JPS5986803A - ボイラ系の缶水濃縮状態判定及び制御装置 - Google Patents

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におけろ罐水の濃縮化に伴’）　ｋ
ｉｎ水中の不純物濃度の増大を検知、判定する装置及び
判定結果に応じて罐水な自動的にブローする制御装置に
関し、詳しくは、水位検出部に設けられた１本の水位検
出プローブからの水位信号によって給水ポンプを断続さ
ぜるボイラの罐水の濃縮状態を検知するために水位制御
のための前記水位検出プローブの他に、罐水の濃縮状態
を検知するための第２の水位検出プローブを設け、この
第２の水位検出プローブからの信号の変化によって罐水
の濃縮状態を検知する装置であり、また、この濃縮状態
の増大化傾向を知らせる信号によって罐水の自動ブロー
を行う装置である。

一般に、ボイラ系を長時間運転すると、罐水が濃縮化さ
れるので、罐水中に含まれろ溶解固形分等の不純物の濃
度が増大して、罐水表面に気泡を生ずるものである。そ
して、かかる気泡が気水境界面を離れて蒸気中に混入し
てキャリーオーバーを生じ、ボイラ系に接続されたバル
ブ等の関連機器の損傷を招くことが知られている。

而して、キャリーオーバーを防ぐためには、給水あるい
は蒸気の流計を流量計でもって計測ずろこと等Ｗより、
罐水濃縮度を］］Ｆ倒して、これがある程度増大したと
きには、罐水の吹き出しく以下ブローという）を行って
、新しい罐水と置換することが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、その採用が一般に困難で
あり、而して、流量計による計測に代えて、ボイラ系の
累積燃料消費量を貯蔵容器、典型的には、ドラム罐の単
位でもって計測することにより、あるいは。

罐水の一部を抽出してその電気伝導度を開側することに
より、罐水濃縮を推量することがしばしば行われている
。

しかしながら、累積燃料消費量に基づいて累積蒸気消費
量を推量し、更に、累積蒸気消費量に基づいて罐水濃縮
度を推量する場合には、ボイラ系の効率が蒸気消費量（
負荷）に従って変化するので、高精度の計測は期待し難
いものであった。

加えて、ドラム罐等の貯蔵容器の割数に基づいて計測す
る場合には、計量の最小車Ｂ″Ｌが棲めて大きく、計測
に際して多大の量子化誤差を伴うので、連続５’＋、’
　Ｋよろ言１測にはほど遠いイ、のてル）つだ。

その上、ドラム罐等による累積燃料消費量の計測は、消
費した燃料が貯蔵されていたドラム罐等の数示をいちい
ち計数して、こＪｔを記録ずろという煩雑な作業を伴う
ので、往往にして実行されず、累積蒸発計、ひいては罐
水濃縮度を全く把握できなくなってしまうこともしばし
ばでル〕つた。

また、罐水の電気伝導度に基づいて罐水濃縮度を推量す
る場合には、間歇的な計測しかできず、しかも、実際上
計測回数が制約されるために、罐水濃縮度の増大傾向を
連続的に請訓ずろことができなかった。

而して、かかる従前・のボイラ系ては、ブローを実行す
べき時期を正確に把握ずろことができず、罐水を著しい
濃縮状態に至らしめ、キャリーオーバーを頻発させ、関
連機器の損傷を招く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＜　ｔｌｉｆｌｉ
水め１縮度の推量の問題点に鑑み、罐水の給水時点に関
しオーパーンニート及び’＋（Ｒν水の液面揺動が罐水
の４゛■縮化の進行に伴って増大するｆＪｌ象１ｔＣ基
づいて、罐水のオーパーンニートの量を言１側すること
により、上記欠点を除去し、高精度に、しかも、連続的
に罐水濃縮度を監視し、判定して適宜自動的に罐水を除
去して罐水濃度をボイラ系の許容範囲内に維持するよう
にしたボイラ系における罐水濃縮状態判定及び制御装置
６を提供せんとしたものであリ、特に１本の水位検出プ
ローブからの水位信号にもとづいて給水ポンプを断続作
動せしめ水位制御を行５ボイラに適用することを目的と
したものである。

以上の目的は、特許請求の範囲に記載する構成をとる装
置により達成されろ。

以下、この発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図（Ａ）はボイラ系の構成を示す縦断面図であり、
ボイラｌ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−Ａ断面図である。

