JP6743525B2

JP6743525B2 - ボイラシステム

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Publication number: JP6743525B2
Application number: JP2016130776A
Authority: JP
Inventors: 山田　和也; 和也山田; 浩二三浦
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2018004155A

Description

本発明は、連続制御ボイラからなるボイラ群を有するボイラシステムに関する。

最近、天然ガス、石油、ＬＰガス等を燃料として、エンジン、タービン、燃料電池等の方式により発電し、その際に生じる廃熱を利用して蒸気を生成するコージェネシステムや水管ボイラ等の大規模ボイラシステムの補助用途又はそのバックアップとして、燃焼率を連続的に変更可能な連続制御ボイラからなるボイラ群を利用するケースがある。大規模ボイラシステムが蒸気ヘッダの蒸気出力の大半を賄い、その不足分を連続制御ボイラが補うというものである。
このような場合、大規模ボイラシステム側において、蒸気ヘッダの蒸気出力の大半を賄い、その不足分を連続制御ボイラが補う形式となる。このため、大規模ボイラシステム側で、蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値に基づいて出力蒸気量の制御を行うケースが多い。その場合、補助用途に使用される連続制御ボイラは圧力制御を行わずに、一定の出力蒸気量を維持するように動作することが求められる。
他方、連続制御ボイラからなるボイラ群は台数制御装置を備え、ヘッダ圧力値に基づいて各連続制御ボイラの燃焼制御を行うように動作するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１５０７０号公報

しかしながら、連続制御ボイラ及び台数制御装置から構成されるボイラシステムは、ボイラ群の出力蒸気量の合計値が一定の値となるように制御する機能を備えておらず、このままでは一定の出力蒸気量を維持するという要求を満たすことはできない。
他方、大規模ボイラシステムの保守時等には、大規模ボイラシステムを停止させることが必要となり、その際には、必要蒸気量をバックアップするために、ヘッダ圧力値に基づいて出力蒸気量の制御を行う機能はこれまでどおり必要となる。
このため、ヘッダ圧力値に基づいて出力蒸気量の制御を行うこれまでの機能に加えて、必要に応じて、圧力制御を行わずに全ボイラ出力蒸気量の合計値が一定の値となるように制御することができる連続制御ボイラシステムが求められている。

本発明は、ユーザのニーズに応じて、一定の出力蒸気量を維持させる制御及びヘッダ圧力値に基いた出力蒸気量の制御の両方に対応できる連続制御ボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な、一台以上のボイラからなるボイラ群と、前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、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、前記ヘッダ圧力値に基づいて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する台数制御部と、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、ボイラ効率が所定値よりも高くなる燃焼率の範囲であるエコ運転ゾーンがそれぞれのボイラに対して設定され、前記台数制御部は、前記ヘッダ圧力値に基づいて必要蒸気量を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必要蒸気量の蒸気を生成するように前記ボイラ群の出力を制御する出力制御部と、前記ボイラ群により出力される蒸気量である出力蒸気量の上限値である上限出力蒸気量を設定する上限設定部と、前記上限出力蒸気量を出力するために前記ボイラ群に含まれる各ボイラに均等に燃焼率を割り振った場合に、各ボイラの燃焼率がそれぞれ前記エコ運転ゾーンの範囲内に収まるように燃焼台数を算出する燃焼台数算出部と、前記燃焼台数算出部により算出された燃焼台数分のボイラを制御対象ボイラとして設定する制御対象ボイラ設定部と、を備え、前記出力制御部は、前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が前記上限出力蒸気量を上回った場合に、前記上限出力蒸気量の蒸気を生成するように前記制御対象ボイラを燃焼させるボイラシステムに関する。

また、前記燃焼台数算出部は、燃焼台数を抑制するか、又は過剰にするかを指定する燃焼台数前提条件を予め設定しておき、燃焼台数の算出に際して、複数の選択肢が存在する場合又は選択肢が存在しない場合に、前記燃焼台数前提条件に基づいて燃焼台数を算出するようにしてもよい。

また、前記出力制御部は、さらに、前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が前記上限出力蒸気量を上回った状態が予め設定される第１時間を超えて継続する場合、前記制御対象ボイラの燃焼率を均一化するようにしてもよい。

