JP6323269B2

JP6323269B2 - ボイラ装置

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Publication number: JP6323269B2
Application number: JP2014184591A
Authority: JP
Inventors: 鉄平明上
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016057019A

Description

本発明は、ボイラへ供給する給水を加熱する給水加熱器（以下「エコノマイザ」ともいう）を有するボイラ装置における給水制御に関する。

従来から、特許文献１に記載されているように、給水制御として連続給水制御が知られている。連続給水制御は、例えばボイラの燃焼量、缶体の内部圧力、給水温度、給水の電気伝導率を含むパラメータに基づいて目標水位を算出して、ボイラの水位が算出された目標水位になるように、給水ポンプ及び給水流量調整弁の制御を行い、ボイラへの給水の供給を連続的に行うものである。

より具体的には、ボイラの燃焼量、缶体の内部圧力、給水温度及び電気伝導率と水管の内部の水位とは以下（１）〜（４）のような関係となる。
（１）ボイラの燃焼量が高いほど、蒸発が活発になるため、ボイラは、燃焼率が高いほど、水位を低くするように制御する。
（２）缶体の内部圧力が低いほど、蒸発が活発になるため、ボイラは、缶体の内部圧力が低いほど、水位を低くするように制御する。
（３）給水温度が高いほど、蒸発が活発になるため、ボイラは、給水温度が高いほど、水位を低くするように制御する。
（４）給水の電気伝導率が高いほど、蒸発（水管内の水の液面の泡立ち）が活発になるため、ボイラは、給水の電気伝導率が高いほど、水位を低くするように制御する。

特開２０１２−４７３８３号公報

エコノマイザを有するボイラ装置において、例えばボイラの燃焼量、缶体の内部圧力、缶体への給水温度、給水の電気伝導率を含むパラメータに基づいて目標水位を算出して、連続給水制御を行う場合、次のような課題が生じる。

前述したパラメータの一つ、例えば、燃焼量が大きく変化すると、目標水位が大きくずれることがあり、連続給水制御に支障が生じる場合がある。
例えば、負荷が少なくなり、燃焼ステージが高燃焼から低燃焼に変わる場合、高燃焼時の水位と低燃焼時の目標水位とは、水位の差がかなりある。このため、制御部は、缶内の水位を上げるため、給水ポンプ及び給水流量調整弁を制御して、給水量を急激に増やすことになる。給水量が多くなると、エコノマイザ内を通過する水量が多くなるために、缶体への給水温度が定常時よりも低くなり、さらに、算出される目標水位が上がることになる。こうすることで、目標水位のオーバーシュートが発生し、定常時の目標水位よりも高い目標水位まで水位を上げることになる。その後、定常状態になると、定常時の目標水位に戻るための復帰遅延が発生する。

逆に、負荷が大きくなり、燃焼ステージが低燃焼から高燃焼に変わる場合、制御部は、缶内の水位を下げるため、給水ポンプ及び給水流量調整弁を制御して、給水量を急激に減らすことになる。給水量が少なくなると、エコノマイザ内に滞留する水量が多くなるために缶体への給水温度が定常時よりも高くなり、さらに、算出される目標水位が下がることになる。こうすることで、目標水位のアンダーシュートが発生し、定常時の目標水位よりも低い目標水位まで水位を下げることになり、ボイラ待機による圧力低下等の弊害が発生する可能性がある。また、定常状態になると、定常時の目標水位に戻るための復帰遅延が発生する。

