JP2000304204A - ボイラのドレン排出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレン集合管の滞留ドレン中に蒸気が流出し
てもウォーターハンマーが発生しないようにしたボイラ
のドレン排出装置を提供する。 【解決手段】 ボイラ起動時に発生した蒸気をドレン排
出管２１，２２，２３からドレン集合管４を経てブロー
ダウンタンク６へ排出するボイラのドレン排出装置にお
いて、ドレン集合管４に接続したドレン排出管２１，２
２，２３に、過熱蒸気９を通過させる小孔１１を設け、
ドレンがドレン集合管４に滞留する場合、ドレン排出管
２１，２２，２３の小孔１２を介して過熱蒸気９を微小
な気泡１３にして滞留ドレン８中へ排出するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラのドレン排出
装置に係り、特に、ボイラ起動時においてブローダウン
タンク廻り配管・機器を保護するようにウォーターハン
マーを防止するボイラのドレン排出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラで発生した蒸気は、通常の負荷運
転時には、蒸気系統に設けられた過熱器にて所定の蒸気
温度に過熱された後、後流側の蒸気タービンに送られて
蒸気タービンで仕事をするが、ボイラ起動時には蒸気温
度が条件に満たないために蒸気タービンへ送られず、ド
レン系統へバイパスされる。

【０００３】図６に、ボイラの例として排熱回収ボイラ
の例を示す。なお、ボイラは発電用などの火炉を有する
ボイラでもよく、排熱回収ボイラに限定されることはな
い。図６は、ガスタービン１００での発電に使用された
後の排ガスの熱量によって排熱回収ボイラ１０１で蒸気
を発生し、その蒸気を蒸気タービン１０２に供給してこ
こでも発電する複合発電プラントの例である。図６にお
いて、空気吸込口１０３、サイレンサ１０４を経由して
空気供給管１０５から供給され、さらに空気圧縮機１１
１を経由した燃焼用空気１０６と、燃料遮断弁１０８、
燃料流量調整弁１０９を経由して燃料供給管１０７から
供給されるプロパンガスなどのガス燃料を燃焼器１１０
で混合燃焼させ、発生した燃焼ガスでガスタービン１０
０を回転させ、後述する蒸気タービン１０２と同軸に設
けられた発電機１１２により発電を行う。ガスタービン
１００を回転させた排ガス１１２は高温ダクト１１３を
経由して排熱回収ボイラ１０１に導入され、排熱回収ボ
イラケーシング１１４の内部に配置された過熱器、蒸発
器、節炭器、再熱器などの各熱交換器と熱交換を行い、
出口部１１５から排出されて煙突１１６を経由して排出
される。図６に示す排熱回収ボイラ１０１は低圧、中
圧、高圧の三重圧の例であって、排熱回収ボイラケーシ
ング１１４の内部には下流側から低圧節炭器１１７、低
圧蒸発器１１８、中圧節炭器１１９、中圧蒸発器１２
０、低圧過熱器１２１、高圧節炭器１２２、高圧節炭器
１２２、中圧過熱器１２３、高圧蒸気器１２４、高圧過
熱器１２５、再熱器１２６が配置されている。

【０００４】また、排熱回収ボイラ１０１のケーシング
１１４の外部には低圧ドラム１２７、中圧ドラム１２
８、高圧ドラム１２９が配置されており、低圧ドラム１
２７は低圧蒸気器１１８に、中圧ドラム１２８は中圧蒸
発器１２０に、高圧ドラム１２９は高圧蒸発器１２４に
それぞれ接続して設けられている。また、中圧節炭器１
１９への中圧給水管１３０には中圧給水ポンプ１３１が
設けられ、高圧節炭器１２２への高圧給水管１３２には
高圧給水ポンプ１３３が設けられており、低圧給水管１
３４からの給水はまず低圧節炭器１１７で加熱された後
に、低圧ドラム１２７の入口で中圧給水管１３２および
高圧給水管１３０に分岐されて供給される。なお、低圧
給水管１３４への給水は蒸気タービン１０２で仕事をし
た蒸気が復水器１３５に送られて再び水となって、低圧
給水ポンプ１３６、グランド蒸気復水器１３７を経由し
て供給される。

【０００５】このような排熱回収ボイラ１０１におい
て、通常の負荷運転時には、ガスタービン１００からの
排ガス１１２と熱交換によって低圧蒸発器１１８、中圧
蒸発器１２０、高圧蒸発器１２４においては、それぞれ
蒸気を発生し、低圧ドラム１２７、中圧ドラム１２８、
高圧ドラム１２９を経由してさらに低圧過熱器１２１、
中圧過熱器１２３、高圧過熱器１２５で熱交換によって
それぞれの圧力、温度の過熱蒸気となって、それぞれの
後流側に設けられた蒸気タービン１０２に供給される。

