JP7426312B2 - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents
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Description
図1は、各実施形態に係るゴミ焼却発電プラントの一例を示す図である。
ゴミ焼却発電プラント100は、ゴミ焼却設備30と、発電設備40とを備える。ゴミ焼却設備30は、ゴミが投入されるホッパ1と、ホッパ1に投入されたゴミを下部へ導くシュート2と、シュート2を通じて供給されたゴミを燃焼室6内に供給するプッシャ10と、プッシャ10によって供給されたゴミを受けて、ゴミを移送しながら乾燥と燃焼を行う火格子3と、ゴミを燃焼する燃焼室6と、灰を排出する灰出口7と、空気を供給する送風機4と、送風機4によって供給された空気を火格子3の各部へ導く複数の風箱5A~5Eと、ボイラ9と、を備える。発電設備40は、蒸気タービン41と、蒸気タービン41によって発電された電力を計測する電力計42と、を備える。
ボイラ9の排ガス出口には、煙道12が接続されていて、ボイラ9で熱回収された排ガスは煙道12を通過して不図示の排ガス処理設備を通過後、外部に排出される。
データ取得部21は、センサの計測値、ユーザの指示値など各種データを取得する。例えば、データ取得部21は、蒸気流量センサ11が計測した蒸気流量の計測値を取得する。データ取得部21は、蒸気圧力センサ14が計測した蒸気圧力の計測値(PVp)を取得する。データ取得部21は、電力計42が計測した電力系統の周波数の計測値(PVf)を取得する。電力系統の周波数は発電機の回転数から換算してもよい。
図2~図5を用いて第一実施形態に係るゴミ焼却発電プラント100の制御について説明する。
(構成)
図2は、第一実施形態に係る制御装置の要部の機能構成の一例を示す図である。
図2に制御装置20のうち制御部22の要部の構成を示す。制御部22は、周波数制御部221と、圧力制御部222と、開度演算部224と、圧力補償量演算部225と、蒸気流量補償量演算部226と、位相補償部227と、加算部229と、加算部22A1と、減算部22Bと、加算部22Cと、を備える。これらのうち、周波数制御部221と、圧力制御部222と、開度演算部224と、は蒸気加減弁制御部23が備え、他の構成は、燃焼制御部24が備える。
周波数制御部221は、電力系統の周波数の計測値PVfと、電力系統の周波数の設定値SVfとを取得し、計測値PVfが設定値SVfとなるような蒸気加減弁15の開度MVfを演算する。
通常の運転では、ゴミ焼却発電プラント100の1つの出力が増減しても、電力系統に連系している他の発電プラントがその出力の変動を吸収するために電力系統の周波数は変動しない。しかし、ゴミ焼却発電プラント100を電力系統と解列し、ゴミ焼却発電プラント100の電力でゴミ焼却発電プラント100を運転する動力を賄うときには、発電量と消費動力を釣り合わせなければならない。発電量が消費電力に対して不足すれば、ゴミ焼却発電プラント100の周波数は時間と共に低下し、発電量が消費電力に対して過剰であれば、ゴミ焼却発電プラント100の周波数は時間と共に増加する。周波数が一定になるように蒸気流量を加減すれば、発電量と消費電力の釣合いが取れる。そのような状態を維持することが運転の継続に重要である。周波数制御部221は、周波数の観点から、周波数を一定に保つための蒸気加減弁15の開度MVfを演算する。
MVf = k(SVf-PVf)+SV_ P ・・・(1)
圧力制御部222は、蒸気圧力センサ14が計測する蒸気圧力の計測値PVpと、蒸気圧力の設定値SVpとを取得し、計測値PVpが設定値SVpとなるような蒸気加減弁15の開度MVpを演算する。
