JP2006125673A - 蒸気排出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 白煙状の蒸気の排出をできるだけ減らし、しかも蒸気排熱を有効に活用しうる蒸気排出システムを提供する。
【解決手段】 排出される高圧蒸気を蒸気と温水とに分離する気液分離タンク１１と、分離された蒸気を放出する蒸気排出管路１１ａ、１４ａと、分離された温水を排水する排水管路１１ｂ、１２ａとを備え、さらに、前記蒸気排出管路１１ａ、１４ａ中に介在される排蒸気熱交換器１４と、その排蒸気熱交換器１４で加熱された熱媒体を循環させる循環管路１６および排熱利用管路２０と、その排熱利用管路２０を流れる熱媒体の熱を利用する冷温水機２１とからなる排熱利用サブシステムＳ１を備えている蒸気排出システムＳ。
【選択図】 図１

Description

本発明は蒸気排出システムに関する。さらに詳しくは、工場などから大気中に排出される高圧の蒸気を事前に処理し、熱の有効利用を図る蒸気排出システムに関する。

特開２００２−８９９９４号公報

従来の蒸気排出システムは、たとえば図４に示すように、排熱源１０１から排出される高圧蒸気を受け入れる気液分離タンク１０２と、その気液分離タンク１０２内の蒸気を放出する第１の煙突（蒸気排出管）１０３と、気液分離タンク１０２で分離された高温ドレン水を溜めておくための高温ドレン水タンク１０４と、その高温ドレン水タンク１０４内で分離された蒸気を排出するための第２の煙突（蒸気排出管）１０５と、高温ドレン水タンク１０４から高温ドレン水を排水するための排水ポンプ１０６とを備えている。

このような蒸気排出システム１００では、排熱源１０１から、たとえば約１７０℃、１０ｋｇ／ｃｍ²の高圧蒸気が排出されると、気液分離タンク１０２で１００℃で大気圧の蒸気と、９８℃の高温ドレン水とに分離される。そして蒸気は第１の煙突１０３から外気に排出され、分離された９８℃の高温ドレン水は、一時的に高温ドレン水タンク１０４に溜められ、たとえば９５℃程度になる。そして高圧ドレン水タンク１０４が満水になったときに排水ポンプ１０６でボイラー棟などに送られ、最終的に下水や河川に排水される。高温ドレン水タンク１０４で発生する蒸気は、第２の煙突１０５から大気中に排出される。

他方、特許文献１には、ガスタービンを駆動源とする発電機と、ガスボイラおよび気液分離器を備えた排熱回収装置と、吸収冷温水機を備えた排熱利用機器と、冷却水ポンプや冷却塔などの他の機器を備えた排熱利用吸収冷温水装置が開示されている。このものはガスタービンの排熱を利用してガスボイラで蒸気を発生させ、その蒸気を熱源として吸収冷温水機に利用するものである。

前記従来の蒸気排出システム１００では、第１の煙突１０３が工場の屋根よりかなり高く、排出される蒸気も１００℃程度と高温であるので、排出時に直ちに凝結して白煙状の霧１０７になる。とくに外気温が低い冬季には、本来無害な霧であるにも関わらず、有害な煙を出しているとの誤解を招き、周辺の住宅などより苦情が寄せられる問題がある。また、蒸気排熱を無駄に捨てているので、熱エネルギの損失がある。また、排出する高温ドレン水の温度が高いので、排出前に放熱したり、冷水と混ぜるなど、温度を下げる手間やコストが必要になる。

本発明は前記従来の蒸気排出システム１００の問題を解消し、白煙状の霧１０７の排出をできるだけ減らし、しかも蒸気排熱を有効に再利用しうる蒸気排出システムを提供することを技術課題としている。

本発明の蒸気排出システムは、排出される高圧蒸気を蒸気と温水とに分離する気液分離タンクと、分離された蒸気を放出する蒸気排出経路と、分離された温水を排水する排水経路とを備えた蒸気排出システムであって、さらに、前記蒸気排出経路中に介在される排蒸気熱交換器と、その排蒸気熱交換器で加熱された熱媒体を循環させる熱媒体経路と、その熱媒体経路を流れる熱媒体の熱を利用する排熱利用機器とからなる排熱利用サブシステムを備えていることを特徴としている。

