JP6398762B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、蒸気消費量に応じたボイラの燃焼量を、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより制御するボイラシステムに関する。

従来、ボイラと、蒸気使用設備の蒸気消費量（要求負荷）に応じてボイラの燃焼量を制御する制御部と、を備え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では、蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値（以下、「ヘッダ圧力値」ともいう）が蒸気消費量の変動に係わらず一定の目標圧力値となるように、蒸気消費量の変動に応じてボイラの燃焼量が制御される。従来、蒸気消費量の変動に対して蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値を目標圧力値に保つため、ボイラで発生すべき蒸気量（以下、「必要蒸気量」ともいう）をＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより制御する手法を用いたボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００２−７３１０５号公報 特許第３８０５６１１号公報

ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる蒸気量の制御では、圧力安定性を重要視する観点から、ヘッダ圧力値が通常制御であれば到達しない制御上限圧力である制御上限圧力値を予め設けておき、例えば、蒸気使用設備の蒸気消費量（要求負荷）が急激に減少することで、ヘッダ圧力値が制御上限圧力値を超えた場合に、すべてのボイラを停止（以下、「全缶停止」ともいう）とする台数制御を行うことがある。
他方、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる蒸気量の制御では、例えば、蒸気の供給を行っている給蒸中のボイラに何らかの異常が発生してヘッダ圧力値が所定圧力を下回る場合、ヘッダ圧力値は急激に下降し、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより算出される必要蒸気量が過剰に確保される。このため、ボイラが燃焼を開始し、出力蒸気量が増加することにより、その後、ヘッダ圧力値は下降から上昇に転じる。そして、ヘッダ圧力値が上昇に転じた時点から必要蒸気量は減少し続けるが、その時点で必要蒸気量が過剰に確保されている。そして、出力蒸気量が必要蒸気量に追いついていないため、出力蒸気量は増加し続け、ヘッダ圧力値が増加し続ける。
これにより、ヘッダ圧力値の上昇を抑えきれずに再度、制限上限圧力値を超えることにより全台待機となり、ヘッダ圧力値が急降下する、ということを繰り返す可能性がある。
この繰り返しが発生すると、ヘッダ圧力値が目標圧力値に収束せずに上下に変動する、いわゆるハンチング現象が発生し、継続する。

このようなハンチング現象は、何らかの要因により、出力蒸気量が大幅に不足し、ヘッダ圧力値が所定圧力を下回った場合においても発生し得る。
例えば、蒸気の供給を行っているボイラが何らかの原因で異常停止して、燃焼ボイラ不足が発生した場合、また想定を上回る急激な負荷増加が発生して、蒸気の供給が間に合わない事態が発生した場合等において、ヘッダ圧力値が所定圧力を下回り、ヘッダ圧力値が目標圧力値に収束せずに上下に変動する、ハンチング現象が発生する可能性がある。

また、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる蒸気量の制御では、例えば、制御上限圧力値と前記目標圧力値との間に予め設定された第２制御上限圧力値を超える又は第２制御上限圧力値以上となる回数が複数回発生するハンチングの起因となる可能性のあるヘッダ圧力値の変動（以下、「疑似ハンチング」ともいう）が発生することがある。

本発明は、蒸気の供給を行っている給蒸中のボイラに何らかの異常が発生してヘッダ圧力値が所定圧力を下回る場合、ヘッダ圧力値を速やかに目標圧力値に収束させるボイラシステムを提供することを目的とする。また、ハンチングの起因となる可能性のあるヘッダ圧力値の変動である疑似ハンチングを検出した場合、ヘッダ圧力値を速やかに目標圧力値に収束させることで、ハンチング現象を未然に防止し、また、ハンチング現象が発生した場合には、ハンチング現象を速やかに収束させることが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、燃焼率を変更して燃焼可能な複数のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、前記ボイラ群により生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、前記蒸気圧測定手段により測定される前記ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値と一致するように、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、前記ヘッダ圧力値を前記目標圧力値に保つように、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを速度形ＰＩアルゴリズム又は速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する必要蒸気量算出部と、前記必要蒸気量算出部により算出された現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを発生させるよう前記複数のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、を備え、前記必要蒸気量算出部は、蒸気の供給を行っているすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が前記必要蒸気量算出部により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、前記ヘッダ圧力値が予め設定された第１圧力値を下回り、その後前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に燃焼しているすべての前記ボイラによる出力蒸気量の合計値を設定するボイラシステムに関する。

また、本発明は、燃焼率を変更して燃焼可能な複数のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、前記ボイラ群により生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、前記蒸気圧測定手段により測定される前記ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値と一致するように、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、前記ヘッダ圧力値を前記目標圧力値に保つように、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを速度形ＰＩアルゴリズム又は速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する必要蒸気量算出部と、前記必要蒸気量算出部により算出された現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを発生させるよう前記複数のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、ハンチングの起因となる可能性のある前記ヘッダ圧力値の変動を擬似ハンチングとして検出するハンチング検出部と、を備え、前記必要蒸気量算出部は、前記ハンチング検出部が前記疑似ハンチング状態を検出した状態で、その後前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に、蒸気の供給を行っているすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値を設定するボイラシステムに関する。

また、前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、前記制御部が前記複数のボイラを全缶停止する閾値として予め設定された制御上限圧力値と前記目標圧力値との間に予め設定された第２制御上限圧力値を超える又は第２制御上限圧力値以上となる回数が、第１の時間の間に第１の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出することが好ましい。

また、前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、予め設定された制御帯下限値との偏差の絶対値が第１閾値以下となるように予め設定された第２制御帯下限値を下回る又は第２制御帯下限値以下となる回数が、第２の時間の間に、第２の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出することが好ましい。

また、前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、前記目標圧力値を超える値から前記目標圧力値を下回る値に降下する際の圧力降下幅が予め設定された圧力降下幅値を超えるか、又は圧力降下幅値以上となる回数が、第３の時間の間に、第３の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出することが好ましい。

