(57)【要約】【課題】石炭焚ボイラで色々な原料炭から発生する石炭灰のストックを管理して灰需要家の要求仕様に合うフライアッシュを供給するため、灰生産から灰排出までの工程を有機的に管理する石炭灰有効利用支援システムを提供する。【解決手段】ボイラの石炭灰を灰品質にしたがってサイロに分配し品質調整をして出荷する石炭焚ボイラにおいて、データ収集装置１１１でボイラの制御装置等を介して運用実績値を収集してデータベースに蓄積し、演算装置１１２で、シミュレータとスケジューラによってボイラ各部位の排出灰量と灰品質の時間変化を推定し、サイロへの移送系統を仮定してサイロレベルと灰品質の時間変化を予測し、灰納入仕様を満たす出荷が可能なサイロ選択とブレンディング操作を見いだしてボイラの運用計画を策定し、閲覧装置１１３から策定した運用計画や運用実績値を適宜に表示する。【選択図】  図１
2004199324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭焚ボイラ設備で発生する石炭灰を灰品質にしたがってサイロに分配し必要により灰品質の調整をして出荷するようにした石炭火力発電プラントにおける石炭灰有効利用支援システムであって、運用計画演算装置と運用計画実績閲覧装置とデータ収集装置を備え、前記データ収集装置が該石炭火力発電プラントの制御装置または灰分析装置を介して運用の実績値を収集してデータベースに蓄積し、前記運用計画演算装置がデータ入力装置とシミュレータとスケジューラを備えて、該シミュレータと該スケジューラにより前記石炭火力発電プラントの石炭灰排出部位における排出灰量と灰品質の時間変化を推定し、前記サイロへの移送系統を仮定して該サイロにおけるレベルと灰品質の時間変化を予測し、該データ入力装置から入力した灰納入仕様を満たす出荷が可能になるサイロ選択とブレンディング操作を見いだして該石炭火力発電プラントの運用計画を策定し、前記運用計画実績閲覧装置を通じて表示することを特徴とする石炭灰有効利用支援システム。
【請求項２】
前記データベースには策定した運用計画が利用可能と認められたときに該運用計画を格納して、必要に応じて運用計画実績閲覧装置により該運用計画を表示できるようにすることを特徴とする請求項１記載の石炭灰有効利用支援システム。
【請求項３】
前記スケジューラは前記石炭火力発電プラントの機器に関して設定する制約条件を要素とする人工知能型スケジューラであることを特徴とする請求項１または２に記載の石炭灰有効利用支援システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の石炭灰有効利用支援システムを備えたことを特徴とする石炭火力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭火力発電所の石炭焚ボイラで生ずる石炭灰の有効利用を支援するコンピュータ支援システムに関し、特に火力発電所の石炭焚ボイラに付属する灰処理プラントの支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所ボイラの燃料は、重油、ＬＮＧ、オイルサンドなど、新燃料を含めて種々の選択肢があるが、資源量、経済性、運用容易性などの観点から依然として石炭を選択する場合も多い。
特に石炭火力発電所では、ベース発電所としての機能を持ちながら負荷変動にも対応できる運用性能の向上が求められる。また、燃料としての石炭も多種多様な海外炭を使用することが求められ、石炭の使用計画をいかに的確に実施するかが重要な課題となっている。このため、貯炭場の運用管理立案の自動化が必要となる。
【０００３】
川崎重工技報１３６号には、石炭火力発電所の貯炭場における運用支援用の計算機システムが開示されている。このシステムの中心は貯炭場在庫予測機能で、従来計画立案者が自ら計算しながら合理的な計画を立案していたのを、受入計画や払出計画などのケーススタディを含んだシミュレーション機能を備えて、石炭消費計画が発電計画を満たしているかまた指定した銘柄が混炭燃焼可能であるかなどを確認しながら、将来の石炭の在庫量および貯炭場の積山状況を予測することにより、貯炭場の運用計画立案の支援を行う。
開示されたシステムは、発電計画に対応して、石炭船から石炭を揚炭し、貯炭場に貯炭し、またボイラバンカに払い出す工程を効率よく行う運用計画を自動的に立案し、あるいは立案を支援することができる。
【０００４】
一方、ボイラ運用に伴い発生する石炭灰は、産業廃棄物として埋め立て処分するが、近年環境問題が顕在化したため、従来のように石炭灰を単に廃棄するのではなく、石炭灰を有効利用することができるセメント会社等の灰需要家に売却する動きが活発である。灰需要家に売却するためには、利用目的に適うような品質要求を満たすようにする必要がある。しかし、様々な特性の原料炭から得られる石炭灰は品質もいろいろであるので、適当な品質の灰を適当な割合で混合して需要家の要求品質に適応するようにしてから出荷するようにしなければならない。
【０００５】
石炭灰の分別は粒度に基づいて行われるが、要求仕様は、さらに強熱減量、密度、比表面積、メチレンブルー吸着量などを規定する場合がある。したがって、分別した石炭灰がそのままでは需要家の要求を満たさないときには、複数のサイロからそれぞれ適当量の石炭灰を集めてブレンドして出荷する。原料炭の特性が異なれば粒度が同じでも他の特性が異なるため、在庫中の石炭灰のみを用いてブレンドする銘柄と量を適切に決定して、要求仕様を満たすフライアッシュを調合することは大変な経験と熟練を要する。
【０００６】
