JP2010007965A - ボイラ着火装置およびボイラ着火方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 点火プラグの汚れなどに起因する着火性能の変化に応じて、点火スパーク時間を自動可変して、確実なスパークによる着火動作を実現する。
【解決手段】 缶体内および煙道内の換気を図るプレパージ、スパーク発生装置６の起動からバーナ３へ燃料供給するまでのプレイグニッション、およびバーナ３へ燃料供給してからスパーク発生装置６を停止するまでの着火トライを順次に実行するボイラ２に適用される。プレイグニッション時間は、スパーク発生装置６の起動から実際にスパークするまでの時間に基づき変更される。実際のスパークの発生は、昇圧変圧器９の一次電流を監視する電流センサ７により検知される。着火トライ時間は、バーナ３への燃料供給から実際に火炎が生じるまでの時間に基づき変更される。実際の火炎の発生は、火炎検出器８により検知される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種ボイラの着火装置と着火方法とに関するものである。

一般に、ボイラは、自動制御により運転され、その着火は、プレパージ、プレイグニッションおよび着火トライを順次に実行してなされる。プレパージとは、缶体内および煙道内の換気を図る工程をいう。プレイグニッションとは、スパーク発生装置の起動からバーナへ燃料供給するまでの工程をいう。そして、着火トライとは、バーナへ燃料供給してからスパーク発生装置を停止するまでの工程をいう。そして、着火後の燃焼工程では、火炎検出器により火炎の有無が監視され、万一、失火を確認すると、ボイラの運転をインターロック停止している。

しかしながら、従来、プレイグニッションおよび着火トライは、それぞれ予め設定された一定時間だけ実行されている。つまり、点火スパーク時間は一定であり、それ故、着火性能の変化に対応できなかった。たとえば、燃料配管または空気配管の詰まり、外気温の変化、燃料の性状の一時的変化、ポンプの劣化による燃料の噴霧圧の変化、スパーク発生装置の点火プラグへの印加電圧の変化、点火プラグの汚れによるスパークの変化などが生じても、分解メンテナンスなどにより、個別に人為的に対応するしかなかった。

また、従来、燃焼工程中に失火した場合、ボイラをインターロック停止しており、人為的にボイラを再起動するしかなかった。その場合、ボイラは、通常どおり、プレパージ、プレイグニッションおよび着火トライを順次に実行することになる。従って、再着火の操作が面倒であり、また時間ロスも生じていた。

この発明が解決しようとする課題は、着火性能の変化に応じて、点火スパーク時間を自動可変して、確実なスパークによる着火動作を実現することにある。また、失火確認時には迅速に再着火して、燃焼状態の継続を図ることを課題とする。

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、缶体内および煙道内の換気を図るプレパージ、スパーク発生装置の起動からバーナへ燃料供給するまでのプレイグニッション、および前記バーナへ燃料供給してから前記スパーク発生装置を停止するまでの着火トライを順次に実行するボイラの着火装置であって、プレイグニッション時間および／または着火トライ時間が変更可能に構成され、前記プレイグニッション時間は、前記スパーク発生装置の起動から実際にスパークするまでの時間に基づき変更され、前記着火トライ時間は、前記バーナへの燃料供給から実際に火炎が生じるまでの時間に基づき変更されることを特徴とするボイラ着火装置である。

請求項１に記載の発明によれば、スパーク発生装置の起動から実際にスパークするまでの時間に基づきプレイグニッション時間を変更するか、これに代えてまたはこれに加えて、バーナへの燃料供給から実際に火炎が生じるまでの時間に基づき着火トライ時間が変更される。これにより、着火性能の変化に拘わらず、確実な着火を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、昇圧変圧器において一次電圧を二次電圧に昇圧し、その二次電圧を点火プラグに印加してスパークを発生させるスパーク発生装置と、このスパーク発生装置のスパークで着火されるバーナの火炎の有無を監視する火炎検出器と、前記昇圧変圧器の一次電流を監視する電流センサと、プレイグニッション中、前記電流センサが監視する一次電流の変化に基づき、前記点火プラグにおける実際のスパークの発生を検知して、この検知に基づき着火トライへの移行時期を決定する制御器とを備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラ着火装置である。

