JP2008170114A

JP2008170114A - ボイラシステム

Info

Publication number: JP2008170114A
Application number: JP2007005270A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Miyoshi; 薫三好; Mamoru Morimoto; 守森本
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP4993696B2

Abstract

【課題】エネルギー使用量の削減を考慮した台数制御を行う台数制御装置を提供する。
【解決手段】高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御する３位置燃焼制御のボイラ１を複数台設置し、設置各ボイラ１に対して台数制御パターンに基づく燃焼指令を出力する台数制御装置２を設けているボイラシステムであって、前記台数制御装置２は、燃料消費量及び電力消費量の合計値に対する発生蒸気量であるボイラにおける総合的な運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンに基づく台数制御を行うボイラシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台のボイラを設置しておき、必要台数分のボイラを燃焼させる台数制御を行うボイラシステムに関するものである。

大型のボイラに換えて小型のボイラを複数台設置しておき、ボイラの燃焼台数を調節することで蒸気の発生量を調節するボイラの多缶設置システムが広く普及している。蒸気ボイラを多缶設置したシステムでは、各ボイラで発生した蒸気を集合させる蒸気集合部における蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を決定するようにしている。蒸気集合部の蒸気圧力値は圧力センサーにて検出し、検出した蒸気圧力値はボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置へ出力する。台数制御装置では、蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼量を定めておき、検出した蒸気圧力値が低い場合にはボイラの燃焼台数を多くすることで蒸気発生量を増加し、蒸気圧力値の上昇につれてボイラの燃焼台数を少なくしていくことで蒸気発生量を減少させる。蒸気集合部の蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を増減することで、蒸気圧力値が所定の範囲内を保つことができる。

具体的には、台数制御装置では蒸気圧力の制御範囲を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼量を決定しておく。多缶設置しているボイラでは、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものが一般的であり、台数制御装置では検出している蒸気圧力値に基づいて高燃焼・低燃焼・停止をそれぞれ何台とするかを設定している台数制御パターンを定めておき、優先順位の高い順に決定台数分のボイラを燃焼させる。

低燃焼における燃焼量は、高燃焼における燃焼量の半分にしているボイラの場合、２台のボイラを低燃焼とした場合の蒸気発生量と、１台のボイラを高燃焼とした場合の蒸気発生量は、ほぼ同じとなる。この場合、低燃焼ボイラ２台に換えて高燃焼ボイラ１台を運転することにしてもよく、逆に高燃焼ボイラ１台に換えて低燃焼ボイラ２台を運転することにしてもよい。そのため、特許第３５３８３１３号公報には、低燃焼を多くするパターンと高燃焼を多くするパターンを設定しておき、いずれかを選択して台数制御を行うということが記載されている。特許第３５８３８３１号の場合、工場電力消費量が大きくなった時にはボイラの電力消費量を削減することで、工場における電力消費量のピークを低くすることができるというものである。電力会社から購入する電力は、ピーク時の電力量に基づいて契約しており、ピーク電力が大きいと基本料金が高くなるため、ピーク電力を低くすることで基本料金を低く抑えることができる。

ところで、近年の社会情勢は、改正省エネ法の施行や地球温暖化対策の推進に関する法律の施行も行われている通り、省エネ・ＣＯ2削減の必要性が高まっている。ボイラにおいてもエネルギー使用量を低減するための様々な工夫が行われている。ボイラ単体としては今までにも数多くの改良が行われてきており、効率の向上は限界が近づいてきているため、ボイラ単体だけでなくシステムとしてエネルギー使用量を削減することが求められている。ボイラで使用するエネルギーには、火炎を燃焼させる燃料と、燃焼用空気を供給する送風機を稼働する電力などがある。従来は総合的なエネルギー使用量を考慮した台数制御は行われていなかったが、台数制御においてもエネルギー使用量を削減することのできる方法が必要となっている。
特許第３５３８３１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、エネルギー使用量の削減を考慮した台数制御を行う台数制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御する３位置燃焼制御のボイラを複数台設置し、設置各ボイラに対して台数制御パターンに基づく燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラシステムであって、前記台数制御装置は、燃料消費量及び電力消費量の合計値に対する発生蒸気量であるボイラにおける総合的な運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記のボイラシステムにおいて、運転効率優先パターンとは、高燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する高燃焼優先モードと、低燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する低燃焼優先モードのうち、運転効率がよりよくなるモードを選択して設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記のボイラシステムにおいて、前記台数制御装置には、ボイラにおける運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンと、負荷変動に対するボイラの追従性をよくすることを優先した負荷追従優先パターンを設定しており、運転効率優先パターンによる台数制御を行うと負荷に対する追従性が悪化する場合には、負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記のボイラシステムにおいて、前記台数制御装置には、ボイラにおける運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンと、負荷変動に対するボイラの追従性をよくすることを優先した負荷追従優先パターンを設定しており、負荷が安定している時期には前記の運転効率優先パターンに基づく台数制御を行い、負荷が安定していない時期には負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記のボイラシステムにおいて、負荷追従優先パターンとは、燃焼量を低下させる際、低燃焼のボイラをあらかじめ設定しておいた台数分確保することを目指すように燃焼指令を出力するものであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記のボイラシステムにおいて、タイムスケジュール機能を設け、負荷が安定する時間帯と負荷が安定しない時間帯をあらかじめ設定しておき、負荷の安定する時間帯には運転効率優先パターンに基づく台数制御を行い、負荷が安定しない時間帯には負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とする。

