JP5961962B2 - ボイラの蒸気量計測方法，ボイラの負荷分析方法，ボイラの蒸気量計測装置およびボイラの負荷分析装置 - Google Patents

Description

この発明は、蒸気流量計を用いることなく蒸気量を計測するボイラの蒸気量計測方法，ボイラの負荷分析方法，ボイラの蒸気量計測装置，およびボイラの負荷分析装置に関するものである。

従来、蒸気流量計を用いることなく蒸気量を計測する簡易蒸気量計測方法は、特許文献１や特許文献２にて知られている。特許文献１の方法は、燃料流量計による直接的な燃料流量信号を用いて蒸気量を算出するものである。また、特許文献２の方法は、ピトー管により全圧と静圧の差から煙道内の排ガス流速を測定して、燃料流量を算出し、間接的に算出した燃料流量信号を用いて蒸気量を推定するものである。特許文献１，２のいずれもボイラの入出熱量から蒸気量を推定する方法である。

特許第２７３７７５３号公報 特開２０１０−１３９２０７号公報

従来の特許文献１や特許文献２のようなボイラの入出熱量から蒸気量を算出する方法には、つぎの課題がある。すなわち、ボイラの入出熱量による蒸気量推定は、実際蒸気量計測とは時間変化速度が違っているので、刻々と変化する蒸気量を応答遅れなく計測できない。例えば、ボイラの間歇給水、間歇ブローや給水温度の変動などが計測中に生ずると蒸気量の時間的変化を正確に計測することができない（伝熱や蓄熱・放熱による遅れが介在するため）。

また、特許文献１，２の蒸気量推定方法は、ボイラの入出熱量による蒸気量推定に重要なデータとなる発熱量などの燃料物性値が変化すると、推定する蒸気量が変化してしまうという課題である。特に、海外の石炭焚きでは炭種にも依存するが実際の使用直前の野積みの破砕炭では水分量の影響が大きく、燃料物性値が変化する。すると、発熱量・理論排ガス量が違ってくるので、推定する蒸気量は変化してしまう。

この発明が解決しようとする課題は、蒸気流量計を用いることなく、刻々と変化する蒸気量を応答遅れなく計測するとともに、燃料物性値が変化しても蒸気量を特許文献１，２の従来方法と比較して正確に算出することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、蒸気ボイラからの蒸気量の時間的変動を連続的に計測するボイラの蒸気量計測方法であって、
前記蒸気ボイラの缶体または蒸気流出路の所定位置である第一検出位置と前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する差圧計測ステップと、
前記第一検出位置の圧力が一定時間連続して圧力の変動幅±数％以内の場合に、前記蒸気流出路に所定流量の蒸気または蒸気に代わる流体を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから圧力損失係数Ｋを算出する圧力損失係数算出ステップと、
前記差圧計測ステップで前記蒸気流出路の蒸気流を直接検出して連続的に計測した差圧ΔＰおよび前記圧力損失係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋから蒸気量Ｘを連続的に算出し計測値として出力する蒸気量算出・出力ステップとを含むボイラの蒸気量計測方法を特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、蒸気流を直接検出して差圧ΔＰから蒸気量Ｘを算出するので、刻々と変化する蒸気量Ｘを応答遅れなく計測できるとともに、圧力損失係数Ｋを算出後は、燃料物性値に関係なく蒸気量Ｘを算出するので、燃料物性値が変化しても蒸気量を特許文献１，２の従来方法と比較して正確に算出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記圧力損失係数算出ステップは、前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する算出元データ計測ステップと、計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含むことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、圧力損失係数Ｋを簡易に算出することができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記算出元データは、前記蒸気ボイラへの燃料流路の燃料流量Ｎまたは前記蒸気ボイラの排ガス流路の排ガス流速Ｍであることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明による効果に加えて、前記基準蒸気量Ｘ０を燃料流量Ｎまたは排ガス流速Ｍにより簡易に算出することができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の蒸気量計測方法を用い、前記蒸気ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定および／または蒸気使用量の時間的変動の傾向測定を行うボイラの負荷分析方法を特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の蒸気量計測方法により出力された蒸気量Ｘに基づき、前記蒸気ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定および／または実際の蒸気使用量の時間変動の傾向測定を正確に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、蒸気ボイラの蒸気量の時間的変動を連続的に計測するボイラ
の蒸気量計測装置であって、
前記蒸気ボイラの缶体または蒸気流出路の所定位置である第一検出位置と前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する差圧検出手段と、
前記第一検出位置の圧力が一定時間連続して圧力の変動幅±数％以内の場合に、前記蒸気流出路に所定流量の蒸気または蒸気に代わる流体を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから算出された圧力損失係数Ｋおよび前記差圧検出手段にて前記蒸気流出路の蒸気流を直接検出して連続的に計測した差圧ΔＰから蒸気量Ｘを連続的に算出し計測値として出力する制御器とを備えるボイラの蒸気量計測装置を特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、蒸気流量計を用いることなく、刻々と変化する蒸気量Ｘを応答遅れなく計測できるとともに、圧力損失係数Ｋを算出後は、燃料物性値が変化しても蒸気量を従来方法と比較して正確に算出することが可能なボイラの蒸気量計測装置を提供できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する元データ計測手段を備え、前記制御器による圧力損失係数算出ステップは、計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含むことを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明による効果に加えて、圧力損失係数Ｋを簡易に算出することができるという効果を奏する。