請求項２に記載の発明によれば、簡易な構成および制御で、プレイグニッション時間を自動可変して、確実な着火を目指すことができる。

請求項３に記載の発明は、前記制御器は、着火トライ中、前記火炎検出器により実際の着火を検知して、この検知に基づき着火トライの終了時期を決定することを特徴とする請求項２に記載のボイラ着火装置である。

請求項３に記載の発明によれば、簡易な構成および制御で、着火トライ時間を自動可変して、確実な着火を目指すことができる。

請求項４に記載の発明は、着火トライ後、前記バーナで燃料を燃焼中、前記火炎検出器により失火を検知すると、直ちに前記スパーク発生装置を作動させ、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検知した場合には、前記ボイラの運転を継続する一方、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検出しない場合には、前記ボイラの運転を停止することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボイラ着火装置である。

請求項４に記載の発明によれば、燃焼工程中、失火を確認すると、直ちにスパーク発生装置を作動させて、再着火を目指すことができる。そして、失火から設定時間内に再着火が実現すれば、燃焼を継続することができる。一方、失火から設定時間内に再着火が実現しない場合には、ボイラの運転を停止して、安全確保を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、缶体内および煙道内の換気を図るプレパージと、バーナへ燃料を供給しない状態でスパーク発生装置を起動し、このスパーク発生装置における電流変化に基づき実際のスパークの発生を検知し、この検知に基づき次工程への移行時期を決定するプレイグニッションと、前記スパーク発生装置の作動を継続した状態で前記バーナへ燃料を供給し、火炎検出器により実際の着火を検知し、この検知に基づき次工程への移行時期を決定する着火トライとを順次に実行することを特徴とするボイラ着火方法である。

請求項５に記載の発明によれば、実際にスパークする時期に応じてプレイグニッション時間が変更されると共に、実際に火炎が生じる時期に応じて着火トライ時間が変更される。これにより、着火性能の変化に拘わらず、確実な着火を図ることができる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記着火トライ後、前記バーナで燃料を燃焼中、前記火炎検出器により失火を検知すると、直ちに前記スパーク発生装置を作動させ、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検知した場合には、ボイラの運転を継続する一方、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検出しない場合には、前記ボイラの運転を停止することを特徴とする請求項５に記載のボイラ着火方法である。

請求項６に記載の発明によれば、燃焼工程中、失火を確認すると、直ちにスパーク発生装置を作動させて、再着火を目指すことができる。そして、失火から設定時間内に再着火が実現すれば、燃焼を継続することができる。一方、失火から設定時間内に再着火が実現しない場合には、ボイラの運転を停止して、安全確保を図ることができる。

この発明のボイラ着火装置およびボイラ着火方法によれば、着火性能の変化に応じて、点火スパーク時間を自動可変して、確実なスパークによる着火動作を実現することができる。また、失火確認時には迅速に再着火して、燃焼状態の継続を図ることができる。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のボイラ着火装置の一実施例を示す概略構成図である。ボイラ着火装置１は、ボイラ２のバーナ３に着火するための装置である。

ボイラ２は、その構成を特に問わないが、典型的には蒸気ボイラであり、たとえば多管式の小型貫流ボイラである。この場合、ボイラ２は、上部管寄せと下部管寄せとの間を多数の伝熱管で接続して構成される缶体（図示省略）と、この缶体内で燃料を燃焼させるバーナ３と、燃焼用空気を供給する送風機（図示省略）とを備える。バーナ３からの燃料は、ボイラ着火装置１により着火され、缶体内において燃焼される。燃料は、液体燃料でもよいし、気体燃料でもよい。後者の場合、気体燃料と燃焼用空気とを予混合した後、その予混合気をバーナ３から噴出させて燃焼させてもよい。図示例では、バーナ３には、燃料供給路４を介して燃料が供給可能とされ、その供給の有無は、燃料弁５の開閉によって切り替えられる。

