JPS5811304A

JPS5811304A - ボイラ系における蒸発量計測装置

Info

Publication number: JPS5811304A
Application number: JP10962481A
Authority: JP
Inventors: 藤田　忠男; 谷口　紳; 一郎平岩
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-01-22
Also published as: JPH0210321B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ボイラ系の蒸気負荷すなわち蒸発量を自動
的に計測するための蒸発量計測装置に係わり、特に、ボ
イラ系に缶水を供給するための給水制御系の断続制御に
おける給水停止期間に基づいて蒸発量を計測するように
した蒸発量計測装置に関するものである。

一般に、ボイラ系では、長時間の運転に際して、缶水の
濃縮化に伴うキャリオーバーやスケールノ成長等のよう
に累積蒸発量に応じて増大する運転阻害要因が知られて
いる。

更には、ボイラ系には、給水量等のように蒸発量に応じ
て適正量に制御される制御対象があるので、蒸発量に基
づいてこれらの制御が適正に行われているか否かを判断
し、不適当な場合には後備保護を図ることも行われてお
り、蒸発量はボイラ系の運転管理上重要な基礎データで
あることも知られている。

而して、かかる運転簀理上の基礎データとしての蒸発量
を把握するためには、蒸気負荷の流量を流量計でもって
計測することがしばしば行われてはいるものの、小形の
ボイラ系では、流量計を装備することの経済的負担が相
対的に大きくなるので、その採用が一般的に困難であっ
た。

したがって、従前の小形ボイラ系では、蒸発量を正確に
把握することができなかったので、給水制御系等の後備
保護を十分に図ることができないばかりか、キャリーオ
ーバーに起因する機器の破損やスケール成長に起因する
水管の焼損等を被る危険性が極めて大であるという欠点
があった。

この発明の目的は、上記従来技術に基づくボイラ系の蒸
発量計測の問題点に艦み、流量計を用いることなく、給
水制御系の断続制御における給水停止期間を計測し、そ
の計測結果に基づいて蒸発量を算出することにより、上
記欠点を除去し、蒸発量を自動的に計測することができ
る優れたボイラ系における蒸発量計測装置を提供せんと
するものである。

上記目的に沿うこの発明の構成は、下限水位センナと上
限水位センサとを配設して水位検出部を形成し、上下限
水位センナの各々からの出力信号に応答してボイラに缶
水を供給する給水ポンプを始動あるいは停止させる給水
制御部を設けて、蒸気の消費に伴い缶水水位が降下して
下限水位に到達したときには、下限水位センナがこれを
検出して下履水位信号を給水制御部に送って給水ポンプ
を始動させ、給水の開始に伴い缶水水位が上昇して上限
水位に到達したときには、上限水位センナがこれを検出
して上限水位信号を給水制御部に送って、給水ポンプを
停止させるようにした断続制御の給水制御系を備えたボ
イラ系にａいて、給水停止期間計測部を付設して、給水
ポンプが停止してから始動するまでの給水停止期間を計
測し、更に、蒸発量演算部を付設して、給水制御系にお
ける１回の断続制御でもって蓄積される各ボイラ系固有
の水量を、給水停止期間計測部でもって計測された給水
停止期間で割って商を算出し、その算出結果を蒸発量信
号として出力するようにしたことを特徴とするものであ
る。

さて、後続するこの発明の詳細な説明に先がけて、この
発明の構成を付設することができる典型的な小形ボイラ
系の構、成及び動作を説明すれば以下の通りである。

第１図（３）は、かかるボイラ系の構成を示すブロック
説明図であり、ボイラ１はその断面が示されている。第
１図（Ｂ）は第１図（Ａ）におけるＡ−入断面図である
〇図において、ボイラ１の内部は壁１ａの内周面に沿って
多数の水管１ｂが立設され、水管１ｂは中空筒状体から
成り、その下端部は環状の下部管寄せｌｃ（氷室）に、
そして、その上端部は同じく環状の上部管寄せｌｄ（蒸
気室）にそれぞれ連通し、下部管寄せ１Ｃ及び水管１ｂ
の下部には、缶水が収納される。

