特許 6087141 燃焼装置を持ったボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087141

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】燃焼装置を持ったボイラ

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/04 20060101AFI20170220BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20170220BHJP

【ＦＩ】

   F22B35/04

   F23N5/00 C

   F23N5/00 N

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-287318(P2012-287318)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-129919(P2014-129919A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年11月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000130651

【氏名又は名称】株式会社サムソン

(72)【発明者】

【氏名】西山 将人

(72)【発明者】

【氏名】森本 守

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００７７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３１５８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１９４３５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−２３１６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５３９７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ ３５／０４

Ｆ２３Ｎ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼装置を持ったボイラであって、燃焼量を高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止で段階的に設定した四位置燃焼制御としておき、負荷に応じて燃焼量の切り替えを行うようにしているボイラにおいて、着火シーケンスは中燃焼で着火する中燃焼着火シーケンスと低燃焼で着火する低燃焼着火シーケンスを設定しておき、高燃焼要求時と中燃焼要求時には中燃焼着火シーケンスで着火し、低燃焼要求時には低燃焼着火シーケンスで着火するようにしていることを特徴とする燃焼装置を持ったボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼装置を持ったボイラに関するものであり、より詳しくは燃焼量の増減を可能としてるボイラであって、燃焼開始時には所定の着火シーケンスを行っているボイラに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特開２００４−３５３９７８号公報に記載があるように、燃焼装置を持っているボイラでは、燃焼装置へ供給する燃料供給量及び燃焼用空気供給量を増減することで燃焼量を調節することを行っている。燃焼量の増減は、段階的に燃焼量を設定しているボイラでは、高燃焼・低燃焼・停止の三位置燃焼制御や、高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止の四位置燃焼制御を行う。三位置燃焼制御の低燃焼では、高燃焼の約半分の燃料供給量とすることでターンダウン比は２：１程度とするものが多い。四位置燃焼燃焼のボイラでは、低燃焼の比率をより小さくしており、ターンダウン比は７：１などにしている。

【0003】

ボイラでは、蒸気の負荷に応じて燃焼量を決定する。三位置燃焼制御であれば、蒸気圧力を三段階に設定しておき、圧力値が高位の設定圧力値より高ければ燃焼停止、高位設定圧力値と低位設定圧力値の間であれば低燃焼、低位の設定圧力値より低ければ高燃焼とする制御を行う。この時、燃焼量を増加する圧力値と燃焼量を減少する圧力値を同じ値にしていると、わずかな圧力変動で燃焼量の増加と燃焼量の減少を頻繁に繰り返すことになるため、設定圧力値にはディファレンシャルを設定しておく。例えば、低燃焼から燃焼停止に変更する圧力値は０．８０ＭＰａ、燃焼停止から低燃焼に変更する圧力値は０．７８ＭＰａ、高燃焼から低燃焼に変更する圧力値は０．７０ＭＰａ、低燃焼から高燃焼に変更する圧力値は０．６８ＭＰａというように設定する。同様に、四位置燃焼制御であれば、四段階で設定して制御を行う。

【0004】

ボイラの運転を開始する場合の着火シーケンスは、図４に記載の通りである。図４は三位置燃焼制御を行うボイラであって、燃料供給量の調節は第１電磁弁及び第２電磁弁にて行い、燃焼用空気供給量はダンパの位置で調節するようにしている。第１電磁弁は全開と全閉で制御する遮断弁、第２電磁弁は全開と半開で制御する流量調節弁である。燃料供給量は、第１電磁弁を全開として第２電磁弁は半開とした場合は低燃焼用の供給量、第１電磁弁と第２電磁弁の両方を全開とした場合は高燃焼用の供給量となる。ダンパによる燃焼用空気供給量の調節は、低燃位置の場合は低燃焼用の供給量、高燃位置の場合は高燃焼用の供給量となる。

