JP4679873B2

JP4679873B2 - 排ガス出口温度高異常を検出する排熱ボイラ

Info

Publication number: JP4679873B2
Application number: JP2004302353A
Authority: JP
Inventors: 将人西山; 則俊安藤; 薫三好
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2006112740A

Description

本発明は排ガス出口温度高異常を検出する排熱ボイラに関するものである。

特開２００４−１２５２５６号公報に記載があるように、エンジンやガスタービンなどの発熱源と、発熱源で発生した排ガスから熱を回収する排熱ボイラ（排ガスボイラ）を設置しておき、装置全体としての効率を高めるということが行われている。この場合、エンジンなど発熱源側の稼働が優先され、排熱ボイラ側では加熱の必要がない状態であっても、発熱源による排ガスの発生が続けられるということがある。

そのため、排熱ボイラの排ガス入口部と排ガス出口部を直接結ぶバイパス通路を設けておき、排熱ボイラへの加熱が不要な場合は、バイパス通路へ排ガスを送るということが行われている。例えば、特開２００４−１２５２５６号公報に記載のボイラでは、ボイラの排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路であるガス管路６４を設けておき、ガス管路６４の接続部に三方弁７２を設けている。ボイラの加熱を行う場合には、三方弁７２によってバイパス通路側入口を閉じ、排ガスボイラ側入口は開くことで、排ガスを排ガスボイラへ送る。逆に排ガスボイラへの加熱を停止する場合には、三方弁７２のバイパス通路側入口を開き、排ガスボイラ側入口を閉じることで、排ガスをバイパス通路へと送る。

排熱ボイラの伝熱部は、多数の熱吸収用フィンを付けた水管群からなり、排ガスの熱を水管内の缶水が吸収する構成とする。この場合、水管外面である排ガス側にはススが付着する可能性があり、水管内面である水側にはスケールが付着する可能性がある。水管にススやスケールが付着すると、排ガスからの熱が水管内の缶水へ伝わりにくくなり、ボイラの効率が低下する。

ススやスケールの付着によってボイラによる熱吸収量が低下した場合、排ガスの伝熱部での温度低下が少なくなるため、伝熱部を通過して排ガス出口部に達する排ガス温度は正常に熱交換が行われた場合よりも高くなる。そのため、排ガス出口部に排ガス出口温度検出装置を設けておき、排ガス出口部の温度を測定することで伝熱部にススやスケールが付着していることを検出することができる。

しかし、排ガス出口部の温度変動は、伝熱部におけるスス等の付着による熱伝達率の低下だけでなく、それ以外の要因による場合もあった。そのため、排ガス出口温度が設定値よりも高くなると、排ガス出口温度高異常と判定していた場合には、伝熱部へのスス等の付着は少なく、異常が発生してもいない場合に排ガス出口温度高異常と誤判定してしまうことがあるという問題が発生する。
特開２００４−１２５２５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路を設けて、排ガスが伝熱部をバイパスすることができるようにしている排熱ボイラにおいて、伝熱部におけるスス付着などの異常を正しく検出できるようにすることにある。

請求項１に記載の発明は、発熱源から送られてきた高温の排ガスを排熱ボイラの内部へ導入する排ガス入口部、導入した排ガスから熱の回収を行う伝熱部、伝熱部を通過した排ガスを煙突へ向けて排出する排ガス出口部を持った排熱ボイラであって、排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路を設け、排ガスダンパによって排ガスの送り先を伝熱部側とバイパス通路側とで変更するようにしている排熱ボイラにおいて、排ガス出口部に排ガス出口温度検出装置を設けておき、伝熱部へ排ガスを供給している状態であって、排ガス出口温度検出装置にて測定している排ガス出口温度が低下傾向を示しておらず、かつ排ガス出口温度が設定値Ｘを超えていた場合に排ガス出口温度高異常と判定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、発熱源から送られてきた高温の排ガスを排熱ボイラの内部へ導入する排ガス入口部、導入した排ガスから熱の回収を行う伝熱部、伝熱部を通過した排ガスを煙突へ向けて排出する排ガス出口部を持った排熱ボイラであって、排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路を設け、排ガスダンパによって排ガスの送り先を伝熱部側とバイパス通路側とで変更するようにしている排熱ボイラにおいて、排ガス出口部に排ガス出口温度検出装置を設けておき、排ガス出口温度高判断開始用として排ガス出口温度の測定値を、排ガスダンパによってバイパス通路への排ガス流入を停止した時から設定時間ｔが経過するごとに検出し、測定値が前回の測定値以上となれば、その測定値から排ガス出口温度高異常の判定を開始し、排ガス出口温度が設定値Ｘを超えていた場合に排ガス出口温度高異常と判定することを特徴とする。

