JP5672314B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳しくは、燃焼状態の制御を比例制御で行うボイラシステムに関する。

従来、複数のボイラを燃焼させて蒸気を発生させるボイラシステムとして、ボイラの燃焼量を連続的に増減させて蒸気の発生量を制御する、いわゆる比例制御方式のボイラシステムが提案されている。
例えば、特許文献１には、燃焼している複数のボイラを均等な負荷率で運転させ、また、燃焼しているボイラの台数が増減した場合には、増減後に燃焼している全てのボイラを均等な負荷率で運転させる比例制御ボイラの制御方法が提案されている。

特開平１１−１３２４０５号公報

しかしながら、特許文献１で提案された手法のように、ボイラの台数を増減した後に燃焼している全てのボイラの負荷率を均等に制御したのでは、台数増減前後においてボイラシステム全体で供給する蒸気量のバランスが崩れ、圧力変動を招くおそれがある。
この点、図１０を参照して具体的に説明する。なお、図１０において増缶ラインＬ１は、燃焼しているボイラを増加する負荷率を示し、一例として８０％に設定されているものとする。また、減缶ラインＬ２は、燃焼しているボイラを減少する負荷率を示し、一例として４０％に設定されているものとする。また、均等ラインＬ３は、燃焼しているボイラを増減した後における、燃焼している全てのボイラにおいて均等な負荷率を示す。

まず、図１０（Ａ）〜（Ｃ）にボイラの台数を増加する場合を示す。図１０（Ａ）において、１号機ボイラ及び２号機ボイラが燃焼しており、その負荷率の上昇が要求されている。この要求に伴い図１０（Ｂ）に示すように、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が増缶ラインＬ１に規定する負荷率に達すると、新たに３号機ボイラの運転を開始することになる。このとき、図１０（Ｃ）に示すように、１号機ボイラから３号機ボイラの全てを均等ラインＬ３に示す均等な負荷率で運転すると、３号機ボイラの増加前に既に運転していた１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が大きく低下することになる。
具体的には、図１０（Ｂ）では、負荷率１６０％（＝８０×２）を１号機ボイラ及び２号機ボイラの２台のボイラで対応していたものを、図１０（Ｃ）において１号機ボイラから３号機ボイラの３台のボイラで対応することになると、１号機ボイラから３号機ボイラの負荷率は５３．３％（＝１６０／３）となる。その結果、３号機ボイラの５３％の上昇に対し、１号機ボイラ及び２号機ボイラの２台のボイラの負荷率が同時に８０％から５３％に２７％も低下することになり、圧力変動の要因となる。

続いて、図１０（Ｄ）〜（Ｆ）にボイラの台数を減少する場合を示す。図１０（Ｄ）において、１号機ボイラから３号機ボイラが燃焼しており、その負荷率の低下が要求されている。この要求に伴い図１０（Ｅ）に示すように、１号機ボイラから３号機ボイラの負荷率が減缶ラインＬ２に規定する負荷率に達すると、３号機ボイラの運転を停止することになる。このとき、図１０（Ｆ）に示すように、１号機ボイラ及び２号機ボイラを均等ラインＬ３に示す均等な負荷率で運転すると、３号機ボイラの停止前から運転していた１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が大きく上昇することになる。
具体的には、図１０（Ｅ）では、負荷率１２０％（＝４０×３）を１号機ボイラから３号機ボイラの３台のボイラで対応していたものを、図１０（Ｆ）において１号機ボイラ及び２号機ボイラの２台のボイラで対応することになると、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率は６０％（＝１２０／２）となる。その結果、３号機ボイラの４０％の低下に対し、１号機ボイラ及び２号機ボイラの２台のボイラの負荷率が同時に４０％から６０％に２０％も上昇することになり、圧力変動の要因となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、燃焼しているボイラの台数を増減させる際の圧力変動を抑えるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記複数のボイラには、最も小さい燃焼状態における蒸気量である最小蒸気量が設定されており、前記制御部は、既に燃焼しているボイラがある状態において、燃焼させるボイラの台数を増加させる場合、新たに燃焼を開始するボイラを最小蒸気量で燃焼させることに伴い、前記既に燃焼しているボイラの負荷率を低下させ、必要蒸気量が増加した場合、前記新たに燃焼を開始させたボイラから優先して負荷率を上昇させるボイラシステムに関する。

また、前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる負荷率を示す増缶ラインが設定されており、前記制御部は、前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が、前記増缶ラインが規定する負荷率に到達すると、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部、を備えることが好ましい。

また、前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる増加基準蒸気量が設定されており、前記制御部は、前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラについて、該ボイラそれぞれの最大蒸気量と出力蒸気量との差である増加余力蒸気量を算出すると共に、算出された前記増加余力蒸気量の和である合計増加余力蒸気量を算出する余力算出部と、前記余力算出部により算出された前記合計増加余力蒸気量が前記増加基準蒸気量を下回った場合に、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部と、を備えることが好ましい。

