JP2023072363A - 燃焼ガス温度推定装置、伝熱面評価装置、制御装置、燃焼ガス温度推定方法、伝熱面評価方法、及び、伝熱面管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱面の入口側燃焼ガス温度を精度よく推定する。【解決手段】燃焼ガス温度推定装置は、蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面に供給される燃焼ガスの温度を推定する。本装置は、伝熱面における蒸気の吸熱量、及び、燃焼ガスの流量に基づいて、伝熱面における燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出し、出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーにエンタルピー変化量を加算することにより、伝熱面の入口側における燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピーを算出する。このように算出された入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、伝熱面の入口側燃焼ガス温度が算出される。【選択図】図２

Description

本開示は、燃焼ガス温度推定装置、伝熱面評価装置、制御装置、燃焼ガス温度推定方法、伝熱面評価方法、及び、伝熱面管理方法に関する。

石炭等の燃料を燃焼して生成した燃焼ガスと伝熱面を介して熱交換することにより蒸気を生成可能なボイラが知られている。ボイラの火炉で生成された燃焼ガスは、火炉出口から下流側の節炭器に向けて燃焼ガス流路を介して導かれる。燃焼ガス流路には、燃焼ガスの流れ方向に沿って複数の伝熱面が設けられており、これらの伝熱面で熱交換を行うことで蒸気が生成される。

ところでボイラの伝熱状態を評価するために、燃焼ガス流路に設けられた各伝熱面における入口側燃焼ガスの温度を測定する場合がある。このような各伝熱面における入口側燃焼ガス温度は、燃焼ガスの温度が高いと一般的な温度センサによる測定が困難な場合があるため、例えば特許文献１では、下流側の節炭器の入口側燃焼ガス温度に基づいて、上流側の各伝熱面における入口燃焼ガス温度を推定することが開示されている。

特開平５－２８０７０３号公報

上記特許文献１では、上流側の各伝熱面の入口側燃焼ガス温度を、下流側の節炭器の入口側燃焼ガス温度に基づいて推定しているが、燃焼ガスや蒸気の圧力を考慮することなく、比熱及び温度に基づいて推定演算をしている。各伝熱面の入口側燃焼ガス温度は、燃焼ガスや蒸気の圧力に依存するため、特許文献１のような簡易的な手法では、精度のよい推定が難しい。

本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、伝熱面の入口側燃焼ガス温度を精度よく推定可能な燃焼ガス温度推定装置、伝熱面評価装置、制御装置、燃焼ガス温度推定方法、伝熱面評価方法、及び、伝熱面管理方法を提供することを目的とする。

本開示の少なくとも一実施形態に係る燃焼ガス温度推定装置は、上記課題を解決するために、
（１）一態様に係る燃焼ガス温度推定装置は、
蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定装置であって、
前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度を取得するための出口側燃焼ガス温度取得部と、
前記燃焼ガスの流量を取得するための燃焼ガス流量取得部と、
前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量を算出するための蒸気吸熱量算出部と、
前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出するためのエンタルピー変化量算出部と、
前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピーを算出するための入口側燃焼ガスエンタルピー算出部と、
前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度を算出するための入口側燃焼ガス温度算出部と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係る伝熱面評価装置は、上記課題を解決するために、
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃焼ガス温度推定装置と、
前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記入口側蒸気温度、前記出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積を算出するための有効伝熱面積算出部と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係る制御装置は、上記課題を解決するために、
本開示の少なくとも一実施形態に係る伝熱面評価装置と、
前記有効伝熱面積に基づいて前記伝熱面のスートを除去するためのスートブロアを制御するための制御部と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係る燃焼ガス温度推定方法は、上記課題を解決するために、
蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定方法であって、
前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度を取得する工程と、
前記燃焼ガスの流量を取得する工程と、
前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量を算出する工程と、
前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出する工程と、
前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピーを算出する工程と、
前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度を算出する工程と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態に係る伝熱面評価方法は、上記課題を解決するために、
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃焼ガス温度推定方法によって推定された前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記伝熱面の入口側蒸気温度、前記田園津面の出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積を算出する工程を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、伝熱面の入口側燃焼ガス温度を精度よく推定可能な燃焼ガス温度推定装置、伝熱面評価装置、制御装置、燃焼ガス温度推定方法、伝熱面評価方法、及び、伝熱面管理方法を提供できる。

一実施形態に係るボイラの構成を簡略的に示す模式図である。 一実施形態に係る燃焼ガス温度推定装置の構成を示すブロック図である。 図１の伝熱面の近傍を抽出して示す模式図である。 一実施形態に係る燃焼ガス温度推定方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る伝熱面評価装置の構成を示すブロック図である。 図５の変形例である。 図６の補正部で算出される補正値と燃焼ガス温度推定装置で算出される入口側燃焼ガス温度との関係を示す特性グラフである。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 ある伝熱面における有効伝熱面積の推移を示す検証結果である。

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（ボイラの構成）
まず本開示の少なくとも一実施形態に係る燃焼ガス温度推定装置の推定対象である燃焼ガスを取り扱うボイラの構成について説明する。図１は一実施形態に係るボイラ１の構成を簡略的に示す模式図である。