このように、エコノマイザを有するボイラ装置において、例えば、燃焼量が大きく変化すると、缶体への給水温度が急激に変化することで、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートが発生し、連続給水制御に支障が生じる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであって、エコノマイザを有するボイラ装置において、例えば、燃焼量のステージが急激に変更された場合であっても、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートを未然に防ぐことで、過熱防止やボイラ待機による圧力低下防止を可能とし、定常時の目標水位に遅延なく移行できるように連続給水制御することができるボイラ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のボイラ装置は、次のように構成している。
（１）本発明のボイラ装置は、燃料を燃焼させて給水から蒸気を生成するボイラ装置であって、缶体と、前記缶体に供給される給水を前記燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスにより加熱する給水加熱器と、前記給水加熱器を介して前記缶体に給水を供給する給水ラインと、前記缶体の内部の水位を検出する水位検出部と、前記給水ラインにおける前記給水加熱器と前記缶体との間において前記缶体に供給される給水の温度を測定する第１給水温度測定部と、前記給水ラインにおける前記給水加熱器よりも上流側において前記給水加熱器に供給される給水の温度を測定する第２給水温度測定部と、前記給水ラインにおける前記給水加熱器よりも上流側に配置され、前記給水加熱器に供給される給水の流量を調整する給水流量調整部と、前記給水流量調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１給水温度測定部により測定される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲に収まる場合、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１目標水位となるように、前記給水流量調整部を連続制御する第１給水制御部と、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１給水温度測定部により測定される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲外である場合、前記水位検出部により検出される水位が、前記第２給水温度測定部により測定される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給又は停止するように前記給水流量調整部を間欠制御する第２給水制御部と、を含むことを特徴とする。

本発明のエコノマイザを有するボイラ装置によると、燃焼量のステージが例えば、低燃焼から高燃焼に、又は高燃焼から低燃焼に急激に変更され、大幅な目標水位の変動が生じた場合であっても、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートを未然に防ぐとともに、過熱防止やボイラ待機による圧力低下防止を可能とし、定常時の目標水位に遅延なく移行できるように連続給水制御することができる。

（２）前記第１給水制御部は、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１目標水位となるように、前記給水流量調整部をＰＩ制御又はＰＩＤ制御することが好ましい。

（３）前記制御部は、前記水位検出部により検出される水位が、前記第２給水制御部により、前記第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まった後、所定時間経過後に第１給水制御部による制御を行うことが好ましい。
そうすることで、給水温度が安定化するまでの時間を確保することができる。

（４）前記第２適正水位範囲の上限及び下限がそれぞれ前記第２目標水位に等しいことが好ましい。

本発明によれば、エコノマイザを有するボイラ装置において、制御部は、水位検出部により検出される水位が、第１給水温度測定部により測定される、缶体に供給される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲外である場合、第２給水制御部により、前記水位検出部により検出される水位が、第２給水温度測定部により測定される、給水加熱器に供給される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給又は停止するように間欠制御するようにしたので、例えば、燃焼量のステージが低燃焼から高燃焼に、又は高燃焼から低燃焼に急激に変更され、大幅な目標水位の変動が生じた場合であっても、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートを未然に防ぐとともに、過熱防止やボイラ待機による圧力低下防止を可能とすることができる。
そして、ボイラが定常状態になった場合、定常時の目標水位に遅延なく、連続給水制御に復帰することができる。

第１実施形態に係るボイラ装置１の全体構成図である。第１実施形態に係るボイラ装置１の制御部１０の機能的構成を示すブロック図である。第１実施形態の適正水位のテーブルの一例を示す図である。第１実施形態に係るボイラ装置１の動作を示すフローチャートである。

［第１実施形態の構成］
以下、本発明に係るボイラ装置の第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。
ボイラ装置１は、給水ラインＬ１を介して供給された給水Ｗ１を加熱して、蒸気Ｗ２を発生させる。
図１に示すように、第１実施形態に係るボイラ装置１は、缶体２０と、給水加熱器としてのエコノマイザ３と、缶体２０の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出部としての圧力センサ３０と、缶体２０の内部の水位を検出する水位検出部としての水位センサ３１と、缶体入口の給水温度を測定する第１給水温度測定部としての第１給水温度センサ３２と、エコノマイザ入口の給水温度を測定する第２給水温度測定部としての第２給水温度センサ３３と、缶水の電気伝導率を測定する電気伝導率センサ３４と、給水ポンプ８と、給水流量調整部としての給水流量調整弁９と、制御部１０と、記憶部１１と、を備える。

さらに、ボイラ装置１は、給水ラインＬ１と、燃料供給ラインＬ２と、蒸気供給ラインＬ３と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

