特開 2024-46838 ボイラの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046838

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】ボイラの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/00 20060101AFI20240329BHJP

   F23N 1/02 20060101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

F23N5/00 N

F23N1/02 E

F23N5/00 C

F23N5/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152162

(22)【出願日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142365

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】菅原 勇久

【テーマコード（参考）】

3K003

【Ｆターム（参考）】

3K003AB03

3K003AB06

3K003AC01

3K003BC07

3K003CA01

3K003CB05

3K003DA04

3K003EA07

3K003FA00

3K003FB10

3K003FC04

3K003FC10

3K003GA04

(57)【要約】

【課題】パージ後に安定して着火できるボイラの制御装置を提供することである。
【解決手段】燃焼室へ空気を送る送風機と燃焼室からの排ガスの排出量を制御する排出ダンパとを備えるボイラを制御するためのボイラの制御装置であって、ボイラにおいて燃焼を開始させる際に送風機と排出ダンパとを制御してパージを行った後、送風機により送られる空気の量にかかわらない所定のタイミングにおいて、排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室へ空気を送る送風機と前記燃焼室からの排ガスの排出量を制御する排出ダンパとを備えるボイラを制御するためのボイラの制御装置であって、
前記ボイラにおいて燃焼を開始させる際に前記送風機と前記排出ダンパとを制御してパージを行った後、前記送風機により送られる空気の量にかかわらない所定のタイミングにおいて、前記排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する、ボイラの制御装置。

【請求項2】

前記ボイラは、燃焼を開始させる際に、着火移行タイミングにおいて前記燃焼室における着火を開始し、
前記所定のタイミングは、前記着火移行タイミングと同じタイミングである、請求項１に記載のボイラの制御装置。

【請求項3】

前記ボイラは、燃焼を開始させる際に、前記送風機により送られる空気の流量が前記燃焼開始時に対応する流量となった後に着火を開始し、
前記所定のタイミングは、前記送風機により送られる空気の流量が前記燃焼開始時に対応する流量となるまでのタイミングに定められている、請求項１に記載のボイラの制御装置。

【請求項4】

前記ボイラの制御装置は、複数のボイラを制御可能であり、
前記排出ダンパは、前記複数のボイラ各々からの排ガスを合流させて導出する集合排気通路に設けられており、
前記燃焼開始時に対応する所定の開度は、当該燃焼開始時における前記複数のボイラ各々の総燃焼量に応じて設定される、請求項１～請求項３のいずれかに記載のボイラの制御装置。

【請求項5】

前記燃焼開始時に対応する所定の開度は、前記パージを行うときの開度よりも小さい、請求項１～請求項３のいずれかに記載のボイラの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料を燃焼させて蒸気や温水等を生成するボイラを制御するためのボイラの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、複数のボイラ各々からの燃焼排ガスを集合排気筒に合流させて排気する多缶設置ボイラの通風ラインにおいて、合流した燃焼排ガスの流量を調整する流量調整装置を設け、当該流量調整装置を制御することにより集合排気筒内の圧力を一定に保ち燃焼排ガスの逆流を防止するボイラ制御装置があった（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２９６２５４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のボイラ制御装置では、ボイラ着火時においても、流量調整装置が集合排気筒内の圧力に応じて制御される。このため、例えば、ボイラ着火前におけるパージの際には、圧力上昇を受けて流量調整装置が開側に制御され、その後の着火時においては、圧力低下に応じて流量調整装置が閉側に制御されるものの流量調整装置の動作が間に合わず過度な負圧の状態で着火移行してしまい着火できない虞がある。一方、負圧の状態が解消されるまで着火移行させないようにした場合には、無駄な時間を要することとなり効率を低下させてしまう虞がある。

【0005】

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、パージ後において安定的かつ効率的に着火できるボイラの制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うボイラの制御装置は、燃焼室へ空気を送る送風機と前記燃焼室からの排ガスの排出量を制御する排出ダンパとを備えるボイラを制御するためのボイラの制御装置であって、前記ボイラにおいて燃焼を開始させる際に前記送風機と前記排出ダンパとを制御してパージを行った後、前記送風機により送られる空気の量にかかわらない所定のタイミングにおいて、前記排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する。

【0007】

上記の構成によれば、所定のタイミングで排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御が開始されるため、パージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。

【0008】

好ましくは、前記ボイラは、燃焼を開始させる際に、着火移行タイミングにおいて前記燃焼室における着火を開始し、前記所定のタイミングは、前記着火移行タイミングと同じタイミングである。

