JP2002147708A

JP2002147708A - ボイラの給水制御方法

Info

Publication number: JP2002147708A
Application number: JP2000348911A
Authority: JP
Inventors: Akinori Kawakami; 昭典川上; Tatsuki Kobayashi; 立季小林
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気の乾き度の低下を確実に防止するこ
とのできるボイラの給水制御方法を提供すること。【解決手段】水管４内の水位が所定の設定水位Ａ以下
となると給水を開始し、前記水位が前記設定水位Ａに達
してから所定時間経過後、給水を停止するボイラ１の水
位制御方法において、前記水管４内の水が所定の設定温
度以下のときには、前記水位が前記設定水位Ａに達した
とき給水を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラの給水制
御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ，たとえば貫流ボイラにおいて
は、缶体，とくに水管の過熱を防止するとともに、前記
貫流ボイラからの蒸気を所定の乾き度に維持するため
に、前記貫流ボイラの水管内の水位（以下、「管内水
位」という）を所定範囲内に維持する給水制御が行われ
ている。この給水制御においては、前記水管内の水（以
下、「缶水」という）との接触によって前記管内水位を
検出する電極式水位検出手段が用いられており、この電
極式水位検出手段によって前記管内水位が所定の設定水
位に達していると検出されてから所定時間経過するまで
給水を行っている。

【０００３】ところで、前記貫流ボイラにおいては、通
常、前記貫流ボイラの燃焼装置の作動と停止が煩雑に行
われないように設定されているが、前記貫流ボイラに接
続される蒸気使用機器の種類や稼動状況によっては、前
記燃焼装置の作動と停止が短時間で繰り返し行われるこ
とがある。この場合、前記燃焼装置を停止させた後、再
び作動させたときに蒸気の乾き度が低下することがあっ
た。この理由についてつぎに説明する。

【０００４】まず、前記燃焼装置の作動中においては、
前記缶水が沸騰して大きな気泡が多量に発生している状
態となっているため、前記電極式水位検出手段は、気泡
との接触により、前記管内水位を実際の前記管内水位よ
りも高く検出してしまう。そこで、前記のように、前記
管内水位が前記設定水位に達していると検出されてか
ら、所定時間経過するまで給水を行うことにより、実際
の前記管内水位を前記設定水位まで上昇させている。

【０００５】ところが、前記燃焼装置の停止時において
は、前記缶水の沸騰が治まって、大きな気泡が消滅して
いるため、前記電極式水位検出手段は、前記缶水の水面
との接触によって実際の前記管内水位を検出することに
なる。そのため、前記管内水位が前記設定水位に達して
いると検出されてから所定時間経過するまで給水を行う
と、前記管内水位は前記設定水位より高くなってしま
う。すると、前記燃焼装置を再び作動させたときに、前
記管内水位が前記設定水位より高い状態で前記缶水が沸
騰状態となるため、前記貫流ボイラからの蒸気に前記缶
水が同伴されて流出し、蒸気の乾き度が低下する。とく
に、前記燃焼装置の作動と停止が短時間で繰り返し行わ
れる場合のように、前記缶水の沸騰が治まってすぐに前
記燃焼装置を作動させるような場合には、前記燃焼装置
の作動により前記缶水が即座に沸騰するため、蒸気に同
伴される前記缶水が多くなり、蒸気の乾き度が大幅に低
下し易い。

【０００６】そこで、前記貫流ボイラにおいては、前記
燃焼装置の作動と停止が短時間で繰り返し行われたとし
ても、乾き度の低下を確実に防止することが要望されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、蒸気の乾き度の低下を確実に防止するこ
とのできるボイラの給水制御方法を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、水管内の水位が所定の設定水位以下となると給水を
開始し、前記水位が前記設定水位に達してから所定時間
経過後、給水を停止するボイラの給水制御方法におい
て、前記水管内の水が所定の設定温度以下のときには、
前記水位が前記設定水位に達したとき給水を停止するこ
とを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。この発明は、ボイラ，とくに貫流ボイラ
において好適に実施することができる。

