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JP7730726B2 - Heat transfer surface cleaning system - Google Patents
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JP7730726B2 - Heat transfer surface cleaning system - Google Patents

Heat transfer surface cleaning system

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JP7730726B2 JP2021181644A JP2021181644A JP7730726B2 JP 7730726 B2 JP7730726 B2 JP 7730726B2 JP 2021181644 A JP2021181644 A JP 2021181644A JP 2021181644 A JP2021181644 A JP 2021181644A JP 7730726 B2 JP7730726 B2 JP 7730726B2
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Description

本開示は、ボイラに設置された伝熱管の伝熱面を洗浄して伝熱面の付着物を除去する伝熱面洗浄システムに関する。 This disclosure relates to a heat transfer surface cleaning system that cleans the heat transfer surfaces of heat transfer tubes installed in a boiler and removes deposits from the heat transfer surfaces.

ごみ焼却炉等の高温の排ガスを利用する廃熱ボイラまたは石炭焚きボイラにおいて、炉内の排ガスは、高濃度のダストを含んでいる。このようなボイラの炉壁は、内部を冷却水が流通する伝熱管が連結された構造を有している。このようなダストを多く含む排ガスがボイラに導入されると、次第にダストが伝熱管の伝熱面に付着する。 In waste heat boilers or coal-fired boilers that use high-temperature exhaust gas from waste incinerators, the exhaust gas inside the furnace contains a high concentration of dust. The furnace walls of such boilers are constructed with connected heat transfer tubes through which cooling water flows. When such dust-rich exhaust gas is introduced into the boiler, the dust gradually adheres to the heat transfer surfaces of the heat transfer tubes.

伝熱面に付着した付着物の厚みが増えると、炉内と伝熱管および冷却水との熱交換量が低下する。また、付着物により伝熱面が腐食する恐れもある。このため、従来から定期的な点検や洗浄作業が行われている。 As the thickness of deposits on the heat transfer surface increases, the amount of heat exchanged between the furnace interior and the heat transfer tubes and cooling water decreases. There is also the risk of the deposits corroding the heat transfer surface. For this reason, regular inspections and cleaning work have traditionally been carried out.

特開2019-105393号公報JP 2019-105393 A 特開昭62-299612号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-299612

ボイラの内部において伝熱面に対して水噴射等を行って洗浄する構成も知られている。しかし、ボイラ内の伝熱面に付着する付着物の量は、伝熱面全体に均一ではない。ボイラ内の一部の伝熱面における付着物の付着状況に基づいて伝熱面全体を洗浄すると、付着物の量が少ない箇所では洗浄圧が過剰となり、伝熱面まで削ってしまう恐れがある。一方、付着物の量が多い箇所では伝熱面の洗浄が十分に行えない恐れがある。 A known configuration is to clean the heat transfer surfaces inside a boiler by spraying water onto them, etc. However, the amount of deposits that adhere to the heat transfer surfaces inside a boiler is not uniform across the entire surface. If the entire heat transfer surface is cleaned based on the deposit status on only a portion of the heat transfer surface inside the boiler, the cleaning pressure may be excessive in areas with a small amount of deposits, which could result in the heat transfer surface being scraped away. On the other hand, there is a risk that the heat transfer surface may not be cleaned sufficiently in areas with a large amount of deposits.

これに関して、上記特許文献1には、伝熱管の入口蒸気の温度、出口蒸気の温度、入口排ガスの温度、および出口排ガスの温度を測定し、これらの値から伝熱管に付着したダストの厚みを推定し、各値から推定される厚みが閾値未満となるまで洗浄を行うことが開示されている。しかし、特許文献1の構成は、所定の洗浄時間において固定の洗浄能力で洗浄を行い、その結果、厚みが閾値未満となったかを判定する必要がある。このため、過剰に洗浄してしまうことを抑制しようとすれば所定の洗浄時間における洗浄能力は予め低めに設定する必要があり、厚みが大きい場合に、洗浄が完了するまでの時間が長くかかってしまう。 In this regard, the above-mentioned Patent Document 1 discloses measuring the inlet steam temperature, outlet steam temperature, inlet exhaust gas temperature, and outlet exhaust gas temperature of a heat transfer tube, estimating the thickness of dust adhering to the heat transfer tube from these values, and continuing cleaning until the thickness estimated from each value falls below a threshold. However, the configuration of Patent Document 1 requires cleaning to be performed at a fixed cleaning capacity for a specified cleaning time, and then determining whether the thickness has fallen below the threshold. For this reason, in order to prevent excessive cleaning, the cleaning capacity for the specified cleaning time must be set low in advance, and if the thickness is large, it will take a long time to complete cleaning.

また、上記特許文献2には、全体スートブローを行った上で、エコノマイザ等の出口と入口との間の温度差、給水温度差または上記の温度差等を計測してそれらの差が所定値よりも大きくなったか等の比較を行うことにより、さらに個別スートブローを行うか否かを決定する構成が開示されている。しかし、特許文献2の構成も、特許文献1と同様に、フィードバック制御を行うのみであり、伝熱管に付着した付着物の厚みに対してどの程度の洗浄能力で洗浄を行えばよいかは分からない。 Patent Document 2 also discloses a configuration in which, after performing overall soot blowing, the temperature difference between the inlet and outlet of an economizer, etc., the feedwater temperature difference, or the above-mentioned temperature differences are measured and compared to determine whether or not these differences have become larger than a predetermined value, thereby determining whether or not to perform further individual soot blowing. However, like Patent Document 1, the configuration of Patent Document 2 only performs feedback control, and it is not clear what level of cleaning power is required to clean the thickness of deposits adhering to the heat transfer tubes.

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、伝熱面に付着した付着物の厚みに対して適切な洗浄能力を作用させることができる伝熱面洗浄システムを提供することを目的としている。 This disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a heat transfer surface cleaning system that can apply appropriate cleaning capabilities to the thickness of deposits attached to the heat transfer surface.

本発明の一態様に係る伝熱面洗浄システムは、ボイラの内部に露出した伝熱面を撮影することにより、前記伝熱面の表面温度を測定する赤外線カメラと、前記ボイラの内部空間におけるガス温度を測定する温度計と、洗浄流体を噴射することにより前記伝熱面を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄流体の噴射量を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記噴射量を出力し、測定された前記伝熱面の表面温度分布および前記ガス温度を含む状態値を取得し、前記噴射量に基づいて前記洗浄装置による洗浄が行われた後に前記温度計により計測された洗浄後ガス温度を取得し、前記洗浄後ガス温度に基づいて報酬を計算し、前記噴射量、前記状態量および前記報酬に基づいて現在の前記状態値において出力する前記噴射量を決定する機械学習を行う。 A heat transfer surface cleaning system according to one aspect of the present invention includes an infrared camera that measures the surface temperature of a heat transfer surface exposed inside a boiler by photographing the heat transfer surface; a thermometer that measures the gas temperature in the boiler's internal space; a cleaning device that cleans the heat transfer surface by spraying a cleaning fluid; and a controller that controls the amount of cleaning fluid sprayed. The controller outputs the spray amount, acquires state values including the measured surface temperature distribution of the heat transfer surface and the gas temperature, acquires the post-cleaning gas temperature measured by the thermometer after cleaning by the cleaning device based on the spray amount, calculates a reward based on the post-cleaning gas temperature, and performs machine learning to determine the injection amount to be output for the current state value based on the injection amount, the state quantity, and the reward.

本開示によれば、伝熱面に付着した付着物の厚みに対して適切な洗浄能力を作用させることができる。 This disclosure makes it possible to apply appropriate cleaning capabilities to the thickness of deposits adhering to the heat transfer surface.

図1は、本実施の形態における伝熱面監視装置および伝熱面洗浄システムが適用される焼却プラントの内部構造を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of an incineration plant to which a heat transfer surface monitoring device and a heat transfer surface cleaning system according to this embodiment are applied. 図2は、図1に示す放射室のII-II断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the radiation chamber shown in FIG. 1 taken along line II-II. 図3は、図2に示す赤外線カメラを回転させたときを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the infrared camera shown in FIG. 2 when rotated. 図4は、本実施の形態における伝熱面監視装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a heat transfer surface monitoring device according to this embodiment. 図5は、本実施の形態における伝熱面洗浄システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a heat transfer surface cleaning system according to this embodiment. 図6は、図5に示す制御器が行う機械学習の流れを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the flow of machine learning performed by the controller shown in FIG.

以下、本開示の実施の形態における伝熱面監視装置およびそれを用いた伝熱面洗浄システムについて図面を参照して説明する。本実施の形態では、廃熱ボイラを有する焼却プラントに伝熱面監視装置および伝熱面洗浄システムが適用された場合を例示する。 The following describes a heat transfer surface monitoring device and a heat transfer surface cleaning system using the same according to an embodiment of the present disclosure, with reference to the drawings. This embodiment illustrates an example in which the heat transfer surface monitoring device and the heat transfer surface cleaning system are applied to an incineration plant with a waste heat boiler.

[伝熱面監視装置]
まず、本実施の形態における伝熱面監視装置について説明する。図1は、本実施の形態における伝熱面監視装置および伝熱面洗浄システムが適用される焼却プラントの内部構造を示す概略断面図である。図1に示す焼却プラント100は、酸素含有ガスを用いて廃棄物を焼却するための火炉室103を有する焼却炉102と、焼却炉102から排出される燃焼排ガスから排熱を水蒸気として回収する蒸気回収装置であるボイラ104と、を含む。焼却炉102のボイラ104とは反対側、すなわち、上流側には、ホッパ105およびシュート106が配置されており、ボイラ104から下流側には、燃焼排ガスの排気経路107が煙突108まで延びている。例えば、排気経路107には、上流側から順に、エコノマイザ、減温塔、集塵機およびブロワが設けられ得る。
[Heat transfer surface monitoring device]
First, a heat transfer surface monitoring device according to this embodiment will be described. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of an incineration plant to which the heat transfer surface monitoring device and heat transfer surface cleaning system according to this embodiment are applied. The incineration plant 100 shown in Fig. 1 includes an incinerator 102 having a furnace chamber 103 for incinerating waste using an oxygen-containing gas, and a boiler 104, which is a steam recovery device that recovers exhaust heat as steam from the combustion exhaust gas discharged from the incinerator 102. A hopper 105 and a chute 106 are disposed on the opposite side of the incinerator 102 from the boiler 104, i.e., on the upstream side. An exhaust path 107 for the combustion exhaust gas extends downstream from the boiler 104 to a chimney 108. For example, an economizer, a temperature reducing tower, a dust collector, and a blower may be provided in the exhaust path 107, in this order from the upstream side.

焼却炉102は、火炉室103の下方に設けられたストーカを有している。ストーカは、廃棄物の搬送手段として機能する。ストーカは、シュート106に近い側から順に乾燥ストーカ111、燃焼ストーカ112および後燃焼ストーカ113を有する。すなわち、これらのストーカ111,112,113は、廃棄物の移動方向に配列されている。乾燥、燃焼および後燃焼ストーカ111,112,113の下方には、風箱114,115,116がそれぞれ設けられている。 The incinerator 102 has a stoker installed below the furnace chamber 103. The stoker functions as a means of transporting waste. The stoker comprises, in order from the side closest to the chute 106, a drying stoker 111, a combustion stoker 112, and a post-combustion stoker 113. That is, these stokers 111, 112, and 113 are arranged in the direction of waste movement. Wind boxes 114, 115, and 116 are installed below the drying, combustion, and post-combustion stokers 111, 112, and 113, respectively.