【０００６】なお、図６に示す例は、再熱器１２６を設
けた系統の例であり、前記低圧過熱器１２１からの過熱
蒸気は低圧主蒸気管１３８から中圧蒸気タービン１４８
の低温側に供給された後、連絡管１５１から低圧蒸気タ
ービン１４７に供給される。また前記中圧過熱器１２３
からの過熱蒸気は低温再熱蒸気管１６１から排熱回収ボ
イラ１０１の後流側に設けられた再熱器１２６に供給さ
れて熱交換した後、高温再熱蒸気管１６２から中圧蒸気
タービン１４８に供給される。なお、前記再熱器１２６
には前記高圧蒸気タービン１４８で仕事をした蒸気が蒸
気配管１５０により前記低温再熱蒸気管１６１からの過
熱蒸気と合流した後に供給される。また、前記高圧過熱
器１２５からの過熱蒸気は高圧主蒸気管１４０から高圧
蒸気タービン１４９に供給される。

【０００７】これに対して、起動時には、所定の蒸気温
度を得るには所定の時間を要する。このため、低圧主蒸
気管１３８、高温再熱蒸気管１６２、高圧主蒸気管１４
０には、それぞれ低圧主蒸気止め弁１４１、再熱蒸気止
め弁１４２、高圧主蒸気止め弁１４３と、これらとそれ
ぞれの圧力の過熱器の間には、低圧過熱器出口ドレン排
出管２０３、再熱器出口ドレン排出管２０２、高圧過熱
器出口ドレン排出管２０１が設けてあり、さらにそれぞ
れのドレン排出管２０３、２０２、２０１には低圧過熱
器出口ドレン排出管止め弁１４４、再熱器出口ドレン排
出管止め弁１４５、高圧過熱器出口ドレン排出管止め弁
１４６が設けてあり、前記低圧主蒸気止め弁１４１、中
圧主蒸気止め弁１４２、高圧主蒸気止め弁１４３を閉と
し、低圧過熱器出口ドレン排出管止め弁１４４、再熱器
出口ドレン排出管止め弁１４５、高圧過熱器出口ドレン
排出管止め弁１４６を開とすることでドレン系統にバイ
バスしていた。

【０００８】なお、図６においては再熱器１２６を設け
た場合を説明したが、再熱器がない場合には中圧過熱器
からの過熱蒸気は中圧主蒸気管を通じて中圧蒸気タービ
ンに供給されるので、この場合には、中圧主蒸気管には
中圧主蒸気止め弁と、これと中圧過熱器の間には、中圧
過熱器出口ドレン排出管が設けてあり、さらにドレン排
出管には中圧過熱器出口ドレン排出管止め弁が設けてあ
り、前記中圧主蒸気止め弁を閉とし、中圧過熱器出口ド
レン排出管止め弁を開とすることでドレン系統にバイパ
スする。

【０００９】図４に従来のボイラのドレン排出系統を示
す。説明を判り易くするため三重圧で再熱器がない場合
で説明する。

【００１０】ボイラ起動時には、蒸気温度が上昇するま
で過熱器出口のドレンは高圧過熱器出口ドレン排出管
１，中圧過熱器出口ドレン排出管２，低圧過熱器出口ド
レン排出管３よりドレン集合管４，そしてブローダウン
タンク入口管５を経てブローダウンタンク６へと排出さ
れる。

【００１１】なお、aは高圧過熱器出口ドレン排出管１
のドレン集合管４への合流部、bは中圧過熱器出口ドレ
ン排出管２のドレン集合管４への合流部、cは低圧過熱
器出口ドレン排出管３のドレン集合管４への合流部であ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術では、蒸気温度が上昇してくると過熱器出口のドレン
が過熱蒸気へと変化する。従って、この蒸気を図４に示
すようにブローダウンタンク６に送らずに集合管ドレン
弁７から屋外（系外）へ排出した場合には、周辺に蒸気
が立ちこめるのでこれを回避したいという問題がある。

【００１３】しかしながら、集合管ドレン弁７を閉じて
蒸気の屋外への排出を無くした場合、ドレン集合管４内
に低温のドレンが滞留しており、そこに高温蒸気が流入
することによりウォーターハンマーが発生するという問
題があった。

【００１４】ウォーターハンマーの発生について説明す
る。

【００１５】図５は図４に示す各合流部a,b,cにおける
ウォーターハンマーの発生について示す説明図である。
なお、図５では高圧過熱器出口ドレン排出管１のドレン
集合管４への合流部aを示してあるが、他の合流部b,cで
も同様である。

【００１６】図５に示すように、ドレン集合管４中の滞
留ドレン８が、高圧過熱器出口ドレン排出管１から流入
してきた過熱蒸気９によって周囲に押し出された状態に
なる。流入した過熱蒸気９はその境界ならびに混在して
いる領域では、周辺の滞留ドレン８に急冷され真空状態
となる。その真空領域が瞬時に破壊されることで爆縮状
態となり圧力波を発生、つまりウォーターハンマーが発
生する。

