JP2010133672A

JP2010133672A - ボイラ多缶設置システム

Info

Publication number: JP2010133672A
Application number: JP2008311900A
Authority: JP
Inventors: Masato Nishiyama; 将人西山
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP5230386B2

Abstract

【課題】
負荷変動に対する追従性を高め、ハンチングの発生を防止することで蒸気圧力を安定させることのできるボイラ多缶設置システムを提供する。
【解決手段】ボイラ１を複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部５に集合させてから蒸気必要部へ供給しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部５に設けた圧力検出装置４と、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対して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多缶設置システムにおいて、台数制御装置２は、前記圧力検出装置４にて検出している蒸気圧力値の上昇速度を算出しておき、蒸気圧力値の上昇速度が設定値以上であった場合、蒸気圧力値の上昇によって燃焼を停止したボイラに対し、蒸気集合部における蒸気圧力値が上昇している段階で、次回の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は複数台のボイラを設置しておき、蒸気集合部の蒸気圧力値に基づいて必要台数分のボイラを燃焼させる台数制御装置を設けているボイラ多缶設置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制御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。蒸気ボイラを複数台設置した多缶設置システムでは、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。蒸気集合部には圧力検出装置を設けておき、圧力検出装置で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、蒸気圧力値を所定の範囲内に保つ制御を行うことができる。

具体的には、台数制御装置では蒸気圧力の調節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状態を定めた燃焼パターンを設定しておく。多缶設置しているボイラが、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであれば、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定めた燃焼パターンを設定しておく。燃焼パターンでは、検出している蒸気圧力値が低圧側の圧力帯になるほど燃焼量が大きくなるように高燃焼・低燃焼・停止の各台数を定めておき、燃焼の優先順位が高いボイラから順に決定台数分のボイラを燃焼させる。

多缶設置ボイラでは、ボイラ全体での燃焼量を増減することで、ボイラから供給する蒸気量を増減することができるが、ボイラに対する燃焼指令の出力から実際に蒸気供給量の変化が現れるまでに時間差が生じる。ボイラの燃焼を開始する場合には、炉内に未燃分が残留した状態で着火されるのを防止するため、燃焼開始前に燃焼室内を換気するプレパージなど燃焼準備の工程が必要であり、燃焼準備工程の後でなければ燃焼を開始することができない。燃焼指令の出力を行っても燃焼準備中のボイラでは蒸気供給を行うことができないため、その間の蒸気圧力値は低下し続けることになる。ボイラの燃焼を停止する場合、ボイラでは燃焼停止指令を受けると燃焼を停止するが、燃焼を停止してもボイラには熱が蓄積されているため、しばらくは蒸気の供給が続き、その間の蒸気圧力値は上昇し続ける。また、ボイラの燃焼台数を減少しても、まだ燃焼を行っているボイラによる蒸気供給量が蒸気使用量を上回っていれば、蒸気圧力値は上昇を続けることになる。

ボイラの燃焼準備工程を行っている間に蒸気圧力値がさらに低い側の圧力帯内へ低下することになると、台数制御装置では次の燃焼優先順位ボイラに対して燃焼指令の出力を行う。蒸気圧力値が低下する速度が速い場合には、蒸気圧力値の低下に合わせて、多缶設置しているボイラに対し次々と燃焼指令を出力し、ボイラの燃焼台数を増加することで蒸気の不足を補おうとする。すると、実際に必要な蒸気量に対応する台数のボイラよりも多くのボイラに対して燃焼指令を出力することになり、その後にボイラが燃焼準備の工程を終了して次々と燃焼を開始すると、今度は逆に蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなる。蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなると、今度は蒸気圧力値が急上昇することになる。蒸気圧力が急上昇すれば、台数制御装置ではボイラの燃焼台数を削減するが、蒸気圧力値の上昇が急激であれば、今度は必要以上にボイラの燃焼台数を削減していく。燃焼台数を減らしすぎた場合、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に小さくなるため、蒸気圧力値は急低下することになる。すると再びボイラに対して順次燃焼指令を出力していくが、燃焼開始時には燃焼準備の工程が必要であってすぐには蒸気を供給することができないために蒸気供給が遅れ、またもや必要以上のボイラに対して燃焼指令を出力するということを繰り返すハンチングを発生することになっていた。ハンチングが発生すると、蒸気圧力値は調節範囲より高くなることと低くなることを繰り返すことになるため、蒸気の安定供給ができなくなる。