【００１０】さて、この発明のボイラの給水制御方法に
おいては、前記ボイラの水管内の水位（以下、「管内水
位」という）および前記水管内の水（以下、「缶水」と
いう）の温度に基づいて、給水制御を行う。すなわち、
前記管内水位が所定の設定水位以下となると給水を開始
し、前記管内水位が前記設定水位に達してから所定時間
経過後、給水を停止する。そして、前記缶水の温度（以
下、「缶水温度」という）が所定の設定温度より低いと
きは、前記管内水位が前記設定水位以下となると給水を
開始し、前記管内水位が前記設定水位に達したとき給水
を停止する。

【００１１】つぎに、前記給水制御方法について詳細に
説明する。まず、前記管内水位および前記缶水温度の検
出について説明すると、まず前記管内水位は、前記水管
に設けた水位検出手段を用いて直接検出する。前記のよ
うな水位検出手段としては、たとえば電極式水位検出手
段を用いる。つぎに、前記缶水温度は、前記水管内に設
けた適宜の温度検出手段を用いて直接検出する。

【００１２】つぎに、前記設定水位および前記設定温度
について説明する。まず、前記設定水位は、前記水管の
過熱を防止し、かつ前記ボイラからの蒸気を所定の乾き
度に維持することができる水位である。前記設定水位に
ついて、さらに説明すると、前記ボイラにおいては、前
記設定水位を高く設定するほど、前記水管が過熱し難く
なるが、蒸気の乾き度が低くなり、逆に前記設定水位を
低く設定するほど、蒸気の乾き度が高くなるが、前記水
管，とくにその上部が過熱し易くなる。したがって、前
記設定水位は、前記水管の過熱を防止することができる
水位と、所望の乾き度の蒸気を得ることができる水位と
に基づいて決定する。

【００１３】つぎに、前記設定温度は、前記缶水が沸騰
状態となる温度に基づいて決定される温度であって、前
記缶水が沸騰し、前記水管内に大きな気泡が大量に発生
している状態と、前記缶水が沸騰しておらず、前記水管
内に気泡が発生していないか、または小さな気泡が発生
している状態とを区別する温度である。前記設定温度に
ついて、さらに説明すると、まず前記缶水は、前記ボイ
ラの燃焼装置の作動時において、前記水管内の圧力に対
応する飽和蒸気温度以上であれば、沸騰状態となる。前
記燃焼装置は、前記水管内を所定圧力に維持するように
制御されるため、前記設定温度は、前記所定圧力に対応
する飽和蒸気温度に基づいて決定する。

【００１４】さて、前記給水制御方法において、前記缶
水温度の検出値が前記設定温度以上の場合は、前記缶水
が沸騰して大きな気泡が多量に発生している状態であ
る。この状態では、前記水位検出手段は、気泡との接触
によって前記管内水位が前記設定水位に達していると検
出してしまうが、実際の前記管内水位は、前記設定水位
よりも低くなっている。そこで、前記水位検出手段によ
って、前記管内水位が前記設定水位に達していると検出
されてから、所定時間経過するまで給水を行うことによ
り、実際の前記管内水位を前記設定水位まで上昇させ
る。

【００１５】一方、前記缶水温度の検出値が前記設定温
度以下の場合は、前記缶水が沸騰しておらず、前記水管
内に気泡が発生していないか、または小さな気泡が発生
している状態である。この状態では、前記水位検出手段
は、前記缶水の水面との接触により、実際の前記管内水
位を検出することができるため、前記管内水位が前記設
定水位に達したときに給水を停止する。すると、前記管
内水位が前記設定水位より高くなるのを直ちに防止する
ことができる。そのため、前記燃焼装置を再び作動させ
たときに、前記管内水位が前記設定水位より高い状態で
前記缶水が沸騰状態となるのを防止することができ、し
たがって蒸気の乾き度の低下を防止することができる。
また、前記管内水位が前記設定水位に維持されることに
より、前記水管の過熱を防止することができる。

