TWI417488B - 鍋爐系統 - Google Patents

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TWI417488B
TWI417488B TW100107063A TW100107063A TWI417488B TW I417488 B TWI417488 B TW I417488B TW 100107063 A TW100107063 A TW 100107063A TW 100107063 A TW100107063 A TW 100107063A TW I417488 B TWI417488 B TW I417488B
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Tomohiro Ookubo
Takashi Morimatsu
Shigeyoshi Matsugi
Eiki Suzuki
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Miura Kogyo Kk
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Description

鍋爐系統
本發明係關於一種具備鍋爐(boiler)及控制鍋爐燃燒量之燃燒量控制手段的鍋爐系統。
以往，已揭示關於一種使複數台鍋爐燃燒而產生蒸氣或溫水時，例如，算出要燃燒之鍋爐的台數及燃燒量以使蒸氣量的壓力成為目標值，用以增減成為對象之鍋爐之燃燒量的鍋爐控制的技術(參照例如專利文獻1)。
此外，在鍋爐中，已廣泛使用將供給至鍋爐的水(補給水)預先加熱(預熱)之供水預熱器(節熱器(economizer))。供水預熱器係為了提升鍋爐的熱效率(鍋爐效率)，係將熱交換部配置於從鍋爐排出燃燒氣體的排出路，並將燃燒氣體所具有的熱在熱交換部進行熱交換，而藉由燃燒氣體的殘熱將供給至鍋爐的供水予以預先加熱(預熱)(參照例如專利文獻2)。
在專利文獻2所記載之供水預熱器中，熱交換部係配置於從排出路中上方朝向下方延伸(燃燒氣體從上方朝下方下降)的下降流通部。將熱交換部配置於下降流通部的理由之一，係考慮在於使結露水(排放水(drain water))朝與下降之燃燒氣體相同方向流通，且藉由冷凝效果提升潛熱的回收效果。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-130602號公報
[專利文獻2]日本特開2005-61712號公報
在如前所述鍋爐具有在配置於排出路之下降流通部之熱交換部中與燃燒氣體進行熱交換而藉由燃燒氣體之殘熱而將供給至鍋爐之供水予以預先加熱之供水預熱器的鍋爐系統中，係希望鍋爐之散熱損失較低並且鍋爐效率較高。當設置燃燒氣體從下方朝上方上升而流通之上升流通部做為燃燒氣體朝上下方向流通之流通部以取代下降流通部時亦同。
本發明之目的在提供一種鍋爐系統，其係具有在配置於排出路之流通部之熱交換部中與燃燒氣體進行熱交換而藉由燃燒氣體之殘熱而將供給至鍋爐之供水予以預先加熱之供水預熱器之鍋爐者，可降低鍋爐之散熱損失，並且可提升鍋爐效率。
本發明係關於一種鍋爐系統，其係具備鍋爐、及控制該鍋爐之燃燒量的燃燒量控制手段；前述鍋爐係具有：鍋爐本體，供進行燃燒；排出部，將在前述鍋爐本體產生之燃燒氣體予以排出；排出路，連通前述鍋爐本體與前述排出部而使燃燒氣體流通，且在該排出路之至少一部份具有朝向上下方向延伸之流通部；供水預熱器，具有供配置於前述流通部且供給至前述鍋爐本體之供水流通之熱交換部，且藉由流通於前述流通部之燃燒氣體在前述熱交換部中將供水預先加熱，然後再將該供水供給至前述鍋爐本體；及供水溫度測量手段，用以測量流至前述熱交換部之供水之溫度的供水溫度；在前述燃燒量控制手段中，係設定有供水溫度臨限值作為供水溫度之臨限值；前述燃燒量控制手段係在藉由前述供水溫度測量手段測量之供水溫度為前述供水溫度臨限值以下時，將前述鍋爐之燃燒量設定為最小。
此外，前述燃燒量控制手段在藉由前述供水溫度測量手段所測量之供水溫度為5至35℃時，係以將前述鍋爐之燃燒量設定為最大燃燒量之5至35%為佳。
此外，藉由前述供水溫度測量手段所測量之供水溫度超過前述供水溫度臨限值時，係以將前述鍋爐之燃燒量設定為最大燃燒量之40%以上為佳。
此外，前述供水溫度臨限值係以40℃以上為佳。
前述鍋爐之散熱損失係以1%以下為佳，前述鍋爐之鍋爐效率係以96%以上為佳。
前述流通部係以燃燒氣體從上方朝向下方流通之下降流通部為佳。
此外，前述供水溫度係以流通至前述熱交換部之前之供水的溫度為佳。
