JP2010203728A - ボイラおよび濃縮ブロー方法 - Google Patents

Abstract

【課題】濃縮ブローによるブロー水と給水との間で効率的に熱交換が可能ボイラを提供する。
【解決手段】本実施形態に係るボイラ１は、缶体３、気水分離器５、蒸気取出ライン６、降水管７、缶体３に給水するための給水ライン１１、濃縮ブローを行うための濃縮ブローライン１５、給水ライン１１の給水と濃縮ブローライン１５のブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器２０及び制御器３０を備えている。濃縮ブローライン１５には、濃縮ブロー弁１６及びストレーナ１７が設置されており、濃縮ブロー弁１６は、流量を連続的に調整することが可能な電動比例制御弁である。制御器３０は、連続給水及び連続濃縮ブローを行うことで、熱交換器２０において給水とブロー水との間で連続的に熱交換を行わせるように給水ポンプ１２及び濃縮ブロー弁１６を制御する
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を燃焼させて得た熱を水に伝え、水蒸気や温水に換える熱源機器であるボイラに関し、特に、ボイラの濃縮ブローに関する。

一般に、ボイラにおいては、ボイラ内の缶水を長時間に亘り高温で加熱し続けると、発生する蒸気量に比例して缶水の濃縮が進行し、蒸気の乾き度が低下してしまう。蒸気の乾き度が低下してくると、蒸気中にボイラ水が同伴してきてしまい、ボイラ水には種々の成分が含まれているため、蒸気に直接触れる機器にしみ等が付着したり、蒸気配管において振動や異音が発生したりする。

このため、従来のボイラでは、濃縮ブロー弁を備えた濃縮ブローラインをボイラ缶体に接続して設置し、濃縮ブロー弁を開状態としてボイラ水の一部を排出する濃縮ブローにより、ボイラ水の濃縮を防止しており、例えば、このようなボイラが下記特許文献１に開示されている。

また、下記特許文献２には、濃縮ブローを行うボイラにおいて、濃縮ブローによる無駄な廃熱を少なくするために、ボイラ缶体へ供給する給水と、ボイラ缶体から排出されたブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器を設置した構成が開示されている。

特開２００８−２７３９号公報 特開２００２−２２１０６号公報

ところで、従来のボイラにおいては、濃縮ブロー弁として電磁弁が用いられている。電磁弁は、構造上、全開又は全閉の状態しか取り得ないため、電磁弁の開時間を調整する間欠ブロー制御を行うことで、濃縮ブローにより排出されるブロー水の量（濃縮ブロー量）を調節していた。

しかし、間欠的に濃縮ブローが行われる場合、ブロー水が排出されていない間に給水が行われると、給水とブロー水との間で熱交換を行うことができず、濃縮ブローに伴う廃熱を有効に利用することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、濃縮ブローによるブロー水と給水との間で効率的に熱交換が可能なボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るボイラは、缶体と、前記缶体に給水するための給水ラインと、前記缶体からブロー水を排出するための濃縮ブローラインと、前記給水ラインを流れる給水と前記濃縮ブローラインを流れるブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器と、を備えるボイラにおいて、前記給水ラインは、給水を行うための給水ポンプを有し、前記濃縮ブローラインは、ブロー水量を連続して調整可能な比例制御弁を有し、連続濃縮ブローを行うことで、給水中に前記熱交換器において前記給水と前記ブロー水との間で連続的に熱交換を行わせるように前記比例制御弁を制御する制御器を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る濃縮ブロー方法は、缶体と、前記缶体に給水するための給水ラインと、前記缶体からブロー水を排出するための濃縮ブローラインと、前記給水ラインを流れる給水と前記濃縮ブローラインを流れるブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器と、を備えるボイラにおける濃縮ブロー方法において、前記濃縮ブローラインにおいて連続濃縮ブローを行うことで、給水中に前記熱交換器において前記給水と前記ブロー水との間で連続的に熱交換を行わせることを特徴とする。

本発明によれば、濃縮ブローによるブロー水と給水との間で効率的に熱交換が可能となる。

図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るボイラについて説明する。図１は、本実施形態に係るボイラ１の構成を概略的に示す模式図である。同図に示すように、ボイラ１は、缶体３、気水分離器５、蒸気取出ライン６、降水管７、缶体３に給水するための給水ライン１１、濃縮ブローを行うための濃縮ブローライン１５、給水ライン１１の給水と濃縮ブローライン１５のブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器２０及び制御器３０を備えている。

