JP5408150B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラと、燃焼モードを設定してボイラの燃焼量を制御する燃焼量制御手段と、を備えるボイラシステムに関する。

従来、複数のボイラを燃焼させて蒸気又は温水を発生させる場合、例えば、蒸気の圧力が目標値になるように、燃焼させるボイラの台数及び燃焼量を算出し、対象となるボイラの燃焼量を増減するボイラの制御に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１３０６０２号公報

前述のようなボイラシステムにおいて、ボイラの燃焼量に係る燃焼モードを適切に変更して、燃焼量を適切に増減し、ボイラ効率を一層向上させることが望まれている。

本発明は、ボイラと、燃焼モードを設定して燃焼量を制御する燃焼量制御手段とを備えるボイラシステムにおいて、燃焼モードを適切に変更して、燃焼量を適切に増減し、ボイラ効率を一層向上させることができるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、ボイラと、該ボイラの燃焼量に係るモードとして燃焼モードを設定して該ボイラの燃焼量を制御する燃焼モード設定手段と、前記ボイラの最初の燃焼を検出する初燃焼検出手段と、を備えるボイラシステムであって、前記ボイラは、燃焼が行われるボイラ本体と、前記ボイラ本体に供給される給水の温度である給水温度を測定する給水温度測定手段と、を有し、前記初燃焼検出手段により前記ボイラの最初の燃焼が検出される場合であって且つ前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、給水温度に係る閾値として設定されている給水温度閾値以下の場合に、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを、前記ボイラの燃焼量が最も小さい最小燃焼モードに設定するボイラシステムに関する。

また、前記初燃焼検出手段により前記ボイラの最初の燃焼が検出されていない場合、又は、前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、前記給水温度閾値を超える場合に、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを、前記ボイラの燃焼量が前記最小燃焼モードにおける前記ボイラの燃焼量よりも大きい第２燃焼モードに設定することが好ましい。

また、前記ボイラは、前記ボイラ本体において生成された蒸気を貯留する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、を更に有し、前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧が、蒸気圧に係る閾値として設定されている蒸気圧閾値以下であるか否かによって、前記初燃焼検出手段は、検出に係る前記ボイラの燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出することが好ましい。

また、前記ボイラの最初の燃焼は、ボイラシステムが停止している状態から起動した後における最初の燃焼であることが好ましい。

また、前記ボイラの最初の燃焼は、一日で最初の燃焼であることが好ましい。

また、燃焼モードが前記第２燃焼モードの場合には、前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、前記給水温度閾値よりもディファレンシャル値の分低い第２温度閾値以下になったときに限り、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを前記最小燃焼モードに設定することが好ましい。

また、前記ボイラは、前記ボイラ本体で発生する燃焼ガスを排出する排出部と、前記ボイラ本体と前記排出部とを連通して燃焼ガスを流通させる排出路であって、その少なくとも一部に上下方向に向けて延びる流通部を有する排出路と、前記流通部に配置され且つ前記ボイラ本体に供給される給水が流通する熱交換部を有し、前記流通部を流通する燃焼ガスにより前記熱交換部において給水を予め加熱してから、当該給水を前記ボイラ本体に供給する給水予熱器と、を更に有し、前記給水温度測定手段は、前記給水温度として、前記熱交換部に流通する給水の温度を測定することが好ましい。

また、前記ボイラを複数備えることが好ましい。

本発明によれば、ボイラと、燃焼モードを設定して燃焼量を制御する燃焼量制御手段とを備えるボイラシステムにおいて、燃焼モードを適切に変更して、燃焼量を適切に増減し、ボイラ効率を一層向上させることができるボイラシステムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るボイラシステム１の概略を示す図である。 ボイラシステム１におけるボイラ２０の縦断面図である。 給水温度が１５℃の場合における負荷率とボイラ効率との関係を示すグラフである。 給水温度が４５℃の場合における負荷率とボイラ効率との関係を示すグラフである。 本実施形態に係るボイラシステム１の動作を示すフローチャートである。 ボイラの燃焼量の制御に係る第１の具体例を示す図面である。 ボイラの燃焼量の制御に係る第２の具体例を示す図面である。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係るボイラシステム１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るボイラシステム１の概略を示す図である。図２は、ボイラシステム１におけるボイラ２０の縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態のボイラシステム１は、複数のボイラ２０から構成されるボイラ群２と、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を制御する燃焼量制御部（燃焼量制御手段）４と、複数のボイラ２０それぞれに設けられた給水温度測定部（給水温度測定手段）５０と、ボイラ２０のボイラ本体２１において生成された蒸気を貯留する蒸気ヘッダ６と、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定部（蒸気圧測定手段）７と、を備える。

本実施形態のボイラシステム１は、ボイラ群２で発生させた蒸気を、蒸気使用設備１８に供給可能とされている。
ボイラシステム１において、要求される負荷は、蒸気使用設備１８で消費される蒸気の量である。ボイラシステム１は、制御対象である蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐを蒸気圧測定部７により測定し、測定された蒸気圧Ｐ及び給水温度測定部５０により測定された給水温度Ｔ（詳細は後述）等に基づいて、燃焼量制御部４により、燃焼させるボイラ２０の台数、ボイラ２０の燃焼量などを制御するようになっている。

ボイラ群２は、例えば、５台のボイラ２０から構成されている。
本実施形態においては、ボイラ２０は、段階値制御ボイラから構成されている。段階値制御ボイラとは、燃焼を選択的にＯＮ／ＯＦＦしたり、炎の大きさを調整等することにより燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。段階値制御ボイラは、比例制御ボイラに対して設備構造面及びコスト面で十分に優位性が確保可能とされ、燃焼位置が少段階のボイラをいう。