請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記元データ計測手段は、前記蒸気ボイラへの燃料流路の燃料流量Ｎを計測する燃料流量計または前記蒸気ボイラの排ガス流路の排ガス流速Ｍを計測する排ガス流速計であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明による効果に加えて、前記基準蒸気量Ｘ０を燃料流量計または排ガス流速計により簡易に計測することができるという効果を奏する。

さらに、請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の蒸気量計測装置を備え、前記蒸気ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定および／または蒸気使用量の時間的変動の傾向測定を行うボイラの負荷分析装置を特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、蒸気流量計を用いることなく、刻々と変化する蒸気量Ｘを応答遅れなく計測できるとともに、圧力損失係数Ｋを算出後は、燃料物性値が変化しても蒸気量を従来方法と比較して正確に算出して、負荷分析を行えるボイラの負荷分析装置を提供することができる。

この発明によれば、蒸気流量計を用いることなく、刻々と変化する蒸気量を応答遅れなく計測するとともに、圧力損失係数Ｋを算出後は、燃料物性値が変化しても蒸気量を従来方法と比較して正確に算出することができる。

この発明を実施した蒸気量計測装置の実施例１の概略構成図である。 同実施例１の制御プログラムを説明するフローチャート図である。 同実施例１の他の制御プログラムを説明するフローチャート図である。 同実施例１においてボイラの缶体内圧力Ｐ１と計測した蒸気量Ｘとの時間的変化を示す図である。 この発明を実施した蒸気量計測装置の実施例２の概略構成図である。

つぎに、この発明のボイラの蒸気量計測方法の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、既設の蒸気ボイラに用いる蒸気量計測装置に好適に実施される。前記蒸気ボイラは、ガス燃料，液体燃料，固体燃料を燃焼させるボイラ、ならびに電気ボイラや排ガスボイラを含む。

この実施の形態を具体的に説明する。この実施の形態は、刻々と変化する蒸気ボイラ（以下、単にボイラと称する。）の蒸気量Ｘの時間的変動を連続的に計測するボイラの蒸気量計測方法である。なお、蒸気量は、蒸気発生量，蒸気流量と言い換えることができる。

この実施の形態の特徴部分は、つぎの差圧計測ステップ，圧力損失係数算出ステップ，蒸気量算出・出力ステップを含むところにある。以下に、各ステップについて説明する。

（差圧計測ステップ）
差圧計測ステップは、前記ボイラの缶体，または缶体からの蒸気流出路（蒸気流出管または蒸気流出管路と言い換えることができる。）の所定位置である第一検出位置の圧力Ｐ１と、前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置の圧力Ｐ２との差である差圧ΔＰ（＝Ｐ１―Ｐ２）を計測するステップである。

前記第一検出位置は、前記缶体内とすることができる。また、前記第二検出位置も、スチームヘッダとすることができる。勿論、前記第一検出位置および前記第二検出位置は、缶体やスチームヘッダでなく、前記蒸気流出路とすることができる。前記スチームヘッダは、前記ボイラからの蒸気を貯留し、蒸気使用機器へ分配する蒸気集合部である。

