JP3962137B2

JP3962137B2 - 比例制御ボイラの台数制御方法及び装置

Info

Publication number: JP3962137B2
Application number: JP31422997A
Authority: JP
Inventors: 正宏岡田; 雅之古山; 高秀柳田; 文敏正井
Original assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JPH11132405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼制御を比例制御（連続制御）で行うボイラを複数台設置した装置において、全体の運転負荷に対して、運転している各ボイラが均等に負荷を受け持つようにボイラ台数を制御する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラの負荷変動に１台のボイラで対応しようとすると、高負荷運転時に対応した大容量ボイラとなり、低負荷運転時にはボイラ効率が低くなる。このため、小容量のボイラを複数台並列に設置して、全体の運転負荷に応じてボイラの運転台数を制御するようにし、効率の良い運転を行う方式が採用されている。
従来、複数台設置したボイラの制御としては、例えば、３台のボイラが、それぞれ、比例＋オンオフ動作の制御器を備えており、全負荷から１／３負荷までは各ボイラが比例制御で運転され、１／３負荷以下では各ボイラがオンオフ運転されるといった方式が知られている。
【０００３】
また、従来の比例制御ボイラの台数制御として一般的に採用されている方式では、例えば、図５に示すように、各ボイラ１０から発生する蒸気が蒸気溜め１２に集められ、蒸気溜め１２に接続された圧力検出・調整器１４により、蒸気圧力変化が信号に変換されて台数制御盤１６に送られ、台数制御盤１６からの指令でボイラ１缶分の負荷変動毎にボイラ１０が１台ずつ発停されている。この場合、ボイラ１缶の負荷を１００％単位で数えるとすると、例えば、全体負荷が３００〜４００％のときは、最大蒸発量固定ボイラとして３缶が負荷１００％で運転され、４缶目が負荷追随ボイラとして比例制御で運転されることになる。同様に、ボイラ８缶で全負荷となる装置の場合、全体負荷が７００〜８００％のときは、最大蒸発量固定ボイラとして７缶が負荷１００％で運転され、８缶目が負荷追随ボイラとして比例制御で運転されることになる。
【０００４】
また、特開昭６３−１３１９０４号公報には、燃焼制御がオンオフ制御又は三位置制御であるボイラを多缶設置した装置において、全体負荷の増減に対し、起動すべきボイラの前置ボイラのバーナのオン時間がある値以上のとき、そのボイラを起動させ、停止すべきボイラのバーナのオフ時間がある値以上で、かつ、後置ボイラの停止信号があるとき、そのボイラを停止させるようにしたボイラ台数制御方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の３台のボイラが全缶同じ運転モードで比例制御又はオンオフ制御される方式は、最大負荷付近では全缶が比例制御で運転されるので問題ないが、１／３負荷以下では全缶がオンオフ運転モードになり、極めて負荷追随性が悪くなる。また、全体負荷で１／３以下でもボイラ単位で見れば１／３以上の負荷があり、２台又は１台の比例運転で十分に対応でき、追随性の劣るオンオフ運転を３台で行う必要はないにもかかわらず、制御上、３台のオンオフ運転が強いられることになる。
上記の欠点を改善して、各ボイラを１台ずつ発停させるようにしたのが、上述したような、負荷に追随させるボイラを最小限度の数とし、他のボイラは効率の良い最大蒸発量で固定するという台数制御方式である。
【０００６】
しかしながら、このような比例制御ボイラの台数制御方式では、ボイラ１缶分の負荷変動毎にボイラの発停が起こり、例えば、ボイラ８缶で全負荷とすると、図４に示すように、１／８負荷分の変動毎にボイラが発停し、発停頻度が多くなってしまうおそれがある。また、ボイラの発停頻度が多くなる分、起動指令から燃焼までのプレパージ時間、すなわち、停止状態から実際に起動するまでのムダ時間が多くなり、応答遅れのために負荷追随性が悪くなる。さらに、最大蒸発量で固定するボイラを設けているので、送風機の回転数をインバータ（回転数制御装置）で制御して騒音の低減を図る場合でも、高騒音レベルの最大蒸発量固定ボイラが含まれており、全体負荷の減少に対して負荷追随ボイラの騒音低減効果しかないので、負荷相当分の騒音低減の割合が少なくなる。
