特許 6036376 ボイラシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6036376

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】ボイラシステム

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/00 20060101AFI20161121BHJP

   G05B 5/01 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   F22B35/00 J

   G05B5/01

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-28391(P2013-28391)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-156976(P2014-156976A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2015年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】名本 哲二

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０７３１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２０７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３２１６６９６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平４−３１９２０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実開平２−６７４０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５１−５１６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１４３９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ３５／００−３５／１８

Ｇ０５Ｂ ５／００− ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料の燃焼量に応じた熱エネルギーを発生させるボイラと、
前記ボイラで発生した熱エネルギーの出力値である熱エネルギー出力値が予め設定された目標熱エネルギー出力値となるように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された制御量に基づいて前記ボイラの燃焼量を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された偏差比例出力値が前記ボイラの最大出力を超えた場合に、前記ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された偏差積分出力値をゼロにリセットする
ボイラシステム。

【請求項2】

前記制御手段は、前記偏差積分出力値が前記ボイラの最大出力を超えないようにする
請求項１に記載のボイラシステム。

【請求項3】

前記ボイラは、燃焼量を連続的に増減可能な複数のボイラ本体を備える
請求項１又は２に記載のボイラシステム。

【請求項4】

前記目標熱エネルギー出力値は、前記ボイラの運転可能な最大上限熱エネルギー出力値以下に設定される
請求項１〜３のいずれか一項に記載のボイラシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気消費量に応じたボイラの燃焼量を、ＰＩ又はＰＩＤアルゴリズムにより制御するボイラシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ボイラと、蒸気使用設備の蒸気消費量（要求負荷）に応じてボイラの燃焼量を制御する制御部と、を備えたボイラシステムが知られている。このようなボイラシステムでは、蒸気ヘッダの蒸気圧力（以下、「蒸気圧力値」ともいう）が蒸気消費量の変動に係わらず一定の目標蒸気圧力値となるように、蒸気消費量の変動に応じてボイラの燃焼量が制御される。従来、蒸気消費量の変動に対して蒸気ヘッダの蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つため、ボイラで発生すべき蒸気量（以下、「ＰＩＤ要求蒸気量」ともいう）をＰＩＤアルゴリズムにより制御する手法を用いたボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−７３１０５号公報

【特許文献2】特許第３８０５６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ＰＩＤアルゴリズムによる蒸気量の制御では、例えば、ボイラシステムの最大発生蒸気量に近い蒸気消費量が続いた後、その蒸気消費量が急激に減少に転じた場合、それまでに累積した正の積分量の影響により、算出されるＰＩＤ要求蒸気量はすぐに減少することはない。そのため、蒸気ヘッダの蒸気圧力値は、一時的に目標蒸気圧力値を急激に上回ることがある。蒸気圧力値が目標蒸気圧力値を急激に上回った後は、今度は負の積分値が累積されるため、ＰＩＤ要求蒸気量の急速な減少が発生する。そして、このときに負の積分量が過大に累積されるため、出力蒸気量の復帰が遅れ、その後も蒸気圧力値が降下する。また、出力蒸気量が復帰して蒸気圧力値が上昇し始めても、過大な負の積分量の影響により、蒸気圧力値が上昇するまでに大幅な応答遅れが生じる。以後、この繰り返しにより、蒸気ヘッダの蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に収束せずに上下に変動する、いわゆるハンチング現象が発生する。このようなハンチング現象は、ボイラシステムの起動直後においても発生し得る。

【0005】

従って、本発明は、蒸気消費量が急激に変動した場合でも、蒸気圧力値を速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができるボイラ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】

【0006】

本発明は、燃料の燃焼量に応じた熱エネルギーを発生させるボイラと、前記ボイラで発生した熱エネルギーの出力値である熱エネルギー出力値が予め設定された目標熱エネルギー出力値となるように、ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された制御量に基づいて前記ボイラの燃焼量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された偏差比例出力値が前記ボイラの最大出力を超えた場合に、前記ＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより演算された偏差積分出力値をゼロにリセットするボイラシステムに関する。

