(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水流量を調節可能な給水系と、それぞれが絞り弁を介して前記給水系に接続された複数の蒸発管を有する加熱炉と、前記蒸発管に接続され抜出し水量調節弁を有する気水分離器とを備える貫流ボイラを制御する方法において、
各制御サイクルで出口蒸気の温度又は該温度の変化量が最大である一の蒸発管の前記温度の変化量を検出し、
前記検出された温度の変化量に所定の演算を加えて蒸発管過熱度を算出し、
給水量及び／又は気水分離器抜出し水量を調節して、前記蒸発管過熱度を目標値の近傍に維持することを特徴とする貫流ボイラの制御方法。
【請求項２】
前記所定の演算は、各制御サイクルにおける温度の変化量を一次遅れフィルタ又は移動平均フィルタにかけることによって行われる、請求項１に記載の貫流ボイラの制御方法。
【請求項３】
前記検出された温度の変化量が負の値であるときには、該負の変化量をその絶対値又は０に置き換える、請求項１又は２に記載の貫流ボイラの制御方法。
【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の制御方法に関する。更に詳しくは、本発明は、貫流ボイラの定常状態での運転（以下、定常運転という）中に蒸発管の過熱度を算出し、これを一定に維持することを目標として、給水量及び／又は気水分離器抜出し水量を制御することにより、貫流ボイラの経済的な運転を図る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、貫流ボイラには、加熱炉内の壁面に多数の蒸発管が設けられており、その蒸発管に給水量調節弁から節炭器を経て脱塩水が供給されることで、蒸発管の出口蒸気が湿り飽和蒸気、即ち霧状の水滴を含む飽和蒸気となるように調節されている。蒸発管出口の湿り飽和蒸気は、気水分離器に導かれて気水分離された後に、乾き飽和蒸気、即ち水滴を含まない飽和蒸気となって過熱器に供給される。気水分離器の凝縮水は抜出し水量調節弁によってブロー水として抜き出される。
【０００３】
貫流ボイラの運転に当たっては、各蒸発管の異常過熱を防止しつつ蒸気発生の経済性向上を図ることが重要であり、その手法の一つとして、蒸発管出口の湿り飽和蒸気の湿り度（以下、モイスチャーという）、即ち、過熱蒸気中に含まれる霧状の水滴の割合、を制御することが行われる。
【０００４】
蒸発管出口の湿り蒸気のモイスチャーを制御する方法としては、この蒸気を気水分離した後の乾き蒸気流量に対するボイラ主給水流量の比率を設定する等の方法があるが、これ等の設定値としては、ボイラメーカーの推奨値やユーザーの経験値が用いられているのが現状であり、最適な運転がなされているとは言い難い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
各蒸発管出口で飽和蒸気のモイスチャーのバランスをとる方法としては、ボイラ負荷が一定の状態で全蒸発管の出口蒸気温度が過熱域になるまで給水を減少させ、その温度が一定の範囲内に収まるように絞り弁を手動調整して均一化を図る方法がある。しかし、この方法では、絞り弁の調整後も、気水分離器入口蒸気のモイスチャーと各蒸発管出口蒸気のモイスチャー、特に蒸発管のモイスチャーのうち最低のもの（以下、最低モイスチャーという）、との偏差は十分に改善されないまま定常運転を実施することになる。ここで、気水分離器入口蒸気のモイスチャーは、抜出し水量と給水量との比などのようなマスバランスから容易に算出することが出来るが、定常運転では蒸気温度が飽和域にあり、気水分離器のモイスチャーから各蒸発管の出口蒸気のモイスチャーを算出することはできない。従って、定常運転においては、気水分離器入口蒸気のモイスチャーのみを管理する運転となるが、絞り弁のスケーリングや加熱炉内の熱バランス変化等により、気水分離器入口蒸気のモイスチャーと蒸発管出口の最低モイスチャーとの相関関係も変化するので、常に蒸発管が異常過熱しないように管理しようとすると、モイスチャーの設定値は徐々に増加傾向となり、不経済運転の原因となる。従って、蒸発管が異常過熱しないように管理し、かつモイスチャーの設定値が不経済運転とならないような制御方法が要請されている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、蒸発管の異常過熱を防止しつつ、できるだけ高い温度で経済的な運転が可能な貫流ボイラの制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、過熱状態に達するに従って蒸発管の出口温度の変化量が大きくなっていくことに着目し、蒸発管の出口温度の変化量に適切な演算を施すことによって、蒸発管の過熱度を算出し、この過熱度を一定に維持するように給水量と気水分離器抜出し水量とを制御することによってモイスチャーを好適に管理し得ることを見出して本発明に到達した。