また、特開昭６３−１３１９０４号公報記載の方法は、燃焼制御がオンオフ制御又は三位置制御であるボイラを多缶設置した装置に適用されるものであり、比例制御ボイラの台数制御には適用できない。
【０００７】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、その目的は、燃焼制御を比例制御（連続制御）で行うボイラを複数台設置した装置において、全体の運転負荷変動に対して、最後の１缶のボイラで負荷変動に追従させ、他のボイラは最大蒸発量で固定させるのではなく、運転している各ボイラが均等に負荷を受け持つように、各ボイラの最適運転負荷域でボイラ台数を制御することにより、各ボイラを効率の良い運転負荷域で運転させることができ、かつ、ボイラの発停頻度を減少させることができ、しかも、負荷追従の無駄や遅れが生じず負荷追随性が良くなり、送風機をインバータで制御している場合は、ボイラ騒音の低減効果が大きくなるボイラ台数制御方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の比例制御ボイラの台数制御方法は、燃焼制御を比例制御（連続制御）で行うボイラを複数台並列に設置した装置において、各ボイラが、設定した最適運転負荷ゾーンの範囲内の均等負荷で運転されるように、全体の運転負荷に対してボイラ台数を適合させ、各ボイラの運転負荷が最適運転負荷ゾーンを超えたとき（高負荷運転状態）にはボイラ台数を増加させ、各ボイラの運転負荷が最適運転負荷ゾーン以下になったとき（低負荷運転状態）にはボイラ台数を減少させ、ボイラ台数増減後は、再び最適運転負荷ゾーンの範囲内の均等負荷で各ボイラを運転するようにしたことを特徴としている（図１参照）。
【０００９】
また、本発明の方法は、燃焼制御を比例制御で行うボイラを複数台並列に設置し、各ボイラを均等負荷で運転させるための負荷分配盤を台数制御盤に接続し、負荷分配盤及び台数制御盤に各ボイラを接続した装置でボイラの台数を制御する方法であって、ボイラの最適運転負荷ゾーン、台数増大負荷ゾーン、台数減少負荷ゾーン及び台数増減時間を台数制御盤に設定し、台数制御盤からの指令により、全体の運転負荷に対して、運転させる各ボイラが最適運転負荷ゾーンの範囲内で均等に負荷を受け持つようにボイラ台数を適合させ、負荷分配盤からの負荷信号により、定められた台数のボイラを均等負荷で運転させ、各ボイラの運転負荷が台数増大負荷ゾーンになったとき（高負荷運転状態）は、台数制御盤からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数を増加させ、各ボイラの運転負荷が台数減少負荷ゾーンになったとき（低負荷運転状態）は、台数制御盤からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数を減少させ、ボイラ台数増減後は、負荷分配盤からの負荷信号により、台数増減後の各ボイラを均等負荷で運転させることを特徴としている（図１参照）。
【００１０】
上記の本発明の方法において、負荷分配盤からの負荷信号を各ボイラに直接送信するようにして、各ボイラの負荷追随性を高めるようにすることが望ましい（図１参照）。なお、負荷分配盤からの負荷信号を通信回路等を介してシリーズに各ボイラに送信するように構成することも可能であるが、直接送信する場合に比べると、負荷追従が遅れることになる。
また、上記の本発明の方法において、ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数をインバータ（回転数制御装置）で制御するようにして（図２参照）、負荷減少時にボイラ騒音の低減効果が大きくなるようにすることができる。
【００１１】
また、本発明の比例制御ボイラの台数制御装置は、燃焼制御を比例制御で行うボイラが複数台並列に設置され、各ボイラを均等負荷で運転させるための負荷分配盤及び信号ラインを介して各ボイラから発生する蒸気の蒸気溜めと台数制御盤とが接続され、負荷分配盤及び台数制御盤に各ボイラが信号ラインを介して接続された装置であって、ボイラの最適運転負荷ゾーン、台数増大負荷ゾーン、台数減少負荷ゾーン及び台数増減時間が設定された台数制御盤からの指令により、全体の運転負荷変動に対して、運転させる各ボイラが最適運転負荷ゾーンの範囲内で均等に負荷を受け持つようにボイラ台数が適合又は増減され、負荷分配盤からの負荷信号により、定められた台数のボイラが均等負荷で運転されるようにしたことを特徴としている（図１参照）。
【００１２】
