JP5679698B2

JP5679698B2 - 燃料ガス供給量調節装置及び該装置を持ったボイラ

Info

Publication number: JP5679698B2
Application number: JP2010125494A
Authority: JP
Inventors: 重俊高畠; 高島　博史; 博史高島
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: JP2011196669A

Description

本発明は、燃料ガス供給配管を通して燃料ガスを供給しており、燃料ガス供給量を変更することで多段階で燃焼量を制御するようにしている燃焼装置において、燃料ガス供給量を調節するものである。また、燃料ガス供給量を調節しているボイラに関するものである。

特許第２９４２０８０号公報に記載があるように、ボイラ等の燃焼装置では必要に応じて燃焼量を多段階で制御している。燃焼量の変更は、燃料供給量と燃焼用空気供給量を変更することで行う。ガス焚きの燃焼装置において燃料ガスの供給量を制御する場合、比例制御弁など弁の開度を多位置で設定することが可能な流量調節装置を設け、弁開度を変更することで燃料ガス供給量を調節したり、特許２９４２０８０号公報に記載があるように、燃料ガス管を途中で分岐して並列化し、各並列部を流れることができる燃料ガス量を異ならせておき、並列配置した各燃料ガス管に設置しておいた電磁弁を開閉することで燃料ガス供給量を調節することが行われている。

しかし比例制御弁を用いた流量調節装置では、弁の開閉に時間を要するために燃料ガス供給量の変更が遅れることになり、急激な負荷変動要求に対応することができないという問題があり、また燃料ガス供給配管を分岐した後に合流させる配管の並列化は装置コストの増大を招くといった問題があった。

特許第２９４２０８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、多位置燃焼制御を行う場合の燃料ガス供給量の段階的な変更を、低コストでかつ短時間で行うことができる燃料ガス供給量調節装置を提供することにある。

燃料ガス供給配管を通して燃料ガスを供給しており、燃料ガス供給量を変更することで多段階で燃焼量を制御するようにしている燃焼装置において、燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管に、２位置で開閉する制御弁であって、弁閉時にも所定流量分は燃料ガスを流すことができるようにした流量調節弁を複数個直列に設置しており、複数個設置した流量調節弁は弁閉時の燃料ガス通過可能量をそれぞれ異ならせておき、複数設置した流量調節弁の開閉を制御することで、燃料ガス供給配管を通して供給する燃料ガス供給量を調節する。

また、圧力検出装置にて検出した蒸気圧力値に基づいて多位置に燃焼量を決定するボイラに前記の燃料ガス供給量調節装置を設置しておき、決定した燃焼量に応じて燃料ガス供給量を調節するようにしているボイラにおいて、燃焼量を定める基準値は蒸気圧力値が上昇している場合と低下している場合で異ならせて設定する。そして前記圧力検出装置は蒸気圧力の値をボイラの燃焼制御装置へ出力する圧力センサであり、蒸気圧力値を受けた燃焼制御装置は、蒸気圧力値と蒸気圧力値の変化方向からボイラの燃焼量を決定する。

流量調節に使用する流量調節弁は２位置で開閉制御を行うものであり、短時間で開度を変更することができるため、急激な負荷変動要求にも対応することができる。また、１本の燃料ガス管で燃料ガス供給量を変更することができるため、燃料ガス供給配管を並列配置する必要はなく、装置コストを低減することができる。

本発明を実施しているガス焚きボイラのフロー図実施例での制御弁開度と燃料ガス供給量の関係説明図蒸気圧力値と燃焼状態の関係説明図

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のフロー図である。ボイラの上部には、下向きに火炎を発生させるバーナ２を設けており、ボイラ中央部の燃焼室３内で火炎の燃焼を行う。ボイラは下部の給水配管から給水を行い、燃焼室３の周囲に配置している伝熱管内で加熱することで蒸気を発生し、上部の蒸気配管から蒸気を取り出して蒸気使用機器へ蒸気を送るものであり、蒸気圧力の値を検出する圧力検出装置１を蒸気配管部分に設けている。圧力検出装置１は検出した蒸気圧力値を出力する圧力センサであり、ボイラの燃焼を制御する燃焼制御装置６は、圧力検出装置１で検出した蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼量を決定し、必要量の燃焼用空気と燃料ガスをバーナ２へ供給する。なお、蒸気圧力の検出には、蒸気圧力値を検出する圧力センサの他に、ある圧力値よりも上か下かを検出して制御出力する圧力スイッチを使用することもできる。しかし、燃焼量を多位置で制御するために蒸気圧力値を多段階で検出する場合、圧力スイッチでは多数設置しなければならなくなるため、圧力センサの方が好ましい。

