JP2010236719A - 多缶設置ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 多缶設置ボイラにおいて、無駄な燃焼を防ぎながら負荷に対する追従性を高め、ハンチングの発生を防止する。
【解決手段】 並列設置した複数台のボイラ１と、各ボイラに対して燃焼指令の出力を行う台数制御装置３からなる多缶設置ボイラであって、ヘッダ部圧力検出装置６とボイラ部圧力検出装置２を設け、蒸気圧力値は台数制御装置３へ出力することができるようにしておき、台数制御装置３は、検出した蒸気圧力値に基づき、燃焼必要なボイラに対して燃焼指令の出力を行うことでボイラの運転を制御するとともに、任意の時間帯におけるボイラ燃焼台数の最大値を最大燃焼台数として記録しておき、台数制御装置３は蒸気集合部における蒸気圧力値に基づき燃焼指令を出力する台数制御と、当該時間帯として記録しておいた最大燃焼台数内のボイラに対し、ボイラ部の蒸気圧力値を下限圧力以上に維持するための燃焼指令を出力するハンチング防止制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は多缶設置したボイラに関するものであり、詳しくは負荷に対する追従性を向上させた多缶設置ボイラに関するものである。

複数台のボイラと台数制御装置を設置しておき、負荷量に応じてボイラの燃焼台数を制御するボイラの多缶設置が広く普及している。蒸気ボイラにおける多缶設置の場合、各ボイラで発生した蒸気は、蒸気ヘッダに集合後に蒸気使用箇所へ送っており、蒸気ヘッダの蒸気圧力値に基づいて各ボイラの運転を制御する台数制御を行う。台数制御では、蒸気ヘッダにおける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させ、蒸気圧力値が上昇すればボイラの燃焼台数を少なくすることで蒸気発生量を減少させて、蒸気圧力値が一定の制御幅内に収まるように制御を行う。

台数制御装置では、個々のボイラに対して稼働優先順位を定めておき、蒸気ヘッダ部分の蒸気圧力値から必要な燃焼量を定め、算出した燃焼量分となるように稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行う。燃焼指令を受けたボイラは、燃焼を行うことで缶水の加熱を行って蒸気を発生し、蒸気ヘッダへ蒸気を供給する。蒸気供給を行うことによって蒸気圧力値が上昇し、必要な燃焼量が少なくなると、台数制御装置は燃焼の必要がなくなったボイラへは燃焼指令の出力を停止し、燃焼指令が途切れたボイラは燃焼を停止する。

ボイラでは、燃焼を開始する前に炉内を換気するプレパージを行う必要があり、燃焼指令の出力があってもプレパージが終了するまでは燃焼を開始することができない。また、ボイラが冷えた状態から燃焼を開始した場合には、ボイラの缶水温度を高める時間が必要であり、ボイラ内部を加熱して缶水を蒸気発生温度まで加熱した後に蒸気供給が始まる。そのため、ボイラへの燃焼指令の出力から実際に蒸気供給が始まるまでには遅れ時間があり、ボイラの状態によって遅れ時間が長くなることがあった。蒸気圧力値の低下によってボイラに対する燃焼指令の出力を行っても、蒸気の供給を開始するまでに時間が掛かると、その間に蒸気ヘッダでの蒸気圧力がさらに低下することになり、負荷に対する追従性が悪くなるという問題がある。

また、必要な蒸気供給が遅れることで蒸気圧力値が大きく低下すると、本来なら燃焼の必要がない優先順位が下位のボイラにも次々と燃焼指令の出力が行われることがある。この場合、実際の蒸気供給が始まると、蒸気供給量が大幅に過剰となるために蒸気圧力値が急上昇し、今度は蒸気圧力値の上昇によってボイラが次々と停止することになる。すると、燃焼の必要なボイラまでも停止してしまうことで蒸気供給量が大幅に不足するために蒸気圧力値は急低下し、再びボイラを次々と燃焼させるということを繰り返してしまうハンチングを発生するという問題もある。

