TW201903548A - 燃料削減率輸出系統、燃料削減率輸出方法及燃料削減率輸出程式 - Google Patents
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Abstract
[課題]即時算出藉由鍋爐控制性的提高所得到之燃料削減率。[解決手段]一種燃料削減率輸出系統1，其算出和適用於鍋爐燃燒控制系統4的燃料削減對應相關之燃料削減率15，具有：偏差判定部11，將主蒸氣壓測量值PV的歷史記錄作為主蒸氣壓歷史記錄14而進行記錄，算出主蒸氣壓歷史記錄14和主蒸氣壓測量值PV的偏差，並將偏差在預定範圍內的主蒸氣壓的歷史記錄作為主蒸氣壓控制值的歷史記錄而輸出；標準差算出部12，基於偏差判定部11所輸出的主蒸氣壓控制值的歷史記錄而算出標準差；以及燃料削減率輸出部13，基於標準差算出部12所算出的標準差而算出標準差改善率，並基於表示上述標準差改善率和上述燃料削減率的關係之基準式而算出上述燃料削減率15並進行輸出。
Description
本發明係關於控制鍋爐燃燒的技術，特別是關於算出藉由鍋爐效率的改善所得到的燃料削減率之燃料削減率輸出系統、燃料削減率輸出方法及燃料削減率輸出程式所適用的有效技術。
例如，使用鍋爐設備取得能量時，將燃料（煤炭等固體燃料、液體燃料或氣體燃料）供給至鍋爐（火爐）並使其燃燒，以熱交換器吸收該熱，產生蒸氣以取得熱能。所產生的蒸氣例如供給至蒸氣渦輪機，藉此從熱能轉換成旋轉運動，以用於發電機的發電等。對鍋爐的燃料投入量，係藉由負載要求量（例如發電要求量MWD（Mega Watt Demand），以下存在記載成負載要求量MWD的情形）和對鍋爐的燃料投入量（以下存在記載成鍋爐輸入指令值BID（Boiler Input Demand））之間的關係式，即燃料函數FX所決定。
在此，和鍋爐設備相關的諸因素，例如藉由燃料切換等導致的燃料性質及發熱量的變化、火爐汙染、吹灰器（soot blower），及氣水溫等造成的影響，而存在鍋爐運行狀態，特別是主蒸氣壓產生變動之情形。因此，一般而言會進行以下控制：將和燃料函數FX所求出的燃料投入量相關之燃料供給至鍋爐，測量產生的主蒸氣壓，基於其和預先設定的主蒸氣壓的差分藉由PID（Proportional-Integral-Differential，比例微積分法）控制求出反饋修正量，將此加上負載要求量以修正對鍋爐的燃料投入量。
作為與此相關聯之技術，例如日本特許4522326號公報（專利文獻1）中記載了以下主旨：將反饋修正之前和之後的值的比值或差值逐項更新同時進行多筆記憶，從記憶的多筆值求出燃料修正係數，藉由此修正係數來對反饋修正後的值進行修正。藉此，可考慮到諸因素的影響所導致的鍋爐的熱效率的變化，而修正成適當的燃料投入量。
進而，例如日本特許第4791269號公報（專利文獻2）中記載了以下主旨：在多種燃料混合燃燒鍋爐中，將用來修正反饋修正後的值的燃料修正係數細分化成3要素，藉此對應伴隨燃料的單位熱量差異以及混合燃燒率的變化之鍋爐熱效率的差異，以修正對鍋爐的燃料投入量。
[習知技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1] 日本特許第4522326號公報 [專利文獻2] 日本特許第4791269號公報
