JPH0823408B2 - 貫流型排熱ボイラにおける給水制御装置 - Google Patents

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を得るようにしたボイラの給水制
御装置に関するもので、とくに貫流型排熱ボイラにおけ
る給水制御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受熱水管の
過熱による損傷防止としては、受熱水管内への給水制御
を適正にすることが行われている。

【０００４】しかしながら、従来の給水制御において
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。また、従来の比例制御方式の給水制御においては、
単位時間当たりの給水量の適正化を図る給水比例制御用
センサとして、ディスプレッサ型，差圧発信型等のもの
を使用しているが、これらはいずれも高価なものであ
り、この種のボイラへの適用には限度があった。

【０００５】

【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、発生蒸気量あるい
は給水流量に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水位レベルを変化させて最
適水位レベルとなるように制御し、この適正水位レベル
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に防ぐことができるようにしたもの
である。さらに、簡単な構成で，しかも安価に提供する
ことができる疑似比例制御方式による給水制御ができる
ようにしたものである。

【０００６】

【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、内部に多数の受熱水管
を収納配置し、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、また前記受
熱水管へ給水する給水ラインを接続するとともに前記受
熱水管の排ガスとの熱交換により発生した蒸気を取り出
す取出ラインを接続し、さらに前記受熱水管の実際の水
位レベルを検出する水位検出端を備えた貫流型の排熱ボ
イラへの給水流量を検出するとともに、排熱ボイラから
の蒸気量を検出し、検出された給水流量と蒸気量とのい
ずれか一方または両方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前記受熱水管
に対する水位レベルの適値を決定し、決定された適値と
前記受熱水管の実際の水位レベルとを比較し、この比較
結果に基づいて前記受熱水管の給水レベルを制御するよ
うに構成した貫流型排熱ボイラにおける給水制御装置に
おいて、前記受熱水管の水位を検出する水位制御筒を設
け、該水位制御筒内に当該水位制御筒内における複数地
点の水位をそれぞれ検出する検出端をそれぞれ挿入設置
し、該各検出端からの検出信号に基づいて当該各検出端
間における水位の上昇時間と下降時間とをそれぞれ計測
するとともに、この上昇時間と下降時間に応じて次回の
缶内水位上昇時および缶内水位下降時における単位時間
当たりの給水量を決定し、この決定された給水量を制御
信号として出力する制御器を設け、該制御器からの出力
信号により前記給水ラインに設けた給水ポンプの回転数
を制御することを特徴としているものである。

【０００７】

【作用】この発明における給水制御装置によれば、水位
制御筒内に挿入設置した各検出端がそれぞれの検出信号
を制御器へ出力する。この各検出信号を受けた制御器
は、各検出端間における水位の上昇時間と下降時間とを
それぞれ計測し、この計測した各時間を極力長くするよ
うにするために、単位時間当たりの給水量を決定する。
この給水量の決定は、排熱ボイラの熱負荷に基づいて決
定された適正な水位レベルにおける給水量として決定
し、これを制御信号として給水ラインに設けた給水ポン
プへ出力する。この制御信号を受けた給水ポンプは、そ
の回転数を連続的に変化させ、制御器により指示された
単位時間当たりの給水量を受熱水管内へ供給する。これ
により、給水バルブのオン作動時における給水量が調節
され、給水バルブのオン・オフ作動の間隔が長くなり、
比例制御に近い制御となる。

【０００８】

【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、給水制御装置の一実施例を概略的に示した説明図で
ある。

【０００９】まず、図１を用いて給水制御装置を備えた
排熱ボイラ１の概略を説明すると、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。

【００１０】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。また、給水ライン５の給水ポンプ
Ｐの下流側には、受熱水管３内への給水をオン・オフ制
御する給水バルブ６が設けられている。そして、給水ラ
イン５における給水ポンプＰと給水バルブ６との間に
は、受熱水管３内に給水された積算流量を検出する給水
流量検出器７が設けられている。この給水流量検出器７
は、受熱水管３内へ給水された積算流量を検出し、この
検出した給水流量を検出信号として給水流量計測器８へ
出力する。

