JP2012037146A

JP2012037146A - 多缶設置ボイラ

Info

Publication number: JP2012037146A
Application number: JP2010178008A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Morimoto; 守森本
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】多缶設置ボイラにおいて、燃焼発停の頻度を低減することでボイラ全体での効率を高め、さらに負荷に対する追従性を高くする。
【解決手段】燃焼停止、低燃焼、高燃焼の設定を持っているボイラをＮ台設置し、負荷に応じてボイラの低燃焼や高燃焼の台数を定めている燃焼パターンを設定しておき、各ボイラの燃焼量を変更することによって蒸気発生量を調節している多缶設置ボイラにおいて、燃焼パターンは燃焼台数が１台の場合から燃焼台数がＮ台の場合までＮ通り設定しておき、ある燃焼台数での燃焼パターンで運転している場合、負荷変動時にはボイラの燃焼台数は変更せずに燃焼しているボイラの燃焼量を変更することで対応することを優先し、燃焼台数を変更しなければ負荷変動に対応できなくなった場合には燃焼台数を変更するようにしており、燃焼量を増加すると高燃焼と燃焼停止のみになる場合には、ボイラの燃焼台数を増加させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼量を段階的に制御するボイラを複数台設置している多缶設置ボイラに関するものである。

高燃焼・低燃焼・燃焼停止の３位置で燃焼量を制御するボイラや、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼停止の４位置で燃焼量を制御する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発生量を幅広い範囲で制御することのできる多缶設置ボイラが広く普及している。この多缶設置ボイラでは、各ボイラからの蒸気を集合させている蒸気集合部で蒸気圧力を検出しておき、検出している蒸気圧力値が低いほどボイラの燃焼台数や燃焼量を多くし、蒸気圧力値が高くなるとボイラの燃焼台数や燃焼量を小さくする。

各ボイラには稼働優先順位を設定しておき、燃焼量を増加する場合には稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼量を増加し、燃焼量を減少する場合には稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼量を減少する。燃焼量を増加する場合、燃焼を停止してたボイラに対して低燃焼での燃焼を開始させることでも、低燃焼で燃焼していたボイラの燃焼量を高燃焼に変更することでも燃焼量を増加することができる。逆に燃焼量を減少する場合も、低燃焼で燃焼していたボイラの燃焼を停止することでも、高燃焼で燃焼していたボイラの燃焼量を低燃焼に変更することでも燃焼量を減少することができる。

そのため、実公平８−５６３号公報に記載しているように、燃焼量の増減には複数のパターンが考えられる。ただし、燃焼を停止しているボイラで燃焼を開始する場合、プレパージなど燃焼準備の時間が必要であり、燃焼指令を出力してもすぐに燃焼を行うことはできないため、負荷の状況に応じて燃焼量の増減順序を定めた燃焼パターンを設定している。実公平８−５６３号公報には、燃焼量を増加する場合には、低燃焼状態のボイラがあればそのボイラを高燃焼に移行、低燃焼のボイラがない場合には新たなボイラを低燃焼に移行させ、燃焼量を減少する場合には、高燃焼状態のボイラがあればそのボイラを低燃焼に移行、高燃焼のボイラがない場合には低燃焼のボイラを停止させる制御も記載されている。

このパターンの場合、燃焼の発停回数が減少するため、燃焼を発停する際に必要なパージの時間が減少し、熱ロスや応答遅れがなくなるという効果が得られると記載されているが、必ずしも応答遅れがなくなるというものではなかった。燃焼量を増加する場合、低燃焼のボイラがある場合には、低燃焼を高燃焼に変更することで燃焼量を増加することができ、この場合にはすぐに燃焼量を増加することができる。しかし、燃焼を行っているボイラは高燃焼しかない状態で蒸気圧力値が低下していった場合、燃焼停止ボイラに対して燃焼指令を出力してもすぐに燃焼を開始することはできず、燃焼の準備を行っている間に蒸気圧力値はさらに低下することで蒸気圧力値の安定性が崩れることになる。また、燃焼の開始が遅くなることで蒸気圧力値がさらに低下した場合には、別のボイラにも燃焼指令を出力することになり、燃焼準備が終了して複数のボイラが連続して燃焼を開始すると蒸気圧力値は急上昇するため、今度は複数のボイラに対して燃焼量を減少させることが必要となり、蒸気圧力値が大きく変動することになるという問題もあった。