また、前記台数制御部は、さらに、前記ボイラ群に含まれる各ボイラの優先順位の設定及び変更を行う優先順位設定部を備え、前記出力制御部は、前記優先順位設定部により各ボイラの優先順位が変更されると、燃焼停止状態にあるボイラのうち、優先順位の高いボイラの燃焼を開始させるようにしてもよい。

また、前記出力制御部は、前記優先順位設定部により各ボイラの優先順位が変更されると、燃焼状態にあるボイラのうち、優先順位の低いボイラの燃焼を停止させるようにしてもよい。

本発明によれば、ユーザのニーズに応じて、一定の出力蒸気量を維持させる制御及びヘッダ圧力値に基いた出力蒸気量の制御の両方に対応できる連続制御ボイラシステムを提供することができる。すなわち、出力蒸気量に対して上限出力蒸気量を設定するとともに、台数制御装置に対して設定される目標圧力値を高く設定することで、ボイラ群の出力蒸気量の合計値が上限出力蒸気量（一定の出力蒸気量）となるようにすることができる。また、ヘッダ圧力値が大きく上昇した場合は、ヘッダ圧力値に基いて出力蒸気量を減少させることができる。

本実施形態に係るボイラシステム１の概略を示す図である。本実施形態のボイラ群の概略を示す図である。本実施形態の制御部の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の燃焼台数算出部の処理の一例を示す図である。本実施形態の燃焼台数算出部の処理の一例を示す図である。本実施形態の燃焼台数算出部の処理の一例を示す図である。本実施形態の制御部の動作例を示すフローチャートである。本実施形態の制御部の動作例を示すフローチャートである。本実施形態の制御部の動作例を示すフローチャートである。

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。なお、本実施形態は、一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係るボイラシステム１の全体構成につき、図１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、ボイラシステム１は、例えば、５台の連続制御ボイラ２０により構成されるボイラ群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、を備える。
以下、連続制御ボイラ２０をボイラ２０という。特に断らない限り、ボイラ２０は連続制御ボイラを指すものとする。

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を備える。

ローカル制御部２２は、蒸気消費量に応じてボイラ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等が挙げられる。

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。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の内部の蒸気圧値（以下「ヘッダ圧力値」という）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。

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が測定するヘッダ圧力値（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蒸気消費量が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量が不足すれば、ヘッダ圧力値が減少する。一方、蒸気使用設備１８の需要の低下により蒸気消費量が減少し、蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量が過剰になれば、ヘッダ圧力値が増加する。台数制御装置３は、ヘッダ圧力値の変動に基づいて、蒸気消費量の変動をモニターする。そして、台数制御装置３は、ヘッダ圧力値に基づき算出した目標蒸気量分の蒸気を生成するように各ボイラ２０の燃焼量を制御する。

［連続制御ボイラ２０］
図２は、ボイラ群２の概略を示す図である。
連続制御ボイラ２０は、図２に示すように、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、最大燃焼率の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。ボイラ２０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、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。

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、連続制御ボイラ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。

（エコ運転ゾーン）
ボイラ２０には、ボイラ効率が高い燃焼率の範囲（「エコ運転ゾーン」という）が設定されている。ボイラ２０をこのエコ運転ゾーンで燃焼させ続けることで、ボイラ２０を効率的に燃焼させることができる。
本実施形態のボイラシステム１においては、ヘッダ圧力値に基づいてボイラ群２の燃焼状態を制御し、出力蒸気量を出力する圧力制御モード、又はボイラ群２の出力蒸気量の合計値が一定の値となるように制御する出力蒸気量一定制御モードのいずれにおいても、燃焼ボイラをエコ運転ゾーンで燃焼させ続けるように制御することが好ましい。

（優先順位）
また、ボイラ２０にはそれぞれ優先順位が設定されている。例えば、蒸気消費量が増加した場合には、優先順位の高いボイラ２０から順に燃焼率を増加させ、蒸気消費量が減少した場合には、優先順位の低いボイラ２０から順に燃焼率を減少させるように設定することができる。
また、要求負荷が増加して燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる場合には、優先順位の高いボイラ２０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２０の台数を減少させる場合には、優先順位の低いボイラ２０から順に燃焼を停止させることができる。
このような場合、優先順位の高いボイラ２０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２０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１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２０の稼動状態の均一化を図っている。

