JPH02272203A - ボイラ起動支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はボイラ起動装置に係り、特にスケジュール誤差
が所定値以上となった場合に、スケジュールを修正する
に好適な起動支援システムに関する。

［従来の技術］ ボイラの起動に関する従来の方法は、起動前の停止時間
や機器の温度状態に応じて、ボイラへの初期投入燃料量
、主蒸気の昇温及び昇圧の時間関数、タービンの昇速及
び負荷上昇の時間関数を起動スケジュールとして決定し
、この起動スケジュールをプラントの各系統に設けられ
た制御系で実行するという方法が採られていた。

この最も代表的な方法は、Ｅ　１ｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｗ
ｏｒｌｄ。

Ｖｏｌ、１６５．Ｎｏ、６の論文”　Ｔ　ｈｅｒｍａｌ
　Ｓ　ｔｒｅｓｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｓｔａｒｔｉｎ
ｇ、　Ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　ＢｏｉｌｅｒｓＴ　ｕｒ
ｂｉｎａｓ　”で述べられている。この方法は、プラン
トの限られた部分の初期状態によって一義的に起動スケ
ジュールを決定する方法である。即ち、ボイラ蒸気圧力
、ボイラ出口蒸気温度、蒸気タービンケーシング温度等
の初期値に応じて蒸気タービンの昇速率、初負荷量、速
度保持並びに負荷保持による蒸気タービンの暖機時間及
び負荷変化率を決定する方法である。この方法によると
、運転制限要因である蒸気タービンの熱応力を管理する
上で重要なボイラ発生蒸気の昇温、昇圧特性を起動前に
予測できないため、その不確定性を起動スケジュールに
余裕を持たせることにより吸収している。そのため、作
成される起動スケジュールは必要以上に長くなりがちで
あった。

また、別の従来方法としては、蒸気タービンに発生する
熱応力をオンラ′インリアルタイムで監視しながら蒸気
タービンの急速起動を図るものであるが、前記従来方法
と同様にボイラの起動方法に関しては何ら言及されてい
ない。

さらに上記従来方法では、ボイラ点火直前のプラント初
期温度状態の実測値に基づいて起動スケジュールを作成
するため、中央給電指令所（中給）から指定された起動
完了時刻に正確に起動を完了（定刻起動）できる起動ス
ケジュールを作成することができず、実際の起動状態が
スケジュールから大きくはずれた場合は１手動操作に切
り換えられ、運転員に大きな負担がかかつていた。

このように、従来方法では起動時間が長くなりがちであ
り、それに伴って起動時のエネルギー損失（起動損失）
が大きくなるといったボイラ運用上の経済性の問題と、
起動スケジュールを実行する上での安全性の問題があっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、起動スケジュールを管理する上で重要
となるボイラ発生蒸気の昇温、昇圧特性を起動前に予測
できないから、その不確定性を起動スケジュールに余裕
をもたせることにより吸収しているため、作成される起
動スケジュールは必要以上に長くなりがちとなる。それ
に伴って起動損失も大きくなるといった経済性の問題と
、起動スケジュールからのずれは運転員の手動操作によ
ることから、運転員の負担増大とともに起動スケジュー
ルを実行する上での安全性の問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決するため
に、起動中のスケジュール監視機能を設けることにより
、スケジュール誤差発生の早期発見を可能にし、中給か
ら指定される起動時刻を守るためにスケジュール修正機
能を付加したボイラ起動支援システムを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、ボイラの起動特性を定量的に計算するため
の動特性モデルと、この動特性モデルで使用するスケジ
ュール作成手段及び現在状態潤定手段と、スケジュール
作成手段で作成された起動スケジュールと実際の起動過
程で遂行される起動スケジュールの誤差を監視するスケ
ジュール誤差監視手段と、上記スケジュール誤差監視手
段により起動され、上記動特性モデルで得られる起動特
性を評価しながら繰り返し演算により起動スケジュール
を最適化するスケジュール最適化手段とを用いることに
より、達成できる。

