JP6399579B2 - 多缶設置ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼停止のように燃焼値を段階的に調節するボイラを複数台設置しておき、ボイラが供給している蒸気の圧力値に基づいて各ボイラの燃焼量を制御する多缶設置ボイラに関するものである。

特開２０１２−１７０７８５号公報にあるように、複数台のボイラと、ボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置からなり、台数制御装置によって個々のボイラの燃焼状態を調節する多缶設置ボイラが広く使用されている。多缶設置ボイラの場合、各ボイラで発生した蒸気をスチームヘッダに集合させてから蒸気使用部へ供給しており、蒸気集合部での蒸気圧力を検出する圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいてボイラの運転を制御する。台数制御装置は、ボイラが供給している蒸気の圧力値を圧力調節範囲内に維持するように、ボイラ全体での燃焼量を制御するものであり、蒸気圧力値が低くなるとボイラ全体での燃焼量を大きくし、蒸気圧力値が高くなるとボイラ全体での燃焼量を小さくする。そして台数制御装置では、ボイラ全体での燃焼量から個々のボイラでの燃焼値を決定し、各ボイラに対して決定した燃焼値の燃焼指令を出力する。

台数制御では、蒸気圧力調節範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、スチームヘッダで検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの燃焼量を制御する。蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くすることで、蒸気圧力値が圧力調節範囲内を維持するように制御する。

図４は、高燃焼・中燃焼・低燃焼・燃焼停止の４位置で燃焼制御するボイラ４台で台数制御を行う場合の台数制御パターンを示している。図では４台のボイラを４個の長方形で表しており、各長方形にボイラの燃焼状態を記載している。ボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「高」、中燃焼の場合を「中」、低燃焼の場合を「低」、燃焼停止の場合を「停」で示している。図ではある蒸気圧力値によって定まる各ボイラの燃焼パターンを、蒸気圧力の区分ごとに示している。

この例でのボイラ１台当たりの蒸気発生量は、低燃焼の場合には０．５t、中燃焼の場合には１．５t、高燃焼の場合には３．０ｔであるとしている。ボイラには稼働優先順位を設定しており、稼働優先順位の高いボイラから順に燃焼量を増加し、稼働優先順位の低いボイラから順に燃焼量を減少する。稼働優先順位は図の左側のボイラから順に第１位から第４位と設定している。全てのボイラで燃焼停止となっている「停停停停」の状態から、全てのボイラで高燃焼となる「高高高高」まで１３の圧力区分があり、区分１から区分１３の１３段階分の燃焼パターンを設定している。この燃焼量は、各ボイラからの蒸気を集合させた部分での蒸気圧力値に対応させて設定しており、蒸気圧力値が高いほどボイラの燃焼量は小さくなるようにし、蒸気圧力値が低いほどボイラの燃焼量が大きくなっていくようにしておく。

蒸気圧力値が最も高い圧力区分である区分１の場合、全てのボイラで燃焼を停止しているために燃焼パターンは「停停停停」となり、蒸気発生量は０ｔとなる。蒸気圧力値が区分１から１段階低くなって区分２の圧力値になった場合、台数制御装置は稼働優先順位が１位のボイラに対しては低燃焼の燃焼指令を出力し、他のボイラは燃焼停止とする。この場合の燃焼パターンは「低停停停」となり、燃焼を行っているボイラは低燃焼の１台だけであるために蒸気発生量は０．５ｔとなる。さらに蒸気圧力値がもう一段階低い区分３の圧力区分内となると、稼働優先順位が第１位のボイラを中燃焼とし、その他のボイラは燃焼停止で燃焼パターンは「中停停停」となり、蒸気発生量は１．５ｔとなる。このように蒸気圧力値に基づいた燃焼パターンをボイラの全てが高燃焼となるまでは設定しておき、蒸気圧力値が低圧の区分に移るごとに燃焼量が１段階増加するようにしている。