此外，係以具備複數個前述鍋爐為佳。
此外，前述燃燒量控制手段較佳為控制複數個前述鍋爐每一台的燃燒量，俾增加以所設定之燃燒量燃燒之前述鍋爐。
依據本發明，可提供一種鍋爐系統，該鍋爐系統係為鍋爐具有在配置於排出路之流通部之熱交換部中與燃燒氣體進行熱交換而藉由燃燒氣體之殘熱將供給至鍋爐之供水預先加熱之供水預熱器，藉此可降低鍋爐之散熱損失，並且可提升鍋爐效率。
以下參照第1圖及第2圖說明本發明之一實施形態之鍋爐系統1。第1圖係為顯示本發明之實施形態之鍋爐系統1之概略圖。第2圖係為鍋爐系統1之鍋爐20之縱剖面圖。
如第1圖所示，本實施形態之鍋爐系統1係具備：由複數台鍋爐20所構成之鍋爐群2；用以控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量之燃燒量控制部4；設於複數台鍋爐20每一台的供水溫度測量部50；蒸氣集管(steam header)6；及設於蒸氣集管6之壓力測量部7。
本實施形態之鍋爐系統1係構成為可將在鍋爐群2產生之蒸氣供給至蒸氣使用設備18。
在鍋爐系統1中，所要求之負載係為在蒸氣使用設備18消耗之蒸氣的量。鍋爐系統1係藉由壓力測量部7來測量屬於控制對象之蒸氣集管6內之蒸氣的壓力P，且根據所測量之壓力及藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T(詳如後述)等，藉由燃燒量控制部4來控制要燃燒之鍋爐20之台數、鍋爐20之燃燒量等。
鍋爐群2係由例如5台鍋爐20所構成。
在本實施形態中，鍋爐20係由階段值控制鍋爐所構成。所謂階段值控制鍋爐係指將燃燒選擇性地開(ON)/OFF(關)，或藉由調整火焰的大小等來控制燃燒量，而可依據所選擇之燃燒位置來階段性增減燃燒量的鍋爐。階段值控制鍋爐係指對於比例控制鍋爐可在設備構造面及成本面確保充分的優異性，且燃燒位置為較少階段的鍋爐。
各燃燒位置之燃燒量係設定成產生與作為控制對象之蒸氣集管6中之蒸氣壓力(控制對象)之壓力差對應之量的蒸氣。
由階段值控制鍋爐所構成之5台鍋爐20係分別設定為各燃燒位置之燃燒量及燃燒能力(高燃燒狀態中之燃燒量)相等。
階段值控制鍋爐係設定為可在以下4階段燃燒狀態(燃燒位置、負載率)控制之所謂4個位置控制。
1)燃燒停止狀態(第1燃燒位置：0%)
2)低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)
3)中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)
4)高燃燒狀態H(第4燃燒位置：100%)。
另外，所謂N位置控制係指可將階段值控制鍋爐之燃燒量，階段性控制於包含燃燒停止狀態之N位置。
燃燒量控制部4係根據由壓力測量部7所測量之蒸氣集管6內之壓力P、及由供水溫度測量部50所測定之供水溫度T等來控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量。
燃燒量控制部4係具備輸入部4A、運算部4B、資料庫(database)4D、輸出部4E。燃燒量控制部4係根據從輸入部4A輸入之要求負載等來算出在運算部4B中鍋爐群2之必要燃燒量GN及與必要燃燒量GN對應之各鍋爐之燃燒狀態，且從輸出部4E對各鍋爐輸出控制信號，來控制鍋爐20之燃燒。
輸入部4A係藉由信號線13與壓力測量部7連接，而得以透過信號線13而輸入藉由壓力測量部7所測量之蒸氣集管6內之壓力P的信號(壓力信號)。
此外，輸入部4A係藉由信號線14與各鍋爐20連接，而得以透過信號線14來輸入例如各鍋爐20之燃燒狀態、已燃燒之鍋爐20的台數、藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T等的資訊。
運算部4B係讀取儲存於未圖示之記憶媒體(例如ROM(唯讀記憶體))之控制程式，且執行此控制程式，而根據來自壓力測量部7之壓力信號來算出蒸氣集管6內之蒸氣的壓力P，並且使壓力P與資料庫4D對應，而得以取得用以將壓力P設為設定壓力PT之容許範圍(壓力之上限及下限的設定值)內之必要燃燒量GN。
此外，運算部4B係根據藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T來進行鍋爐20之燃燒量之設定的預定運算。
在資料庫4D儲存有用以將由壓力測量部7所測量之蒸氣集管6內的壓力P調整在設定壓力(目標壓力)PT的容許範圍內所需之必要燃燒量GN。