実公平８−５６３号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼量を段階的に制御するボイラを複数台設置している多缶設置ボイラにおいて、燃焼発停の頻度を低減することでボイラ全体での効率を高め、さらに負荷に対する追従性を高くしておくことで蒸気圧力値が不安定になることを防止することにある。

請求項１に記載の発明は、燃焼停止のほかに、燃焼量の小さな低燃焼の設定と、燃焼量の大きな高燃焼の設定を持っているボイラをＮ台（Ｎは複数）設置し、負荷に応じてボイラの低燃焼や高燃焼の台数を定めている燃焼パターンを設定しておき、燃焼するボイラの台数と各ボイラの燃焼量を変更することによってボイラ全体での蒸気発生量を調節している多缶設置ボイラにおいて、燃焼パターンは燃焼台数が１台の場合から燃焼台数がＮ台の場合までＮ通り設定しておき、ある燃焼台数での燃焼パターンで運転している場合、負荷変動時にはボイラの燃焼台数は変更せずに燃焼しているボイラの燃焼量を変更することで対応することを優先し、燃焼台数を変更しなければ負荷変動に対応できなくなった場合には燃焼台数を変更するようにしており、燃焼量を増加すると高燃焼と燃焼停止のみになる場合には、高燃焼の台数を増加するのではなくボイラの燃焼台数を増加させる制御を行うものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の多缶設置ボイラにおいて、ボイラの燃焼量は、燃焼停止・低燃焼・中燃焼・高燃焼の４位置燃焼制御を行うものであり、ボイラ全体での燃焼量を増加させる場合には、原則的には低燃焼又は中燃焼で運転しているボイラがあれば、低燃焼の１台を中燃焼へ変更又は中燃焼の１台を高燃焼へ変更するものであるが、例外として、低燃焼のボイラはなく中燃焼のボイラは１台のみという場合には、燃焼停止のボイラ１台を低燃焼とすることで燃焼台数の増加を行い、燃焼量を減少させる場合には、中燃焼又は高燃焼で運転しているボイラがあれば、中燃焼の１台を低燃焼へ変更又は高燃焼の１台を中燃焼へ変更し、中燃焼又は高燃焼のボイラはなく低燃焼のボイラしか存在しない場合には、低燃焼の１台を燃焼停止とする制御を行うものであることを特徴とする。

燃焼台数の増減を少なくすることで燃焼の発停時に行うパージの回数が減少し、パージによる熱損失が少なくなるためにボイラ全体での効率を高くすることができる。そして、燃焼量を増加することのできるボイラを残しておくことで、必要蒸気量の急な増加にも対応できて蒸気圧力値が不安定になることを防止することができる。

本発明を実施している運転パターンの説明図本発明を実施している多缶設置ボイラのフロー図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している運転パターンの説明図、図２は本発明を実施している多缶設置ボイラのフロー図である。本実施例では、高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止の４位置で燃焼量を制御するボイラ４台を並列に設置している。各ボイラからの蒸気は蒸気集合部４へ集合させた後に蒸気使用箇所へ供給するようにしており、蒸気集合部４には蒸気圧力検出装置３を設ける。各ボイラ１に対する運転指令は、各ボイラと接続している台数制御装置２から出力するようにしている。台数制御装置２は蒸気圧力検出装置３とも接続しておき、検出した蒸気圧力値に基づいてボイラ全体での燃焼量を制御することで蒸気発生量を調節する。

