特許 7035489 ボイラ、および、ボイラ制御方法

(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】

(24)【登録日】2022-03-07

(45)【発行日】2022-03-15

(54)【発明の名称】ボイラ、および、ボイラ制御方法

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/00 20060101AFI20220308BHJP

   F22B 35/14 20060101ALI20220308BHJP

【ＦＩ】

F23N5/00 J

F22B35/14 C

F23N5/00 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017233515

(22)【出願日】2017-12-05

(65)【公開番号】P2019100646

(43)【公開日】2019-06-24

【審査請求日】2020-11-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】張 聚偉

【審査官】長尾 裕貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１１６２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１６９６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｎ ５／００

Ｆ２２Ｂ ３５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼炉と、
前記燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出する無次元化部と、
前記無次元制御入力に対する結果である制御量を取得する制御量取得部と、
前記無次元制御入力および前記制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、前記無次元制御入力に対する前記制御量を導く関数を導出する関数導出部と、
前記無次元制御入力と前記制御量との相関係数を導出し、前記相関係数が相関閾値未満となる前記関数を除外する関数除外部と、
導出された関数の逆関数により前記制御量が所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する制御入力導出部と、
を備えるボイラ。

【請求項2】

燃焼炉と、
前記燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出する無次元化部と、
前記無次元制御入力に対する結果である、前記燃焼炉の任意の位置の火炎温度である代表火炎温度、燃焼後の灰中の未燃分の重量比である未燃重量比、燃焼排ガスにおけるＮＯｘの濃度であるＮＯｘ濃度を含む制御量を取得する制御量取得部と、
前記無次元制御入力および前記制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、前記無次元制御入力に対する前記制御量を導く関数を導出する関数導出部と、
導出された関数の逆関数により、前記制御量が、前記代表火炎温度、前記未燃重量比、前記ＮＯｘ濃度の順に所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する制御入力導出部と、
を備えるボイラ。

【請求項3】

燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出し、
前記無次元制御入力に対する結果である制御量を取得し、
前記無次元制御入力および前記制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、前記無次元制御入力に対する前記制御量を導く関数を導出し、
前記無次元制御入力と前記制御量との相関係数を導出し、前記相関係数が相関閾値未満となる前記関数を除外し、
導出された関数の逆関数により前記制御量が所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出するボイラ制御方法。

【請求項4】

燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出し、
前記無次元制御入力に対する結果である、前記燃焼炉の任意の位置の火炎温度である代表火炎温度、燃焼後の灰中の未燃分の重量比である未燃重量比、燃焼排ガスにおけるＮＯｘの濃度であるＮＯｘ濃度を含む制御量を取得し、
前記無次元制御入力および前記制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、前記無次元制御入力に対する前記制御量を導く関数を導出し、
導出された関数の逆関数により、前記制御量が、前記代表火炎温度、前記未燃重量比、前記ＮＯｘ濃度の順に所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出するボイラ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ボイラ、および、ボイラ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃焼炉と、燃焼炉の内側に配され、水が流通する伝熱管とを含んで構成される微粉炭ボイラが知られている。微粉炭ボイラでは、燃焼炉で微粉炭（石炭）を燃焼させ、燃焼により生じた熱を伝熱管内に伝えることで伝熱管内の水を加熱している。

【0003】

また、このような燃焼炉における燃焼に伴い燃焼排ガスが生じる。そこで、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを低減する技術が知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特公昭６３－６５２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ボイラにおいては、燃焼における火炎温度や、燃焼後の灰中の未燃分が適切な範囲に収まるように燃料等の制御入力が決定される。しかし、ボイラの制御は確立されておらず、このような火炎温度や未燃分の調整に技師が介入せざるを得なかった。したがって、石炭の種類や運転条件の変化に対して迅速に対応することが難しかった。また、火炎温度や未燃分を適切な範囲に収めることができたとしても、その状態で、さらにＮＯｘを低減することは困難であった。

