JP6153260B2

JP6153260B2 - ボイラの運転データ集計装置

Info

Publication number: JP6153260B2
Application number: JP2013231021A
Authority: JP
Inventors: 佳征原田; 犬井　達也; 達也犬井; 宇軌増田
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: JP2015090252A

Description

本発明は、ボイラへ一定量の流体を供給するごとにパルス信号を発信するようにしている流量計からの信号を受けてボイラへの供給量を集計するようにしているボイラの運転データ集計装置に関するものであり、より詳しくは前記ボイラの運転データ集計装置において、供給量を計測する流量計に異常が発生している場合には流量計異常の判定を行うことができるようにしているボイラの運転データ集計装置に関するものである。

ボイラにおける燃焼時間、給水量、燃料消費量、排ガス温度、蒸気圧力値などといった運転状態を記録していく場合、運転データ集計装置を設けておき、運転制御装置や計測装置から各種のデータを取り込んで集計を行う。燃焼時間を集計する場合は、燃焼時間はボイラの制御装置から燃焼時間のデータを取り込んで集計している。ボイラの燃焼量が高燃焼、低燃焼、燃焼停止の３位置制御のように段階的な運転を行っている場合には、高燃焼の時間と低燃焼の時間をそれぞれ検出する。ボイラへの給水量や燃料供給量の集計であれば、流量計からの信号を取り込むことで流量の集計を行う。流量計は一定量の流体が流れるごとにパルス信号を発信するようにしておき、運転データ集計装置では所定の期間内に発信されたパルス信号数をカウントすることで、その期間内における流量の積算値を算出する。排ガス温度や蒸気圧力値といった瞬間値を計測するものの場合は、一定間隔で計測を行っておき、トレンドデータとして記録していく。

このとき、流量計などの計測装置に異常が発生していると、正しいデータを取り込むことができないため、データの集計が行えなくなる。そのため運転データ集計装置では、計測装置の異常を検出するようにしておき、異常発生時には異常の報知を行うことができるようになっていることが望まれている。

実願昭６３−３３０１７の明細書には、「自動運転管理装置（２０）には、判別回路（２１）を設け、ＲＡＭ（２４）に入力された運転管理データが予め設定した範囲外の数値であるときに、その旨の信号を発する」「上記のデータ異常と判別するための設定範囲としては、例えば給水温度は０〜２００℃、排ガス温度は０〜５００℃、火炎検出センサー出力は０〜１００ｋΩのように設定し、センサーより得たデータの数値がこの範囲外にあるときは、異常と判断して上述のデータ書換えを行う」との記載がある。このようにすることで、異常なデータが入力された場合には異常と判別することができるが、この場合には異常と判別するため設定範囲が問題となる。給水温度や排ガス温度など瞬間的な値を検出する場合、正常時の値と異常時の値は明確に分かれているために問題ないが、給水量や燃料供給量といった積算値を検出している場合、積算値は運転状態によって大きく変化する。そのため、ある値が出力された場合、ある条件ではその値は正常であるが、別のある条件ではその値は異常であるということが起きてしまい、異常の判別が行えないということになっていた。

実開平１−１３８１０２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラで使用している流量計などの積算でデータを集計するようにしている計測装置において、計測装置の異常を検出することのできるボイラの運転データ集計装置を提供することにある。

ボイラへ一定量の流体を供給するごとにパルス信号を発信するようにしている流量計を設けておき、流量計で発信しているパルス信号数をカウントすることでボイラへの供給量を集計するようにしているボイラの運転データ集計装置において、燃焼時における単位時間当たりでのボイラへの標準的な供給量をあらかじめ求めて設定しておき、集計時間内でのボイラの燃焼時間と、前記の単位時間当たりでの供給量を掛け合わせることで供給量演算値を算出し、算出した供給量演算値から一定の割合で減算した値を異常判定値の上限として設定を行い、同じ集計時間内における前記流量計で計測した供給量計測値が、先に設定を行った異常判定値の上限よりも小さくなった場合、流量計に異常が発生しているとの判定を行う。

積算でデータを集計するようにしている計測装置に異常が発生した場合、計測装置の異常を検出することができ、異常な計測データを使用することによる誤った集計が行われることを防止することができる。

