JP4299701B2

JP4299701B2 - スケール付着有無の判定を行うボイラ

Info

Publication number: JP4299701B2
Application number: JP2004066411A
Authority: JP
Inventors: 寛治黒田; 将人西山; 則俊安藤
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005257111A

Description

本発明はスケール付着有無の判定を行うボイラは関するものである。

内部にためた水を加熱することで蒸気を発生するボイラの場合、蒸気の取り出しに伴ってボイラ水は濃縮していく。ボイラ水が濃縮すると、蒸気の乾き度が低下したり、水中に溶存していた不純物が析出し、スケールとなって水管内面等に付着する。スケールは熱の伝達率が低いため、水管内面にスケールが付着した場合には水管からボイラ水への伝熱が阻害され、ボイラの効率が低下し、さらには水管が過熱されて早期にパンクすることになる。

そのため、特許第３００６４４９号に記載しているように水管に温度センサを設け、温度センサの検出温度から水管内部に付着したスケール厚みを判定することが行われていた。特許第３００６４４９号では、水管温度は蒸気圧力によっても変化するため、圧力センサが検出する圧力値に基づいて判定基準を自動補正するようにしている。しかし、水管温度の変化要因はスケールと蒸気圧力以外にもあり、例えば水管の外側表面にすすが付着すると燃焼ガスの熱が水管に伝わりにくくなるため、水管温度の検出値は低くなる。水管内面でスケールが付着すると同時に水管外面にすすが付着した場合には、スケール付着による温度上昇とすす付着による温度低下で相殺されるため、スケールの付着を検出することができなくなる。
特許第３００６４４９号公報

本発明が解決しようとする課題は、蒸気ボイラにおけるスケール付着状況を正確に検出することにある。

請求項１に記載の発明は、内部にためた水を加熱することで蒸気を発生するボイラであって、定期的に全ブローを行うことで濃縮したボイラ水の入替えを行っているボイラにおいて、ボイラ水の中に電極を設けて、ボイラ水を通して電流を流すことで算出できる電極側スケール抵抗値、ボイラ水抵抗値及び缶体側スケール抵抗値の合計であるボイラ水部抵抗合計値を、回路上抵抗値に該ボイラ水部抵抗合計値を加えた値で割った値である抵抗値を測定する抵抗値測定装置を設け、抵抗値測定装置によってボイラ水の未濃縮状態における抵抗値と、ボイラ水の濃縮状態における抵抗値を測定するようにしており、さらに抵抗値測定装置で測定した未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値を比較する変化量算出装置を設けておき、変化量算出装置は、未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出し、今回値が所定値Ａを下回る場合にはボイラ内にスケールが付着していると判定することを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラである。

請求項２に記載の発明は、前記スケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、変化量算出装置は、ボイラ設置直後であってスケールが全く付着していない時における未濃縮状態抵抗値と、一定時間の燃焼を行って初めての全ブローを行う時における濃縮状態抵抗値の差を算出して初期値として記録し、以降の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出するようにしておき、スケール付着の有無を判定する所定値Ａの値は、初期値から別に設定しておいた所定値Ｂを引いた値とすることを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラである。

請求項３に記載の発明は、前記スケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、変化量算出装置は、今回値によりスケールは付着していないとの判定を行った場合、その時の今回値は前回値に置き換えて記録しておき、次回の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出すると、まず前回値と今回値を比較し、前回値と今回値の差が所定値Ｃを超えた場合は、スケール付着有無の判定は行わず、前回値と今回値の差が所定値Ｃに満たなかった場合には、今回値に基づいてスケール付着有無の判定を行うことを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラである。

請求項４に記載の発明は、前記スケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、抵抗値を測定する場合、所定水位と所定水温を設定しておき、抵抗値測定時にはボイラ内水位を所定水位とし、かつ所定水温とした状態で測定するようにしたことを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラである。

請求項に５に記載の発明は、前記スケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、ボイラ水の中に複数の電極を設置し、ボイラ水の抵抗値は複数箇所で測定するようにしておき、複数測定したボイラ水の抵抗値が同じ傾向を示す場合にのみスケール付着有無の判定を行うことを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラである。

