(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ボイラ水管と、このボイラ水管を加熱する燃焼部と、前記ボイラ水管に対して水を供給する給水部と、ボイラ水管内の水位を検知する水位検知部と、この水位検知部によって検知された水位が目標水位となるように、前記給水部による前記ボイラ水管への供給水量を調整する給水制御部と、前記ボイラ水管内のボイラ水を外部へと排出する濃縮ブローラインと、を備え、
前記給水制御部においては、前記濃縮ブローラインを開放して前記ボイラ水のブロー処理を実施するかどうか判断し、前記ブロー処理を実施する場合には、前記ボイラ水管内の前記目標水位を上昇させることを特徴とするボイラ装置。
前記給水部は、連続的に給水を実施する連続給水方式とされており、前記ボイラ水管内の前記目標水位に応じて、単位時間当たりの供給水量を調整することを特徴とする請求項1に記載のボイラ装置。
前記給水部は、間欠的に給水を実施する間欠給水方式とされており、前記ボイラ水管内の前記目標水位に応じて、給水時間及び給水タイミングのうち少なくともいずれか一方を調整し、前記ボイラ水管への供給水量を調整することを特徴とする請求項1に記載のボイラ装置。
前記燃焼部における燃焼量に応じて、前記ボイラ水のブロー処理を実施する際の前記目標水位の設定を変更することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のボイラ装置。
前記ボイラ水管から発生した蒸気を取り込み、この蒸気から液相成分を除去する気液分離器と、この気液分離器において回収された液相成分を前記ボイラ水管内に還流させる還流路と、を備えており、
前記濃縮ブローラインが前記還流路に接続されており、前記濃縮ブローラインを開放した際には、前記還流路を介して前記ボイラ水管内のボイラ水が外部へと排出される構成とされていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のボイラ装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に、本発明の一実施形態について添付した図面を参照にして説明する。
【0012】
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態であるボイラ装置1について説明する。
このボイラ装置1は、
図1に示すように、ボイラ本体10と、給水部20と、給水制御部27と、水位検知部30と、気水分離部40と、濃縮ブローライン50と、を備えている。
【0013】
ボイラ本体10は、ボイラ缶体11と、複数のボイラ水管12と、下部ヘッダ13と、上部ヘッダ14と、加熱バーナ15と、を備えている。
ボイラ缶体11は、筒状をなしており、その内部に複数のボイラ水管12が収容されている。なお、このボイラ水管12には、内部でのスケールの発生を検知するスケール検知センサ(図示なし)が配設されている。
そして、これら複数のボイラ水管12により、ボイラ缶体11の内部に燃焼室16が画成されており、この燃焼室16に加熱バーナ15が配設されている。
【0014】
加熱バーナ15は、
図1に示すように、燃焼室16の上方に配設されている。この加熱バーナ15には、燃料供給弁18を備えた燃料供給ライン17が接続されており、この燃料供給弁18の開度を調整することで加熱バーナ15の燃焼量が制御される構成とされている。なお、この加熱バーナ15の燃焼量を制御することによって、このボイラ装置1における単位時間当たりの蒸気発生量が制御されることになる。
【0015】
下部ヘッダ13は、ボイラ缶体11の下部に配設され、複数のボイラ水管12の下端が連結されている。この下部ヘッダ13には、給水部20の給水ライン21が接続されており、給水部20によりボイラ水が供給される構成とされている。
上部ヘッダ14は、ボイラ缶体11の上部に配設され、複数のボイラ水管12の上端が連結されている。この上部ヘッダ14には、ボイラ水管12内で発生した蒸気が貯留される構成とされており、この蒸気を送出する気水ライン41が接続されている。
【0016】
給水部20は、下部ヘッダ13に接続された給水ライン21と、水質測定部22と、給水ポンプ23と、逆止弁24と、を備えている。また、水質測定部22の上流側には、図示しない軟水器が配設されている。
水質測定部22は、軟水器によって軟水処理された処理水の水質を測定するものであり、特にスケールの発生に影響を与える硬度、シリカ濃度等を測定し、水質の異常の有無を判定する。
【0017】
気水分離部40は、上部ヘッダ14に接続された気水ライン41と、この気水ライン41を通じて供給された蒸気から水分を分離する気水分離器42と、気水分離器42から乾き蒸気を送り出す蒸気送出ライン43と、気水分離器42で分離・回収された水分を下部ヘッダ13へと戻す降水ライン45と、を備えている。ここで、蒸気送出ライン43には、流量調整弁44が配設されており、気水分離器42からの乾き蒸気の送出量が調整される構成とされている。
【0018】
そして、気水分離器42と下部ヘッダ13とを連結する降水ライン45には、濃縮ブローライン50が接続されている。
