JP6642157B2

JP6642157B2 - ボイラ装置

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Publication number: JP6642157B2
Application number: JP2016054456A
Authority: JP
Inventors: 浩二三浦
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: JP2017166785A

Description

本発明は、段階的な複数の燃焼位置で燃焼可能な段階値制御ボイラの燃焼部の燃焼位置に応じて、缶体内の水位を制御するボイラ装置に関する。

従来、水が貯留される缶体と、段階的な複数の燃焼位置で燃焼し前記缶体を加熱する燃焼部と、前記缶体に水を供給する給水部と、前記缶体内の水位を検知する水位検知部と、前記缶体から水を排水する排水部と、燃焼部、給水部、水位検知部、及び排水部に電気的に接続されこれらを制御する制御部と、を備えるボイラ装置が知られている。
このようなボイラ装置においては、ボイラ内の缶水を長時間に亘り高温で加熱し続けると、発生する蒸気量に比例して缶水の濃縮が進行し、水管をはじめとする缶体内部の腐食、スケール付着、及びキャリーオーバーによる蒸気の乾き度の低下の原因となる。また、蒸気の乾き度が低下してくると、蒸気中に缶水が同伴するようになる。缶水には種々の成分が含まれているため、蒸気に直接触れる機器が腐食したり、蒸気配管において振動や異音が発生したりする状態が生じる。

このようなボイラ装置においては、熱回収、防食、圧力安定性等の観点から、濃縮ブロー量は、燃焼率に対して常時一定の割合になるよう制御されることが望ましいことから、予め所定時間を設定し、燃焼部の累積燃焼時間が予め設定した所定時間に達する毎に、排水部から缶水を排水させる濃縮ブローが行われている（特許文献１参照）。ここで、濃縮ブローを開始してから、次の濃縮ブロー開始までの時間をインタバル時間という。また、濃縮ブローを開始してから、次の濃縮ブロー開始までの期間を単にインタバルともいう。
この濃縮ブローにより、缶体から缶水が排出されるとともに、給水部から缶体内に給水されて、缶水が希釈されるようになっている。
複数の段階的な燃焼位置で燃焼可能な段階値制御ボイラにおいては、燃焼位置毎に適切な濃縮ブロー量が設定されている。このため、ボイラの燃焼位置に応じて適切な濃縮ブロー量を算定し、インタバル時間経過後に缶水を排出する濃縮ブローが行われている。

他方、複数の段階的な燃焼位置で燃焼可能な段階値制御ボイラにおいては、燃焼位置毎に缶体内の適正水位（以下「設定水位」ともいう）が設定されている。例えば、ボイラの燃焼量が高いほど蒸発が活発になるため、ボイラの燃焼位置が高いほど缶体内の設定水位は低く設定されている（特許文献２参照）。
このため、例えば、負荷増加に対応するために、燃焼位置を低燃焼位置から高燃焼位置に変更した場合、水位を早く下げる必要がある。逆に、燃焼位置を高燃焼位置から低燃焼位置に変更した場合、水位を早く上げる必要がある。
燃焼位置の変更に伴う缶体内の水位の制御は、給水ポンプの制御によることとしているが、給水ポンプの制御のみでは、必ずしも、水位の変更に対して迅速に追従することができない場合が生じうる。例えば、水位を上げる場合に、濃縮ブロー制御による排水とタイミングが重なる場合、水位を迅速に上げることができない場合が生じる。また、水位を下げる場合に、給水ポンプを停止させるだけでは水位を迅速に下げることができない場合が生じる。

特開２００２−１０６８０６号公報特開２０１４−２１９１１７号公報

このように、段階値制御ボイラにおいて、燃焼位置の変更に伴い、缶体内の水位を燃焼位置毎に設定される設定水位に迅速に変更することが求められている。

本発明は、段階値制御ボイラにおいて、燃焼位置の変更に伴い、適切なブロー量を確保するとともに、缶体内の水位を燃焼位置毎に設定される設定水位に迅速に変更することを目的とする。

本発明は、缶体と、段階的な複数の燃焼位置で燃焼し前記缶体を加熱する燃焼部と、缶体内の水位を検知する水位検知部と、前記缶体からの排水量を調節可能とする排水部と、燃焼部の燃焼状態に応じて前記缶体内の水位を制御する制御部と、を備えたボイラ装置であって、前記制御部は、前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知する燃焼位置変化検知部と、前記燃焼位置変化検知部により前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知した場合、前記燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている前記缶体内の設定水位の増減の変化を判定する設定水位判定部と、前記水位検知部により検知された水位と前記燃焼位置に対応する前記設定水位とを比較する水位比較部と、前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が低い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より高いと判定された場合、前記排水部により所定量の水を排水させる第１水位制御部と、を備えるボイラ装置に関する。

前記制御部は、さらに予め設定された所定の燃焼状態における設定インタバル時間及び前記燃焼部の燃焼状態に基づいて、インタバル時間を算定する濃縮ブロー算定部と、前記濃縮ブロー算定部により算定されたインタバル時間経過後に、濃縮ブローの排出量分又は排出時間の間、排水を行う濃縮ブロー制御部と、前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が高い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より低いと判定された場合、前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出をしている場合にも一時的に前記濃縮ブローの排出を止めるように制御する第２水位制御部と、を備えることが好ましい。

