JP2022009609A

JP2022009609A - ボイラ

Info

Publication number: JP2022009609A
Application number: JP2021175791A
Authority: JP
Inventors: 孝明大西; Takaaki Onishi; 鉄平明上; Teppei Akegami
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-01-14
Also published as: JP7087281B2; JP2018204844A

Abstract

【課題】季節の変化やボイラの内部の状態変化があった場合でも最適な風量でパージを行えるボイラを提供すること。
【解決手段】ボイラ１は、缶体１０と、送風機２０と、送風機２０から缶体１０に燃焼用空気を供給する給気ライン３０と、給気ライン３０に配置される圧力損失部３２と、圧力損失部３２の上流側と下流側との差圧を測定する差圧測定部３３と、缶体１０の内部を換気する場合に予め設定された出力で予め設定された時間送風機２０を駆動させるパージ制御部８１と、差圧測定部３３により測定された差圧に基いて送風機２０の駆動時間を補正する出力補正部８２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラに関する。

従来、缶体の内部で燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラにおいては、燃料の燃焼を停止した場合や燃焼を開始する前に、缶体の内部に残存する燃料を外部に排出するためにパージ（換気）が行われる（例えば、特許文献１参照）。

パージを行う場合には、送風機を所定の出力で所定時間駆動させることでボイラ（缶体）の容積に対して十分な量（例えば、ボイラの容積の５倍）の空気を供給してボイラの内部を換気している。パージを行う場合の送風機の出力及び駆動時間は、ボイラの容積等に基づいて予め設定される。パージを行う場合の空気の供給量が不足した場合には、ボイラの内部に燃料が残存するおそれがあり、安全性が低下してしまう。また、パージを行う場合の空気の供給量が過剰になった場合には、ボイラの放熱損失が大きくなってしまう。

特開２００４－２５１５２４号公報

ここで、季節の変化による外気温の変化や、ボイラの内部の状態変化（例えば、排気筒のつまり）によってボイラの内部の圧力損失は変化するため、送風機の出力が一定であったとしても送風機から缶体に供給される空気の流量は変化してしまう。このように、パージを行う場合における送風機の出力及び駆動時間が設定値となっている場合には、季節の変化やボイラの内部の状態変化に応じて最適な風量でのパージを行うことが困難であった。

従って、本発明は、季節の変化やボイラの内部の状態変化があった場合でも最適な風量でパージを行えるボイラを提供することを目的とする。

また、本発明は、缶体と、送風機と、前記送風機から前記缶体に燃焼用空気を供給する給気ラインと、前記給気ラインに配置される圧力損失部と、前記圧力損失部の上流側と下流側との差圧を測定する差圧測定部と、前記缶体の内部を換気する場合に予め設定された出力で予め設定された時間前記送風機を駆動させるパージ制御部と、前記差圧測定部により測定された差圧に基いて前記送風機の駆動時間を補正する出力補正部と、を備えるボイラに関する。

また、ボイラは、補正された前記送風機の駆動時間が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する異常報知部を更に備えることが好ましい。

本発明のボイラによれば、季節の変化やボイラの内部の状態変化があった場合でも最適な風量でパージを行える。

本発明の一実施形態に係るボイラを模式的に示す図である。制御部の構成を示すブロック図である。

以下、本発明のボイラの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１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。
第１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ラインとしての給気ダクト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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。また、送風機２０は、ボイラ１の燃焼が停止した後や、ボイラ１の燃焼が開始される前に駆動され、缶体１０に空気を供給して換気することで、缶体１０に残存する燃料を除去するパージに用いられる。

第１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。また、パージを行う場合には、缶体１０及び排気筒８０の容積等に基いて空気の流量が設定される。送風機２０は、設定された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。

給気ダクト３０は、燃料ガスと混合させる燃焼用空気又はパージ用空気を缶体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から送り込まれた空気を缶体１０に供給する。
給気ダクト３０には、ダンパ３１と、圧力損失部としてのパンチングメタル３２と、差圧測定部としてのエア差圧センサ３３と、が配置される。

ダンパ３１は、給気ダクト３０の内部の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。

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、流通する空気を減圧する圧力損失部として機能する。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まで流れてきた空気は減圧される。

エア差圧センサ３３は、給気ダクト３０を流通する空気の流量を検知するために用いられる。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測定する。給気ダクト３０を流通する空気の流量は、この差圧情報に基づいて算出される。

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。

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の下流側の端部には、燃料を噴出させるノズル５１が配置される。
ノズル５１から噴出された燃料は、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。

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。

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燃料供給ライン５０からの燃料の供給量や送風機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のパージを行う場合における送風機２０の制御を行う。

