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1. (WO2017110359) PLANT MONITORING SYSTEM AND PLANT MONITORING METHOD
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明 細 書

発明の名称 プラント監視システム及びプラント監視方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0008   0009  

課題を解決するための手段

0010   0011  

発明の効果

0012   0013  

図面の簡単な説明

0014  

発明を実施するための形態

0015  

実施例 1

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050  

産業上の利用可能性

0051  

符号の説明

0052  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : プラント監視システム及びプラント監視方法

技術分野

[0001]
 本発明は、プラントにおいて、到着燃料ごとに受入重量、使用重量、購入単価を管理することにより、プラントに供給されている燃料の単価を計算し、さらに、プラントから取得したデータを基に構成機器の効率低下量を計算することにより、効率低下に伴い生じた燃料増加による損失コストを評価するプラント監視システム及びプラント監視方法に関する。

背景技術

[0002]
 発電プラント、例えば、石炭ボイラプラントは、伝熱配管への灰などの付着により経時的に効率が低下していく。効率が低下すると、過剰に燃料が消費され、運転コストが上昇する。ボイラには、配管表面の汚れを除去する装置としてスートブロワが設置されている。スートブロワは高温蒸気の噴射により灰を除去する装置であり、ボイラ運転中に動作する。しかし、スートブロワでは汚れを完全に除去することは困難であり、定期検査などのプラント停止時に、作業員がボイラ内に入り、手作業で汚れを落とす。この洗浄作業は、作業員の人件費がかかるのに加え、高所にある伝熱配管を洗浄するために足場を組む必要があり、作業コストがかかる。
[0003]
 以上のような背景から、洗浄などの保守作業を頻繁に実施するのは得策ではなく、効率低下に伴う運転コストの増加量と、効率改善のための保守コストの両者を鑑みて、トータルコストが最小となるように、保守作業を実施する頻度を調整するのが有効である。
[0004]
 運転コスト、すなわち、燃料コストを算出するには、機器効率の通常値からの偏差を算出し、これを燃料の増加量に換算する。燃料増加量に対し、燃料単価を乗じることで、効率低下による燃料コストの増加量を求めることができる。このとき、プラントの負荷、大気条件、燃料特性(発熱量、組成)によって、プラントの効率や燃料の消費量も時々刻々と変わるため、機器の効率、効率低下に伴う燃料増加量、及び、燃料コスト増加量の計算は、時系列に処理する必要がある。
[0005]
 しかしながら、発電プラント、特に石炭ボイラプラントで使用される燃料の単価をリアルタイムで時系列に把握するのは困難である。これは、発電プラントの燃料が、購入契約を締結した後、現地鉱山からの搬送と発電サイトでの貯蔵によるタイムラグが生じるためである。さらに、燃料種類が同じでも、購入時期によって単価が異なることが管理を困難にしている。つまり、単価が異なる同種の燃料が同時に発電サイトに貯蔵される場合がある。以上の点から、現時点でプラントに供給されている燃料と、燃料の購入情報、すなわち単価との対応関係を取るのが困難である。さらに、石炭ボイラの場合、異なる炭種を混合して使用する場合があり、このときの混炭率も変わる。このため、ボイラに供給される石炭の単価が一定ではなく、連続的に変わるという特徴がある。
[0006]
 燃料の単価を管理するためのシステムとしては、特許文献1に、燃料業務処理システムとして記載されている。このシステムは、発電サイトが受け入れた燃料の総量と使用した燃料の総量を月1回程度の頻度で求め、両者の差分から貯蔵量を把握する。この情報と購入単価を用いて、貯蔵燃料に対して資産額を算出する。資産額を把握する目的は、発電会社の経理業務の支援である。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特開2005-301397

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0008]
 前述しように、特許文献1に記載のシステムにより、発電サイトに貯蔵された燃料の資産額を把握することができる。しかしながら、このシステムでは、時々刻々と変わるボイラへの供給燃料の単価、すなわち、燃料単価の時系列変化を把握できない。
[0009]
 また、ボイラの運転条件によって変化する機器効率、効率低下に伴う燃料増加量の時系列データに対して、燃料単価の時系列データと組み合わせて、燃料コストの増加量を把握することが不可能である。

課題を解決するための手段

[0010]
 上記課題を解決する為に、本発明に係るプラント監視システムは、燃料種類ごとの単価情報を登録する燃料情報登録部と、燃料種類ごとにプラントに供給する燃料の供給量を管理する貯蔵燃料管理部と、前記単価情報及び前記供給量に基づいて、前記プラントに供給されている燃料単価を計算する供給燃料計算部とを備えることを特徴とする。
[0011]
 また、上記の構成に加えて、前記プラント又は前記プラントの構成機器の効率の変化量を計算する効率計算部と、前記効率の変化によって生じた燃料の変化量を計算し、前記燃料単価及び前記燃料の変化量に基づいて損失コストを計算する損失コスト計算部とを更に備えることを特徴とする。

