JP4865269B2 - 複合ボイラシステム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン、ガスタービン、焼却炉等の熱源からの排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラと、燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラとを併設し、排ガスボイラからの蒸気と燃料ボイラからの蒸気とを合流させて工場内蒸気等の蒸気使用先に送給するように構成された複合ボイラシステム及びその運転方法に関する。

ガスエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンを用いた発電設備を備えた工場等においては、エンジンからの排ガスの熱を回収して蒸気を発生する排ガスボイラを、工場内に別個に設置した石油燃料や石炭（微粉炭）等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料焚きボイラ（以下燃料ボイラという）と併用し、前記排ガスボイラからの蒸気と燃料ボイラからの蒸気とを合流させて蒸気供給管を介して工場内の蒸気使用先に送給するようにした複合ボイラシステムが多く用いられている。

図６は、かかる複合ボイラシステムの一例を示すブロック図である。
図６に示す例では、排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラを２台、石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラを1台設けている。
図において、１ａ，１ｂはガスエンジンからなる熱源、２ａ及び２ｂは排ガスボイラ（Ａ）及び排ガスボイラ（Ｂ）で、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂのそれぞれについて前記熱源１ａ，１ｂがそれぞれ1台あるいは複数台設けられている。
９ａ，９ｂは前記熱源１ａ，１ｂと前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂとを接続する排ガス管、１０ａ，１０ｂは該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂと図示しない煙突とを接続する排ガス管である。

０１０ａ，０１０ｂは前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂをバイパスする排ガスバイパス管である。３ａ，３ｂは前記排ガス管９ａ，９ｂに設けられてこれら排ガス管９ａ，９ｂの管路を開閉する排ガスダンパ、４ａ，４ｂは前記排ガスバイパス管０１０ａ，０１０ｂに設けられてこれら排ガスバイパス管０１０ａ，０１０ｂの管路を開閉する排ガスダンパである。５ａ，６ａは前記排ガスダンパ３ａ，４ａを開閉駆動する排ガスダンパ駆動装置、５ｂ，６ｂは前記排ガスダンパ３ｂ，４ｂを開閉駆動する排ガスダンパ駆動装置である。

１１ａは前記排ガスボイラ（Ａ）２ａで発生した蒸気を取り出す排ガスボイラ蒸気管、１１ｂは前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂで発生した蒸気を取り出す排ガスボイラ蒸気管である。前記２系統の排ガスボイラ蒸気管１１ａ，１１ｂが合流された排ガスボイラ蒸気管１２は、後述する燃料ボイラ１５からの燃料ボイラ蒸気管１４と合流される。
７ａは該排ガスボイラ蒸気管１１ａの管路を開閉する排ガスボイラ蒸気開閉弁、７ｂは該排ガスボイラ蒸気管１１ｂの管路を開閉する排ガスボイラ蒸気開閉弁である。
８ａ，８ｂは前記排ガスボイラ蒸気開閉弁７ａ，７ｂを開閉制御する蒸気開閉弁制御装置で、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａあるいは前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの圧力が一定値以上になったとき、該排ガスボイラ蒸気開閉弁７ａ，７ｂを開放するようになっている。

１５は燃料ボイラ（燃料焚きボイラ）で、燃料供給通路０２１を通して供給される重油等の石油燃料や石炭（微粉炭）等の燃料の燃焼により蒸気を発生する。該燃料ボイラ１５で発生した蒸気は燃料ボイラ蒸気管０１４，１４を通って、前記排ガスボイラ蒸気管１２と合流され、合流された蒸気供給管１３は工場内蒸気等の蒸気使用先に接続されて該蒸気使用先に蒸気を送給するようになっている。
１９は前記燃料ボイラ蒸気管０１４に取り付けられた燃料ボイラ蒸気流量計で、前記燃料ボイラ１５からの蒸気量（即ち燃料ボイラ１５の負荷）を計測する。２３は前記燃料ボイラ蒸気管１４に取り付けられた燃料ボイラ蒸気圧力計で、前記燃料ボイラ１５側の蒸気圧力を計測する。該燃料ボイラ蒸気圧力計２３での蒸気圧力計測値は、前記燃料供給通路０２１に設けられた燃料流量調整弁２１に伝送され、該燃料流量調整弁２１において前記蒸気圧力に応じて燃料流量を変化させ、燃料ボイラ１５側の蒸気圧力を所定の蒸気圧力に保持するようになっている。

１８は前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４に接続された大気放出管、１６は該大気放出管１８の管路を開閉する大気放出弁、１７は前記大気放出管１８に取り付けられた圧力調整弁で、前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４内の蒸気圧力が該圧力調整弁１７に設定された設定圧力以上になると、前記大気放出弁１６を開いて、前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４内の蒸気を、前記大気放出管１８及び消音装置２０を通して大気中に放出するようになっている。