次に、台数制御装置３の構成について詳細に説明する。台数制御装置３は、図１に示すように、制御部４と記憶部５とを備える。

制御部４は、信号線１６を介してボイラ２０に各種の指示を送信したり、各ボイラ２０から各種のデータを受信したりして、ボイラ２０の燃焼状態及び運転台数の制御を実行する。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、その指示に従って該当するボイラ２０の燃焼量を制御する。制御部４の詳細な構成については後述する。

記憶部５は、各ボイラ２０に送信された指示に関する情報、各ボイラ２０から受信した燃焼状態に関する情報、各ボイラ２０の単位蒸気量Ｕの設定に関する情報、複数のボイラ２０の優先順位の設定に関する情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報、各ボイラ２０のエコ運転ゾーン（ボイラ効率が高い燃焼率の範囲）に関する情報、及び後述する上限設定部により設定される上限出力蒸気量等を記憶する。

次に、制御部４の構成についてさらに詳細に説明する。
本実施形態に係る制御部４は、ユーザのニーズに応じて、ボイラ群２の出力蒸気量の合計値が一定の値となるように制御する出力蒸気量一定制御モードを備える。
このような出力蒸気量一定制御モードを実現するため、図３に示すように、制御部４は、必要蒸気量算出部４１と上限設定部４２と、燃焼台数算出部４３と、制御対象ボイラ設定部４４と、出力制御部４５と、優先順位設定部４６と、を含んで構成される。

必要蒸気量算出部４１は、ヘッダ圧力値に基づいて必要蒸気量を算出する。具体的には、必要蒸気量算出部４１は、ヘッダ圧力値が目標圧力値に一致するように、所定周期毎に、例えば公知の位置形ＰＩＤ（又は位置形ＰＩ）アルゴリズム又は速度形ＰＩＤ（又は速度形ＰＩ）アルゴリズムにより算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。

例えば、必要蒸気量算出部４１は、必要蒸気量ＭＶ_ｎを、下記の式（１）に基づいて算出することができる。
必要蒸気量ＭＶ_ｎ
＝偏差比例出力（Ｐ制御）＋偏差積分出力（Ｉ制御）＋偏差微分出力（Ｄ制御）
・・・（１）

ここで、必要蒸気量ＭＶ_ｎを構成する各成分は、下記の式（２）〜（４）により算出される。
偏差比例出力（ＰＩＤ＿Ｅ）＝ＰＩＤ＿Ｋ×（目標蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値）
・・・（２）
ここで、ＰＩＤ＿Ｋ（比例ゲイン）は、単位圧力偏差（１ＭＰａ）当たりのボイラ出力（蒸気量）である。

偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）＝ＰＩＤ＿ＥＩ＋ＰＩＤ＿Ｅ／積分時間（秒）
・・・（３）

偏差微分出力（ＰＩＤ＿ＥＤ）＝
ＰＩＤ＿Ｋ×（前回制御周期の蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値）×微分時間（秒）
・・・（４）

以上のように、必要蒸気量算出部４１は、例えば式（２）〜（４）で算出された各出力を合計することにより、必要蒸気量（指示蒸気量）を算出することができる。

上限設定部４２は、ボイラ群２により出力される蒸気量である出力蒸気量の上限値となる上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを設定することができる。
上限設定部４２により、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐが設定される場合には、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が上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを超える場合であっても、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐが優先され、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐの蒸気が生成されるように制御される。
上限設定部４２による上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐの設定は、出力蒸気量のリミッタ値を設定する役割を担う。上限設定部４２により上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐが設定される場合には、ボイラ群２の出力蒸気量の合計値が最大で上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐとなるように制御する出力蒸気量一定制御モードが提供される。

燃焼台数算出部４３は、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐが設定される場合に、エコ運転条件を満たすことのできるボイラ２０の燃焼台数を算出する。ここで、エコ運転条件とは、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを出力するためにボイラ群２に含まれる各ボイラ２０に均等に燃焼率を割り振った場合に、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まることを指す。
なお、燃焼台数算出部４３は、燃焼台数の算出に際して、複数の選択肢が存在する場合（すなわち、各ボイラ２０に均等に燃焼率を割り振ったときに、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる条件を満たす台数の選択肢が複数ある場合）又は選択肢が存在しない場合（すなわち、各ボイラ２０に均等に燃焼率を割り振ったときに、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まるようなボイラ台数が存在しない場合）に、予め設定される燃焼台数前提条件に基づいて燃焼台数を算出する。ここで、燃焼台数前提条件とは、燃焼台数を抑制するか、又は過剰にするかを予め指定するパラメータであって記憶部５に記憶させることができる。
これにより、燃焼台数を最小限にしたい場合、又は各ボイラの燃焼率を抑えたい場合等のユーザニーズに対応することができる。

