WO2022208846A1

WO2022208846A1 - 超臨界圧貫流ボイラおよび超々臨界圧貫流ボイラ向けボイラ燃焼制御システム、およびボイラ燃焼制御方法

Info

Publication number: WO2022208846A1
Application number: PCT/JP2021/014170
Authority: WO
Inventors: 雄治岡村; 理 ▲桑▼野; 忠廣中澤; 康将松井
Original assignee: 郵船商事株式会社; 関西電力株式会社
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-10-06

Abstract

ボイラ燃焼制御システム３０１は、総燃料流量ＦＲＲ、およびボイラへの給水量と燃料投入量との重量比で規定される水燃比が所定の値となるように制御する水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づき、フィードバック補正後の負荷要求量ＭＷＤ'の補正を行い、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後の負荷要求量を算出する負荷要求量補正部３１０と、フィードバック補正前の負荷要求量ＭＷＤと、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後の負荷要求量との比に基づいて燃料補正係数Ｋを算出する燃料補正係数演算部１４と、を有する。

Description

超臨界圧貫流ボイラおよび超々臨界圧貫流ボイラ向けボイラ燃焼制御システム、およびボイラ燃焼制御方法

　本発明は、超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにおけるボイラの燃焼を制御する技術に関し、特に、ボイラの負荷要求量に基づいてボイラへの燃料投入量を決定するボイラ燃焼制御システム、およびボイラ燃焼制御方法に適用して有効な技術に関するものである。

　例えば、ボイラ設備を使用してエネルギーを取得する場合、ボイラ（火炉）に燃料（固体燃料、液体燃料、もしくは気体燃料）を供給して燃焼させ、その熱を熱交換器で吸収し、蒸気を発生させて熱エネルギーを得る。発生した蒸気は、例えば、蒸気タービンへ供給することで熱エネルギーから回転運動に変換され、発電機による発電等に用いられる。ボイラへの燃料投入量は、負荷要求量（例えば、発電要求量ＭＷＤ（Mega Watt Demand）であり、以下では、負荷要求量ＭＷＤと記載する場合がある）と、ボイラへの燃料投入量（以下では、ボイラ入力指令値ＢＩＤ（Boiler Input Demand）と記載する場合がある）との間の関係式である燃料関数ＦＸにより決定される。

　ここで、ボイラ設備に係る諸因子、例えば、燃料性状や発熱量、火炉汚れ、スーツブロワ、気水温等による影響により、ボイラの運転状態、特に、主蒸気圧に変動が生じる場合がある。そこで、燃料関数ＦＸにより求められた燃料投入量に係る燃料をボイラに供給し、発生した主蒸気圧を測定して、これと予め設定された主蒸気圧との差分に基づいてＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御によってフィードバック補正量を求め、これを負荷要求量に加算してボイラへの燃料投入量を補正するという制御が一般的に行われていた。

　これに関連する技術として、例えば、特許第４５２２３２６号公報（特許文献１）には、フィードバック補正を行う前と後の値の比または差を逐次更新しつつ複数記憶し、記憶した複数の値から燃料補正係数を求め、この補正係数によりフィードバック補正後の値を補正する旨が記載されている。これにより、諸因子の影響によるボイラの熱効率の変化を考慮して適正な燃料投入量に補正することが可能であるとされる。

　また、特許第４７９１２６９号公報（特許文献２）には、複数種類燃料混合燃焼ボイラにおいて、フィードバック補正後の値を補正するための燃料補正係数を３要素に細分化することで、燃料の単位熱量の差異および混焼率の変化に伴うボイラ熱効率の差異に対応して、ボイラへの燃料投入量を補正する旨が記載されている。

　さらに、特許第５００２６５８号公報（特許文献３）には、フィードバック補正後と補正前のボイラの要求負荷量と入力要求負荷量の差を求めて逐次複数記憶し、これを移動平均して係数平均値を求め要求負荷量で補間し、現在の要求負荷量に応じた燃料補正係数を求めて要求負荷量から求めたボイラへの燃料投入量を補正する旨が記載されている。

特許第４５２２３２６号公報特許第４７９１２６９号公報特許第５００２６５８号公報

　例えば、特許文献１～３等の従来技術によれば、諸因子の影響によるボイラの熱効率の変化に対して、フィードバック補正の前後の負荷要求量ＭＷＤの値（もしくは他の制御値）を随時比較計測することでこれを判定し、判定結果に基づいてフィードバック補正後の値をさらに補正して最適化するための補正係数の値を自己学習により取得することが可能である。

　一方で、負荷要求量ＭＷＤとこれに対応するボイラ入力指令値ＢＩＤとの関係を関数（曲線）として規定した燃料関数ＦＸは、ボイラの特性を反映して設定されるものであり、従来技術では、過去の実測データの蓄積等に基づいて予め算出した固定値として設定されている。しかし、ボイラの特性に基づく主蒸気圧の挙動は、個々のボイラで異なるものであり、さらに、１つのボイラにおいてもボイラ設備の更新等により変化し得る。すなわち、主蒸気圧の実際の挙動と、燃料関数ＦＸにおいて想定している、あるべき値（最適値）との間にごく僅かながら乖離が生じる場合がある。この乖離は、燃料投入量の最適値からの乖離となってボイラの燃焼制御プロセスを不安定化し、結果としてエネルギーの損失を生じさせる。

　さらに、ボイラへの燃料投入量を補正するという制御は、超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにも適用されている。超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにおける燃料投入量や給水量は、主蒸気圧及び水燃比に依存する。水燃比とは、ボイラへの給水量と燃料投入量との重量比で規定される値である。この水燃比は、ボイラ燃焼制御システム外に設けられた水燃比マスタで制御される。

