JP5983153B2

JP5983153B2 - 給水システム

Info

Publication number: JP5983153B2
Application number: JP2012167311A
Authority: JP
Inventors: 和紅遠山; 宏之畑中; 辰美植村; 孝治長井; 立季小林; 三浦　正敏; 正敏三浦
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP2014025661A

Description

本発明は、ボイラへ供給する補給水を予め加熱する補給水加熱器を備えた給水システムに関する。

従来、加熱装置としてのボイラに補給水を供給する給水システムにおいては、ボイラへ供給される前の補給水を、エコノマイザとも呼ばれる補給水加熱器により予め加熱することにより、ボイラ効率を向上させることが行われている（特許文献１参照）。エコノマイザは、ボイラから排出される排ガス（廃熱）とボイラに供給される補給水とを熱交換させることにより、補給水を加熱する装置である。

特開２００６−１０５４４２号公報

一般に、ボイラに補給水を供給する給水システムでは、ボイラ缶体の水位が下限水位まで下がると補給水の供給を開始し、ボイラ缶体の水位が目標水位に達したときに補給水の供給を停止する、いわゆる、オン−オフ制御が行われている。このようなオン−オフ制御は、ボイラの燃焼状態に係わらず行われる。そのため、ボイラ缶体の水位が下限水位以上の所定範囲内にあるときには、ボイラが燃焼中であっても補給水の供給は停止される。この間、エコノマイザ内に滞留する高温の水が排ガスにより加熱されて沸騰することがある。エコノマイザ内に滞留している水が沸騰すると、圧損により補給水の供給効率が低下したり、振動や圧力変動の影響によりエコノマイザの配管に破損等が発生したりするおそれがある。

本発明は、加熱装置の燃焼中において、補給水加熱器内に滞留する高温の水が沸騰するのを抑制できる給水システムを提供することを目的とする。

本発明は、燃料の燃焼により生じた熱で補給水を加熱する加熱装置に対し補給水を供給する給水システムであって、補給水を前記加熱装置に流通させる補給水ラインと、前記補給水ラインに設けられ、前記加熱装置において燃料が燃焼したときに生じる廃熱により、前記加熱装置に供給される前の補給水を予め加熱する補給水加熱器と、前記補給水ラインにおける前記補給水加熱器よりも上流側に設けられ、補給水を前記加熱装置に向けて供給可能に構成された補給水供給手段と、前記加熱装置における燃料の燃焼中において、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水供給手段を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要な場合には、前記加熱装置に予め設定された前記第１給水量よりも少ない第２給水量の補給水が少なくとも予め設定された期間だけ供給されるように前記補給水供給手段を制御する制御部と、を備え、前記補給水供給手段は、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、補給水を前記加熱装置に向けて圧送する加圧ポンプと、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するポンプ駆動部と、前記補給水ラインにおいて前記加圧ポンプよりも下流側における補給水の流量を調節可能な補給水流量調節弁と、を備え、前記制御部は、前記加熱装置において燃料が第１燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が予め設定された第１駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第１駆動周波数よりも高い第２駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御する給水システム。

また、前記補給水ラインにおける前記加圧ポンプと前記補給水流量調節弁との間に接続され、前記補給水ラインを流通する補給水の一部を補給水の供給源に還流させる補給水還流ラインを備え、前記補給水供給手段は、前記補給水還流ラインを流通する補給水の流量を調節可能な補給水還流弁を更に備え、前記制御部は、前記加熱装置において燃料が前記第１燃焼状態よりも熱量の低い第２燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が予め設定された第１駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通しないように前記補給水還流弁の流量を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要なことが検出されると、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第１駆動周波数よりも低い第３駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通するように前記補給水還流弁の流量を制御することが好ましい。

また、前記補給水還流ラインにおいて前記補給水還流弁をバイパスする補給水バイパスラインを備え、前記補給水供給手段は、前記補給水バイパスラインを流通する補給水の流量を調節可能な補給水バイパス弁を更に備え、前記制御部は、前記加熱装置において燃料が第２燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が不要なことが検出されると、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第３駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に補給水が供給されないように前記補給水流量調節弁が全閉となるように制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通するように前記補給水還流弁の流量を制御して補給水の供給を所定の時間停止した後、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁及び補給水バイパス弁の流量を制御することが好ましい。

