JP5647904B2 - ボイラの多缶設置システム - Google Patents

Description

本発明は、複数台のボイラを設置しておき、負荷の状態に応じてボイラ全体での燃焼量を増減するボイラの多缶設置システムに関するものである。

複数台のボイラと各ボイラの運転を集中的に制御する台数制御装置を設置しておき、個々のボイラでの燃焼状態を調節することでボイラ全体での蒸気供給量を制御する蒸気ボイラの多缶設置システムが知られている。この場合、各ボイラで発生した蒸気をスチームヘッダに集合させて蒸気使用部へ供給しており、蒸気集合部に圧力検出装置を設けておき、圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼状態を定める台数制御を行う。台数制御装置では、蒸気圧力の制御範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分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。

台数制御では、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くするように設定しておく。台数制御装置は、蒸気集合部で検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、各ボイラに対して制御指令を送ることでボイラ全体での蒸気発生量を制御する。

上記の台数制御を行っている場合、ボイラの設置台数が多くなると、蒸気圧力制御範囲を分割する圧力区分数が多くなり、１つの圧力区分に割り当てられる圧力幅が狭くなる。この場合、わずかの圧力変動で燃焼台数の変更が行われることになるため、短時間でボイラの発停を繰り返すハンチングを起こしやすくなる。燃焼の発停を頻繁に繰り返していると、蒸気供給の安定性が悪化したり、ボイラの効率が低下することになり、さらに発停回数が多くなることにより機器の寿命が短くなるという問題がある。

そのため、特許４３１８６１２号記載の発明において、一つの圧力区分に複数台のボイラを割り当てることによって、各圧力区分の幅が小さくなりすぎることを防止することが記載されている。このようにすると、圧力区分の数が少なくなり、各圧力区分の幅が大きくなるため、燃焼量を変更する頻度が少なくなる。しかしこの場合でも、蒸気圧力値が別の圧力値に変化することで複数台のボイラが一度に燃焼量を変更することになると、蒸気発生量の変化が大きくなる。すると蒸気圧力値はそれまでとは逆方向に変化し、短時間で元の燃焼状態へ戻ることになり、さらに燃焼量を戻すことで再び燃焼量が大きく変化する、ということを繰り返すことがある。燃焼量の変更が頻繁に行われることになると、蒸気圧力を安定させることができないという問題があった。

特許４３１８６１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数台のボイラとボイラの台数制御を行う台数制御装置からなる多缶設置システムにおいて、燃焼量の無駄な増減をなくし、蒸気を安定して供給することができるようにすることにある。

請求項１に記載の発明は、並列に設置しておりそれぞれに燃焼の優先順位を設定している複数台のボイラ、前記複数台のボイラで発生した蒸気を集合させている蒸気集合部における蒸気圧力値を検出する圧力検出装置、検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼を制御する台数制御装置を備えているボイラの多缶設置システムであって、蒸気圧力の制御範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分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り、各圧力区分においては低圧側の圧力区分ほどボイラの負荷率を高くしておいて検出蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に入るごとに優先順位の低いボイラから順に燃焼量を減少するものであり、ボイラの操業開始時には一時的に負荷率が高くなるがその後は定常時の負荷率で安定するボイラの多缶設置システムにおいて、前記台数制御装置に設定する優先順位の数はボイラの設置台数よりも少ないものとし、一部の優先順位は他の優先順位よりも割り当てるボイラの台数を多くするというものであって、多い数のボイラを割り当てる順位と、少ない数のボイラを割り当てる順位は、設定によって変更することが可能としており、ボイラの多缶設置システムにおける定常時負荷率に該当する圧力区分を選定して、定常時負荷率近辺の圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を少なくし、定常時負荷率から離れた圧力区分に該当する優先順位ではボイラの割り当て台数を多く設定するようにしていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の多缶設置システムにおいて、蒸気圧力値の変動状況を計測して蒸気圧力値が安定状態にあるか否かを判断することができるようにしておき、ボイラの多缶設置システムが運転中に割り当て台数の設定を変更する場合には、蒸気圧力値が安定状態にある場合に行うように設定していることを特徴とする。

別の圧力区分へ移行する頻度の高い圧力区分では、他の圧力区分へ変化しても燃焼量の変化は小さなものになるようにしておくことで、蒸気圧力値の変化によって別の圧力区分へ移行しても燃焼量の増減量は大きくないために、すぐに元の圧力区分へ戻るということが発生しにくくなる。そして、別の圧力区分へ移行する頻度の低い圧力区分では逆に、他の圧力区分へ変化した際には燃焼量の変更は大きくなるようにしておくことで、圧力制御範囲内に設置する圧力区分の数を少なくすることができる。各圧力区分の幅が大きくなることによって、蒸気圧力値の変化によって別の圧力区分へ移行すること自体も発生しにくくなる。このことにより、蒸気圧力値が別の圧力区分に移行して燃焼量の変更を行う頻度を低下させることができ、燃焼量の変動によって蒸気圧力値の変化が大きくなることを抑えることができる。

