JP2696267B2

JP2696267B2 - ボイラの並列運転制御装置

Info

Publication number: JP2696267B2
Application number: JP2279976A
Authority: JP
Inventors: 彰彦小川; 悠二郎藤崎
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH04155102A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、たとえば冷暖房熱源設備として用いられ
るもので、複数台のボイラを並列運転し、それら各ボイ
ラからの蒸気をヘツダに集めて負荷に供給する際の熱負
荷の変動に対応させる手段として、上記蒸気ヘツダ内の
圧力を検出してその検出圧力にもとづいて各ボイラの燃
焼量を制御し蒸気発生量を制御するように構成してなる
ボイラの並列運転制御装置に関するものである。

［従来の技術］この種の装置においては、たとえば冷暖房熱源設備で
みられるように、日中と夜間、天候や季節等によつて負
荷の変動幅が大きく、このような大きい負荷変動幅に対
して、複数台のボイラの運転台数を適切に制御し、省エ
ネ運転を行なわせることが強く要望される。

ところで、並列運転される複数台のボイラの運転台数
を制御して、蒸気ヘツダ内の圧力を安定制御する方法と
して従来から知られているものに、次のようなものがあ
る。

その１つは、たとえば特公昭59−42201号公報などに
開示されているように、蒸気ヘツダに設けた圧力調節器
により蒸気ヘツダ内の圧力をある制御幅内で変化するよ
うに設定し、その設定圧の高低により負荷変動に見合っ
た台数のボイラを作動させるようにした比例動作制御方
式のものである。

他の１つは、たとえば特開平２−44104号公報などに
開示されているように、並列運転される複数台のボイラ
の１つを低負荷用ボイラとし、残りのボイラを同一の負
荷率で運転されるボイラとし、熱負荷が小さいときには
低負荷用ボイラのみを運転させることで効率のよい運転
をおこなわせ、熱負荷が低負荷用ボイラの出力範囲を越
せて変動するときには残りのボイラを運転させるように
したものである。

［発明が解決しようとする課題］上記した従来のボイラの並列運動制御装置のうち、負
荷配分関数を単純な比例動作制御方式とするものでは、
圧力調節器による設定制御幅を小さくすると、比較感度
が上つて圧力制御が不安定になるため、その制御幅とし
ては圧力調節器の比例帯以上にとる必要がある。したが
つて、定常運転状態においても、負荷率によつては蒸気
ヘツダ内の圧力が制御幅内で偏差を生じる。この偏差は
ボイラの使用条件からみて小さくない。

また、複数台のボイラの１つと残りとで負荷率を変え
たものでは、蒸気消費量、つまり熱負荷が低負荷用ボイ
ラの出力範囲（０〜100％）を越えて変動するとき、残
りのボイラの負荷率を同時に変化させる必要がある。す
なわち、低負荷用ボイラを除く残りのボイラ同志をみれ
ば、台数制御にならない。したがつて、残りのボイラが
低負荷域で運転される事態を生じ、総合効率の面で改善
の余地がある。これらのことは、特開平２−242011号公
報に開示されているように、複数のボイラ群の負荷調節
が各ボイラをOFF/LOW/HIGHの３モードに切換制御するこ
とにより行われるボイラ運転台数制御装置についてもほ
ぼ同様の課題がある。

つまり、ボイラの負荷調節をOFF/LOW/HIGHの３モード
に切換制御する際、蒸気ヘッダ圧力をステップコントロ
ーラでステップ化した信号により直接にボイラ運転台数
を決定している。この決定方法によれば、ステップによ
る階段状の変化をならして考察すると、蒸気ヘッダ圧力
とボイラ負荷がほぼ比例することとなり、これは、ボイ
ラ負荷が低いと蒸気ヘッダ圧力が低く、ボイラ負荷が高
いと蒸気ヘツダ圧力が高くなることを意味する。

したがって、ボイラ負荷を横軸に、蒸気ヘッダ圧力を
縦軸とする特性図によれは、蒸気ヘッダ圧力がボイラ負
荷の上昇にともなって、階段状に変化しながら全体とし
て右下りに低下し、本質的に有する制御偏差で、たとえ
負荷が一定値を長時間持続しても、その値の最小によっ
て偏差が発生する。

また、ボイラがステップで切り換わるために、たとえ
負荷が一定値であっても、１台のボイラがOFF/LOW、ま
たはLOW/HIGHを繰り返し、ボイラの寿命に悪影響を与え
たり、ボイラから蒸気の供給を受ける吸収冷凍機などの
他の機器に無用な外乱を与える。

