JPH0823407B2

JPH0823407B2 - 貫流型排熱ボイラにおける給水制御装置

Info

Publication number: JPH0823407B2
Application number: JP32000291A
Authority: JP
Inventors: 秀雄田坂
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH05126313A

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あるいは温水を得るようにしたボ
イラの給水制御に関するもので、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のもであ
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、排熱ボイラの出入
口における〔排ガスの温度差〕×〔排ガスの圧力損失〕
^1/2にほぼ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
純物の析出も未然の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、さらに前記
受熱水管へ給水する給水ラインを接続した貫流型の排熱
ボイラの出入口における排ガスの温度差を検出するとと
もに、排熱ボイラにおける排ガスの圧力損失値を検出
し、検出された温度差と圧力損失値とを演算処理して排
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、
比例給水に近い制御となる。

【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。そして、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。

【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７が接続されている。この取出ライン７には、取り
出して使用する蒸気のバルブ８が設けられている。な
お、詳細な説明は省略するが、この取出ライン７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９が設けられている。この圧
力検出器９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】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１０が設
けられている。この水位検出端１０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１１へ出力す
る。

【００１４】排熱ボイラ１の入口ライン２には、排ガス
発生源から排熱ボイラ１に導入される排ガスの温度を検
出するための入口温度検出器１２が設けられている。こ
の入口温度検出器１２は、入口ライン２における排ガス
の排熱ボイラ１への導入温度を検出し、この検出した温
度を検出信号として入口温度計測器１３へ出力する。ま
た、排熱ボイラ１の出口ライン４には、排熱ボイラ１か
ら排出される排ガスの温度を検出するための出口温度検
出器１４が設けられている。この出口温度検出器１４
は、出口ライン４における排ガスの温度を検出し、この
検出した温度を検出信号として出口温度計測器１５へ出
力する。

【００１５】そして、入口ライン２と出口ライン４とを
連通するように接続された経路を構成するバイパスライ
ン１６には、排熱ボイラ１内を通過する排ガスの流量を
検出するためのダンパ１７が設けられている。このダン
パ１７は、バイパスライン１６の開度，したがってダン
パ１７の開度により、排熱ボイラ１内を通過する排ガス
の流量を検出するように構成されており、その開度を検
出信号として排ガス量計測器１８へ出力する。この排ガ
ス量計測器１８は、ダンパ１７からの開度信号に基づい
て、排ガスの排熱ボイラ１内における通過量を計測し、
その計測量を検出信号として圧力演算器１９へ出力す
る。この圧力演算器１９は、排ガス量計測器１８からの
計測量を演算し、排熱ボイラ１内における排ガスの圧力
損失値を計算する。すなわち、ダンパ１７，排ガス量計
測器１８および圧力演算器１９は、排熱ボイラ１内にお
ける排ガスの圧力損失値を測定する圧力検出手段を構成
している。なお、この圧力損失値を測定する圧力検出手
段は、前記実施例に限定されるものではなく、実施に応
じて、たとえばバイパスライン１６を構成することな
く、出口ライン４にダンパ１７と同様のダンパ（図示省
略）を設け、このダンパによる開度信号を圧力演算器１
９へ直接出力する構成も好適である。

【００１６】さらに、この発明に係る給水制御装置は、
排熱ボイラ１の出入口における排ガスの温度差を検出
し、また排熱ボイラ１内を通過した排ガスの圧力損失値
を検出し、その排ガスの温度差と圧力損失値から排熱ボ
イラ１の熱負荷を決定し、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するものであるか
ら、この発明においては、排熱ボイラ１の出入口におけ
る排ガスの温度差と排熱ボイラ１内を通過した排ガスの
圧力損失値とを演算処理するための演算処理器２０が設
けられている。この演算処理器２０は、入口ライン２に
おける排ガス温度を入口温度検出器１２を介して入口温
度計測器１３からの検出信号として受信するとともに、
出口ライン４における排ガス温度を出口温度検出器１４
を介して出口温度計測器１５からの検出信号として受信
し、また排熱ボイラ１内を通過した排ガスの圧力損失値
をダンパ１７，排ガス量計測器１８，圧力演算器１９等
の圧力検出手段からの検出信号として受信するように構
成されている。これらの検出信号を受信した演算処理器
２０は、まず両温度計測器１３，１５からの検出信号を
演算処理して排ガスの温度差を検出する。つぎに、この
温度差と圧力損失値とを演算処理して熱負荷を決定し、
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。そして、この決定した水位レベルの適値を制御
信号として水位制御器１１へ出力する。

【００１７】そして、演算処理器２０から受熱水管３に
対する適値な水位レベルの制御信号を受けた水位制御器
１１は、この制御信号と受熱水管３の水位検出端１０か
らの実際の水位レベルについて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。

【００１８】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１０の具体例として、前記受熱水管３と蒸
気部連絡管２１および水部連絡管２２により連通接続さ
れた水位制御筒２３が設けられている。この水位制御筒
２３は、両連絡管２１，２２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２３内に
は、２箇所以上の複数地点において水位制御筒２３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２３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２４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
２４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
４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２３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２３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２４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。

【００１９】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１１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２４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のよりその回転数，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２４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２４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。

【００２０】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２４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。

【００２１】

【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
のが比例給水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１０水位検出端１１水位制御器１２入口温度検出器１３入口温度計測器１４出口温度検出器１５出口温度計測器１７ダンパ１８排ガス量計測器１９圧力演算器２０演算処理器２３水位制御筒２４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

【特許請求の範囲】

【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、さらに前記受熱水管３
へ給水する給水ライン５を接続した貫流型の排熱ボイラ
１の出入口における排ガスの温度差を検出するととも
に、排熱ボイラ１における排ガスの圧力損失値を検出
し、検出された温度差と圧力損失値とを演算処理して排
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２３を設け、該水位制御筒２３
内に当該水位制御筒２３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２４を設け、該制
御器２４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。
【請求項２】前記制御器２４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。