JP5579513B2

JP5579513B2 - 多缶設置ボイラ

Info

Publication number: JP5579513B2
Application number: JP2010147304A
Authority: JP
Inventors: 将人西山; 守森本
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP2012013246A

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。多缶設置ボイラでは、各ボイラに稼働優先順位を定めておき、稼働優先順位の高いボイラから順に必要台数分のボイラを燃焼する。ボイラの燃焼量が、高燃焼・低燃焼・停止のように段階的に設定したものであれば、稼働優先順位の上位からある台数分が高燃焼、その次の順位からある台数分が低燃焼、残りが燃焼停止とすることで必要な量の燃焼を行う。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、定期的に稼働優先順位を変更するローテーションを行う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。

また、実用新案登録第２５０５２８５号公報にあるように、ボイラでは連続燃焼時間が長時間になる場合には、燃焼を一時的に停止することで燃焼回路の安全を確認するセルフチェックを行っている。ボイラは、火炎が消失した状態で燃料を噴射し続けるような状態になった場合には非常に危険であるため、火炎検出装置を設置しておき、火炎があることを確認しながら燃料の噴射を行い、火炎がない場合には燃料を噴射しないことで安全を確保している。ただしそのためには、火炎検出装置が正常に稼働してることが必要となる。火炎検出装置は、火炎がある時に火炎なしとの誤判定を行う異常が発生した場合には、火炎なしの出力でボイラの運転を停止するため、ボイラの稼働率は低下するが安全性は確保できる。しかし、火炎がない時に火炎ありとの誤判定を行う異常が発生した場合には、安全を確保することができなくなる。火炎ありの誤判定を行う異常は、燃焼を行っていない時に火炎ありの判定が行われた場合には検出することができるが、燃焼を停止する機会がないと異常を検出することができない。

そのため、燃焼を一時停止して火炎検出装置の機能を確認するセルフチェックを行っていた。深夜など蒸気必要量が比較的少ない時間を設定し、設定時間になれば燃焼指令が出力されていても燃焼を一時停止して火炎検出装置の機能を確認するセルフチェックを行うことで、連続燃焼時間が２４時間以上になることはなく、火炎検出装置の能力チェックが行われない時間が２４時間以上になることはない。また、連続燃焼時間を計測しておき、連続燃焼時間が所定の時間になるごとにセルフチェックを実施するようにしてもよい。例えば連続燃焼時間が２３時間５９分になるごとに燃焼を一時停止して火炎検出装置の機能を確認するようにしても、火炎検出装置の能力チェックが行われない時間が２４時間以上になることはない。

ところで安全確認のために燃焼を停止するセルフチェックを行うのは、長時間の連続燃焼を行っているボイラである。つまり、燃焼が必要なボイラの燃焼を停止することになるため、ボイラの燃焼停止によって蒸気の供給が足りなくなって、蒸気圧力が低下することがあるという問題があった。

実用新案登録第２５０５２８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラ燃焼回路の安全性を確認するセルフチェックの実施を、負荷に対する供給が不足することを抑えながら行えるようにすることにある。

稼働優先順位を定めた複数台のボイラと、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し、各ボイラは燃焼指令を受けて燃焼を行っている多缶設置ボイラであって、燃焼を行っていない状態で火炎の有無を検出することによって燃焼回路の異常を判定するセルフチェックを行うようにしている多缶設置ボイラにおいて、ボイラ全体を複数のグループに区分しておき、ボイラの稼働優先順位はグループ内でローテーションを行うとともに、グループ単位で稼働優先順位の上位グループと下位グループを入れ替えるようにしておき、セルフチェックは稼働優先順位が下位のグループになっているときに実施する。

セルフチェックのために燃焼を停止するボイラは稼働優先順位の低いボイラであり、セルフチェックを行うボイラよりも稼働優先順位の高いボイラが存在する状態でセルフチェックを行うことになる。セルフチェックを行うボイラが燃焼を停止しても、そのボイラより稼働優先順位の高いボイラでは燃焼を行っており、燃焼ボイラが蒸気の供給を行っているために、蒸気圧力値が低下する可能性は低くなる。

