JP7067349B2 - By-product gas utilization system - Google Patents
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Description
本発明は、副生ガス利用システムに関する。より詳細には、例えばプラント設備等の副生設備から製品製造に伴って発生する副生ガスのみを燃料ガスとして用いるボイラ等の燃焼装置を備える副生ガス利用システムに関する。 The present invention relates to a by-product gas utilization system. More specifically, the present invention relates to a by-product gas utilization system including a combustion device such as a boiler that uses only the by-product gas generated from the by-product equipment such as plant equipment as fuel gas.
ボイラシステムが設置されるプラント等では、プラントの運転に伴い副生ガスとして例えば水素ガス（以下、「副生ガス」ともいう）が発生する場合がある。そこで、プラントにおいて発生した水素ガス（副生ガス）を燃料の一部として用いるボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In a plant or the like where a boiler system is installed, for example, hydrogen gas (hereinafter, also referred to as "by-product gas") may be generated as a by-product gas as the plant operates. Therefore, a boiler system using hydrogen gas (by-product gas) generated in a plant as a part of fuel has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１には、複数の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２において、貫流ボイラ２０それぞれに第１燃料ガス（例えば、１３ＡやＬＰＧ等の炭化水素ガス）を供給する第１燃料ガス供給ラインＬ１と、貫流ボイラ２０それぞれに副生ガス（水素ガス）を供給する水素ガス供給ラインＬ２と、台数制御装置５０と、を設けたボイラシステム１が記載されている。ここで、特許文献１に記載のボイラシステム１は、第１燃料ガス及び副生ガスの混合ガスを燃料ガスとして混焼燃焼可能、かつ、第１燃料ガスのみを燃料ガスとして専焼燃焼可能な複数の貫流ボイラにより構成されている。
そして、ボイラシステム１の台数制御装置５０は、蒸気ヘッダ４０の蒸気圧に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を算出し、算出された複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態に応じて、第１燃料ガス供給弁６１及び水素ガス供給弁６２の開閉又は開度を制御することで、それぞれの貫流ボイラ２０への燃料ガス（第１燃料ガス及び副生ガス）の供給量を調整し、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御する。このため、ボイラシステム１における副生ガスの消費量は、蒸気ヘッダ４０の蒸気圧に依存するものとなり、必ずしも、プラント設備から製品製造において生成される副生ガスを全て消費できるものではなかった。
より具体的には、特許文献１に記載の第１実施形態においては、台数制御装置５０（水素供給制御部５２１）は、例えば、副生ガスとしての水素ガスを貯留する水素ホルダ３０の内部の圧力がＰ１以上の場合には副生ガス（水素ガス）を供給する貫流ボイラ２０を４台とし、圧力がＰ１未満Ｐ２以上の場合には副生ガス（水素ガス）を供給する貫流ボイラ２０を３台とし、圧力がＰ２未満Ｐ３以上の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を２台とし、圧力がＰ３未満Ｐ４以上の場合には副生ガス（水素ガス）を供給する貫流ボイラ２０を１台とし、そして圧力がＰ４未満の場合には副生ガス（水素ガス）を供給する貫流ボイラ２０を０台とするように、副生ガス（水素ガス）供給の制御をする。
ただし、台数制御装置５０（水素供給制御部５２１）により決定された副生ガス（水素ガス）を供給する貫流ボイラ２０の台数が、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数よりも多い第１状態を検出した場合、副生ガス（水素ガス）を供給すると決定された貫流ボイラ２０のうち、燃焼指示が出されていない貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を閉止して水素ガス放出弁６３を開放して、副生ガス（水素ガス）を大気に放出する（以下、「放気する」ともいう）ことが記載されている。
また、特許文献１に記載の第２実施形態では、台数制御装置５０Ａ（水素供給制御部５２１Ａ）は、副生ガス（水素ガス）を貯留する水素ホルダ３０の内部の圧力値が予め設定された目標圧力値となるように、水素ガスのボイラ群２への供給量（必要出力水素量）を算出し、台数制御装置５０Ａ（水素供給制御部５２１Ａ）は、必要出力水素量がボイラ群２に供給されるように水素ガス供給弁６２の開閉又は開度を制御する。
しかしながら、この場合においても、台数制御装置５０Ａ（水素供給制御部５２１Ａ）は、燃焼状態にある貫流ボイラ２０への水素ガスの供給だけでは水素ホルダ３０から出力される水素量（出力水素量）が必要出力水素量に到達しない場合、又は燃焼状態にある貫流ボイラ２０が無い場合には、水素ガス放出弁６３Ａの開度を制御して、副生ガス（水素ガス）を放気することで、水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力が目標圧力となるように制御することが記載されている。
Then, the
More specifically, in the first embodiment described in
However, the number of through-
Further, in the second embodiment described in
However, even in this case, the number control device 50A (hydrogen supply control unit 521A) determines the amount of hydrogen (output hydrogen amount) output from the
以上のように、特許文献１に記載のボイラシステム１は、第１燃料ガス及び副生ガスの混合ガスを燃料ガスとして混焼燃焼させるか、又は第１燃料ガスのみを専焼燃焼させる複数の貫流ボイラから構成され、副生ガスとしての水素ガスを、第１燃料ガスの補助として使用しているに過ぎない。このため、ボイラシステム１の台数制御装置は、発生蒸気量の制御を前提として、その条件下で、（放気を含む）水素供給量の制御を行う。第１実施形態及び第２実施形態に関わらず、台数制御装置５０Ａは、ボイラシステム１の燃焼量の制御を行う際に、水素供給量が過剰な場合には、その過剰な量を放気する制御を行うことを前提としている。このように、特許文献１に記載のボイラシステム１は、必ずしも、プラント設備から製品製造において生成される副生ガスを全て消費できるものではなかった。また、発生量の変動のある副生ガス（水素ガス）のみを燃料ガスとして消費させることが可能な水素専焼ボイラを含むボイラシステムでもなかった。
As described above, the
他方、例えば、メインボイラシステムによる蒸気量生成がなされ、当該メインボイラシステムにおいて蒸気量の制御を行っている場合に、プラント設備から製品製造における副生ガスとして発生する水素ガスのみを燃料ガスとして燃焼可能な水素専焼ボイラ（貫流ボイラ）を含む副生ガス利用システムを新たに設けることで、プラント設備側で発生する製品製造における副生ガスとして発生する発生量の変動のある副生ガス（水素ガス）をプラント設備側に影響を与えることなく、通常時には全て燃料ガスとして消費させることで、発生量の変動が大きい副生ガスを効率よくエネルギーとして利用可能な副生ガス利用システムが求められている。
この点、特許文献１に開示されたボイラシステム１は、第１燃料ガス（例えば、１３ＡやＬＰＧ等の炭化水素ガス）のみを燃料ガスとして燃焼可能な専焼燃焼及び第１燃料ガス及び副生ガスの混合ガスを燃料ガスとして燃焼可能な混焼燃焼可能な貫流ボイラにより構成されており、第１燃料ガスと副生ガスとの組み合わせで必要蒸気量を生成させるものであり、通常時に副生ガスを全て燃料ガスとして無駄なく消費させるものではなく、発生量の変動のある副生ガス（水素ガス）を効率的にエネルギーとして利用可能なボイラシステムでもなかった。
また、特許文献１に開示されたボイラシステム１は、発生量の変動のある副生ガス（水素ガス）のみを燃料ガスとして消費させることが可能な（発生蒸気量の制御を行わない）水素専焼ボイラ（貫流ボイラ）を含むボイラシステムを新たに設けるものでもなかった。
On the other hand, for example, when the steam amount is generated by the main boiler system and the steam amount is controlled in the main boiler system, only the hydrogen gas generated as a by-product gas in the product manufacturing from the plant equipment is burned as the fuel gas. By newly installing a by-product gas utilization system that includes a possible hydrogen-only combustion boiler (through-flow boiler), by-product gas (hydrogen gas) with a variable amount of generated as by-product gas in product manufacturing generated on the plant equipment side ) Is consumed as fuel gas in normal times without affecting the plant equipment side, and there is a demand for a by-product gas utilization system that can efficiently use by-product gas with large fluctuations as energy. ..
In this respect, the
Further, the
本発明は、例えばプラント設備等の副生設備における製品製造過程において発生する副生ガス（例えば水素ガス）のみを燃料ガスとして燃焼可能な燃焼装置としての副生ガス専焼ボイラ（貫流ボイラ）を１つ以上含むボイラ群を備える副生ガス利用システムであって、前記ボイラ群に対して副生ガス（例えば水素ガス）を供給する副生ガス（水素ガス）を貯留するタンク内の圧力値に基づいて台数制御（フィードバック制御）することで、発生量の変動が大きい副生ガスを無駄なく消費させて、効率よくエネルギーとして利用可能とする副生ガス利用システムにおいて、燃焼状態にある燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、ガス供給量が急激に減少した際の追従性を確保し、燃焼状態にある燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、ガス供給量が急激に増えた際の追従性を確保することができ、プラント設備のような副生設備に影響を与えずに副生ガス消費の安定制御が可能となる副生ガス利用システムを提供することを目的とする。 The present invention provides a by-product gas dedicated combustion boiler (through-flow boiler) as a combustion device capable of burning only by-product gas (for example, hydrogen gas) generated in the product manufacturing process in by-product equipment such as plant equipment as fuel gas. It is a by-product gas utilization system including two or more boiler groups, and is based on the pressure value in a tank for storing the by-product gas (hydrogen gas) that supplies the by-product gas (for example, hydrogen gas) to the boiler group. By controlling the number of units (feedback control), the number of combustion devices in the combustion state in the by-product gas utilization system that consumes by-product gas with large fluctuations in the amount generated without waste and can be efficiently used as energy. When there is a large amount of gas or when the amount of by-product gas is large, the followability when the gas supply amount decreases sharply is ensured, and when the number of combustion devices in the combustion state is small or the amount of by-product gas is small. In addition, it is possible to ensure follow-up when the gas supply amount suddenly increases, and it is possible to stably control the by-product gas consumption without affecting the by-product equipment such as plant equipment. The purpose is to provide a system.
（１） 本発明は、副生ガスのみを燃焼させて消費する複数の燃焼装置からなる燃焼装置群と、前記燃焼装置に副生ガスを供給する副生ガスタンクの内部の圧力値が、予め設定された圧力値範囲内に設定される目標圧力値に一致するように、前記燃焼装置群における副生ガスの消費量を制御する制御部と、を備える副生ガス利用システムであって、前記制御部は、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数又は副生ガス消費量に応じて、前記目標圧力値を切り替える目標圧力切替部を備える副生ガス利用システムに関する。 (1) In the present invention, the pressure value inside the combustion device group consisting of a plurality of combustion devices that burn and consume only the by-product gas and the by-product gas tank that supplies the by-product gas to the combustion device is set in advance. A by-product gas utilization system including a control unit for controlling the consumption of by-product gas in the combustion apparatus group so as to match the target pressure value set within the set pressure value range. The unit relates to a by-product gas utilization system including a target pressure switching unit that switches the target pressure value according to the number of the combustion devices in the combustion state or the consumption of by-product gas.
（２） また、前記目標圧力切替部は、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、前記目標圧力値を高く設定し、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、前記目標圧力値を低く設定することが好ましい。 (2) Further, when the number of the combustion devices in the combustion state is large or the by-product gas consumption is large, the target pressure switching unit sets the target pressure value high and the combustion in the combustion state. When the number of devices is small or the amount of by-product gas consumed is small, it is preferable to set the target pressure value low.
本発明によれば、例えばプラント設備等の副生設備における製品製造過程において発生する副生ガス（例えば水素ガス）のみを燃料ガスとして燃焼可能な燃焼装置としての副生ガス専焼ボイラ（貫流ボイラ）を１つ以上含むボイラ群を備える副生ガス利用システムであって、前記ボイラ群に対して副生ガス（例えば水素ガス）を供給する副生ガス（水素ガス）を貯留するタンク内の圧力値に基づいて台数制御（フィードバック制御）することで、発生量の変動が大きい副生ガスを無駄なく消費させて、効率よくエネルギーとして利用可能とする副生ガス利用システムにおいて、燃焼状態にある燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、ガス供給量が急激に減少した際の追従性を確保し、燃焼状態にある燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、ガス供給量が急激に増えた際の追従性を確保することができ、プラント設備のような副生設備に影響を与えずに副生ガス消費の安定制御が可能となる。 According to the present invention, a by-product gas dedicated combustion boiler (throughflow boiler) as a combustion device capable of burning only by-product gas (for example, hydrogen gas) generated in a product manufacturing process in by-product equipment such as plant equipment as fuel gas. A by-product gas utilization system including a boiler group containing one or more of the above, and a pressure value in a tank for storing the by-product gas (hydrogen gas) that supplies the by-product gas (for example, hydrogen gas) to the boiler group. By controlling the number of units (feedback control) based on When the number of gas supply is large or the by-product gas consumption is large, the followability is ensured when the gas supply amount suddenly decreases, and when the number of combustion devices in the combustion state is small or the by-product gas consumption is small. When the amount is small, it is possible to secure the followability when the gas supply amount suddenly increases, and it is possible to stably control the by-product gas consumption without affecting the by-product equipment such as the plant equipment.
以下、本発明の副生ガス利用システムとしての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。なお、本実施形態における副生ガスとして、プラント設備等の副生設備（以下「プラント設備等」ともいう）から製品製造において発生する水素ガスを例示するが、本発明は水素ガスに限られない。本発明は、例えば消化ガス、その他の炭化水素ガス等任意の副生ガスに適用できる。
本実施形態における副生ガス利用システムとしてのボイラシステムは、プラント設備等から製品製造における副生ガスとして発生する水素ガスのみを燃料ガスとして消費させることが可能な燃焼装置としての水素専焼ボイラ（貫流ボイラ）を備えるボイラシステムである。
Hereinafter, a preferred embodiment of the boiler system as the by-product gas utilization system of the present invention will be described with reference to the drawings. As the by-product gas in the present embodiment, hydrogen gas generated in product manufacturing from by-product equipment such as plant equipment (hereinafter, also referred to as “plant equipment”) is exemplified, but the present invention is not limited to hydrogen gas. .. The present invention can be applied to any by-product gas such as digestion gas and other hydrocarbon gases.
The boiler system as a by-product gas utilization system in the present embodiment is a hydrogen-only combustion boiler (throughflow) as a combustion device capable of consuming only hydrogen gas generated as a by-product gas in product manufacturing from plant equipment or the like as a fuel gas. It is a boiler system equipped with a boiler).
