(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するボイラを複数台設置し、共通のガス燃料供給経路を通してガス燃料の供給を行っているガス焚きボイラの多缶設置システムであって、ボイラ着火直後には低燃焼を一定時間行う火炎安定期間を設けておき、ボイラの運転状態を停止から高燃焼に変更する場合には、着火工程と低燃焼工程からなる起動操作期間を経た後で高燃焼を開始する制御を行う運転制御装置を設けているガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に複数台のボイラを起動する場合には、前記火炎安定期間以上の時間に設定した待機時間分の間隔をあけてボイラの燃焼を開始する遅延装置を設けたことを特徴とするガス焚きボイラの多缶設置システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に燃焼を開始するボイラが、ホットスタートの状態にあるのか、コールドスタートの状態にあるのかを判断するボイラ状態判断装置を設けておき、ホットスタートの場合は間隔をあけずにボイラの燃焼を開始し、コールドスタートの場合は所定の間隔をあけて燃焼を開始することを特徴とするガス焚きボイラの多缶設置システム。
【請求項３】
請求項１に記載のガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に燃焼を開始するボイラが、ホットスタートの状態にあるのか、コールドスタートの状態にあるのかを判断するボイラ状態判断装置を設けておき、ホットスタートの場合は前記火炎安定期間以上の時間に設定した待機時間ｔ２をあけて燃焼を開始し、コールドスタートの場合は前記起動操作期間以上の時間に設定した待機時間ｔ１をあけて燃焼を開始することを特徴とするガス焚きボイラの多缶設置システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガス焚きボイラの多缶設置システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型のボイラを設置する代わりに、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御する小型のボイラを複数台設置し、負荷に応じて必要台数のボイラを燃焼させるボイラの多缶設置システムが広く普及している。多缶設置の場合、各ボイラの蒸気を集合させるスチームヘッダに圧力検出装置を設け、燃焼台数を決定する台数制御装置を圧力検出装置と接続しておき、台数制御装置が圧力検出装置で検出した蒸気圧力値に応じてボイラの燃焼台数を求め、必要台数のボイラを燃焼させる台数制御を行っている。ガス焚きボイラの多缶設置システムにおいては、ガス燃料は共通のガス供給配管を通して供給し、ボイラの直前でガス供給配管を分岐することでボイラへ分散して供給する。各ボイラ内では、燃料を燃焼して缶水を加熱することで蒸気を発生し、発生した蒸気は共通のスチームヘッダに集合させて蒸気使用箇所へ送っている。
【０００３】
台数制御装置は、燃焼を行うべきボイラを決定し、決定したボイラに対して燃焼指令を出力する。各ボイラはそれぞれ運転制御装置を持っており、燃焼指令を受信したボイラは、所定のシーケンスに基づいて運転を行う。ボイラが燃焼を開始する場合は、まず燃焼室内を換気するプレパージを行い、その後にパイロットバーナを着火して低燃焼から燃焼を開始する。台数制御装置からは高燃焼の燃焼指令があった場合であっても、着火からいきなり高燃焼を開始することはせず、着火直後に低燃焼を一定時間行う火炎安定期間を設けておき、必ず火炎安定期間の低燃焼を行う。そのため、停止状態から高燃焼を開始する場合は、着火工程と低燃焼工程からなる起動操作期間を経た後で高燃焼を開始する。
【０００４】
多缶設置での燃焼台数は、蒸気圧力値が低いと多くし、蒸気圧力値が高くなるほど少なくしていく。そのため、夜間は操業を停止するシステムなどにおいては、操業開始時には蒸気圧力値が低下しているため、多くのボイラに対して同時期に燃焼指令を出力し、同時期に多くのボイラを燃焼開始させることになる。また、スチームヘッダでの蒸気圧力が十分に高くなっていても、蒸気使用量の急増によって蒸気圧力値が急低下した場合には、複数のボイラの燃焼開始を同時期に行うことになる。