(57)【要約】      （修正有）【課題】電気集塵機に供給するにアンモニアの流量を調整する場合等、対象となる流体の流量を制御する流量制御系においてその異常を適格に検出して警告を発することができる流量制御系の異常検出システムを提供する。【解決手段】流体の供給系を介して供給される前記流体の流量を検出する流量検出手段の前記流量を表す流量信号５と、予め設定された前記流体の設定流量を表す設定流量信号３との偏差に応じて、前記偏差が小さくなるように前記供給系の流量調整弁の開度７を制御する流量制御系の異常検出システムであって、前記流量調整弁の開度が全開もしくは全閉となったことが検出された場合、または前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことが検出された場合に警告を発する制御手段８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の供給系を介して供給される前記流体の流量を検出する流量検出手段の前記流量を表す流量信号と、予め設定された前記流体の設定流量を表す設定流量信号との偏差に応じて、前記偏差が小さくなるように前記供給系の流量調整弁の開度を制御する流量制御系の異常検出システムであって、
前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことが検出された場合、または前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことが検出された場合に警告を発する制御手段を有することを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記偏差を検出する偏差検出手段と、
前記偏差検出手段で検出した前記偏差を表す偏差信号に基づき所定の演算を行って前記流量調整弁の開度を制御するための流量調整弁開度指令を送出する演算手段とを有し、
前記制御手段は、前記演算手段の前記流量調整弁開度指令に基づき前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことを検出するとともに、前記偏差検出手段の前記偏差信号に基づき前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことを検出するように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記制御手段は、前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことが検出された時間が第１の設定時間以上となった場合、または前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことが検出された時間が第２の設定時間以上となった場合に警告を発するように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記流量調整弁の自動制御を行う自動調整モード指令に応じて前記制御手段における所定の制御が行われるように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【請求項５】
請求項４に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記制御手段は、
前記演算手段の前記流量調整弁開度指令に基づき前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことを検出する第１のオアゲートと、
前記偏差検出手段の前記偏差信号に基づき前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことを検出する第２のオアゲートと、
前記第１のオアゲートの出力の状態信号と、前記流量調整弁の制御指令が検出されるとともに流体遮断弁の全開状態が検出されていることを表す状態信号とのアンド条件を検出する第１のアンドゲートと、
前記第２のオアゲートの出力の状態信号と、前記流量調整弁の制御指令が検出されるとともに前記流体遮断弁の全開状態が検出されていることを表す状態信号とのアンド条件を検出する第２のアンドゲートとを有することを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記流体はアンモニアであり、
前記供給系は電気集塵機にアンモニアを供給するものであり、
前記偏差は、燃料流量の関数として設定され、燃料流量に対応して設定された設定流量であり、
前記流量調整弁は前記供給系において前記アンモニアの流量を調整するものであることを特徴とする流量制御系の異常検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量制御系の異常検出システムに関し、例えば電気集塵機にアンモニアを供給する場合のアンモニアの流量を適正に制御するためのシステムに適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に軽油や重油の高Ｓ分燃料を使用しているボイラシステム等では、排ガス中に含まれるＳＯ3が高濃度となり、後流機器、煙道ダクトにおける低温腐食、煙突出口における硫酸ミスト生成に起因する紫煙の発生という問題を抱えている。
