(57)【要約】【課題】エコノマイザ４にて給水の予熱を行っている給水予熱ボイラにおいて、エコノマイザ内で給水温度が過度に上昇することを防止する。【解決手段】 エコノマイザ４を通じてボイラ本体６へ給水しており、ボイラの状態に基づいてボイラへの給水を制御する運転制御装置８を持っている給水予熱ボイラにおいて、ボイラの水位を検出する水位検出装置１２、エコノマイザ４から取り出された予熱水温度を検出する予熱水温度検出装置５、ボイラの飽和温度を検出する飽和温度検出装置７を設け、運転制御装置８では、水位検出装置１２で検出しているボイラ内水位が給水開始水位まで低下した場合、または予熱水温度検出装置５によって検出している予熱水温度が飽和温度に基づいて定めた設定温度まで上昇した場合に給水を開始し、水位検出装置１２で検出しているボイラ内水位が給水停止水位まで上昇した場合に給水を停止する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生するボイラ本体を持っており、エコノマイザを通じてボイラ本体へ給水を行い、ボイラの状態に基づいてボイラへの給水を制御する運転制御装置を持っている給水予熱ボイラにおいて、ボイラの水位を検出する水位検出装置、エコノマイザから取り出された予熱水温度を検出する予熱水温度検出装置、ボイラの飽和温度を検出する飽和温度検出装置を設け、運転制御装置では、ボイラの飽和温度に基づいて給水を開始する予熱水温度を定めておき、水位検出装置で検出しているボイラ内水位が給水開始水位まで低下した場合、または予熱水温度検出装置によって検出している予熱水温度が先に定めた設定温度まで上昇した場合に給水を開始し、水位検出装置で検出しているボイラ内水位が給水停止水位まで上昇した場合に給水を停止する制御を行うものであることを特徴とする給水予熱ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生するボイラ本体を持った給水予熱ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの排気通路に給水を予熱するエコノマイザを設置しておき、ボイラから排出される排ガスと、ボイラへ供給する水との間で熱交換を行うことにより、給水温度を上昇させることが広く行われている。エコノマイザは排ガスを通す排ガス通路内に伝熱管を設置しておき、エコノマイザを通してボイラへの給水を行うことで、伝熱管内を流れる給水が伝熱管周囲を流れる排ガスの熱を回収するようにしている。排ガスは、ボイラ本体と熱交換することで温度は低下しているが、それでも給水温度に比べれば十分に温度が高い。そのために給水の予熱などに利用することができ、排ガスで給水の予熱を行うことで熱の総合的な回収量を増加することができる。このようにしてエコノマイザでの熱吸収量を多くすれば、ボイラの効率を向上することができる。
【０００３】
ボイラへの給水は、水位検出装置で缶体内の水位レベルを確認し、間欠的に給水を行う方式がよく用いられるが、この場合、エコノマイザ内部では給水が行われている時に伝熱管内の水が入れ替わり、給水が停止している時には伝熱管内に水が滞留することが交互に繰り返される。給水を行っていない時間帯が長くなるとエコノマイザ内部の給水は加熱され続け、エコノマイザ内での予熱水温度が上昇し続けて飽和温度に近づくと、エコノマイザ内の水が液体から気体に変化して気泡が発生し、沸騰状態に至る可能性が出てくる。この場合、エコノマイザを出た部分で給水が冷却されるため、エコノマイザ内の予熱水中で発生した気泡が急激に縮小する現象が起こり、ウォーターハンマーが発生する問題があった。
【０００４】
そのため、特開２００８−２９８３０８号公報に記載の発明では、エコノマイザ出口に予熱水温度検出装置を設けて予熱水温度を検出しておき、予熱水温度上昇時には強制的に給水を行うことでエコノマイザ内の給水温度が上昇しすぎないようにしている。給水を行うことで水が動くと給水温度の過度な上昇はなくなるが、この給水はボイラ内の水位に関係なく行われるため、ボイラ内の水位が必要以上に上昇することがある。ボイラ内の水位が高くなりすぎた場合、蒸気とともに缶水が取り出されるキャリオーバが発生して蒸気質の低下を招いたり、ボイラ内の水位を低下させるためにボイラ水を無駄に排水しなければならなくなるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９８３０８号公報
【発明の概要】
