JP2008032350A

JP2008032350A - 循環式蒸気ボイラー装置およびその運転方法

Info

Publication number: JP2008032350A
Application number: JP2006208190A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sasaki; 稔佐々木
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】循環式蒸気ボイラー装置において、ボイラー立ち上げ時（運転開始時）に発生する配管の大きな揺れを防止する。
【解決手段】給水タンク１１と、ポンプ１２ａを介して給水タンク１１と接続され水蒸気を生成するボイラー１０ａと、主蒸気開閉弁１３ａを含む１次側配管系１４ａを介してボイラー１０ａに接続される減圧弁１７ａと、２次側配管系２１ａを介して減圧弁１７ａと接続される熱交換器２５と、熱交換器２５にて熱交換された水蒸気を凝縮するスチームトラップ２７と、スチームトラップ２７にて生成された凝縮水を給水タンク１１に戻す復路配管系３１とを含む循環式蒸気ボイラー装置において、１次側配管系１４ａの主蒸気開閉弁１３ａと減圧弁１７ａとの間に、第１開閉弁３３ａを含み１次側配管系１４ａから復路配管系３１に至る枝配管３２ａを接続し、ボイラー１０ａの停止時に、１次側配管系１４ａ内の水蒸気を給水タンク１１に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環式蒸気ボイラー装置およびその運転方法に関し、さらに詳しく言えば、ボイラーの運転開始時における配管の振動（ウォーターハンマー現象）を防止する技術に関するものである。

通常、循環式蒸気ボイラー装置では、給水タンク内の軟水をポンプを介してボイラーに給水し、ボイラーで生成された水蒸気を減圧弁を介して熱交換器に供給し、熱交換された水蒸気をスチームトラップにて凝縮し、その凝縮水を給水タンクに回収するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

液晶表示装置の分野について言えば、ボイラーで生成された水蒸気は、熱交換器を介して液晶表示パネル製造ラインの各部屋の温湿度を調整するために用いられる。また、基板洗浄ラインで使用する例えば４０℃程度の洗浄用温水を作る際にも用いられる。

特開２００４−７７０５０号公報

上記したような製造ラインで用いられる場合、ボイラーは２４時間連続して運転されることはほとんどなく、操業開始時（例えば午前９時）に立ち上げられ、操業終了（例えば午後５時）とともに停止される。

これが日々繰り返されるのであるが、ボイラーを立ち上げて主蒸気開閉弁を開としたときに配管が大きく揺れる。また、引き続き減圧弁の開閉動作時（初期１回目のみ）にも配管が大きく揺れる。

その原因は、ボイラー停止期間内に水蒸気が冷えて配管内に結露水が溜まり、この状態でボイラーの立ち上げ時に水蒸気を送ると、その圧力により結露水が急激に移動することと、ボイラーには軟水を用いているため、その結露水がボイラーの立ち上げ時の水蒸気の熱で蒸発することによる。

配管の大きな揺れは、ボイラーの立ち上げ時と、減圧弁の初期１回目の開閉動作時にしか生じないが、これが日々繰り返されると、配管に亀裂が入ったり継ぎ手部分の嵌合が緩くなるおそれがある。

