JPS5921903A - ボイラ系におけるスケ−ル付着状態計測装置 - 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】 この発明はボイラ系における缶水の濃縮化に伴う水管中
のスケール付着状態を自動的に計測するためのスケール
付着状態計測装置に関するものであり、特に、継続運転
におけるボイラ始動時の蒸気圧の立ち上り期間が、水管
中のスケール付着の進行に伴って増大するという現象に
基づいて、水管中のスケール付着状態を計測するように
したスケール付着状態計測装置に係わるものである。

一般に、ボイラ系を長時間運転すると、缶水が濃縮化さ
れるので、缶水中に含まれるカルシュラム、マグネシュ
ウム、シリカ等の不純物濃度が増大し、これが水管内面
に析出付着してスケールに成長するものである。そして
、スケールが熱の不良導体であるために、スケールの付
着はボイラ系の熱交換の効率を低下させるハカりか、水
管を高温度に至らしめ、ついには、焼損をも招くことが
知られている。

而して、かかる不都合に対処するためには、水管中゛の
スケール付着状態を定期的な目視観測により確認し、ス
ケール付着がある程度進行したときには、水管に通薬し
てスケールを溶解除去することが一行われている。

しかしながら　スケール付着状態を目視観測１〜 するためには、ボイラ系の運転を停止させ、一旦、缶水
をブローしてから水管内部を観測しなければならず、手
間のかかる作業を伴うものであった。

而して、かかる作業は往々にして面怠され、結果的に、
スケールの異常な成長を見過し、ついには、水管を焼損
に至らしめ、復旧に多大の時間と労力を費すことがしば
しばであった。

また、ボイラ系の運転停止を伴う作業である以上、スケ
ール付着状態の目視観測作業は、その頻度において著し
い制約を受けるので、計測のサンプリング周期が長大な
ものとなり、スケあった。

したがって、従前のボイラ系では、水管中のスケール付
着状態を高精度に、かつ、連続的に、自動計測すること
ができず、而して、スケールを除去すべき時期を正確に
把握することができず、スケールの異常な成長を許し、
水管の焼損を招く危険性が極めて大であるという欠点が
あった。

この発明の目的は、上記従来技術に基づく水管中のスケ
ール付着状態の計測の問題点に鑑み、蒸気圧計測手段と
、蒸気圧信号が計測用設定値に到達するまでの蒸気圧立
ち上り期間を計測する蒸気圧立ち上り期間計測手段と、
該手段がらの蒸気圧立ち上り期間計測信号によってスケ
ール付着状態を判定するスケール付着状態判定手段とを
備える構成とすることにより、前記、欠点を除去して、
高精度に、しがも、運転再開のたびに、短小な計測のサ
ンプリング周期でもって、実質上連続的にスケール付着
状態を自動計測することかできるボイラ系におけるスケ
ール付着状態計測装置を提供せんとするものである。

上記目的に沿うこの発明の構成は、ボイラの蒸気圧に対
処する蒸気圧信号が計測用設定値であることを検出して
計測蒸気圧信号を出力し、該信号と始動指令信号とに基
づいて、前記蒸気圧信号が始動時の初期値から計測用設
定値に到達するまでの蒸気圧立ち上り期間を計測し、そ
の計測結果の蒸気圧立ち上り期間信号と、予め設定され
た基準信号との大小関係に基づいてスケール付着状態を
判定して、スケール付着状態信号を表示部に供給し、ス
ケール付着状態に至ったことを表示することができるよ
うにしたことを要旨とするものである。

さて、後続するこの発明の詳細な説明に先がけて、この
発明の構成を付設することができる典型的な小形ボイラ
系の構成及び動作を説明すれば以下の通りである。

第１図ＦＡ）は、かかるボイラ系の構成を示すブロック
説明図であり、ボイラ１はその断面が示されている。

第１図（１３）は、第１図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図
である。

図において、ボイラ１の内部は、壁１ａの内周面に沿っ
て多数の水管１ｂが立設され、水管１ｂは中空筒状体か
ら成り、その下端部は環状の下部管寄せ１ｃ　（氷室）
に、そして、その上Ｇ！Ｉｊ部は同じく塊状の上部管寄
せｌｄ　（蒸気室）にそれぞれ連通し、下部管寄せ１Ｃ
及び水管１１）の下部には、缶水が収納される。