また、前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を減少させる基準となる負荷率を示す減缶ラインが設定されており、前記制御部は、前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が前記減缶ラインが規定する負荷率に到達すると、燃焼状態にあるボイラのうち１のボイラを停止ボイラとして選択するボイラ選択部と、要求負荷に対して前記停止ボイラの負荷率を変更すると共に、前記停止ボイラの負荷率が前記最も小さい燃焼状態に対応する負荷率まで低下すると、該停止ボイラの燃焼を停止する出力制御部と、を備えることが好ましい。

本発明によれば、燃焼しているボイラの台数が増減した場合であっても圧力変動を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの全体構成を示す図である。 上記実施形態に係るボイラ群の概略を示す図である。 上記実施形態に係る台数制御装置の機能構成を示すブロック図である。 上記実施形態のボイラシステムの動作の概略を示す図である。 上記実施形態のボイラシステムの動作の概略を示す図である。 上記実施形態のボイラシステムの処理の流れを示すフローチャートである。 上記実施形態のボイラシステムの処理の流れを示すフローチャートである。 別実施形態におけるボイラ群の概略を示す図である。 上記別実施形態のボイラシステムの動作の概略を示す図である。 従来のボイラシステムの動作の概略を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のボイラシステム１の全体構成につき、図１を参照しながら説明する。
ボイラシステム１は、複数（５台）のボイラ２０を含むボイラ群２と、これら複数のボイラ２０において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダ６と、この蒸気ヘッダ６の内部の圧力を測定する蒸気圧センサ７と、ボイラ群２の燃焼状態（負荷率）を制御する制御部４を有する台数制御装置３と、を備える。

ボイラ群２は、負荷機器としての蒸気使用設備１８に供給する蒸気を生成する。
蒸気ヘッダ６は、蒸気管１１を介してボイラ群２を構成する複数のボイラ２０に接続されている。この蒸気ヘッダ６の下流側は、蒸気管１２を介して蒸気使用設備１８に接続されている。
蒸気ヘッダ６は、ボイラ群２で生成された蒸気を集合させて貯留することにより、複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が調整された蒸気を蒸気使用設備１８に供給する。

蒸気圧センサ７は、信号線１３を介して、台数制御装置３に電気的に接続されている。蒸気圧センサ７は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（ボイラ群２で発生した蒸気の圧力）を測定し、測定した蒸気圧に係る信号（蒸気圧信号）を、信号線１３を介して台数制御装置３に送信する。

台数制御装置３は、信号線１６を介して、複数のボイラ２０と電気的に接続されている。この台数制御装置３は、蒸気圧センサ７により測定される蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧に基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。台数制御装置３の詳細については、後述する。

以上のボイラシステム１は、ボイラ群２で発生させた蒸気を、蒸気ヘッダ６を介して、蒸気使用設備１８に供給可能とされている。
ボイラシステム１において要求される負荷（要求負荷）は、蒸気使用設備１８における蒸気消費量である。台数制御装置３は、この蒸気消費量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧の変動を、蒸気圧センサ７が測定する蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（物理量）に基づいて算出し、ボイラ群２を構成する各ボイラ２０の燃焼量を制御する。

具体的には、蒸気使用設備１８の需要の増大により要求負荷（蒸気消費量）が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量（後述の出力蒸気量）が不足すれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が減少することになる。一方、蒸気使用設備１８の需要の低下により要求負荷（蒸気消費量）が減少し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が増加することになる。従って、ボイラシステム１は、蒸気圧センサ７により測定された蒸気圧の変動に基づいて、要求負荷の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて、蒸気使用設備１８の消費蒸気量（要求負荷）に応じて必要とされる蒸気量である必要蒸気量を算出する。

ここで、本実施形態のボイラシステム１を構成する複数のボイラ２０について説明する。図２は、本実施形態に係るボイラ群２の概略を示す図である。
本実施形態のボイラ２０は、燃焼量（負荷率）を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラからなる。
比例制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態Ｓ２の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。比例制御ボイラは、例えば、燃料をバーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給するバルブの開度（燃焼比）を制御することにより、燃焼量を調整するようになっている。

また、燃焼量を連続的に制御するとは、後述のローカル制御部２２における演算や信号がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合（例えば、ボイラ２０の出力（燃焼量）が１％刻みで制御される場合）であっても、事実上連続的に出力を制御可能な場合を含む。

本実施形態では、ボイラ２０の燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間の燃焼状態の変更は、ボイラ２０（バーナ）の燃焼をオン／オフすることで制御される。そして、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、燃焼量が連続的に制御可能となっている。
より具体的には、複数のボイラ２０それぞれには、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量Ｕが設定されている。これにより、ボイラ２０は、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、単位蒸気量Ｕ単位で、蒸気量を変更可能となっている。なお、以下では、ボイラ２０の最小燃焼状態Ｓ１における蒸気量を最小蒸気量と呼び、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量を最大蒸気量と呼ぶ。

単位蒸気量Ｕは、最大蒸気量に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム１における出力蒸気量の必要蒸気量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ２０の最大蒸気量の０．１％〜２０％に設定されることが好ましく、１％〜１０％に設定されることがより好ましい。
尚、出力蒸気量とは、ボイラ群２により出力される蒸気量を示し、この出力蒸気量は、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸気量の合計値により表される。

