JP2020159573A - ボイラ制御装置及びボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス頻度を小さくできるボイラ制御装置を提供する。【解決手段】複数のボイラ２０の燃焼状態を制御するボイラ制御装置は、前記複数のボイラ２０のそれぞれの運転情報を収集する情報収集部１２と、前記情報収集部１２が収集した運転情報に基づいて、前記複数のボイラ２０のそれぞれの劣化度を算出する劣化度算出部１３と、前記劣化度に基づいて、前記複数のボイラ２０の運転条件を設定する運転条件設定部１４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ制御装置及びボイラシステムに関する。

複数のボイラを有し、負荷変動に合わせてボイラの運転台数を制御することによって、各ボイラを効率的な負荷で運転する多缶設置ボイラシステムが知られている。多缶設置ボイラシステムは、通常、ボイラ間に優先順位を設定し、優先順位が低いボイラの燃焼を停止することで負荷に対して最適な台数のボイラを運転するよう制御を行うボイラ制御装置を備える。このような台数制御を行うと、優先順位が高いボイラの運転時間が長くなり、優先順位が低いボイラと比べて疲労やダメージが大きくなる。このため、多缶設置ボイラシステムでは、例えば特許文献１に記載されるように、優先順位を入れ替えることで、特定のボイラの運転時間が長くならないようにすることが行われる。

特許第３９９９０２４号公報

特許文献１のように、時間を基準に複数のボイラの優先順位を入れ替えても、運転状況によっては、特定のボイラに疲労やダメージが蓄積して故障が発生し、メンテナンス頻度が上昇する原因となる場合がある。つまり、従来の多缶設置ボイラシステムに用いられるボイラ制御装置は、ボイラのメンテナンス頻度を小さくするという観点からは、必ずしも最適な制御を行うことができない可能性がある。

従って、本発明は、よりメンテナンス頻度を小さくできるボイラ制御装置及びボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るボイラ制御装置は、複数のボイラの燃焼状態を制御するボイラ制御装置であって、前記複数のボイラのそれぞれの運転情報を収集する情報収集部と、前記情報収集部が収集した運転情報に基づいて、前記複数のボイラのそれぞれの劣化度を算出する劣化度算出部と、前記劣化度に基づいて、前記複数のボイラの運転条件を設定する運転条件設定部と、を有する。

本発明に係るボイラ制御装置において、前記運転条件設定部は、前記劣化度が高い前記ボイラの優先順位を低くしてもよい。

本発明に係るボイラ制御装置において、前記運転条件設定部は、前記劣化度が高い前記ボイラの燃焼条件を制限してもよい。

本発明に係るボイラ制御装置において、前記運転情報は、前記ボイラの水管温度を含んでもよい。

本発明に係るボイラ制御装置において、前記運転情報は、前記２以上の水位センサの検出値の偏差を含んでもよい。

本発明に係るボイラシステムは、前記ボイラ制御装置と、前記ボイラ制御装置により燃焼状態が制御される複数のボイラと、を備える。

本発明によれば、メンテナンス頻度を小さくできるボイラ制御装置及びボイラシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態のボイラシステムの構成を示すブロック図である。 図１のボイラシステムのボイラ制御装置における運転条件の設定手順を示すフローチャートである。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

図１に本発明の一実施形態に係るボイラシステム１の構成を示す。ボイラシステム１は、ボイラ制御装置１０と、このボイラ制御装置１０により燃焼状態が制御される複数のボイラ２０と、これら複数のボイラ２０により生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダ３０と、この蒸気ヘッダ３０の内部の圧力を測定する蒸気圧センサ３１と、を備える。ボイラシステム１は、蒸気ヘッダ３０から蒸気使用設備２に蒸気を供給する。

ボイラ制御装置１０は、それ自体が本発明のボイラ制御装置の一実施形態である。ボイラ制御装置１０は、蒸気圧センサ３１の検出値を予め設定される設定値に保持するよう複数のボイラ２０の燃焼状態を定める燃焼制御部１１と、複数のボイラ２０のそれぞれの運転情報を収集する情報収集部１２と、情報収集部１２が収集した運転情報に基づいて、複数のボイラ２０のそれぞれの劣化度を算出する劣化度算出部１３と、劣化度算出部１３が算出した劣化度に基づいて、複数のボイラ２０の運転条件を設定する運転条件設定部１４と、劣化度算出部が算出した劣化度が閾値以上となった場合に報知を行う報知部１５と、を備える。