尚、特許文献１（特開平１０−２１３３０３号公報）には、複数の燃料ボイラを並列運転するボイラ運転制御システムにおいて、蒸気圧力調節信号の増減方向に、各ボイラの蒸気流量調節信号の増減方向を一致するように制御して、蒸気圧力制御と蒸気流量制御との間の相互干渉を回避する技術が開示されている。

特開平１０−２１３３０３号公報

図６に示される従来技術においては、排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラ２ａ，２ｂ及び排ガスボイラ２ａ，２ｂと石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラ１５とを併設し、それぞれのボイラを独立した制御系統によって運転制御するように構成されている。
このため、かかる従来技術にあっては、図４（Ａ）のように、通常運転時には、熱源１ａ，１ｂによって決まるＥ１最大負荷（最大蒸気発生量）で排ガスボイラ２ａ，２ｂを運転し、該排ガスボイラ２ａ，２ｂ側の負荷と使用先負荷つまり工場負荷との間の過不足を燃料ボイラ１５のＦ１負荷で調整する運転を行なっている。

従ってかかる従来技術にあっては、図４（Ａ）のように、工場負荷の減少によって燃料ボイラ１５の負荷が下限つまりＦ１下限負荷に達すると、図６における大気放出弁１６が開き、Ｓで示される余剰蒸気が大気へ放出されることとなって、蒸気の損失を伴う。
そして、かかる余剰蒸気の大気への放出に伴ない、図６における排ガスバイパス管０１ａ，０１ｂの排ガスダンパ４ａ，４ｂの開度を大きくして排ガスボイラ２ａ，２ｂへの排ガス量を減少させることにより該排ガスボイラ２ａ，２ｂの負荷をＥ１修正負荷のように減少させる操作を行なうこととなる。
かかるＥ１負荷の修正操作は、前記排ガスボイラ２ａ，２ｂのボイラが独立した制御系統になっていることから、手動で行なわざるを得ず、このためプラントの運転操作性が低下する。

また、かかる従来技術にあっては、図５（Ａ）のように、排ガスボイラ２ａ，２ｂの一方（この場合は排ガスボイラ２ｂ）がＥ２負荷で通常運転中に、使用先負荷（工場負荷）一定の許で他方の排ガスボイラ２ａを起動しＥ１負荷を増加していく場合には、燃料ボイラ１５のＦ１負荷の一時的減少が避けられず、この場合も余剰蒸気が大気へ放出されることとなって、蒸気の損失を伴う。
さらに、かかる排ガスボイラの一方２ａ（あるいは２ｂ）の起動時や停止時にも、前記のような余剰蒸気の大気への放出に伴ない、図５（Ａ）のように、Ｅ２負荷で通常運転中の他方側の排ガスボイラ２ｂの負荷を、Ｅ２修正負荷のように減少させる操作を手動で行なわざるを得ず、このためプラントの運転操作性が低下する。

また、前記特許文献１（特開平１０−２１３３０３号公報）には、複数の燃料ボイラを並列運転するボイラ運転制御システムで、蒸気圧力調節信号の増減方向に各ボイラの蒸気流量調節信号の増減方向を一致するように制御して、蒸気圧力制御と蒸気流量制御との間の相互干渉を回避する手段が示されているにとどまり、排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラと石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラとの並列運転を行なう場合の、前記のような問題点の解決手段については開示されていない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、排ガスボイラと燃料ボイラとを併設してなる複合ボイラシステムにおいて、通常運転及び起動，停止時の双方で、余剰蒸気の放出を回避して蒸気の損失を低減するとともに、燃料の燃焼を必要とする燃料ボイラの負荷を必要最小限に抑えてエネルギー効率を向上し、さらに手動による負荷操作を皆無として、プラントの運転操作性を向上させた複合ボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、エンジン、ガスタービン、焼却炉等の熱源からの排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラと、石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラとを併設し、前記排ガスボイラからの排ガスボイラ蒸気と前記燃料ボイラからの燃料ボイラ蒸気とを合流させ、蒸気供給管を介して工場内蒸気等の蒸気使用先に送給するように構成された複合ボイラシステムにおいて、
前記燃料ボイラの負荷を検出する燃料ボイラ負荷検出手段と、該燃料ボイラ負荷検出手段から入力される前記燃料ボイラの負荷検出値に基づき、該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの負荷を算出して、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持して燃料ボイラの燃料消費量を最小限に制御する負荷コントローラと、前記負荷コントローラからの前記排ガスボイラの負荷算出値に基づき前記排ガスボイラの負荷を調整する排ガスボイラ負荷調整手段とをそなえ、前記負荷コントローラは、前記燃料ボイラの負荷が予め設定された下限負荷以下となったとき、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷と連動させて減少せしめるように構成され、さらに、前記排ガスボイラは複数台そなえられ、前記負荷コントローラは、燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの算出値の負荷を、各排ガスボイラに接続される前記熱源の数に応じて配分するとともに、前記負荷コントローラは、前記燃料ボイラの負荷と前記複数台の排ガスボイラの負荷合計値との負荷偏差を算出するボイラ負荷比較部と、前記負荷偏差に基づいて前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持する前記排ガスボイラの前記算出値の負荷になるよう前記複数台の排ガスボイラのうちのある排ガスボイラの負荷の増大に従って他の排ガスボイラの負荷を減少させるように関連させて変化せしめる負荷調整量を算出する排ガスボイラ負荷調整量算出部を備えたことを特徴とする。