【0006】

そこで本開示は、このような課題に鑑み、ＮＯｘの排出量を含む制御対象を適切な範囲に収めることが可能なボイラおよびボイラ制御方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラは、燃焼炉と、燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出する無次元化部と、無次元制御入力に対する結果である制御量を取得する制御量取得部と、無次元制御入力および制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、無次元制御入力に対する制御量を導く関数を導出する関数導出部と、無次元制御入力と制御量との相関係数を導出し、相関係数が相関閾値未満となる関数を除外する関数除外部と、導出された関数の逆関数により制御量が所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する制御入力導出部と、を備える。

【0008】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラは、燃焼炉と、燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出する無次元化部と、無次元制御入力に対する結果である、燃焼炉の任意の位置の火炎温度である代表火炎温度、燃焼後の灰中の未燃分の重量比である未燃重量比、燃焼排ガスにおけるＮＯｘの濃度であるＮＯｘ濃度を含む制御量を取得する制御量取得部と、無次元制御入力および制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、無次元制御入力に対する制御量を導く関数を導出する関数導出部と、導出された関数の逆関数により、制御量が、代表火炎温度、未燃重量比、ＮＯｘ濃度の順に所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する制御入力導出部と、を備える。

【0009】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラ制御方法は、燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出し、無次元制御入力に対する結果である制御量を取得し、無次元制御入力および制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、無次元制御入力に対する制御量を導く関数を導出し、無次元制御入力と制御量との相関係数を導出し、相関係数が相関閾値未満となる関数を除外し、導出された関数の逆関数により制御量が所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する。

【0010】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラ制御方法は、燃焼炉に対する制御入力を無次元化して前回値としての無次元制御入力を導出し、無次元制御入力に対する結果である、燃焼炉の任意の位置の火炎温度である代表火炎温度、燃焼後の灰中の未燃分の重量比である未燃重量比、燃焼排ガスにおけるＮＯｘの濃度であるＮＯｘ濃度を含む制御量を取得し、無次元制御入力および制御量の蓄積された複数の組み合わせに基づき、無次元制御入力に対する制御量を導く関数を導出し、導出された関数の逆関数により、制御量が、代表火炎温度、未燃重量比、ＮＯｘ濃度の順に所定の範囲に収まる無次元制御入力を導出する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、ＮＯｘの排出量を含む制御対象を適切な範囲に収めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】微粉炭ボイラの構成を説明するための図である。

【図2】バーナの構成を説明するための図である。

【図3】微粉炭ボイラの制御の流れを説明するための図である。

【図4】関数の導出態様を説明するための図である。

【図5】ボイラ制御方法の流れを示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、本開示の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、限定されるものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

図１は、微粉炭ボイラ１００の構成を説明するための図である。微粉炭ボイラ（ボイラ）１００を構成する燃焼炉１１０の側面には、バーナ１１２が所定間隔をおいて複数設けられている。バーナ１１２は、燃料として微粉炭（粉砕された石炭）を噴出し、燃料を燃焼させる。オーバーエアポート１１４は、バーナ１１２の上方に設けられ、二次ガス（例えば空気）を供給して二段燃焼を実現する。

【0015】

また、燃焼炉１１０の内側には、伝熱管１２０が設けられる。伝熱管１２０の内部を流通する流体（例えば、水）は、燃焼および高温（例えば、１３００℃～１４００℃程度）の燃焼排ガスによって加熱される。また、燃焼によって生じた灰は底部１１０ａに集約され、燃焼排ガスはガス排出路１１０ｂから排出される。

