JP6102365B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに関する。

従来、複数のボイラからなるボイラ群と、要求される負荷（要求負荷）に応じてボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備え、負荷機器に対して要求負荷に応じた量の蒸気を供給するボイラシステムが提案されている。このようなボイラシステムでは、要求負荷に応じて必要な台数のボイラを燃焼させて蒸気を生成している。より詳細には、複数のボイラには、優先順位が設定されている。そして、要求負荷が増加して燃焼させるボイラの台数を増加させる場合には、優先順位の高いボイラから順に燃焼を開始させ、要求負荷が減少して燃焼させるボイラの台数を減少させる場合には、優先順位の低いボイラから順に燃焼を停止させる。

このような場合、優先順位の高いボイラの稼動時間が長くなり、優先順位の低いボイラの稼動時間が短くなるため、複数のボイラの稼動状態に偏りが生じてしまう。
そのため、ボイラシステムにおいては、優先順位を定期的に（例えば、２４時間毎に）変更して、複数のボイラの稼動状態の均一化を図っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２８９８３号公報

ところで、ボイラシステムが蒸気を供給する負荷機器の稼動状態によっては、一時的に一部のボイラの運転スイッチをオフにして（運転を停止させて）少ない台数のボイラによりボイラシステムを稼動させる場合がある。このような場合には、運転スイッチがオンとなっているボイラの優先順位に基いて蒸気を供給するボイラが決定される。

そして、運転スイッチをオフにしていたボイラの運転スイッチをオンにした場合には、この運転スイッチをオンにしたボイラの優先順位も含めて蒸気を供給するボイラが決定される。そのため、運転スイッチをオンにしたボイラの優先順位が高かった場合には、運転スイッチをオンにしたボイラが蒸気を供給するボイラとして選択される。

しかしながら、このような場合には、運転スイッチをオンにしたボイラは、速やかに蒸気供給（給蒸）を開始できないので、ボイラ群における蒸気の出力量（出力蒸気量）が不足し、負荷機器に安定的に蒸気を供給できなくなる。

従って、本発明は、複数のボイラのうちの一部のボイラの運転が一時的に停止された後に、当該運転を停止したボイラの運転が再開された場合に、蒸気を安定的に供給でき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、複数のボイラを備え、該複数のボイラに優先順位が設定されたボイラ群と、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、前記制御部は、前記複数のボイラのうち、運転不可状態にあるボイラを給蒸不可ボイラとして選択する給蒸不可ボイラ選択部と、前記給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げる優先順位補正部と、前記給蒸不可ボイラが運転可能状態となった場合に該運転可能状態となったボイラを給蒸準備状態に移行させる移行指示部と、前記移行指示部により給蒸準備状態に移行させた給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したかを判定する判定部と、前記判定部により前記給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したと判定された場合に、該給蒸準備が完了した給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げ前の順位に復帰させる優先順位復帰部と、を備えるボイラシステムに関する。

本発明のボイラシステムによれば、複数のボイラのうちの一部のボイラの運転が一時的に停止された後に、当該運転を停止したボイラの運転が再開された場合に、蒸気を安定的に供給できる。

本発明の第１実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 第１実施形態に係るボイラシステムの動作の具体例を示す図である。 第１実施形態に係るボイラシステムの動作の具体例を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、複数（５台）のボイラ２０を含むボイラ群２と、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、蒸気ヘッダ６の内部の圧力を測定する圧力センサ７と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する台数制御装置４と、を備える。

ボイラ群２は、複数（５台）のボイラ２０を含んで構成され、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。
ボイラ２０は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラ、又は負荷率を段階的に変更して燃焼可能な多位置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（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。また、多位置制御ボイラとは、複数の燃焼位置（燃焼停止位置、低燃焼位置、中燃焼位置及び高燃焼位置等）を備え、燃焼位置を切り換えることで、燃焼量が段階的に制御可能とされているボイラである。

複数のボイラ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の内部の圧力を測定するローカル圧力センサ２２と、ボイラ２０の燃焼状態を制御するローカル制御部２３と、を備える。
ローカル圧力センサ２２は、ボイラ２０の内部の蒸気圧力である缶内圧力を測定する。
ローカル制御部２３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２３は、信号線１４を介して台数制御装置４から送信される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２３は、台数制御装置４で用いられる信号を、信号線１４を介して台数制御装置４に送信する。台数制御装置４で用いられる信号としては、ボイラ２０の実際の燃焼状態、ローカル圧力センサ２２が測定した缶内圧力に係る信号（缶内圧力信号）、及びその他のデータが挙げられる。