【０００８】
即ち、本発明の要旨は、給水流量を調節可能な給水系と、それぞれが絞り弁を介して前記給水系に接続された複数の蒸発管を有する加熱炉と、前記蒸発管に接続され抜出し水量調節弁を有する気水分離器とを備える貫流ボイラを制御する方法において、
各制御サイクルで出口蒸気の温度又は該温度の変化量が最大である一の蒸発管の前記温度の変化量を検出し、
前記検出された温度の変化量に所定の演算を加えて蒸発管過熱度を算出し、
給水量及び／又は気水分離器抜出し水量を調節して、前記蒸発管過熱度を目標値の近傍に維持することを特徴とする貫流ボイラの制御方法に存する。
【０００９】
本発明の貫流ボイラの制御方法によれば、蒸発管の温度変化の最大値に基づいて蒸発管過熱度を定めており、この最大値を示す蒸発管が最も異常過熱を起こす可能性が高いので、蒸発管の異常過熱の監視が容易であり、従って、蒸発管の異常過熱を抑えつつ、モイスチャーが少ない適正な過熱度を維持することができ、経済的なボイラ運転が可能となる。
【００１０】
ここで、蒸発管過熱度の目標値は、例えばトライアンドエラー方式で定めることが出来る。この場合、通常の運転中に吸水量を絞り、蒸発管が異常過熱を発生する直前の蒸発管過熱度を求めてこれを目標値として選ぶことが出来る。また、前記所定の演算は、各制御サイクルにおける前記検出された温度の変化量を一次遅れフィルタ又は移動平均フィルタにかけることによって行うことが出来る。この場合、経済運転に適切な蒸発管過熱度が得られる。
【００１１】
検出された温度の変化量が負の値であるときには、該負の変化量をその絶対値又は０に置き換えることも本発明の好ましい態様である。この場合、特に急峻な運転条件の変更が避けられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。図１は、本発明方法を実施するための制御系を含む貫流ボイラの構成例を模式的に示す。同図において、１は加熱炉であり、その内部の壁面には多数（例えば６０本程度）の蒸発管２が配置されている。各蒸発管２には絞り弁３が配設され、各絞り弁３を調整することで対応する蒸発管２への給水量を個別に調節できる。供給水は、配管４から給水量調節弁５、節炭器（エコノマイザー）６及び配管７を経て加熱炉１内に導かれ、蒸発管２内で蒸発させられて湿り飽和蒸気となる。この湿り飽和蒸気は、配管８を経て気水分離器９に導かれ、そこで乾き飽和蒸気と水とに気水分離される。分離された水は、抜出し水量調節弁１０を経て配管１１から抜き出される。乾き飽和水蒸気は、配管１２から過熱器１３、過熱低減器１４（散布水量は散布水量調節弁１５によって調節される）及び過熱器１６を経てエンタルピー調節されつつ抜き出され、ボイラ発生蒸気として各種の用途に供される。
【００１３】
各蒸発管２の出口蒸気の温度はそれぞれ蒸気温度計１７によって常時監視され、その温度データは計算機１８に入力される。同様に、加熱炉への給水量、気水分離器出口の乾き飽和蒸気流量、気水分離器抜出し水流量に関するデータが計算機１８に入力される。ここで、気水分離器抜出し水流量は、直接流量を測定してもよく、或いは、抜出し水量調節弁の開度とその弁特性から算出してもよい。これらのデータから得られる気水分離器入口飽和蒸気のモイスチャーは、計算機１８によりボイラの内部制御装置１９に出力され、これによりボイラ内部制御装置１９内のモイスチャー設定値が変更される。ボイラ内部制御装置１９では、変更されたモイスチャーの設定値に従って給水量及び／又は抜出し量が調節され、気水分離器入口の飽和蒸気のモイスチャー制御が行われる。
【００１４】
次に過熱度の算出方法について述べる。
▲１▼まず、定常運転中の各蒸発管の出口蒸気の所定時間内の温度の変化量を求める。温度の変化量としては、前回の制御サイクルにおける各蒸発管の温度と、現在の制御サイクルにおける各蒸発管の温度との差を用いるのが望ましい。
