(57)【要約】【課題】比例制御方式のボイラに対して適切な水位制御が可能なボイラシステムを提供すること。【解決手段】ボイラシステム１は、水位検出器３１が検出した比例制御ボイラの水位に基づいて比例制御ボイラへの給水を制御する制御装置６を備える。この制御装置６は、比例制御ボイラの燃焼率毎に異なる制御上限値及び制御下限値により規定される水位制御範囲を設定する設定部６１と、比例制御ボイラの水位が、比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御下限値まで減少することを条件に給水し、比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御上限値まで増加することを条件に給水を停止する水位制御部６２と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼率を連続的に変更可能な比例制御ボイラと、前記比例制御ボイラへの給水を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
前記比例制御ボイラの水位を検知する検知部を更に備え、
前記制御部は、
前記比例制御ボイラの燃焼率毎に異なる制御上限値及び制御下限値により規定される水位制御範囲を設定する設定部と、
前記比例制御ボイラの水位が、前記比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御下限値まで減少することを条件に前記比例制御ボイラに給水し、前記比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御上限値まで増加することを条件に給水を停止する水位制御部と、
を備えるボイラシステム。
【請求項２】
前記設定部は、前記比例制御ボイラの燃焼率が低いほど前記水位制御範囲を広く設定する請求項１に記載のボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼率を連続的に変更可能な比例制御ボイラへの給水を制御するボイラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蒸気を生成するボイラとして、上部ヘッダと下部ヘッダとの間に複数の水管を接続した缶体を備える貫流ボイラが使用されている。貫流ボイラにおいて、水管を加熱することにより生成した蒸気は、上部ヘッダから取り出され、蒸気を使用する負荷機器側へ送られる。
【０００３】
一般的に、貫流ボイラでは、水管の内部の水位が高すぎると、生成された蒸気に缶水が同伴されやすく、蒸気の乾き度が低下してしまう事態が生じる。一方、水管の内部の水位が低いと、水管の上部がバーナの火炎により過熱されてしまう事態が生じる。
【０００４】
そのため、貫流ボイラでは、水管の内部の水位を制御することが行われている。例えば、水管の内部の水位を制御するための技術として、特許文献１のようなボイラが提案されている。特許文献１のボイラは、水位制御用水位センサ及び水位を段階別に検出するための複数の電極棒を備え、電極棒の水位検出結果に基づいて水位制御用水位センサの検出特性を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０７２９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、貫流ボイラとして、従来は、燃焼率を段階的に変更して燃焼可能な段階値制御方式のボイラが広く用いられていたが、近年では、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御方式のボイラも普及し始めている。
なお、段階値制御方式のボイラとは、複数段階の燃焼位置で燃焼するＮ位置ボイラ（例えば、燃焼停止、低燃焼、高燃焼等の３位置ボイラ）をいい、このような段階値制御方式のボイラでは、燃焼率が段階的（例えば、５０％毎）に変更される。他方、比例制御方式のボイラとは、例えば、燃焼率を１％刻みで変更可能なボイラをいい、段階値制御方式のボイラに比べ細かな調整が可能であり、圧力安定性が向上する。
【０００７】
この点、段階値制御方式のボイラは、燃焼率を段階的にしか変更できず燃焼率が頻繁に変更されることがないため、燃焼位置毎に給水が必要となるタイミングを設定しておくことで、精度良く水位制御を行うことができる。即ち、給水中に燃焼位置が変更される可能性が低いことから、燃焼位置に応じた給水タイミングになってから設定時間だけ給水するだけで、適切な水位制御が可能であった。
【０００８】
