JP2023149764A - ボイラ水位の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラにおける水位の検出や給水の制御を安定して行えるようにする。【解決手段】上端側が上側連通路２６によって缶体１１内の蒸気存在部分１７に連通されるとともに、下端側が下側連通路２５によって缶体１１内の缶水１５の存在部分に連通された水位検出系２０、２２を、缶体１１外に有する。水位検出系２０、２２における下側連通路２５よりも上側における缶水１５を貯留した部分と、缶体１１における缶水１５の存在部分の中の下側連通路２５の連通部分よりも上側の部分とを連通させる缶水循環路４０を備える。【選択図】図１

Description

本発明はボイラ水位の検出装置に関する。

ボイラ装置においては、缶体外に水位検出系が設けられている。水位検出系は、たとえば上下方向に長さの異なる複数本の検出電極を設けた水位制御用の水位検出装置や、目視式の水柱管を備えた水位検出装置や、水位発信器付きの水柱管を備えた水位検出装置などを有するものである。いずれの水位検出装置も、その上端側が上側連通路によって缶体内の蒸気存在部分に連通されるとともに下端側が下側連通路によって缶体内の缶水存在部分に連通された構成で、内部に蒸気相と缶水相とを備える（特許文献１）。

このような水位検出系において、冷態時には、水位検出系における水位と缶体内の水位とは同一レベル（高さ）になる。しかし、ボイラの運転中には、水位検出系における水位と缶体内の水位とが相違することが一般的である。なぜなら、ボイラの運転中において、水柱管などを備えた缶体外の水位検出系の内部の缶水は外気によって冷却されるために約７０℃前後になるが、缶体内の缶水は現に蒸発していることから飽和温度（たとえば蒸気圧力が０．８ＭＰａである場合には約１７５℃）となり、両者に温度差が存在することで、缶水の比重の違いなどによって水位差が生じるためである。

また、缶体内では缶水が蒸発しているため、缶水の内部に水蒸気の気泡が混在し、その分だけ缶内では缶水の水位が上昇する。これにより、水位検出系の水位と缶内の水位との差が大きくなる。

具体的には、一般的なボイラにおいては、缶体内の水位と水位検出系の水位との水位差は約１００ｍｍ程度になってしまう。

特開昭４９－６３４６８号公報

上記のように、ボイラにおける缶体内の水位と水位検出系の水位とに大きな水位差が存在すると、缶体内の缶水が発生蒸気とともに缶体外に排出されるいわゆるキャリーオーバの問題が生じる。つまり、水柱管などの水位検出系の水位でボイラの給水制御を行う場合には、缶体内の実際の水位は水位検出系により検出される水位よりも高いために、キャリーオーバの発生を抑えるために缶体の蒸気室の容積を大きくすることが必要になり、その結果、缶体自体が大きくなって、不経済な設計製作が必要になってしまう。

また腐食の発生の問題もある。水位検出系における水柱管や、水位検出電極を備えた水位検出装置や、給水制御機器などは、缶体外の外気温度すなわち雰囲気温度で冷却されることから、系における機器の内部の蒸気が冷却されて凝縮したドレンとなり、このドレンが時間とともに増加する。すると、機器の内部や缶体との缶水側の連絡通路の内部は、蒸気ドレンやｐＨの低いドレンが多くなって、水柱管の内面にスラッジなどが付着したり、また低ｐＨを原因とする腐食の進行により漏れが発生したりするという不具合が発生しやすくなる。

さらに、水位の安定性に問題が生じる。つまり、缶体内の缶水は温度が高く、また沸騰状態であることで缶水中に蒸気の気泡が混在していることから、缶体内の缶水はかなりのレベルの撹拌状態にあり、このため水位検出系における水位もそれに連動して大きく動揺し、変動する。その結果として、給水制御のための正確な水位の検出が難しいという問題点がある。

そこで本発明は、ボイラにおける水位の検出や給水の制御を安定して行えるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため、本発明のボイラ水位の検出装置は、

上端側が上側連通路によって缶体内の蒸気存在部分に連通されるとともに下端側が下側連通路によって缶体内の缶水存在部分に連通された水位検出系を缶体外に有し、
前記水位検出系における前記下側連通路よりも上側における缶水を貯留した部分と、前記缶体の缶水存在部分における前記下側連通路の連通部分よりも上側における部分とを連通させる缶水循環路を備えることを特徴とする。

