JP4533335B2 - 熱源システムの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、炉内の掃気を行った後に燃焼へ移行する複数台のボイラ等の熱源機器を有し、負荷量に応じて必要台数分の熱源機器を燃焼，停止させる熱源システムの制御装置に関する。

たとえば、複数のボイラユニットを有するボイラシステムにおいては、予め定められた起動順序にしたがって順次起動することが行われる。こうしたシステムにおいては、一般的に各ボイラユニットの起動毎に掃気（パージ）が必要となるために、負荷変動に対するシステムの追随性が悪いという課題がある。この課題の解決案として、特開昭６３−２３８３０３号公報にて、起動順序にしたがって、あるボイラに燃焼開始信号が供給されると同時に、つぎに燃焼へ移行すべきボイラに対してプリパージ待機信号を供給する方式が提案されている。

しかしながら、この提案においては、基本的にはプリパージ待機中のボイラは、１台に限られているために、急激な負荷変動が予想されるシステム等においては、負荷変動に対
する追随性が十分でないという課題があった。また、この提案では、あるボイラに燃焼開始信号が与えられたとき、常に、つぎに燃焼状態へ移行すべきボイラにプリパージ待機信号が供給されてプリパージが開始される，すなわち１台のボイラは常にプリパージ待機をしているために、不必要なパージが行われ、熱的なロスを生ずる問題がある。

この発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであって、それぞれ炉内の掃気を行った後に燃焼へ移行する複数台の熱源機器を有し、負荷量に応じて予め定めた順位にしたがい必要台数分の前記熱源機器を燃焼させるものにおいて、未だ燃焼開始信号が供給されておらず、システムの負荷が増加した場合に燃焼開始信号が供給される順位にある前記熱源機器を連続的に掃気状態としておいて、システムの負荷変動が大きい場合には前記掃気状態とする前記熱源機器の台数を増加させ、システムの負荷変動が大きくない場合には、前記掃気状態とする前記熱源機器の台数を減少させるように、前記掃気状態とする前記熱源機器の台数をシステムの負荷変動の大小に応じて手動により可変とする台数設定手段を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、システムの負荷変動の大きい場合には掃気状態とする熱源機器の台数を増加させることで、負荷変動に対してより多くの熱源機器を速やかに燃焼状態へ移行させることができ、負荷変動に対する追随性の良好な熱源システムの制御装置を提供できる。また、システムの負荷変動が大きくない場合には、掃気状態とする熱源機器の台数を減少させることで、掃気による熱ロスを少なくできるなどの効果が大きい。

（実施の形態）
この発明の実施の形態としては、それぞれ炉内の掃気を行った後に燃焼へ移行する複数台の熱源機器を有し、負荷量に応じて必要台数分の前記熱源機器を燃焼させるものにおいて、掃気状態とする熱源機器の台数を手動により可変とする台数設定手段を備えたものとする。

この実施の形態について以下に詳細に説明する。熱源機器とは蒸気や温水等の形態で熱を要求する負荷に対して、熱供給を行う蒸気ボイラ，温水ボイラ等を含み、熱源機器は炉，すなわち燃焼炉の掃気（パージともいい、換気も含む）を終えた後に、燃焼へ移行する。この掃気は、通常、安全上、炉内容積の４倍以上の掃気を行い、連続的掃気とされるが、安全上許されるならこれに限定されるものではなく、間欠掃気でも良いものである。

熱源機器は停止状態と、掃気状態と、燃焼状態とをとりうるものであり、望ましくは、燃焼状態は、低燃焼、中燃焼および高燃焼のように多段階の燃焼状態をとりうるものとする。また、この発明は、熱源機器の台数が２台以上のシステムに適用される。負荷量は、熱源機器を蒸気ボイラとする場合においては、各ボイラユニットの出力側蒸気管が接続される共通の蒸気ヘッダの蒸気圧力または蒸気温度を検出することにより検出できるものであり、その他、送気（供給蒸気）量を流量センサなどにより検出することにより，あるいは蒸気使用負荷機器の稼働状況を検出することなどにより検出できるものである。

また、熱源機器を温水ボイラとする場合の負荷量は、負荷へ供給される出湯温度と設定温度の差や、負荷から戻ってくる湯の温度と設定温度との差や、流量などで把握されるものであり、熱源機器の種類に応じて適宜定められる。望ましくは、この負荷量に応じて各熱源機器は、燃焼状態および台数を制御する台数制御手段（システム制御手段）により予め定めた順位にしたがい順次燃焼が開始され、予め定めた順位にしたがい停止が制御される。各熱源機器の停止の順序は、望ましくは、燃焼開始の順番の逆とするが、これに限らない。

また、熱源機器を掃気状態とする制御は、台数制御手段により行われ、現時点の負荷量においては台数制御手段により未だ燃焼開始信号が供給されておらず、負荷が増加した場合に燃焼開始信号が供給される順位にある熱源機器に対して連続的に掃気状態とするように、当該熱源機器に対して掃気運転を指示する。この掃気においては、所定量の掃気が終了した後は、通常行われる掃気と比較して送風量を低減することが望ましい。