また、台数制御での燃焼パターンの設定は、蒸気圧力が低下していく場合と上昇していく場合で別のルートをとることもある。蒸気圧力区分の区分３から区分５の部分では、二つの燃焼パターンを並列に設定している。区分２から区分３→区分４→区分５へと燃焼量が増加していく場合の燃焼パターンは、「中停停停」→「中低停停」→「中低低停」となるが、区分６から区分５→区分４→区分３へと燃焼量が減少していく場合の燃焼パターンは、「低低低低」→「低低低停」→「低低停停」としている。これは燃焼を行っているボイラは可能な限り燃焼を停止しないようにし、燃焼の発停が少なくなるように制御する方が負荷に対する追従性が良いためである。ボイラでは燃焼を停止していた状態から燃焼を開始する場合には、炉内に可燃性ガスが残留している状態で点火を行うことがないように、炉内を換気するプレパージを行っており、燃焼開始の指令を出力してもすぐには燃焼できない。この燃焼準備に要する時間が必要であるため、燃焼の発停が多くなると負荷追従性が悪くなる。

例えば、「中低低低」の燃焼状態から蒸気圧力値の上昇によって燃焼量を減少する場合、もし燃焼状態を「中低低停」とした場合、ボイラの燃焼台数が１台減少することになる。この直後に蒸気圧力値の低下で蒸気発生量の増加が必要となって「中低低低」に戻す場合、直前で燃焼を停止したボイラの燃焼を開始することになり、燃焼準備の時間が必要であるために追従性は悪くなる。これに対して、一段階燃焼量を減少する場合「中低低低」から「中低低停」とする替わりに「低低低低」としておいた場合、その直後に蒸気圧力値の低下で蒸気発生量の増加が必要となっても、低燃焼の１台を中燃焼に増加して「中低低低」とすることで燃焼量を一段階増加することができる。低燃焼で燃焼を行っているボイラの燃焼量を中燃焼に変更するのは短時間で行うことができるために追従性は良いものとなる。

また、多缶設置ボイラの台数制御では、複数台のボイラが燃焼と燃焼停止を短時間で繰り返すハンチングの発生を防止することも重要である。先にも記載した通り、燃焼を停止していたボイラが燃焼を開始して蒸気の供給を行うまでには一定の時間が必要となる。そのため、全てのボイラで燃焼を停止しておいた状態で蒸気圧力値が低下した場合、蒸気発生の準備を行っている間に蒸気圧力値が低下してさらに低圧側の圧力区分となり、本来なら燃焼を行う必要のないボイラに対しても燃焼を開始させることがある。

この場合の例を、蒸気圧力値と燃焼状態の変化状況を図５に基づいて説明する。図５では、蒸気圧力値の上昇によってボイラは全缶停止となっている状態から始めている。蒸気圧力値が低下した１段階下の圧力区分となった場合、稼働優先順位第１位のボイラに対して燃焼指令の出力を行う。しかし燃焼準備の工程が必要であってすぐの蒸気供給は行われないため、蒸気圧力値の低下は続く。燃焼準備を行っている間に蒸気圧力値はさらに下の圧力区分になると、第１位ボイラへの燃焼指令は中燃焼に引き上げているが、第１位ボイラはまだ燃焼を開始していないために蒸気の供給は行えない。さらに蒸気圧力が低下すると、稼働優先順位が次位の第２位ボイラにも燃焼指令を出力する。この時点でもボイラの燃焼は始まっていないために蒸気圧力の低下は続く。このことを繰り返すと、ボイラへの燃焼指令は、蒸気の使用量よりも大幅に大きな量の蒸気を供給することのできる燃焼量とすることになる。この場合、ボイラで燃焼準備の工程が終了すると、多数のボイラで次々と蒸気供給を開始することになり、蒸気の発生量は蒸気使用量よりも大幅に多いものとなる。すると、蒸気圧力値は急上昇し、制御範囲の上限に達すると、全てのボイラに対して燃焼停止の指令が出力され、ボイラは全缶燃焼停止の状態に戻る。すると、最初の状態に戻ったため、再びボイラからの蒸気供給が開始されるまでにボイラの燃焼量が必要以上に多くなるように燃焼指令の出力が行われる。このサイクルを繰り返すことになると、蒸気圧力値を安定させることができないというだけでなく、ボイラの燃焼発停回数が急増するためにボイラの寿命に悪影響を与え、さらには燃料や電力の使用量も増大することになる。そのためにハンチングの発生を抑えることが必要である。

