JP5995271B2

JP5995271B2 - 多缶設置ボイラ

Info

Publication number: JP5995271B2
Application number: JP2012132436A
Authority: JP
Inventors: 西山　将人; 将人西山; 馨大須賀
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: JP2013257056A

Description

本発明は、ボイラを複数台設置しておき、負荷に応じて必要台数分のボイラを燃焼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、各ボイラに対して運転の指令を出力する台数制御装置からなり、蒸気負荷に応じて必要台数のボイラを燃焼するようにした多缶設置ボイラが広く普及している。多缶設置ボイラでは、各ボイラに稼働優先順位を定めておき、稼働優先順位の高いボイラから順に必要台数分のボイラを燃焼する。ボイラの燃焼量が、高燃焼・低燃焼・停止のように段階的に設定したものであれば、稼働優先順位の上位からある台数分が高燃焼、その次の順位からある台数分が低燃焼、残りが燃焼停止とするなどによって必要な量の燃焼を行う。この場合、稼働優先順位が上位のボイラは燃焼を行う機会が多くなり、特定のボイラに燃焼が集中すると装置全体としての寿命が短くなるため、定期的に稼働優先順位を変更するローテーションを行うことで、各ボイラの燃焼時間が平均化するようにしている。

また、実用新案登録第２５０５２８５号公報にあるように、ボイラでは連続燃焼時間が長時間になる場合には、燃焼を一時的に停止することで火炎検出装置及び燃焼回路からなる火炎検出部の健全性を確認するセルフチェックを行っている。ボイラは、火炎が消失した状態で燃料を噴射し続けるような状態になった場合には非常に危険であるため、火炎検出装置を設置しておき、火炎があることを確認しながら燃料の噴射を行い、燃焼中に火炎が消えた場合には燃料噴射を停止することで安全を確保している。ただしそのためには、火炎検出装置及び燃焼回路が正常に稼働してることが必要となる。火炎検出装置及び燃焼回路に異常が発生していたとしても、火炎がある時に火炎なしとの誤判定を行う異常の場合には、火炎なしの出力でボイラの運転を停止するため、ボイラの稼働率は低下するが安全性は確保できる。しかし、火炎がない時に火炎ありとの誤判定を行う異常が発生した場合には、火炎が消失していてもそのことを検出できないため、安全を確保することができなくなる。火炎なし時に火炎ありとの誤判定を行う異常は、燃焼を停止した状態で検出することができる。燃焼停止中は火炎が存在しないのであるから、そのときに火炎ありの出力が行われたら火炎検出装置に異常が発生していると判断することができる。ただし、ボイラの設置環境によっては長時間連続して燃焼することがあり、燃焼を停止する機会がないボイラでは、火炎検出の異常を検出することができないということになる。検出精度の劣化は徐々に進行するものではあるが、何日も能力を確認ができないということでは安全が確保できないため、確認の間隔が２４時間以上にならないように決めている。

そのため、連続燃焼時間が長くなるボイラでは、燃焼を強制的に一時停止することで火炎検出装置及び燃焼回路からなる火炎検出部の機能を確認するセルフチェックを行っていた。深夜など蒸気必要量が比較的少ない時刻を設定しておき、毎日設定時刻になると、ボイラが燃焼を行っていても燃焼を一時停止させ、火炎検出装部の機能を確認するセルフチェックを行う。このようにすることで、連続燃焼時間が２４時間以上になることはなく、火炎検出部の能力チェックを毎日行うことができる。また、連続燃焼時間を計測しておき、連続燃焼時間が所定の時間になるごとにセルフチェックを実施するようにしてもよい。連続燃焼時間が２３時間５９分になるごとに燃焼を一時停止し、火炎検出部の機能を確認することで、火炎検出部の能力チェックは毎日行われることになる。

ところで安全確認のために燃焼を停止するセルフチェックが必要となるのは、長時間の連続燃焼を行っているボイラである。つまり、多缶設置しているボイラの中でも特に燃焼が必要なボイラをセルフチェックのために燃焼停止することになる。そのため、ボイラの燃焼停止によって蒸気の供給が足りなくなって、蒸気圧力が低下することがあるという問題があった。

実用新案登録第２５０５２８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、連続燃焼時間が長くなった場合には、燃焼を一時停止し、火炎が無くなったことを正しく検出できるかを確認することによって、火炎検出部の健全性を確認するセルフチェックを行っているボイラにおいて、蒸気供給に支障を来すことなくセルフチェックを実施できるようにすることにある。