（圧力損失係数算出ステップ）
また、圧力損失係数算出ステップは、好ましくは、前記蒸気流出路に所定流量の蒸気を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから圧力損失係数Ｋを算出するステップ（第一形態の算出ステップという。）である。しかしながら、前記蒸気流出路に蒸気に代わる所定流量の流体（気体または液体）を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから圧力損失係数Ｋを算出するステップ（第二形態の算出ステップという。）とすることもできる。

まず、第一形態の算出ステップについて説明する。この算出ステップは、前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する算出元データ計測ステップと、前記差圧計測ステップと、計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから下式１の圧力損失計算式１に基づき圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含んで構成される。流動管路の弁、曲がりなどの損失要素の総和をＫとすれば圧力損失は式１で表される。
ΔＰ＝Ｋ×Ｘ^２÷ρ・・・・・・式１
但し、ρは、圧力Ｐ１（あるいはＰ１とＰ２の平均値）における蒸気比重量（この値は既存の蒸気圧のみの関係式を利用して算出できる。）

式１は、速度Ｖの関係として一般的用いられている圧力損失算出式Ａに蒸気量Ｘの算出式Ｂを代入して得た圧力損失算出式である。
ΔＰ＝Ｋ’×ρ×Ｖ^２／２・・・・・・式Ａ
Ｘ＝πＲ^２×ρ×Ｖ・・・・・・式Ｂ
但し、Ｒは、蒸気流出路の管内半径である。
ΔＰ＝（Ｋ’／２π^２Ｒ^４）×Ｘ^２÷ρ＝Ｋ×Ｘ^２÷ρ
但し、Ｋ＝Ｋ’／２π^２Ｒ^４
なお、式１では圧力損失算出式を蒸気量Ｘとの関係式で表現しているが、これに限定されるものではない。

前記基準蒸気量算出ステップにおける算出元データは、前記基準蒸気量Ｘ０を算出することができるデータである。前記算出元データは、好ましくは、前記ボイラへの燃料流路の燃料流量（燃料使用量と言い換えることができる。）Ｎまたは前記ボイラの排ガス流路の排ガス流速Ｍとする。しかしながら、燃料流量Ｎおよび排ガス流速Ｍ以外に簡易に計測
できて、基準蒸気量Ｘ０を算出可能なデータがあれば、燃料流量Ｎおよび排ガス流速Ｍに限定されるものではない。たとえば、連続給水制御のボイラであれば給水量計測からも基準蒸気量Ｘ０を算出可能である。なお、前記算出元データは、燃料流量Ｎまたは排ガス流速Ｍだけを意味するのではなく、基準蒸気量Ｘ０を算出するために計測が必要なその他のデータを含む。

また、前記算出元データは、後記の圧力損失係数Ｋを算出する元データとなる基準蒸気量Ｘ０を算出するために必要なデータであるので、圧力損失係数Ｋを算出した後は、計測する必要はない。式１に示されるように、基準蒸気量Ｘ０は、圧力損失係数Ｋ算出後は、蒸気状態を示す蒸気比重量のみ分かれば、燃料系、燃焼系の影響を受けることなく算出可能である。勿論、前記算出元データは、圧力損失係数Ｋを算出した後も必要があれば計測してもよい。

圧力損失係数算出ステップは、計測した前記算出元データ（燃料流量Ｎ，排ガス流速Ｍ）から入熱量Ｑを求め、求めた入熱量Ｑから基準蒸気量Ｘ０を求めるステップを含む。

前記算出元データである燃料流量Ｎから入熱量Ｑを求め、求めた入熱量Ｑから基準蒸気量Ｘ０を求める方法は、特許文献１などで知られている。本発明の実施の形態においては、特許文献１に記載のように、前記ボイラの燃料流路に備える燃料流量計により燃料流量Ｎを計測して、次式で基準蒸気量Ｘ０を算出することができる。なお、特許文献１の燃料は液体燃料である。
入熱量Ｑ＝燃料流量Ｎ×燃料比重×燃料低位発熱量（燃料低発熱量）
基準蒸気量Ｘ０＝入熱量Ｑ×ボイラ効率÷エンタルピー増加分

また、前記算出元データである排ガス流速Ｍの計測から入熱量Ｑを求め、求めた入熱量Ｑから基準蒸気量Ｘ０を求める方法は、特許文献２で知られている。本発明の実施の形態においては、特許文献２に記載のように、排ガス流速Ｍを計測し、同時に排ガス温度、空気比（空気過剰率）を算出する酸素濃度または二酸化炭素濃度を計測し、燃料流量Ｎを算出して、最終的に、基準蒸気量Ｘ０を算出することができる。

