JP6380113B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラシステムに関し、特に、ボイラで生成された蒸気が負荷機器で使用された後に凝縮して生じるドレンを、クローズド方式でドレンタンクに回収して前記ボイラに給水するボイラシステムに関する。

従来、ボイラで生成した蒸気は、負荷機器に供給されて、負荷機器で使用された後に凝縮してドレンとして排出される。このドレンを、クローズド方式でドレンタンクに高温・高圧の状態で回収して、再度ボイラに給水する、ボイラシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）

このボイラシステムでは、ドレンタンクからボイラへのドレン給水ラインに給水ポンプが配設されており、この給水ポンプの下流側に給水制御弁が配設されている。そして、給水ポンプによって吐出されたドレンは、給水制御弁によってボイラへの給水量が調整されるようになっている。

特開２０１２−２３８４号公報

ところで、ドレンタンクに回収された蒸気は、負荷機器側での使用状況によって、ドレンタンクに回収されるドレンの温度、圧力が異なるために、ドレンタンク内の圧力は変動しやすい。この結果、給水ポンプの上流側の圧力が変動することになり、これに伴い、給水ポンプの吐出圧が変動する。また、給水ポンプの吐出性能の経時変化又はドレン給水ライン内の詰まり等によっても、給水ポンプの吐出圧が変動する場合がある。

この場合、給水制御弁の弁開度を所定の弁開度に固定して、ボイラ内へ一定量の給水を行う（以下、定流量給水モードと称する）場合、給水ポンプの吐出圧が変動すると、ボイラへの給水量が変化するので、ボイラ内の水位が精度よく制御されない。例えば、ボイラ内の水位が適切な水位よりも低い場合、ボイラ内の水管が過熱されることになり、ボイラ内の水位が適切な水位よりも高い場合、生成される蒸気の乾き度が低下することになる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、クローズド方式のドレンタンクからボイラへ給水するボイラシステムにおいて、定流量給水モードにおけるボイラへの給水量を定流量に精度よく制御できる、ボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、ボイラで生成された蒸気が負荷機器で使用された後に凝縮して生じるドレンを、クローズド方式でドレンタンクに回収して、前記ボイラに給水する、ボイラシステムであって、前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続するドレン給水ラインに配設された給水ポンプと、前記給水ポンプの吐出圧を検出する、吐出圧検出器と、前記ドレン給水ラインにおいて前記吐出圧検出器よりも下流側に配設され、前記ボイラへの給水量を制御する、給水制御弁と、前記給水制御弁の弁開度を制御する給水制御手段と、を備え、前記給水制御手段は、前記給水制御弁の弁開度を補正する弁開度補正部を含んでおり、前記弁開度補正部は、前記ボイラへ一定量で給水を行う定流量給水モードにおいて、前記給水ポンプの標準吐出圧に対応して予め設定された定流量弁開度を、前記ボイラへ一定量で給水するように前記吐出圧検出器で検出された前記吐出圧に基づいて補正する、ことを特徴とする。

本発明によれば、定流量給水モードにおける定流量弁開度が、ボイラへの給水量が一定量となるように、給水ポンプの実吐出圧に基づいて補正される。したがって、ボイラへの給水量が、ドレンタンクの内圧やドレン給水ラインの詰まり等によらず一定量に精度よく制御される。

（１）前記弁開度補正部は、前記吐出圧が前記標準吐出圧より高くなるにしたがって、前記定流量弁開度を閉じる方向に補正し、前記吐出圧が前記標準吐出圧より低くなるにしたがって、前記定流量弁開度を開く方向に補正する、ことが好ましい。

本構成によれば、給水ポンプの実吐出圧が標準吐出圧よりも高くなるにしたがって、定流量弁開度が閉じる方向に補正さるので、高い吐出圧のためにボイラへの給水量が増大することが抑制される。また、給水ポンプの吐出圧が標準吐出圧よりも低くなるにしたがって、定流量弁開度が開き方向に補正されるので、低い吐出圧のためにボイラへの給水量が低減することが抑制される。よって、定流量モードにおける、ボイラへの給水量が一定量に精度よく制御される。