[發明所欲解決的課題] 例如，根據專利文獻1、2等的現有技術，對於諸因素的影響所導致之鍋爐熱效率的變化，能夠藉由自我學習來取得修正係數的值，該修正係數是用來藉由隨時比較並測量反饋修正前後的負載要求量MWD的值（或其他控制值），藉此進行判定，基於判定結果而對反饋修正後的值進行進一步修正以達到最適化。
藉由使用該些修正係數進行控制以達到最適化，雖然能夠改善鍋爐效率，但以往必須進行性能測試並實際測量，以掌握鍋爐效率改善的程度。具體而言，例如切換節能相關的控制功能的動作/非動作，分別比較動作期間和非動作期間之間的燃料消耗量和蒸氣的產生量，以算出燃料削減率。然而，此種必須進行性能測試的手法過於迂迴，且無法在運行中即時推測燃料削減率。
因此，本發明的目的在於提供一種燃料削減率輸出系統、一種燃料削減率輸出方法，以及一種燃料削減率輸出程式，能夠即時輸出藉由提高鍋爐的控制性所得之燃料削減率，即節能率。
本發明的上述以及其他目的之新穎特徵，係從本說明書的記載內容及隨附圖式中明顯可知。
[解決課題的技術手段] 以下，簡要說明本申請所揭示的發明中，代表性技術特徵的概要。
本發明之代表實施方式的燃料削減率輸出系統，是一種算出和適用於鍋爐燃燒控制系統的燃料削減對應相關之燃料削減率的燃料削減率輸出系統，該鍋爐燃燒控制系統將針對負載要求量所算出之對鍋爐的燃料投入量所相關的燃料供給至上述鍋爐，該燃料削減率輸出系統具有：偏差判定部，將主蒸氣壓測量值的歷史記錄作為主蒸氣壓歷史記錄而進行記錄，算出主蒸氣壓歷史記錄和主蒸氣壓測量值的偏差，並將偏差在預定範圍內的主蒸氣壓的歷史記錄作為主蒸氣壓控制值的歷史記錄而輸出；標準差算出部，基於偏差判定部所輸出的主蒸氣壓控制值的歷史記錄而算出標準差；以及燃料削減率輸出部，基於標準差算出部所算出的標準差而算出標準差改善率，並基於表示上述標準差改善率和上述燃料削減率的關係之基準式而算出上述燃料削減率並進行輸出。
此外，本發明亦可適用於上述燃料削減率輸出系統中的燃料削減率輸出方法，以及使電腦作為上述燃料削減率輸出系統而運作的燃料削減率輸出程式。
[發明功效] 以下，簡要說明本申請所揭示的發明中，藉由代表性技術特徵所獲得之功效。
亦即，根據本發明的代表性實施方式，能夠即時輸出藉由提高鍋爐的控制性所得之燃料削減率，即節能率。
以下，基於圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。又，在用來說明實施方式的全部圖式中，相同部分原則上標註相同符號，並省略其重複說明。另一方面，亦存在於某圖中標註符號進行說明的部位，於進行其他圖的說明時並未圖示但仍提及相同符號之情形。
（系統構成） 圖1是概要表示本發明一實施方式的燃料削減率輸出系統的構成例之圖。在圖1中，對鍋爐2的控制是藉由既存的鍋爐燃燒控制系統4來進行。鍋爐燃燒控制系統4將負載要求量MWD作為輸入，藉由未圖示的燃燒函數來決定對鍋爐的燃料投入量即鍋爐輸入指令值BID。例如，在該鍋爐燃燒控制系統4被更新或追加設置之情況下，或如專利文獻1、2等所示進行了提高控制性的對應之情況下，或進行了預測燃料削減的對應（以下存在統稱為「燃料削減貢獻對應」之情形）之情況下，燃料削減率輸出系統1如後述般，基於鍋爐2的主蒸氣壓的標準差而即時算出燃料削減率15。
