JP6375954B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、蒸気圧力値が予め設定された目標圧力値になるように燃焼率が決定される１つ以上のボイラを有する第１ボイラ群と、蒸気圧力値が第１ボイラ群において設定された目標圧力値とは異なる目標圧力値になるように燃焼率が決定される、第１ボイラ群に属さない１つ以上のボイラを有する第２ボイラ群とからなる、複数のボイラ群が混在するボイラシステムに関する。

複数のボイラからなるボイラ群において生成された蒸気を蒸気ヘッダに集合し、この蒸気ヘッダから負荷機器に対して蒸気を供給するボイラシステムにおいて、ボイラ群を２種類に大別し、これらを台数制御するボイラシステムが知られている。例えば、特許文献１には、ボイラ群をボイラ効率が高くなる燃焼率で燃焼させるエコ運転ボイラ群と、要求負荷の変動に応じて燃焼率を変更して燃焼させる負荷追従ボイラ群とに大別することが記載されている。

また、特許文献１には記載されていないが、ボイラ群が２種類存在し、なおかつ双方のボイラ群が、それぞれ蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値（以下、「ヘッダ圧力値」ともいう）が予め設定された目標圧力値になるように、個別に目標値制御されている場合、仮に双方のボイラ群の目標圧力値を同じとする場合には、双方で負荷追従を行う動作となるため、制御が不安定になる可能性が高い。
このため、２種類のボイラ群が、それぞれ個別に目標圧力値制御されている場合、通常は、片方のボイラ群をメイン的に燃焼させ（以下、「第１ボイラ群」ともいう）、もう片方のボイラ群が不足分を補うようにサブ的に燃焼させる（以下、「第２ボイラ群」ともいう）方法が一般的である。

このため、例えば、第１ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第２ボイラ群の目標圧力値を低く設定することで、全体負荷が低い場合には、ヘッダ圧力値が第１ボイラ群の目標圧力値近辺で安定することになる。この場合、第２ボイラ群においても、ヘッダ圧力値が第１ボイラ群の目標圧力値近辺で安定することになる。
そうすると、第２ボイラ群のヘッダ圧力値は、自身に予め設定されている目標圧力値を大きく上回るため、第２ボイラ群の燃焼量は基本的にゼロとなる。

特開２０１４−９８５２９号公報

この場合、ボイラシステム間で負荷の偏りが生じることになる。その結果、例えば、全体負荷が低く、第１ボイラ群で全体必要量を賄える場合、第２ボイラ群のボイラは燃焼停止され、全台待機となる恐れがある。そうすると、低負荷によるボイラ缶体腐食の恐れが生じる。また、ボイラ群同士で負荷の偏りが大きすぎるため、ボイラ負荷不均一となる問題も生じる。
このため、第１ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第２ボイラ群の目標圧力値を低く設定する場合においても、第２ボイラ群のボイラをある程度燃焼させておくことが望まれる。

本発明は、１つ以上のボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上のボイラからなる第２ボイラ群とからなるボイラ群を備え、第１ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第２ボイラ群の目標圧力値を低く設定するボイラシステムにおいて、第２ボイラ群のボイラを燃焼し易くして、ボイラ群間の負荷不均一を是正するとともに、全体負荷が高負荷帯域にある場合を除いて、ヘッダ圧力値が第１ボイラ群の目標圧力値になるように維持できるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、１つ以上のボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上のボイラからなる第２ボイラ群と、からなるボイラ群と、前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、前記ヘッダ圧力値が予め設定された第１目標圧力値と一致するように、前記第１ボイラ群の燃焼状態をＰＩ制御又はＰＩＤ制御する第１制御部と、前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する第２制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記第２制御部は、前記蒸気圧測定手段により測定されるヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第１目標圧力値より小さな値となる第２目標圧力値と一致するように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより必要蒸気量を算出する必要蒸気量算出部と、前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が予め設定された第１蒸気量を下回る場合、前記第１蒸気量を出力し、前記必要蒸気量が前記第１蒸気量以上となる場合、前記必要蒸気量を出力するように、前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する出力制御部と、を備えるボイラシステムに関する。

また、前記出力制御部は、前記第１蒸気量を出力する場合、前記第２ボイラ群における予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させることができる。