ボイラ１は、上流側にある火炉（不図示）で生成された燃焼ガスがなされる燃焼ガス流路２を有する。燃焼ガス流路２には、燃焼ガスの流れ方向に沿って少なくとも一つの伝熱面４が設けられる。燃焼ガス流路２には複数の伝熱面４が設けられてもよく、図１の例では、第１伝熱面４ａと、第１伝熱面４ａより上流側に位置する第２伝熱面４ｂとを含む。これらの伝熱面４では、燃焼ガス流路２を流れる燃焼ガスと、蒸気流路６を流れる蒸気とが熱交換可能である。
尚、燃焼ガス流路２の下流側には、例えば節炭器が配置される。

燃焼ガス流路２のうち最下流側に配置された伝熱面４の下流側には、燃焼ガスの温度を検出するための燃焼ガス温度センサ８が設けられる。また燃焼ガス流路２には、燃焼ガス流路２を流れる燃焼ガスの流量を検出するための燃焼ガス流量センサ１０が設けられる。

蒸気流路６のうち各伝熱面４の入口側及び出口側には、蒸気温度を検出するための蒸気温度センサ１２がそれぞれ設けられる。本実施形態では、蒸気温度センサ１２として、第１伝熱面４ａの出口側に設けられた第１蒸気温度センサ１２ａ、第１伝熱面４ａの入口側と第２伝熱面４ｂの出口側との間に設けられた第２蒸気温度センサ１２ｂ、及び、第２伝熱面４ｂの入口側に設けられた第３蒸気温度センサ１２ｃが示されている。また蒸気流路６には、蒸気流路６を流れる蒸気の流量を検出するための蒸気流量センサ１４が設けられている。

蒸気流路６のうち各伝熱面４の入口側及び出口側には、蒸気圧力を検出するための蒸気圧力センサ１３がそれぞれ設けられる。本実施形態では、蒸気圧力センサ１３として、第１伝熱面４ａの出口側に設けられた第１蒸気圧力センサ１３ａ、第１伝熱面４ａの入口側と第２伝熱面４ｂの出口側との間に設けられた第２蒸気圧力センサ１３ｂ、及び、第２伝熱面４ｂの入口側に設けられた第３蒸気圧力センサ１３ｃが示されている。

このような構成を有するボイラ１では、燃焼ガス流路２を流れる燃焼ガスの温度は、燃焼ガス温度センサ８によって検出可能な最下流側の伝熱面４（４a）の出口側を除いて実測できない。そのため燃焼ガス流路２に設けられた各伝熱面４の入口側燃焼ガス温度を検出するためには、各伝熱面４の入口側にも追加で燃焼ガス温度センサを設ける必要があるが、燃焼ガスは高温であり、コスト削減の観点からも好ましくない場合がある。そこで本実施形態では、以下に述べる燃焼ガス温度推定装置１００によって、追加で燃焼ガス温度センサを設けることなく、各伝熱面４の入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを好適に推定可能である。

（燃焼ガス温度推定装置）
図２は一実施形態に係る燃焼ガス温度推定装置１００の構成を示すブロック図である。燃焼ガス温度推定装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図２に示すように、燃焼ガス温度推定装置１００は、入口側蒸気温度取得部１０２と、入口側蒸気圧力取得部１０４と、出口側蒸気温度取得部１０６と、出口側蒸気圧力取得部１０８と、蒸気流量取得部１１０と、出口側燃焼ガス温度取得部１１２と、燃焼ガス流量取得部１１４と、蒸気吸熱量算出部１１６と、エンタルピー変化量算出部１１８と、出口側燃焼ガスエンタルピー算出部１１９と、入口側燃焼ガスエンタルピー算出部１２０と、入口側燃焼ガス温度算出部１２２とを備える。

ここで燃焼ガス温度推定装置１００の各ブロックについて、図３を参照して説明する。図３は図１の伝熱面４の近傍を抽出して示す模式図である。図３では、ボイラ１が有する伝熱面４のいずれか１つ（第１伝熱面４ａであってもよいし、第２伝熱面４ｂであってもよい）において、燃焼ガス流路２を流れる燃焼ガスと、蒸気流路６を流れる蒸気とが熱交換する様子が模式的に示されている。

入口側蒸気温度取得部１０２は、伝熱面４の入口側における蒸気温度（入口側蒸気温度Ｔｓｉｎ）を取得するための構成である。上述したように蒸気流路６のうち各伝熱面４の入口側には蒸気温度センサ１２（第１蒸気温度センサ１２ａ、第２蒸気温度センサ１２ｂ、第３蒸気温度センサ１２ｃ）が設置されており、入口側蒸気温度取得部１０２は、これらの蒸気温度センサ１２の検出値を受信することにより、入口側蒸気温度Ｔｓｉｎを取得する。