（２）前記吐出圧が前記ボイラの蒸気圧よりも低い場合にアラームを発する、報知手段を、さらに備えている、ことが好ましい。

本構成によれば、ユーザにドレン給水ラインからボイラへ給水が行えないことを報知させることができる。これによって、早期にドレン給水ラインにおける不具合の確認が促される。

（３）前記ドレン給水ラインとは異なる給水系統の補給水供給ラインをさらに備えており、前記ボイラの蒸気圧が前記吐出圧よりも高い場合、前記補給水供給ラインから前記ボイラへ給水を行う、ことが好ましい。

本構成によれば、ドレン給水ラインからボイラへ給水が行えない場合、補給水供給ラインから給水を行えるので、ボイラへの給水不足を抑制できる。したがって、水管の過熱を防止できる。

本発明にかかるボイラシステムによれば、クローズド方式のドレンタンクからボイラへ給水するボイラシステムにおいて、ボイラへの給水が、ドレンタンクの内圧の変動、給水ポンプの吐出性能の変化、ドレン給水ラインの詰まり等によらず、定流量で精度よく制御される。

本実施形態に係るボイラシステムの概略構成を示すブロック図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 ボイラシステムの給水制御を示すフローチャートである。 定流量給水モードでの給水を示すサブルーチンである。

［ボイラシステムの全体構成］
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るボイラシステムを説明する。図１は、本実施形態に係るボイラシステムの概略構成を示している。ボイラシステムは、複数の水管を有する多管貫流式のボイラ１と、ボイラ１で生成された蒸気が留められるスチームヘッダ４と、スチームヘッダ４から蒸気が供給される熱交換器等の負荷機器６と、負荷機器６で使用された蒸気が凝縮して生じるドレンを排出するスチームトラップ７と、スチームトラップ７から排出されたドレンを回収するドレンタンク８と、ボイラシステムの運転状態を表示する表示器７０と、を備えている。

ドレンタンク８は密閉型の加圧タンクであって、ドレンはクローズド方式で回収される。ドレンタンク８に回収されたドレンは、ドレン給水ライン９を介してボイラ１へ再び給水される。ドレン給水ライン９には、ドレン給水ポンプ１０と、吐出圧検出器１１と、給水制御弁１２と、逆止弁１３と、がドレンタンク８側から順に配設されている。

ドレン給水ポンプ１０は、クローズド方式用の給水ポンプであって、ボイラ１への給水の有無にかかわらず、常時駆動されている。給水制御弁１２が閉弁している場合、ドレン給水ポンプ１０から吐出されたドレンは、戻しライン１４を介してドレンタンク８とドレン給水ポンプ１０との間に還流される。

吐出圧検出器１１は、ドレン給水ポンプ１０から吐出されたドレンの圧力を検出する。給水制御弁１２は、弁開度を変更することによってボイラ１への給水量を制御するものであり、例えば給水用モータバルブである。

逆止弁１３の下流側には、故障時などのバックアップのために、補給水タンク１５からボイラ１へ給水を行うための補給水供給ライン１６が接続されており、補給水供給ライン１６には、補給水供給ポンプ１８と、逆止弁１９と、が補給水タンク１５側から順に配設されている。なお、前記故障時とは、例えば、ドレン給水ポンプ１０の故障、ドレン給水ライン９中の流路の詰まり、又は給水制御弁１２の故障等のために、ドレン給水ライン９の給水圧（ドレン給水ポンプ１０の吐出圧）がボイラ１の内圧よりも低く、ドレン給水ライン９からボイラ１への給水を行えないときである。

ボイラ１のバーナ２３には、例えば燃料ガスを供給する燃料供給ライン２４が接続されている。燃料供給ライン２４には燃料制御弁２６が配設されており、燃料制御弁２６によってバーナ２３への燃料ガスの供給量が制御される。

