(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫流ボイラと該貫流ボイラとは異なった形式の異種ボイラとを統合して共通蒸気供給部から共通負荷に対して蒸気を供給するようにしたボイラプラントのボイラ制御装置において、
前記貫流ボイラの運転を制御する貫流ボイラ個別制御部と、
前記共通蒸気供給部の蒸気圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出圧力に対応して前記異種ボイラの燃料量を制御する異種ボイラ制御部と、
前記燃料量に対応する量である燃料量対応信号を発信する燃料量対応信号発信部と、
前記燃料量対応信号の下方値と上方値とを決定する蒸発量増減決定部と、
前記蒸発量増減決定部の決定値と前記燃料量対応信号発信部の発信値とを入力してこれらを比較して前記発信値が前記上方値より大きくなると前記貫流ボイラの蒸発量を増加し前記発信値が前記下方値より小さくなると前記貫流ボイラの蒸発量を減少するように前記貫流ボイラ個別制御部に信号を発信する貫流ボイラ運転指令部と、
を有することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項２】
前記貫流ボイラは複数台設けられていて、該複数台の貫流ボイラの運転順位を決定する運転順位決定部を有し、前記貫流ボイラ運転指令部は前記運転順位決定部の決定した順位に従って前記貫流ボイラの蒸発量を増減することを特徴とする請求項１に記載のボイラ制御装置。
【請求項３】
前記運転順位を自動的に変更できることを特徴とする請求項２に記載のボイラ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫流ボイラと該貫流ボイラとは異なった形式の異種ボイラとを統合して共通蒸気供給部から共通負荷に対して蒸気を供給するようにしたボイラプラントのボイラ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場等における需要に基づいて蒸気を供給するボイラプラントには、多数のボイラの発生蒸気を統合して供給するようにしたものがある。その中には、貫流ボイラと、水管ボイラや炉筒煙管ボイラ等の貫流ボイラとは異なった形式のボイラとが並設されたボイラプラントがある。又、水管ボイラや炉筒煙管ボイラ等が既に設置されていて、運転の容易な貫流ボイラを追加又は一部置換して設置したボイラプラントもある。このようなボイラプラントでは、従来、種類の異なったそれぞれのボイラ群が独立して運転制御されていた。そして、通常、貫流ボイラは三位置制御で運転され、水管ボイラ等の異種ボイラは比例制御又は比例積分制御で運転されていた。
【０００３】
しかしながら、このような制御では、それぞれのボイラが勝手な制御を行うので、貫流ボイラが頻繁にオン／オフしたり低燃焼／高燃焼を繰り返し、安定した運転が行われなかったり、その反対に、異種ボイラに余力がなくなってから貫流ボイラを運転することになり、負荷追従性が悪くなるという問題があった。又、異種ボイラが比例積分制御されている場合には、異種ボイラの蒸発量が最大もしくは最小になってもはや負荷変動に追従できなくなり、蒸気圧力の低下もしくは上昇が生じてから貫流ボイラがオン／オフしたり高燃焼／低燃焼に切り換わることになり、その時期が一層遅れるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、貫流ボイラと他の形式のボイラとを併用するボイラプラントにおいて、負荷変動に対する追従性が良く且つボイラを効率良く運転できるボイラ制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、貫流ボイラと該貫流ボイラとは異なった形式の異種ボイラとを統合して共通蒸気供給部から共通負荷に対して蒸気を供給するようにしたボイラプラントのボイラ制御装置において、
前記貫流ボイラの運転を制御する貫流ボイラ個別制御部と、
前記共通蒸気供給部の蒸気圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出圧力に対応して前記異種ボイラの燃料量を制御する異種ボイラ制御部と、
前記燃料量に対応する量である燃料量対応信号を発信する燃料量対応信号発信部と、
前記燃料量対応信号の下方値と上方値とを決定する蒸発量増減決定部と、
