JP2018204821A - boiler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラに関する。 The present invention relates to a boiler.
従来、複数の水管を有する缶体を備え、燃料ガスを燃焼させることで水管の内部の水を加熱し、蒸気を発生させるボイラが知られている。このようなボイラでは、燃焼状態に応じて水管の水位が制御されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、ボイラの燃焼状態が高い場合には、水管の内部での水の沸騰が激しくなることに起因する蒸気の乾き度の低下を防ぐために水管の水位は低く設定される。また、ボイラの燃焼状態が低い場合には、水管の過熱を防ぐために水管の水位は高く設定される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a boiler that includes a can having a plurality of water pipes, heats water inside the water pipe by burning fuel gas, and generates steam. In such a boiler, the water level of the water pipe is controlled according to the combustion state (see, for example, Patent Document 1). Specifically, when the combustion state of the boiler is high, the water level of the water pipe is set low in order to prevent a decrease in the dryness of the steam due to the intense boiling of water inside the water pipe. When the combustion state of the boiler is low, the water level of the water pipe is set high in order to prevent the water pipe from overheating.
ところで、環境意識の高まりからLNG(Liquefied Natural Gas)が燃料ガスとして広く普及している。LNGを供給する方法の一つとして、LNGを液体のまま輸送し、LNGを使用する供給先で気化して用いるいわゆるLNGサテライト供給がある。LNGサテライト供給は、導入コストを抑えることができ、様々な分野で用いられているものの、パイプラインを通じて燃料ガスを輸送する方法に比べて燃料ガスが外部環境等の影響を受け易い傾向があった。 By the way, LNG (Liquid Natural Gas) is widely spread as a fuel gas due to the increase in environmental awareness. One method for supplying LNG is so-called LNG satellite supply in which LNG is transported in a liquid state and vaporized at a supply destination that uses LNG. Although LNG satellite supply can reduce the introduction cost and is used in various fields, the fuel gas tends to be more susceptible to the external environment than the method of transporting the fuel gas through the pipeline. .
例えば、LNGは、気化の過程でLNGを構成する気体の比重の違いや気化処理の温度等によって想定されていた成分比率とは異なる状態でボイラに供給されることがある。燃料ガスにこのような成分変動が生じている場合、ボイラに供給される燃料ガスの発熱量が変動してしまう。 For example, LNG may be supplied to the boiler in a state different from the component ratio assumed by the difference in the specific gravity of the gas constituting the LNG during the vaporization process, the temperature of the vaporization process, or the like. When such component fluctuations occur in the fuel gas, the calorific value of the fuel gas supplied to the boiler will fluctuate.
ボイラには使用される燃料ガスの発熱量が予め設定されており、この設定された発熱量(基準発熱量)に基いてボイラの燃焼状態と当該燃焼状態に対応する水管の水位とが対応付けられている。そのため、ボイラに供給される燃料ガスの発熱量が変化してしまうと、基準発熱量に基づく燃焼状態に対応して制御された水位は、実際の燃焼状態に対応する適正水位と一致しなくなってしまう。 The heating value of the fuel gas used in the boiler is set in advance, and the combustion state of the boiler is associated with the water level of the water pipe corresponding to the combustion state based on the set heating value (reference heating value). It has been. Therefore, if the calorific value of the fuel gas supplied to the boiler changes, the water level controlled corresponding to the combustion state based on the reference calorific value will not match the appropriate water level corresponding to the actual combustion state. End up.
従って、本発明は、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できるボイラを提供することを目的とする。 Therefore, an object of this invention is to provide the boiler which can control a water level suitably, when the component of fuel gas changes.