本実施例のボイラ着火装置１は、スパーク発生装置６、電流センサ７および火炎検出器８を備える。

スパーク発生装置６は、昇圧変圧器９と点火プラグ１０とを備える。昇圧変圧器９は、たとえば、交流電源１１の２００Ｖの一次電圧を、１００００〜１２０００Ｖの二次電圧に昇圧する。昇圧変圧器９は、典型的には電源トランスと同様の構成を有し、巻き数の異なる一次コイルと二次コイルとが共通の鉄心に巻かれている。この場合、交流電源１１から一次コイルに一次電圧を印加することで、二次コイルに高圧の二次電圧を生じさせることができる。本実施例では、交流電源１１と昇圧変圧器９との間にリレー１２が設けられており、リレー駆動回路１３を用いてリレー１２の接点を切り替えることで、昇圧変圧器９の作動の有無を切り替えることができる。但し、昇圧変圧器９の構成および制御は、これに限らず、たとえば半導体を用いたイグナイタにより、二次側に高電圧を生じさせるか否かを切り替えてもよい。また、前述した具体的な電圧値は一例であって、これに限定されるものではない。いずれにしても、昇圧変圧器９は、交流電源１１からの一次電圧を二次電圧に昇圧し、その二次電圧を点火プラグ１０に印加して、点火プラグ１０においてスパーク（放電による火花）を発生可能に構成される。

点火プラグ１０は、所定間隔を空けた一対の電極１４，１４を備え、バーナ３の先端部に近接して配置される。点火プラグ１０は、昇圧変圧器９と電気的に接続されている。従って、昇圧変圧器９を作動させると、点火プラグ１０の電極１４，１４間に二次電圧が印加され、電極１４，１４間にスパークを飛ばすことができる。

電流センサ７は、昇圧変圧器９の一次電流を監視する。具体的には、電流センサ７は、交流電源１１と昇圧変圧器９との間に設けられる変流器ＣＴを備え、昇圧変圧器９の一次側へ流れる電流を監視する。

火炎検出器８は、スパーク発生装置６のスパークで着火されるバーナ３の火炎の有無を監視する。火炎検出器８は、ボイラ２の燃料の種類に応じて、硫化カドミウムセル（ＣｄＳセル）または紫外線光電管などが用いられる。

ボイラ着火装置１は、制御器１５により制御される。この制御器１５は、マイクロコンピュータにより構成されてもよいし、タイマやリレーなどを組み合わせて構成されてもよい。

制御器１５は、燃料弁５、リレー駆動回路１３、電流センサ７および火炎検出器８などに接続される。制御器１５は、電流センサ７および火炎検出器８による検出信号などに基づき、後述するように、燃料弁５およびリレー駆動回路１３などを制御する。ところで、制御器１５は、通常、ボイラ２全体の運転も制御する。その場合、制御器１５は、たとえば、ボイラ２の蒸気圧に基づきバーナ３の発停や燃焼量を切り替えたり、インバータを用いて送風機の回転速度を変更したり、送風機からバーナ３または缶体内への送風量を調整するダンパの位置を変更したりする。

以下、本実施例のボイラ着火装置１の動作について説明する。ボイラ２のバーナ３に着火するには、プレパージ、プレイグニッションおよび着火トライが順次に実行される。

プレパージは、実際の着火に先立ち、缶体内および煙道内の換気を図る工程である。具体的には、スパーク発生装置６を停止すると共にバーナ３へ燃料供給しない状態で、送風機を作動させて外気を缶体内へ送り込み、缶体内および煙道内の気体を外部へ排出する。このようなプレパージを設定時間行った後、次工程のプレイグニッションへ移行する。

以後の工程では、送風機は、工程に応じて回転数を変えられることはあっても、基本的には運転を継続される。また、前記ダンパも工程に応じて位置調整されるが、プレイグニッションおよび着火トライでは、着火用風量位置に維持される。

プレイグニッションは、スパーク発生装置６の起動からバーナ３へ燃料供給するまでの工程をいう。すなわち、プレイグニッションでは、バーナ３へ燃料供給しない状態で、スパーク発生装置６を起動する。具体的には、燃料弁５を閉じた状態で、リレー駆動回路１３を介してリレー１２を操作して、昇圧変圧器９を作動させ、その二次電圧を点火プラグ１０に印加する。

