JPH0223927Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は例えば金属精錬の転炉などから排出さ
れる排熱を熱回収する排熱ボイラに係り、特にド
ラム水位が急激に変動する排熱ボイラのドラム水
位制御装置に関するものである。

蒸気ドラムを有する排熱ボイラでは、ドラムの
水位を負荷にかかわらず許容限界内に保つ必要が
あるために、水位の制御は給水流量調節弁や給水
ポンプの回転速度を操作することによつて調整さ
れているが、入熱量（燃料量）や給水量の瞬時変
化に対するドラム水位の応答は一時的に逆応答を
示すことが知られている。

これは急激な温度や伝熱量の変化によつて水管
中の気泡量が変わるためである。

すなわち、給水量を急激に増加すると蒸発部の
流体が冷却され、水管中の気泡が減少して一時的
にドラム水位が低下する。

一方、蒸気流量を急激に増加するとボイラの圧
力が低下し、それに伴つて水管中の飽和水が自己
蒸発して一時的に水位を押し上げる。

また、入熱量（燃料量）を急激に増加すると蒸
発が活発になつて水管中の気泡が増え、一時的に
水位を押し上げる。

このようにいずれの場合も、その後の蒸発量と
給水量の差によつてドラム水位が激しく上、下動
するのである。

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄはその様子を示したもの
であり、転炉のように運転、停止を頻繁に繰り返
すものにおいては、ドラム水位は急激な上、下動
を繰り返す。

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄの横軸は時間を示し、第
１図ａの縦軸は入熱量、第１図ｂの縦軸は蒸発
量、第１図ｃの縦軸はドラム内圧力、第１図ｄの
縦軸はドラム水位を示したもので、第１図ａのよ
うに入熱量の変化に伴つて蒸発量、ドラム内圧
力、ドラム水位の変化量を示したものである。

そして図中の曲線Ａは入熱量特性、曲線Ｂは蒸
発量特性、曲線Ｃはドラム内圧力特性、一点鎖線
Ｄはドラム水位設定値、曲線Ｅはドラム水位特性
を示し、点Ｆ〜点Ｇ間は運転時、点Ｇ〜点Ｈ間は
運転停止時、点Ｈ〜点Ｉ間は運転時と仮定する。

従つて排熱ボイラが第１図の点Ｆ〜点Ｇ間、点
Ｈ〜点Ｉ間のように負荷変動がなく通常運転を行
なつている場合には、曲線Ａの点Ｊ〜点Ｋのよう
に入熱量特性は平坦であり、蒸発量も曲線Ｂ、ド
ラム内圧力も曲線Ｃ、ドラム水位も曲線Ｅの各点
Ｊ〜点Ｋのように従追して変動は少ない。

ところが、入熱量が点Ｋ〜点Ｌのように急激に
減少した場合、つまり排熱ボイラの運転状態が平
常運転時から運転停止時へ移行した場合には、蒸
気量は第１図ｂの曲線Ｂの点Ｋ〜点Ｌに示すよう
に急激に減少し、ドラム内圧力は第１図ｃの曲線
Ｃの点Ｋ〜点Ｌのように次第に減少する。

これによつて前述した如く、ドラム内の気泡が
少なくなりドラム水位は第１図ｄの曲線Ｅの点Ｋ
〜点Ｌへと低下する。

しかしながら、ドラム水位がドラム水位設定値
Ｄよりも低くなると、ドラム水位制御装置が働
き、ドラム水位がドラム水位設定値Ｄになるよう
にドラムへの給水量が増加され、ドラム水位は第
１図ｄの点Ｍのレベルまで到達し安定する。

この状態で排熱ボイラへの入熱量が第１図ａの
曲線Ａの点Ｎ〜点Ｏで示す如く急激に上昇すると
蒸発量、ドラム内圧力も第１図ｂ、第１図ｃの曲
線Ｂ，Ｃの点Ｎ〜点Ｏのように入熱量に追従して
増加し、このドラム内圧力の上昇とともに気泡が
発生して見かけの缶水保有熱量が増加してドラム
水位は第１図ｄの曲線Ｅの点Ｎ〜点Ｏに示す如く
上昇し、ドラム水位の安定水位以上となり、キヤ
リーオーバーする危険がある。

