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JP7699415B2 - PLANT OPERATION OPTIMIZATION DEVICE AND PLANT OPERATION OPTIMIZATION METHOD - Google Patents
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JP7699415B2 - PLANT OPERATION OPTIMIZATION DEVICE AND PLANT OPERATION OPTIMIZATION METHOD - Google Patents

PLANT OPERATION OPTIMIZATION DEVICE AND PLANT OPERATION OPTIMIZATION METHOD Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、プラント運転最適化装置およびプラント運転最適化方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a plant operation optimization device and a plant operation optimization method.

蒸気タービン発電プラントでは、ボイラが蒸気を発生させ、蒸気タービンが蒸気により駆動され、発電機が蒸気タービンにより駆動されて発電を行う。具体的には、ボイラは、燃料を燃焼させることで発生する熱エネルギーにより水を沸騰させて、水から蒸気を発生させる。この場合、ボイラで効率的にエネルギーを回収することが望ましい。 In a steam turbine power plant, a boiler generates steam, which drives a steam turbine, which in turn drives a generator to generate electricity. Specifically, the boiler boils water using thermal energy generated by burning fuel, generating steam from the water. In this case, it is desirable to efficiently recover energy using the boiler.

欧州特許第1921280号公報European Patent Publication No. 1921280 米国特許第7389151号公報U.S. Pat. No. 7,389,151 米国特許第7584024号公報U.S. Pat. No. 7,584,024 欧州特許第2924572号公報European Patent Publication No. 2924572

ボイラで効率的にエネルギーを回収するためには、例えばボイラの燃焼状態を適切に調整することや、ボイラに溜まったススをスートブローにより適切なタイミングで除去することが望ましい。 In order to recover energy efficiently using a boiler, it is desirable, for example, to appropriately adjust the boiler's combustion conditions and to remove soot accumulated in the boiler at the appropriate time by soot blowing.

そこで、本発明の実施形態は、ボイラにおける効率的なエネルギー回収を実現することが可能なプラント運転最適化装置およびプラント運転最適化方法を提供する。 Therefore, an embodiment of the present invention provides a plant operation optimization device and a plant operation optimization method that can achieve efficient energy recovery in a boiler.

一の実施形態によれば、プラント運転最適化装置は、発電プラント内のボイラに関するデータを受信する受信部を備える。前記装置はさらに、前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラの燃焼状態を制御するための設定値である燃焼状態設定値をニューラルネットワークにより決定する決定部を備える。前記装置はさらに、前記燃焼状態設定値を表示装置に出力する出力部を備える。 According to one embodiment, the plant operation optimization device includes a receiving unit that receives data related to a boiler in a power plant. The device further includes a determining unit that determines a combustion state set value, which is a setting value for controlling the combustion state of the boiler, using a neural network based on the data related to the boiler. The device further includes an output unit that outputs the combustion state set value to a display device.

第1実施形態のプラント運転最適化システムの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a plant operation optimization system according to a first embodiment. FIG. 第1実施形態のプラント運転最適化システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a plant operation optimization system according to a first embodiment. 第1実施形態のスートブローについて説明するためのグラフである。4 is a graph for explaining soot blowing in the first embodiment. 第1実施形態のスートブローについて説明するための別のグラフである。4 is another graph for explaining soot blowing in the first embodiment. 第1実施形態のオペレータ操作画面の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an operator operation screen according to the first embodiment. 第1実施形態のシミュレーション画面の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a simulation screen according to the first embodiment;

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1から図6において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In Figs. 1 to 6, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のプラント運転最適化システムの構成を示す模式図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a plant operation optimization system according to a first embodiment.

図1のプラント運転最適化システムは、発電プラント1と、プラント運転最適化装置2と、表示装置3とを備えている。発電プラント1は、運転の最適化の対象となるプラントである。プラント運転最適化装置2は、発電プラント1の運転を最適化するための情報を提供する装置である。表示装置3は、プラント運転最適化装置2から提供された上記情報を表示する装置である。 The plant operation optimization system in FIG. 1 includes a power plant 1, a plant operation optimization device 2, and a display device 3. The power plant 1 is a plant whose operation is to be optimized. The plant operation optimization device 2 is a device that provides information for optimizing the operation of the power plant 1. The display device 3 is a device that displays the information provided by the plant operation optimization device 2.

発電プラント1は、例えば蒸気タービン発電プラントであり、ボイラ11と、高圧(HP)タービン12と、再熱器13と、中圧(IP)タービン14と、低圧(LP)タービン15と、発電機16と、復水器17と、給水加熱器18とを備えている。発電プラント1は、ボイラ11を備えるその他の種類のプラントでもよい。 The power plant 1 is, for example, a steam turbine power plant, and includes a boiler 11, a high pressure (HP) turbine 12, a reheater 13, an intermediate pressure (IP) turbine 14, a low pressure (LP) turbine 15, a generator 16, a condenser 17, and a feed water heater 18. The power plant 1 may be any other type of plant that includes a boiler 11.

プラント運転最適化装置2は、発電プラント1内に設置されていてもよいし、発電プラント1外に設置されていてもよい。本実施形態のプラント運転最適化装置2は例えば、発電プラント1を設計した企業の拠点内に設置される形で、発電プラント1外に設置されている。この場合、プラント運転最適化装置2は、発電プラント1とネットワークを介してデータの授受を行う。プラント運転最適化装置2は、例えばPC(Presonal Computer)である。後述するように、本実施形態のプラント運転最適化装置2は例えば、ボイラ11の燃焼状態を最適化するための処理や、ボイラ11内でのスートブローを最適化するための処理を行う。 The plant operation optimization device 2 may be installed inside the power plant 1 or outside the power plant 1. The plant operation optimization device 2 of this embodiment is installed outside the power plant 1, for example, in the base of the company that designed the power plant 1. In this case, the plant operation optimization device 2 exchanges data with the power plant 1 via a network. The plant operation optimization device 2 is, for example, a PC (Personal Computer). As described later, the plant operation optimization device 2 of this embodiment performs, for example, processing for optimizing the combustion state of the boiler 11 and processing for optimizing soot blowing in the boiler 11.

表示装置3も、発電プラント1内に設置されていてもよいし、発電プラント1外に設置されていてもよい。本実施形態の表示装置3は例えば、発電プラント1内に建設された建屋内に設置されている。この場合、表示装置3は、発電プラント1内の他の装置やプラント運転最適化装置2とネットワークを介してデータの授受を行う。表示装置3は、例えばPCである。表示装置3は、本実施形態ではプラント運転最適化装置2と別個に設けられているが、プラント運転最適化装置2の一部として設けられていてもよい。 The display device 3 may also be installed inside the power plant 1 or outside the power plant 1. In this embodiment, the display device 3 is installed, for example, in a building constructed in the power plant 1. In this case, the display device 3 exchanges data with other devices in the power plant 1 and the plant operation optimization device 2 via a network. The display device 3 is, for example, a PC. In this embodiment, the display device 3 is provided separately from the plant operation optimization device 2, but may be provided as part of the plant operation optimization device 2.

ボイラ11は、発電プラント1の作動流体としての蒸気を発生させる。具体的には、本実施形態のボイラ11は、燃料を燃焼させることで発生する熱エネルギーにより水を沸騰させて、水から蒸気を発生させる。燃料は例えば、石炭などの化石燃料である。高圧タービン12は、ボイラ11から供給された蒸気により駆動される。 The boiler 11 generates steam as the working fluid of the power plant 1. Specifically, the boiler 11 of this embodiment boils water using thermal energy generated by burning fuel, and generates steam from the water. The fuel is, for example, a fossil fuel such as coal. The high-pressure turbine 12 is driven by the steam supplied from the boiler 11.

再熱器13は、高圧タービン12から排出された蒸気を再度加熱する。再熱器13は、ボイラ11の一部として設けられていてもよいし、ボイラ11とは別個に設けられていてもよい。再熱器13がボイラ11の一部である場合、再熱器13は例えば、上述の燃料を燃焼させることで発生する熱エネルギーにより、高圧タービン12から排出された蒸気を加熱する。中圧タービン14は、再熱器13から供給された蒸気により駆動される。低圧タービン15は、中圧タービン14から排出された蒸気により駆動される。 The reheater 13 reheats the steam discharged from the high-pressure turbine 12. The reheater 13 may be provided as part of the boiler 11, or may be provided separately from the boiler 11. When the reheater 13 is part of the boiler 11, the reheater 13 heats the steam discharged from the high-pressure turbine 12, for example, by using thermal energy generated by burning the above-mentioned fuel. The intermediate-pressure turbine 14 is driven by the steam supplied from the reheater 13. The low-pressure turbine 15 is driven by the steam discharged from the intermediate-pressure turbine 14.