また、前記固定燃焼率は、前記固定燃焼率は、前記燃焼させるボイラの燃焼効率の最も高い燃焼率（以下、「エコ運転ポイント」ともいう）とすることができる。

また、前記固定燃焼率は、前記燃焼させるボイラの最小燃焼率とすることができる。

本発明のボイラシステムによれば、１つ以上のボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上のボイラからなる第２ボイラ群とからなるボイラ群を備え、第１ボイラ群の目標圧力値を高く設定し、第２ボイラ群の目標圧力値を低く設定するボイラシステムにおいて、全体負荷が低い場合であっても、第２ボイラ群を一定量燃焼させることができるため、ボイラ群間の負荷不均一を是正するとともに、全体負荷が低く、第１ボイラ群で全体必要量を賄える場合であっても、第２ボイラ群のボイラは全台待機とならず、低負荷によるボイラ缶体腐食を防止するとともに、ボイラ群同士の負荷不均一を改善することができる。

本発明の第１実施形態に係るボイラシステム１の概略を示す図である。 ボイラ群の概略を示す図である。 第２制御部４Ｂの構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係るボイラシステム１の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態に係るボイラシステム１の動作を示すフローチャートである。 従来の台数制御を実施した場合における、第１ボイラ群及び第２ボイラ群における発生蒸気量の推移を示す図である。 第１実施形態に係る台数制御を実施した場合における、第１ボイラ群及び第２ボイラ群における発生蒸気量の推移を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係るボイラシステム１について説明する。図１は、ボイラシステム１の概略を示す図である。

ボイラシステム１は、３台の連続制御ボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａと２台の連続制御ボイラ２０Ｂからなる第２ボイラ群２Ｂとからなるボイラ群２と、複数の連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂ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（以下「ヘッダ圧力」ともいう）を測定する蒸気圧センサ７と、第１ボイラ群２Ａの燃焼状態を制御する第１制御部４Ａを有する台数制御装置３Ａと、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する第２制御部４Ｂを有する台数制御装置３Ｂと、を備える。なお、蒸気圧センサ７により測定された蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧力値を以下、「ヘッダ圧力値ＰＶ」ともいう。

連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂは、それぞれ、図１に示すように、燃焼が行われるボイラ本体２１Ａ及び２１Ｂと、連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を制御するローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂ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を構成する複数の連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂ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、複数の連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂ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、それぞれ台数制御装置３Ａ及び３Ｂに電気的に接続されている。蒸気圧センサ７は、ヘッダ圧力を測定し、測定したヘッダ圧力値ＰＶに係る信号（蒸気圧信号）を、信号線１３を介して、それぞれ台数制御装置３Ａ及び３Ｂに送信する。

台数制御装置３Ａ及び３Ｂは、信号線１６Ａ及び１６Ｂを介して、それぞれ複数の連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂと電気的に接続されている。この台数制御装置３Ａ及び３Ｂは、蒸気圧センサ７により測定されるヘッダ圧力値ＰＶに基づいて、それぞれ連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を制御する。

以上のボイラシステム１は、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂ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。

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が不足すれば、ヘッダ圧力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、ヘッダ圧力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により測定されたヘッダ圧力値ＰＶ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、ヘッダ圧力値ＰＶ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ＭＶを算出する。

ここで、第１実施形態のボイラシステム１を構成する複数のボイラ２０Ａ及び２０Ｂについて説明する。図２は、第１実施形態に係るボイラ群２の概略を示す図である。
第１実施形態のボイラ２０Ａ及び２０Ｂは、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な連続制御ボイラからなる。
連続制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態Ｓ２の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。連続制御ボイラは、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、燃焼量を調整するようになっている。

また、燃焼量を連続的に制御するとは、ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂ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２０Ａ及び２０Ｂの出力（燃焼量）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。

第１実施形態におけるボイラ２０Ａ及び２０Ｂにおける、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については、それぞれボイラ２０Ａ及び２０Ｂ（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、燃焼量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２０Ａ及び２０Ｂそれぞれには、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２０Ａ及び２０Ｂ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２０Ａ及び２０Ｂ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。
尚、出力蒸気量とは、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂ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２０Ａ及び２０Ｂそれぞれから出力される蒸気量の合計値により表される。