本発明を実施しているボイラのフロー図本発明の一実施例における給水量の演算値と異常判定値域の関係説明図本発明を実施しているボイラでの運転状態変遷例の説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラのフロー図、図２は本発明の一実施例における給水量の演算値と異常判定値域の関係説明図である。本実施例では複数台のボイラ１を並列に接続し、蒸気必要量に応じてボイラの燃焼台数や燃焼量を増減する多缶設置ボイラとしている。この場合、ボイラの燃焼量を決定し、運転対象ボイラに対して燃焼指令の出力を行う集中制御装置４と、個々のボイラにそれぞれ設置しておき、集中制御装置４からの燃焼指令に基づいて各ボイラの運転を行わせる個別制御装置９を設けておく。集中制御装置４は蒸気圧力値などの制御データに基づき、燃焼を行うボイラを決定して燃焼指定の出力を行う。ボイラが高燃焼、低燃焼、燃焼停止のように燃焼量を調節できるものであれば、集中制御装置４は各ボイラに対して燃焼指令を出力する場合、燃焼量を指定する出力も行う。

各ボイラ１には、下部に給水配管８を接続しておき、給水配管８を通じて給水を行う。給水配管８は分岐配管によって各ボイラ１と接続しており、分岐配管部分に給水ポンプ７を設けている。ボイラへの給水は個々のボイラで独自に行っており、ボイラ内の水位を検出しておき、水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプ７を作動して給水を行うことでボイラ内の水位を上昇させ、水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプ７の作動を停止するようにしており、水位は一定の範囲内に保つように制御する。ボイラへ供給している給水量は、給水配管８に設けている給水流量計２で計測している。ボイラ毎に給水量を算出するのであれば給水流量計は分岐以降の給水配管８に設置し、ボイラ全体で給水量を算出するのであれば共通の給水配管８に給水流量計を設置する。

各ボイラ１はボイラ内部で燃焼を行う燃焼装置を持っており、燃焼装置への燃料供給は燃料供給配管５を通じて行う。燃料供給配管５も分岐配管によって各ボイラ１と接続している。ボイラへ供給している燃料量も、燃料供給配管５に設けている燃料流量計６によって計測している。こちらもボイラ毎に燃料供給量を算出するのであれば燃料流量計６は分岐以降の燃料供給配管５に設置し、ボイラ全体で燃料供給量を算出するのであれば共通の燃料供給配管５に燃料流量計６を設置する。

ボイラでは、燃焼装置による燃焼を行うことで熱を発生させ、ボイラ内のボイラ水を加熱することでボイラ水を蒸発させて蒸気を取り出す。多缶設置しているボイラでは、各ボイラ１から発生した蒸気は蒸気ヘッダー（図示せず）に集合させ、蒸気ヘッダーから蒸気使用箇所へ蒸気を供給する。

集中制御装置４には蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼量を設定しておき、蒸気ヘッダーでの蒸気圧力値を検出してボイラの燃焼状態を決定する。図３に記載があるように、蒸気圧力値の制御幅内は複数の圧力帯に区分しておき、検出している蒸気圧力値が低下して低圧側の圧力帯に移動するほどボイラ全体での燃焼量が大きくなる燃焼状態を設定し、蒸気圧力値が上昇して高圧側の圧力帯に移動するとボイラ全体での燃焼量を小さくする燃焼状態に設定する。ボイラが高燃焼、低燃焼、燃焼停止のように燃焼量の変更を行うものであれば、集中制御装置４では高燃焼の台数、低燃焼の台数、燃焼停止の台数を決定する。

集中制御装置４では、各ボイラの稼働優先順位を設定しておき、ボイラ全体での燃焼量を増加する場合には稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼量を増加し、燃焼量を減少する場合には稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼量を減少する。集中制御装置では、決定した燃焼量となるように各ボイラに対して運転指令を出力する。個々のボイラに設けている個別制御装置９では、集中制御装置４から燃焼指令を受けるとボイラの燃焼を行って蒸気を発生し、燃焼指令が途切れるとボイラの燃焼を停止して蒸気供給を停止する。

