KR20150008937A

KR20150008937A - 보일러 시스템

Info

Publication number: KR20150008937A
Application number: KR1020157000101A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 야마다; 테츠지 나모토; 히데토모 사이미
Original assignee: 미우라고교 가부시키카이샤
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-01-23
Also published as: CA2879483C; JP5534062B1; US9618197B2; WO2014128977A1; JP2014163553A; CA2879483A1; CN104508371A; CN104508371B; US20150204537A1; KR101518981B1

Abstract

정지중의 보일러가 보유하는 열을 헛되이 하지 않고 시스템 효율을 향상시키는 것. 복수의 보일러(20)를 구비하는 보일러군(2)과, 보일러군(2)의 연소상태를 제어하는 제어부(4)를 구비하는 보일러 시스템(1)으로서, 제어부(4)는 복수의 보일러(20) 중에 방열중의 보일러가 있는지의 여부를 판정하는 방열 판정부(41)와, 방열 보일러의 연소를 개시하여 연소중의 다른 보일러와 함께 균일한 부하율로 연소시켰을 경우에, 상기 부하율이 소정 부하율을 상회하는지의 여부를 판정하는 대수 증가 판정부(43)와, 소정 부하율을 상회한다고 판정되는 것을 조건으로 방열 보일러를 연소시키는 출력 제어부(44)를 구비한다.

Description

보일러 시스템{BOILER SYSTEM}

본 발명은 보일러 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 연소상태의 제어를 비례 제어로 행하는 보일러 시스템에 관한 것이다. 본원은 2013년 2월 22일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2013-033262호에 의거해서 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 복수의 보일러를 연소시켜서 증기를 발생시키는 보일러 시스템으로서 보일러의 연소량을 연속적으로 증감시켜서 증기의 발생량을 제어하는 소위 비례 제어 방식의 보일러 시스템이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 보일러를 대수 증가 부하존, 최적운전 부하존 및 대수 감소 부하존의 3개의 부하존으로 구분하고, 보일러가 최적운전 부하존으로부터 벗어나 대수 증가 부하존 또는 대수 감소 부하존에서 연소하는 상태가 되면, 연소시키는 보일러의 대수를 증가 또는 감소시켜 보일러를 최적운전 부하존에서 연소시키는 비례 제어 보일러의 제어 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 평 11-132405호 공보

그러나, 대수의 감소에 따라 연소를 정지한 보일러이어도 연소 정지후 잠시동안은 열을 보유하고 있기 때문에 연소를 정지하고 있는 동안에 보유하고 있는 열을 방출하게 된다. 또한, 정지 기간이 장기에 걸치면, 보일러가 보유하고 있던 열은 방출되어 상기 보일러는 냉각되지만, 이러한 냉각된 보일러를 새롭게 연소시킬 경우, 가동 손실이 매우 커져 버린다.

이 점, 특허문헌 1에 나타내는 제어 방법과 같이, 단지 보일러의 효율을 볼 때 연소시키는 보일러의 대수를 증감시킨 것에서는 방열에 의한 열손실이나 냉각된 보일러의 연소 개시에 따른 가동 손실에 의해 보일러 시스템 전체에 있어서의 시스템 효율이 악화될 우려가 있다.

또한, 이하에 있어서 연소 정지상태에 있는 보일러 중 보유하고 있는 열을 방출하고 있는 보일러를 「방열 보일러」, 냉각된 보일러를 「냉태 보일러」라고 부르는 일이 있다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 정지중의 보일러가 보유하는 열을 헛되이 하지 않고 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 보일러 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 부하율을 변경해서 연소 가능한 복수의 보일러를 구비하는 보일러군과, 요구 부하에 따라서 상기 보일러군의 연소상태를 제어하는 제어부를 구비하는 보일러 시스템으로서, 상기 제어부는 상기 복수의 보일러 중에 방열중의 보일러가 있는지의 여부를 판정하는 방열 판정부와, 상기 방열중의 보일러의 연소를 개시하여 연소중의 다른 보일러와 함께 균일한 부하율로 연소시킨 경우에 상기 부하율이 소정 부하율을 상회하는지의 여부를 판정하는 대수 증가 판정부와, 상기 대수 증가 판정부에 의해 소정 부하율을 상회한다고 판정되는 것을 조건으로 상기 방열중의 보일러를 연소시키는 출력 제어부를 구비하는 보일러 시스템에 관한 것이다.

