JP2015087043A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】熱の利用効率をより向上させられるボイラシステムを提供すること。【解決手段】蒸気を生成する缶体１１を有し、生成された蒸気を負荷機器２０に供給するボイラ１０と、負荷機器２０が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンク３０と、ドレンタンク３０とボイラ１０とを接続しドレンタンク３０に収容されたドレンをボイラ１０に給水する第１ドレン供給ラインＬ３と、ボイラ１０に供給される燃焼用空気を加熱する空気加熱器１４と、ドレンタンク３０に収容されたドレンから発生したフラッシュ蒸気を空気加熱器１４に供給するフラッシュ蒸気供給ラインＬ７と、を備えるクローズドタイプのボイラシステム１。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳細には、負荷機器から排出されるドレンを、大気に開放することなく回収してボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムに関する。

従来、ボイラによって生成された蒸気を負荷機器に供給し、負荷機器において熱源として使用された蒸気が凝縮して発生するドレンを、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクに高温・高圧の状態で回収して、再度ボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１０５４４２号公報

ところで、ドレンタンクの内部では、ドレンの圧力の低下に起因してフラッシュ蒸気が発生する。ドレンタンクの内部において発生したフラッシュ蒸気は、外部に放出される。ここで、このフラッシュ蒸気を、ボイラに供給する補給水を貯留する大気開放されたオープンタンクに導入してフラッシュ蒸気が保有する熱を回収することが行われている。しかしながら、ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気をオープンタンクに導入した場合、オープンタンクに貯留される補給水の温度が１００℃を超えてしまい、フラッシュ蒸気が保有する熱を十分に回収できない場合があった。

従って、本発明は、熱の利用効率をより向上させられるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、蒸気を生成する缶体を有し、生成された蒸気を負荷機器に供給するボイラと、前記負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに給水する第１ドレン供給ラインと、前記ボイラに供給される燃焼用空気を加熱する空気加熱器と、前記ドレンタンクに収容されたドレンから発生したフラッシュ蒸気を前記空気加熱器に供給するフラッシュ蒸気供給ラインと、を備えるクローズドタイプのボイラシステムに関する。

また、ボイラシステムは、大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、前記空気加熱器と前記オープンタンクとを接続し、該空気加熱器で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンを前記オープンタンクに返送する返送ラインと、前記返送ラインに配置されるドレン貯留タンクと、前記返送ラインにおける前記ドレン貯留タンクの下流側に配置されるスチームトラップと、を更に備えることが好ましい。

また、ボイラシステムは、大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、前記空気加熱器と前記オープンタンクとを接続し、該空気加熱器で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンを前記オープンタンクに返送する返送ラインと、前記返送ラインに配置されるドレン貯留タンクと、前記返送ラインにおける前記ドレン貯留タンクの下流側に配置される返送ポンプと、を更に備えることが好ましい。

本発明のボイラシステムによれば、熱の利用効率をより向上させられる。

本発明の第１実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明のボイラシステムは、図１に示すように、負荷機器２０において発生したドレンを、耐圧性を有する密閉型のタンクに高温高圧の状態で回収して、このドレンをボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムである。

まず、第１実施形態のボイラシステム１について説明する。
第１実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、ボイラ１０と、ドレンタンク３０と、オープンタンク４０とを備える。

また、ボイラシステム１は、これらの機器を接続し、蒸気又は水が流通する複数のライン、これら複数のラインを開閉させる複数の弁、所定のラインに配置される複数のポンプ、及びこれら複数の弁や複数のポンプ等の動作を制御する制御装置（図示せず）を備える。具体的には、ボイラシステム１は、ラインとして、第１蒸気供給ラインＬ１と、ドレン回収ラインＬ２と、第１ドレン供給ラインＬ３と、第２蒸気供給ラインＬ４と、補給水ラインＬ５と、第１ドレン循環ラインＬ６と、フラッシュ蒸気供給ラインＬ７と、返送ラインＬ８と、を備える。

