JP2706996B2 - ボイラの水位制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、上下ヘッダー間を多数の水管で連結し、上
ヘッダーに気水分離器を接続したボイラ所謂多管式貫流
ボイラの水位制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、多管式貫流ボイラの水位制御方法としては、大
別すると上下ヘッダー間の水位を検出して水位制御を行
うものと、気水分離器と下ヘッダー間の水位を検出して
水位制御を行うものとが知られている（例えば特開昭55
−31273号公報参照）。

即ち、前者の方法は、上下ヘッダー間に両者間の水位
を検出する水位制御筒を介設し、これに給水ポンプ制御
用の電極棒を設けて水管内の水位を制御するようにした
ものである。

而して、小容量（換算蒸発量400kg/h以下程度）のボ
イラは、通常水管が火炉の周囲に環状に一列状態で配設
され、バーナ制御もONOFF制御されている。この場合
には電極棒２本による一定水位幅の水位制御で別段問題
はない。

然し乍ら、ボイラが大容量になり、バーナ制御を３位
置制御〔高燃焼（全力），低燃焼（半力，停止〕とし、
且つ水位制御を２本の電極棒で行う場合、設定水位を水
管の上部位置に設定すると、缶水のキャリーオーバーで
蒸気の質が悪くなり、又、設定水位を下げると、始動
時、軽負荷時（０〜半力間）及び負荷変動時に水管がオ
ーバーヒートしてボイラ寿命が短くなると云う問題があ
る。

尚、ここで全力とはバーナの油量を定格油量に、半力
とはバーナの油量を定格油量の約40〜60％に設定したこ
とを云う。

この問題を解決する為に、電極棒を増やして負荷に応
じて運転水位を２段に切替えることが行われている。

ところが、この切替え方式でも、伝熱面当りの蒸発量
が増加すると、全力、半力、軽負荷及び始動時と水位制
御位置を夫々の負荷に応じて切替えねば、水管のオーバ
ーヒートが負荷条件により繰返し生じることになる。

このように、蒸気の質を良くし、水管のオーバーヒー
トを無くす為には、電極棒の本数も多くなり、且つ制御
も複雑となってコストアップを招くと共に、メンテナン
ス上にも問題が生じる。

一方、後者の方法は、気水分離器と下ヘッダー間に両
者間の水位を検出する水位制御筒を介設し、これに給水
ポンプ制御用の電極棒を設け、気水分離器と上ヘッダー
を連結する連絡管の圧力損失を加味した水位で水管内の
水位を制御するようにしたものである。

即ち、始動時は上ヘッダーから気水分離器への蒸気
（気水混合体）の流れがないので圧力損失は０となり、
水管の水位は給水ポンプOFF用の電極棒の水位と同じに
なる。

そして、運転状態になると、蒸気の流れが発生し、こ
れが連絡管を通るときに圧力損失があり、圧力損失分だ
け水管の水位は水位制御筒の設定水位よりも低くなる。

このように、水管の水位は負荷状態によって変動し、
半力時には水管の上部に、全力時には水管の下部に自動
的に設定されるように為されて居り、これによって水管
のオーバーヒートを防止できるようになっている。

ところで、缶水が異常濃縮したときや急激な負荷変動
（圧力変化）があるときにはキャリーオーバーが発生
し、このキャリーオーバーが発生すると、上ヘッダーと
気水分離器間の圧力損失が著しく増大し、水位制御筒内
が缶水で充満することがある。この間、給水ポンプの作
動信号は出ず、然も蒸発が継続している為、水管の水位
は漸次低下する。

そして、水管の水位が一定以下になると、キャリーオ
ーバーが発生しなくなり、上ヘッダーと気水分離器間の
圧力損失が小さくなる。

そうすると、水位制御筒内の水位も低下し、給水ポン
プの作動信号が出て給水が開始される。

この現象は、半力以下の負荷ではキャリーオーバーが
発生しても気水分離器と上ヘッダー間の圧力損失自体が
小さいので発生することがない。

然し乍ら、水位制御筒内の水位が低下し、給水ポンプ
の作動信号が出て給水が開始された時点では水管内の水
位が低下し過ぎている為、定常水位に達するまで時間が
掛ると云う問題がある。又、水位制御筒内には安全装置
として使用するバーナ停止用の低水位用電極棒が設けら
れ、この低水位用電極棒は水管の定常水位の低下を検出
したときに作動し、燃焼を遮断するようになっている為
に、低水位用電極棒が作動してボイラの運転が停止する
と云う問題がある。