【０００３】
かかる燃焼排ガス中のＳＯ3を抑制する手段としてアンモニアにより排ガス中のＳＯ3を中和する方法が一般に適用されている。すなわち、かかるシステムにおいては、排ガスダクトの断面の複数箇所にアンモニアを噴射する噴射管が電気集塵機の上流側に設置されており、アンモニア供給源から供給されるアンモニアを、アンモニア流量計と流量調整弁を介して前記各噴射管から排ガス中に注入している。そして、アンモニアの注入の結果析出される硫酸アンモニウムを電気集塵機で捕集する。
【０００４】
ここで、アンモニアの総注入量は、燃料流量の関数として制御されるのが一般的である。すなわち、図３に示すように、燃料流量計０１によりボイラへの燃料流量が検出され、この検出値を積分器０２で積分することにより燃料の総供給量を求め、これを表す検出値が関数発生器０３に入力される。この関数発生器０３には、図２に示すように燃料流量に対する発生ＳＯ3量（ＮＨ3注入量＝Ｆ（ｘ））が記憶されている。この結果、関数発生器０３からは、検出した燃料流量値に対してのアンモニアの必要注入量を表す信号が偏差検出器０４に送出される。偏差検出器０４には、アンモニア流量計０５からのアンモニア流量を表す流量信号が入力され、この流量信号により、アンモニアの必要注入量に対するアンモニア流量との差分が求められ、ＰＩ制御器０６を介してアンモニア注入ラインの流量調整弁０７の開度が制御される。
【０００５】
このように、この種のアンモニア流量制御においては、燃料供給ラインにおける燃料流量計０１から出力される実流量信号が、燃料流量から必要なアンモニア注入量を計算した流量設定値となるように流量調整弁０７を制御している。
【０００６】
この結果、アンモニア流量計０５が何らかの原因で検出部固着等により、正常な流量検出が不能になった場合、実流量と設定値との間の偏差が大きくなり、この偏差を減少させるようにアンモニア流量の流量調整弁０７を制御する。この結果、最終的にはアンモニア注入量の過注入または注入不足となり、電気集塵機の性能低下や脱硫設備でのアンモニア濃度（窒素濃度）の上昇といった問題を生起する。
【０００７】
電気集塵機が性能低下を生起した場合や、窒素濃度上昇となった場合には、電気集塵機の修理や窒素分高濃度水の処理などで多額の費用もしくは発電所の運転継続不能といった問題が生起される。また、運転員がプラントの運転状態を監視しているが、監視する項目が多いこととも相俟って異常判定・警報の確認作業が負担になる場合がある。
【０００８】
かかる問題の解決手段として、例えば特許文献１に記載するような流量計の異常検出装置を適用することができる。特許文献１に開示する流量計の異常検出装置は、使用条件下において弁開度と流量との関係がキャリブレーションされた調整弁の開度から推定した流量値と流量計の流量値の差から異常を検出するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−８２５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１に示す流量計の異常検出装置では、調整弁の異常等により設定値に対する流量制御ができていない場合も弁開度からの推定流量値と実流量値に偏差がなければ異常検知はしない。また、使用条件のもとで予め弁開度と流量との関係がキャリブレーションされた調整弁でなければならない。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、例えば電気集塵機に供給するアンモニアの流量を調整する場合等、対象となる流体の流量を制御する流量制御系においてその異常を適格に検出して警告を発することができる流量制御系の異常検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、
流体の供給系を介して供給される前記流体の流量を検出する流量検出手段の前記流量を表す流量信号と、予め設定された前記流体の設定流量を表す設定流量信号との偏差に応じて、前記偏差が小さくなるように前記供給系の流量調整弁の開度を制御する流量制御系の異常検出システムであって、
前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことが検出された場合、または前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことが検出された場合に警告を発する制御手段を有することを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００１３】
本態様によれば、正常状態においては実流量が設定流量となるように流量の開度が制御されるが、流量調整弁の全開または全閉が検出された場合は、流量調整弁が異常であると判断されて警告が発せられる。正常制御状態において流量調整弁が全開または全閉で運転制御されることはないからである。また、設定流量と実流量の偏差の閾値が設定値以上になったことが検知された場合も、流量調整弁が異常であると判断されて警告が発せられる。
【００１４】
したがって、流量調整弁の異常状態を確実に検出して警告を発することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記偏差を検出する偏差検出手段と、
