JP2015218915A

JP2015218915A - ボイラシステム

Info

Publication number: JP2015218915A
Application number: JP2014100653A
Authority: JP
Inventors: 森　直樹; Naoki Mori; 直樹森; 井上　貴雄; Takao Inoue; 貴雄井上; 英浩因幡; Hidehiro Inaba
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP6349946B2

Abstract

【課題】ボイラ内の水位を低下させる場合であっても、ドレンがエコノマイザ等の熱交換器内で沸騰することを確実に防止する。【解決手段】ボイラと、ボイラ１への給水を、ボイラ１からの排気ガスにより予熱する熱交換器７と、熱交換器７への給水量を調整する流量調整手段１１と、ボイラ１内の水位を低下させる場合、熱交換器７への給水温度の違いに応じて、熱交換器７への給水量が、沸騰限界量を超え、かつ、実際蒸発量を超えない範囲となるように流量調整手段１１を制御する制御手段１４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラシステムに関するものである。

従来、ボイラシステムとして、給水用モータバルブの開度を制御して、ドレンタンクに回収したドレンを、エコノマイザへ連続的に給水することにより、エコノマイザ内でドレンが沸騰しないようにしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

前記従来のボイラシステムでは、ボイラ内の水位を低下させる場合、目標流量となるように給水用モータバルブの開度を調整しているだけである。目標流量はバーナの燃焼状態に応じて設定されているものの、冷態起動時等、給水温度の変化が生じた際には適切な量とすることは難しい。

通常、ドレンの給水温度は高温（例えば、１３０℃）であるが、冷態起動時等で低温（例えば、２０℃）となる場合がある。このとき、高温の給水温度を基準に決定した目標給水量によりボイラに給水すると、給水量がボイラでの蒸発量を超え、逆に水位が上昇するという問題が発生する（図３中、２点鎖線の丸を結ぶ線で示す。これは、体積流量が一定で、１３０℃を基準とした場合の目標流量を示す線である。）。特に、小型ボイラの場合、この問題は顕著なものとなる。

特開２０１２−２３８５号公報

本発明は、給水温度の違いに拘わらず、ドレンがエコノマイザ等の熱交換器内で沸騰することを防止しつつ、ボイラ内の水位を確実に低下させることを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
ボイラと、
前記ボイラへの給水を、前記ボイラからの排気ガスにより予熱する熱交換器と、
前記熱交換器への給水量を調整する流量調整手段と、
前記ボイラ内の水位を低下させる場合、前記熱交換器への給水温度の違いに応じて、前記熱交換器への給水量が、沸騰限界量を超え、かつ、実際蒸発量を超えない範囲となるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするボイラシステムを提供する。

この構成により、実際蒸発量を超えない範囲で流量を調整するので、ボイラ内の水位を低下させることができる。また、沸騰限界量を超える範囲で流量を調整するので、熱交換器で沸騰することを確実に防止することができる。特に、熱交換器への給水温度の違いに応じて、その給水量を調整するようにしているので、ボイラ内での水位を低下させつつ、熱交換器内での沸騰をより一層適切に防止することができる。

この場合、前記制御手段は、前記熱交換器への給水温度が低いほど、前記熱交換器への給水量が少なくなるように前記流量調整手段を制御するのが好ましい。

この構成により、冷態起動時等の水温が低い状態での過給水をより一層確実に防止することができる。

前記制御手段は、前記熱交換器への給水量が、前記沸騰限界量よりも大きい給水下限値を超え、前記実際蒸発量よりも小さくて前記給水下限値よりも大きい給水上限値を超えない範囲となるように前記流量調整手段を制御するのが好ましい。

この構成により、ボイラ内での水位の低下と熱交換器での沸騰の防止とを確実に行わせることができ、誤動作が発生することがない。

前記ボイラへの給水はクローズド方式で回収されたドレンであれば、前記構成による効果はより有効なものとなる。

本発明によれば、実際蒸発量と沸騰限界量の範囲内で、熱交換器への給水温度の違いに応じて熱交換器への給水量を調整するようにしたので、給水温度の違いに拘わらず、熱交換器での沸騰を防止しつつ、ボイラへの給水量を抑制して確実に水位を低下させることができる。

本実施形態に係るボイラシステムの概略説明図である。図１の制御装置で実行する処理内容を示すフローチャートである。給水温度と給水量との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

図１は本実施形態に係るボイラシステムを示す。このボイラシステムでは、ボイラ１で発生させた蒸気をスチームヘッダ２を介して熱交換器等の負荷機器３に供給し、負荷機器３で発生したドレンを、スチームトラップ３ａを介してドレンタンク４に回収してボイラ１に還流させるように構成されている。

