JP5410849B2

JP5410849B2 - ボイラ多缶設置システム

Info

Publication number: JP5410849B2
Application number: JP2009140640A
Authority: JP
Inventors: 将人西山; 守森本
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2010286180A

Description

本発明は複数台の蒸気ボイラを設置しておき、蒸気集合部の蒸気圧力値に基づいて必要台数分のボイラを燃焼させる台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムに関するものである。

大型のボイラに換えて小型のボイラを複数台設置しておき、台数制御装置によってボイラの燃焼台数を制御することで蒸気の発生量を調節するボイラの多缶設置システムが広く普及している。蒸気ボイラの多缶設置システムでは、各ボイラで発生した蒸気を集合させる蒸気集合部には圧力検出装置を設けておき、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値はボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置へ出力する。台数制御装置では、蒸気集合部における蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を決定するようにしている。台数制御装置では、蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼量を定めておき、検出した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し、蒸気圧力値の上昇につれてボイラの燃焼台数を少なくしていくことで蒸気発生量を減少させる。蒸気集合部の蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を増減することで、蒸気圧力値を所定の範囲内に保つ制御を行うことができる。

具体的には、台数制御装置では蒸気圧力の調節範囲を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておく。多缶設置しているボイラが、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであれば、台数制御装置では検出している蒸気圧力値に基づいて、高燃焼・低燃焼・停止をそれぞれ何台とするかを定めた燃焼パターンを設定しておく。燃焼パターンでは、検出している蒸気圧力値が低圧側の圧力帯になるほど燃焼量が大きくなるように高燃焼・低燃焼・停止の各台数を定めておき、燃焼の優先順位が高いボイラから順に決定台数分のボイラを燃焼させる。

ボイラ多缶設置システムでは、ボイラ全体での燃焼量を増減することで、ボイラから供給する蒸気量を増減することができるが、ボイラに対する燃焼指令の出力と、実際に蒸気供給量の変化が現れるまでの間には時間差が生じる。ボイラの燃焼を開始する場合には、炉内に未燃分が残留した状態で着火されるのを防止するため、燃焼開始前に燃焼室内を換気するプレパージなど燃焼準備の工程が必要であり、燃焼準備工程を行った後でなければ燃焼を開始することができない。燃焼指令の出力を行っても燃焼準備中のボイラでは蒸気供給を行うことができないため、その間の蒸気圧力値は低下し続けることになる。

ボイラの燃焼準備工程を行っている間に蒸気圧力値がさらに低い側の圧力帯内へ低下することになると、台数制御装置では次の燃焼優先順位ボイラに対して燃焼指令の出力を行う。蒸気圧力値が低下する速度が速い場合には、蒸気圧力値の低下に応じて、多缶設置しているボイラに対し次々と燃焼指令を出力して燃焼準備中のボイラを増加し、ボイラの燃焼台数を増加することで蒸気の不足を補おうとする。すると、実際に必要な蒸気量に対応する台数のボイラよりも多くのボイラに対して燃焼指令を出力することになり、その後にボイラが燃焼準備の工程を終了して次々と燃焼を開始すると、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなる。蒸気使用量よりも蒸気供給量が多いと蒸気圧力値は上昇することになり、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に大きくなると、蒸気圧力値は急上昇することになる。

台数制御装置では蒸気圧力値が上昇すればボイラの燃焼台数を削減することで蒸気使用量と蒸気供給量のバランスをとろうとするが、蒸気圧力値の上昇が急激な場合には、蒸気圧力値の調節範囲内にとどまらずに調節範囲の上限値以上にまで上昇し、その結果としてすべてのボイラを燃焼停止とする。すると今度は、蒸気使用量に対して蒸気供給量が大幅に小さくなり、蒸気圧力値が急低下することになる。台数制御装置では再びボイラに対して順次燃焼指令を出力していくが、燃焼開始時には燃焼準備の工程が必要であってすぐには蒸気を供給することができないために蒸気供給が遅れ、またもや必要以上のボイラに対して燃焼指令を出力する、ということを繰り返すハンチングを発生することになっていた。ハンチングが発生すると、蒸気圧力値は調節範囲より高くなることと低くなることを繰り返すことになるため、蒸気の安定供給ができなくなる。

