JP5349235B2 - 多缶設置ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、ボイラを複数台設置しておき、負荷に応じて必要台数分のボイラを燃焼するようにしている多缶設置ボイラに関するものである。

複数台の蒸気ボイラと、各ボイラに対して運転の指令を出力する台数制御装置からなり、負荷に応じて必要台数のボイラを燃焼する多缶設置ボイラが広く普及している。この多缶設置ボイラにおいては、蒸気集合部での蒸気圧力値を検出し、蒸気圧力値に対応させて設定している台数分のボイラを燃焼させるようにしており、蒸気圧力値が低くなると燃焼台数を増加、蒸気圧力値が高くなると燃焼台数減少することで、蒸気圧力値を所定の範囲に保つようにしている。各ボイラには稼働優先順位を定めておき、蒸気圧力値が低下してボイラの燃焼台数を増加するという場合には、稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼を開始し、蒸気圧力値が上昇してボイラの燃焼台数を減少するという場合には、稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼を停止する。この場合、稼働優先順位が上位のボイラは燃焼を行う機会が多くなり、特定のボイラに燃焼が集中すると装置全体としての寿命が短くなるため、稼働優先順位は定期的に変更することで各ボイラの燃焼時間が平均化するようにしている。

稼働優先順位の変更を行う場合、燃焼を行っていたボイラの順位が繰り下がることによって燃焼を停止し、替わりに燃焼を停止していたボイラの順位が繰り上がることによって燃焼を開始することがある。この場合、燃焼を停止することになったボイラでは、燃料供給を停止して燃焼を停止するとすぐに蒸気の供給は停止される。しかし、燃焼を開始することになったボイラでは、燃焼を開始する前にプレパージなど燃焼準備のための時間が必要であり、さらに燃焼を開始しても低温の缶水を加熱して蒸気の供給を開始するまでにはある程度の時間が必要であるため、燃焼開始の指令を受けてもすぐに蒸気供給を開始することはできない。そのため、稼働優先順位の変更によって燃焼するボイラを変更した場合、新しく燃焼を開始することになったボイラが蒸気供給を開始するまでの間に蒸気供給量が不足し、所定の蒸気圧力を維持することができなくなることがあった。

そこで、特開２００３−３０２００３号公報に記載されている発明では、燃焼開始ボイラに対しては他ボイラの稼働優先順位変更より先行時間ｔ１分先行して稼働優先順位の変更を行うとしている。この発明では、例えば稼働優先順位が第１位となるボイラを一時的に複数台とすることで、燃焼指令を出力するボイラの台数を増加するものであり、このことによって蒸気供給量の不足を防止することができるというものである。

図３は従来例の説明であって、ボイラを４台設置しており、３台が燃焼している時に稼働優先順位の変更を行っている。４台のボイラは１号缶から４号缶としており、稼働優先順位は、１号缶は第１位から第４位へ変更、２号缶は第２位から第３位へ変更、３号缶は第３位から第２位へ変更、４号缶は第４位から第１位へ変更となっている。時刻ａで優先順位の変更を開始しており、まず４号缶の稼働優先順位を第４位から第１位に変更している。すると、時刻ａからは１号缶と４号缶の２台のボイラで稼働優先順位が第１位となる。この時の蒸気集合部での蒸気圧力値は、優先順位の第１位から第３位までのボイラに対して燃焼指令を出力する圧力帯内にある。そのため、台数制御装置では第１位から第３位までのボイラに対して燃焼指令を出力しており、第１位の１号缶と４号缶、第２位の２号缶、第３位の３号缶に燃焼指令を出力するため、４台のボイラに対して燃焼指令を出力することになる。