なお、各ラインには、各種バルブ、各種センサ、逆止弁、オリフィス、ストレーナ等の機器が必要に応じて設けられるが、図１では適宜に図示を省略する。

給水ラインＬ１は、給水Ｗ１を、エコノマイザ３を介して缶体２０に向けて供給するラインである。給水ラインＬ１の上流側の端部は、給水源（不図示）に接続されている。給水ラインＬ１の下流側の端部は、缶体２０の給水導入口に接続されている。

エコノマイザ３は、給水ラインＬ１に設けられ、缶体２０において燃料が燃焼したときに生じる排ガスの廃熱により、缶体２０に供給される前の給水Ｗ１を予め加熱する設備である。
また、給水ラインＬ１には、給水ポンプ８と、給水流量調整弁９が設けられている。さらに、給水ラインＬ１には、第１給水温度センサ３２と、第２給水温度センサ３３と電気伝導率センサ３４と、が設けられている。

第１給水温度センサ３２は、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３よりも下流側に配置され、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３よりも下流側を流通する給水Ｗ１（エコノマイザ３からボイラ２に供給される給水Ｗ１）の温度を検出する。換言すると、第１給水温度センサ３２は、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３と缶体２０との間を流通する給水Ｗ１の温度を検出する。第１給水温度センサ３２は、接続部Ｊ１において、給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ１は、エコノマイザ３と缶体２０との間に配置されている。第１給水温度センサ３２は、制御部１０に電気的に接続されている。第１給水温度センサ３２で検出された給水Ｗ１の温度（以下、「缶体入口の給水温度」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

第２給水温度センサ３３は、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３よりも上流側に配置され、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３よりも上流側を流通する給水Ｗ１（給水ライン１からエコノマイザ３に供給される給水Ｗ１）の温度を検出する。換言すると、第２給水温度センサ３３は、給水ラインＬ１におけるエコノマイザ３の入り口における給水Ｗ１の温度を検出する。第２給水温度センサ３３は、接続部Ｊ２において、給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ２は、給水流量調整弁９とエコノマイザ３との間に配置されている。第２給水温度センサ３３は、制御部１０に電気的に接続されている。第２給水温度センサ３３で検出された給水Ｗ１の温度（以下、「エコノマイザ入口の給水温度」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

電気伝導率センサ３４は、缶水の電気伝導率を測定するセンサである。電気伝導率センサ３４で測定された缶水の電気伝導率値は、制御部１０へ検出信号として送信される。

給水ポンプ８は、給水Ｗ１を吸入し、缶体２０に向けて吐出する装置である。給水ポンプ８に併設されたモータ（不図示）は、制御部１０に電気的に接続されており、制御部１０からの制御信号に基づいて制御されて駆動する。給水ポンプ８は、インバータ周波数により制御されて駆動することで、流量調整可能に構成してもよい。

給水流量調整弁９は、給水ラインＬ１において、給水ポンプ８よりも下流側であってエコノマイザ３よりも上流側に配置され、エコノマイザ３に供給される給水Ｗ１の流量を調整可能な弁である。給水流量調整弁９は、制御部１０に電気的に接続されている。給水流量調整弁９の弁開度（弁体の開度）は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

缶体２０は、下部管寄せ、水管、上部管寄せ、バーナ等（いずれも不図示）を備える。
上部管寄せは、環状に形成された中空の容器である。各水管の上端部は、上部管寄せと連通している。上部管寄せの上端には、蒸気供給ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。複数の水管で発生した蒸気Ｗ２は、上部管寄せを介して蒸気供給ラインＬ３へ送出される。上部管寄せには、上部管寄せ内の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出部としての圧力センサ３０が接続されている。蒸気供給ラインＬ３は、水管で発生した蒸気Ｗ２を負荷装置５へ供給するラインである。蒸気供給ラインＬ３の下流側の端部は、負荷装置５に接続されている。

バーナ(不図示）は、燃料（液体又は気体等）を燃焼させる燃焼装置である。バーナには、燃料供給ラインＬ２が接続されている。燃料供給ラインＬ２は、燃料供給源（不図示）から送出された燃料を、バーナに供給するラインである。

水位センサ３１は、缶体２０の内部の水位を検出する機器である。水位センサ３１は、制御部１０に電気的に接続されている。水位センサ３１で検出された缶体２０の内部の水位（以下、「水位Ｈｄ」ともいう）は、検出信号として制御部１０に送信される。