各ボイラ２０は、燃焼が行われるボイラ本体２１と、ボイラ本体２１における燃焼をボイラ制御装置１０から指示される燃焼状態となるよう制御するローカル制御部２２とを有する。また、各ボイラ２０には、その運転情報を検出するために、例えばボイラ本体２１の水管温度を検出する温度センサ２３、ボイラ本体２１内の水位を連続的に検出する第１水位センサ２４、ボイラ本体２１内の水位が一定の高さになったことを検出する第２水位センサ（レベルスイッチ）２５等の検出機器が設けられる。

燃焼制御部１１は、ボイラシステム１に要求される負荷、つまり蒸気使用設備２における蒸気使用量に応じて、ボイラ２０の運転台数及び運転状態のボイラ２０の燃焼状態を定める。ボイラシステム１に要求される負荷は、蒸気使用量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ３０の内部の蒸気圧の変動を蒸気圧センサ３１によって検出することで算出することができる。

具体的には、蒸気使用設備２の需要の増大により負荷が増加し、蒸気ヘッダ３０に供給される蒸気量が不足すれば、蒸気ヘッダ３０の内部の蒸気圧が減少する。逆に、蒸気使用設備２の需要の低下により負荷が減少し、蒸気ヘッダ３０に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ３０の内部の蒸気圧が増加する。このため、燃焼制御部１１は、蒸気圧センサ３１により測定される蒸気圧を設定値に保持することができるよう、複数のボイラ２０の合計燃焼量を増減させる。

各ボイラ２０は、効率のよい燃焼量の範囲が限られるとともに、特に起動及び停止の際にはエネルギー効率が低下する。このため、燃焼制御部１１は、複数のボイラ２０に優先順位を付け、優先順位の高いボイラ２０から優先的に燃焼運転を行い、負荷が運転中のボイラ２０の能力を超えた場合に次の優先順位のボイラ２０の運転を開始し、負荷が運転中のボイラ２０の能力に比してある程度小さくなった場合に最も優先順位の低いボイラ２０の運転を休止するいわゆる台数制御を行う。

また、燃焼制御部１１は、負荷に応じて、各ボイラ２０の燃焼量を指定、例えば、燃焼量を段階的に変更可能ないわゆる段階値制御ボイラ２０の場合には所定の燃焼位置（低燃焼、高燃焼等）、また、燃焼量を連続的に変更可能ないわゆる連続燃焼制御ボイラ２０の場合には所定の燃焼率を指定する。つまり、燃焼制御部１１は、ボイラ２０の運転台数（各ボイラ２０の運転又は休止）の選択に加えて、運転状態のボイラ２０の燃焼量の選択により、負荷に合わせてボイラシステム１において生成される蒸気量を調節する。燃焼制御部１１におけるボイラ２０の運転台数及び燃焼量の選択については、公知の方法によって行うことができる。

情報収集部１２は、各ボイラ２０から、例えば一定の周期で運転情報を取得する。情報収集部１２が収集する運転情報としては、特に限定されないが、例えば温度センサ２３によって検出される水管温度、第１水位センサ２４によって検出される水位、第２水位センサ２５によって検出される水位（ひいてはセンサ２４，２５の検出値の偏差）、水管内の圧力、ボイラ２０の内部における燃焼ガスの圧力等を挙げることができる。

劣化度算出部１３は、情報収集部１２が収集した１又は複数種類の運転情報に基づいて、各ボイラ２０の劣化度をそれぞれ算出する。劣化度算出部１３は、複数の運転情報に基づいて１つの劣化度を算出してもよく、各運転情報に基づいて複数の劣化度を算出してもよい。

例として、運転情報として温度センサ２３によって検出される水管温度を用いる場合、ボイラ２０の水管は温度が高くなるほど劣化（スケールの付着やダメージ）が大きくなると考えられるので、劣化度算出部１３は、水管の損耗度合の指標とされる劣化度として水管温度の積分値を算出してもよい。水管温度の積分は、検出値そのものではなく、所定の基準値を超える場合にその温度値又は基準値との差分値を積算するようにしてもよい。また、ボイラ２０は水管温度が急激に変化すると劣化が大きくなると考えられるので、水管温度の微分値を算出し、この微分値に基づいて劣化度を算出してもよい。例として、劣化度算出部１３は、水管温度の微分値の積分値、水管温度の微分値が所定の基準値を超える時間の合計値などを劣化度としてもよい。