したがって、本発明の課題は、循環式蒸気ボイラー装置において、ボイラー立ち上げ時（運転開始時）に発生する配管の大きな揺れを防止することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、給水タンクと、ポンプを介して上記給水タンクと接続され水蒸気を生成するボイラーと、主蒸気開閉弁を含む１次側配管系を介して上記ボイラーに接続される減圧弁と、２次側配管系を介して上記減圧弁と接続される熱交換器と、上記熱交換器にて熱交換された水蒸気を凝縮するスチームトラップと、上記スチームトラップにて生成された凝縮水を上記給水タンクに戻す復路配管系とを含む循環式蒸気ボイラー装置において、上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に、第１開閉弁を含み上記１次側配管系から上記復路配管系に至る枝配管が接続されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記枝配管の上記第１開閉弁の下流側に第２開閉弁が設けられるとともに、上記第１開閉弁と上記第２開閉弁との間には上記枝配管を選択的に大気に開放する第３開閉弁が設けられることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記枝配管がストレーナを介して上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に接続されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、給水タンクと、ポンプを介して上記給水タンクと接続され水蒸気を生成するボイラーと、主蒸気開閉弁を含む１次側配管系を介して上記ボイラーに接続される減圧弁と、２次側配管系を介して上記減圧弁と接続される熱交換器と、上記熱交換器にて熱交換された水蒸気を凝縮するスチームトラップと、上記スチームトラップにて生成された凝縮水を上記給水タンクに戻す復路配管系とを含む循環式蒸気ボイラー装置の運転方法において、上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に、第１開閉弁を含み上記１次側配管系から上記復路配管系に至る枝配管を接続し、上記枝配管の上記第１開閉弁の下流側に第２開閉弁を設けるとともに、上記第１開閉弁と上記第２開閉弁との間に上記枝配管を選択的に大気に開放する第３開閉弁を設け、上記ボイラーを停止したのち、上記第３開閉弁を閉とした状態で上記第１，第２開閉弁をともに開として上記１次側配管系内の水蒸気を上記復路配管系を介して上記給水タンクに戻し、上記１次側配管系内の圧力が所定値まで低下したのち、上記第１，第２開閉弁のうち上記第２開閉弁のみを閉とし上記第３開閉弁を開にすることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ボイラーから減圧弁に至る１次側配管系の主蒸気開閉弁と減圧弁との間に、第１開閉弁を含み１次側配管系から復路配管系に至る枝配管が接続されているため、ボイラー停止後に第１開閉弁を開にすることにより、１次側配管系内の水蒸気を復路配管系を介して給水タンクに戻すことができる。

したがって、ボイラー停止時に１次側配管系内に水蒸気の凝縮による結露水がほとんど溜まらないため、ボイラー立ち上げ時に発生していた配管の大きな揺れをなくすことができる。また、水蒸気が給水タンクに戻されることにより、給水タンク内の水温が上昇するため、エネルギーの有効利用が図れる。また、給水タンク内の水温上昇により、配管系などの錆や腐蝕の原因となる溶存酸素が少なくなるため、複合型清缶剤の使用量を減らすこともできる。

請求項２に記載の発明によれば、枝配管の第１開閉弁の下流側に第２開閉弁が設けられるとともに、第１開閉弁と第２開閉弁との間に枝配管を選択的に大気に開放する第３開閉弁が設けられているため、請求項４に記載のように、ボイラーを停止したのち、第３開閉弁を閉とした状態で第１，第２開閉弁をともに開とすることにより、１次側配管系内の水蒸気を復路配管系を介して給水タンクに戻すことができ、また、１次側配管系内の圧力が所定値（好ましくは０Ｍｐａ）まで低下したのち、第１，第２開閉弁のうち第２開閉弁のみを閉とし第３開閉弁を開にすることにより、枝配管を介して１次側配管系内が大気に開放されるため、配管内を乾燥させることもできる。

請求項３に記載の発明によれば、枝配管がストレーナを介して１次側配管系の主蒸気開閉弁と減圧弁との間に接続されているため、１次側配管系内の異物が給水タンクに戻されるのを防止することができる。

次に、図１により本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による循環式蒸気ボイラー装置の構成を示す模式図である。

図１に示すように、この実施形態に係る循環式蒸気ボイラー装置は、日単位で交互に運転することを意図して２台のボイラー１０ａ，１０ｂを備えている。

各ボイラー１０ａ，１０ｂには、給水タンク１１よりポンプ１２ａ，１２ｂを介して軟水が供給されるが、各ボイラー１０ａ，１０ｂの吐出側から熱交換器２５に至るまでの配管系の構成は同一であるため、ここではボイラー１０ａの配管系について説明する。なお、ボイラー１０ａの配管系の構成要素にはその参照符号に添え字ａを付し、ボイラー１０ｂの配管系の構成要素にはその参照符号に添え字ｂを付している。

ボイラー１０ａにて生成された水蒸気は減圧弁１７ａを介して熱交換器２５に供給されるが、この配管系にはボイラー１０ａから減圧弁１７ａに至る１次側配管系１４ａと、減圧弁１７ａから熱交換器２５に至る２次側配管系２１ａとが含まれている。