負荷装置５は、ボイラ２から供給された蒸気Ｗ２により動作する装置（例えば、熱交換器）である。負荷装置５において使用された蒸気Ｗ２は、熱を奪われて凝縮し、ドレンＷ（不図示）となって排出される。

制御部１０は、缶体２０における燃料の燃焼状態を、負荷装置５で消費される蒸気の量や、圧力センサ３０により検出された蒸気の圧力等に基づいて、燃焼状態（例えば、段階値制御ボイラの場合は、１段階〜３段階等のＮ位置又は比例制御ボイラの場合は、最小燃焼状態から最大燃焼状態の範囲）及び燃焼停止状態のいずれかに設定する。

制御部１０は、第１給水制御部１０１と、第２給水制御部１０２と、を備える。
第１給水制御部１０１は、水位センサ３１により検出される水位が、第１給水温度センサ３２により測定される、缶体入り口の給水温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲に収まる場合、水位センサ３１により検出される水位が第１目標水位となるように、給水流量調整弁９を連続制御する。
第２給水制御部１０２は、水位センサ３１により検出される水位が、第１給水温度センサ３２により測定される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲外である場合、水位センサ３１により検出される水位が、第２給水温度センサ１２により測定されるエコノマイザ入り口の給水温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給又は停止するように給水流量調整弁９を間欠制御する。

記憶部１１には、例えば、後述する第１給水制御部１０１及び第２給水制御部１０２にそれぞれ対応する適正水位のテーブル又は近似関数等が記憶される。

制御部１０及び記憶部１１は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成することができる。この場合、記憶部１１は、メモリにより構成することができる。
マイクロプロセッサには、時間の計時等を管理するインテグレーテッドタイマユニット（以下、「ＩＴＵ」ともいう）が組み込まれている。
各種プログラムがマイクロプロセッサにより実行されることにより、マイクロプロセッサが第１給水制御部１０１と、第２給水制御部１０２と、を備える制御部１０として機能する。

次に第１実施形態に係るボイラ装置１の給水制御について説明する。
制御部１０は、第１給水制御部１０１により、負荷率（ボイラ１の燃焼量）、圧力センサ３０により測定された缶体２０の内部圧力、電気伝導率センサ３４により測定された缶水の電気伝導率及び第１給水温度センサ３２により測定された缶体入口の給水温度に基づいて水管の内部の第１目標水位を含む第１適正水位範囲を算出する。
ここで、第１適正水位範囲は、第１目標水位に予め設定されるディファレンシャル値をプラスした値を上限値とし、ディファレンシャル値をマイナスした値を下限値とする範囲とすることができる。

より具体的には、第１給水制御部１０１は、第１目標水位を、例えば次のように算出することができる。
ボイラ装置１が段階値制御ボイラである場合には、記憶部１１は、例えば、図３に示すように、特定の負荷率（例えば、低燃焼位置、中燃焼位置及び高燃焼位置）、及び特定の電気伝導率ごとに、缶体２０の内部圧力を横列、給水温度を縦列として、横列におけるそれぞれの内部圧力及び縦列におけるそれぞれの給水温度に対応する目標水位を縦列及び横列の交点に有する適正水位のテーブルを記憶する。

具体的には、記憶部１１は、複数の負荷率（例えば、低燃焼位置、中燃焼位置及び高燃焼位置）における所定の缶体の内部圧力及び所定の給水温度に対応する適正水位のテーブルを特定の電気伝導率ごとに記憶する。
例えば、図３に示すように、記憶部１１は、低燃焼位置における適正水位のテーブル１１１ａ〜１１１ｄを記憶する。
各テーブル１１１ａ〜１１１ｄは、電気伝導率が順に１００、２００、３００及び４００ｍＳ／ｍである場合の缶体の内部圧力及び給水温度に対応する適正水位の値を示している。

テーブル１１１ａ〜１１１ｄと同様に、記憶部１１は、中燃焼位置における適正水位のテーブル及び高燃焼位置における適正水位のテーブルを記憶する。
中燃焼位置における適正水位のテーブル及び高燃焼位置における適正水位のテーブルもテーブル１１１ａ〜１１１ｄと同様に、電気伝導率が１００、２００、３００及び４００ｍＳ／ｍである場合の缶体の内部圧力及び給水温度に対応する適正水位の値を示している。

