JP5835842B2 - 多缶設置ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、ボイラを複数台設置しておき、ボイラの燃焼台数を変更することでボイラ全体での蒸気供給量を調節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、ボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置からなる多缶設置ボイラが広く使用されている。台数制御装置は、ボイラから供給している蒸気の圧力値が圧力調節範囲内を維持するように、各ボイラに対して燃焼指令の出力を行うものである。台数制御装置では、蒸気圧力調節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量（燃焼台数）を定めておく。そして蒸気の供給圧力値を検出し、現在の蒸気圧力値がどの圧力区分にあたるかを算出することで必要な燃焼量を求め、各ボイラに対して燃焼指令の出力を行う。台数制御装置での台数制御では、蒸気圧力値が上昇して高圧側の圧力区分に移行するごとにボイラ全体の燃焼量を小さくし、蒸気圧力値が低下して低圧側の圧力区分に移行するとボイラ全体での燃焼量を大きくすることで、蒸気圧力値が圧力調節範囲内を保つように調節する。

このとき、ボイラの設置台数が多い場合には圧力調節範囲内で分割する圧力区分の分割数が多くなり、各圧力区分の幅は小さくなる。幅が狭くなればわずかの圧力変動でも前後の圧力区分に移行するため、ボイラの燃焼量を変更する頻度が多くなり、頻繁な燃焼量変更はボイラの効率低下や寿命低下を招くことになるという問題があった。

ところでボイラの多缶設置を行う場合、設置するボイラの台数は蒸気使用量のピークに基づいて決定しており、また点検や修理などで稼働台数が減少することを見越して設置台数を多くする場合もある。そのために通常時には一部のボイラしか運転せず、それ以外のボイラでは全く運転しないということがあった。その場合、台数制御対象となるボイラ台数を制限し、制限した台数分でボイラ台数制御を行うようにすれば、各圧力区分の幅を大きくすることができ、ボイラの燃焼量変更頻度を少なくすることができる。そのため、特開２００１−１３２９０２号公報に記載があるように、台数制御対象となるボイラ台数を制限することも行われていた。

また、多缶設置ボイラの台数制御では、個々のボイラに稼働優先順位を定めておき、優先順位の高いボイラから必要台数分のボイラを燃焼させるというものであるため、稼働優先順位の高いボイラほど燃焼時間が長くなる。特定のボイラで運転時間が長くなると、そのボイラでは寿命が短くなり、そうなると装置全体としての寿命が短くなってしまう。そのため、特開２０１１−６９５５８号公報に記載があるように、特定のボイラに運転が集中しないように、稼働優先順位は定期的に変更を行い、各ボイラの燃焼時間が平均化するようにしている。稼働優先順位の変更では、その時点での稼働時間が短いボイラほど稼働優先順位が上位になるようにするため、稼働優先順位変更の直前まで稼働優先順位が下位であったボイラが上位になり、上位であったボイラが下位になることが多い。その場合、燃焼を行っていたボイラが燃焼を停止し、燃焼を停止していたボイラが燃焼を開始することになるが、ボイラでは燃焼指令を受けてもすぐに蒸気供給を開始することはできないため、その間に蒸気供給量が不足するということがあった。

稼働優先順位変更時に蒸気供給量が不足することを防止するためには、稼働優先順位の上昇によって新しく燃焼を開始するボイラで蒸気供給が始まった後に、稼働優先順位の低下によって燃焼を停止するボイラで燃焼を停止するように時間差を設ければよい。例えば、図３にあるように稼働優先順位変更時において、それまで燃焼していたボイラＡでは稼働優先順位が１位から６位へ低下することで燃焼を停止し、それまで燃焼を停止していたボイラＦでは優先順位が６位から１位へ上昇することで燃焼を開始するというケースで考える。この場合、まずボイラＦで稼働優先順位を６位から１位に変えておき、ボイラＦでの順位変更から所定時間経過後に、ボイラＡで稼働優先順位変更を１位から６位へ変えるようにする。そうすると、ボイラＡとボイラＦの稼働優先順位は、一時的に両方が１位となり、台数制御装置では稼働優先順位が１位であるボイラＡとボイラＦの両方に燃焼指令を出力することになる。後から燃焼を開始するボイラＦは、燃焼指令を受けた直後には蒸気供給を行えないが、その時間帯にはボイラＡが蒸気を供給し続けているために蒸気の供給が不足することにはならない。その後、ボイラＦで蒸気供給が開始されるころにボイラＡの稼働優先順位を６位に変更して燃焼を停止することで、蒸気供給量の不足を招くことなく稼働優先順位の変更を行うことができる。