この実施の形態においては、前記基準蒸気量Ｘ０を求める方法は、本発明の特徴部分ではない。この実施の形態における排ガス流速Ｍの計測により前記基準蒸気量Ｘ０を求める方法は、特許文献２の方法に限定されるものではない。また、特許文献２のように、ピトー管ではなく、風速計に使用されているような羽根車式の排ガス流速計あるいは熱線式流速計によって排ガス流速Ｍを計測することができる。また、基準蒸気量Ｘ０の算出式も特許文献２の式に限定されるものではない。

基準蒸気量Ｘ０は、前記圧力損失係数Ｋを求めるために一時的に必要な蒸気量である。この基準蒸気量Ｘ０の測定条件としては、ボイラ自己蒸気量、ボイラへの蓄熱による影響を除外する為、前記ボイラの缶体内圧力Ｐ１および下流の圧力Ｐ２共にほぼ一定の状態であることを条件に行う。「ほぼ一定の状態」とは、圧力変動がほとんど無い（たとえば±数％以内の圧力変動状態が一定時間継続する）ことを意味する。一定時間は、好ましくは、1分程度、さらに好ましくは、５〜１０分程度とする。なお、基準蒸気量Ｘ０は、差圧ΔＰを計測して得られた連続蒸気流量変化のグラフから最大蒸気量や定負荷稼動時間など数日間計測することにより、その妥当性を吟味できる。明らかに基準蒸気量Ｘ０計測時点が不適切であれば、このグラフから最大量が一定時間続く台形の頂部を判定して、基準蒸気量Ｘ０を補正しても良い。

前記係数算出ステップは、前記基準蒸気量Ｘ０を求めた後、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから前記圧力損失計算式１に基づき圧力損失係数Ｋを算出するステ
ップである。より具体的には、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから前記圧力損失計算式１に基づき算出した蒸気量Ｘと、基準蒸気量Ｘ０とが等しいとして圧力損失係数Ｋを算出するようにしている。

つぎに、第二形態の算出ステップについて説明する。この算出ステップは、前記蒸気流出路に所定量の空気を流し、そのときの空気流量Ｘ１と差圧ΔＰとを次の圧力損失算出式２に代入して圧力損失係数Ｋを求めるものである。空気は、蒸気に代わる流体（他の気体や液体）に代えることができる。
ΔＰ＝Ｋ×Ｘ^２÷ρ１・・・・・・式２
但し、ρ１は、空気密度

この第二形態の算出ステップは、第一形態の算出ステップと比較して経費を要するが実施に応じて採用できる。この第二形態では、既設ボイラの蒸気流出配管で蒸気に代わる安定な気体等を所定流量流して、圧力損失を計測することができる。また、新設のボイラでは、コンプレッサにより所定流量の空気を流動させて計測することができる。

（蒸気量算出・出力ステップ）
また、蒸気量算出・出力ステップは、蒸気量算出ステップと蒸気量出力ステップとを含む。蒸気量算出ステップは、前記圧力損失係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋに基づき、蒸気量Ｘを連続的に算出するステップである。具体的には、前記差圧計測ステップで計測した差圧ΔＰと前記圧力損失係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋとから前記圧力損失計算式１に基づき、蒸気量Ｘを連続的に算出するステップである。

また、前記蒸気量出力ステップは、算出された蒸気量Ｘを、計測値として出力するステップである。この出力の方法は、蒸気量計測装置の表示器などの報知器に計測値信号を表示するなどにより報知する方法，蒸気量計測装置から離間した管理装置へ計測値信号を送信する方法を含む。

以上説明した実施の形態によれば、基準蒸気量Ｘ０の算出元データから圧力損失係数Ｋを簡易に算出することができる。また、蒸気流を直接検出する差圧ΔＰから蒸気量Ｘを算出するので、刻々と変化する蒸気量Ｘを応答遅れなく計測できる。さらに、圧力損失係数Ｋの算出後は、燃料物性値に関係なく蒸気量Ｘを算出するので、燃料物性値が変化しても蒸気量Ｘを従来方法と比較して正確に算出することができる。

