JP2016095091A - 熱管理装置を持ったボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】全ブローによる排水量の算出を装置コストの上昇を避けつつ行い、簡易な構成でありながら、蒸発量やボイラ効率の算出精度を高くすることのできるボイラ管理装置を提供する。
【解決手段】供給したボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ本体部１、途中に給水を加圧する給水ポンプ５と給水量のカウントを行う給水流量計１０を設けており、ボイラ本体部への給水を行う給水配管８、途中に全ブロー弁４を持ちボイラ本体部から全ブローの排水を行う全ブロー配管９、ボイラの各機器類と接続しておりボイラの運転を制御するとともに、運転状態の情報を出力する運転制御装置２、運転制御装置と接続しておいてボイラでの運転データの集計を行う熱管理装置１４を持ったボイラにおいて、熱管理装置１４では、ボイラ燃焼停止中に連続して所定量以上の給水量がカウントされた場合、その水量を全ブロー実施量として集計することを特徴とする熱管理装置を持ったボイラ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの運転データを集計する熱管理装置を持ったボイラに関するものである。

特開２００４−１６２９４８号公報に記載があるように、ボイラにおいて蒸気発生量などを算出することが行われている。ボイラでは、一方より給水を行い、ボイラ内でボイラ水の加熱を行うことで蒸気を発生し、他方から蒸気を取り出すことを行っている。ボイラの効率は、供給した燃料の発熱量からどれだけの熱が蒸気の発生に使用されているかであるため、蒸発量、発生蒸気のエンタルピ、給水のエンタルピ、燃料消費量、燃料発熱量に基づくことで算出することができる。

蒸気圧力の検出は、ボイラの運転制御に欠かせないものであるため、ボイラには圧力検出装置を設置しており、燃料消費量や給水量、給水温度の計測も、ボイラ運転管理の基本的なデータであるために計測装置を設置しておいて計測することは広く行われている。燃料消費量の計測は、燃料供給経路に設けた燃料流量計、給水量と給水温度の計測は、給水配管に設けた給水流量計と給水温度計にて計測する。燃料の発熱量については、使用している燃料によって定まるものであり、あらかじめ熱管理装置に入力しておく。

ボイラから発生する蒸気量は、直接的には計測しにくいものであるため、燃焼時間や給水量から換算することによって蒸気量の算出することが行われている。給水した量がそのまま蒸気になったとすれば、算出した給水量が蒸気量になるが、実際にはボイラからの排水があるために、給水量と蒸気量には差が生じる。

ボイラでは蒸気の取り出しと給水を繰り返しているため、ボイラ水中に含まれていた蒸発しない成分は次第に濃縮していく。そしてボイラ水の濃縮が進み過ぎると、ボイラ水中の不純物が析出してボイラ内に付着し、伝熱効率を低下させるといった弊害が発生することになる。そのため、給水量に対して一定の割合で排水を行う濃縮ブローを実施することで、ボイラ水が濃縮しすぎることを防止している。濃縮ブローでは、濃縮したボイラ水を排出する濃縮ブロー弁を設けておき、濃縮ブロー弁を開くことで排水を行う。濃縮ブロー量は、濃縮ブロー弁の開時間から算出することができる。この場合、ボイラ内の圧力によって時間当たりの排水量は増減するため、ボイラ内の圧力を検出しておいてボイラ内圧力と濃縮ブロー弁開時間から濃縮ブロー量を求めることで、濃縮ブロー量の算出精度を高めることができる。

また、ボイラ内からの排水には、ボイラの缶底部にたまったカマドロを排出するのが目的である全ブローも行われている。全ブローではボイラ水を全て排出するため、ボイラは燃焼を停止しておいてボイラ内の水を缶底部から排出する。

濃縮ブローでは、１回の濃縮ブロー弁開時間は短く、その間の排気速度はほぼ一定であるため、濃縮ブロー弁の開時間を計測することで濃縮ブロー量を算出することができていた。しかし全ブローでの全ブロー弁の開時間は、ボイラ水の全てを十分に排出することができる余裕を持った時間としており、排水終了後も所定の開時間が経過するまでは全ブロー弁は開いた状態を維持している。そのために、全ブロー弁の開時間からは全ブロー量を算出することはできず、全ブローでの排水量は算出しにくいものであった。全ブロー配管に全ブロー用流量計を設ければ全ブロー量は算出することができるが、コストダウンが求められているボイラにおいて、全ブロー配管に流量計を設置するのは、全ブロー量を算出することができるメリットに対して、流量計設置によるコストアップのデメリットが大きいため採用しにくいものであった。その反面、そして全ブローの実施間隔は濃縮ブローに比べると大幅に長いものであり、１回当たりの排水量は多くてもトータルでの排水量は濃縮ブロー量に比べると少ないものとなっていた。