本発明を実施することによって、蒸気ボイラにおけるスケール付着状況を正確に検出することができる。

図１は、本発明装置の一実施例におけるボイラの概要図、図２は電極棒及び抵抗値測定部の構造とその電気回路による説明図、図３から図６は本発明の実施例に基づくスケール付着判定方法の考え方を説明するための説明図である。ボイラ１は、上部に環状の上部管寄せ、下部にも環状の下部管寄せを設けておき、上下の管寄せ間は、環状に並んだ多数の水管で連結している。水管が取り囲んでいるボイラ中心部分は燃焼室であり、燃焼室の上方に燃焼装置を設ける。ボイラ１は、下部に給水配管を接続し、上部に蒸気取り出し管を接続しており、給水配管の途中に設けた給水ポンプ９によって下部から給水し、上部から蒸気を取り出す。

また、ボイラ１の下部にはブロー配管を接続し、ブロー配管の途中に全ブロー弁１０を設けておき、全ブロー時には全ブロー弁１０を開くことでボイラ水を排出する。全ブローの実施は、ボイラの運転を制御する運転制御装置６のブロー制御装置部（図示せず）によって自動制御する。ブロー制御装置部ではボイラの燃焼時間を検出し、一定時間の燃焼を行うごとにボイラを停止して全ブローを実施する。

ボイラ内の水位とボイラ水の抵抗値を測定するため、ボイラ内の上部と下部に接続している水位検出筒１１を設け、水位検出筒１１内に第一電極棒２及び第二電極棒３を設ける。第一電極棒２及び第二電極棒３は長さを異ならせており、缶体側電極４との間に電圧を加えることでそれぞれの電極棒との間の抵抗値を測定するものである。第一電極棒２の下端は高い位置にあり、第二電極棒３の下端は低い位置にあるため、各電極棒での通電の有無を検出することでボイラ内の水位を検出することができる。

運転制御装置６には抵抗値測定部７と変化量算出装置部８も設けており、第一電極棒２及び第二電極棒３と缶体側電極４の間における抵抗値を検出することでスケール付着の有無を判定するようにもしている。抵抗値の測定は、測定条件のばらつきによって測定精度が低下することを防止するため、抵抗値を測定する場合の水位と水温をあらかじめ設定しておき、ボイラ内水位を所定水位とし、かつ所定水温の状態で測定するようにしておく。ボイラ水の温度は、水位検出筒１１に水温検出装置５を設けておき、水温検出装置５で水温を測定する。ボイラ内水位は、第一電極棒２による検出が水無しから水有りに切り替わった時点などとすることで、一定の水位とすることができる。

図２は左側が電極部分及び抵抗値測定部の構成を示しており、右側は電極棒と缶体側電極の構成を電気回路図に書き換えたものである。ボイラ設置直後の状態ではスケールの付着がないため、第二電極棒３と缶体側電極４の間はボイラ水による抵抗のみである。しかし、電極棒表面及び水位検出筒１１の内面にスケールが付着すると、スケールによる抵抗が発生するため、第二電極棒３と缶体側電極４の間では、電極棒側スケール抵抗、ボイラ水抵抗、缶体側スケール抵抗がかかることになる。その状態を電気回路図で示すと、図右側のようになる。

抵抗値測定部７で測定する抵抗値は、回路上の抵抗（Ａ）と、電極側スケール抵抗値、ボイラ水抵抗値及び缶体側スケール抵抗値の合計であるボイラ水部抵抗合計値（Ｂ）の比率から算出する。ボイラ水部抵抗合計値を、回路上抵抗値に前記ボイラ水部抵抗合計値を加えた値で割ることにより、未濃縮状態抵抗値及び濃縮状態抵抗値を算出する。図３では、スケールなし時、スケール一部付着時、スケール付着異常時の抵抗値を算出している。なお、抵抗値は回路の構成ごとに変化するため、図３では分かりやすくするために単純な数字とした。