また、前記制御部は、予め設定された所定の燃焼状態における設定濃縮ブロー排出量又は排出時間に基づいて、前記排水部から排出する濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する濃縮ブロー算定部と、予め設定された所定のインタバル時間経過後に前記濃縮ブロー算定部により算定された濃縮ブローの排出量分又は排出時間の間、排水を行う濃縮ブロー制御部と、前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が高い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より低いと判定された場合、前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出をしている場合にも一時的に前記濃縮ブローの排出を止めるように制御する第２水位制御部と、を備えるようにしてもよい。

また、前記濃縮ブロー算定部は、さらに、前記第１水位制御部が前記インタバル時間中に前記排水部により所定量の水を排水させた場合、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の過多分を含めて、前記インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定することが好ましい。

また、前記濃縮ブロー算定部は、さらに、前記第２水位制御部が前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、前記インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、算定することが好ましい。

また、前記濃縮ブロー制御部は、さらに、前記第２水位制御部が前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を再開した場合に、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、前記濃縮ブロー算定部により算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行うことが好ましい。

本発明によれば、段階値制御ボイラにおける燃焼位置の変更に伴い、適切なブロー量を確保するとともに、缶体内の水位を燃焼位置毎に設定される設定水位に迅速に変更することができる。

本実施形態のボイラ装置１を模式的に示す図である。本実施形態のボイラ装置１における制御装置の機能的構成を示すブロック図である。本実施形態のボイラ装置１の排水動作の一例を示した図である。本実施形態のボイラ装置１の排水動作の一例を示した図である。

以下、本発明のボイラ装置の好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラ装置１は、水を加熱して蒸気を生成する蒸気ボイラである。
ボイラ装置１は、段階的な複数の燃焼位置で燃焼可能であり、燃焼位置を段階的に変更して燃焼可能な段階値制御ボイラからなる。段階値制御ボイラは、例えば、４つの燃焼位置（燃焼停止位置、低燃焼位置、中燃焼位置、高燃焼位置）で燃焼可能であり、燃焼位置を切り換えることで、燃焼量が段階的に制御可能とされる４位置制御ボイラとする。

ボイラ装置１は、図１に示すように、缶体２０と、蒸気圧測定部３０と、水位検知部３１と、給水ポンプ４と、気水分離部５と、排水部６と、制御装置７と、を備える。

缶体２０は、図１に示すように、ボイラ筐体２１と、複数の水管２２と、下部ヘッダ２３と、上部ヘッダ２４と、燃焼室２５と、燃焼部２６と、を備える。
ボイラ筐体２１は、缶体２０の外形を構成する。

複数の水管２２は、ボイラ筐体２１の内部に上下方向に延びて配置される。
下部ヘッダ２３は、ボイラ筐体２１の下部に配置される。下部ヘッダ２３には、複数の水管２２の下端部が接続される。
上部ヘッダ２４は、ボイラ筐体２１の上部に配置される。上部ヘッダ２４には、複数の水管２２の上端部が接続される。

燃焼室２５は、複数の水管２２に囲まれた空間により構成される。燃焼室２５は、これら水管２２と燃焼部２６からの燃焼ガス（炎及び排気ガス）とを熱交換させる。

燃焼部２６は、燃焼室２５の上方に配置され、段階的な複数の燃焼位置で燃焼することにより缶体２０の内部を加熱する。燃焼部２６は、燃料噴射ノズル及び空気供給ノズル（いずれも図示せず）を含んで構成される。燃焼部２６は、燃料噴射ノズルから燃料を缶体２０の燃焼室２５に向けて噴射するとともに、空気供給ノズルから空気を缶体２０の燃焼室２５に供給して、燃料を燃焼させる。
本実施形態では、各燃焼位置における燃焼部２６の燃焼量は、高燃焼位置における燃焼を１００％とした場合、中燃焼位置における燃焼が５０％、低燃焼位置における燃焼が２０％となるように設定されている。

蒸気圧測定部３０は、ボイラ装置１の上部ヘッダ２４の内部の蒸気圧（「ヘッダ蒸気圧」という）を測定する。蒸気圧測定部３０で測定されたヘッダ蒸気圧は、制御装置７へ測定信号として送信される。

水位検知部３１は、水管２２に貯留される缶水Ｗ２の水位を検出する。水位検知部３１で検出された缶水Ｗ２の水位は、制御装置７へ検出信号として送信される。

給水ポンプ４は、供給源（不図示）から水を吸入し、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１をボイラ筐体２１に向けて送出する。給水ポンプ４にはインバータ（不図示）が設けられ、給水Ｗ１の水量を調整可能としている。また、給水ポンプ４が給水Ｗ１をボイラ筐体２１に送り出すタイミングとその給水量は、制御装置７から送信される制御信号により制御される。

気水分離部５は、上部ヘッダ２４から蒸気取出ラインＬ４を介して導入された蒸気ＳＭ１を、乾き蒸気ＳＭ２と水分（以下「分離水Ｗ４」ともいう）とに分離する装置である。なお、気水分離部５により分離される分離水Ｗ４は、缶水Ｗ２の一部でもある。

排水部６は排水量を調整することで、ブロー率の設定を行う。排水部６は、例えば、ブローラインＬ３に並列に設けられた複数のブロー弁６０（６０Ａ及び６０Ｂ）を備えるように構成することができる。ブロー弁６０Ａ、ブロー弁６０Ｂは、制御装置７により、それぞれ個別に制御される。

