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JP6337697B2 - Boiler system - Google Patents

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JP6337697B2 JP2014175067A JP2014175067A JP6337697B2 JP 6337697 B2 JP6337697 B2 JP 6337697B2 JP 2014175067 A JP2014175067 A JP 2014175067A JP 2014175067 A JP2014175067 A JP 2014175067A JP 6337697 B2 JP6337697 B2 JP 6337697B2
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

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。   The present invention relates to a boiler system that controls a combustion amount of a boiler according to steam consumption by a PI or PID algorithm.

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、「ヘッダ圧力」ともいう)が蒸気消費量の変動にかか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、「指示蒸気量」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)。   DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the boiler system provided with the boiler and the control part which controls the combustion amount of a boiler according to the steam consumption (required load) of a steam using facility is known. In such a boiler system, the steam pressure of the steam header (hereinafter also referred to as “header pressure”) is adjusted according to the fluctuation of the steam consumption so that the target steam pressure value is constant regardless of the fluctuation of the steam consumption. The amount of combustion of the boiler is controlled. Conventionally, in order to keep the steam pressure value of the steam header at the target steam pressure value against fluctuations in steam consumption, a method of controlling the steam amount (hereinafter also referred to as “indicated steam amount”) to be generated in the boiler by a PID algorithm Has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2002−73105号公報JP 2002-73105 A 特許第3805611号公報Japanese Patent No. 3805611

PID制御では、P制御、I制御、D制御それぞれで算出された操作量の合計値が、また、PI制御では、P制御、I制御それぞれで算出された操作量の合計値が、それぞれ最終的な操作量(「指示蒸気量」ともいう)となる。ボイラ台数制御をPID制御(又はPI制御)で実施する場合、ヘッダ圧力が目標圧力未満の状態であれば、I制御の操作量が増加し続け、逆にヘッダ圧力が目標圧力超過の状態であれば、I制御の操作量が減少し続ける。
負荷減少によりヘッダ圧力が目標圧力を超えると、それまでのI制御の操作量が残ることで燃焼ボイラを確保し続けることができるが、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態が継続すると、次第にI制御の操作量が減少し続け、最終的には最終的な操作量が0以下となることで全ボイラが停止(以下「全缶停止」ともいう)することがある。
全缶停止となった場合、燃焼停止後の起動遅延によりヘッダ圧力が大きく低下し、ヘッダ圧力が不安定となる。
更に、この場合、PID演算(又はPI演算)により算出されるI制御の操作量が過剰に確保される。その後、ボイラが燃焼を開始し、発生蒸気量が増加することにより、ヘッダ圧力値は下降から上昇に転じる。そして、ヘッダ圧力値が上昇に転じた時点から操作量(指示蒸気量)は減少し続けるが、その時点でI制御の操作量が過剰に確保されている。そして、発生蒸気量が操作量(指示蒸気量)に追いついていないため、発生蒸気量は増加し続け、ヘッダ圧力値が増加し続けることで、ヘッダ圧力値の上昇を抑えきれずに再度、制御圧力上限を超えることにより全缶停止となり、ヘッダ圧力値が急降下する、ということを繰り返すおそれがある。
この繰り返しが発生した場合、ヘッダ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し、継続する可能性もある。
このように、低負荷時の圧力安定性確保の観点から、ヘッダ圧力が目標圧力を超えているとはいえ、ヘッダ圧力が下降傾向にある場合は、全缶停止ではなく、燃焼継続が望ましいといえる。
In PID control, the total value of the operation amount calculated in each of the P control, I control, and D control is final. In PI control, the total value of the operation amount calculated in each of the P control and I control is final. Operating amount (also referred to as “indicated steam amount”). When boiler number control is performed by PID control (or PI control), if the header pressure is less than the target pressure, the I-control operation amount will continue to increase, and conversely, the header pressure may be in the state where the target pressure exceeds the target pressure. In this case, the amount of operation for I control continues to decrease.
If the header pressure exceeds the target pressure due to a decrease in load, the amount of I control operation up to that point can remain, so that the combustion boiler can be secured, but if the header pressure exceeds the target pressure, the I will gradually increase. The control operation amount continues to decrease, and eventually the final operation amount becomes 0 or less, so that all boilers may stop (hereinafter also referred to as “all can stop”).
When all the cans are stopped, the header pressure greatly decreases due to the start delay after the combustion stops, and the header pressure becomes unstable.
Further, in this case, an excessive amount of I-control operation calculated by PID calculation (or PI calculation) is secured. Thereafter, the boiler starts burning and the amount of generated steam increases, so that the header pressure value changes from decreasing to increasing. The operation amount (indicated steam amount) continues to decrease from the time when the header pressure value starts to increase, but at that time, an excessive amount of operation for I control is ensured. And since the generated steam volume has not caught up with the manipulated volume (indicated steam volume), the generated steam volume continues to increase, and the header pressure value continues to increase. If the upper limit of pressure is exceeded, all cans are stopped, and the header pressure value may drop rapidly.
When this repetition occurs, a so-called hunting phenomenon in which the header pressure value fluctuates up and down without converging to the target steam pressure value may occur and may continue.
Thus, from the viewpoint of ensuring pressure stability at low loads, although the header pressure exceeds the target pressure, if the header pressure is in a downward trend, it is desirable to continue combustion instead of stopping all cans. I can say that.

本発明は、急激な負荷減少時にオーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過した後、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態で圧力下降に転じた場合において、PID演算(又はPI演算)による操作量が0以下であっても、全缶停止となることを回避して、ヘッダ圧力値を速やかに目標蒸気圧値に収束させるボイラシステムを提供することを目的とする。   The present invention provides an operation amount by PID calculation (or PI calculation) when the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot when the load is suddenly reduced and then the pressure starts to drop while the header pressure exceeds the target pressure. It is an object of the present invention to provide a boiler system that avoids stopping all cans even when is 0 or less and quickly converges a header pressure value to a target vapor pressure value.

本発明は、燃焼率を変更して燃焼可能な1つ以上のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、該ボイラ群において生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、負荷機器からの要求負荷に応じて前記1つ以上のボイラの燃焼状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、蒸気消費量の変動に対して該蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つように、PIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムにより操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量算出部により算出された操作量に基づいて、前記1つ以上のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていることを検出する第1検出部と、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向にあるか否かを検出する第2検出部と、を備え、前記出力制御部は、前記操作量算出部により算出された操作量がゼロ以下となった場合、前記第1検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていることが検出され、前記第2検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向にあることが検出された場合、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にすることを特徴とするボイラシステムに関する。   The present invention is composed of one or more boilers that can be combusted by changing a combustion rate, a boiler group that supplies steam to a load device, a steam header in which steam generated in the boiler group gathers, and a load device A control unit that controls a combustion state of the one or more boilers in accordance with a required load of the steam, and the control unit sets a steam pressure value inside the steam header to a target steam with respect to fluctuations in steam consumption. An operation amount calculation unit that calculates an operation amount by a PI algorithm or a PID algorithm so as to maintain a pressure value, and a combustion state of the one or more boilers is controlled based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit An output control unit that performs, a first detection unit that detects that a steam pressure value inside the steam header exceeds a target pressure value, and whether or not the steam pressure value inside the steam header tends to increase Detect A second detector, and when the operation amount calculated by the operation amount calculator is less than or equal to zero, the output controller determines a steam pressure value inside the steam header by the first detector. When it is detected that the target pressure value is exceeded, and the second detection unit detects that the steam pressure value inside the steam header tends to increase, all the one or more boilers are in a combustion stopped state. The present invention relates to a boiler system.