通常の燃焼開始時には、不着火や途中断火は発生しないが、複数台のボイラを同時期に燃焼を開始する場合には、不着火や途中断火が発生することがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、複数台のボイラを同時期に燃焼開始する際に発生することの多い不着火や途中断火を防ぎ、燃焼開始時の燃焼を安定させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するボイラを複数台設置し、共通のガス燃料供給経路を通してガス燃料の供給を行っているガス焚きボイラの多缶設置システムであって、ボイラ着火直後には低燃焼を一定時間行う火炎安定期間を設けておき、ボイラの運転状態を停止から高燃焼に変更する場合には、着火工程と低燃焼工程からなる起動操作期間を経た後で高燃焼を開始する制御を行う運転制御装置を設けているガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に複数台のボイラを起動する場合には、前記火炎安定期間以上の時間に設定した待機時間分の間隔をあけてボイラの燃焼を開始する遅延装置を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記ガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に燃焼を開始するボイラが、ホットスタートの状態にあるのか、コールドスタートの状態にあるのかを判断するボイラ状態判断装置を設けておき、ホットスタートの場合は間隔をあけずにボイラの燃焼を開始し、コールドスタートの場合は所定の間隔をあけて燃焼を開始することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記ガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に燃焼を開始するボイラが、ホットスタートの状態にあるのか、コールドスタートの状態にあるのかを判断するボイラ状態判断装置を設けておき、ホットスタートの場合は前記火炎安定期間以上の時間に設定した待機時間ｔ２をあけて燃焼を開始し、コールドスタートの場合は前記起動操作期間以上の時間に設定した待機時間ｔ１をあけて燃焼を開始することを特徴とする。
【０００９】
共通のガス燃料供給経路を通してガス燃料の供給を行っているガス焚きボイラの多缶設置システムにおいては、同時期に複数台のボイラを起動する場合の燃焼開始直後に途中断火などの不具合が発生することがあった。これは着火直後のボイラは燃焼が不安定であり、かつ燃料供給開始時にガス供給圧力の一時的な低下が発生するためであり、研究の結果、複数台のボイラが同時期に起動すると互いに影響を及ぼし合うことで途中断火を招くことが分かった。そこで、請求項１に記載した発明を実施することにより、燃焼開始直後の火炎が不安定な時期には、他ボイラによるガス供給圧力の低下をなくすることで、燃焼開始直後の途中断火を防ぐことができるようになる。
【００１０】
また、燃焼室内温度が低い場合、同時期に複数台のボイラを起動すると途中断火などの不具合が発生しやすいが、燃焼室内温度が高い場合には途中断火は発生しにくい。そのため請求項２及び３に記載のように、ボイラ状態判断装置を設けておき、コールドスタート時には間隔をあけるが、ホットスタートの場合には間隔をあけないまたはコールドスタート時よりも短い間隔とすることで、燃焼開始直後の途中断火は防止し、ホットスタート時には蒸気発生開始までの時間を短くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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の設置例であり、３台のボイラ１を並列に設けている。各ボイラ１は、共通のガス供給配管７から分岐したガス配管を接続しており、ボイラで発生した蒸気は個別の蒸気配管２から取り出す。各蒸気配管２の他端はスチームヘッダ３に接続しており、スチームヘッダ３を通じて蒸気使用箇所へ蒸気を供給する。スチームヘッダ３には集合部の蒸気圧力値を検出する圧力検出装置４を設け、圧力検出装置４と信号線によって接続している台数制御装置６を設けておく。各ボイラには運転制御装置５を設け、運転制御装置５がボイラの各機器の作動を制御するようにしておき、台数制御装置６と各運転制御装置５の間も信号線で接続しておく。
【００１２】
各ボイラは、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであり、高燃焼は低燃焼のほぼ２倍の燃焼量としている。燃焼量は燃料供給量と燃焼用空気供給量によって調節しており、低燃焼用の供給量と高燃焼用の供給量をそれぞれ設定している。各ボイラの燃料供給経路には、低燃焼用の燃料弁と高燃焼用の燃料弁を設けておき、低燃焼時には低燃焼用の燃料弁のみを開き、高燃焼時には両方の燃料弁を開くことで燃料供給量を調節する。ボイラへの燃焼用空気の供給は、図示していない送風機によって行う。風量の調節は、送風機と燃焼室を結ぶ燃焼用空気供給経路途中にダンパ（図示せず）を設け、ダンパには高燃焼用開度と低燃焼用開度を設定しておき、ダンパの開度を調節することで行う。