本発明によれば、蒸気ヘッダの内部の蒸気圧値（ヘッダ圧力値）が目標圧力値と一致するように、制御対象のボイラの燃焼量を制御する台数制御手段を備えるボイラシステムにおいて、所定の条件を満たした状態でヘッダ圧力値が所定圧力を下回る場合、又はハンチングの起因となる可能性のあるヘッダ圧力値の変動を検出した場合、ヘッダ圧力値を速やかに目標圧力値に収束させることで、ハンチング現象を未然に防止し、ハンチング現象が発生した場合には、ハンチング現象を速やかに収束させることができるボイラシステムを提供することができる。

第１実施形態に係るボイラシステム１の概略構成図である。 ボイラ群２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１の制御部４の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係るボイラシステム１のフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係るボイラシステム１の変形例のフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。 図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値と必要蒸気量と実際の出力蒸気量との時間的推移を示す図である。 図１に示すボイラシステム１をモデルとして、第１実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値と必要蒸気量と実際の出力蒸気量との時間的推移を示す図である。 第２実施形態に係るボイラシステム１の制御部４Ａの構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態に係るボイラシステム１のフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。 図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値と必要蒸気量と実際の出力蒸気量との時間的推移を示す図である。 図１に示すボイラシステム１をモデルとして、第２実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値と必要蒸気量と実際の出力蒸気量との時間的推移を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態に係るボイラシステムの第１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の内部の圧力値（ヘッダ圧力値）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、を備える。

ボイラ群２は、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。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。蒸気ヘッダ６は、燃焼させる１又は複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が一定に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、ヘッダ圧力値を測定し、測定結果としての蒸気圧信号を、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により測定されるヘッダ圧力値に基づいて、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の内部の蒸気圧力の変動に基づいて必要蒸気量を算出し、ボイラ群２を構成する各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。

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、ヘッダ圧力値が下降することになる。一方、蒸気使用設備１８の需要の下降により要求負荷（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、ヘッダ圧力値が上昇することになる。従って、ボイラシステム１は、蒸気圧センサ７により測定されたヘッダ圧力値の変動に基づいて、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、ヘッダ圧力値に基づいて、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。制御方式の詳細については、後述する。

ここで、第１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、第１実施形態に係るボイラ群２の概略を示す図である。
第１実施形態のボイラ２０は、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な連続制御ボイラからなる。
連続制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、燃焼率の２０％の燃焼状態）から最大燃焼状態Ｓ２の範囲で、燃焼率が連続的に制御可能とされているボイラである。連続制御ボイラは、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を制御することにより、燃焼率を調整するようになっている。

また、燃焼率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（燃焼率）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。

第１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、燃焼率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。

単位蒸気量Ｕは、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量（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。
なお、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〜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、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。

次に、台数制御装置３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からの蒸気圧力信号に基づいて、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（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、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。こうすることで、記憶部５は、各ボイラ２０から出力される実際の蒸気量、及び各ボイラ２０それぞれから出力される蒸気量の合計値である実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量を記憶部５に記憶する。

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。

（制御部４の構成）
次に、制御部４の詳細な構成について説明する。図３に示すように、制御部４は、必要蒸気量算出部４１と、出力制御部４２と、を含んで構成される。

必要蒸気量算出部４１は、予め設定された目標圧力値ＳＶ、蒸気圧センサ７で測定されたヘッダ圧力値ＰＶ等に基づいて、必要蒸気量ＭＶを算出する。具体的には、必要蒸気量算出部４１は、蒸気圧センサ７で測定されたヘッダ圧力値ＰＶが、予め設定された目標圧力値ＳＶとなるように、必要蒸気量ＭＶを、以下に示す速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する。なお、速度形ＰＩアルゴリズムについては、速度形ＰＩＤアルゴリズムにおいて、Ｄ制御出力（変化分）を省略したものであり、その説明は省略する。

必要蒸気量算出部４１は、複数のボイラ２０から発生させるべき現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを、下記の速度形演算式（式１）により算出する。
ＭＶ_ｎ＝ＭＶ_ｎ−１＋ΔＭＶ_ｎ ・・・・・・・・・・（式１）
（式１）において、ＭＶ_ｎ：現時点の必要蒸気量（今回必要蒸気量）、ＭＶ_ｎ−１：前回の制御周期時点の必要蒸気量（前回必要蒸気量）、ΔＭＶ_ｎ：前回から今回までの必要蒸気量変化分である。ここで、添字ｎは、繰り返し演算の演算回数（ｎ回目：ｎ＝１，２，…，Ｎの正の整数値）を示す。
速度形演算は、制御周期毎に前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎのみを計算し、これに前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１を加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを計算する方法である。
これに対して、制御周期毎に今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを直接計算するＰＩＤ制御アルゴリズムは、位置形演算という。

前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎは、下記の（式２）により算出される。
ΔＭＶ_ｎ＝ΔＰ_ｎ＋ΔＩ_ｎ＋ΔＤ_ｎ ・・・・・・・（式２）
（式２）において、ΔＰ_ｎ：Ｐ制御出力(変化分)、ΔＩ_ｎ：Ｉ制御出力(変化分)、ΔＤ_ｎ：Ｄ制御出力(変化分)であり、それぞれ下記の（式３）〜（式５）により求められる。
ΔＰ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(ｅ_ｎ−ｅ_ｎ−１) ・・・・・・・・・（式３）
ΔＩ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(Δｔ／Ｔ_Ｉ)×ｅ_ｎ ・・・・ （式４）
ΔＤ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(Ｔ_Ｄ／Δｔ)×(ｅ_ｎ−２ｅ_ｎ−１＋ｅ_ｎ−２) ・・（式５）
（式３）〜（式５）において、Δｔ：制御周期、Ｋ_Ｐ：比例ゲイン、Ｔ_Ｉ：積分時間、Ｔ_Ｄ：微分時間、ｅ_ｎ：現時点の偏差量、ｅ_ｎ−１：前回の制御周期時点の偏差量、ｅ_ｎ−２：前々回の制御周期時点の偏差量である。
現時点の偏差量ｅ_ｎは、目標圧力値ＳＶと、蒸気圧センサ７で測定されたヘッダ圧力値ＰＶとの差であって、下記の（式６）により求められる。
ｅ_ｎ＝ＳＶ−ＰＶ ・・・・・・・・・・・・・・（式６）