燃焼台数算出部４３の処理の一例について、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
図４Ａに示すように、ボイラ１号機〜５号機は、それぞれ最大燃焼量７０００ｋｇ／ｈのボイラとし、エコ運転ゾーンは、燃焼率４０〜６０％の範囲とする。

ボイラ２０をエコ運転ゾーンで燃焼させることを前提とする場合、例えば、図４Ｂに示すように、制御台数に応じて、出力可能蒸気量がおのずと決定される。
図４Ｂを参照すると、設定される上限出力蒸気量が４２００ｋｇ／ｈを超え５６００ｋｇ／ｈを下回る場合、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まるように燃焼台数を算出することができない。
このような場合、燃焼台数の算出に際して、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる条件を満たす台数の選択肢が存在しないことから、燃焼台数を抑制するか、又は過剰にするかが予め指定される燃焼台数前提条件に基づいて、燃焼台数算出部４３は、燃焼台数を算出することができる。すなわち、燃焼台数を抑制する場合には１台、燃焼台数を過剰にする場合は２台が算出される。

また、設定される上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐが１１２００ｋｇ／ｈ以上１２６００ｋｇ／ｈ以下の場合には、複数の選択肢（３台又は４台いずれも各ボイラの燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる）が存在する。このような場合、燃焼台数算出部４３は、燃焼台数を抑制する場合には燃焼台数を３台、燃焼台数を過剰にする場合は燃焼台数を４台として算出する。

このようにして、図４Ｃに示すように、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐに対して設定可能な選択肢を算出することができる。ここで、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを５０００ｋｇ／ｈとした場合、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まるように燃焼台数を算出することができない。このため、燃焼台数を抑制する場合は１台、又は燃焼台数を過剰にする場合には２台が選択肢として挙げられる。
同様に、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを１２５００ｋｇ／ｈとした場合、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる燃焼台数候補が２個算出することができる。このため、燃焼台数を抑制する場合は３台、又は燃焼台数を過剰にする場合には４台が選択肢として挙げられる。

制御対象ボイラ設定部４４は、燃焼台数算出部４３により算出された燃焼台数分のボイラ２０を制御対象ボイラとして設定する。具体的には、制御対象ボイラ設定部４４は、優先順位の高いボイラから順番に制御対象ボイラとして設定する。

出力制御部４５は、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎの蒸気を生成するようにボイラ群２の出力を制御する。すなわち、出力制御部４５は、ボイラ２０の燃焼率を連続的に制御することで、ボイラ群２が出力する蒸気量を要求蒸気量に追従させる。

出力制御部４５は、その後、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回ると、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐの蒸気を生成するように制御対象ボイラを燃焼させる。
このため、出力制御部４５は、例えば必要蒸気量算出部４１により算出される現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを超える場合、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐに置き換えたうえで、必要蒸気量（＝ＭＶ_ｕｐ）の蒸気を生成するようにボイラ群２の出力を制御するようにしてもよい。

出力制御部４５は、さらに優先順位設定部４６により各ボイラ２０の優先順位が変更されると、燃焼停止状態にあったボイラ２０のうち、優先順位の高いボイラ２０を燃焼させるように制御する。このとき、燃焼停止状態にあった優先順位の高いボイラは最小燃焼状態Ｓ１（例えば、最大燃焼率の２０％の燃焼量における燃焼状態）で立ち上がる。
他方、出力制御部４５は、制御対象ボイラ設定部４４により設定された台数以上のボイラ２０が燃焼状態となるため、優先順位が下位となるボイラ２０を燃焼停止させるように動作することとなる。
このようにして、出力制御部４５は、各ボイラ２０の優先順位が変更される毎に、燃焼させるボイラ２０のローテーションを行うことで、ボイラ群２に含まれるボイラを均等に燃焼させることができる。これにより、ボイラの故障率を低減させることができる。

