特許 6552085 ボイラ給水装置

(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】6552085

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】ボイラ給水装置

(51)【国際特許分類】

   F22D 5/32 20060101AFI20190722BHJP

   F22D 5/34 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   F22D5/32 Z

   F22D5/34

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2015-51059(P2015-51059)

(22)【出願日】2015年3月13日

(65)【公開番号】特開2016-169923(P2016-169923A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2018年2月7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】高島 博史

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１２６３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０１２００１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５５−１６１９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−１０８１０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６３−２３５０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５７−２６７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１８０１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−４１９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１６４９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１５１２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｄ ５／００

Ｆ２２Ｄ ５／３２

Ｆ２２Ｄ ５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

途中に給水ポンプを持った給水配管を接続しており、ボイラ内の水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプを作動して給水を行うようにしているボイラにおいて、給水配管の給水ポンプ設置位置の２次側に給水電動弁、給水ポンプと給水電動弁の間に給水圧力検出装置をそれぞれ設置しておき、給水ポンプにて給水を行う場合は、給水ポンプの作動を開始するとともに閉じていた給水電動弁を開き始める操作を行い、給水電動弁の開度が小さい状態で給水ポンプを作動したことにより、前記給水圧力検出装置にて検出している給水ポンプ吐出側圧力値が目標値より高くなると、検出圧力値と目標値の差分に基づき給水電動弁の開度を開く操作を行い、給水圧力検出装置にて検出している給水ポンプ吐出側圧力が所定の値を保つように給水電動弁の開度を調節するものであることを特徴とするボイラ給水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気ボイラへの給水を行うボイラ給水装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特開２０１４−２１９１１２号公報に記載があるように、蒸気ボイラへの給水は給水配管に設けている給水ポンプにてボイラ用水を加圧してボイラへ供給する。その際、ボイラへの給水流量はボイラ内の蒸気圧力によって変化する。蒸気を供給する蒸気ボイラでは、加圧することによって飽和蒸気温度を高めた蒸気を供給するようにしており、蒸気供給を行っている状態ではボイラ内の圧力が高くなるため、給水ポンプは圧力が高くなっているボイラ内に供給できる揚程を持ったものを使用する。しかしボイラへの給水は、ボイラ内の圧力が低い状態でも行うことがある。例えば工場での始業時であって、ボイラの運転スイッチを入れた直後の場合や、ボイラ内部を洗浄するために定期的にボイラ水を排出する全ブローを行った場合、ボイラでは給水を行うことでボイラ内の水位を高めた後に燃焼を開始する。この場合にはボイラ内に蒸気はなく、ボイラ内の圧力は低い状態で給水を行うものであるため、通常の運転時に比べると給水ポンプから吐出される給水流量が多くなる。

【0003】

そしてボイラの運転実施中であっても、ボイラ内の蒸気圧力値は上下する。ボイラでは蒸気圧力値が下限の圧力値まで低下するとボイラの燃焼を開始して蒸気圧力を上昇させ、蒸気圧力値が上限の圧力値まで上昇すると燃焼を停止することを行っている。そのために燃焼中においても蒸気圧力値は変動することになり、蒸気圧力値の変動によってボイラへの給水流量も変化することになる。

【0004】

ボイラ内圧力が低い状態で給水を行うと、ボイラへの給水流量は大きくなる。この場合、給水ポンプではキャビテーションが発生しやすい状態となっており、キャビテーションが発生するとポンプの揚程が低下したり、振動や騒音が生じたりすることになる。また、給水流量が過大になることでボイラの缶体内での水位上昇が急激になると、水位が給水停止水位に到達した後、給水停止水位であることを検出して給水ポンプの運転を停止している間に水位が給水停止水位より大幅に高くなることがある。ボイラ内の水位が正常な範囲より高くなっていると、ボイラ内の液体分が蒸気に同伴して取り出され、ボイラから供給している蒸気に液分が多く含まれることで、蒸気質を低下させるという不具合が生じることにもなる。

【0005】

そのため、特開２０１４−２１９１２２号公報に記載の発明では、ボイラでの蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出装置と、給水ポンプの回転数を制御するインバータを設置しておき、検出した蒸気圧力値に基づいて給水ポンプの回転数を制御するようにしている。蒸気圧力が高い場合にはインバータによって給水ポンプの電源周波数を高くすることで給水ポンプの回転数を高め、蒸気圧力が低い場合にはインバータによって給水ポンプの電源周波数を低くすることで給水ポンプの回転数を低くする。このようにすることにより、蒸気圧力が変化してもボイラへ供給する給水流量を一定とするというものである。

