JP6301167B2 - パージ監視装置を持った燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数台のボイラを集合煙道に接続したことにより、燃焼排ガスが集合煙道から燃焼を行っていないボイラへ逆流することを防止するため、燃焼を停止しているボイラにも送風を行う微量パージ運転を行うようにしているボイラなどであって、パージ運転が正常に行われていることを監視するパージ監視装置が正常であるかを確認する健全性確認を行うようにしているパージ監視装置を持った燃焼装置に関するものである。

特開２００１−１３２９４０号公報に記載があるように、ボイラを複数台設置し、負荷に応じてボイラの燃焼台数を調節するボイラの多缶設置システムが知られている。この場合、それぞれが単独でも燃焼を行うことができるボイラを複数台並列に設け、各ボイラで発生した蒸気は蒸気ヘッダに集合させた後で蒸気必要箇所へ供給するようにしており、蒸気ヘッダでの蒸気圧力に応じて必要な台数分のボイラを燃焼させる。各ボイラは集合煙道に接続しており、燃焼を行うことで発生した排ガスは集合煙道に集合させた後、集合煙道を通して屋外へ排気する。

多缶設置システムの場合、必要台数分のボイラが燃焼を行うものであるため、複数台設置したボイラのうち一部のボイラは燃焼を行い、残りのボイラは燃焼を停止しているという状態が発生する。この場合、燃焼を行っているボイラでは、炉内の圧力が高くなり、炉内で発生した燃焼排ガスは圧力の高い炉内から集合煙道へ流れ、さらに集合煙道内より屋外の方が圧力は低いため、燃焼排ガスは集合煙道を通って屋外へと流れていく。この時、燃焼を行っていないボイラの炉内よりも、集合煙道内の圧力が高くなることがある。集合煙道内よりボイラ内の圧力が低くなると、集合煙道内の燃焼排ガスが燃焼を行っていないボイラの炉内へと逆流するおそれがある。

集合煙道から炉内へ燃焼排ガスが逆流した場合、排ガスは燃焼用空気を供給する送風路を逆に流れ、ボイラの外部、つまりボイラ室内の空間部へ漏れ出ることになり、ボイラ室内の環境を汚染する。また、燃焼時には送風機から炉内の方向へ空気が流れるために、バーナよりも送風機側に設置している計測機器等が加熱されることはないが、排ガスの逆流が生じると、排ガスの熱によって計測機器が加熱され、計測機器を破損するということもある。さらには、排ガス中の成分が凝縮水となってバーナの着火装置や計測機器などに付着して腐食を発生するということもあり、バーナにおいて着火不良が発生するといった不具合を招くこともあった。

そのため、特開２００１−１３２９４０号公報に記載の発明では、ボイラが燃焼を停止している場合に、炉内の圧力を所定の圧力に保つために必要な量の空気を炉内に導入するようにしている。ボイラの送風機は、燃焼に必要な空気を供給するためのものであり、燃焼を停止している場合には燃焼用空気の供給は必要ないため、通常は燃焼を停止すれば送風機の稼働も停止している。しかし、燃焼排ガスの逆流が発生する可能性がある場合には、燃焼待機中のボイラに対して空気の供給を行うことで、排ガスの逆流を防止するようにしている。送風機の作動によって燃焼用空気の供給を行うと、燃焼停止ボイラの炉内圧力は上昇し、炉内圧力を高くすると集合煙道から炉内への排ガスの逆流は発生しなくなる。

ボイラの運転を制御する運転制御装置では、燃焼を停止しているボイラに対しても送風指令の出力を行って炉内への空気供給を継続するものであるが、この時に送風機に異常が発生するなどにより、炉内への空気の供給が行えなくなっていると、炉内への排ガスの逆流を防止することができなくなる。そして、送風機などで異常が発生していることに気づかずに放置されていると、ボイラ室内の空気が排ガスによって汚染されるということになる。

