JP7314715B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のボイラを備えるボイラシステムであって、比例分配制御方式により台数制御するボイラシステムに関する。

ボイラシステムにおいて、同じ蒸気ラインに複数のボイラ（「ボイラ群」ともいう）を設置して、これらのボイラによって生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダの内部の圧力値（以下「ヘッダ圧力値」ともいう）を、ユーザの安定させたい制御圧力帯域内に収まるように制御する台数制御方式が知られている。
具体的には、ユーザが望む制御圧力帯域を予め上限値（以下、「比例分配設定圧力値」ともいう）と制御幅（以下「比例分配制御幅」ともいう）により設定し、当該制御圧力帯域を、台数制御を行う全てのボイラ（例えば、仮想ボイラ）毎に割り当てることで、複数のボイラの燃焼量の制御を行う、比例分配制御方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
比例分配制御方式を適用することで、制御圧力帯域の最大設定圧力値から制御幅を減算して算出される圧力値を下限値（「制御圧力帯下限値」ともいう）としたとき、ヘッダ圧力値が上限値と下限値とにより規定される圧力制御帯域の範囲内に収まるように、ボイラ群の燃焼状態が制御される。

比例分配制御方式の台数制御においては、圧力制御帯域の幅（制御幅）が狭い場合には、ゲインが大きくなるため、蒸気負荷が高いときには比較的安定しやすい。しかしながら、圧力制御帯域の幅（制御幅）が狭い場合に、蒸気負荷が低いときには、圧力変化に対して過剰に蒸気出力量を操作するため、ハンチングが発生しやすいという問題がある。
このため、低負荷時のハンチングを抑止するために、例えば、圧力制御帯域の幅（制御幅）を広げることでゲインを小さくする、及び／又は台数制御対象ボイラの台数を少なくすることが行われる。そうすることで、低負荷時においては、ボイラ１台あたりの制御幅を広く確保することができ、それにより圧力変動に対する燃焼量の増減が緩慢となり、ヘッダ圧力が安定するようにできる。なお、ゲインとは、圧力変化量に対する蒸気出力量の変化の割合を表す。すなわち、ゲインが大きい場合とは、所定の圧力変化量に対して大きな蒸気出力量の変化が生じる場合をいい、ゲインが小さい場合とは、所定の圧力変化量に対して小さな蒸気出力量の変化が生じる場合をいう。

特開２０１１－２０８８１７号公報

しかしながら、制御幅を大きくした場合、ヘッダ圧力が安定する圧力値が大きくずれるため、実際に必要とする圧力値を得ることができない事象（具体的には、予め設定された許容下限圧力値を下回る事象）が発生する可能性がある。すなわち、圧力制御帯域の幅（制御幅）を広げると、例えば蒸気負荷が高い場合に安定する圧力が下がってしまう問題が発生する可能性がある。
また、台数制御対象ボイラの台数を少なくした場合、制御対象から外れた予備ボイラは燃焼しないため、仮に想定外の負荷増加が発生した場合、台数制御対象ボイラのみでは、必要な蒸気供給が賄えなくなるリスクが高まることが予想される。
このため、圧力変動幅に対する要求が厳しく、なおかつ設置ボイラ台数が多いユーザにおいては、依然として、圧力制御帯域の幅（制御幅）を小さくして、台数制御対象ボイラ数が多い状態で運用せざるを得ないケースが多い。

この点、高負荷時の制御パターンと、低負荷時の制御パターンと、を２つ用意しておき、負荷状況に応じて、ボイラシステムの起動時にオペレータがいずれか適した制御パターンを選択する運用方法が知られている。
しかし、日によって負荷状況が異なる等、負荷変動の予測がつかない場合が多く、さらにオペレータの経験を必要とする等によりオペレータによるパターン切換え運用は困難である。

本発明は、比例分配制御方式により台数制御するボイラシステムにおいて、低負荷時の制御幅を過度に広げることなく、高負荷時に安定する圧力を所定範囲内に維持するとともに、かつ低負荷時の圧力安定性を自動的に向上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。

