JP6958382B2 - ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、半ブローが適正に行われているかどうかを判断することを可能とするボイラに関する。

従来、ボイラが燃焼することにより、缶底付近に蓄積されるスラッジ等を排出するために、定期的に缶底ブローを行うこととしている。そのような場合に全ブローを行うと、缶水が全て入れ替わるため、その時点の缶水が未濃縮状態となり、濃縮度が所定範囲以下に低下した状態となり、この状態がそのまま継続すると缶体の腐食の危険性が高まることが知られている。そのため、例えば優先燃焼要求をして、長時間（例えば１時間〜３時間）燃焼させる必要が生じる。このため、全ブローではなく、半ブローを定期的に行うことを基本とすることが推奨されている。ここで、半ブローとは一定量の缶水、具体的には３０％〜７０％、好ましくは４０％〜６０％の缶水をブローすることを意味する。これにより、缶水の濃縮によるスケール障害の発生を防止するとともに、缶水の電気伝導率を腐食が抑制できるレベルに維持することができる。

この点、特許文献１には、ボイラの稼働量を積算するカウント部、ボイラ底部の途中にブローバルブが挿入された排水管、通常の缶水水位より低い位置でかつボイラ底部よりは高い位置に半ブロー水位検出器をそれぞれ設けておき、カウントが設定値以上となりボイラの燃焼が停止しているときに、半ブロー水位検出器が水位を検知しなくなるまで排水管のブローバルブを開ける（すなわち、半ブロー水位検出器が水位を検知すると、ブローバルブを閉として半ブローを停止する）ことで、缶体下部の缶水を排出し、缶体上部の缶水をボイラに残すボイラ半ブロー装置が提案されている。

特開平８−１５９４０５号公報

特許文献１に記載の技術は、ボイラの稼働量を積算した積算値が設定値以上となりボイラの燃焼が停止している時に、自動的にブローバルブを開にして半ブロー処理を開始し、半ブロー水位検出器が水位を検知すると、自動的にブローバルブを閉として半ブローを停止するという自動処理を実現するためのものである。しかしながら、半ブローが適正に行われたか否かについてオペレータや保守員が簡易に判断するための適切な情報を提供するものではない。
他方、例えば簡易ボイラ等においては、所定の条件をみたすと、例えばランプを点滅（又は点灯）させることで半ブローを開始できることをオペレータに通知し、オペレータがボイラの燃焼を停止させた状態で、手動操作でブロー弁を開として半ブロー処理を開始し、ランプの点滅（又は点灯）が消えると、手動操作でブロー弁を閉とすることで半ブロー処理を停止させる運用が行われている。
この場合、半ブロー実行中にブロー弁を開状態にしたまま、オペレータがその場を離れるなどの理由で、結果的に全ブローしてしまうことがあった。しかしながら、半ブロー処理が適正に行われたか否か、また所定期間に行われたブロー処理がそれぞれ適正な半ブロー処理であったか否かについて、オペレータ又は保守員が簡易に判断することはできなかった。
このため、半ブロー処理を自動で行うか、又は手動で行うかにかかわらず、半ブローが適正に行われたか否か、について簡易に判断するための適切な情報をオペレータや保守員に提供することが望まれる。

本発明は、半ブロー処理を自動で行うか、又は手動で行うかにかかわらず、半ブローが適正に行われたか否かについて簡易に判断するための適切な情報を提供することができるボイラを提供することを目的とする。

本発明は、缶水の電気伝導率を測定する電気伝導率センサと、記憶部と、制御部と、を備え、前記制御部は、予め設定される第１の条件を満たした場合に、電気伝導率を、半ブローが開始可能とされる前記缶水の電気伝導率である半ブロー前電気伝導率として前記電気伝導率センサにより測定し、前記半ブローが終了されてその後の給水が行われ、所定の水位に戻したとき、又は前記所定の水位とした後に予め設定された所定の時間経過したときの前記缶水の電気伝導率である半ブロー後電気伝導率を前記電気伝導率センサにより測定する電気伝導率測定部と、前記缶水の半ブロー前電気伝導率と、前記缶水の半ブロー後電気伝導率と、に基づいて、前記半ブローが適正かどうかを判定する適正判定部と、前記適正判定部の判定に基づいて、前記半ブローに係る情報を前記記憶部に記録するか、及びアラーム情報を出力するか、少なくともいずれか一方を実行する警告出力部と、を備えるボイラに関する。

