JPH05126309A - 貫流型排熱ボイラの水位制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受熱水管の過熱による損傷を防止するととも
に、受熱水管の損傷の原因となる缶水の濃縮による不純
物の析出も未然に防止することを図る。 【構成】 排熱ボイラ１の出入口における排ガスの温度
差を検出するとともに、排熱ボイラ１における排ガスの
圧力損失値を検出し、検出された温度差と圧力損失値と
を演算処理して排熱ボイラ１の熱負荷を求め、求められ
た熱負荷の下における受熱水管３に対する水位レベルの
適値を決定し、決定された適値と受熱水管３の実際の水
位レベルとを比較し、この比較結果に基づいて受熱水管
３の給水レベルを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関や焼却炉等
の排熱を利用して蒸気あるいは温水を得るようにしたボ
イラの水位制御に関するもので、とくに貫流型排熱ボイ
ラの水位制御方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に貫流型ボイラは、その構造上、受
熱水管の途中までの水位として循環水量比２分の１以下
を満足するように設計されており、定格の熱負荷で熱サ
イフォンが構成されるようになっている。しかし、熱負
荷が低下すると、熱サイフォンが構成されず、その結果
として受熱水管上部に過熱が生じて、受熱水管の損傷を
招くことになり、また受熱水管内の缶水の濃縮が発生し
て不純物が析出し、これが受熱水管の損傷の原因ともな
っている。

【０００３】従来、この種のボイラにおける水位制御
は、必要水位に対するオン・オフ制御または比例制御で
あり、前記問題点を解決するには至っていない。また、
二連水位による制御により、水位を上昇させる手段を採
用したものもあるが、この制御によれば、一部の受熱水
管に対する水位の検出のみであるので、全体の受熱水管
をカバーすることができず、したがって受熱水管の過熱
を防止することは困難であった。そして、この二連水位
による水位制御においては、検出用センサの位置によ
り、受熱水管全体の代表値を検出することも困難であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記の問
題点に鑑み、排熱ボイラの熱負荷は、排熱ボイラの出入
口における〔排ガスの温度差〕×〔排ガスの圧力損失〕
^1/2 にほぼ比例すると云う知見に基づくもので、この熱
負荷に基づいて受熱水管の制御水位を変化させ、最適水
位となるように制御することにより、受熱水管の過熱に
よる損傷を確実に防止するとともに、受熱水管の損傷の
原因となる缶水の濃縮による不純物の析出も未然の防ぐ
ことができるようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、まずその制御方法にお
いては、排熱ボイラの出入口における排ガスの温度差を
検出するとともに、排熱ボイラにおける排ガスの圧力損
失値を検出し、検出された温度差と圧力損失値とを演算
処理して排熱ボイラの熱負荷を求め、求められた熱負荷
の下における受熱水管に対する水位レベルの適値を決定
し、決定された適値と受熱水管の実際の水位レベルとを
比較し、この比較結果に基づいて受熱水管への給水を制
御することを特徴としており、またその制御装置におい
ては、内部に多数の受熱水管を配置し、一側に排ガスの
入口ラインを接続するとともに他側に排ガスの出口ライ
ンを接続し、さらに前記受熱水管へ給水する給水ライン
を接続した貫流型の排熱ボイラにおいて、前記入口ライ
ンに排ガスの導入温度を検出する入口温度検出器を設け
るとともに、前記出口ラインに排ガスの出口温度を検出
する出口温度検出器を設け、前記両ラインを連通する経
路に排熱ボイラ内を通過する排ガスの圧力損失値を検出
する圧力検出手段を設け、前記両温度検出器の温度差を
演算処理するとともに、該演算処理された温度差と前記
圧力検出手段で検出された圧力損失値とを演算処理して
熱負荷を決定し、かつ該熱負荷の下における受熱水管に
対する水位レベルの適値を決定し、該適値を制御信号と
して出力する演算処理器を設け、該演算処理器からの制
御信号と前記受熱水管の水位検出端からの検出信号とを
比較し、この比較結果に基づいて前記給水ラインの給水
バルブの開閉を制御する水位制御器を設けたことを特徴
としているものである。