輸出部4E係藉由信號線16與各鍋爐20連接。輸出部4E係將在運算部4B運算之燃燒控制信號輸出至各鍋爐20。燃燒控制信號係藉由燃燒之鍋爐台數、鍋爐之燃燒狀態(燃燒量)等而構成。
蒸氣集管6之上游側係透過蒸氣管11而連接於鍋爐群2(各鍋爐20)。蒸氣集管6之下游側係透過蒸氣管12而連接於蒸氣使用設備18。蒸氣集管6係藉由使在鍋爐群2產生之蒸氣集合來調整各鍋爐20之彼此的壓力差及壓力變動，而得以將經調整壓力的蒸氣供給至蒸氣使用設備18。
蒸氣使用設備18係為藉由來自蒸氣集管6之蒸氣來運轉之設備。
接著，說明鍋爐20之構成之詳細內容。
如第2圖所示，鍋爐20係具備：供進行燃燒之鍋爐本體21；將在鍋爐本體21產生之燃燒氣體G4予以排出之排出部25；連通鍋爐本體21與排出部25而使燃燒氣體G2至G4流通之排出路24；將供水W1至W3供給至鍋爐本體21之供水裝置30；將供水W1預先加熱後再將供水W3供給至鍋爐本體21之作為供水預熱器的節熱器(economizer)40；及作為供水溫度測量手段之供水溫度測量部50。
在鍋爐本體21中，係將從燃料供給部22供給之燃料藉由設於鍋爐本體21內之燃燒器(burner)(未圖示)燃燒，而得以使藉由此燃燒而產生之燃燒氣體G1將鍋爐本體21之罐體(未圖示)之內部的水予以加熱，並且作為燃燒氣體G2而排出至排出路24。
關於燃燒氣體，係將位於鍋爐本體21內者稱為「燃燒氣體G1」、將燃燒氣體G1從鍋爐本體21排出且導入於排出路24者稱為「燃燒氣體G2」、將燃燒氣體G2通過節熱器40之熱交換器44(heat exchanger後述)而使溫度降低者稱為「燃燒氣體G3」、將排出路24內部中位於排出部25附近者稱為「燃燒氣體G4」、將從排出部25排出並擴散於排出部25附近之大氣而且經混合者稱為「燃燒氣體混合空氣(燃燒氣體)G5」。
關於供水，係將流至節熱器40之熱交換器44之前者稱為「供水W1」、將在熱交換器44加熱之後者稱為「供水W2」、將剛供給至鍋爐本體21之前者稱為「供水W3」。
燃燒氣體係為包含燃料氣體之燃燒反應完成者及燃燒反應中之燃料氣體之至少一方之概念。燃燒氣體亦包含從在鍋爐本體21產生而存在於鍋爐本體21內之狀態者、至藉由從排出部25排出而與大氣混合而成為燃燒氣體混合空氣G5而存在於排出部25附近之狀態者。燃料係例如由將生氣體與燃燒用空氣予以混合之燃料氣體所構成。另外，亦可使用重油等液體燃料作為燃料以取代燃料氣體。
燃料供給部22係例如具備供給燃燒用空氣之送風風扇(未圖示)、及將生氣體供給至燃燒用空氣之噴嘴(未圖示)。燃料供給部22係得以將經過混合從送風風扇送風之燃燒用空氣與從噴嘴供給之生氣體的燃料氣體在燃燒器中予以燃燒。
排出路24係為用以將在鍋爐本體21中藉由燃燒而產生之燃燒氣體G2，從鍋爐本體21移送至排出部25而排出至大氣中之通路。
排出路24係在其至少一部份具有朝上下方向延伸之作為流通部的下降流通部24D。在下降流通部24D中，係為燃燒氣體G2、G3從上方朝向下方下降而流通。
詳而言之，排出路24係連接於鍋爐本體21之末端側，且以側面觀看具備有：朝水平方向形成之第1水平流通部24A；連接於第1水平流通部24A且朝上方延伸之第1上升流通部24B；連接於第1上升流通部24B且朝水平方向延伸之第2水平流通部24C；連接於第2水平流通部24C且朝下方延伸之下降流通部24D；連接於下降流通部24D且朝水平方向延伸之第3水平流通部24E；連接於第3水平流通部24E且朝上方延伸之第2上升流通部24F。
排出部25係形成於第2上升流通部24F之末端，且開口於大氣中。
節熱器40係具備：供燃燒氣體G2通過之通氣路42；及與燃燒氣體G2接觸而進行熱交換之熱交換部44。
通氣路42係由排出路24之下降流通部24D所構成。
熱交換器44係配置於下降流通部24D，其用以供提供至鍋爐本體21之供水W1流通。節熱器40係藉由從鍋爐本體21排出且流通於下降流通部24D之燃燒氣體G2而在熱交換器44中將供水W1預先加熱後再將供水W2、W3供給至鍋爐本體21。
熱交換器44係例如可回收燃燒氣體G2之顯熱、或將燃燒氣體G2之潛熱予以回收而使包含於燃燒氣體G2之水蒸氣結露而作為水予以回收。
接著說明節熱器40之作用。
1)　在鍋爐本體21之燃料燃燒中所產生之燃燒氣體G1係在將鍋爐本體21之罐體內之水予以加熱後排出至排出路24而成為燃燒氣體G2。
2)　移動至排出路24之燃燒氣體G2係通過配置於排出路24之下降流通部24D之熱交換器44。熱交換器44之內部的水係藉由燃燒氣體G2之顯熱而加熱，而使燃燒氣體G2之溫度降低。此外，包含於燃燒氣體G2之水蒸氣，係結露而分離作為水，而燃燒氣體G2係溫度降低而成為燃燒氣體G3之狀態。