本発明を実施することにより、ボイラのシステムとしてエネルギー使用量を削減することができ、ＣＯ2発生量も削減することができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施するボイラと台数制御装置２の構成図である。図では４台の蒸気ボイラ１を設けており、各ボイラ１は共通のスチームヘッダ６に接続する。各ボイラで発生した蒸気は前記スチームヘッダ６に集合した後で蒸気使用装置側へ送るようにしており、蒸気集合部分であるスチームヘッダ６に圧力検出装置４を設ける。各ボイラ１は高燃焼、低燃焼、停止の３位置で燃焼を制御するものであり、各ボイラに運転制御装置３を設けている。運転制御装置３では、台数制御装置２からの燃焼指令に基づいてボイラの運転を制御するものであり、燃焼状態に応じた所定量の燃料及び燃焼用空気を供給して燃焼を行う。

低燃焼は高燃焼の半分の蒸気発生量となるようにしているボイラであれば、燃料供給量と燃焼用空気供給量も半分になるように調節することになる。ここでは、低燃焼のボイラ１台での蒸気発生量を１t/h、高燃焼のボイラ１台での蒸気発生量を２t/hであるとしておく。この場合、前記ボイラを４台設置している時の蒸気発生量は、４台とも停止の０t/hから４台とも高燃焼の８t/hの間で１t/h間隔で調節することができるものとなる。

圧力検出装置４で検出した蒸気圧力値に基づいて、各ボイラにおける燃焼量を定める台数制御装置２を設ける。台数制御装置２には、圧力検出装置４によって検出する蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼量を設定しておき、決定した燃焼状態になるように各ボイラに対して燃焼指令を出力する。台数制御装置２は、ボイラの運転を監視するボイラ監視装置５も接続しており、ボイラの運転状況はボイラ監視装置５でも監視できるようにしている。

図２は、台数制御装置２にて行う台数制御の基となる台数制御パターンの例を一覧表化したものである。台数制御装置２には、ボイラにおける運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンと、負荷変動に対するボイラの追従性をよくすることを優先した負荷追従優先パターンを設定しておく。図２では、ボイラを高燃焼とする場合をＨ、低燃焼とする場合をＬ、停止とする場合を−として示している。圧力検出装置４にて検出される蒸気圧力が高くなる場合は、蒸気圧力値が上昇するほど燃焼量を小さくして蒸気の供給量を少なくし、蒸気圧力が低くなる場合には、蒸気圧力値が低下するほど燃焼量を大きくして蒸気の供給量を多くする。

運転効率優先パターンでは、燃料消費量及び電力消費量の合計値に対する発生蒸気量であるボイラにおける総合的な運転効率をよくすることを優先したものである。運転効率優先パターンとなるものには、高燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する高燃焼優先モードと、低燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する低燃焼優先モードがあり、二つのモードからいずれかを選択して運転効率優先パターンとして設定する。

高燃焼優先モードの場合、蒸気発生量を増大させる時には、低燃焼のボイラがあれば低燃焼ボイラを高燃焼とすることを優先し、低燃焼のボイラがない場合には停止しているボイラを低燃焼とする。蒸気発生量を減少させる時には、低燃焼のボイラがあれば低燃焼のボイラを停止とすることを優先し、低燃焼のボイラがない場合には高燃焼のボイラを低燃焼とする。そのため、各ボイラの運転状況は、「−−−−」「Ｌ−−−」「Ｈ−−−」「ＨＬ−−」「ＨＨ−−」「ＨＨＬ−」「ＨＨＨ−」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＨ」の順に燃焼量を増加し、「ＨＨＨＨ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨ−」「ＨＨＬ−」「ＨＨ−−」「ＨＬ−−」「Ｈ−−−」「Ｌ−−−」「−−−−」の順に燃焼量を減少することになる。