又，在圖1的例中，是將燃料削減率輸出系統1由作為個別系統附加於鍋爐燃燒控制系統4的形式所構成，但亦可由作為鍋爐燃燒控制系統4的一部份而納入的形式所構成。此外，在圖1之例中，燃料削減率輸出系統1雖然是將算出的燃料削減率15作為資料而輸出的構成，但亦可為具有顯示部的構成，該顯示部將燃料削減率15藉由預定的格式或布局而在未圖示的顯示器上顯示或在印表機上列印並輸出。藉由具有如上的顯示部，能夠瞬時地掌握燃料削減率15（或燃料削減量）。
燃料削減率輸出系統1例如亦可構成為利用由未圖示之半導體電路或微電腦等組成之硬體所安裝的裝置，其執行和後述各功能相關之處理。或者，亦可由構築在泛用伺服器機器或雲端運算服務上的假想伺服器等構成，藉由未圖示的CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）來執行從HDD（Hard Disk Drive，硬碟驅動機）等的記錄裝置在記憶體上展開的OS（Operating System，作業系統）等中介平台或執行在其上運作之軟體，藉此執行和後述各功能相關之處理。
此外，亦可構成為適當地組合對該些硬體和軟體的安裝。此外，不限於以1個框體來組裝全體的構成，亦可為以別的框體組裝一部分的功能，藉由通訊纜線等來互相連接該些框體之間的構成。亦即，不特別限定燃料削減率輸出系統1的安裝型態，而可對應廠端的環境等而適當有彈性地構成。
燃料削減率輸出系統1如圖示般，例如具有由硬體或軟體所安裝的偏差判定部11、標準差算出部12，及燃料削減率輸出部13等各部。此外，具有主蒸氣壓歷史記錄14等的資料，其作為記錄在記憶體或HDD等的檔案、表單、或資料庫而被安裝。
（燃料削減率的算出） 如上述般，本實施方式的燃料削減率輸出系統1是以對鍋爐燃燒控制系統4（或附加於鍋爐燃燒控制系統4的其他系統）進行一些燃料削減貢獻對應為前提。進行了根據此種燃料削減貢獻對應之節能時，特別是進行了根據如記載於專利文獻1、2般的現有技術之控制性的提高時，由鍋爐2產生的主蒸氣的壓力變動會變小。藉此，鍋爐2的爐內的燃燒狀態、或包含發電用的蒸氣渦輪機3的單元全體的狀態變動變小，結果燃料消耗量削減。
在此種鍋爐燃燒控制系統4中，能夠將單元全體的狀態變動大小（即主蒸氣壓的變動大小）和燃料削減率建立關聯而考慮。因此，在本實施方式的燃料削減率輸出系統1中，是利用以下方法來計算燃料削減率的推測值。
如圖所示，現在的主蒸氣壓測量值PV從主蒸氣壓發送器PX持續輸入至燃料削減率輸出系統1的偏差判定部11。在偏差判定部11，例如以每1分鐘期間1次等的一定間隔，對主蒸氣壓測量值PV和主蒸氣壓歷史記錄14中所記錄的過去一定時間內（例如過去60分鐘期間內）的主蒸氣壓的歷史記錄進行比較。又，在主蒸氣壓歷史記錄14中，至少橫跨過去之上述一定時間（例如60分鐘期間）以上的主蒸氣壓的測量值，是以上述一定間隔（例如1分鐘間隔）以上的頻率所記錄。
在偏差判定部11中，例如從主蒸氣壓歷史記錄14篩選出相對於現在的主蒸氣壓測量值PV在±5%上下範圍中的主蒸氣壓的歷史記錄，將該數量進行計數。該數量為預定數量以上（例如作為篩選的母體的全部歷史記錄資料的半數以上（換言之，為上述一定期間的一半的期間以上））時，判斷為主蒸氣壓是以和現在的主蒸氣壓測量值PV相同程度的值而控制在穩定狀態中，並將篩選出的主蒸氣壓（以下存在記載成「主蒸氣壓控制值」的情形）的歷史記錄資訊輸出至標準差算出部12。
