JP2009168373A - Superheated steam apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を供給する過熱蒸気装置に関するものである。 The present invention relates to a superheated steam device that supplies saturated steam by heating saturated steam.
蒸気を加熱して過熱蒸気とすることは、特開昭59−200106号公報などに記載されている通り、広く行われている。特開昭59−200106号公報に記載の発明では、再熱器バイパス管を設け、過熱蒸気熱交換器である再熱器のバイパス量を増減することで蒸気温度を調節している。再熱器をバイパスしたバイパス蒸気は再熱器での加熱が行われていないために比較的低温となる。再熱器出口の蒸気温度が目標温度よりも高温になった場合には再熱器をバイパスする蒸気量を増量することで過熱蒸気温度を低下させ、再熱器出口の蒸気温度が目標温度よりも低温になった場合にバイパス量を減量することで過熱蒸気温度を昇温させる。このようにバイパス蒸気量を制御することで、過熱蒸気の温度を目標温度に維持することができる。 Heating steam to superheated steam is widely performed as described in JP-A-59-200106. In the invention described in JP-A-59-200106, a reheater bypass pipe is provided, and the steam temperature is adjusted by increasing or decreasing the bypass amount of the reheater that is a superheated steam heat exchanger. The bypass steam that bypasses the reheater has a relatively low temperature because it is not heated by the reheater. When the steam temperature at the reheater outlet becomes higher than the target temperature, the superheated steam temperature is lowered by increasing the amount of steam that bypasses the reheater, and the steam temperature at the reheater outlet is lower than the target temperature. When the temperature becomes low, the temperature of the superheated steam is raised by reducing the amount of bypass. By controlling the amount of bypass steam in this way, the temperature of the superheated steam can be maintained at the target temperature.
なお、過熱蒸気の温度調節は、過熱蒸気熱交換器へ供給する熱量を調節することでも行える。しかし過熱蒸気熱交換器への供給熱量を調節することによって過熱蒸気温度を変更する場合、供給熱量を変更しても過熱蒸気温度の変化が現れるまでに比較的長い時間がかかり、思い通りに制御することができない。これに対し、バイパス蒸気量を調節するのであれば、温度調節の効果は比較的短い時間で現れるため、過熱蒸気温度を思い通りに調節することができる、という利点がある。ただし、バイパス蒸気による温度調節を行う場合、蒸気を必要以上に加熱した後で温度を低下させるということになるため、加熱に要する熱量の一部は無駄なものになるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、過熱蒸気の目標温度に対する追従性は高いものであって、かつ過熱蒸気の加熱に要する熱量の無駄も低減することのできる過熱蒸気装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a superheated steam device that has high followability to the target temperature of the superheated steam and can reduce waste of heat required for heating the superheated steam. .
請求項1に記載の発明は、蒸気を加熱して過熱蒸気とする過熱蒸気熱交換器2、過熱蒸気熱交換器2へ蒸気を供給する蒸気供給配管1、過熱蒸気を過熱蒸気熱交換器2から過熱蒸気使用箇所9へ送る過熱蒸気取り出し配管3、蒸気供給配管1と過熱蒸気取り出し配管3の間をつなぎ過熱蒸気熱交換器2をバイパスして加熱前の蒸気を過熱蒸気取り出し配管3へ送るためのバイパス配管4、過熱蒸気取り出し配管3のバイパス配管接続部より下流側で最終の過熱蒸気温度を検出する最終蒸気温度検出装置5、蒸気供給配管1からバイパス配管4へ送る蒸気量を制御する蒸気供給量制御装置6、過熱蒸気熱交換器2で加熱した直後の過熱蒸気である中間の過熱蒸気温度を検出する中間蒸気温度検出装置7、バイパス配管4へ送る蒸気量と過熱蒸気熱交換器2へ供給する熱量の制御を行う加熱量制御装置10をそれぞれ設けておき、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の目標温度を低下させる場合には、まず最終蒸気温度検出装置5にて検出している最終蒸気温度が目標温度になるように、蒸気供給配管1からバイパス配管4へ送る蒸気量を増加する制御を行うとともに、中間蒸気温度検出装置7で検出している中間蒸気温度が目標温度になるように、過熱蒸気熱交換器2へ供給する熱量を減少する制御を行い、過熱蒸気熱交換器2による過熱蒸気温度の低下に合わせて、一旦増加させていたバイパス配管4への蒸気供給を減少していく制御を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 1 includes a superheated
請求項2に記載の発明は、前記の過熱蒸気装置において、最終的には、中間蒸気温度検出装置7で検出する中間蒸気温度が目標温度に等しくなるように過熱蒸気熱交換器2へ供給する熱量を調節することで、バイパス配管4への蒸気供給をなくす制御を行うことを特徴とする。
The invention according to
本発明を実施することで、過熱蒸気の目標温度が変化した場合には、供給する過熱蒸気の温度を速やかに適正範囲とすることができるものでありながら、過熱蒸気の加熱に要する熱量の無駄も低減することができる。 By implementing the present invention, when the target temperature of the superheated steam changes, the temperature of the superheated steam to be supplied can be quickly adjusted to an appropriate range, but the amount of heat required for heating the superheated steam is wasted. Can also be reduced.
