(57)【要約】【課題】ボイラの制御性の向上により得られた燃料削減率をリアルタイムで算出する。【解決手段】ボイラ燃焼制御システム４に適用された燃料削減対応に係る燃料削減率１５を算出する燃料削減率出力システム１であって、測定主蒸気圧ＰＶの履歴を主蒸気圧履歴１４として記録し、主蒸気圧履歴１４と測定主蒸気圧ＰＶとの偏差を算出し、偏差が所定の範囲内にある主蒸気圧の履歴を制御主蒸気圧の履歴として出力する偏差判定部１１と、偏差判定部１１により出力された制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出部１２と、標準偏差算出部１２により算出された標準偏差に基づいて標準偏差改善率を算出し、前記標準偏差改善率と前記燃料削減率との関係を示す基準式に基づいて燃料削減率１５を算出して出力する燃料削減率出力部１３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷要求量に対し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するボイラ燃焼制御システムに適用された燃料削減対応に係る燃料削減率を算出する燃料削減率出力システムであって、
測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧の履歴を主蒸気圧履歴として記録し、前記主蒸気圧履歴と前記測定主蒸気圧との偏差を算出し、偏差が所定の範囲内にある主蒸気圧の履歴を制御主蒸気圧の履歴として出力する偏差判定部と、
前記偏差判定部により出力された前記制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
前記標準偏差算出部により算出された前記標準偏差に基づいて標準偏差改善率を算出し、前記標準偏差改善率と前記燃料削減率との関係を示す基準式に基づいて前記燃料削減率を算出して出力する燃料削減率出力部と、を有する、燃料削減率出力システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料削減率出力システムにおいて、
前記基準式が、前記ボイラにおける負荷帯域毎に設定されている、燃料削減率出力システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料削減率出力システムにおいて、
前記基準式が、所定の可変関数として設定されている、燃料削減率出力システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料削減率出力システムにおいて、
前記燃料削減率出力部により出力された前記燃料削減率を表示する表示部を有する、燃料削減率出力システム。
【請求項５】
負荷要求量に対し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するボイラ燃焼制御システムに適用された燃料削減対応に係る燃料削減率を算出する燃料削減率出力システムにおける燃料削減率出力方法であって、
測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧の履歴を主蒸気圧履歴として記録する履歴記録工程と、
前記主蒸気圧履歴と前記測定主蒸気圧との偏差を算出し、偏差が所定の範囲内にある主蒸気圧の履歴を制御主蒸気圧の履歴として出力する偏差判定工程と、
前記偏差判定工程により出力された前記制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出工程と、
前記標準偏差算出工程により算出された前記標準偏差に基づいて標準偏差改善率を算出し、前記標準偏差改善率と前記燃料削減率との関係を示す基準式に基づいて前記燃料削減率を算出して出力する燃料削減率出力工程と、を有する、燃料削減率出力方法。
【請求項６】
負荷要求量に対し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するボイラ燃焼制御システムに適用された燃料削減対応に係る燃料削減率を算出する燃料削減率出力システムとしてコンピュータを機能させる燃料削減率出力プログラムであって、
測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧の履歴を主蒸気圧履歴として記録する履歴記録処理と、
前記主蒸気圧履歴と前記測定主蒸気圧との偏差を算出し、偏差が所定の範囲内にある主蒸気圧の履歴を制御主蒸気圧の履歴として出力する偏差判定処理と、
前記偏差判定処理により出力された前記制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出処理と、
前記標準偏差算出処理により算出された前記標準偏差に基づいて標準偏差改善率を算出し、前記標準偏差改善率と前記燃料削減率との関係を示す基準式に基づいて前記燃料削減率を算出して出力する燃料削減率出力処理と、を前記コンピュータに実行させる、燃料削減率出力プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの燃焼を制御する技術に関し、特に、ボイラの効率の改善により得られた燃料削減率を算出する燃料削減率出力システム、燃料削減率出力方法、および燃料削減率出力プログラムに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（石炭等の固体燃料、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。
【０００３】
ここで、ボイラ設備に係る諸因子、例えば、燃料切り替え等による燃料性状や発熱量の変化、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。