また、このように制御対象物であるドラム水位
の変動が大きいことは制御系も不安定となる。

このようなボイラ負荷による急激な水位の変動
を緩和するために、ドラム径を必要以上に大きく
する必要があり、装置の大型化並びにコスト高を
招くことになる。

本考案はかかる従来の欠点を解消しようとする
もので、その目的とするところは、入熱量の急激
な増、減があつてもドラム水位の変動幅を小さく
抑えることができ、安定した制御ができるドラム
水位制御装置を提供するものである。

本考案は前述の目的を達成するため、排熱ボイ
ラのドラム水位を検出するドラム水位検出器と、 ボイラの通常運転時のドラム目標水位に相当す
る高レベルを設定する高水位レベル設定手段と、 ボイラの起動時のドラム目標水位に相当する低
レベルを設定する低水位レベル設定手段と、 前記ドラム水位の高水位レベルと低水位レベル
の設定値とを選択的に切り換えることのできる設
定値切換手段と、 前記ドラム水位検出器からの水位検出信号と、
前記設定値切換手段によつて選択された設定値信
号とを比較する水位比較手段と、 その水位比較手段からの出力信号に基づいて給
水流量目標値を演算する給水流量演算手段と、 ドラムの給水流量を検出する給水流量検出器
と、 その給水流量検出器からの流量検出信号と、前
記給水流量演算手段からの給水流量日標値とを比
較する流量比較手段と、 その流量比較手段からの偏差信号に基づいて開
閉動作される給水流量調節弁とを備える。

そしてボイラの停止時には、前記設定値切換手
段によりドラム低水位レベルを設定値として予め
自動的に選択しており、 ボイラの起動時には、前記低水位レベルを設定
値としてドラムの水位制御を行い、 ボイラ負荷が所定値以上になると、前記設定値
切換手段によりドラム高水位レベルを設定値とし
て選択して、ドラムの高水位レベルでの水位制御
を行うように構成されていることを特徴とするも
のである。

以下本考案の実施例を図面により説明する。

第２図は本考案のドラム水位の制御系を説明す
るための系統図であ。

ドラム水位検出器１からの水位検出信号２は、
ドラム水位比較器３へ入力され、第一ドラム水位
設定器４ａ、第二ドラム水位設定器４ｂにより設
定されたドラム水位設定値信号５ａ，５ｂと比較
され、その水位偏差信号６が加減演算器７に伝送
される。

一方、主蒸気流量検出器８からの主蒸気量検出
信号９の大きさにより設定値切換器１０が作動
し、第一ドラム水位設定器４ａ、第二ドラム水位
設定器４ｂのドラム水位設定値信号５ａ，５ｂが
選択されて、ドラム水位比較器３への設定値信号
となる。

加減演算器７では主蒸気流量検出器８からの主
蒸気流量検出信号９とドラム水位比較器３からの
水位偏差信号６が単位変換されたのち演算され、
その演算結果が給水流量設定信号１１となつて加
減演算器７から給水流量比較器１２へ入力され
る。

給水流量比較器１２では加減演算器７からの設
定信号１１と給水流量検出器１２からの給水量信
号１３が比較され、その偏差信号１４が給水流量
調節弁１５へ入力され給水系統１６の給水量が設
定値信号５ａ，５ｂとなるように給水流量調節弁
１５を操作する。

今、第一ドラム水位設定器４ａのドラム水位設
定値信号５ａを通常運転時のドラム水位に設定し
ておき、一方第二ドラム水位設定器４ｂのドラム
水位設定値信号５ｂをドラム水位設定値信号５ａ
より低いレベルに設定しておく。

従つて、第１図ａの入熱量がない、いわゆる排
熱ボイラの停止時には主蒸気流量検出器８からの
主蒸気流量検出信号９の出力がないことにより設
定値切換器１０は、第二ドラム水位設定器４ｂの
低いレベルのドラム水位設定値信号５ｂを選択し
てドラム水位は低レベルになつている。