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明を実施する過熱蒸気装置のフロー図、図2は本発明の実施例での加熱量変化の説明図、図3は過熱蒸気熱交換器をバイパスさせる蒸気量で過熱蒸気の温度を調節する場合と、過熱蒸気熱交換器への加熱量で過熱蒸気の温度を調節する場合を比較する図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart of a superheated steam apparatus for carrying out the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of changes in heating amount in the embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which compares the case where adjusting the temperature of superheated steam with the amount of heating to a superheated steam heat exchanger, and the case where it adjusts.
図1に記載しているように、過熱蒸気装置は、過熱蒸気熱交換器2や熱供給装置8などからなる蒸気加熱部と、過熱蒸気熱交換器2へ飽和蒸気を供給し、過熱蒸気を過熱蒸気使用箇所9へ送る蒸気供給経路部からなっている。過熱蒸気熱交換器2へ供給する蒸気は飽和蒸気であり、過熱蒸気熱交換器2に接続した蒸気供給配管1を通じて過熱蒸気熱交換器2へ飽和蒸気を供給する。過熱蒸気熱交換器2から取り出される蒸気は過熱蒸気であり、過熱蒸気熱交換器2に接続した過熱蒸気取り出し配管3を通して過熱蒸気使用箇所9へ過熱蒸気を供給する。蒸気供給配管1の途中には分岐部を設けており、分岐部と過熱蒸気取り出し配管3をつなぐバイパス配管4を接続する。バイパス配管4は、蒸気供給配管1の飽和蒸気を直接過熱蒸気取り出し配管3へ送るものであり、分岐部には過熱蒸気熱交換器2へ送る蒸気量とバイパス配管4へ送る蒸気量を調節する蒸気供給量制御装置6を設ける。蒸気供給量制御装置6としては電動三方弁等を使用することができる。
As shown in FIG. 1, the superheated steam device supplies saturated steam to the steam heating unit including the superheated
過熱蒸気熱交換器2は、図示していない高温ガス発生源と熱供給装置8で発生させた熱によって加熱することで飽和蒸気を過熱蒸気とするものである。ボイラやガスエンジンなどから排出される高温ガスを使用することができる場合、ボイラなどからの高温ガスを過熱蒸気熱交換器2へ供給することで燃料使用量を削減することができる。ボイラなどの排ガスのみでは過熱蒸気熱交換器2に対する熱量が不足する場合には、追い焚き用バーナを併用することになり、本実施例では排ガスによる加熱とバーナによる加熱を併用するようにしている。追い焚き用バーナ併用の場合における加熱量は、排ガスの熱量とバーナによる熱量を合計したものになる。本実施例では以下の説明を簡略化するため、過熱蒸気熱交換器2に対する供給熱は、高温ガス(排ガス及び燃焼ガス)の温度は一定(450℃)であって、高温ガス量を変化させることで熱量が変化するものとしている。
The superheated
過熱蒸気取り出し配管3のバイパス配管4接続部よりも下流側に、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の温度である最終蒸気温度(T1)を検出する最終蒸気温度検出装置5を設ける。過熱蒸気取り出し配管3のバイパス配管4接続部より上流側には、過熱蒸気熱交換器2から取り出された過熱蒸気の温度である中間蒸気温度(T2)を検出する中間蒸気温度検出装置7を設ける。最終蒸気温度検出装置5と中間蒸気温度検出装置7は過熱蒸気の温度を制御する加熱量制御装置10と接続しておき、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の温度制御は、最終蒸気温度及び中間蒸気温度に基づいて加熱量制御装置10が行う。加熱量制御装置10は、過熱蒸気使用箇所9から目標温度が与えられると、最終蒸気温度検出装置5及び中間蒸気温度検出装置7で検出している蒸気温度に基づいて、蒸気供給量制御装置6からバイパス配管4へ送る蒸気量と、過熱蒸気熱交換器2へ送る加熱量を調節し、過熱蒸気の温度を制御する。
A final steam temperature detection device 5 that detects the final steam temperature (T1) that is the temperature of the superheated steam to be supplied to the superheated steam use location 9 is provided on the downstream side of the bypass pipe 4 connection portion of the superheated steam extraction pipe 3. An intermediate steam
