JP6094277B2

JP6094277B2 - ボイラ負荷分析装置

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Publication number: JP6094277B2
Application number: JP2013050524A
Authority: JP
Inventors: 善範金塚; 古川　英夫; 英夫古川; 功樋口
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: WO2014141523A1; US20150377664A1; JP2014178047A; CA2901936C; US9816845B2; CA2901936A1

Description

本発明は、ボイラの蒸気負荷を分析するボイラ負荷分析装置に関する。

工場やビルでは、ボイラで生成した蒸気を加熱手段や暖房手段として使用しているが、近年の省エネルギーへの関心の高まりから、蒸気負荷の変化等のボイラ稼働状況を最適化したいといった需要が大きくなっている。

ボイラ稼働状況を最適化するためには、ボイラの蒸気生成量を計測する必要があり、流量計による蒸気生成量の計測が行われているが、蒸気流量計は比較的高価であり、既存のボイラで設置されているものは多くない。

一方、下記特許文献１には、ボイラ缶内に空気を送り込む燃焼用ファンの駆動モータに供給される電流値を検出する燃焼用ファンテスタを設置すると共に、ボイラ缶内の圧力を検出する圧力センサを設置し、燃焼用ファンの駆動モータの電流値と圧力センサが検出したボイラ缶内の圧力とによってボイラの蒸気量を演算するボイラ用蒸気負荷分析装置が開示されている。

特開２０１２−７８４６号公報

しかし、ボイラの燃焼量の変動と比べて、送風ファンの駆動モータの消費電力の変動は小さく、駆動モータの供給電流値を計測してもボイラの蒸気負荷を精度良く分析することは困難である。このような問題は、ダンパにより送風量を調整しているボイラの場合には特に顕著である。

また、送風ファンの駆動モータの容量は、ボイラの容量により大きく異なるため、駆動モータの電流の計測にあたって、駆動モータの容量を確認し、使用できる電流センサを予め選定する必要があり、汎用的な同じ電流センサを活用することができず、手間やコストがかかる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で高精度にボイラ負荷を分析することのできるボイラ負荷分析装置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、本発明に係るボイラ負荷分析装置は、ボイラの蒸気負荷を分析するボイラ負荷分析装置において、前記ボイラの燃焼用送風ラインに設置され、前記燃焼用送風ラインにおける送風量を開度により調整する送風量調整機構の前記開度を計測する開度センサであって、前記送風量調整機構を構成する駆動モータからダンパ板に駆動力を伝達するリンク機構に設置されて前記送風量調整機構の開度を機械的に検出する開度センサと、前記開度センサの計測値に基づいて、前記ボイラの蒸気負荷を算出する負荷分析器と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るボイラ負荷分析装置によれば、簡易な構成で高精度にボイラ負荷を分析することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係るボイラ負荷分析装置の構成を概略的に示す模式図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る傾斜センサの設置状況を示す図である。図３は、本発明の第一実施形態に係る傾斜センサの正面図である。図４は、本発明の第二実施形態に係るボイラ負荷分析装置の構成を概略的に示す模式図である。図５は、本発明の第二実施形態に係るクランプ式電流センサの設置状況を概略的に示す模式図である。

（第一実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第一実施形態に係るボイラ負荷分析装置について説明する。本実施形態に係るボイラ負荷分析装置は、既に工場等に設置されている既存のボイラであって、燃料流量や送風量を開度により調整する流量調整機構を有するボイラに対して設置される装置である。

図１は、第一実施形態に係るボイラ負荷分析装置１０の構成を概略的に示す模式図であり、既存のボイラ４０に設置した状態を示している。図２は、第一実施形態に係る傾斜センサ１５の設置状況を示す図である。図３は、第一実施形態に係る傾斜センサ１５の正面図である。

ボイラ負荷分析装置１０は、傾斜センサ１５と、傾斜センサ１５の出力からボイラ４０の蒸気負荷を算出・分析する負荷分析器２０とを備えている。ボイラ負荷分析装置１０は、既存のボイラ４０に後付けで設置されている。傾斜センサ１５は、センサ自体が姿勢を変えることによる傾斜角度の変化をリニアで出力する機能を有しており、傾斜センサ１５が固定された部材の回転角度を検出することができる。

ここで、ボイラ４０は、燃料供給ライン４５と、燃焼用送風ライン５０と、バーナ６０と、給水ライン６５と、蒸気取出ライン６８と、気水分離器７０と、制御器８０とを備えている。