【0016】

図２は、バーナ１１２の構成を説明するための図である。バーナ１１２は、内筒１１２ａと、その周囲に同心状に配設された外筒１１２ｂとで構成される。内筒１１２ａは、実線の矢印で示すように、燃料と一次ガス（例えば空気）との混合ガスを噴出して火炎１５０を形成する。また、外筒１１２ｂは、破線の矢印で示すように、例えば、エアレジスタベーンを通じ、二次ガス（例えば空気）を旋回流として噴出する。こうして、一点鎖線の矢印で示すような混合ガスの内部循環流（炉内からバーナ１１２の中心軸に向かう循環流）が形成される。

【0017】

このように、微粉炭ボイラ１００では、燃料を燃焼し、伝熱管１２０内部の流体を加熱する（図１参照）。また、微粉炭ボイラ１００では、微粉炭の燃焼に伴い灰と燃焼排ガスが生じる。灰には未燃分（未燃の燃料）が含まれ、燃焼排ガスにはＮＯｘが含まれる。したがって、微粉炭ボイラ１００に設けられた制御部（コンピュータ）１３０は、火炎温度を適切な範囲に収めつつ、灰中の未燃分の重量比（未燃重量比）や燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を低減して適切な範囲に収めるように微粉炭ボイラ１００を制御する。

【0018】

制御部１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成される。なお、制御部１３０は、無次元化部１３２、制御量取得部１３４、関数導出部１３６、関数除外部１３８、制御入力導出部１４０、制御実行部１４２としても機能する。かかる機能部については後程詳述する。

【0019】

ここでは、制御部１３０が、燃焼炉１１０への入力と、その制御入力に対する出力結果とによって燃焼炉１１０をモデル化する。以下では、燃焼炉１１０への入力を「制御入力」と呼び、その具体的な値として「制御入力値」と読み替えてもよい。また、出力結果を「制御量」と呼ぶ。なお、制御部１３０は、かかるモデル化に際し、制御入力と制御量との関係を単純化すべく、制御入力を無次元化する。以下では、無次元化した制御入力を「無次元制御入力」と呼び、その具体的な値として「無次元制御入力値」と読み替えてもよい。そして、制御部１３０は、モデルの逆関数により、制御量が適切な範囲に収まる制御入力を導出する。

【0020】

図３は、微粉炭ボイラ１００の制御の流れを説明するための図である。ここで、制御入力としては、バーナ１１２の寸法、石炭の種類（炭種）、燃料投入量、バーナベーン（エアレジスタベーン）角度、一次ガス流量、二次ガス流量、燃焼炉１１０へ供給された総空気流量等、複数のパラメータが挙げられる。

【0021】

このような制御入力を、図３のように無次元化して前回値としての無次元制御入力を生成する。無次元制御入力としては、燃料比、燃焼負荷、スワール比、運動量比、燃焼炉総空気過剰率（燃焼炉総当量比の逆数）、石炭に対するバーナ１１２における空気過剰率（当量比の逆数）、揮発分に対するバーナ１１２における空気過剰率、石炭に対する一次ガスの空気過剰率、揮発分に対する一次ガスの空気過剰率等、複数のパラメータが挙げられる。ただし、説明の便宜上、ここでは、上記の９つの無次元制御入力のみを対象とし、それぞれ順にｘ_ｉ（ｉ＝１，２，３…９）とする。このように制御入力を無次元化することで、後段のモデルを容易かつ画一的に生成することができる。

【0022】

ここで、燃料比ｘ_１は、燃料中の揮発分と固定炭素の質量比で表される。燃焼負荷ｘ_２は、実際の運転中における燃料投入量と設計定格燃料投入量の比で表される。スワール比ｘ_３は、燃焼炉１１０における軸方向運動量流束（ｋｇ・ｍ^２／ｓ^２）と角運転量流束（ｋｇ・ｍ^２／ｓ^２）との比で表される。ここで、軸方向運動量流束（ｋｇ・ｍ^２／ｓ^２）は、質量流量（ｋｇ／ｓ）×直進速度（ｍ／ｓ）×特性寸法（ｍ）で表され、角運転量流束（ｋｇ・ｍ^２／ｓ^２）は、質量流量（ｋｇ／ｓ）×直進速度（ｍ／ｓ）×旋回半径（ｍ）で表される。運動量比ｘ_４は、一次ガスと二次ガスの運動量の比で表される。ここで、運動量（ｋｇ・ｍ／ｓ^２）は、質量流量（ｋｇ／ｓ）×速度（ｍ／ｓ）で表される。

