JP2011007374A

JP2011007374A - ボイラ多缶設置システム

Info

Publication number: JP2011007374A
Application number: JP2009149429A
Authority: JP
Inventors: Masato Nishiyama; 将人西山; Mamoru Morimoto; 守森本
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP5465473B2

Abstract

【課題】台数制御を行っているボイラ多缶設置システムにおいて、ハンチングの発生を防止することで蒸気を安定的に供給す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おり、蒸気集合部５に設けた圧力検出装置４で検出した蒸気圧力値に基づき、優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行う台数制御装置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、ボイラを全缶停止したために蒸気供給の再開に時間がかるという場合には、優先順位がある順位より下位となるボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は複数台の蒸気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、台数制御装置によって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。蒸気ボイラの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。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。

ボイラ多缶設置システムでは、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と、実際に蒸気供給量の変化が現れるまでの間には時間差が生じる。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、燃焼準備工程を行った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応じて、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て燃焼準備中のボイラを増加し、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、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなる。蒸気使用量よりも蒸気供給量が多いと蒸気圧力値は上昇することになり、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなると、蒸気圧力値は急上昇することになる。

台数制御装置では蒸気圧力値が上昇すればボイラの燃焼台数を削減することで蒸気使用量と蒸気供給量のバランスをとろうとするが、蒸気圧力値の上昇が急激な場合には、蒸気圧力値の調節範囲内にとどまらずに調節範囲の上限値以上にまで上昇し、その結果としてすべてのボイラを燃焼停止とする。すると今度は、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に小さくなり、蒸気圧力値が急低下することになる。台数制御装置では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。

特開２００２−８１６０６号には、ボイラ燃焼中や待機中での蒸気圧力変化の勾配を検出し、検出した勾配に基づいて燃焼量の変更や燃焼開始指示信号を早めに出力するという発明が記載されている。この発明では、優先順位が下位のボイラに対して燃焼準備工程を通常より早く開始させることになるため、制御の遅れを少なくすることができるというものである。しかしこの場合でも、過剰な制御による燃焼台数の急増と急減を繰り返すハンチングの発生を完全に防止するということはできなかった。

図３はこの従来制御での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況の例を記した説明図である。この場合、時刻ａで蒸気圧力値が上限値に達し、燃焼台数を０台としてすべてのボイラでの燃焼を停止している。その後、時刻ｂで蒸気圧力値が燃焼台数１台の圧力領域に入っており、台数制御装置では１号缶のボイラに対して燃焼開始指示信号の出力を行う。しかしボイラが燃焼を開始するには、プレパージなどの準備工程が必要であるため、すぐには燃焼を開始せず、蒸気圧力値は低下を続ける。さらに蒸気圧力値の低下した時刻ｃでは、２号缶に対しても燃焼開始指示信号の出力を行うとともに、時刻ｂから時刻ｃでの蒸気圧力値変化の勾配を検出する。この勾配が大きい場合、３台目及び４台目のボイラではまだ燃焼開始の圧力になっていないが、台数制御装置では３号缶及び４号缶のボイラに対して燃焼開始指示信号の出力を行っておく。

この段階では燃焼を行っているボイラはなく、すべてのボイラは燃焼準備中であるために蒸気圧力値の低下は続いている。その後、時刻ｄになると１号缶のボイラが燃焼を開始し、時刻ｅになると２号缶から４号缶のボイラでも燃焼を開始する。４台のボイラで燃焼を開始すると、蒸気発生量は急激に増加するために蒸気圧力値は急上昇しており、時刻ｆで蒸気圧力値は制御の上限値まで達し、燃焼台数は０台となるためすべてのボイラで燃焼を停止している。すると蒸気発生量が急減するために蒸気圧力値は再び急降下するということを繰り返すハンチングを発生している。このようになると、安定した蒸気の供給が行えなくなってしまう。