また、第１実施形態では、複数のボイラ２０Ａ及び２０Ｂには、それぞれボイラ効率が最も高くなる負荷率であるエコ運転ポイントが設定される。

また、複数のボイラ２０Ａ及び２０Ｂには、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、台数制御装置３Ａ及び３Ｂが、それぞれ、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ２０Ａ及び２０Ｂ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、例えば、第１ボイラ群２Ａのボイラ２０Ａの１号機〜３号機のそれぞれに「１」〜「３」の優先順位が割り当てられている場合、１号機の優先順位が最も高く、３号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第１制御部４Ａ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。
同様に、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂの４号機及び５号機のそれぞれに「１」及び「２」の優先順位が割り当てられている場合、４号機の優先順位が最も高く、５号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の第２制御部４Ｂ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。

前述したように、連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂは、それぞれ、燃焼が行われるボイラ本体２１Ａ及び２１Ｂと、ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を制御するローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂと、を備える。
ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ蒸気消費量に応じてボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ信号線１６Ａ及び１６Ｂを介して台数制御装置３Ａ及び３Ｂから送信される制御信号又は運転者の手動操作により入力された制御信号に基づいて、ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を制御する。また、ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ台数制御装置３で用いられる信号を、信号線１６Ａ及び１６Ｂを介してそれぞれ台数制御装置３Ａ及び３Ｂに送信する。台数制御装置３Ａ及び３Ｂで用いられる信号としては、ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの実際の燃焼状態、及びその他のデータ等が挙げられる。

以上のように構成されたボイラシステム１では、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂで発生させた蒸気が、蒸気ヘッダ６を介して蒸気使用設備１８に供給される。

次に、台数制御装置３Ａ及び３Ｂの詳細について説明する。
台数制御装置３Ａ及び３Ｂは、蒸気圧センサ７からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じた各ボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態を算出し、各ボイラ２０Ａ及び２０Ｂ（ローカル制御部２２Ａ及び２２Ｂ）に台数制御信号を送信する。この台数制御装置３Ａ及び３Ｂは、図１に示すように、それぞれ第１記憶部５Ａ及び第２記憶部５Ｂと第１制御部４Ａ及び第２制御部４Ｂとを備え、それぞれ信号線１６Ａ及び１６Ｂを介して各ボイラ２０Ａ及び２０Ｂに電気的に接続されている。

第１制御部４Ａ及び第２制御部４Ｂは、それぞれ信号線１６Ａ及び１６Ｂを介してボイラ２０Ａ及び２０Ｂに各種の指示を送信したり、それぞれ各ボイラ２０Ａ及び２０Ｂから各種のデータを受信したりして、それぞれボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態及び運転台数の制御を実行する。各ボイラ２０Ａ及び２０Ｂは、それぞれ台数制御装置３Ａ及び３Ｂから燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って該当するボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼量を制御する。なお、第１制御部４Ａ及び第２制御部４Ｂは、それぞれ信号線１６Ａ及び１６Ｂを介してそれぞれボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼状態に関する情報を受信する。
第１制御部４Ａ及び第２制御部４Ｂの詳細な構成については後述する。

第１記憶部５Ａは、台数制御装置３Ａ（第１制御部４Ａ）の制御により、ボイラ２０Ａに対して行われた指示の内容や、各ボイラ２０Ａからそれぞれ受信した燃焼状態等の情報、各ボイラ２０Ａの単位蒸気量Ｕの設定に関する情報、複数のボイラ２０Ａ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、それぞれ記憶する。
また、第１記憶部５Ａには、蒸気圧センサ７により測定されるヘッダ圧力値ＰＶに係る設定条件として、第１ボイラ群２Ａの燃焼制御に係る第１目標圧力値Ｐ１を予め設定することができる。

第２記憶部５Ｂは、第１記憶部５Ａと同様に、台数制御装置３Ｂ（第１制御部４Ｂ）の制御により、ボイラ２０Ｂに対して行われた指示の内容や、各ボイラ２０Ｂからそれぞれ受信した燃焼状態等の情報、各ボイラ２０Ｂの単位蒸気量Ｕの設定に関する情報、複数のボイラ２０Ｂ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、それぞれ記憶する。
また、第２記憶部５Ｂには、蒸気圧センサ７により測定されるヘッダ圧力値ＰＶに係る設定条件として、第２ボイラ群２Ｂの燃焼制御に係る第２目標圧力値Ｐ２を予め設定することができる。
さらに、第２記憶部５Ｂには、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量を設定するとともに、一定蒸気量を出力するための、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を予め設定することができる。
そうすることで、後述するように、第２ボイラ群２Ｂの出力制御部４１Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶに基づいて算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎと第１蒸気量Ｖ１を比較することにより、必要蒸気量ＭＶ_ｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御するか、又は第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させるかを判断することができる。