【0023】

また、燃焼炉総空気過剰率ｘ_５は燃焼炉１１０全体における実際の投入空気量と燃料（投入石炭）を完全燃焼させるために必要な空気量の比で表される。石炭に対するバーナ１１２における空気過剰率ｘ_６は、燃焼炉１１０内の任意のバーナ１１２における実際の投入空気量と燃料を完全燃焼させるために必要な空気量の比で表される。揮発分に対するバーナ１１２における空気過剰率ｘ_７は、燃焼炉１１０内の任意のバーナ１１２における実際の投入空気量と揮発分（燃料の一部）を完全燃焼させるために必要な空気量の比で表される。石炭に対する一次ガスの空気過剰率ｘ_８は、バーナ１１２に実際に投入された一次ガス流量と燃料（投入石炭）を完全燃焼させるために必要な空気量の比で表される。揮発分に対する一次ガスの空気過剰率ｘ_９は、バーナ１１２に実際に投入された一次ガス流量と揮発分（燃料の一部）を完全燃焼させるために必要な空気量の比で表される。

【0024】

このような無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９に対し、制御量は、代表火炎温度、未燃重量比、ＮＯｘ濃度等、複数のパラメータが挙げられる。ただし、説明の便宜上、ここでは、上記の３つの制御量のみを対象とし、それぞれ順にｙ_ｊ（ｊ＝１，２，３）とする。

【0025】

ここで、代表火炎温度ｙ_１は、燃焼炉１１０内の任意の位置の火炎温度で表される。なお、ここでは、図２におけるバーナ１１２の計測位置Ａにおいて測定される温度を代表火炎温度とする。未燃重量比ｙ_２は、底部１１０ａで集約された燃焼後の灰中の未燃分の重量比で表される。ＮＯｘ濃度ｙ_３は、ガス排出路１１０ｂから排出された燃焼排ガスにおけるＮＯｘの濃度で表される。

【0026】

このように無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９および制御量ｙ_１～ｙ_３を取得すると、図３のように、無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９および制御量ｙ_１～ｙ_３を用いて制御対象をモデル化する。モデル化は以下のように実行される。すなわち、無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９それぞれに対する制御量ｙ_１～ｙ_３それぞれを導く関数ｆ_ｉｊを導出する。ここで、無次元制御入力ｘ_ｉ、制御量ｙ_ｊ、関数ｆ_ｉｊの関係は、ｙ_ｊ＝ｆ_ｉｊ（ｘ_ｉ）である。したがって、関数ｆ_ｉｊの数は、無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９と制御量ｙ_１～ｙ_３と組み合わせの数分、すなわち、９×３＝２７通りになる。ここで、関数ｆ_ｉｊの添字ｉｊは、無次元制御入力ｘ_ｉの添字ｉと制御量ｙ_ｊの添字ｊを示す。したがって、例えば、無次元制御入力ｘ_１を引数とする制御量ｙ_１を導く関数はｆ_１１で表される（ｙ_１＝ｆ_１１（ｘ_１））。

【0027】

図４は、関数ｆ_ｉｊの導出態様を説明するための図である。ここでは、代表例として、無次元制御入力ｘ_１を引数とする制御量ｙ_１を導く関数ｆ_１１を導出する。まず、無次元制御入力ｘ_１と、無次元制御入力ｘ_１に対する結果である制御量ｙ_１とを所定の周期で取得し、その都度関連付けておく。したがって、無次元制御入力ｘ_１と制御量ｙ_１とを関連付けた組み合わせが、例えば、（ｘ_１（１）、ｙ_１（１））、（ｘ_１（２）、ｙ_１（３））、…、（ｘ_１（ｎ）、ｙ_１（ｎ））といったように、取得した数（例えばｎ）分だけ蓄積されることとなる。