また、発電所は生産した電気により収入を得るが、これに伴って発生する石炭灰の埋立場の不足や廃棄費用も無視できない状況になってきている。このため、場合によっては、石炭灰の売却先となる需要家の要請に合うように、炭種の調整やボイラプラントの運用を調整する必要もでてくる。しかし、電力供給と石炭灰売却の間の整合を取りながら的確な計画を策定することは難しい。
【０００７】
従来は、過去に多数の有効な運用実績があったにもかかわらず、これらの資料が利用可能な状態で蓄積しておくことが難しかったため、これら計画について運用方法の詳細な検証ができなかった。また、灰生産から売却や廃棄までの長い工程の間で相互連絡が適切に行われず、無駄なランニングコストが発生していた。
また、発電、運炭、ボイラの運用計画に灰売却、廃棄の計画を組み込むことは難しく、１ヶ月程度の長期計画において考慮することがせいぜいであった。
さらに、従来は灰売却時の品質調整を行うことを目的とした自動制御をすることはなく、個別の需要家の灰納入仕様を満たすようにプラント運用をするためには、オペレータの経験則に頼らざるを得なかった。
【０００８】
なお、特開平９−２９６９２４には、ボイラで発生し電気集塵機で回収するフライアッシュを貯蔵するサイロのレベル変化を予測して表示する灰処理設備運用支援用計算機が開示されている。
ここでは、炭種ごとに知られている燃料中の灰分、灰がフライアッシュとなる比率、電気集塵機の集塵効率を用い、ボイラの負荷予定曲線と燃料供給予定曲線を与えてフライアッシュの灰輸送量を算出し、現時点におけるサイロのレベルをオンラインで測定して今後のレベル変化の予測値を表示して、運用員がサイロからのフライアッシュの排出計画を立案することを支援する。
【０００９】
ボイラから発生する灰量はボイラ負荷によって大きく変化するので、フライアッシュサイロの現状レベルを知っても実際にボイラから供給されてくる灰を確かに受け入れられるか、予め排出しておく必要があるかは分からないので、計算機システムによって今後のレベル変化を予測してその結果を提示してサイロから灰を排出する必要を正しく判断させるようにしたものである。
したがって、上記特許公開公報に開示された技術はサイロのレベル管理に使用するものに過ぎず、灰需要家の要求仕様に適合するように成分調整をすることや予想される灰販売需要に合わせてプラントの運用計画を立てるような事項に関わるものではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、石炭火力発電プラントにおいて多種多様の原料炭から発生する石炭灰のストックを管理して灰の有効利用をする需要家の要求仕様に合うフライアッシュを供給できるようにするため、また必要に応じて発電プラントの運用計画や石炭受け入れ計画にフィードバックしてより効率的な石炭灰処分を行うことができるようにするため、灰生産から灰排出までの工程を有機的に管理する石炭灰有効利用支援システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、石炭焚ボイラで発生する石炭灰を灰品質にしたがってサイロに分配し必要により灰品質の調整をして出荷するようにした石炭火力発電プラントにおける本発明の石炭灰有効利用支援システムは、運用計画演算装置と運用計画実績閲覧装置とデータ収集装置を備える。
データ収集装置は、ボイラプラントの制御装置または灰分析装置を介して運用の実績値を収集してデータベースに蓄積する。
運用計画演算装置は、データ入力装置とシミュレータとスケジューラを備えて、シミュレータとスケジューラによってボイラの石炭灰排出部位における排出灰量と灰品質の時間変化を推定し、サイロへの移送系統を仮定してサイロにおけるレベルと灰品質の時間変化を予測し、データ入力装置から入力した灰納入仕様を満たす出荷が可能になるサイロ選択とブレンディング操作を見いだして石炭火力発電プラントの運用計画を策定する。
運用計画実績閲覧装置は、運用計画演算装置が策定した運用計画やデータベースに蓄積された運用実績値を適宜に表示することを特徴とする。
【００１２】
本発明の石炭灰有効利用支援システムを用いると、シミュレータやスケジューラの助けを得て、石炭焚ボイラプラントにおける石炭灰の発生やその灰品質、あるいはボイラ各部位からサイロまで、またサイロ間の灰移送時間、ブレンディング時間、ブレンディングのためのサイロ選択、工程中の灰品質変化状況、出荷操作など、プラント運用計画に必要な諸パラメータを算定して、運用計画を策定することができる。
また、データベースには、灰量や灰品質など必要なデータが、通常のプラント運用業務を通じて長期間にわたる運用実績としてデータベース化して蓄積するので、過去の運用方法の検証を行うことにより、また近似した条件における実績を参照することにより、個々の灰需要についてプラント運用計画を作成するに際し、必要な諸パラメータを算定する上で必要な情報を実績値として的確に取得することができ、運用計画の信頼性を向上させることができる。
さらに、従来はプラントの構成が複雑なため１ヶ月単位程度の長期的な灰処理計画しか立案できなかったが、本発明のシステムでは、灰処理装置のシミュレーションや、灰処理装置、出荷設備、ボイラ設備のスケジューリングなどを組み合わせて用いるので、個別設備における比較的短期間の詳細な運用計画を立案することもできる。
【００１３】
なお、データ収集装置は、運用実績データベースに加えて運用計画データベースを備えて、利用可能と認められた運用計画を格納して、必要に応じて運用計画実績閲覧装置により表示するようにしてもよい。
運用計画の詳細は、一旦検査して承認した後は、実際にプラント運用を調整しなければならない時期になるまでは必要がないので、灰納入仕様にしたがって出荷の準備をするときになって初めて表示させるようにすればよい。