水管１ｂで囲まれたボイラ１の中心部には、燃焼室１ｅ
が形成され、その上部には、電動機１ｆで駆動されるプ
ロア１ｇに連通ずる風道１ｈが設けられ、風道１ｈ内に
は、ノズル棒１Ｍと電極棒１」が垂設される。

燃焼室１ｅの下端部は多数の水管１ｂの中空部を経て煙
道１ｋに連通する。上部管寄せ１ｄからは、連通管１（
が壁１ａ外に延びて下部管寄せ１Ｃに連通する。

連通管１１の中間部には、缶水水位を目視可能に表示す
る水位ゲージ１ｍと水位検出部２が介装される。水位検
出部２には、給水制御部３が接続され、その出力端子は
給水ポンプ４を駆動する電動機４８に接続される。給水
ポンプ４の導入管は図示しない水源に連通し、その吐出
管は下部管寄せ１Ｃに連通する。

更に、連通管ＩＩの上部には、圧力検出部Ｓが接続され
、その出力端子は燃焼制御部６に接続される。燃焼制御
部６からは、制御信号線６ａ〜６Ｃが延びて電動機１ｆ
、電極棒１ｊ、燃料ポンプ６ｄ管はノズル棒１１に連通
する。そして、下部管寄せ１Ｃからはブロー管１ｎが延
びて、ブローコック１ｐを介して図示しない排水路に連
通し、上部管寄せ１ｄからは蒸気管１ｑが延びて図示し
ない所望の蒸気負荷に連通する。

上記ボイラ系の構成では１．蒸気を発生させるに際して
は、電動機１ｆでもってプロア１ｇを駆動して風道１ｈ
内に空気を圧送しつつ電極棒１ｊに高電圧を印加してノ
ズル棒１１の先端から噴射される燃料を着火させ、これ
を燃焼室１ｅ内で燃焼させる。かかる燃焼により生じた
高温度の燃焼ガスは、燃焼室１ｅ下端部から水管１ｂの
中空部に進入し、これを通過して煙道１ｋに至り排気さ
れる。

この間に熱交換が行われて水管１ｂ中の缶水が加熱され
て蒸気となり、これが上部管寄せ１ｄにて集取、蓄積さ
れ、蒸気管１ｑを通じて蒸気負荷に供給されるものであ
る。

ソシて、燃焼制御に関しては、上部管寄せ１ｄ内の蒸気
圧を連通管１１を通じて抽出して圧力検出部５に供°給
し、圧力検出部５は上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧が予め設
定された下限蒸気圧に達したことを検出したときには、
下限蒸気圧信号を、同様に、上限蒸気圧に達したことを
検出したときには、上限蒸気圧信号を燃焼制御部６に送
る。

燃焼制御部′６は、蒸気の消費が続行して上部管寄せ１
ｄ内の蒸気圧が降下し、下限蒸気圧信号ｌ受けたときに
は、制御信号線６ｍを通じて電動機（ｆを始動させて、
プロア１ｇでもって風道１ｈを空気パージしてから制御
信号線６ｂを通じて電極棒１ｊに高電圧を印加するとと
もに、制御信号線６Ｃを通じて燃料ポンプ６ｄを始動さ
せて、ノズル棒１Ｍから噴射される燃料に点火し゛燃焼
を開始させ、更に、蒸気の発生が続行して蒸気圧が上昇
し、圧力検出部Ｓから上限蒸気圧信号を受けたときには
、制御信号線６Ｃを通じて燃料ポンプ６ｄを停止させて
、燃料供給を断つことにより燃焼を停止させるとともに
、燃焼ガスの排出を待って割面して、燃焼の断続制御で
もって上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧を上下限蒸気圧として
予め設定された両正力値の間の圧力値に保つことができ
るものである。

