JP2017015392A - ボイラ装置及びコジェネシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトに構成でき、容易に運搬及び設置が可能なボイラ装置及びコジェネシステムを提供すること。
【解決手段】排ガス利用ボイラ１０と、排ガス利用ボイラ１０を収容する直方体形状のボイラ収容コンテナ２０と、を備えるボイラ装置１であって、排ガス利用ボイラ１０は、ボイラ収容コンテナ２０の長手方向ＬＤの一端側に配置され、外部から排ガスが導入されるサイレンサ１１と、ボイラ収容コンテナ２０の長手方向ＬＤの他端側に配置されるボイラ本体１２と、サイレンサ１１とボイラ本体１２とを接続しサイレンサ１１からボイラ本体１２に排ガスを供給する排ガス供給配管１３と、ボイラ本体１２の上部に配置され上方に延びる排気配管１４と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボイラ装置及びコジェネシステムに関する。

従来、プラント設備を構成する発電装置やボイラ装置を、それぞれコンパクトにユニット化することでプラント設備の運搬性や設置の容易性を向上させる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ボイラ及び発電装置をそれぞれコンテナの内部に配置し、これらのコンテナを積み上げてプラント設備を構成する技術が提案されている。

特開平５−２９６００８号公報

ところで、コンテナの内部にボイラを配置してボイラ装置を構成する場合、コンテナの内部空間を有効に利用してボイラを構成する複数の機器を配置することが求められる。

従って、本発明は、よりコンパクトに構成でき、容易に運搬及び設置が可能なボイラ装置及びコジェネシステムを提供することを目的とする。

本発明は、排ガス利用ボイラと、該排ガス利用ボイラを収容する直方体形状のボイラ収容コンテナと、を備えるボイラ装置であって、前記排ガス利用ボイラは、前記ボイラ収容コンテナの長手方向の一端側に配置され、外部から排ガスが導入されるサイレンサと、前記ボイラ収容コンテナの長手方向の他端側に配置されるボイラ本体と、前記サイレンサと前記ボイラ本体とを接続し前記サイレンサから前記ボイラ本体に排ガスを供給する排ガス供給配管と、前記ボイラ本体の上部に配置され上方に延びる排気配管と、を備えるボイラ装置に関する。

また、前記排ガス供給配管は、前記サイレンサの下部と前記ボイラ本体の下部とを直線状に接続することが好ましい。

また、ボイラ装置は、一端側が前記排ガス供給配管に接続され他端側が前記排気配管に接続されるバイパス配管と、前記排ガス供給配管と前記バイパス配管との接続部に設けられ排ガスの流路を切り替える切替ダンパと、を更に備えることが好ましい。

また、前記切替ダンパは、前記ボイラ本体側への排ガスの流路を開放し前記バイパス配管側への排ガスの流路を閉鎖する第１状態と、前記ボイラ本体側への排ガスの流路を閉鎖し前記バイパス配管側への排ガスの流路を開放する第２状態と、を切り替え可能な三方向ダンパであることが好ましい。

また、前記バイパス配管は、前記排ガス供給配管との接続部から鉛直方向上方に延びる鉛直配管と、該鉛直配管の上端部から水平方向に延びる水平配管と、を備え、前記水平配管は、前記ボイラ本体の上方に配置されることが好ましい。

また、前記サイレンサ及び前記ボイラ本体は、前記ボイラ収容コンテナの内部において該ボイラ収容コンテナの幅方向の一方に偏って配置されることが好ましい。

また、本発明は、上述のいずれかに記載のボイラ装置と、所定の燃料を燃焼又は化学反応させて発電する発電機、及び該発電機を収容する発電機収容コンテナを具備する発電装置と、を備え、前記サイレンサには、前記発電装置において発生した排ガスが供給されるコジェネシステムに関する。

また、前記発電機収容コンテナは、４０フィートコンテナであり、前記ボイラ収容コンテナは、２０フィートコンテナであることが好ましい。

本発明によれば、コンパクトに構成でき、容易に運搬及び設置が可能なボイラ装置及びコジェネシステムを提供できる。

本発明の一実施形態に係るコジェネシステムの全体構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラ装置を示す平面図である。 図２に示すボイラ装置を前面側から視た図である。 図２に示す排ガス利用ボイラを側面側から視た図である。