特に、供給圧力の制限の厳しい、たとえば地域冷暖房
プラントでは、末端のユーザ渡し圧力を一定値以上に保
障しなければならないが、上記偏差を考慮して常時高い
圧力で供給する必要があり、この圧力変動はプラント内
の蒸気使用機器の制御弁の選定や設計を困難にする。

さらに、法規で一定の圧力を境にして、検査や材料の
要求事項が厳しくなることがあり、たとえば地域冷暖房
プラトンに適用される熱供給事業法では、10kGを境にし
て仕様条件が変化する。一般的な空調用の蒸気圧力は8k
Gであり、蒸気ヘッダの圧力は8.5〜9kGに設定されるの
で、1.4kGの偏差を伴う従来例によれば、制御の外乱や
システムの制御特性を考慮すると、最低負荷時に発生す
る最高圧力のために、設計圧力を10kG以上に設定し、法
規制に合わせた検査を行なう必要があり、通常の設計か
ら外れてコスト高となる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、定常運
転状態において偏差を生じることなく、所定のヘツド内
圧力を維持することができ、しかも総合効率を高めて省
エネ運転を実現することができるボイラの並列運転制御
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この発明に係るボイラの
並列運動制御装置は、並列運動される複数台のボイラか
らの蒸気を集めて負荷に供給する蒸気ヘツダと、この蒸
気ヘツダ内の圧力を検出してその検出圧力と設定値とか
ら算出されるコントロール信号を出力するコントローラ
と、このコントローラからの出力信号を負荷配分関数を
通して受けて上記各ボイラの燃焼量を制御する燃焼制御
装置とを備えたボイラの並列運転制御装置であつて、上
記負荷配分関数が、上記コントローラからの出力信号に
応じて複数のボイラを順次上記蒸気ヘツダ内の圧力より
も低い圧力範囲に保たれている保圧状態から稼動状態に
切り換え、稼動状態になつたボイラは上記コントローラ
からの出力信号に応じてその燃焼量を増大させ、ｎ番目
のボイラの燃焼量が最大になる前にｎ＋１番目のボイラ
を上記保圧状態から連続燃焼可能な最低燃焼状態に切り
替え、上記ｎ番目のボイラの燃焼量が最大になったのち
ｎ＋１番目のボイラの燃焼量を上記コントローラからの
出力信号に応じて増大させるように設定されたものであ
る。

［作用］この発明によれば、蒸気ヘツダ内の検出圧力と設定値
とから算出されるコントローラ出力信号により複数台の
ボイラの運転台数を制御するので、定常運転状態では、
ヘツダ内の圧力が所定値に維持される。また、保圧状態
から稼動状態に切り替えられ、コントローラからの出力
信号に応じてその燃焼量が増大されるｎ番目のボイラの
燃焼量が最大になる前にｎ＋１番目のボイラを連続燃焼
が可能な最低燃焼状態に切り替えておくことにより、ｎ
＋１番目のボイラが実際に蒸気を出力するまでの間の僅
かな時間内の蒸気需要の変動をｎ番目のボイラの燃焼量
の制御にて補なつて、ヘツダ内の圧力が所定の値に維持
される。そして、ｎ番目のボイラの燃焼量が最大になつ
た以後は、ｎ＋１番目のボイラのみが部分負荷となり、
１〜ｎ番目のボイラはすべて最大燃焼状態で使用される
ため、ボイラ全体としての運転効率を高くすることがで
きる。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

第１図はこの発明に係るボイラの並列運転制御装置を
適用した冷暖房熱源プラントの蒸気供給部における制御
系の構成図を示し、同図において、1,2,3はそれぞれNo.
1〜No.3のボイラで、これらボイラ1,2,3はそれぞれ配管
1H,2H,3Hを介して共通の蒸気ヘツダ４に接続されてお
り、この蒸気ヘツダ４内の蒸気を負荷となるプラント外
の熱需要家およびプラント内の蒸気消費機器、たとえば
吸収冷凍機や温水発生器などに送給するように構成され
ている。

５は圧力検出器で、短管６を介して上記蒸気ヘツダ４
に接続して取付けられており、この蒸気ヘツダ４内の圧
力を検出しその検出圧力を電気信号に変換して検出圧力
信号PVを発生する圧力発信器からなる。７はコントロー
ラで、上記圧力検出信号PVと設定値SDとを比較演算して
上記各ボイラ1,2,3に対する燃焼制御指令信号、つまり
コントロール信号MVHを出力する。