在標準差算出部12中，基於所輸入的主蒸氣壓控制值的歷史記錄而求出標準差，輸出至燃料削減率輸出部13。該標準差例如是藉由以下公式算出標準差改善率（％）： 標準差改善率 = 100－（標準差控制值／對應前標準差×100）。 在此，標準差控制值是指所輸入的的主蒸氣壓控制值的歷史記錄之標準差，且對應前標準差是指進行燃料削減貢獻對應之前的狀態中的主蒸氣壓的歷史記錄的標準差。又，作為算出改善率的基準之對應前標準差（亦即，開始進行對象的燃料削減貢獻對應之前的狀態下的主蒸氣壓控制值），例如是在開始進行對象的燃料削減貢獻對應之前就預先取得／記錄。或是，亦可設定成預定的可變函數，而能夠變更成適當係數。
在燃料削減率輸出部13，從所輸入的上述標準差改善率基於預定數學式算出燃料削減率的推測值並進行輸出。
圖2是表示本實施方式中主蒸氣壓的標準差的改善率和燃料削減率的關係之例的圖。圖2的圖表是表示將橫軸（x軸）作為主蒸氣壓的標準差改善率（％），將縱軸（y軸）作為燃料削減率（％），並將對各種導入廠端的鍋爐2進行各種燃料削減貢獻對應時的實際結果繪示成之圖表。如圖2所示，可瞭解到主蒸氣壓的標準差的改善率愈大時，燃料削減率也會變大的相關關係。並且，該相關關係將每個鍋爐2如圖示般藉由線性近似法而能夠公式化（在圖2之例中，為圖中所示「y＝0.0378x＋0.1604」）。在本實施方式中，燃料削減率輸出部13適用於輸入該線性近似基準式的標準差改善率，藉此算出燃料削減率的推測值。
又，在本實施方式中，是如圖1所示設為具有1個燃料削減率輸出部13的構成，但亦可設為將燃料削減率輸出部13設置多個在每個主蒸氣壓測量值PV的程度（負載區域）以進行區分之構成。或者，亦可設為將基準式設定成多個以進行區分之構成，該些基準式表示1個燃料削減率輸出部13中的每個負載區域上的上述標準差改善率和燃料削減率的關係。此外，亦可將上述基準式設定成預定的可變函數，而能夠變更成適當係數。此外，在本實施方式中，是設為算出燃料削減率（％）的推測值並進行輸出，但亦可將其乘上鍋爐輸入指令值BID（對鍋爐2的燃料投入量）並作為燃料削減量進行輸出。
以上，對本發明人研發之發明基於實施方式進行了具體說明，但本發明並非限定於上述實施方式，在不脫離其要旨之範圍內可進行各種變更乃不言可喻。例如，為了便於理解地說明本發明，詳細說明了上述實施方式，但並非限定必須具備所說明的全部構成。此外，關於上述實施方式的構成的一部份，可以追加、刪除、置換成其他構成。
此外，上述各構成、功能、處理部、處理手段等亦可將其一部分或全部藉由例如以積體電路進行設計等方式而以硬體實現。此外，上述各構成、功能等亦可藉由解讀、執行使處理器分別實現各功能的程式，而以軟體實現。實現各功能的程式、表單、檔案等的資訊能夠放置於記憶體或硬碟、SSD（Solid State Drive，固態驅動機）等的記錄裝置，或IC卡、SD卡、DVD等記錄媒體上。
此外，在上述各圖中，控制線或資訊線係考慮到在說明上的必要性而表示，並未必定限要表示安裝上的全部控制線或資訊線。實際上，亦可理解成幾乎全部的構成皆互相連接著。
[產業上的可利用性] 本發明係可利用在：算出藉由鍋爐效率的改善所得到的燃料削減率之燃料削減率輸出系統、燃料削減率輸出方法及燃料削減率輸出程式。
1‧‧‧燃料削減率輸出系統
2‧‧‧鍋爐
3‧‧‧蒸氣渦輪機
4‧‧‧鍋爐燃燒控制系統
11‧‧‧偏差判定部
12‧‧‧標準差算出部
13‧‧‧燃料削減率輸出部
14‧‧‧主蒸氣壓歷史記錄
15‧‧‧燃料削減率
PV‧‧‧主蒸氣壓測量值