発電機16は、高圧タービン12、中圧タービン14、および低圧タービン15が接続された回転軸と接続可能であり、この回転軸に接続されることで高圧タービン12、中圧タービン14、および低圧タービン15により駆動されて発電を行う。 The generator 16 can be connected to a rotating shaft to which the high-pressure turbine 12, the intermediate-pressure turbine 14, and the low-pressure turbine 15 are connected, and when connected to this rotating shaft, it is driven by the high-pressure turbine 12, the intermediate-pressure turbine 14, and the low-pressure turbine 15 to generate electricity.

復水器17は、低圧タービン15から排出された蒸気を水に戻す。給水加熱器18は、復水器17から排出された水を、高圧タービン12、中圧タービン14、または低圧タービン15から抽気された蒸気の熱により加熱する。給水加熱器18から排出された水は、ボイラ11内に再び供給される。 The condenser 17 converts the steam discharged from the low-pressure turbine 15 back into water. The feedwater heater 18 heats the water discharged from the condenser 17 using the heat of the steam extracted from the high-pressure turbine 12, the intermediate-pressure turbine 14, or the low-pressure turbine 15. The water discharged from the feedwater heater 18 is supplied back into the boiler 11.

図2は、第1実施形態のプラント運転最適化システムの構成を示すブロック図である。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the plant operation optimization system of the first embodiment.

図2に示すように、発電プラント1は、上述のボイラ11や発電機16などに加え、センサ41と、アクチュエータ42と、オペレータ入力デバイス43と、制御システム44と、スートブローシステム45とを備えている。 As shown in FIG. 2, in addition to the boiler 11 and generator 16 described above, the power plant 1 includes a sensor 41, an actuator 42, an operator input device 43, a control system 44, and a soot blowing system 45.

プラント運転最適化装置2は、ボイラ燃焼最適化部21と、ミル流量配分最適化部22と、空気流量配分最適化部23と、スートブロー最適化部24と、効率計算部25と、ボイラモデル管理部26と、NN(ニューラルネットワーク)処理部27と、LR(線形回帰)処理部28と、EKF(拡張カルマンフィルタ)処理部29とを備えている。ボイラ燃焼最適化部21、ミル流量配分最適化部22、空気流量配分最適化部23、およびスートブロー最適化部24のデータ受信機能、データ処理機能、およびデータ出力機能はそれぞれ、受信部、決定部、および出力部の例である。 The plant operation optimization device 2 includes a boiler combustion optimization unit 21, a mill flow rate distribution optimization unit 22, an air flow rate distribution optimization unit 23, a soot blow optimization unit 24, an efficiency calculation unit 25, a boiler model management unit 26, an NN (neural network) processing unit 27, an LR (linear regression) processing unit 28, and an EKF (extended Kalman filter) processing unit 29. The data receiving function, data processing function, and data output function of the boiler combustion optimization unit 21, the mill flow rate distribution optimization unit 22, the air flow rate distribution optimization unit 23, and the soot blow optimization unit 24 are examples of a receiving unit, a determining unit, and an output unit, respectively.

表示装置3は、ダッシュボード処理部31と、データベース32と、シミュレーションUI(ユーザインタフェース)処理部33と、効率UI処理部34と、オペレータUI処理部35と、提案UI処理部36とを備えている。 The display device 3 includes a dashboard processing unit 31, a database 32, a simulation UI (user interface) processing unit 33, an efficiency UI processing unit 34, an operator UI processing unit 35, and a proposal UI processing unit 36.

以下、図2を参照して、第1実施形態のプラント運転最適化システムの詳細について説明する。この説明の中で、図3から図6も適宜参照する。図3は、第1実施形態のスートブローについて説明するためのグラフである。図4は、第1実施形態のスートブローについて説明するための別のグラフである。図5は、第1実施形態のオペレータ操作画面の例を示す図である。図6は、第1実施形態のシミュレーション画面の例を示す図である。 The details of the plant operation optimization system of the first embodiment will be described below with reference to FIG. 2. In this description, FIG. 3 to FIG. 6 will also be referred to as appropriate. FIG. 3 is a graph for explaining soot blowing of the first embodiment. FIG. 4 is another graph for explaining soot blowing of the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing an example of an operator operation screen of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing an example of a simulation screen of the first embodiment.

(1)発電プラント1
センサ41は、発電プラント1内で種々の値を検知し、これらの値の検知結果を出力する。これらの値の例は、発電プラント1内の蒸気の温度、圧力、流量や、ボイラ11内や再熱器13内の温度、酸素濃度、蒸気スプレー流量などである。これらの値の別の例は、ボイラ11の炉内の左側部分と右側部分とで測定される物理量の差分などである。これらの値の別の例は、発電プラント1内の蒸気以外の流体(例えば排ガス)の物理量や、ボイラ11に供給される燃料や空気に関する値である。センサ41により検知された値は、発電プラント1内の他の装置に出力されてもよいし、プラント運転最適化装置2や表示装置3に出力されてもよい。
(1) Power Plant 1
The sensor 41 detects various values in the power plant 1 and outputs the detection results of these values. Examples of these values include the temperature, pressure, and flow rate of steam in the power plant 1, the temperature in the boiler 11 and the reheater 13, the oxygen concentration, and the steam spray flow rate. Another example of these values is the difference in physical quantities measured between the left and right parts of the furnace of the boiler 11. Another example of these values is the physical quantities of fluids other than steam (e.g., exhaust gas) in the power plant 1, and values related to the fuel and air supplied to the boiler 11. The values detected by the sensor 41 may be output to other devices in the power plant 1, or may be output to the plant operation optimization device 2 or the display device 3.

アクチュエータ42は、発電プラント1内の種々の装置の動作を操作するために使用される。アクチュエータ42の例は、ボイラ11の排ガス温度を調整するために使用されるダンパである。アクチュエータ42の状態を示すデータは、発電プラント1内の他の装置に出力されてもよいし、プラント運転最適化装置2や表示装置3に出力されてもよい。 The actuator 42 is used to control the operation of various devices in the power plant 1. An example of the actuator 42 is a damper used to adjust the exhaust gas temperature of the boiler 11. Data indicating the state of the actuator 42 may be output to other devices in the power plant 1, or may be output to the plant operation optimization device 2 or the display device 3.

オペレータ入力デバイス43は、発電プラント1の動作を操作するオペレータにより使用される。このオペレータは例えば、ボイラ11に溜まったススを除去するためのスートブローに関する操作を、オペレータ入力デバイス43を使用して行うことができる。オペレータ入力デバイス43は、センサ41から出力された値や、アクチュエータ42から出力されたデータを表示する機能を有していてもよい。 The operator input device 43 is used by an operator who controls the operation of the power plant 1. For example, the operator can use the operator input device 43 to perform operations related to soot blowing to remove soot accumulated in the boiler 11. The operator input device 43 may have a function to display values output from the sensor 41 and data output from the actuator 42.

制御システム44は、発電プラント1の種々の動作を制御する。制御システム44の例は、プロセッサ、電気回路、PCなどである。制御システム44は例えば、発電プラント1の起動、運転、停止や、発電プラント1内の蒸気用のバルブの開閉などを制御する。また、制御システム44は、センサ41から出力された値や、アクチュエータ42から出力されたデータに基づいて、発電プラント1の動作を制御してもよく、この際にアクチュエータ42を使用して発電プラント1を制御してもよい。制御システム44により取得または生成されたデータは、プラント運転最適化装置2や表示装置3に出力されてもよい。 The control system 44 controls various operations of the power plant 1. Examples of the control system 44 include a processor, an electric circuit, and a PC. For example, the control system 44 controls the start-up, operation, and shutdown of the power plant 1, and the opening and closing of steam valves in the power plant 1. The control system 44 may also control the operation of the power plant 1 based on values output from the sensor 41 and data output from the actuator 42, and may control the power plant 1 using the actuator 42 at this time. The data acquired or generated by the control system 44 may be output to the plant operation optimization device 2 or the display device 3.

スートブローシステム45は、ボイラ11に溜まったススを除去するためのスートブローを実施する。本実施形態のスートブローは、スートブローシステム45内のスートブロワがボイラ11内にスートブロー用の蒸気を供給することで実施される。ボイラ11に付着したススは、この蒸気により落とされる。スートブロー用の蒸気は、例えばボイラ11により生成された蒸気である。スートブローシステム45は、オペレータ入力デバイス43などのデバイスからの手動操作に応じてスートブローを実施してもよいし、手動操作によらず自動的にスートブローを実施してもよい。スートブローシステム45により取得または生成されたデータは、プラント運転最適化装置2や表示装置3に出力されてもよい。 The soot blowing system 45 performs soot blowing to remove soot accumulated in the boiler 11. In this embodiment, soot blowing is performed by a soot blower in the soot blowing system 45 supplying steam for soot blowing into the boiler 11. The soot adhering to the boiler 11 is removed by this steam. The steam for soot blowing is, for example, steam generated by the boiler 11. The soot blowing system 45 may perform soot blowing in response to manual operation from a device such as the operator input device 43, or may perform soot blowing automatically without manual operation. Data acquired or generated by the soot blowing system 45 may be output to the plant operation optimization device 2 or the display device 3.