また、ボイラ２０の運転には、第１水位センサ２４によって水位を正確に検出する必要がある。このため、劣化度算出部１３は、第１水位センサ２４の損耗度合の指標となる劣化度を、第１水位センサ２４によって検出される水位、及び第２水位センサ２５によって検出される水位を運転情報として用いて算出してもよい。第１水位センサ２４の検出値と実際の水位との差（検出誤差）は第１水位センサ２４が損耗するにつれて大きくなるが、第２水位センサ２５の検出状態（オン／オフ）が変化するときの水位はほとんど変化しない。このため、第２水位センサ２５の検出状態が変化したときの第１水位センサ２４の検出値と、第２水位センサ２５の検出状態が変化する水位との偏差に基づいて、劣化度を算出することができる。具体的には、劣化度算出部１３は、第２水位センサ２５の検出状態が変化したときの第１水位センサ２４の検出値と、第２水位センサ２５の検出状態が変化する水位との偏差が所定の閾値以上となった回数又は頻度を劣化度として算出してもよい。

なお、本明細書において、「劣化度」は、ボイラ２０の稼働に伴って増加する値として説明しているが、ボイラ２０の稼働に伴って減少し、ボイラ２０又はその部品の残り寿命の指標となる値として算出してもよい。

運転条件設定部１４は、劣化度が高いボイラ２０の負荷を小さくするよう、燃焼制御部１１が制御に用いる運転条件を設定する。具体的には、運転条件設定部１４は、劣化度が高いボイラ２０の優先順位を、従来の運転時間に基づいて設定される優先順位よりもさらに低くしてもよい。このように、劣化度が高いボイラ２０の優先順位を低くすることによって、劣化度が高いボイラ２０の負荷を他のボイラ２０の負荷よりも小さくすることができる。また、運転条件設定部１４は、劣化度が高いボイラ２０の燃焼条件を制限することにより劣化度が高いボイラ２０の負荷を低減してもよい。具体的には、運転条件設定部１４は、負荷が大きい燃焼量（典型的には高燃焼）での運転を禁止してもよく、燃焼量の変更（例えば低燃焼と高燃焼との切換）を禁止又はその頻度を小さくしてもよい。このように、燃焼量の変更を制限することによって、劣化度が高いボイラ２０へのダメージを軽減し、劣化度の増大速度を緩和することができる。

運転条件設定部１４による運転条件の再設定は、いずれかのボイラ２０の劣化度が閾値以上となったときに行ってもよく、一定の時間が経過する度に行ってもよく、例えばボイラシステム１の起動、従来の技術によるボイラ２０の優先順位の変更などの所定の事象が発生したときに行ってもよい。

報知部１５は、劣化度が一定の閾値以上となった場合に、その旨を報知する。報知部１５による報知は、ボイラ制御装置１０に設けられるモニタへの表示、ランプの点灯、有線又は無線通信手段を用いた他の機器への信号の送信等の方法で行うことができる。また、報知部１５は、例えばブザー、スピーカー等を用いて、聴覚情報による報知を行ってもよい。

図２に、ボイラ制御装置１０によるボイラ２０の運転条件設定処理の手順の一例を示す。このボイラ制御装置１０によるボイラ２０の運転条件設定処理は、各ボイラ２０から運転情報を収集する工程（ステップＳ１：運転情報収集工程）と、運転情報収集工程で収集した運転情報に基づいてそれぞれのボイラ２０の劣化度を算出する工程（ステップＳ２：劣化度算出工程）と、劣化度算出工程で算出した劣化度のいずれかが閾値以上であるか否かを確認する工程（ステップＳ３：劣化度確認工程）と、劣化度に基づいて各ボイラ２０の運転条件を変更する工程（ステップＳ４：運転条件変更工程）と、ボイラシステム１の運転を継続すべきか否かを確認する工程（ステップＳ５：運転継続確認工程）と、を備える。

ステップＳ１の運転情報収集工程において、ボイラ制御装置１０は、情報収集部１２によって、各ボイラ２０の例えば温度センサ２３、第１水位センサ２４、第２水位センサ２５等から、それぞれ運転情報を取得する。

ステップＳ２の劣化度算出工程において、ボイラ制御装置１０は、劣化度算出部１３によって、それぞれのボイラ２０について１又は複数の劣化度を算出する。

ステップＳ３の劣化度確認工程において、ボイラ制御装置１０は、劣化度を予め設定される閾値と比較する。劣化度が閾値以上である場合はステップＳ４に進み、劣化度が閾値未満である場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ４の運転条件変更工程において、ボイラ制御装置１０は、運転条件設定部１４によって、劣化度を考慮して、燃焼制御部１１の制御に用いる設定値（例えば優先順位、燃焼量の設定等）を再設定する。

