JP2009008289A - ドラム式ボイラの水張り制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 再起動時において蒸気ドラムの水位が上昇してもブロー弁を動作させる必要のない所定の範囲内に前記水位を維持させることができるドラム式ボイラの水張り制御装置を提供する。
【解決手段】 蒸気ドラム２の内部の温度を検出する温度発信器３１と、前記温度に対応する高位レベルの最適値である最適高位レベルの情報を記憶しており、実測した前記温度を表す温度信号Ｓ１１に基づき最適高位レベルを表す最適高位レベル信号Ｓ１２を送出する関数発生器３２と、実測したドラムレベル信号Ｓ１と最適高位レベル信号Ｓ１２とを比較して前記水位が最適高位レベルに達したことを検出した時点で前記水の供給を停止させるための供給停止信号Ｓ３を送出する高位レベル設定器３４とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明はドラム式ボイラの水張り制御装置に関し、特に当該ドラム式ボイラのスタンバイ状態でのドラムの水張りに適用して有用なものである。

図４は従来技術に係る水張り制御装置をドラム式ボイラとともに示す概略構成図である。同図に示すように、当該ドラム式ボイラＡは、火炉１、蒸気ドラム２、水ドラム３を有する。かかるドラム式ボイラＡにおいて、水から蒸気への流れを簡単に説明すると、給水管４の途中に配設された給水ポンプ５により送られてきた水は給水流量調整弁６を介してエコノマイザ７に供給され、このエコノマイザ７で加温された後蒸気ドラム２に流入する。

蒸気ドラム２に流入した水は降水管８を介して水ドラム３に入り、火炉１の周囲に張り巡らされた蒸気管９を通る間に加熱され、蒸気となって蒸気ドラム２に戻る。高温となった蒸気ドラム２内の熱水の一部は飽和水蒸気となり、蒸気管１０を介して過熱器１１でさらに加熱され、高温高圧の過熱蒸気となってタービン等の蒸気供給先（負荷）に供給される。

かかるドラム式ボイラＡにおいては、その運転停止時にも蒸気ドラム２等に所定量の水を貯留しておくため、適宜水張り運転を行っている。この水張り運転とは、ドラム式ボイラＡが運転停止中であることを条件として蒸気ドラム２の水位が所定の低位レベルとなったとき給水ポンプ５等を駆動することにより給水管４を介して蒸気ドラム２に対する水の供給を開始するとともに、前記水位が所定の高位レベルとなったとき蒸気ドラム２に対する水の供給を停止する給水系統に対する運転を言う。かかる水張り運転を制御するのが水張り運転制御装置Ｂである。

従来技術に係る水張り運転制御装置Ｂは、蒸気ドラム２の水位を計測してその水位を表す信号であるドラムレベル信号Ｓ１を受信して所定の処理を行うものである。ここで、蒸気ドラム２の水位はドラムレベル検出器２１で検出するとともに、ドラムレベル信号Ｓ１はドラムレベル検出器２１の出力信号として得る。

低位レベル設定器２２は、蒸気ドラム２の水位が所定の低位レベルとなったことをドラムレベル信号Ｓ１に基づき検出した時点で蒸気ドラム２に対する水の供給を開始させるための供給開始信号Ｓ２を送出する。また、高位レベル設定器２３は、蒸気ドラムの水位が所定の高位レベルとなったことをドラムレベル信号Ｓ１に基づき検出した時点で蒸気ドラム２に対する水の供給を停止させるための供給停止信号Ｓ３を送出する。フリップフロップ回路２４は、供給開始信号Ｓ２でセットされてセット信号Ｓ４を送出するとともに、供給停止信号Ｓ３でリセットされる。ボイラ状態検出部２５は当該ドラム式ボイラＡの運転乃至停止状態を検出するもので、停止時にこのことを表すボイラ停止信号Ｓ５を送出する。アンド回路２６はセット信号Ｓ４とボイラ停止信号Ｓ５に基づき給水ポンプ５及び給水流量調整弁６の動作を制御する起動・停止信号Ｓ６を送出する。ここで、アンド回路２６におけるアンド論理は、供給開始信号Ｓ２が立ち上がり、同時にボイラ停止信号Ｓ５が立ち上がっている期間は成立しているので、この期間は起動・停止信号Ｓ６を立ち上がらせ、給水ポンプ５等を介して蒸気ドラム２に水を供給する。アンド回路２６におけるアンド論理は、供給停止信号Ｓ３でフリップフロップ回路２４がリセットされ、セット信号Ｓ４が立ち下がった時点で不成立となり、起動・停止信号Ｓ６を立ち下がらせて給水ポンプ５等による蒸気ドラム２に対する水の供給を停止する。以後、ドラムレベル信号Ｓ１に基づき同様の供給・停止制御を繰り返す。

