JP6070414B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能なボイラを複数有するボイラ群を備えるボイラシステムに関する。

従来、複数の段階的な燃焼位置で燃焼可能なボイラを複数有するボイラ群と、要求される負荷に応じてボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムが提案されている。また、ボイラの燃焼量を連続的に増減させて蒸気の発生量を制御する、いわゆる比例制御方式のボイラシステムも提案されている。

複数のボイラを有するボイラシステムでは、要求負荷に応じて各ボイラの燃焼状態を適切に制御する必要があり、近年では、燃焼させるボイラの台数を適切に制御する試みがいくつかなされている。例えば、特許文献１には、ボイラを、台数増加負荷ゾーン、最適運転負荷ゾーン及び台数減少負荷ゾーンの３つの負荷ゾーンに区分し、ボイラが台数増加負荷ゾーンで燃焼している場合に燃焼させるボイラの台数を増加させ、ボイラが台数減少負荷ゾーンで燃焼している場合に燃焼させるボイラの台数を減少させる比例制御ボイラの制御方法が提案されている。

特開平１１−１３２４０５号公報

ところで、特許文献１で提案されている手法は、全てのボイラの効率特性が同一であることを前提とし、ボイラ毎に効率特性の異なるボイラシステムに適用した場合には、必ずしも適切な制御とはならず、更なる改善が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、効率特性の異なる複数のボイラを備えるボイラシステムにおいて、ボイラの燃焼台数を適切に制御可能なボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記複数のボイラには、ボイラ効率が所定値よりも高くなる燃焼率の範囲であるエコ運転ゾーンが夫々のボイラに対して設定され、かつ、前記制御部は、燃焼状態にあるボイラの燃焼率が当該ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの上限値に到達したか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記ボイラの燃焼率が前記エコ運転ゾーンの上限値に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台増加させる増台制御部と、を備えるボイラシステムに関する。

また、前記判定部は、燃焼状態にあるボイラの燃焼率が当該ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの下限値に到達したか否かを判定し、前記制御部は、前記判定部により前記ボイラの燃焼率が前記エコ運転ゾーンの下限値に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台減少させる減台制御部を更に備えることとしてもよい。

また、前記判定部は、燃焼状態にあるボイラの燃焼率が当該ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの下限値よりも低い所定燃焼率に到達したか否かを判定し、前記制御部は、前記判定部により前記ボイラの燃焼率が前記所定燃焼率に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台減少させる減台制御部を更に備えることとしてもよい。

また、前記制御部は、前記増台制御部により燃焼させるボイラの台数が増加された場合、所定の条件を満たすことを条件に、前記減台制御部による燃焼させるボイラの台数の減少を許可する減台許可部を更に備えることとしてもよい。

この場合において、前記所定の条件は、燃焼状態にある全てのボイラの燃焼率が、前記エコ運転ゾーンの範囲内の第１閾値まで上昇すること、又は前記エコ運転ゾーンの範囲外の第２閾値まで減少することの何れかであることが好ましい。

また、前記制御部は、燃焼させるボイラの台数が増加された場合に燃焼状態にある複数のボイラを均一な燃焼率で燃焼させる出力制御部を更に備えることとしてもよい。

本発明によれば、効率特性の異なる複数のボイラを備えるボイラシステムにおいて、ボイラの燃焼台数を適切に制御することができる。

本発明の一実施形態のボイラシステムの概略を示す図である。 ボイラ群の概略を示す図である。 ボイラ群の概略を示す図である。 制御部の構成を示す機能ブロック図である。 増台制御部がボイラの台数を増加する際の動作例を示す説明図である。 減台制御部がボイラの台数を減少する際の動作例を示す説明図である。 減台許可部が台数減少を許可する際の動作例を示す説明図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のボイラシステム１の全体構成につき、図１を参照しながら説明する。
ボイラシステム１は、複数（５台）のボイラ２０を含むボイラ群２と、これら複数のボイラ２０において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダ６と、この蒸気ヘッダ６の内部の圧力を測定する蒸気圧センサ７と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部４を有する台数制御装置３と、を備える。

