(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に設置した水管の途中に水位を設定している貫流ボイラであって、ボイラの燃焼を行った際にボイラ水が主体となる水管内下部と蒸気が主体となる水管内上部との境界である気水面が形成される領域に水管の温度を検出する温度センサを設け、温度センサにて検出した水管温度に基づいてスケール付着の有無を判断するスケール判断部を持ち、水管温度が基準値より高いとスケール付着との判定を行うようにしており、燃焼量に応じて気水面が形成される領域を異ならせるように水位が制御される場合には、燃焼量によって異なる複数の気水面形成領域に合わせて温度センサを設けていることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラにおいて、ボイラ内水位が高く制御される時には高い水位での気水面領域に合わせて設けた温度センサにて検出している水管温度に基づきスケールの付着を判断し、ボイラ内水位が低く制御される時には低い水位での気水面領域に合わせて設けた温度センサにて検出している水管温度に基づきスケールの付着を判断していることを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水管温度を検出することで水管内のスケール付着などを検出するようにしているボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−９２２７８号公報に記載があるように、ボイラを構成している水管の所定箇所に温度センサを設け、水管温度を検出することで水管でのスケール付着を判定することが行われている。ボイラでは燃焼装置が発生した熱によって水管を外側から加熱し、水管内のボイラ水へ熱を伝えることでボイラ水の温度を上昇させる。水管内側にスケールが付着すると、水管からボイラ水への伝熱が悪くなり、水管温度上昇によるボイラ寿命の短縮や、ボイラ効率の低下を招くことになる。スケールの付着は、水管温度の上昇を検出することで判断できるため、上記のように水管温度を検出してスケールの付着を判断している。
【０００３】
特開２００９−９２２７８号公報の発明に記載があるように、スケールの付着量を正確に検出するためには、スケールが付着しやすい部分に温度計測装置を設けることが必要となる。そして特開２００９−９２２７８号公報に記載の発明では、水管内の水の沸騰開始部、又はその水管の高熱負荷部に温度センサを設けることで、水管内面のスケール付着量を正確に把握することができる、とされている。しかし、スケールの付着は必ずしも上記の箇所に多くなるものではなく、この位置よりも高い気水面付近の位置でスケール付着量が多くなる事例が見られた。そのため、スケール検出の精度を上げるためには、より適切な箇所で水管温度の検出を行う必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９２２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、水管温度を検出することで水管内のスケール付着の判断を行うボイラにおいて、検出精度を高めてより早い段階でスケール付着を判断することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、垂直方向に設置した水管の途中に水位を設定している貫流ボイラであって、ボイラの燃焼を行った際にボイラ水が主体となる水管内下部と蒸気が主体となる水管内上部との境界である気水面が形成される領域に水管の温度を検出する温度センサを設け、温度センサにて検出した水管温度に基づいてスケール付着の有無を判断するスケール判断部を持ち、水管温度が基準値より高いとスケール付着との判定を行うようにしており、燃焼量に応じて気水面が形成される領域を異ならせるように水位が制御される場合には、燃焼量によって異なる複数の気水面形成領域に合わせて温度センサを設けていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記のボイラにおいて、ボイラ内水位が高く制御される時には高い水位での気水面領域に合わせて設けた温度センサにて検出している水管温度に基づきスケールの付着を判断し、ボイラ内水位が低く制御される時には低い水位での気水面領域に合わせて設けた温度センサにて検出している水管温度に基づきスケールの付着を判断していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
スケール付着が最も多くなる部分で水管温度の検出を行うものであるため、スケールの付着状況を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を実施しているボイラの設定水位を高くした状態での一部断面図
