JP5352714B2

JP5352714B2 - 多缶運転システムの燃焼制御方法及び多缶運転システム

Info

Publication number: JP5352714B2
Application number: JP2012145092A
Authority: JP
Inventors: 幸伸河岡; 昌彦古川
Original assignee: IHI Packaged Boiler Co Ltd
Current assignee: IHI Packaged Boiler Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2012211761A

Description

本発明は小規模ボイラ、小型ボイラ等の小容量ボイラを複数台設備し、負荷に応じて群管理する多缶運転システムの燃焼制御方法及び多缶運転システムに関するものである。

従来、小規模ボイラ、小型ボイラ等の小容量ボイラを複数台設備し、負荷に応じて群管理し、大容量の蒸気の供給を可能とした多缶運転システムがある。

小型ボイラとして、例えば小型の貫流ボイラがあり、該貫流ボイラ単体の運転方法として、特許文献１に示される様に、負荷の状態に合わせ、高燃焼（定格燃焼）（１００％燃焼）、中燃焼（６０〜８０％燃焼）、低燃焼（３０〜５０％燃焼）、停止（０％燃焼）の４段階で運転を制御する、所謂４位置制御がある。

多缶運転システムでは、各ボイラからの蒸気を集合させる共通のスチームヘッダを有し、該スチームヘッダから蒸気の供給を行っており、該スチームヘッダでの蒸気の状態、例えば圧力を監視し、負荷状態に合わせてボイラの群管理を行っている。

又、図３（Ｂ）は、貫流ボイラ１が６台設置されたボイラ設備での従来の多缶運転システムを示している。

図３（Ｂ）に示す多缶運転システムでは、２台のボイラを１群として、３群（Ａ群２、Ｂ群３、Ｃ群４）の燃焼状態を個別に制御しており、前記Ａ群２が高燃焼（定格燃焼）で運転され、不足分について前記Ｂ群３、前記Ｃ群４によって補われ、前記Ｂ群３が中燃焼、前記Ｃ群４が低燃焼で運転され、更に負荷が増大すると、前記Ａ群２、前記Ｂ群３が高燃焼され、前記Ｃ群４が低燃焼、更に負荷が増大すると、前記Ｃ群４が中燃焼、更に高燃焼で運転される。

即ち、従来では運転順位の高い方から、順次高負荷運転され、補充分を運転順位の低い方から補うという運転方法が採られていた。

斯かる多缶運転システムでは、負荷の低い運転状態となると、群のいくつかは低燃焼運転が行われるが、低燃焼運転の熱効率は、他の運転状態に対して低く、群の中に低燃焼運転が含まれることで、多缶運転システム全体の熱効率を低下させる原因となっていた。

特開平６−１４７４０２号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、複数のボイラを具備する多缶運転システムに於いて、ボイラの燃焼状態を管理して熱効率の向上を図るものである。

本発明は、複数のボイラを具備し、各ボイラの燃焼を高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の４段階制御する多缶運転システムの燃焼制御方法に於いて、前記中燃焼はボイラの最高効率となる様に負荷率が６０％〜８０％の燃焼制御であり、多缶運転システムの効率が最大となる様に、前記中燃焼で燃焼するボイラと他の段階で燃焼するボイラとを組合わせる多缶運転システムの燃焼制御方法に係るものである。

又本発明は、複数のボイラと該ボイラの燃焼を制御する制御部とを具備し、各ボイラの燃焼を高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の４段階制御する多缶運転システムに於いて、前記中燃焼はボイラの最高効率となる様に負荷率が６０％〜８０％の燃焼制御であり、前記制御部は多缶運転システムの効率が最大となる様に、前記中燃焼で燃焼するボイラと他の段階で燃焼するボイラとを組合わせる多缶運転システムに係るものである。

又本発明は、前記中燃焼は、負荷率が６０％近傍となる様に燃焼させる多缶運転システムの燃焼制御方法に係り、更に又本発明は前記中燃焼は、負荷率が６０％近傍となる様に燃焼させる多缶運転システムに係るものである。