続いて図３から図６に基づいて、スケール付着有無の判定方法を説明する。図には、第二電極棒３と缶体側電極４の間に電圧をかけて測定するボイラ水の抵抗値、ボイラの全ブロー実施状況、スケール付着有無の判定状況を記載している。ボイラ水の抵抗値測定は、全ブロー直後の給水したばかりであってボイラ水が濃縮していない状態と、一定時間の燃焼を行って全ブローを実施する時であるボイラ水が濃縮している状態で測定しており、測定した抵抗値を図中にプロットしている。各抵抗値は、未濃縮状態抵抗値を抵抗値ａ・抵抗値ｃ・抵抗値ｅ、濃縮状態抵抗値を抵抗値ｂ・抵抗値ｄ・抵抗値ｆとする。スケールなし時である抵抗値ａと抵抗値ｂの差を差分Ｘ、スケール一部付着時である抵抗値ｃと抵抗値ｄの差を差分Ｙ、異常発生時である抵抗値ｅと抵抗値ｆの差を差分Ｚとしている。

ボイラ水の抵抗値は、ボイラ水中のイオン濃度によって変化し、蒸気の取り出しと給水を繰り返しているボイラ燃焼時の場合、ボイラ水の濃縮に伴ってボイラ水の抵抗値は低下し、全ブローを行うことでボイラ水が濃縮していない状態に戻ると抵抗値は高くなる。また、ボイラ内でスケールが付着した場合、水管や水位検出筒１１部分の内側表面、さらに第一電極棒２及び第二電極棒３の表面もスケールによって覆われることになるため、抵抗値は大きくなっていく。そのため、抵抗値ａ＜抵抗値ｃ＜抵抗値ｅとなり、抵抗値ｂ＜抵抗値ｄ＜抵抗値Ｆとなる。スケールが付着すると、ボイラ水部抵抗合計値（Ｂ）が増大するため、抵抗値の差分の値は、差分Ｘ＞差分Ｙ＞差分Ｚとなる。ただし、スケール付着による抵抗値の変化は長い時間を掛けて徐々に増大していくものであり、図ではわかりやすくするために変化量を大きくしている。

図４は請求項１に記載してる発明に関するものであり、変化量算出装置部８には所定値Ａを設定しておき、最新の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出し、今回値が所定値Ａを下回った場合にはボイラ内にスケールが付着していると判定するものである。

全ブローを実施して給水を行うと、抵抗値測定部７によって未濃縮状態抵抗値である抵抗値ａを測定し、抵抗値ａの値は変化量算出装置部８に記録しておく。その後、燃焼を行うことでボイラ水は濃縮し、燃焼時間が所定の時間に到達すると、全ブローを行う。その時、抵抗値測定部７によって濃縮状態抵抗値である抵抗値ｂを測定し、抵抗値ｂの値も変化量算出装置部８へ入力する。抵抗値ｂの入力を受けた変化量算出装置部８では、記録しておいた抵抗値ａと抵抗値ｂを比較し、差の値である差分Ｘを算出する。この時、差分Ｘの値が今回値となり、今回値であるＸの値と所定値Ａを比較する。値Ｘは所定値Ａより大きいため、変化量算出装置部８ではスケール付着なしとの判定を行う。

同様に抵抗値ｃと抵抗値ｄの差を算出し、差分Ｙを算出すると、差分Ｙの値を新しい今回値とし、今回値であるＹの値と所定値Ａを比較する。値Ｙも所定値Ａより大きいため、ここでも変化量算出装置部８はスケール付着なしとの判定を行う。その後もスケール付着有無の判定を繰り返すが、スケール付着が一定量に達するまではスケール付着なしの判定を行うため、途中は省略してスケール付着異常時の例を示す。抵抗値ｅと抵抗値ｆの差である差分Ｚを算出すると、差分Ｚの値が新しい今回値となる。変化量算出装置部８にて今回値であるＺの値と所定値Ａを比較し、Ｚの値が所定値Ａより小さいことを算出すると、変化量算出装置部８はスケール付着ありとの判定を行い、スケールが付着しているとの報知を行う。

図５は請求項３に記載してる発明に関するものであり、変化量算出装置部８には所定値Ｂを設定しておき、ボイラ設置後最初に測定した未濃縮状態抵抗値と、１回目の全ブロー時における濃縮状態抵抗値の差を初期値として算出し、初期値を今回値と比較することでスケール付着の有無を判定している。