前記偏差検出手段で検出した前記偏差を表す偏差信号に基づき所定の演算を行って前記流量調整弁の開度を制御するための流量調整弁開度指令を送出する演算手段とを有し、
前記制御手段は、前記演算手段の前記流量調整弁開度指令に基づき前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことを検出するとともに、前記偏差検出手段の前記偏差信号に基づき前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことを検出するように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００１６】
本態様によれば、流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことは演算手段の出力である流量調整弁開度指令により良好に検出し得るとともに、偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことは偏差検出手段の出力である偏差により良好に検出し得る。
【００１７】
本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記制御手段は、前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことが検出された時間が第１の設定時間以上となった場合、または前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことが検出された時間が第２の設定時間以上となった場合に警告を発するように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００１８】
本態様によれば、流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことは、かかる状態が検出された時間が第１の設定時間以上となったことをもって、または偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことは、かかる状態が第２の設定時間以上となったことをもって検出するようにしたので、全開状態もしくは全閉状態および所定の閾値以上の状態を、信号のチャタリングの影響を除去して確実に検出し、精度の高い警告を発することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様は、
第１〜第３の態様のいずれか一つに記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記流量調整弁の自動制御を行う自動調整モード指令に応じて前記制御手段における所定の制御が行われるように構成したことを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００２０】
本態様によれば、流量制御系の流量調整弁が自動調整モードであることを条件として所定の制御を行わせることができる。
【００２１】
本発明の第５の態様は、
第４の態様に記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記制御手段は、
前記演算手段の前記流量調整弁開度指令に基づき前記流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことを検出する第１のオアゲートと、
前記偏差検出手段の前記偏差信号に基づき前記偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことを検出する第２のオアゲートと、
前記第１のオアゲートの出力の状態信号と、前記流量調整弁の制御指令が検出されるとともに流体遮断弁の全開状態が検出されていることを表す状態信号とのアンド条件を検出する第１のアンドゲートと、
前記第２のオアゲートの出力の状態信号と、前記流量調整弁の制御指令が検出されるとともに流体遮断弁の全開状態が検出されていることを表す状態信号とのアンド条件を検出する第２のアンドゲートとを有することを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００２２】
本態様によれば、制御手段を論理回路で好適に構成することができる。
【００２３】
本発明の第６の態様は、
第１〜第５の態様のいずれか一つに記載する流量制御系の異常検出システムにおいて、
前記流体はアンモニアであり、
前記供給系は電気集塵機にアンモニアを供給するものであり、
前記偏差は、燃料流量の関数として設定され、燃料流量に対応して設定された設定流量であり、
前記流量調整弁は前記供給系において前記アンモニアの流量を調整するものであることを特徴とする流量制御系の異常検出システムにある。
【００２４】
本態様によれば、電気集塵機にアンモニアを供給する場合に好適に適用し得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、流量調整弁の全開または全閉の検出、および設定流量と実流量の偏差の閾値が所定の値以上になった場合に流量調整弁が異常であると判断されて警告が発せられる。したがって、流量調整弁の異常状態を確実に検出して警告を発することができる。