또, 상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통내압력이 소정 압력을 상회하는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통내압력이 소정 압력을 밑돌고나서의 경과 시간이 제 1 시간을 밑도는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통체온도 또는 통수온도가 소정 온도를 상회하는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 연소를 정지하고나서의 경과 시간이 제 2 시간을 밑도는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것이 바람직하다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 연소를 정지하고 있는 보일러가 방열중인 경우에 이 방열중의 보일러를 연소시키기 때문에 정지중의 보일러가 보유하는 열을 헛되게 하는 일이 없다. 이 때, 방열중의 보일러는 연소후에 소정 부하율을 상회하는 경우에 한해서 연소를 개시하므로 그 후의 부하 저하에 따라 즉시 연소 정지가 되는 일이 없어 보일러의 개시와 정지가 반복되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 보일러 시스템 전체에 있어서의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 보일러 시스템의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 보일러군의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3은 제어부의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 보일러 시스템의 처리의 흐름을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 5는 보일러 시스템의 동작의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 보일러 시스템의 동작의 일례를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 보일러 시스템의 바람직한 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 보일러 시스템(1)의 전체구성에 대해서 도 1을 참조하면서 설명한다.

보일러 시스템(1)은 복수(5대)의 보일러(20)를 포함하는 보일러군(2)과, 이들 복수의 보일러(20)에 있어서 생성된 증기를 집합시키는 증기 헤더(6)와, 이 증기 헤더(6)의 내부의 압력을 측정하는 증기압 센서(7)와, 보일러군(2)의 연소상태를 제어하는 제어부(4)를 갖는 대수 제어 장치(3)를 구비한다.

보일러군(2)은 복수의 보일러(20)에 의해 구성되고, 부하 기기로서의 증기 사용 설비(18)에 공급하는 증기를 생성한다.

보일러(20)는 신호선(16)을 통해 대수 제어 장치(3)와 전기적으로 접속되어 있다. 이 보일러(20)는 연소가 행해지는 보일러 본체(21)와, 보일러(20)의 연소상태를 제어하는 로컬 제어부(22)를 구비한다.

로컬 제어부(22)는 요구 부하에 따라서 보일러(20)의 연소상태를 변경시킨다. 구체적으로는 로컬 제어부(22)는 신호선(16)을 통해 대수 제어 장치(3)로부터 송신되는 대수 제어 신호에 의거해서 보일러(20)의 연소상태를 제어한다. 또한, 로컬 제어부(22)는 대수 제어 장치(3)에서 사용되는 신호를 신호선(16)을 통해 대수 제어 장치(3)에 송신한다. 대수 제어 장치(3)에서 사용되는 신호로서는 보일러(20)의 실제의 연소상태, 및 그 밖의 데이터를 들 수 있다.

증기 헤더(6)는 증기관(11)을 통해 보일러군(2)을 구성하는 복수의 보일러(20)에 접속되어 있다. 이 증기 헤더(6)의 하류측은 증기관(12)을 통해 증기 사용 설비(18)에 접속되어 있다.

증기 헤더(6)는 보일러군(2)에서 생성된 증기를 집합시켜서 저류함으로써 복수의 보일러(20)의 상호의 압력차 및 압력변동을 조정하고, 압력이 조정된 증기를 증기 사용 설비(18)에 공급한다.

증기압 센서(7)는 신호선(13)을 통해 대수 제어 장치(3)에 전기적으로 접속되어 있다. 증기압 센서(7)는 증기 헤더(6)의 내부의 증기압(보일러군(2)에서 발생한 증기의 압력)을 측정하고, 측정한 증기압에 따른 신호(증기압 신호)를 신호선(13)을 통해 대수 제어 장치(3)에 송신한다.

대수 제어 장치(3)는 증기압 센서(7)에 의해 측정되는 증기 헤더(6)의 내부의 증기압에 의거해서 각 보일러(20)의 연소상태를 제어한다. 이 대수 제어 장치(3)는 제어부(4)와 기억부(5)를 구비한다.

제어부(4)는 신호선(16)을 통해 각 보일러(20)에 각종의 지시를 행하거나, 각 보일러(20)로부터 각종의 데이터를 수신하거나 해서 5대의 보일러(20)의 연소상태나 후술하는 우선 순위를 제어한다. 각 보일러(20)의 로컬 제어부(22)는 대수 제어 장치(3)로부터 연소상태의 변경 지시의 신호를 받으면 그 지시에 따라서 상기 보일러(20)를 제어한다.

기억부(5)는 대수 제어 장치(3)(제어부(4))의 제어에 의해 각 보일러(20)에 대하여 행해진 지시의 내용이나, 각 보일러(20)로부터 수신한 연소상태 등의 정보, 복수의 보일러(20)의 연소 패턴의 설정 조건 등의 정보, 복수의 보일러(20)의 우선 순위의 설정의 정보, 우선 순위의 변경(로테이션)에 관한 설정의 정보 등을 기억한다.

이상의 보일러 시스템(1)은 보일러군(2)에서 발생시킨 증기를 증기 헤더(6)를 통해 증기 사용 설비(18)에 공급 가능하게 되어 있다.

