火力発電プラントの制御装置、及び火力発電プラントの制御方法
【課題】本発明の目的はボイラ出口の排ガスのＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラ排ガスのＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の火力発電プラントの制御装置は、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、制御器に前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の計測値と、前記到達領域推定手段で推定した到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートから供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とを備えて構成した。
【解決手段】本発明の火力発電プラントの制御装置は、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、制御器に前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の計測値と、前記到達領域推定手段で推定した到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートから供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とを備えて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に係り、特に燃料に石炭を用いて発電するボイラを備えた火力発電プラントから排出される一酸化炭素の濃度を低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料に石炭を用いて発電するボイラを備えた火力発電プラントにおいては、ボイラから排出する排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの環境負荷物質の排出量低減が求められている。
【０００３】
このような背景から、ボイラに設置されるバーナー、エアポートとして、ボイラの排ガス中のＣＯ及びＮＯｘを低減するボイラ用のバーナーやエアポートの構造が提案されている。
【０００４】
例えば、特開２００５−２７３９７３号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラの排ガス中の低ＮＯｘ化とナーナーの冷却を達成するボイラに設置されたバーナーの構造が開示されている。
【０００５】
また、特開２００６―１６２１８５号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラの排ガス中のＮＯｘとＣＯを同時に低減するボイラに設置されたエアポートの構造が記載されている。
【０００６】
特開２００５−２７３９７３号公報、特開２００６―１６２１８５号公報のいずれの技術も、燃料の石炭の燃焼方法として２段燃焼を採用している。この２段燃焼方法は、バーナーから供給する石炭を空気不足の状態で燃焼させた後に、完全燃焼用の空気をエアポートから供給して燃焼させるものである。
【０００７】
また、特開平５−３３９０６号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラに設置されたバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を制御してボイラの排ガス中の未燃分及びＮＯｘの濃度を規制値の範囲内に抑制してボイラの運転費用を低減する技術が記載されている。
【０００８】
即ち、この特開平５−３３９０６号公報に開示された技術では、ボイラ出口の排ガス中の酸素（Ｏ２）濃度の設定値とＯ２濃度計測器で計測したＯ２濃度の値とが一致するようにバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を決定して燃料を燃焼させ、ボイラの排ガス中の未燃分及びＮＯｘの濃度が規制値を超えない範囲内に抑制してボイラの運転費用をできるだけ低減するものである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２７３９７３号公報
【特許文献２】特開２００６―１６２１８５号公報
【特許文献３】特開平５−３３９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで特開平５−３３９０６号公報に記載された技術では、Ｏ２濃度計測器はボイラ出口流路を通過する排ガスの一部を抽出して排ガスに含まれているＯ２濃度を計測するので、このＯ２濃度計測器によって排ガスを抽出したボイラ出口流路中の１地点のＯ２濃度を把握することはできるが、排ガスを抽出しなかったボイラ出口流路中の他の地点のＯ２濃度は分からない。
【００１１】
そのため、ボイラ出口流路を流れる排ガスのＯ２濃度分布に偏りがある場合に、Ｏ２濃度計測器で計測した地点のＯ２濃度の値が高くても別の地点ではＯ２濃度が低い可能性がある。ボイラ出口流路においてＯ２濃度の少ない領域はＣＯが酸化されないため排ガス中にＣＯが残留することになる。
【００１２】
しかしながら、特開平５−３３９０６号公報に記載された前記技術では、Ｏ２濃度計測値の代表値、または平均値を目標値に設定してボイラに設置されたバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を制御するものであるので、ボイラ出口流路を流れる排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合には、ボイラ出口流路のうち、ＣＯを酸化させるＯ２濃度が少ない領域を正確に検出できないため、前記のＯ２濃度の少ない領域に供給が必要な空気流量の制御が出来ずにボイラ排ガス中のＣＯを効果的に低減することは困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、燃料に石炭を用いるボイラでボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の火力発電プラントの制御装置は、燃料の石炭と空気をボイラに供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有するボイラを備えた火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の火力発電プラントの制御装置は、燃料の石炭と空気をボイラ内に供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有する火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記バーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度の分布もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定する分布推定手段と、前記分布推定手段で推定したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラの出口に到達する領域を計算する数値解析実行手段と、火力発電プラントから得られる計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の火力発電プラントの制御方法は、ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて生成する燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、前記制御器に備えた操作信号生成手段によって前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定したバーナーもしくはエアポートから供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の火力発電プラントの制御方法は、ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、該制御器に備えた分布推定手段によってボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定し、該制御器に備えた操作信号生成手段によって前記分布推定手段で推定した一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と、前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の到達領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の一実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。
【００２２】
図１において、燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置は制御装置２００によって制御されている。制御装置２００は、演算装置として、到達領域推定手段３００、数値解析実行手段４００、操作信号生成手段５００、学習手段６００、モデル７００、および評価値計算手段８００がそれぞれ備えられた構成となっている。
【００２３】
この制御装置２００には、データベースとして、計測信号データベース２１０、到達領域データベース２２０、数値解析結果データベース２３０、操作信号データベース２４０、制御ロジックデータベース２５０、及び学習情報データベース２６０がそれぞれ備えられている。
【００２４】
また制御装置２００には、外部とのインターフェイスとして、外部入力インターフェイス２０１、及び外部出力インターフェイス２０２が配置されている。
【００２５】
そしてこの制御装置２００には、外部入力インターフェイス２０１を介して火力発電プラント１００から火力発電プラントの各種状態量である、例えばボイラ出口の燃焼ガスの酸素濃度、もしくは一酸化炭素濃度を計測した計測信号１が該制御装置２００に取り込まれており、また、外部出力インターフェイス２０２を介して制御装置２００から前記火力発電プラント１００に対して、例えばボイラのバーナー、及びエアポートの空気流量を制御する操作信号１８が送り出されている。
【００２６】
火力発電プラント１００から制御装置２００に取り込んだ火力発電プラント１００の各種状態量である、例えばボイラ出口の燃焼ガスの酸素濃度、もしくは一酸化炭素濃度を計測した計測信号１は、外部入力インターフェイス２０１を介した後に計測信号２として制御装置２００に備えられたデータベースである計測信号データベース２１０に保存される。
【００２７】
制御装置２００に備えられた演算装置である操作信号生成手段５００で生成する操作信号１７は、操作信号生成手段５００から外部出力インターフェイス２０２に伝送する共に、制御装置２００に備えられたデータベースである操作信号データベース２４０に保存される。
【００２８】
また、制御装置２００に備えられた演算装置である数値解析実行手段４００では、火力発電プラント１００を高精度に模擬する詳細な物理モデルを内部に構築しており、この詳細なモデルを用いて火力発電プラント１００を対象にした詳細で高精度な数値解析を実行するように構成されている。
【００２９】
即ち、この数値解析実行手段４００による操作によって詳細な物理モデルを用いて火力発電プラント１００を構成するボイラ１０１の構造、ボイラ１０１に設置されるバーナー１０２とエアポート１０３の構造、及びバーナー１０２とエアポート１０３にそれぞれ供給する燃料流量、空気流量を境界条件に設定した高精度な模擬計算を実行することで、火力発電プラント１００の運転特性を高精度に模擬して予測するものである。
【００３０】
そして詳細な物理モデルを用いた数値解析実行手段４００を実行することによって得られた詳細で高精度な数値解析情報６は、数値解析実行手段４００から数値解析結果データベース２３０に送られて保存される。
【００３１】
制御装置２００に備えられた演算装置である到達領域推定手段３００では、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４、及び数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７を用いて、バーナー１０２、及びエアポート１０３からボイラ１０１に供給した空気がボイラ出口の流路に到達する領域を演算によって推定する。
【００３２】
この到達領域推定手段３００による演算で推定されたバーナー１０２及びエアポート１０３からボイラ１０１に供給した空気がボイラ出口の流路に到達する領域の到達領域情報５は、制御装置２００に備えられたデータベースである到達領域データベース２２０に保存する。
【００３３】
制御装置２００に備えられた演算装置である学習手段６００では、演算装置である統計モデル７００を対象に火力発電プラント１００の操作方法を学習するように構成され、モデル７００では内部に構築した簡略な統計モデルによって火力発電プラント１００の制御特性を短時間で模擬するように構成されている。
【００３４】
すなわち、制御装置２００で生成した火力発電プラント１００を制御する操作信号１８を制御装置２００から火力発電プラント１００に与え、その火力発電プラント１００の制御結果である計測信号１を火力発電プラント１００から制御装置２００で受信するのと同様に、制御装置２００の学習手段６００で学習して生成したモデル入力９を学習手段６００からモデル７００に与え、このモデル７００で模擬した火力発電プラント１００の制御特性の簡略な模擬結果であるモデル出力１０をモデル７００から学習手段６００が受信するように構成されている。
【００３５】
演算装置であるモデル７００では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ８、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を用いて、学習手段６００から与えられるモデル入力９に基づいてモデル７００の内部に構築した簡略な物理モデルを用いて火力発電プラント１００の制御特性を短時間で模擬し、その模擬結果をモデル出力１０として学習手段６００に出力する。
【００３６】
このモデル７００は、例えばニューラルネットワークなどの統計モデルを用いて構築されており、モデル７００を演算することによって、火力発電プラント１００の運転前は、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ８のみを用いて前記モデル出力１０を模擬計算し、火力発電プラント１００の運転後は火力発電プラント１００の状態量を計測した計測信号データベース２１０に保存されている計測信号４を併用してモデル出力８を模擬計算する。
【００３７】
このようにモデル７００を使用した火力発電プラント１００の模擬結果が、数値解析実行手段４００を演算させる際に使用する詳細な物理モデルを使用した火力発電プラント１００の模擬結果と相違して火力発電プラント１００の制御特性が異なる場合には、火力発電プラント１００の状態量を計測した計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を重視して、前記モデル７００にてモデル出力１０を模擬計算することで、モデル７００の特性を火力発電プラント１００の制御特性に近づけることができる。
【００３８】
学習手段６００では、モデル７００で模擬計算されるモデル出力１０が所望の値となるように、該学習手段６００から前記モデル７００に入力されるモデル入力９の生成方法を学習する。
【００３９】
この学習手段６００でモデル入力９の生成方法を学習するための指標として、制御装置２００に設けられた演算手段である評価値計算手段８００にて計算される評価値１１を用いて前記学習手段６００で学習することができる。
【００４０】
この評価値計算手段８００では、モデル７００で模擬計算されたモデル出力１０が所望の状態であれば前記学習手段６００に入力される評価値１１の値を大きく設定し、所望の状態から離れる程、評価値１１の値を小さく設定する。
【００４１】
また、この評価値計算手段８００では、制御装置２００に設けられたデータベースである到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６を用いて前記評価値１１を計算することもできる。
【００４２】
前記学習手段６００は、強化学習、進化的計算手法などの種々の最適化手法を適用することによって構築されている。
【００４３】
そして、この学習手段６００では、評価値計算手段８００で計算されて該学習手段６００に入力される評価値１１が最大となるような操作方法を学習する。
【００４４】
学習手段６００での学習に用いる拘束条件、モデル出力目標値などの学習情報データ１３は、制御装置２００に設けられたデータベースである学習情報データベース２６０に保存されている。
【００４５】
また、学習手段６００で学習した結果である学習情報データ１２は、学習手段６００から学習情報データベース２６０に出力されて該学習情報データベース２６０に保存される。
【００４６】
制御装置２００に備えられた演算装置である操作信号生成手段５００では、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５、及び学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４を必要に応じて取得し、これらの情報を用いて、火力発電プラント１００から排出される一酸化炭素濃度を低減するための、例えばボイラ１０１のバーナー１０２及びエアポート１０３からボイラに供給する空気流量を制御する操作信号１７を生成する。
【００４７】
そして前記操作信号生成手段５００で生成した操作信号１７は、外部出力インターフェイス２０２を介して火力発電プラント１００に対する操作信号１８として制御装置２００から送り出すように構成されている。
【００４８】
また、図１に示したように、制御装置２００の近傍にはキーボード９０１とマウス９０２で構成される外部入力装置９００と、保守ツール９１０と、画像表示装置９５０が設置されている。
【００４９】
そして火力発電プラント１００の運転員は、キーボード９０１とマウス９０２で構成される外部入力装置９００を用いて保守ツール入力信号５１を生成し、この保守ツール入力信号５１を保守ツール９１０に入力することによって、制御装置２００に配置されている各種のデータベースの情報を、画像表示装置９５０に表示できるようにしている。
【００５０】
前記保守ツール９１０は、外部入力インターフェイス９２０、データ送受信部９３０、及び外部出力インターフェイス９４０で構成されている。
【００５１】
外部入力装置９００で生成した保守ツール入力信号５１は、外部入力インターフェイス９２０を介して保守ツール９１０に取り込まれる。
【００５２】
保守ツール９１０のデータ送受信部９３０では、保守ツール入力信号５２の情報に従って、制御装置２００に配置されている各種のデータベースからデータベース情報５０を取得するように構成されている。
【００５３】
保守ツール９１０のデータ送受信処理部９３０では、データベース情報５０を処理した結果得られる保守ツール出力信号５３を、外部出力インターフェイス９４０に送信する。
【００５４】
外部出力インターフェイス９４０はこの保守ツール出力信号５３に基づいた出力信号５４を画像表示装置９５０に送信して該画像表示装置９５０で表示する。
【００５５】
尚、上記した本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置２００では、前記制御装置２００に備えられたデータベースを構成する計測信号データベース２１０、到達領域データベース２２０、数値解析結果データベース２３０、操作信号データベース２４０、制御ロジックデータベース２５０、及び学習情報データベース２６０、並びに演算手段を構成する到達領域推定手段３００、数値解析実行手段４００、学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００が、前記制御装置２００の内部に配置されているが、これらの全て、あるいは一部を制御装置２００の外部に配置するように構成してもよい。