ただし、この制御と台数制御対象台数を制限することで圧力区分の幅を広げる制御を組み合わせた場合には問題が出てくる。図３は、台数制御対象台数を制限する制御と、稼働優先順位変更時に時間差を設けることで上位のボイラを重複させる制御を組み合わせたものである。ここではボイラＡからボイラＦの６台のボイラを設置しておき、稼働優先順位はボイラＡが第１位から第６位、ボイラＢが第２位から第５位、ボイラＣが第３位から第４位、ボイラＤが第４位から第３位、ボイラＥが第５位から第２位、ボイラＦが第６位から第１位への変更を行っている。また、台数制御対象のボイラ数は３台としており、台数制御の対象となる３台は表中に○印を付け、台数制御対象外の３台には×印を付けている。燃焼を行うボイラは、台数制御の対象となっているボイラであって、蒸気圧力値によって定まる順位内のボイラであり、燃焼指令の出力を行っているボイラは順位を四角で囲んでいる。蒸気供給量の欄には、ボイラの蒸気供給量を面積で表しており、各ボイラでの蒸気供給量の内訳もあわせて記載している。

稼働優先順位変更前の場合、稼働優先順位が１位から３位のボイラＡ・Ｂ・Ｃが台数制御対象のボイラであって、台数制御対象の３台すべてに対して燃焼指令の出力を行っており、蒸気供給量はボイラ３台分となる。稼働優先順位が４位から６位のボイラＤ・Ｅ・Ｆは、台数制御対象外となっているため、蒸気圧力が圧力調節範囲内の低い圧力になっても台数制御対象外のボイラＤ・Ｅ・Ｆが運転を行うことはない。

時刻ａで稼働優先順位の変更を開始すると、第一段階としてボイラＦの稼働優先順位を第６位から第１位に変更し、第１位のボイラを２台とする。このとき、台数制御では第１位から第３位のボイラに対して燃焼指令を出力することになるが、台数制御対象のボイラ台数は３台であり、第１位のボイラＡ及びボイラＦと第２位のボイラＢで３台に達するため、第３位のボイラＣは台数制御対象から外れることになる。台数制御対象から外れたボイラＣは、この時点で燃焼を停止するため、燃焼指令を受けているのはボイラＡ・Ｂ・Ｆの３台となる。しかしボイラＦは、それまで燃焼を停止していたものであるため、時刻ａの時点では蒸気を供給することができない。そのため、時刻ａからの蒸気供給量は、ボイラＣが停止した分だけ減少しており、ボイラＦが蒸気供給を開始するまでの間は蒸気供給量が不足することになる。

次の稼働優先順位変更は、ボイラＦからの蒸気供給が開始されてから行うようにしており、時刻ｂでボイラＥの稼働優先順位を２位へ変更するとともにボイラＡの稼働優先順位を６位へ変更する。しかしこの場合でも、順位を変更した時刻ｂの時点で蒸気供給が行えるボイラは、ボイラＢとボイラＦの２台であるために１台分の蒸気が不足する。そのため、この時間帯でも蒸気供給量が不足することになる。

同様に、ボイラＤの稼働順位を第４位から第３位に変更し、ボイラＢの稼働優先順位を５位に変更する時刻ｃでも、蒸気供給を行えるボイラはボイラＥとボイラＦの２台となるため、ここでも１台分の蒸気が不足する。このように燃焼指令の出力は行っているが実際の蒸気供給量は想定量に達していないということになると、蒸気の供給圧力が足りなくなることになる。