更に、水管内の水位が低下し過ぎる為に水管がオーバ
ーヒートすると云う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の問題点を解消する為に創案されたも
のであり、その目的は水管のオーバーヒート及び低水位
での作動を防止できると共に、ボイラを継続して運転で
きるボイラの水位制御方法を提供するにある。

（課題を解決する為の手段） 上記目的を達成する為に、本発明のボイラの水位制御
方法は、上下ヘッダーを水管で連結し、上ヘッダーに気
水分離器を接続した燃焼制御が３位置制御のボイラに於
いて、気水分離器と下ヘッダー間に両者間の水位を検出
する水位制御筒を介設し、これに給水ポンプ制御用電極
棒及び低水位用電極棒を夫々設け、又、上下ヘッダー間
に両者間の水位を検出する補償電極棒用水位制御筒を介
設し、これに給水ポンプ制御用の補償電極棒を設け、ボ
イラの運転時には水位制御筒側が気水分離器と下ヘッダ
ー間の水位を検出し、上ヘッダーと気水分離器間の圧力
損失を加味した水位で水位制御を行い、又、補償電極棒
用水位制御筒側が上下ヘッダー間の水位を検出し、水管
内の水位が正常水位より低下したときに補償電極棒がこ
れを検出して給水ポンプを一定時間作動させ、水管内へ
強制的に給水して低水位での運転を防止するようにした
ものである。

（作用） 始動時、低燃焼時及び高燃焼時には水位制御筒側で気
水分離器と下ヘッダー間の水位を検出し、上ヘッダーと
気水分離器間の圧力損失を加味した水位で水位制御を行
う。

この方法によれば、蒸気（気水混合体）の発生量が少
ない程水管の水位が高く、蒸気の発生量が多い程水管の
水位が低くなる為、始動時、低燃焼時及び高燃焼時等に
水管がオーバーヒートすることもない。又、蒸気の発生
量が増す程水管の水位が低下する為、乾き度の高い良質
の蒸気が得られる。

そして、缶水の濃縮や急激な負荷変動によってキャリ
ーオーバーが発生すると、上ヘッダーと気水分離器間に
大きな圧力損失が発生して水位制御筒内が缶水で充満
し、この状態でボイラが運転されて水管内の水位が低下
する。

このとき、補償電極棒用水位制御筒側が上下ヘッダー
間の水位を検出している為、水管内の水位が正常水位よ
り低下したときに補償電極棒が作動して給水ポンプを一
定時間作動させ、ボイラ給水を水管内へ強制的に給水す
る。その結果、低水位の作動がなくなり、水管のオーバ
ーヒートを防止できると共に、ボイラを継続して運転で
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明のボイラの水位制御方法を実施する多
管式貫流ボイラの概略縦断面図であって、当該ボイラ
は、上ヘッダー１と、下ヘッダー２と、上下ヘッダー1,
2を連結する複数の水管３と、上ヘッダー１に連絡管４
を介して接続された気水分離器５と、気水分離器５に第
１上部連絡管６を介して、又、下ヘッダー２に第１下部
連絡管７を介して夫々接続された水位制御筒８と、水位
制御筒８に設けられた給水ポンプ停止用電極棒９、給水
ポンプ作動用電極棒10及び低水位用電極棒11と、上ヘッ
ダー１に第２上部連絡管12を介して、又、下ヘッダー２
に第２下部連絡管13を介して夫々接続された補償電極棒
用水位制御筒14と、補償電極棒用水位制御筒14に設けら
れた給水ポンプ制御用の補償電極棒15等から構成されて
いる。

尚、第１図に於いて、16はバーナ、17は給水ポンプ、
18は給水管、19は戻り管、20は蒸気出口弁、21は耐火物
である。

そして、この貫流ボイラは、燃焼制御が３位置制御
（高燃焼低燃焼停止）されて居り、ボイラの運転時
即ち始動時、低燃焼時（半力時）、軽負荷時（０〜半力
間）及び高燃焼時（全力時）には水位制御筒８側で気水
分離器５と上ヘッダー１間の水位を検出して水管３内の
水位制御を行い、バーナ16の燃焼量の制御は例えば気水
分離器５の圧力を検出し、これに基づいて自動的に行わ
れるように更生されている。