掃気状態とする熱源機器の台数を設定する台数設定手段は、掃気状態とする熱源機器の台数を１台または２台以上の複数台に設定するもので、たとえば１台の場合は、負荷の状態に応じて未だ燃焼開始信号が供給されておらず、負荷が増加した場合に、つぎに燃焼開始信号が供給される熱源機器に対してのみ掃気信号を供給する。そして、２台の場合は負荷の状態に応じて未だ燃焼開始信号が供給されておらず、負荷が増加した場合に、つぎに燃焼開始信号が供給される熱源機器と、そのつぎに燃焼開始信号が供給される熱源機器とに対してのみ掃気信号を供給するものである。ここで、台数設定手段により掃気の台数は設定されるが、燃焼状態にない熱源機器が設定台数（たとえば２台）未満の場合（たとえば１台または０台）は、掃気運転可能な熱源機器のみを掃気指示の対象とするものである。

台数の設定の方式は、手動により台数を設定する手動設定方式である。この手動設定方式は、システムの制御器に台数設定手段が備えられ、システムを設置する負荷の状態を判断して、システム供給業者またはユーザが設定台数を可変できるように構成する。

以下、熱源機器を蒸気ボイラとし、台数設定手段を手動台数設定方式とした実施の形態に対応する実施例について図面にしたがって説明する。図中、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、複数台設置した第１〜第４ボイラであり、運転停止状態（燃焼および掃気のいずれも行っていない状態）と、低燃焼状態と高燃焼状態との，所謂３位置制御が可能であり、さらに低燃焼へ移行する前および燃焼停止後に炉（図示しない）内の掃気（パージともいう）を行うものである。各ボイラの燃焼開始の優先順位はＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の順であり、停止の順位はその逆である。

各ボイラの蒸気の出力管Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、共通のスチームヘッダ（蒸気集合部）１と連結されている。このスチームヘッダ１には、その内部の蒸気圧力を検出し、負荷の状態を検出する圧力検出器２を設ける。この圧力検出器２の検出圧力信号に基づいて負荷量を検出し、図６に示すような制御手順にしたがい台数制御器３により指示された起動順序（予め定めておいても良いし、種々の条件に応じて変更してもよい）で、予め定めた燃焼制御パターンにしたがって、必要台数のボイラを燃焼，停止させるとともに、所定の台数を掃気運転させ、負荷変動に追随するように制御する。

台数制御器３は、図示しないマイクロコンピュータとその動作を制御するソフトウエアを含むものであり、図６はソフトウエアの一部の概要を示すものである。具体的には、台数制御器３による制御は、図４および図５に示す燃焼制御パターン，すなわち停止の台数制御パターンによる制御と、図２および図３に示す起動の台数制御パターンによる制御とにより、各ボイラを検出圧力帯（Ｐ１〜Ｐ２）に応じて、停止，連続掃気（連Ｐ）（以下、単に掃気という），低燃焼，高燃焼に制御するとともに、設定台数を手入力可能な台数設定手段４により設定された台数が掃気運転されるように制御する。ここで、設定された掃気台数が確保できない圧力帯では、設定台数未満の台数のボイラを掃気運転させる。また、図３の制御において、急激な負荷増加変動が生じ、あるボイラを掃気から高燃焼へ移行させる必要が生じた場合、実質的な高燃焼状態とするために、過渡的に掃気状態の２台のボイラを低燃焼へ移行させ、その後１台を高燃焼へ，他の１台を掃気へそれぞれ移行させるものである。この実質的な高燃焼状態を早く生じさせるための制御は、掃気台数が３
台以上の場合でも同様に適用させる。

以下に、この実施例の台数制御器３による台数制御（運転制御）を図２〜図６にしたがい詳述する。今、ユーザが、負荷の変動がそれほどでもないとして、台数設定手段４により設定台数を１台に設定して、システムを起動（運転開始）したとする。図６において、ステップＳ１でシステムの起動が判定され、今の場合、ＹＥＳによりステップＳ２へ移行する。ステップＳ２では台数設定手段４により設定された掃気台数により燃焼制御パターンを選択する。つづいて、ステップＳ３へ移行し、蒸気圧力に対する必要燃焼台数ＮＱ（図２から求められる）が現在燃焼している現在燃焼台数ＮＧと等しいかどうかを判定する。ＹＥＳの判定の場合はステップＳ３に止まる。今の場合、ＮＯでステップＳ４へ移行し、必要燃焼台数ＮＱが現在燃焼台数ＮＧより大きいかどうかを判定する。今の場合、ＮＯが判定されステップＳ６へ移行する。ステップＳ６においてはステップＳ２にて選択された制御パターン，すなわち図２の起動パターンに応じて、各ボイラＢ１〜Ｂ４に対して掃気（連Ｐ）を１台指示するとともに、ボイラを順次１台ずつ起動して、ステップＳ７へ移行し、システム全体の運転停止要求があるかどうかを判定し、ステップＳ３へ戻る。こうして、ステップＳ４にてＹＥＳが判定されるまで、各ステップのＳ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ３を繰り返す。