特開２００４−７７０４３では、メイン燃焼を停止してもパイロットバーナによる燃焼を続けておき、メイン燃焼要求信号の出力時にはパイロット燃焼からメイン燃焼へ切り換えることで、メイン燃焼開始前のプレパージをなくし、負荷の追従性を高めることが記載されている。この場合、メイン燃焼開始前にプレパージを行う必要がないため、遅れ時間を少なくすることができる。ただし、パイロットバーナは着火用の火種であるため、パイロットバーナでの燃焼を行っていてもボイラ内缶水の温度上昇はごく僅かでしかない。そのため、冷缶状態から燃焼を開始した場合には、ボイラの缶水温度を上昇させる時間が必要となり、蒸気供給までの時間が長くなるという点はかわらなかった。さらに、メイン燃焼停止時にパイロットバーナによる燃焼を続ける制御には、パイロットバーナが必要であり、パイロットバーナを持たないボイラの場合には、この制御を行うことはできなかった。

また、特開平２−２４２０１１では、燃焼中のボイラ以外にキープ圧力維持の指令を送り、冷缶状態のボイラを作らないことで蒸気の供給を早め、ハンチングを防ぐようにすることの記載がある。しかしこの場合、次に燃焼を開始する順位のボイラに対しては、そのボイラがその後に燃焼するか否かに関係なくキープ圧力維持の指令を送ることになる。その後に燃焼は行わないボイラでキープ圧力維持の燃焼を行うことは、エネルギーを無駄に消費することになっていた。

特開２００４−７７０４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、多缶設置ボイラにおいて、無駄な燃焼を防ぎながら負荷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にある。

並列に設置した複数台のボイラと、各ボイラに対して燃焼指令の出力を行う台数制御装置からなる多缶設置ボイラであって、各ボイラで発生した蒸気を集合させている蒸気集合部での蒸気圧力値を検出するヘッダ部圧力検出装置と、ボイラごとに蒸気圧力値を検出するボイラ部圧力検出装置を設け、蒸気集合部における蒸気圧力値とボイラごとの蒸気圧力値は、台数制御装置へ出力することができるようにしておき、台数制御装置は、検出した蒸気圧力値に基づき、燃焼が必要なボイラに対して燃焼指令の出力を行うことでボイラの運転を制御するとともに、任意の時間帯におけるボイラ燃焼台数の最大値を最大燃焼台数として記録しているものであって、台数制御装置は蒸気集合部における蒸気圧力値に基づき燃焼指令を出力する台数制御と、当該時間帯として記録しておいた最大燃焼台数内のボイラに対し、ボイラ部の蒸気圧力値を下限圧力以上に維持するための燃焼指令を出力するハンチング防止制御を行う。

多缶設置ボイラにおいて、無駄な燃焼を防ぎながら負荷に対する追従性を高めることができるため、ハンチングの発生を防止することができる。

本発明の一実施例におけるボイラの設置状態を示したフロー図 本発明の一実施例における最大燃焼台数設定状況の説明図 本発明の一実施例における蒸気圧力値変化状況の説明図 従来例における蒸気圧力値変化状況の説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は多缶設置ボイラの設置状況を示したフロー図、図２は最大燃焼台数設定状況の説明図、図３は蒸気圧力値変化状況の説明図である。

まず図１に基づき、多缶設置ボイラの全体構成を説明する。本実施例では１号缶から４号缶の４台のボイラ１を並列に設置しており、各ボイラ１は蒸気配管で蒸気ヘッダ４と接続する。ボイラは、高燃焼、低燃焼、停止の３位置で燃焼を行うものであり、高燃焼は低燃焼の２倍の燃焼量としている。各ボイラ１で発生した蒸気は蒸気ヘッダ４に集合し、蒸気ヘッダ４から蒸気使用箇所へ蒸気の供給を行う。蒸気ヘッダ４には蒸気圧力を検出するヘッダ部圧力検出装置６を設け、ヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値は台数制御装置３へ出力する。各ボイラ１にもそれぞれのボイラで蒸気圧力値を検出するボイラ部圧力検出装置２を設けており、ボイラ部圧力検出装置２で検出した蒸気圧力値も、台数制御装置３へ出力するようにしている。