보일러 시스템(1)에 있어서 요구되는 부하(요구 부하)는 증기 사용 설비(18)에 있어서의 증기 소비량이다. 대수 제어 장치(3)는 이 증기 소비량의 변동에 대응해서 생기는 증기 헤더(6)의 내부의 증기압의 변동을 증기압 센서(7)가 측정하는 증기 헤더(6)의 내부의 증기압(물리량)에 의거해서 산출하고, 보일러군(2)을 구성하는 각 보일러(20)의 연소량을 제어한다.

구체적으로는 증기 사용 설비(18)의 수요의 대수 증가에 의해 요구 부하(증기 소비량)가 증가하고, 증기 헤더(6)에 공급되는 증기량(후술의 출력 증기량)이 부족하게 되면 증기 헤더(6)의 내부의 증기압이 감소하게 된다. 한편, 증기 사용 설비(18)의 수요의 저하에 의해 요구 부하(증기 소비량)가 감소하고, 증기 헤더(6)에 공급되는 증기량이 과잉으로 되면 증기 헤더(6)의 내부의 증기압이 증가하게 된다. 따라서, 보일러 시스템(1)은 증기압 센서(7)에 의해 측정된 증기압의 변동에 의거해서 요구 부하의 변동을 모니터할 수 있다. 그리고, 보일러 시스템(1)은 증기 헤더(6)의 증기압에 의거해서 증기 사용 설비(18)의 소비 증기량(요구 부하)에 따라서 필요로 되는 증기량인 필요 증기량을 산출한다.

여기서, 본 실시형태의 보일러 시스템(1)을 구성하는 복수의 보일러(20)에 대해서 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 따른 보일러군(2)의 개략을 나타내는 도면이다.

본 실시형태의 보일러(20)는 부하율을 연속적으로 변경해서 연소 가능한 비례 제어 보일러로 이루어진다.

비례 제어 보일러란 적어도 최소 연소상태(S1)(예를 들면, 최대 연소량의 20%의 연소량에 있어서의 연소상태)로부터 최대 연소상태(S2)의 범위에서 연소량이 연속적으로 제어 가능하게 되어 있는 보일러이다. 비례 제어 보일러는 예를 들면, 연료를 버너에 공급하는 밸브나, 연소용 공기를 공급하는 밸브의 개방도(연소비)를 제어함으로써 연소량을 조정하게 되어 있다.

또, 연소량을 연속적으로 제어한다란 로컬 제어부(22)에 있어서의 연산이나 신호가 디지털 방식으로 되어 단계적으로 취급될 경우(예를 들면, 보일러(20)의 출력(연소량)이 1% 피치로 제어되는 경우)이어도 사실상 연속적으로 출력을 제어 가능한 경우를 포함한다.

본 실시형태에서는 보일러(20)의 연소 정지상태(S0)와 최소 연소상태(S1) 사이의 연소상태의 변경은 보일러(20)(버너)의 연소를 온/오프함으로써 제어된다. 그리고, 최소 연소상태(S1)로부터 최대 연소상태(S2)의 범위에 있어서는 연소량이 연속적으로 제어 가능하게 되어 있다.

보다 구체적으로는 복수의 보일러(20) 각각에는 변동 가능한 증기량의 단위인 단위 증기량(U)이 설정되어 있다. 이것에 의해, 보일러(20)는 최소 연소상태(S1)로부터 최대 연소상태(S2)의 범위에 있어서는 단위 증기량(U) 단위로 증기량을 변경 가능하게 되어 있다.

단위 증기량(U)은 보일러(20)의 최대 연소상태(S2)에 있어서의 증기량(최대 증기량)에 따라 적당히 설정할 수 있지만, 보일러 시스템(1)에 있어서의 출력 증기량의 필요 증기량에 대한 추종성을 향상시키는 관점에서 보일러(20)의 최대 증기량의 0.1%∼20%로 설정되는 것이 바람직하고, 1%∼10%로 설정되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 출력 증기량이란 보일러군(2)에 의해 출력되는 증기량을 나타내고, 이 출력 증기량은 복수의 보일러(20) 각각으로부터 출력되는 증기량의 합계값에 의해 나타내어진다.

또, 복수의 보일러(20)의 각각은 보일러 효율(보일러(20)의 열효율)의 최고효율과 최저효율의 차가 소정값(예를 들면, 3%) 미만의 보일러로 이루어진다. 일례로서, 보일러(20)는 부하율이 50%일 때에 보일러 효율이 최고(약 97%)가 되고, 부하율이 100%일 때에 보일러 효율이 최저(약 94%)가 되는 보일러이다.