さらに、焼却炉102は、火炉室103とボイラ104との間に火炉室103と連続する再燃焼室117を有する。なお、燃焼ストーカ112は、図例では1段であるが、2段以上設けられていてもよい。各ストーカ111,112,113は、例えば、互いに異なるインターバルで間欠的に作動する。 Furthermore, the incinerator 102 has a re-burning chamber 117 that is continuous with the furnace chamber 103 between the furnace chamber 103 and the boiler 104. While the combustion stoker 112 has one stage in the illustrated example, it may have two or more stages. Each stoker 111, 112, 113 operates intermittently, for example, at different intervals.

火炉室103では、廃棄物の熱分解および部分酸化反応により燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスが廃棄物と共に燃焼される。再燃焼室117は、火炉室103から流出する燃焼ガスを完全燃焼させるためのものである。廃棄物の燃焼後のダストは、後燃焼ストーカ113に隣接して設けられた排出口118から排出される。 In the furnace chamber 103, combustion gas is generated by the thermal decomposition and partial oxidation of the waste, and this combustion gas is burned together with the waste. The re-burning chamber 117 is used to completely burn the combustion gas that flows out of the furnace chamber 103. The dust remaining after the waste combustion is discharged from an outlet 118 located adjacent to the post-burning stoker 113.

ボイラ104では、焼却炉102から排出される燃焼排ガスによる廃熱によって蒸気が生成される。より詳しくは、図1に示すように、ボイラ104は、燃焼排ガスが通過する排ガス通路109を備えている。排ガス通路109は、再燃焼室117の上方に配置された放射室119と、放射室119と上部同士が連通する第1煙道120と、第1煙道120と下部同士が連通する第2煙道121と、を含む。言い換えると、ボイラ104は、内部空間として、放射室119、第1煙道120および第2煙道121を有する。 In the boiler 104, steam is generated using waste heat from the combustion exhaust gas discharged from the incinerator 102. More specifically, as shown in FIG. 1, the boiler 104 is equipped with an exhaust gas passage 109 through which the combustion exhaust gas passes. The exhaust gas passage 109 includes a radiant chamber 119 located above the re-burning chamber 117, a first flue 120 whose upper section communicates with the radiant chamber 119, and a second flue 121 whose lower section communicates with the first flue 120. In other words, the boiler 104 has an internal space consisting of the radiant chamber 119, the first flue 120, and the second flue 121.

放射室119および第1煙道120および第2煙道121を規定する壁の各々には、複数の伝熱管123が設けられている。複数の伝熱管123の材料は、例えばSTB340等の炭素鋼である。ボイラ104は、複数の伝熱管123に接続されたボイラドラム124を備えている。複数の伝熱管123には、ボイラドラム124から送られてくる水が流れる。複数の伝熱管123内の水は、放射室119および第1煙道120の廃熱を回収して、その一部が蒸発して汽水となりボイラドラム124へと戻される。ボイラドラム124に戻った汽水は、一部が気化して蒸気となっている。 A plurality of heat transfer tubes 123 are provided in each of the walls defining the radiant chamber 119 and the first and second flue 120 and 121. The heat transfer tubes 123 are made of carbon steel, such as STB340. The boiler 104 is equipped with a boiler drum 124 connected to the heat transfer tubes 123. Water delivered from the boiler drum 124 flows through the heat transfer tubes 123. The water in the heat transfer tubes 123 recovers waste heat from the radiant chamber 119 and the first flue 120, and some of it evaporates to become brackish water, which is then returned to the boiler drum 124. Some of the brackish water returned to the boiler drum 124 vaporizes to become steam.

第2煙道121には、過熱器125が設けられている。過熱器125は、ボイラドラム124内の蒸気を燃焼熱または燃焼排ガスの熱で過熱するための過熱器管126を備えている。過熱器125により過熱されて高温高圧となった過熱蒸気は、発電機127と連結されたタービン128に送られて発電に利用される。ボイラ104を通過した燃焼排ガスの大部分は、排気経路107を流れた後に、煙突108から大気中へ放出される。 A superheater 125 is provided in the second flue 121. The superheater 125 has superheater tubes 126 for superheating the steam in the boiler drum 124 with the heat of combustion or the heat of the flue gas. The superheated steam, which has been superheated by the superheater 125 to a high temperature and pressure, is sent to a turbine 128 connected to a generator 127 and used to generate electricity. Most of the flue gas that passes through the boiler 104 flows through the exhaust path 107 and is then released into the atmosphere from the chimney 108.

図2は、図1に示す放射室のII-II断面図である。図2に示すように、放射室119は、4つの伝熱面F1,F2,F3,F4により区画された断面矩形状である。4つの伝熱面F1,F2,F3,F4は、何れも複数の伝熱管123が連結されたメンブレン壁を有する。以下では、4つの伝熱面を、第1伝熱面F1、第2伝熱面F2、第3伝熱面F3および第4伝熱面F4と称する。第2伝熱面F2は、第1伝熱面F1に対向し、第4伝熱面F4は、第3伝熱面F3に対向する。 Figure 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the radiation chamber shown in Figure 1. As shown in Figure 2, the radiation chamber 119 has a rectangular cross section defined by four heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4. Each of the four heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 has a membrane wall to which multiple heat transfer tubes 123 are connected. Hereinafter, the four heat transfer surfaces will be referred to as the first heat transfer surface F1, the second heat transfer surface F2, the third heat transfer surface F3, and the fourth heat transfer surface F4. The second heat transfer surface F2 faces the first heat transfer surface F1, and the fourth heat transfer surface F4 faces the third heat transfer surface F3.

第1伝熱面F1および第2伝熱面F2は、放射室119、第1煙道120および第2煙道121の配設方向を含む第1仮想面に平行な面、すなわち、図1の紙面に平行な面であり、第3伝熱面F3および第4伝熱面F4は、第1伝熱面F1および第2伝熱面F2に交差する面である。第3伝熱面F3は、第1煙道120を区画する伝熱面でもある。 The first heat transfer surface F1 and the second heat transfer surface F2 are planes parallel to a first imaginary plane that includes the arrangement direction of the radiation chamber 119, the first flue 120, and the second flue 121, i.e., planes parallel to the plane of the paper in Figure 1, and the third heat transfer surface F3 and the fourth heat transfer surface F4 are planes that intersect with the first heat transfer surface F1 and the second heat transfer surface F2. The third heat transfer surface F3 is also a heat transfer surface that defines the first flue 120.

第1伝熱面F1は、赤外線が透過する第1窓W1を有している。伝熱面監視装置1は、第1窓W1を通じて第2伝熱面F2を撮影するように、第1伝熱面F1より外側に設けられた第1赤外線カメラ11を備えている。さらに、伝熱面監視装置1は、第2窓W2を通じて第1伝熱面F1を撮影するように、第2伝熱面F2より外側に設けられた第2赤外線カメラ12を備えている。図1における位置P1は、第1窓W1および第2窓W2の位置を示している。位置P1は、例えば放射室119における廃ガス流通方向中央部に位置する。 The first heat transfer surface F1 has a first window W1 through which infrared rays pass. The heat transfer surface monitoring device 1 is equipped with a first infrared camera 11 located outside the first heat transfer surface F1 so as to photograph the second heat transfer surface F2 through the first window W1. Furthermore, the heat transfer surface monitoring device 1 is equipped with a second infrared camera 12 located outside the second heat transfer surface F2 so as to photograph the first heat transfer surface F1 through the second window W2. Position P1 in Figure 1 indicates the positions of the first window W1 and the second window W2. Position P1 is located, for example, in the center of the radiation chamber 119 in the direction of waste gas flow.

第1赤外線カメラ11は、第2伝熱面F2を撮影することにより、第2伝熱面の表面温度を測定する。同様に、第2赤外線カメラ12は、第1伝熱面F1を撮影することにより、第1伝熱面F1の表面温度を測定する。赤外線カメラ11,12による測定結果は、赤外線カメラ11,12の撮影範囲における表面温度分布として得られる。表面温度分布は、例えば、撮影範囲が所定の温度範囲に応じて異なる複数の色に色分けされた画像データである。 The first infrared camera 11 measures the surface temperature of the second heat transfer surface F2 by photographing the second heat transfer surface F2. Similarly, the second infrared camera 12 measures the surface temperature of the first heat transfer surface F1 by photographing the first heat transfer surface F1. The measurement results from the infrared cameras 11 and 12 are obtained as the surface temperature distribution within the imaging range of the infrared cameras 11 and 12. The surface temperature distribution is, for example, image data in which the imaging range is color-coded into multiple colors that differ according to a predetermined temperature range.

さらに、伝熱面監視装置1は、放射室119内におけるガス温度を測定する温度計13を備えている。温度計13は、例えば、熱電対を有する温度センサ等を含む。温度計13は、放射室119内に配設される。温度計13の配設位置は、特に限られないが、例えば、第1赤外線カメラ11または第2赤外線カメラ12の撮影画角内に配設される。 The heat transfer surface monitoring device 1 further includes a thermometer 13 that measures the gas temperature within the radiation chamber 119. The thermometer 13 includes, for example, a temperature sensor with a thermocouple. The thermometer 13 is disposed within the radiation chamber 119. The location of the thermometer 13 is not particularly limited, but it is disposed, for example, within the angle of view of the first infrared camera 11 or the second infrared camera 12.

第1赤外線カメラ11は、鉛直方向に沿った所定の回転軸R1回りに回転可能である。第2赤外線カメラ12も、同様に、鉛直方向に沿った所定の回転軸R2回りに回転可能である。回転軸R1および回転軸R2は、何れも、第1伝熱面F1または第2伝熱面F2に平行かつ第3伝熱面F3または第4伝熱面F4に平行である。 The first infrared camera 11 is rotatable around a predetermined rotation axis R1 that is aligned in the vertical direction. The second infrared camera 12 is similarly rotatable around a predetermined rotation axis R2 that is aligned in the vertical direction. Both rotation axis R1 and rotation axis R2 are parallel to the first heat transfer surface F1 or the second heat transfer surface F2 and parallel to the third heat transfer surface F3 or the fourth heat transfer surface F4.

図3は、図2に示す赤外線カメラを回転させたときを示す図である。図3の例では、第1赤外線カメラ11および第2赤外線カメラ12が何れも第3伝熱面F3に向くように回転させた状態を示している。このように、第1赤外線カメラ11または第2赤外線カメラ12を回転させることにより、第3伝熱面F3を撮影し、第3伝熱面F3の表面温度を測定可能である。同様に、第1赤外線カメラ11または第2赤外線カメラ12を回転させることにより、第4伝熱面F4を撮影し、第4伝熱面F4の表面温度を測定可能である。 Figure 3 is a diagram showing the infrared camera shown in Figure 2 when rotated. The example in Figure 3 shows a state in which the first infrared camera 11 and the second infrared camera 12 are both rotated to face the third heat transfer surface F3. In this way, by rotating the first infrared camera 11 or the second infrared camera 12, it is possible to photograph the third heat transfer surface F3 and measure the surface temperature of the third heat transfer surface F3. Similarly, by rotating the first infrared camera 11 or the second infrared camera 12, it is possible to photograph the fourth heat transfer surface F4 and measure the surface temperature of the fourth heat transfer surface F4.