【００２６】
ちなみに、この場合の異常を、設定流量と実流量の偏差の閾値が所定の値以上になったことのみで検出した場合には、偏差の絶対値が所定の閾値未満に収まっている場合であって、流量検出手段が故障している場合には、偏差が縮小しないまま流量調整弁を開方向または閉方向に動作させてしまう場合があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る流量制御系の異常検出システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る流量制御系の制御部における処理手順を示すフローチャートである。
【図３】従来技術に係る電気集塵機にアンモニアを供給するためのアンモニア供給系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
本形態は、ボイラシステム等における排ガス処理系に設けた電気集塵機にアンモニアを供給するアンモニア注入ラインの流量調整弁の開度を調整する流量制御系に適用した場合である。図１は本形態に係る異常検出システムを示すブロック図である。同図に示すように、燃料流量計１により、ボイラに供給される重油や軽油等の燃料の流量が検出され、この検出値を積分器２で積分することにより燃料の総供給量を求め、これを表す検出値が関数発生器３に入力される。この関数発生器３には、燃料流量に対する発生ＳＯ3量（ＮＨ3注入量＝Ｆ（ｘ））が記憶されている。この結果、関数発生器３からは、検出された燃料流量に対してのアンモニアの必要注入量を表す信号が設定流量として差分器４に送出される。差分器４には、アンモニア流量計５からのアンモニア流量を表す流量信号が入力され、この流量信号により、前記関数発生器３で特定したアンモニアの必要注入量に対するアンモニアの実流量との偏差をあらわす偏差信号が出力される。
【００３０】
演算部６は、偏差信号に基づき偏差が縮小するように流量調整弁（図示せず）の開度を制御する流量調整弁開度指令７を出力する。ここで、流量調整弁は、アンモニア注入ライン（図示せず）を介して電気集塵機に供給されるアンモニアの流量が適正量になるように、すなわち前記偏差が縮小するようにアンモニア注入ラインのアンモニア流量を制御するものである。
【００３１】
制御部８は、判定部８Ａ，８Ｂ、オアゲート８Ｃ，８Ｄ、アンドゲート８Ｅ，８Ｆ、タイマ８Ｇ，８Ｈおよびオアゲート８Ｉを有している。
【００３２】
ここで判定部８Ａは演算部６が出力する流量調整弁開度指令７の積算値に基づき流量調整弁の全開または全閉状態が検出された時点でその出力を「１」とする。この出力状態によりオアゲート８Ｃの出力が「１」となり、アンドゲート８Ｅの一方の入力の状態を立ち上げる。アンドゲート８Ｅの他方の入力は当該異常検出システムが自動調整モード（後に詳述する）になっている場合に「１」となる。したがって、アンドゲート８Ｅは自動調整モードであることを条件として流量調整弁の全開または全閉状態が検出された時点でその出力を「１」とする。
【００３３】
一方、判定部８Ｂは差分器４が出力する差分信号に基づき偏差の絶対値が所定の閾値以上になった時点、すなわち流量調整弁の開方向指令の偏差が所定の閾値以上になるか、または閉方向指令の偏差が所定の閾値以上になった時点でその出力を「１」とする。この出力状態によりオアゲート８Ｄの出力が「１」となり、アンドゲート８Ｆの一方の入力の状態を立ち上げる。アンドゲート８Ｆの他方の入力は、アンドゲート８Ｅと同様に、当該異常検出システムが自動調整モードになっている場合に「１」となる。したがって、アンドゲート８Ｆも、自動調整モードであることを条件として流量調整弁の全開または全閉状態が検出された時点でその出力状態を「１」とする。
【００３４】
アンドゲート８Ｅ，８Ｆの出力はタイマ８Ｇ，８Ｈを立ち上げ、予めそれぞれに設定されている時間が経過した後、オアゲート８Ｉを介して警告部９を動作させる。すなわち、制御部８は、当該異常検出システムが自動調整モードであることを条件として、流量調整弁の全開もしくは全閉状態が検出されるか、または偏差の絶対値が所定の値以上であることが検出され、しかも検出から所定の時間が経過した場合に警告部９を介してシステム異常を告知する。
【００３５】
自動指令１０は当該異常検出システムの動作を開始させるための指令である。遮断弁全閉状態検出部１１はアンモニア注入ラインの遮断弁の全閉状態を検出する。自動指令１０と遮断弁全閉状態検出部１１との出力状態はアンドゲート１２，１３を介してスタンバイ指令１５または自動調整モード指令１６となる。ここで、アンドゲート１３には遮断弁全閉状態検出部１１の出力状態を反転した状態信号が供給される。かくして、自動指令１０の状態が「１」となっても遮断弁全閉状態検出部１１の出力状態が「１」、すなわち遮断弁が全閉状態の場合には、スタンバイ指令１５となって当該異常検出システムが異常検出を行うことなく、その前のスタンバイ状態となる。自動指令１０の状態が「１」で、かつ遮断弁全閉状態検出部１１の出力状態が「０」の場合に自動調整モード指令１６により当該異常検出システムが所定の動作を開始し、演算部６における所定の演算および制御部８での所定の制御が開始される。
