JP7334573B2

JP7334573B2 - ボイラの制御装置

Info

Publication number: JP7334573B2
Application number: JP2019189098A
Authority: JP
Inventors: 賢一野村; 貴志新藤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: JP2021063619A

Description

本発明は、ボイラの制御装置に関する。

従来、ボイラによって生成された蒸気を負荷機器に供給し、負荷機器において熱源として使用された蒸気が凝縮して発生するドレンを、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクを有するドレン回収装置に高温・高圧の状態で回収して、当該ドレンを再度ボイラに給水し、ドレンの給水量が不足した場合に新水を用いて給水するクローズドタイプのボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ボイラの機器等の不具合により缶水が最低水位を下回ったときには、いわゆるＬ棒により検知されてバックアップ給水を行うものもある。

特開２００６－１０５４４２号公報

クローズドタイプのボイラにおいては、ドレンの使用によって給水温度が高いために、缶水の水位が高くなり過ぎると乾き度不良を引き起こしてしまうことを考慮し、設定水位を比較的低い水位とするために、Ｌ棒により検出する最低水位についても比較的低い水位とすることが考えられる。しかし、このように構成した場合、ドレンの給水量が不足しているために新水を用いて給水するときにもドレン給水時と同じＬ棒によりバックアップ給水が行われることになる。その結果、ドレン回収時の設定であるＬ棒により検出する最低水位が新水を用いたバックアップ給水時における過熱限界の水位よりも低い水位である場合には、当該過熱限界の水位を下回ったとしても、新水を用いたバックアップ給水が開始されないといった重大な不具合を生じさせてしまう虞がある。また、設定水位が適切に変更されない場合、過熱や乾き度の問題も生じる虞がある。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、クローズドタイプのボイラにおいて、ドレン給水時および新水の給水時のいずれにおいても水管の過熱や乾き度不良を抑制することができるボイラの制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のボイラの制御装置は、第１水位を検出する第１水位検出部と、前記第１水位検出部よりも高い第２水位を検出する第２水位検出部とを備えるボイラの動作を制御するためのボイラの制御装置であって、蒸気使用機器のドレンを大気に開放することなく回収するドレン回収装置からのドレンを前記ボイラに供給するときは前記第１水位検出部による検出に基づいて給水制御を行い、給水タンクから新水を前記ボイラに供給するときは前記第２水位検出部による検出に基づいて給水制御を行い、前記第２水位よりも高い水位であって燃焼量に応じて設定される水位を検出できる設定水位検出部をさらに備え、前記設定水位検出部による検出に基づく通常給水制御と、前記第１水位検出部が前記第１水位を検出または前記第２水位検出部が前記第２水位を検出したとき前記ボイラの水位を上昇させるバックアップ給水制御とを行い、前記設定水位検出部は、水位検出筒の上部と下部との差圧、または、前記ボイラの上部ヘッダと下部ヘッダとの差圧により水位を検出し、前記バックアップ給水制御を開始してから所定時間が経過した場合において、当該バックアップ給水制御として前記ドレン回収装置からのドレンを前記ボイラに供給しているときには前記第１水位検出部が前記第１水位を検出しないときに故障であると判定し、当該バックアップ給水制御として前記給水タンクから新水を前記ボイラに供給しているときには前記第２水位検出部が前記第２水位を検出しないときに故障であると判定する。

上記の構成によれば、ドレンをボイラに供給する場合と新水をボイラに供給する場合とで、異なる高さの水位検出部による検出に基づいて給水制御を行い、新水の供給に用いる水位をドレンの供給に用いる水位よりも高くしている。このため、ドレン／新水の給水切り替えにともなう給水の温度変化に対応して、適切な水位制御をすることで、水管の過熱や乾き度不良を抑制できる。また、設定水位検出部を用いた通常給水制御中に、万が一給水すべき水位となっても給水指令が出し損なわれた場合でも、第１水位検出部および第２水位検出部を用いた給水制御がバックアップとして行われ、給水を確実に行うことができる。また、バックアップ給水制御中において、故障の判定をより正確に行うことができる。

好ましくは、前記ドレン回収装置からのドレンでは給水として不足があるとき、前記給水タンクからの新水の給水に切り替える。

上記の構成によれば、ドレン回収装置からのドレンの供給が可能な場合には、ドレン回収装置からボイラにドレンを供給でき、その他の場合には、ボイラに新水を供給できるので、ボイラを安定的に運転させることができる。