入口側蒸気圧力取得部１０４は、伝熱面４の入口側における蒸気圧力（入口側蒸気圧力Ｐｓｉｎ）を取得するための構成である。上述したように蒸気流路６のうち各伝熱面４の入口側には蒸気圧力センサ１３（第１蒸気圧力センサ１３ａ、第２蒸気圧力センサ１３ｂ、第３蒸気圧力センサ１３ｃ）が設置されており、入口側蒸気圧力取得部１０４は、これらの蒸気圧力センサ１３の検出値を受信することにより、入口側蒸気圧力Ｐｓｉｎを取得する。

出口側蒸気温度取得部１０６は、伝熱面４の出口側における蒸気温度（出口側蒸気温度Ｔｓｏｕｔ）を取得するための構成である。上述したように蒸気流路６のうち各伝熱面４の出口側には蒸気温度センサ１２（第１蒸気温度センサ１２ａ、第２蒸気温度センサ１２ｂ、第３蒸気温度センサ１２ｃ）が設置されており、出口側蒸気温度取得部１０６は、これらの蒸気温度センサ１２の検出値を受信することにより、出口側蒸気温度Ｔｓｏｕｔを取得する。

出口側蒸気圧力取得部１０８は、伝熱面４の出口側における蒸気圧力（出口側蒸気圧力Ｐｓｏｕｔ）を取得するための構成である。上述したように蒸気流路６のうち各伝熱面４の出口側には蒸気圧力センサ１３（第１蒸気圧力センサ１３ａ、第２蒸気圧力センサ１３ｂ、第３蒸気圧力センサ１３ｃ）が設置されており、出口側蒸気圧力取得部１０８は、これらの蒸気圧力センサ１３の検出値を受信することにより、出口側蒸気圧力Ｐｓｏｕｔを取得する。

蒸気流量取得部１１０は、蒸気流路６における蒸気流量Ｆｓを取得するための構成である。上述したように蒸気流路６には蒸気流量センサ１４が設置されており、蒸気流量取得部１１０は、蒸気流量センサ１４の検出値を受信することにより、蒸気流量Ｆｓを取得する。

出口側燃焼ガス温度取得部１１２は、伝熱面４の出口側における燃焼ガス温度（出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔ）を取得するための構成である。具体的には、推定対象となる入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが最下流側の第１伝熱面４ａのものである場合、出口側燃焼ガス温度取得部１１２は、第１伝熱面４ａの出口側に設置された燃焼ガス温度センサ８の検出値を受信することにより、出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔを取得する。一方、推定対象となる入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが他の伝熱面（第２伝熱面４ｂ）のものである場合、出口側燃焼ガス温度取得部１１２は、直近の下流側にある第１伝熱面４ａについて推定された入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎ（推定値）を出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔとして取得する。

燃焼ガス流量取得部１１４は、燃焼ガス流路２における燃焼ガス流量Ｆｇを取得するための構成である。上述したように燃焼ガス流路２には燃焼ガス流量センサ１０が設置されており、また流量センサが設置されていなくてもそれに類推する指標で推定されたガス流量であっても代用可能で、燃焼ガス流量取得部１１４は、燃焼ガス流量センサ１０もしくはそれに類推可能な推定されたガス流量の検出値を受信することにより、燃焼ガス流量Ｆｇを取得する。

蒸気吸熱量算出部１１６は、伝熱面４における蒸気吸熱量Ｑｓを算出するための構成であり、蒸気エンタルピー算出部１１６ａと、吸熱量算出部１１６ｂとを備えて構成される。蒸気エンタルピー算出部１１６ａは、入口側蒸気温度取得部１０２で取得された入口側蒸気温度Ｔｓｉｎ、入口側蒸気圧力取得部１０４で取得された入口側蒸気圧力Ｐｓｉｎ、出口側蒸気温度取得部１０６で取得された出口側蒸気温度Ｔｓｏｕｔ、出口側蒸気圧力取得部１０８で取得された出口側蒸気圧力Ｐｓｏｕｔに基づいて、蒸気エンタルピー変化量Ｅｓを算出する。吸熱量算出部１１６ｂは、蒸気エンタルピー算出部１１６ａで算出された蒸気エンタルピー変化量Ｅｓと、蒸気流量取得部１１０で取得された蒸気流量Ｆｓとに基づいて、伝熱面４からの蒸気の吸熱量Ｑｓを算出する。

エンタルピー変化量算出部１１８は、伝熱面４における燃焼ガスのエンタルピー変化量ΔＥｇを算出するための構成である。具体的には、エンタルピー変化量算出部１１８は、燃焼ガス流量取得部１１４で取得された燃焼ガスの流量Ｆｇと、蒸気吸熱量算出部１１６で算出された蒸気吸熱量Ｑｓとに基づいて、エンタルピー変化量ΔＥｇを算出する。

出口側燃焼ガスエンタルピー算出部１１９は、出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピー（出口側燃焼ガスエンタルピー）を算出するための構成である。具体的には、出口側燃焼ガスエンタルピー算出部１１９は、出口側燃焼ガス温度取得部１２２で取得された出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔを変換することにより、出口側燃焼ガスエンタルピーを算出する。