3)　經由熱交換器44而使溫度降低之燃燒氣體G3(G4)係與排出部25附近的大氣混合，而成為燃燒氣體混合空氣G5。
如此，由於熱交換器44配置於下降流通部24D，因此可將在熱交換器44結露的水分(排放水)，在熱交換器44下方輕易地回收。
供水裝置30係為透過節熱器40將供水供給至鍋爐本體21之裝置。供水裝置30係具備：供水槽(tank)(未圖示)；第1供水線路(line)31；熱交換器44；第2供水線路32；及供水泵(pump)33。
第1供水線路31係用以將前述供水槽與熱交換器44之下端部連接，且使儲存於前述供水槽之供水W1流通於熱交換器44之下端部。
第2供水線路32係將熱交換器44之上端部與鍋爐本體21之下部集流管(未圖示)連接，且使通過熱交換器44之供水W2流通於鍋爐本體21之前述下部集流管。
供水泵33係設於第1供水線路31之中途，且將位於第1供水線路31之供水W1朝下游側(鍋爐本體21側)送出。
供水溫度測量部50係連接於第1供水線路31中之熱交換器44的附近，用以測量流通於熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T。
接著說明燃燒量控制部4之功能中，根據藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T來控制複數台鍋爐20之燃燒量的功能。
在燃燒量控制部4中，係設定有供水溫度臨限值Q作為供水溫度T之臨限值。
供水溫度臨限值Q係以例如40℃以上的範圍為佳，例如在40至50℃範圍內可適當(例如45℃)設定，惟只要在40℃以上且未達100℃之範圍內，可設定為任何範圍。本實施形態之供水溫度臨限值Q為45℃時，該供水溫度臨限值Q係為本實施形態之燃燒氣體之露點附近的溫度。
在本實施形態中鍋爐20之散熱損失係以1%以下為佳，且0.6%以下尤佳。
在此所稱之「散熱損失」係為來自鍋爐20之散熱損失的總量，例如包括來自燃燒氣體(排放氣體)之損失、來自鍋爐本體21之損失、來自排出路24之損失、因為燃料之未燃燒量所造成的損失、因為不完全燃燒氣體所造成的損失、因來自各部之排放水、蒸氣或溫水之洩漏等所造成的損失。
鍋爐20之散熱損失為1%以下時，會易於發現第3圖所示當鍋爐負載率愈低則鍋爐效率愈漸增之傾向(後述)。
在本實施形態中鍋爐20之鍋爐(瞬間)效率係以96%以上為佳，且97%以上尤佳。
在此所稱之「鍋爐效率」係為出蒸氣相對於所有供給熱量之總吸收熱量的比例，為100%負載時之瞬間效率(設計效率)。
鍋爐效率為96%以上時，會易於顯現如第3圖所示當鍋爐之負載率愈低則鍋爐效率愈漸增之傾向(後述)。
如本實施形態之鍋爐系統1，當於燃燒氣體G2、G3從上方朝下方下降之下降流通部24D配置有節熱器40之熱交換器44的構成(向下流動(down flow)形式)之情形下，在熱交換器44上部產生之結露水(排放水)，係朝與下降之燃燒氣體相同方向流通，且藉由冷凝效果而提升潛熱之回收效果。
鍋爐效率成為最高之鍋爐20的燃燒條件係依據供水溫度T而變化。此係由於例如燃燒氣體之溫度降低的程度係依供水溫度T而有所不同，且結露水(排放水)產生之容易性有所不同之故。
因此，在本實施形態中，燃燒量控制部4係根據藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T來控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量。
詳而言之，燃燒量控制部4係於藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T為供水溫度臨限值Q以下時，將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最小。
燃燒量控制部4係以於藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度為5至35℃時，將鍋爐20之燃燒量設定為最大燃燒量的5至35%為佳。例如，燃燒量控制部4係以於藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度為10至20℃時，將鍋爐20之燃燒量設定為最大燃燒量之10至20%。具體而言，係於供給供水溫度T為15℃(常溫)之供水而且於約350℃之燃燒氣體G2導入於熱交換器44時，燃燒量控制部4係將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最小。在本實施形態中最小的燃燒量，係為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。因此，在本實施形態中，燃燒量控制部4係將鍋爐20之燃燒狀態設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。
