JP5914147B2 - 多缶式貫流ボイラの台数制御システム - Google Patents

多缶式貫流ボイラの台数制御システム Download PDF

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Description

本発明は、多缶式貫流ボイラの台数制御システムに関するものである。
貫流ボイラを複数台設置し、蒸気負荷に応じて貫流ボイラの燃焼台数を調節する多缶式貫流ボイラの台数制御システムが、特許文献1などにおいて知られている。この種の多缶式貫流ボイラの台数制御システムは、一般的に図4に示すように、複数台の貫流ボイラ10と、これら貫流ボイラ10の発生する蒸気を蒸気配管12を介して集合させて蒸気負荷部(図示せず)へ向けて供給する蒸気ヘッダ14と、蒸気ヘッダ14における蒸気圧力を検出する圧力検出装置20と、圧力検出装置20の圧力検出値に応じて各貫流ボイラ10における燃焼状態を決定し必要台数のボイラ10を燃焼させる台数制御装置30とを備えている。
台数制御装置30は、蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の増大に伴い圧力検出値が下がったときに貫流ボイラ10の燃焼台数を増やす方向の制御を行い、蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の減少に伴い圧力検出値が上がったときに貫流ボイラ10の燃焼台数を減らす方向の制御を行う。実際には、蒸気圧力の制御範囲を複数の圧力区分に振り分けて、圧力区分ごとに貫流ボイラの運転台数を定めておき、蒸気ヘッダ14の圧力検出値がどの圧力区分に該当するかによって貫流ボイラの運転台数を求め、必要台数分の貫流ボイラ10を燃焼させるようにしている。
ところで、従来の貫流ボイラの台数制御システムでは、蒸気ヘッダ14の圧力検出値に応じた蒸気圧力幅で台数制御を行うため、蒸気負荷の変動に伴い供給蒸気圧力が変動してしまい、供給蒸気圧力を一定に保つことができないという問題があった。
そこで、工場需要側で許容される蒸気圧力の変動幅が狭く供給蒸気圧力を一定に管理する必要がある場合は、図5に示すように、貫流ボイラ10と蒸気ヘッダ14の間に蒸気アキュムレータ50を設置し、貫流ボイラ10の缶内圧力を供給蒸気圧力より高く維持して、その状態で、蒸気アキュムレータ50と蒸気ヘッダ14を繋ぐ配管13に設けた二次圧制御弁62を圧力調節計60により制御することにより、蒸気ヘッダ14の圧力を制御して蒸気の要求品質(要求圧力)を確保していた。
特開2005−49008号公報
しかし、このように蒸気アキュムレータ50を設置する場合、設置コストや設置スペースが余計に必要となる上、貫流ボイラ10の缶内圧力を不必要に上昇させなければならず、非効率であった。
本発明は、上記事情を考慮し、蒸気アキュムレータを使用せず、貫流ボイラの缶内圧力の不必要な上昇を回避しながら、蒸気負荷変動によらずに供給蒸気圧力を一定に保つことのできる多缶式貫流ボイラの台数制御システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明の多缶式貫流ボイラの台数制御システムは、複数台の貫流ボイラと、これら貫流ボイラの発生する蒸気を集合させて蒸気負荷部へ向けて供給する蒸気ヘッダと、該蒸気ヘッダにおける蒸気圧力を検出する圧力検出装置と、該圧力検出装置の圧力検出値に応じて前記各貫流ボイラにおける燃焼状態を決定し必要台数のボイラを燃焼させる台数制御装置とを備え、該台数制御装置が、入力される圧力検出値が、段階的に振り分けられた複数の圧力区分のうちのどの圧力区分に入るかによって前記貫流ボイラの燃焼台数を演算する演算テーブルを有しており、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の増大に伴い前記圧力検出値が下がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を増やす方向の制御を前記演算テーブルに基づいて行い、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の減少