ゴミ焼却設備30は、通常時には蒸気圧力を一定にするように運転される。ゴミの発熱量はその由来により多様であるので、燃焼室6に供給するゴミの質量や体積を厳密に一定にしたとしても、ゴミが燃焼して発生する熱は時間と共に変動することは避けられない。そこで、ゴミの供給を一定にし、それでも避けることができない燃焼熱の変動は、発電量を加減する運転(蒸気流量を加減する)によって対応する。ゴミの燃焼熱の値を1つ決めると、それに釣り合うよう発電量も1つ決まる。両者の釣合いが取れていれば、蒸気圧力は一定の値を保つ。燃焼熱よりも発電量が大きければ、蒸気圧力は時間と共に低下し、燃焼熱よりも発電量が小さければ、蒸気圧力は時間と共に上昇する。このように蒸気圧力は、発電量と燃焼熱の釣合いを表している。従って、蒸気圧力を一定にするように蒸気流量を加減して発電量を調整することは合理的である。圧力制御部222は、蒸気圧力の観点から、蒸気圧力を一定に保つための蒸気加減弁15の開度MVpを演算する。
開度演算部224は、開度MVfと開度MVpを取得し、蒸気加減弁15の開度を演算する。ゴミ焼却発電プラント100の制御には、上述のとおり、(a)蒸気圧力を一定にする事と、(b)周波数を一定にする事と、の2つの要請がある。しかし、蒸気加減弁15の制御で2つの要請を完全に満たすことは不可能である。そこで、開度演算部224は、より急迫した側を選択する観点で以下の式(3)の制御ロジックで蒸気加減弁15の開度を決定する。
MVGV = min{MVp,MVf}・・・(3)
MVGVは、2つの要請を調停した結果の蒸気加減弁15の開度指令である。つまり、開度演算部224は、MVpとMVfのうち、小さい値を蒸気加減弁15の開度として決定する。式(3)は、急迫した側を選択することに意味があり、開度演算部224は、例えば、以下の式(4)のようにべき乗の計算によって、蒸気加減弁15の開度を演算してもよい。
図3Aはγ=100のときのMVf、MVp、MVGVの関係を示す図である。図3B、図3C、図3Dは、それぞれγ=10、γ=6、γ=4のときのMVf、MVp、MVGVの関係を示すグラフである。γ=100のケースは、不図示の式(3)のグラフと同様のグラフであり、2つの入力のうちの値が小さいほうのみが出力を支配する。例えば、MVp<MVfのとき、MVGVはMVpのみで(すなわち、図示する面Bで)決まる。MVp>MVfのとき、MVGVはMVfで(すなわち、図示する面Aで)決まる。別の言い方をすると、面BがMVGVを支配するときには、MVfはMVGVに全く影響しない。例えば、MVf>>MVpであるならば、MVGVにMVfが全く影響しなくてもよい。しかし、MVfとMVpが拮抗するとき、すなわちMVf≒MVpのときには、MVGVは両者を勘案したものとすることが好ましいと考えられる。そのようにすれば、A面とB面の切り替わりをスムーズにすることができる。式(3)では、面Aと面Bは明確な稜線により分けられるが、発電設備40に供給する蒸気流量の制御を安定させるためには、これを滑らかなものにすべきである。図3A~図3Dは、順にγの値を100、10、6、4と小さくするにつれて、面Aと面Bの境界が稜線から曲面に変化する様子を示している。式(3)の代わりに、例えば、γ=6程度にした式(4)を利用すれば、図3Cに示すようにMVfとMVpのスムーズな切り替えを行うことができる。
開度演算部224が周波数に基づく開度MVfを選択した場合、蒸気圧力は蒸気加減弁15以外の手段に依って調整されなければならない。蒸気圧力が過度に不足すると、ボイラ9が空焚きになり熱的に破損し、蒸気圧力が過大であると、ボイラ9が構造的に損傷する恐れがある。本実施形態では、周波数制御による蒸気加減弁15の開度制御を実現するために蒸気加減弁15以外の手段(蒸気流量指令の制御)により蒸気圧力を調節する。ゴミ焼却設備30は、通常、プラントの運転者が蒸気流量をある設定値として定め、蒸気流量センサ11が計測する蒸気流量が、この設定値に一致するよう燃焼制御が行われる。開度演算部224は、運転者によって指定された蒸気流量の設定値を、蒸気圧力の偏差に基づき修正する。