各燃焼位置における燃焼量は、制御対象とされる蒸気ヘッダ６における蒸気圧（制御対象）の圧力差に対応する量の蒸気を発生するように、設定されている。
段階値制御ボイラからなる５台のボイラ２０は、それぞれ、各燃焼位置における燃焼量及び燃焼能力（高燃焼状態における燃焼量）が等しく設定されている。

段階値制御ボイラは、
１）燃焼停止状態（第１燃焼位置：０％）
２）低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）
３）中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）
４）高燃焼状態ＥＨ（第４燃焼位置：１００％）
の４段階の燃焼状態（燃焼位置、負荷率）に制御可能とされる、いわゆる４位置制御とされている。
なお、Ｎ位置制御とは、段階値制御ボイラの燃焼量を、燃焼停止状態を含めてＮ位置に段階的に制御可能なことを表している。

燃焼量制御部４は、蒸気圧測定部７により測定された蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐ、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔ等に基づいて、ボイラ２０の燃焼量に係るモードとして燃焼モードを設定し、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を制御する。

燃焼量制御部４は、入力部４Ａと、演算部４Ｂと、データベース４Ｄと、出力部４Ｅとを備えている。燃焼量制御部４は、入力部４Ａから入力される要求負荷などに基づいて、演算部４Ｂにおいてボイラ群２の必要燃焼量ＧＮ及び必要燃焼量ＧＮに対応する各ボイラの燃焼状態を算出し、出力部４Ｅから各ボイラに制御信号を出力して、ボイラ２０の燃焼を制御するようになっている。

入力部４Ａは、信号線１３により蒸気圧測定部７と接続されている。入力部４Ａには、信号線１３を介して、蒸気圧測定部７により測定された蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐの信号（蒸気圧信号）が入力されるようになっている。
また、入力部４Ａは、信号線１４により各ボイラ２０と接続されている。入力部４Ａには、信号線１４を介して、例えば、各ボイラ２０の燃焼状態、燃焼しているボイラ２０の台数、給水温度測定部５０により測定された給水温度Ｔなどの情報が入力されるようになっている。

データベース４Ｄには、例えば、蒸気圧測定部７により測定された蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐを設定蒸気圧（目標蒸気圧）ＰＴの許容範囲内に調整するために必要なボイラ群２の必要燃焼量ＧＮ、後述する給水温度閾値Ｔａの初期値等が格納されている。

演算部４Ｂは、ボイラ２０の燃焼量の設定に係る所定の演算を行う。具体的には、演算部４Ｂは、図示しない記憶媒体（例えば、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ））に格納された制御プログラムを読み込み、この制御プログラムを実行して、蒸気圧測定部７からの蒸気圧信号に基づいて蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐを算出するとともに、蒸気圧Ｐとデータベース４Ｄとを対応させて、蒸気圧Ｐを設定蒸気圧ＰＴの許容範囲（圧力の上限及び下限の設定値）内とするための必要燃焼量ＧＮを取得するようになっている。

詳細には、演算部４Ｂは、燃焼モード設定手段としての燃焼モード設定部４１と、初燃焼検出手段としての初燃焼検出部４３と、を備える。

燃焼モード設定部４１は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔに基づいて、ボイラ２０の燃焼量に係るモードとして燃焼モードＭを設定する。本実施形態においては、燃焼モードＭとしては、最小燃焼モードとしての低燃焼モードＭＬと、第２燃焼モードとしての中燃焼モードＭＭと、高燃焼モードＭＨと、がある。

低燃焼モードＭＬは、ボイラ２０の燃焼量が最も小さい燃焼モードであり、低燃焼状態ＥＬに対応するモードである。
中燃焼モードＭＭ及び高燃焼モードＭＨは、ボイラ２０の燃焼量が低燃焼モードＭＬＬにおけるボイラ２０の燃焼量よりも大きい燃焼モードである。中燃焼モードＭＭは、中燃焼状態ＥＭに対応するモードである。高燃焼モードＭＨは、高燃焼状態ＥＨに対応するモードである。
本実施形態においては、中燃焼モードＭＭにおけるボイラ２０の燃焼量は、低燃焼モードＭＬにおけるボイラ２０の燃焼量の次に大きい。高燃焼モードＭＨにおけるボイラ２０の燃焼量は、中燃焼モードＭＭにおけるボイラ２０の燃焼量の次に大きい。

給水温度閾値Ｔａが設定されていない場合には、燃焼モード設定部４１は、データベース４Ｄを参照して、給水温度閾値Ｔａの初期値を読み出す。これにより、給水温度閾値Ｔａは、予め設定されることになる。給水温度閾値Ｔａは、燃焼モードＭが低い方に近づくほど、また、給水温度Ｔが低いほど、低く設定される。

初燃焼検出部４３は、ボイラ２０の最初の燃焼を検出する。ボイラ２０の最初の燃焼は、例えば、ボイラシステム１が停止している状態から起動した後における最初の燃焼である。また、ボイラ２０の最初の燃焼は、一日で最初の燃焼である。

本実施形態においては、初燃焼検出部４３は、蒸気圧測定部７により測定される蒸気圧Ｐが、蒸気圧Ｐに係る閾値として設定されている蒸気圧閾値Ｐａ以下であるか否かによって、検出に係るボイラ２０の燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出する。
詳述すると、ボイラ２０が最初に燃焼した時点では、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧、すなわち蒸気圧測定部７により測定される蒸気圧は、十分に低い。蒸気圧は、ボイラ２０の燃焼が継続したり、燃焼が繰り返されると、急激に上昇する。そのため、蒸気圧閾値を適切に設定することにより、検出に係るボイラ２０の燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出することができる。