以下、本発明のボイラ装置及び、このボイラ装置を備えるコジェネシステムの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のコジェネシステム１００は、図１に示すように、コンテナ型の発電装置２及びボイラ装置１により構成される。

発電装置２は、発電機（図示せず）と、発電機収容コンテナ２１と、を備える。
発電機としては、石油又は天然ガス等の所定の燃料を燃焼させて発電する発電機、及び天然ガス等を改質して生成した水素（負極活物質）と、空気中の酸素（正極活物質）と、を化学反応させることで電力を取り出す燃料電池等を用いることができる。
発電機収容コンテナ２１は、発電機を収容する。本実施形態では、発電機収容コンテナ２１として４０フィートコンテナが用いられる。

以上の発電装置２によれば、燃料を供給して発電機を駆動させることにより、電力を発生させられる。また、燃料が燃焼又は化学反応することにより、燃焼ガスやオフガスといった排ガスが発生する。

ボイラ装置１は、図２〜図４に示すように、排ガス利用ボイラ１０と、この排ガス利用ボイラ１０を収容するボイラ収容コンテナ２０と、を備える。
ボイラ収容コンテナ２０は、直方体形状のコンテナである。図２に示すように、ボイラ収容コンテナ２０の長手方向ＬＤの端部に位置する２つの側面、及び幅方向ＷＤの一方に位置する側面である前面２０ａには、開閉可能な扉が設けられる。本実施形態では、ボイラ収容コンテナ２０として、２０フィートコンテナが用いられる。

排ガス利用ボイラ１０は、発電装置２において発生した高温の排ガスを熱源として、蒸気を生成する。この排ガス利用ボイラ１０は、図２〜図４に示すように、サイレンサ１１と、ボイラ本体１２と、サイレンサ１１とボイラ本体１２とを接続する排ガス供給配管１３と、ボイラ本体１２に取り付けられる排気配管１４と、バイパス配管１５と、切替ダンパ１６と、を備える。

サイレンサ１１は、ボイラ収容コンテナ２０の長手方向ＬＤの一端側に配置される。また、サイレンサ１１は、ボイラ収容コンテナ２０の内部においてボイラ収容コンテナ２０の幅方向ＷＤの他方に位置する背面２０ｂ側に偏って配置される。このサイレンサ１１は、図２及び図３に示すように、本体部１１１と、排ガス導入部１１２と、排ガス導出部１１３と、を備える。
本体部１１１は、円柱形状に形成される。そして、本体部１１１は、円柱形状の高さ方向が上下方向に沿うように配置される。本体部１１１の内部には、排ガスが流通可能な流路が形成され、この流路には吸音材が配置される。

排ガス導入部１１２は、本体部１１１の上面に設けられる。この排ガス導入部１１２には、基端部が発電装置２に連結され、この発電装置２で発生した排ガスが流通する排ガス導入配管１１０の先端部が接続される。
排ガス導出部１１３は、本体部１１１に下部に設けられる。この排ガス導出部１１３には、後述の排ガス供給配管１３の基端部が接続される。

以上のサイレンサ１１によれば、排ガス導入配管１１０を介して排ガス導入部１１２から導入された排ガスは、本体部１１１を流通することにより消音され、排ガス導出部１１３から導出される。

ボイラ本体１２は、ボイラ収容コンテナ２０の長手方向ＬＤの他端側に配置される。また、ボイラ本体１２は、ボイラ収容コンテナの背面２０ｂ側に偏って配置される。このボイラ本体１２は、缶体１２１と、エコノマイザ１２２と、セパレータ１２３と、を備える。
缶体１２１は、直方体状に形成され、ボイラ本体１２の主要部を構成する。缶体１２１は、缶体排ガス導入部１２１ａと、缶体排ガス導出部１２１ｂと、を備える。

缶体排ガス導入部１２１ａは、缶体１２１におけるサイレンサ１１に対向する面に設けられる。この缶体排ガス導入部１２１ａは、サイレンサ１１の排ガス導出部１１３と略同じ高さに設けられる。
缶体排ガス導出部１２１ｂは、缶体１２１の長手方向における缶体排ガス導入部１２１ａと反対側の端部側の上面に設けられる。

