JP5991150B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数の負荷装置に蒸気を供給するボイラシステムに関する。

従来、要求負荷の変動に基づいてボイラの燃焼状況を制御するボイラシステムとして、複数のボイラの燃焼量を段階的に増減させて蒸気の発生量を制御することで、要求負荷の変動に対する追従性を高めたボイラシステムが知られている。
このようなボイラシステムにおける燃焼制御に関する工夫は、これまで多数なされてきており、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に変動が生じた場合には、変動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

ところで、これまでの燃焼制御は、ボイラで生成された蒸気を貯留する蒸気ヘッダの圧力を監視することで要求負荷とボイラ燃焼との調整を図ることが一般的であった。
具体的には、図８（１）を参照して、蒸気ヘッダ６には蒸気圧センサ７が設置されており、この蒸気圧センサ７により目標圧力よりも低い圧力が検知されると、要求負荷（即ち負荷装置Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３における蒸気使用量）が増えたと判断し、ボイラ２０の燃焼量を増大する。一方、蒸気圧センサ７により目標圧力よりも高い圧力が検知されると、要求負荷が減ったと判断し、ボイラ２０の燃焼量を減少する。ボイラシステムにおける燃焼制御では、このような燃焼量の増減により蒸気ヘッダの圧力を目標圧力に維持することとしている。

このとき目標圧力は、負荷装置において蒸気を使用する際に必要となる蒸気圧力（以下「所要圧力」と呼ぶことがある）に蒸気供給に伴う圧力損失などを考慮した安全率を上乗せし設定することで設備設計上の安全性を確保している。
具体的には、図８（１）を参照して、従来のボイラシステムでは、負荷装置Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３への供給経路としての蒸気管Ｌを設け、この蒸気管Ｌにおける圧力損失を考慮して目標圧力を設定している。

しかしながら、従来のボイラシステムでは、蒸気ヘッダの圧力しか監視していないため、蒸気管Ｌの圧力損失を適切に管理できていなかった。
例えば、図８（２）を参照して、負荷装置Ａ１１へ蒸気を供給する蒸気管Ｌ１１、負荷装置Ａ１２へ蒸気を供給する蒸気管Ｌ１２、負荷装置Ａ１３へ蒸気を供給する蒸気管Ｌ１３において圧力損失が夫々異なる場合を考える。従来のボイラシステムでは、蒸気管Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３のうち例えば最も圧力損失係数の大きい蒸気管を蒸気管Ｌとした上で、この蒸気管Ｌに平均的な流量の蒸気を供給した場合の圧力損失を考慮して目標圧力を設定している。なお、説明を容易にするため、蒸気管Ｌ１１の圧力損失係数が最も小さく、蒸気管Ｌ１２の圧力損失係数が次に小さく、蒸気管Ｌ１２の圧力損失係数が最も大きいものとする。

ここで、負荷装置を含めた蒸気システムとして捉えた場合、蒸気を実際に使用する負荷装置に到達した蒸気の圧力を一定に制御することが重要となる。
この点、図８（２）を参照して、負荷装置Ａ１１で蒸気を使用する一方、負荷装置Ａ１２，Ａ１３では蒸気を使用していない状況では、従来の方法で蒸気ヘッダ６の目標圧力を設定すると、蒸気が流通することのない蒸気管Ｌ１３の圧力損失を考慮した上で目標圧力が設定されることになる。蒸気管Ｌ１３の圧力損失は蒸気管Ｌ１１の圧力損失よりも高いため、蒸気ヘッダ６の目標圧力は必要よりも高く設定され、結果、負荷装置Ａ１１に到達した蒸気の圧力は負荷装置Ａ１１の所要圧力よりも高くなってしまう。
そのため、負荷装置Ａ１１でのみ蒸気を使用している状況では、目標圧力を下げボイラを効率的に運転させることが好ましいが、従来の方法では、蒸気の使用の有無に関わらず目標圧力を設定していたため、蒸気を使用する負荷装置に適した圧力の蒸気を供給することができなかった。

そこで、本発明は、蒸気を使用する負荷装置での圧力を一定に制御し、結果、ボイラの効率的な燃焼制御を可能にするボイラシステムを提供することを目的とする。

（１） 段階的な燃焼位置で燃焼可能な複数のボイラと、前記複数のボイラから発生した蒸気を貯留する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダに貯留された蒸気の圧力を目標圧力値になるように制御する制御装置と、を備え、圧力損失が夫々異なる供給経路を介して前記蒸気ヘッダから複数の負荷装置に対して蒸気を供給するボイラシステムであって、前記制御装置は、前記複数の負荷装置毎に使用する蒸気の所要圧力を記憶する記憶手段と、前記複数の負荷装置のうち蒸気を使用している蒸気使用負荷装置を特定する使用装置特定手段と、前記蒸気使用負荷装置への供給蒸気量を取得する供給量取得手段と、前記蒸気使用負荷装置に対応する前記供給経路の圧力損失係数及び前記供給蒸気量に基づいて前記蒸気使用負荷装置への蒸気の供給に伴う圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、前記蒸気使用負荷装置に対応する前記所要圧力及び前記圧力損失に基づいて、前記目標圧力値を設定する目標値設定手段と、を備えるボイラシステム。