ただしこの場合、それまで燃焼していなかった４号缶では、燃焼指令を受けてもすぐに蒸気を供給することはできず、燃焼指令を出力しているのは４台であっても実際に蒸気を供給しているのは１号缶から３号缶の３台となり、蒸気供給量はそれまでと同じになる。そのため、時刻ａの前後で蒸気圧力値に大きな変化はない。台数制御装置では時刻ａからの経過時間を検出しておき、経過時間が設定時間ｔ１に達した時刻ｂで次の工程に進む。この設定時間は、冷缶状態にあったボイラが蒸気供給を行えるようになるまでに要する時間としており、起蒸時間の短い多管式貫流ボイラでも５分程度の比較的長い時間が必要となる。設定時間ｔ１が経過して時刻ｂになると、１号缶の稼働優先順位を第４位に変更するとともに、３号缶の稼働優先順位を第２位に変更する。この場合も先ほどと同様に、時刻ｂから設定時間ｔ１が経過するまでは、稼働優先順位が第２位のボイラが２号缶と３号缶の２台となる。

その後、時刻ｂから設定時間ｔ１が経過した時刻ｅになると、２号缶の稼働優先順位を第３位に変更することで稼働優先順位の変更が終了する。ところで３号缶の場合、時刻ｂの以前から燃焼を行っていたため、時刻ｂの時点で蒸気の供給を行えており、結果として稼働優先順位が第２位のボイラを２台とする必要はないものであった。しかし、設定時間ｔ１ごとに段階的に進めていく制御では、時刻ｂから時刻ｅまでの間は第２位のボイラを２台とする制御を行うことになる。このように段階を踏んだ変更を行うと、稼働優先順位変更時に蒸気供給量が不足することは起こらないが、同じ優先順位のボイラが複数台となることで、その優先順位に対する燃焼量が通常の台数制御より多くなり、蒸気の供給量と負荷のバランスが崩れて、無駄な発停が発生する可能性があった。

具体例に基づいて説明すると、図３では時刻ｂから時刻ｅの間は優先順位が第２位のボイラが２台ある。時刻ｂでの集合部蒸気圧力に基づく燃焼指令の出力は、第１位から第３位までであり、２号缶・３号缶・４号缶の３台が燃焼している。その後、蒸気圧力値が上昇し、時刻ｃ以降では集合部蒸気圧力に基づく燃焼指令の出力は、優先順位が第１位と第２位の２台となるが、第２位のボイラとは２号缶と３号缶の２台であるため、２号缶・３号缶・４号缶の３台がそのまま燃焼している。適正な燃焼台数が２台の時に３台のボイラを燃焼させているため、蒸気圧力値は上昇し続けており、時刻ｄで第１位のボイラのみを燃焼させる圧力に達し、第２位のボイラを停止させている。すると第２位の２台のボイラを同時に停止したために、今度は蒸気供給量が不足することになり、蒸気圧力値は低下しており、時刻ｆで再び第２位のボイラを燃焼させることになっている。時刻ｆの場合、優先順位の変更は終了しており、この時点では第２位は３号缶のみになっている。３号缶の燃焼を開始して燃焼台数を２台にすると、蒸気供給量と負荷のバランスがとれており、蒸気圧力値はほぼ一定を保っている。つまりこの場合、時刻ｃ以降の燃焼ボイラ台数を２台としておけば、蒸気圧力値はほぼ一定に保つことができていたのに、優先順位を第２位としたボイラが２台あったために燃焼ボイラ台数を２台とすることができず、時刻ｄでの蒸気供給量の過剰による燃焼台数の削減と、時刻ｆでの蒸気供給量の不足による燃焼台数の増加が必要となっており、３号缶では無駄な燃焼停止と燃焼再開を行っている。

特開２００３−３０２００３号公報

本発明が解決しようとする課題は、多缶設置ボイラでの稼働優先順位の変更時に、蒸気の供給量と負荷のバランスが崩れて無駄な発停が発生する、ということを防止することにある。

