JP6082620B2 - ボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法に関し、特に、高圧のドレンを回収し、ボイラ供給水として供給する給水機構を備えたボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法に関するものである。

一般に、各種ボイラの安定運転には、ボイラの圧力やボイラ水の水位等を確保することが必要であり、ボイラに供給される供給水の流量（以下「供給水量」ということがある）の制御が不可欠である。と同時に、こうした給水制御装置においては、使用される供給水や加熱・冷却に用いる熱源を効率的に利用すること、あるいはこうしたボイラへの給水に用いる給水ポンプや操作弁等の特性を最大限利用して、優れた制御機能を有するコンパクトな構成が要求される。

例えば、図９に示すようなボイラにおける給水制御装置が挙げられる（例えば特許文献１参照）。ボイラの圧力に関係なく安定した給水量制御を行うことを課題とし、圧力発信器１１４からのボイラ圧力により給水ポンプ１１６の回転数を変化させて圧力による給水量の差を無くし、さらに、水位発信器１１２からのドラム水位レベルにより給水量を制御して、ボイラの圧力に関係なく安定した給水量制御を行う。ここで、１１０は蒸気ドラム、１１８は水位調節計，１２０はインバータ，１２２は水ドラム，１２４はバーナ，１２６は送風機を示す。

特開２００３−２４０２０６号公報

しかし、上記のようなボイラの供給制御装置では、以下に挙げるような問題点や課題が生じることがあった。
（ｉ）例えば、ボイラの温熱を利用して発生させた蒸気の全量あるいは一部は、ドレンとして負荷設備から回収され、ボイラ水として再利用される場合がある。このとき、回収された回収水の量は、負荷設備の稼動状態によって大きく変動することがある。また、ボイラの圧力や水位も大きく変動するとともに、その変動が連動しない場合も多い。特に短時間での変動が大きい場合には、供給水量の制御操作が十分機能しない場合がある。
（ii）特に、近年、エネルギーの有効利用の観点から、負荷設備から回収される回収水の圧力を生かし、高圧条件でボイラ水として利用する場合が多くなっている。このとき、従前のように、ボイラの圧力により給水ポンプを制御して供給水量を調整する方法では、給水ポンプの１次側（導入側）の圧力が変動した場合、適正な制御範囲から外れることによって供給水量の過不足が生じてボイラ水位の不安定化を招くことになる。
（iii）さらに、上記（ii）の場合、ボイラへの供給水量と負荷設備に対する蒸気供給量のバランスが崩れることにより、高圧のドレンを回収するシステムにおいては、ドレン回収率が低下し、システムの効率低下を招くことになる。

本発明の目的は、ボイラの負荷あるいはボイラの圧力やドレンの状態等における広い範囲の変動に対しても、ボイラへの供給水の適正かつ効率的な供給水量制御処理を行い、エネルギー効率の高いボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法を提供することにある。特に、高圧のドレンを再利用する場合の高圧条件下での圧力変動等に対しても、安定的な供給水量制御処理を可能とし、効率的な熱回収およびエネルギーの効率的な利用が可能で、燃料消費量の低減を可能とするボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示すボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明に係るボイラの供給水量制御システムは、ボイラへの供給水量を調整する流量調整機構と、該流量調整機構の１次側の給水圧力を検出する１次側の給水圧力検出器と、該流量調整機構の制御量を出力する変換部と、を備え、
予め流量調整機構の給水機能として、ボイラの圧力が所定の条件において、供給水量／制御量が設定されるとともに、前記ボイラの圧力信号，ボイラ水の水位信号および前記１次側の給水圧力信号を指標とし、前記水位信号と予め設定された制御水位との偏差から演算され、作成された制御量に対し、前記流量調整機構の１次側の圧力変動のある場合において、前記ボイラの圧力と前記流量調整機構の１次側の給水圧力の差圧に基づき補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、該差圧がいかなる条件でも供給水量が適正な制御範囲となるように補正制御量を求め、得られた該補正制御量に基づきボイラの供給水量を制御することを特徴とする。

また、本発明に係るボイラの供給水量制御方法は、上記ボイラの供給水量制御システムのいずれかを用い、次の工程を有し、ボイラへ供給する供給水量をインバータ制御することを特徴とする。
（１）予めボイラの圧力から所定の供給水量に調整するための供給水量／制御量に係る実測情報を得る工程
（２）前記ボイラの圧力，ボイラ水の水位および前記流量調整機構の１次側の給水圧力に係る実測情報を得る工程
（３）前記水位の実測情報と予め設定された制御水位とを比較し、現在の実測水位に対する制御量を設定する工程
（４）前記流量調整機構の１次側の圧力変動のある場合において、前記ボイラの圧力と前記流量調整機構の１次側の給水圧力の差圧を演算し、前記制御量に対して該差圧に基づく補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、該差圧がいかなる条件でも供給水量が適正な制御範囲となるように補正演算によって補正制御量を設定する工程
（５）前記補正制御量に基づき、前記流量調整機構を制動し、ボイラへの供給水量を制御する工程