このような蒸気排出システムにおいては、前記気液分離タンク中の温水を受け入れる高温ドレン水タンクと、その高温ドレン水タンク内のドレン水と前記排熱利用サブシステムにおける熱媒体経路の熱媒体とを熱交換する排熱回収サブシステムを備えているものが好ましい。

さらに前記排蒸気熱交換器内の余剰熱を外部に放熱する放熱サブシステムを備えているものが好ましい。その場合は、前記熱媒体経路が途中に介在される熱交換器を介して排蒸気熱交換器側の一次側熱媒体経路と排熱利用機器側の二次側熱媒体経路とに分離されており、一次側熱媒体経路の戻り側経路に前記放熱サブシステムが介在されているものが好ましい。

本発明の蒸気排出システムにおいては、蒸気排出経路中に排蒸気熱交換器を備えており、その排蒸気熱交換器で蒸気の熱が熱媒体経路を流れる熱媒体に供給され、蒸気自体は冷却される。そのため、蒸気が蒸気排出経路から外気中に放出されるときに白煙状の霧が出ず、あるいは薄くなる。それにより有害な煙を排出していると誤解されることがない。さらに熱媒体の熱は、排熱利用機器の熱源として有効に利用されるので、従来無駄に捨てられていた熱エネルギの有効利用が図られる。

また、前記気液分離タンク中の温水を受け入れる高温ドレン水タンクと、その高温ドレン水タンク内のドレン水の熱と前記排熱利用サブシステムにおける熱媒体経路の熱媒体とを熱交換する排熱回収サブシステムを備えているものでは、排出される高温ドレン水の熱エネルギも、排熱利用機器の熱源として有効利用することができる。さらに排ドレン水の温度も低下するので、冷水を混ぜて温度を下げるなどの余分な手間が減る。

さらに前記排蒸気熱交換器内の余剰熱を外部に放熱する放熱サブシステムを備えている場合は、排蒸気熱交換器内で蒸気を充分に冷却することができ、白煙状の霧の発生を一層抑制することができる。また、前記熱媒体経路が、途中に介在される熱交換器を介して排蒸気熱交換器側の一次側熱媒体経路と排熱利用機器側の二次側熱媒体経路とに分離されており、一次側熱媒体経路の戻り側経路に前記放熱サブシステムが介在されている場合は、管路が簡略になる。また、熱媒体経路が熱交換器を介して一次側熱媒体経路と二次側熱媒体経路とに分離されているので、排熱利用機器の運転を停止しても冷却作用が奏され、白煙の発生を防止することができる。

つぎに図面を参照しながら本発明の蒸気排出システムの好ましい実施の形態を説明する。図１は本発明の蒸気排出システムの一実施形態を示す配管系統図、図２はその蒸気排出システムの作用を示す配管系統図、図３は本発明の蒸気排出システムの他の実施形態を示す要部配管系統図である。

図１に示す蒸気排出システムＳは、大きく見ると、排熱源１０から排出される排蒸気の熱を利用する排熱利用サブシステムＳ１と、高温ドレン水の熱を回収する排熱回収サブシステムＳ２と、排蒸気の余剰熱を放熱する放熱サブシステムＳ３とを備えている。

前記排熱源１０は蒸気管路１０ａを介して気液分離タンク１１に接続されており、その気液分離タンク１１の上部には、タンク内で減圧された蒸気を排出するための第２の蒸気管路１１ａが接続されている。気液分離タンク１１の下部にはタンク内で分離された高温のドレン水を排出するためのドレン水管路１１ｂが接続されている。そのドレン水管路１１ｂの他端は、高温ドレン水タンク１２に接続されており、その下部には排水管路１２ａが接続され、その途中に排水ポンプ１３が介在されている。

前記高温ドレン水タンク１２の上部には、高温ドレン水から分離された蒸気を排出するための第２の蒸気排出管路１２ｂが連結されており、その第２の蒸気排出管路１２ｂの他端は第２の煙突１２ｃに連結されている。気液分離タンク１１および高温ドレン水タンク１２は、図４の従来の蒸気排出システム１００に用いられているものと実質的に同じものを用いることができる。