バーナ２は、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼停止の４位置で燃焼量を調節する多位置燃焼装置である。バーナ２の燃焼量は、高燃焼の燃焼量を１００％とした場合、中燃焼は５０％、低燃焼は２０％となるようにしておき、燃焼量に合わせて燃焼用空気と燃料ガスを供給する。バーナ２で使用する燃焼用空気は、バーナ２との間を送風路で接続した送風機５によって供給する。燃焼用空気供給量の調節には送風機５の回転数変更や、送風路内流路面積を変更することで風量を調節する送風量調節装置（図示せず）を設けておき、送風量調節御装置によってバーナ２へ供給する燃焼用空気量を制御するようにしておく。

燃焼制御装置６は圧力検出装置１で検出した蒸気圧力値が低いほど燃焼量を多くし、蒸気圧力値が上昇すると燃焼量を減少するように設定しておく。図３には蒸気圧力値と燃焼状態の関係説明を記載しており、Ｐ１からＰ６の６点で燃焼量の変更を行うものである。蒸気圧力値はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６となっている。Ｐ２・Ｐ４・Ｐ６は蒸気圧力低下時の燃焼量を変更する圧力値、Ｐ１・Ｐ３・Ｐ５は蒸気圧力上昇時の燃焼量を変更する圧力値である。蒸気圧力値がＰ２より低くなると低燃焼を開始、Ｐ４より低くなると低燃焼から中燃焼へ変更、Ｐ６より低くなると中燃焼から高燃焼へ変更し、蒸気圧力値がＰ５より高くなると高燃焼から中燃焼へ変更、Ｐ３より高くなると中燃焼から低燃焼へ変更、Ｐ１より高くなると低燃焼から停止へ変更する。

燃焼量を増加する圧力値と燃焼量を減少する圧力値を同じ値に設定していると、わずかな圧力変動で燃焼量増加と燃焼量減少を交互に繰り返すハンチングと呼ばれる現象が発生することがある。そのため、ある燃焼量から別の燃焼量に変更する蒸気圧力値と変更した燃焼量から元の燃焼量に戻す蒸気圧力値は別の値とし、間を開けておくことでハンチングの発生を防止するようにしておく。蒸気圧力値の低下時に燃焼量を増加する圧力値よりも、蒸気圧力値の上昇によって燃焼量を減少する圧力値を高くしておくと、その差分の圧力が変化するまでは燃焼量を変更しないため、ごく短時間で燃焼量の増減を繰り返し行うということがなくなる。

例えば蒸気圧力値の変更方向に関係なくＰ１を境に低燃焼と停止で変化するようにしていた場合、蒸気圧力値がＰ１より高くなることで燃焼を停止すると、燃焼停止によって蒸気圧力値は低下に転じるためごく短時間の後には、蒸気圧力値がＰ１より低くなって燃焼を再開する。そして、燃焼を開始するとまたすぐに蒸気圧力値がＰ１より高くなって燃焼を停止するということになってしまう。停止から低燃焼に移行するＰ２の値は、低燃焼から停止に移行するＰ１の値より低くし、差を設けておくと、短時間での頻繁な燃焼量の変更を防止することができる。

燃焼制御装置６は、圧力検出装置１から送られてきた今回の蒸気圧力値とそれ以前の蒸気圧力値を比較することで、蒸気圧力値が上昇しているのか低下してるのかを判定する。蒸気圧力値が上昇している場合は、現在の蒸気圧力値と設定値Ｐ１・Ｐ３・Ｐ５を比較することで燃焼量を決定し、蒸気圧力値が低下している場合は、現在の蒸気圧力値と設定値Ｐ２・Ｐ４・Ｐ６を比較することで燃焼量を決定する。例えば図３の時刻Ａの時点では、蒸気圧力値は上昇中であるため、設定値Ｐ６よりは高くても設定値Ｐ５よりは低いために燃焼量は高燃焼となる。

バーナ２へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管４には燃料ガス供給量調節装置を設け、バーナ２へ供給する燃料ガス量も、燃料ガス供給量調節装置によって制御することができるようにしておく。燃料ガス供給配管４には、上流側から順にガス遮断弁９、第１流量調節弁７、第２流量調節弁８を設ける。ガス遮断弁９は燃料ガスの流れを完全に遮るための二重遮断弁であり、燃料ガスを流す場合の１００％開度と燃料ガスを遮断する０％開度の２位置で開閉を行う。第１流量調節弁７は、弁を開いた場合には１００％分のガス燃料を流す開度、弁を閉じた場合でも２０％分のガス燃料を流す開度に設定した電磁弁であり、１００％開度と２０％開度の２位置で開閉を行う。第２流量調節弁８も、弁を開いた場合には１００％分のガス燃料を流す開度、弁を閉じた場合は５０％分のガス燃料を流す開度に設定した電磁弁であり、１００％開度と５０％開度の２位置で開閉を行う。