ボイラ１０は、蒸気を生成する缶体１１と、この缶体１１に燃焼用空気を送り込む送風機１２と、送風機１２と缶体１１とを接続し燃焼用空気が流通する給気ダクト１３と、給気ダクト１３に配置され燃焼用空気を加熱する空気加熱器１４と、缶体１１で生成された蒸気が集合される蒸気ヘッダ１６と、缶体１１と蒸気ヘッダ１６とを連結する連結管１７と、連結管１７に配置され缶体１１で生成された蒸気に含まれる水分を分離する気液分離器１８と、を備える。

以上のボイラ１０によれば、まず、缶体１１には、給水としてのドレンが供給される。また、缶体１１には、送風機１２から送り込まれた燃焼用空気が給気ダクト１３を通って供給されると共に、燃料が燃料供給ライン１５から供給され、燃料が燃焼される。ここで、燃焼用空気は、空気加熱器１４によって加熱されてから缶体１１に供給される。空気加熱器１４による熱交換の詳細については、後述する。

缶体１１に供給されたドレンは燃料の燃焼により加熱され、ドレンから蒸気が生成される。缶体１１で生成された蒸気中に含まれる水分は、気液分離器１８により除去され、水分が除去された蒸気が連結管１７を介して蒸気ヘッダ１６に集められる。
蒸気ヘッダ１６に集められた蒸気は、蒸気使用設備である負荷機器２０に供給される。

負荷機器２０は、ボイラ１０で発生した蒸気を熱源として利用し、加熱対象物との間で熱交換を行う。
ドレンタンク３０は、負荷機器２０において熱交換に用いられた蒸気の一部が凝集して生じるドレンを回収して収容する。このドレンタンク３０は、耐圧性を有し密閉可能な圧力容器により構成される。

オープンタンク４０は、大気に開放されている。このオープンタンク４０は、ボイラ１０に供給される補給水を貯留する。また、オープンタンク４０には、ドレンタンク３０においてドレンから発生したフラッシュ蒸気が導入される。

第１蒸気供給ラインＬ１は、蒸気ヘッダ１６と負荷機器２０とを接続し、ボイラ１０で生成された蒸気を負荷機器２０に供給する。
ドレン回収ラインＬ２は、負荷機器２０とドレンタンク３０とを接続し、負荷機器２０で発生したドレンをドレンタンク３０に供給する。このドレン回収ラインＬ２には、負荷機器２０において発生したドレンを排出し、かつ、蒸気の排出を防ぐスチームトラップ２１、逆止弁２２及びモータバルブ２３が配置される。

第１ドレン供給ラインＬ３は、ドレンタンク３０とボイラ１０とを接続し、ドレンタンク３０に収容されたドレンをボイラ１０に供給する。第１実施形態では、第１ドレン供給ラインＬ３の上流側の端部は、ドレンタンク３０の下部に接続される。また、第１ドレン供給ラインＬ３の下流側は、缶体１１の下部に接続される。

以上の第１ドレン供給ラインＬ３には、ドレンポンプ３１及びドレン供給弁３２が配置される。
ドレンポンプ３１は、ドレンタンク３０から供給されたドレンを昇圧してボイラ１０に供給する。ドレン供給弁３２は、モータバルブにより構成される。

第２蒸気供給ラインＬ４は、蒸気ヘッダ１６とドレンタンク３０とを接続する。この第２蒸気供給ラインＬ４は、ボイラ１０で生成された蒸気をドレンタンク３０に供給し、ドレンタンク３０の内部の圧力を調節する。第２蒸気供給ラインＬ４には、圧力調整弁４１及びモータバルブ４２が配置される。

補給水ラインＬ５は、オープンタンク４０とドレンタンク３０とを接続し、オープンタンク４０に貯留された水をドレンタンク３０に供給する。補給水ラインＬ５には、ポンプ５１が配置されている。

第１ドレン循環ラインＬ６は、第１ドレン供給ラインＬ３とドレンタンク３０とを接続する。より具体的には、第１ドレン循環ラインＬ６の上流側（基端側）の端部は、第１ドレン供給ラインＬ３におけるドレンポンプ３１とドレン供給弁３２との間に接続される。第１ドレン循環ラインＬ６の下流側の端部は、ドレンタンク３０の上部に接続されるラインと、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインとに分岐している。ドレンタンク３０の上部に接続されるラインには、モータバルブ６１が配置され、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインには、オリフィス６２が配置される。