制御装置７は、制御部１００及び記憶部１１０を備え、蒸気圧測定部３０から受信するヘッダ蒸気圧に基づいて、燃焼部２６の燃焼位置を制御する。また、制御装置７は、燃焼部２６の燃焼位置及び水位検知部３１から受信する缶水Ｗ２の水位等に基づいて、給水ポンプ４の給水量を調整する。また、制御装置７は、排水部６のブロー弁６０の開閉を制御することによって濃縮ブロー量を調整する。

また、ボイラ装置１は、給水ラインＬ１と、燃料供給ラインＬ２と、ブローラインＬ３と、蒸気取出ラインＬ４と、蒸気送出ラインＬ５と、降水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

給水ラインＬ１は、給水Ｗ１をボイラ筐体２１に供給するラインである。給水ラインＬ１には、給水ポンプ４が設けられている。

燃料供給ラインＬ２は、燃焼部２６により燃焼される燃料Ｆを燃焼部２６に供給するラインである。燃料供給ラインＬ２には、燃料供給弁９２が設けられている。燃料供給弁９２における弁体の開閉は、制御装置７からの制御信号により制御される。

ブローラインＬ３は、降水ラインＬ６を流通する分離水Ｗ４を、接続部Ｊ１を介して、缶体２０の外部に排出するラインである。ブローラインＬ３には、ブロー弁６０（６０Ａ及び６０Ｂ）が設けられている。ブロー弁６０における弁体の開閉は、制御装置７からの制御信号により制御される。

蒸気取出ラインＬ４は、生成された蒸気ＳＭ１を、ボイラ筐体２１から取り出して、気水分離部５に導入させるラインである。

蒸気送出ラインＬ５は、気水分離部５により分離された乾き蒸気ＳＭ２を、蒸気ヘッダ５０に向けて送り出すラインである。蒸気送出ラインＬ５には、蒸気弁９５が設けられている。
蒸気ヘッダ５０は、ボイラ装置１からの蒸気を集合させて、集合した蒸気ＳＭ３を負荷機器（不図示）に供給する設備である。

降水ラインＬ６は、気水分離部５により分離された分離水Ｗ４を、ボイラ筐体２１の下部ヘッダ２３に向けて流下させるラインである。接続部Ｊ１には、ブローラインＬ３の上流側の端部が接続されている。

次に、本実施形態のボイラ装置１の制御装置７について説明する。
本実施形態のボイラ装置１は、燃焼位置の変更に伴う缶体内の設定水位の変化に対して、迅速に追従するために、缶水を排出する濃縮ブロー制御を利用する。より具体的には、水位を下げる場合には、濃縮ブロー制御により排水部６から所定量を排水する。逆に水位を上げる場合には、濃縮ブローの排出をしている場合であっても、一時的に濃縮ブローの排出を止めることで水位を上げるように制御する。
しかしながら、水位の上げ下げの目的で濃縮ブローを行った場合、本来の濃縮ブロー量との過不足分が生じることとなる。このため、本実施形態のボイラ装置１は、次回の濃縮ブローで、当該濃縮ブロー量の過不足分を調整するように制御する。

図２は、本実施形態のボイラ装置１における制御装置７の機能的構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置７は、制御部１００と、記憶部１１０と、を備える。

記憶部１１０には、ボイラ装置１の運転を実施する制御プログラム、ボイラ装置１の運転状態、例えば燃焼部２６の燃焼位置等に関する情報、燃焼位置毎に予め設定される缶体２０内の設定水位に関する情報、及び予め設定された所定の燃焼状態における設定インタバル時間等（例えば、高燃焼位置（燃焼率１００％）ではインタバル時間１０分）が記憶される。

制御部１００は、燃焼制御部１０１と、給水制御部１０２と、燃焼位置変化検知部１０３と、設定水位判定部１０４と、水位比較部１０５と、第１水位制御部１０６と、第２水位制御部１０７と、濃縮ブロー算定部１０８と、濃縮ブロー制御部１０９と、を備える。

燃焼制御部１０１は、ボイラ装置１が蒸気を供給する負荷機器による蒸気の消費量に応じて、燃焼部２６の燃焼位置を変更し、蒸気の生成量を調整する。

給水制御部１０２は、供給源（不図示）から水を吸入し、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１をボイラ筐体２１に向けて供給するように、また給水Ｗ１の供給を停止するように、給水ポンプ４を制御する。

燃焼位置変化検知部１０３は、燃焼部２６の燃焼位置の変化を検知する。例えば、燃焼位置変化検知部１０３は、負荷の増加に伴い、燃焼部２６の燃焼位置がより高い燃焼位置に変更したこと、例えば低燃焼位置から中燃焼位置に変化したこと、又は中燃焼位置から高燃焼位置に変化したことを検知する。また、燃焼位置変化検知部１０３は、負荷の減少に伴い、燃焼部２６の燃焼位置がより低い燃焼位置に変更したこと、例えば高燃焼位置から中燃焼位置に変更したこと、又は中燃焼位置から低燃焼位置に変化したことを検知する。

設定水位判定部１０４は、燃焼位置変化検知部１０３により燃焼部２６の燃焼位置の変化を検知した場合、当該燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位の増減の変化を判定する。
ここで、燃焼部２６の燃焼位置と缶体２０内の設定水位との関係について簡単に説明する。燃焼部２６の燃焼位置が高いほど、蒸発が活発になるため、設定水位は低く設定される。したがって、例えば、燃焼部２６の燃焼位置がより高い燃焼位置に変化した場合、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位は低い方に変化する。逆に、燃焼部２６の燃焼位置がより低い燃焼位置に変化した場合、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位は高い方に変化する。