圧力補償量演算部225は、蒸気圧力の計測値PVpと、蒸気圧力の設定値SVpとを取得し、低周波成分(圧力の偏差)を補償する補償量を演算する。具体的には、圧力補償量演算部225は、例えば、以下の式(5)の第2項のように、比例積分制御器を用いて補償量を演算する。比例積分制御器の積分時定数Tpは、式(2)で述べた不完全積分の時定数Tpと同じものである。Tpの役割は、蒸気圧力の調整のうち、高周波数成分を式(2)に基づく蒸気加減弁15の開度制御により行い、低周波数成分を式(5)によって行うよう周波数成分を配分する役割を果たす。不完全積分の時定数Tpは300秒よりも小さい値にすると適当である。
補正後の蒸気流量の指令値SVS´は、燃焼調節に利用される。燃焼制御部24は、蒸気流量の指令値SVS´に基づき、概略、SVS´が増大すれば燃焼熱を増やし、SVS´が減少すれば燃焼熱を減らすよう制御する。燃焼調節の基本は、蒸気流量の計測値PVSが指令値SVS´に一致するように、燃焼熱を加減することにある。その目的のため、本実施形態では、図5に示す構成により、燃焼室6へ供給される燃焼空気およびゴミの供給量を演算する。
燃焼制御部24は、蒸気流量の計測値PVSと指令値SVS´の偏差を補償する補償量を演算する蒸気流量補償量演算部226と、フィードバック制御ループの一巡伝達関数の交差角速度が概ね300-1(rad/s)より大きく(追従時定数が300秒よりも小さくなる)よう設定する位相補償部227と、蒸気流量に応じた燃焼空気の流量を演算する燃焼空気演算部226Aと、蒸気流量に応じたゴミ供給量を演算するゴミ供給演算部226Bと、を備える。
dSVa = k(1+1/TS)(SVS´-PVS)・・・(6)
kはPI制御の比例ゲインを表す一般的な記号であり、Tは一般的な積分時定数を表している。このPI制御器の出力は、燃焼空気の調節値dSVaとなる。燃焼空気のおおよその流量は蒸気流量の指令値SVSの値と、燃焼空気演算部226Aが備える所定の関数2261によって算出することができる。関数2261は、蒸気流量の指令値SVSを入力すると、指令値SVSに応じた燃焼空気の流量を出力する。関数2261が出力する値を燃焼空気流量の名目の指令値SVa0と記す。燃焼制御部24は、減算部22Bを用いて、dSVaから、位相補償部227が出力したdSVwを減算し、加算部22Cを用いて名目の空気流量SVa0に、dSVwを減算した後のdSVaを加算して、燃焼空気の供給指令値SVaを算出する。指令値SVaは燃総空気の供給元圧の指令値や、流量の指令値に使われる。例えば、燃焼制御部24は、指令値SVaに基づいて、バルブ8a~8dの開度や送風機4の回転数を調節して燃焼空気の供給量を調節する。
次に、図2、図4、図5を参照して、制御部22の処理の流れについて説明する。データ取得部21は、所定の時間間隔で、蒸気流量センサ11が計測した蒸気流量PVS、蒸気圧力センサ14が計測した蒸気圧力PVp、電力計42が計測した周波数PVfを取得し、これらの値を制御部22へ出力している。
1.蒸気加減弁の制御
蒸気加減弁制御部23は、所定の制御周期で以下の処理を行う。
蒸気加減弁制御部23は、周波数制御部221を用いて周波数に基づく開度MVfを演算する。並行して、制御部22は、圧力制御部222を用いて蒸気圧力に基づく開度MVpを演算する。次に開度演算部224が、式(3)または式(4)により、蒸気加減弁15の開度指令値MVGVを演算する。蒸気加減弁制御部23は、MVGVによって蒸気加減弁15の開度を制御する。
燃焼制御部24は、圧力補償量演算部225を用いて、蒸気圧力の設定値SVpと蒸気圧力の計測値PVpの偏差を補償する補償量を演算する。次に、燃焼制御部24は、蒸気流量の指令値SVSに補償量を加算して、補正後の蒸気流量の指令値SVS´を演算する。次に燃焼制御部24は、蒸気流量補償量演算部226を用いて、蒸気流量の指令値SVS´と蒸気流量の計測値PVSの偏差を補償する燃焼空気の流量の調節値dSVaを演算する。次に燃焼制御部24は、位相補償部227を用いて、位相補償値dSVwを演算する。燃焼制御部24は、調節値dSVaから位相補償値dSVwを減算した値に、蒸気流量の指令値SVSに基づく燃焼空気の供給量SVa0を加算して、燃焼空気の供給指令値SVaを演算する。燃焼制御部24は、蒸気流量の指令値SVSに基づくゴミ供給の指令値SVW0に、位相補償値dSVwを加算した値を加算して、ゴミ供給の指令値SVwを演算する。