本実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、複数（例えば４台）の水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０（以下「ボイラ２０」ともいう）を含むボイラ群２と、水素ガス供給ラインＬ２と、ボイラ群２における副生ガスの消費量を制御する、制御部としての台数制御装置５０と、を備え、ボイラシステム１は、副生ガスタンクとしての２次側水素タンク３０から供給される副生ガスとしての水素ガスを消費する。なお、本実施形態では、ボイラ群２は４台のボイラ２０を備えるとしたが、これに限られない。ボイラ群２は３台以下のボイラ２０を含んでもよい。また、ボイラ群２は５台以上のボイラ２０を含んでもよい。
As shown in FIG. 1, the
水素ガス供給ラインＬ２は、水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０それぞれに水素ガスを供給する。水素ガス供給ラインＬ２は、水素ガス本ラインＬ２１と、複数の水素ガス分岐ラインＬ２２と、を備える。水素ガス本ラインＬ２１の上流側は、逆火防止器２３を介して、２次側水素タンク３０に接続される。複数の水素ガス分岐ラインＬ２２の上流側は、水素ガス本ラインＬ２１に接続される。複数の水素ガス分岐ラインＬ２２の下流側は、それぞれ、貫流ボイラ２０に接続される。
水素ガス分岐ラインＬ２２には、それぞれ、水素ガス流量調整弁２４及び２つ以上の水素ガス遮断弁２５、２６が配置される。
The hydrogen gas supply line L2 supplies hydrogen gas to each of the once-through
A hydrogen gas flow
水素ガス流量調整弁２４は、例えばエア駆動バルブにより構成され、水素ガス分岐ラインＬ２２の流路を開閉又は開度調整することで、水素ガス分岐ラインＬ２２を流通する水素ガスの流量を調整する。
水素ガス遮断弁２５は、水素ガス分岐ラインＬ２２における水素ガス流量調整弁２４よりも上流に配置される。水素ガス遮断弁２５は、例えば電磁弁により構成され、水素ガス分岐ラインＬ２２からのボイラ２０への水素ガスの供給路を開閉する。
なお、図示しないが、仮に、台数制御装置５０に障害が発生し、ボイラ群２における副生ガスの消費量の制御が正常に行われない状態となり、その結果２次側水素タンク３０の内部の圧力値が下がり過ぎる事態になる場合に備えて、ボイラ２０それぞれに、供給ガス圧スイッチを設けることで、供給ガス圧の低下が発生した場合に、供給ガス圧スイッチが作動することで、ボイラ２０の水素ガス消費量をゼロとするようにしてもよい。
The hydrogen gas flow
The hydrogen
Although not shown, if a failure occurs in the
＜２次側水素タンク３０について＞
２次側水素タンク３０は、プラント設備等において副生ガスとして発生した水素ガスを後述するように昇圧させた状態で貯留する副生ガスタンクである。そして、２次側水素タンク３０には、内部の圧力値を測定する圧力値測定部としての水素圧センサ３１が配置される。水素圧センサ３１は、副生ガスタンクとしての２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの圧力を検出し、検出した水素ガスの圧力に係る信号（水素圧力信号）を、後述の台数制御装置５０に送信する。
これにより、台数制御装置５０は、２次側水素タンク３０の内部の圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、ボイラ群２における副生ガス（水素ガス）の消費量を制御する。以下、簡単のために、２次側水素タンク３０の内部の圧力を「タンク圧力」ともいい、水素圧センサ３１により検出される２次側水素タンク３０の内部の圧力値を「タンク圧力値」ともいう。
より具体的には、台数制御装置５０は、後述する必要ガス消費量が後述する実績ガス消費量よりも大きくなれば、ボイラ群２に対して、水素ガス消費量を増加させるように、水素ガス流量調整弁２４の開度を調整し、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも小さくなれば、ボイラ群２に対して、水素ガス消費量を減少させるように、水素ガス流量調整弁２４の開度を調整する。
この際、２次側水素タンク３０には、水素ガスが昇圧されて貯留されていることから、２次側水素タンク３０に供給されるガス量とボイラ群２により消費されるガス量の差異を吸収することができる。
また、ボイラシステム１は、通常時、すなわち、２次側水素タンク３０の内部の水素ガスの圧力値が後述する制御上限圧力値を超えないときには、副生ガスとして発生する水素ガスが放気されることなく、副生ガスを無駄なく、エネルギーとして利用することを可能とする。
<About the
The secondary
As a result, the
More specifically, the
At this time, since hydrogen gas is pressurized and stored in the secondary
Further, in the
なお、２次側水素タンク３０には、水素ガス放出ラインＬ３と、水素ガス放気弁３３が配置される。水素ガス放気弁３３は、例えば、モータバルブ等により構成される。水素ガス放気弁３３は、通常時には閉状態で運用されるが、緊急時、例えば貫流ボイラ２０が燃焼停止状態となった場合、再度貫流ボイラ２０を燃焼させるまでに数１０秒の時間を要するため、この間に、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回った場合に、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回らないように、水素ガス放気弁３３を開閉又は開度調整することで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの、水素ガス放出ラインＬ３を介した大気への放気量を調整することができる。それにより、タンク圧力値が制御上限圧力値を超えるような異常時が発生した場合には、水素ガス放気弁３３により水素ガスを放気することで、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回らないようにして、２次側水素タンク３０の圧力破壊や水素ガス遮断弁２５、２６の破損等を防ぐことができる。詳細については後述する。
A hydrogen gas discharge line L3 and a hydrogen
また、２次側水素タンク３０には、水素ガス放気弁３３とは別に、安全弁（図示せず）を配置するようにしてもよい。安全弁は、仮に水素ガス放気弁３３が故障した場合であって、仮にタンク圧力値が制御上限圧力値を超えて、さらに上昇した場合に、タンク圧力値が２次側水素タンク３０の耐圧を超えないように、安全弁を開放して、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスを放気することで、２次側水素タンク３０の圧力破壊や水素ガス遮断弁２５、２６の破損等を防ぐことができる。
Further, a safety valve (not shown) may be arranged in the secondary
＜プラント設備等の副生設備から供給されるガスについて＞
図１に示すように、２次側水素タンク３０には、プラント設備等の副生設備側（図示せず）から供給される水素ガスは昇圧機４２で昇圧されて、２次側水素タンク３０に供給される。なお、センサ４１により、昇圧機４２の上流側の圧力値が一定の値を保つように戻り調整弁４４の開度が調整される。
<Gas supplied from by-product equipment such as plant equipment>
As shown in FIG. 1, in the secondary
＜ボイラ群２について＞
ボイラ群２を構成するボイラ２０は、前述したように、水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０であり、プラント設備等の副生設備から製品製造における副生ガスとして発生する水素ガスのみを燃料ガスとして消費させて蒸気を生成する。ボイラ群２は、副生ガスのみを燃焼させて消費する燃焼装置としての水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０から構成され、生成した蒸気を蒸気集合ラインＬ４を介してメインのボイラ又はメインボイラシステムにおける蒸気ヘッダ（図示せず）に集合させる。
前述したように、本実施形態においては、ボイラシステム１とは別に、メインのボイラ又はメインボイラシステム（図示せず）が存在し、メインのボイラ又はメインボイラシステムにおいて生成された蒸気を蒸気使用設備に供給している。より具体的には、メインのボイラ又はメインボイラシステム及びボイラシステム１において生成された蒸気は、蒸気ヘッダ（図示せず）に集合させて貯留される。蒸気ヘッダにおいて、複数のボイラから生成された蒸気の相互の圧力差及び圧力変動が調整される。そして、圧力の調整された蒸気が、蒸気供給ライン（図示せず）を介して蒸気使用設備（図示せず）に供給される。ここで、メインのボイラ又はメインボイラシステムは、蒸気ヘッダ圧力に基づいて、蒸気量の制御を行う。すなわち、メインのボイラ又はメインボイラシステムはボイラシステム１の生成する蒸気量を前提として、自身の生成する蒸気量の制御を行う。
<About
As described above, the
As described above, in the present embodiment, the main boiler or the main boiler system (not shown) exists separately from the
ボイラシステム１は、タンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、後述する台数制御装置５０により、ボイラ群２における副生ガス（水素ガス）の消費量を制御する。
このように、ボイラシステム１は、メインのボイラ又はメインボイラシステムにおける台数制御から独立して、副生ガスとしての水素ガスの消費量を制御することができる。それにより、通常時には、副生ガスとして発生する水素ガスを放気させることなく、副生ガスを無駄なく、エネルギーとして利用可能とすることができる。
以上のように、ボイラシステム１は、複数の水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０から構成され、ボイラ群２の生成する蒸気量の制御を行うものではなく、ボイラ群２の生成する蒸気量とは関係なく、副生ガスとしての水素ガスの消費量を制御する点に特長がある。副生ガスとしての水素ガスの消費量の制御についての詳細は、後述する。
The
In this way, the
As described above, the
＜水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０について＞
台数制御装置５０による水素ガスの消費量の制御方式を説明する前に、水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０について説明する。以下、特に断らない限り、貫流ボイラ２０は、水素専焼ボイラとしての貫流ボイラを意味する。貫流ボイラ２０は、複数の段階的な燃焼位置を有する段階値制御ボイラ、又は連続制御ボイラにより構成することができる。段階値制御ボイラとは、燃焼を選択的にオン／オフしたり、高燃焼、中燃焼、低燃焼等に燃焼位置を設定したりすること等により水素ガス消費量を制御して、選択された燃焼位置に応じて水素ガス消費量を段階的に増減可能なボイラである。
また、連続制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態における水素ガス消費量である最小ガス消費量（例えば、最大水素ガス消費量の２５％のガス消費量）から最大燃焼状態における水素ガス消費量（最大水素ガス消費量）の範囲で、ガス消費量（燃焼量）が連続的に制御可能とされているボイラである。連続制御ボイラは、例えば、燃料ガスとしての水素ガスをバーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給する送風機の出力を制御することにより、水素ガス消費量を調整するようになっている。また、水素ガス消費量を連続的に制御するとは、制御がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合（例えば、ボイラ２０の水素ガス消費量が１％刻みで制御される場合）であっても、事実上連続的に水素ガス消費量を制御可能な場合を含む。
<About the once-through
Before explaining the control method of the consumption amount of hydrogen gas by the
Further, the continuous control boiler is at least the hydrogen gas consumption in the maximum combustion state (for example, the gas consumption of 25% of the maximum hydrogen gas consumption) which is the hydrogen gas consumption in the minimum combustion state (for example, the gas consumption is 25% of the maximum hydrogen gas consumption). It is a boiler whose gas consumption (combustion amount) can be continuously controlled within the range of maximum hydrogen gas consumption). The continuous control boiler adjusts the hydrogen gas consumption by controlling the output of a valve that supplies hydrogen gas as a fuel gas to the burner and a blower that supplies combustion air, for example. Further, the continuous control of hydrogen gas consumption means that the control is handled in stages as a digital method (for example, when the hydrogen gas consumption of the
本実施形態における貫流ボイラ２０は、特に断らない限り、連続制御ボイラを例示する。本実施形態におけるボイラ２０における、燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間の燃焼状態の変更については、ボイラ２０の燃焼をオン／オフすることで制御される。そして、最小燃焼状態Ｓ１における水素ガス消費量である最小ガス消費量から最大燃焼状態Ｓ２における水素ガス消費量である最大ガス消費量の範囲においては、水素ガス消費量（燃焼量）が連続的に制御可能となっている。
より具体的には、複数のボイラ２０それぞれには、変動可能な水素ガス消費量の単位である単位ガス消費量が設定されている。これにより、ボイラ２０は、最小燃焼状態Ｓ１における水素ガス消費量である最小ガス消費量から最大燃焼状態Ｓ２における水素ガス消費量である最大ガス消費量の範囲においては、単位ガス消費量単位で、ガス消費量を変更可能となっている。
Unless otherwise specified, the once-through
More specifically, a unit gas consumption, which is a variable unit of hydrogen gas consumption, is set for each of the plurality of
単位ガス消費量は、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における水素ガス消費量である最大ガス消費量に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム１における水素ガス消費量の必要水素ガス消費量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ２０の最大水素ガス消費量の例えば、０．１％～２０％に設定されることが好ましく、１％～１０％に設定されることがより好ましい。
The unit gas consumption can be appropriately set according to the maximum gas consumption, which is the hydrogen gas consumption in the maximum combustion state S2 of the
また、複数のボイラ２０には、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ２０を選択するために用いられる。優先順位は、例えば整数値を用いて、数値が小さいほど優先順位が高くなるよう設定することができる。図１に示す、ボイラ２０の１号機～４号機のそれぞれに「１」～「４」の優先順位が割り当てられている場合、１号機の優先順位が最も高く、４号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の制御部５２の制御により、所定の時間間隔（例えば、２４時間間隔）で変更される。
In addition, priorities are set for each of the plurality of
また、各ボイラ２０は、各ボイラ２０の水素ガス消費量を制御するローカル制御部２０１を備える。ローカル制御部２０１は、信号線１６Ｂを介して台数制御装置５０から送信される制御信号又は運転者の手動操作により入力された制御信号に基づいて、ボイラ２０の水素ガス消費量（燃焼状態）を制御する。また、ローカル制御部２０１は、台数制御装置５０で用いられる信号を、信号線１６Ｂを介して台数制御装置５０に送信する。台数制御装置５０で用いられる信号としては、ボイラ２０の実際の水素ガス消費量（燃焼状態）、及びその他のデータ等が挙げられる。これにより、台数制御装置５０は、各ボイラ２０の燃焼状態及び水素ガス消費量等を管理することができる。
Further, each
＜台数制御装置５０について＞
台数制御装置５０は、水素圧センサ３１により検出される２次側水素タンク３０の内部の圧力値（タンク圧力値）に基づいて、複数の水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０における水素ガス消費量を制御する。
具体的には、プラント設備等の副生設備から製品製造における副生ガスの発生量が増大した場合にタンク圧力値が上がると、水素ガス消費量を増加させることでタンク圧力値を適正な値に戻し、逆に２次側水素タンク３０に供給される副生ガスの発生量が不足した場合にタンク圧力値が減少すると、水素ガス消費量を減少させることでタンク圧力値を適正な値に戻す。
従って、ボイラシステム１は、タンク圧力値の変動に基づいて、２次側水素タンク３０に供給される副生ガスの発生量の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム１は、タンク圧力値に基づいて、プラント設備等の副生設備から製品製造における副生ガスの発生量に応じて必要とされる水素ガス消費量である必要ガス消費量を算出し、この算出された必要ガス消費量に基いて、複数の貫流ボイラ２０の水素ガス消費状態（水素ガスを消費させる貫流ボイラ２０の台数及び水素ガスを消費させる貫流ボイラ２０の水素ガス消費量）を決定することができる。
ボイラシステム１においては、タンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０における水素ガス消費量が制御される。より具体的には、台数制御装置５０は、タンク圧力値が予め設定された目標圧力値に一致するように、水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０における水素ガス消費量が制御される。
<About the
The
Specifically, when the tank pressure value rises when the amount of by-product gas generated in product manufacturing from by-product equipment such as plant equipment increases, the tank pressure value is set to an appropriate value by increasing the hydrogen gas consumption. If the tank pressure value decreases when the amount of by-product gas supplied to the
Therefore, the
In the
本実施形態のボイラシステム１における水素ガス消費量の制御について説明する前に、タンク圧力の帯域について説明する。図２にタンク圧力帯域の一例を示す。
Before explaining the control of the hydrogen gas consumption in the
＜台数制御圧力帯域＞
前述したように、台数制御装置５０は、タンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、ボイラ群２における水素ガス消費量を制御する。当該圧力値範囲の上限圧力値を制御上限圧力値といい、下限圧力値を制御下限圧力値という。後述するように、台数制御装置５０は、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回ると、水素ガスの放気量を調整することで、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回らないように制御する。また、タンク圧力値が制御下限圧力値を下回ると、燃焼状態にあるボイラ２０を即燃焼停止状態、すなわち全台待機状態にする。以下、制御下限圧力値から制御上限圧力値までの圧力帯域を仮に「台数制御圧力帯域」という。例えば、前述の目標圧力値は台数制御圧力帯域に含まれる値である。なお、この目標値を「台数制御目標圧力値」ともいう。
後述するように、台数制御装置５０は、基本的には、タンク圧力値が台数制御目標圧力値を保つように、現時点のボイラシステム１における必要ガス消費量をＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムにより算出し、現時点の必要ガス消費量をボイラ群２に消費させるようにボイラ群２における水素ガス消費量（具体的には、水素ガスを消費させる貫流ボイラ２０の台数及び水素ガスを消費させる貫流ボイラ２０の水素ガス消費量）を制御する。以下、このような制御を「台数制御」という。
<Number control pressure band>
As described above, the
As will be described later, the
＜放気制御圧力帯域＞
しかしながら、例えば一部のボイラ２０の異常停止等により、タンク圧力値が急上昇し、制御上限圧力値を超える可能性がある。このような場合、台数制御装置５０は、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御することで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの放気量を調整することで、タンク圧力値が予め設定された上限圧力値を上回らないように制御する。このような制御を「放気制御」ともいう。
上限圧力値は、台数制御目標圧力値よりも高く設定され、例えば、制御上限圧力値と同じ値に設定することができる。
台数制御装置５０は、前述したような異常時（すなわち、台数制御による水素ガス消費量の制御では、タンク圧力値の上昇を止められない場合）であっても、タンク圧力値が予め設定された上限圧力値を上回らないように２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御するように構成される。
<Air release control pressure band>
However, for example, due to an abnormal stop of a part of the
The upper limit pressure value is set higher than the unit control target pressure value, and can be set to the same value as the control upper limit pressure value, for example.