稼働優先順位を定めた複数台のボイラと、各ボイラに対して運転の指令を出力する台数制御装置からなり、台数制御装置は稼働優先順位の高いボイラから必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力し、各ボイラは燃焼指令を受けて燃焼を行っている多缶設置ボイラであって、個々のボイラにて燃焼を一時停止させた状態で火炎の有無を検出することによって火炎検出部の異常を判定するセルフチェックを行うようにしている多缶設置ボイラにおいて、台数制御装置は、予備缶が確保できる時間帯に設定した時刻になるとセルフチェックを実施するようにしておき、セルフチェック実施時には、まず稼働優先順位が最下位のボイラをバッファボイラに指定し、バッファボイラの稼働優先順位は次にセルフチェックを行うボイラの稼働優先順位と同じにした後で、セルフチェック対象ボイラの稼働優先順位を下位に引き下げてセルフチェックを実行し、その後セルフチェックを実行したボイラは元の稼働優先順位に戻し、バッファボイラでは、次にセルフチェックを行うボイラの稼働優先順位と同じ順位にした後で、セルフチェック対象ボイラの稼働優先順位を下位に引き下げてセルフチェックを実行することを順次繰り返すものであることを特徴とする多缶設置ボイラ。

本発明を実施することで、燃焼を一時停止するセルフチェックの実行時、蒸気供給量の不足を招くことなく火炎検出部の健全性確認を行うことができる。

本発明の一実施例におけるボイラ設置状況の説明図本発明の一実施例におけるボイラ運転状態の説明図本発明の一実施例におけるセルフチェック制御のフローチャート

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ボイラ設置状況の説明図、図２は本発明の一実施例におけるボイラ運転状態の説明図、図３は本発明の一実施例におけるセルフチェック制御のフローチャートである。本実施例では、ボイラＡからボイラＥの５台のボイラを並列に設置している。各ボイラからの蒸気配管を蒸気ヘッダ４に接続しておき、蒸気集合部には蒸気圧力検出装置３を設ける。各ボイラ１に対する運転指令は、各ボイラと接続している台数制御装置２から出力するようにしており、台数制御装置２は蒸気圧力検出装置３とも接続しておく。ボイラは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼量を制御するものであり、ボイラ全体での燃焼量を制御することで蒸気発生量を調節する。

各ボイラ１には、それぞれボイラ運転制御装置５を設け、ボイラ運転制御装置５は台数制御装置２と信号線で接続している。台数制御装置２は、蒸気圧力検出装置３で検出した蒸気圧力値に基づいてボイラ全体の燃焼必要量を求め、必要台数分のボイラに対して燃焼指令を出力する。各ボイラには稼働優先順位を定めておき、蒸気圧力値が低下すると、稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼指令の出力を行うことで燃焼台数を増加、又は低燃焼から高燃焼に変更することで燃焼量を増加する。そして、蒸気圧力値が上昇して燃焼必要量が減少すると、稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼停止指令を出力して燃焼台数を減少、又は高燃焼から低燃焼に変更することで燃焼量を減少する台数制御を行う。
ボイラ運転制御装置５は、台数制御装置２からの燃焼指令に基づいて、各ボイラの運転制御を行う。

また、各ボイラ１には、個々のボイラにおける火炎の有無を検出する火炎検出装置６を設け、火炎検出装置６とボイラ運転制御装置５は信号線で接続しておき、火炎検出装置６で検出した火炎有無の信号は、ボイラ運転制御装置５へ送るようにしておく。ボイラ運転制御装置内の燃焼回路では、火炎検出装置６からの信号に基づき火炎の有無を判断するようにしており、火炎検出装置と燃焼回路で火炎検出部を形成している。ボイラでは、火炎が消えた状態で燃料供給を続けるのでは危険であるため、運転制御装置５は燃焼を行っている時に火炎なしの信号を受信した場合には、ボイラの燃焼を停止することで安全を確保している。