(2)プラント運転最適化装置2
プラント運転最適化装置2は、発電プラント1内のボイラ11に関する種々のデータを発電プラント1などから受信し、受信したデータに基づいて、ボイラ11を制御するための種々の設定値を決定する。プラント運転最適化装置2は例えば、ボイラ11の燃焼状態を最適化するために、ボイラ11に関する物理量がとるべき設定値を算出したり、ボイラ11内でのスートブローを最適化するために、スートブローに関する物理量がとるべき設定値を算出したりする。プラント運転最適化装置2はさらに、決定した設定値を表示装置3に出力する。本実施形態では、この設定値が、プラント運転最適化装置2から表示装置3へとネットワークを介して送信される。
(2) Plant operation optimization device 2
The plant operation optimization device 2 receives various data related to the boiler 11 in the power plant 1 from the power plant 1 and determines various setting values for controlling the boiler 11 based on the received data. For example, the plant operation optimization device 2 calculates setting values that physical quantities related to the boiler 11 should take in order to optimize the combustion state of the boiler 11, and calculates setting values that physical quantities related to soot blow should take in order to optimize soot blow in the boiler 11. The plant operation optimization device 2 further outputs the determined setting values to the display device 3. In this embodiment, the setting values are transmitted from the plant operation optimization device 2 to the display device 3 via a network.

プラント運転最適化装置2内でのこれらの処理は、ボイラ燃焼最適化部21、ミル流量配分最適化部22、空気流量配分最適化部23、およびスートブロー最適化部24により行われる。ボイラ燃焼最適化部21、ミル流量配分最適化部22、空気流量配分最適化部23、およびスートブロー最適化部24は、後述するように、互いに異なる種類の最適化処理を行う。 These processes within the plant operation optimization device 2 are performed by the boiler combustion optimization unit 21, the mill flow rate distribution optimization unit 22, the air flow rate distribution optimization unit 23, and the soot blow optimization unit 24. The boiler combustion optimization unit 21, the mill flow rate distribution optimization unit 22, the air flow rate distribution optimization unit 23, and the soot blow optimization unit 24 perform different types of optimization processes, as described below.

本実施形態のプラント運転最適化装置2は、種々の物理量の設定値として、ボイラ11を制御するために既に使用されている既存の設定値を管理している。プラント運転最適化装置2は、ある物理量の新たな設定値を算出した場合には、その物理量の既存の設定値と新たな設定値との間の差(これを「バイアス値」と呼ぶ)を算出し、設定値としてこのバイアス値を表示装置3に出力してもよい。例えば燃料の流量の設定値に関し、既存の設定値がR1であり、新たな設定値がR2である場合には、プラント運転最適化装置2は、表示装置3にR2を出力してもよいし、代わりにΔR(=R2-R1)を出力してもよい。 The plant operation optimization device 2 of this embodiment manages existing set values already being used to control the boiler 11 as set values for various physical quantities. When the plant operation optimization device 2 calculates a new set value for a certain physical quantity, it may calculate the difference between the existing set value and the new set value for that physical quantity (this is called a "bias value") and output this bias value as the set value to the display device 3. For example, with regard to the set value of the fuel flow rate, if the existing set value is R1 and the new set value is R2, the plant operation optimization device 2 may output R2 to the display device 3, or may output ΔR (= R2 - R1) instead.

以下、プラント運転最適化装置2内の各ブロックの詳細を説明する。 The following describes each block in the plant operation optimization device 2 in detail.

(2.1)ボイラ燃焼最適化部21
ボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼状態を制御するための設定値である燃焼状態設定値を決定し、決定した燃焼状態設定値を表示装置3に出力する。この際、ボイラ燃焼最適化部21は、既存の燃焼状態設定値と新たな燃焼状態設定値との間のバイアス値を表示装置3に出力してもよい。
(2.1) Boiler combustion optimization unit 21
The boiler combustion optimization unit 21 determines a combustion state set value, which is a setting value for controlling the combustion state of the boiler 11, and outputs the determined combustion state set value to the display device 3. At this time, the boiler combustion optimization unit 21 may output to the display device 3 a bias value between the existing combustion state set value and the new combustion state set value.

ボイラ11の燃焼状態を表す変数やパラメータの値は、設計状態の値から乖離している場合がある。このような変数やパラメータの例は、ボイラ11内の温度、酸素濃度、蒸気スプレー流量などの物理量や、ボイラ11の炉内の左側部分と右側部分とで測定される物理量の差分などである。このような乖離を放置すると、ボイラ11の燃焼効率が低下したり、ボイラ11からの排ガスの排出条件が満たされなくなったりするなど、ボイラ11の燃焼状態が悪化するおそれがある。 The values of variables and parameters that represent the combustion state of the boiler 11 may deviate from the values of the design state. Examples of such variables and parameters include physical quantities such as the temperature, oxygen concentration, and steam spray flow rate inside the boiler 11, as well as the difference in physical quantities measured between the left and right parts of the furnace of the boiler 11. If such deviations are left unchecked, the combustion efficiency of the boiler 11 may decrease, the exhaust gas discharge conditions from the boiler 11 may not be met, and so on, and the combustion state of the boiler 11 may deteriorate.

そこで、ボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼状態を制御するための好ましい燃焼状態設定値を決定し、決定した燃焼状態設定値を表示装置3に出力する。発電プラント1の運転員は、表示装置3に表示された燃焼状態設定値を参照することで、ボイラ11の燃焼状態を改善することが可能となる。運転員は例えば、この燃焼状態設定値をボイラ11の制御に実際に使用してもよいし、ボイラ11の動作をシミュレートするためにこの燃焼状態設定値を使用してもよい。 The boiler combustion optimization unit 21 then determines a preferred combustion state set value for controlling the combustion state of the boiler 11, and outputs the determined combustion state set value to the display device 3. The operator of the power plant 1 can improve the combustion state of the boiler 11 by referring to the combustion state set value displayed on the display device 3. The operator may, for example, actually use this combustion state set value to control the boiler 11, or may use this combustion state set value to simulate the operation of the boiler 11.

本実施形態のボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼状態が改善されるように燃焼状態設定値を決定し、例えば、ボイラ11の燃焼効率が最適化されるように燃焼状態設定値を決定する。これにより、例えばボイラ11で使用される燃料の無駄を低減し、ボイラ11の動作を技術的にも経済的にも好適なものとすることが可能となる。 The boiler combustion optimization unit 21 of this embodiment determines the combustion state setting value so as to improve the combustion state of the boiler 11, for example, so as to optimize the combustion efficiency of the boiler 11. This makes it possible, for example, to reduce the waste of fuel used in the boiler 11 and to make the operation of the boiler 11 more suitable both technically and economically.

表示装置3に燃焼状態設定値やその他の設定値が表示されるモードを、監視モードと呼ぶ。監視モードでは、種々の設定値のバイアス値が表示装置3に表示されてもよい。発電プラント1の運転員は例えば、ゼロから離れた値になっているバイアス値が存在することで、ボイラ11の運転状態が悪化していることを知ることができる。運転員は、ボイラ11の制御に使用されている既存の設定値を、このバイアス値の分だけ手動で変更してもよいし、代わりに自動制御モードにより既存の設定値をこのバイアス値の分だけ自動的に変更してもよい。 The mode in which the combustion state set value and other set values are displayed on the display device 3 is called the monitoring mode. In the monitoring mode, bias values of various set values may be displayed on the display device 3. For example, an operator of the power plant 1 can know that the operating condition of the boiler 11 is deteriorating because of the presence of a bias value that is far from zero. The operator may manually change the existing set value used to control the boiler 11 by this bias value, or alternatively, the existing set value may be automatically changed by this bias value in an automatic control mode.

ボイラ燃焼最適化部21は、このような最適化処理を、例えば発電プラント1の試運転時に行う。発電プラント1の試運転時には、ボイラ11の燃料として例えば試験炭が使用される。この場合、発電プラント1の商業運転後に、発電プラント1の運転状況や石炭の性状の変化などが原因で、ボイラ11の運転状態が好適でなくなる可能性がある。この場合のボイラ燃焼最適化部21は、発電プラント1の商業運転後にも、上述の最適化処理を行ってもよい。 The boiler combustion optimization unit 21 performs such optimization processing, for example, during the trial operation of the power plant 1. During the trial operation of the power plant 1, for example, test coal is used as fuel for the boiler 11. In this case, after the power plant 1 starts commercial operation, the operating condition of the boiler 11 may become unsuitable due to changes in the operating conditions of the power plant 1 or the properties of the coal. In this case, the boiler combustion optimization unit 21 may perform the above-mentioned optimization processing even after the power plant 1 starts commercial operation.