また、ボイラ１には、ボイラ１内の圧力（すなわち蒸気圧）を検出する蒸気圧検出器２８と、ボイラ１内の実水位であるボイラ水位を検出する水位検出器２９と、が設けられている。また、ボイラ１には、正常に作動するための上限水位と下限水位とが設定されており、後述する制御装置５０によって、ボイラ水位が上限水位と下限水位との間に制御されるようになっている。

また、ボイラシステムは、制御装置５０を備えており、制御装置５０によって、ボイラ１への給水が、ボイラシステムの作動状況に応じて、連続給水モードと、定流量給水モードと、給水停止モードと、に制御される。連続給水モードでは、ボイラ水位と後述するボイラ１の目標水位との水位差に応じて、ボイラ１への給水が連続的に調整される。定流量給水モードでは、ボイラ水位を目標水位に早急に近づけるように、ボイラ１への給水量が一定の高水量で行われる。給水停止モードでは、ボイラへの給水が行われない。

［制御装置］
図２に示すブロック図を参照しながら、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶手段等を備えた周知のコンピュータと、該コンピュータに実装されたソフトウェアとによって実現されている。

制御装置５０は、ボイラ１の熱要求を判定する熱要求判定部５１と、バーナ２３の燃焼を制御する燃焼制御部５２と、ボイラ１への給水を制御する給水制御手段６０と、表示器７０にボイラ１の運転状態を表示させる表示制御部５３と、記憶部５４と、を備えている。給水制御手段６０は、目標水位決定部６１と、給水モード設定部６２と、給水弁制御部６３と、弁開度補正部６４と、を有している。

熱要求判定部５１は、蒸気圧検出器２８によって検出されたボイラ１内の蒸気圧に基づいて、ボイラ１の熱要求を判定する。すなわち、ボイラ１内の蒸気圧が、所定の蒸気圧範囲よりも高い場合に熱要求が「低い又は無い」と判定し、所定の蒸気圧範囲内である場合には熱要求が「中程度」と判定し、所定の蒸気圧範囲よりも低い場合に熱要求が「高い」と判定する。また、熱要求判定部５１は、例えば、負荷機器６で消費される蒸気量やスチームヘッダ４内における蒸気圧に基づいて、ボイラ１の熱要求を判定してもよい。

燃焼制御部５２は、熱要求判定部５１によって判定されたボイラ１の熱要求に応じて、バーナ２３への燃料供給量を調整するように燃料制御弁２６を制御して、バーナ２３の燃焼状態を高燃焼状態、中燃焼状態、低燃焼状態、燃焼停止状態に制御する。すなわち、燃焼制御部５２は、バーナ２３の燃焼状態を、熱要求が「高い」場合に高燃焼状態に制御し、熱要求が「中程度」の場合に中燃焼状態に制御し、熱要求が「低い」場合に低燃焼状態に制御し、熱要求が「無い」場合に燃焼停止状態に制御する。なお、実施に応じては、高燃焼状態、中燃焼状態、低燃焼状態、燃焼停止状態に制御する多位置制御とする他に、熱要求に応じて比例的に燃料供給量を調整する連続制御としてもよい。

給水弁制御部６３は、ボイラシステムの作動状態を表示するように表示器７０を制御する。また、例えば、ドレン給水ライン９におけるドレン給水ポンプ１０の吐出圧が、ボイラ１内の蒸気圧よりも低い場合に、ドレン給水ライン９からボイラ１へ給水を行えないことを、表示器７０にアラームを報知させる。

記憶部５４には、定流量給水モードにおける給水制御弁１２の定流量弁開度が記憶されている。定流量弁開度は、ドレン給水ポンプ１０の標準吐出圧、すなわち、吐出性能が経時変化しておらず、且つ、ドレン給水ライン９内が異物等で詰まっていない状態での、ドレン給水ポンプ１０が正常に作動しているときの吐出圧である標準吐出圧に基づいて、ボイラ１へ一定の高水量で給水されるように、ボイラ１の蒸気圧毎に設定されている。