【0007】

また、前記制御手段は、前記偏差積分出力値が前記ボイラの最大出力を超えないようにすることが好ましい。

【0008】

また、前記ボイラは、燃焼量を連続的に増減可能な複数のボイラ本体を備えることが好ましい。

【0009】

また、前記目標熱エネルギー出力値は、前記ボイラの運転可能な最大上限熱エネルギー出力値以下に設定されることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、蒸気消費量が急激に変動した場合でも、蒸気圧力値を速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができるボイラシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るボイラシステム１の概略構成図である。

【図2】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムのみで圧力制御を実施した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【図3】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【図4】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【図5】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常ＰＩＤアルゴリズムのみで圧力制御を実施した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【図6】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【図7】図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係るボイラシステムの好ましい実施形態（第１〜第３実施形態）について、図面を参照しながら説明する。

【0013】

まず、本発明に係るボイラシステムの第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るボイラシステム１の概略構成図である。

【0014】

本実施形態に係るボイラシステム１は、図１に示すように、５台のボイラ２０を含むボイラ群２と、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、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ボイラ制御装置３と、を備える。

【0015】

ボイラ群２は、５台のボイラ２０を含んで構成され、負荷機器としての蒸気使用設備１８に供給する蒸気を発生する。各ボイラ２０は、燃料の燃焼量に応じた蒸気（熱エネルギー）を発生する。すなわち、本実施形態のボイラ２０は、蒸気ボイラである。

【0016】

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。

【0017】

ローカル制御部２２は、蒸気消費量に応じてボイラ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を介してボイラ制御装置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。台数制御信号については後述する。また、ローカル制御部２２は、ボイラ制御装置３で用いられる信号を、信号線１６を介してボイラ制御装置３に送信する。ボイラ制御装置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等が挙げられる。

【0018】

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。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。

【0019】

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。蒸気ヘッダ６は、燃焼させる１又は複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、蒸気圧力値が一定（目標蒸気圧力値）に調整された蒸気を蒸気使用設備１８に供給する。

【0020】

蒸気圧センサ７は、信号線１３を介して、ボイラ制御装置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の蒸気圧力値（熱エネルギー出力値）を測定し、その蒸気圧力値に対応する蒸気圧信号を、信号線１３を介してボイラ制御装置３に送信する。

【0021】

ボイラ制御装置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。ボイラ制御装置３は、蒸気圧センサ７により測定される蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値に基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態（燃焼量）を制御する。ボイラ制御装置３については、後述する。

【0022】

以上のように構成されたボイラシステム１では、ボイラ群２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。

【0023】

ボイラシステム１において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、蒸気使用設備１８における蒸気消費量（要求負荷）に応じて変動する。ボイラ制御装置３（制御部４）は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値（物理量）に基づいてＰＩＤアルゴリズムによりＰＩＤ要求蒸気量を算出する。ＰＩＤ要求蒸気量とは、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値を、目標蒸気圧力値（目標熱エネルギー出力値）にするために必要な蒸気量である。ボイラ制御装置３は、算出されたＰＩＤ要求蒸気量に基づいてボイラ群２を構成する各ボイラ２０の燃焼量を制御する。これにより、各ボイラ２０から蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量（出力蒸気量）が調節されるため、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に近づけることができる。すなわち、蒸気消費量の変動に応じて、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値を一定の目標蒸気圧力値に保つことができる。

【0024】

具体的には、蒸気使用設備１８の需要の増大により蒸気消費量が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量が不足すれば、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が減少する。一方、蒸気使用設備１８の需要の低下により蒸気消費量が減少し、蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が増加する。ボイラ制御装置３は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値の変動に基づいて、蒸気消費量の変動をモニターする。そして、ボイラ制御装置３は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値に基づいて、蒸気使用設備１８の蒸気消費量に応じたＰＩＤ要求蒸気量を算出し、蒸気ヘッダ６に、このＰＩＤ要求蒸気量に対応した出力蒸気量が供給されるように各ボイラ２０の燃焼量を制御する。

