JP5440607B2 - プログラム、制御器及びボイラシステム - Google Patents
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Description
このように、複数のボイラを用いてボイラ群を構成する場合、各ボイラは燃焼位置の数が同一とされ、制御手段から各ボイラには燃焼位置の数に応じた制御信号を出力することが一般的であり、かかるボイラ群を制御するための技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
請求項1に記載の発明は、N(Nは、2以上の整数)の燃焼位置を有するボイラを制御する制御器によって(N+1)以上の燃焼位置を有するボイラを1台以上備えたボイラ群を制御するプログラムであって、制御対象がN以下となるように前記燃焼位置をグループ化した燃焼群を備え、前記燃焼群ごとに制御するように構成されていることを特徴とする。
(1)燃焼群の中のそれぞれの燃焼位置を上位又は下位に移行させる際に、燃焼位置を個別に制御すること。(この場合、制御対象は、燃焼群を構成する燃焼位置の数である。)
(2)燃焼群への移行を1つの指示(例えば、制御器としては1つの制御信号を出力することとなり、制御対象は1つである)で制御すること。
の場合があり、
1つの指示で燃焼群を制御する場合、以下の1)、2)に分類される。
1)下位の燃焼位置から上位の燃焼位置に順次燃焼
(例えば、四位置ボイラで低燃焼位置、中燃焼位置をグループ化して1つの燃焼群とした場合に、低燃焼位置から中燃焼位置に順次自動的に移行するための条件(例えば、蒸発量を供給するまでのタイムラグ、圧力、温度、その他)を予め設定し、その条件を満足した場合に、制御手段(例えば、制御器)からの指示によらずに上位の燃焼位置に自動的に移行)
2)燃焼群を構成する燃焼位置を実質的に同時に燃焼
(例えば、四位置ボイラで低燃焼位置、中燃焼位置を燃焼群にグループ化した場合、低燃焼位置と中燃焼位置をほぼ同時に燃焼開始)
また、燃焼群の中の燃焼位置を1つの指示で上位又は下位に移行させる場合には、燃焼位置よりも少ない数の指示によって容易、かつ効率的にボイラ群を制御することができる。また、制御器の負担を軽減することができる。
図1は、本発明に係るボイラシステムの第1の実施形態を示す図であり、符号1はボイラシステムを示している。
この実施形態において、要求負荷は、蒸気使用設備18における消費蒸気量と対応する蒸発量であり、前述の圧力センサ7により検出したスチームヘッダ6内の蒸気の圧力に基づいてボイラ群2の蒸発量を制御するようになっている。
また、一段階上位に移行して第N燃焼位置(Nは、1以上の整数)となることで増加する蒸発量を、「第N燃焼位置の差分蒸発量」、又は「第N差分蒸発量」といい、例えば、第j−1番目(jは、自然数)の燃焼位置から第j番目の燃焼位置に移行した場合に増加する蒸発量を「第j燃焼位置の差分蒸発量」又は第j差分蒸発量というものとする。
また、燃焼停止位置から第1燃焼位置に移行した場合に増加する蒸発量を「第1差分蒸発量」と、第1燃焼位置から第2燃焼位置に移行した場合に増加する蒸発量を「第2差分蒸発量」、第2燃焼位置から第3燃焼位置に移行した場合に増加する蒸発量を「第3差分蒸発量」という。
また、各ボイラが最高位燃焼位置で燃焼しているときの蒸発量を「定格蒸発量」と記載する場合がある。
各ボイラ21、・・・、24の燃焼位置及び燃焼群の構成は、図2に示すとおりであり、四角枠は各ボイラ21、・・・、24の燃焼位置を、第1ボイラ21、第2ボイラ22、第3ボイラ23において二つの燃焼位置を括弧で括った部分は、二つの燃焼位置をグループ化して設定した燃焼群を示している。また、枠内の数字は各燃焼位置の差分蒸発量を示しており、< >内は定格蒸発量を示している。