【0005】

着火シーケンスは、時刻ａで高燃焼の燃焼要求を受けて開始しており、まず送風機のみを作動して炉内を換気するプレパージから行う。プレパージでは規定量分の空気を送り込む必要があり、ダンパは開度を大きくした方がより多くの空気を供給することができため、ダンパは高燃位置に変更する。プレパージは時刻ｃで終了しており、時刻ｃから着火動作を行う。着火は低燃焼で行うため、時刻ｃになる前にダンパを低燃位置とし、空気供給量は低燃焼の量まで減少しておく。時刻ｃからイグナイタの作動とパイロット電磁弁の開動作を行ってパイロット燃焼を開始する。そして時刻ｄで第１電磁弁を開いて低燃焼用の燃料を供給することで低燃焼を開始する。燃焼要求は高燃焼であるため、着火後に燃焼量を低燃焼から高燃焼へ変更するのであるが、着火後の火炎安定時間の間は低燃焼で保持しておき、燃焼要求の燃焼量への変更は火炎安定時間が終了した後に行う。火炎安定時間が終了した時刻ｅでダンパ位置を高燃位置に変更し、第２電磁弁を開くことで高燃焼への変更を行う。

【0006】

燃焼量の変更は、燃料供給量と燃焼用空気供給量を変更することで行っており、燃料供給量は、電磁弁の開閉によって行うために瞬間的に変更することができる。しかし、燃焼用空気供給量の変更は、ダンパ位置の変更や送風機の回転速度変更によって行っているためにある程度の時間が必要となる。そのため、燃焼量変更時には一時的に燃料量と空気量のバランスが崩れ、燃焼が不安定になることがある。特に着火直後であって燃焼が安定していない状態で燃焼量の変更を行うと、火炎が吹き消えるなどの不具合が発生することがあるため、着火直後には燃焼量の変更は行わないようにしており、燃焼量の変更は所定の火炎安定時間が終了した後に行う。

【0007】

上に記載した通り、燃焼を停止していた状態から燃焼を開始する場合には、燃焼指令が高燃焼であっても、燃焼開始後の火炎安定時間が終了した後でないと目的の燃焼量にすることができない。そのため、その間は蒸気供給が足りない状態が続くことになり、負荷追従に遅れが生じるということがあった。特にターンダウン比の大きなボイラでは、１００％燃焼の高燃焼で蒸気供給を行いたいのに、火炎安定期間が終了するまでは１５％燃焼の低燃焼を保持しなければならないとなると、蒸気供給量の不足幅が大きくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００４−３５３９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、負荷に対する追従性を高めたボイラを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載の発明は、燃焼装置を持ったボイラであって、燃焼量を高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止で段階的に設定した四位置燃焼制御としおき、負荷に応じて燃焼量の切り替えを行うようにしているボイラにおいて、着火シーケンスは中燃焼で着火する中燃焼着火シーケンスと低燃焼で着火する低燃焼着火シーケンスを設定しておき、高燃焼要求時と中燃焼要求時には中燃焼着火シーケンスで着火し、低燃焼要求時には低燃焼着火シーケンスで着火するようにしていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

着火直後から要求燃焼量で燃焼を行うことになるため、負荷に対する追従性が高くなり、蒸気供給量が不足することを防止できる。また、着火直後に燃焼量の変更を行うことがないので、燃焼の安定性を高く維持することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明を実施しているボイラのフロー図

【図2】本発明を実施しているボイラでの着火シーケンスを示したタイムチャート

【図3】本発明を実施しているボイラでの着火シーケンスを示したタイムチャート

【図4】従来ボイラでの着火シーケンスを示したタイムチャート

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラのフロー図、図２と図３は本発明を実施しているボイラでの着火シーケンスを示したタイムチャート、図４は比較のための従来ボイラでの着火シーケンスを示したタイムチャートである。図２は高燃焼着火シーケンスを実行する場合のもの、図３は低燃焼着火シーケンスを実行する場合のものである。

【0015】

ボイラは中央に燃焼室１、燃焼室１の上部に燃焼装置２を設けており、燃焼室１内で火炎の燃焼を行うことで、燃焼室周囲に設けている水管３を加熱し、水管内の缶水を蒸発させて蒸気を発生するものである。燃焼装置２には燃料供給配管４を接続しており、燃料供給配管４は途中でメインバーナ用とパイロットバーナ用に分岐している。パイロットバーナ用の燃料供給配管途中にはパイロット電磁弁１３、メインバーナ用の燃料供給配管途中には燃料量調節装置である第１電磁弁５及び第２電磁弁６を設けている。パイロット電磁弁１３・第１電磁弁５・第２電磁弁６は、運転制御装置７と接続しており、運転制御装置７によって各機器の操作を行うことで、燃焼装置２への燃料供給量を自動制御する。