また、複数のボイラ２０には、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ２０を選択するために用いられる。優先順位は、例えば整数値を用いて、数値が小さいほど優先順位が高くなるよう設定することができる。図２に示すように、ボイラ２０の１号機ボイラから５号機ボイラのそれぞれに「１」〜「５」の優先順位が割り当てられている場合、１号機ボイラの優先順位が最も高く、５号機ボイラの優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の制御部４の制御により、所定の時間間隔（例えば、２４時間間隔）で変更される。

以上のボイラ群２には、燃焼するボイラ２０の台数を増加する負荷率（燃焼量）を示す増缶ラインＬ１、及び燃焼するボイラ２０の台数を減少する負荷率を示す減缶ラインＬ２が設定されている。必要蒸気量の変動に伴い燃焼しているボイラ２０の負荷率が上昇して増缶ラインＬ１に規定する負荷率を超えると、新たなボイラ２０（バーナ）の燃焼がオンにされ、燃焼するボイラ２０の台数が増加する（増缶）。また、必要蒸気量の変動に伴い燃焼しているボイラ２０の負荷率が低下して減缶ラインに規定する負荷率を下回ると、燃焼しているボイラ２０のうちの１のボイラ２０（バーナ）の燃焼がオフにされ、燃焼するボイラ２０の台数が減少する（減缶）。
増缶ラインＬ１及び減缶ラインＬ２は適宜設定することができるが、燃焼するボイラ２０の台数増減を抑制可能な値に設定することが好ましい。本実施形態では、８０％の負荷率に増缶ラインＬ１を設定し、４０％の負荷率に減缶ラインＬ２を設定している。増缶ラインＬ１及び減缶ラインＬ２を適切に設定することで、台数増減を抑制でき（燃焼台数増加過多抑制）、結果、パージ損失、放熱損失及び立上損失等を低減することができる。
また、増缶ラインＬ１及び減缶ラインＬ２は、ボイラ２０の運転効率に応じて設定することとしてもよく、このような観点から設定することで、燃焼しているボイラ２０の負荷率が上昇しボイラ群２の運転効率が低下すると（増缶ライン）、新たなボイラ２０の運転を開始し、ボイラ群２全体における運転効率を維持することができ、同様に、燃焼しているボイラ２０の負荷率が減少しボイラ群２の運転効率が低下すると（減缶ライン）、１のボイラ２０の負荷率を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下した後に当該１のボイラ２０の運転を停止することでボイラ群２全体における運転効率を維持することができる。

次に、本実施形態のボイラシステム１による複数のボイラ２０の燃焼状態の制御の詳細について説明する。
台数制御装置３は、蒸気圧センサ７からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する各ボイラ２０の燃焼状態を算出し、各ボイラ２０（後述のローカル制御部２２）に台数制御信号を送信する。この台数制御装置３は、図１に示すように、記憶部５と、制御部４と、を備える。

記憶部５は、台数制御装置３（制御部４）の制御により各ボイラ２０に対して行われた指示の内容や、各ボイラ２０から受信した燃焼状態等の情報、複数のボイラ２０の優先順位の設定の情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報等を記憶する。

制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０に各種の指示を行ったり、各ボイラ２０から各種のデータを受信したりして、５台のボイラ２０の燃焼状態や優先順位を制御する。各ボイラ２０は、台数制御装置３から燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って当該ボイラ２０を制御する。

ボイラ２０は、図１に示すように、燃焼が行われるボイラ本体２１と、ボイラ２０の燃焼状態を制御するローカル制御部２２と、を備える。
ローカル制御部２２は、要求負荷に応じてボイラ２０の燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部２２は、信号線１６を介して台数制御装置３から送信される台数制御信号に基づいて、ボイラ２０の燃焼量を制御し負荷率を変動させることで、燃焼状態を変更する。
また、ローカル制御部２２は、台数制御装置３で用いられる信号を、信号線１６を介して台数制御装置３に送信する。台数制御装置３で用いられる信号としては、ボイラ２０の実際の燃焼状態、及びその他のデータが挙げられる。

図３は、制御部４の構成を示す機能ブロック図である。制御部４は、必要蒸気量算出部４１と、出力蒸気量算出部４２と、偏差算出部４３と、ボイラ選択部４４と、判定部４５と、出力制御部４６と、を備える。
必要蒸気量算出部４１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて、要求負荷に応じた必要蒸気量を算出する。
出力蒸気量算出部４２は、ローカル制御部２２から送信される各ボイラ２０の燃焼状態に基づいて、ボイラ群２により出力される蒸気量である出力蒸気量を算出する。

偏差算出部４３は、必要蒸気量と出力蒸気量との偏差量を算出する。
また、偏差算出部４３は、後述の出力制御部４６により、選択されたボイラ２０の蒸気量が変更された場合には、必要蒸気量と、蒸気量変更後のボイラ群２の出力蒸気量と、の偏差量を算出する。