1V,2V,3Vは上記No.1〜No.3のボイラ1,2,3が備えてい
るバーナ（図示せず）の燃焼制御装置の主要構成となる
燃焼弁（なお、燃焼空気量は燃料弁開度に連続して、適
切な量に制御されている）、1S,2S,3Sはそれら燃料弁1
V,2V,3Vの開閉を司るON/OFFスイツチであり、上記コン
トローラ７からの出力信号MVHが後述する負荷配分関数M
VH1,MVH2,MVH3を通して、各ボイラ1,2,3のスイツチ1S,2
S,3Sを経由して、各ボイラ1,2,3の燃焼量を調節して、
これら各ボイラ1,2,3から発生する蒸気量を制御する。

1P,2P,3Pは各ボイラ1,2,3自体の圧力を検出する圧力
検出器で、その検出圧力にもとづいて上記各スイツチ1
S,2S,3Sを個別にON/OFFすることにより、各ボイラ1,2,3
を上記蒸気ヘツダ４内の圧力よりも低い圧力範囲の保圧
状態に維持するようになつている。この保圧動作は上記
負荷配分関数MVH1,MVH2,MVH3からの出力信号がＯ％のと
きに行なわれるもので、ボイラ1,2,3の待機状態とな
る。また、上記圧力検出器1P,2P,3Pはボイラ1,2,3の圧
力が所定値以上になつたとき、スイツチ1S,2S,3SをOFF
に切替えるとともに、そのOFF状態をインターロツクし
てボイラ1,2,3の圧力が過高になるのを防止する機能も
備えている。

なお、この実施例では、上記各ボイラ1,2,3のうち、N
o.1ボイラ１の容量をNo.2およびNo.3ボイラ2,3の容量よ
りも小さくして低負荷用のボイラとしている。これは、
大きな蒸気消費量、つまり熱負荷の変動幅に対応させる
ためで、低負荷時には小容量のボイラNo.1を使うこと
で、放熱損失、フアン動作を節減でき、また次に述べる
ON/OFF作動領域を小さくすることができる。

蒸気需要量が小容量機の許容最小負荷率よりも更に小
さいときにはボイラをON/OFFさせ、供給圧力を多少変動
させながら、蒸気量の需給バランスを取ることを余儀な
くされる。

このとき、負荷配分関数MVH1にヒステリシスを持つた
段階状の関数を使うことによりON/OFFを行なうと供給圧
力の変動幅は小さくなるが、ON/OFFの頻度が著しく大き
くなる。それを避けるため、上記圧力検出器５による蒸
気ヘツダ４内の検出圧力信号PVにより、モニタスイツチ
８をON/OFFさせ、その接点8aを介してNo.1ボイラの燃焼
をON/OFFさせる。

ところで、上記負荷配分関数はつぎのように設定され
ている。

a.コントローラ７からの出力信号MVHに応じて各ボイラ
1,2,3を既述した保圧状態から順次稼動状態に切替え
る。

b.稼動状態になつたボイラ1,2,3はそれぞれコントロー
ラ７からの出力信号MVHに応じてその燃焼量を増大させ
る。

c.n番目のボイラの燃焼量が最大、つまり100％に達する
前にｎ＋１番目のボイラを保圧状態から連続燃焼が可能
な最低燃焼状態に切替える。

d.n番目のボイラの燃焼量が最大、つまり100％に達した
のち、ｎ＋１番目のボイラの燃焼量がコントローラ７か
らの出力信号MVHに応じて増大させる。

以上のa.〜d.の各条件から設定されたNo.1〜No.3ボイ
ラ1,2,3の負荷配分関数MVH1,MVH2,MVH3を組合せると、
第２図のようになる。この第２図は、No.1ボイラ１の容
量が10t/h,No.2およびNo.3ボイラ2,3の容量が27t/hで、
最低燃焼状態での燃焼量を各ボイラ1,2,3の容量の10％
に設定した場合の負荷配分関数を示している。

また、No.2およびNo.3ボイラ2,3については、制御の
バタつきをなくするために負荷配分関数MVH2,MVH3に、L
2,L3で示す幅のヒツテリシスをもたせている。

次に、上記構成の動作について第３図を参照して説明
する。

蒸気ヘツダ４内の圧力が設定値以下のとき、圧力検出
器５による圧力検出信号PVがコントローラ７に入力さ
れ、このコントローラ７において、その圧力検出信号PV
と設定値SVとが比較演算されてコントロール信号MVHが
出力される。このコントロール出力信号MVHが第３図の
Ａ点に達する前、つまりNo.1ボイラ１の出力が100％に
達する前のＢ点においてNo.2ボイラ２を保圧状態から最
低燃焼状態に切替えておき、No.1ボイラ１の出力が100
％に達した第３図のＡ点においてNo.2ボイラ２の燃焼量
をコントロール出力信号MVHに応じて増大させる。従つ
て、Ｂ点で、No.2ボイラ２が最低燃焼状態に切替えられ
て蒸気が出力され始めると、全蒸気量とコントロール出
力信号MVHとの関係は、第３図のNo.1からNo.1＋No.2に
推移する。