ハンチングの発生を抑制する方法としては、蒸気発生量が急激に増加することを防止することが考えられる。ハンチングの発生は、前記の要因が連続してする起きることが原因であるため、連続した要因をどこかで断ち切ることでハンチングを抑制することができる。
特開２００７−１２０７８５に記載の発明では、蒸気圧力値から定まる必要燃焼量が現在燃焼量より大きい場合であっても、蒸気圧力値が上昇している場合には燃焼量を増加しないとしている。蒸気圧力値から定まる必要燃焼量が現在燃焼量より大きい場合、通常であればボイラの燃焼量を増加するが、すでに蒸気圧力値は上昇を開始している場合には、燃焼量を増加すると後で蒸気圧力値の急上昇に繋がる。そのため、蒸気圧力値が上昇している場合には燃焼量を増加しないとすることで、蒸気発生量が急増することを防止するようにしている。このようにすることで、ボイラ全缶での燃焼と燃焼停止を短期間に繰り返すハンチングに発生を防止することができるというものである。

しかしこの制御は、蒸気圧力値の変化方向がそれまでとは逆方向に反転した後に開始するものであるが、この状態では既に手遅れになることがあり、上記の方法だけではハンチングの発生を防止できないことがあった。

特開２００７−１２０７８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、
ボイラを複数台設置している多缶設置ボイラにおいて、ボイラが短時間で発停することを繰り返すハンチング動作の発生を起こしにくくし、蒸気圧力を安定させることにある。

請求項１に記載の発明は、燃焼量を段階的に制御するボイラを複数台並列に設置し、各ボイラで発生させた蒸気は集合させてから供給するようにしており、蒸気集合部に設けた圧力検出装置にて検出した蒸気の圧力値に基づき、各ボイラの燃焼量を制御する台数制御装置を持った多缶設置ボイラにおいて、
台数制御装置には、蒸気圧力値が台数制御の圧力上限に達した時より設定時間の間は、ボイラの燃焼量増加に制限を加えるオーバーシュート検知制御を設定しており、オーバーシュート検知制御では、最大の燃焼量まで燃焼量の増加を可能とするボイラと、最小の燃焼量までしか燃焼量を増加させないボイラを設定することによって、ボイラの燃焼量増加に制限を加えていることを特徴とする多缶設置ボイラ。

請求項２に記載の発明は、前記の多缶設置ボイラにおいて、ボイラは点火前に炉内の換気を行うプレパージを行うものであり、燃焼量の制限を行う前記の設定時間はプレパージに要する時間の２倍から３倍の値に設定していることを特徴とする。

本発明を実施することで、ボイラ全体での燃焼量が必要量よりも大幅に大きくなることを防止することができるため、蒸気圧力値の急上昇を防止することができる。その結果、ボイラの燃焼停止を短時間で連続して行って逆に蒸気圧力の急低下を招くことによるハンチングが発生するということを防止することができる。また、最小の燃焼量までしか燃焼していないボイラを準備しておくと、それらボイラは燃焼準備の工程は終了しているものであるため、そこからの燃焼量増加は短時間で行える。そのため負荷が大きく、より多くのボイラで大きな燃焼量が必要という場合であっても対応することができる。

本発明の一実施例を行っている多缶設置ボイラのフロー図 本発明の一実施例でのオーバーシュート検知時における台数制御パターン説明図 本発明の一実施例でのオーバーシュート検知時の台数制御を行っている場合での運転状況を模式的に表した説明図 本発明の一実施例での通常時における台数制御パターン説明図 比較のため、通常の台数制御を行った場合での運転状況を模式的に表した説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を行っている多缶設置ボイラのフロー図、図２はオーバーシュート検知時における台数制御パターン説明図、図３はオーバーシュート検知時の台数制御を行っている場合での運転状況説明図、図４は通常の台数制御を行っている場合での台数制御パターン説明図、図５は図３との比較のため、通常の台数制御を行っている場合での運転状況説明図である。