前記制御部は、前記第１の条件を満たすと半ブローを開始できることを通知し、半ブローが開始された後に、水位が低下して予め設定される半ブロー設定水位であるか又は前記半ブロー設定水位を下回ると前記半ブローを終了できることを通知する半ブロー通知部を備えることが好ましい。

前記電気伝導率センサは前記半ブロー設定水位に設けられ、前記電気伝導率センサにより前記半ブローの開始後に水位が低下して前記半ブロー設定水位になるか又は前記半ブロー設定水位を下回ることを検出することが好ましい。

前記第１の条件は、前記電気伝導率センサにより測定される前記缶水の電気伝導率が予め設定される所定の電気伝導率であるか又は所定の電気伝導率を上回る条件であることが好ましい。

前記制御部は、前記半ブローが実施された回数である半ブロー実施回数、及びそのうち前記適正判定部により前記半ブローが適正でないと判定された半ブロー実施回数である不適正回数を積算するブロー運転カウント部を備え、前記警告出力部は、前記ブロー運転カウント部によってカウントされた前記不適正回数に基づいて、前記半ブローに係る情報を前記記憶部に記録するか、前記アラーム情報を出力するか、少なくともいずれか一方を実行することが好ましい。

前記適正判定部は、前記缶水の半ブロー後電気伝導率が、前記缶水の半ブロー前電気伝導率の予め設定される第１の割合になるか、又は第１の割合を下回る場合に、前記半ブローが適正でないと判定することが好ましい。

本発明によれば、半ブロー処理を自動で行うか、又は手動で行うかにかかわらず、半ブローが適正に行われたか否かについて簡易に判断するための適切な情報を提供することができるボイラを提供することができる。

本発明のボイラの構成を示す図である。 本発明の制御器の機能構成を示す図である。 本発明のボイラの構成を示す図である。

以下、本発明のボイラの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、半ブローに係るブロー弁の開閉処理をオペレータの手動操作によるものとしている。
図１に示すようにボイラ１は、缶体２０と、給水ポンプ４と、気水分離器５と、水位検出器６と、制御器７と、を備える。

缶体２０は、図１に示すように、ボイラ筐体２１と、複数の水管２２と、上部ヘッダ２３と、下部ヘッダ２４と、燃焼室２５と、燃焼部２６と、を備える。
缶体２０はその軸線を上下方向へ沿って配置されている。缶体２０は、上下に離隔して上部ヘッダ２３と下部ヘッダ２４とを備える。
上部ヘッダ２３と下部ヘッダ２４とは、複数の水管（伝熱管）５によって互いに接続されている。各水管２２は、上下方向へ沿って配置されており、上端部が上部ヘッダ２３に連通する一方、下端部が下部ヘッダ２４に連通している。また、各水管２２は、上部ヘッダ２３および下部ヘッダ２４に、周方向等間隔で配置されている。そして、円筒状に配置された水管２２を取り囲むように、缶体２０には周側壁（図示省略）が設けられる。このような構成により、缶体２０内には燃焼室２５が構成される。

各水管２２内へは、給水ラインＬ１を介して、水（缶水）が供給可能とされる。給水ラインＬ１は、下部ヘッダ２４に接続されている。給水ラインＬ１の中途には、給水ポンプ４が設けられている。給水ポンプ４を作動させることで、下部ヘッダ２４を介して各水管２２内に水を供給することができる。

また、下部ヘッダ２４には缶底ブローラインＬ３が接続されている。缶底ブローラインＬ３の中途には、缶底ブロー弁３１を設けている。缶底ブロー弁３１が開状態にされると、缶水の排水が行なわれる。