特開２００２−８１６０６号には、ボイラ燃焼中や待機中での蒸気圧力変化の勾配を検出し、検出した勾配に基づいて燃焼量の変更や燃焼開始指示信号を早めに出力するという発明が記載されている。この発明では、優先順位が下位のボイラに対して燃焼準備工程を通常より早く開始させることになるため、制御の遅れを少なくすることができるというものである。しかしこの場合でも、過剰な制御による燃焼台数の急増と急減を繰り返すハンチングの発生を完全に防止するということはできなかった。

図３はこの従来制御での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況の例を記した説明図である。この場合、時刻ａで蒸気圧力値が上限値に達し、燃焼台数を０台としてすべてのボイラでの燃焼を停止している。その後、時刻ｂで蒸気圧力値が燃焼台数１台の圧力領域に入っており、台数制御装置では１号缶のボイラに対して燃焼開始指示信号の出力を行う。しかしボイラが燃焼を開始するには、プレパージなどの準備工程が必要であるため、すぐには燃焼を開始せず、蒸気圧力値は低下を続ける。さらに蒸気圧力値の低下した時刻ｃでは、２号缶に対しても燃焼開始指示信号の出力を行うとともに、時刻ｂから時刻ｃでの蒸気圧力値変化の勾配を検出する。この勾配が大きい場合、３台目及び４台目のボイラではまだ燃焼開始の圧力になっていないが、台数制御装置では３号缶及び４号缶のボイラに対して燃焼開始指示信号の出力を行っておく。

この段階では燃焼を行っているボイラはなく、すべてのボイラは燃焼準備中であるために蒸気圧力値の低下は続いている。その後、時刻ｄになると１号缶のボイラが燃焼を開始し、時刻ｅになると２号缶から４号缶のボイラでも燃焼を開始する。４台のボイラで燃焼を開始すると、蒸気発生量は急激に増加するために蒸気圧力値は急上昇しており、時刻ｆで蒸気圧力値は制御の上限値まで達し、燃焼台数は０台となるためすべてのボイラで燃焼を停止している。すると蒸気発生量が急減するために蒸気圧力値は再び急降下するということを繰り返すハンチングを発生している。このようになると、安定した蒸気の供給が行えなくなってしまう。

特開２００２−８１６０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、台数制御を行っているボイラ多缶設置システムにおいて、ハンチングの発生を防止することで蒸気を安定的に供給することのできるボイラ多缶設置システムを提供することにある。

ボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しており、蒸気集合部に設けた圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づき、各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムであって、台数制御装置は、蒸気圧力値の調節範囲内を複数の圧力帯に区分し、蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を決定するようにしており、蒸気圧力値が低くなった場合にはボイラの燃焼台数を多くし、蒸気圧力値が高くなるとボイラの燃焼台数を少なくしており、台数制御装置は、蒸気圧力値の上昇によって台数制御対象のボイラの燃焼を全缶停止した状態から、蒸気圧力値の低下によって台数制御対象のボイラを全缶燃焼とし、その後の蒸気圧力値の上昇によって再び燃焼を全缶停止とするまでの時間である台数制御１サイクル分の時間Ｔｎを検出しておき、時間Ｔｎがあらかじめ設定しておいた基準時間よりも短い場合、台数制御対象とするボイラ数を減少する制御を行う。

本発明を実施することで、蒸気圧力値の急低下と急上昇を起こすハンチングの発生を防止することができ、蒸気を安定的に供給することができる。

本発明を実施するボイラと台数制御装置の構成図本発明での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図比較のための従来制御での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図

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と台数制御装置２の構成図である。実施例では１号缶・２号缶・３号缶・４号缶からなる４台のボイラ１を設けており、各ボイラ１は共通の蒸気集合部５に接続する。各ボイラで発生した蒸気は前記蒸気集合部５に集合した後で蒸気使用装置側へ送るようにしており、蒸気集合部５に圧力検出装置４を設ける。各ボイラ１には運転制御装置３を設けており、各ボイラの運転制御は個々の運転制御装置３によって行う。運転制御装置３は、各ボイラ１の燃焼状態を定める台数制御装置２と接続しており、台数制御装置２からの燃焼指令に基づいて運転の制御を行う。