ボイラ選択部４４は、必要蒸気量に変動があった場合に蒸気量を変更させるボイラ２０を選択する。
具体的には、ボイラ選択部４４は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きい場合、複数のボイラ２０のうち負荷率の低いボイラ２０を選択し、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい場合、複数のボイラ２０のうち負荷率の高いボイラ２０を選択する。また、ボイラ選択部４４は、複数のボイラ２０の負荷率が等しい場合、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きいと最も優先順位の高いボイラ２０を選択し、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さいと最も優先順位の低いボイラ２０を選択する。

判定部４５は、偏差算出部４３により算出された偏差量が単位蒸気量Ｕ以上であるかを判定する。
出力制御部４６は、判定部４５により偏差量が単位蒸気量Ｕ以上であると判定された場合に、ボイラ選択部４４により選択されたボイラ２０の蒸気量を変更させる。具体的には、出力制御部４６は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きい場合、ボイラ選択部４４により選択されたボイラの蒸気量を単位蒸気量Ｕ分増加させる。また、出力制御部４６は、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい場合、ボイラ選択部４４により選択されたボイラの蒸気量を単位蒸気量Ｕ分減少させる。

また、詳細については後述するものの、ボイラ選択部４４は、燃焼している複数のボイラ２０の負荷率が増缶ラインＬ１に規定する負荷率以上に（又は同負荷率より高く）なると、停止しているボイラ２０のうち最も優先順位の高いボイラ２０を、新たに運転を介するボイラ（以下、「運転開始ボイラ」と呼ぶ）として選択する。そして、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により運転開始ボイラが選択されると、当該運転開始ボイラの運転を開始する。
このとき、出力制御部４６は、運転開始ボイラを最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で燃焼させる。

また、ボイラ選択部４４は、燃焼している複数のボイラ２０の負荷率が減缶ラインＬ２に規定する負荷率以下（又は同負荷率より低く）なると、燃焼しているボイラ２０のうち最も優先順位の低いボイラ２０を、運転を停止するボイラ（以下、「停止ボイラ」と呼ぶ）として選択する。そして、出力制御部４６は、ボイラ選択部４４により停止ボイラが選択されると、当該停止ボイラの負荷率を減缶ラインＬ２に規定する負荷率から最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下させた後に、停止ボイラの運転を停止する。

以上、本実施形態のボイラシステム１の構成について説明した。続いて、本実施形態のボイラシステム１によるボイラ２０の台数増減方法の詳細について、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、ボイラ２０を増加する（運転開始ボイラの運転を開始する）際の動作を示し、図５は、ボイラ２０を減少する（停止ボイラの運転を停止する）際の動作を示す。なお、図４及び図５では、説明の便宜上、ボイラ群２を３台のボイラ２０で構成しているが、４台又は５台以上のボイラ２０で構成した場合であっても同様の動作によりボイラ２０の台数を増減することができる。

初めに、図４を参照して、ボイラ２０を増加する際の動作について説明する。
図４（１）を参照して、１号機ボイラから３号機ボイラのうち、１号機ボイラのみが燃焼し、２号機ボイラ及び３号機ボイラが運転を停止している。このとき、蒸気使用設備１８における蒸気使用により必要蒸気量が増加すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラの負荷率を上昇させて、出力蒸気量を増加する。

その結果、図４（２）に示すように、１号機ボイラの負荷率が増缶ラインＬ１に規定する負荷率まで上昇すると、台数制御装置３の制御部４は、停止している２号機ボイラ及び３号機ボイラの中から優先順位の最も高いボイラ２０を運転開始ボイラとして選択する。図４では、２号機ボイラが運転開始ボイラとして選択されたものとする。そして、台数制御装置３の制御部４は、新たに２号機ボイラの運転を開始して出力蒸気量を必要蒸気量に追従させる。
このとき、運転開始に伴いこれまで蒸気量が０であった２号機ボイラから蒸気が生成されることになるため、必要蒸気量と出力蒸気量とを一致させるべく１号機ボイラの蒸気量を減少（負荷率を低下）させる必要がある。

ここで、従来のボイラ増加方法では、図１０（Ｂ）に示すように、運転開始ボイラの運転開始に伴い、全てのボイラ２０が均等な負荷率となるように負荷率を変動させることとしていた。そのため、運転開始ボイラの負荷率は、０から他のボイラ２０と均等な負荷率まで急激に上昇し、また、他のボイラ２０の負荷率は、急激に上昇した運転開始ボイラの負荷率分だけ低下してしまっていた。
この点、本実施形態のボイラシステム１では、図４（３）に示すように、運転開始ボイラ（２号機ボイラ）を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率（本実施形態では２０％）にとどめることとしている。そのため、運転開始ボイラの運転開始に伴い、１号機ボイラ１台のみの負荷率を２０％低下させればよいことになり、燃焼しているボイラ２０の負荷率の変動を抑えることができる。

その後、更に必要蒸気量が増加した場合には、台数制御装置３の制御部４は、負荷率の低い２号機ボイラから優先して負荷率を上昇させ、図４（４）に示すように１号機ボイラと２号機ボイラとの間で負荷率を平準化する。もちろん、１号機ボイラと２号機ボイラとの間で負荷率を平準化する前であっても１号機ボイラの負荷率を変更することとしてもよい。
更に必要蒸気量が増加し図４（５）に示すように、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が増缶ラインＬ１に規定する負荷率まで上昇すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率をこれ以上上昇させることなく、新たに３号機ボイラの運転を開始する。