この濃縮ブローライン50は、濃縮ブロー弁51を備えており、この濃縮ブロー弁51を開放することにより、ボイラ水管12内のボイラ水が下部ヘッダ13及び降水ライン45を介して、ボイラ装置1の外部へと強制的に排出される構成とされている。
【0019】
また、水位検知部30は、
図2に示すように、内部にボイラ水が貯留される検知器本体31と、検知器本体31内に配設された水位センサ32と、検知器本体31の下端とボイラ水管12の下端とを接続する下部連結管33と、検知器本体31の上端とボイラ水管12の上端とを接続する上部連結管34と、を備えている。
検知器本体31とボイラ水管12とが、下部連結管33及び上部連結管34によって連結されることによって、検知器本体31内部の水位がボイラ水管12内の水位に一致させられている。
【0020】
給水制御部27は、水位検知部30の水位センサ32によって検知された水位が目標水位となるように、給水ポンプ23へと指令を与えて、下部ヘッダ13への給水量を制御する構成とされている。ここで、本実施形態では、目標水位となるように給水ポンプ23の出力を調整して、単位時間当たりの給水量を連続的に調整する連続給水方式を採用している。
【0021】
このような構成とされたボイラ装置1においては、給水部20から下部ヘッダ13を介してボイラ水管12内にボイラ水が供給される。燃焼室16内で加熱バーナ15が燃焼することによって、ボイラ水管12内のボイラ水が加熱されて蒸気となり、この蒸気が上部ヘッダ14に貯留されることになる。
上部ヘッダ14内の蒸気は、気水ライン41を通じて気水分離器42へと送出され、気水分離器42において蒸気内の水分が分離・回収され、乾き蒸気が得られる。
【0022】
このようにして得られた乾き蒸気は、蒸気送出ライン43を通じて外部の蒸気使用機器(図示なし)に向けて送出されることになる。
また、気水分離器42で分離・回収された水分は、降水ライン45を通じて下部ヘッダ13へと送られ、ボイラ水管12内へと再度供給される。なお、気水分離器42で分離・回収された水分は、温度が比較的高いことから、下部ヘッダ13内のボイラ水の温度が上昇することになる。
【0023】
また、ボイラ装置1を一定時間操業した場合には、ボイラ水管12内にスケール成分が濃化するため、スケールが付着することがある。また、軟水器が不調の場合には、給水部20に設けられた水質測定部22において、硬度やシリカ濃度の異常が検知されることがある。
そこで、ボイラ装置1を一定時間操業した場合には、濃縮ブローライン50の濃縮ブロー弁51を開放し、下部ヘッダ13及び降水ライン45を介してボイラ水管12内のボイラ水を強制的に外部へと排出し、ボイラ水管12内のボイラ水の入れ替えを実施する。このブロー処理により、ボイラ水管12内にスケールが強固に付着することを防止するのである。
【0024】
ここで、水位検知部30及び給水制御部27は、ボイラ水管12が過熱状態とならないように、ボイラ水管12内の水位の監視及び給水ポンプ23の出力の調整を行うことになる。
【0025】
次に、本実施形態であるボイラ装置1におけるボイラ水管12内の水位制御方法について、
図3に示すフロー図を参照して説明する。
まず、ボイラ装置1における蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)を確認する(S01)。この蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定する(S02)。具体的には、予め準備したデータベース等から、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じた目標水位を選択することになる。そして、水位検知部30の水位センサ32によって水位を測定し、目標水位となるように給水制御部27において、給水ポンプ23の出力を制御する(S03)。
【0026】
そして、ボイラ装置1の操業が一定時間経過した後には、スケール検知センサや水質測定部22の測定結果を参照し、濃縮ブローライン50によるブロー処理の実施を判断する(S04)。
ブロー処理を実施しない場合には、引き続き、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定し、この目標水位となるように、ボイラ水管12内の水位制御を続行する(S01〜S03)。
【0027】
一方、スケール検知センサがスケールの発生を検知した場合や、水質測定部22において異常が検知された場合には、濃縮ブローライン50の濃縮ブロー弁51を開放して、ブロー処理を実施することになる。なお、ボイラ装置1の操業時間が一定時間経過する毎にブロー処理を行ってもよい。
ブロー処理を実施する場合には、まず、目標水位の変更を行う(S05)。具体的には、予め準備したデータベース等から、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じてブロー処理時の目標水位を選択することになる。本実施形態では、通常の操業時の目標水位よりも所定高さ(例えば10mm)分高くなるように、目標水位を変更する。