台数制御装置２は、圧力検出装置４で検出した蒸気圧力値に基づいて、各ボイラにおける燃焼量を決定する。台数制御装置２には、圧力検出装置４によって検出する蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼状態を設定しておき、決定した燃焼状態になるように各ボイラに対して燃焼指令を出力する。また、台数制御装置２は各ボイラに対して燃焼の優先順位を定めておき、優先順位の高いボイラから順に燃焼させるようにしている。ここでの優先順位は、１号缶のボイラを第１位、２号缶のボイラを第２位、３号缶のボイラを第３位、４号缶のボイラを第４位としている。

図２は、蒸気圧力値、ボイラの運転状況、蒸気発生量の時間的変化を模式的に示したものである。図２の上段には、蒸気圧力値の変化状況、中段には台数制御装置２から各ボイラに対して出力する運転指令に基づいて行うボイラの運転状況、下段にはボイラ全体での蒸気発生量の変化を記載している。台数制御装置２では、蒸気圧力値の調節範囲内を複数の圧力帯に区分しており、蒸気圧力値が低くなった場合にはボイラの燃焼台数を多くし、蒸気圧力値が高くなるとボイラの燃焼台数を少なくする。台数制御装置２では、蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を決定し、優先順位の高い順にボイラの運転制御装置３へ燃焼指令を出力する。また、台数制御装置２では、台数制御対象ボイラのすべてが燃焼を停止してから、すべてのボイラが燃焼を開始し、次にすべてのボイラが燃焼を停止するまでである１サイクル分の時間Ｔｎを算出するようにしておく。そして、算出した時間Ｔｎの値があらかじめ設定しておいた基準時間よりも短い場合、台数制御対象のボイラを減少する制御を行う。

図２では、燃焼優先順位が第１位の１号缶のみが燃焼しており、蒸気圧力値が上昇傾向にある状態から開始している。蒸気圧力が上昇して蒸気圧力調節範囲の上限を越えた時刻Ａでは、蒸気圧力値から定まるボイラの燃焼台数は０台となるため、台数制御装置２は燃焼を行っていた１号缶に対して停止の指令を出力して燃焼を停止させる。また台数制御装置２では、すべてのボイラで燃焼停止となった時刻Ａからの経過時間の計測を開始しておく。その後、ボイラからの蒸気供給がなくなれば蒸気圧力値は減少に転じ、時刻Ｂで１号缶のボイラに対して燃焼指令の出力を行い、１号缶では燃焼準備の工程を開始する。１号缶のボイラでは、燃焼準備に要する一定の時間経過後に燃焼を開始するのであるが、蒸気圧力値の低下速度が大きいために、１号缶のボイラが燃焼を開始するまでの間に蒸気圧力値は大きく低下している。そのため、時刻Ｃ・時刻Ｄ・時刻Ｅの時点において、順に２号缶・３号缶・４号缶のボイラへ燃焼指定の出力を行っており、各ボイラで燃焼準備の工程を開始している。

燃焼準備を開始した各ボイラでは、燃焼準備の工程が終了し次第、燃焼を開始することになる。各ボイラでの燃焼準備工程が終了してボイラの燃焼が始まり、蒸気の発生が始まると、蒸気圧力値は上昇していく。４台のボイラで蒸気を発生すると、蒸気発生量は非常に大きくなり、蒸気使用量より蒸気供給量の方が大幅に多くなったため、蒸気圧力は急上昇しており、時刻Ｆ・Ｇ・Ｈ・Ｉと蒸気圧力値が高くなるごとにボイラを次々と停止している。台数制御装置２では、すべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行った時刻Ａの後、すべてのボイラに対して燃焼指令の出力の出力を行い、再びすべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行った時刻Ｉまで時間を時間Ｔ１として算出する。

算出した時間Ｔ１の値が基準時間よりも短かった場合、台数制御装置２は現時点で燃焼優先順位が最下位である４号缶ボイラを台数制御の対象から外し、残り３台での台数制御に変更する。台数制御対象ボイラを減少した場合、ボイラ燃焼台数のパターンが減少するため、蒸気圧力調節範囲内を分割していた分割数が少なくなり、各分割幅は大きくなる。

