JPH0424402A - ボイラの水位制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、上下ヘッダー間を多数の水管で連結し、下ヘ
ッダーに気水分離器を接続したボイラ所謂多管式貫流ボ
イラの水位制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、多管式貫流ボイラの水位制御方法としては、大別
すると上下ヘッダー間の水位を検出して水位制御を行う
ものと、気水分離器と下ヘッダー間の水位を検出して水
位制御を行うものとが知られている（例えば特開昭５５
−３１２７３号公報参照）。

即ち、前者の方法は、上下ヘッダー間に両者間の水位を
検出する水位制御筒を介設し、これに給水ポンプ制御用
の電極棒を設けて水管内の水位を制御するようにしたも
のである。

而して、小容量（換算蒸発量４００ｋｇ／ｈ以下程度）
のボイラは、通常水管が火炉の周囲に環状に一列状態で
配設され、バーナ制御も０ＮｅＯＦＦ制御されている。

この場合には電極棒２本による一定水位幅の水位制御で
別設問題はない。

然し乍ら、ボイラが大容量になり、バーナ制御を３位置
制御〔高燃焼（全力）、低燃焼（牛刀。

停止〕とし、且つ水位制御を２本の電極棒で行う場合、
設定水位を水管の上部位置に設定すると、缶水のキャリ
ーオーバーで蒸気の質が悪くなり、又、設定水位を下げ
ると、始動時、軽負荷時（Ｏ〜半牛刀）及び負荷変動時
に水管がオーバーヒートしてボイラ寿命が短くなると云
う問題がある。

尚、ここで全力とはバーナの油量を定格油量に、牛刀と
はバーナの油量を定格油量の約４０〜６０％に設定した
ことを云う。

この問題を解決する為に、１１！極捧を増やして負荷に
応じて運転水位を２段に切替えることが行われている。

ところが、この切替え方式でも、伝熱面当りの蒸発量が
増加すると、全力、牛刀、軽負荷及び始動時と水位制御
位置を夫々の負荷に応じて切替えねば、水管のオーバー
ヒートが負荷条件により繰返し生しることになる。

このように、蒸気の質を良くし、水管のオーバーヒート
を無くす為には、電極棒の本数も多くなり、且つ制御も
複雑となってコストアップを招くと共に、メンテナンス
上にも問題が生じる。

一方、後者の方法は、気水分Ｍ器と下ヘッダー間に両者
間の水位を検出する水位制御筒を介設し、これに給水ポ
ンプ制御用の電極棒を設け、気水分離器と上ヘッダーを
連結する連絡管の圧力損失を加味した水位で水管内の水
位を制御するようにしたものである。

即ち、始動時は上へラダーから気水分ＭＣｔへの蒸気（
気水混合体）の流れがないので圧力損失はＯとなり、水
管の水位は給水ポンプＯＦＦ用の電極棒の水位と同じに
なる６ そして、運転状態になると、蒸気の流れが発生し、これ
が連絡管を通るときに圧力損失があり、圧力損失分だけ
水管の水位は水位制御筒の設定水位よりも低くなる。

このように、水管の水位は負荷状態によって変動し、学
力時には水管の上部に、全力時には水管の下部に自動的
に設定されるように為されて居り、これによって水管の
オーバーヒートを防止できるようになっている。

ところで、缶水が異常濃縮したときや急激な負荷変動（
圧力変化）があるときにはキャリーオーバーが発生し、
このキャリーオーバーが発生すると、上へラダーと気水
分離器間の圧力損失が著しく増大し、水位制御筒内が缶
水で充満することがある。この間、給水ポンプの作動信
号は出す、然も蒸発が継続している為、水管の水位は漸
次低下する。

そして、水管の水位が一定以下になると、キャリーオー
バーが発生しなくなり、上へラダーと気水分離器間の圧
力損失が小さくなる。

そうすると、水位制御筒内の水位も低下し、給水ポンプ
の作動信壮が出て給水が開始される。

このｆｆｌ鉋は、牛刀以下の負荷ではキャリーオーバー
が発生しても気水分離器間上ヘッダー間の圧力損失自体
が小さいので発生することがない。

然し乍ら、水位制御筒内の水位が低下し、給水ポンプの
作動信号が出て給水が開始された時点では水管内の水位
が低下し過ぎている為、定ツ；（水位に達するまで時間
が掛ると云う問題がある。又、水位制御筒内には安全装
置として使用するバーナ停止用の低水位用電極棒が設け
られ、この低水位用電極棒は水管の定常水位の低下を検
出したときに作動し、燃焼を遮断するようになっている
為に、低水位用電極棒が作動し、てボイラの運転が停止
トすると云う問題がある。