図１では１号缶から４号缶のボイラ１を並列に設置しており、各ボイラ１で発生させた蒸気を集合させるスチームヘッダ４を設けている。各ボイラ１とスチームヘッダ４の間を蒸気配管５で結んでおき、各ボイラ１で発生させた蒸気はスチームヘッダ４に集合させた後で蒸気使用部（図示せず）へ送る。スチームヘッダ４には、蒸気圧力値を検出する圧力検出装置６を設け、圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値は台数制御装置３へ送る。台数制御装置３には、蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を定めている台数制御パターンを設定しておき、台数制御装置３が各ボイラにおける燃焼の有無及び燃焼値を決定する。各ボイラには、それぞれに運転制御装置２を設けており、運転制御装置２は台数制御装置３からの燃焼要求信号を受けてボイラの燃焼を行う。

各ボイラは、高燃焼、中燃焼、低燃焼、燃焼停止の四位置燃焼制御を行う。各ボイラでの１時間当たりの蒸気発生量は、高燃焼の場合には３．０t、中燃焼では１．５t、低燃焼では０．５tであるとしている。

台数制御装置３には、各ボイラ１に対して優先順位を設定しておき、台数制御装置３は優先順位の高いものから何番目のボイラをどの燃焼値とするかということを決定する。台数制御装置に設定しておく台数制御パターンは、図２と図４に記載しているものとなる。
台数制御装置にて行う台数制御は、オーバーシュート発生時に行う台数制御であるオーバーシュート検知制御と、それ以外の場合に行う通常台数制御がある。台数制御装置３にて行うボイラの台数制御は、台数制御装置３に設定している台数制御パターンに基づいて行い、圧力検出装置６で検出した蒸気圧力値が低いほどボイラの燃焼量を多くし、蒸気圧力値が高いほど燃焼量を少なくする。蒸気の発生量が蒸気の使用量より大きい場合には蒸気圧力値は上昇し、蒸気の発生量が蒸気の使用量より小さい場合には蒸気圧力値は低下することとなる。そのため、台数制御装置３は蒸気圧力値を制御圧力幅内に保つように、蒸気圧力値が高くなればボイラの燃焼量を少なくし、蒸気圧力値が低くなればボイラの燃焼量を多くする台数制御を実施する。

オーバーシュート検知制御は、蒸気圧力値が台数制御の圧力上限に達した場合であるオーバーシュート発生時に行うものであり、オーバーシュートの検出から設定時間の間は、ボイラの燃焼量増加を制限する。オーバーシュート検知制御では、例えばオーバーシュートを検知した時より１分間は、稼働優先順位が第２位以下のボイラでは中燃焼以上に燃焼しないとすることで燃焼量の増加を制限する。燃焼量の制限を行う前記の設定時間は、プレパージに要する時間の２倍から３倍の値に設定することが好ましい。ボイラでは燃焼を開始する前に２５秒程度のプレパージを行う必要があり、燃焼指令の出力から実際に燃焼が始まるまでにはタイムラグが発生する。このタイムラグがあるために多缶設置ボイラでは燃焼の発停が短時間で繰り返されるハンチングを発生することがある。燃焼量制限の設定時間は、短すぎるとハンチングの発生を抑制する効果が弱まり、長くしすぎると蒸気の供給が足りなくなるおそれが高まるため、プレパージ時間の２倍から３倍が適当である。
オーバーシュート検知制御中は図２に記載している台数制御パターンで台数制御を行い、オーバーシュート発生から１分を経過した以降は図４に記載の台数制御パターンで台数制御を行う。

図２及び図４でボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「高」、中燃焼の場合を「中」、低燃焼の場合を「低」、燃焼停止の場合を「停」で示している。台数制御対象ボイラの台数は４台であって、４つ並べた長方形で各ボイラを表現している。各ボイラには稼働優先順位を設定しており、稼働優先順位は左端が第１位、その右側が第２位、さらに右側が第３位であり、右端のボイラを第４位としている。台数制御での燃焼パターンは蒸気圧力値に対応させて設定しており、図では上段ほど蒸気圧力値が高いものとなる。最上段の圧力区分を区分１、最下段の圧力区分を区分１３とし、区分１から区分１３まで設定している。