そこで、特許２９３３８７６号には、台数制御を行っているボイラにおいて、ボイラ発停時に、あらかじめ定めておいた蒸気変動速度より速く蒸気圧力が変化したボイラについては、プレパージを先行して行うことで、負荷に対する追従性を向上させるという発明が記載されている。この発明では、前回の燃焼停止時における蒸気圧力値の低下に要した時間と、燃焼準備工程の時間を比較しておき、その結果に基づき、次に燃焼を停止した時にプレパージを先行させて実施するか否かを決定する。このように、燃焼停止時にプレパージを先行して実施するようにしておけば、蒸気圧力値が設定値まで低下して燃焼指令を出力してから実際に蒸気供給を開始するまでの時間を短縮することができるため、燃焼台数の急増と急減を繰り返すハンチングの発生を防止することができる。しかしこの発明の場合、燃焼停止時にプレパージを先行して実施するか否かを決定するのは、１サイクル前の燃焼停止時における蒸気圧力値の変動速度に基づくようにしており、その後に蒸気使用量が変化することもあるため、必要なときにプレパージの先行実施が行われなかったり、必要でない時にプレパージの先行実施を行うことがあった。
特許２９３３８７６号

本発明が解決しようとする課題は、負荷変動に対する追従性を高め、ハンチングの発生を防止することで蒸気圧力を安定させることのできるボイラ多缶設置システムを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部に設けた圧力検出装置と、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、前記圧力検出装置にて検出している蒸気圧力値の上昇速度を算出しておき、蒸気圧力値の上昇速度が設定値以上であった場合、蒸気圧力値の上昇によって燃焼を停止したボイラに対し、蒸気集合部における蒸気圧力値が上昇している段階で、次回の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始する制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、前記のボイラ多缶設置システムにおいて、蒸気圧力値が上昇している段階で燃焼準備の工程を開始したボイラであっても、実際に燃焼を開始するのは蒸気圧力値が低下に転じ、燃焼開始の設定値まで蒸気圧力値が低下した以降としている
ことを特徴とする。

本発明を実施することで、蒸気負荷に対するボイラ燃焼制御の追従性が向上し、蒸気圧力値の急低下と急上昇を起こすことがなくなって、多缶設置ボイラにおけるハンチングの発生を防止することができ、蒸気を安定供給することができる。

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。実施例では１号缶・２号缶・３号缶・４号缶からなる４台のボイラ１を設けており、各ボイラ１は共通の蒸気集合部５に接続する。各ボイラで発生した蒸気は前記蒸気集合部５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５に圧力検出装置４を設ける。各ボイラ１には運転制御装置３を設けており、各ボイラの運転制御は個々の運転制御装置３によって行う。運転制御装置３は、各ボイラ１の燃焼状態を定める台数制御装置２と接続しており、台数制御装置２からの燃焼指令に基づいて運転の制御を行う。

台数制御装置２は、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決定する。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状態を設定しておき、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。また、台数制御装置２は各ボイラに対して燃焼の優先順位を定めておき、優先順位の高いボイラから順に燃焼させるようにしている。ここでの優先順位は、１号缶のボイラを第１位、２号缶のボイラを第２位、３号缶のボイラを第３位、４号缶のボイラを第４位としている。

