JP4793860B2

JP4793860B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP4793860B2
Application number: JP2006056005A
Authority: JP
Inventors: 将人西山; 則俊安藤
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP2007232299A

Description

本発明は、ボイラ水の電気伝導率に基づいてボイラ内面にスケールが付着していることの検出を行うボイラに関するものである。

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、蒸気の取り出しと給水を繰り返すことでボイラ水は濃縮していく。ボイラ水が濃縮すると、ボイラ水中に含まれている硬度成分が析出し、スケールとしてボイラの内面に固着する。そのため、前段階で水処理を行い硬度成分を除去した水をボイラへ供給するようにしている。しかし、水処理装置の異常などによって硬度成分が含まれた水がボイラへ給水する場合がある、その場合にはボイラ内面がスケールに覆われることになる。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てボイラの効率が低下し、さらには水管が過熱されることによって水管が破損するということもある。

そのため、特開２００５−２５７１１１公報に記載の発明では、ボイラ水の中に電極を設け、ボイラ水を通して流れる電流から抵抗値を測定する抵抗値測定装置を設けておき、スケールの付着を判定している。この発明は、スケールが付着すると、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の差が小さくなるため、抵抗値でスケールの付着を判定することができるというものである。この場合、未濃縮状態とはボイラ水の入替えを行う全ブローを行った直後の状態を指し、濃縮状態とは全ブローすることでいったんは未濃縮状態になったボイラ水が、ボイラの運転を行うことで濃縮して次に全ブローを行う時期に達した状態を指している。

抵抗値はボイラ水の濃縮度に応じて変化するため、一定の濃縮が行われていればそれに見合った抵抗値の変化が現れるはずである。しかし、実際に電流を流すことによって測定すると、抵抗値の変化は少ないという矛盾が現れた場合、スケールが付着することで抵抗値が変化したと判断することができる。この発明の場合、一定の濃縮が行われていることが条件となり、全ブローの実施間隔がずれてしまうと正確なスケール付着の判定を行うことができないという問題があった。しかし、全ブロー間隔はボイラ運転上の都合などによって変化することがある。ボイラ水が少ししか濃縮していない状態で全ブローを行った場合、濃縮度が少なければ測定抵抗値の変化も少なくなるため、スケールが付着していなくても抵抗値の差は小さくなる。しかしこの場合でも、スケール付着判定部では前回の全ブロー直後における抵抗値と今回の全ブロー時抵抗値の差が小さいことより、スケールは付着していないのにスケール付着との誤検出を行うということがあった。
特開２００５−２５７１１１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ができるようにすることにある。

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、ボイラ水の濃縮度に基づいてボイラ水を排出する濃縮ブローを行うことでボイラ水を所定の濃縮度に保つボイラにおいて、ボイラ水の中に設置する電気伝導率検出用電極と、電気伝導率検出用電極へ電流を流し、ボイラ水を通して流れる電流の抵抗値などからボイラ水の電気伝導率を算出する電気伝導率算出部を設けておき、濃縮ブローを行うことでボイラ水を所定の濃縮度に保っている状態の時に、電気伝導率算出部にて算出したボイラ水の電気伝導率が、あらかじめ設定しておいた基準値以下であることを検出すると、ボイラ内面にスケールが付着しているとの判定を行うスケール付着判定部を設けていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記のボイラにおいて、ボイラ水の濃縮度はボイラの蒸気発生量から演算によって求めるようにしておき、演算で求めたボイラ水の濃縮が所定の濃縮度に達すると濃縮ブローを開始し、演算で求めたボイラ水の濃縮度に基づいて濃縮ブローを行うようにしていることを特徴とする。

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、スケールが付着していないのにスケール付着ありとの判定を行う誤判定を防止することができる。

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、ボイラ上部から蒸気を取り出す。ボイラ１内ではボイラ水の沸き上がりが発生するが、ボイラから取り出すのは蒸気のみとするため、蒸気とボイラ水を分離する気水分離器４を設けておき、蒸気のみを分離して取り出し、気水分離器４で分離したボイラ水は、ボイラ１の下部へ還流させる。

気水分離器４の下部にはブロー配管１１を接続し、ブロー配管１１の途中に濃縮ブロー弁１０を設けておき、濃縮ブロー弁１０を開くことでボイラ水を排出する濃縮ブローを実施することができるようにしている。濃縮ブローの実施は、ボイラの運転を制御する運転制御装置６の濃縮ブロー制御部５によって自動制御する。ボイラ１の水位制御は、蒸気の発生によって水位が低下すると、給水を行うことで水位を上昇させ、所定の水位に保つものである。ボイラ運転中は、水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプ９を稼働し、水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプ９の稼働を停止することを繰り返す。