ボイラ１には、例えば、多管貫流ボイラ等が使用され、そこには内部の圧力を検出する圧力センサ５及び内部の水位を検出する水位センサ６が設けられている。各センサの出力は、後述する制御装置１４（例えば、マイコン）に入力される。また、ボイラ１にはエコノマイザ７が取り付けられている。エコノマイザ７は、ボイラ１への給水をボイラ１からの排ガスによって予備加熱（予熱）するための熱交換器の一例である。なお、ボイラ１には、流量調整弁１ａを有する燃料供給ライン１ｂを介して燃料が供給されるようになっている。

スチームヘッダ２は、ボイラ１で発生した蒸気を一時的に貯留して負荷機器３に供給するために設けられている。

負荷機器３は、例えば、ボイラ１から供給された蒸気の熱を利用して他の機器でその熱を利用可能とする熱交換器等で構成されている。

ドレンタンク４はクローズド方式の密閉型であり、その底部とエコノマイザ７の底部とは給水配管８で接続されている。給水配管８の途中には、ドレンタンク４側から順に、給水ポンプ９、流量センサ１０、給水用モータバルブ１１、及び、逆止弁１２が設けられている。また、エコノマイザ７の入口温度は温度センサ１３によって検出されるようになっている。ドレンタンク４の上部は、圧力調整弁１５を介して、後述する補給水タンク１６の上部に接続されており、発生したフラッシュ蒸気が排出される。なお、フラッシュ蒸気とは、高温高圧の凝縮水(復水またはドレン水ともいう)が低圧の雰囲気に晒されたときに、凝縮水の一部が蒸気になったものをいい、再蒸発蒸気とも呼ばれる。

制御装置１４は、水位センサ６、流量センサ１０、温度センサ１３等から各種検出信号の入力を受け、給水ポンプ９、給水用モータバルブ１１等を駆動制御する。

なお、１６は補給水タンクであり、送水ポンプ１７、逆止弁１８を介してドレンタンク４に接続されている。ドレンの使用量が多く、ドレンタンク４内の水位が下限水位より低下すれば、送水ポンプ１７を駆動して補給水タンク１６からドレンタンク４に補給水を給水できるようになっている。また補給水タンク１６は、送水ポンプ１９、逆止弁２０を介してボイラ１に接続されている。ドレンタンク４の水位が低下し、ボイラ１への給水が間に合わない場合等に、直接、補給水タンク１６からボイラ１へと給水できるようになっている。

次に、前記構成からなるボイラシステムの動作について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。

ボイラ１内でバーナを燃焼させていない待機状態であれば、エコノマイザ７内でドレンが沸騰する恐れがないので、後述する給水信号「無」に対応する信号を出力し、給水用モータバルブ１１を全閉とする。

また、ボイラ１内のバーナを、例えば、燃焼（例えば、高又は低の２段階、高、中又は低の３段階等）させた状態であれば、次のようにして給水用モータバルブ１１の開度を調整する。

すなわちまず、ボイラ１内の水位を検出する水位センサ６からの検出信号を読み込み（ステップＳ１）、読み込んだ検出水位に基づいて給水要求の有無を判断する（ステップＳ２）。給水要求の有無は、水位センサでの検出水位が予め設定した下限水位以下であるか否かを判断することにより行う。

検出水位が下限水位以下であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、給水要求有りであると判断し、給水用モータバルブ１１に給水信号「有」を送信し、給水配管８を全開とする（ステップＳ３）。これにより、ボイラ１内の水位が上昇する。ここで、検出水位が上限水位に到達したか否かを判断する（ステップＳ４）。そして、ボイラ１内の水位が上限水位に到達するまで、給水配管８を全開とした状態での給水が続行される。

検出水位が上限水位を超えれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、給水要求無しであると判断し、給水用モータバルブ１１に給水信号「無」を送信し、次のようにして給水配管８の開度を調整する。すなわち、給水量が給水温度の違いに応じて実際蒸発量と沸騰限界量の間で変化するように目標給水量を決定し、この目標給水量に基づいて給水配管８の開度を調整する給水量調整処理を実行する（ステップＳ５）。なお、この給水量調整処理は、検出水位が下限水位を超えている間（ステップＳ２：ＮＯ）、続行される。

具体的には、図３のグラフに示すように、予め実験等により実際蒸発量（図３中、黒塗り四角（◆）を結ぶ線で示す）と沸騰限界量（図３中、黒塗り三角（▲）を結ぶ線で示す）とを決定し、両グラフの間で変化する１次関数（図３中、実線で示す）を、ある給水温度に対する目標給水量に決定する。実際蒸発量は、給水温度を変化させた場合、その給水温度で蒸発量に到達する給水量を予め実験等により求めておく。沸騰限界量は、給水温度を変化させた場合、その給水温度でエコノマイザ７の出口で飽和温度に到達する給水量を予め実験等により求めておく。１次関数は、例えば、最高給水温度での給水量の中間値と、最低給水温度での給水量の中間値を結んだ直線とすればよい。但し、１次関数の決定方法はこれに限らず、実際蒸発量及び沸騰限界量のグラフに交差しなければ、いずれの直線としてもよい。また１次関数に限らず、例えば、ある給水温度での実際蒸発量と沸騰限界量の差分の何％というように決定してもよい。