なお、第1赤外線カメラ11の撮影画角は、例えば、第1赤外線カメラ11を第2伝熱面F2の正対位置に位置させた状態で、第2伝熱面F2の水平方向両端部が含まれるような画角に設定され得る。ただし、それより狭い画角であってもよい。この場合、上記のように第1赤外線カメラ11を回転軸F1回りに所定角度ずつ回転させて複数枚撮影することにより、第2伝熱面F2の水平方向全域の表面温度分布を得るようにしてもよい。第2赤外線カメラ12についても同様である。 The angle of view of the first infrared camera 11 may be set, for example, so that it includes both horizontal ends of the second heat transfer surface F2 when the first infrared camera 11 is positioned directly opposite the second heat transfer surface F2. However, a narrower angle of view may also be used. In this case, the surface temperature distribution across the entire horizontal area of the second heat transfer surface F2 may be obtained by rotating the first infrared camera 11 by a predetermined angle around the rotation axis F1 as described above and taking multiple images. The same applies to the second infrared camera 12.

図4は、本実施の形態における伝熱面監視装置の概略構成を示すブロック図である。伝熱面監視装置1は、上述した第1赤外線カメラ11、第2赤外線カメラ12、温度計13および演算器14を備えている。演算器14は、各種データを記憶するストレージを備えたコンピュータによって構成される。例えば、演算器14は、CPU、メインメモリ(RAM)、ストレージ、通信インターフェイス等を備えている。 Figure 4 is a block diagram showing the schematic configuration of a heat transfer surface monitoring device in this embodiment. The heat transfer surface monitoring device 1 includes the first infrared camera 11, second infrared camera 12, thermometer 13, and computing unit 14 described above. The computing unit 14 is configured by a computer equipped with storage for storing various data. For example, the computing unit 14 includes a CPU, main memory (RAM), storage, a communication interface, etc.

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段(…部)は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。 It should be noted that the functions of the elements disclosed herein can be performed using circuits or processing circuits, including general-purpose processors, special-purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions. A processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuitry. In this specification, a circuit, unit, or means (...part) is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions. The hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. Where the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, unit, or means is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or processor.

演算器4は、監視対象の伝熱面F1,F2,F3,F4の表面温度分布を対応する赤外線カメラ11,12から取得する。さらに、演算器14は、監視対象の伝熱面F1,F2,F3,F4により区画されるボイラ104の内部空間のガス温度を温度計13から取得する。演算器4は、伝熱面の表面温度およびガス温度を用いて対応する伝熱面に付着した付着物の厚みを推定する推定演算を行う。 Calculator 4 acquires the surface temperature distribution of the monitored heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 from the corresponding infrared cameras 11 and 12. Furthermore, calculator 14 acquires the gas temperature of the internal space of boiler 104 partitioned by the monitored heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 from thermometer 13. Calculator 4 performs an estimation calculation to estimate the thickness of deposits adhering to the corresponding heat transfer surfaces using the surface temperature and gas temperature of the heat transfer surfaces.

ここで、付着物であるダストの表面温度Tdは、ガス温度Tgおよびダストの厚みtdを用いて以下の式で表される。 Here, the surface temperature Td of the dust deposits is expressed by the following formula using the gas temperature Tg and the dust thickness td:

ここで、Kは、伝熱管123の熱貫流率であり、Kdは、ダストの表面における熱貫流率であり、Twは、伝熱管123内を流通する水の温度である。αcは、対流熱伝達率であり、αrは輻射熱伝達率であり、αwは、伝熱管123の管内熱伝達率である。λは、伝熱管123の熱伝導率であり、tは伝熱管123の肉厚である。λdはダストの熱伝導率である。 Here, K is the overall heat transfer coefficient of the heat transfer tube 123, Kd is the overall heat transfer coefficient at the surface of the dust, and Tw is the temperature of the water flowing through the heat transfer tube 123. αc is the convection heat transfer coefficient, αr is the radiation heat transfer coefficient, and αw is the internal heat transfer coefficient of the heat transfer tube 123. λ is the thermal conductivity of the heat transfer tube 123, and t is the wall thickness of the heat transfer tube 123. λd is the thermal conductivity of the dust.

上記式(1)から式(4)に用いられるダストの表面温度Td、ガス温度Tgおよびダストの厚みtd以外の値は、何れも設計時の熱計算または平均実測値等から予め与えられる。したがって、上記式(1)から式(4)は、ダストの表面温度Tdおよびガス温度Tgからダストの厚みtdを求める式として、以下のように書き直せる。 All values used in the above equations (1) to (4) other than the dust surface temperature Td, gas temperature Tg, and dust thickness td are given in advance from thermal calculations at the time of design or average measured values, etc. Therefore, the above equations (1) to (4) can be rewritten as follows to calculate the dust thickness td from the dust surface temperature Td and gas temperature Tg:

ダストの表面温度Tdは、赤外線カメラ11,12により取得される伝熱面の表面温度に対応する。ガス温度Tgは、温度計13により取得される温度である。演算器14は、温度計13で計測されたガス温度Tgを取得するとともに、伝熱面の表面温度分布からある位置座標における温度を取得し、取得した温度をダストの表面温度Tdとして用いて、上記式(5)よりダストの厚みtdを算出する。すなわち、上記式(5)は、第1項に変数Tg,Tdを含み、第2項は定数である。 The dust surface temperature Td corresponds to the surface temperature of the heat transfer surface acquired by the infrared cameras 11 and 12. The gas temperature Tg is the temperature acquired by the thermometer 13. The calculator 14 acquires the gas temperature Tg measured by the thermometer 13 and also acquires the temperature at a certain position coordinate from the surface temperature distribution of the heat transfer surface, and uses the acquired temperature as the dust surface temperature Td to calculate the dust thickness td using the above equation (5). That is, the first term of the above equation (5) includes variables Tg and Td, and the second term is a constant.

上記式(5)において、ガス温度Tgが高くなると、第1項の分子が分母に比べて大きくなるため、ダストの厚みtdが大きくなる。これは、ダストの厚みtdが大きくなるとボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱交換が低下した結果、ガス温度Tgの低下が抑制されることを意味する。また、上記式(5)において、ダストの表面温度Tdが高くなると、第1項の分母が小さくなるため、ダストの厚みtdが大きくなる。これは、ダストの厚みtdが大きくなるとボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱交換が低下した結果、ダストの表面温度Tdが上昇することを意味する。したがって、ガス温度Tgが高いほどダストの厚みtdが大きくなり、ダストの表面温度Tdが高いほどダストの厚みtdが大きくなる。 In the above equation (5), as the gas temperature Tg increases, the numerator of the first term becomes larger than the denominator, and therefore the dust thickness td increases. This means that as the dust thickness td increases, heat exchange between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tubes 123 decreases, thereby suppressing the decrease in gas temperature Tg. Furthermore, in the above equation (5), as the dust surface temperature Td increases, the denominator of the first term becomes smaller, and therefore the dust thickness td increases. This means that as the dust thickness td increases, heat exchange between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tubes 123 decreases, thereby increasing the dust surface temperature Td. Therefore, the higher the gas temperature Tg, the larger the dust thickness td, and the higher the dust surface temperature Td, the larger the dust thickness td.

演算器14は、伝熱面の表面温度分布、すなわち、赤外線カメラ11,12の撮影画像における複数の位置座標についてダストの厚みtdを算出する。例えば、演算器14は、表面温度分布から所定の座標位置間隔ごとに温度を取得し、取得した温度のそれぞれについてダストの厚みtdを算出する。これにより、赤外線カメラ11,12の撮像画像範囲内の伝熱面におけるダストの厚み分布が得られる。 The calculator 14 calculates the surface temperature distribution of the heat transfer surface, i.e., the dust thickness td for multiple position coordinates in the images captured by the infrared cameras 11 and 12. For example, the calculator 14 acquires temperatures at predetermined coordinate position intervals from the surface temperature distribution and calculates the dust thickness td for each acquired temperature. This allows the dust thickness distribution on the heat transfer surface within the image capture range of the infrared cameras 11 and 12 to be obtained.

以上のように、本実施の形態における伝熱面監視装置1によれば、赤外線カメラ11,12で撮影される撮影画像から得られる伝熱面F1,F2,F3,F4の表面温度と、ボイラ104内のガス温度とから、赤外線カメラ11,12の撮像範囲である平面画像に厚み情報が加えられた三次元的な情報として付着物であるダストの厚みtdを得ることができる。したがって、伝熱面F1,F2,F3,F4に付着したダストの厚み分布を定量的かつリアルタイムに推定することができる。また、時間経過に応じて繰り返し撮影を行うことにより、伝熱面F1,F2,F3,F4に付着したダストの厚み分布の時間的変化を得ることもできる。 As described above, with the heat transfer surface monitoring device 1 of this embodiment, the surface temperatures of the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 obtained from the images captured by the infrared cameras 11 and 12, and the gas temperature inside the boiler 104, can be used to obtain the thickness td of the dust deposits as three-dimensional information in which thickness information is added to the planar images captured by the infrared cameras 11 and 12. Therefore, the thickness distribution of dust adhering to the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 can be estimated quantitatively and in real time. Furthermore, by repeatedly capturing images over time, it is also possible to obtain the temporal change in the thickness distribution of dust adhering to the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4.

また、赤外線カメラ11,12が互いに対向配置されるため、対向する伝熱面F1,F2の双方のダストの厚み分布を推定することができる。また、赤外線カメラ11,12が回転軸R1,R2回りに回転するため、赤外線カメラ11,12のための第1窓W1および第2窓W2が設置される第1伝熱面F1および第2伝熱面F2に直交する伝熱面F3,F4のダストの厚み分布も推定することができる。したがって、伝熱面監視装置1に必要な部品点数を抑制しつつ広範囲の伝熱面の状況を監視することができる。 Furthermore, because the infrared cameras 11 and 12 are positioned opposite each other, it is possible to estimate the dust thickness distribution on both of the opposing heat transfer surfaces F1 and F2. Furthermore, because the infrared cameras 11 and 12 rotate around the rotation axes R1 and R2, it is also possible to estimate the dust thickness distribution on the heat transfer surfaces F3 and F4 that are perpendicular to the first heat transfer surface F1 and second heat transfer surface F2 on which the first window W1 and second window W2 for the infrared cameras 11 and 12 are installed. Therefore, it is possible to monitor the status of a wide range of heat transfer surfaces while minimizing the number of parts required for the heat transfer surface monitoring device 1.

赤外線カメラ11,12の位置は、測定する伝熱面の位置に応じて適宜設定され得る。例えば、第1煙道120における伝熱面におけるダストの厚み分布を得るためには、第1煙道120における位置P2、位置P3またはそれらの両方の位置に赤外線カメラ11,12が設置される。また、例えば、第2煙道121における伝熱面におけるダストの厚み分布を得るためには、第2煙道121における位置P4,P5またはそれらの両方の位置に赤外線カメラ11,12が設置される。 The positions of the infrared cameras 11 and 12 can be set appropriately depending on the position of the heat transfer surface to be measured. For example, to obtain the dust thickness distribution on the heat transfer surface in the first flue 120, the infrared cameras 11 and 12 are installed at positions P2 and P3 in the first flue 120, or both. Furthermore, to obtain the dust thickness distribution on the heat transfer surface in the second flue 121, the infrared cameras 11 and 12 are installed at positions P4 and P5 in the second flue 121, or both.