　水燃比マスタは、熱量（主蒸気圧）に応じた積分処理を行いながら燃料投入量を調整しているが、従来は、燃料投入量を適切に制御することができず、燃焼を安定させることができなかった。

　そこで、本発明の目的は、超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにおいて、燃料投入量を適切に制御することが可能なボイラ燃焼制御システム、およびボイラ燃焼制御方法を提供することにある。

　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

　本発明の代表的な実施の形態によるボイラ燃焼制御システムは、負荷要求量に対して所定の燃料関数に基づいて算出されたボイラへの燃料投入量に係る燃料をボイラに供給し、測定されたボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧と、予め設定されたボイラの主蒸気圧である設定主蒸気圧とに基づいてフィードバック補正量を求め、フィードバック補正量に基づいて負荷要求量もしくは燃料投入量を補正するプラントに対して、フィードバック補正後の負荷要求量もしくは燃料投入量を補正する燃料補正係数を出力する。ボイラ燃焼制御システムは、総燃料流量、およびボイラへの給水量と燃料投入量との重量比で規定される水燃比が所定の値となるように制御する水燃比マスタ信号に基づき、フィードバック補正後の負荷要求量の補正を行い、総燃料流量および水燃比マスタ信号に基づく補正後の負荷要求量を算出する負荷要求量補正部と、フィードバック補正前の負荷要求量と、総燃料流量および水燃比マスタ信号に基づく補正後の負荷要求量との比に基づいて燃料補正係数を算出する燃料補正係数演算部と、を有する。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

　すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにおいて、燃料投入量を適切に制御することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るボイラ燃焼制御システムの構成例について概要を示した図である。負荷要求量補正部の構成例について概要を示した図である。本発明の実施の形態１における基準曲線補正部の構成例について概要を示した図である。本発明の実施の形態１における初期値および微調整関数の補正を行う処理の流れの例を示したフロー図である。主蒸気圧の挙動の例について概要を示した図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。
　（実施の形態１）

　上述したように、ボイラ設備を使用してエネルギーを取得する場合、ボイラの蒸気要求量（負荷要求量ＭＷＤ）に対応する燃料（例えば石炭やバイオマス燃料等）投入量（ボイラ入力指令値ＢＩＤ）は、燃料関数ＦＸを用いて決定される。このとき、負荷要求量ＭＷＤは、ボイラの主蒸気圧を所望の設定主蒸気圧に近づけるようなフィードバック補正を行うよう制御される。

　これに対し、上記の特許文献１～３等に記載されたような従来技術では、さらに制御の精度を向上させるため、フィードバック補正を行う前後の負荷要求量ＭＷＤの比、すなわち主蒸気圧のフィードバック補正の操作度合いを示す指標に基づいて燃料補正係数を自己学習により求め、この燃料補正係数により負荷要求量ＭＷＤ（もしくはボイラ入力指令値ＢＩＤ）をさらに補正する仕組みを有している。この補正は、実質的には燃料関数ＦＸを補正することと等価であるといえる。

　本発明の実施の形態１に係るボイラ燃焼制御システムは、上記の従来技術に対してさらに精度を向上させるため、自己学習の基礎・起点となる基準曲線をＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）により補正するものである。この基準曲線は、対象のボイラについて規定された負荷要求量ＭＷＤとボイラ入力指令値ＢＩＤとの関係の初期値を示したものである。従来技術では、この基準曲線は、燃料関数ＦＸと同様に、過去の実測データの蓄積に基づいて予め算出した固定値として設定されていた。この場合、ボイラの設備更新やその他の状態の変化によっては、主蒸気圧の挙動が、燃料補正係数による補正後の燃料関数ＦＸにおいて想定している最適値から僅かに乖離してボイラの燃焼制御プロセスが不安定となり効率が低下する場合がある。

　これに対し、本実施の形態のボイラ燃焼制御システムでは、ボイラの主蒸気圧の挙動・状態変化を、過去のデータに基づいて常時分析・判定し、判定結果に基づいて上記の基準曲線を調整することで、燃料関数ＦＸに生じる僅かなズレを補正する。そして、本実施の形態では、この一連の処理を自己完結型の処理ループによって自律的に、かつリアルタイムで行う。
　＜システム構成＞

　図１は、本発明の実施の形態１に係るボイラ燃焼制御システムの構成例について概要を示した図である。図１には、ボイラ燃焼制御システム３０１を含むシステム構成が示されている。

　ボイラ燃焼制御システム３０１は、上述したように、プラントにおけるボイラ２に対する燃料投入量が最適となるように初期値および微調整関数ＦＸＡＩを用いて基準曲線を調整することで燃料補正係数Ｋを決定し、決定した燃料補正係数Ｋを制御情報としてボイラ２への燃料投入等を行う既設の回路等に出力する装置である。すなわち、ボイラ燃焼制御システム３０１は、燃料関数ＦＸを実質的に補正することでボイラ２の燃焼を制御する装置である。

　ボイラ燃焼制御システム３０１は、例えば、後述する各機能に係る処理を実行する図示しない半導体回路やマイコン等からなるハードウェアにより実装された装置として構成されてもよい。もしくは、ボイラ燃焼制御システム３０１は、汎用的なサーバ機器やクラウドコンピューティングサービス上に構築された仮想サーバ等により構成され、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）により、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記録装置からメモリ上に展開したＯＳ（Operating System）等のミドルウェアや、その上で稼働するソフトウェアを実行することで、後述する各機能に係る処理を実行するものとしてもよい。