（１） 本発明は、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値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蒸気圧力値が、予め設定された最大設定圧力値を上限値とし、予め設定された制御幅により規定される圧力制御帯域である標準圧力制御帯域の範囲内に収ま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、前記標準圧力制御帯域の範囲内に基準圧力値を設定する基準圧力設定部と、前記ボイラ群に含まれる各ボイラの出力蒸気量の合計値から、前記ボイラ群の蒸気負荷を算出する負荷算出部と、ヘッダ圧力値が前記基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、前記負荷算出部により算出される蒸気負荷と合致するように、前記最大設定圧力値を上限値とする制御幅を補正する制御幅補正部と、を備えるボイラシステムに関する。

（２） 前記基準圧力設定部は、前記標準圧力制御帯域の中間値を前記基準圧力値とするようにしてもよい。

（３） 前記負荷算出部は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における各ボイラの制御周期毎の出力蒸気量の合計値の平均値を前記ボイラ群の蒸気負荷とするようにしてもよい。

（４） 前記負荷算出部は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における、各ボイラの制御周期毎の出力蒸気量の合計値に時間に依存する重み付けを適用することで算出される重みづけされた値の平均値を前記ボイラ群の蒸気負荷とするようにしてもよい。

（５） 前記制御部は、さらに、予め設定されている時間内に、ヘッダ圧力値が前記標準圧力制御帯域の下限値を下回った場合、前記標準圧力制御帯域による制御に切換える標準制御切換部を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、比例分配制御方式により台数制御するボイラシステムにおいて、低負荷時の制御幅を過度に広げることなく、高負荷時に安定する圧力を所定範囲内に維持するとともに、かつ低負荷時の圧力安定性を自動的に向上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。

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システムを構成するボイラの燃焼位置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燃焼状態（燃焼位置）と、標準圧力制御帯域における複数の圧力帯域と、の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの比例分配制御方式による台数制御を、標準圧力制御帯域を用いるケースを示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの比例分配制御方式による台数制御を、補正後の比例分配制御幅を用いるケースを示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの比例分配制御方式による台数制御を、補正後の比例分配制御幅を用いるケースを示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラシステムの比例分配制御方式による台数制御を、補正後の比例分配制御幅を用いるケースを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るボイラシステム１について説明する。まず、本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を参照しながら説明する。
ボイラシステム１は、図１に示すように、複数（４台）の段階値制御ボイラ２０を含むボイラ群２と、これら複数の段階値制御ボイラ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の内部の圧力値（以下「ヘッダ圧力値」ともいう）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、負荷機器としての蒸気使用設備１８に供給する蒸気を発生する。

複数の段階値制御ボイラ２０のそれぞれは、燃焼が行われるボイラ本体２１と、段階値制御ボイラ２０の燃焼位置を制御するローカル制御部２２と、を備える。
ボイラ本体２１は、水管やバーナを備え、図示せぬ水源（給水タンク）から供給された缶水を水管内で加熱し、蒸気を生成する。

ローカル制御部２２は、蒸気消費量に応じて段階値制御ボイラ２０の燃焼位置を変更させる。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、段階値制御ボイラ２０の燃焼位置を制御する。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、段階値制御ボイラ２０の実際の燃焼位置、及びその他のデータ等が挙げられる。

蒸気ヘッダ６は、蒸気管１１を介してボイラ群２を構成する複数の段階値制御ボイラ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つ又は複数の段階値制御ボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、蒸気圧力値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、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値（ヘッダ圧力値）を測定し、その蒸気圧力値に対応する蒸気圧信号を、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、複数の段階値制御ボイラ２０と電気的に接続されている。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要求負荷に応じたボイラ群２の必要蒸気量を算出し、該算出された必要蒸気量に基づいて、ボイラ群２の内、制御対象となる段階値制御ボイラ２０（以下「制御対象ボイラ」ともいう）の燃焼位置（燃焼量）を制御する。