前記出力制御部は、前記操作量算出部により算出された操作量がゼロ以下となった場合、前記第1検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていないことが検出されるか、又は前記第2検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向でないことが検出された場合、前記1つ以上のボイラのうち、1つのボイラを最少燃焼状態にすることができる。   When the operation amount calculated by the operation amount calculation unit is less than or equal to zero, the output control unit is configured such that the steam pressure value inside the steam header does not exceed a target pressure value by the first detection unit. If one of the one or more boilers is detected, or if the second detection unit detects that the steam pressure value inside the steam header is not in an upward trend, the boiler is brought into a minimum combustion state. be able to.

前記最少燃焼状態は、燃焼率20%の燃焼状態であることが好ましい。   The minimum combustion state is preferably a combustion state with a combustion rate of 20%.

前記制御部は、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にする閾値として制御圧力上限値を予め設定し、前記出力制御部は、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が、前記制御圧力上限値を超えた場合、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にすることができる。   The control unit presets a control pressure upper limit value as a threshold value for bringing all of the one or more boilers into a combustion stop state, and the output control unit determines that the steam pressure value inside the steam header is equal to the control pressure upper limit value. If the value is exceeded, all of the one or more boilers can be put into a combustion stopped state.

本発明によれば、急激な負荷減少時にオーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過した後、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態で圧力下降に転じた場合において、PID演算(又はPI演算)による操作量が0以下であっても、全缶停止となることを回避して、ヘッダ圧力値を速やかに目標蒸気圧値に収束させるボイラシステムを提供することができる。   According to the present invention, when the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot when the load is suddenly reduced, and then the header pressure changes to a pressure drop with the target pressure exceeding the target pressure, the PID calculation (or PI calculation) is performed. Even if the operation amount is 0 or less, it is possible to provide a boiler system that avoids stopping all cans and quickly converges the header pressure value to the target vapor pressure value.

本発明の一実施形態に係るボイラシステム1の概略構成図である。It is a schematic structure figure of boiler system 1 concerning one embodiment of the present invention. ボイラ群の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a boiler group. 制御部の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of a control part. 単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、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。It is a graph which shows the steam pressure and the amount of steams when pressure control is implemented only by the usual PID algorithm, using a boiler system consisting of a single boiler as a model. 単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、通常のPIDアルゴリズムによる圧力制御に加えて、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値の時間的推移を示す図である。The figure which shows the time transition of the header pressure value at the time of implementing the pressure control by the PID algorithm which concerns on one Embodiment of this invention in addition to the pressure control by a normal PID algorithm, using the boiler system which consists of a single boiler as a model. It is. 単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、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。It is a graph which shows the steam pressure and the amount of steams when pressure control is implemented only by the usual PID algorithm, using a boiler system consisting of a single boiler as a model. 単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、通常のPIDアルゴリズムによる圧力制御に加えて、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムによる圧力制御を実施した場合におけるヘッダ圧力値の時間的推移を示す図である。The figure which shows the time transition of the header pressure value at the time of implementing the pressure control by the PID algorithm which concerns on one Embodiment of this invention in addition to the pressure control by a normal PID algorithm, using the boiler system which consists of a single boiler as a model. It is.

以下、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、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a boiler system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明に係るボイラシステムの一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。図1は、一実施形態に係るボイラシステム1の概略構成図である。   First, an embodiment of a boiler system according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boiler system 1 according to an embodiment.

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台数制御装置3と、を備える。   As shown in FIG. 1, the boiler system 1 according to the present embodiment includes a boiler group 2 including five boilers 20, a steam header 6 that collects steam generated in the boiler 20, and an interior of the steam header 6. A vapor pressure sensor 7 for measuring pressure and a number control device 3 for controlling the combustion state of the boiler group 2 are provided.

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。   The boiler group 2 includes five boilers 20 and generates steam to be supplied to the steam use facility 18 as load equipment. Each boiler 20 generates steam (heat energy) according to the amount of combustion of fuel. That is, the boiler 20 of this embodiment is a steam boiler.

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。   As shown in FIG. 1, the boiler 20 includes a boiler body 21 in which combustion is performed, and a local control unit 22 that controls the combustion state of the boiler 20.

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。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、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等が挙げられる。   The local control unit 22 changes the combustion state of the boiler 20 according to the steam consumption. Specifically, the local control unit 22 controls the combustion state of the boiler 20 based on the number control signal transmitted from the number control device 3 via the signal line 16. The number control signal will be described later. Further, the local control unit 22 transmits a signal used in the number control device 3 to the number control device 3 via the signal line 16. Examples of signals used in the number control device 3 include the actual combustion state of the boiler 20 and other data.

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。   The steam header 6 is connected to a plurality of boilers 20 constituting the boiler group 2 via a steam pipe 11. The downstream side of the steam header 6 is connected to the steam use facility 18 via the steam pipe 12.

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。   The steam header 6 collects and stores the steam generated in the boiler group 2. The steam header 6 adjusts the pressure difference and pressure fluctuation of one or more boilers 20 to be combusted, and supplies steam whose steam pressure value is adjusted to be constant (target steam pressure value) to the steam using facility 18.

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の蒸気圧力値(以下、「ヘッダ圧力値」ともいう)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を介して台数制御装置3に送信する。   The vapor pressure sensor 7 is electrically connected to the number control device 3 via the signal line 13. The vapor pressure sensor 7 measures the vapor pressure value of the vapor header 6 (hereinafter also referred to as “header pressure value”), and sends a vapor pressure signal corresponding to the vapor pressure value via the signal line 13 to the unit control device 3. Send to.

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。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。台数制御装置3については、後述する。   The number control device 3 is electrically connected to the plurality of boilers 20 through the signal line 16. The number control device 3 controls the combustion state (combustion amount) of each boiler 20 based on the steam pressure value of the steam header 6 measured by the steam pressure sensor 7. The number control device 3 will be described later.

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。   In the boiler system 1 configured as described above, the steam generated in the boiler group 2 is supplied to the steam using facility 18 via the steam header 6.