目標水位決定部６１は、ボイラ１内の蒸気圧とバーナ２３の燃焼状態に基づいて、ボイラ１内の目標水位を決定する。具体的には、バーナ２３が高燃焼状態に制御されている場合には、乾き度の高い蒸気を生成するように、目標水位を低く設定する。一方、バーナ２３が低燃焼状態に制御されている場合には、水管の過熱を防止するように目標水位を高く設定する。また、蒸気圧が低い場合には、乾き度の高い蒸気を生成するように、目標水位を低く設定する。一方、蒸気圧が高い場合には、水管の過熱を防止するように目標水位を高く設定する。なお、これに加えて、ボイラ１への給水温度、及び電気伝導度に基づいて、目標水位を決定してもよい。

給水モード設定部６２は、目標水位決定部６１によって決定された目標水位と、水位検出器２９によって検出されたボイラ水位とから、ボイラ１の給水モードを設定する。具体的には、ボイラ水位の目標水位に対する水位差が、所定の閾値内（例えば数ｍｍ以内）である場合、ボイラ１への給水を比例給水モードに設定する。

また、ボイラ水位の目標水位に対する水位差が所定の閾値を超えており、且つ、ボイラ水位が目標水位よりも低い場合、ボイラ１への給水を定流量給水モードに設定する。例えば、負荷機器６側の急激な負荷変動によって、バーナ２３の燃焼状態が、高燃焼状態から低燃焼状態に移行されて、このため目標水位が急激に高く変更された場合が、これに該当する。また、ボイラ水位が、下限水位を下回った場合にも、ボイラ１への給水を定流量給水モードに設定する。すなわち、定流量給水モードに設定することによって、一定量の高水量でボイラ１へ給水され、これによってボイラ水位が比例給水モードで制御できる水位に早急に上昇される。

また、ボイラ水位の目標水位に対する水位差が所定の閾値を超えており、且つ、ボイラ水位が目標水位よりも高い場合、又はボイラ水位が上限水位よりも高い場合、ボイラ１への給水を給水停止モードに設定する。

給水弁制御部６３は、給水モードに応じて、給水制御弁１２の弁開度を制御する。具体的には、給水弁制御部６３は、比例給水モードでは、給水制御弁１２の弁開度を、ボイラ水位を目標水位に近づけるように、ボイラ水位と目標水位との差に応じて連続的に制御する。

また、給水弁制御部６３は、定流量給水モードでは、給水制御弁１２の弁開度を、後述する弁開度補正部６４で補正された定流量弁開度に制御する。

また、給水弁制御部６３は、給水停止モードでは、給水制御弁１２を閉弁させるように制御する。

弁開度補正部６４は、ボイラ１内に蒸気圧に対応する、記憶部５４に記憶された定流量弁開度を、吐出圧検出器１１で検出されたドレン給水ポンプ１０の実吐出圧に基づいて、ボイラ１へ一定の高水量で給水されるように補正する。具体的には、ドレン給水ポンプ１０の実吐出圧が標準吐出圧よりも高くなるにしたがって、定流量弁開度を閉じる方向に補正し、実吐出圧が標準吐出圧より低くなるにしたがって、定流量弁開度を開く方向に補正する。

なお、実際のボイラにおいては、バーナ２３の燃焼制御に関しては、燃料制御弁２６の開閉制御のみならず、送風機や着火装置（図示しない）の制御も関連付けて行っているが、この実施例では説明の簡略化のために説明を省略する。

［ボイラシステムの給水制御］
図３のフローチャート及び図４のサブルーチンを参照して、ボイラシステムの給水制御について説明する。

図３に示すように、まず、ステップＳ１０１において、目標水位決定部６１は、蒸気圧検出器２８によって検出されたボイラ１内の蒸気圧、及びバーナ２３の燃焼状態に応じて、ボイラ１の目標水位を決定する。