【0025】

本実施形態のボイラ２０は、燃焼量を連続的に増減可能に構成された比例制御ボイラからなる。

【0026】

比例制御ボイラは、少なくとも、最小燃焼状態（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態までの範囲で、燃焼量を連続的に増減させることができる。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、燃焼量を調整することができる。

【0027】

次に、ボイラ制御装置３の構成について詳細に説明する。ボイラ制御装置３は、図１に示すように、制御手段としての制御部４と、記憶部５と、を備える。

【0028】

制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０に各種の指示を送信したり、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の燃焼状態及び運転台数の制御を実行する。各ボイラ２０は、ボイラ制御装置３から燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って該当するボイラ２０の燃焼量を制御する。制御部４の詳細な構成については後述する。

【0029】

記憶部５は、各ボイラ２０に送信された指示に関する情報、各ボイラ２０から受信した燃焼状態に関する情報、各ボイラ２０の優先順位に関する情報、後述するＰＩＤ要求蒸気量の算出に必要なデータ等を記憶する。

【0030】

次に、制御部４の構成について更に詳細に説明する。図１に示すように、制御部４は、蒸気量算出部４１と、台数制御部４２と、を備える。

【0031】

蒸気量算出部４１は、予め設定された目標蒸気圧力値、蒸気圧センサ７で測定された蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値等に基づいて、ＰＩＤ要求蒸気量を算出する。具体的には、蒸気量算出部４１は、蒸気圧センサ７で測定された蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が、予め設定された目標蒸気圧力値となるように、ＰＩＤ要求蒸気量を、後述のＰＩＤアルゴリズムにより算出する。

【0032】

蒸気量算出部４１は、ＰＩＤ要求蒸気量（ＰＩＤ制御量）を、下記の式（１）に基づいて算出する。
ＰＩＤ要求蒸気量＝偏差比例出力（Ｐ制御）＋偏差積分出力（Ｉ制御）＋偏差微分出力（Ｄ制御） ・・・（１）

【0033】

また、ＰＩＤ要求蒸気量を構成する各成分は、下記の式（２）〜（４）により算出される。
偏差比例出力（ＰＩＤ＿Ｅ）＝ＰＩＤ＿Ｋ×（目標蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値）
・・・（２）
ここで、ＰＩＤ＿Ｋ（比例ゲイン）は、単位圧力偏差（１ｋｇｆ／ｃｍ^２又は１ＭＰａ）当たりのボイラ出力（蒸気量）である。

【0034】

偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）＝ＰＩＤ＿ＥＩ＋ ＰＩＤ＿Ｅ／積分時間（秒）
・・・（３）
偏差微分出力（ＰＩＤ＿ＥＤ）＝
ＰＩＤ＿Ｋ×（１秒前の蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値）×微分時間（秒）
・・・（４）

【0035】

本実施形態の蒸気量算出部４１は、上記式（２）〜（４）で算出された各出力を合計することにより、ＰＩＤ要求蒸気量を算出する。

【0036】

蒸気量算出部４１は、上記式（２）で算出された偏差比例出力（ＰＩＤ＿Ｅ）が、本システムの最大発生蒸気量（最大出力）を超える場合、すなわち蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯（後述）を下回った時点において、偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）をゼロにリセットする（以下、「偏差積分出力のゼロリセット」ともいう）。

【0037】

本実施形態における圧力比例帯は、以下の通りである。
圧力比例帯＝９，０００ｋｇ／ｈ（３台分の最大出力合計）／７，２００ｋｇ（ｋｇ／ｈ）／（ｋｇ／ｃｍ^２）
＝１．２５ｋｇ／ｃｍ^２
ここで、７，２００ｋｇ（ｋｇ／ｈ）／（ｋｇ／ｃｍ^２）は、本実施形態における比例ゲインである。