【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、エコノマイザにて給水の予熱を行っている給水予熱ボイラにおいて、エコノマイザ内で給水温度が過度に上昇することを防止することのできるボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生するボイラ本体を持っており、エコノマイザを通じてボイラ本体へ給水を行い、ボイラの状態に基づいてボイラへの給水を制御する運転制御装置を持っている給水予熱ボイラにおいて、ボイラの水位を検出する水位検出装置、エコノマイザから取り出された予熱水温度を検出する予熱水温度検出装置、ボイラの飽和温度を検出する飽和温度検出装置を設け、運転制御装置では、ボイラの飽和温度に基づいて給水を開始する予熱水温度を定めておき、水位検出装置で検出しているボイラ内水位が給水開始水位まで低下した場合、または予熱水温度検出装置によって検出している予熱水温度が先に定めた設定温度まで上昇した場合に給水を開始し、水位検出装置で検出しているボイラ内水位が給水停止水位まで上昇した場合に給水を停止する制御を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を実施することで、エコノマイザ内で給水温度が過度に上昇することがなくなり、ウォーターハンマーの発生や、蒸気圧力変動が発生するということを防ぐことができる。また、給水の停止は、給水停止水位で停止するものであるため、適正な水位制御範囲で運転を行うことができ、必要以上に給水を行うことでボイラ内の水位が高くなってキャリオーバの異常が発生したり、水位調節のために排水を行う無駄を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を実施しているボイラのフロー図
【図２】本発明の一実施例における給水ポンプ稼働状況説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラのフロー図、図２は本発明の一実施例における給水ポンプ稼働状況説明図である。ボイラ本体６は、多数の伝熱管を並列に設置し、上下を管寄せで接続している。エコノマイザ４は、多数の伝熱管で一続きの流路を形成するように連結したものであり、ボイラ本体６から排出された排ガスを通す排ガス通路１の途中に設置している。エコノマイザ４の予熱水出口とボイラ本体６の給水入口との間は予熱水管１０で接続しており、エコノマイザ４の他端側に接続した給水管３の途中にある給水ポンプ２を作動すると、給水はエコノマイザ４を通ってボイラ本体６へ達する。予熱水管１０の途中にはエコノマイザ４で予熱した予熱水の温度を検出する予熱水温度検出装置５を設けている。予熱水温度検出装置５はボイラの運転を制御する運転制御装置８と接続しており、予熱水温度検出装置５で検出した予熱水温度は運転制御装置８へ出力する。
【００１１】
ボイラ本体６は、気水分離器からの還水管、もしくは下部管寄せに予熱水管１０を接続して、下部から給水を行う。ボイラ水の加熱は垂直な伝熱管部分で行い、ボイラ水の加熱によって発生した蒸気は上部管寄せに集合させる。ボイラ本体６の上部管寄せには、蒸気とともに沸き上がってきたボイラ水を気水分離器９へ送る蒸気取り出し管１１を接続しており、蒸気は気水分離器９へ送る。気水分離器９は蒸気とボイラ水を分離するものであり、分離した蒸気は蒸気使用部へ供給し、ボイラ水は気水分離器９の下部とボイラ本体の下部管寄せをつなぐ還水管を通してボイラ本体内へ還流させる。
【００１２】
ボイラには内部の水位を検出する水位検出装置１２を設置しておき、水位検出装置１２で検出した水位の情報も運転制御装置８へ出力する。運転制御装置８は給水ポンプ２とも接続しており、給水ポンプ２を作動させることで給水を行う。水位検出装置１２では、長さの異なる電極棒である電極棒Ｅ１と電極棒Ｅ２を設置しておき、ボイラ水による通電の有無によって電極棒の位置まで水があるか否かを判定する。運転制御装置８では、高い位置で水位の有無を検出する電極棒Ｅ１の下端位置以上に水位が上昇したことを検出すると給水指令を停止し、低い位置で水位の有無を検出する電極棒Ｅ２の下端位置未満まで水位が低下したことを検出すると給水指令を出力する。
【００１３】
また、運転制御装置８では、予熱水温度検出装置５で検出している予熱水温度が設定温度より高くなった場合にも、給水ポンプ２の作動を開始するように設定しておく。予熱水温度に基づき給水を開始する場合の設定温度は、ボイラでの飽和温度（沸点）に基づき定める。ボイラには飽和温度検出装置７を設けておき、運転制御装置８は飽和温度検出装置７から飽和温度の情報も取り込む。ボイラ本体６でのボイラ水の飽和温度は、ボイラ本体６内における圧力から一義的に定まるため、飽和温度の検出はボイラ本体６の蒸気圧力を検出しておき、蒸気圧力値から飽和温度を換算するものであってもよい。運転制御装置８では、飽和温度検出装置７で検出している飽和温度又は飽和温度よりも一定幅分低い値を、予熱水温度に基づいて給水する設定温度として定め、予熱水温度検出装置５で検出している予熱水の温度が設定温度に達すると給水ポンプ２の作動を開始する。