【0016】

燃焼装置２は、燃料供給配管４を通して供給する燃料と、燃焼装置２に接続している送風機９から供給する燃焼用空気によって燃焼を行う。第１電磁弁５及び第２電磁弁６による燃料供給量は、第１電磁弁５を全開とし、第２電磁弁は半開とすることによる低燃焼用供給量と、第１電磁弁５及び第２電磁弁６の両方を全開とすることによる高燃焼用供給量で調節可能とし、高燃焼用供給量は低燃焼用供給量の約２倍としておく。送風機９から燃焼装置２へ供給する燃焼用空気供給量は、送風路の途中に設けているダンパ１１によって調節する。ダンパ１１には、高燃位置・低燃位置・全閉位置を設定しておき、低燃焼時には低燃焼用供給量、高燃焼時には高燃焼用供給量の空気を供給する。送風機９とダンパ１１も運転制御装置７と接続し、運転制御装置７によって自動制御するようにしており、低燃焼用の燃料及び燃焼用空気を供給することによる低燃焼と、高燃焼用の燃料及び燃焼用空気を供給することによる高燃焼を行う。

【0017】

また、燃焼用空気の供給が行われていることを検出するための風圧スイッチ１０、ボイラでの蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出装置８を設けておき、風圧スイッチ１０及び蒸気圧力検出装置８による検出結果も運転制御装置７へ出力するようにしている。運転制御装置７では、蒸気圧力検出装置８で検出した蒸気圧力値に基づいてボイラの燃焼量を決定する。蒸気圧力値が高燃焼用設定値より低い場合にはボイラを高燃焼で運転、蒸気圧力値が高燃焼用設定値よりは高いが燃焼停止設定値よりは低い場合にはボイラを低燃焼で運転、蒸気圧力値が燃焼停止設定値より高い場合はボイラの燃焼を停止する。

【0018】

運転制御装置７には、低燃焼で燃焼を開始する場合の低燃焼着火シーケンスと、高燃焼で燃焼を開始する場合の高燃焼着火シーケンスを設定しておく。運転制御装置７では、燃焼開始時点での燃焼要求に基づいて、使用する着火シーケンスを選択する。低燃焼着火シーケンスは、着火の前に燃焼用空気供給量を低燃焼用の供給量としておき、低燃焼用の燃料を供給しながら着火を行うものであり、高燃焼着火シーケンスは、着火の前に燃焼用空気供給量を高燃焼用の供給量としておき、高燃焼用の燃料を供給しながら着火を行うものである。燃焼開始時の燃焼要求が低燃焼であれば低燃焼着火シーケンスを実行し、高燃焼であれば高燃焼着火シーケンスを実行する。

【0019】

ボイラの運転制御を、図に基づいて説明する。図２は高燃焼着火シーケンスを行う場合のものである。図では、ボイラは燃焼を停止している状態から始まっており、各機器は停止し、ダンパや燃料弁は閉じている。時刻Ａにて高燃焼の燃焼要求があると、運転制御装置７では高燃焼用の着火シーケンスを選択して実行する。まずダンパを全閉位置から高燃位置へ変更し、送風機の稼働を開始することで、燃焼室１のプレパージを始める。ダンパを高燃位置とした場合、燃焼室へは高燃焼用の空気量が供給される。

【0020】

ただし、送風機の稼働開始直後は十分な風量が得られないためにプレパージ時間には算入せず、風圧スイッチ１０により所定の風圧に達したことを検出した時刻Ｂ以降をプレパージ時間とする。時刻Ｂから所定のプレパージ時間が経過するまでは、燃焼室１へ空気のみを供給することによって燃焼室１内の換気を行い、安全な着火が行えるようにする。