本実施形態のボイラ燃焼最適化部21は、ボイラモデル管理部26、NN処理部27、およびLR処理部28と協働して最適化処理を行うことができる。ボイラモデル管理部26は、ボイラ11の動作をシミュレートするためのモデルを管理している。ボイラ燃焼最適化部21は、このモデルを用いて最適化処理を行ってもよい。NN処理部27は、ニューラルネットワークを用いた情報処理を行う。LR処理部28は、線形回帰アルゴリズムを用いた情報処理を行う。ボイラ燃焼最適化部21は、NN処理部27やLR処理部28と協働することで、ニューラルネットワークや線形回帰アルゴリズムを用いて最適化処理を行うことができる。 The boiler combustion optimization unit 21 of this embodiment can perform optimization processing in cooperation with the boiler model management unit 26, the NN processing unit 27, and the LR processing unit 28. The boiler model management unit 26 manages a model for simulating the operation of the boiler 11. The boiler combustion optimization unit 21 may perform optimization processing using this model. The NN processing unit 27 performs information processing using a neural network. The LR processing unit 28 performs information processing using a linear regression algorithm. The boiler combustion optimization unit 21 can perform optimization processing using a neural network or a linear regression algorithm by working together with the NN processing unit 27 and the LR processing unit 28.

一般に、ボイラ11の運転状態を最適化しようとすると、多数の変数やパラメータを調整する必要がある。このような最適化を人間が手動で行う場合には、ボイラ11に供給する空気の流量を調整するなど、少数の変数やパラメータしか調整できない。一方、このような最適化をコンピュータが自動的に行う場合でも、手動に比べると多数の変数やパラメータを調整できるものの、依然として少数の変数やパラメータしか調整できない可能性がある。 In general, optimizing the operating state of the boiler 11 requires adjustment of many variables and parameters. When such optimization is performed manually by a human being, only a small number of variables and parameters can be adjusted, such as adjusting the flow rate of air supplied to the boiler 11. On the other hand, even when such optimization is performed automatically by a computer, although a larger number of variables and parameters can be adjusted compared to manual adjustment, there is still a possibility that only a small number of variables and parameters can be adjusted.

そこで、本実施形態のボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼状態を制御するための燃焼状態設定値をニューラルネットワークにより決定する。これにより、多数の変数やパラメータを調整する場合であっても、このような調整をニューラルネットワークに学習させることで、ボイラ11の運転状態を適切に最適化することが可能となる。本実施形態によれば、ボイラ燃焼最適化部21に対しニューラルネットワークを適用することで、例えば多数の変数やパラメータを調整して多数の燃焼状態設定値を決定することが可能となる。本実施形態のボイラ燃焼最適化部21は、ニューラルネットワークを用いて各燃焼状態設定値を常時最適化するように動作してもよい。 The boiler combustion optimization unit 21 of this embodiment therefore uses a neural network to determine the combustion state set values for controlling the combustion state of the boiler 11. As a result, even when a large number of variables and parameters are adjusted, the operating state of the boiler 11 can be appropriately optimized by having the neural network learn such adjustments. According to this embodiment, by applying a neural network to the boiler combustion optimization unit 21, it becomes possible to determine a large number of combustion state set values, for example, by adjusting a large number of variables and parameters. The boiler combustion optimization unit 21 of this embodiment may operate to constantly optimize each combustion state set value using a neural network.

例えばボイラ11の排ガス温度を上昇させることが望ましい場合に、排ガス温度の調整に使用するアクチュエータ42(ダンパ)と、ボイラ11の燃焼効率の変化との関係を、ニューラルネットワークに学習させる。これにより、ボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼効率の最適解を、NN処理部27から得ることができる。ボイラ燃焼最適化部21は、この最適解や、この最適解における燃焼状態設定値(バイアス値でもよい)を、表示装置3に出力する。発電プラント1の運転員は、これらの最適解や燃焼状態設定値を用いてアクチュエータ42の手動調整または自動調整を行うことで、ボイラ11の燃焼効率が良好な状態で排ガス温度を上昇させることが可能となる。 For example, when it is desirable to increase the exhaust gas temperature of the boiler 11, the neural network is made to learn the relationship between the actuator 42 (damper) used to adjust the exhaust gas temperature and the change in the combustion efficiency of the boiler 11. This allows the boiler combustion optimization unit 21 to obtain an optimal solution for the combustion efficiency of the boiler 11 from the NN processing unit 27. The boiler combustion optimization unit 21 outputs this optimal solution and the combustion state setting value (which may be a bias value) for this optimal solution to the display device 3. The operator of the power plant 1 can manually or automatically adjust the actuator 42 using this optimal solution and the combustion state setting value, thereby making it possible to increase the exhaust gas temperature while maintaining good combustion efficiency of the boiler 11.

ボイラ11の排ガス温度は、様々な手法により変更可能である。ボイラ11の排ガス温度は例えば、燃料の流量を変更すること、空気の流量を変更すること、燃料である石炭を塊で供給するか粉末で供給するかを選択すること、燃料をボイラ11内の上部に供給するか下部に供給するかを選択することで変更可能である。ニューラルネットワークは、これらの手法を使用する態様の最適な組み合わせを学習することができる。なお、本実施形態では、ボイラ11の排ガス温度以外の物理量を変更対象としてもよく、この処理にニューラルネットワークを使用してもよい。 The temperature of the exhaust gas from the boiler 11 can be changed by various methods. For example, the temperature of the exhaust gas from the boiler 11 can be changed by changing the flow rate of the fuel, changing the flow rate of the air, selecting whether the fuel coal is supplied in chunks or powder form, or selecting whether the fuel is supplied to the upper or lower part of the boiler 11. The neural network can learn the optimal combination of the manner in which these methods are used. Note that in this embodiment, physical quantities other than the temperature of the exhaust gas from the boiler 11 may also be subject to change, and a neural network may be used for this process.

本実施形態では、ボイラ11の運転状態を最適化を例えば、所定の非線形関数を最小化することで実施する。この非線形関数は例えば、ボイラ11の燃焼効率、ボイラ11の石炭消費量、ボイラ11の運用コストなどを最小化することが可能である。この最適化処理では、ボイラ11の二酸化炭素排出量、窒素酸化物排出量、メタル温度などの制約を取り扱うことが可能であり、非線形制約も取り扱うことが可能である。本実施形態のボイラ燃焼最適化部21は、フィードフォワード、ニューラルネットワーク、線形回帰アルゴリズムなどを用いた最適化を行うことや、目的関数やその他の関数の解を算出することが可能である。目的関数の重み係数は例えば、発電プラント1で事前に実施するバイアステストの後に計算される。ボイラ燃焼最適化部21による最適化処理の結果は、プラント運転最適化装置2内に保存されてもよいし、表示装置3内に保存されてもよい。 In this embodiment, the operating state of the boiler 11 is optimized, for example, by minimizing a predetermined nonlinear function. This nonlinear function can minimize, for example, the combustion efficiency of the boiler 11, the coal consumption of the boiler 11, and the operating cost of the boiler 11. In this optimization process, it is possible to handle constraints such as the carbon dioxide emission amount, the nitrogen oxide emission amount, and the metal temperature of the boiler 11, and it is also possible to handle nonlinear constraints. The boiler combustion optimization unit 21 of this embodiment can perform optimization using feedforward, neural network, linear regression algorithm, etc., and can calculate solutions to objective functions and other functions. The weighting coefficient of the objective function is calculated, for example, after a bias test performed in advance in the power plant 1. The results of the optimization process by the boiler combustion optimization unit 21 may be stored in the plant operation optimization device 2 or in the display device 3.

本実施形態のニューラルネットワークは、複数の入力値に基づいて動作し、複数の出力値をボイラ燃焼最適化部21に出力する。入力値は例えば、センサ41により検知された値である。出力値は例えば、ボイラ燃焼最適化部21による最適化処理にて、目的関数や制約条件に使用される。 The neural network of this embodiment operates based on multiple input values and outputs multiple output values to the boiler combustion optimization unit 21. The input values are, for example, values detected by the sensor 41. The output values are, for example, used as objective functions and constraint conditions in the optimization process by the boiler combustion optimization unit 21.

(2.2)ミル流量配分最適化部22
ミル流量配分最適化部22は、ボイラ11に供給される燃料を制御するための設定値である燃料設定値を決定し、決定した燃料設定値を表示装置3に出力する。この際、ミル流量配分最適化部22は、既存の燃料設定値と新たな燃料設定値との間のバイアス値を表示装置3に出力してもよい。
(2.2) Mill flow rate distribution optimization unit 22
The mill flow rate distribution optimization unit 22 determines a fuel set value, which is a setting value for controlling the fuel supplied to the boiler 11, and outputs the determined fuel set value to the display device 3. At this time, the mill flow rate distribution optimization unit 22 may output a bias value between the existing fuel set value and the new fuel set value to the display device 3.

ミル流量配分最適化部22は例えば、ボイラ11に供給される燃料の流量が最適化されるように燃料設定値を決定する。この場合の燃料設定値の例は、燃料の流量そのものの設定値や、燃料の流量を調整するアクチュエータ42の動作に関する設定値である。 The mill flow rate distribution optimization unit 22, for example, determines a fuel setting value so that the flow rate of fuel supplied to the boiler 11 is optimized. Examples of fuel setting values in this case are the setting value of the fuel flow rate itself and the setting value related to the operation of the actuator 42 that adjusts the fuel flow rate.