本発明によれば、加熱装置の燃焼中において、補給水加熱器内に滞留する高温の水が沸騰するのを抑制できる給水システムを提供することができる。

実施形態に係る給水システム１の全体構成図である。ボイラ２の一部断面概略図である。ボイラ２が高燃焼状態の場合における動作の一例を示すタイムチャートである。ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合における動作の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係る給水システムの実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る給水システム１の全体構成図である。図２は、ボイラ２の一部断面概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係る給水システム１は、加熱装置としてのボイラ２と、補給水加熱器としてのエコノマイザ３と、スチームヘッダ４と、負荷装置５と、ドレンタンク６と、給水タンク７と、を備える。

また、給水システム１は、加圧ポンプとしての給水ポンプ８と、ポンプ駆動部としてのインバータ９と、制御部１０と、補給水流量調節弁としての流量調節弁Ｖ１と、補給水還流弁Ｖ２と、補給水バイパス弁Ｖ３と、を備える。給水ポンプ８、インバータ９及び流量調節弁Ｖ１は、本実施形態における補給水供給手段を構成する。図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。

更に、給水システム１は、補給水ラインＬ１と、燃料供給ラインＬ２と、蒸気供給ラインＬ３と、ドレンラインＬ４と、補給水補充ラインＬ５と、フラッシュ蒸気排出ラインＬ６と、補給水供給ラインＬ７と、補給水還流ラインＬ８と、補給水バイパスラインＬ９と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

なお、各ラインには、各種バルブ、各種センサ、逆止弁、オリフィス、ストレーナ等の機器が必要に応じて設けられるが、図１では適宜に図示を省略する。

補給水ラインＬ１は、ドレンタンク６に貯留された補給水Ｗ１をボイラ２に向けて供給するラインである。補給水ラインＬ１の上流側の端部は、ドレンタンク６の補給水排出口に接続されている。補給水ラインＬ１の下流側の端部は、ボイラ２の補給水導入口に接続されている。また、補給水ラインＬ１には、給水ポンプ８と、流量調節弁Ｖ１と、が設けられている。

給水ポンプ８は、補給水Ｗ１を吸入し、ボイラ２に向けて圧送する装置である。給水ポンプ８に併設されたモータ（不図示）は、インバータ９と電気的に接続されている。給水ポンプ８には、インバータ９から周波数が変換された駆動電力が供給される。給水ポンプ８は、インバータ９から供給された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

インバータ９は、給水ポンプ８に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ９は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ９には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ９は、入力された電流値信号に対応する駆動周波数の駆動電力を給水ポンプ８に出力する。

流量調節弁Ｖ１は、補給水ラインＬ１において、給水ポンプ８よりも下流側における補給水Ｗ１の流量を調節可能な弁である。流量調節弁Ｖ１は、制御部１０と電気的に接続されている。流量調節弁Ｖ１における弁開度（弁体の開度）は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

ボイラ２は、ドレンタンク６から供給された補給水Ｗ１を加熱して、蒸気Ｗ２を発生させる設備である。ここで、ボイラ２の構造を、図２を参照して説明する。

図２に示すように、ボイラ２は、下部管寄せ２１と、水管２２と、上部管寄せ２３と、バーナ部２０と、を備える。図２において、下部管寄せ２１、水管２２及び上部管寄せ２３は、蒸気を発生するボイラ缶体を構成する。

下部管寄せ２１は、環状に形成された中空の容器である。下部管寄せ２１には、補給水Ｗ１が貯留される。下部管寄せ２１の一端には、補給水ラインＬ１が接続されている。

水管２２は、補給水Ｗ１を蒸発させて蒸気を発生させる筒状の伝熱管である。水管２２は、下部管寄せ２１の上面に沿って、環状に複数本設けられている（図２では２本のみ示す）。各水管２２の下端部は、下部管寄せ２１と連通している。下部管寄せ２１に供給された補給水Ｗ１は、下部管寄せ２１から各水管２２へ流入する。また、環状に設けられた水管２２の中央部は、液体燃料又は気体燃料が燃焼する燃焼室２４となる。

上部管寄せ２３は、環状に形成された中空の容器である。各水管２２の上端部は、上部管寄せ２３と連通している。上部管寄せ２３の上端には、蒸気供給ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。複数の水管２２で発生した蒸気Ｗ２は、上部管寄せ２３を介して蒸気供給ラインＬ３へ送出される。蒸気供給ラインＬ３は、水管２２で発生した蒸気Ｗ２を負荷装置５へ供給するラインである。蒸気供給ラインＬ３の下流側の端部は、負荷装置５（図１参照）に接続されている。

