JP2010053174A - 改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス蒸気温度を制御できる改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法を提供する。
【解決手段】供給プロセス蒸気を蒸気圧縮機２０に供給して昇温昇圧した圧縮プロセス蒸気を蒸発器２７の加熱源として供給し、その残りの圧縮プロセス蒸気を過熱蒸気供給ライン２５によりプロセス蒸気供給ライン２２に戻す前に、水の供給源から注水ライン２９を介して注水して冷却する蒸気圧縮機２０の蒸気温度制御方法であって、圧縮プロセス蒸気の温度と流量から算出される熱量と、注水温度と注水流量から算出される熱量との和に対して、圧縮プロセス蒸気に対して注水した後の圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量から算出される熱量が等しくなるように、注水が流量範囲の異なる複数箇所より圧縮プロセス蒸気に行われ、複数箇所のうちの少なくとも１箇所を常時使用し、注水流量に応じて残りの注水箇所へ分水する分水量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分が多く、発熱量の低い低品位炭を脱水するために油中で加熱して発生した水蒸気および同時に気化した一部の油からなるプロセス蒸気を蒸気圧縮機で昇温昇圧した後、その過熱蒸気を蒸発器や熱交換器等の加熱源として利用するプロセスにおいて、プロセス蒸気の過熱蒸気の減温装置を有する蒸気圧縮機の蒸気温度制御に係り、広範囲な負荷変動に対応し得る改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法に関する。

特許文献１では、脱水後のプロセス蒸気を蒸気圧縮機で昇温昇圧し、その過熱蒸気を加熱源として利用することが開示されている。しかし、過熱蒸気の減温装置を有する蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法に関しては具体的に開示されていない。

過熱蒸気の減温手段としては、一般的にシェルチューブ型熱交換器（以下、クーラー）を用いるプロセスが知られている。図２に示すように、プロセス蒸気をタンク１１に貯留し、そのプロセス蒸気を蒸気圧縮機１２に供給して圧縮することにより昇温昇圧している。そして、昇温昇圧されたプロセス蒸気の温度Ｔ５を制御するために、そのプロセス蒸気の流路をバイパスライン１３とクーラー供給ライン１４とに分岐させ、それぞれのライン１３，１４に制御弁１５，１６を設けている。バイパスライン１３の制御バルブ１５とクーラー供給ライン１４の制御バルブ１６の開度を制御することによりクーラー１７へ供給するプロセス蒸気量を調整している。なお、クーラー１７へは、冷却水が冷却水循環システム１８から常時供給され循環している。

脱水槽の液面レベル変動（レベル制御の精度や発泡の影響などに起因）や石炭に含まれる水分量変動、運転条件変更などにより、プロセス蒸気量が変動し、プロセス蒸気温度Ｔ５が設定値より低くなると、バイパスライン１３の制御バルブ１５が開弁し、クーラー供給ライン１４の制御バルブ１６が閉弁することにより、プロセス蒸気はクーラー１７をバイパスするようにされている。しかしながら、クーラー１７内部は冷却水によって冷却されているため、クーラー１７内圧力はプロセス蒸気圧力よりも負圧となっている。そのため、プロセス蒸気がクーラー１７内部へ逆流して凝縮されてしまうことで、過熱蒸気の温度制御が不安定となっている。その結果、プロセス蒸気の過熱蒸気を加熱源として安定的に利用できず、脱水性能に影響を及ぼす可能性があることが問題点として挙げられていた。

また、特許文献２及び特許文献３で開示されているように、デスーパーヒーターと呼ばれる蒸気中に液体の水を注入する装置を用いた蒸気温度制御手段があるが、それらの制御方法はやや複雑であり、より容易で、かつ、精度よく制御できる手段が望まれていた。
特許２７７６２７８号公報 特開平１１−１８２８０８号公報 特開２００５−３４４９９９号公報

