JP2016102624A

JP2016102624A - ボイラシステム

Info

Publication number: JP2016102624A
Application number: JP2014241669A
Authority: JP
Inventors: 陽一矢作; Yoichi Yahagi
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02

Abstract

【課題】高温のドレンをボイラに給水するための構成を簡素化してコスト低減するとともに、ボイラへの給水を応答性良く行うことができるボイラシステムを提供すること。【解決手段】ボイラシステム１０は、蒸気を生成するボイラ１１と、圧力を維持した状態で蒸気の使用によって生じたドレンを回収するドレンタンク１２と、ドレンタンク１２に上流側の端部が接続されるとともにボイラ１１に下流側の端部が接続されるドレン供給ラインＬ１０と、ドレン供給ラインＬ１０に配置され、ドレン供給ラインＬ１０の経路の開閉を行うドレン制御弁２０と、ドレン供給ラインＬ１０におけるドレン制御弁２０の下流側に配置される高温水対応のボイラポンプ３０と、ドレン制御弁２０を開状態にするとともにボイラポンプ３０を駆動してドレンタンク１２に回収されたドレンをボイラに圧送する制御を行う制御部９０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、クローズド方式のボイラシステムに関する。

従来から、ボイラで生成された蒸気を負荷機器に供給し、この負荷機器において熱源として使用された蒸気から発生するドレンを回収して再度ボイラへの給水として利用するボイラシステムにおいて、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクにドレンを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方式のボイラシステムが知られている。

従来のボイラシステム１１０について図４を参照して説明する。図４に示すように、従来のボイラシステム１１０は、ボイラ１１と、ドレンタンク１１２と、ドレン供給ラインＬ１１０と、ドレンポンプ１２５と、ドレン制御弁１２０と、ドレン流量調節弁１２１と、逆止弁１２２と、を備え、ドレン供給時はドレンポンプ１２５を駆動し、ドレン流量調節弁１２１によってボイラへの給水量を調節していた。また、ボイラシステム１１０は、補給水が貯留されるオープンタンク１１５と、補給水ラインＬ１１１と、補給水制御弁１３０と、補給水ポンプ１３１と、逆止弁１３２と、補給水供給ラインＬ４と、を備え、必要に応じて補給水をボイラ１１１に供給していた。

この種の従来のボイラシステムを開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、並列配置される複数のボイラによって蒸気を負荷機器に供給するボイラシステムにおいて、ドレン供給時は、ドレンポンプを常時駆動し、ドレンポンプの下流側に配置されるドレン制御弁によってボイラへのドレンの給水量を調整する構成が開示されている。

特開２０１２−２１７１３号公報

従来のボイラシステムのドレン供給制御では、ドレンポンプを固定の周波数で常時全開駆動させ、ドレン流量調節弁によって給水量を調節する構成であるため、電力消費量が大きなものとなり、応答性の観点からも改善の余地があった。ドレンポンプの流量をボイラの水位に応じて制御することも考えらえるが、ドレンポンプは、ボイラから離れたドレンタンク側に配置されているため、ボイラの水位等の状況に応じてドレンポンプを制御するための構成が複雑化してしまう。

また、ドレンポンプの下流側のドレン制御弁は、ドレンポンプの圧送に対応する必要があるため、コストの高い高圧対応のものを配置する必要があった。更に、特許文献１に開示されるような複数台のボイラを使用するボイラシステムでは、１台のドレンポンプによって複数のボイラへのドレン給水を行うため、ドレンポンプには大きな容量が求められ、該ドレンポンプがコスト高の原因の１つとなっていた。このように、従来のボイラシステムには、ドレンをボイラに送るための構成のコストを低減するという観点からも改善の余地があった。