水管１ｂで囲まれたボイラ１の中心部には、燃焼室１ｅ
から形成される。ボイラ１の上部には、電動機１ｆで駆
動されるブロア１ｇに連通ずる風道１ｂが設けられ、風
道１ｈ内には、ノスル棒１１と電極１」が垂設される。

燃焼室１ｅの下舊ｈｊ部は、多数の水管１ｂの中空部を
経て煙道１ｋに連通「る。上部管寄せ旬からは、連通管
１１が壁１ａ外に延びて下部管Ｍｊせ１Ｃに連通する。

連通管１１の中間部には、缶水水位を目視可能に表示す
る水位ゲージ１ｍと水位検出部２が介装される。水位検
出部２には、給水制御部３が接続され、その出力端子は
給水ポンプ４を駆動する電動機４ａに接続される。給水
ポンプ４の尋人管は図示しない水源に連通し、その吐出
管は下部管寄せ１Ｃに連通ずる。

更に、連通管１１の上部には、蒸気圧計測部５が接続さ
れ、その出力端子は燃焼制御部６に接続される。燃焼制
御部６からは、制御信号線６ａ〜６ｃ’が延びて電動機
１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ６ｄ’のそれぞれに接続
される。燃料ポンプ６ｄ’の２品入管は図示しない燃料
タンクに連通し、その吐出管はノズル棒１１に連通する
。そして、下部管寄せ１Ｃからはブロー管１［１が延び
て、ブローコック１ｐを介して図示しない排水路に連通
し、上部管寄せ１ｄからは蒸気管１ｑが延びて図示しな
い所望の蒸気負荷に連通ずる。

上記ボイラ系の構成では、蒸気を発生させるに際しては
、電動機１ｆでもってブロア１ｇを駆動して風道１ｈ内
に空気を圧送しつつ電極棒１ｊに高電圧を印加してノズ
ル棒１１の先端から噴射される燃料を着火さぜ、これを
燃焼室１ｅ内で燃焼させる。かかる燃焼により生じた高
温度の燃焼ガスは、燃焼室１ｅ下端部から水管１ｂの中
空部に進入し、これを通過して煙道１ｋに至り排気され
る。

この間に、熱交換が行われて水管１ｂ中の缶水が加熱さ
れて蒸気となり、これが上部管寄せ１ｄにて収集、蓄積
され、蒸気管１ｑを通じて蒸気負荷に供給されるもので
ある。

そして、燃焼制御に関しては、下部管寄せ１ｄ内の蒸気
圧を連通管１１を通じて抽出して蒸気圧計測部５に供給
し、蒸気圧計測部５は上部管寄ぜ１ｄ内の蒸気圧が予め
設定された下限蒸気圧に達したことを検出したときには
、下限蒸気圧信号を、同様に、上限蒸気圧に達したこと
を検出したときには、上限蒸気圧信号を燃焼制御部６に
送る。

燃焼制御部６は、蒸気の消費が続行して上部管寄せ１ｄ
内の蒸気圧が降下し、蒸気圧計測部５から下限蒸気圧信
号を受けたときには、制御信号線６ａ’を通じて電動機
１ｆを始動させて、ブロア１ｇでもって風道１ｈを空気
）ぐ−ジしてから制御信号線６ｂ’を通じて電磯棒１ｊ
に高電圧を印加するとともに、制御信号線６０′を通じ
て燃料ポンプ６（１′を始動させて、ノズル棒１１から
噴射される燃料に点火し燃焼を開始させ、更に、蒸気の
先生が続行して蒸気圧が上昇し、蒸気圧計測部５から上
限蒸気圧信号を受けたときには、制御信号線６０′を通
じて燃料ポンプ６ｄ’を停止させて、燃料供給を断つこ
とにより、燃焼を停止させるとともに、燃焼ガスの排出
を待って、制御信号線６ａ’を通じて電動機１ｆを停止
させてブロア１ｇからの送風を断つ。

而して、燃焼の断続制御でもって、上部管寄せ１ｄ内の
蒸気圧を上下限蒸気圧として予め設定された側圧力値の
間の圧力値に保つことが、できるものである。

なお、簡便な装置では、電動ｉ１ｆ、燃料ポンプ６ｄ’
の始動・停止制御、及び電極棒１Ｊへの高電圧の印加を
同時的に行ってもよい。

更に、給水制御に関しては、連通管１１内の気水境界面
、即ち、水管１ｂ中の缶水水位の変化を水位検出部２に
伝達し、水位検出部２は缶水水位が予め設定された下限
水位に達したことを検出したときには、下限水位信号を
、同様に、上限水位に達したことを検出したときには、
上限水位信号を給水制御部３に送る。