必要蒸気量算出部４１は、（式３）、（式４）、（式５）で算出された各出力（変化分）を、（式２）に従って合計することにより、前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを算出する。
必要蒸気量算出部４１は、（式１）のように、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１に必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを計算することができる。
こうすることで、必要蒸気量算出部４１は、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値ＳＶとなるために必要な蒸気量を算出する。

さらに、必要蒸気量算出部４１は、蒸気の供給を行っている（以下、「給蒸中」ともいう）すべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値Ｐ１を下回り、その後ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理を次のように行う。
ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に、給蒸中のすべてのボイラ２０による出力蒸気量の合計値ＪＴを算出して、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に給蒸中のすべてのボイラ２０による出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。

ここで、給蒸中のボイラ２０とは、実際に燃焼状態にあり、なおかつボイラ缶内圧力値がヘッダ圧力値ＰＶ相当であるボイラ２０を指すものとする。より具体的には、例えば、ヘッダ圧力値ＰＶとボイラ缶内圧力値との差が予め設定された圧力ズレ以下である場合に、当該ボイラ２０が給蒸中であると判定する。また、ヘッダ圧力値ＰＶとボイラ缶内圧力値との差が圧力ズレ以下となった後、所定時間（例えば、３秒）経過後に当該ボイラ２０が給蒸中ボイラになったと判定してもよい。また、ヘッダ圧力値ＰＶとボイラ缶内圧力との差から所定の裕度圧力α（例えば、０．０１ＭＰａ〜０．０２ＭＰａ）を減じた値が圧力ズレ以下となった場合に、当該ボイラ２０が給蒸中であると判定してもよい。

給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態について、具体的な例をいくつか説明する。

（給蒸中のボイラが外的要因で燃焼停止した場合）
例えば、ボイラ２０の最大蒸気量を７０００ｋｇ／ｈ（即ち、ボイラ２０は７ｔボイラ）、及び必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを８ｔ／ｈと仮定する。

例えば、給蒸中のボイラ２０が３台あり、そのうち１台が異常停止した場合、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値は、７ｔ／ｈ×２＝１４ｔ／ｈとなる。他方、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを８ｔ／ｈとしたことから、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを上回る。この場合、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値（１４ｔ／ｈ）は、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎ（８ｔ／ｈ）を下回る状態には該当しない。

これに対して、給蒸中のボイラ２０が２台あり、そのうち１台が異常停止した場合、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値は、７ｔ／ｈ×１＝７ｔ／ｈとなる。他方、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを８ｔ／ｈとしたことから、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値７ｔ／ｈは、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎ（８ｔ／ｈ）を下回る。この場合、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値（７ｔ／ｈ）は、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎ（８ｔ／ｈ）を下回る状態に該当する。
このように、給蒸中のボイラ２０のうち１台が異常停止した場合に、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態が発生する可能性がある。

（想定を上回る急激な負荷増加が発生し、蒸気供給が間に合わない場合）
例えば、給蒸中のボイラ２０が２台とし、要求負荷が急激に増加して、必要蒸気量ＭＶ_ｎが、例えば、１５ｔ／ｈになったと仮定した場合、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値は、７ｔ／ｈ×２＝１４ｔ／ｈとなる。給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値１４ｔ／ｈは、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎ（１５ｔ／ｈ）を下回る状態に該当する。
このように、想定を上回る急激な負荷増加が発生した場合に、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態が発生する可能性がある。

出力制御部４２は、必要蒸気量算出部４１が算出した今回必要蒸気量ＭＶ_ｎに基づいてボイラ２０の燃焼状態（燃焼量）を制御する。出力制御部４２は、ボイラ群２から必要蒸気量分の蒸気が発生するように各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。

出力制御部４２は、必要蒸気量算出部４１において、蒸気消費量に応じて算出された必要蒸気量に基づいて、燃焼させるボイラ２０の台数を設定する。出力制御部４２は、記憶部５に記載されている優先順位に従って燃焼を開始又は停止するボイラ２０を設定すると共に、それらボイラ２０のローカル制御部２２に対して、台数制御信号（運転の開始又は停止）を出力する。これにより、ボイラ群２から必要蒸気量分の蒸気が発生するように各ボイラ２０の燃焼状態を制御することで、必要蒸気量に対応する出力蒸気量が蒸気ヘッダ６に供給される。

次に、第１実施形態のボイラシステム１の動作について、図４を参照して説明する。図４は、ボイラシステム１のフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。

前述したように、制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０のローカル制御部２２から取得した各ボイラ２０から出力される実際の出力蒸気量、及び各ボイラそれぞれから出力される出力蒸気量の合計値である実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量を記憶部５に記憶している。

ボイラシステム１のＰＩ制御またはＰＩＤ制御の流れは、次のとおりである。
ステップＳＴ１において、必要蒸気量算出部４１は、制御周期毎において、蒸気圧センサ７から送信された蒸気圧信号に基づいて、ヘッダ圧力値ＰＶを取得する。

ステップＳＴ２において、必要蒸気量算出部４１は、式（２）〜式（６）に基づいて、制御周期毎の必要蒸気量変化分（ΔＭＶ_ｎ）を算出する。

ステップＳＴ３において、必要蒸気量算出部４１は、給蒸中のすべてのボイラ２０の最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値Ｐ１を下回る状態（以下、「第１状態」ともいう）が発生している状態か否か、を判定する。
この際、例えば、レジスタ、ビットメモリ等を用いたフラグデータを用意して、必要蒸気量算出部４１は、第１状態が発生した場合にフラグデータをセットし、後述する置き換え処理を完了した場合にフラグデータをリセットすることにより、第１状態が発生している状態か否か、を判定してもよい。
第１状態が発生している状態の場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ４に移る。それ以外の場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ７へ移る。

