JP5384401B2

JP5384401B2 - ボイラ水位制御方法

Info

Publication number: JP5384401B2
Application number: JP2010042239A
Authority: JP
Inventors: 寿英神林; 文敏正井; 哲彦村田; 賢吉橋本
Original assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011179708A

Description

本発明は、ボイラの水位を、ボイラ負荷が変動しても安定よく制御することができる方法及び装置に関するものである。

従来のボイラでは、ボイラ水位を連続的に制御する場合、制御を行いたい水位を発信器などにより直接計測してその計測値を基にＰＩＤ（比例積分微分）制御を行う、いわゆる計測値制御を行うのが普通である。なお、先行動作を必要とする場合など、補助的に蒸気流量などを計測し制御性を高めることがある。

しかしながら、この計測制御においては、水位発信器（水位検知器）への配管に腐食要因によるさび等の詰まりが発生し水位を正確に計測できなく水位制御が不安定になったり、定期的な配管のメンテナンスに煩雑さがあり、使い勝手も必ずしも良くないのが現状である。さらに、ボイラの水位のみを捕らえ独立した制御ループを組むことも多く、ボイラの負荷（燃焼状態）を考慮した制御を行わないため、ボイラ負荷状況によっては水位制御が不安定になることがある。

特許第４０５９５５４号公報特開２００７−１７０８１４号公報

特許文献１の給水量算出手段を設けたボイラは、給水流量計の代わりに電極での水位検出時間的間隔から給水流量を算出するものである。なお、本願発明においては、給水量は流量計からの計測値である。また特許文献２のボイラドラムの水位制御装置は、検出水位に蒸気流量と給水量を加味して水位制御を行うもので、３要素制御である。

解決しようとする問題点は、従来のボイラ水位制御方法では、水位発信器への配管にさび等による詰まりが発生して水位を正確に測定できなくなって、水位制御が不安定になったり、ボイラ負荷状況によっては水位制御が不安定になる点である。

本発明は、ボイラの水位を制御するために必要となる水位の物理量について、ボイラの瞬時給水流量と瞬時燃料投入量又は制御盤からの燃焼量指示値又はボイラから発生する瞬時蒸発量、及びボイラ負荷状況によるボイラ本体の保有水量を加味し演算を行った演算水位を利用することを最も主要な特徴としている。また、本発明は、演算水位のみでは実際の水位とズレが生じる場合があるので、水位検出用の電極棒を利用して随時演算水位の補正を行い、その水位により水位制御を行うことを特徴としている。また、水位発信器そのものをなくすことで、高度な水位制御を安価に提供することを特徴としている。

本発明のボイラ水位制御方法は、ボイラの給水制御において、直接ボイラ水位を測定した値及び検出した値のいずれかを用いる代わりに、ボイラに入出する水の量を測定及び演算のいずれかを行い、その値から現在のボイラ水位を演算し、その結果を用いてボイラの水位を制御することを特徴としている。

この方法において、演算に対し、ボイラに入出する水の量に追加して、ボイラの負荷状態により変化するボイラの保有水量の変化量を演算に追加することがある。また、演算に付け加え、ブローによる出水量を演算に追加することがある。また、演算に対し、ボイラの圧力状態により変化する缶水の比容積の変化量を演算に追加することがある。

これらの方法において、電極により数箇所のボイラ水位を検出し、その電極のオンオフ信号から現在の実水位を検出し、演算水位と検出した実水位とに差異があれば、実水位に演算水位を合わせるように演算水位の補正を行うことがある。

また、これらの方法において、演算に使用する給水量としては、ボイラに付属する給水流量計の信号をボイラ制御盤に取り入れ、この際、同時に計測している給水の温度とボイラ内の圧力より、ボイラ本体内の状態に換算した水の容積を用いることがある。