最終蒸気温度検出装置5に基づく制御は、最終蒸気温度検出装置5で検出している最終蒸気温度と、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の目標温度との差を小さくするようにPID制御を行う。最終蒸気温度検出装置5で検出している最終蒸気温度が目標温度よりも高い場合には、蒸気供給量制御装置6のバイパス配管4側の開度を大きくし、バイパス配管4へ送る蒸気量を増加することで過熱蒸気の温度を低下させる。最終蒸気温度検出装置5で検出している最終蒸気温度が目標温度よりも低い場合には、蒸気供給量制御装置6のバイパス配管4側の開度を小さくし、バイパス配管4へ送る蒸気量を減少することで過熱蒸気の温度を上昇させる。加熱量制御装置10は、過熱蒸気熱交換器2で加熱することで高温になっている過熱蒸気に対し、バイパス配管4を通して送られてきた加熱していない飽和蒸気を混合することで、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の温度を調節する。
The control based on the final steam temperature detection device 5 is PID control so as to reduce the difference between the final steam temperature detected by the final steam temperature detection device 5 and the target temperature of the superheated steam supplied to the superheated steam use location 9. I do. When the final steam temperature detected by the final steam temperature detection device 5 is higher than the target temperature, the opening degree of the steam supply amount control device 6 on the bypass pipe 4 side is increased, and the amount of steam sent to the bypass pipe 4 is increased. Increase the temperature of the superheated steam. When the final steam temperature detected by the final steam temperature detection device 5 is lower than the target temperature, the opening on the bypass pipe 4 side of the steam supply amount control device 6 is reduced, and the amount of steam sent to the bypass pipe 4 is reduced. Increase the temperature of the superheated steam by decreasing. The heating
また、加熱量制御装置10では、熱供給装置8による熱供給量を調節することによって過熱蒸気の温度を調節することも行っている。加熱量制御装置10は、中間蒸気温度検出装置7で検出している中間蒸気温度と、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の目標温度との差を小さくするように、過熱蒸気熱交換器2へ供給する加熱量を調節するPID制御を行う。中間蒸気温度検出装置7で検出している中間蒸気温度が目標温度よりも高い場合には、過熱蒸気熱交換器2に対する加熱量を減少することで過熱蒸気の温度を低下させる。中間蒸気温度検出装置7で検出している中間蒸気温度が目標温度よりも低い場合には、過熱蒸気熱交換器2に対する加熱量を増加することで過熱蒸気の温度を上昇させる。
The heating
図2は、最終蒸気温度検出装置5で検出する最終蒸気温度、蒸気供給量制御装置6である三方弁の開度割合、中間蒸気温度検出装置7で検出する中間蒸気温度、過熱蒸気熱交換器2に供給する加熱量の変更状況を説明するものである。図2では、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の目標温度は300℃であったが、時刻Aで目標温度が250℃に変更された例における制御状況を示している。
2 shows the final steam temperature detected by the final steam temperature detection device 5, the opening ratio of the three-way valve that is the steam supply amount control device 6, the intermediate steam temperature detected by the intermediate steam
図2での加熱は、図3に記載しているように、120℃の飽和蒸気300kg/hを過熱蒸気とするものである。本実施例では、過熱蒸気熱交換器に450℃の高温ガスを323Nm3/h供給することで、過熱蒸気を300℃とすることができている。また過熱蒸気を250℃とする場合には、過熱蒸気熱交換器に450℃の高温ガスを222Nm3/h又は199Nm3/h供給することになる。最終の温度は同じ250℃である300kg/hの過熱蒸気であっても、過熱蒸気熱交換器で300℃に加熱した217kg/hの過熱蒸気に120℃の飽和蒸気を加えて250℃にする場合と、過熱蒸気熱交換器で300kg/hの蒸気を250℃に加熱する場合では、必要な加熱量が異なる。これは、同じ300kg/h・250℃の過熱蒸気を発生させるとしても、過熱蒸気熱交換器2で多量の蒸気量を少し加温する場合よりも、少量の蒸気を大きく加温する場合の方がより多くの熱量を必要とすることによる。蒸気をより高い温度まで加熱する場合、加熱する高温ガスと加熱される蒸気の温度差は小さくなるため、過熱蒸気熱交換器2による熱交換効率が低くなり、より多くの高温ガスが必要となる。加熱後の蒸気温度が比較的低いものであって、加熱する高温ガスと加熱される蒸気の温度差は大きなものであれば、過熱蒸気熱交換器2による熱交換効率は高くなるために高温ガスの必要量は少なくなる。