バーナ部２０は、燃料（液体又は気体等）を燃焼させる燃焼装置である。バーナ部２０には、燃料供給ラインＬ２が接続されている。燃料供給ラインＬ２は、燃料供給源（不図示）から送出された燃料を、バーナ部２０に供給するラインである。

バーナ部２０は、環状に形成された上部管寄せ２３の中央（内部空間）に配置されている。バーナ部２０は、燃焼室２４に向けて燃焼ガス（火炎）を放射することにより、各水管２２を加熱する。各水管２２内に貯留された水は、燃焼ガスにより加熱され、蒸気Ｗ２を発生する。また、バーナ部２０は、制御部１０（図１参照）と電気的に接続されている。バーナ部２０における燃焼の開始（点火）、停止等の動作は、制御部１０から送信される燃焼制御信号により制御される。

本実施形態のバーナ部２０は、制御部１０により、高燃焼状態（熱量１００％）、中燃焼状態（熱量４５％）、低燃焼状態（熱量２０％）、及び燃焼停止状態（熱量０％）のいずれかの燃焼状態となるように燃焼量が制御される。バーナ部２０における燃料の燃焼状態は、負荷装置５で消費される蒸気の量やスチームヘッダ４内における蒸気の圧力等に基づいて、後述する制御部１０により設定される。

また、ボイラ２には、水位センサ２５（図１参照）が設けられている。水位センサ２５は、ボイラ缶体内の水位を検出する機器である。水位センサ２５は、制御部１０と電気的に接続されている。水位センサ２５で検出されたボイラ缶体内の水位は、検出信号として制御部１０に送信される。

再び、図１を参照しながら給水システム１の構成を説明する。
エコノマイザ３は、補給水ラインＬ１に設けられ、ボイラ２において燃料が燃焼したときに生じる廃熱により、ボイラ２に供給される前の補給水Ｗ１を予め加熱する設備である。エコノマイザ３で加熱された補給水Ｗ１は、補給水ラインＬ１を介してボイラ２のボイラ缶体（図２参照）内に供給される。

スチームヘッダ４は、ボイラ２から蒸気供給ラインＬ３を介して供給された蒸気Ｗ２を一時的に溜めて、蒸気Ｗ２を使用する負荷装置５へ供給する機器である。スチームヘッダ４は、蒸気供給ラインＬ３において、ボイラ２と負荷装置５との間に設けられている。

負荷装置５は、ボイラ２から供給された蒸気Ｗ２により動作する装置（例えば、熱交換器）である。負荷装置５において使用された蒸気Ｗ２は、熱を奪われて凝縮し、ドレンＷ３となって排出される。負荷装置５から排出されたドレンＷ３は、ドレンラインＬ４を介してドレンタンク６に回収される。

ドレンラインＬ４は、負荷装置５から排出されたドレンＷ３を、ドレンタンク６に送出するラインである。ドレンラインＬ４の上流側の端部は、負荷装置５のドレン排出口に接続されている。ドレンラインＬ４の下流側の端部は、ドレンタンク６のドレン導入口に接続されている。なお、ドレンラインＬ４には、ドレンＷ３に含まれる蒸気を除去するスチームトラップ（不図示）が設けられている。

ドレンタンク６は、ボイラ２に供給する補給水Ｗ１を貯留する密閉型のタンクである。ドレンタンク６には、負荷装置５から排出された高温高圧のドレンＷ３が貯留される。ドレンタンク６の下部（補給水排出口）には、補給水ラインＬ１の上流側の端部が接続されている。ドレンタンク６は、ボイラ２に対して、補給水Ｗ１の供給源となる。

図１に示すように、本実施形態に係る給水システム１は、密閉型のドレンタンク６に回収した高温高圧のドレンＷ３を、補給水Ｗ１としてボイラ２に供給するクローズド方式のドレン回収システムを備える。

給水タンク７は、ドレンタンク６に補給水Ｗ１を補給する設備である。ドレンタンク６と給水タンク７との間は、補給水補充ラインＬ５により接続されている。補給水補充ラインＬ５は、ドレンタンク６からボイラ２へ供給される補給水Ｗ１の流量が多い場合等において、補給水Ｗ１をドレンタンク６へ補充するためのラインである。補給水補充ラインＬ５の上流側の端部は、給水タンク７の補給水供給口に接続されている。補給水補充ラインＬ５の下流側の端部は、ドレンタンク６の補給水導入口に接続されている。