この実施形態において、第i番目のボイラの燃焼群を、便宜上、燃焼群Gi(j1、j2)(ここで、「j1」はグループ化した燃焼群内の最下位の燃焼位置であり、「j2」は最上位の燃焼位置である)で示している。
一方、第3燃焼位置は、蒸発量が1800(kg/h)、燃焼効率ηが93%、移行時間tが12(sec)と、第1燃焼位置、第2燃焼位置に比較して蒸発量が大きく、燃焼効率η、移行時間tが第2燃焼位置よりも劣位である。また、この第3燃焼位置における燃焼効率η、移行時間tは、低燃焼群を有する他のボイラ22、23の第2燃焼位置に比較しても劣位である。
また、燃焼群G1(1、2)は、第1燃焼位置、第2燃焼位置を個別に制御することにより細かな蒸発量の制御が可能とされ、燃焼効率η、移行時間tの双方がボイラ群2で最も優位であるため、ボイラ群2における燃焼の優先順位は1位とされている。
燃焼群G2(1、2)を設定する際に考慮される事項は、燃焼群G1(1、2)の場合に準じている。
燃焼群G3(1、2)を設定する際に考慮される事項は、燃焼群G1(1、2)、燃焼群G2(1、2)の場合に準じている。
これは、燃焼群G3(1、2)による給蒸は、例えば、2400(kg/h)の蒸発量が第1ボイラ21及び第2ボイラ22によって確保されていて、燃焼群G3(1、2)によって1500(kg/h)の蒸発量を増加しても大きな影響が発生しにくく、制御を簡単にして制御部4の負荷を軽減するとともに、短時間で大きな蒸発量を増加させるような場合に好適である。
また、これらボイラ21、・・・、24のうち、第1ボイラ21、第2ボイラ22は低燃焼群を優先して燃焼させる低燃焼優先ボイラ(この実施形態においては、低燃焼優先ボイラの対象台数2台)として制御部4に設定されている。
この実施形態において、低燃焼優先ボイラの対象台数は、燃焼効率η及び移行時間t(応答性)が優位になるように設定され、また、燃焼させる燃焼群及び燃焼位置の優先順位は、それに対応するように設定されている。
かかる構成によりにより、要求負荷が第1ボイラ21、第2ボイラ22、第3ボイラ23の低燃焼群G1(1、2)、G2(1、2)、G3(1、2)の蒸発量の近傍であるときには、ボイラ群2は高効率燃焼が可能となる。
この実施形態において、制御部4は、例えば、3台の四位置ボイラと1台の三位置ボイラに対する制御信号を出力可能に構成されている。
第1のデータベース45Aは、圧力信号(mV)と圧力P(t)(Pa)との関係を示すデータテーブルが数値データとして格納されており、圧力センサ7からの圧力信号(mV)に基づいてスチームヘッダ6内の圧力P(t)が算出されるようになっている。
また、第2のデータベース45Bは、例えば、各ボイラの燃焼位置の構成、各燃焼位置の差分蒸発量、定格蒸発量、各燃焼群と燃焼位置との対応(図2における燃焼群の括り)、各燃焼位置の優先順位(図3における枠内の数字)、ボイラ群2における燃焼位置及び燃焼群の優先順位(図4における< >内の数字)、各燃焼群を制御する場合の制御形態、燃焼位置を移行する際の制御圧力帯の設定圧力、燃焼群を移行する場合の最下位燃焼位置等の設定圧力Pが格納されている。
1)燃焼位置ごとに個別制御(第1の制御形態)
2)下位の燃焼位置から上位の燃焼位置に順次自動的に移行する制御(第2の制御形態)
3)燃焼群内の燃焼位置を実質的に同時に移行する制御(第3の制御形態)
のいずれに分類して格納されている。
なお、燃焼群を制御する場合、第2の制御形態に係る燃焼群を順次移行する燃焼群、及び第3の制御形態に係る燃焼位置を同時移行するに燃焼群については、燃焼群の最上位の燃焼位置以外の優先順位Kの燃焼位置の目標として設定できないようになっている。