또, 복수의 보일러(20) 각각에는 보일러(20)가 효율적으로 연소하는 경우에 있어서의 부하율의 범위에 대응해서 고효율존(Z)이 설정되어 있다. 고효율존(Z)은 보일러 효율(보일러(20)의 열효율)이 일정값(예를 들면, 96%)보다 높아지는 부하율의 범위이며, 보일러(20)를 연소시킴에 있어서 가장 바람직한 부하율의 범위이다. 본 실시형태에서는 부하율 40%∼65%의 범위가 고효율존(Z)으로서 설정되어 있다.

또, 보일러군(2)에는 연소하는 보일러(20)의 대수를 결정하기 위한 정지 기준 역치 및 증가 기준 역치가 설정되어 있다. 본 실시형태에서는 정지 기준 역치로서 대수 감소 부하율을 사용하고, 증가 기준 역치로서 변동 증기량 및 방열 보일러의 부하율을 사용하는 것으로 하고 있다.

대수 감소 부하율은 연소상태에 있는 보일러(20) 중 하나의 보일러(20)의 연소를 정지하는 기준이 되는 부하율이며, 연소상태에 있는 보일러(20)의 부하율이 대수 감소 부하율에 이르면(이하가 되거나 또는 보다 작아지면) 연소상태에 있는 보일러(20) 중 하나의 보일러(20)의 연소를 정지한다. 또한, 대수 감소 부하율은 임의로 설정할 수 있지만, 설명을 쉽게 하기 위해서 본 실시형태에서는 최소 연소상태(S1)에 대응하는 부하율(20%)을 대수 감소 부하율로서 설정한다.

또, 변동 증기량은 급격한 부하 변동에 대응해서 단시간에 증가시키는 여력으로서 준비해 두는 증기량이며, 보일러군(2)의 연소상태에 따라 제어부(4)의 제어 또는 관리자에 의한 수동제어에 의해 설정된다.

후술하는 바와 같이, 보일러군(2)은 연소하고 있는 보일러(20)의 여력의 합(후술의 합계 여력 증기량)이 변동 증기량을 초과하도록 제어된다. 즉, 후술의 합계 여력 증기량이 설정된 변동 증기량이하가 되면(또는 보다 작아지면) 정지하고 있던 보일러(20)가 연소를 개시해서 보일러(20)의 대수가 증가한다.

또한, 방열 보일러의 부하율을 사용한 연소하는 보일러(20)의 대수를 결정하는 방법에 대해서는 후술한다.

또, 복수의 보일러(20)에는 각각 우선 순위가 설정되어 있다. 우선 순위는 연소 지시나 연소 정지 지시를 행하는 보일러(20)를 선택하기 위해서 사용된다. 우선 순위는 예를 들면 정수값을 사용해서 수치가 작을수록 우선 순위가 높아지도록 설정할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 보일러(20)의 1호기∼5호기의 각각에 「1」∼「5」의 우선 순위가 할당되어 있을 경우, 1호기의 우선 순위가 가장 높고, 5호기의 우선 순위가 가장 낮다. 이 우선 순위는 통상의 경우, 후술의 제어부(4)의 제어에 의해 소정의 시간 간격(예를 들면, 24시간 간격)으로 변경된다.

이상의 보일러군(2)에는 소정의 연소 패턴이 설정되어 있다. 보일러군(2)의 연소 패턴으로서는 예를 들면, 우선 순위가 높은 보일러(20)부터 연소시킴과 아울러 연소하고 있는 보일러(20)의 부하율이 소정의 역치를 상회했을 경우에, 다음으로 우선 순위가 높은 보일러(20)를 연소시킨다는 연소 패턴을 들 수 있다.

다음에, 본 실시형태에 따른 대수 제어 장치(3)의 제어의 상세에 대해서 설명한다.

본 실시형태의 대수 제어 장치(3)는 기본적으로는 연소시키는 보일러(20)만으로는 변동 증기량분의 여력을 확보할 수 없게 된 경우에 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가하는 것으로 하고 있지만, 변동 증기량분의 여력을 확보할 수 있는 경우이어도 연소를 정지하고 있는 보일러(20) 중에 아직 열을 보유하고 있는 보일러(20)(방열 보일러)가 존재할 경우에는 이 방열 보일러의 연소를 개시하는 일이 있다. 이 때, 방열 보일러의 연소 개시에 따라 연소상태에 있는 보일러(20)의 부하율이 감소하므로 대수 감소 부하율과의 관계에 따라서는 방열 보일러의 개시와 정지가 반복될 가능성이 있다.

그래서, 제어부(4)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 방열 판정부(41)와, 여력 산출부(42)와, 대수 증가 판정부(43)와, 출력 제어부(44)를 포함해서 구성된다.

방열 판정부(41)는 연소를 정지하고 있는 보일러(20) 중에 방열 보일러가 존재하는지의 여부를 판정한다. 방열 보일러의 판정은 임의의 방법에 의해 행할 수 있지만, 본 실시형태에서는 연소를 정지하고 있는 보일러(20)의 통내압력, 온도 또는/및 경과 시간에 의거해서 방열 보일러의 판정을 행하는 것으로 하고 있다.