【００１６】ここで、前記缶水温度の検出値が前記設定
温度以上の場合は、前記燃焼装置が作動している場合が
該当する。また、前記缶水温度の検出値が前記設定温度
以下の場合は、前記燃焼装置の作動と停止が短時間で繰
り返されるときのように、前記燃焼装置が停止中にも拘
わらず、前記缶水温度が低下していない状態や、一日の
最初に前記ボイラを起動するときのように、前記ボイラ
や前記缶水が冷えた状態，いわゆる冷態時が該当する。

【００１７】以上のように、この発明のボイラの給水制
御方法によれば、前記缶水温度に応じた給水制御を行う
ことにより、前記水管の過熱を防止した状態で、蒸気の
乾き度の低下を常に防止することができる。

【００１８】ここで、以上の説明において、前記管内水
位は、前記水管内に設けた水位検出手段を用いて直接検
出する構成としているが、前記水管に接続した容器内に
水位検出手段を設けることにより、前記容器内の水位を
前記管内水位として間接的に検出する構成とすることが
できる。

【００１９】また、以上の説明において、前記缶水温度
は、前記水管内に設けた温度検出手段によって直接検出
する構成としているが、前記水管の温度（以下、「水管
温度」という）に基づいて間接的に検出する構成とする
ことができる。この場合には、前記温度検出手段は、前
記水管において、前記燃焼装置による熱の影響が少ない
箇所，好ましくは前記燃焼装置による熱の影響を受けな
い箇所に設ける。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は、この発明を実施するボイラの一
例を概略的に示す説明図であり、図２は、この発明の一
実施例における水管内の水の温度が設定温度以上の場合
の給水制御状況を模式的に示す説明図であり、また図３
は、この発明の一実施例における水管内の水の温度が設
定温度以下の場合の給水制御状況を模式的に示す説明図
である。ここで、この発明を実施するボイラは、多管式
貫流ボイラである。また、この多管式貫流ボイラには、
いわゆる二連水位制御システムが用いられている。さら
に、この実施例は、前記水管内の水（以下、「缶水」と
いう）の温度を前記水管の温度（以下、「水管温度」と
いう）に基づいて間接的に検出することにより、給水制
御を行う例である。

【００２１】まず、図１を参照しながら、ボイラの基本
構成について説明する。図１において、前記ボイラ１の
缶体（符号省略）は、上部ヘッダ２と下部ヘッダ３との
間に多数の水管４，４，…を接続した構造である。前記
上部ヘッダ２には、蒸気供給ライン５が接続されてお
り、また前記下部ヘッダ３には、給水ポンプ６を備えた
給水ライン７が接続されている。前記上部ヘッダ２の上
部には、燃焼装置８が取り付けられている。

【００２２】つぎに、前記ボイラ１の制御構成について
説明する。まず、前記上部ヘッダ２には、前記ボイラ１
への負荷要求を蒸気圧として検出するための圧力検出手
段９が設けられている。また、前記各水管４のうちの１
本には、前記燃焼装置８による熱の影響を受けない箇所
に前記水管温度を検出するための温度検出手段１０が設
けられている。さらに、前記ボイラ１は、給水制御手段
としての二連水位制御システム（符号省略）が設けられ
ている。

【００２３】つぎに、前記二連水位制御システムについ
て、さらに説明すると、まず前記二連水位制御システム
は、前記水管４内の水位（以下、「管内水位」という）
を直接検出する第一水位検出手段１１と、前記管内水位
を間接的に検出する第二水位検出手段１２とを備えてい
る。前記第一水位検出手段１１は、いわゆる電極式水位
検出手段であって、第一水位検出電極１３を備えてい
る。この第一水位検出電極１３は、前記上部ヘッダ２を
貫通させ、前記各水管４のうちの１本の水管４内へ挿入
された状態で設けられている。前記第一水位検出電極１
３の下端は、前記各水管４の過熱を防止し、前記ボイラ
１からの蒸気の乾き度の低下を防止することができる水
位（以下、「第一設定水位」という）Ａに該当する。こ
こで、前記第一設定水位Ａについて、さらに説明する
と、前記ボイラ１においては、前記第一設定水位Ａを高
く設定するほど、前記各水管４が過熱し難くなるが、蒸
気の乾き度が低くなり、逆に前記第一設定水位Ａを低く
設定するほど、蒸気の乾き度が高くなるが、前記各水管
４の上部が過熱し易くなる。したがって、前記第一設定
水位Ａは、前記各水管４の過熱を防止することができる
水位と、所望の乾き度の蒸気を得ることができる水位と
に基づいて決定した水位である。