【０００６】

【作用】この発明における水位制御方法によれば、排熱
ボイラの出入口における排ガスの温度差を検出するとと
もに、排熱ボイラにおける排ガスの圧力損失値を検出
し、この検出された温度差と圧力損失値とを演算処理し
て排熱ボイラの熱負荷を求め、この求められた熱負荷の
下における受熱水管に対する水位レベルの適値を決定す
る。そして、この適値と受熱水管の実際の水位レベルと
を比較し、この比較結果に基づいて受熱水管への給水を
制御する。また、この発明における水位制御装置によれ
ば、入口温度検出器が入口ラインを通過する排ガスの導
入温度を検出するとともに、出口温度検出器が出口ライ
ンを通過する排ガスの出口温度を検出する。そして、圧
力検出手段が排熱ボイラの圧力損失値を検出する。検出
された排ガスの導入温度と出口温度は、まず演算処理器
において演算処理されて両温度の温度差が検出され、つ
いで演算処理器において温度差と圧力損失値とが演算処
理され、これにより排熱ボイラの熱負荷が決定するとと
もに、その熱負荷の下における受熱水管に対する水位レ
ベルの適値が決定し、これが制御信号として出力する。
そして、この制御信号は、受熱水管の水位検出端におい
て検出された実際の水位レベルについての検出信号と水
位制御器において比較され、この比較結果に基づいて給
水バルブの開閉を制御し、受熱水管への給水を制御す
る。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の具体的な実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。図面に示す実施例は、一例とし
て内燃機関や焼却炉等の排熱を利用して蒸気を得るよう
にした排熱ボイラについて図示したものであり、図１
は、一実施例を概略的に示した説明図である。

【０００８】図１において、この発明に係る水位制御装
置を備えた排熱ボイラ１は、内燃機関や焼却炉等の排ガ
ス発生源（図示省略）からの排ガスをその一側の入口ラ
イン２から導入し、その内部に多数収納配置された受熱
水管３群と熱交換させて蒸気を発生させ、他側の出口ラ
イン４から排ガスを排出するように構成されている。

【０００９】排熱ボイラ１には、その内部の受熱水管３
内へ給水するための給水ライン５が連通接続されてい
る。この給水ライン５には、逆止弁，濾過器，薬注装置
等を備えた給水装置（図示省略）が設けられており、給
水ポンプＰの作動により、適宜な水源の水が濾過され，
薬液注入された薬注缶水となって排熱ボイラ１の受熱水
管３内に供給される。そして、給水ライン５の給水ポン
プＰの下流側には、受熱水管３内への給水を制御する給
水バルブ６が設けられている。

【００１０】排熱ボイラ１には、受熱水管３群が排ガス
との熱交換により発生した蒸気を取り出すための取出ラ
イン７が接続されている。この取出ライン７には、取り
出して使用する蒸気のバルブ８が設けられている。な
お、詳細な説明は省略するが、この取出ライン７には、
良質な蒸気を取り出すために、適宜な気水分離装置（セ
パレータ）が設けられる。

【００１１】排熱ボイラ１には、その内部の缶内圧力を
検出するための圧力検出器９が設けられている。この圧
力検出器９は、排熱ボイラ１の運転中における熱負荷の
変動に応じて変化する排熱ボイラ１内の缶内圧力を検出
するもので、排熱ボイラ１内の缶内圧力が予め設定した
圧力値以上になったとき、適宜警報を発生するように構
成されている。

【００１２】排熱ボイラ１の受熱水管３には、受熱水管
３内の実際の水位レベルを検出する水位検出端１０が設
けられている。この水位検出端１０は、排熱ボイラ１の
運転中における熱負荷の変動に応じて変化する受熱水管
３内の実際の水位レベルを検出するもので、この検出し
た水位レベルを検出信号として水位制御器１１へ出力す
る。

【００１３】排熱ボイラ１の入口ライン２には、排ガス
発生源から排熱ボイラ１に導入される排ガスの温度を検
出するための入口温度検出器１２が設けられている。こ
の入口温度検出器１２は、入口ライン２における排ガス
の排熱ボイラ１への導入温度を検出し、この検出した温
度を検出信号として入口温度計測器１３へ出力する。ま
た、排熱ボイラ１の出口ライン４には、排熱ボイラ１か
ら排出される排ガスの温度を検出するための出口温度検
出器１４が設けられている。この出口温度検出器１４
は、出口ライン４における排ガスの温度を検出し、この
検出した温度を検出信号として出口温度計測器１５へ出
力する。