発明の効果

[0012]
 本発明によれば、プラントに供給している燃料の単価を時系列データとして評価することが可能になる。
[0013]
 また、このデータと、プラントの効率分析による燃料変化量の時系列データを組み合わせることで、効率変化による燃料コストの変化量を時系列データとして得ることができる。これにより、時々刻々と変わるプラントの運転条件と効率変化に応じた、燃料コストの変化を把握することが可能になり、効率変化による燃料コストへの影響を高精度で評価することができる。

図面の簡単な説明

[0014]
[図1] 本発明の実施例である発電プラントの運転コスト監視システムの構成を示す図である。
[図2] 貯蔵石炭データベースの構成を示す図である。
[図3] 供給石炭データベースの構成を示す図である。
[図4] プラントデータベースの構成を示す図である。
[図5] 効率データベースの構成を示す図である。
[図6] 損失コストデータベースの構成を示す図である。
[図7] システムの表示画面例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0015]
 本発明による発電プラントの運転コスト監視システムの構成について図面を参照して以下に説明する。
実施例 1
[0016]
 図1は、本発明の実施例になる発電プラントの運転コスト監視システムを示す図である。1は運転コスト監視システムである。2はシステムの計算結果を表示する表示装置である。3は発電プラントである。本実施例になるシステムでは石炭ボイラプラントをコスト監視の対象としている。31は発電プラントを構成する石炭ボイラ、32は蒸気タービンである。33は石炭ボイラへ供給される燃料の流量を計測するセンサである。4は発電プラントを制御する制御装置である。5は発電サイトの貯炭場に貯蔵される石炭である。63は石炭を石炭ボイラへ供給する前に一時的に貯蔵する石炭バンカーである。62は石炭バンカーへ石炭を搬送する前に、複数種類の石炭を混合するブレンダーである。61は貯炭場からブレンダーに搬送される石炭の流量を炭種ごとに計測するセンサである。7は石炭を購入したときの購入情報を管理する購買システム、71は購買情報を格納する購買情報データベースである。
[0017]
 図1を参照して、運転コスト監視システム1での処理を説明する。
[0018]
 購入した石炭が発電サイトに到着すると、燃料管理者は、石炭情報登録部11を通して、購買情報データベース71から該当する石炭の購入情報を取得する。燃料管理者には、事前に購入番号、購入契約日が通知されており、これと一致する購買情報を購買情報データベースから検索する。検索処理によって取得した購買情報は、貯蔵石炭データベース16に格納される。
[0019]
 図2は貯蔵石炭データベースに格納されるデータの構成を示している。図2(a)が、購買情報データベースから取得した情報を示している。前記したように、データ検索のキーとなる購入番号と購入契約日に加えて、購入番号に対応する炭種コード、炭種名、単価のデータが格納される。本実施例になる装置では、各炭種にコード番号を付けて管理する。
[0020]
 また、燃料管理者は、石炭到着時に石炭発熱量と組成の分析作業を行う。燃料管理者は、分析データも石炭情報登録部11を通して入力する。入力されたデータは、貯蔵石炭データベース16に格納される。図2(b)が、燃料管理者が登録した石炭の発熱量、及び、組成(水分比率、灰分比率など)のデータである。
[0021]
 発電サイトに石炭が到着すると、前記したように石炭情報登録部11を通して各種データを登録した後、発電サイト内に設置された貯炭場に保管される。図1に示すように、貯炭場では石炭が炭種ごとに保管される。貯炭場に保管された石炭は、石炭ボイラでの石炭消費量に応じて、ベルトコンベアを通してブレンダー62に搬送される。ベルトコンベアには流量計61が設置されており、ブレンダーに搬送される石炭流量を炭種ごとに計測できる。
[0022]
 燃料管理者は、石炭情報登録部11を通して、石炭の受入重量、及び貯炭場からブレンダーへ搬送するベルトコンベアの番号を登録する。登録されたデータは、貯蔵石炭データベース16に格納される。図2(c)が、燃料管理者が登録したベルトコンベアの番号、及び受入重量のデータである。前記した購入番号と対応させて格納される。
[0023]
 次に、運転コスト監視システム1を構成する貯蔵石炭管理部12は、炭種ごとの流量データを取り込み、貯炭場に保管された石炭の残重量を計算し、貯蔵石炭データベース16に格納する。図2(c)に示したように、残重量が格納される。貯蔵石炭管理部12は、データベースに格納された受入重量から、ベルトコンベアごとに設置された流量計61による計測値を差し引いて値を更新する処理を一定時間間隔で行う。これにより、貯炭場に保管された石炭の残重量をリアルタイムで求めることができる。残重量が0まで達したら、同じベルトコンベアの番号に該当する別の石炭の搬送が始まったことを示す。
[0024]
 次に、運転コスト監視システム1を構成する供給石炭計算部13は、貯蔵石炭管理部12から、各ベルトコンベアでブレンダー62に供給されている石炭の購入番号、及び、流量を取り込む。これらのデータと貯蔵石炭データベース16に格納されているデータを用いて、数1により混炭率を計算する。
[0025]
[数1]