缶体３には、蒸気圧力を測定するための圧力センサ４が設置されており、その検出値は、制御器３０へと送られる。給水ライン１１には、給水ポンプ１２が設置されており、この給水ポンプ１２には、インバータ回路１３が接続されている。インバータ回路１３は、制御器３０と接続されており、インバータ制御のために給水ポンプ１２の回転数を制御器３０へと送信する。給水ポンプ１２は、インバータ回路１３を介して制御器３０によって制御され、インバータ制御による比例（連続）給水を行う。

濃縮ブローライン１５には、濃縮ブロー弁１６及びストレーナ１７が設置されており、濃縮ブロー弁１６は、制御器３０によって制御される。また、本実施形態に係る濃縮ブロー弁１６は、流量を連続的に調整することが可能な電動比例制御弁である。流量を調整できる電動比例制御弁は、流量が少量のときに弁の詰まりが発生しやすいが、本実施形態では、電動比例制御弁である濃縮ブロー弁１６の上流側にストレーナ１７を設置することで、濃縮ブロー弁１６の詰まりを防止している。また、濃色ブロー弁１６の詰まりを防止するために、ストレーナ１７の設置に加え、濃縮ブロー弁１６に備えられるボールバルブを180°回転させて逆洗浄を行うことで濃縮ブロー弁１６の詰まりを防止しても良い。

本実施形態では、濃縮ブローライン１５におけるブロー弁として、連続的に流量可変な濃縮ブロー弁１６を用いることで、ブロー水量を連続的に調整することができる。したがって、従来のように、電磁弁の開時間の制御によりブロー水量を間欠調整する場合には、熱交換器２０をブロー水が流れない場合が生じるのに対して、本実施形態では、連続濃縮ブローにより、熱交換器２０において連続的にブロー水を流すことが可能となる。

上述したように、本実施形態では、インバータ制御により連続給水が行われており、連続濃縮ブローと併せて、ブロー水と給水との間で連続的に熱交換を行うことができ、濃縮ブローに伴う無駄な廃熱を大きく抑えることができる。

続いて、本実施形態における制御器３０による濃縮ブロー弁１６の開度調整ついて詳細に説明する。濃縮ブロー弁１６の開度Ｘ(%)は、機能設定による濃縮ブロー率Ａ(%)（ブロー量と給水量との比率）と、蒸気圧力Ｐ(MPa)による圧力補正係数とから決定され、例えば、下記式により決定される。

したがって、濃縮ブロー率がＡ=20%で、蒸気圧力Ｐ=0.686MPa（7.0kgf/cm²）の場合には、圧力補正係数は1となり、ブロー弁１６の開度Ｘは、100%となる。なお、蒸気圧力Ｐ≦0のときは、P=0.01とし、開度Ｘの上限は、100%である。また、蒸気圧力Ｐは、定期的に（例えば、1分ごと）に測定される。

もちろん、濃縮ブロー弁１６の開度Ｘは、他の算出式を用いても良く、例えば、高燃焼換算時間や給水温度をパラメータとする式を用いても良い。なお、本実施形態では、制御器３０は、給水ライン１１における連続給水が停止した場合には、濃縮ブローによる無駄な廃熱を防ぐために、濃縮ブロー弁１６を閉じるように制御する。

このように、本実施形態においては、濃縮ブロー弁として、流量を連続的に調整できる電動比例制御弁を採用することで、ブロー率に応じた流量による連続的なブロー水の排出が可能となり、連続的に供給される給水とブロー水との間で、効率的に熱交換が可能となる。特に、濃縮ブロー量が少ない領域では、従来の間欠濃縮ブローと比べて、熱損失を大きく抑えることができる。

また、本実施形態によれば、連続的に濃縮ブローを行うことで、従来の間欠濃縮ブローの場合と比べて缶内ボイラ水の電気伝導度の変動を抑えて安定化させることができ、ボイラのメンテナンス性を向上させることもできる。