補給水補充ラインＬ５には、加圧ポンプ等（不図示）が設けられている。補給水補充ラインＬ５に設けられた加圧ポンプは、制御部１０と電気的に接続されている。ドレンタンク６の水位が下限水位まで低下すると、制御部１０により加圧ポンプが駆動され、給水タンク７からドレンタンク６へ補給水Ｗ１が補充される。

また、ドレンタンク６（気相部）と給水タンク７との間は、フラッシュ蒸気排出ラインＬ６により接続されている。フラッシュ蒸気排出ラインＬ６は、ドレンタンク６内で発生したフラッシュ蒸気を排出するためのラインである。フラッシュ蒸気排出ラインＬ６の上流側の端部は、ドレンタンク６のフラッシュ蒸気排出口に接続されている。フラッシュ蒸気排出ラインＬ６の下流側の端部は、給水タンク７のフラッシュ蒸気導入口に接続されている。

給水タンク７の下部には、給水タンク７に補給水Ｗ１を供給するための補給水供給ラインＬ７が接続されている。補給水供給ラインＬ７の上流側の端部は、補給水Ｗ１の供給元（不図示）に接続されている。補給水供給ラインＬ７の下流側の端部は、給水タンク７の補給水補充口に接続されている。

次に、給水システム１において、補給水ラインＬ１を流通する補給水Ｗ１の一部を、補給水Ｗ１の供給源となるドレンタンク６に還流させる構成について説明する。

図１に示すように、補給水ラインＬ１には、補給水還流ラインＬ８が接続されている。補給水還流ラインＬ８は、補給水ラインＬ１を流通する補給水Ｗ１の一部をドレンタンク６に還流させるラインである。補給水還流ラインＬ８の上流側の端部は、接続部Ｊ１において補給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ１は、補給水ラインＬ１において、給水ポンプ８と流量調節弁Ｖ１との間に配置されている。補給水還流ラインＬ８の下流側の端部は、ドレンタンク６の補給水還流口に接続されている。

補給水還流ラインＬ８には、補給水還流弁Ｖ２が設けられている。補給水還流弁Ｖ２は、補給水還流ラインＬ８を流通する補給水Ｗ１の流量を調節可能な弁である。補給水還流弁Ｖ２は、制御部１０と電気的に接続されている。補給水還流弁Ｖ２における弁開度は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

また、補給水還流ラインＬ８には、補給水バイパスラインＬ９が接続されている。補給水バイパスラインＬ９は、補給水還流ラインＬ８において、補給水還流弁Ｖ２をバイパスして補給水Ｗ１を流通させるためのラインである。補給水バイパスラインＬ９の上流側の端部は、接続部Ｊ２において補給水還流ラインＬ８に接続されている。補給水バイパスラインＬ９の下流側の端部は、接続部Ｊ３において補給水還流ラインＬ８に接続されている。接続部Ｊ２は、補給水還流ラインＬ８において、接続部Ｊ１と補給水還流弁Ｖ２との間に配置されている。接続部Ｊ３は、補給水還流ラインＬ８において、補給水還流弁Ｖ２とドレンタンク６との間に配置されている。

補給水バイパスラインＬ９には、補給水バイパス弁Ｖ３が設けられている。補給水バイパス弁Ｖ３は、補給水バイパスラインＬ９を流通する補給水Ｗ１の流量を調節可能な弁である。補給水バイパス弁Ｖ３は、制御部１０と電気的に接続されている。補給水バイパス弁Ｖ３における弁開度は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。マイクロプロセッサには、時間の計時等を管理するインテグレーテッドタイマユニット（以下、「ＩＴＵ」ともいう）が組み込まれている。また、マイクロプロセッサのメモリには、給水システム１の制御に必要な制御プログラムや各種データ等が記憶されている。

制御部１０は、ボイラ２の燃焼中において、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が必要な場合には、ボイラ２に予め設定された第１給水量の補給水Ｗ１が供給されるように給水ポンプ８及び流量調節弁Ｖ１を制御する。また、制御部１０は、ボイラ２の燃焼中において、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合には、ボイラ２に予め設定された第２給水量（＜第１給水量）の補給水Ｗ１が、少なくとも予め設定された期間だけ供給されるように給水ポンプ８及び流量調節弁Ｖ１を制御する。以下、具体的に説明する。

