JP4419156B1

JP4419156B1 - ボイラ

Info

Publication number: JP4419156B1
Application number: JP2009119304A
Authority: JP
Inventors: 務佐々木; 亮宮川; 哲二名本; 浩二三浦
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: JP2010266157A; CN102149969B; US20120042839A1; KR20110055658A; US8573162B2; CN102149969A; WO2010131300A1; KR101271107B1

Abstract

【課題】多段階の燃焼ステージで燃焼量を制御するボイラにおいて、燃焼ステージ間の移行キャンセルを可能にしつつ、キャンセルに伴う不具合の発生を防ぐことができるボイラを提供する。
【解決手段】本実施形態に係るボイラ１は、燃焼用空気の供給量を可変な給気装置１０と、燃料の供給量を可変な燃料供給装置５と、多段階の燃焼ステージを実現するために、各燃焼ステージに応じた供給量となるように給気装置１０及び燃料供給装置５を制御する制御手段２０と、を備え、制御手段２０は、所定の燃焼ステージから他の燃焼ステージへの移行中に移行キャンセルの要求を受けた場合、前記所定の燃焼ステージに戻るように給気装置１０及び燃料供給装置５を制御すると共に、再キャンセル禁止期間Ｔ_Bが経過するまでは、他の燃焼ステージへの移行の制御を行わないように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を燃焼させて得た熱を水に伝え、水蒸気や温水に換える熱源機器であるボイラに関し、特に、複数の燃焼ステージで燃焼制御を行う際のステージ間の移行制御に関する。

従来から、燃焼用空気の供給量を可変な給気装置と、燃料の供給量を可変な燃料供給装置とを備え、燃焼量を、高燃焼、低燃焼、停止等の複数の燃焼状態で制御するよう構成されたボイラが提供されており、例えば、下記特許文献１及び２に開示されている。

このように複数の燃焼ステージで燃焼量を制御するボイラでは、給気装置の送風機のファンの回転速度を増減したり、ダンパ装置の開度を変更したりすることで各燃焼状態において必要とされる量の燃焼用空気を供給すると共に、燃料弁として比例制御弁を用いたり、複数の燃料弁を選択的に開閉したりすることで各燃焼状態において必要とされる量の燃料を供給している。

特開２００６−１４５１２１号公報特開２００５−１７２３６５号公報

従来のボイラでは、低燃焼から高燃焼への移行途中に負荷変動が生じ、移行をキャンセルして低燃焼に戻したい場合であっても、ハンチングの発生や送風機のインバータへの負担等を考慮して、キャンセル処理を受け付けないように構成されていた。

ここで、送風機の回転速度の変更やダンパ装置の開度を変更させるためには、ある程度の時間を要するため、燃焼ステージを移行するためにはある程度の時間を要する。この移行時間は、低燃焼と高燃焼とのターンダウン比が大きくなればなるほど長くなるため、ターンダウン比の大きいボイラにおいて従来のように移行中のキャンセルを受け付けないように構成すると、要求される蒸気量とボイラから供給される蒸気量の乖離が大きくなってしまう。

例えば、低燃焼から高燃焼へと移行中に低燃焼への移行要求があった場合に、高燃焼への移行をキャンセルできなければ、蒸気のオーバーシュートによりボイラが停止しまうこともある。いったんボイラが停止してしまうと、再起動には時間がかかるため、負荷追従ができなくなり、システム全体の停止につながる可能性もある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多段階の燃焼ステージで燃焼量を制御するボイラにおいて、燃焼ステージ間の移行キャンセルを可能にしつつ、キャンセルに伴う不具合の発生を防ぐことができるボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るボイラは、燃焼用空気の供給量を可変な給気装置と、燃料の供給量を可変な燃料供給装置と、多段階の燃焼ステージを実現するために、各燃焼ステージに応じた供給量となるように前記給気装置及び前記燃料供給装置を制御する制御手段と、を備えるボイラ用燃焼装置において、前記制御手段は、所定の燃焼ステージから他の燃焼ステージへの移行中に移行キャンセルの要求を受けた場合、前記所定の燃焼ステージに戻るように前記給気装置及び前記燃料供給装置を制御すると共に、所定期間が経過するまでは、他の燃焼ステージへの移行の制御を行わないように制御することを特徴とする。

