JP2017087857A

JP2017087857A - 舶用ボイラシステム

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Publication number: JP2017087857A
Application number: JP2015217845A
Authority: JP
Inventors: 池田　和弘; Kazuhiro Ikeda; 和弘池田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: JP6672716B2

Abstract

【課題】補助ボイラでの燃料消費量を大きく低減すること。
【解決手段】排ガスエコノマイザ２と補助ボイラ３とを備えた舶用ボイラシステムにおいて、補助ボイラ３内の蒸気圧を測定する圧力計４と補助ボイラ３の作動を制御するボイラ制御装置５とを更に備えており、ボイラ制御装置５は、主機関が定常運転の場合と減速運転の場合との間で切り替わって作動するようになっており、定常運転の場合には、圧力計４で測定された蒸気圧が、第１下限値まで下がると補助ボイラ３の燃焼を開始させ、第１上限値まで上がると補助ボイラ３の燃焼を停止させ、減速運転の場合には、圧力計４で測定された蒸気圧が、第２下限値まで下がると補助ボイラ３の燃焼を開始させ、第２上限値まで上がると補助ボイラ３の燃焼を停止させるようになっており、第２下限値から第２上限値までの第２範囲値が、第１下限値から第１上限値までの第１範囲値よりも、低く設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスエコノマイザと補助ボイラとを備えた舶用ボイラシステムに関する。

従来の舶用ボイラシステムは、船のエンジンである主機関の排ガスの熱（すなわち排熱）を、排ガスエコノマイザによって回収し、船舶内の種々の熱負荷部へ蒸気として供給して、再利用するようになっており、また、主機関の排熱量が少ない場合には、補助ボイラの燃焼を実行して、熱負荷部へ供給する蒸気を補充するようになっている。そして、この補助ボイラの燃焼は、ボイラ制御装置によって制御されている。

特開昭６３−３２２２４号公報特開２０１５−１１３０８４号公報

近年、ＣＯ_２排出量削減等の観点から、船舶は、減速運転されることが多くなっている。しかるに、従来の舶用ボイラシステムでは、ボイラ制御装置が、主機関の「定常運転」の場合も「減速運転」の場合も、同じ基準で補助ボイラを制御するため、次のような不具合があった。

（１）「減速運転」の場合には、主機関の排ガス量が少なくなるため、排ガスエコノマイザで生成される蒸気量が少なくなり、その結果、補助ボイラの燃焼が頻繁に実行され、燃料が消費されることになる。したがって、船舶運航中における補助ボイラでの燃料消費量が多い。

（２）補助ボイラの燃焼が頻繁に実行されると、燃焼バーナのオンオフが頻繁に行われることとなり、所謂ハンチング現象が生じる。そのために、燃焼バーナの周辺機器の寿命が短くなる。

本発明は、船舶運航中における補助ボイラでの燃料消費量を大きく低減でき、更には、補助ボイラの燃焼バーナのハンチング現象を解消できる、舶用ボイラシステムを、提供することを目的としている。

本発明は、主機関の排ガスの熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、燃焼バーナで燃料を燃焼して補充用の蒸気を生成する補助ボイラと、を備えており、前記排ガスエコノマイザで生成した蒸気を、前記補助ボイラを経て熱負荷部へ、供給するようになっている、舶用ボイラシステムにおいて、前記補助ボイラ内の蒸気圧を測定する圧力計と、前記補助ボイラの作動を制御するボイラ制御装置と、を更に備えており、前記ボイラ制御装置は、前記主機関が定常運転の場合と前記主機関が減速運転の場合との間で、切り替わって、作動するようになっており、前記主機関が定常運転の場合には、前記圧力計で測定された蒸気圧が、第１下限値まで下がると前記補助ボイラの燃焼を開始させ、第１上限値まで上がると前記補助ボイラの燃焼を停止させるようになっており、前記主機関が減速運転の場合には、前記圧力計で測定された蒸気圧が、第２下限値まで下がると前記補助ボイラの燃焼を開始させ、第２上限値まで上がると前記補助ボイラの燃焼を停止させるようになっており、前記第２下限値から前記第２上限値までの第２範囲値が、前記第１下限値から前記第１上限値までの第１範囲値よりも、低く設定されている、ことを特徴としている。