ボイラの概略構成を説明するための図である。（Ａ）は、給水制御におけるドレン給水時と新水給水時のバルブおよびポンプの制御を示すテーブルであり、（Ｂ）は、バルブの開閉状態と水位検出部との対応を示すテーブルである。ドレン給水中の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

＜概略構成について＞
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係るボイラ１の概略構成について説明する。ボイラ１は、図１に示すように、ボイラ本体２と、クローズドタイプのドレン回収装置３と、給水タンク４と、ボイラ１の動作を制御する制御部１０（ボイラの制御装置）とを備えている。また、ボイラ１は、これらの機器を接続し、蒸気または水が流通する複数のライン、これら複数のラインを開閉させる複数の弁、および、所定のラインに配置される複数のポンプを備える。具体的には、ボイラ１は、ラインとして、ドレン供給ラインＬ１、新水供給ラインＬ２を備えている。ドレン供給ラインＬ１には、ドレン流量調整弁ＡおよびドレンポンプＣが設けられている。新水供給ラインＬ２には、新水流量調整弁Ｂおよび新水ポンプＤが設けられている。本実施形態においては、ドレン流量調整弁Ａおよび新水流量調整弁Ｂが例えばモータバルブである場合を示している。

ボイラ本体２は、バーナおよび燃焼室を備え、燃料を燃焼させて水管を加熱することにより、内部に供給された給水を加熱して蒸気を生成するとともに、生成された蒸気を負荷機器６に供給する。負荷機器６は、ボイラ本体２で生成された蒸気を熱源として利用し、加熱対象物との間で熱交換を行う。

ドレン回収装置３は、耐圧性を有する圧力容器により構成される。このドレン回収装置３は、ボイラ本体２により生成された蒸気が負荷機器６（蒸気使用機器）で利用されることで凝縮して生じたドレンを、大気に開放することなく高温高圧を維持したままの状態で回収する。

制御部１０は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現され、着火時および停止時の動作、燃焼量が異なる複数種類の燃焼状態（例えば、低燃焼状態、高燃焼状態）の動作、給水の動作等を制御する。給水の動作としては、制御部１０は、ドレン供給ラインＬ１を用いた給水制御と新水供給ラインＬ２を用いた給水制御との切り替えを制御する。

ボイラ１には、ボイラ本体２内の水管の水位を検出する水位検出部として、燃焼量に応じた設定水位を検出できる水位検出部（設定水位検出部）が設けられている。ボイラ１の制御部１０は、通常運転時において、設定水位検出部により検出される水位に基づいて燃焼量に応じた設定水位となるように、通常給水制御（ドレン給水および新水給水のいずれをも含む）を行う。設定水位検出部は、例えば、差圧発信機である。

ボイラ１は、さらに、ボイラ本体２内の水管の水位を検出する水位検出部５を備えている。水位検出部５は、図１に示すように、ボイラ本体２内の水管と連通されており、水位検出部５内の水位がボイラ本体２内の水管の水位に略一致するようになっている。水位検出部５は、電極棒５１を有している。本実施の形態における水位検出部５は、互いに長さの異なる２つの電極棒５１である第１水位検出部５１Ｅおよび第２水位検出部５１Ｆを少なくとも含む。第１水位検出部５１Ｅおよび第２水位検出部５１Ｆは、それぞれの先端（下端）が、上下方向に互いに間隔をあけて配置されており、第１水位検出部５１Ｅが検出する第１水位よりも、第２水位検出部５１Ｆが検出する第２水位の方が、水位が高くなっている。第１水位検出部５１Ｅおよび第２水位検出部５１Ｆは、設定水位検出部により検出される水位よりも低い水位であって、ボイラの稼動時において予め定められている最低水位を検出する水位検出部（いわゆるＬ棒）である。

