JP5302078B2

JP5302078B2 - ボイラの多缶設置システム

Info

Publication number: JP5302078B2
Application number: JP2009099987A
Authority: JP
Inventors: 将人西山
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: JP2010249431A

Description

本発明は複数のボイラを並列に設置して台数制御を行っている多缶設置システムに四位置燃焼制御を行うボイラを組み込んだ多缶設置システムに関するものである。

複数台のボイラと台数制御装置を設置しておき、負荷量に応じてボイラの燃焼台数を制御するボイラの多缶設置が広く普及している。蒸気ボイラにおける多缶設置の場合、各ボイラで発生した蒸気は、蒸気ヘッダに集合後に蒸気使用箇所へ送っており、蒸気ヘッダの蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼量（燃焼台数）を制御する台数制御を行う。台数制御では、蒸気ヘッダにおける蒸気圧力値が低い場合にはボイラの燃焼台数を多くすることで蒸気発生量を増加させ、蒸気圧力値が上昇すればボイラの燃焼台数を少なくすることで蒸気発生量を減少させて、蒸気圧力値が一定の制御幅内に収まるように制御を行う。

台数制御装置では、個々のボイラに対して稼働優先順位を定めておき、蒸気ヘッダ部分の蒸気圧力値から必要な燃焼量を求め、算出した燃焼量分となるように稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行う。燃焼指令を受けたボイラは、燃焼を行うことで缶水の加熱を行って蒸気を発生し、蒸気ヘッダへ蒸気を供給する。蒸気供給を行うことによって蒸気圧力値が上昇すると、必要な燃焼量が少なくなるため、台数制御装置は燃焼の必要がなくなったボイラへは燃焼停止の指令を出力し、燃焼指令が途切れたボイラは燃焼を停止する。

多缶設置では、一般的に高燃焼・低燃焼・停止の三位置で燃焼量を制御するボイラが使用される。ボイラは燃焼を開始する際には炉内を換気する必要があり、換気を行うとボイラ内から熱が逃げ出すため、燃焼の開始・停止は少なくした方が効率は高まる。また、換気を行った後でないと燃焼を開始できないため、蒸気の供給が遅れるということもある。そのため、燃焼を行わない停止と１００％の燃焼量である高燃焼の間に、５０％程度の燃焼量である低燃焼を設定しておき、高燃焼を行うことで蒸気圧力値が高まった場合には、燃焼量を低燃焼に落とし、蒸気供給量を減少させるようにしている。低燃焼を行うことで燃焼の発停回数を少なくすることができ、低燃焼から高燃焼への変更は短時間で行えるため蒸気供給の追従性も高めることができる。

低燃焼のある三位置燃焼制御を行うことで、燃焼開始・停止の頻度を減少することができるが、ボイラの負荷が５０％よりも小さい場合、燃焼量は停止と低燃焼の間で交互に変化するため燃焼の開始と停止を繰り返すことになる。この場合には、低燃焼の燃焼量を５０％よりも小さな値に設定しておくことで、燃焼開始・停止の頻度を少なくすることができるが、高燃焼と低燃焼の間が大きくなると、燃焼量移行時に蒸気質が不安定になるという問題が発生する。

そこで、特開平６−１４７４０２号公報に記載しているように、低燃焼と高燃焼の間に中燃焼を設定することで四位置で燃焼量を制御するということが考えられた。四位置制御のボイラであれば、高燃焼から低燃焼又は低燃焼から高燃焼へ移行を行う時に途中で中燃焼を実行するようにし、燃焼量移行時の変化量を少なくすることで蒸気質が不安定になることを防止できる。

多缶設置システムでは、ボイラの増設や一部のボイラを入れ替えることがよく行われているが、三位置制御を行っているシステムに四位置制御のボイラをそのまま組み込むことはできない。ボイラの運転制御は台数制御装置からの燃焼指令に基づいて行っており、三位置制御の台数制御装置は、高燃焼・低燃焼・停止のいずれかの運転指令を出力するものであるため、四位置制御のボイラを組み込んでいても中燃焼の燃焼指令は送られず、中燃焼を飛ばした三位置での燃焼を行うことになる。四位置制御を行うためには、台数制御装置を含めたシステム全体の入替えや、台数制御装置のプログラムを各ボイラが三位置制御か四位置制御かを判断してそれぞれにあった運転指令を出力するように変更することが必要となる。現在の市場では三位置制御が圧倒的であって、四位置制御のシェアはごくわずかであり、三位置制御に基づいてほとんどのシステムが作られているため、三位置制御を行っているボイラの多缶設置システムに四位置制御のボイラを組み込むということは行われていなかった。