つぎに排熱利用サブシステムＳ１について説明する。前記第２の蒸気管路１１ａの他端は排蒸気熱交換器１４に連結されている。排蒸気熱交換器１４の上部には蒸気を排出するための蒸気排出管路１４ａが接続されており、それにより第１の煙突１４ｂまで導かれている。排蒸気熱交換器１４の下部には凝縮水を排出するための第２の排水管路１４ｃが接続されている。その第２の排水管路１４ｃの他端は排水槽１５まで導かれている。排水槽１５には、排水槽が満水になったときに排水するための排水ポンプ１５ａを介して第３の排水管路１５ｂが接続されている。

前記排蒸気熱交換器１４内には、排蒸気から熱を受け取る熱媒体を循環させる閉ループ状の循環管路１６のコイル１６ａが収容されている。その循環回路１６は、第１熱交換器１７の熱交換用の一次側のコイル１７ａに連結され、そのコイル１７ａの出口からは第２熱交換器１８の一次側のコイル１８ａに連結されている。第２熱交換器１８の一次側のコイル１８ａの出口からは、熱媒体の循環用のポンプ１９を経由して前述の排蒸気熱交換器１４内のコイル１６ａに戻っている。循環管路１６を流れる熱媒体としては、通常は水が用いられる。第２熱交換器１８は放熱サブシステムＳ３の構成要素である。

前記第１熱交換器１７の二次側のコイル１７ｂは、排熱利用管路２０を介して排熱利用機器、たとえば排熱投入型吸収冷温水機（ジェネリンク。以下、冷温水機という）２１の排熱温水熱交換器２１ａに連結されている。冷温水機２１の排熱温水熱交換器２１ａから出てくる排熱利用管路２０は、排熱利用ポンプ２２を経由して後述する第３熱交換器２３の二次側コイル２３ｂに至り、さらに第１熱交換器１７の二次側のコイル１７ｂに戻っている。排熱利用管路２０には、高温水などの熱媒体が流れている。第３熱交換器２３は排熱回収サブシステムＳ２の要素である。

前記放熱サブシステムＳ３においては、前記第２熱交換器１８の二次側コイル１８ｂが放熱管路２５を経由して余剰放熱冷却塔２６に導かれ、その内部を通る水は、外気によって冷却されるようにシャワーリングされ、下部に溜まるように構成している。放熱管路２５の戻り側は、冷却水ポンプ２７を経由して、前述の第２熱交換器１８の二次側コイル１８ｂに戻るように連結されている。

さらにこの実施形態では、排熱回収サブシステムＳ２として、前記高温ドレン水タンク１２の高温ドレン水の排熱を冷温水機２１の熱源として利用する排熱回収管路２８が設けられている。この排熱回収管路２８は、ドレン水タンク１２から排熱回収ポンプ２８ａを経て第３熱交換器２３の一次側コイル２３ａに至り、高温ドレン水タンク１２に戻るようにループ状に配管されている。

上記のように構成される蒸気排出システムＳでは、排蒸気熱交換器１４と、第１熱交換器１７と、冷温水機２１と、それらを連結する循環管路１６および排熱利用管路２０と、熱媒体循環用のポンプ１９、排熱利用ポンプ２２により、排蒸気の熱を冷温水機２１の熱源に利用する排熱利用サブシステムＳ１を構成している。そして第２熱交換器１８と、放熱冷却塔２６と、放熱管路２５は、循環回路１６の熱媒体を冷却する放熱サブシステムＳ３を構成している。また、第３熱交換器２３、排熱回収管路２８および排熱回収ポンプ２８ａは、排熱回収サブシステムＳ２を構成している。放熱サブシステムＳ３および排熱回収サブシステムＳ２は必ずしも設ける必要はないが、設ける方が第１煙突１４ｂからの白煙を少なくすることができ、排熱の利用効率が高くなる。

つぎに図２を参照しながら前記蒸気排出システムＳの作用を説明する。排熱源１０から排出される高温高圧の蒸気は、たとえば約１７０℃で、１０ｋｇ／ｃｍ²で気液分離タンク１１に供給され、１００℃で大気圧の蒸気と９８℃のドレンとに分離される。蒸気は蒸気管路１１ａを経由して排蒸気熱交換器１４に至り、循環管路１６の熱媒体を昇温する。そしてその蒸気自体は冷却され、蒸気排出管路１４ａを経由して第１の煙突１４ｂから外気に放出される。