以上説明した蒸気量計測方法は、ボイラの負荷分析方法に適用できる。この負荷分析方法は、計測した蒸気量Ｘに基づき、前記ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定を行う。また、前記ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定に加えて、蒸気使用量の時間変動の傾向測定を行うように構成することができる。また、前記ボイラの最大蒸気使用量の測定に代えて、蒸気使用量の時間変動の傾向測定のみを行うように構成することができる。いずれの測定も連続的に計測した蒸気量Ｘの値から人が判断できるように、ボイラの起蒸からボイラを停止して、缶体内圧力が０近傍となるまでの蒸気量Ｘの時間変化を表すグラフとして出力することが望ましい。勿論、最大蒸気使用量は、制御器により自動的に判定するように構成できる。

また、以上の蒸気量計測方法は、つぎの蒸気量計測装置により実現される。蒸気ボイラの蒸気量の時間的変動を連続的に計測するボイラの蒸気量計測装置であって、
前記蒸気ボイラの缶体または蒸気流出路の所定位置である第一検出位置と前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する差圧検出手段と、
前記蒸気流出路に所定流量の蒸気または蒸気に代わる流体を流して計測した前記差圧Δ
Ｐと前記所定流量とから圧力損失係数Ｋを算出する圧力損失係数算出ステップと、前記差圧計測手段にて計測した差圧ΔＰおよび前記圧力損失係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋから前記圧力損失計算式１に基づき、蒸気量Ｘを連続的に算出する蒸気量算出ステップと、算出した蒸気量Ｘを計測値として出力する蒸気量出力ステップとを行う制御器とを備えることを特徴とするボイラの蒸気量計測装置である。

この実施の形態の蒸気量計測装置は、好ましくは、前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する元データ計測手段を備え、前記制御器による圧力損失係数算出ステップは、前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する算出元データ計測ステップと、計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップとを含み、前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから前記圧力損失計算式１に基づき圧力損失係数Ｋを算出するように構成する。

前記差圧計測手段は、好ましくは、２つの圧力センサの同時刻計測による差を計測するものとするが、公知の差圧計とすることもできる。２つの圧力センサの同時刻計測による場合は、圧力センサは同種類、同仕様のセンサとして、燃焼していない無圧力下、および稼動中あるいは運転停止後などの燃焼停止時（＝流量ゼロ時）の加圧力下の２点の信号から圧力−出力の直線補正、少なくとも無圧力下におけるゼロ点校正を含む演算処理を随時行う。

また、前記元データ計測手段は、好ましくは、燃料流量Ｎを計測する燃料流量計または排ガス流速Ｍを計測する排ガス流速計、ならびに排ガス温度計、空気比（空気過剰率）を算出する酸素濃度計または二酸化炭素濃度計などを含むものとする。

ついで、この発明の蒸気量計測方法を実施した蒸気量計測装置１の実施例１を図面に従い説明する。図１は、同実施例１の概略構成図であり、図２は、同実施例１の制御プログラムを説明するフローチャート図であり、図３は、同実施例１の他の制御プログラムを説明するフローチャート図であり、図４は、同実施例１においてボイラの缶体内圧力Ｐ１と計測した蒸気量Ｘとの時間的変化を示す図である。

＜実施例１の構成＞
この実施例１の蒸気量計測装置１は、蒸気ボイラ（以下、単にボイラと称する。）２の蒸気量Ｘ（蒸気流出路３Ａの蒸気流量）を計測する装置である。この蒸気量計測装置１は、差圧検出手段４と、元データ計測手段５と、蒸気量Ｘの計測を制御する制御器６とを主要部として備える。

差圧検出手段４は、ボイラ２の缶体７内である第一検出位置と、第一検出位置から下流側へ離間した蒸気流出路３Ａの第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する第一圧力センサ８と第二圧力センサ９とを含んでいる。第一圧力センサ８は、第一検出位置において、ボイラ２の缶体７内の第一圧力Ｐ１を検出するセンサである。第二圧力センサ９は、蒸気流出路３Ａの第二検出位置であるスチームヘッダ１０内の第二圧力Ｐ２を検出するセンサである。差圧ΔＰは、Ｐ１−Ｐ２である。第一圧力センサ８および第二圧力センサ９は、従来の圧力計と同様に取り付けることができる。なお、既設の圧力センサを用いることもできるが、同種類（信号−圧力の直線性が同一の半導体式あるいは静電容量式、磁歪式など）・同仕様ものを使う。スチームヘッダ１０には、複数の蒸気使用負荷（図示省略）へ蒸気を分配する蒸気流出路３Ｂ，３Ｂ、・・・を接続している。