2)ボイラ群2が運転中かどうかを判断する(S102)。
ボイラ群2が運転中の場合にはS103に移行し、運転が停止している場合にはプログラムを終了する。
3)圧力センサ7の圧力信号を、第1のデータベース45Aを参照してスチームヘッダ6内の圧力P(t)を取得する(S103)。
4)kをKと比較する(S104)。
k<Kの場合にはS105に移行し、k<Kでない場合にはS102に移行する。
5)1段階上位に移行する対象がグループ化されていない燃焼位置であるかどうかを判断する(S105)。対象がグループ化されていない燃焼位置である場合にはS106に移行し、対象が燃焼群である場合にはS108に移行する。
6)燃焼位置を1段階上位に移行する信号を出力する(S106)。
信号を出力したらS107に移行する。
7)kに1を加算する(S107)。
kに1加算したら、S102に移行する。
8)燃焼群の制御形態が第1の制御形態かどうかを判断する(S108)。
制御形態が第1の制御形態の場合にはS110に移行し、制御形態が第1の制御形態以外の場合にはS111に移行する。
9)第1サブルーチンを実行して、制御対象である燃焼群の最上位の燃焼位置に移行する(S110)。第1サブルーチンが終了したらS107に移行する。
10)燃焼群の制御形態が第2の制御形態かどうかを判断する(S111)。
制御形態が第2の制御形態の場合にはS120に移行し、制御形態が第2の制御形態以外の場合にはS130に移行する。
11)第2サブルーチンを実行して、制御対象の燃焼群の最上位の燃焼位置に移行する(S120)。第2サブルーチンが終了したらS107に移行する。
12)第3サブルーチンを実行して、制御対象の燃焼群の最上位の燃焼位置に移行する(S130)。第3サブルーチンが終了したらS107に移行する。
上記2)から12)を繰り返して実行する。
以下、図6(A)を参照して、第1サブルーチンを説明する。
2)圧力P(t)と、データベース45Bに格納されている燃焼位置jに係る制御圧力帯と対応する設定値P(j)とを比較し、上位の燃焼位置に移行するべきかどうかを判断する(S12)。
圧力P(t)が設定値P(j)より小さく、上位に移行するべき場合にはS13に移行し、圧力P(t)が設定値P(j)以上の場合にはS12に移行する。
3)1段階上位の燃焼位置に移行する制御信号を出力する(S13)。
4)jに1を加算する(S14)。
5)jが、最上位燃焼位置と対応するj2であるかどうかを判定する(S15)。
j<j2ではなくjがj2に到達している場合にはS16に移行し、j<j2でありjがj2に到達していない場合にはS12に移行し、S15における判定がj<j2ではなくなりjがj2に到達するまで、S12からS14を繰り返して実行する。
6)kに(j2−j1)(燃焼群における燃焼位置を移行した数より1小さい数)を加算して第1サブルーチンを終了する(S16)。
図6(B)における(1)から(4)は、燃焼群を構成する燃焼位置の燃焼状態(着色部が燃焼している燃焼位置)を示しており、矢印AはS13において制御部4が制御信号を出力したことを表している。
以下、図7(A)を参照して、第2サブルーチンを説明する。
2)1段階上位の燃焼位置に移行する信号を出力する(S22)。
3)jに1を加算する(S23)。
4)jが、最上位燃焼位置と対応するj2であるかどうかを判定する(S24)。
j<j2ではなくjがj2に到達している場合にはS26に移行し、j<j2でありjがj2に到達していない場合にはS25に移行する。
5)移行された燃焼位置において所定の設定条件が満足されたことを示す信号入力があったらS23に移行する(S25)。
S24における判定がj<j2ではなくなりjがj2に到達するまで、S25、S23を繰り返して実行する。