本発明の一実施例における多缶設置ボイラシステムのフロー図 本発明の一実施例における優先順位割り振り状況の説明図 本発明の第二の実施例における優先順位割り振り状況の説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における多缶設置ボイラシステムのフロー図、図２と図３は本発明の一実施例における蒸気圧力値とボイラの燃焼状態を示したものである。図１では１号缶から７号缶のボイラ１を並列に設置しており、各ボイラ１で発生させた蒸気を集合させるスチームヘッダ４を設けている。各ボイラ１とスチームヘッダ４の間を蒸気配管５で結んでおき、各ボイラ１で発生させた蒸気はスチームヘッダ４に集合させた後で蒸気使用部（図示せず）へ送る。スチームヘッダ４には、蒸気圧力値を検出する圧力検出装置６を設け、圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値は台数制御装置３へ送る。台数制御装置３には、蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を定めている燃焼パターンを設定しておき、台数制御装置３が各ボイラにおける燃焼の有無を決定する。各ボイラには、それぞれに運転制御装置２を設けており、運転制御装置２は台数制御装置３からの燃焼要求信号を受けてボイラの燃焼を行う。

台数制御装置３にて行うボイラの台数制御は、台数制御装置３に設定している燃焼パターンに基づいて行い、圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値が低いほどボイラの燃焼台数を多くし、蒸気圧力値が高いほど燃焼台数を少なくする。蒸気の発生量が蒸気の使用量より大きい場合には蒸気圧力値は上昇し、蒸気の発生量が蒸気の使用量より小さい場合には蒸気圧力値は低下することとなる。そのため、台数制御装置３は蒸気圧力値を制御圧力幅内に保つように、蒸気圧力値が高くなればボイラの燃焼台数を少なくし、蒸気圧力値が低くなればボイラの燃焼台数を多くする台数制御を実施する。

台数制御装置３には、各ボイラ１に対して優先順位を設定しておき、優先順位の高いものから何番目の優先順位まで燃焼させるかを決定する。なお、燃焼は優先順位の高いものから順に行うため、優先順位の高低によって燃焼時間に差が生じることになる。そのため、各ボイラに設定している優先順位は、ローテーションによって定期的に変更するようにしておく。

本実施例ではボイラを７台設置しているが、優先順位は第１位から第５位までとしており、一部の順位では複数台のボイラ入ることになる。このように、優先順位によって配置しているボイラの台数が異なるという場合、どの順位に何台のボイラを設定するのかが問題になる。一般的なボイラの設置環境では、すべてのボイラが燃焼を行うことで最大値の蒸気発生を行う時間はごく短時間であり、その他の時間では一部のボイラだけが燃焼を行うことになる。そしてそのような定常時の負荷率はボイラ設置環境によって異なるが、個々の設置環境では毎回同じような同じ傾向となる。

そこで本発明では、多い数のボイラを割り当てる順位と、少ない数のボイラを割り当てる順位は、設定によって変更することが可能としておき、ボイラの多缶設置システムにおける負荷率から定まる蒸気圧力値近辺の圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を少なくし、負荷率から定まる蒸気圧力値から離れた圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を多く設定するようにしておく。

より具体的に説明する。図２は、定常時の負荷率が２０％である多缶設置システムにおける優先順位の設定状況、図３は、定常時の負荷率が８０％である多缶設置システムにおける優先順位の設定状況を示している。

例えばある事業所において、蒸気発生量が２t/hのボイラを７台設置していたとすると、最大の蒸気発生量は１４t/hになる。ここでの蒸気圧力の調節範囲は０．６０ＭPaから０．８０ＭPaであり、優先順位は第１位から第５位までとしている。この場合、蒸気圧力値が０．６０ＭPaよりも低い場合にはすべてのボイラを燃焼、０．６０ＭPaから０．６５ＭPaの圧力区分内にあれば第１位から第４位のボイラを燃焼、０．６５ＭPaから０．７０ＭPaの圧力区分内にあれば第１位から第３位のボイラを燃焼、０．７０ＭPaから０．７５ＭPaの圧力区分内にあれば第１位と第２位のボイラを燃焼、０．７５ＭPaから０．８０ＭPaの圧力区分内にあれば第１位のボイラのみを燃焼、０．８０ＭPaよりも高い場合にはすべてのボイラで燃焼を停止することになる。