ボイラ１の制御部１０は、通常運転時において、設定水位検出部により検出される水位に基づいて燃焼量等に応じた設定水位となるように通常給水制御を行うため、正常であれば第１水位検出部５１Ｅあるいは第２水位検出部５１Ｆにより最低水位を検出する場合が生じ得ない。しかし、例えば設定水位検出部等の故障等により、給水すべき水位となっても給水指令が出し損なわれた等の事象が生じたときには、設定水位検出部に基づく通常給水制御が開始されず、徐々に水位が下がりＬ棒以下になるという事態が生じる。このような場合には、バックアップとしてバックアップ給水制御が行われる。ボイラ１では、通常運転時において、例えば給水温度が高いドレンを用いている場合には、第１水位検出部５１Ｅでの検出に基づきバックアップ給水制御として新水を用いて新水ポンプＤの運転を開始してモータバルブＢの開度を増加させる。また、通常運転時において、例えば給水温度が低い新水を用いている場合には、バックアップ給水制御として、第２水位検出部５１Ｆでの検出に基づき新水ポンプＤの回転数を増加させモータバルブＢの開度を増加させるようにする。このように、ボイラ１では、バックアップ給水制御を行う最低水位を検出する水位検出部として、給水温度の高いドレンを用いて給水している場合に用いる第１水位検出部５１Ｅと、給水温度の低い新水を用いて給水している場合に用いる第２水位検出部５１Ｆとを設けている。これにより、ドレン給水か新水給水かに応じたバックアップ給水水位を検出可能とし、当該水位検出に基づいてバックアップ給水を行うことができる。なお、通常運転時において、例えば給水温度が高いドレンを用いている場合には、バックアップ給水としてドレンを用いることもできる。その場合、第１水位検出部５１Ｅでの検出に基づき、ドレンポンプＣの運転を開始してモータバルブＡの開度を増加させる。

通常給水制御およびバックアップ給水制御のいずれを行う場合であっても、ドレン供給ラインＬ１を用いてドレンをボイラに供給するとき（ドレン給水時）、制御部１０は、ドレン供給ラインＬ１のドレン流量調整弁Ａを開状態とし、ドレンポンプＣを回転駆動させる。このとき、新水ドレン供給ラインＬ２の新水流量調整弁Ｂは閉状態となるとともに、新水ポンプＤは停止している。一方、通常給水制御およびバックアップ給水制御のいずれを行う場合であっても、新水供給ラインＬ２を用いて新水をボイラに供給するとき（新水給水時）、制御部１０は、新水供給ラインＬ２の新水流量調整弁Ｂを開状態とし、新水ポンプＤを回転駆動させる。このとき、ドレン供給ラインＬ１のドレン流量調整弁Ａは閉状態となるとともに、ドレンポンプＣは停止している（図２（Ａ）参照）。

バックアップ給水制御は、ドレン回収装置３からのドレンをボイラ本体２に供給（ドレン給水）するとき（ドレン流量調整弁Ａ：開、新水流量調整弁Ｂ：閉とするとき）は第１水位検出部５１Ｅによる検出に基づいて行い、給水タンクから新水をボイラ本体２に供給（新水給水）するとき（ドレン流量調整弁Ａ：閉、新水流量調整弁Ｂ：開とするとき）は第２水位検出部５１Ｆによる検出に基づいて行う（図２（Ｂ）参照）。

なお、ドレン給水時において供給されるドレンの量が十分である場合は、当該ドレン給水制御が継続されるが、供給されるドレンの量が十分ではない場合には、新水を供給する新水給水に切り替える必要がある。ドレン給水時においては、給水温度が高いため、すぐに沸騰して水位が持ち上がる状態となる。この場合において、例えば新水給水時と同じ水位まで給水したときには、缶水が持ち出される虞があり、その結果、ボイラ１で生成される蒸気の乾き度が低下する。そのため、ドレン給水時において生成される蒸気の乾き度を適正範囲に維持するためには、新水給水時よりも水位を低く抑える必要がある。一方、新水供給時には、ドレン供給時の水位よりは高い水位とすることが適切である。