ボイラへ供給される給水には不純物が含まれており、蒸発しない不純物はボイラ水中内に蓄積されていくため、給水と蒸発を繰り返すことで不純物は濃縮されて濃度を増していく。ボイラ水の濃縮が過剰になると、ボイラ内にスケールが付着したり、ボイラ水が蒸気とともに取り出されるキャリオーバ等の問題が発生することになる。そのため、一定度まで濃縮が進むと、濃縮ブローを実施することでボイラ水が濃縮しすぎないように水質を調節する。濃縮ブローは濃縮したボイラ水を排出し、濃縮していない水を供給することでボイラ水の濃縮度を下げるものであり、蒸発量に対して一定の割合で排水することでボイラ水の濃縮度を一定に保つことができる。気水分離器４内のボイラ水は、ボイラ伝熱部で沸き上がることによって持ち上げられ、その後に蒸気を分離した残りであるため、最も濃縮しているボイラ水である。そのため、気水分離器４からボイラ水を排出することで、ボイラ水の濃縮度調節を効率的に行うことができる。

また、気水分離器４内にはボイラ水の電気伝導率を測定するための電気伝導率検出用電極２を設け、運転制御装置６内には電気伝導率算出部７を設けておく。電気伝導率の算出は、電気伝導率算出部７と電気伝導率検出用電極２によって行う。ボイラ水中に設けている電極間に電流を流すことでボイラ水中を流れる電流から抵抗値の算出を行い、抵抗値の逆数にセル定数を掛け、ボイラ水温度によって補正することで電気伝導率を算出する。ボイラ水に電流を流した場合、ボイラ水中に含まれているイオンの濃度によって電流の通りやすさが変わる。ボイラ水が濃縮していない場合には水中にあるイオン濃度が低いため、電流は流れにくくなることより抵抗値は大きくなり、抵抗の逆数である電気伝導率の値は小さくなる。ボイラ水が濃縮することで水中のイオン濃度が高くなると、電流が流れやすくなるために抵抗値は小さくなり、電気伝導率の値は大きくなる。

運転制御装置６内には、電気伝導率算出部７で検出した電気伝導率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判定部８を設けておき、スケール付着判定部８にてスケールが付着しているとの判定を行った場合は、スケール付着報知装置３にてスケール付着の注意信号を報知するようにしておく。スケール付着の判定は、濃縮ブローを行うことでボイラ水の濃縮度を一定の値に保っている状態の時に行う。ボイラ水は一定度以上に濃縮している状態において、電気伝導率算出部７にて算出するボイラ水の電気伝導率が、あらかじめ設定しておいた基準値以下となった場合には、ボイラ内面にスケールが付着しているとの判定を行う。

図２に基づいて、スケール付着有無の判定方法を説明する。図は電気伝導率算出部７にて算出するボイラ水の電気伝導率変化イメージを記したものであり、スケールが付着している状態での電気伝導率値変化を一点鎖線で示し、スケールが付着していない状態での電気伝導率値変化を実線で示している。未濃縮の電気伝導率とはボイラ水を入れ替えた直後であって給水そのままの電気伝導率であり、実施例では10ms/mの水を使用するものとしている。目標値とは、濃縮ブローを実施することでボイラ水の水質を一定に保つ場合の目標とする値である。目標値として350ms/mと設定していた場合、給水の電気伝導率である10ms/mから３５倍に濃縮するまでは濃縮ブローを行わず、３５倍に濃縮した以降は濃縮ブローを行うことで濃縮度を一定に保つということになる。給水を間欠的に行っているボイラでは、給水を行うと濃縮度は低下し、給水を停止していると濃縮度は上昇することになるが、濃縮ブローを行うことで濃縮度は一定の幅内に保つことができる。

ボイラ水の濃縮状態はボイラの蒸気発生量から求めることができるため、濃縮ブロー制御部５はボイラの蒸気発生量の情報を得て濃縮ブローを開始する時期を決定する。ボイラの蒸気発生量は燃焼時間と比例の関係にあるため、ボイラの燃焼時間を計測しておくことで蒸気発生量は算出することができる。蒸気発生によって水位が低下した分だけ給水を行っており、蒸発と給水の繰り返しによってボイラ水は濃縮していくため、給水の水質とボイラの保有水量が分かっていれば、ボイラの燃焼時間（蒸気発生量）からボイラ水の濃縮度を演算によって算出することができる。演算によって算出した濃縮度が目標値になると濃縮ブローを開始することで濃縮度を目標値に保つ。基準値とは、電気伝導率の値からスケールの付着を判断するしきい値となる値であり、ここでは目標値の約半分である200ms/mに設定している。

まずスケールが付着していない場合における電気伝導率の変化を説明する。ボイラが運転を開始する前のボイラが停止している段階では、ボイラ水は濃縮しないため、電気伝導率の値は未濃縮の線上にある。ボイラが運転を開始すると、蒸気となった水はボイラから取り出すが、ボイラ水中に含まれていた不純物はボイラ内に残留するため、ボイラ水は濃縮していく。そのため、電気伝導率算出部７で算出している電気伝導率の値はボイラ水の濃縮に伴って上昇していく。ボイラでは間欠的に給水を行うため、給水を行うとボイラ水の濃縮度は一時的に低下するが、ボイラ水中に含まれている不純物の総量が減少するわけではないため、電気伝導率の値は増減を繰り返しながら上昇していく。ボイラ水の濃縮度が低い間は濃縮ブローを行わないため、この間は電気伝導率の値は上昇し続ける。