このように、伝熱管123で区画される各排ガス経路の一または複数箇所に赤外線カメラ11,12が設置され得る。複数箇所に赤外線カメラ11,12を設置する場合、排ガス経路の流れ方向、例えば上下方向に複数設置してもよいし、排ガス経路の流れ方向に交差する方向、例えば左右方向に複数設置してもよい。また、本実施の形態において、赤外線カメラ11,12は、左右方向に回転可能である例を示しているが、これに加えて、または、これに代えて、上下方向に回転可能であってもよい。例えば、赤外線カメラ11,12は、水平面に平行な回転軸回りに回転可能であってもよい。 In this way, infrared cameras 11, 12 can be installed at one or more locations in each exhaust gas path separated by heat transfer tubes 123. When infrared cameras 11, 12 are installed at multiple locations, they may be installed in the flow direction of the exhaust gas path, for example, in the vertical direction, or in a direction intersecting the flow direction of the exhaust gas path, for example, in the horizontal direction. Furthermore, in this embodiment, an example is shown in which infrared cameras 11, 12 are rotatable in the horizontal direction, but in addition to this, or instead, they may also be rotatable in the vertical direction. For example, infrared cameras 11, 12 may be rotatable around a rotation axis parallel to a horizontal plane.

赤外線カメラ11,12の複数個所への設置、赤外線カメラ11,12の回転、またはそれらの組み合わせにより、所望の伝熱面全体を撮影することが可能である。すなわち、伝熱面全体の表面温度分布を取得することができる。したがって、演算器14は、伝熱面全体の表面温度分布から伝熱面全体において付着したダストの厚み分布を推定することができる。 By installing infrared cameras 11 and 12 in multiple locations, rotating infrared cameras 11 and 12, or combining these, it is possible to capture images of the entire desired heat transfer surface. In other words, the surface temperature distribution of the entire heat transfer surface can be obtained. Therefore, the calculator 14 can estimate the thickness distribution of dust adhering to the entire heat transfer surface from the surface temperature distribution of the entire heat transfer surface.

ボイラ104内のガス温度を計測する温度計13も、ボイラ104内の複数箇所に設置され得る。例えば、第1煙道120における伝熱面を監視する場合には、第1煙道120内に温度計13が設置されてもよい。また、例えば、第2煙道121における伝熱面を監視する場合には、第2煙道121内に温度計13が設置されてもよい。また、放射室119、第1煙道120および第2煙道121のそれぞれに温度計13が設置されてもよい。この場合、放射室119の伝熱面におけるダストの厚み分布の推定演算には、放射室119内の温度計13で計測されたガス温度が用いられ、第1煙道120におけるダストの厚み分布の推定演算には、第1煙道120内の温度計13で計測されたガス温度が用いられ、第2煙道121におけるダストの厚み分布の推定演算には、第2煙道121内の温度計13で計測されたガス温度が用いられ得る。 Thermometers 13 measuring the gas temperature within the boiler 104 may also be installed at multiple locations within the boiler 104. For example, when monitoring the heat transfer surface in the first flue 120, the thermometer 13 may be installed within the first flue 120. Furthermore, when monitoring the heat transfer surface in the second flue 121, the thermometer 13 may be installed within the second flue 121. Furthermore, thermometers 13 may be installed in each of the radiation chamber 119, the first flue 120, and the second flue 121. In this case, the gas temperature measured by the thermometer 13 within the radiation chamber 119 may be used to estimate the dust thickness distribution on the heat transfer surface of the radiation chamber 119, the gas temperature measured by the thermometer 13 within the first flue 120 may be used to estimate the dust thickness distribution in the first flue 120, and the gas temperature measured by the thermometer 13 within the second flue 121 may be used to estimate the dust thickness distribution in the second flue 121.

以上のように、伝熱面F1、F2,F3,F4におけるダストの厚み分布が得られることにより、ボイラ104内部の洗浄等を行うためのメンテナンス時期の設定を効率的な時期に設定することができる。例えば、演算器14は、ダストの厚み分布を所定の厚み範囲に応じて異なる複数の色に色分けされた画像データとして、所定のモニタに表示してもよい。さらに、ボイラ104内における洗浄の実施箇所の決定を、ピンポイントで行うことができる。 As described above, by obtaining the dust thickness distribution on the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4, it is possible to set the maintenance period for cleaning the inside of the boiler 104 at an efficient time. For example, the calculator 14 may display the dust thickness distribution on a specified monitor as image data that is color-coded in multiple colors according to a specified thickness range. Furthermore, it is possible to pinpoint the locations within the boiler 104 where cleaning should be performed.

例えば、伝熱面全体のうち、ダストの厚みtdが所定のしきい値を超えた箇所が所定の基準面積以上になった場合に、メンテナンスを実施するようにしてもよい。例えば、演算器14は、厚み分布の画像をモニタに表示し、その画像上においてダストの厚みがしきい値を超えた箇所を強調表示してもよい。強調表示は、例えば当該箇所を点滅表示させること等を含む。また、メンテナンスを実施する際の洗浄箇所は、所定のしきい値を超えた箇所を中心とする所定の範囲内としてもよい。メンテナンスまたは洗浄作業は、作業員がボイラ104内に入って手作業で行ってもよいし、後述する洗浄装置21により行ってもよい。 For example, maintenance may be performed when the area of the entire heat transfer surface where the dust thickness td exceeds a predetermined threshold reaches or exceeds a predetermined reference area. For example, the calculator 14 may display an image of the thickness distribution on a monitor and highlight the areas on the image where the dust thickness exceeds the threshold. Highlighting may include, for example, flashing the areas. Furthermore, the areas to be cleaned when performing maintenance may be within a predetermined range centered on the areas where the predetermined threshold is exceeded. Maintenance or cleaning work may be performed manually by an operator entering the boiler 104, or may be performed using the cleaning device 21 described below.

[伝熱面洗浄システム]
さらに、本実施の形態では、焼却プラント100は、ボイラ104内の洗浄を行う伝熱面洗浄システム2を備えている。図5は、本実施の形態における伝熱面洗浄システムの概略構成を示すブロック図である。図5に示すように、伝熱面洗浄システム2も、伝熱面監視装置1と同様に、赤外線カメラ11,12および温度計13を備えている。赤外線カメラ11,12および温度計13は、伝熱面監視装置1および伝熱面洗浄システム2で共用してもよいし、伝熱面監視装置1用の赤外線カメラ11,12および温度計13と、伝熱面洗浄システム2用の赤外線カメラ11,12および温度計13とがボイラ104内に設置されてもよい。
[Heat transfer surface cleaning system]
Furthermore, in this embodiment, the incineration plant 100 is equipped with a heat transfer surface cleaning system 2 that cleans the inside of the boiler 104. Fig. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the heat transfer surface cleaning system in this embodiment. As shown in Fig. 5, the heat transfer surface cleaning system 2 also includes infrared cameras 11 and 12 and a thermometer 13, similar to the heat transfer surface monitoring device 1. The infrared cameras 11 and 12 and the thermometer 13 may be shared by the heat transfer surface monitoring device 1 and the heat transfer surface cleaning system 2, or the infrared cameras 11 and 12 and the thermometer 13 for the heat transfer surface monitoring device 1 and the infrared cameras 11 and 12 and the thermometer 13 for the heat transfer surface cleaning system 2 may be installed in the boiler 104.

さらに、伝熱面洗浄システム2は、洗浄装置21および制御器22を備えている。洗浄装置21は、特に限定されないが、例えば、洗浄流体として水を噴射する水噴射ノズル21aを有する水噴射洗浄装置である。洗浄装置21は、ボイラ104の外部に設置された本体部21bと、ボイラ104内に延出され、本体部21bと水噴射ノズル21aとの間を接続する水供給パイプ21cと、を有する。水供給パイプ21cは、ボイラ104の天井部に位置する挿通孔を介してボイラ104の内部に挿通される。本体部21bは水を圧送するポンプを含む。水供給パイプ21cは、本体部21bからの水が流通し、水噴射ノズル21aから水がボイラ104内に噴射される。本体部21bは、水噴射ノズル21aにおける水噴射の方向または噴射範囲を変更し、水噴射ノズル21aの上下方向位置を変更する駆動部を含んでいる。 The heat transfer surface cleaning system 2 further includes a cleaning device 21 and a controller 22. The cleaning device 21 is not particularly limited, but may be, for example, a water jet cleaning device having a water jet nozzle 21a that sprays water as a cleaning fluid. The cleaning device 21 includes a main body 21b installed outside the boiler 104 and a water supply pipe 21c that extends into the boiler 104 and connects the main body 21b to the water jet nozzle 21a. The water supply pipe 21c is inserted into the boiler 104 through an insertion hole located in the ceiling of the boiler 104. The main body 21b includes a pump that pumps water. Water from the main body 21b flows through the water supply pipe 21c, and water is sprayed into the boiler 104 from the water jet nozzle 21a. The main body 21b includes a drive unit that changes the direction or range of water spray from the water jet nozzle 21a and changes the vertical position of the water jet nozzle 21a.

制御器22は、各種データを記憶するストレージを備えたコンピュータによって構成される。例えば、制御器22は、CPU、メインメモリ(RAM)、ストレージ、通信インターフェイス等を備えている。 The controller 22 is configured as a computer equipped with storage for storing various data. For example, the controller 22 includes a CPU, main memory (RAM), storage, a communication interface, etc.

制御器22は、洗浄装置21の動作を制御する。例えば、制御器22は、水噴射ノズル21aの上下方向位置を制御する。また、制御器22は、水噴射ノズル21aにおける水噴射の方向または噴射範囲を制御する。これにより、伝熱面に対して水噴射ノズル21aから水を噴射する位置が制御される。また、制御器22は、水噴射ノズル21aから噴射される水の噴射量を制御する。 The controller 22 controls the operation of the cleaning device 21. For example, the controller 22 controls the vertical position of the water injection nozzle 21a. The controller 22 also controls the direction or range of water injection from the water injection nozzle 21a. This controls the position at which water is injected from the water injection nozzle 21a relative to the heat transfer surface. The controller 22 also controls the amount of water injected from the water injection nozzle 21a.

制御器22は、伝熱面監視装置1の演算器14が推定したダストの厚み分布に基づいて水噴射ノズル21aの位置および水の噴射量を制御する。例えば、制御器22は、ダストの厚み分布より、ダストの厚みが所定のしきい値以上である位置を目標位置に設定し、目標位置に向けて水噴射が行われるように水噴射ノズル21aの位置を制御する。また、制御器22は、目標位置におけるダストの厚みに応じて水の噴射量を制御する。水の噴射量は、例えば、噴射時間を変更したり、単位時間当たりの噴射量を変更したり、1回あたり所定の噴射量が噴射される場合に噴射回数を変更したりする等により、調整される。 The controller 22 controls the position of the water injection nozzle 21a and the amount of water injected based on the dust thickness distribution estimated by the calculator 14 of the heat transfer surface monitoring device 1. For example, the controller 22 sets the target position based on the dust thickness distribution to a position where the dust thickness is equal to or greater than a predetermined threshold, and controls the position of the water injection nozzle 21a so that water is injected toward the target position. The controller 22 also controls the amount of water injected according to the dust thickness at the target position. The amount of water injected is adjusted, for example, by changing the injection time, changing the amount injected per unit time, or changing the number of injections when a predetermined amount is injected per injection.