図２は、蒸気圧力値、ボイラの運転状況、蒸気発生量の時間変化を模式的に示したものである。図２の上段には、蒸気圧力値の変化状況、中段には台数制御装置２から各ボイラに対して出力する運転指令、下段にはボイラ全体での蒸気発生量の変化を記載している。台数制御装置２では、蒸気圧力の調節範囲内を複数の圧力帯に区分している。蒸気圧力値が低くなった場合にはボイラの燃焼台数を多くし、蒸気圧力値が高くなるとボイラの燃焼台数を少なくする。台数制御装置２では、蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を決定し、優先順位の高い順に燃焼指令を出力する。また、台数制御装置２では、圧力検出装置にて検出している蒸気圧力値の上昇速度を算出しておき、蒸気圧力値の上昇速度が設定値以上であった場合、蒸気圧力値の上昇によってボイラの燃焼を停止したボイラでは、蒸気圧力値が上昇している段階から次回の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始する制御を行う。

図２では、燃焼優先順位が第１位の１号缶のみが燃焼しており、蒸気圧力値は緩やかに上昇している状態から開始している。蒸気圧力が上昇し、時刻Ａで蒸気圧力値から定まるボイラの燃焼台数は０台となっており、燃焼を行っていた１号缶は燃焼を停止する。その後、蒸気圧力値は減少に転じ、時刻Ｂで１号缶に対して燃焼指令の出力を行い、１号缶では燃焼準備の工程を行う。しかしここでは、蒸気圧力値の低下速度が大きいために、１号缶のボイラが燃焼を開始するまでの間に蒸気圧力値が大きく低下している。そのため、時刻Ｃ・Ｄ・Ｅでは、燃焼優先順位が第２位から第４位の２号缶から４号缶のボイラに対して順に燃焼指令の出力を行っている。燃焼準備を開始した各ボイラでは、燃焼準備の工程が終了し次第、燃焼を開始することになる。

各ボイラでの燃焼準備工程が終了して全ボイラで燃焼が始まると、蒸気供給量は非常に大きくなる。蒸気使用量より蒸気供給が大幅に多くなると、蒸気圧力は急上昇することになり、時刻Ｆ・Ｇ・Ｈ・Ｉと蒸気圧力値が高くなるごとに燃焼台数を減少していく。この時、蒸気圧力値の上昇速度が設定値以上である場合（例えば、第４位ボイラが燃焼を停止する時刻Ｆから、第３位ボイラが燃焼を停止する時刻Ｇまでの時間が、設定時間未満である場合）、台数制御装置２では第１位ボイラから第３位ボイラに対し、燃焼を停止するとすぐに次の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始させる制御を行う。そのため、３号缶・２号缶・１号缶の各ボイラは、時刻Ｇ・時刻Ｈ・時刻Ｉで順に燃焼を停止後すぐに燃焼準備の工程を開始している。

その後、蒸気圧力値が低下しており、時刻Ｊで１号缶に対して燃焼指令の出力を行い、時刻Ｋで２号缶に対して燃焼指令の出力を行う。１号缶では時刻Ｉの時点から燃焼準備の工程を開始しているが、時刻Ｊの時点ではまだ燃焼準備の工程は終了していないため、燃焼指令の出力後も燃焼準備の工程を継続している。しかし、燃焼準備は時刻Ｉから開始しており、既にある程度は燃焼準備の工程を消化しているため、通常よりも短時間で燃焼を開始することができる。また、２号缶では時刻Ｈから燃焼準備の工程を開始しており、時刻Ｋの時点では燃焼準備は完了しているため、すぐに燃焼を開始することができる。更に蒸気圧力が低下すると時刻Ｌで３号缶の燃焼を開始する。３号缶でも時刻Ｇから燃焼準備を開始しており、準備工程は既に終了しているため、蒸気圧力が燃焼開始の圧力値まで低下した場合にはすぐに燃焼を開始することができる。

なお、本実施例では燃焼準備を開始した３号缶までのボイラで燃焼を開始したが、燃焼優先順位が下位のボイラでは、燃焼準備の工程を開始しておいても、蒸気圧力値が燃焼開始の圧力値までは低下しなかった、ということもある。そのため、燃焼準備工程の開始から一定の時間が経過しても燃焼開始の蒸気圧力とならなかった場合には、燃焼準備の工程は中止してボイラの運転を停止させる。