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１に示すように、ボイラ２０の１号機〜５号機のそれぞれに「１」〜「５」の優先順位が割り当てられている場合、１号機の優先順位が最も高く、５号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、台数制御装置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。

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。

圧力センサ７は、信号線１３を介して、台数制御装置４に電気的に接続されている。圧力センサ７は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力（ボイラ群２で発生した蒸気の圧力）を測定し、測定した蒸気圧力に係る信号（蒸気圧力信号）を、信号線１３を介して台数制御装置４に送信する。

台数制御装置４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４は、圧力センサ７により測定される蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力に基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
台数制御装置４は、記憶部４Ｂと、制御部４Ａと、を備える。
記憶部４Ｂは、台数制御装置４（制御部４Ａ）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、ボイラシステム１に設定された各種閾値に関する情報等を記憶する。

制御部４Ａは、信号線１４を介して各ボイラ２０に各種の指示を行ったり、信号線１４を介して各ボイラ２０から各種のデータを受信したりして、複数のボイラ２０の燃焼状態を制御する。各ボイラ２０は、台数制御装置４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。
台数制御装置４による制御の詳細については、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４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の内部の蒸気圧力の変動を、圧力センサ７が測定する蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力（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（出力蒸気量）が不足すれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力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の内部の蒸気圧力が増加することになる。従って、ボイラシステム１は、圧力センサ７により測定された蒸気圧力の変動に基づいて、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の内部の蒸気圧力に基づいて、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し、この必要蒸気量分の蒸気量を供給するように各ボイラ２０の燃焼量を制御する。

次に、本実施形態に係る台数制御装置４の制御の詳細について説明する。
本実施形態では、台数制御装置４は、複数のボイラ２０の中に運転不可状態にあるボイラ２０があった場合に、当該運転不可状態にあるボイラ２０を給蒸不可ボイラに選択し、この給蒸不可ボイラの優先順位を一端繰り下げる。そして、この給蒸不可ボイラが給蒸可能な状態になったときに、一端繰り下げた優先順位を元の優先順位に復帰させる。

以上の機能を実現するために、制御部４Ａは、図１に示すように、給蒸不可ボイラ選択部４１と、優先順位補正部４２と、移行指示部４３と、判定部４４と、優先順位復帰部４５と、を含んで構成される。

尚、本実施形態において、運転不可状態にあるボイラ２０とは、運転スイッチをオフにした状態のボイラ２０、及びボイラ２０に不具合等が発生した場合に、ローカル制御部２３又は制御部４Ａの制御により運転が一時的に停止されたボイラ２０等の、台数制御装置４の制御対象から一時的に除外されたボイラ２０を表す。

給蒸不可ボイラ選択部４１は、運転不可状態にあるボイラ２０を給蒸不可ボイラとして選択する。具体的には、制御部４Ａは、複数のボイラ２０の運転スイッチのオンオフに関する情報や、複数のボイラ２０の燃焼状態の情報を取得している。そして、給蒸不可ボイラ選択部４１は、運転スイッチがオフの状態のボイラ２０があった場合、又は運転を一時的に停止しているボイラ２０があった場合、当該ボイラ２０を給蒸不可ボイラとして選択する。

優先順位補正部４２は、給蒸不可ボイラ選択部４１により選択された給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げる。具体的には、優先順位補正部４２は、給蒸不可ボイラの優先順位を、給蒸不可ボイラとして選択されなかったボイラよりも下位に繰り下げる。これにより、給蒸不可ボイラとして選択されなかったボイラの優先順位は繰り上がる。ここで、給蒸不可ボイラが複数台選択された場合には、優先順位補正部４２は、選択された複数の給蒸不可ボイラの優先順位の順序を変えることなく優先順位を繰り下げる（例えば、優先順位が２位のボイラ及び３位のボイラを４位及び５位に繰り下げる場合には、２位のボイラを４位に、３位のボイラを５位に繰り下げる。）。