In the
＜放気制御方式の変形例＞
なお、放気制御方式は前述した方式に限られない。図２には図示しないが、上限圧力値に換えて放気弁制御用の目標圧力値（以下、「放気目標圧力値」ともいう）を設定し、タンク圧力値が予め設定された放気目標圧力値を維持するように２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御するように構成してもよい。なお、放気目標圧力値を、圧力値範囲の上限値（制御上限圧力値）以下の値に設定してもよい。
<Modification example of air release control method>
The air release control method is not limited to the above-mentioned method. Although not shown in FIG. 2, a target pressure value for air release valve control (hereinafter, also referred to as “air release target pressure value”) is set in place of the upper limit pressure value, and the tank pressure value is preset. It may be configured to control the opening / closing or opening degree of the hydrogen
＜制御下限圧力値以下の帯域＞
後述するように、制御下限圧力値以下の帯域として、予めボイラインターロック停止圧力値を設定することが好ましい。例えば水素圧センサ３１の故障等により、台数制御が正常に行われない状態となり、例えば、台数制御装置５０がボイラ２０を燃焼停止状態、すなわち全台待機状態にできない場合に、ボイラ２０個々に予め供給ガス圧スイッチを設けて、供給ガス圧低下（ボイラインターロック停止圧力値に到達すること）により供給ガス圧スイッチが作動することで、ボイラ２０を強制的に燃焼停止とすることが好ましい。
なお、これらの圧力値は以下の関係を満たすように設定される。
制御下限圧力値 ＞ ボイラインターロック停止圧力値。
<Band below the control lower limit pressure value>
As will be described later, it is preferable to set the boiler interlock stop pressure value in advance as a band below the control lower limit pressure value. For example, when the number control is not performed normally due to a failure of the
These pressure values are set so as to satisfy the following relationship.
Control lower limit pressure value> Boiler interlock stop pressure value.
＜放気制御上限圧力値以上の帯域＞
タンク圧力値が制御上限圧力値を超えて、さらに上昇した場合に、昇圧機を強制的に停止させる閾値としての昇圧機停止圧力値が予め設定されることが好ましい。
前述したように、仮に水素ガス放気弁３３が故障した場合であって、仮にタンク圧力値がさらに上昇した場合に、タンク圧力値が例えば、２次側水素タンク３０の耐圧を超えないように、所定の圧力値に到達すると、安全弁を開放して、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスを強制的に放気することが好ましい。この場合の所定の圧力値を安全弁開放圧力値ともいう。
なお、これらの圧力値は以下の関係を満たすように設置される。
安全弁開放圧力値＞昇圧機停止圧力値。
<Band of air emission control upper limit pressure value or higher>
It is preferable that the booster stop pressure value as a threshold value for forcibly stopping the booster is set in advance when the tank pressure value exceeds the control upper limit pressure value and further rises.
As described above, if the hydrogen
These pressure values are set so as to satisfy the following relationship.
Safety valve open pressure value> booster stop pressure value.
次に、台数制御装置５０の制御について、台数制御、放気制御、及び起動時制御について順番に説明する。
Next, regarding the control of the
＜台数制御について＞
まず、台数制御装置５０の台数制御の詳細について説明する。ここで、台数制御とは、タンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、ボイラ群２における水素ガス消費量を制御することをいう。
台数制御装置５０は、台数制御機能を実現するために、図３に示すように、台数制御装置５０は、記憶部５１と、制御部５２と、を備える。
記憶部５１は、タンク圧力値に関して予め設定される圧力値に関する情報（制御下限圧力値、台数制御目標圧力値、制御上限圧力値）、複数の貫流ボイラ２０それぞれに予め設定される、変動可能な水素ガス消費量の単位である単位ガス消費量に関する情報、最も大きい燃焼状態における最大ガス消費量に関する情報、及び最も小さい燃焼状態におけるガス消費量である最小ガス消費量に関する情報、また、ボイラ群２に対して予め設定される、水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる各ボイラ２０のガス消費量を示す増台ラインに関する情報、水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる増加基準ガス消費量に関する情報、及び水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を減少させる基準となるガス消費量を示す減台ラインに関する情報を記憶する。
また、記憶部５１は、台数制御装置５０（制御部５２）の制御により複数の貫流ボイラ２０に対して行われた指示の内容や、複数の貫流ボイラ２０から受信した水素ガス消費状態等の情報、複数の貫流ボイラ２０の優先順位の設定の情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報、タンク圧力値の情報等を記憶する。
<About unit control>
First, the details of the number control of the
As shown in FIG. 3, the
The storage unit 51 is variable and preset for each of the information (control lower limit pressure value, unit control target pressure value, control upper limit pressure value) preset for the tank pressure value and the plurality of once-through
Further, the storage unit 51 contains information such as the content of instructions given to the plurality of once-through
＜ガス消費量の平準化について＞
最初に、ボイラシステム１において必要とされるガス消費量の変動に対して、燃焼状態にある複数のボイラ２０のガス消費量を平準化する台数制御について説明する。ここでは、燃焼状態にある複数のボイラ２０は、後述する、燃焼させるボイラ２０の台数を増加又は減少させる条件（増大ライン、減台ライン等に係る条件）を満たしていないものとする。
なお、ボイラシステム１において、台数制御装置５０は、ボイラ２０への水素ガス分岐ラインＬ２２の水素ガス遮断弁２５、２６が開となったとき、ボイラ２０が燃焼状態にあると判断するものとする。
ボイラシステム１において必要とされるガス消費量の変動に対して、燃焼状態にある複数のボイラ２０のガス消費量を平準化するため、制御部５２は、図３に示すように、必要ガス消費量算出部５２０と、実績ガス消費量算出部５２１と、偏差算出部５２２と、燃焼装置選択部５２３と、第１判定部５２４１と、消費量制御部５２５と、を備える。
<About leveling gas consumption>
First, the number control for leveling the gas consumption of the plurality of
In the
In order to level the gas consumption of the plurality of
＜必要ガス消費量算出部５２０＞
必要ガス消費量算出部５２０は、タンク圧力値及び台数制御目標圧力値に基づいて、ボイラ群２に消費させるべきガス量である必要ガス消費量を算出する。
より具体的には、必要ガス消費量算出部５２０は、タンク圧力値が台数制御目標圧力値に一致するように、制御周期毎に、例えば公知の位置形ＰＩＤ（又は位置形ＰＩ）アルゴリズム又は速度形ＰＩＤ（又は速度形ＰＩ）アルゴリズムにより算出される現時点の必要ガス消費量ＭＶｎを算出する。
ここで、Δｔを制御周期、ｎを正の整数値としたとき、ＭＶｎは制御周期ｎ（起点ｔ０＋ｎ＊Δｔ）における必要ガス消費量（以下、特に断らない限り、「今回必要ガス消費量」又は「現時点の必要ガス消費量」ともいう）を示す。
<Required gas
The required gas
More specifically, the required gas
Here, when Δt is the control cycle and n is a positive integer value, MV n is the required gas consumption in the control cycle n (starting point t0 + n * Δt) (hereinafter, unless otherwise specified, “this time required gas consumption””. Or, it is also called "current required gas consumption").
＜位置形ＰＩＤアルゴリズム＞
必要ガス消費量算出部５２０は位置形ＰＩＤアルゴリズムを使用する場合、今回必要ガス消費量ＭＶｎは、公知の式（１）に基づいて算出することができる。
ＭＶｎ＝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）
<Position PID algorithm>
When the required gas
MV n = deviation proportional output (P control) -deviation integrated output (I control) + deviation differential output (D control)
... (1)
ここで、ＭＶｎを構成する各成分は、例えば、下記の式（２）～（４）により算出される。
台数制御目標蒸気圧力値をＳＰ、制御周期ｎ（起点ｔ０＋ｎ＊Δｔ）におけるタンク圧力値をＰＶｎ（以下、特に断らない限り「今回タンク圧力値」ともいう）、前回制御周期のタンク圧力値をＰＶｎ－１（以下、特に断らない限り「前回タンク圧力値」ともいう）、比例ゲインをＫＰとすると、
偏差比例出力＝ＫＰ×（ＰＶｎ－ＳＰ） ・・・（２）
Here, each component constituting MV n is calculated by, for example, the following formulas (2) to (4).
Unit control target steam pressure value is SP, tank pressure value in control cycle n (starting point t0 + n * Δt) is PV n (hereinafter, also referred to as “current tank pressure value” unless otherwise specified), and tank pressure value in the previous control cycle. PV n-1 (hereinafter, also referred to as "previous tank pressure value" unless otherwise specified), assuming that the proportional gain is K P
Deviation proportional output = K P × (PV n -SP) ・ ・ ・ (2)
偏差積分出力＝ＫＰ×（Δｔ／ＴＩ）×Σｉ（ＰＶｉ－ＳＰ） ・・・（３）
ここで、ＴＩは積分時間を表す。
Deviation integral output = K P × (Δt / TI) × Σ i (PV i −SP )・ ・ ・ (3)
Here, TI represents the integration time.
偏差微分出力＝ ＫＰ×（ＴＤ／Δｔ）×（ＰＶｎ－ＰＶｎ－１） ・・・（４）
ここで、ＴＤは微分時間を表す。
Deviation differential output = K P × ( TD / Δt) × (PV n − PV n-1 ) ・ ・ ・ (4)
Here, T D represents the differential time.
以上のように、必要ガス消費量算出部５２０は位置形ＰＩＤアルゴリズムを使用する場合、例えば式（２）～（４）で算出された各出力を合計することにより、今回の必要ガス消費量ＭＶｎを算出することができる。
As described above, when the required gas
＜速度形ＰＩＤアルゴリズム＞
必要ガス消費量算出部５２０は位置形ＰＩＤアルゴリズムに換えて、速度形ＰＩＤアルゴリズムを使用してもよい。速度形ＰＩＤアルゴリズムは、制御周期毎の必要ガス消費量変化分ΔＭＶｎのみを計算し、これに前回必要ガス消費量ＭＶｎ－１を加算して、今回必要ガス消費量ＭＶｎを式（５）により計算する方法である。
ＭＶｎ ＝ ＭＶｎ－１ ＋ ΔＭＶｎ ・・・（５）
<Velocity type PID algorithm>
The required gas
MV n = MV n-1 + ΔMV n ... (5)
制御周期毎の必要ガス消費量変化分ΔＭＶｎは、下記の式（６）～（１０）に基づいて算出する。
ΔＭＶｎ ＝ ΔＰｎ＋ΔＩｎ＋ΔＤｎ ・・・（６）
ここで、ΔＰｎはＰ制御出力（変化分）を、
ΔＩｎはＩ制御出力（変化分）を、
ΔＤｎはＤ制御出力（変化分）を表す。
ΔＰｎ ＝ ＫＰ×（ｅｎ－ｅｎ－１） ・・・（７）
ここで、ＫＰは、比例ゲインを表す。
ｅｎは、式（８）に示すように、今回の台数制御目標蒸気圧力値ＳＶｎ（ただし、今の前提ではＳＶｎ＝ＳＶ）、今回のタンク圧力値ＰＶｎとの差（今回偏差量）を表す。
ｅｎ ＝ ＰＶｎ－ＳＶｎ ・・・（８）
ΔＩｎ ＝ＫＰ×（Δｔ／ＴＩ） ×ｅｎ ・・・（９）
ＴＩは積分時間を表す。
ΔＤｎ ＝ ＫＰ×（ＴＤ／Δｔ） ×（ｅｎ－２ｅｎ－１＋ｅｎ－２）
・・・（１０）
ここで、ＴＤは微分時間を表す。
The required gas consumption change amount ΔMV n for each control cycle is calculated based on the following equations (6) to (10).