このとき、本実施形態のボイラシステム１では、図４（６）に示すように、運転開始ボイラ（３号機ボイラ）の負荷率を他のボイラ２０と均等な負荷率まで急激に上昇させることなく、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率（本実施形態では２０％）にとどめることとしているため、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率をそれぞれ１０％低下させればよいことになる。その結果、運転開始ボイラの運転開始に伴う燃焼しているボイラ２０の負荷率の変動を抑えることができる。

続いて、図５を参照して、ボイラ２０を減少する際の動作について説明する。
図５（１）では、１号機ボイラから３号機ボイラの全てが燃焼している。このとき、蒸気使用設備１８における蒸気使用が減り必要蒸気量が減少すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラの負荷率を低下させて、出力蒸気量を減少する。

その結果、図５（２）に示すように、１号機ボイラから３号機ボイラの負荷率が減缶ラインＬ２に規定する負荷率まで低下すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラから３号機ボイラの中から優先順位の最も低いボイラ２０を停止ボイラとして選択する。図５では、３号機ボイラが停止ボイラとして選択されたものとする。そして、台数制御装置３の制御部４は、その後必要蒸気量が減少すると、３号機ボイラ（停止ボイラ）の負荷率を減缶ラインＬ２から低下させる。

その後、図５（３）に示すように、３号機ボイラの負荷率のみが減缶ラインＬ２から最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下すると、３号機ボイラの負荷率を連続的に低下させることができなくなるため、台数制御装置３の制御部４は、３号機ボイラの運転を停止する。
このとき、運転停止に伴いこれまで単位蒸気量Ｕに基づき連続的に負荷率が変動（低下）していた３号機ボイラの負荷率が０になり、３号機ボイラから蒸気が生成されないことになるため、必要蒸気量と出力蒸気量とを一致させるべく１号機ボイラ及び２の蒸気量を増加（負荷率を上昇）させる必要がある。

ここで、従来のボイラ減少方法では、図１０（Ｅ）に示すように、減缶ラインＬ２に規定する負荷率になると直ちに停止ボイラの運転を停止することとしていたため、停止ボイラの負荷率は、減缶ラインＬ２に規定する負荷率（４０％）から０まで急激に低下していた。そのため、他のボイラ２０は、停止ボイラの停止に伴い４０％分負荷率を上昇させなければならず、図１０（Ｅ）では、２台のボイラ２０の負荷率が同時に２０％も上昇してしまっていた。
この点、本実施形態のボイラシステム１では、停止ボイラ（３号機ボイラ）を減缶ラインＬ２から最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下させた後に、停止ボイラの運転を停止させることとしている。そのため、図５（４）に示すように、３号機ボイラの運転停止に伴う１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率の上昇は、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率分で足り、本実施形態では、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率をそれぞれ１０％（＝最小燃焼状態Ｓ１（２０％）／２台）上昇させればよいことになり、燃焼しているボイラ２０の負荷率の変動を抑えることができる。

その後、更に必要蒸気量が減少した場合には、図５（５）に示すように、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率を減缶ラインＬ２に規定する負荷率まで低下させる。その結果、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が減缶ラインＬ２に規定する負荷率まで低下すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラ及び２号機ボイラの中から優先順位の低いボイラ２０（図５では２号機ボイラ）を停止ボイラとして選択し、停止ボイラの負荷率を低下させる。

その後、図５（６）に示すように、２号機ボイラの負荷率のみが減缶ラインＬ２から最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下すると、２号機ボイラの運転を停止する。
このとき、２号機ボイラの運転停止に伴い１号機ボイラの負荷率を上昇させる必要があるが、２号機ボイラを減缶ラインＬ２から最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下させた後に停止しているため、図５（７）に示すように、１号機ボイラの１台のみ負荷率を２０％上昇させればよいことになる。その結果、停止ボイラの運転停止に伴う燃焼しているボイラ２０の負荷率の変動を抑えることができる。

続いて、本実施形態のボイラシステム１の動作を実現するための処理の流れについて、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、ボイラシステム１の処理の流れを示すフローチャートである。

初めに、処理の前準備として各ボイラ２０に対して単位蒸気量Ｕを設定し（ステップＳＴ１）、また、増缶ラインＬ１及び減缶ラインＬ２を設定（ステップＳＴ２）し、記憶部５の所定の領域に記憶する。

続いて、ステップＳＴ３において、制御部４は、必要蒸気量及び偏差量を算出する。即ち、必要蒸気量算出部４１が蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて要求負荷に応じた必要蒸気量を算出し、出力蒸気量算出部４２が各ボイラ２０の燃焼状態に基づいて出力蒸気量を算出すると、偏差算出部４３は、必要蒸気量と出力蒸気量との偏差量を算出する。

続いて、ステップＳＴ４において、制御部４は、蒸気量の変動が必要であるか否かを判定する。本実施形態では、制御部４は、偏差量が０である場合に蒸気量の変動が必要でないと判定し、偏差量が０でない場合に蒸気量の変動が必要であると判定する。蒸気量の変動が必要でない場合には、ステップＳＴ３の処理に戻り、蒸気量の変動が必要な場合には、続いてステップＳＴ５の処理に移る。