【００１１】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９が接続されている。この取出ライン９には、取り
出して使用する蒸気のバルブ１０が設けられている。そ
して、この取出ライン９におけるバルブ１０の上流に
は、発生した蒸気量を検出する蒸気量検出器１１が設け
られている。この蒸気量検出器１１は、発生した蒸気量
を検出し、この検出した蒸気量を検出信号として蒸気量
計測器１２へ出力する。なお、詳細な説明は省略する
が、この取出ライン９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。

【００１２】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１３が設けられている。この
圧力検出器１３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。

【００１３】そして、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
１４が設けられている。この水位検出端１４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１５
へ出力する。

【００１４】さらに、この発明に係る給水制御装置は、
排熱ボイラ１の発生蒸気量あるいは積算された給水流量
に比例している排熱ボイラ１の熱負荷を判断し、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
にしたものであるから、この発明においては、給水流量
および蒸気量を演算し、その演算に基づいて排熱ボイラ
１の熱負荷を決定する演算処理器１６が設けられてい
る。この演算処理器１６は、まず給水ライン５における
給水流量を給水流量検出器７を介して給水流量計測器８
からの検出信号として受信し、また取出ライン９におけ
る蒸気量を蒸気量検出器１１を介して蒸気量計測器１２
からの検出信号として受信するように構成されている。
この両検出信号を受信した演算処理器１６は、その両検
出信号を演算処理して、その検出時における排熱ボイラ
１の熱負荷を決定し、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。さらに、この演算処理器
１６は、水位検出端１４を介して水位制御器１５から受
熱水管３の実際の水位レベルについての検出信号を受信
するように構成されている。したがって、演算処理器１
６は、受熱水管３に対する水位レベルの適値と水位制御
器１５から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。

【００１５】さて、つぎに前記給水制御装置と有機的に
結合するこの発明に係る給水制御装置，すなわち単位時
間当たりの給水量を適正に給水制御する構成について、
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１４の具体例として、前記受熱水管３と蒸
気部連絡管１７および水部連絡管１８により連通接続さ
れた水位制御筒１９が設けられている。この水位制御筒
１９は、両連絡管１７，１８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１９内に
は、２箇所以上の複数地点において、水位制御筒１９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１９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。これらの検出端Ｈ，Ｍ，Ｌは、検出した水位を検出
信号として制御器２０へ出力するように構成されてい
る。各検出端Ｈ，Ｍ，Ｌからの検出信号を受けた制御器
２０は、各検出端Ｈ，Ｍ，Ｌ間における水位の上昇時
間，すなわち下位検出端Ｌが水位を検出してから中位検
出端Ｍが水位を検出するまでの時間および中位検出端Ｍ
が水位を検出してから上位検出端Ｈが水位を検出するま
での時間（すなわち、給水時間）と下降時間，すなわち
水位が上位検出端Ｈを離れてから中位検出端Ｍを離れる
までの時間および水位が中位検出端Ｍを離れてから下位
検出端Ｌを離れるまでの時間（すなわち、蒸気発生時
間）とをそれぞれ計測し、これらの上昇時間および下降
時間を極力長くするために、単位時間当たりの給水量を
決定する自己学習機能を有している。そして、制御器２
０は、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１９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１９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。さらに、制御器２０は、自己学
習機能に基づいて、両制御範囲Ｔ₁ ，Ｔ₂ に応じて演算
した単位時間当たりの給水量を決定し、これを制御信号
として、前記給水ライン５に設けた前記給水ポンプＰへ
出力する。すなわち、計測した上昇時間および下降時間
に基づいて、次回の缶内水位上昇時および缶内水位下降
時における単位時間当たりの給水量を決定するようにし
ており、この単位時間当たりの給水量は、缶内水位の上
昇時間および下降時間が極力長くなるように決定され
る。

【００１６】この構成においては、前記のとおり、前記
給水バルブ６は、前記水位制御器１５からの制御信号に
よりオン・オフ作動するものであるから、前記給水ポン
プＰを制御器２０からの制御信号に基づいてインバータ
周波数を変えることによりその回転数，すなわち前記受
熱水管３への吐出量が連続的に変化するように構成して
いる。したがって、制御器２０からの制御信号により、
前記給水ポンプＰの吐出量が連続的に変化して前記給水
バルブ６を通過する流量が連続的に変化する。すなわ
ち、前記給水バルブ６の１回のオン作動での通過流量が
連続的に変化して単位時間当たりの給水量が適正なもの
となり、その結果として図３に示すように、前記給水バ
ルブ６のオン・オフ作動の間隔が時間の経過とともに長
くなり、そのオン・オフ作動の回数が減少する。この結
果、前記給水バルブ６によるオン・オフ制御が比例制御
に近いものとなる。換言すると、この構成は、前記給水
ライン５から前記受熱水管３への単位時間当たりの給水
量の制御として、オン・オフ制御される前記給水バルブ
６の通過流量を制御器２０からの制御信号に基づいて、
前記給水ポンプＰにより調節するようにしたものであ
る。