　また、ボイラ燃焼制御システム３０１は、これらのハードウェアによる実装とソフトウェアによる実装とを適宜組み合わせて構成するようにしてもよい。また、ボイラ燃焼制御システム３０１は、全体を１つの筐体で実装する構成に限らず、一部の機能を別の筐体で実装し、これらの筐体間を通信ケーブル等により相互に接続する構成であってもよい。すなわち、ボイラ燃焼制御システム３０１の実装形態は特に限定されず、プラントの環境等に応じて適宜柔軟に構成することが可能である。

　プラントにおいて、燃料投入量（図中ではボイラ入力指令値ＢＩＤ）の情報に基づいてボイラ２で燃料を燃焼させることで発生した主蒸気は、例えば、蒸気タービン３に供給され、図示しない発電機による発電等に用いられる。発電機での出力に対応するボイラ２の負荷要求量ＭＷＤ（入力蒸気要求量）は、例えば、ボイラ２における図示しない操作パネル等によって入力されるとともに、ボイラ燃焼制御システム３０１にも入力される。

　一方、例えば、ボイラ２に設けられた図示しない圧力計により、ボイラ２で発生した主蒸気の圧力が測定され、測定値が主蒸気圧発信器ＰＸに入力される。主蒸気圧発信器ＰＸから発信された測定主蒸気圧ＰＶは、ＰＩＤ制御部４に入力され、ＰＩＤ制御部４において本来あるべき主蒸気圧である設定主蒸気圧ＳＶとの間で比較が行われる。このとき、例えば、ボイラ２の状態（火炉の汚れ等）、燃料性状、その他の諸因子が維持された条件で得られる燃料関数ＦＸを用いて燃料投入量を決定しているのであれば、測定主蒸気圧ＰＶと設定主蒸気圧ＳＶとの差はほとんど生じず、燃料関数ＦＸによって所望の負荷（発電機出力）が得られる。しかし、上述したように、例えば、ボイラ２の状態変化や、燃料性状、その他の諸因子の変化に伴って、測定主蒸気圧ＰＶと設定主蒸気圧ＳＶとの間で圧力差が生じる場合がある。

　ＰＩＤ制御部４では、測定主蒸気圧ＰＶと設定主蒸気圧ＳＶとの間の圧力差を検知した場合、公知のＰＩＤ制御の手法によりフィードバック補正量、すなわち、燃料不足（もしくは過剰）により発生した主蒸気圧の偏差（誤差量）を算出してこれを加算部５に送る。加算部５では、ＰＩＤ制御部４から送られたフィードバック補正量を、ボイラ燃焼制御システム３０１にも入力される負荷要求量ＭＷＤに加算することで、フィードバック補正後の負荷要求量ＭＷＤ’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’）を出力する。なお、以下では、ＰＩＤ制御部４および加算部５をフィードバック制御部と記載する場合がある。なお、以下では、負荷要求量ＭＷＤ’をボイラ要求量ＭＷＤ’と記載する場合がある。

　ボイラ燃焼制御システム３０１は、図１に示すように、例えば、ハードウェアもしくはソフトウェアにより実装された、負荷要求量補正部３１０、除算部１１、基準曲線補正部１２、乗算部１３、および燃料補正係数演算部１４等の各部を有する。また、ボイラ燃焼制御システム３０１は、メモリやＨＤＤ等に記録されたファイルやテーブルとして実装された初期値および微調整関数ＦＸＡＩ、後述する信号レンジ変換関数ＦＸ３１１、補正率変換関数ＦＸ３１４等のデータを有する。

　ボイラ燃焼制御システム３０１には、特許文献１～３等の従来技術と同様に、ボイラ２の効率等の特性の変化に伴う最適値からの乖離に追従するため、フィードバック制御部（ＰＩＤ制御部４および加算部５）によるフィードバック補正の操作度合いを示す指標、すなわち、フィードバック補正前の指令値である負荷要求量ＭＷＤとフィードバック補正後の指令値である負荷要求量（ボイラ要求量）ＭＷＤ’が入力される。また、ボイラ燃焼制御システム３０１には、総燃料流量ＦＦＲ、水燃比マスタ信号ＷＦＲが入力される。

　水燃比マスタ２０９は、ボイラ２に供給される水(液体)と燃料との重量比で規定される水燃比が所定の値（あるいは所定の範囲内）となるように、ボイラ入力指令値ＢＩＤ，ＢＩＤ’（負荷要求量ＭＷＤ’）や給水量を調整する。これらの制御により、水燃比マスタ２０９は、給水量、パイプ内の流体温度、及びパイプの表面温度を制御する。水燃比マスタ２０９は、図示しない圧力計により測定された主蒸気圧力ＰＶの測定値や、給水量等の情報に基づいて水燃比マスタ信号ＷＦＲを生成し、生成した水燃比マスタ信号ＷＦＲを、ボラ燃焼制御システム３０１や加算部２１０等へ出力する。水燃比マスタ信号ＷＦＲは、燃料投入量の増減に関する信号であり、燃料不足の場合には、例えば燃料投入量を増加させるプラス信号となり、燃料過剰の場合には、燃料投入量を減少させるマイナス信号となる。

　給水マスタ２０８は、例えば負荷要求量ＭＷＤや水燃比の設定値等に基づいてボイラ２に対する給水量の調整を行う。

　負荷要求量補正部３１０は、総燃料流量ＦＦＲ、および水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づいてフィードバック補正後の指令値である負荷要求量（ボイラ要求量）ＭＷＤ’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’）をさらに補正し、補正後の負荷要求量（ボイラ要求量）ＭＷＤ’＿１を算出する機能ブロックである。負荷要求量補正部３１０は、算出した負荷要求量ＭＷＤ’＿１を除算部１１へ出力する。なお、負荷要求量補正部３１０の構成については、後で詳しく説明する。

