JP3975127B2 - 台数制御を行う多缶設置ボイラ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、台数制御を行う多缶設置ボイラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボイラを複数台設置し、個々のボイラの燃焼状態を調節することでボイラ全体での蒸気供給量を制御するボイラの多缶設置システムが知られている。蒸気ボイラの多缶設置システムの場合、各ボイラで発生した蒸気をスチームヘッダに集合させて蒸気使用部へ供給しており、スチームヘッダに設けた圧力検出装置によって検出した蒸気圧力値に基づいて各ボイラの燃焼状態を定める台数制御を行う。台数制御では、蒸気圧力制御範囲内を複数の圧力区分に分割し、圧力区分ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、スチームヘッダで検出した蒸気圧力値がどの圧力区分に該当するかによって各ボイラの燃焼状態を定め、ボイラの蒸発量を制御する。圧力区分は一定の幅で定めておき、蒸気圧力値が高圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を少なくし、逆に低圧側の圧力区分に移るほどボイラの燃焼量を多くする。
【0003】
多缶設置の場合、個々のボイラは、高燃焼・低燃焼・停止の3位置で燃焼制御し、低燃焼は高燃焼の約半分の蒸発量であるボイラを使用するのが一般的である。図4は従来の台数制御の例であり、高燃焼・低燃焼・停止で燃焼を制御する3位置燃焼制御のボイラを6台設置し、蒸気圧力制御範囲を0.74MPa〜0.85MPaとした場合の燃焼パターンを示している。ボイラ1台当たりの蒸発量の値を、低燃焼の場合には1、高燃焼の場合には2としている。0.74MPa〜0.85MPaの蒸気圧力制御範囲内に11の圧力区分と、蒸気圧力制御範囲の上下に2つの圧力区分を設定し、全部で13の圧力区分を定め、各圧力区分にボイラの燃焼状態を定めている。6台のボイラには燃焼の優先順位を定めておき、優先順位が上位のものから順に燃焼を行う。ボイラの燃焼状態は、高燃焼の場合を「H」、低燃焼の場合を「L」、停止の場合を「−」で示しており、各燃焼状態におけるボイラ全体での蒸発量の値を記載している。
【0004】
蒸気圧力値が0.85MPaよりも高い圧力区分にあれば、すべてのボイラを停止し、蒸発量の値は0、蒸気圧力値が0.84MPa〜0.85MPaの圧力区分にある場合には、優先順位第1位のボイラのみ低燃焼でほかのボイラは停止として蒸発量の値は1、蒸気圧力値が0.83MPa〜0.84MPaの圧力区分にある場合には、優先順位が第1位と第2位のボイラを低燃焼として蒸発量の値は2としており、以下同様に蒸気圧力値が0.74MPa未満となり、すべてのボイラを高燃焼とし、蒸発量の値が12となるまでの燃焼状態を定めている。
【0005】
停止しているボイラを低燃焼へ変更又は低燃焼を行っているボイラを高燃焼へ変更することで蒸発量は増加し、逆に低燃焼を行っているボイラを停止又は高燃焼を行っているボイラを低燃焼へ変更することで蒸発量は減少する。ボイラの燃焼状態を低燃焼と高燃焼で変更する場合や燃焼を停止する場合は、短時間で蒸発量を変化させることができるが、停止していたボイラの燃焼を開始する場合、プレパージなどの準備に要する時間が必要であるため、燃焼開始指令から実際に蒸気を発生し始めるまでに比較的長い時間が掛かる。蒸気圧力値が0.80MPa以下であって、蒸発量を増加するには低燃焼のボイラを高燃焼へ変更することで行っている場合、燃焼量の変更はごく短時間で行える。しかし蒸気圧力値が0.80MPa以上であって、蒸発量の増加は停止しているボイラを低燃焼へ変更することで行っている場合、蒸発量の変更に時間が掛かかることになっていた。
【0006】