給水制御部３は、蒸気の消費により水管中の缶水水位が
降下し、水位検出部２から下限水位信号を受けたときに
は、電動機４ａを始動させて給水ポンプ４でもって下部
管寄ぜ１Ｃを通じて水管柿への給水を開始させ、給水が
続行して缶水水位が上昇し、水位検出部２から上限水位
信号を受けたときには、電動４１４ａを停止させて、水
管１ｂへの給水を断つ。

而して、給水の断続制御でもって、水管１ｂ内の缶水水
位を上下限水位として予め設定さ、れた両水位値の間の
水位値に保つことができるものである。

そして、かかる給水の断続制御と、前記燃焼の断続制御
は、互いに別個独立に行われるものである。

また、缶水のブローに際しては、ブローコ・ツク１ｐを
開くことにより、排水管１ｎを通じて下部管寄せ１Ｃ及
び水管１ｂ中の缶水の一部あるいは全部をブローするこ
とができるものである。

なお、ブロア１ｇ、風道１ｈ、ノズル棒１１、電極棒１
ｊから成るバーナは、これに限られるものではなく、要
すれば、水管１ｂ中の缶水を加熱して蒸気を発生させ得
れば足りるので、一般的には、電気ヒータ等をも含む加
熱装置であればよい。

而して、同様に、燃焼制御部６も加熱装置を断続する加
熱制御部であればよい。

続いて、第２図〜第３図に基づいて、この発明の実施例
の構成及び動作を説明すれば以下の通りである。

第２図はこの発明の一実施例の構成を示すフ゛ロック図
であり、図中、第１図における符号と同一の符号で表わ
される構成要素はそれぞれ第１図のものに対応している
。

蒸気圧計測部５は、ボイラからの蒸気圧を受けて蒸気圧
信号Ｓ１を出力する圧力センサ５ａと、これに後続する
第一、第二、第三のコン、ｅレータ５ｂ、５ｃ、５ｄと
、第一、第二、第三のポテンショメータ５ｅ、５ｆ、５
ｇとから成る。

前述のように、蒸気圧が上限蒸気圧に到達すると、該蒸
気圧に対応する蒸気圧信号Ｓ１が第一のポテンショメー
タ５ｅで設定された上限設定値を表わす基準信号よりも
大となるので、第一のコンパレータ５ｂの出力信号が「
０」に反転し、該コンパレータ５ｂから上限蒸気圧信号
Ｓ２が出力されて、前記燃焼制御部６に供給される。

同様にして、蒸気圧が下限蒸気圧に到達すると、第二の
コンパレータ５Ｃの出力信号が「０」に反転して、下限
蒸気圧信号Ｓ３が出力されるものである。

そして、第三のコンパレータ５ｄの他方の入力端子は計
測用設定値を設定する第三のポテンショメータ５ｇを介
して電源に接続されている。

上記第三のコンパレータ５ｄの出力端子は、蒸気圧立ち
上り期間計測部Ｉに接続される。該計測部γはクロック
パルス兇振器と、ゲートと、カウンタとを含むタイムイ
ンターバル計数回路とから成る。

一方、始動スイッチ８の出力端子が前記給水制御部３、
燃焼制御部６及び上記蒸気圧立ち上り期間計測部１に接
続されている。

そして、上記計測部γの出力端子はスケール状態判定部
９に接続され、該判定部９はディジタルアナログ変換器
９ａと、これに後続するコンパレータ９ｂと、該コンパ
レータ９ｂの他方の端子に接続されたポテンショメータ
９Ｃとから成る。

さらに、前記コンパレータ９ｂの出力端子は警報表示部
１０の入力端子に接続されるものである。

第３図は、始動時からの蒸気圧、即ち、圧力センサ５ａ
が出力する蒸気圧信号Ｓ１の経時変化（Ａ）と、始動ス
イッチ８からの始動指令信号（１３）と、蒸気圧計測部
５の第三のコンパレータ５ｄが出力する計測蒸気圧信号
（Ｃ）と、蒸気圧立ち上り期間計測部Ｉが出力する蒸気
圧立ち上り期間信号と基準信号の関ＩＪ　（Ｄ＋とを対
比して示す波形図である。