【図２】本発明を実施しているボイラの設定水位を低くした状態での一部断面図
【図３】本発明を実施しているボイラでの温度センサ設置状況の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１と図２は本発明の一実施例におけるボイラの一部断面図であり、図１はボイラ内の水位が高く制御される場合、図２は水位が低く制御させる場合のものである。図３は本発明を実施しているボイラでの温度センサ設置状況の説明図である。
【００１０】
ボイラ１は中央に設置した燃焼室２の周囲を多数の垂直な水管３で囲んでおき、燃焼室の上部に燃焼装置４を設けた構成である。燃焼装置４は燃焼室２へ向けて下向きに火炎を発生し、火炎の熱によって水管３の加熱を行う。水管３は上部と下部に設けた環状の管寄せに接続しており、下部管寄せ７へ給水を行い、水管部でボイラ水を加熱することで蒸気を発生し、蒸気は上部管寄せ８へ集合させた後に取り出す。水管は隣り合った水管間をヒレ５でつなぐことで環状の内側水管列と外側水管列を形成しており、内外２列の水管列間に燃焼ガスを通す燃焼ガス通路６を設けている。
【００１１】
燃焼装置４による燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室周囲の水管表面に沿って流れる際に水管３を加熱する。水管を環状に２列並べた構造の場合、燃焼装置４で発生させた燃焼ガスは、燃焼室２から燃焼ガス通路６へ入り、内側水管列と外側水管列の間に形成した燃焼ガス通路６に燃焼ガスを通すことで水管３を加熱し、水管と熱交換を行うことで温度の低下した排ガスはボイラ外へ排出する。内側水管列の場合、一方の面は燃焼室２に面し、他方の面は燃焼ガス通路６に面しているため、両方の面から加熱することになる。外側水管列の場合は、一方の面は燃焼ガス通路６に面しているが、他方の面は燃焼ガスが通らないため片方の面からのみ加熱することになる。
【００１２】
上部管寄せ８には、垂直水管部分から沸き上がってきたボイラ水が蒸気とともに流れ込むため、上部管寄せ８とは連絡管で接続している気水分離器９で蒸気とボイラ水の分離を行う。気水分離器９で分離した蒸気は気水分離器上部から取り出し、ボイラ水は気水分離器９底部と下部管寄せ７をつないだ還水管を通してボイラの下部管寄せ７へ戻す。
【００１３】
燃焼装置４は、高燃焼・低燃焼・燃焼停止の三位置で燃焼制御を行うものであり、ボイラから供給する蒸気圧力の値に応じて燃焼量を決定する。燃焼装置の運転を制御する運転制御装置１０は、ボイラの蒸気圧力値を検出する圧力検出装置１１からの信号を受けて燃焼量を決定し、決定した燃焼量となるように燃料と燃焼用空気の供給を行う。運転制御装置１０では、蒸気圧力値が低い区分にある場合には燃焼量が大きな高燃焼とする。その状態から蒸気圧力値が一段階高い状態になると燃焼量を下げることで低燃焼とし、蒸気圧力値が制御範囲の上限値以上になると燃焼停止とする。
【００１４】
ボイラ内の水位は、缶体の外側に設けている水位検出装置１５にて検出する。水位検出装置１５には、下端の高さ位置を異ならせた複数の電極棒を設置しており、どの電極棒まで水につかっているかを調べることで水位を検出する。運転制御装置１０は、水位検出装置１５で検出している水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプの作動を行ってボイラへの給水を行い、水位が給水停止水位まで上昇すると給水を停止する。水位調節範囲は、ボイラの燃焼量が小さい場合には高く、ボイラの燃焼量が大きい場合には低く設定される。例えば、低燃焼時の水位範囲は図のａ−ｂ間とし、高燃焼での水位範囲は図のｂ−ｃ間となる。
【００１５】
ボイラ水が沸騰している水管内では、ボイラ水の沸き上がりが発生する。ボイラの水位を水管途中に設定しておいた場合でも、水管内ではボイラ水の沸き上がりがあるため、水管上部でもボイラ水に触れることになり、ボイラ水が水管を冷却するために水管の過熱は防止される。ボイラ水の沸き上がり量はボイラの燃焼量によって異なる。ボイラの燃焼量が小さい場合にはボイラ水の沸き上がり量は少なく、燃焼量が大きくなればボイラ水の沸き上がり量は多くなる。そのため、ボイラ水の沸き上がり量が少ない場合には、ボイラの設定水位が低いと水管上部が過熱されるおそれが発生し、ボイラ水の沸き上がり量が多い場合には、ボイラの設定水位が高いとボイラ水が蒸気とともに取り出されて蒸気の乾き度が低下するおそれが発生する。そこで、ボイラの燃焼量が小さい場合にはボイラ内の水位を高くし、燃焼量が大きい場合は水位を低くする。このようにすることで、燃焼量によって水管内での沸き上がり量が変化しても水管過熱や蒸気乾き度の低下を防ぐことができる。
【００１６】
