(57)【要約】【課題】ごみ焼却ブラントの廃熱回収ボイラ等における熱交換用の伝熱水管の破孔を、従来の運転員の計器監視による方法に比べて、確実かつ早期に検知するすることができるボイラの伝熱水管の破孔検知方法を提供する。【解決手段】演算機能１０が、ボイラへの流入量と流出量の差分流量ΔＦの積算値ｙ（ｔ）を所定の演算周期毎に求め、その積算値ｙ（ｔ）が、時間とともに所定の割合で増加する基準値ｘ（ｔ）を越えた場合に、伝熱水管群２が破孔して漏水が発生していると判断する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部を高温ガスと接触させ内部を通過する被加熱流体との間で熱交換させる伝熱水管を備えたボイラにおいて、ボイラへの流入量とボイラからの流出量との差分流量を経過時間に沿って積算して差分流量の積算値を算出するとともに、経過時間とともに所定の割合で増加する基準値を設定し、前記積算値と前記基準値を比較して、前記積算値が前記基準値を越えたときに前記伝熱水管が破孔したと判断することを特徴とするボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【請求項２】
所定の時間が経過する毎に、積算値と基準値を一旦リセットし、あらためて積算値の算出と基準値の設定を開始することを特徴とする請求項１記載のボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【請求項３】
積算値と基準値との比較を、前記所定の時間が経過した時点での積算値と基準値とで行うことを特徴とする請求項２記載のボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却ブラントの廃熱回収ボイラ等における熱交換用の伝熱水管の破孔を早期に検知するための検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉やガス化溶融炉等のごみ焼却ブラントにおいて、廃熱の有効利用の観点から後流側に廃熱回収ボイラが設置されている。この廃熱回収ボイラは、燃焼排ガス等の高温ガスの通路に伝熱水管を配し、伝熱管の内部を流れるボイラ水との間で熱交換を行わせることによって、廃熱を回収するものである。
【０００３】
その際、排ガス中の腐食成分により伝熱水管が腐食して破孔し、伝熱水管を通流しているボイラ水が漏洩することがある。
【０００４】
このようなボイラ水の漏洩を検知する方法として、発電用商用ボイラにおいては、音響センサによる漏洩検知方法が知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、音響センサによる漏洩検知方法は、ごみ焼却ブラントの廃熱回収ボイラには複雑かつ高価すぎて適用されていないのが一般的であり、従来は、運転員が計器を監視し、漏水に伴う給水系統のアンバランスから起こるボイラドラム水位の異常降下の現象から、伝熱水管の破孔を推測していた。
【０００６】
図４は、そのような従来の運転員による監視システムの一例を示すものである。
【０００７】
図４において、ボイラドラム１に給水系配管からボイラ水が供給され、ボイラドラム１内のボイラ水は、ボイラドラム１からボイラ室内の伝熱水管群２に送られ、伝熱水管群２の内部を流れた後、ボイラドラム１に戻ってくる。ボイラ水は、伝熱水管群２の内部を流れる間に、伝熱水管群２の外部を通過する燃焼排ガスと熱交換することによって昇温し、その一部は蒸気となる。
【０００８】
そして、ボイラドラム１内の蒸気は、ボイラドラム１から過熱器３へ送られ、過熱器３で過熱されて過熱蒸気となり、減温器４を通過して所定の温度に減温された後、蒸気配管を通って蒸気だめへと送られる。蒸気だめに送られた過熱蒸気は蒸気タービン等に使用される。なお、ボイラによっては、過熱器や減温器を有さないタイプのものもある。
【０００９】
そして、ボイラドラム１内の缶水（飽和水）の一部は、ボイラ水質を維持管理するための連続的なブロー（連続ブロー）及びボイラ底部からの間欠的なブロー（缶底ブロー）によりボイラ系外に排出される。
【００１０】
