(57)【要約】【課題】スケール付着の検出を遅延なくより精密に行うことができるボイラを提供する。【解決手段】中央に設置した燃焼室１１と、燃焼室１１の周り環状に設置した内側水管８及び外側水管９を持ち、内側水管列と外側水管列の間を燃焼ガス通路１０としておき、内側水管８部分に設けた上流側開口部２によって燃焼室１と燃焼ガス通路１０を接続し、外側水管９部分に設けた下流側開口部４によって燃焼ガス通路１０と燃焼ガスを排出する排気筒１２の間を接続している蒸気ボイラにおいて、燃焼ガス通路１０の上流側開口部２よりも下流であって、下流側開口部４よりも上流の部分における燃焼ガス温度を検出する燃焼ガス温度検出装置５を設け、燃焼ガス温度検出装置５にて計測した燃焼ガス温度に基づいて水管内におけるスケール付着の判定を行う。【選択図】図１
2017062071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に設置した燃焼室と、燃焼室の周り環状に設置した内側水管及び外側水管を持ち、内側水管列と外側水管列の間を燃焼ガス通路としておき、内側水管部分に設けた上流側開口部によって燃焼室と燃焼ガス通路を接続し、外側水管部分に設けた下流側開口部によって燃焼ガス通路と燃焼ガスを排出する排気筒の間を接続している蒸気ボイラにおいて、燃焼ガス通路の上流側開口部よりも下流であって、下流側開口部よりも上流の部分における燃焼ガス温度を検出する燃焼ガス温度検出装置を設け、燃焼ガス温度検出装置にて計測した燃焼ガス温度に基づいて水管内におけるスケール付着の判定を行うスケール付着度算出装置を設けたことを特徴とするスケール付着の検出を行うボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載のスケール付着の検出を行うボイラにおいて、スケール付着度算出装置では、スケール付着の判定を行う基準値をボイラでの燃焼量に対応させて設定しておき、燃焼ガス温度検出装置で検出した燃焼ガス温度の値が対応する燃焼状態でのスケール判定基準値より高くなると、スケール付着の判定を行うものであることを特徴とするスケール付着の検出を行うボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールの付着を検出するスケール付着度算出装置を持ったボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火炎の燃焼を行う燃焼装置とボイラ水を通す水管を持ち、燃焼装置によって発生させた熱によって水管内のボイラ水を加熱し、蒸気を発生させる蒸気ボイラが広く普及している。水管で構成しているボイラでは、水管内にボイラ水を通し、水管の外側には高温ガスを流すようにしておき、高温ガスの熱によって水管を加熱し、水管の熱を水管内のボイラ水に伝えることによってボイラ水を加熱する。水管内のボイラ水を飽和蒸気温度まで加熱すると、ボイラ水は蒸発し、蒸気はボイラ内から取り出して蒸気使用箇所へ送る。蒸気ボイラの水管内にあるボイラ水は、加熱による蒸発と給水を繰り返すことで濃縮しており、ボイラ水中にカルシウムやマグネシウムの硬度成分が存在していると、蒸発に伴って硬度成分が析出し、水管内面にスケールが付着することになる。そのため、軟水装置にボイラ用水を通すことによる硬度成分の除去や、ボイラ用水に薬品を注入することによってスケールの付着を防止するようにしているが、硬度リークや薬品濃度不足などの発生でスケールが付着することがあった。
【０００３】
スケールは、鋼製の水管に比べて熱伝導率がはるかに小さいものであり、スケールが水管に付着すると、水管に達した熱が水管内の水に達し難くなる。この状態でボイラの運転を行うと、ボイラ水に伝わる熱量が少なくなるためにボイラ効率の低下を招き、また水管温度が高くなるため、ボイラの耐久性を低下させることになる。そのため、水管内にスケールが付着し始めた場合には、速やかにスケール付着を検出して異常の報知を行い、スケール付着の原因を取り除くことが必要である。
【０００４】
そこで、特開平１１−２０１４０６号に記載しているように、ボイラではスケールの付着を検出することが行われている。スケール付着判定方法としては、特開平１１−２０１４０６号に記載の水管温度から判定する方法が知られている。スケールが付着した水管では、水管外面側から加熱されることで水管が取り込んだ熱が、ボイラ水に伝わりにくくなるため、水管温度が上昇する。そこで水管温度を検出しておき、水管温度が基準値を超えて上昇した場合にスケール付着の判定を行うものである。また、水管温度が高くなると、燃焼ガスから水管に伝わる熱量が減少し、燃焼ガスが高温のままで排出されることになる。そのため、ボイラから排気筒へ排出された排ガス温度を検出することによっても、スケール付着の判定を行うことができる。