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ｌｂが立設され、水管ｌｂは中空筒状体か
ら成り、その下端部は環状の下部管寄せＩＣ（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ＩＣ及び水管ｌ
ｂの下部には、罐水が収納される。

水管１ｂで囲まれたボイラ１の中心部には、燃焼室ｌｅ
が形成され、その上部には、電動機１ｆで駆動されるブ
ロア１ｇに連通する風道１ｈが設けられ、風道ｌｄ内に
は、ノズル棒１ｉと電極棒ｌｊ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１ｄｌＪ・らは、連通
管１１が壁１α外に延びて下部管寄せＩＣに連通する。

連通管１１の中間部には、罐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が介装されろ。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４α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ＩＣに連通する。

更に、連通管ＩＩ！の上部には、圧力検出部５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ｌ
ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ６ｄのそれぞれに接続され
る。燃料ポンプ６ｄの導入管は図示しない燃料タンクに
連通し、その吐出管はノズル棒１ｉに連通ずる。そして
、下部管寄せ１Ｇからはブロー管Ｉｎが延びて、手動の
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ｌｄからは蒸気管１ｑが延びて気水分離管ｌ
ｒに接続されろ。気水分離管ｌｒ内の蒸気は蒸気管１ｓ
を通して図示しない所望の蒸気負荷に送られろ、分離さ
れた水は戻し管１１を通して下部管寄せに戻される。戻
し管ｌｔの下方部には、後述ずろ自動制御により、適宜
水管内の罐水をブローするブロー弁１ｕが取り付けられ
る。

上記ボイラ系の構成では、蒸気を発生させるに際しては
、電動機ｌｆでもってブロアＢを駆動して風道ＩＡ内に
空気を王道しつつ電極棒ｌｊに高電圧を印加してノズル
棒ｌｉの先端から噴射されろ燃料を着火させ、こり、を
燃焼室ｌｅ内で燃焼させろ。かかる燃焼により生じた高
温度の燃焼ガスは、燃焼室■ｅ下端部から水管ｌｂの中
空部に進入し、これを通過して煙道１ｋＶＣ至り排気さ
れる。この間に熱交換が行われて水管１ｂ中の罐水が加
熱されて蒸気となり′、これが上部管寄せ１ｄにて年収
、蓄積され、蒸気管ｌｑ、気水分離器■ｒ、蒸気管ｌＳ
を通じ℃蒸気負荷に供給されるものである。

そして、燃焼制御に関しては、上部管寄せｌｄ内の蒸気
圧を連通管ｌｌ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ｌｄ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ｌｄ
内の蒸気圧が降下し、下限蒸気圧信号を受けたときには
、制御信号線６αを通じて電動機ｌｆを始動させて、ブ
ロア１ｇでもって風道１ｈを空気パージしてから制御部
＠３Ｍ６ｂを通じて電極棒１ｊＶｃ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１ｉ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５から上限蒸気圧信号を受けたときに１
．ま、制御信号線６ｃを通じて燃料ポンプ６α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、制御信号線６αを通じ
て電動機１ｆを停止させてプロア１ｇからの送風を断つ
。

而して、燃焼の断続制御でもって、上部管寄せｌｄ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、電動機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ｌｂ中の罐水水位の変化を水位検出部
２に伝達する。水位検出部２には、水位制御用とし℃、
図示しない単一の水位検出ブロー−プが配置されている
。検出プローブと１−では任意の適当な公知の水位セン
サーが使用できる。

水位検出プローブの出力は給水制御部３に送られろ。

以上の給水の断続制御と、前記燃焼の断続制御は互いに
別個独立に行われる。

また、罐水のブローに際しては後述の自動制御されろ電
磁ブロー弁１ｕ以外に、手動でブローコック１ｐを開く
ことにより、排水管ｌｎを通じて下部管寄せ１Ｇ及び水
管１ｂ中の罐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、電磁ブロー弁１ｕは手動ブローコック１ｐと並置
ビて取り付けてもよい。

なお、ブロア１９、風道１／１．、ノズル棒１ｉ１電極
棒１ｊ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ｌｂ中の罐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。

この発明によれば、水位検出部２には、上述した水位制
御（給水制御）用の単一水位検出プＰ−ブ（第１のプロ
ーブ）の外に、このグローブから垂直方向に所望の距離
だけずれた位置に第２０水位検出プローブ（オーバーシ
ュートプローブ、図示せず）が設けられる。第２のプロ
ーブは第１のプローブより上方（オーバーシュート上限
位置）か又は下方Ｃオーバーシュート下限位置）に設け
られる。