缶体２０の上部中央には、燃焼部２６が燃焼室２５の上方に配置され、例えば段階的な複数の燃焼位置で燃焼することにより缶体２０の内部を加熱する。燃焼部２６は、燃料噴射ノズル及び空気供給ノズル（いずれも図示せず）を含んで構成される。燃焼部２６は、燃料噴射ノズルから燃料を缶体２０の燃焼室２５に向けて噴射するとともに、空気供給ノズルから空気を缶体２０の燃焼室２５に供給して、燃料を燃焼させる。この燃焼による燃焼ガスは、各水管２２内の水を加熱し蒸気化する。この蒸気は、上部ヘッダ２３から気水分離器５および蒸気弁５１を介して、蒸気ヘッダ５０へ送られる。一方、缶体２０の各水管２２と熱交換後の排ガスは、煙道（図示省略）および煙突（図示省略）を介して外気へ放出される。

缶体２０外には、上部ヘッダ２３と下部ヘッダ２４とに連通して、水位検出筒６１が設けられている。水位検出筒６１は、導電性材料により形成された中空容器であり、上部において上部ヘッダ２３に接続される一方、下部において下部ヘッダ２４に接続されている。このようにして、水位検出筒６１は、上部ヘッダ２３と下部ヘッダ２４とに連通されている。水位検出筒６１の上壁には、長さの異なる複数の電極棒６２〜６４の上部が、それぞれ絶縁性材料のガイシ（図示省略）を介して保持される。このようにして、水位検出筒６１には、複数の電極棒６２〜６４が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて、挿入され保持される。水位検出筒６１と、複数の電極棒６２〜６４とにより、水位検出器６が構成される。

各電極棒６２〜６４は、導電性材料により形成された細長い棒材である。本実施例では、低燃焼用電極棒（Ｓ棒）６２、高燃焼用電極棒（Ｍ棒）６３、及び低水位検出用電極棒（Ｌ棒）６４が、順に下端部の高さ位置を低くして、水位検出筒６１内に挿入されている。そして、各電極棒６２〜６４は制御器７に接続され、水位検出筒６１はアースされている。従って、各電極棒６２〜６４は、その下端部が水に浸かれば、水位検出筒６１との間で電気的な導通が確保される。これにより、制御器７は、各電極棒６２〜６４に流れる電流の有無によって、各電極棒６２〜６４の下端部に水位があるか否かを検出する。

さらに、ボイラ１には、電気伝導率センサ６６が設けられている。電気伝導率センサ６６は、缶水の電気伝導度を検出するものであり、制御器７に接続されている。本実施例では、電気伝導率センサ６６は、水位検出筒６１と下部ヘッダ２４との接続管６７に設けられている。
なお、電気伝導率センサ６６の接続管６７に設けられる位置は、当該位置に対応する水位における缶水の水量が、低燃焼用電極棒（Ｓ棒）６２により検出される水位における缶水の水量の半分程度（例えば、３０％〜７０％、好ましくは４０％〜６０％）になるように設定することが好ましい。

制御器７は、制御部１００及び記憶部２００を備え、燃焼部２６の燃焼位置を制御する。また、制御器７は、燃焼部２６の燃焼位置及び水位検出器６から受信する缶水の水位等に基づいて、給水ポンプ４の給水量を調整する。また、制御器７は、半ブローが適正に行われたか否かについて適切な情報を提供する。

次に制御器７の機能構成を説明する。図２に示すように、制御器７は、制御部１００と、記憶部２００と、を備える。

記憶部２００には、ボイラ１の運転を実施する制御プログラム、ボイラ１の運転状態、例えば燃焼部２６の燃焼位置等に関する情報、燃焼位置毎に予め設定される缶体２０内の設定水位に関する情報、予め設定された各設定値、及びボイラの稼働時間の積算値等が記憶される。

制御部１００は、図２に示すように、稼働積算部１０１と、半ブロー通知部１０２と、電気伝導率測定部１０３と、適正判定部１０４と、ブロー運転カウント部１０５と、警告出力部１０６と、を備える。

稼働積算部１０１はボイラの稼働時間を積算する。より具体的には、ボイラが燃焼を開始したことを検出すると稼働時間の積算を開始する。稼働積算部１０１はボイラが燃焼状態の間、稼働時間を積算し、ボイラが燃焼停止したことを検出すると、稼働時間の積算を終了する。ここで、稼働時間の積算値は例えば記憶部２００に記憶してもよい。