在「將鍋爐20之燃燒量設定為最小」時之燃燒量中，不包含例如在導火(pilot)燃燒(包含連續導火燃燒)及吹氣(purge)(包含微風吹氣)中之燃燒量。
所謂導火燃燒係指在氣體焚燒鍋爐中，較低燃燒更小的燃燒，且為不致使蒸氣壓力上升程度的燃燒。導火燃燒係維持導火燃燒所引起的火種狀態(連續導火燃燒狀態)，藉此，在欲使燃燒量增加為低燃燒以上之燃燒狀態時，可迅速轉換。
所為微風吹氣係指為了不使未燃氣體在罐內滯留而減少送風機的旋轉數而以微風量來維持送風狀態，俾可在燃燒信號輸出時即立刻著火。
另外，未設定有導火燃燒及微風吹氣時，因為預吹氣(pre purge)所產生之散熱損失會變大，而會有鍋爐效率降低的缺失。其理由係由於一旦停止鍋爐，就要再度啟動鍋爐，因此必須在將鍋爐之罐內預吹氣之後再開始燃燒之故。
所謂預吹氣係指在鍋爐點火前自動轉動送風機，且將風送至燃燒室內，且將殘留於燃燒室內之氣體予以排放至外部的處理。
以此方式設定之理由如下。第3圖係為顯示供水溫度為15℃時之負載率與鍋爐效率之關係之曲線圖。
供水溫度T較低(15℃)時(供水溫度T遠較燃燒氣體之露點低時)，由於燃燒氣體G2之溫度大幅降低，因此會易於在熱交換器44的外表面產生許多結露水(排放水)。此外，負載率愈低則燃燒氣體(排放氣體)之潛熱損失愈小。由於此等要因，如第3圖所示，會有鍋爐之負載率愈低則鍋爐效率愈漸增之傾向。此外，只要使燃燒量盡量小，即可使流通於節熱器40之後的燃燒氣體G3之溫度較小。因此，燃燒量控制部4係將鍋爐20之燃燒狀態設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。
另一方面，燃燒量控制部4係以在藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T超過供水溫度臨限值Q時，使複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最大燃燒量的40%以上為佳，例如40至70%。
具體而言，當提供供水溫度T為45℃之溫水的供水而且於約350℃之燃燒氣體G2導入於熱交換器44時，燃燒量控制部4係將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最大燃燒量的40至70%。在本實施形態中與最大燃燒量之40至70%相符者係為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。因此，在本實施形態中，係將鍋爐20之燃燒狀態設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。
以此方式設定之理由如下。第4圖係為顯示供水溫度為45℃時之負載率與鍋爐效率之關係的曲線圖。
供水溫度T較高(45℃)時(接近燃燒氣體之露點時)，係負載率愈低則散熱損失之影響愈大，另一方面負載率愈高則燃燒氣體(排放氣體)之潛熱損失愈大。由於此等要因，如第4圖所示，於負載率為中間之鍋爐之燃燒狀態為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)時，鍋爐效率成為極大(峰值(peak))。因此，燃燒量控制部4係將鍋爐20之燃燒狀態設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。
此外，燃燒量控制部4係控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量，以使要以設定之燃燒量燃燒之鍋爐20各增加1台。
例如，鍋爐20之燃燒狀態設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)時，燃燒量控制部4首先係將1台鍋爐20以低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)燃燒。在1台鍋爐20的燃燒中，於鍋爐系統1應產生之蒸氣量(必要蒸氣量)不足時，係將第2台鍋爐20以低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)燃燒。直到獲得必要蒸氣量為止，使要以低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)燃燒之鍋爐20增加。使所有鍋爐20在低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)燃燒亦無法獲得必要蒸氣量時，係將1台鍋爐20之燃燒狀態設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。之後，直到獲得必要蒸氣量為止，使要以中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)燃燒之鍋爐20增加。