水の噴射量の制御について、制御器22は、機械学習による学習済みモデルを利用して噴射量を決定してもよい。以下の例では、制御器22が強化学習により学習済みモデルを生成する態様を例示する。強化学習では、学習する主体となるエージェントと、制御対象となる環境とのやり取りにより、エージェントの学習が進行する。本実施の形態において、エージェントは、制御器22であり、制御対象となる環境は、ボイラ104および洗浄装置21である。より具体的には、エージェントの学習に際し、次の(A)から(D)が繰り返される。
(A)エージェントが時刻Tにおける環境の状態Sを観測すること。
(B)エージェントが観測結果と過去の学習に基づいて自分が取れる行動Aを選択して、行動Aを実行すること。
(C)行動Aが実行されることで、環境の状態Sが次の状態St+1へと変化し、この状態の変化に基づいて、エージェントが報酬Rt+1を受け取ること。
(D)エージェントが状態S、行動A、報酬Rt+1および過去の学習の結果に基づいて学習を進めること。
Regarding control of the amount of water sprayed, the controller 22 may determine the amount of sprayed using a trained model based on machine learning. The following example illustrates a mode in which the controller 22 generates a trained model through reinforcement learning. In reinforcement learning, the agent, which is the subject of learning, progresses in learning through interactions between the agent and the environment to be controlled. In this embodiment, the agent is the controller 22, and the environment to be controlled is the boiler 104 and the cleaning device 21. More specifically, when the agent learns, the following steps (A) to (D) are repeated.
(A) An agent observes the state S t of the environment at time T.
(B) The agent selects an action A t that it can take based on observation results and past learning, and then executes the action A t .
(C) When an action A t is executed, the state S t of the environment changes to the next state S t+1 , and the agent receives a reward R t+1 based on this change in state.
(D) The agent progresses in learning based on the state S t , the action A t , the reward R t+1 and the results of past learning.

上記(D)における学習では、エージェントは将来取得できる報酬Rの量を判断するための基準となる情報として、状態S、行動A、報酬Rt+1のマッピングを獲得する。例えば、各時刻において取り得る状態の個数をm、取り得る行動の個数をnとすると、行動を繰り返すことによって状態Sおよび行動Aの組に対する報酬Rt+1を記憶するm×nの2次元配列が得られる。そして、上記得られたマッピングに基づいて現在の状態や行動がどのくらい良いのかを示す関数である価値関数または評価関数を用い、行動を繰り返す中で価値関数を更新していくことにより状態に対する最適な行動を学習する。 In the learning in (D) above, the agent acquires a mapping of state S t , action A t , and reward R t+1 as reference information for determining the amount of reward R that can be obtained in the future. For example, if the number of states that can be taken at each time is m and the number of actions that can be taken is n, an m×n two-dimensional array is obtained that stores the reward R t+1 for the pair of state S t and action A t by repeating the actions. Then, based on the obtained mapping, a value function or evaluation function that indicates how good the current state and action are is used, and the value function is updated while the action is repeated, thereby learning the optimal action for the state.

価値関数の1つとして知られる状態行動価値関数Q(S,A)は、ある状態Sにおいて行動Aがどのくらい良い行動であるのかを示す。状態行動価値関数Q(S,A)は、状態および行動を引数とする関数として表現される。状態行動価値関数Q(S,A)は、行動を繰り返す中での学習において、ある状態における行動に対して得られた報酬や、行動により移行する未来の状態における行動の価値などに基づいて更新される。状態行動価値関数Q(S,A)の更新式は強化学習のアルゴリズムに応じて定義されており、例えば、代表的な強化学習アルゴリズムの1つであるQ学習においては、状態行動価値関数Q(S,A)の更新式は、以下の式(6)で定義される。 The state-action value function Q(S t , A t ), known as one of the value functions, indicates how good an action A t is in a certain state S t . The state-action value function Q(S t , A t ) is expressed as a function that takes the state and the action as arguments. In learning through repeated actions, the state-action value function Q(S t , A t ) is updated based on the reward obtained for an action in a certain state, the value of the action in a future state to which the action will lead, and the like. The update equation for the state-action value function Q(S t , A t ) is defined according to the reinforcement learning algorithm. For example, in Q-learning, which is one of the representative reinforcement learning algorithms, the update equation for the state-action value function Q(S t , A t ) is defined by the following equation (6):

ただし、
Q:状態行動価値関数
:時刻tの状態
:時刻tの状態に対する行動
t+1:時刻t+1の状態から得られる報酬
η:学習係数(0<η≦1)
γ:割引率(0<γ≦1)
however,
Q: State-action value function S t : State at time t A t : Action for the state at time t R t+1 : Reward obtained from the state at time t+1 η: Learning coefficient (0<η≦1)
γ: discount rate (0<γ≦1)

そして、上記(B)における行動Aの選択においては、過去の学習によって作成された価値関数を用いて現在の状態Sにおいて将来にわたっての報酬(Rt+1+Rt+2+…)が最適となる行動A、すなわち、状態Sにおいて最も価値の高い行動Aを選択する。Q学習においては、報酬(Rt+1+Rt+2+…)が最適となる行動Aは、報酬(Rt+1+Rt+2+…)が最大となる行動Aに相当する。 Then, in selecting the action A t in (B) above, a value function created by past learning is used to select the action A t that optimizes the future reward (R t+1 +R t+2 + ...) in the current state S t , that is, the action A t with the highest value in state S t . In Q-learning, the action A t that optimizes the reward (R t+1 +R t+2 + ...) corresponds to the action A t that maximizes the reward (R t+1 +R t+2 + ...).

強化学習のアルゴリズムとしては、Q学習、SARSA法、TD学習、AC法など様々な手法が周知であるが、本発明に適用する方法としていずれの強化学習アルゴリズムが採用されてもよい。これらの強化学習アルゴリズムは周知であるから、本明細書における各アルゴリズムの更なる詳細な説明は省略する。 Various reinforcement learning algorithms are well known, including Q-learning, SARSA, TD learning, and AC, and any of these reinforcement learning algorithms may be adopted as the method applied to the present invention. Because these reinforcement learning algorithms are well known, further detailed explanation of each algorithm will be omitted in this specification.

また、価値関数の更新方法として、現在の状態Sに対してある行動Aを適用することにより状態Sが新たな状態St+1に移行するたびに、価値関数の更新を行う学習方法、いわゆるオンライン学習を採用しなくてもよい。例えば、現在の状態Sに対してある行動Aを適用することにより状態Sが新たな状態St+1に移行するということを繰り返して、それら状態および行動を学習用データとして蓄積し、蓄積した学習用データを用いて価値関数を更新する、いわゆるバッチ学習やミニバッチ学習を採用してもよい。 Furthermore, as a method for updating the value function, it is not necessary to adopt a learning method in which the value function is updated each time a certain action A t is applied to the current state S t , thereby transitioning the state S t to a new state S t +1 , i.e., so-called online learning. For example, it is possible to adopt so-called batch learning or mini-batch learning, in which the process of applying a certain action A t to the current state S t to transition the state S t to a new state S t+1 is repeated, these states and actions are accumulated as learning data, and the accumulated learning data is used to update the value function.

このために、制御器22は、噴射量出力部221、状態値取得部222、報酬計算部223および学習部224を含んでいる。 For this purpose, the controller 22 includes an injection amount output unit 221, a state value acquisition unit 222, a reward calculation unit 223, and a learning unit 224.

噴射量出力部221は、洗浄装置21に対する指令値として噴射量を出力する。噴射量が後述する運転値となる。状態値取得部222は、赤外線カメラ11,12で撮影された撮影画像から得られる伝熱面の表面温度および温度計13で計測されたガス温度Tgを、状態値として取得する。取得した状態値は、制御器22のストレージに記憶される。ストレージには、所定時間ごとの状態値が履歴として記憶される。さらに、状態値取得部222は、噴射量指令値も取得し、ストレージに記憶する。ストレージには、洗浄装置21が洗浄を行った伝熱面の位置、洗浄を行った時刻および水の噴射量が履歴として記憶される。これにより、報酬計算部223は、所定の伝熱面位置で洗浄を行った時刻より所定時間前までの期間に含まれる当該伝熱面位置における伝熱面の表面温度Tdおよびガス温度Tgを、洗浄前表面温度および洗浄前ガス温度とみなし、洗浄を行った時刻から所定時間後までの期間に含まれる当該伝熱面位置における伝熱面の表面温度Tdおよびガス温度Tgを、洗浄後表面温度および洗浄後ガス温度とみなして、以下の計算を行う。 The injection quantity output unit 221 outputs the injection quantity as a command value for the cleaning device 21. The injection quantity becomes the operating value described below. The state value acquisition unit 222 acquires the surface temperature of the heat transfer surface obtained from images captured by the infrared cameras 11 and 12 and the gas temperature Tg measured by the thermometer 13 as state values. The acquired state values are stored in the storage of the controller 22. The storage stores state values for each specified time period as history. Furthermore, the state value acquisition unit 222 also acquires an injection quantity command value and stores it in the storage. The storage stores the position of the heat transfer surface cleaned by the cleaning device 21, the time of cleaning, and the amount of water sprayed as history. As a result, the remuneration calculation unit 223 regards the surface temperature Td and gas temperature Tg of the heat transfer surface at a specified heat transfer surface position included in the period from the time cleaning was performed at that heat transfer surface position until a specified time before as the pre-cleaning surface temperature and pre-cleaning gas temperature, and regards the surface temperature Td and gas temperature Tg of the heat transfer surface at that heat transfer surface position included in the period from the time cleaning was performed until a specified time after as the post-cleaning surface temperature and post-cleaning gas temperature, and performs the following calculations.

報酬計算部223は、予め設定された報酬条件に基づいて、状態値取得部222で取得した状態値を分析して報酬を計算する。報酬計算部223は、計算した報酬を学習部224に出力する。 The reward calculation unit 223 analyzes the state values acquired by the state value acquisition unit 222 based on preset reward conditions and calculates the reward. The reward calculation unit 223 outputs the calculated reward to the learning unit 224.

報酬条件は、強化学習における報酬を与える条件である。報酬条件は、予めストレージ記憶される。例えば、報酬条件は、洗浄後ガス温度が低いと判定される場合には、洗浄後ガス温度が高いと判定される場合に比べて大きい報酬を与えることを含む。また、例えば、報酬条件は、洗浄後表面温度が高いと判定される場合には、洗浄後表面温度が低いと判定される場合に比べて大きい報酬を与えることを含む。報酬には、例えば、プラスの報酬、マイナスの報酬、または、報酬なし、すなわち、報酬ゼロなどがある。 Reward conditions are conditions for providing a reward in reinforcement learning. The reward conditions are stored in advance in storage. For example, reward conditions include providing a larger reward when the post-cleaning gas temperature is determined to be low than when the post-cleaning gas temperature is determined to be high. Also, for example, reward conditions include providing a larger reward when the post-cleaning surface temperature is determined to be high than when the post-cleaning surface temperature is determined to be low. Rewards can be, for example, a positive reward, a negative reward, or no reward, i.e., zero reward.