ボイラシステム1において、ヘッダ圧力値は、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。台数制御装置3(制御部4)は、ヘッダ圧力値(物理量)に基づいてPIDアルゴリズムにより操作量(指示蒸気量)を算出する。言い換えると指示蒸気量とは、ヘッダ圧力値を目標蒸気圧力値にするために必要な蒸気量である。台数制御装置3は、算出された指示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(以下、「発生蒸気量」ともいう)が調節されるため、ヘッダ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、ヘッダ圧力値を一定の目標蒸気圧力値に保つことができる。   In the boiler system 1, the header pressure value varies according to the steam consumption (required load) in the steam using facility 18. The number control device 3 (control unit 4) calculates an operation amount (indicated steam amount) by a PID algorithm based on the header pressure value (physical amount). In other words, the instruction steam amount is a steam amount necessary for setting the header pressure value to the target steam pressure value. The number control device 3 controls the combustion amount of each boiler 20 constituting the boiler group 2 based on the calculated instruction steam amount. As a result, the amount of steam supplied from each boiler 20 to the steam header 6 (hereinafter also referred to as “generated steam amount”) is adjusted, so that the header pressure value can be brought close to the target steam pressure value. That is, the header pressure value can be kept at a constant target steam pressure value according to the fluctuation of the steam consumption.

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に供給される発生蒸気量が不足すれば、ヘッダ圧力値が減少する。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に供給される発生蒸気量が過剰になれば、ヘッダ圧力値が増加する。台数制御装置3は、ヘッダ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、台数制御装置3は、ヘッダ圧力値に基づいて、蒸気使用設備18の蒸気消費量に応じた指示蒸気量を算出し、蒸気ヘッダ6に、この指示蒸気量に対応した発生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。   Specifically, the steam consumption increases due to an increase in demand for the steam use facility 18, and if the amount of generated steam supplied to the steam header 6 is insufficient, the header pressure value decreases. On the other hand, if the steam consumption decreases due to a decrease in the demand of the steam use facility 18 and the generated steam amount supplied to the steam header 6 becomes excessive, the header pressure value increases. The number control device 3 monitors the fluctuation of the steam consumption based on the fluctuation of the header pressure value. Then, the number control device 3 calculates an instruction steam amount corresponding to the steam consumption amount of the steam using facility 18 based on the header pressure value, and the steam generation amount corresponding to the instruction steam amount is supplied to the steam header 6. The combustion amount of each boiler 20 is controlled as described.

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連続制御ボイラからなる。   The boiler 20 of the present embodiment is a continuous control boiler configured to be able to increase or decrease the combustion amount continuously.

連続制御ボイラは、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。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、燃焼量を調整することができる。   The continuous control boiler can increase or decrease the combustion amount continuously at least in the range from the minimum combustion state (for example, the combustion state at 20% of the maximum combustion amount) to the maximum combustion state. The continuous control boiler can adjust the amount of combustion by controlling the opening degree (combustion ratio) of a valve that supplies fuel to the burner and a valve that supplies combustion air, for example.

次に、台数制御装置3の構成について詳細に説明する。台数制御装置3は、図3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。   Next, the configuration of the number control device 3 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the number control device 3 includes a control unit 4 as a control unit and a storage unit 5.

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、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。   The control unit 4 transmits various instructions to each boiler 20 via the signal line 16 and receives various data from each boiler 20 to control the combustion state and the number of operating units of the five boilers 20. Execute. When each boiler 20 receives a signal for changing the combustion state from the number control device 3, it controls the combustion amount of the corresponding boiler 20 in accordance with the instruction. The detailed configuration of the control unit 4 will be described later.

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、後述する指示蒸気量の算出に必要なデータ等を記憶する。   The storage unit 5 stores information related to the instructions transmitted to each boiler 20, information related to the combustion state received from each boiler 20, information related to the priority order of each boiler 20, data necessary for calculating an instruction steam amount, which will be described later, and the like. To do.

次に、制御部4の構成について更に詳細に説明する。図4に示すように、制御部4は、操作量算出部41と、第1検出部42と、第2検出部43と、出力制御部44と、を備える。   Next, the configuration of the control unit 4 will be described in more detail. As shown in FIG. 4, the control unit 4 includes an operation amount calculation unit 41, a first detection unit 42, a second detection unit 43, and an output control unit 44.

操作量算出部41は、予め設定された目標蒸気圧力値、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値等に基づいて、操作量(指示蒸気量)を算出する。具体的には、操作量算出部41は、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値が、予め設定された目標蒸気圧力値となるように、操作量(指示蒸気量)を、後述のPIDアルゴリズムにより算出する。   The operation amount calculation unit 41 calculates an operation amount (indicated steam amount) based on a preset target steam pressure value, a header pressure value measured by the steam pressure sensor 7, and the like. Specifically, the operation amount calculation unit 41 sets the operation amount (indicated steam amount) to a PID described later so that the header pressure value measured by the steam pressure sensor 7 becomes a preset target steam pressure value. Calculated by algorithm.

操作量算出部41は、操作量(指示蒸気量)を、下記の式(1)に基づいて算出する。
操作量(指示蒸気量)=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)
The operation amount calculation unit 41 calculates an operation amount (indicated steam amount) based on the following equation (1).
Operating amount (indicated steam amount) = Deviation proportional output (P control) + Deviation integral output (I control) + Deviation derivative output (D control)
... (1)

また、操作量(指示蒸気量)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(1MPa)当たりのボイラ出力(蒸気量)である。
Moreover, each component which comprises the operation amount (indication vapor | steam amount) is calculated by following formula (2)-(4).
Deviation proportional output (PID_E) = PID_K × (target steam pressure value−current steam pressure value)
... (2)
Here, PID_K (proportional gain) is the boiler output (steam amount) per unit pressure deviation (1 MPa).

比例帯Pbと比例ゲインKpとの関係について簡単に触れておく。
例えば、比例帯Pbと比例ゲインKpとの関係は以下の式で表すことができる。
比例ゲインPID_K = 最大蒸気量/(比例帯Pb×フルスケール圧力)
・・・(3)
なお、比例ゲインの値は、固定値ではなく、ボイラ20の燃焼率に基づいて、例えば、ボイラ20の燃焼率が低いほど、比例ゲインを小さくなるように調整することができる。
式(2)及び(3)から明らかなように、比例帯Pbを大きく設定すると、比例ゲインが小さくなり、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、小さな操作量(指示蒸気量)が算出され、比例帯を小さく設定すると、比例ゲインが大きくなり、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、大きな操作量(指示蒸気量)が算出される。
The relationship between the proportional band Pb and the proportional gain Kp will be briefly described.
For example, the relationship between the proportional band Pb and the proportional gain Kp can be expressed by the following equation.
Proportional gain PID_K = Maximum steam volume / (Proportional band Pb x Full scale pressure)
... (3)
Note that the value of the proportional gain is not a fixed value and can be adjusted based on the combustion rate of the boiler 20, for example, so that the proportional gain becomes smaller as the combustion rate of the boiler 20 is lower.
As is clear from the equations (2) and (3), when the proportional band Pb is set large, the proportional gain becomes small, and a small manipulated variable (indicated steam volume) with respect to the deviation between the target steam pressure value and the header pressure value. ) Is calculated and the proportional band is set small, the proportional gain increases, and a large manipulated variable (indicated steam amount) is calculated with respect to the deviation between the target steam pressure value and the header pressure value.