入口側燃焼ガスエンタルピー算出部１２０は、伝熱面４の入口側における燃焼ガスのエンタルピー（入口側燃焼ガスエンタルピーＥｇｉｎ）を算出するための構成である。具体的には、入口側燃焼ガスエンタルピー算出部１２０は、出口側燃焼ガスエンタルピー算出部１１９で算出された出口側燃焼ガスエンタルピーＥｇｏｕｔに対して、エンタルピー変化量算出部１１８で算出されたエンタルピー変化量ΔＥｇを加算することにより、入口側燃焼ガスエンタルピーＥｇｉｎを算出する。

入口側燃焼ガス温度算出部１２２は、伝熱面４の入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎ（推定値）を算出するための構成である。具体的には、入口側燃焼ガス温度算出部１２２は、入口側燃焼ガスエンタルピー算出部１２０で算出された入口側燃焼ガスエンタルピーＥｇｉｎを温度に変換することにより、入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを算出する。

続いて上記構成を有する燃焼ガス温度推定装置１００を用いて実施可能な燃焼ガス温度推定方法について説明する。図４は一実施形態に係る燃焼ガス温度推定方法を示すフローチャートである。

まず燃焼ガス温度推定装置１００は、ボイラ１の運転状態が静的であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。静的運転状態とは、運転状態が安定しており、例えば過渡状態にないことを意味する。

ボイラ１の運転状態が静的である場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃焼ガス温度推定装置１００は、燃焼ガス流路２に存在する伝熱面４を特定する（ステップＳ１０１）。図１の例では、燃焼ガス流路２にある２つの伝熱面（第１伝熱面４ａ、及び、第２伝熱面４ｂ）がそれぞれ特定される。

続いて燃焼ガス温度推定装置１００は、複数の伝熱面４のうち最下流側にある伝熱面（図１の例では、第１伝熱面４ａ）について、入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを推定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２では、出口側燃焼ガス温度取得部１１２において、最下流側の伝熱面の出口側（例えば節炭器の入口側）に設置された燃焼ガス温度センサ８の検出値が出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔとして取得されることで、入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが推定される。

続いてステップＳ１０２で入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを推定した伝熱面４より上流側に他の伝熱面４があるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。図１の例では、ステップＳ１０２で入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎの推定が行われた第１伝熱面４ａより上流側に第２伝熱面４がある。このように他の伝熱面がある場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、当該他の伝熱面４について、入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが推定される（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４では、出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔとして、ステップＳ１０２で推定された下流側の伝熱面４の入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが用いられる。図１の例では、ステップＳ１０４において、出口側燃焼ガス温度取得部１１２は、ステップＳ１０２において推定された第１伝熱面４ａの入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを、第２伝熱面４ｂの出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔとして取得することにより、第２伝熱面４ｂの入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎの推定が行われる。

他の伝熱面４について入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎの推定が完了すると、処理はステップＳ１０３に戻される。そして他の伝熱面４がない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、全ての伝熱面４について入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎの推定が完了したと判断し、一連の処理が終了する。

以上説明したように上記構成の燃焼ガス温度推定装置１００によれば、各伝熱面４の入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎを、追加で温度センサのようなデバイスを設置することなく、精度よく推定できる。

（伝熱面評価装置）
続いて前述の燃焼ガス温度推定装置１００を用いた伝熱面評価装置２００について説明する。図５は一実施形態に係る伝熱面評価装置２００の構成を示すブロック図である。伝熱面評価装置２００は、前述の燃焼ガス温度推定装置１００と、有効伝熱面積算出部２０２とを備える。

有効伝熱面積算出部２０２は、各伝熱面の有効伝熱面積（SEF：Surface Efficiency Factor）を算出するための構成であり、代表ガス蒸気温度差算出部２０４と、仮想熱伝達率算出部２０８と、基準熱伝達率取得部２１０と、有効伝熱面積算出部２１２とを備える。

代表ガス蒸気温度差算出部２０４は、各伝熱面４における燃焼ガスと蒸気の温度差を算出するための構成である。代表ガス蒸気温度差算出部２０４は、例えば、入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎ及び出口側燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔの平均値として、代表燃焼ガス温度Ｔｇを算出し、入口側蒸気温度Ｔｓｉｎ及び出口側蒸気温度Ｔｓｏｕｔの平均値として、代表蒸気温度Ｔｓを算出し、代表燃焼ガス温度Ｔｇと代表蒸気温度Ｔｓの温度差を出力してもよい。また、入口燃焼ガス温度Ｔｇｉｎ、出口燃焼ガス温度Ｔｇｏｕｔ、入口蒸気温度Ｔｓｉｎ、出口蒸気温度Ｔｓｏｕｔの対数平均温度差を用いて算出してもよい。

仮想熱伝達率算出部２０８は、代表ガス蒸気温度差算出部２０４で算出された代表ガス蒸気温度差△Ｔｇｓに基づいて、仮想熱伝達率Ｒを算出するための構成である。仮想熱伝達率算出部２０８は、例えば、代表ガス蒸気温度差算出部２０４で算出された代表ガス蒸気温度差△Ｔｇｓに基づいて、仮想熱伝達率Ｒを算出する。