次に、ボイラシステム１を構成する複数の段階値制御ボイラ２０について説明する。図２は、ボイラシステム１を構成するボイラの燃焼位置の概略を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の段階値制御ボイラ２０は、
１）燃焼停止位置（第１燃焼位置：０％）、
２）低燃焼位置Ｌ（第２燃焼位置：５０％）、
３）高燃焼位置Ｈ（第３燃焼位置：１００％（最大燃焼量））の段階的な燃焼位置を有する段階値制御ボイラ（以下、「３位置制御ボイラ」ともいう）である。
なお、段階値制御ボイラ２０の高燃焼位置Ｈにおける燃焼状態（高燃焼状態）において出力される最大蒸気量を最大出力蒸気量ともいう。
ここで、段階値制御ボイラ２０の最大出力蒸気量を２０００ｋｇ／ｈとする場合、低燃焼位置Ｌにおける出力蒸気量は１０００ｋｇ／ｈとなる。

以上のボイラシステム１の燃焼制御においては、圧力制御帯域は、複数の圧力帯域に区分される。そして、ボイラシステム１は、圧力帯域毎に対応する燃焼状態（燃焼位置）を設定しておき、ヘッダ圧力値がどの圧力帯域に対応するかによって各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）を決定することが行われる。
図３は、本実施形態に係る各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）と、標準圧力制御帯域における複数の圧力帯域と、の関係を示す図である。ここで、標準圧力制御帯域は、例えば、比例分配設定圧力値を０．８０ＭＰａ、比例分配制御幅を０．１０ＭＰａとする。なお、標準圧力制御帯域における比例分配制御幅は、最小の幅として、後述する制御幅補正部４３によりこれ以上狭くしないものとする。
本実施形態においては、図３に示すように、ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）は、ボイラを高燃焼位置で燃焼させる高燃焼状態にする場合を「Ｈ」、低燃焼位置で燃焼させる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。

ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）は、蒸気圧センサ７にて検出されるヘッダ圧力値が高くなるほど燃焼量の小さい燃焼状態（燃焼位置）が選択され、ヘッダ圧力値が低下するほど燃焼量の大きい燃焼状態（燃焼位置）が選択される。
図３に示すように、本実施形態では、標準圧力制御帯域は、ａ～ｈの８つの圧力帯域に区分される。そして、ボイラシステム１は、圧力帯域毎に、対応する各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）を設定しておき、ヘッダ圧力値がどの圧力帯域に対応するかによって各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）を決定する。ボイラ群２の燃焼状態（燃焼位置）は、８つの圧力帯域に対応して、８つ設定される。

より具体的には、図３に示すように、最上位の圧力帯域ａ（要求負荷が小さい場合）においては、１つのボイラ２０のみが低燃焼位置（Ｌ）に、他のボイラ２０が燃焼停止位置（－）に位置し、最下位の圧力帯域ｈ（要求負荷が大きい場合）においては、全てのボイラ２０が高燃焼位置（Ｈ）に位置する。

複数のボイラ２０には、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２に示すように、ボイラ２０の１号機～４号機のそれぞれに「１」～「４」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、４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、標準圧力制御帯域により比例分配制御を行う場合には、ヘッダ圧力値の変動状態に基づいて、それぞれの段階値制御ボイラ２０の燃焼位置を以下のように選択することで、ボイラ群２の燃焼状態を制御する。
具体的には、１号機の優先順位が最も高く、４号機の優先順位が最も低い場合、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｈ（０．７０ＭＰａから０．７１２５ＭＰａ）の場合、全てのボイラ２０を高燃焼状態（Ｈ）とし、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｇ（０．７１２５ＭＰａから０．７２５ＭＰａ）の場合、４号ボイラを低燃焼状態（Ｌ）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｆ（０．７２５ＭＰａから０．７３７５ＭＰａ）の場合、さらに３号ボイラを低燃焼状態（Ｌ）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｅ（０．７３７５ＭＰａから０．７５ＭＰａ）の場合、さらに２号ボイラを低燃焼状態（Ｌ）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｄ（０．７５ＭＰａから０．７６２５ＭＰａ）の場合、さらに１号ボイラを低燃焼状態（Ｌ）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｃ（０．７６２５ＭＰａから０．７７５ＭＰａ）の場合、４号ボイラを燃焼停止状態（－）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ｂ（０．７７５ＭＰａから０．７８７５ＭＰａ）の場合、さらに３号ボイラを燃焼停止状態（－）に変更し、ヘッダ圧力値が圧力帯域ａ（０．７８７５ＭＰａから０．８０ＭＰａ）の場合、さらに２号ボイラを燃焼停止状態（－）に変更（すなわち、１号ボイラのみ低燃焼状態（Ｌ））となるように制御される。