更に、水管内の水位が低下し過ぎる為に水管がオーバー
ヒートすると云う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の問題点を解消する為に創案されたもの
であり、その目的は水管のオーバーヒート及び低水位で
の作動を防止できると共に、ボイラを継続して運転でき
るボイラの水位制御方法を提供するにある。

（課題を解決する為の手段） 上記目的を達成する為に、本発明のボイラの水位制御方
法は、上下へラダーを水管で連結し、上へラダーに気水
分離器を接続した燃焼制御が３位置制御のボイラに於い
て、気水分離器と下ヘッダー間に両者間の水位を検出す
る水位制御筒を介設し、これに給水ポンプ制御用電極棒
及び低水位用電極棒を夫々設け、又、上下ヘッダー間に
両者間の水位を検出する補償電極棒用水位制御筒を介設
し、これに給水ポンプ制御用の補償電極棒を設け、ボイ
ラの運転時には水位制御筒側が気水分離器と下ヘッダー
間の水位を検出し、上ヘッダーと気水分離器間の圧力損
失を加味した水位で水位制御を行い、又、補償電極棒用
水位制御筒側か上下ヘッダー間の水位を検出し、水管内
の水位が正常水位より低下したときに補償電極棒がこれ
を検出して給水ポンプを一定時間作動させ、水管内へ強
制的に給水して低水位での運転を防止するようにしたも
のである。

（作用） 始動時、低燃焼時及び高燃焼時には水位制御筒側で気水
分離器と下ヘッダー間の水位を検出し、上へラダーと気
水分離器間の圧力損失を加味した水位で水位制御を行う
。

この方法によれば、蒸気（気水混合体）の発生量が少な
い和水管の水位が高く、蒸気の発生量が多い和水管の水
位が低くなる為、始動時、低燃焼時及び高燃焼時等に水
管がオーバーヒートすることもない。又、蒸気の発生量
が増す和水管の水位が低下する為、乾き度の高い良質の
蒸気が得られる。

そして、缶水の濃縮や急激な負荷変動によってキャリー
オーバーが発生すると、上ヘッダーと気水分離器間に大
きな圧力損失が発生して水位制御筒内が缶水で充満し、
この状態でボイラが運転されて水管内の水位が低下する
。

このとき、補償電極棒用水位制御筒側が上下ヘッダー間
の水位を検出している為、水管内の水位が正常水位より
低下したときに補償電極棒が作動して給水ポンプを一定
時間作動させ、ボイラ給水を水管内へ強制的に給水する
。その結果、低水位の作動がなくなり、水管のオーバー
ヒートを防止できると共に、ボイラを継続して運転でき
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明のボイラの水位ＩＩＩ御方法を実施する
多管式貫流ボイラの概略縦断面図であって、当該ボイラ
は、上ヘッダー１と、下ヘッダー２と、上下ヘッダー１
，２を連結する複数の水管３と、上ヘッダー１に連絡管
４を介して接続された気水分離器５と、気水分離器５に
第１上部連絡管６を介して、又、下ヘッダー２に第１下
部連絡管７を介して夫々接続された水位制御筒８と、水
位制御筒８に設けられた給水ポンプ停止用電極棒９．給
水ポンプ作動用電極棒１０及び低水位用電極棒ＩＩと、
上ヘッダー１に第２上部連絡管１２を介して、又、下ヘ
ッダー２に第２下部連絡管１３を介して夫々接続された
補償電極棒用水位制御筒１４と、補償電極棒用水位制御
筒１４に設けられた給水ポンプ制御ＪＴの補償電極棒１
５等から構成されている。

尚、第１図に於いて、１６はバーナ、１７は給水ポンプ
、１８は給水管、１９は戻り管、２ｏは蒸気出目弁、２
１は耐火物である。

そして、この貫流ボイラは、燃焼制御が３位置制御（高
燃焼０低燃焼０停止）されて居り、ボイラの運転時即ち
始動時、低燃焼時（牛刀時）、軽負荷時（Ｏ〜半牛刀Ｊ
）及び高燃焼時（全力時）には水位制御筒８側で気水分
離器５と上ヘッダー１間の水位を検出して水管３内の水
位制御を行い、バーナｌＧの燃焼量の制御は例えば気水
分Ｓ器５の圧力を検出し、これに基づいて自動的に行わ
れるように更生されている。