燃焼制御部24は、指令値SVaに基づいて、送風機4、バルブ8A~8Eを制御する。燃焼制御部24は、指令値SVwに基づいて、プッシャ10を制御して、燃焼室6へ供給されるゴミの量を制御する。
次に図6を参照して、第二実施形態に係るゴミ発電プラントついて説明する。
図6は、第二実施形態に係る制御装置の要部の機能構成の一例を示す図である。
第二実施形態に係る制御部22Aは、周波数制御部221と、圧力制御部222Aと、HPF(ハイパスフィルター)223と、開度演算部224と、圧力補償量演算部225Aと、蒸気流量補償量演算部226と、位相補償部227と、減算部228と、加算部229と、加算部22A1と、減算部22Bと、加算部22Cと、を備える。第一実施形態との違いは、計測値PVpと設定値SVpに基づいて開度MVpを演算するPI制御器(圧力制御部222A)の後段に低域遮断フィルタ(高域通過フィルタ)HPF223を直列に結合した点であり、それに伴い、いくつかの構成が変更されている。
SVs´ = SVs +F(MVp1-MVp2)・・・・(5a)
式(5a)において、蒸気流量の指令値SVsと蒸気圧力の操作量MVp1およびMVp2は単位が異なる。前者の単位は[t/h]であり、後者は弁開度であるので[%]である。したがって、加算の前には、関数Fにより、弁開度を蒸気流量に換算している。
燃焼制御部24は、運転者が指示した蒸気流量の指令値SVSに、圧力補償量演算部225Aが演算した補償量を加算してSVS´に補正する(式(5a))。上述の単位換算の操作は、本願の制御演算の加減算処理において一般的に実施される。
次に、図6を参照して、制御部22Aの処理の流れについて説明する。データ取得部21は、所定の時間間隔で、蒸気流量センサ11が計測した蒸気流量PVS、蒸気圧力センサ14が計測した蒸気圧力PVp、電力計42が計測した周波数PVfを取得し、これらの値を制御部22Aへ出力している。制御部22Aは、所定の制御周期で以下の処理を行う。
1.蒸気加減弁の制御
蒸気加減弁制御部23は、周波数制御部221を用いて周波数に基づく開度MVfを演算する。並行して、蒸気加減弁制御部23は、圧力制御部222Aを用いて蒸気圧力に基づく開度MVp1を演算する。HPF223は、開度MVp1の低周波成分を除去して、残りの高周波成分MVp2を出力する。次に開度演算部224が、開度MVfと、開度MVp2と、式(3)または式(4)とにより、蒸気加減弁15の開度指令値MVGVを演算する。蒸気加減弁制御部23は、蒸気加減弁15の開度が指令値MVGVとなるように制御する。
燃焼制御部24は、圧力補償量演算部225Aを用いて、蒸気圧力の設定値SVpと蒸気圧力の計測値PVpの偏差を補償する補償量を演算する。次に、燃焼制御部24は、圧力の補償量から開度MVp2(高周波成分)を減じ、補償量2を演算する。次に燃焼制御部24は、蒸気流量の指令値SVSに補償量2を加算して、加算後の蒸気流量の指令値SVS´を演算する(式(5))。次に燃焼制御部24は、蒸気流量補償量演算部226を用いて、蒸気流量の指令値SVs´と蒸気流量の計測値PVsの偏差を補償する調節値dSVaを演算する。次に燃焼制御部24は、位相補償部227を用いて、位相補償値dSVwを演算する。
燃焼制御部24は、調節値dSVaから位相補償値dSVwを減算した値に、蒸気流量の指令値に基づく燃焼空気の供給量SVa0を加算して、燃焼空気の供給指令値SVaを演算する。燃焼制御部24は、位相補償値dSVwに、蒸気流量の指令値に基づくゴミ供給の指令値SVw0を加算して、ゴミ供給の指令値SVwを演算する。
本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
以下、本開示の第三実施形態に係るゴミ発電プラントついて図7~図9Bを参照して説明する。
(構成)
図7は、第三実施形態に係る制御装置の要部の機能構成の一例を示す図である。