稼働優先順位を定めた複数台の蒸気ボイラと、各ボイラに対して運転の指令を出力する台数制御装置からなり、台数制御装置は稼働優先順位の高いボイラから必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力するようにしている多缶設置ボイラにおいて、
稼働優先順位の変更時、まず各ボイラの変更後の稼働優先順位を算出しておき、
１．稼働優先順位の変更を行っていないボイラの中で変更後の稼働優先順位が最上位となるボイラの稼働優先順位を変更し、
２．順位変更を行ったボイラに対して燃焼指令の出力が行われている場合には、該ボイラの蒸気温度又は蒸気圧力が設定値以上となり、ボイラは燃焼中であることを検出するまではその稼働優先順位を維持し、
３．順位変更ボイラの蒸気温度又は蒸気圧力が設定値を越え、ボイラは燃焼を行っていることを検出後、稼働優先順位の変更で稼働優先順位が重複するボイラがある場合には、順位変更を行っていないボイラの稼働優先順位を変更することで重複を解消することとし、
すべての設置ボイラで稼働優先順位の変更が行われるまで、前記１から３の制御を繰り返し行う。

稼働優先順位が繰り上がったボイラの状態に基づいて稼働優先順位変更の工程を進めることで、稼働優先順位の重複を必要以上に長く継続させることはなくなる。また、蒸気の温度又は圧力が設定値以上となり、ボイラでは燃焼を行っていることを検出するまでは、一部の稼働優先順位を重複させることで、稼働優先順位の変更時に蒸気供給量が不足することもない。以上のことにより、稼働優先順位の変更時に蒸気の供給量と負荷のバランスが崩れ、無駄な発停が行われることを抑制することができる。

本発明を実施するボイラの設置状況を示したフローシート 一実施例における各ボイラの運転状態等を示した状態説明図 従来例における各ボイラの運転状態等を示した状態説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施するボイラの設置状況を示したフローシート、図２は一実施例における各ボイラの運転状態等を示した状態説明図である。本実施例では、４台のボイラ１を並列に設置しており、各ボイラは順に１号缶・２号缶・３号缶・４号缶と名付けておく。各ボイラからの蒸気配管を蒸気ヘッダ４に接続しておき、蒸気ヘッダ４には蒸気圧力検出装置３を設けている。各ボイラ１に対する運転指令は、各ボイラと接続している台数制御装置２から出力するようにしており、台数制御装置２は蒸気圧力検出装置３とも接続しておく。

各ボイラ１には、それぞれボイラ運転制御装置５を設け、ボイラ運転制御装置５は台数制御装置２と信号線で接続している。ボイラの運転は台数制御装置２がボイラ運転制御装置５へ出力する指令に基づいて行っており、各ボイラではボイラ運転制御装置５がボイラ１の各機器の作動を制御することでボイラは運転する。ボイラ運転制御装置５では、台数制御装置２から燃焼指令を受けると、ボイラの燃焼を開始する。燃焼を開始する場合は、まず燃焼室内へ空気のみを送り込んで燃焼室内を換気するプレパージを行い、続いて着火の工程を行って燃焼を開始し、ボイラ内の缶水を加熱して蒸気の発生を行う。ボイラ運転制御装置５が、台数制御装置２から停止指令を受けると、ボイラの燃焼を停止する。ボイラの燃焼を停止する場合は、燃料の供給を停止して燃焼を停止し、続いて燃焼室内を換気するポストパージを行って運転を停止する。また、各ボイラ１には、個々のボイラにおける蒸気温度を検出する蒸気温度検出装置６を設けておき、蒸気温度検出装置６と台数制御装置５は信号線で接続しておき、蒸気温度検出装置６で検出したボイラ蒸気温度は、台数制御装置２へ送るようにしておく。

台数制御装置２は、蒸気圧力検出装置３で検出した蒸気圧力値に基づいて必要蒸気量を求め、必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力する。各ボイラには稼働優先順位を定めておき、蒸気圧力値が低下して必要蒸気量が増加すると、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ことで燃焼台数を増加し、蒸気圧力値が上昇して必要蒸気量が減少すると、稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼停止指令を出力して燃焼台数を減少することで、必要蒸気量に応じた台数制御を行う。稼働優先順位は２４時間経過するごとに変更しており、ボイラごとに燃焼時間の積算値を算出し、燃焼時間が少ないものほど次回の稼働優先順位を高くするように稼働優先順位の変更を行う。

