特 集ボイラ

大型貫流ボイラ 高効率シリーズ
川重冷熱工業株式会社
技術総括室

橋本

ボイラ技術部賢吉

１．はじめに温室効果ガスの削減が全世界で推進されている昨
今、日本でも京都議定書で掲げる目標達成を包含した省エネ法が改正され、社会全体で厳しい削減義務が課せられている。また、エネルギーの国際的な高騰から、産業部門では燃料資源の有効利用を図ることが求められている。ボイラは、産業部門において非常に大きなCO2排出源となっており、いかにこれを削減するかが課題となっている。
また、近年のボイラ機種動向では、省スペース性と取り扱いやすさ、また無資格で運転できる利便性から小型貫流ボイラが主流となっている。しかし、

写真１「Ifrit Beat」外観

使用蒸気量が6000kg/h以上になる中〜大規模のユーザにおいては、その設置台数の増加から、運用時ンアップしている。更に、最大16台を同時に制御での頻繁な発停回数によるエネルギー損失や保守管理きる台数制御装置と組み合わせることで、最大換算の煩瑣が問題になっている。

蒸発量96t/hの大容量ユーザにも対応が可能である。

従来より当社で販売している大型貫流ボイラ

また、伝熱面積が30m2以下のため、ボイラの設置「 I f r i t 」（ イ フ リ ー ト ） は 、 換 算 蒸 発 量 で 最 大

台数に関係なくボイラ技士免許は不要であり、「ボ6000kg/hと貫流ボイラとしては大容量であり、小イラ取扱技能講習」修了者で取り扱うことができる。

型貫流ボイラに比べ多缶設置時の台数を減少するこ∏ 効率特性とが可能で省メンテナンスを実現した。

図 1 に高効率シリーズの効率特性と三位置制御

当社は、更なる市場の要求に応えるべく、「Ifrit」の効率を負荷率に対して比較したものを示す。従を構造から見直し、ボイラ効率の向上を柱とし、本

来機種「Ifrit」のボイラ効率は96％であったが、体のコンパクト化と操作性の向上を実現した、ボイ

高効率シリーズはこれを 2 ポイント向上し、ボイラ効率98％の高効率シリーズ「Ifrit Beat」（イフリ

ラ効率98％を実現した。また、「バーナターンダウ

ート ビート、写真 1 参照）を開発した。

ン比 6 ： 1」と「燃焼比例積分制御（PI制御）」を

本稿では、高効率シリーズ「Ifrit Beat」の特徴、採用技術について紹介する。

採用することにより、ユーザの負荷状況に応じてボイラ負荷17％から100％まで無段階に調整することができる。これは、小容量のボイラに多い三位

２．高効率シリーズの特徴

置制御（Hi−Low−Off）で課題となる、オンオフ高効率シリーズ「Ifrit Beat」の仕様を表 1 に示す。

回数が多いことによる損失を低減することができ高効率シリーズは13A都市ガス焚き、最高使用圧る。オンオフによる損失とは、停止・再着火の際力0.98MPaにて、換算蒸発量3000〜6000kg/hをライのパージ熱損失や昇圧時のキャリーオーバー、そ産業機械 2009.10● 1

表１ボイラ

形式「Ifrit Beat」仕様

IF−3000BGE

IF−4000BGE

IF−5000BGE

規格分類

ボイラ取扱

資格ボイラ取扱技能講習修了者以上

IF−6000BGE

換

算

蒸発量kg/h

3000

4000

5000

6000

実

際

蒸発量kg/h

2516

3354

41925031

最 高 使 用 圧 力

MPa

常用圧力

MPa

伝熱面積

m2

制

御−

電気式 比例積分＋On Off制御
−

制

御−

INVによる回転数制御

制

御−INVによる回転数制御

御−3 位置タイマ制御

燃
F

焼D

給ブ
使F
水ロー用

制
燃

0.98
0.49〜0.88
13.7

19.0

料

−

都市ガス13A/天然ガス

排 出 窒 素 酸 化 物

ppm

60以下（O2＝0 ％換算値）

ボイラ

効率％

燃料

消費量m3N/h

給度℃

ボ イ ラ 製 品 質 量kg

注）12
34

水温

98170.3227.1

283.9

340.6

20〜120（高温給水はオプション対応）
3500

5000

燃料消費量は、燃料の低位発熱量を40600kJ/m3Nとして表示している。
給水温度が15℃を超える場合のボイラ仕様値は実際蒸発量を正とする。
実際蒸発量は蒸気圧力0.49MPa、給水温度15℃で示す。
ボイラ効率は蒸気圧力0.49MPa、給水温度15℃、吸気温度35℃で示す。