【００５６】
図２には図１に示した実施例である火力発電プラントの制御装置の制御対象となる燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラントの概略構成を示す。
【００５７】
まず、図２（ａ）を用いてボイラを備えた火力発電プラント１００の発電の仕組みについて説明する。
【００５８】
図２（ａ）において、燃料となる石炭はミル１１０にて粉砕して微粉炭として石炭搬送用の１次空気、及び燃焼調整用の２次空気と共にボイラ１０１に設置したバーナー１０２を通じてボイラ１０１に投入し、ボイラ１０１の火炉内部で燃料の石炭を燃焼する。
【００５９】
燃料の石炭と１次空気は配管１３４から、２次空気は配管１４１からバーナー１０２に導かれる。
【００６０】
また、２段燃焼用のアフタエアを、ボイラ１０１に設置したアフタエアポート１０３を通じてボイラ１０１に投入する。このアフタエアは、配管１４２からアフタエアポート１０３に導かれる。
【００６１】
燃料の石炭をボイラ１０１の火炉の内部で燃焼させて発生した高温の燃焼ガスは、ボイラ１０１の火炉を矢印で示した経路に沿って下流側に流れ、ボイラ１０１に配置された熱交換器１０６を通過して熱交換した後、燃焼排ガスとなってボイラ１０１から排出されてボイラ１０１の外部に設置されたエアーヒーター１０４に流下する。
【００６２】
エアーヒーター１０４を通過した燃焼排ガスはその後、図示していない排ガス処理装置で燃焼排ガスに含まれている有害物質を除去した後に、煙突をから大気に放出される。
【００６３】
ボイラ１０１を循環する給水は、タービン１０８に設置された図示していない復水器から給水ポンプ１０５を介してボイラ１０１に導かれ、ボイラ１０１の火炉に設置した熱交換器１０６においてボイラ１０１の火炉の内部を流下する燃焼ガスによって加熱されて高温高圧の蒸気となる。
【００６４】
尚、本実施例では熱交換器１０６の数を１個として図示しているが、熱交換器を複数個配置してもよい。
【００６５】
熱交換器１０６で発生した高温高圧の蒸気は、タービンガバナ弁１０７を介して蒸気タービン１０８に導かれ、蒸気の持つエネルギーによって蒸気タービン１０８を駆動し、この蒸気タービン１０８に連結した発電機１０９を回転させて発電する。
【００６６】
次に、ボイラ１０１の火炉に設置されたバーナー１０２からボイラ１０１の火炉内に投入される１次空気及び２次空気、ボイラ１０１の火炉に設置されたアフタエアポート１０３からボイラ１０１の火炉内に投入されるアフタエアの経路について説明する。
【００６７】
１次空気は、ファン１２０から配管１３０に導かれ、途中でエアーヒーター１０４の内部を通過する配管１３２とエアーヒーター１０４をバイパスする配管１３１とに分岐し、これらの配管１３２及び配管１３１を流下した１次空気は再び配管１３３にて合流してミル１１０に導かれる。
【００６８】
エアーヒーター１０４を通過する空気は、ボイラ１０１の火炉から排出される燃焼排ガスにより加熱される。
【００６９】
この１次空気を用いてミル１１０で生成される石炭（微粉炭）を配管１３３を通じてバーナー１０２に搬送する。
【００７０】
２次空気及びアフタエアは、ファン１２１から配管１４０に導かれ、エアーヒーター１０４の内部を通過する配管１４０を流下して加熱された後に、配管１４０の下流側で２次空気用の配管１４１と、アフタエア用の配管１４２とに分岐して、それぞれボイラ１０１の火炉に設置されたバーナー１０２とアフタエアポート１０３に導かれるように構成されている。
【００７１】
本実施例であるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置２００は、ボイラの排ガス中のＮＯｘおよびＣＯ濃度を低減するため、バーナー１０２からボイラ１０１に投入する空気量と、アフタエアポート１０３からボイラ１０１に投入する空気量を調整する機能を持っている。
【００７２】
火力発電プラント１００には、該火力発電プラント１００の運転状態を検出する様々な計測器が配置されており、これらの計測器から取得されたプラントの計測信号は、計測信号１として制御装置２００に送信される。
【００７３】
火力発電プラント１００の運転状態を検出する様々な計測器として、例えば図２には流量計測器１５０、温度計測器１５１、圧力計測器１５２、発電出力計測器１５３、及びＯ２濃度及び／又はＣＯ濃度を計測する濃度計測器１５４がそれぞれ図示されている。
【００７４】
流量計測器１５０は給水ポンプ１０５からボイラ１０１に供給される給水の流量を計測する。また、温度計測器１５１及び圧力計測器１５２は、ボイラ１０１に配設された熱交換器１０６において該ボイラ１０１を流下する燃焼ガスとの熱交換で発生した蒸気を蒸気タービン１０８に供給する蒸気の温度及び圧力をそれぞれ計測する。
【００７５】
前記熱交換器１０６で発生した蒸気で駆動される蒸気タービン１０８によって回転される発電機１０９によって発電された電力量は発電出力計測器１５３で計測する。
【００７６】
また、ボイラ１０１を流下する燃焼ガスに含まれている成分（ＣＯ、ＮＯｘなど）の濃度に関する情報は、ボイラ１０１の下流側であるボイラ出口の流路に設けたＯ２濃度及び／又はＣＯ濃度を計測する濃度計測器１５４で計測される。
【００７７】
尚、一般的には図２に図示した以外にも多数の計測器が火力発電プラント１００に配置されているが、ここでは図示を省略する。
【００７８】
図２（ｂ）は、火力発電プラント１００を構成するボイラ１０１の下流側に設置されたエアーヒーター１０４と、このエアーヒーター１０４に配設された配管を示す部分拡大図である。
【００７９】
図２（ｂ）に示すように、エアーヒーター１０４の内部に配設された配管１４０の下流側で分岐した２次空気用の配管１４１及びアフタエア用の配管１４２、エアーヒーター１０４の内部に配設された配管１３２、及びエアーヒーター１０４をバイパスした配管１３１にはエアダンパ１６２、１６３、１６１、１６０がそれぞれ配置されている。
【００８０】
そしてこれらのエアダンパ１６０〜１６３を操作することによって配管１３１、１３２、１４１、１４２内で空気が通過する面積を変更し、これらの配管１３１、１３２、１４１、１４２を通過する空気流量を個別に調整する。
【００８１】
そして火力発電プラント１００を制御する制御装置２００によって生成されて該火力発電プラント１００に出力される操作信号１８を用いて、給水ポンプ１０５、ミル１１０、エアダンパ１６０、１６１、１６２、１６３などの機器を操作する。
【００８２】
尚、本実施例である火力発電プラントの制御装置では、給水ポンプ１０５、ミル１１０、エアダンパ１６０、１６１、１６２、１６３などの火力発電プラントの状態量を調節する機器のことを操作端と呼び、これを操作するのに必要な指令信号を操作信号と呼ぶ。
【００８３】
また、燃焼用等の空気、あるいは微粉炭等の燃料をボイラ１０１に投入する際に、その吐出角度を上下左右に動かすことの出来る機能をボイラ１０１に設置したバーナー１０２、及びアフタエアポート１０３に付加して、これらのバーナー１０２及びアフタエアポート１０３の吐出角度を調節する指令信号を前記操作信号１８に含めることもできる。
【００８４】
図３は、図１に示した実施例であるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置における制御装置２００による制御の手順を示すフローチャート図である。
【００８５】
図３において、制御装置２００では、ステップ１０００、１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０を組み合わせて火力発電プラント１００の制御を実行する。
【００８６】
尚、ステップ１０３０ａとステップ１０３０ｂ、及びステップ１０５０ａとステップ１０５０ｂは、それぞれ同じ動作である。以下では、それぞれのステップについて説明する。
【００８７】
まず最初に、フローチャートにおける数値解析実行のステップ１０００では、図１の制御装置２００に備えられた詳細な物理モデルを構築した数値解析手段４００を動作させ、火力発電プラント１００の高精度な数値解析を実施する。
【００８８】
この数値解析手段４００の詳細な物理モデルを動作して得られた火力発電プラント１００の高精度な数値解析結果６は、数値解析結果データベース２３０に保存される。
【００８９】
次に、フローチャートにおける学習有無判定のステップ１０１０では、図１の制御装置２００に夫々備えた学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００を組み合わせて、実行する学習を実施するかどうかについて判定する。
【００９０】
そしてこの学習有無判定のステップ１０１０において学習を実施すると判定された場合は、学習有無判定のステップ１０１０からＹＥＳのルートに進んで次のモデル構築のステップ１０２０に入り、学習を実施しないと判定された場合は、学習有無判定のステップ１０１０からＮＯのルートに進む。
【００９１】
ここで、学習を実施すると判定された場合は、学習を実施しないと判定された場合の処理内容（到達領域推定のステップ１０３０、操作信号生成のステップ１０５０）に、モデル構築のステップ１０２０と操作方法学習のステップ１０４０の処理が加わる。
【００９２】
次のフローチャートにおけるモデル構築のステップ１０２０では、図１の制御装置２００に備えた数値解析結果データベース２３０、及び計測信号データベース２１０に保存されている火力発電プラント１００の各種状態量を計測したデータに基づいて、図１の制御装置２００に備えたモデル７００を構築し、この構築したモデル７００を用いて火力発電プラント１００の特性を模擬演算する。
【００９３】
尚、火力発電プラント１００を運転開始した直後は、計測信号データベース２１０には火力発電プラント１００の各種状態量を計測したデータが蓄積されていない。
【００９４】
そこでこの状況下では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析結果データ８を用いてモデル７００の簡略な物理モデルを構築して火力発電プラント１００の特性を模擬する。
【００９５】
火力発電プラント１００を運転開始して暫らく経過した後に火力発電プラント１００の各種状態量を計測した計測データ１を取得して計測信号データベース２１０に前記火力発電プラント１００の各種状態量のデータが蓄積された場合には、演算処理によってモデル７００と火力発電プラント１００の特性が一致するように前記モデル７００を修正する。
【００９６】
上記したように制御装置２００に火力発電プラント１００を対象とした数値解析を実行する機能をモデル７００に備えることによって、火力発電プラント１００のボイラから排出される排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度や、ボイラ出口でのガス濃度分布などを短時間で容易に予測することできる。
【００９７】
次にフローチャートにおける到達領域推定のステップ１０３０では、図１の制御装置２００に備えた到達領域推定手段３００を動作させ、火力発電プラント１００のボイラ１０１に配置されているバーナー１０２及びエアポート１０３から供給される空気流量が、ボイラ出口の流路のどの部分に到達するかを推定する。
【００９８】
次にフローチャートにおける操作方法学習のステップ１０４０では、図１の制御装置２００にそれぞれ備えた学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００を組み合わせて、火力発電プラント１００の操作方法を学習する。
【００９９】
制御装置２００に備えた学習手段６００における学習アルゴリズムについては、図７を用いて後述するが、この操作方法学習のステップ１０４０で得られた学習手段６００による学習結果は、学習情報データベース２６０に保存される。
【０１００】
次にフローチャートにおける操作信号生成のステップ１０５０では、図１の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００を動作させ、制御装置２００から火力発電プラント１００の操作端に出力される指令信号となる操作信号１７を生成する。
【０１０１】
図４は、この操作信号１７を生成する図１の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００の構成を示す制御ブロック図である。
【０１０２】
図４に示すように操作信号生成手段５００は、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて基準信号３０を生成する基準信号生成部５１０と、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第１の補正信号３３を生成する第１の補正信号生成部５２０と、学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて第２の補正信号３６を生成する第２の補正信号生成部５３０と、ゼロ値の信号を生成するゼロ値生成器５４０、５５０と、入力される２つの信号の内１つの信号を選択し、選択した信号を出力信号とする切替器５６０、５７０とを備えて構成されている。
【０１０３】
そして図４における操作信号生成手段５００を構成する前記基準信号生成部５１０は、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、基準信号３０を生成する。
【０１０４】
この基準信号生成部５１０ではボイラ出口の流路における燃焼ガス中の酸素（Ｏ２）濃度が、予め定められている値と一致するようにボイラ１０１に設置したバーナー１０２及びエアポート１０３から供給する空気流量を決定する。
【０１０５】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記第１の補正信号生成部５２０は、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第１の補正信号３３を生成する。
【０１０６】
この第１の補正信号生成部５２０ではボイラ出口の流路における酸素濃度の低い領域に到達する空気流量を増加させる、もしくは一酸化炭素濃度の高い領域に到達する空気流量を増加させるように、ボイラ１０１に設置したバーナー１０２及びエアポート１０３の空気流量を決定する制御回路を構成している。
【０１０７】
到達領域データベース２２０に保存される情報、及び第１の補正信号３３の生成方法は、図５、及び図６を用いて後述する。
【０１０８】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記第２の補正信号生成部５３０は、学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第２の補正信号３６を生成する。
【０１０９】
学習情報データベースに保存される情報、及び第２の補正信号３６の生成方法は、図７を用いて後述する。
【０１１０】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記切替器５６０、５７０では、入力される２つの信号の内、１つの信号を選択し、選択された信号を出力信号とする。
【０１１１】
従って、切替器５６０で選択されて出力される信号３４は、第１の補正信号生成部５２０で生成した第１の補正信号３３か、ゼロ値生成器５４０で生成したゼロ値信号３２のどちらかと一致する。
【０１１２】
また、切替器５７０で選択されて出力される信号３７は、第２の補正信号生成部５３０で生成した第２の補正信号３６か、ゼロ値生成器５５０で生成したゼロ値信号３５のどちらかと一致する。
【０１１３】
図４に示すように、操作信号生成手段５００から出力される操作信号１７は、基準信号生成部５１０で生成して出力された基準信号３０に、切替器５６０で選択され出力された信号３４と、切替器５７０で選択され出力された信号３７とを加算して生成した出力信号である。
【０１１４】
したがってこの操作信号１７は、基準信号生成部５１０で生成して出力された基準信号３０と同じ値、基準信号３０と第１の補正信号生成部５２０で生成した第１の補正信号３３との合計値、基準信号３０と第２の補正信号生成部５３０で生成した第２の補正信号３６との合計値、あるいは基準信号３０と第１の補正信号３３と第２の補正信号３６との合計値のいずれかとなる。
【０１１５】
尚、切替器５６０、５７０に入力される信号のうち、どの信号を出力信号とするのかを決定するデータは、図１の制御装置２００に備えた制御ロジックデータベース２５０に保存されている。
【０１１６】
図５は、図１に示した本実施例の制御装置２００に備えた到達手段推定手段３００の機能と、到達領域データベース２２０に保存される情報を説明する図である。また図１に示した数値解析実行手段４００では、ボイラ１０１内の流体の動きを３次元で解析するように構成されている。
【０１１７】
図１の制御装置２００に備えた到達手段推定手段３００による推定と数値解析実行手段４００による解析の結果、図５（ａ）に示すようにボイラ１０１に備えたエアポート１０３、バーナー１０２から投入した空気流量が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを計算でき、そしてこの計算結果である数値解析データ６は、数値解析結果データベース２３０に保存される。
【０１１８】
到達領域推定手段３００では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データを参照することによって、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２からボイラに投入した空気が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを把握する。
【０１１９】
また、空気流量の操作信号とボイラ出口のガス濃度の計測値情報から、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２から投入した空気流量が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを求めることもできる。
【０１２０】
図５（ｂ）を用いて説明すると、図５（ｂ）は、ボイラ１０１のＡからＥのエアポート毎の空気流量と、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の酸素（Ｏ２）濃度の計測値の関係である。
【０１２１】
図５（ｂ）に示した本実施例では、ボイラ出口の流路を幅方向に４分割、奥行き方向に３分割し、これらの１２分割した各領域に濃度計測器１５４として酸素濃度計測器をそれぞれ配置したことを想定している。
【０１２２】
したがって、本実施例ではボイラ出口の流路を１２分割した領域に１２個の酸素濃度計測器を配置しているが、ボイラ出口の流路の分割数の変更や、分割した各領域に配置する酸素濃度計測器の数を増やしてもよい。
【０１２３】
図５（ｂ）において、最初、ボイラ１０１のエアポート１０３のＡ〜Ｅから投入する空気流量は一定であり、ボイラ出口の流路において酸素（Ｏ２）濃度の高い場所はない。そこで空気流量のバランスを変化させエアポート１０３のＡから供給する空気流量を増加させると、ボイラ出口の流路を１２分割した右上領域で酸素濃度の計測値が高くなった。
【０１２４】
この結果から、エアポート１０３のＡから供給した空気が、ボイラ出口の流路を１２分割した右上領域に到達していることが判定できる。
【０１２５】
このように制御装置２００の数値解析実行手段４００は、空気流量の操作信号とボイラ出口の流路におけるガス濃度の計測値情報から、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２からボイラに投入した空気がボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを求める機能を持つ。
【０１２６】
尚、図５（ｂ）では、ボイラ出口に排ガス中のガス濃度を計測する濃度計測器１５４として酸素（Ｏ２）濃度計測器を配置したことを例に説明したが、濃度計測器１５４として酸素濃度計測器に替えて一酸化炭素（ＣＯ）濃度計測器を配置してもよい。この場合は、エアポート１０３のＡから供給する空気流量が到達するボイラ出口の流路の領域は、エアポート１０３のＡの空気流量を増やした場合にＣＯ濃度が減少した場所と判断する。