半ブロー通知部１０２は、予め設定される第１の条件を満たすと半ブローを開始できることを通知する。半ブロー通知部１０２は、半ブローが開始された後に、水位が低下して予め設定される半ブロー設定水位であるか又は半ブロー設定水位を下回ると半ブローを終了できることを通知する。
ここで、第１の条件とは、稼働積算部１０１により積算される稼働時間が予め設定される第１の閾値になるか又は第１の閾値を超える条件Ａ、及び電気伝導率センサ６６により測定される缶水の電気伝導率が予め設定される所定の電気伝導率になるか又は所定の電気伝導率を上回る条件Ｂの少なくともいずれか１つの条件を指す。すなわち、第１の条件を満たす場合とは、条件Ａ若しくは条件Ｂを満たす場合、又は条件Ａ及び条件Ｂを満たす場合を意味する。
また、前述したように、電気伝導率センサ６６の接続管６７に設けられる位置の水位における缶水の水量が、低燃焼用電極棒（Ｓ棒）により検出される水位における缶水の水量の半分程度（例えば、３０％〜７０％、好ましくは４０％〜６０％）になるように設定されることで、電気伝導率センサ６６により測定される電気伝導率の値により水の存在を判定することで、水位が半ブロー設定水位であるか又は半ブロー設定水位を下回ることを判定することができる。

半ブロー通知部１０２は、半ブローを開始できることを例えば半ブロー許可ランプ（図示せず）を点滅（又は点灯）させることにより、オペレータに通知するようにしてもよい。同様に半ブロー通知部１０２は、半ブローを終了できることを例えば半ブロー許可ランプの点滅（又は点灯）を消灯させることにより、オペレータに通知するようにしてもよい。なお、半ブロー通知部１０２の通知は、半ブローランプの点灯及び消灯に限定されない。表示部（図示せず）にメッセージを表示するようにしてもよい、又スピーカ（図示せず）を介して音声出力により通知するようにしてもよい。

半ブロー通知部１０２の半ブローを開始できることの通知（例えば、半ブローランプの点灯）を確認して、オペレータは、ボイラの燃焼を停止させた後、缶底ブロー弁３１を開状態にすることで、半ブローが開始される。なお、半ブローが終了することで、制御部１００は、稼働積算部１０１により積算された、記憶部２００に記憶されている稼働時間の積算値をリセットする。
その後、半ブロー通知部１０２の半ブローを終了できることの通知（例えば、半ブローランプの消灯）を確認して、缶底ブロー弁３１を閉状態にした後、ボイラの運転を開始させることで、給水が開始され、缶水が所定の水位（例えば、低燃焼用電極棒（Ｓ棒））に戻され、所定時間燃焼させることで、缶水が濃縮される。

電気伝導率測定部１０３は、半ブロー通知部１０２により予め設定される第１の条件を満たしたことを検出した場合（又は、半ブローを開始できることが通知された場合）に、半ブロー処理前の缶水の電気伝導率を電気伝導率センサ６６により測定する。電気伝導率測定部１０３は、このようにして測定された缶水の電気伝導率を半ブロー前電気伝導率とする。例えば、電気伝導率測定部１０３は、低水位検出用電極棒（Ｌ棒）６４により水位を検出しなくなった時点で、電気伝導率センサ６６により測定される缶水の電気伝導率を半ブロー前電気伝導率としてもよい。なお、電気伝導率測定部１０３は、低水位検出用電極棒（Ｌ棒）６４により水位を検出しなくなってから、電気伝導率センサ６６により電気伝導率を測定できる間であればどの時点で測定してもよい。
また、電気伝導率測定部１０３は、半ブローが終了され、その後の給水が行われ、所定の水位（例えば、低燃焼用電極棒（Ｓ棒）６２）に戻して給水停止となったとき、又は所定の水位とした後に予め設定された所定の時間経過したときの缶水の電気伝導率を電気伝導率センサ６６により測定する。電気伝導率測定部１０３は、このようにして測定された缶水の電気伝導率を半ブロー後電気伝導率とする。