【０００５】
しかし、上記の方法でスケールの付着を検出していた場合であっても、スケール付着の検出が遅れることがあった。スケールの付着形態としては、水管内全面にほぼ均一に付着するのではなく、熱負荷の大きい箇所で多く付着し、熱負荷が小さい箇所では付着量は少なくなる。また、付着したスケールの一部が剥離し、部分的にスケール層の薄い部分ができることもある。そのためにスケール層の厚みは不均一となり、水管の温度も場所によって差異が生じることがあった。
【０００６】
水管温度でスケール付着を検出する場合、温度センサを取り付けた温度測定箇所の部分がたまたまスケール厚の薄い部分になり、温度センサで検出している水管温度は別の部分に比べて低くなるということがある。その場合、他の部分ではスケールが付着していても、スケール付着の検出が遅れることがあった。
【０００７】
排ガス温度でスケール付着を検出する場合も、スケールが多く付着している部分と少ない部分があると、スケールの付着が多い箇所では燃焼ガスから水管への熱の移動が少なくなるために燃焼ガス温度の低下量は少なくなるが、その下流にスケール付着が少ない箇所があると、その部分では水管温度は低いために燃焼ガスから水管への熱の移動が多くなる。この場合、燃焼ガスの温度は途中までは高温であっても最終的に煙突部から排出される排ガス温度は、スケール付着なし時と顕著には変わらないということになる場合がある。その場合、スケールが付着していてもスケール付着を検出できないということがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２０１４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、スケール付着の検出を遅延なくより精密に行うことが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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、中央に設置した燃焼室と、燃焼室の周り環状に設置した内側水管及び外側水管を持ち、内側水管列と外側水管列の間を燃焼ガス通路としておき、内側水管部分に設けた上流側開口部によって燃焼室と燃焼ガス通路を接続し、外側水管部分に設けた下流側開口部によって燃焼ガス通路と燃焼ガスを排出する排気筒の間を接続している蒸気ボイラにおいて、燃焼ガス通路の上流側開口部よりも下流であって、下流側開口部よりも上流の部分における燃焼ガス温度を検出する燃焼ガス温度検出装置を設け、燃焼ガス温度検出装置にて計測した燃焼ガス温度に基づいて水管内におけるスケール付着の判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記のボイラにおいて、スケール付着度算出装置では、スケール付着の判定を行う基準値をボイラでの燃焼量に対応させて設定しておき、燃焼ガス温度検出装置で検出した燃焼ガス温度の値が対応する燃焼状態でのスケール判定基準値より高くなると、スケール付着の判定を行う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、スケール付着の検出を遅延なくより精密に行うことができ、スケール付着に対する対応を早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施しているボイラのフロー図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の他の実施例でのボイラのフロー図
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図
【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は本発明を実施しているボイラのフロー図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。ボイラは上部および下部に環状の管寄せを設け、上下の管寄せ間を多数の水管で連結している。水管で囲まれた中央部分は燃焼室１１であり、燃焼室１１の上部に燃焼装置１を設けている。水管は環状に２列並べており、内側水管８および外側水管９の各水管はそれぞれ隣り合う水管間を縦ヒレ３で塞ぎ、内側水管列と外側水管列の間に燃焼ガス通路１０を設ける。各水管間を塞ぐ縦ヒレ３は、水管間の全体を塞ぐものではなく、内側水管８に接続している各縦ヒレ３は下部に開口部、外側水管９に接続している各縦ヒレ３は上部に開口部を設けている。
【００１５】