ステップＳＴ５において、制御部４は、蒸気量を変動するボイラ２０を選択する変動ボイラ選択処理を行う。なお、変動ボイラ選択処理の詳細については、図７で後述する。
続いて、ステップＳＴ６において、制御部４は、各ボイラ２０へ燃焼指示を出力し、各ボイラ２０から出力される蒸気量を制御する。即ち、判定部４５が、ステップＳＴ５において選択されたボイラ２０に対する蒸気量の変動が偏差量を超えないと判定すると、出力制御部４８は、このボイラ２０の蒸気量を単位蒸気量Ｕ等に基づき増加又は減少させる。
ステップＳＴ６の処理が終わると、制御部４は、ステップＳＴ３の処理に戻り、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ６の処理を繰り返す。

次に、ステップＳＴ５における変動ボイラ選択処理の詳細について、図７を参照して説明する。
初めに、ステップＳＴ１１において、制御部４は、蒸気量を増加する必要があるか、蒸気量を減少する必要があるかを判定する。この判定は、偏差算出部４３が算出した偏差量に基づいて行われ、制御部４は、必要蒸気量の方が大きい場合に蒸気量を増加する必要があると判定し、処理をステップＳＴ１２に移す。一方、制御部４は、出力蒸気量の方が大きい場合に蒸気量を減少する必要があると判定し、処理をステップＳＴ２０に移す。

蒸気量を増加する必要がある場合、ステップＳＴ１２において、制御部４は、増缶する必要があるか否かを判定する。即ち、制御部４のボイラ選択部４４は、運転しているボイラ２０の負荷率が増缶ラインＬ１を超えたか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときは、制御部４は、処理をステップＳＴ１３に移し、ＮＯのときは、処理をＳＴ１５に移す。

増缶する必要がある場合、ステップＳＴ１３において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転を停止しているボイラ２０の中から優先順位の最も高いボイラ２０を運転開始ボイラとして選択し、この運転開始ボイラに対して最小燃焼状態Ｓ１を設定する。続いて、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転開始ボイラが給蒸可能な状態に到達したタイミングとなるまで待機し（ステップＳＴ１４）、運転開始ボイラが給蒸可能な状態に到達すると燃焼している他のボイラ２０の負荷率を低下、即ち運転開始ボイラの負荷率が０から最小燃焼状態Ｓ１に上昇したことに伴い、既に燃焼している他のボイラ２０の負荷率を低下させる（ステップＳＴ１５）。この処理が終了すると、制御部４は、変動ボイラ選択処理を終了し、図６のステップＳＴ６に処理を移す。

他方、増缶する必要がない場合、ステップＳＴ１６において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転開始ボイラが存在するか否かを判定する。本実施形態では、運転開始ボイラの運転を、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で開始するため、運転開始時には、運転開始ボイラと他のボイラ２０との間で負荷率が異なっている。そこで、異なる負荷率を平準化させるべく、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率で運転を開始した後は、運転開始ボイラの負荷率を優先して上昇させる。そのため、ステップＳＴ１６における運転開始ボイラが存在するか否かの判定は、運転開始ボイラとその他のボイラ２０との間で負荷率の平準化がはかられたか否かの判定であるといえる。

運転開始ボイラが存在する場合、ステップＳＴ１７において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転開始ボイラの負荷率を優先して上昇させる。なお、優先した負荷率の上昇は、任意の方法により行うことができ、最も簡易には運転開始ボイラのみ連続して負荷率を上昇させ、他のボイラ２０の負荷率を変動させない方法が考えられる。もちろん、優先した負荷率の上昇は、この方法に限られず、同じボイラのみ複数回連続して負荷率を上昇させることが好ましくない場合には、運転開始ボイラの負荷率を上昇させる頻度を他のボイラ２０の負荷率を上昇させる頻度よりも高くすることで、運転開始ボイラと他のボイラ２０との間の負荷率の平準化をはかることとしてもよい。

続いて、ステップＳＴ１８において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転開始ボイラの負荷率が所定負荷率に到達したか否か、即ち運転開始ボイラと他のボイラ２０との間で負荷率の平準化がはかられたか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときは、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転開始ボイラの設定をクリアする（ステップＳＴ１９）。これにより、以降ステップＳＴ１６においてＮＯと判定されることになり、優先した負荷率の上昇が行われなくなる。この処理が終了すると、制御部４は、変動ボイラ選択処理を終了し、図６のステップＳＴ６に処理を移す。

ステップＳＴ１６においてＮＯと判定されると、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転しているボイラ２０が均一な負荷率になるように負荷率を上昇させるボイラ２０を選択する（ステップＳＴ２０）。この処理が終了すると、制御部４は、変動ボイラ選択処理を終了し、図６のステップＳＴ６に処理を移す。

ステップＳＴ１１において、蒸気量を減少する必要があると判定された場合、ステップＳＴ２１において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転しているボイラ２０の負荷率が減缶ラインＬ２を超えたか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときは、制御部４は、処理をステップＳＴ２２に移し、ＮＯのときは、処理をステップＳＴ２５に移す。