そして、圧力センサ８，９は同種類、同仕様のセンサとして、燃焼していない無圧力下、および加圧力下の２点の信号から前記圧力−出力の直線補正と、無圧力下におけるゼロ
点校正を含む演算処理を随時行うように構成する。

元データ計測手段５は、基準蒸気量Ｘ０の算出元データの計測手段であり、この実施例１では、圧力センサ８，９と、排ガス流路１１内の排ガス流速Ｍを計測する排ガス流速計１２と、排ガス中の酸素濃度を計測する排ガス酸素濃度計１３と、排ガスの温度を計測する排ガス温度計１４と、給気温度を計測する給気温度計１５と、給水温度を計測する給水温度計１６とを含んで構成されている。なお、これら計測手段のうちで、ボイラ２に既設のものは、新たに設けることなく必要に応じて利用する。

制御器６は、第一圧力センサ８，第二圧力センサ９，元データ計測手段５の各計測計からの信号を入力して、予め記憶した制御手順（制御プログラム）に基づき、計測した蒸気量Ｘを表示器１７へ出力するように構成されている。制御手順の一例を図２，３に示す。

制御器６による制御手順は、図２に示す圧力損失係数算出手順と、図３に示す蒸気量算出・出力手順（蒸気量計測手順と言い換えることができる。）とを含んでいる。圧力損失係数算出手順は、算出元データ（元データ計測手段５の各計測計からの信号）を入力する算出元データ入力ステップと、差圧ΔＰ（第一圧力センサ８の検出圧Ｐ１と第二圧力センサ９の検出圧Ｐ２との差）を入力する差圧入力ステップと、前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、基準蒸気量Ｘ０を求めたときの差圧ΔＰから下式１の圧力損失計算式に基づき算出した蒸気量Ｘと基準蒸気量Ｘ０とが等しいとして圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含んで構成されている。
ΔＰ＝Ｋ×Ｘ^２÷ρ・・・・・・式１
但し、ρは、Ｐ１から求めた蒸気比重量

また、蒸気量算出・出力手順は、差圧入力ステップで入力した差圧ΔＰと係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋとから圧力損失計算式（式１）に基づき、蒸気量Ｘを連続的に算出する蒸気量算出ステップと、算出した蒸気量Ｘを計測値として表示器１７へ出力する蒸気量出力ステップとを含んでいる。

なお、図１における符号１８，１９，２０，２１は、それぞれ、バーナ，バーナ１８への燃焼用空気流路，バーナ１８への燃料流路，缶体７への給水路である。

＜実施例１の動作＞
つぎに、実施例１の動作を図面に基づき説明する。今、既設のボイラ２の蒸気量Ｘを、蒸気量計測装置１を用いて計測するものとする。まず、ボイラ２の運転停止状態において、図１に示すように、第一圧力センサ８，第二圧力センサ９，排ガス流速計１２，排ガス酸素濃度計１３，排ガス温度計１４，給気温度計１５，給水温度計１６を取り付ける。この状態で、ボイラ２の運転を開始するとともに、蒸気量計測装置１の起動スイッチ（図示省略）をＯＮして計測を開始する。

（圧力損失係数Ｋの算出）
まず、圧力損失係数Ｋの算出について説明する。この圧力損失係数Ｋの算出は、缶体７の圧力，すなわち第一圧力センサ８の圧力Ｐ１が安定しているときに行われる。具体的には、蒸気量計測装置１を操作する計測者が、Ｐ１出力を観測し、５分間連続して圧力の変動幅±数％以下の場合に安定と判定して、係数算出スイッチ（図示省略）をＯＮすることで、圧力損失係数Ｋの算出が行われる。勿論、安定の判定および係数算出スイッチの操作は、自動的に行うように構成できる。

図２を参照して説明するに、制御器６は、ステップＳ１（以下、ステップＳＮを単にＳＮという。）にて、元データ計測手段５の各計測機器からの信号を取り込む。ついで、Ｓ
２では、差圧ΔＰを算出し入力する。