偏差積分出力(PID_EI)=PID_EI+ PID_E/積分時間(秒)
・・・(4)
式(4)から明らかなように、積分時間を長く設定すると、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、小さな操作量(指示蒸気量)が算出され、積分時間を短く設定すると、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、大きな操作量(指示蒸気量)が算出されることとなる。
Deviation integral output (PID_EI) = PID_EI + PID_E / integration time (seconds)
... (4)
As is clear from equation (4), if the integration time is set long, a small manipulated variable (indicated steam amount) is calculated with respect to the deviation between the target steam pressure value and the header pressure value, and if the integration time is set short. A large manipulated variable (indicated steam amount) is calculated with respect to the deviation between the target steam pressure value and the header pressure value.

偏差微分出力(PID_ED)=
PID_K×(前回制御周期の蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値)×微分時間(秒)
・・・(5)
Deviation differential output (PID_ED) =
PID_K × (steam pressure value of previous control cycle−current steam pressure value) × differentiation time (seconds)
... (5)

本実施形態の操作量算出部41は、上記式(2)、(4)、(5)で算出された各出力を合計することにより、操作量(指示蒸気量)を算出する。   The operation amount calculation unit 41 of the present embodiment calculates the operation amount (indicated steam amount) by summing up the outputs calculated by the above formulas (2), (4), and (5).

操作量算出部41において、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態が継続すると、次第にI制御の操作量が減少し続け、最終的には最終的な操作量(すなわち、指示蒸気量)が0以下となる。   In the operation amount calculation unit 41, when the state where the header pressure exceeds the target pressure continues, the operation amount of the I control gradually decreases, and finally the final operation amount (that is, the indicated steam amount) is 0 or less. It becomes.

第1検出部42は、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値が、予め設定された目標蒸気圧力値を超えているか否か、を検出する。例えば、第1検出部42は、操作量算出部41により算出される偏差比例出力(PID_E)が負の値か否かを判定することで、ヘッダ圧力値が目標蒸気圧力値を超えているか否か、を検出することができる。   The first detection unit 42 detects whether or not the header pressure value measured by the vapor pressure sensor 7 exceeds a preset target vapor pressure value. For example, the first detection unit 42 determines whether or not the header pressure value exceeds the target steam pressure value by determining whether or not the deviation proportional output (PID_E) calculated by the operation amount calculation unit 41 is a negative value. Or can be detected.

第2検出部43は、蒸気圧センサ7で測定されたヘッダ圧力値が上昇傾向にあるか否かを検出する。
例えば、第2検出部43は、操作量算出部41により算出される偏差微分出力(PID_ED)が負の値か否かを判定することで、ヘッダ圧力値が上昇傾向にあるか否かを検出することができる。
また、例えば、第2検出部43は、操作量算出部41により算出された偏差微分出力(PID_ED)が、今回を含めて、所定の回数(例えば、今回、前回、及び前々回の合計3回)、負の値が継続したか否かを判定することで、ヘッダ圧力値が上昇傾向にあるか否か、を検出してもよい。なお、所定の回数は、適宜設定することができる。
また、例えば、第2検出部43は、上記判定に加えて、ヘッダ圧力値の圧力勾配が所定の値以上か否かを判定することにより、ヘッダ圧力値が上昇傾向にあるか否かを判定するようにしてもよい。
なお、操作量算出部41がPIアルゴリズムに基づく場合は、第2検出部43は、(前回制御周期の蒸気圧力値−現在の蒸気圧力値)の値を算出することで、上記と同様に、ヘッダ圧力値が上昇傾向にあるか否かを検出することができる。
The second detection unit 43 detects whether or not the header pressure value measured by the vapor pressure sensor 7 tends to increase.
For example, the second detection unit 43 determines whether or not the header pressure value tends to increase by determining whether or not the deviation differential output (PID_ED) calculated by the operation amount calculation unit 41 is a negative value. can do.
In addition, for example, the second detection unit 43 has the deviation differential output (PID_ED) calculated by the operation amount calculation unit 41 a predetermined number of times including the current time (for example, a total of 3 times, this time, the previous time, and the previous time). By determining whether or not the negative value has continued, it may be detected whether or not the header pressure value tends to increase. The predetermined number of times can be set as appropriate.
Further, for example, in addition to the above determination, the second detection unit 43 determines whether or not the header pressure value tends to increase by determining whether or not the pressure gradient of the header pressure value is greater than or equal to a predetermined value. You may make it do.
When the manipulated variable calculation unit 41 is based on the PI algorithm, the second detection unit 43 calculates the value of (steam pressure value of the previous control cycle−current steam pressure value) in the same manner as described above. It is possible to detect whether or not the header pressure value tends to increase.

出力制御部44は、操作量(指示蒸気量)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、出力制御部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、出力制御部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。   The output control unit 44 performs so-called number control in which a required number of boilers 20 are combusted according to the operation amount (indicated steam amount). Specifically, when the steam consumption increases and the number of boilers 20 to be burned is increased, the output control unit 42 starts burning in order from the boilers 20 having a preset priority. In addition, when the steam consumption is reduced and the number of boilers 20 to be burned is reduced, the output control unit 42 stops the combustion in order from the boiler 20 having a low priority set in advance.

出力制御部44は、操作量算出部41において、蒸気消費量に応じて算出された操作量(指示蒸気量)に基づいて、燃焼させるボイラ20の台数を設定する。出力制御部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を設定するとともに、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、操作量(指示蒸気量)に対応する蒸気量(発生蒸気量)が蒸気ヘッダ6に供給される。   The output control unit 44 sets the number of boilers 20 to be burned based on the operation amount (indicated steam amount) calculated according to the steam consumption amount in the operation amount calculation unit 41. The output control unit 42 sets the boilers 20 that start or stop combustion in accordance with the priority order described in the storage unit 5, and sends a unit control signal (operation start or operation) to the local control unit 22 of the boilers 20. Stop) is output. Thereby, the steam amount (generated steam amount) corresponding to the operation amount (indicated steam amount) is supplied to the steam header 6 from the boiler 20 to be combusted.

出力制御部44は、操作量算出部41により算出された操作量(指示蒸気量)がゼロ以下となった場合、第1検出部42により蒸気ヘッダ7の内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていることが検出されるとともに、第2検出部43により蒸気ヘッダ7の内部の蒸気圧力値が上昇傾向にあることが検出された場合、ボイラ群2のボイラを全て燃焼停止状態(以下、「全缶停止」ともいう)にする。   When the operation amount (instructed steam amount) calculated by the operation amount calculation unit 41 is less than or equal to zero, the output control unit 44 causes the first detection unit 42 to set the steam pressure value inside the steam header 7 to the target pressure value. When it is detected that the steam pressure value inside the steam header 7 tends to increase by the second detector 43, the boilers in the boiler group 2 are all in a combustion stopped state (hereinafter, It is also called “all can stop”).