【0038】

後述する圧力制御の具体例では、目標蒸気圧力値が８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２となるため、８．０−１．２５＝６．７５ｋｇ／ｃｍ^２が圧力比例帯の下限値となる。蒸気量算出部４１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯の下限値である６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を下回った時点で偏差積分出力のゼロリセットを実行する。

【0039】

蒸気量算出部４１において、偏差積分出力のゼロリセットを行うことにより、式（１）で算出されるＰＩＤ要求蒸気量に、偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）が含まれなくなる。そのため、ＰＩＤ要求蒸気量の算出において、過大に累積された正の偏差積分出力（累積の積分量）の影響を低減することができる。なお、偏差積分出力のゼロリセットの具体例については後述する。

【0040】

台数制御部４２は、蒸気消費量に応じて必要な台数のボイラ２０を燃焼させる、いわゆる台数制御を実行する。具体的には、台数制御部４２は、蒸気消費量が増加して燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる場合には、予め設定された優先順位の高いボイラ２０から順に燃焼を開始させる。また、台数制御部４２は、蒸気消費量が減少して燃焼させるボイラ２０の台数を減少させる場合には、予め設定された優先順位の低いボイラ２０から順に燃焼を停止させる。

【0041】

台数制御部４２は、蒸気量算出部４１において、蒸気消費量に応じて算出されたＰＩＤ要求蒸気量に基づいて、燃焼させるボイラ２０の台数を設定する。台数制御部４２は、記憶部５に記載されている優先順位に従って燃焼を開始又は停止するボイラ２０を設定すると共に、それらボイラ２０のローカル制御部２２に対して、台数制御信号（運転の開始又は停止）を出力する。これにより、燃焼させるボイラ２０から、ＰＩＤ要求蒸気量に対応する蒸気量（以下、「出力蒸気量」ともいう）が蒸気ヘッダ６に供給される。

【0042】

次に、制御部４の蒸気量算出部４１において、通常のＰＩＤアルゴリズムのみで圧力制御を実施した場合の比較例、及び通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合の実施形態について説明する。

【0043】

図２は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムのみで圧力制御を実施した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。図３は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【0044】

本実施形態では、ボイラ群２の最大燃焼台数を３台、目標蒸気圧力値を８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、比例ゲイン（ＰＩＤ＿Ｋ）を７，２００（ｋｇ／ｈ）／（ｋｇ／ｃｍ^２）、積分時間を１０秒、微分時間２秒、バイアス補正を０ｋｇ／ｈとした。そして、経過時間１，３００〜１，４００秒ほどに至るまでの間において、本システムの最大発生蒸気量（最大出力）に近い蒸気消費量が続いて、１，４００秒過ぎに蒸気消費量が急激に下がるパターンを設定し、シミュレーション計算を実行した。図２及び図３は、そのシミュレーション計算の結果を示している。

【0045】

図２及び図３において、横軸は経過時間（秒）、右縦軸は蒸気量（ｔ／ｈ）、左縦軸は蒸気圧力値（ｋｇ／ｃｍ^２）をそれぞれ示している。また、図２及び図３において、太い実線は蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値、破線は蒸気消費量、細い実線は蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量をそれぞれ表している。なお、出力蒸気量は、燃焼させる３台のボイラ２０から出力される蒸気量の合計値を示している。また、図２及び図３に示すシミュレーションは、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値を約２．０ｋｇ／ｃｍ^２とした状態からスタートさせている（後述する第２実施形態の図４も同じ）。

【0046】

図２に示すように、経過時間０から、およそ１，３００秒までの間、ボイラ群２から蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量は、蒸気消費量に応じて２〜５（ｔ／ｈ）の範囲で変動している。この間は、蒸気消費量が急激に変動していないため、算出されたＰＩＤ要求蒸気量に対応した出力蒸気量は、蒸気消費量の変動に追従している。また、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力は、ほぼ目標蒸気圧力値（８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２）に収束している。