ΔMV n = ΔP n + ΔI n + ΔD n ... (6)
Here, ΔP n is the P control output (change).
ΔIn is the I control output (change),
ΔD n represents the D control output (change).
ΔP n = K P × ( en -en -1 ) ... (7)
Here, K P represents a proportional gain.
As shown in the equation (8), en is the difference between the current number control target steam pressure value SV n (however, SV n = SV in the current premise) and the current tank pressure value PV n (deviation amount this time). ).
en = PV n-SV n ... ( 8)
ΔI n = K P × (Δt / TI) × en ... (9)
TI represents the integration time.
ΔD n = K P × (TD / Δt) × (en -2en n -1 + en -2 )
... (10)
Here, T D represents the differential time.
必要ガス消費量算出部５２０は速度形ＰＩＤアルゴリズムを使用する場合、例えば式（７）、（９）、（１０）で算出された各出力（変化分）を合計することにより、制御周期毎の必要ガス消費量変化分ΔＭＶｎを算出する。
必要ガス消費量算出部５２０は、式（５）のように、前回必要ガス消費量ＭＶｎ－１にΔＭＶｎを加算して、今回必要ガス消費量ＭＶｎを計算する。
以上で、必要ガス消費量算出部５２０について説明した。
When the required gas
The required gas
The required gas
＜実績ガス消費量算出部５２１＞
実績ガス消費量算出部５２１は、各ボイラ２０のローカル制御部２０１から送信される各ボイラ２０の水素ガス消費状態（燃焼状態、水素ガス消費量）に基いて、燃焼状態にある各ボイラ２０での水素ガス消費量の実績である実績ガス消費量を算出するとともに、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量の合計量となる、ボイラ群２での水素ガス消費量の実績である実績ガス消費量を算出する。
<Actual gas
The actual gas
＜偏差算出部５２２＞
偏差算出部４３は、必要ガス消費量算出部５２０により算出された必要ガス消費量と実績ガス消費量算出部５２１により算出された、ボイラ群２の実績ガス消費量との偏差量を算出する。
<
The deviation calculation unit 43 calculates the deviation amount between the required gas consumption amount calculated by the required gas consumption
＜燃焼装置選択部５２３＞
燃焼装置選択部５２３は、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも大きい場合に、燃焼状態にある複数のボイラ２０のうち水素ガス消費量の少ないボイラ２０（以下、「ガス消費量の少ないボイラ」ともいう）を選択する。逆に、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも小さい場合）、燃焼装置選択部５２３は、燃焼状態にある複数のボイラ２０のうち水素ガス消費量の多いボイラ２０（以下、「ガス消費量の大きいボイラ」ともいう）を選択する。
なお、燃焼装置選択部５２３は、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも大きい場合（すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも大きい場合）であって、燃焼状態にある２以上のガス消費量の少ないボイラの水素ガス消費量が等しい場合、例えば、燃焼優先順位の高いボイラ２０を優先して選択するようにしてもよい。
また、燃焼装置選択部５２３は、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも小さい場合（すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも小さい場合）であって、燃焼状態にある２以上のガス消費量の大きいボイラの水素ガス消費量が等しい場合、例えば、燃焼優先順位の低いボイラ２０を優先して選択するようにしてもよい。
<Combustion
When the required gas consumption is larger than the actual gas consumption, the combustion
In the combustion
Further, the combustion
＜第１判定部５２４１＞
第１判定部５２４１は、偏差算出部５２２により算出された、必要ガス消費量と実績ガス消費量との偏差量が正の値の場合、すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも大きい場合、偏差量が、「ガス消費量の少ないボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であるかを判定する。
また、第１判定部５２４１は、偏差算出部５２２により算出された、必要ガス消費量と実績ガス消費量との偏差量が負の値の場合、すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも小さい場合、偏差量の絶対値が、「ガス消費量の大きいボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であるかを判定する。
<
In the
Further, in the
＜消費量制御部５２５＞
消費量制御部５２５は、偏差算出部５２２により算出された、必要ガス消費量と実績ガス消費量との偏差量が正の値の場合、第１判定部５２４１により、偏差量が、「ガス消費量の少ないボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であると判定された場合、燃焼装置選択部５２３により選択された「ガス消費量の少ないボイラ２０」の水素ガス消費量を単位ガス消費量分増加させる。
逆に、消費量制御部５２５は、偏差算出部５２２により算出された、必要ガス消費量と実績ガス消費量との偏差量が負の値の場合、第１判定部５２４１により、偏差量の絶対値が、予め設定された単位ガス消費量以上であると判定された場合、燃焼装置選択部５２３により選択された「ガス消費量の大きいボイラ２０」の水素ガス消費量を単位ガス消費量分減少させる。
以上説明した構成により、必要ガス消費量が変動した場合に、ガス消費量の大きい又は小さいボイラ２０のガス消費量を変動させて、ガス消費量を調整できるので、燃焼状態にある複数のボイラ２０のガス消費量を平準化することができ、２次側水素タンク３０の圧力安定性を向上させることができる。
<
When the deviation amount between the required gas consumption amount and the actual gas consumption amount calculated by the
On the contrary, when the deviation amount between the required gas consumption amount and the actual gas consumption amount calculated by the
With the configuration described above, when the required gas consumption fluctuates, the gas consumption of the
＜増台制御、減台制御＞
次に、燃焼させるボイラ２０の台数を増加又は減少させる場合の台数制御について説明する。
このため、記憶部５１には、前述したように、水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる各ボイラ２０のガス消費量を示す増台ラインに関する情報、及び水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を減少させる基準となるガス消費量を示す減台ラインに関する情報等が予め設定されている。
制御部５２は、図３に示すように、さらに第２判定部５２４２を備える。
<Increase control, decrease control>
Next, control of the number of
Therefore, as described above, the storage unit 51 contains information on an increase line indicating the gas consumption of each
As shown in FIG. 3, the
＜第２判定部５２４２＞
第２判定部５２４２は、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、増台ラインが規定するガス消費量以上になるか、又は、同ガス消費量を上回るかを判定する。また、第２判定部５２４２は、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、減台ラインが規定するガス消費量以下になるか、又は同ガス消費量を下回るかを判定する。
<
The
＜燃焼装置選択部５２３＞
第２判定部５２４２により、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、増台ラインが規定するガス消費量以上になるか、又は、同ガス消費量を上回ると判定された場合、燃焼装置選択部５２３は、ボイラ群２から燃焼停止しているボイラ２０を選択して、新たに燃焼を開始させるボイラ２０（以下、「燃焼開始ボイラ」ともいう）として選択する。なお、燃焼停止しているボイラ２０が複数存在する場合、燃焼装置選択部５２３は、燃焼停止しているボイラ２０のうち、最も優先順位の高いボイラ２０を燃焼開始ボイラとして選択するようにしてもよい。
また、第２判定部５２４２により、複数のボイラ２０が燃焼状態にあり、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、減台ラインが規定するガス消費量以下になるか、又は同ガス消費量を下回ると判定された場合、燃焼装置選択部５２３は、燃焼状態にあるボイラ２０を選択して、燃焼を停止させるボイラ２０（以下「停止燃焼ボイラ」ともいう）として選択する。なお、燃焼状態にあるボイラ２０が複数存在する場合、燃焼装置選択部５２３は、燃焼状態にあるボイラ２０のうち、最も優先順位の低いボイラ２０を停止燃焼ボイラとして選択するようにしてもよい。
<Combustion
When the
Further, according to the
＜消費量制御部５２５＞
消費量制御部５２５は、第２判定部５２４２により燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が増台ラインが規定するガス消費量以上になるか、又は、同ガス消費量を上回ると判定された場合、燃焼装置選択部５２３により、選択された燃焼開始ボイラを、当該ボイラ２０に予め設定された最小ガス消費量で燃焼させる。
このように、新たに燃焼開始させた燃焼開始ボイラ２０は、燃焼開始時の水素消費量を最小ガス消費量に留めることとしている。
逆に、消費量制御部５２５は、第２判定部５２４２により複数のボイラ２０が燃焼状態にあり、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が減台ラインが規定するガス消費量以下になるか、又は同ガス消費量を下回ると判定された場合、燃焼装置選択部５２３により、選択された停止燃焼ボイラ２０をタンク圧力値の変化に対してガス消費量を変更するように制御する。その際、当該停止燃焼ボイラ２０のガス消費量が当該ボイラ２０に予め設定された最小ガス消費量まで低下した場合、消費量制御部５２５は、当該停止燃焼ボイラ２０の燃焼を停止する。
これにより、燃焼台数を増加させる場合、及び減少させる場合におけるガス消費量の変動による圧力変動を、抑えることができ、２次側水素タンク３０の圧力安定性を向上させることができる。
以上、水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となるガス消費量を示す増台ラインに関する情報、及び水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を減少させる基準となるガス消費量を示す減台ラインに関する情報に基づいて、燃焼させるボイラ２０の台数を増加又は減少させる場合の台数制御について説明した。
<
The
As described above, the
On the contrary, in the
As a result, the pressure fluctuation due to the fluctuation of the gas consumption when the number of combustion units is increased or decreased can be suppressed, and the pressure stability of the
The above is information on the increase line showing the gas consumption that is the standard for increasing the number of
＜増加余力量＞
なお、ボイラシステム１では、例えば、プラント設備等の副生設備において副生ガスとして発生した水素ガスの急激な増加に対応するため、燃焼状態のボイラ２０に対して一定の余力を持たせた状態で水素ガスを燃焼させることが好ましい。このため、前述したように、ボイラ群２に対して急激な水素ガス消費量の増加に対する余力としての「増加基準ガス消費量」を予め設定し、増加基準ガス消費量に基づいて、水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させるようにしてもよい。
このため、制御部５２は、図３に示すように、さらに余力算出部５２６を備える。
<Increased capacity>
In the
Therefore, as shown in FIG. 3, the
＜余力算出部５２６＞
余力算出部５２６は、燃焼状態にある各ボイラ２０について、それぞれの最大ガス消費量と現時点のガス消費量との差である増加余力ガス消費量を算出する。そして、余力算出部５２６は、燃焼状態にある各ボイラ２０の増加余力ガス消費量の合計である合計増加余力ガス消費量を算出する。すなわち、合計増加余力ガス消費量は、ボイラ群２の現時点において即追従できる水素ガス消費量の最大の増加変動量であるといえる。
<Remaining
The surplus
この場合、第２判定部５２４２は、さらに、余力算出部５２６により算出された合計増加余力ガス消費量が、前述した水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる増加基準ガス消費量以下になるか、又は増加基準ガス消費量を下回るかを判定する。
そして、燃焼装置選択部５２３は、さらに、第２判定部５２４２により合計増加余力ガス消費量が増加基準ガス消費量以下になるか、又は増加基準ガス消費量を下回ると判定された場合、ボイラ群２から燃焼停止しているボイラ２０を選択して、新たに燃焼を開始させるボイラ２０（以下、「燃焼開始ボイラ」ともいう）として選択する。なお、燃焼停止しているボイラ２０が複数存在する場合、燃焼装置選択部５２３は、燃焼停止しているボイラ２０のうち、最も優先順位の高いボイラ２０を燃焼開始ボイラとして選択するようにしてもよい。
そして、消費量制御部５２５は、第２判定部５２４２により合計増加余力ガス消費量が増加基準ガス消費量以下になるか、又は増加基準ガス消費量を下回ると判定されると、燃焼装置選択部５２３により選択された燃焼開始ボイラを、当該ボイラ２０に予め設定された最小ガス消費量で燃焼させる。
これにより、ボイラ群２において、予め設定された急激な水素ガス消費量の増加（「増加基準ガス消費量」）に即追従可能となる余力を確保した状態で、燃焼ボイラ２０の台数を増加させることができる。
In this case, the
Then, when the
Then, when the
As a result, in the
＜パイロット保持制御＞
燃焼停止しているボイラ２０を新たに燃焼開始させる場合、当該ボイラが実際に燃焼を開始する（すなわち、水素ガスを消費する）までに、プレパージ時間等を必要とする。このため、仮に必要ガス消費量が増加し、供給ガス量の増加スピードが速いと、燃焼開始ボイラの起動遅れによって、タンク圧力値が急上昇し、その結果、制御上限圧力値を超え、水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御することで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの放気をする事態が発生する可能性がある。
このような事態を避けるために、例えば、次に燃焼開始する優先順位最上位のボイラ２０を選択し、炉内換気のためプレパージを開始し、プレパージ中に水素供給ガスラインＬ２２を不活性ガス（例えば、窒素ガス）でパージさせ、その後パイロット着火、パイロット安定化を経て当該ボイラ２０をパイロット燃焼させ、その後当該ボイラ２０のパイロット燃焼状態を所定時間保持するように制御してもよい。そうすることで、仮に必要ガス消費量が急に増加した場合、当該パイロット燃焼状態のボイラを迅速に燃焼開始させることで、必要ガス消費量の増加に対して、追従可能とすることができる。
また、副生ガスとして水素ガスを燃焼させるボイラ２０は燃焼停止後に、安全上ポストパージ中に水素ガス遮断弁２５、２６により水素ガス供給ラインＬ２２を閉止状態として、水素ガス供給ラインのＮ２パージ（不活性ガスである窒素ガスによるパージ）を行う必要がある。このため、ボイラ２０は、メイン燃焼中にパイロットバーナを燃焼させ、メイン燃焼停止後もパイロットバーナの燃焼を継続する連続パイロット制御を行うことが難しい。
燃焼状態にあるボイラ２０を燃焼停止させて燃焼ボイラを減台した後に、仮に必要ガス消費量が増加し、供給ガス量の増加スピードが速いと、燃焼開始ボイラの起動遅れによって、タンク圧力値が急上昇し、その結果、制御上限圧力値を超え、水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御することで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの放気をする事態が発生する可能性がある。
このような事態を避けるために、例えば、減台制御において台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、ボイラ２０を燃焼停止させた場合、燃焼停止時に前述したように当該ボイラ２０のポストパージを行った後、パイロット着火、パイロット安定化を経て、当該ボイラ２０をパイロット燃焼させ、その後当該ボイラ２０のパイロット燃焼状態を所定時間保持するように制御してもよい。
そうすることで、減台した後に、仮に必要ガス消費量が増加した場合、当該パイロット燃焼状態のボイラを迅速に燃焼開始させることで、必要ガス消費量の増加に対して、追従可能とすることができる。
また、後述するように、燃焼状態にあるボイラ２０が１台になり、さらにタンク圧力値が制御下限圧力値を下回ることで全台燃焼停止させた場合において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、前述したように当該ボイラ２０の燃焼停止時にポストパージを行った後に、当該ボイラ２０をパイロット燃焼させ、その後所定時間パイロット燃焼を保持するように制御してもよい。
又は、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、少なくとも１台のボイラ２０（例えば、次に燃焼開始する優先順位最上位のボイラ２０）を選択し、選択されたボイラ２０に対して前述したようにプレパージを行い、プレパージを行った後に、選択されたボイラ２０をパイロット燃焼させ、その後所定時間パイロット燃焼状態を保持するように制御してもよい。
そうすることで、全台燃焼停止した後に、仮に必要ガス消費量が増加した場合、当該パイロット燃焼状態のボイラを迅速に燃焼開始させることで、必要ガス消費量の増加に対して、追従可能とすることができる。
<Pilot holding control>
When the
In order to avoid such a situation, for example, the
Further, in the
If the required gas consumption increases and the supply gas amount increases at a high speed after the
In order to avoid such a situation, for example, when the number control device 50 (consumption control unit 525) stops combustion of the
By doing so, if the required gas consumption increases after the number of units is reduced, it is possible to follow the increase in the required gas consumption by promptly starting combustion of the boiler in the pilot combustion state. Can be done.