【００１４】
また、スケジューラは石炭火力発電プラントの機器に関して設定する制約条件を要素とする人工知能型スケジューラであることが好ましい。
装置の制約条件が複雑なため運用計画は順序だって一義的に策定することができないが、このような人工知能型プログラムを利用することにより、試行錯誤法により可能性のある運用計画を策定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明の石炭灰有効利用支援システムを詳細に説明する。
図１は本実施例の構成を説明するブロック図、図２は本システムの作用を説明するブロック図、図３は本システムの動作論理を説明するフロー図、図４は対象とする石炭火力発電プラントを示すブロック図である。
本実施例の石炭灰有効利用支援システムは、灰需要家の品質要求に適合するフライアッシュを調合して供給するシステム、もしくは操作員がそうすることを効果的に支援するシステムである。
【００１６】
本システムの適用対象となる灰処理プラントは、図４に示すように、石炭焚ボイラ設備１から出る石炭灰を灰処理装置２で貯留して、需要家の要請に合わせて成分調整した上で出荷設備３から船積出荷もしくは車載出荷するものである。灰処理装置２は原則として石炭焚ボイラ設備１に付属させるので、石炭焚ボイラ設備と灰処理装置はそれぞれ複数存在することもある。一方、出荷設備３は複数の灰処理装置に対して共通に１式設けられるのが普通である。
【００１７】
石炭火力発電プラントをさらに詳しく説明すると、石炭焚ボイラ設備１は、石炭焚ボイラ１１、エコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２、電気集塵機ＥＰ１３、および煙突１４を備える。石炭焚ボイラ１１で発生する熱気流は石炭灰を含みながら石炭焚ボイラ１１内の伝熱面やエコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２で熱回収され、電気集塵機ＥＰ１３を通って煙突１４で大気に放出される。
熱気流に搬送される石炭灰のうち粗粉灰の大部分はエコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２の底から回収される。電気集塵機ＥＰ１３はガスの流れに沿って集塵ユニットが直列に並んでいて、上流から下流にかけて粒度の大きい石炭灰から順に回収される。上流側のユニットで回収される石炭灰にはエコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２で取り残された粗粉灰が混じるが、下流側ユニットでは細粉灰だけが回収される。
なお、石炭焚ボイラ１１の底に落ちたクリンカは下に設けたクリンカホッパで一旦捕集し、クリンカ中継タンク２１に移して払い出すまで貯蔵する。クリンカは路盤材として有効利用することができる。
【００１８】
石炭焚ボイラ設備１から排出される石炭灰は、灰処理装置２で灰の粒度にしたがって分別して貯蔵した後、適宜払い出す。灰処理装置２はクリンカ中継タンク２１の他に、灰捕集機２２、サイクロン２３、分級器２４、細粉サイロ２５、回収サイロ２６、粗粉サイロ２７を備える。
灰捕集機２２は、エコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２、電気集塵機ＥＰ１３の底に設けられたホッパに溜まった灰をそれぞれ真空吸引して捕集する装置である。灰捕集機２２には切替弁を備え、エコノマイザＥＣＯとエアヒータＡＨ１２から吸引した粗粉灰は粗粉サイロ２７に送り、電気集塵機ＥＰ１３の下流側ユニットから回収される細粉灰は細粉サイロ２５に送る。また、電気集塵機ＥＰ１３の上流側ユニットから回収した石炭灰には粗粉灰と細粉灰が混在するため一旦回収サイロ２６に貯留する。
【００１９】
灰捕集機２２の入口配管に灰分析器２８を備えて、捕集機のボイラ設備１から排出される石炭灰をサンプリングしてその特性を測定する。測定項目は、未燃炭素分または強熱減量、粒度分布、メチレンブルー吸着量、ブレーン比表面積、酸化シリコンや酸化カルシウムや３酸化２鉄の成分比、４５μｍふるい残分、塩基度などフライアッシュとしての性能に係わる事項である。
【００２０】
回収サイロ２６の石炭灰は、分級器２４に搬送されて粒度にしたがって分離され、細粉灰がサイクロン２３で回収され、粗粉灰は粗粉サイロ２７に落とされる。分級器２４の回転ベーンの回転数を上げればより細かい灰が分離できる。サイクロン２３で回収した細粉灰は細粉サイロ２５に送って貯蔵する。
粗粉サイロ２７に貯蔵された粗粉灰と回収サイロ２６に貯蔵された石炭灰は、粘土代替として有効利用するか、需要のあるフライアッシュの成分調整代として混入して利用することができる。
これらサイロから直接に石炭灰を取り出して出荷することもでき、このような直接出荷では、出荷量が小さい場合、あるいは需要先が近い場合や水運に適さない場所にある場合などは、タンクローリ２９で出荷することもできる。
【００２１】
灰の出荷設備３は、ブレンディングサイロ３１、船積サイロ３２、灰積込装置３３を備える。海岸や河岸、あるいは湖岸に立地した火力発電所では、船を使ってフライアッシュを搬送することが合理的であるため、灰積込装置３３は船積施設となるが、トラック輸送など他の手段が好ましい場合には、それぞれの手段に合わせた施設が用意される。ここでは、海運を利用することとして説明する。
ブレンディングサイロ３１は、サイロ２５，２６，２７から選択した石炭灰をそれぞれ適当量受容し、混合して需要家の要求仕様を満たすようにした上で灰積込装置３３に送る。ブレンディングサイロ３１には、高圧のコンプレッサを使用したミキシング装置が備えられていて、灰を空気攪拌して灰中の成分を均質化する。