また、蒸気圧力制御範囲を分割する圧力区分数が多くなると、各圧力区分の圧力幅が狭くなり、蒸気圧力値が変化している場合には短時間で次の圧力区分に移行することになる。燃焼開始の出力から実際に蒸気が発生するまでの時間が長く掛かり、かつ圧力区分の圧力幅が狭い場合、蒸気発生の準備を行っている間に蒸気圧力値が低下してさらに低圧側の圧力区分となり、本来なら燃焼を行う必要のないボイラに対しても燃焼を開始させることがある。例えば、燃焼台数を1台増加するだけで蒸気圧力は安定するはずであったのに、燃焼指示を行っても蒸気圧力が更に低下しているとして、2台以上のボイラに燃焼指示を送ると、蒸気供給が始まれば蒸発量が大きくなりすぎているために蒸気圧力が急上昇することになる。この場合、燃焼開始直後に燃焼台数を減少する出力を行わなければならなくなり、蒸発量を急に減少することで再び蒸気圧力が低下するということを繰り返すハンチングを引き起こすことがある。
【0007】
ハンチングを引き起こした場合には、蒸気供給の安定性が悪化することになり、またボイラが頻繁に発停することになるとボイラの効率が低下し、さらに発停回数が多くなると機器の寿命が短くなるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラの多缶設置システムにおいて、ハンチングが発生することを防止し、蒸気の供給を安定させることにある。
【0009】
請求項1に記載の発明は、並列に設置した複数台のボイラ、ボイラで発生した蒸気の圧力を検出する圧力検出装置、検出した蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置を備えている多缶設置ボイラであって、前記台数制御装置には、蒸気圧力制御範囲を複数の圧力区分に分割し、圧力区分ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、前記圧力検出装置にて検出した蒸気圧力値と前記燃焼パターンに基づき、各ボイラの燃焼状態を制御する台数制御を行っている多缶設置ボイラにおいて、
蒸気圧力制御範囲内に台数制限用設定値と台数制限解除用設定値を定めておき、蒸気圧力値が台数制限用設定値よりも高くなると、台数制御の対象とするボイラの台数と圧力区分数を少なくした燃焼パターンに基づく台数制御を行い、蒸気圧力値が台数制限解除用設定値より低くなると、台数制御の対象とするボイラの台数と圧力区分数を多くした燃焼パターンに基づく台数制御を行うものであって、
前記の燃焼パターンではそれぞれで複数の圧力区分を設定しており、台数制御対象台数を少なくした燃焼パターンでの圧力区分は、蒸気圧力値が台数制限用設定値より高くなることで台数制御対象台数を少なくした燃焼パターンに変更した時に入る圧力区分を基準としたとき、基準となる圧力区分の低圧側に少なくとも1つの圧力区分を設け、前記台数制限解除用設定値は基準となる圧力区分よりも1つ低圧側に設けている圧力区分内の値よりも更に低い値としていることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、台数制御対象ボイラ減少後における蒸気圧力制御範囲を、台数制御対象ボイラ減少前における蒸気圧力制御範囲より高くしていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明を実施する多缶設置ボイラの設置例、図2は第1の実施例における圧力区分とボイラの燃焼状態の関係を示した説明図、図3は第2の実施例における圧力区分とボイラの燃焼状態の関係を示した説明図である。高燃焼・低燃焼・停止の3位置で燃焼制御を行うボイラを複数台設置しておき、各ボイラ1で発生させた蒸気を集合させるスチームヘッダ4を設ける。ボイラ1とスチームヘッダ4の間を蒸気配管5で結んでおき、発生させた蒸気はスチームヘッダ4に集合させた後で蒸気使用部2へ送る。スチームヘッダ4には、蒸気圧力を検出する圧力検出器6を設け、圧力検出器6で検出した蒸気圧力値は台数制御装置3へ送る。各ボイラには、それぞれに運転制御装置7を設けており、運転制御装置7は台数制御装置3からの燃焼要求信号を受けてボイラの燃焼制御を行う。