水位比較部１０５は、水位検知部３１により検知された水位と燃焼位置変化検知部１０３により検知された燃焼位置に対応する設定水位とを比較する。
例えば、燃焼部２６の燃焼位置が低い燃焼位置に変化した場合、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位は高い方に変化する。この場合、水位検知部３１により検知された水位と変化の検知された燃焼位置（低い燃焼位置）に対応する設定水位とを比較する。
燃焼部２６の燃焼位置が高い燃焼位置に変化した場合、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位は低い方に変化する。この場合、水位比較部１０５は、水位検知部３１により検知された水位と変化の検知された燃焼位置（高い燃焼位置）に対応する設定水位とを比較する。

第１水位制御部１０６は、燃焼位置変化検知部１０３により変化の検知された燃焼位置の設定水位が設定水位判定部１０４により、低い水位側に設定されたと判定され、かつ水位比較部１０５により缶体２０内の水位が当該設定水位より高いと判定された場合、排水部６により所定量の水を排水させるように制御する。
例えば、中燃焼位置における燃焼から高燃焼位置における燃焼に移行した場合であって、水位比較部１０５により缶体２０内の水位が高燃焼位置に対応付けられた設定水位より高いと判定された場合、第１水位制御部１０６は、所定量の水を排水部６により排水するように制御する。そうすることで、速やかに水位を下げることが可能となる。
例えば、第１水位制御部１０６は、ブロー弁６０を所定時間全開とすることで、所定量の水を排出することができる。

第２水位制御部１０７は、燃焼位置変化検知部１０３により変化の検知された燃焼位置の設定水位が設定水位判定部１０４により、高い水位側に設定されたと判定され、かつ水位比較部１０５により缶体２０内の水位が当該設定水位より低いと判定された場合であって、濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出をしている場合に、一時的に濃縮ブローの排出を止めるように制御する。
例えば、高燃焼位置における燃焼から中燃焼位置における燃焼に移行した場合であって、水位比較部１０５により缶体２０内の水位が中燃焼位置に対応付けられた設定水位より低いと判定された場合、第２水位制御部１０７は、濃縮ブローの排出をしている場合であっても一時的に濃縮ブローの排出を止めるように制御する。そうすることで、給水ポンプ４の制御による給水制御と合わせて速やかに水位を上げることが可能となる。

濃縮ブロー算定部１０８は、予め設定された所定の燃焼状態における設定インタバル時間及び燃焼部２６の燃焼状態に基づいて、インタバル時間及び濃縮ブローの排出量を算定する。これらは、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な濃縮ブローを行うものであって、本来の濃縮ブローの目的に合致したものである。なお、排水部６における排水速度が一定の場合、濃縮ブロー算定部１０８は、排水時間を算出してもよい。
これに対して、速やかに水位を下げる水位コントロールのために、インタバル時間中に第１水位制御部１０６が所定量の水を排水部６により排水させた場合、濃縮ブロー算定部１０８は、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量との過多分を含めて、当該インタバル時間における濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する。
逆に、速やかに水位を上げる水位コントロールのために、インタバル時間中に第２水位制御部１０７が濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、濃縮ブローの排水量の不足分が生じる場合には、濃縮ブロー算定部１０８は、次のインタバル時間における濃縮ブローの排出量又は排出時間を、今回の濃縮ブローの排出量又は排出時間の不足分を含めて、算定する。
こうすることで、本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、第１水位制御部１０６又は第２水位制御部１０７が濃縮ブローの排出を制御した場合に、濃縮ブロー算定部１０８は、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量との過多分を含めて、当該インタバル時間における濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定することができる。

濃縮ブロー制御部１０９は、インタバル時間経過後に濃縮ブロー算定部１０８により算定された濃縮ブローの排出量の排出、又は排出時間、ブロー排水を行う。

より具体的には、インタバル時間中に第１水位制御部１０６及び第２水位制御部１０７により濃縮ブローの排出を制御しなかった場合、濃縮ブロー制御部１０９は、インタバル時間経過後に濃縮ブロー算定部１０８により算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行う。

これに対して、インタバル時間中に第１水位制御部１０６により、所定量の水を排水部６により排水させた場合、濃縮ブロー制御部１０９は、インタバル時間経過後に、濃縮ブロー算定部１０８により濃縮ブローの排水量の過多分を含めて算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行う。

また、インタバル時間中に第２水位制御部１０７により、濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御された場合であって、濃縮ブローの排水量の不足分が生じる場合、濃縮ブロー制御部１０９は、インタバル時間経過後に、濃縮ブローの排水量の不足分を含めて、濃縮ブロー算定部１０８により算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行う。

なお、インタバル時間中に第２水位制御部１０７により、濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御された場合であって、濃縮ブローの排水量の不足分が生じる場合、濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を再開することで、濃縮ブロー制御部１０９は、当該インタバル時間中に濃縮ブローの排水量の不足分を排出するようにしてもよい。
例えば、濃縮ブロー制御部１０９は、濃縮ブロー時間の延長を行うことで、不足分を当該濃縮ブローのタイミングで排出するように制御してもよい。