【0009】

上記の構成によれば、着火移行のタイミングで排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御が開始されるため、パージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。

【0010】

好ましくは、前記ボイラは、燃焼を開始させる際に、前記送風機により送られる空気の流量が前記燃焼開始時に対応する流量となった後に着火を開始し、前記所定のタイミングは、前記送風機により送られる空気の流量が前記燃焼開始時に対応する流量となるまでのタイミングに定められている。

【0011】

上記の構成によれば、着火を開始するまでに排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御が開始されるため、パージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。

【0012】

好ましくは、前記ボイラの制御装置は、複数のボイラを制御可能であり、前記排出ダンパは、前記複数のボイラ各々からの排ガスを合流させて導出する集合排気通路に設けられており、前記燃焼開始時に対応する所定の開度は、当該燃焼開始時における前記複数のボイラ各々の総燃焼量に応じて設定される。

【0013】

上記の構成によれば、２以上のボイラにおいて燃焼しているときであっても、パージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。

【0014】

好ましくは、前記燃焼開始時に対応する所定の開度は、前記パージを行うときの開度よりも小さい。

【0015】

上記の構成によれば、過度な負圧の状態で着火移行してしまうことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】ボイラの制御装置の概略構成を模式的に示す図である。

【図2】着火制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜概略構成について＞
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係るボイラシステムの概略構成について説明する。ボイラシステムは、図１に示すように、複数（例えば２台）のボイラ１と、複数のボイラ１各々からの排ガスを導出する排気通路２と、複数のボイラ１各々からの排ガスを合流させて導出する集合排気通路３と、集合排気通路３における圧力（背圧）を測定する圧力検知部５と、集合排気通路３に設けられた排出ダンパ６と、複数のボイラ１各々の燃焼状態を制御する台数制御装置７とを備えている。複数のボイラ本体１ａ各々が同じ性能のものに限らず、異なる性能（例えば、最大燃焼量等）を有するボイラを含むものであってもよい。

【0018】

ボイラ１は、燃料を燃焼させて蒸気や温水等を生成するボイラ本体１ａと、空気供給路１ｃを介してボイラ本体１ａ内に空気を送り込む送風機１ｂと、ボイラ本体１ａからの排ガスを導出する排気通路２と、ボイラ本体１ａに燃料を供給する燃料供給ライン（図示せず）とを備えている。バーナ１ｄ（パイロットバーナおよびメインバーナを備える）においては、燃料供給ラインから供給される燃料を噴射し、空気供給路１ｃを介して送風機１ｂから送風される空気と混合させて燃焼する。パイロットバーナは、メインバーナを着火させてボイラ１の燃焼を開始させる着火時等に用いられる。メインバーナは、送風機１ｂから供給される燃焼用空気と燃料供給ラインから供給される燃料との燃焼を開始させる。なお、燃料は、油である例について説明するが、油などの液体に限らず、ガスなどの気体であってもよい。

【0019】

排出ダンパ６は、集合排気通路３に設けられ、集合排気通路３の流量を調節することにより、ボイラ本体１ａの燃焼室からの排ガスの排出量を制御する。排出ダンパ６が全閉状態のときは、集合排気通路３の流れが実質的に遮断される。排出ダンパ６を開くと排気が可能となる。

【0020】

排出ダンパ６の開度は、信号線９を介して台数制御装置７により制御される。圧力検知部５は、集合排気通路３における圧力（背圧）を検知し、検知した圧力値を特定するための圧力値信号を、信号線８を介して台数制御装置７に送信する。圧力検知部９から出力されるアナログ信号は、デジタル信号に変換されて台数制御装置７に入力される。台数制御装置７は、圧力値信号に基づき集合排気通路３における圧力（背圧）を特定し、当該圧力および複数のボイラにおける総燃焼量に応じた開度となるように排出ダンパ６の開度を調整する制御（以下、一定制御ともいう）を行う。

【0021】

台数制御装置７は、記憶部７ａ、入力部７ｂ、および制御部７ｃなどを備えている。記憶部７ａには、複数のボイラ１各々を制御するためのプログラム（図２に示す着火制御処理を行うためのプログラムも含む）や、特定用情報などが記憶されている。特定用情報は、圧力検知部５により検知された圧力値を特定するための情報、排出ダンパ６の開閉状態を制御するための情報、圧力や総燃焼量に応じて設定される排出ダンパ６の開度を特定するための情報などである。また、入力部７ｂからは、操作者からの操作に応じて特定用情報が入力される。

