JPH0269801A - ボイラの起動支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラの起動支援装置に係り、特にスケジュー
ル誤差が所定値以上となった場合に、スケジュールを修
正するに好適なボイラの起動支援装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラの起動に関する従来の方法は、起動前の停止時間
や機器の温度状態に応じて、ボイラへの初期投入燃料量
、主蒸気の昇温および昇圧の時間関数、タービンの昇速
および負荷上昇の時間関数を起動スケジュールとして決
定し、この起動スケジュールをプラントの各系統に設け
られた制御系で実行するという方法がとられていた。

この最も代表的な方法は、Ｅｊｌ！ｅｃｔｒｉｃａｌ　
　Ｗｏｒｌｄ、Ｖｏｌ、１６５．に６の論文″’Ｔｈｅ
ｒｍａｌ　　５ｔｒｅｓｓ　　Ｉｎｆｊ２ｕｅｎｃｅ　
　Ｓｔａｒｔｉｎｇ、Ｌｏａｄｉｎｇ　　。

ｆ　　Ｂｏｉ／！ｅｒｓ　　Ｔｕｒｂｉｎｅｓ”で述べ
られている。この方法は、プラントの限られた部分の初
期状態によって一義的に起動スケジュールを決定する方
法である。すなわち、ボイラ蒸気圧力、ボイラ出口蒸気
温度、蒸気タービンケーシング温度等の初期値に応じて
蒸気タービンの昇速率、初負荷量、速度保持ならびに負
荷保持による蒸気タービンの暖機時間および負荷変化率
を決定する方法である。この方法によると、運転制限要
因である蒸気タービンの熱応力を管理する上で重要なボ
イラ発生蒸気の昇温、昇圧特性を起動前に予測できない
ため、その不確定性を起動スケジュールに余裕を持たせ
ることにより吸収している。そのため、作成される起動
スケジュールは必要以上に長くなりがちであった。

また、別の従来方法としては、蒸気タービンに発生する
熱応力をオンラインリアルタイムで監視しながら蒸気タ
ービンの急速起動を図るものであるが、前記従来方法と
同様にボイラの起動方法に関しては何ら言及されていな
い。

さらに上記従来方法では、ボイラ点火直前のプラント初
期温度状態の実測値に基づいて起動スケジュールを作成
するため、中央給電指令所（中給）から指定された起動
完了時刻に、正確に起動を完了（定刻起動）できる起動
スケジュールを作成することができず、実際の起動状態
がスケジュールから大きくはずれた場合は手動操作に切
り換えられ、運転員に大きな負担がかかっていた。負担
がかかる上に、運転員の操作ミスでボイラを破損させる
こともあり得るため、改善が求められていた。

このように、従来方法では起動時間が長くなりがちであ
り、それに伴って起動時のエネルギー損失（起動損失）
が大きくなるといったボイラ運用上の経済性の問題と、
起動スケジュールを実行する上での安全性の問題があっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、起動スケジュールを管理する上で重要
となるボイラ発生蒸気の昇温、昇圧特性を起動前に予測
できないため、その不確定性を起動スケジュールに余裕
を持たせることにより吸収している。このため、作成さ
れる起動スケジュールは必要以上に長くなりがちとなり
、これに伴って起動損失も大きくなるといった経済性の
問題と、起動スケジュールからのずれは運転員の手動操
作によっていることから、運転員の負担増大とともに起
動スケジュールを実行する上での安全性の問題があった
。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、起動中
のスケジュール誤差監視機能を設けてスケジュール誤差
発生の早期発見を可能にし、寿命消費率つまりボイラ耐
圧部位の熱応力許容値の範囲内の昇温率、昇圧率によっ
て中給（中央給電指令所）から指令される起動完了時刻
を守るためのスケジュール修正機能を付加したボイラの
起動支援装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１は、燃料の燃焼による熱によって蒸気を発
生させるボイラの起動支援装置において、該ボイラの起
動前に機器の操作時期および制御目標値を決定する起動
スケジュール作成手段と、該起動スケジュールに従った
起動過程においてボイラ各部の温度、圧力などの現在状
態を計測する現在状態測定手段と、該計測値を保存する
データファイルと、設定されたスケジュールで起動され
るボイラの起動特性を予測する動特性モデルと、該動特
性モデルから得られた起動特性の運転制限条件に対する
差および起動前に作成された前記起動スケジュールとの
差とを監視するスケジュール誤差監視手段と、動特性モ
デルにより予測されたボイラ起動特性結果を表示する表
示手段と、前記スケジュール誤差および動特性モデルか
ら得られた起動特性の運転制限条件に対する差が所定値
以上となった場合に、起動スケジュールを修正するため
のスケジュール最適化手段とを有することを特徴とする
。