【００２２】
また、船積サイロ３２は船で大量の灰を払い出すために石炭灰を貯蔵しておくサイロである。混合する必要がないときにも使用するが、主に回収サイロ２６や粗粉サイロ２７に貯留した有効利用しにくい灰を廃棄する場合に使用する。
灰積込装置３３は調整された石炭灰や廃棄する石炭灰を受容して、フライアッシュ運搬船３４に積み込み需要地や廃棄場に運搬させる。
なお、図に示していないが、灰処理装置２から出荷設備３の各装置に、また出荷設備３の各装置間で石炭灰を輸送するために、空気圧力を用いた灰圧力輸送装置が設けられている。
ブレンディングサイロ３１や船積サイロ３２の内容物はタンクローリ３５に払い出して処理することもできる。
【００２３】
石炭灰を利用する需要家は、目的によって異なる品質を要求する。
コンクリートに混合して利用するフライアッシュについては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１に規定があって、酸化珪素成分比、湿分、強熱減量、密度、４５μｍふるい残分、比表面積（ブレーン値）、フロー比値、活性度指数について評価することにより、シリカフライアッシュをＩ種からIV種までの４種類に分類している。
ブレーン値５０００ｃｍ２/ｇ以上、強熱減量３．０％以下、フロー比値１０５％以上などの条件を満たすものは、もっとも高品質のフライアッシュＩ種とされ、コンクリートに混入したときの流動性改善効果が高い。
【００２４】
ブレーン値２５００ｃｍ２/ｇ以上、強熱減量５．０％以下、フロー比値９５％以上などの条件を満たすものは、フライアッシュII種とされ、コンクリートに混入して問題なく使用できる。実際に販売できるフライアッシュは殆どがII種である。
フライアッシュIII種は、ブレーン値２５００ｃｍ２/ｇ以上、強熱減量８．０％以下、フロー比値８５％以上などの条件を満たすもので、フライアッシュII種と比較して強熱減量が大きいので、需要家の目的によっては有価で売却することができる。
【００２５】
フライアッシュIV種は、ブレーン値１５００ｃｍ２/ｇ以上、強熱減量５．０％以下、フロー比値７５％以上などの条件を満たすものであるが、粒度が粗いフライアッシュを位置づけたもので、粗粉を対象とする。IV種のフライアッシュは、コンクリートに混入したときのフレッシュ性状に配慮が必要で、また十分な強度を発現することは期待できない。このため、需要家側に費用を払って引き取らせたり、廃棄することが普通である。
ＪＩＳ規格外のフライアッシュは発電所側が費用を払って引き取らせたり廃棄処分する。
なお、需要家によっては、メチレンブルー吸着量を品質の基準として使用することがある。メチレンブルー吸着量は、コンクリートに添加する一種の表面活性剤の効果を殺すため適正に管理する必要がある未燃炭素分の良好な指標となる。
【００２６】
コンクリート混和材やセメント混合材としてはフライアッシュＩ種またはII種しか利用できないが、固化盤など道路材料や土壌改良材、建設汚泥再生利用にはＪＩＳ規格外のフライアッシュまで利用することができる。ただし、普通に有価で売却できるのはフライアッシュII種までで、III種は場合によっては売却が可能であるが、IV種以下は廃棄費用を出して処分してもらう状況である。
なお、農業や建築の分野では特別な炭種を指定して納入が認められる場合もある。
【００２７】
このように、需要家は、ＪＩＳや自己の基準に基づいた品質等級、納入量、納入期日を指定して、取引要求をする。発電所は、これに応えることができるか否かを検討して、応じられるときには実際に指定された期日に指定された品質のフライアッシュを指定された量だけ出荷する。
各サイロ２５，２６，２７のいずれかに貯蔵されている石炭灰の性質と量が需要家の要求を満たすならば、そのサイロから船積サイロ３２に排出させて灰積込装置３３で船積みすればよい。また、いずれのサイロも条件を満たす石炭灰を貯蔵していない場合は、複数のサイロの内容物を適当量ずつ取り出してブレンディングサイロ３１で混合し成分調整を行ってから出荷する。
【００２８】
このためには、サイロ中の石炭灰の特性を正確に把握しておかなければならない。サイロ中の成分分析は、配管中の灰分析器２８で自動分析した結果を用いることができる。しかし、灰分析器２８の結果はかなり時間がたってから入手することになるため、その分析結果を呈する石炭灰がどのサイロに貯蔵されたものであるか正確に特定することが困難である。
ただし、一つのサイロも下から上まで同じ性質の石炭灰が貯蔵されているわけではなく、石炭焚ボイラ設備１の異なる部分から捕集した石炭灰を層状に重ねて収納することも普通に行われるし、同じ部位から捕集したものでも、原料炭が異なったり、ボイラ運用条件が異なれば、石炭灰の性状は変化する。
【００２９】
したがって、サイロからサンプルを採取して分析する場合でも、正確な結果を得るためには深さ方向に何個ものサンプル点を設定して多数の分析を行う必要がある。
このため、サイロからサンプルを採取し、分析室の自動分析器で分析して結果を得ることもできる。この方法では分析員の手数が掛かり結果も遅れるが、サンプルの採取位置に比較的制約が少なく色々な場所について正しい結果を得ることができる。
【００３０】
またさらに、いくつかの石炭灰を複合して要求仕様に合わせる方法では、考慮すべき特性値が複数あり、原料とすることができる石炭灰が限られるので、調合方法を選択するためには、高度な計算能力と経験に裏付けられた直感的な解決能力が必要となり、熟練作業員が担当する作業となっている。