初燃焼検出部４３によりボイラ２０の最初の燃焼が検出される場合であって且つ給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが、給水温度に係る閾値として設定されている給水温度閾値Ｔａ以下の場合に、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを、最小燃焼モードとしての低燃焼モードＭＬに設定する。
ただし、本実施形態においては、燃焼モードＭが中燃焼モードＭＭの場合には、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが、給水温度閾値Ｔａよりもディファレンシャル値Ｔｄの分低い第２温度閾値Ｔｂ以下になったときに限り、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを低燃焼モードＭＬに設定する。ディファレンシャル値Ｔｄは、適宜設定されるが、例えば、５〜１０℃である。

また、初燃焼検出部４３によりボイラ２０の最初の燃焼が検出されていない場合、又は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが、給水温度閾値Ｔａを超える場合に、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを、第２燃焼モードとしての中燃焼モードＭＭに設定する。
また、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭが中燃焼モードＭＭであるか否か、すなわち、燃焼モードＭが中燃焼モードＭＭであるか又は低燃焼モードＭＬであるかを判定する。

出力部４Ｅは、各ボイラ２０と信号線１６により接続されている。出力部４Ｅは、演算部４Ｂで演算された燃焼制御信号を各ボイラ２０に出力するようになっている。燃焼制御信号は、燃焼しているボイラの台数、ボイラの燃焼状態（燃焼量）などにより構成されている。

蒸気ヘッダ６の上流側は、蒸気管１１を介してボイラ群２（各ボイラ２０）に接続されている。蒸気ヘッダ６の下流側は、蒸気管１２を介して蒸気使用設備１８に接続されている。蒸気ヘッダ６は、ボイラ群２で発生させた蒸気を集合させることにより各ボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が調整された蒸気を蒸気使用設備１８に供給するようになっている。
蒸気使用設備１８は、蒸気ヘッダ６からの蒸気によって運転される設備である。

次に、ボイラ２０の構成の詳細について説明する。
図２に示すように、ボイラ２０は、燃焼が行われるボイラ本体２１と、ボイラ本体２１で発生する燃焼ガスＧ４を排出する排出部２５と、ボイラ本体２１と排出部２５とを連通して燃焼ガスＧ２〜Ｇ４を流通させる排出路２４と、ボイラ本体２１へ給水Ｗ１〜Ｗ３を供給する給水装置３０と、給水Ｗ１を予め加熱してから給水Ｗ３をボイラ本体２１に供給する給水予熱器としてのエコノマイザ４０と、給水温度測定手段としての給水温度測定部５０と、を備える。

ボイラ本体２１においては、燃料供給部２２から供給された燃料がボイラ本体２１内に設けられたバーナ（図示せず）により燃焼され、この燃焼により発生した燃焼ガスＧ１がボイラ本体２１の缶体（図示せず）の内部の水を加熱すると共に、排出路２４に燃焼ガスＧ２として排出されるようになっている。

燃焼ガスについては、ボイラ本体２１内に位置するものを「燃焼ガスＧ１」という。燃焼ガスＧ１がボイラ本体２１から排出され且つ排出路２４に導入されたものを「燃焼ガスＧ２」という。燃焼ガスＧ２がエコノマイザ４０の熱交換部４４（後述）を通過して温度が低下したものを「燃焼ガスＧ３」という。排出路２４の内部における排出部２５の近傍に位置するものを「燃焼ガスＧ４」という。排出部２５から排出されて排出部２５の近傍の大気に拡散し且つ混合されたものを、「燃焼ガス混合空気（燃焼ガス）Ｇ５」という。

給水については、エコノマイザ４０の熱交換部４４に流通する前のものを「給水Ｗ１」といい、熱交換部４４において加熱された後のものを「給水Ｗ２」といい、ボイラ本体２１に供給される直前のものを「給水Ｗ３」という。

燃焼ガスは、燃料ガスの燃焼反応が完了したもの及び燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念である。燃焼ガスは、ボイラ本体２１で発生してボイラ本体２１内に存在している状態のものから、排出部２５から排出されて大気と混合されることにより燃焼ガス混合空気Ｇ５とされて排出部２５の近傍に存在している状態のものまでも含む。燃料は、例えば、生ガスと燃焼用空気とを混合した燃料ガスからなる。なお、燃料ガスに代えて、重油等の液体燃料を燃料として用いてもよい。

燃料供給部２２は、例えば、燃焼用空気を供給する送風ファン（図示せず）と、燃焼用空気に生ガスを供給するノズル（図示せず）と、を備えている。燃料供給部２２は、送風ファンから送風された燃焼用空気とノズルから供給された生ガスとが混合された燃料ガスを、バーナで燃焼するようになっている。

排出路２４は、ボイラ本体２１において燃焼により発生した燃焼ガスＧ２を、ボイラ本体２１から排出部２５まで移送して大気中に排出するための通路である。
排出路２４は、その少なくとも一部に、上下方向に延びる流通部としての下降流通部２４Ｄを有する。下降流通部２４Ｄにおいては、燃焼ガスＧ２，Ｇ３が上方から下方に向かって下降して流通する。