【0012】
台数制御装置3にて行うボイラの台数制御は、台数制御装置3に設定している燃焼パターンに基づいて行い、圧力検出器6で検出した蒸気圧力値が低いほど燃焼量を多くし、蒸気圧力値が高いほど燃焼量を少なくする。蒸気の発生量が蒸気の使用量より大きい場合には蒸気圧力は上昇し、蒸気の発生量が蒸気の使用量より小さい場合には蒸気圧力は低下することとなり、蒸気圧力値を制御圧力幅内に保つようにボイラの燃焼量を制御する。
【0013】
まず図2に記載の第1の実施例に基づいて説明を行う。本実施例では、高燃焼・低燃焼・停止で燃焼を制御する3位置燃焼制御のボイラを6台設置し、蒸気圧力制御範囲は0.74MPa〜0.85MPaとしており、ボイラ1台当たりの蒸発量の値を、低燃焼の場合には1、高燃焼の場合には2として、従来の技術欄に記載した条件と同じにしておく。図2でも、高燃焼の状態を「H」、低燃焼の状態を「L」、停止の状態を「−」で表しており、各燃焼状態における全体での蒸発量を数値で記載している。
【0014】
台数制御装置3には、すべてのボイラを用いて台数制御を行う燃焼パターンであるパターンAと、一部のボイラを台数制御の対象から外して残りのボイラのみで台数制御を行う燃焼パターンであるパターンBを設定している。パターンAは、6台のボイラで台数制御を行うものであり、蒸気圧力値を13の圧力区分に分割しておき、区分ごとにボイラの燃焼状態を定めている。蒸気圧力制御範囲内での各圧力区分の幅は0.01MPa分であり、蒸気圧力値が0.01MPa変化するごとに燃焼量の変更を行う。パターンBは、低負荷時におけるハンチングを防止する台数制御であり、6台設置しているボイラのうち、半分のボイラを台数制御対象から切り離し、残り3台のボイラで台数制御を行うものである。蒸気圧力値を7つの圧力区分に分割しておき、区分ごとにボイラの燃焼状態を定めている。この場合の圧力区分幅は0.02MPa分であり、蒸気圧力値が0.02MPa変化するごとに燃焼量の変更を行う。台数制御対象外のボイラは「×」で示しており、優先順位が第4位以降のボイラは蒸気圧力値に関係なく燃焼は行わない。
【0015】
台数制御はパターンAとパターンBのいずれかに基づいて行い、パターンAとパターンBは負荷状況によって切り替える。パターンAからパターンBへ切り替える台数制限用設定値は0.82MPaとしておき、パターンAにて台数制御を行っている場合に蒸気圧力値が0.82MPaを上回ると、パターンBによる台数制御へ切り替える。また、パターンBからパターンAへ切り替える台数制限解除用設定値は0.77MPaとしておき、パターンBにて台数制御を行っている場合に蒸気圧力値が0.77MPaを下回ると、パターンAによる台数制御へ切り替える。そのため、パターンAにおける蒸気圧力値が0.82MPa以上の領域と、パターンBにおける0.77MPa以下の領域は使用しないことになる。なお、本実施例では従来例と比較しやすくするために使用しない圧力区分の領域であっても燃焼状態を記載しているが、実際の台数制御装置3には使用しない領域では燃焼状態を設定する必要はない。
【0016】
以下、更に具体的に説明する。パターンAによって台数制御を行っている場合、蒸気圧力値が0.81MPaから0.82MPaの圧力区分内にあれば、ボイラの燃焼状態は「LLLL」であり、4台のボイラが低燃焼を行う。その後に蒸気圧力値が上昇し、0.82MPaを越える圧力区分になるとき、パターンBの台数制御へ移行する。パターンBへ移行した時点では0.81MPaから0.83MPaの圧力区分に入り、該圧力区分におけるボイラの燃焼状態は低燃焼が2台であるため、優先順位が第3位のボイラと第4位のボイラを停止し、優先順位が第1位と第2位のボイラは低燃焼を継続する。蒸気圧力値が更に上昇し、蒸気圧力値が0.83MPaから0.85MPaの圧力区分に入ると、優先順位が第2位のボイラを停止し、逆に蒸気圧力値が低下して0.79MPaから0.81MPaの圧力区分内に入ると、優先順位が第3位のボイラを低燃焼とする。