【0028】

次に、その蓄積された組み合わせ全てを、図４（ａ）のようなｘ_１－ｙ_１平面にプロットした場合の近似曲線を求める。ここでは、例えば、近似曲線として、複数次（例えば６次）関数（ｙ＝Ａｘ^６＋Ｂｘ^５＋Ｃｘ^４＋Ｄｘ^３＋Ｅｘ^２＋Ｆｘ＋Ｇ）、指数関数（ｙ＝Ａｅｘｐ（Ｂｘ））、対数関数（Ｙ＝Ａｌｎ（Ｘ）＋Ｂ）を当て嵌める。図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）は、それぞれ、６次関数、指数関数、対数関数による近似曲線を当て嵌めたものである。そして、組み合わせ全てと各関数との差分の二乗和が最小となる関数を、無次元制御入力ｘ_１を引数とする制御量ｙ_１を導く関数ｆ_１１とする。ここでは、図４（ｂ）の６次関数について、差分の二乗和が最小となったので、図４（ｂ）の６次関数を関数ｆ_１１として採用する。

【0029】

また、蓄積される組み合わせ数ｎの上限は例えば５００，０００に設定される。したがって、組み合わせ数が５００，０００に到達すると、新たな組み合わせが蓄積される度に、最も古い組み合わせが削除される。そして、そのように更新された５００，０００の組み合わせ全てに対し、上記のように近似曲線を導出する。なお、ここでは上限を５００，０００としたが、微粉炭ボイラ１００の構造、無次元制御入力ｘ_１および制御量ｙ_１の取得周期、設計思想等に応じて任意に決定できることは言うまでもない。

【0030】

このように、多くの組み合わせを蓄積することで、無次元制御入力ｘ_ｉを引数とする制御量ｙ_ｊを導く関数ｆ_ｉｊを高精度に導出することができる。こうして、ＮＯｘの排出量を含む制御対象を適切な範囲に収めることが可能となる。また、無次元制御入力ｘ_ｉとして適切な値を導出することで、適切な無次元制御入力ｘ_ｉ近傍の組み合わせを多く蓄積することができ、より高精度に制御することができる。

【0031】

そして、図４を用いて説明した近似曲線の導出処理を、無次元制御入力ｘ_１～ｘ_９と制御量ｙ_１～ｙ_３の組み合わせ分である２７回繰り返す。こうして、モデルとしての関数ｆ_ｉｊ（ｉ＝１，２，３…９、ｊ＝１，２，３）が生成される。

【0032】

ただし、関数ｆ_ｉｊの中には、無次元制御入力ｘ_ｉと制御量ｙ_ｊとの相関性が高い関数と、相関性が低い関数がある。相関性が高い関数は、無次元制御入力ｘ_ｉが有効に制御量ｙ_ｊに寄与するが、相関性が低い関数は、無次元制御入力ｘ_ｉの制御量ｙ_ｊへの寄与率が低い。このように制御量ｙ_ｊへの寄与率が低い関数は、当該微粉炭ボイラ１００の制御に貢献しないのみならず、不要なノイズの原因にもなり得る。そこで、関数ｆ_ｉｊの中でも、無次元制御入力ｘ_ｉと制御量ｙ_ｊとの相関性が低い関数ｆ_ｉｊは、当該微粉炭ボイラ１００の制御から除外する。

【0033】

具体的に、無次元制御入力ｘ_ｉと制御量ｙ_ｊとの相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）は以下の数式で示される。

