(57)【要約】 【課題】必要燃焼量を正確に算出し、熱使用部への熱供給量を適正化することのできる熱媒ボイラを提供する。【解決手段】燃焼量を比例的に調節することのできる燃焼装置を持ち、燃焼装置による燃焼によって熱媒体の加熱を行うようにしている熱媒ボイラＢと、前記熱媒ボイラＢで加熱した熱媒体の熱を使用する熱使用部２を持ち、熱媒ボイラと熱使用部の間で熱媒体を循環することで熱の供給を行うようにしている熱媒ボイラであって、熱媒ボイラから熱使用部へ供給する熱媒体の「目標温度」と、熱媒ボイラにおいて「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」を設定しておくとともに、熱使用部から熱媒ボイラへ熱媒体を戻す熱媒体戻り経路に、熱媒ボイラに入る熱媒体の「入口温度」を計測する入口温度計測装置１を設けておき、「（目標温度−入口温度）×熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」によって熱媒ボイラでの燃焼量を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼量を比例的に調節することのできる燃焼装置を持ち、燃焼装置による燃焼によって熱媒体の加熱を行うようにしている熱媒ボイラと、前記熱媒ボイラで加熱した熱媒体の熱を使用する熱使用部を持ち、熱媒ボイラと熱使用部の間で熱媒体を循環することで熱の供給を行うようにしている熱媒ボイラであって、熱媒ボイラから熱使用部へ供給する熱媒体の「目標温度」と、熱媒ボイラにおいて「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」を設定しておくとともに、熱使用部から熱媒ボイラへ熱媒体を戻す熱媒体戻り経路に、熱媒ボイラに入る熱媒体の「入口温度」を計測する入口温度計測装置を設けておき、「（目標温度−入口温度）×熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」によって熱媒ボイラでの燃焼量を決定するようにしていることを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱媒ボイラにおいて、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」は、既定値から求まる「温度変化＝熱媒ボイラの燃焼量(％)時における熱媒ボイラが供給する熱量÷（熱媒体の比熱×熱媒体の流量）」によって求めた「温度変化」を用いて「熱媒ボイラの燃焼量(％)÷温度変化」にて算出するものであることを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱媒ボイラにおいて、熱媒ボイラから熱使用部へ供給している熱媒体の温度であるヘッダ温度を計測するヘッダ温度計測装置を設けておき、入口温度が安定した状態にある場合、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」に「（目標温度−入口温度）÷（ヘッダ温度−入口温度）」を掛けることで実測値により「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」の補正値を算出するものであることを特徴とする熱媒ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒ボイラと熱使用部との間を熱媒体供給経路及び熱媒体戻り経路で接続し、熱媒ボイラと熱使用部との間で熱媒体を循環することによって熱を供給するようにしている熱媒ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許第２９９８５７３号公報に記載があるように、熱媒ボイラと熱使用部との間を熱媒体供給経路と熱媒体戻り経路で接続し、熱媒ボイラで加熱した熱媒体を熱使用部との間で循環することによって熱使用部へ熱を供給するようにしている熱媒ボイラが知られている。熱媒ボイラは、燃焼によって熱を発生する燃焼装置と、燃焼装置が発生した熱を吸収する熱交換器を持っており、燃焼によって発生させた熱を熱媒体に与えることで熱媒体を加熱する。熱媒ボイラで加熱した熱媒体は、熱媒体供給経路を通して熱使用部に送る。熱使用部は熱媒体の熱を使用し、熱の使用によって温度の低下した熱媒体は、熱媒体戻り経路を通して熱媒ボイラ内へ戻す。熱媒ボイラと熱使用部の間で熱媒体を循環し、熱媒ボイラで熱の供給を行うことで、熱使用部では熱を使用し続けることができる。