こうすることで、本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、第１水位制御部１０６又は第２水位制御部１０７が濃縮ブローの排出を制御した場合に、濃縮ブロー制御部１０９は、缶水の濃縮状態を解消するために必要な排出量との過多分又は不足分を含めて、当該インタバル時間における濃縮ブローの排出量を排出することで、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量を排出することが可能となる。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のボイラ装置１の排水動作について、説明する。図３、図４は、それぞれ、本実施形態のボイラ装置１の排水動作の一例を示した図である。なお、横軸は時間、縦軸（左側）は燃焼部２６の燃焼位置、縦軸（右側）はブロー量を表すものとする。
ボイラ装置１の排水動作の説明に際して、ボイラ装置１の濃縮ブロー量等について説明する。

本実施形態では、高燃焼位置（燃焼率１００％）で１０分燃焼した場合に、５分間の濃縮ブローを行う設定とする。そうすると、中燃焼位置（例えば燃焼率５０％）では、２０分燃焼した場合に５分間の濃縮ブローを行い、低燃焼位置（例えば燃焼率２０％）では、５０分燃焼した場合に、５分間の濃縮ブローを行うことが自動的に算出される。そうすると、低燃焼状態（燃焼率２０％）の時間をｘ、中燃焼状態（５０％）の時間をｙ、高燃焼状態の時間をｚとすると、缶水の濃縮度合は式１のように表され、式１によって算出される濃縮度合が１０に達したときにインタバル時間を終了するように算出される。濃縮ブローのインタバル時間は、式２となる。

２０／１００×ｘ＋５０／１００×ｙ+１００／１００×ｚ＝１０ (式１)
α＝ｘ＋ｙ＋ｚ（式２）

濃縮ブロー率は、給水の成分等、ボイラ装置１の設置環境に応じて設定される値であり、ボイラ装置１の設置にあたって一旦設定されれば、大きな環境変動が無い限りそのまま運用される。ここで、濃縮ブロー率とは、式３で定義される。

濃縮ブロー率＝濃縮ブロー量／（実際の蒸気蒸発量＋濃縮ブロー量） (式３)

本実施形態では、一例として、濃縮ブロー率を１０％と設定している。実施形態では、計算を簡単にするため、ボイラ装置１を２．７ｔボイラとすると、式３から、高燃焼位置(燃焼率１００％)で１０分間燃焼したときの濃縮ブロー量は、５０ｋｇとなることがわかる（３００ｋｇ／ｈ×１０／６０＝５０ｋｇ）。

濃縮ブロー時間（５分間）において濃縮ブロー量５０ｋｇを排出可能にするために、ブロー弁６０の排出量は１０ｋｇ／分に調整される。そうすると、インタバル時間経過後、５分間で濃縮ブローの排出量５０ｋｇを排出することができる。
また、燃焼位置が中燃焼位置から高燃焼位置に変更されたことに伴う水位調整は、２分間の水位調整のブロー（２０ｋｇに相当）により行うものとする。

以上を前提として、図３を参照すると、ボイラ装置１は、あるインタバル（「第１インタバル」という）の開始時間Ｔ_０において、燃焼部２６が中燃焼位置（５０％）で燃焼している。なお、第１インタバルの直前のインタバル（「第０インタバル」という）において、燃焼部２６は中燃焼位置において２０分間燃焼したときに（５０／１００×２０＝１０）インタバル時間を終了し、時間Ｔ_０から５分後の時間Ｔ_１の間、濃縮ブローを行う。

その後、時間Ｔ_０から１０分後の時間Ｔ_２において、負荷増加に伴い、燃焼部２６の燃焼位置が中燃焼位置（５０％）から高燃焼位置（１００％）に変更されると、燃焼位置変化検知部１０３は、燃焼部２６の燃焼位置が中燃焼位置から高燃焼位置に変更されたことを検知するとともに、水位比較部１０５は、水位検知部３１により検知される水位と高燃焼位置に対応する設定水位とを比較し、缶体２０内の水位が高燃焼位置に対応付けられた設定水位より高いと判定する。
第１水位制御部１０６は、２分間の水位調整のブローを行い、所定量の水（例えば、２０ｋｇ）を排水部６により排水するように制御する。

その後、濃縮ブロー算定部１０８は、時間Ｔ_４において所定の濃縮度合（５０／１００×１０＋１００／１００×５＝１０）に達したと判定し、第１インタバル時間（１５分）を終了し、予め設定された濃縮ブロー時間及び第１水位制御部１０６が時間Ｔ_２から時間Ｔ_３までの間、水位を下げる水位コントロールのブロー時間(２分)に基づいて、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な第１インタバル時間における濃縮ブローの排出時間を算定する。

濃縮ブロー制御部１０９は、次のインタバル（「第２インタバル」という）の開始時間Ｔ_４から３分後の時間Ｔ_５の間、ブロー弁６０を開くことで、濃縮ブロー量３０ｋｇを排出する。

第２インタバルの開始時間Ｔ_４から４分経過後の時間Ｔ_６において、負荷減少に伴い、燃焼部２６の燃焼位置が高燃焼位置（１００％）から中燃焼位置（５０％）に変更され、その後、中燃焼位置において燃焼している。なお、時間Ｔ_６においては、濃縮ブローの排出タイミングではないため、給水ポンプ４の制御による給水制御により速やかに水位を上げる。その後１２分間中燃焼位置（５０％）で燃焼する。