第１給水制御部１０１は、圧力センサ３０により測定された缶体２０の内部圧力及び第１給水温度センサ３２により測定された缶体入り口の給水温度に近似する複数（例えば、４つ）の適正水位を、燃焼位置に対応する適正水位のテーブルから選択し、選択した複数の適正水位から、缶体２０の内部圧力及び給水温度に対応する適正水位を、線形補間を用いて電気伝導率ごとに求める。第１給水制御部１０１は、求めた特定の電気伝導率ごとの適正水位から、電気伝導率センサ３４により測定された電気伝導率における適正水位を、線形補間を用いて求め、当該適正水位を第１目標水位として算出する。

また、ボイラ装置１が比例制御ボイラである場合には、記憶部１１は、缶体２０の燃焼量、第１給水温度センサ３２により測定された給水温度、電気伝導率センサ３４により測定された缶水の電気伝導率、及び圧力センサ３０により測定された缶体２０の内部の蒸気の圧力を入力として、適正水位を算出するための近似関数を記憶する。

第１給水制御部１０１は、缶体２０の燃焼量、第１給水温度センサ３２により測定された缶体入口の給水温度、電気伝導率センサ３４により測定された缶水の電気伝導率、及び圧力センサ３０により測定された缶体２０の内部の蒸気の圧力から、記憶部１１に記憶される近似関数を用いて適正水位を求め、当該適正水位を第１目標水位として算出する。

次に、制御部１０は、水位センサ３１により検出された缶体２０の内部の水位が、第１適正水位範囲に収まるか否かを判定して、水位が、第１適正水位範囲に収まる場合、水位センサ３１により検出される水位が、第１目標水位となるように、第１給水制御部１０１により、給水流量調整弁９を連続制御する。
この際、第１給水制御部１０１は、水位センサ３１により検出される水位が、第１目標水位となるように、給水流量調整弁９をＰＩ制御又はＰＩＤ制御することができる。

なお、給水流量の連続制御（ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を含む）に際しては、給水流量調整弁９による給水流量の連続制御に制限されない。例えば、流量の調整可能な給水ポンプ８により給水流量を連続制御してもよい。また、流量の調整可能な給水ポンプ８と給水流量調整弁９とにより、給水流量を連続制御してもよい。給水流量調整弁９による給水量調整、流量の調整可能な給水ポンプ８による給水量調整、流量の調整可能な給水ポンプ８と給水流量調整弁９による給水量調整のいずれを採用するかは任意に設定することができる。

缶体２０の内部の水位が、第１適正水位範囲に収まらない場合、制御部１０は、第２給水制御部１０２により、負荷率（ボイラ１の燃焼量）、圧力センサ３０により測定された缶体２０の内部圧力、電気伝導率センサ３４により測定された缶水の電気伝導率及び第２給水温度センサ１２により測定されたエコノマイザ３入口の給水温度に基づいて水管の内部の第２目標水位を含む第２適正水位範囲を算出する。
ここで、第２適正水位範囲は、第２目標水位に予め設定されるディファレンシャル値をプラスした値を上限値とし、ディファレンシャル値をマイナスした値を下限値とする範囲とすることができる。

なお、第２給水制御部１０２の、水管の内部の第２目標水位を算出する手順については、第１給水制御部１０１の、水管の内部の第１目標水位を算出する手順と同様であるため、詳細な説明は省略する。
なお、給水温度の測定個所が異なるため、適正水位を算出するための適正水位のテーブル及び適正水位を算出するための近似関数は、第１給水制御部１０１のそれとは異なる。

次に、第２給水制御部１０２は、水位センサ３１により検出される水位が、第２適正水位範囲内か、範囲外であるかを判定する。
水位センサ３１により検出される水位が、第２適正水位範囲の上限を超えている場合、第２給水制御部１０２は、水位が第２適正水位範囲内に収まるまで、給水を停止するように給水流量調整弁９をオフ制御する。
また、水位センサ３１により検出される水位が、第２適正水位範囲の下限以下の場合、第２給水制御部１０２は、水位が第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給するように給水流量調整弁９をオン制御する。
このように、制御部１０は、水位が、第２適正水位範囲に収まらない場合、第２給水制御部１０２により、給水を間欠制御する。