詳細には、排出路２４は、ボイラ本体２１の末端側に接続されており、側面視で、水平方向に形成された第１の水平流通部２４Ａと、第１の水平流通部２４Ａに接続され且つ上方に延びる第１の上昇流通部２４Ｂと、第１の上昇流通部２４Ｂに接続され且つ水平方向に延びる第２の水平流通部２４Ｃと、第２の水平流通部２４Ｃに接続され且つ下方に延びる下降流通部２４Ｄと、下降流通部２４Ｄに接続され且つ水平方向に延びる第３の水平流通部２４Ｅと、第３の水平流通部２４Ｅに接続され且つ上方に延びる第２の上昇流通部２４Ｆと、を備えている。

排出部２５は、第２の上昇流通部２４Ｆの末端に形成されており、大気に開口している。

エコノマイザ４０は、燃焼ガスＧ２が通過する通気路４６と、燃焼ガスＧ２と接触して熱交換をする熱交換部４４と、を備えている。
通気路４６は、排出路２４の下降流通部２４Ｄから構成されている。

熱交換部４４は、下降流通部２４Ｄに配置されており、ボイラ本体２１に供給される給水Ｗ１が流通する。エコノマイザ４０は、ボイラ本体２１から排出され且つ下降流通部２４Ｄを流通する燃焼ガスＧ２により熱交換部４４において給水Ｗ１を予め加熱してから、給水Ｗ２，Ｗ３をボイラ本体２１に供給する。
熱交換部４４は、例えば、燃焼ガスＧ２の顕熱を回収したり、燃焼ガスＧ２の潜熱を回収して燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気を結露させて水として回収したりすることを可能とされている。

次に、エコノマイザ４０の作用について説明する。
１）ボイラ本体２１における燃料の燃焼で発生した燃焼ガスＧ１は、ボイラ本体２１の缶体内の水を加熱した後に排出路２４に排出されて、燃焼ガスＧ２となる。
２）排出路２４に移動した燃焼ガスＧ２は、排出路２４の下降流通部２４Ｄに配置された熱交換部４４を通過する。熱交換部４４の内部の水は、燃焼ガスＧ２の顕熱により加熱され、燃焼ガスＧ２の温度は低下する。また、燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気は、結露して水として分離され、燃焼ガスＧ２は、温度が低下して燃焼ガスＧ３の状態となる。
３）熱交換部４４を経由して温度が低下した燃焼ガスＧ３（Ｇ４）は、排出部２５の近傍の大気と混合されて、燃焼ガス混合空気Ｇ５となる。
このように、熱交換部４４が下降流通部２４Ｄに配置されているので、熱交換部４４で結露した水分（ドレン水）を熱交換部４４の下方で容易に回収することができる。

給水装置３０は、エコノマイザ４０を介してボイラ本体２１に給水を供給する装置である。給水装置３０は、給水タンク（図示せず）と、第１給水ライン３１と、熱交換部４４と、第２給水ライン３２と、給水ポンプ３３と、を備える。

第１給水ライン３１は、前記給水タンクと熱交換部４４の下端部とを接続し、前記給水タンクに貯留された給水Ｗ１を熱交換部４４の下端部に流通させる。
第２給水ライン３２は、熱交換部４４の上端部とボイラ本体２１の下部管寄せ（図示せず）とを接続し、熱交換部４４を通過した給水Ｗ２を、ボイラ本体２１の前記下部管寄せに流通させる。
給水ポンプ３３は、第１給水ライン３１の途中に設けられ、第１給水ライン３１に位置する給水Ｗ１を下流側（ボイラ本体２１側）へ送り出す。

給水温度測定部５０は、第１給水ライン３１における熱交換部４４の近傍に接続されており、熱交換部４４に流通する前の給水Ｗ１の温度である給水温度Ｔを測定する。

次に、燃焼量制御部４の機能のうち、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔに基づく複数のボイラ２０の燃焼量の制御に係る機能について、説明する。
燃焼量制御部４においては、給水温度Ｔに係る閾値として、給水温度閾値Ｔａが設定されている。
給水温度閾値Ｔａは、例えば、４０℃以上の範囲が好ましく、たとえば４０〜５０℃の範囲で適宜（例えば、４５℃）設定することができるが、４０℃以上１００℃未満の範囲内であれば、どの範囲にでも設定することができる。本実施形態における給水温度閾値Ｔａが４５℃の場合においては、その給水温度閾値Ｔａは、本実施形態における燃焼ガスの露点近傍の温度である。

本実施形態においてボイラ２０の放熱損失は、好ましくは１％以下であり、更に好ましくは０．６％以下である。
ここでいう「放熱損失」は、ボイラ２０からの放熱損失の総量であり、例えば、燃焼ガス（排ガス）からの損失、ボイラ本体２１からの損失、排出路２４からの損失、燃料の不燃焼分による損失、不完全燃焼ガスによる損失、各部からのドレン、蒸気や温水の漏れ等による損失を含む。
ボイラ２０の放熱損失が１％以下であると、図３に示すような、ボイラの負荷率が低いほどボイラ効率が漸増する傾向（後述）が発現しやすくなる。

本実施形態においてボイラ２０のボイラ（瞬間）効率は、好ましくは９６％以上であり、更に好ましくは９７％である。
ここでいう「ボイラ効率」は、全供給熱量に対する出蒸気の総吸収熱量の割合を意味し、１００％負荷時における瞬間効率（設計効率）である。
ボイラ効率が９６％以上であると、図３に示すようなボイラの負荷率が低いほどボイラ効率が漸増する傾向（後述）が発現しやすくなる。

本実施形態におけるボイラシステム１のように、燃焼ガスＧ２，Ｇ３が上方から下方に向かって下降する下降流通部２４Ｄに、エコノマイザ４０の熱交換部４４が配置されている構成（ダウンフロー形式）の場合には、熱交換部４４の上部で発生した結露水（ドレン水）は、下降する燃焼ガスと同一方向に流れ、凝縮効果によって、潜熱の回収効果を向上させる。