循環管路１６を流れる水などの熱媒体は、排蒸気熱交換器１４内でたとえば９５℃まで加熱され、熱媒体循環ポンプ１９の作用で第１熱交換器１７に向かう。そして第１熱交換器１７で排熱利用管路２０内の戻りの熱媒体に熱を供給し、熱媒体自体はたとえば８２℃程度まで冷却される。そして冷却された熱媒体は循環管路１６を経由して第２熱交換器１８に向かう。そこで放熱管路２５を流れる水などの熱媒体に熱を伝達し、熱媒体自体はたとえば６５℃まで冷却された上で、排蒸気熱交換器１４に戻る。

そしてこの冷却された熱媒体が排蒸気熱交換器１４内を上昇する蒸気と対向流となって蒸気をたとえば５０℃程度まで冷却する。そしてこのように充分に冷却された蒸気が前述のように第１の煙突１４ｂから外気中に放出されるので、微細な水滴に凝結することがなく、白煙の発生が抑制される。

前記放熱管路２５を流れる熱媒体は、冷却塔２６を通り、シャワーリングされて余剰熱が放熱され、再び第２熱交換器１８に戻る。一方、冷温水機２１から出てくる熱媒体は、たとえば８０℃程度で排熱利用管路２０を流れていき、第３熱交換器２３でたとえば８２．７℃程度まで加熱される。さらにその熱媒体は、第１熱交換器１７でたとえば９０℃まで加熱されて、冷温水２１に戻る。

そして排熱温水熱交換器２１ａを流れる冷媒（冷媒水、冷媒蒸気）を吸収した吸収剤、たとえば臭化リチウム水溶液を加熱して、吸収剤が吸収している冷媒を放出させて再生する。再生された吸収剤は、図示しない吸収器で冷媒などを再び吸収し、そのときに生ずる冷熱を利用して冷水を得ることができる。なお、温水を得る場合はガスを燃焼させる。

他方、気液分離タンク１１で分離された高温の水、たとえば９８℃の高温水は、高温ドレン水タンク１２に流れていき、その中でたとえば９５℃程度で溜まっている。その高温水は、排熱回収ポンプ２８ａにより、排熱回収管路２８を流れ、前述の第３熱交換器２３で排熱利用管路の熱媒体に熱を与え、高温水自体はたとえば８２℃程度まで温度が低下し、高温ドレン水タンク１２に戻る。それにより気液分離タンク１１から流れてくる９８℃の高温水を９５℃程度まで冷却する。

前記排蒸気熱交換器１４の凝縮水は、たとえば約８５℃で排水槽１５に送られ、排水ポンプ１５ａにより排水する。また、高温ドレン水タンク１２が満杯になると、排水ポンプ１３を作動させて排水し、水位を低下させる。

上記のようにこの蒸気排出システムＳでは、気液分離タンク１１で分離した高温水と蒸気のうち、まず高温水の熱を利用して排熱利用管路２０の熱媒体を昇温させ（排熱回収サブシステムＳ２）、さらに蒸気の熱を利用して、循環管路１６の熱媒体を昇温させる（排熱利用サブシステムＳ１）という、２段の熱交換を行っている。そのため、排熱の利用効率が高い。なお、高温水の温度は蒸気よりも低いため、排熱回収サブシステムＳ２で昇温させた後に、排熱利用サブシステムＳ１で昇温させる順序としている。

さらに前記蒸気排出システムＳでは、余剰の熱を冷却塔２６で放熱させている（放熱サブシステムＳ３）。そのため、排蒸気熱交換器１４内の温度を低下させることができ、第１の煙突１４ｂから放出する蒸気の温度を大きく低下させることができ、排蒸気による白煙の発生を抑制することができる。また、循環管路１６と排熱利用管路２０を第１熱交換器で熱交換させることにより、両者の間の熱伝達を間接的に行っている。それにより冷温水機２１の運転を停止させた状態でも、冷却塔２６で排蒸気熱交換器１４内の蒸気の温度を低下させることができ、第１の煙突１４ｂからの白煙の発生を防止することができる。