まず、オーバーシュート検知制御ではない通常の台数制御を図４に記載の台数制御パターンに基づいて、燃焼状態の説明をする。各ボイラに対してどの燃焼指令を出力するかの決定は、その時点における蒸気圧力値から定まる。ここでの台数制御のパターンの設定は、全缶停止状態からの燃焼開始時は、稼働優先順位が第１位のボイラに対して中燃焼の燃焼指令を出力するまでは、他のボイラに対する燃焼指令は行わず、中燃焼のボイラを確保した後に燃焼台数の増加を行うようにしている。

具体的な台数制御パターンは次のとおりとなる。蒸気圧力値が台数制御範囲の上限よりも高い場合は区分１となり、この場合は４台のボイラ全てが燃焼停止となり、燃焼を行っているボイラがないために蒸気発生量は０ｔ／ｈとなる。区分１から蒸気圧力値が１段階下がって区分２の圧力になると、稼働優先順位第１位のボイラを低燃焼、第２から第４位のボイラは燃焼停止とする。燃焼を停止していたボイラでは燃焼を開始する際にプレパージなど燃焼準備の工程が必要であり、蒸気はすぐには発生しないが、蒸気の発生が始まると低燃焼１台と燃焼停止３台になるために、ボイラ全体での蒸気発生量は０．５ｔ／ｈとなる。各燃焼パターンにおける蒸気発生量は、図中の燃焼パターン表示右側に記載している。区分２の場合、蒸気圧力値が増加する方向への変化と、蒸気圧力値が減少する方向への変化の２通りがあるため、区分２から出ている矢印は区分１と区分３の２方向になっている。燃焼パターンの変更は、この矢印の向きに行われる。

区分３での燃焼パターンは、稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼として第２位から第４位は燃焼停止とするパターンと、稼働優先順位第１位と第２位のボイラで低燃焼とし第３位と第４位は燃焼停止とする２通りの燃焼パターンを設定している。区分２から蒸気圧力値の低下で区分３に移ってきた場合には、第１位ボイラを中燃焼とする燃焼パターンとする。第１位と第２位を低燃焼とする燃焼パターンとするのは、区分４から蒸気圧力値の上昇で区分３に移ってきた場合であり、どちらの燃焼パターンとするかは一つ前の燃焼パターンによって定まる。

同様に区分４での燃焼パターンも、稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼、第２位のボイラを低燃焼、第３位と第４位は燃焼停止としたパターンと、稼働優先順位第１位から第３位のボイラで低燃焼とし第４位は燃焼停止とする２通りの燃焼パターンを設定している。
そして区分５でも、稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼、第２位と第３位のボイラを低燃焼とし、第４位は燃焼停止としたパターンと、稼働優先順位第１位から第４位のボイラで低燃焼とした２通りの燃焼パターンを設定している。

同一区分で２つの燃焼パターンを設定しているのは区分３から区分５の間であり、区分６からは以降は再び一つの燃焼パターンとなる。区分６では、稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼、第２位から第４位のボイラを低燃焼としている。この場合の蒸気発生量は３．０ｔ／ｈとなる。区分６から低圧側の区分では、ボイラの燃焼台数は最大になっているために燃焼を行っているボイラで燃焼量を増加していく。蒸気圧力の値が区分６から区分７に移ると、それまで低燃焼であった稼働優先順位第２位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更し、燃焼パターンは稼働優先順位第１位と第２位で中燃焼、第３位と第４位で低燃焼となる。

同様に区分８になると稼働優先順位第３位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更し、燃焼パターンは稼働優先順位第１位から第３位で中燃焼、第４位で低燃焼となり、
区分９になると稼働優先順位第４位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更し、燃焼パターンは４台の全てが中燃焼となる。