又、補ａ電極捧１５の設定水位は、全力時の設定水位（
第４図破線位置）よりも若干低くなるように設定されて
居り、当該補償電極棒１５は水管３内の水位が正常水位
よりも低下したときにこれを検出し、給水ポンプ１７を
一定時間作動させるように構成されている。

更に、水位制御筒８内の給水ポンプ停止用電極棒９の設
定水位は、始動時に水管３がオーバーヒートしない位置
に設定され、又、低水位用電極棒１１の設定水位は、低
水位による水管３のオーバーヒートが高負荷よりも軽負
荷になる程発生し易いので、軽負荷を基準として設定さ
れている。

尚、ここで全力とはバーナ１６の油量を定格油量に、単
刃とはバーナ１６の油量を定格油量の約４０〜６０％に
設定したことを云う。

次に、その作用について説明する。

始動時には上ヘッダー１と気水分離器５間に蒸気（気水
混合体）の流れがないので、水管３の水位は水位制御筒
８の給水ポンプ停止用電極棒９の下端レベルと同一にな
る（第２図参照）。この水位は水管３の上部位置になる
ので、始動時に水管３がオーバーヒー１〜することはな
い。

水管３内の水位が上記した水位にあるのを確認後、燃焼
が始まる。これによって、蒸気圧力が上昇し、設定圧力
になると、バーナ１６の燃焼が停止する。

そして、蒸気出口弁が開放されると、蒸気が流れ出し、
気水分離器５の圧力が低下し、学力燃焼に入る。

学力燃焼に入ると、蒸気（気水温合体）が連絡管４を通
ることにより上ヘッダー１と気水分離器５間に圧力損失
が発生し、水管３の水位が圧力損失分だけ水位制御筒８
の設定水位（給水ポンプ停止用電極棒９の下端レベル）
より低下する（第３図参照）。

この状態が続くと、水位制御筒８の水位と水管３の水位
とは同じ水位差で順次低下し、給水ポンプ作動用電極棒
１０の下端レベルに達すると、給水ポンプ１７が作動し
て給水が開始される。この給水ポンプ１７は十分な吐出
力があり、水位が上昇して給水ポンプ停止用電極棒９の
下端レベルに達した時点で停止する。

尚、水管３の水位と水位制御筒８の水位との差は、運転
条件の圧力により変り、低圧になる程大きくなるが、水
管３の水位よりも上部は蒸気（発生気水混合体）により
冷却される為、水管３がオーバーヒートすることはない
。

次に、負荷が牛刀以上になると、これを気水分離器５の
圧力から自動的に検出し、全力状態になる。

全力状態になると、燃焼量が増加してこれに相当する蒸
気（気水混合体）が発生し、上ヘッダー１と気水分離器
５間の圧力損失が牛刀時の圧力損失より大きくなり、水
管３内の水位は牛刀時よりも更に低下した水位で制御さ
れる。

尚、全力時は牛刀時よりも水管３内の水位が低下するが
、蒸気（気水温合体）の発生量も増加するので、水管３
の冷却も十分に行われ、水管３がオーバーヒートするこ
とはない。

又、水管３の水位が低下するので、気水分離器５にて十
分な気水分離を行え、乾き度の高い良質の蒸気が得られ
る。

そして、負荷が軽くなると、これを気水分離器５の圧力
から自動的に検出し、学力状態になる。

学力状態になると、燃焼量が牛刀相当の燃焼量になり、
蒸気（気水混合体）の発生量が減少すると共に、上ヘッ
ダー１と気水分離器５間の圧力損失も小さくなって水管
３内の水位が上昇する。

これによって、水管３の受ける熱負荷も減少し、水管３
がオーバーヒー１〜することはない。

以上の説明は缶水がキャリーオーバーしない濃度以下及
び急激な負荷変動（圧力変化）がない場合の制御である
。

若し、全力時に缶水の濃縮や急激な負荷変動によってキ
ャリーオーバーが発生した場合には、上ヘッダー１と気
水分離器５間の圧力損失が著しく増大して水位制御筒８
内が缶水で充満し、この状態でボイラが継続して運転さ
れ、水管３内の水位が漸次低下して行くが、水管３の水
位が全力時の設定水位（第４図破線位置）よりも若干低
下した時点で補償電極棒１５がこれを検出して給水ポン
プ１７を一定時間作動させ、ボイラ給水を水管３内へ強
制的に給水する。