図２はボイラの燃焼量と制御弁の開度を示している。燃焼停止の場合、燃焼制御装置６は各制御弁を閉じる制御を行う。第１流量調節弁７及び第２流量調節弁８は、弁を閉じる制御を行っても燃料ガス流路を完全に閉じるわけではなく、２０％又は５０％分のガス燃料が流れる分だけ開いている。しかし、上流側のガス遮断弁９を閉じているために、第１流量調節弁７及び第２流量調節弁８部分をガス燃料が流れることはなく、バーナ２へ送られるガス流量は０％であって、燃料ガスの供給は完全にストップする。

ボイラの燃焼量が低燃焼の場合、燃焼制御装置６はガス遮断弁９のみを開く制御を行い、第１流量調節弁７及び第２流量調節弁８は閉じる制御を行う。ガス遮断弁９のみを開くと、ガス遮断弁９では１００％分の燃料ガスが流れる開度となり、第１流量調節弁７と第２流量調節弁８ではそれぞれ２０％分の燃料ガスが流れる開度と５０％分の燃料ガスが流れる開度となる。この場合、燃料ガス供給配管４を流れてバーナ２へ送られる燃料ガス量は、ボトルネックとなる第１流量調節弁７で流れることのできる量となり、２０％分の燃料ガスがバーナ２へ送られる。この時、送風機５からバーナ２へ２０％分の燃焼用空気を供給することで、低燃焼の燃焼量である２０％分の燃焼を行うことができる。

ボイラの燃焼量が中燃焼の場合、燃焼制御装置６はガス遮断弁９と第１流量調節弁７を開く制御を行い、第２流量調節弁８は閉じる制御を行う。ガス遮断弁９と第１流量調節弁７を開いた場合、ガス遮断弁９では１００％分の燃料ガスが流れる開度、第１流量調節弁７でも１００％分の燃料ガスが流れる開度となり、第２流量調節弁８では５０％分の燃料ガスが流れる開度となる。この場合、燃料ガス供給配管４を流れてバーナ２へ送られる燃料ガス量は、第２流量調節弁８で流れることのできる量になるため、５０％分の燃料ガスがバーナ２へ送られる。この時、送風機５からバーナ２へ５０％分の燃焼用空気を供給することで、中燃焼の燃焼量である５０％分の燃焼を行うことができる。

ボイラの燃焼量が高燃焼の場合、燃焼制御装置６はすべての制御弁を開く制御を行う。この場合、ガス遮断弁９、第１流量調節弁７、第２流量調節弁８はそれぞれ１００％分の燃料ガスが流れる開度となるため、燃料ガス供給配管４を流れてバーナ２へ送られる燃料ガス量は１００％分となる。この時、送風機５からバーナ２へ１００％分の燃焼用空気を供給することで、高燃焼の燃焼量である１００％分の燃焼を行うことができる。

各制御弁は２位置で開閉する電磁弁であり、比例制御弁に比べて短い時間で開閉操作を行うことができるため、燃料ガス供給量を短時間で増減することができ、急激な負荷変動要求にも対応することができる。また、直列に設置した流量調節弁で燃料ガス供給量を調節するものであるため、燃料ガス供給配管４を分岐して並列部を作った後に合流させる形状とする必要はなく、装置コストを低減することができる。

１圧力検出装置
２バーナ
３燃焼室
４燃料ガス供給配管
５送風機
６燃焼制御装置
７第１流量調節弁
８第２流量調節弁
９ガス遮断弁

Claims

燃料ガス供給配管を通して燃料ガスを供給しており、燃料ガス供給量を変更することで高燃焼・中燃焼・低燃焼のように多段階で燃焼量を制御するようにしている燃焼装置において、燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管に、２位置で開閉する制御弁であって、弁閉時にも所定流量分は燃料ガスを流すことができるようにした第１流量調節弁と第２流量調節弁を直列に設置して、弁閉時の燃料ガス通過可能量は第１流量調節弁よりも第２流量調節弁の方が多くなるようにしておき、低燃焼時には第１流量調節弁と第２流量調節弁を閉、中燃焼時には第１流量調節弁の開と第２流量調節弁の閉、高燃焼時には第１流量調節弁と第２流量調節弁をともに開とすることで、燃料ガス供給配管を通して供給する燃料ガス供給量を調節することを特徴とする燃料ガス供給量調節装置。
圧力検出装置にて検出した蒸気圧力値に基づいて多位置に燃焼量を決定するボイラに請求項１で記載した燃料ガス供給量調節装置を設置しておき、決定した燃焼量に応じて燃料ガス供給量を調節するようにしているボイラにおいて、燃焼量を定める基準値は蒸気圧力値が上昇している場合と低下している場合で異ならせて設定していることを特徴とする燃料ガス供給量調節装置を持ったボイラ。
請求項２に記載の燃料ガス供給量調節装置を持ったボイラにおいて、圧力検出装置は蒸気圧力の値をボイラの燃焼制御装置へ出力する圧力センサであり、蒸気圧力値を受けた燃焼制御装置は、蒸気圧力値と蒸気圧力値の変化方向からボイラの燃焼量を決定するものであることを特徴とする燃料ガス供給量調節装置を持ったボイラ。