　除算部１１は、負荷要求量（ボイラ要求量）ＭＷＤ’＿１を負荷要求量ＭＷＤで除算し（ＭＷＤ’＿１／ＭＷＤ）、演算結果を燃料補正係数演算部１４へ出力する。そして、除算部１１による演算結果を入力として、燃料補正係数演算部１４は、燃料補正係数Ｋを自己学習により算出し、算出した燃料補正係数Ｋを乗算部３５０へ出力する。

　燃料投入量演算部７は、フィードバック補正後の負荷要求量ＭＷＤ’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’）を入力として、燃料関数ＦＸによってこれを燃料投入量ＭＷＤ’’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’’）に変換し、変換後の燃料投入量ＭＷＤ’’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’’）を乗算部３５０へ出力する。

　乗算部３５０は、燃料投入量演算部７において算出された燃料投入量ＭＷＤ’’（ボイラ入力指令値ＢＩＤ’’）と、燃料補正係数Ｋとを乗算する演算を行い（Ｋ×ＭＷＤ’’）、演算結果を加算部２１０へ出力する。

　加算部２１０は、乗算部３５０の演算結果、すなわち燃料補正係数Ｋで補正された燃料投入量ＭＷＤ’’（Ｋ×ＭＷＤ’’）に水燃比マスタ信号ＷＦＲを加算する演算を行い（Ｋ×ＭＷＤ’’＋ＷＦＲ）、水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づいた燃料投入量ＭＷＤ’’の更なる補正を行う。加算部２１０で算出される補正後の燃料投入量は、ボイラ入力指令値ＢＩＤとしてボイラ２へ出力される。このボイラ入力指令値ＢＩＤに基づいて、ボイラ２への燃料の投入が制御される。このように、水燃比の設定値に基づいてボイラ２周辺の各部により、負荷要求量、燃料投入量、および給水量等の調整が行われる。

　なお、ボイラ燃焼制御システム３０１の燃料補正係数演算部１４における燃料補正係数Ｋの算出手法については、例えば、特許文献１～３等に記載されたものと同様の手法を適宜用いることができるため、ここでの再度の詳細な説明は省略する。また、特許文献１～３等に記載されているように、ボイラ燃焼制御システム３０１を含むプラント各部の接続関係や処理順序等は、図１に示したものに限られず、同様の思想の範囲内で各種のバリエーションの構成を適宜採用することができる。例えば、図１の例では、燃料補正係数Ｋと燃料投入量演算部７によって算出され燃料投入量ＭＷＤ’’とが乗算されているが、燃料補正係数Ｋとフィードバック補正後の負荷要求量ＭＷＤ’とが乗算されてもよい。また、燃料補正係数Ｋにより燃料関数ＦＸが直接補正される構成としてもよい。
　＜＜負荷要求量補正部＞＞

　ここで、負荷要求量補正部３１０について詳しく説明する。図２は、負荷要求量補正部の構成例について概要を示した図である。負荷要求量補正部３１０は、図２に示すように、信号レンジ変換部３１１、加算部３１２、除算部３１３、補正率変換部３１４、乗算部３１５、加算部３１７を備えている。

　信号レンジ変換部３１１は、水燃比マスタ信号ＷＦＲの信号レンジを変換する機能ブロックである。信号レンジ変換部３１１は、例えば、信号レンジ変換関数ＦＸ３１１を用いて水燃比マスタ信号ＷＦＲの信号レンジを変換する。信号レンジ変換部３１１は、例えば、水燃比マスタ信号ＷＦＲの信号レンジが総燃料流量ＦＦＲの信号レンジと同じになるよう、水燃比マスタ信号ＷＦＲの信号レンジを変換する。水燃比マスタ信号ＷＦＲの信号レンジの変換方法として、例えば、水燃比マスタ信号ＷＦＲの電圧変換やオフセット電圧の調整等が行われる。このように、信号レンジ変換後の水燃比マスタ信号ＷＦＲ’の信号レンジを総燃料流量ＦＦＲの信号レンジと合わせることにより、加算部３１２および除算部３１３における各演算を正確に実行することが可能となる。

　信号レンジ変換後の水燃比マスタ信号ＷＦＲ’は、燃料過不足補正量として、加算部３１２および除算部３１３へ出力される。

　なお、信号レンジ変換部３１１は、図２のように負荷要求量補正部３１０内に設けられてもよいし、負荷要求量補正部３１０外の水燃比マスタ２０９から負荷要求量補正部３１０までの経路上等に設けられてもよい。

　加算部３１２は、総燃料流量ＦＦＲと、信号レンジ変換後の水燃比マスタ信号ＷＦＲ’とを加算する演算を行う（ＦＦＲ＋ＷＦＲ’）。前述したように、ここでは同じ電圧レベルの信号同士が加算される。加算部３１２の演算により、総燃料流量ＦＦＲに対する燃料過不足の補正が行われ、補正後の総燃料流量ＦＦＲ’（＝ＦＦＲ＋ＷＦＲ’）が算出される。補正後の総燃料流量ＦＦＲ’は、除算部３１３へ出力される。

　除算部３１３は、信号レンジ変換後の水燃比マスタ信号ＷＦＲ’を、補正後の総燃料流量ＦＦＲ’で除算する演算を行い（ＷＦＲ’／ＦＦＲ’）、補正後の総燃料流量ＦＦＲ’に対する燃料過不足補正量の割合（燃料補正率）ＲＡＴＥ１（＝ＷＦＲ’／ＦＦＲ’）を算出する。除算部３１３は、算出した燃料補正率ＲＡＴＥ１を補正率変換部３１４へ出力する。