本発明の第２は、燃料の燃焼による熱によって蒸気を発
生させるボイラの起動支援装置において、該ボイラの起
動前に機器の操作時期および制御目標値を決定する起動
スケジュール作成手段を有し、該起動スケジュールに従
った起動過程において過熱器出口蒸気温度と気水分離器
の蒸気圧力と、過熱器出口ヘッダおよび気水分離器の熱
応力値とを計測、算出または推定する現在状態測定手段
と、該計測データを保存しておくデータファイルを有し
、設定された時間間隔で起動されるボイラ起動特性を予
測するための動特性モデルと、該動特性モデルから得ら
れた起動特性の運転制限条件に対する差および起動前に
作成された該起動スケジュールとの差とを監視するスケ
ジュール誤差監視手段と、該動特性モデルにより予測さ
れたボイラ起動特性結果および該起動スケジュールを表
示するための表示手段と、該スケジュール誤差および該
動特性モデルから得られた起動特性の運転制限条件に対
する差が所定値以上となった場合に、該起動スケジュー
ルを修正するためのスケジュール最適化手段とを有する
ことを特徴とする。

〔作用〕

上記動特性モデルは、設定した起動スケジュールに従っ
てボイラを起動した場合の起動特性を定量的に予測でき
る。そのため、起動スケジュールと起動特性の関係を起
動中においてその都度知ることが可能であるとともに、
ボイラ状態値が運転制限条件を満足するか否かを確認で
きるため、安全性の高い起動が可能である。

スケジュール誤差監視手段は、起動中に遂行されるスケ
ジュール、およびボイラ状態量（熱応力値）の運転制限
条件（設定された寿命消費率に対する許容熱応力値）に
対する所定値以上の誤差が発生した場合に、その結果を
運転員に提示することが可能であり、またスケジュール
最適化手段を起動することにより、スケジュールの修正
を自動的に行なうことが可能であり、寿命消費率を満足
することから安全な運用が可能である。

スケジュール最適化手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法でスケジュールを最適化するためにファジィ推論
を適用し、上記動特性モデルで得られた起動特性の運転
制限条件（過熱器出口ヘッダ熱応力許容値および気水分
離器熱応力許容値）に対する余裕値を定性的に評価し、
過熱器出口ヘッダ熱応力値に対しては昇温スケジュール
を、また気水分離器熱応力値に対しては昇圧スケジュー
ルを修正するルールを含んだスケジュール修正ルールを
用いてスケジュールを修正し、再度動特性モデルを用い
て起動特性を計算し、その結果を定性的に評価しスケジ
ュールを修正するといった繰返し計算手法により最適化
を行なっている。このスケジュールと起動特性の定性的
因果関係に基づいてスケジュールの修正量を決定すると
ころが熟練運転員の思考方法と似ている。これにより、
最適スケジュールの求解のための収束性が極めて良好と
なるため、スケジュール誤差に対する早期対応が可能と
なる。

以上述べた手段により、起動過程においてボイラの運転
制限条件を満足し、起動所要時間を最小とする最適起動
スケジュールを管理することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は、本発明を適用したボイラ起動装置の全体構成
図である。この装置は、ボイラプラントｌにおいて、バ
ーナ点火から目標負荷（−膜内には中給から指令される
負荷レベル）に到達するまでの全起動過程における８２
３の操作時期、および制御目標を決定するための起動ス
ケジュール作成装置４と、ボイラプラント１の現在状態
を測定する現在状態測定装置２と、該測定値データを格
納しておくデータファイル３と、起動スケジュールとボ
イラ状態値とから起動特性を予測する動特性モデル６と
、ボイラ運転制限条件５と起動特性からスケジュール誤
差を監視するスケジュール誤差監視装置７と、スケジュ
ール誤差が所定値を超えた場合に起動されるスケジュー
ル最適化装置８と、スケジュール誤差の監視結果を運転
員に表示するためのユーザインターフェース１３および
表示装置１４と、監視結果を踏まえて実際にボイラプラ
ント１を制御する制御Ｂ装置１５とからなる。