ボイラの安定運転には、ボイラへの供給水量を、ボイラの負荷変動等様々な変動要因に対応した制御・操作を行う必要があり、上記のように、蒸気の負荷設備から回収されたドレン水、特に高圧条件のドレン水を再利用する場合には、給水ポンプの１次側での圧力（給水圧力）の変動の影響が大きな課題となっていた。本発明は、検証過程において、給水ポンプの供給水量／制御量に対する給水圧力（差圧）の影響が、単純な直線近似や２次関数近似ではなく、給水圧力（差圧）に対応した傾き（レシオ）およびシフト分（バイアス）の補正が必要であることを見出した。また、こうした補正を制御量の設定過程のどの段階で行うのが最適であるかを検証した。その結果、ボイラ水位等の実測情報から、ボイラへの供給水量の制御において、給水ポンプ等流量調整機構に対する制御量をボイラの圧力と１次側の給水圧力の差圧に基づき補正すること、具体的には、「差圧」という指標を用いて制御量に対する補正用のレシオおよびバイアスの設定を行うことによって、広い範囲の変動に対しても、ボイラへの供給水の適正かつ効率的な供給水量制御処理を行い、ボイラ水位の安定性が高く、ドレン水の回収率が高く、エネルギー効率の高いボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法を構成することを可能とした。また、流量調整に比例弁ではなくインバータを採用することで、省電力を図ることができ、エネルギー効率の高いボイラの供給水量制御システムおよび供給水量制御方法を構成することができる。さらに、高圧のドレンを回収するシステム等流量調整機構の１次側の圧力変動のある場合においても、ボイラ給水の安定制御を行うことで、高いドレン回収率を維持しシステム効率の向上を実現させるとともに、ボイラからの蒸気が供給される負荷設備の安定運転を図り、負荷設備を含む系全体の安定性を図ることができる。

本発明は、上記ボイラの供給水量制御システムであって、前記流量調整機構において、前記変換部によるインバータ制御によって前記供給水量が流量調整され、設定された前記供給水量／制御量の特性に基づき、該供給水量／制御量の変化率の小さな流量域を超える範囲を下限値とする前記流量調整機構の流量制御範囲が設定されるとともに、前記流量調整機構の最小制御流量が、前記補正制御量の最小値として設定されることを特徴とする。
また、本発明は、上記ボイラの供給水量制御方法であって、前記工程（１）に係る実測情報を得て、前記供給水量／制御量の変化率の小さな流量域を超える範囲について前記流量調整機構の前記ボイラへの供給水量の上限値および下限値を設定するとともに、流量調整機構の最小制御流量を前記補正制御量の最小値として設定する工程を有することを特徴とする。

一般に給水ポンプ等流量調整機構において、供給水量が少ない状態あるいは停止状態にすると、内部の動力源からの温熱によって供給水の温度上昇が生じることから、流量調整機構の稼動状態においては、所定流量（最小制御流量，ミニマムフロー）が流れることが好ましい。本発明は、ボイラへの供給水量の設定に当り、流量調整機構のこうした最小制御流量を含めた流量域を設定するとともに、上記補正制御量における補正用のレシオおよびバイアスの設定を利用して流量調整機構の最小制御流量および最大制御流量の設定を行うことによって、安定した供給水量の制御を図った。このとき、例えば給水ポンプの電動機の回転数制御等を流量調整機構のインバータ制御によって、差圧条件によらず精度よく供給水量／制御量を確保するとともに、過小流量状態の継続による給水ポンプの過熱・損傷を防止し、過大流量状態の継続による給水系機器の損傷を防止することができる供給水量制御システムおよび供給水量制御方法を構成することができる。

本発明は、上記ボイラの供給水量制御システムであって、前記流量調整機構の１次側と２次側を接続する分岐流路と、該分岐流路に設けられた第２流量調整機構を備え、該第２流量調整機構によって、前記流量調整機構と該分岐流路の間を循環する循環水の流量が調整され、前記ボイラへの供給水量が制御されることを特徴とする。
また、本発明は、上記ボイラの供給水量制御方法であって、前記流量調整機構の１次側と２次側を接続する分岐流路に設けられた第２流量調整機構によって、前記流量調整機構と該分岐流路の間を循環する循環水の流量を調整し、前記流量調整機構の最小制御流量を確保しつつ、前記ボイラへの供給水量を制御する工程を有することを特徴とする。

こうした構成によって、流量調整機構の最小制御流量の確保とボイラ水位の安定した制御の両立が可能となる。また、ボイラの蒸発量が最小の場合、つまり供給水量が最小制御流量以下の場合にのみ、分岐流路に設けられた第２流量調整機構による流量調整を行うことにより、給水ポンプの負担を軽減するとともに、省電力化を図ることが可能となる。