給水温度Ｔに応じてボイラ効率が最高になるボイラ２０の燃焼条件は変化する。例えば、給水温度Ｔによって燃焼ガスの温度が低下する程度が異なり、結露水（ドレン水）の発生のしやすさが異なるからである。
そこで、本実施形態においては、燃焼量制御部４は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔに基づいて複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を制御する。

詳細には、燃焼量制御部４は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下の場合には、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を最も小さく設定する。
燃焼量制御部４は、給水温度測定部５０により測定される給水温度が５〜３５℃である場合には、ボイラ２０の燃焼量を最大の燃焼量の５〜３５％に設定することが好ましい。たとえば、燃焼量制御部４は、給水温度測定部５０により測定される給水温度が１０〜２０℃である場合には、ボイラ２０の燃焼量を最大の燃焼量の１０〜２０％に設定する。具体的には、給水温度Ｔが１５℃（常温）の給水が供給されており且つ約３５０℃の燃焼ガスＧ２が熱交換部４４に導入される場合には、燃焼量制御部４は、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を最も小さく設定する。本実施形態において最も小さい燃焼量は、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）である。そこで、本実施形態においては、燃焼量制御部４は、ボイラ２０の燃焼状態を、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定する。

「ボイラ２０の燃焼量を最も小さく設定する」場合における燃焼量には、たとえばパイロット燃焼（連続パイロット燃焼を含む）およびパージ（微風パージを含む）における燃焼量は含まない。
パイロット燃焼とは、ガス焚きボイラにおいて、低燃焼よりも更に小さな燃焼であって、蒸気圧を上昇させない程度の燃焼をいう。パイロット燃焼は、パイロットバーナによる種火状態（連続パイロット燃焼状態）を維持しておき、これにより、低燃焼以上の燃焼状態へ燃焼量を増加させたい場合に、速やかに移行することを可能とする。
微風パージとは、油焚きボイラにおいて、燃焼信号が出力されるとするとすぐに着火することができるように、未燃ガスを缶内に滞留させないために送風機の回転数を減少させて、微風量で送風状態を維持することをいう。

なお、パイロット燃焼および微風パージの設定がなかった場合には、プレパージによる放熱損失が大きくなり、ボイラ効率が低下する不利益がある。その理由は、ボイラを一旦停止し、ボイラを再起動させることになるため、ボイラの缶内をプレパージした後に燃焼を開始する必要があるからである。
プレパージとは、ボイラの点火前に自動で送風機を回し、風を燃焼室内に送り、燃焼室内に残留しているガスを外へ追い出す処理である。

このように設定する理由は次の通りである。図３は、給水温度が１５℃の場合における負荷率とボイラ効率との関係を示すグラフである。
給水温度Ｔが低い（１５℃）場合（給水温度Ｔが燃焼ガスの露点よりも大幅に低い場合）には、燃焼ガスＧ２の温度が大きく低下するので、熱交換部４４の外面に結露水（ドレン水）が多く発生しやすい。また、負荷率が低いほど燃焼ガス（排ガス）の潜熱損失が小さくなる。これらの要因により、図３に示すように、ボイラの負荷率が低いほど、ボイラ効率が漸増する傾向となる。また、燃焼量を極力小さくすれば、エコノマイザ４０を流通した後の燃焼ガスＧ３の温度を小さくできる。従って、燃焼量制御部４は、ボイラ２０の燃焼状態を、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定する。

一方、燃焼量制御部４は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａを超える場合には、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を好ましくは最大の燃焼量の４０％以上設定し、たとえば、４０〜７０％に設定する。
具体的には、給水温度Ｔが４５℃の温水の給水が供給されており且つ約３５０℃の燃焼ガスＧ２が熱交換部４４に導入される場合には、燃焼量制御部４は、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を最大の燃焼量の４０〜７０％に設定する。本実施形態において最大の燃焼量の４０〜７０％に該当するのは、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）である。そこで、本実施形態においては、ボイラ２０の燃焼状態を、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定する。

このように設定する理由は次の通りである。図４は、給水温度が４５℃の場合における負荷率とボイラ効率との関係を示すグラフである。
給水温度Ｔが高い（４５℃）場合（燃焼ガスの露点に近い場合）には、負荷率が低いほど、放熱損失の影響が大きくなる一方、負荷率が高いほど燃焼ガス（排ガス）の潜熱損失が大きくなる。これらの要因により、図４に示すように、負荷率が中間であるボイラの燃焼状態が中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）の場合に、ボイラ効率が極大（ピーク）となる。従って、燃焼量制御部４は、ボイラ２０の燃焼状態を、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定する。

また、燃焼量制御部４は、設定された燃焼量で燃焼させるボイラ２０を１台ずつ増加させるように、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を制御する。
例えば、ボイラ２０の燃焼状態が低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定された場合、燃焼量制御部４は、まず、１台のボイラ２０を低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）で燃焼させる。１台のボイラ２０の燃焼では、ボイラシステム１が生成すべき蒸気量（必要蒸気量）が不足する場合には、２台目のボイラ２０を低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）で燃焼させる。必要蒸気量が得られるまで、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）で燃焼させるボイラ２０を増加させる。全てのボイラ２０を低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）で燃焼させても必要蒸気量が得られない場合には、１台のボイラ２０の燃焼状態を中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定する。以後、必要蒸気量が得られるまで、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）で燃焼させるボイラ２０を増加させる。

最初からボイラ２０の燃焼状態が中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定された場合にも、前述の制御と同様に制御される。
なお、設定された燃焼量で燃焼させるボイラ２０を、１度に複数台増加させてもよい。