又、補償電極棒15の設定水位は、全力時の設定水位
（第４図破線位置）よりも若干低くなるように設定され
て居り、当該補償電極棒15は水管３内の水位が正常水位
よりも低下したときにこれを検出し、給水ポンプ17を一
定時間作動させるように構成されている。

更に、水位制御筒８内の給水ポンプ停止用電極棒９の
設定水位は、始動時に水管３がオーバーヒートしない位
置に設定され、又、低水位用電極棒11の設定水位は、低
水位による水管３のオーバーヒートが高負荷よりも軽負
荷になる程発生し易いので、軽負荷を基準として設定さ
れている。

尚、ここで全力とはバーナ16の油量を定格油量に、半
力とはバーナ16の油量を定格油量の約40〜60％に設定し
たことを云う。

次に、その作用について説明する。

始動時には上ヘッダー１と気水分離器５間に蒸気（気
水混合体）の流れがないので、水管３の水位は水位制御
筒８の給水ポンプ停止用電極棒９の下端レベルと同一に
なる（第２図参照）。この水位は水管３の上部位置にな
るので、始動時に水管３がオーバーヒートすることはな
い。

水管３内の水位が上記した水位にあるのを確認後、燃
焼が始まる。これによって、蒸気圧力が上昇し、設定圧
力になると、バーナ16の燃焼が停止する。

そして、蒸気出口弁が開放されると、蒸気が流れ出
し、気水分離器５の圧力が低下し、半力燃焼に入る。

半力燃焼に入ると、蒸気（気水混合体）が連絡管４を
通ることにより上ヘッダー１と気水分離器５間に圧力損
失が発生し、水管３の水位が圧力損失分だけ水位制御筒
８の設定水位（給水ポンプ停止用電極棒９の下端レベ
ル）より低下する（第３図参照）。

この状態が続くと、水位制御筒８の水位と水管３の水
位とは同じ水位差で順次低下し、給水ポンプ作動用電極
棒10の下端レベルに達すると、給水ポンプ17が作動して
給水が開始される。この給水ポンプ17は十分な吐出力が
あり、水位が上昇して給水ポンプ停止用電極棒９の下端
レベルに達した時点で停止する。

尚、水管３の水位と水位制御筒８の水位との差は、運
転条件の圧力により変り、低圧になる程大きくなるが、
水管３の水位よりも上部は蒸気（発生気水混合体）によ
り冷却される為、水管３がオーバーヒートすることはな
い。

次に、負荷が半力以上になると、これを気水分離器５
の圧力から自動的に検出し、全力状態になる。

全力状態になると、燃焼量が増加してこれに相当する
蒸気（気水混合体）が発生し、上ヘッダー１と気水分離
器５間の圧力損失が半力時の圧力損失より大きくなり、
水管３内の水位は半力時よりも更に低下した水位で制御
される。

尚、全力時は半力時よりも水管３内の水位が低下する
が、蒸気（気水混合体）の発生量も増加するので、水管
３の冷却も十分に行われ、水管３がオーバーヒートする
ことはない。

又、水管３の水位が低下するので、気水分離器５にて
十分な気水分離を行え、乾き度の高い良質の蒸気が得ら
れる。

そして、負荷が軽くなると、これを気水分離器５の圧
力から自動的に検出し、半力状態になる。

半力状態になると、燃焼量が半力相当の燃焼量にな
り、蒸気（気水混合体）の発生量が減少すると共に、上
ヘッダー１と気水分離器５間の圧力損失も小さくなって
水管３内の水位が上昇する。

これによって、水管３の受ける熱負荷も減少し、水管
３がオーバーヒートすることはない。

以上の説明は缶水がキャリーオーバーしない濃度以下
及び急激な負荷変動（圧力変化）がない場合の制御であ
る。

若し、全力時に缶水の濃縮や急激な負荷変動によって
キャリーオーバーが発生した場合には、上ヘッダー１と
気水分離器５間の圧力損失が著しく増大して水位制御筒
８内が缶水で充満し、この状態でボイラが継続して運転
され、水管３内の水位が漸次低下して行くが、水管３の
水位が全力時の設定水位（第４図破線位置）よりも若干
低下した時点で補償電極棒15がこれを検出して給水ポン
プ17を一定時間作動させ、ボイラ給水を水管３内へ強制
的に給水する。