【０１２７】
図６は、図１の本実施例の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００における操作信号の生成方法を説明する図である。操作信号生成手段５００では、図１の制御装置２００に示したように到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６と、計測信号データベース２１０に保存されている火力発電プラント１００の状態量の計測信号データ３を用いて演算して、操作信号１７を生成する。
【０１２８】
図６（ａ）に図５で説明したボイラ出口の流路に排ガス中のＣＯ濃度を計測する濃度検出器１５４を設置して一酸化炭素（ＣＯ）の濃度計測値を計測した場合を示したように、前記操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域において、ボイラ１０１に設置したバーナー１０２、あるいはエアポート１０３から投入した空気流量の到達量と、濃度計測器１５４として各分割領域に設置した一酸化炭素の濃度計測器で計測したＣＯ濃度計測値とを掛け合わせ、これらの総和を算出する。この総和を第１の影響値と定義する。
【０１２９】
前記操作信号生成手段５００では、第１の影響値に占める割合が大きいバーナー１０２、あるいはエアポート１０３の空気流量を増加するように、第１の影響値を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して生成する。
【０１３０】
図６（ａ）では、ＡからＥまであるエアポート１０３のうち、エアポートＡの第１の影響値よりも、エアポートＢの第１の影響値が大きい場合を示している。この場合、操作信号生成手段５００によってエアポートＢから投入する空気流量を増加させる操作信号１７を生成する。
【０１３１】
以上に述べた方法を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７（空気流量指令値）を計算して生成することによって、一酸化炭素濃度の高い領域に到達する空気を供給するボイラ１０１に設置したバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量を増やすことができる。
【０１３２】
これにより、本実施例の火力発電プラント１００のボイラ１０１では一酸化炭素の濃度の高い領域に到達する空気を供給することによって一酸化炭素（ＣＯ）と供給した空気の酸素（Ｏ２）とを反応させて一酸化炭素を酸化できることから、ボイラ１０１の出口から排出される排ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させることができる。
【０１３３】
また、図６（ｂ）に図５で説明したボイラ出口の流路を流れる燃焼ガス中の酸素（Ｏ２）濃度を計測する濃度検出器１５４を設置して酸素濃度の度計測値を計測した場合を示したように、前記操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路を１２分割した各領域において、ボイラ１０１に設置バーナー１０２、あるいはエアポート１０３から投入した空気流量の到達量と、濃度計測器１５４として各分割領域に設置した酸素濃度の計測値とを掛け合わせ、これらの総和を算出する。これらの総和を第２の影響値と定義する。
【０１３４】
この場合、前記操作信号生成手段５００では、第２の影響値に占める割合が大きいバーナー１０２、あるいはエアポート１０３の空気流量を減少するように、操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して生成する。
【０１３５】
ボイラ出口を流れる燃焼ガスにおいて、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域のうち酸素（Ｏ２）濃度が高い領域が生じる場合は、他の領域で酸素が不足する可能性があり、この場合は酸素が不足する他の領域で一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が高くなる。
【０１３６】
また、酸素濃度が高い領域が生じる場合は空気を過剰に投入している可能性があるので、過剰に投入した空気を減らすことで空気を供給するファンの動力を低減できるなどのコストメリットがある。従って、酸素濃度の高い領域はできるだけ少ない方がよい。
【０１３７】
したがって前記操作信号生成手段５００では、第２の影響値を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して導出することによって、Ｏ２濃度分布に偏りが生じないように空気流量を制御でき、よって本実施例の火力発電プラント１００のボイラ１０１ではボイラ１０１から排出される燃焼ガス中の一酸化炭素の発生抑制だけでなく、ファン動力の低減などの省エネの効果が得られる。
【０１３８】
図７は、本実施例である図１の制御装置２００に備えた演算装置である学習手段６００における学習アルゴリズムの演算手順を説明するフローチャートであり、図３に示したフローチャートにおける操作方法学習のステップ１０４０の動作を詳細に示したものである。
【０１３９】
尚、図７では前記学習アルゴリズムに強化学習を用いた時を例に記載しているが、本実施例の学習アルゴリズムに遺伝的アルゴリズム、やきなまし法など、種々の最適化技術を用いることもできる。
【０１４０】
図７のフローチャートに示すように、図１の制御装置２００に備えた学習手段６００で演算される学習アルゴリズムはステップ１１００、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０、１１８０、１１９０の各ステップを組み合わせて動作させる。
【０１４１】
まずモデル入力の初期値をランダムに設定するステップ１１００において、モデル入力９の初期値をランダムに設定する。
【０１４２】
次にモデル出力を計算するステップ１１１０では、ステップ１１１０で設定したモデル入力９を図１の制御装置２００に備えたモデル７００に入力し、このモデル７００を用いて火力発電プラント１００の模擬演算を行ってモデル出力１０を得る。
【０１４３】
次に、初期値判定のステップ１１２０では、モデル出力を計算するステップ１１１０で得られたモデル出力１０とモデル出力の目標値とを比較し、モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していればモデル出力を計算するステップ１１００に戻り、モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していない場合はモデル入力変化幅を決定するステップ１１３０に進む。
【０１４４】
次の、モデル入力変化幅を決定するステップ１１３０では、図１の制御装置２００に備えた学習手段６００において、図１の制御装置２００に備えた学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１３の情報を用いてモデル入力変更幅Δaを決定する。
【０１４５】
次の、モデル入力を決定するステップ１１４０では、前記学習手段６００において式（１）を用いて学習した学習情報データ１２を得る。
ａ（ｔ＋１）＝ａ（ｔ）＋Δａ・・・（１）
ここで、ａは操作である。
【０１４６】
次の、モデル出力を計算するステップ１１５０では、モデル入力を決定するステップ１１４０で得た学習手段６００で生成したモデル入力９を図１の制御装置２００に備えたモデル７００に入力し、このモデル７００において火力発電プラント１００の模擬計算を行ってモデル出力１０を得る。
【０１４７】
次の、評価値を計算するステップ１１６０では、モデル出力を計算するステップ１１５０で得たモデル７００で模擬計算されたモデル出力１０をもとに、図１の制御装置２００に備えた評価値計算手段８００によって、式（２）を用いて評価値１１を計算する。
Ｑ（ｓ，ａ）＝Ｅ（Σγｋ ｒｔ＋ｋ＋１） ・・・（２）
（尚、Σで和を計算する範囲は、ｋ＝０から、ｋ＝∞）
ここで、Ｑ（ｓ，ａ）は状態ｓで操作ａを選択することの価値、γ（０≦γ＜１）は割引率、γtは時刻ｔの報酬である。価値Ｑ（ｓ，ａ）が時刻での総和により決定されているが、これには意味がある。
【０１４８】
状態ｓとは例えば空気流量の条件、操作ａとは例えば空気流量の増加、あるいは空気流量の減少を意味する。また、価値Ｑ（ｓ，ａ）とは例えば価値大だと一酸化炭素の濃度が減少し、価値小だと一酸化炭素の濃度が増加することを意味する。
【０１４９】
実際に操作ａ、ここでは制御装置２００の学習手段６００によって学習した結果を用いて火力発電プラント１００を操作した場合の応答には遅れ時間を伴う場合が多い。
【０１５０】
従って、操作aの操作直後に対する報酬により価値を決定するのではなく、将来的に与えられる報酬の総和で価値を決定する方がより現実的である。また、割引率γの導入により、操作aの操作直後に得られた報酬が高くなるように設定することで、モデル７００のモデル出力１０に基づいて評価値を計算する制御装置２００の評価値計算手段８００によって応答性も考慮した評価値１１を算出できる。
【０１５１】
また、評価値計算手段８００で設定する報酬γtの設定方法としては、モデル出力１０がその目標値に到達した時にのみ報酬を与える方法、モデル出力１０と目標状態が近い程、報酬値を大きくする方法がある。
【０１５２】
さらに、図５に示した手法を応用して評価値１１を計算することもできる。
【０１５３】
モデル７００にて火力発電プラント１００を模擬計算したモデル出力１０は、ボイラ出口の流路の排ガス中のＣＯ濃度分布、Ｏ２濃度分布を含んでいる。このＣＯ濃度分布、Ｏ２濃度の分布と、ボイラに設置した各エアポートから供給する空気が到達するボイラ出口の流路における領域を掛け合わせることで、図５に示した影響値を計算できる。
【０１５４】
評価値計算手段８００において、操作信号生成手段５００で算出するときに用いたものと同様に、第１の影響値が大きいほど評価値が大きくなるように設定する。また、第２の影響値が大きいほど評価値が小さくなるように設定することもできる。
【０１５５】
次の、学習パラメータを更新するステップ１１７０では、エピソード終了判定のステップ１１８０で計算した評価値をもとに、図１の制御装置２００に備えた前記学習手段６００にて式（３）を用いて演算してエージェントのパラメータを更新し、その更新した結果を制御装置２００の学習情報データベース２６０に保存する。
Ｑ（ｓｔ，ａｔ）←Ｑ（ｓｔ，ａｔ）＋α（ｒｔ＋γｍａｘＱ（ｓｔ＋１，ａｔ＋１）−Ｑ（ｓｔ，ａｔ））
・・・（３）
ここで、α（０≦α＜１）は学習率である。
【０１５６】
エピソード終了判定のステップ１１８０では、モデル出力を計算するステップ１１５０で計算したモデル７００による模擬演算のモデル出力１０がモデル出力目標値を達成している場合には学習終了判定のステップ１１９０に進み、前記モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していない場合にはモデル入力変化幅を決定するステップ１１３０に戻る。尚、エピソード終了判定は学習手段６００で判断される。
【０１５７】
以上、図７のフローチャートを用いて説明した制御装置２００の学習手段６００における学習アルゴリズムにおいて、前記学習手段６００で学習してモデル７００に入力されるモデル入力９にボイラ出口の流路における燃焼ガス中のＣＯ濃度、Ｏ２濃度を含めて、この学習手段６００で学習することによってボイラから排出される燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減させる操作方法を学習できる。
【０１５８】
ここで、学習手段６００においては、第１の影響値が大きいほど、評価値が大きくなるように設定した場合、学習手段６００ではＣＯ濃度の低い領域に到達する空気を供給するボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量を増やす操作方法を学習できる。
【０１５９】
また、同様に学習手段６００においては、第２の影響値が大きいほど、評価値が小さくなるように設定した場合、学習手段６００ではＯ２濃度分布に偏りが生じないようなボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量の操作方法を学習できる。
【０１６０】
次に、図８及び図９を用いて、図１の本発明の一実施例である火力発電プラント１００の制御装置を構成する保守ツール９１０のデータ送受信処理部９３０からの出力信号を表示する画像表示装置９５０に表示される画面の実例を説明する。
【０１６１】
図８は図５に示したものと同様に、画像表示装置９５０にボイラ１０１のボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の燃焼ガス中のガス濃度としてＣＯ濃度及びＯ２濃度と、このボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域にボイラ１０１のエアポート１０３から投入した空気が到達する到達領域とを表示している。
【０１６２】
尚、図８ではエアポート１０３から投入した空気のボイラ出口における到達領域を表示するようにしているが、ボイラ１０１のバーナー１０２から投入した空気のボイラ出口における到達領域を表示することや、バーナー１０２とエアポート１０３から投入した空気のボイラ出口における到達領域を任意に組み合わせて表示してもよい。
【０１６３】
また、図９は図８示したものと同様に、画像表示装置９５０にボイラ１０１のボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の燃焼ガス中のガス濃度としてＣＯ濃度及びＯ２濃度と、このボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域にボイラ１０１のエアポート１０３から投入した空気が到達する到達領域と、前記ガス濃度のＣＯ濃度分布と到達領域とを掛け合わせた図と、図６の説明で示した影響値とをそれぞれ表示している。
【０１６４】
ところで、ボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する空気流量の調整を、手動で実施する場合がある。この場合、画像表示装置９５０に図８、及び図９の画面を表示させることによって、ボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する各空気流量の調整作業を支援でき、これによりボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する空気流量の調整作業に要する期間を短縮する効果が得られる。
【０１６５】
上記した本発明の実施例によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中の酸素濃度分布に偏りがある場合に、酸素濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中の一酸化炭素濃度を効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【０１６６】
また、ボイラに投入する空気流量がボイラの燃料の燃焼に必要な流量に低減できるので、空気を供給するファン動力を削減して火力発電プラント内で消費する電力を省エネできる。
【実施例２】
【０１６７】
図１０は本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。
【０１６８】
図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置は、先に図１に示した本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置と基本的な装置の構成、並びに制御方法は共通しているので、両者に共通した装置の構成及び制御方法についての説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【０１６９】
図１０において、ボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置に備えられた制御装置２００には、図１の実施例の火力発電プラント１００を制御する制御装置２００に備えられた演算装置として、分布推定手段３５０及び分布情報データベース２７０が追加されている。
【０１７０】
分布推定手段３５０では、計測値信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４、及び数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７に基づいて推定演算して、ボイラ出口の流路の排ガス中の酸素（Ｏ２）濃度分布、一酸化炭素（ＣＯ）濃度分布を含む分布情報１９を生成する。
【０１７１】
そしてこの分布推定手段３５０で推定演算した前記Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布を含む分布情報１９は、分布情報データベース２７０に保存する。
【０１７２】
図１に示した先の実施例の制御装置２００では、図５（ｂ）に示した濃度計測器で計測したＯ２濃度、ＣＯ濃度の計測値を、その濃度計測器が配置されてあるボイラ出口の流路の分割領域の代表値としている。
【０１７３】
また、図６に示すように、制御装置２００に備えられた操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路の分割領域内の排ガス中の濃度を代表値で一定として、影響値を計算している。
【０１７４】
しかしながら、実際にはボイラ出口の流路の分割領域内での排ガス中の濃度は一定ではなく濃度分布が形成されているので、制御装置２００の分布推定手段３５０は、ボイラ出口の流路の排ガス中のＯ２濃度の分布状況、ＣＯ濃度の分布状況を推定する機能を持たせて、推定演算した前記Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布を含む分布情報１９を生成するものである。
【０１７５】
更に図１０に示した本実施例の火力発電プラント１００の制御装置２００に設置された操作信号生成手段５００では、図１の先の実施例に記載された制御装置２００の操作信号生成手段５００と同様な構成及び方法によって火力発電プラント１００に対する操作信号１７を生成するだけでなく、更に分布情報データベース２７０に保存されている分布情報データ２０を用いて制御対象となる火力発電プラント１００に対する操作信号１７を生成するように形成されている。
【０１７６】
すなわち、図４に示した操作信号生成手段５００を構成する第１の補正信号生成部５２０、及び第２の補正信号生成部５３０への入力信号に、前記分布情報データ２０が追加されるように構成されている。
【０１７７】
図１１は、図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置２００の演算装置を構成する分布推定手段３５０の機能を説明する図である。ここでは、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を用いてボイラ１０１のボイラ出口流路のＯ２濃度分布を推定する場合を例に説明する。
【０１７８】
図１１（ａ）に示すように、ボイラ１０１のボイラ出口流路を１２分割した分割領域に設置された排ガス中のＯ２濃度を計測するＯ２濃度計測器１５４によって、ボイラ出口の各分割領域を流下する排ガス中のＯ２濃度は計測される。
【０１７９】
図１１（ａ）では、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、左上の４領域に配置されたＯ２濃度計測器１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄでそれぞれ計測した排ガス中のＯ２濃度の計測値について、図１１（ｂ）に排ガス中のＯ２濃度の計測値の平均値、分散値、最大値、及び最小値を示した。
【０１８０】
図１１（ｂ）にトレンドグラフとして示すように、Ｏ２濃度計測器１５４で計測した排ガス中のＯ２濃度の値は、時間が経過するのに伴って変化する。
【０１８１】