　補正率変換部３１４は、燃料補正率ＲＡＴＥ１をボイラ要求量ＭＷＤ’の過不足補正率（ボイラ要求量補正率）ＲＡＴＥ２に変換する機能ブロックである。補正率変換部３１４は、例えば、補正率変換関数ＦＸ３１４を用いて燃料補正率ＲＡＴＥ１をボイラ要求量補正率ＲＡＴＥ２に変換し、ボイラ要求量補正率ＲＡＴＥ２を乗算部３１５へ出力する。

　乗算部３１５は、ボイラ要求量ＭＷＤ’とボイラ要求量補正率ＲＡＴＥ２とを乗算する演算を行い、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づくボイラ要求量ＭＷＤ’の過不足補正量（ボイラ要求量補正量）ΔＭＷＤ’を算出する。乗算部３１５は、算出したボイラ要求量補正量ΔＭＷＤ’を加算部３１６へ出力する。

　加算部３１６は、ボイラ要求量ＭＷＤ’とボイラ要求量補正量ΔＭＷＤ’とを加算する演算を行い、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後のボイラ要求量ＭＷＤ’＿１を算出する。このように、加算部３１６は、指令値のボイラ要求量ＭＷＤ’に、水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づくボイラ要求量補正量ΔＭＷＤ’を加算することで、本来のボイラ要求量を算出する。加算部３１６は、算出したボイラ要求量ＭＷＤ’＿１を除算部１１へ出力する。

　除算部１１は、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後のボイラ要求量ＭＷＤ’＿１を負荷要求量ＭＷＤで除算する演算を行い（ＭＷＤ’＿１／ＭＷＤ）、演算結果を燃料補正係数演算部１４へ出力する。
　＜＜基準曲線の補正＞＞

　上述したように、燃料補正係数Ｋの決定においては、基準曲線を起点として自己学習が行われるが、従来技術では、基準曲線には予め設定された固定値が用いられていた。この場合、ボイラ２の効率等の特性の変化に伴い、この基準曲線についても最適値から僅かに乖離し、ボイラ２の燃焼制御プロセスが不安定となり効率が低下する場合が生じ得る。そこで、本実施の形態では、基準曲線補正部１２により、ボイラ２の測定主蒸気圧ＰＶと、本来あるべき設定値である設定主蒸気圧ＳＶとの比較計測を常時行って、ボイラ２の主蒸気圧の挙動の変化を分析・判定し、判定結果に基づいて基準曲線補正係数ＫＰを設定する。そして、これを乗算部１３により初期値および微調整関数ＦＸＡＩに乗算することで、初期値および微調整関数ＦＸＡＩに規定された基準曲線の初期値をリアルタイムで補正する。

　図５は、主蒸気圧の挙動の例について概要を示した図である。各段の図は、それぞれ、時間経過に伴う測定主蒸気圧ＰＶの変動の例を曲線で示しており、併せて設定主蒸気圧力ＳＶについても直線で示している。上段の図は、補正（燃料補正係数Ｋによる補正、およびＰＩＤ制御による積分補正）の程度を強く設定した場合を示しており、測定主蒸気圧ＰＶが設定主蒸気圧ＳＶを跨いで大きく変動していることを示している。これに対し、中段の図は、補正の程度が最適である場合を示しており、測定主蒸気圧ＰＶは設定主蒸気圧ＳＶの付近で変動していることを示している。一方、下段の図は、補正の程度を弱く設定した場合を示しており、測定主蒸気圧ＰＶは、小さな変動を繰り返しながら、全体として設定主蒸気圧ＳＶを跨いで大きくゆっくりと変動していることを示している。

　ここで、本実施の形態のボイラ燃焼制御システム３０１では、主蒸気圧の挙動を、設定主蒸気圧ＳＶを基準とした測定主蒸気圧ＰＶの振動、すなわち、設定主蒸気圧ＳＶを中心とした振幅と周期（測定主蒸気圧ＰＶが設定主蒸気圧ＳＶと交差するタイミングの間隔）によって把握する。主蒸気圧（測定主蒸気圧ＰＶ）が最適な状態とは、基本的に、中段の図に示すように、振幅が小さく、かつ周期が短い状態を指す。なお、周期が長い状態とは、下段の図に示すように、測定主蒸気圧ＰＶが設定主蒸気圧ＳＶから離れた状態が長期間続くことを意味する。

　上述したように、例えば、ボイラ２の状態や燃料性状、その他の諸因子が維持された条件で得られる燃料関数ＦＸを用いて燃料投入量を決定しているのであれば、測定主蒸気圧ＰＶと設定主蒸気圧ＳＶとの差はほとんど生じない。実際には、例えば、図５の中段の図に示すように、測定主蒸気圧ＰＶは、設定主蒸気圧ＳＶを中心として小さい振幅で振動する形となる。しかし、ボイラ２の状態変化や、燃料性状、その他の諸因子の変化に伴って、測定主蒸気圧ＰＶと設定主蒸気圧ＳＶとの間で圧力差（偏差）が生じ得る。本実施の形態では、この偏差を計測して、測定主蒸気圧ＰＶが最適な状態、すなわち、振幅および周期の値が小さい状態となったタイミングを検知し、そのときの状態に基づいて燃料関数ＦＸに対する補正係数（本実施の形態では、初期値および微調整関数ＦＸＡＩに対する燃料関数補正係数ＫＰ）を算出する。

