(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ水管と、このボイラ水管を加熱する燃焼部と、前記ボイラ水管に対して水を供給する給水部と、前記給水部による前記ボイラ水管への供給水量を調整する給水制御部と、を備え、
前記給水制御部は、前記燃焼部の燃焼状態によって変化する蒸発量に応じて、前記ボイラ水管への供給水量を調整する構成とされており、
前記給水部は、前記ボイラ水管への供給水量が所定水量以上の場合には連続的に給水を実施し、前記ボイラ水管への供給水量が所定水量未満の場合には間欠的に給水を実施することを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記燃焼部の最大燃焼時における供給水量をＷｍａｘとしたとき、前記所定水量が０．３×Ｗｍａｘとされていることを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ水管に対する供給水量を制御する給水制御部を備えたボイラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ装置においては、ボイラ水管の過熱を防止するとともに、生成される蒸気を所定の乾き度に調整するために、ボイラ水管内の水位を維持するようにボイラ水管への供給水量を制御している（例えば、特許文献１、２参照）。
ここで、ボイラ水管内にボイラ水を供給する方式としては、水位を常に一定に保つように連続的に供給水量を調整する連続給水方式と、水位が閾値を下回った際に一定時間給水を行う間欠給水方式とがある。
【０００３】
上述のボイラ装置においては、ボイラ水管を加熱する加熱バーナの燃焼量を調整することにより、単位時間当たりの蒸気発生量を制御している。
ここで、ボイラ装置としては、燃焼量（蒸気発生量）を無段階で燃焼量（蒸気発生量）を制御する比例制御方式、あるいは、燃焼量（蒸気発生量）を段階的に制御する段階制御方式のものが提供されている。
これらのボイラ装置においては、加熱バーナの燃焼量（蒸気発生量）に応じて、ボイラ水管への供給水量が調整されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１０９７１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７８２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のボイラ装置において、ボイラ水管へと水を供給する給水ポンプや供給水量を測定する流量計は、最大燃焼量（最大蒸気発生量）時における供給水量に適用できるように選定されている。
ここで、最大燃焼量（最大蒸気発生量）と最小燃焼量（最小蒸気発生量）との比、いわゆるターンダウンレシオが大きなボイラ装置においては、最小燃焼量（最小蒸気発生量）時における供給水量が、最大燃焼量（最大蒸気発生量）における供給水量に比べて極めて少なくなるため、上述の給水ポンプや流量計が安定して作動しないおそれがあった。
【０００６】
具体的には、給水ポンプは、その流量特性から、所定範囲内の流量では圧力変化による流量の変化量が適正であって流量制御が安定して行うことができるが、流量が少なくなると微小な圧力差によって大きく流量が変動する変化することになる。よって、最大燃焼量（最大蒸気発生量）時における供給水量に適した給水ポンプを採用した場合には、最小燃焼量（最小蒸気発生量）時における供給水量に対応できず、サージング等が発生し、供給水量が安定しなくなるのである。また、流量計自体も、適正な流量範囲でのみ測定が可能であることから、最小燃焼量（最小蒸気発生量）時には流量を精度良く測定することができなかった。
【０００７】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、例えばターンダウンレシオが大きなボイラ装置等、最大供給水量と最小供給水量との差が大きいボイラ装置であっても、ボイラ水管への供給水量を精度良く制御でき、安定した操業を行うことができるボイラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明に係るボイラ装置は、ボイラ水管と、このボイラ水管を加熱する燃焼部と、前記ボイラ水管に対して水を供給する給水部と、前記給水部による前記ボイラ水管への供給水量を調整する給水制御部と、を備え、前記給水制御部は、前記燃焼部の燃焼状態によって変化する蒸発量に応じて、前記ボイラ水管への供給水量を調整する構成とされており、前記給水部は、前記ボイラ水管への供給水量が所定水量以上の場合には連続的に給水を実施し、前記ボイラ水管への供給水量が所定水量未満の場合には間欠的に給水を実施することを特徴としている。