図１の先の実施例による機器の機能を示した図５、及び図６では、例えばボイラ出口の排ガスの濃度の計測値の平均値を、ボイラ出口の流路を複数に分割した領域の代表値とする等、計測値を平滑化処理した結果を分割した領域の代表値としている。
【０１８２】
これに対して、本実施例の制御装置２００における分布推定手段３５０では、図１１（ｂ）に示したようにボイラ出口流路の排ガスの濃度の計測値の平均値、分散値、最大値、最小値を用いて、排ガスの濃度、例えばＯ２濃度の濃度分布を推定するように構成している。
【０１８３】
まず、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、左上の４領域に配置されたＯ２濃度計測器１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄでそれぞれ計測した排ガス中のＯ２濃度の計測値ａ、ｂ、ｃ、ｄのうち、計測値ａ、ｂと、計測値ｃ、ｄを比較すると、計測値ａ、ｂの値の平均値は計測値ｃ、ｄの平均値の値より低いことが分かる。
【０１８４】
これらの計測信号データ４に基づいて、分布推定手段３５０ではボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、Ｏ２濃度の低い領域が、計測値ａ、ｂを検出したＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが設置された領域内にあると判断する。
【０１８５】
次に、分布推定手段３５０では計測値ａと計測値ｂの分散値を用いて、Ｏ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが設置された領域のどの部分のＯ２濃度が低いかを判断する。
【０１８６】
計測値ａと計測値ｂの分散値が、予め定められた閾値よりも小さい場合は、例えばＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが配置されている領域のＯ２濃度が低いと判断し、計測値ａと計測値ｂの分散値が閾値よりも大きい場合には、例えばＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが配置されている領域の境界のＯ２濃度が低いと判断する。
【０１８７】
これは、ボイラ１０１のバーナー１０２、及びエアポート１０３から供給する空気流量を一定に制御しようとしても、実際にはある範囲内で空気流量が変動するため、ボイラ出口流路の１２分割された分割領域の排ガス中の例えばＯ２濃度の濃度分布も、ある範囲内で変動することを利用した判断方法である。
【０１８８】
そして分布推定手段３５０では、ボイラ出口流路の１２分割された分割領域に設置された特定のＯ２濃度計測器で計測されたＯ２濃度の分散値が閾値よりも小さい場合は、そのＯ２濃度計測器が配置してある分割領域の場所が、常にＯ２濃度の低い領域と重なっていると判断できることから、そのＯ２濃度計測器が配置されている箇所の領域のＯ２濃度が低いと判断する。
【０１８９】
一方、特定のＯ２濃度計測器で計測されたＯ２濃度の分散値が閾値よりも大きい場合は、そのＯ２濃度計測器が配置されてある分割領域の場所のＯ２濃度が高くなったり低くなったりしていることを意味する。
【０１９０】
従って、そのＯ２濃度計測器が配置されている分割領域の箇所ではなく、そこから少しずれた場所の領域にＯ２濃度の低い場所が存在すると判断する。
【０１９１】
また、本実施例の分布推定手段３５０では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７を用いて、ボイラ出口流路の排ガス中のＣＯ濃度、及びＯ２濃度分布を推定することもできる。
【０１９２】
本実施例の制御装置２００に備えられた操作信号生成手段５００では、前記分布推定手段３５０で推定したボイラ出口流路の排ガス中のＣＯ濃度、及びＯ２濃度の濃度分布情報を用いて、操作信号１７を計算する。
【０１９３】
すなわち、図６に示した先の実施例の制御装置２００におけるＣＯ濃度計測値、及びＯ２濃度計測値をそれぞれ、ＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値に置き換えて、影響値を計算する。
【０１９４】
また、本実施例の制御装置２００に備えた学習手段６００における学習アルゴリズムの演算手順においても、学習アルゴリズムの演算手順を示したフローチャート図７の評価値を計算するステップ１１６０において、制御装置２００の評価値計算手段８００によって評価値を計算する際に、前述した影響値を用いることもできる。
【０１９５】
この場合、ＣＯ濃度計測値、及びＯ２濃度計測値の計測値情報のみを用いた先の実施例の場合と比較して、ＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値の分布情報を用いた本実施例の場合では実機に近い排ガス中のＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値が得られるので、排ガス中の更なるＣＯ濃度の低減効果が実現できる。
【０１９６】
これは、制御装置２００内で把握するボイラ出口流路の排ガス中の濃度分布が、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域の代表値を用いる場合と比較して、分布推定手段３５０によって推定した排ガス中の濃度分布を用いる場合の方が実機と近いものとなっているため、ＣＯ濃度を低減させるためにボイラ１０１のバーナー１０２、及びエアポート１０３から供給する空気流量をより適切に調節する空気流量の指令信号を生成できるためである。
【０１９７】
図１２は、図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の動作フローチャートである。
【０１９８】
図１２のフローチャートは、図３に示したフローチャートにおいて、モデル構築のステップ１０２０と供給場所推定のステップ１０３０ｂとの間に分布推定のステップ１０６０を追加したものであり、その他のステップは図３のフローチャートと同じである。
【０１９９】
この分布推定のステップ１０６０では、前述したように図１０の制御装置に備えた分布推定手段３５０で演算することによって、ボイラ出口流路における排ガス中のガス濃度分布（Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布）を推定するものである。
【０２００】
上記した図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置を用いると、画像表示装置９５０に分布情報データベース２７０に保存されている情報を表示できる。よって図１に示した先の実施例である火力発電プラントの制御装置を用いた場合に、図８、図９に示すように、画像表示装置９５０にはボイラ出口の排ガス中のガス濃度を領域毎に区切って表示しているが、本実施例である火力発電プラントの制御装置を用いると、ボイラ出口ガス濃度を実機に近い濃度分布状態で表示することができる。
【０２０１】
上記した本発明の実施例によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【０２０２】
また、ボイラに投入する空気流量がボイラの燃料の燃焼に必要な流量に低減できるので、空気を供給するファン動力を削減して火力発電プラント内で消費する電力を削減できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
本発明は、燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラントから排出される一酸化炭素の濃度を低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２０４】
【図１】本発明の一実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図。
【図２】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置による制御対象の火力発電プラントを示す概略構成図。
【図３】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置による制御の手順を示すフローチャート。
【図４】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における操作信号生成手段の構成を示す制御ブロック図。
【図５】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における到達領域推定手段の機能の説明図。
【図６】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における操作信号生成手段による操作信号の生成方法の説明図。
【図７】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における学習手段による学習アルゴリズムの演算手順を示すフローチャート。
【図８】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置に備えた画像表示装置による表示画面の一例。
【図９】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置に備えた画像表示装置による表示画面の他の一例。
【図１０】本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図。
【図１１】図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置における分布推定手段の機能の説明図。
【図１２】図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置による制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０２０５】
１００：プラント、２００：制御装置、２０１：外部入力インターフェイス、２０２：外部出力インターフェイス、２１０：計測信号データベース、２２０：到達領域データベース、２３０：数値解析結果データベース、２４０：操作信号データベース、２５０：制御ロジックデータベース、２６０：学習情報データベース、３００：到達領域推定手段、４００：数値解析実行手段、５００：操作信号生成手段、６００：学習手段、７００：モデル、８００：評価値計算手段、９００：外部入力装置、９０１：キーボード、９０２：マウス、９１０：保守ツール、９２０：外部入力インターフェイス、９３０：データ送受信処理部、９４０：外部出力インターフェイス、９５０：画像表示装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に係り、特に燃料に石炭を用いて発電するボイラを備えた火力発電プラントから排出される一酸化炭素の濃度を低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料に石炭を用いて発電するボイラを備えた火力発電プラントにおいては、ボイラから排出する排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの環境負荷物質の排出量低減が求められている。
【０００３】
このような背景から、ボイラに設置されるバーナー、エアポートとして、ボイラの排ガス中のＣＯ及びＮＯｘを低減するボイラ用のバーナーやエアポートの構造が提案されている。
【０００４】
例えば、特開２００５−２７３９７３号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラの排ガス中の低ＮＯｘ化とナーナーの冷却を達成するボイラに設置されたバーナーの構造が開示されている。
【０００５】
また、特開２００６―１６２１８５号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラの排ガス中のＮＯｘとＣＯを同時に低減するボイラに設置されたエアポートの構造が記載されている。
【０００６】
特開２００５−２７３９７３号公報、特開２００６―１６２１８５号公報のいずれの技術も、燃料の石炭の燃焼方法として２段燃焼を採用している。この２段燃焼方法は、バーナーから供給する石炭を空気不足の状態で燃焼させた後に、完全燃焼用の空気をエアポートから供給して燃焼させるものである。
【０００７】
また、特開平５−３３９０６号公報には、燃料に石炭を用いて発電するボイラに設置されたバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を制御してボイラの排ガス中の未燃分及びＮＯｘの濃度を規制値の範囲内に抑制してボイラの運転費用を低減する技術が記載されている。
【０００８】
即ち、この特開平５−３３９０６号公報に開示された技術では、ボイラ出口の排ガス中の酸素（Ｏ２）濃度の設定値とＯ２濃度計測器で計測したＯ２濃度の値とが一致するようにバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を決定して燃料を燃焼させ、ボイラの排ガス中の未燃分及びＮＯｘの濃度が規制値を超えない範囲内に抑制してボイラの運転費用をできるだけ低減するものである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２７３９７３号公報
【特許文献２】特開２００６―１６２１８５号公報
【特許文献３】特開平５−３３９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで特開平５−３３９０６号公報に記載された技術では、Ｏ２濃度計測器はボイラ出口流路を通過する排ガスの一部を抽出して排ガスに含まれているＯ２濃度を計測するので、このＯ２濃度計測器によって排ガスを抽出したボイラ出口流路中の１地点のＯ２濃度を把握することはできるが、排ガスを抽出しなかったボイラ出口流路中の他の地点のＯ２濃度は分からない。
【００１１】
そのため、ボイラ出口流路を流れる排ガスのＯ２濃度分布に偏りがある場合に、Ｏ２濃度計測器で計測した地点のＯ２濃度の値が高くても別の地点ではＯ２濃度が低い可能性がある。ボイラ出口流路においてＯ２濃度の少ない領域はＣＯが酸化されないため排ガス中にＣＯが残留することになる。
【００１２】
しかしながら、特開平５−３３９０６号公報に記載された前記技術では、Ｏ２濃度計測値の代表値、または平均値を目標値に設定してボイラに設置されたバーナー、及びエアポートから供給する空気流量を制御するものであるので、ボイラ出口流路を流れる排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合には、ボイラ出口流路のうち、ＣＯを酸化させるＯ２濃度が少ない領域を正確に検出できないため、前記のＯ２濃度の少ない領域に供給が必要な空気流量の制御が出来ずにボイラ排ガス中のＣＯを効果的に低減することは困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、燃料に石炭を用いるボイラでボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の火力発電プラントの制御装置は、燃料の石炭と空気をボイラに供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有するボイラを備えた火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の火力発電プラントの制御装置は、燃料の石炭と空気をボイラ内に供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有する火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記バーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度の分布もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定する分布推定手段と、前記分布推定手段で推定したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラの出口に到達する領域を計算する数値解析実行手段と、火力発電プラントから得られる計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の火力発電プラントの制御方法は、ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて生成する燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、前記制御器に備えた操作信号生成手段によって前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定したバーナーもしくはエアポートから供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の火力発電プラントの制御方法は、ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、該制御器に備えた分布推定手段によってボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定し、該制御器に備えた操作信号生成手段によって前記分布推定手段で推定した一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と、前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の到達領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の一実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。
【００２２】
図１において、燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置は制御装置２００によって制御されている。制御装置２００は、演算装置として、到達領域推定手段３００、数値解析実行手段４００、操作信号生成手段５００、学習手段６００、モデル７００、および評価値計算手段８００がそれぞれ備えられた構成となっている。
【００２３】
この制御装置２００には、データベースとして、計測信号データベース２１０、到達領域データベース２２０、数値解析結果データベース２３０、操作信号データベース２４０、制御ロジックデータベース２５０、及び学習情報データベース２６０がそれぞれ備えられている。
【００２４】
また制御装置２００には、外部とのインターフェイスとして、外部入力インターフェイス２０１、及び外部出力インターフェイス２０２が配置されている。
【００２５】
そしてこの制御装置２００には、外部入力インターフェイス２０１を介して火力発電プラント１００から火力発電プラントの各種状態量である、例えばボイラ出口の燃焼ガスの酸素濃度、もしくは一酸化炭素濃度を計測した計測信号１が該制御装置２００に取り込まれており、また、外部出力インターフェイス２０２を介して制御装置２００から前記火力発電プラント１００に対して、例えばボイラのバーナー、及びエアポートの空気流量を制御する操作信号１８が送り出されている。
【００２６】
火力発電プラント１００から制御装置２００に取り込んだ火力発電プラント１００の各種状態量である、例えばボイラ出口の燃焼ガスの酸素濃度、もしくは一酸化炭素濃度を計測した計測信号１は、外部入力インターフェイス２０１を介した後に計測信号２として制御装置２００に備えられたデータベースである計測信号データベース２１０に保存される。
【００２７】
制御装置２００に備えられた演算装置である操作信号生成手段５００で生成する操作信号１７は、操作信号生成手段５００から外部出力インターフェイス２０２に伝送する共に、制御装置２００に備えられたデータベースである操作信号データベース２４０に保存される。
【００２８】