第三実施形態に係るゴミ焼却設備30は、予測される発電量の変動に応じて蒸気圧力の設定値SVpを変更する設定蒸気圧力補正部22Dを備える。図7に第三実施形態に係るゴミ焼却設備30の一部の構成を示す。図7は、図2、図6の22-3の範囲の第三実施形態における構成を記載した図である。図7に示すように、設定蒸気圧力補正部22Dは、第一実施形態、第二実施形態の圧力制御部222の前段に設けられる。
図8に示すように、設定蒸気圧力補正部22Dは、出力の下げ代を設定する下げ代設定部22D1と、ルックアップテーブル22D2と、最大許容圧力を設定する最大許容圧力設定部22D3と、減算部22D4と、出力の上げ代を設定する上げ代設定部22D5と、ルックアップテーブル22D6と、最小許容圧力を設定する最小許容圧力設定部22D7と、減算部22D8と、最適値選択部22D9と、を備える。
次に、図8を参照して、設定蒸気圧力補正部22Dの処理の流れについて説明する。
設定蒸気圧力補正部22Dは、蒸気流量の指令値SVsと、出力の下げ代ΔDNと、出力の上げ代ΔUPと、を入力する。
下げ代設定部22D1は、指令値SVsとΔDNとを入力して下げ代を設定する。次に設定蒸気圧力補正部22Dは、下げ代設定部22D1が設定した下げ代と、指令値SVsと、ルックアップテーブル22D2とに基づいて、蒸気圧力の偏差ΔpDNを算出する。これと並行して、最大許容圧力設定部22D3は、指令値SVsを入力して、pMAXを出力する。減算部22D4は、pMAXからΔpDNを減算してSVpMAXを演算する。
第三実施形態は、第一実施形態~第二実施形態の何れとも組み合わせることが可能である。
次に本開示の第四実施形態に係るゴミ発電プラントついて図10を参照して説明する。
(構成)
第四実施形態に係るゴミ焼却設備30は、燃焼室6内のゴミの保有量を調節する機能を備える。現状のように、ゴミ焼却設備30の都合で燃焼調整するならば、燃焼室内のゴミの保有量に応じてゴミを燃焼させればよい。しかし、周波数調整運転では、燃焼室内にゴミが少ないときの大出力や、ゴミが多いときの小出力など、ゴミの保有量に応じて燃やす方法では対応できない。周波数調整運転では、ゴミの保有量が不足していても燃焼空気の追加により出力を増大させるといった運転や、ゴミの保有量が過剰であっても燃焼を減じて出力を抑制するような運転が必要となる。これが可能になるのは、出力とゴミの保有量は厳密に一対一に固く拘束されるものではなく、燃焼空気による調節代があるからである。第四実施形態では、この調整代を利用する。周波数調整運転では、電力系統の周波数に従って燃焼調節しなければならない。例えば、燃焼室内のゴミの量が不足し、燃焼空気を最大限まで追加してやっと出力を維持している状況にあるならば、出力を増やす側の周波数調整には応じられない。このような状況に陥ることを防ぐには、燃焼空気の流量を上限から離して運転しなければならない。そのためには、燃焼室内のゴミの保有量を増やしておかなければならない。第三実施形態と同様に、本実施形態では、燃焼を増やす余地と減らす余地が、ゴミ焼却発電プラント100の出力に依存することに注目する。例えば、既に最大出力で運転しているならば、燃焼をさらに増やす指令を受け付けることはないから、保有するゴミは少な目にして燃焼空気の流量を過剰気味にすることでトータルの燃焼量を確保する。これにより、出力を低下させるために燃焼空気の流量を減じたときに、ゴミの保有量が過剰になりにくい。一方、最小出力で運転しているならば、燃焼をさらに減らすことはないから、燃焼空気を抑え気味にして、且つ、燃焼室内に保有するゴミの量を多目にして運転する。これにより、将来、出力を増やすときに燃焼室内のゴミの保有量が不足することを予防することができる。具体的な構成例を図10に示す。
図10は、第四実施形態に係る燃焼空気演算部およびゴミ供給演算部の一例を示す図である。図10は、図5の燃焼空気演算部226Aおよびゴミ供給演算部226Bに対応する本実施形態の構成を示した図である。
図10に示すように、燃焼空気演算部226A´は、下げ代設定部2263と、上げ代設定部2264と、平均値演算部2267と、加算部2268と、減算部2269と、関数2261とを備える。