本発明は、クローズド方式によって回収された高温のドレンをボイラに給水するための構成を簡素化してコスト低減するとともに、ボイラへの給水を応答性良く行うことができ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、蒸気を生成するボイラと、圧力を維持した状態で蒸気の使用によって生じたドレンを回収するドレンタンクと、前記ドレンタンクに上流側の端部が接続されるとともに前記ボイラに下流側の端部が接続されるドレン供給ラインと、前記ドレン供給ラインに配置され、前記ドレン供給ラインの経路の開閉を行うドレン制御弁と、前記ドレン供給ラインにおける前記ドレン制御弁の下流側に配置される高温水対応のボイラポンプと、前記ドレン制御弁を開状態にするとともに前記ボイラポンプを駆動して前記ドレンタンクに回収されたドレンを前記ボイラに圧送する制御を行う制御部と、を備えるクローズド方式のボイラシステムに関する。

前記ボイラシステムは、補給水を貯留する補給水タンクと、前記補給水タンクに上流側の端部が接続されるとともに前記ドレン供給ラインにおける前記ドレン制御弁と前記ボイラポンプの間に下流側の端部が接続される補給水ラインと、前記補給水ラインに配置され、前記補給水ラインの経路の開閉を行う補給水制御弁と、を備え、前記制御部は、前記ボイラに補給水を補給する場合では前記補給水制御弁の経路を開状態にする制御を行うことが好ましい。

前記ボイラシステムは、前記ドレン供給ラインにおける前記補給水ラインとの接続部分よりも上流側であって、前記ドレン制御弁の下流側に配置されるドレン逆止弁と、前記補給水ラインにおける前記補給水制御弁の下流側に配置される補給水逆止弁と、を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、クローズド方式によって回収された高温のドレンをボイラに給水するための構成を簡素化してコスト低減するとともに、ボイラへの給水を応答性良く行うことができる。

第１実施形態のクローズド方式のボイラシステムを概略的に示す図である。第２実施形態のクローズド方式のボイラシステムを概略的に示す図である。第３実施形態のクローズド方式のボイラシステムを概略的に示す図である。従来のクローズド方式のボイラシステムを概略的に示す図である。

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。図１は、第１実施形態のクローズド方式のボイラシステム１０を概略的に示す図である。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

第１実施形態のボイラシステム１０は、負荷機器５０に蒸気を供給し、負荷機器５０での蒸気の使用によって生じたドレンを大気に開放することなく回収してボイラ１１に給水するクローズド方式のボイラシステムである。図１に示すように、ボイラシステム１０は、ボイラ１１と、蒸気ヘッダ５１と、ドレンタンク１２と、ドレン制御弁２０と、ドレン逆止弁２１と、ボイラポンプ３０と、インバータ３５と、ボイラ側逆止弁３１と、補給水タンクとしてのオープンタンク１５と、補給水制御弁４０と、補給水逆止弁４１と、制御部９０と、を備える。

また、ボイラシステム１０は、第１蒸気ラインＬ１と、第２蒸気ラインＬ２と、ドレン回収ラインＬ３と、ドレン供給ラインＬ１０と、補給水供給ラインＬ４と、補給水ラインＬ１１と、を主要なラインとして備える。

各構成と各ラインについて説明する。ボイラ１１は、内部に供給された給水を燃焼ガスにより加熱して蒸気を生成するとともに、生成された蒸気を後述する負荷機器５０に供給する。ボイラ１１への給水は、ボイラ１１内の水位を検出する水位検出装置（図示省略）の測定値等に基づいて行われる。

第１蒸気ラインＬ１は、その上流側の端部がボイラ１１に接続され、下流側の端部が蒸気ヘッダ５１に接続される。この第１蒸気ラインＬ１を通じてボイラ１１で生成された蒸気が蒸気ヘッダ５１に送られる。

蒸気ヘッダ５１は、ボイラ１１で生成された蒸気を集め貯留する。

第２蒸気ラインＬ２は、その上流側の端部が蒸気ヘッダ５１に接続され、下流側の端部が負荷機器５０に接続される。蒸気ヘッダ５１に貯留された蒸気は、第２蒸気ラインＬ２を通じて負荷機器５０に送られる。