（１）のボイラシステムによれば、蒸気ヘッダには蒸気を使用する蒸気使用負荷装置の所要圧力に対応する目標圧力の蒸気が貯留される。このとき、蒸気ヘッダの目標圧力は、所要圧力に加え蒸気使用負荷装置まで蒸気を供給する際の圧力損失も加味して設定される。蒸気ヘッダから供給される蒸気は、蒸気使用負荷装置に到達するまでの圧力損失により圧力が低下するが、目標圧力自体に圧力損失が加味されているため、蒸気使用負荷装置に到達した蒸気は、当該蒸気使用負荷装置の所要圧力となる。これにより、蒸気を使用する蒸気使用負荷装置での圧力を一定に制御することができる。その結果、蒸気使用と関係のない安全率を考慮し目標圧力を設定する従来の方法に比べ、蒸気ヘッダの圧力を抑えることができ、ボイラを効率的に制御することができる。

（２） 前記供給経路を流れる蒸気の流量を測定する流量計を備え、前記供給量取得手段は、前記流量計が測定した前記流量に基づいて前記供給蒸気量を取得する、（１）に記載のボイラシステム。
（３） 前記記憶手段は、前記複数の負荷装置毎に蒸気使用量を記憶し、前記供給量取得手段は、前記蒸気使用負荷装置に対応する前記蒸気使用量に基づいて前記供給蒸気量を取得する、（１）に記載のボイラシステム。

蒸気使用負荷装置までの圧力損失を算出するための蒸気使用量（流量Ｖ）は、（２）のボイラシステムのように流量計により測定することとしてもよく、また、（３）のボイラシステムのように負荷装置毎の蒸気使用量から取得することとしてもよい。

（４） 前記使用装置特定手段は、前記負荷装置からの稼働信号を受信することで前記蒸気使用負荷装置を特定する、請求項１から３のいずれかに記載のボイラシステム。
（５） 前記蒸気ヘッダ及び前記供給経路を接続又は非接続とする送気バルブを更に備え、前記使用装置特定手段は、前記送気バルブにより接続された前記供給経路を介して蒸気が供給される負荷装置を前記蒸気使用負荷装置として特定する、（１）から（３）のいずれかに記載のボイラシステム。

また、蒸気使用負荷装置の特定は、（４）のボイラシステムのように負荷装置からの稼働信号に基づいて行うこととしてもよく、（５）のボイラシステムのように開放された送気バルブの下流に位置する負荷装置を蒸気使用負荷装置として特定することとしてもよい。

（６） 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値が最も大きい蒸気使用負荷装置の加算値を前記目標圧力値として設定する、（１）から（５）のいずれかに記載のボイラシステム。
（７） 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値が最も小さい蒸気使用負荷装置の加算値を前記目標圧力値として設定する、（１）から（５）のいずれかに記載のボイラシステム。
（８） 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値の前記複数の蒸気使用負荷装置における平均値を前記目標圧力値として設定する、（１）から（５）のいずれかに記載のボイラシステム。

また、蒸気使用負荷装置が複数存在する場合には、（６）のボイラシステムのように所要圧力と圧力損失との加算値が最も大きいものを目標圧力として設定することとしてもよく、（７）のボイラシステムのように加算値が最も小さいものを目標圧力として設定することとしてもよく、（８）のボイラシステムのように複数の蒸気使用負荷装置における加算値の平均値を目標圧力として設定することとしてもよい。

本発明によれば、蒸気を使用する負荷装置での圧力を一定に制御し、結果、ボイラの効率的な燃焼制御を可能にするボイラシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラ群の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る各ボイラの燃焼パターン及び優先順位と、蒸気圧制御範囲における蒸気圧帯との関係を示す図である。 制御部の構成を示す機能ブロック図である。 記憶部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る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。 従来のボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。

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の燃焼状態を制御する制御部４を有する台数制御装置３と、を備え、生成した蒸気を負荷装置群Ａに対して供給する。