本発明者は、水管を有する缶体と、前記缶体に燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、燃焼状態に応じて前記水管の水位を制御する水位制御部と、前記缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、前記発熱量取得部により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、前記水管の水位を補正する水位補正部と、を備えるボイラに関する。 The present inventor supplies a can body having a water pipe, a fuel supply line that supplies fuel gas to the can body, a water level control unit that controls the water level of the water pipe according to a combustion state, and the can body. The water level of the water pipe is corrected based on a calorific value acquisition unit that acquires the calorific value of the fuel gas, a calorific value acquired by the calorific value acquisition unit, and a preset reference calorific value of the fuel gas. And a water level correction unit.
また、前記水位補正部は、前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも低い場合、前記水管の水位が高くなるように水位を補正し、前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも高い場合、前記水管の水位が低くなるように水位を補正することが好ましい。 The water level correction unit corrects the water level so that the water level of the water pipe is higher when the heat generation amount acquired by the heat generation amount acquisition unit is lower than the reference heat generation amount, and is acquired by the heat generation amount acquisition unit. When the generated calorific value is higher than the reference calorific value, it is preferable to correct the water level so that the water level of the water pipe is lowered.
また、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの発熱量を検知する熱量検知部を更に備え、前記発熱量取得部は、前記熱量検知部により検知された発熱量を取得することが好ましい。 Further, it is preferable that the apparatus further includes a calorific value detection unit that is disposed in the fuel supply line and detects the calorific value of the fuel gas, and the calorific value acquisition unit acquires the calorific value detected by the calorific value detection unit.
本発明のボイラによれば、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できる。 According to the boiler of this invention, when the component of fuel gas changes, a water level can be controlled suitably.
以下、本発明のボイラの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラ1は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器(図示せず)に蒸気を供給する。
本実施形態のボイラ1は、缶体10と、缶体10に燃焼用空気を送り込む送風機20と、缶体10と送風機20とを接続し燃焼用空気が流通する給気ダクト30と、缶体10から排出される燃焼ガス(排ガス)が流通する排気筒80と、缶体10に燃料ガスを供給する燃料供給ライン50と、缶体10に水を供給する給水ライン60と、燃料ガスや燃焼用空気の供給量等を制御する制御装置70と、を備える。
Hereinafter, a preferred embodiment of the boiler of the present invention will be described with reference to the drawings. The boiler 1 of the present embodiment is a steam boiler that generates steam by heating water, and supplies steam to a load device (not shown).