上記波形図において、第３図（Ａ＋に示すように、始動
されてから、蒸気圧が一定の計測用設定値Ｍに到達する
までの経時変化は、スケール付着のない状態では、実線
で示され、スケール付着状態に至ると点線で示されるよ
うに、立ち上り期間ＴＳ′が実線のそれ（′１゛Ｓ）に
比べ増大する。

なお、上記計測用設定値Ｍは、運転時における下限蒸気
圧に対応する蒸気圧信号Ｓ１よりも低い値に設定されて
いるので、蒸気圧信号Ｓ＋がこの値に到達するまでは燃
焼制御部６が燃焼モードにあって、缶水の加熱が続行さ
れるものである。

上記構成において、始動スイッチ８が手動操作によって
投入されると、始動指令信号Ｓ５が給水制御部３と燃焼
制御部６に供給され、ボイラは燃焼状態になる。これと
同時に該始動指令信号Ｓ５は蒸気圧立ち上り期間計測部
７に供給される　（第３図（Ｂ））。

燃焼制御部６が燃焼モードに移行すると、スケール付着
のない状態では、ボイラの蒸気圧は実線に沿って時間と
ともに増大しく第３図ＣＡ）ａ）、該蒸気圧は蒸気圧計
測部５の圧力センサ５ａに尋かれ、該蒸気圧計測部５は
上記蒸気圧に対応した蒸気圧信号Ｓ１を出力する。そし
て、該蒸気圧信号Ｓｌは第三のコンパレータ５ｄに導か
れる。一方、第三のポテンショメータ５ｇは、ボイラの
連続運転時における下限蒸気圧よりも低い所定の蒸気圧
は対応する計測用設定値Ｍに設定されており（第３図（
Ａｌｂ）、前記蒸気圧信号Ｓ１が該計測用設定値Ｍに到
達したことを検出して（第３図（ＡＩ　Ｃ）計測蒸気圧
信号Ｓ４を出力する（第３図（Ｃ））。

蒸気圧立ち上り期間計測部Ｔは、始動スイッチ８からの
始動指令信号Ｓ５と蒸気圧計測部５がらの１１測蒸気圧
信号Ｓ４とに基づいて、蒸気圧４６号Ｓ１が始動時の初
期値Ｘから計測用設定値Ｍに到達するまでの期間（第３
図（Ａ）ＴＳ）　、即ち、蒸気圧立ち上り期間にわたっ
て、内蔵するゲートを開き、クロックパルスをカウンタ
でもって計数し、該期間Ｔｓをディジタル符号で表わし
て成る蒸気圧立ち上り期間信号Ｓ６を出力する（芽、３
図（Ｄ）　ａ　）。

該蒸気圧立ち上り期間信号Ｓ６はスケール状態判定部９
のディジタルアナログ変換器９ａに大刀され、ここでア
ナログ信号に変換されて、コンパレータ９ｂに供給され
る（第３図（１））　ａ−’　）。

一方、ポテンショメータ９ｃでは、スケール付着の許容
できる範囲を実験によって定めた基準信号Ｓ７が設定さ
、れている（第３図（ｒ））ｂ）。そして、前記コンパ
レータ９ｂは、上記蒸気圧立ち上り期間信号Ｓ６と該基
準信号ｓ７との大小関係を比較判定し、前者Ｓ６が後者
Ｓ７よりも大になったとき、出力信号が「ｏ」に反転し
て、スケール付着状態信号８Ｂを出力するものであると
ころ、上述のように、スケール付着のない状態では、蒸
気圧立ち上り期間信号Ｓ６が基準信号ｓ７よりも小とな
るので（第３図１））　ａ’、ｂ）、スケール付着状態
信号Ｓ８が出力されることはない。

一方、スケール付着のある状態では、蒸気圧は点線に沿
って増大し、スケールが熱の不良導体であるために、蒸
気圧の上昇勾配が緩やかになる（第３図（Ａ）ｄ）。す
ると、上昇中の蒸気圧信号Ｓ１が計測用設定値Ｍに到達
する（第３図囚ｅ）までの蒸気圧立ち上り期間Ｉｌｌ　
ｓ’が長大化するので、蒸気圧立ち上り期間信号ｓ６が
基準信号Ｓ７よりも大となり　（第３図（Ｄ）ｃ’、ｄ
）、而して、スケール付着状態判定部９からはスケール
付着状態信号Ｓ８が出力される。