本発明によれば、複数のボイラを具備し、各ボイラの燃焼を高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の４段階制御する多缶運転システムの燃焼制御方法に於いて、前記中燃焼はボイラの最高効率となる様に負荷率が６０％〜８０％の燃焼制御であり、多缶運転システムの効率が最大となる様に、前記中燃焼で燃焼するボイラと他の段階で燃焼するボイラとを組合わせるので、ボイラの効率、特に多缶運転システムが定格状態以下で運転される場合の熱効率が向上するという優れた効果を発揮する。

貫流ボイラの負荷率と熱効率を示す線図である。本発明に係る多缶運転システムの概略構成図である。構成する貫流ボイラを４位置制御する場合の燃焼制御の説明図であり、（Ａ）は本発明の多缶運転システムの燃焼制御、（Ｂ）は従来の多缶運転システムの燃焼制御を示している。構成する貫流ボイラを３位置制御する場合の燃焼制御の説明図であり、（Ａ）は本発明の多缶運転システムの燃焼制御、（Ｂ）は従来の多缶運転システムの燃焼制御を示している。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明者は貫流ボイラ１単体での熱効率と燃焼状態（負荷率）との関係を求めた。図１は、熱効率と負荷率との関係を示すグラフである。

図１によると、熱効率が最高となるのは必ずしも、負荷率１００％の場合ではなく、負荷率が６５％、或は６５％近傍であることが分る。

これは、以下の理由による。ボイラの熱損失の大きな要因は、ボイラ表面からの放熱、ボイラから排出される排気ガスである。ボイラ表面からの放熱は負荷状態によって大きく変ることはない。

一方、排気ガスによる熱損失は燃焼状態によって変化する。即ち、燃焼状態によって供給する空気と燃料の比率、即ち空燃比は変化する。従って、蒸気発生量に対する供給空気量の比率が変動し、その結果排気ガスから放出される熱量の比率が最小となるのは負荷率１００％の時ではなくなる。この為、熱効率は負荷率１００％でなく、６５％、或は６５％近傍で最高となる。

本発明は、複数のボイラによって構成される多缶運転システムに於いて、ボイラ単体の効率が最高、又は最高の近傍となる様に燃焼状態を制御し、又、効率最高稼働するボイラの数ができるだけ多くなる様に燃焼状態を制御し、多缶運転システムの効率を向上させるものである。上記した貫流ボイラ１では、単体の負荷率が６０％〜８０％、より好ましくは６２％〜７０％、更に好ましくは６５％、或は６５％近傍（±２％）となる様にボイラの燃焼状態を制御する。

図２に於いて、本発明が実施される多缶運転システムの概略構成図を説明する。

第１ボイラ５、第２ボイラ６、第３ボイラ７、第４ボイラ８、第５ボイラ９、第６ボイラ１０から発生する蒸気は、蒸気ヘッダ１２に集合され、該蒸気ヘッダ１２から所要の場所に蒸気が供給される。該蒸気ヘッダ１２には圧力センサ１３が設けられており、該圧力センサ１３によって検出された圧力は、負荷状態を示す圧力信号として制御部１４に入力される。尚、負荷状態を示す信号としては、蒸気流量計により、蒸気の使用流量を電気信号にして出力してもよい。

又、前記制御部１４には、燃焼状態の制御ファクタとなる燃料温度の検出信号、給水温度の検出信号が入力されている。

前記制御部１４には前記第１ボイラ５〜前記第６ボイラ１０が電気的に接続され、該ボイラを４位置制御により、個々のボイラの燃焼状態を制御する。

尚、燃焼状態を４位置制御する方法としては、例えば、各ボイラ毎に、３つのバーナを設け、高燃焼の場合は３つ全てのバーナにより燃焼を行い、中燃焼の場合は２つのバーナにより燃焼を行い、低燃焼の場合は１つのバーナにより燃焼を行う等である。

又、２つのバーナにより燃焼を行った場合、即ち中燃焼の場合に、熱効率が最高となる負荷率６５％、或は６５％近傍となる様に予めバーナの燃焼性能を設定し、又１つのバーナにより燃焼を行った場合、負荷率が３０％となる様に、予めバーナの燃焼性能を設定しておく。