なお、段階値制御ボイラ２０の燃焼又はその停止は、仮想ボイラ単位で扱うことができる。仮想ボイラとは、ボイラにおける燃焼位置（燃焼量）の違い（低燃焼位置、高燃焼位置）をそれぞれ独立したボイラとみなし、それぞれの燃焼位置における蒸気量とその１段階下位の燃焼位置における蒸気量との差分蒸気量をボイラに仮想したものである。
例えば、図２に示すように、３位置制御ボイラは、低燃焼量ボイラ、（高燃焼量－低燃焼量）ボイラの２台の仮想ボイラからなるとすることができる。例えば、３位置制御ボイラを低燃焼位置で燃焼させる場合、低燃焼量ボイラに対して燃焼指示を行い、他方、（高燃焼量－低燃焼量）ボイラに対しては燃焼停止指示を行っていると制御上扱うことができる。

そうすると、ボイラ群２の制御対象となる複数の段階値制御ボイラ２０の燃焼位置の燃焼順序である燃焼優先順位は、制御対象となる段階値制御ボイラ２０を、低燃焼量ボイラ、（高燃焼量－低燃焼量）ボイラの２台の仮想ボイラからなるとした場合に、制御対象となる複数の段階値制御ボイラ２０を構成する複数の仮想ボイラの燃焼指示や燃焼停止指示を行う際の優先順位（以下、「仮想ボイラ優先順位」という）と同等のものであるということができる。

次に、台数制御装置３の構成について詳細に説明する。図４は、台数制御装置３の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、台数制御装置３は、制御手段としての制御部４と、記憶部５と、を備える。

制御部４は、通常は、ボイラ群２を標準圧力制御帯域で設定された比例分配設定圧力値と比例分配制御幅とに基づいて比例分配制御による燃焼制御を行うが、蒸気負荷の状態に応じて、比例分配制御幅を補正し、比例分配設定圧力値と補正された比例分配制御幅とに基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）を制御する。
制御部４の構成については、後述する。

記憶部５の構成について簡単に説明する。
図４に示すように、記憶部５は、標準圧力制御帯域記憶部５１と、基準圧力記憶部５２と、を備えてもよい。標準圧力制御帯域記憶部５１は、標準圧力制御帯域を記憶する。標準圧力制御帯域は、通常時（例えば、平均負荷が５０％以上の場合）に用いる制御圧力帯域である。
また、基準圧力記憶部５２は、後述する基準圧力設定部４１により設定される基準圧力値を記憶するようにしてもよい。
このほか、記憶部５は、制御部４の制御により各段階値制御ボイラ２０に対して行われた指示の内容、各段階値制御ボイラ２０から受信した燃焼位置等の情報、及び優先順位の変更（ローテーション）に関する設定情報等を記憶する。

次に制御部４の構成について説明する。前述したように、制御部４は、通常は、ボイラ群２を標準圧力制御帯域で設定された比例分配設定圧力値と比例分配制御幅とに基づいて比例分配制御による燃焼制御を行うが、蒸気負荷の状態に応じて、比例分配制御幅を補正し、比例分配設定圧力値と補正された比例分配制御幅とに基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼位置）を制御する。
このため、図４に示すように、制御部４は、基準圧力設定部４１と、負荷算出部４２と、制御幅補正部４３と、標準制御切換部４４と、を含んで構成される。