第１ドレン循環ラインＬ６は、第１ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部又は全部を、ドレンタンク３０に戻す。より詳細には、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインからは、ドレンタンク３０の液相部にドレンが循環され、ドレンタンク３０の上部に接続されるラインからは、ドレンタンク３０の気相部にドレンが循環される。この第１ドレン循環ラインＬ６では、液相部に循環されるドレンの流量を、オリフィス６２により調整してドレンタンク３０に貯留されるドレンの温度を均一化させつつ、気相部に循環させるドレンにより、ドレンタンク３０の内部で発生するフラッシュ蒸気を回収している。

フラッシュ蒸気供給ラインＬ７は、ドレンタンク３０と空気加熱器１４とを接続し、ドレンタンク３０で発生したフラッシュ蒸気を空気加熱器１４に供給する。このフラッシュ蒸気供給ラインＬ７には、圧力調整弁７１が配置されている。圧力調整弁７１は、ドレンタンク３０の内部の圧力が所定の圧力を超えた場合に、フラッシュ蒸気を空気加熱器１４側に逃がして、ドレンタンク３０の内部の圧力を低下させる。フラッシュ蒸気供給ラインＬ７を通じて空気加熱器１４に供給されたフラッシュ蒸気は、給気ダクト１３を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行い、燃焼用空気を加熱する。

返送ラインＬ８は、空気加熱器１４とオープンタンク４０とを接続し、空気加熱器１４で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンをオープンタンク４０に返送する。この返送ラインＬ８には、ドレン貯留タンク８１と、スチームトラップ８２と、が配置される。

ドレン貯留タンク８１は、空気加熱器１４においてフラッシュ蒸気から生じたドレンを貯留する。
スチームトラップ８２は、ドレン貯留タンク８１の下流側に配置される。このスチームトラップ８２は、返送ラインＬ８を流通するドレン及びフラッシュ蒸気のうちのドレンのみを下流側に流通させ、フラッシュ蒸気の下流側への流通を防ぐ。

次に、第１実施形態のボイラシステム１の動作について説明する。
第１実施形態では、まず、ボイラ１０において蒸気が生成される。具体的には、まず、燃焼用空気が給気ダクト１３から供給されて燃料供給ライン１５から供給される燃料と混合され、缶体１１の内部で燃焼される。次いで、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスにより、缶体１１に供給された給水（ドレン）から蒸気が生成される。缶体１１で生成された蒸気は、気液分離器１８において水分が分離された後、連結管１７を介して蒸気ヘッダ１６に供給される。
蒸気ヘッダ１６に供給された蒸気は、負荷機器２０において利用された後ドレンとなり、高温高圧の状態でドレンタンク３０に貯留される。そして、ドレンタンク３０に貯留されたドレンは、第１ドレン供給ラインＬ３を通ってボイラ１０に給水として供給される。

また、第１ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部は、第１ドレン循環ラインＬ６を通ってドレンタンク３０に返送される。
一方、ドレンタンク３０において発生したフラッシュ蒸気は、フラッシュ蒸気供給ラインＬ７を通じて空気加熱器１４に供給され、空気加熱器１４において燃焼用空気との間で熱交換を行い燃焼用空気を加熱する。

空気加熱器１４において燃焼用空気との間で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンは、返送ラインＬ８を通ってオープンタンク４０に返送される。より詳細には、フラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンは、まず、ドレン貯留タンク８１に貯留される。次いで、ドレン貯留タンク８１に貯留されたドレンは、スチームトラップ８２を通じてオープンタンク４０側に流通し、オープンタンク４０に収容される。ここで、第１実施形態では、ドレン貯留タンク８１の下流側にスチームトラップ８２を配置している。これにより、スチームトラップ８２の上流側と下流側で生じる圧力差を利用してドレンをオープンタンク４０に返送できる。よって、別途エネルギを用いることなくドレンをオープンタンク４０に返送できる。

以上説明した第１実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラシステム１を、ドレンタンク３０において発生したフラッシュ蒸気を空気加熱器１４に供給するフラッシュ蒸気供給ラインＬ７を含んで構成した。これにより、フラッシュ蒸気が保有する熱を燃焼用空気の加熱に用いることで、フラッシュ蒸気の温度を低下させてドレン化できる。よって、フラッシュ蒸気が保有する熱を外部に放出することを抑制できるので、ボイラシステム１の熱の利用効率を向上させられる。