なお、水張り運転制御のみに用いる機器として、さらに切替器２７及び信号発生器２８，２９が設けられている。信号発生器２８は起動・停止信号Ｓ６の立上り時点で切替器２７を介して給水流量調整弁６を所定の開度（規定開度１０％）に絞り込んで給水流量が減少するように制御する。これにより、給水管４等におけるウォーターハンマーを防止するとともに、給水ポンプ５の過負荷を防止する。一方、信号発生器２９は起動・停止信号Ｓ６の立下り時点で切替器２７を介して給水流量調整弁６を閉じる（規定開度０％）ように制御する。これにより、給水ポンプ５側への逆流を防止するとともに、給水ポンプ５の起動時の過負荷を防止する。

なお、この種の水張り制御に関する技術を開示する公知文献として、例えば特許文献１乃至特許文献２が存在する。特許文献１は、補助ボイラの給水制御装置を開示するもので、ドラムレベルが規定レベルより低下している場合に自動的に水張りを行えるようにした技術を開示するものである。特許文献２は、ボイラ系統の状態の如何にかかわらず、水張り時間が一定になるように制御する技術を開示するものである。

特開平１１−６３４１０号公報 特開平１０−３５０８８５号公報

しかしながら、図４に示す従来技術においては、蒸気ドラム２に対する給水を開始する低位レベルのみならず、給水を停止する高位レベルも固定しているので、特に当該ドラム式ボイラＡの停止時間が長くなった場合に次のような問題が発生する。すなわち、当該ドラム式ボイラＡの停止時間が長くなり、蒸気ドラム２内の水温が低下した状態（密度が大きい状態）で当該ドラム式ボイラＡを起動（点火）したときには、この起動に伴う蒸気ドラム２内の水温の上昇による膨張作用で水位が異常に上昇して蒸気管１０に流入する。そこで、かかる流入を防止すべくブロー弁（図示せず）を設けておき、前記ブロー弁を介して蒸気管１０に流入しようとする水を排出するようになっている。すなわち、ブロー弁を介して水を捨てることになり、無駄なブロー水（純水装置での製造水）を発生させてしまうだけでなく、環境に配慮したブロー水の排水処理を行う必要があり、また排水処理のための無駄なポンプ動力も必要になる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、停止中に水張り制御を行うドラム式ボイラの再起動時において蒸気ドラムの水位が上昇してもブロー弁を動作させる必要のない所定の範囲内に前記水位を維持させることができるドラム式ボイラの水張り制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
ドラム式ボイラが運転停止中であることを条件としてドラムレベル検出手段で検出する蒸気ドラムの水位が所定の低位レベルとなったとき前記蒸気ドラムに対する水の供給を開始させるとともに、前記水位が所定の高位レベルとなったとき前記蒸気ドラムに対する水の供給を停止させるドラム式ボイラの水張り制御装置であって、
前記蒸気ドラムの内部の温度乃至圧力を検出する温度乃至圧力検出手段と、
前記温度乃至圧力に対応する前記高位レベルの最適値である最適高位レベルの情報を記憶しており、実測した前記温度乃至圧力を表す温度乃至圧力信号に基づき最適高位レベルを表す最適高位レベル信号を送出する関数発生手段と、
実測した前記蒸気ドラムの水位を表すドラムレベル信号と前記最適高位レベル信号とを比較して前記水位が前記最適高位レベルに達したことを検出した時点で前記水の供給を停止させるための供給停止信号を送出する高位レベル設定手段とを有することを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置にある。

本発明の第２の態様は、
上記第１の態様に記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
前記高位レベル設定手段は、前記最適高位レベル信号と前記ドラムレベル信号との差がなくなったことを検出した時点で前記供給停止信号を送出するように構成したことを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置にある。

本発明の第３の態様は、
上記第１の態様に記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
前記高位レベル設定手段は、前記最適高位レベル信号に応じて変化させる高位レベル設定値と前記ドラムレベル信号とを比較することにより前記ドラムレベルが前記高位レベル設定値が表す設定レベル以上となった時点で前記供給停止信号を送出するように構成したことを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置にある。