次に、本実施形態のボイラシステム１において、熱交換部４４に流通する前の給水Ｗ１の温度である給水温度Ｔに基づくボイラ２０の燃焼量の制御について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係るボイラシステム１の動作を示すフローチャートである。

図５に示すように、ステップＳＴ１０において、蒸気圧測定部７は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐを測定する。

ステップＳＴ１１において、燃焼量制御部４の演算部４Ｂの燃焼モード設定部４１は、初燃焼検出部４３がボイラ２０の最初の燃焼を検出したか否かを判定する。ボイラ２０の最初の燃焼が検出された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ１２へ進む。また、ボイラ２０の最初の燃焼が検出されない場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ１５へ進む。

ステップＳＴ１２において、給水温度測定部５０は、熱交換部４４に流通する前の給水Ｗ１の温度である給水温度Ｔを測定する。給水温度測定部５０により測定された給水温度Ｔの情報は、燃焼量制御部４の入力部４Ａを介して演算部４Ｂに入力される。

ステップＳＴ１３において、燃焼量制御部４の演算部４Ｂの燃焼モード設定部４１は、給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下であるか否かを判定する。給水温度閾値Ｔａは、予め設定されている。具体的には、燃焼量制御部４の演算部４Ｂの燃焼モード設定部４１は、データベース４Ｄから給水温度閾値Ｔａの初期値を読み込む。これにより、給水温度閾値Ｔａは、予め設定される。
給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下である場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ１４へ進む。また、給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａを超えている場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ１５へ進む。

給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下である場合（ＹＥＳ）には、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を最も小さく設定すれば、ボイラ効率を最も高くすることができる。本実施形態において最も小さい燃焼量は、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）である。そこで、ステップＳＴ１４において、燃焼モード設定部４１は、複数のボイラ２０それぞれの燃焼モードＭを低燃焼モードＭＬに設定して、燃焼量を低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定する。

一方、給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａを超えている（ＮＯ）場合には、たとえば、複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を最大の燃焼量の４０〜７０％に設定すれば、ボイラ効率を最も高くすることができる。本実施形態において最大の燃焼量の４０〜７０％に該当するのは、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）である。そこで、ステップＳＴ１５において、燃焼モード設定部４１は、複数のボイラ２０それぞれの燃焼モードＭを中燃焼モードＭＭに設定して、燃焼量を中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定する。

ステップＳＴ１４又はステップＳＴ１５の後、ボイラ２０の燃焼量は、蒸気圧測定部７により測定される蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧Ｐ等に基づいて、燃焼量制御部４により制御される。

次に、ステップＳＴ２１において、給水温度測定部５０は、熱交換部４４に流通する前の給水Ｗ１の温度である給水温度Ｔを測定する。給水温度測定部５０により測定された給水温度Ｔの情報は、燃焼量制御部４の入力部４Ａを介して演算部４Ｂに入力される。ステップＳＴ２１における給水温度Ｔの測定は、給水温度Ｔと給水温度閾値Ｔａとの大小比較のためである。

ステップＳＴ２４において、燃焼モード設定部４１は、給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが、給水温度閾値Ｔａよりもディファレンシャル値Ｔｄの分低い第２温度閾値Ｔｂ以下であるか否かを判定する。給水温度Ｔが第２温度閾値Ｔｂ以下の場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳＴ２６へ進む。また、給水温度Ｔが第２温度閾値Ｔｂを超える場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳＴ２７へ進む。
ステップＳＴ２４において、給水温度閾値Ｔａにディファレンシャル値Ｔｄを設定することにより、頻繁な燃焼モードＭの切り替え（ハンチング）を抑制することができる。

ステップＳＴ２６において、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを低燃焼モードＭＬに設定する。これにより、暖気運転が行われる。
一方、ステップＳＴ２７において、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを中燃焼モードＭＭに設定する。これにより、通常運転が行われる。
ステップＳＴ２６又はステップＳＴ２７の後、処理は、ステップＳＴ２１へ戻る。そして、ステップＳＴ２１において、給水温度Ｔが再度測定される。その後、ステップＳＴ２４〜ＳＴ２７が再度実行される。

次に、図６及び図７を参照して、燃焼量の制御の具体例（第１の具体例、第２の具体例）について説明する。図６は、ボイラの燃焼量の制御に係る第１の具体例を示す図面である。図７は、ボイラの燃焼量の制御に係る第２の具体例を示す図面である。
この具体例では以下の条件とされているものとする。図６及び図７に示すように、ボイラシステムは、４台のボイラ（ＮＯ．１〜ＮＯ．４）から構成されている。１台のボイラの蒸気生成能力は２ｔ／ｈであり、必要蒸気量は２ｔである。低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定された場合におけるボイラの蒸気生成能力は４００ｋｇ／ｈである。中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定された場合におけるボイラの蒸気生成能力は１ｔ／ｈである。

前記条件において、給水温度Ｔが１５℃（常温）の給水が供給されており且つ約３５０℃の燃焼ガスが熱交換部に導入される場合には、図６に示すように、４台のボイラ全てについて、燃焼量を低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）に設定する。蒸気生成能力が４００ｋｇ／ｈのボイラが４台あるので、ボイラシステム全体としての蒸気生成能力は、必要蒸気量に近い１．６ｔ／ｈとなる。
このように燃焼量を制御することにより、ボイラ効率を最高にすることができる。