【０００９】
この構成のボイラ装置においては、ボイラ水管への供給水量が所定水量以上の場合には、連続的に給水を実施する構成とされているので、最大燃焼量（最大蒸気発生量）時おける供給水量に適した給水ポンプや流量計を使用することで、供給水量の制御を安定して行うことが可能となる。
一方、ボイラ水管への供給水量が所定水量未満の場合には、間欠的に給水を実施する構成とされているので、給水を実施する際の水量を給水ポンプや流量計に適した水量とし、給水を実施する時間及び給水を中断する時間を調整することで、平均供給水量を最小燃焼量（最小蒸気発生量）時における供給水量に対応させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えばターンダウンレシオが大きなボイラ装置等、最大供給水量と最小供給水量との差が大きいボイラ装置であっても、ボイラ水管への供給水量を精度良く制御でき、安定した操業を行うことができるボイラ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態であるボイラ装置の概略説明図である。
【図２】図１に示すボイラ装置に備えられたボイラ水管及び水位検知部の拡大説明図である。
【図３】図１に示すボイラ装置における給水制御のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施形態について添付した図面を参照にして説明する。
本発明の実施形態であるボイラ装置１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、給水部２０と、給水制御部２７と、水位検知部３０と、気水分離部４０と、濃縮ブローライン５０と、を備えている。
【００１３】
ボイラ本体１０は、ボイラ缶体１１と、複数のボイラ水管１２と、下部ヘッダ１３と、上部ヘッダ１４と、加熱バーナ１５と、を備えている。
ボイラ缶体１１は、筒状をなしており、その内部に複数のボイラ水管１２が収容されている。
そして、これら複数のボイラ水管１２により、ボイラ缶体１１の内部に燃焼室１６が画成されており、この燃焼室１６に加熱バーナ１５が配設されている。
【００１４】
加熱バーナ１５は、図１に示すように、燃焼室１６の上方に配設されている。この加熱バーナ１５には、燃料供給弁１８を備えた燃料供給ライン１７が接続されており、この燃料供給弁１８の開度を調整することで加熱バーナ１５の燃焼量が制御される構成とされている。なお、この加熱バーナ１５の燃焼量を制御することによって、このボイラ装置１における蒸気発生量が制御されることになる。
【００１５】
下部ヘッダ１３は、ボイラ缶体１１の下部に配設され、複数のボイラ水管１２の下端が連結されている。この下部ヘッダ１３には、給水部２０の給水ライン２１が接続されており、給水部２０によりボイラ水が供給される構成とされている。
上部ヘッダ１４は、ボイラ缶体１１の上部に配設され、複数のボイラ水管１２の上端が連結されている。この上部ヘッダ１４には、ボイラ水管１２内で発生した蒸気が貯留される構成とされており、この蒸気を送出する気水ライン４１が接続されている。
【００１６】
給水部２０は、下部ヘッダ１３に接続された給水ライン２１と、水質測定部２２と、給水ポンプ２３と、逆止弁２４と、流量計２５と、を備えている。また、水質測定部２２の上流側には、図示しない軟水器が配設されている。
水質測定部２２は、軟水器によって軟水処理された処理水の水質を測定するものであり、特にスケールの発生に影響を与える硬度、シリカ濃度等を測定し、水質の異常の有無を判定する。
流量計２５は、給水ライン２１を流通する水量を測定するものであり、公知の方式の流量計２５を適宜選択して使用することができる。なお、この流量計２５のデータは、給水制御部２７へと伝送される。
【００１７】
気水分離部４０は、上部ヘッダ１４に接続された気水ライン４１と、この気水ライン４１を通じて供給された蒸気から水分を分離する気水分離器４２と、気水分離器４２から乾き蒸気を送り出す蒸気送出ライン４３と、気水分離器４２で分離・回収された水分を下部ヘッダ１３へと戻す降水ライン４５と、を備えている。ここで、蒸気送出ライン４３には、流量調整弁４４が配設されており、気水分離器４２からの乾き蒸気の送出量が調整される構成とされている。
【００１８】
そして、気水分離器４２と下部ヘッダ１３とを連結する降水ライン４５には、濃縮ブローライン５０が接続されている。
この濃縮ブローライン５０は、濃縮ブロー弁５１を備えており、この濃縮ブロー弁５１を開放することにより、ボイラ水管１２内のボイラ水が下部ヘッダ１３及び降水ライン４５を介して、ボイラ装置１の外部へと強制的に排出される構成とされている。