制御部１０は、ボイラ２における燃料の燃焼状態を、負荷装置５で消費される蒸気の量やスチームヘッダ４内における蒸気の圧力等に基づいて、高燃焼状態、中燃焼状態、低燃焼状態、及び燃焼停止状態のいずれかに設定する。先に説明したように、中燃焼状態及び低燃焼状態は、高燃焼状態よりも熱量の低い燃焼状態である。

また、制御部１０では、水位センサ２５から送信されたボイラ缶体内の水位に関する検出信号に基づいて、給水要求に関するステータスが変更される。

ボイラ缶体内の水位が下限水位まで低下した場合には、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＮに変更される。本実施形態において、「ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が必要な場合」とは、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＮの場合をいう。

また、ボイラ缶体内の水位が上限水位に達した場合には、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＦＦに変更される。本実施形態において、「ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合」とは、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＦＦの場合をいう。

次に、ボイラ２が高燃焼状態（第１燃焼状態）である場合、及びボイラ２が中燃焼又は低状態（第２燃焼状態）である場合における制御部１０の動作について、更に詳細に説明する。

（１）ボイラ２が高燃焼状態の場合
（１−１）制御部１０は、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が必要な場合には、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が予め設定された第１駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力すると共に、ボイラ２に予め設定された第１給水量の補給水Ｗ１が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御する。この制御により、ボイラ２へは、第１給水量の補給水Ｗ１が供給される。

（１−２）制御部１０は、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合には、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第１駆動周波数よりも高い第２駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力すると共に、ボイラ２に予め設定された第２給水量（＜第１給水量）の補給水が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御する。この制御により、ボイラ２へは、第２給水量の補給水Ｗ１が供給される。なお、第２給水量は、ボイラ缶体内の水位が上昇することなく、且つ、エコノマイザ３内に滞留する水が沸騰しない程度の流量とすることが好ましい。

（２）ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合
（２−１）制御部１０は、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が必要な場合には、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第１駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力すると共に、ボイラ２に第１給水量の補給水が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御し、且つ補給水還流ラインＬ８を補給水Ｗ１が流通しないように補給水バイパス弁Ｖ３の流量を制御する。

（２−２）制御部１０は、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合には、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第１駆動周波数よりも低い第３駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力すると共に、ボイラ２に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御し、且つ補給水還流ラインＬ８を補給水Ｗ１が流通するように補給水還流弁Ｖ２の流量を制御する。この場合に、制御部１０は、ボイラ２に予め設定された第２給水量の補給水Ｗ１が供給されるタイミングが、ボイラ２が高燃焼状態の場合よりも遅くなるように流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の流量を制御する。本実施形態では、後述のように、待機時間ｔ１の期間において、流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の弁開度を０％（全閉）とする。

次に、本実施形態に係る給水システム１において、ボイラ２の燃焼状態に応じて補給水Ｗ１等の流量を制御する動作を、図面を参照しながら説明する。図３は、ボイラ２が高燃焼状態の場合における動作の一例を示すタイムチャートである。図４は、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合における動作の一例を示すタイムチャートである。図３及び図４において、ボイラ２は、燃焼ＯＮの期間において燃焼状態（高燃焼状態〜低燃焼状態）となり、燃焼ＯＦＦの期間において燃焼停止状態となる。

まず、ボイラ２が高燃焼状態の場合における動作を、図３（及び図１）を参照しながら説明する。

図３に示すように、ボイラ缶体内の水位が下限水位まで低下すると、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＮに変更される。すると、制御部１０は、給水ポンプ８に入力される駆動周波数（加圧ポンプ駆動周波数）が第１駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。本実施形態における第１駆動周波数は、４０Ｈｚである。また、制御部１０は、ボイラ２に予め設定された第１給水量の補給水Ｗ１が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御する。本実施形態において、流量調節弁Ｖ１の弁開度は、１００％（全開）となるように制御される。

上記制御により、ボイラ２へは、第１給水量の補給水Ｗ１が供給される。図３では、第１給水量（ボイラ給水量）を１００％で示している。なお、補給水還流弁Ｖ２（及び補給水バイパス弁Ｖ３）の弁開度は、ボイラ２の燃焼中においては、補給水Ｗ１の給水量に係わらず０％（全閉）となるように制御される。

続いて、図３に示すように、ボイラ缶体内の水位が上限水位に達すると、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＦＦに変更される。すると、制御部１０は、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第１駆動周波数よりも高い第２駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。本実施形態における第２駆動周波数は、６０Ｈｚ（定格駆動周波数）である。また、制御部１０は、ボイラ２に予め設定された第２給水量（＜第１給水量）の補給水が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御する。このとき、流量調節弁Ｖ１の弁開度は、３５％となるように制御される。