ステップＳＴ４において、必要蒸気量算出部４１は、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたか否かを判定する。ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ５に移る。一方、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ７へ移る。
ここで、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合とは、ヘッダ圧力値ＰＶが上昇に転じた後の所定の時間範囲を含む。

（必要蒸気量の出力蒸気量による置き換え）
ステップＳＴ５において、必要蒸気量算出部４１は、記憶部５に記憶された給蒸中のすべてのボイラ２０により出力されている出力蒸気量を取得する。

ステップＳＴ６において、必要蒸気量算出部４１は、前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に燃焼している、すべての給蒸中ボイラによる出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。
その後、ステップＳＴ７に移る。

（速度形演算）
ステップＳＴ７において、必要蒸気量算出部４１は、式（１）に基づいて、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１に制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。
その後、ステップＳＴ８に移る。

（今回必要制御量ＭＶ_ｎによる制御）
ステップＳＴ８において、必要蒸気量算出部４１は、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力制御部４２に出力する。

ステップＳＴ９において、出力制御部４２は、必要蒸気量算出部４１が算出した今回必要蒸気量ＭＶ_ｎに基づいてボイラ２０の燃焼状態（燃焼量）を制御する。出力制御部４２は、ボイラ群２から必要蒸気量分の蒸気が発生するように各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
その後、ステップＳＴ１に戻る。

図４に示した、ボイラシステム１のフィードバック制御のフローチャートにおいて、必要蒸気量算出部４１は、制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを、ステップＳＴ２において算出した。しかしながら、ステップＳＴ２に替えて、ステップＳＴ７において、制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎの算出と今回必要蒸気量ＭＶ_ｎの算出を合わせて行うこともできる。

（出力蒸気量の合計値ＪＴの設定処理の変形例）
必要蒸気量算出部４１は、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に給蒸中のすべてのボイラ２０による出力蒸気量の合計値ＪＴを設定するように変形することも可能である。
この場合のボイラシステム１のフィードバック制御のフローチャートを図５に示す。なお、図４と図５とは、ステップＳＴ６及びステップＳＴ７の処理又は順序が異なるだけであり、説明は省略する。

次に、図６及び図７を参照して、第１状態が発生した際に、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合と比較しながら、第１実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムを用いて圧力制御を実施した場合に、オーバーシュートが抑制され、蒸気圧力値が速やかに目標圧力値に収束される様子を説明する。

ここで、図６は、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶ_ｎと実際の出力蒸気量ＪＴとの時間的推移を示す図である。これに対して、図７は、本発明の第１実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶ_ｎと実際の出力蒸気量ＪＴとの時間的推移を示す図である。

図６及び図７ともに、図１に示すように、５台のボイラ２０からなるボイラ群を備え、各ボイラ２０の最大発生蒸気量（最大出力）が７０００ｋｇ／ｈ、要求蒸気量が７０００ｋｇ／ｈ、目標圧力値が１．５ＭＰａ、と設定された、ボイラシステム１をモデルとしている。また、給蒸中のボイラは１号機及び２号機の２台とする。

図６及び図７ともに、ボイラシステム１に対する要求負荷は、７０００ｋｇ／ｈとなる一定の蒸気消費量が続き、ヘッダ圧力値ＰＶは、目標圧力値（１．５ＭＰａ）に収束している。その後、経過時間ｔ_ｌにおいて、給蒸中のボイラ２台（１号機及び２号機）の内、２号機が異常停止した。その結果、ボイラシステム１は、第１状態が発生し、その後経過時間ｔ_２において、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じている。

図６及び図７において、横軸は経過時間（秒）、左縦軸は蒸気圧力値（ＭＰａ）を、右縦軸は蒸気量（ｋｇ／ｈ）を、それぞれ示している。また、太い実線（Ａ）はヘッダ圧力値ＰＶを、太い破線（Ｂ）は要求負荷を、太い破線（Ｃ）は必要蒸気量ＭＶを、それぞれ表している。なお、出力蒸気量は、燃焼させる５台のボイラ２０から出力される蒸気量の合計値を示している。

図６を参照して、制御部４が、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合における、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた以降の、ヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶと実際の出力蒸気量の時間的変化について説明する。

ボイラシステム１は、経過時間ｔ_ｌにおいて、給蒸中のボイラ２台（１号機及び２号機）の内、２号機が異常停止したことにより、ヘッダ圧力値ＰＶが急下降した際、下降中にＰＩＤ演算により算出される必要蒸気量ＭＶが過剰に確保される。他方、急激な必要蒸気量の変化に対してボイラシステム１のボイラ２０には応答遅れが生じている。

ボイラシステム１は、その後、出力蒸気量ＪＴが増加することにより、ヘッダ圧力値ＰＶは、ｔ_２において下降から上昇に転じる。ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点から、速度形ＰＩＤ演算により算出される必要蒸気量ＭＶは減少し続けるが、その時点で既に必要蒸気量ＭＶが過剰に確保されている。一方、ボイラシステム１は、ボイラ群２の実際の出力蒸気量ＪＴは必要蒸気量ＭＶに追いついていないことから、ｔ_２以降も出力蒸気量ＪＴは増加し続けることとなる。

その結果、図６に示すように、ボイラシステム１は、ヘッダ圧力値ＰＶの上昇を抑えきれなくなり、時刻ｔ_３において、オーバーシュートすることとなる。

一方、図７に示す第１実施形態のボイラシステム１も、経過時間ｔ_ｌにおいて、給蒸中のボイラ２台（１号機及び２号機）の内、２号機が異常停止したことにより、図６に示す通常例と同様に、第１状態が発生し、ヘッダ圧力値ＰＶが急下降した際、下降中にＰＩＤ演算により算出される必要蒸気量ＭＶが過剰に確保される。

ボイラシステム１は、その後、出力蒸気量ＪＴが増加することにより、ヘッダ圧力値ＰＶは、ｔ_２において下降から上昇に転じる。
そして、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点で、必要蒸気量算出部４１は、速度形ＰＩＤ演算において、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行する。
具体的には、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたｔ_２において、必要蒸気量算出部４１は、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎの値を、実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量の合計値ＪＴにより置き換え、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。