本発明に係るボイラの供給水量制御システムの基本構成例を示す全体構成図 流量調整機構の給水機能を例示する給水圧力／供給水量／制御量の特性図 基本構成例における補正制御量の設定プロセスを例示する概略図 基本構成例におけるレシオ補正およびバイアス補正を例示する概略図 本発明に係るボイラの供給水量制御システムの第２構成例を示す全体構成図 基本構成例におけるレシオ補正およびバイアス補正を例示する補正制御量の設定プロセス 本発明に係るボイラの供給水量制御システムの第３構成例を示す全体構成図 第３構成例におけるレシオ補正およびバイアス補正を例示する補正制御量の設定プロセス 従来技術に係るボイラ供給水の脱気装置を例示する全体構成図

本発明に係るボイラの供給水量制御システム（以下「本システム」という）は、ボイラへの供給水量の流量調整機構と、１次側の給水圧力検出器と、制御量を出力する変換部とを備え、予め供給水量／制御量が設定されるとともに、水位信号と予め設定された制御水位との偏差から演算され、作成された制御量に対し、ボイラの圧力と給水圧力の差圧に基づき補正用のレシオよびバイアスの設定を行なって補正制御量を求め、得られた該補正制御量に基づきボイラの供給水量を制御することを特徴とする。流量調整機構の１次側の圧力変動の広い範囲に対しても、ボイラ給水の安定制御を行い、高いドレン回収率を維持しシステム効率の向上を実現させることができる。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜本システムの基本構成例＞
本システムの１つの実施態様として、その基本構成の概略を図１に示す（第１構成例）。ボイラ１０への供給水量を調整する流量調整機構１，供給水が導入される流量調整機構１の１次側の給水圧力を検出する給水圧力検出器２，給水ポンプ１の制御量を出力する変換部（インバータ）３，および供給水量を調整するための制御量を演算・出力する演算・制御部４を備える。ボイラ１０には、ボイラ本体１１，ボイラの圧力を測定するボイラ圧力検出器１２，およびボイラ水位を測定するための水柱管１３とボイラ水位検出器１４が備えられる。

〔流量調整機構について〕
流量調整機構１としては、例えば給水ポンプ１が該当する。給水ポンプ１の電動機の回転数をインバータ制御することによって、安定な供給水量／制御量を確保することができる。具体的には、インバータ３によって、給水ポンプ１の制御量（例えば回転周波数）がインバータ制御される。また、後述するように、給水ポンプ１の１次側と２次側を接続する分岐流路を設けて循環系を形成し、該分岐流路に第２流量調整機構（例えば制御弁）を設けて循環水の流量が調整可能な構成を用いることができる。

本システムでは、予め給水ポンプ１の給水機能として、所定の圧力条件において、「供給水量／制御量に係る特性」が設定される。具体的には、図２に例示するように、ボイラの圧力と給水ポンプ１の１次圧の差圧を０ＭＰａ（常圧）から１ＭＰａまで増加させたときの、供給水量０〜７３００Ｌ／ｈが得られる給水ポンプ１のインバータ制御量を、周波数を指標として表わした実測値を求め、給水ポンプ１についての供給水量／制御量に係る特性が設定される。

〔ボイラの構成〕
ボイラ１０においては、燃焼熱の変換による高温の蒸気の発生に伴って、ボイラ水位が低下する。本システムでは、ボイラ水位の低下によるボイラ１０の過熱を防ぐために、給水ポンプ１の給水機能を制御し、蒸発量に見合った所定の流量に調整された供給水がボイラ１０に供給され、ボイラ水位を維持する構成を示す。ボイラ１０は、ボイラ圧力検出器１２によって、ボイラ本体１１の内部圧力が測定されるとともに、ボイラ本体１１に水柱管１３が付設され、該水柱管１３に設けられたボイラ水位検出器１４によって、ボイラ水位が測定される。ボイラ圧力検出器１２およびボイラ水位検出器１４からの出力は、給水圧力検出器２からの出力とともに演算・制御部４に導入され、補正制御量が演算される。演算された補正制御量は、インバータ３を介して給水ポンプ１に出力され、ボイラ１０への供給水量が調整される。

供給水は、給水圧力検出器２を介して供給ポンプ１に供給され、インバータ３を介して供給ポンプ１によって流量調整され、ボイラ本体１１に供給される。新たな供給水には、軟水処理された市水あるいは地下水等が使用される。また、ボイラ１０から負荷設備（図示せず）に供給され回収されたドレン水も供給水として使用することができる。このときのドレン水は、高圧・高温条件で回収される場合もあり、そのエネルギーを利用することによって、エネルギー効率の高い給水システムを構成することができる。ボイラ１０において、低下するボイラ缶水の補充がされたボイラ水位は、ボイラ水位検出器１４によって測定される。