さらに、これらの方法において、演算に使用するボイラ系外へ排出される水の量としては、ボイラ設備に付属する蒸気流量計の信号を利用するか、ボイラに付属する燃料流量計からの信号と燃料の発熱量とボイラ効率から算出する蒸発量を使用する、及びボイラ最大蒸発量と現在のボイラの負荷率からの算出する蒸発量を利用するか、のいずれかを用いることがある。

本発明のボイラ水位制御装置は、ボイラと、このボイラに接続された気水分離器と、この気水分離器に接続された水位検知器と、この気水分離器に接続され、蒸気流量計を備えた蒸気取出し管と、前記水位検知器に設けられた水位検出用の電極及び圧力センサと、気水分離器に接続され、給水ポンプ及び給水流量計を備えた給水管と、ボイラの燃焼器に接続され、燃料流量計及び燃料流量調節弁を備えた燃料供給管と、ボイラの燃焼器に接続され、空気量調節ダンパを備えた送風機と、ボイラを制御するための制御盤を備え、前記給水ポンプはインバータを介してこの制御盤に接続され、前記蒸気流量計、前記電極、前記圧力センサ、前記給水流量計、前記燃料流量計、前記燃料流量調節弁、前記空気量調節ダンパは前記制御盤に接続されていることを特徴としている。

本発明のボイラ水位制御方法及び装置においては、水位発信器への配管中のさびの発生や、ボイラ燃焼負荷の変動に対しても水位制御を安定よく行うことができるという利点がある。また、水位発信器を用いずとも、安定な水位制御を行うことができるという利点がある。

図１は本発明のボイラ水位制御装置を示す構成図である。

ボイラ水位制御を安定的に行うという目的を、演算により算出した水位、つまり演算水位にて制御することにより実現した。

以下、本発明の実施例について図１に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。

図１はボイラ水位制御装置を示している。本例のボイラ水位制御装置は、ボイラ１と、このボイラ１に接続された気水分離器２と、この気水分離器２に接続された水位検知器３と、この気水分離器２に接続され、蒸気流量計４を備えた蒸気取出し管５と、前記水位検知器３に設けられた水位検出用の電極６及び圧力センサ７と、気水分離器２に接続され、給水ポンプ１０及び給水流量計１１を備えた給水管１２と、ボイラの燃焼器１３に接続され、燃料流量計１４及び燃料流量調節弁１５を備えた燃料供給管１６と、ボイラの燃焼器１３に接続され、空気量調節ダンパ１７を備えた送風機１８と、ボイラを制御するための制御盤２０とを備えている。２１は電極棒、２２はＬＩＣ（液面指示調節器）、２３はＬＢ（演算水位）、すなわち、各演算を行った結果の演算水位である。

このように構成された装置において、前記給水ポンプ１０はインバータ２４を介してこの制御盤２０に接続され、前記蒸気流量計４、前記電極６、前記圧力センサ７、前記給水流量計１１、前記燃料流量計１４は前記制御盤２０に接続されている。この構成においては、たとえばインバータ２４の回転数を制御することで、ボイラの給水制御において給水量を変化させる。
前記の燃料流量調節弁１５及び空気量調節ダンパ１７は駆動源２５に接続され、この駆動源２５と制御盤２０とが接続されている。２６は給水温度計、２７は主蒸気弁である。

図１に示す装置においては、従来のような水位制御の計測制御の代りに、ボイラ制御盤の演算機内で測定した給水流量と蒸発量（燃焼量やボイラ負荷から与える蒸発量又は蒸気流量）、及び種々のボイラ負荷状態に対して変化するボイラの保有水量等を加味した演算により算出した水位（算出水位）によりボイラの水位制御が行われる。

ボイラの水位は下記の式にて演算される。
ＬＢ＝（Ｑｗ−Ｑｓ−ΔＶｗ）／Ｓ
ＬＢ：ボイラ水位（ｍ）
Ｑｗ：単位時間当たりのボイラ給水量（ｍ³）
Ｑｓ：単位時間当たりのボイラ蒸発量（飽和水ベース）（ｍ³）
ΔＶｗ∝ｆ（−ＭＶ）：ボイラ保有水量の変化量（ｍ³）
ＭＶ：ボイラ負荷率（％）
Ｓ：ボイラ断面積（ｍ²）