負荷機器５０は、ボイラ１１で生成され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。ボイラ１１により生成された蒸気が負荷機器５０で利用されることで凝縮してドレン（凝縮水）が生じる。

ドレン回収ラインＬ３は、その上流側の端部が負荷機器５０に接続され、下流側の端部がドレンタンク１２に接続される。負荷機器５０で生じたドレンは、このドレン回収ラインＬ３を通じてドレンタンク１２に送られる。

ドレンタンク１２は、耐圧性を有し密閉可能な圧力容器により構成される。負荷機器５０において熱交換に用いられた蒸気の一部が凝縮して生じるドレンは、大気に開放されることなくドレンタンク１２に回収される。このように、ドレンタンク１２及びドレン回収ラインＬ３は、クローズド方式に構成されており、負荷機器５０で生じたドレンをドレン回収ラインＬ３を通じて高温・高圧の状態でドレンタンク１２に回収可能になっている。

ドレン供給ラインＬ１０は、ドレンタンク１２に貯留されたドレンをボイラ１１に給水する。ドレン供給ラインＬ１０は、その上流側の端部がドレンタンク１２に接続され、下流側の端部がボイラ１１に接続される。

ドレン供給ラインＬ１０には、上流側から順に、ドレン制御弁２０、ドレン逆止弁２１、ボイラポンプ３０、ボイラ側逆止弁３１が配置される。

ドレン制御弁２０は、モータバルブにより構成され、ドレンタンク１２とドレン逆止弁２１の間に配置される。ドレン制御弁２０は、ドレンタンク１２からボイラ１１にドレンを供給させる開状態と、ドレンタンク１２からボイラ１１にドレンを供給させない閉状態とに切り替え可能に構成される。また、本実施形態のドレン制御弁２０は、従来の構成のようにドレンポンプの下流側に配置されていないので、高圧対応のものを用いる必要はなく、低圧用のものが用いられる。

ドレン逆止弁２１は、ドレン供給ラインＬ１０における後述の補給水ラインＬ１１との接続部分と、ドレン制御弁２０と、の間に配置される。ドレン逆止弁２１は、ドレンタンク１２からボイラ１１への流れのみを許容し、逆流を阻止する。

ボイラポンプ３０は、１００℃以上の水を圧送できる高温水対応のポンプである。ボイラポンプ３０は、ドレンタンク１２からのドレン、オープンタンク１５からの補給水、又は、補給水とドレンとの混合水を昇圧してボイラ１１に供給する。また、本実施形態のボイラポンプ３０は、ボイラ１１の付属品としてボイラ１１側に配置される。

インバータ３５は、ボイラポンプ３０を周波数制御し、その回転数を制御する。インバータ３５の周波数制御によって、ボイラ１１に供給される給水量が調節される。

ボイラ側逆止弁３１は、ボイラ１１に給水される水の逆流を防止するためのものである。

次に、補給水をボイラに供給するための構成について説明する。

オープンタンク１５は、大気に開放されている。オープンタンク２２は、ボイラ１１に供給される補給水を貯留する。

補給水供給ラインＬ４は、その上流側の端部が補給水の供給源（図示省略）に接続され、下流側の端部がオープンタンク１５に接続される。この補給水供給ラインＬ４を通じて補給水がオープンタンク１５に供給される。

補給水ラインＬ１１は、その上流側の端部がオープンタンク１５に接続され、下流側の端部がドレン供給ラインＬ１０に接続される。この補給水ラインＬ１１及びドレン供給ラインＬ１０を通じて補給水がオープンタンク１５からボイラ１１に送られる。