そして、該スケール付着状態信号Ｓ８を受けて警報表示
部１０はスケール付着状態に至ったことを目視可能、あ
るいは、聴取可能に表示するものである。

上記のように、この兄明によれば、ボイラがらの蒸気圧
信号を受けて計測蒸気圧信号を出力する蒸気圧計測手段
と、前記蒸気圧信号が計測用設定値に到達するまでの蒸
気圧立ち上り期間を計測し、これを蒸気圧立ち上り期間
信号として出力する蒸気圧立ち上り期間計測手段と、該
信号と基準信号とによってスケール付着状態を　　・判
定するスケール付着状態判定手段とを備える構成とした
ことにより、ボイラ始動時における蒸気圧が一定値に達
するまでの立ち上り期間を計測し、これを予め設定され
た基準値と比較することによって、水管中のスケール付
着状態が判定できるので、従前の目視観測に比べて、は
るかに高精度に、しかも、運転始動時毎に観測すること
ができ、短小な計測のサンプリング周期でもって、実質
上連続的にスケール付着状態を計測することが可能とな
り、而して、スケール除去作業時期を正確に把握できる
という優れた効果がある。

加えて、スケール付着状態を表わすスケール付着状態信
号が自動的に得られるので、従来のように、ボイラをブ
ローした後、分解点検するというような煩雑な作業が不
要となり、而して、スケール付着状態監視作業の笥怠も
なく、スケール除去作業時期を失する危険性が極めて少
なくなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はこの発明の構成を付設することができる
小形ボイラ系の構成を示すブロック図、第１図（１３）
は第１図匹）におけるＡ−Ａ断面図であり、第２図はこ
の発明の実施例を示すブロック図、第３図は始動時から
の蒸気圧の経時変化（Ａｌと、始動指令信号（Ｂ）と、
計測蒸気圧信号（Ｃ）と、蒸気圧立ち上り期間信号と基
準信号の関係（［１）とを対比して示す波形図である。 １・・・・・・ボイラ　　　　　２・・・・・・水位検
出部３・・・・・・給水制御部　　　４・・・・・・給
水ポンプ５・−・・・・蒸気圧計測部　　　６・・・・
・・燃焼制御部７・・・・・・蒸気圧立ち上り期間計測
部８・・・・・・始動スイッチ ９・・・・・・スケール付着状態判定部１０・・・・・
・警報表示部　　　Ｓｌ・・・・・・蒸気圧信号Ｓ４・
・・・・・言１測蒸気圧信号　Ｓ５・・・・・・始動指
令信号Ｓ６・・・・・・蒸気圧立ち上り期間信号Ｓ７・
・・・・・基準信号 Ｓ８・・・・・・スケール付着状態信号へ・１・・・・
・・計測用設定値　　Ｘ・・・・・・初期値手続補正書 昭和５７年１１月１９日 ！ｔ’１１ｙｌ°庁長道　若杉第１１　　大　殿１　中
（′１の表示 昭和５７１１−　特　Ｗ［願第１２９２９９　号２、発
明の名称　ボイラ系におけるスケールイτ］〃１状態泪
訓装置３ｉ１）正をする者 １１ｒｆ’ｌとの関係　！侍５′１出願人代表取締役　
畠　山　消”　二 ４６代理人 ５ｔｉｌｉ　１１命令の１１１１　　　昭和５７１１１
ＬＩＪｌγ１１（う１′、送１」昭Ａ、１１５７年ｉｕ
月２１）（）　油止により増加する発明の数　　Ｕ７　
油止の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号Ｓｌを出力する圧
   力センサ５ａと、該蒸気圧信号が予め設定された計測用
   設定値Ｍであることを検出して計測蒸気圧信号Ｓ４を出
   力するコンパレータ５ｄとを含む蒸気圧計測手段５と、
   始動指令信号Ｓ５と前記計測蒸気圧信号Ｓ４とに基づい
   て、上記蒸気圧信号Ｓ＋が始動時の初期値Ｘから計測用
   設定値Ｍに到達するまでの蒸気圧立ち上り期間を計測し
   、その計測結果を蒸気圧立ち上り期間信号Ｓ６として出
   力する蒸気圧立ち上り期間計測手段７と、該蒸気圧立ち
   上り期間信号と、予め設定された基準信号Ｓ７との大小
   関係に基づいてスケール付着状態を判定し、スケール付
   着状態信号Ｓ８を出力するスケール付着状態判定手段９
   とから成ることを特徴とするボイラ系におけるスケール
   付着状態計測装置。