【数1】

ただし、／ｘ_ｉは無次元制御入力ｘ_ｉの平均値、／ｙ_ｊは制御量ｙ_ｊの平均値を示す（「／」は数１中のオーバーラインを示す）。

【0034】

そして、相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）が所定の相関閾値（例えば０．５）未満となる関数ｆ_ｉｊを除外し、相関閾値以上の関数ｆ_ｉｊのみを適用する。かかる構成により、不要なノイズを排除して精度を高めるとともに、処理負荷を軽減することが可能となる。

【0035】

なお、ここでは、全ての組み合わせ（例えば２７通り）の関数ｆ_ｉｊを導出した上で、その内、相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）が低い関数ｆ_ｉｊを除外しているが、相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）を先に求め、相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）が低い組み合わせについては最初から関数ｆ_ｉｊを導出しないとしてもよい。こうすることで関数ｆ_ｉｊを導出する処理負荷を軽減することができる。

【0036】

以上のようにモデルとしての関数ｆ_ｉｊが導出されると、その関数ｆ_ｉｊの逆関数により、制御量ｙ_ｊが適切な所定の範囲に収まる無次元制御入力ｘ_ｉが導出される。例えば、制御量ｙ_ｊの適切な所定の範囲を、代表火炎温度ｙ_１については１０００～１５００℃、未燃重量比ｙ_２については０～４．０ｗｔ％、ＮＯｘ濃度ｙ_３については０～１５０ｐｐｍと定めたとする。

【0037】

このとき、制御量ｙ_ｊの３つのパラメータは、制御上、代表火炎温度>未燃重量比>ＮＯｘ濃度のような優先順位で制御される。したがって、代表火炎温度、未燃重量比、ＮＯｘ濃度の順に、逆関数による無次元制御入力ｘ_ｉを導出する。具体的に、まず、代表火炎温度ｙ_１が１０００℃（保炎下限）～１５００℃（耐火上限）となるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲が決定される。次に、その範囲内で、未燃重量比ｙ_２が０～４．０ｗｔ％となるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲が決定され、その範囲内で、ＮＯｘ濃度ｙ_３が０～１５０ｐｐｍとなるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲が決定される。

【0038】

なお、代表火炎温度ｙ_１が１０００～１５００℃となるような無次元制御入力ｘ_ｉの範囲内に、未燃重量比ｙ_２が０～４．０ｗｔ％となる無次元制御入力ｘ_ｉの範囲が存在しない場合、未燃重量比ｙ_２の上限を適宜高くして範囲を決定してもよい。同様に、未燃重量比ｙ_２が０～４．０ｗｔ％となるような無次元制御入力ｘ_ｉの範囲内に、ＮＯｘ濃度ｙ_３が０～１５０ｐｐｍとなる無次元制御入力ｘ_ｉの範囲が存在しない場合、ＮＯｘ濃度ｙ_３の上限を適宜高くして範囲を決定してもよい。

【0039】

そして、決定された無次元制御入力ｘ_ｉの範囲のうち、それぞれ１の値が決定される。例えば、決定された無次元制御入力ｘ_ｉの範囲の中央値が選択される。こうして、決定された無次元制御入力ｘ_ｉに基づいて制御入力を導出し、微粉炭ボイラ１００が制御されることとなる。

【0040】

図５は、微粉炭ボイラ１００の制御方法（ボイラ制御方法）の流れを示したフローチャートである。ここでは、例えば、１時間毎にモデルを更新し、制御部１３０の各機能部（無次元化部１３２、制御量取得部１３４、関数導出部１３６、関数除外部１３８、制御入力導出部１４０、制御実行部１４２）が、更新したモデルに基づいて無次元制御入力ｘ_ｉを決定する。

【0041】

まず、無次元化部１３２は、所定の取得周期（例えば、１時間）に到達したか否か判定する（Ｓ１）。そして、無次元化部１３２は、取得周期に到達するまで（Ｓ１におけるＮＯ）、当該周期判定処理Ｓ１を繰り返す。