6)kに(j2−j1)(燃焼群における燃焼位置を移行した数より1小さい数)を加算して第2サブルーチンを終了する(S26)。
図7(B)における(1)から(4)は、燃焼群を構成する燃焼位置の燃焼状態(着色部が燃焼している燃焼位置)を示しており、矢印Aは、制御対象の燃焼群に移行するために制御部4が制御信号を出力したことを、着色した矢印Bは、燃焼位置において所定の条件が満足され、上位の燃焼位置に自動的に順次行なわれる移行を表している。
以下、図8(A)を参照して、第3サブルーチンを説明する。
2)最上位の燃焼位置に移行する信号を出力する(S32)。
3)jに1を加算する(S33)。
4)jが、最上位燃焼位置と対応するj2であるかどうかを判定する(S34)。
j<j2ではなくjがj2に到達している場合にはS35に移行し、j<j2でありjがj2に到達していない場合にはS33に移行し、S34における判定がj<j2ではなくなりjがj2に到達するまで、S33を繰り返して実行する。
5)kに(j2−j1)(燃焼群における燃焼位置を移行した数より1小さい数)を加算して第3サブルーチンを終了する(S35)。
図8(B)において示した(1)、(2)は、燃焼群を構成する燃焼位置の燃焼状態(着色部が燃焼している燃焼位置)を示しており、矢印Aは、制御対象の燃焼群に移行するために制御部4が制御信号を出力したことを表している。
ボイラ群2は、蒸発量を増加する場合に、図4において<1>から<8>で示した優先順位に従って燃焼位置又は燃焼群を移行しながら蒸発量を増加する。
ここで、燃焼群G1(1、2)、燃焼群G2(1、2)は、上述のように低燃焼ボイラの対象とされている。
2)次に、蒸発量の増加に対応して、制御部4が、図9(B)に示すように燃焼群G1(1、2)のうち第1ボイラ21の第2燃焼位置を燃焼させる。
3)次いで、制御部4が燃焼群G2(1、2)を燃焼させる制御信号を出力する。
その結果、図9(C)に示すように、燃焼群G2(1、2)が燃焼状態に移行する。
図9(C)においては、燃焼位置の移行をまとめて示しているが、燃焼群G2(1、2)における燃焼状態の移行では第2ボイラ22の第1燃焼位置が燃焼状態に移行したことを受けて第2燃焼位置に自動的に順次燃焼状態が移行する。
4)次に、制御部4が、優先順位<3>の燃焼群G3(1、2)を燃焼させる制御信号を出力する。
その結果、例えば、第3ボイラ23においてパージ等が終了すると、図9(D)に示すように、第1燃焼位置及び第2燃焼位置が実質的に同時に燃焼状態に移行する。
5)次に、制御部4は、図9(E)に示すように、優先順位<4>の第1ボイラ21の第3燃焼位置に移行する制御信号を出力し、第1ボイラ21の第3燃焼位置を燃焼状態とする。
6)次に、制御部4は、図9(F)に示すように、優先順位<5>の第4ボイラ24の第1燃焼位置に移行する制御信号を出力し、第4ボイラ24の第1燃焼位置を燃焼状態とする。
7)次に、制御部4は、図9(G)に示すように、優先順位<6>の第2ボイラ22の第3燃焼位置に移行する制御信号を出力し、第2ボイラ22の第3燃焼位置を燃焼状態とする。
8)次に、制御部4は、図9(H)に示すように、優先順位<7>の第3ボイラ23の第3燃焼位置、優先順位<8>の第4ボイラ24の第2燃焼位置に移行する制御信号を出力し、第3ボイラ23の第3燃焼位置、第4ボイラ24の第2燃焼位置を適宜燃焼状態とする。図9(H)において示した破線の矢印は、矢印の順に燃焼状態が移行することを示している。
また、ボイラシステム1によれば、燃焼群G1(1、2)を構成する燃焼位置を個別に制御可能とされているので、燃焼群G1(1、2)の蒸発量を細かく増減することができる。
また、第2の制御形態による制御を行なうことにより、燃焼位置を安定して移行することができる。