スケール付着の検出は、水管温度を検出する温度センサ１２と、検出した水管温度に基づいてスケール付着の有無を判定するスケール判断部１３によって行い、スケール判断部１３はボイラの運転制御装置１０に設置しておく。水管３には水管温度を検出する温度センサ１２を設けておき、温度センサ１２にて検出した水管温度の情報は運転制御装置１０のスケール判断部１３へ出力する。
【００１７】
温度センサ１２は図３に記載しているように、外側水管列のさらに外側から水管の燃焼ガス通路６に面した部分に感温部を差し込む構造としておき、水管の燃焼ガス通路に面した部分には棒状の感温部を差し込むための穴を開けた取付台座１４を設けておく。温度センサ１２は外側水管をつないでいるヒレ５を貫通させて取り付けるようにしており、温度センサ１２の感温部を取付台座１４の穴に差し込むことで水管の温度を検出することができるようにする。温度センサ１２は、ボイラ燃焼時における水管内での気水面が形成される高さの範囲に設置する。
【００１８】
ボイラで燃焼を行っている場合、水管内では下部は温度が低く、上部へ行くほど温度が高くなっていく。ボイラ水の温度が沸騰を開始する温度となる位置まで来ると、水中で気泡の発生が始まり、さらに上昇すると気泡は大きくなっていくために沸騰開始点より上方では気泡の割合が増加していく。気泡が多くなると、ある点からは蒸気が主体となり、ボイラ水が主体である下部側と蒸気が主体である上部側の境界となる気水面付近では、水管内面はボイラ水による濡れた状態と蒸気による乾いた状態が複雑に混じり合う。気水面付近での水管内では、ボイラ水の濃縮が進み、スケール成分の濃度が高くなる。そしてこの部分では、濡れ乾きが繰り返される領域が形成されるためスケールが析出しやすくなる。
【００１９】
スケールの付着を判断するスケール判断部１３は、温度センサ１２で検出している水管温度の値に基づいて判断を行う。水管の内側にスケールが付着すると、スケールは金属性の水管に比べて熱の伝達性が大幅に低いため、水管からボイラ水への熱の移動が妨げられる。水管は燃焼ガスによって外側から加熱され、ボイラ水によって内側から冷却されているため、水管からボイラ水への熱移動が減少すると、水管の温度が下がらなくなるので水管温度は上昇する。そのため、水管温度が基準値より低い場合にはスケール付着はなく、水管温度が基準値より高い場合にはスケールの付着があると判定することができる。
【００２０】
温度センサ１２をスケール付着が多くなる気水面の領域に設置しておくことで、スケール付着時にはいち早く検出することができるようになる。燃焼量に応じて異なる水位が設定されるボイラでは、気水面高さの範囲が複数形成されることがあるが、その場合には複数の気水面範囲に合わせて温度センサ１２を複数設置しておくことで、スケール付着の検出精度をより高くすることができる。その際、水位を高くしている状態の時には、高い位置に設置している温度センサ１２によって検出している水管温度に基づいてスケール付着の判断を行い、水位を低くしている状態の時には、低い位置に設置している温度センサ１２によって検出している水管温度に基づいてスケール付着の判断を行うことで、スケール付着の検出精度を高めることができる。
【００２１】
ボイラでは、設置環境によって高燃焼が多いボイラや低燃焼が多いボイラがあり、高燃焼の多いボイラでは高燃焼での気水面領域にスケールが多くなり、低燃焼の多いボイラでは低燃焼での気水面領域にスケールが多くなる。しかし、ボイラの燃焼状態は設置環境によって様々であり、特定することは難しい。そのため、燃焼量によって異なる気水面範囲に合わせて温度センサ１２を複数設置していても、どの温度センサ１２の値に基づいてスケール付着の判定するのが最適なのかは、事前に分からないことが多くある。
【００２２】
その場合でも、高燃焼で燃焼する時間が長いボイラでは高燃焼時の気水面に付着するスケール量が多くなり、低燃焼で燃焼する時間が長いボイラでは低燃焼時の気水面に付着するスケール量が多くなる。したがって、高燃焼で燃焼している場合には高燃焼時の気水面範囲で水管温度を検出し、低燃焼で燃焼している場合には低燃焼時の気水面範囲で水管温度を検出するようにすることで、運転状態に応じた判断が可能となり、信頼性の高いスケール検出が行える。
【００２３】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ボイラ    
２  燃焼室    
３  水管
４  燃焼装置
５  ヒレ
６  燃焼ガス通路
７  下部管寄せ
８  上部管寄せ
９  気水分離器
１０  運転制御装置
１１  圧力検出装置
１２  温度センサ
１３  スケール判断部                        
１４  取付台座
１５  水位検出装置
【図１】
0005854547.tif 000002
【図２】
0005854547.tif 000003
【図３】
0005854547.tif 000004