【0017】
その後も蒸気圧力値が台数制限解除用設定値へ低下するまでは、パターンBによる台数制御を行う。パターンBの圧力区分に基づいてボイラの台数制御を行っている場合に、蒸気圧力値が0.77MPaより低くなると、パターンAによる台数制御へ切り替える。パターンBの0.77MPaから0.79MPaの圧力区分におけるボイラの燃焼状態は「HLL」であるが、パターンAの0.76MPaから0.77MPaの圧力区分におけるボイラの燃焼状態は「HHHLLL」であるため、高燃焼のボイラを2台と低燃焼のボイラを1台追加する。その後はパターンAに基づいて台数制御を行い、蒸気圧力値が更に低下し、蒸気圧力値が0.75MPaから0.76MPaの圧力区分に入ると、低燃焼を行っていた優先順位が第4位のボイラを高燃焼とし、逆に蒸気圧力値が上昇して0.77MPaから0.78MPaの圧力区分内に入ると、高燃焼を行っていた優先順位が第3位のボイラを低燃焼とする。以降も蒸気圧力値が台数制限用設定値である0.82MPaを上回るまでは、パターンAに基づいてボイラの台数制御を行う。
【0018】
パターンAに基づいて台数制御を行う場合、すべてのボイラが低燃焼以上の燃焼状態である高負荷時には、低燃焼のボイラを高燃焼とすることで燃焼量を増加することができるため、燃焼量の増加は短時間で行うことができ、圧力区分の幅が狭くてもハンチングを発生することはない。しかし同じパターンAに基づく台数制御であっても、停止しているボイラを低燃焼とすることで蒸発量を増加する場合には比較的長い時間が必要であるため、圧力区分の幅が狭ければハンチングを引き起こすことがある。特に燃焼台数が少ない低負荷の場合、1台のボイラの発停でも蒸気圧力値に大きな影響を与えることになるためハンチングを発生しやすい。
【0019】
低負荷の場合には、台数制御の対象とするボイラの台数を制限し、圧力区分の幅を広げたパターンBとすることでハンチングの発生を防止することができる。パターンBにおける各圧力区分の幅はパターンAの場合の2倍であり、圧力区分の幅が広ければ蒸気圧力値が変化している時に、蒸気圧力値が1つの圧力区分内にとどまる時間が長くなる。つまりパターンBの場合は、わずかな圧力変動では燃焼量の変更を行わず、蒸気圧力値が一様に低下していたとしても、次の圧力区分に入るまでの時間が長くなる。そのため、短時間に必要台数以上のボイラに対して燃焼開始を指示することによって発生するハンチングは起こりにくくなる。ただし、ボイラの運転台数を制限することによって蒸気供給量が不足してはならないため、パターンBによる台数制御で蒸気圧力値がある程度以下にまで低下した場合には、パターンAによる台数制御に切り替え、蒸気圧力値を上昇させることができるようにしておく。
【0020】
なお、台数制限用設定値と台数制限解除用設定値は任意の値に定めることができるが、台数制限用設定値は台数制御対象としているボイラの負荷で25%程度、台数制限解除用設定値は台数制御対象としているボイラの負荷で80%程度をめどに設定すると、蒸気圧力を安定させることができる。
【0021】
次に図3に基づき、第2の実施例に関する説明を行う。第2の実施例の場合、第1の実施例で説明したパターンBに代えて、台数制御対象ボイラ減少後における蒸気圧力制御範囲を、台数制御対象ボイラ減少前における蒸気圧力制御範囲より高くした燃焼パターンであるパターンCを設定している。パターンCの蒸気圧力制御範囲が高くなっていることと、パターンCからパターンAへ切り替える台数制限解除用設定値が0.79MPaになったこと以外は第1の実施例と同じである。
【0022】