図２は、本発明の一実施例における稼働優先順位変更時期での蒸気集合部の蒸気圧力値と、各ボイラでの蒸気温度変化、稼働優先順位、燃焼指令出力状況をタイムチャートにしたものである。図２での稼働優先順位は、１号缶は第１位から第４位へ、２号缶は第２位から第３位へ、３号缶は第３位から第２位へ、４号缶は第４位から第１位へ変更することになっている。当初は稼働優先順位が第３位までのボイラである１号缶・２号缶・３号缶の３台に対して燃焼指令の出力を行っており、第４位である４号缶には燃焼指令の出力は行われていない。燃焼を行っている１号缶から３号缶では蒸気温度が高くなっている（Ｔ℃）が、燃焼を行っていない４号缶では蒸気温度が低くなっている。そのため、４号缶では稼働優先順位の変更によって燃焼を開始することになっても、すぐには蒸気供給を行うことはできない。

稼働優先順位変更時の制御を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。時刻Ａから稼働優先順位の変更を開始しており、時刻Ａで台数制御装置２は、稼働優先順位をまだ変更していないボイラの中で最も上位に変更することになるボイラ、つまり変更後の稼働優先順位が第１位となるボイラの稼働優先順位を変更する。ここでは４号缶が次期の第１位であるため、４号缶の稼働優先順位を第４位から第１位に変更し、第１位は１号缶と４号缶、第２位は２号缶、第３位は３号缶、第４位は該当無しとなる。台数制御装置２では、蒸気圧力検出装置３で検出している蒸気圧力値に基づいて燃焼指令を出力するボイラの順位を決定しており、時刻Ａの時点では第１位から第３位までのボイラに対して燃焼指令を送るものであるため、第１位の１号缶及び４号缶、第２位の２号缶、第３位の３号缶に対して燃焼実施の指令を出力している。

台数制御装置２では、稼働優先順位を繰り上げたことで燃焼を行うボイラとなった４号缶の蒸気温度を検出しておき、検出した蒸気温度が設定値Ｔより低い間は稼働優先順位を重複させておく。４号缶は時刻Ａより前には燃焼を行っておらず、ボイラは冷缶状態にあったため、蒸気温度が設定値Ｔに達するまでに比較的長い時間が掛かっており、時刻Ｂで蒸気温度が設定値Ｔに到達している。

台数制御装置２は、時刻Ｂで蒸気温度が設定温度Ｔよりも高くなっていることと、４号缶は燃焼していることを検出すると、優先順位変更での次の工程に進む。時刻Ｂで台数制御装置２は、稼働優先順位を重複させていたボイラのうち、順位変更を行っていないボイラである１号缶の稼働優先順位を第１位から第４位に変更するとともに、変更後の稼働優先順位が第２位となるボイラの稼働優先順位を変更する。ここでは３号缶が順位変更後に第２位となるため、３号缶の稼働優先順位を第３位から第２位に変更し、第１位は４号缶、第２位は２号缶と３号缶、第３位は該当無し、第４位は１号缶となる。時刻Ｂの時点での蒸気圧力値から定まる燃焼量は、第１位から第３位までのボイラに対して燃焼指令を送るものであるため、第１位の４号缶、第２位の２号缶及び３号缶に対して燃焼指令の出力を行う。

稼働優先順位を繰り上げた３号缶は、時刻Ｂより前から燃焼を行っていたため、蒸気温度は設定値Ｔに達している。台数制御装置２は、時刻Ｃで蒸気温度が設定値Ｔに到達していることと、３号缶は燃焼していることを検出すると、優先順位変更での次の工程に進む。燃焼停止直後などでは、ボイラの蒸気温度は高温であるがボイラでは燃焼を行っていないという場合があり、この場合にはボイラが燃焼を開始するまでに所定の準備期間が必要であって、すぐに燃焼を開始することはできない。そのため、蒸気温度に加えてボイラの燃焼状態を検出して工程を進めることで、稼働優先順位の変更時に蒸気供給量が不足することを確実に防止するようにしている。時刻Ｃで台数制御装置２は、稼働優先順位を第２位から繰り下げる２号缶の稼働優先順位を第３位に変更する。２号缶は稼働優先順位を第３位に繰り下げたが、この時点での燃焼指令の出力は稼働優先順位が第３位までであるため、２号缶は燃焼を継続している。