なお、本発明は、次のいずれかの構成を採用するのが好ましい。
（Ａ）前記ボイラ制御装置は、前記主機関の２つの場合の間での切り替えを行うための手動スイッチを、更に備えている。
（Ｂ）前記ボイラ制御装置は、前記主機関の２つの場合の間での切り替えを自動で行うための自動切替機構を、更に備えている。

本発明によれば、次の効果を発揮できる。
（１）補助ボイラの燃焼が実行される頻度を、減らすことができるので、その分だけ、補助ボイラにおける燃料消費量を減らすことができる。よって、燃料の節約を図ることができる。
（２）燃焼バーナがオンオフされる頻度を、減らすことができるので、所謂ハンチング現象を解消できる。その結果、燃焼バーナの周辺機器の長寿命化を図ることができる。
（３）補助ボイラによって補充される蒸気量を減らして、排ガスエコノマイザで生成される蒸気量を増やすことができ、すなわち、排ガスエコノマイザにおける排熱回収量を増やすことができる。

本発明の一実施形態の舶用ボイラシステムの構成を模式的に示す図である。ボイラ制御装置の作動を説明するための図である。

図１は、本発明の一実施形態の舶用ボイラシステムの構成を模式的に示す図である。このシステム１０は、主として、船のエンジンである主機関（図示せず）の排ガスの熱（すなわち排熱）を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザ２と、燃焼バーナ３１で燃料を燃焼して補充用の蒸気を生成する補助ボイラ３と、を備えており、排ガスエコノマイザ２で生成した蒸気を、補助ボイラ３を経て熱負荷部９へ、供給するようになっている。更に、システム１０は、補助ボイラ３内の蒸気圧を測定する圧力計４と、補助ボイラ３の作動を制御するボイラ制御装置５と、を備えている。図２は、ボイラ制御装置５の作動を説明するための図であり、縦軸は圧力計４で測定された補助ボイラ３内の蒸気圧である。

排ガスエコノマイザ２は、排ガスが入口２１から入って出口２２から出るまでの間に、排ガスと水との間で熱交換を行って、蒸気を生成するようになっている。補助ボイラ３は、例えば水管ボイラであり、燃焼バーナ３１によって水管３２内及び上部ヘッダ３３内の水を加熱して、蒸気を生成するようになっている。

排ガスエコノマイザ２は、蒸気供給管１１を介して、補助ボイラ３の上部ヘッダ３３に連結されている。また、補助ボイラ３の下部ヘッダ３４は、給水管１２を介して、排ガスエコノマイザ２に連結されている。これにより、排ガスエコノマイザ２は、給水管１２を通って来た水を、排熱によって加熱して蒸気を生成し、生成した蒸気を、蒸気供給管１１を通して補助ボイラ３の上部ヘッダ３３へ供給するようになっている。

補助ボイラ３の上部ヘッダ３３は、蒸気供給管１３を介して、種々の熱負荷部９に連結されている。種々の熱負荷部９としては、例えば、Ｃ重油の粘性を低下させるための加熱源、船内の風呂及びシャワーの熱源等がある。なお、Ｃ重油は、一般に、主機関や補助ボイラ３の燃料として使用されている。

補助ボイラ３には、上部ヘッダ３３内の水位を確認するための水位計３６が２つ取り付けられている。補助ボイラ３の上部ヘッダ３３には、給水管１４を介して、給水タンク６が連結されている。給水タンク６には、給水源（図示せず）からの水を軟水化処理して給水タンク６に供給する軟水器６１が、連結されている。また、給水タンク６には、補助ボイラ３の腐食防止のための薬液を注入する薬液注入器６２が、連結されている。