【0006】

しかし、ボイラでの圧力に基づいて給水ポンプの回転数を変更することによって給水流量を調節する給水装置の場合、下記のような問題点があった。給水ポンプの回転数を下げると吐出圧力が低下することになるが、ボイラ側の圧力と給水ポンプ全揚程との差が小さくなっていくと、給水ポンプ回転数の僅かな変化で給水流量は大きく変化することになり、一定流量の調整が難しくなる。給水時には給水ポンプ２次側に設けた配管やバルブ類の抵抗などによって影響を受けるが、ボイラ缶体内の蒸気圧力での検出では他要因の影響は加味できず、また給水ポンプの性能低下やポンプ１次側の条件の違いによっても蒸気圧力と給水ポンプ回転数との関係は変化するものであるため、回転数制御では適切な流量調節は難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４−２１９１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、ボイラ内の蒸気圧力が変化する蒸気ボイラへの給水を行う場合に、ボイラ内蒸気圧力の変動による給水流量の変動を少なくし、キャビテーションの発生や急激な缶体内の水位上昇による蒸気質の低下などの不具合を防止することができるようにしたボイラの給水装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の発明は、途中に給水ポンプを持った給水配管を接続しており、ボイラ内の水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプを作動して給水を行うようにしているボイラにおいて、給水配管の給水ポンプ設置位置の２次側に給水電動弁、給水ポンプと給水電動弁の間に給水圧力検出装置をそれぞれ設置しておき、給水ポンプにて給水を行う場合は、給水ポンプの作動を開始するとともに閉じていた給水電動弁を開き始める操作を行い、給水電動弁の開度が小さい状態で給水ポンプを作動したことにより、前記給水圧力検出装置にて検出している給水ポンプ吐出側圧力値が目標値より高くなると、検出圧力値と目標値の差分に基づき給水電動弁の開度を開く操作を行い、給水圧力検出装置にて検出している給水ポンプ吐出側圧力が所定の値を保つように給水電動弁の開度を調節するものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明を実施することで、ボイラ内圧力が低い状態で給水を行った場合でも、ほぼ給水流量を一定に保持することができ、流量増加に伴うキャビテーションの発生や急激な缶体内の水位上昇による蒸気質の低下などの不具合を防止することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施例におけるボイラのフロー図

【図2】本発明の一実施例における給水状況説明図

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例におけるボイラのフロー図、図２は本発明の一実施例における給水状況を模式的に説明するタイムチャートである。このボイラ１は、中央に設けている燃焼室部分で燃焼を行うものであり、この燃焼室上部に燃焼装置２を設ける。ボイラの底部には給水配管６を接続し、給水配管６の途中には給水ポンプ７を設置しておき、給水ポンプ７の作動を行うことでボイラ１への給水を行う。ボイラ内水位の検出は、ボイラ缶体部の外に設けている水位検出筒８で行う。水位検出筒８はボイラ缶体とは水位検出筒連絡管にて連絡しており、ボイラ内上部の蒸気部と水位検出筒８の上部、ボイラ内下部のボイラ水部と水位検出筒８の下部をそれぞれ接続しておくことで、ボイラ缶体内の水位は水位検出筒８で検出することができるようにしている。

【0013】

水位検出筒８には給水停止水位（Ｅ１水位）で水の有無を検出する電極棒Ｅ１と、給水開始水位（Ｅ２水位）で水の有無を検出する電極棒Ｅ２を設置している。各水位電極棒は、ボイラの運転を制御する運転制御装置４に電気的に接続しておき、運転制御装置４は、水位電極棒によって検出される水有りまたは水無しの信号によって水位を判断し、水位に応じて給水ポンプ７の稼動を制御する。運転制御装置４は、水位電極棒Ｅ２から水無し検出の信号が入力されると、給水ポンプ７を稼動する出力を行い、ボイラへの給水を行う。給水を行うことによって水位が上昇し、水位電極棒Ｅ１から運転制御装置４へ水有り検出の信号が入力されると、運転制御装置４は給水ポンプ７に対して稼動停止の出力を行い、給水を停止する。