１次側配管系１４ａは、主蒸気開閉弁１３ａおよび開閉弁１５ａを介して減圧弁１７ａに至るが、この実施形態では、開閉弁１５ａと減圧弁１７ａとの間に１次側配管系１４ａを分岐するストレーナ１６ａが設けられている。図示しないが、ストレーナ１６ａ内には異物を捕捉するフィルタが設けられている。ストレーナ１６ａには枝配管３２ａが接続されているが、これについては後述する。

減圧弁１７ａは、１次側の蒸気圧が所定値（例えば、０．５Ｍｐａ）以上になると、内部のピストンが押し上げられて水蒸気を通過させるが、１次側の蒸気圧が所定値未満のときには、内部のコイルバネにより上記ピストンが押し下げられ水蒸気の通路を遮断する機能を備えている。

減圧弁１７ａの下流側で熱交換器２５に至る２次側配管系２１ａには、減圧弁１７ａ側から順に、開閉弁１８ａ，安全弁２２ａ，逆止弁２３ａおよび流量調整用の開閉弁２４ａが設けられている。

また、開閉弁１５ａの上流側と開閉弁１８ａの下流側との間には、開閉弁２０ａを含むバイパス配管１９ａが減圧弁１７ａに対して並列に接続されている。このバイパス配管１９ａは、減圧弁１７ａが動作不良を起こした場合に使用されるもので、減圧弁１７ａの動作不良時には、開閉弁１５ａ，１８ａを閉とし、開閉弁２０ａを開とする。

熱交換器２５の出口側には、熱交換に供された水蒸気を凝縮させるスチームトラップ（オートドレントラップ）２７が接続されている。なお、スチームトラップ２７の上流側と下流側にはそれぞれ開閉弁２６，２８が接続され、また、開閉弁２６の上流側と開閉弁２８の下流側との間には、開閉弁２９を含むバイパス配管３０がスチームトラップ２７に対して並列に接続されている。

このバイパス配管３０は、スチームトラップ２７が動作不良を起こした場合やスチームトラップ２７を清掃する場合に使用されるもので、その際には開閉弁２６，２８を閉とし、開閉弁２９を開とする。スチームトラップ２７にて凝縮された凝縮水は復路配管３１を介して給水タンク１１に回収される。

枝配管３２ａはストレーナ１６ａを介して１次側配管系１４ａから分岐された配管であり、この枝配管３２ａは開閉弁３３ａおよび開閉弁３４を介して復路配管３１に接続されている。また、開閉弁３３ａと開閉弁３４との間には、開閉弁３５を含む大気開放用の配管３６が接続されている。なお、開閉弁３３ａ，３４，３５は、請求項２の第１開閉弁，第２開閉弁，第３開閉弁に相当している。

ボイラー１０ａの運転時には、開閉弁２０ａ，２９，３３ａ，３４および３５が閉とされ、主蒸気開閉弁１３ａ，開閉弁１５ａ，１８ａ，２４ａ，２６，２８が開とされ、ボイラー１０ａにて生成された水蒸気が減圧弁１７ａを介して熱交換器２５に供給され、熱交換された水蒸気はスチームトラップ２７にて凝縮されたのち、復路配管３１を介して給水タンク１１に回収される。

これに対して、ボイラー１０ａの停止時には、主蒸気開閉弁１３ａが閉とされ、開閉弁１５ａは開のままで、枝配管３２ａの開閉弁３２ａ，３４が開とされる。なお、ボイラー１０ａの停止時には、減圧弁１７ａが自動的に遮断状態となるため、減圧弁１７ａの下流側の開閉弁１８ａ，２４ａは開状態でよい。

これにより、１次側配管系１４ａ内の水蒸気が枝配管３２ａから復路配管３１を介して給水タンク１１に戻される。そして、１次側配管系１４ａ内の圧力が所定値，好ましくは「０Ｍｐａ」にまで低下したら、開閉弁３４が閉，開閉弁３５が開とされる。これにより、１次側配管系１４ａが大気に開放されるため、１次側配管系１４ａ内を乾燥させることができる。

他方のボイラー１０ｂの運転時，停止時にも、上記した手順が同様に適用される。なお、ボイラー１０ａ，１０ｂが併用運転されてもよいし、循環式蒸気ボイラー装置の簡素化を図るうえで、ボイラーは１台であってもよい。