基準熱伝達率取得部２１０は、基準熱伝達率Ｒ´を取得するための構成である。基準熱伝達率Ｒ´は、各伝熱面４に仕様として規定された熱伝達率であり、例えば設計値である。このような基準熱伝達率Ｒ´は、予め記憶媒体（不図示）に記憶されており、基準熱伝達率取得部２１０によって読み出されることで取得される。

有効伝熱面積算出部２１２は、仮想熱伝達率算出部２０８で算出された仮想熱伝達率Ｒと、基準熱伝達率取得部２１０で算出された基準熱伝達率Ｒ´とに基づいて、各伝熱面４の有効伝熱面積Ｓをそれぞれ算出するための構成である。具体的には、有効伝熱面積算出部２１２は、仮想熱伝達率Ｒと基準熱伝達率Ｒ´との比として、有効伝熱面積Ｓを算出する。このように算出された有効伝熱面積Ｓは、伝熱面４に汚れが蓄積されて伝熱特性が低下すると小さくなるため、各伝熱面４に蓄積される汚れの影響を示す指標として活用可能である。

図６は図５の変形例である。この変形例に係る伝熱面評価装置２００は、図４に比べて、有効伝熱面積Ｓを補正するための補正部２１４を更に備える点で異なる。補正部２１４は、有効伝熱面積算出部２１２で算出された有効伝熱面積Ｓに対して乗算するための補正値Ｓａを算出する。補正値Ｓａは、燃焼ガス温度推定装置１００で算出された入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎに依存して設定される。

ここで図７は図６の補正部２１４で算出される補正値Ｓａと燃焼ガス温度推定装置１００で算出される入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎとの関係を示す特性グラフである。補正値Ｓａは、燃焼ガス温度推定装置１００で算出される入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが高くなるに従って大きくなるように規定され、図７では特に両者が比例関係にある場合が例示されている。一般的に、有効伝熱面積Ｓは入口側燃焼ガス温度Ｔｇｉｎが高くなるほど大きくなるという特性を有することから、このような補正値Ｓａを有効伝熱面積算出部２１２で算出された有効伝熱面積Ｓに乗算した補正後の有効伝熱面積Ｓ´を求めることで、有効伝熱面積をより精度よく算出できる。

（制御装置）
続いて上述の伝熱面評価装置２００で、各伝熱面４の評価指標として算出された有効伝熱面積Ｓに基づいてボイラ１を制御するための制御装置について説明する。以下の説明では、制御装置の実施形態の一つとして、伝熱面４に付着したスート（煤等）に対して気流を吹き付けることによりスートを除去するためのスートブロア装置を制御対象とした場合について例示するが、制御装置の制御対象はこれに限らず広く採用することができる。

図８は一実施形態に係る制御装置３００の構成を示すブロック図である。制御装置３００は、伝熱面評価装置２００で算出された各伝熱面４の有効伝熱面積Ｓを取得するための有効伝熱面積取得部３０２と、制御対象であるスートブロアを制御するための制御部３０４とを備える。

有効伝熱面積取得部３０２は、伝熱面評価装置２００で各伝熱面４について算出された有効伝熱面積Ｓをそれぞれ取得する。これにより、複数の伝熱面４の各々について伝熱状態が把握される。そして制御部３０４では、有効伝熱面積取得部３０２で取得された有効伝熱面積Ｓに基づいて、各伝熱面４に設けられたスートブロアが制御される。制御部３０４によるスートブロアの制御は、例えば、各伝熱面４の有効伝熱面積Ｓが予め設定された閾値Ｓ０以上になるように実施される。

図９はある伝熱面４における有効伝熱面積Ｓの推移を示す検証結果である。この検証結果によれば、有効伝熱面積Ｓが閾値Ｓ０未満になる時刻ｔ１，ｔ２においてスートブロアが動作することにより、有効伝熱面積Ｓが伝熱面毎に設定される固有の閾値以上になるように制御される。このように、有効伝熱面積Ｓに基づいて各伝熱面４に対応するスートブロアを動作させることで、各伝熱面４の有効伝熱面積Ｓが伝熱面毎に適切な範囲になるように保持される。これにより、スートブロアの必要以上な動作によるエネルギ消費を抑制しながら、伝熱面４の伝熱状態を良好に保持することができる。

また伝熱面評価装置２００で算出された各伝熱面４の有効伝熱面積Ｓは、ボイラ１の運用や各種メンテナンスに適宜利用可能である。例えば、ボイラ１の火炉で燃焼ガスを生成するための燃料には伝熱面４に付着する汚れを防止するための汚れ防止剤が含まれることがある。この場合、燃料に含まれる汚れ防止剤の添加量を、有効伝熱面積Ｓに基づいて調整してもよい。

また有効伝熱面積Ｓは、前述したように伝熱面４に付着した汚れを示す指標となるため、有効伝熱面積Ｓに基づいて各伝熱面４の汚れの付着量を特定し、その付着量に基づいて汚れの除去作業等のメンテナンス時期を管理できる。特に有効伝熱面積Ｓは伝熱面４ごとに算出されるため、各伝熱面４の汚れの付着量を個別に特定することができる。そのため、例えば、汚れの付着量が大きな伝熱面４を特定することでメンテナンス時に重点的に汚れの除去作業が必要となる範囲を把握することもできる。