＜基準圧力設定部４１＞
基準圧力設定部４１は、標準圧力制御帯域の範囲内に基準圧力値を設定する。ここで、基準圧力値とは、ヘッダ圧力値が基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、後述する負荷算出部４２により算出されるボイラ群２の平均負荷と合致するように、後述する制御幅補正部４３により比例分配制御幅を補正して再構築するための指針となる圧力値である。
基準圧力設定部４１は、例えばユーザから入力されるパラメータに基づいて標準圧力制御帯域の範囲内の任意の値を基準圧力値として設定するようにしてもよい。また、ボイラシステム起動時に、基準圧力設定部４１により自動的に設定されるようにしてもよい。例えば、標準圧力制御帯域の中間値を基準圧力値としてデフォルト値として予め設定されてもよい。
基準圧力値を適用することで、ボイラ群２の平均負荷が低い場合には比例分配制御幅を広く補正することができ、平均負荷が高くなるにしたがって、比例分配制御幅を狭く補正することができる。
また、基準圧力値がボイラ群２の平均負荷に合致するように制御されることから、ヘッダ圧力値が、ユーザの許容する圧力下限を下回ることがないように、制御幅を適切に補正することができ、例えば、低負荷時の制御幅を過度に広げることがない。
なお、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値よりも大きな値にしたときの補正時の制御幅は、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値とした場合の補正時の制御幅よりも狭くなる。逆に、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値よりも小さな値にしたときの制御幅は、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値とした場合の制御幅よりも広くなる。

＜負荷算出部４２＞
まず、任意の時点における、各ボイラ２０の燃焼状態から算出される出力蒸気量の合計値であるボイラ群２の出力蒸気量を、当該時点におけるボイラ群２の蒸気負荷と定義する。具体的には、負荷算出部４２は、任意の時点において、信号線１６を介して各ボイラ２０から受信した実際の燃焼位置に基づいて、各ボイラ２０の出力蒸気量を算出することができる。そして、負荷算出部４２は、各ボイラ２０の出力蒸気量の合計値を算出することで、任意の時点における蒸気負荷を算出することができる。
負荷算出部４２は、予め設定された所定期間を遡った時点（例えば、現在からＸ秒前）から現在までのボイラ群２の蒸気負荷を平滑化することで、ボイラ群２の平均負荷（以下「ボイラ群２の現在の平均負荷」ともいう）を算出する。
平滑化の例について説明する。

［移動平均］
負荷算出部４２は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における各ボイラ２０の制御周期毎の出力蒸気量の合計値の平均値を前記ボイラ群の蒸気負荷とするようにしてもよい。具体的には、例えば負荷算出部４２は、予め設定された所定期間を遡った時点（例えば、現在からＸ秒前）から現在までのボイラ群２の蒸気負荷を移動平均することで、ボイラ群２の現在の平均負荷としてもよい。こうすることで、ボイラ群２の蒸気負荷の現在の傾向を反映することができる。

［重みづけ平均］
負荷算出部４２は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における、各ボイラ２０の制御周期毎の出力蒸気量の合計値に時間に依存する重み付けを適用することで算出される重みづけされた値の平均値をボイラ群２の蒸気負荷とするようにしてもよい。具体的には、例えば負荷算出部４２は、予め設定された所定期間を遡った時点（例えば、現在からＸ秒前）から現在までのボイラ群２の蒸気負荷について、それぞれの蒸気負荷に所定の重み係数を掛けた値の平均値を算出することで、ボイラ群２の現在の平均負荷としてもよい。ここで、重み係数は現時点に近い時点ほど、より大きな値になるようにしてもよい。こうすることで、平均負荷の算出にあたって、現在に近い蒸気負荷の値をより反映することができる。

＜制御幅補正部４３＞
制御幅補正部４３は、ヘッダ圧力値が、基準圧力設定部４１により設定された基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、負荷算出部４２により算出される平均負荷の値と合致するように、比例分配制御幅を補正する。
具体的には、負荷算出部４２により算出された平均負荷の値が、ヘッダ圧力値を補正後の比例分配制御幅の基準圧力値に制御するための必要蒸気量と合致するように、比例分配制御幅を補正する。
なお、制御幅補正部４３は、低負荷時の比例分配制御幅を補正するものとして、高負荷時に、通常時の標準圧力制御帯域の比例分配制御幅よりさらに狭める補正は行わないようにしてもよい。
図５Ａから図５Ｅに、ボイラ群２の現在の平均負荷の値が、ヘッダ圧力値を補正後の比例分配制御幅の基準圧力値に制御するための必要蒸気量と合致する、補正後の比例分配制御幅を例示する。なお、図５Ａから図５Ｅにおいて、左側に記載のボイラ２０ほど優先順位が高いボイラとする。