しかし、この場合でも納入期日が将来のいつかであれば、その時のサイロ内状態はその日までの発電計画や運炭計画から各サイロに溜まる石炭灰の性状と量を推定しなければならない。このような推定を人が行うことは困難で、納入時に条件を満たす石炭灰を貯蔵しているかどうかも簡単には分からない。まして、どのような調合方法をとればよいかを知ることは熟練者にとっても極めて難しい。
【００３１】
また、発電ボイラの運用や燃料炭の選択は、灰処理装置の運用とは独立に行われることが普通であるが、サイロに貯蔵されることになる石炭灰の特性が適合しないため需要家の要求する品質仕様を満たすような組み合わせがどうしても得られなくなる場合には、総合的な経済性を考慮すれば石炭灰有効利用処理に適合するような原料炭使用計画を策定することが好ましい。
こうした原料炭使用計画は短期的なものであるとはいえ、長期の発電計画や運炭計画、あるいは各ボイラの運用計画と矛盾しないようにする必要がある。十分に裏付けされた前提に基づいて計画を立てることが大切である。
【００３２】
本実施例の石炭灰有効利用支援システムは、図１のシステム構成図に説明するように、電子計算機ネットワークシステムを用いて、各サイロの貯蔵される石炭灰の性状と量を推定し、需要家の要求に合うように石炭灰を調合して供給するための石炭火力発電プラントの運用計画を立案したり、必要な資料を適切に提供して人が立案するのを支援するものである。
電子計算機システムは、発電事務所とプラント運転室と関連事務所に、それぞれ必要なユニットを設置して利便を図っている。
【００３３】
図１に示すように、発電事務所１１０にはデータベース装置１１１と運用計画を立てる演算装置１１２と運用の計画と実績を表示する運用計画実績閲覧用装置１１３を備えたＬＡＮが組まれていて、ルータ１１４を介して他の事務所のＬＡＮと接続されている。
データベース装置１１１には、石炭焚ボイラ設備１、灰処理装置２、出荷設備３における石炭灰処理に関する運用条件とその結果を格納して蓄積するプラント運用実績データベース１１５と、顧客情報と石炭灰の出荷や廃棄の実績を登録する出荷実績データベース１１６と、石炭焚ボイラ設備１、灰処理装置２、出荷設備３に関する確定した運用計画を格納する運用計画データベース１１７が設けられる。
【００３４】
石炭火力発電プラントの灰処理装置２と出荷設備３の各サイトにあるプラント運転室１２０には、プラント制御装置１２１とプラントのデータを収集するデータ収集装置１２２と運用計画実績閲覧用装置１２３を備えて、ルータ１２４を介して他の事務所のＬＡＮと接続されている。
灰処理装置２と出荷設備３におけるサイロや分級器などの各要素装置にはそれぞれ制御系が付属していて、各プラント運転室１２０に設けられたプラント制御装置１２１によりシーケンス制御を中心とした制御が施される。また、制御系の要素が発生する各種の情報、オンライン分析器からの信号入力、および石炭灰成分の分析結果などの入力データは、データ収集装置１２２に格納され、さらにルータ１２４，１１４を介してデータベース装置１１１に集約される。
【００３５】
また、運炭場や出荷所など発電所内外の関連する部門の事務所１３０にも、ルータ１３２を介して発電事務所１１０に接続される運用計画実績閲覧用装置１３１を備えて、石炭灰処理作業の状況を把握し、適切な作業計画の提示を受けて、必要な作業を適切なタイミングで実行することができるようになっている。
なお、複数のボイラ設備が存在する場合は、発電事務所１１０はそれらを統合する主事務所であってもよく、また各設備ごとに設けた現場事務所であってもよい。各設備ごとに設けるときは、さらに、上位の管理事務所に管理用電子計算機を設けて、各設備から必要な情報を集めて処理するようにすることが便利である。
【００３６】
図２には、システムの全体像を作用に基づいて説明するブロック図が示されている。太い矢印線でシステム要素間の信号の動きを示し、細い矢印線で人の指示の方向を示している。
図２中の右上に示された、石炭焚ボイラ設備１、灰処理装置２、出荷設備３を含む石炭火力発電プラント２００に対して、鎖線で囲った本実施例の石炭灰有効利用支援システム１００が付属して、オペレータや計画員に灰の販売に伴う灰処理設備の運用に関する適切な情報を提供して判断の支援を行う。
【００３７】
別途、電力需要予測２０１や石炭価格２０２に基づいて、長期の発電計画２１１が立てられ、さらにそれに見合った石炭購入、貯蔵、使用について長期運炭計画２１２が立てられる。さらに、灰需要予測２０３を加味して各ボイラごとに長期運用計画２１３が立案される。
支援システム１００は、各ボイラの長期運用計画２１３を演算装置１１２に付属するデータ入力装置１１８を介して入力し、さらに、灰需要家から引き合いを受けたあるいは受注した個々の石炭灰の納入条件、すなわち灰納入仕様２０４をデータ入力装置１１８から入力する。
一方、石炭火力発電プラント２００のボイラの各機器、サイロ、分級機、サイクロン、灰積込装置などの実際の状況と石炭灰自動分析装置で得られる分析データが、石炭焚ボイラ設備１、灰処理装置２、出荷設備３それぞれの装置に設置された制御装置１２１とデータ収集装置１２２により収集され、データベース装置１１１に集約される。
【００３８】
データ収集装置１２２により収集されるプラントに関するデータとして、石炭灰を受け入れたときの各サイロのレベル変化、各ボイラから各灰処理サイロまでの系統選択操作、各灰処理サイロから各移送先サイロへの系統選択操作、各ボイラの負荷変化、各ボイラで使用した石炭種、ブレンディング操作、灰積込装置操作などがある。