本発明の第１実施例でのボイラ運転状態説明図本発明を実施している多缶設置ボイラのフロー図本発明の第２実施例でのボイラ運転状態説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の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、図２は本発明の一実施例におけるボイラの設置状況を示したフロー図、図３は本発明の第２の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、ボイラＡからボイラＦを並列に設置している。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、蒸気集合部には蒸気圧力検出装置３を設ける。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。ボイラは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼量を制御するものであり、ボイラ全体での燃焼量を制御することで蒸気発生量を調節する。

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実施しており、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の運転を行う。ボイラ運転制御装置５は、台数制御装置２からの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、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う必要があり、プレパージを終了した後に燃焼を開始するため、燃焼指令を受けてもすぐには燃焼を開始できない。燃焼準備の工程が終了してボイラが燃焼を開始すると、燃焼で発生した熱によってボイラ内の缶水を加熱し、蒸気を発生する。ボイラ運転制御装置５が、台数制御装置２から燃焼停止の指令を受けると、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、燃料の供給を停止することで燃焼を停止し、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火炎の有無を検出する火炎検出装置６を設け、火炎検出装置６とボイラ運転制御装置５は信号線で接続しておき、火炎検出装置６で検出した火炎有無の信号は、ボイラ運転制御装置５へ送るようにしておく。ボイラ運転制御装置５は、燃焼を行っている時に火炎なしの信号を受信した場合には、安全のためにボイラの燃焼を停止するようにしておく。ボイラ運転制御装置５では、火炎検出装置６に異常が発生し、火炎が存在していない時に火炎ありとの誤判定を行うことを防止するため、燃焼を行っていない場合には火炎なしの出力が行われることを確認する。そして、ボイラの連続燃焼時間が長くなり、火炎検出装置６の能力確認が行えない時間が長くなった場合には、燃焼を一時的に停止して火炎がない状態で燃焼回路（火炎検出装置６の能力）を確認するセルフチェックを行うようにしておく。

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ボイラ全体の燃焼必要量を求め、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、又は低燃焼から高燃焼に変更することで燃焼量を増加する。そして、蒸気圧力値が上昇して燃焼必要量が減少すると、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、又は高燃焼から低燃焼に変更することで燃焼量を減少する台数制御を行う。

稼働優先順位は定期的に変更しており、本実施例では１日に２回変更するようにしている。稼働優先順位は、設置ボイラ全体を２つのグループに分けておき、グループ内でのローテーションを行うとともに、グループ単位で上位と下位を入れ替えるようにしている。稼働優先順位を１日に２回変更するのは、セルフチェックの実施時期が近づいているボイラの稼働優先順位を下位に下げておき、下位のボイラに対してセルフチェック実施するようにするためである。セルフチェックを実施するボイラの稼働優先順位が下位であれば、そのボイラよりも稼働優先順位が上位であって燃焼を行っているボイラが必ず存在するため、セルフチェックのためにボイラが燃焼を停止しても、その時に蒸気の供給が不足することになる可能性を低くすることができる。

具体的な制御を図１及び図２に基づいて説明する。本実施例では、ボイラは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼量を制御するものであって、高燃焼での蒸気供給量は２ｔ／ｈ、低燃焼での蒸気供給量は１ｔ／ｈであるとして説明する。図１及び図２では、ボイラＡ・Ｂ・Ｃを第１のグループ、ボイラＤ・Ｅ・Ｆを第２のグループとしている。図では、各ボイラの稼働優先順位は、ボイラＡが第１位、ボイラＢが第２位、ボイラＣが第３位、ボイラＤが第４位、ボイラＥが第５位、ボイラＦが第６位であって、第１のグループが上位（第１位〜第３位）、第２のグループが下位（第４位〜第６位）の状態から始まっている。各ボイラの状態欄には、各ボイラの燃焼量を斜線部領域の高さで表しており、高い斜線部領域の部分（Ｈの部分）が高燃焼、低い斜線部領域の部分（Ｌの部分）が低燃焼、斜線部領域が抜けている部分は燃焼停止を示している。蒸気必要量が９ｔ／ｈであったとすると、高燃焼のボイラが３台と低燃焼のボイラが３台の場合に蒸気供給量は９ｔ／ｈとなって釣り合うことになる。そのため、第１位から第３位のボイラで高燃焼、第４位から第６位のボイラで低燃焼を行うようにしている。なお、実際の運転では蒸気必要量が増減することによってボイラの燃焼状態も変化するが、蒸気必要量の変動による燃焼状態の変動を図に書き込むと、図が複雑になって分かりづらくなるため、蒸気必要量は一定で変化しないものとしている。