[0026]
 また、混炭率を基に、ボイラに供給されている石炭の単価を数2により計算する。ここで、炭種ごとの単価データは、図2(a)に示したように、購入番号ごとに貯蔵石炭データベース16に格納されている。
[0027]
[数2]


[0028]
 同様に、供給石炭計算部13は、ボイラに供給されている石炭の発熱量を数3により計算する。ここで、炭種ごとの発熱量データは、図2(b)に示したように、購入番号ごとに貯蔵石炭データベース16に格納されている。
[0029]
[数3]


[0030]
 他の組成データも同様に、石炭の混炭率による加重平均により、ボイラに供給されている石炭に応じた値を計算する。計算式は数3と同様であるので省略する。
[0031]
 供給石炭計算部13での計算結果は、供給石炭データベース17に格納される。図3に、データベースの構成を示す。図3(a)では、混ぜた炭種を示すコード番号と、その混炭率を格納している。このデータは、時々刻々と変わる値をタイムスタンプと共に時系列データとして格納される。図3(b)では、石炭単価を時系列データとして格納している。同様に、図3(c)では、石炭発熱量と組成を時系列データとして格納している。
[0032]
 次に、発電プラント3のプラントデータを格納する方法を説明する。本実施例になるシステムでは、制御装置4が、発電プラントに設置されたセンサの計測データ、及び、計測データを基に演算した制御信号を集約している。制御装置4は、センサと制御信号のデータをプラントデータベース18に格納する。図4は、プラントデータベース18の構成を示している。図に示すように、各データが時系列データとして格納される。
[0033]
 次に、効率計算部14が発電プラントの構成機器の効率を計算する。本実施になるシステムで計算する効率としては、プラントの発電効率、ボイラ室効率、及び、タービン室効率である。それぞれの計算式を数4、5、6に示す。
[0034]
[数4]


[0035]
[数5]


[0036]
[数6]


[0037]
 発電効率は、数4に示すようにボイラ室効率とタービン室効率の積によって求める。また、ボイラ室効率は、ボイラに供給される石炭の総熱量に対するボイラ出口蒸気の熱量によって求める。また、タービン室効率は、タービン入口の蒸気熱量に対する発電機出力によって求める。これらの効率計算に必要なデータは、全てプラントデータベース18に格納されており、効率計算部14がデータベースからデータを取り込み、計算処理を行う。効率計算の結果は、効率データベース19に格納される。図5は、効率データベース19の構成を示している。図に示すように、各効率の値が時系列データとして格納される。
[0038]
 次に、損失コスト計算部15が効率の変化量に対する損失コストを計算する。ここでの損失コストは、効率の変化によって生じた燃料コストの増加量である。燃料増加量は、数7によって求める。
[0039]
[数7]


[0040]
 数7は、ボイラ室効率の低下によって生じた燃料増加量を示す。あらかじめ、ボイラ室効率の基準値を設定しておき、基準値からの偏差を燃料流量に換算して求める。計算に必要なデータは、プラントデータベース18または効率データベース19に格納されている。
[0041]
 次に、数8により損失コストを求める。
[0042]
[数8]


[0043]
 損失コストは、前記の数7で求めた燃料増加量に対し、石炭の単価を乗じることで計算する。石炭単価のデータは、供給石炭データベース17に格納されている。ここでの損失コストは、時間当たりの燃料コストの増加量である。運転条件や効率の変化によって変わる瞬時値に相当する。
[0044]
 次に、数9により損失コストの累積値を求める。
[0045]
[数9]