【００２４】一方、前記第二水位検出手段１２は、前記
上部ヘッダ２および前記下部ヘッダ３間を連通する配管
１４中の容器１５に設けられている。前記第二水位検出
手段１２は、前記第一水位検出手段１１と同様に、電極
式水位検出手段であって、互いに長さの異なる３本の水
位検出電極１６〜１８を備えている。前記第二水位検出
手段１２の各水位検出電極１６〜１８のうち、最も短い
第二水位検出電極１６の下端は、前記給水ポンプ６を停
止させるための第二設定水位Ｂに該当し、中間の長さの
第三水位検出電極１７の下端は、前記給水ポンプ６を作
動させるための第三設定水位Ｃに該当し、また最も長い
第四水位検出電極１８の下端は、前記ボイラ１における
低水位を検出して前記ボイラ１を緊急停止させるための
第四設定水位Ｄに該当する。また、前記第二水位検出手
段１２における各設定水位Ｂ〜Ｄは、前記第一設定水位
Ａよりも低い位置としている。

【００２５】前記各検出手段９〜１２は、それぞれ回線
１９を介して前記制御器２０にそれぞれ接続されてい
る。また、前記制御器２０には、前記給水ポンプ６およ
び前記燃焼装置８のそれぞれが回線１９を介してそれぞ
れ接続されている。そして、前記制御器２０は、予め設
定されたプログラムにしたがい、前記ボイラ１の負荷の
状況，すなわち前記圧力検出手段９による前記ボイラ１
内の蒸気圧の検出値に基づいて、前記燃焼装置８を制御
することにより、前記ボイラ１の燃焼制御を行う。ま
た、前記制御器２０は、前記各水位検出手段１１，１２
のそれぞれからの検出値に基づいて、前記給水ポンプ６
を制御することにより、前記ボイラ１内の水位を所定範
囲内に維持する給水制御を行う。

【００２６】つぎに、前記各水位検出手段１１，１２に
よる給水制御について説明すると、まず前記給水ポンプ
６を作動させる条件は、前記管内水位が前記第一水位検
出電極１３における第一設定水位Ａ以下となったとき、
または前記第三水位検出電極１７における第三設定水位
Ｃ以下となったときである。つぎに、前記給水ポンプ６
を停止させる条件は、前記管内水位が前記第二水位検出
電極１６における第二設定水位Ｂに達し、かつ前記第一
水位検出電極１３における第一設定水位Ａに達してから
所定時間，たとえば１５秒経過後である。

【００２７】つぎに、前記管内水位と前記水管温度とに
基づく給水制御方法について説明する。この給水制御方
法においては、前記水管温度の検出値と、前記制御器２
０に予め記憶させた所定の設定温度とを比較し、その比
較結果に応じて、前記給水ポンプ６の作動を制御する。

【００２８】ここで、前記設定温度について説明する
と、前記設定温度は、前記缶水が沸騰状態となる温度に
基づいて決定される温度であって、前記缶水が沸騰し、
前記各水管４内に大きな気泡が大量に発生している状態
と、前記缶水が沸騰しておらず、前記各水管４内に気泡
が発生していないか、または小さな気泡が発生している
状態とを区別することができる温度である。

【００２９】前記設定温度について、さらに説明する
と、まず前記各水管４内の圧力は、前記ボイラ１の燃焼
制御によって、所定圧力に維持されているため、前記缶
水は、前記所定圧力に対応する飽和蒸気温度以上であれ
ば、沸騰状態となる。そのため、前記設定温度は、前記
飽和蒸気温度とほぼ同じか若干高い温度に設定する。た
とえば、前記所定圧力が、ゲージ圧で、０．７９Ｍｐａ
（８kg／cm²）のとき、前記飽和蒸気温度は、約１７５
℃であるため、前記設定温度は、１７５℃とする。