式中のＱｗはボイラに付属する給水流量計１１からの信号を取り込む。式中のＱｓはボイラの蒸発量を、（１）直接蒸気流量計４で測定する。（２）ボイラへの燃料流量を燃料流量計１４より制御盤２０に取り込み、ボイラ効率との演算により蒸発量を計算する。（３）ボイラの負荷率（ＭＶ）からそのときのボイラ蒸発量を演算する。などの方法により演算値を得る。式中のΔＶｗは、あらかじめ試験により各ＭＶに対する保有水量を測定し式化した演算式を用いる。式中のＳはボイラの形状より決まるボイラの断面図である。

負荷変動が多いボイラを水位制御して安定的に運転することができる。

１ボイラ
２気水分離器
３水位検知器
４蒸気流量計
５蒸気取出し管
６電極
７圧力センサ
８水管
１０給水ポンプ
１１給水流量計
１２給水管
１３燃焼器
１４燃料流量計
１５燃料流量調節弁
１６燃料供給管
１７空気量調節ダンパ
１８送風機
２０制御盤
２１電極棒
２２ＬＩＣ
２３ＬＢ
２４インバータ
２５駆動源
２６給水温度計
２７主蒸気弁

Claims

ボイラの給水制御において、直接ボイラ水位を測定した値及び検出した値のいずれかを用いる代わりに、ボイラに入出する水の量を測定及び演算のいずれかを行い、その値から下記の数１により現在のボイラ水位を演算し、その結果を用いてボイラの水位を制御することを特徴とするボイラ水位制御方法。
（数１）
ＬＢ＝（Ｑｗ−Ｑｓ−ΔＶｗ）／Ｓ
ＬＢ：ボイラ水位（ｍ）
Ｑｗ：単位時間当たりのボイラ給水量（ｍ ³ ）
Ｑｓ：単位時間当たりのボイラ蒸発量（飽和水ベース）（ｍ ³ ）
ΔＶｗ∝ｆ（−ＭＶ）：ボイラ保有水量の変化量（ｍ ³ ）
ＭＶ：ボイラ負荷率（％）
Ｓ：ボイラ断面積（ｍ ² ）
演算に対し、ボイラに入出する水の量に追加して、ボイラの負荷状態により変化するボイラの保有水量の変化量を演算に追加する請求項１記載のボイラ水位制御方法。
演算に付け加え、ブローによる出水量を演算に追加する請求項１又は２記載のボイラ水位制御方法。
演算に対し、ボイラの圧力状態により変化する缶水の比容積の変化量を演算に追加する請求項１、２又は３記載のボイラ水位制御方法。
電極により数箇所のボイラ水位を検出し、その電極のオンオフ信号から現在の実水位を検出し、演算水位と検出した実水位とに差異があれば、実水位に演算水位を合わせるように演算水位の補正を行う請求項１〜４のいずれかに記載のボイラ水位制御方法。
演算に使用する給水量としては、ボイラに付属する給水流量計の信号をボイラ制御盤に取り入れ、この際、同時に計測している給水の温度とボイラ内の圧力より、ボイラ本体内の状態に換算した水の容積を用いる請求項１〜５のいずれかに記載のボイラ水位制御方法。
演算に使用するボイラ系外へ排出される水の量としては、ボイラ設備に付属する蒸気流量計の信号を利用するか、ボイラに付属する燃料流量計からの信号と燃料の発熱量とボイラ効率から算出する蒸発量を使用する、及びボイラ最大蒸発量と現在のボイラの負荷率からの算出する蒸発量を利用するか、のいずれかを用いる請求項１〜６のいずれかに記載のボイラ水位制御方法。