報酬計算部223は、洗浄後ガス温度が所定の第1基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、第1基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。また、報酬計算部223は、洗浄後表面温度が所定の第2基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、第2基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。第1基準値および第2基準値は、シミュレーションや過去の運転結果などにより決定され、制御器22のストレージに予め記憶されている。 The reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the post-cleaning gas temperature is less than a predetermined first reference value, and calculates a negative or zero reward if it is greater than the first reference value. Furthermore, the reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the post-cleaning surface temperature is less than a predetermined second reference value, and calculates a negative or zero reward if it is greater than the second reference value. The first and second reference values are determined based on simulations, past operating results, etc., and are pre-stored in the controller 22's storage.

洗浄後ガス温度自体を比較するのに代えて、報酬計算部223は、洗浄前ガス温度から洗浄後ガス温度を差し引いた値を、所定の第3基準値と比較し、その値が第3基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、第3基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。同様に、洗浄後表面温度自体を比較するのに代えて、報酬計算部223は、洗浄前表面温度から洗浄後表面温度を差し引いた値を所定の第4基準値と比較し、その値が第4基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、第4基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。 Instead of comparing the post-cleaning gas temperatures themselves, the reward calculation unit 223 may compare the value obtained by subtracting the post-cleaning gas temperature from the pre-cleaning gas temperature with a predetermined third reference value, and calculate a positive reward if the value is greater than the third reference value, and a negative or zero reward if the value is less than the third reference value. Similarly, instead of comparing the post-cleaning surface temperatures themselves, the reward calculation unit 223 may compare the value obtained by subtracting the post-cleaning surface temperature from the pre-cleaning surface temperature with a predetermined fourth reference value, and calculate a positive reward if the value is greater than the fourth reference value, and a negative or zero reward if the value is less than the fourth reference value.

ここで、報酬の計算には、すべての伝熱面位置における洗浄について行われなくてもよい。例えば、計算対象として予め定められた伝熱面位置において、演算器14が推定したダストの厚みが所定のしきい値以上となることにより、洗浄装置21が当該伝熱面位置を洗浄した場合に、報酬計算部223は、当該洗浄に関する水の噴射量、洗浄後表面温度および洗浄後ガス温度から報酬を計算してもよい。 The reward calculation does not have to be performed for cleaning at all heat transfer surface positions. For example, if the cleaning device 21 cleans a heat transfer surface position that has been predetermined as the target of calculation because the dust thickness estimated by the calculator 14 exceeds a predetermined threshold value, the reward calculation unit 223 may calculate the reward from the amount of water sprayed, the post-cleaning surface temperature, and the post-cleaning gas temperature related to that cleaning.

学習部224は、洗浄装置21への噴射量指令値、状態値取得部222から取得した状態値および報酬計算部223で計算された報酬に基づいて、現在の状態値から運転値、すなわち、噴射量出力部221が出力する噴射量を決定する機械学習を行う。より詳しくは、学習部224は、状態値の組み合わせにより定義される状態Sと、当該状態における運転値の決定とを引数で表現した価値関数、例えば、状態行動価値関数Q(S,A)を用いて、得られる報酬が最大となるように価値関数を更新する。 The learning unit 224 performs machine learning to determine an operating value, i.e., the injection amount to be output by the injection amount output unit 221, from the current state value based on the injection amount command value to the cleaning device 21, the state value acquired from the state value acquisition unit 222, and the reward calculated by the reward calculation unit 223. More specifically, the learning unit 224 updates the value function, for example, a state-action value function Q(S t , A t ), in which the state S t defined by a combination of state values and the determination of the operating value in that state are expressed as arguments, so as to maximize the reward obtained.

学習部224が学習した結果は、学習済みモデルとしてストレージに記憶される。なお、学習結果としての価値関数を記憶する方法としては、近似関数を用いる方法や、配列を用いる方法を一般的に用いられる。ただし、これらの方法以外にも、例えば状態が多くの状態を取るような場合には状態S、行動Aを入力として価値を出力する多値出力のSVMやニューラルネットワーク等の教師あり学習器を用いる方法などが用いられてもよい。 The results of learning by the learning unit 224 are stored in storage as a learned model. Note that methods of storing a value function as a learning result generally include a method using an approximation function and a method using an array. However, in addition to these methods, for example, when the state takes on many states, a method using a supervised learning device such as a multi-value output SVM or neural network that inputs the state S t and the action A t and outputs a value may also be used.

噴射量出力部221は、学習済みモデルと現在の状態値とに基づき、運転値である噴射量を出力する。 The injection quantity output unit 221 outputs the injection quantity, which is an operating value, based on the trained model and the current state value.

なお、学習済みモデルは、伝熱面の位置によらない共通の学習済みモデルであってもよいし、伝熱面の位置または領域に応じて異なる複数の学習済みモデルを含んでもよい。例えば、放射室119と、第1煙道120と、第2煙道121とでは、噴射量を決定するために用いられる学習済みモデルが互いに異なっていてもよい。この場合、学習部224は、放射室119における状態値および放射室119内での噴射量に基づいて、機械学習を行う。第1煙道120および第2煙道121についても同様である。また、例えば、第1伝熱面F1、第2伝熱面F2、第3伝熱面F3および第4伝熱面F4において、噴射量を決定するために用いられる学習済みモデルが互いに異なっていてもよい。 The trained model may be a common trained model that is independent of the position of the heat transfer surface, or may include multiple trained models that differ depending on the position or area of the heat transfer surface. For example, the trained models used to determine the injection amount may be different for the radiation chamber 119, the first flue 120, and the second flue 121. In this case, the learning unit 224 performs machine learning based on the state value in the radiation chamber 119 and the injection amount within the radiation chamber 119. The same applies to the first flue 120 and the second flue 121. Furthermore, for example, the trained models used to determine the injection amount may be different for the first heat transfer surface F1, the second heat transfer surface F2, the third heat transfer surface F3, and the fourth heat transfer surface F4.

次に、本実施の形態における機械学習の流れを説明する。図6は、図5に示す制御器が行う機械学習の流れを示すフローチャートである。 Next, we will explain the flow of machine learning in this embodiment. Figure 6 is a flowchart showing the flow of machine learning performed by the controller shown in Figure 5.

機械学習が開始されると、状態値取得部222は、ステップS1において、時刻tにおける状態値を、状態Sを特定するためのデータとして取得する。状態値取得部222は、取得した状態値をストレージに記憶する。学習部224は、ステップS2において、状態値取得部222が取得した状態値に基づいて、現在の状態Sを特定する。学習部224は、ステップS3において、過去の学習結果と特定された状態Sとに基づいて行動Aを選択する。行動Aとは、定義された状態Sに応じた運転値の決定である。ここで、例えば、複数の運転値を選択可能な行動として用意しておき、過去の学習結果に基づいて将来に得られる報酬Rが最も大きくなる行動Aを選択するようにしてもよい。噴射量出力部221は、選択された行動Aに基づいて、出力すべき運転値を決定し、決定された運転値を洗浄装置21へ出力する。ステップS4において、洗浄装置21によって行動Aが実行され、ボイラ104内の洗浄が行われる。 When machine learning starts, in step S1, the state value acquisition unit 222 acquires a state value at time t as data for identifying a state S t . The state value acquisition unit 222 stores the acquired state value in storage. In step S2, the learning unit 224 identifies a current state S t based on the state value acquired by the state value acquisition unit 222. In step S3, the learning unit 224 selects an action A t based on past learning results and the identified state S t . The action A t is a determination of an operating value according to the defined state S t . Here, for example, multiple operating values may be prepared as selectable actions, and the action A that will maximize the reward R to be obtained in the future may be selected based on past learning results. The injection amount output unit 221 determines an operating value to be output based on the selected action A t and outputs the determined operating value to the cleaning device 21. In step S4, the cleaning device 21 executes the action A t , and the interior of the boiler 104 is cleaned.

行動Aが実行されて状態が移行した後、状態値取得部222は、ステップS5において、状態St+1を特定するためのデータを状態値として取得する。この段階においては、ボイラ104の状態は、時刻tから時刻t+1への時間的推移とともに、実行された行動Aによって変化している。報酬計算部223は、ステップS6において、設定された報酬条件に基づいて、時刻t+1の状態値から報酬Rt+1を求める。学習部224は、ステップS7において、状態S、行動A、および、報酬Rt+1に基づいて機械学習を進める。学習に用いられる価値関数は、適用する学習アルゴリズムに応じて決定される。学習部224は、ステップS8において、学習結果をストレージに記憶する。時刻t+1における学習は、図6に示すフローチャートにおける時刻tを時刻t+1に読み替えて上記と同様に実行可能である。 After the action A t is executed and the state transitions, the state value acquisition unit 222 acquires data for identifying the state S t+1 as a state value in step S5. At this stage, the state of the boiler 104 changes over time from time t to time t+1 due to the executed action A t . In step S6, the reward calculation unit 223 calculates a reward R t+1 from the state value at time t+1 based on the set reward condition. In step S7, the learning unit 224 performs machine learning based on the state S t , the action A t , and the reward R t+1 . The value function used for learning is determined according to the learning algorithm to be applied. In step S8, the learning unit 224 stores the learning results in storage. Learning at time t+1 can be performed in the same manner as described above, with time t in the flowchart shown in FIG. 6 replaced with time t+1.

このように、学習部224は、機械学習を繰り返す。学習部224による学習は、噴射量制御に関して最適なシステムが実現されたことが確認された段階で完了させてもよい。例えば、報酬計算部223が計算した報酬が所定の割合以上でプラスになる段階で学習部224による学習を完了させてもよい。学習完了後は、新たに得られた状態値および運転値を用いた学習は行われず、学習済みモデルは更新されない。 In this way, the learning unit 224 repeats machine learning. Learning by the learning unit 224 may be completed when it is confirmed that an optimal system for injection amount control has been achieved. For example, learning by the learning unit 224 may be completed when the reward calculated by the reward calculation unit 223 becomes positive by a predetermined percentage or more. After learning is complete, no further learning is performed using newly obtained state values and operating values, and the learned model is not updated.

一方、学習部224における機械学習を完了させずに継続してもよい。洗浄装置21およびボイラ104の経年変化により最適な運転値は変化し得る。機械学習を継続することにより、最適な運転値の変化にも対応可能となる。 On the other hand, machine learning in the learning unit 224 may continue without being completed. The optimal operating values may change over time due to changes in the cleaning device 21 and boiler 104. By continuing machine learning, it is possible to respond to changes in the optimal operating values.