図２に示すように、まずボイラＢ１を掃気（状態Ｃ１）とし、つぎにボイラＢ１を低燃焼，ボイラＢ２を掃気とし（状態Ｃ２）、つぎにボイラＢ１を高燃焼，ボイラＢ２を掃気とする（状態Ｃ３）といったように、各ボイラＢ１〜Ｂ４を順次、掃気と低燃焼と高燃焼とに制御する起動制御が行われる。このようにしてステップＳ４でＹＥＳが判定されると、図４の停止パターンに応じて、掃気を１台指示するとともに各ボイラＢ１〜Ｂ４を順次１台ずつ停止する。

つぎに、ユーザが、負荷の変動が大きいと判断して、台数設定手段４により設定台数を２台に設定した場合を以下に説明する。図６において、ステップＳ１でシステムの起動が判定され、今の場合、ＹＥＳによりステップＳ２へ移行し、設定台数２台に対応した燃焼制御パターンが選択される。ステップＳ３では蒸気圧力に対する必要燃焼台数ＮＱ（図３から求められる）が現在燃焼している現在燃焼台数ＮＧと等しいかどうかを判定する。ＹＥＳの判定の場合はステップＳ２に止まる。今の場合、ＮＯでステップＳ４へ移行し、必要燃焼台数ＮＱが現在燃焼台数ＮＧより大きいかどうかを判定する。今の場合、ＮＯが判定されステップＳ６へ移行する。ステップＳ６においては図３の起動パターンに応じて、各ボイラＢ１〜Ｂ４に対して掃気２台を指示するとともに、ボイラを順次１台ずつ起動して、ステップＳ７へ移行し、システム全体の運転停止要求があるかどうかを判定し、ステップＳ３へ戻る。こうして、ステップＳ４にてＹＥＳが判定されるまで、各ステップのＳ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ３を繰り返す。

図３に示すように、まずボイラＢ１，Ｂ２を掃気とし（状態Ｅ１）、つぎにボイラＢ１を低燃焼，ボイラＢ２，Ｂ３を掃気とし（状態Ｅ２）、つぎにボイラＢ１を高燃焼，ボイラＢ２，Ｂ３を掃気とする（状態Ｅ３）といったように、各ボイラＢ１〜Ｂ４を順次、掃気と低燃焼と高燃焼とに制御する起動制御が行われる。このようにしてステップＳ４でＹＥＳが判定されると、図５の停止パターンに応じて、掃気を２台指示するとともに、各ボイラＢ１〜Ｂ４を順次１台ずつ停止する。

以上のように、掃気台数が２台とされている図３の制御によれば、図２の制御の場合と比較して、負荷変動に対する追随性が良い。すなわち、たとえば状態Ｅ３において負荷が急増し、状態Ｅ５の運転状態が必要となったとすると、図７に示すように、掃気状態のボイラＢ１，Ｂ２を過渡的に低燃焼とし、ついでボイラＢ２を高燃焼とし、ボイラＢ３を掃気に戻し、ボイラＢ４を掃気とする。したがって、ボイラＢ２を高燃焼へ移行させるのに
、所定のプレパージ時間を必要とすることがないとともに、過渡状態で直ちにボイラＢ２を高燃焼へ移行させた状態と同じにできるので、負荷変動に対する追随性が良い。これに対して、掃気を設けない従来例では、ボイラＢ２はプレパージ→低燃焼→高燃焼と移行するので、プレパージの時間を必要とするとともに、過渡状態でボイラＢ２の低燃焼状態がある（直ちに高燃焼とならない）ために、負荷変動に対する追随性が悪い。また、図２の制御では、ボイラＢ２は低燃焼→高燃焼と移行するので、過渡状態でボイラＢ２の低燃焼状態があるために、図３の制御と比較して負荷変動に対する追随性は劣る。

本発明の一実施例の概略構成を示す図である。 本発明の一実施例の掃気台数を１台としたときの起動の台数制御パターンを示す。 本発明の一実施例の掃気台数を２台としたときの起動の台数制御パターンを示す。 本発明の一実施例の掃気台数を１台としたときの停止の台数制御パターンを示す。 本発明の一実施例の掃気台数を２台としたときの停止の台数制御パターンを示す。 本発明の一実施例の制御手順を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例の動作説明図である。

符号の説明

Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ ボイラ（熱源機器）
４ 台数設定手段

Claims (1)

1. それぞれ炉内の掃気を行った後に燃焼へ移行する複数台の熱源機器を有し、負荷量に応じて予め定めた順位にしたがい必要台数分の前記熱源機器を燃焼させるものにおいて、
   未だ燃焼開始信号が供給されておらず、システムの負荷が増加した場合に燃焼開始信号が供給される順位にある前記熱源機器を連続的に掃気状態としておいて、
   システムの負荷変動が大きい場合には前記掃気状態とする前記熱源機器の台数を増加させ、システムの負荷変動が大きくない場合には、前記掃気状態とする前記熱源機器の台数を減少させるように、前記掃気状態とする前記熱源機器の台数をシステムの負荷変動の大小に応じて手動により可変とする台数設定手段を備えたことを特徴とする熱源システムの制御装置。

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