즉, 방열 판정부(41)는 연소를 정지하고 있는 보일러(20) 중 (1)통내압력이 소정 압력을 상회하는 보일러(20), (2)통내압력이 소정 압력을 밑돌고나서의 경과 시간이 제 1 시간을 밑도는 보일러(20), (3)통체온도 또는 통수온도가 소정 온도를 상회하는 보일러(20), (4)연소 정지 지시가 지령되고나서의 경과 시간이 제 2 시간을 밑도는 보일러(20)를 방열 보일러로서 판정한다. 또한, 통체온도는 보일러(20)의 수관의 온도(표면온도)이며, 통수온도는 보일러(20)의 수관내의 물의 온도인 것으로 한다. 또한, 통내압력, 통체온도, 통수온도 또는 경과 시간은 보일러(20)의 로컬 제어부(22)로부터 필요에 따라 송신되는 것으로 한다. 또한, 방열 판정부(41)는 (1)∼(4)의 각각을 조합해서 방열 보일러의 판정을 행하는 것으로 해도 좋고, 단독으로 방열 보일러의 판정을 행하는 것으로 해도 좋다.

여력 산출부(42)는 연소상태에 있는 복수의 보일러(20)의 각각에 대해서 최대 증기량과 그 보일러(20)가 출력하고 있는 증기량의 차(즉, 상기 보일러(20)에 있어서의 여력)인 여력 증기량을 산출한다. 또한, 여력 산출부(42)는 연소상태에 있는 복수의 보일러(20)의 여력 증기량의 합인 합계 여력 증기량(즉, 보일러군(2)에 있어서의 여력)을 산출한다.

대수 증가 판정부(43)는 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시킬 필요가 있는지의 여부를 판정한다. 또한, 대수 증가 판정부(43)에 의한 판정은 이하에 나타내는 제 1 대수 증가 판정 및 제 2 대수 증가 판정에 의해 행해진다.

제 1 대수 증가 판정이란 연소상태에 있는 복수의 보일러(20)의 합계 여력 증기량과 보일러군(2)에 설정된 변동 증기량을 비교함으로써 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시키는 판정 방법이다. 이 판정에서는 대수 증가 판정부(43)는 합계 여력 증기량이 변동 증기량미만이 되면 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시킬 필요가 있다고 판정한다. 또한, 대수 증가 판정부(43)에 의한 제 1 대수 증가 판정의 방법은 이것에 한정되지 않고 임의의 방법에 의해 행하는 것으로 해도 좋다.

또, 제 2 대수 증가 판정이란 방열 보일러가 존재하는 경우에 행해지는 판정이다. 이 제 2 대수 증가 판정에서는 방열 보일러를 연소중의 다른 보일러(20)와 함께 균일한 부하율로 연소시킨 경우의 부하율에 의거해서 방열 보일러를 연소시키는지의 여부를 판정한다. 또한, 연소시키는 보일러(20)의 대수 증가에 따라 연소상태에 있는 보일러(20)의 1대당 부하율은 저하하게 되지만, 제 2 대수 증가 판정에 사용하는 부하율은 대수 증가에 따라 저하한 후의 부하율이다. 대수 증가 판정부(43)는 방열 보일러를 연소시킨 경우의 부하율이 소정 부하율을 상회하는 것을 조건으로, 보다 상세하게는 소정 부하율을 상회하는 상태가 소정 시간 계속되는 것을 조건으로 방열 보일러를 연소시킨다고 판정한다.

또한, 소정 부하율은 방열 보일러로부터 방출되는 열량과 부하율 저하에 따라 저하하는 보일러 효율의 관계로 임의로 설정할 수 있다. 이 때, 방열 보일러의 개시와 정지가 반복되는 것을 방지하기 위해서 소정 부하율은 대수 감소 부하율보다 높게 설정한다. 본 실시형태에서는 소정 부하율로서 고효율존(Z)에 포함되고, 또한 대수 감소 부하율에 대하여 충분한 여유를 가진 부하율(예를 들면, 40%)을 채용하는 것으로 하고, 방열 보일러를 연소시켰을 경우의 보일러 효율의 저하를 억제함과 아울러, 방열 보일러의 개시와 정지가 반복되는 것을 방지하고 있다.

출력 제어부(44)는 대수 증가 판정부(43)에 의해 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가한다고 판정되는 것을 조건으로 정지하고 있는 보일러(20)를 연소상태에 있는 다른 보일러(20)와 균일한 부하율로 연소시킨다. 이 때, 제 1 대수 증가 판정에 의해 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가한다고 판정되었을 경우에는 출력 제어부(44)는 정지하고 있는 보일러(20) 중 가장 우선 순위가 높은 보일러(20)를 연소시킨다. 또한, 제 2 대수 증가 판정에 의해 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가한다고 판정되었을 경우에는 출력 제어부(44)는 정지하고 있는 보일러(20) 중 방열 보일러를 연소시킨다.