ボイラ群２は、蒸気使用設備１８に供給する蒸気を生成する。
蒸気ヘッダ６は、蒸気管１１を介してボイラ群２を構成する複数のボイラ２０に接続されている。この蒸気ヘッダ６の下流側は、蒸気管１２を介して蒸気使用設備１８に接続されている。
蒸気ヘッダ６は、ボイラ群２で生成された蒸気を集合させて貯留することにより、複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が調整された蒸気を蒸気使用設備１８に供給する。

蒸気圧センサ７は、信号線１３を介して、台数制御装置３に電気的に接続されている。蒸気圧センサ７は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（ボイラ群２で発生した蒸気の圧力）を測定し、測定した蒸気圧に係る信号（蒸気圧信号）を、信号線１３を介して台数制御装置３に送信する。

台数制御装置３は、信号線１６を介して、複数のボイラ２０と電気的に接続されている。この台数制御装置３は、蒸気圧センサ７により測定される蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧に基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。台数制御装置３の詳細については、後述する。

以上のボイラシステム１は、ボイラ群２で発生させた蒸気を、蒸気ヘッダ６を介して、蒸気使用設備１８に供給可能とされている。
ボイラシステム１において要求される負荷（要求負荷）は、蒸気使用設備１８における蒸気消費量である。台数制御装置３は、この蒸気消費量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧の変動を、蒸気圧センサ７が測定する蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（物理量）に基づいて算出し、ボイラ群２を構成する各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。

具体的には、蒸気使用設備１８の需要の増大により要求負荷（蒸気消費量）が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量（後述の出力蒸気量）が不足すれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が減少することになる。一方、蒸気使用設備１８の需要の低下により要求負荷（蒸気消費量）が減少し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が増加することになる。従って、ボイラシステム１は、蒸気圧センサ７により測定された蒸気圧の変動に基づいて、要求負荷の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて、蒸気使用設備１８の消費蒸気量（要求負荷）に応じて必要とされる蒸気量である必要蒸気量を算出する。

ここで、本実施形態のボイラシステム１を構成する複数のボイラ２０について説明する。図２及び図３は、本実施形態に係るボイラ群２の概略を示す図である。

図２に示すように本実施形態のボイラ２０は、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラからなる。
比例制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、燃焼率の２０％の燃焼状態）から最大燃焼状態Ｓ２の範囲で、燃焼率が連続的に制御可能とされているボイラである。比例制御ボイラは、例えば、燃料をバーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給するバルブの開度（燃焼比）を制御することにより、燃焼率を調整するようになっている。

また、燃焼率を連続的に制御するとは、後述のローカル制御部２２における演算や信号がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合（例えば、ボイラ２０の出力（燃焼率）が１％刻みで制御される場合）であっても、事実上連続的に出力を制御可能な場合を含む。

本実施形態では、ボイラ２０の燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間の燃焼状態の変更は、ボイラ２０（バーナ）の燃焼をオン／オフすることで制御される。そして、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、燃焼率が連続的に制御可能となっている。
より具体的には、複数のボイラ２０には、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量Ｕが設定されている。これにより、ボイラ２０は、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、単位蒸気量Ｕ単位で、蒸気量を変更可能となっている。

単位蒸気量Ｕは、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量（最大蒸気量）に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム１における出力蒸気量の必要蒸気量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ２０の最大蒸気量の０．１％〜２０％に設定されることが好ましく、１％〜１０％に設定されることがより好ましい。
なお、出力蒸気量とは、ボイラ群２により出力される蒸気量を示し、この出力蒸気量は、複数のボイラ２０の夫々から出力される蒸気量の合計値により表される。