前記蒸発量増減決定部の決定値と前記燃料量対応信号発信部の発信値とを入力してこれらを比較して前記発信値が前記上方値より大きくなると前記貫流ボイラの蒸発量を増加し前記発信値が前記下方値より小さくなると前記貫流ボイラの蒸発量を減少するように前記貫流ボイラ個別制御部に信号を発信する貫流ボイラ運転指令部と、
を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記貫流ボイラは複数台設けられていて、該複数台の貫流ボイラの運転順位を決定する運転順位決定部を有し、前記貫流ボイラ運転指令部は前記運転順位決定部の決定した順位に従って前記貫流ボイラの蒸発量を増減することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、上記に加えて、前記運転順位を自動的に変更できることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用したボイラ制御装置を含むボイラプラントの一例を示す。
ボイラプラントは、貫流ボイラとしての第１乃至第３貫流ボイラ１、２、３と、貫流ボイラとは異なった形式の異種ボイラとしての炉筒煙管ボイラ４とを統合し、共通蒸気供給部である蒸気ヘッダ５から共通負荷に対して蒸気を供給する。ボイラ制御装置は、貫流ボイラ個別制御部としてのそれぞれの貫流ボイラ制御装置１１、２１、３１、圧力検出部としての圧力検出器６、異種ボイラ制御部としての炉筒ボイラ制御装置４１、その中の比例制御部４１ａ、蒸発量増減決定部７、貫流ボイラ運転指令部としての運転台数制御装置８、運転順位決定部９等を備えている。
【０００９】
貫流ボイラ１、２、３は、本例では同じ構成のものである。従って、第１貫流ボイラ１について説明する。第１貫流ボイラ１は、停止、低燃焼、高燃焼の３状態のうちの１つの状態に制御される三位置制御のボイラで、低燃焼用の燃料弁１２、高燃焼用の燃料弁１３、三位置のそれぞれに対応した開度に設定されるダンパ１４等を備えている。貫流ボイラ制御装置１１は、低燃焼させるときには、燃料弁１２を開き燃料弁１３を閉じてダンパ１４を低燃焼位置に設定し、高燃焼させるときには、燃料弁１２、１３を開いてダンパ１４を高燃焼位置に設定する。運転は、停止−低燃焼−高燃焼の順に行われ、停止−低燃焼間ではプレパージ及びポストパージが行われる。
【００１０】
炉筒煙管ボイラ４は、前記炉筒ボイラ制御装置４１、その中の比例制御器４１ａ、燃料弁４２、空気ダンパ４３、サーボモータ４４等を備えている。圧力検出器６は蒸気ヘッダ５の圧力を検出し、炉筒ボイラ制御装置４１は、圧力検出器６が検出した圧力に対応して燃料量を制御するが、本例では比例制御部４１ａによって比例制御する。従って、例えば図２に示す如く、蒸気圧力として７kgf/cm2 と８kgf/cm2 との間において、７kgf/cm2 では最大信号１００％を出力し、８kgf/cm2 では最小信号として１０％を出力し、この間ではリニアーに信号Ｆpvを出力し、この信号がサーボモータ４４に与えられ、サーボモータ４４が例えば０°から９０°の範囲でリニアーに回転する。この回転がリンク機構等によって燃料弁４２及び空気ダンパ４３に伝達され、結局蒸気圧力に反比例的に対応して燃料量が制御され、それに必要な空気量が供給されることになる。
【００１１】
燃料量に対応する量である燃料量対応信号を発信する燃料量対応信号発信部としては、本例では、前記炉筒ボイラ制御装置４１内の比例制御部４１ａが用いられる。即ち、比例制御部４１ａの発信する前記信号Ｆpvは、サーボモータ４４の回転角度を介して燃料量を制御するので、結果的にその信号は燃料量に対応した信号になっている。但し、燃料量対応信号発信部としては、上記の比例制御部４１ａに限らず、例えばサーボモータの回転角度、実際の燃料流量、蒸気圧力の変換値等を検出して発信する検出器等の適当なものでもよい。
【００１２】
蒸発量増減信号決定部７は、図２に示す如く、１０％〜１００％の範囲の燃料量対応信号Ｆpvの下方値Ｆsv1 として例えば４０％と上方値Ｆsv2 として例えば８０％を決定する。この決定は、通常、調整可能な設定器を設けて人が設定することによって行われるが、初めから一定値に定められていてもよく、又、比例制御帯の値から自動的に決定されるようになっていてもよい。
【００１３】
運転順位決定部９は、複数台のボイラの運転順位を決定するが、この決定も上記と同様に、通常、調整可能な設定器を設け、本例では例えば貫流ボイラ１、２、３をこの順に運転するように人が設定することによって行われるが、初めから一定の順位が定められていてもよい。但し、それぞれの貫流ボイラの運転時間を均一化するために、例えばカレンダータイマー等によって１週間毎に運転順位を自動的にローテーションさせることが望ましい。