本発明を実施することで、排ガス出口温度高異常の誤検知を抑制することができ、ススやスケール付着によって伝熱部での熱吸収量が低下したということを正確に検出することができるようになる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１と図２は、本発明を実施する排熱ボイラのフロー図であり、図１は排ガスを排熱ボイラの伝熱部へ送っている場合のフロー、図２は排ガスをバイパス通路へ送っている場合のフローを示している。また、図３は排ガス出口温度の変化と異常判定の状況を説明する説明図である。

排熱ボイラ１はエンジンやタービンなどの発熱源２と排ガス通路３によって接続しており、発熱源２で発生した排ガスの熱で蒸気を発生するものである。排熱ボイラ１には、排ガス入口部９、伝熱部７、排ガス出口部１０を設けておく。排ガス入口部９は、排ガス通路３を通して送られてきた排ガスを伝熱部７へ供給するものであり、排ガス通路３と接続している。伝熱部７には表面に多数の熱吸収用フィンを付けている水管群を設けており、排ガスが伝熱部７を通過する際に排ガスの熱が水管へ移動し、水管内の缶水を加熱する仕組みとしている。伝熱部７を通過した排ガスは、排ガス出口部１０から煙突１２へ送り、煙突１２から外気へと排出するようにしており、途中にサイレンサ１１を設置しておくことで外気へ放出される騒音を低減する。

排ガス入口部９と排ガス出口部１０の間には、排ガスを伝熱部７へ送らずに排ガス入口部９から排ガス出口部１０へ直接送るバイパス通路４を設ける。排ガス入口部９のバイパス通路４と分岐点には、排ガスの流路を伝熱部７側とバイパス通路４側とで切り換える排ガスダンパ６を設けておく。排ガスダンパ６は羽根によって一方の流路をふさぐものであり、排ガスダンパ６でバイパス通路４側を閉じた場合、排ガスは伝熱部７へ流れ、排ガスダンパ６で伝熱部７側を閉じた場合は、排ガスはバイパス通路４へと流れる。

排ガスダンパ６の制御は、排熱ボイラの運転を制御する制御装置８によって行っており、排熱ボイラ１で発生する蒸気の圧力に基づいて排ガスダンパ６の位置を制御する。制御装置８は、排熱ボイラ１での加熱によって発生する蒸気の圧力値が上限値よりも高くなると、伝熱部７への排ガス供給を停止して、発熱源２からの排ガスはそのまま煙突１２より排出する。逆に、加熱停止によって蒸気の圧力値が下限値よりも低くなると、伝熱部７への排ガス供給を開始し、伝熱部７では排ガスによる加熱によって蒸気の発生を行う。排ガスダンパ６の羽根部分の作動は、排ガスを伝熱部７へ送る場合にはボイラ側リミット１３を検知するまで作動して停止し、排ガスをバイパス通路４へ送る場合にはバイパス側リミット１４を検知するまで作動して停止する。

伝熱部７では、水管外面の排ガス側にはススが付着することがあり、水管内面の水側にはスケールが付着することがある。ススやスケールは排ガスと缶水間の伝熱を阻害するため、水管にスス等が付着しているとボイラの効率は低下する。そのため、制御装置８では、排ガス出口部１０に設けた排ガス出口温度検出装置５にて測定する排ガス出口温度に基づき、排熱ボイラの異常を検出することも行う。伝熱部７にススなどが付着した場合、排ガスが伝熱部７を通過する際に排ガスから水管内の缶水へ移動する熱量が少なくなり、伝熱部７を通過した後の排ガス出口部１０部分での排ガス温度は正常時よりも高くなる。そのため、排ガス出口温度検出装置５で測定している排ガス出口部１０の温度が、あらかじめ定めておいた設定値Ｘ（Ｘ℃）よりも高い場合には、排ガス出口温度高異常として異常の報知を行う。

排ガス出口温度検出装置５の測定値による排ガス出口温度高異常の判定は、排ガスダンパ６がボイラ側リミット１３を検知している状態であって、排ガス出口温度検出装置５にて測定している測定値が前回測定値以上となった以降に行う。排ガス出口温度検出装置５による温度の測定は、ボイラ側リミットを検知した時、つまり排ガスは伝熱部７へ供給するようにした時から設定時間ｔ（ｔ秒）ごとに検出しておき、検出した測定値を前回の測定値と比較する。この時、測定値が前回の測定値未満であった場合は、設定時間ｔごとの温度検出を継続しておき、排ガス出口温度高異常の判定は行わない。排ガス出口温度検出装置５による測定値が前回の測定値以上となった場合は、その測定値から排ガス出口温度高異常を判定する。排ガス出口温度高異常の判定は、測定値が設定値Ｘよりも高いか否かを判定し、設定値Ｘよりも高ければ排ガス出口温度高異常と判定する。

