JP2019124427A

JP2019124427A - 給水予熱装置を持ったボイラ

Info

Publication number: JP2019124427A
Application number: JP2018006747A
Authority: JP
Inventors: 正哉香川; Masaya Kagawa
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-25

Abstract

【課題】給水予熱装置によってボイラ給水を予熱するようにしているボイラにおいて、間欠給水を行うものであっても給水予熱装置での腐食を抑制することのできる給水予熱装置を持ったボイラを提供する。【解決手段】給水を予熱する給水予熱装置４を持ったボイラ１であって、ボイラに接続している給水配管５の途中に設置した給水ポンプ７を作動することでボイラ１への給水を行い、ボイラ用薬品を注入する薬注ポンプ３などの薬注装置は給水予熱装置４より上流側の給水配管５へ接続し、給水に対して所定割合で薬品の注入を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、給水ポンプ７と薬注ポンプ３の作動を関連づけて制御する運転制御装置６を設けておき、運転制御装置６は、給水ポンプ７の作動停止直前又は作動停止に続いて薬注ポンプ３の作動を行うように薬品注入時期を調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ給水を予熱する給水予熱装置を持っているボイラに関するものであり、より詳しくはボイラ給水に薬品を注入することでボイラ内の腐食を抑制するようにしているボイラであって、給水予熱装置でも腐食も抑制することができるようにしている給水予熱装置を持ったボイラに関するものである。

ボイラの伝熱管内にためたボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラでは、伝熱管は高温のボイラ水に触れることになり、水に接している伝熱管内面部分では腐食減肉が発生しやすい環境となる。ボイラ内での腐食を抑制するためには、ボイラ水のｐＨを１１．０〜１１．８程度に保つことが有効であり、ボイラ給水にアルカリ性の薬品を注入することでボイラ水のｐＨ値を高めることが行われている。薬品の注入は、ボイラ内での水質が適正となるようにボイラ給水に対して所定の割合で供給する。蒸気を発生するボイラでは、ボイラ内でボイラ水は濃縮するため、ボイラ給水はアルカリ度を少し高めておくと、ボイラ内での濃縮によってボイラ水のｐＨ値は上昇し、ボイラ内を腐食しにくい環境とすることができる。そのため、ボイラ給水中の薬品濃度は、ボイラ内での目標とする水質に比べると低いものとなっている。

ボイラへの給水は、ボイラ内水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプの作動を開始して給水を行い、ボイラ内水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプの作動を停止して給水を終了するものであれば、薬品の注入は給水ポンプの作動に合わせて薬注ポンプを作動することで行う。薬品の注入量は給水量に比べると圧倒的に少ないため、１回の給水に必要な量の薬注ポンプ作動時間は給水ポンプの作動時間に比べると短いものとなり、給水ポンプの作動と薬注ポンプの作動を同時に開始した場合には、薬注ポンプは先に停止することになる。

また、ボイラでは効率を向上させるため、燃焼排ガスを通す排気路に給水予熱装置を設置しておき、燃焼排ガスの熱によってボイラ給水を予熱することが広く行われている。排出する排ガスを利用してボイラ給水を予熱することで、ボイラの効率を向上させることができる。給水予熱装置では、排ガス通路内の燃焼排ガスと、排ガス通路内に設けた伝熱管内を流れるボイラ給水との間で熱交換を行っており、伝熱管が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。

給水予熱装置内では、給水ポンプを作動している間はボイラ給水の温度が大きく上昇する前に給水予熱装置内を通過するため、給水予熱装置内の給水温度は比較的低い温度に保たれる。しかし間欠給水を行っている場合、給水ポンプの作動が停止すると、給水予熱装置内ではボイラ給水の流れが止まることになり、給水停止中も給水の予熱は行われ続けるため、給水予熱装置内の給水温度は上昇する。給水予熱装置内で給水温度が上昇することで、給水予熱装置内は腐食が発生し易い環境になることがある。

ボイラ給水に対する薬品濃度は、ボイラ内での濃縮を考慮したものであるため、濃縮していない給水予熱装置内での腐食防止効果は少なく、この低濃度の薬品による防食作用では給水予熱装置内の腐食は防ぐことができなかった。また、薬注時間は給水時間より短いものであるため、薬品を含んだ給水はボイラ内に入り、給水予熱装置内には薬品を含んでいない給水が残ることもあり、給水予熱装置内ではｐＨが上昇しづらく、比較的短い時間で腐食が進行することがあった。