次に第１制御部４Ａ及び第２制御部４Ｂの詳細な構成について説明する。
まず、第１制御部４Ａについて説明する。

第１制御部４Ａは、第１ボイラ群２Ａから発生した蒸気の圧力値（ヘッダ圧力値）が、予め設定された第１目標圧力値Ｐ１となるような制御量を算出し、この制御量に基づいて第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａの燃焼量を制御する。
すなわち、第１制御部４Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶと予め第１記憶部５Ａに設定された第１ボイラ群２Ａの第１目標圧力値Ｐ１との偏差に対して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行うことで、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量ＭＶ_ｎを算出し、算出した蒸気量ＭＶ_ｎを発生するように第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａを制御する。

ここで、第１制御部４ＡのＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御について簡単に説明する。
第１制御部４Ａは、蒸気圧センサ７で測定されたヘッダ圧力値ＰＶ（フィードバック値）と予め設定された第１目標圧力値Ｐ１（設定値）との偏差がゼロとなるように、現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを、以下に示す速度形ＰＩＤアルゴリズムにより算出する。なお、速度形ＰＩアルゴリズムについては、速度形ＰＩＤアルゴリズムにおいて、Ｄ制御出力(変化分)を省略したものであり、その説明は省略する。

第１制御部４Ａは、複数のボイラ２０Ａから発生させるべき現時点の必要蒸気量ＭＶ_ｎを、下記の速度形演算式（式１）により算出する。
ＭＶ_ｎ＝ＭＶ_ｎ−１＋ΔＭＶ_ｎ ・・・・・・・・・・（式１）
（式１）において、ＭＶ_ｎ：現時点の必要蒸気量（今回必要蒸気量）、ＭＶ_ｎ−１：前回の制御周期時点の必要蒸気量（前回必要蒸気量）、ΔＭＶ_ｎ：前回から今回までの必要蒸気量変化分である。ここで、添字ｎは、繰り返し演算の演算回数（ｎ回目：ｎ＝１，２，…，Ｎの正の整数値）を示す。
速度形演算は、制御周期毎に前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎのみを計算し、これに前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１を加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを計算する方法である。
これに対して、制御周期毎に今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを直接計算するＰＩＤ制御アルゴリズムは、位置形演算と言う。

前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎは、下記の（式２）により算出される。
ΔＭＶ_ｎ＝ΔＰ_ｎ＋ΔＩ_ｎ＋ΔＤ_ｎ ・・・・・・・（式２）
（式２）において、ΔＰ_ｎ：Ｐ制御出力(変化分)、ΔＩ_ｎ：Ｉ制御出力(変化分)、
ΔＤ_ｎ：Ｄ制御出力(変化分)であり、それぞれ下記の（式３）〜（式５）により求められる。
ΔＰ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(ｅ_ｎ−ｅ_ｎ−１) ・・・・・・・・・（式３）
ΔＩ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(Δｔ／Ｔ_Ｉ)×ｅ_ｎ ・・・・・・・（式４）
ΔＤ_ｎ＝Ｋ_Ｐ×(Ｔ_Ｄ／Δｔ)×(ｅ_ｎ−２ｅ_ｎ−１＋ｅ_ｎ−２) ・・・（式５）
（式３）〜（式５）において、Δｔ：制御周期、Ｋ_Ｐ：比例ゲイン、Ｔ_Ｉ：積分時間、Ｔ_Ｄ：微分時間、ｅ_ｎ：現時点の偏差量、ｅ_ｎ−１：前回の制御周期時点の偏差量、
ｅ_ｎ−２：前々回の制御周期時点の偏差量である。
現時点の偏差量ｅ_ｎは、第１目標圧力値Ｐ１と、蒸気圧センサ７で測定されたヘッダ圧力値ＰＶとの差であって、下記の（式６）により求められる。
ｅ_ｎ＝Ｐ１−ＰＶ ・・・・・・・・・・・・・・（式６）

第１制御部４Ａは、（式３）、（式４）、（式５）で算出された各出力(変化分)を、（式２）に従って合計することにより、前回から今回までの必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを算出する。
そして、第１制御部４Ａは、（式１）のように、前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１に必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎを加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを計算することができる。
こうすることで、第１制御部４Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量を算出し、算出した蒸気量を発生するように第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａを制御する。
以上、連続制御ボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａを制御する第１制御部４Ａについて説明した。