【００１４】
この場合も、給水の停止はボイラ内の水位が給水停止水位まで上昇したことを検出して行う。つまり、給水ポンプ２の作動は、水位検出装置１２で水位が給水開始水位まで低下したことを検出した場合、または予熱水温度検出装置５で予熱水が設定温度まで上昇したことを検出した場合に開始し、水位検出装置１２で水位が給水停止水位まで上昇したことを検出した場合に給水ポンプ２の作動を停止する。
【００１５】
ボイラ本体６との熱交換を行った後の排ガスは、排ガス通路１を通して戸外へ排出する。排ガス通路１を通している排ガスは、ボイラ本体６に熱を与えたことによって温度は低下しているが、より温度の低い給水の予熱には利用することができる。排ガス通路１を流れてエコノマイザ４部分に達した排ガスは、エコノマイザ４でさらに熱交換する。エコノマイザ４は、多数の伝熱管を連結することで一続きの給水流路としたものであって、エコノマイザ４内を流れる給水は排ガスより温度の低い水であり、排ガスの熱によってエコノマイザ内の給水を加熱する。排ガスはエコノマイザ４の伝熱管を加熱することで更に温度が低下し、その後は戸外へ排出される。
【００１６】
エコノマイザ４は一続きの流路としているため、給水ポンプ２を作動させるとエコノマイザ４内を給水が流れ、給水ポンプ２の作動を停止すると給水の流れは止まることになる。給水ポンプ２を作動している場合にはエコノマイザ４内の給水は入れ替わるため、エコノマイザ４で予熱後の予熱水温度はある程度までしか高くならない。しかし、給水ポンプ２を停止している場合には、エコノマイザ４内の給水は入れ替わらないために予熱水温度は上昇し続けることになる。エコノマイザ４とボイラ本体６はつながっているため、エコノマイザ４内の圧力はボイラ本体６の圧力と同じになり、圧力上昇によって沸点も上昇しているが、給水温度がその沸点以上に上昇すると、エコノマイザ４の伝熱管内で気泡が発生する場合が出てくる。
【００１７】
飽和温度はボイラの圧力で変化し、飽和温度が低い場合には予熱水温度を低くしておく必要がある。逆に言えば、飽和温度が高い場合には予熱水温度がある程度高くなっても気泡は発生しないということになる。そこで、飽和温度検出装置７によって飽和温度を検出しておき、エコノマイザ部分での予熱水温度は、飽和温度以下で必要温度差分低い温度に維持するようにしている。飽和温度に合わせて予熱水温度の上限値を変更するようにすれば、運転時の飽和温度と一定の関係を保持でき、飽和温度が高い場合に必要以上に予熱水温度を低下させたり、飽和温度が低くなっている場合に必要な予熱水温度低下が行われないということがなくなる。このようにエコノマイザ内での気泡発生を防止できるため、エコノマイザを出た予熱水管１０の部分で予熱水が放熱によって冷却されても、その部分でのウォーターハンマーの発生や圧力の変動を招くことがなくなる。
【００１８】
例えば、ある時点での飽和温度が１６５℃であって、予熱水温度に基づき給水を開始する温度の設定値は飽和温度より５℃低い値にした場合には、予熱水温度に基づく給水開始の設定値は１６０℃となる。この場合、図２にあるように運転制御装置８は水位検出装置１２で検出しているボイラ内水位が給水開始水位（Ｅ２）になった場合と、予熱水温度検出装置５で検出している予熱水温度が１６０℃まで上昇した場合に給水ポンプ２の作動を開始する。給水ポンプ２を作動すると、温度の低い給水がエコノマイザ４内に入るため、エコノマイザ４内での予熱水温度は低下していく。給水の停止は、どちらで給水を開始した場合であっても水位に基づいて行う。給水を行うことによってボイラ内の水位が上昇し、水位検出装置１２で検出している水位が給水停止水位（Ｅ１）に達すると、給水ポンプ２の作動を停止して給水を終了する。
【００１９】
給水の停止は、給水停止水位で停止するものであるため、適正な水位制御範囲で運転を行うことができ、必要以上に給水を行うことでボイラ内の水位が高くなってキャリオーバの異常が発生したり、水位調節のために排水を行う無駄を省くことができる。
【００２０】
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】
【００２１】
１ 排ガス通路
２ 給水ポンプ
３ 給水管
４ エコノマイザ
５ 予熱水温度検出装置
６ ボイラ本体
７ 飽和温度検出装置
８ 運転制御装置
９ 気水分離器
１０ 予熱水管
１１ 蒸気取り出し管
１２ 水位検出装置
【図１】
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【図２】
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