[0046]
 損失コスト累積値は、数8で求めた時間当たりの損失コストを累積した値である。累積する際の基準、すなわち、累積の開始点は、洗浄などの保守作業後を設定する。つまり、損失コスト累積値は、保守作業を実施してから、経時的な効率低下によって生じた損失コストの現在までのトータルの金額を示す。
[0047]
 損失コストの計算結果は、損失コストデータベース20に格納される。図6は、損失コストデータベース20の構成を示している。図に示すように、効率低下による燃料増加量、損失コスト、損失コスト累積値が時系列データとして格納される。
[0048]
 前記の数7~9は、ボイラ室効率の低下によって生じた損失コストを示す。同様の処理で、タービン室効率の低下によって生じた損失コストも計算できる。つまり、発電プラントを構成する機器ごとの損失コストを計算できるため、どの機器が燃料コストを大きく上昇させているかが判断できる。
[0049]
 運転コスト監視システム1が計算した各種パラメータは、図1の表示制御部21によって表示装置2へ表示できる。図7は、表示画面例である。データベースに時系列データとして格納された各種パラメータをトレンド表示している。この例では、ボイラ室効率の変化によって生じた損失コストに関するパラメータを表示しており、損失コストの上昇幅や、これまでの損失コストの累積値などの運転コストに関する傾向を把握することができる。
[0050]
 本発明になるシステムによれば、発電サイトに石炭が到着した際に、購入情報と対応させることで単価を管理する。また、炭種ごとの流量データを利用することで、炭種ごとの残重量を把握し、さらに、複数種類の炭種を混炭してボイラに供給する場合でも石炭の単価を計算する。これにより、石炭の単価を時系列データとして評価することが可能になる。この単価データと、効率分析の時系列データを組み合わせることで、効率低下によって生じた損失コストをトレンドとして把握することができる。

産業上の利用可能性

[0051]
 本発明になるシステムによれば、発電プラント、化学プラントを始めとした燃料管理が必要なプラント全般に利用できる。

符号の説明

[0052]
1 運転コスト監視システム
2 表示装置
3 発電プラント
4 制御装置
5 貯炭場に貯蔵されている石炭
7 購買システム
11 石炭情報登録部
12 貯蔵石炭管理部 
13 供給石炭計算部
14 効率計算部
15 損失コスト計算部
16 貯蔵石炭データベース
17 供給石炭データベース
18 プラントデータベース
19 効率データベース
20 損失コストデータベース
21 表示制御部
31 石炭ボイラ
32 蒸気タービン
33 ボイラに供給する石炭の流量計
61 石炭バンカーに搬送する石炭の流量計
62 ブレンダー
63 石炭バンカー
71 購買情報データベース

請求の範囲

[請求項1]
 燃料種類ごとの単価情報を登録する燃料情報登録部と、
 燃料種類ごとにプラントに供給する燃料の供給量を管理する貯蔵燃料管理部と、
 前記単価情報及び前記供給量に基づいて、前記プラントに供給されている燃料単価を計算する供給燃料計算部とを備えること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項2]
 請求項1に記載のプラント監視システムは、
 前記プラント又は前記プラントの構成機器の効率の変化量を計算する効率計算部と、
 前記効率の変化によって生じた燃料の変化量を計算し、前記燃料単価及び前記燃料の変化量に基づいて損失コストを計算する損失コスト計算部とを更に備えること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項3]
 請求項1に記載のプラント監視システムにおいて、
 前記燃料情報登録部は、燃料種類ごとの受入重量を登録しており、
 前記貯蔵燃料管理部は、前記受入重量と前記供給量の差分から残重量を更新すること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項4]
 請求項1に記載のプラント監視システムにおいて、
 燃料の単価情報は購買システムから取得すること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項5]
 請求項1に記載のプラント監視システムにおいて、
 前記プラントは石炭ボイラ発電プラントを含み、かつ前記燃料は石炭を含むことを特徴とするプラント監視システム。
[請求項6]
 請求項1に記載のプラント監視システムにおいて、
 前記供給燃料計算部は、前記燃料種類ごとの前記供給量の計測情報に基づいて前記プラントに供給される燃料の混合率の変化を計算すること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項7]
 請求項2に記載のプラント監視システムは、
 前記燃料単価、前記効率の変化量、前記燃料の変化量又は前記損失コストの内少なくとも一つについて、トレンドデータとして表示する表示装置を備えること
 を特徴とするプラント監視システム。
[請求項8]
 燃料種類ごとの単価情報を登録するステップと、
 燃料種類ごとにプラントに供給する燃料の供給量を管理するステップと、
 前記単価情報及び前記供給量に基づいて、前記プラントに供給されている燃料単価を計算するステップとを備えること
 を特徴とするプラント監視方法。
[請求項9]
 請求項8に記載のプラント監視方法は、
 前記プラント又は前記プラントの構成機器の効率の変化量を計算するステップと、
 前記効率の変化によって生じた燃料の変化量を計算し、前記燃料単価及び前記燃料の変化量に基づいて損失コストを計算するステップとを更に備えること
 を特徴とするプラント監視方法。
[請求項10]
 請求項8に記載のプラント監視方法において、
 前記燃料種類ごとの受入重量を登録し、前記受入重量と前記供給量の差分から残重量を更新すること
 を特徴とするプラント監視方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]