また、前記条件において、給水温度Ｔが４５℃の温水の給水が供給されており且つ約３５０℃の燃焼ガスが熱交換部に導入される場合には、図７に示すように、４台のボイラのうち、２台のボイラ（ＮＯ．１、ＮＯ．２）のみ、燃焼量を中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）に設定する。なお、他の２台のボイラ（ＮＯ．３、ＮＯ．４）は、燃焼停止状態になっている。蒸気生成能力が１ｔ／ｈのボイラが２台あるので、ボイラシステム全体としての蒸気生成能力は、必要蒸気量と同じ２ｔ／ｈとなる。
このように燃焼量を制御することにより、ボイラ効率を最高にすることができる。

本実施形態のボイラシステム１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態においては、初燃焼検出部４３によりボイラ２０の最初の燃焼が検出される場合であって且つ給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下の場合に、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを、最小燃焼モードである低燃焼モードＭＬに設定する。
そのため、本実施形態によれば、燃焼モードＭを適切に変更して、燃焼量を適切に増減し、ボイラ効率を一層向上させることができる。

例えば、給水温度閾値Ｔａを、給水温度Ｔに基づいて動的に変化せずに平均的な固定値に設定する場合には、一般的に、給水温度閾値Ｔａは、ボイラシステム１の運転が安定して、高温のドレン水が給水の一部として供給され、給水温度Ｔが高くなるときに合わせて、設定される。一方、一般的にボイラシステム１が起動してボイラ２０の１日で最初の燃焼が行われる朝においては、ドレン水がなく、給水温度Ｔは低い。従って、朝においては、低い給水温度Ｔに対して、給水温度閾値Ｔａが高過ぎて、ボイラ効率の面から非効率となる。

また、一般的にボイラ本体２１の構造物が冷えている最初の燃焼時において、給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下の場合に、仮に、燃焼モードＭを中燃焼モードＭＭや高燃焼モードＭＨに設定して、急速に加熱すると、キャリーオーバーが発生しやすく、その結果、ウォーターハンマーが発生しやすい。

しかし、本実施形態においては、初燃焼検出部４３によりボイラ２０の最初の燃焼が検出される場合であって且つ給水温度測定部５０により測定される給水温度Ｔが給水温度閾値Ｔａ以下の場合に、燃焼モード設定部４１は、燃焼モードＭを、最小燃焼モードである低燃焼モードＭＬに設定する。

そのため、キャリーオーバーが発生しやすいためウォーターハンマーが発生しやすい最初の燃焼時において、低燃焼モードＭＬでゆっくりと加熱させながら蒸気を発生させる。これにより、キャリーオーバーの発生、延いては、ウォーターハンマーの発生を抑制することができる。このように、本実施形態によれば、ボイラ２０の最初の燃焼において、燃焼モードＭを適切に変更して、燃焼量を適切に増減し、適切な暖気運転を行うことができる。従って、ボイラ効率を一層向上させ、燃料コストを一層抑制することができる。

また、本実施形態においては、蒸気圧測定部７により測定される蒸気圧が蒸気圧閾値以下であるか否かによって、初燃焼検出部４３は、検出に係るボイラ２０の燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出する。そのため、本実施形態によれば、初燃焼検出部４３としてセンサ等を別途設けることなく、検出に係るボイラ２０の燃焼が最初の燃焼であるか否かを容易に検出することができる。

また、本実施形態のボイラシステム１においては、ボイラ２０は、ボイラ本体２１と排出部２５とを連通して燃焼ガスＧ２〜Ｇ４を流通させる排出路２４であって、その一部に上下方向に延びる下降流通部２４Ｄを有する排出路２４と、下降流通部２４Ｄに配置され且つボイラ本体２１に供給される給水Ｗ１が流通する熱交換部４４を有し、下降流通部２４Ｄを流通する燃焼ガスＧ２により熱交換部４４において給水Ｗ１を予め加熱してから、給水Ｗ３をボイラ本体２１に供給するエコノマイザ４０と、を有する。給水温度測定部５０は、給水温度Ｔとして、熱交換部４４に流通する給水Ｗ１の温度を測定する。

そのため、本実施形態によれば、熱交換部４４に流通する前の給水Ｗ１の温度である給水温度Ｔに基づいて複数のボイラ２０それぞれの燃焼量を制御するため、ボイラ２０の放熱損失を１％以下とし、ボイラ２０のボイラ効率を９６％以上とすることが容易である。従って、本実施形態によれば、ボイラ２０の放熱損失を低減することができると共に、ボイラ効率を向上することができる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、蒸気圧測定部７により測定される蒸気圧Ｐが蒸気圧閾値Ｐａ以下であるか否かによって、初燃焼検出部４３は、検出に係るボイラ２０の燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出しているが、これに制限されない。
また、前記実施形態においては、ボイラの燃焼量が最小燃焼モード（低燃焼モードＭＬ）におけるボイラの燃焼量よりも大きい第２燃焼モードは、中燃焼モードＭＭであるが、これに制限されず、高燃焼モードＭＨでもよい。

また、排出路２４において熱交換部４４が配置される流通部は、前記実施形態においては、燃焼ガスが上方から下方に向かって下降して流通する下降流通部２４Ｄに設けられているが、これに制限されない。前記流通部は、燃焼ガスが下方から上方に向かって上昇して流通する上昇流通部に設けることもできる。

また、前記実施形態においては、ボイラ２０として、燃焼停止状態（第１燃焼位置：０％）、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：４５％）及び高燃焼状態ＥＨ（第４燃焼位置：１００％）の４段階の燃焼状態（燃焼位置、負荷率）に制御可能な４位置制御の段階値制御ボイラを用いているが、これに制限されない。