이어서, 본 실시형태의 보일러 시스템(1)의 처리의 흐름을 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시키는 경우에 있어서의 보일러 시스템(1)의 보일러 대수 증가 처리의 흐름을 나타내는 플로우 챠트이다.

우선, 스텝ST1에 있어서, 제어부(4)는 여력을 확보할 수 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 대수 증가 판정부(43)는 여력 산출부(42)가 산출한 합계 여력 증기량과 보일러군(2)에 설정된 변동 증기량을 비교해서 변동 증기량보다 합계 여력 증기량이 큰지의 여부를 판정한다. 스텝ST1에 있어서 변동 증기량보다 합계 여력 증기량이 작다고 판정되었을 경우에는 스텝ST2에 있어서, 제어부(4)(출력 제어부(44))는 우선 순위에 의거해서 연소시키는 보일러의 대수를 증가함으로써 변동 증기량분의 여력을 확보한다. 스텝ST2의 처리가 끝나면 제어부(4)는 보일러 대수 증가 처리를 종료한다.

한편, 변동 증기량보다 합계 여력 증기량이 큰 경우에는 스텝ST3에 있어서, 제어부(4)(방열 판정부(41))는 방열 보일러가 존재하는지의 여부를 판정한다. 즉, 방열 판정부(41)는 연소를 정지하고 있는 보일러(20)에 방열 보일러가 존재하는지의 여부를 판정한다. 즉, 방열 판정부(41)는 상술의 (1)∼(4)의 방열 판정 방법의 각각 단독 또는 필요에 따라서 적당히 조합해서 방열 보일러가 존재하는지의 여부를 판정한다. 스텝ST3에 있어서 방열 보일러가 존재하지 않는다고 판정되었을 경우에는 제어부(4)는 보일러 대수 증가 처리를 종료한다.

한편, 방열 보일러가 존재할 경우에는 스텝ST4에 있어서, 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 방열 보일러의 연소를 개시한 후의 부하율, 즉 대수 증가에 따라 저하한 후의 부하율이 소정 부하율을 상회하는 상태가 소정 시간 계속되고 있는지의 여부를 판정한다. 스텝ST4에 있어서 소정 부하율을 상회하는 상태가 소정 시간 계속되고 있다고 판정되었을 경우에는 제어부(4)(출력 제어부(44))는 방열 보일러의 연소를 개시한다(스텝ST5). 이 때, 제어부(4)(출력 제어부(44))는 방열 보일러와 이미 연소상태에 있던 보일러(20)를 균일한 부하율로 연소시킨다.

스텝ST5 후 스텝ST4에 있어서 소정 부하율미만이라고 판정되었을 경우, 또는 스텝ST4에 있어서 소정 부하율을 상회하는 상태가 소정 시간 계속되고 있지 않다고 판정되었을 경우에는 제어부(4)는 보일러 대수 증가 처리를 종료한다.

다음에, 본 발명의 보일러 시스템(1)의 동작의 구체예에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5 및 도 6은 보일러군(2)의 연소상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

또한, 도 5 및 도 6에 있어서, 보일러(20)의 각각은 용량이 7000kg인 7톤 보일러이며, 또한, 변동 증기량으로서 7000kg/h의 증기량이 설정되어 있는 것으로 한다.

도 5(1)을 참조해서, 1호기 보일러, 2호기 보일러 및 3호기 보일러는 부하율 50%로 연소하고 있고, 4호기 보일러 및 5호기 보일러는 연소를 정지하고 있다. 이 때, 5호기 보일러는 이미 냉각된 냉태 보일러이지만, 4호기 보일러는 아직 열을 보유하고 있는 방열 보일러인 것으로 한다.

1호기 보일러∼3호기 보일러가 부하율 50%로 연소하고 있기 때문에 합계 여력 증기량은 10500kg/h이며, 도 5(1)에서는 변동 증기량분의 여력을 확보할 수 있다. 그 때문에 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 제 1 대수 증가 판정에 있어서 여력을 확보할 수 있고 있어 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시킬 필요는 없다고 판정한다(도 4의 스텝ST1에 있어서 YES).