ここで、パージを行う場合には、送風機２０を所定の出力で所定時間駆動させることで缶体１０及び排気筒８０等の容積に対して十分な量（例えば、ボイラ１の容積の５倍）の空気を供給してボイラ１の内部を換気している。パージを行う場合の送風機２０の出力及び駆動時間は、ボイラ１の容積等に基づいて予め設定され記憶部７２に記憶されている。パージを行う場合の空気の供給量が不足した場合には、ボイラ１の内部に燃料が残存するおそれがあり、安全性が低下してしまう。また、パージを行う場合の空気の供給量が過剰になった場合には、ボイラ１の放熱損失が大きくなってしまう。

そこで、第１実施形態では、設定された出力で送風機２０を駆動させた状態において、給気ダクト３０を実際に流通する空気の流量が、基準となる流量に一致するように送風機２０の出力を補正することで、好適な流量でのパージを可能としている。
このような機能を実現するために、制御部７１は、パージ制御部８１と、出力補正部８２と、異常報知部８３と、を備える。

パージ制御部８１は、缶体１０の内部を換気する場合に予め設定された出力で予め設定された時間送風機２０を駆動させる。具体的には、パージ制御部８１は、ボイラ１の燃焼が停止した場合、又はボイラ１の燃焼を開始する前に、送風機２０を予め設定された出力で設定された時間駆動させてパージを行う。

出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定された差圧に基いて送風機２０の出力を補正する。具体的には、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定された差圧が、予め設定された基準となる差圧に一致するように送風機２０の出力（インバータ２２への入力周波数）を補正する（送風機２０の駆動時間は変化させない）。即ち、例えば、排気筒８０につまりが生じた場合には、ボイラ１の内部の圧力損失が大きくなり、予め設定した出力で送風機２０を駆動させても、パージに必要な流量で空気は供給されなくなる。このような場合には、エア差圧センサ３３により測定される差圧は基準となる差圧よりも小さくなる。そこで、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定される差圧が基準となる差圧に一致するようにインバータ２２への入力周波数を大きくして送風機２０の出力を大きくする。これにより、ボイラ１には、パージを行うために必要な流量で空気が供給される。

一方、例えば、冬季等において外気の温度が低くなった場合には、排気筒８０における通風力（ドラフト）がよくなり、予め設定した出力で送風機２０を駆動させた場合に、パージに必要な流量よりも多くの空気が供給されてしまう。このような場合には、エア差圧センサ３３により測定される差圧は基準となる差圧よりも大きくなる。そこで、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定される差圧が基準となる差圧に一致するようにインバータ２２への入力周波数を小さくして送風機２０の出力を小さくする。これにより、ボイラ１に過剰な量の空気が供給されることを防げる。

異常報知部８３は、補正された送風機２０の出力が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する。例えば、第１実施形態では、予め設定された送風機２０の出力値（インバータ２２への入力周波数）を含む所定の範囲の出力値範囲が設定されて記憶部７２に記憶される。そして、異常報知部８３は、出力補正部８２により補正された送風機２０の出力が設定された出力値範囲を外れた場合に、ボイラ１に異常が生じていると判定して音声や表示等により報知する。これにより、例えば、ボイラ１の内部に大きなつまりが発生したことに起因して送風機２０の出力が大幅に増加された場合等に、ボイラ１に異常が発生したと判定して異常を報知できる。

以上説明した第１実施形態のボイラ１によれば、以下のような効果を奏する。

ボイラ１を、パンチングメタル３２の上流側と下流側との差圧を測定するエア差圧センサ３３と、予め設定された出力で設定された時間送風機２０を駆動させるパージ制御部８１と、エア差圧センサ３３により測定された差圧に基いて送風機２０の出力を補正する出力補正部８２と、を含んで構成した。これにより、給気ダクト３０を流通する空気の差圧に基づいて算出される実際の空気流量が、基準となる空気流量に一致するように送風機２０の出力を補正できる。よって、季節の変化やボイラ１の内部の状態変化があった場合でも、予め設定された送風機２０の出力値を補正することで最適な風量でパージを行える。

また、ボイラ１を、補正された送風機２０の出力が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する異常報知部８３を含んで構成した。これにより、例えば、ボイラ１の内部に大きなつまりが発生したことに起因して送風機２０の出力が大幅に増加された場合等に、ボイラ１に異常が発生したと判定して異常を報知できる。よって、ボイラ１の安全性を確保しつつ、パージの風量の最適化を実現できる。

次に、本発明のボイラ１の第２実施形態について説明する。第２実施形態のボイラ１は、制御部７１（出力補正部８２及び異常報知部８３）による制御対象が異なる他は、第１実施形態と同様の構成を有する。