ついで、Ｓ３では、元データ計測手段５の過去５分間の計測データからサンプリングした値の平均値から式３により基準蒸気量Ｘ０を算出する。なお、ここでは、気体燃料の場合を示している。
Ｘ０＝（η×ＨＬ×Ｎ）／（ｈ１−ｈ２）・・・・・・式３
但し、Ｘ０：基準蒸気量（kg/h），η：ボイラ効率（%），ＨＬ：燃料低位発熱量（kcal/m³N），Ｎ：燃料流量（m³N/h），ｈ１：飽和蒸気のエンタルピー（kcal/kg），ｈ２：給水のエンタルピー（kcal/kg）

燃料流量Ｎは、次式４から算出される。
Ｎ＝Ｙ１／｛Ｇ０＋Ｇｗ＋（ｍ−１）×Ａ０｝・・・・・・式４
但し、Ｙ１：排ガス標準流量（m³N/h），
（Ｇ０＋Ｇｗ＋（ｍ−１）×Ａ０）：実際湿り排ガス量（m³N/m³N,fuel）
Ｇ０：理論乾き排ガス量（m³N/m³N,fuel）
Ｇｗ：燃焼によって生じる水蒸気及び燃料中の水分による水蒸気量（m³N/m³N,fuel）
（Ｇ０＋Ｇｗ）：理論排ガス量（m³N/m³N,fuel）
Ａ０：理論空気量（m³N/m³N,fuel）
ｍ：空気比

排ガス標準流量Ｙ１は、次式５から算出される。
Ｙ１＝Ｙ２×273／（273＋Ｔ１）・・・・・・式５
但し、Ｙ２：排ガス実流量（m³/h），Ｔ１：排ガス温度計１４で計測した排ガス温度（℃）

排ガス実流量Ｙ２は、次式６から算出される。
Ｙ２＝Ｍ×Ｓ×3600・・・・・式６
但し、Ｍ：排ガス流速計１２で計測した排ガス流速（m/s），Ｓ：排ガス流路の断面積（m²）

結局、基準蒸気量Ｘ０は、排ガス流速計１２による計測信号から求めた排ガス流速Ｍから算出することができる。

ついで、Ｓ４では、Ｓ３で算出した基準蒸気量Ｘ０と、基準蒸気量Ｘ０を算出したときの差圧ΔＰから得られる蒸気量Ｘ（式１）とが等しい、すなわち、Ｘ０=Ｘとして、圧力損失係数Ｋを算出する。圧力損失係数Ｋ以外は、値を求めているので、Ｘ０=Ｘから圧力損失係数Ｋを算出することができる。

（蒸気量算出・出力）
つぎに、蒸気量算出・出力手順、すなわち蒸気量計測手順について説明する。図３を参照して説明するに、Ｓ５で、式１に、Ｓ４で算出した圧力算出係数Ｋと連続的に計測する差圧ΔＰを代入することにより、蒸気量Ｘを連続的に算出する。Ｓ６では、算出した蒸気量Ｘを表示器１７に例えば、図４のように出力する。図４は、計測値である缶体内圧力Ｐ１と式１より算出した蒸気量Ｘとの時間的変化の一例を示す。なお、図４の横軸（時間軸）の数値は、時間：分：秒を示している。

以上の実施例１によれば、燃料流路２０に燃料流量計を備えていないボイラ２でも、基準蒸気量Ｘ０の算出元データから圧力損失係数Ｋを簡易に算出することができる。また、第一圧力センサ８および第二圧力センサ９は、蒸気流を直接検出して差圧ΔＰから蒸気量
Ｘを算出するので、刻々と変化する蒸気量Ｘを応答遅れなく計測できる。さらに、圧力損失係数Ｋの算出後は、燃料物性値に関係なく蒸気量Ｘを算出するので、燃料物性値が変化しても蒸気量Ｘを特許文献１，２の従来方法と比較して正確に算出することができる。この効果は、ボイラの燃料として、燃料性状が不安定な石炭やバイオ燃料などを使用している場合、あるいはボイラの制御変動が大きい場合に特に顕著である。

この発明は、前記実施例１に限定されるものではなく、図５に示す実施例２を含むものである。この実施例２において前記実施例１と異なるのは、燃料流路２０に燃料流量計２２を備えている点であり、その他の構成は、実施例１と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

この実施例２では、図２のＳ１の基準蒸気量Ｘ０算出元データは、燃料流量計２２が計測する燃料流量Ｎであり、実施例１のように排ガス流速Ｍを計測することなく、基準蒸気量Ｘ０を求めることができる。なお、酸素濃度や排ガス温度、蒸気圧力、給水温度などの計測は実施例１と同様に行う。