に伴い前記圧力検出値が上がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を減らす方向の制御を前記演算テーブルに基づいて行う機能を有する多缶式貫流ボイラの台数制御システムにおいて、前記演算テーブルでは、前記貫流ボイラの実際の蒸発量が前記圧力区分ごとに前記燃焼台数に応じて計算されており、前記圧力検出装置の検出した圧力検出値を前記台数制御装置に入力する前段に、前記蒸気ヘッダへの供給蒸気圧力の設定値および前記蒸気負荷の設定値が入力可能とされ、且つ、前記演算テーブルにおいて、前記蒸気負荷の設定値を前記実際の蒸発量とする前記圧力区分に前記供給蒸気圧力の設定値が入っていない場合、前記供給蒸気圧力の設定値が前記圧力区分に入るまでに要する圧力差を補正値として演算し、前記圧力検出値に前記補正値を加えた値を擬装圧力検出値として前記台数制御装置に入力させる補正手段を備えていることを特徴とする。前記補正手段は、補正後の前記擬装圧力検出値の入る圧力区分が補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるようにする幅の補正値を前記圧力検出値に対して加えるものであってもよい。
また、一発明としての多缶式貫流ボイラの台数制御システムは、複数台の貫流ボイラと、これら貫流ボイラの発生する蒸気を集合させて蒸気負荷部へ向けて供給する蒸気ヘッダと、該蒸気ヘッダにおける蒸気圧力を検出する圧力検出装置と、該圧力検出装置の圧力検出値に応じて前記各貫流ボイラにおける燃焼状態を決定し必要台数のボイラを燃焼させる台数制御装置とを備え、該台数制御装置が、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の増大に伴い前記圧力検出値が下がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を増やす方向の制御を行い、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の減少に伴い前記圧力検出値が上がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を減らす方向の制御を行う多缶式貫流ボイラの台数制御システムにおいて、前記圧力検出装置の検出した圧力検出値を前記台数制御装置に入力する前段に、前記蒸気ヘッダへの供給蒸気圧力の設定値が入力可能とされ、且つ、前記圧力検出値が前記設定値よりも低い場合は前記圧力検出値にマイナスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として前記台数制御装置に入力させ、前記圧力検出値が前記設定値よりも高い場合は前記圧力検出値にプラスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として前記台数制御装置に入力させる補正手段を備えていることを特徴とする。前記台数制御装置は、入力される圧力検出値が、段階的に振り分けられた複数の圧力区分のうちのどの圧力区分に入るかによって前記貫流ボイラの燃焼台数を演算する演算テーブルを有しており、前記補正手段は、補正後の前記擬装圧力検出値の入る圧力区分が補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるようにする幅の補正値を前記圧力検出値に対して加えるものであってもよい。
なお、前記一発明としての多缶式貫流ボイラの台数制御システムの場合、次のように制御が行われる。即ち、蒸気負荷が増大すると蒸気ヘッダの圧力(供給蒸気圧力)が低下する。このとき、台数制御装置に入力される圧力検出値は、貫流ボイラの発生蒸気量を増やす方向の補正が加えられた擬装圧力検出値となっているから、貫流ボイラの運転台数が増える方向の制御が行われ、供給蒸気圧力が目標値になるまで発生蒸気量が増加していく。また、蒸気負荷が減少すると蒸気ヘッダの圧力(供給蒸気圧力)が上昇する。このとき、台数制御装置に入力される圧力検出値は、貫流ボイラの発生蒸気量を減らす方向の補正が加えられた擬装圧力検出値となっているから、貫流ボイラの運転台数が減る方向の制御が行われ、供給蒸気圧力が目標値になるまで発生蒸気量が減少していく。その結果、供給蒸気圧力が一定(設定値)に保たれる。
