特集ボイラ

貫流ボイラの高効率運用管理システム
川重冷熱工業株式会社
滋賀工場 技術総括室

森本

１．はじめにために熱損失を伴う。従って、バーナの発停回数を低減することで下記効果が期待できる。
①

燃料消費量削減と電力消費量削減

電力問題からも省燃料･省電力は緊急課題となっている。

②連続運転による、圧力変動幅の縮小は近年ますます高まってきた。
ボイラの省エネで大切なことは下記２点である。

⑵

パージ損失低減による燃料消費量と電力消費量の削減効果
ここでは２.⑴で述べたパージ損失についての実機①

ボイラ自体の効率が全負荷域で高効率であること試験結果を報告する。実機確認を行ったボイラは、当②ボイラ実運転で高効率が発揮されていること

社大型貫流ボイラ イフリートビートと当社小型貫流

本稿は項目②をテーマとする。
ボイラ実運転において、ボイラである。表１に主要要目を、図１に試験時の蒸当社大型貫流ボイラ「lfrit（イフリート）」の高性能を最気負荷パターンを示す。本条件ではPI（比例積分）制大限に活かす周辺装置として、「川崎PI台数制御装置」と御ボイラは連続制御、３位置制御ボイラは断続制御と総合管理システム「Every Fit（エブリフィット）」を紹介なる。また、表２に示すように、１時間当たりの発生する。

蒸気は両機種とも約3,030kgであるが、燃料ガス消２．大型貫流ボイラの高性能PI台数制御

08

恵

地球規模の資源制約、気候変動問題、経済面に加えてこのような背景から、ボイラの高性能高機能化への要求

ボイラ開発部

費量はイフリートビートが211.1m³N であるのに対し、小型貫流ボイラは217.5m³Nとなり、イフリート省エネ･省スペースで取り扱いが容易な貫流ボイラは、ビートの燃料消費量が2.9％少ないことが分かる。大現在、日本の産業用熱源の主流となっている。また、大きな蒸気負荷変動に対して、小容量３位置制御の小型容量ボイラ設備において、貫流ボイラを複数台設置し、貫流ボイラを台数制御すると、バーナを発停させる制

必要な蒸気負荷に応じて燃焼台数を制御する多缶設置シ御となる。これに比較して、大容量PI制御の大型貫流ステムが増加している。

ボイラ イフリートビートではバーナを停止せずに連⑴ボイラ実運転における課題続運転しているため、バーナ発停に伴うパージ熱損失ボイラの実運転において、バーナ燃焼可能範囲を下が回避されて、燃費向上となる。また、１時間当たり回る負荷しかない場合、バーナはON-OFF制御となの電力使用量はイフリートビートが8.93kWhであるる。安全の観点から、ボイラは、バーナが発停する度のに対し、小型貫流ボイラは25.8kWhとなり、イフに炉内をパージ（送気）して未燃ガスを掃気する。パリートビートの電力使用量が65.3％少ないことが分ージ時には、常温の空気がボイラ内を通過し熱を奪うかる。パージ損失回避とインバータ運転により電力使

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特集：ボイラ６

蒸発量（t/h）

５４３２１０0246810121416時間（分）

図１ 蒸気負荷パターン

表1 ボイラ 主要要目
単位

イフリートビート

換算蒸発量kg/h

4,000

小型貫流ボイラ2,000

実際蒸発量kg/h

3,354

1,677

最高使用圧力

MPa

0.98

0.98

常用圧力

MPa

0.49〜0.88

0.49〜0.88
9.8

伝熱面積

m²

13.8

ボイラ効率

％

98

98

燃料―

都市ガス13A

都市ガス13A

燃料消費量

m³N/h

227.1

113.4

燃焼制御方式

―

PI制御

３位置制御

燃焼制御範囲％17〜100High-Low-Off

給水制御方式―

PI制御

ON-OFF制御

表２ 実機運転結果
単位

イフリートビート

小型貫流ボイラ

備考

台数

台

24ー

運転時間

時間

0.28

0.28ー

蒸気流量kg

849

850

ー

燃料ガス流量

m³N

59.1

60.9ー

年間燃料ガス費※円

101,314,286104,400,000ー

年間燃料費削減分※

円

ー3,085,714

ー

小型貫流ボイラ燃料費との差

電力量kW

2.5

7.2ー

年間電力量費※円

857,1432,468,571

ー

年間電力量費削減分※円

ー1,611,428

ー

小型貫流ボイラ電力量費との差※年間運転時間8,000時間、燃料単価60円/m³N、電力量単価12円/kWh

用量が低減される。このときの年間燃料費削減分は蒸気負荷が増加する場合は、燃焼中のボイラが一定

3,085,714 円 で あ り、 年 間 電 力 量 費 削 減 分 は時間、一定負荷を超えた場合に燃焼缶数を増加させ1,611,428円である。

る。また、蒸気負荷が減少する場合は、燃焼中のボ高性能PI（比例積分）台数制御

イラが一定時間、一定負荷を下回った場合に燃焼缶当社PI台数制御装置は、複数台の各種ボイラを総括数を減少させる。

⑶

制御し、必要蒸気負荷に対応した運転台数と燃焼量の最適制御により省燃料･省電力運転を実現する。
①②制御方式制御方式としては、様々な顧客の蒸気負荷パター

基本制御動作ンに対応すべく、次の３種類の基本制御モードを搭

蒸気ヘッダに設置した蒸気圧力センサの検出する載している。

圧力が目的の値となるように、ボイラの運転台数（燃焼缶数）と燃焼量を制御する。図２に示すように、

ⅰ)