【００１４】
運転台数制御装置８は、例えばマイコン等で形成され、蒸発量増減決定部７の決定値Ｆsv1 （前例では４０％）、Ｆsv2 （前例では８０％）と炉筒ボイラ制御装置の比例制御部からの発信値Ｆpv（前例では１０％〜１００％の範囲）とを入力してこれらを比較し、発信値が上方値Ｆsv2 より大きくなると貫流ボイラの蒸発量を増加し、発信値が下方値Ｆsv1 より小さくなると貫流ボイラの蒸発量を減少するように、運転順位決定部９の決定に従って貫流ボイラ制御装置１１、２１、３１に信号を発信する。この場合、本例の如く三位置制御されている貫流ボイラでは、蒸発量の増減は、停止−低燃焼（以下「Ｌ」という）−高燃焼（以下「Ｈ」という）の３状態に段階的に行われる。なお、図１では、運転台数制御装置８が蒸発量増減決定部７及び運転順位決定部９を包含している例を示したが、運転台数制御装置８をボイラの機側に設置し、決定部７、９を遠隔で設定できるようにボイラプラントの運転監視室等に設置するようにしてもよい。
【００１５】
図３は、以上のような制御によるボイラプラントの運転状態を示す。
例えば、ある運転状態Ａでは、貫流ボイラ１、２、３の運転順位がこの順に決定されていて、炉筒ボイラ４及び貫流ボイラ１が低燃焼Ｌで運転されていて、圧力検出器６で検出した蒸気圧力が７．５kgf/cm2 であり、炉筒ボイラ４は６０％の燃料量で安定して比例制御運転されている。このときの運転状態を「Ａ：Ｒ＋１Ｌ」で示す。
【００１６】
次に、工場等における蒸気需要側での蒸気消費量が急増したとすると、蒸気圧力が８０％燃料量に相当する約７．２kgf/cm2 以下に低下し、炉筒ボイラ４の燃料量が８０％以上になると共に、蒸発量を増加するように三位置制御されている貫流ボイラ１がＬから高燃焼Ｈとなり、蒸気需要に対応しようとする。
この制御によれば、炉筒ボイラの比例制御による迅速な蒸発量増加、保有水量が多く時定数の大きい炉筒ボイラの保有水の蒸発による蒸発量の補充、及び貫流ボイラの瞬時の蒸発量の増加により、負荷の急増に対して極めて効果的に両ボイラが対応することになる。このときの運転状態を「Ｂ：Ｒ＋１Ｈ」で示す。
【００１７】
負荷の急増の程度が大きく、更に蒸気圧力が低下するか又は燃料量８０％に相当する圧力７．２kgf/cm2 まで回復しない場合には、優先順位に従って、更に蒸発量を増やすように貫流ボイラ２が運転される。この場合、貫流ボイラ１のＬからＨへの切換等による蒸発量増加の効果を反映するために、タイマー等で例えば２０秒位の或る程度の時間を設定し、この時間が経過した後に貫流ボイラ２の蒸発量を増加することが望ましい。
【００１８】
貫流ボイラ２は、停止から起動されてＬになるが、このときには例えば３０秒程度のプレパージ時間が必要になる。本例の蒸気プラントでは、時定数の大きい炉筒ボイラがあるので、このようなプレパージ時間があっても、蒸気圧力が余り低下しない場合もある。但し、プレパージのための時間遅れを防止するために、貫流ボイラ１がＨになると、直ちに貫流ボイラ２のプレパージを開始させるような制御にしてもよい。このときの状態を「Ｃ：Ｒ＋１Ｈ＋２Ｌ」で示す。なお、制御が多少複雑になるが、前記Ｂの状態、即ち貫流ボイラ１がＨになると、次の貫流ボイラの蒸発量を直ちに増加できるように、貫流ボイラ２を起動してＬにすると共に、貫流ボイラ１をＨからＬにして、常にＬボイラを確保し、プレパージの必要なく蒸発量を増加できるような制御方法を用いることもできる。
【００１９】
このように、負荷の急増の程度の大きい場合でも、本例の制御によれば、炉筒ボイラの燃料量が１００％になる前に、即ち炉筒ボイラが蒸発量を増加できる余力のある間に、貫流ボイラを急速起動して対応していることと、炉筒ボイラの大きな時定数とによって、蒸気圧力の低下が極めて効果的に抑制される。
【００２０】
このような制御によって、更に「Ｅ：Ｒ＋１Ｈ＋２Ｈ＋３Ｌ」後に蒸気圧力が例えば７．５kgf/cm2 まで上昇回復してＦ点で安定したとすると、この運転状態が維持される。ボイラ負荷が減少する場合には、上記と同様な経過をたどり、今度は貫流ボイラが順次蒸発量を下げていく。この状態を、図３（ｂ）のＧ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋで示す。この場合にも、迅速に負荷を減少できる貫流ボイラによって、蒸気圧力の過度な上昇が効果的に防止される。更に、以上のような制御によれば、貫流ボイラを運転しつつ炉筒ボイラを低負荷で長時間運転する状態が回避されるので、ボイラプラントを全体的に効率良く運転することができる。