上記制御により、ボイラ２へは、第２給水量の補給水Ｗ１が供給される。図３に示すように、第２給水量（ボイラ給水量）は、第１給水量の２５％の給水量となる。このように、本実施形態では、ボイラ２が高燃焼状態において、給水要求ＯＮから給水要求ＯＦＦに変更された場合でも、第２給水量の補給水Ｗ１がボイラ２へ供給されるので、エコノマイザ３内で高温の水が滞留することがない。そのため、エコノマイザ３内に滞留する高温の水が排ガスにより過熱されて沸騰するのを抑制することができる。

また、ボイラ２が高燃焼状態の場合において、給水ポンプ８に入力される駆動周波数は、４０Ｈｚ（第１駆動周波数）−６０Ｈｚ（第２駆動周波数）の狭い範囲で制御される。そのため、給水ポンプ８に入力される駆動周波数を０Ｈｚ−６０Ｈｚの広い範囲で制御する場合に比べて、給水ポンプ８の回転速度を速やかに変更することができる。

なお、ボイラ２の燃焼状態が高燃焼状態から燃焼停止状態に移行すると、制御部１０は、給水ポンプ８がアイドリングの回転速度で駆動されるように、所定の駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。また、制御部１０は、図３に示すように、流量調節弁Ｖ１の弁開度が０％（全閉）となるように制御すると共に、補給水還流弁Ｖ２の弁開度が１００％（全開）となるように制御する。そのため、ボイラ２が燃焼停止状態の間、補給水ラインＬ１を流通する補給水Ｗ１は、ボイラ２へ供給されることなく、補給水還流ラインＬ８を介してドレンタンク６へ回収される。

次に、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合における動作を、図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、ボイラ缶体内の水位が下限水位まで低下すると、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＮに変更される。すると、制御部１０は、給水ポンプ８に入力される駆動周波数（加圧ポンプ駆動周波数）が第１駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。また、制御部１０は、ボイラ２に予め設定された第１給水量の補給水Ｗ１が供給されるように流量調節弁Ｖ１の流量を制御する。このとき、流量調節弁Ｖ１の弁開度は、１００％（全開）となるように制御される。更に、制御部１０は、補給水還流ラインＬ８を補給水Ｗ１が流通しないように、補給水還流弁Ｖ２の流量を制御する。本実施形態において、補給水還流弁Ｖ２の弁開度は、０％（全閉）となるように制御される（補給水バイパス弁Ｖ３も同じ）。

上記制御により、ボイラ２へは、第１給水量の補給水Ｗ１が供給される。図４では、第１給水量（ボイラ給水量）を１００％で示している。

続いて、図４に示すように、ボイラ缶体内の水位が上限水位に達すると、制御部１０において、給水要求に関するステータスが給水要求ＯＦＦに変更される。すると、制御部１０は、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第１駆動周波数よりも低い第３駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。本実施形態における第３駆動周波数は、２０Ｈｚである。

ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態であっても、給水要求ＯＮから給水要求ＯＦＦに変更された場合には、高燃焼状態（図３参照）のときと同様に、第２給水量の補給水Ｗ１がボイラ２へ供給される。しかし、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合に、制御部１０は、図４に示すように、ボイラ２に第２給水量の補給水Ｗ１が供給されるタイミングが、高燃焼状態のときよりも遅くなるように、待機時間ｔ１の間、流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の弁開度が０％（全閉）となるように制御する。また、制御部１０は、待機時間ｔ１の間、補給水還流弁Ｖ２の弁開度が１００％（全開）となるように制御する。そのため、待機時間ｔ１の間、補給水ラインＬ１を流通する補給水Ｗ１は、ボイラ２へ供給されることなく、補給水還流ラインＬ８を介してドレンタンク６へ回収される。なお、待機時間ｔ１は、制御部１０のマイクロプロセッサに組み込まれたＩＴＵにより計時される。

そして、制御部１０は、待機時間ｔ１が経過すると、給水ポンプ８に入力される駆動周波数が第２駆動周波数となる電流値信号をインバータ９に出力する。第２駆動周波数は、図４に示すように、６０Ｈｚ（定格駆動周波数）である。