その後、時間Ｔ_７において、濃縮ブロー算定部１０８は、所定の濃縮度合（１００／１００×４＋５０／１００×１２＝１０）に達したと判定し、第２インタバル時間（１６分）を終了する。
濃縮ブロー制御部１０９は、次のインタバル（「第３インタバル」という）の開始時間Ｔ７から予め設定された濃縮ブロー時間の間ブロー弁６０を開ける。例えば、１０ｋｇ／分の排水量に調節されたブロー弁６０を５分間開くことで、濃縮ブロー量５０ｋｇの排出を開始する。

濃縮ブロー量の排出を開始してから４分後の時間Ｔ_８において、負荷減少に伴い、燃焼部２６の燃焼位置が中燃焼位置（５０％）から低燃焼位置（２０％）に変更される。燃焼位置変化検知部１０３は、燃焼部２６の燃焼位置が中燃焼位置（５０％）から低燃焼位置（２０％）に変更されたことを検知するとともに、水位比較部１０５は、水位検知部３１により検知される水位と低燃焼位置に対応する設定水位とを比較し、缶体２０内の水位が低燃焼位置に対応付けられた設定水位より低いと判定する。
時間Ｔ_８において、第２水位制御部１０７は、濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出をしている場合であっても、一時的に濃縮ブローの排出を止めるように制御する。そうすることで、給水ポンプ４の制御による給水制御と合わせて速やかに水位を上げることが可能となる。

その後、時間Ｔ_８から２分後の時間Ｔ_９において、濃縮ブロー制御部１０９は、濃縮ブローの排出を再開することで、時間Ｔ_９から１分後の時間Ｔ_１０までの間、第２インタバルの濃縮ブローを行い、不足時間を補う。

その後、濃縮ブロー算定部１０８は、時間Ｔ_１１において所定の濃縮度合（５０／１００×４＋２０／１００×４０＝１０）に達したと判定し、第３インタバル時間（４４分）を終了する。

濃縮ブロー制御部１０９は、次のインタバル（「第４インタバル」という）の開始時間Ｔ_１１から５分後の時間Ｔ_１２（予め設定された濃縮ブロー時間）まで、ブロー弁６０を開くことで、濃縮ブロー量５０ｋｇを排出する。

このように、ボイラ装置１は、燃焼位置のより高い燃焼位置への変更に伴う缶体内の設定水位の変化に対して迅速に追従するために、排水部６から所定量を排水することができる。ボイラ装置１は、次回の濃縮ブローで、当該濃縮ブロー量の過不足分を調整することで、燃焼位置の変更に伴い、迅速に適切な水位に変更する水位の追従性を確保する。
逆に、ボイラ装置１は、燃焼位置のより低い燃焼位置への変更に伴う缶体内の設定水位の変化に対して迅速に追従するために、濃縮ブローの排出をしている場合であっても一時的に濃縮ブローの排出を止めるように制御することができる。そうすることで、給水ポンプ４の制御による給水制御と合わせて速やかに水位を上げることが可能となる。

なお、図３においては、時間Ｔ_９において、濃縮ブロー制御部１０９は、濃縮ブローの排出を再開することで、第２インタバルの濃縮ブローの排水時間の不足分１分を補い第２インタバルの濃縮ブロー時間を確保できるように構成されたが、濃縮ブロー制御部１０９は、第３インタバル時間経過後に、濃縮ブロー算定部１０８により算定された第３インタバル時間の濃縮ブローの排出時間に第２インタバル時間の濃縮ブローの排水時間の不足分１分を加算して、排水時間を合計６分（６０ｋｇを排出）とするように構成してもよい。
このように構成した場合のボイラ装置１の排水動作について、図４を参照して説明する。

図４を参照すると、時間Ｔ_８において、濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御された後、第３インタバル時間経過後の時間Ｔ_１１に、濃縮ブロー算定部１０８は、第３インタバル時間の濃縮ブローの排出時間（５分）に第２インタバルの濃縮ブローの排水時間の不足時間（１分）を加えて、濃縮ブローの排出時間６分を算定する。

濃縮ブロー制御部１０９は、次のインタバル（「第４インタバル」）の開始時間Ｔ_１１から６分後の時間Ｔ_１３までの間、ブロー弁６０を全開とすることで、濃縮ブロー量６０ｋｇを排出する。
そうすることで、濃縮ブロー制御部１０９は、第２インタバルの濃縮ブローの排水時間の不足時間１分を補うことができる。

以上のように、本実施形態のボイラ装置１は、燃焼部の燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位が低い水位側に設定されたと判定され、缶体２０内の水位が設定水位より高いと判定された場合、排水部６により所定量の水を排水させることで、水位が下がるように水位コントロールする。
これにより、燃焼位置の変更に伴い、水位を下げる必要が生じた場合に、速やかに水位を下げることが可能となる。

また、本実施形態のボイラ装置１は、燃焼部の燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている缶体２０内の設定水位が高い水位側に設定されたと判定され、かつ缶体２０内の水位が設定水位より低いと判定された場合、濃縮ブローの排出をしている場合であっても一時的に濃縮ブローの排出を止めることで、水位が上がるように水位コントロールする。
これにより、燃焼位置の変更に伴い、水位を上げる必要が生じた場合に、濃縮ブローの排出をしている場合であっても速やかに水位を上げることが可能となる。

また、本実施形態のボイラ装置１は、水位コントロールのため、所定量の缶水を排水させた場合、排水させた当該所定量を含めて、次のインタバル時間における濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する。
これにより、本実施形態のボイラ装置１は、本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、濃縮ブローを排出した場合に、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量又は排出時間との過多分を含めて、次のインタバル時間における濃縮ブローを排出量分、又は排出時間の間、排水を行うことが可能となる。