【0028】
この変更後の目標水位(ブロー処理時の目標水位)となるように、水位検知部30の水位センサ32によって水位を測定し、給水制御部27において給水ポンプ23の出力を制御する(S06)。
そして、ボイラ装置1の停止の有無を確認し(S07)、操業を続行する場合には、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定し、この目標水位となるように、ボイラ水管12内の水位制御を続行する(S01〜S03)。
【0029】
このような制御を行うことで、ボイラ装置1における蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて、ブロー処理時の目標水位が設定されることになる。また、給水ポンプ23からの単位時間当たりの供給水量が増加することになる。
【0030】
このような構成とされた本実施形態であるボイラ装置1においては、濃縮ブローライン50を開放してボイラ水管12内のボイラ水のブロー処理を実施する際に、ボイラ水管12内の目標水位を高くなるように変更して水位制御を実施しているので、ボイラ水管12内の水位が通常の操業時よりも高くなるように給水ポンプ23からの単位時間当たりの供給水量が増加されることになる。よって、ブロー処理によってボイラ水管12内のボイラ水を外部へと排出した場合でも、ボイラ装置1内の内部循環量が不足することなく、過熱状態の発生を防止することができる。よって、ボイラ装置1の操業を安定して実施することができる。
【0031】
なお、本実施形態では、気水分離器42と下部ヘッダ13とを接続する降水ライン45に濃縮ブローライン50が連結されているので、ブロー処理を実施する際には、気水分離器42で分離・回収された水分が下部ヘッダ13へと戻らなくなる。このため、下部ヘッダ13内に貯留された水の温度が低下してしまうため、ボイラ水の蒸発が遅れることになり、ボイラ装置1内の内部循環量が低減してボイラ水管12が過熱状態となりやすくなる。このため、ボイラ水管12内の水位を高くしておくことで、内部循環量を確保してボイラ水管12の過熱状態を防止することが特に有効である。
【0032】
また、本実施形態では、給水部20が連続的に給水を実施する連続給水方式とされており、ボイラ水管12の目標水位に応じて、給水ポンプ23の出力を調整して単位時間当たりの供給水量を調整する構成とされているので、精度良くボイラ水管12の水位を、変更後の目標水位(ブロー処理時の目標水位)へと変更することが可能となる。
【0033】
さらに、本実施形態においては、給水部20に水質測定部22が設けられており、この水質測定部22によって供給される水の硬度、シリカ濃度が測定される構成とされているので、給水部20の上流側に配設された軟水器の不調を早期に検知することができ、適切なタイミングでブロー処理を実施することで、ボイラ水管12内のスケール付着を未然に防止することが可能となる。
【0034】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態であるボイラ装置について説明する。
このボイラ装置101は、第1の実施形態であるボイラ装置101に対して、給水部120、給水制御部127および水位検知部130の構成が異なっており、その他の構成要素は共通している。そこで、共通する部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0035】
この第2の実施形態であるボイラ装置101においては、
図4に示すように、ボイラ本体と、給水部120と、給水制御部127と、水位検知部130と、気水分離部40と、濃縮ブローライン50と、を備えている。
【0036】
水位検知部130は、
図5に示すように、内部にボイラ水が貯留される検知器本体131と、検知器本体131内に配設された電極棒132と、検知器本体131の下端とボイラ水管12の下端とを接続する下部連結管133と、検知器本体131の上端とボイラ水管12の上端とを接続する上部連結管134と、を備えている。
検知器本体131とボイラ水管12とが、下部連結管133及び上部連結管134によって連結されることによって、検知器本体131内部の水位がボイラ水管12内の水位に一致させられている。
【0037】
ここで、検知器本体131は、導電可能な金属によって形成されている。また、電極棒132は、一端側に設けられた外部接続端子135と他端側に設けられた電極部136と、を備えており、外部接続端子135が検知器本体131の上方から外部へと突出するように配置され、電極部136が検知器本体131内に配置されており、筒状の絶縁体(図示なし)によって検知器本体131から絶縁された状態で検知器本体131の上端部から垂下されている。
【0038】
この水位検知部130には、検知器本体131の外部に電源部137が配設されており、この電源部137の一方側が電極棒132の外部接続端子135に接続され、電源部137の他端側が検知器本体131に接続されている。