【0022】

台数制御装置７は、信号線１０を介して複数のボイラ１各々を制御するための制御信号を送信可能である。台数制御装置７は、複数のボイラ１のいずれかにおいて燃焼を開始させる際に、排出ダンパ６を全開状態となるように制御するとともに、燃焼を開始させる対象となるボイラ１（以下、制御対象ボイラともいう）の送風機１ｂを駆動させるための制御信号を当該制御対象ボイラに送信して缶体（ボイラ本体１ａ）の内部を換気するパージを開始させる。パージ完了後において、台数制御装置７は、制御対象ボイラに対して着火移行信号を送信して、バーナ１ｄ（パイロットバーナ）に火炎を形成する火種を発生させるプレイグニッション、パイロットバーナを着火させる着火トライ、火種を消してパイロットバーナのみを燃焼させるパイロットオンリを順に経て、バーナ１ｄ（メインバーナ）を着火させるメイントライに移行させる。以下、プレイグニッション、着火トライ、パイロットオンリおよびメイントライをまとめて「着火」と呼ぶ場合がある。制御対象ボイラにおいては、着火移行信号を受信することにより、送風機により送られる空気の量を燃焼開始時に対応する空気の量にするための処理を開始し、燃焼開始時に対応する空気の量に到達した後に、燃料供給ラインからバーナ１ｄ（パイロットバーナ）への燃料供給を開始するための処理を行って着火装置によりバーナ１ｄ（パイロットバーナ）へ着火する処理を行う。

【0023】

一方、パージ後の着火する段階において、例えば圧力検知部９により検知された圧力に応じて排出ダンパ６の開度を調整する一定制御を適用した場合、排出ダンパ６の開度が送風機により実際に送られる空気の量に応じて後追いで調整される結果、過度な負圧の状態でメイントライに移行してしまい、その結果、着火できない虞があった。

【0024】

そこで、本実施形態においては、パージ後の着火する段階においては、排出ダンパ６の制御として一定制御を適用せずに、送風機１ｂにより送られる空気の量にかかわらない所定のタイミングで、排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する。

【0025】

所定のタイミングとしては、燃焼開始前であって、制御対象ボイラにおいてプレイグニッションに移行させる着火移行信号を送信する着火移行タイミングと同じタイミングに定められている例を示すが、これに限らず、メイントライ移行タイミングより前のタイミングであればよく、例えば、着火トライのタイミング、パイロットオンリとするタイミングなどに定められているものであってもよい。また、燃焼開始時に対応する所定の開度は、パージを行うときの開度（例えば、全開）よりも小さい開度であって、集合排気通路３における圧力が過度な負圧にならない適切な圧力となる開度である。燃焼開始時に対応する所定の開度は、ボイラの性能や、燃焼開始時における複数のボイラ各々の総燃焼量等に応じて予め設定されている。

【0026】

これにより、着火移行タイミングにおいて早々と排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御が開始されるため、制御対象ボイラにおいて着火装置によりバーナ１ｄ（パイロットバーナおよびメインバーナ）へ着火する処理が行われるタイミングにおいて排出ダンパ６の開度が既に所定の開度かそれに近い開度となる状況とすることができる。その結果、制御対象ボイラにおいてパージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。なお、着火後の燃焼状態においては、排出ダンパ６の制御として一定制御が適用される。

【0027】

＜着火制御処理について＞
図２は、台数制御装置７で行われる着火制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。台数制御装置７の制御部７ｃは、複数のボイラ１のいずれかにおいて燃焼を開始する際に着火制御処理を実行する。

【0028】

ステップＳ０１では、排出ダンパ６の開度が全開状態となるように制御するとともに、制御対象ボイラの送風機１ｂを駆動させて排ガスの排気（パージ）を開始する。具体的には、制御対象ボイラの送風機１ｂを駆動させるための制御信号を制御対象ボイラに送信する。

【0029】

ステップＳ０２では、パージが完了したか否かが判定される。例えば、送風機１ｂを駆動させてパージを開始してから所定時間経過することにより、ステップＳ０２においてパージが完了したと判定するものであってもよい。パージが完了したと判定された場合はステップＳ０３に進み、パージが完了していないと判断された場合にはステップＳ０２に戻る。

【0030】

ステップＳ０３では、制御対象ボイラに対して着火移行信号を送信する。これにより、制御対象ボイラにおいては、着火処理に移行する。着火処理においては、送風機１ｂにより燃焼開始時に対応する空気の量を送風するための処理を開始し、送風量が燃焼開始時に対応する空気の量に到達した後に、前述したプレイグニッション、着火トライ、パイロットオンリおよびメイントライが行われる。