つまり、No.2のボイラ２の稼動過程で蒸気出力が次第
に増大しても、蒸気需要が一定であると、コントロール
出力信号MVHが減少し、No.1ボイラ１の出力が低下して
需給のバランスをとる。すなわち、第３図の点線矢印で
示す経路によりNo.1＋No.2の線に移行し、蒸気量を過不
足なく確保することができる。

因みに、従来技術の比例動作制御方式のものに相当す
る制御方法で、コントロール出力信号MVHが第４図のＡ
点に達したとき、つまり、No.1ボイラの出力が100％に
達したとき、No.2ボイラを稼動さると、その稼動直後の
出力が最低燃焼状態であるから、No.1ボイラの出力が10
0％のままでは蒸気量が過剰となる。したがつて、一般
にはNo.1ボイラの出力を最低燃焼状態での出力分αだけ
低下させておき、No.2ボイラの出力が100％に達したの
ち、No.1ボイラの圧力を100％にまで増大させるといつ
た制御がおこなわれる。ところが、この第４図のような
制御方法では、稼動直前のNo.2ボイラの圧力をNo.1ボイ
ラの出力よりも低く保持させねばならないため、第４図
のＡ点でNo.2ボイラを稼動しても、実際に圧力が上昇し
蒸気を出力するまでに若干の時間を要し、したがつて、
そのNo.2ボイラが蒸気を出力するまでの間の蒸気量が不
足して、蒸気ヘツダ内の圧力が低下することになる。

以上のことから、第２図に示すような負荷配分関数を
使用することにより、No.2ボイラ２の稼動過程での需給
のアンバランスをNo.1ボイラ１の制御により補つて、過
不足のない良好な制御を行なうことができる。

また、No.2およびNo.3ボイラ2,3の発停にあたり、第
３図中のＣ点でOFFするようなヒステリシスをもたせる
ことにより、Ｂ点付近で蒸気需要量が変化しても、各ボ
イラ2,3を頻繁に発停しないですむ。

なお、上記実施例では、３台のボイラ1,2,3の並列運
動制御について説明したが、４台以上のボイラの並列運
動に適用してもよい。

また、上記実施例では、１つのボイラ１を低負荷用の
小容量ボイラとしたが、各ボイラの容量については、特
に制限はない。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、蒸気ベツダ内の圧
力のみでなく、ヘツダ内圧力と設定値とから比例積分動
作により算出されるコントローラ出力信号により、ボイ
ラの運転台数を制御するので、定常運転状態において、
蒸気ヘツダ内の圧力を所定値に適確に維持させることが
できる。

しかも、各ボイラの稼動過程、つまり立上り時におけ
るヘツダ内圧力の変動を負荷配分関数により補正して、
蒸気出力に過不足をまねかず、適正良好な制御を行なう
ことできる。また、複数台のボイラの並列運転状態で
は、最終稼動されたボイラのみが部分負荷となり、それ
以前に稼動されているボイラは全負荷で使用されるた
め、ボイラ全体としての総合効率を高くとることがで
き、省エネ運転を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るボイラの並列運転制御装置の一
実施例を示す制御系の構成図、第２図は負荷配分関数の
説明図、第３図は実施例の動作を説明する制御特性図、
第４図は従来技術に相当する制御方法を説明する制御特
性図である。 1,2,3…No.1〜No.3ボイラ、４…蒸気ヘツダ、５…圧力
検出器、７…コントローラ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】並列運転される複数台のボイラからの蒸気
を集めて負荷に供給する蒸気ヘツダと、この蒸気ヘツダ
内の圧力を検出してその検出圧力と設定値とから算出さ
れるコントロール信号を出力するコントローラと、この
コントローラからの出力信号を負荷配分関数を通して受
けて上記各ボイラの燃焼量を制御する燃焼制御装置とを
備えたボイラの並列運転制御装置であつて、上記負荷配
分関数が、上記コントローラからの出力信号に応じて複
数のボイラを順次上記蒸気ヘツダ内の圧力よりも低い圧
力範囲に保たれている保圧状態から稼動状態に切り替
え、稼動状態になつたボイラは上記コントローラからの
出力信号に応じてその燃焼量を増大させ、ｎ番目のボイ
ラの燃焼量が最大になる前にｎ＋１番目のボイラを上記
保圧状態から連続燃焼可能な最低燃焼状態に切り替え、
上記ｎ番目のボイラの燃焼量が最大になつたのちｎ＋１
番目のボイラの燃焼量を上記コントローラからの出力信
号に応じて増大させるように設定されていることを特徴
とするボイラの並列運転制御装置。