これによって、低水位での作動がなくなり、水管３の
オーバーヒートを防止できると共に、ボイラの運転を継
続して行える。

尚、上記実施例に於いては、補償電極棒用水位制御筒
14内に一本の補償電極棒15を設けたが、他の実施例とし
て二本の補償電極棒を上下して設け、二本の差で給水ポ
ンプ17を制御するようにしても良い。

（発明の効果） 以上既述した如く、本発明のボイラを水位制御方法
は、次のような優れた効果を奏することができる。

（１） 気水分離器と下ヘッダー間で両者間の水位を検
出し、上ヘッダーと気水分離器間の圧力損失を加味した
水位で水管の水位を制御するようにした為、前記圧力損
失により自動的に水管の水位が決まり、蒸気（気水混合
体）の発生量が少ない程水管の水位が高く、蒸気の発生
量が多い程水管の水位が低くなる。その結果、始動時、
低燃焼時及び高燃焼時等に水管がオーバーヒートするこ
ともない。又、蒸気の発生量が増加する程水管の水位が
低下する為、乾き度の高い良質の蒸気が得られる。

（２） 補償電極棒用水位制御筒側で上下ヘッダー間の
水位を検出し、水管内の水位が定常水位より低下したと
きには補償電極棒によりこれを検出して給水ポンプを一
定時間作動させ、強制的に水管内へ給水するようにして
いる為、冒頭で述べたように缶水が一定値以上（通常熱
負荷等で異なるが3000〜4000μs/cm以上）に濃縮した
り、急激な負荷変動によってキャリーオーバーが発生
し、上ヘッダーと気水分離器間の圧力損失を増大して
も、低水位で作動することがなく、水管のオーバーヒー
トを防止できると共に、ボイラを継続して安全に運転す
ることができる。

（３） 低水位用電極棒は、上下ヘッダー間の水位を検
出して水位制御する場合には全力設定水位以下に設定せ
ざるを得なく、軽負荷時の低水位作動時に水管のオーバ
ーヒート値が大きくなるが、本発明は気水分離器と上ヘ
ッダー間の水位を検出する水位制御筒内に低水位用電極
棒を設けた為、軽負荷時の低水位作動時に対しても水管
の保護を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水位制御方法を実施する多管式貫流ボ
イラの概略縦断面図、第２図は同じく始動時の状態を示
す一部省略概略縦断面図、第３図は同じく半力時の状態
を示す一部省略概略縦断面図、第４図は同じく全力時の
状態を示す一部省略概略縦断面図である。 １は上ヘッダー、２は下ヘッダー、３は水管、５は気水
分離器、８は水位制御筒、9,10は給水ポンプ制御用電極
棒、11は低水位用電極棒、14は補償電極棒用水位制御
筒、15は補償電極棒、17は給水ポンプ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下ヘッダー（１），（２）を水管（３）
   で連結し、上ヘッダー（１）に気水分離器（５）を接続
   した燃焼制御が３位置制御のボイラに於いて、気水分離
   器（５）と下ヘッダー（２）間に両者間の水位を検出す
   る水位制御筒（８）を介設し、これに給水ポンプ制御用
   電極棒（９），（10）及び低水位用電極棒（11）を夫々
   設け、又、上下ヘッダー（１），（２）間に両者間の水
   位を検出する補償電極棒用水位制御筒（14）を介設し、
   これに給水ポンプ制御用の補償電極棒（15）を設け、ボ
   イラの運転時には水位制御筒（８）側が気水分離器
   （５）と下ヘッダー（２）間の水位を検出し、上ヘッダ
   ー（１）と気水分離器（５）間の圧力損失を加味した水
   位で水位制御を行い、又、補償電極棒用水位制御筒（1
   4）側が上下ヘッダー（１），（２）間の水位を検出
   し、水管（３）内の水位が正常水位より低下したときに
   補償電極棒（15）がこれを検出して給水ポンプ（17）を
   一定時間作動させ、水管（３）内へ強制的に給水して低
   水位での運転を防止するようにしたボイラの水位制御方
   法。