【００１４】そして、入口ライン２と出口ライン４とを
連通するように接続された経路を構成するバイパスライ
ン１６には、排熱ボイラ１内を通過する排ガスの流量を
検出するためのダンパ１７が設けられている。このダン
パ１７は、バイパスライン１６の開度，したがってダン
パ１７の開度により、排熱ボイラ１内を通過する排ガス
の流量を検出するように構成されており、その開度を検
出信号として排ガス量計測器１８へ出力する。この排ガ
ス量計測器１８は、ダンパ１７からの開度信号に基づい
て、排ガスの排熱ボイラ１内における通過量を計測し、
その計測量を検出信号として圧力演算器１９へ出力す
る。この圧力演算器１９は、排ガス量計測器１８からの
計測量を演算し、排熱ボイラ１内における排ガスの圧力
損失値を検出する。すなわち、ダンパ１７，排ガス量計
測器１８および圧力演算器１９は、排熱ボイラ１内にお
ける排ガスの圧力損失値を検出する圧力検出手段を構成
している。なお、この圧力損失値を検出する圧力検出手
段は、前記実施例に限定されるものではなく、実施に応
じて、たとえばバイパスライン１６を構成することな
く、出口ライン４にダンパ１７と同様のダンパ（図示省
略）設け、このダンパによる開度信号を圧力演算器１９
へ直接出力する構成も好適である。

【００１５】さて、この発明に係る水位制御装置は、排
熱ボイラ１の出入口における排ガスの温度差を検出し、
また排熱ボイラ１内を通過した排ガスの圧力損失値を検
出し、その排ガスの温度差と圧力損失値から排熱ボイラ
１の熱負荷を決定し、その熱負荷に応じて、受熱水管３
の水位レベルを制御するようにするものであるから、こ
の発明においては、排熱ボイラ１の出入口における排ガ
スの温度差と排熱ボイラ１内を通過した排ガスの圧力損
失値とを演算処理するための演算処理器２０が設けられ
ている。この演算処理器２０は、入口ライン２における
排ガス温度を入口温度検出器１２を介して入口温度計測
器１３からの検出信号として受信するとともに、出口ラ
イン４における排ガス温度を出口温度検出器１４を介し
て出口温度計測器１５からの検出信号として受信し、ま
た排熱ボイラ１内を通過した排ガスの圧力損失値をダン
パ１７，排ガス量計測器１８，圧力演算器１９等の圧力
検出手段からの検出信号として受信するように構成され
ている。これらの検出信号を受信した演算処理器２０
は、まず両温度計測器１３，１５からの検出信号を演算
処理して排ガスの温度差を検出する。つぎに、この温度
差と圧力損失値とを演算処理して熱負荷を決定し、その
熱負荷に応じた受熱水管３の水位レベルの適値を決定す
る。そして、この決定した水位レベルの適値を制御信号
として水位制御器１１へ出力する。

【００１６】そして、演算処理器２０から受熱水管３に
対する適値な水位レベルの制御信号を受けた水位制御器
１１は、この制御信号と受熱水管３の水位検出端１０か
らの実際の水位レベルについての検出信号とを比較し、
その比較結果に基づいて給水ライン５に設けた給水バル
ブ６の開閉を制御する開閉制御信号を出力する。これに
より、受熱水管３への給水が制御され、受熱水管３の水
位レベルが適正に保たれる。

【００１７】つぎに、この発明の水位制御に付加して単
位時間当たりの給水量が適正となるように制御する構
成，すなわち給水制御の構成について、図２および図３
を用いて説明する。図２においては、前記水位検出端１
０の具体例として、前記受熱水管３と蒸気部連絡管２１
および水部連絡管２２により連通接続された水位制御筒
２３が設けられている。この水位制御筒２３は、両連絡
管２１，２２を介して前記受熱水管３と連通接続されて
いるので、前記受熱水管３の水位と同じ水位を表示する
ものであり、この水位制御筒２３内には、２箇所以上の
複数地点において水位制御筒２３内の水位を検出する検
出端が設けられており、この実施例においては、水位制
御筒２３内における上位，中位および下位の水位をそれ
ぞれ検出する上位検出端Ｈ，中位検出端Ｍおよび下位検
出端Ｌがそれぞれ挿入設置されている。これにより、前
記排熱ボイラ１の熱負荷が低い場合は、低負荷制御範囲
Ｔ₁ となるように，すなわち水位制御筒２３内の水位が
上位検出端Ｈと中位検出端Ｍとの間となるように制御
し、また前記排熱ボイラ１の熱負荷が高い場合は、高負
荷制御範囲Ｔ₂ となるように，すなわち水位制御筒２３
内の水位が中位検出端Ｍと下位検出端Ｌとの間となるよ
うに制御する。これらの制御は、各検出端Ｈ，Ｍ，Ｌか
らの各検出信号に基づいて水位演算器２４において行わ
れる。この水位演算器２４は、両制御範囲Ｔ₁ ，Ｔ₂ に
おける水位の上昇時間と下降時間をそれぞれ計測し、そ
の各計測値に応じて前記給水バルブ６あるいは前記給水
ポンプＰを制御する信号を出力する。

