ボイラー設備における台数制御について

質問

はじめまして

入社してほぼ１年が経ちました。ボイラーに関する知識は全くありませんでしたが・・・ボイラ設備の担当になり３ヶ月がたちますが、毎日試行錯誤しております。

質問の内容ですが、台数制御についてです。
製造ラインでの蒸気使用量が減ってきてたため、下記のような変更を行いました。

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変更前　⇒　ボイラ３台の台数制御運転
変更後　⇒　ボイラ２台　　　〃

結果として、蒸気発生量に対して５％程度の燃料（A重油）使用量
が低減しました。

◎このような事は起こり得る事なのでしょうか？
◎また、台数制御に関して、メリットしか見受けないのですが、
　デメリットはあるのでしょうか？
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台数を減らした理由ですが、完全な素人考えです・・・

３台の運転状況をみていると
(1)フル稼働　　　　　　　　　　　　　　１台
(2)１時間あたり５０分前後の運転　　　　１台
(3)１時間あたり５～１５分前後の運転　　１台

※(3)に関しては、運転・待機を繰り返しているので、素人的に
　缶体が冷えたり、暖めたりで効率が悪いと思いました。

ボイラは高燃焼-低燃焼-待機の３モードです。

高負荷時の状況を見ても

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A　高-低-低
B　高-低-待機
C　低-低-待機
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というのが主たる組み合わせでしたので、
２台運転にする事で、何か変化を生み出せないかと思い試して
みました。
【よくよく考えると、台数制御を行う台数を増やして、負荷変動に対して細かい運転を行った方が、効率化が図れると思うのですが・・・】

結果として
(4)フル稼働　　　　　　　　　　　　１台
(5)１時間当たり５０分前後の運転　　１台
となり、(3)が丸々なくなったという状態です。

上にも書きましたが、２台に変更することで、蒸気発生量に対して５％程度の燃料（A重油）使用量が低減しました。

◎このような事は起こり得る事なのでしょうか？
◎また、台数制御に関して、メリットしか見受けないのですが、
　デメリットはあるのでしょうか？

回答No.3

ka234

↓の者です。
> ※本件につき、以降の質問はご遠慮ください。
申し訳ありません。上記書き込みは撤回させてください。
これは自分勝手な言い分でした。
訂正してお詫びいたします。

回答No.2

ka234

こんにちは。
ご質問のボリュームが多いですね・・・。回答しづらいです（長文になります）。
まず、
省エネルギーセンターのホームページに蒸気ボイラに関する様々な改善事例がありますので、そちらも参考にしてください。

> 《質問１》
> （1）と（2）のどちらか、もしくは両方にあてはまるのでしょうか？
台数制御を行わずに最適運転を望むのは困難と思います。よって、長期的には（1）のみといってよいでしょう。
しかし、偶然に需要と供給が整合することもありますので、（2）の可能性が全くないとはいえません。
（2）の場合、各機が同一（かどうかは？）の蒸気圧力の計測信号を受けて燃焼モードを切り換えることになりますが、普通に考えて同調を取ることは難しいでしょう。
よって、蒸気発生量と消費量にアンバランスが生じることとなります。

> 一般的な台数制御は、・・・・？
お使いの機器の取扱説明書をご確認いただき、ご不明な点はメーカにお問合わせください。
ただし、サイクリックについては各機の運転時間をほぼ同じくするための制御であり、燃料消費量の低減とは関連性がありません。

> 　　 　　　　 NO.1 NO.2 NO.3
> 高負荷　 高　　低　　低
> 通常負荷 高　　低　　待機
> 低負荷　　低　　低　　待機
これは、ある瞬間を捉えた事象ですね。
ある程度の期間（工場の操業時間に規則性があるならばその周期）で評価をした方がよろしいでしょう。
瞬間、瞬間を捉えていても、光熱水費の支払は月単位です（一例）。
ボイラの前に張り付いている時間がもったいないので、ここはコントローラーを信用しましょう。（法的に張り付く必要がなければですが。）