一方、比例制御方式のボイラは、燃焼率を連続的に変更することができ、給水中にも燃焼率が刻々と変更されるため、段階値制御方式のボイラとは異なる新たな水位制御が求められている。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、比例制御方式のボイラにおいて、適切な水位制御が可能なボイラシステム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】
【００１０】
本発明は、燃焼率を連続的に変更可能な比例制御ボイラと、前記比例制御ボイラへの給水を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記比例制御ボイラの水位を検知する検知部を更に備え、前記制御部は、前記比例制御ボイラの燃焼率毎に異なる制御上限値及び制御下限値により規定される水位制御範囲を設定する設定部と、前記比例制御ボイラの水位が、前記比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御下限値まで減少することを条件に前記比例制御ボイラに給水し、前記比例制御ボイラの燃焼率に対応する制御上限値まで増加することを条件に給水を停止する水位制御部と、を備えるボイラシステムに関する。
【００１１】
また、前記設定部は、前記比例制御ボイラの燃焼率が低いほど前記水位制御範囲を広く設定することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比例制御方式のボイラに対しても適切な水位制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のボイラシステムの一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】制御装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】設定部により設定される水位制御範囲の一例を示す図である。
【図４】制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のボイラシステムの好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
ボイラシステム１は、図１に示すように、ボイラ２０と、水位検出器３１と、給水ポンプ４と、気水分離器５と、蒸気ヘッダ５０と、制御装置６と、を備える。
【００１６】
ボイラ２０は、水を加熱して蒸気を生成する蒸気ボイラであり、燃焼率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御方式のボイラからなる。比例制御方式のボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態の範囲で、燃焼量が連続的（例えば、０．１％〜２％刻み）に制御可能とされているボイラである。
このボイラ２０は、図１に示すように、ボイラ筐体２１と、複数の水管２２と、下部ヘッダ２３と、上部ヘッダ２４と、燃焼室２５と、バーナ２６と、を備える。
【００１７】
ボイラ筐体２１は、ボイラ２０の外形を構成する。
複数の水管２２は、ボイラ筐体２１の内部に上下方向に延びて配置されると共に、ボイラ筐体２１の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
下部ヘッダ２３は、ボイラ筐体２１の下部に配置される。下部ヘッダ２３には、複数の水管２２の下端部が接続される。
上部ヘッダ２４は、ボイラ筐体２１の上部に配置される。上部ヘッダ２４には、複数の水管２２の上端部が接続される。
【００１８】
燃焼室２５は、複数の水管２２に囲まれた空間により構成される。
バーナ２６は、燃焼することによりボイラ筐体２１の内部を加熱する。バーナ２６は、燃料噴射ノズル及び空気供給ノズル（いずれも図示せず）を含んで構成される。バーナ２６は、燃料噴射ノズルから燃料をボイラ筐体２１の燃焼室２５に向けて噴射すると共に、空気供給ノズルから空気をボイラ筐体２１の燃焼室２５に供給して、燃料を燃焼させる。
【００１９】
水位検出器３１は、水管２２に貯留される缶水Ｗ２の水位を検出する。水位検出器３１で検出された缶水Ｗ２の水位は、制御装置６へ検出信号として送信される。
【００２０】
給水ポンプ４は、供給源（不図示）から水を吸入し、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に向けて送出する。給水ポンプ４が供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に送り出すタイミングは、制御装置６から送信される駆動信号により制御される。
【００２１】
気水分離器５は、上部ヘッダ２４から蒸気取出ラインＬ４を介して導入された蒸気ＳＭ１を、乾き蒸気ＳＭ２と水分（以下「分離水Ｗ３」ともいう）とに分離する装置である。