また、図３に示すように本実施形態のボイラ２０には、所定範囲のボイラ効率で燃焼する場合における燃焼率の範囲に対応して設定されるエコ運転ゾーンＺが設定されている。なお、エコ運転ゾーンＺの設定は任意に行うことができるが、本実施形態では、ボイラ効率（ボイラ２０の熱効率）が第１閾値（例えば、９８％）よりも高くなる燃焼率の範囲をエコ運転ゾーンＺとして設定している。

ここで、本実施形態では、複数のボイラ２０の夫々において、エコ運転ゾーンＺの範囲が異なる。一例として、本実施形態では、１号機ボイラのエコ運転ゾーンＺは燃焼率４０〜７０％の範囲に設定され、２号機ボイラのエコ運転ゾーンＺは燃焼率５０〜８０％の範囲に設定され、３号機ボイラのエコ運転ゾーンＺは燃焼率３０〜６０％の範囲に設定され、４号機ボイラのエコ運転ゾーンＺは燃焼率４０〜６０％の範囲に設定され、５号機ボイラのエコ運転ゾーンＺは燃焼率３０〜８０％の範囲に設定されている。
なお、本実施形態では、１号機ボイラから５号機ボイラの全てについて効率特性を異ならせているが、これに限られず、効率特性の異なるボイラ２０が１又は複数混在することとしてもよい。

図２に戻り、複数のボイラ２０には、夫々優先順位が設定されている。優先順位は、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ２０を選択するために用いられる。優先順位は、例えば整数値を用いて、数値が小さいほど優先順位が高くなるよう設定することができる。図２に示すように、１号機ボイラから５号機ボイラの夫々に「１」〜「５」の優先順位が割り当てられている場合、１号機ボイラの優先順位が最も高く、５号機ボイラの優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の制御部４の制御により、所定の時間間隔（例えば、２４時間間隔）で変更される。

以上説明したボイラ２０は、図１に示すように、燃焼が行われるボイラ本体２１と、ボイラ２０の燃焼状態を制御するローカル制御部２２と、を備える。
ローカル制御部２２は、要求負荷に応じてボイラ２０の燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部２２は、信号線１６を介して台数制御装置３から送信される台数制御信号に基づいて、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
また、ローカル制御部２２は、台数制御装置３で用いられる信号を、信号線１６を介して台数制御装置３に送信する。台数制御装置３で用いられる信号としては、ボイラ２０の実際の燃焼状態、及びその他のデータが挙げられる。

次に、台数制御装置３の詳細について説明する。
台数制御装置３は、蒸気圧センサ７からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する各ボイラ２０の燃焼状態を算出し、各ボイラ２０（ローカル制御部２２）に台数制御信号を送信する。この台数制御装置３は、図１に示すように、記憶部５と、制御部４と、を備える。

記憶部５は、台数制御装置３（制御部４）の制御により各ボイラ２０に対して行われた指示の内容や、各ボイラ２０から受信した燃焼状態等の情報、複数のボイラ２０のエコ運転ゾーンＺの設定に関する情報、複数のボイラ２０の単位蒸気量Ｕの設定に関する情報、複数のボイラ２０の優先順位の設定に関する情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報等を記憶する。

制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０に各種の指示を行ったり、各ボイラ２０から各種のデータを受信したりして、５台のボイラ２０の燃焼状態や優先順位を制御する。各ボイラ２０は、台数制御装置３から燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って当該ボイラ２０を制御する。

このような制御部４は、複数のボイラ２０の夫々に設定されたエコ運転ゾーンＺに基づいて燃焼させるボイラ２０の台数を制御する。即ち、制御部４は、燃焼状態にある複数のボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺを外れるまで上昇すると、燃焼させるボイラ２０の台数を増加し、燃焼状態にある複数のボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺを外れるまで下降すると、燃焼させるボイラ２０の台数を減少する。
そこで、制御部４は、図４に示す構成を備える。図４は、制御部４の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように制御部４は、出力制御部４１と、判定部４２と、増台制御部４３と、減台制御部４４と、減台許可部４５と、を含んで構成される。

