(57)【要約】【課題】負荷変動に対する追従性を高め、蒸気圧力を安定させることのできるボイラ多缶設置システムを提供する。【解決手段】  燃焼量を変更することのできるボイラ１を複数台設置しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部５に設けた圧力検出装置４と、圧力検出装置４で検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置２を設けており、台数制御装置には蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼状態を定めている燃焼パターンを設定しておき、検出した蒸気圧力値と設定しておいた燃焼パターンに基づいてボイラの燃焼状態を決定するようにしているボイラ多缶設置システムにおいて、台数制御装置には、蒸気圧力調節範囲内を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼量を設定しており、複数設定している圧力帯は、高圧側の圧力帯における圧力幅を低圧側の圧力帯における圧力幅よりも広く設定する。【選択図】図１
2008241171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼量を変更することのできるボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部に設けた圧力検出装置と、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けており、台数制御装置には蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼状態を定めている燃焼パターンを設定しておき、検出した蒸気圧力値と設定しておいた燃焼パターンに基づいてボイラの燃焼状態を決定するようにしているボイラ多缶設置システムにおいて、
台数制御装置には、蒸気圧力調節範囲内を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼量を設定しており、複数設定している圧力帯は、高圧側の圧力帯における圧力幅を低圧側の圧力帯における圧力幅よりも広く設定していることを特徴とするボイラ多缶設置システム。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラ多缶設置システムにおいて、複数設定している圧力帯は、高圧側の圧力帯ほど段階的に圧力幅を大きくしていることを特徴とするボイラ多缶設置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数台のボイラを設置しておき、蒸気集合部の蒸気圧力値に基づいて必要台数分のボイラを燃焼させる台数制御装置を設けているボイラ多缶設置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型のボイラに換えて小型のボイラを複数台設置しておき、ボイラの燃焼台数を制御することで蒸気の発生量を調節するボイラの多缶設置システムが広く普及している。蒸気ボイラを多缶設置したシステムでは、各ボイラで発生した蒸気を集合させる蒸気集合部における蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を決定するようにしている。蒸気集合部には圧力検出装置を設けておき、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値はボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置へ出力する。台数制御装置では、蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼量を定めておき、検出した蒸気圧力値が低い場合にはボイラの燃焼台数を多くすることで蒸気発生量を増加し、蒸気圧力値の上昇につれてボイラの燃焼台数を少なくしていくことで蒸気発生量を減少させる。蒸気集合部の蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を増減することで、蒸気圧力値を所定の範囲内に保つように制御する。