蒸気供給管１３からは、熱負荷部９より上流において、余剰蒸気戻し管１５が分岐している。余剰蒸気戻し管１５は、バルブ９１及びドレンクーラー８を経て、給水タンク６に連結されている。バルブ９１は、通常は閉じており、熱負荷部９へ供給される蒸気の蒸気圧Ｐが予め設定された余剰蒸気圧Ｐ_Ｅ（例えば０．７ＭＰａ）になると、開くようになっている。これにより、余剰蒸気戻し管１５は、バルブ９１が開くことによって、蒸気供給管１３から余剰蒸気をドレンクーラー８に供給するようになっている。ドレンクーラー８は、供給されて来た余剰蒸気を、海水によって冷却して、水を生成し、その水を、給水管１６を通して給水タンク６に供給するようになっている。

補助ボイラ３の燃焼バーナ３１には、燃料タンク（図示せず）からの燃料供給管１７が連結されている。

図２を参照しながら、ボイラ制御装置５について説明する。ボイラ制御装置５は、主機関が定常運転の場合と主機関が減速運転の場合との間で、作動を切り替えるための、手動スイッチ５１を、備えている。ここで、「定常運転」とは、船舶の通常運航において予定されている一定速度で船舶を運転することを意味し、「減速運転」とは、定常運転の速度から意識的に速度を落として船舶を運転することを意味する。一般的には、「減速運転」は、「定常運転」の略半分の速度で運転することを意味する。そして、「減速運転」は意識的に速度を落として運転することであるので、乗員は、「定常運転」から「減速運転」への移行又はその逆の移行を知ることができる。よって、乗員は、手動スイッチ５１を操作して、ボイラ制御装置５の作動の切り替えを実行できる。

一方、ボイラ制御装置５は、圧力計４及び燃焼バーナ３１に、接続されている。そして、ボイラ制御装置５は、「定常運転」及び「減速運転」のいずれの場合においても、次のように作動する。すなわち、圧力計４で測定された蒸気圧Ｐに基づいて、補助ボイラ３の燃焼バーナ３１のオンオフを制御するようになっている。但し、「定常運転」の場合と「減速運転」の場合とでは、オンオフ制御の基準となる蒸気圧Ｐの、上限値と下限値との間の範囲値が、異なっており、「減速運転」の場合の範囲値Ｘ_Ｂは、「定常運転」の場合の範囲値Ｘ_Ａよりも、低く設定されている。

具体的には、ボイラ制御装置５は、次のように作動するようになっている。
（主機関が定常運転の場合）
蒸気圧Ｐが範囲値Ｘ_Ａの下限値Ａ_Ｌ（例えば０．５ＭＰａ）まで下がると、補助ボイラ３の燃焼を開始させ、すなわち、燃焼バーナ３１をオンし、蒸気圧Ｐが範囲値Ｘ_Ａの上限値Ａ_Ｈ（例えば０．６ＭＰａ）まで上がると補助ボイラ３の燃焼を停止させ、すなわち、燃焼バーナ３１をオフする。
（主機関が減速運転の場合）
蒸気圧Ｐが、範囲値Ｘ_Ｂの下限値Ｂ_Ｌ（例えば０．３５ＭＰａ）まで下がると、補助ボイラ３の燃焼を開始させ、すなわち、燃焼バーナ３１をオンし、蒸気圧Ｐが範囲値Ｘ_Ｂの上限値Ｂ_Ｈ（例えば０．４ＭＰａ）まで上がると補助ボイラ３の燃焼を停止させ、すなわち、燃焼バーナ３１をオフする。

上記構成のボイラシステム１０の基本的作動は、次のとおりである。

給水タンク６からポンプ９２によって補助ボイラ３の上部ヘッダ３３に供給された水は、水管３２及び下部ヘッダ３４を経て、ポンプ９３によって、給水管１２を通って排ガスエコノマイザ２に供給され、排ガスによって加熱されて、蒸気となる。その蒸気は、蒸気供給管１１を通って上部ヘッダ３３に供給され、更に、蒸気供給管１３を通って各種の熱負荷部９へ供給される。