The boiler 1 of this embodiment includes a
缶体10は、ボイラ筐体11と、複数の水管12と、下部ヘッダ13と、上部ヘッダ14と、バーナ15と、を備える。
The
ボイラ筐体11は、缶体10の外形を構成する。ボイラ筐体11の一側面には、給気口16が形成され、給気口16が形成された側面に対向する側面には、排気口17が形成される。
The
複数の水管12は、ボイラ筐体11の内部に上下方向に延びて配置されると共に、ボイラ筐体11の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
The plurality of
下部ヘッダ13は、ボイラ筐体11の下部に配置される。下部ヘッダ13には、複数の水管12の下端部が接続される。上部ヘッダ14は、ボイラ筐体11の上部に配置される。上部ヘッダ14には、複数の水管12の上端部が接続される。
The
バーナ15は、給気口16に配置される。バーナ15によって燃料ガスと燃焼用空気との混合気が燃焼し、水管12の水が加熱されて蒸気が発生する。
The
送風機20は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体21と、ファン(モータ)の回転数を増減させるインバータ22と、を備える。送風機20は、インバータ22に入力される周波数に応じて、ファンが所定の回転数で回転することで、缶体10に燃焼用空気を送り込む。
The
本実施形態では、負荷機器(図示省略)から要求される要求負荷に応じて燃焼用空気の流量が設定される。送風機20は、設定された燃料用空気の流量になるように制御装置70によってインバータ22を介して制御される。
In the present embodiment, the flow rate of the combustion air is set according to a required load required from a load device (not shown). The
給気ダクト30は、燃料ガスと混合させる燃焼用空気を缶体10に供給する。給気ダクト30は、上流側の端部が送風機20に接続され、下流側の端部が給気口16に接続される。給気ダクト30は、送風機20から送り込まれた燃焼用空気を缶体10に供給する。
給気ダクト30には、ダンパ31と、パンチングメタル32と、エア差圧センサ33と、が配置される。
The
In the
ダンパ31は、給気ダクト30の内部の燃焼用空気の流路を塞いだ閉状態と、この閉状態から90度回転し、給気ダクト30の内部の燃焼用空気の流路を開放した開状態との間で回転可能に配置される。
The
パンチングメタル32は、複数の貫通孔が形成された金属板であり、流通する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材として機能する。パンチングメタル32は、給気ダクト30の内部のダンパ31の下流側に配置される。このパンチングメタル32によって、ダンパ31を通って給気ダクト30まで流れてきた燃焼用空気は減圧される。
The
エア差圧センサ33は、燃焼用空気の流量を検知するための空気流量検知部である。エア差圧センサ33は、パンチングメタル32の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する。燃料用空気の流量は、この差圧情報に基づいて算出される。
The air differential pressure sensor 33 is an air flow rate detection unit for detecting the flow rate of combustion air. The air differential pressure sensor 33 detects a differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the
排気筒80は、基端側が排気口17に接続され、筒状に形成される。この排気筒80を通じて缶体10で発生した燃焼ガス(排ガス)が缶体10の外部に排出される。
The
燃料供給ライン50は、上流側が燃料供給源(図示せず)に接続され、下流側が給気ダクト30に接続される。燃料供給ライン50の下流側の端部は、給気ダクト30におけるパンチングメタル32が配置された位置よりも下流側に接続される。
燃料供給ライン50には、燃料ガス流量計51と、熱量検知部としてのカロリメータ52と、開閉弁53と、ガバナ54と、流量調整弁55と、オリフィス56と、ノズル57と、が配置される。
The
In the
燃料ガス流量計51は、燃料供給ライン50を流れる燃料ガスの流量を測定する。本実施形態の燃料ガス流量計51は、燃料供給ライン50の最も上流側に配置される。
The fuel
カロリメータ52は、燃料ガスの発熱量を取得する。カロリメータ52は、燃料供給ライン50における燃料ガス流量計51の下流側に配置される。カロリメータ52としては、燃料供給ライン50を流れる燃料ガスをサンプリング計測してその発熱量を取得するもの等、適宜のものを採用することができる。
The
開閉弁53は、燃料供給ライン50を開放又は閉止し、燃料ガスの供給及び停止を行う。本実施形態の開閉弁53は、燃料供給ライン50における燃料ガス流量計51の下流側に配置される。
The on-off
ガバナ54は、燃料供給ライン50を流れる燃料ガスの圧力変動を抑制するための調圧手段として機能する。ガバナ54は、燃料供給ライン50における開閉弁53の下流側に配置される。
The
流量調整弁55は、燃料供給ライン50を流れる燃料ガスの流量を調整する。流量調整弁55は、開度を調整可能に構成される。流量調整弁55は、燃料供給ライン50におけるガバナ54の下流側に配置される。
The flow
オリフィス56は、燃料供給ライン50を流れる燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材として機能する。オリフィス56は、燃料供給ライン50における流量調整弁55の下流側に配置される。