特開平６−１４７４０２号公報

本発明が解決しようとする課題は、多缶設置システムにおいて、台数制御装置の入替えや台数制御装置のプログラム変更などを行わなくても、四位置制御ボイラを台数制御に組み込む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、並列に設置した複数台のボイラと、各ボイラの運転制御装置に対して高燃焼・低燃焼・停止の三位置の燃焼量で運転指令の出力を行う台数制御装置からなる多缶設置システムであって、ボイラの運転制御装置では、高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止からなる四位置の燃焼量でボイラの運転を行うため、台数制御装置から高燃焼の運転指令が送られてきた場合に、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択、又は台数制御装置から低燃焼の運転指令が送られてきた場合に、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するものであり、ボイラの運転制御装置では蒸気圧力値の検出を行っておき、検出している蒸気圧力値に基づき、前記一つの燃焼量の選択を行う制御を行うものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で一つの燃焼量を選択する場合、検出しているボイラ部の蒸気圧力値が、あらかじめ設定しておいた判別値よりも小さかった場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である高燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である中燃焼を選択し、前記判別値よりも大きかった場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である中燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である低燃焼を選択する制御を行うものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で一つの燃焼量を選択する場合、検出しているボイラ部の蒸気圧力値が下降している場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である高燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である中燃焼を選択し、前記蒸気圧力値が上昇している場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である中燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である低燃焼を選択する制御を行うものであることを特徴とする多缶設置システム。

請求項４に記載の発明は、前記多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で燃焼量の選択を行った結果、ボイラの燃焼量が高燃焼から低燃焼へ、又は低燃焼から高燃焼へ直接移行する運転指令の出力が行われることになった場合、高燃焼から設定時間分の中燃焼工程を経て低燃焼へ移行、又は低燃焼から設定時間分の中燃焼工程を経て高燃焼へ移行するように、中燃焼の工程を挿入する制御を行うものであることを特徴とする。

本発明を実施することよって、台数制御装置の入替えや台数制御装置のプログラム変更などを行わなくても、四位置制御ボイラを台数制御に組み込むことができるようになる。

本発明の一実施例におけるボイラの設置状態を示したフロー図第一の実施例における制御のフローチャート第二の実施例における制御のフローチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は多缶設置システムの設置状況を示したフロー図、図２は第一の実施例における制御のフローチャート、図３は第二の実施例における制御のフローチャートである。

図１に基づき、まずボイラの多缶設置システムの全体構成を説明する。本実施例では複数のボイラ１を並列に設置しており、各ボイラ１は蒸気配管で蒸気ヘッダ４と接続する。少なくとも１台のボイラは、高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の四位置で燃焼を行うものであり、１００％燃焼の高燃焼、５０％燃焼の中燃焼、２０％燃焼の低燃焼とするなど、５０％より小さな燃焼量も設定しておく。各ボイラ１で発生した蒸気は蒸気ヘッダ４に集合し、蒸気ヘッダ４から蒸気使用箇所へ蒸気の供給を行う。蒸気ヘッダ４には蒸気圧力を検出するヘッダ部圧力検出装置６を設け、ヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値は台数制御装置３へ出力する。各ボイラ１にもそれぞれのボイラで蒸気圧力値を検出するボイラ部圧力検出装置２を設けており、ボイラ部圧力検出装置２で検出した蒸気圧力値は、各ボイラの運転を制御する運転制御装置５へ出力するようにしている。