　図３は、本実施の形態における基準曲線補正部１２の構成例について概要を示した図である。基準曲線補正部１２は、例えば、その構成としてさらに、ハードウェアもしくはソフトウェアにより実装された偏差判定部１２１、周期判定部１２２、振幅判定部１２３、基準曲線補正判定部１２４、および基準曲線補正係数出力部１２５等の各部を有する。また、メモリやＨＤＤ等に記録されたファイルやテーブルとして実装された周期履歴１２６、振幅履歴１２７、最適値情報１２８、および基準曲線補正関数ＶＦＸ等の各データを有する。

　基準曲線補正部１２に入力された測定主蒸気圧ＰＶおよび設定主蒸気圧ＳＶは、偏差判定部１２１に入力され、その差分（偏差）が算出される。算出された差分は、周期判定部１２２および振幅判定部１２３にそれぞれ入力され、測定主蒸気圧ＰＶの挙動を特徴付ける情報としてその変動の周期および振幅をそれぞれ算出する。なお、上述したように、測定主蒸気圧ＰＶの挙動は一定ではなく時々刻々と変化する。したがって、周期および振幅は、長時間（例えば、３０分間）での移動平均として算出するものとする。このため、算出した周期および振幅の情報は、それぞれ、周期履歴１２６および振幅履歴１２７としてメモリやＨＤＤ等に記録しておく。

　算出された周期および振幅の値は、基準曲線補正判定部１２４に入力される。基準曲線補正判定部１２４では、周期および振幅の値が最適値（これに準ずる一定範囲の好適な値も含むものとする）であるか否かを判定する。最適値に係る情報は、例えば、最適値情報１２８としてメモリやＨＤＤ等に記録しておく。そして、周期および振幅が最適な状態であると判定した場合に、最適な状態から外れるまでの間、可変関数として設定された基準曲線補正関数ＶＦＸの値を移動させる。

　この基準曲線補正関数ＶＦＸに基づいて、基準曲線補正係数出力部１２５は、負荷要求量ＭＷＤに対応する基準曲線補正係数ＫＰを取得して出力する。この基準曲線補正係数ＫＰは、初期値および微調整関数ＦＸＡＩに対して乗算されることで初期値および微調整関数ＦＸＡＩを補正する。
　＜＜＜初期値および微調整関数ＦＸＡＩの補正処理＞＞＞

　図４は、本実施の形態における初期値および微調整関数ＦＸＡＩの補正を行う処理の流れの例を示したフロー図である。ここでは、基準曲線補正部１２の基準曲線補正判定部１２４において基準曲線補正関数ＶＦＸを設定する部分までの処理の流れを示す。以降は、基準曲線補正部１２の基準曲線補正係数出力部１２５が、設定された基準曲線補正関数ＶＦＸに基づいて負荷要求量ＭＷＤに対応する基準曲線補正係数ＫＰを取得して出力する。

　基準曲線補正部１２では、まず、偏差判定部１２１が、設定主蒸気圧ＳＶを取得する（Ｓ０１）。設定主蒸気圧ＳＶは、図１に示すように定数としてシステム内部に予め設定しておいてもよいし、ボイラ２等からの外部入力として取得してもよい。その後、主蒸気圧発信器ＰＸから発信される測定主蒸気圧ＰＶを取得する（Ｓ０２）。上記の処理順は一例であり、逆の順序で実行してもよいし並行的に行ってもよい。設定主蒸気圧ＳＶと測定主蒸気圧ＰＶを取得すると、これらの間の差分を求める偏差処理を行う（Ｓ０３）。偏差判定部１２１は、算出した差分の情報を周期判定部１２２および振幅判定部１２３にそれぞれ入力するとともに、ステップＳ０１に戻って処理を継続する。

　周期判定部１２２では、偏差判定部１２１から取得した主蒸気圧の差分の情報に基づいて、設定主蒸気圧ＳＶを基準とした測定主蒸気圧ＰＶの変動の周期を計測する（Ｓ１１）。例えば、図示しないメモリ等に蓄積した過去の差分の履歴情報に基づいて、差分の符合が反転するタイミングを把握し、その時間間隔を周期とする。上述したように、測定主蒸気圧ＰＶの挙動は一定ではなく時々刻々と変化する。したがって、周期は、過去の長時間（例えば、３０分間）の履歴に基づく移動平均として算出する。その後、計測した周期が正常か否か（マイナス等の異常値ではないか）を判定する（Ｓ１２）。正常ではない（異常値である）場合は（Ｓ１２：Ｎ）、ステップＳ１１に戻って周期計測の処理を継続する。

　また、振幅判定部１２３でも同様に、偏差判定部１２１から取得した主蒸気圧の差分の情報に基づいて、設定主蒸気圧ＳＶを基準とした測定主蒸気圧ＰＶの変動の振幅を計測する（Ｓ２１）。例えば、差分の絶対値を振幅として把握する。振幅についても、過去の長時間（例えば、３０分間）の履歴情報の移動平均として算出する。その後、計測した振幅が正常か否かを判定する（Ｓ２２）。正常ではない場合は（Ｓ２２：Ｎ）、ステップＳ２１に戻って振幅計測の処理を継続する。

　周期および振幅の値がいずれも正常である場合は（Ｓ１２：Ｙ、Ｓ２２：Ｙ）、算出された周期および振幅の値が基準曲線補正判定部１２４に入力される。基準曲線補正判定部１２４では、過去の一定時間範囲内（例えば、５分間）での周期の遷移を取得し（Ｓ３１）、各周期が所定の範囲内に収まっているか否かを判定する（Ｓ３２）。所定の範囲内に収まっていない場合は（Ｓ３２：Ｎ）、何もしない、もしくは基準曲線補正関数ＶＦＸに対する補正処理を既に行っている場合はこれを終了する（Ｓ３８）。これにより、後段の基準曲線補正係数出力部１２５は、この時点での基準曲線補正関数ＶＦＸに基づいて基準曲線補正係数ＫＰを取得して出力することになる。