また、前記のように構成された複合ボイラシステムの運転方法の発明は、請求項１記載の複合ボイラシステムの運転方法であって、前記燃料ボイラの負荷検出値に基づき該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの負荷を算出し、この排ガスボイラ負荷算出値に基づき前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持して燃料ボイラの燃料消費量を最小限に制御し、前記燃料ボイラの負荷検出値が予め設定された下限負荷以下となったとき、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷と連動させて減少し、さらに、前記排ガスボイラを複数台設けて、燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの算出値の負荷を、各排ガスボイラに接続される前記熱源の数に応じて配分するとともに、複数台の排ガスボイラの負荷をそれぞれ検出し、前記燃料ボイラの負荷検出値と前記各排ガスボイラの負荷検出値の和である排ガスボイラ負荷合計値との負荷偏差を算出し、該負荷偏差に基づいて前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持する前記排ガスボイラの前記算出値の負荷になるように前記複数台の排ガスボイラのうちのある排ガスボイラの負荷の増大に従って他の排ガスボイラの負荷を減少させるように関連させて変化せしめることを特徴とする。
ここで、前記排ガスボイラ負荷調整手段を、排ガスボイラへの排ガス量を変化せしめる排ガスダンパにて構成し、該排ガスダンパにより排ガスボイラをバイパスする排ガス量を変化せしめることにより排ガスボイラに供給される排ガス量を調整するように構成するのが好ましい形態である。

かかる発明によれば、燃料ボイラの負荷によって排ガスボイラの負荷を制御する負荷コントローラを設けて、該負荷コントローラにより、燃料ボイラ負荷検出手段で検出された燃料ボイラの負荷検出値に基づき、該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する排ガスボイラの負荷を算出して排ガスボイラの負荷を、燃料ボイラの負荷がその最小値を保持するように制御するので、通常運転時には工場負荷等の蒸気使用先の負荷が変動しても、負荷コントローラにより排ガスボイラの負荷を制御して、常時燃料ボイラの負荷を最小値に保持せしめることができて、燃料ボイラにおける燃料消費を最少限に保持してボイラプラントを運転できる。

また、前記燃料ボイラの負荷が予め設定された下限負荷以下となったとき排ガスボイラの負荷を燃料ボイラの負荷と連動させて減少せしめるので、蒸気使用先の負荷低下時に、負荷コントローラによって排ガスボイラの負荷を自動的に燃料ボイラの負荷と連動させて減少せしめることにより、従来技術のような燃料ボイラの余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる。
さらに、前記のような余剰蒸気の大気への放出を回避できるとともに、負荷コントローラにより蒸気使用先の負荷低下時に排ガスボイラの負荷を自動的に燃料ボイラの負荷と連動させて減少せしめるので、従来技術のように手動によって排ガスボイラの負荷調整を行なう必要が無くなり、ボイラプラントの運転操作性が向上する。

さらに、排ガスボイラと燃料ボイラとを併設し、排ガスボイラからの排ガスボイラ蒸気と燃料ボイラからの燃料ボイラ蒸気とを合流させて工場内蒸気等の蒸気使用先に送給するように構成された既設の複合ボイラシステムであっても、前記のような燃料ボイラの負荷によって排ガスボイラの負荷を制御する負荷コントローラを追設するのみで、既設の燃料ボイラ負荷検出手段から入力される燃料ボイラの負荷検出値を用いて、燃料ボイラの負荷の最小値に対応する排ガスボイラの負荷を算出して、該排ガスボイラの負荷を燃料ボイラの負荷がその最小値を保持するように制御することにより、余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる、という前記作用効果をそなえた複合ボイラシステムを得ることができる。

かかる発明によれば、複数の排ガスボイラの一方を通常運転中に、使用先負荷（工場負荷）一定の許で他方の排ガスボイラを起動して負荷を増加していくような場合においては、燃料ボイラの負荷検出値と、各排ガスボイラの負荷検出値の和である排ガスボイラ負荷合計値との負荷偏差を算出し、該負荷偏差に基づき燃料ボイラの負荷が一定値を保持するように前記複数台の排ガスボイラの負荷を関連させて変化せしめるので、排ガスボイラの起動時や停止時のように排ガスボイラ側の負荷が変化しても、これに影響されることなく燃料ボイラ側の負荷を常時一定に保持することができ、燃料ボイラの負荷変動のない安定運転を保持できる。
さらには、排ガスボイラの起動時等において該排ガスボイラの一方側の負荷を増加していく場合においても、従来技術のように燃料ボイラ側の負荷の一時的減少の発生によって余剰蒸気が大気へ放出されるのを回避可能となって、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる。