上記の本発明の装置において、負荷分配盤からの負荷信号が各ボイラに直接送信されるように、信号ラインを介して負荷分配盤と各ボイラとを接続して、各ボイラの負荷追随性を高めるように構成することが望ましい（図１参照）。なお、負荷分配盤からの負荷信号を通信回路等を介してシリーズに各ボイラに送信するように構成することも可能であるが、直接送信する場合に比べると、負荷追従が遅れることになる。
また、上記の本発明の装置において、ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数をインバータ（回転数制御装置）で制御するようにし、インバータと送風機のモータとを接続するような構成とすれば（図２参照）、負荷減少時でのボイラ騒音の低減効果が大きくなるようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態による比例制御ボイラの台数制御装置の概略を示している。本実施の形態は、比例制御ボイラを複数台（図１では、一例として、４台）並列に設置した装置において、運転している各ボイラが均等に負荷を受け持つように、負荷分配盤からの負荷信号により、各ボイラを最適運転負荷域の均等負荷で運転させるものであり、ボイラ台数の増減指令は、台数を増減させる負荷域等が設定された台数制御盤により、設定された高負荷運転状態で増缶させ、設定された低負荷運転状態で減缶させるように行うものである。ボイラの制御方式としては、比例制御（Ｐ制御）の他に、比例積分制御（ＰＩ制御）や比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を採用することも勿論可能である。また、ボイラとしては、例えば、多管式貫流ボイラが用いられるが、他のボイラを用いることも勿論可能である。
【００１４】
図１において、ボイラ１０は複数台並列に設置され、各ボイラ１０から発生する蒸気が蒸気管２４を通って蒸気溜め１２に集められ、蒸気溜め１２に接続された圧力検出・調整器１４により、蒸気圧力変化が信号に変換されて負荷分配盤１８に送られる。全体負荷を検出した負荷分配盤１８からは、信号ライン２６を介して、台数制御盤１６に全体負荷が伝達される。なお、本実施の形態では、蒸気圧力のみで負荷を検出しているが、蒸気圧力と蒸気流量により負荷を検出することも可能である。
そして、各ボイラ１０が均等負荷で運転されるように、負荷分配盤１８からの負荷信号が、信号ライン２０を介して、各ボイラ１０に直接送信されるとともに、ボイラ台数の増減を指令する台数制御盤１６からは、信号ライン２２を介して、各ボイラ１０の運転・停止指令が送信される。なお、負荷分配盤１８からの負荷信号を通信回路等を介してシリーズに各ボイラ１０に送信するように構成することも可能であるが、直接送信する場合に比べると、負荷追従が遅れることになる。
【００１５】
つぎに、本実施の形態における比例制御ボイラの台数制御の手法について説明する。
台数制御盤１６には、ボイラの最適運転負荷ゾーン、台数増大負荷ゾーン、台数減少負荷ゾーン及び台数増減時間が設定されており、台数制御盤１６からの指令により、全体の運転負荷に対して、運転させる各ボイラ１０が最適運転負荷ゾーンの範囲内で均等に負荷を受け持つようにボイラ台数が定められる。そして、台数制御盤１６から運転指令の出ている各ボイラ１０は、負荷分配盤１８からの負荷信号により、均等負荷で運転される。
台数制御盤１６では、各ボイラ１０の運転負荷が燃料量指令値などで監視されており、運転負荷が台数増大負荷ゾーンになったとき（高負荷運転状態）は、台数制御盤１６からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数が増やされる。一方、運転負荷が台数減少負荷ゾーンになったとき（低負荷運転状態）は、台数制御盤１６からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数が減らされる。ボイラ台数増減後は、負荷分配盤１８からの負荷信号により、台数増減後の各ボイラ１０が均等負荷で運転されることになる。
【００１６】
ここで、本実施の形態で用いる比例制御ボイラとして、送風機をインバータで制御するボイラを用いる場合の各ボイラの構成等について説明する。
図２に示すように、ボイラ本体２８の上部にはバーナ３０が設けられており、バーナ３０には、燃料流量制御弁（比例制御弁）３２を有する燃料供給管３４から燃料が供給される。燃料は油やガス等が用いられる。一方、燃焼用空気が、送風機３６から空気供給管３８を通してボイラ本体２８内に供給され、バーナ３０の燃焼に供される。