【００１７】ここで、前記受熱水管３への単位時間当た
りの給水量の制御として、その他の好ましい実施例を説
明すると、前記給水バルブ６をオン・オフ制御のみなら
ず、オン作動時において、制御器２０からの制御信号に
より、その開度，すなわち通過流量が連続的に変化する
ように構成すれば、前記給水バルブ６のみでの制御が可
能である。これによれば、１回のオン作動でその通過流
量が連続的に変化して単位時間当たりの給水量が適正な
ものとなり、その結果として図３に示すように、前記給
水バルブ６のオン・オフ作動の間隔が時間の経過ととも
に長くなり、そのオン・オフ作動の回数が減少し、比例
制御に近いものとなる。すなわち、実施に応じて、前記
給水バルブ６単独での制御も好適なものである。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、排熱
ボイラの熱負荷に基づいて決定された適正な水位レベル
を維持するように、計測した缶内水位の上昇時間および
下降時間に応じて、次回の缶内水位上昇時および缶内水
位下降時における単位時間当たりの給水量を制御するよ
うにしたものであるから、オン・オフ制御方式によるも
のが比例制御方式にきわめて近いものとなり、高価な給
水比例制御用センサを使用することなく給水制御を実施
することができる。また、これに伴って、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、しかも安価に提供する
ことができるので、この種の給水制御としては頗る効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】給水制御装置を備えた排熱ボイラの一実施例を
概略的に示す説明図である。

【図２】この発明の一実施例を概略的に示す説明図であ
る。

【図３】図２の実施例における給水制御の関係を示す説
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 ７ 給水流量検出器 ８ 給水流量計測器 ９ 取出ライン １１ 蒸気量検出器 １２ 蒸気量計測器 １４ 水位検出端 １５ 水位制御器 １６ 演算処理器 １９ 水位制御筒 ２０ 制御器 Ｈ 上位検出端 Ｍ 中位検出端 Ｌ 下位検出端 Ｐ 給水ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、また前記受熱水管３へ
   給水する給水ライン５を接続するとともに前記受熱水管
   ３の排ガスとの熱交換により発生した蒸気を取り出す取
   出ライン９を接続し、さらに前記受熱水管３の実際の水
   位レベルを検出する水位検出端１４を備えた貫流型の排
   熱ボイラ１への給水流量を検出するとともに、排熱ボイ
   ラ１からの蒸気量を検出し、検出された給水流量と蒸気
   量とのいずれか一方または両方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前
   記受熱水管３に対する水位レベルの適値を決定し、決定
   された適値と前記受熱水管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前記受熱水管３の給水レ
   ベルを制御するように構成した貫流型排熱ボイラにおけ
   る給水制御装置において、前記受熱水管３の水位を検出
   する水位制御筒１９を設け、該水位制御筒１９内に当該
   水位制御筒１９内における複数地点の水位をそれぞれ検
   出する検出端Ｈ，Ｍ，Ｌをそれぞれ挿入設置し、該各検
   出端Ｈ，Ｍ，Ｌからの検出信号に基づいて当該各検出端
   間における水位の上昇時間と下降時間とをそれぞれ計測
   するとともに、この上昇時間と下降時間に応じて次回の
   缶内水位上昇時および缶内水位下降時における単位時間
   当たりの給水量を決定し、この決定された給水量を制御
   信号として出力する制御器２０を設け、該制御器２０か
   らの出力信号により前記給水ライン５に設けた給水ポン
   プＰの回転数を制御することを特徴とする貫流型排熱ボ
   イラにおける給水制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御器２０が、前記給水ライン５に
   設けた給水バルブ６の開度を連続的に変化させ、単位時
   間当たりの給水量を制御することを特徴とする請求項１
   に記載の貫流型排熱ボイラにおける給水制御装置。