適正判定部１０４は、前記缶水の半ブロー前電気伝導率と、前記缶水の半ブロー後電気伝導率と、に基づいて、前記半ブローが適正かどうかを判定する。
より具体的には、適正判定部１０４は、缶水の半ブロー後電気伝導率が、前記缶水の半ブロー前電気伝導率の予め設定される第１の割合になるか、又は第１の割合を下回る場合に、前記半ブローが適正でないと判定する。
例えば半ブロー前の電気伝導率が２００ｍＳ／ｍであり、半ブロー後の水量が１００Ｌとし、５ｍＳ／ｍの給水がなされて給水後の水量が例えば２００Ｌとなった場合の電気伝導率は、約１００ｍＳ／ｍとなることから、このような場合、例えば第１の割合を１／３に設定することにより、半ブローが適正に行われているか否かを缶水の半ブロー後電気伝導率の半ブロー前電気伝導率の割合により判定することが可能である。

ブロー運転カウント部１０５は、半ブローが実施された回数である半ブロー実施回数、及びそのうち適正判定部１０４により当該半ブローが適正でないと判定された半ブロー実施回数である不適正回数を積算する。
より具体的には、ブロー運転カウント部１０５は、半ブロー実施の履歴情報を記憶部２００に記録することが好ましい。履歴情報として、半ブロー実施日、半ブロー時間、半ブローを実施する直前の運転積算値、半ブロー前の電気伝導率Ｘと、給水後に所定の水位に戻した時又は所定の水位とした後に予め設定された所定の時間経過したときの電気伝導率Ｙ、電気伝導率Ｙの電気伝導率Ｘに対する割合に基づく適正か否かの判定情報、これらに基づく統計値、所定期間内の半ブロー実施回数、そのうち、適正ではなかったと判定された半ブロー実施回数、及び適正でないと判定された回数の割合等を含めることが好ましい。

警告出力部１０６は、適正判定部１０４の判定に基づいて、半ブローに係る情報を記憶部２００に記録するか、及びアラーム情報を出力するか、少なくとも一方を実行する。
より具体的には、警告出力部１０６は、適正判定部１０４の判定に基づいて、記憶部２００に記録された履歴情報に基づいて、例えば、所定期間内の半ブロー実施回数に対する、適正ではなかったと判定された半ブロー実施回数の割合が所定の閾値であるか、又は所定の閾値を超える場合に、アラーム情報を出力することができる。また、アラーム情報を出力する根拠となった、所定期間内の半ブロー実施回数に対する適正ではなかったと判定された半ブロー実施回数の割合の値、及びアラーム情報出力日時等を履歴情報として、記憶部２００に記憶するようにしてもよい。

こうすることにより、所定期間内において、半ブローが適正に行われたか否か、について簡易に判断するための適切な情報をオペレータやメンテナンス要員等に提供することが可能となる。例えば、半ブローが適正に行われていないとされる場合、オペレータは今後の半ブロー処理を適正に実施するように改善することが期待できる。また、半ブローが適正に行われていないとされる場合、保守点検時にメンテナンス要員が半ブロー処理方法をボイラのオペレータ等に対して再伝達することができる。また、半ブロー回数を記録し、所定閾値を超えるとアラームを出力（又は記録）することにより、メンテナンス要員等に半ブローが適正に行われてきたか否かについての適切な情報を提供することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

［変形例１］
本実施例では、水位検出器６として、低燃焼用電極棒（Ｓ棒）６２、高燃焼用電極棒（Ｍ棒）６３、及び低水位検出用電極棒（Ｌ棒）６４が、順に下端部の高さ位置を低くして、水位検出筒６１内に挿入されている水位検出器６を例示したが、これに限定されない。
水位検出器６として、連続式レベルセンサ例えば、静電容量式センサを設けたものとしてもよい。図３に示すように、水位検出器６が、水位検出筒６１ａと電極棒６２ｂとを有し、水位検出筒６１ａの上端部が上部ヘッダ２３に接続され、下端部が下部ヘッダ２４に接続され、電極棒６２ｂの表面に被覆された絶縁皮膜を誘電体として、電極棒６２ｂと水位検出筒６１ａとの間の静電容量を測定することにより、水位検出筒６１ａの内部で電極棒６２ｂと接触するボイラ水の水位を連続的に検出するものとしてもよい。