なお、負荷装置群Ａは、複数の負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３（本実施形態では３台）により構成され、蒸気が流通する供給経路としての蒸気管Ｌ１，Ｌ２を介して蒸気ヘッダ６と接続される。各負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３は、蒸気ヘッダ６からの蒸気によって運転される設備である。
また、蒸気管Ｌ１，Ｌ２の夫々は、蒸気ヘッダ６と負荷装置群Ａとを接続し、蒸気ヘッダ６から負荷装置群Ａに対して蒸気を供給する。具体的には、蒸気管Ｌ１は蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ１に対して蒸気を供給する配管であり、蒸気管Ｌ２は蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ２，Ａ３に対して蒸気を供給する配管である。なお、図１に示すように蒸気管Ｌ２は、途中で蒸気管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂに分岐し、蒸気管Ｌ２ａが負荷装置Ａ２に対して蒸気を供給し、蒸気管Ｌ２ｂが負荷装置Ａ３に対して蒸気を供給する。ここで、蒸気が流通する配管では、配管口径、配管延長、配管形状（曲がり、拡大・縮小など）、バルブ類の有無・個数・形状などといった諸要素により圧力損失係数が異なることが知られており、本実施形態では、蒸気管Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの夫々で圧力損失係数が異なることとする。

ボイラ群２は、複数のボイラ２０（本実施形態では３台）により構成され、負荷装置群Ａ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Ｌ１，Ｌ２を介して負荷装置群Ａ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負荷装置群Ａ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１４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、負荷装置群Ａ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、負荷装置群Ａにおける蒸気使用量である。台数制御装置３は、この蒸気使用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、負荷装置群Ａの需要の増大により要求負荷（蒸気使用量）が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される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、負荷装置群Ａの需要の低下により要求負荷（蒸気使用量）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、負荷装置群Ａの蒸気使用量（要求負荷）に応じて必要とされる蒸発量である必要蒸発量を算出し、各ボイラ２０の燃焼量を制御する。本実施形態のボイラシステム１では、要求負荷に応じた目標圧力を設定しておき、蒸気圧センサ７により測定された蒸気圧が目標圧力よりも低い場合に各ボイラの燃焼量を増大させ、蒸気圧センサ７により測定された蒸気圧が目標圧力よりも高い場合に各ボイラの燃焼量を減少させることで、燃焼量の制御を行う。

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、複数の段階的な燃焼位置を有する段階値制御ボイラからなる。段階値制御ボイラとは、燃焼を選択的にオン／オフしたり、炎の大きさを調整したりすることなどにより燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。

ボイラ２０の各燃焼位置における燃焼量は、制御対象とされる蒸気ヘッダ６における蒸気圧と目標圧力との差に対応する量の蒸気を発生するように設定されている。段階値制御ボイラからなる３台のボイラ２０においては、夫々、各燃焼位置における燃焼量及び燃焼能力は、等しく設定されていてもよく、あるいは、異なって設定されていてもよい。

本実施形態におけるボイラ２０は、図２に示すように、燃焼停止位置（０％）、低位燃焼位置としての低燃焼位置（２０％）、ベース燃焼位置としての中燃焼位置（６０％）、及び高位燃焼位置としての高燃焼位置（１００％）の４段階の燃焼位置で燃焼可能とされるいわゆる４位置制御のボイラ２０により構成される。この場合、例えば、一台のボイラ２０の高燃焼位置における燃料状態（高燃焼状態）の燃焼量が３０００ｋｇ／ｈであった場合、中燃焼位置における燃焼量は１８００ｋｇ／ｈとなり、低燃焼位置における燃焼量は６００ｋｇ／ｈとなる。

尚、Ｎ位置制御とは、段階値制御ボイラの燃焼量を、燃焼停止位置を含めてＮ位置に段階的に制御可能なことを表す。燃焼位置の個数は、３位置（燃焼停止位置、低燃焼位置、及び高燃焼位置）、又は５位置以上でもよい。

以上のボイラ群２には、各ボイラ２０とその各燃焼位置との組み合わせからなる複数の燃焼パターンが設定されている。図３は、本実施形態に係る各ボイラ２０の燃焼パターン及び優先順位と、蒸気圧制御範囲における蒸気圧帯との関係を示す図である。
本実施形態においては、図３に示すように、燃焼パターンは、ボイラを高燃焼位置で燃焼させる状態（高燃焼状態）にする場合を「Ｈ」、中燃焼位置で燃焼させる状態（中燃焼状態）にする場合を「Ｍ」、低燃焼位置で燃焼させる状態（低燃焼状態）にする場合を「Ｌ」、燃焼停止状態にする場合を「−」として示す。

燃焼パターンは、要求負荷が小さくなるほど、つまり蒸気圧センサ７にて検出される蒸気圧が目標圧力よりも高くなるほど燃焼量が小さいパターンが選択される。また、要求負荷が大きくなるほど、つまり蒸気圧が目標圧力よりも低くなるほど燃焼量が大きいパターンが選択される。図３に示すように、本実施形態では、蒸気圧制御範囲は、ａ〜ｊの１０つの蒸気圧帯に区分される。そして、ボイラシステム１は、蒸気圧帯毎に、対応する燃焼パターン、即ち、燃焼状態（燃焼位置）を設定しておき、蒸気圧がどの圧力帯に対応するかによって燃焼量を決定する。燃焼パターンは、１０の蒸気圧帯に対応して、１０パターン設定される。