図３は排ガス出口温度の変化と異常の判定状況の例を記載したものである。図３の場合、当初は排ガスをバイパス通路へ送っており、途中で伝熱部へ切り換えている。排ガスの送り先をバイパス通路としている場合、バイパス通路４を通過した排ガスは、大部分がバイパス通路４からサイレンサ１１を通して煙突１２へ向かうが、一部の排ガスは排ガス出口部内を伝熱部７方向へ逆流する。バイパス通路４を通過した排ガスは、高温のまま排ガス出口部１０に達しているため、排ガス出口温度検出装置５をバイパス通路４の接続部より伝熱部７側に配置していても、排ガス出口温度検出装置５ではバイパス通路４を通過した高温排ガスの温度を測定することになるため、測定値は高くなる。この場合、排ガス出口温度検出装置５の測定値が上昇するのは、伝熱部７のスス付着とは関係ないものであるため、排ガス出口温度が設定値Ｘよりも高くなっていても異常ではない。そのため、この間は異常の判定を行わないようにする。

その後、点Ａにおいて排ガスの送り先をバイパス通路の側から伝熱部の側へ変更している。制御装置８では、ボイラ側リミットを検知した点Ａから設定時間ｔであるｔ秒が経過するごとに、排ガス出口温度検出装置５によって排ガス出口部の温度を検出する。ｔ秒ごとに検出する測定値は、排ガス出口温度高判断開始用であり、検出した測定値は、前回の測定値と比較することで排ガス出口温度高異常の判定の開始するか否かを決定する。測定値はボイラ側リミットを検知した以降の値であり、点Ａの場合は比較する対象となる前回の測定値が存在しないため、検出して記録しておくのみする。点Ａからｔ秒後である点Ｂとなると、排ガス出口温度検出装置によって再び排ガス出口温度高判断開始用の温度測定を行い、点Ｂの時点における測定値と前回の測定値である点Ａの時点における測定値を比較する。ここでは、点Ｂの測定値は点Ａの測定値よりも低い値となっている。排ガス出口温度高異常の判定開始は、測定値が前回の測定値以上となった以降であるため、排ガス出口温度高異常の判定はまだ開始しない。

さらに点Ｂからｔ秒後である点Ｃとなると、同様に点Ｃの測定値と前回の測定値に当たる点Ｂの測定値を比較する。この場合も点Ｃの測定値は点Ｂの測定値よりも低い値であるため、異常の判定は開始していない。同様に点Ｄにおいても、点Ｄでの測定値が前回の測定値より低下しているため、異常の判定は行わない。

しかし、点Ｅにおける測定値の場合、前回の測定値に当たる点Ｄの測定値と比較すると、点Ｅの測定値の方が高くなっている。測定値が前回の測定値以上となれば、排ガス出口温度高異常の判定を開始するため、点Ｅにおける測定値を設定値Ｘと比較して排ガス出口温度高異常の判定を行う。このとき、点Ｅの測定値は排ガス出口温度高異常を判定するための値である設定値Ｘより低いため、排ガス出口温度高異常は発生していないと判定する。

点Ｅで排ガス出口温度高異常の判定を開始した以降は、排ガス出口温度検出装置５による測定値と設定値Ｘとの比較を随時行う。排ガス出口温度検出装置５での測定値は、点Ｆにおいて設定値Ｘに達しており、制御装置８では測定値が設定値Ｘに達した点Ｆより排ガス出口温度高異常の発生を報知する。排ガス出口温度高異常は、排熱ボイラ１の運転を直ちに停止しなければならない重大な異常ではないため、排熱ボイラ１の運転は継続しておくが、近い内に伝熱部７を洗浄するなどの対処が必要であるため、排ガス出口温度高異常の報知を確認した担当者は対処の手配を行う。