出力制御部４１は、要求負荷に応じた蒸気量をボイラ群２から出力するようにボイラ２０の燃焼量を制御する。ここで、出力制御部４１は、燃焼状態にあるボイラ２０が複数存在する場合、基本的には全てのボイラ２０を均一な燃焼率で燃焼させる。

判定部４２は、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達したか否かを判定する。ここで、エコ運転ゾーンＺは、ボイラ２０毎に異なる範囲に設定されているため、判定部４２は、燃焼状態にあるボイラ２０毎に燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達したか否かを判定する。
また、判定部４２は、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達したか否かを、燃焼状態にあるボイラ２０毎に判定する。

増台制御部４３は、判定部４２により燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達したと判定された場合に、燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０の燃焼を開始し、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加する。

減台制御部４４は、判定部４２により燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達したと判定された場合に、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼を停止し、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少する。

ここで、図５及び図６を参照して、制御部４による燃焼させるボイラ２０の台数の増減について説明する。図５は、増台制御部４３がボイラ２０の台数を増加する際の動作例を示し、図６は、減台制御部４４がボイラ２０の台数を減少する際の動作例を示す。

図５（Ａ）を参照して、５台のボイラ２０のうち１号機ボイラのみが燃焼し、その他のボイラ２０が燃焼を停止している。このとき、要求負荷が増加すると、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機ボイラの燃焼率を上昇させる。
その結果、図５（Ｂ）に示すように、燃焼状態にある１号機ボイラの燃焼率が１号機ボイラに設定されたエコ運転ゾーンＺの上限値に達するまで上昇すると、判定部４２は、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達したと判定する。

そして、判定部４２による判定に伴い、図５（Ｃ）に示すように増台制御部４３は、燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０のうち最も優先順位の高い２号機ボイラの燃焼を開始し、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加する。なお、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加した場合、出力制御部４１は、燃焼状態にあるボイラ２０を均一な燃焼率で燃焼させる。即ち、図５（Ｃ）では、燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラは、均一な燃焼率で燃焼している。

その後、要求負荷が増加すると、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラの燃焼率を上昇させる。このとき、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラのうちの一方の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達するまでは、１号機及び２号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。本実施形態では、１号機ボイラの上限値が７０％、２号機ボイラの上限値が８０％であるため、図５（Ｄ）に示すように、出力制御部４１は、燃焼率７０％（１号機ボイラの上限値）まで１号機及び２号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。

その後、要求負荷が更に増加した場合、１号機ボイラの燃焼率を上昇させると１号機ボイラの燃焼率がエコ運転ゾーンＺから外れてしまうため、出力制御部４１は、１号機ボイラの燃焼率を７０％（１号機ボイラの上限値）に固定したまま、２号機ボイラの燃焼率を上昇させ、要求負荷に対して追従させる。
その結果、図５（Ｅ）に示すように２号機ボイラの燃焼率が２号機ボイラに設定されたエコ運転ゾーンＺの上限値に到達すると、判定部４２は、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に到達したと判定する。

そして、判定部４２による判定に伴い、図５（Ｆ）に示すように増台制御部４３は、燃焼停止状態Ｓ０にあるボイラ２０のうち最も優先順位の高い３号機ボイラの燃焼を開始し、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加する。このとき、出力制御部４１は、燃焼状態にあるボイラ２０を均一な燃焼率で燃焼させる。

このように本実施形態のボイラシステム１では、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率が設定されたエコ運転ゾーンＺの上限値に到達すると、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加する。このとき、ボイラ２０に設定されたエコ運転ゾーンＺは夫々異なるため、燃焼状態にあるボイラ２０の種類によって、燃焼させるボイラ２０の台数を増加する燃焼率が異なることになる。
具体的には、燃焼状態にあるボイラ２０が１号機及び２号機ボイラの２台である場合、ボイラ群２の燃焼率が１号機ボイラの上限値（７０％）と２号機ボイラの上限値（８０％）との和である１５０％に達すると燃焼させるボイラ２０の台数が増加することになる。一方、燃焼状態にあるボイラ２０が１号機及び３号機ボイラの２台である場合、ボイラ群２の燃焼率が１号機ボイラの上限値（７０％）と２号機ボイラの上限値（６０％）との和である１３０％に達すると燃焼させるボイラ２０の台数が増加することになる。