【0014】

ボイラ１内にボイラ水をためた状態で燃焼装置２によって燃焼を行うと、燃焼装置２にて発生した熱がボイラ缶体の伝熱管内にあるボイラ水を加熱し、ボイラ内で蒸気が発生する。発生した蒸気は、気水分離器５にて蒸気とボイラ水に分離し、蒸気は気水分離器５の上部から取り出して蒸気使用箇所へ供給する。運転制御装置４では、ボイラ１での燃焼量の制御も行う。ボイラでは蒸気圧力検出装置３にてボイラ内の圧力値を検出しており、ボイラ内の圧力値が低い場合にはボイラで燃焼運転を行い、圧力値が上限値よりも高くなるとボイラでの燃焼運転を停止する。燃焼量を高燃焼と低燃焼のように段階的に設定している場合には、蒸気圧力検出装置３で検出している蒸気圧力値に応じて燃焼量を変更するようにしており、蒸気圧力値が高い場合には燃焼量を小さくし、蒸気圧力値が低い場合には燃焼量を大きくする。

【0015】

給水配管６には給水ポンプ７設置位置よりボイラ１側に給水電動弁９を設け、給水ポンプ７と給水電動弁９の間に給水圧力検出装置１０を設ける。給水電動弁９と給水圧力検出装置１０も運転制御装置４と接続しておき、給水圧力検出装置１０で検出した給水配管６内での圧力の値は運転制御装置４に出力するとともに、運転制御装置４では給水電動弁９の開度を制御する。

【0016】

図２に記載のタイムチャートに基づいて、ボイラ１への給水制御を説明する。図２のタイムチャートでは、ボイラ内圧力が高い場合と低い場合における給水状況を記載しており、図の前半はボイラ内圧力が高い状態、後半はボイラ内圧力が低い状態での給水状況である。ボイラ内の水位が水位Ｅ２まで低下すると、運転制御装置４では給水ポンプ７に作動指令の出力を行い、給水ポンプ７を作動することで給水を行う。給水ポンプ７の作動時には給水電動弁９を開き、給水ポンプ７で加圧したボイラ用水をボイラ１内へ供給する。

【0017】

この時の給水電動弁９の開度は、給水圧力検出装置１０にて検出している給水ポンプ吐出側圧力が目標として設定している値になるように調節する。給水圧力検出装置１０にて検出している給水ポンプ吐出側の圧力値は、給水ポンプでは同じように作動していても、ボイラ内の圧力によって変動する。給水電動弁９を同じ開度としておいた場合、ボイラ内の圧力が高い時にはこの圧力値は高くなるが、ボイラ内の圧力が低い時にはこの圧力値は低くなる。

【0018】

まず図２の前半に記載しているボイラ内圧力が高い場合での給水制御状況について説明する。図２において、時刻Ａでボイラ内水位はＥ２まで低下して給水動作を開始している。時刻Ａでは給水ポンプ７の作動を開始するとともに、給水電動弁９を開き始める操作を行う。この実施例では、給水ポンプ７によるボイラ用水吐出の方が給水電動弁９を開くよりも早く行われており、給水開始当初は給水電動弁９の開度が小さい状態で給水ポンプ７を作動している。そのために給水圧力検出装置１０で検出している給水ポンプ吐出側圧力は、一時的に目標値よりも大幅に高くなっている。運転制御装置４では給水ポンプ吐出側圧力値が目標圧力より高い場合には給水電動弁９の開度を開く操作を行うものであり、圧力値が目標値を大きく超過している場合には給水電動弁９を可能な限り早く開く。給水ポンプ吐出側圧力は、給水開始の当初こそ目標値よりも大きくなっているが、その後に給水電動弁９の開度が大きくなるにつれて圧力値は低下し、目標の圧力に近づいている。運転制御装置４は給水ポンプ７吐出側圧力値が目標値に近づくと給水電動弁９を開く速度を小さくしていっており、時刻Ｂで給水ポンプ吐出側圧力値が目標圧力値と等しくなると給水電動弁９の開度変更は終了する。ここでは給水電動弁９が全開に近い開度で停止しており、圧力値は目標値で安定している。この時の給水流量は、給水電動弁９が開くにつれて増加しているが、時刻Ｂで目標値に到達し、その後は安定している。給水を行うことでボイラ内水位は上昇し、時刻Ｃでボイラ内水位が給水停止水位であるＥ１水位に到達して給水ポンプ７の作動を停止している。給水ポンプ７の作動を停止すると給水ポンプ吐出側圧力は低下し、ボイラへの給水は止まる。そして給水電動弁９を閉じると給水開始前の状態に戻る。