【００３０】さて、前記管内水位と前記水管温度とに基
づく給水制御方法において、前記水管温度の検出値が前
記設定温度以上の場合には、前記のように、前記管内水
位が前記第一設定水位Ａに達したことが検出されてから
前記所定時間経過後、前記給水ポンプ６を停止させる。
すなわち、前記水管温度の検出値が前記設定温度以上の
場合には、前記燃焼装置８の作動によって、前記各水管
４が加熱されている状態であり、図２に示すように、前
記各水管４内の前記缶水が沸騰状態となり、大きな気泡
が多量に発生した状態となっている。この状態では、気
泡が前記第一水位検出電極１３に接触すると、前記管内
水位が前記第一設定水位Ａに達していると検出されてし
まうが、実際の前記管内水位は、前記第一設定水位Ａよ
りも低くなっている。そこで、この場合には、前記第一
水位検出電極１３によって、前記管内水位が前記第一水
位検出電極１３に達していると検出してから前記所定時
間経過するまで、前記給水ポンプ６を作動させ、実際の
前記管内水位を上昇させる。すると、図２に示すよう
に、実際の前記管内水位を前記第一設定水位Ａとするこ
とができるため、前記各水管４の上部の過熱を防止する
ことができる。

【００３１】つぎに、前記水管温度の検出値が前記設定
温度以下の場合は、前記管内水位が前記第一設定水位Ａ
に達したことが検出されたとき前記給水ポンプ６を停止
させる。ここで、前記水管温度の検出値が前記設定温度
以下の場合は、前記燃焼装置８が停止中であって、前記
缶水の温度が前記飽和蒸気温度よりも低くなっている状
態である。この場合は、前記燃焼装置８の停止により前
記缶水の温度が低下し、前記缶水の沸騰が治まった状態
の場合と、前記缶水の温度が低く、沸騰に至らない状態
の場合とがある。

【００３２】まず、前記缶水の沸騰が治まった状態の場
合は、前記燃焼装置８の作動と停止が短時間で繰り返さ
れるときのように、前記燃焼装置８を停止させてから再
び作動させるまでの間に、前記缶水の温度の低下が少な
い場合が該当する。この場合には、前記缶水は沸騰して
いないが、前記缶水は前記飽和蒸気温度に近い温度とな
っているため、気泡が発生していたとしても、気泡自体
が小さく、しかもごく僅かである。そのため、前記第一
水位検出電極１３は、前記缶水の水面との接触によっ
て、実際の前記管内水位を検出することができる。そこ
で、この場合には、図３に示すように、前記管内水位が
前記第一水位検出電極１３に達したことが検出されたと
きに前記給水ポンプ６を停止させる。すると、前記管内
水位が前記第一設定水位Ａより高くなるのを直ちに防止
することができる。そのため、前記燃焼装置８を再び作
動させたときに、前記管内水位が前記第一設定水位Ａよ
り高い状態で前記缶水が沸騰状態となるのを防止するこ
とができ、したがって蒸気の乾き度の低下を防止するこ
とができる。また、前記管内水位が前記第一設定水位Ａ
に維持されることにより、前記各水管４の過熱も防止す
ることができる。

【００３３】つぎに、前記缶水が沸騰に至らない状態の
場合は、一日の最初に前記ボイラ１を起動するときのよ
うに、前記ボイラ１や前記缶水が冷えた状態，いわゆる
冷態時の場合が該当する。この場合には、前記缶水は、
全く加熱されていない状態であり、前記飽和蒸気温度よ
りも大幅に低い温度，たとえば気温とほぼ同じ温度とな
っているため、前記缶水には気泡はまったく生じていな
い。そのため、前記第一水位検出電極１３は、前記缶水
の水面との接触によって、実際の前記管内水位を検出す
ることができる。そこで、この場合には、前記缶水の沸
騰が治まった状態と同様に、前記管内水位が前記第一水
位検出電極１３に達したことが検出されたときに前記給
水ポンプ６を停止させる。すると、前記管内水位が前記
第一設定水位Ａより高くなるのを直ちに防止することが
できる。そのため、前記燃焼装置８を再び作動させたと
きに、前記管内水位が前記第一設定水位Ａより高い状態
で前記缶水が沸騰状態となるのを防止することができ、
したがって蒸気の乾き度の低下を防止することができ
る。また、前記管内水位が前記第一設定水位Ａに維持さ
れることにより、前記各水管４の過熱も防止することが
できる。