本発明によれば、負荷コントローラにより、燃料ボイラの負荷検出値に基づき燃料ボイラの負荷の最小値に対応する排ガスボイラの負荷を算出して排ガスボイラの負荷を燃料ボイラの負荷が燃料ボイラ負荷の最小値を保持するように制御するので、通常運転時には工場負荷等の蒸気使用先の負荷が変動しても、排ガスボイラの負荷を制御して常時燃料ボイラの負荷を最小値に保持せしめることができて、燃料ボイラにおける燃料消費を最少限に保持してボイラプラントを運転できるとともに、蒸気使用先の負荷低下時に排ガスボイラの負荷を自動的に燃料ボイラの負荷と関連させて減少せしめることにより、余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる。
さらには、前記のように余剰蒸気の大気への放出を回避できるとともに蒸気使用先の負荷低下時に排ガスボイラの負荷を自動的に燃料ボイラの負荷と関連させて減少せしめることにより、従来技術のような手動による排ガスボイラの負荷調整を行なう必要が無くなって、ボイラプラントの運転操作性が向上する。

また本発明によれば、既設の複合ボイラシステムであっても、前記のような燃料ボイラの負荷によって排ガスボイラの負荷を制御する負荷コントローラを追設するのみで、燃料ボイラの負荷検出値を用いて該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する排ガスボイラの負荷を算出し、該排ガスボイラの負荷を燃料ボイラの負荷がその最小値を保持するように制御することにより、余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる、という前記作用効果をそなえた複合ボイラシステムを得ることができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の第１、第２実施例に係る複合ボイラシステムの全体構成を示すブロック図である。
図１に示す実施例では、排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラを２台、石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラを1台設けているが、排ガスボイラを１台あるいは３台以上、燃料ボイラを複数台設けてもよい。
図１において、１ａ，１ｂはガスエンジンからなる熱源、２ａ及び２ｂは排ガスボイラ（Ａ）及び排ガスボイラ（Ｂ）で、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂのそれぞれについて前記熱源１ａ，１ｂがそれぞれ1台あるいは複数台設けられている。前記熱源１ａ，１ｂは、前記ガスエンジンの他、ガスタービン、焼却炉等、排ガスを放出する機器であればよい。

９ａ，９ｂは前記熱源１ａ，１ｂと前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂとを接続する排ガス管、１０ａ，１０ｂは該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂと図示しない煙突とを接続する排ガス管である。
０１０ａ，０１０ｂは前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂをバイパスする排ガスバイパス管である。３ａ，３ｂは前記排ガス管９ａ，９ｂに設けられてこれら排ガス管９ａ，９ｂの管路を開閉する排ガスダンパ、４ａ，４ｂは前記排ガスバイパス管０１０ａ，０１０ｂに設けられてこれら排ガスバイパス管０１０ａ，０１０ｂの管路を開閉する排ガスダンパである。５ａ，６ａは前記排ガスダンパ３ａ，４ａをそれぞれ開閉駆動する排ガスダンパ駆動装置、５ｂ，６ｂは前記排ガスダンパ３ｂ，４ｂをそれぞれ開閉駆動する排ガスダンパ駆動装置である。

１１ａは前記排ガスボイラ（Ａ）２ａで発生した蒸気を取り出す排ガスボイラ蒸気管、１１ｂは前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂで発生した蒸気を取り出す排ガスボイラ蒸気管である。前記２系統の排ガスボイラ蒸気管１１ａ，１１ｂが合流された排ガスボイラ蒸気管１２は、後述する燃料ボイラ１５からの燃料ボイラ蒸気管１４と合流される。
７ａは該排ガスボイラ蒸気管１１ａの管路を開閉する排ガスボイラ蒸気開閉弁、７ｂは該排ガスボイラ蒸気管１１ｂの管路を開閉する排ガスボイラ蒸気開閉弁である。
８ａ，８ｂは前記排ガスボイラ蒸気開閉弁７ａ，７ｂを開閉制御する蒸気開閉弁制御装置で、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａあるいは前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの圧力が一定値以上になったとき、該排ガスボイラ蒸気開閉弁７ａ，７ｂを開放するようになっている。