【０００３】
複数台の熱媒ボイラを設置しておく多缶設置システムの場合には、複数の熱媒ボイラは並列に設置し、各熱媒ボイラから取り出した熱媒体は熱媒体供給経路に設けているヘッダで集合させて熱使用部へ供給する。熱媒ボイラの多缶設置では、熱使用部の状況に応じて燃焼を行う熱媒ボイラの台数を制御する台数制御装置を設けておき、台数制御装置からの燃焼指令に基づいて各ボイラでの燃焼量を制御することによって、熱の供給量を制御する。
【０００４】
熱媒ボイラでの燃焼量の決定は、熱媒ボイラに入る熱媒体温度を検出する入口温度検出装置、あるいは熱媒ボイラから出る熱媒体温度を検出する出口温度検出装置を設けておき、検出した熱媒体温度が目標温度に近づくように燃焼量を制御することで行う。
【０００５】
熱媒ボイラが燃焼量を比例制御するものであって、入口温度計測装置で計測している熱媒体の入口温度に応じてボイラの燃焼量を制御する場合、計測した入口温度の値が低くなるほど熱媒ボイラでの燃焼量を大きくする。入口温度が目標温度より高くなると、熱媒ボイラでの燃焼量を最小の燃焼量とし、さらに熱媒ボイラの燃焼を停止することで熱媒ボイラでの熱供給量を少なくし、熱使用部へ供給する熱媒体の温度が目標温度となるように燃焼量を制御する。出口温度で制御する場合も、出口温度が低くなるほど燃焼量を増加することにより、熱使用部へ供給する熱媒体の温度が一定になるように燃焼量を制御する。
【０００６】
しかし、熱媒ボイラでの熱媒体の加熱量は、ボイラの燃焼量だけで決まるものではなく、煤の付着量や熱媒体の流量などによって増減する。熱媒ボイラの伝熱管に煤が付着していた場合、煤は熱の伝わりを阻害するため、熱媒ボイラでの燃焼量は同じであっても熱媒体への熱供給量は異なることがある。そのため、熱媒体温度から演算よって求めた必要燃焼量と、実際に必要な燃焼量には差が生じることがあり、制御の基準値に差が生じた状態で燃焼量の制御を行うと、熱使用部へ必要な熱量を供給できないことになる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許２９９８５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、熱使用部との間で循環している熱媒体の温度に基づいて熱媒ボイラでの燃焼量を制御している場合において、必要燃焼量を正確に算出し、熱使用部への熱供給量を適正化することのできる熱媒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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、燃焼量を比例的に調節することのできる燃焼装置を持ち、燃焼装置による燃焼によって熱媒体の加熱を行うようにしている熱媒ボイラと、前記熱媒ボイラで加熱した熱媒体の熱を使用する熱使用部を持ち、熱媒ボイラと熱使用部の間で熱媒体を循環することで熱の供給を行うようにしている熱媒ボイラであって、熱媒ボイラから熱使用部へ供給する熱媒体の「目標温度」と、熱媒ボイラにおいて「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」を設定しておくとともに、熱使用部から熱媒ボイラへ熱媒体を戻す熱媒体戻り経路に、熱媒ボイラに入る熱媒体の「入口温度」を計測する入口温度計測装置を設けておき、「（目標温度−入口温度）×熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」によって熱媒ボイラでの燃焼量を決定するようにしていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記の熱媒ボイラにおいて、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」は、既定値から求まる「温度変化＝熱媒ボイラの燃焼量(％)時における熱媒ボイラが供給する熱量÷（熱媒体の比熱×熱媒体の流量）」によって求めた「温度変化」を用いて「熱媒ボイラの燃焼量(％)÷温度変化」にて算出するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記の熱媒ボイラにおいて、熱媒ボイラから熱使用部へ供給している熱媒体の温度であるヘッダ温度を計測するヘッダ温度計測装置を設けておき、入口温度が安定した状態にある場合、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」に「（目標温度−入口温度）÷（ヘッダ温度−入口温度）」を掛けることで実測値により「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量」の補正値を算出するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を実施することで、熱媒ボイラでの燃焼量を適切に制御することができる。