スケジュール誤差監視装置７は、さらに余裕値計算装置
１６と起動異常判定装置１７とからなる。

また、スケジュール最適化装置８は、さらにファジィ推
論部９と余裕値評価ルール１１とスケジュール修正ルー
ル１２を含んだ知識ベース１０とからなる。

第２図に各構成部分の相互関係を表わすフローチャート
を示す。ボイラプラントからオンラインリアルタイムで
測定された現在状態値は、データファイル３に格納され
た後、動特性モデル６へ転送される。動特性モデル６ば
、起動スケジュール作成装置４によりあらかじめ設定さ
れたスケジュール、またはスケジュール最適化装置８に
よって修正されたスケジュールに従って、現在のボイラ
起動中の状態量に基づき、ある一定の設定された時間間
隔でボイラ起動を続行した場合のボイラ起動特性を定量
的に計算する。動特性モデル６で定量的に計算されたボ
イラ起動特性は、起動スケジュール作成装置４によりあ
らかじめ設定された起動スケジュール、またはスケジュ
ール最適化装置８により修正されたスケジュールに対す
る誤差について、およびボイラ運用上制限される運転制
限条件５に対する余裕値について、余裕値計算装置１６
により各々計算される。ここで、運転制限条件５である
過熱器出口ヘッダ熱応力許容値および気水分離器熱応力
許容値は、あらかじめ設定した寿命消費率より求めるこ
とができる。その方法としては、特願昭６１−２６２７
８１号「ボイラ制御装置Ｊに詳述されており、統計的手
法を用いて昇温率と熱応力ピーク値、および熱応力ピー
ク値と寿命消費との関係を求めることにより、所定寿命
消費率に抑える熱応力許容値、そして昇温率を求めると
いうものである。

そこで、計算された余裕値は、起動異常判定装置１７へ
転送され、あらかじめ設定された所定値を超えているか
否かを判定した後、所定値を超えた場合にのみスケジュ
ール最適化装置８を起動する。起動されたスケジュール
最適化装置８は、余裕値計算装置１６で計算された余裕
値を余裕値評価ルールを用いて定性的に評価し、その後
スケジュール修正ルールを用いて定性的にスケジュール
修正を行なう。ここでファジィ推論部９は、余裕値評価
およびスケジュール修正機能に対して作用し、それぞれ
の処理において熟練運転員の思考方法を模擬することに
より、起動特性の予測精度の向上と最適スケジュール求
解の高速化を図るものである。そのために、上記２機能
に対して、熟練運転員の知識として余裕値評価ルール１
１とスケジュール修正ルール１２を準備し、これを知識
ベース１０としている。そして、修正されたスケジュー
ルは、再び動特性モデル６に起動スケジュールを設定し
、起動特性を予測するといった繰返し計算手法で最適ス
ケジュールを決定するものである。

第３図は、スケジュール最適化の考え方を示す図である
。スケジュール誤差監視装置７内の起動異常判定装置１
７から転送される余裕値２０（図ではスケジュール誤差
、昇温率、過熱器出口ヘッダ熱応力、昇圧率、気水分離
器熱応力）は、余裕値評価ルール１１において余裕値の
大きさを定性的に評価するためのメンバーシップ関数に
より評価される。図より各りの余裕値の評価は、１）ス
ケジュール誤差二ｍ。