図５Ａから図５Ｄを参照しながら、制御幅補正部４３の処理について説明する。
最初に、図５Ａは、ボイラシステム１の比例分配制御方式による台数制御を、標準圧力制御帯域を用いるケースを示す図である。図５Ａに示すように、比例分配設定圧力は０．８０ＭＰａ、比例分配制御幅０．１０ＭＰａとして、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値０．７５ＭＰａとする。
この場合、ヘッダ圧力値が０．７５ＭＰａとなる場合の必要蒸気量は、４台のボイラ２０がすべて低燃焼状態で燃焼する場合の出力蒸気量、すなわち４０００ｋｇ／ｈ（＝１０００ｋｇ／ｈ×４）である。
したがって、ボイラシステム１の現在の平均負荷が４０００ｋｇ／ｈの場合には、比例分配制御幅として、０．１０ＭＰａが適用され、ヘッダ圧力値が標準圧力制御帯域内に収まるように制御される。
なお、平均負荷が４０００ｋｇ／ｈを超える場合においても、ボイラシステム１は、標準圧力制御帯域に基づいて制御することができる。

図５Ｂは、平均負荷が下がって、例えば、ヘッダ圧力値が０．７５ＭＰａとなる場合の必要蒸気量が３台のボイラ２０が低燃焼状態で燃焼する場合の出力蒸気量、すなわち３０００ｋｇ／ｈになった場合の、補正後の比例分配制御幅を示す図である。
この場合、比例制御幅を０．１４ＭＰａに変更することで、図５Ｂに示すように、ヘッダ圧力値が補正後の圧力制御帯域内に収まるように制御されるとともに、実際に必要とするヘッダ圧力値（基準圧力値０．７５ＭＰａ）を得ることができる。

図５Ｃは、平均負荷がさらに下がって、例えば、ヘッダ圧力値が０．７５ＭＰａとなる場合の必要蒸気量が２台のボイラ２０が低燃焼状態で燃焼する場合の出力蒸気量、すなわち２０００ｋｇ／ｈになった場合の、補正後の比例分配制御幅を示す図である。
この場合、比例制御幅を０．２０ＭＰａに変更することで、図５Ｃに示すように、ヘッダ圧力値が補正後の圧力制御帯域内に収まるように制御されるとともに、実際に必要とするヘッダ圧力値（基準圧力値０．７５ＭＰａ）を得ることができる。

図５Ｄは、平均負荷がさらに下がって、例えば、ヘッダ圧力値が０．７５ＭＰａとなる場合の必要蒸気量が１台のボイラ２０が低燃焼状態で燃焼する場合の出力蒸気量、すなわち１０００ｋｇ／ｈになった場合の、補正後の比例分配制御幅を示す図である。
この場合、比例制御幅を０．４０ＭＰａに変更することで、図５Ｄに示すように、ヘッダ圧力値が補正後の圧力制御帯域内に収まるように制御されるとともに、実際に必要とするヘッダ圧力値（基準圧力値０．７５ＭＰａ）を得ることができる。
このように、負荷算出部４２により算出された現在の平均負荷（現在から所定時間過去に遡った所定時間内の傾向値）の値が、ヘッダ圧力値を補正後の比例分配制御幅の基準圧力値に制御するための必要蒸気量と合致するように、比例分配制御幅を補正することで、低負荷時の制御幅を過度に広げることなく、高負荷時に安定する圧力を所定範囲内に維持するとともに、かつ低負荷時の（ヘッダ圧力が下がり過ぎない）圧力安定性を向上させることができる。
このように、ユーザによる負荷状況に応じた複数の制御パターンの構築及び制御パターンの切り替え操作を不要とすることができ、１つの標準圧力制御帯域と基準圧力値と、を設定しておくだけで、低負荷状態～中負荷状態～高負荷状態のいずれにおいても、ヘッダ圧力を自動的に所定の制御圧力内に保持するとともに、基準圧力の近傍に安定化させることが可能となる。
例えば、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値に設定した場合、現在の蒸気負荷が最大蒸気負荷の５０％以上になると、自動的に標準圧力制御帯域が適用される。そして、現在の蒸気負荷が低負荷の場合にのみ、自動的に補正された比例分配制御幅が適用される。上述したように、低負荷になるほど、補正度合いが大きくなる。