【００２１】
なお以上では、炉筒煙管ボイラが比例制御されている例について説明したが、比例積分制御されている場合にも全く同様に本発明を適用できる。この場合には、圧力検出器６で検出した蒸気圧力が一定になるように燃料量の制御信号ＰＩＤが発信されてそのように制御される。従って、比例制御の場合と同様に、このＰＩＤ信号の上方値及び下方値を用いて、貫流ボイラの蒸発量を増減させることができる。
【００２２】
なお、炉筒ボイラ４が運転されていないときには、炉筒ボイラ制御装置４１により燃料対応量の信号が発信されないので、貫流ボイラ１、２、３による貫流ボイラのみの運転状態になる。この場合には、例えば上記のような優先順位を用いる方法等によって、通常の貫流ボイラ群の制御が行われる。そのために、図１に示すように、圧力検出器６の圧力が運転台数制御装置８に導入され、この圧力を用いた制御が行われる。なお、炉筒ボイラ４のトリップなどの突然の停止時にも制御が混乱しないように、炉筒ボイラ４の運転信号を運転台数制御装置８に導入し、運転が停止すると、直ちに貫流ボイラ群のみの運転に切り換えるようにすることが望ましい。
【００２３】
又以上では、貫流ボイラが３台設けられている例を示したが、本発明は当然このような台数には限られず、例えば貫流ボイラが１台のみである場合にも適用できる。この場合には、運転台数制御装置８は、蒸発量切換制御装置となる。この装置は、貫流ボイラ制御装置１１と一体化されてもよい。
【００２４】
更に、以上では、異種ボイラが１台の炉筒ボイラである場合について説明したが、炉筒ボイラが複数台あっても同様に本発明を適用できる。この場合には、何れか１台の運転されている炉筒ボイラの制御装置から、運転台数制御装置８に燃料対応量信号を送ることになる。更に、異種ボイラは水管ボイラ等の他の形式のボイラであってもよい。この場合、異種ボイラが異なった複数の形式のものであってもよい。何れの場合にも、本発明の適用により既述のような効果が発揮される。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、貫流ボイラと異種ボイラとを備えたボイラプラントにおいて、燃料量対応信号発信部と蒸発量増減信号決定部とを設け、貫流ボイラ運転指令部が、両信号を比較して、前者が後者の上下方値を超えると貫流ボイラの蒸発量を増減するように制御するので、負荷変動に対して、時定数の大きい異種ボイラの蒸発量増減能力と共に、貫流ボイラの迅速な蒸発量増減能力を有効に活用し、負荷変動に対して極めて追従性の良い制御を行うことができる。又、貫流ボイラを運転しつつ炉筒ボイラを長時間低負荷で運転することがなくなるので、ボイラプラントを効率良く運転することができる。
【００２６】
請求項２の発明においては、貫流ボイラが複数台設けられている場合に、これらのボイラの運転順位を決定する運転順位決定部を設け、その決定に従って貫流ボイラの蒸発量を増減するので、複数台の貫流ボイラが円滑に制御され、上記効果を得ることができる。
【００２７】
請求項３の発明においては、上記の運転順位が自動的に変更されるので、複数台の貫流ボイラの運転時間を平均化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボイラ制御装置を適用したボイラプラントの説明図である。
【図２】  上記制御装置における燃料量対応信号とその上下方値との関係を示す説明図である。
【図３】  上記制御装置を用いたボイラプラントの運転状態を示し、（ａ）はボイラ負荷が増加する場合で（ｂ）はボイラ負荷が減少する場合である。
【符号の説明】
１、２、３          第１乃至第３貫流ボイラ（貫流ボイラ）
４                  炉筒煙管ボイラ（異種ボイラ）
５                  蒸気ヘッダ（共通蒸気供給部）
１１、２１、３１    貫流ボイラ制御装置（貫流ボイラ個別制御部）
６                  圧力検出器（圧力検出部）
７                  蒸発量増減信号決定部
８                  運転台数制御装置（貫流ボイラ運転指令部）
９                  運転順位決定部
４１                炉筒ボイラ制御装置（異種ボイラ制御部）
４１ａ              比例制御部（燃料量対応信号発信部）
【図１】
0003818459.tif 000002
【図２】
0003818459.tif 000003
【図３】
0003818459.tif 000004