より具体的には、図３に示すように、最上位の蒸気圧帯ａ（要求負荷が小さい場合）においては、すべてのボイラ２０が燃焼停止位置（−）に位置し、最下位の蒸気圧帯ｊ（要求負荷が大きい場合）においては、すべてのボイラ２０が高燃焼位置（Ｈ）に位置する。

複数のボイラ２０には、夫々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及び図３に示すように、ボイラ２０の１号機〜３号機の夫々に「１」〜「３」の優先順位が割り当てられている場合、１号機の優先順位が最も高く、３号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、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。

本実施形態では、図３に示すように、最上位の蒸気圧帯ａから最下位の蒸気圧帯ｊに向けて低下していく場合、通常の制御においては、最も優先順位が高いボイラ（ここでは１号ボイラ）が燃焼停止状態（−）から低燃焼状態（Ｌ）に変更された後に、次に順位が高いボイラ（ここでは２号ボイラ）が燃焼停止状態（−）から低燃焼状態（Ｌ）に変更される。そして、すべてのボイラ２０が低燃焼状態（Ｌ）に変更された後、最も優先順位が高いボイラ２０（ここでは１号ボイラ）から順に中燃焼状態（Ｍ）に変更される。また、すべてのボイラ２０が中燃焼位置（Ｍ）に変更された後に、最も優先順位の高いボイラから順に高燃焼位置（Ｈ）に変更される。

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からの蒸気圧信号と目標圧力とを比較することで、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の燃焼位置（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などの情報、複数のボイラ２０の燃焼パターンの設定条件などの情報、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などを記憶する。

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、３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の燃焼状態を制御する。
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。

以上のように、ボイラシステム１では蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が目標圧力となるように複数のボイラ２０の燃焼状態を制御するところ、本実施形態では、この目標圧力の設定方法に特徴を有している。即ち、本実施形態では、複数の負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち実際に蒸気を使用する負荷装置（以下「蒸気使用負荷装置」と呼ぶことがある）に着目し、この蒸気使用負荷装置に到着した蒸気の圧力が蒸気使用負荷装置の所要圧力と一致するように目標圧力を設定する。具体的には、蒸気使用負荷装置の所要圧力に、蒸気使用負荷装置に到達するまでに蒸気管の性質により損失する圧力（圧力損失）を考慮して目標圧力を設定する（（１）式参照）。

ＴＰ：目標圧力
Ｐ：蒸気使用負荷装置の所要圧力
ΔＰ：蒸気使用負荷装置までの圧力損失

このように、実際に蒸気を使用する蒸気使用負荷装置に着目して設定した目標圧力ＴＰに従いボイラ２０の燃焼状態を制御することで、蒸気使用負荷装置に到達した蒸気の圧力を一定（所要圧力Ｐ）に制御することができる。

ここで、所要圧力Ｐは、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３毎に固定的に決めることができるため、予め所定のテーブルに記憶しておくことができる。一方、圧力損失ΔＰは、蒸気管の圧力損失係数や蒸気管を流通する蒸気の流速により決められる。この点、蒸気管の圧力損失係数は、蒸気管の材質、口径、延長などにより固定的に決めることができるため、予め所定のテーブルに記憶しておくことができる。なお、説明を容易にするため、本実施形態では、圧力損失係数に、蒸気管の性質により決まる係数に加え、蒸気の流量（供給蒸気量）から蒸気の流速を算出するための係数も含むものとする。その結果、圧力損失ΔＰは、以下の（２）式により算出することができる。

Ｃ：蒸気使用負荷装置に接続する蒸気管の圧力損失係数
Ｖ：蒸気使用負荷装置に接続する蒸気管を流通する蒸気の流量

そこで、本実施形態では、蒸気が流通する蒸気管内の流量Ｖを取得することで、蒸気使用負荷装置に着目した目標圧力ＴＰを設定することとしている。なお、本実施形態では、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の方法のいずれか又は２以上の組み合わせにより流量Ｖを取得することとしている。（Ａ）〜（Ｃ）の方法の組み合わせとしては、夫々の方法により取得された流量Ｖの平均値を採用することとしてもよく、また、夫々の方法に優先順位を持たせておき優先順位の高い流量Ｖを採用することとしてもよく、また、夫々の方法により取得された流量Ｖに対して所定の重み付けをした加重平均値を採用することとしてもよい。

（Ａ）蒸気流量計出力信号を用いた流量Ｖの取得
図１に示すように、蒸気管Ｌ１，Ｌ２に蒸気の流量を測定する蒸気流量計３１ａ，３１ｂを設置し、信号線１５を介して台数制御装置３と電気的に接続する。そして、信号線１５を介して蒸気流量計３１ａ，３１ｂから台数制御装置３に対して出力信号を送信する構成とすることで、台数制御装置３において蒸気使用負荷装置への流量Ｖを取得することができる。