各ボイラ１には、それぞれ運転制御装置５を設け、運転制御装置５は台数制御装置２と信号線で接続している。ボイラの運転は台数制御装置２が運転制御装置５へ出力する指令に基づいて制御するようにしており、各ボイラでは運転制御装置５がボイラ１の各機器の作動を制御することでボイラの運転を行う。運転制御装置５は、台数制御装置２からの燃焼指令を受けると、ボイラの燃焼を開始する。燃焼を開始する場合は、燃焼室内へ空気のみを送り込んで燃焼室内を換気するプレパージを行う必要があり、プレパージを終了した後に燃焼を開始するため、燃焼指令を受けてもすぐには燃焼を開始できない。燃焼準備の工程が終了してボイラが燃焼を開始すると、燃焼で発生した熱によってボイラ内の缶水を加熱し、蒸気を発生する。燃焼を行っているボイラでの燃焼量変更も台数制御装置２からの指令に基づき行う。燃焼量を低燃焼・中燃焼・高燃焼の間で変更する場合は、燃料供給量と燃焼用空気供給量を変更するだけで行えるため、燃焼量変更は短時間で行える。台数制御装置２から運転制御装置５へ燃焼停止の指令が出力されると、運転制御装置５はボイラの燃焼を停止する。ボイラの燃焼を停止する場合は、燃料の供給を停止することで燃焼を停止し、続いて燃焼室内を換気するポストパージを行って運転を停止する。

台数制御装置２は、蒸気圧力検出装置３で検出した蒸気圧力値に基づいてボイラ全体の必要燃焼量を求め、必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力する。各ボイラには第１位から第４位の稼働優先順位を定めておき、蒸気圧力値が低下すると、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ことで燃焼台数を増加、又は低燃焼から中燃焼、中燃焼から高燃焼に変更することで燃焼量を増加する。そして、蒸気圧力値が上昇して必要蒸気量が減少すると、稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼停止指令を出力して燃焼台数を減少、又は高燃焼から中燃焼、中燃焼から低燃焼に変更することで燃焼量を減少する台数制御を行う。

ボイラの運転状況を図１に基づいて説明する。ここでは、１台のボイラが高燃焼で燃焼している場合の蒸気発生量は３t/h、中燃焼での蒸気発生量は２t/h、低燃焼での蒸気発生量は１t/hとしている。ボイラ全体での蒸気発生量は、４台のボイラすべてを燃焼停止とした０t/hから４台すべてを高燃焼とした１２t/hまでの範囲で調節することができる。蒸気圧力値の調節範囲は０．７０MPaから０．８１MPaであり、蒸気圧力検出装置３で検出している蒸気圧力値が０．７０MPaよりも低い場合にはすべてのボイラを高燃焼、蒸気圧力値が０．８１MPaよりも高い場合にはすべてのボイラを燃焼停止とする。その間の圧力であれば、蒸気圧力値に応じて設定しておいた必要量分のボイラを燃焼させる。

台数制御装置２では、ボイラの燃焼台数が１台の場合用、２台の場合用、３台の場合用、４台の場合用でそれぞれ燃焼パターンを設定しておく。図では高燃焼を行うボイラの台数をＨの数、中燃焼を行うボイラの台数をＭの数、低燃焼を行うボイラの台数をＬの数で表している。燃焼量の制御は、可能な限り燃焼台数を変更しないようにしており、ある台数の燃焼パターンで運転している場合、負荷変動時にはボイラの燃焼台数は変更せずに燃焼しているボイラの燃焼量を変更することで対応することを優先する。燃焼台数を変更しなければ負荷変動に対応できなくなった場合には、その段階で燃焼台数を変更するようにしている。そして燃焼台数を変更した場合には、再び変更後の台数を維持するように台数制御を行っている。ただし、燃焼量を増加すると高燃焼と燃焼停止のみになる場合には、燃焼台数を増加させるようにしている。