【０００３】
具体的には、台数制御装置では蒸気圧力の調節範囲を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておく。多缶設置しているボイラが、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであれば、台数制御装置では検出している蒸気圧力値に基づいて、高燃焼・低燃焼・停止をそれぞれ何台とするかを定めた燃焼パターンを設定しておく。燃焼パターンでは、検出している蒸気圧力値が低圧側の圧力帯になるほど燃焼量が大きくなるように高燃焼・低燃焼・停止の各台数を定めておき、燃焼の優先順位が高いボイラから順に決定台数分のボイラを燃焼させる。
【０００４】
蒸気圧力値の上昇によってボイラ全体での燃焼量を減少するという場合は、高燃焼で燃焼しているボイラを低燃焼に変更したり、低燃焼で燃焼しているボイラの燃焼を停止することで行う。高燃焼から低燃焼へ変更する場合や、低燃焼から停止へ変更する場合は、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を削減することで行えるため、燃焼量の減少に要する時間は比較的短いものとなる。そして、蒸気圧力値の低下によってボイラ全体での燃焼量を増加するという場合は、低燃焼で燃焼しているボイラを高燃焼に変更したり、燃焼を停止しているボイラを低燃焼で燃焼させることで行う。この場合、低燃焼から高燃焼へ変更するには、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を増加することで行えるため、燃焼量の増加に要する時間は比較的短いものとなる。しかし、停止していたボイラの燃焼を開始する場合には、燃焼開始前に燃焼室内を換気するプレパージなど燃焼準備の工程が必要であり、燃焼準備工程の後でなければ燃焼を開始することができない。そのため、燃焼台数を増加することで燃焼量を増加するという場合に要する時間は比較的長いものとなる。蒸気使用量の増加によって燃焼量増加の指令を出力しても、実際に燃焼量が増加するまでに長い時間がかかることになると、蒸気使用量に対して蒸気供給量が不足している状態が長く続くことになる。蒸気の供給が不足していると、蒸気圧力値は低下し、必要量の蒸気を供給することができなくなるということがあった。
【０００５】
特願２００７−６００３０に記載の発明では、台数制御装置には、蒸気圧力値に対応させて設定するボイラの燃焼パターンとして、通常時における燃焼パターンである通常時燃焼パターンと、通常時燃焼パターンよりも燃焼量が大きくなるように定めている燃焼台数増加時燃焼パターンを設定しておくとともに、蒸気圧力値の低下によってボイラの燃焼台数を増加する場合に、台数制御の基準とする燃焼パターンを通常時燃焼パターンから燃焼台数増加時燃焼パターンに変更するようにしている。これは、燃焼台数を増加するための準備を行っている時に、その時点で既に低燃焼を行っていたボイラを高燃焼として蒸気発生量を増加することにより、蒸気供給量の増加が間に合わずに蒸気圧力値が大きく低下するということを防止することができるというものである。ただしこの場合、燃焼台数を増加する時点で低燃焼を行っているボイラが存在している必要があり、低燃焼のボイラが存在しない場合には、前記の制御を行うことはできない。蒸気圧力値が圧力調節範囲よりも高圧となり、ボイラをすべて停止している状態で蒸気使用量が急増し、蒸気圧力値が急激に低下したという場合には、停止していたボイラを起動するしかなく、ボイラの起動には時間がかかることで蒸気の供給が不足するということがあった。