補給水ラインＬ１１には、上流側から順に、補給水制御弁４０、補給水逆止弁４１が配置される。

補給水制御弁４０は、モータバルブにより構成され、オープンタンク１５と補給水逆止弁４１の間に配置される。補給水制御弁４０は、オープンタンク１５からボイラ１１に補給水を供給させる開状態と、オープンタンク１５からボイラ１１に補給水を供給させない閉状態とに切り替え可能に構成される。

補給水逆止弁４１は、補給水ラインＬ１１のドレン供給ラインＬ１０との接続部分と、補給水制御弁４０と、の間に配置される。補給水逆止弁４１は、オープンタンク１５からボイラ１１への流れのみを許容し、逆流を阻止する。

制御部９０は、ボイラ１１、ドレン制御弁２０、ボイラポンプ３０、補給水制御弁４０等に電気的に接続されており、各種の制御を行う。次に、本実施形態の制御部９０による給水制御について説明する。

制御部９０は、ボイラ１１から給水要求を受信すると給水制御を開始する。通常の給水制御では、ドレンをボイラ１１に供給する制御を行う。制御部９０は、ドレン制御弁２０を開状態に制御するとともに補給水制御弁４０を閉状態に制御する。そして、インバータ３５を介してボイラポンプ３０の駆動制御を行う。

上述の通り、ボイラポンプ３０は、周波数制御によって回転数を調節可能になっている。制御部９０は、ボイラ１１の水位検出装置や各ラインに配置される流量センサ（いずれも図示省略）等の測定値に基づいてボイラポンプ３０の回転数を調節してボイラ１１への給水量を調節する。

制御部９０は、ボイラ１１に供給されるドレンの量が少なくなった場合、ボイラ１１内の水位が下がることを抑制するため、補給水の供給を開始させる。例えば、ドレンの流量を測定する流量センサ等の測定値に基づいてドレンが少なくなっていると判定された場合は、補給水制御弁４０を開状態に制御し、オープンタンク１５に貯留された補給水をボイラ１１側に送る。ボイラ側に送られた補給水（又はドレンとの混合水）が給水としてボイラ１１に供給される。なお、ドレンがドレンタンク１２に一定量溜まるまで、ドレン制御弁２０を閉状態に制御してもよい。

制御部９０は、水位検出装置の測定値により、水位が十分に上昇していると判定されると、ドレン制御弁２０及び補給水制御弁４０を閉状態に制御し、ボイラポンプ３０をオフすることによって給水制御を停止する。

以上、説明した給水制御を適宜のタイミングで行うことにより、ボイラ１１内の水位が適切に維持される。本実施形態では、ボイラ１１からの要求に応じて制御部９０がインバータ３５を介してボイラポンプ３０を周波数制御するので、適切な流量で応答性よくドレンをボイラ１１に供給することができる。給水制御が適切に行われることによって負荷機器５０に蒸気が安定的に供給される。

以上説明した第１実施形態のボイラシステム１０によれば、以下のような効果を奏する。第１実施形態のボイラシステム１０は、蒸気を生成するボイラ１１と、圧力を維持した状態で蒸気の使用によって生じたドレンを回収するドレンタンク１２と、ドレンタンク１２に上流側の端部が接続されるとともにボイラ１１に下流側の端部が接続されるドレン供給ラインＬ１０と、ドレン供給ラインＬ１０に配置され、ドレン供給ラインＬ１０の経路の開閉を行うドレン制御弁２０と、ドレン供給ラインＬ１０におけるドレン制御弁２０の下流側に配置される高温水対応のボイラポンプ３０と、ドレン制御弁２０を開状態にするとともにボイラポンプ３０を駆動してドレンタンク１２に回収されたドレンをボイラに圧送する制御を行う制御部９０と、を備える。