【０００４】
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。
【０００５】
さらに、例えば、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５２２３２６号公報
【特許文献２】特許第４７９１２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、特許文献１、２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。
【０００８】
これらの補正係数を用いて制御を最適化することにより、ボイラの効率を改善することができるが、ボイラの効率改善の程度を把握するには、従来は、性能試験を行って実際に測定する必要があった。具体的には、例えば、省エネに係わる制御機能の動作／非動作を切り替え、動作期間と非動作期間との間で燃料消費量と蒸気の発生量をそれぞれ比較し、燃料削減率を算出する。しかし、このような性能試験を必要とする手法は迂遠であり、運転中にリアルタイムで燃料削減率を推測することはできない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、ボイラの制御性の向上により得られた燃料削減率、すなわち省エネ率をリアルタイムで出力することを可能とする燃料削減率出力システム、燃料削減率出力方法、および燃料削減率出力プログラムを提供することにある。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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するボイラ燃焼制御システムに適用された燃料削減対応に係る燃料削減率を算出する燃料削減率出力システムであって、測定された前記ボイラの主蒸気圧である測定主蒸気圧の履歴を主蒸気圧履歴として記録し、前記主蒸気圧履歴と前記測定主蒸気圧との偏差を算出し、偏差が所定の範囲内にある主蒸気圧の履歴を制御主蒸気圧の履歴として出力する偏差判定部と、前記偏差判定部により出力された前記制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出部と、前記標準偏差算出部により算出された前記標準偏差に基づいて標準偏差改善率を算出し、前記標準偏差改善率と前記燃料削減率との関係を示す基準式に基づいて前記燃料削減率を算出して出力する燃料削減率出力部と、を有するものである。
【００１３】
また、本発明は、上記のような燃料削減率出力システムにおける燃料削減率出力方法、およびコンピュータを上記のような燃料削減率出力システムとして動作させる燃料削減率出力プログラムにも適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、ボイラの制御性の向上により得られた燃料削減率、すなわち省エネ率をリアルタイムで出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である燃料削減率出力システムの構成例について概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施の形態における主蒸気圧の標準偏差の改善率と燃料削減率との関係の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施の形態である燃料削減率出力システムの構成例について概要を示した図である。図１において、ボイラ２に対する制御は、既存のボイラ燃焼制御システム４により行われる。ボイラ燃焼制御システム４は、負荷要求量ＭＷＤを入力として、図示しない燃料関数によりボイラへの燃料投入量であるボイラ入力指令値ＢＩＤを決定する。例えば、このボイラ燃焼制御システム４が新しく更新されたり追加設置されたりした場合や、特許文献１、２等に示したような制御性を向上させる対応がされた場合等、燃料削減が見込めるような対応（以下では「燃料削減寄与対応」と総称する場合がある）がなされた場合に、燃料削減率出力システム１は、後述するように、ボイラ２の主蒸気圧の標準偏差に基づいて燃料削減率１５をリアルタイムで算出して出力する。
【００１９】
なお、図１の例では、燃料削減率出力システム１を個別のシステムとしてボイラ燃焼制御システム４に対して付加する形で構成しているが、ボイラ燃焼制御システム４の一部として組み込む形で構成してもよい。また、図１の例では、燃料削減率出力システム１は、算出した燃料削減率１５をデータとして出力する構成としているが、これを所定のフォーマットやレイアウトにより図示しないディスプレイに表示したりプリンタに印刷したりして出力する表示部を有する構成としてもよい。このような表示部を有することで、燃料削減率１５（もしくは燃料削減量）を瞬時に把握することができる。
【００２０】
燃料削減率出力システム１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、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。
【００２１】
また、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、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、燃料削減率出力システム１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。
【００２２】