少し進んでいる（Ｐｓ）度合が０．５ 多く進んでいる（ＰＢ）度合が０．５ ２）昇温率：ｍ２ 設定値より少し大きい（ＰＳ）度合が０．８設定値より
大変大きい（ＰＢ）度合が０．２３）過熱器出ロヘッダ
熱応カニｍ３ 設定値より少し大きい（ｐｓ）度合が０．５設定値より
大変大きい（ＰＢ）度合が０．５４）昇圧率：ｍ４ 設定値より少し小さい（ＮＳ）度合が０．５設定値より
少し大きい（ＰＳ）度合が０．５５）気水分離器熱心カ
ニｍ。

設定値より少し小さい（ＮＳ）度合が０．５設定値より
少し大きい（ｐｓ）度合が０．５のように定性的に評価
される。このように評価された余裕値は、スケジュール
修正ルール１２の中で照合された修正ルールとで、ファ
ジィ推論部９においてスケジュール修正、つまり昇温率
、昇圧率の補正がなされる。図より照合されたスケジュ
ール修正ルールは、 ■）スケジュール誤差ｍ１が大きく進んで（ＰＢ）おり
、昇温率ｍ２が設定値より大変太きく　（ＰＢ）、過熱
器出口ヘッダ熱応力値ｍ３が設定値より大変大きい（Ｐ
Ｂ）ならば、昇温率ΔＴを設定値より大変小さく　（Ｎ
Ｂ）Ｌ、昇圧率ΔＰを設定値より少し小さく　（ＮＳ）
せよ。

２）スケジュール誤差ｍ１が少しく進んで（ＰＳ）おり
、昇圧率ｍ４が設定値より少し太きく　（ＰＳ）、気水
分離器熱応力値ｍ、が設定値より少し大きい（ｐｓ）な
らば、昇温率ΔＴを少し小さく　（ＮＳ）Ｌ、昇圧率Δ
Ｐを少し小さく　　（ＮＳ）せよ。

の２つが採用されたことになる。

ルールは、ある状況のとき出力をどうするかをあらかじ
め定めたものである。今、入力（余裕値２０）がｍ　ｌ
　、ｍ　ｚ　、ｍ　３　、ｍ　４　、ｍ　Ｓであり、ス
ケジュール修正ルール１２のＤのルールによりｍ、＝Ｐ
ＢＳｍｔ＝ＰＢ、ｍ３＝ＰＢという命題の当てはまる度
合を余裕値評価ルールであるメンバーシップ関数から求
め、各々０．５．０．２．０．５となる。そして、この
スケジュール修正ルールの出力であるファジィ変数の昇
温率（△Ｔ）と昇圧率（ΔＰ）は、ファジィ推論部９内
のメンバーシップ関数となり、各々０．２倍した斜線部
が得られる。この０．２という係数は、より安全な制御
を行なうことに相当する。また、この係数は命題の当て
はまる度合の平均をとってファジィ変数（八Ｔ、ΔＰ）
の値を求めることも考えられ、これらは制御戦略（ルー
ルの優先度、確信度）によって決定すればよい。

また、各スケジュール修正ルールに対する結果は、ファ
ジィ推論の場合、推論合成剤が多く用いられ、その合成
するための出力のファジィ集合の和演算を行なった結果
が第３図の最下段右側の２つのメンバーシップ関数であ
り、推論値はメンバーシップ関数の面積を２等分（重心
）したｍＴ、ｍ、となる。この推論結果である昇温率（
ｍ、）と昇圧率（ｍＰ）を用いて、再び動特性モデル６
により起動特性を計算することによって、最適なスケジ
ュールが得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボイラ起動中において、起動スケジュ
ールに対する実起動状態からの誤差および運転制限条件
に対する現在状態からの余裕値を監視することが可能で
あるため、ボイラ運用上の安全性を向上するとともに、
運転員の負担を大幅に軽減することが可能である。