本発明は、種々の要因によって、プロセス蒸気量やその組成、温度が大きく変動した場合においても、プロセス蒸気温度を容易かつ精度よく、安定的に制御できる改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法は、低品位炭を脱水して発生した水蒸気を有する供給プロセス蒸気をプロセス蒸気供給ラインを介して蒸気圧縮機に供給し、前記蒸気圧縮機で昇温昇圧した圧縮プロセス蒸気を蒸発器や熱交換器等の加熱源として供給し、供給されなかった残りの前記圧縮プロセス蒸気を過熱蒸気供給ラインにより前記プロセス蒸気供給ラインに戻す前に、水の供給源から注水ラインを介して注水して冷却する蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法であって、前記圧縮プロセス蒸気の温度と流量から算出される前記圧縮プロセス蒸気の熱量と、注水温度と注水流量から算出される熱量との和に対して、前記圧縮プロセス蒸気に対して噴霧により注水した後の前記圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量から算出される熱量が等しくなるように、前記注水が流量範囲の異なる複数箇所より前記圧縮プロセス蒸気に行われ、前記複数箇所のうちの少なくとも１箇所を常時使用し、前記注水流量に応じて残りの前記注水箇所へ分水する分水量を制御するようにしている。

前記供給プロセス蒸気の温度から前記混合蒸気の温度を減じたものが１℃より小さくなる場合には、前記圧縮プロセス蒸気を前記供給プロセス蒸気に戻して混合し、前記圧縮プロセス蒸気の供給量を制御することが好ましい。

前記圧縮プロセス蒸気に注水する水が前記圧縮プロセス蒸気の過熱蒸気の凝縮水であることが好ましい。

本発明の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御装置は、低品位炭を脱水して発生した水蒸気を有するプロセス蒸気供給ラインから供給された供給プロセス蒸気を貯留するタンクと、前記タンクから供給される前記供給プロセス蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、前記蒸気圧縮機で圧縮した圧縮プロセス蒸気中の過熱蒸気を前記プロセス蒸気供給ラインに供給する過熱蒸気供給ラインと、前記過熱蒸気供給ラインの第１分岐部から分岐して、前記タンクと前記蒸気圧縮機とを連通させるサクションラインに第１制御弁を介して連通するバイパスラインと、前記過熱蒸気供給ラインに設けられた第２分岐部から分岐して設けられた蒸発器と、前記蒸発器と連通し、前記第２分岐部よりも下流で接続される注水ラインと、前記注水ラインに介設された前記注水ラインの注水量を制御する第２制御弁と、前記第２制御弁の下流で分岐する少なくとも１個のスプレーノズルが設けられた常時全開使用ラインと、第３制御弁により分水が制御され、前記スプレーノズルと流量範囲の異なる少なくとも１個のスプレーノズルが設けられた分水制御ラインと、を有する前記圧縮プロセス蒸気の温度を制御する蒸気温度制御手段と、前記サクションラインにおける前記供給プロセス蒸気の温度を検出する第１センサと、前記過熱蒸気供給ラインにおける前記圧縮プロセス蒸気の温度と流量を前記蒸気圧縮機と前記第１分岐部の間で検出する第２センサと、前記注水ラインにおける注水温度と注水流量を検出する第３センサと、前記蒸気温度制御手段により、前記圧縮プロセス蒸気に対して前記水を噴霧した後の前記圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量を検出する第４センサと、前記第１センサ、前記第２センサ、前記第３センサ及び前記第４センサでの検出値が送信され、前記検出値が処理された処理値に基づき前記第１制御弁、前記第２制御弁及び前記第３制御弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段の処理により、前記第２センサで検出された前記過熱蒸気供給ラインにおける前記圧縮プロセス蒸気の前記温度と前記流量から算出される熱量と、前記第３センサで検出された前記注水ラインにおける前記注水温度と前記注水流量から算出される熱量との和に対して、前記第４センサで検出された前記混合蒸気の前記温度と前記流量から算出される熱量が等しくなるように前記蒸気温度制御手段が、前記常時全開使用ラインと、前記注水流量に応じて前記分水制御ラインとに制御して前記水を分水するようにしている。