その結果、効率特性が異なりエコ運転ゾーンＺが異なるボイラ２０が混在した場合であっても、ボイラ２０を効率よく燃焼させつつ、ボイラ２０の燃焼台数を適切に増加することができる。

続いて、図６（Ａ）を参照して、５台のボイラ２０のうち１号機、２号機及び３号機ボイラが燃焼し、その他のボイラ２０が燃焼を停止している。その後、要求負荷が減少すると、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機、２号機及び３号機ボイラの燃焼率を下降させる。このとき、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機、２号機及び３号機ボイラのうちの何れかのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達するまでは、１号機、２号機及び３号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。
本実施形態では、１号機ボイラの下限値が４０％、２号機ボイラの下限値が５０％、３号機ボイラの下限値が３０％であるため、図６（Ｂ）に示すように、出力制御部４１は、燃焼率５０％（２号機ボイラの下限値）まで１号機、２号機及び３号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。

その後、要求負荷が更に減少した場合、２号機ボイラの燃焼率を下降させると２号機ボイラの燃焼率がエコ運転ゾーンＺから外れてしまうため、出力制御部４１は、２号機ボイラの燃焼率を５０％（２号機ボイラの下限値）に固定したまま、１号機及び３号機ボイラの燃焼率を下降させ、要求負荷に対して追従させる。このとき、出力制御部４１は、１号機及び３号機ボイラのうちの何れかのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達するまでは、１号機及び３号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。
その結果、図６（Ｃ）に示すように１号機及び３号機ボイラの燃焼率が１号機ボイラの下限値である４０％まで下降する。

その後、要求負荷が更に減少した場合、１号機ボイラの燃焼率を下降させると１号機ボイラの燃焼率がエコ運転ゾーンＺから外れてしまうため、出力制御部４１は、１号機ボイラの燃焼率を４０％（１号機ボイラの下限値）に固定したまま、３号機ボイラの燃焼率を下降させ、要求負荷に対して追従させる。
その結果、図６（Ｄ）に示すように３号機ボイラの燃焼率が３号機ボイラに設定されたエコ運転ゾーンＺの下限値に到達すると、判定部４２は、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達したと判定する。

そして、判定部４２による判定に伴い、図６（Ｅ）に示すように減台制御部４４は、燃焼状態にあるボイラ２０のうち最も優先順位の低い３号機ボイラの燃焼を停止し、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少する。なお、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少に伴い、出力制御部４１は、３号機ボイラの燃焼率分だけ燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラの燃焼率を上昇させる。

その後、要求負荷が更に減少した場合、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラの燃焼率を下降させる。この場合においても、出力制御部４１は、燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラのうちの何れかのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達するまでは、１号機及び２号機ボイラを均一な燃焼率で燃焼させる。１号機ボイラ及び２号機ボイラでは、図６（Ｆ）に示すように２号機ボイラの方が先に燃焼率が下限値に到達する。
なお、図６（Ｆ）の後、要求負荷が更に減少した場合、出力制御部４１は、２号機ボイラの燃焼率を固定したまま、１号機ボイラの燃焼率を下限値に到達するまで下降させる。その後、１号機ボイラの燃焼率が下限値まで下降すると、判定部４２は、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達したと判定し、減台制御部４４は、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少する。

このように、燃焼させるボイラ２０の台数を減少する場合においても増加する場合と同様に、燃焼状態にあるボイラ２０の種類によって、燃焼させるボイラ２０の台数を減少する閾値を異ならせることができ、ボイラ２０を効率良く燃焼させつつ、燃焼させるボイラ２０の台数を減少することができる。