Further, as will be described later, when the number of
Alternatively, the number control device 50 (consumption control unit 525) selects at least one boiler 20 (for example, the
By doing so, if the required gas consumption increases after all the units have stopped burning, it is possible to follow the increase in the required gas consumption by promptly starting combustion of the boiler in the pilot combustion state. can do.
以上説明したパイロット保持制御方式では、ボイラ停止後又は停止ボイラに対して、ポストパージ又はプレパージを行い、水素供給ガスラインＬ２２を不活性ガス（例えば、窒素ガス）でパージさせ、その後パイロット着火、パイロット安定化を経て、連続パイロット燃焼に遷移した。 In the pilot holding control method described above, after the boiler is stopped or the stopped boiler is post-purged or pre-purged, the hydrogen supply gas line L22 is purged with an inert gas (for example, nitrogen gas), and then pilot ignition and piloting are performed. After stabilization, it transitioned to continuous pilot combustion.
＜パイロット燃焼保持制御に係る別形態＞
これに対して、ボイラ燃焼中からパイロット燃焼を継続する方式がある。具体的には、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、ローカル制御装置２０１に対してボイラ２０のパイロット燃焼を継続させる指示を行う。それにより、ローカル制御装置２０１は、ボイラ２０が燃焼中（すなわちメインバーナによるガスを燃焼させている状態）に並行してパイロットバーナにパイロットガスを供給してパイロット燃焼状態とし、ボイラ２０を燃焼停止（すなわちメインバーナによる燃焼停止）させたときにおいても、パイロット燃焼状態を継続させる。
その後、ローカル制御装置２０１は、パイロットバーナによる燃焼が消えない範囲で、ポストパージを開始し、ポストパージ中に水素供給ガスラインＬ２２を不活性ガス（例えば、窒素ガス）パージするとともに、パイロット燃焼状態を保持するように制御する。パイロット燃焼を維持するために、送風機の風量を不活性ガスパージ中は中風量、不活性ガスパージ終了後は低風量としても良い。なお、台数制御装置５０及びローカル制御装置２０１は、ボイラ２０がポストパージ中に、パイロットバーナによりメインバーナを着火させるメイン着火に遷移できないように制御する。その後、台数制御装置５０は、当該ボイラ２０のパイロット燃焼状態を所定時間保持するように制御してもよい。
こうすることで、前述した通常のパイロット保持制御方式に比較して、パイロットバーナの着火回数が増加しないことから、着火機構の劣化を低減することができる。また、前述した通常のパイロット保持制御方式に比較して、プレパージ後のパイロット着火、パイロット安定化等を省略して、連続パイロット燃焼に遷移することから、ボイラ燃焼停止後に仮に必要ガス消費量が増加した場合、ボイラ２０をより迅速に燃焼開始させることができる。
<Another form related to pilot combustion holding control>
On the other hand, there is a method of continuing pilot combustion from boiler combustion. Specifically, the number control device 50 (consumption control unit 525) instructs the
After that, the
By doing so, the number of ignitions of the pilot burner does not increase as compared with the above-mentioned normal pilot holding control method, so that deterioration of the ignition mechanism can be reduced. In addition, compared to the above-mentioned normal pilot holding control method, the pilot ignition after pre-purge, pilot stabilization, etc. are omitted, and continuous pilot combustion is performed, so that the required gas consumption temporarily increases after the boiler combustion is stopped. If so, the
＜台数制御目標圧力値の可変設定＞
次に、ボイラ群２の燃焼状態にあるボイラ２０の台数又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）に応じて、台数制御目標圧力値を切り替える台数制御について説明する。
燃焼停止しているボイラ２０を新たに燃焼開始させる場合、当該ボイラが実際に燃焼を開始する（すなわち、水素ガスを消費する）までに、プレパージ時間等を必要とする。このため、燃焼台数が少ないとき又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が少ないときは、例えば、ガス供給量減少に対する追従性よりもガス供給量増加に対する追従性を優先することが好ましい。具体的には、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも急に大きくなった場合（すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも急に大きくなった場合）、燃焼状態にある少数のボイラ２０により追従できることが好ましい。このため、燃焼台数が少ないとき又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が少ないときには、台数制御目標圧力値を低く設定し、制御上限圧力値に達するまでの時間を長くすることで、燃焼状態にある少数のボイラ２０によりガス供給量増加に対して追従できる時間を確保し、その間に、新たに選択された燃焼開始ボイラ２０が燃焼開始できるようにすることが好ましい。
逆に、燃焼台数が多いとき又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が多いときは、例えば、ガス供給量増加に対する追従性よりもガス供給量減少に対する追従性を優先することが好ましい。具体的には、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも急に小さくなった場合（すなわち、必要ガス消費量が実績ガス消費量よりも急に小さくなった場合）に、燃焼状態にあるボイラ２０を燃焼停止させずに追従できることが好ましい。このため、燃焼台数が多いとき又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が多いときには、台数制御目標圧力値を高く設定し、制御下限圧力値に達するまでの時間を長くすることで、燃焼状態にあるボイラ２０のガス消費量を下げることで追従できるようにすることが好ましい。
以上のように、ボイラ群２の燃焼状態にあるボイラ２０の台数又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）に応じて、台数制御目標圧力値を切り替えるために、制御部５２は、図３に示すように、さらに目標圧力切替部５２７を備えるようにすることが好ましい。
<Variable setting of unit control target pressure value>
Next, the number control for switching the number control target pressure value according to the number of
When the
On the contrary, when the number of combustion units is large or the by-product gas consumption (hydrogen gas consumption) is large, for example, it is preferable to give priority to the followability to the decrease in the gas supply amount rather than the followability to the increase in the gas supply amount. Specifically, when the tank pressure value suddenly becomes smaller than the unit control target pressure value (that is, when the required gas consumption suddenly becomes smaller than the actual gas consumption), the boiler in the combustion state It is preferable that 20 can be followed without stopping combustion. Therefore, when the number of units burned is large or the amount of by-product gas consumed (hydrogen gas consumption) is large, the target pressure value for controlling the number of units is set high and the time until the lower limit pressure value is reached is lengthened to burn. It is preferable to reduce the gas consumption of the
As described above, in order to switch the number control target pressure value according to the number of
＜目標圧力切替部５２７＞
目標圧力切替部５２７は、燃焼状態にあるボイラ２０の台数又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）に応じて、台数制御目標圧力値を切り替える。より具体的には、目標圧力切替部５２７は、燃焼状態にあるボイラ２０の台数が多い場合又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が多い場合に台数制御目標圧力値を高く設定し、燃焼状態にあるボイラ２０の台数が少ない場合又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が少ない場合に台数制御目標圧力値を低く設定することが好ましい。
そうすることで、燃焼状態にあるボイラ２０の台数が多い場合又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が多い場合に、仮にタンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも小さくなった場合（ガス供給量が急に減った場合）、台数制御目標圧力値が高く設定され、制御下限圧力値に達するまでの時間を長くすることで、燃焼状態にあるボイラ２０を燃焼停止させずに、燃焼状態にあるボイラ２０のガス消費量を下げることで追従することができる。
また、燃焼状態にあるボイラ２０の台数が少ない場合又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）が少ない場合に、仮にタンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも大きくなった場合（ガス供給量が急に増えた場合）、台数制御目標圧力値が低く設定され、制御上限圧力値に達するまでの時間を長くすることで、新たに選択される燃焼開始ボイラ２０が燃焼開始できるまでの間、燃焼状態にある少数のボイラ２０のガス消費量を上げることで追従することができる。
そうすることで、オーバーシュートやアンダーシュートが起き難くなり、安定制御が可能となる。
なお、ボイラ群２の燃焼状態にあるボイラ２０の台数又は副生ガス消費量（水素ガス消費量）に対応する台数制御目標圧力値を記憶部５１に予め設定するようにしてもよい。
<Target
The target
By doing so, if the number of
Further, when the number of
By doing so, overshoot and undershoot are less likely to occur, and stable control becomes possible.
The number of
＜ボイラ２０の故障発生時＞
ボイラ２０の故障発生時の台数制御について説明する。ローカル制御部２０１は、自身の制御するボイラ２０を停止させるべき所定の異常が発生したことを検知した場合、台数制御装置５０に対して、当該ボイラ２０に異常が発生したことを知らせる異常発生信号を送信するとともに、当該ボイラ２０の燃焼を停止する。
台数制御装置５０は、ローカル制御部２０１から上述した異常発生信号を受信した場合、燃焼停止状態（待機状態）にあるボイラ２０に対して、燃焼指示を送信する。なお、台数制御装置５０は、燃焼停止状態（待機状態）にあるボイラ２０に対して上述した燃焼指示を送信する場合、燃焼停止状態（待機状態）にあるボイラ２０のうち、最も優先順位の高いボイラ２０に対して、燃焼指示を送信することが好ましい。なお、台数制御装置５０は、燃焼停止状態（待機状態）にあるボイラ２０に対して燃焼指示を送信する際、異常発生により燃焼停止したボイラ２０の燃焼量（ガス消費量）と同じ燃焼量（ガス消費量）を燃焼（消費）させることが好ましい。
こうすることで、ローカル制御部２０１は、自身の制御するボイラ２０に所定の異常が発生したことを検知した場合、当該ボイラ２０を燃焼停止させるとともに、台数制御装置５０に対して異常発生信号を送信することで、台数制御装置５０が燃焼停止状態（待機状態）にあるボイラ２０を燃焼開始させることを可能とし、タンク圧力値を変動させないようにすることができる。
<When a
The control of the number of
When the
By doing so, when the
＜タンク圧力低下時の制御＞
次に、タンク圧力値が低下する場合の台数制御について説明する。タンク圧力値が低下し過ぎると、ボイラシステム１の上流のプラント設備に影響が及ぶ。例えば、プラント設備の備える電解設備にまで影響（設備・装置の性能低下や不具合、損傷等）が及ぶ可能性がある。
他方、台数制御においては、タンク圧力値が台数制御目標圧力値を下回る状態が継続すると、必要ガス消費量算出部５２０により算出される必要ガス消費量ＭＶｎは、どんどん小さな値となり、最終的には、ゼロ又はゼロ未満となる可能性がある。
前述したように、タンク圧力値が低下し過ぎると上流のプラント設備に影響が及ぶことから、最終的には、あるタイミングでボイラ２０を全台燃焼停止状態にすることが必要となる。しかしながら、全台燃焼停止となった場合、その後、燃焼を開始させる場合、燃焼停止ボイラが燃焼を開始するまでに（すなわち、水素ガスの消費を開始するまでに）、例えば数１０秒が必要となる。そうすると、燃焼停止ボイラが燃焼を開始するまでの間にタンク圧力値が上昇し続け、仮に、台数制御上限圧力値を超えた場合には、後述するように、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開度を調整することで、水素ガスを放出せざるを得なくなり、エネルギーロスが生じる可能性がある。
<Control when tank pressure drops>
Next, the number control when the tank pressure value drops will be described. If the tank pressure value drops too much, the plant equipment upstream of the
On the other hand, in the unit control, if the tank pressure value continues to be lower than the unit control target pressure value, the required gas consumption MV n calculated by the required gas
As described above, if the tank pressure value drops too much, the upstream plant equipment is affected. Therefore, it is finally necessary to stop the combustion of all the
この場合、消費量制御部５２５は、燃焼状態にあるボイラ２０が１台になった場合に、必要ガス消費量算出部５２０により算出された必要ガス消費量が仮に最小ガス消費量を下回った場合であっても、タンク圧力値が制御下限圧力値を下回るまで、燃焼状態にあるボイラ２０を最小ガス消費量で燃焼させる。
そうすることで、仮に、必要ガス消費量が増加し、タンク圧力値が上昇した場合（例えば、台数制御目標圧力値よりも大きくなった場合）には、最小ガス消費量で燃焼状態にあるボイラ２０によりガス消費量を増やすことで追従することが可能となる。
なお、消費量制御部５２５は、タンク圧力値が制御下限圧力値を下回ると、燃焼状態にあるボイラ２０を即燃焼停止状態、すなわち全台待機状態とする。
この場合、前述したように、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、少なくとも１台のボイラ２０（例えば、次に燃焼開始する優先順位最上位のボイラ２０）のポストパージを行い、パイロット燃焼させ、パイロット燃焼状態を保持するように制御することが好ましい。そうすることで、その後、タンク圧力値が制御下限圧力値に予め設定された制御下限圧力ディファレンシャル値を加算した圧力値を上回ると、燃焼装置選択部５２３により、最も優先順位の高いボイラ２０が燃焼開始ボイラとして選択され、消費量制御部５２５により、予め設定された最小ガス消費量で迅速に燃焼するように制御される。
In this case, the
By doing so, if the required gas consumption increases and the tank pressure value rises (for example, if it becomes larger than the unit control target pressure value), the boiler is in a combustion state with the minimum gas consumption. It becomes possible to follow by increasing the gas consumption by 20.