なお、前記の給水系配管は、ボイラドラム１への給水配管から途中で分岐して、前記減温器４への給水配管となっており、減温器４に供給された水は蒸気の減温に用いられる。
【００１１】
ボイラドラム１への給水配管には流量調整弁５ａが、減温器４への給水配管には流量調整弁５ｂが、缶底ブローの配管には開閉弁６がそれぞれ設けられている。
【００１２】
そして、ボイラドラム１への給水量Ｆｗを計測して計器指示するとともに流量調整弁５ａの開度を調節する給水量指示調節装置７と、蒸気配管を通って蒸気だめへ送られる蒸発量Ｆｓを計測して計器指示する蒸発量指示装置８と、ボイラドラム１の水位を計測して計器指示するとともにドラム水位が所定数位になるように調節し、ドラム水位が異常になった場合に警報を発するドラム水位指示調節警報装置９が備えられている。
【００１３】
そして、空焚き防止というボイラ自身の設備保全のため、ボイラドラム水位が正常水位に保たれるように、蒸発量と供給量の差（制御偏差）がゼロになるようないわゆる三要素制御が行われる。
【００１４】
その際に、運転員は、給水量指示調節装置７、蒸発量指示装置８、ドラム水位指示調節警報装置９の計器を監視し、漏水に伴う給水系統のアンバランスから起こるボイラドラム水位の異常降下によって伝熱水管群２の破孔を推測している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１−１５０８３４号公報
【００１６】
【特許文献２】
特開平９−３１０８０３号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ボイラドラム水位は空焚き防止というボイラ自身の設備保全のため、正常水位を保つように蒸発量と供給量の差（制御偏差）がゼロになるようないわゆる三要素制御が行われており、伝熱水管の破孔によるボイラ系外への漏水の結果、それが原因で蒸発量が減少することがあっても、漏水によるドラム水位の低下に見合った分、給水量を増やすことになり、水位の異常低下として現れるまでには時間がかかる。
【００１８】
その結果、従来の運転員の計器監視による伝熱水管の破孔検知方法では、ドラム水位の異常低下を示す警報が発せられるにしても、漏水に気づくのが遅れてしまい、溢流水によるトラブルが甚大化する傾向にある。
【００１９】
また、給水量と蒸発量の瞬時流量の単純な差分を観測するのでは、ボイラというプロセス上の時間遅れによる位相差なのか漏水によるものなのか判断は困難である。
【００２０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ごみ焼却ブラントの廃熱回収ボイラ等における熱交換用の伝熱水管の破孔を、従来の運転員の計器監視による方法に比べて、確実かつ早期に検知するすることができるボイラの伝熱水管の破孔検知方法を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は下記の特徴を有する。
【００２２】
［１］外部を高温ガスと接触させ内部を通過する被加熱流体との間で熱交換させる伝熱水管を備えたボイラにおいて、ボイラへの流入量とボイラからの流出量との差分流量を経過時間に沿って積算して差分流量の積算値を算出するとともに、経過時間とともに所定の割合で増加する基準値を設定し、前記積算値と前記基準値を比較して、前記積算値が前記基準値を越えたときに前記伝熱水管が破孔したと判断することを特徴とするボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【００２３】
［２］所定の時間が経過する毎に、積算値と基準値を一旦リセットし、あらためて積算値の算出と基準値の設定を開始することを特徴とする前記［１］記載のボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【００２４】