図３はある集計時間（１時間）における蒸気圧力値とボイラ燃焼状態の例を示したものである。ここでは、１号缶から３号缶の３台のボイラからなるシステムであって、各ボイラは高燃焼、低燃焼、燃焼停止の三位置燃焼制御を行っている。蒸気圧力から定まる燃焼のパターンは、高燃焼の場合をＨ、低燃焼の場合をＬ、燃焼停止の場合を−としており、３台全てが燃焼停止である―――から、３台全てが高燃焼であるＨＨＨまでの７つの区分に分かれている。図では当初の蒸気圧力値は下から２段目でこの時の燃焼状態はＨＨＬとなっており、１号缶と２号缶のボイラは高燃焼、３号缶のボイラは低燃焼を行うことになる。蒸気圧力値が上昇して一つ上の圧力区分に移ると、燃焼量は１段階少なくする。この時の燃焼状態はＨＬＬであり、ここでは１号缶のボイラは高燃焼、２号缶と３号缶のボイラは低燃焼となる。図３では蒸気圧力値は更に上昇しており、ＬＬＬの区分に入ると３台のボイラは全て低燃焼となっている。

このような圧力変動があった場合、最初の２０分間は２台のボイラによる高燃焼と１台のボイラで低燃焼、次の２０分間は１台のボイラで高燃焼と２台のボイラで低燃焼、最後の２０分間は３台のボイラで低燃焼となっている。そのため、この１時間における燃焼時間の合計値は、高燃焼６０分と低燃焼１２０分となる。

また、本発明では運転データ集計装置３を設けておき、ボイラでの運転データの集計を行うようにしている。運転データ集計装置３による運転データの集計は、複数台のボイラを設置している比較的規模の大きなボイラシステムでよく行われている。運転データ集計装置３では、ボイラの燃焼時間、給水量、燃焼消費量、蒸気圧力、排ガス温度、給水温度、燃料温度などといった各種のデータを取り込み、集計を行って記録していく。これらの元となるデータは、集中制御装置４から運転データ集計装置３へ送るようにしている。

運転データ集計装置３で集計するデータには、積算値で管理するデータと、瞬間値で管理するデータがある。燃焼時間や給水量、燃料消費量などは積算値の集計を行い、蒸気圧力や排ガス温度、給水温度などは瞬間値でのトレンドデータを集計することになる。また、燃焼時間の集計を行う場合、ボイラが３位置燃焼制御を行うものであれば、高燃焼時間と低燃焼時間のそれぞれを分けて集計する。

給水配管８に設けた給水流量計２は、計測単位分の給水が行われるごとにパルス信号を発信するものであり、運転データ集計装置３では給水流量計２から送信されている給水パルス信号の発信数を検出する。運転データ集計装置３では、単位給水量に給水パルス信号数を掛けることで給水量を算出することができ、給水量は１時間ごとといった集計時間の単位で集計して保存していく。燃料供給量の計測も同様であり、燃料供給配管５に設けた燃料流量計６も、計測単位分の燃料が流れるごとにパルス信号を発信し、運転データ集計装置３では燃料供給パルス信号のカウントを行って燃料供給量を計測する。

給水流量計２や燃料流量計６に異常が発生すると、正確な給水量や燃料供給量の算出は行えなくなる。給水流量計２又は燃料流量計６に異常が発生した場合、給水又は燃料供給が行われているのにパルス信号を全く発信しない、又はパルス信号が実際よりも間引かれて発信することになるため、流量計２や燃料流量計６の異常時にはパルス信号の出力数が実際の供給量に相当する量より少なくなるという現象が現れる。給水流量計２や燃料流量計６に異常が発生すると正しい供給を記録することができなくなるため、運転データ集計装置３では給水流量計２や燃料流量計６の異常を検出するようにしておき、流量計異常時には異常発生の報知を行うことで、異常なデータによる集計を続けることがないようにしておく。

給水流量計２での異常検出は、燃焼時間と、燃焼時の単位時間当たりの標準的な給水量の設定値と、燃焼時間から想定される給水量演算値と、給水量演算値から所定の割合で減算して設定する異常判定値と、給水流量計で計測している給水量を使用して行う。給水流量計２の異常を検出する場合、まず集計時間内における燃焼時間を検出し、燃焼時間と標準的な単位時間当たりの給水量を掛け合わせることで燃焼時間から想定される給水量演算値を算出する。そして、この給水量演算値から所定の割合で減算した値を異常判定値の上限値として設定しておく。次に、同じ集計時間内において、給水流量計２からのパルス信号をカウントすることで給水量計測値を算出しておき、先に設定しておいた異常判定値を比較する。給水流量計２での計測値がこの異常判定値より小さい場合、給水流量計２に異常が発生していると判定する。