＜標準制御切換部４４＞
制御幅補正部４３による比例分配制御幅の補正は、ボイラシステム１が低負荷かつ負荷変動がさほど大きくない場合に有効であり、例えば低負荷状態において急激な負荷増加が発生する場合には適さない。
このため、標準制御切換部４４は、例えばヘッダ圧力値が、補正後の圧力制御帯域内で安定的に推移しているとき（例えばヘッダ圧力が基準圧力の近傍で推移）に、急激な圧力低下が発生し、ヘッダ圧力値が標準圧力制御帯域の下限値（「制御圧力帯下限値」）を下回った場合、比例分配制御幅の補正処理を終了させて、標準圧力制御帯域による比例分配制御方式に切換える。そうすることで、さらなる圧力低下を抑止し、ヘッダ圧力を速やかに標準圧力制御帯域内に戻すことを優先する。
ここで、急激な圧力低下とは、予め設定された所定時間内にヘッダ圧力値が、例えば、標準圧力制御帯域の下限値（「制御圧力帯下限値」）を下回るようなケースを指す。
前述した実施例では、図５Ｃに示す補正後の比例分配制御幅を適用して比例分配制御を行っている場合に、急激な圧力低下が発生して、例えばヘッダ圧力値が、基準圧力値から標準圧力制御帯域の下限値（「制御圧力帯下限値」）である０．７０ＭＰａを下回った場合、標準制御切換部４４は、圧力低下抑止を最優先とし、制御幅補正部４３による補正制御を終了させ、標準圧力制御帯域を適用する通常制御に戻すことで、更なる圧力低下を抑止させることができる。
標準制御切換部４４は、比例分配制御幅の補正処理を終了させて、標準圧力制御帯域による比例分配制御方式に切換えた後、ヘッダ圧力が標準圧力制御帯域内に戻った時点で、比例分配制御幅の補正処理を再開させてもよい。
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。

本実施形態では、動作例の説明をわかりやすくするために、基準圧力値を上限値と下限値との中間値としたが、これに限定されない。例えば、基準圧力値は、下限値を超え上限値未満となる任意の値を適宜設定してもよい。

本実施形態では、ボイラ群２は４台の段階値制御ボイラ２０を含むとしたが、これに限定されない。段階値制御ボイラ２０の台数は、適宜設定することができる。

本実施形態では、段階値制御ボイラ２０を、４台ともに３位置制御のボイラとしたが、これに限定されない。すなわち、本発明の段階値制御ボイラ２０を、３位置制御以外に、中燃焼位置を有する４位置制御以上のボイラ、又は２位置制御の段階値制御ボイラとしてもよい。
また、各段階値制御ボイラ２０のボイラ容量、燃焼位置の段階数、及び各燃焼位置における燃焼率等が、各段階値制御ボイラ２０のそれぞれで異なることとしてもよい。

本実施形態では、複数の段階値制御ボイラからなるボイラ群の必要蒸気量を比例分配制御方式により制御するボイラシステムとしたが、これに限定されない。燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な複数の連続制御ボイラからなるボイラ群を、比例分配制御方式により燃焼制御する場合にも適用してもよい。

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。
（１）本実施形態のボイラシステム１は、ヘッダ圧力値が、予め設定された最大設定圧力値を上限値とし、予め設定された制御幅により規定される圧力制御帯域である標準圧力制御帯域の範囲内に収まるようにボイラ群２の燃焼状態を制御され、さらに、基準圧力設定部４１により、標準圧力制御帯域の範囲内に基準圧力値が設定され、負荷算出部４２により、ボイラ群２に含まれる各ボイラ２０の出力蒸気量の合計値からボイラ群２の蒸気負荷を算出し、制御幅補正部４３により、ヘッダ圧力値が基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、負荷算出部４２により算出される蒸気負荷と合致するように、最大設定圧力値を上限値とする制御幅を補正するように制御される。
これにより、本実施形態のボイラシステム１は、低負荷時の制御幅を過度に広げることなく、ヘッダ圧力値が、例えば許容下限圧力値を下回る事象が発生することを防止することができる。
また、従来のように、負荷状況に応じた制御パターンを予め構築しておき、オペレータによる制御パターンを切換える制御が不要となることから、ユーザの運用上の負担を軽減することができる。

