JP2020165568A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラへの給水路に廃熱利用のための熱交換器が設けられているボイラ装置において、この熱交換器が存在することによる、ボイラ起動時の給水ポンプ初期運転時や、給水ポンプの停止後の運転再開時などにおけるウォーターハンマー現象の発生を防止する。【解決手段】ボイラへの給水源１２からボイラの缶１１への給水路１３に、ボイラの廃熱を回収して給水を温めるための熱交換器１５が設けられている。給水路１３における熱交換器１５よりも上流側の位置に、缶１１から給水源１２へ向けて水が逆流することを防止するための逆止弁２０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明はボイラ装置に関する。

一般的なボイラ装置は、給水タンクなどの給水源からボイラの缶へ水を供給するための給水路を備える。この給水路には、給水ポンプが設けられることが通例である。この給水ポンプは、常に連続運転されるというものではなく、ボイラの運転状況に応じて運転あるいは停止されることが普通である。

ボイラの缶の内部は加圧状態にあるため、何も対策せずに給水ポンプを停止させると、ボイラ内の水が逆流して缶内の水位が異常なレベルにまで低下してしまう恐れがある。そこで、そのような事態の発生を防止するために、ボイラ構造規格でボイラと給水ポンプの間に逆止弁を設置する事が規定されており、たとえば特許文献１に記載されているように、給水路に逆止弁が設けられている。この逆止弁は、特許文献１に記載のように、給水路における缶のすぐ上流側に設置されている。

ところで、ボイラ装置においては、ボイラからの廃熱を効果的に利用するために、この廃熱によって給水を温めることが行われている。そして、そのための熱交換器が、給水路における逆止弁よりも上流側の位置、すなわち給水路における逆止弁と給水ポンプとの間の位置に設けられている。

特開２００５−６９５１７号公報

ボイラの冷態起動時や低負荷時においては、ボイラが燃焼中でも発生蒸気量が少ないため、多量の給水は不要である。このような場合には、上記のように給水ポンプを運転しない状況が生じる。

このとき、上述のように給水路に熱交換器が設置されていると、熱交換器の内部では熱交換すべき水が流れず、したがって熱交換器が廃熱により過度に加熱されて、その内部で静止している給水が蒸気に置換される。たとえば廃熱の利用の態様としてボイラからの排気により給水を温める場合には、その排気の温度は２００〜４００℃に達しており、給水が蒸気へ置換されることが高いレベルで発生する。

この状態で次に給水ポンプの運転が再開されると、蒸気が充満した熱交換器の内部に冷水が流れ込み、それによって熱交換器の内部の蒸気が冷却されて急激に凝縮することで、熱交換器への流入水どうしが衝突してウォーターハンマー現象が発生する。また熱交換器の内部に蒸気と水とが混在すると、蒸気の方が高流速であるため、蒸気に押された水が流路すなわち給水管の曲がり角に衝突してウォーターハンマー現象が発生する。

そこで本発明は、このような問題点を解決して、ボイラへの給水路に廃熱利用のための熱交換器が設けられているボイラ装置において、この熱交換器が存在することによる、ボイラ起動時の給水ポンプ初期運転時や、給水ポンプの停止後の運転再開時などにおけるウォーターハンマー現象の発生を防止することを目的とする。

この目的を達成するため本発明のボイラ装置は、ボイラへの給水源からボイラの缶への給水路に、前記ボイラの廃熱を回収して給水を温めるための熱交換器を設け、前記給水路における前記熱交換器よりも上流側の位置に、前記缶から給水源へ向けて水が逆流することを防止するための逆止弁を設けたことを特徴とする。

このような構成であると、逆止弁が給水路における熱交換器よりも上流側に設けられることで、熱交換器の内部はボイラの缶の内部と同じ圧力になる。このため、熱交換器の内部の水が一時的に缶側に流れても、温度と圧力とが定常状態であれば熱交換器の内部に蒸気が充満することは無い。このため、次に給水が再開されて熱交換器の内部に冷水が導入されても、ウォーターハンマー現象が発生することがないという技術的効果を得ることができる。

本発明の実施の形態のボイラ装置の構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態のボイラ装置の構成を示す図である。 本発明のさらに他の実施の形態のボイラ装置の構成を示す図である。

図１において、１１はボイラの缶であり、給水源としての給水タンク１２からの給水路１３が接続されている。一方、１４は、ボイラの缶１１からの排ガス経路で、この排ガス経路１４には、熱交換器としてのエコノマイザ１５が設けられている。給水路１３はエコノマイザ１５に接続され、それによって、給水タンク１２からボイラの缶１１に供給される給水が排ガスから熱を受けて温められるように構成されている。給水路１３には、ボイラの缶１１の内部に水を圧送するための給水ポンプ１６が、エコノマイザ１５よりも上流側の位置に設けられている。また給水路１３における給水タンク１２の近傍の位置には、止め弁１７とストレーナ１８とが設けられている。給水路１３における缶１１の手前の位置には、止め弁１９が設けられている。そして、給水路１３におけるエコノマイザ１５よりも上流側かつ給水ポンプ１６よりも下流側の位置、すなわち給水路１３におけるエコノマイザ１５と給水ポンプ１６との間の位置には、逆止弁２０が設けられている。なお、給水路１３におけるエコノマイザ１５と缶１１との間の位置には、逆止弁は設けられていない。

このような構成において、缶１１へは給水タンク１２から給水路１３を介して水が供給され、この水が缶１１において加熱されることで蒸気や温水が作り出され、その作り出された蒸気や温水は、図外の施設などにおいて使用される。ボイラの缶１１からの排ガスは、経路１４を通って、大気中などの系外へ排出される。排ガスが保有する熱の一部は、エコノマイザ１５によって回収され、それによって缶１１への給水が温められる。