【特許文献１】特願２００７−６００３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、負荷変動に対する追従性を高め、蒸気圧力を安定させることのできるボイラ多缶設置システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
燃焼量を変更することのできるボイラを複数台設置しておき、複数台のボイラで発生させた蒸気は一旦蒸気集合部に集合させてから蒸気必要部へ供給しているボイラ多缶設置システムであって、蒸気集合部に設けた圧力検出装置と、圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラに対して燃焼指令を出力する台数制御装置を設けており、台数制御装置には蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼状態を定めている燃焼パターンを設定しておき、検出した蒸気圧力値と設定しておいた燃焼パターンに基づいてボイラの燃焼状態を決定するようにしているボイラ多缶設置システムにおいて、台数制御装置には、蒸気圧力調節範囲内を複数の圧力帯に区分し、圧力帯ごとにボイラの燃焼量を設定しており、複数設定している圧力帯は、高圧側の圧力帯における圧力幅を低圧側の圧力帯における圧力幅よりも広く設定する。また、複数設定している圧力帯は、高圧側の圧力帯ほど段階的に圧力幅を大きくしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を実施することで、蒸気圧力値が圧力調節範囲よりも高くなる頻度を少なくすることができ、燃焼を行っているボイラがあれば燃焼量をより早く増加することができるため、蒸気負荷の変動に対する追従性を高めることができ、蒸気圧力を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施するボイラと台数制御装置２の構成図である。実施例では１号缶・２号缶・３号缶からなる３台のボイラ１を設けており、各ボイラ１は共通の蒸気集合部５に接続する。各ボイラで発生した蒸気は前記蒸気集合部５に集合した後で蒸気使用装置側へ送るようにしており、蒸気集合部５に圧力検出装置４を設ける。ボイラ１は、高燃焼、低燃焼、停止の３位置で燃焼の制御を行うもので、各ボイラ１には運転制御装置３を設けており、各ボイラの運転制御は個々の運転制御装置３によって行う。運転制御装置３は、各ボイラ１の燃焼状態を定める台数制御装置２と接続しており、台数制御装置２からの燃焼指令に基づいて運転の制御を行う。ここでは、１台のボイラが低燃焼で燃焼した場合の蒸気発生量を１t/h、高燃焼で燃焼した場合の蒸気発生量を２t/hであるとしておく。そのため、前記ボイラを３台設置している時の蒸気発生量は、３台とも停止の０t/hから３台とも高燃焼の６t/hの間で１t/h間隔で調節することができるものとなる。
【００１０】
台数制御装置２は、圧力検出装置４で検出した蒸気圧力値に基づいて、各ボイラにおける燃焼量を決定する。台数制御装置２には、圧力検出装置４によって検出する蒸気圧力値に対応させてボイラの燃焼状態を設定しておき、決定した燃焼状態になるように各ボイラに対して燃焼指令を出力する。また、各ボイラには燃焼の優先順位を定めておき、優先順位の高いボイラから順に燃焼させるものとしておく。優先順位は、１号缶のボイラを第１位、２号缶のボイラを第２位、３号缶のボイラを第３位としている。
【００１１】
図２には、蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況などを模式的に示したものである。図２の上段には、蒸気圧力値の変化を示したグラフと、蒸気圧力値の圧力帯ごとに定めている燃焼状態、中段には台数制御装置２から各ボイラに対して出力する燃焼指令、下段にはボイラ全体での蒸気発生量と蒸気使用量の変化を記載している。
【００１２】