また、制御装置２００に備えられた演算装置である数値解析実行手段４００では、火力発電プラント１００を高精度に模擬する詳細な物理モデルを内部に構築しており、この詳細なモデルを用いて火力発電プラント１００を対象にした詳細で高精度な数値解析を実行するように構成されている。
【００２９】
即ち、この数値解析実行手段４００による操作によって詳細な物理モデルを用いて火力発電プラント１００を構成するボイラ１０１の構造、ボイラ１０１に設置されるバーナー１０２とエアポート１０３の構造、及びバーナー１０２とエアポート１０３にそれぞれ供給する燃料流量、空気流量を境界条件に設定した高精度な模擬計算を実行することで、火力発電プラント１００の運転特性を高精度に模擬して予測するものである。
【００３０】
そして詳細な物理モデルを用いた数値解析実行手段４００を実行することによって得られた詳細で高精度な数値解析情報６は、数値解析実行手段４００から数値解析結果データベース２３０に送られて保存される。
【００３１】
制御装置２００に備えられた演算装置である到達領域推定手段３００では、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４、及び数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７を用いて、バーナー１０２、及びエアポート１０３からボイラ１０１に供給した空気がボイラ出口の流路に到達する領域を演算によって推定する。
【００３２】
この到達領域推定手段３００による演算で推定されたバーナー１０２及びエアポート１０３からボイラ１０１に供給した空気がボイラ出口の流路に到達する領域の到達領域情報５は、制御装置２００に備えられたデータベースである到達領域データベース２２０に保存する。
【００３３】
制御装置２００に備えられた演算装置である学習手段６００では、演算装置である統計モデル７００を対象に火力発電プラント１００の操作方法を学習するように構成され、モデル７００では内部に構築した簡略な統計モデルによって火力発電プラント１００の制御特性を短時間で模擬するように構成されている。
【００３４】
すなわち、制御装置２００で生成した火力発電プラント１００を制御する操作信号１８を制御装置２００から火力発電プラント１００に与え、その火力発電プラント１００の制御結果である計測信号１を火力発電プラント１００から制御装置２００で受信するのと同様に、制御装置２００の学習手段６００で学習して生成したモデル入力９を学習手段６００からモデル７００に与え、このモデル７００で模擬した火力発電プラント１００の制御特性の簡略な模擬結果であるモデル出力１０をモデル７００から学習手段６００が受信するように構成されている。
【００３５】
演算装置であるモデル７００では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ８、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を用いて、学習手段６００から与えられるモデル入力９に基づいてモデル７００の内部に構築した簡略な物理モデルを用いて火力発電プラント１００の制御特性を短時間で模擬し、その模擬結果をモデル出力１０として学習手段６００に出力する。
【００３６】
このモデル７００は、例えばニューラルネットワークなどの統計モデルを用いて構築されており、モデル７００を演算することによって、火力発電プラント１００の運転前は、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ８のみを用いて前記モデル出力１０を模擬計算し、火力発電プラント１００の運転後は火力発電プラント１００の状態量を計測した計測信号データベース２１０に保存されている計測信号４を併用してモデル出力８を模擬計算する。
【００３７】
このようにモデル７００を使用した火力発電プラント１００の模擬結果が、数値解析実行手段４００を演算させる際に使用する詳細な物理モデルを使用した火力発電プラント１００の模擬結果と相違して火力発電プラント１００の制御特性が異なる場合には、火力発電プラント１００の状態量を計測した計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を重視して、前記モデル７００にてモデル出力１０を模擬計算することで、モデル７００の特性を火力発電プラント１００の制御特性に近づけることができる。
【００３８】
学習手段６００では、モデル７００で模擬計算されるモデル出力１０が所望の値となるように、該学習手段６００から前記モデル７００に入力されるモデル入力９の生成方法を学習する。
【００３９】
この学習手段６００でモデル入力９の生成方法を学習するための指標として、制御装置２００に設けられた演算手段である評価値計算手段８００にて計算される評価値１１を用いて前記学習手段６００で学習することができる。
【００４０】
この評価値計算手段８００では、モデル７００で模擬計算されたモデル出力１０が所望の状態であれば前記学習手段６００に入力される評価値１１の値を大きく設定し、所望の状態から離れる程、評価値１１の値を小さく設定する。
【００４１】
また、この評価値計算手段８００では、制御装置２００に設けられたデータベースである到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６を用いて前記評価値１１を計算することもできる。
【００４２】
前記学習手段６００は、強化学習、進化的計算手法などの種々の最適化手法を適用することによって構築されている。
【００４３】
そして、この学習手段６００では、評価値計算手段８００で計算されて該学習手段６００に入力される評価値１１が最大となるような操作方法を学習する。
【００４４】
学習手段６００での学習に用いる拘束条件、モデル出力目標値などの学習情報データ１３は、制御装置２００に設けられたデータベースである学習情報データベース２６０に保存されている。
【００４５】
また、学習手段６００で学習した結果である学習情報データ１２は、学習手段６００から学習情報データベース２６０に出力されて該学習情報データベース２６０に保存される。
【００４６】
制御装置２００に備えられた演算装置である操作信号生成手段５００では、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５、及び学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４を必要に応じて取得し、これらの情報を用いて、火力発電プラント１００から排出される一酸化炭素濃度を低減するための、例えばボイラ１０１のバーナー１０２及びエアポート１０３からボイラに供給する空気流量を制御する操作信号１７を生成する。
【００４７】
そして前記操作信号生成手段５００で生成した操作信号１７は、外部出力インターフェイス２０２を介して火力発電プラント１００に対する操作信号１８として制御装置２００から送り出すように構成されている。
【００４８】
また、図１に示したように、制御装置２００の近傍にはキーボード９０１とマウス９０２で構成される外部入力装置９００と、保守ツール９１０と、画像表示装置９５０が設置されている。
【００４９】
そして火力発電プラント１００の運転員は、キーボード９０１とマウス９０２で構成される外部入力装置９００を用いて保守ツール入力信号５１を生成し、この保守ツール入力信号５１を保守ツール９１０に入力することによって、制御装置２００に配置されている各種のデータベースの情報を、画像表示装置９５０に表示できるようにしている。
【００５０】
前記保守ツール９１０は、外部入力インターフェイス９２０、データ送受信部９３０、及び外部出力インターフェイス９４０で構成されている。
【００５１】
外部入力装置９００で生成した保守ツール入力信号５１は、外部入力インターフェイス９２０を介して保守ツール９１０に取り込まれる。
【００５２】
保守ツール９１０のデータ送受信部９３０では、保守ツール入力信号５２の情報に従って、制御装置２００に配置されている各種のデータベースからデータベース情報５０を取得するように構成されている。
【００５３】
保守ツール９１０のデータ送受信処理部９３０では、データベース情報５０を処理した結果得られる保守ツール出力信号５３を、外部出力インターフェイス９４０に送信する。
【００５４】
外部出力インターフェイス９４０はこの保守ツール出力信号５３に基づいた出力信号５４を画像表示装置９５０に送信して該画像表示装置９５０で表示する。
【００５５】
尚、上記した本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置２００では、前記制御装置２００に備えられたデータベースを構成する計測信号データベース２１０、到達領域データベース２２０、数値解析結果データベース２３０、操作信号データベース２４０、制御ロジックデータベース２５０、及び学習情報データベース２６０、並びに演算手段を構成する到達領域推定手段３００、数値解析実行手段４００、学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００が、前記制御装置２００の内部に配置されているが、これらの全て、あるいは一部を制御装置２００の外部に配置するように構成してもよい。
【００５６】
図２には図１に示した実施例である火力発電プラントの制御装置の制御対象となる燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラントの概略構成を示す。
【００５７】
まず、図２（ａ）を用いてボイラを備えた火力発電プラント１００の発電の仕組みについて説明する。
【００５８】
図２（ａ）において、燃料となる石炭はミル１１０にて粉砕して微粉炭として石炭搬送用の１次空気、及び燃焼調整用の２次空気と共にボイラ１０１に設置したバーナー１０２を通じてボイラ１０１に投入し、ボイラ１０１の火炉内部で燃料の石炭を燃焼する。
【００５９】
燃料の石炭と１次空気は配管１３４から、２次空気は配管１４１からバーナー１０２に導かれる。
【００６０】
また、２段燃焼用のアフタエアを、ボイラ１０１に設置したアフタエアポート１０３を通じてボイラ１０１に投入する。このアフタエアは、配管１４２からアフタエアポート１０３に導かれる。
【００６１】
燃料の石炭をボイラ１０１の火炉の内部で燃焼させて発生した高温の燃焼ガスは、ボイラ１０１の火炉を矢印で示した経路に沿って下流側に流れ、ボイラ１０１に配置された熱交換器１０６を通過して熱交換した後、燃焼排ガスとなってボイラ１０１から排出されてボイラ１０１の外部に設置されたエアーヒーター１０４に流下する。
【００６２】
エアーヒーター１０４を通過した燃焼排ガスはその後、図示していない排ガス処理装置で燃焼排ガスに含まれている有害物質を除去した後に、煙突をから大気に放出される。
【００６３】
ボイラ１０１を循環する給水は、タービン１０８に設置された図示していない復水器から給水ポンプ１０５を介してボイラ１０１に導かれ、ボイラ１０１の火炉に設置した熱交換器１０６においてボイラ１０１の火炉の内部を流下する燃焼ガスによって加熱されて高温高圧の蒸気となる。
【００６４】
尚、本実施例では熱交換器１０６の数を１個として図示しているが、熱交換器を複数個配置してもよい。
【００６５】
熱交換器１０６で発生した高温高圧の蒸気は、タービンガバナ弁１０７を介して蒸気タービン１０８に導かれ、蒸気の持つエネルギーによって蒸気タービン１０８を駆動し、この蒸気タービン１０８に連結した発電機１０９を回転させて発電する。
【００６６】
次に、ボイラ１０１の火炉に設置されたバーナー１０２からボイラ１０１の火炉内に投入される１次空気及び２次空気、ボイラ１０１の火炉に設置されたアフタエアポート１０３からボイラ１０１の火炉内に投入されるアフタエアの経路について説明する。
【００６７】
１次空気は、ファン１２０から配管１３０に導かれ、途中でエアーヒーター１０４の内部を通過する配管１３２とエアーヒーター１０４をバイパスする配管１３１とに分岐し、これらの配管１３２及び配管１３１を流下した１次空気は再び配管１３３にて合流してミル１１０に導かれる。
【００６８】
エアーヒーター１０４を通過する空気は、ボイラ１０１の火炉から排出される燃焼排ガスにより加熱される。
【００６９】
この１次空気を用いてミル１１０で生成される石炭（微粉炭）を配管１３３を通じてバーナー１０２に搬送する。
【００７０】
２次空気及びアフタエアは、ファン１２１から配管１４０に導かれ、エアーヒーター１０４の内部を通過する配管１４０を流下して加熱された後に、配管１４０の下流側で２次空気用の配管１４１と、アフタエア用の配管１４２とに分岐して、それぞれボイラ１０１の火炉に設置されたバーナー１０２とアフタエアポート１０３に導かれるように構成されている。
【００７１】
本実施例であるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置２００は、ボイラの排ガス中のＮＯｘおよびＣＯ濃度を低減するため、バーナー１０２からボイラ１０１に投入する空気量と、アフタエアポート１０３からボイラ１０１に投入する空気量を調整する機能を持っている。
【００７２】
火力発電プラント１００には、該火力発電プラント１００の運転状態を検出する様々な計測器が配置されており、これらの計測器から取得されたプラントの計測信号は、計測信号１として制御装置２００に送信される。
【００７３】
火力発電プラント１００の運転状態を検出する様々な計測器として、例えば図２には流量計測器１５０、温度計測器１５１、圧力計測器１５２、発電出力計測器１５３、及びＯ２濃度及び／又はＣＯ濃度を計測する濃度計測器１５４がそれぞれ図示されている。
【００７４】
流量計測器１５０は給水ポンプ１０５からボイラ１０１に供給される給水の流量を計測する。また、温度計測器１５１及び圧力計測器１５２は、ボイラ１０１に配設された熱交換器１０６において該ボイラ１０１を流下する燃焼ガスとの熱交換で発生した蒸気を蒸気タービン１０８に供給する蒸気の温度及び圧力をそれぞれ計測する。
【００７５】
前記熱交換器１０６で発生した蒸気で駆動される蒸気タービン１０８によって回転される発電機１０９によって発電された電力量は発電出力計測器１５３で計測する。
【００７６】
また、ボイラ１０１を流下する燃焼ガスに含まれている成分（ＣＯ、ＮＯｘなど）の濃度に関する情報は、ボイラ１０１の下流側であるボイラ出口の流路に設けたＯ２濃度及び／又はＣＯ濃度を計測する濃度計測器１５４で計測される。
【００７７】
尚、一般的には図２に図示した以外にも多数の計測器が火力発電プラント１００に配置されているが、ここでは図示を省略する。
【００７８】
図２（ｂ）は、火力発電プラント１００を構成するボイラ１０１の下流側に設置されたエアーヒーター１０４と、このエアーヒーター１０４に配設された配管を示す部分拡大図である。
【００７９】
図２（ｂ）に示すように、エアーヒーター１０４の内部に配設された配管１４０の下流側で分岐した２次空気用の配管１４１及びアフタエア用の配管１４２、エアーヒーター１０４の内部に配設された配管１３２、及びエアーヒーター１０４をバイパスした配管１３１にはエアダンパ１６２、１６３、１６１、１６０がそれぞれ配置されている。
【００８０】
そしてこれらのエアダンパ１６０〜１６３を操作することによって配管１３１、１３２、１４１、１４２内で空気が通過する面積を変更し、これらの配管１３１、１３２、１４１、１４２を通過する空気流量を個別に調整する。
【００８１】
そして火力発電プラント１００を制御する制御装置２００によって生成されて該火力発電プラント１００に出力される操作信号１８を用いて、給水ポンプ１０５、ミル１１０、エアダンパ１６０、１６１、１６２、１６３などの機器を操作する。
【００８２】
尚、本実施例である火力発電プラントの制御装置では、給水ポンプ１０５、ミル１１０、エアダンパ１６０、１６１、１６２、１６３などの火力発電プラントの状態量を調節する機器のことを操作端と呼び、これを操作するのに必要な指令信号を操作信号と呼ぶ。
【００８３】
また、燃焼用等の空気、あるいは微粉炭等の燃料をボイラ１０１に投入する際に、その吐出角度を上下左右に動かすことの出来る機能をボイラ１０１に設置したバーナー１０２、及びアフタエアポート１０３に付加して、これらのバーナー１０２及びアフタエアポート１０３の吐出角度を調節する指令信号を前記操作信号１８に含めることもできる。
【００８４】
図３は、図１に示した実施例であるボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置における制御装置２００による制御の手順を示すフローチャート図である。
【００８５】
図３において、制御装置２００では、ステップ１０００、１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０を組み合わせて火力発電プラント１００の制御を実行する。
【００８６】
尚、ステップ１０３０ａとステップ１０３０ｂ、及びステップ１０５０ａとステップ１０５０ｂは、それぞれ同じ動作である。以下では、それぞれのステップについて説明する。
【００８７】
まず最初に、フローチャートにおける数値解析実行のステップ１０００では、図１の制御装置２００に備えられた詳細な物理モデルを構築した数値解析手段４００を動作させ、火力発電プラント１００の高精度な数値解析を実施する。
【００８８】
この数値解析手段４００の詳細な物理モデルを動作して得られた火力発電プラント１００の高精度な数値解析結果６は、数値解析結果データベース２３０に保存される。
【００８９】
次に、フローチャートにおける学習有無判定のステップ１０１０では、図１の制御装置２００に夫々備えた学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００を組み合わせて、実行する学習を実施するかどうかについて判定する。
【００９０】
そしてこの学習有無判定のステップ１０１０において学習を実施すると判定された場合は、学習有無判定のステップ１０１０からＹＥＳのルートに進んで次のモデル構築のステップ１０２０に入り、学習を実施しないと判定された場合は、学習有無判定のステップ１０１０からＮＯのルートに進む。
【００９１】
ここで、学習を実施すると判定された場合は、学習を実施しないと判定された場合の処理内容（到達領域推定のステップ１０３０、操作信号生成のステップ１０５０）に、モデル構築のステップ１０２０と操作方法学習のステップ１０４０の処理が加わる。
【００９２】
次のフローチャートにおけるモデル構築のステップ１０２０では、図１の制御装置２００に備えた数値解析結果データベース２３０、及び計測信号データベース２１０に保存されている火力発電プラント１００の各種状態量を計測したデータに基づいて、図１の制御装置２００に備えたモデル７００を構築し、この構築したモデル７００を用いて火力発電プラント１００の特性を模擬演算する。
【００９３】
尚、火力発電プラント１００を運転開始した直後は、計測信号データベース２１０には火力発電プラント１００の各種状態量を計測したデータが蓄積されていない。
【００９４】
そこでこの状況下では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析結果データ８を用いてモデル７００の簡略な物理モデルを構築して火力発電プラント１００の特性を模擬する。
【００９５】
火力発電プラント１００を運転開始して暫らく経過した後に火力発電プラント１００の各種状態量を計測した計測データ１を取得して計測信号データベース２１０に前記火力発電プラント１００の各種状態量のデータが蓄積された場合には、演算処理によってモデル７００と火力発電プラント１００の特性が一致するように前記モデル７００を修正する。
【００９６】
上記したように制御装置２００に火力発電プラント１００を対象とした数値解析を実行する機能をモデル７００に備えることによって、火力発電プラント１００のボイラから排出される排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度や、ボイラ出口でのガス濃度分布などを短時間で容易に予測することできる。
【００９７】
次にフローチャートにおける到達領域推定のステップ１０３０では、図１の制御装置２００に備えた到達領域推定手段３００を動作させ、火力発電プラント１００のボイラ１０１に配置されているバーナー１０２及びエアポート１０３から供給される空気流量が、ボイラ出口の流路のどの部分に到達するかを推定する。
【００９８】