한편, 4호기 보일러가 방열 보일러이기 때문에 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 제 2 대수 증가 판정을 행해 4호기 보일러의 연소를 개시해야 하는지의 여부를 판정한다(도 4의 스텝ST4). 이 점, 도 5(1)에서는 1호기 보일러∼3호기 보일러의 3대가 부하율 50%로 연소하고 있기 때문에 4호기 보일러의 연소를 개시하면 도 5(2)에 나타낸 바와 같이 1호기 보일러∼4호기 보일러의 4대가 부하율 37.5%로 연소하게 된다. 부하율 37.5%는 소정 부하율(40%)미만이기 때문에 도 5(2)에서는 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 방열 보일러인 4호기 보일러의 연소를 개시해서는 안된다고 판정한다(도 4의 스텝ST4에서 NO).

계속해서, 도 6(1)을 참조해서, 1호기 보일러, 2호기 보일러 및 3호기 보일러는 부하율 60%로 연소하고 있고, 4호기 보일러 및 5호기 보일러는 연소를 정지하고 있다. 이 때, 5호기 보일러는 이미 냉각된 냉태 보일러이지만, 4호기 보일러는 아직 열을 보유하고 있는 방열 보일러인 것으로 한다.

도 6(1)에 있어서도 변동 증기량분의 여력을 확보할 수 있기 때문에 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 제 1 대수 증가 판정에 있어서 여력을 확보할 수 있어 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가시킬 필요는 없다고 판정한다(도 4의 스텝ST1에 있어서 YES).

한편, 4호기 보일러가 방열 보일러이기 때문에 제어부(4)(대수 증가 판정부(43))는 제 2 대수 증가 판정을 행한다. 이 점, 도 6(1)에서는 1호기 보일러∼3호기 보일러의 3대가 부하율 60%로 연소하고 있기 때문에 4호기 보일러의 연소를 개시하면, 도 6(2)에 나타낸 바와 같이 1호기 보일러∼4호기 보일러의 4대가 부하율 45%로 연소하게 된다. 부하율 45%는 소정 부하율(40%)이상이기 때문에 도 6(2)에서는 제어부(4)(출력 제어부(44))는 방열 보일러인 4호기 보일러의 연소를 개시하여 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가한다(도 4의 스텝ST5).

이상 설명한 본 실시형태의 보일러 시스템(1)에 의하면, 이하와 같은 효과를 발휘한다.

제어부(4)는 연소 정지중의 보일러(20) 중에 방열 보일러가 존재할 경우에, 제 2 대수 증가 판정에 의해 방열 보일러의 연소를 개시하는지의 여부를 판정하는 구성으로 했다. 이러한 제 2 대수 증가 판정을 행함으로써 방열 보일러에 대해서는 통상보다 우선적으로 연소시키는 것이기 때문에 방열 보일러의 연소가 장기에 걸쳐 정지하고 있는 상황을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 방열 보일러가 냉태 보일러가 되는 것을 방지할 수 있고, 냉태 보일러의 연소 개시에 따른 가동 손실이 발생하는 빈도를 경감할 수 있다.

여기에서, 방열 보일러의 연소를 개시했을 경우에 연소상태에 있는 보일러(20)의 대수가 증가하는 점에서 연소상태에 있는 보일러(20)의 1대당 부하율이 감소하게 된다. 이 점, 제어부(4)는 방열 보일러를 다른 보일러(20)와 함께 균일한 부하율로 연소시켰을 경우의 부하율이 대수 감소 부하율에 대하여 여유를 가진 소정 부하율을 상회하는지의 여부에 따라 제 2 대수 증가 판정을 행한다. 이러한 제 2 대수 증가 판정에 의해, 대수 감소 부하율에 대하여 충분한 여유가 있는 경우에만 방열 보일러의 연소를 개시하기 때문에 방열 보일러의 개시와 정지가 반복되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 방열 보일러의 개시와 정지에 의한 시스템 효율의 악화를 방지하면서, 방열 보일러로부터 방출되는 열량을 유효적으로 이용할 수 있으므로 보일러 시스템(1) 전체에 있어서의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 제어부(4)는 연소를 정지하고 있는 보일러(20) 중 통내압력이 소정 압력을 상회하는 보일러나, 통내압력이 소정 압력을 밑돌고나서의 경과 시간이 제 1 시간을 밑도는 보일러(20)를 방열 보일러로서 판정하는 구성으로 했다. 이러한 보일러(20)이면, 연소 개시후 즉시 증기의 공급이 가능하게 되므로 가동 손실이 적고, 방열에 의한 열손실과의 관계로 시스템 효율의 향상을 기대할 수 있다.

또한, 통상, 증기 헤더(6)로부터 보일러(20)에 증기가 유입되는 일은 없지만, 경년 열화 등에 의해 증기 헤더(6)로부터 보일러(20)에 증기가 유입되어 버리는 경우에는 통내압력만으로는 방열 보일러인지의 여부를 적절하게 판정할 수 없는 경우가 있다.