また、制御部１０は、待機時間ｔ１が経過すると、ボイラ２に予め設定された第２給水量（＜第１給水量）の補給水Ｗ１が供給されるように流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の流量を制御する。すなわち、制御部１０は、流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の弁開度が３５％となるように制御すると共に、補給水還流弁Ｖ２の弁開度が０％（全閉）となるように制御する。

なお、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合にボイラ２に供給される第２給水量は、流量調節弁Ｖ１の最小流量よりも少ない。そのため、制御部１０は、流量調節弁Ｖ１の弁開度を３５％に制御するだけでなく、補給水バイパス弁Ｖ３の弁開度を３５％に制御する。これにより、流量調節弁Ｖ１を流通する補給水Ｗ１の流量が減少するため、ボイラ２に第２給水量の補給水Ｗ１を供給することができる。

上記制御により、給水要求ＯＮから給水要求ＯＦＦに変更されてから、待機時間ｔ１の経過後に、ボイラ２へ第２給水量の補給水Ｗ１が供給される。図４に示すように、第２給水量（ボイラ給水量）は、第１給水量の２５％の給水量となる。このように、本実施形態では、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態において、給水要求ＯＮから給水要求ＯＦＦに変更された場合でも、待機時間ｔ１の経過後に、第２給水量の補給水Ｗ１がボイラ２へ供給されるので、エコノマイザ３内に高温の水が滞留することがない。そのため、エコノマイザ３内に滞留する高温の水が排ガスにより過熱されて沸騰するのを抑制することができる。

また、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合において、給水ポンプ８に入力される駆動周波数は、２０Ｈｚ（第３駆動周波数）−６０Ｈｚ（第２駆動周波数）の範囲で制御される。これによれば、給水ポンプ８に入力される駆動周波数を０Ｈｚ−６０Ｈｚの範囲で制御する場合に比べて、給水ポンプ８の回転速度の変動幅が狭くなるため、給水ポンプ８の負担を軽減することができる。

なお、ボイラ２の燃焼状態が中燃焼状態又は低燃焼状態から燃焼停止状態に移行したときの動作は、ボイラ２の燃焼状態が高燃焼状態から燃焼停止状態に移行したときと同じ（図３参照）であるため説明を省略する。

上述した実施形態に係る給水システム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

本実施形態における給水システム１は、ボイラ２の燃焼中において、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合でも、第２給水量の補給水Ｗ１がボイラ２へ供給されるので、エコノマイザ３内で高温の水が滞留することがない。そのため、エコノマイザ３内に滞留する高温の水が排ガスにより過熱されて沸騰するのを抑制することができる。

また、給水システム１では、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合には、第２給水量の補給水Ｗ１を供給するタイミングが、高燃焼状態の場合よりも遅くなるように流量調節弁Ｖ１及び補給水バイパス弁Ｖ３の流量が制御される。ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合は、ボイラ２から排出される排ガスが少ないため、第２給水量の補給水Ｗ１を供給するタイミングを高燃焼状態のときより遅くしても、エコノマイザ３内に滞留している水がすぐに沸騰することがない。そのため、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態の場合に、第２給水量の補給水Ｗ１を供給するタイミングを遅くすることにより、ボイラ缶体内の水位が必要以上に上昇するのを抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

本実施形態では、ボイラ２が中燃焼状態又は低燃焼状態であって、ボイラ２への補給水Ｗ１の供給が不要な場合に、少なくとも予め設定された期間だけ第２給水量の補給水Ｗ１をボイラ２へ供給する例について説明した。この例に限らず、例えば、ボイラ缶体内の水位に応じて、補給水Ｗ１の第２給水量を変更してもよい。すなわち、ボイラ缶体内の水位が基準となる水位よりも高ければ、第２給水量を少なくし、ボイラ缶体内の水位が基準水位よりも低ければ、第２給水量を多くする。これによれば、ボイラ缶体内の水位が基準となる水位よりも高い場合において、ボイラ缶体内の水位が必要以上に上昇するのを抑制することができる。また、ボイラ缶体内の水位が基準水位よりも低い場合において、エコノマイザ３内に滞留する水の温度を十分に低下させることができるので、エコノマイザ３内に滞留する水の沸騰をより確実に抑制することができる。

本実施形態では、制御部１０において、水位センサ２５の検出信号に基づいて、給水要求に関するステータス（給水要求ＯＮ／ＯＦＦ）を変更する例について説明した。この例に限らず、制御部１０において、ボイラ２の運転を制御する制御機器（不図示）から出力される給水要求信号の有無に基づいて、補給水Ｗ１の供給を開始又は停止するタイミングを判定してもよい。なお、その場合に、水位センサ２５の検出信号は、前記制御機器に送信される。