［作用］ 上記動特性モデルは、設定した起動スケジュールに従っ
てボイラを起動した場合の起動特性を定量的に予測でき
る。そのため、起動スケジュールと起動特性の関係を起
動中においてその都度知ることが可能であるとともに、
ボイラ状態値が運転制限条件を満足するか否かを確認で
きるため、安全性の高い起動が可能である。

スケジュール誤差監視手段は、起動中に遂行されるスケ
ジュール及びボイラ状態量の運転制限条件に対する所定
値以上の誤差が発生した場合に。

その結果を運転員に提示することが可能であり、また、
スケジュール最適化手段を起動することによりスケジュ
ールの修正を自動的に行なうことが可能である。

スケジュール最適化手段は、熟練運転員の思考方法と似
た方法でスケジュールを最適化するためにファジィ推論
を適用し、上記動特性モデルで得られた起動特性の運転
制限条件に対する余裕値を定性的に評価し、スケジュー
ルを修正し、再度動特性モデルを用いて起動特性を計算
し、その結果を定性的に評価し、スケジュールを修正す
るといった繰り返し計算手法により最適化を行なってい
る。このスケジュールと起動特性の定性的因果関係に基
づいてスケジュールの修正量を決定するところが熟練運
転員の思考方法と似ている。これにより、最適スケジュ
ールの求解のための収束性が極めて良好となるため、ス
ケジュール誤差に対する早期対応が可能となる。

以上述べた手段により、起動過程において、ボイラの運
転制限条件を満足し、起動所要時間を最少とする最適起
動スケジュールを管理することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明を適用したボイラ起動装置の全体構成を
示すものである。本装置は、ボイラプラント１において
、バーナ点火から目標負荷（一般的には中給から指令さ
れる負荷レベル）に到達するまでの全起動過程における
機器の操作時期及び制御目標を決定するための起動スケ
ジュール作成装置４と、ボイラプラント１の現在状態を
測定する現在状態測定装置２と、該測定値データを格納
しておくデータファイル３と、起動スケジュールとボイ
ラ状態値とから起動特性を予測する動特性モデル６と、
ボイラ運転制限条件５と起動特性からスケジュール誤差
を監視するスケジュール誤差監視装置７と、スケジュー
ル誤差が所定値を越えた場合に起動されるスケジュール
最適化装置８とスケジュール誤差の監視結果を運転員に
表示するためのユーザインターフェース１３及び表示装
置１４と、監視結果を踏まえて実際にボイラプラント１
を制御する制御装置とから成る。

スケジュール誤差監視装置７は、更に、余裕値計算装置
１６と起動異常判定装置１７とから成る。

また、スケジュール最適化装置８は、更に、ファジィ推
論部９と、余裕値評価ルール１１とスケジュール修正ル
ール１２を含んだ知識ベース１０とから成る。

第２図に各構成部分の相互関係を表わすフローチャート
を示す。ボイラプラント１からオンラインリアルタイム
で測定された現在状態値はデータファイル３に格納され
た後、動特性モデル６へ転送される。動特性モデル６は
、起動スケジュール作成装置４により予め設定されたス
ケジュールあるいはスケジュール最適化装置８によって
修正されたスケジュールに従って、現在のボイラ起動中
の状態量に基づき、ある一定の設定された時間間隔でボ
イラ起動を続行した場合のボイラ起動特性を定量的に計
算する。

動特性モデル６で定量的に計算されたボイラ起動特性は
、起動スケジュール作成装置４により予め設定された起
動スケジュールあるいはスケジュール最適化装置８によ
り修正されたスケジュールに対する誤差及びボイラ運用
上制限される運転制限条件５に対する余裕値を余裕値計
算装置１６により、各々計算される。計算された余裕値
は、起動異常判定装置１７へ転送され、予め設定された
所定値を越えているか否かを判定した後、所定値を越え
た場合にのみスケジュール最適化装置８を起動する。