〔演算・制御器〕
演算・制御器４には、実測情報として、ボイラ圧力検出器１２からのボイラ圧力信号，給水圧力検出器２からの給水圧力信号、ボイラ水位検出器１４からのボイラ水位信号が入力される。入力されたこれらの実測情報は、予め設定された制御水位ＳＶ１と実測水位の偏差から演算（例えばＰＩＤ演算）された制御信号を出力し、この制御信号に圧力条件から得られる給水ポンプ１についての「供給水量／制御量に係る特性」を用いて、所定の演算（補正）処理がされて、給水ポンプ１に対する制御信号が作成される。

具体的には、図３に例示するように、ボイラ水位検出器１４で実測されたボイラ水位信号ＰＶ１，ボイラ圧力検出器１２で実測されたボイラ圧力信号ＰＶ２および給水圧力検出器２で実測された給水圧力信号ＰＶ３が作成される。予め制御水位ＳＶ１が設定されるとともに、ボイラ水位信号ＰＶ１は、制御水位ＳＶ１との偏差からＰＩＤ演算され、第１制御信号ＭＶ１が作成される。ボイラ圧力信号ＰＶ２と給水圧力信号ＰＶ３は、減算処理され、差圧信号ＰＶ４が作成される。差圧信号ＰＶ４は、給水ポンプ１についての供給水量／制御量に係る特性を基に演算され、レシオ補正値ＰＶｒとバイアス補正値ＰＶｂが決定される。第１制御信号ＭＶ１は、まずレシオ補正値ＰＶｒによって補正演算（乗算）処理されて第２制御信号ＭＶ２に変換され、さらにバイアス補正値ＰＶｂによって補正演算（加算）処理されて第３制御信号ＭＶ３に変換される。変換された第３制御信号ＭＶ３は、インバータ３に送信され、給水ポンプ１が制動されて所望の供給水量が供給される。

〔レシオ補正とバイアス補正について〕
ここでいう「レシオ補正」および「バイアス補正」とは、ボイラ圧力と流量調整機構１の１次側の給水圧力の差圧が変動した場合でも、所望の供給水量を得てボイラ水位の制御性を向上させるために、変動に対応した流量調整機構１に対する制御量を補正することをいう。例えば、図２に例示するような流量調整機構１（給水ポンプ）の流量特性が得られる場合、全差圧条件で必要な供給水量０〜７３００Ｌ／ｈを得るために、給水ポンプの動作させるべき周波数範囲は１７．１〜６０．０Ｈｚとなる。ここで、給水ポンプに出力される制御出力４〜２０ｍＡに対し、周波数１７．１〜６０．０Ｈｚが割り当てられる。必要な供給水量を０〜７３００Ｌ／ｈとしたときに、制御出力の補正を行わない場合は、例えば差圧がΔＰ＝０ＭＰａ時に必要な供給水量を得るためには、１７．１〜３８．８Ｈｚの周波数範囲しか必要でない。しかし、実際には６０．０Ｈｚまで周波数は制御されるため、不要な周波数帯（３８．８〜６０．０Ｈｚ）を多く含むことによって、水位の制御性が低下し、ボイラ水位の不安定を引き起こすことになる。このような水位の制御性を改善するために、図４（Ａ）のように、第１制御信号ＭＶ１の制御出力４〜２０ｍＡに対し、差圧条件ごとに決定される「レシオ補正」および「バイアス補正」を行い、いかなる差圧条件でも供給水量が０〜７３００Ｌ／ｈとなるように、第３制御信号ＭＶ３の制御信号を作成することで、ボイラ水位の安定を図ることができる。

以上のように、「レシオ補正」とは、第１制御信号ＭＶ１に対して傾きを変更するものであり、「バイアス補正」とは、「レシオ補正」した制御信号の１次関数にシフト分を加えるものであり、具体的には、下式１となる。
第３制御信号ＭＶ３＝第１制御信号ＭＶ１×レシオ補正値＋バイアス補正値・・（式１）
各差圧条件に対するレシオ補正値およびバイアス補正値の具体的な数値を、図４（Ｂ）に例示する。

〔最小流量の設定について〕
本システムにおいては、ボイラ１０への給水機能として重要な役割を担う流量調整機構１について最小制御流量が設定されることが好ましい。いわゆるミニマムフローを設定することによって、過小流量状態の継続による流量調整機構１の過熱・損傷を防ぐことができる。また、流量調整機構１における供給水量／制御量特性は、一般に小流量域での変化率が大きく、所定流量（最小制御流量）を超えた範囲において変化率が小さい流量域を有することがあり、変化率が小さい流量域を用いることによって、安定した供給水量の制御ができる。具体的には、図２に例示した流量調整機構１の特性図に基づき、図５に例示するように、流量調整機構１の流量制御範囲の下限値として、最小制御流量に相当する流量が設定される。つまり、最小制御流量は、流量調整機構１の特性だけではなく、流量調整機構１の必要条件である最小流量から設定される。