100％

85％
高効率シリーズ「Ifrit Beat」
三位置制御（当社実測）

80％0102030

40 50 60
負荷率（％）

708090

燃料費（百万円/年）

ボイラ効率（％）

90％

75％

燃料費削減
年間700万円

118

95％

100116
114
112
110
108

3 位置制御
効率96％

PI制御
効率96％

PI制御
効率98％

小型貫流ボイラ
KF−2000GE× 3 台

イフリート
イフリート ビートIF−6000AGE× 1 台 IF−6000BGE× 1 台

106

図１ 「Ifrit Beat」効率特性と三位置制御の部分負荷効率の比較

図２

年間燃料費

して、Hi→←Low切替時における発煙や未燃分発生を抑制するための過剰風量による排ガス熱損失などがある。これら損失は、実負荷変動の下で一般間燃料消費量・CO2排出量が約 6 ％削減できる。
図 2 に年間運転時間7200h、平均負荷率60％の条件における当社製品による燃料費の比較、図 3にCO2排出量の比較を示す。高効率シリーズは三位置制御の小型貫流ボイラと比べると、年間燃料費約700万円の削減、CO2排出量では200t−CO2の削減が可能となる。

2 ●「特集」ボイラ

CO2排出量（ton−CO2/年）

的な三位置制御の小型貫流ボイラと比べると、年

3300

CO2削減
年間200ton−CO23200
3100
3000
2900

3位置制御
効率96％

PI制御
効率96％

小型貫流ボイラ
KF−2000GE× 3 台

イフリート
イフリート ビートIF−6000AGE× 1 台 IF−6000BGE × 1 台

図３PI制御効率98％

年間CO2排出量

π 操作性もなり、二重で損失することになる。

操作パネルに液晶カラータッチパネルを採用す

通常、ボイラは一度燃焼調整を実施すれば、季節ることで、直感的に分かりやすい操作を可能にしごとに定期的な空燃比の再調整をすることは少なた。また、操作パネル周りにはLED表示灯を配置い。先述の通り空燃比が低下することは危険である

し、ボイラの運転状態が表示灯の色によりひと目ことから、夏季の空燃比低下対策のため、燃焼調整で確認することができる。

時にあらかじめ空燃比を高めに設定している場合が具体的には、常にボイラ及び補機の状態と瞬時データを確認できる他、トレンドグラフの表示、多く、熱損失や動力損失が多く発生しているのが実情である。

前日までの積算表示などができる。また、お知ら

高効率シリーズは、排ガスO 2制御を導入（オプせ・異常表示を充実することで、異常が発生したション対応）することで、こうしたリスクや損失を際、その要因と対処方法をパネルに表示し、ユー回避することができる。

ザが迅速かつ適切に対処することができる。
∫ コンパクトIF−6000BGE× 1 台（Ifrit Beat・換算蒸発量6000kg/h）の設置スペースは、同容量であるKF-

排ガスO2制御は、O2センサにより常に排ガスO2濃度を監視し、送風機インバータを制御することで、外気の季節変動等に影響を受けることなく、最適な空燃比を一定に維持する制御である。
燃焼の最適化を図ることで、排ガス損失を低減し、2000× 3 台（当社小型貫流ボイラ・換算蒸発量2000kg/h）と比較すると、面積比で約25％の省更なる高効率化を可能とした。の最適化により大幅に外形サイズを削減した。
また、缶体のコンパクト化や部品の軽量化による省資源化をはじめ、製造工程の最適化を図った
ことから生産にかかるCO2排出量も削減した。

３．省エネ機能の追加
ボイラ運用における省エネの方策として、年間を通じた空燃比の管理が大きなポイントである。ボイラの燃焼用空気の密度は温度や気圧に依存するため、季節や環境の変化に大きく影響を受ける。夏場

空燃比（21/（21−排ガスO2濃度））スペースとなる。缶体のコンパクト化、機器配置
1.5

空燃比の余剰が大きいだけ、排ガス熱損失、送風機動力損失が発生する。

1.4

夏季の空燃比低下対策のため、空燃比を高めに設定した場合

1.3
1.2
基準空燃比（排ガスO2制御時）
空燃比（25℃基準）
空燃比（40℃基準）

1.110510152025
気温（℃）

30

図４

気温による空燃比の変化

3540と冬場の気温の違いにより空燃比が大きく変化する。
図 4 に気温による空燃比の変化を表したグラフを示す。
一般に、夏場などで空気温度が高くなると、空気密度が減少することで排ガスO 2濃度が下がり、空燃比が設定値より下がる。また、冬場などで空気温度が下がると、空気密度が増加することで排ガスO2濃度が上がり、空燃比が上がる。

４．おわりにボイラメーカとして、製品による省エネは至上命
題であるが、ボイラ単体としての効率は上限に近いレベルに達している。
今後目指す技術目標としては、環境負荷の低減と実動効率の向上であると考える。
当社は今後も熱利用の最適化を目指した商品・サービスを積極的に開発していく所存である。

空燃比が下がると、燃焼が不安定になりやすく、有害なCOやNOxを多量に排出してしまう恐れがある。一方、空燃比が上がると、過剰通風による排ガス熱損失が発生する。また送風機動力の無駄使いに

産業機械 2009.10● 3