起動されたスケジュール最適化装置８は、余裕値計算装
置１６で計算された余裕値を余裕値評価ルールを用いて
、定性的に評価し、その後、スケジュール修正ルールを
用いて定性的にスケジュール修正を行なう。ここでファ
ジィ推論部９は、余裕値評価及びスケジュール修正機能
に対して作用し、それぞれの処理において熟練運転員の
思考方法を模擬することにより、起動特性の予測精度の
向上と最適スケジュール求解の高速化を図るものである
。そのために、上記２機能に対して、熟練運転員の知識
として余裕値評価ルール１１とスケジュール修正ルール
１２を準備し、これを知識ベース１０としている。そし
て、修正されたスケジュールは、再び動特性モデル６に
起動スケジュールを設定し、起動特性を予測するといっ
た繰り返し計算手法で最適スケジュールを決定するもの
である。

第３図にスケジュール最適化の考え方を示す。

スケジュール誤差監視装置７内の起動異常判定装置１７
から転送される余裕値２０（図ではスケジュール誤差、
運転制限条件に対する昇温率及び熱応力の余裕値を示す
）は、ファジィ推論部９において、余裕値の大きさを定
性的に評価するためのメンバーシップ関数により評価さ
れる０図より、各々の余裕値の評価は、 １）スケジュール誤差：ｍ□ 少し遅れている（ＮＳ）度合が０．８ 多く遅れている（ＮＢ）度合が０．２ ２）昇温率：ｍ２ 余裕が小さい（ｐｓ）度合が０．８ 余裕が中位（ＰＭ）な度合が０．２ ３）熱溶カニｍ３ 余裕が小さい（ＰＳ）度合が０．５ 余裕が中位（ＰＭ）な度合が０．５ のように定性的に評価される。このように評価された余
裕値は、スケジュール修正ルール１２の中で照合された
修正ルールとで、ファジィ推論部９においてスケジュー
ル修正がなされる。図より、照合されたスケジュール修
正ルールは、１）スケジュール誤差ｍ１が少し遅れて（
ＮＳ）おり、昇温率の余裕値ｍ、が中位（ＰＭ）で、熱
応力の余裕値ｍ３が小さい（ｐｓ）ならば、昇温率（Δ
Ｔ）を中位（ＰＭ）に、昇圧率（ΔＰ）を小さく　（Ｐ
Ｓ）せよ。

２）昇温率の余裕値ｍ２が小さく　（ＰＳ）　、熱応力
の余裕値ｍ３が中位（ＰＭ）ならば、昇温率（ΔＴ）を
小さく　（ＰＳ）、昇圧率（ΔＴ）を中位（ＰＭ）にせ
よ。

の２つが採用されることになる。

ルールは、ある状況のとき、出力をどうするかを予め定
めたものである。今、入力（余裕値２０）がｍ工、ｍ、
、ｍ、であったとすると、スケジュール修正ルール１２
の１）のルールにより１ｍ□＝ＮＳ、ｍ２＝ＰＭ＋　ｍ
、＝ＰＳという命題のあてはまる度合を、余裕値評価ル
ールであるメンバーシップ関数から求め、各々０．８．
０．２．０．５となる。

そして、このスケジュール修正ルールの出力のファジィ
変数である昇温率（ΔＴ）と昇圧率（ΔＰ）は、ファジ
ィ推論部９内のメンバーシップ関数となり、各々０．２
倍した斜線部分が得られる。この０．２という係数は、
より安全な制御を行なうことに相当する。また、この係
数は命題のあてはまる度合の平均をとってファジィ変数
（八Ｔ、ΔＰ）の値を求めることも考えられ、これらは
制御戦略（ルール優先度、確信度）によって決定すれば
良い。