第２センサで検出された過熱蒸気供給ラインにおける圧縮プロセス蒸気の温度と流量から算出される圧縮プロセス蒸気の熱量と、第３センサで検出された注水ラインにおける注水温度と注水流量から算出される水の熱量との和に対して、第４センサで検出された圧縮プロセス蒸気に対して水を噴霧した後の圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量から算出される熱量が等しくなるように制御手段が第１制御弁、第２制御弁、第３制御弁及び第４制御弁の開閉を制御する。蒸気温度制御手段は、少なくとも１個のスプレーノズルを常時全開使用し、残りのスプレーノズルを注水ラインにおける注水流量に応じて使用することができる。これにより、蒸気温度制御手段に供給される水の量を正確に制御することができ、その結果、プロセス蒸気温度を正確に制御することができる。

本発明により、種々の要因によって、プロセス蒸気量やその組成、温度が大きく変動した場合においても、プロセス蒸気温度を容易かつ精度よく、安定的に制御できる。そして、安定的に制御されたプロセス蒸気を蒸発器等の加熱源として利用することで、脱水性能の安定性に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明にかかる改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機２０の蒸気温度制御方法に使用する蒸気温度制御装置２１の概略を示す。蒸気温度制御装置２１は、プロセス蒸気供給ライン２２、タンク２３、サクションライン２４、蒸気圧縮機２０、過熱蒸気供給ライン２５、バイパスライン２６、蒸発器２７、ポンプ２８、注水ライン２９、蒸気温度制御装置（蒸気温度制御手段）３０、制御装置（制御手段）３１、第１センサ３４、第２センサ３５、第３センサ３６、第４センサ３７、第１制御弁３８からなっている。

供給プロセス蒸気の供給元（図示せず）では、水分が多く、発熱量の低い低品位炭を脱水するために油中で加熱することにより、水蒸気および同時に気化した一部の油からなる供給プロセス蒸気が発生する。

プロセス蒸気供給ライン２２により供給プロセス蒸気の供給元（図示せず）とタンク２３とは連通している。タンク２３には、供給プロセス蒸気が貯留される。タンク２３の出口と蒸気圧縮機２０の吸込口３９とはサクションライン２４により連通している。蒸気圧縮機２０の吸込口３９付近には、温度Ｔ４を検出する第１センサ３４が設けられている。第１センサ３４は、制御装置３１と接続されている。蒸気圧縮機２０には、吸込口３９と吐出口４０が設けられている。蒸気圧縮機２０の吐出口４０とプロセス蒸気供給ライン２２とは、過熱蒸気供給ライン２５により連通している。蒸気圧縮機２０の吐出口４０付近には、圧縮プロセス蒸気の温度と流量を検出する第２センサ３５が設けられている。第２センサ３５は、制御装置３１と接続されている。過熱蒸気供給ライン２５の第２センサ３５の下流側には、第１分岐部４１が設けられ、第１分岐部４１とサクションライン２４の第１センサ３４より上流側とは、第１制御弁３８を介してバイパスライン２６により連通している。第１制御弁３８は、制御装置３１と接続されている。過熱蒸気供給ライン２５の第１分岐部４１より下流側には、第２分岐部４３が設けられている。第２分岐部４３から分岐するラインは、蒸発器２７と連通している。蒸発器２７の出口とポンプ２８とは配管により連通している。ポンプ２８の出口と、過熱蒸気供給ライン２５の第２分岐部４３より下流側とは、注水ライン２９により連通している。注水ライン２９には、注水温度と注水流量を検出する第３センサ３６が設けられている。第３センサ３６は、制御装置３１と接続されている。注水ライン２９の第３センサ３６より下流側には、蒸気温度制御装置３０が設けられている。蒸気温度制御装置３０は、常時全開使用ライン５１、分水制御ライン５２、第２制御弁５３、第３制御弁５４、常時全開使用スプレーノズル（小流量用）５５、分水制御スプレーノズル（大流量用）５６で構成されている。注水ライン２９において、蒸気温度制御装置３０の第３センサ３６に最も近い位置には、第２制御弁５３が設けられている。第２制御弁５３は、制御装置３１と接続されている。第２制御弁５３より下流側では、常時全開使用ライン５１と分水制御ライン５２に分岐している。常時全開使用ライン５１には、１個の常時全開使用スプレーノズル５５が接続されている。分水制御ライン５２には、第３制御弁５４を介して常時全開使用スプレーノズル５５とは流量範囲の異なる１個の分水制御スプレーノズル５６が接続されている。第３制御弁５４は、制御装置３１と接続されている。過熱蒸気供給ライン２５と注水ライン２９とは噴霧部５７で接続されている。噴霧部５７では、蒸気温度制御装置３０の常時全開使用スプレーノズル５５と流量範囲の異なる分水制御スプレーノズル５６から過熱蒸気供給ライン２５へ注水できるようになっている。過熱蒸気供給ライン２５の、噴霧部５７の下流側には、蒸気温度制御装置３０により、圧縮プロセス蒸気に対して水を噴霧した後の圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量を検出する第４センサ３７が設けられている。第４センサ３７は、制御手段３１と接続されている。