そして、補正が加えられた擬装圧力検出値の入る演算テーブル上の圧力区分が、補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるようにする場合、目標圧力(設定値)と異なる圧力で安定状態となることはなく、目標圧力に到達するまで運転台数の変更が行われる。その結果として、供給蒸気圧力が一定(設定値)に保たれる。
請求項1の発明の多缶式貫流ボイラの台数制御システムによれば、圧力検出値に補正を加えるだけで、供給蒸気圧力を一定に保つことができるので、蒸気アキュムレータの設置が不要であり、そのための設置コストや設置スペースや放熱ロスを削減することができる。また、蒸気アキュムレータを使用しないため、貫流ボイラの缶内圧力の不必要な上昇を回避することができる。
請求項2の発明の多缶式貫流ボイラの台数制御システムによれば、補正が加えられた擬装圧力検出値の入る演算テーブル上の圧力区分が、補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるので、目標圧力(設定値)と異なる圧力で安定状態となることはなく、目標圧力に到達するまで運転台数の変更が行われ、その結果として、供給蒸気圧力が一定(設定値)に保たれる。
本発明の実施形態の多缶式貫流ボイラの台数制御システムの構成を示す図である。 同実施形態において台数制御装置に備わる演算テーブルの内容を示す図である。 (a)本発明の多缶式貫流ボイラの台数制御システムの制御内容を示す図である。(b)従来の多缶式貫流ボイラの台数制御システムの制御内容を示す図である。 従来の多缶式貫流ボイラの台数制御システムの構成を示す図である。 従来の蒸気アキュムレータを有した多缶式貫流ボイラの台数制御システムの構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態の多缶式貫流ボイラの台数制御システムを図面を参照して説明する。
この多缶式貫流ボイラの台数制御システムは、図1に示すように、複数台の貫流ボイラ10と、これら貫流ボイラ10の発生する蒸気を蒸気配管12を介して集合させて蒸気負荷部(図示せず)へ向けて供給する蒸気ヘッダ14と、蒸気ヘッダ14における蒸気圧力を検出する圧力検出装置20と、圧力検出装置20の圧力検出値に補正を加えた擬装圧力検出値に応じて各貫流ボイラ10における燃焼状態を決定し必要台数のボイラ10を燃焼させる台数制御装置30と、圧力検出装置20の圧力検出値に補正を加える補正手段40と、を備えている。
台数制御装置30は、蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の増大に伴い圧力検出値が下がったときに貫流ボイラ10の燃焼台数を増やす方向の制御を行い、蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の減少に伴い圧力検出値が上がったときに貫流ボイラ10の燃焼台数を減らす方向の制御を行うものであり、具体的には、蒸気圧力の制御範囲を複数の圧力区分に振り分けて、圧力区分ごとに貫流ボイラ10の燃焼量(燃焼台数)を定めた演算テーブルを有しており、蒸気ヘッダ14の圧力検出値に補正を加えた擬装圧力検出値が、演算テーブル上のどの圧力区分に該当するかによって貫流ボイラ10の燃焼量を求め、必要台数分の貫流ボイラ10を燃焼させる。
補正手段40は、圧力検出装置20の検出した圧力検出値PVを台数制御装置30に入力する前段に配置されており、蒸気ヘッダ14への供給蒸気圧力の設定値SVが入力可能とされている。また、圧力検出値PVが設定値SVよりも低い場合は圧力検出値PVにマイナスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として台数制御装置30に入力させ、圧力検出値PVが設定値SVよりも高い場合は圧力検出値PVにプラスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として台数制御装置に入力させる機能を有している。