［３］積算値と基準値との比較を、前記所定の時間が経過した時点での積算値と基準値とで行うことを特徴とする前記［２］記載のボイラの伝熱水管の破孔検知方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るボイラの伝熱水管の破孔検知方法の一実施形態を図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態における破孔検知システムの全体構成図であり、図２はこの破孔検知システムにおける演算処理フロー図、図３は演算処理の状況を示す説明図である。
【００２６】
図１において、ボイラドラム１に給水系配管からボイラ水が供給され、ボイラドラム１内のボイラ水は、ボイラドラム１からボイラ室内の伝熱水管群２に送られ、伝熱水管群２の内部を流れた後、ボイラドラム１に戻ってくる。ボイラ水は、伝熱水管群２の内部を流れる間に、伝熱水管群２の外部を通過する燃焼排ガスと熱交換することによって昇温し、その一部は蒸気となる。
【００２７】
そして、ボイラドラム１内の蒸気は、ボイラドラム１から過熱器３へ送られ、過熱器３で過熱されて過熱蒸気となり、減温器４を通過して所定の温度に減温された後、蒸気配管を通って蒸気だめへと送られる。蒸気だめに送られた過熱蒸気は蒸気タービン等に使用される。
【００２８】
また、ボイラドラム１内の缶水（飽和水）の一部は、ボイラ水質を維持管理するための連続的なブロー（連続ブロー）及びボイラ底部からの間欠的なブロー（缶底ブロー）によりボイラ系外に排出される。
【００２９】
なお、前記の給水系配管は、ボイラドラム１への給水配管から途中で分岐して、前記減温器４への給水配管となっており、減温器４に供給された水は蒸気の減温に用いられる。
【００３０】
ボイラドラム１への給水配管には流量調整弁５ａが、減温器４への給水配管には流量調整弁５ｂが、缶底ブローの配管には開閉弁６がそれぞれ設けられている。
【００３１】
そして、ボイラドラム１への給水量Ｆｗを計測して計器指示するとともに流量調整弁５ａの開度を調節する給水量指示調節装置７と、蒸気配管を通って蒸気だめへ送られる蒸発量Ｆｓを計測して計器指示する蒸発量指示装置８と、ボイラドラム１の水位を計測して計器指示するとともにドラム水位が所定水位になるように調節し、ドラム水位が異常になった場合に警報を発するドラム水位指示調節警報装置９が備えられている。
【００３２】
そして、空焚き防止というボイラ自身の設備保全のため、ボイラドラム水位が正常水位に保たれるように、蒸発量と供給量の差（制御偏差）がゼロになるようないわゆる三要素制御が行われる。
【００３３】
そして、この実施形態においては、流入出量収支を演算するための演算機能１０と警報装置１１が備えられている。演算機能１０には、ボイラドラム１への給水量Ｆｗ、減温器４への蒸気減温水量Ｆｄｗ、蒸気配管を通って蒸気だめへ送られる蒸気量Ｆｓ、連続ブロー量Ｆｃｂ、缶底ブロー量Ｆｂｂについてのそれぞれの計測信号が取り込まれている。
【００３４】
図２に演算機能１０における演算処理フローを示す。演算機能１０は、加減算機能２１、計時機能２２、積算機能２３、積算機能２４、大小比較機能２５、警報条件判定機能２６、警報発報機能２７の各機能を備えており、それに基づいて以下のような演算処理を行う。
【００３５】
（１）まず、加減算機能２１により、流入量と流出量の差分流量ΔＦを計算する。すなわち、流入量は給水量Ｆｗと蒸気減温水量Ｆｄｗの合計であり、流出量は蒸発量Ｆｓと連続ブロー量Ｆｃｂと缶底ブロー量Ｆｂｂの合計であるので、差分流量ΔＦは以下のようになる。すなわち、
ΔＦ＝（Ｆｗ＋Ｆｄｗ）−（Ｆｓ＋Ｆｃｂ＋Ｆｂｂ）
なお、蒸気減温水量Ｆｄｗを計測する計測器を設けていない場合は、蒸気減温水量Ｆｄｗは、減温器４への流量調整弁５ｂの開度又は可変定数（パラメータ）とする。減温器または蒸気過熱器と減温器を有していないボイラの場合は、蒸気減温水量Ｆｄｗはゼロとする。
【００３６】
また、連続ブロー量Ｆｃｂを計測する計測器を設けていない場合は、連続ブロー量Ｆｃｂは可変定数（パラメータ）とする。
【００３７】
缶底ブロー量Ｆｂｂについても、計測する計測器を設けていない場合は、缶底ブロー量Ｆｂｂは可変定数（パラメータ）とする。
【００３８】
（２）次に、積算機能２３により、所定の演算周期毎（例えば、１ｓｅｃ毎）に、差分流量ΔＦの時間積算値（時間積分値）ｙ（ｔ）を算出する。
【００３９】
ｙ（ｔ）＝∫ΔＦｄｔ