また有効伝熱面積Ｓは、伝熱面４における減肉／腐食量を示す指標ともなり得る。この観点から、有効伝熱面積Ｓに基づいて各伝熱面４に生じた減肉／腐食等の補修作業等のメンテナンス時期を管理してもよい。特に有効伝熱面積Ｓは伝熱面４ごとに算出されるため、各伝熱面４の減肉／腐食量を個別に特定することができる。そのため、例えば、減肉／腐食量が大きな伝熱面４を特定することでメンテナンス時に重点的に補修作業が必要となる範囲を把握することもできる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一態様に係る燃焼ガス温度推定装置は、
蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面（４）に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定装置（１００）であって、
前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度（Ｔｇｏｕｔ）を取得するための出口側燃焼ガス温度取得部（１１２）と、
前記燃焼ガスの流量（Ｆｇ）を取得するための燃焼ガス流量取得部（１１４）と、
前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量（Ｑｓ）を算出するための蒸気吸熱量算出部（１１６）と、
前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量（ΔＥｇ）を算出するためのエンタルピー変化量算出部（１１８）と、
前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピー（Ｅｇｏｕｔ）に前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピー（Ｅｇｉｎ）を算出するための入口側燃焼ガスエンタルピー算出部（１２０）と、
前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度（Ｔｇｉｎ）を算出するための入口側燃焼ガス温度算出部（１２２）と、
を備える。

上記（１）の態様によれば、燃焼ガスと熱交換される蒸気の吸熱量に基づいて、伝熱面による燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出し、出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに加算することで、入口側燃焼ガスのエンタルピーが求められる。これにより、入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて入口側燃焼ガス温度を、伝熱面の入口側に温度センサのようなデバイスを設置することなく、精度よく推定できる。また、このような入口側燃焼ガス温度の推定演算を十分に迅速に行うことで、入口側燃焼ガス温度のリアルタイム推定が可能となる。

（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記少なくとも１つの伝熱面は、第１伝熱面（４ａ）、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って上流側に設けられた第２伝熱面（４ｂ）を含み、
前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記第２伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出する場合に、前記出口側燃焼ガス温度取得部は、前記第２伝熱面の前記出口側燃焼ガス温度として、前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記第１伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出した結果を取得する。

上記（２）の態様によれば、燃焼ガスの流れ方向に沿って設けられた第１伝熱面及び第２伝熱面における入口側燃焼ガス温度をそれぞれ推定できる。特に、上流側に設けられる第２伝熱面における入口側燃焼ガス温度は、下流側に設けられた第１伝熱面における入口側燃焼ガス温度の推定結果を、第２伝熱面における出口燃焼ガス温度として用いることで、各伝熱面における入口側燃焼ガス温度を推定することができる。これにより、複数の伝熱面の入口側に温度センサ等のデバイスを設置することなく、各伝熱面の入口側燃焼ガス温度を演算的に推定できる。

（３）他の態様では、上記（１）又は（２）の態様において、
前記少なくとも１つの伝熱面は、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って設けられた複数の伝熱面（４ａ、４ｂ）を含み、
前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記複数の伝熱面のうち最下流に位置する前記伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出する場合に、前記出口側燃焼ガス温度取得部は、前記複数の伝熱面より下流側に設けられた温度センサ（８）の検出値を取得する。

（４）他の態様では上記（１）から（３）のいずれか一態様において、
前記伝熱面の入口側蒸気温度（Ｔｓｉｎ）を検出するための入口側蒸気温度検出部（１０２）と、
前記伝熱面の入口側蒸気圧力（Ｐｓｉｎ）を検出するための入口側蒸気圧力検出部（１０４）と、
前記伝熱面の出口側蒸気温度（Ｔｓｏｕｔ）を検出するための出口側蒸気温度検出部（１０６）と、
前記伝熱面の出口側蒸気圧力（Ｐｓｏｕｔ）を検出するための出口側蒸気圧力検出部（１０８）と、
を更に備え、
前記蒸気吸熱量算出部は、前記入口側蒸気温度、前記入口側蒸気圧力、前記出口側蒸気温度、及び、前記出口側蒸気圧力に基づいて前記蒸気のエンタルピーを算出し、前記蒸気のエンタルピーに基づいて前記吸熱量を算出する。

上記（４）の態様によれば、入口側燃焼ガス温度を算出するために必要な蒸気の吸熱量は、伝熱面の入口側及び出口側で検出された蒸気の温度及び圧力に基づいて算出される。

（５）一態様に係る伝熱面評価装置は、
上記（４）の燃焼ガス温度推定装置（１００）と、
前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記入口側蒸気温度、前記出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積（Ｓ）を算出するための有効伝熱面積算出部（２０２）と、
を備える。

上記（５）の態様によれば、伝熱面の入口側及び出口側における燃焼ガス及び蒸気の温度、並びに、吸熱量に基づいて、伝熱面の有効伝熱面積が算出される。このように得られた有効伝熱面積は、例えば、伝熱面に蓄積される汚れの影響を示す指標として活用可能である。