この事業場では、始業時には蒸気を必要箇所に行き渡らせる必要があるためボイラ全体の負荷率１００％（蒸気発生量１４t/h）で運転するが、蒸気が行き渡った後は３t/h程度の蒸気を補給していればよいというのであれば、定常時の負荷率は２０％程度となる。この場合、ボイラは７台設置していても定常時に燃焼を行うのは１台〜２台であって、残りの５台〜６台のボイラは待機していることになる。負荷率が２０％の図２の場合、ある時点での燃焼台数が１台であったとすると、ボイラの蒸気発生量は２t/hであり、必要量の３t/hよりも少ないために蒸気圧力値は低下していく。燃焼台数が１台の場合の蒸気圧力値は、０．７５ＭPaから０．８０ＭPaであるが、蒸気圧力値が低下して０．７０ＭPaから０．７５ＭPaの圧力区分内となると、燃焼台数は２台となる。２台の燃焼によってボイラの蒸気発生量が４t/hになると、必要量の３t/hよりも多くなるため蒸気圧力値は上昇していく。蒸気圧力値が０．７５ＭPaから０．８０ＭPaの圧力区分内に上昇すると、燃焼台数は再び１台となり、ボイラの蒸気発生量が２t/hとなって、必要量の３t/hよりも少なくなるため蒸気圧力値は低下する、ということを繰り返していると、ボイラの燃焼台数は１台と２台の間でしか変化せず、ボイラの燃焼台数が４台以上になる可能性は低いものとなる。

定常時の負荷率が２０％の場合における優先順位の設定状況を示している図２の場合、優先順位が第１位から第３位にはボイラを１台ずつ割り当て、優先順位が第４位と第５位にはボイラを２台ずつ割り当てるようにしている。これは、負荷率が２０％の場合、負荷に釣り合うボイラの燃焼台数は１台と２台の間になり、燃焼台数が１〜２台となる蒸気圧力値近辺での圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を少なくするとの方針から、第１位・第２位・第３位にはボイラを１台ずつ割り当てることにし、そこから離れた圧力区分における優先順位でボイラの割り当て台数を多く設定するとの方針から、第４位と第５位には２台ずつ割り当てるようにしたものである。

優先順位が第３位までに割り当てるボイラは１台ずつとしておくと、優先順位が３位までの間であれば蒸気圧力値の変化によって圧力区分が１つ変化しても、燃焼台数の変化は１台だけとなる。ボイラの燃焼量変更が１台分であれば、蒸気供給量の変化量は比較的小さなものとなるため、蒸気発生量が大きく変化してすぐに元の圧力帯へ戻るということは発生し難くなる。また、一つの優先順位にボイラを複数台設定している部分では、圧力区分が一つ変化するだけでボイラの燃焼台数は２台分変化することになる。しかし、ボイラを２台設定している優先順位は第４位と第５位であり、負荷率が２０％の場合にはボイラの燃焼台数が３台よりも大きくなる可能性は低いため、実運用上では問題にならない。

また、同じ蒸気発生量が２t/hのボイラを７台設置している別の事業所では、定常時でも蒸気必要量は余り減少せず、１１t/hの蒸気供給が必要であったとすると、定常時の負荷率は８０％程度となる。この場合、定常時には５台〜６台のボイラが燃焼を行い、残りの１台〜２台のボイラは待機していることになる。負荷率が８０％の図３の場合、ある時点での燃焼台数が５台であったとすると、ボイラの蒸気発生量は１０t/hであり、必要量の１１t/hよりも少ないために蒸気圧力値は低下していく。燃焼台数が５台の場合の蒸気圧力値は、０．６５ＭPaから０．７０ＭPaであるが、蒸気圧力値が低下して０．６０ＭPaから０．６５ＭPaの圧力区分内となると、燃焼台数は６台となる。６台の燃焼によってボイラの蒸気発生量が１２t/hになると、必要量の１１t/hよりも多くなるため蒸気圧力値は上昇していく。蒸気圧力値が０．６５ＭPaから０．７０ＭPaの圧力区分内に上昇すると、燃焼台数は再び５台となり、ボイラの蒸気発生量が１０t/hとなって、必要量の１１t/hよりも少なくなるため蒸気圧力値は低下する、ということを繰り返していると、ボイラの燃焼台数は５台と６台の間でしか変化せず、ボイラの燃焼台数が４台未満になる可能性は低いものとなる。