なお、計時機能２２によって、積算開始からの経過時間ｔが管理されており、上記の積算値ｙ（ｔ）の算出は、経過時間ｔが所定時間Ｔ（例えば、1５分間）になる毎に、経過時間ｔと積算値ｙ（ｔ）が一旦初期値（＝０）にリセットされ、あらためて経過時間ｔにおける積算値ｙ（ｔ）の算出を開始するようになっている。
【００４０】
（３）一方、積算機能２４により、積算機能２３によって差分流量ΔＦの積算値ｙ（ｔ）を求めるのと同期して、予め定めておいた漏洩として検知すべき差分流量ｋを積算し、その積算値を経過時間ｔにおける基準値ｘ（ｔ）として設定する。その際、誤検知を防止する目的で任意に設定する所定の基底流量ｂを加算してもよい。すなわち、
ｘ（ｔ）＝ｋ・ｔ＋ｂ
なお、上記の基準値ｘ（ｔ）の設定も経過時間ｔが所定時間Ｔ（例えば、1５分間）になる毎に初期値（＝ｂ）にリセットされ、あらためて経過時間ｔにおける基準値ｘ（ｔ）の設定を開始するようになっている。
【００４１】
（４）そして、大小比較機能２５により、所定の演算周期毎に算出された差分流量の積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）との大小を比較する。
【００４２】
（５）その結果、差分流量ΔＦの積算値ｙ（ｔ）が基準値ｘ（ｔ）を超過している場合、すなわち、
ｙ（ｔ）＞ｘ（ｔ）
の場合には、警報条件判定機能２６により、下記（７）〜（９）に示す条件もチェックの上、破孔・漏洩検知条件が成立したと判定する。
【００４３】
（６）それに基づいて、警報発報機能２７により、前記の警報装置１１が警報を発する。
【００４４】
（７）なお、上記（５）において、所定時間Ｔの間隔で積算を再スタートする際の誤検知を防止する目的で、超過判定を積算開始後、任意に設定した所定の時間Ｔｍが経過してから行うようにしてもよい。
【００４５】
（８）また、ボイラが定常運転（一定圧力、一定蒸気量以上であること）でないか、ボイラドラム水位が正常範囲を逸脱した場合は、上記（５）の判定を停止する。図２中、この判定停止条件をＢｓとしている。
【００４６】
（９）さらに、缶底ブローの実施中を示す信号を設け、その信号が成立している間は、上記（５）の判定を停止するか、または上記（３）における基準値を求める積算の際に缶底ブロー量を加算して、缶底ブローの影響を除外する。図２中、この缶底ブロー中信号をＳｂｂとしている。
【００４７】
その際、缶底ブロー中信号Ｓｂｂとしては、缶底ブローの開閉弁６の開信号又は演算機能１０に別途備えたソフト的なスイッチを用いる。
【００４８】
なお、缶底ブロー中信号Ｓｂｂを設けなくてもよく、その場合には、流出量に缶底ブロー量Ｆｂｂを加算せず、計画的に行われる缶底ブローに伴う給水量増加による差分流量超過を検知することで、この破孔検知の機能確認とすることもできる。
【００４９】
図３は、上記の演算処理の状況を示す図である。所定の演算周期毎に、差分流量の積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）が算出されて、その積分値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）が比較されている。
【００５０】
その際、経過時間ｔが所定時間Ｔになると、経過時間ｔと積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）が初期値にリセットされ、あらためて積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）の計算を開始している。
【００５１】
そして、図３（ａ）に示すように、積算値ｙ（ｔ）が基準値ｘ（ｔ）より小さい場合は、破孔・漏水は無いと判定し、図３（ｂ）に示すように、積算値ｙ（ｔ）が基準値ｘ（ｔ）を超過した場合には、上記（７）〜（９）の条件を確認の上、破孔・漏水が発生したと判定する。
【００５２】