【0021】

時刻Ｃでプレパージを終了し、着火の動作を開始する。この時点ではパイロット電磁弁１３を開き、イグナイタ１２の作動を開始するが、第１電磁弁５及び第２電磁弁６は閉じておく。空気の供給を行っている状態でイグナイタ１２による火種の発生を行い、パイロット燃料の供給を開始すると、パイロット火炎が発生して燃焼が始まる。
イグナイタ１２の作動を開始してから点火トライアル時間が経過すると、イグナイタ１２作動を停止し、そこからパイロットオンリの時間を経過した時刻Ｄで、第１電磁弁５及び第２電磁弁６を開く。
燃焼用空気の供給量は高燃焼用の供給量であり、燃料の供給量も高燃焼用の供給量であるため、時刻Ｄから燃焼要求通りの高燃焼で燃焼を行う。燃焼要求通りの燃焼量で燃焼を開始しているため、燃焼要求の燃焼量が変化するまでは燃焼量を変更する必要がなく、着火後すぐに燃焼量の変更を行うことがないために安定した燃焼を行うことができる。その後、燃焼要求が高燃焼から低燃焼へ変化しているため、ダンパを高燃位置から低燃位置へ変更し、第２電磁弁６を半開まで閉じることで燃焼量を低燃焼へ変更する。燃焼量変更時には燃料と空気のバランスが一時的に崩れるが、安定した燃焼を行っている場合であれば、問題なく燃焼量の変更が行える。

【0022】

図３は低燃焼着火シーケンスを行う場合のものであり、最初は図２と同じでボイラは燃焼を停止している状態から始まっている。時刻Ｅにて低燃焼の燃焼要求があると、運転制御装置７では低燃焼用の着火シーケンスを選択して実行する。低燃焼用も、まずダンパを全閉位置から高燃位置へ変更し、送風機の稼働を開始することで、燃焼室１への空気の供給を始める。風圧スイッチ１０により所定の風圧に達したことを検出した時刻Ｆ以降をプレパージ時間とする。時刻Ｆから所定のプレパージ時間が経過するまでは、燃焼室１へ空気のみを供給することによって燃焼室１内の換気を行い、安全な着火が行えるようにする。

【0023】

低燃焼着火シーケンスでは着火は低燃焼で行うため、プレパージの実施中にダンパ位置を低燃位置に変更しておき、空気供給量を低燃焼用のものとしておく。時刻Ｇでプレパージを終了すると、着火の動作を行う。この時点ではイグナイタ１２の作動とパイロット電磁弁１３の開動作を行うが、第１電磁弁５及び第２電磁弁６は閉じておく。空気の供給を行っている状態でイグナイタ１２による火種の発生を行い、パイロット燃料の供給を開始すると、パイロット火炎が発生して燃焼が始まる。イグナイタ１２の作動を開始してから点火トライアル時間が経過すると、イグナイタ１２作動を停止し、そこからパイロットオンリの時間を経過した時刻Ｈで、第１電磁弁５を開く。第２電磁弁は閉じる制御を行った場合でも半開の状態となり低燃焼用の燃料供給が行われる。燃焼用空気の供給量は低燃焼用の供給量であり、燃料の供給量も低燃焼用の供給量であるため、時刻Ｈから燃焼要求通りの低燃焼で燃焼を行う。

【0024】

図４は比較のための従来制御の例である。図４でも最初は図２と同じでボイラは燃焼を停止している状態から始まっている。時刻ａにて高燃焼の燃焼要求があると、運転制御装置７では着火シーケンスを実行する。従来制御では、着火シーケンスは一つのみであり、燃焼要求に基づいて着火シーケンスを選択するということはない。燃焼要求が高燃焼であっても低燃焼で燃焼を開始し、燃焼開始後に低燃焼から高燃焼へ変更する。

【0025】

この場合も、まずダンパを全閉位置から高燃位置へ変更し、送風機の稼働を開始することで、燃焼室１への空気の供給を始める。風圧スイッチ１０により所定の風圧に達したことを検出した時刻ｂ以降をプレパージ時間とする。時刻ｂから所定のプレパージ時間が経過するまでは、燃焼室１へ空気のみを供給することによって燃焼室１内の換気を行い、安全な着火が行えるようにする。