また、石炭灰自動分析装置から取得するデータには、酸化シリコン、酸化カルシウム、酸化鉄などの組成、メチレンブルー吸着量、ブレーン比表面積、粒度分布、４５μｍふるい残分、塩基度、強熱減量分、ＪＩＳ規格判定結果、サンプル採取位置、ボイラ投入石炭種、ボイラ負荷などがある。
【００３９】
この他に、石炭名称コード、石炭中の灰分量、ボイラとエコノマイザや集塵機など部位における灰捕集効率などのデータは、データ収集装置１２２や演算装置１１２の入力装置から人が入力する。
これらのデータは、プラント運用実績データベース１１５に格納し蓄積して、所定の条件の下で運用したときの実績データとして、検索して利用することができる。
また、石炭火力発電プラント２００で実際に行われた灰売却や灰廃棄の状況を顧客の情報とともに入力して出荷実績データベース１１６に格納する。格納するデータには、出荷日、出荷量、出荷灰品質、出荷したサイロ名、顧客名、顧客の希望品質、希望出荷量、希望納期などがある。
【００４０】
演算装置１１２は、灰需要家からの灰納入引き合いに対して、図３に示すよう手順に従って、灰納入仕様２０４を満たすプラント運用が可能かを検証し、実行可能な場合は運用計画を策定して、運用計画実績閲覧用装置１１３を介して計画担当者に提示する。
運用計画に規定する内容は時系列的に表現されたものであって、サイロレベル変化量、サイロ内灰品質、各ボイラ部位から灰処理装置の各サイロまでの系統選択操作、灰処理装置のサイロから出荷設備のサイロまでの系統選択操作、分級器操作、各ボイラの負荷変化、各ボイラの使用石炭種、ブレンディング操作、灰積込装置操作などの事項がある。
【００４１】
計画担当者は提示された運用計画の内容を検討２２１して、合理的であることを確認したときには承認２２２して、運用計画データベース１１７に格納させる。提示された計画が利用できない場合は、さらに発電や運炭の運用計画を見直し２２３、必要があれば長期発電計画２１１や長期運炭計画２１２を変更する。
計画の変更があったときは、演算装置１１２は新しい運用計画に基づいて再度運用計画の策定を行って、計画担当者に提示する。
【００４２】
プラントの運用は、石炭灰有効利用支援システム１００が直接に行うのではなく、運用計画データベース１１７に格納された実行可能な承認済みの運用計画を運用計画実績閲覧用装置１１３を介して読み出し、これを参照２３１して各設備ごとに設けられる制御装置１２１に必要な指示をして制御を実行する。
承認済み運用計画データに基づく石炭焚ボイラ設備１の制御装置に対する指示は、炭種の選択や、ボイラ負荷の変化がある。
また、灰処理装置２に対する指示には、ボイラの灰供給部位と灰処理装置２の各サイロまでの系統選択、分級器操作、配車指示などがある。
出荷設備３については、灰処理装置２の各サイロとブレンディングサイロ３１および船積サイロ３２の系統選択、ブレンディングサイロ３１に対するブレンディング操作、灰積込装置３３の操作、配船指示、などの指示を行う。
なお、各事務所では、必要に応じて適宜に運用実績データやプラント内の石炭灰の状況を運用計画実績閲覧用装置１１３を介して閲覧２４１することができる。
【００４３】
灰納入仕様が与えられたときに、演算装置１１２が行う運用計画策定の手順を図３によって説明する。
出荷は必ず未来のある時期になるが、石炭灰有効利用支援システム１００は既に決められた計画に沿って運用がされている。また、新しく要請された出荷以外にいくつかの既定の出荷予定もあることが普通である。そこで、まずは、現状における運用計画に新しい出荷作業を挿入した場合に顧客の要求仕様を満たし得るかを検証する。
このため、現状の運用計画の下で最も遅い出荷予定時刻と今回要請があった出荷の時期のいずれか遅い時刻までの将来にわたり、各ボイラ部位から発生する灰量、灰品質の変化を推定する（Ｓ１１）。灰量や灰品質は原料炭の種類やボイラの負荷により変化するので、運炭計画や発電計画に依存する。ある条件下で得られる灰量や灰品質は過去の長い期間実績を積んできているので、これらの推定は運用実績データを活用したシミュレーションによって比較的精度よく行うことができる。
【００４４】
ボイラで発生する石炭灰は、運用計画に従って灰処理装置２の各サイロに分配される。このときの各サイロに堆積する灰量とその石炭灰の品質性状の時系列的な変化を予測する（Ｓ１２）。
出荷時期を考慮した上で、サイロごとに予測した灰量と灰品質の石炭灰を使って、サイロを選択し内部の石炭灰を適当量ずつ取り出しブレンディングサイロに搬送してブレンドする出荷設備運用計画を策定する（Ｓ１３）。出荷設備運用計画には、ボイラへの給炭計画や石炭灰の移送計画、ブレンド操作の計画などが有機的に影響しあうため、エキスパートシステムなどの人工知能型プログラムを用いたスケジューラを活用して解を求めることが好ましい。
【００４５】
策定された出荷設備運用計画によって得られる石炭灰の灰量と灰品質、およびブレンド後に灰排出が可能になる時刻を算定して、これらが需要家の灰納入仕様を満たすか否かを検証する（Ｓ１４）。灰供給時刻の算出には、搬送時間、ブレンディング時間、ブレンド後の静置時間などの情報が必要となるが、これらは蓄積された実績値を利用することができる。なお、出荷設備運用計画には配船計画も含まれ、配船間隔中にブレンド作業が完了するように立案されなければならない。
【００４６】
策定した運用計画によっては灰納入仕様を満たす石炭灰を提供することができない場合は、灰処理装置２から出荷設備３への灰搬送系統を変更して検討し尽くしたか調べる（Ｓ１５）。サイロ選択変更や系統変更の余地が残っている場合は、これらを変更して（Ｓ１６）、再度、サイロごとに取り出す灰量を想定して運用計画を立て、計画に従って取り出した石炭灰をブレンドしたときの灰品質を推定して（Ｓ１３）灰納入仕様を満たすかを検証する（Ｓ１４）。