また、缶体１２１は、給水が導入される給水導入部と、この給水導入部から導入された給水が供給される複数の水管（図示せず）と、複数の水管の内部において生成された蒸気が導出される蒸気導出部と、を備える。給水導入部及び給水導出部は、缶体１２１の前面（ボイラ収容コンテナ２０の前面２０ａ側に位置する面）に設けられる。複数の水管は、缶体１２１の内部に配置される。

以上の缶体１２１では、缶体排ガス導入部１２１ａから缶体１２１の内部に導入された排ガスと複数の水管の内部に供給された給水との間で熱交換が行われ、蒸気が生成される。また、缶体１２１の内部に導入された排ガスは、缶体排ガス導出部１２１ｂから排出される。

エコノマイザ１２２及びセパレータ１２３は、缶体１２１の前面に配置される。エコノマイザ１２２は、缶体１２１に導入された排ガスの余熱を利用して、缶体１２１に供給される給水を加熱する。セパレータ１２３は、缶体１２１から導出された蒸気中に含まれる水分を分離する。

排ガス供給配管１３は、サイレンサ１１とボイラ本体１２とを接続する。より詳細には、排ガス供給配管１３の基端側は、サイレンサ１１の下部に設けられた排ガス導出部１１３に接続され、排ガス供給配管１３の先端側は、ボイラ本体１２の下部に設けられた缶体排ガス導入部１２１ａに接続される。即ち、排ガス供給配管１３は、サイレンサ１１の下部とボイラ本体１２の下部とを直線状に接続する。

排気配管１４は、缶体１２１の上面に配置されて上方に延びる。具体的には、排気配管１４の基端部は、缶体排ガス導出部１２１ｂに接続され、排気配管１４の先端部は、ボイラ収容コンテナ２０の上面を貫通して外部に開放される。
本実施形態では、排気配管１４は、ボイラ収容コンテナ２０の内部に配置される内部排気配管１４１と、大部分がボイラ収容コンテナ２０の外部に配置される外部排気配管１４２と、を備える。
内部排気配管１４１には、後述のバイパス配管１５の先端部が接続される。外部排気配管１４２は、ボイラ装置１を所定の場所に設置した後、内部排気配管１４１に接続される。

バイパス配管１５は、一端側が排ガス供給配管１３に接続され、他端側が排気配管１４に接続される。このバイパス配管１５は、鉛直方向に延びる鉛直配管１５１と、水平方向に延びる水平配管１５２と、を備える。
鉛直配管１５１の下端部は、排ガス供給配管１３の中央部の上面に接続される。鉛直配管１５１の上端部は、ボイラ本体１２の上面よりも上部まで延び、排気配管１４側に向かって屈曲している。
水平配管１５２は、ボイラ本体の上方に配置される。この水平配管１５２の基端部は、鉛直配管１５１の上端部に接続される。水平配管１５２の先端部は、排気配管１４（内部排気配管１４１）に接続される。
本実施形態では、水平配管１５２は、内部排気配管１４１と一体的に形成される。

切替ダンパ１６は、排ガス供給配管１３とバイパス配管１５（鉛直配管１５１）との接続部分に設けられる。この切替ダンパ１６は、ボイラ本体１２側への排ガスの流路を開放しバイパス配管１５側への排ガスの流路を閉鎖する第１状態と、ボイラ本体１２側への排ガスの流路を閉鎖しバイパス配管１５側への排ガスの流路を開放する第２状態と、を切り替え可能な三方向ダンパにより構成される。切替ダンパ１６の切替状態は、ボイラ装置１の動作を制御する制御装置（図示せず）により制御される。

本実施形態のコジェネシステム１００は、発電装置２及びボイラ装置１が、それぞれコンテナサイズに構成されているため、既存の搬送手段（コンテナ船、貨物列車又はトラック等）を用いて、容易に発電装置２及びボイラ装置１を設置場所まで搬送できる。
また、発電機収容コンテナ２１及びボイラ収容コンテナ２０を、ボルト等により設置場所に固定した後、発電装置２に燃料ラインを接続し、ボイラ装置１に給水ラインを接続する作業を実施するのみで、非常に簡易にコジェネシステム１００を構築できる。