特開２００１−１３２９０２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラを複数台設置しており、負荷に基づいてボイラの燃焼台数を制御している多缶設置ボイラにおいて、稼働優先順位の変更を行う際に蒸気供給量が不足し、蒸気供給圧力が低下してしまうことを防止することのできる多缶設置ボイラを提供することにある。

ボイラを複数台設置し、負荷に応じてボイラ燃焼台数を制御する台数制御を実施しており、ボイラの運転順位を定めた稼働優先順位は定期的に変更するようにしている多缶設置ボイラであって、設置しているボイラを台数制御対象のボイラと台数制御対象外のボイラに分け、台数制御対象となるボイラの台数をボイラ設置台数より少なくしておき、台数制御対象のボイラ台数分で圧力区分を設定して台数制御を行うことで、ボイラの燃焼量変更頻度を少なくするようにしている多缶設置ボイラにおいて、稼働優先順位の変更時には台数制御対象となるボイラの台数を一時的に増加するようにしておき、稼働優先順位が繰り上がることになるボイラの１台を先行させて稼働優先順位の変更を行い、その後で稼働優先順位が繰り下がることになるボイラの稼働優先順位変更を行う。

本発明を実施することで、稼働優先順位の変更によって燃焼を停止していたボイラの燃焼を開始することになった場合でも、蒸気供給量が不足することにはならず、安定的に蒸気を供給することができる。

本発明の一実施例における多缶設置ボイラのフロー図 一実施例における稼働優先順位変更時のボイラ運転状況説明図 従来例における稼働優先順位変更時のボイラ運転状況説明図

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のフロー図、図２は一実施例におけるボイラ運転状況説明図、図３は比較のための従来例におけるボイラ運転状況説明図である。

図１ではボイラＡからボイラＦの６台のボイラ１を並列に設置しており、ボイラで発生させた蒸気を集合させてから蒸気使用部へ送る。蒸気集合部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、蒸気圧力値に対応させてボイラの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量を決定し、各ボイラの稼働を制御する。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は、圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値と、設定している燃焼パターンに基づいて台数制御を行う。ボイラによ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るほどボイラの燃焼量を少なくし、蒸気圧力値が低くなるほどボイラの燃焼量を多くする。各ボイラには稼働優先順位を設定しておき、優先順位の高いボイラから順に必要台数分のボイラで燃焼を行わせる台数制御を行う。

優先順位はボイラごとに設定するようにしておき、ボイラの設置台数が６台であれば優先順位は第１位から第６位となる。ボイラの運転は優先順位の高いものから順に行うため、優先順位の高いボイラでは燃焼時間が長くなる。そのため、優先順位は定期的に変更することで各ボイラの燃焼時間を均一化するようにしており、優先順位変更時にはその時点において燃焼時間が短いものほど次の優先順位を高く設定する。実施例では、稼働優先順位はボイラＡが第１位から第６位、ボイラＢが第２位から第５位、ボイラＣが第３位から第４位、ボイラＤが第４位から第３位、ボイラＥが第５位から第２位、ボイラＦが第６位から第１位への変更を行うものとしている。

台数制御では、設置しているボイラをすべて使用して台数制御を行った場合、蒸気制御圧力内に多数の圧力区分を設定することになるため、個々の圧力区分の幅は小さくなる。圧力区分の幅が小さいと、少しの圧力変動でもボイラの燃焼台数を変更することになり、燃焼台数変更頻度が大きくなるために蒸気圧力値の安定性が悪くなり、装置の寿命にも影響を与える。そのため、台数制御対象のボイラを必要最小限に制限しておき、その台数分で圧力区分を設定する。そのようにすると、各圧力区分の幅を広げることができるため、ボイラの燃焼量を変更する頻度を少なくすることができる。この実施例では、台数制御対象台数は３台としており、稼働優先順位が上位のボイラから３台分を台数制御対象としている。ただし、優先順位変更時期の場合には、台数制御対象ボイラの台数を１台増加することとし、４台のボイラが台数制御対象となるようにしている。