台数制御装置２では、蒸気圧力の調節範囲内を複数の圧力帯に区分している。図２での圧力調節範囲は0.70MPaから0.84MPaとしている。蒸気圧力値が0.70MPaよりも低くなった場合にはすべてのボイラを高燃焼、蒸気圧力値が0.84MPaよりも高くなった場合にはすべてのボイラを停止とし、蒸気圧力値が0.70MPa〜0.84MPaにある場合には、蒸気圧力帯ごとに設定している燃焼状態となるように各ボイラに対して燃焼の指令を出力する。ボイラの燃焼状態は、ボイラを高燃焼とする場合をＨ、低燃焼とする場合をＬ、停止とする場合を−として示している。燃焼状態は、圧力検出装置４にて検出される蒸気圧力値が高くなるほど燃焼量を小さくし、蒸気圧力値が低下するほど燃焼量を大きくする。圧力帯は圧力調節範囲の上下を含めて７つの圧力帯に区分し、圧力帯ごとに燃焼状態を定めておき、蒸気圧力値がどの圧力帯となるかによって燃焼量を決めるようにしている。
【００１３】
複数設定している圧力帯の圧力幅は、高圧側の圧力帯における圧力幅を低圧側の圧力帯における圧力幅よりも広く設定している。蒸気圧力値が0.70MPaよりも低い場合は「ＨＨＨ」としており、すべてのボイラに対して高燃焼の指令を出力する。蒸気圧力値が0.70MPa〜0.72MPaの圧力帯内であれば「ＨＨＬ」とし、優先順位１位と２位のボイラが高燃焼、３位のボイラは低燃焼となる。蒸気圧力値が0.72MPa〜0.74MPaの圧力帯内であれば「ＨＬＬ」、蒸気圧力値が0.74MPa〜0.76MPaの圧力帯内であれば「ＨＬ−」とし、蒸気圧力値の上昇につれてボイラの燃焼量を小さくしていく。蒸気圧力値が0.76MPaを越えた部分では、圧力帯の幅をそれまでの２倍の0.04MPaにしており、0.76MPa〜0.80MPaの圧力帯では「ＬＬ−」、0.80MPa〜0.84MPaの圧力帯では「Ｌ−−」としている。蒸気圧力値が0.84MPaを越えた場合には「−−−」となり、すべてのボイラを停止する。
【００１４】
図２では、蒸気使用量は0.5t/hであるが、蒸気のストックがないために検出蒸気圧力値は0.70MPaよりも低い値の状態から始まっている。この場合、蒸気圧力値から定まる燃焼状態は「ＨＨＨ」であるため、すべてのボイラには高燃焼の燃焼指令を出力しており、各ボイラでは高燃焼で燃焼を行っているため、蒸気発生量は６t/hとなっている。このときの蒸気発生量は、蒸気使用量の0.5t/hに比べて大幅に大きいために蒸気圧力値は急激に上昇しており、時刻Ａで蒸気圧力値は0.70MPa〜0.72MPaの圧力帯に入る。蒸気圧力値の上昇によって燃焼指令は「ＨＨＬ」となるため、台数制御装置２では優先順位第３位の３号缶を低燃焼に変更する出力を行い、蒸気の発生量は５t/hとする。ボイラの燃焼量を高燃焼から低燃焼としたり燃焼を停止するのは、燃料と燃焼用空気の供給量を減少するのみで行えるため、すぐに減少することができる。
【００１５】
蒸気発生量の減少によって蒸気圧力値の傾きは少し緩やかになるが、蒸気発生量の方が蒸気使用量よりも大きいために蒸気圧力値の上昇は続いており、時刻Ｂで更に高圧側の圧力帯内に入る。蒸気圧力値が0.72MPa〜0.74MPaの圧力帯に入ると、燃焼指令は「ＨＬＬ」であるため、台数制御装置２は２号缶も低燃焼とする。その後も時刻Ｃ・時刻Ｄと進み、蒸気圧力値が高くなるにつれてボイラの燃焼量を小さくしていく。ボイラの燃焼量を小さくすると、蒸気発生量も小さくなり、蒸気圧力値変化の傾きは小さくなっていくが、それ以上に蒸気の使用量は少ないために蒸気圧力値の上昇は続いている。
【００１６】
蒸気圧力値が0.76MPaを越えた部分の圧力帯は、圧力帯の幅をそれまでの0.02MPaの２倍である0.04MPaとしており、0.76MPa〜0.80MPaが一つの圧力帯となっている。また時刻Ｄ以降での燃焼量は「ＬＬ−」であって蒸気発生量は２t/hとなるため、蒸気使用量との差は1.5t/hとなる。蒸気発生量と蒸気使用量の差が小さくなると、蒸気圧力値の変化は緩やかになっていく。そのため、蒸気圧力値が0.76MPa〜0.80MPaの圧力帯にとどまっている時間は、それより低圧側の圧力帯内にとどまっている時間よりも長くなっている。
【００１７】