When the tank pressure value falls below the control lower limit pressure value, the
In this case, as described above, the number control device 50 (consumption control unit 525) performs post-purge of at least one boiler 20 (for example, the
また、前述したパイロット燃焼保持制御に係る別形態を適用する場合、全台待機状態としたとき、少なくとも１台のボイラ２０（例えば、次に燃焼開始する優先順位最上位のボイラ２０）のパイロット燃焼状態を継続させることが好ましい。そうすることで、仮にタンク圧力値が制御下限圧力値に予め設定された制御下限圧力ディファレンシャル値を加算した圧力値を上回ると、燃焼装置選択部５２３により、当該ボイラ２０が燃焼開始ボイラとして選択され、消費量制御部５２５により、予め設定された最小ガス消費量で迅速に燃焼するように制御される。
Further, when the other mode related to the above-mentioned pilot combustion holding control is applied, when all the units are in the standby state, pilot combustion of at least one boiler 20 (for example, the
＜ボイラインターロック停止＞
例えば水素圧センサ３１の故障により、台数制御が正常に行われない状態となり、消費量制御部５２５がボイラ２０を燃焼停止状態、すなわち全台待機状態にできない場合に、タンク圧力値が下がり過ぎたとき、前述したように、ボイラシステム１の上流のプラント設備に影響が及ぶことから、ボイラ２０個々に予め供給ガス圧スイッチを設けて、供給ガス圧低下により供給ガス圧スイッチが作動することで、ボイラ２０を強制的に燃焼停止とすることが好ましい。これにより、ボイラシステム１の上流のプラント設備には影響が及ばないようにすることができる。
なお、制御下限圧力値は、供給ガス圧スイッチが作動する圧力限界値（「インターロック」ともいう）よりも高い圧力値に設定することが好ましい。
<Stop boiler interlock>
For example, due to a failure of the
The lower control lower pressure value is preferably set to a pressure value higher than the pressure limit value (also referred to as “interlock”) at which the supply gas pressure switch operates.
＜放気制御について＞
次に、台数制御装置５０の放気制御について説明する。
前述したように、例えば一部のボイラ２０の異常停止、水素圧センサ３１の故障等により、タンク圧力値が急上昇し、制御上限圧力値を超える場合、台数制御装置５０は、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御することで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスの放気量を調整することで、タンク圧力値が予め設定された上限圧力値を上回らないように制御する。このため、制御部５２は、図３に示すようにさらに、弁制御部５２８を備える。
より具体的には、例えば、上限圧力値を制御上限圧力値と等しい値に設定する場合、弁制御部５２８は、タンク圧力値が、前述したように、予め設定された制御上限圧力値を上回った場合に、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回らないように、２次側水素タンク３０に配置された圧力値調整弁としての水素ガス放気弁３３の開度を制御する。
また、前述したように、２次側水素タンク３０には、水素ガス放気弁３３とは別に、安全弁（図示せず）を配置するようにしてもよい。安全弁は、仮に水素ガス放気弁３３が故障した場合であっても、最終的には安全弁を開放することにより、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスを放気することができる。これらにより、ボイラシステム１の上流のプラント設備には影響が及ばないようにすることができる。
なお、放気制御中に、例えば異常停止していたボイラ２０が燃焼開始した場合、水素ガス放気弁３３は徐々に閉とされ、最終的には全閉状態となり、タンク圧力値が制御上限圧力値以下となる。そうすると、台数制御装置５０は、ふたたびタンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、ボイラ群２における水素ガス消費量を制御する。
<About air release control>
Next, the air release control of the
As described above, when the tank pressure value suddenly rises and exceeds the control upper limit pressure value due to, for example, an abnormal stop of a part of the
More specifically, for example, when the upper limit pressure value is set to a value equal to the control upper limit pressure value, the
Further, as described above, a safety valve (not shown) may be arranged in the
If, for example, the
＜弁制御部５２８の変形例＞
なお、弁制御部５２８は、台数制御装置５０と別装置とすることもできる。弁制御部５２８を別装置とする場合、これらの装置間の連携制御は行わず、両装置の共通の入力情報であるタンク圧力値と各装置の設定圧力値により、間接的に連携することができる。
<Modification example of
The
＜放気制御の別実施例＞
前述したように、放気制御方式は、前述した制御方式に限られない。上限圧力値に換えて、放気弁制御用の目標圧力値（以下、「放気目標圧力値」ともいう）を設定し、台数制御が追従できずにタンク圧力値が上昇した場合、弁制御部５２８は、タンク圧力値が予め設定された放気目標圧力値を維持するように２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御するようにしてもよい。なお、放気目標圧力値を、圧力値範囲の上限値（制御上限圧力値）以下の値に設定してもよい。
<Another Example of Air Discharge Control>
As described above, the air release control method is not limited to the control method described above. A target pressure value for air release valve control (hereinafter, also referred to as "air release target pressure value") is set instead of the upper limit pressure value, and if the number control cannot follow and the tank pressure value rises, valve control Even if the
＜ハンチング現象について＞
前述したように、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、タンク圧力値が制御下限圧力値を下回ると、燃焼状態にあるボイラ２０を即燃焼停止状態、すなわち全台待機状態とし、ガス消費量がゼロとなる。他方、ガス消費量がゼロとなった場合であっても、プラント設備において副生ガスとして発生した水素ガスが２次側水素タンク３０に供給される。このため、仮にガス供給量が急に増加する場合には、仮に燃焼停止ボイラ２０を燃焼開始させても、タンク圧力値が短い時間で急上昇することで、制御上限圧力値を超える事象が発生する可能性がある。そうすると、台数制御装置５０は、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開度を調整して水素ガスを放出せざるを得ない状況になる。
その後、応答遅れとなった燃焼停止ボイラ２０が燃焼開始すると、逆にガス消費量が一気に増加し、タンク圧力値が短い時間で急下降し、燃焼開始ボイラがガス消費量を絞り切れずに、タンク圧力値が再び制御下限圧力値を下回り、燃焼状態にあるボイラ２０を即燃焼停止状態、すなわち全台待機状態とする可能性がある。
これにより、ガス消費量がゼロとなり、プラント設備において副生ガスとして発生した水素ガスが２次側水素タンク３０に供給されることで、再度タンク圧力値が短い時間で急上昇し、制御上限圧力値を超えて、水素ガスを放出せざるを得ない状況になり、その後応答遅れとなった燃焼停止ボイラ２０が燃焼開始することで、逆にガス消費量が一気に増加し、タンク圧力値の下降を抑えきれずに全台待機となる、ということを繰り返す可能性がある。この繰り返しにより、タンク圧力値が台数制御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。
<About the hunting phenomenon>
As described above, when the tank pressure value falls below the control lower limit pressure value, the number control device 50 (consumption control unit 525) immediately puts the
After that, when the
As a result, the gas consumption becomes zero, and the hydrogen gas generated as a by-product gas in the plant equipment is supplied to the secondary
ハンチング発生要因について、図４Ａを参照して説明する。図４Ａに示すように、（ａ）においてタンク圧力値が制御下限圧力値を下回り全台待機状態になった後、ガス消費量がゼロとなることで、タンク圧力値が急上昇し、ボイラによる燃焼開始指示がなされた場合であっても、ボイラ燃焼移行の遅れにより、（ｂ）において水素ガス放気弁３３による放気制御に切り替わる。その後、今回必要ガス消費量ＭＶｎと実際に消費されるガス消費量との間にボイラ燃焼移行の遅れによるずれが生じた状態のまま、（ｃ）においてタンク圧力値が下がり、必要ガス消費量が下がっても、実績ガス消費量は、必要ガス消費量に到達していないため、増加し続けることとなり、その結果、タンク圧力値の下降を抑えきれずに、（ｄ）において再びタンク圧力値が制御下限圧力値を下回り、全台待機となる。このようにして、ハンチングが発生すると説明できる。
The factors that cause hunting will be described with reference to FIG. 4A. As shown in FIG. 4A, in (a), after the tank pressure value falls below the control lower limit pressure value and all the units are in the standby state, the gas consumption becomes zero, so that the tank pressure value rises sharply and combustion by the boiler occurs. Even when the start instruction is given, due to the delay of the boiler combustion transition, the control is switched to the air release control by the hydrogen gas
＜ハンチング抑制制御＞
本発明においては、このようなハンチング現象の発生を未然に防止し、仮にハンチング現象が発生した場合であっても、ハンチング現象を速やかに収束させるために、必要ガス消費量算出部５２０は、さらに次のような構成を備える。
必要ガス消費量算出部５２０は速度形ＰＩＤアルゴリズムを使用することで、２次側水素タンク３０への水素ガスの供給量変動に対してタンク圧力値を台数制御目標圧力値に保つように、制御周期ｎにおける今回必要ガス消費量ＭＶｎを、制御周期ｎ－１における前回必要ガス消費量ＭＶｎ－１、及び前述した式（６）～（１０）に基づいて算出される制御周期毎の必要ガス消費量変化分ΔＭＶｎに基づいて、前述した式（５）により算出する。
そして、必要ガス消費量算出部５２０は、少なくとも１台のボイラ２０が燃焼（ガスを消費）している状態において、タンク圧力値に所定の条件を満たす上昇が発生し、その後タンク圧力値が上昇から下降に転じた場合に、タンク圧力値が上昇から下降に転じた制御周期ｎにおける、今回必要ガス消費量ＭＶｎの値を、実績ガス消費量算出部５２１により算出されたボイラ群２での水素ガス消費量の実績である実績ガス消費量に置き換えた制御周期ｎ－１における前回必要ガス消費量ＭＶｎ－１と、制御周期毎の必要ガス消費量変化分ΔＭＶｎとを加算して算出するように構成する（以下「構成Ａ」という）。
なお、必要ガス消費量算出部５２０は、上述した構成に換えて、少なくとも１台の前記燃焼装置が燃焼している状態において、前記副生ガスタンクの内部の圧力値に所定の条件を満たす上昇が発生し、その後前記副生ガスタンクの内部の圧力値が上昇から下降に転じた場合に、前記副生ガスタンクの内部の圧力値が上昇から下降に転じた制御周期ｎにおける、今回必要ガス消費量ＭＶｎの値を、実際の燃焼装置により消費されている実績ガス消費量に置き換えて算出するように構成してもよい（以下「構成Ｂ」という）。
ここで、タンク圧力値の所定の条件を満たす上昇とは、例えば、タンク圧力値がアンダーシュートしたことに起因してタンク圧力値が上昇すること、又はタンク圧力値が上昇してオーバーシュートすることを含むものとしてもよい。
また、タンク圧力値の所定の条件を満たす上昇とは、タンク圧力値が、制御下限圧力値を下回ること、又はタンク圧力値が、制御上限圧力値を上回ることを含むものとしてもよい。
また、タンク圧力値の所定の条件を満たす上昇とは、タンク圧力値が、制御下限圧力値を下回る場合に、ボイラ２０を全台待機とすることを含むものとしてもよい。
消費量制御部５２５は、必要ガス消費量算出部５２０により前述のように補正された今回必要ガス消費量ＭＶｎを発生させるように、制御周期ｎにおけるボイラ２０の燃焼状態（消費ガス）を制御する。
そうすることにより、ハンチング現象の発生を未然に防止し、仮にハンチング現象が発生した場合であっても、ハンチング現象を速やかに収束させることができる。
<Hunting suppression control>
In the present invention, in order to prevent the occurrence of such a hunting phenomenon and to quickly converge the hunting phenomenon even if the hunting phenomenon occurs, the required gas
By using the velocity type PID algorithm, the required gas
Then, in the required gas
In the required gas
Here, the rise that satisfies a predetermined condition of the tank pressure value means, for example, that the tank pressure value rises due to the undershoot of the tank pressure value, or that the tank pressure value rises and overshoots. May include.
Further, the increase in the tank pressure value satisfying the predetermined condition may include the tank pressure value being lower than the control lower limit pressure value or the tank pressure value being higher than the control upper limit pressure value.
Further, the increase in the tank pressure value satisfying the predetermined condition may include making all the
The consumption
By doing so, it is possible to prevent the occurrence of the hunting phenomenon in advance, and even if the hunting phenomenon occurs, the hunting phenomenon can be quickly converged.
ハンチング現象の発生を未然に防止し、仮にハンチング現象が発生した場合であっても、ハンチング現象を速やかに収束させる動作について、図４Ｂを参照して説明する。
図４Ｂに示すように、（ｂ）において水素ガス放気弁３３による放気制御に切り替わり、その後、再度台数制御に切り替わり、（ｃ）においてタンク圧力値が上昇から下降に転じた時点における必要ガス消費量を、実際に消費されるガス消費量に置き換える補正を行うことで、実際に消費されるガス消費量の増加を抑制し、アンダーシュートを抑制することができる。これにより、ハンチング現象の発生を未然に防止し、仮にハンチング現象が発生した場合であっても、ハンチング現象を速やかに収束させることができる。
An operation of preventing the occurrence of the hunting phenomenon and promptly converging the hunting phenomenon even if the hunting phenomenon occurs will be described with reference to FIG. 4B.