▲２▼各蒸発管ごとに求められた出口蒸気の温度の変化量の中から、最大の変化量を選択する。
▲３▼最大の変化量が負数の場合には、これをその絶対値又は０で置き換える。
▲４▼各制御サイクルで得られた最大の温度変化量に適切なフィルターをかけ、値を平滑化することで蒸発管過熱度を算出する。フィルタの例として、１次遅れフィルターや、移動平均フィルター等が挙げられる。
【００１５】
算出した蒸発管過熱度を目標値の近傍に維持する制御を行う。設定される目標値は一般にボイラによって個々に異なる。このため、特定のボイラにおいて最初に定める目標値としては、制御の開始前に給水を徐々に減少させて行き、過熱状態に達する直前の過熱度を採用する。それ以後は、実際に運転してその結果から目標値を修正する。
【００１６】
蒸発管過熱度をその目標過熱度の近傍に維持するために、給水量及び／又は気水分離器抜出し水量調節弁を調節する。これは、気水分離器入口蒸気のモイスチャーの目標値を調整することでも代用できる。この気水分離器入口蒸気のモイスチャーの調整は、通常、給水量及び／又は抜出し水量調節弁で行われる。
【００１７】
▲１▼で各蒸発管の出口蒸気の温度の変化量をすべての蒸発管について求めており、一般的にはこの方法が蒸発管過熱度の算出のために好ましい。しかし、計算機負荷の削減のためには、各蒸発管の中から最高温度を示す蒸発管を求め、この蒸発管の温度の変化量を求めることで代用できる。
【００１８】
以上説明した通り、本発明方法は、貫流ボイラの制御に際して、実質的に蒸発管の最大過熱度となる蒸発管過熱度を目標値に維持するように給水量及び／又は気水分離器抜出し水量を制御することにより、ボイラの経済的な運転を図るものである。給水量の調節は、主として加熱炉全体への給水量を調節する調節弁で行われる。
【００１９】
ここで、蒸発管の出口蒸気の最大過熱度を直接に制御することにより、万一の場合の蒸発管の異常過熱に対しても、モイスチャーを自動で適切に増加させることにより、迅速かつ安全に処置することが出来る。
【００２０】
【実施例】
図１は、本発明の貫流ボイラの制御方法を実施した結果の一例を示すグラフで、モイスチャー（％）、蒸発管最高温度（℃）、及び、蒸発管過熱度の経過を示している。本実施例では、本発明方法による制御開始前はモイスチャーを一定とした従来の制御を実施し、本発明方法で制御を開始した後は、蒸発管過熱度を、まず第１の設定値に、次いで、第２の設定値に夫々維持するように制御している。本発明による制御開始後は、第１及び第２設定値のいずれにおいても、本発明による制御開始前に比してモイスチャーは大幅に低下し、経済的な運転が行われていることが理解できる。また、蒸発管過熱度を高い目標値に維持すると、モイスチャーが少ない経済的な運転が行われることも理解できる。この例では、全蒸発管の中から最高温度である蒸発管を選定し、その温度の変化量を算出し、これから蒸発管過熱度を算出している。ここで、温度変化量が負数の場合にはこれをゼロに置き換え、温度変化量を１次遅れフィルターに通して値を平滑化して蒸発管過熱度を求めている。
【００２１】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の貫流ボイラの制御方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の貫流ボイラの制御方法は、貫流ボイラの定常運転中に、蒸発管の異常過熱を監視しつつ制御値である蒸発管過熱度を求め、その過熱度を目標値に維持する制御を行うことによって、貫流ボイラの経済経済的な運転を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の制御方法を実施するための制御系を含む貫流ボイラの構成を示す模式的ブロック図。
【図２】本発明の一実施例で得られた運転結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  蒸発管
３  絞り弁
５  給水量調節弁
６  節炭器
９  気水分離器
１０  抜出し水量調節弁
１３、１６  過熱器
１４  過熱低減器
１７  蒸気温度計
１８  計算機
１９  ボイラ内部制御装置
【図１】
0003762098.tif 000002
【図２】
0003762098.tif 000003