＜第１構成例におけるボイラの供給水量制御方法＞
第１構成例に係る本システムを用いたボイラの供給水量制御方法は、以下のような制御プロセスによって構成される。
（１）予めボイラの圧力から所定の供給水量に調整するための供給水量／制御量に係る実測情報を得る工程
（２）ボイラの圧力，ボイラ水の水位および流量調整機構の１次側の給水圧力に係る実測情報を得る工程
（３）水位の実測情報と予め設定された制御水位とを比較し、現在の実測水位に対する制御量を設定する工程
（４）ボイラの圧力と給水圧力の差圧を演算し、制御量に対して該差圧に基づく補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、補正演算によって補正制御量を設定する工程
（５）補正制御量に基づき、流量調整機構を制動し、ボイラへの供給水量を制御する工程

（１）予めボイラの圧力から所定の供給水量に調整するための供給水量／制御量に係る実測情報を得る工程
予め使用条件に合ったボイラの圧力（あるいは流量調整機構１の１次側とボイラの圧力の差圧）に対応して、流量調整機構（給水ポンプ１）における供給水量／制御量に係る実測情報を得る。具体的には、図２に例示するように、差圧／供給水量／インバータ制御量を指標とした供給水量／制御量に係る特性が設定される。

（２）ボイラの圧力，ボイラ水の水位および流量調整機構の１次側の給水圧力に係る実測情報を得る工程
供給水の供給水量制御処理には、ボイラ１０の圧力信号，ボイラ１０のボイラ水の水位信号および給水ポンプ１の１次側の給水圧力信号が指標とされる。つまり、ボイラ水位検出器１４で検出されたボイラ水位に係る実測情報（ボイラ水位信号），ボイラ圧力検出器１２で検出されたボイラ圧力に係る実測情報（ボイラ圧力信号），および給水圧力検出器２で検出された給水ポンプ１の１次側の給水圧力に係る実測情報（給水圧力信号）が、演算・制御部４に入力される。それぞれ、図３に例示するように、ボイラ水位検出器１４で実測されたボイラ水位信号ＰＶ１，ボイラ圧力検出器１２で実測されたボイラ圧力信号ＰＶ２および給水圧力検出器２で実測された給水圧力信号ＰＶ３が作成される。

（３）水位の実測情報と予め設定された制御水位とを比較し、現在の実測水位に対する制御量を設定する工程
演算・制御器４において、入力されたボイラ水位の実測情報（ボイラ水位信号）から、現在の水位と予め設定された制御水位ＳＶ１との比較が行われ、ＰＩＤ演算される。現在の実測水位に対する制御信号を得た第１制御信号ＭＶ１は、以下の補正処理等が行われた後、給水ポンプ１が制動される。演算・制御器４は、この制御結果を制御後の実測のボイラ水位信号で確認し、再度比較・演算を行い、ボイラ水位信号ＰＶ１の修正を行い、このサイクルを続けることで、ボイラ水位を制御水位ＳＶ１に保つよう制御（フイードバック制御）が行われる。

（４）ボイラの圧力と給水圧力の差圧を演算し、制御量に対して該差圧に基づく補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、補正演算によって補正制御量を設定する工程
予め設定された水位と実測情報の水位の比較・ＰＩＤ演算から得られた制御量（第１制御信号ＭＶ１）に対し、ボイラ１０の圧力と１次側の給水圧力の差圧に基づき補正用のレシオよびバイアスの設定を行なって補正制御量を求め、得られた該補正制御量に基づきボイラ１０への供給水量を制御する。補正制御量は、図３に例示する設定プロセスに基づき、レシオ補正およびバイアス補正されて設定される。

具体的には、ボイラ圧力検出器１２で実測されたボイラ圧力信号ＰＶ２と給水圧力検出器２で実測された給水圧力信号ＰＶ３が減算処理され、差圧信号ＰＶ４が作成される。差圧信号ＰＶ４は、給水ポンプ１についての供給水量／制御量に係る特性を基に演算され、レシオ補正値ＰＶｒとバイアス補正値ＰＶｂが作成される。第１制御信号ＭＶ１は、上記式１に示す補正式に従い、まずレシオ補正値ＰＶｒによって補正演算（乗算）処理されて第２制御信号ＭＶ２に変換され、さらにバイアス補正値ＰＶｂによって補正演算（加算）処理されて第３制御信号ＭＶ３（補正制御量に相当する）に変換される。変換された第３制御信号ＭＶ３は、インバータ３に送信され、給水ポンプ１が制動されて所望の供給水量が供給される。