給水ポンプ１６が稼働している時には、エコノマイザ１５の内部を給水が通過しており、その通過中の給水に排ガスの熱が供給されることで、この給水は、極端に過熱されることなしに、すなわち蒸気にならない状態で、缶１１へ供給される。

これに対し、上述のようにボイラの冷態起動時や低負荷時などにおいては給水ポンプ１６を運転しない状況が生じる。この場合は、給水路１３において水が移動せず、したがってエコノマイザ１５の内部の水は缶からの排ガスによって加熱し続けられる。

しかし、エコノマイザ１５と缶１１との間には逆止弁が設けられていないため、すなわちエコノマイザ１５の内部と缶１１の内部とは互いに連通しているため、エコノマイザ１５の内部と缶１１の内部とは同じ圧力になる。このため、エコノマイザ１５の内部の水が一時的に缶１１の側に流れても、温度圧力が定常状態であれば、エコノマイザ１５の内部に蒸気が充満することはない。このため、エコノマイザ１５の内部は水が満たされた状態となり、したがって次に給水ポンプ１６の運転が再開されて再び給水が行われ、エコノマイザ１５の内部に冷水が導入されても、ウォーターハンマー現象は発生しない。

なお、上述のように日本国におけるボイラ構造規格では、ボイラと給水ポンプとの間に逆止弁を取り付けることが義務づけられている。しかし、具体的な取付け位置の指定は無い。したがって、図１に示す本発明の実施の形態の構成は、同構造規格に適合したものである。

次に、本発明の他の実施の形態のボイラ装置について説明する。図２に示されるボイラ装置では、図１に示されるボイラ装置と比べて熱交換器の設置の態様が相違する。つまり、図２のボイラ装置では、給水路１３に熱交換器１５が設置されている点で図１のボイラ装置と共通するが、熱交換器１５のための熱源が、図１に示すようなボイラの缶１１からの排気ガスではなく、缶１１からのブロー水である点が相違する。

図２において、２４は缶１１からのブロー配管である。詳細に説明すると、缶１１の内部の水が加熱されて蒸発すると、缶内の水が濃縮する。水が濃縮されたままボイラ装置を使用すると、気水共発により蒸気の純度が下がるなどして、正常な運転ができなくなる。このため、濃縮した水をブロー排水として缶１１の外部へ排出するものである。ブロー配管２４は熱交換器１５に接続され、この熱交換器１５において、高温のブロー排水から缶１１への低温の給水へ熱が移動されることによって、この缶１１への給水が温められる。図示のブロー配管２４は、缶１１の内部の濃縮水を連続的に缶外へ排出する方式のものであり、したがって熱交換器１５も連続ブロー熱交換器として構成されている。ブロー配管２４における缶１１と熱交換器１５との間の位置には、止め弁２５が設置されている。

そして、この図２に示されたボイラ装置においても、給水路１３における逆止弁２０は、熱交換器１５よりも上流側の位置、すなわち熱交換器１５と給水ポンプ１６との間の位置に設けられている。この図２のボイラ装置においても、給水路１３における熱交換器１５と缶１１との間の位置には、逆止弁は設けられていない。

このような構成であると、図１に示したボイラ装置の場合と同様に、ウォーターハンマー現象の発生を効果的に防止することができる。

図３は、本発明のさらに他の実施の形態のボイラ装置を示す。この図３に示したボイラ装置においては、図１に示される、ボイラの缶１１からの排ガス経路１４に設けられて排ガスから熱を受ける熱交換器としてのエコノマイザ１５と、図２に示される、給水路１３におけるボイラの缶１１からの排ガス経路１４以外の場所に設けられてブロー水から熱を受ける熱交換器１５とが、直列に接続されている。その接続順序として、給水路１３における上流側にブロー水から熱を受ける熱交換器１５が設けられるとともに、その下流側に排ガスから熱を受ける熱交換器としてのエコノマイザ１５が設けられている。逆止弁２０は、給水路１３におけるブロー水から熱を受ける熱交換器１５よりも上流側の位置、すなわちブロー水から熱を受ける熱交換器１５と給水ポンプ１６との間の位置に設けられている。給水路１３における、ブロー水から熱を受ける熱交換器１５からエコノマイザ１５を経て缶１１に至る経路には、逆止弁は設けられていない。

このようなものであると、ボイラの缶１１への給水は、ブロー水から熱を受ける熱交換器１５において、排ガスよりも低温のブロー水によって一次加熱され、その後に排ガス経路１４に設置されたエコノマイザ１５において高温の排ガスにより二次加熱されたうえで、缶１１へ供給される。そして、この図３に示した構成においては、図１および図２に示した構成と同様の原理によって、排ガス経路１４に設置されたエコノマイザ１５と、ブロー水から熱を受ける熱交換器１５との両方の機器において、ウォーターハンマー現象の発生を防止することができる。

１１ ボイラの缶
１２ 給水タンク（給水源）
１３ 給水路
１５ エコノマイザ（熱交換器）
１６ 給水ポンプ
２０ 逆止弁

Claims (1)

1. ボイラへの給水源からボイラの缶への給水路に、前記ボイラの廃熱を回収して給水を温めるための熱交換器を設け、前記給水路における前記熱交換器よりも上流側の位置に、前記缶から給水源へ向けて水が逆流することを防止する逆止弁を設けたことを特徴とするボイラ装置。

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