１５は燃料ボイラ（燃料焚きボイラ）で、燃料供給通路０２１を通して供給される重油等の石油燃料や石炭（微粉炭）等の燃料の燃焼により蒸気を発生する。該燃料ボイラ１５で発生した蒸気は燃料ボイラ蒸気管０１４及び１４を通って、前記排ガスボイラ蒸気管１２と合流され、合流された蒸気供給管１３は工場内蒸気等の蒸気使用先に接続されて該蒸気使用先に蒸気を送給するようになっている。
１９は前記燃料ボイラ蒸気管０１４に取り付けられた燃料ボイラ蒸気流量計で、前記燃料ボイラ１５からの蒸気量（即ち燃料ボイラ１５の負荷）を計測する。２３は前記燃料ボイラ蒸気管１４に取り付けられた燃料ボイラ蒸気圧力計で、前記燃料ボイラ１５側の蒸気圧力を計測する。該燃料ボイラ蒸気圧力計２３での蒸気圧力計測値は、前記燃料供給通路０２１に設けられた燃料流量調整弁２１に伝送され、該燃料流量調整弁２１において前記蒸気圧力に応じて燃料流量を変化させ、燃料ボイラ１５側の蒸気圧力を所定の蒸気圧力に保持するようになっている。

１８は前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４に接続された大気放出管、
１６は該大気放出管１８の管路を開閉する大気放出弁、１７は前記大気放出管１８に取り付けられた圧力調整弁で、前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４内の蒸気圧力が該圧力調整弁１７に設定された設定圧力以上になると、前記大気放出弁１６を開いて、前記排ガスボイラ蒸気管１２及び燃料ボイラ蒸気管１４内の蒸気を、前記大気放出管１８及び消音装置２０を通して大気中に放出するようになっている。

２５は本発明の要旨をなす負荷コントローラ（詳細は後述）である。０１９は前記燃料ボイラ蒸気流量計１９を介して前記燃料ボイラ１５の負荷（蒸気量）を検出する燃料ボイラ負荷検出器、０８ａは前記蒸気開閉弁制御装置８ａを介して前記排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷（蒸気量）を検出する排ガスボイラ（Ａ）負荷検出器、０８ｂは前記蒸気開閉弁制御装置８ｂを介して前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷（蒸気量）を検出する排ガスボイラ（Ｂ）負荷検出器である。

前記燃料ボイラ負荷検出器０１９からの燃料ボイラ１５の負荷（蒸気量）の検出値、前記排ガスボイラ（Ａ）負荷検出器０８ａからの排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷（蒸気量）の検出値、前記排ガスボイラ（Ｂ）負荷検出器０８ｂからの排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷（蒸気量）の検出値は前記負荷コントローラ２５に入力される。
また、前記熱源１ａ，１ｂの運転台数の値も、熱源運転台数入力手段３０（図２参照）によって前記負荷コントローラ２５に入力される。該負荷コントローラ２５は前記各負荷の検出値及び熱源１ａ，１ｂの運転台数の入力値に基づき後述する演算、制御を行い、制御信号を前記各排ガスダンパ駆動装置５ａ，５ｂ及び６ａ，６ｂに伝送する。

図２は本発明の第１実施例に係る複合ボイラシステムの制御ブロック図である。
図２において、前記燃料ボイラ負荷検出器０１９からの燃料ボイラ１５の負荷（蒸気量）の検出値は負荷コントローラ２５の燃料ボイラ負荷比較部２５２に入力される。２５１は燃料ボイラ最小負荷設定部で、図４（Ｂ）にＦ１負荷にて示す燃料ボイラ１５の安定運転可能な最小負荷が設定されている。
前記燃料ボイラ負荷比較部２５２においては、前記燃料ボイラ１５の負荷検出値と前記最小負荷（Ｆ１負荷）とを比較し、その比較結果つまり燃料ボイラ負荷偏差を負荷調整量算出部２５３に出力する。
該負荷調整量算出部２５３においては、前記燃料ボイラ負荷偏差から図４（Ｂ）にＥ１修正負荷にて示す前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷修正量を算出して排ガスボイラダンパ開度算出部２５４に出力する。

排ガスボイラダンパ開度算出部２５４においては、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷修正量に基づき、前記熱源運転台数入力手段３０から入力される排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂのそれぞれに接続されている熱源１ａあるいは熱源１ｂの運転台数にしたがって負荷配分を行い、前記排ガスダンパ３ａ，４ａ及び排ガスダンパ３ｂ，４ｂの開度を算出する。
ここで、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷（Ｅ１負荷）を増加する際には、排ガスダンパ（Ａ）３ａの開度を大きく、排ガスバイパス管０１０ａ側の排ガスダンパ（Ａ）４ａの開度を小さくし（前記負荷（Ｅ１負荷）を減少する際にはこれの逆）、前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷（Ｅ２負荷）を増加する際には、排ガスダンパ（Ｂ）３ｂの開度を大きく、排ガスバイパス管０１０ｂ側の排ガスダンパ（Ｂ）４ｂの開度を小さくする（前記負荷（Ｅ１負荷）を減少する際にはこれの逆）。