ボイラの設置直後の試運転時、スケールが全く付着していない状態で抵抗値測定部７によって未濃縮状態抵抗値である抵抗値ａを測定し、抵抗値ａの値は変化量算出装置部８に記録しておく。その後、燃焼時間が所定の時間に到達し、最初の全ブローを行う時、抵抗値測定部７によって濃縮状態抵抗値である抵抗値ｂを測定し、抵抗値ｂの値も変化量算出装置部８へ入力する。抵抗値ｂの入力を受けた変化量算出装置部８では、記録しておいた抵抗値ａと抵抗値ｂの差を算出し、差の値である差分Ｘを算出する。差分Ｘの値が初期値となり、初期値に所定値Ｂを加えた値を基準値（所定値Ａ）としてスケール付着の有無を判定する。

その後、未濃縮状態抵抗値と、濃縮状態抵抗値を測定し、変化量算出装置部８ではその差を今回値としてスケール付着の有無を判定する。抵抗値ｃと抵抗値ｄの差を算出し、差分Ｙを算出すると、差分Ｙの値が今回値となり、今回値である値Ｙと所定値Ａを比較する。値Ｙは所定値Ａより大きいため、ここでは変化量算出装置部８はスケール付着なしとの判定を行う。

図５でも途中は省略しており、抵抗値ｅと抵抗値ｆの差である差分Ｚを算出すると、差分Ｚの値を新しい今回値として所定値Ａと比較する。値Ｚは所定値Ａより小さくなっており、値Ｚは初期値からの変化が所定値Ｂよりも大きなものである。初期値からの変化が所定値Ｂよりも大きくなった場合、変化量算出装置部８はスケール付着ありとの判定を行い、スケールが付着しているとの報知を行う。

図６は請求項４に記載している発明に関するものであり、変化量算出装置部８は、今回値によりスケールは付着していないとの判定を行った場合、その時の今回値は前回値に置き換えて記録しておき、次回の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出すると、まず前回値と今回値を比較し、短時間に極端な抵抗値の変化を検出した場合は、スケール付着に関する判断を行わないものである。

抵抗値ａと抵抗値ｂの測定を行うと、変化量算出装置部８では抵抗値ａと抵抗値ｂの差を算出し、差の値である差分Ｘを算出する。差分Ｘの算出時点では値Ｘが今回値となり、今回値に基づいてスケール付着の有無を判定する。スケール付着なしとの判定を行った場合、値Ｘは前回値として変化量算出装置部８に記録する。

次回のスケール判定時、抵抗値ｃと抵抗値ｄから差分Ｙを算出すると、変化量算出装置部８はＹの値を今回値とし、記録しておいた前回値Ｘと今回値Ｙを比較する。前回値Ｘと今回値Ｙの差が所定値Ｃよりも小さかった場合、今回値である値Ｙに基づいてスケール付着の有無を判定する。今回値Ｙでスケール付着なしとの判定を行った場合、前回値の値を今回値であるＹに置き換えて変化量算出装置部８に記録する。

図６では、図４及び図５とは異なり、差分Ｙを算出した次の差分算出で差分Ｚを算出ししている。抵抗値ｅと抵抗値ｆの差である差分Ｚを算出した場合も値Ｚが今回値となり、前回値Ｙと今回値Ｚを比較する。スケール付着による抵抗値変化は、短時間で急激に変化するものではないため、短期間に極端な抵抗値変化があった場合にはスケール付着以外の要素による変化である。そのため、前回値Ｙと今回値Ｚの差が所定値Ｃよりも大きかった場合、スケール付着以外の要因によって抵抗値が変化したと判断し、スケール付着有無の判定は行わない。

ボイラ内にスケールが付着すると、電極棒表面などがスケールで覆われるために電極間の抵抗値が上昇するが、電極間の抵抗値はボイラ水の濃縮度によって変化するため、抵抗値を検出するのみではスケール付着の有無を判断することができない。しかし、全ブロー後の水質は濃縮していないためボイラ水のイオン濃度は毎回ほぼ一定の値となり、また全ブローは一定時間燃焼を行うごとに実施しており、全ブロー時におけるボイラ水のイオン濃度も毎回ほぼ一定の値となる。そのため全ブロー直後の未濃縮状態における抵抗値と、全ブロー時の濃縮状態における抵抗値を測定するようにすれば、ボイラ水中のイオン濃度による変化を差し引いて抵抗値変化の傾向を知ることができる。