そのため、特許４０５９１００号公報に記載があるように、ボイラへの送風を監視することも行われている。特許４０５９１００号の発明では、送風機とバーナの間に設けたダンパの前後の差圧によって送風を監視するようにしている。この監視装置のように、送風機への作動指令を行っている時に、ボイラに対する送風があることを検出できれば、排ガスの逆流は防止できていると判断することができる。そして送風機への作動指令を行っていてもボイラに対する送風が行われていないということになると、何らかの異常が発生しているとの判定を行える。

しかしこの場合であっても、この監視装置において、制御回路に溶着が発生するなどの異常が発生し、送風の監視を正しく行えなくなった状態においては、送風の有無を正確に検出することができなくなる。もしも空気の供給が行われていないのに、送風監視装置では送風ありの状態で固定されていると、空気の供給が停止しても異常であることの検出が行えないため、そのままで放置されることになる。その場合、排ガスの逆流が発生してもそのことに気づくことができず、知らないうちにボイラ室内の空気の汚染が進んでしまうということになりかねない。

また、燃焼開始時に炉内を換気するプレパージを行う燃焼装置では、燃焼が必要になってもプレパージなど燃焼準備のための時間が必要であり、その分だけ燃焼の開始が遅れる。そのため負荷に対する追従性の向上を目的として、燃焼停止時にも炉内の換気を行っておき、燃焼が必要になると瞬時に燃焼を開始するということも行っている。この場合も、燃焼装置では燃焼を停止しているが送風機では稼働を継続することになる。この場合においても送風が行われていることの確認が必要であった。

特開２００１−１３２９４０号公報

本発明が解決しようとする課題は、バーナによる燃焼を行っていない状態で送風機の作動を行うようにしている燃焼装置において、送風の異常を確実に検出することができるようにすることにある。

請求項１に記載の発明は、炉内へ向けて火炎を発生させるバーナ、空気を加圧して前記バーナへ空気を供給する送風機、前記の送風機とバーナの間を接続しており送風機からの空気をバーナへ送る送風路、送風路を通して供給している空気の流れを検出する送風検出装置を持った燃焼装置であって、バーナによる燃焼を行っていない状態で送風機の作動を行っている場合に、送風路を通して供給している空気量を一時的に送風検出装置の送風検出限界よりも低下させることで、送風検出装置による送風検出が行えない状態を作り出し、そのことによって送風ありの出力を行っていた送風検出装置が送風なしの出力を行うことを確認することで健全性の確認を行う。

送風を常に行っている場合においては、パージ監視装置では送風ありとの判定を行う状態のままで回路の溶着などが発生していても、パージ監視装置自体の異常を検出することはできず、その状態で送風の異常が発生すると、送風の異常を検出することはできないことになる。しかし、上記のようにすることで、パージ監視装置の異常を検出することができるため、送風の異常を見逃すことなく監視することができる。

本発明を実施することで、送風を常時行うようにしている場合でも、送風の異常を確実に検出することができるようになるため、送風の異常に気づかないままでボイラ炉内への排ガスの逆流が発生するといった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多缶設置システムのフロー図 本発明の一実施例でのパージ監視装置の健全性確認状況を示したタイムチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラ多缶設置システムのフローを示したものであり、３台のボイラ１を設置している。各ボイラは、それぞれに運転制御装置６を設けており、各ボイラは個々に運転を行うことができる。各ボイラ１には、送風機８やバーナ９など、ボイラの運転に必要な補機類を設けており、運転制御装置６によって送風機モータ４や、バーナ９の稼働を制御する。送風機８は、運転制御装置６に設けたインバータ装置によって、送風機モータ４の時間当たりの回転数を調節するものであり、送風機モータ４の回転数を調節することで必要量の空気を炉内３に送り込む。ボイラ１への空気の供給は、送風機８とバーナ９を結ぶ送風路の途中に設けた風圧スイッチ１２によって検出する。風圧スイッチ１２は、送風路内に設けている検出部に掛かる送風時の風圧から送風の有無を判断する。風圧スイッチ１２の風圧検出部に所定値以上の風圧が掛かっていることを検出している間は送風ありとの判定を行い、風圧検出部に掛かる風圧が所定値を下回った場合には送風なしとの判定を行う。