減缶する必要がある場合、ステップＳＴ２２において、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転しているボイラ２０の中から優先順位の最も低いボイラ２０を停止ボイラとして選択し、この停止ボイラの負荷率を低下する。

続いて、制御部４（ボイラ選択部４４）は、停止ボイラの負荷率が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率に到達したか否かを判定し（ステップＳＴ２３）、停止ボイラの負荷率が最小燃焼状態Ｓ１に到達するまで待機する。その後、停止ボイラの負荷率が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率に到達すると、制御部４（ボイラ選択部４４）は、停止ボイラに対して運転停止を設定し、この運転停止に伴い他のボイラ２０の負荷率を上昇させる（ステップＳＴ２４）。この処理が終了すると、制御部４は、変動ボイラ選択処理を終了し、図６のステップＳＴ６に処理を移す。
また、ステップＳＴ２１においてＮＯと判定されると、制御部４（ボイラ選択部４４）は、運転しているボイラ２０が均一な負荷率になるように負荷率を低下させるボイラ２０を選択する（ステップＳＴ２５）。この処理が終了すると、制御部４は、変動ボイラ選択処理を終了し、図６のステップＳＴ６に処理を移す。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい一実施形態について説明した。ところで、上記実施形態のボイラシステム１では、ボイラ２０の負荷率が増缶ラインＬ１に対応する負荷率に達すると他のボイラ２０の運転を開始することとしている。この点、他のボイラ２０の運転を開始する基準については、増缶ラインＬ１に限られず、他の基準を採用することとしてもよい。

ボイラシステム１では、急激な負荷変動（特に、負荷増加）に対応するため、ボイラ２０に対して一定の余力を持たせた状態で燃焼させることが好ましい。そこで、ボイラ群２に、このような急激な負荷変動に対する余力としての急負荷変動蒸気量（増加基準蒸気量）を設定しておき、この急負荷変動蒸気量に基づいて、他のボイラ２０の運転を開始することとしてもよい。
ここで、図８を参照して、燃焼中のボイラ２０の最大蒸気量と現在生成している蒸気量との差を「増加余力蒸気量」と呼び、燃焼中の複数のボイラ２０における増加余力蒸気量の和を「合計増加余力蒸気量」と呼ぶ。なお、運転を停止しているボイラ２０では、最大蒸気量分の余力を有することになるが、停止している状態であり急激な負荷変動に対して早急な追従ができないため、増加余力蒸気量は０となる。
ボイラシステム１では、このような合計増加余力蒸気量と急負荷変動蒸気量とに基づいて、停止しているボイラ２０の運転を開始することとしてもよい。即ち、合計増加余力蒸気量が急負荷変動蒸気量よりも小さくなることを条件に、新たなボイラ２０の運転を開始し、余力を確保することとしてもよい。

このような合計増加余力蒸気量及び急負荷変動蒸気量を用いたボイラ２０の増加について図９を参照して説明する。
図９（１）を参照して、１号機ボイラから３号機ボイラのうち、１号機ボイラ及び２号機ボイラが燃焼し、３号機ボイラが運転を停止している。このとき、蒸気使用設備１８における蒸気使用により必要蒸気量が増加すると、台数制御装置３の制御部４は、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率を上昇させて、出力蒸気量を増加する。

１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率が上昇すると、１号機ボイラ及び２号機ボイラの余力が小さくなる。そこで、台数制御装置３の制御部４（余力算出部）は、１号機ボイラ及び２号機ボイラのそれぞれの増加余力蒸気量を算出すると共に、算出した１号機ボイラ及び２号機ボイラの増加余力蒸気量の和である合計増加余力蒸気量を算出する。その結果、図９（２）に示すように、合計増加余力蒸気量が急負荷変動蒸気量よりも小さくなると、台数制御装置３の制御部４（ボイラ選択部４４）は、新たに３号機ボイラの運転を開始してボイラ群２における余力（合計増加余力蒸気量）を確保する。

このとき、運転を開始した３号機ボイラの負荷率を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率に抑えることで、図９（３）に示すように、１号機ボイラ及び２号機ボイラの負荷率の低下を抑えることができ、３号機ボイラの運転開始に伴う燃焼しているボイラ２０の負荷率の変動を抑えることができる。

以上説明したボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）複数のボイラ２０にそれぞれ最小燃焼状態Ｓ１を設定した。そして、制御部４は、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる場合に、新たに燃焼を開始するボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させる構成とした。これにより、新たなボイラ２０の増加に伴う他のボイラ２０の蒸気量（負荷率）の変動を、最小燃焼状態Ｓ１の範囲に限定することができ、燃焼しているボイラ２０の台数を増加した場合の圧力変動を抑えることができる。

（２）ボイラ群２に燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる負荷率を示す増缶ラインＬ１を設定した。そして、制御部４を、複数のボイラ２０のうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が、増缶ラインＬ１が規定する負荷率に到達すると、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部４４を含んで構成した。このような増缶ラインＬ１を適切に設定することで、ボイラ２０の台数増加やその後の要求負荷低下に伴うボイラ２０の台数減少を抑制することができ（燃焼台数増減過多抑制）、結果、ボイラ２０の台数増減に伴うパージ損失、放熱損失及び立上損失等を低減することができる。この場合においても、増加するボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させることで、燃焼しているボイラ２０の台数を増加した場合の圧力変動を抑えることができる。