次に、第２制御部４Ｂについて説明する。
図３に示すように、第２制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂと、出力制御部４２Ｂと、を含んで構成される。

必要蒸気量算出部４１Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶと予め第２記憶部５Ｂに設定された第２ボイラ群２Ｂの第２目標圧力値Ｐ２との偏差に対して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づき、ヘッダ圧力値ＰＶが第２目標圧力値Ｐ２となるために必要な必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する。
なお、必要蒸気量算出部４１ＢのＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる必要蒸気量の算出方法については、前述した第１制御部４ＡのＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムによる必要蒸気量の算出方法と同様であることから、説明は省略する。

出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
また、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力するように制御する。
そうすることで、全体負荷が低い場合であっても、第２ボイラ群２Ｂを一定量燃焼させることができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂにおける負荷不均一を改善することができる。

なお、固定燃焼率は、第２ボイラ群２Ｂにおける燃焼させるボイラ２０Ｂの燃焼効率の最も高い燃焼率とすることが好ましい。また、固定燃焼率は、第２ボイラ群２Ｂにおける燃焼させるボイラ２０Ｂの最小燃焼率とすることもできる。
前述したように、第２記憶部５Ｂに、第２ボイラ群２Ｂが、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎に、固定燃焼率を予め設定することができる。

＜出力制御部４２Ｂによる出力蒸気量制御＞
第２制御部４Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。
また、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、第２制御部４Ｂは、出力制御部４２Ｂにより、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力するように制御する。

そうすることで第２ボイラ群２Ｂにおける負荷が低い場合（第２ボイラ群２Ｂにおいてヘッダ圧力値ＰＶに基づいて算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定されたベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を下回る場合）であっても第２ボイラ群２Ｂに割り当てたベースロード分のボイラを予め設定された第１蒸気量Ｖ１に対応する固定燃焼率で固定燃焼させることができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂにおける負荷不均一を改善することができる。

逆に、全体負荷が上昇し、要求負荷に対して第１ボイラ群２Ａだけで賄えなくなり、第２ボイラ群２Ｂにおける負荷が高くなった場合（必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定されたベースロードに該当する一定蒸気量以上となる場合）には、固定燃焼率で燃焼させる固定燃焼ボイラを含む第２ボイラ群２Ｂに属するすべてのボイラで負荷追従を行うことができる。

次に、第１実施形態のボイラシステム１の動作を実現するための処理の流れについて、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、それぞれ、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２Ｂの処理の流れを示すフローチャートである。
まず、図４を参照して、第１ボイラ群２Ａにおける処理の流れを説明する。

処理の前準備として、第１ボイラ群２Ａに対して第１目標圧力値Ｐ１の設定を行い、第１記憶部５Ａの所定の領域に記憶しておく（図示せず）。

ステップＳＴ１において、台数制御装置４Ａにより第１ボイラ群２Ａの燃焼制御を開始する。

ステップＳＴ２において、第１制御部４Ａにより、制御周期毎に第１ボイラ群２Ａの燃焼状態を制御する。
より具体的には、第１制御部４Ａは、制御周期毎に、ヘッダ圧力値ＰＶと予め第１記憶部５Ａに設定された第１ボイラ群２Ａの第１目標圧力値Ｐ１との偏差に対して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行うことで、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量ＭＶ_ｎを算出し、算出した蒸気量ＭＶ_ｎを発生するように第１ボイラ群２Ａを構成するボイラ２０Ａを制御する。

第１制御部４Ａは、制御周期毎に、ステップＳＴ２を繰り返す。

次に、図５を参照して、第２ボイラ群２Ｂにおける処理の流れを説明する。
処理の前準備として、第２ボイラ群２Ｂに対して第２目標圧力値Ｐ２を設定し、第２記憶部５Ｂに記憶しておく。また、第２ボイラ群２Ｂに予めベースロードに該当する一定蒸気量（第１蒸気量Ｖ１）を設定するとともに、ベースロードに該当する第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂのボイラ２０Ｂ毎の固定燃焼率及びボイラ台数を設定し、第２記憶部５Ｂに記憶しておく。なお、第１蒸気量Ｖ１と固定燃焼率との関係について、第１蒸気量Ｖ１は、全台を燃焼させるのではなく、任意の台数を燃焼させることで生成されるように設定することができる。（以上、図示せず）。