從最初起，鍋爐20之燃燒狀態設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)時，亦與前述控制相同方式控制。
另外，亦可一次增加複數台鍋爐20。
接著一面參照第5圖一面說明在本實施形態之鍋爐系統1中，根據流通至熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T來控制鍋爐20之燃燒量。第5圖係為顯示實施形態之鍋爐系統1之動作的流程圖。
如第5圖所示，在步驟ST1中，供水溫度測量部50係測量流通至熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T。藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T的資訊，係透過燃燒量控制部4之輸入部4A而輸入於運算部4B。
在步驟ST2中，燃燒量控制部4之運算部4B係判定供水溫度T是否為供水溫度臨限值Q以下。供水溫度T為供水溫度臨限值Q以下時(YES(是))，前進至步驟ST3。此外，供水溫度T超過供水溫度臨限值Q時(NO(否))，前進至步驟ST4。
供水溫度T為供水溫度臨限值Q以下時(YES)，只要將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最小，就可使鍋爐效率為最高。在本實施形態中最小的燃燒量，係為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。因此，在步驟ST3中，燃燒量控制部4之運算部4B係將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。
另一方面，供水溫度T超過供水溫度臨限值Q(NO)時，例如，只要將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為最大燃燒量之40至70%，則可使鍋爐效率為最高。在本實施形態中與最大燃燒量之40至70%相符者，係為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。因此，在步驟ST4中，燃燒量控制部4之運算部4B係將複數台鍋爐20每一台的燃燒量設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。
在步驟ST3或步驟ST4之後，根據流通至熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T而進行鍋爐20之燃燒量的控制即結束。之後，鍋爐20之燃燒量係根據藉由壓力測量部7所測量之蒸氣集管6內之蒸氣之壓力P等而藉由燃燒量控制部4來控制。
接著，參照第6圖及第7圖來說明燃燒量之控制的具體例(第1具體例、第2具體例)。第6圖係為顯示鍋爐之燃燒量之控制之第1具體例之圖式。第7圖係為顯示鍋爐之燃燒量之控制的第2具體例之圖式。
在此具體例中係設定為以下的條件。如第6圖及第7圖所示，鍋爐系統係由4台鍋爐(NO.1至NO.4)所構成。1台鍋爐的蒸氣產生能力係為2t/h，而必要蒸氣量係為2t。設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)時之鍋爐的蒸氣產生能力係為500kg/h。設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)時之鍋爐的蒸氣產生能力係為1t/h。
在前述條件中，提供供水溫度T為15℃(常溫)之供水而且於約350℃之燃燒氣體導入至熱交換部時，如第6圖所示，關於4台鍋爐，各台均將燃燒量設定為低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)。由於蒸氣產生能力為500kg/h的鍋爐具有4台，因此鍋爐系統整體的蒸氣產生能力，係成為與必要蒸氣量相同的2t/h。