【００１９】
また、水位検知部３０は、図２に示すように、内部にボイラ水が貯留される検知器本体３１と、検知器本体３１内に配設された水位センサ３２と、検知器本体３１の下端とボイラ水管１２の下端とを接続する下部連結管３３と、検知器本体３１の上端とボイラ水管１２の上端とを接続する上部連結管３４と、を備えている。
検知器本体３１とボイラ水管１２とが、下部連結管３３及び上部連結管３４によって連結されることによって、検知器本体３１内部の水位がボイラ水管１２内の水位に一致させられている。
【００２０】
給水制御部２７は、水位検知部３０の水位センサ３２によって検知された水位が目標水位となるように、給水ポンプ２３へと指令を与えて、下部ヘッダ１３への供給水量を制御する構成とされている。ここで、本実施形態では、目標水位となるように給水ポンプ２３の出力を調整して、単位時間当たりの供給水量を連続的に調整する連続給水方式を採用している。
【００２１】
そして、本実施形態であるボイラ装置１は、加熱バーナ１５の燃焼量を多段階に設定した段階制御方式とされている。より具体的には、加熱バーナ１５の燃焼量が、高燃焼状態（燃焼量１００％）／中燃焼状態（燃焼量４５％）／低燃焼状態（燃焼量２０％）の３段階に設定されているのである。そして、高燃焼状態でのボイラ水管１２への供給水量が３０００ｌ／ｍｉｎとされ、中燃焼状態での供給水量が１３５０ｌ／ｍｉｎとされ、低燃焼状態での供給水量が６００ｌ／ｍｉｎとされている。
【００２２】
ここで、本実施形態であるボイラ装置１においては、給水部２０による供給水量が、最大燃焼量（燃焼量１００％）、すなわち上述の高燃焼状態における供給水量Ｗｍａｘ＝３０００ｌ／ｍｉｎに対して、所定水量Ｗｃ＝０．３×Ｗｍａｘ＝９００ｌ／ｍｉｎ未満となった場合には、給水ポンプ２３を間欠的に作動させることになる。
【００２３】
つまり、本実施形態では、低燃焼状態（燃焼量２０％）で供給水量が６００ｌ／ｍｉｎとなり、所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ未満となるため、給水ポンプ２３を一定時間作動させるとともに一定時間停止させるのである。
ここで、給水ポンプ２３を作動させた際の供給水量は９００ｌ／ｍｉｎ以上とされており、給水ポンプ２３の作動時間と停止時間との比率で、平均供給水量が６００ｌ／ｍｉｎとなるように調整するのである。
【００２４】
このような構成とされたボイラ装置１においては、給水部２０から下部ヘッダ１３を介してボイラ水管１２内にボイラ水が供給される。燃焼室１６内で加熱バーナ１５が燃焼することによって、ボイラ水管１２内のボイラ水が加熱されて蒸気となり、この蒸気が上部ヘッダ１４に貯留されることになる。
上部ヘッダ１４内の蒸気は、気水ライン４１を通じて気水分離器４２へと送出され、気水分離器４２において蒸気内の水分が分離・回収され、乾き蒸気が得られる。
【００２５】
このようにして得られた乾き蒸気は、蒸気送出ライン４３を通じて外部の蒸気使用機器（図示なし）に向けて送出されることになる。
また、気水分離器４２で分離・回収された水分は、降水ライン４５を通じて下部ヘッダ１３へと送られ、ボイラ水管１２内へと再度供給される。
【００２６】
また、ボイラ装置１を一定時間操業した場合には、ボイラ水管１２内にスケール成分が濃化するため、スケールが付着することがある。また、軟水器が不調の場合には、給水部２０に設けられた水質測定部２２において、硬度やシリカ濃度の異常が検知されることがある。
そこで、ボイラ装置１を一定時間操業した場合には、濃縮ブローライン５０の濃縮ブロー弁５１を開放し、下部ヘッダ１３及び降水ライン４５を介してボイラ水管１２内のボイラ水を強制的に外部へと排出し、ボイラ水管１２内のボイラ水の入れ替えを実施する。このブロー処理により、ボイラ水管１２内にスケールが強固に付着することを防止するのである。
【００２７】
次に、本実施形態であるボイラ装置１におけるボイラ水管１２への供給水量制御方法について、図３に示すフロー図を参照して説明する。
まず、ボイラ装置１における加熱バーナ１５の燃焼量が、高燃焼状態・中燃焼状態・低燃焼状態のいずれであるかを確認する（Ｓ０１）。そして、Ｓ０１で確認した燃焼量からデータベース等を参照し、ボイラ水管１２への供給水量が所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ未満であるか否かを判断する（Ｓ０２）。
【００２８】
加熱バーナ１５の燃焼量が、高燃焼状態あるいは中燃焼状態であり、ボイラ水管１２への供給水量が所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ以上である場合には、給水ポンプ２３を連続的に作動させてボイラ水管１２内の水位を調整する（Ｓ０３）。なお、供給水量の調整は、給水ポンプ２３の出力を制御することになる（Ｓ０４）。