【0031】

台数制御装置７側では、着火移行信号を送信したタイミングで、ステップＳ０４において、排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する。所定の開度は、燃焼開始時の燃焼量に対応して集合排気通路３内の圧力が適正となる予め定められた開度であり、２以上のボイラが燃焼状態に制御される場合には当該２以上のボイラ各々の総燃焼量に対応して集合排気通路３内の圧力が適正となる予め定められた開度である。所定の開度を特定するための情報は、記憶部７ａに記憶されている。ステップＳ０４では、排出ダンパ６の開度を所定の開度に調整するための制御信号を排出ダンパ６に送信する。これにより、着火移行タイミングにおいて早々と排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御が開始されるため、制御対象ボイラにおいてパージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。なお、ステップＳ０３における着火移行信号の送信に続いて実行される。このため、着火移行信号の受信により制御対象ボイラで開始される着火処理においてメイントライに移行されるタイミングよりも前のタイミングにおいて、ステップＳ０４が開始・実行されることとなる。

【0032】

また、２以上のボイラが燃焼状態に制御されている場合であっても、当該２以上のボイラ各々の総燃焼量に応じた開度に制御されるため、制御対象ボイラにおいてパージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。なお、総燃焼量に応じた開度は、総燃焼量毎に異なる開度が定められているものであってもよく、予め定められた複数の範囲各々に開度が定められており、総燃焼量が属する範囲に対応する開度が設定されるものであってもよい。

【0033】

また、所定の開度は、パージを行うときの開度（全開）よりも小さい開度であるため、集合排気通路３における圧力が過度な負圧にならずに適切な圧力となり、過度な負圧の状態で着火移行してしまうことを防止できる。

【0034】

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

【0035】

上記実施形態では、複数のボイラを制御する台数制御装置であって、当該複数のボイラ各々からの排ガスを合流させて導出する集合排気通路に設けられている排出ダンパを制御する例について説明した。しかし、これに限らず、当該複数のボイラ各々の排気通路に設けられている排出ダンパを制御するものであってもよい。その場合、各排気通路に圧力センサを設けることが好ましい。また、１台のボイラを制御する制御装置であって、当該ボイラからの排ガスを導出する排気通路に設けられている排出ダンパを制御するものであってもよい。この場合、ボイラの制御装置は、バージ後においてプレイグニッションに移行する着火移行タイミングで、排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始することにより、パージ後に安定的かつ効率的に着火を行うことができる。

【0036】

上記実施形態では、排出ダンパの開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する所定のタイミングとして、プレイグニッションに移行する着火移行タイミングを例示した。しかし、所定のタイミングは、実際に着火するまでのタイミングであればこれに限らず、例えば、送風機により送られる空気の流量が燃焼開始時に対応する流量となるまでのタイミング（例えば、プレイグニッションに移行してから送風機により送られる空気の流量が燃焼開始時に対応する流量となるまでに要する平均的な時間よりも短い時間が経過したタイミングなど）や、着火移行タイミング以前となるタイミング（例えば、パージが完了したタイミング、パージ完了から所定時間経過したタイミングなど）であってもよい。

【0037】

上記実施形態では、パージ後の着火する段階において、送風機１ｂにより送られる空気の量にかかわらない所定のタイミングで、排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始する例について説明した。しかし、状況によっては、パージ後の着火する段階において既に（偶然に）排出ダンパ６の開度が燃焼開始時に対応する所定の開度となっている場合もあり得るが、この場合には、その開度を維持するものとする。

【0038】

上記実施形態では、プレイグニッション、着火トライ、パイロットオンリを順に経てメイントライを行う例について説明したが、油焚ボイラ等、パイロットバーナを備えずメインバーナのみを備える構造のボイラの場合は、プレイグニッションを行い、その後にメインバーナを着火させるメイントライを行うこととなる。この場合においても、メイントライ移行タイミングより前のタイミングで排出ダンパ６の開度を燃焼開始時に対応する所定の開度とする制御を開始するようにしてもよい。

【0039】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0040】

１ ボイラ
１ａ ボイラ本体
１ｂ 送風機
１ｃ 空気供給路
１ｄ バーナ（パイロットバーナおよびメインバーナ）
２ 排気通路
３ 集合排気通路
５ 圧力検知部
６ 排出ダンパ
７ 台数制御装置
７ａ 記憶部
７ｂ 入力部
７ｃ 制御部
８ 信号線
９ 信号線
１０ 信号線

【図1】

【図2】