パターンAによって台数制御を行っている場合、蒸気圧力値が0.81MPaから0.82MPaの圧力区分内にあれば、ボイラの燃焼状態は「LLLL」であり、4台のボイラを低燃焼とする。蒸気圧力値が上昇し、0.82MPaを越える圧力区分になるとき、パターンCの台数制御へ移行する。パターンCへ移行した時点では0.81MPaから0.83MPaの圧力区分に入り、該圧力区分におけるボイラの燃焼状態は低燃焼が3台であるため、優先順位が第4位のボイラを停止し、優先順位が第1位から第3位のボイラは低燃焼を継続する。その後はパターンCに基づき、蒸気圧力値が上昇するとボイラの燃焼台数を少なくし、蒸気圧力値が低下するとボイラの燃焼台数を多くする制御を行う。
【0023】
パターンCの圧力区分に基づいてボイラの台数制御を行っている場合に、蒸気圧力値が0.79MPaより低くなると、パターンAによる台数制御へ切り替える。パターンCの0.79MPaから0.81MPaの圧力区分におけるボイラの燃焼状態は「HLL」であるが、パターンAの0.78MPaから0.79MPaの圧力区分におけるボイラの燃焼状態は「HLLLLL」であるため、低燃焼のボイラを3台追加する。以降は蒸気圧力値が台数制限用設定値である0.82MPaを上回るまでは、パターンAに基づいてボイラの台数制御を行う。2つの燃焼パターンを切り替える場合、圧力区分の取り方が異なるためにボイラの燃焼状態は必ず変更しなければならないが、パターンCの蒸気圧力制御範囲を高めたことにより、燃焼パターン切替え時に必要となるボイラの燃焼状態変更量を少なくすることができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明を実施することで、燃焼の発停を繰り返すハンチングの発生を防止でき、蒸気供給の安定、ボイラの効率向上、機器寿命の延長などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施するボイラ多缶設置システムの設置例
【図2】 第1実施例における圧力区分とボイラの燃焼状態の説明図
【図3】 第2実施例における圧力区分とボイラの燃焼状態の説明図
【図4】 従来の場合の圧力区分とボイラの燃焼状態の説明図
【符号の説明】
1 ボイラ
2 蒸気使用部
3 台数制御装置
4 スチームヘッダ
5 蒸気配管
6 圧力検出器
7 運転制御装置
Claims (2)
- 並列に設置した複数台のボイラ、ボイラで発生した蒸気の圧力を検出する圧力検出装置、検出した蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼台数を制御する台数制御装置を備えている多缶設置ボイラであって、前記台数制御装置には、蒸気圧力制御範囲を複数の圧力区分に分割し、圧力区分ごとにボイラの燃焼状態を定めた燃焼パターンを設定しておき、前記圧力検出装置にて検出した蒸気圧力値と前記燃焼パターンに基づき、各ボイラの燃焼状態を制御する台数制御を行っている多缶設置ボイラにおいて、
蒸気圧力制御範囲内に台数制限用設定値と台数制限解除用設定値を定めておき、蒸気圧力値が台数制限用設定値よりも高くなると、台数制御の対象とするボイラの台数と圧力区分数を少なくした燃焼パターンに基づく台数制御を行い、蒸気圧力値が台数制限解除用設定値より低くなると、台数制御の対象とするボイラの台数と圧力区分数を多くした燃焼パターンに基づく台数制御を行うものであって、
前記の燃焼パターンではそれぞれで複数の圧力区分を設定しており、台数制御対象台数を少なくした燃焼パターンでの圧力区分は、蒸気圧力値が台数制限用設定値より高くなることで台数制御対象台数を少なくした燃焼パターンに変更した時に入る圧力区分を基準としたとき、基準となる圧力区分の低圧側に少なくとも1つの圧力区分を設け、前記台数制限解除用設定値は基準となる圧力区分よりも1つ低圧側に設けている圧力区分内の値よりも更に低い値としていることを特徴とする台数制御を行う多缶設置ボイラ。 - 請求項1に記載の台数制御を行う多缶設置ボイラにおいて、台数制御対象ボイラ減少後における蒸気圧力制御範囲を、台数制御対象ボイラ減少前における蒸気圧力制御範囲より高くしていることを特徴とする台数制御を行う多缶設置ボイラ。
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