なお、ボイラへの給水は、ボイラ内水位が給水開始水位まで低下すると、給水を行って水位を上昇させ、給水を行ったことでボイラ内水位が給水停止水位まで上昇すると、給水を停止することを繰り返す間欠給水、又は設定水位に対して実際水位が高ければ給水量を減少し、実際水位が低ければ給水量を増加する比例給水にて行っている。そのため、短い時間で見るとボイラの燃焼時間と給水量は比例しないことになる。しかしボイラの給水量は、１時間単位など比較的長い時間で集計するため、燃焼時間と給水量は比例していると見なしても問題はない。

高燃焼、低燃焼、燃焼停止の三位置燃焼制御を行うボイラであれば、高燃焼時の単位時間での標準給水量と、低燃焼の単位時間での標準給水量をそれぞれ求めておく。単位時間として１分間と設定しておいた場合には、高燃焼を１分間行った場合の標準的な給水量と、低燃焼を１分間行った場合の標準的な給水量をそれぞれ設定しておく。そして、ある集計時間内における高燃焼時間に、高燃焼での単位時間当たりの標準給水量を掛けたものと、同じ集計時間内における低燃焼時間に低燃焼での単位時間当たりの標準給水量を掛けたものを合計すると、その時間内における給水量を演算によって算出することができる。

例えばある集計時間において、高燃焼２０分と低燃焼２０分の燃焼を行い、燃焼停止が２０分であった場合には、高燃焼２０分と高燃焼時の単位時間での標準給水量を掛けることで高燃焼時の給水量演算値を算出し、低燃焼２０分と低燃焼の単位時間での標準給水量を掛けることで低燃焼時の給水量を算出しておき、両者を合計することでその集計時間における給水量演算値を算出することができる。

なお、図１に記載しているように複数台のボイラを設置しており、給水流量計２は共通の給水配管８に設置している多缶設置ボイラであれば、給水流量計２で計測している給水量は、ボイラ全体での給水量の合計となる。この場合の給水量演算値は、ボイラ全体の合計で算出する必要があるため、全体の燃焼時間を足し合わせ、その時間と単位時間での標準給水量を掛けることで給水量演算値を算出する。

運転データ集計装置３では、給水量演算値から一定の割合で減算した値を異常判定値の上限値として設定する。異常判定値の下限値は０とし、上限値と下限値の間を異常判定値域する。運転データ集計装置３では、給水流量計２で検出している給水量計測値が、燃焼時間に基づいて定まる異常判定値域内に入っている場合、給水流量計２に異常が発生しているとの判定を行い、異常発生の報知を行う。

なお、燃焼時間から給水量を算出する給水量演算値の場合、給水量を直接計測しているものではないため、ある程度の誤差が発生することになる。しかし、実際の給水量に対してかけ離れた値になることもないため、給水流量計２の異常判定には十分使用することができる。ただし燃焼時間が非常に短く、給水量も少なくなっている場合には、給水量演算値と異常判定上限値との差が小さくなり、異常の判定が難しくなるため、給水流量計の異常判定は行っていない。

図２に基づいて具体的に説明する。図２では、１時間における給水量演算値と異常判定値域を表しており、縦軸に給水流量、横軸に時間をとっている。なお、上記説明では高燃焼の時間と低燃焼の時間でそれぞれ給水量を算出すると記載したが、説明が複雑になるためにここでは全時間を通して燃焼時の燃焼量は一つのみであり、燃焼を行っていたか燃焼を停止していたかのどちらかであったとして説明を簡略化している。

図２の場合、６０分燃焼した場合の給水量演算値は２０００Ｌであったとしている。給水量演算値は、燃焼時間に比例するものであるため、燃焼時間が半分の３０分（燃焼停止時間は３０分）であったとすると、給水量の演算値は半分の１０００Ｌとなる。異常判定値の上限は、給水量演算値の８０％と定めていた場合、燃焼時間６０分時では給水量演算値２０００Ｌの８０％が異常判定上限値であって１６００Ｌ、燃焼時間３０分時では給水量演算値１０００Ｌの８０％が異常判定上限値であって８００Ｌとなる。そして、給水流量計２からのパルス信号は０になることはあっても０より小さくなることはあり得ないため、異常判定値の下限は０Ｌとなる。また、燃焼時間が極めて短い場合、給水量演算値は小さな値となり、異常判定上限値との差も小さくなる。その場合、誤差の範囲であって流量計の異常ではない場合まで異常と判定する可能性が高まるため、給水量演算値が小さい部分では異常判定値の設定は行っていない。実施例では給水量演算値が１００Ｌより少ない部分では異常判定値の設定を行っていない。そのため、図２で斜線の平行線を引くことで表している異常判定値域は台形になっている。