バーナ６０に燃料を供給する燃料供給ライン４５は、燃料流量を調整するための比例制御弁である燃料制御弁４７を備える。燃料制御弁４７は、弁の開度によって燃料流量を調整する燃料流量調整機構である。

バーナ６０に燃焼用空気を供給する燃焼用送風ライン５０は、送風機５１と、送風ダクト５２と、送風ダクト５２内を流れる送風量を調整するダンパ５４とを備えている。ダンパ５４は、その開度により送風量を調整する送風量調整機構であり、ダンパ軸周りに回動することで開度を変更するダンパ板５５と、回転角度調整機能を有する駆動モータであるモジュトロールモータ５７と、モジュトロールモータ５７の駆動力をダンパ板５５に伝達するためのリンク機構５８とを備えている。

リンク機構５８は、モジュトロールモータ５７の出力軸５７３に固定され、出力軸５７３と一体になって同軸周りに回動するアーム５８１を備えている。モジュトロールモータ５７の回転出力は、リンク機構５８を介してダンパ板５５に伝達され、ダンパ板５５が回動することで、燃焼用送風ライン５０における送風量が調整される。

このような構成のボイラ４０においては、燃料流量調整機構である燃料制御弁４７の開度を変えることで、バーナ６０への燃料供給量を調整し、送風量調整機構であるダンパ５４の開度を変えることで、バーナ６０への給気量を調整することで、バーナ６０における燃焼量を調整している。

傾斜センサ１５は、ボイラ４０のダンパ５４の開度を機械的に計測するために、リンク機構５８のアーム５８１に固定された開度センサであり、アーム５８１の回転角度を計測することができる。図３に示すように、傾斜センサ１５は、マグネットスタンド１７を備えており、マグネットスタンド１７によりアーム５８１にしっかりと固定されている。

このように、マグネットスタンド１７を利用することで、既存のボイラ４０に対して、対象設備を傷付けたり汚したりすることなく、手軽に傾斜センサ１５を設置することができ、本実施形態に係るボイラ負荷分析装置１０を既存のボイラ４０に容易に後付けで設置し、蒸気負荷を容易に計測することができる。もちろん、マグネットスタンド１７以外の方法で傾斜センサ１５をアーム５８１に固定するようにしても良い。

ボイラ４０のリンク機構５８は、アーム５８１の回転角度とダンパ板５５の回転角度が同じとなるように構成されており、アーム５８１の回転角度を計測すれば、ダンパ５４の開度を直接求めることができる。

負荷分析器２０は、ダンパ５４の開度とボイラ４０の燃焼量との関係式を格納しており、傾斜センサ１５の計測値からボイラ４０の燃焼量を算出することができる。本実施形態に係るボイラ４０は、比例制御式のボイラであり、ダンパ５４の開度とボイラ４０の燃焼量が対応している。

すなわち、例えば、ダンパ板５５の角度が0°でダンパ５４の開度が0％のときに、ボイラ４０の燃焼量が0％となり、ダンパ板５５の角度が45°でダンパ５４の開度が50％のときに、ボイラ４０の燃焼量が50％となり、ダンパ板５５の角度が90°でダンパ５４の開度が100％のときに、ボイラ４０の燃焼量が100％となる。

このように、本実施形態に係るボイラ負荷分析装置１０は、傾斜センサ１５の計測値から、傾斜センサ１５が設置されたボイラ４０の燃焼量を算出することができる。また、ボイラ４０の燃焼量に加えて、給水ライン６５における給水温度、蒸気取出ライン６８における蒸気圧を計測することで、ボイラ４０が生成する蒸気量である蒸気負荷を求めることができる。

連続的に傾斜センサ１５による計測を行うことで、ボイラの蒸気負荷の時間変化を分析することができる。このようにボイラ４０の稼働状況を把握・分析することで、効率的なボイラシステムを構築し、その最適化を図ることができる。

以上、本実施形態によれば、蒸気流量計が設置されておらず、負荷分析の困難な既存のボイラ４０に対して、ダンパ５４を構成する部材（アーム５８１）に傾斜センサ１５を固定設置して、当該部材の回転角度を機械的に計測することで、ダンパ５４の開度を直接求め、ボイラ負荷を正確に算出することが可能であり、簡易な構成で高精度に既存ボイラの負荷分析を行うことが可能である。