また、ボイラ起動所要時間の最適化（最短時間）が可能
であるため、起動時のエネルギー損失も低減することが
できることから、運用コストを大幅に低減できるため経
済的な運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るボイラ起動支援装置の
構成図、第２図は、本発明の実施例に係るボイラ起動支
援装置の各構成部分の信号の流れを示したフロー図、第
３図は、本発明の実施例に係るボイラ起動支援装置のス
ケジュール最適化機能の詳細説明図である。 １・・・ボイラプラント、２・・・現在状態測定装置、
３・・・データファイル、４・・・起動スケジュール作
成装置、５・・・運転制限条件、６・・・動特性モデル
、７・・・スケジュール誤差監視装置、８・・・スケジ
ュール最適化装置、９・・・ファジィ推論部、１１・・
・余裕値評価ルール、１２・・・スケジュール修正ルー
ル、１３・・・ユーザインターフェース、１４・・・表
示装置、１５・・・制御装置、１６・・・余裕値計算装
置、１７・・・起動異常判定装置。 代理人　弁理士　川　北　武　長

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）燃料の燃焼による熱によって蒸気を発生させる
   ボイラの起動支援装置において、該ボイラの起動前に機
   器の操作時期および制御目標値を決定する起動スケジュ
   ール作成手段と、該起動スケジュールに従った起動過程
   においてボイラ各部の温度、圧力などの現在状態を計測
   する現在状態測定手段と、該計測値を保存するデータフ
   ァイルと、設定されたスケジュールで起動されるボイラ
   の起動特性を予測する動特性モデルと、該動特性モデル
   から得られた起動特性の運転制限条件に対する差および
   起動前に作成された前記起動スケジュールとの差とを監
   視するスケジュール誤差監視手段と、動特性モデルによ
   り予測されたボイラ起動特性結果を表示する表示手段と
   、前記スケジュール誤差および動特性モデルから得られ
   た起動特性の運転制限条件に対する差が所定値以上とな
   った場合に、起動スケジュールを修正するためのスケジ
   ュール最適化手段とを有することを特徴とするボイラの
   起動支援装置。
2. （２）燃料の燃焼による熱によって蒸気を発生させるボ
   イラの起動支援装置において、該ボイラの起動前に機器
   の操作時期および制御目標値を決定する起動スケジュー
   ル作成手段を有し、該起動スケジュールに従った起動過
   程において過熱器出口蒸気温度と気水分離器の蒸気圧力
   と、過熱器出口ヘッダおよび気水分離器の熱応力値とを
   計測、算出または推定する現在状態測定手段と、該計測
   データを保存しておくデータファイルを有し、設定され
   た時間間隔で起動されるボイラ起動特性を予測するため
   の動特性モデルと、該動特性モデルから得られた起動特
   性の運転制限条件に対する差および起動前に作成された
   該起動スケジュールとの差とを監視するスケジュール誤
   差監視手段と、該動特性モデルにより予測されたボイラ
   起動特性結果および該起動スケジュールを表示するため
   の表示手段と、該スケジュール誤差および該動特性モデ
   ルから得られた起動特性の運転制限条件に対する差が所
   定値以上となった場合に、該起動スケジュールを修正す
   るためのスケジュール最適化手段とを有することを特徴
   とするボイラの起動支援装置。
3. （３）スケジュール誤差監視手段が、あらかじめ設定さ
   れた寿命消費率から演算される許容熱応力値に対する前
   記動特性モデルから得られた熱応力予測値の余裕値、お
   よび起動前に作成された起動スケジュールに対する余裕
   値を求めるための余裕値計算手段と、余裕値があらかじ
   め設定された所定値を超えていないかを判定する起動異
   常判定手段とを有することを特徴とする請求項（１）ま
   たは（２）記載のボイラの起動支援装置。
4. （４）スケジュール最適化手段が、余裕値計算手段によ
   り得られた余裕値の大きさを定性的に評価するための余
   裕値評価手段と、定性的に評価された該余裕値との関係
   において少なくとも過熱器出口ヘッダの熱応力値に対し
   ては昇温スケジュールを、また気水分離器の熱応力値に
   対しては昇圧スケジュールを修正するルールを備えたス
   ケジュール修正ルールを適用して、該起動スケジュール
   を修正するためのスケジュール修正手段と、修正された
   起動スケジュールを再び該動特性モデルを用いて予測し
   、該スケジュール誤差監視手段により得られた余裕値に
   応じて再び起動スケジュールを修正するといった繰返し
   演算を行なうための繰返し演算手段とを有することを特
   徴とする請求項（１）または（２）記載のボイラの起動
   支援装置。