運転データ集計装置３では、燃焼時間と、給水流量計２が発信しているパルス信号をカウントすることで算出する給水量の測定値によってプロットした値がこの異常判定域内であった場合、給水流量計２に異常が発生していると判定し、異常発生の報知を行う。例えば、燃焼時間が６０分であって給水量演算値が２０００Ｌであった場合に、流量計２から出力されているパルス信号をカウントすることで算出した給水量計測値が１０００Ｌであったとする。この場合、１０００Ｌは燃焼時間６０分時の異常判定値上限である１６００Ｌよりも少なく、異常判定域内に入っている。そのためこのケースでは、運転データ集計装置３は給水流量計異常の判定を行う。また、流量計２から出力されているパルス信号をカウントすることで算出した給水量計測値が上記と同じ１０００Ｌであったとしても、その時の燃焼時間は３０分であったとする。この場合、燃焼時間３０分時の異常判定値上限は８００Ｌであって、１０００Ｌは３０分時の異常判定値域内には入っていない。そのためこのケースでは、運転データ集計装置３は給水流量計異常との判定は行わない。

運転データ集計装置３では、給水流量計異常の判定を行った場合には異常発生の報知を行う。ボイラ管理者は、給水流量計２の異常報知に基づき給水流量計２の補修を行い、正しい給水量を計測することができるようにする。そのため、異常な値に基づいて集計を行い続けるということを防止することができる。

なお、ここまでは、給水流量計２の異常についての説明を行ったが、燃料流量計６の異常についても同じである。給水量や燃料供給量など積算で集計するデータの場合、燃焼時間によって積算量は変化する。本発明では、燃焼時間によって異常判定値を異ならせるようにしているため、燃焼時間によって変化する積算データであっても正しく異常の判定を行うことができる。

図２の説明では燃焼時の燃焼量は同じであって燃焼を行っている時間のみが異なるものであったが、図３に記載しているように三位置燃焼制御を行っており、燃焼量が異なる場合でも考え方は同じである。図３では、最初の２０分間は２台のボイラで高燃焼と１台のボイラで低燃焼、次の２０分間は１台のボイラで高燃焼と２台のボイラで低燃焼、最後の２０分間は３台のボイラで低燃焼となっている。そのため、この１時間における燃焼時間は、高燃焼６０分と低燃焼１２０分となっている。予め設定している給水量は、高燃焼６０分で２０００Ｌ、低燃焼６０分で１０００Ｌであったとすると、この１時間での給水量演算値は、高燃焼６０分での２０００Ｌと、低燃焼１２０分での２０００Ｌの合計４０００Ｌとなる。異常判定値域の上限は給水量演算値の８０％であった場合、４０００Ｌの８０％は３２００Ｌであるため、流量計による給水量計測値が３２００Ｌよりも低い場合には流量計の異常と判定する。

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
給水流量計
３運転データ集計装置
４集中制御装置
５燃料供給配管
６燃料流量計
７給水ポンプ
８給水配管
９個別制御装置

Claims

ボイラへ一定量の流体を供給するごとにパルス信号を発信するようにしている流量計を設けておき、流量計で発信しているパルス信号数をカウントすることでボイラへの供給量を集計するようにしているボイラの運転データ集計装置において、燃焼時における単位時間当たりでのボイラへの標準的な供給量をあらかじめ求めて設定しておき、集計時間内でのボイラの燃焼時間と、前記の単位時間当たりでの供給量を掛け合わせることで供給量演算値を算出し、算出した供給量演算値から一定の割合で減算した値を異常判定値の上限として設定を行い、同じ集計時間内における前記流量計で計測した供給量計測値が、先に設定を行った異常判定値の上限よりも小さくなった場合、流量計に異常が発生しているとの判定を行うものであることを特徴とするボイラの運転データ集計装置。