この課題に対し、特開２０１３−１９４２８０号公報に記載の発明では、給水予熱装置でのボイラ給水が所定の水質になるように薬品注入を行うことで、給水予熱装置内とボイラ内の腐食を防止することが記載されている。しかし、濃縮状態の異なる給水予熱装置内のボイラ給水とボイラ内のボイラ水の両方で最適な水質とすることは難しく、給水予熱装置内での水質は次善の水質となっていた。

特開２０１３−１９４２８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、給水予熱装置によってボイラ給水を予熱するようにしているボイラにおいて、間欠給水を行うものであっても給水予熱装置での腐食を抑制することのできる給水予熱装置を持ったボイラを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、給水を予熱する給水予熱装置を持ったボイラであって、ボイラに接続している給水配管の途中に設置した給水ポンプを作動することでボイラへの給水を行い、ボイラ用薬品を注入する薬注ポンプなどの薬注装置は給水予熱装置より上流側の給水配管へ接続し、給水に対して所定割合で薬品の注入を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、給水ポンプと薬注ポンプの作動を関連づけて制御する運転制御装置を設けておき、運転制御装置は、給水ポンプの作動停止直前又は作動停止に続いて薬注ポンプの作動を行うものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記運転制御装置は、薬注ポンプの作動停止に合わせて給水ポンプの短時間の再作動を行うようにしているものであることを特徴とする。

本発明を実施することで、給水量全体に対する薬品注入量は標準量としながら、給水予熱装置内での腐食を抑制することができる。

本発明を実施するボイラの概要図第一実施例での給水ポンプと薬注ポンプの作動状況説明図第二実施例での給水ポンプと薬注ポンプの作動状況説明図第三実施例での給水ポンプと薬注ポンプの作動状況説明図第四実施例での給水ポンプと薬注ポンプの作動状況説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施するボイラの概要図、図２から図５は本発明の実施例での給水ポンプと薬注ポンプの作動状況説明図である。ボイラ１は、多数の伝熱管によって構成したボイラ缶体とボイラ上部に設置した燃焼装置２などからなっており、燃焼装置２は下向きに火炎を発生させるものであって、ボイラ中央部の燃焼室内で火炎の燃焼を行う。ボイラ１の下部には給水配管５を接続しており、ボイラ給水は給水配管５を通じてボイラ１内へ供給する。

ボイラは、燃焼装置２で燃焼を行うことでボイラ内のボイラ水を加熱する。ボイラ下部からボイラ内の伝熱管内に入ったボイラ水は、伝熱管周囲から加熱することによって伝熱管内で沸騰し、蒸気を発生する。発生した蒸気は、ボイラ上部の連絡管を通して取り出すようにしており、蒸気が含んでいる液体分は気水分離器内で蒸気とボイラ水に分離し、蒸気のみを取り出すようにしている。気水分離器の下部には、気水分離器で分離したボイラ水をボイラ内下部へ戻すための還水管を接続しており、分離したボイラ水は還水管を通してボイラ下部へ還流させる。

ボイラ水を加熱した後の燃焼排ガスは、この時点ではまだ高温であるため、ボイラ給水の予熱に使用する。排ガス通路途中に給水予熱装置４を設けており、排ガスは給水予熱装置４を通した後に戸外へ排出する。給水予熱装置４は略直方体の形状をしており、給水予熱装置の側面上部に排ガス入口、上面に排ガス出口を設けている。

排ガス流下降流路内には水平方向に伸びる伝熱管を多数設け、伝熱管の表面には熱吸収用フィンを多数設けている。熱吸収用フィンは、水平方向に延びる伝熱管の表面から伝熱管軸に対して円周方向に全周に設けており、熱吸収用フィンを配置することで伝熱面積を大きくすることができる。給水予熱装置上部の排ガス入口から入った排ガスは給水予熱装置内の伝熱管を加熱し、伝熱管内を流れるボイラ給水を加熱する。

ボイラへの給水は、前記の給水予熱装置４で予熱して供給するようにしており、途中に給水ポンプ７を設置している給水配管５は、給水予熱装置４を経由してボイラ１と接続している。ボイラ１への給水は給水ポンプ７を作動することで行い、給水制御は運転制御装置６が水位検出装置９で検出しているボイラ内の水位に基づいて行う。水位検出装置９は、異なる高さ位置に設置した複数の電極棒で水の有無を検出することによって水位を検出する。給水の制御は、水位検出装置でボイラ内水位が給水開始水位まで低下したことを検出して給水ポンプ７の作動を開始し、給水実施による水位上昇で給水停止水位まで水位が上昇したことを検出して給水ポンプ７の作動を停止する。給水ポンプ７の作動を行うと、ボイラ給水は給水予熱装置内を流れ、ボイラ下部からボイラ内へ入る。