ここで、点火プラグ１０に高電圧を印加したからといって、点火プラグ１０の汚れなどに起因して、点火プラグ１０において直ちにスパークが生じるとは限らない。そこで、本実施例のボイラ着火装置１においては、制御器１５は、電流センサ７により昇圧変圧器９の一次電流を監視し、その電流変化に基づき、点火プラグ１０における実際のスパークの発生を確認する。すなわち、点火プラグ１０において実際にスパークが発生すると、昇圧変圧器９の一次電流が変化する（大きくなる）ので、その変化により実際のスパークの発生を検知することができる。そして、制御器１５は、実際のスパークの発生の検知から、設定時間経過するまで待機して、次工程の着火トライへ移行する。

このように、本実施例のボイラ着火装置およびボイラ着火方法によれば、スパーク発生装置６の起動から、実際にスパークするまでの時間に基づき、プレイグニッション時間（スパーク発生装置６の起動からバーナ３へ燃料供給するまでの時間）が変更（延長）される。点火プラグ１０における実際のスパークの発生から設定時間経過するまで待機することで、スパークを安定させることができる。

着火トライは、スパーク発生装置６の作動を継続した状態で、バーナ３へ燃料供給し、バーナ３からの燃料に着火させた後、スパーク発生装置６を停止するまでの工程をいう。前述したように、プレイグニッションにおいて、スパーク発生装置６を起動し、点火プラグ１０における実際のスパークを電流センサ７により検知した後、設定時間経過するまで待機される。その後、着火トライにおいて、まず燃料弁５が開かれる。これにより、バーナ３から燃料が噴出され、その燃料は点火プラグ１０からのスパークで着火される。それによる火炎は火炎検出器８により検知されるが、本実施例では、その検知から設定時間はスパーク発生装置６の作動を継続する。そして、火炎検出器８による実際の火炎の確認から設定時間経過すると、リレー駆動回路１３によりリレー１２の接点を操作して、スパーク発生装置６を停止し、実際の燃焼工程へ移行する。

このように、本実施例のボイラ着火装置およびボイラ着火方法によれば、バーナ３への燃料の供給から、実際に着火するまでの時間に基づき、着火トライ時間（バーナ３へ燃料供給してからスパーク発生装置６を停止するまでの時間）が変更（延長）される。バーナ３における実際の火炎の発生から設定時間経過するまで待機することで、バーナ３への着火を安定させることができる。

その後の燃焼工程では、典型的には、ボイラ２の蒸気圧に基づきバーナ３の燃料量が切り替えられる。たとえば、バーナ３への燃料の供給量と、缶体またはバーナ３への燃焼用空気の供給量を調整して、高燃焼と低燃焼との間で燃焼量が切り替えられる。

燃焼工程中、火炎検出器８により火炎の有無が常時監視される。そして、万一、失火を検知すると、直ちにスパーク発生装置６を起動するのがよい。この場合、失火から設定時間内に火炎検出器８が火炎を検知した場合には、ボイラ２の運転を継続する一方、失火から設定時間内に火炎検出器８が火炎を検出しない場合には、ボイラ２の運転をインターロック停止すればよい。

以上に述べたように、本実施例のボイラ着火装置およびボイラ着火方法によれば、実際にスパークする時期に応じてプレイグニッション時間が変更されると共に、実際に火炎が生じる時期に応じて着火トライ時間が変更される。これにより、着火性能の変化に拘わらず、確実な着火を図ることができる。また、燃焼工程中、失火を確認すると、直ちにスパーク発生装置６を作動させて、再着火を目指すことができる。そして、失火から設定時間内に再着火が実現すれば、燃焼を継続することができる。一方、失火から設定時間内に再着火が実現しない場合には、ボイラ２の運転を停止して、安全確保を図ることができる。

本発明のボイラ着火装置およびボイラ着火方法は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、ボイラ２の主燃料の着火に適用した例について説明したが、主バーナへの直接点火ではなく、パイロットバーナへの点火にも同様に適用することができる。