（Ｂ）負荷装置の稼働信号を用いた流量Ｖの取得
図１に示すように、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の夫々に稼働中／停止中を検知する稼働検知スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを設置し、信号線１６を介して台数制御装置３と電気的に接続する。そして、信号線１６を介して稼働検知スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃから台数制御装置３に対して稼働信号を送信する構成とすることで、台数制御装置３において蒸気使用負荷装置を特定することができる。蒸気使用量は、負荷装置毎に固定的に決めることができるため、予め所定のテーブルに負荷装置毎の蒸気使用量を記憶しておき、稼働信号に基づいて特定した蒸気使用負荷装置の蒸気使用量を取得することで、台数制御装置３において蒸気使用負荷装置への流量Ｖ（＝蒸気使用量）を取得することができる。
なお、稼働検知スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の稼働率も検知可能であれば、１００％稼働時の蒸気使用量に稼働率を乗算することでより正確な蒸気使用量（流量Ｖ）を取得することができる。
また、負荷装置Ａ２，Ａ３のように同じ蒸気管Ｌ２を共有する場合において、負荷装置Ａ２，Ａ３の稼働が検知された場合には、負荷装置Ａ２の蒸気使用量と負荷装置Ａ３の蒸気使用量とを夫々流量Ｖ１，Ｖ２として取得することとしてもよく、また、負荷装置Ａ２の蒸気使用量と負荷装置Ａ３の蒸気使用量とを合算した値を流量Ｖとして取得することとしてもよい。蒸気管を共有する場合における流量Ｖの取得方法は、蒸気管の分岐位置や分岐後の蒸気管における圧力損失係数の相違に応じて予め設定しておくことが好ましい。

なお、稼働検知スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３における熱交換量を検知可能であれば、熱交換量から蒸気使用量を推定する構成としてもよい。

（Ｃ）送気バルブの開閉信号を用いた流量Ｖの取得
図１に示すように、蒸気ヘッダ６から蒸気管Ｌ１，Ｌ２への蒸気供給を制御する送気バルブ３３ａ，３３ｂを、信号線１７を介して台数制御装置３と電気的に接続する。そして、信号線１７を介して送気バルブ３３ａ，３３ｂから台数制御装置に対して開閉信号を送信する構成とすることで、台数制御装置３において蒸気ヘッダ６から蒸気を供給している蒸気管の種別（即ち、蒸気ヘッダ６と蒸気管Ｌ１，Ｌ２との接続の有無）を特定することができる。送気バルブが開放されている蒸気管には蒸気が供給されるため、開放されている送気バルブの下流にある負荷装置が蒸気使用負荷装置となる。そこで、予め所定のテーブルに記憶した負荷装置毎の蒸気使用量を用いて、開閉信号により開放されていると特定された送気バルブの下流にある負荷装置（蒸気使用負荷装置）の蒸気使用量を取得することで、台数制御装置３において蒸気使用負荷装置への流量Ｖ（＝蒸気使用量）を取得することができる。
なお、蒸気管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂのように同じ蒸気管Ｌ２から分岐する場合には、分岐を制御する送気バルブ３３ｃ，３３ｄの開閉信号を用いて蒸気使用負荷装置を特定することが好ましい。即ち、送気バルブ３３ｂ，３３ｃが開放されている場合には、負荷装置Ａ２が蒸気使用負荷装置として特定され、送気バルブ３３ｂ，３３ｄが開放されている場合には、負荷装置Ａ３が蒸気使用負荷装置として特定される。また、送気バルブ３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが開放されている場合には、負荷装置Ａ２，Ａ３が蒸気使用負荷装置として特定される。

以上、目標圧力ＴＰを設定するための流量Ｖの取得方法について説明した。続いて、図４を参照して、流量Ｖの取得及び目標圧力ＴＰの設定を実現するための台数制御装置３の機能的構成について説明する。
台数制御装置３の制御部４は、使用装置特定手段４１と、供給量取得手段４２と、圧力損失算出手段４３と、目標値設定手段４４と、を含んで構成される。また、台数制御装置３の記憶部５には、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３における蒸気の所要圧力Ｐと、蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３までを接続する蒸気管Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂの圧力損失係数Ｃと、が少なくとも記憶される。なお、上記（Ｂ）（Ｃ）の方法により流量Ｖを取得する場合には、記憶部５に負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の蒸気使用量を記憶することとが好ましい。

使用装置特定手段４１は、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち蒸気を使用している蒸気使用負荷装置を特定する。一例として、使用装置特定手段４１は、蒸気流量計３１ａ，３１ｂから受信した出力信号に基づいて蒸気が流入している蒸気管Ｌ１，Ｌ２の下流に位置する負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３を蒸気使用負荷装置として特定する。また、使用装置特定手段４１は、稼働検知スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃからの稼働信号や、送気バルブ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄからの開閉信号に基づいて蒸気使用負荷装置を特定することとしてもよい。

