JP7699415B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

欧州特許第１９２１２８０号公報 米国特許第７３８９１５１号公報 米国特許第７５８４０２４号公報 欧州特許第２９２４５７２号公報

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (10)

1. 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。
2. 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１に記載のプラント運転最適化装置。
3. 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。
4. 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３に記載のプラント運転最適化装置。
5. 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。
6. 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５のいずれか１項に記載のプラント運転最適化装置。
7. 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６のいずれか１項に記載のプラント運転最適化装置。
8. 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７のいずれか１項に記載のプラント運転最適化装置。
9. 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。
10. 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。

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