給水配管５にはボイラ用薬品を供給する薬品供給装置も接続しておく。薬品供給装置は、薬注ポンプ３、薬注タンク８、薬注配管１０などからなっており、薬注タンク８内の薬品は薬注ポンプ３の作動を行うことで薬注配管１０を通して給水配管５へ注入する。薬注は給水量に対して一定の割合で行うように設定しておく。

ボイラの運転は、運転制御装置６によって制御する。運転制御装置６は、燃焼装置２、水位検出装置９、薬注タンク８、薬注ポンプ３などと接続しており、運転制御装置６によって各装置の作動を制御する。

図２から図５は、本発明におけるボイラ内水位の変動状況と給水ポンプ７及び薬注ポンプ３の作動状況を示した説明図である。ボイラ内の水位は、水位検出装置９で検出している水位が給水開始水位まで低下すると、給水ポンプ７を作動することで水位を上昇させ、水位が給水停止水位まで上昇すると、給水ポンプ７の作動を停止するようにしており、ボイラ運転中に給水を停止すると、ボイラ水の蒸発によってボイラ内水位は低下していくため、ボイラ内水位は上昇と下降を交互に繰り返している。

本発明での薬注制御では、給水停止時期に関連づけて薬品の注入を行うことで、給水停止時に給水配管５内で薬品濃度が高くなる状況を作り出し、その薬品濃度が高い給水は給水予熱装置４内で留まるようする。

図２から図５に記載している第一から第四の実施例は、給水停止時期に関連づけて薬品の注入を行うことで給水停止時に給水中の薬品濃度が高くなるようにし、その薬品濃度が高い給水を給水予熱装置４内で滞留させるようにする制御は共通であって、そのバリエーション違いのものである。

図２に記載している第一実施例の場合、給水を停止するまでは薬注は行わず、給水停止後に薬品注入を行い、薬注停止時に合わせて短時間の給水を行うものである。時間帯Ａでは、ボイラ内水位が給水開始水位まで低下したことによって給水ポンプ７の作動を開始し、ボイラ内水位が給水停止水位に上昇するまで給水を行う。この場合では、給水を終了するまで薬注ポンプ３の作動は行わず、時間帯Ａでは給水ポンプ７のみを作動している。ボイラ内水位が給水停止水位まで上昇して給水ポンプ７の作動を停止した後である次の時間帯Ｂで、薬注ポンプ３の作動を行う。この時の薬注は、直前の時間帯Ａで行った給水量に対応する薬品を注入するのに必要な分、薬注ポンプ３を作動する。時間帯Ｂでは給水ポンプ７は作動していないため、給水配管５内では給水の流れは止まっており、薬注ポンプ３の作動によって供給した薬品は給水配管５の薬注配管１０との接続部付近に留まることになる。

次の時間帯Ｃでは、再び給水ポンプ７の作動を行う。この実施例では、給水ポンプ７の作動は薬注ポンプ３の作動を停止する前に開始しているが、薬注ポンプ３の作動停止時若しくは作動停止後に開始するようにしてもよい。給水ポンプ７の作動は、給水予熱装置４内での保有水量に相当する分の給水を行う。ここで給水を行うと、給水配管５の薬注配管１０との接続部付近に滞留していた濃度の高い薬品は、給水と混合されながら給水予熱装置４内に押し込まれる。薬注後に短時間の給水を行うことで、給水配管５内の薬品は給水予熱装置４内へ入り、その状態で給水を停止すると、供給した薬品の多くは給水予熱装置４内に留まるため、給水予熱装置４内では比較的薬品濃度の高い給水で満たされることになる。この時に行う給水量は、多すぎると高濃度の薬品は給水予熱装置４を通り越してボイラ内に入ることになり、少なすぎると高濃度の薬品が給水予熱装置４内に入らないということになるため、給水予熱装置４の保有水量程度の給水を行う。給水予熱装置４内の水が入れ替わる程度の給水を行うことで、給水予熱装置４の手前にあった薬品が給水予熱装置４内に留まることになる。次の時間帯Ｄでは、給水ポンプ７は停止しているため、ボイラ内では蒸気の発生によって水位は低下していく。この時の給水予熱装置４内では、給水の流れは停止している状態で燃焼排ガスによる給水予熱が行われるため、給水予熱装置４内では給水温度が上昇する。そのため給水予熱装置４内に滞留している給水は比較的高い温度となるが、給水予熱装置４内では薬品濃度が比較的高い状態で維持されているため、給水予熱装置４内での腐食は抑制される。