前記実施形態では放熱サブシステムＳ３を採用しているが、気温が高い地方など、排蒸気による白煙の発生が少ない場合は、放熱サブシステムＳ３を省略することができる。その場合は第１熱交換器１７も省略することができる。また、図１の排蒸気システムＳでは放熱サブシステムＳ３と排熱利用サブシステムＳ１との間に第２熱交換器１８を介在させているので、夏期など、白煙状の蒸気の発生が少ない時期に冷却塔２６の運転を停止することもできる。また、いずれの場合も、排蒸気の排熱の利用効率がいくらか低下するが、排熱回収サブシステムＳ２を省略することもできる。

前記実施形態では、循環管路１６が排熱利用サブシステムＳ１の一部と放熱サブシステムＳ３の一部を兼ねているが、配管状況によっては図３に示すように別個にすることもできる。図３の場合は、排蒸気熱交換器１４に排熱利用管路２０が直接接続されており、それとは別個に放熱管路２５が連結されている。なお、図３の実施形態では、排熱回収サブシステムＳ２が省略されている。図３の場合は排熱利用機器の運転や冷却塔２６の運転を個別に停止させることができる。

本発明の蒸気排出システムの一実施形態を示す配管系統図である。 その蒸気排出システムの作用を示す配管系統図である。 本発明の蒸気排出システムの他の実施形態を示す要部配管系統図である。 従来の蒸気排出システムの一例を示す配管系統図である。

符号の説明

Ｓ 蒸気排出システム
Ｓ１ 排熱利用サブシステム
Ｓ２ 排熱回収サブシステム
Ｓ３ 放熱サブシステム
１０ 排熱源
１０ａ 蒸気管路
１１ 気液分離タンク
１１ａ 第２の蒸気管路
１１ｂ ドレン水管路
１２ 高温ドレン水タンク
１２ａ 排水管路
１２ｂ 第２の蒸気排出管路
１３ 排水ポンプ
１４ 排蒸気熱交換器
１４ａ 蒸気排出管路
１４ｂ 第１の煙突
１４ｃ 第２の排水管路
１５ 排水槽
１５ａ 排水ポンプ
１５ｂ 第３の排水管路
１６ 循環管路
１６ａ コイル
１７ 第１熱交換器
１７ａ 一次側のコイル
１７ｂ 二次側のコイル
１８ 第２熱交換器
１８ａ 一次側のコイル
１８ｂ 二次側コイル
１９ ポンプ
２０ 排熱利用管路
２１ 冷温水機
２１ａ 排熱温水熱交換器
２２ 排熱利用ポンプ
２３ 第３熱交換器
２３ａ 一次側コイル
２３ｂ 二次側コイル
２５ 放熱管路
２６ 冷却塔
２７ 冷却水ポンプ
２８ 排熱回収管路
２８ａ 排熱回収ポンプ

Claims (4)

1. 排出される高圧蒸気を蒸気と温水とに分離する気液分離タンクと、分離された蒸気を放出する蒸気排出経路と、分離された温水を排水する排水経路とを備えた蒸気排出システムであって、さらに、
   前記蒸気排出経路中に介在される排蒸気熱交換器と、
   その排蒸気熱交換器で加熱された熱媒体を循環させる熱媒体経路と、
   その熱媒体経路を流れる熱媒体の熱を利用する排熱利用機器とからなる排熱利用サブシステム
   を備えている、蒸気排出システム。
2. 前記気液分離タンク中の温水を受け入れる高温ドレン水タンクと、その高温ドレン水タンク内のドレン水と前記排熱利用サブシステムにおける熱媒体経路の熱媒体とを熱交換する排熱回収サブシステムを備えている請求項１記載の蒸気排出システム。
3. 前記排蒸気熱交換器内の余剰熱を外部に放熱する放熱サブシステムを備えている請求項１記載の蒸気排出システム。
4. 前記熱媒体経路が、途中に介在される熱交換器を介して排蒸気熱交換器側の一次側熱媒体経路と排熱利用機器側の二次側熱媒体経路とに分離されており、一次側熱媒体経路の戻り側経路に前記放熱サブシステムが介在されている請求項３記載の蒸気排出システム。