（２）ボイラシステム１を、オープンタンク４０と、空気加熱器１４で熱交換を行ったフラッシュ蒸気から生じるドレンをオープンタンク４０に返送する返送ラインＬ８と、この返送ラインＬ８に配置されるドレン貯留タンク８１と、ドレン貯留タンク８１の下流側に配置されるスチームトラップ８２と、を含んで構成した。これにより、スチームトラップ８２の上流側と下流側で生じる圧力差を利用してドレンをオープンタンク４０に返送できる。よって、別途エネルギを用いることなくドレンをオープンタンク４０に返送できる。

次に、本発明の第２実施形態に係るボイラシステム１Ａについて、図２を参照しながら説明する。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態のボイラシステム１Ａは、返送ラインＬ８に、スチームトラップ８２に代えて返送ポンプ８３が配置されている点で第１実施形態と異なる。即ち、第２実施形態においては、返送ラインＬ８を流通するドレン（ドレン貯留タンク８１に貯留されたドレン）は、返送ポンプ８３によって、オープンタンク４０に返送される。

第２実施形態のボイラシステム１Ａによれば、上述の（１）の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。

（３）ボイラシステム１Ａを、オープンタンク４０と、空気加熱器１４で熱交換を行ったフラッシュ蒸気から生じるドレンをオープンタンク４０に返送する返送ラインＬ８と、この返送ラインＬ８に配置されるドレン貯留タンク８１と、ドレン貯留タンク８１の下流側に配置される返送ポンプ８３と、を含んで構成した。これにより、ドレン貯留タンク８１に貯留されるドレンの圧力が低い場合（例えば、ドレンの温度が１００℃以下の場合）であっても、返送ポンプ８３によりドレンを昇圧してオープンタンク４０に好適に返送できる。

以上、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、ボイラシステム１，１Ａを、一台のボイラ１０により構成したが、これに限らない。即ち、ボイラシステムを、複数台のボイラを含んで構成してもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、補給水ラインＬ５を、オープンタンク４０とドレンタンク３０とを接続して構成したが、これに限らない。即ち、補給水ラインを、オープンタンクとドレンタンクとを接続する第１の補給水ラインと、オープンタンクと第１ドレン供給ラインとを接続する第２の補給水ラインと、を含んで構成してもよい。

１，１Ａ ボイラシステム
１０ ボイラ
１１ 缶体
１４ 空気加熱器
２０ 負荷機器
３０ ドレンタンク
４０ オープンタンク
８１ ドレン貯留タンク
８２ スチームトラップ
８３ 返送ポンプ
Ｌ３ 第１ドレン供給ライン
Ｌ７ フラッシュ蒸気供給ライン
Ｌ８ 返送ライン

Claims (3)

1. 蒸気を生成する缶体を有し、生成された蒸気を負荷機器に供給するボイラと、
   前記負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、
   前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに給水する第１ドレン供給ラインと、
   前記ボイラに供給される燃焼用空気を加熱する空気加熱器と、
   前記ドレンタンクに収容されたドレンから発生したフラッシュ蒸気を前記空気加熱器に供給するフラッシュ蒸気供給ラインと、を備えるクローズドタイプのボイラシステム。
2. 大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、
   前記空気加熱器と前記オープンタンクとを接続し、該空気加熱器で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンを前記オープンタンクに返送する返送ラインと、
   前記返送ラインに配置されるドレン貯留タンクと、
   前記返送ラインにおける前記ドレン貯留タンクの下流側に配置されるスチームトラップと、を更に備える請求項１に記載のボイラシステム。
3. 大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、
   前記空気加熱器と前記オープンタンクとを接続し、該空気加熱器で熱交換を行ったフラッシュ蒸気が凝縮して生じたドレンを前記オープンタンクに返送する返送ラインと、
   前記返送ラインに配置されるドレン貯留タンクと、
   前記返送ラインにおける前記ドレン貯留タンクの下流側に配置される返送ポンプと、を更に備える請求項１に記載のボイラシステム。

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