以上のように、本実施の形態における伝熱面洗浄システム2によれば、赤外線カメラ11,12で撮影される撮影画像から得られる伝熱面F1,F2,F3,F4の表面温度と、ボイラ104内のガス温度Tgとを状態値とし、洗浄装置21による洗浄後のガス温度Tgに基づいて報酬を計算することにより、運転値である洗浄装置21から噴射される水の最適な噴射量が学習される。これにより、伝熱面の表面温度Tdおよびガス温度Tgから推定されるダストの厚みtdと、ダストを洗浄するための水の噴射量とを、伝熱面の表面温度分布に応じた伝熱面の位置ごとにピンポイントで相関させることができる。したがって、伝熱面に付着したダストの厚みに対して適切な洗浄能力を作用させることができる。 As described above, with the heat transfer surface cleaning system 2 of this embodiment, the surface temperatures of the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 obtained from images captured by the infrared cameras 11 and 12 and the gas temperature Tg inside the boiler 104 are used as state values, and a reward is calculated based on the gas temperature Tg after cleaning by the cleaning device 21, thereby learning the optimal amount of water sprayed from the cleaning device 21, which is an operating value. This allows the dust thickness td estimated from the heat transfer surface surface temperature Td and gas temperature Tg to be pinpoint correlated with the amount of water sprayed to clean the dust for each position on the heat transfer surface according to the surface temperature distribution of the heat transfer surface. Therefore, a cleaning capacity appropriate to the thickness of dust adhering to the heat transfer surface can be applied.

また、本実施の形態では、上述の通り、報酬計算部223は、洗浄後ガス温度が所定の第1基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、第1基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。あるいは、報酬計算部223は、洗浄後ガス温度から洗浄前のガス温度を差し引いた値が所定の第3基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、第3基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。これにより、洗浄によりガス温度Tgが低下したことを、ダストの厚みtdが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱効率が上昇したとみなして評価することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the post-cleaning gas temperature is less than a predetermined first reference value, and calculates a negative or zero reward if it is greater than the first reference value. Alternatively, the reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the value obtained by subtracting the pre-cleaning gas temperature from the post-cleaning gas temperature is less than a predetermined third reference value, and calculates a negative or zero reward if it is greater than the third reference value. In this way, the decrease in gas temperature Tg due to cleaning can be evaluated as a decrease in dust thickness td and an increase in thermal efficiency between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tube 123.

さらに、本実施の形態では、洗浄後ガス温度に加えて、洗浄後表面温度に基づいても報酬が計算される。これにより、複数の評価基準を用いたより適切な学習を行うことができる。この際、報酬計算部223は、洗浄後表面温度が所定の第2基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、第2基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。あるいは、報酬計算部223は、洗浄後表面温度から洗浄前表面温度を差し引いた値が所定の第4基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、第4基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する。これにより、洗浄により伝熱面の表面温度が上昇したことを、ダストの厚みtdが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱効率が上昇したとみなして評価することができる。 Furthermore, in this embodiment, in addition to the post-cleaning gas temperature, the reward is also calculated based on the post-cleaning surface temperature. This allows for more appropriate learning using multiple evaluation criteria. In this case, the reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the post-cleaning surface temperature is greater than a predetermined second reference value, and a negative or zero reward if it is less than the second reference value. Alternatively, the reward calculation unit 223 calculates a positive reward if the value obtained by subtracting the pre-cleaning surface temperature from the post-cleaning surface temperature is greater than a predetermined fourth reference value, and a negative or zero reward if it is less than the fourth reference value. This allows for evaluation of the increase in the surface temperature of the heat transfer surface due to cleaning as a reduction in the dust thickness td and an increase in the thermal efficiency between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tube 123.

さらに、本実施の形態では、洗浄装置21として水を噴射する水噴射洗浄装置が用いられる。これにより、狭い面積単位での洗浄が可能となり、よりピンポイントな洗浄を行うことができる。 Furthermore, in this embodiment, a water jet cleaning device that sprays water is used as the cleaning device 21. This makes it possible to clean small areas, allowing for more pinpoint cleaning.

[変形例]
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
[Modification]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various improvements, changes, and modifications are possible within the scope of the spirit of the present disclosure.

例えば、上記実施の形態においては、焼却プラント100の排ガスを利用する廃熱ボイラに適用される例を示したが、本開示の構成は、ダストが発生する固体燃料焚きボイラに広く適用可能である。 For example, while the above embodiment shows an example of application to a waste heat boiler that uses exhaust gas from an incineration plant 100, the configuration of the present disclosure can be widely applied to solid fuel-fired boilers that generate dust.

また、上記実施の形態においては、第1伝熱面F1および第2伝熱面F2に赤外線カメラ11,12が設置される態様を例示したが、これに加えてまたはこれに代えて、第3伝熱面F3または第4伝熱面F4に赤外線カメラが設置されてもよい。また、少なくとも1つの伝熱面における表面温度分布を得るために少なくとも1つの赤外線カメラが設置されてもよい。 In addition, while the above embodiment illustrates an example in which infrared cameras 11 and 12 are installed on the first heat transfer surface F1 and the second heat transfer surface F2, an infrared camera may also be installed on the third heat transfer surface F3 or the fourth heat transfer surface F4 in addition to or instead of this. Furthermore, at least one infrared camera may be installed to obtain the surface temperature distribution on at least one heat transfer surface.

また、上記実施の形態においては、伝熱面監視装置1の演算器14と、伝熱面洗浄システム2の制御器22とは、別のコンピュータにより構成される例を示したが、これに限られない。例えば、伝熱面洗浄システム2の制御器22が伝熱面監視装置1の演算器14を有してもよい。また、例えば、焼却プラント100の制御装置が演算器14および制御器22を有してもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which the computing unit 14 of the heat transfer surface monitoring device 1 and the controller 22 of the heat transfer surface cleaning system 2 are configured as separate computers, but this is not limited to this. For example, the controller 22 of the heat transfer surface cleaning system 2 may have the computing unit 14 of the heat transfer surface monitoring device 1. Also, for example, the control device of the incineration plant 100 may have the computing unit 14 and the controller 22.

また、上記実施の形態においては、制御器22が機械学習を行うための機能ブロックまたは回路222,223,224を有する態様を例示したが、伝熱面洗浄システム2は、機械学習を行うための学習器を別途備えてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example was given in which the controller 22 has functional blocks or circuits 222, 223, and 224 for performing machine learning, but the heat transfer surface cleaning system 2 may also be provided with a separate learning device for performing machine learning.

また、上記実施の形態においては、報酬計算部223が、洗浄後ガス温度に加えて、洗浄後表面温度に基づいても報酬を計算する態様を例示したが、報酬計算部223は、洗浄後ガス温度のみに基づいて報酬を計算してもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example was given in which the remuneration calculation unit 223 calculates the remuneration based on the post-cleaning surface temperature in addition to the post-cleaning gas temperature, but the remuneration calculation unit 223 may also calculate the remuneration based only on the post-cleaning gas temperature.

また、上記実施の形態においては、洗浄装置21が洗浄流体として水を噴射する水噴射ノズル21aを備えた水噴射洗浄装置である態様を例示したが、これに限られない。例えば、洗浄装置21は、洗浄流体として蒸気を噴射する蒸気噴射ノズルを備えた蒸気式洗浄装置でもよい。また、例えば、洗浄装置21は、洗浄流体として圧力波を噴出する排出ダクトを備えた圧力波式洗浄装置でもよい。複数種類の洗浄装置を組み合わせてもよい。例えば、放射室119および第1煙道120を洗浄する洗浄装置21を、水噴射洗浄装置とし、過熱器が内部に張り出している第2煙道121を洗浄する洗浄装置21を、圧力波式洗浄装置または蒸気式洗浄装置としてもよい。 In addition, in the above embodiment, the cleaning device 21 is a water jet cleaning device equipped with a water injection nozzle 21a that injects water as a cleaning fluid, but this is not limited to this. For example, the cleaning device 21 may be a steam cleaning device equipped with a steam injection nozzle that injects steam as a cleaning fluid. Furthermore, for example, the cleaning device 21 may be a pressure wave cleaning device equipped with an exhaust duct that injects pressure waves as a cleaning fluid. Multiple types of cleaning devices may be combined. For example, the cleaning device 21 that cleans the radiation chamber 119 and the first flue 120 may be a water jet cleaning device, and the cleaning device 21 that cleans the second flue 121, into which the superheater protrudes, may be a pressure wave cleaning device or a steam cleaning device.

また、上記実施の形態においては、洗浄装置21が、ボイラ104の天井部を介してボイラ104内に洗浄流体を供給する構成を例示したが、これに限られない。例えば、洗浄装置21は、ボイラ104の側壁部を介してボイラ104内に洗浄流体を供給してもよい。例えば、伝熱面F1,F2,F3,F4のうちの少なくとも何れか1つの伝熱面は、水供給パイプ21cが挿通される挿通孔を有してもよい。この場合、複数の伝熱面領域を洗浄可能とするために、伝熱面は、複数の挿通孔を有し得る。 In addition, while the above embodiment illustrates a configuration in which the cleaning device 21 supplies cleaning fluid into the boiler 104 through the ceiling of the boiler 104, this is not limiting. For example, the cleaning device 21 may supply cleaning fluid into the boiler 104 through the side wall of the boiler 104. For example, at least one of the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 may have an insertion hole through which the water supply pipe 21c is inserted. In this case, the heat transfer surface may have multiple insertion holes to enable cleaning of multiple heat transfer surface areas.

また、上記実施の形態においては、焼却プラント100が伝熱面監視装置1および伝熱面洗浄システム2の双方を備えた構成を例示したが、伝熱面洗浄システム2は、伝熱面監視システム1を有していない焼却プラント等のボイラにも適用可能である。すなわち、伝熱面洗浄システム2が、伝熱面に付着したダストの厚みを伝熱面の表面温度分布およびガス温度から推定することなくボイラ104における伝熱面の洗浄のために適用されてもよい。例えば、洗浄装置21は、所定のタイミングで洗浄を行ってもよい。このときの水の噴出量の制御に上記学習済みモデルが使用され、さらに当該噴出量を用いて機械学習が行われてもよい。 In addition, while the above embodiment illustrates a configuration in which the incineration plant 100 is equipped with both the heat transfer surface monitoring device 1 and the heat transfer surface cleaning system 2, the heat transfer surface cleaning system 2 can also be applied to boilers in incineration plants and the like that do not have the heat transfer surface monitoring system 1. In other words, the heat transfer surface cleaning system 2 may be applied to cleaning the heat transfer surfaces in the boiler 104 without estimating the thickness of dust adhering to the heat transfer surface from the surface temperature distribution of the heat transfer surface and the gas temperature. For example, the cleaning device 21 may perform cleaning at a predetermined timing. The trained model described above may be used to control the amount of water sprayed at this time, and machine learning may be performed using that amount of sprayed water.