移行指示部４３は、給蒸不可ボイラが運転可能状態になった場合に、この運転可能状態になったボイラ２０を給蒸準備状態に移行させる。ここで、給蒸準備状態とは、ボイラ２０に燃焼指示が出された場合に、速やかに蒸気の供給（給蒸）を開始可能な状態を表す。
具体的には、本実施形態では、給蒸準備状態とは、給蒸は行っていないがボイラ２０の内部の圧力を保持し、燃焼指示を受けた場合に、速やかに給蒸を開始可能とされる状態を表す。

また、ボイラ２０が運転可能状態になるとは、運転スイッチがオフの状態のボイラ２０の運転スイッチがオンとなった場合や、不具合等により一時的に運転を停止していたボイラ２０の不具合等が解消されボイラ２０の運転が再開された場合等、台数制御装置４の制御対象となったボイラ２０を表す。

ここで、複数の給蒸不可ボイラが運転可能状態になった場合、移行指示部４３は、運転可能状態となったボイラ２０を、優先順位の高い順に一台ずつ給蒸準備状態に移行させてもよい。また、移行指示部４３は、複数のボイラ２０を一度に給蒸準備状態に移行させてもよい。更に、移行指示部４３は、複数のボイラ２０を、時間差（例えば、１〜６０秒）を設けて、順に給蒸準備状態に移行させてもよい。

判定部４４は、移行指示部４３により給蒸準備状態に移行させた給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したかを判定する。具体的には、判定部４４は、ローカル圧力センサ２２により測定された給蒸不可ボイラの缶内圧力が第１閾値（例えば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力−０．０５ＭＰａ）以上となった場合に、当該給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したと判定する。

優先順位復帰部４５は、判定部４４により給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したと判定された場合に、この給蒸準備が完了した給蒸不可ボイラの優先順位を、繰り下げ前の順位に復帰させる。尚、優先順位復帰部４５により、給蒸不可ボイラの優先順位を復帰させる場合、復帰させる順位に位置するボイラ２０以下のボイラ２０であって復帰させる給蒸不可ボイラよりも上位のボイラ２０の優先順位をそれぞれ繰り下げる。

次に、本実施形態のボイラシステム１の動作の具体例につき、図２及び図３を参照しながら説明する。
ここでは、図２（ａ）に示すように、ボイラ群２が１号機〜５号機の５台のボイラ２０により構成されており、１号機〜５号機のそれぞれに「１位」〜「５位」の優先順位が設定された状態において、図２（ｂ）に示すように、１号機のボイラ２０及び２号機のボイラ２０の運転が一時的に停止された場合のボイラシステム１の動作について説明する。

また、ここでは、ボイラ２０の運転停止前においては、１号機〜３号機の３台のボイラが給蒸中のボイラとなっている。
尚、図２及び図３においては、斜線が付されると共にボイラの号数が太字で記載されたボイラが給蒸中のボイラを示し、斜線は付されているがボイラの号数が細字で記載されたボイラ（図２（ａ）等参照）が給蒸準備が完了したボイラ（給蒸可能なボイラ）を示し、無印のボイラが給蒸不可ボイラを示す。

この場合、まず、制御部４Ａにより、１号機及び２号機のボイラ２０の運転が停止されたことが検出されると、給蒸不可ボイラ選択部４１は、図２（ｂ）に示すように、１号機〜５号機のボイラ２０のうち、運転不可状態にある１号機及び２号機のボイラ２０を給蒸不可ボイラとして選択する。

次いで、優先順位補正部４２は、給蒸不可ボイラ選択部４１により選択された給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げる。ここでは、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、優先順位補正部４２は、給蒸不可ボイラとして選択した１号機及び２号機のボイラ２０の優先順位（「１位」及び「２位」）を下位に繰り下げ（「４位」及び「５位」）、３号機〜５号機のボイラ２０の優先順位をそれぞれ繰り上げる（「１位」〜「３位」）。そして、制御部４Ａは、繰り上げ後の優先順位が１位〜３位の３号機〜５号機のボイラ２０による給蒸を開始させる。

次いで、制御部４Ａにより、給蒸不可ボイラである１号機及び２号機のボイラ２０が運転可能状態になったことが検出されると、移行指示部４３は、給蒸不可ボイラを給蒸準備状態に移行させる。ここでは、移行指示部４３は、まず、給蒸不可ボイラのうち優先順位の高い１号機のボイラ２０を給蒸準備状態に移行させる（図２（ｃ）の矢印参照）。