定常時の負荷率が８０％の場合における優先順位の設定状況を示している図３の場合、優先順位が第３位から第５位にはボイラを１台ずつ割り当て、優先順位が第１位と第２位にはボイラを２台ずつ割り当てるようにしている。これは、負荷率が８０％の場合、負荷に釣り合うボイラの燃焼台数は５台と６台の間になり、燃焼台数が５〜６台となる蒸気圧力値近辺での圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を少なくするとの方針から、第３位・第４位・第５位にはボイラを１台ずつ割り当てることにし、そこから離れた圧力区分における優先順位でボイラの割り当て台数を多く設定するとの方針から、第１位と第２位には２台ずつ割り当てるようにしたものである。

優先順位が第３位以降に割り当てるボイラは１台ずつとしておくと、優先順位が３位以降の部分であれば蒸気圧力値の変化によって圧力区分が１つ変化しても、燃焼台数の変化は１台だけとなる。ボイラの燃焼量変更が１台分であれば、蒸気供給量の変化量は比較的小さなものとなるため、蒸気発生量が大きく変化してすぐに元の圧力区分へ戻るということは発生し難くなる。また、一つの優先順位にボイラを複数台設定している部分では、圧力区分が一つ変化するだけでボイラの燃焼台数は２台分変化することになる。しかし、ボイラを２台設定している優先順位は第１位と第２位であり、負荷率が８０％の場合にはボイラの燃焼台数が３台よりも小さくなる可能性は低いため、実運用上では問題にならない。

別の圧力区分へ移行する頻度の高い圧力区分では、他の圧力区分へ変化しても燃焼量の変更量は小さくなるようにしておくことで、蒸気圧力値の変化によって別の圧力区分へ移行しても燃焼量の差異は大きくないために、すぐに元の圧力区分へ戻るということが発生しにくくなり、燃焼量が安定化する。また、別の圧力区分へ移行する頻度の低い圧力区分では逆に、他の圧力区分へ変化した際に燃焼量の変更量が大きくなるようにしておくことで、圧力制御範囲内で設置する圧力区分の数を少なくすることができる。各圧力区分の幅が大きくなることによって、蒸気圧力値の変化によって別の圧力区分へ移行すること自体も発生しにくくなる。このことにより、蒸気圧力値が別の圧力区分に移行して燃焼量の変更を行う頻度を低下させることができ、燃焼量の変動によって蒸気圧力値の変化が大きくなることを防止することができる。

また、負荷率が２０％の時間帯と負荷率が８０％の時間帯があり、ボイラ多缶設置システムの運転中に優先順位の割り当てを変更するという場合には、蒸気圧力値が安定していることを確認後に行うようにしておく。蒸気圧力値の変動状況を計測することで蒸気圧力値が安定状態にあるか否かを判断することができるようにしておき、ボイラ運転中の割り当て台数の設定を変更する場合には、蒸気圧力値が安定状態にある場合に行うことで、ボイラ割り当て台数の変更時に蒸気圧力値が変動することを防止するようにしておく。

１ ボイラ
２ 運転制御装置
３ 台数制御装置
４ スチームヘッダ
５ 蒸気配管
６ 圧力検出装置

Claims (2)

1. 並列に設置しておりそれぞれに燃焼の優先順位を設定している複数台のボイラ、前記複数台のボイラで発生した蒸気を集合させている蒸気集合部における蒸気圧力値を検出する圧力検出装置、検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼を制御する台数制御装置を備えているボイラの多缶設置システムであって、蒸気圧力の制御範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分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り、各圧力区分においては低圧側の圧力区分ほどボイラの負荷率を高くしておいて検出蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に入るごとに優先順位の低いボイラから順に燃焼量を減少するものであり、ボイラの操業開始時には一時的に負荷率が高くなるがその後は定常時の負荷率で安定するボイラの多缶設置システムにおいて、前記台数制御装置に設定する優先順位の数はボイラの設置台数よりも少ないものとし、一部の優先順位は他の優先順位よりも割り当てるボイラの台数を多くするというものであって、多い数のボイラを割り当てる順位と、少ない数のボイラを割り当てる順位は、設定によって変更することが可能としており、ボイラの多缶設置システムにおける定常時負荷率に該当する圧力区分を選定して、定常時負荷率近辺の圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を少なくし、定常時負荷率から離れた圧力区分における優先順位ではボイラの割り当て台数を多く設定するようにしていることを特徴とするボイラの多缶設置システム。
2. 請求項１に記載のボイラの多缶設置システムにおいて、蒸気圧力値の変動状況を計測して蒸気圧力値が安定状態にあるか否かを判断することができるようにしておき、ボイラの多缶設置システムが運転中に割り当て台数の設定を変更する場合には、蒸気圧力値が安定状態にある場合に行うように設定していることを特徴とするボイラの多缶設置システム。
   

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