出力制御部４２は、実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量ＪＴが前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎとなることで、それ以降、必要蒸気量算出部４１により算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎとボイラ２０の実際の出力蒸気量との遅延をなくすることができる。

こうすることで、ボイラシステム１は、図７に示すように、ｔ_２以降において、ヘッダ圧力値ＰＶがオーバーシュートすることなく、実際の出力蒸気量ＪＴは、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従することになる。そして、ヘッダ圧力値ＰＶは、目標圧力値の付近で収束する。

以上、第１実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１において、給蒸中のボイラ２台のうち１台が外的要因で燃焼停止し、残りの給蒸中のボイラ２０の最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値Ｐ１を下回る状態が発生した場合に、オーバーシュートが発生せずに、ヘッダ圧力値ＰＶが、目標圧力値ＳＶの付近で収束することを説明したが、第１実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１の動作は、上記のケースに限定されない。

第１実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１は、例えば、想定を上回る急激な負荷増加が発生し、蒸気供給が間に合わなくなり、給蒸中のすべてのボイラ２０の最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値Ｐ１を下回る状態が発生した場合においても、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、必要蒸気量算出部４１は、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行することができる。そうすることで、出力制御部４２は、それ以降、必要蒸気量算出部４１により算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎとボイラ２０の実際の出力蒸気量ＪＴとの遅延をなくすることができる。その結果、ボイラシステム１において出力蒸気量ＪＴは、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従することができる。

以上説明した第１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。

上述した第１実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１においては、給蒸中のすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が、必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値Ｐ１を下回る状態が発生した場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に燃焼しているすべてのボイラによる出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。
これにより、第１実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１は、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点で、速度形ＰＩＤ制御により算出される必要蒸気量ＭＶとボイラ２０の実際の出力蒸気量ＪＴとの遅延をなくすることができ、ボイラシステム１の出力蒸気量ＪＴは、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従することができる。その結果、ボイラシステム１の圧力安定性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。第２実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。

（制御部４Ａの構成）
制御部４Ａの詳細な構成について説明する。図８に示すように、制御部４Ａは、必要蒸気量算出部４１と、出力制御部４２と、ハンチング検出部４３と、を含んで構成される。

（制御上限圧力値）
制御部４Ａは、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる蒸気量の制御を行うに際して、圧力安定性を重要視する観点から、ヘッダ圧力値ＰＶが通常制御であれば到達しない制御上限圧力値ＰＵを予め設けることができる。
それにより、蒸気使用設備の蒸気消費量（要求負荷）が急激に減少することで、ヘッダ圧力値が制御上限圧力値ＰＵを超えた場合に、すべてのボイラを燃焼停止（以下、「全台待機」ともいう）とする台数制御を行う。

全缶停止となった場合、ヘッダ圧力値ＰＶは急激に下降し、ＰＩＤ演算により算出される必要蒸気量ＭＶが過剰に確保される。このため、その後、ボイラ２０が燃焼を開始し、出力蒸気量ＪＴが増加することにより、ヘッダ圧力値ＰＶは下降から上昇に転じる。そして、ヘッダ圧力値ＰＶが上昇に転じた時点から必要蒸気量ＭＶは減少し続けるが、その時点で必要蒸気量ＭＶが過剰に確保されている。そして、出力蒸気量ＪＴが必要蒸気量ＭＶに追いついていないため、出力蒸気量ＪＴは増加し続け、ヘッダ圧力値ＰＶが増加し続けるおそれがある。
これにより、ヘッダ圧力値ＰＶの上昇を抑えきれずに再度、制御上限圧力値ＰＵを超えることにより全台待機となり、ヘッダ圧力値ＰＶが急降下する、ということを繰り返す可能性が高い。
このような事象が発生すると、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値ＳＶに収束せずに上下に変動する、いわゆるハンチング現象が発生し、継続する。

（疑似ハンチング）
また、ヘッダ圧力値ＰＶが制御上限圧力値ＰＵを超えないが、ヘッダ圧力値ＰＶが目標圧力値ＳＶに収束せずに、所定の圧力値以上となるような変動を所定時間（例えば、６０秒）以内に所定回数（例えば、４回）以上繰り返す現象（以下、「擬似ハンチング」ともいう）が発生する場合がある。
擬似ハンチングの発生する１つの要因としては、目標圧力値ＳＶとヘッダ圧力値ＰＶとの偏差に対して、操作量が過剰に算出されることが挙げられる。操作量が過剰に算出されることにより、圧力変動が急激に上下動し、擬似ハンチング（又はハンチング）が発生すると考えられる。
疑似ハンチング現象が発生すると、ヘッダ圧力値ＰＶが制御上限圧力値ＰＵを超えて、全缶停止及びハンチングを起こす可能性がある。
第２実施形態においては、擬似ハンチングを検出することで、ヘッダ圧力値ＰＶが制御上限圧力値ＰＵを超えて、全缶停止及びハンチングを起こすことを未然に防止することを可能にする。

（制御上限圧力値２）
このため、ヘッダ圧力値ＰＶが、制御部４Ａにより複数のボイラ２０が全缶停止される閾値として予め設定された制御上限圧力値ＰＵと目標圧力値ＳＶとの間に第２制御上限圧力値Ｐ２を予め設定する。
制御上限圧力値ＰＵ ＞ 第２制御上限圧力値Ｐ２ ＞目標圧力値ＳＶ

第２実施形態においては、前述したとおり、ヘッダ圧力値ＰＶが制御上限圧力値ＰＵを超えないが、第２制御上限圧力値Ｐ２以上となるような変動を所定時間（例えば、６０秒）以内に所定回数（例えば、４回）以上繰り返す場合、ハンチングの起因となる可能性のある、ヘッダ圧力値ＰＶの変動とみなし、当該現象を「擬似ハンチング」という。なお、当該所定時間を「第１の時間」、当該所定回数を「第１の回数」という。