煤付着などによって熱媒ボイラでの燃焼量と熱使用部への熱供給量の関係にずれが生じた場合でも、熱使用部への熱供給量を適切化することができ、負荷への追従性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例での熱媒ボイラと熱使用部のフロー図
【図２】本発明の一実施例での台数制御の設定を示した説明図
【図３】本発明の他の実施例での熱媒ボイラと熱使用部のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例での熱媒ボイラと熱使用部のフロー図、図２は本発明の一実施例での台数制御の設定を示した説明図である。ここでは熱媒ボイラＢを３台並列に設置しており、３台の熱媒ボイラ（Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３）と熱使用部２の間で熱媒体を循環させるようにしている。熱媒ボイラＢは、中央に空間を開けたコイル状の熱媒体加熱管によって側面を形成した円筒形の燃焼室を持ったものであり、中央上部に設けた燃焼装置によって燃焼室内で燃焼を行い、熱媒体加熱管内の熱媒体を加熱する。
【００１５】
熱媒ボイラＢで発生させた熱は、熱媒体を通じて移送する。熱媒ボイラＢと熱使用部２の間は、熱媒体供給経路３と熱媒体戻り経路５で接続しており、熱媒ボイラＢと熱使用部２の間で熱媒体が循環することができるようにしておく。各熱媒ボイラＢから取り出された熱媒体は、ヘッダにて集合させた後に熱媒体供給経路３を通して熱使用部２へ送る。熱使用部２は、熱媒ボイラから供給した熱媒体の熱を使用するものであり、熱使用部２で熱交換を行うことで温度の低下した熱媒体は、熱媒体戻り経路５を通して熱媒ボイラＢへ戻している。熱媒体戻り経路５は熱媒ボイラＢの手前で分岐することで各熱媒ボイラＢに接続しており、各熱媒ボイラＢに分岐した以降の部分に循環ポンプ４を設けている。
【００１６】
熱媒ボイラＢでの燃焼量は、熱媒体供給経路３に設けているヘッダ温度計測装置６及び熱媒体戻り経路５に設けている入口温度計測装置１と接続している台数制御装置７によって制御する。入口温度計測装置１は、熱媒体戻り経路５を通して熱使用部２から熱媒ボイラＢへ戻している熱媒体の温度を計測するものであり、台数制御装置７は入口温度計測装置１で計測している熱媒体の入口温度に基づいて、各熱媒ボイラＢの燃焼状態を決定し、各熱媒ボイラへ燃焼指令の出力を行う。またヘッダ温度計測装置６は、熱媒体供給経路３を通して熱媒ボイラＢから熱使用部２へ供給している熱媒体の温度を計測するものであり、台数制御装置７では、ヘッダ温度計測装置６で計測している熱媒体のヘッダ温度に基づいて燃焼量制御の補正を行う。
【００１７】
台数制御装置７は、熱媒体の入口温度が高くなった場合には熱媒ボイラＢの燃焼量を少なくし、入口温度の値が低くなるほど熱媒ボイラＢの燃焼量を多くする。燃焼量の調節は、個々のボイラにおいて燃焼量を比例的に増減する比例制御と、燃焼台数の増減を行う台数制御を組み合わせて行う。熱媒ボイラＢの燃焼量は、図２に記載しているように、入口温度計測装置１で検出した入口温度の値によって熱媒ボイラＢの燃焼量を決定する。図２では、３台設置している熱媒ボイラＢでの必要燃焼量を入口温度でＡ・Ｂのエリアに分けて記載している。実施例での熱媒ボイラＢは、25%燃焼を最小燃焼量とし、25%燃焼から100%燃焼の間は比例制御を行うものとしている。
【００１８】
Ａのエリアは、入口温度が目標温度よりも高くなり、かつ入口温度が上限温度に近づいた場合である。この場合、入口温度が上限温度に近づくほど熱媒ボイラの燃焼台数を少なくし、入口温度が上限温度を上回った場合には、熱媒ボイラＢ１・Ｂ２・Ｂ３全て燃焼停止とする。Ａのエリアでは、燃焼台数によって熱供給量を調節するものであり、ここでは燃焼を行う場合でも熱媒ボイラでの燃焼量は最小の燃焼量である25%燃焼を基本とする。必要燃焼量が12.5%より多くなると、熱媒ボイラＢ１とＢ２の２台で25%燃焼を行い、必要燃焼量が25%より多くなると、熱媒ボイラＢ１・Ｂ２・Ｂ３の３台で25%燃焼を行う。
【００１９】