以上のように、燃焼位置をグループ化して燃焼群を構成しているので高効率燃焼位置を容易かつ効率的に設定することができる。
例えば、上記実施の形態においては、ボイラシステム1を構成するボイラ群2が、3台の四位置ボイラと、1台の三位置ボイラとから構成される場合について説明したが、ボイラ群2を形成するボイラの構成、及びボイラの台数は任意に設定することができる。その場合に、ボイラ群2を形成するボイラの燃焼位置数、蒸発量等の構成がすべて同一でもよいことはいうまでもない。
また、ボイラ群2を構成するボイラのうちの一部が、故障、修理等により計画停止されている場合に稼動可能な一部のボイラを対象として燃焼制御してもよい。
また、ボイラ群を構成する場合に、例えば、低燃焼群、中位燃焼群、高燃焼群を有するボイラを任意に組み合わせてもよく、かかる場合に、低燃焼群、中位燃焼群、高燃焼群のいずれの燃焼効率を最も高効率としてもよいし、各ボイラにおける燃焼効率が最も高効率とされる燃焼群、又は燃焼位置を、低燃焼群、中位燃焼群、高燃焼群、又はグループ化されていない燃焼位置のなかから任意に選択することも可能である。
また、燃焼群の設定に際して、燃焼効率η及び移行時間tのいずれもが向上しない構成としてもよいことはいうまでもない。
また、上記実施の形態においては、プログラムを実行することで予め定義された燃焼群が制御される場合について説明したが、例えば、継電器、配線等のハードウェア手段を用いて燃焼群を構成してもよい。
また、上記ボイラ群の制御方法の実行に際して、例えば、調圧器等の機械的な手段を一部又は全部に用いてもよい。
また、第2サブルーチンにおいて、燃焼位置を上位に移行する際の出力を、ボイラ群2又はボイラに設けた制御器により行なってもよい。
2 ボイラ群
4 制御部(制御器)
21、22、23、24、25 ボイラ
Claims (7)
- N(Nは、2以上の整数)の燃焼位置を有するボイラを制御する制御器によって(N+1)以上の燃焼位置を有するボイラを1台以上備えたボイラ群を制御するプログラムであって、
前記(N+1)以上の燃焼位置を有するボイラは、制御対象がN以下となるように前記燃焼位置をグループ化した燃焼群を備え、
前記燃焼群ごとに制御するように構成されていることを特徴とするプログラム。 - 請求項1に記載のプログラムであって、
前記燃焼群の少なくとも1つを、該燃焼群を構成する燃焼位置ごとに制御するように構成されていることを特徴とするプログラム。 - 請求項1に記載のプログラムであって、
前記燃焼群の少なくとも1つを、1つの指示で制御するように構成されていることを特徴とするプログラム。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプログラムであって、
複数の燃焼位置をグループ化して前記燃焼群にする場合に、燃焼効率と応答性の少なくともいずれか一方が向上するように構成されていることを特徴とするプログラム。 - 請求項4に記載のプログラムであって、
前記燃焼効率を向上させるために複数の燃焼位置をグループ化して前記燃焼群を構成したボイラのうち、該ボイラにおける燃焼群のうち最下位の低燃焼群の前記燃焼効率が最も高いボイラのなかから低燃焼優先ボイラの対象台数を設定し、
前記低燃焼優先ボイラの前記低燃焼群における燃焼を優先的に制御するように構成されていることを特徴とするプログラム。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のプログラムを備えることを特徴とする制御器。
- 請求項6に記載の制御器を備えることを特徴とするボイラシステム。
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