下げ代設定部2263は、ΔDNと蒸気流量の指令値SVsを入力し、max{ΔDN、SVsに対応する出力-最小出力}によって下げ代を設定する。
上げ代設定部2264は、ΔUPと蒸気流量の指令値SVsを入力し、min{ΔUP、最大出力-SVsに対応する出力}によって上げ代を設定する。
加算部2268は、指令値SVsに下げ代を加算する。加算後の値をSVs1とする。
減算部2269は、指令値SVsから上げ代を減算する。減算後の値をSVs2とする。平均値演算部2267は、SVs1とSVs2の平均値を演算する。
関数2261は、蒸気流量を入力すると、その蒸気流量に対応する出力に応じた燃焼空気の流量を出力する関数である。関数2261が出力する値を、周波数調整運転に対応する燃焼空気の流量の指令値SVa0´と記す。
例えば、ΔUPとΔDNはともに20%で、現在運転中の出力が90%出力であるならば、10%出力を追加すると100%出力に達するので、上げ代は10%である。一方、下げ代は、20%である。両者の平均値は、下げ代の20%から上げ代の10%を引いて2で割ることにより、5%である。このとき、SVa0´は現在運転中の90%出力に5%を足した95%出力での運転に相当する燃焼空気の流量となる。
図10に示すように、ゴミ供給演算部226B´は、下げ代設定部2271と、上げ代設定部2272と、平均値演算部2273と、減算部2274と、加算部2275と、関数2262とを備える。
ΔDN、ΔUPについては、燃焼空気演算部226A´の説明と同様である。
下げ代設定部2271は、ΔDNと蒸気流量の指令値SVsを入力し、max{ΔDN、SVsに対応する出力-最小出力}によって下げ代を設定する。
上げ代設定部2272は、ΔUPと蒸気流量の指令値SVsを入力し、min{ΔUP、最大出力-SVsに対応する出力}によって上げ代を設定する。
減算部2274は、指令値SVsから下げ代を減算する。減算後の値をSVs3とする。加算部2275は、指令値SVsと上げ代を加算する。加算後の値をSVs4とする。 このように下げ代/上げ代の加算と減算が燃焼空気の流量のときとは逆になっている。
平均値演算部2273は、SVs3とSVs4の平均値を演算する。
関数2262は、蒸気流量を入力すると、その蒸気流量に対応する出力に応じたゴミの供給量を出力する関数である。関数2262が出力する値を、周波数調整運転に対応するゴミ供給量の指令値SVw0´と記す。
例えば、ΔUPとΔDNはともに20%で、現在運転中の出力が90%出力であるならば、10%出力を追加すると100%出力に達するので、上げ代は10%、下げ代は20%である。上げ代の10%から下げ代の20%を引いて、-10%である。このとき、SVw0´は現在運転中の90%出力に-10%を足した80%出力での運転に相当するゴミ供給となる。
第四実施形態は、第一実施形態~第三実施形態の何れとも組み合わせることが可能である。また、第一実施形態及び第二実施形態に対して、燃焼空気演算部226A´又はゴミ供給演算部226B´の一方だけを備える構成としてもよい。
以下、本開示の第五実施形態に係るゴミ発電プラントついて図11を参照して説明する。第五実施形態では、燃焼室内のゴミの保有量を監視し、燃焼中のゴミが排出されることを防ぐ。現在、ごみ焼却炉で行われているように、炉の都合で燃焼調整できるならば、ゴミが灰になる前に排出されることはない。しかし、周波数調整運転では、電力系統の周波数に従って燃焼調節しなければならず、例えば、炉内のゴミの量が過剰で出口付近まで燃焼中のゴミがあるような状態のときに燃焼が制限されると、燃焼中のゴミが炉から排出される恐れがある。燃焼中のゴミが排出されると火災などのリスクがある。
図11は、第五実施形態に係るゴミ供給量の制御の一例を示す図である。
図11は、図5に示した22-2の範囲について、第五実施形態における構成を記載した図(22-2´とする。)である。図11の22-2の範囲の構成は図5に示すものと同じである為、説明を省略する。
燃え切り位置推定部2281は、カメラ16が撮影した画像を取得し、画像処理により、燃焼中のゴミと、燃え切って灰になっているゴミの境界である燃え切り位置X^を検出する。