PX‧‧‧主蒸氣壓發送器
MWD‧‧‧負載要求量
BID‧‧‧鍋爐輸入指令值
圖1是概要表示本發明一實施方式的燃料削減率輸出系統的構成例之圖。 圖2是表示本發明一實施方式中主蒸氣壓的標準差的改善率和燃料削減率的關係之例的圖。
Claims (6)
- 一種燃料削減率輸出系統，其算出和適用於鍋爐燃燒控制系統的燃料削減對應相關之燃料削減率，該鍋爐燃燒控制系統將針對負載要求量所算出之對鍋爐的燃料投入量所相關的燃料供給至上述鍋爐，該燃料削減率輸出系統具有： 偏差判定部，將測量到的上述鍋爐的主蒸氣壓即主蒸氣壓測量值的歷史記錄作為主蒸氣壓歷史記錄而進行記錄，算出上述主蒸氣壓歷史記錄和上述主蒸氣壓測量值的偏差，並將偏差在預定範圍內的主蒸氣壓的歷史記錄作為主蒸氣壓控制值的歷史記錄而輸出； 標準差算出部，基於上述偏差判定部所輸出的上述主蒸氣壓控制值的歷史記錄而算出標準差；以及 燃料削減率輸出部，基於上述標準差算出部所算出的上述標準差而算出標準差改善率，並基於表示上述標準差改善率和上述燃料削減率的關係之基準式而算出上述燃料削減率並進行輸出。
- 如申請專利範圍第1項所述之燃料削減率輸出系統，其中 上述基準式設定於上述鍋爐的每個負載區域中。
- 如申請專利範圍第1項所述之燃料削減率輸出系統，其中 上述基準式作為預定的可變函數而被設定。
- 如申請專利範圍第1項所述之燃料削減率輸出系統，其中 具有顯示部，顯示由上述燃料削減率輸出部所輸出的上述燃料削減率。
- 一種燃料削減率輸出方法，其算出和適用於鍋爐燃燒控制系統的燃料削減對應相關之燃料削減率，該鍋爐燃燒控制系統將針對負載要求量所算出之對鍋爐的燃料投入量所相關的燃料供給至上述鍋爐，該燃料削減率輸出方法具有： 歷史記錄記錄步驟，將測量到的上述鍋爐的主蒸氣壓即主蒸氣壓測量值的歷史記錄作為主蒸氣壓歷史記錄而進行記錄； 偏差判定步驟，算出上述主蒸氣壓歷史記錄和上述主蒸氣壓測量值的偏差，並將偏差在預定範圍內的主蒸氣壓的歷史記錄作為主蒸氣壓控制值的歷史記錄而輸出； 標準差算出步驟，基於上述偏差判定步驟所輸出的上述主蒸氣壓控制值的歷史記錄而算出標準差；以及 燃料削減率輸出步驟，基於上述標準差算出步驟所算出的上述標準差而算出標準差改善率，並基於表示上述標準差改善率和上述燃料削減率的關係之基準式而算出上述燃料削減率並進行輸出。
- 一種燃料削減率輸出程式，其使電腦作為燃料削減率輸出系統而發揮功能，算出和適用於鍋爐燃燒控制系統的燃料削減對應相關之燃料削減率，該鍋爐燃燒控制系統將針對負載要求量所算出之對鍋爐的燃料投入量所相關的燃料供給至上述鍋爐，該燃料削減率輸出程式使上述電腦執行以下處理： 歷史記錄處理，將測量到的上述鍋爐的主蒸氣壓即主蒸氣壓測量值的歷史記錄作為主蒸氣壓歷史記錄而進行記錄； 偏差判定處理，算出上述主蒸氣壓歷史記錄和上述主蒸氣壓測量值的偏差，並將偏差在預定範圍內的主蒸氣壓的歷史記錄作為主蒸氣壓控制值的歷史記錄而輸出； 標準差算出處理，基於上述偏差判定處理步驟所輸出的上述主蒸氣壓控制值的歷史記錄而算出標準差；以及 燃料削減率輸出處理，基於上述標準差算出處理步驟所算出的上述標準差而算出標準差改善率，並基於表示上述標準差改善率和上述燃料削減率的關係之基準式而算出上述燃料削減率並進行輸出。
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