ところで、燃焼させるボイラ２０の台数を増加する場合、既に燃焼状態にあったボイラ２０の燃焼率は、新たに燃焼を開始するボイラ２０の燃焼率の分だけ減少することになる。このとき、減少する燃焼率によっては、増台制御部４３による台数増加と、減台制御部４４による台数減少とが繰り返されることになってしまう。
一例として、図５（Ｂ）（Ｃ）を参照すると、２号規ボイラの燃焼を開始する前ではエコ運転ゾーンＺの上限値で燃焼していた１号機ボイラの燃焼率は、２号機ボイラの燃焼開始に伴いエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い燃焼率まで下降している。このとき、１号機及び２号機ボイラの燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低いため、燃焼を開始した２号機ボイラを直ちに停止してしまうおそれがある。そこで、制御部４は、減台制御部４４による燃焼させるボイラ２０の台数の減少に一定の制限を設けることとしている。

図４に戻り、減台許可部４５は、増台制御部４３により燃焼させるボイラ２０の台数が増加された場合、所定の条件を満たすことを条件に、減台制御部４４による燃焼させるボイラ２０の台数の減少を許可する。
ここで、所定の条件としては、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺ内の第１閾値まで上昇すること（以下「第１条件」と呼ぶことがある）、又は、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い第２閾値まで下降すること（以下「第２条件」と呼ぶことがある）の何れかを用いることができる。

ここで、図７を参照して、制御部４による燃焼させるボイラ２０の台数減少の許可について説明する。図７は、減台許可部４５が台数減少を許可する際の動作例を示す。

図７（Ａ）を参照して、２号機ボイラの燃焼開始に伴い燃焼状態にある１号機及び２号機ボイラの燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値を下回り、エコ運転ゾーンＺから外れている。

燃焼させるボイラ２０の台数を増加した後に要求負荷が増加すると、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率は上昇する。第１条件は、燃焼率が上昇する場合における減少許可に用いられる。図７（Ｂ）を参照して、台数の増加に伴いエコ運転ゾーンＺを外れた燃焼率がエコ運転ゾーンＺまで上昇すると、減台許可部４５による許可が行われる。
なお、増減繰り返しを防止することから、エコ運転ゾーンＺ内の第１閾値とは、エコ運転ゾーンＺの下限値よりも高い燃焼率であることが好ましい。このとき、エコ運転ゾーンＺの下限値はボイラ２０毎に異なるため、エコ運転ゾーン内の第１閾値もボイラ２０毎に異なることになる。そして、減台許可部４５は、燃焼状態にあるボイラ２０の全ての燃焼率がエコ運転ゾーンＺ内の第１閾値まで上昇すると、台数の減少を許可する。

また、燃焼させるボイラ２０の台数を増加した後に要求負荷が減少すると、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率は下降する。増減繰り返しを防止する一方で、要求負荷が必要以上に減少した場合には燃焼させるボイラ２０の台数を減少することが求められる。第２条件は、燃焼率が下降する場合における減少許可に用いられる。図７（Ｃ）を参照して、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い第２閾値まで減少すると、減台許可部４５による許可が行われる。
なお、エコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い第２閾値は、任意に設定することができ、例えば、最小燃焼状態Ｓ１に相当する燃焼率（２０％）を用いることができる。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

本実施形態のボイラシステム１においては、複数のボイラ２０の夫々にエコ運転ゾーンＺを個別に設定しておき、判定部４２が燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの上限値に達したと判定すると、増台制御部４３は、燃焼させるボイラ２０の台数を１台増加する。これにより、効率特性が異なりエコ運転ゾーンＺが異なるボイラ２０が混在した場合であっても、ボイラ２０を効率よく燃焼させつつ、ボイラ２０の燃焼台数を適切に増加することができる。

また、ボイラシステム１においては、判定部４２が燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に達したと判定すると、減台制御部４４は、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少する。これにより、ボイラ２０を効率よく燃焼させつつ、特性の異なるボイラ２０の燃焼台数を適切に減少することができる。