ゴミ燃焼発熱推定部2282は、以下の式(8)によってゴミの燃焼熱を推定する。
減算部2284は、XMAXからX^を減じる。減じた値が負であれば、画像処理によって検出された燃え切り位置X^は適切な燃え切り位置XMAXを超過していることになる。つまり、この場合、ゴミの保有量が過多の為、ゴミの供給量を抑制する必要がある。
補正用関数2285は、(XMAX-X^)を入力すると、(XMAX-X^)に応じたゴミ供給の補正量dSVw0´を出力する。図11に補正用関数2285のグラフが図示されている。グラフの縦軸は補正量dSVw0´、横軸は(XMAX-X^)である。図示するように、(XMAX-X^)が負の場合、補正量dSVw0´は負の値となる。これは、ゴミ供給量を減じて、燃え切り位置X^を排出口から遠ざける効果がある。
第五実施形態は、第一実施形態~第四実施形態の何れとも組み合わせることが可能である。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える。
上述の制御装置20は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
各実施形態に記載の制御装置20、制御方法およびプログラムは、例えば以下のように把握される。
これにより、速応性が求められる電力系統の周波数変動に対応した周波数調整運転が可能になる。
蒸気流量制御において、短時間でランダムに変化する電力系統の周波数変動への追従が必要な場面で余計となる圧力変動の低周波成分を遮断することができる。
蒸気圧力の計測値の指令値からの偏差のうち、ゴミの燃焼制御で補償することができる低周波成分を考慮したゴミの燃焼制御を行うことができる。これにより、蒸気流量だけでなく、蒸気圧力をも指令値に一致させるよう制御することができる。
これにより、蒸気圧力および蒸気流量の計測値と指令値の偏差を補償することで、精度よく蒸気流量を指令値に一致させることができる。
応答が遅いゴミの供給に関してはゆっくりと行い、効率の良い燃焼制御が実現できる。
出力に応じた量の燃焼空気を供給することにより、燃焼室内のゴミ保有量を適切に管理することができる。
出力に応じた量のゴミを供給することにより、燃焼室内のゴミ保有量を適切に管理することができる。
これにより、燃焼中のゴミが排出を防ぐことができる。
これにより、出力に応じて適切に蒸気圧力の設定値を修正することができる。
5A~5E・・・風箱、6・・・燃焼室、7・・・灰出口、8A~8E・・・バルブ、
9・・・ボイラ、10・・・プッシャ、11・・・蒸気流量センサ、12・・・煙道、
13・・・管路、14・・・蒸気圧力センサ、15・・・蒸気加減弁、16・・・カメラ
20・・・制御装置、21・・・データ取得部、22、22A・・・制御部、
23・・・蒸気加減弁制御部、24・・・燃焼制御部、25・・・記憶部、
30・・・ゴミ焼却設備、40・・・発電設備、41・・・蒸気タービン、
42・・・電力計、221・・・周波数制御部、222、222A・・・圧力制御部
224・・・開度演算部、225・・・圧力補償量演算部、226・・・蒸気流量補償量演算部、227・・・位相補償部、223・・・HPF、22D・・・設定蒸気圧力補正部、22D1・・・下げ代設定部、22D3・・・最大許容圧力設定部、22D2・・・ルックアップテーブル、22D5・・・上げ代設定部、22D7・・・最小許容圧力設定部、22D6・・・ルックアップテーブル、22D9・・・最適値選択部、226A、226A´・・・燃焼空気演算部、2263・・・下げ代設定部、2264・・・上げ代設定部、2267・・・平均値演算部、2261、2262・・・関数、226B、226B´・・・ゴミ供給演算部、2271・・・下げ代設定部、2272・・・上げ代設定部
2273・・・平均値演算部、2281・・・燃え切り位置推定部、2282・・・ゴミ燃焼発熱推定部、2283・・・適正燃え切り位置算出部、2285・・・補正用関数
900・・・コンピュータ、901・・・CPU、902・・・主記憶装置、903・・・補助記憶装置、904・・・入出力インタフェース、905・・・通信インタフェース