しかし、火炎検出装置６や燃焼回路に異常が発生し、火炎の有無を正しく検出することができなくなると、安全を確保することができないということになる。ボイラ運転制御装置５では、火炎が存在していない時に火炎ありとの誤判定を行うことを防止するため、燃焼を行っていない状態において、火炎なしの出力が行えることを確認する。火炎検出部の健全性確認は燃焼停止ごとに行うが、ボイラでは長時間の連続燃焼を行うことがある。そのため、火炎検出部の健全性確認が行えない時間が長くなった場合には、強制的に燃焼を一時停止することで火炎がない状態を作り出し、火炎検出部の健全性を確認するセルフチェックを行う。

セルフチェックの設定は、ボイラ全体での運転を制御する台数制御装置２と、個々のボイラにおける運転を制御するボイラ運転制御装置５に設定しておく。台数制御装置２には２つの時刻を設定し、設定した時刻で１日に２回セルフチェックの動作を行うようにしておく。この設定時刻は、蒸気負荷が低く予備缶（燃焼量を増加する余裕があるボイラ）を確保することができる時間帯で設定する。

台数制御装置２では、予備缶を確保することができる時間帯にセルフチェックを実施するので、セルフチェックによる燃焼停止によって蒸気供給量が減少しても、ほかのボイラによる燃焼量の増加で蒸気供給量の減少を補うことができる。台数制御装置２によるセルフチェックが正常に行われると、セルフチェックは毎日２回同時刻に実施することになるために、連続燃焼時間が２４時間より長くなることはなくなる。

またボイラ運転制御装置５では、連続燃焼時間が２４時間になるとセルフチェックの動作を行う設定としておく。ボイラの連続燃焼時間が２４時間になるとセルフチェックを行うとした場合、蒸気負荷に関係なく行うことになる。そのため、ボイラの負荷率が高い時期にセルフチェックを行うことがあり、その場合には、セルフチェックによる燃焼停止によって蒸気供給量が減少すると、ほかのボイラでも蒸気供給量の減少を補うことができないため、蒸気供給量の不足を招くことがある。しかし、ボイラ運転制御装置５によるセルフチェックは、台数制御装置２によるセルフチェックのバックアップとして行うものであって、台数制御装置２による１日に２回のセルフチェックを行うようにしておけば、連続燃焼時間が２４時間になることはないため、蒸気供給量が不足することにはならない。

また、セルフチェック実施時には、セルフチェック対象ボイラの稼働優先順位を下位に引き下げるとともに、引き下げ後の稼働優先順位より上位の順位に予備缶を割り当てるようにし、その状態でセルフチェックを実行する。このようにすると、セルフチェックによって燃焼を停止するボイラは、比較的燃焼量を小さくしている状態から燃焼を停止するために、蒸気供給量の減少幅は少なくなる。そして蒸気供給量が減少した分は、上位に割り当てたボイラが燃焼量を増加することで補うため、蒸気供給量の不足を招くことなく燃焼を停止するセルフチェックを実施することができる。

ただし、「前回のセルフチェック動作開始から一連のセルフチェック動作にかかる最大時間経過後」から「今回のセルフチェック」までに燃焼を停止しているボイラは、セルフチェック動作（燃焼停止）を行わない。この場合、セルフチェック設定時刻を一度飛ばしても、次のセルフチェック設定時刻は前回の燃焼停止から２４時間以内に訪れることになる。そのため、今回はセルフチェックを行う必要がない。

セルフチェックの具体的な制御を説明する。本実施例では、ボイラは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼量を制御するものであって、高燃焼での蒸気供給量は２ｔ／ｈ、低燃焼での蒸気供給量は１ｔ／ｈであるとして説明する。第１の実施例はセルフチェックの前後で各ボイラの稼働優先順位を元の順位に戻すもの、第２の実施例はセルフチェックの実施と同時に稼働優先順位を指定の順位に入れ替える（ローテーションを行う）ものである。

第１の実施例を図１から図３に基づいて説明する。図２では、上段にセルフチェック工程の一連番号、中段にボイラＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅの稼働優先順位と燃焼状態、下段にボイラ全体での蒸気供給量を記載している。各ボイラでの燃焼状態は、高燃焼の場合をＨ、低燃焼の場合をＬ、燃焼停止の場合を−で表している。この実施例での稼働優先順位は、ボイラＡが第１位、ボイラＢが第２位、ボイラＣが第３位、ボイラＤが第４位、ボイラＥが第５位となっており、蒸気圧力値から定まるボイラの燃焼は、第１位と第２位が高燃焼、第３位から第５位は低燃焼となっている。この状態での蒸気発生量は、２ｔ／ｈが２台、１ｔ／ｈが３台であるために７ｔ／ｈとなる。