さらに蒸気圧力値が低下して蒸気圧力値が区分９から区分１０に移ると、稼働優先順位第１位のボイラを高燃焼、第２位から第４位のボイラを中燃焼としている。区分１０以降は中燃焼のボイラを高燃焼に変更することで燃焼量を増加していく。区分１１では稼働優先順位第２位のボイラを高燃焼とすることで、稼働優先順位第１位と第２位で高燃焼、第３位と第４位で中燃焼とする。同様に、区分１２では稼働優先順位第３位のボイラを高燃焼とすることで、稼働優先順位第１位から第３位で高燃焼、第４位で中燃焼とし、区分１３では稼働優先順位第４位のボイラを高燃焼とすることで、台数制御対象ボイラの全てを高燃焼とする。

区分１３から蒸気圧力値が上昇していく場合、蒸気圧力値の上昇によって区分１２になると、稼働優先順位第４位のボイラで燃焼量を高燃焼から中燃焼に変更することで高燃焼３台と中燃焼１台とし、さらに蒸気圧力値が上昇して区分１１になると稼働優先順位第３位のボイラで燃焼量を高燃焼から中燃焼に変更して高燃焼２台と中燃焼２台とするように、蒸気圧力が上昇するとボイラでの燃焼量を減少していく。区分６までは蒸気圧力低下時に辿ってきたのとは逆に辿っていく。

区分５の範囲に蒸気圧力値が入った場合には、図の右側欄に記載している燃焼台数を多くする燃焼パターンを採る。区分６では、稼働優先順位第１位のボイラで中燃焼、第２位から第４位は低燃焼となっていたものが、区分５になると稼働優先順位第１位のボイラで低燃焼への変更が行われ、台数制御対象ボイラの全てが低燃焼となっている。燃焼量増加時には使用したが、燃焼量減少時には使用しないとした区分５のもう一方の燃焼パターンでは、稼働優先順位第４位のボイラは燃焼を停止して燃焼台数は３台となっている。そのため、もしも燃焼台数が４台の区分６から区分５に移る際に図左側の燃焼台数３台の燃焼パターンに移った場合にはここで燃焼台数の減少が行われる。その後に蒸気圧力値が低下して区分６の燃焼パターンに戻ることになると、直前で燃焼を停止したボイラで燃焼を再開させなければならない。しかし燃焼を再開する場合には燃焼準備の工程が必要であるために一定の時間が必要となる。これに対して区分５では図右側の４台のボイラを低燃焼にするとしておいた場合、その後に蒸気圧力値が低下して区分６の燃焼パターンに戻ることになると、稼働優先順位第１位のボイラを低燃焼から中燃焼へ変更することで蒸気発生量を増加することができ、この場合は短時間で蒸気発生量を増加することができるため、負荷に対する追従性を高くすることができる。

区分５からさらに蒸気圧力値が上昇して区分４になると、ここでは燃焼台数を減少しなければボイラの燃焼量を減少できないため、稼働優先順位第４位のボイラに燃焼停止の指令を出力し、燃焼を停止させる。この場合も燃焼量の増加が必要になった場合は、そのまま低燃焼４台の燃焼パターンに戻るのではなく、図左側の中燃焼１台と低燃焼２台の燃焼パターンに移る。ここでは、稼働優先順位第１位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更することによって燃焼量の増加を短時間で行うことができる。

区分４から蒸気圧力値が上昇して区分３になった場合も同様であり、ここでは稼働優先順位第３位のボイラに燃焼停止の指令を出力し、燃焼を停止させる。この場合も燃焼量の増加が必要になった場合は、稼働優先順位第１位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更することによって燃焼量の増加を短時間で行うことができる。区分３から区分２になると、区分２では燃焼パターンは一つだけとなっている。区分２となれば稼働優先順位第２位のボイラで燃焼を停止して稼働優先順位第１位のボイラによる低燃焼１台のみとする。
区分１になれば、稼働優先順位第１位のボイラも燃焼を停止し、全てのボイラが燃焼停止の状態となる。