［変形例２］
本実施例では、燃焼部２６が、例えば段階的な複数の燃焼位置で燃焼することにより缶体２０の内部を加熱することを例示したが、これに限定されない。燃焼部２６が、燃焼率を連続的に変更して燃焼することにより缶体２０の内部を加熱するものとしてもよい。

１ ボイラ
２０ 缶体
２１ ボイラ筐体
２２ 水管
２３ 上部ヘッダ
２４ 下部ヘッダ
２５ 燃焼室
２６ 燃焼部
Ｌ１ 給水ライン
４ 給水ポンプ
５ 気水分離器
５０ 蒸気ヘッダ
５１ 蒸気弁
６ 水位検出器
６１，６１ａ 水位検出筒
６２ 低燃焼用電極棒（Ｓ棒）
６３ 高燃焼用電極棒（Ｍ棒）
６４ 低水位検出用電極棒（Ｌ棒）
６６ 電気伝導率センサ
６７ 接続管
６２ｂ 電極棒
７ 制御器
１００ 制御部
１０１ 稼働積算部
１０２ 半ブロー通知部
１０３ 電気伝導率測定部
１０４ 適正判定部
１０５ ブロー運転カウント部
１０６ 警告出力部
２００ 記憶部
Ｌ３ 缶底ブローライン
３１ 缶底ブロー弁

Claims (6)

1. 缶水の電気伝導率を測定する電気伝導率センサと
   記憶部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   予め設定される第１の条件を満たした場合に、電気伝導率を、半ブローが開始可能とされる前記缶水の電気伝導率である半ブロー前電気伝導率として前記電気伝導率センサにより測定し、前記半ブローが終了されてその後の給水が行われ、所定の水位に戻したとき、又は前記所定の水位とした後に予め設定された所定の時間経過したときの前記缶水の電気伝導率である半ブロー後電気伝導率を前記電気伝導率センサにより測定する電気伝導率測定部と、
   前記缶水の半ブロー前電気伝導率と、前記缶水の半ブロー後電気伝導率と、に基づいて、前記半ブローが適正かどうかを判定する適正判定部と、
   前記適正判定部の判定に基づいて、前記半ブローに係る情報を前記記憶部に記録するか、及びアラーム情報を出力するか、少なくともいずれか一方を実行する警告出力部と、
   を備えるボイラ。
2. 前記制御部は、
   前記第１の条件を満たすと半ブローを開始できることを通知し、半ブローが開始された後に、水位が低下して予め設定される半ブロー設定水位であるか又は前記半ブロー設定水位を下回ると前記半ブローを終了できることを通知する半ブロー通知部を備える請求項１に記載のボイラ。
3. 前記電気伝導率センサは前記半ブロー設定水位に設けられ、前記電気伝導率センサにより前記半ブローの開始後に水位が低下して前記半ブロー設定水位になるか又は前記半ブロー設定水位を下回ることを検出する、請求項２に記載のボイラ。
4. 前記第１の条件は、前記電気伝導率センサにより測定される前記缶水の電気伝導率が予め設定される所定の電気伝導率であるか又は所定の電気伝導率を上回る条件である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボイラ。
5. 前記制御部は、
   前記半ブローが実施された回数である半ブロー実施回数、及びそのうち前記適正判定部により前記半ブローが適正でないと判定された半ブロー実施回数である不適正回数を積算するブロー運転カウント部を備え、
   前記警告出力部は、前記ブロー運転カウント部によってカウントされた前記不適正回数に基づいて、前記半ブローに係る情報を前記記憶部に記録するか、及び前記アラーム情報を出力するか、少なくともいずれか一方を実行する、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のボイラ。
6. 前記適正判定部は、
   前記缶水の半ブロー後電気伝導率が、前記缶水の半ブロー前電気伝導率の予め設定される第１の割合になるか、又は第１の割合を下回る場合に、前記半ブローが適正でないと判定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のボイラ。

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