次に、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５において、給水モード設定部６２は、水位検出器２９によって検出されたボイラ水位に基づいて、ボイラ１への給水モードを設定する。具体的には、ステップＳ１０２において、給水モード設定部６２は、ボイラ水位がボイラ１の上限水位よりも低いか否かを判定する。

ステップＳ１０２においてボイラ水位がボイラ１の上限水位よりも低いと判定された場合、ステップＳ１０３において、給水モード設定部６２は、ボイラ水位がボイラ１の下限水位よりも高いか否かを判定する。

ステップＳ１０３においてボイラ水位がボイラ１の下限水位よりも高いと判定された場合、ステップＳ１０４において、給水モード設定部６２は、ボイラ水位と目標水位との水位差が、所定の閾値内であるか否かを判定する。

ステップＳ１０４において、水位差が所定の閾値内であると判定された場合、ステップＳ１０６において、給水モード設定部６２は、ボイラ１への給水を比例給水モードに設定する。この場合、給水弁制御部６３が、給水制御弁１２の弁開度を、ボイラ水位を目標水位に近づけるように、ボイラ水位と目標水位との差に応じて連続的に制御する。

ステップＳ１０４において、水位差が所定の閾値内にないと判定された場合、ステップＳ１０５において、給水モード設定部６２は、ボイラ水位が目標水位よりも低いか否かを判定する。

ステップＳ１０５において、ボイラ水位が目標水位よりも低いと判定された場合、ステップＳ１０７において、給水モード設定部６２は、ボイラ１への給水を定流量給水モードに設定する。この場合、図４に示すように、ステップＳ２０１において、吐出圧検出器１１によって、ドレン給水ポンプ１０の実吐出圧を検出する。そして、ステップＳ２０２において、弁開度補正部６４は、実吐出圧に基づいて、流量弁開度を補正する。

そして、ステップＳ２０３にいて、給水弁制御部６３は、給水制御弁１２の弁開度を、弁開度補正部６４によって補正された定流量弁開度に制御する。これによって、ボイラ１へ所定量の高水量で給水を行えるように、実吐出圧に基づいて定流量弁開度が補正されるので、ドレン給水ポンプ１０の吐出性能の変化やドレンタンク８の内圧によらず、ボイラ１への給水量を一定量の高水量に精度よく制御できる。

図３を参照して、ステップＳ１０２において、ボイラ水位が上限水位よりも高いと判定された場合、給水モード設定部６２は、ボイラ１への給水を給水停止モードに設定する。このとき、給水弁制御部６３は、給水制御弁１２を閉弁させる。これによって、ボイラ１への給水を遮断してボイラ水位のさらなる上層を防止する。

また、ステップＳ１０３において、ボイラ水位が下限水位よりも低いと判定された場合、給水モード設定部６２は、ボイラ１への給水を定流量給水モードに設定する（ステップＳ１０８）。これによって、ボイラ１へ高水量で給水を行い、ボイラ１の下限水位を下回る状態を回避させる。

したがって、本実施形態に係るボイラシステムによれば、定流量給水モードにおける定流量弁開度が、ボイラ１への給水量が一定量となるように、ドレン給水ポンプ１０の実吐出圧に基づいて補正される。したがって、ボイラ１への給水量が、ドレン給水ポンプ１０の吐出性能の変化やドレンタンク８の内圧の変動やドレン給水ライン９の詰まり等によらず一定量の高水量に精度よく制御される。

また、弁開度補正部６４は、定流量給水モードにおいて、ドレン給水ポンプ１０の実吐出圧が標準吐出圧よりも高くなるにしたがって、定流量弁開度を閉じる方向に補正するので、高い吐出圧のためにボイラ１への給水量が増大することが抑制される。また、弁開度補正部６４は、定流量給水モードにおいて、ドレン給水ポンプ１０の吐出圧が標準吐出圧よりも低くなるにしたがって、定流量弁開度を開き方向に補正するので、低い吐出圧のためにボイラ１への給水量が低減することが抑制される。よって、ボイラ１への給水量が一定量の高水量に精度よく制御される。