ステップＳＴ１１において、台数制御装置４Ｂにより第２ボイラ群２Ｂの燃焼制御を開始する。

ステップＳＴ１２において、第２制御部４Ｂは、制御周期毎に、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定されたベースロードとなる第１蒸気量Ｖ１を下回るか否かを判定する。必要蒸気量ＭＶ_ｎが第１蒸気量Ｖ１を下回る場合（Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１３に移る。必要蒸気量ＭＶ_ｎが第１蒸気量Ｖ１以上の場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ１４に移る。

ステップＳＴ１３において、出力制御部４２Ｂは、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる。

その後、ステップＳＴ１２に移る。

ステップＳＴ１４において、第２制御部４Ｂ（必要蒸気量算出部４１Ｂ）は、必要蒸気量算出部４１Ｂにより、制御周期毎に、ヘッダ圧力値ＰＶと予め第２記憶部５Ｂに設定された第２ボイラ群２Ｂの第２目標圧力値Ｐ２との偏差（Ｐ２−ＰＶ）に対して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行うことで、ヘッダ圧力値ＰＶが第２目標圧力値Ｐ２となるために必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出し、第２制御部４Ｂ（出力制御部４２Ｂ）は、算出した必要蒸気量ＭＶ_ｎを発生するように第２ボイラ群２Ｂを構成するボイラ２０Ｂを制御する。

その後、ステップＳＴ１２に移る。

次に、図６及び図７を参照して、第１ボイラ群２Ａの目標圧力値Ｐ１を高く設定し、第２ボイラ群２Ｂの目標圧力値Ｐ２を低く設定して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行う場合（以下「従来の台数制御」という）と比較しながら、第１実施形態に係る台数制御を実施した場合の動作を説明する。

ここで、図６は、「従来の台数制御」を行った場合のヘッダ圧力の推移を示す図である。これに対して、図７は、本発明の第１実施形態に係る台数制御を実施した場合のヘッダ圧力の推移を示す図である。
ここで、図６の（Ｂ）〜（Ｄ）及び図７の（Ｂ）〜（Ｄ）ともに、縦軸を蒸気量、横軸を時間としている。したがって、図６及び図７における第１ボイラ群発生蒸気量は、第１ボイラ群に含まれるボイラの発生蒸気量の合計となる。また、第１ボイラ群発生蒸気量のＭＡＸとは、第１ボイラ群に含まれるボイラの最大出力蒸気量の合計となる。図６及び図７における第２ボイラ群発生蒸気量についても同様である。

＜従来の台数制御＞
従来の台数制御を実施した場合、図６に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ_０〜ｔ_１）、第１ボイラ群２Ａはヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量を発生する。この間第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
その後、全体負荷が上昇しても、ｔ_２までの間、第１ボイラ群２Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。この間、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
時刻ｔ_２以降、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量が第１ボイラ群２Ａの出力可能な最大蒸気量Ｘを上回ると、ヘッダ圧力は低下するが、ヘッダ圧力値ＰＶが閾値Ｐ以下になる時点（ｔ_３）まで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。
ｔ_３以降、依然として、使用蒸気量が第１ボイラ群２Ａの出力可能な最大蒸気量Ｘを上回ることから、第１ボイラ群２Ａは、自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力し、第２ボイラ群２Ｂは、使用蒸気量の不足分を補う形で、ヘッダ圧力値ＰＶが第２目標圧力値Ｐ２となるために必要な蒸気量を算出し、算出した蒸気量を発生する。
このように、従来の台数制御を実施した場合、使用蒸気量が第１ボイラ群２Ａの出力可能な最大蒸気量Ｘを上回るまで、第２ボイラ群２Ｂは全台待機状態となる。