In the heating in FIG. 2, saturated steam of 300 kg / h at 120 ° C. is used as superheated steam as described in FIG. In this embodiment, the superheated steam can be brought to 300 ° C. by supplying a high temperature gas of 450 ° C. to the superheated steam heat exchanger at 323 Nm 3 / h. When the superheated steam is set to 250 ° C., a hot gas of 450 ° C. is supplied to the superheated steam heat exchanger at 222 Nm 3 / h or 199 Nm 3 / h. Even if the final temperature is 300 kg / h superheated steam at 250 ° C., 120 ° C. saturated steam is added to 217 kg / h superheated steam heated to 300 ° C. in a superheated steam heat exchanger to 250 ° C. In the case of heating 300 kg / h steam to 250 ° C. with a superheated steam heat exchanger, the required heating amount is different. This means that even if the same superheated steam of 300 kg / h · 250 ° C. is generated, a small amount of steam is heated more greatly than when a large amount of steam is heated slightly in the superheated
図2の場合、当初は図3上側に記載しているように、120℃の飽和蒸気300kg/hを300℃の過熱蒸気300kg/hとしており、蒸気供給量制御装置6を通過する飽和蒸気は全量を過熱蒸気熱交換器2側に供給している。この場合、過熱蒸気熱交換器2へは450℃の高温ガスを323Nm3/h供給すると300℃の過熱蒸気が得られている。時刻Aにおいて、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の目標温度が300℃から250℃に変更されたとすると、加熱量制御装置10では過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気温度が250℃になるように過熱蒸気温度の調節を行う。この時、最終蒸気温度検出装置5で検出している最終蒸気温度は300℃であり、目標とする過熱蒸気温度は250℃であるため、まず蒸気供給量制御装置6の開度を変更することで過熱蒸気の温度を調節する。最終蒸気温度が目標温度よりも高い場合、蒸気供給量制御装置6のバイパス配管4の開度を大きくすることでバイパス配管4へ供給する蒸気量を増加する。時刻Bで図3右下の状態となり、過熱蒸気熱交換器2へ供給する蒸気量を217kg/h、バイパス配管4へ供給する蒸気量を83kg/hとする。300℃に加熱した217kg/hの過熱蒸気と、120℃のままである83kg/hの飽和蒸気を混合すると、過熱蒸気の温度は250℃となる。バイパス配管4を通して供給する蒸気によって温度を低下させる場合、比較的短時刻で温度を低下させることができるため、時刻Aから時刻Bまでの間隔は短くなっている。
In the case of FIG. 2, initially, as described in the upper side of FIG. 3, 300 kg / h of saturated steam at 120 ° C. is set to 300 kg / h of superheated steam at 300 ° C., and the saturated steam passing through the steam supply amount control device 6 is The entire amount is supplied to the superheated
また、加熱量制御装置10では過熱蒸気熱交換器2へ供給する熱量の変更も行う。中間蒸気温度検出装置7で検出している中間蒸気温度は、時刻Aの時点では300℃であり、目標とする過熱蒸気温度は250℃であるため、過熱蒸気熱交換器2へ供給する熱量を減少することで過熱蒸気の温度低下させていく。
The heating
バイパス配管4を通して供給する飽和蒸気によって過熱蒸気の温度を低下させる場合には、比較的短時間で温度変更を行うことができる。しかし、過熱蒸気熱交換器2への供給熱量を変更することによって過熱蒸気の温度を低下させる場合には、比較的長い時間が必要であり、温度の変化は緩やかとなっている。最終蒸気温度は時刻Bの時点で250℃になっているが、過熱蒸気熱交換器2の加熱量を変更は中間蒸気温度検出装置7で検出する中間蒸気温度が目標温度になるまで行うため、時刻B以降も過熱蒸気熱交換器2への加熱量減少を継続して行っている。過熱蒸気熱交換器2への加熱量を減少すると、中間蒸気温度検出装置7にて検出している中間蒸気温度は低下し、時刻Cで中間蒸気温度が目標温度の250℃に達すると、加熱量の減少は終了し、中間蒸気温度は250℃に維持する。