＜ドレン給水中制御処理について＞
図３は、ドレン給水中制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１１では、ドレン給水中であるか否かを判定する。ドレン給水は、制御部１０から給水指令があれば、ドレンポンプＣに動作指示が出されてモータバルブＡの開度の調整が開始される。給水指令は、例えば、ボイラの運転時における給水温度、燃焼量、蒸気圧力等によって特定される設定水位を設定水位検出部が検出し、これを下回ると出される。また、ドレン給水の際、第１水位検出部５１Ｅにより缶水の水位が第１水位未満となったことが検出されたときに新水ポンプＤに動作指示が出され、過熱等防止のためのバックアップ給水がなされる。ドレン給水中においては、図２（Ａ）で示したように、モータバルブＡ（ドレン流量調整弁Ａ）が開状態となり、ドレンポンプＣが回転駆動される。このため、ドレン給水中であるか否かは、モータバルブＡが開状態であるか否かや、ポンプＣが回転駆動されているか否かにより判定する。なお、ドレン給水中であるか否かは、モータバルブＢ（新水流量調整弁Ｂ）が閉状態であるか否かや、新水ポンプＤが停止されているか否かにより判定するものであってもよい。ステップＳ１１においてドレン給水中であると判定されなかったとき（例えばモータバルブＡが開状態ではないとき）には、ドレン給水中制御処理を終了する。一方、ステップＳ１１においてドレン給水中であると判定されたとき（例えばモータバルブＡが開状態であるとき）には、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、水位が設定水位に到達しているか否かを判定する。ステップＳ１２において水位が設定水位に到達していると判定されたときには、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、モータバルブ（ドレン流量調整弁）Ａを閉状態としてドレン給水を停止し、ドレン給水中制御処理を終了する。一方、水位が設定水位に到達していると判定されなかったときには、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、ドレン給水開始から所定時間が経過しているか否かを判定する。所定時間としては、例えば、給水指令が出てから水位が設定水位に到達するまでに要する平均的な時間よりも長い時間が予め定められている。ステップＳ１２で水位が設定水位に到達していない場合において、ステップＳ１４で、所定時間が経過していると判定されなかったときには、ステップＳ１２に戻り、水位が設定水位に到達するまでドレン給水中制御処理を継続させた状態で所定時間の経過の判定を続ける。一方、ステップＳ１４において所定時間が経過していると判定されたときには、供給可能なドレンの容量不足等の影響で設定水位まで到達できない可能性が高いとみなして、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、モータバルブＡを閉状態としてドレン給水を終了し、ステップＳ１６に移行して新水給水を開始するとともにＬ棒を第２水位検出部５１Ｆに切り替えて、ドレン給水中制御処理を終了する。

ステップＳ１６において新水給水に切り替えられた以降においては、設定水位検出部を用いて新水給水時における設定水位に到達するまで当該新水給水が行われる。なお、給水が新水給水に切り替えられた後においては、所定期間が経過するまで給水時には新水給水が行われる状態が維持される。新水給水の際は、第２水位検出部５１Ｆにより缶水の水位が第２水位未満となったことが検出されたときにバックアップ給水指示が出される。所定期間は、供給可能なドレンの容量が所定量以上となるのに要する期間であって、例えば１日（２４時間）等に定められている。制御部１０は、所定期間の経過を判定すると、再びドレン給水が行われる状態に設定更新（つまり、モータバルブＡおよびポンプＣを制御対象に設定）して、ドレン給水の条件が成立したときにドレン給水を行うことになる。このように、制御部１０は、ドレン給水を行うか新水給水を行うかを設定し、ドレン給水が設定されている場合には第１水位検出部５１Ｅに基づいてバックアップ給水を行い、新水給水が設定されている場合には第２水位検出部５１Ｆに基づいてバックアップ給水を行う。

＜動作について＞
本実施の形態におけるボイラ１では、クローズドタイプのドレン回収装置３からドレン供給ラインＬ１を通じてドレンがボイラ本体２に供給される。ドレンの供給は、設定水位検出部による水位の検出に基づいて、ドレン流量調整弁ＡおよびドレンポンプＣを制御して給水量（流量）の調整を行う。ドレンの給水が行われている場合において（ステップＳ１１、ＹＥＳ）、ボイラ本体２へ供給するドレンによって水位が設定水位に到達している場合（ステップＳ１２、ＹＥＳ）には、ドレン給水を停止（ステップＳ１３）するとともに、次回の給水時もドレン給水が行われることとなる。ドレン給水の場合には、バックアップ給水制御を、新水の水位（第２水位）よりも低い第１水位を第１水位検出部５１Ｅによって検出することで行う。