本発明の第４の態様は、
上記第１乃至第３の態様の何れか一つに記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
前記蒸気ドラムの水位が所定の低位レベルとなったことを前記ドラムレベル信号に基づき検出した時点で前記水の供給を開始させるための供給開始信号を送出する低位レベル設定手段と、
前記供給開始信号でセットされるとともに前記供給停止信号でリセットされるフリップフロップ回路と、
前記フリップフロップ回路の出力信号と当該ドラム式ボイラが運転停止中であることを表す運転停止信号とに基づき両者のアンド論理が成立している期間、前記蒸気ドラムに対して水を供給するように制御する論理回路とを有することを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置にある。

本発明によれば、蒸気ドラム内の圧力乃至温度に基づき水張り時の高位レベルを設定しているので、この高位レベルを最適なものにすることができる。この結果、水張り時の高位レベルの水位が最適なものとなり、当該ドラム式ボイラの再起動に伴い温度が上昇して水位が上昇しても、蒸気ドラム内の水位はブロー弁等が起動する異常な水位となることはない。したがって、無駄なブロー水の発生を可及的に低減できる。同時に、無駄なブロー水の発生に伴うその排水処理が不要となり、無駄な水の供給に伴う無駄な動力も除去することができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る水張り制御装置をドラムボイラとともに示す概略構成図である。同図に示すように、ドラム式ボイラ自体は図４と同様であり、またその水張り制御装置も多くの部分で同様の構成となっている。すなわち、本形態に係る水張り制御装置も、ドラム式ボイラＡが運転停止中であることを条件として蒸気ドラム２の水位が所定の低位レベルとなったとき、蒸気ドラム２に対する水の供給を開始させるとともに、所定の高位レベルとなったとき、蒸気ドラム２に対する水の供給を停止させるように構成してある。そこで、図１中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すように、本形態に係る水張り運転制御装置Ｃは、図４に示すそれに温度発信器３１、関数発生器３２及び引算器３３を追加するとともに、高位レベル設定器３４の構成を変更したものである。ここで、温度発信器３１は、蒸気ドラム２の内部の温度を検出するとともに、このときの検出温度を表す温度信号Ｓ１１を関数発生器３２に送出する。関数発生器３２は、図２に示すように、蒸気ドラム２内の温度（同図の横軸）に対応する高位レベルの最適値である最適高位レベル（同図の縦軸）の情報を記憶しており、温度信号Ｓ１１に基づき最適高位レベルを表す最適高位レベル信号Ｓ１２を送出する。この最適高位レベルは予め求めておく。

引算器３３は、ドラムレベル検出器２１で実測して得るドラムレベル信号Ｓ１から、実測した蒸気ドラム２の内部の温度に基づき関数発生器３２で得る最適高位レベル信号Ｓ１２を差し引いた値を表す、すなわち両者の差を表す信号である偏差信号Ｓ１３を高位レベル設定器３４に向けて出力する。高位レベル設定器３４は、偏差信号Ｓ１３と所定の基準値（本例の場合はゼロ）とを比較して最適高位レベル信号Ｓ１２とドラムレベル信号Ｓ１との差がなくなったことを検出した時点で供給停止信号Ｓ３を送出する。この結果、フリップフロップ回路２４がリセットされ、図４に示す従来技術と同様に、給水ポンプ５等による蒸気ドラム２に対する水の供給が停止される。

かかる本形態によれば、低位レベルに関する給水制御の態様は、図４に示す従来技術と全く同様であるが、高位レベルに関する給水制御の態様が異なる。すなわち、給水停止のタイミングを決定する高位レベルは、蒸気ドラム２内の温度を加味した最適高位レベルに自動的に調整される。この結果、当該ドラム式ボイラＡの再起動の際に蒸気ドラム２内の水が膨張して水位が上昇しても、ブロー弁が動作して水を排出しなければならない事態を未然に回避し得る。