なお、簡便な装置では、−動機１ｆ、燃料ポンプ６ｄの
始動・停止制御、及び電極棒１ｊへの高電圧の印加を同
時的に行っても、よい。

更に、給水系に関しては、連通管１１内の気水境界面、
すなわち、水管１ｂ中の缶水水位の変化を水位検出部２
に伝達し、水位検出部２は缶水水位が予め設定された下
限水位に達したことを検出したときには、下限水位信号
を、同様に、上限水位に達したことを検出したときには
、上限水位信号を給水制御部３に送る。

給水制御部３は、蒸気の消費により水管中の缶水水位が
降下し、水位検出１部２から下限水位信号を受けたとき
には、電動機４ａを始動させて給水ポンプ４でもって下
部管寄せ１Ｃを通じて水管１ｂへの給水を開始させ、給
水が続行して缶水水位が上昇し、水位検出部２から上限
水位信号をｉけたときには、電動機４ａを停止させて水
管１ｂへの給水を断つ。

而して、給水の一断続制御でもって、水管１ｂ内の缶水
水位を上下限水位として予め設定された両水位値の間の
水位値に保つことができるものである。

そして、払かる給水の鹸続制御と、前記燃焼の断続制御
は互いに別個独立に行われるものである。

また、缶水のブローに際してはブローコック１ｐを開く
ことにより、排水管１ｎを通じて下部管寄せ１Ｃ及び水
管１ｂ中の缶水の一部あるいは全部をブローすることが
できるものである。

なお、プロア１ｇ、風道１ｈ、ノズル棒１１、電極棒１
ｊから成るバーナは、これに限られるものではなく、要
すれば、水管１ｂ中の缶水を加熱して蒸気を発生させ得
れば足りるので、一般的には、電気ヒータ等をも含む加
熱装置であればよい。

而して、同様に、燃焼制御部６も加熱装置を断続する加
熱制御部であればよい。

続いて、第２図〜第３図に基づいて、この発明の一実施
例の構成及び動作を説明すれば以下の通りである。

第２図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。そして、第１図の構成との対比において、連通管
１【中の水位は水管１ｂ中の缶水水位に等しいので、説
明の１便宜上、連通管１１を、給水ポンプ４でもって直
接的に給水される単純な形状の連通管１１’に置き換え
て表わしたものである。

水位検出部２は、缶水の下限水位りにその先端が位置す
るように配設された下限水位プローブ２ａと、缶水の上
限水位Ｈにその先端が位置するように配設された上限水
位プローブ２ｂと、水中に埋没した水中電極２Ｃと、水
中電極２ｃに一端が接続された交流電源２ｄと、交流電
源２ｄの他端と下限水位プローブ２ａとの間に挿入され
た第一の電流検出器２ｅと、交流電源２ｄの他端と上限
水位プローブ２ｂとの間に挿入された第二の電流検出器
２ｆとから成る。

給水制御部３は、第一の電流検出器２ｅの出力端子がそ
のセット端子に接続され、第二の電流検出器２ｆの出力
端子がインバータ３ａを通じてそのリセット端子に接続
されたフリップフロップ３ｂと、フリップフロップ３ｂ
の正相出力端子がドライバ３Ｃを通じてその一端に接続
され、その他端が電源３ｄに接続されたリレー３ｅとか
ら成り、リレー３ｅの接点３０′は給水ポンプ４を駆動
する電動機４ａの電源供給線４ｂに挿入される。

給水停止期間計測部Ｔは、クロックパルス発振器７ａと
、一つの入力端子がクロックパルス発振器７ａの出力端
子に接続され、他の一つの入力端子が給水制御部３（フ
リップフロップ３ｂの補相出力端子）に接続されたアン
トゲ−）７ｂと、アントゲ−）７ｂの出力端子がその入
力端子に接続されたカウンタ７ｃと、その入力端子がフ
リップ７０ツブ３ｂの補相出力端子に接続され、その出
力端子がカウンタ７ｃのクリア端子に接続された単安定
マルチバイブレータ７ｄとから成る。