ここで、レシオ補正値ＰＶｒとバイアス補正値ＰＶｂは、上記給水ポンプ１についての供給水量／制御量に係る特性を基に、図４（Ａ），（Ｂ）に例示するように作成される。所望の供給水量（例えば０〜７３００Ｌ／ｈ）を得るためには、図２に例示するように、ボイラ圧力と給水ポンプ１次側圧との差圧により、制動させるべき給水ポンプの周波数帯が大きく異なるため、差圧の条件によって上記のような制御信号の補正を行うことが必要となる。このとき、上記工程（１）に係る実測情報を得て、流量調整機構１のボイラ１０への供給水量の上限値を設定することが好ましい。

このとき、流量調整機構１の最小制御流量を、上記補正制御量の最小値として設定することが好ましい。補正用のレシオおよびバイアスの設定を利用して、いかなる差圧条件であっても制御信号の下限および上限が流量調整機構１における最小制御流量（例えば１６８０Ｌ／ｈ）や上限流量（例えば７３００Ｌ／ｈ）となるように、制御信号を設定することによって、過小流量状態の継続による給水ポンプの過熱による損傷を防止し、過大流量状態の継続による給水系機器の損傷を防止することができ、かつ差圧条件によらず精度よく供給水量を制御することができる。

（５）補正制御量に基づき、流量調整機構を制動し、ボイラへの供給水量を制御する工程
上記（４）において設定された補正制御量（第３制御信号ＭＶ３）は、インバータ３に送信され、給水ポンプ１が制動されて所望の供給水量が供給される。演算・制御器４は、この制御結果を制御後の実測のボイラ水位信号で確認し、再度上記（２）〜（４）の工程における比較・演算を行い、第３制御信号ＭＶ３の修正を行い、このサイクルを続けることで、ボイラ水位を目標水位に保つようフイードバック制御が行われる。

＜本システムの第２構成例＞
本システムの他の実施態様として、図６に示す構成例（第２構成例）のように、流量調整機構（給水ポンプ）１の１次側と２次側を接続する分岐流路Ｌｓと、分岐流路Ｌｓに設けられた第２流量調整機構５（例えばＯＮ−ＯＦＦ弁や比例弁）を備え、また、ボイラ１０への給水流路Ｌｏに、流量検出器６１および該流量検出器６１の検出信号に基づき第２流量調整機構５を制御する循環水制御部６２を有する第２制御部６が備えられる。

流量検出器６１で検出される供給水量が、最小制御流量以下であることを循環水制御部６２が判断すれば、流量調整機構１を保護するために第２流量調整機構（ここではＯＮ−ＯＦＦ弁として説明する）５が開かれ、ボイラ１０へ給水されるとともに、分岐流路Ｌｓにも循環水が供給・循環され、常時流量調整機構１に最小制御流量以上の供給水を供給することが可能となる。反対に、流量検出器６１で検出される供給水量が、最小制御流量を超えることを循環水制御部６２が判断すれば、ＯＮ−ＯＦＦ弁が閉じられ、分岐流路Ｌｓへの供給水が遮断される。

こうした構成によって、本システムとして、２段階の供給水の調整機能を有し、以下のような活用が可能となる。
（ｉ）流量調整機構の最小制御流量の確保を行いながら、ボイラ水位の安定した制御が可能となる。
上記のような分岐流路Ｌｓに流れる循環水の流量（以下「循環水量」という）の制御において、ＯＮ−ＯＦＦ弁５が作動した場合は、分岐流路で最小制御流量が確保でき、ボイラ１０への供給水量は減少するのであるが、ボイラ水位が制御水位ＳＶ１より低下し偏差が大きくなることで、インバータ３へ入力される制御信号ＭＶ３の出力が増加し、必要な供給水量は確保されるため、ボイラ水位は継続して安定した制御が可能となる。
（ii）流量調整機構の負担軽減が可能となる。
流量調整機構１の運転中に常時ＯＮ−ＯＦＦ弁５を動作させるのでなく、第２制御部６により必要時のみＯＮ−ＯＦＦ弁５を動作させることで、流量調整機構１の供給水量が最小制御流量以上のときの供給水は全てボイラ１０へ供給されるので、流量調整機構１の負担と使用電力を軽減することができる。

＜本システムの第３構成例＞
本システムの他の実施態様として、第３構成例を図７に示す。第１構成例の構成に加えて、第２構成例における流量調整機構（給水ポンプ）１の循環系が設けられるとともに、多段のボイラ水位の設定ができる機能を有する。ボイラ水位検出器１４で実測されたボイラ水位信号が演算・制御部４の第１制御部４１と第２制御部４２にそれぞれ入力され、第１制御部４１では第１構成例と同様に制御水位ＳＶ１に対し比較・ＰＩＤ演算および制御信号の補正がされてインバータ３へ制御信号が入力される。ここで、第１制御部４１の制御信号が最低出力（後述）になったときに第２制御部４２が制御開始となり、第１制御部４１と異なる制御水位ＳＶ２（ＳＶ２＞ＳＶ１）に対し比較・ＰＩＤ演算を行い、制御信号を第２流量調整機構（ここでは比例弁５として説明する）へ入力し、分岐流路Ｌｓの循環水量を連続的に調整する制御を行う。ここで、最低出力とは、例えば最小制御流量が設定されている場合には、当該最小制御流量に対応するインバータ３への制御量、最小制御流量が設定されず、その他の動作条件の設定がない場合には、制御量としてゼロ値、例えばボイラの条件によって変動するボイラ運転上に必要な供給水量等のような動作条件の設定がある場合には、当該必要供給水量に対応するインバータ３への制御量をいう。