まず第１の実施例を図１に基づいて説明する。図１は連続燃焼時間を計測しておき、連続燃焼時間が２４時間以内で設定する設定時間Ｔに達するごとにセルフチェックを実施するものである。順位変更１の時期になると、各ボイラの稼働優先順位を変更する。稼働優先順位の変更は、グループ単位での上位と下位の入れ替えと、グループ内でのローテーションによる順位の入れ替えを行う。グループ単位での稼働優先順位の割り当てを入れ替えると、当初は第１位から第３位が割り当てられていた第１のグループには第４位から第６位が割り当てられ、当初は第４位から第６位が割り当てられていた第２のグループは第１位から第３位が割り当てられる。そして各グループ内でも順位変更を行ったことで、順位変更１以降の時間帯では、ボイラＡが第６位、ボイラＢが第４位、ボイラＣが第５位、ボイラＤが第３位、ボイラＥが第１位、ボイラＦが第２位となっている。そのため、稼働優先順位が下位のボイラＡ・Ｂ・Ｃは低燃焼、上位のボイラＤ・Ｅ・Ｆは高燃焼を行うことになる。

順位変更１以降の時間帯では、稼働優先順位が下位のグループである第１のグループでボイラのセルフチェックを行う。セルフチェックは連続燃焼時間が設定時間Ｔに達するごとに行うようにしており、前回の燃焼開始時刻が異なっていれば今回のセルフチェック実施時刻も異なることになる。なお、セルフチェック実施時刻が重なることになった場合には、セルフチェック実施時刻をずらすことで、複数台のボイラが同時に燃焼を停止することがないようにする。燃焼開始時刻から設定時間Ｔ後にセルフチェックを行う場合、複数ボイラの燃焼開始時刻が同じであれば同時に複数のボイラでセルフチェックを行うことになってしまう。燃焼開始時刻から設定時間Ｔを加えた時刻であるセルフチェック実施予定時刻を算出しておき、セルフチェック実施予定時刻が重なった場合には、一部ボイラの設定時刻Ｔの値をより短い値に変更することで、セルフチェックが重ならないようにする。また、あるボイラでのセルフチェック実施予定時刻と稼働優先順位の変更予定を比較した結果、セルフチェック実施予定時刻は稼働優先順位が上位の時になるということが分かった場合には、セルフチェック実施予定時刻となる稼働優先順位が上位となる時間帯の一つ前の時間帯である稼働優先順位が下位の時にセルフチェックを行うようにしておく。稼働優先順位が下位の時に連続燃焼時間が設定時間に達していなくても、セルフチェックを前倒しして実施することで、稼働優先順位が上位の時に連続燃焼時間が設定時間に達することを防止することができる。

順位変更１以降の最初にセルフチェックを行っているのはボイラＡとなっている。ボイラＡがセルフチェックを開始するとボイラＡは燃焼を停止する。しかし、ボイラＡは稼働優先順位が下位である第１のグループに属しており、少なくとも上位のグループである第２グループに属している３台のボイラはボイラＡよりも稼働優先順位が高くなっている。ボイラＡよりも稼働優先順位が高いボイラでは燃焼を行っているため、すぐに蒸気圧力値が低下することはない。