次に、本実施形態のコジェネシステム１００の動作につき説明する。
本実施形態のコジェネシステム１００では、発電装置２を稼動させることにより発生する排ガスは、まず、排ガス導入配管１１０を介してボイラ収容コンテナ２０の上部からサイレンサ１１に導入され、このサイレンサ１１を通過することで消音される。
ここで、ボイラ装置１において蒸気の生成が要求される場合、切替ダンパ１６は、第１状態に切り替えられる。また、ボイラ装置１において蒸気の生成が要求されない場合、切替ダンパ１６は、第２状態に切り替えられる。

切替ダンパ１６が第１状態に切り替えられている場合、サイレンサ１１を通過した排ガスは、排ガス供給配管１３を通ってボイラ本体１２に供給され、このボイラ本体１２において蒸気が生成される。ボイラ本体１２において蒸気の生成に利用された排ガスは、排気配管１４から外部に排出される。

一方、切替ダンパ１６が第２状態に切り替えられている場合、サイレンサ１１を通過した排ガスは、排ガス供給配管１３からバイパス配管１５を流通して排気配管１４に導かれ、外部に排出される。

以上説明した本実施形態のボイラ装置１及びコジェネシステム１００によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラ収容コンテナ２０の内部に収容される排ガス利用ボイラ１０において、排ガスが供給される上流側であるコンテナの長手方向ＬＤの一端側にサイレンサ１１を配置し、このサイレンサ１１の下流側であるコンテナの長手方向ＬＤの他端側にボイラ本体１２を配置した。そして、サイレンサ１１とボイラ本体１２との間に排ガス供給配管１３を配置した。これにより、ボイラ収容コンテナ２０の内部空間に効率的に排ガス利用ボイラ１０を構成する複数の機器を配置してボイラ装置１を構成できる。よって、排ガス利用ボイラ１０をボイラ収容コンテナ２０の限られた空間に収容してコンテナ型のボイラ装置１を構成できるので、コンパクトに構成でき、容易に運搬及び設置が可能なボイラ装置１を実現できる。

（２）ボイラ装置１を、排ガス供給配管１３と排気配管１４とを接続するバイパス配管１５と、このバイパス配管１５と排ガス供給配管１３との接続部に配置される切替ダンパ１６と、を含んで構成した。これにより、ボイラ装置１において蒸気の生成が要求されない場合に、切替ダンパ１６を切り替えることで、サイレンサ１１を通過した排ガスをバイパス配管１５を通して外部に排出させられる。よって、ボイラ装置１において蒸気の生成が要求されない場合に、ボイラ本体１２を経由させることなく排ガスを外部に排出させられるので、蒸気の要求量に応じて適切に排ガス利用ボイラ１０を稼動させられる。

（３）排ガス供給配管１３をサイレンサ１１及びボイラ本体１２の下部の位置に配置し、この排ガス供給配管１３によりサイレンサ１１とボイラ本体１２とを直線状に接続した。これにより、排ガス供給配管１３の長さを短く構成できるので、ボイラ装置１をコンパクト化できる。

（４）切替ダンパ１６を、第１状態と第２状態とを切り替え可能な三方向ダンパにより構成した。これにより、サイレンサ１１から導出された排ガスをボイラ本体１２側又はバイパス配管１５側のいずれか一方に流通させられる。よって、排ガスのボイラ本体１２側への流路及びバイパス配管１５側への流路が共に閉鎖されることを防げるので、サイレンサ１１から導出された排ガスの流通が阻害されることに起因する発電装置２及びボイラ装置１の不具合の発生を防げる。

（５）バイパス配管１５を、鉛直配管１５１と水平配管１５２とを含んで構成し、水平配管１５２をボイラ本体１２の上方に配置した。これにより、ボイラ収容コンテナ２０の内部空間を効率的に利用してバイパス配管１５を配置できるので、ボイラ装置１をよりコンパクト化できる。

（６）サイレンサ１１及びボイラ本体１２をボイラ収容コンテナ２０の幅方向ＷＤの背面２０ｂ側に偏らせて配置した。これにより、ボイラ収容コンテナ２０の前面２０ａ側にスペースを形成できる。よって、このスペースに他の設備（例えば、発電装置２で用いられる冷却水の熱交換を行う熱交換器）を配置できるので、ボイラ装置１の利便性をより向上させられる。