特開２００２−８１６０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、台数制御を行っているボイラ多缶設置システムにおいて、ハンチングの発生を防止することで蒸気を安定的に供給す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おり、蒸気集合部に設けた圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づき、優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行う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、ボイラを全缶停止したために蒸気供給の再開に時間がかるという場合には、優先順位がある順位より下位となるボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、台数制御対象ボイラの全缶を燃焼停止とした状態から、複数のボイラに対して連続して燃焼量を増加する指令の出力を行っており、燃焼量を減少する指令の出力を行うことのないままで優先順位がある順位より下位となるボイラにおいても燃焼指令の出力を行うことになった場合、優先順位が下位のボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、優先順位の最も高いボイラに対して燃焼指令の出力を開始した時からの経過時間を検出しておき、前記経過時間が基準時間に達する前に、優先順位がある順位より下位となるボイラに対して燃焼指令の出力を行うことになった場合、優先順位が下位のボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行うことを特徴とする。

本発明を実施することで、蒸気圧力値の急低下と急上昇を起こすハンチングの発生を防止することができ、蒸気を安定的に供給することができる。

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

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、蒸気発生量の時間的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に基づいて行うボイラの運転状況、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、蒸気圧力値の調節範囲内を複数の圧力帯に区分しており、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ボイラの運転制御装置３へ燃焼指令を出力する。

また、台数制御装置２では、ボイラを全缶停止したために蒸気供給の再開に時間がかるという場合には、優先順位がある順位より下位となるボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行うようにしておく。遅延制御は、台数制御対象ボイラを全缶停止としている状態から連続してボイラの燃焼量を増加する指令を出力する場合に、優先順位が下位のボイラで行う。本実施例では、遅延制御を行うボイラの優先順位は、第３位と第４位のものとしており、優先順位がある第３位よりも下位のボイラでは、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時よりも所定の時間遅らせて燃焼指令の出力を行うことになる。

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、蒸気圧力値が上昇傾向にある状態から開始している。蒸気圧力が上昇して蒸気圧力調節範囲の上限を越えた時刻Ａでは、蒸気圧力値から定まるボイラの燃焼台数は０台となるため、台数制御装置２は燃焼を行っていた１号缶に対して停止の指令を出力して燃焼を停止させる。その後、ボイラからの蒸気供給がなくなれば蒸気圧力値は下降に転じ、時刻Ｂで１号缶のボイラ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開始する。１号缶のボイラでは、燃焼準備に要する一定の時間経過後に燃焼を開始するのであるが、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は大きく低下している。そのため、時刻Ｃの時点において、２号缶のボイラへ燃焼指定の出力を行っており、さらに時刻Ｄ・時刻Ｅでは３号缶及び４号缶のボイラに対して燃焼指令の出力を行う蒸気圧力値になっている。しかし、時刻Ａで台数制御対象ボイラを全缶停止とした以降の燃焼指令は、時刻Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅと連続でボイラの燃焼量を増加する指令を出力するものであるため、時刻Ｄ及び時刻Ｅの場合、優先順位が第３位と第４位である３号缶及び４号缶に対しては、燃焼準備の開始前に所定時間の遅延時間を設ける遅延制御を行うことになる。

その後、燃焼準備を開始した１号缶及び２号缶のボイラでは、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。燃焼準備工程が終了して燃焼が始まり、蒸気の発生が始まると、蒸気圧力値は上昇していく。時刻Ｆの時点では、３号缶では所定時間の遅延時間を終了して準備工程に入っており、４号缶では遅延時間中となっている。この時刻Ｆで蒸気圧力値は、燃焼台数を３台とする圧力範囲に入っているため、優先順位が第４位の４号缶には燃焼停止の出力が行われる。そのため４号缶では、燃焼準備の工程を開始することなく停止となる。さらに蒸気圧力値が上昇し、時刻Ｇでは燃焼台数が２台となっているため、燃焼準備中であった３号缶もこの時点で準備工程を中止して燃焼停止となる。