また、本実施形態のボイラ装置１は水位コントロールのため、濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、濃縮ブローの排出量又は排出時間の不足分が生じる場合、次のインタバル時間における濃縮ブローの排出量又は排出時間を、当該濃縮ブローの排出量又は排出時間の不足分を含めて、算定する。
これにより、本実施形態のボイラ装置１は、本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、インタバル時間中に濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合に、缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量又は排出時間との不足分を含めて、次のインタバル時間における濃縮ブローを排出量分、又は排出時間の間、排水を行うことが可能となる。

また、本実施形態のボイラ装置１は本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、インタバル時間中に濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合に、濃縮ブローの排出を再開した場合に、濃縮ブローの排出量又は排出時間の不足分を含めて、濃縮ブローを排出量分、又は排出時間の間、排水を行う。
これにより、本実施形態のボイラ装置１は、本来の濃縮ブローの目的とは異なる水位コントロールのために、インタバル時間中に濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合に、次のインタバル時間に缶水の濃縮された状態を解消するために必要な排出量又は排出時間の不足分を排出することが可能となる。

なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

［変形例１］
本実施例では、高燃焼位置における燃焼状態に対して設定された設定インタバル時間から濃縮ブローのインタバル時間を算出し、所定時間のブローを行う構成としたが、インタバル時間及び濃縮ブロー量の設定はこれ以外の方法で設定されたものであってもよい。
例えば、濃縮ブロー時間とそれぞれの燃焼位置でのインタバル時間を予め設定し、インタバル毎に燃焼位置によるブロー時間を積算し、その積算値が予め設定された濃縮ブロー時間に達した時にインタバル時間を終了するように構成してもよい。
また、積算ブロー量が予め設定した濃縮ブロー量に達したときにインタバル時間を終了させてもよい。

［変形例２］
本実施例では、インタバル時間を可変として、例えば、高燃焼位置における燃焼状態に対して設定された設定インタバル時間に基づいて燃焼状態におけるインタバル時間を算出した。これに対して、濃縮ブロー率及びインタバル時間を固定（例えば１０分）とすることを前提として、予め設定された所定の燃焼状態における濃縮ブロー排出量又は排出時間に基づいて、インタバル時間中の燃焼状態に応じた濃縮ブロー排出量又は排出時間を算出し、次のインタバル時間の開始とともに算出された濃縮ブローを行うように構成してもよい。
例えば、インタバル時間を１０分に固定し、高燃焼位置（燃焼率１００％）で１０分間燃焼したときの濃縮ブロー時間を５分と設定した場合、中燃焼位置（燃焼率５０％）で１０分間燃焼したときの濃縮ブロー時間は２．５分と算出される。また、高燃焼位置で４分間燃焼し、中燃焼位置で６分間燃焼したときの濃縮ブロー時間は３．５分と算出される。ここでは、高燃焼位置で燃焼したときの濃縮ブロー時間を設定したが、高燃焼位置で燃焼したときの濃縮ブロー量を設定し、インタバル時間中の燃焼状態に応じた濃縮ブロー量を算出することもできる。
変形例２においては、第１水位制御部１０６が、予め設定された固定のインタバル時間中に排水部により所定量の水を排水させた場合、濃縮ブロー量算定部１０８は、濃縮ブローの排水量又は排出時間の過多分を含めて、インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する。
同様に、変形例２においては、第２水位制御部１０７が、予め設定された固定のインタバル時間中に濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、濃縮ブロー量算定部１０８は、インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を、濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、算定する。
また、変形例２において、第２水位制御部１０７が、予め設定された固定のインタバル時間中に濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、インタバル時間中に濃縮ブロー制御部１０９による濃縮ブローの排出を再開した場合に、濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、濃縮ブロー算定部１０８により算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行うようにしてもよい。

［変形例３］
例えば、本実施形態のボイラ装置１の排水動作において、濃縮ブロー時のブロー弁６０の制御として、ブロー弁６０を全開としたが、濃縮ブロー算定部１０８により算定される濃縮ブローの排出量に応じて、ブロー弁６０Ａ及びブロー弁６０Ｂの開閉の制御を行うようにしてもよい。すなわち、濃縮ブロー制御部１０９は、濃縮ブローの排出量に応じて、ブロー弁６０Ａ及びブロー弁６０Ｂをともに開とする制御を行うか、ブロー弁６０Ａを開としブロー弁６０Ｂを閉とする制御を行うか、又はブロー弁６０Ａを閉としブロー弁６０Ｂを開とする制御を行うか、を選択するようにしてもよい。

［変形例４］
本実施形態において、燃焼位置毎に缶体内の適正水位（以下「設定水位」ともいう）が設定されているとした。これに対して、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の温度を測定する温度センサ、及び缶水Ｗ２の電気伝導率を測定する電気伝導率センサを設けることで、缶水Ｗ２の給水温度及び電気伝導率に基づいて燃焼位置毎の缶体内の適正水位を設定（算定）するようにしてもよい。

［変形例５］
本実施形態では、段階値制御ボイラは、４位置制御ボイラとして、各燃焼位置における燃焼部２６の燃焼量は、高燃焼位置における燃焼を１００％とした場合、中燃焼位置における燃焼が５０％、低燃焼位置における燃焼が２０％となるように設定したが、燃焼量については、適宜設定してもよい。