また、本実施形態では、分析対象のボイラに対して回転角度を機械的に検出する傾斜センサ１５を設置するだけで良いため、ボイラの容量等に関係なく、共通のセンサを活用することができる。また、本実施形態では、従来の制御盤の動力配線から電流計測を行う場合のような感電事故等のおそれがなく、ボイラ負荷分析装置１０の既存のボイラ４０への後付け設置を安全に行うことができる。

なお、本実施形態においては、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、傾斜センサ１５の設置位置は、アーム５８１に限らず、ダンパ５４の開度に対応して回転する部材であり、当該部材の回転角度を検出することでダンパ５４の開度を計測できる部材であれば、適宜、ダンパ５４を構成する他の部材に傾斜センサ１５を固定設置することができる。

また、本実施形態では、送風量調整機構であるダンパ５４の開度を検出するようにしているが、燃料流量調整機構である燃料制御弁４７の開度を計測するようにしても良い。この場合には、例えば、燃料制御弁４７の構成部材である回転軸等の回転角度を計測するようにすれば良い。

なお、燃料流量調整機構である燃料制御弁４７の開度を計測する場合には、送風量調整機構の開度に代えて、燃料流量調整機構の開度のみからボイラ負荷を算出するようにしても良いし、送風量調整機構の開度及び燃料流量調整機構の開度からボイラ負荷を算出するようにしても良い。

また、本実施形態では、ダンパ５４の開度を計測する開度センサとして傾斜センサ１５を用いてアーム５８１の回転角度を計測しているが、カメラを備えた画像認識センサ等、他の方式のセンサを開度センサとして用いても良い。

（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態に係るボイラ負荷分析装置１１は、ダンパ５４の開度を計測する開度センサとして、第一実施形態に係る傾斜センサ１５の代わりに、クランプ式電流センサ１８を採用したことを特徴とし、設置対象であるボイラ４０の構成も含めてその他の構成はほぼ同じである。よって、同様の構成には同じ番号を付し、説明を省略する。

図４は、第二実施形態に係るボイラ負荷分析装置１１の構成を概略的に示す模式図であり、既存のボイラ４０に設置した状態を示している。図５は、第二実施形態に係るクランプ式電流センサ１８の設置状況を概略的に示す模式図である。

ボイラ負荷分析装置１１は、クランプ式電流センサ１８と、クランプ式電流センサ１８の出力からボイラ４０の蒸気負荷を算出・分析する負荷分析器２０とを備えている。第二実施形態においてもボイラ負荷分析装置１１は、既存のボイラ４０の蒸気負荷を分析するために、後付けで設置される。

ボイラ４０におけるダンパ５４の開度を計測するために、クランプ式電流センサ１８は、ダンパ５４の駆動モータであるモジュトロールモータ５７の駆動制御信号線であるダンパ制御信号用電線５７１に設置されている。

ここで、クランプ式電流センサ１８は、磁界の変化を検出することにより非接触で電線を流れる電流を検出するものであり、本実施形態では、DC4-20mA検出用の直流電流センサを用いている。本実施形態では、クランプ式電流センサ１８は、制御信号を正確に計測するため、単芯の電線に対して設置する。

ダンパ制御信号用電線５７１は、プラス線５７１ａとマイナス線５７１ｂから構成されている。クランプ式電流センサ１８を設置する場合には、図５に示すように、例えば、単芯となるマイナス線５７１ｂに対してのみ設置する。

本実施形態に係るモジュトロールモータ５７は、アナログ制御信号により回転角度を制御される駆動モータであり、例えば、制御信号が4mAのときにダンパ板５５の角度が0°（ダンパ５４の開度が0％）、制御信号が12mAのときにダンパ板５５の角度が45°（ダンパ５４の開度が50％）、制御信号が20mAのときにダンパ板５５の角度が90°（ダンパ５４の開度が100％）となるように制御される。

すなわち、クランプ式電流センサ１８による制御信号の電流値の計測により、ダンパ５４の開度を計測することができる。また、上述したように、ボイラ４０は、ダンパ開度とボイラ４０の燃焼量が対応している。