ボイラの燃焼は、炉内３へ燃焼用空気と燃料を導入することにより行う。炉内での燃焼によって発生した排ガスは、各ボイラに共通の集合煙道２を通して外気へ排気するものであり、各ボイラは集合煙道２に接続する。ボイラの炉内で燃焼を行うことで、炉内に設けた水管内の缶水が蒸発し、ボイラで発生させた蒸気は蒸気ヘッダ５へ送られる。各ボイラで発生した蒸気は蒸気ヘッダ５に集合し、蒸気ヘッダ５から蒸気必要箇所へ蒸気を供給するものであり、蒸気ヘッダ５での蒸気圧力を検出する圧力検出装置７を設ける。

ボイラの運転台数は、圧力検出装置７からの信号を受けてボイラの燃焼状態を決定する台数制御装置１０によって制御する。台数制御装置１０は、圧力検出装置７にて検出された蒸気圧力に応じて燃焼を行う必要のあるボイラの台数を求め、必要台数分のボイラの運転制御装置６に対して燃焼要求信号を出力する。燃焼要求信号を受けたボイラでは燃焼を行い、それ以外のボイラは燃焼待機としておくことで、必要量分の蒸気を発生させる。

台数制御装置１０から燃焼要求信号を受けたボイラは燃焼を行う。ボイラが燃焼を行う場合、運転制御装置６は送風機モータ４の稼働を行うことで燃焼用空気の供給を行い、燃料と燃焼用空気を混合させて燃焼を行う。燃焼には大量の空気が必要であり、運転制御装置６はインバータ装置を通じて送風機モータ４の回転数を制御する。ボイラの燃焼が高燃焼や低燃焼のように制御するものであれば、インバータ装置への出力は、高燃焼の場合には５６Ｈｚ、低燃焼の場合には２３Ｈｚというように、周波数によって送風機モータ４の回転数を定めておき、燃焼に必要な量の空気を炉内へ送り込む。

この時、燃焼要求信号を受けていないボイラでは燃焼待機となり、燃焼は行わないために燃焼用空気の供給は必要ないが、集合煙道２からの燃焼排ガスの逆流を防止するため、送風機の稼働を行うように設定しておく。 逆流防止用の送風を行うボイラでは、炉内の圧力が集合煙道２の圧力より低くなり、集合煙道２から排ガスが逆流することを防ぐために必要な量の空気を炉内へ送り込む微量パージ運転を行う。この場合の送風は燃焼を行うためのものではなく、集合煙道２からの逆流を防止するためのものであって、必要な送風量は燃焼時よりも少ないため、送風機モータの回転数は低燃焼の場合よりも更に小さな値に設定しておく。送風機モータの時間当たりの回転数は、燃焼時に比べて少なくしておくことで、炉内圧力維持に必要な量だけの空気を炉内へ送り込むようにする。燃焼を停止しているボイラの炉内圧力が、集合煙道内の圧力以上になるまで高めておくことで、集合煙道からボイラへ排ガスが逆流することを防ぐことができる。

パージ監視装置１１は、燃焼停止時に行う微量パージ運転が正しく行われていることを監視するものであり、風圧スイッチ１２によって送風の有無を検出する。風圧スイッチ１２による送風の検出では、この微量パージ運転での空気供給でも送風ありを検出するように設定しておく。パージ監視装置１１では、送風機に対して作動指令の出力を行い、風圧スイッチからは送風ありの信号が出力されている場合、微量パージ運転が正しく行えているとの判定を行う。

ただしこの判定は、風圧スイッチ１２などパージ監視装置１１が正常であることが前提であり、もしも風圧スイッチ１２などにおいて異常が発生しており、送風の異常を正しく検出することができなくなっていると、微量パージ運転は行えていないのに行われているとの誤った判定を行うことがある。そこでパージ監視装置１１では、自身が正しく監視を行っているかを確認するようにしておく。

図２に基づいて、パージ監視装置１１による健全性確認のための制御を説明する。
図２では最初は低燃焼を行っているが、時刻Ａにて燃焼を停止して燃焼待機となっている。燃焼待機の間は、燃焼時に比べると少なくしているが、微量パージ用の風量で送風を継続する微量パージ運転を行っている。パージ監視装置１１では、微量パージ運転中には送風ありが検出されていることを確認するとともに、パージ監視装置自身の健全性確認を行う。