本発明によれば、多段階の燃焼ステージで燃焼量を制御するボイラにおいて、燃焼ステージ間の移行キャンセルを可能にしつつ、キャンセルに伴う不具合の発生を良好に防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式図である。図２は、本実施形態に係るボイラの基本的な制御チャートを示す図である。図３は、本実施形態に係るボイラの燃焼ステージ間の移行中に移行キャンセルがなされた場合の制御チャートを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るボイラについて説明する。図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式図である。同図に示すように、ボイラ１は、缶体２、バーナ４、燃料供給装置としての燃料弁５、給気装置としての送風機１０、ダンパ１４、制御器２０を備えている。

燃料弁５は、バーナ４へ供給する量を連続的に可変な比例制御弁であり、図示しない燃料供給源に接続されている。燃料としては、ガス等の気体燃料や油等の液体燃料が用いられる。送風機１０は、インバータ１２によって周波数を連続的に可変されるファン１１を備えており、回転速度を変更することで、燃料用空気の供給量が調整される。

ボイラ１の制御を行うための制御器２０は、燃料弁５、ファン１１、ダンパ１４と接続されており、これらの動作を制御する。なお、制御器２０は、インバータ１４を介してファン１１と接続されている。また、本実施形態におけるボイラ１の低燃焼と高燃焼のターンダウン比は、１：５である。

続いて、図２を参照しながら、ボイラ１における燃焼制御について説明する。図２は、本実施形態に係るボイラの基本的な制御チャートを示す図である。同図では、燃焼ステージを低燃焼Ｌから高燃焼Ｈへ移行させ、さらに低燃焼Ｌへと移行させた状態を示している。ボイラ１は、燃焼ステージに応じてファン１１の周波数を変更することで、燃焼用空気の供給量を調整しており、図２の横軸が時間[s]、縦軸がファン１１の周波数[Hz]を示している。なお、燃料の供給量は、ファン１１の周波数に応じて供給量が調整されるように制御器２０が燃料弁５を制御している。

本実施形態では、ファン１１は、低燃焼の周波数が18Hz、高燃焼の周波数が80Hzに設定されている。図中Ｔ_Hは、ボイラ１において、Ｌ→Ｈに移行して安定するまでに要する時間（高燃保持時間）であり、ファン１１が低燃周波数から高燃周波数に移行するまでの時間Ｔ₁と、バーナ４、インバータ１２、ダンパ１２等の部材による制約のためのマージンＴ₂とを足した時間である。

また、Ｔ_Lは、ボイラ１において、Ｈ→Ｌに移行して安定するまでに要する時間（低燃保持時間）であり、ファン１１が高燃周波数から低燃周波数に移行するまでの時間Ｔ₃と、上記Ｔ₂と同様のマージンＴ₄を足した時間である。なお、本実施形態に係るボイラ１の高燃保持時間Ｔ_Hは13s、低燃保持時間Ｔ_Lは、16sに設定されている。

続いて、図３を参照しながら、ボイラ１におけるキャンセル要求に対する燃焼制御について説明する。図３は、本実施形態に係るボイラにおいて、ステージ移行中に移行キャンセル要求がなされた場合の制御チャートを示す図である。同図に示すように、ボイラ１は、ｔ₁までは低燃焼ステージにあり、ｔ₁において高燃焼への移行要求を受け、ステージ移行が開始される。具体的には、制御器２０の制御により、18Hzであったファン１１の周波数が徐々に引き上げられると共に、ファン１１の回転周波数の引き上げに対応して燃料弁５も徐々に開かれ、燃料の供給量も増加する。

その後、ｔ₂において、移行キャンセルの要求、すなわち、高燃焼への移行をキャンセルして低燃焼へと戻る旨の要求が制御器２０においてなされると、今回のステージ移行Ｌ→Ｈにおいて一回目のキャンセルであるので、その移行キャンセルに応じてリターンが開始され、ｔ₂からファン１１の周波数が徐々に引き下げられる。

ｔ₂からリターンが開始されると、制御器２０は、所定の期間、その後の再度の移行キャンセルを禁止して受け付けないよう制御する。この再キャンセル禁止期間Ｔ_Bは、リターンに要する時間であるリターン保持時間Ｔ_Rが経過して低燃焼Ｌに戻り（ｔ₂〜ｔ₄）、且つ、所定の付加禁止期間Ｔ_P（ｔ₄〜ｔ₅）が経過するまでの期間、すなわち、Ｔ_B＝Ｔ_R＋Ｔ_Pである。

この付加禁止期間Ｔ_Pは、ボイラ１の設置状況等に応じて決められるパラメータであり、例えば、0〜5秒に適宜設定することができる。高燃焼Ｈへの移行が開始されてから移行キャンセルされるまでの時間（ｔ₁〜ｔ₂）をＴ_Aとすると、Ｔ_Bは、Ｔ_B＝（Ｔ_A／Ｔ_H×Ｔ_L）＋Ｔ_Pにより求められる。