The
ノズル57は、燃料供給ライン50の下流側の端部に配置され、給気ダクト30への燃料ガスの噴出を行う。ノズル57から噴出された燃料ガスは、送風機20によって送られてきた燃焼用空気と混合され、この混合された混合気がバーナ15によって燃焼される。
The
給水ライン60は、缶体10に水を供給する。給水ライン60の上流側は給水源(図示せず)に接続され、下流側は下部ヘッダ13に接続される。給水ライン60には、給水弁61が配置される。
The
次に、制御装置70について説明する。制御装置70は、ボイラ1の燃焼状態を制御する制御部71と、各種の情報が記憶される記憶部72と、を備える。
制御装置70は、上述した各センサと電気的に接続され、これらのセンサからの信号及び負荷機器からの要求負荷に基づいて流量調整弁55や送風機20の制御を行い、ボイラ1の燃焼状態を制御する。また、制御装置70は、ボイラ1の燃焼状態に応じて給水弁61の開閉又は開度を調整し、水管12の水位を制御する。
Next, the
The
ボイラ1には使用される燃料ガスの発熱量が予め設定されており、この設定された発熱量(基準発熱量)に基いて、ボイラ1の燃焼状態毎に好適な水管12の水位が設定されている。具体的には、ボイラ1の燃焼状態が高い場合には、水管12の内部での水の沸騰が激しくなることに起因する蒸気の乾き度の低下を防ぐために水管12の水位は低く設定される。また、ボイラ1の燃焼状態が低い場合には、水管12の過熱を防ぐために水管12の水位は高く設定される。
そのため、ボイラ1に供給される燃料ガスの発熱量が変化してしまうと、基準発熱量に基づく燃焼状態に対応して制御された水位は、実際の燃焼状態に対応する適正水位と一致しなくなってしまう。
The boiler 1 has a heat value of the fuel gas used in advance, and a suitable water level of the
Therefore, if the calorific value of the fuel gas supplied to the boiler 1 changes, the water level controlled corresponding to the combustion state based on the reference calorific value does not match the appropriate water level corresponding to the actual combustion state. End up.
そこで、本実施形態では、燃料供給ライン50に供給される燃料ガスの成分が変動した場合に、この燃料ガスの成分の変動量に応じて予め設定された水管12の水位を補正することで、燃料ガスの成分が変化した場合においても好適な水位制御を実現している。
このような機能を実現するために、図2に示すように、制御部71は、水位制御部81と、発熱量取得部82と、水位補正部83と、を備える。
Therefore, in the present embodiment, when the component of the fuel gas supplied to the
In order to realize such a function, as shown in FIG. 2, the
水位制御部81は、ボイラ1の燃焼状態に応じて水管12の水位を制御する。例えば、ボイラ1が複数の段階的な燃焼位置で燃焼する段階値制御ボイラの場合、記憶部72には、それぞれの燃焼位置と、当該燃焼位置に対応する水管12の水位と、が関連付けられて記憶される。そして、水位制御部81は、ボイラ1の燃焼位置に応じて水管12の目標水位を決定し、水管12の水位が設定された目標水位となるように給水を制御する。また、ボイラ1が燃焼量を連続的に増減可能な連続制御ボイラの場合、記憶部72には、ボイラ1の燃焼量(燃焼率)と水管12の水位とが関連付けられたテーブルが記憶される。そして、水位制御部81は、ボイラ1の燃焼量(燃焼率)に応じて水管12の目標水位を決定し、水管12の水位が設定された目標水位となるように給水を制御する。
The water
発熱量取得部82は、缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する。本実施形態では、発熱量取得部82は、カロリメータ52により測定された燃料供給ライン50を流れる燃料ガスの発熱量を取得する。
The calorific
水位補正部83は、発熱量取得部82により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、水管12の水位を補正する。即ち、制御装置70の記憶部72には、ボイラ1に使用される燃料ガスの発熱量が基準発熱量として設定されている。そして、水位補正部83は、発熱量取得部82により取得された発熱量と、基準発熱量との間に所定の範囲を超える差異が発生した場合に、設定された目標水位を補正する。
本実施形態では、水位補正部83は、発熱量取得部82により取得された発熱量が基準発熱量よりも低い場合、水管12の水位が高くなるように目標水位を補正する。また、発熱量取得部82により取得された発熱量が基準発熱量よりも高い場合、水管12の水位が低くなるように目標水位を補正する。
The water
In this embodiment, the water level correction |
次に、本実施形態における水位制御の流れについて説明する。
ボイラ1が燃焼している状態において、水位制御部81は、ボイラ1の燃焼状態に対応して設定された水位を目標水位として給水弁61を制御し、水管12の水位を制御する。
一方、発熱量取得部82は、カロリメータ52により測定された燃料供給ライン50を流れる燃料ガスの発熱量を取得する。
Next, the flow of water level control in this embodiment will be described.