給水の水質は季節によって変化することがあり、抵抗値の絶対値でスケール付着の有無を判断しようとした場合には、水質変動の影響を受けるために判定精度が低下することになる。しかしボイラ水の未濃縮状態における抵抗値と、ボイラ水の濃縮状態における抵抗値を算出し、その差分を算出することでスケール付着の有無を判定する場合には、水質変動による影響を低減することができるため、スケール付着の判定精度を高めることができる。

なお、第一電極棒２で測定している抵抗値の変化と、第二電極棒３で測定している抵抗値の変化が違う傾向を示している場合には、いずれかの電極棒に異常が発生しているということであるため、スケール付着有無の判定は行わず、電極棒異常の報知を行う。

本発明の一実施例におけるボイラの概要図一実施例の抵抗値測定構造とその電気回路による説明図本発明の実施例における抵抗値算出方法の説明図本発明の実施例におけるスケール付着判定方法の説明図本発明の実施例におけるスケール付着判定方法の説明図本発明の実施例におけるスケール付着判定方法の説明図

符号の説明

１ボイラ
２第一電極棒
３第二電極棒
４缶体側電極
５水温検出装置
６運転制御装置
７抵抗値測定部
８変化量算出装置部
９給水ポンプ
１０全ブロー弁
１１水位検出筒

Claims

内部にためた水を加熱することで蒸気を発生するボイラであって、定期的に全ブローを行うことで濃縮したボイラ水の入替えを行っているボイラにおいて、ボイラ水の中に電極を設けて、ボイラ水を通して電流を流すことで算出できる電極側スケール抵抗値、ボイラ水抵抗値及び缶体側スケール抵抗値の合計であるボイラ水部抵抗合計値を、回路上抵抗値に該ボイラ水部抵抗合計値を加えた値で割った値である抵抗値を測定する抵抗値測定装置を設け、抵抗値測定装置によってボイラ水の未濃縮状態における抵抗値と、ボイラ水の濃縮状態における抵抗値を測定するようにしており、さらに抵抗値測定装置で測定した未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値を比較する変化量算出装置を設けておき、変化量算出装置は、未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出し、今回値が所定値Ａを下回る場合にはボイラ内にスケールが付着していると判定することを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラ。
請求項１に記載のスケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、変化量算出装置は、ボイラ設置直後であってスケールが全く付着していない時における未濃縮状態抵抗値と、一定時間の燃焼を行って初めての全ブローを行う時における濃縮状態抵抗値の差を算出して初期値として記録し、以降の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出するようにしておき、スケール付着の有無を判定する所定値Ａの値は、初期値から別に設定しておいた所定値Ｂを引いた値とすることを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラ。
請求項１又は２に記載のスケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、変化量算出装置は、今回値によりスケールは付着していないとの判定を行った場合、その時の今回値は前回値に置き換えて記録しておき、次回の未濃縮状態抵抗値と濃縮状態抵抗値の差を今回値として算出すると、まず前回値と今回値を比較し、前回値と今回値の差が所定値Ｃを超えた場合は、スケール付着有無の判定は行わず、前回値と今回値の差が所定値Ｃに満たなかった場合には、今回値に基づいてスケール付着有無の判定を行うことを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラ。
請求項１から３のいずれかに記載のスケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、抵抗値を測定する場合、所定水位と所定水温を設定しておき、抵抗値測定時にはボイラ内水位を所定水位とし、かつ所定水温とした状態で測定するようにしたことを特徴とする
請求項１から４のいずれかに記載のスケール付着有無の判定を行うボイラにおいて、ボイラ水の中に複数の電極を設置し、ボイラ水の抵抗値は複数箇所で測定するようにしておき、複数測定したボイラ水の抵抗値が同じ傾向を示す場合にのみスケール付着有無の判定を行うことを特徴とするスケール付着有無の判定を行うボイラ。