ここにオーバーシュート下限位置は罐水の濃縮によるオ
ーバーシュートによる機器を破損しないように定めたオ
ーバーシュート時の泡を除いた水位であって、オーバー
シュート上限位置は罐水の濃縮による水位上昇の上限を
定めるものである。

第２図は給水制御部３及び罐水濃縮判定部のブロック図
を示す。水位検出部のグローブ１（１００）の出力は上
昇検出部１１０と下降検出部１２０に供給される。下降
検出部１２０、その出力は給水制御部３の要素であるタ
イマ１３０に供給される。

タイマ１３０の出力は給水ポンプ４の駆動モータの作動
部１５０に５ｔａｒｔ　　指令として供給される。

他方、上昇検出部１１０の出力はタイマ１４０に供給さ
れろ、タイマ１４０の出力は作動部１５０に給水５ｔｏ
ｐ指令として供給される。

下降検出部１２０と上昇検出部１１０の出力はさらにサ
イクル検出部１６０に供給され、サイクル検出部１６０
は、後述するオーバーシュートグローブ２（１７０）が
第１のグローブ１００より下方に設けられる場合（Ａ）
には、下降検出時点より上昇検出時点の間、論理ＩＩ　
Ｉ　１１となる信号を出力して論理ゲー）１８０をイネ
ーブル状態にし、オーバーシュートグローブ２（１７０
）が第１のグローブ１００より上方に設けられる場合（
Ｃ）　。

には上昇検出時点より下降検出時点の間、論理“１’“
となる信号を出力して論理ゲー）１８０をイネーブル状
態にする。

この発明に従い、所望の位置に設けられる第２のプロー
ブ１７０はその出力の変化（パルス）をゲー）１８０に
伝える。論理ゲート１８０はイネーブル状態において、
第２、即ちオーバーシュートグローブ１７０からの信号
の変化を監視し、その変化を計数器１９０に送る。

なお、サイクル検出部１６０はこの発明の原理上は必須
ではないが、プローブ１７０及びそれに関連する回路の
該動作防止に役立つ。

第３図は、この発明による罐水濃縮の判定方式を説明す
るための波形図である。第３図では、第１の水位検出プ
ローブ１を中間レベルの水位に配置した場合を想定しで
ある。さらに、給水制御部３による制御方式として、第
１の水位検出プローブ信号の立下り時点（下降検出時）
より一定時間後に給水ポンプを始動し、その後、第１の
水位検出プローブ信号の立上り時点（上昇検出時）より
一定時間給水を継続させることを想定しである。

第３図において水位のカーブαは濃縮が進んでいないと
きの罐水の水位変化を例示しており、破線のカーブｂは
濃縮が進行した段階での罐水の水位変化を例示している
。カーブαにおいて、時点ｌは、水位が第１プローブの
位置を通って下降する時点、即ち第１ブローブ信号の立
下り時点であり、時点１より一定時間後の時点２になる
とタイマ１３０（第２図参照）の動作で給水が開始され
る。時点３はかかる給水により水位が上昇して水位プロ
ーブの位置を通過する時点、即ちプローブ信号の立上り
時点である。給水ポンプはタイマ１４０（第２図参照）
の働きで上昇検出時点３より一定時間後である時点４で
給水を完了する。給水が完了すると蒸気負荷のため除々
に水位が減少し時点５（１）で再び第１水位グローブ信
号が立下り、次のサイクルに入る。

罐水の濃縮が進むと、罐水のあわだちのため、水位を観
察することになり、時点２で給水が開始されるとあわだ
ちが減少ないし消滅して実水位に近いレベルを観察する
。この結果、検出部の観察水位は破線ｂｊｆｃ示すよう
な傾向を呈する。