［変形例６］
また、本実施形態では、段階値制御ボイラを４位置制御ボイラとしたが、これに限定されない。すなわち、本発明の段階値制御ボイラを、燃焼停止位置、低燃焼位置、高燃焼位置を備える３位置制御ボイラとしてもよい。また、本発明の段階値制御ボイラを複数の中燃焼位置を有する５位置制御以上のボイラとしてもよい。

［変形例７］
本実施形態では、排水部６を２つのブロー弁６０Ａ、６０Ｂを備えることとしたが、ブロー弁の個数はこれに限定されない。例えば、ブロー弁として３個以上備えるようにしてもよい。また、弁の開度が変化可能なブロー弁を１個として、排水量を弁の開度により調節するようにしてもよい。また、ブロー弁６０を設ける替わりに、缶体２０から水を排水する排水ポンプと、排水ポンプに電気的に接続されるインバータと、を設け、周波数を変化させることにより排水量を調節するようにしてもよい。

１ボイラ装置
２０缶体
３０蒸気圧測定部
３１水位検知部
４給水ポンプ
５気水分離部
６排水部
７制御装置
１００制御部
１０１燃焼制御部
１０２給水制御部
１０３燃焼位置変化検知部
１０４設定水位判定部
１０５水位比較部
１０６第１水位制御部
１０７第２水位制御部
１０８濃縮ブロー算定部
１０９濃縮ブロー制御部
１１０記憶部

Claims

段階的な複数の燃焼位置を有し、缶体を加熱する燃焼部と、
缶体内の水位を検知する水位検知部と、
前記缶体からの排水量を調節可能とする排水部と、
燃焼部の燃焼状態に応じて前記缶体内の水位を制御する制御部と、を備えたボイラ装置であって、
前記制御部は、
前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知する燃焼位置変化検知部と、
前記燃焼位置変化検知部により前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知した場合、前記燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている前記缶体内の設定水位の増減の変化を判定する設定水位判定部と、
前記水位検知部により検知された水位と前記燃焼位置に対応する前記設定水位とを比較する水位比較部と、
前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が低い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より高いと判定された場合、前記排水部により所定量の水を排水させる第１水位制御部と、
を備えるボイラ装置であって、
前記制御部は、さらに
予め設定された所定の燃焼状態における設定インタバル時間及び前記燃焼部の燃焼状態に基づいて、インタバル時間を算定する濃縮ブロー算定部と、
前記濃縮ブロー算定部により算定されたインタバル時間経過後に、濃縮ブローの排出量分又は排出時間の間、排水を行う濃縮ブロー制御部と、
前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が高い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より低いと判定された場合、前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出をしている場合にも一時的に前記濃縮ブローの排出を止めるように制御する第２水位制御部と、
を備えるボイラ装置。
段階的な複数の燃焼位置を有し、缶体を加熱する燃焼部と、
缶体内の水位を検知する水位検知部と、
前記缶体からの排水量を調節可能とする排水部と、
燃焼部の燃焼状態に応じて前記缶体内の水位を制御する制御部と、を備えたボイラ装置であって、
前記制御部は、
前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知する燃焼位置変化検知部と、
前記燃焼位置変化検知部により前記燃焼部の燃焼位置の変化を検知した場合、前記燃焼位置の変化に伴い、燃焼位置毎に予め設定されている前記缶体内の設定水位の増減の変化を判定する設定水位判定部と、
前記水位検知部により検知された水位と前記燃焼位置に対応する前記設定水位とを比較する水位比較部と、
前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が低い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より高いと判定された場合、前記排水部により所定量の水を排水させる第１水位制御部と、
を備えるボイラ装置であって、
前記制御部は、さらに
予め設定された所定の燃焼状態における設定濃縮ブロー排出量又は排出時間に基づいて、前記排水部から排出する濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する濃縮ブロー算定部と、
予め設定された所定のインタバル時間経過後に前記濃縮ブロー算定部により算定された濃縮ブローの排出量分又は排出時間の間、排水を行う濃縮ブロー制御部と、
前記設定水位判定部により前記変化の検知された燃焼位置の設定水位が高い水位側に設定されたと判定され、かつ前記水位比較部により前記缶体内の水位が前記設定水位より低いと判定された場合、前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出をしている場合にも一時的に前記濃縮ブローの排出を止めるように制御する第２水位制御部と、
を備えるボイラ装置。
前記濃縮ブロー算定部は、さらに、
前記第１水位制御部が前記インタバル時間中に前記排水部により所定量の水を排水させた場合、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の過多分を含めて、前記インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を算定する請求項１又は請求項２に記載のボイラ装置。
前記濃縮ブロー算定部は、さらに、
前記第２水位制御部が前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、前記インタバル時間経過後に排出される濃縮ブローの排出量又は排出時間を、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、算定する請求項１又は請求項２に記載のボイラ装置。
前記濃縮ブロー制御部は、さらに、
前記第２水位制御部が前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を一時的に止めるように制御した場合であって、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分が生じる場合、前記インタバル時間中に前記濃縮ブロー制御部による濃縮ブローの排出を再開した場合に、前記濃縮ブローの排水量又は排出時間の不足分を含めて、前記濃縮ブロー算定部により算定された濃縮ブローの排出量分、又は排出時間の間、排水を行う請求項１又は請求項２に記載のボイラ装置。