排ガスボイラダンパ開度算出部２５４にて、前記のようにして排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂ毎に算出され負荷配分された排ガスダンパ３ａ，４ａ及び排ガスダンパ３ｂ，４ｂの開度算出値は、排ガスダンパ（Ａ）駆動装置５ａ，６ａ及び、排ガスダンパ（Ｂ）駆動装置５ｂ，６ｂにそれぞれ出力され、該排ガスダンパ（Ａ）駆動装置５ａ，６ａによって排ガスダンパ３ａ，４ａの開度が前記開度設定値に設定され、排ガスダンパ（Ｂ）駆動装置５ｂ，６ｂによって排ガスダンパ３ｂ，４ｂの開度が前記開度設定値に設定される。

さらに、排ガスボイラダンパ開度算出部２５４においては、前記燃料ボイラ１５の負荷が予め設定された下限負荷（図４のＦ１下限負荷）以下となった場合に対する、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷調整量を算出しておき、前記燃料ボイラ１５の負荷が前記下限負荷以下になったとき、該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷調整量だけ減少せしめるように、前記排ガスダンパ（Ａ）駆動装置５ａ，６ａ及び排ガスダンパ（Ｂ）駆動装置５ｂ，６ｂを駆動する。

かかる第１実施例によれば、燃料ボイラ１５の負荷によって排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を制御する負荷コントローラ２５を設けて、該負荷コントローラ２５により、燃料ボイラ１５の負荷検出値に基づき、該燃料ボイラ１５の負荷の最小値（Ｆ１最小負荷）に対応する排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を算出して該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を燃料ボイラ１５の負荷がその最小値（Ｆ１最小負荷）を保持するように制御するので、通常運転時には工場負荷等の蒸気使用先の負荷が変動しても、負荷コントローラ２５により該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を制御して、常時燃料ボイラ１５の負荷を前記最小値（Ｆ１最小負荷）に保持せしめることができて、燃料ボイラ１５における燃料消費を最少限に保持してボイラプラントを運転できる。

また、前記燃料ボイラ１５の負荷が予め設定された下限負荷（Ｆ１下限負荷）以下となったとき、該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を燃料ボイラ１５の負荷と連動させて減少せしめるので、蒸気使用先の負荷低下時に、負荷コントローラ２５によって排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を自動的に燃料ボイラ１５の負荷と関連させて減少せしめることにより、従来技術のような燃料ボイラ１５の余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる。
さらに、前記のような余剰蒸気の大気への放出を回避できるとともに、負荷コントローラ２５により蒸気使用先の負荷低下時に排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を自動的に燃料ボイラ１５の負荷と関連させて減少せしめるので、従来技術のように手動によって排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷調整を行なう必要が無くなり、ボイラプラントの運転操作性が向上する。

さらに、排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂと燃料ボイラ１５とを併設し、該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂからの排ガスボイラ蒸気と燃料ボイラ１５からの燃料ボイラ蒸気とを合流させて工場内蒸気等の蒸気使用先に送給するように構成された既設の複合ボイラシステムであっても、前記のような燃料ボイラ１５の負荷によって排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を制御する負荷コントローラ２５を追設するのみで、既設の燃料ボイラ蒸気流量計１９から入力される燃料ボイラ１５の負荷検出値を用いて、燃料ボイラ１５の負荷の最小値に対応する排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を算出して、該排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を燃料ボイラ１５の負荷が前記最小値（Ｆ１最小負荷）を保持するように制御することにより、余剰蒸気の大気への放出を回避でき、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる、という前記作用効果をそなえた複合ボイラシステムを得ることができる。

図３は本発明の第２実施例に係る複合ボイラシステムの制御ブロック図である。
図３において、前記排ガスボイラ（Ａ）負荷検出器０８ａからの排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷（蒸気量）の検出値、前記排ガスボイラ（Ｂ）負荷検出器０８ｂからの排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷（蒸気量）の検出値は負荷コントローラ２５の排ガスボイラ合計負荷算出部２５５に入力される。
該排ガスボイラ合計負荷算出部２５５においては、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷の合計値即ち排ガスボイラ負荷合計値を算出して、ボイラ負荷比較部２５６に入力する。
該ボイラ負荷比較部２５６においては、前記燃料ボイラ負荷検出器０１９から入力される燃料ボイラ１５の負荷検出値と前記排ガスボイラ負荷合計値とを比較して、燃料ボイラ負荷検出値と排ガスボイラ負荷合計値との差である負荷偏差を算出して、排ガスボイラ合計負荷調整量算出部２５７に入力する。

排ガスボイラ合計負荷調整量算出部２５７においては、前記負荷偏差に基づき、前記燃料ボイラ１５の負荷が燃料ボイラ負荷検出器０１９で検出された燃料ボイラ１５の負荷検出値あるいは別個に設定された負荷設定値を一定に保持するに必要な、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷の合計値に対応する負荷調整量を算出する。
即ち、図５（Ｂ）のように、前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂが一定のＥ２負荷で運転されている際に前記排ガスボイラ（Ａ）２ａを起動したとき、該排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷の増加に従い前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を減少させるような負荷調整量を算出する。この負荷調整量の算出値は、排ガスボイラ（Ａ）負荷調整量算出部２５８及び排ガスボイラ（Ｂ）負荷調整量算出部２５９に入力される。