台数制御装置３は、各ボイラ１に設けている運転制御装置５とも接続しておき、各ボイラの運転制御装置５は、台数制御装置３からの指令に基づきボイラの運転を制御する。台数制御装置３では、各ボイラに対して稼働優先順位を設定しており、稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼を行わせる。台数制御装置３は、ヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値に対応して定まるボイラの燃焼状態を設定しておく。台数制御装置３は三位置で燃焼量を制御する一般的なものであり、各ボイラに対して高燃焼又は低燃焼の燃焼指令か、燃焼停止の指令を出力する。台数制御装置３ではヘッダ部圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値に基づいて必要な燃焼量を算出し、稼働優先順位の高いボイラから順に算出した燃焼量となるように燃焼指令を出力する。台数制御装置３は、蒸気ヘッダ４での蒸気圧力値が上昇すれば燃焼指令の出力を行うボイラの台数を減少し、蒸気圧力値が低下すれば燃焼指令の出力を行うボイラの台数を増加することで、蒸気ヘッダ４での蒸気圧力値を一定の範囲内に保つ。

台数制御装置３での燃焼指令は高燃焼及び低燃焼と燃焼停止の３段階であり、四位置制御を行うボイラでの燃焼は高燃焼・中燃焼・低燃焼と燃焼停止の４段階であるため、両者間での整合性をとらせる必要がある。四位置制御ボイラの運転制御装置５では、台数制御装置３から低燃焼の燃焼指令が出力された場合、ボイラ自身の判断により、燃焼を低燃焼とするか中燃焼とするかを決定する。図２と図３は、台数制御装置３からの指令に基づき運転制御装置５によって行っている制御のフローチャートである。図では、高燃焼をＨ、中燃焼をＭ、低燃焼をＬと略称している。

まず、第一の実施例を図２に基づき説明する。第一の実施例は、台数制御装置から低燃焼の燃焼指令が送られてきた場合、ボイラ部での蒸気圧力値に基づき、中燃焼又は低燃焼を選択し、ボイラを中燃焼又は低燃焼で運転するものである。運転制御装置５ではステップＳ０１で台数制御装置３からの運転指令を取り込む。台数制御装置３では、高燃焼・低燃焼・燃焼停止の３位置での運転指令を各ボイラの運転制御装置５に出力する。ステップＳ０２では、台数制御装置３からの運転指令が燃焼指令であるか停止指令であるかで分岐する。台数制御装置３からの指令が燃焼指令ではなく停止指令であった場合は、ステップＳ０３にて燃焼停止の処理を行い終了する。指令が燃焼指令であった場合、次のステップＳ０４へ進む。

ステップＳ０４では、燃焼指令の内容によって分岐する。台数制御装置３からの燃焼指令が高燃焼（Ｈ）であった場合、高燃焼を実行するのであるが、現時点での燃焼量が燃焼停止であったり、低燃焼であった場合、停止又は低燃焼（２０％の燃焼量）からいきなり高燃焼（１００％の燃焼量）へ変更すると燃焼量の変化が大きくなるため、設定時間だけ中燃焼を実行するステップＳ０６を設定している。

ボイラでほとんどのシェアを占める貫流ボイラの場合、ボイラ内の水位は水管の途中に設定しておき、蒸気とともに沸き上がってくる缶水は気水分離器で分離して蒸気のみを取り出すようにしている。２０％燃焼量の低燃焼から１００％燃焼の高燃焼に変更する場合にように、ボイラの燃焼量を急激に変更すると蒸気発生量が短時間で増加し、ボイラ本体部から気水分離器へ送られる際に発生する圧力損失が大きくなる。そのため、ボイラ本体部の圧力は気水分離器の圧力に比べて高くなり、水管部の水位は低くなる。水管部での水量減少が発生した場合、水管部の水は気水分離器に移動することになるため、気水分離器内の水位が上昇する。気水分離器内の水位が高くなっている間は、ボイラへの給水は行われないためにしばらくすると適正な水位となるが、水位が高い時期には気水分離器の能力が低下するため、缶水が蒸気とともにボイラから取り出されるキャリオーバが発生しやすくなる。