これにより、ボイラポンプ３０を高温水対応とすることにより、ドレン制御弁２０よりもボイラ１１側にボイラポンプ３０を配置することが可能となり、ボイラ１１の状況に応じてボイラポンプ３０を制御するための構成をシンプルにまとめることができるとともに、給水制御の応答性を向上させることができる。また、ドレン制御弁がボイラポンプ３０の上流側に位置しているので、従来の構成のようにポンプの圧力に対応するためにドレン制御弁を高圧仕様のものにする必要がなくなることに加え、周波数制御によって給水量を調節できるようになるので、流量調節弁を配置する必要がなくなり、コスト低減することができる。また、ポンプを固定の周波数で常時全開駆動し、流量調節弁の圧損によって流量を調整していた従来の構成に比べ、ボイラ１１にドレンを供給するために必要な電力を省力化でき、ボイラシステム１０のエネルギー効率を向上させることができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１０は、補給水を貯留するオープンタンク（補給水タンク）１５と、オープンタンク１５に上流側の端部が接続されるとともにドレン供給ラインＬ１０におけるドレン制御弁２０とボイラポンプ３０の間に下流側の端部が接続される補給水ラインＬ１１と、補給水ラインＬ１１に配置され、補給水ラインＬ１１の経路の開閉を行う補給水制御弁４０と、を備え、制御部９０は、ボイラ１１に補給水を補給する場合では補給水制御弁４０の経路を開状態にする制御を行う。

これにより、ドレンを送るためのポンプと、補給水を送るためのポンプと、が共通化されているので、補給水をボイラ１１に送る場合でも、ポンプをオフ等する制御を行う必要がなく、ドレン量が低減した場合でも補給水の給水処理をシンプルな制御で実現できる。

また、第１実施形態のボイラシステム１０は、ドレン供給ラインＬ１０における補給水ラインとの接続部分よりも上流側であって、ドレン制御弁２０の下流側に配置されるドレン逆止弁２１と、補給水ラインＬ１１における補給水制御弁４０の下流側に配置される補給水逆止弁４１と、を備える。

これにより、ドレン供給ラインＬ１０に補給水ラインＬ１１が接続される場合であっても、補給水ラインＬ１１へのドレンの逆流が防止され、ドレン供給ラインＬ１０における補給水ラインとの接続部分よりも上流側への補給水の逆流が防止され、更に安定的な給水制御を実現できる。

次に、第２実施形態のボイラシステム２１０について説明する。図２は、第２実施形態のクローズド方式のボイラシステム２１０を概略的に示す図である。なお、第１実施形態のボイラシステム１０と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

図２に示すように、ボイラシステム２１０は、第１実施形態のボイラシステム１０とはオープンタンク１５を備えていない点が異なっており、ドレン供給ラインＬ２１０のみがボイラ１１に給水を行うための経路となっている。制御部９０は、このドレン供給ラインＬ２１０に配置されるドレン制御弁２０及びボイラポンプ３０を制御して給水制御を行う。より具体的には、制御部９０は、ボイラ１１への給水時には、ドレン制御弁２０を開状態に制御するとともに、インバータ３５を介してボイラポンプ３０を周波数制御する。第２実施形態のボイラシステム２１０においても、ボイラポンプ３０の回転数の制御によって、給水量を応答性良く調節することが可能になっている。

次に、第３実施形態のボイラシステム３１０について説明する。図３は、第３実施形態のクローズド方式のボイラシステム３１０を概略的に示す図である。なお、第１実施形態のボイラシステム１０及び第２実施形態のボイラシステム２１０と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

図３に示すように、第３実施形態のボイラシステム３１０は、５台（複数）のボイラ１１を備える。そして、各ボイラ１１への給水は、ドレン供給ラインＬ１０から分岐し、ボイラ１１にそれぞれ接続される分岐ラインＬ３１０を通じて行われる。各ボイラ１１には、第１蒸気ラインＬ１に合流する蒸気供給ラインＬ３０１が接続される。各ボイラ１１で生成された蒸気は、蒸気供給ラインＬ３０１及び第１蒸気ラインＬ１を通じて蒸気ヘッダ５１に集められる。蒸気ヘッダ５１に集められた蒸気は、負荷機器５０に送られ使用される。負荷機器５０で蒸気が使用されることによって生じたドレンは、第１実施形態と同様に、ドレンタンク１２に回収され、各ボイラ１１への給水に用いられる。