　一方、過去の一定時間範囲内の周期が所定の範囲内に収まっている場合は（Ｓ３２：Ｙ）、計測した周期および振幅がそれぞれ過去の変動の履歴においてこれまでの最小値であるか否かを判定する（Ｓ３３）。これまでの最小値の情報は、例えば、最適値情報１２８に記録しておくようにしてもよい。なお、周期については、ステップＳ３２における所定の範囲内にある上で、最小値であるか否かを判定する。周期および振幅の少なくとも一方が最小値ではない場合は（Ｓ３３：Ｎ）、何もしない、もしくは基準曲線補正関数ＶＦＸに対する補正処理を既に行っている場合はこれを終了する（Ｓ３８）。

　一方、計測した周期および振幅のいずれも最小値である場合は（Ｓ３３：Ｎ）、最適値情報１２８からこれまでの最適値に係る周期および振幅の情報を取得し（Ｓ３４）、これとの比較において、計測した周期および振幅の組み合わせの方が最適値であるといえるかを判定する（Ｓ３５）。いずれが最適値かの判定手法は、例えば、振幅の値が所定の範囲内に入っている上で、周期がより小さい方が最適であるとする等、適当な手法を用いることができる。計測した周期および振幅の組み合わせが最適値ではない場合は（Ｓ３５：Ｎ）、何もしない、もしくは基準曲線補正関数ＶＦＸに対する補正処理を既に行っている場合はこれを終了する（Ｓ３８）。

　一方、計測した周期および振幅の組み合わせの方が最適値である場合は（Ｓ３５：Ｙ）、この組み合わせにより最適値情報１２８の内容を更新し（Ｓ３６）、基準曲線補正関数ＶＦＸに対する補正処理を開始する（Ｓ３７）。基準曲線補正関数ＶＦＸは、負荷要求量ＭＷＤと、初期値および微調整関数ＦＸＡＩに対する補正係数である基準曲線補正係数ＫＰとの対応関係の曲線を規定する可変関数として設定されており、この曲線を所定量移動させることによって補正する。この補正は、例えば、計測された周期および振幅が最適な状態から外れるまで継続する。なお、このような補正手法は一例であり、例えば、計測した周期および振幅の組み合わせが最適値であるときの制御状態におけるボイラ入力指令値ＢＩＤ等の他の指標を用いて、基準曲線補正関数ＶＦＸ（もしくは初期値および微調整関数ＦＸＡＩ）を補正する手法を用いてもよい。

　以上に説明したように、本発明の実施の形態１に係るボイラ燃焼制御システム３０１によれば、測定主蒸気圧ＰＶの変動の設定主蒸気圧ＳＶに対する偏差を周期および振幅として測定し、その長時間の遷移に基づいて周期および振幅が最適な状態であるタイミングを特定する。そして、周期および振幅が最適であるときの状態に基づいて燃料関数ＦＸ（本実施の形態では具体的には初期値および微調整関数ＦＸＡＩ）を補正するための基準曲線補正係数ＫＰを出力する。すなわち、実質的には燃料関数ＦＸに生じる僅かなズレを自律的・自己完結的にリアルタイムで修正することが可能である。
　＜本実施の形態による主な効果＞

　本実施の形態によれば、燃料補正係数演算部１４は、総燃料流量ＦＦＲ、および水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づき、フィードバック補正後のボイラ要求量ＭＷＤ’の補正を行い、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後のボイラ要求量ＭＷＤ’＿１を算出する。そして、燃料補正係数演算部１４は、フィードバック補正前の負荷要求量ＭＷＤと、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲに基づく補正後のボイラ要求量ＭＷＤ’＿１との比に基づいて燃料補正係数Ｋを算出する。

　この構成によれば、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲを反映させた適切な燃料補正係数Ｋを算出することができるので、超臨界圧貫流ボイラや超々臨界圧貫流ボイラにおいて、燃料投入量を適切に制御することが可能となる。

　また、本実施の形態によれば、総燃料流量ＦＦＲおよび水燃比マスタ信号ＷＦＲの影響を計算により割り出すことができるので、ボイラ入力指令値ＢＩＤに対する水燃比マスタ２０９や給水マスタ２０８による制御との重みを算出することができ、安定燃焼させることが可能となった。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

　また、上記の各図において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも実装上の全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　［付記］
　以下に、本発明の好ましい形態について付記する。

　［付記１］
　前記ボイラについて前記負荷要求量と前記燃料投入量との関係の初期値を規定した初期値および微調整関数と、に基づいて前記燃料補正係数を算出する燃料補正係数演算部と、
　前記初期値および微調整関数を補正する基準曲線補正係数を出力する基準曲線補正部と、を有し、
　前記基準曲線補正部は、
　前記測定主蒸気圧と前記設定主蒸気圧との偏差を算出する偏差判定部と、
　前記偏差の変動に係る周期を取得して記録する周期判定部と、
　前記偏差の変動に係る振幅を取得して記録する振幅判定部と、
　前記基準曲線補正係数を所定の基準曲線補正関数に基づいて算出して出力する基準曲線補正係数出力部と、
　前記周期と前記振幅の組み合わせが所定の条件を満たすか否かを判定し、前記条件を満たした場合に、前記ボイラに対する制御状態に基づいて、前記基準曲線補正関数を補正する基準曲線補正判定部と、を有する、ボイラ燃焼制御システム。