次いで、判定部４４は、給蒸準備状態に移行させた１号機のボイラ２０の給蒸準備が完了したかを判定する。具体的には、判定部４４は、１号機のボイラ２０のローカル圧力センサ２２により測定された缶内圧力が蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力−０．０５ＭＰａ以上となった場合に、１号機のボイラ２０の給蒸準備が完了したと判定する。

次いで、優先順位復帰部４５は、給蒸準備が完了した１号機のボイラ２０の優先順位を、繰り下げ前の順位に復帰させる。ここでは、優先順位復帰部４５は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、１号機のボイラ２０の優先順位を４位から１位に復帰させる。また、優先順位復帰部４５は、３号機〜５号機のボイラ２０の優先順位を、それぞれ２位〜４位に繰り下げる。
また、ここで、制御部４Ａは、優先順位が１位に復帰した１号機のボイラ２０による給蒸を開始させ、給蒸を行っていた５号機のボイラ２０の給蒸を停止させる。

次いで、移行指示部４３は、残っている給蒸不可ボイラである２号機のボイラ２０を給蒸準備状態に移行させる（図３（ｂ）の矢印参照）。

次いで、判定部４４は、給蒸準備状態に移行させた２号機のボイラ２０の給蒸準備が完了したかを判定する。具体的には、判定部４４は、２号機のボイラ２０の缶内圧力が蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力−０．０５ＭＰａ以上となった場合に、２号機のボイラ２０の給蒸準備が完了したと判定する。

次いで、優先順位復帰部４５は、給蒸準備が完了した２号機のボイラ２０の優先順位を繰り下げ前の順位に復帰させる。ここでは、優先順位復帰部４５は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、２号機のボイラ２０の優先順位を５位から２位に復帰させる。また、優先順位復帰部４５は、３号機〜５号機のボイラ２０の優先順位を、それぞれ３位〜５位に繰り下げる。
また、ここで、制御部４Ａは、優先順位が２位に復帰した２号機のボイラ２０による給蒸を開始させ、給蒸を行っていた４号機のボイラ２０の給蒸を停止させる。
これにより、ボイラシステム１による優先順位の変更は完了する。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。
制御部４Ａを、運転不可状態にあるボイラを給蒸不可ボイラを選択する給蒸不可ボイラ選択部４１と、給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げる優先順位補正部４２と、給蒸不可ボイラが運転可能状態になった場合に当該運転可能になったボイラを給蒸準備状態に移行させる移行指示部４３と、給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了した場合に、優先順位を繰り下げ前の順位に復帰させる優先順位復帰部４５と、を含んで構成した。これにより、優先順位の高いボイラ２０が運転不可状態になった場合には、一端、優先順位を繰り下げ、その後、この優先順位が繰り下げられたボイラ２０が運転可能状態になった場合には、当該運転可能状態になったボイラ２０を、給蒸可能とした後に元の優先順位に復帰させられる。よって、複数のボイラ２０のうちの一部のボイラ２０の運転が一時的に停止された後に、当該運転を停止したボイラ２０の運転が再開された場合に、蒸気を安定的に供給させられる。

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、本実施形態では、本発明を、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１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、３台以下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。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
４ 台数制御装置
４Ａ 制御部
４１ 給蒸不可ボイラ選択部
４２ 優先順位補正部
４３ 移行指示部
４４ 判定部
４５ 優先順位復帰部

Claims (1)

1. 複数のボイラを備え、該複数のボイラに優先順位が設定されたボイラ群と、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、
   前記優先順位は、燃焼指示を行うボイラを選択する際に当該優先順位の高いボイラを優先し、燃焼停止指示を行うボイラを選択する際に当該優先順位の低いボイラを優先するために用いられ、
   前記制御部は、
   前記複数のボイラのうち、運転不可状態にあるボイラを給蒸不可ボイラとして選択する給蒸不可ボイラ選択部と、
   前記給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げる優先順位補正部と、
   前記給蒸不可ボイラが運転可能状態となった場合に該運転可能状態となったボイラを給蒸準備状態に移行させる移行指示部と、
   前記移行指示部により給蒸準備状態に移行させた給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したかを判定する判定部と、
   前記判定部により前記給蒸不可ボイラの給蒸準備が完了したと判定された場合に、該給蒸準備が完了した給蒸不可ボイラの優先順位を繰り下げ前の順位に復帰させる優先順位復帰部と、を備えるボイラシステム。

Images