蒸発量演算部８は、一つの入力端子がカウンタ７ｃの出
力端子に接続され、その制御端子が７リツプフロツプ３
ｂの補相出力端子に接続された割算器８ａと、その出力
端子が割算器８ａの他の入力端子に接続された水量設定
器８ｂとから成る。

９は蒸発量演算部８ａに接続された表示部である。

第３図は缶水水位、すなわち、連通管、１１′中、　の
水位の変化内と、第一第二の電流検出器２ｅ。

２ｆの出力信号（Ｂｌ　（ｅ）と、フリップフロップ３
ｂの正相出力信号（Ｄ）（Ｅ）とを対比して示す波形図
である。

□　　　上記構成から成る水位検出部２、給水制御部３
に関して、給水制御の動作を説明すれば以下の通りであ
る。

いま、第３図（Ａｌ　ｇに示すように水位が下限水位り
よりも高い位置にある場合には、下限水位プローブ２ａ
が水中に水没して、水中電極２ｃと９間が水を通じて導
通状態となり、交流電源２ｄに対して第一の電流検出器
２ｅ、下限水位プローブ２ａ、水中電１ｉ２　ｃから成
る負荷回路が形成されるので、第一の電流検出器２ｅに
電流が流れ、これを検出して第一の電流検出器２ｅは第
３図（ｃ）　ｂに示すように「１！ｌを出力する。

そして、水位が降下して、第３図囚Ｃに示すように、下
限水位りに達すると、下限水位プローブ２ａの先端が水
面から離れ、交流電源２ｄに対する負荷回路が遮断され
るので、第一の電流検出器２ｅを通過！条電流が零とな
り、これを検出して、第一の電流検出器２ｅは第３図（
ｅ）　ｄに示すようにｒＪを出力する。

かかる第一の電流検出器２ｅの出力信号の「１」からｒ
ＯＪへの反転をセット端子に受けてフリッ「１」に反転
する。この信号を受けて、ドライバ３Ｃが導通状態とな
り、９レー３ｅが励磁されて、接点ｓｅ’が閉成し、電
動機４ａに電源が供給されるので、ボイラへの缶水の供
給が行われる。

而して、プリップ７０ツブ３ｂが「１」になっている期
間中、給水が続行し、第３図囚ｆに示すように水位が上
昇し続ける。

やがて、第３図（Ａ）　ｇに示すように、水位が上限水
位Ｈに達すると、上限水位プローブ２ｂが水没し、いま
まで、これが水面から離れていたために、第３図（Ｂ）
　ｈに示すように、ｒＯＪを出力していた第二の電流検
出器２ｆが第３図（Ｂ）　ｉに示すように、「１」を出
力するようになる。

かかる第二の電流検出器２ｆの出力信号のｒＯＪから「
１」への反転はインバー、夕３ａにより、「１」からｒ
ＯＪへの反転に変換されて、フリップフロップ３ｂのリ
セット端子に供給され、これをｒＯＪにリセットする。

一３ｅが非励磁状態になり、接点３ｅ″が開成し、給水
が停止する。

このようにして、給水ポンプが始動してから停止するま
での期間Ｔｌ（以下給水期間という）は、プリップフロ
ップ３ｂが「１」になっている期間でもって特定され、
更に、給水ポンプが停止してから始動するまでの期間Ｔ
２Ｃ以下給水停止期間という）は、フリップフロップ３
ｂがｒＯＪになっている期間でもって特定されるもので
ある。

そして、かかる給水ポンプの断続制御における一つの給
水停止期間では、下限水位りと上限水位Ｈの差Ｇ、及び
その間の水管断面積に基づ従って消費する期間として給
水停止期間が特定されるものである。