このように、この実施形態においては、伝熱水管の破孔による漏水によって発現する流入量と流出量の差分流量ΔＦの積算値ｙ（ｔ）に着目し、差分流量の積算値ｙ（ｔ）と、時間ｔとともに所定の割合ｋで増加する基準値ｘ（ｔ）とを比較監視するようにしているので、差分流量ΔＦと基準値ｋとの単純な瞬間値の比較と異なり、漏水に伴うボイラドラム水位制御系、給水系のアンバランスを確実にとらえることができるとともに、伝熱水管の破孔が急激に進んだ場合でも、その度合いに応じて伝熱水管の破孔を早期に検知することができる。
【００５３】
さらに、所定時間Ｔ毎に積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）をリセットして、計算を再スタートするようにしているので、積分値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）との比較が明確になり、破孔・漏水の検知精度を向上させることができる。
【００５４】
そして、上記による破孔・漏水の検知に基づいて、運転員に警報を発し、破孔・漏水に対する注意を喚起して、破孔・漏水を初期段階で発見することできる。
【００５５】
なお、上記の実施形態においては、所定時間Ｔ毎に積分値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）をリセットしているが、場合によっては、リセットせずに、最初から通算での積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）とを比較監視することでもよい。
【００５６】
また、上記の実施形態においては、積算値と基準値を算出する演算周期毎に積算値ｙ（ｔ）と基準値ｘ（ｔ）とを比較監視しているが、場合によっては、所定時間Ｔが経過した時点での積算値Ｙ（＝ｙ（Ｔ））と基準値Ｘ（＝ｘ（Ｔ））とを比較監視することでもよい。この場合には、演算周期毎に比較監視する場合に比べて比較監視の間隔が長くなり、破孔・漏水の検知時期が多少遅くなる可能性はあるが、演算周期毎の基準値算出演算と、演算周期毎の積算値と基準値との比較演算を行わないので全体の演算処理負荷は少なくて済む。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、ごみ焼却ブラントの廃熱回収ボイラ等において、ボイラへの流入量とボイラからの流出量の差分流量を積算した積算値が、時間とともに所定の割合で増加する基準値を越えたときに、前記伝熱水管が破孔したと判断するようにしているので、従来の運転員の計器監視による方法に比べて、伝熱水管の破孔を確実かつ早期に検知するすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における破孔検知システムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における演算処理フロー図である。
【図３】本発明の一実施形態における演算処理の状況を示す説明図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１  ボイラドラム
２  伝熱水管群
３  過熱器
４  減温器
５ａ  流量調整弁
５ｂ  流量調整弁
６  開閉弁
７  給水量指示調節装置
８  蒸発量指示装置
９  ドラム水位指示調節警報装置
１０  演算機能
１１  警報装置
２１  加減算機能
２２  計時機能
２３  積算機能
２４  積算機能
２５  大小比較機能
２６  警報条件判定機能
２７  警報発報機能
Ｂｓ  判定停止条件
ｂ  基底流量
Ｆｗ  給水量
Ｆｄｗ  蒸気減温水量
Ｆｓ  蒸発量
Ｆｃｂ  連続ブロー量
Ｆｂｂ  缶底ブロー量
ΔＦ  差分流量
ｋ  検知すべき差分流量
Ｓｂｂ  缶底ブロー中信号
Ｔ  所定の経過時間
Ｔｍ  判定開始時間
ｔ  経過時間
Ｘ  所定の経過時間Ｔにおける基準値
ｘ（ｔ）  経過時間ｔにおける基準値
Ｙ  所定の経過時間Ｔにおける差分流量ΔＦの積算値
ｙ（ｔ）  経過時間ｔにおける差分流量ΔＦの積算値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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