供給量取得手段４２は、蒸気管Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを介して蒸気使用負荷装置に供給される蒸気の供給量（流量Ｖ）を取得する。流量Ｖの取得方法については、上述の通りであり、供給量取得手段４２は、蒸気流量計３１ａ，３１ｂから受信した出力信号や、特定した蒸気使用負荷装置に対応する蒸気使用量に基づいて流量Ｖを取得する。

圧力損失算出手段４３は、蒸気ヘッダ６から蒸気使用負荷装置までを接続する蒸気管の圧力損失係数Ｃ及び流量Ｖに基づいて、蒸気使用負荷装置への蒸気の供給に伴う圧力損失ΔＰを算出する。具体的には、圧力損失算出手段４３は、上記（２）式に従い圧力損失ΔＰを算出する。

目標値設定手段４４は、蒸気使用負荷装置の所要圧力Ｐ及び圧力損失ΔＰに基づいて、目標圧力ＴＰを設定する。即ち、目標値設定手段４４は、上記（１）式に従い目標圧力ＴＰを設定する。なお、目標値設定手段４４による目標圧力ＴＰの設定の具体例については、図６で後述する。
目標圧力ＴＰが設定されると、台数制御装置３の制御部４は、図３で説明した制御方法に従い、複数のボイラ２０の燃焼状態を制御することで、蒸気ヘッダ６の圧力を目標圧力ＴＰとなるように制御する。

続いて、記憶部５について説明する。図５は、記憶部５に記憶される情報の一例を示す図である。これまで説明したように、記憶部５には、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３毎の所要圧力に加え、負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３に対応する蒸気管Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ毎の圧力損失係数が少なくとも記憶され、必要に応じて負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３毎の蒸気使用量が記憶される。
なお、図５では、理解を容易にするため負荷装置Ａ１，Ａ２，Ａ３を１００％で稼働した場合の圧力損失についても記憶部５に記憶することとしている。図５によると、蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ１に蒸気が到達するまで０．２０ＭＰａの圧力が損失し、蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ２に蒸気が到達するまで０．１６ＭＰａの圧力が損失し、蒸気ヘッダ６から負荷装置Ａ３に蒸気が到達するまで０．１５ＭＰａの圧力が損失する。

続いて、図６を参照して目標圧力ＴＰの設定の具体例について説明する。
図６（１）を参照して、負荷装置Ａ１で蒸気を使用しており、負荷装置Ａ２，Ａ３で蒸気を使用していない場合、負荷装置Ａ１が蒸気使用負荷装置となる。図５を参照すると、負荷装置Ａ１の所要圧力Ｐは１．５０ＭＰａであり、圧力損失ΔＰは０．２０ＭＰａであるため、目標圧力ＴＰは１．７０ＭＰａ（１．５０ＭＰａ＋０．２０ＭＰａ）となる。その結果、台数制御装置３の制御部４は、蒸気ヘッダ６の圧力が１．７０ＭＰａとなるようにボイラ２０の燃焼状態を制御する。
図６（２）を参照して、負荷装置Ａ２で蒸気を使用しており、負荷装置Ａ１，Ａ３で蒸気を使用していない場合、負荷装置Ａ２が蒸気使用負荷装置となる。図５を参照すると、負荷装置Ａ１の所要圧力Ｐは１．５１ＭＰａであり、圧力損失ΔＰは０．１６ＭＰａであるため、目標圧力ＴＰは１．６７ＭＰａ（１．５１ＭＰａ＋０．１６ＭＰａ）となる。その結果、台数制御装置３の制御部４は、蒸気ヘッダ６の圧力が１．６７ＭＰａとなるようにボイラ２０の燃焼状態を制御する。

このように本実施形態のボイラシステム１では、実際に蒸気を使用する負荷装置に到達する際の蒸気の圧力が一定となるように、目標圧力ＴＰが設定されボイラ２０の燃焼状態を制御する。これにより、負荷装置（蒸気使用負荷装置）では、理想的な蒸気を使用することができ、ユーザの利便性を高めることができる。また、目標圧力ＴＰが低くなる負荷装置が蒸気使用負荷装置である場合には、蒸気ヘッダ６の圧力を必要以上に高める必要がなく、ボイラ２０の燃焼を抑えることができ、ボイラ２０を効率的に運転させることができる。

続いて、蒸気使用負荷装置が複数存在する場合の目標圧力ＴＰの設定について説明する。複数の蒸気使用負荷装置において上記（１）で算出される値（Ｐ＋ΔＰ）が夫々同一である場合には、その値を目標圧力ＴＰとして設定することで足りる一方で、夫々の値（Ｐ＋ΔＰ）が異なる場合には、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかにより目標圧力ＴＰを設定する。