これらの事情により、蒸発量や効率の計算では、全ブロー量の考慮はせずに、給水量から濃縮ブロー量を減算したものを蒸発量とし、その蒸発量から効率を算出するようにしても、おおよその値は算出することができるが、より正確な値を出すのであれば全ブロー量を算出することが必要となる。

特開２００４−１６２９４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、全ブローによる排水量の算出を装置コストの上昇を避けつつ行い、簡易な構成でありながら、蒸発量やボイラ効率の算出精度を高くすることのできるボイラ管理装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、供給したボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ本体部、途中に給水を加圧する給水ポンプと給水量のカウントを行う給水流量計を設けており、ボイラ本体部への給水を行う給水配管、途中に全ブロー弁を持ちボイラ本体部から全ブローの排水を行う全ブロー配管、ボイラの各機器類と接続しておりボイラの運転を制御するとともに、運転状態の情報を出力する運転制御装置、運転制御装置と接続しておいてボイラでの運転データの集計を行う熱管理装置を持ったボイラにおいて、熱管理装置では、ボイラ燃焼停止中に連続して所定量以上の給水量がカウントされた場合、その水量を全ブロー実施量として集計することを特徴とする熱管理装置を持ったボイラ。

請求項２に記載の発明は、前記の熱管理装置を持った行うボイラにおいて、ボイラ本体部内で濃縮したボイラ水を排出する濃縮ブロー弁を持った濃縮ブロー配管と、ボイラ内の圧力を計測する圧力検出装置を設けておき、熱管理装置では、濃縮ブロー弁の開時間と圧力検出装置にて検出したボイラ内圧力に基づいて濃縮ブロー実施量を算出し、ボイラへの給水量から前記の全ブロー実施量と濃縮ブロー実施量を減算したものをボイラの蒸発量として集計するものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の熱管理装置を持ったボイラにおいて、給水温度を計測する給水温度計と、ボイラへ供給する燃料の消費量を算出する燃料流量計を設置し、熱管理装置では、平均蒸気圧力における発生蒸気のエンタルピである発生蒸気の熱量、平均給水温度における水のエンタルピである給水熱量、燃料流量計で計測した燃料消費量を算出するとともに、燃料毎に定まる値である燃料発熱量を設定しておき、熱管理装置では、
蒸発量×（発生蒸気の熱量−給水熱量）／（燃料消費量×燃料発熱量）
からボイラの運転効率を算出するものであることを特徴とする。

本発明を実施することによって全ブローによる排水量の算出を装置コストの上昇を避けつつ行うことができ、蒸発量やボイラ効率を容易にかつ精度高く算出することができるようになる。

本発明を実施しているボイラの構成図 本発明の一実施例におけるボイラの作動状況の説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの構成図、図２は本発明の一実施例におけるボイラの作動状況の説明図である。ボイラは、燃焼を行うことで発生した熱を使用してボイラ水を加熱し、蒸気を発生させるものであり、ボイラ本体部１の上部に燃焼装置７を設置している。燃焼装置７は、料供給装置６を通じての燃料供給と、燃焼用空気供給装置３を通じての燃焼用空気の供給を行うようにしている。ボイラ本体部１の下部には給水配管８を接続しており、給水配管８の途中に設けた給水ポンプ５によってボイラ本体部１への給水を行うようにしている。給水配管８には給水流量計１０や給水温度計１７を設けており、ボイラへの給水量や給水温度は給水流量計１０や給水温度計１８によって計測する。ボイラ内の水位は、上部と下部でボイラ本体部１と接続している水位検出装置１１によって検出しており、ボイラ本体部１内の水位が給水開始水位まで低下すると、給水ポンプ５の作動を行ってボイラ内への給水を行い、給水を行うことで給水停止水位まで水位が上昇すると、給水ポンプ５の作動を停止することを繰り返し、水位を制御範囲内に保つ。

給水配管８を通してボイラ内へ供給したボイラ水は、燃焼装置７で発生させた熱によって加熱することで蒸気を発生させ、ボイラ本体部１の上部から蒸気を取り出す。ボイラ本体部１から蒸気を取り出す場合、蒸気とともに沸き上がってきた飽和水が含まれているため、ボイラ本体部１から取り出した蒸気を通す経路には気水分離器１３を設置しておき、気水分離器１３で蒸気と飽和水に分離する。分離した蒸気は気水分離器１３の上部から取り出し、飽和水はボイラ本体部１の下部へ環流させる。また、気水分離器１３にはボイラ水の過濃縮を防止するために、給水量に対して一定の割合で排水を行う濃縮ブロー装置を設けている。濃縮ブローは、給水ポンプ５の作動タイミングに合わせて濃縮ブロー弁１２を開くことで、濃縮したボイラ水の排出を行う。気水分離器１３で分離した飽和水は、ボイラ内で最も濃縮したものであり、気水分離器１３内の飽和水を排出することでボイラ水の過濃縮を防止することができる。