続いて、本実施形態に係る連続濃縮ブローによる熱交換器における熱回収量と、従来の間欠濃縮ブローによる熱交換器における熱回収量とを比較した試験結果について説明する。なお、上記実施形態では、熱回収率の最も良い連続濃縮ブローと連続給水との組み合わせについて説明したが、給水が間欠給水であったとしても、連続濃縮ブローを採用することで熱回収量を大きく向上させることができるので、本実施形態の変形例として、連続濃縮ブローと間欠給水を組み合わせた場合の試験結果も示した。

下記表１に、本実施形態（連続給水／連続濃縮ブロー）、本実施形態の変形例（間欠給水／連続濃縮ブロー）、比較例１（連続給水／間欠濃縮ブロー）及び比較例２（間欠給水／間欠濃縮ブロー）の熱交換器における熱回収量の試験結果を示す。また、表１では、濃縮ブロー率が5%、10%、15%、20%の場合の熱回収量を示しており、また、比較例２の各濃縮ブロー率における熱回収量を1とした場合の熱回収量を示している。

なお、本試験における間欠濃縮ブローは、濃縮ブロー率が20%の場合には、ブロー弁を常時開、15%の場合には、ブロー弁を7.5分開で2.5分閉、10%の場合には、ブロー弁を5分開で5分閉、5%の場合には、ブロー弁を2.5分開で7.5分閉のサイクルで間欠濃縮ブローを行うものである。

表１に示すように、本実施形態は、比較例２と比較して、全ての濃縮ブロー率において、熱回収量を大きく向上させている。また、本実施形態と比較例１とを比較すると、濃縮ブロー率が20%の場合には、比較例１の場合にも常時電磁弁が開いているため、熱回収量はほぼ同じであるが、その他の濃縮ブロー率の場合には、本実施形態の熱回収量のほうが上回っており、熱回収率が大きく向上している。

また、本実施形態の変形例は、間欠給水であるため、連続給水及び間欠濃縮ブローを行う比較例１と比べると、電磁弁の閉時間の短い濃縮ブロー率15%及び20%において熱回収量が下回っているが、電磁弁の閉時間が長くなる濃縮ブロー率5%及び10%の場合には、熱回収率が大きく上回っていると共に、比較例２と比べると、熱回収率が大きく向上している。

よって、この試験結果により、流量を連続的に調整できる比例制御弁を濃縮ブロー弁として用い、連続濃縮ブローを行う本発明の実施形態によれば、従来の間欠濃縮ブローを行う場合と比べて、熱交換器における熱回収率を大きく向上できることが裏付けられている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ブロー水量を連続的に調整するための弁としては、電動比例制御弁を用いているが、弁を流れる流量を連続的に調整できる比例制御弁であれば、適宜他の弁を用いることができる。

１ ボイラ
３ 缶体
４ 圧力センサ
５ 気水分離器
６ 蒸気取出ライン
７ 降水管
１１ 給水ライン
１２ 給水ポンプ
１３ インバータ回路
１５ 濃縮ブローライン
１６ 濃縮ブロー弁
１７ ストレーナ
２０ 熱交換器
３０ 制御器

Claims (2)

1. 缶体と、前記缶体に給水するための給水ラインと、前記缶体からブロー水を排出するための濃縮ブローラインと、前記給水ラインを流れる給水と前記濃縮ブローラインを流れるブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器と、を備えるボイラにおいて、
   前記給水ラインは、給水を行うための給水ポンプを有し、
   前記濃縮ブローラインは、ブロー水量を連続して調整可能な比例制御弁を有し、
   連続濃縮ブローを行うことで、給水中に前記熱交換器において前記給水と前記ブロー水との間で連続的に熱交換を行わせるように前記比例制御弁を制御する制御器を備えることを特徴とするボイラ。
2. 缶体と、前記缶体に給水するための給水ラインと、前記缶体からブロー水を排出するための濃縮ブローラインと、前記給水ラインを流れる給水と前記濃縮ブローラインを流れるブロー水との間で熱交換を行うための熱交換器と、を備えるボイラにおける濃縮ブロー方法において、
   前記濃縮ブローラインにおいて連続濃縮ブローを行うことで、給水中に前記熱交換器において前記給水と前記ブロー水との間で連続的に熱交換を行わせることを特徴とする濃縮ブロー方法。

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