JP5916194B2

JP5916194B2 - 多缶設置ボイラ

Info

Publication number: JP5916194B2
Application number: JP2011232405A
Authority: JP
Inventors: 達彦亀山; 守森本; 西山　将人; 将人西山
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: JP2013088106A

Description

本発明は、ボイラを複数台設置しておき、ボイラの燃焼量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、ボイラの運転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ボイラの燃焼量を制御するものであり、個々のボイラに対して燃焼量の指令を出力し、燃焼量を増減することでボイラ全体での蒸気供給量の調節を行う。ボイラの燃焼量調節は、特許２９４２０８０号公報に記載されているような燃焼量を段階的に調節するボイラが一般的であり、高燃焼・低燃焼・燃焼待機の三位置燃焼制御や、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼待機の四位置燃焼制御が行われている。

図３は、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼待機の４位置で燃焼制御するボイラ４台で台数制御を行う場合の燃焼パターンである。図ではボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「Ｈ」、中燃焼の場合を「Ｍ」、低燃焼の場合を「Ｌ」、燃焼待機の場合を「−」で示している。個々のボイラでは、高燃焼での燃焼量を１とした場合に、低燃焼は０．２、中燃焼は０．５となるようにしており、多缶設置ボイラ全体での最大の燃焼量を１００％とした場合の各燃焼状態での燃焼量を併記している。４台すべてが高燃焼であったの燃焼量を１００％とするなら、低燃焼１台での燃焼量は５％、中燃焼１台の燃焼量は１２．５％、高燃焼１台での燃焼量は２５％となる。

図において、燃焼量を増加するルートと燃焼量を減少するルートを異ならせているのは、運転台数の増減を少なくするためである。ボイラで燃焼量の変更を行う場合、低燃焼と中燃焼の間での変更や中燃焼と高燃焼の間での変更は、燃料及び燃焼用空気の供給量を変更するだけで行えるために短時間で変更することができる。しかし、燃焼を停止している状態から燃焼を開始する場合は、炉内換気などの準備工程が必要であり、さらに、冷缶状態から蒸気発生温度に上昇するまでは蒸気を供給することができないため、燃焼指令の出力から蒸気供給を開始するまでには比較的長い時間が必要となる。また、燃焼発停時に行われる炉内の換気によって放出熱量が多くなるという問題もあった。

この場合、運転台数の変更が少なくなるように台数制御のパターンを決定することで、運転台数変更によるデメリットを最小限とすることができる。例えば「Ｈ−−−」から燃焼量を１段階増加する場合には「ＨＬ−−」とするが、「ＨＬ−−」から燃焼量を１段階減少する場合には「Ｈ−−−」には戻さずに「ＭＬ−−」とする。この場合、「ＨＬ−−」から「Ｈ−−−」に戻したのでは、その後に燃焼量の増加することになると燃焼を停止したボイラ１台の燃焼を開始しなければならず、すぐには蒸気を供給できないために蒸気供給量の増加が遅れて蒸気圧力値が低下することになる。しかし「ＭＬ−−」としておいた場合、中燃焼の１台を高燃焼にすることで燃焼量を増加することができ、この場合には速やかに蒸気供給量を増加することができため、蒸気圧力値の低下を抑えることができる。そのため、燃焼量の変更は可能な限り同一の運転台数内での燃焼状態変更のみで対応し、運転台数の変更が必要が避けられない場合にのみ運転台数を変更するということが行われている。

ところで、工場の始業時などでボイラの運転を完全に停止していた状態から運転スイッチを入れてボイラの運転を開始する初起動時には、蒸気のストックがなく蒸気圧力値が制御範囲よりも低い。そのため、通常の台数制御では設置ボイラのすべてを最大の能力で運転させ、蒸気圧力値が制御範囲になるまで蒸気を発生させることが行われる。この場合、蒸気の使用を行っていなければ蒸気圧力値はすぐに上昇し、蒸気圧力値の上昇によってボイラの燃焼量を下げることになっても、一度燃焼を開始したボイラはできるだけ燃焼を停止しない制御を行っているため、多数のボイラを低負荷で運転するということになる。ボイラの熱吸収効率は、一般的には高負荷少数台よりも低負荷多数台の方が良くなるが、低負荷の運転台数が多くなることによって電力消費量が多くなる場合には、低負荷多数台の方が総合的なエネルギ消費量の点では悪くなることがあった。