【００１３】
台数制御装置６には、蒸気圧力ごとにボイラの燃焼状態を設定しておき、圧力検出装置４で検出する蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼状態を決定する。燃焼状態の設定は、蒸気圧力値が低いほど高燃焼を行うボイラの台数を多くし、蒸気圧力値が高まるほど高燃焼のボイラを減らして低燃焼とし、さらに低燃焼のボイラを停止とする。台数制御装置６は蒸気圧力値から各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの運転制御装置５に対して燃焼指令を出力する。例えば、蒸気圧力値から定まるボイラの燃焼状態が、高燃焼２台と低燃焼１台であった場合、稼働優先順位が第１位と第２位のボイラに対して高燃焼の燃焼指令を出力し、稼働優先順位が第３位のボイラに対して低燃焼の燃焼指令を出力する。
【００１４】
各ボイラの運転は、台数制御装置６からの燃焼指令を受けた運転制御装置５が、ボイラ各機関の作動を制御することで行う。停止していたボイラに対し、低燃焼又は高燃焼の燃焼指令が届いた場合、運転制御装置５は、まず燃焼室内を換気するプレパージを行う。プレパージの場合、ダンパは高燃焼用開度として送風機を作動し、高燃焼用の風量で所定時間燃焼室内の換気を行う。プレパージが終了すると、ダンパの開度を低燃焼用開度に変更して送風量を絞り、点火トランスの作動とパイロット燃料の供給を行ってパイロットバーナを着火する。次に低燃焼用の燃料弁を開いて主バーナに低燃焼用燃料を供給し、主バーナによる低燃焼を開始する。燃焼開始時は燃焼が不安定になりやすいため、着火工程直後には火炎安定期間を設定しておき、高燃焼の燃焼指令を受けていた場合でも、火炎安定期間の間は低燃焼を行う。低燃焼の燃焼指令を受けている場合にはそのまま低燃焼を続けるが、高燃焼の燃焼指令を受けていた場合には、火炎安定期間が経過するとダンパの開度を高燃焼用開度とし、高燃焼用の燃料弁を開くことで、燃料供給量と燃焼用空気供給量を増加して高燃焼を開始する。着火操作開始から高燃焼を開始するまでの期間である起動操作期間は、設定しておいたシーケンスに基づいて行われるために所要時間は一定であり、起動操作期間に要する時間はあらかじめ求めておく。
【００１５】
台数制御装置６には、所定間隔をあけてボイラの燃焼を開始するための遅延装置（図示せず）を設け、遅延装置には前記起動操作期間よりも長い時間としたコールドスタート用の待機時間ｔ１と、前記火炎安定期間よりも長い時間としたホットスタート用の待機時間ｔ２を設定しておく。待機時間ｔ１の値は、起動操作期間が重ならないようにするための間隔時間であり、例えば３０秒に設定する。
待機時間ｔ２の値は、火炎安定期間が重ならないようにするために必要な間隔時間であり、例えば１０秒に設定する。
【００１６】
また、起動するボイラが、燃焼室内温度の低いコールドスタート状態にあるのか、燃焼室内温度の高いホットスタートの状態にあるのかを判断するボイラ状態判断装置を設けておく。コールドスタート状態にあるのかホットスター状態にあるのかの判断は、ボイラ内の圧力や温度を検出したり、それまでの燃焼状態を検出することで判断することができる。
【００１７】
図２及び図３は、３台設置したボイラの燃焼開始時におけるタイムチャートを示したものであり、図２はコールドスタート時、図３はホットスタート時のタイムチャートである。まず図２に基づいて説明する。夜間は操業を停止しており、朝になると操業を再開するような場合、運転スイッチ投入直後の操業開始時点ではスチームヘッダ３での蒸気圧力は低いために、台数制御装置６はすべてのボイラに対して高燃焼の燃焼指令を出力することになる。
【００１８】
燃焼停止ボイラの燃焼を開始するとの決定を、所定時間内で複数のボイラに対して行った場合、遅延装置の作動によって、各ボイラは所定の間隔をあけて燃焼を開始する。この場合、長時間停止していたボイラはコールドスタートの状態にあるため、ボイラ状態判断装置はコールドスタートであることを出力し、遅延装置ではコールドスタート時の遅延時間である遅延時間ｔ１の値を採用して、遅延時間ｔ１の間隔をあけてボイラを起動する。
【００１９】
稼働優先順位が第１位であるボイラの場合は、遅延することなくプレパージを開始し、第２位ボイラと第３位ボイラは待機工程に入る。遅延装置では、第１位ボイラへ燃焼指令を出力してからの経過時間を検出しておき、経過時間が待機時間ｔ１に達するまでは第２位ボイラの待機を継続し、経過時間が待機時間ｔ１の２倍に達するまでは第３位ボイラの待機を継続する。