台数制御装置３は、各ボイラ１に設けている運転制御装置５とも接続しておき、各ボイラの運転制御装置５は、台数制御装置３からの指令に基づきボイラの運転を制御する。
台数制御装置３は、各ボイラに対して稼働優先順位を設定しており、稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼を行わせる。ボイラの稼働優先順位は、１号缶を第１位、２号缶を第２位、３号缶を第３位、４号缶を第４位としておく。ボイラの運転制御は、台数制御装置３及びボイラごとに設けている運転制御装置５で行う。台数制御装置３には、ヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値に対応して定まるボイラの燃焼状態を設定しておく。台数制御装置３ではヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値に基づいて必要な燃焼量を算出し、稼働優先順位の高いボイラから順に算出した燃焼量となるように燃焼要求信号を出力する台数制御を行う。台数制御装置３は、蒸気圧力値が上昇すれば燃焼要求信号の出力を行うボイラの台数を減少し、蒸気圧力値が低下すれば燃焼要求信号の出力を行うボイラの台数を増加する。

図３では、ヘッダ部の蒸気圧力値に対応するボイラの燃焼パターンを、高燃焼はＨ、低燃焼はＬ、停止は−で示している。実施例は、制御圧力幅の下限値が０．７０ＭＰａ、上限値が０．７８ＭＰａの場合である。蒸気圧力値が０．７１ＭＰａに満たなければ４台すべてのボイラを高燃焼、蒸気圧力値が０．７１ＭＰａ〜０．７２ＭＰａであれば高燃焼３台と低燃焼１台、０．７２ＭＰａ〜０．７３ＭＰａであれば高燃焼２台と低燃焼２台、０．７３ＭＰａ〜０．７４ＭＰａであれば高燃焼１台と低燃焼３台、０．７４ＭＰａ〜０．７５ＭＰａであれば高燃焼１台と低燃焼２台、０．７５ＭＰａ〜０．７６ＭＰａであれば低燃焼が３台、０．７６ＭＰａ〜０．７７ＭＰａであれば低燃焼が２台、０．７７ＭＰａ〜０．７８ＭＰａであれば低燃焼が１台、０．７８ＭＰａを越えていれば４台すべてのボイラを停止、とするように設定している。

また、台数制御装置３には、時期・曜日・時間帯などでの任意時間における最大燃焼台数を記録するようにしておく。台数制御装置３には時計機能を設けておき、各時間帯における燃焼台数の最大値を記録する。図２は、ある蒸気使用箇所における蒸気使用量を示したものであり、８時から１８時までの間を１時間ごとに分割し、１時間ごとにボイラの最大燃焼台数を記録した場合の例である。図２の蒸気使用量の例では、８時台で急激に上昇してピークを迎え、その後はピークから下がった量で安定し、１２時台で低下した後、１３時台に入ると再び急上昇し、１４時から１７時の間は安定して、１７時を過ぎると低下している。

多缶設置ボイラでは、蒸気使用量に見合った量の蒸気を供給しているため、蒸気使用量が多い時期にはボイラの燃焼台数が多くなり、蒸気使用量が少ない時期にはボイラの燃焼台数が少なくなる。最大燃焼台数は、蒸気使用量の多い８時台は４台、８時台に比べると蒸気使用量が少なくなる９時台であれば３台、１０時台であれば３台・・・となっている。蒸気使用量は一般的には、時期・曜日・時間帯などによって周期的に変動するものであるため、各時間帯での最大燃焼台数を一通り検出しておくことで、同じ条件となる時間帯での最大燃焼台数を予測することができる。

台数制御装置３は、稼働優先順位の高いものから最大燃焼台数分のボイラに対しては、圧力維持のための燃焼指令を出力するハンチング防止制御を行う。圧力維持のための燃焼指令は、ヘッダ部圧力検出装置６に基づく台数制御では燃焼の必要がないが、最大燃焼台数には該当するボイラに対して、該ボイラのボイラ部圧力検出装置２で検出しているボイラ内の蒸気圧力値が、下限圧力より低い場合に燃焼指令の出力を行うものである。本実施例では、維持する圧力を０．６９ＭＰａ〜０．７０ＭＰａとしており、該ボイラのボイラ部圧力検出装置２による検出蒸気圧力値が０．６９ＭＰａより低い場合には燃焼指令の出力を行う。