図３は本発明の他の実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、本形態では、関数発生器３２の出力信号である最適高位レベル信号Ｓ１２を直接高位レベル設定器４４に供給するようになっている。すなわち、高位レベル設定器４４にはドラムレベル信号Ｓ１とともに最適高位レベル信号Ｓ１２が供給される。ここで、高位レベル設定器４４はドラムレベル信号Ｓ１と所定の基準値Ｖ_refとを比較するコンパレータを有しており、ドラムレベル信号Ｓ１が表す蒸気ドラム２の水位が基準値Ｖ_ref以上になった時点で供給停止信号Ｓ３を送出する。また、電源Ｖの出力電圧及びこの電源Ｖに直列に接続された可変抵抗Ｒの抵抗値により適宜定められる。すなわち、基準値Ｖ_refは最適高位レベル信号Ｓ１２で可変抵抗Ｒの抵抗値を調整することにより調整するようになっている。

本形態では、最適高位レベル信号Ｓ１２が表す最適高位レベルに応じて基準値Ｖ_refが変化するので、蒸気ドラム２内の温度を加味した最適高位レベルに自動的に調整される。この結果、前記実施の形態と同様の効果を得る。

なお、上記２つの実施の形態では、蒸気ドラム２内の温度を検出するようにしたが、これは蒸気ドラム２内の圧力を検出することでも同様の目的は達成し得る。

本発明は発電設備等、蒸気を利用してエネルギを得る設備を製造・販売するとともにこれらの保守・点検を行う産業分野で利用することができる。

本発明の実施の形態に係る水張り制御装置をドラムボイラとともに示す概略構成図である。 図１における関数発生器の原理を説明するための説明図である。 本発明の他の実施の形態を示す回路図である。 従来技術に係る水張り制御装置をドラムボイラとともに示す概略構成図である。

符号の説明

Ａ ドラム式ボイラ
Ｃ 水張り運転制御装置
Ｓ１ ドラムレベル信号
Ｓ２ 供給開始信号
Ｓ３ 供給停止信号
Ｓ１１ 温度信号
Ｓ１２ 最適高位レベル信号
２ 蒸気ドラム
４ 給水管
５ 給水ポンプ
６ 給水流量調整弁
２１ ドラムレベル検出器
２２ 低位レベル設定器
２４ フリップフロップ回路
２５ ボイラ状態検出部
２６ アンド回路
３１ 温度発信器
３２ 関数発生器
３３ 引算器
３４、４４ 高位レベル設定器

Claims (4)

1. ドラム式ボイラが運転停止中であることを条件としてドラムレベル検出手段で検出する蒸気ドラムの水位が所定の低位レベルとなったとき前記蒸気ドラムに対する水の供給を開始させるとともに、前記水位が所定の高位レベルとなったとき前記蒸気ドラムに対する水の供給を停止させるドラム式ボイラの水張り制御装置であって、
   前記蒸気ドラムの内部の温度乃至圧力を検出する温度乃至圧力検出手段と、
   前記温度乃至圧力に対応する前記高位レベルの最適値である最適高位レベルの情報を記憶しており、実測した前記温度乃至圧力を表す温度乃至圧力信号に基づき最適高位レベルを表す最適高位レベル信号を送出する関数発生手段と、
   実測した前記蒸気ドラムの水位を表すドラムレベル信号と前記最適高位レベル信号とを比較して前記水位が前記最適高位レベルに達したことを検出した時点で前記水の供給を停止させるための供給停止信号を送出する高位レベル設定手段とを有することを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置。
2. 請求項１に記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
   前記高位レベル設定手段は、前記最適高位レベル信号と前記ドラムレベル信号との差がなくなったことを検出した時点で前記供給停止信号を送出するように構成したことを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置。
3. 請求項１に記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
   前記高位レベル設定手段は、前記最適高位レベル信号に応じて変化させる高位レベル設定値と前記ドラムレベル信号とを比較することにより前記ドラムレベルが前記高位レベル設定値が表す設定レベル以上となった時点で前記供給停止信号を送出するように構成したことを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載するドラム式ボイラの水張り制御装置において、
   前記蒸気ドラムの水位が所定の低位レベルとなったことを前記ドラムレベル信号に基づき検出した時点で前記水の供給を開始させるための供給開始信号を送出する低位レベル設定手段と、
   前記供給開始信号でセットされるとともに前記供給停止信号でリセットされるフリップフロップ回路と、
   前記フリップフロップ回路の出力信号と当該ドラム式ボイラが運転停止中であることを表す運転停止信号とに基づき両者のアンド論理が成立している期間、前記蒸気ドラムに対して水を供給するように制御する論理回路とを有することを特徴とするドラム式ボイラの水張り制御装置。

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