【0047】

一方、経過時間１，３００から、およそ１，４００秒までの間に、ボイラシステム１の最大発生蒸気量（最大出力）に近い蒸気消費量が続き、経過時間１，４００過ぎに蒸気消費量の急激な減少が生じている。この経過時間１，３００秒から、およそ１，４００秒までの間に算出されるＰＩＤ要求蒸気量は、この間に累積された正の積分量の影響を受けるため、経過時間１，４００秒過ぎにおいて蒸気消費量が急激な減少に転じても、蒸気ヘッダ６に供給される出力蒸気量はすぐに減少することはない。蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、正の積分量の影響により、一時的に目標蒸気圧力値を過大に上回る。

【0048】

このように、蒸気圧力値が目標蒸気圧力値を過大に上回ると、今度はその修正過程において負の積分値の累積が進むため、算出されるＰＩＤ要求蒸気量の急速な減少が発生する。そのため、通常のＰＩＤアルゴリズムのみによる圧力制御では、負の積分値の影響により、ＰＩＤ要求蒸気量の復帰（上昇）が遅れ、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は継続して降下する。また、ＰＩＤ要求蒸気量が復帰して上昇に転じた後も、過大な負の積分値の累積が残るため、大幅な応答遅れが生じることになる。そのため、図２に示す比較例では、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に収束せずに上下に変動するハンチング現象が発生してしまう（経過時間１，４４０秒以降を参照）。

【0049】

一方、図３に示す実施形態では、蒸気量算出部４１において、偏差比例出力（ＰＩＤ＿Ｅ）がボイラシステム１の最大発生蒸気量を超える場合、すなわち蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯の下限値である６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を下回った時点において、偏差積分出力のゼロリセットが実行される。具体的には、図３において、１，４４０秒過ぎに蒸気圧力値が減少した直後には、偏差積分出力のゼロリセットは実行されない。しかし、その後の経過時間１，５００秒過ぎにおいて、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯の下限値である６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を下回ると、その時点で偏差積分出力のゼロリセットが実行される。

【0050】

これにより、算出されるＰＩＤ要求蒸気量には、偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）が含まれなくなる。そのため、図３に示すように、１，５３０秒過ぎ以降において、算出されたＰＩＤ要求蒸気量に対応する出力蒸気量はオーバーシュートすることなく、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従するようになる。また、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値も、目標蒸気圧力値の付近で収束する。

【0051】

また、図２に示すシミュレーション結果では、ハンチング現象により、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、最大９．２８ｋｇ／ｃｍ^２、最小０．６７ｋｇ／ｃｍ^２となり、その変動幅は８．６１ｋｇ／ｃｍ^２であった。これに対して、図３に示すシミュレーション結果において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、最大９．１０ｋｇ／ｃｍ^２、最小２．７８ｋｇ／ｃｍ^２となり、その変動幅は６．３２ｋｇ／ｃｍ^２となった。このように、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合には、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御のみの場合に比べて、蒸気ヘッダ６の圧力変動が少なくなるので、蒸気圧力値を安定した状態に保つことができる。

【0052】

上述した第１実施形態に係るボイラシステム１によれば、偏差比例出力がボイラシステム１の最大発生蒸気量を超えた場合、すなわち蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯を下回った時点において、偏差積分出力のゼロリセットが実行される。これによれば、ボイラシステム１の最大発生蒸気量に近い蒸気消費量（要求負荷）が続いた後、その蒸気消費量が急激に減少に転じた場合において、過大な正及び負の積分量の影響をなくすことができる。そのため、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に収束せずに上下に変動するハンチング現象が抑制され、蒸気圧力値を速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができる。

【0053】

次に、本発明に係るボイラシステムの第２実施形態について、主に図４を参照して説明する。図４は、図１に示すボイラシステム１Ａをモデルとして、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【0054】