本実施形態のボイラ11では、複数のミルからボイラ11へと燃料が供給される。本実施形態のミル流量配分最適化部22は、これらのミルから供給される燃料の流量のデータや、これらのミルの健全度のデータを受信し、受信したデータに基づいて各ミルの燃料設定値を決定してもよい。本実施形態のミル流量配分最適化部22は、ボイラ11内の燃料の火球中心が最小の設定変更で最適化されるように、最適化処理を行ってもよい。ミル流量配分最適化部22による最適化処理の結果は、プラント運転最適化装置2内に保存されてもよいし、表示装置3内に保存されてもよい。 In the boiler 11 of this embodiment, fuel is supplied to the boiler 11 from multiple mills. The mill flow rate distribution optimization unit 22 of this embodiment may receive data on the flow rate of fuel supplied from these mills and data on the health of these mills, and may determine the fuel setting value of each mill based on the received data. The mill flow rate distribution optimization unit 22 of this embodiment may perform optimization processing so that the fireball center of the fuel in the boiler 11 is optimized with minimal setting changes. The results of the optimization processing by the mill flow rate distribution optimization unit 22 may be stored in the plant operation optimization device 2 or in the display device 3.

本実施形態のプラント運転最適化装置2のシステムアーキテクチャは、第1層と第2層とに分かれている。第1層は、第2層に対し計算結果を供給する上位系の最適化レベルであり、ボイラ燃焼最適化部21や、後述するスートブロー最適化部24用のEKF処理部29を含んでいる。第2層は、ミル流量配分最適化部22や、後述する空気流量配分最適化部23を含んでいる。本実施形態のプラント運転最適化装置2は、第1層および第2層の最適化処理により種々の設定値を決定してもよいし、最適化の目的によっては、第1層のみの最適化処理により種々の設定値を決定してもよい。例えば、燃料流量や空気流量を変更せずに酸素濃度やバーナーチルトを最適化する場合には、第1層のみの最適化処理により設定値を決定してもよい。 The system architecture of the plant operation optimization device 2 of this embodiment is divided into a first layer and a second layer. The first layer is a higher-level optimization level that supplies calculation results to the second layer, and includes a boiler combustion optimization unit 21 and an EKF processing unit 29 for the soot blow optimization unit 24 described later. The second layer includes a mill flow rate distribution optimization unit 22 and an air flow rate distribution optimization unit 23 described later. The plant operation optimization device 2 of this embodiment may determine various set values by optimization processing of the first and second layers, or may determine various set values by optimization processing of only the first layer depending on the purpose of optimization. For example, when optimizing oxygen concentration or burner tilt without changing fuel flow rate or air flow rate, the set values may be determined by optimization processing of only the first layer.

(2.3)空気流量配分最適化部23
空気流量配分最適化部23は、ボイラ11に供給される空気を制御するための設定値である空気設定値を決定し、決定した空気設定値を表示装置3に出力する。この際、空気流量配分最適化部23は、既存の空気設定値と新たな空気設定値との間のバイアス値を表示装置3に出力してもよい。
(2.3) Air flow rate distribution optimization unit 23
The air flow rate distribution optimization unit 23 determines an air set value, which is a set value for controlling the air supplied to the boiler 11, and outputs the determined air set value to the display device 3. At this time, the air flow rate distribution optimization unit 23 may output a bias value between the existing air set value and the new air set value to the display device 3.

空気流量配分最適化部23は例えば、ボイラ11に供給される空気の流量が最適化されるように空気設定値を決定する。この場合の空気設定値の例は、空気の流量そのものの設定値や、空気の流量を調整するアクチュエータ42の動作に関する設定値である。 The air flow rate distribution optimization unit 23, for example, determines an air set value so that the flow rate of air supplied to the boiler 11 is optimized. Examples of air set values in this case are the set value of the air flow rate itself and a set value related to the operation of the actuator 42 that adjusts the air flow rate.

本実施形態のボイラ11では、適切な燃焼を維持するため、燃料と空気との比率を維持することが望ましい。本実施形態の空気流量配分最適化部23は例えば、この比率を2次空気ダンパ制御(SADC)により維持するための最適化処理を行う。本実施形態の空気流量配分最適化部23は、複数のダンパの開度のデータや、これら複数のダンパの健全度のデータを受信し、受信したデータに基づいて各ダンパの空気設定値を決定してもよい。本実施形態の空気流量配分最適化部23も、ミル流量配分最適化部22と同様に、ボイラ11内の燃料の火球中心が最小の設定変更で最適化されるように、最適化処理を行ってもよい。空気流量配分最適化部23による最適化処理の結果は、プラント運転最適化装置2内に保存されてもよいし、表示装置3内に保存されてもよい。 In the boiler 11 of this embodiment, it is desirable to maintain the fuel-to-air ratio in order to maintain proper combustion. The air flow rate distribution optimization unit 23 of this embodiment performs optimization processing to maintain this ratio by, for example, secondary air damper control (SADC). The air flow rate distribution optimization unit 23 of this embodiment may receive data on the opening degree of multiple dampers and data on the soundness of these multiple dampers, and determine the air setting value of each damper based on the received data. Like the mill flow rate distribution optimization unit 22, the air flow rate distribution optimization unit 23 of this embodiment may also perform optimization processing so that the fireball center of the fuel in the boiler 11 is optimized with minimal setting changes. The results of the optimization processing by the air flow rate distribution optimization unit 23 may be stored in the plant operation optimization device 2 or in the display device 3.

(2.4)スートブロー最適化部24
スートブロー最適化部24は、ボイラ11内でのスートブローを制御するための設定値であるスートブロー設定値を決定し、決定したスートブロー設定値を表示装置3に出力する。この際、スートブロー最適化部24は、既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値を表示装置3に出力してもよい。
(2.4) Soot blow optimization unit 24
The soot blow optimization unit 24 determines a soot blow setting value, which is a setting value for controlling soot blow in the boiler 11, and outputs the determined soot blow setting value to the display device 3. At this time, the soot blow optimization unit 24 may output to the display device 3 a new soot blow setting value to replace the existing soot blow setting value.

スートブロー最適化部24は例えば、ボイラ11内でスートブローを実施するタイミングが最適化されるようにスートブロー設定値を決定する。この場合のスートブロー設定値の例は、スートブローを実施する開始時間、継続時間、終了時間などである。スートブロー最適化部24は、これらの時間に関し、既存の時間に代わる新たな時間を表示装置3に出力してもよい。 The soot blow optimization unit 24, for example, determines soot blow setting values so that the timing of performing soot blowing in the boiler 11 is optimized. Examples of soot blow setting values in this case include the start time, duration, and end time of performing soot blowing. The soot blow optimization unit 24 may output new times to replace the existing times for these times to the display device 3.

上述のように、ボイラ燃焼最適化部21は、ボイラ11の燃焼状態を最適化するための最適化処理を行う。これにより、ボイラ11で効率的にエネルギーを回収することが可能となる。しかしながら、ボイラ11にススが溜まると、ボイラ11における効率的なエネルギー回収が妨げられてしまう。さらに、ボイラ11にススが溜まると、ニューラルネットワークによるボイラ11の燃焼状態の最適化に誤差が生じる可能性がある。そのため、ボイラ11ではスートブローを実施することが望ましい。 As described above, the boiler combustion optimization unit 21 performs optimization processing to optimize the combustion state of the boiler 11. This allows the boiler 11 to recover energy efficiently. However, if soot accumulates in the boiler 11, efficient energy recovery in the boiler 11 is hindered. Furthermore, if soot accumulates in the boiler 11, an error may occur in the optimization of the combustion state of the boiler 11 by the neural network. For this reason, it is desirable to perform soot blowing in the boiler 11.

スートブローは、例えば8時間ごとに1回行うなど、一定のタイミングで行うことが考えられる。しかしながら、スートブローを蒸気を用いて行う場合には、ススが少ないのにスートブローを行うと、蒸気が無駄になる。例えば、ボイラ11により生成された蒸気をスートブローに用いる場合には、ススが少ないのにスートブローを行うと、ボイラ11で燃料を無駄に消費することになる。一方、ススが多いのにスートブローを行わないと、ボイラ11における効率的なエネルギー回収が妨げられてしまう。また、燃料として石炭の粉末を使用する場合には、ススが溜まりやすいことが問題となる。 Soot blowing can be performed at fixed intervals, for example, once every eight hours. However, when soot blowing is performed using steam, if soot blowing is performed when there is little soot, the steam will be wasted. For example, when steam generated by boiler 11 is used for soot blowing, if soot blowing is performed when there is little soot, fuel will be wasted in boiler 11. On the other hand, if soot blowing is not performed when there is a lot of soot, efficient energy recovery in boiler 11 will be hindered. In addition, when coal powder is used as fuel, the tendency for soot to accumulate becomes a problem.

