施例のガス濃度推定装置を構成するニューラルネット学習処理部におけるニューラルネットの構成の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of a structure of the neural network in the neural network learning process part which comprises the gas concentration estimation apparatus of the Example shown in FIG. 図1に示した実施例に設置した表示装置における表示の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the display in the display apparatus installed in the Example shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:ガス濃度推定装置、2:制御システム、3:運転条件設定部、4:石炭焚きボイラ、5:表示装置、11:プロセスデータベース、12:フィルタリング処理部、13:フィルタリング処理結果格納部、14:ニューラルネット学習処理部、15:学習結果格納部、16:ニューラルネット推定処理部。   1: gas concentration estimation device, 2: control system, 3: operating condition setting unit, 4: coal-fired boiler, 5: display device, 11: process database, 12: filtering processing unit, 13: filtering processing result storage unit, 14 : Neural network learning processing unit, 15: learning result storage unit, 16: neural network estimation processing unit.

Claims (4)

ニューラルネットを用いて石炭焚きボイラから排出される排ガスに含まれるガス成分の濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定装置において、
前記ガス濃度推定装置は石炭焚きボイラのプロセスデータを格納するプロセスデータベース部と、このプロセスデータベース部に格納されたプロセスデータからニューラルネットの学習に適したデータを抽出するフィルタリング処理を行なうフィルタリング処理部と、このフィルタリング処理部で抽出されたニューラルネットの学習に適したデータに基づいてニューラルネットの学習処理を行なうニューラルネット学習処理部と、このニューラルネット学習処理部の学習処理に基づいて前記石炭焚きボイラから排出する排ガス中のCO濃度又はNOx濃度を推定処理するニューラルネット推定処理部とを備え
前記フィルタリング処理部におけるフィルタリング処理は、前記ニューラルネット学習処理部の学習に用いるプロセスデータに対してニューラルネットの入力信号として使用する各信号に対して、1つの入力信号を基準として他の入力信号の値が所定の閾値以内にあるプロセスデータを抽出してグループとし、該グループに属するプロセスデータを用いて基準とする入力信号と推定対象であるガス濃度の信号値との関係をフィッティングした関数を求め、フィッティングした関数の値と推定対象であるCO濃度又はNOx濃度の信号値との差を用いて、除外するデータを特定するように構成したことを特徴とする石炭焚きボイラのガス濃度推定装置。
In a coal fired boiler gas concentration estimation device that estimates the concentration of gas components contained in exhaust gas discharged from a coal fired boiler using a neural network,
The gas concentration estimation apparatus includes a process database unit that stores process data of a coal-fired boiler, a filtering processing unit that performs a filtering process of extracting data suitable for learning of a neural network from the process data stored in the process database unit, A neural network learning processing unit for performing a neural network learning process based on the data suitable for the neural network learning extracted by the filtering processing unit, and the coal-fired boiler based on the learning process of the neural network learning processing unit. the CO concentration or NOx concentration in the exhaust gas to be discharged and a neural network estimation processing section for estimating process from,
The filtering processing in the filtering processing unit is performed by using one input signal as a reference for each signal used as an input signal of the neural network with respect to the process data used for learning of the neural network learning processing unit. Process data whose values are within a predetermined threshold are extracted into a group, and using the process data belonging to the group, a function is obtained by fitting the relationship between the reference input signal and the signal value of the gas concentration to be estimated. An apparatus for estimating the gas concentration of a coal fired boiler, characterized in that the data to be excluded is specified using the difference between the value of the fitted function and the signal value of the CO concentration or NOx concentration to be estimated.
請求項1に記載の石炭焚きボイラのガス濃度推定装置において、
前記フィルタリング処理部のフィルタリング処理によって抽出した
同じグループに属するデータと、フィッティングにより求めた関数と、除外したデータを表示する表示装置を備えたことを特徴とする石炭焚きボイラのガス濃度推定装置
In the gas concentration estimation apparatus of the coal fired boiler of Claim 1,
Extracted by the filtering process of the filtering processor
A coal-fired boiler gas concentration estimation apparatus comprising a display device for displaying data belonging to the same group, a function obtained by fitting, and excluded data .
ニューラルネットを用いて石炭焚きボイラから排出されるガス成分の濃度を推定する石炭焚きボイラのガス濃度推定方法において、
石炭焚きボイラのプロセスデータをプロセスデータベース部に格納し、このプロセスデータベース部に格納されたプロセスデータはフィルタリング処理部によってニューラルネットの学習に適したデータを抽出するフィルタリング処理を行ない、このフィルタリング処理部で抽出されたニューラルネットの学習に適したデータに基づいてニューラルネット学習処理部によってニューラルネットの学習処理を行ない、このニューラルネット学習処理部の学習処理に基づいてニューラルネット推定処理部によって石炭焚きボイラから排出する排ガス中のCO濃度又はNOx濃度を推定処理し、
フィルタリング処理部におけるフィルタリング処理は、前記ニューラルネット学習処理部の学習に用いるプロセスデータに対してニューラルネットの入力信号として使用する各信号に対して、1つの入力信号を基準として他の入力信号の値が所定の閾値以内にあるプロセスデータを抽出してグループとし、該グループに属するプロセスデータを用いて基準とする入力信号と推定対象であるガス濃度の信号値との関係をフィッティングした関数を求め、フィッティングした関数の値と推定対象であるCO濃度又はNOx濃度の信号値との差を用いて、除外するデータを特定することを特徴とする石炭焚きボイラのガス濃度推定方法
In the method for estimating the gas concentration of a coal fired boiler that estimates the concentration of gas components discharged from a coal fired boiler using a neural network,
Coal-fired boiler process data is stored in the process database section, and the process data stored in the process database section is filtered by the filtering section to extract data suitable for neural network learning. Based on the data suitable for learning of the extracted neural network, the neural network learning processing unit performs the neural network learning processing, and based on the learning processing of the neural network learning processing unit, the neural network estimation processing unit Estimate CO concentration or NOx concentration in exhaust gas to be discharged,
The filtering processing in the filtering processing unit is performed by using values of other input signals based on one input signal for each signal used as a neural network input signal for the process data used for learning in the neural network learning processing unit. Is obtained as a group by extracting process data within a predetermined threshold, and using the process data belonging to the group, a function fitting the relationship between the reference input signal and the signal value of the gas concentration to be estimated is obtained. A method for estimating a gas concentration of a coal fired boiler, wherein data to be excluded is specified using a difference between a value of a fitted function and a signal value of a CO concentration or NOx concentration to be estimated .
請求項3に記載の石炭焚きボイラのガス濃度推定方法において、
同じグループに属するデータと、フィッティングにより求めた関数と、除外したデータを表示装置に表示することを特徴とする石炭焚きボイラのガス濃度推定方法
In the gas concentration estimation method of the coal fired boiler of Claim 3,
A method for estimating the gas concentration of a coal-fired boiler, comprising displaying data belonging to the same group, a function obtained by fitting, and excluded data on a display device .
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