排ガスボイラ（Ａ）負荷調整量算出部２５８及び排ガスボイラ（Ｂ）負荷調整量算出部２５８においては、排ガスボイラ合計負荷調整量算出部２５７からの負荷調整量の算出値と、前記排ガスボイラ（Ａ）負荷検出器０８ａからの排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷検出値及び前記排ガスボイラ（Ｂ）負荷検出器０８ｂからの排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷検出値と、前記熱源運転台数入力手段３０から入力される排ガスボイラ（Ａ）２ａ及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂのそれぞれに接続されている熱源１ａあるいは熱源１ｂの運転台数とによって、排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷調整量及び排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷調整量をそれぞれ算出し、排ガスボイラ（Ａ）ダンパ開度算出部２６１及び、排ガスボイラ（Ｂ）ダンパ開度算出部２６０に入力する。

排ガスボイラ（Ａ）ダンパ開度算出部２６１及び排ガスボイラ（Ｂ）ダンパ開度算出部２６０においては、前記排ガスボイラ（Ａ）負荷調整量算出部２５８及び排ガスボイラ（Ｂ）負荷調整量算出部２５９にてそれぞれ算出された前記排ガスボイラ（Ａ）の負荷調整量、及び前記排ガスボイラ（Ｂ）の負荷調整量に相当する、排ガスボイラ（Ａ）ダンパ開度及び排ガスボイラ（Ｂ）のダンパ開度をそれぞれ算出して、排ガスダンパ（Ａ）駆動装置５ａ，６ａ及び、排ガスダンパ（Ｂ）駆動装置５ｂ，６ｂにそれぞれ入力する。
該排ガスダンパ（Ａ）駆動装置５ａ，６ａによって排ガスダンパ３ａ，４ａの開度が前記開度設定値に設定され、排ガスダンパ（Ｂ）駆動装置５ｂ，６ｂによって排ガスダンパ３ｂ，４ｂの開度が前記開度に設定される。

以上の動作によって、図５（Ｂ）のように、たとえば、前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂが一定のＥ２負荷で運転されている際に前記排ガスボイラ（Ａ）２ａを起動したとき、該排ガスボイラ（Ａ）２ａの負荷の増加に従い前記排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を減少させ、これにより、前記燃料ボイラ１５の負荷は、前記排ガスボイラ（Ａ）２ａあるいは排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷の変動に影響させることなく一定値（Ｆ１負荷）を保持することが可能となる。

かかる第２実施例によれば、排ガスボイラ（Ａ）２ａあるいは排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの一方（たとえば排ガスボイラ（Ｂ）２ｂ）が通常運転中に、使用先負荷（工場負荷）一定の許で他方の排ガスボイラ（たとえば排ガスボイラ（Ａ）２ａ）を起動して負荷を増加していくような場合においては、燃料ボイラ１５の負荷検出値と、排ガスボイラ（Ａ）２ａと排ガスボイラ（Ｂ）２ｂとの負荷検出値の和である排ガスボイラ負荷合計値との負荷偏差を算出し、該負荷偏差に基づき燃料ボイラ１５の負荷が一定値を保持するように前記排ガスボイラ（Ａ）２ａと排ガスボイラ（Ｂ）２ｂの負荷を関連させて変化せしめるので、排ガスボイラ２ａ，２ｂの起動時や停止時のように、該排ガスボイラ２ａ，２ｂ側の負荷が変化しても、これに影響されることなく燃料ボイラ１５側の負荷を常時一定に保持することができ、該燃料ボイラ１５の負荷変動のない安定運転を保持できる。

さらには、排ガスボイラ２ａ，２ｂの起動時等において、該排ガスボイラ２ａ，２ｂの一方側の負荷を増加していく場合においても、従来技術のように燃料ボイラ１５側の負荷の一時的減少の発生によって余剰蒸気が大気へ放出されるのを回避可能となって、かかる放出に伴なう蒸気の損失を防止できて、エネルギー効率を向上できる。

本発明によれば、排ガスボイラと燃料ボイラとを併設してなる複合ボイラシステムにおいて、通常運転及び起動，停止時の双方で、余剰蒸気の放出を回避して蒸気の損失を低減可能ななるとともに、燃料の燃焼を必要とする燃料ボイラの負荷を必要最小限に抑えてエネルギー効率を向上でき、さらに手動による負荷操作を皆無として、プラントの運転操作性を向上可能とした複合ボイラシステムを提供できる。