図２と図３は、ボイラ設置台数が６台の場合におけるボイラの運転状況を説明するものであり、時間経過に伴って変化している稼働優先順位と蒸気供給量を記載している。図２は本発明の実施例であって優先順位変更時には台数制御対象となるボイラの台数を１台増加して４台とする場合、図３は従来例であって台数制御対象となるボイラの台数は３台で固定している場合のものである。図では、台数制御対象となっているボイラには○印、台数制御対象外のボイラには×印を付けており、さらに燃焼指令を受けているボイラは順位の所を四角で囲むことで表している。蒸気供給量の欄には蒸気の供給量を面積で示すとともに、その内訳も面積で表している。

ボイラは台数制御装置から燃焼指令を受けると燃焼を開始し、燃焼指令が途切れると燃焼を停止する。その際、燃焼停止は瞬時に行える。しかし燃焼を開始する場合は、燃焼指令を受けても炉内換気などの準備工程を行う必要があるため、すぐに燃焼を開始することはできず、さらに燃焼を開始してもボイラ内温度が高まるまでは蒸気の供給が行えない。そのため、燃焼停止と燃焼開始を同時に行った場合、燃焼指令を出力しているボイラの台数は同じであっても蒸気供給量は低下するということになるため、優先順位変更時に蒸気供給量が不足しないように、稼働優先順位の変更を段階的に行う。

優先順位の変更は時刻ａから時刻ｄの間で行っており、優先順位の変更を開始する時刻ａよりも前の時点では、燃焼指令を出力しているボイラはボイラＡ・Ｂ・Ｃの３台となっており、３台分の蒸気を供給している。時刻ａで優先順位の変更を開始すると、優先順位を１位に繰り上げることになるボイラＦの１位への変更を最初に行い、その他のボイラでは優先順位の変更は行わないでおく。時刻ａからの時間帯では、優先順位が１位のボイラはボイラＡとボイラＦの２台となり、２位はボイラＢ、３位はボイラＣ、４位はボイラＤ、５位はボイラＥとなって、６位のボイラはなくなる。台数制御装置では、台数制御対象とするボイラの台数を１台増やして４台とし、稼働優先順位が１位の２台と２位及び３位である各１台のボイラで台数制御を行う。台数制御対象となるボイラは、１位から３位であるボイラＡ・Ｂ・Ｃ・Ｆの４台、燃焼指令を出力するボイラもボイラＡ・Ｂ・Ｃ・Ｆの４台であり、ボイラＡ・Ｂ・Ｃ・Ｆの４台は燃焼を行うことになる。ただし、それまで燃焼を停止していたボイラＦでは、燃焼指令の出力を受けてもすぐに蒸気供給を開始することはできないため、この時点で蒸気を供給しているボイラはボイラＡ・Ｂ・Ｃの３台となる。蒸気供給量はボイラ３台分となるため、優先順位変更を開始する時刻ａより前と同じになっている。

その後、ボイラＦからの蒸気供給が開始される程度の時間に設定しておいた所定時間が経過すると、稼働優先順位変更の次の段階に入る。時刻ｂになると、ボイラＡの優先順位を６位へ繰り下げる変更と、ボイラＥの優先順位を２位へ繰り上げる変更を行う。すると１位はボイラＦ、２位はボイラＢとボイラＥ、３位はボイラＣ、４位はボイラＤ、６位はボイラＡとなって、５位のボイラはなしとなる。蒸気供給は、時刻ｂの手前でボイラＦからの蒸気供給が始まっているため、一時的に３台分よりも多くなっているが、時刻ｂでそれまで燃焼していたボイラＡが燃焼を停止すると蒸気供給量はボイラ３台分になる。この場合にも台数制御装置では、４台のボイラを台数制御対象とし、１位から３位までのボイラに対して燃焼指令を出力するため、台数制御対象となるボイラはボイラＢ・Ｃ・Ｅ・Ｆの４台、燃焼指令を出力するボイラもボイラＢ・Ｃ・Ｅ・Ｆの４台となる。そしてここでも、それまで燃焼を停止していたボイラＥでは、燃焼指令の出力を受けてもすぐに蒸気供給を開始することはできない。そのため、この時点で蒸気を供給しているボイラはボイラＢ・Ｃ・Ｆの３台であって、蒸気供給量はボイラ３台分となる。ボイラＥからの蒸気供給は行われていないが、蒸気供給量は３台分になっており、優先順位変更前と同じ量を供給することができている。