熱媒ボイラが燃焼開始の指令を受けて燃焼を開始する場合、燃焼開始の出力と実際に熱の供給を開始するまでには時間差がある。そのため、燃焼開始直後には既に燃焼を行っているボイラでの燃焼量を増加するバックアップ運転を行う。例えば熱媒ボイラＢ１で25%燃焼を行っており、熱媒ボイラＢ２では燃焼を停止していた状態において、熱媒ボイラＢ２に燃焼指令の出力を行った場合、台数制御装置７では熱媒ボイラＢ１に対しても燃焼量を25%燃焼から50%燃焼に変更する指令を出力する。燃焼中ボイラで25%燃焼から50%燃焼への移行は、燃焼停止ボイラでの燃焼停止から25%燃焼への移行に比べて短時間で行えるため、起動時に熱量が足りなくなることを防止できる。この場合、新しく燃焼を開始するボイラで燃焼を開始すると、燃焼量を25%から50%に増加していたボイラでは、燃焼量を25%に戻す。
【００２０】
Ｂのエリアは熱媒ボイラＢ１・Ｂ２・Ｂ３の全てで燃焼を行っており、このエリアでは、熱媒ボイラＢ１・Ｂ２・Ｂ３は、入口温度に基づいて25%燃焼から100%燃焼の間で比例燃焼を行う。台数制御装置７では、一定の周期で入口温度計測装置８によって検出している入口温度の値から熱媒ボイラの必要燃焼量を算出し、各熱媒ボイラに対して算出した燃焼量で燃焼を行うように燃焼指示を出力する。
【００２１】
熱媒ボイラの燃焼量は、入口温度の値で燃焼量を無段階に変更する比例制御を行う。燃焼量の算出は、「（目標温度℃−入口温度℃）×熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％÷熱媒ボイラ台数」の式にて行う。例えば目標温度＝230℃、入口温度＝215℃、熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量＝10％、熱媒ボイラ台数＝３台であった場合、各数値を上記式に当てはめると（230−215）×10÷3＝50となる。この場合は、各ボイラの燃焼量を50%にするということになる。
【００２２】
入口温度は熱使用部２における熱の使用量によって変化する。熱使用部２において熱の使用量が多くなると、熱使用部２から熱媒ボイラＢへ戻る熱媒体の温度は低下する。入口温度が200℃まで低下した場合、熱媒ボイラＢでの燃焼量の増加が必要となる。この場合の必要燃焼量を上記式より求めると、（230−200）×10÷3＝100であるために各ボイラでの燃焼量は100%とする。なお、演算による燃焼量が100%を超えた場合、熱媒ボイラでは100%を超える量での燃焼はできないために実際の燃焼量は100%となる。
【００２３】
逆に、熱使用部２において熱の使用量が少なくなると、熱媒体の熱使用部２での温度低下が少なくなるため、熱使用部２から熱媒ボイラＢへ戻る熱媒体の温度は上昇する。入口温度＝220℃まで上昇した場合は、熱媒ボイラＢでの燃焼量は上記よりも少なくする必要がある。入口温度＝220℃を上記式に代入すると、（230−220）×10÷3＝33.3であるために各ボイラでの燃焼量は33％とする。なお、演算による燃焼量が25%を未満となった場合、本実施例での熱媒ボイラの最小燃焼量は25%であって25%未満での燃焼はできないため、実際の燃焼量は25%で固定とし、ここから燃焼量を低下させる場合は、燃焼を行うボイラの台数で調節することになる。
【００２４】
このように入口温度に基づいて熱媒ボイラＢでの燃焼量を制御することで、熱媒ボイラＢから熱使用部２へ供給する熱媒体の温度が目標温度になるように調節することができる。
【００２５】
「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」は、設定値となる。この値の初期値は、既定値から求まる「温度変化＝熱媒ボイラが供給する熱量÷（熱媒体の比熱×熱媒体の流量）」によって求めることができる。例えば、熱媒ボイラ100%燃焼時の熱媒ボイラが供給する熱量＝200,000ｋcal/h（232.6ｋＷ）、熱媒体の比熱＝2.0ｋcal/ｋｇ・℃、熱媒体の流量＝10,000ｋｇ/ｈであったとすると、温度変化(℃)＝熱量200,000(ｋcal/h) ÷｛比熱2.0(ｋcal/ｋｇ・℃)×流量10,000(ｋｇ/ｈ)｝＝10℃となる。つまり、熱媒ボイラ100%燃焼時には熱媒体は10℃上昇するということであるため、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」は100÷10＝10％となり、燃料量を10％変更するごとに熱媒体の温度は１℃変化することになる。
【００２６】