[本開示のまとめ]
本開示の一態様に係る伝熱面洗浄システム(2)は、ボイラ(104)の内部に露出した伝熱面(F1,F2,F3,F4)を撮影することにより、前記伝熱面(F1,F2,F3,F4)の表面温度を測定する赤外線カメラ(11,12)と、前記ボイラ(104)の内部空間におけるガス温度を測定する温度計(13)と、洗浄流体を噴射することにより前記伝熱面(F1,F2,F3,F4)を洗浄する洗浄装置(21)と、前記洗浄流体の噴射量を制御する制御器(22)と、を備え、前記制御器(22)は、前記噴射量を出力し、測定された前記伝熱面(F1,F2,F3,F4)の表面温度および前記ガス温度を含む状態値を取得し、前記噴射量に基づいて前記洗浄装置(21)による洗浄が行われた後に前記温度計(13)により計測された洗浄後ガス温度を取得し、前記洗浄後ガス温度に基づいて報酬を計算し、前記噴射量、前記状態量および前記報酬に基づいて現在の前記状態値において出力する前記噴射量を決定する機械学習を行う。
Summary of the Disclosure
A heat transfer surface cleaning system (2) according to one aspect of the present disclosure includes infrared cameras (11, 12) that measure the surface temperatures of heat transfer surfaces (F1, F2, F3, F4) exposed inside a boiler (104) by photographing the heat transfer surfaces (F1, F2, F3, F4), a thermometer (13) that measures the gas temperature in the internal space of the boiler (104), a cleaning device (21) that cleans the heat transfer surfaces (F1, F2, F3, F4) by spraying a cleaning fluid, and a controller (22) that controls the spray amount of the cleaning fluid. ), wherein the controller (22) outputs the injection amount, acquires a state value including the measured surface temperature of the heat transfer surface (F1, F2, F3, F4) and the gas temperature, acquires a post-cleaning gas temperature measured by the thermometer (13) after cleaning by the cleaning device (21) based on the injection amount, calculates a reward based on the post-cleaning gas temperature, and performs machine learning to determine the injection amount to be output for the current state value based on the injection amount, the state amount, and the reward.

上記構成によれば、赤外線カメラ11,12で撮影される撮影画像から得られる伝熱面F1,F2,F3,F4の表面温度と、ボイラ104内のガス温度Tgとを状態値とし、洗浄装置21による洗浄後のガス温度Tgに基づいて報酬を計算することにより、運転値である洗浄装置21から噴射される水の最適な噴射量が学習される。これにより、伝熱面の表面温度Tdおよびガス温度Tgから推定されるダストの厚みtdと、ダストを洗浄するための水の噴射量とを、伝熱面の表面温度分布に応じた伝熱面の位置ごとにピンポイントで相関させることができる。したがって、伝熱面に付着したダストの厚みに対して適切な洗浄能力を作用させることができる。 With the above configuration, the surface temperatures of the heat transfer surfaces F1, F2, F3, and F4 obtained from images captured by the infrared cameras 11 and 12 and the gas temperature Tg inside the boiler 104 are used as state values, and the reward is calculated based on the gas temperature Tg after cleaning by the cleaning device 21, thereby learning the optimal amount of water sprayed from the cleaning device 21, which is an operating value. This allows the dust thickness td estimated from the heat transfer surface surface temperature Td and gas temperature Tg to be pinpointedly correlated with the amount of water sprayed to clean the dust for each position on the heat transfer surface according to the surface temperature distribution of the heat transfer surface. Therefore, it is possible to apply a cleaning capacity appropriate to the thickness of dust adhering to the heat transfer surface.

前記制御器(22)は、前記洗浄後ガス温度が所定の第1基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第1基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。これにより、洗浄によりガス温度Tgが低下したことを、ダストの厚みが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱効率が上昇したとみなして評価することができる。 The controller (22) may calculate a positive reward if the post-cleaning gas temperature is less than a predetermined first reference value, and may calculate a negative or zero reward if the post-cleaning gas temperature is greater than the first reference value. This allows the reduction in gas temperature Tg due to cleaning to be evaluated as a reduction in dust thickness and an increase in thermal efficiency between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tube 123.

前記制御器(22)は、前記洗浄後ガス温度に加えて、前記噴射量に基づいて前記洗浄装置(21)による洗浄が行われた後に前記赤外線カメラ(11,12)により測定された前記伝熱面(F1,F2,F3,F4)の洗浄後表面温度を取得し、前記洗浄後ガス温度および前記洗浄後表面温度に基づいて前記報酬を計算してもよい。これにより、複数の評価基準を用いたより適切な学習を行うことができる。 In addition to the post-cleaning gas temperature, the controller (22) may also acquire the post-cleaning surface temperature of the heat transfer surfaces (F1, F2, F3, F4) measured by the infrared camera (11, 12) after cleaning by the cleaning device (21) based on the injection amount, and calculate the reward based on the post-cleaning gas temperature and the post-cleaning surface temperature. This allows for more appropriate learning using multiple evaluation criteria.

前記制御器(22)は、前記洗浄後表面温度が所定の第2基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第2基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。これにより、洗浄により伝熱面の表面温度が低下したことを、ダストの厚みが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱交換が上昇したとみなして評価することができる。 The controller (22) may calculate a positive reward if the post-cleaning surface temperature is less than a predetermined second reference value, and may calculate a negative or zero reward if the post-cleaning surface temperature is greater than the second reference value. This allows the reduction in the surface temperature of the heat transfer surface due to cleaning to be evaluated as a reduction in the thickness of dust and an increase in heat exchange between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tube 123.

前記制御器(22)は、洗浄前の前記ガス温度から前記洗浄後ガス温度を差し引いた値が所定の第3基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第3基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。これにより、洗浄によりガス温度Tgが低下したことを、ダストの厚みが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱交換が上昇したとみなして評価することができる。 The controller (22) may calculate a positive reward if the value obtained by subtracting the gas temperature after cleaning from the gas temperature before cleaning is greater than a predetermined third reference value, and may calculate a negative or zero reward if the value is less than the third reference value. This allows the decrease in gas temperature Tg due to cleaning to be evaluated as a reduction in dust thickness and an increase in heat exchange between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tubes 123.

前記報酬計算部(223)は、洗浄前の前記伝熱面(F1,F2,F3,F4)の表面温度から前記洗浄後表面温度を差し引いた値が所定の第4基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第4基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算してもよい。これにより、洗浄により伝熱面の表面温度が低下したことを、ダストの厚みが低減し、ボイラ104内の排ガスと伝熱管123との間の熱交換が上昇したとみなして評価することができる。 The reward calculation unit (223) may calculate a positive reward if the value obtained by subtracting the surface temperature after cleaning from the surface temperature of the heat transfer surfaces (F1, F2, F3, F4) before cleaning is greater than a predetermined fourth reference value, and may calculate a negative or zero reward if the value is less than the fourth reference value. This allows the reduction in the surface temperature of the heat transfer surfaces due to cleaning to be evaluated as a reduction in the thickness of dust and an increase in heat exchange between the exhaust gas in the boiler 104 and the heat transfer tubes 123.

前記洗浄装置(21)は、前記洗浄流体として水を噴射する水噴射ノズル(21a)を備えていてもよい。 The cleaning device (21) may be equipped with a water injection nozzle (21a) that injects water as the cleaning fluid.

2 伝熱面洗浄システム
11,12 赤外線カメラ
13 温度計
21 洗浄装置
21a 水噴射ノズル
22 制御器
104 ボイラ
F1,F2,F3,F4 伝熱面

2 Heat transfer surface cleaning system 11, 12 Infrared camera 13 Thermometer 21 Cleaning device 21a Water injection nozzle 22 Controller 104 Boiler F1, F2, F3, F4 Heat transfer surface

Claims (7)

ボイラの内部に露出した伝熱面を撮影することにより、前記伝熱面の表面温度を測定する赤外線カメラと、
前記ボイラの内部空間におけるガス温度を測定する温度計と、
洗浄流体を噴射することにより前記伝熱面を洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄流体の噴射量を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記噴射量を出力し、
測定された前記伝熱面の表面温度分布および前記ガス温度を含む状態値を取得し、
前記噴射量に基づいて前記洗浄装置による洗浄が行われた後に前記温度計により計測された洗浄後ガス温度を取得し、前記洗浄後ガス温度に基づいて報酬を計算し、
前記噴射量、前記状態値および前記報酬に基づいて現在の前記状態値において出力する前記噴射量を決定する機械学習を行う、伝熱面洗浄システム。
an infrared camera that measures the surface temperature of a heat transfer surface exposed inside the boiler by photographing the heat transfer surface;
a thermometer for measuring a gas temperature in the internal space of the boiler;
a cleaning device that cleans the heat transfer surface by spraying a cleaning fluid;
a controller that controls the amount of spray of the cleaning fluid,
The controller
outputting the injection amount;
acquiring state values including the measured surface temperature distribution of the heat transfer surface and the gas temperature;
After cleaning by the cleaning device based on the injection amount, a post-cleaning gas temperature measured by the thermometer is acquired, and a reward is calculated based on the post-cleaning gas temperature.
A heat transfer surface cleaning system that performs machine learning to determine the injection amount to be output at the current state value based on the injection amount, the state value , and the reward.
前記制御器は、前記洗浄後ガス温度が所定の第1基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第1基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する、請求項1に記載の伝熱面洗浄システム。 The heat transfer surface cleaning system of claim 1, wherein the controller calculates a positive reward if the post-cleaning gas temperature is less than a predetermined first reference value, and calculates a negative or zero reward if the post-cleaning gas temperature is greater than the first reference value. 前記制御器は、前記洗浄後ガス温度に加えて、前記噴射量に基づいて前記洗浄装置による洗浄が行われた後に前記赤外線カメラにより測定された前記伝熱面の洗浄後表面温度を取得し、前記洗浄後ガス温度および前記洗浄後表面温度に基づいて前記報酬を計算する、請求項1または2に記載の伝熱面洗浄システム。 The heat transfer surface cleaning system of claim 1 or 2, wherein the controller acquires, in addition to the post-cleaning gas temperature, the post-cleaning surface temperature of the heat transfer surface measured by the infrared camera after cleaning by the cleaning device based on the injection amount, and calculates the reward based on the post-cleaning gas temperature and the post-cleaning surface temperature. 前記制御器は、前記洗浄後表面温度が所定の第2基準値より小さい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第2基準値より大きい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する、請求項3に記載の伝熱面洗浄システム。 The heat transfer surface cleaning system of claim 3, wherein the controller calculates a positive reward if the post-cleaning surface temperature is less than a predetermined second reference value, and calculates a negative or zero reward if the post-cleaning surface temperature is greater than the second reference value. 前記制御器は、洗浄前の前記ガス温度から前記洗浄後ガス温度を差し引いた値が所定の第3基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第3基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する、請求項1に記載の伝熱面洗浄システム。 The heat transfer surface cleaning system of claim 1, wherein the controller calculates a positive reward if the value obtained by subtracting the gas temperature after cleaning from the gas temperature before cleaning is greater than a predetermined third reference value, and calculates a negative or zero reward if the value is less than the third reference value. 前記制御器は、洗浄前の前記伝熱面の表面温度から前記洗浄後表面温度を差し引いた値が所定の第4基準値より大きい場合にはプラスの報酬を計算し、前記第4基準値より小さい場合にはマイナスまたはゼロの報酬を計算する、請求項3に記載の伝熱面洗浄システム。 The heat transfer surface cleaning system of claim 3, wherein the controller calculates a positive reward if the value obtained by subtracting the surface temperature after cleaning from the surface temperature of the heat transfer surface before cleaning is greater than a predetermined fourth reference value, and calculates a negative or zero reward if the value is less than the fourth reference value. 前記洗浄装置は、前記洗浄流体として水を噴射する水噴射ノズルを備えている、請求項1から6の何れかに記載の伝熱面洗浄システム。 A heat transfer surface cleaning system according to any one of claims 1 to 6, wherein the cleaning device is equipped with a water injection nozzle that injects water as the cleaning fluid.
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