また、燃焼を行っていたボイラＡが燃焼を停止することで減少したボイラ全体での蒸気供給量は、他のボイラでの燃焼量を増加することで補って蒸気供給量を維持する。ここでは、低燃焼を行っていたボイラの燃焼量を高燃焼に変更することで蒸気供給量を増加することができる。低燃焼であったボイラＡが燃焼を停止すると、高燃焼３台、低燃焼２台、停止１台となり、多缶設置ボイラ全体での蒸気発生量は８ｔ／ｈとなるが、低燃焼のボイラ１台を高燃焼に変更し、高燃焼４台、低燃焼１台、停止１台にすると、ボイラ全体での蒸気発生量は９ｔ／ｈに回復することになる。それまで低燃焼を行っていたボイラＡが燃焼を停止している間は、低燃焼を行っているボイラの中で最も稼働優先順位が高いボイラを高燃焼とすることで、それまでと同じ量の蒸気を供給する。ここでは、低燃焼を実施中のボイラは第４位のボイラＢと第５位のボイラＣであり、稼働優先順位がより高い第４位のボイラＢを一時的に高燃焼とする。セルフチェックを行うことで燃焼回路が正常であることを確認できたら、ボイラＡは低燃焼に復帰させる。ボイラＡが低燃焼を開始すると、一時的に増加していたボイラＢの燃焼量も低燃焼に戻し、高燃焼３台と低燃焼３台の状態に戻す。

また、この時間帯では、ボイラＢとボイラＣもセルフチェックを行っている。ボイラＢ及びボイラＣも稼働優先順位が下位である第１のグループに属するボイラであって、稼働優先順位は第４位と第５位となっている。ボイラＢ及びボイラＣがセルフチェックのために燃焼を停止する場合も、それらの順位より上位である第２グループの各ボイラは燃焼を行っているため、セルフチェックで燃焼を停止しても圧力低下になる可能性は低い。

ボイラＡがセルフチェックのために燃焼を停止した場合には第４位であるボイラＢの燃焼量を増加していたが、ボイラＢがセルフチェックを行う場合には第４位ボイラの燃焼量を増加するということはできない。この場合には、燃焼量の増加が可能であって優先順位が最も高いボイラは第５位のボイラＣになるため、ボイラＣの燃焼量を一時的に増加して高燃焼とする。次にボイラＣがセルフチェックを行う場合には、第４位のボイラＢで燃焼量を増加することができるため、第４位のボイラＢを高燃焼とする。

順位変更２の時期になると、再び各ボイラの稼働優先順位を変更する。ここではそれまで下位であった第１のグループが上位となり、上位であった第２のグループが下位となる。順位変更後の各順位は、ボイラＡが第２位、ボイラＢが第３位、ボイラＣが第１位、ボイラＤが第５位、ボイラＥが第６位、ボイラＦが第４位となっている。この時間帯では、下位となった第２グループのボイラでセルフチェックを行う。ここでもセルフチェックを行うボイラは稼働優先順位が下位のものであって、その順位より上位のボイラでは燃焼を行っているため、セルフチェックで燃焼を停止しても蒸気圧力値が低下することを抑えることができる。この時間帯では、ボイラＤ・ボイラＥ・ボイラＦでのセルフチェックを順次行い、各ボイラでの燃焼回路のチェックを行う。

その後も同様であり、順位変更３の時期になって稼働優先順位の変更を行った後には、稼働優先順位が下位となるボイラＡ・Ｂ・Ｃでセルフチェックを行う。各ボイラは、前回のセルフチェック実施時刻からの経過時間が設定時間に達すると、セルフチェックを実施していく。

セルフチェックを行うボイラは、常に稼働優先順位が下位のボイラになるように順位変更の間隔を設定しておくことで、セルフチェックを行うボイラよりも実施稼働優先順位が高いボイラが必ず存在することになる。連続燃焼時間が２４時間に達するごとにセルフチェックを行うのであれば、順位変更は２４時間に２回行うことにする。セルフチェックを行う連続燃焼時間を２４時間以外の値とした場合には、セルフチェック実施間隔の間で稼働優先順位が上位になる場合と下位になる場合ができるように順位変更を行う間隔を調節することで、セルフチェックを行うボイラは常に稼働優先順位が下位のボイラになるようすることができる。また、順位変更の間隔は一定としておき、稼働優先順位が下位になっている時期にセルフチェックを実施するようにセルフチェック実施時刻を調節するようにしてもよい。１日に２回稼働優先順位の変更を行っていれば、２４時間内に必ず稼働優先順位が下位になる時間帯があるため、その時間帯でセルフチェックを実施するようにセルフチェック実施時刻を設定することで、セルフチェック実施時の蒸気圧力値低下を抑制することができる。