このように、サイロ選択の余地がなくなるまで検討しても（Ｓ１５）、灰納入仕様を満たしきれない場合は、石炭焚ボイラ設備１で使用する石炭の種類を変更する余地があるか否かを調べて（Ｓ１７）、変更できる場合は炭種を変更するような運用計画を立てるものとし（Ｓ１８）、新しく策定した炭種変更をする運用計画においてボイラ各部位から回収される石炭灰の量と品質を推定し（Ｓ１１）、灰処理装置２の各サイロに回収した灰を分配するときの各サイロにおける灰の量と灰の品質を予測する（Ｓ１２）。
【００４７】
その後、ステップ１３からステップ１６のループを繰り返しては、需要家の要求を満たすような運用計画を探る（Ｓ１４）。灰納入仕様を満たす運用計画が見つかったら、そうして策定した運用計画を運用計画実績閲覧用装置１１３を介して計画担当者に提示する（Ｓ１９）。
計画担当者は、提示された運用計画を総合的に判断して、承認できると判断したときにはこの運用計画を運用計画データベース１１７に格納する（Ｓ２０）。
なお、ステップ１７において石炭種類を変更することができない場合、あるいは炭種変更を望まない場合は（Ｓ１７）、その時点で得られている運用計画を計画担当者に提示する。
運用計画データベース１１７に格納された承認済みの実行可能な石炭焚ボイラ設備１、灰処理装置２、出荷設備３の運用計画は、操作員が運用計画実績閲覧用装置１１３を介して読み出しこれを参照して制御装置１２１に必要な指示を与えて各設備ごとの運用を行う。
【００４８】
運用計画策定のためにシミュレーションを行うシミュレータは、演算装置１１２に組み込まれたソフトウエアであって、各プラント機器を物理モデル化して、プラント運用計画に基づいてどこにどのような品質の灰がどの程度発生し、各サイロの入出灰量がどうなるかを動態として予測する。
シミュレータで用いられる物理モデルは、ボイラＢＲと、その付属機器であるエアヒータＡＨ、エコノマイザＥＣＯ、電気集塵機ＥＰのホッパ、および粗粉サイロＬ、回収サイロＭ、細粉サイロＳ、ブレンディングサイロＢ、船積サイロＦ、さらに分級器ＢＫを対象として作成されている。
【００４９】
灰の成分組成は、酸化シリコンＳｉＯ２（Ｓ）、酸化カルシウムＣａＯ（Ｃ）、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３（Ｆ）、その他（Ｏ）の４種として、各サイロについて時間軸に沿った変動外乱としてあらかじめ格納しておく。
｛Ｓ，Ｃ，Ｆ，Ｏ｝＝｛Ｓ(t)，Ｃ(t)，Ｆ(t)，Ｏ(t)｝
ただし、Ｓ(t)＋Ｃ(t)＋Ｆ(t)＋Ｏ(t)＝１００％
【００５０】
灰移送操作による灰流量は、指定した配管に最大流量が流れるものとする。
Ｇ＝Ｋ×Ｇmax
ただし、Ｋは移送選択操作信号で１または０、Ｇはホッパからサイロあるいは灰処理装置のサイロから出荷設備のサイロまでの配管の流量、Ｇmaxはその容量である。
たとえば、粗粉サイロからブレンディングサイロもしくは船積サイロに移送される灰流量は、
ＧL＝（ＫLB＋ＫLF）×ＧLmax
と表される。ＧLは粗粉サイロに接続された配管の流量、ＫLBとＫLFはそれぞれ粗粉サイロからブレンディングサイロへの経路と粗粉サイロから船積サイロへの経路における移送の有無を１または０で表すもので、ＫLBとＫLFが同時に１になることはない。
【００５１】
また、ブレンディングサイロ内の灰は完全混合するとする。
d/dt（Ｗ）＝Ｇi−Ｇo
Ｗは灰重量、Ｇiは流入量、Ｇoは流出量である。Ｗを強熱減量、ブレーン比表面積、メチレンブルー吸着量などの特性値とするときは、Ｇi、Ｇoは流入流出の特性値に流量を掛けた値となる。
【００５２】
エアヒータＡＨ、エコノマイザＥＣＯ、電気集塵機ＥＰの各ホッパについては、ボイラに投入した石炭量に、その灰分率、灰中のフライアッシュ率、さらにその機器における捕集効率を掛け合わせて、各ホッパにおける灰発生量を算定する。また、灰組成、強熱源量、ブレーン比表面積、メチレンブルー吸着量は、ボイラ負荷や石炭種などにより変化するので、これらの実例をプラント運用実績データベース１１５から検索して用いる。
【００５３】
各サイロには、灰を最下層から排出し、最下層の灰がなくなったときにその上の層の成分に切り替わる、バッチモデルを採用する。最上層は、ボイラや上流のサイロから投入された灰の灰成分を有する。
分級器では、回転数によって細粉サイロと粗粉サイロへの分級率が異なるのでこれを考慮して、組成、強熱減量、ブレーン比表面積、メチレンブルー吸着量を分配する。
【００５４】
シミュレータは、こうした物理モデルを用いて、ボイラにおける負荷と原料炭供給の時間変化、ボイラ機器のホッパから灰処理装置の各サイロへの配管系統、さらにブレンディングサイロと船積サイロへの配管系統に基づいてシミュレーションして、ボイラ機器のホッパから排出される灰量や灰品質、各サイロにおいて積層する灰量と灰品質、ブレンディングサイロにおける灰量と灰品質および排出可能な時刻、船積装置への配船などを算出する。
なお、このシミュレータは、出荷する灰の品質を評価するときにも使用されている。
【００５５】
演算装置１１２に組み込まれる人工知能型スケジューラは、ＰＲＯＬＯＧなどの論理型言語を用いて、それぞれの要素について満たすべき制約条件を設定し、出荷条件を満たす運用スケジュールを作成してはすべての制約条件を満足するか検証することを繰り返して、最終的にプラント全体の運用スケジュールにつき適切な解を求めるものである。
したがって、制約条件そのものがスケジューラを構築する要素となる。制約条件には優先順位を設定して求解手順を簡単化し、灰出荷スケジュールの適解が得られるまで試行を繰り返させる。