流量調整機構１の最小制御流量がボイラ最低負荷の蒸発量以上で、かつボイラの蒸発量（≒供給水量）が最小制御流量を下回った場合、流量調整機構１は入力される制御信号が最低出力になるためボイラ１０への供給水量の調整ができなくなり、ボイラ水位は制御水位ＳＶ１を超えて上昇する。ここで、第２制御部４２が制御を開始し、比例弁５により循環水量を調整することで、ボイラへの供給水量を増減させボイラ水位が設定水位ＳＶ２を保持するようにさせる。次に、ボイラの蒸発量が最小制御流量を上回った場合、比例弁５を全閉にしてもボイラへの供給水量は不足するため、ボイラの水位は制御水位ＳＶ２から徐々に低下し、制御水位ＳＶ１に徐々に近づくと第１制御部４１の制御信号ＭＶ３は最低出力以上となり、第２制御部４２は制御が終了し、第１制御部４１のみでボイラ水位が制御水位ＳＶ１になるように供給水量の制御を行う。また、上記のように、ボイラの蒸発量が最小制御流量以下の場合、即ちボイラが低負荷のときに制御水位をＳＶ１からＳＶ２に上昇させることで、ボイラ低負荷時の過熱による損傷を以前より増して防止することができ、安全面から見ても有効な制御手段となる。

補正制御量および循環水制御量は、具体的には、図８に例示する設定プロセスに基づき設定される。ボイラ水位検出器１４で実測されたボイラ水位信号ＰＶ１，ボイラ圧力検出器１２で実測されたボイラ圧力信号ＰＶ２および給水圧力検出器２で実測された給水圧力信号ＰＶ３が作成される。予め制御水位ＳＶ１が設定され、ボイラ水位信号ＰＶ１は、制御水位ＳＶ１との偏差からＰＩＤ演算され、第１制御信号ＭＶ１が作成される。ボイラ圧力信号ＰＶ２と給水圧力信号ＰＶ３は、減算処理され、差圧信号ＰＶ４が作成される。差圧信号ＰＶ４は、給水ポンプ１についての供給水量／制御量に係る特性を基に演算され、レシオ補正値ＰＶｒとバイアス補正値ＰＶｂが決定される。第１制御信号ＭＶ１は、まずレシオ補正値ＰＶｒによって補正演算（乗算）処理されて第２制御信号ＭＶ２に変換され、さらにバイアス補正値ＰＶｂによって補正演算（加算）処理されて第３制御信号ＭＶ３に変換される。変換された第３制御信号ＭＶ３は、インバータ３に送信され、給水ポンプ１が制動されて所望の供給水量が供給される。このとき、制御信号の下限で流量調整機構１の供給水量が最小制御流量となるように、レシオおよびバイアス補正を行い、最小制御流量を確保することができる。

一方、上記第１制御部４１の制御において制御信号が下限に達した場合（最低出力になった場合）、最低出力またはその他の動作指示出力が、第２制御部４２内の制御切換部４３に入力され、第２制御部４２は制御開始となる。ボイラ水位検出器で実測されたボイラ水位信号ＰＶ１が演算・制御部の第２制御部４２に入力され、予め設定されている制御水位ＳＶ２との偏差からＰＩＤ演算されて第４制御信号ＭＶ４が作成される。作成された第４制御信号ＭＶ４は、比例弁５に送信され、ボイラ水位が制御水位ＳＶ２になるように、比例弁５によって分岐流路Ｌｓの循環流量が連続的に調整される。ここで、最低出力とは、例えば最小制御流量が設定されている場合には、当該最小制御流量に対応するインバータ３への制御量、最小制御流量が設定されず、特別な条件設定がない場合には、制御量としてゼロ値、例えばボイラの条件によって変動するボイラ運転上に必要な供給水量等のような特別な条件設定がある場合には、当該必要供給水量に対応するインバータ３への制御量をいう。