このためにドラム水位は第二ドラム水位設定器
４ｂのドラム水位設定値信号５ｂを選択して運転
される。

この状態で入熱量が第１図ａの曲線Ａで示す如
く点Ｎから点Ｏへ増大しても負荷が一定以上にな
るまでは第二ドラム水位設定器４ｂのドラム水位
設定値信号５ｂで運転され、その後は設定値切換
器１０が高いレベルの第一ドラム水位設定器４ａ
のドラム水位設定値信号５ａが選択されてドラム
水位比較器３への設定値信号となる。

この様にドラム水位が常に通常レベルになるよ
うに設定値切換器１０によつて設定値信号を選択
し、この選択された偏差水位信号６として加減演
算器７へ入力され、給水流量調節弁１５を開、閉
して給水系統１６の給水量が制御されるのであ
る。

第３図は本考案によるドラム水位と従来のドラ
ム水位を比較したもので、実線は本考案のドラム
水位を、点線は従来のドラム水位を示したもので
あり、点Ｌ以降にその水位差を示した。

つまり従来のものにおいては、設定値Ｄによつ
てドラム水位が制御されるために、入熱量が増加
するとドラム水位は点Ｏまで上昇するが、本考案
のものにおいては、ボイラの入熱量が低下すれば
設定値切換器１０によつて設定値が低いレベルの
第二水位設定値信号５ｂを選択するために、ドラ
ム水位の変動幅が小さくなるのである。

この様に、入熱量の減少時、増加時にはドラム
水位の設定値を通常の設定値よりも低くすること
によつて、給水量を制限し、入熱量の急激な増加
時においてもドラム内の給水量の増加分によるド
ラム水位の上昇を抑えキヤリオーバーを防止した
のである。

本考案によれば、ドラム水位の変動幅を小さく
することができるためにキヤリーオーバーは防止
でき、しかもドラム自体を小型にすることがで
き、しかも前述のような二段階のドラム水位制御
により、ボイラの起動時間の短縮化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は入熱量の増、減に伴なう変化量を示し
たもので、第１図ａは入熱量、第１図ｂは蒸発
量、第１図ｃはドラム内圧力、第１図ｄはドラム
水位と時間の関係を示した特性曲線図、第２図は
本考案のドラム水位制御装置を示した系統図、第
３図は負荷急変時のドラム水位の変動量を比較し
た説明図である。 ４ａ……第一ドラム水位設定器、４ｂ……第二
ドラム水位設定器、５ａ……高レベルのドラム水
位設定値信号、５ｂ……低レベルのドラム水位設
定値信号、９……主蒸気流量検出信号、１０……
設定値切換器、１５……給水流量調節弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 排熱ボイラのドラム水位を検出するドラム水位
   検出器と、 ボイラの通常運転時のドラム目標水位に相当す
   る高レベルを設定する高水位レベル設定手段と、 ボイラの起動時のドラム目標水位に相当する低
   レベルを設定する低水位レベル設定手段と、 前記ドラム水位の高水位レベルと低水位レベル
   の設定値とを選択的に切り換えることのできる設
   定値切換手段と、 前記ドラム水位検出器からの水位検出信号と、
   前記設定値切換手段によつて選択された設定値信
   号とを比較する水位比較手段と、 その水位比較手段からの出力信号に基づいて給
   水流量目標値を演算する給水流量演算手段と、 ドラムの給水流量を検出する給水流量検出器
   と、 その給水流量検出器からの流量検出信号と、前
   記給水流量演算手段からの給水流量目標値とを比
   較する流量比較手段と、 その流量比較手段からの偏差信号に基づいて開
   閉動作される給水流量調節弁とを備え、 ボイラの停止時には、前記設定値切換手段によ
   りドラム低水位レベルを設定値として予め自動的
   に選択しており、 ボイラの起動時には、前記低水位レベルを設定
   値としてドラムの水位制御を行い、 ボイラ負荷が所定値以上になると、前記設定値
   切換手段によりドラム高水位レベルを設定値とし
   て選択して、ドラムの高水位レベルでの水位制御
   を行うように構成されていることを特徴とする排
   熱ボイラのドラム水位制御装置。