本実施形態では、給水ポンプ８に入力される駆動周波数として、第１駆動周波数を４０Ｈｚ、第２駆動周波数を６０Ｈｚ、第３駆動周波数を２０Ｈｚとした例について説明した。この例に限らず、各駆動周波数は、使用条件等に応じて適宜に設定される。

本実施形態では、ボイラ２の燃焼状態として、高燃焼状態、中燃焼状態、低燃焼状態（及び燃焼停止状態）について説明した。この例に限らず、少なくとも、高燃焼状態、低燃焼状態（及び燃焼停止状態）で動作可能なボイラに適用することができる。また、各燃焼状態における熱量は、適宜に設定される。

１給水システム
２ボイラ（加熱装置）
３エコノマイザ（補給水加熱器）
６ドレンタンク
８給水ポンプ（加圧ポンプ：補給水供給手段）
９インバータ（ポンプ駆動部：補給水供給手段）
１０制御部
Ｌ１補給水ライン
Ｌ８補給水還流ライン
Ｌ９補給水バイパスライン
Ｖ１流量調節弁（補給水流量制御弁：補給水供給手段）
Ｖ２補給水還流弁
Ｖ３補給水バイパス弁
Ｗ１補給水
Ｗ２蒸気
Ｗ３ドレン

Claims

燃料の燃焼により生じた熱で補給水を加熱する加熱装置に対し補給水を供給する給水システムであって、
補給水を前記加熱装置に流通させる補給水ラインと、
前記補給水ラインに設けられ、前記加熱装置において燃料が燃焼したときに生じる廃熱により、前記加熱装置に供給される前の補給水を予め加熱する補給水加熱器と、
前記補給水ラインにおける前記補給水加熱器よりも上流側に設けられ、補給水を前記加熱装置に向けて供給可能に構成された補給水供給手段と、
前記加熱装置における燃料の燃焼中において、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水供給手段を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要な場合には、前記加熱装置に予め設定された前記第１給水量よりも少ない第２給水量の補給水が少なくとも予め設定された期間だけ供給されるように前記補給水供給手段を制御する制御部と、
を備え、
前記補給水供給手段は、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、補給水を前記加熱装置に向けて圧送する加圧ポンプと、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するポンプ駆動部と、前記補給水ラインにおいて前記加圧ポンプよりも下流側における補給水の流量を調節可能な補給水流量調節弁と、を備え、
前記制御部は、前記加熱装置において燃料が第１燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が予め設定された第１駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第１駆動周波数よりも高い第２駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御する給水システム。
前記補給水ラインにおける前記加圧ポンプと前記補給水流量調節弁との間に接続され、前記補給水ラインを流通する補給水の一部を補給水の供給源に還流させる補給水還流ラインを備え、
前記補給水供給手段は、前記補給水還流ラインを流通する補給水の流量を調節可能な補給水還流弁を更に備え、
前記制御部は、前記加熱装置において燃料が前記第１燃焼状態よりも熱量の低い第２燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が必要な場合には、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が予め設定された第１駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第１給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通しないように前記補給水還流弁の流量を制御し、前記加熱装置への補給水の供給が不要なことが検出されると、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第１駆動周波数よりも低い第３駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁の流量を制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通するように前記補給水還流弁の流量を制御する請求項１に記載の給水システム。
前記補給水還流ラインにおいて前記補給水還流弁をバイパスする補給水バイパスラインを備え、
前記補給水供給手段は、前記補給水バイパスラインを流通する補給水の流量を調節可能な補給水バイパス弁を更に備え、
前記制御部は、前記加熱装置において燃料が第２燃焼状態であって、前記加熱装置への補給水の供給が不要なことが検出されると、前記加圧ポンプに入力される駆動周波数が前記第３駆動周波数となる電流値信号を前記ポンプ駆動部に出力すると共に、前記加熱装置に補給水が供給されないように前記補給水流量調節弁が全閉となるように制御し、且つ前記補給水還流ラインを補給水が流通するように前記補給水還流弁の流量を制御して補給水の供給を所定の時間停止した後、前記加熱装置に予め設定された第２給水量の補給水が供給されるように前記補給水流量調節弁及び補給水バイパス弁の流量を制御する請求項２に記載の給水システム。