藉由以此方式控制燃燒量，即可使鍋爐效率為最高。
此外，在前述條件中，提供供水溫度T為45℃之溫水的供水而且於約350℃之燃燒氣體導入至熱交換部時，如第7圖所示，4台鍋爐中僅2台鍋爐(NO.1、NO.2)將燃燒量設定為中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)。另外，其餘2台鍋爐(NO.3、NO.4)係成為燃燒停止狀態。由於蒸氣產生能力為1t/h之鍋爐具有2台，因此鍋爐系統整體之蒸氣產生能力係成為與必要蒸氣量相同的2t/h。
藉由以此方式控制燃燒量，即可使鍋爐效率為最高。
依據本實施形態之鍋爐系統1，可達成例如以下的效果。
在本實施形態之鍋爐系統1中，鍋爐20係具有：排出路24，將鍋爐本體21與排出部25連通而使燃燒氣體G2至G4流通，且於該排出路24之一部份具有朝上下方向延伸之下降流通部24D；節熱器40，具有供配置於下降流通部24D而且供給至鍋爐本體21之供水W1流通之熱交換器44，且藉由流通於下降流通部24D之燃燒氣體G2而在熱交換器44中將供水W1預先加熱後再將供水W3供給至鍋爐本體21；及供水溫度測量部50，用以測量將流通於熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T。燃燒量控制部4係根據藉由供水溫度測量部50所測量之供水溫度T來控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量。
依據本實施形態，由於根據流通於熱交換器44之前之屬於供水W1之溫度的供水溫度T來控制複數台鍋爐20每一台的燃燒量，因此易於將鍋爐20之散熱損失設為1%以下，及將鍋爐20之鍋爐效率設為96%以上。因此，依據本實施形態，可降低鍋爐20之散熱損失，並且可提升鍋爐效率。
以上雖已說明了較佳實施形態，惟本發明並不限定於前述的實施形態，亦能以各種形態來實施。
例如，在排出路24中配置有熱交換器44的流通部係在前述實施形態中，雖設於燃燒氣體從上方朝向下方下降而流通之下降流通部24D，惟不限定於此。前述流通部亦可設於燃燒氣體從下方朝向上方上升而流通之上升流通部。
此外，在本實施形態中，雖使用可控制成燃燒停止狀態(第1燃燒位置：0%)、低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)、中燃燒狀態M(第3燃燒位置：45%)及高燃燒狀態H(第4燃燒位置：100%)之4個階段的燃燒狀態(燃燒位置、負載率)的4個位置控制之階段值控制鍋爐作為鍋爐20，惟不限定於此。
亦可使用可控制成燃燒停止狀態(第1燃燒位置：0%)、低燃燒狀態L(第2燃燒位置：20%)、中燃燒狀態M(第3燃燒位置：60%)極高燃燒狀態H(第4燃燒位置：100%)之4個階段的燃燒狀態(燃燒位置、負載率)的4個位置控制之階段值控制鍋爐作為4個位置控制之階段值控制鍋爐。
在階段值控制鍋爐中之燃燒位置的控制，不限定於4個位置控制，亦可為3個位置控制、5個位置控制等。
供水溫度臨限值係以40℃以上為佳，以實施形態而言雖以40至50℃(例如45℃)為佳，惟只要是40℃以上且未達100℃之範圍內，則可設定於任何範圍。
鍋爐系統中之鍋爐的台數亦可為1台。
鍋爐系統中，亦可合併具備蒸氣產生能力不同的鍋爐(例如蒸氣產生能力為2t/h的鍋爐與3t/h的鍋爐)。
亦可使用比例控制鍋爐來取代階段值控制鍋爐。
比例控制鍋爐係設定成可在相對於燃燒能力(最大燃燒狀態中之燃燒量)為0%(無燃燒之狀態)至100%(最大燃燒量)之範圍內連續控制燃燒量，例如，得以藉由控制比例控制閥(valve)之開度(燃燒比)來調整。
比例控制鍋爐的燃燒量係藉由比例控制鍋爐的燃燒能力與閥開度(燃燒比)之乘積來求出。
所謂在比例控制鍋爐中連續控制燃燒量，係指除了燃燒量為無階段控制時以外，尚包括即使控制部中之運算或信號設為數位方式而階段性處理時，例如藉由閥等控制機構之控制量，亦設為較因為燃燒用空氣或燃料氣體等之參差不齊所引起之燃燒量的變動小的數值(例如1%以下)，而事實上連續受控制者。
此外，本發明亦可適用於氣體焚燒鍋爐及油焚燒鍋爐。
1．．．鍋爐系統
2．．．鍋爐群
4．．．燃燒量控制部(燃燒量控制手段)
4A．．．輸入部
4B．．．運算部
4D．．．資料庫
4E．．．輸出部
6．．．蒸氣集管
7．．．壓力測量部
11．．．蒸氣管
12．．．蒸氣管
13．．．信號線
14．．．信號線
16．．．信號線
18．．．蒸氣使用設備
20．．．鍋爐
21．．．鍋爐本體
22．．．燃料供給部
24．．．排出路