これが従来例である図３に記載しているように、蒸気圧力値が低下しているときの低下速度を算出しておき、蒸気圧力値の低下速度が設定値以上であれば燃焼準備を早める制御を行う場合には、上記の効果を得ることはできない。図３では、蒸気圧力値の下降速度が設定値以上であった場合、蒸気圧力値が燃焼開始の設定値に達する前に次回の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始する制御を行うというものである。図３では、蒸気圧力値の下降速度が設定値以上である場合（第１位のボイラに対して燃焼指令を出力する時刻ａから、第２位のボイラに対して燃焼指令を出力する時刻ｂまでの時間が、設定時間未満である場合）、第３位と第４位のボイラでは蒸気圧力値の低下よりも先行させて燃焼準備を開始させるようにしており、第２位のボイラが燃焼準備を開始と同時に第３位と第４位のボイラでも燃焼準備を開始する。

この場合、時刻ｃで１号缶のボイラが燃焼を開始し、時刻ｄで２号缶から４号缶のボイラが燃焼を開始する。ボイラ全缶が燃焼を開始すると蒸気供給量は急増するため、蒸気圧力値は急上昇する。図では蒸気圧力値の急上昇によって燃焼を行っていたボイラを順次停止すると、蒸気圧力値は低下している。その後に再び、時刻ｅから時刻ｆまでの時間に基づき、時刻ｆの段階でまだ燃焼開始圧力になっていない３号缶と４号缶の燃焼準備の工程を開始している。この場合もボイラが燃焼を開始するのは、蒸気圧力値が大きく低下した後である時刻ｇ及び時刻ｈとなる。

蒸気圧力値が燃焼開始の圧力値になる前に燃焼準備を開始するというものであると、３号缶及び４号缶の燃焼開始を早くすることができ、低下した蒸気圧力値を早く上昇させるという効果は得られる。しかし、必要台数を越えるボイラに対して燃焼指令を出力するため、燃焼指令を出力したボイラでの燃焼が始まると、蒸気供給が過剰となり、蒸気圧力値が急上昇して、その後にボイラを必要以上に停止して蒸気供給が不足する、というハンチングが発生してしまうことになる。

本発明を実施して、燃焼指令の出力から実際の燃焼開始までの時間を短くすると、全缶停止した場合であっても、蒸気供給の遅れによる蒸気圧力値の大幅な低下が無くなるため、ボイラの燃焼台数を必要以上に多くすることはなくなる。そのため、蒸気圧力値が急低下することで必要台数を越えるボイラに対して燃焼指令を出力してしまい、蒸気供給が過剰となると今度は逆に蒸気圧力値が急上昇し、ボイラを必要以上に停止することで蒸気供給が不足する、というハンチングの発生を防止することができる。

なお、図２の実施例では、ボイラの燃焼量制御はオン−オフで制御することになっている。燃焼量制御を高燃焼・低燃焼・停止の３位置で制御する場合、高燃焼と低燃焼の間で燃焼量を変更する制御が加わるが、燃焼を開始する場合には燃焼準備の工程が必要であることは同様であり、３位置制御であっても本発明を実施することで上記効果を得ることができる。

本発明を実施するボイラと台数制御装置の構成図本発明での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図比較のための従来制御での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図

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蒸気集合部

Claims

ボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部に設けた圧力検出装置と、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、前記圧力検出装置にて検出している蒸気圧力値の上昇速度を算出しておき、蒸気圧力値の上昇速度が設定値以上であった場合、蒸気圧力値の上昇によって燃焼を停止したボイラに対し、蒸気集合部における蒸気圧力値が上昇している段階で、次回の燃焼に向けて燃焼準備の工程を開始する制御を行うことを特徴とするボイラ多缶設置システム。
請求項１に記載のボイラ多缶設置システムにおいて、蒸気圧力値が上昇している段階で燃焼準備の工程を開始したボイラであっても、実際に燃焼を開始するのは蒸気圧力値が低下に転じ、燃焼開始の設定値まで蒸気圧力値が低下した以降としている
ことを特徴とするボイラ多缶設置システム。