　［付記２］
　付記１に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記条件は、前記振幅が所定の範囲内にあり、かつ前記周期が過去の一定時間範囲の履歴において最も小さいことである、ボイラ燃焼制御システム。

　［付記３］
　付記１に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記周期判定部および前記振幅判定部は、それぞれ、前記周期および前記振幅を、過去の一定時間における移動平均によって取得する、ボイラ燃焼制御システム。

　［付記４］
　付記１に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記基準曲線補正関数は可変関数として設定され、
　前記基準曲線補正判定部は、前記基準曲線補正関数を、前記周期と前記振幅の組み合わせが前記条件を満たす間、移動させることで補正する、ボイラ燃焼制御システム。

　［付記５］
　付記１に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記燃料補正係数演算部は、前記フィードバック補正前の前記負荷要求量と、前記ボイラに供給される水と燃料との重量比で規定される水燃比に基づき調整された前記フィードバック補正後の前記負荷要求量との比に基づいて前記燃料補正係数を算出する、ボイラ燃焼制御システム。

　２…ボイラ、３…蒸気タービン、４…ＰＩＤ制御部、５…加算部、６…乗算部、７…燃料投入量演算部、１１…除算部、１２…基準曲線補正部、１３…乗算部、１４…燃料補正係数演算部、１２１…偏差判定部、１２２…周期判定部、１２３…振幅判定部、１２４…基準曲線補正判定部、１２５…基準曲線補正係数出力部、１２６…周期履歴、１２７…振幅履歴、１２８…最適値情報、３０１…ボイラ燃焼制御システム、３１０…負荷要求量補正部、ＳＶ…設定主蒸気圧、ＰＶ…測定主蒸気圧、ＰＸ…主蒸気圧発信器、ＭＷＤ、ＭＷＤ’、ＭＷＤ”…負荷要求量、ＢＩＤ、ＢＩＤ’、ＢＩＤ”…ボイラ入力指令値、Ｋ…燃料補正係数、ＫＰ…基準曲線補正係数、ＦＸ…燃料関数、ＦＸＡＩ…初期値および微調整関数、ＶＦＸ…基準曲線補正関数、ＦＸ３１１…信号レンジ変換関数、ＦＸ３１４…補正率変換関数。

Claims

　負荷要求量に対して所定の燃料関数に基づいて算出されたボイラへの燃料投入量に係る燃料を前記ボイラに供給し、測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧と、予め設定された前記ボイラの主蒸気圧である設定主蒸気圧とに基づいてフィードバック補正量を求め、前記フィードバック補正量に基づいて前記負荷要求量もしくは前記燃料投入量を補正するプラントに対して、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量もしくは前記燃料投入量を補正する燃料補正係数を出力するボイラ燃焼制御システムであって、
　総燃料流量、および前記ボイラへの給水量と前記燃料投入量との重量比で規定される水燃比が所定の値となるように制御する水燃比マスタ信号に基づき、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量の補正を行い、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく補正後の前記負荷要求量を算出する負荷要求量補正部と、
　前記フィードバック補正前の前記負荷要求量と、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく補正後の前記負荷要求量との比に基づいて前記燃料補正係数を算出する燃料補正係数演算部と、を有する、ボイラ燃焼制御システム。
　請求項１に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記負荷要求量補正部は、
　前記総燃料流量と前記水燃比マスタ信号とを加算し、前記総燃料流量に対する燃料過不足の補正を行うことで補正後の前記総燃料流量を算出し、前記水燃比マスタ信号を補正後の前記総燃料流量で除算することで、補正後の前記総燃料流量に対する燃料過不足補正量の割合を燃料補正率として算出し、
　前記燃料補正率を、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量の過不足補正率に変換し、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量と、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量の前記過不足補正率とを乗算することで、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく前記フィードバック補正後の前記負荷要求量の過不足補正量を算出し、
　前記フィードバック補正後の前記負荷要求量と、前記負荷要求量の前記過不足補正量とを加算することで、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく補正後の、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量を算出する、ボイラ燃焼制御システム。
　請求項２に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記負荷要求量補正部は、前記水燃比マスタ信号の信号レンジを変換する信号レンジ変換部を有する、ボイラ燃焼制御システム。
　請求項３に記載のボイラ燃焼制御システムにおいて、
　前記信号レンジ変換部は、前記水燃比マスタ信号の前記信号レンジが前記総燃料流量の信号レンジと同じになるよう、前記水燃比マスタ信号の前記信号レンジを変換する、ボイラ燃焼制御システム。
　負荷要求量に対して所定の燃料関数に基づいて算出されたボイラへの燃料投入量に係る燃料を前記ボイラに供給し、測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧と、予め設定された前記ボイラの主蒸気圧である設定主蒸気圧とに基づいてフィードバック補正量を求め、前記フィードバック補正量に基づいて前記負荷要求量もしくは前記燃料投入量を補正するプラントに対して、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量もしくは前記燃料投入量を補正する燃料補正係数を出力するボイラ燃焼制御システムにおけるボイラ燃焼制御方法であって、
　総燃料流量、および前記ボイラへの給水量と前記燃料投入量との重量比で規定される水燃比が所定の値となるように制御する水燃比マスタ信号に基づき、前記フィードバック補正後の前記負荷要求量の補正を行い、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく補正後の前記負荷要求量を算出する負荷要求量補正工程と、
　前記フィードバック補正前の前記負荷要求量と、前記総燃料流量および前記水燃比マスタ信号に基づく補正後の前記負荷要求量との比に基づいて前記燃料補正係数を算出する燃料補正係数演算工程と、を有する、ボイラ燃焼制御方法。