また、ボイラシステム１においては、減台許可部４５は、燃焼させるボイラ２０の台数が増加された場合に所定の条件を満たすことを条件に、減台制御部４４による燃焼させるボイラ２０の台数の減少を許可する。これにより、燃焼させるボイラ２０の台数の増減が繰り返されることを防止できる。

このとき、ボイラシステム１では、所定の条件として、燃焼状態にある全てのボイラ２０の燃焼率が、エコ運転ゾーンＺの範囲内の第１閾値まで上昇すること、又はエコ運転ゾーンＺの範囲外の第２閾値まで減少すること、の何れかを採用する。これにより、燃焼させるボイラ２０の台数を増加した後の要求負荷の変動（増減）に対して、減台許可部４５による減少許可を適切に行うことができる。

また、ボイラシステム１においては、出力制御部４１は、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させた場合に、燃焼状態にある複数のボイラ２０を均一な燃焼率で燃焼させる。これにより、燃焼状態にある複数のボイラ２０の燃焼率を平準化することができ、ボイラシステム１全体における圧力安定性を向上することができる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、減台制御部４４は、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値に到達すると、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少することとしているが、燃焼台数を減少させる閾値は、エコ運転ゾーンＺの下限値に限られるものではない。即ち、減台制御部４４は、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い所定燃焼率に到達すると、燃焼させるボイラ２０の台数を１台減少することとしてもよい。
この場合、判定部４２は、燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率がエコ運転ゾーンＺの下限値よりも低い所定燃焼率に到達したか否かを判定し、減台制御部４４は、判定部４２により燃焼状態にあるボイラ２０の燃焼率が所定燃焼率に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台減少させることで実現することができる。なお、所定燃焼率は任意に設定することができるが、増減繰り返しの防止から、減台許可部４５が第２条件で用いる上述の第２閾値よりも高い燃焼率であることが好ましい。

例えば、上記実施形態では、本発明を、５台のボイラ２０からなるボイラ群２を備えるボイラシステムに適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、６台以上のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよく、また、２台のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
３ 台数制御装置
４ 制御部
４１ 出力制御部
４２ 判定部
４３ 増台制御部
４４ 減台制御部
４５ 減台許可部

Claims (5)

1. 燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な、効率特性の異なるボイラを含む複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記複数のボイラには、
   ボイラ効率が所定値よりも高くなる燃焼率の範囲であるエコ運転ゾーンが夫々のボイラに対して設定され、かつ、
   前記制御部は、
   燃焼状態にあるボイラ毎に、燃焼率が当該ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの上限値に到達したか否かを判定するとともに、燃焼状態にあるボイラ毎に、燃焼率が当該ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの下限値以下の所定燃焼率に到達したか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により前記燃焼状態にある全てのボイラの燃焼率が夫々のボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの上限値に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台増加させる増台制御部と、
   前記判定部により前記燃焼状態にある全てのボイラの燃焼率が夫々のボイラに設定された前記所定燃焼率に到達したと判定された場合に、燃焼させるボイラの台数を１台減少させる減台制御部と、
   前記増台制御部により燃焼させるボイラの台数が増加された場合、所定の条件を満たすことを条件に、前記減台制御部による燃焼させるボイラの台数の減少を許可する減台許可部と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記所定燃焼率は、前記ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの下限値である請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記所定燃焼率は、前記ボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの下限値よりも低い燃焼率である請求項１に記載のボイラシステム。
4. 前記所定の条件は、燃焼状態にある全てのボイラの燃焼率が、夫々のボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの範囲内の第１閾値まで上昇すること、又は夫々のボイラに設定された前記エコ運転ゾーンの範囲外の第２閾値まで減少すること、の何れかである請求項１に記載のボイラシステム。
5. 前記制御部は、
   燃焼させるボイラの台数が増加された場合に燃焼状態にある複数のボイラを均一な燃焼率で燃焼させる出力制御部、
   を更に備える請求項１又は請求項２に記載のボイラシステム。

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