同様に、給水が完了するとあわだちが始まって実水位よ
り高い水位を観察してしまう。

この結果、オーバーシュート下限（又は上限）位置に設
けたオーバー７ユートグローブ２（Ａ又はＣ）は水位が
このプローブの上下を変動するため、パルスを発生する
。

このパルスはゲート１８０を通って計数器１９０に入力
される。計数器１９０は水位のサイクルの複数個に相当
する所定の期間ごとに、オーバーシュートグローブ２（
１７０）よりいくつの出力パルスが送られてきたかを計
数し、それが、上記複数サイクルの数と一致したら出力
信号を出す。いいかえれば計数器１９０＆ｆ−、オーバ
ーシュートプローブ信号の変化が給水ポンプの１回のＯ
Ｎ・ＯＦＦサイクルにつき、１回生じ、かつそれが複数
サイクルにわたり連続して発生した場合に濃縮状態信号
としての出力を出す。

特にきめの細かい罐水濃縮判定を必要としない場合は、
計数器１９０を省略し、オーバーシュートグローブ１７
０の信号変化な罐水濃縮信号として使用すればよい。

さて、以」二のようにして得た濃縮状態信号を用いて前
述したブロー弁を自動制御させるとよい。

かかる作動回路の構成例を第４図と第５図に示す。

第４図はブローの終了をタイマーを用い℃行う方式で、
濃縮が検出さんだ場合に、所定時間だけ電磁ブロー弁を
作動して罐水を一部ブローするものであり、第５図は水
位センサーのみを用いる方式で濃縮が検出された場合に
水管内の罐水があるレベルに達するまで電磁ブロー弁を
作動するものである。

以下、第４図と第５図について詳述すれば次の通り。

第４図において、Ｒ／は第２図の濃縮度判定部の出力側
圧設けた濃縮検出リレー（図示せず）の接点である。こ
の濃縮検出リレー接点Ｒｆと並列に自己保持用のリレー
接点Ｘ−１を接続し、これらの両接点と直列にタイマー
接点Ｔ−１を接続し、タイマー接点Ｔ−１と直列にタイ
マーＴ、第１図Ａに示す電磁弁１ｕのコイルＳ■及び自
己保持用リレーＸを並列接続した構成である。したがつ
℃、濃縮が検出されて出力リレーが励磁されろと、自己
保持用リレーＸにより、その接点Ｘ−１が閉成して、電
磁ブロー弁コイルＳｖが励磁されて電磁プロ′−弁１ｕ
（第１図Ａ）が作動し、水管の罐水のブローが開始され
る。ブローの開始後、所定時間が経過するとタイマーＴ
の接点Ｔ−１が開成して電磁ブロー弁コイルＳｖが釈放
され、ブローが終了する。なお、タイマーＴの作動中（
自動ブロー中）は給水ポンプの作動を禁止するよう構成
するとよい。

第５図の回路は濃縮検出出力リレー接点Ｒｆと自己保持
用リレー接点Ｘ−１を並列接続し、これらからの両接点
と直列に水位センサー（なおこのセンサーは上述したす
べての水位検出プローブより下方に配置する）の接点Ｅ
Ｌを接続、水位センサーの接点と直列に並列構成の電磁
ブロー弁の操作コイルＳＶと自己保持リレーＸを接続し
たものである。したがって、罐水の濃縮状態が検出され
て出力リレー接点Ｒｆが閉成されろと、電磁ブロー弁の
操作コイルＳｖが励磁されて、罐水のブローが開始する
。罐水のブローに伴ないその水位が低下し、水位センサ
ーの検出レベルに達すると、その信号により接点ＥＬが
開いて操作コイルが釈放され、電磁ブロー弁が閉じブロ
ーが終了する。

なお、前と同様自動ブロー中は給水ポンプの作動を禁止
するのがのぞましい。

以」二の罐水のブロー及びそれに続く、給水ポンプ４（
第１図Ａ）の水管への給水により、水管内の罐水の濃度
は薄められろ。

第６図はこのブロー給水制御により、罐水濃度がどのよ
うに制御されるかを概略的に示したものである。第６図
において、縦軸は水の濃縮度を示し、横軸は時間を示す
。線ＫＳは第２図の濃縮判定部レベルに対応する罐水の
濃度レベル（平均）を示すものであり、使用するボイラ
ー系の許容範囲内にあるものである。曲線ａにより示さ
れるように、水管内の罐水は運転時間の経過とともにそ
の濃縮度が増大する。この発明によれば、罐水の濃縮度
が点すに示すように設定レベルＫＳに到達したら自動的
に罐水のブローがなされ、続く給水により、その濃度は
点Ｃで概略的に示されるように低下させられる。罐水の
ブローがなされないとすると、水管内の罐水の濃度は破
線Ｃで示すように、増加し続け、ボイラー系に損傷を与
える危険な状態となって行く。