When the temperature of the superheated steam is reduced by saturated steam supplied through the bypass pipe 4, the temperature can be changed in a relatively short time. However, when the temperature of the superheated steam is lowered by changing the amount of heat supplied to the superheated
最終蒸気温度検出装置5で検出している最終蒸気温度は、過熱蒸気熱交換器2で加熱した過熱蒸気とバイパス配管4を通して送られてきた加熱していない飽和蒸気を混合した後の温度であるため、過熱蒸気熱交換器2から取り出される過熱蒸気の温度が低下すればバイパス配管4を通して送っている蒸気量を削減しないと最終蒸気温度を一定に維持することができない。そのため、最終蒸気温度に基づいてバイパス配管4への蒸気量を変更する制御は、時刻Bまではバイパス配管4への蒸気量を増加していたが、時刻Bから時刻Cの間は逆にバイパス配管4への蒸気量を減少していくことになる。最終的には時刻Cで図3左下の状態となり、バイパス配管4への蒸気供給は停止し、過熱蒸気熱交換器2で250℃の過熱蒸気を発生するようにしている。
The final steam temperature detected by the final steam temperature detection device 5 is a temperature after mixing the superheated steam heated by the superheated
同じ120℃・300kg/hの飽和蒸気を250℃・300kg/hの過熱蒸気にする場合であっても、図3左下のように過熱蒸気熱交換器2で250℃・300kg/hの過熱蒸気を発生させた方が、図3右下のように過熱蒸気熱交換器2で300℃・217kg/hの過熱蒸気を発生し、120℃・83kg/hの加熱していない蒸気を混合して250℃・300kg/hの過熱蒸気とするよりも、過熱蒸気熱交換器2に対する加熱量を少なくすることができる。
Even when the same saturated steam at 120 ° C./300 kg / h is used as superheated steam at 250 ° C./300 kg / h, the superheated steam at 250 ° C./300 kg / h in the superheated
本発明では、まずバイパス配管4へ供給する蒸気量を調節し、加熱していない飽和蒸気で過熱蒸気の温度を調節することによって、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の温度変更を短時間で行う。さらに過熱蒸気熱交換器2に対する加熱量を減少させることによって過熱蒸気熱交換器から取り出される過熱蒸気の温度を低下させるにつれて、バイパス配管4を通して供給していた温度調節用の蒸気を減少することによって、過熱蒸気使用箇所9へ供給する過熱蒸気の温度は維持しつつ過熱蒸気熱交換器2に対する熱供給量が最小限になるようにしている。そのため、速やかな過熱蒸気温度の調節と必要熱量の削減を両立させることができている。
In the present invention, first, the amount of steam supplied to the bypass pipe 4 is adjusted, and the temperature of the superheated steam supplied to the superheated steam use location 9 is changed for a short time by adjusting the temperature of the superheated steam with the saturated steam that is not heated. To do. Further, by reducing the amount of heating to the superheated
1 蒸気供給配管
2 過熱蒸気熱交換器
3 過熱蒸気取り出し配管
4 バイパス配管
5 最終蒸気温度検出装置
6 蒸気供給量制御装置
7 中間蒸気温度検出装置
8 熱供給装置
9 過熱蒸気使用箇所
10 加熱量制御装置
1 Steam supply piping
2 Superheated steam heat exchanger
3 Superheated steam extraction piping
4 Bypass piping
5 Final steam temperature detector
6 Steam supply control device
7 Intermediate steam temperature detector
8 Heat supply device
9 Locations where superheated steam is used
10 Heating amount control device
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