台数制御盤からの運転指令及び負荷分配盤からの負荷信号がボイラ制御盤４０に送信されると、ボイラ制御盤４０で燃料量指令値及びインバータ指令値が決定され、ボイラ制御盤４０に接続された燃料流量制御弁３２により燃料供給量が制御されるとともに、ボイラ制御盤４０に接続されたインバータ（回転数制御装置）４２からの出力値（周波数）が送風機３６のモータ４４に送られて空気供給量が制御される。ボイラ制御盤４０における燃料量指令値等は、台数制御盤で監視されており、ボイラの運転負荷が台数制御盤で把握できるようになっている。４６は気水分離器である。なお、図２では、図示を省略しているが、ボイラ制御盤４０により給水による圧力外乱の補償制御が行われる場合もある。
【００１７】
つぎに、本実施の形態において、図１に示す構成と同様の構成で８台のボイラを並列に設置した場合を実例として、ボイラ台数制御の具体例を説明する。なお、ボイラ１缶の負荷を１００％単位で数えるものとする。
一例として、ボイラの最適運転負荷ゾーンを５０〜８０％とし、各ボイラの運転負荷が５０％以下になったときにボイラ台数を減少させ、各ボイラの運転負荷が８０％を超えたときにボイラ台数を増加させるものとすれば、図３に示すように、例えば、運転しているボイラが７台の場合は、全体負荷が３５０〜５６０％の運転負荷域において、各ボイラが最適運転負荷ゾーンの範囲内となるので、全体負荷が６５０％から３５０％に変動するような場合でも、運転されるボイラの台数は８台から７台に減少するだけである。また、全体負荷が３５０％から６５０％に変動する場合は、運転初期の段階のみボイラ台数が５台から８台に増加するが、一旦、ボイラ８台で運転されるようになると、以後は、ボイラ台数が７台から８台に増加するだけである。すなわち、全体負荷３５０％〜６５０％の負荷変動は、ボイラ１台の発停で制御できることになり、ボイラの発停頻度を減少させることができる。なお、上述した図４に示すようなボイラ１台分の負荷変動毎にボイラを発停させる従来の台数制御の場合は、全体負荷３５０％〜６５０％の負荷変動に対して、ボイラ台数を４台〜７台で増減させなければならず、ボイラ３台の発停が必要となり、発停頻度が多くなる。
また、本実施の形態における実例では、各ボイラの運転負荷が８０％を超えて１缶増缶する場合でも、そのボイラが起動するまでは、残缶が８０〜１００％域で負荷をカバーするように制御されるので、全く負荷追従の遅れの問題は生じない。つまり、負荷ゾーンを設定してボイラ台数を増減させるので、１缶が発停の際にも残りの運転ボイラがバックアップし、負荷追従の無駄が生じないように制御することができる。
【００１８】
ここで、本実施の形態において、図１に示す構成と同様の構成で、４台の各ボイラを、図２に示すような送風機をインバータで制御する比例制御ボイラとした場合を実例として、ボイラ騒音の低減効果の具体例を説明する。なお、上記と同様にボイラの最適運転負荷ゾーンは５０〜８０％とする。
一例として、１００％負荷時のボイラ騒音が８３dB、５０％負荷時のボイラ騒音が７３dBとすると、例えば、全体負荷が３５０％のとき、上述した図５に示すようなボイラ１台分の負荷変動毎にボイラを発停させる従来の台数制御の場合は、負荷１００％で運転しているボイラ（最大蒸発量固定ボイラ）が３台、負荷５０％で運転しているボイラ（負荷追随ボイラ）が１台となるので、８３dBが３台、７３dBが１台で、ボイラ騒音Ｌを計算すると以下のようになる。

これに対して、本実施の形態におけるボイラ台数制御の場合は、７台のボイラが５０％の均等負荷で運転されることになるので、７３dBが７台で、ボイラ騒音Ｌを計算すると以下のようになり、ボイラ騒音の低減効果が大きいことがわかる。

【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）各ボイラが、設定した最適運転負荷ゾーンの範囲内の均等負荷で運転されるように、全体の運転負荷に対してボイラ台数を適合させるので、ボイラを最も効率の良い運転負荷域で運転させることができる。
（２）全体の運転負荷変動に対して、最後の１缶のボイラで負荷変動に追従させ、他のボイラは最大蒸発量で固定させるのではなく、運転している各ボイラが均等に負荷を受け持つように、各ボイラの最適運転負荷域でボイラ台数を制御するので、ボイラの発停頻度を減少させることができる。また、ボイラの発停頻度が少なくなる分、起動指令から燃焼までのプレパージ時間、すなわち、停止状態から実際に起動するまでのムダ時間が減るので、負荷追随性が良くなる。
（３）負荷ゾーンを設定してボイラ台数を増減させるので、ボイラ１缶が発停の際にも残りの運転ボイラがバックアップし、負荷追従の無駄が生じないように制御することができる。すなわち、各ボイラの運転負荷が最適運転負荷ゾーンを超えて１缶増缶する場合でも、そのボイラが起動するまでは、残缶のボイラが高負荷域で全体負荷をカバーするように制御されるので、全く負荷追従の遅れの問題は生じない。