ただし、この「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」は熱媒ボイラＢの伝熱管に煤が付着した場合や、熱媒体の流用が変化した場合には、ずれが生じることになる。そこで、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」は実測値に基づいて補正を行う。補正は入口温度が安定した状態の時に行い、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」に「（目標温度−入口温度）÷（ヘッダ温度−入口温度）」を掛けることで、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」の補正値を算出する。入口温度が安定している時は、入口温度が±Ｔ℃でｔ分間維持された時とする。
【００２７】
例えば、熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量＝10％、目標温度＝230℃、入口温度＝200℃、ヘッダ温度＝225℃であった場合、燃焼量10％×｛（目標温度230℃−入口温度200℃）÷（ヘッダ温度225℃−入口温度200℃）｝＝10×（30÷25）＝12となる。つまり、現在の「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」＝10％では、熱媒ボイラでの熱供給量が不足しているため、熱媒ボイラでの燃焼量が大きくなるように補正し、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」＝12％で燃焼量の制御を行う。
【００２８】
燃焼量を決定すると、台数制御装置７は熱媒ボイラＢに対して燃焼の指令を出力する。各熱媒ボイラＢは、台数制御装置７からの燃焼量の指令に基づいて燃焼を行う。燃焼指令を受けているボイラは、循環ポンプ４を作動し、燃焼装置による燃焼を行うことで、ボイラ内で熱媒体を加熱する。燃焼停止指令を受けているボイラでは、循環ポンプ４と燃焼装置は停止しておく。
【００２９】
熱媒ボイラは、インバータによって回転速度の増減を可能とした送風機で燃焼用空気供給量を調節し、また必要燃焼量に合わせて燃料供給量を調節することができるようにしておき、台数制御装置７で決定した燃焼量で燃焼を行う。ボイラの燃焼量を段階的に制御していた場合、燃焼量移行時に断火や異常燃焼音の発生、また熱媒温度変化が大きくなることで負荷によってはハンチングが発生して温度の安定化が難しくなる可能性があったが、比例制御を行うことで上記のような不具合の発生を防止できる。そして比例制御では、熱媒体の入口温度に基づく燃焼量制御だけでなく、熱媒ボイラでの昇温能力の変動に応じて補正を行うようにしているため、熱の供給量を常に最適な状態に保つことができる。
【００３０】
図３は本願発明の他の実施例に関するものである。上記の実施例では、熱媒ボイラは複数台設置し、各熱媒ボイラでの燃焼量は台数制御装置７で決定するようにしておき、各熱媒ボイラは台数制御装置からの指令に基づいて運転を行うものであったが、図３の実施例は１台の熱媒ボイラで熱の供給を行うものである。この場合、台数制御装置７は設置せず、熱媒ボイラが持つ運転制御装置８で燃焼量の決定も行う。基本的な制御内容は前記の制御と同じであり、「（目標温度℃−入口温度℃）×熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」の式にてボイラの燃焼量を決定する。唯一の違いは、多缶設置の場合は運転する熱媒ボイラの台数で割ることによって各ボイラでの燃焼量を算出していたのに対し、単缶設置の場合は運転台数で割る必要がないためその部分では異なっている。そして単缶設置の場合も、「熱媒体を１℃上昇させるのに必要な燃焼量％」は「（目標温度−入口温度）÷（ヘッダ温度−入口温度）」の式で補正を行う。
【００３１】
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】
【００３２】
Ｂ  熱媒ボイラ
１  入口温度計測装置      
２  熱使用部          
３  熱媒体供給経路          
４  循環ポンプ          
５  熱媒体戻り経路          
６  ヘッダ温度計測装置          
７  台数制御装置
８  運転制御装置
【図１】
2017048974.tif 000003
【図２】
2017048974.tif 000004
【図３】
2017048974.tif 000005