【0042】

取得周期に到達すると（Ｓ１におけるＹＥＳ）、無次元化部１３２は、前回の制御入力をＲＡＭから読み出し（Ｓ２）、それを無次元化して無次元制御入力ｘ_ｉ（ｉ＝１，２，３…９）を導出する（Ｓ３）。

【0043】

続いて、制御量取得部１３４は、その制御入力に対する制御量ｙ_ｊ（ｊ＝１，２，３）を取得する（Ｓ４）。そして、関数導出部１３６は、新たな無次元制御入力ｘ_ｉおよび制御量ｙ_ｊの組み合わせを蓄積し、蓄積された組み合わせ全てを用い、近似曲線を通じて関数ｆ_ｉｊを導出する（Ｓ５）。次に、関数除外部１３８は、無次元制御入力ｘ_ｉと制御量ｙ_ｊとの相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）を導出し、相関係数Ｒ（ｉ，ｊ）が相関閾値未満である関数ｆ_ｉｊを当該微粉炭ボイラ１００の制御から除外する（Ｓ６）。

【0044】

続いて、制御入力導出部１４０は、除外されていない関数ｆ_ｉｊの逆関数ｆ_ｉｊ ^－１により、代表火炎温度ｙ_１が１０００～１５００℃となるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲を決定する（Ｓ７）。そして、制御入力導出部１４０は、その決定された範囲内で、未燃重量比ｙ_２が０～４．０ｗｔ％となるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲を決定する（Ｓ８）。次に、制御入力導出部１４０は、その決定された範囲内で、ＮＯｘ濃度ｙ_３が０～１５０ｐｐｍとなるように無次元制御入力ｘ_ｉの範囲を決定する（Ｓ９）。

【0045】

続いて、制御実行部１４２は、決定された無次元制御入力ｘ_ｉの範囲の中央値を無次元制御入力ｘ_ｉとして決定し（Ｓ１０）、決定された無次元制御入力ｘ_ｉに基づいて制御入力を導出し、その制御入力によって実際に微粉炭ボイラ１００を制御する（Ｓ１１）。

【0046】

ここで、制御入力は次回のボイラ制御方法のため、ＲＡＭに保持される。なお、制御入力の代わりに無次元制御入力ｘ_ｉを直接ＲＡＭに保持させてもよい。こうすることで、無次元制御入力導出処理Ｓ３を省略することができ、処理負荷の軽減を図ることができる。

【0047】

以上、説明したように、微粉炭ボイラ１００やボイラ制御方法によってＮＯｘの排出量を含む制御対象を適切な範囲に収めることが可能となる。

【0048】

以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0049】

例えば、上記実施形態においては、その制御対象として微粉炭ボイラ１００を挙げて説明したが、燃焼炉１１０を有しさえすれば、様々なボイラに適用することができる。また、ここでは、燃料として微粉炭を挙げて説明したが、燃焼を実現できれば、固体燃料、液体燃料、気体燃料を問わず、様々な燃料を適用することができる。

【0050】

また、上記実施形態においては、無次元制御入力として、燃料比、燃焼負荷、スワール比、運動量比、燃焼炉総空気過剰率、石炭に対するバーナ１１２における空気過剰率、揮発分に対するバーナ１１２における空気過剰率、石炭に対する一次ガスの空気過剰率、揮発分に対する一次ガスの空気過剰率等を挙げて説明した。また、制御量として、代表火炎温度、未燃重量比、ＮＯｘ濃度等を挙げて説明した。しかし、かかるパラメータに限らず、無次元制御入力や制御量として様々なパラメータを適用することができる。

【0051】

また、コンピュータを、上記ボイラ制御方法を遂行する制御部として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本開示は、ボイラ、および、ボイラ制御方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0053】

１００ 微粉炭ボイラ（ボイラ）
１１０ 燃焼炉
１１２ バーナ
１３２ 無次元化部
１３４ 制御量取得部
１３６ 関数導出部
１３８ 関数除外部
１４０ 制御入力導出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】