【００２０】
燃焼指令を受けた第１位ボイラは、まずプレパージの工程を行い、ボイラの燃焼室内を換気する。プレパージが終了すると、着火工程を開始し、ガス燃料をパイロットバーナへ供給してパイロットバーナの燃焼を開始する。パイロットバーナへの燃焼供給を開始すると、ガス供給配管内では、静止していたガス燃料の一部がパイロットバーナへ移動するため、ガス供給配管７部分でのガス圧力は一時的に低下し、バーナへのガス供給圧力も一時的に低下する。
【００２１】
着火工程が終了すると、第１位ボイラの運転制御装置５は、低燃焼用燃料弁を開いて低燃焼用の燃料を主バーナへ供給し、低燃焼を開始する。低燃焼を開始してから火炎安定期間が経過するまでの間は低燃焼を継続しておき、火炎安定期間が終了すると、送風量を高燃焼用風量とし高燃焼用燃料弁を開いて高燃焼を開始する。低燃焼開始時及び高燃焼開始時にも、ガス供給配管７内のガス燃料が移動することによって瞬間的なガス圧力の低下があり、この場合はパイロットバーナへの燃料供給時よりもガス燃料の移動量が大きいため、ガス供給圧力の低下幅は大きくなる。ボイラへの燃料供給開始時にはガス供給配管７内のガス圧力が低下するが、ガス圧力が低下すれば供給元側からガス燃料の供給があるため、ガス供給配管７内のガス供給圧力はその後回復する。
【００２２】
第１位ボイラでの起動操作を開始してからの経過時間が待機時間ｔ１に達すると、第２位のボイラに対して燃焼指令を出力し、第１位ボイラでの起動操作を開始してからの経過時間が待機時間ｔ１の２倍に達すると、第３位のボイラに対して燃焼指令を出力する。第２位ボイラ及び第３位ボイラも、第１位ボイラと同様に起動操作を行う。各ボイラは、待機時間ｔ１分の間隔をあけて起動操作を開始しており、待機時間ｔ１は起動操作期間より長い時間に設定しているため、火炎が不安定となる起動操作期間は重ならない。
【００２３】
ボイラのコールドスタート時には、燃焼が不安定になりやすく、着火直後の起動操作期間にガス供給配管でのガス圧力に変動が生じると、ガス供給圧力の変化によって火炎の途中断火が発生することがあった。起動操作期間の間は、自身の燃焼が不安定となるだけでなく、燃料供給量の変化によってガス供給圧力を変動させるため、ほかのボイラに対しても燃焼を不安定にさせる作用がある。そのためコールドスタートの場合に、起動操作期間が複数のボイラで重なると、互いに影響を及ぼしあって途中断火などの異常が発生することになっていた。しかし本発明では、各ボイラは待機時間ｔ１の間隔をあけて燃焼を開始しているため、複数のボイラで起動操作期間が重なることはなく、不安定な燃焼状態の時にほかのボイラから影響を受けることがなくなるため、燃料供給圧力の変動による途中断火を防止することができる。
【００２４】
待機時間ｔ１の設定には、ガス供給圧力の回復に要する時間を考慮する必要があるため、待機時間ｔ１の値は起動操作期間よりも長くする必要があるが、長くしすぎて燃焼開始を遅くすると蒸気圧力の上昇が遅れることになる。そのため、待機時間ｔ１の最適な値は設置条件によって異なるが、着火開始から高燃焼開始までの起動操作期間に要する時間より長い値であって起動操作期間の３倍までの値が適当である。
【００２５】
図３は、３台のボイラを稼働させることで蒸気圧力が上昇し、蒸気圧力上昇によってボイラの運転が停止している状態から３台のボイラを燃焼させる場合のタイムチャートである。ボイラの作動は開始したが、蒸気使用側は作動させていない場合には、スチームヘッダ３での蒸気圧力上昇後にボイラの運転を停止しておき、蒸気供給を開始することによって蒸気圧力が低下すれば、ボイラの運転を再開することになる。蒸気使用側への蒸気供給を行っていない状態から蒸気供給を開始すると、蒸気圧力が大きく低下するため、この場合も複数のボイラを一斉に起動することになる。燃焼停止ボイラの燃焼を開始するとの決定を、所定時間内で複数のボイラに対して行った場合、遅延装置の作動によって、各ボイラは所定の間隔をあけて燃焼を開始する。
【００２６】
この場合、ボイラはホットスタートの状態にあるため、ボイラ状態判断装置はホットスタートであることを出力する。遅延装置ではホットスタート時の遅延時間である遅延時間ｔ２の値を採用し、遅延時間ｔ２の間隔をあけてボイラを起動する。稼働優先順位が第１位であるボイラの場合は、遅延することなくプレパージを開始し、第２位ボイラと第３位ボイラは待機工程に入る。遅延装置では、第１位ボイラへ燃焼指令を出力してからの経過時間を検出しておき、経過時間が待機時間ｔ２に達するまでは第２位ボイラの待機を継続し、経過時間が待機時間ｔ２の２倍に達するまでは第３位ボイラの待機を継続する。