（６）他の態様では、上記（５）の態様において、
前記入口側燃焼ガス温度に基づいて、前記有効伝熱面積に乗算される補正値（Ｓａ）を算出するための補正値算出部（２１４）を更に備える。

上記（６）の態様によれば、有効伝熱面積算出部で算出された有効伝熱面積に対して、補正値が乗算されることで、有効伝熱面積の算出結果が補正される。これにより、有効伝熱面積が入口側燃焼ガス温度に依存して変化する影響を加味することができ、より精度のよい有効伝熱面積の算出が可能となる。

（７）他の態様では、上記（６）の態様において、
前記補正値は、前記入口側燃焼ガス温度が高くなるに従って大きくなるように設定される。

上記（７）の態様によれば、入口側燃焼ガス温度が高くなるほど有効伝熱面積が大きくなるという特性を加味することで有効伝熱面積を、より精度よく算出できる。

（８）一態様に係る制御装置（３００）は、
（５）から（７）のいずれか一態様の伝熱面評価装置（２００）と、
前記有効伝熱面積に基づいて前記伝熱面のスートを除去するためのスートブロアを制御するための制御部（３０４）と、
を備える。

上記（８）の態様によれば、伝熱面に対して算出された有効伝熱面積に基づいてスートブロアの制御が行われる。有効伝熱面積は伝熱面の汚れを示す指標となるため、有効伝熱面積の大きさに基づいてスートブロア制御を行うことで、適切なタイミングでスートの除去が可能となる。

（９）一態様に係る燃焼ガス温度推定方法は、
蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面（４）に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定方法であって、
前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度（Ｔｇｏｕｔ）を取得する工程と、
前記燃焼ガスの流量（Ｆｇ）を取得する工程と、
前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量（Ｑｓ）を算出する工程と、
前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量（ΔＥｇ）を算出する工程と、
前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピー（Ｅｇｏｕｔ）に前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピー（Ｅｇｉｎ）を算出する工程と、
前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度（Ｔｇｉｎ）を算出する工程と、
を備える。

上記（９）の態様によれば、燃焼ガスと熱交換される蒸気の吸熱量に基づいて、伝熱面による燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出し、出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに加算することで、入口側燃焼ガスのエンタルピーが求められる。これにより、入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて入口側燃焼ガス温度を、伝熱面の入口側に温度センサのようなデバイスを設置することなく、精度よく推定できる。また、このような入口側燃焼ガス温度の推定演算を十分に迅速に行うことで、入口側燃焼ガス温度のリアルタイム推定が可能となる。

（１０）一態様に係る伝熱面評価方法は、
上記（８）の態様の燃焼ガス温度推定方法によって推定された前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記伝熱面の入口側蒸気温度、前記伝熱面の出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積（Ｓ）を算出する工程を備える。

上記（１０）の態様によれば、伝熱面の入口側及び出口側における燃焼ガス及び蒸気の温度、並びに、吸熱量に基づいて、伝熱面の有効伝熱面積が算出される。このように得られた有効伝熱面積は、例えば、伝熱面に蓄積される汚れの影響を示す指標として活用可能である。

（１１）一態様に係る伝熱面管理方法は、
上記（１０）の態様の伝熱面評価方法によって算出された前記有効伝熱面積に基づいて、前記燃焼ガスを生成するためのボイラに添加される汚れ防止剤、又は、前記伝熱面のメンテナンス時期の少なくとも一方を管理する工程を更に備える。

上記（１１）の態様によれば、伝熱面の汚れ等を示す指標である有効伝熱面積に基づいて、燃焼ガスを生成するためのボイラに添加される汚れ防止剤、又は、伝熱面のメンテナンス時期の少なくとも一方が管理される。これにより、伝熱面汚れの進行具合に応じて汚れ防止剤や定検等のメンテナンス、伝熱面の減肉／腐食量の監視等を行うことで、漏洩等の不具合を未然に防止できる。

１ ボイラ
２ 燃焼ガス流路
４ 伝熱面
４ａ 第１伝熱面
４ｂ 第２伝熱面
４ａ 第１伝熱面
６ 蒸気流路
８ 燃焼ガス温度センサ
１０ 燃焼ガス流量センサ
１２ 蒸気温度センサ
１２ａ 第１蒸気温度センサ
１２ｂ 第２蒸気温度センサ
１２ｃ 第３蒸気温度センサ
１３ 蒸気圧力センサ
１３ａ 第１蒸気圧力センサ
１３ｂ 第２蒸気圧力センサ
１３ｃ 第３蒸気圧力センサ
１４ 蒸気流量センサ
１００ 燃焼ガス温度推定装置
１０２ 入口側蒸気温度取得部
１０４ 入口側蒸気圧力取得部
１０６ 出口側蒸気温度取得部
１０８ 出口側蒸気圧力取得部
１１０ 蒸気流量取得部
１１２ 出口側燃焼ガス温度取得部
１１４ 燃焼ガス流量取得部
１１６ 蒸気吸熱量算出部
１１６ａ 蒸気エンタルピー算出部
１１６ｂ 吸熱量算出部
１１８ エンタルピー変化量算出部
１１９ 出口側燃焼ガスエンタルピー算出部
１２０ 入口側燃焼ガスエンタルピー算出部
１２２ 入口側燃焼ガス温度算出部
２００ 伝熱面評価装置
２０２ 有効伝熱面積算出部
２０４ 代表ガス蒸気温度差算出部
２０８ 仮想熱伝達率算出部
２１０ 基準熱伝達率取得部
２１２ 有効伝熱面積算出部
２１４ 補正部
３００ 制御装置
３０２ 有効伝熱面積取得部
３０４ 制御部