（ａ）Ｐ＋ΔＰが最も高い値を目標圧力ＴＰとして設定
図６（３）を参照して、負荷装置Ａ１，Ａ３が蒸気使用負荷装置であり、負荷装置Ａ１について上記（１）式で算出される値は１．７０ＭＰａである一方、負荷装置Ａ３について上記（１）式で算出される値は１．６５ＭＰａであるとする。この場合、最も高い１．７０ＭＰａを目標圧力ＴＰとして設定する。このような（ａ）の設定方法によれば、複数の蒸気使用負荷装置のいずれに対しても十分な圧力を確保できる一方で、Ｐ＋ΔＰが低い蒸気使用負荷装置に対しては圧力過剰になってしまう。

（ｂ）Ｐ＋ΔＰが最も低い値を目標圧力ＴＰとして設定
図６（３）を参照して、Ｐ＋ΔＰにより算出される値は、負荷装置Ａ１（１．７０ＭＰａ）、負荷装置Ａ３（１．６５ＭＰａ）であるため、最も低い１．６５ＭＰａを目標圧力ＴＰとして設定する。このような（ｂ）の設定方法によれば、ボイラ２０の燃焼を抑えることができる一方で、Ｐ＋ΔＰが高い蒸気使用負荷装置に対しては圧力不足になってしまう。

（ｃ）Ｐ＋ΔＰの平均値を目標圧力ＴＰとして設定
図６（３）を参照して、Ｐ＋ΔＰにより算出される値は、負荷装置Ａ１（１．７０ＭＰａ）、負荷装置Ａ３（１．６５ＭＰａ）であり、平均値が１．６７５ＭＰａとなるため、１．６７５ＭＰａを目標圧力ＴＰとして設定する。このような（ｃ）の設定方法によれば、圧力過剰や圧力不足を軽減させることができる。なお、平均値としては、重み付けした加重平均値を採用することとしてもよく、また、平均値以外にもモード（最頻値）、メジアン（中央値）、標準偏差など様々な値を採用することとしてもよい。

（ｄ）優先順位の高い負荷装置のＰ＋ΔＰを目標圧力ＴＰとして設定
負荷装置毎に優先順位を予め設定しておき、最も優先順位の高い蒸気使用負荷装置のＰ＋ΔＰにより算出される値を、目標圧力ＴＰとして設定する。なお、優先順位は任意に設定することとしてよく、例えば蒸気使用量の多い負荷装置が高い優先順位となるように設定してもよく、また、蒸気の使用目的に応じて優先順位を設定することとしてもよく、また、減圧弁などにより圧力の調整が可能である場合には減圧弁の有無や設置し易さなどに応じて優先順位を設定することとしてもよい。

以上（ａ）〜（ｄ）の設定方法について説明したが、（ａ）〜（ｄ）を組み合わせて適用することとしてもよい。このとき、組み合わせて適用するための条件として、複数の蒸気使用負荷装置におけるＰ＋ΔＰにより算出される値の乖離量を用いることとしてもよい。一例として、Ｐ＋ΔＰにより算出される値の乖離が所定未満である場合には（ｂ）の設定方法（最小値）により目標圧力ＴＰを設定し、所定以上である場合には（ａ）の設定方法（最大値）により目標圧力ＴＰを設定する。このような設定によれば、乖離が小さい場合に（ｂ）の設定方法（最小値）を採用するため圧力不足を抑えることができる。一方で、乖離が大きい場合に（ａ）の設定方法（最大値）を採用するため圧力過剰が大きくなってしまうものの、減圧弁などにより圧力調整を行うことで圧力過剰に対して対応することができる。

次に、図７を参照して、本実施形態のボイラシステム１の動作について説明する。
初めに、ステップＳＴ１において制御部４（使用装置特定手段４１）は、信号線を介して受信した所定の信号に基づいて、蒸気を使用している負荷装置、即ち蒸気使用負荷装置を特定する。

続いて、ステップＳＴ１において制御部４（供給量取得手段４２）は、特定した蒸気流量計３１ａ，３１ｂから受信した出力信号や、特定した蒸気使用負荷装置に対応付けて記憶する蒸気使用量に基づいて、蒸気使用負荷装置に対して蒸気を供給する蒸気管を流れる蒸気の流量Ｖを取得する。

続いて、ステップＳＴ３において制御部４（圧力損失算出手段４３）は、上記（２）式に従い、蒸気が流れている蒸気管の圧力損失係数Ｃと流量Ｖとから圧力損失ΔＰを算出する。