Claims (12)
- ゴミ焼却設備が生成した蒸気を発電設備に供給して、前記発電設備が前記蒸気を用いて発電するゴミ焼却発電プラントの制御装置であって、
前記ゴミ焼却設備から前記発電設備に蒸気を供給するラインに設けられた蒸気加減弁を制御する蒸気加減弁制御部、を備え、
前記蒸気加減弁制御部は、前記発電設備が発電する電力の周波数の計測値と、前記周波数について定められた基準値との偏差、および、前記蒸気の圧力の計測値と、前記圧力について定められた基準値との偏差から所定の低周波成分を除去した値と、に基づいて、前記蒸気加減弁の開度を制御する、
制御装置。 - 前記蒸気加減弁制御部は、前記低周波成分を除去した値を、不完全積分により演算する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記蒸気を生成するゴミ焼却設備におけるゴミの燃焼を制御する燃焼制御部、
を更に備え、
前記燃焼制御部は、前記蒸気の流量の指令値を、前記低周波成分に基づいて補正し、補正後の前記蒸気の流量の指令値に基づいて、前記ゴミの燃焼を制御する、
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記燃焼制御部は、前記補正後の前記蒸気の流量の指令値と、前記蒸気の流量の計測値との偏差に基づいて、前記ゴミ焼却設備に供給する燃焼空気の供給を補償する補償量を演算し、前記蒸気の流量の指令値に基づく前記燃焼空気の供給量に前記補償量を加算して、前記燃焼空気の供給を制御する、
請求項4に記載の制御装置。 - 前記燃焼制御部は、前記燃焼空気に関する前記補償量のうち、ゴミの供給に対する蒸気流量の応答に要する時間に基づく周波数成分を抽出し、前記蒸気の流量の指令値に基づくゴミの供給指令値に抽出した値を加算して、前記ゴミの供給を制御する、
請求項5に記載の制御装置。 - 前記発電設備の出力と、出力の上げ代および下げ代とに基づいて、前記燃焼空気の供給量の指令値を補正する燃焼空気演算部、
をさらに備える請求項5から請求項6の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記発電設備の出力と、出力の上げ代および下げ代とに基づいて、前記ゴミの供給指令値を補正するゴミ供給演算部、
をさらに備える請求項6に記載の制御装置。 - 前記燃焼制御部は、前記ゴミ焼却設備の燃焼室における前記ゴミの燃え切り位置が、燃え切り位置の設定値を超過する場合、前記ゴミの供給量を減少させる、
請求項4から請求項8の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記発電設備の出力と、出力の上げ代および下げ代とに基づいて、前記蒸気の圧力の指令値を補正する設定蒸気圧力補正部、
をさらに備える請求項1から請求項9の何れか1項に記載の制御装置。 - ゴミ焼却設備が生成した蒸気を発電設備に供給して、前記発電設備が前記蒸気を用いて発電するゴミ焼却発電プラントの制御方法であって、
前記発電設備が発電する電力の周波数の計測値と、前記周波数について定められた基準値との偏差、および、前記蒸気の圧力の計測値と、前記圧力について定められた基準値との偏差から所定の低周波成分を除去した値と、に基づいて、前記ゴミ焼却設備から前記発電設備に蒸気を供給するラインに設けられた蒸気加減弁の開度を制御する、
制御方法。 - コンピュータに、
ゴミ焼却設備が生成した蒸気を発電設備に供給して、前記発電設備が前記蒸気を用いて発電するゴミ焼却発電プラントの制御方法であって、
前記発電設備が発電する電力の周波数の計測値と、前記周波数について定められた基準値との偏差、および、前記蒸気の圧力の計測値と、前記圧力について定められた基準値との偏差から所定の低周波成分を除去した値と、に基づいて、前記ゴミ焼却設備から前記発電設備に蒸気を供給するラインに設けられた蒸気加減弁の開度を演算する処理、
を実行させるプログラム。
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