次に、前記構成の蒸気温度制御装置２１を使用する本発明の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機２０の蒸気温度制御方法を図１により説明する。本発明の改質褐炭プロセスにおいては、供給プロセス蒸気の供給元（図示せず）で発生した供給プロセス蒸気は、タンク２３に供給され、タンク２３からサクションライン２４を通じて蒸気圧縮機２０の吸込口３９に供給される。供給された供給プロセス蒸気は、蒸気圧縮機２０で昇温昇圧された後、蒸気圧縮機２０の吐出口４０から過熱蒸気供給ライン２５に吐出される。過熱蒸気供給ライン２５に供給された圧縮プロセス蒸気は、第２分岐部４３から蒸発器２７へと供給され、蒸発器２７の加熱源として利用される。蒸発器２７では、圧縮プロセス蒸気の過熱蒸気が加熱源として熱を放出すると温度が下がり、圧縮プロセス蒸気中で保持することができなくなった水蒸気が凝縮して凝縮水となり下方から排出される。その凝縮水はポンプ２８によって注水ライン２９に汲み出され蒸気温度制御装置３０に供給される。

本実施形態では、蒸発器２７や熱交換器等の加熱源として供給される圧縮プロセス蒸気の過熱蒸気の温度を制御するために、過熱蒸気供給ライン２５と蒸気温度制御装置３０が共有する噴霧部５７において、蒸気温度制御装置３０に供給された液体の水がスプレーノズル５５，５６を通して噴霧される。噴霧された水は過熱蒸気から熱を奪い、水蒸気になる。換言すれば、過熱蒸気は、噴霧された水が水蒸気になることにより熱を奪われ冷却される。噴霧部５７における噴霧量を制御することにより、過熱蒸気の温度を所望の温度まで減温することができる。