燃料削減率出力システム１は、図示するように、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偏差判定部１１、標準偏差算出部１２、および燃料削減率出力部１３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、もしくはデータベースとして実装された主蒸気圧履歴１４等のデータを有する。
【００２３】
＜燃料削減率の算出＞
上述したように、本実施の形態の燃料削減率出力システム１は、ボイラ燃焼制御システム４に対して（もしくはボイラ燃焼制御システム４に付加する他のシステム等により）何らかの燃料削減寄与対応がなされていることが前提となる。このような燃料削減寄与対応による省エネが行われた場合、特に、特許文献１、２に記載されたような従来技術による制御性の向上が行われた場合、ボイラ２により発生する主蒸気の圧力の変動が小さくなる。これにより、ボイラ２の炉内の燃焼状態や、発電用の蒸気タービン３を含むユニット全体の状態の変動が小さくなり、結果として燃料消費量が削減される。
【００２４】
このようなボイラ燃焼制御システム４では、ユニット全体の状態の変動の大小、すなわち主蒸気圧の変動の大小を、燃料削減率と関連付けて考えることができる。したがって、本実施の形態の燃料削減率出力システム１では、以下のような方法で燃料削減率の推測値を計算する。
【００２５】
図示するように、燃料削減率出力システム１の偏差判定部１１には、主蒸気圧発信器ＰＸから現在の測定主蒸気圧ＰＶが入力されている。偏差判定部１１では、例えば、１分間に１回等の一定間隔で、測定主蒸気圧ＰＶと、主蒸気圧履歴１４に記録されている過去の一定時間内（例えば、過去６０分間内）の主蒸気圧の履歴とを比較する。なお、主蒸気圧履歴１４には、少なくとも、上記の一定時間（例えば、６０分間）以上の過去にわたる主蒸気圧の測定値が、上記の一定間隔（例えば、１分間隔）以上の頻度で記録されているものとする。
【００２６】
偏差判定部１１では、現在の測定主蒸気圧ＰＶに対して、例えば、±５％程度の範囲にある主蒸気圧の履歴を主蒸気圧履歴１４から抽出し、その数をカウントする。この数が所定の数以上（例えば、抽出の母集団となった全履歴データの半数以上（換言すれば、上記の一定期間の半分の期間以上））である場合には、主蒸気圧が現在の測定主蒸気圧ＰＶと同程度の値で安定した状態に制御されているものと判断し、抽出した主蒸気圧（以下では「制御主蒸気圧」と記載する場合がある）の履歴の情報を標準偏差算出部１２に出力する。
【００２７】
標準偏差算出部１２では、入力された制御主蒸気圧の履歴に基づいて標準偏差を求め、燃料削減率出力部１３に出力する。この標準偏差は、例えば、
標準偏差改善率＝１００−（制御標準偏差／対応前標準偏差×１００）
の式により、標準偏差改善率（％）として算出する。ここで、制御標準偏差とは、入力された制御主蒸気圧の履歴の標準偏差であり、対応前標準偏差とは、燃料削減寄与対応がされる前の状態における主蒸気圧の履歴の標準偏差である。なお、改善率算出の基準となる対応前標準偏差（すなわち、対象の燃料削減寄与対応がなされる前の状態での制御主蒸気圧）は、例えば、対象の燃料削減寄与対応がなされる前に予め取得・記録しておく。もしくは、所定の可変関数として設定し、適宜係数を変更できるようにしてもよい。
【００２８】
燃料削減率出力部１３では、入力された上記の標準偏差改善率から、所定の数式に基づいて燃料削減率の推測値を算出して出力する。
【００２９】
図２は、本実施の形態における主蒸気圧の標準偏差の改善率と燃料削減率との関係の例を示した図である。図２のグラフは、横軸（ｘ軸）を主蒸気圧の標準偏差改善率（％）、縦軸（ｙ軸）を燃料削減率（％）として、各種のプラントに導入されたボイラ２に対して各種の燃料削減寄与対応を行ったときの実際の結果をプロットしたものを示している。図２に示されるように、主蒸気圧の標準偏差の改善率が大きいほど、燃料削減率が大きくなる相関関係があることが分かる。そして、この相関関係は、ボイラ２毎に、図示するように直線近似により定式化することができる（図２の例では、図中に示した「ｙ＝０．０３７８ｘ＋０．１６０４」）。本実施の形態では、燃料削減率出力部１３は、この直線近似した基準式に入力された標準偏差改善率を適用することで、燃料削減率の推定値を算出する。
【００３０】
なお、本実施の形態では、図１に示すように、１つの燃料削減率出力部１３を有する構成としているが、測定主蒸気圧ＰＶの程度（負荷帯域）毎に燃料削減率出力部１３を複数設けて使い分ける構成としてもよい。もしくは、１つの燃料削減率出力部１３において負荷帯域毎に上記の標準偏差改善率と燃料削減率との関係を示す基準式を複数設けて使い分ける構成としてもよい。また、上記の基準式を所定の可変関数として設定し、適宜係数を変更できるようにしてもよい。また、本実施の形態では、燃料削減率（％）の推測値を算出して出力するものとしているが、これにボイラ入力指令値ＢＩＤ（ボイラ２への燃料投入量）を乗算して燃料削減量として出力するものであってもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ボイラの効率の改善により得られた燃料削減率を算出する燃料削減率出力システム、燃料削減率出力方法、および燃料削減率出力プログラムに利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１…燃料削減率出力システム、２…ボイラ、３…蒸気タービン、４…ボイラ燃焼制御システム、
１１…偏差判定部、１２…標準偏差算出部、１３…燃料削減率出力部、１４…主蒸気圧履歴、１５…燃料削減率、
ＰＶ…測定主蒸気圧、ＰＸ…主蒸気圧発信器、ＭＷＤ…負荷要求量、ＢＩＤ…ボイラ入力指令値
【図１】
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【図２】
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