【００２７】
燃焼指令を受けた第１位ボイラは、まずプレパージの工程を行い、ボイラの燃焼室内を換気する。プレパージが終了すると、着火工程を開始し、ガス燃料をパイロットバーナへ供給してパイロットバーナの燃焼を開始する。パイロットバーナへの燃焼供給を開始すると、ガス供給配管内では、静止していたガス燃料の一部がパイロットバーナへ移動するため、ガス供給配管７部分でのガス圧力は一時的に低下し、バーナへのガス供給圧力も一時的に低下する。
【００２８】
着火工程が終了すると、第１位ボイラの運転制御装置５は、低燃焼用燃料弁を開いて低燃焼用の燃料を主バーナへ供給し、低燃焼を開始する。低燃焼を開始してから火炎安定期間が経過するまでの間は低燃焼を継続しておき、火炎安定期間が終了すると、送風量を高燃焼用風量とし高燃焼用燃料弁を開いて高燃焼を開始する。
【００２９】
低燃焼開始時及び高燃焼開始時にもガス供給配管７内のガス燃料が移動することにによって瞬間的なガス圧力の低下があり、この場合はパイロットバーナへの燃料供給時よりもガス燃料の移動量が大きいため、ガス供給圧力の低下幅は大きくなる。ボイラへの燃料供給開始時にはガス供給配管７内のガス圧力が低下するが、ガス圧力が低下すれば供給元側からのガス燃料の供給があるため、ガス供給配管７内のガス供給圧力はその後回復する。
【００３０】
第１位ボイラでの起動操作を開始してからの経過時間が待機時間ｔ２に達すると、第２位のボイラに対して燃焼指令を出力し、第１位ボイラでの起動操作を開始してからの経過時間が待機時間ｔ２の２倍に達すると、第３位のボイラに対して燃焼指令を出力する。待機時間ｔ２は待機時間ｔ１に比べて短いため、図３では第１位ボイラプレパージ中に第２位ボイラの待機工程を終了し、第１位ボイラ着火工程中に第３位ボイラの待機工程を終了しており、それぞれ第１位ボイラと同様にプレパージから始まる運転を開始している。各ボイラは、待機時間ｔ２分の間隔をあけて起動操作を開始しており、待機時間ｔ２は火炎安定期間より長い時間に設定しているため、火炎が不安定となり、ガス供給圧力に変動が生じる火炎安定期間は重ならない。
【００３１】
ホットスタートの場合、複数台のボイラで起動操作期間が重なったとしても、ガス供給圧力の小さな変動では、燃焼室内温度が高いために途中断火は発生しにくい。そのため、コールドスタートかホットスタートかを判断しておき、ホットスタート時には待機時間をあけずに燃焼を開始するようにすれば蒸気供給を短時間で開始することができる。ただし、ガス供給圧力が低い装置の場合には、ホットスタート時でも、低燃焼又は高燃焼開始の瞬間が重なると、ガス供給圧力の低下によって途中断火が発生することがある。この場合は燃料供給開始の瞬間がずれていれば途中断火は発生しない。そのため、低燃焼を維持する時間である火炎安定期間が重ならないように待機時間ｔ２をあけることで途中断火を防ぐ。低燃焼又は高燃焼の開始は火炎安定期間の間に行うため、ホットスタートの場合は、起動操作期間が重なっていても火炎安定期間さえ重なっていなければ途中断火が発生することはなく、着火工程と他ボイラの火炎安定期間が重なっていても途中断火は発生しない。待機時間ｔ２は着火工程時を含む起動操作期間より短くすることで燃焼開始の遅れを少なくすることができる。
【００３２】
なお、本実施例では台数制御装置６に遅延装置を設けたが、遅延装置を運転制御装置５に設けても同じ効果を得ることができる。また、遅延装置はコールドスタート用とホットスタート用で別の装置としてもよく、運転スイッチ投入直後の同時期起動時にはコールドスタート用の遅延装置にて起動を遅延し、運転スイッチ投入直後以外での同時期起動時にはホットスタート用の遅延装置にて起動を遅延するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、ガス焚きボイラの多缶設置システムにおいて、同時期に燃焼を開始する際に発生していた途中断火を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例での各ボイラの燃焼状態を示した説明図
【図２】  本発明の一実施例でのコールドスタート時のタイムチャート
【図３】  本発明の一実施例でのホットスタート時のタイムチャート
【符号の説明】
１  ボイラ
２  蒸気配管
３  スチームヘッダ
４  圧力検出装置
５  運転制御装置
６  台数制御装置
７  ガス供給配管
【図１】
0004551038.tif 000002
【図２】
0004551038.tif 000003
【図３】
0004551038.tif 000004