【００１８】この構成においては、水位演算器２３から
の制御信号により、単位時間当たりの給水量が適正とな
るように制御するものであるから、水位演算器２３から
の制御信号を受ける前記給水バルブ６にあっては、その
開度が連続的に変化するように構成されており、したが
って制御信号に基づいてその開度が図３に示すように連
続的に変化し、この変化に応じて比例給水を行い、また
水位演算器２３からの制御信号受ける前記給水ポンプＰ
にあっては、その回転数が連続的に変化するように構成
されており、したがって制御信号に基づいてその回転数
が図３に示すように連続的に変化し、この変化に応じて
比例給水を行う。

【００１９】このように、前記水位制御に加えて単位時
間当たりの給水量が適正となるように給水制御すると、
前記水位制御により適正な水位レベルを維持することが
できるとともに、その適正水位レベルにおいて単位時間
当たりの給水量を適正なものとすることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、排熱
ボイラの出入口における排ガスの温度差と排熱ボイラに
おける排ガスの圧力損失値とに基づいて熱負荷を決定
し、この熱負荷に基づいて受熱水管に対する水位レベル
の適値を決定し、決定された適値と受熱水管の実際の水
位レベルとを比較し、この比較結果に基づいて受熱水管
の給水レベルを制御するようにしたものであるから、受
熱水管の水位レベルを確実に制御することができ、受熱
水管の過熱による損傷を確実に防止することができる。
また、受熱水管の損傷の原因となる缶水の濃縮による不
純物の析出も未然に防止することができる。さらに、簡
単な構成をもって実施することができ、この種の水位制
御としては頗る効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を概略的に示す説明図であ
る。

【図２】図１の実施例に付加する給水制御装置の一例を
概略的に示す説明図である。

【図３】図２の実施例における制御信号と比例給水との
関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 排熱ボイラ ２ 入口ライン ３ 受熱水管 ４ 出口ライン ５ 給水ライン ６ 給水バルブ １０ 水位検出端 １１ 水位制御器 １２ 入口温度検出器 １３ 入口温度計測器 １４ 出口温度検出器 １５ 出口温度計測器 １７ ダンパ １８ 排ガス量計測器 １９ 圧力演算器 ２０ 演算処理器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排熱ボイラ１の出入口における排ガスの
   温度差を検出するとともに、排熱ボイラ１における排ガ
   スの圧力損失値を検出し、検出された温度差と圧力損失
   値とを演算処理して排熱ボイラ１の熱負荷を求め、求め
   られた熱負荷の下における受熱水管３に対する水位レベ
   ルの適値を決定し、決定された適値と受熱水管３の実際
   の水位レベルとを比較し、この比較結果に基づいて受熱
   水管３の給水レベルを制御することを特徴とする貫流型
   排熱ボイラの水位制御方法。
2. 【請求項２】 内部に多数の受熱水管３を収納配置し、
   一側に排ガスの入口ライン２を接続するとともに他側に
   排ガスの出口ライン４を接続し、さらに前記受熱水管３
   へ給水する給水ライン５を接続した貫流型の排熱ボイラ
   １において、前記入口ライン２に排ガスの導入温度を検
   出する入口温度検出器１２を設けるとともに、前記出口
   ライン４に排ガスの出口温度を検出する出口温度検出器
   １４を設け、前記両ライン２，４を連通する経路に排熱
   ボイラ１内を通過する排ガスの圧力損失値を検出する圧
   力検出手段を設け、前記両温度検出器１２，１４の温度
   差を演算処理するとともに、該演算処理された温度差と
   前記圧力検出手段で検出された圧力損失値とを演算処理
   して熱負荷を決定し、かつ該熱負荷の下における受熱水
   管３に対する水位レベルの適値を決定し、該適値を制御
   信号として出力する演算処理器２０を設け、該演算処理
   器２０からの制御信号と前記受熱水管３の水位検出端１
   ０からの検出信号とを比較し、この比較結果に基づいて
   前記給水ライン５の給水バルブ６の開閉を制御する水位
   制御器１１を設けたことを特徴とする貫流型排熱ボイラ
   の水位制御装置。