ボイラ本体部１の底部には全ブロー配管９を接続しており、全ブロー配管９の途中に全ブロー弁４を設置しておく。全ブロー配管９を通して行う全ブローは、ボイラ本体部１内のボイラ水を全て排出するものであり、実施の頻度は濃縮ブローよりも大幅に長い間隔で行う。ボイラ水の全てを排出する全ブローは、ボイラの燃焼を行いながら実施することはできないため、全ブロー実施時にはボイラの燃焼は停止することになる。

ボイラの各機器類は運転制御装置２と接続しておき、各計測装置で計測した値は運転制御装置２へ出力し、運転制御装置２では入力された計測値などに基づき、各機器類の作動を制御することによりボイラの運転を制御する。そして運転制御装置２には、ボイラの運転状況を集計し、ボイラ効率の算出なども行う熱管理装置１４とも接続している。

図２は全ブロー実施時期とその前後におけるボイラ運転状況を記したものである。ボイラで燃焼運転を行っている場合、運転制御装置２では水位検出装置１１にて検出している水位に基づき、給水ポンプ５の作動を制御する。ボイラ本体部１での水位制御は、給水開始水位まで低下すると給水ポンプ５を作動してボイラ内の水位を上昇させ、給水によって給水停止水位に到達すると給水ポンプ５の作動を停止する。ボイラで燃焼運転を行っている場合には蒸気を発生させて取り出しているため、給水ポンプ５の作動を停止するとボイラ内の水位は低下する。そのためボイラ内の水位は制御範囲内での上下を繰り返すことになる。

全ブロー実施時期となったボイラでは、全ブローを行う際には、ボイラの燃焼を停止しておく。実施例では全ブローの直前まで燃焼を行っていたためにボイラ内の圧力は高くなっているが、もしボイラ内の圧力が低い冷缶状態で全ブローを行うことになった場合には、事前にボイラの燃焼を行ってボイラ内の圧力を高めておく。全ブローを行う場合、全ブロー弁４を開くことでボイラ本体部１内のボイラ水の排出を行う。全ブローではボイラ内のボイラ水を全て排出するため、ボイラ内の水量は０となる。

その後、全ブロー弁４を閉じ、給水ポンプ５を作動することでボイラ本体部１への給水を行う。給水を行うとボイラ内の水量は増加しており、水位制御範囲の給水停止水位になるまで給水を行う。ボイラ内の水位が回復することで全ブローの工程は終了し、その後にボイラの燃焼運転を再開している。

運転制御装置２と接続している熱管理装置１４は、運転制御装置２からボイラの運転状況に関する情報を取得し、状態の監視た記録などを行う。熱管理装置１４の主な機能としては、ボイラの運転状況などを図示化して表示し、異常発生時には報知する監視機能の他、運転時間や燃料使用量などといったデータの集計、異常発生時に異常に対する対処方法の検索なども行う。熱管理装置１４にてボイラの効率を算出する場合には、
蒸発量×（発生蒸気の熱量−平均給水熱量）／（燃料消費量×燃料発熱量）
の演算式を使用して効率を算出する。

発生蒸気の熱量（kJ／kg）は平均蒸気圧力における発生蒸気のエンタルピ、平均給水熱量（kJ／kg）は平均給水温度における水のエンタルピであり、近似式による演算にて算出する。燃料消費量（ton）は燃料流量計１５にて計測している流量を積算したものが使用でき、燃料温圧補正係数を掛けることで標準状態に換算しておく。燃料発熱量（kJ／kg）は燃料毎に定まる値であるため、あらかじめ熱管理装置１４に入力した値を使用する。

蒸発量（ton）は、直接的な算出は困難であるために給水量から算出する。ボイラ内に供給したボイラ水のうち、蒸気としてボイラから取り出されているのは、濃縮ブロー及び全ブローで排出された以外のものとなるため、蒸気量はボイラ給水量から、濃縮ブロー及び全ブローによって排出された量を減算することによって算出する。

濃縮ブロー弁１２には開閉２位置の電磁弁を使用しており、濃縮ブロー弁１２を開くことで濃縮ブロー水が流れ出る。この時、濃縮ブロー弁１２を通過する流量は、流路断面積が一定であってもボイラ内圧力が異なると変化する。そのため濃縮ブロー量は、濃縮ブロー弁１２の開時間とそのときのボイラ内圧力から算出する。熱管理装置１４には、蒸気圧力値毎に単位時間当たりのブロー流量を設定した蒸気圧力テーブルを入力しておくと、濃縮ブロー量を簡単に算出することができる。熱管理装置１４では、濃縮ブロー弁１２の開時間と、蒸気圧力値から濃縮ブロー量を算出し、１時間ごとなど一定の期間毎に累計しておく。