したがって、蒸発量Ｗは、で表わされる。

更に付言すれば、水量Ｖは氷養→上下限水位の差ｑに基
づいて特定される各ボイラ系固有の定数であるので、蒸
発ＪＩＷは給水停止期間における水位の降下率に比例す
ることがわかる。

そこで、給水を停止した後は、第３図（Ａｌ　ｋに示す
ように、水位は蒸発量に応じた降下率でもって再び降下
し、これが第３図（ＡＩ　＋に示すように、下限水位り
に到達するまでは、フリップフロップｓｂがｒＯＪに留
まって、しかる後、第３図（Ｄ）　ｍに示すように「１
」に反転して、給水停止期間Ｔ２が形成される。

以下同様の動作が繰返し行われて、水位は上限水位Ｈと
下限水位りの間に保たれる。

そして、例えば、蒸発量Ｗ、が増大した場合には、第３
図（Ａ）ｋ’に示すように水位の降下率が増大し、いま
仮りに、第３図（Ａ）　ｇに示す時点で、同時に、第３
図（Ｂ）ｊ’に示すように、給水停止期間に移行したと
仮定すると、第３図（Ａ）Ｉ’に示す時点で第３図（Ｂ
）１ｎ’に示すように、フリップ７０ツブ３ｂが「１」
に反転することとなるので、給水停止期間Ｔ２よりは短
時間の給水停止期間Ｔ２１が１：形成される。　　　　
　　　　　　　　　　　　′１続いて、給水停止期間計
測部Ｔと蒸発量演算部Ｓの動作を説明すれば以下の通り
である。

給水ポンプの断続制御に際して、フリップフロップ３ｂ
の正相出力信号は、例えば、第３図（Ｄ）に示すように
、給水停止期間Ｔ２の間ｒＪとなるので、その補相出力
信号は給水停止期間ＴＩの間口」となる＠かかる補相出
力信号を受けて、給水停止期間中に限り、アンドゲート
７ｂが開いて、クロッ９１４　ルＸ発振器１ａからのク
ロックパルスをカウンタＩＣに導き、これを計数させる
。

そして、第３図（Ｄ）　ｍに示すように、フリップ７ｏ
ツフ３ｂがｒＪから「１」に反転すると、その補相出力
信号は「１」から「０」に反転し、アントゲ−）７ｂが
閉じて力（ンタ７ｃへのクロックパルスの供給が断たれ
、カウンタ７ｃには、給水停止期間Ｔ２を表わすディジ
タル符号が成虫され、給水停止期間信号Ｓｌとして出力
される。

このとき同時に、７リツプフロツプ３ｂの補相出力信号
の「１」からｒＪへの反転（フリップフロップ３ｂのｒ
Ｊから「１」への反転）を制御端子に受けて割算器ｇｍ
は後述の演算処理を実行する。

上記割算器８ａによる演算処理が完了した後に、前述し
たフリップフロップ３ｂの補相出力信号の「１」からｒ
ＯＪへの反転に際して、トリガされ、準安定状態に移行
していた単安定マルチノくイブレータ７ｄが安定状態に
復帰して、クリアノくルスをカウンタＴｃのクリア端子
に送るので、カウンタ７ｃはクリアされ、次回の計測に
備えられる。

この間、すなわち、カウンタ７ｃがクリアされる前に割
算器８ａは、ディジタルスイッチ等より成る水量設定器
８ｂに予め設定されている水量Ｖを表わす水量信号Ｓ２
を、カウ、ン夕ＩＣが出力している給水停止期間信号Ｓ
１でもって割って商を算出し、その算出結果を蒸発量信
号Ｓ３として出力する。