さらに蒸気圧力値が上昇して時刻Ｅを通過すると、この圧力帯での燃焼状態は「Ｌ−−」となっているため、２号缶の燃焼も停止して１号缶の低燃焼のみとなる。この圧力帯での蒸気発生量は１t/hであって、蒸気発生量と蒸気使用量の差0.5t/hまで小さくなっており、圧力帯の幅は0.04MPaと大きいものであるため、蒸気圧力値がこの圧力帯内にとどまる時間はさらに長くなる。
【００１８】
その後、時刻Ｆで蒸気の使用量が５t/hまで増加している。この時点での蒸気発生量は１t/hであり、時刻Ｆからは蒸気の使用量が蒸気の発生量を上回っているために蒸気圧力値は低下に転じている。時刻Ｇになると、蒸気圧力値が0.76MPa〜0.80MPaの圧力帯内に入るため、台数制御装置２は２号缶に対して運転開始の指令を出力する。しかしボイラを起動する場合、燃焼開始前に燃焼室内を換気するプレパージなど燃焼準備の工程が必要であり、燃焼準備を行っている間は蒸気を発生するということはできない。２号缶に燃焼開始の指令は出力しても蒸気の供給は行われないため、蒸気発生量は１t/hから増加しておらず、蒸気圧力の低下は同じ傾きで続いている。さらに蒸気圧力値が低下して蒸気圧力値が0.74MPa〜0.76MPaの圧力帯内に入ると、この圧力帯での燃焼状態は「ＨＬ−」であるため、台数制御装置２では１号缶に対して高燃焼の燃焼指令を出力する。低燃焼で燃焼していた１号缶の燃焼量を高燃焼に変更する場合、燃焼量の増加は燃料供給量と燃焼用空気供給量を増加するのみで行えるため、すぐに高燃焼を開始することができる。そのため時刻Ｈ以降は蒸気発生量が２t/hとなり、蒸気圧力値変化の傾きは少し緩やかになっている。しかし１号缶を高燃焼としても、まだ蒸気使用量の方が大きいため、蒸気圧力値の低下は続いている。その後、時刻Ｉになると蒸気使用量は減少して再び0.5t/hになっている。この時の蒸気発生量は２t/hであるため、蒸気圧力値は上昇に転じており、さらに燃焼準備を行っていた２号缶が燃焼を開始すると蒸気圧力値上昇の傾きが大きくなる。蒸気圧力値が0.76MPa〜0.80MPaの圧力帯内に入ると、燃焼状態は「ＬＬ−」であるため１号缶の燃焼量を低燃焼としており、その後の蒸気圧力値は緩やかに上昇しているが、図の記載はここまでとしている。
【００１９】
図２の場合、時刻Ｆから時刻Ｉまでの蒸気使用量が多くなった時間帯では、蒸気圧力値が低下したが、この場合でも蒸気圧力値は0.70MPa〜0.84MPaの圧力調節範囲を維持できており、蒸気供給量が不足することにはなっていない。
【００２０】
図４は本発明と比較するための従来の制御における蒸気圧力値の変化を示したものである。図２と図４では、0.70MPa〜0.84MPaとした圧力調節範囲は同じとしているが、蒸気圧力帯の設定を異ならせている。図２では高圧側の圧力帯における設定幅を低圧側の圧力帯における設定幅よりも広くしていたが、図４では各圧力帯の幅を0.028MPaの等間隔としている。図２と図４では、同じ圧力値から開始し、同じタイミングで蒸気使用量が同じように変化した想定のものであり、燃焼状態が同じであれば蒸気圧力値変化の傾きも同じになるとしている。
【００２１】
図４の場合も当初は蒸気発生量の方が蒸気使用量よりも多いために蒸気圧力値は上昇しており、時刻ａ〜時刻ｅにかけて蒸気圧力値の上昇につれて順次燃焼量を少なくしていく。時刻ｅで蒸気圧力値は0.812MPa〜0.840MPaの圧力帯内に入り、燃料状態は「Ｌ−−」であるため１号缶のみ低燃焼としている。この時の蒸気圧力値の傾きは、図２の場合での時刻Ｅ以降と同じであるが、図２の場合には「Ｌ−−」とする圧力帯の圧力幅が0.04MPa分あったのに対し、図４の場合で「Ｌ−−」とする圧力帯の幅は0.028MPaと狭い。そのため、蒸気圧力値がこの圧力帯にとどまる時間は、図２に比べると短くなる。そして蒸気使用量が増加する時刻ｆになるよりも前の時刻ｘの段階で蒸気圧力値が0.840MPa以上となり、燃焼状態は「−−−」となるために１号缶の燃焼も停止している。
【００２２】