出力制御部４５は、通常、燃焼量の変更をトリガーにして、各ボイラ２０の燃焼率を均一化するように構成されている。しかしながら、仮に、出力制御部４５による出力蒸気量が第１時間を超えて上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐとなる場合、燃焼量の変更をトリガーにして、各ボイラ２０の燃焼率を均一化することはできなくなる。
このため、出力制御部４５は、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回った状態が予め設定される第１時間を超えて継続する場合、制御対象ボイラ２０の燃焼率を強制的に均一化するように構成される。
これにより、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを継続して出力する場合であっても、燃焼制御対象ボイラの燃焼率を均一化することができる。

なお、各ボイラ２０のエコ運転ゾーンの範囲が異なる場合、次のように制御することで、すべてのボイラ２０のエコ運転ゾーンの範囲内に燃焼率が収まるようにすることができる（例えば、特許文献１参照）。
一例として、必要蒸気量が出力蒸気量よりも大きな値となる場合、複数のエコ運転ゾーンのうち最も低い燃焼率の範囲に対応するエコ運転ゾーンに位置するボイラ２０を選択して、当該ボイラ２０の出力蒸気量を単位蒸気量Ｕ分増加させるように制御する。また、必要蒸気量が出力蒸気量よりも小さい値となる場合、複数のエコ運転ゾーンのうち最も高い燃焼率の範囲に対応するエコ運転ゾーンに位置するボイラ２０を選択して、当該ボイラ２０の出力蒸気量を単位蒸気量Ｕ分減少させるように制御する。
こうすることで、各ボイラ２０のエコ運転ゾーンの範囲が異なる場合においても、燃焼対象ボイラをの燃焼率をエコ運転ゾーンの範囲内に収まるようにすることができる。

優先順位設定部４６は、ボイラ群２に含まれる各ボイラ２０の優先順位の設定及び変更を行う。複数のボイラの稼動状態に偏りが生じないように、優先順位設定部４６は、ボイラシステム１において、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。
そうすることで、前述したように、出力制御部４５は、各ボイラ２０の優先順位が変更される毎に、燃焼させるボイラ２０のローテーションを行うことで、ボイラ群２に含まれるボイラを均等に燃焼させることができる。これにより、ボイラの故障率を低減させることができる。

次に、本実施形態における制御部４による制御の一連の流れについて図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、制御部４の処理内容を示すフローチャート図である。

＜制御対象ボイラの設定＞
図５Ａ〜図５Ｃに、台数制御装置３（制御部４）の処理内容を示す。
なお、優先順位設定部４６により、ボイラ群２に含まれる各ボイラ２０の優先順位が予め設定されているものとする。
図５Ａを参照しながら制御対象ボイラの設定について説明する。
ステップＳＴ１において、制御部４（上限設定部４２）により、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを設定する。

ステップＳＴ２において、制御部４（燃焼台数算出部４３）により、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる条件を満たすボイラ２０の燃焼台数を算出する。

ステップＳＴ３において、制御部４（燃焼台数算出部４３）は、各ボイラ２０の燃焼率がそれぞれエコ運転ゾーンの範囲内に収まる条件を満たす台数の選択肢が存在しない場合、ステップＳＴ５に移る。存在する場合、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４において、制御部４（燃焼台数算出部４３）は、台数の選択肢が複数ある場合、ステップＳＴ５に移る。台数の選択肢が１個の場合、ステップＳＴ６に移る。

ステップＳＴ５において、制御部４（燃焼台数算出部４３）は、予め指定される燃焼台数前提条件に基づいて、１つの選択肢を選択する。

ステップＳＴ６において、制御部４（制御対象ボイラ設定部４４）は、燃焼台数算出部４３により算出された燃焼台数分のボイラ２０を制御対象ボイラとして設定する。

次に図５Ｂを参照しながら出力蒸気量の制御について説明する。
＜出力蒸気量の制御＞
ステップＳＴ７において、制御部４（必要蒸気量算出部４１）は、式（２）〜式（４）で算出された各出力を合計することにより、必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。

ステップＳＴ８において、制御部４（必要蒸気量算出部４１）は、必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回るか否か、を判定する。上回る場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ９に移る。上回らない場合（Ｎｏの場合）、ステップ１０に移る。

ステップＳＴ９において、制御部４（出力制御部４５）は、必要蒸気量ＭＶ_ｎを上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐに置き換える。