排ガス出口温度高異常の判定を、排ガス出口部１０における温度の測定値が前回の測定値以上になった以降に行うのは、バイパス通路４から排ガス出口部１０内に入った排ガスが影響し、異常の誤検知を行うことを防止するためである。図３の点Ａで、排ガスダンパ６をボイラ側リミット１３まで移動し、排ガスは伝熱部７へ送るようにしても、点Ａの以前はバイパス通路４から高温の排ガスが排ガス出口部１０内へ流入していたため、排ガス出口部１０内の温度は高くなっている。点Ａ以降は伝熱部７を通った排ガスが排ガス出口部１０内に入るが、排ガス出口部１０ではバイパス通路４を通ってきた排ガスの影響が残っており、すぐには伝熱部７を通過した排ガスの温度のみを検出することはできない。伝熱部７を通過させた排ガスは、バイパス通路４を通過させた排ガスよりも低温であるため、バイパス通路４での排ガス流通を停止し、排ガスは伝熱部へ送るようにすると、排ガス出口部１０内での温度は低下していく。排ガス出口部１０内が伝熱部７を通過した排ガスに置き換わるまでは、排ガス出口部１０内の温度が低下し続ける。バイパス通路４を通過した排ガスの熱が残っている状態の場合には、伝熱部７での熱回収が正常に行われていても排ガス出口温度検出装置５で検出する温度は高くなり、この間は排ガス出口温度が高くても異常ではないため、排ガス出口温度高異常の判定は行わない。

その後、バイパス通路４を通過した排ガスによる影響がなくなると、排ガス出口温度検出装置５で測定する温度に影響を与えるのは伝熱部７を通過した排ガスの熱のみとなるため、排ガス出口温度検出装置５の測定値は低下しなくなる。排ガス出口温度検出装置５で測定した温度の値が、前回の測定値と同じ又は前回の測定値より高くなった場合、排ガス出口部１０内ではバイパス通路４を通過した排ガスによる影響はなくなったと判断することができる。排ガス出口温度高異常の判定は、バイパス通路４を通過した排ガスによる影響がなくなったことを確認できたときから開始し、それ以降に排ガス出口温度検出装置５の測定値と設定値Ｘを比較する排ガス出口温度高異常を判定することで、排ガス出口温度高異常を正しく判定することができる。

排ガスを排熱ボイラの伝熱部へ送っている場合のフロー図排ガスをバイパス通路へ送っている場合のフロー図排ガス出口温度の変化と異常判定の状況を説明する説明図

符号の説明

１排熱ボイラ
２発熱源
３排ガス通路
４バイパス通路
５排ガス出口温度検出装置
６排ガスダンパ
７伝熱部
８制御装置
９排ガス入口部
１０排ガス出口部
１１サイレンサ
１２煙突
１３ボイラ側リミット
１４バイパス側リミット

Claims

発熱源から送られてきた高温の排ガスを排熱ボイラの内部へ導入する排ガス入口部、導入した排ガスから熱の回収を行う伝熱部、伝熱部を通過した排ガスを煙突へ向けて排出する排ガス出口部を持った排熱ボイラであって、排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路を設け、排ガスダンパによって排ガスの送り先を伝熱部側とバイパス通路側とで変更するようにしている排熱ボイラにおいて、排ガスダンパの作動は、排ガスを伝熱部へ送る場合にはボイラ側リミットを検知するまで作動して停止するようにしており、排ガス出口部に排ガス出口温度検出装置を設けておき、排ガスダンパがボイラ側リミットを検知しており、伝熱部へ排ガスを供給している状態であって、排ガス出口温度検出装置にて測定している排ガス出口温度が低下傾向を示しておらず、かつ排ガス出口温度が設定値Ｘを超えていた場合に排ガス出口温度高異常と判定することを特徴とする排ガス出口温度高異常を検出する排熱ボイラ。
発熱源から送られてきた高温の排ガスを排熱ボイラの内部へ導入する排ガス入口部、導入した排ガスから熱の回収を行う伝熱部、伝熱部を通過した排ガスを煙突へ向けて排出する排ガス出口部を持った排熱ボイラであって、排ガス入口部と排ガス出口部を結ぶバイパス通路を設け、排ガスダンパによって排ガスの送り先を伝熱部側とバイパス通路側とで変更するようにしている排熱ボイラにおいて、排ガス出口部に排ガス出口温度検出装置を設けておき、排ガス出口温度高判断開始用として排ガス出口温度の測定値を、排ガスダンパによってバイパス通路への排ガス流入を停止した時から設定時間ｔが経過するごとに検出し、測定値が前回の測定値以上となれば、その測定値から排ガス出口温度高異常の判定を開始し、排ガス出口温度が設定値Ｘを超えていた場合に排ガス出口温度高異常と判定することを特徴とする排ガス出口温度高異常を検出する排熱ボイラ。