この状態で時刻ｆとなって蒸気使用量が増加すると、蒸気使用量は５t/hに対し、蒸気発生量は０t/hであるため、蒸気圧力値は急激に低下していく。蒸気圧力値が低下して低圧側の圧力帯に入ると、ボイラに対して燃焼量増加の出力が行われ、時刻fで１号缶、時刻ｇで２号缶、時刻ｈで３号缶に対して燃焼開始の指令が出力される。各ボイラでは燃焼開始の指令を受けて燃焼を開始することになるが、燃焼を停止していたボイラが燃焼を開始するためには燃焼準備の工程が必要であり、その間は蒸気の発生は行えない。そのため時刻ｈでも蒸気圧力値は急角度で低下し続けている。蒸気の使用量が減少する時刻ｉの時点では、まだすべてのボイラが燃焼準備工程中であり、この時の蒸気圧力値は圧力調節範囲である0.70MPa〜0.84MPaよりも低くなっている。蒸気圧力値が圧力調節範囲よりも低くなると、蒸気の供給が不足することになる。その後、各ボイラは順次燃焼を開始し、蒸気圧力値は急上昇していく。
【００２３】
前記実施例では、圧力調節範囲内の圧力帯を高圧側と低圧側に２分し、高圧側２つ分の圧力帯の幅を低圧側の圧力帯の２倍としているが、圧力幅の設定はほかにも考えることができる。図３は燃焼状態設定のバリエーション例を示したものである。各パターンの図では、左側に蒸気圧力値、中央に燃焼状態、右側に圧力帯の幅を記載している。圧力幅欄に括弧で記載している数値は、圧力調節範囲内での最も低圧の圧力帯における圧力幅を１とした場合における各圧力帯幅の倍率を示している。パターンＡは最も高圧側の0.78MPa〜0.82MPaの圧力帯だけを大きくしている。圧力調節範囲は0.70MPa〜0.82MPaであり、0.78MPaより低い圧力帯ではそれぞれの圧力幅を0.02MPaとし、最も高圧側の圧力帯での幅は0.04MPaとしている。圧力幅を低圧側から比率で示すと、１：１：１：１：２となる。パターンＢは高圧側から２段分の圧力帯を広くしており、高圧側２段の圧力帯でも段階的に拡大するようにしている。0.700MPa〜0.745MPaに設けている三つの圧力帯部分では、それぞれ0.015MPaの間隔で設定しており、0.745MPa〜0.775MPaの部分では圧力幅を0.030MPa、0.775MPa〜0.820MPaの部分では圧力幅を0.045MPaとしている。圧力幅を低圧側から比率で示すと、１：１：１：２：３となる。パターンＣは高圧側から３段分の圧力帯を広くしており、高圧側３段の圧力帯でも段階的に拡大するようにしている。0.70MPa〜0.72MPaの部分では、それぞれ0.01MPaの間隔で設定しており、0.72MPa〜0.74MPaの部分では圧力幅を0.02MPa、0.74MPa〜0.77MPaの部分では圧力幅を0.03MPa、0.77MPa〜0.81MPaの部分では圧力幅を0.04MPaとしている。圧力幅を低圧側から比率で示すと、１：１：２：３：４となる。
【００２４】
高圧側の圧力帯における圧力幅を大きくするほど、圧力調節範囲の上限までの間隔が広く、より早い段階で燃焼量を小さくすることになるため、蒸気圧力値が圧力調節範囲よりも高圧となる頻度を少なくすることができる。ボイラがすべて停止すると、蒸気使用量が増加した場合に蒸気の供給が間に合わず、蒸気圧力値が大きく低下することがあったが、ボイラが燃焼を停止しないようにすることで、蒸気圧力値の大きな低下を防止することができ、蒸気圧力を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を実施するボイラと台数制御装置の構成図
【図２】本発明での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図
【図３】燃焼状態設定のバリエーション例を示した説明図
【図４】比較のための従来制御での蒸気圧力値の変化とボイラの運転状況を記した説明図
【符号の説明】
【００２６】
１  ボイラ        
２  台数制御装置          
３  運転制御装置          
４  圧力検出装置          
５  蒸気集合部          
【図１】
2008241171.tif 000003
【図２】
2008241171.tif 000004
【図３】
2008241171.tif 000005
【図４】
2008241171.tif 000006