As shown in FIG. 4B, in (b), the gas is switched to the air release control by the hydrogen gas
＜起動時制御について＞
次に、ボイラシステム１の起動時制御について説明する。前述したように、ボイラシステム１においては、副生設備から供給される水素ガスは昇圧されて、２次側水素タンク３０に供給され貯留される。タンク圧力値がボイラ群２に対して水素ガスを供給するために必要な前記下限供給圧力値以上となると、ボイラ２０は水素ガスを消費することができる。
そして、従来のボイラシステム１においては、起動時に、タンク圧力値が下限供給圧力値以上となることを検知した後、炉内換気のためプレパージを開始し、プレパージ中に水素供給ガスラインＬ２２を不活性ガス（例えば、窒素ガス）でパージさせ、パイロット着火、パイロット安定化を経て燃焼開始ボイラ２０の燃焼を開始させていた。このため、プレパージ及びパイロット着火、パイロット安定化の間（約３０秒間）、副生ガスとしての水素ガスが２次側水素タンク３０に供給されるが、燃焼開始ボイラ２０で水素ガスが燃焼されない（消費されない）状態が続くこととなり、その結果、タンク圧力値が急上昇し、制御上限圧力値を超える状態となることが往々に発生した。
それにより、タンク圧力値を下げるために、水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御して、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスを放気することが必要となり、エネルギーの無駄を生じていた。
本発明においては、このようなエネルギーの無駄を避けるため、制御部５２は、図３に示すようにさらに起動時制御部５２９を備える。
<About startup control>
Next, the start-up control of the
Then, in the
As a result, in order to lower the tank pressure value, it is necessary to control the opening / closing or opening of the hydrogen
In the present invention, in order to avoid such waste of energy, the
＜起動時制御部５２９＞
起動時制御部５２９は、例えば起動ボタンが押下される等によりボイラシステム１が起動されると、例えば、優先順位の高い順に予め設定された所定台数のボイラ２０を選択し、炉内換気のためプレパージを開始し、プレパージ中に水素供給ガスラインＬ２２を不活性ガス（例えば、窒素ガス）でパージさせ、その後パイロット着火、パイロット安定化を経て、所定時間パイロット燃焼を保持した状態で、タンク圧力値が下限供給圧力値以上となることを検知した後、燃焼開始ボイラ２０の燃焼を開始させるように制御する。ここで、所定台数は１台以上とし、全台の場合を含む。なお、パイロット燃焼は、副生ガスとしての水素ガスではなく、例えば、１３Ａガスを使用する。このため、副生ガスとしての水素ガスを供給するメイン燃焼用の燃料ラインとは別に、例えば、１３Ａガスを供給するパイロット用の燃料ライン（図示せず）が設けられる。そうすることで、水素供給ガス圧力とは無関係に、水素供給ガス圧力値が低くてもプレパージされたボイラ２０をパイロット燃焼させることができる。その後、パイロット燃焼状態を保持したまま、副生設備から供給される水素ガスが昇圧され、タンク圧力値がボイラ群２に対して水素ガスを供給するために必要な下限供給圧力値以上となると、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、パイロット燃焼状態のボイラ２０を燃焼させて、タンク圧力値が予め設定された圧力値範囲に収まるように、ボイラ群２におけるガス消費量の制御を開始する。なお、パイロット用の燃料ラインは、１３Ａガスを供給するラインに限られない。例えば、２次側水素タンク３０からの水素供給ガス圧力とは無関係に、水素供給ガス圧力値が低くてもプレパージされたボイラ２０をパイロット燃焼させることができるように、パイロット燃焼に必要な量及び圧力の副生ガスとしての水素ガスを供給できるパイロット用の燃料ラインを設けてもよい。
このように起動時制御されることで、２次側水素タンク３０に貯留された水素ガスを放気することなく、ボイラ２０をメイン燃焼させることが可能となり、エネルギーの無駄を防ぐとともに、安全性を向上させることができる。
<Start-up
When the
By controlling at startup in this way, it becomes possible to mainly burn the
＜手動制御＞
最後に、例えば、タンク圧力値を測定する水素圧センサ３１の故障、台数制御装置５０とボイラ２０との間の通信不良等により、ボイラ群２の台数制御が正常動作できなくなった場合の、ボイラ手動運転について説明する。
ボイラ個々の制御となる手動運転に切り替わった場合、ボイラ燃焼量（すなわち、水素ガス消費量）を極力抑制することが好ましい。これは、異常時には、ボイラ２０を燃焼させない方が安全であるとの考えに基づく。ただし、手動運転に切り替わった直後のボイラ燃焼量（ガス消費量）の急変は、２次側水素タンク３０への影響が大きいため、ゆっくりとボイラ燃焼量（ガス消費量）を抑制させていくことが好ましい。
このため、手動運転に際しては、ボイラ全体の燃焼量（ガス消費量）を、手動運転切り替わり直前の燃焼量（ガス消費量）よりも減少させるとともに、個々の燃焼ボイラ２０の燃焼量（ガス消費量）を急変させないことが望まれる。
しかしながら、手動運転中のボイラ制御は、ボイラ２０自身の圧力の定圧制御となるため、燃焼量（ガス消費量）の増加や急変の可能性があり得る。また、燃焼停止中のボイラ２０は、手動運転により燃焼（ガス消費）を開始させるため、ボイラ群２における燃焼量（ガス消費量）が増加する可能性がある。
さらに、手動運転時のボイラ缶体保護の観点から、高圧力検知時の燃焼停止が必要となる。
このため、各ボイラ２０の備えるローカル制御部２０１は、例えば、台数制御装置５０から送信される制御信号の受信が停止された場合、当該ボイラ２０の燃焼状態を判定する。ボイラ２０が燃焼状態にあると判定された場合、ローカル制御部２０１は、当該ボイラ２０による燃焼量（ガス消費量）を徐々に低下させた後、当該ボイラ２０を予め設定された最小ガス消費量で燃焼させるように制御する。また、ボイラ２０が燃焼停止状態にあると判定された場合、ローカル制御部２０１は、当該ボイラ２０の燃焼停止状態を維持する。また、ローカル制御部２０１は、ボイラ２０の圧力が予め設定された高設定圧力値を超えた場合、当該ボイラ２０の燃焼を停止するように制御する。
こうすることで、ボイラ全体の燃焼量（ガス消費量）を、手動運転切り替わり直前の燃焼量（ガス消費量）よりも減少させるとともに、個々の燃焼ボイラ２０の燃焼量（ガス消費量）を急変させずに、ボイラ群２を安全に運転することができる。
以上、本発明のボイラシステム１の各機能部の実施形態を、台数制御装置５０、及び水素専焼ボイラである貫流ボイラ２０等の構成に基づいて説明した。
<Manual control>
Finally, the boiler when the number control of the
When switching to manual operation that controls each boiler, it is preferable to suppress the amount of boiler combustion (that is, hydrogen gas consumption) as much as possible. This is based on the idea that it is safer not to burn the
Therefore, in manual operation, the combustion amount (gas consumption) of the entire boiler is reduced from the combustion amount (gas consumption) immediately before the manual operation is switched, and the combustion amount (gas consumption) of each
However, since the boiler control during manual operation is a constant pressure control of the pressure of the
Further, from the viewpoint of protecting the boiler can body during manual operation, it is necessary to stop combustion when high pressure is detected.
Therefore, the
By doing so, the combustion amount (gas consumption amount) of the entire boiler is reduced from the combustion amount (gas consumption amount) immediately before the manual operation is switched, and the combustion amount (gas consumption amount) of each
The embodiment of each functional part of the
次に、本実施形態のボイラシステム１における台数制御及び放気制御の流れについて、図５Ａから図５Ｄを参照しながら説明する。図５Ａから図５Ｄは、本実施形態の制御部５２の台数制御及び放気制御に係る処理の流れを示すフローチャートである。
ここで、処理の前準備として、タンク圧力値に関して予め設定される圧力値に関する情報（制御下限圧力値、台数制御目標圧力値、制御上限圧力値、放気制御上限圧力値）、複数の貫流ボイラ２０それぞれに予め設定される、単位ガス消費量に関する情報、最大ガス消費量に関する情報、及び最小ガス消費量に関する情報、また、ボイラ群２に対して予め設定される、増台ラインに関する情報、増加基準ガス消費量に関する情報、及び減台ラインに関する情報を記憶しているものとする。また、ボイラシステム１は起動され、プラント設備から生成される副生ガスとしての水素ガスを消費しているものとする。
Next, the flow of the number control and the air release control in the
Here, as a preparation for processing, information on the pressure value preset for the tank pressure value (control lower limit pressure value, unit control target pressure value, control upper limit pressure value, air release control upper limit pressure value), and a plurality of once-through boilers. Information on unit gas consumption, information on maximum gas consumption, and information on minimum gas consumption, which are preset for each of the 20 units, and information on the increase line, which is preset for
図５Ａを参照すると、ステップＳＴ１０１において、台数制御装置５０は、タンク圧力値が台数制御圧力帯域内（すなわち、制御下限圧力値から制御上限圧力値の範囲内）にあるか否かを検出する。タンク圧力値が台数制御圧力帯域内（すなわち、制御下限圧力値から制御上限圧力値の範囲内）にある場合（ＹＥＳ）、ステップＳＴ１０２に進む。タンク圧力値が、台数制御圧力帯域内にない場合、処理を後述する、図５Ｄに記載のステップＳＴ２０１（放気制御又は最小燃焼制御）に移す。
Referring to FIG. 5A, in step ST101, the
ステップＳＴ１０２において、台数制御装置５０（必要ガス消費量算出部５２０）は、タンク圧力値及び台数制御目標圧力値に基づいて、ボイラ群２に消費させるべきガス量である必要ガス消費量を算出する。
In step ST102, the number control device 50 (required gas consumption calculation unit 520) calculates the required gas consumption, which is the amount of gas to be consumed by the
ステップＳＴ１０３において、台数制御装置５０（実績ガス消費量算出部５２１）は、各ボイラ２０の水素ガス消費状態（燃焼状態、水素ガス消費量）に基いて、燃焼状態にある各ボイラ２０での水素ガス消費量の実績である実績ガス消費量を算出し、ボイラ群２での水素ガス消費量の実績である実績ガス消費量を算出する。
In step ST103, the number control device 50 (actual gas consumption calculation unit 521) is based on the hydrogen gas consumption state (combustion state, hydrogen gas consumption) of each
ステップＳＴ１０４において、台数制御装置５０（第２判定部５２４２）は、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、増台ラインが規定するガス消費量以上になるか、又は、同ガス消費量を上回るかを判定する。燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、増台ラインが規定するガス消費量以上になるか、又は、同ガス消費量を上回る場合（ＹＥＳ）、処理を後述する、図５Ｂに記載のステップＳＴ１１１（増台制御）に移す。そうでなければ（ＮＯ）、処理をステップＳＴ１０５に移す。
In step ST104, the number control device 50 (second determination unit 5242) determines that the gas consumption of each
ステップＳＴ１０５において、台数制御装置５０（第２判定部５２４２）は、複数のボイラ２０が燃焼状態にあり、燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、減台ラインが規定するガス消費量以下になるか、又は同ガス消費量を下回るかを判定する。燃焼状態にある各ボイラ２０のガス消費量が、減台ラインが規定するガス消費量以下になるか、又は同ガス消費量を下回る場合（ＹＥＳ）、処理を後述する、図５Ｃに記載のステップＳＴ１２１（減台制御）に移す。そうでなければ（ＮＯ）、処理をステップＳＴ１０６に移す。
In step ST105, the number control device 50 (second determination unit 5242) has a plurality of
ステップＳＴ１０６において、台数制御装置５０（偏差算出部５２２）は、ステップＳＴ１０２において算出された必要ガス消費量と、ステップＳＴ１０３において算出されたボイラ群２の実績ガス消費量との偏差量を算出する。
In step ST106, the number control device 50 (deviation calculation unit 522) calculates the deviation amount between the required gas consumption amount calculated in step ST102 and the actual gas consumption amount of the
ステップＳＴ１０７において、台数制御装置５０（燃焼装置選択部５２３）は、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも大きい場合、燃焼状態にあるボイラ２０のうち水素ガス消費量の少ないボイラ２０（ガス消費量の少ないボイラ）を選択し、タンク圧力値が台数制御目標圧力値よりも小さい場合、燃焼状態にあるボイラ２０のうち水素ガス消費量の多いボイラ２０（ガス消費量の大きいボイラ）を選択する。
In step ST107, when the tank pressure value is larger than the unit control target pressure value, the number control device 50 (combustion device selection unit 523) consumes less hydrogen gas than the
ステップＳＴ１０８において、台数制御装置５０（第１判定部５２４１）は、ステップＳＴ１０６において算出された偏差量が正の値の場合、偏差量が「ガス消費量の少ないボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であるか、を判定する。また、偏差量が負の値の場合、偏差量の絶対値が、「ガス消費量の大きいボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であって、水素ガス消費量から単位ガス消費量分減算した値が最小ガス消費量以上であるか、を判定する。偏差量が、「ガス消費量の少ないボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上である場合（ＹＥＳ）、又は偏差量の絶対値が、「ガス消費量の大きいボイラ２０」に予め設定された単位ガス消費量以上であって、水素ガス消費量から単位ガス消費量分減算した値が最小ガス消費量以上である場合（ＹＥＳ）、処理をステップＳＴ１０９に移す。それ以外の場合（ＮＯ）、処理をステップＳＴ１０１に移す。
In step ST108, when the deviation amount calculated in step ST106 is a positive value, the number control device 50 (first determination unit 5241) has a unit in which the deviation amount is preset in the “
ステップＳＴ１０９において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、偏差量が正の値の場合、ステップＳＴ１０７において選択された「ガス消費量の少ないボイラ２０」の水素ガス消費量を単位ガス消費量分増加させる。また、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、偏差量が負の値の場合、ステップＳＴ１０７において選択された「ガス消費量の大きいボイラ２０」の水素ガス消費量から単位ガス消費量分減少させる。その後、処理をステップＳＴ１０１に移す。
In step ST109, when the deviation amount is a positive value, the unit control device 50 (consumption control unit 525) consumes the hydrogen gas of the “
＜増台制御＞
図５Ｂを参照すると、ステップＳＴ１１１において、台数制御装置５０（燃焼装置選択部５２３）は、ボイラ群２から燃焼停止しているボイラ２０のうち、最も優先順位の高いボイラ２０を新たに燃焼を開始させるボイラ２０（燃焼開始ボイラ）として選択する。
<Additional unit control>
Referring to FIG. 5B, in step ST111, the number control device 50 (combustion device selection unit 523) newly starts combustion of the
ステップＳＴ１１２において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、ステップＳＴ１１１において選択された燃焼開始ボイラを、当該ボイラ２０に予め設定された最小ガス消費量で燃焼させる。
In step ST112, the number control device 50 (consumption control unit 525) burns the combustion start boiler selected in step ST111 with the minimum gas consumption preset in the
ステップＳＴ１１３において、台数制御装置５０（目標圧力切替部５２７）は、燃焼状態にあるボイラ２０の台数に応じて、台数制御目標圧力値を切り替える。その後、処理をステップＳＴ１０１に移す。なお、ステップＳＴ１１３は、台数制御装置５０が、燃焼状態にあるボイラ２０の台数に応じて台数制御目標圧力値を切り替える目標圧力切替部５２７を備える場合にのみ、適用される。
In step ST113, the number control device 50 (target pressure switching unit 527) switches the number control target pressure value according to the number of
＜増加余力量に基づく増台制御について＞
図５Ａ及び図５Ｂでは、燃焼状態にあるボイラ２０のガス消費量が増台ラインが規定するガス消費量以上の場合に増台する処理フローについて説明したが、これに限られない。前述したように、合計増加余力ガス消費量が増加基準ガス消費量以下になるか、又は増加基準ガス消費量を下回ると判定された場合に増台するようにしてもよい。
この場合の処理フローは、図５ＡのステップＳＴ１０４を、「台数制御装置５０（第２判定部５２４２）は、余力算出部５２６により算出された合計増加余力ガス消費量が水素ガスを消費（燃焼）させるボイラ２０の台数を増加させる基準となる増加基準ガス消費量以下になるか、又は増加基準ガス消費量を下回るかを判定する。合計増加余力ガス消費量が、増加基準ガス消費量以下又は増加基準ガス消費量を下回る場合（ＹＥＳ）、処理をステップＳＴ１１１に移し、そうでなければ（ＮＯ）処理をステップＳＴ１０６に移す」と読み替えることで説明できる。
<Regarding the increase control based on the additional capacity>
5A and 5B have described the processing flow in which the gas consumption of the
The processing flow in this case is as follows in step ST104 of FIG. It is determined whether the number of
＜減台制御＞
図５Ｃを参照すると、ステップＳＴ１２１において、台数制御装置５０（燃焼装置選択部５２３）は、ボイラ群２から燃焼状態にあるボイラ２０のうち、最も優先順位の低いボイラ２０を新たに燃焼を停止させるボイラ２０（停止燃焼ボイラ）として選択する。
<Reduction control>
Referring to FIG. 5C, in step ST121, the number control device 50 (combustion device selection unit 523) newly stops the combustion of the
ステップＳＴ１２２において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、ステップＳＴ１２１において選択された停止燃焼ボイラ２０のガス消費量を、タンク圧力値の変化に対して変更する。
In step ST122, the number control device 50 (consumption amount control unit 525) changes the gas consumption of the stopped
ステップＳＴ１２３において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、停止燃焼ボイラ２０のガス消費量が当該ボイラ２０に予め設定された最小ガス消費量まで低下したか、判定する。最小ガス消費量まで低下した場合（ＹＥＳ）、処理をステップＳＴ１２４に移す。最小ガス消費量まで低下していない場合（ＮＯ）、処理をステップＳＴ１０１に移す。
In step ST123, the number control device 50 (consumption control unit 525) determines whether the gas consumption of the stopped
ステップＳＴ１２４において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、当該停止燃焼ボイラ２０の燃焼を停止する。
In step ST124, the number control device 50 (consumption control unit 525) stops the combustion of the stopped
ステップＳＴ１２５において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、当該停止燃焼ボイラ２０のポストパージを行った後、パイロット燃焼させ、パイロット燃焼状態を保持させる。
In step ST125, the number control device 50 (consumption control unit 525) performs post-purge of the stopped
ステップＳＴ１２６において、台数制御装置５０（目標圧力切替部５２７）は、燃焼状態にあるボイラ２０の台数に応じて、台数制御目標圧力値を切り替える。その後、処理をステップＳＴ１０１に移す。なお、ステップＳＴ１２６は、台数制御装置５０が、燃焼状態にあるボイラ２０の台数に応じて台数制御目標圧力値を切り替える目標圧力切替部５２７を備える場合にのみ、適用される。
In step ST126, the number control device 50 (target pressure switching unit 527) switches the number control target pressure value according to the number of
図５Ｄを参照すると、ステップＳＴ２０１において、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回る場合、処理をステップＳＴ２０２に移す。タンク圧力値が制御下限圧力値を下回る場合、処理をステップＳＴ２１１に移す。 Referring to FIG. 5D, if the tank pressure value exceeds the control upper limit pressure value in step ST201, the process is shifted to step ST202. If the tank pressure value is lower than the control lower limit pressure value, the process is moved to step ST211.