次にフローチャートにおける操作方法学習のステップ１０４０では、図１の制御装置２００にそれぞれ備えた学習手段６００、モデル７００、及び評価値計算手段８００を組み合わせて、火力発電プラント１００の操作方法を学習する。
【００９９】
制御装置２００に備えた学習手段６００における学習アルゴリズムについては、図７を用いて後述するが、この操作方法学習のステップ１０４０で得られた学習手段６００による学習結果は、学習情報データベース２６０に保存される。
【０１００】
次にフローチャートにおける操作信号生成のステップ１０５０では、図１の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００を動作させ、制御装置２００から火力発電プラント１００の操作端に出力される指令信号となる操作信号１７を生成する。
【０１０１】
図４は、この操作信号１７を生成する図１の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００の構成を示す制御ブロック図である。
【０１０２】
図４に示すように操作信号生成手段５００は、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて基準信号３０を生成する基準信号生成部５１０と、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第１の補正信号３３を生成する第１の補正信号生成部５２０と、学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４、及び計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて第２の補正信号３６を生成する第２の補正信号生成部５３０と、ゼロ値の信号を生成するゼロ値生成器５４０、５５０と、入力される２つの信号の内１つの信号を選択し、選択した信号を出力信号とする切替器５６０、５７０とを備えて構成されている。
【０１０３】
そして図４における操作信号生成手段５００を構成する前記基準信号生成部５１０は、制御ロジックデータベース２５０に保存されている制御ロジックデータ１５と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、基準信号３０を生成する。
【０１０４】
この基準信号生成部５１０ではボイラ出口の流路における燃焼ガス中の酸素（Ｏ２）濃度が、予め定められている値と一致するようにボイラ１０１に設置したバーナー１０２及びエアポート１０３から供給する空気流量を決定する。
【０１０５】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記第１の補正信号生成部５２０は、到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第１の補正信号３３を生成する。
【０１０６】
この第１の補正信号生成部５２０ではボイラ出口の流路における酸素濃度の低い領域に到達する空気流量を増加させる、もしくは一酸化炭素濃度の高い領域に到達する空気流量を増加させるように、ボイラ１０１に設置したバーナー１０２及びエアポート１０３の空気流量を決定する制御回路を構成している。
【０１０７】
到達領域データベース２２０に保存される情報、及び第１の補正信号３３の生成方法は、図５、及び図６を用いて後述する。
【０１０８】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記第２の補正信号生成部５３０は、学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１４と、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ３を用いて、第２の補正信号３６を生成する。
【０１０９】
学習情報データベースに保存される情報、及び第２の補正信号３６の生成方法は、図７を用いて後述する。
【０１１０】
図４における操作信号生成手段５００を構成する前記切替器５６０、５７０では、入力される２つの信号の内、１つの信号を選択し、選択された信号を出力信号とする。
【０１１１】
従って、切替器５６０で選択されて出力される信号３４は、第１の補正信号生成部５２０で生成した第１の補正信号３３か、ゼロ値生成器５４０で生成したゼロ値信号３２のどちらかと一致する。
【０１１２】
また、切替器５７０で選択されて出力される信号３７は、第２の補正信号生成部５３０で生成した第２の補正信号３６か、ゼロ値生成器５５０で生成したゼロ値信号３５のどちらかと一致する。
【０１１３】
図４に示すように、操作信号生成手段５００から出力される操作信号１７は、基準信号生成部５１０で生成して出力された基準信号３０に、切替器５６０で選択され出力された信号３４と、切替器５７０で選択され出力された信号３７とを加算して生成した出力信号である。
【０１１４】
したがってこの操作信号１７は、基準信号生成部５１０で生成して出力された基準信号３０と同じ値、基準信号３０と第１の補正信号生成部５２０で生成した第１の補正信号３３との合計値、基準信号３０と第２の補正信号生成部５３０で生成した第２の補正信号３６との合計値、あるいは基準信号３０と第１の補正信号３３と第２の補正信号３６との合計値のいずれかとなる。
【０１１５】
尚、切替器５６０、５７０に入力される信号のうち、どの信号を出力信号とするのかを決定するデータは、図１の制御装置２００に備えた制御ロジックデータベース２５０に保存されている。
【０１１６】
図５は、図１に示した本実施例の制御装置２００に備えた到達手段推定手段３００の機能と、到達領域データベース２２０に保存される情報を説明する図である。また図１に示した数値解析実行手段４００では、ボイラ１０１内の流体の動きを３次元で解析するように構成されている。
【０１１７】
図１の制御装置２００に備えた到達手段推定手段３００による推定と数値解析実行手段４００による解析の結果、図５（ａ）に示すようにボイラ１０１に備えたエアポート１０３、バーナー１０２から投入した空気流量が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを計算でき、そしてこの計算結果である数値解析データ６は、数値解析結果データベース２３０に保存される。
【０１１８】
到達領域推定手段３００では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データを参照することによって、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２からボイラに投入した空気が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを把握する。
【０１１９】
また、空気流量の操作信号とボイラ出口のガス濃度の計測値情報から、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２から投入した空気流量が、ボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを求めることもできる。
【０１２０】
図５（ｂ）を用いて説明すると、図５（ｂ）は、ボイラ１０１のＡからＥのエアポート毎の空気流量と、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の酸素（Ｏ２）濃度の計測値の関係である。
【０１２１】
図５（ｂ）に示した本実施例では、ボイラ出口の流路を幅方向に４分割、奥行き方向に３分割し、これらの１２分割した各領域に濃度計測器１５４として酸素濃度計測器をそれぞれ配置したことを想定している。
【０１２２】
したがって、本実施例ではボイラ出口の流路を１２分割した領域に１２個の酸素濃度計測器を配置しているが、ボイラ出口の流路の分割数の変更や、分割した各領域に配置する酸素濃度計測器の数を増やしてもよい。
【０１２３】
図５（ｂ）において、最初、ボイラ１０１のエアポート１０３のＡ〜Ｅから投入する空気流量は一定であり、ボイラ出口の流路において酸素（Ｏ２）濃度の高い場所はない。そこで空気流量のバランスを変化させエアポート１０３のＡから供給する空気流量を増加させると、ボイラ出口の流路を１２分割した右上領域で酸素濃度の計測値が高くなった。
【０１２４】
この結果から、エアポート１０３のＡから供給した空気が、ボイラ出口の流路を１２分割した右上領域に到達していることが判定できる。
【０１２５】
このように制御装置２００の数値解析実行手段４００は、空気流量の操作信号とボイラ出口の流路におけるガス濃度の計測値情報から、ボイラ１０１に備えたエアポート１０３及びバーナー１０２からボイラに投入した空気がボイラ出口の流路を１２分割したどの領域に到達するかを求める機能を持つ。
【０１２６】
尚、図５（ｂ）では、ボイラ出口に排ガス中のガス濃度を計測する濃度計測器１５４として酸素（Ｏ２）濃度計測器を配置したことを例に説明したが、濃度計測器１５４として酸素濃度計測器に替えて一酸化炭素（ＣＯ）濃度計測器を配置してもよい。この場合は、エアポート１０３のＡから供給する空気流量が到達するボイラ出口の流路の領域は、エアポート１０３のＡの空気流量を増やした場合にＣＯ濃度が減少した場所と判断する。
【０１２７】
図６は、図１の本実施例の制御装置２００に備えた操作信号生成手段５００における操作信号の生成方法を説明する図である。操作信号生成手段５００では、図１の制御装置２００に示したように到達領域データベース２２０に保存されている到達領域データ１６と、計測信号データベース２１０に保存されている火力発電プラント１００の状態量の計測信号データ３を用いて演算して、操作信号１７を生成する。
【０１２８】
図６（ａ）に図５で説明したボイラ出口の流路に排ガス中のＣＯ濃度を計測する濃度検出器１５４を設置して一酸化炭素（ＣＯ）の濃度計測値を計測した場合を示したように、前記操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域において、ボイラ１０１に設置したバーナー１０２、あるいはエアポート１０３から投入した空気流量の到達量と、濃度計測器１５４として各分割領域に設置した一酸化炭素の濃度計測器で計測したＣＯ濃度計測値とを掛け合わせ、これらの総和を算出する。この総和を第１の影響値と定義する。
【０１２９】
前記操作信号生成手段５００では、第１の影響値に占める割合が大きいバーナー１０２、あるいはエアポート１０３の空気流量を増加するように、第１の影響値を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して生成する。
【０１３０】
図６（ａ）では、ＡからＥまであるエアポート１０３のうち、エアポートＡの第１の影響値よりも、エアポートＢの第１の影響値が大きい場合を示している。この場合、操作信号生成手段５００によってエアポートＢから投入する空気流量を増加させる操作信号１７を生成する。
【０１３１】
以上に述べた方法を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７（空気流量指令値）を計算して生成することによって、一酸化炭素濃度の高い領域に到達する空気を供給するボイラ１０１に設置したバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量を増やすことができる。
【０１３２】
これにより、本実施例の火力発電プラント１００のボイラ１０１では一酸化炭素の濃度の高い領域に到達する空気を供給することによって一酸化炭素（ＣＯ）と供給した空気の酸素（Ｏ２）とを反応させて一酸化炭素を酸化できることから、ボイラ１０１の出口から排出される排ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させることができる。
【０１３３】
また、図６（ｂ）に図５で説明したボイラ出口の流路を流れる燃焼ガス中の酸素（Ｏ２）濃度を計測する濃度検出器１５４を設置して酸素濃度の度計測値を計測した場合を示したように、前記操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路を１２分割した各領域において、ボイラ１０１に設置バーナー１０２、あるいはエアポート１０３から投入した空気流量の到達量と、濃度計測器１５４として各分割領域に設置した酸素濃度の計測値とを掛け合わせ、これらの総和を算出する。これらの総和を第２の影響値と定義する。
【０１３４】
この場合、前記操作信号生成手段５００では、第２の影響値に占める割合が大きいバーナー１０２、あるいはエアポート１０３の空気流量を減少するように、操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して生成する。
【０１３５】
ボイラ出口を流れる燃焼ガスにおいて、ボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域のうち酸素（Ｏ２）濃度が高い領域が生じる場合は、他の領域で酸素が不足する可能性があり、この場合は酸素が不足する他の領域で一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が高くなる。
【０１３６】
また、酸素濃度が高い領域が生じる場合は空気を過剰に投入している可能性があるので、過剰に投入した空気を減らすことで空気を供給するファンの動力を低減できるなどのコストメリットがある。従って、酸素濃度の高い領域はできるだけ少ない方がよい。
【０１３７】
したがって前記操作信号生成手段５００では、第２の影響値を用いて操作信号生成手段５００によって火力発電プラント１００に対する指令信号となる操作信号１７を演算して導出することによって、Ｏ２濃度分布に偏りが生じないように空気流量を制御でき、よって本実施例の火力発電プラント１００のボイラ１０１ではボイラ１０１から排出される燃焼ガス中の一酸化炭素の発生抑制だけでなく、ファン動力の低減などの省エネの効果が得られる。
【０１３８】
図７は、本実施例である図１の制御装置２００に備えた演算装置である学習手段６００における学習アルゴリズムの演算手順を説明するフローチャートであり、図３に示したフローチャートにおける操作方法学習のステップ１０４０の動作を詳細に示したものである。
【０１３９】
尚、図７では前記学習アルゴリズムに強化学習を用いた時を例に記載しているが、本実施例の学習アルゴリズムに遺伝的アルゴリズム、やきなまし法など、種々の最適化技術を用いることもできる。
【０１４０】
図７のフローチャートに示すように、図１の制御装置２００に備えた学習手段６００で演算される学習アルゴリズムはステップ１１００、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０、１１８０、１１９０の各ステップを組み合わせて動作させる。
【０１４１】
まずモデル入力の初期値をランダムに設定するステップ１１００において、モデル入力９の初期値をランダムに設定する。
【０１４２】
次にモデル出力を計算するステップ１１１０では、ステップ１１１０で設定したモデル入力９を図１の制御装置２００に備えたモデル７００に入力し、このモデル７００を用いて火力発電プラント１００の模擬演算を行ってモデル出力１０を得る。
【０１４３】
次に、初期値判定のステップ１１２０では、モデル出力を計算するステップ１１１０で得られたモデル出力１０とモデル出力の目標値とを比較し、モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していればモデル出力を計算するステップ１１００に戻り、モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していない場合はモデル入力変化幅を決定するステップ１１３０に進む。
【０１４４】
次の、モデル入力変化幅を決定するステップ１１３０では、図１の制御装置２００に備えた学習手段６００において、図１の制御装置２００に備えた学習情報データベース２６０に保存されている学習情報データ１３の情報を用いてモデル入力変更幅Δaを決定する。
【０１４５】
次の、モデル入力を決定するステップ１１４０では、前記学習手段６００において式（１）を用いて学習した学習情報データ１２を得る。
ａ（ｔ＋１）＝ａ（ｔ）＋Δａ・・・（１）
ここで、ａは操作である。
【０１４６】
次の、モデル出力を計算するステップ１１５０では、モデル入力を決定するステップ１１４０で得た学習手段６００で生成したモデル入力９を図１の制御装置２００に備えたモデル７００に入力し、このモデル７００において火力発電プラント１００の模擬計算を行ってモデル出力１０を得る。
【０１４７】
次の、評価値を計算するステップ１１６０では、モデル出力を計算するステップ１１５０で得たモデル７００で模擬計算されたモデル出力１０をもとに、図１の制御装置２００に備えた評価値計算手段８００によって、式（２）を用いて評価値１１を計算する。
Ｑ（ｓ，ａ）＝Ｅ（Σγｋ ｒｔ＋ｋ＋１） ・・・（２）
（尚、Σで和を計算する範囲は、ｋ＝０から、ｋ＝∞）
ここで、Ｑ（ｓ，ａ）は状態ｓで操作ａを選択することの価値、γ（０≦γ＜１）は割引率、γtは時刻ｔの報酬である。価値Ｑ（ｓ，ａ）が時刻での総和により決定されているが、これには意味がある。
【０１４８】
状態ｓとは例えば空気流量の条件、操作ａとは例えば空気流量の増加、あるいは空気流量の減少を意味する。また、価値Ｑ（ｓ，ａ）とは例えば価値大だと一酸化炭素の濃度が減少し、価値小だと一酸化炭素の濃度が増加することを意味する。
【０１４９】
実際に操作ａ、ここでは制御装置２００の学習手段６００によって学習した結果を用いて火力発電プラント１００を操作した場合の応答には遅れ時間を伴う場合が多い。
【０１５０】
従って、操作aの操作直後に対する報酬により価値を決定するのではなく、将来的に与えられる報酬の総和で価値を決定する方がより現実的である。また、割引率γの導入により、操作aの操作直後に得られた報酬が高くなるように設定することで、モデル７００のモデル出力１０に基づいて評価値を計算する制御装置２００の評価値計算手段８００によって応答性も考慮した評価値１１を算出できる。
【０１５１】
また、評価値計算手段８００で設定する報酬γtの設定方法としては、モデル出力１０がその目標値に到達した時にのみ報酬を与える方法、モデル出力１０と目標状態が近い程、報酬値を大きくする方法がある。
【０１５２】
さらに、図５に示した手法を応用して評価値１１を計算することもできる。
【０１５３】
モデル７００にて火力発電プラント１００を模擬計算したモデル出力１０は、ボイラ出口の流路の排ガス中のＣＯ濃度分布、Ｏ２濃度分布を含んでいる。このＣＯ濃度分布、Ｏ２濃度の分布と、ボイラに設置した各エアポートから供給する空気が到達するボイラ出口の流路における領域を掛け合わせることで、図５に示した影響値を計算できる。
【０１５４】
評価値計算手段８００において、操作信号生成手段５００で算出するときに用いたものと同様に、第１の影響値が大きいほど評価値が大きくなるように設定する。また、第２の影響値が大きいほど評価値が小さくなるように設定することもできる。
【０１５５】
次の、学習パラメータを更新するステップ１１７０では、エピソード終了判定のステップ１１８０で計算した評価値をもとに、図１の制御装置２００に備えた前記学習手段６００にて式（３）を用いて演算してエージェントのパラメータを更新し、その更新した結果を制御装置２００の学習情報データベース２６０に保存する。
Ｑ（ｓｔ，ａｔ）←Ｑ（ｓｔ，ａｔ）＋α（ｒｔ＋γｍａｘＱ（ｓｔ＋１，ａｔ＋１）−Ｑ（ｓｔ，ａｔ））
・・・（３）
ここで、α（０≦α＜１）は学習率である。
【０１５６】
エピソード終了判定のステップ１１８０では、モデル出力を計算するステップ１１５０で計算したモデル７００による模擬演算のモデル出力１０がモデル出力目標値を達成している場合には学習終了判定のステップ１１９０に進み、前記モデル出力１０がモデル出力目標値を達成していない場合にはモデル入力変化幅を決定するステップ１１３０に戻る。尚、エピソード終了判定は学習手段６００で判断される。
【０１５７】
以上、図７のフローチャートを用いて説明した制御装置２００の学習手段６００における学習アルゴリズムにおいて、前記学習手段６００で学習してモデル７００に入力されるモデル入力９にボイラ出口の流路における燃焼ガス中のＣＯ濃度、Ｏ２濃度を含めて、この学習手段６００で学習することによってボイラから排出される燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減させる操作方法を学習できる。