また、ドレン給水ポンプ１０の実吐出圧が、ボイラ１内の蒸気圧よりも低い場合には、表示制御部５３によって表示器７０にアラームを報知させてもよい。これによって、ユーザにボイラ１へドレン給水ライン９から給水が行えないことを報知させることができる。これによって、早期にドレン給水ライン９における不具合の確認が促される。

さらに、ドレン給水ライン９からの給水に代えて、補給水供給ライン１６からボイラ１へ給水を行うようにしてもよい。すなわち、給水制御弁１２を閉弁させた状態で、補給水供給ポンプ１８を作動させることによって、補給水タンク１５からボイラ１内へ給水を行うことができる。これによって、ドレン給水ライン９からボイラ１への給水が行えない場合でも、補給水供給ライン１６から給水を行えるので、ボイラ１への給水不足を抑制できる。したがって、水管の過熱を防止できる。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

以上のように、本発明に係るボイラシステムによれば、クローズド方式のドレンタンクからボイラへ給水するボイラシステムにおいて、ボイラへの給水が、ドレン給水ポンプの性能の変化や、ドレンタンクの内圧の変動や、ドレン給水ラインの詰まり等によらず、一定量に精度よく制御されるので、この種の製造技術分野において好適に実施される可能性がある。

１ ボイラ
４ スチームヘッダ
６ 負荷機器
７ スチームトラップ
８ ドレンタンク
９ ドレン給水ライン
１０ ドレン給水ポンプ
１１ 吐出圧検出器
１２ 給水制御弁
１３ 逆止弁
１５ 補給水タンク
１６ 補給水供給ライン
１８ 補給水供給ポンプ
２３ バーナ
２４ 燃料供給ライン
２６ 燃料制御弁
２８ 蒸気圧検出器
２９ 水位検出器
５０ 制御装置
５１ 熱要求判定部
５２ 燃焼制御部
５３ 表示制御部
５４ 記憶部
６０ 給水制御手段
６１ 目標水位決定部
６２ 給水モード設定部
６３ 給水弁制御部
６４ 弁開度補正部
７０ 表示器

Claims (4)

1. ボイラで生成された蒸気が負荷機器で使用された後に凝縮して生じるドレンを、クローズド方式でドレンタンクに回収して、前記ボイラに給水する、ボイラシステムであって、
   前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続するドレン給水ラインに配設された給水ポンプと、
   前記給水ポンプの吐出圧を検出する、吐出圧検出器と、
   前記ドレン給水ラインにおいて前記吐出圧検出器よりも下流側に配設され、前記ボイラへの給水量を制御する、給水制御弁と、
   前記給水制御弁の弁開度を制御する給水制御手段と、を備え、
   前記給水制御手段は、前記給水制御弁の弁開度を補正する弁開度補正部を含んでおり、
   前記弁開度補正部は、前記ボイラへ一定量で給水を行う定流量給水モードにおいて、前記給水ポンプの標準吐出圧に対応して予め設定された定流量弁開度を、前記ボイラへ一定量で給水するように前記吐出圧検出器で検出された前記吐出圧に基づいて補正する、ことを特徴とするボイラシステム。
2. 前記弁開度補正部は、前記吐出圧が前記標準吐出圧より高くなるにしたがって、前記定流量弁開度を閉じる方向に補正し、前記吐出圧が前記標準吐出圧より低くなるにしたがって、前記定流量弁開度を開く方向に補正する、
   請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記吐出圧が前記ボイラの蒸気圧よりも低い場合にアラームを発する、報知手段を、さらに備えている、
   請求項１又は２に記載のボイラシステム。
4. 前記ドレン給水ラインとは異なる給水系統の補給水供給ラインをさらに備えており、前記ボイラの蒸気圧が前記吐出圧よりも高い場合、前記補給水供給ラインから前記ボイラへ給水を行う、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載のボイラシステム。

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