逆に低燃焼優先モードの場合、蒸気発生量を増大させる時には、運転を停止しているボイラがあれば停止しているボイラを低燃焼で燃焼させることを優先し、停止しているボイラがない場合には低燃焼のボイラを高燃焼とする。蒸気発生量を減少させる時には、高燃焼のボイラがあれば高燃焼のボイラを低燃焼とすることを優先し、高燃焼のボイラがない場合には低燃焼のボイラを停止させる。そのため、各ボイラの運転状況は、「−−−−」「Ｌ−−−」「ＬＬ−−」「ＬＬＬ−」「ＬＬＬＬ」「ＨＬＬＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＨ」の順に燃焼量を増加し、「ＨＨＨＨ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＬＬＬ」「ＬＬＬＬ」「ＬＬＬ−」「ＬＬ−−」「Ｌ−−−」「−−−−」の順に燃焼量を減少することになる。

負荷追従優先パターンでは、燃焼量を変更する際、低燃焼のボイラをあらかじめ設定しておいた台数分確保することを目指して燃焼指令を出力する。急負荷モードは、燃焼量減少時に低燃焼ボイラ台数を３〜４台保つようにし、燃焼量増加時には低燃焼ボイラ台数が２〜３台となるようにする。もちろん、燃焼台数によっては低燃焼のボイラ台数を目指す台数にできない場合もあり、例えば蒸気圧力値から定まる必要な蒸気量が低燃焼のボイラ１台分であれば、低燃焼ボイラの台数を１台とする燃焼指令を出力する。急負荷モードは蒸気負荷の変動が急な場合に使用するものであり、４台設置時の場合には、蒸気発生量を増加させる時と減少させる時で１箇所燃焼状態が異なる。この場合の各ボイラの運転状況は、「−−−−」「Ｌ−−−」「ＬＬ−−」「ＬＬＬ−」「ＨＬＬ−」「ＨＬＬＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＨ」の順に燃焼量を増加し、「ＨＨＨＨ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＬＬＬ」「ＬＬＬＬ」「ＬＬＬ−」「ＬＬ−−」「Ｌ−−−」「−−−−」の順に燃焼量を減少することになる。

中負荷モードは、燃焼量減少時に低燃焼ボイラ台数を２〜３台保つようにし、燃焼量増加時には低燃焼ボイラ台数が１〜２台となるようにする。中負荷モードは緩負荷モードと急負荷モードの中間に位置するものであり、４台設置時の場合には、蒸気発生量を増加させる時と減少させる時で２箇所燃焼状態が異なる。この場合の各ボイラの運転状況は、「−−−−」「Ｌ−−−」「ＬＬ−−」「ＨＬ−−」「ＨＬＬ−」「ＨＨＬ−」「ＨＨＬＬ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＨ」の順に燃焼量を増加し、「ＨＨＨＨ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＬＬＬ」「ＨＬＬ−」「ＬＬＬ−」「ＬＬ−−」「Ｌ−−−」「−−−−」の順に燃焼量を減少することになる。

緩負荷モードは、燃焼量減少時に低燃焼ボイラ台数を１〜２台保つようにし、燃焼量増加時には低燃焼ボイラ台数が０〜１台となるようにする。緩負荷モードは比較的蒸気負荷が安定している場合に使用するものであり、４台設置時の場合には、蒸気発生量を増加させる時と減少させる時で３箇所燃焼状態が異なる。この場合の各ボイラの運転状況は、「−−−−」「Ｌ−−−」「Ｈ−−−」「ＨＬ−−」「ＨＨ−−」「ＨＨＬ−」「ＨＨＨ−」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＨ」の順に燃焼量を増加し、「ＨＨＨＨ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＬＬ」「ＨＨＬ−」「ＨＬＬ−」「ＨＬ−−」「ＬＬ−−」「Ｌ−−−」「−−−−」の順に燃焼量を減少することになる。

低燃焼のボイラに高燃焼へ変更する燃焼指定を出力する場合は、短時間で蒸気発生量を増加することができる。しかし、燃焼を停止しているボイラに燃焼開始の指令を出力しても、燃焼を開始して実際に蒸気供給が開始されるまでには比較的長い時間が必要であり、その間に蒸気圧力が大きく低下するということがある。そのため、燃焼量を減少する場合に低燃焼の台数を多く確保していると、次に燃焼量を増加する場合に短時間で燃焼量を増加することができ、すぐに蒸気発生量を増加させることができるために負荷追従性は高くなる。