具体的に説明すると、燃焼量を増加させる場合には、原則的には低燃焼又は中燃焼で運転しているボイラがあれば、低燃焼の１台を中燃焼へ変更又は中燃焼の１台を高燃焼へ変更する。ただし例外として、低燃焼のボイラはなく中燃焼のボイラは１台のみという場合には、中燃焼を高燃焼に変更することで低燃焼と中燃焼のボイラが０台になってしまうことは避け、燃焼停止のボイラ１台を低燃焼とすることで燃焼台数の増加を行う。また燃焼量を減少させる場合には、中燃焼又は高燃焼で運転しているボイラがあれば、中燃焼の１台を低燃焼へ変更又は高燃焼の１台を中燃焼へ変更し、中燃焼又は高燃焼のボイラはなく低燃焼のボイラしか存在しない場合には、低燃焼の１台を燃焼停止とするというものである。

図１では、燃焼台数が１台の場合における燃焼パターンは「Ｌ」「Ｍ」、２台の場合における燃焼パターンは「ＬＬ」「ＭＬ」「ＨＬ」「ＨＭ」、３台の場合における燃焼パターンは「ＬＬＬ」「ＭＬＬ」「ＭＭＬ」「ＨＭＬ」「ＨＨＬ」「ＨＨＭ」、４台の場合における燃焼パターンは「ＬＬＬＬ」「ＭＬＬＬ」「ＭＭＬＬ」「ＨＭＬＬ」「ＨＭＭＬ」「ＨＨＭＬ」「ＨＨＨＬ」「ＨＨＨＭ」「ＨＨＨＨ」としている。燃焼台数が１台の場合は、低燃焼が１台又は中燃焼が１台の２通りしかなく、調節することのできる蒸気発生量も１t/hと２t/hの２通りしかないが、燃焼台数が多くなると調節することのできる範囲は大きくなる。燃焼台数が２台の場合の蒸気発生量調節範囲は、「ＬＬ」の２t/hから「ＨＭ」の５t/hまでの４通り、燃焼台数が３台の場合の蒸気発生量調節範囲は、「ＬＬＬ」の３t/hから「ＨＨＭ」の８t/hまでの６通り、燃焼台数が４台の場合の蒸気発生量調節範囲は、「ＬＬＬＬ」の４t/hから「ＨＨＨＨ」の１２t/hまでの９通りとなる。

燃焼台数の変更を行わなくてもボイラの燃焼量を変更することで蒸気発生量を変更することができる場合は、高燃焼・中燃焼・低燃焼の割合を変更することで燃焼台数を変更せずに蒸気発生量を調節する。

例えば、蒸気集合部４に蒸気がない状態でボイラの運転を開始すると、最初は蒸気圧力値が０．７０MPaよりも低いために４台のボイラすべてが高燃焼である「ＨＨＨＨ」となる。４台用の燃焼パターンとなった場合、その後に蒸気圧力値が上昇して３台以下のボイラでも供給可能な蒸気量になっても、蒸気圧力値が０．７８MPaより低い範囲内にある間は、４台の燃焼を継続する。蒸気圧力値が０．７８MPaよりも高くなるまでは、蒸気圧力値が上下しても燃焼台数の変更は行わないため、この間は燃焼の発停は行われず、燃焼の発停時に必要となるパージも行われないため、パージによる熱損失は発生しない。例えば、蒸気圧力値が０．７７MPaから０．７８MPaの範囲になると必要な蒸気発生量は４t/hとなり、蒸気発生量が４t/hとなる燃焼状態は、「ＬＬＬＬ」「ＭＬＬ」「ＨＬ」の３通りある。３通りある燃焼状態のどれを実行しても蒸気発生量は４t/hになるが、その時点での燃焼台数が４台であった場合には、燃焼台数を変更せずに４t/hの蒸気発生量とすることにできる「ＬＬＬＬ」とする。