＜放気制御＞
ステップＳＴ２０２において、台数制御装置５０（弁制御部５２８）は、タンク圧力値が制御上限圧力値を上回らないように、水素ガス放気弁３３の開度を制御する。その後、処理をステップＳＴ１０１に移す。
<Air release control>
In step ST202, the number control device 50 (valve control unit 528) controls the opening degree of the hydrogen
＜タンク圧力低下時の処理＞
ステップＳＴ２１１において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、燃焼状態にあるボイラ２０を燃焼停止状態、すなわち全台待機状態とする。
<Treatment when tank pressure drops>
In step ST211th, the number control device 50 (consumption control unit 525) puts the
ステップＳＴ２１２において、台数制御装置５０（消費量制御部５２５）は、少なくとも１台の（例えば、最も優先順位の高い）停止燃焼ボイラ２０のポストパージを行い、パイロット燃焼させ、パイロット燃焼状態を保持させる。処理をステップＳＴ１０１に移す。
In step ST212, the number control device 50 (consumption control unit 525) post-purges at least one (for example, the highest priority) stop
以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。
According to the
（１）燃焼状態にある前記燃焼装置の台数又は副生ガス供給量に応じて、前記目標圧力値を切り替える目標圧力切替部を備え、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、前記目標圧力値を高く設定し、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、前記目標圧力値を低く設定する構成とした。これにより、燃焼状態にある燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、ガス供給量が急激に減少した際に追従性を確保し、燃焼状態にある燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、ガス供給量が急激に増えた際に追従性を確保することができ、オーバーシュートやアンダーシュートが起き難くなり、副生ガスタンクの内部の圧力の安定制御が可能となる。 (1) When the number of the combustion devices in the combustion state is large or by-product, the target pressure switching unit for switching the target pressure value is provided according to the number of the combustion devices in the combustion state or the amount of by-product gas supplied. When the gas consumption is large, the target pressure value is set high, and when the number of combustion devices in the combustion state is small or the by-product gas consumption is small, the target pressure value is set low. bottom. As a result, when the number of combustion devices in the combustion state is large or the consumption of by-product gas is large, the followability is ensured when the gas supply amount suddenly decreases, and the number of combustion devices in the combustion state is increased. When the amount of by-product gas is small or the amount of by-product gas consumed is small, followability can be ensured when the gas supply amount increases sharply, overshoot and undershoot are less likely to occur, and the pressure inside the by-product gas tank is reduced. Stable control is possible.
以上、本発明のボイラシステムの好ましい各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。 Although the preferred embodiments of the boiler system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be appropriately modified.
＜変形例１＞
本実施形態では、副生ガスとして水素ガスを例示したが、これに限らない。例えば、消化ガス、その他の炭化水素ガス等任意の副生ガスに適用できる。
<
In this embodiment, hydrogen gas is exemplified as a by-product gas, but the present invention is not limited to this. For example, it can be applied to any by-product gas such as digestion gas and other hydrocarbon gases.
＜変形例２＞
本実施形態では、本発明を４台の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２を備えるボイラシステム１を例示したが、これに限らない。すなわち、本発明を、５台以上の貫流ボイラ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、３台以下の貫流ボイラ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い。
<
In the present embodiment, the present invention exemplifies a
＜変形例３＞
ボイラシステム１のボイラ２０のガス消費量の平準化処理の流れを示すフローチャートの説明（図５Ａ）において、ステップＳＴ１０９の後、処理をステップＳＴ１０１に移すものとして説明したが、これに限られない。
例えば、図５Ａにおいて、ステップＳＴ１０９の後、実績ガス消費量を単位ガス消費量分増加又は減少するように算出した後、処理を再びステップＳＴ１０６に移すようにしてもよい。この場合、ステップＳＴ１０８において、必要ガス消費量と実績ガス消費量との偏差が単位ガス消費量未満と判定した後に、処理をステップＳＴ１０１に移すように制御される。
<Modification 3>
In the description of the flowchart showing the flow of the gas consumption leveling process of the
For example, in FIG. 5A, after step ST109, the actual gas consumption may be calculated to increase or decrease by the unit gas consumption, and then the process may be transferred to step ST106 again. In this case, in step ST108, after it is determined that the deviation between the required gas consumption amount and the actual gas consumption amount is less than the unit gas consumption amount, the process is controlled to move to step ST101.
＜変形例４＞
本実施形態では、貫流ボイラ２０として連続制御ボイラを例示したが、これに限らない。例えば、燃焼を選択的にオン／オフしたり、高燃焼、中燃焼、低燃焼等に燃焼位置を設定したりすること等により水素ガス消費量を制御して、選択された燃焼位置に応じて水素ガス消費量を段階的に増減可能な段階値制御ボイラに適用してもよい。
<Modification example 4>
In the present embodiment, the continuous control boiler is exemplified as the once-through
＜変形例５＞
本実施形態では、放気制御として、弁制御部５２８により、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３の開閉又は開度を制御することで、水素ガスを放気するケースを例示したがこれに限られない。
例えば、２次側水素タンク３０に配置された水素ガス放気弁３３に加えて、又は替えて、水素ガス分岐ラインＬ２２又は水素ガス本ラインＬ２１に水素ガス放出弁（図示せず）を設置するようにしてもよい。
そうすることで、例えば、ローカル制御部２０１が、燃焼状態にあるボイラ２０に異常が発生し当該ボイラ２０によりガス消費ができなくなったことを検知した場合、当該ボイラ２０に水素ガスを供給する水素ガス分岐ラインＬ２２又は水素ガス本ラインＬ２１に設置された水素ガス放出弁の開度を制御することで、当該ボイラ２０の消費できないガス量を放気するように制御するように構成してもよい。
このように、ローカル制御部２０１は、ボイラ２０が消費できなくなったガス消費量に相当するガス放気量を、水素ガス放出弁の開度により制御可能である。これにより、燃焼状態にあるボイラ２０に何らかの異常が発生し当該ボイラ２０によりガス消費ができなくなった場合であっても、該ボイラ２０のガス消費量に相当するガス量を放気することで、タンク圧力値の圧力変動を抑えることが可能となる。
その際、ローカル制御部２０１は、当該ボイラ２０の異常状態及び消費できないガス量を台数制御装置５０に対して通知するように構成してもよい。そうすることで、台数制御装置５０は、ガス量を消費できなくなったボイラ２０の当該消費できないガス量を他の燃焼状態にあるボイラ２０に割り当てるとともに、当該消費できないガス量を放気するために開制御された水素ガス放出弁を直接又はローカル制御部２０１を介して閉状態にすることができる。これにより、燃焼状態にあるボイラ２０に何らかの異常が発生し当該ボイラ２０によりガス消費ができなくなった場合であっても、タンク圧力値の圧力変動を抑えることが可能となる。
より具体的には、ボイラ２０が連続制御ボイラの場合、ローカル制御部２０１は、当該消費できないガス量を放気するように、水素ガス放出弁の開度を制御するように構成してもよい。その後、消費できないガス量が他の燃焼状態にあるボイラ２０に割り当てられた後、水素ガス放出弁の開度を閉状態とすることができる。
また、ボイラ２０が、例えば１つ以上の燃焼位置を備え、選択された燃焼位置に応じて水素ガス消費量を段階的に増減可能な段階値制御ボイラ２の場合、水素ガス放出弁として、各燃焼位置のガス供給量に相当するガスを放出する水素ガス放出弁（便宜的に「燃焼位置対応水素ガス放出弁」という）を設置することで、ボイラ２０が所定の燃焼位置（例えば、高燃焼位置）で水素ガスを消費していた場合に当該ボイラ２０に異常が発生し、当該ボイラ２０により所定の燃焼位置（例えば、高燃焼位置）でのガス消費ができなくなったときに、所定の燃焼位置（例えば、高燃焼位置）のガス供給量に相当するガスを放出する水素ガス放出弁を開状態とすることにより、当該ボイラ２０の消費できないガス量に相当するガス量を放気するように構成してもよい。その後、消費できないガス量が他の燃焼状態にあるボイラ２０に割り当てられた後、所定の燃焼位置（例えば、高燃焼位置）のガス供給量に相当するガスを放出する水素ガス放出弁を閉状態とすることができる。
<Modification 5>
In the present embodiment, as the air release control, the
For example, in addition to or in place of the hydrogen
By doing so, for example, when the
As described above, the
At that time, the
More specifically, when the
Further, in the case of the stage
１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ 貫流ボイラ（水素専焼ボイラ）
２０１ ローカル制御部
２４ 水素ガス流量調整弁
２５、２６ 水素ガス遮断弁
３０ ２次側水素タンク
３１ 水素圧センサ（水素圧力検出部）
３３ 水素ガス放気弁
４１ センサ
４２ 昇圧機
４４ 戻り流量調整弁
５０ 台数制御装置
５１ 記憶部
５２ 制御部
５２０ 必要ガス消費量算出部
５２１ 実績ガス消費量算出部
５２２ 偏差算出部
５２３ 燃焼装置選択部
５２４１ 第１判定部
５２４２ 第２判定部
５２５ 消費量制御部
５２６ 余力算出部
５２７ 目標圧力切替部
５２８ 弁制御部
５２９ 起動時制御部
Ｌ１ 副生ガス供給ライン
Ｌ１１ 戻りライン
Ｌ２ 水素ガス供給ライン
Ｌ２１ 水素ガス本ライン
Ｌ２２ 水素ガス分岐ライン
Ｌ３ 水素ガス放気ライン
Ｌ４ 蒸気集合ライン
1
201
33 Hydrogen
Claims (2)
前記燃焼装置に副生ガスを供給する副生ガスタンクの内部の圧力値が、予め設定された圧力値範囲内に設定される目標圧力値に一致するように、前記燃焼装置群における副生ガスの消費量を制御する制御部と、を備える副生ガス利用システムであって、
前記制御部は、
燃焼状態にある前記燃焼装置の台数又は副生ガス消費量に応じて、前記目標圧力値を切り替える目標圧力切替部を備える副生ガス利用システム。 A group of combustors consisting of multiple combustors that burn and consume only by-product gas,
The by-product gas in the combustion device group so that the pressure value inside the by-product gas tank that supplies the by-product gas to the combustion device matches the target pressure value set within the preset pressure value range. It is a by-product gas utilization system equipped with a control unit that controls the amount of consumption.
The control unit
A by-product gas utilization system including a target pressure switching unit that switches the target pressure value according to the number of the combustion devices in the combustion state or the consumption of by-product gas.
燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が多い場合又は副生ガス消費量が多い場合に、前記目標圧力値を高く設定し、燃焼状態にある前記燃焼装置の台数が少ない場合又は副生ガス消費量が少ない場合に、前記目標圧力値を低く設定する、請求項１に記載の副生ガス利用システム。 The target pressure switching unit is
When the number of the combustion devices in the combustion state is large or the by-product gas consumption is large, the target pressure value is set high, and when the number of the combustion devices in the combustion state is small or the by-product gas consumption is large. The by-product gas utilization system according to claim 1, wherein the target pressure value is set low when the pressure is low.
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