水位センサ３１により検出される水位が、第２適正水位範囲内の場合、又は第２給水制御部１０２による間欠給水制御により、水位センサにより検出される水位が、第２適正水位範囲に収まった場合、制御部１０は、所定時間経過後に、第１給水制御部１０１による連続給水制御（ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を含む）に移行する。
なお、所定時間は、缶体給水温度が安定化するまでの時間を確保するためのものである。

こうすることで、制御部１０は、燃焼量のステージが低燃焼から高燃焼に、又は高燃焼から低燃焼に急激に変更され、大幅な目標水位の変動が生じた場合であっても、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートを未然に防ぐとともに、過熱防止やボイラ待機による圧力低下防止を可能とすることができる。
そして、ボイラが定常状態になった場合、定常時の目標水位に遅延なく、連続給水制御（ＰＩ制御又はＰＩＤ制御）に復帰することができる。

次に、第１実施形態のボイラ装置１における、制御部１０の動作について、図４を参照しながら説明する。

ステップＳＴ１において、制御部１０は、第１給水制御部１０１により、缶体入口の給水温度を含む複数のパラメータに基づいて水管の内部の第１目標水位を含む第１適正水位範囲を算出する。

ステップＳＴ２において、制御部１０は、水位センサ３１により検出された缶体２０の内部の水位が、ステップＳＴ１において算出した第１適正水位範囲に収まるか否かを判定する。第１適正水位範囲に収まる場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ３へ進む。第１適正水位範囲に収まらない場合（ＮＯ）にはステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ３において、制御部１０は、第１給水制御部１０１により、水位センサ３１により検出される水位が、第１目標水位となるように、給水流量調整弁９等を連続制御（ＰＩ制御又はＰＩＤ制御）する。その後、ステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ４において、制御部１０は、第２給水制御部１０２により、エコノマイザ入口の給水温度を含む複数のパラメータに基づいて水管の内部の第２目標水位を含む第２適正水位範囲を算出する。

ステップＳＴ５において、制御部１０は、第２給水制御部１０２により、水位センサ３１により検出された缶体２０の内部の水位が、ステップＳＴ４において算出した第２適正水位範囲内か否かを判定する。水位が第２適正水位範囲に収まる場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ８に進む。水位が、第２適正水位範囲の上限を超えている場合には、ステップＳＴ６へ進む。水位が、第２適正水位範囲の下限以下の場合、ステップＳＴ７へ進む。

ステップＳＴ６において、制御部１０は、第２給水制御部１０２により、水位が第２適正水位範囲内に収まるまで、給水を停止するように給水流量調整弁９をオフ制御する。水位が第２適正水位範囲内に収まった場合、ＳＴ８に進む。

ステップＳＴ７において、制御部１０は、第２給水制御部１０２により、水位が第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給するように給水流量調整弁９をオン制御する。水位が第２適正水位範囲内に収まった場合、ＳＴ８に進む。

ステップＳＴ８において、制御部１０は、所定時間経過後に、ステップＳＴ１に戻る。

上述した第１実施形態に係るボイラ装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

第１実施形態におけるエコノマイザを有するボイラ装置１によると、定常時は、第１給水制御部１０１により、水位センサ３１により検出される水位が、第１給水温度センサ３２により測定される缶体入り口の給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位となるように、給水流量調整弁９等を連続制御（ＰＩ制御又はＰＩＤ制御）する。非定常時になった場合、例えば燃焼量のステージが低燃焼から高燃焼に、又は高燃焼から低燃焼に急激に変更され、大幅な目標水位の変動が生じた場合（水位が第１目標水位を含む第１適正水位範囲外となった場合）第２給水制御部１０２により、水位センサ３１により検出される水位が、第２給水温度センサ１２により測定されるエコノマイザ入り口の給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第２目標水位を含む第２適正水位範囲内になるように、給水流量調整弁９等を間欠制御し、水位が第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まった後、所定時間経過後に第１給水制御部による制御に戻す。このため、非定常時に、大幅な目標水位の変動が生じた場合であっても、目標水位のオーバーシュート又はアンダーシュートを未然に防ぐとともに、過熱防止やボイラ待機による圧力低下防止を可能とし、定常時の目標水位に遅延なく移行できるように連続給水制御することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