これによって、低水位での作動がなくなり、水管３のオ
ーバーヒートを防止できると共に、ボイラの運転を継続
して行える。

尚、上記実施例に於いては、補償電極棒用水位制御筒１
４内に一本の補償電極棒１５を設けたが、他の実施例と
して二本の補償電ｇｉ棒を上下して設け、二本の差で給
水ポンプ１７を制御するようにしても良い。

（発明の効果） 以上既述した如く、本発明のボイラの水位制御方法は、
次のような優れた効果を奏することができる。

（１）　　低水分Ｍ器と下ヘッダー間で両者間の水位を
検出し、上へラダーと気水分離器間の圧力損失を加味し
た水位で水管の水位を制御するようにした為、前記圧力
損失により自動的に水管の水位が決まり、蒸気（気水温
合体）の発生量が少ない捏水管の水位が高く、蒸気の発
生量が多い捏水管の水位が低くなる。その結果、始動時
、低燃焼時及び高燃焼時等に水管がオーバーヒートする
こともない。又、蒸気の発生量が増加する捏水管の水位
が低下する為、乾き度の高い良質の蒸気が得られる。

（２）補償電極棒用水位制御筒側で上下ヘッダー間の水
位を検出し、水管内の水位が定常水位より低下したとき
には補償電極棒によりこれを検出して給水ポンプを一定
時間作動させ、強制的に水管内へ給水するようにしてい
る為、冒頭で述べたように缶水が一定値以上（通常熱負
荷等で異なるが３０００〜４０００μＳ／■以上）に濃
縮したり、急激な負荷変動によってキャリーオーバーが
発生し、上へラダーと気水分離器間の圧力損失が増大し
ても、低水位で作動することがなく、水管のオーバーヒ
ートを防止できると共に、ボイラを継続して安全に運転
することができる。

（３）低水位用電極棒は、上下ヘッダー間の水位を検出
して水位制御する場合には全力設定水位以下に設定せざ
るを得なく、軽負荷時の低水位作動時に水管のオーバー
ヒート値が大きくなるが、本発明は気水分離器と上ヘッ
ダー間の水位を検出する水位制御筒内に低水位用電極棒
を設けた為、軽負荷時の低水位作動時に対しても水管の
保護を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水位制御方法を実施する多管式貫流ボ
イラの概略縦断面図、第２図は同じく始動時の状態を示
す一部省略概略縦断面図、第３図は同じく学力時の状態
を示す一部省略概略縦断面図、第４図は同じく全力時の
状態を示す一部省略概略縦断面図である。 ｌは上へラダー、２は下ヘッダー、３は水管。 ５は気水分離器、８は水位制御筒、９，１０は給水ポン
プ制御用電極棒、１１は低水位用電極棒、１４は補償電
極棒用水位制御筒、１５は補償電極棒、１７は給水ポン
プ。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上下ヘッダー（１），（２）を水管（３）で連結し
   、上ヘッダー（１）に気水分離器（５）を接続した燃焼
   制御が３位置制御のボイラに於いて、気水分離器（５）
   と下ヘッダー（２）間に両者間の水位を検出する水位制
   御筒（８）を介設し、これに給水ポンプ制御用電極棒（
   ９），（１０）及び低水位用電極棒（１１）を夫々設け
   、又、上下ヘッダー（１），（２）間に両者間の水位を
   検出する補償電極棒用水位制御筒（１４）を介設し、こ
   れに給水ポンプ制御用の補償電極棒（１５）を設け、ボ
   イラの運転時には水位制御筒（８）側が気水分離器（５
   ）と下ヘッダー（２）間の水位を検出し、上ヘッダー（
   １）と気水分離器（５）間の圧力損失を加味した水位で
   水位制御を行い、又、補償電極棒用水位制御筒（１４）
   側が上下ヘッダー（１），（２）間の水位を検出し、水
   管（３）内の水位が正常水位より低下したときに補償電
   極棒（１５）がこれを検出して給水ポンプ（１７）を一
   定時間作動させ、水管（３）内へ強制的に給水して低水
   位での運転を防止するようにしたボイラの水位制御方法
   。