図３に記載している第二実施例は、給水ポンプ７の作動を停止する前に薬注ポンプ３の作動を開始し、給水ポンプ７の作動停止後は薬注ポンプ３のみを作動する時間帯があって、薬注ポンプ３の作動停止後に給水ポンプ７を短時間作動させるものである。時間帯Ｅでは給水ポンプ７のみ作動しているため、この時ボイラには薬品を含まない水が供給される。次の時間帯Ｆは、ボイラ内水位が給水停止水位となる直前であって、給水ポンプ７の作動は行っている状態で、薬注ポンプ３の作動を行っており、続いて行われる時間帯Ｇでは給水ポンプ７の作動を停止して薬注ポンプ３のみの作動としている。この場合も、給水の停止時に集中的に薬注を行うことで、給水停止時には薬品濃度の高い給水が給水配管５内に入ることになる。その後の時間帯Ｈでは給水ポンプ７を短時間作動することで薬品濃度の高い給水を給水予熱装置４内へ送り込む。次の時間帯Ｉでは、給水ポンプ７は停止しているため、ボイラ内では蒸気の発生によって水位は低下していく。この時の給水予熱装置４内では、給水予熱装置４内では薬品濃度が比較的高い状態で維持されているため、給水予熱装置４内での腐食は抑制される。

図４に記載している第三実施例は、薬注ポンプ３の作動を分割して行うものであるが、この場合も給水ポンプ７の作動の停止時に合わせて薬注ポンプ３の作動を行い、給水終了時に高濃度の薬品を含む水が給水予熱装置４内に留まるようにしている。時間帯Ｊでは給水ポンプ７と薬注ポンプ３の両方を作動しているが、薬注ポンプ３の作動時間は１回の給水に必要な時間より短いものとしておく。次の時間帯Ｋでは給水ポンプ７のみを作動とし、給水停止後の時間帯Ｌで再び薬注ポンプ３を作動する。この場合も給水停止時には給水予熱装置手前の給水配管５に高濃度の薬品を供給することになり、次の時間帯Ｍで給水ポンプ７を作動することで薬品濃度の高い給水を給水予熱装置４内へ送り込む。このことにより、その後の時間帯Ｎで給水予熱装置４内の腐食を抑制する。

図５に記載している第四実施例は、給水停止までの残り時間が所定時間になってから薬注を行うものである。この場合、最初の時間帯である時間帯Ｏでは、薬注ポンプ３は作動しておらず、給水ポンプ７のみの作動であるため、ボイラには薬品を含まないボイラ給水のみが送られる。次の時間帯である時間帯Ｐは、１回の給水量に対応する量の薬注を行うのに必要な時間を逆算して定めた時間であり、給水停止と薬注停止が同じぐらいの時期となるように設定する。この場合の薬品注入は、時間帯Ｏ及びＰを通して行われていた給水ポンプ７作動による給水量に対応した量を時間帯Ｐで集中して行うものであるため、時間帯Ｐでは薬品濃度の高い水が供給されることになる。この場合、次の時間帯Ｑでは給水ポンプ７を停止しているため、時間帯Ｐでの薬品濃度の高い水は給水予熱装置４内に留まることになり、給水予熱装置４での腐食を抑制することができる。

以上記載したように、給水ポンプ７の作動中に薬注をし終えるのではなく、薬注は給水停止時に関連づけて行うようにし、給水停止後の給水配管５内の薬品濃度が一時的に高くなるようにしておき、給水予熱装置４内で給水の流れが止まる時に、高濃度の薬品が給水予熱装置４内で留まるようにすることで、給水予熱装置４での腐食を抑制することができる。この場合、給水量全体に対する薬品量は通常と変わらないため、ボイラ１に対しての薬品注入量は適正量としながら、給水予熱装置４での腐食抑制効果を高めることができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ボイラ
２燃焼装置
３薬注ポンプ
４給水予熱装置
５給水配管
６運転制御装置
７給水ポンプ
８薬注タンク
９水位検出装置

Claims

給水を予熱する給水予熱装置を持ったボイラであって、ボイラに接続している給水配管の途中に設置した給水ポンプを作動することでボイラへの給水を行い、ボイラ用薬品を注入する薬注ポンプなどの薬注装置は給水予熱装置より上流側の給水配管へ接続し、給水に対して所定割合で薬品の注入を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、
給水ポンプと薬注ポンプの作動を関連づけて制御する運転制御装置を設けておき、運転制御装置は、給水ポンプの作動停止直前又は作動停止に続いて薬注ポンプの作動を行うものであることを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。
請求項１に記載の給水予熱装置を持ったボイラにおいて、前記運転制御装置は、薬注ポンプの作動停止に合わせて給水ポンプの短時間の再作動を行うようにしているものであることを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。