そこで、本実施形態のスートブロー最適化部24は、EKF処理部29と協働して最適化処理を実施できるように構成されている。EKF処理部29は、拡張カルマンフィルタを用いた情報処理を行う。スートブロー最適化部24は、EKF処理部29と協働することで、拡張カルマンフィルタを用いて最適化処理を行うことができる。本実施形態のスートブロー最適化部24は、スートブローを実施するタイミングが最適化されるようにスートブロー設定値を拡張カルマンフィルタにより決定することで、スートブローを実施する適切なタイミングを提示することができる。これにより、蒸気の無駄を抑制しつつ、ススによるエネルギー回収効率の低下を抑制することが可能となる。本実施形態のスートブロー最適化部24は、拡張カルマンフィルタを用いて各スートブロー設定値を常時最適化するように動作してもよい。 Therefore, the soot blow optimization unit 24 of this embodiment is configured to be able to carry out optimization processing in cooperation with the EKF processing unit 29. The EKF processing unit 29 performs information processing using an extended Kalman filter. The soot blow optimization unit 24 can carry out optimization processing using an extended Kalman filter by working with the EKF processing unit 29. The soot blow optimization unit 24 of this embodiment can present the appropriate timing for carrying out soot blowing by determining the soot blowing setting value using an extended Kalman filter so that the timing for carrying out soot blowing is optimized. This makes it possible to suppress the reduction in energy recovery efficiency due to soot while suppressing waste of steam. The soot blow optimization unit 24 of this embodiment may operate to constantly optimize each soot blowing setting value using an extended Kalman filter.

本実施形態のスートブロー最適化部24は、最適化処理のために、ボイラ11内でのススの蓄積を推定するためのソフトセンサを使用する。このソフトセンサは例えば、ボイラ11の炉や個々の過熱器(熱交換器)におけるススの蓄積を推定する。本実施形態のソフトセンサは、熱力学モデルまたは第1原理モデル(1)と、拡張カルマンフィルタ(2)と、温度センサであるセンサ41からのフィードバック信号(3)という、3つのコンポーネントを含んでいる。スートブロー最適化部24は、拡張カルマンフィルタなどのソフトセンサによりススの蓄積を推定することで、スートブローを実施するタイミングが最適化されるスートブロー設定値を決定することができる。この最適化処理では例えば、ボイラ11の炉や個々の過熱器で計測された物理量(温度など)を、入力値として使用する。また、この最適化処理では、ボイラ11内の複数の部分について、各部分ごとにスートブローを実施するタイミングを決定してもよい。 The soot blow optimization unit 24 of this embodiment uses a soft sensor to estimate the accumulation of soot in the boiler 11 for the optimization process. For example, this soft sensor estimates the accumulation of soot in the furnace of the boiler 11 and each superheater (heat exchanger). The soft sensor of this embodiment includes three components: a thermodynamic model or a first principle model (1), an extended Kalman filter (2), and a feedback signal (3) from the sensor 41, which is a temperature sensor. The soot blow optimization unit 24 can determine a soot blow setting value that optimizes the timing of soot blowing by estimating the accumulation of soot using a soft sensor such as an extended Kalman filter. In this optimization process, for example, physical quantities (such as temperature) measured in the furnace of the boiler 11 and each superheater are used as input values. In addition, in this optimization process, the timing of soot blowing may be determined for each of multiple parts in the boiler 11.

図3のグラフは、ボイラ11の熱伝導効率の時間変化を示している。本実施形態のスートブロー最適化部24は、拡張カルマンフィルタにより推定された熱伝導効率を取得することができる。この場合、スートブロー最適化部24は、熱伝導効率が閾値まで低下したタイミングでスートブローを実施するように、スートブロー設定値を決定する。これにより、適切なタイミングでスートブローを実施することが可能となり、ボイラ11の熱伝導効率の過度の低下を抑制することが可能となる。 The graph in Figure 3 shows the change over time in the thermal conduction efficiency of the boiler 11. The soot blow optimization unit 24 of this embodiment can obtain the thermal conduction efficiency estimated by an extended Kalman filter. In this case, the soot blow optimization unit 24 determines the soot blow setting value so that soot blowing is performed at the timing when the thermal conduction efficiency has fallen to a threshold value. This makes it possible to perform soot blowing at an appropriate timing, and makes it possible to suppress excessive decline in the thermal conduction efficiency of the boiler 11.

図4のグラフは、ボイラ11のスートブロー間隔と年間運用コストとの関係を示している。このグラフによれば、スートブロー間隔が約9時間の場合に、ボイラ11の運用コストが最大となる。よって、スートブロー最適化部24は、このような運用コストの特性を考慮に入れてスートブロー設定値を決定してもよい。これにより、スートブローを実施するタイミングを、コストも考慮に入れて最適化することが可能となる。 The graph in Figure 4 shows the relationship between the soot blow interval of the boiler 11 and the annual operating cost. According to this graph, the operating cost of the boiler 11 is at its highest when the soot blow interval is approximately 9 hours. Therefore, the soot blow optimization unit 24 may determine the soot blow setting value taking into account such operating cost characteristics. This makes it possible to optimize the timing of soot blowing while also taking into account costs.

(2.5)効率計算部25
効率計算部25は、ボイラ11に関するデータを発電プラント1などから受信し、受信したデータに基づいて、ボイラ11に関する効率を計算する。効率計算部25は例えば、ボイラ11の燃焼効率を計算する。効率計算部25により計算された効率は、表示装置3に出力されてもよいし、プラント運転最適化装置2内の他のブロックによる処理(例えば最適化処理)で使用されてもよい。
(2.5) Efficiency Calculation Unit 25
The efficiency calculation unit 25 receives data related to the boiler 11 from the power plant 1 or the like, and calculates the efficiency of the boiler 11 based on the received data. The efficiency calculation unit 25 calculates, for example, the combustion efficiency of the boiler 11. The efficiency calculated by the efficiency calculation unit 25 may be output to the display device 3, or may be used in processing (e.g., optimization processing) by other blocks in the plant operation optimization device 2.

(3)表示装置3
本実施形態では、プラント運転最適化装置2が、発電プラント1の運転を最適化するための情報を提供し、表示装置3が、プラント運転最適化装置2から提供された上記情報を表示する。表示装置3は、図2に示すように、ダッシュボード処理部31と、データベース32と、シミュレーションUI処理部33と、効率UI処理部34と、オペレータUI処理部35と、提案UI処理部36とを備えている。表示装置3が画面上に表示するGUI(グラフィカルユーザインタフェース)は、表示装置3が作成してもよいし、プラント運転最適化装置2が作成してもよい。後者の場合、表示装置3は、GUIをブラウザにより表示してもよい。
(3) Display device 3
In this embodiment, the plant operation optimization device 2 provides information for optimizing the operation of the power plant 1, and the display device 3 displays the information provided from the plant operation optimization device 2. As shown in Fig. 2, the display device 3 includes a dashboard processing unit 31, a database 32, a simulation UI processing unit 33, an efficiency UI processing unit 34, an operator UI processing unit 35, and a proposal UI processing unit 36. A GUI (Graphical User Interface) displayed on the screen of the display device 3 may be created by the display device 3 or may be created by the plant operation optimization device 2. In the latter case, the display device 3 may display the GUI by a browser.

ダッシュボード処理部31は、表示装置3の画面上にダッシュボードを表示し、プラント運転最適化装置2から提供された情報をダッシュボード内に表示する。ダッシュボード内に表示される情報は例えば、ボイラ燃焼最適化部21、ミル流量配分最適化部22、空気流量配分最適化部23、またはスートブロー最適化部24から出力された種々の設定値や、効率計算部25から出力された効率(例えば、ボイラ11の燃焼効率)である。ダッシュボード内に表示される設定値は、上述のバイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値でもよい。ダッシュボード処理部31は、後述するシミュレーションUI、効率UI、オペレータUI、または提案UI上にダッシュボードを表示してもよい。 The dashboard processing unit 31 displays a dashboard on the screen of the display device 3, and displays information provided by the plant operation optimization device 2 in the dashboard. The information displayed in the dashboard is, for example, various setting values output from the boiler combustion optimization unit 21, the mill flow rate distribution optimization unit 22, the air flow rate distribution optimization unit 23, or the soot blow optimization unit 24, and the efficiency output from the efficiency calculation unit 25 (for example, the combustion efficiency of the boiler 11). The setting value displayed in the dashboard may be the above-mentioned bias value or a new soot blow setting value that replaces the existing soot blow setting value. The dashboard processing unit 31 may display the dashboard on the simulation UI, efficiency UI, operator UI, or proposal UI described below.

データベース32は、表示装置3により使用される種々の情報が格納される。例えば、プラント運転最適化装置2から提供された情報がデータベース32内に格納される。 The database 32 stores various information used by the display device 3. For example, information provided by the plant operation optimization device 2 is stored in the database 32.