高燃焼優先モード、低燃焼優先モード、急負荷モード、中負荷モード、緩負荷モードとあっても、ある時間帯で使用する台数制御のパターンは１つであり、どのモードを採用するかは、ボイラの特性と負荷変動の状態から決定する。
運転効率優先パターンで台数制御を行う場合は、高燃焼優先モードと低燃焼優先モードから、より運転効率（燃料消費量及び電力消費量の合計値に対する蒸気発生量）が高くなるモードをあらかじめ調べて設定しておき、選択したモード（運転効率優先パターン）で負荷追従性に問題がなければ、そのモードにて台数制御を行う。

ボイラによって低燃焼の方が運転効率が高くなるものや、高燃焼の方が運転効率が高くなるものがあるため、運転効率を優先するといっても各ボイラの特性に応じて採用すべきモードは異なる。例えば高燃焼１台より低燃焼２台の方が省エネ効果がある場合は、極力低燃焼の状態で燃焼するように台数制御を行う。ボイラで消費するエネルギーには、火炎を燃焼させる燃料や、燃焼用空気を供給する送風機を稼働する電力などがある。ボイラの運転効率を算出する場合、燃料消費量と電力消費量を直接比較することはできないため、同一条件に換算することが必要となる。換算は、省エネ法（エネルギーの使用の合理化に関する法律）の換算式を用いて原油に換算するようにすれば、同一条件で比較を行うことができる。

運転効率優先パターンで台数制御を行うと、負荷追従性が著しく悪化するということで、運転効率優先パターンでは台数制御を行うことができない場合がある。その場合には、タイムスケジュール機能等で負荷が安定している時間帯や、蒸気圧力を監視して一定時間負荷が安定していると判断した時間帯には、運転効率優先パターンでの台数制御を行い、蒸気使用量の変動が激しい場合などであって蒸気圧力値の安定を優先すべき場合には、負荷追従性がより高い負荷追従優先パターンにて台数制御を行うようにする。負荷追従優先パターンでは、想定される負荷変動に基づき、負荷変動が特に急激な場合には急負荷モード、負荷変動が次に大きい場合には中負荷モード、蒸気負荷は比較的安定している場合には緩負荷モードを設定しておく。

また、ボイラ監視装置５には、燃料消費量・電力消費量・発生ＣＯ2量をモニタできる機能を設けておき、ボイラ監視装置５において運転効率優先パターンと負荷追従性優先パターンでの省エネエコ効果をモニタすることができるようにしておく。

本発明の一実施例でのボイラと台数制御装置の構成図運転制御パターンごとのボイラ運転状態説明図

符号の説明

１ボイラ
２台数制御装置
３運転制御装置
４圧力検出装置
５ボイラ監視装置
６スチームヘッダ

Claims

高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御する３位置燃焼制御のボイラを複数台設置し、設置各ボイラに対して台数制御パターンに基づく燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラシステムであって、前記台数制御装置は、燃料消費量及び電力消費量の合計値に対する発生蒸気量であるボイラにおける総合的な運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とするボイラシステム。
請求項１に記載のボイラシステムにおいて、運転効率優先パターンとは、高燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する高燃焼優先モードと、低燃焼を行うボイラの割合が多くなるように燃焼指令を出力する低燃焼優先モードのうち、運転効率がよりよくなるモードを選択して設定することを特徴とするボイラシステム。
請求項１又は２に記載のボイラシステムにおいて、前記台数制御装置には、ボイラにおける運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンと、負荷変動に対するボイラの追従性をよくすることを優先した負荷追従優先パターンを設定しており、運転効率優先パターンによる台数制御を行うと負荷に対する追従性が悪化する場合には、負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とするボイラシステム。
請求項１又は２に記載のボイラシステムにおいて、前記台数制御装置には、ボイラにおける運転効率をよくすることを優先した運転効率優先パターンと、負荷変動に対するボイラの追従性をよくすることを優先した負荷追従優先パターンを設定しており、負荷が安定している時期には前記の運転効率優先パターンに基づく台数制御を行い、負荷が安定していない時期には負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とするボイラシステム。
請求項３又は４に記載のボイラシステムにおいて、負荷追従優先パターンとは、燃焼量を低下させる際、低燃焼のボイラをあらかじめ設定しておいた台数分確保することを目指すように燃焼指令を出力するものであることを特徴とするボイラシステム。
請求項３から５のいずれか記載のボイラシステムにおいて、タイムスケジュール機能を設け、負荷が安定する時間帯と負荷が安定しない時間帯をあらかじめ設定しておき、負荷の安定する時間帯には運転効率優先パターンに基づく台数制御を行い、負荷が安定しない時間帯には負荷追従優先パターンに基づく台数制御を行うことを特徴とするボイラシステム。