Claims (11)

1. 蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定装置であって、
   前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度を取得するための出口側燃焼ガス温度取得部と、
   前記燃焼ガスの流量を取得するための燃焼ガス流量取得部と、
   前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量を算出するための蒸気吸熱量算出部と、
   前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出するためのエンタルピー変化量算出部と、
   前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピーを算出するための入口側燃焼ガスエンタルピー算出部と、
   前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度を算出するための入口側燃焼ガス温度算出部と、
   を備える、燃焼ガス温度推定装置。
2. 前記少なくとも１つの伝熱面は、第１伝熱面、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って上流側に設けられた第２伝熱面を含み、
   前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記第２伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出する場合に、前記出口側燃焼ガス温度取得部は、前記第２伝熱面の前記出口側燃焼ガス温度として、前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記第１伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出した結果を取得する、請求項１に記載の燃焼ガス温度推定装置。
3. 前記少なくとも１つの伝熱面は、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って設けられた複数の伝熱面を含み、
   前記入口側燃焼ガス温度算出部が前記複数の伝熱面のうち最下流に位置する前記伝熱面について前記入口側燃焼ガス温度を算出する場合に、前記出口側燃焼ガス温度取得部は、前記複数の伝熱面より下流側に設けられた温度センサの検出値を取得する、請求項１又は２に記載の燃焼ガス温度推定装置。
4. 前記伝熱面の入口側蒸気温度を検出するための入口側蒸気温度検出部と、
   前記伝熱面の入口側蒸気圧力を検出するための入口側蒸気圧力検出部と、
   前記伝熱面の出口側蒸気温度を検出するための出口側蒸気温度検出部と、
   前記伝熱面の出口側蒸気圧力を検出するための出口側蒸気圧力検出部と、
   を更に備え、
   前記蒸気吸熱量算出部は、前記入口側蒸気温度、前記入口側蒸気圧力、前記出口側蒸気温度、及び、前記出口側蒸気圧力に基づいて前記蒸気のエンタルピーを算出し、前記蒸気のエンタルピーに基づいて前記吸熱量を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼ガス温度推定装置。
5. 請求項４に記載の燃焼ガス温度推定装置と、
   前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記入口側蒸気温度、前記出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積を算出するための有効伝熱面積算出部と、
   を備える、伝熱面評価装置。
6. 前記入口側燃焼ガス温度に基づいて、前記有効伝熱面積に乗算される補正値を算出するための補正値算出部を更に備える、請求項５に記載の伝熱面評価装置。
7. 前記補正値は、前記入口側燃焼ガス温度が高くなるに従って大きくなるように設定される、請求項６に記載の伝熱面評価装置。
8. 請求項５から７のいずれか一項に記載の伝熱面評価装置と、
   前記有効伝熱面積に基づいて前記伝熱面のスートを除去するためのスートブロアを制御するための制御部と、
   を備える、制御装置。
9. 蒸気との熱交換を行うための少なくとも１つの伝熱面に供給される燃焼ガスの温度を推定するための燃焼ガス温度推定方法であって、
   前記伝熱面の出口側燃焼ガス温度を取得する工程と、
   前記燃焼ガスの流量を取得する工程と、
   前記伝熱面における前記蒸気の吸熱量を算出する工程と、
   前記吸熱量、及び、前記燃焼ガスの流量に基づいて、前記伝熱面における前記燃焼ガスのエンタルピー変化量を算出する工程と、
   前記出口側燃焼ガス温度に対応するエンタルピーに前記エンタルピー変化量を加算することにより、前記伝熱面の入口側における前記燃焼ガスの入口側燃焼ガスエンタルピーを算出する工程と、
   前記入口側燃焼ガスエンタルピーに基づいて、前記伝熱面の入口側燃焼ガス温度を算出する工程と、
   を備える、燃焼ガス温度推定方法。
10. 請求項８に記載の燃焼ガス温度推定方法によって推定された前記入口側燃焼ガス温度、前記出口側燃焼ガス温度、前記伝熱面の入口側蒸気温度、前記田園津面の出口側蒸気温度、及び、前記吸熱量に基づいて前記伝熱面の有効伝熱面積を算出する工程を備える、伝熱面評価方法。
11. 請求項１０に記載の伝熱面評価方法によって算出された前記有効伝熱面積に基づいて、前記燃焼ガスを生成するためのボイラに添加される汚れ防止剤、又は、前記伝熱面のメンテナンス時期の少なくとも一方を管理する工程を更に備える、伝熱面管理方法。

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