また、前記実施例では、プレイグニッション時間と着火トライ時間との双方を変更可能としたが、場合により、いずれか一方だけとしてもよい。

また、前記実施例では、点火プラグ１０における実際のスパークの発生は、スパーク発生装置６の電流変化によって検知したが、他の方法により検知するようにしてもよい。たとえば、火炎検出器８が紫外線光電管の場合、スパークからの紫外線を検知し得るので、火炎検出器８によりスパークの有無を監視してもよい。

また、前記実施例において、プレイグニッション、着火トライ、および失火からの再着火における各設定時間は、相互に異なってもよいのは勿論である。しかも、各設定時間は、バーナ３や燃料の種類によって、変更可能とするのがよい。

さらに、前記実施例において、失火時にスパーク発生装置６を作動させて再着火を図ったが、この際、バーナ３の燃焼量を変更してもよい。たとえば、高燃焼、低燃焼および停止の三段階でバーナ３を制御する場合、高燃焼ではなく低燃焼へ移行して、燃焼状態の継続を図る構成としてもよい。

本発明のボイラ着火装置の一実施例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ボイラ着火装置
２ ボイラ
３ バーナ
４ 燃料供給路
５ 燃料弁
６ スパーク発生装置
７ 電流センサ
８ 火炎検出器
９ 昇圧変圧器
１０ 点火プラグ
１１ 交流電源
１２ リレー
１３ リレー駆動回路
１４ 電極
１５ 制御器

Claims (6)

1. 缶体内および煙道内の換気を図るプレパージ、スパーク発生装置の起動からバーナへ燃料供給するまでのプレイグニッション、および前記バーナへ燃料供給してから前記スパーク発生装置を停止するまでの着火トライを順次に実行するボイラの着火装置であって、
   プレイグニッション時間および／または着火トライ時間が変更可能に構成され、
   前記プレイグニッション時間は、前記スパーク発生装置の起動から実際にスパークするまでの時間に基づき変更され、
   前記着火トライ時間は、前記バーナへの燃料供給から実際に火炎が生じるまでの時間に基づき変更される
   ことを特徴とするボイラ着火装置。
2. 昇圧変圧器において一次電圧を二次電圧に昇圧し、その二次電圧を点火プラグに印加してスパークを発生させるスパーク発生装置と、
   このスパーク発生装置のスパークで着火されるバーナの火炎の有無を監視する火炎検出器と、
   前記昇圧変圧器の一次電流を監視する電流センサと、
   プレイグニッション中、前記電流センサが監視する一次電流の変化に基づき、前記点火プラグにおける実際のスパークの発生を検知して、この検知に基づき着火トライへの移行時期を決定する制御器と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラ着火装置。
3. 前記制御器は、着火トライ中、前記火炎検出器により実際の着火を検知して、この検知に基づき着火トライの終了時期を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のボイラ着火装置。
4. 着火トライ後、前記バーナで燃料を燃焼中、前記火炎検出器により失火を検知すると、直ちに前記スパーク発生装置を作動させ、
   失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検知した場合には、前記ボイラの運転を継続する一方、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検出しない場合には、前記ボイラの運転を停止する
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボイラ着火装置。
5. 缶体内および煙道内の換気を図るプレパージと、
   バーナへ燃料を供給しない状態でスパーク発生装置を起動し、このスパーク発生装置における電流変化に基づき実際のスパークの発生を検知し、この検知に基づき次工程への移行時期を決定するプレイグニッションと、
   前記スパーク発生装置の作動を継続した状態で前記バーナへ燃料を供給し、火炎検出器により実際の着火を検知し、この検知に基づき次工程への移行時期を決定する着火トライと
   を順次に実行することを特徴とするボイラ着火方法。
6. 前記着火トライ後、前記バーナで燃料を燃焼中、前記火炎検出器により失火を検知すると、直ちに前記スパーク発生装置を作動させ、
   失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検知した場合には、ボイラの運転を継続する一方、失火から設定時間内に前記火炎検出器が火炎を検出しない場合には、前記ボイラの運転を停止する
   ことを特徴とする請求項５に記載のボイラ着火方法。

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