このようにして得られた蒸発量信号Ｓ３はＶ／Ｔ。

の算出結果であるので、前述のように、蒸発量を表わす
ものである。

表示部−は割算器８！ｌから蒸発量信号Ｓ３を受けて、
これを蒸発量Ｗとして目視可能に表示する。

なお、上記実施例では、上下限水位プローブ２ｂ　２ａ
と水中電極２０間の電導性を利用して、水位を検出して
いるが、これに限られるものではなデく、上下限水位ブロー＝％２ｂ２ａ等の構成に代えて、
上下限水位に対応する位置に発光素子と受光素子を対向
配置して成る光学的水位センサ、磁気′を帯びた浮子を
上下限水位に対応する位置に配設された磁気センサでも
って検出する磁気的水位センサ等を含む上下限水位セン
サを採用することは随意である。

あるいは、唯一の圧力センサから缶水水位に比例する水
圧信号を得て、この信号が上下限設定値に達したことを
コンパレータでもって検出する構成としてもよい。

上記構成のように、唯一のハードウェアでもって、上下
限水位センサを一体に実現することもできるので、この
明細書にいう下限水位センナと上限水位センナは必ずし
も別個独立のハードウェアとして実現される構成に限定
されるものではない。

更曇こ、上記実施例では、給水停止期間計測部Ｔは１回
の給水に関して、給水停止期間を計測して一つの給水停
止期間信号８１を出力し、これに基づいて蒸発量演算部
８は一つの蒸発量信号Ｓ３を出力しているが、複数回の
給水に関して、給水停止期間を計測し、これらの平均値
を算出して、一つの給水停止期間信号８１として処理し
てもよい。

そのようにすれば、ボイラ系の瞬間的変動に起因する給
水停止期間信号の、４ラツキを回避でき、より安定で正
確な蒸発量を把握できるという実益がある。

させるようにしたボイラ系番ζおいて、給水停止期間計
測部と蒸発量演算部とを付設して、給水停止期間を計測
し、１回の断続制御でもつてボイラに蓄積される水量を
給水停止期間で割って商を算出し、その算出結果を蒸発
量信号とじて出力するように構成されているので、ボイ
ラ系に詔ける蒸発量を自動的に計測し、これを正確に把
握することができる。

したがって、この発明によれば、蒸発量に基づく制御系
、典型的には、給水制御系の後備保護を図ることにより
、空焚きを完全曇こ防止できるとともに、蒸発量という
ボイラ系の運転管理上、重要な基礎データを確保するこ
とにより、キャリーオーバーやスケール成長に起因する
機器等の破損、焼損を未然に防止できるという優れた効
果がある。

しかも、この発明の構成における水位検出部と給水制御
部は、給水の断続制御には不可欠の構成要素であり、こ
れらをそっくりそのまま利用して、給水制御部から得ら
れる給水ポンプの始動停止信号を処理するための構成を
付設すれば足りるので、構成が簡潔で無駄がな（、低コ
ストで実現できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラ系の構成を示すブロック図、第２図〜第
３図はこの発明の実施例に関するものであり、第２図は
その構成を示すブロック図、第３図は要部の波形図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

缶水水位が下限水位であることを検出して、下限水位信
号を出力する下限水位センサと、缶水水位が上限水位で
あることを検出して、上限水位信号を出力する上限水位
センナとから成る水位検出手段と、下限水位信１号番こ
応答してボイラに缶水を供給する給水ポンプを始動させ
、上限水位信号に応答して給水ポンプを停止させる断続
制御の給水制御手段とを備えたボイラ系において、給水
ポンプが停止してから始動するまでの期間を計測して、
その計測結果を給水停止期間信号として出力する給水停
止期間計測手段と、給水停止期間信号に基づいて蒸発量
を算出し、その算出結果を蒸発量信号として出力す′る
蒸発量演算手段とを付設して成り、上記蒸発量演算手段
は、前記給水制御手段における１回の断続制御でもって
ボイラに蓄積される水量を給水停止期間で割って商を算
出する演算を実行することを特徴とするボイラ系におけ
る蒸発量計測装置。