図３に記載の従来例では、４台のボイラで蒸気を発生すると、蒸気発生量は非常に大きくなり、蒸気使用量より蒸気供給量の方が大幅に大きくなったため、蒸気圧力は急上昇することになる。しかし、本実施例では３号缶及び４号缶のボイラで遅延制御を行っているために燃焼は行っておらず、蒸気の供給を行うボイラは２台だけであるために蒸気圧力値の変化は緩やかになっている。

燃焼台数が２台でも蒸気圧力値は上昇しており、時刻Ｈでそれまで燃焼を行っていた２号缶でも燃焼を停止する。その後は蒸気圧力値は低下しており、時刻Ｉで２号缶、時刻Ｊで３号缶での燃焼準備を開始させている。全缶停止した時から３号缶に対する燃焼開始まで一直線に蒸気圧力値が減少した場合は、３号缶の燃焼開始前に遅延制御を行うが、時刻Jの場合は遅延制御を行うこの条件には当てはまらない。全缶停止となった時刻Ａから時刻Ｊまでの間には、優先順位が第２位・第３位・第４位のボイラに対して燃焼実施から燃焼停止への変更を行う指令の出力を行っているため、時刻Ｊでは遅延制御を行わずに燃焼準備を開始する。

この実施例では、２台のボイラのみが燃焼を行っている場合でも、蒸気圧力値は上昇しているため、時刻Ｄ・Ｆで蒸気圧力値がボイラの燃焼を行わせる圧力帯に下がったとしても、燃焼優先順位が下位である３号缶や４号缶のボイラは運転する必要がないものであった。この場合には、本発明のように急いで燃焼する必要がないボイラは燃焼開始を遅らせることで、蒸気圧力値の変化を緩やかなものにすることができ、ハンチングの発生を防止することができる。

実施例では、遅延制御を行うか否かを、ボイラの燃焼量を増加する指令が連続して行われたか否か判断するものとしている。しかし、遅延制御を行うのは、ボイラを全缶停止としたことで蒸気供給の再開に時間がかかり、一時的に蒸気供給が間に合わなくなって蒸気圧力値が低下することで、本来なら燃焼する必要のないボイラまで燃焼を行って蒸気圧力値が急上昇するということを防ぐものであるため、遅延制御を行う判断は上記の方法に限らない。つまり、全缶停止の状態から少ししか時間が開いていない時点で、優先順位が下位のボイラで燃焼を開始することを防止するものであればよいため、例えば蒸気圧力値が全缶停止の範囲から外れる時刻Ｂからの経過時間が基準時間より短い場合には、優先順位が下位のボイラでは遅延制御を行う、と定めておいてもよい。

なお、蒸気の使用量が多いためにボイラ２台分の燃焼では蒸気圧力値が上昇しないという場合、３号缶及び４号缶では遅延時間が終了すると、燃焼指令に基づく燃焼を行うことになる。３号缶や４号缶でも蒸気を発生することになると、蒸気の使用量が多い場合であっても蒸気圧力値は上昇していくため、蒸気供給量が不足するということはない。

また、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。

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おり、蒸気集合部に設けた圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づき、優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行う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、ボイラを全缶停止したために蒸気供給の再開に時間がかるという場合には、優先順位がある順位より下位となるボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延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に記載の多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、台数制御対象ボイラの全缶を燃焼停止とした状態から、複数のボイラに対して連続して燃焼量を増加する指令の出力を行っており、燃焼量を減少する指令の出力を行うことのないままで優先順位がある順位より下位となるボイラにおいても燃焼指令の出力を行うことになった場合、優先順位が下位のボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延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に記載の多缶設置システムにおいて、台数制御装置は、優先順位の最も高いボイラに対して燃焼指令の出力を開始した時からの経過時間を検出しておき、前記経過時間が基準時間に達する前に、優先順位がある順位より下位となるボイラに対して燃焼指令の出力を行うことになった場合、優先順位が下位のボイラに対しては、蒸気圧力値から定まる通常の燃焼指令出力時点よりも、所定の遅延時間分遅らせて燃焼指令の出力を開始する遅延制御を行うことを特徴とするボイラ多缶設置システム。