ここで、貫流ボイラ10は、待機/低燃焼/高燃焼の3段階で燃焼状態を制御されるものの例を挙げており、待機とは燃焼停止していること、低燃焼とは半分の能力で燃焼(2本のバーナーのうち1本だけを燃焼)すること、高燃焼とは全部の能力で燃焼(2本のバーナーの両方を燃焼)することを指す。貫流ボイラ10は、NO.1〜NO.14までの14台あり、台数制御の演算テーブルは、例えば、図2に示すように構成されている。この図2の表において、運転台数は、低燃焼を0.5台、高燃焼を1.0台として計算し、燃焼状態は、低燃焼を△、高燃焼を○で示してある。実際の蒸発量は、低燃焼で1.0t/h、高燃焼で2.0t/hとして計算している。制御圧力幅は0.57MPa〜0.47MPaで、ヘッダ圧の項目の圧力区分の幅は、約0.03MPa〜0.04MPaとなっている。
この演算テーブルでは、各貫流ボイラ10の燃焼状態が、蒸気ヘッダの圧力(圧力検出値)により決定されており、蒸気負荷が高くなり蒸気ヘッダ圧力が下がると、貫流ボイラ10の燃焼台数を増やすように設定されている。また、蒸気負荷が低くなり蒸気ヘッダ圧力が上がると、貫流ボイラ10の燃焼台数を減らすように設定されている。
補正手段40は、補正後の擬装圧力検出値の入る圧力区分が補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるようにする幅の補正値を圧力検出値に対して加えるように設定されており、設定値から外れた状態にある蒸気ヘッダ14の圧力が、その外れた状態のまま安定するのを回避できるようになっている。
補正手段40の具体的な内容について説明すると、まず、圧力補正調節計42にて圧力検出装置20で検出した圧力検出値PVの変化状況と設定値SVからPID演算にて補正係数MVを求め、その後、K部43で(MV−X%(例えば50%))×Y(例えば1.00)の演算を行なう。そして、最終演算部44ではK部43での演算値を圧力検出値PVに足し込み、最終演算値を求める。この得られた最終演算値を、貫流ボイラ台数制御装置30へ信号の形で送る。
なお、X,Yは、それぞれボイラの台数制御が適切に行なわれるよう予め定めた数値である。例えば、ここでは、「50」と「1」を使用しているが、使用するボイラの機能や使用する台数制御の演算テーブルによって適宜変更可能である。
例えば、従来の台数制御では、蒸気負荷20t/hを賄うためには、図2の演算テーブルに基づけば、10台の貫流ボイラを運転する必要がある。しかし、蒸気ヘッダ14の圧力の低下をトリガに運転台数を決めるため、蒸気ヘッダ14の圧力が0.499MPaまで低下しないと、10台の貫流ボイラ10は立ち上がらない。
本実施形態の台数制御では、まず、台数制御のための圧力補正調節計42を基準値が50%になるように調節しておく。そして、設定値SVに対して圧力検出値PVが小さい場合は、演算により50%より小さい値、例えば49%をPID演算結果として返す。それにより補正手段40は、台数制御装置30に、PV+(49%−50%)×1.00を入力する。こうすることにより、貫流ボイラ10は11台焚かれることになる。蒸気ヘッダ14の圧力が設定値(目標値)SV(=0.56MPa)になるまで常にPID演算を繰り返す。その結果として、蒸気負荷変動によらず、蒸気ヘッダ14の圧力を一定にすることができる。
蒸気負荷が20t/hで、ヘッダ14の圧力が0.56MPaに設定するものとし、この条件でボイラの台数制御システムが安定して作動している状況を説明する。
圧力補正調節計42へは、圧力検出装置20から圧力検出値PV=0.56MPaの信号が入力する。圧力補正調節計42では、圧力検出値PVの変化状況と設定値SVからPID演算にて補正係数MVが49.939%として求められる。
K部43では(MV−50%)×1.00の演算、つまり(49.939%−50%)×1.00の演算が行なわれ、結果として、−0.061MPaが得られる。そして、最終演算部44では、K部43で得られた演算値である−0.061MPaと圧力検出値PV=0.56MPaとの足し込みが行なわれ、0.499MPaが 求められる。この求められた、0.499MPaが貫流ボイラ台数制御装置30へ信号の形で送られ、台数制御装置内のテーブルに従い、10台の燃料指令を各ボイラへ送ることとなる。