また、各スケジュール修正ルールに対する結果は、ファ
ジィ推論の場合、推論合成側が多く用いられ、その合成
するための出力のファジィ集合の和演算を行なった結果
が第３図の最下段の２つのメンバーシップ関数であり、
推論値はメンバーシップ関数の面積を２等分（重心）し
たｍＴ、ｍｐとなる。この推論結果である昇温率（ｍＴ
）と昇圧率（ｍＰ）を用いて、再び動特性モデル６によ
り、起動特性を計算することによって、最適なスケジュ
ールが得られる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ボイラ起動中において、起動スケジュ
ールに対する実起動状態からの誤差及び運転制限条件に
対する現在状態からの余裕値を監視することが可能であ
るため、ボイラ運用上の安全性を向上するとともに、運
転員の負担を大幅に軽減することが可能である。

また、ボイラ起動所要時間の最適化（最短時間）が可能
であるため、起動時のエネルギー損失も低減することが
できることから、運用コストを大幅に低減できるため経
済的な運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るボイラ起動支援システ
ムの構成図、第２図は、本発明の実施例に係るボイラ起
動支援システムの各構成部分の信号の流れを示したフロ
ーチャート、第３図は、本発明の実施例に係るボイラ起
動支援システムのスケジュール最適化機能の詳細説明図
である。 １・・・・・・ボイラプラント、２・・・・・・現在状
態測定装置、４・・・・・・起動スケジュール作成装置
、６・・・・・・動特性モデル、８・・・・・・スケジ
ュール最適化装置、１４・・・・・・表示装置、１５・
・・・・・制御装置、１６・・・・・・余裕値計算装置
。 １１７図 第２図 −Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料の燃焼により発生する熱によつて蒸気を発生さ
   せるためのボイラにおいて、 該ボイラの起動前に機器の操作時期及び制御目標値を決
   定する起動スケジュール作成手段を有し、該起動スケジ
   ュールに従つた起動過程において、少なくともボイラ耐
   圧部位の蒸気温度と蒸気圧力と発生熱応力を計測、算出
   もしくは推定する現在状態測定手段と、該計測データを
   保存しておくデータファイルを有し、設定された時間間
   隔で起動されるボイラ起動特性を予測するための動特性
   モデルと、該動特性モデルから得られた起動特性の運転
   制限条件に対する差及び起動前に作成された該起動スケ
   ジュールとの差とを監視するスケジュール誤差監視手段
   と、該動特性モデルにより予測されたボイラ起動特性結
   果及び該起動スケジュールを表示するための表示手段と
   、該スケジュール誤差及び該動特性モデルから得られた
   起動特性の運転制限条件に対する差が所定値以上となつ
   た場合に該起動スケジュールを修正するためのスケジュ
   ール最適化手段を有することを特徴とするボイラ起動支
   援システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載の前記スケジュール誤差
   監視手段において、該動特性モデルから得られたボイラ
   起動特性の運転制限条件に対する余裕値及び起動前に作
   成された該起動スケジュールに対する余裕値を求めるた
   めの余裕値計算手段と、該余裕値が予め設定された所定
   値を越えていないかを判定する起動異常判定手段を有す
   ることを特徴とするボイラ起動支援システム。 ３、特許請求の範囲第１項記載の前記スケジュール最適
   化手段において、該余裕値計算手段により得られた余裕
   値の大きさを定性的に評価するための余裕値評価手段と
   、定性的に評価された該余裕値との関係において予め準
   備したスケジユール修正ルールを適用して該起動スケジ
   ュールを修正するためのスケジュール修正手段と、修正
   された起動スケジュールを再び該動特性モデルを用いて
   予測し、該スケジュール誤差監視手段により得られた余
   裕値に応じて再び起動スケジュールを修正するといつた
   繰り返し演算を行なうための繰り返し演算手段を有する
   ことを特徴とするボイラ起動支援システム。