次に図３に記載した第２の実施例について説明する。図３は各ボイラにセルフチェック実施時刻を設定しておき、設定時刻になれば燃焼を一時停止して燃焼回路を確認するセルフチェックを実施するものである。ここでは、第１のグループであるボイラＡ・Ｂ・Ｃは夜間の２１時から０時の間で設定した設定時刻でセルフチェックを実施し、第２のグループであるボイラＤ・Ｅ・Ｆは深夜の０時から３時の間で設定した設定時刻でセルフチェックを実施するように設定している。各ボイラの設定時刻は１時間ずつずらして設定しており、セルフチェックの実施が重ならないようにしておく。優先順位の変更は０時と１２時の１日２回実施するようにしており、この場合も稼働優先順位の変更は、グループ単位での上位と下位の入れ替えと、グループ内でのローテーションによる順位の入れ替えを行っている。図３の書き方は図１と同じであり、図３でもボイラＡが第１位、ボイラＢが第２位、ボイラＣが第３位、ボイラＤが第４位、ボイラＥが第５位、ボイラＦが第６位の状態から開始ししている。

順位変更１は１２時の変更であり、順位変更１以降の時間帯では、ボイラＡが第６位、ボイラＢが第４位、ボイラＣが第５位、ボイラＤが第３位、ボイラＥが第１位、ボイラＦが第２位となっている。セルフチェックを行う設定時刻は２１時以降であり、それまでの間はセルフチェックを行わないために図では表示を省略している。順位変更１以降の時間帯では、稼働優先順位が下位のグループである第１のグループでボイラのセルフチェックを行う。２１時以降のセルフチェック設定時刻になると、ボイラＡ・Ｂ・Ｃの順にセルフチェックを実施していく。

この場合も、燃焼を行っていたボイラが燃焼を停止することで減少したボイラ全体での蒸気供給量は、他のボイラでの燃焼量を増加することで蒸気供給量を維持している。セルフチェックを行うことで燃焼回路が正常であることを確認できたら、燃焼を停止していたボイラの燃焼を再開し、セルフチェック実施ボイラの替わりに燃焼量を増加していたボイラの燃焼量も元に戻す制御を行う。

順位変更２の時刻である０時になると、再び各ボイラの稼働優先順位を変更する。ここではそれまで下位であった第１のグループが上位となり、上位であった第２のグループが下位となる。順位変更後の各順位は、ボイラＡが第２位、ボイラＢが第３位、ボイラＣが第１位、ボイラＤが第５位、ボイラＥが第６位、ボイラＦが第４位となっている。この時間帯では、順位変更を行った直後に下位となった第２グループのボイラでセルフチェックを行う。ボイラＤ・ボイラＥ・ボイラＦの順でセルフチェックを行い、各ボイラでの燃焼回路のチェックを行う。ここでもセルフチェックを行うボイラは稼働優先順位が下位のものであって、その順位より上位のボイラでは燃焼を行っているため、セルフチェックで燃焼を停止しても蒸気圧力値が低下することを抑えることができる。

その後も同様であるが、図３ではセルフチェックを実施する時刻は蒸気必要量が比較的少なくなる夜間にまとめているために、セルフチェックを実施しない時間が長く続いており、次にセルフチェックを実施するのは次の夜である２１時以降になっている。セルフチェックを設定時刻に実施するものであると、セルフチェック実施時刻を自由に設定することができる。

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火炎検出装置

Claims

稼働優先順位を定めた複数台のボイラと、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し、各ボイラは燃焼指令を受けて燃焼を行っている多缶設置ボイラであって、燃焼を行っていない状態で火炎の有無を検出することによって燃焼回路の異常を判定するセルフチェックを行うようにしている多缶設置ボイラにおいて、ボイラ全体を複数のグループに区分しておき、ボイラの稼働優先順位はグループ内でローテーションを行うとともに、グループ単位で稼働優先順位の上位グループと下位グループを入れ替えるようにしておき、セルフチェックは稼働優先順位が下位のグループになっているときに実施するようにしたことを特徴とする多缶設置ボイラ。