＜第１実施形態に係る台数制御＞
これに対して、第１実施形態に係る台数制御を実施した場合、図７に示すように、全体負荷が低い場合（ｔ_０〜ｔ_１）、第１ボイラ群２Ａはヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１を保つために必要な蒸気量を発生する。他方第２ボイラ群２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
その後、全体負荷が上昇して、使用蒸気量が増加しても、ｔ_２〜ｔ_３までの間、第１ボイラ群２Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１を保つために必要な蒸気量を自身の出力蒸気量で賄うことができる。このため、第２ボイラ群２Ｂは依然として必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量がゼロとなり、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回ることから、出力制御部４２Ｂにより第１蒸気量Ｖ１を出力する。
ｔ_２以降、ヘッダ圧力値ＰＶが第１目標圧力値Ｐ１となるために必要な蒸気量が第１ボイラ群２Ａの出力可能な最大蒸気量Ｘを上回ると、ヘッダ圧力値ＰＶが低下するが第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが第２目標圧力値Ｐ２の近傍値となる時点（ｔ_３）まで、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量が、予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回り、出力制御部４２Ｂにより依然として第１蒸気量Ｖ１を出力する。
以降、依然として、使用蒸気量が第１ボイラ群２Ａの出力可能な最大蒸気量Ｘを上回ることから、第１ボイラ群２Ａは自身の出力可能な最大蒸気量Ｘを出力し、第２ボイラ群２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出される必要蒸気量が第１蒸気量Ｖ１以上となる時点以降において、使用蒸気量の不足分を補う形で、ヘッダ圧力値ＰＶが第２目標圧力値Ｐ２となるために必要な蒸気量を発生することとなる。
このように、第１実施形態に係る台数制御を実施した場合、使用蒸気量に関係なく第２ボイラ群２Ｂは、一定量以上、燃焼させることができる。

第１実施形態のボイラシステム１によれば、例えば、次の効果が奏される。
第１実施形態のボイラシステム１においては、第１ボイラ群２Ａは、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された第１目標圧力値Ｐ１と一致するように、その燃焼状態をＰＩ制御又はＰＩＤ制御される。他方第２ボイラ群２Ｂは、ヘッダ圧力値ＰＶが予め設定された、第１目標圧力値Ｐ１より小さな値となる第２目標圧力値Ｐ２と一致するように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより必要蒸気量ＭＶ_ｎを算出する必要蒸気量算出部４１Ｂと、必要蒸気量算出部４１Ａにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎに基づいて、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する出力制御部４２Ｂと、を備え、出力制御部４２Ｂは、必要蒸気量算出部４１Ｂにより算出された必要蒸気量ＭＶ_ｎが予め設定された第１蒸気量Ｖ１を下回る場合、第１蒸気量Ｖ１を出力するように、第２ボイラ群２Ｂにおける予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させ、必要蒸気量が第１蒸気量Ｖ１以上となる場合、必要蒸気量ＭＶ_ｎを出力するように、第２ボイラ群２Ｂの燃焼状態を制御する。

そのため、第１実施形態によれば、使用蒸気量にかかわらず第２ボイラ群２Ｂに対して所定量以上の燃焼量を確保することができるため、ボイラ缶体腐食を防止するとともに、ボイラ群同士の負荷不均一を改善することができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１においては、予め設定される固定燃焼率は第２ボイラ群２Ｂにおける燃焼させるボイラ２０Ｂの燃焼効率の最も高い燃焼率（エコ運転ポイント）とすることができる。

そのため、第１実施形態によれば、全体負荷が低い場合に、第２ボイラ群２Ｂを効率よく燃焼させることができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１においては、予め設定される固定燃焼率は第２ボイラ群２Ｂにおける燃焼させるボイラ２０Ｂの最小燃焼率とすることができる。

そのため、第１実施形態によれば、全体負荷が上昇し、第１ボイラ群２Ａの出力蒸気量の不足分を第２ボイラ群２Ｂが補う場合に、負荷追従性に優れたボイラシステム１を提供することができる。

以上、本発明のボイラシステム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、第１実施形態では、本発明を、３台のボイラ２０Ａからなる第１ボイラ群２Ａ及び２台のボイラ２０Ｂからなる第２ボイラ群２Ｂからなるボイラ群２を備えるボイラシステム１に適用したが、これに限らない。すなわち、本発明を、４台以上のボイラ２０からなる第１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、１台又は２台のボイラからなる第１ボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。
同様に、本発明を、３台以上のボイラ２０からなる第２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、１台のボイラからなる第２ボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。

また、第１実施形態では、連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂを、すべて同一のボイラ容量としたが、これに限らない。すなわち、連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂ毎にその最小燃焼量、単位蒸気量、最大燃焼量としての燃焼能力が異なる場合にも適用可能である。