（７）コジェネシステム１００を、コンテナ型の発電装置２とコンテナ型のボイラ装置１とを含んで構成した。これにより、容易に設置でき、かつ、設置場所の移動も容易に行えるコジェネシステム１００を実現できる。

（８）発電装置２を４０フィートコンテナに収容し、ボイラ装置１を２０フィートコンテナに収容した。これにより、既存の規格のコンテナサイズのボイラ装置１及び発電装置２を構成できるので、ボイラ装置１及び発電装置２の運搬を既存の運搬手段により容易に行える。

以上、本発明のボイラ装置及びコジェネシステムの好ましい一実施形態について説明しが、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、本実施形態では、ボイラ装置１を、バイパス配管１５を含んで構成したが、これに限らない。即ち、ボイラ装置を、バイパス配管を含まずに構成してもよい。

また、本実施形態では、本発明のボイラ装置１を蒸気ボイラに適用したが、これに限らない。即ち、本発明のボイラ装置を温水ボイラに適用してもよい。
また、本発明のコジェネシステム１００を複数組組み合わせて、より大規模なコジェネシステムを構成してもよい。

１ ボイラ装置
２ 発電装置
１０ 排ガス利用ボイラ
１１ サイレンサ
１２ ボイラ本体
１３ 排ガス供給配管
１４ 排気配管
１５ バイパス配管
１６ 切替ダンパ
２０ ボイラ収容コンテナ
２１ 発電機収容コンテナ
１００ コジェネシステム
１５１ 鉛直配管
１５２ 水平配管

Claims (8)

1. 排ガス利用ボイラと、該排ガス利用ボイラを収容する直方体形状のボイラ収容コンテナと、を備えるボイラ装置であって、
   前記排ガス利用ボイラは、
   前記ボイラ収容コンテナの長手方向の一端側に配置され、外部から排ガスが導入されるサイレンサと、
   前記ボイラ収容コンテナの長手方向の他端側に配置されるボイラ本体と、
   前記サイレンサと前記ボイラ本体とを接続し前記サイレンサから前記ボイラ本体に排ガスを供給する排ガス供給配管と、
   前記ボイラ本体の上部に配置され上方に延びる排気配管と、を備えるボイラ装置。
2. 前記排ガス供給配管は、前記サイレンサの下部と前記ボイラ本体の下部とを直線状に接続する請求項１に記載のボイラ装置。
3. 一端側が前記排ガス供給配管に接続され他端側が前記排気配管に接続されるバイパス配管と、
   前記排ガス供給配管と前記バイパス配管との接続部に設けられ排ガスの流路を切り替える切替ダンパと、を更に備える請求項１又は２に記載のボイラ装置。
4. 前記切替ダンパは、
   前記ボイラ本体側への排ガスの流路を開放し前記バイパス配管側への排ガスの流路を閉鎖する第１状態と、
   前記ボイラ本体側への排ガスの流路を閉鎖し前記バイパス配管側への排ガスの流路を開放する第２状態と、を切り替え可能な三方向ダンパである請求項３に記載のボイラ装置。
5. 前記バイパス配管は、前記排ガス供給配管との接続部から鉛直方向上方に延びる鉛直配管と、該鉛直配管の上端部から水平方向に延びる水平配管と、を備え、
   前記水平配管は、前記ボイラ本体の上方に配置される請求項３又は４に記載のボイラ装置。
6. 前記サイレンサ及び前記ボイラ本体は、前記ボイラ収容コンテナの内部において該ボイラ収容コンテナの幅方向の一方に偏って配置される請求項１〜５のいずれかに記載のボイラ装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のボイラ装置と、
   所定の燃料を燃焼又は化学反応させて発電する発電機、及び該発電機を収容する発電機収容コンテナを具備する発電装置と、を備え、
   前記サイレンサには、前記発電装置において発生した排ガスが供給されるコジェネシステム。
8. 前記発電機収容コンテナは、４０フィートコンテナであり、
   前記ボイラ収容コンテナは、２０フィートコンテナである請求項７に記載のコジェネシステム。

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