シミュレーションUI処理部33は、発電プラント1の動作をシミュレートするためのシミュレーションUIを表示する。シミュレーションUI処理部33は、プラント運転最適化装置2から出力された設定値や効率や、発電プラント1の運転員によりシミュレーションUI上で入力された情報に基づいて、発電プラント1の動作、例えば、ボイラ11の動作をシミュレートすることができる。シミュレーションUI処理部33は例えば、燃焼状態設定値に基づいて、ボイラ11の燃焼状態をシミュレートすることができる。シミュレーションUI処理部33により行われたシミュレーションの結果は、シミュレーションUI上に表示される。これにより、運転員はどのようにボイラ11を運転すべきかを判断することが可能となる。シミュレーションUIは、シミュレーション画面の例である。 The simulation UI processing unit 33 displays a simulation UI for simulating the operation of the power plant 1. The simulation UI processing unit 33 can simulate the operation of the power plant 1, for example, the operation of the boiler 11, based on the setting values and efficiency output from the plant operation optimization device 2 and information input on the simulation UI by the operator of the power plant 1. The simulation UI processing unit 33 can simulate the combustion state of the boiler 11, for example, based on the combustion state setting value. The results of the simulation performed by the simulation UI processing unit 33 are displayed on the simulation UI. This allows the operator to determine how to operate the boiler 11. The simulation UI is an example of a simulation screen.

効率UI処理部34は、ボイラ11の燃焼効率など、発電プラント1の効率に関する情報を提供するための効率UIを表示する。効率計算部25から出力された効率は、例えば効率UI上に表示される。 The efficiency UI processing unit 34 displays an efficiency UI for providing information on the efficiency of the power plant 1, such as the combustion efficiency of the boiler 11. The efficiency output from the efficiency calculation unit 25 is displayed, for example, on the efficiency UI.

オペレータUI処理部35は、発電プラント1の運転員が発電プラント1やプラント運転最適化装置2を操作するためのオペレータUIを表示する。オペレータUIは、プラント運転最適化装置2から出力された種々のバイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値を表示してもよい。この場合、オペレータUI処理部35は、運転員がオペレータUI上でバイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値をある数値から別の数値に変更することで、発電プラント1やプラント運転最適化装置2に、変更されたバイアス値(または変更された設定値)または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値を送信してもよい。これにより、発電プラント1がボイラ11を制御するために使用する設定値を変更することや、プラント運転最適化装置2が既存の設定値として使用する設定値を変更することが可能となる。オペレータUIは、オペレータ操作画面の例である。 The operator UI processing unit 35 displays an operator UI for the operator of the power plant 1 to operate the power plant 1 and the plant operation optimization device 2. The operator UI may display various bias values output from the plant operation optimization device 2 or a new soot blow setting value that replaces the existing soot blow setting value. In this case, the operator UI processing unit 35 may transmit the changed bias value (or changed setting value) or the new soot blow setting value that replaces the existing soot blow setting value to the power plant 1 and the plant operation optimization device 2 by the operator changing the bias value or the new soot blow setting value that replaces the existing soot blow setting value from one value to another on the operator UI. This makes it possible to change the setting value used by the power plant 1 to control the boiler 11, or to change the setting value used by the plant operation optimization device 2 as the existing setting value. The operator UI is an example of an operator operation screen.

提案UI処理部36は、プラント運転最適化装置2から出力された種々の設定値を、表示装置3からの提案値(推奨値)として表示する提案UIを表示する。提案UI処理部36は、プラント運転最適化装置2から出力されたすべての設定値を提案値として表示してもよいし、プラント運転最適化装置2から出力された一部の設定値を提案値として表示してもよい。発電プラント1の運転員は、提案UIを確認することで、好適な設定値の存在を知ることができる。提案UIに表示される設定値は、バイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値でもよい。 The proposal UI processing unit 36 displays a proposal UI that displays various setting values output from the plant operation optimization device 2 as proposed values (recommended values) from the display device 3. The proposal UI processing unit 36 may display all setting values output from the plant operation optimization device 2 as proposed values, or may display some of the setting values output from the plant operation optimization device 2 as proposed values. The operator of the power plant 1 can learn of the existence of suitable setting values by checking the proposal UI. The setting value displayed in the proposal UI may be a bias value or a new soot blow setting value that replaces the existing soot blow setting value.

図5は、オペレータUIの例を示している。図5に示すオペレータUIは、3つのミルA、B、Cや2次空気ダンパ制御(SADC)に関する種々のバイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値を表示することが可能であり、運転員はオペレータUI上でこれらのバイアス値または既存のスートブロー設定値に代わる新たなスートブロー設定値を変更することが可能である。 Figure 5 shows an example of an operator UI. The operator UI shown in Figure 5 can display various bias values for the three mills A, B, and C and the secondary air damper control (SADC) or new soot blow setting values that replace existing soot blow setting values, and the operator can change these bias values or new soot blow setting values that replace existing soot blow setting values on the operator UI.

図6は、シミュレーションUIの例を示している。図6に示すシミュレーションUIでは、シミュレーションに使用するバイアス値を指定することや、シミュレーション結果を閲覧することが可能である。バイアス値の指定は例えば、バイアス値の上限または下限を指定する形で行われてもよい。図6は、再熱温度、窒素酸化物、再熱器スプレー、およびメタル温度に関するシミュレーション結果を示している。 Figure 6 shows an example of a simulation UI. In the simulation UI shown in Figure 6, it is possible to specify the bias value to be used in the simulation and to view the simulation results. The bias value may be specified, for example, by specifying an upper or lower limit for the bias value. Figure 6 shows the simulation results for reheat temperature, nitrogen oxides, reheater spray, and metal temperature.

以上のように、本実施形態のプラント運転最適化装置2は、ボイラ11の燃焼状態を制御するための設定値(燃焼状態設定値)をニューラルネットワークにより決定し、ボイラ11内でのスートブローを制御するための設定値(スートブロー設定値)を拡張カルマンフィルタにより決定する。よって、本実施形態によれば、様々な要因を考慮してボイラ11の燃焼状態を最適化することや、ボイラ11の燃焼状態の最適化の妨げとなるススを除去するタイミングを最適化することが可能となり、これによりボイラ11で効率的にエネルギーを回収することが可能となる。 As described above, the plant operation optimization device 2 of this embodiment determines the set value (combustion state set value) for controlling the combustion state of the boiler 11 by a neural network, and determines the set value (soot blow set value) for controlling soot blowing in the boiler 11 by an extended Kalman filter. Therefore, according to this embodiment, it is possible to optimize the combustion state of the boiler 11 by taking into account various factors, and to optimize the timing for removing soot that hinders the optimization of the combustion state of the boiler 11, thereby making it possible to efficiently recover energy in the boiler 11.

なお、本実施形態のプラント運転最適化装置2は、ニューラルネットワークによる燃焼状態設定値の決定と、拡張カルマンフィルタによるスートブロー設定値の決定のいずれか一方のみを実施してもよいし、これらの両方を実施してもよい。 The plant operation optimization device 2 of this embodiment may perform either one of determining the combustion state set value using a neural network or determining the soot blow set value using an extended Kalman filter, or may perform both.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel apparatus and method described in this specification can be embodied in various other forms. In addition, various omissions, substitutions, and modifications can be made to the forms of the apparatus and method described in this specification without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to include such forms and modifications that fall within the scope and spirit of the invention.

1:発電プラント、2:プラント運転最適化装置、3:表示装置、
11:ボイラ、12:高圧タービン、13:再熱器、14:中圧タービン、
15:低圧タービン、16:発電機、17:復水器、18:給水加熱器、
21:ボイラ燃焼最適化部、22:ミル流量配分最適化部、
23:空気流量配分最適化部、24:スートブロー最適化部、
25:効率計算部、26:ボイラモデル管理部、
27:NN処理部、28:LR処理部、29:EKF処理部、
31:ダッシュボード処理部、32:データベース、
33:シミュレーションUI処理部、34:効率UI処理部、
35:オペレータUI処理部、36:提案UI処理部、
41:センサ、42:アクチュエータ、43:オペレータ入力デバイス、
44:制御システム、45:スートブローシステム
1: power plant, 2: plant operation optimization device, 3: display device,
11: boiler, 12: high-pressure turbine, 13: reheater, 14: intermediate-pressure turbine,
15: low pressure turbine, 16: generator, 17: condenser, 18: feed water heater,
21: boiler combustion optimization unit, 22: mill flow rate distribution optimization unit,
23: air flow rate distribution optimization unit, 24: soot blow optimization unit,
25: efficiency calculation unit, 26: boiler model management unit,
27: NN processing unit, 28: LR processing unit, 29: EKF processing unit,
31: dashboard processing unit, 32: database,
33: Simulation UI processing unit, 34: Efficiency UI processing unit,
35: operator UI processing unit, 36: proposal UI processing unit,
41: sensor, 42: actuator, 43: operator input device,
44: Control system, 45: Soot blowing system

Claims (10)