パージ監視装置１１は、微量パージ運転を開始してからの経過時間を計測しておき、経過時間が所定時間（Ｔ）に達する時刻Ｂになると、送風機モータの回転数を微量パージ運転用の回転数からさらに低下させて健全性確認用の回転数とする。風圧スイッチによる送風検出は、微量パージ運転での送風では送風ありの判定が行えるが、健全性確認用の風量では送風なしの判定を行うものとしておく。その場合、送風量の低下を行うことで、風圧スイッチによる送風量検出限界を超えると、風圧スイッチからは送風なし信号が出力される。
パージ監視装置１１では、送風量が微量パージ運転の場合には送風ありの判定が行われ、送風量を健全性確認用の風量とした場合には送風なしの判定が行われることにより、健全性の確認を行う。もしも送風量を健全性確認用の風量にしても、風圧スイッチ１２より送風ありの信号が送られ続け、送風なしとの判定が行われなかった場合には、風圧スイッチ１２などにおいて異常が発生しているとの判断を行う。この場合にはパージ監視装置１１は、送風量検出の異常を報知する警報を出力し、風圧スイッチ等の異常を早期に補修するようにする。

健全性の確認が行えると、送風量を微量パージ用の風量に戻し、燃焼待機での微量パージ運転を行う。図２では、その後も燃焼待機の状態が続いており、パージ監視装置１１ではパージ監視装置の健全性確認を終えた時刻Ｃから再び経過時間の計測を行いっている。健全性の確認は燃焼待機中に定期的に行うようにしており、時刻Ｃから所定時間が経過した時刻Ｄになると、再び健全性確認の操作を行っている。図２の場合、その後は燃焼を開始しており、低燃焼であれば低燃焼用の送風量、高燃焼であれば高燃焼用の送風量とする。

送風量を減少することによってパージ監視装置１１の健全性を確認する場合でも、送風を完全に停止させる必要はなく、減少させた状態で送風は継続するようにしておくと、炉内への燃焼排ガスの逆流を防止しつつ、風圧スイッチ１２の健全性を確認することができる。

燃焼待機時にも送風を継続することになると、パージ監視装置１１の健全性を確認することができないということになっていたが、以上のような操作を行うことで、常に送風を行うものであってもパージ監視装置１１の健全性を確認することができ、パージ監視装置に異常が発生した場合にはパージ監視装置１１の異常を検出することができる。そのため、パージ監視装置１１の異常が発生していることに気づかないままで、燃焼停止ボイラへの燃焼排ガスの逆流を防止する送風を行い、送風機など異常によって燃焼排ガスの逆流が発生することで知らぬ間にボイラ室内の空気が汚染されるということを防止することができる。

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。炉内ガス排出目的のパージ制御においても、送風を一旦停止してパージ監視装置の確認を行うと、パージ時間が長くなり負荷追従性が悪くなるが、上記のように送風は停止せずに健全性の確認を行うと、パージ時間が長くなって負荷追従性が悪くなることを防止できる。

１ ボイラ
２ 集合煙道
３ 炉内
４ 送風機モータ
５ 蒸気ヘッダ
６ 運転制御装置
７ 圧力検出装置
８ 送風機
９ バーナ
１０ 台数制御装置
１１ パージ監視装置
１２ 風圧スイッチ

Claims (1)

1. 炉内へ向けて火炎を発生させるバーナ、空気を加圧して前記バーナへ空気を供給する送風機、前記の送風機とバーナの間を接続しており送風機からの空気をバーナへ送る送風路、送風路を通して供給している空気の流れを検出する送風検出装置を持った燃焼装置であって、バーナによる燃焼を行っていない状態で送風機の作動を行っている場合に、送風路を通して供給している空気量を一時的に送風検出装置の送風検出限界よりも低下させることで、送風検出装置による送風検出が行えない状態を作り出し、そのことによって送風ありの出力を行っていた送風検出装置が送風なしの出力を行うことを確認することで健全性の確認を行うパージ監視装置を持った燃焼装置。

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