水の噴霧は、制御装置３１が、第２センサ３５、第３センサ３６及び第４センサ３７から送信された検出値を処理し、それらの処理値に基づいて蒸気温度制御装置３０の第２制御弁５３及び第３制御弁５４の開閉を行うことにより制御される。具体的には、第２センサ３５で検出された過熱蒸気供給ライン２５における圧縮プロセス蒸気の温度Ｔ１と流量Ｆ１から算出される圧縮プロセス蒸気の熱量と注水ライン２９における注水温度Ｔ２と注水流量Ｆ２から算出される水の熱量との和に対して、噴霧部５７での圧縮プロセス蒸気に水を噴霧した後、第４センサ３７で検出された圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度Ｔ３と流量Ｆ３から算出される熱量が等しくなるように第２制御弁５３及び第３制御弁５４の開閉が制御される。第２制御弁５３の開閉は、蒸気温度制御装置３０の噴霧部５７への水の噴霧の実行又は不実行により制御される。第３制御弁５４の開閉は、蒸気温度制御装置３０に注水される注水流量によって次のように制御される。第２制御弁５３が開弁されると、常時全開使用ライン５１には必ず注水され、分水制御ライン５２には、注水ライン２９の注水流量が、常時全開使用ライン５１の常時全開使用スプレーノズル５５から噴霧可能な水量を超える場合にのみ、第３制御弁５４が開弁されて注水される。第３制御弁５４の開弁量は、分水制御ライン５２への分水量に応じて制御される。このような制御により、常時全開使用スプレーノズル５５と、分水制御スプレーノズル５６から水を噴霧することができ、種々の要因によって、プロセス蒸気量やその組成、温度が大きく変動した場合においても、安定的にプロセス蒸気温度を制御することができる。そして、安定的に制御されたプロセス蒸気を蒸発器等の加熱源として利用することで、脱水性能の安定性に寄与することができる。

蒸気圧縮機２０のサクションライン２４の供給プロセス蒸気の温度Ｔ４から混合蒸気の温度Ｔ３を減じたものが１℃より小さくなる場合には、バイパスライン２６の第１制御弁３８を開弁する。これにより、蒸気圧縮機２０に供給される供給プロセス蒸気の温度が所望の温度より下がり過ぎる前に、高温の圧縮プロセス蒸気が吐出された過熱蒸気供給ライン２５から圧縮プロセス蒸気を供給して蒸気圧縮機２０のサクションライン２４の供給プロセス蒸気の温度低下を回避し、蒸気圧縮機２０での圧縮による昇温昇圧に、より多くの時間を要することを回避することができる。バイパスライン２６の第１制御弁３８により、蒸発器２７や熱交換器等への圧縮プロセス蒸気の過熱蒸気の供給量を制御することができる。

本発明の実施形態では、常時全開使用スプレーノズル５５と流量範囲の異なる分水制御スプレーノズル５６の２つのスプレーノズル５５，５６を使用したものを例として示したが、これだけに限定されず、複数個のスプレーノズル５５，５６によって注水してもよい。その場合、常時全開使用ライン５１及び分水制御ライン５２は、それぞれが１本ずつであっても、それぞれが複数本ずつであっても、又は一方が１本で他方が複数本であってもいずれでもよい。

本発明にかかる改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法に使用する蒸気温度制御装置の概略図。 従来の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法に使用する蒸気温度制御装置の概略図。

符号の説明

２０ 蒸気圧縮機
２１ 蒸気温度制御装置
２２ プロセス蒸気供給ライン
２３ タンク
２４ サクションライン
２５ 過熱蒸気供給ライン
２６ バイパスライン
２７ 蒸発器
２８ ポンプ
２９ 注水ライン
３０ 蒸気温度制御装置
３１ 制御装置
３４ 第１センサ
３５ 第２センサ
３６ 第３センサ
３７ 第４センサ
３８ 第１制御弁
３９ 吸込口
４０ 吐出口
４１ 第１分岐部
４３ 第２分岐部
５１ 常時全開使用ライン
５２ 分水制御ライン
５３ 第２制御弁
５４ 第３制御弁
５５ 常時全開使用スプレーノズル
５６ 分水制御スプレーノズル
５７ 噴霧部

Claims (4)