出力制御部44は、操作量算出部41により算出された操作量(指示蒸気量)がゼロ以下となった場合であっても、第1検出部42により蒸気ヘッダ7の内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていないことが検出されるか、又は第2検出部43により蒸気ヘッダ7の内部の蒸気圧力値が上昇傾向でないことが検出された場合、全缶停止ではなく、ボイラ群2のうち1つのボイラを最少燃焼状態にする。最少燃焼状態は、例えば、燃焼率20%の燃焼状態とすることができる。なお、最少燃焼状態を燃焼率何%の燃焼状態とするか、適宜設定することができる。   Even when the operation amount (indicated steam amount) calculated by the operation amount calculation unit 41 is less than or equal to zero, the output control unit 44 causes the first detection unit 42 to change the steam pressure value inside the steam header 7. When it is detected that the target pressure value is not exceeded or the second detection unit 43 detects that the steam pressure value inside the steam header 7 is not increasing, the boiler group 2 is not stopped at all cans. One of the boilers is brought into a minimum combustion state. The minimum combustion state can be, for example, a combustion state with a combustion rate of 20%. Note that it is possible to appropriately set the combustion state at which the combustion rate is the minimum combustion state.

なお、出力制御部44は、ボイラ群2のボイラを全て燃焼停止状態にする閾値として制御圧力上限値を予め設定し、出力制御部44は、蒸気ヘッダ7の内部の蒸気圧力値が、制御圧力上限値を超えた場合、上記にかかわらずボイラ群2を全缶停止にする。   The output control unit 44 presets a control pressure upper limit value as a threshold value for setting all the boilers of the boiler group 2 in a combustion stopped state, and the output control unit 44 determines that the steam pressure value inside the steam header 7 is the control pressure. When the upper limit is exceeded, the boiler group 2 is stopped at all cans regardless of the above.

次に、制御部4の操作量算出部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、及び本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合のシミュレーション計算の結果について、図4〜図7を参照して説明する。   Next, in the operation amount calculation unit 41 of the control unit 4, the result of the simulation calculation when the comparative example when the pressure control is performed only by the normal PID algorithm and the PID algorithm according to one embodiment of the present invention is executed. Will be described with reference to FIGS.

図4及び図6は、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、通常のPIDアルゴリズムのみで圧力制御を実行した場合における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算の結果を示すグラフである。図5及び図7は、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムによる圧力制御を実行した場合における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算の結果を示すグラフである。   4 and 6 are graphs showing the results of simulation calculation of steam pressure and steam amount when pressure control is executed only with a normal PID algorithm using a boiler system composed of a single boiler as a model. FIGS. 5 and 7 are graphs showing simulation calculation results of steam pressure and steam volume when pressure control is executed by a PID algorithm according to an embodiment of the present invention using a boiler system composed of a single boiler as a model. is there.

図4〜図7における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算のためのシミュレーション条件は、目標蒸気圧力値を1.2MPa、比例帯を5%、微分時間を2秒とした。
なお、積分時間は、図4及び図5における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーションにおいては、20秒を設定し、図6及び図7における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーションにおいては、10秒を設定した。
したがって、図4及び図5における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算のための条件と、図6及び図7における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算のための条件とは、積分時間の設定値が異なる。
The simulation conditions for the simulation calculation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. 4 to 7 were a target steam pressure value of 1.2 MPa, a proportional band of 5%, and a differential time of 2 seconds.
The integration time was set to 20 seconds in the simulation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. 4 and 5, and set to 10 seconds in the simulation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. 6 and 7.
Therefore, the conditions for the simulation calculation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. 4 and 5 are different from the conditions for the simulation calculation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. .

図4〜図7における蒸気圧力と蒸気量のシミュレーション計算のための要求蒸気量のパターンとしては、図4〜図7に示すとおり、経過時間300秒〜360秒に至るまでの間に要求蒸気量が1400kg/hから2400kg/hに上昇し、660秒〜720秒に至るまでの間に要求蒸気量が2400kg/hから1400kg/hに下降するパターンと、経過時間1020秒〜1080秒に至るまでの間に要求蒸気量が1400kg/hから3400kg/hに上昇し、1380秒〜1440秒に至るまでの間に要求蒸気量が3400kg/hから1400kg/hに下降するパターンと、経過時間1740秒〜1800秒に至るまでの間に要求蒸気量が1400kg/hから4400kg/hに上昇し、2100秒〜2160秒に至るまでの間に要求蒸気量が4400kg/hから1400kg/hに下降するパターンと、経過時間2460秒〜2520秒に至るまでの間に要求蒸気量が1400kg/hから5400kg/hに上昇し、2820秒〜2880秒に至るまでの間に要求蒸気量が5400kg/hから1400kg/hに下降するパターンと、経過時間3180秒〜3240秒に至るまでの間に要求蒸気量が1400kg/hから6000kg/hに上昇し、3540秒〜3600秒に至るまでの間に要求蒸気量が6000kg/hから1400kg/hに下降するパターンとを含むパターンを設定し、シミュレーション計算を実行した。   As a pattern of the required steam amount for the simulation calculation of the steam pressure and the steam amount in FIGS. 4 to 7, as shown in FIGS. 4 to 7, the required steam amount during an elapsed time of 300 seconds to 360 seconds. The required steam volume drops from 2400 kg / h to 1400 kg / h during the period from 1400 kg / h to 2400 kg / h and from 660 seconds to 720 seconds, and the elapsed time reaches from 1020 seconds to 1080 seconds During this period, the required steam volume increases from 1400 kg / h to 3400 kg / h, and the required steam volume decreases from 3400 kg / h to 1400 kg / h during the period from 1380 seconds to 1440 seconds, and the elapsed time of 1740 seconds. The required steam volume increases from 1400 kg / h to 4400 kg / h during the period up to 1800 seconds, and reaches 2100 seconds to 2160 seconds. The required steam amount rises from 1400 kg / h to 5400 kg / h during the period from 2400 seconds to 2520 seconds, and the pattern in which the required steam amount drops from 4400 kg / h to 1400 kg / h. The required steam volume drops from 5400 kg / h to 1400 kg / h during the period from 1 second to 2880 seconds, and the required steam volume ranges from 1400 kg / h to 6000 kg / h during the elapsed time from 3180 seconds to 3240 seconds. A pattern including a pattern in which the required steam amount decreases from 6000 kg / h to 1400 kg / h during a period from 3540 seconds to 3600 seconds was set, and simulation calculation was performed.

図4〜図7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(MPa)をそれぞれ示している。また、図4〜図7において、太い実線は蒸気ヘッダ6の上記圧力値、破線は要求される蒸気量、細い実線は蒸気ヘッダ6に供給される発生蒸気量をそれぞれ表している。   4 to 7, the horizontal axis indicates the elapsed time (seconds), the right vertical axis indicates the steam volume (t / h), and the left vertical axis indicates the steam pressure value (MPa). 4 to 7, the thick solid line represents the pressure value of the steam header 6, the broken line represents the required steam amount, and the thin solid line represents the generated steam amount supplied to the steam header 6.