また、第１実施形態では、第１ボイラ群２Ａ及び第２ボイラ群２ＢのＰＩ（又はＰＩＤ）制御アルゴリズムとして、制御周期毎の必要蒸気量変化分ΔＭＶ_ｎのみを計算し、これに前回必要蒸気量ＭＶ_ｎ−１を加算して、今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを計算する速度形ＰＩ（又は速度形ＰＩＤ）アルゴリズムによるＰＩ又はＰＩＤ制御を適用したが、速度型ＰＩ（又は位置型ＰＩＤ）アルゴリズムに限定されない。制御周期毎に今回必要蒸気量ＭＶ_ｎを直接計算する位置型ＰＩ（又は位置型ＰＩＤ）アルゴリズムによるＰＩ又はＰＩＤ制御を適用してもよい。

また、第１実施形態では、ボイラ２０Ａ及び２０Ｂにおける、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を、それぞれボイラ２０Ａ及び２０Ｂの燃焼をオン／オフすることで制御し、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量を連続的に制御可能な連続制御ボイラ２０Ａ及び２０Ｂにより構成したが、これに限らない。すなわち、ボイラを、燃焼停止状態から最大燃焼状態の範囲すべてにおいて、燃焼量を連続的に制御可能な連続制御ボイラにより構成してもよい。

また、第１実施形態では、第１ボイラ群２Ａの複数のボイラ２０Ａ及び第２ボイラ群２Ｂの複数のボイラ２０Ｂをそれぞれ連続制御ボイラにより構成することとしているが、第１ボイラ群２Ａ及び／又は第１ボイラ群２Ｂを段階値制御ボイラにより構成することとしてもよい。なお、段階値制御ボイラとは、複数の段階的な燃焼位置を有し、燃焼を選択的にオン／オフしたり、炎の大きさを調整したりすること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。一例として、複数のボイラ２０Ａ及び２０Ｂを、燃焼停止位置、低燃焼位置及び高燃焼位置の３位置を有する３位置ボイラにより、構成することとしてもよい。もちろん、ボイラ２０Ａ及び２０Ｂは、３位置に限らず、任意のＮ位置の燃焼位置を有することとしてもよい。

また、段階値制御ボイラにより構成する場合、段階値ボイラ毎に、ボイラ容量、燃焼位置の段階数Ｎ、及び各燃焼位置における燃焼率等を異なるものとしてもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２Ａ 第１ボイラ群
２Ｂ 第２ボイラ群
２０ ボイラ
２０Ａ 連続制御ボイラ
２０Ｂ 連続制御ボイラ
３Ａ 台数制御装置
４Ａ 第１制御部
５Ａ 第１記憶部
３Ｂ 台数制御装置
４Ｂ 第２制御部
４１Ｂ 必要蒸気量算出部
４２Ｂ 出力制御部
５Ｂ 第２記憶部
６ 蒸気ヘッダ（蒸気集合部）
７ 蒸気圧センサ（蒸気圧測定手段）
１８ 蒸気使用設備（負荷機器）

Claims (4)

1. １つ以上のボイラからなる第１ボイラ群と、１つ以上のボイラからなる第２ボイラ群と、からなるボイラ群と、
   前記ボイラ群において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、
   前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧であるヘッダ圧力値を測定する蒸気圧測定手段と、
   前記ヘッダ圧力値が予め設定された第１目標圧力値と一致するように、前記第１ボイラ群の燃焼状態をＰＩ制御又はＰＩＤ制御する第１制御部と、
   前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する第２制御部と、
   を備えるボイラシステムであって、
   前記第２制御部は、
   前記蒸気圧測定手段により測定されるヘッダ圧力値が、予め設定された、前記第１目標圧力値より小さな値となる第２目標圧力値と一致するように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより必要蒸気量を算出する必要蒸気量算出部と、
   前記必要蒸気量算出部により算出された必要蒸気量が予め設定された第１蒸気量を下回る場合、前記第１蒸気量を出力し、前記必要蒸気量が前記第１蒸気量以上となる場合、前記必要蒸気量を出力するように、前記第２ボイラ群の燃焼状態を制御する出力制御部と、を備えるボイラシステム。
2. 前記出力制御部は、前記第１蒸気量を出力する場合、前記第２ボイラ群における予め設定される台数のボイラを予め設定された固定燃焼率で燃焼させる、請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記固定燃焼率は、前記燃焼させるボイラの燃焼効率の最も高い燃焼率である、請求項２に記載のボイラシステム。
4. 前記固定燃焼率は、前記燃焼させるボイラの最小燃焼率である、請求項２に記載のボイラシステム。

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