第２実施形態のボイラ１では、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定された差圧に基いて送風機２０の駆動時間を補正する。具体的には、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定された差圧に基づいて実際に給気ダクト３０を流通している空気流量を算出し、算出された空気流量に基づいて必要な量の空気を缶体１０に供給できるように送風機２０の駆動時間を補正する（送風機２０の出力は変化させない）。即ち、例えば、排気筒８０につまりが生じた場合には、ボイラ１の内部の圧力損失が大きくなり、予め設定した出力で設定時間送風機２０を駆動させても、パージに必要な量の空気が供給されなくなる。そこで、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定される差圧に基づいて実際に給気ダクト３０を流通している空気の流量を算出し、当該算出された流量で空気を供給した場合に必要な時間（パージ時間）を算出し、送風機２０の駆動時間を長く補正する。これにより、ボイラ１には、パージを行うために必要な流量で空気が供給される。

一方、例えば、冬季等において外気の温度が低くなった場合には、排気筒８０における通風力（ドラフト）がよくなり、予め設定した出力で設定された時間送風機２０を駆動させた場合に、基準となる流量よりも多くの空気が供給されてしまう。そこで、出力補正部８２は、エア差圧センサ３３により測定される差圧に基づいて実際に給気ダクト３０を流通している空気の流量を算出し、当該算出された流量で空気を供給した場合に必要な時間（パージ時間）を算出し、送風機２０の駆動時間を短く補正する。これにより、ボイラ１に過剰な量の空気が供給されることを防げる。

異常報知部８３は、補正された送風機２０の駆動時間が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する。例えば、第２実施形態では、予め設定された送風機２０の駆動時間を含む所定の範囲の駆動許容時間が設定されて記憶部７２に記憶される。そして、異常報知部８３は、出力補正部８２により補正された送風機２０の駆動時間が記憶部７２に記憶された駆動許容時間を外れた場合に、ボイラ１に異常が生じていると判定して音声や表示等により報知する。これにより、例えば、ボイラ１の内部に大きなつまりが発生したことに起因して送風機２０の駆動時間が大幅に延長された場合等に、ボイラ１に異常が発生したと判定して異常を報知できる。

以上説明した第２実施形態のボイラ１によれば、以下のような効果を奏する。

ボイラ１を、パンチングメタル３２の上流側と下流側との差圧を測定するエア差圧センサ３３と、予め設定された出力で設定された時間送風機２０を駆動させるパージ制御部８１と、エア差圧センサ３３により測定された差圧に基いて送風機２０の駆動時間を補正する出力補正部８２と、を含んで構成した。これにより、給気ダクト３０を流通する空気の差圧に基づいて実際の空気流量を算出し、算出された空気流量に基づいて基準となる空気流量を缶体１０に供給できるように送風機２０の駆動時間を補正できる。よって、季節の変化やボイラ１の内部の状態変化があった場合でも、予め設定された送風機２０の駆動時間を補正することで最適な風量でパージを行える。

また、ボイラ１を、補正された送風機２０の駆動時間が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する異常報知部８３を含んで構成した。これにより、例えば、ボイラ１の内部に大きなつまりが発生したことに起因して送風機２０の駆動時間が大幅に延長された場合等に、ボイラ１に異常が発生したと判定して異常を報知できる。よって、ボイラ１の安全性を確保しつつ、パージの風量の最適化を実現できる。

以上、本発明のボイラの好ましい各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、第１実施形態では、送風機２０の駆動時間を変化させることなく、空気の流量が基準となる流量に一致するように送風機２０の出力を補正し、また、第２実施形態では、送風機２０の出力を変化させることなく、必要な量の空気を缶体１０に供給できるように送風機２０の駆動時間を補正したが、これに限らない。即ち、パージに必要な量の空気を缶体に供給できるように、送風機の出力及び駆動時間の両方を補正してもよい。

１ボイラ
２０送風機
３０給気ダクト（給気ライン）
３２パンチングメタル（圧力損失部）
３３エア差圧センサ（差圧測定部）
８１パージ制御部
８２出力補正部
８３異常報知部

Claims

缶体と、
送風機と、
前記送風機から前記缶体に燃焼用空気を供給する給気ラインと、
前記給気ラインに配置される圧力損失部と、
前記圧力損失部の上流側と下流側との差圧を測定する差圧測定部と、
前記缶体の内部を換気する場合に予め設定された出力で予め設定された時間前記送風機を駆動させるパージ制御部と、
前記差圧測定部により測定された差圧に基いて前記送風機の駆動時間を補正する出力補正部と、を備えるボイラ。
補正された前記送風機の駆動時間が所定範囲を外れた場合に、異常を報知する異常報知部を更に備える請求項１に記載のボイラ。