次に、積分時間を20秒に設定して、シミュレーションを実行したケースについて、図4及び図5を参照しながら説明する。   Next, a case where the simulation is executed with the integration time set to 20 seconds will be described with reference to FIGS.

最初に、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ついて、図4を参照しながら説明する。図4に示すように、経過時間0から経過時間2100秒までの間、ボイラ2から蒸気ヘッダ6に供給される発生蒸気量は、要求蒸気量の変動に追従している。   First, a case where pressure control is performed only with a normal PID algorithm will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the generated steam amount supplied from the boiler 2 to the steam header 6 follows the fluctuation of the required steam amount from the elapsed time 0 to the elapsed time 2100 seconds.

一方、経過時間2100秒から2160秒にかけて要求蒸気量が4400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2160秒後から圧力下降に転じている。しかし、依然として目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となり、2200秒辺りで燃焼停止したと考えられる。その後、約20秒間の燃焼停止後の起動遅延があり、2220秒以降に操作量(指示蒸気量)に対応する発生蒸気量を出力したと考えられる。その後、2340秒後には発生蒸気量は、要求蒸気量に収束し、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している。   On the other hand, when the required steam volume suddenly decreases from 4400 kg / h to 1400 kg / h over an elapsed time of 2100 seconds to 2160 seconds, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then the pressure starts after 2160 seconds. It has turned down. However, since the target pressure was still exceeded, the manipulated variable of I control continued to decrease, and eventually the manipulated variable became 0 or less, and it was considered that the combustion stopped around 2200 seconds. Thereafter, there is a start delay after the combustion is stopped for about 20 seconds, and it is considered that the generated steam amount corresponding to the operation amount (indicated steam amount) is output after 2220 seconds. Thereafter, after 2340 seconds, the generated steam amount converges to the required steam amount, and the steam pressure value of the steam header 6 also converges near the target steam pressure value.

そして、2460秒から2520秒にかけて要求蒸気量が1400kg/hから5400kg/hに増加したが、2520秒から2820秒にかけて要求蒸気量が5400kg/hと大きな要求蒸気量のまま一定の値を保ったことから、発生蒸気量は、要求蒸気量に収束し、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している。   And the required steam volume increased from 1400 kg / h to 5400 kg / h from 2460 seconds to 2520 seconds, but the required steam volume was 5400 kg / h from 2520 seconds to 2820 seconds. Therefore, the generated steam amount converges to the required steam amount, and the steam pressure value of the steam header 6 also converges near the target steam pressure value.

次に、経過時間2820秒から2880秒にかけて要求蒸気量が5400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2880秒後から圧力下降に転じている。しかし、依然として目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となり、2910秒辺りで燃焼停止したと考えられる。その後、約20秒間の燃焼停止後の起動遅延があり、2930秒辺り以降に操作量(指示蒸気量)に対応する発生蒸気量を出力したと考えられる。その後、3060秒には発生蒸気量は、要求蒸気量に収束し、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している。   Next, when the required steam volume suddenly decreases from 5400 kg / h to 1400 kg / h over an elapsed time of 2820 seconds to 2880 seconds, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then after 2880 seconds The pressure has started to drop. However, since the target pressure was still exceeded, the manipulated variable for I control continued to decrease, and eventually, the manipulated variable became 0 or less, and it was considered that the combustion stopped around 2910 seconds. After that, there is a start delay after the combustion is stopped for about 20 seconds, and it is considered that the generated steam amount corresponding to the operation amount (indicated steam amount) is output after around 2930 seconds. Thereafter, in 3060 seconds, the generated steam amount converges to the required steam amount, and the steam pressure value of the steam header 6 also converges near the target steam pressure value.

以上のように、積分時間を20秒に設定して、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、通常のPIDアルゴリズムのみで圧力制御を実行した場合、圧力下降中の燃焼停止により、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値の急激な低下は発生し、一時的に圧力は不安定になったものの、ハンチング現象は発生していない。   As described above, when the integration time is set to 20 seconds and the pressure control is executed only by the normal PID algorithm using a boiler system consisting of a single boiler as a model, the steam header 6 is stopped by the combustion stop during the pressure drop. The steam pressure value suddenly dropped and the pressure temporarily became unstable, but no hunting phenomenon occurred.

一方、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、積分時間を20秒に設定したシミュレーション条件の下、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合、図5に示すように、経過時間2100秒から2160秒にかけて要求蒸気量が4400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2160秒後から圧力下降に転じている。この際、目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となったと考えられる。しかしながら、この場合には、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が下降傾向であったことから、燃焼停止とせずに、最小燃焼状態で継続燃焼させている。
このため、図4と比較すると、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値は緩やかな減少に留まり、目標蒸気圧力値の付近で安定していると認められる。
On the other hand, when a PID algorithm according to an embodiment of the present invention is executed under a simulation condition in which an integration time is set to 20 seconds using a boiler system consisting of a single boiler as a model, an elapsed time as shown in FIG. When the required steam volume suddenly decreases from 4400 kg / h to 1400 kg / h from 2100 seconds to 2160 seconds, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then the pressure starts to decrease after 2160 seconds. Yes. At this time, since the target pressure was exceeded, it is considered that the manipulated variable for I control continued to decrease and eventually the manipulated variable became 0 or less. However, in this case, since the steam pressure value of the steam header 6 tends to decrease, the combustion is not stopped and the continuous combustion is performed in the minimum combustion state.
Therefore, as compared with FIG. 4, it is recognized that the steam pressure value of the steam header 6 is only moderately decreased and is stable near the target steam pressure value.

同様に、2820秒から2880秒にかけて要求蒸気量が5400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2880秒後から圧力下降に転じている。この際、目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となったと考えられるが、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が下降傾向であることから、燃焼停止とせずに、最小燃焼状態で燃焼させている。
このため、図4と比較すると、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値は緩やかな減少に留まり、目標蒸気圧力値の付近で安定していると認められる。
Similarly, when the required steam volume suddenly decreases from 5400 kg / h to 1400 kg / h from 2820 seconds to 2880 seconds, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then the pressure decreases after 2880 seconds. It has turned to. At this time, since the target pressure was exceeded, the operation amount of the I control continued to decrease, and it is considered that the operation amount eventually became 0 or less, but the steam pressure value of the steam header 6 tends to decrease. Therefore, the combustion is performed in the minimum combustion state without stopping the combustion.
Therefore, as compared with FIG. 4, it is recognized that the steam pressure value of the steam header 6 is only moderately decreased and is stable near the target steam pressure value.