1. 低品位炭を脱水して発生した水蒸気を有する供給プロセス蒸気をプロセス蒸気供給ラインを介して蒸気圧縮機に供給し、前記蒸気圧縮機で昇温昇圧した圧縮プロセス蒸気を蒸発器や熱交換器等の加熱源として供給し、供給されなかった残りの前記圧縮プロセス蒸気を過熱蒸気供給ラインにより前記プロセス蒸気供給ラインに戻す前に、水の供給源から注水ラインを介して注水して冷却する蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法であって、
   前記圧縮プロセス蒸気の温度と流量から算出される前記圧縮プロセス蒸気の熱量と、注水温度と注水流量から算出される熱量との和に対して、前記圧縮プロセス蒸気に対して噴霧により注水した後の前記圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量から算出される熱量が等しくなるように、前記注水が流量範囲の異なる複数箇所より前記圧縮プロセス蒸気に行われ、前記複数箇所のうちの少なくとも１箇所を常時使用し、前記注水流量に応じて残りの前記注水箇所へ分水する分水量を制御することを特徴とする改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法。
2. 前記供給プロセス蒸気の温度から前記混合蒸気の温度を減じたものが１℃より小さくなる場合には、前記圧縮プロセス蒸気を前記供給プロセス蒸気に戻して混合し、前記圧縮プロセス蒸気の供給量を制御することを特徴とする請求項１に記載の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法。
3. 前記圧縮プロセス蒸気に注水する水が前記圧縮プロセス蒸気の過熱蒸気の凝縮水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御方法。
4. 低品位炭を脱水して発生した水蒸気を有するプロセス蒸気供給ラインから供給された供給プロセス蒸気を貯留するタンクと、
   前記タンクから供給される前記供給プロセス蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、
   前記蒸気圧縮機で圧縮した圧縮プロセス蒸気中の過熱蒸気を前記プロセス蒸気供給ラインに供給する過熱蒸気供給ラインと、
   前記過熱蒸気供給ラインの第１分岐部から分岐して、前記タンクと前記蒸気圧縮機とを連通させるサクションラインに第１制御弁を介して連通するバイパスラインと、
   前記過熱蒸気供給ラインに設けられた第２分岐部から分岐して設けられた蒸発器と、
   前記蒸発器と連通し、前記第２分岐部よりも下流で接続される注水ラインと、
   前記注水ラインに介設された前記注水ラインの注水量を制御する第２制御弁と、前記第２制御弁の下流で分岐する少なくとも１個のスプレーノズルが設けられた常時全開使用ラインと、第３制御弁により分水が制御され、前記スプレーノズルと流量範囲の異なる少なくとも１個のスプレーノズルが設けられた分水制御ラインと、を有する前記圧縮プロセス蒸気の温度を制御する蒸気温度制御手段と、
   前記サクションラインにおける前記供給プロセス蒸気の温度を検出する第１センサと、
   前記過熱蒸気供給ラインにおける前記圧縮プロセス蒸気の温度と流量を前記蒸気圧縮機と前記第１分岐部の間で検出する第２センサと、
   前記注水ラインにおける注水温度と注水流量を検出する第３センサと、
   前記蒸気温度制御手段により、前記圧縮プロセス蒸気に対して前記水を噴霧した後の前記圧縮プロセス蒸気と水蒸気からなる混合蒸気の温度と流量を検出する第４センサと、
   前記第１センサ、前記第２センサ、前記第３センサ及び前記第４センサでの検出値が送信され、前記検出値が処理された処理値に基づき前記第１制御弁、前記第２制御弁及び前記第３制御弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段の処理により、前記第２センサで検出された前記過熱蒸気供給ラインにおける前記圧縮プロセス蒸気の前記温度と前記流量から算出される熱量と、前記第３センサで検出された前記注水ラインにおける前記注水温度と前記注水流量から算出される熱量との和に対して、前記第４センサで検出された前記混合蒸気の前記温度と前記流量から算出される熱量が等しくなるように前記蒸気温度制御手段が、前記常時全開使用ラインと、前記注水流量に応じて前記分水制御ラインとに制御して前記水を分水することを特徴とする改質褐炭プロセスにおける蒸気圧縮機の蒸気温度制御装置。

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