以上の機能は、実測時において、以下のように作動する。
（ｉ）ボイラ１０の蒸発量（≒供給水量）が最小制御流量以上であれば、第１制御部４１では、制御水位ＳＶ１になるようにインバータ３で給水ポンプの回転数（周波数）を調整し、供給水量の比例制御を行う。
（ii）ボイラ１０の蒸発量が低下し、ボイラ１０への供給水量が最小制御流量以下に低下すれば、インバータ３に出力される第３制御信号ＭＶ３は、最低出力になるが、給水ポンプ１は、最小制御流量を供給し続けるため、ボイラ水位は、制御水位ＳＶ１を超えて上昇し始める。
（iii）ここで、ボイラ水位が制御水位ＳＶ２に到達すると、第２制御部４２に入力される第２設定水位信号によって、ボイラ水位が制御水位ＳＶ２になるように第４制御信号ＭＶ４が出力され、比例弁５を比例制御し、循環水を増減させることでボイラ１０への供給水量を増減させ、ボイラ水位を制御水位ＳＶ２で安定させることができる。
（iｖ）このように、第１制御部４１における制御出力のレシオ補正およびバイアス補正を伴う給水制御と第２制御部４２における最小制御流量に対する循環水量制御を組合せることで、給水ポンプ１は常に規定される最小制御流量以上の給水量を供給できるとともに、無駄な給水量の供給をなくすことで消費電力の低減も可能となる。

１ 流量調整機構（給水ポンプ）
２ 給水圧力検出器
３ 変換部（インバータ）
４ 演算・制御部
１０ ボイラ
１１ ボイラ本体
１２ ボイラ圧力検出器
１３ 水柱管
１４ ボイラ水位検出器
Ｌｓ 分岐流路
ＳＶ１ 制御水位

Claims (6)

1. ボイラへの供給水量を調整する流量調整機構と、該流量調整機構の１次側の給水圧力を検出する１次側の給水圧力検出器と、該流量調整機構の制御量を出力する変換部と、を備え、
   予め流量調整機構の給水機能として、ボイラの圧力が所定の条件において、供給水量／制御量が設定されるとともに、前記ボイラの圧力信号，ボイラ水の水位信号および前記１次側の給水圧力信号を指標とし、前記水位信号と予め設定された制御水位との偏差から演算され、作成された制御量に対し、前記流量調整機構の１次側の圧力変動のある場合において、前記ボイラの圧力と前記流量調整機構の１次側の給水圧力の差圧に基づき補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、該差圧がいかなる条件でも供給水量が適正な制御範囲となるように補正制御量を求め、得られた該補正制御量に基づきボイラの供給水量を制御することを特徴とするボイラの供給水量制御システム。
2. 前記流量調整機構において、前記変換部によるインバータ制御によって前記供給水量が流量調整され、設定された前記供給水量／制御量の特性に基づき、該供給水量／制御量の変化率の小さな流量域を超える範囲を下限値とする前記流量調整機構の流量制御範囲が設定されるとともに、前記流量調整機構の最小制御流量が、前記補正制御量の最小値として設定されることを特徴とする請求項１記載のボイラの供給水量制御システム。
3. 前記流量調整機構の１次側と２次側を接続する分岐流路と、該分岐流路に設けられた第２流量調整機構を備え、該第２流量調整機構によって、前記流量調整機構と該分岐流路の間を循環する循環水の流量が調整され、前記ボイラへの供給水量が制御されることを特徴とする請求項１または２記載のボイラの供給水量制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のボイラの供給水量制御システムを用い、次の工程を有し、ボイラへ供給する供給水量をインバータ制御することを特徴とするボイラの供給水量制御方法。
   （１）予めボイラの圧力から所定の供給水量に調整するための供給水量／制御量に係る実測情報を得る工程
   （２）前記ボイラの圧力，ボイラ水の水位および前記流量調整機構の１次側の給水圧力に係る実測情報を得る工程
   （３）前記水位の実測情報と予め設定された制御水位とを比較し、現在の実測水位に対する制御量を設定する工程
   （４）前記流量調整機構の１次側の圧力変動のある場合において、前記ボイラの圧力と前記流量調整機構の１次側の給水圧力の差圧を演算し、前記制御量に対して該差圧に基づく補正用のレシオおよびバイアスの設定を行ない、該差圧がいかなる条件でも供給水量が適正な制御範囲となるように補正演算によって補正制御量を設定する工程
   （５）前記補正制御量に基づき、前記流量調整機構を制動し、ボイラへの供給水量を制御する工程
5. 前記工程（１）に係る実測情報を得て、前記供給水量／制御量の変化率の小さな流量域を超える範囲について前記流量調整機構の前記ボイラへの供給水量の上限値Ｈ１および下限値Ｌ１を設定するとともに、流量調整機構の最小制御流量Ｍ１を前記補正制御量の最小値として設定する工程を有することを特徴とする請求項４記載のボイラの供給水量制御方法。
6. 前記流量調整機構の１次側と２次側を接続する分岐流路に設けられた第２流量調整機構によって、前記流量調整機構と該分岐流路の間を循環する循環水の流量を調整し、前記流量調整機構の最小制御流量を確保しつつ、前記ボイラへの供給水量を制御する工程を有することを特徴とする請求項４または５記載のボイラの供給水量制御方法。