もう1つ例を挙げると、例えば、蒸気ヘッダ14の設定値(設定蒸気圧値)SVが0.56MPaで10t/hの蒸気量を必要としている場合に、何らかの理由で仮に蒸気圧(圧力検出値)が0.541MPaまで下がったとすると、補正をかけないとき、本来は10t/hの蒸気量を必要としているので、蒸気圧を上げるためには5.5台より多くの貫流ボイラ10を焚く必要があるのに、図2の演算テーブルに従い4台しか稼働しなくなり、蒸気量は8t/hしか発生しなくなる。必要蒸気量は10t/hであるため、蒸気ヘッダ14の蒸気圧力は更に下がり続け、0.531MPa以下にまで下がって、漸くボイラ台数が5.5台稼働し、蒸気発生量が11t/hとなるため、漸く蒸気ヘッダ14の蒸気圧力が上がり始めるようになる。
蒸気負荷が10t/hで、ヘッダ14の圧力が0.56MPaに設定するものとし、この条件でボイラの台数制御システムが安定して作動している状況を説明する。
すなわち、圧力補正調節計42へは、圧力検出装置20から圧力検出値PV=0.56MPaの信号が入力する。圧力補正調節計42では、圧力検出値PVの変化状況と設定値SVからPID演算にて補正係数MVが49.974%として求められる。
K部43では(MV−50%)×1.00の演算、つまり(49.974%−50%)×1.00の演算が行なわれ、結果として、−0.026MPaが得られる。そして、最終演算部44では、K部43で得られた演算値である−0.026MPaと圧力検出値PV=0.56MPaとの足し込みが行なわれ、0.534MPaが 求められる。この求められた、0.534MPaが貫流ボイラ台数制御装置30へ信号の形で送られ、台数制御装置内のテーブルに従い、5台の燃料指令を各ボイラへ送ることとなる。
以上のように、補正手段40の基本的構成は、補正係数MVを圧力検出値PVの変化状況と設定値SVからPID演算にて随時求め、この補正係数MVを基に蒸気ヘッダ14の圧力検出値PVを補正することである。そして、圧力検出値PVを補正することにより、貫流ボイラの台数制御の運転を行なっている。このような制御方法であると、蒸気負荷が急変して蒸気ヘッダ14の圧力が急変した場合でも、貫流ボイラ台数制御装置30へ蒸気ヘッダ14の圧力変動が直に伝わることとなり、これまでの貫流ボイラ台数制御の利点である、高い制御スピードを維持することが可能である。
例えば、前述した例で説明すると、蒸気負荷が10t/hで、ヘッダ14の圧力が0.56MPaに設定され、5台のボイラが燃焼している場合に、蒸気負荷の急増により、蒸気ヘッダ14の圧力が突然0.56MPaから0.54MPaまで低下したとする。このとき、貫流ボイラ台数制御装置30へは、PV+(MV−50%)×1.00で得られる信号、つまり、0.54MPa+(49.974−50%)×1.00で得られる信号が送られる(MVの計算値はタイムラグの関係から、実際には前回の計算とほぼ同じ値が算出される)。つまり、7.5台の燃料指令を各ボイラへ送ることとなる。
以上説明したように、蒸気ヘッダ14の圧力検出値を補正することで、蒸気ヘッダ14の圧力が急減時に直に貫流ボイラの運転台数を増加する制御が可能となる。勿論、これとは逆に、蒸気ヘッダ14の圧力が急増時に直に貫流ボイラの運転台数を減少する制御が可能となる。
以上の説明のように、本実施形態の多缶式貫流ボイラの台数制御システムにおいては、次のように制御が行われる。即ち、蒸気負荷が増大すると蒸気ヘッダ14の圧力(供給蒸気圧力)が低下する。このとき、台数制御装置30に入力される圧力検出値は、貫流ボイラ10の発生蒸気量を増やす方向の補正が加えられた擬装圧力検出値となっているから、貫流ボイラ10の運転台数が増える方向の制御が行われ、供給蒸気圧力が目標値になるまで発生蒸気量が増加していく。また、蒸気負荷が減少すると蒸気ヘッダ14の圧力(供給蒸気圧力)が上昇する。このとき、台数制御装置30に入力される圧力検出値は、貫流ボイラ10の発生蒸気量を増やす方向の補正が加えられた擬装圧力検出値となっているから、貫流ボイラ10の運転台数が減る方向の制御が行われ、供給蒸気圧力が目標値になるまで発生蒸気量が減少していく。その結果、供給蒸気圧力が一定(設定値)に保たれる。このように圧力検出値に補正を加えるだけで、供給蒸気圧力を一定に保つことができるので、蒸気アキュムレータの設置が不要であり、そのための設置コストや設置スペースや放熱ロスを削減することができる。また、蒸気アキュムレータを使用しないため、貫流ボイラの缶内圧力の不必要な上昇を回避することができる。