全ブローの場合も全ブロー弁４には開閉２位置の電磁弁を使用しており、全ブロー弁４を開くことで全ブロー水が流れ出る。全ブローの場合、全ブロー弁４の開時間はボイラ水を全て排出することのできる時間とし、全ブローでもボイラ内の圧力によって排水速度は変化するために、十分な余裕を持った開時間とする。全ブローでは、ボイラ内のボイラ水が全て排出された後でも、開設定時間が経過するまでは開いた状態を維持するため、全ブロー弁４の開時間を計測しても弁開時間から全ブロー量を算出することはできない。そこで全ブローによる排水量は、全ブローでの排水実施後の給水量より算出する。給水配管８には給水流量計１０を設けているため、給水量の計測は行える。そして全ブロー時の排水量と、排水後に行う給水量はほぼ同じ量になるため、この給水量を計測することによって全ブロー実施量とする。

この場合、給水流量計１０にて計測している給水量は、通常の給水量と全ブロー量に読み替える給水量を区別して算出することが必要となる。熱管理装置１４では、ボイラ燃焼停止中に、連続して所定量以上の給水量がカウントされた場合、その水量は全ブローにより生じた給水量であって全ブロー実施量とし、それ以外のカウントは給水量として集計する。そしてこの判断に用いる前記所定量は、ボイラの機種や仕様などにより任意の値を設定できるようにしておく。

燃焼運転中の場合は蒸気の取り出しを行いながらの給水になるため、給水量が多くなることもあるが、燃焼停止中であればそのようなことはない。そのため、燃焼停止中に連続して所定量以上の給水量がカウントされた場合には、全ブローに伴う給水であると判断することができる。

熱管理装置１４では、給水量−（濃縮ブロー量＋全ブロー量）により蒸発量を算出する。そしてボイラ効率を算出する場合には、この蒸発量を用いて算出し、算出したボイラ効率は、時間、日、月、年単位で集計を行う。このようにすることで、簡易な構成であるが全ブロー量を容易に算出することができ、算出した全ブロー量を用いての蒸発量の算出、さらに算出した蒸発量を用いてのボイラ効率の算出を精度よく行うことができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ボイラ本体部
２ 運転制御装置
３ 燃焼用空気供給装置
４ 全ブロー弁
５ 給水ポンプ
６ 燃料供給装置
７ 燃焼装置
８ 給水配管
９ 全ブロー配管
１０ 給水流量計
１１ 水位検出装置
１２ 濃縮ブロー弁
１３ 気水分離器
１４ 熱管理装置
１５ 燃料流量計
１６ 圧力検出装置
１７ 濃縮ブロー配管
１８ 給水温度計

Claims (3)

1. 供給したボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ本体部、
   途中に給水を加圧する給水ポンプと給水量のカウントを行う給水流量計を設けており、
   ボイラ本体部への給水を行う給水配管、
   途中に全ブロー弁を持ちボイラ本体部から全ブローの排水を行う全ブロー配管、
   ボイラの各機器類と接続しておりボイラの運転を制御するとともに、運転状態の情報を出力する運転制御装置、
   運転制御装置と接続しておいてボイラでの運転データの集計を行う熱管理装置を持ったボイラにおいて、
   熱管理装置では、ボイラ燃焼停止中に連続して所定量以上の給水量がカウントされた場合、その水量を全ブロー実施量として集計することを特徴とする熱管理装置を持ったボイラ。
2. 請求項１に記載の熱管理装置を持った行うボイラにおいて、
   ボイラ本体部内で濃縮したボイラ水を排出する濃縮ブロー弁を持った濃縮ブロー配管と、
   ボイラ内の圧力を計測する圧力検出装置を設けておき、
   熱管理装置では、濃縮ブロー弁の開時間と圧力検出装置にて検出したボイラ内圧力に基づいて濃縮ブロー実施量を算出し、
   ボイラへの給水量から前記の全ブロー実施量と濃縮ブロー実施量を減算したものをボイラの蒸発量として集計するものであることを特徴とする熱管理装置を持ったボイラ。
3. 請求項２に記載の熱管理装置を持ったボイラにおいて、
   給水温度を計測する給水温度計と、
   ボイラへ供給する燃料の消費量を算出する燃料流量計を設置し、
   熱管理装置では、平均蒸気圧力における発生蒸気のエンタルピである発生蒸気の熱量、平均給水温度における水のエンタルピである給水熱量、燃料流量計で計測した燃料消費量を算出するとともに、燃料毎に定まる値である燃料発熱量を設定しておき、
   熱管理装置では、
   蒸発量×（発生蒸気の熱量−給水熱量）／（燃料消費量×燃料発熱量）
   からボイラの運転効率を算出するものであることを特徴とする熱管理装置を持ったボイラ。
   

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