ステップＳＴ１０において、制御部４（出力制御部４５）は、必要蒸気量ＭＶ_ｎの蒸気を生成するように制御対象ボイラを燃焼させる。

ステップＳＴ１１において、制御部４（出力制御部４５）は、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回る状態が第１時間を超えて継続したか否か、を判定する。第１時間を超えて継続している場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１２に移る。第１時間を超えて継続していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１３に移る。

次に図５Ｃを参照しながら、燃焼ボイラの燃焼率の均一化及び燃焼ボイラのローテーションについて、説明する。

＜燃焼ボイラの燃焼率の均一化及び燃焼ボイラのローテーション＞
ステップＳＴ１２において、制御部４（出力制御部４５）は、制御対象ボイラ２０の燃焼率を強制的に均一化する。例えば、制御部４（出力制御部４５）は、複数のエコ運転ゾーンのうち最も低い燃焼率の範囲に対応するエコ運転ゾーンに位置するボイラ２０を選択して、当該ボイラ２０の出力蒸気量を単位蒸気量Ｕ分増加させるように制御する。逆に、複数のエコ運転ゾーンのうち最も高い燃焼率の範囲に対応するエコ運転ゾーンに位置するボイラ２０を選択して、当該ボイラ２０の出力蒸気量を単位蒸気量Ｕ分減少させるように制御する。

ステップＳＴ１３において、制御部４（優先順位設定部４６）は、前回の優先順位変更から、所定時間（例えば２４時間）が経過したか否か、を判定する。所定時間が経過した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１４に移る。所定時間が経過していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ７に移る。

ステップＳＴ１４において、制御部４（優先順位設定部４６）は、各ボイラ２０の優先順位を変更する。

ステップＳＴ１５において、制御部４（出力制御部４５）は、燃焼停止状態にあったボイラ２０のうち、優先順位の高いボイラ２０を燃焼させるように制御する。

ステップＳＴ１６において、制御部４（出力制御部４５）は、優先順位が下位となるボイラ２０を燃焼停止させるように制御する。

その後、ステップＳＴ７に移る。

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。

本実施形態のボイラシステム１に係る制御部４は、ヘッダ圧力値に基づいて必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する必要蒸気量算出部４１と、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎの蒸気を生成するようにボイラ群２の出力を制御する出力制御部４５と、ボイラ群２により出力される蒸気量である出力蒸気量の上限値である上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを設定する上限設定部４２と、を備え、出力制御部４５は、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回った場合に、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐの蒸気を生成するように制御対象ボイラ２０を燃焼させる。

これにより、ボイラシステム１は、ユーザのニーズに応じて、ボイラ群２の出力蒸気量の合計値が一定の値となるように制御する出力蒸気量一定制御モードを提供することができる。

また、燃焼台数算出部４３は、燃焼台数を抑制するか、又は過剰にするかを指定する燃焼台数前提条件を予め設定しておき、燃焼台数の算出に際して、複数の選択肢が存在する場合又は選択肢が存在しない場合に、燃焼台数前提条件に基づいて燃焼台数を算出する。
これにより、燃焼台数を最小限にしたい場合には燃焼台数前提条件に対して燃焼台数を抑制するように指定し、逆に各ボイラ２０の燃焼率を抑えたい場合には燃焼台数前提条件に対して燃焼台数を増加するように指定することで、ユーザのニーズに対応することができる。

また出力制御部４５は、さらに、必要蒸気量算出部４１により算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを上回った状態が予め設定される第１時間を超えて継続する場合、制御対象ボイラ２０の燃焼率を均一化する。
これにより、上限出力蒸気量ＭＶ_ｕｐを継続して生成する場合であっても、制御対象ボイラ２０の燃焼率を均一化できる。

また、制御部４は、さらに、ボイラ群２に含まれる各ボイラ２０の優先順位の設定及び変更を行う優先順位設定部４６を備え、出力制御部４５は、優先順位設定部４６により各ボイラ２０の優先順位が変更されると、燃焼停止状態にあるボイラ２０のうち、優先順位の高いボイラ２０の燃焼を開始させる。
これにより、優先順位が変更される毎に、燃焼させるボイラ２０のローテーションを行うことで、ボイラ群２に含まれるボイラの稼動率を均等に燃焼させることができる。そうすることで、ボイラ２０の故障率を低減させることができる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