（２）本実施形態のボイラシステム１において、基準圧力値を標準圧力制御帯域の中間値とすることができる。
これにより、基準圧力設定部４１は、基準圧力値を容易に算出することができ、ユーザの運用上の負担を軽減することができる。

（３）本実施形態のボイラシステム１において、負荷算出部４２は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする所定期間内における各ボイラ２０の制御周期毎の出力蒸気量の合計値の平均値をボイラ群２の蒸気負荷とし、制御幅補正部４３は、ヘッダ圧力値が基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、所定期間内における出力蒸気量の平均値と合致するように、最大設定圧力値を上限値とする制御幅を補正する。
これにより、制御幅補正部４３は、蒸気負荷の現在の傾向とみなすことができる所定期間内の出力蒸気量の平均値に基づいて、制御幅を変更するか否かを判断することができる。

（４）本実施形態のボイラシステム１において、負荷算出部４２は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における、各ボイラ２０の制御周期毎の出力蒸気量の合計値に時間に依存する重み付けを適用することで算出される重みづけされた値の平均値をボイラ群２の蒸気負荷とするように構成することができる。
そうすることで、所定時間内における蒸気負荷の値に基づいて、蒸気負荷の現在の傾向を算出する際に、現在に近い蒸気負荷の値をより反映することができ、制御幅補正部４３は、現在の蒸気負荷の値をより反映した傾向に基づいて、制御幅を変更するか否かを判断することができる。

（５）本実施形態のボイラシステム１は、急激な圧力低下が発生し、ヘッダ圧力値が標準圧力制御帯域の下限値を下回った場合、標準制御切換部４４により、制御幅補正部４３による補正制御を終了させ、標準圧力制御帯域による制御に切換えるように構成することができる。
そうすることで、例えば、低負荷時に基準圧力（例えば、予め設定されている標準制御圧力制御帯域の中間値）で制御されている場合に、急激な負荷増加により、予め設定されている標準制御圧力制御帯域の下限値を下回った場合、制御幅補正部４３による補正制御を終了させ、通常制御に戻すことで、更なる圧力低下を抑止させることができる。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ 段階値制御ボイラ
３ 台数制御装置
４ 制御部
４１ 基準圧力設定部
４２ 負荷算出部
４３ 制御幅補正部
４４ 標準制御切換部
５ 記憶部
５１ 標準圧力制御帯域記憶部
５２ 基準圧力記憶部

Claims (5)

1. 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圧力値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、予め設定された最大設定圧力値を上限値とし、予め設定された制御幅により規定される圧力制御帯域である標準圧力制御帯域の範囲内に収ま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、
   前記標準圧力制御帯域の範囲内に基準圧力値を設定する基準圧力設定部と、
   前記ボイラ群に含まれる各ボイラの出力蒸気量の合計値から、前記ボイラ群の蒸気負荷を算出する負荷算出部と、
   ヘッダ圧力値が前記基準圧力値となる場合の必要蒸気量が、前記負荷算出部により算出される蒸気負荷と合致するように、前記最大設定圧力値を上限値とする制御幅を補正する制御幅補正部と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記基準圧力設定部は、前記標準圧力制御帯域の中間値を前記基準圧力値とする、請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記負荷算出部は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における各ボイラの制御周期毎の出力蒸気量の合計値の平均値を前記ボイラ群の蒸気負荷とする、請求項１又は請求項２に記載のボイラシステム。
4. 前記負荷算出部は、現時点を満了点として予め設定された所定期間を遡った時点を起算点とする期間内における、各ボイラの制御周期毎の出力蒸気量の合計値に時間に依存する重み付けを適用することで算出される重みづけされた値の平均値を前記ボイラ群の蒸気負荷とする、請求項３に記載のボイラシステム。
5. 前記制御部は、さらに、
   予め設定されている時間内に、ヘッダ圧力値が前記標準圧力制御帯域の下限値を下回った場合、前記標準圧力制御帯域による制御に切換える標準制御切換部を備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボイラシステム。

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