４位置制御の段階値制御ボイラとして、燃焼停止状態（第１燃焼位置：０％）、低燃焼状態ＥＬ（第２燃焼位置：２０％）、中燃焼状態ＥＭ（第３燃焼位置：６０％）及び高燃焼状態ＥＨ（第４燃焼位置：１００％）の４段階の燃焼状態（燃焼位置、負荷率）に制御可能な４位置制御の段階値制御ボイラを用いることができる。
段階値制御ボイラにおける燃焼位置の制御は、４位置制御に制限されず、３位置制御、５位置制御などでもよい。

給水温度閾値は、好ましくは４０℃以上であり、実施形態としては好ましくは４０〜５０℃（例えば４５℃）であるが、４０℃以上１００℃未満の範囲内であれば、どの範囲にでも設定することができる。
ボイラシステムにおけるボイラの台数は、１台でもよい。
ボイラシステムにおいて、蒸気生成能力が異なるボイラを併せて備えていてもよい（例えば、蒸気生成能力が２ｔ／ｈのボイラと３ｔ／ｈのボイラ）。

段階値制御ボイラに代えて、比例制御ボイラを用いることができる。
比例制御ボイラは、燃焼能力（最大燃焼状態における燃焼量）に対して０％（燃焼がない状態）から１００％（最大燃焼量）の範囲で燃焼量が連続的に制御可能とされており、例えば、比例制御バルブの開度（燃焼比）を制御することにより調整するようになっている。
比例制御ボイラの燃焼量は、比例制御ボイラの燃焼能力とバルブ開度（燃焼比）との積により求められる。

比例制御ボイラにおいて燃焼量を連続的に制御するとは、燃焼量が無断階で制御される場合の他、制御部における演算や信号がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合であっても、例えば、バルブ等の制御機構による制御量が、燃焼用空気や燃料ガス等のバラツキに起因する燃焼量の変動に比べて小さい数値（例えば、１％以下）とされ、事実上連続的に制御されるものを含むものとする。
また、本発明は、ガス焚きボイラおよび油焚きボイラにも適用可能である。

１ ボイラシステム
４ 燃焼量制御部（燃焼量制御手段）
２０ ボイラ
２１ ボイラ本体
２４ 排出路
２４Ｄ 下降流通部（流通部）
２５ 排出部
４０ エコノマイザ（給水予熱器）
４１ 燃焼モード設定部（燃焼モード設定手段）
４３ 初燃焼検出部（初燃焼検出手段）
４４ 熱交換部
５０ 給水温度測定部（給水温度測定手段）
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ 燃焼ガス
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 給水

Claims (8)

1. ボイラと、該ボイラの燃焼量に係るモードとして燃焼モードを設定して該ボイラの燃焼量を制御する燃焼モード設定手段と、前記ボイラの最初の燃焼を検出する初燃焼検出手段と、を備えるボイラシステムであって、
   前記ボイラは、
   燃焼が行われるボイラ本体と、前記ボイラ本体に供給される給水の温度である給水温度を測定する給水温度測定手段と、を有し、
   前記初燃焼検出手段により前記ボイラの最初の燃焼が検出される場合であって且つ前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、給水温度に係る閾値として設定されている給水温度閾値以下の場合に、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを、前記ボイラの燃焼量が最も小さい最小燃焼モードに設定する
   ボイラシステム。
2. 前記初燃焼検出手段により前記ボイラの最初の燃焼が検出されていない場合、又は、前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、前記給水温度閾値を超える場合に、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを、前記ボイラの燃焼量が前記最小燃焼モードにおける前記ボイラの燃焼量よりも大きい第２燃焼モードに設定する
   請求項１に記載のボイラシステム。
3. 燃焼モードが前記第２燃焼モードの場合には、前記給水温度測定手段により測定される給水温度が、前記給水温度閾値よりもディファレンシャル値の分低い第２温度閾値以下になったときに限り、前記燃焼モード設定手段は、燃焼モードを前記最小燃焼モードに設定する
   請求項２に記載のボイラシステム。
4. 前記ボイラは、前記ボイラ本体において生成された蒸気を貯留する蒸気ヘッダと、前記蒸気ヘッダの内部の蒸気圧を測定する蒸気圧測定手段と、を更に有し、
   前記蒸気圧測定手段により測定される蒸気圧が、蒸気圧に係る閾値として設定されている蒸気圧閾値以下であるか否かによって、前記初燃焼検出手段は、検出に係る前記ボイラの燃焼が最初の燃焼であるか否かを検出する
   請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステム。
5. 前記ボイラの最初の燃焼は、ボイラシステムが停止している状態から起動した後における最初の燃焼である
   請求項１〜４のいずれかに記載のボイラシステム。
6. 前記ボイラの最初の燃焼は、一日で最初の燃焼である
   請求項１〜５のいずれかに記載のボイラシステム。
7. 前記ボイラは、
   前記ボイラ本体で発生する燃焼ガスを排出する排出部と、
   前記ボイラ本体と前記排出部とを連通して燃焼ガスを流通させる排出路であって、その少なくとも一部に上下方向に向けて延びる流通部を有する排出路と、
   前記流通部に配置され且つ前記ボイラ本体に供給される給水が流通する熱交換部を有し、前記流通部を流通する燃焼ガスにより前記熱交換部において給水を予め加熱してから、当該給水を前記ボイラ本体に供給する給水予熱器と、を更に有し、
   前記給水温度測定手段は、前記給水温度として、前記熱交換部に流通する給水の温度を測定する
   請求項１〜６のいずれかに記載のボイラシステム。
8. 前記ボイラを複数備える
   請求項１〜７のいずれかに記載のボイラシステム。

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