［変形例１］
一定の蒸気量を出力させる制御方法として、本実施形態とは別の制御方法を適用してもよい。すなわち、ボイラ群２の燃焼ボイラ２０の燃焼率がそれぞれ１００％と算出されるように、台数制御装置４に対して設定される目標圧力値を高く設定しておく。そうすることで、ボイラ群２の燃焼ボイラ２０の燃焼率がそれぞれ１００％と算出される。しかしながら、出力蒸気量に別途リミッタＭＶ_ｕｐが設定されていることで、出力制御部４５は、ボイラ２０を最大燃焼状態の燃焼率１００％ではなく、ＭＶ_ｕｐの蒸気量を出力するように制御される。

［変形例２］
例えば、上記実施形態では、連続制御ボイラ２０を、全て同一のボイラ容量としたが、これに限らない。すなわち、ボイラ２０毎にその最小燃焼量、単位蒸気量、最大燃焼量としての燃焼能力が異なる場合にも適用可能である。

［変形例３］
また、例えば、上記実施形態では、本発明を、５台の連続制御ボイラ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。すなわち、本発明を、２台〜４台、又は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い。また、１台のボイラ単体に適用してもよい。

［変形例４］
また、上記実施形態では、必要蒸気量算出部４１において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値（物理量）に基づいてＰＩＤ（比例＋積分＋微分）アルゴリズムにより必要蒸気量（指示蒸気量）を算出する例について説明した。これに限らず、本発明は、ＰＩ（比例＋積分）アルゴリズム又はＰ（比例）アルゴリズムにより必要蒸気量（指示蒸気量）を算出する制御にも適用することができる。

１ボイラシステム
２ボイラ群
３台数制御装置
４制御部
５記憶部
６蒸気ヘッダ
７蒸気圧センサ（蒸気圧測定手段）
１８蒸気使用設備
２０ボイラ
４１必要蒸気量算出部
４２上限設定部
４３燃焼台数算出部
４４制御対象ボイラ設定部
４５出力制御部
４６優先順位設定部

Claims

燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な、複数のボイラからなるボイラ群と、
前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、
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、
前記ヘッダ圧力値に基づいて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する台数制御部と、
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、
ボイラ効率が所定値よりも高くなる燃焼率の範囲であるエコ運転ゾーンがそれぞれのボイラに対して設定され、
前記台数制御部は、
前記ヘッダ圧力値に基づいて必要蒸気量を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必要蒸気量の蒸気を生成するように前記ボイラ群の出力を制御する出力制御部と、
予め設定された上限出力蒸気量を出力するために前記ボイラ群に含まれる各ボイラに均等に燃焼率を割り振った場合に、各ボイラの燃焼率がそれぞれ前記エコ運転ゾーンの範囲内に収まるように燃焼台数を算出する燃焼台数算出部と、
前記燃焼台数算出部により算出された燃焼台数分のボイラを制御対象ボイラとして設定する制御対象ボイラ設定部と、を備え、
前記出力制御部は、
前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が前記上限出力蒸気量を上回った場合に、前記上限出力蒸気量の蒸気を生成するように前記制御対象ボイラを燃焼させるボイラシステム。
前記燃焼台数算出部は、
燃焼台数を抑制するか、又は過剰にするかを指定する燃焼台数前提条件を予め設定しておき、
燃焼台数の算出に際して、複数の選択肢が存在する場合又は選択肢が存在しない場合に、前記燃焼台数前提条件に基づいて燃焼台数を算出する請求項１に記載のボイラシステム。
前記出力制御部は、さらに、
前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が前記上限出力蒸気量を上回った状態が予め設定される第１時間を超えて継続する場合、前記制御対象ボイラの燃焼率を均一化する請求項１又は請求項２に記載のボイラシステム。
前記台数制御部は、さらに、
前記ボイラ群に含まれる各ボイラの優先順位の設定及び変更を行う優先順位設定部を備え、
前記出力制御部は、
前記優先順位設定部により各ボイラの優先順位が変更されると、燃焼停止状態にあるボイラのうち、優先順位の高いボイラの燃焼を開始させる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のボイラシステム。
前記出力制御部は、
前記優先順位設定部により各ボイラの優先順位が変更されると、燃焼状態にあるボイラのうち、優先順位の低いボイラの燃焼を停止させる、請求項４に記載のボイラシステム。