なお、ここでは蒸気発生量が４t/hになる燃焼状態として「ＬＬＬＬ」を選択したが、蒸気圧力値が０．７７MPaから０．７８MPaの範囲になった時点での燃焼台数が３台であった場合には「ＭＬＬ」、燃焼台数が２台の場合には「ＨＬ」とする。蒸気必要量が同じであっても、どの燃焼パターンにあるかによって燃焼状態を異ならせることで、燃焼台数の変更は行わないようにする。燃焼台数を変更せずに調節することのできる範囲内での蒸気発生量の変更は、燃焼台数の変更は行わないということで、燃焼発停の際に必要であるパージを少なくすることができる。

蒸気圧力値から定まる蒸気発生量が燃焼台数を変更しなければ達成できない値になった場合には燃焼台数を変更する。燃焼台数を増加する場合は、燃焼台数が１台である「Ｍ」から燃焼台数が２台の「ＭＬ」、燃焼台数が２台である「ＨＭ」から燃焼台数が３台の「ＨＭＬ」、燃焼台数が３台の「ＨＨＭ」から燃焼台数が４台の「ＨＨＭＬ」としている。また、燃焼量を減少する場合には燃焼台数４台の「ＬＬＬＬ」から燃焼台数３台の「ＬＬＬ」に、燃焼台数３台の「ＬＬＬ」から燃焼台数２台の「ＬＬ」に、燃焼台数２台の「ＬＬ」から燃焼台数１台の「Ｌ」に、燃焼台数１台の「Ｌ」の場合には燃焼台数０に変更するようにしている。

例えば燃焼台数が４台の時に蒸気圧力値が０．７８MPaより低い状態から０．７８MPaより高くなると、蒸気圧力値から定まる蒸気発生量は３t/hとなり、ボイラ４台が燃焼している場合の最小蒸気発生量の４t/hよりも小さくなる。この場合には、ボイラの燃焼台数は４台から３台に変更し、燃焼状態は「ＬＬＬＬ」から「ＬＬＬ」に変更して優先順位が第４位ボイラの燃焼を停止する。なお、燃焼台数を３台とした以降に蒸気圧力値が低下して０．７７MPaから０．７８MPaの圧力幅に戻った場合には、「ＬＬＬＬ」に戻すことはせずに「ＭＬＬ」とする。「ＬＬＬＬ」と「ＭＬＬ」はどちらも４t/hの蒸気を発生する燃焼量であるという点では同じである。しかし、「ＬＬＬ」から「ＬＬＬＬ」とするには燃焼を停止していたボイラで燃焼を開始する必要があり、その場合には燃焼準備の工程が必要であるために蒸気発生量を増加するには時間が掛かる。これに対し、低燃焼を中燃焼に変更する場合は燃料供給量と燃焼用空気供給量を増加するのみで行えるため、短時間で蒸気発生量を増加することができる。

また、燃焼量増加する場合には、「Ｍ」から「Ｈ」、「ＨＭ」から「ＨＨ」、「ＨＨＭ」から「ＨＨＨ」へ変更することも考えられる。しかし「Ｈ」「ＨＨ」「ＨＨＨ」への変更は、負荷に対する追従性が悪くなるためにあえて行わないことにしている。

例えば、燃焼台数を３台としている状態で蒸気圧力値が低下し続け、蒸気圧力値が０．７２MPaから０．７３MPaの範囲に入った場合には、ボイラの燃焼台数を１台増加して４台として燃焼状態は「ＨＨＭ」から「ＨＨＭＬ」に変更している。ここでは「ＨＨＭ」から「ＨＨＨ」へ変更する方が蒸気発生量を早く高めることができるように見えるが、あえて燃焼台数を増加する制御を行うようにしている。これは、もしも「ＨＨＨ」とした場合、その後も蒸気圧力値が低下していると、蒸気圧力値が０．７２MPaよりも低くなった時点で「ＨＨＨ」から「ＨＨＨＬ」に変更することになる。しかしこの場合、燃焼を停止していた第４位のボイラは燃焼を開始するまでに時間が掛かるため、しばらくは蒸気圧力値の低下が続く。第４位ボイラの燃焼準備を行っている間に蒸気圧力値が０．７１MPa、０．７０MPaと低下することによって、第４位ボイラに対する燃焼指令を低燃焼→中燃焼→高燃焼と変更しても、第４位ボイラは燃焼自体を行っていないために蒸気発生量は増えず、蒸気圧力値はさらに低下して蒸気圧力値の安定性が失われることになる。