ボイラ本体２へ供給するドレンによって水位が設定水位に到達していない場合（ステップＳ１２、ＮＯ）には、所定時間の経過を待ち（ステップＳ１４、ＮＯ→ステップＳ１２）、設定水位に到達していないがドレン給水開始から所定時間が経過している場合（ステップＳ１２、ＮＯ→ステップＳ１４、ＹＥＳ）には、ドレン流量調整弁Ａを閉状態としてドレン給水を終了し（ステップＳ１５）、給水タンク４からの新水の給水に切り替える（ステップＳ１６）。新水の給水の場合には、バックアップ給水制御は、第２水位検出部５１Ｆによって検出することで行う。このように、ドレン給水および新水の給水各々に対応した第１水位検出部５１Ｅおよび第２水位検出部５１Ｆのいずれかを用いることで、バックアップ給水の発動の基準となる水位を適切に切り替えることができ、水管の過熱等の不具合を抑制できる。

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

上記実施の形態においては、ボイラ１における水位検出部５は、電極棒５１に換えて、あるいは加えて、水位センサを備えてもよい。水位センサは、水位検出部５内の水位を、無段階で検出可能に構成され、ボイラ本体２内の水位を制御するために用いられるものであってもよい。

上記実施の形態においては、第１水位検出部５１Ｅと第２水位検出部５１Ｆとの切り替えは、ドレン流量調整弁Ａの開閉状態の判定によって行うこともできる。ドレン流量調整弁Ａが開状態であると判定されたときには第１水位検出部５１Ｅに、ドレン流量調整弁Ａが閉状態であると判定されたときには第２水位検出部５１Ｆに切り替えればよい。

上記実施の形態においては、第１水位検出部５１Ｅと第２水位検出部５１Ｆとの切り替えは、ドレンポンプＣの駆動の有無の判定によって行うこともできる。ドレンポンプＣが駆動状態であると判定されたときには第１水位検出部５１Ｅに、ドレンポンプＣが停止状態であると判定されたときには第２水位検出部５１Ｆに切り替えればよい。

ドレン給水および新水給水による給水量は、モータバブルＡまたはＢの開度を調整することにより制御することができるが、これに限らず、ポンプＣまたはＤの回転数を調整することにより制御するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ボイラ
２ボイラ本体
３ドレン回収装置
４給水タンク
５水位検出部
５１電極棒
５１Ｅ第１水位検出部
５１Ｆ第２水位検出部
６負荷機器
１０制御部
Ｌ１ドレン供給ライン
Ｌ２新水供給ライン
Ａドレン流量調整弁（モータバルブ）
Ｂ新水流量調整弁（モータバルブ）
Ｃドレンポンプ
Ｄ新水ポンプ

Claims

第１水位を検出する第１水位検出部と、前記第１水位検出部よりも高い第２水位を検出する第２水位検出部とを備えるボイラの動作を制御するためのボイラの制御装置であって、
蒸気使用機器のドレンを大気に開放することなく回収するドレン回収装置からのドレンを前記ボイラに供給するときは前記第１水位検出部による検出に基づいて給水制御を行い、給水タンクから新水を前記ボイラに供給するときは前記第２水位検出部による検出に基づいて給水制御を行い、
前記ボイラは、前記第２水位よりも高い水位であって燃焼量に応じた設定水位を検出できる設定水位検出部をさらに備え、
前記設定水位検出部による検出に基づく通常給水制御と、前記第１水位検出部が前記第１水位を検出または前記第２水位検出部が前記第２水位を検出したとき前記ボイラの水位を上昇させるバックアップ給水制御とを行い、
前記設定水位検出部は、水位検出筒の上部と下部との差圧、または、前記ボイラの上部ヘッダと下部ヘッダとの差圧により水位を検出し、
前記バックアップ給水制御を開始してから所定時間が経過した場合において、当該バックアップ給水制御として前記ドレン回収装置からのドレンを前記ボイラに供給しているときには前記第１水位検出部が前記第１水位を検出しないときに故障であると判定し、当該バックアップ給水制御として前記給水タンクから新水を前記ボイラに供給しているときには前記第２水位検出部が前記第２水位を検出しないときに故障であると判定する、ボイラの制御装置。
前記ドレン回収装置からのドレンでは給水として不足があるとき、前記給水タンクからの新水の給水に切り替える、請求項１に記載のボイラの制御装置。