このような構成であると、水位検出系における下側連通路よりも上側において貯留されている缶水は缶体外の外気により冷却されて比重が大きくなることで下側連通路を経て缶体内に戻り、それに対応して缶体内の高温の缶水が缶水循環路を経て水位検出系に入り込む。このため、水位検出系の内部の缶水の温度が上昇し、そのために缶体の内部の缶水の温度と水位検出系の内部の缶水の温度との温度差が小さくなり、両者の水位差も小さくなる。そして、それにより、両者の水位差が大きいときに生じる様々な問題点が解消される。

本発明のボイラ水位の検出装置によれば、缶水循環路に流量調節手段が設けられていることが好適である。

本発明のボイラ水位の検出装置によれば、缶体の内部の缶水の温度と水位検出系の内部の缶水の温度との温度差が小さくなり、両者の水位差も小さくなるため、両者の水位差が大きいときに生じる様々な問題点が解消されて、ボイラにおける水位の検出や給水の制御を安定して行えるようになる。

本発明の実施の形態のボイラ水位の検出装置を示す図である。

図１にはボイラ装置が示されている。このボイラ装置は円筒状の缶体１１を有し、この缶体１１は、図１の紙面と垂直な方向を長さ方向として、水平方向に設置されている。缶体１１の内部には水平方向の円筒状体１２が缶体１１と同方向に設置されており、この円筒状体１２の内部に水平方向の燃焼室１３が形成されている。円筒状体１２の周囲には多数の煙管１４が水平方向に配置されている。燃焼室１３においては、火炎がたとえば円筒状体１２の長さ方向に形成され、それによって円筒状体１２の長さ方向すなわち図１における紙面の奥方向に流れる高温の燃焼ガスが発生される。この燃焼ガスは缶体１１の端部に設けられた煙室の壁面などで流動方向が反転され、煙管１４を図１における紙面の手前方向に流れたうえで、缶体外へ排出される。

缶体１１の内部には、円筒状体１２および煙管１４が水没するように、缶水１５が貯留されている。缶水１５の水面１６よりも上側は、蒸気貯留空間１７となっている。そして、円筒状体１２および煙管１４を通る燃焼ガスが缶水１５と熱交換することで、缶水１５が加熱されて蒸気が発生される。缶体１１には、図示を省略した給水路と蒸気排出路とが連通されている。

図１に示されるボイラ装置は、水位検出系２０を備える。図示の水位検出系２０は、例示として、上下方向に長さの異なる複数本の検出電極２１を設けた水位制御用の水位検出装置２２と、目視式の水柱管２３を設けた水位検出装置２４とを備える。

検出電極２１を設けた水位検出装置２２は、下側連通路としての配管２５によって缶体１１における缶水１５を貯留した部分に連通されるとともに、上側連通路としての配管２６によって缶体１１における蒸気貯留空間１７に連通されている。図示の例では、配管２６は水平方向の缶体１１の頂部に接続されている。これによって、水位検出装置２２の内部には、原理的には缶体１１の内部と同レベルで缶水１５が貯留される。そして、この缶水１５が上下方向に長さの異なる複数本の検出電極２１に触れることで、缶体１１の内部における缶水１５の水位が検出される。図示のボイラ装置では、検出電極２１の検出結果に基づいて、缶体１１への給水を制御するようにされている。

配管２６には空気抜き弁２７が分岐状態で接続されている。また配管２５には、ブローバルブ２８が分岐状態で接続されている。ブローバルブ２８は、このブローバルブ２８を開くことで、水位検出装置２２の内部に貯留する缶水１５を外部に排出することができる。水位検出装置２２には濃度が高くなった缶水がたまり易いが、ブローバルブ２８を開いくことで濃度が高くなった缶水を缶外へ排出することができて、この濃度が高くなった缶水がボイラ装置に悪影響を及ぼすことを防止できる。

水柱管２３を備えた水位検出装置２４は、点検コック２９を備えた上側連通路としての蒸気導入管３０によって、検出電極２１を備えた水位検出装置２２における蒸気を貯留した部分を経由して、缶体１１における蒸気貯留空間１７に連通されるとともに、点検コック３１を備えた下側連通路としての缶水導入管３２によって、水位検出装置２２における缶水を貯留した部分を経由して、缶体１１における缶水１５を貯留した部分に連通されている。このため、両点検コック２９、３１を開くと、水柱管２３の内部の水位が、水位検出装置２２における水位つまり缶体１１の内部における缶水１５の水位と同じレベルになり、そのことを目視によって確認することができる。