これに対し、「ＨＨＭ」の状態から「ＨＨＭＬ」とした場合、蒸気圧力値は０．７３MPaより低くなった時点で燃焼準備を開始することになる。燃焼を停止していた第４位ボイラが燃焼を開始するまでに時間が掛かることは上記と同じであるが、この場合にはその後に、蒸気圧力値が０．７２MPaより低くなると、中燃焼を行っていた第３位ボイラが高燃焼に移行することで蒸気発生量を増加することができる。更に蒸気圧力値が低下した時には第４位のボイラの燃焼量を増加することになるが、第４位ボイラは蒸気圧力値が０．７３MPaの時点で燃焼準備を開始しており、早い段階で燃焼準備を開始しているためにその分は早く蒸気を発生することができ、その後の蒸気圧力値の低下は抑えることができる。

燃焼してるボイラがすべて高燃焼になってしまった場合には、その後に蒸気供給量の増加が必要になった場合に蒸気供給量増加が遅れ、蒸気圧力値の安定性が損なわれるということがあったが、燃焼量を増加することのできるボイラを残しておくことで、必要蒸気量の急な増加に対応させることができる。本発明を実施するならば、燃焼台数の増減を少なくすることで燃焼の発停に伴う熱の損失を少なくすることができ、必要蒸気量の急な増加にも対応させることができる。

１ボイラ
２台数制御装置
３蒸気圧力検出装置
４蒸気集合部
５運転制御装置

Claims

燃焼停止のほかに、燃焼量の小さな低燃焼の設定と、燃焼量の大きな高燃焼の設定を持っているボイラをＮ台（Ｎは複数）設置し、負荷に応じてボイラの低燃焼や高燃焼の台数を定めている燃焼パターンを設定しておき、燃焼するボイラの台数と各ボイラの燃焼量を変更することによってボイラ全体での蒸気発生量を調節している多缶設置ボイラにおいて、燃焼パターンは燃焼台数が１台の場合から燃焼台数がＮ台の場合までＮ通り設定しておき、ある燃焼台数での燃焼パターンで運転している場合、負荷変動時にはボイラの燃焼台数は変更せずに燃焼しているボイラの燃焼量を変更することで対応することを優先し、燃焼台数を変更しなければ負荷変動に対応できなくなった場合には燃焼台数を変更するようにしており、燃焼量を増加すると高燃焼と燃焼停止のみになる場合には、高燃焼の台数を増加するのではなくボイラの燃焼台数を増加させる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。
請求項１に記載の多缶設置ボイラにおいて、ボイラの燃焼量は、燃焼停止・低燃焼・中燃焼・高燃焼の４位置燃焼制御を行うものであり、ボイラ全体での燃焼量を増加させる場合には、原則的には低燃焼又は中燃焼で運転しているボイラがあれば、低燃焼の１台を中燃焼へ変更又は中燃焼の１台を高燃焼へ変更するものであるが、例外として、低燃焼のボイラはなく中燃焼のボイラは１台のみという場合には、燃焼停止のボイラ１台を低燃焼とすることで燃焼台数の増加を行い、燃焼量を減少させる場合には、中燃焼又は高燃焼で運転しているボイラがあれば、中燃焼の１台を低燃焼へ変更又は高燃焼の１台を中燃焼へ変更し、中燃焼又は高燃焼のボイラはなく低燃焼のボイラしか存在しない場合には、低燃焼の１台を燃焼停止とする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。