このような構成とされた水位検知部130においては、検知器本体131内の水位が上昇して電極棒132の電極部136に水が接触すると、外部接続端子135と検知器本体131との間の通電状態が変化することになり、電極棒132の下端位置にまで水位が上昇したことを検知することができるのである。
【0039】
給水制御部127は、水位検知部130の電極棒132によって検出された水位から、目標水位となるまでの供給水量を推定して、給水ポンプ123の起動タイミング及び起動時間を調整し、下部ヘッダ13への給水量を制御する構成とされている。すなわち、本実施形態では、給水ポンプ123をON/OFF制御し、目標水位となるように給水ポンプ123の起動タイミング及び起動時間を調整する間欠給水方式とされているのである。
【0040】
次に、本実施形態であるボイラ装置101におけるボイラ水管12内の水位制御方法について、
図6に示すフロー図を参照して説明する。
まず、ボイラ装置101における蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)を確認する(S11)。この蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定する(S12)。水位検知部130の電極棒132によって水位を検知し、目標水位となるように給水制御部127において、給水ポンプ123をON/OFF制御する(S13)。具体的には、電極棒132の下端よりも水位が下がったのを検知した場合、電極棒132による水位検知から所定のタイミングで給水ポンプ123を起動し、給水ポンプ123を一定時間起動させた後に、給水ポンプ123を停止させる。給水ポンプ123による給水時間とボイラ水管12内の水位変動との関係を予め確認しておくことで、目標水位への制御が可能となるのである。
【0041】
そして、ボイラ装置101の操業が一定時間経過した後には、スケール検知センサや水質測定部122の測定結果を参照し、濃縮ブローライン50によるブロー処理の実施を判断する(S14)。
ブロー処理を実施しない場合には、引き続き、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定し、この目標水位となるように、ボイラ水管12内の水位制御を続行する(S11〜S13)。
【0042】
一方、スケール検知センサがスケールの発生を検知した場合や、水質測定部122において異常が検知された場合には、濃縮ブローライン50の濃縮ブロー弁51を開放して、ブロー処理を実施することになる。なお、ボイラ装置101の操業時間が一定時間経過する毎にブロー処理を行ってもよい。
ブロー処理を実施する場合には、まず、目標水位の変更を行う(S15)。具体的には、予め準備したデータベース等から、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じてブロー処理時の目標水位を選択することになる。本実施形態では、通常の操業時の目標水位よりも所定高さ(例えば10mm)分高くなるように、目標水位を変更する。
【0043】
この変更後の目標水位(ブロー処理時の目標水位)となるように、水位検知部130の電極棒132によって水位を検知し、給水制御部127において、給水ポンプ123の起動タイミング及び起動時間の少なくともいずれか一方を変更する(S16)。
このような制御を行うことで、ボイラ装置101における蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて、ブロー処理時の目標水位が設定されることになる。
【0044】
そして、ボイラ装置101の停止の有無を確認し(S17)、操業を続行する場合には、蒸気発生量(加熱バーナ15の燃焼量)に応じて目標水位を設定し、この目標水位となるように、ボイラ水管12内の水位制御を続行する(S11〜S13)。
【0045】
このような構成とされた本実施形態であるボイラ装置101においては、給水部120が間欠給水方式とされ、水位検知部130が電極棒132による水位検知方式である場合であっても、ブロー処理時に、ボイラ水管12内の水位を上昇させることができ、ボイラ装置101内の内部循環量が不足することなく過熱状態の発生を防止することができる。よって、ボイラ装置101の操業を安定して実施することが可能となる。
【0046】
以上、本発明の実施形態であるボイラ装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、気水分離器からの降水ラインに濃縮ブローラインを接続したものとして説明したが、これに限定されることはなく、濃縮ブローラインが下部ヘッダに直接接続されたものであってもよい。
【0047】
また、第2の実施形態において、水位検知部が1本の電極棒を備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、2本以上の電極棒を備えたものであってもよい。この場合、水位の上限と下限とを検知することができ、水位の検知精度が向上することになる。
さらに、本発明のボイラ装置は、燃焼量を段階制御する方式であっても、燃焼量を比例制御する方式であっても適用することができる。