工程＜１＞で、稼働優先順位が最下位のボイラＥをバッファボイラに指定し、バッファボイラであるボイラＥの燃焼を最初に停止してセルフチェックを実行する。ボイラＥが燃焼を停止すると、低燃焼のボイラが１台減少することになるため、全体での蒸気発生量は６ｔ／ｈに低下する。しかし、ここでセルフチェックのために燃焼を停止したボイラは稼働優先順位が最下位のボイラであり、それより上位のボイラが多数存在しているため、上位のボイラで燃焼量の増加を行うことで蒸気発生量の減少を補うことができる。工程＜１＞では、稼働優先順位が３位で低燃焼を行っていたボイラＣの燃焼量を高燃焼とし、全体での蒸気供給量は７ｔ／ｈとしている。ボイラＥがセルフチェックのために燃焼を停止しても、上位のボイラで減少分を補うことで、燃焼停止前の蒸気発生量と同量の蒸気を供給することができている。

ボイラＥのセルフチェックが終了すると、工程＜２＞でバッファボイラであるボイラＥの稼働優先順位を１位とする。この時、１位のボイラが２台となり、１位のボイラＥでは燃焼を行うことになる。バッファボイラとしたボイラＥは、この後セルフチェックを行うために燃焼を停止するボイラに替えて蒸気の供給を行うことになるが、燃焼を停止した状態であると蒸気供給をすぐに行うことはできないため、稼働優先順位を１位とすることで燃焼状態としておく。ボイラＥの燃焼によってボイラ全体での燃焼量が増加すると、ボイラＥの替わりに燃焼量を増加していたボイラＣでは低燃焼に戻す。上位３台が高燃焼、下位２台が低燃焼になるため、蒸気供給量は８ｔ／ｈとなっているが、ボイラＥの蒸気供給を確認後すぐに次工程＜３＞となるので、供給量が過多となる時間はごく僅かとなる。

バッファボイラでの燃焼運転を確認後、バッファボイラを使用しながらセルフチェックを行っていく。次工程の＜３＞では、バッファボイラの順位を、セルフチェックを行っていないボイラのなかで稼働優先順位が最も高い順位とする。この時点でセルフチェックを行っていないボイラは、ボイラＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄであり、稼働優先順位の最も高いボイラはボイラＡの１位であるため、バッファボイラのボイラＥを１位とする。そして、未セルフチェックボイラの中で稼働優先順位が最も高い１位であったボイラＡを最下位の５位に変更する。ボイラの燃焼状態は、上位２台が高燃焼、下位３台が低燃焼であるため、ボイラＡは高燃焼から低燃焼へ変更する。バッファボイラであるボイラＥは、工程＜２＞で既に１位となり、高燃焼を行っていたために変更の必要はない。

この状態で最下位のボイラＡで燃焼を停止して、セルフチェックを行う。セルフチェックを行うボイラＡは事前に最下位とすることで燃焼量を減少していたため、燃焼停止による蒸気発生量の減少は比較的少ないものとなっている。さらに、ボイラＡが燃焼を停止することで蒸気発生量が減少しても、それより上位のボイラで燃焼量を増加することで蒸気発生量の不足を補うことができる。そして＜３＞では、３位のボイラＣが燃焼量の減少を補うために低燃焼から高燃焼へ変更しており、蒸気供給量の不足を招くことなくセルフチェックを実行することができる。

次の＜４＞の工程では、セルフチェックを実施したボイラＡの稼働優先順位を元の順位である１位に戻す。ここで一時的に１位のボイラが２台になっているが、バッファボイラであるボイラＥはこの後すぐに順位を変更することになる。この時点では、まだセルフチェックを行っていないボイラがあるため、セルフチェックの動作を継続する。

次の＜５＞の工程では、未セルフチェックボイラの中で最上位のボイラは稼働優先順位が２位であるボイラＢであるため、バッファボイラであるボイラＥの順位を２位とし、ボイラＢの順位を最下位とする。５位となったボイラＢは、５位の燃焼量である低燃焼となり、２位となったボイラＥは、２位の燃焼量である高燃焼となる。その後、ボイラＢで燃焼を停止してセルフチェックを実行する。ここでも燃焼を停止するボイラは稼働優先順位が最下位のボイラであるため、蒸気供給に対する影響は最小限に抑えることができ、燃焼量が不足することになっても上位のボイラ、ここでも３位のボイラＣが高燃焼になることで蒸気供給量は維持できる。ボイラＢのセルフチェックが終了すると、ボイラＢの稼働優先順位は２位に戻す。