内側水管８の縦ヒレ３を設けていない部分を上流側開口部２、外側水管９の縦ヒレ３を設けていない部分を下流側開口部４とすると、燃焼ガス通路１０は上流側開口部２と下流側開口部４をつなぐものであって、上流側開口部２で燃焼室１１と接続し、下流側開口部４で排気筒１２と接続している。燃焼装置１で発生させた燃焼ガスは、燃焼室内で内側水管８の燃焼室に側を加熱した後、燃焼室下方で放射状に流れ、上流側開口部２を通して燃焼ガス通路１０内に入る。
【００１６】
燃焼ガス通路１０は、下部の上流側開口部２で燃焼室１１と接続し、上部の下流側開口部４で排気筒１２と接続しているため、燃焼ガス通路下部の上流側開口部２から燃焼ガス通路１０内に入った燃焼ガスは、燃焼ガス通路上部の下流側開口部４に向けて上向きに流れる。燃焼ガス通路１０の上部まで達した燃焼ガスは、外側水管９上部の縦ヒレ３を設けていない部分を通して排気筒１２へ流れる。
【００１７】
燃焼ガス通路１０内であって、上流側開口部２でも下流側開口部４でもない中途部に、燃焼ガス通路１０内を流れる燃焼ガスの温度を検出する燃焼ガス温度検出装置５を設ける。燃焼ガス温度検出装置５で計測する燃焼ガス温度の値は、スケール付着度算出装置６へ出力する。スケール付着度算出装置６はボイラの運転を制御するボイラ運転制御装置７の一部であり、燃焼ガス温度検出装置５で計測している燃焼ガス温度の値に基づいてスケール付着の判定を行う。スケール付着度算出装置６での判定は、燃焼ガス温度検出装置５で検出している燃焼ガス通路１０での燃焼ガス温度が、燃焼装置１での燃焼量に基づいて設定している正常時の温度に比べて、一定度以上高くなった場合に、スケールが付着したとの判定を行う。
【００１８】
スケール付着度算出装置６がスケールの付着を検出した場合には、ボイラ運転制御装置７の異常報知手段を用いて異常の報知を行う。燃焼ガス温度検出装置５は、上流側開口部２よりも下流部分であって、かつ下流側開口部４よりも上流部分に設けるようにすると、スケール付着の判定がより正確になる。
【００１９】
ボイラ運転制御装置７は、ボイラが供給している蒸気の圧力が所定圧力を保つように燃焼量を制御する。蒸気の使用によって蒸気圧力値が低くなった場合、燃焼装置１での燃焼量を大きくすることで蒸気圧力値を高め、燃焼量の増加で蒸気圧力が高くなった場合には、燃焼装置１での燃焼量を小さくすることにより、蒸気圧力値を所定の制御範囲内に保つ。燃焼ガス通路１０内を流れる燃焼ガスの温度は、燃焼装置１での燃焼量によっても変化するため、燃焼量に応じてスケール付着の判定を行う基準値を設定しておく。例えば燃焼量を低燃焼と高燃焼で制御するのであれば、低燃焼時のスケール判定基準値と低燃焼時の値より大きな高燃焼時のスケール判定用基準値を設定しておく。そして、低燃焼時には、燃焼ガス温度検出装置５で検出している燃焼ガス温度の値が低燃焼時のスケール判定基準値より高くなると、スケール付着の判定を行い、高燃焼時には、燃焼ガス温度検出装置５で検出している燃焼ガス温度の値が高燃焼時のスケール判定基準値より高くなると、スケール付着の判定を行うようにする。
【００２０】
燃焼装置１で発生した高温の燃焼ガスが、燃焼室１１の下部側面に設けている上流側開口部２を通って燃焼ガス通路１０に入る時、燃焼ガス温度は高いものであるため、上流側開口部２の部分では、燃焼ガスは内側水管８及び外側水管９を強く加熱する。
その後、燃焼ガス通路１０内に入った燃焼ガスは、燃焼ガス通路１０内を上向きに流れ、内側水管８および外側水管９の燃焼ガス通路に面している側を加熱しながら流れる。
燃焼ガス通路１０の上部まで達した燃焼ガスは、外側水管９上部の縦ヒレ３を設けていない下流側開口部４の部分を通して排気筒１２へ流れる。
【００２１】
燃焼ガスは燃焼室１１内では１０００℃を超える高温であるため、燃焼ガスが燃焼室１１の下部側面に設けている燃焼ガス出口２を通って燃焼ガス通路１０に入る時、上流側開口部２の部分では、燃焼ガスは内側水管８及び外側水管９を強く加熱する。その後、燃焼ガスは燃焼ガス通路１０を上向きに流れて下流側開口部４へ向かい、この時に燃焼ガス通路１０に面している水管を加熱する。そして燃焼ガスは、水管と熱交換を行うことで温度は低下していく。燃焼ガス通路１０の下流側開口部４に達した燃焼ガスは、下流側開口部４を通して排気筒１２に送られ、排気筒１２を通して戸外へ排出される。燃焼ガスの温度は排気筒１２に入るころには２００〜３００℃程度となる。
【００２２】
燃焼ガスによる加熱量は、上流側開口部２の部分では強く加熱され、燃焼ガス通路１０内を流れることで燃焼ガス温度が低下するにつれて加熱量は減少する。そのため、燃焼ガス通路下流の下流側開口部４での加熱量は、上流側開口部２での加熱量に比べて大幅に少なくなる。
【００２３】
水管内でのボイラ水の蒸発は、強く加熱される部分で多くなり、蒸発量が多くなるとスケールの付着量が多くなるため、ボイラ水が強く加熱される上流側開口部２の部分ではスケール付着量が多くなる。逆に温度の低下した燃焼ガスでしか加熱を行わない下流側開口部４の部分では、ボイラ水の蒸発量が少なくなるため、上流側開口部２に比べるとスケール付着量は少なくなる。