（ハンチング検出部４３）
ハンチング検出部４３は、ヘッダ圧力値が、第２制御上限圧力値Ｐ２を超える又は第２制御上限圧力値Ｐ２以上となる回数が、第１の時間（例えば、６０秒）の間に、第１の回数（例えば、４回）以上発生したか否かを検出する。
なお、第１の時間及び第１の回数については、ボイラシステム１の特性に合わせて、適宜設定することができる。例えば、第１の回数を「１」に設定した場合、ハンチング検出部４３は、ヘッダ圧力値が、第２制御上限圧力値Ｐ２を超えるか、又は第２制御上限圧力値Ｐ２以上となることが発生したか否かを検出する。

（必要蒸気量算出部４１）
必要蒸気量算出部４１は、ハンチング検出部４３が疑似ハンチング状態を検出した状態で、その後ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理を次のように行う。
ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に、給蒸中のすべてのボイラ２０による出力蒸気量の合計値ＪＴを算出して、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は初回の算出処理の実行時点に給蒸中のすべてのボイラ２０による出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。

前述したように、擬似ハンチングの発生する１つの要因として、目標圧力値ＳＶとヘッダ圧力値ＰＶとの偏差に対して、操作量が過剰に算出されることが挙げられる。
このため、疑似ハンチング状態を検出した状態で、その後ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点で、必要蒸気量算出部４１は、速度形ＰＩＤ演算において、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行する。そうすることで、それ以降、必要蒸気量算出部４１により算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎとボイラ２０の実際の出力蒸気量ＪＴとの遅延をなくすることができる。
こうすることで、ボイラシステム１は、圧力変動の急激な上下動を抑制して、擬似ハンチング段階においてヘッダ圧力値ＰＶを速やかに目標圧力値ＳＶに収束させ、ハンチングの発生を回避することができる。

（フローチャート）
次に、第２実施形態に係るボイラシステム１の動作について、図９を参照して説明する。図９は、第２実施形態に係るボイラシステム１の制御の流れを示すフローチャートである。

第２実施形態に係るボイラシステム１の制御の流れを示すフローチャートにおけるステップＳＴｎ´（１≦ｎ≦９）は、ステップＳＴ３´における処理を除いて、図４に示す第１実施形態に係るボイラシステム１の制御の流れを示すフローチャートのステップＳＴｎ（１≦ｎ≦９）についての説明が適用される。

ステップＳＴ１´において、必要蒸気量算出部４１は、制御周期毎において、蒸気圧センサ７から送信された蒸気圧信号に基づいて、ヘッダ圧力値ＰＶを取得する。

ステップＳＴ２´において、必要蒸気量算出部４１は、式（２）〜式（６）に基づいて、制御周期毎の必要蒸気量変化分（ΔＭＶ_ｎ）を算出する。

ステップＳＴ３´において、必要蒸気量算出部４１は、ハンチング検出部４３により、擬似ハンチングを検出した状態（以下、「第２状態」ともいう）が発生しているか否か、を判定する。
この際、例えば、レジスタ、ビットメモリ等を用いたフラグデータを用意して、必要蒸気量算出部４１は、第２状態が発生した場合にフラグデータをセットし、後述する置き換え処理を完了した場合にフラグデータをリセットすることにより、第２状態が発生している状態か否か、を判定してもよい。
第２状態が発生している状態の場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ４´に移る。それ以外の場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ７´へ移る。

ステップＳＴ４´において、必要蒸気量算出部４１は、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたか否かを判定する。ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ５´に移る。一方、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ７´へ移る。
ここで、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた場合とは、ヘッダ圧力値ＰＶが上昇に転じた後の所定の時間範囲を含む。

（必要蒸気量の出力蒸気量による置き換え）
ステップＳＴ５´において、必要蒸気量算出部４１は、記憶部５に記憶された給蒸中のすべてのボイラ２０により出力されている出力蒸気量を取得する。

ステップＳＴ６´において、必要蒸気量算出部４１は、前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に燃焼している、すべての給蒸中ボイラによる出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。
その後、ステップＳＴ７´に移る。

（速度形演算）
ステップＳＴ７´において、必要蒸気量算出部４１は、式（１）に基づいて、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１に制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。
その後、ステップＳＴ８´に移る。

（今回必要制御量ＭＶ_ｎによる制御）
ステップＳＴ８´において、必要蒸気量算出部４１は、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力制御部４２に出力する。

ステップＳＴ９´において、出力制御部４２は、必要蒸気量算出部４１が算出した今回必要蒸気量ＭＶ_ｎに基づいてボイラ２０の燃焼状態（燃焼量）を制御する。出力制御部４２は、ボイラ群２から必要蒸気量分の蒸気が発生するように各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
その後、ステップＳＴ１´に戻る。

次に、図１０及び図１１を参照して、擬似ハンチングが発生した際に、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合と比較しながら、第２実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムを用いて圧力制御を実施した場合に、ヘッダ圧力値ＰＶが速やかに目標圧力値に収束される様子を説明する。

ここで、図１０は、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶと実際の出力蒸気量ＪＴとの時間的推移を示す図である。これに対して、図１１は、第２実施形態に係る速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶと実際の出力蒸気量ＪＴとの時間的推移を示す図である。

図１０及び図１１ともに、図１に示すように、５台のボイラ２０からなるボイラ群を備え、各ボイラ２０の最大発生蒸気量（最大出力）が７０００ｋｇ／ｈ、蒸気消費量（要求負荷）が１００００ｋｇ／ｈ、目標圧力値が１．５ＭＰａ、と設定された、ボイラシステム１をモデルとしている。

図１０及び図１１において、横軸は経過時間（秒）、左縦軸は蒸気圧力値（ＭＰａ）を、右縦軸は蒸気量（ｋｇ／ｈ）を、それぞれ示している。また、太い実線（Ａ）はヘッダ圧力値ＰＶを、太い破線（Ｂ）は蒸気消費量（要求負荷）を、太い破線（Ｃ）は必要蒸気量ＭＶを、それぞれ表している。なお、出力蒸気量は、燃焼させる５台のボイラ２０から出力される蒸気量の合計値を示している。