本実施例では、その後に蒸気使用量の減少によって蒸気集合部での蒸気圧力値は上昇しており、時刻Ｄで蒸気圧力値から定まる燃焼指令の出力が第１位と第２位となる圧力域に入っている。そのため、第３位の２号缶は時刻Ｄで燃焼を停止しており、ボイラ全体で発生する蒸気量は減少する。ボイラの燃焼量が２台分になると、蒸気供給量と負荷のバランスを取ることができており、その後の蒸気圧力値はほぼ一定となっている。

従来の制御を記した図３を図２と比較する。本発明を実施した例である図２と従来例である図３は、負荷側の条件は同じであって、稼働優先順位変更時の制御が異なるものである。図３の場合、時刻ｂで３号缶の稼働優先順位を第２位とすることで第２位のボイラを２号缶と３号缶の２台とし、第２位の重複は時刻ｅまで続いている。その間の時刻ｃで蒸気圧力値から定まる燃焼量が稼働優先順位の第１位と第２位の圧力域に入っており、台数制御装置２では第３位のボイラは燃焼停止とし、第１位と第２位のボイラのみ燃焼させることで蒸気供給量を減少させようとする。しかしこの時点では第３位のボイラは存在しておらず、第１位の４号缶と第２位の２号缶及び３号缶には燃焼指令を継続することになるため、蒸気供給量は過剰なままであって蒸気圧力値は上昇し続けている。時刻ｄで蒸気圧力値が第１位のみ燃焼させる圧力域に入ると、台数制御装置２では第２位である２号缶及び３号缶の２台のボイラを停止する。その後、２台のボイラを停止したことで、蒸気供給量が減少したために蒸気圧力値は低下に転じており、時刻ｆで第２位ボイラの燃焼を開始している。燃焼台数を２台とした以降は、蒸気供給量と負荷のバランスがとれており、蒸気圧力値は安定している。

本発明の実施例である図２と従来例である図３は、負荷側の条件は同じとしており両方とも後半は燃焼台数を２台とすることで蒸気圧力値は安定することになる。しかし、従来制御の図３では、２号缶の優先順位を第３位に変更するタイミングが遅くなっているため、時刻ｃの段階では燃焼台数を２台にすることができずに蒸気圧力値が上昇し、燃焼を一度停止した後に再開するという無駄な発停を行っている。これに対して、図２では速やかに２号缶の優先順位を第３位に変更することができているため、その後の蒸気圧力値を安定的に制御することができ、無駄な発停は発生していない。

１ ボイラ
２ 台数制御装置
３ 蒸気圧力検出装置
４ 蒸気ヘッダ
５ ボイラ運転制御装置
６ 蒸気温度検出装置

Claims (1)

1. 稼働優先順位を定めた複数台の蒸気ボイラと、各ボイラに対して運転の指令を出力する台数制御装置からなり、台数制御装置は稼働優先順位の高いボイラから必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力するようにしている多缶設置ボイラにおいて、
   稼働優先順位の変更時、まず各ボイラの変更後の稼働優先順位を算出しておき、
   １．稼働優先順位の変更を行っていないボイラの中で変更後の稼働優先順位が最上位となるボイラの稼働優先順位を変更し、
   ２．順位変更を行ったボイラに対して燃焼指令の出力が行われている場合には、該ボイラの蒸気温度又は蒸気圧力が設定値以上となり、ボイラは燃焼中であることを検出するまではその稼働優先順位を維持し、
   ３．順位変更ボイラの蒸気温度又は蒸気圧力が設定値を越え、ボイラは燃焼を行っていることを検出後、稼働優先順位の変更で稼働優先順位が重複するボイラがある場合には、順位変更を行っていないボイラの稼働優先順位を変更することで重複を解消することとし、
   すべての設置ボイラで稼働優先順位の変更が行われるまで、前記１から３の制御を繰り返し行うものであることを特徴とする多缶設置ボイラ。

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