図３では、再キャンセル禁止期間Ｔ_Bの経過と同時（ｔ₅）に、高燃焼への移行要求を受け、高燃焼への移行が開始されている。高燃焼への移行後、ｔ₇から低燃焼への移行が開始され、その後、ｔ₈において移行キャンセルの要求がなされている。この移行キャンセルは、今回のステージ移行Ｈ→Ｌにおいて一回目のキャンセルであるので、リターンが開始され、ｔ₈からファン１１の周波数が徐々に引き上げられている。

そして、ｔ₁₀でリターン保持時間Ｔ_R’が経過して高燃焼に移行し、同時に低燃焼への移行要求を受け、低燃焼への移行が開始されている。これは、本実施形態では、高燃焼へのリターンの場合にはＴ_P＝0に設定されているからである。低燃焼への移行は、負荷が軽くなり蒸気圧力が過剰の場合になされるので、なるべく早期に低燃焼への移行を行わないと、ボイラ１を停止せざるを得なくなるおそれもあるため、本実施形態では、高燃焼へのリターンした場合の付加禁止期間Ｔ_Pを0としている。よって、高燃焼へリターンした場合の再キャンセル禁止期間Ｔ_B’は、リターン保持時間Ｔ_R’と等しくなる。

なお、制御器２０は、高燃焼から低燃焼への移行が所定時間内に所定回数キャンセルされた場合には、低燃焼へ強制的に移行させ、所定時間経過するまでは、高燃焼への移行を受け付けないように設定されている。これは、低燃焼への移行が開始されると、給水が開始されて水位が上がるが、キャンセルが繰り返される（例えば、３回以上）と水位が上がり過ぎてしまうこともあるためである。このように強制的に低燃焼に移行させることで、水位を安定させることができる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態によれば、燃焼ステージ間の移行中にキャンセルの要求があった場合に、キャンセルを受け付けて元の燃焼ステージへリターンするように制御しているため、要求される蒸気量とボイラから供給される蒸気量との乖離を抑えることができる。また、本実施形態では、いったんキャンセルを受け付けると、元の燃焼ステージに戻るまでは再度のキャンセルを受け付けないように構成されているので、キャンセルの繰り返しによるハンチングの発生等の不具合を防止することもできる。

なお、本発明の実施形態は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、高燃焼、低燃焼、停止の三位置制御のボイラを例に挙げて説明したが、高燃焼、中燃焼、低燃焼、停止の四位置制御のボイラ等、多段階の燃焼ステージを有するボイラであれば、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、燃焼ステージ間移行中のキャンセルを一回だけ受け付けるように制御しているが、二回だけ受け付けるように構成しても良い。また、上記実施形態では、燃焼ステージ間移行中のキャンセルを一回受け付けると、元の燃焼ステージに戻るまで（リターン保持時間Ｔ_Rが経過するまで）は、他の燃焼ステージへの移行要求を受け付けないように制御しているが、必ずしも元の燃焼ステージに完全に戻るまでとする必要はなく、例えば、再キャンセル禁止期間Ｔ_Bを、元の燃焼ステージ付近まで戻るまでの所定の期間としても良い。

また、上記実施形態では、燃料の供給量を可変な燃料供給装置として、比例制御弁を用いたが、供給量を可変な部材であれば、適宜他の部材を用いることができるのは言うまでもない。例えば、複数の電磁弁を並列に配置して、選択的に開閉することで、供給量を調整する供給装置としても良い。

１ボイラ
２缶体
４バーナ
５燃料弁
１０送風機
１１ファン
１２インバータ
１４ダンパ
２０制御器

Claims

燃焼用空気の供給量を可変な給気装置と、燃料の供給量を可変な燃料供給装置と、多段階の燃焼ステージを実現するために、各燃焼ステージに応じた供給量となるように前記給気装置及び前記燃料供給装置を制御する制御手段と、を備えるボイラ用燃焼装置において、
前記制御手段は、所定の燃焼ステージから他の燃焼ステージへの移行中に移行キャンセルの要求を受けた場合、前記所定の燃焼ステージに戻るように前記給気装置及び前記燃料供給装置を制御すると共に、所定期間が経過するまでは、他の燃焼ステージへの移行の制御を行わないように制御することを特徴とするボイラ用燃焼装置。
前記所定期間は、少なくとも前記移行キャンセルにより前記所定の燃焼ステージに戻るまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のボイラ用燃焼装置。