また、上記実施形態では各開閉弁を手動式としているが、特に枝配管３２ａの開閉弁３３ａ，３４，３５については、ボイラー１０ａ，１０ｂの運転，停止を検出するセンサおよび１次側配管系１４ａ内の圧力を検知するセンサを設けて、これら各センサの出力により自動切り替え制御することも可能である。

本発明によれば、ボイラー停止時に１次側配管系内の水蒸気を復路配管系を介して給水タンクに戻すことができるため、ボイラー立ち上げ時に配管が大きく揺れることはない。

また、ボイラー停止時に１次側配管系内の水蒸気が給水タンクに戻され、給水タンク内の水温が上昇するため、配管系などの錆や腐蝕の原因となる溶存酸素が少なくなり、複合型清缶剤の使用量を減らすこともできる。ちなみに、従来では給水タンク内の水温が２０〜２５℃であったが、本発明によれば、５０〜６０℃にまで高めることができる。

さらには、ボイラー停止時に１次側配管系内を乾燥させることもできる。また、枝配管がフィルタを有するストレーナを介して１次側配管系に接続されているため、１次側配管系内の異物が給水タンクに戻されることもない。

本発明の循環式蒸気ボイラー装置の構成例を示す模式図

符号の説明

１０ａ，１０ｂボイラー
１１給水タンク
１３ａ，１３ｂ主蒸気開閉弁
１４ａ，１４ｂ１次側配管系
１６ａ，１６ｂストレーナ
１７ａ，１７ｂ減圧弁
２１ａ，２１ｂ２次側配管系
２５熱交換器
２７スチームトラップ
３１復路配管系
３２ａ，３２ｂ枝配管
３３ａ開閉弁（第１開閉弁）
３４開閉弁（第２開閉弁）
３５開閉弁（第３開閉弁）

Claims

給水タンクと、ポンプを介して上記給水タンクと接続され水蒸気を生成するボイラーと、主蒸気開閉弁を含む１次側配管系を介して上記ボイラーに接続される減圧弁と、２次側配管系を介して上記減圧弁と接続される熱交換器と、上記熱交換器にて熱交換された水蒸気を凝縮するスチームトラップと、上記スチームトラップにて生成された凝縮水を上記給水タンクに戻す復路配管系とを含む循環式蒸気ボイラー装置において、
上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に、第１開閉弁を含み上記１次側配管系から上記復路配管系に至る枝配管が接続されていることを特徴とする循環式蒸気ボイラー装置。
上記枝配管の上記第１開閉弁の下流側に第２開閉弁が設けられるとともに、上記第１開閉弁と上記第２開閉弁との間には上記枝配管を選択的に大気に開放する第３開閉弁が設けられることを特徴とする請求項１に記載の循環式蒸気ボイラー装置。
上記枝配管がストレーナを介して上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の循環式蒸気ボイラー装置。
給水タンクと、ポンプを介して上記給水タンクと接続され水蒸気を生成するボイラーと、主蒸気開閉弁を含む１次側配管系を介して上記ボイラーに接続される減圧弁と、２次側配管系を介して上記減圧弁と接続される熱交換器と、上記熱交換器にて熱交換された水蒸気を凝縮するスチームトラップと、上記スチームトラップにて生成された凝縮水を上記給水タンクに戻す復路配管系とを含む循環式蒸気ボイラー装置の運転方法において、
上記１次側配管系の上記主蒸気開閉弁と上記減圧弁との間に、第１開閉弁を含み上記１次側配管系から上記復路配管系に至る枝配管を接続し、上記枝配管の上記第１開閉弁の下流側に第２開閉弁を設けるとともに、上記第１開閉弁と上記第２開閉弁との間に上記枝配管を選択的に大気に開放する第３開閉弁を設け、
上記ボイラーを停止したのち、上記第３開閉弁を閉とした状態で上記第１，第２開閉弁をともに開として上記１次側配管系内の水蒸気を上記復路配管系を介して上記給水タンクに戻し、上記１次側配管系内の圧力が所定値まで低下したのち、上記第１，第２開閉弁のうち上記第２開閉弁のみを閉とし上記第３開閉弁を開にすることを特徴とする循環式蒸気ボイラー装置の運転方法。