缶水導入管３２には、排水コック３３を備えた排水管３４が分岐状態で接続されている。点検コック２９、３１を閉じたうえで、排水コック３３を開くことで、水柱管２３の内部の缶水を外部に排出することができる。

検出電極２１を備えた水位検出装置２２と缶体１１との間には、さらに、缶水循環用配管３８がわたされている。缶水循環用配管３８には、流量調節手段としての循環量調節弁３９が設けられている。

缶水循環用配管３８は、その一端が、水位検出装置２２における缶水１５を貯留した部分、詳細には配管２５が接続された部分よりも上側の部分に、連通されている。さらに詳細には、缶水循環用配管３８の一端は、複数の検出電極２１における、図外の給水装置を起動させるための検出電極の下端の位置よりも下側の位置の部分で、水位検出装置２２に接続されている。

缶水循環用配管３８の他端は、缶体１１における缶水１５が貯留されて存在している部分の、配管２５の接続部分よりも上側の位置の部分で、缶体１１に接続されている。

その結果、循環量調節弁３９が設けられた缶水循環用配管３８によって、缶水循環路４０が形成される。このとき、水位検出装置２２および配管２５は外気によって冷却されるために、これら水位検出装置２２および配管２５の内部の水温はそれに応じて低下し、この水温が低下した部分では缶水１５の比重が大きくなる。この比重が大きくなった缶水１５は、配管２５を経て缶体１１の内部に戻る。すると、それにともなって、缶体１１の内部の熱く比重が大きくない缶水１５が缶水循環用配管３８を経て水位検出装置２２の内部に流入する。すなわち缶水１５の循環が行われる。缶水１５の循環量は、循環量調節弁３９の開度を調節することによって変化させることができる。

このとき、同様に、水柱管２３を備えた水位検出装置２４の内部の缶水の入れ替えも行うことができる。

このようにすることで、水位検出系２０に缶体１１の内部の熱い缶水１５が流入することで、水位検出系２０の内部の缶水１５の温度を高くすることができる。詳細にはその温度を缶水１５の飽和温度の近傍まで上昇させることができる。これにより、水位検出系２０すなわち検出電極２１を備えた水位検出装置２２や、水位検出装置２４の水柱管２３における水位と、缶体１１の内部における水位との水位差４１が小さくなる。そのため、水位差４１が大きい場合に生じる上述の問題点を、たとえばキャリーオーバが発生するなどの問題点を、良好に抑制することができる。

しかも、温度差により十分に濃縮された水位検出系２０の内部の缶水１５が、すなわち検出電極２１を備えた水位検出装置２２や、水位検出装置２４の水柱管２３の内部の缶水１５が、十分に濃縮され安定した状態で循環する。その結果、蒸気の凝縮により生じる低ｐＨ水の滞留がなくなるとともに、錆やスラッジなどの腐食原因物質の発生も抑制できて、缶体１１およびその周辺の機器の健全性を保つことができる。

さらに、水位検出系２０の内部の缶水１５の温度と、缶体１１の内部の缶水１５の温度との温度差を小さくすることができるため、水位検出系２０の内部の水位、すなわち水位検出装置２２における検出電極２１を設けた部分の水位などを、安定させることができる。それによって、検出電極２１の検出結果にもとづいて動作する給水制御機器を容易に調整することができる。

缶水循環路４０すなわち缶水循環用配管３８に流量調節手段としての循環量調節弁３９を設置したため、缶水１５の循環量や水位の安定化について細かな調節を行うことが可能である。なお、流量調節手段としては、上述の循環量調節弁３９のほかに、オリフィスやその他の機器を用いることも可能である。

１１ 缶体
１５ 缶水
１６ 水面
１７ 蒸気貯留空間
２０ 水位検出系
２１ 検出電極
２２ 水位検出装置
２３ 水柱管
２４ 水位検出装置
２５ 配管（下側連通路）
２６ 配管（上側連通路）
３８ 缶水循環用配管
３９ 循環量調節弁（流量調節手段）
４０ 缶水循環路

Claims (2)

1. 上端側が上側連通路によって缶体内の蒸気存在部分に連通されるとともに下端側が下側連通路によって缶体内の缶水存在部分に連通された水位検出系を缶体外に有し、
   前記水位検出系における前記下側連通路よりも上側における缶水を貯留した部分と、前記缶体の缶水存在部分における前記下側連通路の連通部分よりも上側における部分とを連通させる缶水循環路を備えることを特徴とするボイラ水位の検出装置。
2. 缶水循環路に流量調節手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のボイラ水位の検出装置。

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