【００３４】ここで、前記水管温度の検出値が前記設定
温度以下の場合において、前記第一水位検出電極１３が
前記管内水位を検出してから前記所定時間経過するま
で、前記給水ポンプ６を作動させたとすると、前記管内
水位は、前記第一設定水位Ａよりも高い水位となってし
まう。すると、前記燃焼装置８を再び作動させたとき
に、前記管内水位が前記第一設定水位Ａより高い状態で
前記缶水が沸騰状態となるため、蒸気の乾き度が低下し
てしまう。しかし、この実施例のように、前記水管温度
の検出値が前記設定温度以下の場合には、前記管内水位
が前記第一水位検出電極１３に達したときに前記給水ポ
ンプ６を停止させることにより、前記燃焼装置８を作動
させたときに、前記管内水位が前記第一設定水位Ａより
高い状態で前記缶水が沸騰状態となるのを防止すること
ができ、したがって蒸気の乾き度の低下を防止すること
ができ、また前記各水管４の過熱を防止することができ
る。

【００３５】以上のように、前記水管温度に応じた給水
制御を行うことにより、前記各水管４の過熱を防止した
状態で、蒸気の乾き度の低下を確実に防止することがで
きる。とくに、前記ボイラ１において、負荷の変動が大
きく、前記燃焼装置８の作動と停止が短時間で繰り返さ
れる場合においても、蒸気の乾き度の低下を確実に防止
することができる。そのため、前記ボイラ１に接続され
た蒸気使用機器の運転も効率よく行うことができる。

【００３６】ここで、以上の説明においては、前記水管
温度の検出値が前記設定温度より低い場合は、前記管内
水位が前記第一設定水位Ａに達したとき前記給水ポンプ
６を停止する制御を行っているが、前記給水ポンプ６
は、前記管内水位が前記第一設定水位Ａに達してから僅
かな時間（たとえば、２秒）経過した後、停止させるよ
うに制御するのが好ましい。このように制御すると、前
記缶水の水面の波打ちなどにより、前記缶水が断続的に
前記第一水位検出電極１３に接触したとしても、前記給
水ポンプ６が作動および停止を繰り返す，いわゆるチャ
タリング現象が発生するのを防止することができる。

【００３７】また、以上の実施例では、前記管内水位を
直接検出する第一水位検出手段１１と、前記管内水位を
間接的に検出する第二水位検出手段１２とを備えた前記
二連水位制御システムによって給水制御を行うボイラに
ついて説明しているが、前記管内水位を直接検出する第
一水位検出手段１１のみで給水制御を行うボイラや、前
記管内水位を間接的に検出する第二水位検出手段１２の
みで給水制御を行うボイラにおいても同様に適用するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば、水管の過熱を防止し
つつ、蒸気の乾き度の低下を確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するボイラの一例を概略的に示
す説明図である。

【図２】この発明の一実施例における水管内の水の温度
が設定温度以上の場合の給水制御状況を模式的に示す説
明図である。

【図３】この発明の一実施例における水管内の水の温度
が設定温度以下の場合の給水制御状況を模式的に示す説
明図である。

【符号の説明】

１ボイラ４水管Ａ第一設定水位（設定水位）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水管４内の水位が所定の設定水位Ａ以下
となると給水を開始し、前記水位が前記設定水位Ａに達
してから所定時間経過後、給水を停止するボイラ１の給
水制御方法において、前記水管４内の水が所定の設定温
度以下のときには、前記水位が前記設定水位Ａに達した
とき給水を停止することを特徴とするボイラの給水制御
方法。