（３）ボイラ群２に燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる増加基準蒸気量を設定した。そして、制御部４を、複数のボイラ２０のうち燃焼状態にあるボイラについて、該ボイラ２０それぞれの最大蒸気量と出力蒸気量との差である増加余力蒸気量を算出すると共に、算出された増加余力蒸気量の和である合計増加余力蒸気量を算出する余力算出部と、算出された合計増加余力蒸気量が増加基準蒸気量を下回った場合に、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部４４と、を含んで構成した。これにより、ボイラ群２における余力を確保した状態でボイラ２０の台数を増加することができる。この場合においても、増加するボイラ２０を最小燃焼状態Ｓ１で燃焼させることで、燃焼しているボイラ２０の台数を増加した場合の圧力変動を抑えることができる。

（４）ボイラ群２に燃焼させるボイラの台数を減少させる基準となる負荷率を示す減缶ラインＬ２を設定した。そして、制御部４を、複数のボイラ２０のうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が減缶ラインＬ２が規定する負荷率に到達すると、燃焼状態にあるボイラのうち１のボイラを停止ボイラとして選択するボイラ選択部４４と、要求負荷に対して停止ボイラの負荷率を変更すると共に、停止ボイラの負荷率が最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下すると、該停止ボイラの燃焼を停止する出力制御部４６と、を含んで構成した。これにより、燃焼しているボイラ２０の台数を減少させる場合には、停止するボイラ２０（停止ボイラ）を最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率まで低下させてから該ボイラ２０の燃焼を停止することになる。そのため、ボイラ２０の燃焼停止に伴う他のボイラ２０の蒸気量（負荷率）の変動を、最小燃焼状態Ｓ１の範囲に限定することができ、燃焼しているボイラ２０の台数を減少した場合の圧力変動を抑えることができる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、運転開始ボイラ及び停止ボイラ以外の他のボイラ２０に対する詳細な説明を省略している。この点、運転開始ボイラ及び停止ボイラ以外の燃焼を継続するボイラ２０の負荷率は、必要に応じて変更し、ボイラシステム１全体における圧力安定性を確保することとしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を、３台の又は５台のボイラ２０からなるボイラ群２を備えるボイラシステムに適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、６台以上のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよく、また、２台のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。

また、本実施形態では、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸気量の合計値をボイラ群２の出力蒸気量としたが、これに限らない。即ち、台数制御装置３（制御部４）から複数のボイラ２０に送信される燃焼指示信号から算出される蒸気量である指示蒸気量の合計値をボイラ群２の出力蒸気量として扱ってもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
４ 制御部
４１ 必要蒸気量算出部
４２ 出力蒸気量算出部
４３ 偏差算出部
４４ ボイラ選択部
４５ 判定部
４６ 出力制御部
Ｕ 単位蒸気量
Ｓ１ 最小燃焼状態
Ｌ１ 増缶ライン
Ｌ２ 減缶ライン

Claims (4)

1. 負荷率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記複数のボイラには、最も小さい燃焼状態における蒸気量である最小蒸気量が設定されており、
   前記制御部は、既に燃焼しているボイラがある状態において、燃焼させるボイラの台数を増加させる場合、新たに燃焼を開始するボイラを最小蒸気量で燃焼させることに伴い、前記既に燃焼しているボイラの負荷率を低下させ、必要蒸気量が増加した場合、前記新たに燃焼を開始させたボイラから優先して負荷率を上昇させるボイラシステム。
2. 前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる負荷率を示す増缶ラインが設定されており、
   前記制御部は、
   前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が、前記増缶ラインが規定する負荷率に到達すると、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部、を備える請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を増加させる基準となる増加基準蒸気量が設定されており、
   前記制御部は、
   前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラについて、該ボイラそれぞれの最大蒸気量と出力蒸気量との差である増加余力蒸気量を算出すると共に、算出された前記増加余力蒸気量の和である合計増加余力蒸気量を算出する余力算出部と、
   前記余力算出部により算出された前記合計増加余力蒸気量が前記増加基準蒸気量を下回った場合に、燃焼させるボイラの台数を増加させるボイラ選択部と、を備える請求項１に記載のボイラシステム。
4. 前記ボイラ群には、燃焼させるボイラの台数を減少させる基準となる負荷率を示す減缶ラインが設定されており、
   前記制御部は、
   前記複数のボイラのうち燃焼状態にあるボイラの負荷率が前記減缶ラインが規定する負荷率に到達すると、燃焼状態にあるボイラのうち１のボイラを停止ボイラとして選択するボイラ選択部と、
   要求負荷に対して前記停止ボイラの負荷率を変更すると共に、前記停止ボイラの負荷率が前記最も小さい燃焼状態に対応する負荷率まで低下すると、該停止ボイラの燃焼を停止する出力制御部と、を備える請求項１から３のいずれかに記載のボイラシステム。

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