JPS631483B2

JPS631483B2 -

Info

Publication number: JPS631483B2
Application number: JP12929982A
Authority: JP
Inventors: Tadao Fujita; Shin Taniguchi; Ichiro Hiraiwa
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1988-01-13
Also published as: JPS5921903A

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
進行に伴つ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ユウ
ム、マグネシユウム、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ばかりか、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つた。

而して、かかる作業は往々にして懈怠され、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つた。

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、スケール付着
の進行を正確に把握することは困難であつた。

したがつて、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つた。

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、該手段からの蒸気圧
立ち上り期間計測信号によつ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、しかも、運転再開のたびに、短小な計測
のサンプリング周期でもつて、実質上連続的にス
ケール付着状態を自動計測することができるボイ
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
気圧に対応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つ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実施例の説明に先が
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Ａは、かかるボイラ系の構成を示すブロ
ツク説明図であり、ボイラ１はその断面が示され
ている。

第１図Ｂ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
面に沿つて多数の水管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（水室）に、そして、その上端部は同
じく環状の上部管寄せ１ｄ（蒸気室）にそれぞれ
連通し、下部管寄せ１ｃ及び水管１ｂ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に連通する風
道１ｈが設けられ、風道１ｈ内には、ノズル棒１
ｉと電極１ｊが垂設される。

燃焼室１ｅの下端部は、多数の水管１ｂの中空
部を経て煙道１ｋに連通する。上部管寄せ１ｄか
らは、連通管１ｌが壁１ａ外に延びて下部管寄せ
１ｃに連通する。

連通管１ｌ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１₁n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の導入管は
図示しない水源に連通し、その吐出管は下部管寄
せ１ｃに連通する。

更に、連通管１ｌ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６
d′の導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１ｉに連通する。そして、下
部管寄せ１ｃからはブロー管１ｎが延びて、ブロ
ーコツク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する。

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でもつてブロア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１ｉの先端から噴射さ
れる燃料を着火させ、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１
ｄ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、上部管奇せ１ｄ
中の蒸気圧を連通管１ｌ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は上部管寄せ
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１
ｇでもつて風道１ｈを空気パージしてから制御信
号線６b′を通じて電極棒１ｊに高電圧を印加する
とともに、制御信号線６c′を通じて燃料ポンプ６
d′を始動させて、ノズル棒１ｉから噴射される燃
料に点火し燃焼を開始させ、更に、蒸気の発生が
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６
c′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つて、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つて、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
れた両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、電動機１ｆ、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つてもよい。

更に、給水制御に関しては、連通管１ｌ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でもつて下部管寄せ１ｃを通じて水管１
ｂ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、電動機４ａ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つて、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
水位値の間の水位置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１ｉ、
電極棒１ｊ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ブロ
ツク図であり、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、第三のコンパレータ５
ｂ，５ｃ，５ｄと、第一、第二、第三のポテンシ
ヨメータ５ｅ，５ｆ，５ｇ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
テンシヨメータ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ヨ
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７に接続される。該計測
部７はクロツクパルス発振器と、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、始動スイツチ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７に接続されている。

そして、上記計測部７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はデイジタル
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ヨメータ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、始動スイツチ８からの始動指令信号(B)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７が出力する蒸気圧立ち上り期間信号と基準信
号の関係(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（Ts）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S₁がこの値に到達する
までは燃焼制御部６が燃焼モードにあつて、缶水
の加熱が続行されるものである。

上記構成において、始動スイツチ８が手動操作
によつて投入されると、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
に沿つて時間とともに増大し（第３図Aa）、該蒸
気圧は蒸気圧計測部５の圧力センサ５ａに導か
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S₁
は第三のコンパレータ５ｄに導かれる。一方、第
三のポテンシヨメータ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に
対応する計測用設定値Ｍに設定されており（第３
図Ab）、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Ac）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７は、始動スイツチ
８からの始動指令信号S₅と蒸気圧計測部５からの
計測蒸気圧信号S₄とに基づいて、蒸気圧信号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
上り期間にわたつて、内蔵するゲートを開き、ク
ロツクパルスをカウンタでもつて計数し、該期間
Tsをデイ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（第３図Da）。

該蒸気圧立ち上り期間信号S₆はスケール状態判
定部９のデイジタルアナログ変換器９ａに入力さ
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Da′）。

一方、ポテンシヨメータ９ｃでは、スケール付
着の許容できる範囲を実験によつて定めた基準信
号S₇が設定されている（第３図Db）。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よりも大になつたとき、出力
信号が「０」に反転して、スケール付着状態信号
S₈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Da′，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
点線に沿つて増大し、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Ad）。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Ae）までの
蒸気圧立ち上り期間Ts′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Dc′，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つたことを
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、この発明によれば、ボイラから
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
信号とによつ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つて、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つて、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懈怠もなく、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ツク図、第１
図Ｂは第１図Ａ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ツク図、第３
図は始動時からの蒸気圧の経時変化(A)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(D)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……始動スイツチ、９……スケール
付着状態判定部、１０……警報表示部、S₁……蒸
気圧信号、S₄……計測蒸気圧信号、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、Ｍ……
計測用設定値、Ｘ……初期値。

Claims

【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S₁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
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。