第２実施形態において、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して説明する。本実施形態に係るボイラシステム１Ａの基本的な構成は、図１と同じであるため、システムを構成する各部の説明を省略する。ここでは、第１実施形態との相違点について説明する。

【0055】

本実施形態に係るボイラシステム１Ａは、蒸気量算出部４１Ａ（図１参照）において、後述する偏差積分出力のハイカットを実行する点が第１実施形態と異なる。

【0056】

本実施形態の蒸気量算出部４１Ａは、上述した偏差積分出力のゼロリセットに加えて、上記式（３）で算出された偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）が、ボイラシステム１Ａの最大発生蒸気量（最大出力）を超えないように偏差積分出力を制御する。すなわち、最大発生蒸気量を、偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）の最大値とし、それ以上の積分量をカットする（以下、「偏差積分出力のハイカット」ともいう）。

【0057】

一般に、ボイラシステムにおける最大発生蒸気量は、ボイラ群の物理的な上限値であるため、それ以上の過大なＰＩＤ要求蒸気量を算出しても、蒸気圧力値の適切な制御には結びつかない。また、正の積分値の増大は、その後の出力蒸気量の減少を遅らせることになる。そのため、偏差積分出力がボイラシステム１Ａの最大発生蒸気量を超えないようにすることにより、ＰＩＤ要求蒸気量の更なる適正化を図ることができる。

【0058】

次に、偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合のシミュレーション結果について、図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態におけるシミュレーションの条件は、第１実施形態と同じである。

【0059】

図４において、経過時間１，３００から、およそ１，４００秒までの間に、ボイラシステム１の最大発生蒸気量（最大出力）に近い蒸気消費量が続き、経過時間１，４００過ぎに蒸気消費量の急激な減少が生じている。第１実施形態では、経過時間１，４００秒過ぎにおいて蒸気消費量が急激な減少に転じたときに、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、一時的に目標蒸気圧力値より大幅に上昇している（図３参照）。これは、それまでに累積された正の積分量の影響により、ＰＩＤ要求蒸発量が過大に算出されるためである。このように、ＰＩＤ要求蒸発量が過大に算出されると、その後に蒸気消費量が急激な減少に転じたときに、今度はＰＩＤ要求蒸発量が過小に算出されるため、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が降下し続けることになる。そのため、蒸気消費量（要求負荷）の変動に追従させることができなくなる。

【0060】

これに対して、本実施形態では、偏差積分出力（ＰＩＤ＿ＥＩ）が、ボイラシステム１Ａの最大発生蒸気量（最大出力）を超えることがないため、経過時間１，４００秒過ぎにおいて蒸気消費量が急激な減少に転じたときに、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値を超えることがない。そのため、経過時間１，４００秒過ぎにおいて蒸気消費量が急激な減少に転じたときに、ＰＩＤ要求蒸発量が過小に算出されることがない。そのため、図４に示すように、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が降下し続けることがなく、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従させることができる。また、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値も、経過時間１，４４０秒から１，５３０秒の間において、第１実施形態（図３）のように大きく変動することがなく、ほぼ目標蒸気圧力値の付近で収束する。

【0061】

また、図４に示すシミュレーション結果において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、最大８．２８ｋｇ／ｃｍ^２、最小７．７６ｋｇ／ｃｍ^２となり、その変動幅は０．５２ｋｇ／ｃｍ^２となった。このように、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合には、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御と偏差積分出力のゼロリセットとを組み合わせた場合に比べて、蒸気ヘッダ６の圧力変動がより少なくなるので、蒸気圧力値を更に安定した状態に保つことができる。

【0062】

上述した第２実施形態に係るボイラシステム１Ａによれば、偏差積分出力のゼロリセットに加えて、偏差積分出力がボイラシステム１Ａの最大発生蒸気量（最大出力）を超えないように、偏差積分出力のハイカットが実行される。これによれば、ボイラシステム１Ａの最大発生蒸気量に近い蒸気消費量（要求負荷）が続いた後、その蒸気消費量が急激に減少に転じた場合に、それまでに累積された過大な正の積分量の影響をなくすことができるため、その修正過程において負の積分値が過大に累積されることにより、ＰＩＤ要求蒸気量が過少に算出されることがない。そのため、蒸気消費量が急激に減少に転じた場合に、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が降下し続けることがないので、蒸気消費量の急激な増減に対して、蒸気圧力値をより速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができる。