その後も同様に、セルフチェックを順次行っていく。セルフチェックを実施するボイラがそれまで担っていた順位にはバッファボイラが入り、バッファボイラがセルフチェックを行うボイラに代わって運転を行うため、台数制御は滞りなく行える。そしてセルフチェックを行うボイラは、セルフチェックの直前に稼働優先順位を最下位としているため、燃焼停止による蒸気供給量の低下は比較的少ない値となり、セルフチェックを行うボイラよりも順位の高いボイラが複数あるため、それらボイラで蒸気発生量分を補うことができる。すべてのボイラでセルフチェックを終了すると、バッファボイラとしておいたボイラＥの稼働優先順位を元の順位である５位に戻し、セルフチェックの工程を終了する。このようにすることで、セルフチェックによって燃焼を停止することになっても、蒸気供給量が不足することにはならず、蒸気供給圧力が低下することもない。

なお、上記の実施例では稼働優先順位が最下位のボイラも燃焼を行っている場合のものであるが、負荷状況によっては稼働優先順位が下位のボイラでは燃焼を停止していることもある。燃焼停止していて冷えているボイラをバッファボイラとした場合、燃焼開始の指令を出力してもすぐには蒸気を発生することができず、起蒸には時間を要することになる。そのため、燃焼を停止しているボイラが複数台ある場合には、そのなかで最も蒸気圧力が高いボイラ、または缶水温度が高いボイラをバッファボイラにする。こうすることで、起蒸時間を短縮することができ、燃料・電気の消費量を抑制することができるために省エネともなる。また、蒸気圧力が一番高いボイラは、セルフチェック動作以降も燃焼する可能性が高いボイラであるため、そのボイラをバッファボイラとして起蒸させた方が無駄になる可能性は低くなる。

上記の実施例では、セルフチェック終了後に当初の稼働優先順位へ戻すものであるが、セルフチェックによる稼働優先順位の変更に合わせて稼働優先順位のローテーションを行うようにしてもよい。続いてセルフチェックと同時に稼働優先順位の変更を行う場合の例を説明する。

セルフチェックと稼働優先順位のローテーション動作を同時期に行う場合は、以下のようにすることで行える。
１．旧優先順位１位が新優先順位で最下位となる場合、優先順位が最下位のボイラを一時燃焼停止してセルフチェックを実施。（旧優先順位１位が新優先順位で最下位以外となる場合はＳＫＩＰ）。
２．優先順位が最下位のボイラに新優先順位が最下位になるボイラの優先順位を入れる。
３．新優先順位が最下位となるボイラを１位にする。
４．旧優先順位が１位のボイラを最下位にし、一時燃焼停止してセルフチェックを実施（旧優先順位１位が新優先順位で最下位となる場合はＳＫＩＰ）。
５．旧優先順位が１位のボイラを新優先順位とする（旧優先順位１位が新優先順位で最下位となる場合はＳＫＩＰ）。
６．新優先順位が最下位となるボイラの優先順位が最下位となっていれば１０へ進む。
７．優先順位がだぶっているボイラのうち、新優先順位となっていないボイラの優先順位を最下位にし、一時燃焼停止してセルフチェックを実施（だぶっているボイラのいずれもが新優先順位となっていない場合は、新優先順位が最下位でないボイラを選択する。新優先順位となっていないボイラが新優先順位で最下位となるボイラのみの場合は、優先順位の変更及び燃焼停止をせずに９へ進む）。
８．一時燃焼停止したボイラを新優先順位にする。新優先順位が最下位ならローテーション終了。それ以外なら７へ戻る。
９．新優先順位が最下位となるボイラの優先順位を＋１し、６へ戻る。
１０．優先順位が最下位のボイラを一時燃焼停止してセルフチェックを実施し、ローテーションを終了。
＊高い優先順位に変更する場合は、起蒸までの時間待つことにする。
旧優先順位：ローテーション開始時の優先順位
新優先順位：ローテーション終了時の優先順位

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台数制御装置
３蒸気圧力検出装置
４蒸気ヘッダ
５ボイラ運転制御装置
６火炎検出装置