続いてオーバーシュート検知制御を行う場合の台数制御パターンを図２と図３に基づいて説明をする。オーバーシュート検知制御は、台数制御の圧力上限である区分１の圧力まで蒸気圧力値が上昇した時点より設定時間が経過するまでは図２に記載している台数制御パターンによって台数制御を行う。この設定時間は任意の値を設定することができ、例えば１分間と設定しておけば蒸気圧力値が圧力上限に達したときより１分間はオーバーシュート検知制御での台数制御を行う。オーバーシュート検知制御を行うのは設定時間の間だけであり、設定時間が経過すると図４に記載している通常の台数制御に戻ることになる。そのため、オーバーシュート検知制御を開始しても、蒸気圧力値の低下速度が緩やかであって、設定時間内に区分６よりも蒸気圧力値の高い区分に入らなかったという場合は、設定時間が経過した時点でそのまま通常の台数制御に戻るため、その場合には通常の台数制御と同じになる。

オーバーシュート検知制御の台数制御は、区分１でボイラを全缶停止している状態より始まる。この状態から蒸気圧力値が低下すると、台数制御装置３はボイラの燃焼量を増加する指令の出力を行う。燃焼量の増加は区分６までは図４に記載している通常の台数制御パターンと同じである。図３では、時刻Ａで蒸気圧力値が区分１の圧力に入り、燃焼を行っているボイラは０となった状態から開始している。時刻Ａからオーバーシュート検知制御を開始し、オーバーシュート検知制御での経過時間を計測しておく。時刻Ｂで蒸気圧力値が区分２になると、台数制御装置３は稼働優先順位が第１位のボイラに対して低燃焼の燃焼指令を出力する。燃焼指令を受けたボイラでは燃焼準備の工程を開始するが、この時点ではまだ燃焼は行えず、蒸気の供給はないために蒸気圧力値の低下は続く。

蒸気圧力値の低下速度が大きく、燃焼準備の工程中に蒸気圧力値が大きく低下していった場合には、蒸気供給を開始する前に台数制御装置３が出力する燃焼指令は増えていく。設定時間内に蒸気圧力値が区分７の圧力以下になった場合には、オーバーシュート検知制御特有の台数制御が行われる。

時刻Ｃの時点では蒸気圧力値は区分６から区分７に変化しているのであるが、オーバーシュート検知制御での台数制御では、区分７も区分６と同じ燃焼パターンとなっている。そのため台数制御装置３の出力する燃焼指令は、稼働優先順位第１位のボイラは中燃焼とし、第２位から第４位のボイラは低燃焼となる。図４での通常の台数制御パターンでは、区分６から区分７に移ると、稼働優先順位第２位のボイラで燃焼量を低燃焼から中燃焼に変更することで、稼働優先順位第１位と第２位のボイラで中燃焼とし、第３位と第４位は低燃焼としていた。しかし、オーバーシュート検知制御の図２では、区分７から区分９での燃焼パターンは区分６の燃焼パターンと同じとしており、稼働優先順位第１位のボイラで中燃焼とし、第２位から第４位は低燃焼としたままで変更していない。

そのため、図３では時刻Ｃで蒸気圧力値が区分６から区分７に移っても、設定しているボイラの燃焼パターンは同じであるため燃焼指令の増加は行われていない。さらに、蒸気圧力値が低下し、蒸気圧力値が区分８や区分９になっても燃焼パターンは区分６と同じであるためにボイラの燃焼量は変更しない。

そして図４の通常の台数制御パターンでは、区分９から区分１０に移行する際に稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼から高燃焼に変更している。図２のオーバーシュート検知制御での台数制御パターンでも、区分１０の燃焼パターンでは稼働優先順位第１位のボイラを高燃焼としている。そのため、オーバーシュート検知制御の図３でも、時刻Ｄで区分９から区分１０に移行する際には、稼働優先順位第１位のボイラを中燃焼から高燃焼に変更しており、ここからの燃焼指令は、稼働優先順位第１位のボイラは高燃焼、第２位から第４位のボイラは低燃焼とする。