上述した第４図と第５図に示す回路はいずれも水管内の
罐水な全てではなく一部ブローする制御を与えろもので
ある。原理的には可能であるが、罐水を全℃自動ブロー
する方式を採用する場合には、バーナ、給水ポンプにイ
ンターロックをかけろ必要があり、必然的にボイラー運
転を中断しなければならない。これに対し、上述の構成
例に係る一部ブロ一方式には、ボイラーの運転を継続で
きろ利点があり、長期間にわたって蒸気を必要とずろ場
合に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はこの発明の構成を付設することができろ
小形ボイラ系の構成を示すブロック図、第１図（Ｂ）は
第１図（Ａ）におけるボイラ１のＡ−Ａ断面図、第２図
はこの発明の実施例に関するものであり、給水ｆｌｉ制
御部及び濃縮度判別部の構成を示すブロック図、第３図
は第２図の構成における要部の波形図、第４図はタイマ
一方式によるブロー弁作動回路例図、第５図は水位セン
サ方式によるブロー弁作動回路例図、第６図は罐水濃度
制御を説明するための図である。 ■・・・ボイラ、　　２・・・水位検出部、３・・・給
水制御部、　　４・・・給水ポンプ、１００・・・水位
制御用の第１の水（＞’Ｌ検出プローブ、１１０・・・
上昇検出部、　　１２ｏ・・・下降検出部、１３０．１
４０・・・タイマ、 １６０・・・サイクル検出部、 １７０・・・オーバーシュートグローブ（第２のプロー
ブ）、　　ｉｓｏ・・・論理ゲート、１９０・・・計数
器。 特許出願人　　株式会社　荏原製作所 手続補正書（方式） 昭和イア年　　′４１願第　／ツン、ｒ８７号３、補正
をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 り軍ｊ／’Ｌ３月１へき社五斤県う′ｒす牟４代理人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ボイラの水管に連通している水位検出部に設
   けられた単一の水位検出グローブによって水位制御を行
   うボイラ系において、 前記水位検出プローブの検出水位より所望の距離だけず
   れた位置にある水位を検出する濃縮水位検出グローブを
   設け、このプローブの出力信号に変化があった場合を以
   って罐水の濃縮状態であると判定するようにしたことを
   特徴とするボイラ系の罐水濃縮状態判定装置。
2. （２）ボイラの水管に連通している水位検出部に設けら
   れた単一の水位検出グローブによって水位制御を行うボ
   イラ系において。 前記水位検出プローブの検出水位より所望の距離だけず
   れた位置にある水位を検出する濃縮水位検出プローブを
   設け、このプローブの出力信号に変化が、給水ポンプの
   １回のオン・オフサイクルにつき少なくとも１回、かつ
   給水ポンプの複数のオン・オフサイクルにわたり連続し
   て発生した場合を以って罐水の濃縮状態であると判定す
   るようにしたことを特徴とするボイラ系の罐水濃縮状態
   判定装置。
3. （３）ボイラの水管に連通している水位検出部に設けら
   れた単一の水位検出プローブによって水位制御を行うボ
   イラ系において、 前記水位検出プローブの検出水位より所望の距離だけず
   れた位置にある水位を検出する濃縮水位検出グローブを
   設け、このプローブの出力信号に変化があった場合を以
   って罐水の濃縮状態であると判定して濃縮状態信号を出
   力する判定手段と、この判定手段の濃縮状態信号に応じ
   てブロー弁を自動作動する作動手段とを設けたことを特
   徴とするボイラ系の罐水濃度制御装置っ（４）　　ボイ
   ラの水管に連通している水位検出部に設けられた単一の
   水位検出グローブによって水位制御を行うボイラ系にお
   いて、 前記水位検出プローブの検出水位より所望の距離だけず
   れた位置にある水位を検出ずろ濃縮水位検出プローブを
   設け、このプローブの出力信号に変化が、給水ポンプの
   １回のオン・オフサイクルにつき少な、くとも１回、か
   つ給水ポンプの複数のオン・オフサイクルにわたり連続
   して発生した場合を以って罐水の濃縮状態であると判定
   して濃縮状態信号を出力する判定手段と、この判定手段
   の濃縮状態信号に応じてブロー弁を自動作動する作動手
   段とを設けたことを特徴とするボイラ系の罐水濃度制御
   装置。