全缶同時比例モード
図３に「全缶同時比例モード」による燃焼缶数

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100800
増缶タイミング時の出力余裕

５缶目700減缶負荷

増缶タイミング

0100600増缶負荷
４缶目

総蒸気出力（％）

各缶蒸気出力率（％）

減缶負荷
0100増缶負荷
３缶目

400減缶負荷300

0100200増缶負荷
２缶目

負荷追従
制御域

500減缶タイミング

100減缶負荷
0100０増缶負荷

12１缶目45燃焼缶数

67878

図３ 全缶同時比例

減缶負荷
003100200300

400800500

総蒸気負荷率（％）

図２ 台数制御運転状態

700
増缶タイミング時の出力余裕と蒸気出力を示す。燃焼中のボイラを全て同一燃600焼量で制御する。蒸気負荷増加時の燃焼缶数増加

増缶タイミング（増缶）タイミングが他のモードと比較して早いⅱ)

最大固定モード「最大固定モード」では、燃焼缶数が設定値を超えた場合、超えた台数を最大燃焼量に固定運転し、残りのボイラで負荷追随する。この場合、燃焼缶数を少なくできるため、バーナ発停に伴う熱損失を回避した省燃料･省電力運転となる。
ⅲ)

負荷追従
制御域
400
減缶タイミング
300200100

全缶同時比例＋オートゾーンモード
図４に「全缶同時比例＋オートゾーンモード」

による燃焼缶数と蒸気出力を示す。燃焼中のボイラを全て同一燃焼量で制御し、増缶タイミングは10500

総蒸気出力（％）

ため、負荷変動時も蒸気圧力を高精度に保つ。

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燃焼缶数

図４ 全缶同時比例＋オートゾーン

燃焼缶数ごとに自動変更される。増缶タイミング

これら基本制御モードに加え、バッチ負荷や突変負荷を一定値とすると、燃焼缶数増加に比例して増缶による急激な負荷増加に対応して燃焼缶数を強制増加さタイミング時の出力余裕が増加する。その結果、せる機能や、燃焼缶数変更時に先行して操作出力をフィ必要以上に燃焼缶数が増える場合がある。
「全缶ードフォワード制御して蒸気圧力変動を抑制する機能

同時比例＋オートゾーンモード」では燃焼缶数を等、各種負荷パターンに適合可能な機能を備えている。

抑えつつ負荷追従範囲を広くでき、ⅰ）ⅱ）の長そして、各種設定は台数制御装置付属のタッチパネルを所を兼ね備えた運転となる。

操作することで容易に変更可能である。

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貫流ボイラ
最大16台接続可能
Ethernet
UTPカテゴリ５以上

ロギングソフト
インストールPCRS485（KTE-LAN）
１対ツイストペアシールドケーブル

台数制御盤
付帯機器データ

ハブ（必要に応じ使用）

専用インターフェースユニット①１ユニットに、DI、DO、AI、AOボードより自由に11枚まで組み合わせ可能②１システム内に最大16台設
置可能

専用インターフェースユニット（入出力ボード最大11枚）

専用インターフェースユニット（入出力ボード最大11枚）

付帯機器データ

RS485（KTE-LAN）
１対ツイストペアシールドケーブル

台数制御盤
リモートモニタ（オプション）
インストールPC（最大３台設置可能）

異機種、異容量も接続可能

図５ 総合管理システム「Every Fit」
システムフロー

３．総合管理システム「Every Fit」によるボイラ運転状況の見える化と最適運用管理⑴

あらゆる（Every）設備に適する（Fit）
当社データロガソフトウェアがインストールされた
PCは専用インターフェースユニット（信号入出力端末機器）とのイーサネット通信により、様々な顧客設

ボイラの熱管理においては、実運転に関する日常の各種計測結果による最適省エネ運転や予防保全が重要であ

備とデータを送受信することができる。
⑵

運用管理データ収集・加工・記録・表示る。図５に示すように、当社総合管理システム「Every

顧客ごとの運用管理に合わせた帳票項目を自動集計

Fit」は各種ボイラや冷凍機、台数制御装置、水処理機器･記録･閲覧･エクセルデータ化できる。収集したデー等、様々な工場設備の運転状況の記録や集計、警報発報

タは即時グラフ表示が可能（リアルタイムトレンドグ等を自動化し、集中運用管理を容易に実現する。主な機ラフ）である。また、保存されたデータのグラフ表示

能は下記の通りである。

も可能（ヒストリカルトレンドグラフ）である。

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図６ 個別監視画面⑶

容易なカスタマイズ
顧客自身がソフトウェアの設定を変更することで、４．まとめ
高性能大型貫流ボイラの実運転における高効率運用管タマイズできる。収集したデータの工業値変換や制限理システムについて紹介した。入出力信号や表示画面を値判定、積算、平均、四則演算（演算式入力）等、細自在に変更することで様々なお客様の運用状況へ適用がやかな加工も可能である。

可能なため、広く導入いただくことで社会全体のエネル⑷

運転監視画面（図６参照）や日報、月報を容易にカス警報監視ギー有効利用に貢献することを図りたい。
これからも、ボイラ単体の高効率化のみならず、熱源通報が可能である。また、当社機器の警報以外にも顧機器メーカならではのノウハウを活かした技術で、実運客設備の警報設定ができる。

転における熱源システム全体の省燃料･省電力化を推進⑸

警報発生時の画面表示、記録、警報音鳴動、メール遠隔操作していきたい。

遠隔監視室から機器の操作･設定値の変更ができる。
また、週間スケジュールタイマによる自動操作も可能である。

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