【００１７】本発明の課題は、ドレン集合管の滞留ドレ
ン中に蒸気が流出してもウォーターハンマーが発生しな
いようにしたボイラのドレン排出装置を提供することに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題は、ボイラ起動
時に発生した蒸気をドレン排出管からドレン集合管を経
てブローダウンタンクへ排出するボイラのドレン排出装
置において、前記ドレン集合管に接続した前記ドレン排
出管に、蒸気を通過させて微小な気泡にする小孔を設
け、ドレンが前記ドレン集合管に滞留する場合、前記ド
レン排出管の小孔を介して蒸気を微小な気泡として滞留
ドレン中へ排出するようにした手段により達成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明を採用したボ
イラドレン排水系統を示す説明図、図２は図１中の合流
部a,b,c部の詳細を示す説明図、図３は図２の合流部に
おいてウォーターハンマーを防止する状態を示す説明図
である。

【００２０】ウォーターハンマーになる圧力波を小さく
するためには、蒸気を微小な気泡とし、広い真空領域が
発生しないようにすればよい。そのための本発明の実施
の形態を以下説明する。

【００２１】本実施の形態では、滞留ドレン８中への蒸
気を微小な気泡とするために、図２に示すように、高圧
過熱器出口ドレン排出管２１の先端部にノズル１２が設
けられ、このノズル１２には小孔１１が複数個穿設され
ている。そして、小孔１１を有するノズル１２がドレン
集合管４内に挿入されており、したがって、小孔１１を
有するノズル１２は滞溜ドレン８中へと挿入されてい
る。これらの小孔１１は直径５mm程度以下であればよ
い。

【００２２】次に、本発明の実施例におけるウォーター
ハンマー防止について説明する。

【００２３】図３に示すように、高圧過熱器出口ドレン
排出管２１から流入した過熱蒸気９は、ドレン集合管４
内の滞留ドレン８に挿入されたノズル１２の小孔１１か
ら微小な気泡１３となって放出される。微小な気泡１３
は滞留ドレン８によって急冷された気泡１４になるが、
これら気泡１４個々の体積は微小なものとなるので、真
空領域が発生せず、ウォーターハンマーは発生しない。

【００２４】このように前記実施の形態にあっては、図
２中の合流部a,b,cにおいてノズル１２の小孔１１から
蒸気を微小な気泡状にしてドレン集合管４内の滞留ドレ
ン８中へ排出するので、蒸気の屋外への排出を無くすた
めに集合管ドレン弁７を閉めた状態でも、排水系統へ滞
留するドレンが蒸気を巻き込むことが原因となり発生す
るウォーターハンマーの防止することができる。

【００２５】なお、中圧過熱器出口ドレン排出管２２，
低圧過熱器出口ドレン排出管２３の先端にも前記と同様
に小孔１１を有するノズル１２が設けられてドレン集合
管４内に挿入されている。

【００２６】上記説明では、小孔１１を介して滞留ドレ
ン８中へ蒸気９を排出する実施の形態を示したが、本発
明はこれに限られるものでなく、たとえば高圧過熱器出
口ドレン排出管２１（あるいは２２，２３）のドレン集
合管４へ排出口に多孔材質部材（図示せず）を配設し、
この多孔材質部材を介して過熱蒸気９を滞留ドレン８中
へと排出させるようにした場合でも滞留ドレン８ヘ排出
される蒸気気泡の大きさを小さくすることが可能であ
り、前記実施の形態であるノズル１２の小孔１１を介し
て排出させる場合と同様の作用効果を得られる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、小孔から
蒸気を微小な気泡状にしてドレン集合管内の滞留ドレン
中へ排出するので、蒸気の屋外への排出を無くすために
ドレン弁を閉めた状態でも、真空領域が発生せず、ウォ
ーターハンマーを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用する蒸気ボイラのドレン排水系統
を示す説明図である。

【図２】本発明の実施の形態における合流部を示す説明
図である。

【図３】図２の合流部においてウォーターハンマーを防
止する状態を示す説明図である。

【図４】従来のボイラのドレン排水系統例について示し
た説明図である。

【図５】図４中のドレン排出管1,2,3のドレン集合管４
への合流部a,b,cにおいて、従来合流方法の場合に発生
するウォーターハンマーについてその発生機構について
示した説明図である。

【図６】ボイラの一例として排熱回収ボイラを示す説明
図である。

【符号の説明】

４ ドレン集合管 ５ ブローダウンタンク入口管 ６ ブローダウンタンク ７ 集合管ドレン弁 ８ 滞留ドレン８ ９ 過熱蒸気 １０ 巻き込まれた過熱蒸気 １１ 小孔 １２ ノズル １３ 気泡 １４ 急冷された気泡 ２１ 高圧過熱器出口ドレン排出管 ２２ 中圧過熱器出口ドレン排出管 ２３ 低圧過熱器出口ドレン排出管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ起動時に発生した蒸気をドレン排
   出管からドレン集合管を経てブローダウンタンクへ排出
   するボイラのドレン排出装置において、 前記ドレン集合管に接続した前記ドレン排出管に、蒸気
   を通過させて微小な気泡にする小孔を設け、 ドレンが前記ドレン集合管に滞留する場合、前記ドレン
   排出管の小孔を介して蒸気を微小な気泡として滞留ドレ
   ン中へ排出するようにしたことを特徴とするボイラのド
   レン排出装置。