特許２９４２０８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼量を段階的に調節することができるようにしたボイラを複数台設置しており、ボイラから供給する蒸気の圧力値を調節範囲内に維持するように各ボイラの燃焼量を制御する多缶設置ボイラにおいて、初起動時に運転台数が必要以上に多くなり、多数のボイラが低負荷で燃焼を行うことによって総合的な効率が低下する、とい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。

高燃焼・低燃焼・燃焼待機や高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼待機のように燃焼量を段階的に調節するボイラを複数台設置しており、ボイラが供給している蒸気の圧力値が圧力調節範囲内に維持されるように各ボイラの燃焼量を制御する多缶設置ボイラにおいて、ボイラの台数制御では各ボイラの燃焼量増減を優先することで運転台数の増減頻度を少なくするとともに、初起動時には運転するボイラの台数を制限するようにしておき、初起動時から設定時間が経過後、若しくは燃焼指令が減少した後に、運転ボイラの台数制限を解除する制御を行う。

本発明を実施することで、低負荷燃焼では総合的な効率が悪くなるボイラを複数缶設置した多缶設置ボイラでも、初起動時に必要台数以上のボイラを運転させることがなくなるため、エネルギ消費量を削減することができる。

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ボイラ運転台数を制限した場合のボイラ運転パターン説明図一実施例におけるボイラ運転台数を制限していない場合のボイラ運転パターン説明図一実施例におけるボイラ運転台数を制限した場合のボイラ燃焼量変動状況説明図一実施例におけるボイラ運転台数を制限していない場合のボイラ燃焼量変動状況説明図

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と図３は一実施例におけるボイラ運転パターン図、図４と図５は一実施例でのボイラ燃焼量変動状況を示したタイムチャートである。

図１では１号缶から４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、図２や図３に記載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所定台数分のボイラで燃焼を行わせる台数制御を行う。

図２と図３は、ボイラ設置台数が４台の場合における燃焼パターンであるが、図２の場合はボイラの初起動時には４台中２台しか運転させない場合の燃焼パターン、図３は運転台数の制限は行わない場合の燃焼パターンである。また、図４と図５は、ボイラの初起動時における蒸気圧力値とボイラ燃焼量の変動状況を示したものであって、図４は初起動時の運転台数は４台中２台に制限している場合の運転状況、図５は台数制限をしていない運転状況である。

本実施例では、各ボイラは高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼待機の４位置で運転制御を行い、個々のボイラでは、高燃焼での燃焼量を１とした場合に、低燃焼は０．２、中燃焼は０．５であるとしている。この場合、４台すべてが高燃焼であった場合のボイラ全体での燃焼量を１００％とすると、低燃焼が１台での燃焼量は５％、中燃焼１台では１２．５％、高燃焼１台では２５％となる。図では各ボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「Ｈ」、中燃焼の場合を「Ｍ」、低燃焼の場合を「Ｌ」、燃焼待機の場合を「−」で示している。そして、図２では初起動時に運転するボイラは２台に制限しているため、運転対象から外しているボイラを「×」で示している。また、４台すべてが高燃焼の時を１００％とした場合の各燃焼状態での燃焼量を併記している。

図２の場合、台数制限をしている場合には図の左側半分のみを使用し、台数制限解除後は図の全体を使用することになる。台数制限解除後の場合は、運転対象外を示していた「×」は燃焼待機の「−」と読み替える。図４と図５は、工場の始業時などでのボイラ初起動時を想定したものであり、ボイラは蒸気の使用が始まる少し前に運転スイッチを入れて運転を開始し、蒸気をためた状態で蒸気の使用が始まる。

まず図２及び図４に基づいて説明を行う。最初はボイラの運転スイッチは入っておらず、すべてのボイラが停止している状態（Ａ）から開始している。ここでボイラの運転を開始すると、その時点での蒸気圧力値は調節範囲より大幅に低いため、台数制御装置３はボイラの燃焼量を可能な限り大きくする。しかし初起動時の運転台数を２台に制限している場合、運転を行うボイラの台数は２台までであるため、２台のボイラに対してのみ運転を指示することになり、２台のボイラを高燃焼（Ｂ）とする。

この時点では蒸気の使用は行っていないため、運転台数を２台に制限していても蒸気圧力は上昇している。蒸気の発生によって蒸気圧力値が調節範囲まで上昇すると、蒸気圧力値にあわせてボイラの燃焼量を減少する。初起動時に運転台数の制限を行った場合でも、初起動時から設定時間が経過後、若しくは燃焼指令が減少すると、運転ボイラの台数制限を解除する。