これを図で表せば、図3(a)のように示される。この図において横軸は蒸気発生量、縦軸は蒸気圧力である。この図で示すように、圧力検出値が設定値よりも低い場合は前記圧力検出値にマイナスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として台数制御装置に入力することにより、逆に、圧力検出値が設定値よりも高い場合は圧力検出値にプラスの補正値を加えた値を擬装圧力検出値として台数制御装置に入力することにより、蒸気ヘッダ14の圧力を目標蒸気圧に近づけることができる。なお、参考のため、従来の貫流ボイラの台数制御システムの制御内容を図3(b)で示す。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、14台の貫流ボイラの台数制御する場合を例に挙げて本発明を説明したが、制御対象となる貫流ボイラの台数は14台に限られることなく、それ以外の複数台の場合でも本発明は適用可能である。
また、前記実施形態では、蒸気ヘッダ14の圧力検出値を補正するにあたり、(MV−X%(例えば50%))×Y(例えば1.00)の場合を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、他の補正値である場合でも本発明は適用可能である。また、一度の補正値を足しこむ場合でもボイラ台数が変わらない場合には、さらに大きな値の補正値を加えるような制御を行うようにしてもよい。
10 貫流ボイラ
14 蒸気ヘッダ
20 圧力検出装置
30 台数制御装置
40 補正手段

Claims (2)

  1. 複数台の貫流ボイラと
    これら貫流ボイラの発生する蒸気を集合させて蒸気負荷部へ向けて供給する蒸気ヘッダと
    蒸気ヘッダにおける蒸気圧力を検出する圧力検出装置と
    圧力検出装置の圧力検出値に応じて前記各貫流ボイラにおける燃焼状態を決定し必要台数のボイラを燃焼させる台数制御装置とを備え
    台数制御装置が、入力される圧力検出値が、段階的に振り分けられた複数の圧力区分のうちのどの圧力区分に入るかによって前記貫流ボイラの燃焼台数を演算する演算テーブルを有しており、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の増大に伴い前記圧力検出値が下がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を増やす方向の制御を前記演算テーブルに基づいて行い、前記蒸気負荷部で使用する蒸気負荷の減少に伴い前記圧力検出値が上がったときに前記貫流ボイラの燃焼台数を減らす方向の制御を前記演算テーブルに基づいて行う機能を有する多缶式貫流ボイラの台数制御システムにおいて、
    前記演算テーブルでは、前記貫流ボイラの実際の蒸発量が前記圧力区分ごとに前記燃焼台数に応じて計算されており、
    前記圧力検出装置の検出した圧力検出値を前記台数制御装置に入力する前段に、
    前記蒸気ヘッダへの供給蒸気圧力の設定値および前記蒸気負荷の設定値が入力可能とされ、且つ、前記演算テーブルにおいて、前記蒸気負荷の設定値を前記実際の蒸発量とする前記圧力区分に前記供給蒸気圧力の設定値が入っていない場合、前記供給蒸気圧力の設定値が前記圧力区分に入るまでに要する圧力差を補正値として演算し、前記圧力検出値に前記補正値を加えた値を擬装圧力検出値として前記台数制御装置に入力させる補正手段を備えていることを特徴とする多缶式貫流ボイラの台数制御システム。
  2. 前記補正手段は、補正後の前記擬装圧力検出値の入る圧力区分が補正前の圧力検出値の入る圧力区分とは異なるようにする幅の補正値を前記圧力検出値に対して加えるものであることを特徴とする請求項1に記載の多缶式貫流ボイラの台数制御システム。
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