負荷分析器２０は、これらの関係に基づき、クランプ式電流センサ１８の計測値とボイラ燃焼量との関係式（例えば、ボイラ燃焼量＝100*(計測値-4)/20）を格納している。よって、負荷分析器２０は、クランプ式電流センサ１８の計測値から、ボイラ４０の燃焼量を算出することができ、さらに、給水ライン６５における給水温度、蒸気取出ライン６８における蒸気圧を計測することで、ボイラ４０が生成する蒸気量である蒸気負荷を求めることができる。

なお、本実施形態においては、モジュトロールモータ５７の制御信号を計測することで間接的にダンパ５４の開度を検出しているが、本明細書において、開度を計測するとは、このように間接的に開度を計測する場合も含むものとする。

以上、第二実施形態について説明したが、本実施形態によれば、簡易な構成で高精度に既存ボイラの負荷分析を行うことができるといった第一実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、モジュトロールモータ５７のダンパ制御信号用電線５７１に容易にアクセスできる場合には、クランプ式電流センサ１８を電線に設置するという簡単な作業でボイラ負荷分析装置１１を後付けすることができる。

また、本実施形態のように、ダンパ５４の開度を調整するためのモジュトロールモータ５７の計装信号は、基本的にボイラ４０の容量、種類によって大きな差異がないため、クランプ式電流センサ１８として同じセンサを汎用的に使用することが可能である。

なお、本実施形態においても、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、クランプ式電流センサ１８の設置位置は、ダンパ制御信号用電線５７１に限らず、制御信号を計測することで、ダンパ５４の開度を間接的に計測できるものであれば、適宜他の駆動制御信号線に設置することができる。

具体的には、燃料流量調整機構である燃料制御弁４７の制御信号用電線に設置し、燃料制御弁４７の制御信号の電流値を計測するようにしても良い。この場合には、送風量調整機構の制御信号に代えて、燃料流量調整機構の制御信号の計測値のみからボイラ負荷を算出するようにしても良いし、送風量調整機構の制御信号及び燃料流量調整機構の制御信号の計測値からボイラ負荷を算出するようにしても良い。

また、本実施形態では、モジュトロールモータ５７は、アナログ制御信号により回転制御される駆動モータを用いているが、パルス信号により駆動制御される駆動モータを用いても良い。この場合には、クランプ式電流センサ１８は、パルス検出用のセンサを用い、計測したパルス数に基づいて、ダンパ板５５の角度を求めれば良い。

また、パルス駆動モータの場合には、正回転用のパルス信号用電線のプラス線とマイナス線、逆回転用のパルス信号用電線のプラス線とマイナス線の四本の電線が設置されているため、クランプ式電流センサ１８は、正回転用のパルス信号用電線と、逆回転用のパルス信号用電線とにそれぞれ一つずつ設置する。この場合、それぞれプラス線又はマイナス線の何れかの単芯の電線に対してクランプ式電流センサ１８を設置する。

以上、比例制御式のボイラに本発明に係るボイラ負荷分析装置を適用した第一実施形態及び第二実施形態について説明したが、もちろん、本発明は、低燃焼ステージや高燃焼ステージ等の多段階の燃焼ステージを有するボイラに対しても適用できる。

１０，１１ボイラ負荷分析装置
１５傾斜センサ
１８クランプ式電流センサ
２０負荷分析器
４０ボイラ
４５燃料供給ライン
４７燃料制御弁
４７１燃料制御信号用電線
５０燃焼用送風ライン
５４ダンパ
５５ダンパ板
５５１ダンパ軸
５７モジュトロールモータ
５７１ダンパ制御信号用電線
５８リンク機構
５８１アーム
６０バーナ
６５給水ライン
６８蒸気取出ライン
７０気水分離器
８０制御器

Claims

ボイラの蒸気負荷を分析するボイラ負荷分析装置において、
前記ボイラの燃焼用送風ラインに設置され、前記燃焼用送風ラインにおける送風量を開度により調整する送風量調整機構の前記開度を計測する開度センサであって、前記送風量調整機構を構成する駆動モータからダンパ板に駆動力を伝達するリンク機構に設置されて前記送風量調整機構の開度を機械的に検出する開度センサと、
前記開度センサの計測値に基づいて、前記ボイラの蒸気負荷を算出する負荷分析器と、
を備えることを特徴とするボイラ負荷分析装置。
前記開度センサは、前記駆動モータの出力軸に固定されて前記出力軸と一体となって回動する、前記リンク機構を構成するアームに固定され、前記アームの回転角度を検出する傾斜センサであることを特徴とする請求項１記載のボイラ負荷分析装置。