【０１５８】
ここで、学習手段６００においては、第１の影響値が大きいほど、評価値が大きくなるように設定した場合、学習手段６００ではＣＯ濃度の低い領域に到達する空気を供給するボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量を増やす操作方法を学習できる。
【０１５９】
また、同様に学習手段６００においては、第２の影響値が大きいほど、評価値が小さくなるように設定した場合、学習手段６００ではＯ２濃度分布に偏りが生じないようなボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３の空気流量の操作方法を学習できる。
【０１６０】
次に、図８及び図９を用いて、図１の本発明の一実施例である火力発電プラント１００の制御装置を構成する保守ツール９１０のデータ送受信処理部９３０からの出力信号を表示する画像表示装置９５０に表示される画面の実例を説明する。
【０１６１】
図８は図５に示したものと同様に、画像表示装置９５０にボイラ１０１のボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の燃焼ガス中のガス濃度としてＣＯ濃度及びＯ２濃度と、このボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域にボイラ１０１のエアポート１０３から投入した空気が到達する到達領域とを表示している。
【０１６２】
尚、図８ではエアポート１０３から投入した空気のボイラ出口における到達領域を表示するようにしているが、ボイラ１０１のバーナー１０２から投入した空気のボイラ出口における到達領域を表示することや、バーナー１０２とエアポート１０３から投入した空気のボイラ出口における到達領域を任意に組み合わせて表示してもよい。
【０１６３】
また、図９は図８示したものと同様に、画像表示装置９５０にボイラ１０１のボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域の燃焼ガス中のガス濃度としてＣＯ濃度及びＯ２濃度と、このボイラ出口の流路を１２分割した各分割領域にボイラ１０１のエアポート１０３から投入した空気が到達する到達領域と、前記ガス濃度のＣＯ濃度分布と到達領域とを掛け合わせた図と、図６の説明で示した影響値とをそれぞれ表示している。
【０１６４】
ところで、ボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する空気流量の調整を、手動で実施する場合がある。この場合、画像表示装置９５０に図８、及び図９の画面を表示させることによって、ボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する各空気流量の調整作業を支援でき、これによりボイラ１０１のバーナー１０２、エアポート１０３から投入する空気流量の調整作業に要する期間を短縮する効果が得られる。
【０１６５】
上記した本発明の実施例によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中の酸素濃度分布に偏りがある場合に、酸素濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中の一酸化炭素濃度を効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【０１６６】
また、ボイラに投入する空気流量がボイラの燃料の燃焼に必要な流量に低減できるので、空気を供給するファン動力を削減して火力発電プラント内で消費する電力を省エネできる。
【実施例２】
【０１６７】
図１０は本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。
【０１６８】
図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置は、先に図１に示した本発明の実施例である火力発電プラントの制御装置と基本的な装置の構成、並びに制御方法は共通しているので、両者に共通した装置の構成及び制御方法についての説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【０１６９】
図１０において、ボイラを備えた火力発電プラント１００の制御装置に備えられた制御装置２００には、図１の実施例の火力発電プラント１００を制御する制御装置２００に備えられた演算装置として、分布推定手段３５０及び分布情報データベース２７０が追加されている。
【０１７０】
分布推定手段３５０では、計測値信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４、及び数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７に基づいて推定演算して、ボイラ出口の流路の排ガス中の酸素（Ｏ２）濃度分布、一酸化炭素（ＣＯ）濃度分布を含む分布情報１９を生成する。
【０１７１】
そしてこの分布推定手段３５０で推定演算した前記Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布を含む分布情報１９は、分布情報データベース２７０に保存する。
【０１７２】
図１に示した先の実施例の制御装置２００では、図５（ｂ）に示した濃度計測器で計測したＯ２濃度、ＣＯ濃度の計測値を、その濃度計測器が配置されてあるボイラ出口の流路の分割領域の代表値としている。
【０１７３】
また、図６に示すように、制御装置２００に備えられた操作信号生成手段５００では、ボイラ出口の流路の分割領域内の排ガス中の濃度を代表値で一定として、影響値を計算している。
【０１７４】
しかしながら、実際にはボイラ出口の流路の分割領域内での排ガス中の濃度は一定ではなく濃度分布が形成されているので、制御装置２００の分布推定手段３５０は、ボイラ出口の流路の排ガス中のＯ２濃度の分布状況、ＣＯ濃度の分布状況を推定する機能を持たせて、推定演算した前記Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布を含む分布情報１９を生成するものである。
【０１７５】
更に図１０に示した本実施例の火力発電プラント１００の制御装置２００に設置された操作信号生成手段５００では、図１の先の実施例に記載された制御装置２００の操作信号生成手段５００と同様な構成及び方法によって火力発電プラント１００に対する操作信号１７を生成するだけでなく、更に分布情報データベース２７０に保存されている分布情報データ２０を用いて制御対象となる火力発電プラント１００に対する操作信号１７を生成するように形成されている。
【０１７６】
すなわち、図４に示した操作信号生成手段５００を構成する第１の補正信号生成部５２０、及び第２の補正信号生成部５３０への入力信号に、前記分布情報データ２０が追加されるように構成されている。
【０１７７】
図１１は、図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置２００の演算装置を構成する分布推定手段３５０の機能を説明する図である。ここでは、計測信号データベース２１０に保存されている計測信号データ４を用いてボイラ１０１のボイラ出口流路のＯ２濃度分布を推定する場合を例に説明する。
【０１７８】
図１１（ａ）に示すように、ボイラ１０１のボイラ出口流路を１２分割した分割領域に設置された排ガス中のＯ２濃度を計測するＯ２濃度計測器１５４によって、ボイラ出口の各分割領域を流下する排ガス中のＯ２濃度は計測される。
【０１７９】
図１１（ａ）では、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、左上の４領域に配置されたＯ２濃度計測器１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄでそれぞれ計測した排ガス中のＯ２濃度の計測値について、図１１（ｂ）に排ガス中のＯ２濃度の計測値の平均値、分散値、最大値、及び最小値を示した。
【０１８０】
図１１（ｂ）にトレンドグラフとして示すように、Ｏ２濃度計測器１５４で計測した排ガス中のＯ２濃度の値は、時間が経過するのに伴って変化する。
【０１８１】
図１の先の実施例による機器の機能を示した図５、及び図６では、例えばボイラ出口の排ガスの濃度の計測値の平均値を、ボイラ出口の流路を複数に分割した領域の代表値とする等、計測値を平滑化処理した結果を分割した領域の代表値としている。
【０１８２】
これに対して、本実施例の制御装置２００における分布推定手段３５０では、図１１（ｂ）に示したようにボイラ出口流路の排ガスの濃度の計測値の平均値、分散値、最大値、最小値を用いて、排ガスの濃度、例えばＯ２濃度の濃度分布を推定するように構成している。
【０１８３】
まず、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、左上の４領域に配置されたＯ２濃度計測器１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄでそれぞれ計測した排ガス中のＯ２濃度の計測値ａ、ｂ、ｃ、ｄのうち、計測値ａ、ｂと、計測値ｃ、ｄを比較すると、計測値ａ、ｂの値の平均値は計測値ｃ、ｄの平均値の値より低いことが分かる。
【０１８４】
これらの計測信号データ４に基づいて、分布推定手段３５０ではボイラ出口流路を１２分割した分割領域のうち、Ｏ２濃度の低い領域が、計測値ａ、ｂを検出したＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが設置された領域内にあると判断する。
【０１８５】
次に、分布推定手段３５０では計測値ａと計測値ｂの分散値を用いて、Ｏ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが設置された領域のどの部分のＯ２濃度が低いかを判断する。
【０１８６】
計測値ａと計測値ｂの分散値が、予め定められた閾値よりも小さい場合は、例えばＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが配置されている領域のＯ２濃度が低いと判断し、計測値ａと計測値ｂの分散値が閾値よりも大きい場合には、例えばＯ２濃度計測器１５４ａと１５４ｂが配置されている領域の境界のＯ２濃度が低いと判断する。
【０１８７】
これは、ボイラ１０１のバーナー１０２、及びエアポート１０３から供給する空気流量を一定に制御しようとしても、実際にはある範囲内で空気流量が変動するため、ボイラ出口流路の１２分割された分割領域の排ガス中の例えばＯ２濃度の濃度分布も、ある範囲内で変動することを利用した判断方法である。
【０１８８】
そして分布推定手段３５０では、ボイラ出口流路の１２分割された分割領域に設置された特定のＯ２濃度計測器で計測されたＯ２濃度の分散値が閾値よりも小さい場合は、そのＯ２濃度計測器が配置してある分割領域の場所が、常にＯ２濃度の低い領域と重なっていると判断できることから、そのＯ２濃度計測器が配置されている箇所の領域のＯ２濃度が低いと判断する。
【０１８９】
一方、特定のＯ２濃度計測器で計測されたＯ２濃度の分散値が閾値よりも大きい場合は、そのＯ２濃度計測器が配置されてある分割領域の場所のＯ２濃度が高くなったり低くなったりしていることを意味する。
【０１９０】
従って、そのＯ２濃度計測器が配置されている分割領域の箇所ではなく、そこから少しずれた場所の領域にＯ２濃度の低い場所が存在すると判断する。
【０１９１】
また、本実施例の分布推定手段３５０では、数値解析結果データベース２３０に保存されている数値解析データ７を用いて、ボイラ出口流路の排ガス中のＣＯ濃度、及びＯ２濃度分布を推定することもできる。
【０１９２】
本実施例の制御装置２００に備えられた操作信号生成手段５００では、前記分布推定手段３５０で推定したボイラ出口流路の排ガス中のＣＯ濃度、及びＯ２濃度の濃度分布情報を用いて、操作信号１７を計算する。
【０１９３】
すなわち、図６に示した先の実施例の制御装置２００におけるＣＯ濃度計測値、及びＯ２濃度計測値をそれぞれ、ＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値に置き換えて、影響値を計算する。
【０１９４】
また、本実施例の制御装置２００に備えた学習手段６００における学習アルゴリズムの演算手順においても、学習アルゴリズムの演算手順を示したフローチャート図７の評価値を計算するステップ１１６０において、制御装置２００の評価値計算手段８００によって評価値を計算する際に、前述した影響値を用いることもできる。
【０１９５】
この場合、ＣＯ濃度計測値、及びＯ２濃度計測値の計測値情報のみを用いた先の実施例の場合と比較して、ＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値の分布情報を用いた本実施例の場合では実機に近い排ガス中のＣＯ濃度分布推定値、及びＯ２濃度分布推定値が得られるので、排ガス中の更なるＣＯ濃度の低減効果が実現できる。
【０１９６】
これは、制御装置２００内で把握するボイラ出口流路の排ガス中の濃度分布が、ボイラ出口流路を１２分割した分割領域の代表値を用いる場合と比較して、分布推定手段３５０によって推定した排ガス中の濃度分布を用いる場合の方が実機と近いものとなっているため、ＣＯ濃度を低減させるためにボイラ１０１のバーナー１０２、及びエアポート１０３から供給する空気流量をより適切に調節する空気流量の指令信号を生成できるためである。
【０１９７】
図１２は、図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の動作フローチャートである。
【０１９８】
図１２のフローチャートは、図３に示したフローチャートにおいて、モデル構築のステップ１０２０と供給場所推定のステップ１０３０ｂとの間に分布推定のステップ１０６０を追加したものであり、その他のステップは図３のフローチャートと同じである。
【０１９９】
この分布推定のステップ１０６０では、前述したように図１０の制御装置に備えた分布推定手段３５０で演算することによって、ボイラ出口流路における排ガス中のガス濃度分布（Ｏ２濃度分布、ＣＯ濃度分布）を推定するものである。
【０２００】
上記した図１０に示した本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置を用いると、画像表示装置９５０に分布情報データベース２７０に保存されている情報を表示できる。よって図１に示した先の実施例である火力発電プラントの制御装置を用いた場合に、図８、図９に示すように、画像表示装置９５０にはボイラ出口の排ガス中のガス濃度を領域毎に区切って表示しているが、本実施例である火力発電プラントの制御装置を用いると、ボイラ出口ガス濃度を実機に近い濃度分布状態で表示することができる。
【０２０１】
上記した本発明の実施例によれば、燃料に石炭を用いるボイラ出口の排ガス中のＯ２濃度分布に偏りがある場合にＯ２濃度の少ない領域に必要な空気流量を供給してボイラの排ガス中のＣＯを効果的に低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法が実現できる。
【０２０２】
また、ボイラに投入する空気流量がボイラの燃料の燃焼に必要な流量に低減できるので、空気を供給するファン動力を削減して火力発電プラント内で消費する電力を削減できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
本発明は、燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラントから排出される一酸化炭素の濃度を低減する火力発電プラントの制御装置及び火力発電プラントの制御方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２０４】
【図１】本発明の一実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図。
【図２】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置による制御対象の火力発電プラントを示す概略構成図。
【図３】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置による制御の手順を示すフローチャート。
【図４】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における操作信号生成手段の構成を示す制御ブロック図。
【図５】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における到達領域推定手段の機能の説明図。
【図６】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における操作信号生成手段による操作信号の生成方法の説明図。
【図７】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置における学習手段による学習アルゴリズムの演算手順を示すフローチャート。
【図８】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置に備えた画像表示装置による表示画面の一例。
【図９】図１に示した実施例の火力発電プラントの制御装置に備えた画像表示装置による表示画面の他の一例。
【図１０】本発明の他の実施例である火力発電プラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図。
【図１１】図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置における分布推定手段の機能の説明図。
【図１２】図１０に示した他の実施例である火力発電プラントの制御装置による制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０２０５】
１００：プラント、２００：制御装置、２０１：外部入力インターフェイス、２０２：外部出力インターフェイス、２１０：計測信号データベース、２２０：到達領域データベース、２３０：数値解析結果データベース、２４０：操作信号データベース、２５０：制御ロジックデータベース、２６０：学習情報データベース、３００：到達領域推定手段、４００：数値解析実行手段、５００：操作信号生成手段、６００：学習手段、７００：モデル、８００：評価値計算手段、９００：外部入力装置、９０１：キーボード、９０２：マウス、９１０：保守ツール、９２０：外部入力インターフェイス、９３０：データ送受信処理部、９４０：外部出力インターフェイス、９５０：画像表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の石炭と空気をボイラに供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有するボイラを備えた火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項２】