第３実施形態では、分岐ラインＬ３１０のそれぞれにボイラポンプ３０が配置され、ボイラポンプ３０は、制御部９０によってインバータ３５を介してそれぞれ周波数制御される。従って、ボイラ１１ごとにボイラポンプ３０の独立した駆動が可能になり、ボイラ１１のそれぞれについて、給水量の制御を応答性良く行うことができる。

従来のボイラシステムのように、１台のドレンポンプで複数のボイラへの給水を行う場合、容量の大きいドレンポンプが必要になる。この種のボイラシステムでは、バックアップ用のドレンポンプをいくつか（例えば、２個）用意しておく必要があった。このように、容量の大きいドレンポンプは、それ自体のコストだけではなく、メンテナンスコストも大きかった。この点、本発明を適用した第３実施形態のボイラシステム３１０では、ボイラ１１の付属として設けられるボイラポンプ３０によってドレンの給水を行っている。ボイラポンプ３０は、１台のボイラ１１に給水できる容量のものでよいため、５台のボイラポンプを用いる場合であっても、バックアップを含めて容量の大きいドレンポンプを３台用意する場合に比べて、全体としてコスト低減できる。また、ボイラポンプ３０は、容量の大きいドレンポンプに比べてメンテナンス性も良く、メンテナンスコストの低減も実現できる。このように、ボイラを複数配置されるボイラシステムにおいても、本発明を適用することで、コスト低減に寄与することができる。

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、上述の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、上記実施形態のボイラの台数を変更したり、事情に応じて制御弁を追加したり、各種ラインの追加、変更等をすることができる。

１０ボイラシステム
１１ボイラ
１２ドレンタンク
１５オープンタンク（補給水タンク）
２０ドレン制御弁
２１ドレン逆止弁
３０ボイラポンプ
４０補給水制御弁
４１補給水逆止弁
９０制御部
Ｌ１０ドレン供給ライン
Ｌ１１補給水ライン
Ｌ３１０分岐ライン（ドレン供給ライン）

Claims

蒸気を生成するボイラと、
圧力を維持した状態で蒸気の使用によって生じたドレンを回収するドレンタンクと、
前記ドレンタンクに上流側の端部が接続されるとともに前記ボイラに下流側の端部が接続されるドレン供給ラインと、
前記ドレン供給ラインに配置され、前記ドレン供給ラインの経路の開閉を行うドレン制御弁と、
前記ドレン供給ラインにおける前記ドレン制御弁の下流側に配置される高温水対応のボイラポンプと、
前記ドレン制御弁を開状態にするとともに前記ボイラポンプを駆動して前記ドレンタンクに回収されたドレンを前記ボイラに圧送する制御を行う制御部と、
を備えるクローズド方式のボイラシステム。
補給水を貯留する補給水タンクと、
前記補給水タンクに上流側の端部が接続されるとともに前記ドレン供給ラインにおける前記ドレン制御弁と前記ボイラポンプの間に下流側の端部が接続される補給水ラインと、
前記補給水ラインに配置され、前記補給水ラインの経路の開閉を行う補給水制御弁と、
を備え、
前記制御部は、前記ボイラに補給水を補給する場合では前記補給水制御弁の経路を開状態にする制御を行う請求項１に記載のクローズド方式のボイラシステム。
前記ドレン供給ラインにおける前記補給水ラインとの接続部分よりも上流側であって、前記ドレン制御弁の下流側に配置されるドレン逆止弁と、
前記補給水ラインにおける前記補給水制御弁の下流側に配置される補給水逆止弁と、
を備える請求項２に記載のクローズド方式のボイラシステム。