【００５６】
本実施例の石炭灰有効利用支援システム１００により、電力需要予測２０１と石炭価格２０２に基づいて決定される長期発電計画２１１と長期運炭計画２１２に灰需要予測２０３を加味して策定されたボイラ長期運用計画２１３に沿いながら、個々の灰需要家が灰量、灰品質、納期などを定めた灰納入仕様２０４に適合するような石炭火力発電プラント２００の運用計画が提示されるので、計画担当者は容易に的確な運用計画を策定することができる。
また、必要であれば、運炭計画を短期的に修正して灰納入仕様に適合させることにより、有効活用できる灰量を増大させるようにすることもできる。
なお、炭種や負荷により変化するボイラ各部位における灰発生量や生成する灰の品質、灰のサイロ選択系統や移送時間、サイロのレベル変化、ブレンディング条件やブレンディングによる品質調整結果、顧客の希望条件、等々の実績情報はデータベース装置１１１で収集して蓄積するので、シミュレーションやスケジューリングに活用して計画の精度を向上させることができる。また運用計画実績閲覧用装置１１３を通じて、計画担当者らに提示して経験則のみに頼ることなく実績に基づいて判断できるようにすることができる。
【００５７】
本実施例の石炭灰有効利用支援システムを用いると、灰品質データ、出荷管理データ、在庫管理データ、灰需要家データ、その他必要なデータが、通常のプラント運用業務を通じて、運用実績としてデータベース化して蓄積するので、過去の運用方法の検証を行うことにより、また近似した条件における実績を参照して、個々の灰需要に際し新しい運用計画を適切に作成することができる。
従来はプラントの構成が複雑なため１ヶ月単位程度の長期的な灰処理計画しか立案できなかったが、本実施例のシステムでは、灰処理装置のシミュレーションと、灰処理装置、出荷設備、さらにボイラ設備のスケジューリングを組み合わせて用いるので、個別設備における比較的短期間の詳細な運用計画を立案することもできる。
このようにして、オペレータの経験則に頼ることなく、最適な運用計画をほぼ機械的に立案することができる。特に、個別の灰需要家による灰納入仕様に適合するようにプラントの運用方法を変更することができるようになった。
【００５８】
また、本実施例の石炭灰有効利用支援システムを用いると、急激な灰需要変動があっても、シミュレーションやスケジューリングの再試行によって柔軟に対応することができる。また、灰需要に適応して需給のバランスが取れるようにボイラ側の運用を調整することができる。
さらに、シミュレーションを行うことにより、サイロ内の石炭灰の品質管理を行うことができる。
また本実施例のシステムを用いると、ネットワークを通じて、得られた情報を各所に配信して共有することができるので、複数部門間でタイムリーに情報を利用することにより無駄なランニングコストが発生しない。
なお、発電所によって発電設備数やサイロの構成などが変化するが、灰処理プラントとしての構成や本実施例の石炭灰有効利用支援システムの構成は基本的に変らない。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の石炭灰有効利用支援システムにより、多種多様の原料炭から発生する石炭灰のストックを適切に管理して灰需要家の要求仕様に合うフライアッシュを供給できるようにすることができる。また必要に応じて発電プラントの運用計画や石炭受け入れ計画にフィードバックして、より効率的な石炭灰処分を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石炭灰有効利用支援システムについて、その１実施例の構成を説明するブロック図である。
【図２】本実施例の石炭灰有効利用支援システムの作用を説明するブロック図である。
【図３】本実施例の石炭灰有効利用支援システムの動作論理を説明するフロー図である。
【図４】本発明の対象とする石炭火力発電プラントを示すブロック図である。
【符号の説明】
１  石炭焚ボイラ設備
２  灰処理装置
３  出荷設備
１１  石炭焚ボイラ
１２  エコノマイザとエアヒータ
１３  電気集塵機
１４  煙突
２１  クリンカ中継タンク
２２  灰捕集機
２３  サイクロン
２４  分級器
２５  細粉サイロ
２６  回収サイロ
２７  粗粉サイロ
２８  灰分析器
２９  タンクローリ
３１  ブレンディングサイロ
３２  船積サイロ
３３  灰積込装置
３４  フライアッシュ運搬船
３５  タンクローリ
１００  石炭灰有効利用支援システム
１１０  発電事務所
１１１  データベース装置
１１２  演算装置
１１３  運用計画実績閲覧用装置
１１４  ルータ
１１５  プラント運用実績データベース
１１６  出荷実績データベース
１１７  運用計画データベース
１１８  データ入力装置
１２０  プラント運転室
１２１  プラント制御装置
１２２  データ収集装置
１２３  運用計画実績閲覧用装置
１２４  ルータ
１３０  関連部門事務所
１３１  運用計画実績閲覧用装置
１３２  ルータ
２００  石炭火力発電プラント
２０１  電力需要予測
２０２  石炭価格
２０３  灰需要予測
２０４  灰納入仕様
２１１  長期発電計画
２１２  長期運炭計画
２１３  各ボイラ長期運用計画
２２１  運用計画内容検討
２２２  計画承認
２２３  発電運炭運用計画見直し
２３１  承認済運用計画参照
２４１  閲覧
【図１】
2004199324.tif 000003
【図２】
2004199324.tif 000004
【図３】
2004199324.tif 000005
【図４】
2004199324.tif 000006