【００２２】
蒸気ヘッダ５０は、ボイラ２０からの蒸気を集合させて、集合した蒸気を負荷機器（不図示）に供給する設備である。この蒸気ヘッダ５０には、蒸気圧測定器５１が設けられる。蒸気圧測定器５１は、蒸気ヘッダ５０の内部の蒸気圧力を測定する。蒸気圧測定器５１で測定された蒸気圧力は、制御装置６へ測定信号として送信される。
【００２３】
制御装置６は、蒸気圧測定器５１から送信される測定信号（蒸気圧力）に基づいて、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。具体的には、負荷機器の需要の増大により要求負荷（消費量）が増加し、供給量が不足すれば、蒸気ヘッダ５０の内部の蒸気圧力が減少する。この場合、制御装置６は、ボイラ２０の燃焼量（燃焼率）を増大し、蒸気の供給量を増大させる。一方、負荷機器の需要の低下により要求負荷（消費量）が減少し、供給量が過剰になれば、蒸気ヘッダ５０の内部の蒸気圧力が増加する。この場合、制御装置６は、ボイラ２０の燃焼量（燃焼率）を減少し、蒸気の供給量を減少させる。
また、制御装置６は、ボイラ２０の周辺の構成も制御する。
【００２４】
また、ボイラシステム１は、供給水ラインＬ１と、燃料供給ラインＬ２と、ブローラインＬ３と、蒸気取出ラインＬ４と、蒸気送出ラインＬ５と、降水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２５】
供給水ラインＬ１は、供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に供給するラインである。供給水ラインＬ１には、給水ポンプ４が設けられている。
【００２６】
燃料供給ラインＬ２は、バーナ２６により燃焼される燃料Ｆをバーナ２６に供給するラインである。燃料供給ラインＬ２には、燃料供給弁９２が設けられている。燃料供給弁９２における弁体の開閉は、制御装置６からの駆動信号により制御される。
【００２７】
ブローラインＬ３は、降水ラインＬ６を流通する分離水Ｗ３を、接続部Ｊ１を介して、ボイラ２０の外部に排出するラインである。ブローラインＬ３には、ブロー弁９３が設けられている。ブロー弁９３における弁体の開閉は、制御装置６からの駆動信号により制御される。
【００２８】
蒸気取出ラインＬ４は、生成された蒸気ＳＭ１を、ボイラ筐体２１から取り出して、気水分離器５に導入させるラインである。
【００２９】
蒸気送出ラインＬ５は、気水分離器５により分離された乾き蒸気ＳＭ２を、蒸気ヘッダ５０に向けて送り出すラインである。蒸気送出ラインＬ５には、蒸気弁９５が設けられている。
【００３０】
降水ラインＬ６は、気水分離器５により分離された分離水Ｗ３を、ボイラ筐体２１の下部ヘッダ２３に向けて流下させるラインである。接続部Ｊ１には、ブローラインＬ３の上流側の端部が接続されている。
【００３１】
次に、図２を参照して、本実施形態のボイラシステム１の制御装置６の制御に係る機能について説明する。図２は、制御装置６の機能的構成を示す機能ブロック図である。なお、制御装置６は、制御部及び記憶部を含む電子計算機である。
【００３２】
図２に示すように、制御装置６は、設定部６１と、水位制御部６２と、を含んで構成される。
【００３３】
設定部６１は、水管２２に貯留される缶水Ｗ２の水位についての水位制御範囲を、ボイラ２０の燃焼率毎に設定する。なお、水位制御範囲とは、保つべき水管２２の水位の範囲であり、図３を参照して詳細に説明する。図３は、設定部６１により設定される水位制御範囲の一例を示す図である。
水位制御範囲は、目標水位Ｔの上方に設定された制御上限値Ｈと、目標水位Ｔの下方に設定された制御下限値Ｌと、により規定される。設定部６１は、燃焼率が低いほど目標水位Ｔに対して制御上限値Ｈを上方に設定すると共に、目標水位Ｔに対して制御下限値Ｌを下方に設定する。即ち、目標水位Ｔから制御上限値Ｈまでの幅である上限幅Ｈｒ１，Ｈｒ２，Ｈｒ３は、燃焼率が最も低いＨｒ１が最も広く、燃焼率が最も高いＨｒ３が最も狭い。同様に、目標水位Ｔから制御下限値Ｌまでの幅である下限幅Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３も、燃焼率が最も低いＬｒ１が最も広く、燃焼率が最も高いＬｒ３が最も狭い。
なお、水位制御範囲は、図３に示すような関係性を有するテーブルを記憶部に予め記憶しておくこととしてもよく、予め複数の燃焼率に対してのみ記憶部に設定しておき、その他の燃焼率に対しては所定の近似式により算出することとしてもよい。
【００３４】