その後も設定時間内に蒸気圧力の低下が発生することで蒸気圧力値が低圧側の区分に移動していっても、オーバーシュート検出制御での台数制御パターンでは区分１０以降の燃焼量は区分１０と同じであって、その間の台数制御装置３からの燃焼指令は一定となる。その後、時刻Ｅの以降にボイラの燃焼が始まっている。最初に燃焼を開始するのは稼働優先順位第１位のボイラである。第１位ボイラはこの時点では高燃焼の燃焼指令が出力されているため、燃焼開始後は短時間で高燃焼まで燃焼量を増加する。さらに時間が経過し、稼働優先順位が第２位のボイラから第４位のボイラでも順次燃焼を開始していく。ただし、第２位から第４位のボイラでは、低燃焼までしか燃焼しない。そのため、この時の蒸気発生量は最大時で４．５ｔ／ｈとなる。通常の台数制御を行っていた図５での最大蒸気発生量は１１．０ｔ／ｈであったため、これに比べると蒸気発生量は大幅に少なくなっている。その後は、蒸気の供給を行っているために蒸気圧力値は上昇している。蒸気圧力値の上昇速度は蒸気発生量に左右され、蒸気発生量が多いと蒸気圧力値の上昇は急角度となる。図５では蒸気発生量が多いため、蒸気圧力値は急上昇しており、それに伴ってボイラの燃焼停止を連続して行っている。

これに対し、オーバーシュート検出制御での台数制御では、燃焼量の急激な増加が発生しないようにしているため、蒸気圧力値の上昇は緩やかになっている。そのためにボイラの燃焼停止を連続的に行うことはなく、蒸気使用量と蒸気供給量の差が少なくなると、蒸気圧力値はほぼ一定となり、燃焼量の変更頻度も少なくなっている。

時刻Ｆでオーバーシュート検出制御の設定時間は終了し、オーバーシュート検出制御での台数制御は終了している。区分７から区分１３にある状態で通常の台数制御に戻った場合には、同じ区分であっても燃焼パターンが異なるために燃焼量を変更する制御が行われる。図３の場合は、時刻Ｆの時点では区分５であってオーバーシュート検出制御での台数制御と通常の台数制御では同一の燃焼パターンとなっているため、燃焼量の変更は行われていない。

また、オーバーシュート検出制御では、設定時間の間は蒸気供給量が制限されることになるため、蒸気量が足りなくなる可能性もある。そのためにオーバーシュート検知制御で燃焼量を制限する場合であっても、１台は燃焼量を中燃焼以上に増加することができるようにしておくことと、それ以外のボイラでも低燃焼までは行うようにしておくことで、蒸気必要量が急増した場合にも対応することができるようにしている。燃焼停止状態から蒸気供給を開始する場合には燃焼準備のための時間が必要であるが、低燃焼又は中燃焼の状態から燃焼量を増加する場合は短時間で行うことができ、すぐに蒸気供給量を増加することができる。

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。

１ ボイラ
２ 運転制御装置
３ 台数制御装置
４ スチームヘッダ
５ 蒸気配管
６ 圧力検出装置

Claims (2)

1. 燃焼量を段階的に制御するボイラを複数台並列に設置し、各ボイラで発生させた蒸気は集合させてから供給するようにしており、
   蒸気集合部に設けた圧力検出装置にて検出した蒸気の圧力値に基づき、各ボイラの燃焼量を制御する台数制御装置を持った多缶設置ボイラにおいて、
   台数制御装置には、蒸気圧力値が台数制御の圧力上限に達した時より設定時間の間は、ボイラの燃焼量増加に制限を加えるオーバーシュート検知制御を設定しており、
   オーバーシュート検知制御では、最大の燃焼量まで燃焼量の増加を可能とするボイラと、最小の燃焼量までしか燃焼量を増加させないボイラを設定することによって、ボイラの燃焼量増加に制限を加えていることを特徴とする多缶設置ボイラ。
2. 請求項１に記載の多缶設置ボイラにおいて、
   ボイラは点火前に炉内の換気を行うプレパージを行うものであり、
   燃焼量の制限を行う前記の設定時間はプレパージに要する時間の２倍から３倍の値に設定していることを特徴とする多缶設置ボイラ。

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