【0026】

着火は低燃焼で行うため、プレパージの実施中にダンパ位置を低燃位置に変更しておき、時刻ｃでプレパージを終了すると着火を行う。この時点ではパイロット電磁弁１３の開動作とイグナイタ１２の作動を開始するが、第１電磁弁５及び第２電磁弁６は閉じておく。パイロット電磁弁１３を開き、イグナイタ１２の作動を開始してから点火トライアル時間が経過し、さらにパイロットオンリ時間の経過した後である時刻ｄで、第１電磁弁５を開く。パイロットバーナによるパイロット燃焼を行っている状態で、メインバーナへ低燃焼用の燃料供給を開始すると、メインバーナでも火炎が発生して燃焼が始まる。燃焼用空気の供給量は低燃焼用の供給量であり、燃料の供給量も低燃焼用の供給量であるため、時刻ｄから低燃焼での燃焼を行う。

【0027】

着火は低燃焼で行っているが燃焼要求は高燃焼であるため、着火シーケンスの終了後に燃焼量を高燃焼へ変更する。しかし、着火直後であって燃焼が安定していない時期に燃焼量の変更を行うと、火炎が吹き消えるなどの不具合が発生するおそれがある。そのために着火直後に高燃焼へ変更することは行わず、火炎の安定時間が経過する時刻ｅまでは低燃焼を保持しておき、その後に高燃焼への変更を行う。高燃焼への変更は、ダンパ位置を低燃位置から高燃位置へ変更することで燃焼用空気供給量を高燃焼用に変更し、第２電磁弁を開くことで燃料供給量を高燃焼用に変更することで行う。

【0028】

従来の制御では、着火シーケンスは一つのみであり、着火時の燃焼量と燃焼要求の燃焼量が異なる場合には、着火シーケンスを終了した後に燃焼要求の燃焼量へ変更するようにしていた。この場合、着火直後に燃焼量の変更を行うと燃焼が不安定になることより、火炎安定時間を設定しておき、燃焼量の変更を遅らせることで安定した燃焼が行えるようにしていた。しかし本発明では、着火シーケンスを複数設定しておき、燃焼要求の燃焼量で着火を行うようにしているため、着火時点で燃焼要求の燃焼量で燃焼を行うことになる。従来制御では、燃焼要求の燃焼量になるまでに時間がかかり、蒸気の供給が不足するということがあったが、本発明であれば着火時点から要求燃焼量で燃焼を行うため、負荷に対する追従性が高くなり、着火直後に燃焼量の変更を行うこともないために安定した燃焼が行える。

【0029】

上記実施例では三位置燃焼制御の場合を説明したが、四位置燃焼制御であっても同様である。高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止の四位置燃焼制御であれば、高燃焼で着火する高燃焼着火シーケンス、中燃焼で着火する中燃焼着火シーケンス、低燃焼で着火する低燃焼着火シーケンスをそれぞれ設定しておく。そして燃焼開始時の燃焼要求に基づき、高燃焼要求であれば高燃焼着火シーケンス、中燃焼要求であれば中燃焼着火シーケンス、低燃焼要求であれば低燃焼着火シーケンスを実行する。燃焼要求通りの燃焼量で着火を行うことで、負荷に対する追従性は高くなる。

【0030】

また、高燃焼で着火すると着火時の熱膨張によるショックが発生するという場合は、高燃焼要求時と中燃焼要求時には中燃焼で着火し、低燃焼要求時には低燃焼で着火するとしてもよい。燃焼要求が高燃焼の場合には、低燃焼よりは大きいが高燃焼よりは小さい中燃焼で着火を行うとすることで、着火時のショック低減と負荷追従性向上のバランスをとることができる。この場合には、高燃焼よりも燃焼量の小さな中燃焼で着火することになるために蒸気供給量は不足気味となるが、低燃焼で着火する場合に比べると蒸気供給量は多いため、蒸気供給の不足量は軽減することができる。

【0031】

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

【符号の説明】

【0032】

１ 燃焼室
２ 燃焼装置
３ 水管
４ 燃料供給配管
５ 第１電磁弁
６ 第２電磁弁
７ 運転制御装置
８ 蒸気圧力検出装置
９ 送風機
１０ 風圧スイッチ
１１ ダンパ
１２ イグナイタ
１３ パイロット電磁弁
１４ 蒸気圧力検出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】