図１０及び図１１ともに、ヘッダ圧力値ＰＶが上下動するハンチング現象が発生し、必要蒸気量ＭＶが０ｋｇ／ｈと３５０００ｋｇ／ｈとの間を繰り返している。

まず、図１０を参照して、制御部４Ａが、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合における、ヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶと実際の出力蒸気量の時間的変化について説明する。

図１０に示すように、ヘッダ圧力値ＰＶが上下動するハンチング現象が発生し、必要蒸気量ＭＶが０ｋｇ／ｈと３５０００ｋｇ／ｈとの間を繰り返している場合、蒸気消費量（要求負荷）が１００００ｋｇ／ｈと一定となっていると、制御部４Ａは、通常の速度形ＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御によって、ヘッダ圧力値ＰＶを目標圧力値ＳＶに収束させることができなくなっている。

これに対して、図１１には、第２実施形態に係るＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値ＰＶと必要蒸気量ＭＶ_ｎと実際の出力蒸気量ＪＴとの時間的推移が示されている。

ボイラシステム１において、ハンチング検出部４３は、経過時間ｔ_１においてヘッダ圧力値ＰＶが第２制御上限圧力値Ｐ２を超える回数が、第１の時間（例えば、１２０秒）の間に、第１の回数（例えば、４回）以上発生したことを検出し、擬似ハンチングが発生したことを検出する。

ボイラシステム１は、擬似ハンチングの検出後、出力蒸気量ＪＴが増加することにより、ヘッダ圧力値ＰＶは、ｔ_２において下降から上昇に転じる。
そして、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点で、必要蒸気量算出部４１は、速度形ＰＩＤ演算において、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行する。
具体的には、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたｔ_２において、必要蒸気量算出部４１は、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎの値を、実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量の合計値ＪＴにより置き換え、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。

こうすることで、出力制御部４２は、実際の給蒸中ボイラにより出力されている出力蒸気量ＪＴが前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎとなることで、それ以降、必要蒸気量算出部４１により算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎとボイラ２０の実際の出力蒸気量との遅延をなくすることができる。

ボイラシステム１は、図１１に示すように、ｔ_２以降において、ヘッダ圧力値ＰＶが上下動するハンチング現象が発生することなく、実際の出力蒸気量ＪＴは、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従することになる。そして、ヘッダ圧力値ＰＶは、目標圧力値の付近で収束する。

以上、第２実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１において、ハンチング検出部４３により、擬似ハンチングを検出した場合に、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、必要蒸気量算出部４１により、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行することで、ヘッダ圧力値ＰＶの変動を縮小させて、ヘッダ圧力値ＰＶを、目標圧力値ＳＶの付近で収束させることを説明した。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態については、主として、第２実施形態と異なる点を中心に説明し、第２実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。第３実施形態において、特に説明しない点は、第２実施形態についての説明が適宜適用される。また、第３実施形態においても、第２実施形態と同様な効果が奏される。

第３実施形態に係るボイラシステム１は、ヘッダ圧力値ＰＶ値が、予め設定された第２制御帯下限値を下回る又は第２制御帯下限値以下となる回数が、第２の時間（例えば、６０秒）の間に、第２の回数（例えば、４回）以上発生するようなヘッダ圧力値ＰＶが急激に低い方向に変動する場合を擬似ハンチングの一種としてとらえる（以下、「第２の擬似ハンチング」ということもある）。
ここで、第２制御帯下限値とは、制御帯下限値の近傍の値であって、例えば、第２制御帯下限値と制御帯下限値との偏差の絶対値が、第１閾値となるように設定することができる。

なお、第２の時間及び第２の回数については、ボイラシステム１の特性に合わせて、適宜設定することができる。例えば、第２の回数を「１」に設定した場合、ハンチング検出部４３は、ヘッダ圧力値ＰＶが、第２制御帯下限値を下回る又は第２制御帯下限値以下となることが発生したか否かを検出する。

第３実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１は、ハンチング検出部４３により、第２の擬似ハンチングを検出した場合においても、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、必要蒸気量算出部４１により、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行することで、ヘッダ圧力値ＰＶの変動を縮小させて、ヘッダ圧力値ＰＶを、目標圧力値ＳＶの付近で収束させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態についても、主として、第２実施形態と異なる点を中心に説明し、第２実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。第４実施形態において、特に説明しない点は、第２実施形態についての説明が適宜適用される。また、第４実施形態においても、第２実施形態と同様な効果が奏される。

第４実施形態に係るボイラシステム１は、ヘッダ圧力値ＰＶが、目標圧力値ＳＶを超える値から目標圧力値ＳＶを下回る値に降下する際の圧力降下幅が予め設定された圧力降下幅値を超える又は圧力降下幅値以上となる回数が、第３の時間（例えば、６０秒）の間に、第３の回数（例えば、４回）以上発生するような、ヘッダ圧力値ＰＶが目標蒸気圧の上下に急激に変動する場合を擬似ハンチングの一種としてとらえる（以下、「第３の擬似ハンチング」ということもある）。

なお、第３の時間及び第３の回数については、ボイラシステム１の特性に合わせて、適宜設定することができる。例えば、第３の回数を「１」に設定した場合、ハンチング検出部４３は、ヘッダ圧力値ＰＶが、目標圧力値ＳＶを超える値から目標圧力値ＳＶを下回る値に降下する際の圧力降下幅が予め設定された圧力降下幅値を超える又は圧力降下幅値以上となることが発生したか否かを検出する。

第４実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１は、ハンチング検出部４３により、第３の擬似ハンチングを検出した場合においても、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、必要蒸気量算出部４１により、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行することで、ヘッダ圧力値ＰＶの変動を縮小させて、ヘッダ圧力値ＰＶを、目標圧力値ＳＶの付近で収束させることができる。