ステップＳ５の運転継続確認工程では、ボイラシステム１に運転を継続すべきか否かを確認する。ボイラシステム１に運転を継続する場合はステップＳ１に戻り、ボイラシステム１に運転を終了する場合はこの制御を終了する。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。ボイラシステム１において、複数のボイラ２０の燃焼状態を制御するボイラ制御装置１０は、複数のボイラ２０のそれぞれの運転情報を収集する情報収集部１２と、情報収集部１２が収集した運転情報に基づいて、複数のボイラ２０のそれぞれの劣化度を算出する劣化度算出部１３と、劣化度に基づいて、複数のボイラ２０の運転条件を設定する運転条件設定部１４と、を有する。これによって、ボイラ制御装置１０は、複数のボイラ２０の劣化度の上昇を均等化することができる。したがって、ボイラ制御装置１０は、特定のボイラ２０の劣化が進行して比較的短時間で故障に至ることを防止することができるので、ボイラシステム１のメンテナンスの頻度を小さくすることができる。

ボイラ制御装置１０の運転条件設定部１４は、劣化度が高いボイラ２０の優先順位を低くすることができる。これによって、劣化度が高いボイラ２０の運転時間を短くするので、劣化度が高いボイラ２０の劣化度のさらなる増大を抑制することができる。これにより、比較的容易に複数のボイラ２０の劣化度を均等化してボイラシステム１のメンテナンスの頻度を小さくすることができる。

ボイラ制御装置１０の運転条件設定部１４は、劣化度が高いボイラ２０の燃焼条件を制限することができる。これによって、劣化度が高いボイラ２０の劣化度の増大速度を抑制することができるので、ボイラシステム１のメンテナンスの頻度を小さくすることができる。

ボイラ制御装置１０の情報収集部１２が収集する運転情報がボイラ２０の水管温度を含む場合、劣化度算出部１３が水管の損耗との相関が高い水管温度の履歴を加味して劣化度を算出することによって、ボイラが故障に至るまでの時間を比較的正確に推測できる。

ボイラ制御装置１０の情報収集部１２が収集する運転情報がボイラに設けられる水位センサ２４，２５の検出値の偏差を含む場合、第１水位センサ２４の検出誤差を加味して劣化度を算出することによって、第１水位センサ２４が故障に至るまでの時間を比較的正確に推測できる。

以上のように、ボイラシステム１は、ボイラ制御装置１０を備えることによって、複数のボイラ２０の劣化を均等化して、メンテナンスの頻度を小さくすることができる。

以上、本発明のボイラ制御装置の好ましい各実施形態につき説明したが、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。例として、本発明において、ボイラ制御装置は、いずれかのボイラのローカル制御部と一体であってもよい。

１ ボイラシステム
１０ ボイラ制御装置
１１ 燃焼制御部
１２ 情報収集部
１３ 劣化度算出部
１４ 運転条件設定部
１５ 報知部
２０ ボイラ
２１ ボイラ本体
２２ ローカル制御部
２３ 温度センサ
２４ 第１水位センサ
２５ 第２水位センサ

Claims (6)

1. 複数のボイラの燃焼状態を制御するボイラ制御装置であって、
   前記複数のボイラのそれぞれの運転情報を収集する情報収集部と、
   前記情報収集部が収集した運転情報に基づいて、前記複数のボイラのそれぞれの劣化度を算出する劣化度算出部と、
   前記劣化度に基づいて、前記複数のボイラの運転条件を設定する運転条件設定部と、
   を有する、ボイラ制御装置。
   
2. 前記運転条件設定部は、前記劣化度が高い前記ボイラの優先順位を低くする、請求項１に記載のボイラ制御装置。
   
3. 前記運転条件設定部は、前記劣化度が高い前記ボイラの燃焼条件を制限する請求項１又は２に記載のボイラ制御装置。
   
4. 前記運転情報は、前記ボイラの水管温度を含む、請求項１から３のいずれかに記載のボイラ制御装置。
   
5. 前記運転情報は、前記ボイラに設けられる２以上の水位センサの検出値の偏差を含む、請求項１から４のいずれかに記載のボイラ制御装置。
   
6. 請求項１から５のいずれかに記載のボイラ制御装置と、
   前記ボイラ制御装置により燃焼状態が制御される複数のボイラと、
   を備えるボイラシステム。

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