【００３６】
図２は本形態に係る流量制御系の制御部における処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、次のような処理手順で所定の処理を行う。
【００３７】
１）  まず、自動調整モードであるか否かが判定される（ステップＳＴ１）。これは自動モード指令が出力されているか否かにより判定する。判定の結果、Ｎｏの場合は、Ｙｅｓになるまで同様の動作を繰り返す。
【００３８】
２）  ステップＳＴ１の判定の結果、自動調整モードであることが検出された場合には、流量調製弁の開度状態および偏差信号の大きさを検出する（ステップＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４，ＳＴ５参照）。
【００３９】
３）  ステップＳＴ２〜ＳＴ５の処理の結果、流量調整弁が全開、全閉の何れでもなく、また偏差信号が閾値±Ｔｈ以上または以下の何れでもない場合に、演算部６で演算した流量調整弁開度指令７に基づき開度制御部により流量調整弁の開度を適宜制御する（ステップＳＴ６参照）。
【００４０】
４）  ステップＳＴ２，ＳＴ３の処理の結果、流量制御弁の全開または全閉状態が検出された場合には、その状態の経過時間Ｔ１が第１の閾値時間Ｔ１ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ７参照）。
【００４１】
５）  ステップＳＴ４，ＳＴ５の処理の結果、偏差信号が閾値±Ｔｈ以上または以下の何れかであることが検出された場合には、その状態の経過時間Ｔ２が第２の閾値時間Ｔ２ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ８参照）。
【００４２】
６）  ステップＳＴ７またはステップＳＴ８の処理の結果、第１の閾値時間Ｔ１ｔｈ以上または第２の閾値時間Ｔ２ｔｈ以上となった時点で流量調整弁が異常であるとの警告を発する（ステップＳＴ９）。
【００４３】
かかる本形態によれば、正常状態においては実流量が設定流量となるように流量の開度が制御されるが、流量調整弁の全開または全閉が検出された場合は、流量調整弁が異常であると判断されて警告が発せられる。正常制御状態において流量調整弁が全開または全閉で運転制御されることはないからである。また、設定流量と実流量の偏差の閾値が設定値以上になったことが検知された場合も、流量調整弁が異常であると判断されて警告が発せられる。
【００４４】
したがって、流量調整弁の異常状態を確実に検出して警告を発することができる。
【００４５】
ここで、流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことは演算部６の出力である流量調整弁開度指令７により良好に検出し得るとともに、偏差の絶対値が閾値以上になったことは偏差検出手段の出力である偏差により良好に検出し得る。
【００４６】
また、流量調整弁が全開状態もしくは全閉状態となったことは、かかる状態が検出された時間が第１の設定閾値Ｔ１ｔｈ以上となったことをもって、または偏差の絶対値が所定の閾値±Ｔｈ以上になったことは、かかる状態が第２の設定時間以上となったことをもって検出するようにしたので、全開状態もしくは全閉状態および所定の閾値±Ｔｈ以上の状態を、信号のチャタリングの影響を除去して確実に検出することができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、電気集塵機にアンモニアを供給する流量系の異常状態を検出するシステムとして説明したが、流体の流量を検出する流量検出計の流量を表す流量信号と、予め設定された設定流量を表す設定流量信号との偏差に応じて、偏差が小さくなるように流体の供給系の流量調整弁の開度を制御する流量制御系であれば、それ以上の特別な制限はなく、広く流量制御系の異常検出システムとして一般に適用し得る。
【００４８】
また、制御部８の構成も上記実施の形態のものに限る必要はない。流量調整弁の全開状態、全閉状態、および偏差の絶対値が所定の閾値以上になったことを検出し得る構成となっていればそれ以上の限定は必要ない。
【００４９】
さらに、上記実施の形態では自動調整モードであることを条件として異常検出のための所定の処理を行うようにしたが、必ずしもこのように構成する必要はない。ただ、自動調整モードであることを処理の前提条件とすることで、その分無駄のない合理的な処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は例えば電気集塵機にアンモニアを供給するアンモニア供給系の異常を検出する流体の供給系を有するプラントを構築する産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１        燃料流量計
２        積分器
３        関数発生器
４        差分器
５        アンモニア流量計
６        演算部
７        流量調整弁開度指令
８        制御部  
９        警告部
【図１】
2013246526.tif 000003
【図２】
2013246526.tif 000004
【図３】
2013246526.tif 000005