図３（Ａ）を参照して、燃焼状態の制御を説明する。

前記圧力センサ１３からの信号に基づき前記制御部１４が、多缶運転システムの負荷状態（蒸気使用量）を判断する。多缶運転システムが定格運転の場合は、全ての前記貫流ボイラ１は高燃焼に制御される。又、負荷状態が定格運転以下であった場合は、負荷状態に対応する前記貫流ボイラ１の燃焼状態が選択される。

又、多缶運転システムの燃焼状態の選択は、最も熱効率のよい中燃焼の前記貫流ボイラ１の数が多くなる様に、又、最も熱効率の悪い低燃焼が少なくなる様に、できれば低燃焼の前記貫流ボイラ１がなくなる様に、燃焼状態が選択される。即ち、蒸気の使用状態に応じて、その使用状態での最も熱効率が高くなる様な、燃焼状態の組合わせが選択される。

図３（Ａ）は、使用状態に応じて燃焼状態を選択した結果、全ての前記貫流ボイラ１が中燃焼となった場合を示している。全ての該貫流ボイラ１が中燃焼となる様制御された場合、多缶運転システムの熱効率は、最高となり９７．９％に達する。

図３（Ｂ）で示す従来の６缶運転システムの運転制御と、図３（Ａ）で示す本発明に於ける６缶運転システムの運転制御を比較した場合の熱効率は、従来で９７．４％、本発明で９７．９％となり、１台の前記貫流ボイラ１の換算蒸気量２５００ｋｇ／ｈ、燃料を都市ガス（ＬＮＧ１３Ａ）、運転時間１０ｈ／日、３００日／年とした場合、８４００ｍ³Ｎ／年の燃料削減効果がある。

次に、本発明をボイラの３位置制御に適用した場合を図４を参照して説明する。

図４（Ｂ）は従来の多缶運転システムでの３位置制御を示し、低燃焼は負荷率５０％に設定されている。図示では、高燃焼の貫流ボイラ１が２台、低燃焼の貫流ボイラ１が４台となっている。高燃焼の熱効率が９７．３％、低燃焼の熱効率が９７．２％となっており、多缶運転システムの熱効率は９７．３％以下である。

次に、図４（Ａ）は、本発明の多缶運転システムで、燃焼を２段階で制御する３位置制御を示している。

本発明では低燃焼の負荷率を最高熱効率が得られる６６％に設定する。本発明の３位置制御では、高燃焼９７．３％、低燃焼の熱効率が９７．９％であり、熱効率は≧９７．３％、≦９７．９％となり、熱効率が増大する。

尚多缶運転システムを構成する貫流ボイラ１の群は、１台のボイラ、或は３以上のボイラで構成されていてもよい。又前記貫流ボイラ１の燃焼状態の制御は群制御でも、個別制御でもよい。更に、ボイラは前記貫流ボイラ１に限らず他の方式のボイラであってもよい。

１貫流ボイラ
５第１ボイラ
６第２ボイラ
７第３ボイラ
８第４ボイラ
９第５ボイラ
１０第６ボイラ
１２蒸気ヘッダ
１３圧力センサ
１４制御部

Claims

複数のボイラを具備し、各ボイラの燃焼を高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の４段階制御する多缶運転システムの燃焼制御方法に於いて、前記中燃焼はボイラの最高効率となる様に負荷率が６０％〜８０％の燃焼制御であり、多缶運転システムの効率が最大となる様に、前記中燃焼で燃焼するボイラと他の段階で燃焼するボイラとを組合わせることを特徴とする多缶運転システムの燃焼制御方法。
複数のボイラと該ボイラの燃焼を制御する制御部とを具備し、各ボイラの燃焼を高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の４段階制御する多缶運転システムに於いて、前記中燃焼はボイラの最高効率となる様に負荷率が６０％〜８０％の燃焼制御であり、前記制御部は多缶運転システムの効率が最大となる様に、前記中燃焼で燃焼するボイラと他の段階で燃焼するボイラとを組合わせることを特徴とする多缶運転システム。
前記中燃焼は、負荷率が６０％近傍となる様に燃焼させる請求項１の多缶運転システムの燃焼制御方法。
前記中燃焼は、負荷率が６０％近傍となる様に燃焼させる請求項２の多缶運転システム。