【0063】

次に、本発明に係るボイラシステムの第３実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。図５は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常ＰＩＤアルゴリズムのみで圧力制御を実施した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。図６は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。図７は、図１に示すボイラシステム１をモデルとして、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて偏差積分出力のゼロリセット及び偏差積分出力のハイカットを実行した場合における蒸気圧力と蒸気量とを示すグラフである。

【0064】

第３実施形態に係るボイラシステム１の構成は、第１実施形態と同一であるため、システムを構成する各部の説明を省略する。ここでは、第１実施形態との相違点について説明する。

【0065】

本実施形態では、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値を０ｋｇ／ｃｍ^２から運転をスタートさせている点が第１実施形態と異なる。本実施形態におけるシミュレーションの条件は、第１実施形態と同じである。

【0066】

図５に示すように、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が０ｋｇ／ｃｍ^２の状態（例えば、システムの起動時）から運転をスタートさせたときに、通常のＰＩＤアルゴリズムのみによる圧力制御では、運転開始からしばらくの間、目標蒸気圧力値８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２と蒸気ヘッダ６の現在の蒸気圧力値との偏差が正の積分量として累積される。そのため、現在の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に達した段階でも、累積された正の積分量の影響により、偏差積分出力が適切な値に減少するまで過大なＰＩＤ要求蒸気量が算出され、蒸気ヘッダ６における蒸気圧力値の上昇が継続する。そして、蒸気圧力値が過大に上昇すると、今度はその修正過程において負の積分値の累積が進むため、算出されるＰＩＤ要求蒸気量の急速な減少が発生する。その結果、図５に示すように、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に収束せずに上下に変動するハンチング現象が発生してしまう。

【0067】

これに対して、図６に示す実施形態（偏差積分出力のゼロリセットを併用）では、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が０ｋｇ／ｃｍ^２の状態から運転をスタート（以下、「ゼロ圧スタート」ともいう）させたときに、偏差比例出力がボイラシステム１の最大発生蒸気量を超える場合、すなわち蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が圧力比例帯の下限値６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を下回る範囲において、偏差積分出力のゼロリセットが実行される。言い換えると、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を超えるまで積分値が累積されず、圧力比例帯の下限値６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を超えてから積分値の累積が始まる。これによれば、運転がスタートしてから蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が６．７５ｋｇ／ｃｍ^２を超えるまでの間、正の積分値が累積されないため、現在の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に達した段階において、過大なＰＩＤ要求蒸気量が算出されることがない。そのため、図６に示すようなハンチング現象が抑制され、蒸気圧力値を速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができる。

【0068】

なお、図６に示すシミュレーション結果では、ハンチング現象により、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、最大９．３６ｋｇ／ｃｍ^２、最小０．６６ｋｇ／ｃｍ^２となり、その変動幅は８．７０ｋｇ／ｃｍ^２であった。これに対して、図６に示すシミュレーション結果において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値は、最大８．５２ｋｇ／ｃｍ^２、最小７．７７ｋｇ／ｃｍ^２となり、その変動幅は０．７５ｋｇ／ｃｍ^２となった。このように、通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御に加えて、偏差積分出力のゼロリセットを実行した場合には、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力がゼロの状態から通常のＰＩＤアルゴリズムによる圧力制御のみの場合に比べて、蒸気ヘッダ６の圧力変動が少なくなるので、蒸気圧力値を安定した状態に保つことができる。