このように、積分時間を20秒に設定して、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合、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、急激な負荷減少時にオーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過した後、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態で圧力下降に転じた場合において、PID演算による操作量が0以下であっても、全缶停止とせずに、常時燃焼継続することにより、ハンチング現象も発生せず、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値を安定させることができると認められる。   As described above, when the integration time is set to 20 seconds and the PID algorithm according to the embodiment of the present invention is executed, the overshoot occurs when the load is drastically reduced as compared with the case of only the pressure control by the normal PID algorithm. After the header pressure exceeds the target pressure due to the above, when the header pressure exceeds the target pressure and the pressure starts to drop, even if the operation amount by the PID calculation is 0 or less, all the cans are not stopped. By continuing the combustion, it is recognized that the hunting phenomenon does not occur and the steam pressure value of the steam header 6 can be stabilized.

次に、積分時間を10秒に設定して、シミュレーションを実行したケースについて、図6及び図7を参照しながら説明する。積分時間を10秒に設定したことから、積分時間を20秒に設定して、シミュレーションを実行したケースをグラフ化した図4及び図5に比較して、目標蒸気圧力値とヘッダ圧力値との偏差に対して、大きな操作量が算出されることが認められる。   Next, a case where the simulation is executed with the integration time set to 10 seconds will be described with reference to FIGS. Since the integration time is set to 10 seconds, the integration time is set to 20 seconds, and the case where the simulation is executed is compared with FIGS. 4 and 5, and the target steam pressure value and the header pressure value are compared. It is recognized that a large operation amount is calculated with respect to the deviation.

最初に、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ついて、図6を参照しながら説明する。図6に示すように、経過時間2820秒から2880秒にかけて要求蒸気量が5400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2880秒後から圧力下降に転じている。しかし、依然として目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となり、2910秒辺りで燃焼停止したと考えられる。その後、約20秒間の燃焼停止後の起動遅延があり、2930秒辺り以降に操作量(指示蒸気量)に対応する発生蒸気量を出力したと考えられる。しかし、燃焼停止となり、ヘッダ圧力値が急激に下降したことにより、PID演算により算出される操作量(指示蒸気量)が過剰に確保されるため、ボイラが燃焼を開始し、発生蒸気量が増加することにより、ヘッダ圧力値は下降から上昇に転じて、操作量(指示蒸気量)は減少し続けるが、その時点で操作量(指示蒸気量)が過剰に確保されているため、2940秒辺りまで発生蒸気量は増加し続け、2960秒辺りまでヘッダ圧力値が急激に増加し続けている。
その結果、ヘッダ圧力値の上昇を抑えきれずに再度、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、圧力下降に転じ、その後再び燃焼停止となり、ヘッダ圧力値が急降下する、ということを繰り返す結果となり、2940秒から3180秒の間、ハンチング現象が発生したと認められる。
First, a case where pressure control is performed only with a normal PID algorithm will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, when the required steam amount suddenly decreases from 5400 kg / h to 1400 kg / h over an elapsed time of 2820 seconds to 2880 seconds, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then The pressure starts to decrease after 2880 seconds. However, since the target pressure was still exceeded, the manipulated variable for I control continued to decrease, and eventually, the manipulated variable became 0 or less, and it was considered that the combustion stopped around 2910 seconds. After that, there is a start delay after the combustion is stopped for about 20 seconds, and it is considered that the generated steam amount corresponding to the operation amount (indicated steam amount) is output after around 2930 seconds. However, because the combustion is stopped and the header pressure value suddenly drops, the operation amount (indicated steam amount) calculated by the PID calculation is secured excessively, so the boiler starts combustion and the generated steam amount increases. As a result, the header pressure value changes from a decrease to an increase, and the operation amount (indicated steam amount) continues to decrease. However, since the operation amount (indicated steam amount) is excessively secured at that time, it is around 2940 seconds. The amount of generated steam continues to increase until the header pressure value continues to increase rapidly until around 2960 seconds.
As a result, the increase in the header pressure value cannot be suppressed, the header pressure again exceeds the target pressure due to overshoot, then the pressure starts to decrease, the combustion stops again, and the header pressure value drops rapidly. As a result, it is recognized that the hunting phenomenon occurred from 2940 seconds to 3180 seconds.

以上のように、積分時間を10秒に設定して、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、通常のPIDアルゴリズムのみで圧力制御を実行した場合、圧力下降中の燃焼停止により、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値の急激な低下が発生したことにより、操作量(指示蒸気量)が過剰に確保され、発生蒸気量は増加し続け、ヘッダ圧力値の上昇を抑えきれずに再度、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、圧力下降に転じ、その後再び燃焼停止となり、ヘッダ圧力値が急降下するというハンチング現象が発生したと認められる。   As described above, when the integration time is set to 10 seconds and the pressure control is executed only with the normal PID algorithm using a boiler system consisting of a single boiler as a model, the steam header 6 is stopped by the combustion stop during the pressure drop. As a result of the sudden drop in the steam pressure value, the operation amount (indicated steam amount) is secured excessively, the generated steam amount continues to increase, and the increase in the header pressure value cannot be suppressed. It is recognized that a hunting phenomenon has occurred in which the header pressure has exceeded the target pressure, and then has started to decrease in pressure, and then combustion has stopped again, causing the header pressure value to rapidly decrease.

一方、単体のボイラからなるボイラシステムをモデルとして、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合、図7に示すように、経過時間2820秒から2880秒にかけて要求蒸気量が5400kg/hから1400kg/hに急激な減少が生じた際に、オーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過し、その後、2880秒秒後から圧力下降に転じている。この際、目標圧力を超えた状態であったために、I制御の操作量が減少し続け、最終的には操作量が0以下となったと考えられるが、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値が下降傾向であることから、燃焼停止とせずに、最小燃焼状態で燃焼させている。
このため、図6と比較すると、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値は緩やかな減少に留まり、目標蒸気圧力値の付近で安定していると認められる。
On the other hand, when a PID algorithm according to an embodiment of the present invention is executed using a boiler system consisting of a single boiler as a model, the required steam amount is 5400 kg / h over an elapsed time of 2820 seconds to 2880 seconds as shown in FIG. When a sudden decrease occurs from 1400 kg / h to 1400 kg / h, the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot, and then the pressure starts to decrease after 2880 seconds. At this time, since the target pressure was exceeded, the operation amount of the I control continued to decrease, and it is considered that the operation amount eventually became 0 or less, but the steam pressure value of the steam header 6 tends to decrease. Therefore, the combustion is performed in the minimum combustion state without stopping the combustion.
For this reason, compared with FIG. 6, it is recognized that the steam pressure value of the steam header 6 is only moderately decreased and is stable near the target steam pressure value.

このように、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合、積分時間として比較的小さな値10秒を設定した場合であっても通常のPIDアルゴリズムによる圧力制御のみの場合に比べて、急激な負荷減少時にオーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過した後、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態で圧力下降に転じた場合において、PID演算による操作量が0以下であっても、全缶停止とせずに、常時燃焼継続することにより、ハンチング現象も発生せず、蒸気ヘッダ6の蒸気圧力値を安定させることができる。   Thus, when the PID algorithm according to an embodiment of the present invention is executed, even when a relatively small value of 10 seconds is set as the integration time, compared to the case of only pressure control by a normal PID algorithm, When the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot when the load is suddenly reduced, and when the header pressure exceeds the target pressure and the pressure starts to drop, even if the manipulated variable by PID calculation is 0 or less, all By continuously burning without stopping the can, the hunting phenomenon does not occur and the steam pressure value of the steam header 6 can be stabilized.