なお、この発明は、前記実施例１，２に限定されるものではなく、種々変更可能である。たとえば、実施例１，２においては、算出元データをセンサから制御器６へオンラインで入力しているが、排ガス流速計１２の排ガス流速Ｍなどの算出元データを人が読みとり、制御器６へ手入力（オフライン入力）することができる。また、本発明による蒸気量計測方法は、既設ボイラの蒸気量の把握のために計測を一時的に行う装置に利用されるだけではなく、ボイラの管理や制御のために計測を連続的に行う装置に利用される。

１ 蒸気量計測装置
２ 蒸気ボイラ
３Ａ，３Ｂ 蒸気流出路
４ 差圧検出手段
５ 元データ計測手段
６ 制御器
７ 缶体

Claims (8)

1. 蒸気ボイラからの蒸気量の時間的変動を連続的に計測するボイラの蒸気量計測方法であって、
   前記蒸気ボイラの缶体または蒸気流出路の所定位置である第一検出位置と前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する差圧計測ステップと、
   前記第一検出位置の圧力が一定時間連続して圧力の変動幅±数％以内の場合に、前記蒸気流出路に所定流量の蒸気または蒸気に代わる流体を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから圧力損失係数Ｋを算出する圧力損失係数算出ステップと、
   前記差圧計測ステップで前記蒸気流出路の蒸気流を直接検出して連続的に計測した差圧ΔＰおよび前記圧力損失係数算出ステップで算出した圧力損失係数Ｋから蒸気量Ｘを連続的に算出し計測値として出力する蒸気量算出・出力ステップとを含む
   ことを特徴とするボイラの蒸気量計測方法。
2. 前記圧力損失係数算出ステップは、
   前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する算出元データ計測ステップと、
   計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、
   前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のボイラの蒸気量計測方法。
3. 前記算出元データは、前記蒸気ボイラへの燃料流路の燃料流量Ｎまたは前記蒸気ボイラの排ガス流路の排ガス流速Ｍである
   ことを特徴とする請求項２に記載のボイラの蒸気量計測方法。
4. 請求項１に記載の蒸気量計測方法を用い、前記蒸気ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定および／または蒸気使用量の時間的変動の傾向測定を行う
   ことを特徴とするボイラの負荷分析方法。
5. 蒸気ボイラの蒸気量の時間的変動を連続的に計測するボイラの蒸気量計測装置であって、
   前記蒸気ボイラの缶体または蒸気流出路の所定位置である第一検出位置と前記第一検出位置から下流側へ離間した前記蒸気流出路の第二検出位置との間の差圧ΔＰを計測する差圧検出手段と、
   前記第一検出位置の圧力が一定時間連続して圧力の変動幅±数％以内の場合に、前記蒸気流出路に所定流量の蒸気または蒸気に代わる流体を流して計測した前記差圧ΔＰと前記所定流量とから算出された圧力損失係数Ｋおよび前記差圧検出手段にて前記蒸気流出路の蒸気流を直接検出して連続的に計測した差圧ΔＰから蒸気量Ｘを連続的に算出し計測値として出力する制御器とを備える
   ことを特徴とするボイラの蒸気量計測装置。
6. 前記蒸気ボイラの基準蒸気量Ｘ０の算出元データを計測する元データ計測手段を備え、
   前記制御器による圧力損失係数算出ステップは、
   計測した前記算出元データから基準蒸気量Ｘ０を求める基準蒸気量算出ステップと、
   前記基準蒸気量Ｘ０を求めたときの前記差圧ΔＰから圧力損失係数Ｋを算出する係数算出ステップとを含む
   ことを特徴とする請求項５に記載のボイラの蒸気量計測装置。
7. 前記元データ計測手段は、前記蒸気ボイラへの燃料流路の燃料流量Ｎを計測する燃料流量計または前記蒸気ボイラの排ガス流路の排ガス流速Ｍを計測する排ガス流速計である
   ことを特徴とする請求項６に記載のボイラの蒸気量計測装置。
8. 請求項５に記載の蒸気量計測装置を備え、前記蒸気ボイラの蒸気使用負荷による最大蒸気使用量の測定および／または蒸気使用量の時間的変動の傾向測定を行うことを特徴とするボイラの負荷分析装置。

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