その後、前回と同様に蒸気圧力値が低下すればボイラの燃焼量を増加させる指令を出力する。台数制御装置２では、時刻Ｊ・時刻Ｋ・時刻Ｌとなって蒸気圧力値が低下するごとに１号缶から３号缶のボイラに対して順に燃焼指令の出力を行い、各ボイラで燃焼準備を開始している。この場合も前回と同様に、ボイラが燃焼を開始すると、蒸気圧力値は上昇するが、燃焼を行うボイラの台数が少なくなるとボイラ全体での蒸気発生量も少なくなるため、蒸気圧力値の上昇速度は少し緩やかになっている。蒸気圧力が上昇し、時刻Ｍ・Ｎ・Ｏで順次燃焼台数を減少していく。この場合でも、すべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行った時刻Ｉの後、ボイラに対して燃焼指令の出力の出力を行い、再びすべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行う時刻Ｏまで時間を時間Ｔ２として算出しておく。時間Ｔ２の値が基準時間よりも短かった場合、台数制御装置２はさらに現時点で燃焼優先順位が最下位である３号缶ボイラを台数制御の対象から外し、残り２台での台数制御に変更する。

ボイラ２台での台数制御とした場合、ボイラの全缶停止による蒸気圧力値の低下はそれまでと同じであるが、ボイラの燃焼を開始した以降での蒸気圧力値の上昇はボイラ燃焼台数が少ないために、さらに緩やかになっている。時刻Ｒ以降はボイラの燃焼台数は１台であって、蒸気圧力値の上昇は非常に緩やかとなり、蒸気圧力値が調節範囲の上限値になるまでの時間は長くなる。なお、ここでもすべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行った時刻Ｏの後、ボイラに対して燃焼指令の出力の出力を行い、再びすべてのボイラに対して燃焼停止の出力を行うまでの時間を時間Ｔ３として算出しているが、時間Ｔ３の値は基準時間よりも長くなっているため、ここでは台数制御対象のボイラを減少させることはしない。

この実施例では、１台のボイラのみが燃焼を行っている場合でも、蒸気圧力値は上昇しているため、燃焼優先順位が下位である３号缶や４号缶のボイラは本来なら運転する必要がないものであった。３号缶や４号缶のボイラにも燃焼を行わせていた時には、蒸気発生量が大きくなりすぎることで蒸気圧力値の変化が激しくなり、全缶停止と全缶燃焼を繰り返すハンチングを発生することになっていた。この場合には、本発明のように台数制御を行うボイラの台数を減少し、燃焼の必要がないボイラにまで燃焼を行うことがないようにすることで、蒸気圧力値の変化を緩やかなものにすることができ、ハンチングの発生を防止することができる。

なお、図２の実施例では、ボイラの燃焼量制御はオン−オフで制御することになっている。燃焼量制御を高燃焼・低燃焼・停止の３位置で制御する場合、高燃焼と低燃焼で燃焼量を変更する制御が加わるが、燃焼を開始する場合には燃焼準備の工程が必要であることは同様であり、３位置制御であっても本発明を実施することで上記効果を得ることができる。

また、上記の実施例では、蒸気の需要量が少ないために台数制御対象のボイラを減少するケースのみを記載しているが、台数制御装置２では、蒸気需要量が増加した場合には台数制御対象のボイラを増加することで蒸気の需要に対応できるようにしておく。例えば、台数制御対象ボイラの多くが燃焼している状態が長く続いた場合や、蒸気圧力値が非常に大きく低下した場合には、台数制御対象のボイラを増加することで蒸気発生量を増加するように設定しておく。

１ボイラ
２台数制御装置
３運転制御装置
４圧力検出装置
５蒸気集合部

Claims

ボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しており、蒸気集合部に設けた圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づき、各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムであって、台数制御装置は、蒸気圧力値の調節範囲内を複数の圧力帯に区分し、蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を決定するようにしており、蒸気圧力値が低くなった場合にはボイラの燃焼台数を多くし、蒸気圧力値が高くなるとボイラの燃焼台数を少なくしており、台数制御装置は、蒸気圧力値の上昇によって台数制御対象のボイラの燃焼を全缶停止した状態から、蒸気圧力値の低下によって台数制御対象のボイラを全缶燃焼とし、その後の蒸気圧力値の上昇によって再び燃焼を全缶停止とするまでの時間である台数制御１サイクル分の時間Ｔｎを検出しておき、時間Ｔｎがあらかじめ設定しておいた基準時間よりも短い場合、台数制御対象とするボイラ数を減少する制御を行うことを特徴とするボイラ多缶設置システム。