【0019】

次に図２の後半に記載しているボイラ内圧力が低い状態での給水状況について説明する。図２において、時刻Ｄでボイラ内水位はＥ２まで低下して給水動作を開始している。時刻Ｄでは給水ポンプ７の作動を開始するとともに、給水電動弁９を開く操作を行う。この実施例では、給水ポンプ７によるボイラ用水吐出の方が給水電動弁９を開くよりも早く行われているものであり、給水開始当初は給水電動弁９の開度が小さい状態で給水ポンプ７を作動している。そのためにボイラ内圧力が低い場合であっても給水圧力検出装置１０で検出している給水ポンプ吐出側圧力は、一時的に目標圧力より高くなっている。この段階では、給水電動弁９の開度が必要量に達していないことによって給水ポンプ吐出側での圧力が高くなっているものであるため、ボイラ内の圧力が低くても給水の圧力は上昇する。ただし、今回はボイラ内の圧力が低いものであるため、給水圧力検出装置１０で検出している給水ポンプ吐出側圧力は、ボイラ内圧力が高かった図２前半ほどには上昇していない。

【0020】

その後もポンプ吐出側圧力が目標値より高い間は給水電動弁９の開度を大きくしていくが、ボイラ内圧力が高い時とは違ってポンプ吐出側圧力の検出値と目標値の差が小さいために給水電動弁９を開く速度は緩やかになる。ポンプ吐出側圧力は時刻Ｅで目標値に達しているため、給水電動弁９の開度を開く操作は時刻Ｅで停止する。この時点での給水電動弁９の開度は、ボイラ内圧力が高い場合に比べると小さくなっている。

【0021】

給水電動弁吐出側圧力が目標値となるように給水電動弁９の開度を調節することで、ボイラへの給水流量を適正な量とすることができる。ボイラ内圧力の高低に関係なく給水電動弁９の開度を同じにしていると、ボイラ内圧力が低い場合、給水ポンプ吐出側の圧力はあまり上がることはないままとなるため、給水流量は多くなる。この場合には、給水電動弁９で給水流路の断面積を小さくする調節を行うと、給水流路で抵抗が加わるために給水ポンプ吐出側で圧力が上昇し、給水電動弁９を通過する給水流量は減少する。給水電動弁９によって給水ポンプ吐出側の圧力を、ボイラ内圧力が高い場合と低い場合で同じ圧力になるように調節することで、ボイラへ供給される給水流量はボイラ内圧力が変化しても同等レベルに調節することができる。

【0022】

その後、目標の流量で給水を行うことでボイラ内水位は上昇し、時刻Ｆでボイラ内水位が給水停止水位であるＥ１に到達して給水ポンプ７の作動を停止している。給水ポンプ７の作動を停止すると給水ポンプ吐出側圧力は低下し、ボイラへの給水は止まる。そして給水電動弁９を閉じると給水開始前の状態に戻る。

【0023】

以上のようにすることで、ボイラ内の蒸気圧力が異なる場合でも、給水流量は安定することになる。そのため、ボイラ内の圧力が低い場合でも給水流量が過大となることによるキャビテーションの発生を抑制することができるとともに、急激な缶体内の水位上昇による蒸気質の低下も抑制できる。

【0024】

また、ボイラでの給水制御では、給水開始水位まで水位が低下すると給水を開始し、給水停止水位まで水位が上昇すると給水を停止するようにしているが、給水開始水位と給水停止水位の間隔はボイラ低圧力時の給水流量に基づいて設定していた。これは、ボイラ内圧力が低圧の場合には給水流量が多くなるため、給水開始水位と給水停止水位の間隔は大きく設定することで、ボイラ内圧力が低い場合でも給水の発停頻度が多くなりすぎないようにする必要があったことによる。しかし、上記のように給水流量は高圧力時に要する給水流量で一定化できるようになると、給水制御を行う水位間隔は小さく設定することができるようになる。水位間隔を大きく設定していた場合、水位が高い際には液分が蒸気とともに取り出されて蒸気質の低下を招き、水位が低い場合には缶体内での水の循環が足りなくなることがあった。しかし、低圧時の給水流量を抑えことで水位間隔を狭めることができるようになり、缶体内の水位変動幅を小さく抑えることができる。そのため、缶体内の水の循環状況も安定化し、蒸気圧力の上限と下限間の全ての領域で高い蒸気質を維持することができるようになる。

【0025】

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】

【0026】

１ ボイラ
２ 燃焼装置
３ 蒸気圧力検出装置
４ 運転制御装置
５ 気水分離器
６ 給水配管
７ 給水ポンプ
８ 水位検出筒
９ 給水電動弁
１０ 給水圧力検出装置
Ｅ１ 給水停止水位
Ｅ２ 給水開始水位

【図1】

【図2】