【0069】

また、図６に示すゼロ圧スタートにおいて、第２実施形態で説明した偏差積分出力のハイカットを実行した場合には、図７に示すように、経過時間１，４００過ぎにおいて蒸気消費量が急激に減少に転じたときに、ＰＩＤ要求蒸発量が過小に算出されないようにすることができる。そのため、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が降下し続けることがなく、蒸気消費量（要求負荷）の変動に速やかに追従させることができる。

【0070】

従って、上述した第１実施形態に係るボイラシステム１は、第３実施形態に示すゼロ圧スタートの場合においても、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値が目標蒸気圧力値に収束せずに上下に変動するハンチング現象が抑制され、蒸気圧力値を速やかに目標蒸気圧力値に収束させることができる。

【0071】

以上、本発明に係るボイラシステムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態に制限されるものではなく、適宜に変更が可能である。

【0072】

例えば、目標蒸気圧力値（目標熱エネルギー出力値）を、ボイラにおいて運転可能な最大上限圧力値（最大上限熱エネルギー出力値）以下に設定するようにしてもよい。一般に、目標蒸気圧力値がボイラの最大上限圧力値付近であると、ボイラの蒸気圧力値が一時的に目標蒸気圧力値を超えたときに、挙動が不安定になる場合がある。そのため、目標蒸気圧力値を、例えば、最大上限圧力値の９０％〜８５％程度に設定した場合には、ボイラの蒸気圧力値が不用意に目標蒸気圧力値を超えないため、ボイラをより安定した状態で運転することができる。

【0073】

また、各実施形態では、本発明を、５台のボイラ２０からなるボイラ群２を備えたボイラシステムに適用した例について説明した。これに限らず、本発明を、６台以上のボイラからなるボイラ群を備えたボイラシステムに適用してもよいし、２〜４台のボイラからなるボイラ群を備えたボイラシステムに適用してもよい。また、各実施形態では、台数制御として、蒸気消費量に応じて算出されたＰＩＤ要求蒸気量と予め設定された優先順とに基づいて燃焼させるボイラ２０の台数を設定する例について説明した。これに限らず、複数台のボイラを備えたボイラ群において、燃焼させるボイラの台数は、例えば、システムの負荷率や各ボイラの稼動状況等に基づいて設定してもよい。また、各実施形態では、本発明による圧力制御とボイラの台数制御とを組み合わせた例について説明したが、本発明による圧力制御を単体のボイラの圧力制御に適用してもよい。その場合には、ＰＩＤアルゴリズムにより算出されたＰＩＤ要求蒸気量が、そのまま単体のボイラにおけるＰＩＤ要求蒸気量として設定される。

【0074】

また、各実施形態では、蒸気量算出部４１（４１Ａ）において、蒸気ヘッダ６の蒸気圧力値（物理量）に基づいてＰＩＤ（比例＋積分＋微分）アルゴリズムによりＰＩＤ要求蒸気量を算出する例について説明した。これに限らず、本発明は、ＰＩ（比例＋積分）アルゴリズムによりＰＩＤ要求蒸気量を算出する制御にも適用することができる。

【0075】

また、各実施形態では、ボイラ２０として、蒸気ボイラを用いた例について説明したが、これに限らず、ボイラ２０は、温水ボイラであってもよい。その場合に、制御部４は、各ボイラで発生させた温水の温度値に基づいてＰＩＤアルゴリズムによりＰＩＤ要求温度値を算出する。なお、本実施形態では、ボイラ群２の最大出力を「最大発生蒸気量」と標記して説明したが、最大出力は、例えば「定格出力」、「相当蒸発量」、「実際蒸発量」等の用語で表現される場合もある。また、蒸気ボイラ及び温水ボイラの場合には、「熱出力」と総称される場合もある。

【符号の説明】

【0076】

１，１Ａ ボイラシステム
２ ボイラ群
３ ボイラ制御装置
４ 制御部
５ 記憶部
６ 蒸気ヘッダ
７ 蒸気圧センサ
１８ 蒸気使用設備
２０ ボイラ
４１，４１Ａ 蒸気量算出部（制御手段）
４２ 台数制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】