一方では、ボイラ制御装置５が、作動して、蒸気圧Ｐが所定の範囲値内に維持されるように、補助ボイラ３の燃焼バーナ３１がオンオフ制御される。すなわち、蒸気圧Ｐが所定の範囲値の下限値まで下がると、燃焼バーナ３１がオンされ、補助ボイラ３において蒸気が生成され、その蒸気は、上部ヘッダ３３内にて排ガスエコノマイザ２からの蒸気に加えられ、すなわち、補助ボイラ３による蒸気の補充が行われ、蒸気供給管１３を通って熱負荷部９へ供給される。このとき、補助ボイラ３で生成した蒸気によって、蒸気圧Ｐは上昇する。また、燃焼ガスは、ガス排出口３８から排出される。一方、蒸気圧Ｐが所定の範囲値の上限値まで上がると、燃焼バーナ３１はオフされる。これにより、蒸気圧Ｐの上昇は止まる。こうして、蒸気圧Ｐは所定の範囲値内に維持される。

なお、ボイラ制御装置５は、水位計３６及びポンプ９２にも、接続されており、水位計３６で検出された水位に基づいて、ポンプ９２の稼働を制御する。これにより、上部ヘッダ３３内の水位は、所定の範囲内に維持される。更に、ボイラ制御装置５は、ポンプ９３にも接続されており、ポンプ９３を、例えば連続的に稼働するよう制御する。

ところで、上記構成のボイラシステム１０では、手動スイッチ５１を操作することによって、ボイラ制御装置５の作動が、「定常運転」の場合と「減速運転」の場合との間で、切り替えられる。そして、「定常運転」の場合には、上記の所定の範囲値が範囲値Ｘ_Ａに設定されているので、蒸気圧Ｐは範囲値Ｘ_Ａ内に維持され、「減速運転」の場合には、上記の所定の範囲値が範囲値Ｘ_Ｂに設定されているので、蒸気圧Ｐは範囲値Ｘ_Ｂ内に維持される。

さて、仮定として、ボイラ制御装置５が、「定常運転」の場合と「減速運転」の場合との間で切り替えられることなく、「減速運転」の場合も「定常運転」の場合と同様に作動して、蒸気圧Ｐを範囲値Ｘ_Ａ内に維持するようになっている場合には、次のような事象が生じる。すなわち、「減速運転」の場合には、主機関の作動が抑制されるので、排ガス量すなわち排熱量が少なくなり、それ故、排ガスエコノマイザ２における蒸気生成量が少なくなり、その結果、蒸気圧Ｐが範囲値Ｘ_Ａの下限値Ａ_Ｌまで下がる事象が頻繁に生じる。その結果、次のような問題が生じる。

（１）燃焼バーナ３１の燃焼、すなわち、補助ボイラ３の燃焼が、頻繁に実行されることとなり、その分だけ、補助ボイラ３における燃料消費量が増える。
（２）燃焼バーナ３１のオンオフが、頻繁に行われることとなり、所謂ハンチング現象が生じる。その結果、燃焼バーナ３１の周辺機器の寿命が短くなる。

しかしながら、上記構成のボイラシステム１０では、ボイラ制御装置５が、手動スイッチ５１によって「定常運転」の場合と「減速運転」の場合との間で切り替えられて作動するようになっており、しかも、「減速運転」の場合の範囲値Ｘ_Ｂが「定常運転」の場合の範囲値Ｘ_Ａよりも低く設定されているので、次のような事象が生じる。すなわち、ボイラ制御装置５は、「減速運転」の場合には「定常運転」の場合とは異なる作動をすることができ、その作動においては、補助ボイラ３の燃焼が、蒸気圧Ｐが範囲値Ｘ_Ｂの下限値Ｂ_Ｌまで下がるまで開始されず、すなわち、下限値Ａ_Ｌまで下がっただけでは開始されないので、開始される頻度が上記の仮定の場合に比して、大きく減ることとなる。その結果、次のような利点を有することとなる。