ボイラの蒸気発生量から求まるボイラ水の濃縮度が目標値に達すると、濃縮ブロー制御部５は濃縮ブローを開始する。電気伝導率算出部７で検出している電気伝導率の値は、電気伝導率検出用電極２にスケールが付着することで正確な値を検出することができなくなるが、ボイラの燃焼時間から演算によって濃縮度を求めれば正確な濃縮度を算出することできる。濃縮ブローはボイラ水の濃縮状態を目標値付近に保つことを目指して濃縮したボイラ水の一部を排出するものであり、一定時間における蒸気発生量からボイラ水の排出必要量を算出しておき、濃縮したボイラ水を排出するのに必要な時間だけ濃縮ブロー弁１０を開くことでボイラ水の濃縮状態を一定に保つ。電気伝導率検出用電極２にスケールが付着していなければ、電気伝導率算出部７で電気伝導率を正確に検出することができるため、スケールが付着していない場合においては、電気伝導率算出部７で検出した電気伝導率の値は、目標値付近となっている。

次にボイラ内でスケールが付着している場合における電気伝導率の変化を説明する。ボイラ内にスケールが付着すると、電気伝導率検出用電極２にもスケールが付着することになり、電気伝導率検出用電極２にスケールが付着すると、電極間に電流を流した場合にスケールが抵抗となる。そのため、電流は流れにくくなり、電極間の抵抗値が大きくなるため、抵抗値から算出する電気伝導率の値は低くなる。なお、スケールが付着した場合、未濃縮時であっても電気伝導率の値は低くなるが、電気伝導率の値が低い未濃縮時にはスケール有無による電気伝導率値差の絶対値も小さくなるため、未濃縮時にはスケール付着の判定が不正確になる。そのため未濃縮時にはスケール付着有無の判定は行わず、一定度の濃縮が行われてからスケール付着の有無を判定するようにしている。ボイラ水の濃縮が進むと、電気伝導率の絶対値が上昇し、電気伝導率の値が上昇するにつれてスケール付着の有無による電気伝導率の差も大きくなるため、スケール付着の有無を正確に判定することができるようになる。

濃縮ブローの開始は、ボイラの蒸気発生量から求めることのできる濃縮度に基づいて行っているため、スケール付着の有無に関係なく濃縮ブロー開始時の濃縮度は一定となっている。スケール付着判定部８では、濃縮ブローを開始する濃縮度になっているはずであるのに、電気伝導率算出部７で検出する電気伝導率の値が基準値よりも低くなった場合には、ボイラ内にスケールが付着していると判定する。スケール付着判定部８はスケール付着ありとの判定を行うと、スケール付着報知装置３によってスケール付着ありの注意信号を出力する。

ボイラ使用者は、スケール付着ありの注意信号を受けてボイラの点検を行う。なお、スケールは付着していなくても、濃縮ブロー弁１０や給水流量計の異常や、ブロー率の設定ミスなど他に異常が発生していれば、同様な注意信号が出力されることになる。そのため、電気伝導率検出用電極によって検出する電気伝導率値による判定では、スケール付着以外の上記異常を検出することもできる。

本発明の一実施例におけるボイラの概要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電気伝導率検出用電極
３スケール付着報知装置
４気水分離器
５濃縮ブロー制御部
６運転制御装置
７電気伝導率算出部
８スケール付着判定部
９給水ポンプ
１０濃縮ブロー弁
１１ブロー配管

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、蒸発量に対して一定の割合で排水する濃縮ブローを行うことでボイラ水を所定の濃縮度に保つボイラにおいて、ボイラ水の中に設置する電気伝導率検出用電極と、電気伝導率検出用電極へ電流を流し、ボイラ水を通して流れる電流の抵抗値などからボイラ水の電気伝導率を算出する電気伝導率算出部を設けておき、濃縮ブローを行うことでボイラ水を所定の濃縮度に保っている状態の時に、電気伝導率算出部にて算出したボイラ水の電気伝導率が、あらかじめ設定しておいた基準値以下であることを検出すると、ボイラ内面にスケールが付着しているとの判定を行うスケール付着判定部を設けていることを特徴とするボイラ。
請求項１に記載のボイラにおいて、ボイラ水の濃縮度はボイラの蒸気発生量から演算によって求めるようにしておき、演算で求めたボイラ水の濃縮が所定の濃縮度に達すると濃縮ブローを開始し、演算で求めたボイラ水の濃縮度に基づいて濃縮ブローを行うようにしていることを特徴とするボイラ。