> 《質問２》
> （1）～（3）のイメージで間違っていないのでしょうか？
（1）はその通りです。
　　　あと、待機といっても保温、保圧のためにエネルギー（電気、燃料？）を使用しているので、これが生産に寄与しないエネルギーです。
（2）のプロセスが理解できません。なぜブロー量が増す？
（3）待機状態から燃焼状態に移行するエネルギーを「無駄」とは言い難いですね。
　　　低燃焼から高燃焼に切り替わる際の燃料は無駄ですか？
　　　これは「×」じゃないでしょうか？

> （1）～（3）以外にも想定されること・・・。
待機している缶体からの放熱ロスです。

提示いただきました蒸気使用量から見て、「2つのベース負荷がある」と評価してもよいのかも知れません。
また、1基の能力が2,000kg/h（換算？）と思われるため、運転台数は2基で充足する可能性があります。
2,000kg/h ＜ 約2,000kg/h（換算ではなく実際蒸発量を求めてください。）×2台
蒸気量が計測できる状況でしたら、まず蒸気使用量（＋蒸気圧力）を連続計測して、必要台数を把握してください。
また「乾き度」も重要な要素です。
注）瞬時に2,000kg/h以上の要求があるかも知れませんので、安易に台数を減らさないでください。
　　　まず現状把握（データ）です。

最後にアドバイス。
あまり1つのことに固執してはいけません。
蒸気ボイラーの省エネルギー施策だけでもたくさんあり、もっと他に手をつけるべきことがあるかも知れません。
ユーティリティー設備はボイラーだけではないですよね。
また、「その他の業務」に支障を与えてしまっては、貴方の苦労も水の泡です。
技術者は人が少ないことを言い訳にしてはいけませんので、優先順位を常に考えて行動すると、いい結果がでると思います。

あと、エネルギー管理士を取得してください。
ご検討をお祈りします。
※本件につき、以降の質問はご遠慮ください。

参考URL：

http://www.eccj.or.jp/index.html

回答No.1

ka234

こんにちは。
何か分かりにくい質問ですね。

> ◎このような事は起こり得る事なのでしょうか？
「蒸気発生量のモニタリングができていて、運転台数の変更前後に蒸気発生量に差（５％程度の）がないものと仮定して」という前提になりますが、
ボイラーにおいても負荷率により効率（燃費）が変わります。（若干ですが・・・）

「運転台数の減少→１台あたりの負荷率の向上→効率向上→燃料消費量の低減」
というシナリオは十分に考えられます。
お使いのボイラーメーカーから仕様書や性能表を取寄せて、評価をしてみて下さい。

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（１）（２）（３）とＡＢＣは同一号機のボイラーでしょうか？
【例】（１）＝Ａ号機
（１）（２）（３）がNO1、NO2、NO3を指すのであるならば、運転時間にバラツキが出てしまいますので、サイクリック制御の見直しをお勧めします。
（まず、こんなことはありませんが・・・（笑）。メンテナンス上の支障、各機の設備更新時期に差が出て、問題大です。）
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> Ａ　高－低－低
> Ｂ　高－低－待機
> Ｃ　低－低－待機
言わんとしていることは何となく分かるのですが、ちょっと意味が伝わってきません。時限が分かりません。
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> 【よくよく考えると、台数制御を行う台数を増やして、負荷変動に対して細かい運転を行った方が、効率化が図れると思うのですが・・・】
それぞれの号機がほぼ定格で運転できることにより、燃料消費量が削減できますが、負荷変動に追従できるかが最大の課題で、追従できない場合は蒸気が湿ったり、圧力変動が起こったりと生産に支障をきたす恐れがあります。
燃料消費量だけでなく、この評価をお忘れなく。（生産停止でウン千万円の損失となる場合もありますのでご注意ください。）

> ◎また、台数制御に関するデメリットはあるのでしょうか？
強いて言えばですが、
１）待機状態となる号機が増えて、生産に寄与しないエネルギー消費が増大する。（ピーク負荷とベース負荷に大きな差がある場合）
２）設備数が増えて、維持管理に要する経費が増加する。
３）同様に、１プロセスに対する部品点数が増えるため、故障率が増加する。
４）休止設備となった場合でも、除却しない限り減価償却費を支払い続けることになるので、キャッシュフローが悪化する。
などがあります。
当然、こうならない様に設備設計を行う訳ですが、生産ラインが実稼動しないと分からない部分がありますので、ここからが設備管理セクションの出番です。