図２に戻り、水位制御部６２は、供給源（不図示）からの供給水Ｗ１を、ボイラ２０に向けて送出（供給）するように、又は、供給水Ｗ１の送出（供給）を停止するように、給水ポンプ４を制御する。より具体的には、水位制御部６２は、水管２２内の水位がボイラ２０の現在の燃焼率に対応する制御下限値Ｌまで減少すると、給水ポンプ４を駆動し、供給源からボイラ２０に供給水Ｗ１を供給する。また、水位制御部６２は、水管２２内の水位がボイラ２０の現在の燃焼率に対応する制御上限値Ｈまで増加すると、給水ポンプ４の駆動を停止し、ボイラ２０への供給水Ｗ１の供給を停止する。
【００３５】
次に、図４を参照して、本実施形態のボイラシステム１の動作について説明する。図４は、制御装置６の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３６】
初めに、ステップＳＴ１において、制御装置６は、蒸気圧測定器５１から送信される測定信号（蒸気圧力）に基づいて、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。即ち、制御装置６は、蒸気ヘッダ５０の蒸気圧力が減少するとボイラ２０の燃焼率を増大し、蒸気ヘッダ５０の蒸気圧力が増大するとボイラ２０の燃焼率を減少する。
【００３７】
続いて、ステップＳＴ２において、制御装置６は、ボイラ２０の燃焼率に対応する水位制御範囲を取得する。即ち、制御装置６（設定部６１）は、燃焼率に対応する水位制御範囲を、記憶部から読み出し又は所定の演算により算出する。続いて、ステップＳＴ３において、制御装置６は、水位検出器３１から送信される検出信号に基づいて水管２２内の現在の供給水Ｗ１の水位を取得する。
【００３８】
続いて、ステップＳＴ４において、制御装置６（水位制御部６２）は、現在の水位が現在の燃焼率に応じた制御下限値Ｌ以下であるか否かを判定する。制御下限値Ｌ以下である場合には、ステップＳＴ５において、制御装置６（水位制御部６２）は、供給源からボイラ２０に供給水Ｗ１を供給し、処理を終了する。
【００３９】
他方、現在の水位が制御下限値Ｌよりも高い場合には、ステップＳＴ６において、制御装置６（水位制御部６２）は、現在の水位が現在の燃焼率に応じた制御上限値Ｈ以上であるか否かを判定する。制御上限値Ｈ以上である場合には、ステップＳＴ７において、制御装置６（水位制御部６２）は、供給源からボイラ２０への供給水Ｗ１の供給を停止し、処理を終了する。また、ステップＳＴ６において、現在の水位が制御上限値Ｈよりも低い場合には、制御装置６は、処理を終了する。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態のボイラシステム１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態のボイラシステム１は、比例制御ボイラの水位に基づいて給水を制御する制御装置６を備える。この制御装置６は、比例制御ボイラの燃焼率毎に異なる制限上限値及び制限下限値により規定される水位制御情報を設定する設定部６１と、水位が比例制御ボイラの現在の燃焼率に対応する制御下限値まで減少することを条件に給水し、現在の燃焼率に対応する制限上限値まで増加することを条件に給水を停止する水位制御部６２と、を備える。
これにより、給水中に比例制御ボイラの燃焼率が変更された場合であっても、現在の燃焼率に対応する制限上限値まで水位が増加すると給水を停止することができる。そのため、給水中に燃焼率が刻々と変更される比例制御ボイラにおいて、適切な水位制御を実現することができる。
【００４１】
このとき、設定部６１は、比例制御ボイラの燃焼率が低いほど水位制御範囲を広く設定し、燃焼率が高いほど水位制御範囲を狭く設定する。
これにより、燃焼率が高い場合に水管２２の水位を抑えることができるため、生成された蒸気に缶水Ｗ２が同伴されることを防止でき、蒸気の乾き度が低下してしまう事態を防止できる。また、燃焼率が低い場合に水管２２に十分な缶水Ｗ２が貯留されるため、水管２２の上部がバーナ２６の火炎により過熱されてしまう事態を防止できる。
【００４２】
以上、本発明のボイラの好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、１台のボイラ２０からなるボイラシステム１について説明したが、ボイラシステム１が備えるボイラ２０の台数は１台に限られず、２以上の複数台のボイラ２０を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  ボイラシステム
４  給水ポンプ
６  制御装置
６１  設定部
６２  水位制御部
２０  ボイラ
３１  水位検出器
５０  蒸気ヘッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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