（４）負荷分配盤からの負荷信号を各ボイラに直接送信する場合は、各ボイラの負荷追随性を高めることができる。
（５）運転しているボイラを最大蒸発量で固定することなく、各ボイラを最適運転負荷ゾーンの範囲内の均等負荷で運転させるので、ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数をインバータ（回転数制御装置）で制御する構成の場合は、高騒音レベルの最大蒸発量固定ボイラが含まれることなく、負荷減少時のボイラ騒音の低減効果が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による比例制御ボイラの台数制御装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における比例制御ボイラが送風機をインバータで制御するボイラである場合の各ボイラの構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における全体負荷と運転されるボイラ台数との関係の一例を示すグラフである。
【図４】従来のボイラ台数制御における全体負荷と運転されるボイラ台数との関係の一例を示すグラフである。
【図５】従来の比例制御ボイラの台数制御装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ボイラ
１２蒸気溜め
１４圧力検出・調整器
１６台数制御盤
１８負荷分配盤
２０、２２、２６信号ライン
２４蒸気管
２８ボイラ本体
３０バーナ
３２燃料流量制御弁（比例制御弁）
３４燃料供給管
３６送風機
３８空気供給管
４０ボイラ制御盤
４２インバータ（回転数制御装置）
４４モータ
４６気水分離器

Claims

燃焼制御を比例制御で行うボイラを複数台設置し、各ボイラを均等負荷で運転させるための負荷分配盤を台数制御盤に接続し、負荷分配盤及び台数制御盤に各ボイラを接続した装置でボイラの台数を制御する方法であって、ボイラの最適運転負荷ゾーン、台数増大負荷ゾーン、台数減少負荷ゾーン及び台数増減時間を台数制御盤に設定し、台数制御盤からの指令により、全体の運転負荷に対して、運転させる各ボイラが最適運転負荷ゾーンの範囲内で均等に負荷を受け持つようにボイラ台数を適合させ、負荷分配盤からの負荷信号により、定められた台数のボイラを均等負荷で運転させ、各ボイラの運転負荷が台数増大負荷ゾーンになったときは、台数制御盤からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数を増加させ、各ボイラの運転負荷が台数減少負荷ゾーンになったときは、台数制御盤からの指令により、設定した時間毎にボイラ台数を減少させ、ボイラ台数増減後は、負荷分配盤からの負荷信号により、台数増減後の各ボイラを均等負荷で運転させることを特徴とする比例制御ボイラの台数制御方法。
負荷分配盤からの負荷信号を各ボイラに直接送信するようにして、各ボイラの負荷追随性を高める請求項１記載の比例制御ボイラの台数制御方法。
ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数をインバータで制御する請求項１又は２記載の比例制御ボイラの台数制御方法。
燃焼制御を比例制御で行うボイラが複数台設置され、各ボイラを均等負荷で運転させるための負荷分配盤及び信号ラインを介して各ボイラから発生する蒸気の蒸気溜めと台数制御盤とが接続され、負荷分配盤及び台数制御盤に各ボイラが信号ラインを介して接続された装置であって、ボイラの最適運転負荷ゾーン、台数増大負荷ゾーン、台数減少負荷ゾーン及び台数増減時間が設定された台数制御盤からの指令により、全体の運転負荷変動に対して、運転させる各ボイラが最適運転負荷ゾーンの範囲内で均等に負荷を受け持つようにボイラ台数が適合又は増減され、負荷分配盤からの負荷信号により、定められた台数のボイラが均等負荷で運転されるようにしたことを特徴とする比例制御ボイラの台数制御装置。
負荷分配盤からの負荷信号が各ボイラに直接送信されるように、信号ラインを介して負荷分配盤と各ボイラとを接続して、各ボイラの負荷追随性を高めるようにした請求項４記載の比例制御ボイラの台数制御装置。
ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機の回転数をインバータで制御するように、インバータと送風機のモータとが接続された請求項４又は５記載の比例制御ボイラの台数制御装置。