燃料の石炭と空気をボイラ内に供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有する火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記バーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度の分布もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定する分布推定手段と、前記分布推定手段で推定したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラの出口に到達する領域を計算する数値解析実行手段と、火力発電プラントから得られる計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を計算する数値解析実行手段と、前記計測器で計測された火力発電プラントから得られるボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られるボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布の数値解析データのうち少なくとも一方のデータを用いてボイラの出口の酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を推定する分布推定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記計測器はボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分した分割領域毎に一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度を計測するように配設し、前記制御器に備えた操作信号生成手段は、ボイラ出口の流路断面の分割領域毎に配設した前記計測器で計測した一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と、前記到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した値の総和となる一酸化炭素濃度の第１の影響値もしくは酸素濃度の第２の影響値をそれぞれ計算して、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御する機能を有するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に備えた操作信号生成手段は、前記分布推定手段で推定したボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分した分割領域の一酸化炭素濃度の推定値もしくは酸素濃度の推定値と、前記到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した値の総和となる一酸化炭素濃度の第１の乗算値もしくは酸素濃度の第２の影響値をそれぞれ計算して、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御する機能を有するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントの特性を簡略に模擬する簡略な物理モデルを内部に有してこの簡略な物理モデルを対象にして一酸化炭素濃度の前記第１の影響値と酸素濃度の前記第２の影響値をそれぞれ計算する評価値計算手段と、前記評価値計算手段で計算された第１の影響値が大きくなる操作方法を学習する、もしくは第２の影響値が小さくなる操作方法を学習する学習手段とを備え、前記操作信号生成手段は前記学習手段による学習結果に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、制御器に設けた前記到達領域推定手段によって推定したバーナーもしくはエアポートからボイラに供給した空気がボイラの出口に到達する到達領域を画面に表示する表示手段を備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項９】
請求項５又は請求項６に記載した火力発電プラントの制御装置において、制御器に設けた前記操作信号生成手段によって計算した第１の影響値もしくは第２の影響値を画面に表示する表示手段を備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項１０】
ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて生成する燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、前記制御器に備えた操作信号生成手段によって前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定したバーナーもしくはエアポートから供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１１】
ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、該制御器に備えた分布推定手段によってボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定し、該制御器に備えた操作信号生成手段によって前記分布推定手段で推定した一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と、前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の到達領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた数値解析実行手段によって火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいて該制御器に備えた到達領域推定手段によってバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を計算し、前記制御器に備えた到達領域推定手段によって火力発電プラントから得られる前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち、少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた数値解析実行手段によって火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いてボイラの出口の酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を計算し、前記制御器に備えた分布推定手段によって火力発電プラントから得られる前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる酸素濃度分布データもしくは一酸化炭素濃度分布データのうち、少なくとも１方のデータを用いてボイラ出口における酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を推定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１４】
請求項１０または請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、ボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分して分割領域毎に計測器により燃焼ガス中の一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度を計測し、制御器に備えた操作信号生成手段によってこれらのボイラ出口の分割領域毎の一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と、到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した総和となる一酸化炭素濃度の第１の影響値もしくは酸素濃度の第２の影響値を求め、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた火力発電プラントを模擬する物理モデルを対象にして該制御器に備えた評価値計算手段によって第１の影響値と酸素濃度の前記第２の影響値を計算し、該制御器に備えた学習手段によってこの評価値計算手段で計算された第１の影響値が大きくなる操作方法を学習する、もしくは第２の影響値が小さくなる操作方法を学習し、制御器に備えた前記操作信号生成手段では前記学習手段による前記学習結果に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１】
燃料の石炭と空気をボイラに供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有するボイラを備えた火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記ボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項２】
燃料の石炭と空気をボイラ内に供給するバーナーと、該バーナーから供給された燃料の石炭と空気を燃焼させて生成する燃焼ガスの流れ方向下流側でこの燃焼ガスに空気を供給するエアポートとを有する火力発電プラントの制御装置において、火力発電プラントのボイラに該ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測する計測器を備え、火力発電プラントの制御装置を構成する制御器に、前記バーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段と、ボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度の分布もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定する分布推定手段と、前記分布推定手段で推定したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定する操作信号生成手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラの出口に到達する領域を計算する数値解析実行手段と、火力発電プラントから得られる計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定する到達領域推定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いたボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を計算する数値解析実行手段と、前記計測器で計測された火力発電プラントから得られるボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られるボイラの出口の燃焼ガスの酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布の数値解析データのうち少なくとも一方のデータを用いてボイラの出口の酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を推定する分布推定手段とを備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記計測器はボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分した分割領域毎に一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度を計測するように配設し、前記制御器に備えた操作信号生成手段は、ボイラ出口の流路断面の分割領域毎に配設した前記計測器で計測した一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と、前記到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した値の総和となる一酸化炭素濃度の第１の影響値もしくは酸素濃度の第２の影響値をそれぞれ計算して、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御する機能を有するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に備えた操作信号生成手段は、前記分布推定手段で推定したボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分した分割領域の一酸化炭素濃度の推定値もしくは酸素濃度の推定値と、前記到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した値の総和となる一酸化炭素濃度の第１の乗算値もしくは酸素濃度の第２の影響値をそれぞれ計算して、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御する機能を有するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載した火力発電プラントの制御装置において、前記制御器に火力発電プラントの特性を簡略に模擬する簡略な物理モデルを内部に有してこの簡略な物理モデルを対象にして一酸化炭素濃度の前記第１の影響値と酸素濃度の前記第２の影響値をそれぞれ計算する評価値計算手段と、前記評価値計算手段で計算された第１の影響値が大きくなる操作方法を学習する、もしくは第２の影響値が小さくなる操作方法を学習する学習手段とを備え、前記操作信号生成手段は前記学習手段による学習結果に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定するように構成したことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載した火力発電プラントの制御装置において、制御器に設けた前記到達領域推定手段によって推定したバーナーもしくはエアポートからボイラに供給した空気がボイラの出口に到達する到達領域を画面に表示する表示手段を備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項９】
請求項５又は請求項６に記載した火力発電プラントの制御装置において、制御器に設けた前記操作信号生成手段によって計算した第１の影響値もしくは第２の影響値を画面に表示する表示手段を備えたことを特徴とする火力発電プラントの制御装置。
【請求項１０】
ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて生成する燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、前記制御器に備えた操作信号生成手段によって前記計測器で計測したボイラの出口の燃焼ガスの一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と前記到達領域推定手段で推定したバーナーもしくはエアポートから供給された空気がボイラの出口に到達する領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１１】
ボイラに備えたバーナーから燃料の石炭と空気をボイラ内に供給して該バーナーから供給された燃料の石炭と空気をボイラ内で燃焼させて燃焼ガスを生成し、この生成した燃焼ガスの流れ方向下流側でボイラに備えたエアポートから前記燃焼ガスに空気を供給する火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントのボイラの出口に備えた計測器によりボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度を計測し、火力発電プラントを制御する制御器に備えた到達領域推定手段によって前記バーナーもしくは前記エアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域を推定し、該制御器に備えた分布推定手段によってボイラの出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の分布を推定し、該制御器に備えた操作信号生成手段によって前記分布推定手段で推定した一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度の分布推定結果と、前記到達領域推定手段で推定した供給された空気がボイラの出口に到達する領域の到達領域の推定結果とに基づいて前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の一酸化炭素濃度の高い領域もしくは酸素濃度の低い領域に到達する空気流量が増加するようにバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定して制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた数値解析実行手段によって火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量の経路の計算に基づいて該制御器に備えた到達領域推定手段によってバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を計算し、前記制御器に備えた到達領域推定手段によって火力発電プラントから得られる前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる数値解析データのうち、少なくとも１方のデータを用いてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量がボイラ出口に到達する領域を推定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた数値解析実行手段によって火力発電プラントを模擬する物理モデルを内部に有して該物理モデルを用いてボイラの出口の酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を計算し、前記制御器に備えた分布推定手段によって火力発電プラントから得られる前記計測器で計測したボイラ出口の燃焼ガス中の酸素濃度もしくは一酸化炭素濃度の計測信号データもしくは前記数値解析実行手段を実行して得られる酸素濃度分布データもしくは一酸化炭素濃度分布データのうち、少なくとも１方のデータを用いてボイラ出口における酸素濃度分布もしくは一酸化炭素濃度分布を推定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１４】
請求項１０または請求項１１に記載した火力発電プラントの制御方法において、ボイラ出口の流路断面を任意の数の分割領域に区分して分割領域毎に計測器により燃焼ガス中の一酸化炭素濃度もしくは酸素濃度を計測し、制御器に備えた操作信号生成手段によってこれらのボイラ出口の分割領域毎の一酸化炭素濃度の計測値もしくは酸素濃度の計測値と、到達領域推定手段によるボイラのバーナーもしくはエアポートから供給した空気がボイラの出口に到達する領域の推定値とを積算した総和となる一酸化炭素濃度の第１の影響値もしくは酸素濃度の第２の影響値を求め、この第１の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を増加させる、もしくは第２の影響値に占める割合が大きいバーナーもしくはエアポートの空気流量を減少させるように制御することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載した火力発電プラントの制御方法において、火力発電プラントを制御する制御器に備えた火力発電プラントを模擬する物理モデルを対象にして該制御器に備えた評価値計算手段によって第１の影響値と酸素濃度の前記第２の影響値を計算し、該制御器に備えた学習手段によってこの評価値計算手段で計算された第１の影響値が大きくなる操作方法を学習する、もしくは第２の影響値が小さくなる操作方法を学習し、制御器に備えた前記操作信号生成手段では前記学習手段による前記学習結果に基づいてバーナーもしくはエアポートからボイラに供給する空気流量を設定することを特徴とする火力発電プラントの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２４９１８７（Ｐ２００８−２４９１８７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８０６７（Ｐ２００７−８８０６７）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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