発電プラント内のボイラに関するデータを受信する受信部と、
前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラの燃焼状態を制御するための設定値である燃焼状態設定値をニューラルネットワークにより決定する決定部と、
前記燃焼状態設定値を表示装置に出力する出力部と、
を備え、
前記決定部はさらに、前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラに供給される燃料を制御するための設定値である燃料設定値、または、前記ボイラに供給される空気を制御するための設定値である空気設定値を決定し、
前記出力部はさらに、前記燃料設定値または前記空気設定値を前記表示装置に出力し、
前記決定部は、
前記ボイラの燃焼効率と、前記ボイラに供給される燃料または空気の流量とが共に最適化されるように、前記燃焼状態設定値と、前記燃料設定値または前記空気設定値とを決定するよう動作することと、
前記ボイラに供給される燃料または空気の流量が変更されずに、前記ボイラの燃焼効率が最適化されるように、前記燃焼状態設定値を決定するよう動作することと、
が可能である、プラント運転最適化装置。
a receiving unit for receiving data relating to a boiler in the power plant;
A determination unit that determines a combustion state set value, which is a set value for controlling the combustion state of the boiler, by a neural network based on data related to the boiler;
an output unit that outputs the combustion state setting value to a display device;
Equipped with
The determination unit further determines a fuel set value, which is a set value for controlling fuel supplied to the boiler, or an air set value, which is a set value for controlling air supplied to the boiler, based on the data related to the boiler;
The output unit further outputs the fuel setting value or the air setting value to the display device,
The determination unit is
Operate to determine the combustion condition setpoint and the fuel setpoint or the air setpoint such that a combustion efficiency of the boiler and a flow rate of the fuel or air supplied to the boiler are both optimized;
Operate to determine the combustion condition setpoint such that the combustion efficiency of the boiler is optimized without changing the flow rate of fuel or air supplied to the boiler;
This is a plant operation optimization device.
前記燃焼状態設定値は、前記ボイラの燃焼状態を表す物理量の既存の設定値と新たな設定値との間のバイアス値である、請求項に記載のプラント運転最適化装置。 2. The plant operation optimization device according to claim 1 , wherein the combustion state set value is a bias value between an existing set value and a new set value of a physical quantity representing the combustion state of the boiler. 前記決定部はさらに、前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラ内でのスートブローを制御するための設定値であるスートブロー設定値を拡張カルマンフィルタにより決定し、
前記出力部はさらに、前記スートブロー設定値を前記表示装置に出力する、
請求項1または2に記載のプラント運転最適化装置。
The determination unit further determines a soot blow setting value, which is a setting value for controlling soot blow in the boiler, by an extended Kalman filter based on data related to the boiler,
The output unit further outputs the soot blow setting value to the display device.
The plant operation optimization device according to claim 1 or 2 .
前記決定部は、
前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングと、前記ボイラに供給される燃料または空気の流量とが共に最適化されるように前記スートブロー設定値と、前記燃料設定値または前記空気設定値とを決定するよう動作することと
前記ボイラに供給される燃料または空気の流量が変更されずに、前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングが最適化されるように、前記スートブロー設定値を決定するよう動作することと、
が可能である、請求項に記載のプラント運転最適化装置。
The determination unit is
Operate to determine the soot blowing setpoint and the fuel setpoint or the air setpoint such that the timing of performing soot blowing in the boiler and the flow rate of fuel or air supplied to the boiler are both optimized ;
Operate to determine the soot blowing setpoint to optimize timing of soot blowing within the boiler without changing the flow rate of fuel or air supplied to the boiler;
The plant operation optimization device according to claim 3 , wherein the above is possible .
前記スートブロー設定値は、前記ボイラ内でスートブローを実施する時間の既存の設定値に代わる新たな設定値である、請求項3または4に記載のプラント運転最適化装置。 5. The plant operation optimization apparatus according to claim 3 , wherein the soot blowing set value is a new set value replacing an existing set value for the time for performing soot blowing in the boiler. 前記出力部は、前記プラント運転最適化装置と異なる前記表示装置に前記燃焼状態設定値を送信する、請求項1からのいずれか1項に記載のプラント運転最適化装置。 The plant operation optimization device according to claim 1 , wherein the output unit transmits the combustion condition set value to the display device different from the plant operation optimization device. 前記表示装置は、前記発電プラントまたは前記プラント運転最適化装置を操作するためのオペレータ操作画面を表示する、請求項1からのいずれか1項に記載のプラント運転最適化装置。 7. The plant operation optimization device according to claim 1 , wherein the display device displays an operator operation screen for operating the power plant or the plant operation optimization device. 前記表示装置は、前記燃焼状態設定値に基づいて前記ボイラの動作をシミュレートするためのシミュレーション画面を表示する、請求項1からのいずれか1項に記載のプラント運転最適化装置。 8. The plant operation optimization device according to claim 1 , wherein the display device displays a simulation screen for simulating an operation of the boiler based on the combustion condition set value. 発電プラント内のボイラに関するデータを受信する受信部と、
前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラ内でのスートブローを制御するための設定値であるスートブロー設定値を拡張カルマンフィルタにより決定する決定部と、
前記スートブロー設定値を表示装置に出力する出力部と、
を備え、
前記決定部はさらに、前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラに供給される燃料を制御するための設定値である燃料設定値、または、前記ボイラに供給される空気を制御するための設定値である空気設定値を決定し、
前記出力部はさらに、前記燃料設定値または前記空気設定値を前記表示装置に出力し、
前記決定部は、
前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングと、前記ボイラに供給される燃料または空気の流量とが共に最適化されるように、前記スートブロー設定値と、前記燃料設定値または前記空気設定値とを決定するよう動作することと、
前記ボイラに供給される燃料または空気の流量が変更されずに、前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングが最適化されるように、前記スートブロー設定値を決定するよう動作することと、
が可能である、プラント運転最適化装置。
a receiving unit for receiving data relating to a boiler in the power plant;
A determination unit that determines a soot blow setting value, which is a setting value for controlling soot blow in the boiler, based on data related to the boiler by an extended Kalman filter;
An output unit that outputs the soot blow setting value to a display device;
Equipped with
The determination unit further determines a fuel set value, which is a set value for controlling fuel supplied to the boiler, or an air set value, which is a set value for controlling air supplied to the boiler, based on the data related to the boiler;
The output unit further outputs the fuel setting value or the air setting value to the display device,
The determination unit is
Operate to determine the soot blowing setpoint and the fuel setpoint or the air setpoint such that the timing of performing soot blowing in the boiler and the flow rate of fuel or air supplied to the boiler are both optimized;
Operate to determine the soot blowing setpoint to optimize timing of soot blowing within the boiler without changing the flow rate of fuel or air supplied to the boiler;
This is a plant operation optimization device.
発電プラント内のボイラに関するデータを受信し、
前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラの燃焼状態を制御するための設定値である燃焼状態設定値をニューラルネットワークにより決定し、または前記ボイラ内でのスートブローを制御するための設定値であるスートブロー設定値を拡張カルマンフィルタにより決定し、
前記燃焼状態設定値または前記スートブロー設定値を表示装置に出力する、
ことを含み、
前記ボイラに関するデータに基づいて、前記ボイラに供給される燃料を制御するための設定値である燃料設定値、または、前記ボイラに供給される空気を制御するための設定値である空気設定値を決定し、
前記燃料設定値または前記空気設定値を前記表示装置に出力する、
ことをさらに含み、
前記ボイラの燃焼効率または前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングと、前記ボイラに供給される燃料または空気の流量とが共に最適化されるように、前記燃焼状態設定値または前記スートブロー設定値と、前記燃料設定値または前記空気設定値とを決定し、
前記ボイラに供給される燃料または空気の流量が変更されずに、前記ボイラの燃焼効率または前記ボイラ内でスートブローを実施するタイミングが最適化されるように、前記燃焼状態設定値または前記スートブロー設定値を決定する、
ことをさらに含む、プラント運転最適化方法。
Receive data about boilers in the power plant;
Based on the data regarding the boiler, a combustion state set value which is a set value for controlling the combustion state of the boiler is determined by a neural network, or a soot blow set value which is a set value for controlling soot blow in the boiler is determined by an extended Kalman filter;
The combustion state setting value or the soot blow setting value is output to a display device.
Including,
determining a fuel set value, which is a set value for controlling fuel supplied to the boiler, or an air set value, which is a set value for controlling air supplied to the boiler, based on the data related to the boiler;
outputting the fuel setpoint or the air setpoint to the display device;
Further including:
Determining the combustion condition set value or the soot blowing set value and the fuel set value or the air set value so that the combustion efficiency of the boiler or the timing of performing soot blowing in the boiler and the flow rate of fuel or air supplied to the boiler are both optimized;
determining the combustion condition setpoint or the soot blowing setpoint so that the combustion efficiency of the boiler or the timing of performing soot blowing in the boiler is optimized without changing the flow rate of fuel or air supplied to the boiler;
The method for optimizing plant operations further comprises :
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