入社１年目とのことですが、省エネルギー施策にもＰ（計画）Ｄ（実行）Ｃ（状況の把握）Ａ（調整・改善）が求められます。
また、設備管理セクション単独で実施できない場合もありますので、上司と十分に相談した上で業務に望んでください。

ご検討をお祈りします。

お礼

はじめまして
主旨のつかめない曖昧な質問に対し、親身かつ大変有益なご回答頂き有難うございます。
ボイラはタクマのＴＭＡ２０００を３台使用しております。

度々で申し訳ないのですが、頂きました回答に関しても質問がございます。もし宜しければ、こちらに関してもアドバイスをいただけると幸いです。

≪質問１≫
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「運転台数の減少→１台あたりの負荷率の向上→効率向上→燃料消費量の低減」というシナリオは十分に考えられます。
についてですが、
(1)３台の台数制御運転　⇒　２台の台数制御運転
(2)３台の運転　　　　　⇒　２台の運転　　　　（※台数制御なし）　
(1)と(2)のどちらか、もしくは両方にあてはまるのでしょうか？
私の勝手な思い込みではありますが、台数制御にはボイラ効率を最大限に引き出せる運転が可能だと思っていたのですが。
（↑台数制御運転＝ボイラ効率最大に疑問を感じたために、運転台数を減らそうと考えたわけなのですが。。。）
一般的な台数制御は、マルチステップ制御、サイクリック制御で構成されていると考えてよいのでしょうか？
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最初の質問にて記した(1)(2)(3)はNo.1、No.2、No.3を示しています。
当然、台数制御は効いていますので、運転時間はサイクルしております。あくまで、ある一日の運転状況を一例として示してみました。
また、もうひとつのＡ，Ｂ，Ｃですが・・・分かりづらくて申し訳ございません。
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パターンＡ⇒高負荷
パターンＢ⇒通常負荷
パターンＣ⇒低負荷

　　　　　　No.1　No.2 No.3
パターンＡ　 高 低 低
パターンＢ　 高 低 待機
パターンＣ 　低 低 待機
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上記の様な事を示しております。

補足

回答へのお礼では字数オーバーしてしまった為、こちらで失礼致します。

≪質問２≫
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台数制御を行うことでのデメリットについてです。
『待機状態となる号機が増えて、生産に寄与しないエネルギー消費が増大する。ピーク負荷とベース負荷に大きな差がある場合』

まさに当工場は、時間帯によって蒸気使用量は大きく異なります。
夜間と昼間の電力単価差をりようした夜間中心操業を行っているため、使用量に大きな差があります。
昼間： 500～600(kg/h)
夜間：1,700～2,000(kg/h)
待機状態となる号機が増える事で増えてしまう生産に寄与しないエネルギーというのは
(1)待機電力
(2)ブロー量が増える事によるボイラ効率（燃費）の低減
(3)待機状態が長くなり缶体が冷えてしまい、燃焼状態に移行する時に無駄な電力、燃料を使う

今回の台数を減らす事に至ったのは、(1)～(3)についてのエネルギーロスの低減を目的として行ったのですが、(1)～(3)のイメージで間違っていないのでしょうか？
また、(1)～(3)以外にも想定される事があれば、ご教授頂きたいです。
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学生時代の研究とは異なり、会社である以上、限られた時間内での儲け・改善効果を求められる事に、日々プレッシャーを感じております。
省人化が進む環境の中で、担当設備だけに集中する事が出来ず、その他の業務も並行して進めていかなければならない状況なので、このような設備に関する知識の習得は自宅で行わなければなりません。ただ単に、自分の処理能力が足りないと言われればそれまでなのですが・・・（苦笑）
入社１年目をやがて迎えるにあたって、ある程度、結果を求められるようになり、焦りを感じてしまい、今回の様に、人助けに頼ってしまう自分に嫌気もさします。人に教えてもらう前に、自分で可能な限り調べて、考えて、悩んで・・・それでも、解決できなかった場合の最終手段が人に教えてもらう事だと分かってはいるのですが。

そんな事もあり、先週から２級ボイラー試験の教本を購入し、少しでも知識の足しになればと思い、勉強を始めました。

質問以外にも、ＰＤＣＡ等のアドバイス有難うございました。
今後ともよろしくお願いいたします。