一方、加熱バーナ１５の燃焼量が、低燃焼状態であり、ボイラ水管１２への供給水量が所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ未満である場合には、給水ポンプ２３を間欠的に作動させてボイラ水管１２内の水位を調整する（Ｓ１３）。この場合には、給水ポンプ２３からの供給水量を所定水量Ｗｃ＝０．３×Ｗｍａｘ＝９００ｌ／ｍｉｎ以上とし、給水ポンプ２３の作動時間と停止時間との比率を調整する（Ｓ１４）。これにより、ボイラ水管１２への平均供給水量を９００ｌ／ｍｉｎ未満（本実施形態では６００ｌ／ｍｉｎ）とする。
【００２９】
そして、ボイラ装置１の停止の有無を確認し（Ｓ０５）、操業を続行する場合には、再度、燃焼量の確認を実施する（Ｓ０１）。
【００３０】
このような構成とされた本実施形態であるボイラ装置１においては、ボイラ水管１２への供給水量が、所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ以上とされている高燃焼状態（供給水量３０００ｌ／ｍｉｎ）、中燃焼状態（供給水量１３５０ｌ／ｍｉｎ）の場合には、給水ポンプ２３を連続的に作動させる構成としているので、高燃焼状態の供給水量３０００ｌ／ｍｉｎに適した給水ポンプ２３や流量計２５を使用することで、供給水量の制御を安定して行うことが可能となる。
【００３１】
また、ボイラ水管１２への供給水量が所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ未満である低燃焼状態においては、給水ポンプ２３を間欠的に作動させて、給水ポンプの作動時間と停止時間との比率を調整する構成としているので、ボイラ水管１２への平均供給水量を９００ｌ／ｍｉｎ未満（本実施形態では６００ｌ／ｍｉｎ）に調整することができる。また、給水ポンプを作動させた際の供給水量が所定水量Ｗｃ＝９００ｌ／ｍｉｎ以上とされているので、給水ポンプ２３や流量計２５に適した水量となり、供給水量の調整、測定を精度良く行うことができる。
【００３２】
また、所定水量Ｗｃが、高燃焼状態（燃焼量１００％）時の供給水量Ｗｍａｘ＝３０００ｌ／ｍｉｎに対して、Ｗｃ＝０．３×Ｗｍａｘ＝９００ｌ／ｍｉｎとされているので、給水ポンプ２３や流量計２５を適正範囲内で使用することができ、供給水量の調整を精度良く実施することが可能となる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態であるボイラ装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、加熱バーナの燃焼状態を３段階に設定した段階制御方式のボイラ装置として説明したが、２段階あるいは４段階以上に燃焼状態を設定したものであってもよい。
【００３４】
さらに、加熱バーナの燃焼状態を無段階に設定する比例制御方式のボイラ装置であってもよい。この場合、供給水量が所定水量Ｗｃ未満となった時点で、給水ポンプを間欠的に作動させることになる。
【００３５】
また、ターンダウンレシオによって最大供給水量と最小供給水量との比が大きくなるボイラ装置として説明したが、これに限定されることはなく、他の要因で最大供給水量と最小供給水量との比が大きくされたボイラ装置であってもよい。
さらに、燃焼量に応じて供給水量を設定するもので説明したが、他のパラメータを用いて供給水量を設定してもよい。
また、データベースを用いて供給水量を設定するものとして説明したが、演算等の別の手段によって供給水量を設定するものとしてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、水位センサを用いてボイラ水管内の水位を検知するものとして説明したが、これに限定されることはなく、１本あるいは複数本の電極棒を用いてボイラ水管内の水位を検知するものであってもよい。
さらに、高燃焼状態（燃焼量１００％）における供給水量を３０００ｌ／ｍｉｎとしたもので説明したが、これに限定されることはなく、高燃焼状態（燃焼量１００％）における供給水量は任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ボイラ装置
１２  ボイラ水管
１５  加熱バーナ（燃焼部）
２０  給水部
２３  給水ポンプ
２５  流量計
２７  給水制御部
【図１】
0005549933.tif 000002
【図２】
0005549933.tif 000003
【図３】
0005549933.tif 000004