그래서, 제어부(4)는 연소를 정지하고 있는 보일러(20) 중 통체온도 또는 통수온도가 소정 온도를 상회하는 보일러(20)나, 연소를 정지하고 있는 보일러 중 연소를 정지하고나서의 경과 시간이 제 2 시간을 밑도는 보일러(20)를 방열 보일러로서 판정하는 구성으로 해도 좋다. 이러한 구성에 의해, 보다 정확하게 방열 보일러를 특정할 수 있고, 그 결과, 시스템 효율의 향상을 기대할 수 있다.

이상, 본 발명의 보일러 시스템(1)의 바람직한 각 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 적당히 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는 변동 증기량분의 여력을 확보할 수 있는지의 여부에 따라 제 1 대수 증가 판정을 행하는 것으로 하고 있지만, 제 1 대수 증가 판정의 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 제 1 대수 증가 판정에 의해 연소시키는 보일러(20)의 대수를 증가할 필요가 없다고 판정되었을 경우이어도 방열 보일러에 관한 대수 증가 판정을 별도로 행하는 것을 특징으로 하는 것이며, 제 1 대수 증가 판정의 방법은 적당히 임의의 방법을 채용하는 것으로 해도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 복수의 보일러(20)를 비례 제어 보일러에 의해 구성하는 것으로 하고 있지만, 보일러(20)는 비례 제어 보일러에 한정되지 않고, 단계값 제어 보일러에 의해 구성하는 것으로 해도 좋다. 또한, 단계값 제어 보일러란 복수의 단계적인 연소 위치를 갖고, 연소를 선택적으로 온/오프하거나, 불꽃의 크기를 조정하거나 하는 것 등에 의해 연소량을 제어하고, 선택된 연소 위치에 따라서 연소량을 단계적으로 증감 가능한 보일러이다. 일례로서, 복수의 보일러(20)를 연소 정지 위치, 저연소 위치 및 고연소 위치의 3위치를 갖는 3위치 보일러에 의해 구성하는 것으로 해도 좋다. 물론, 보일러(20)는 3위치에 한정되지 않고, 임의의 N위치의 연소 위치를 갖는 것으로 해도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 본 발명을 5대의 보일러(20)로 이루어지는 보일러군(2)을 구비하는 보일러 시스템에 적용했지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명을 2∼4대 또는 6대이상의 보일러로 이루어지는 보일러군을 구비하는 보일러 시스템에 적용해도 좋다.

또, 본 실시형태에서는 보일러(20)를 연소 정지상태(S0)와 최소 연소상태(S1) 사이의 연소상태의 변경을 보일러(20)의 연소를 온/오프함으로써 제어하고, 최소 연소상태(S1)로부터 최대 연소상태(S2)의 범위에 있어서는 연소량을 연속적으로 제어 가능한 비례 제어 보일러에 의해 구성했지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 보일러를 연소 정지상태로부터 최대 연소상태의 범위 전체에 있어서 연소량을 연속적으로 제어 가능한 비례 제어 보일러에 의해 구성해도 좋다.

또, 본 실시형태에서는 복수의 보일러(20) 각각으로부터 출력되는 증발량의 합계값을 보일러군(2)의 출력 증발량으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 대수 제어 장치(3)(제어부(4))로부터 복수의 보일러(20)에 송신되는 연소 지시 신호로부터 산출되는 증발량인 지시 증발량의 합계값을 보일러군(2)의 출력 증발량으로서 취급해도 좋다.

1: 보일러 시스템
2: 보일러군
20: 보일러
4: 제어부
41: 방열 판정부
42: 여력 산출부
43: 대수 증가 판정부
44: 출력 제어부
U: 단위 증발량

Claims

부하율을 변경해서 연소 가능한 복수의 보일러를 구비하는 보일러군과, 요구 부하에 따라서 상기 보일러군의 연소상태를 제어하는 제어부를 구비하는 보일러 시스템으로서,
상기 제어부는,
상기 복수의 보일러 중에 방열중의 보일러가 있는지의 여부를 판정하는 방열 판정부와,
상기 방열중의 보일러의 연소를 개시하여 연소중의 다른 보일러와 함께 균일한 부하율로 연소시켰을 경우에, 상기 부하율이 소정 부하율을 상회하는지의 여부를 판정하는 대수 증가 판정부와,
상기 대수 증가 판정부에 의해 소정 부하율을 상회한다고 판정되는 것을 조건으로 상기 방열중의 보일러를 연소시키는 출력 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통내압력이 소정 압력을 상회하는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통내압력이 소정 압력을 밑돌고나서의 경과 시간이 제 1 시간을 밑도는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 통체온도 또는 통수온도가 소정 온도를 상회하는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방열 판정부는 연소를 정지하고 있는 보일러 중 연소를 정지하고나서의 경과 시간이 제 2 시간을 밑도는 보일러를 방열중의 보일러로서 판정하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.