その後、図２及び図４では２台を高燃焼としておいた状態から２段階燃焼量が下がり、高燃焼１台と低燃焼１台の状態（Ｃ）で安定している。そして蒸気の使用量が増加すると、蒸気圧力値は低下するため、ボイラの燃焼量を増加していく。この時点では台数制限は解除されているため、燃焼量の増加に伴って燃焼台数も増加しており、３台のボイラを高燃焼とする（Ｄ）まで増加している。この例では、運転台数が３台で蒸気供給はほぼ賄えており、４台目のボイラは運転を行う必要がなく、３台のボイラだけ運転している。

図３及び図５は、初起動時における運転台数の制限を行っていない場合であり、この場合にはすべてのボイラが停止している状態（ａ）からボイラの運転を開始すると、４台のボイラすべてが高燃焼（ｂ）となる。このときの蒸気発生量は運転台数の制限を行っている場合より多くなるため、蒸気圧力値上昇の傾きは大きくなっている。その後、蒸気圧力値の上昇に伴ってボイラの燃焼量は低下しており、中燃焼１台と低燃焼３台（ｃ）まで低下させた状態で安定している。このときの燃焼量は２７．５％であり、図２の場合での高燃焼１台と低燃焼１台（Ｃ）での燃焼量である３０％とほぼ同じになるが、運転台数は４台であって台数制限を行っている場合より２台多くなっている。その後も４台のボイラが運転を継続しており、図２及び図４の場合よりも運転台数が１台から２台分多くなっている。

台数制限を行わなかった場合、高燃焼２台・中燃焼１台・低燃焼１台（ｄ）まで燃焼量を増加することになっているが、この状態での燃焼量は６７．５％である。これに対し、運転台数を制限していた場合の高燃焼３台（Ｄ）での燃焼量は７５％となる。つまり、ここでは４台のボイラを運転していたが、実際には３台のボイラでも賄うことができる蒸気使用量であったということであり、１台は運転させなくても良かったということになる。

図２に記載しているように、初起動時にはボイラの運転台数を制限しておき、最初から運転台数が増えすぎないようにしておくと、必要な台数のボイラしか燃焼を開始しないため、運転台数が無駄に増えることはない。台数制御では一度燃焼を開始したボイラは極力停止させない制御を行うため、制限がなければ多数のボイラが低い負荷で燃焼を行うことになり、運転台数が多くなることによってエネルギ（電力）の消費量が多くなることがあった。運転台数が多くなるとエネルギ消費量が大きくなる場合には、先に記載したように初起動時に台数制限を行っておくことでエネルギ消費量を少なくすることができる。

また、蒸気の使用が開始されるまでは、ボイラの運転台数を制限していても蒸気供給が間に合わなくなるということはないが、蒸気の使用が始まると運転台数を制限していたのでは蒸気供給が間に合わなくなる可能性がある。そのため、初起動からある程度時間が経過すると運転台数の制限を解除する。その際、制限の解除を設定時間経過のみで行った場合は、設定時間が長いと蒸気使用開始時間及び使用量の変動に対するリスク（運転台数を制限したことによる蒸気不足）が大きくなり、設定時間が短いと必要のないボイラまで燃焼指令を与えて台数制限の意味がなくなる可能性がある。そのため、制限の解除を設定時間経過のみでなく燃焼指令減少でも行うことによって、より早く適切な段階での解除が可能となり、その後の蒸気使用開始時や蒸気使用量の変動が発生した場合でも蒸気が足りなくなる可能性を低減することができる。燃焼指令の減少は、蒸気圧力値の上昇によって燃焼量を減少する必要が生じてから行うものであり、これ以降であれば蒸気使用量が増加しなければボイラの燃焼量を増加することはない。そのため、運転台数の制限を解除しても不必要なボイラが運転を開始するということにはならない、ということが分かる。

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スチームヘッダ
５蒸気配管
６圧力検出装置

Claims

高燃焼・低燃焼・燃焼待機や高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼待機のように燃焼量を段階的に調節するボイラを複数台設置しており、ボイラが供給している蒸気の圧力値が圧力調節範囲内に維持されるように各ボイラの燃焼量を制御する多缶設置ボイラにおいて、ボイラの台数制御では各ボイラの燃焼量増減を優先することで運転台数の増減頻度を少なくするとともに、初起動時には運転するボイラの台数を制限するようにしておき、初起動時から設定時間が経過後に加えて、燃焼指令が減少した後にも、運転ボイラの台数制限を解除する制御を行うものであることを特徴とする多缶設置ボイラ。