エコノマイザ３を加熱する排ガスは、ボイラ２からの排ガスに制限されず、例えば、別設備のエンジンからの排ガスであってもよい。

第１実施形態では、給水流量調整部を給水流量調整弁９としたが、給水流量調整部は、弁（バルブ）に制限されない。例えば、給水流量調整部として、流量の調整可能な給水ポンプ８としてもよい。また、給水流量調整部を流量の調整可能な給水ポンプ８と給水流量調整弁９とから成るものとしてもよい。給水流量調整弁９による給水量調整、流量の調整可能な給水ポンプ８による給水量調整、流量の調整可能な給水ポンプ８と給水流量調整弁９による給水量調整のいずれを採用するかは任意に設定することができる。

第１実施形態では、第１給水制御部１０１により、第１給水温度センサ３２により測定される缶体入口の給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて第１目標水位を算出しているが、当該機能を第１給水制御部１０１から独立させてもよい。同様に、第２給水制御部１０２により、第２給水温度センサ３３により測定されるエコノマイザ入口の給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて第２目標水位を算出しているが、当該機能を第２給水制御部１０２から独立させてもよい。

第１実施形態では、制御部１０が、水位センサ３１により検出された缶体２０の内部の水位が、第１適正水位範囲に収まるか否かを判定しているが、第１給水制御部１０１により、判定してもよい。

１ボイラ装置
３エコノマイザ（給水加熱器）
５負荷装置
８給水ポンプ
９給水量調整弁
１０制御部
１０１第１給水制御部
１０２第２給水制御部
１１記憶部
２０缶体
３０圧力センサ
３１水位センサ
３２第１給水温度センサ
３３第２給水温度センサ
３４電気伝導率センサ
Ｌ１給水ライン
Ｌ２燃料供給ライン
Ｌ３蒸気供給ライン
Ｗ１給水
Ｗ２蒸気

Claims

燃料を燃焼させて給水から蒸気を生成するボイラ装置であって、
缶体と、
前記缶体に供給される給水を前記燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスにより加熱する給水加熱器と、
前記給水加熱器を介して前記缶体に給水を供給する給水ラインと、
前記缶体の内部の水位を検出する水位検出部と、
前記給水ラインにおける前記給水加熱器と前記缶体との間において前記缶体に供給される給水の温度を測定する第１給水温度測定部と、
前記給水ラインにおける前記給水加熱器よりも上流側において前記給水加熱器に供給される給水の温度を測定する第２給水温度測定部と、
前記給水ラインにおける前記給水加熱器よりも上流側に配置され、前記給水加熱器に供給される給水の流量を調整する給水流量調整部と、
前記給水流量調整部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記水位検出部により検出される水位が、前記第１給水温度測定部により測定される給水の温度を含む複数のパラメータに基づいて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲に収まる場合、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１目標水位となるように、前記給水流量調整部を連続制御する第１給水制御部と、
前記水位検出部により検出される水位が、前記第１給水温度測定部により測定される給水の温度に応じて算出される第１目標水位を含む第１適正水位範囲外である場合、前記水位検出部により検出される水位が、前記第２給水温度測定部により測定される給水の温度に基づいて算出される第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まるまで、給水を供給又は停止するように前記給水流量調整部を間欠制御する第２給水制御部と、
を含むことを特徴とするボイラ装置。
前記第１給水制御部は、前記水位検出部により検出される水位が、前記第１目標水位となるように、前記給水流量調整部をＰＩ制御又はＰＩＤ制御することを特徴とする、請求項１に記載のボイラ装置。
前記制御部は、前記水位検出部により検出される水位が、前記第２給水制御部により、前記第２目標水位を含む第２適正水位範囲に収まった後、所定の時間経過後に第１給水制御部による制御を行うことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のボイラ装置。
前記第２適正水位範囲の上限及び下限がそれぞれ前記第２目標水位に等しいことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のボイラ装置。