同様に、さらに時刻ｂから所定時間が経過して時刻ｃになると、ボイラＢの優先順位を５位へ繰り下げる変更と、ボイラＤの優先順位を３位へ繰り上げる変更を行う。すると１位はボイラＦ、２位はボイラＥ、３位はボイラＣとボイラＤ、５位はボイラＢ、６位はボイラＡとなって、４位のボイラはなしとなる。このときに台数制御対象となるボイラはボイラＣ・Ｄ・Ｅ・Ｆの４台、燃焼指令を出力するボイラもボイラＣ・Ｄ・Ｅ・Ｆの４台となる。そしてこの時点から蒸気を供給するボイラはボイラＣ・Ｅ・Ｆの３台であって、蒸気供給量はボイラ３台分となるため、蒸気供給量は優先順位変更前と同じになっている。その後、時刻ｃから所定時間経過後である時刻ｄになると、ボイラＣの優先順位を４位へ繰り下げる最後の優先順位変更を行い、優先順位変更の工程を終了する。

比較のために記載している図３の場合、台数制御対象台数は一定としており、優先順位変更開始前の３台であった台数制御対象台数は、優先順位変更時も３台のままとなっている。この場合も時刻ａで優先順位の変更を開始し、優先順位が１位はボイラＡとボイラＦの２台、２位はボイラＢ、３位はボイラＣ、４位はボイラＤ、５位はボイラＥとなって、６位のボイラはなくなる点については図２の場合と同じである。しかし、台数制御対象台数は３台であり、優先順位が１位と２位のボイラＦ・Ａ・Ｂで３台になるため、ボイラＣは台数制御対象から外れることになる。この場合、ボイラＡとボイラＢでは、それまでも燃焼を行っていたために蒸気の供給は継続して行えている。しかしボイラＦでは、時刻ａ以前は運転を行っていなかったものであるため、燃焼指令の出力が行われてもすぐには蒸気供給を行うことはできず、時刻ａでボイラＣが台数制御対象から外れると、蒸気供給量はボイラ１台分減少するために蒸気供給量が不足することになる。同様に、ボイラＢ・Ｅ・Ｆに対して燃焼指令の出力を開始し、ボイラＡでは燃焼を停止する時刻ｂ、ボイラＤ・Ｅ・Ｆに対して燃焼指令の出力を開始し、ボイラＢでは燃焼を停止する時刻ｃでも、３位となるボイラＣは燃焼を停止しており、蒸気供給量の不足を招くことになる。稼働優先順位の変更時に蒸気供給量が減少して蒸気供給が足りなくなると、供給蒸気圧が低下するということになる。

本発明を実施するならそのようなことにはならず、蒸気を安定的に供給することができる。なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ボイラ
２ 運転制御装置
３ 台数制御装置
４ 蒸気集合部
５ 蒸気配管
６ 圧力検出装置

Claims (1)

1. ボイラを複数台設置し、負荷に応じてボイラ燃焼台数を制御する台数制御を実施しており、ボイラの運転順位を定めた稼働優先順位は定期的に変更するようにしている多缶設置ボイラであって、
   設置しているボイラを台数制御対象のボイラと台数制御対象外のボイラに分け、台数制御対象となるボイラの台数をボイラ設置台数より少なくしておき、台数制御対象のボイラ台数分で圧力区分を設定して台数制御を行うことで、ボイラの燃焼量変更頻度を少なくするようにしている多缶設置ボイラにおいて、稼働優先順位の変更時には台数制御対象となるボイラの台数を一時的に増加するようにしておき、稼働優先順位が繰り上がることになるボイラの１台を先行させて稼働優先順位の変更を行い、その後で稼働優先順位が繰り下がることになるボイラの稼働優先順位変更を行うものであることを特徴とする多缶設置ボイラ。

Images