（１）補助ボイラ３の燃焼が実行される頻度が、減るので、その分だけ、補助ボイラ３における燃料消費量が減る。よって、燃料の節約を図ることができる。
（２）燃焼バーナ３１がオンオフされる頻度が、減るので、所謂ハンチング現象が解消される。その結果、燃焼バーナ３１の周辺機器の長寿命化を図ることができる。
（３）補助ボイラ３によって補充される蒸気量が減り、排ガスエコノマイザ２で生成される蒸気量が増えることとなり、すなわち、排ガスエコノマイザ２における排熱回収量が増えることとなる。

例えば、本実施形態による排熱回収量の増加は、従来の場合と比較して、以下のように計算される。
（従来）
排ガスエコノマイザにおいて、主機関から２３０℃の排ガスが供給されて来た場合には、圧力０．７ＭＰａで飽和温度１７０℃の蒸気が１時間当たり１００ｋｇ生成される。
（本実施形態）
排ガスエコノマイザにおいて、主機関から２３０℃の排ガスが供給されて来た場合には、圧力０．４ＭＰａで飽和温度１５１℃の蒸気が１時間当たり１３０ｋｇ生成される。

なお、ボイラ制御装置５の作動を「定常運転」の場合と「減速運転」の場合との間で切り替えるための手段は、上記実施形態の手動スイッチ５１に限るものではなく、自動切替機構を採用してもよい。自動切替機構としては、例えば、次のような機構を採用できる。
（ａ）主機関の排ガス量をガスセンサーが検知し、検知した排ガス量に基づいて、判断部が「定常運転」か「減速運転」かを判断し、その判断に基づいて、切替部が内蔵スイッチを「定常運転」又は「減速運転」のいずれかに切り替える。この機構では、ガスセンサーが例えば排ガスエコノマイザ２への排ガス経路に設けられており、判断部、切替部、及び内蔵スイッチがボイラ制御装置５に設けられている。
（ｂ）主機関の出力を出力センサーが検知し、検知した出力に基づいて、判断部が「定常運転」か「減速運転」かを判断し、その判断に基づいて、切替部が内蔵スイッチを「定常運転」又は「減速運転」のいずれかに切り替える。この機構では、出力センサーが例えば主機関の回転軸近傍に設けられており、判断部、切替部、及び内蔵スイッチがボイラ制御装置５に設けられている。

本発明の舶用ボイラシステムは、補助ボイラでの燃料消費量を大きく低減できるので、産業上の利用価値が大である。

Claims

主機関の排ガスの熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、
燃焼バーナで燃料を燃焼して補充用の蒸気を生成する補助ボイラと、
を備えており、前記排ガスエコノマイザで生成した蒸気を、前記補助ボイラを経て熱負荷部へ、供給するようになっている、舶用ボイラシステムにおいて、
前記補助ボイラ内の蒸気圧を測定する圧力計と、
前記補助ボイラの作動を制御するボイラ制御装置と、
を更に備えており、
前記ボイラ制御装置は、前記主機関が定常運転の場合と前記主機関が減速運転の場合との間で、切り替わって、作動するようになっており、
前記主機関が定常運転の場合には、前記圧力計で測定された蒸気圧が、第１下限値まで下がると前記補助ボイラの燃焼を開始させ、第１上限値まで上がると前記補助ボイラの燃焼を停止させるようになっており、
前記主機関が減速運転の場合には、前記圧力計で測定された蒸気圧が、第２下限値まで下がると前記補助ボイラの燃焼を開始させ、第２上限値まで上がると前記補助ボイラの燃焼を停止させるようになっており、
前記第２下限値から前記第２上限値までの第２範囲値が、前記第１下限値から前記第１上限値までの第１範囲値よりも、低く設定されている、
ことを特徴とする舶用ボイラシステム。
前記ボイラ制御装置は、前記主機関の２つの場合の間での切り替えを行うための手動スイッチを、更に備えている、
請求項１記載の舶用ボイラシステム。
前記ボイラ制御装置は、前記主機関の２つの場合の間での切り替えを自動で行うための自動切替機構を、更に備えている、
請求項１記載の舶用ボイラシステム。