In the state where the boiler 1 is burning, the water
On the other hand, the calorific
水位補正部83は、発熱量取得部82により取得された燃料ガスの発熱量を監視し、燃料ガスの発熱量と記憶部72に記憶された基準発熱量との間に所定の範囲を超える差異が発生した場合に、目標水位を補正する。
これにより、缶体10に供給される燃料ガスの発熱量に変動があった場合に、ボイラ1に指示された見かけの燃焼状態ではなく、実際の燃焼状態に合わせて水管12の水位を補正できる。よって、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できる。
The water
Thereby, when the calorific value of the fuel gas supplied to the
ここで、本実施形態では、水位補正部83は、発熱量取得部82により取得された発熱量が基準発熱量よりも低い場合(つまり、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも低い場合)、水管12の水位が高くなるように目標水位を補正する。また、発熱量取得部82により取得された発熱量が基準発熱量よりも高い場合(つまり、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも高い場合)、水管12の水位が低くなるように目標水位を補正する。
これにより、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも低い場合には、水管12の水位を高くすることで水管12の過熱を抑制でき、また、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも高い場合には、水管12の水位を低くすることで、生成される蒸気の乾き度の低下を抑制できる。
Here, in the present embodiment, the water
Thereby, when the actual combustion state is lower than the apparent combustion state, overheating of the
以上、本発明のボイラの好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、発熱量取得部82は、カロリメータ52により測定された燃料ガスの発熱量を取得したが、これに限らない。即ち、燃料ガス(例えばLNG)がサテライト供給設備からボイラに供給される場合には、ボイラを、カロリメータを含まずに構成し、サテライト供給設備に貯蔵される燃料ガスの発熱量(予め判明している)を発熱量取得部に取得させてもよい。
As mentioned above, although one preferable embodiment of the boiler of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the above-mentioned embodiment, It can change suitably.
For example, in the present embodiment, the calorific
1 ボイラ
10 缶体
12 水管
50 燃料供給ライン
81 水位制御部
82 発熱量取得部
83 水位補正部
52 カロリメータ(発熱量検知部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記缶体に燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、
燃焼状態に応じて前記水管の水位を制御する水位制御部と、
前記缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、
前記発熱量取得部により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、前記水管の水位を補正する水位補正部と、を備えるボイラ。 A can having a water pipe;
A fuel supply line for supplying fuel gas to the can body;
A water level control unit for controlling the water level of the water pipe according to the combustion state;
A calorific value acquisition unit for acquiring the calorific value of the fuel gas supplied to the can;
A boiler comprising a water level correction unit that corrects the water level of the water pipe based on a heat generation amount acquired by the heat generation amount acquisition unit and a preset reference heat generation amount of fuel gas.
前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも低い場合、前記水管の水位が高くなるように水位を補正し、
前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも高い場合、前記水管の水位が低くなるように水位を補正する請求項1に記載のボイラ。 The water level correction unit is
When the calorific value acquired by the calorific value acquisition unit is lower than the reference calorific value, the water level is corrected so that the water level of the water pipe becomes high,
The boiler according to claim 1, wherein when the heat generation amount acquired by the heat generation amount acquisition unit is higher than the reference heat generation amount, the water level is corrected so that the water level of the water pipe is lowered.
前記発熱量取得部は、前記熱量検知部により検知された発熱量を取得する請求項1又は2に記載のボイラ。 A calorific value detection unit arranged in the fuel supply line for detecting the calorific value of the fuel gas;
The boiler according to claim 1 or 2, wherein the heat generation amount acquisition unit acquires the heat generation amount detected by the heat amount detection unit.
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