低燃焼と高燃焼での燃焼量の差が大きい場合に、低燃焼と高燃焼で直接変更すると、ボイラ本体部の圧力上昇による気水分離器内水位の上昇が短時間で発生し、キャリオーバによる蒸気質の低下などが発生するために好ましくない。しかし、低燃焼から一旦中燃焼に移行し、設定時間分の中燃焼を実行した後に高燃焼へ移行するようにしておけば、一度に行われる燃焼の変更量が少なくなり、気水分離器内水位の上昇は小さくなるため、キャリオーバの発生を防止することができる。低燃焼から中燃焼に変更することでも気水分離器内水位の上昇は発生するが、低燃焼と中燃焼での燃焼量の差は低燃焼と高燃焼での差に比べて小さく、気水分離器内の水位上昇も小さいため、キャリオーバが発生する可能性は大幅に少なくなる。燃焼量移行時に発生する気水分離器内の水位上昇は一時的なものであり、ボイラでは蒸気を取り出しているために気水分離器内の水位はしばらくすると低下する。燃焼量の変更途中で行う中燃焼の設定時間は、低燃焼から中燃焼へ変更した際に発生する気水分離器内の水位上昇がある程度収まるまでの時間を設定しておくとよい。ステップＳ０５で燃焼量が中燃焼又は高燃焼であった場合は、上記の中燃焼を実行する必要はないため、ステップＳ０６の中燃焼は行わず、ステップＳ０５からステップ０７に飛んで高燃焼を実行する。

ステップＳ０４で燃焼指令が低燃焼であった場合、ステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１では、ボイラ部圧力検出装置２で検出している蒸気圧力値と、あらかじめ設定しておいた判別値を比較し、蒸気圧力値が判別値よりも低ければステップＳ１２へ、蒸気圧力値が判別値よりも高ければステップＳ１３へ移行する。蒸気圧力値が判別値よりも低かった場合は、ステップＳ１２で比較的燃焼量の大きな中燃焼を行う。蒸気圧力値が判別値よりも高かった場合は、ステップＳ１３で現在の燃焼状態を確認し、現在の燃焼量が高燃焼であった場合は、高燃焼から低燃焼へ直接移行することはせず、ステップＳ１４で一旦中燃焼を行い、設定時間の中燃焼を実行した後にステップＳ１５で低燃焼を実行する。ステップＳ１３で現在の燃焼量が高燃焼ではなかった場合は、直接ステップＳ１５に移行し、すぐに低燃焼を実行する。

中燃焼とするか、低燃焼とするかは、各ボイラの運転制御装置５によって判断しているため、台数制御装置３からは高燃焼・低燃焼・停止の３位置での運転指令を受け取っていても、４位置でボイラを運転させることができる。蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼を３位置で制御する場合、蒸気圧力値が高い場合にはボイラの燃焼を停止、蒸気圧力値が低い場合にはボイラを高燃焼で運転し、中間の圧力の場合には低燃焼での運転を行うことで、蒸気圧力値を目標とする値に収束させるようにしている。燃焼量を４位置で制御するようにした場合でも、蒸気圧力値が高い場合にはボイラの燃焼を停止、蒸気圧力値が低い場合にはボイラを高燃焼で運転するという点は同じとし、中間の圧力の場合には、比較的高い圧力であれば低燃焼、比較的低い圧力であれば中燃焼とすることで、蒸気圧力値を目標とする値に収束させることができる。

次に第二の実施例を図３に基づいて説明する。第二の実施例は、台数制御装置から低燃焼の燃焼指令が送られてきた場合、ボイラ部での蒸気圧力値の変化方向に基づき、中燃焼又は低燃焼を選択し、ボイラを中燃焼又は低燃焼で運転するものである。第二の実施例も基本的な構成は第一の実施例と同じであり、特にステップＳ０１からステップＳ０７は全く同じである。第一の実施例と同じ部分は説明は省略する。図３ではステップＳ０４で燃焼指令が低燃焼であった場合、ステップＳ２１で蒸気圧力値の変化方向を検出する。ボイラ部圧力検出装置２で検出している蒸気圧力値が下降している場合、蒸気圧力値を一定の値に保つためにはボイラの燃焼量を多くする必要があり、そのためステップＳ２２で比較的燃焼量の大きな中燃焼を実行している。ステップＳ２１で蒸気圧力値が上昇していることを検出した場合には、ステップＳ２３にて現在の燃焼状態を確認し、現在の燃焼量が高燃焼であった場合は、ステップＳ２４で一旦中燃焼を行い、設定時間の中燃焼を実行した後にステップＳ２５で低燃焼を実行する。ステップＳ２３で現在の燃焼量が高燃焼ではなかった場合は、直接ステップＳ２５に移行し、すぐに低燃焼を実行する。