このように、ボイラ１内で燃焼させているときに、給水要求が無く、ボイラ１内の水位を低下させる必要がある場合には、給水量が実際蒸発量を超えないように調整することによりこの要求に応えることができる。すなわち、給水温度が変化したとしても、その変化に応じた適切な値に目標給水量を変更するようにしている。したがって、給水温度が高くなったとしても実際蒸発量を超えることのない給水量とすることができる。しかも、たとえ給水温度が低くなったとしてもその温度低下に応じた給水量とすることができる。この結果、給水温度の違いに拘わらず、ボイラ１への過給水を確実に防止することが可能となる。また、目標給水量が沸騰限界量を超えるように調整することにより、エコノマイザ７内での沸騰を防止することができる。この場合も、給水温度の変化に応じた給水量とできるので、給水温度が高くて沸騰限界量が実際蒸発量に接近している場合であってもエコノマイザ７での沸騰を確実に防止することが可能となる。

特に、小型クローズドのドレンタンク４（例えば、貯留可能なドレンの重量が１０ｋｇ程度のもの）では、給水温度と、使用圧力範囲での飽和温度とが接近しているが、前述の方法によりエコノマイザ７内での沸騰を防止しつつ、給水温度の違いに拘わらず、確実に過給水を防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、実際蒸発量と沸騰限界量を実験等により決定するようにしたが、給水温度を変数とする数式を利用して決定するようにしてもよい。要するに、給水温度に違いにより変化する実際蒸発量と沸騰限界量を把握可能となっていればよい。

また、前記実施形態では、目標給水量を、実際蒸発量と沸騰限界量のほぼ中央値を狙って決定するようにしたが、給水温度が低いほど、目標給水量を小さい値とするのが好ましい。そして、この目標給水量に基づいて給水用モータバルブ１１を駆動制御することにより、ボイラ１への給水量を給水温度が低いほど抑制することができる。これによれば、冷態起動時等の水温が低い状態で、エコノマイザ７を介してボイラ１に給水される量が過剰となってその水位が上昇してしまうといった不具合の発生をより一層確実に防止することができる。

また、前記実施形態では、目標給水量を、給水温度の違いに応じて実際蒸発量と沸騰限界量の間で変化させるようにしたが、給水上限値と給水下限値を決めて、その間で変化させるようにしてもよい。給水上限値は、実際蒸発量よりも所定値（例えば、50kg/h）だけ小さい値を使用すればよい。また、給水下限値は、給水上限値よりも小さくて沸騰限界量よりも所定値（例えば、50kg/h）だけ大きい値を使用すればよい。

これによれば、目標給水量を給水上限値と給水下限値の間で変化させるのであれば、給水上限値又は給水下限値となるような変化であっても、一時的にでもボイラ１への実際給水量が実際蒸発量を上回ったり、沸騰限界量を下回ったりすることを確実に防止することができる。すなわち、ボイラ１内での水位が上昇する過給水の状態や、エコノマイザ７でドレンが沸騰してしまう状態を確実に阻止することが可能となる。

また、前記実施形態では、熱交換器の例としてエコノマイザ７の説明を行ったが、内部での沸騰を防止しつつボイラ１への給水量を抑制できるのであれば、他のタイプの熱交換器であっても採用することが可能である。

１…ボイラ
２…スチームヘッダ
３…負荷機器
４…ドレンタンク
５…圧力センサ
６…水位センサ
７…エコノマイザ（熱交換器）
８…給水配管
９…給水ポンプ
１０…流量センサ
１１…給水用モータバルブ（流量調整手段）
１２…逆止弁
１３…温度センサ
１４…制御装置（制御手段）
１５…圧力調整弁
１６…補給水タンク
１７…送水ポンプ
１８…逆止弁
１９…送水ポンプ
２０…逆止弁

Claims

ボイラと、
前記ボイラへの給水を、前記ボイラからの排気ガスにより予熱する熱交換器と、
前記熱交換器への給水量を調整する流量調整手段と、
前記ボイラ内の水位を低下させる場合、前記熱交換器への給水温度の違いに応じて、前記熱交換器への給水量が、沸騰限界量を超え、かつ、実際蒸発量を超えない範囲となるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするボイラシステム。
前記制御手段は、前記熱交換器への給水温度が低いほど、前記熱交換器への給水量が少なくなるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のボイラシステム。
前記制御手段は、前記熱交換器への給水量が、前記沸騰限界量よりも大きい給水下限値を超え、前記実際蒸発量よりも小さくて前記給水下限値よりも大きい給水上限値を超えない範囲となるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のボイラシステム。
前記ボイラへの給水はクローズド方式で回収されたドレンであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のボイラシステム。