本発明の第１、第２実施例に係る複合ボイラシステムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施例に係る複合ボイラシステムの制御ブロック図である。 本発明の第２実施例に係る複合ボイラシステムの制御ブロック図である。 本発明の第１実施例における作用説明線図である。 本発明の第２実施例における作用説明線図である。 従来技術を示す図１対応図である。

１ａ，１ｂ 熱源
２ａ 排ガスボイラ（Ａ）
２ｂ 排ガスボイラ（Ｂ）
３ａ，３ｂ 排ガスダンパ
４ａ，４ｂ 排ガスダンパ
５ａ，６ａ，５ｂ，６ｂ 排ガスダンパ駆動装置
７ａ，７ｂ 排ガスボイラ蒸気開閉弁
８ａ，８ｂ 蒸気開閉弁制御装置
０８ａ 排ガスボイラ（Ａ）負荷検出器
０８ｂ 排ガスボイラ（Ｂ）負荷検出器
９ａ，９ｂ 排ガス管
０１０ａ，０１０ｂ 排ガスバイパス管
１１ａ，１１ｂ 排ガスボイラ蒸気管
１４ 燃料ボイラ蒸気管
１５ 燃料ボイラ
１６ 大気放出弁
１７ 圧力調整弁
１８ 大気放出管
１９ 燃料ボイラ蒸気流量計
０１９ 燃料ボイラ負荷検出器
２１ 燃料流量調整弁
２３ 燃料ボイラ蒸気圧力計
２５ 負荷コントローラ

Claims (3)

1. エンジン、ガスタービン、焼却炉等の熱源からの排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラと、石油燃料、石炭等の燃料の燃焼により蒸気を発生する燃料ボイラとを併設し、前記排ガスボイラからの排ガスボイラ蒸気と前記燃料ボイラからの燃料ボイラ蒸気とを合流させ、蒸気供給管を介して工場内蒸気等の蒸気使用先に送給するように構成された複合ボイラシステムにおいて、
   前記燃料ボイラの負荷を検出する燃料ボイラ負荷検出手段と、該燃料ボイラ負荷検出手段から入力される前記燃料ボイラの負荷検出値に基づき、該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの負荷を算出して、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持して燃料ボイラの燃料消費量を最小限に制御する負荷コントローラと、前記負荷コントローラからの前記排ガスボイラの負荷算出値に基づき前記排ガスボイラの負荷を調整する排ガスボイラ負荷調整手段とをそなえ、
   前記負荷コントローラは、前記燃料ボイラの負荷が予め設定された下限負荷以下となったとき、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷と連動させて減少せしめるように構成され、
   さらに、前記排ガスボイラは複数台そなえられ、前記負荷コントローラは、燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの算出値の負荷を、各排ガスボイラに接続される前記熱源の数に応じて配分するとともに、前記負荷コントローラは、前記燃料ボイラの負荷と前記複数台の排ガスボイラの負荷合計値との負荷偏差を算出するボイラ負荷比較部と、前記負荷偏差に基づいて前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持する前記排ガスボイラの前記算出値の負荷になるよう前記複数台の排ガスボイラのうちのある排ガスボイラの負荷の増大に従って他の排ガスボイラの負荷を減少させるように関連させて変化せしめる負荷調整量を算出する排ガスボイラ負荷調整量算出部を備えたことを特徴とする複合ボイラシステム。
2. 前記排ガスボイラ負荷調整手段は、前記排ガスボイラへの排ガス量を変化せしめる排ガスダンパにて構成され、該排ガスダンパにより前記排ガスボイラをバイパスする排ガス量を変化せしめることにより前記排ガスボイラに供給される排ガス量を調整するように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の複合ボイラシステム。
3. 請求項１記載の複合ボイラシステムの運転方法であって、
   前記燃料ボイラの負荷検出値に基づき該燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの負荷を算出し、この排ガスボイラ負荷算出値に基づき前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持して燃料ボイラの燃料消費量を最小限に制御し、
   前記燃料ボイラの負荷検出値が予め設定された下限負荷以下となったとき、前記排ガスボイラの負荷を前記燃料ボイラの負荷と連動させて減少し、
   さらに、前記排ガスボイラを複数台設けて、燃料ボイラの負荷の最小値に対応する前記排ガスボイラの算出値の負荷を、各排ガスボイラに接続される前記熱源の数に応じて配分するとともに、複数台の排ガスボイラの負荷をそれぞれ検出し、前記燃料ボイラの負荷検出値と前記各排ガスボイラの負荷検出値の和である排ガスボイラ負荷合計値との負荷偏差を算出し、該負荷偏差に基づいて前記燃料ボイラの負荷が前記最小値を保持する前記排ガスボイラの前記算出値の負荷になるように前記複数台の排ガスボイラのうちのある排ガスボイラの負荷の増大に従って他の排ガスボイラの負荷を減少させるように関連させて変化せしめることを特徴とする複合ボイラシステムの運転方法。

Images