24A．．．第1水平流通部
24B．．．第1上升流通部
24C．．．第2水平流通部
24D．．．下降流通部(流通部)
24E．．．第3水平流通部
24F．．．第2上升流通部
25．．．排出部
30．．．供水裝置
31．．．第1供水線路
32．．．第2供水線路
33．．．供水泵
40．．．節熱器(供水預熱器)
42．．．通氣路
44．．．熱交換器
50．．．供水溫度測量部(供水溫度測量手段)
G1、G2、G3、G4．．．燃燒氣體
G5．．．燃燒氣體混合空氣
GN．．．必要燃燒量
H．．．高燃燒狀態
L．．．低燃燒狀態
M．．．中燃燒狀態
P．．．壓力
PT．．．設定壓力
Q．．．供水溫度臨限值
ST．．．步驟
T．．．供水溫度
W1、W2、W3．．．供水
第1圖係為顯示本發明之實施形態之鍋爐系統1之概略圖。
第2圖係為鍋爐系統1中之鍋爐20之縱剖面圖。
第3圖係為顯示供水溫度為15℃時之負載率與鍋爐效率之關係的曲線圖。
第4圖係為顯示供水溫度為45℃時之負載率與鍋爐效率之關係的曲線圖。
第5圖係為顯示實施形態之鍋爐系統1之動作之流程圖。
第6圖係為顯示鍋爐之燃燒量之控制之第1具體例之圖式。
第7圖係為顯示鍋爐之燃燒量之控制之第2具體例之圖式。
20．．．鍋爐
21．．．鍋爐本體
22．．．燃料供給部
24．．．排出路
24A．．．第1水平流通部
24B．．．第1上升流通部
24C．．．第2水平流通部
24D．．．下降流通部(流通部)
24E．．．第3水平流通部
24F．．．第2上升流通部
25．．．排出部30供水裝置
31．．．第1供水線路
32．．．第2供水線路
33．．．供水泵
40．．．節熱器(供水預熱器)
42．．．通氣路
44．．．熱交換器
50．．．供水溫度測量部(供水溫度測量手段)
G1、G2．．．燃燒氣體
G5．．．燃燒氣體混合空氣
P．．．壓力
W1、W2、W3．．．供水

Claims (9)

  1. 一種鍋爐系統，係具備鍋爐、及控制該鍋爐之燃燒量的燃燒量控制手段；前述鍋爐係具有：鍋爐本體，供進行燃燒；排出部，將在前述鍋爐本體產生之燃燒氣體予以排出；排出路，連通前述鍋爐本體與前述排出部而使燃燒氣體流通，且在該排出路之至少一部份具有朝向上下方向延伸之流通部；供水預熱器，具有供配置於前述流通部且供給至前述鍋爐本體之供水流通之熱交換部，且藉由流通於前述流通部之燃燒氣體在前述熱交換部中將供水預先加熱，然後再將該供水供給至前述鍋爐本體；及供水溫度測量手段，用以測量流通於前述熱交換部之供水之溫度的供水溫度；在前述燃燒量控制手段中，係設定有供水溫度臨限值作為供水溫度之臨限值；前述燃燒量控制手段係在藉由前述供水溫度測量手段所測量之供水溫度為前述供水溫度臨限值以下時，係將前述鍋爐之燃燒量設定為最小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鍋爐系統，其中，前述燃燒量控制手段係在藉由前述供水溫度測量手段所測量之供水溫度為5至35℃時，將前述鍋爐之燃燒量設定 為最大燃燒量之5至35%。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，藉由前述供水溫度測量手段所測量之供水溫度超過前述供水溫度臨限值時，係將前述鍋爐之燃燒量設定為最大燃燒量之40%以上。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，前述供水溫度臨限值係為40℃以上。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，前述鍋爐之散熱損失係為1%以下，前述鍋爐之鍋爐效率係為96%以上。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，前述流通部係為燃燒氣體從上方朝向下方流通之下降流通部。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，前述供水溫度係為流通於前述熱交換部之前之供水的溫度。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項所述之鍋爐系統，其中，具備複數個前述鍋爐。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之鍋爐系統，其中，前述燃燒量控制手段係控制複數個前述鍋爐每一台的燃燒量，俾增加要以所設定之燃燒量燃燒之前述鍋爐。
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