図３は、蒸気圧力値変化とボイラ燃焼状態の変更状況を示している。図３は最大燃焼台数が３台の場合であり、優先順位が第１位から第３位のボイラが最大燃焼台数内のボイラとなる。図３の蒸気圧力値は、ヘッダ部圧力検出装置６で検出する蒸気ヘッダにおける圧力値と、燃焼順位が第３位となるボイラである３号缶のボイラ部圧力検出装置２で検出している蒸気圧力値を記載している。図３では、最大燃焼台数が３台であるため、優先順位が３位までのボイラは、台数制御による運転制御では燃焼を行わない場合であっても、蒸気圧力値が制御範囲の下限圧力を維持するように運転を行う。優先順位が第４位であるボイラは、この時間帯では燃焼が必要となる可能性が低く、ボイラ内蒸気圧力を維持するための燃焼を行っても無駄になるので、ハンチング防止制御は行わない。なお、通常ならこの時間帯で４号缶の燃焼が必要となることはないのであるが、通常とは異なる事態が発生して、ヘッダ部圧力検出装置６で検出している蒸気圧力値が０．７４ＭＰａよりも低下した場合は、台数制御として４号缶の燃焼を行う。

図３では、蒸気ヘッダでの蒸気圧力値が０．７６ＭＰａ〜０．７７ＭＰａの範囲内ある状態から始まっている。この圧力域の燃焼量は低燃焼が２台であるため、台数制御装置３は、台数制御に基づき、優先順位が第１位である１号缶のボイラと、第２位である２号缶のボイラに対して低燃焼の燃焼要求信号を出力することになり、１号缶と２号缶では低燃焼での燃焼を行っている。また、台数制御では燃焼させる必要がないが、最大燃焼台数の３台に含まれる３号缶に対しては、０．６９ＭＰａ〜０．７０ＭＰａを維持するようにハンチング防止制御を行っている。３号缶のハンチング防止制御は、３号缶のボイラ部圧力検出装置２によって検出している蒸気圧力値が０．７０ＭＰａまで上昇すると燃焼指令を停止し、０．６９ＭＰａまで低下すると燃焼指令を出力するようにしており、ボイラの燃焼を発停することで圧力維持を行う。

蒸気使用量が安定しており、蒸気使用量に見合った量の蒸気を供給している場合、蒸気圧力値及びボイラの燃焼状態に大きな変化は発生しない。しかし、蒸気使用量が増加して蒸気発生量よりも蒸気使用量が多くなり、その差が大きい場合には、蒸気ヘッダ４部分での蒸気圧力値が急激に低下する。ヘッダ部圧力検出装置６で検出している蒸気ヘッダ部の蒸気圧力値が、０．７６ＭＰａまで低下すると、台数制御装置は３号缶に対して蒸気供給のための燃焼指令を出力する。

３号缶では、台数制御による燃焼指令出力時点で、ボイラ内部の蒸気圧力値が燃焼圧力制御幅の下限近くまで上昇しているため、燃焼開始からごく短時間で蒸気ヘッダ部の圧力に追いつくことができる。ボイラ部分の蒸気圧力が蒸気ヘッダ部分の蒸気圧力より低い間は、ボイラから蒸気ヘッダへの蒸気供給は行われず、ボイラ部の蒸気圧力が蒸気ヘッダ部の蒸気圧力値よりも高くなると、ボイラ部から蒸気ヘッダ４への蒸気供給が行われる。そのため、図４に記載のように、ボイラが冷えた状態では燃焼指令出力から実際に蒸気の供給が行われるまでの時間が長くなり、その間は蒸気圧力値が低下し続けるために蒸気圧力値の低下幅が大きくなるということがあった。しかし、あらかじめボイラ部の蒸気圧力値を高めておけば、短時間で蒸気供給を行うことができるため、蒸気供給が遅れることによって蒸気圧力値が大きく低下する、ということを防止することができる。