中燃焼とするか、低燃焼とするかは、各ボイラの運転制御装置５によって判断しているため、台数制御装置３からは高燃焼・低燃焼・停止の３位置での指令を受け取っていても、４位置でボイラを運転させることができる。台数制御装置３からの燃焼指令が低燃焼であれば、中燃焼又は低燃焼に変換するのであるが、蒸気圧力値が上昇している場合は蒸気供給量が蒸気使用量より多いということであるために燃焼量の小さな低燃焼とし、蒸気圧力値が低下している場合は蒸気供給量が蒸気使用量より少ないということであるために燃焼量が比較的大きい中燃焼とする。このような制御を行うことで、蒸気圧力値を目標とする値に収束させることができる。

本発明を実施することで、三位置制御を行うボイラと四位置制御を行うボイラが混在していても台数制御を適正に行うことができる。そして、三位置制御を行っている多缶設置システムにそのまま四位置制御のボイラを組み込むことができるため、追加部品やプログラム変更といったコストのかかる工事は不要であり、多缶設置システムへのボイラ組み込みに要するコストの上昇を抑えることができる。

なお、実施例では台数制御装置から低燃焼の運転指令があった場合に中燃焼と低燃焼から燃焼量を選択する場合を説明したが、台数制御装置から高燃焼の運転指令があった場合に高燃焼と中燃焼から燃焼量を選択するようにしてもよい。この場合も前記と同様な制御を行うことができる。

１ボイラ
２ボイラ部圧力検出装置
３台数制御装置
４蒸気ヘッダ
５運転制御装置
６ヘッダ部圧力検出装置

Claims

並列に設置した複数台のボイラと、各ボイラの運転制御装置に対して高燃焼・低燃焼・停止の三位置の燃焼量で運転指令の出力を行う台数制御装置からなる多缶設置システムであって、ボイラの運転制御装置では、高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止からなる四位置の燃焼量でボイラの運転を行うため、台数制御装置から高燃焼の運転指令が送られてきた場合に、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択、又は台数制御装置から低燃焼の運転指令が送られてきた場合に、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するものであり、ボイラの運転制御装置では蒸気圧力値の検出を行っておき、検出している蒸気圧力値に基づき、前記一つの燃焼量の選択を行う制御を行うものであることを特徴とする多缶設置システム。
請求項１に記載の多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で一つの燃焼量を選択する場合、検出しているボイラ部の蒸気圧力値が、あらかじめ設定しておいた判別値よりも小さかった場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である高燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である中燃焼を選択し、前記判別値よりも大きかった場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である中燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である低燃焼を選択する制御を行うものであることを特徴とする多缶設置システム。
請求項１に記載の多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で一つの燃焼量を選択する場合、検出しているボイラ部の蒸気圧力値が下降している場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である高燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より大きな燃焼量である中燃焼を選択し、前記蒸気圧力値が上昇している場合には、高燃焼及び中燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である中燃焼を選択、中燃焼及び低燃焼から一つの燃焼量を選択するのであれば、より小さな燃焼量である低燃焼を選択する制御を行うものであることを特徴とする多缶設置システム。
請求項１から３のいずれかに記載の多缶設置システムにおいて、ボイラの運転制御装置で燃焼量の選択を行った結果、ボイラの燃焼量が高燃焼から低燃焼へ、又は低燃焼から高燃焼へ直接移行する運転指令の出力が行われることになった場合、高燃焼から設定時間分の中燃焼工程を経て低燃焼へ移行、又は低燃焼から設定時間分の中燃焼工程を経て高燃焼へ移行するように、中燃焼の工程を挿入する制御を行うものであることを特徴とする多缶設置システム。