【００２４】
燃焼ガス温度検出装置５は、スケール付着量が多くなる上流側開口部２の部分よりは下流であって、スケール付着量が少なくなる下流側開口部４の部分よりは上流の部分に設置する。燃焼ガス通路１０内を流れる燃焼ガスは、伝熱管を通じてボイラ水と熱交換するために温度が低下していく。この時、水管にスケールが多く付着していると、燃焼ガスとボイラ水での熱交換量が少なくなるため、燃焼ガスの温度低下量は少なくなり、燃焼ガス通路１０内を流れる燃焼ガスの温度は高くなる。ただし、燃焼ガス通路１０では従来よりも高温であった燃焼ガスも、スケール付着量の少ない下流側開口部４の部分を流れる際には温度が低下し、通常より高温の燃焼ガスが下流側開口部４の部分を流れれば、下流側開口部４部分での熱交換量が増加するため、ボイラから取り出した排ガスを戸外へ排出するための排気筒１２における燃焼ガス温度の通常時との温度差は、燃焼ガス通路１０における燃焼ガス温度の通常時の温度差より小さくなる。水管内にスケールが付着した場合、上流側開口部２と下流側開口部４の間の部分で燃焼ガス温度の上昇幅が最も大きくなるものであるため、この部分に燃焼ガス温度検出装置５を設置すると、スケール付着をより厳密に判定することができる。温度検出装置を取り付ける燃焼ガス温度帯については、スケール付着の影響が顕著に現れる領域が好ましく、スケール付着がない状態で水管温度が５００℃から１０００℃の範囲に設置する。
【００２５】
図３と図４は、本発明の他の実施例に関するものであって、図３はボイラの縦断面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。この実施例では、隣り合う内側水管８の間に設ける縦ヒレ３は一カ所の内側水管間を除いた部分では上部から下部までをふさいでおり、一カ所の内側水管間から燃焼ガス通路１０へ燃焼ガスを導入する構成となっている。そして、外側水管９の間に設ける縦ヒレ３も内側水管間での開口部とは逆側となる部分で開口し、その部分以外の外側水管間では縦ヒレ３で上部から下部までをふさいでいる。この場合、縦ヒレ３を設けていない箇所の内側水管間が上流側開口部２となり、縦ヒレ３を設けていない箇所の外側水管間が下流側開口部４となる。
【００２６】
燃焼ガスは、内側水管間の縦に長くした開口部である上流側開口部２から燃焼ガス通路１０に入り、燃焼ガス通路１０では２方向に分かれて横向きに流れた後、外側水管間の縦に長くした開口部である下流側開口部４から排気筒１２へ出ていく。
【００２７】
この場合も燃焼ガスは、燃焼ガス通路１０内を流れながら熱交換することで温度が低下するため、上流側開口部２の部分で高温であった燃焼ガスは、下流側開口部４に近づくにつれて温度が低下しており、下流側開口部４の部分では上流側開口部２に比べて低温となる。そのために水管は、上流側開口部２の部分では強く加熱され、上流側開口部２から下流側開口部４に向かうほど加熱量は少なくなる。                                    
【００２８】
この場合も、燃焼ガス通路１０の上流側開口部２と下流側開口部４の中間箇所に燃焼ガス温度検出装置５を設け、燃焼ガス通路１０の中間箇所における燃焼ガス温度に基づいてスケール付着の判定を行う。この場合も燃焼ガス温度検出装置５で計測している燃焼ガス温度がスケールなし時に比べて高くなったことを検出してスケール付着の判定を行う。
【００２９】
スケールの付着量は、燃焼ガス通路１０で横方向に流すものであっても、加熱量が大きくなる上流側開口部２の部分では多くなり、下流側開口部４の部分では少なくなるものであるため、上流側開口部２と下流側開口部４の間の部分では、スケール付着の有無による燃焼ガス温度の差が大きくなる。そのため、燃焼ガス通路１０の上流側開口部２よりは下流であって、下流側開口部４よりは上流の部分に燃焼ガス温度検出装置５を設けることで、スケールの付着をよりよく検出することができる。
【００３０】
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】
【００３１】
１  燃焼装置
２  上流側開口部
３  縦ヒレ
４  下流側開口部
５  燃焼ガス温度検出装置
６  スケール付着度算出装置
７  ボイラ運転制御装置
８  内側水管
９  外側水管
１０  燃焼ガス通路
１１  燃焼室
１２  排気筒    
【図１】
2017062071.tif 000003
【図２】
2017062071.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017062071.tif 000006