以上説明した第２実施形態〜第４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。

上述した第２実施形態〜第４実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１においては、ハンチング検出部４３により、それぞれ擬似ハンチング、第２の擬似ハンチング、及び第３の擬似ハンチングを検出した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に、蒸気の供給を行っているすべての給蒸中ボイラの最大出力蒸気量の合計値ＪＴを設定する。
これにより、第２実施形態〜第４実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１は、ハンチング検出部４３により、それぞれ擬似ハンチング、第２の擬似ハンチング、及び第３の擬似ハンチングを検出した場合、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、速度形ＰＩＤ制御により算出される必要蒸気量ＭＶとボイラ２０の実際の出力蒸気量ＪＴとの遅延をなくすることができ、ボイラシステム１の出力蒸気量ＪＴは、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従することができる。その結果、ボイラシステム１の圧力安定性を向上させることができる。

なお、上述した第２実施形態〜第４実施形態に係る速度形ＰＩＤ制御方式を用いるボイラシステム１においては、ハンチング検出部４３により、それぞれ擬似ハンチング、第２の擬似ハンチング、及び第３の擬似ハンチングを検出した場合に、ヘッダ圧力値ＰＶの変動を縮小させて、ヘッダ圧力値ＰＶを、目標圧力値ＳＶの付近で収束させたが、疑似ハンチングのケースに限定されない。
第５実施形態として、ハンチング検出部４３により、例えば、ヘッダ圧力値ＰＶが制御上限圧力値ＰＵを超えて全台待機となった場合、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１圧力値を下回り、ヘッダ圧力値ＰＶが下降から上昇に転じたときに、必要蒸気量算出部４１により、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１又は今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力蒸気量ＪＴに置き換える処理を実行することで、ヘッダ圧力値ＰＶの変動を縮小させて、ヘッダ圧力値ＰＶを、目標圧力値ＳＶの付近で収束させることができる。

以上、本発明に係るボイラシステム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、各実施形態では、制御部４又は４Ａにおける蒸気量の制御を行うに際して、その制御アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御について主に説明し、ＰＩ制御についての詳細は省略したが、この点、制御部４又は４Ａが実行する蒸気量の制御は、ＰＩＤ制御に限らずＰＩ制御であってもよい。

例えば、各実施形態では、本発明を、５台のボイラ２０からなるボイラ群２を備えたボイラシステムに適用した例について説明した。これに限らず、本発明を、６台以上のボイラからなるボイラ群を備えたボイラシステムに適用してもよいし、２〜４台のボイラからなるボイラ群を備えたボイラシステムに適用してもよい。また、各実施形態では、台数制御として、蒸気消費量に応じて算出された必要蒸気量と予め設定された優先順位とに基づいて燃焼させるボイラ２０の台数を設定する例について説明した。これに限らず、複数台のボイラを備えたボイラ群において、燃焼させるボイラの台数は、例えば、システムの燃焼率や各ボイラの稼動状況等に基づいて設定してもよい。また、各実施形態では、本発明による圧力制御と複数のボイラの台数制御とを組み合わせた例について説明したが、本発明による圧力制御を単体のボイラの圧力制御に適用してもよい。その場合には、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより算出された必要蒸気量が、そのまま単体のボイラにおける必要蒸気量として設定される。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
３ ボイラ制御装置
４ 制御部
５ 記憶部
６ 蒸気ヘッダ
７ 蒸気圧センサ
１８ 蒸気使用設備
２０ ボイラ
４１ 蒸気量算出部
４２ 出力制御部
４３ ハンチング検出部

Claims (5)

1. 燃焼率を変更して燃焼可能な複数のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、
   前記ボイラ群により生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、
   前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、
   前記蒸気圧測定手段により測定される前記ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値と一致するように、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、
   前記ヘッダ圧力値を前記目標圧力値に保つように、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを速度形ＰＩアルゴリズム又は速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する必要蒸気量算出部と、
   前記必要蒸気量算出部により算出された現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを発生させるよう前記複数のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、
   を備え、
   前記必要蒸気量算出部は、
   蒸気の供給を行っているすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値が前記必要蒸気量算出部により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを下回る状態で、前記ヘッダ圧力値が予め設定された第１圧力値を下回り、その後前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に燃焼しているすべての前記ボイラによる出力蒸気量の合計値を設定するボイラシステム。
2. 燃焼率を変更して燃焼可能な複数のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、
   前記ボイラ群により生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、
   前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、
   前記蒸気圧測定手段により測定される前記ヘッダ圧力値が予め設定された目標圧力値と一致するように、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、
   前記ヘッダ圧力値を前記目標圧力値に保つように、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを速度形ＰＩアルゴリズム又は速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する必要蒸気量算出部と、
   前記必要蒸気量算出部により算出された現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを発生させるよう前記複数のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、
   ハンチングの起因となる可能性のある前記ヘッダ圧力値の変動を擬似ハンチングとして検出するハンチング検出部と、
   を備え、
   前記必要蒸気量算出部は、
   前記ハンチング検出部が前記疑似ハンチング状態を検出した状態で、その後前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎの初回（ｎ＝１）の算出処理において、（ｉ）現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎとして、又は（ｉｉ）前回の必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１として、前記ヘッダ圧力値が下降から上昇に転じた時点又は前記初回の算出処理の実行時点に、蒸気の供給を行っているすべてのボイラの最大出力蒸気量の合計値を設定するボイラシステム。
3. 前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、前記制御部が前記複数のボイラを全缶停止する閾値として予め設定された制御上限圧力値と前記目標圧力値との間に予め設定された第２制御上限圧力値を超える又は第２制御上限圧力値以上となる回数が、第１の時間の間に第１の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出する、請求項２に記載のボイラシステム。
4. 前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、予め設定された制御帯下限値との偏差の絶対値が第１閾値以下となるように予め設定された第２制御帯下限値を下回る又は第２制御帯下限値以下となる回数が、第２の時間の間に、第２の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出する、請求項２又は請求項３に記載のボイラシステム。
5. 前記ハンチング検出部は、前記ヘッダ圧力値が、前記目標圧力値を超える値から前記目標圧力値を下回る値に降下する際の圧力降下幅が予め設定された圧力降下幅値を超えるか、又は圧力降下幅値以上となる回数が、第３の時間の間に、第３の回数以上発生する変動を擬似ハンチングとして検出する、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のボイラシステム。

Images