続いて、ステップＳＴ４において制御部４（目標値設定手段４４）は、上記（１）式に従い、蒸気使用負荷装置の所要圧力Ｐに圧力損失ΔＰを加算する。続いて、ステップＳＴ５において制御部４（目標値設定手段４４）は、加算結果に基づいて目標圧力ＴＰを設定する。このとき蒸気使用負荷装置が１つである場合には、加算結果が目標圧力ＴＰとなり、蒸気使用負荷装置が２つ以上である場合には、上記（ａ）〜（ｄ）の設定方法により目標圧力ＴＰを設定する。

続いて、ステップＳＴ４において制御部４は、設定した目標圧力ＴＰに基づいて、複数のボイラ２０の燃焼状態を制御し、蒸気ヘッダ６の圧力を調整する。

以上、本発明のボイラシステム１の実施形態について説明した。このようなボイラシステム１によれば、蒸気ヘッダ６には蒸気を使用する蒸気使用負荷装置の所要圧力Ｐに対応する圧力の蒸気が貯留される。特に、蒸気ヘッダ６には、所要圧力Ｐに蒸気使用負荷装置までの圧力損失ΔＰを加算した目標圧力ＴＰの蒸気が貯留されるため、蒸気ヘッダ６から供給される蒸気は、蒸気使用負荷装置に到達するまでの圧力損失により圧力が低下したとしても、蒸気使用負荷装置に到達した時点で当該蒸気使用負荷装置の所要圧力Ｐとなる。これにより、蒸気を使用する蒸気使用負荷装置での圧力を一定に制御することができる。その結果、従来のように必要以上に高い安全率を考慮し目標圧力を設定する方法に比べ、蒸気ヘッダ６の圧力を抑えることができ、ボイラを効率的に制御することができる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した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、本実施形態では、複数のボイラ２０を、段階値制御ボイラにより構成したが、これに限らない。即ち、複数のボイラを、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラにより構成してもよい。

１…ボイラシステム、２…ボイラ群、３…台数制御装置、４…制御部、４１…使用装置特定手段、４２…供給量取得手段、４３…圧力損失算出手段、４４…目標値設定手段、Ａ…負荷装置群、Ｌ１、Ｌ２…蒸気管、ＴＰ…目標圧力、Ｐ…所要圧力、ΔＰ…圧力損失、Ｖ…流量（供給蒸気量）

Claims (8)

1. 段階的な燃焼位置で燃焼可能な複数のボイラと、前記複数のボイラから発生した蒸気を貯留する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダに貯留された蒸気の圧力を目標圧力値になるように制御する制御装置と、を備え、圧力損失が夫々異なる供給経路を介して前記蒸気ヘッダから複数の負荷装置に対して蒸気を供給するボイラシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記複数の負荷装置毎に使用する蒸気の所要圧力を記憶する記憶手段と、
   前記複数の負荷装置のうち蒸気を使用している蒸気使用負荷装置を特定する使用装置特定手段と、
   前記蒸気使用負荷装置への供給蒸気量を取得する供給量取得手段と、
   前記蒸気使用負荷装置に対応する前記供給経路の圧力損失係数及び前記供給蒸気量に基づいて前記蒸気使用負荷装置への蒸気の供給に伴う圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、
   前記蒸気使用負荷装置に対応する前記所要圧力及び前記圧力損失に基づいて、前記目標圧力値を設定する目標値設定手段と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記供給経路を流れる蒸気の流量を測定する流量計を備え、
   前記供給量取得手段は、前記流量計が測定した前記流量に基づいて前記供給蒸気量を取得する、
   請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記記憶手段は、前記複数の負荷装置毎に蒸気使用量を記憶し、
   前記供給量取得手段は、前記蒸気使用負荷装置に対応する前記蒸気使用量に基づいて前記供給蒸気量を取得する、
   請求項１に記載のボイラシステム。
4. 前記使用装置特定手段は、前記負荷装置からの稼働信号を受信することで前記蒸気使用負荷装置を特定する、
   請求項１から３のいずれかに記載のボイラシステム。
5. 前記蒸気ヘッダ及び前記供給経路を接続又は非接続とする送気バルブを更に備え、
   前記使用装置特定手段は、前記送気バルブにより接続された前記供給経路を介して蒸気が供給される負荷装置を前記蒸気使用負荷装置として特定する、
   請求項１から３のいずれかに記載のボイラシステム。
6. 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値が最も大きい蒸気使用負荷装置の加算値を前記目標圧力値として設定する、
   請求項１から５のいずれかに記載のボイラシステム。
7. 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値が最も小さい蒸気使用負荷装置の加算値を前記目標圧力値として設定する、
   請求項１から５のいずれかに記載のボイラシステム。
8. 前記目標値設定手段は、蒸気を使用している前記蒸気使用負荷装置が複数存在する場合、前記所要圧力及び前記圧力損失を加算した加算値の前記複数の蒸気使用負荷装置における平均値を前記目標圧力値として設定する、
   請求項１から５のいずれかに記載のボイラシステム。

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