図３では、その後に蒸気ヘッダ部の蒸気圧力が上昇しており、蒸気圧力値が０．７６ＭＰａになると３号缶の燃焼を停止する。台数制御では、蒸気圧力値が０．７６ＭＰａを越えると低燃焼２台になるため、３号缶に対する燃焼指令は停止し、３号缶は燃焼を停止している。この時の３号缶のボイラ部圧力検出装置２で検出している蒸気圧力値は、制御範囲である０．７０ＭＰａよりも高いため、ハンチング防止制御でも３号缶は停止となる。３号缶の蒸気圧力値は、蒸気ヘッダ部への蒸気供給を行っている間はヘッダ部圧力と同じ値となっているが、３号缶の燃焼を停止すると３号缶の蒸気圧力値は低下するため、蒸気ヘッダ部の蒸気圧力値よりも低くなっていく。図３には記載していないが、この状態が継続して３号缶の蒸気圧力値が０．７０ＭＰａより低くなった場合には、再びハンチング防止制御として３号缶に対する燃焼指令の出力が行われる。

図４は圧力維持のためのハンチング防止制御を行っていない場合の蒸気圧力値変化とボイラ燃焼状態の変更状況である。図４では、蒸気ヘッダ４の蒸気圧力値は図３と同じ状態から始まっているが、３号缶ボイラ内の蒸気圧力値は０の状態から始まっており、蒸気ヘッダ部の蒸気圧力値が０．７６ＭＰａまで低下してから、３号缶ボイラの運転を開始するようにしている。この場合、３号缶ボイラでは蒸気ヘッダ部分の圧力低下によって燃焼を開始しても、ボイラ内の蒸気圧力値が蒸気ヘッダ部の蒸気圧力値に到達するまでは蒸気供給が行われないため、蒸気ヘッダでの蒸気圧力値は大きく低下している。蒸気圧力値が更に低下して０．７４ＭＰａよりも低くなると、台数制御装置では燃焼の優先順位が第４位である４号缶のボイラへも燃焼指令を出力し、４号缶でも燃焼を開始させる。その後、ボイラからの蒸気供給が始まると、蒸気供給量が大幅に大きくなっているために蒸気圧力値は急上昇している。このような急激な蒸気圧力値の上昇があると、台数制御装置ではボイラの燃焼量を減少させていくため、本来なら燃焼を継続すべきであるボイラまで停止することになっている。すると燃焼を停止し過ぎたことによって蒸気供給量が大幅に足りなくなるために、その後に蒸気圧力値の急低下を招いている。

本発明であれば、このような蒸気圧力値の急低下は発生しないため、蒸気圧力値の急低下と急上昇を繰り返すハンチングが発生することはなく、安定した蒸気供給を行うことができる。また、圧力維持を行うボイラはその時間帯における最大燃焼台数としているため、燃焼の可能性が低いボイラにまで圧力維持の燃焼を行うということはなく、燃料や電気の消費量を抑制することができる。

１ ボイラ
２ ボイラ部圧力検出装置
３ 台数制御装置
４ 蒸気ヘッダ
５ 運転制御装置
６ ヘッダ部圧力検出装置

Claims (1)

1. 並列に設置した複数台のボイラと、各ボイラに対して燃焼指令の出力を行う台数制御装置からなる多缶設置ボイラであって、各ボイラで発生した蒸気を集合させている蒸気集合部での蒸気圧力値を検出するヘッダ部圧力検出装置と、ボイラごとに蒸気圧力値を検出するボイラ部圧力検出装置を設け、蒸気集合部における蒸気圧力値とボイラごとの蒸気圧力値は、台数制御装置へ出力することができるようにしておき、台数制御装置は、検出した蒸気圧力値に基づき、燃焼が必要なボイラに対して燃焼指令の出力を行うことでボイラの運転を制御するとともに、任意の時間帯におけるボイラ燃焼台数の最大値を最大燃焼台数として記録しているものであって、台数制御装置は蒸気集合部における蒸気圧力値に基づき燃焼指令を出力する台数制御と、当該時間帯として記録しておいた最大燃焼台数内のボイラに対し、ボイラ部の蒸気圧力値を下限圧力以上に維持するための燃焼指令を出力するハンチング防止制御を行うものであることを特徴とする多缶設置ボイラ。

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