以上のように、本発明の一実施形態に係るPIDアルゴリズムを実行した場合、急激な負荷減少時にオーバーシュートによりヘッダ圧力が目標圧力を超過した後、ヘッダ圧力が目標圧力を超えた状態で圧力下降に転じた場合において、PID演算(又はPI演算)による操作量が0以下であっても、全缶停止となることを回避して、ヘッダ圧力値を速やかに目標蒸気圧値に収束させることができる。   As described above, when the PID algorithm according to an embodiment of the present invention is executed, after the header pressure exceeds the target pressure due to overshoot when the load is suddenly decreased, the pressure decreases in a state where the header pressure exceeds the target pressure. , Even if the amount of operation by PID calculation (or PI calculation) is 0 or less, it is possible to avoid the stoppage of all cans and quickly converge the header pressure value to the target vapor pressure value. it can.

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。   The preferred embodiment of the boiler system 1 of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate.

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。すなわち、本発明を、6台以上のボイラ20又は4台以下のボイラ20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、上述したシミュレーションのように、1台のボイラ単体の燃焼制御に適用してもよい。
また、上記実施形態では、5台のボイラ20の全てを同一のボイラで構成することとしているが、これに限られるものではなく、ボイラ20毎に容量が異なることとしてもよい。
また、上記実施形態のボイラ20は、燃焼量を連続的に増減可能に構成された連続制御ボイラからなるとしたが、これに限られるものではない。ボイラ20が、段階的な複数の燃焼位置で燃焼可能な段階値制御ボイラからなる場合にも適用できる。
In the said embodiment, although this invention was applied to the boiler system provided with the boiler group 2 which consists of the five boilers 20, it is not restricted to this. In other words, the present invention may be applied to a boiler system including a boiler group including six or more boilers 20 or four or less boilers 20 and combustion of a single boiler as in the simulation described above. You may apply to control.
Moreover, in the said embodiment, although it is supposed that all the five boilers 20 are comprised with the same boiler, it is not restricted to this, It is good also as a capacity | capacitance varying for every boiler 20. FIG.
Moreover, although the boiler 20 of the said embodiment consisted of the continuous control boiler comprised so that combustion amount could be increased / decreased continuously, it is not restricted to this. The present invention can also be applied to a case where the boiler 20 is composed of a stage value control boiler capable of burning at a plurality of staged combustion positions.

また、上記実施形態では、操作算出部41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操作量(指示蒸気量)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操作量(指示蒸気量)を算出する制御にも適用することができる。   Moreover, in the said embodiment, the operation calculation part 41 demonstrated the example which calculates operation amount (indication vapor | steam amount) with a PID (proportional + integral + differentiation) algorithm based on the steam pressure value (physical quantity) of the steam header 6. . The present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to control for calculating an operation amount (indicated steam amount) by a PI (proportional + integral) algorithm.

1 ボイラシステム
2 ボイラ群
3 台数制御装置
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 操作量算出部
42 第1検出部
43 第2検出部
44 出力制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiler system 2 Boiler group 3 Number control device 4 Control part 5 Memory | storage part 6 Steam header 7 Steam pressure sensor 18 Steam use equipment 20 Boiler 41 Operation amount calculation part 42 1st detection part 43 2nd detection part 44 Output control part

Claims (4)

燃焼率を変更して燃焼可能な1つ以上のボイラからなり、負荷機器に蒸気を供給するボイラ群と、
該ボイラ群において生成された蒸気が集合する蒸気ヘッダと、
負荷機器からの要求負荷に応じて前記1つ以上のボイラの燃焼状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
蒸気消費量の変動に対して該蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値を目標蒸気圧力値に保つように、PIアルゴリズム又はPIDアルゴリズムにより操作量を算出する操作量算出部と、
前記操作量算出部により算出された操作量に基づいて、前記1つ以上のボイラの燃焼状態を制御する出力制御部と、
前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていることを検出する第1検出部と、
前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向にあるか否かを検出する第2検出部と、を備え、
前記出力制御部は、前記操作量算出部により算出された操作量がゼロ以下となった場合、前記第1検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていることが検出され、前記第2検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向にあることが検出された場合、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にすることを特徴とするボイラシステム。
A set of one or more boilers capable of burning at different combustion rates and supplying steam to the load equipment;
A steam header in which steam generated in the boiler group gathers;
A control unit that controls a combustion state of the one or more boilers according to a required load from a load device,
The controller is
An operation amount calculation unit for calculating an operation amount by a PI algorithm or a PID algorithm so as to keep a steam pressure value inside the steam header at a target steam pressure value with respect to fluctuations in steam consumption;
An output control unit that controls a combustion state of the one or more boilers based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit;
A first detector for detecting that a steam pressure value inside the steam header exceeds a target pressure value;
A second detection unit that detects whether or not the steam pressure value inside the steam header tends to increase,
When the operation amount calculated by the operation amount calculation unit is less than or equal to zero, the output control unit is configured such that a steam pressure value inside the steam header exceeds a target pressure value by the first detection unit. When it is detected and the second detection unit detects that the steam pressure value inside the steam header tends to increase, all the one or more boilers are put into a combustion stop state. .
前記出力制御部は、前記操作量算出部により算出された操作量がゼロ以下となった場合、前記第1検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が目標圧力値を超えていないことが検出されるか、又は前記第2検出部により前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が上昇傾向でないことが検出された場合、前記1つ以上のボイラのうち、1つのボイラを最少燃焼状態にすることを特徴とする請求項1に記載のボイラシステム。   When the operation amount calculated by the operation amount calculation unit is less than or equal to zero, the output control unit is configured such that the steam pressure value inside the steam header does not exceed a target pressure value by the first detection unit. If one of the one or more boilers is detected, or if the second detection unit detects that the steam pressure value inside the steam header is not in an upward trend, the boiler is brought into a minimum combustion state. The boiler system according to claim 1. 前記最少燃焼状態は、燃焼率20%の燃焼状態である、請求項2に記載のボイラシステム。   The boiler system according to claim 2, wherein the minimum combustion state is a combustion state with a combustion rate of 20%. 前記制御部は、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にする閾値として制御圧力上限値を予め設定し、
前記出力制御部は、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧力値が、前記制御圧力上限値を超えた場合、前記1つ以上のボイラを全て燃焼停止状態にすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のボイラシステム。
The control unit presets a control pressure upper limit value as a threshold value for bringing all of the one or more boilers into a combustion stop state,
The output controller is configured to put all the one or more boilers in a combustion stopped state when a steam pressure value inside the steam header exceeds the control pressure upper limit value. 4. The boiler system according to any one of items 3.
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