JP2022141525A

JP2022141525A - ボイラーシステム及びボイラーの稼働方法

Info

Publication number: JP2022141525A
Application number: JP2021041878A
Authority: JP
Inventors: 忠行猪野; Tadayuki Ino
Original assignee: INO TAKAYUKI
Current assignee: INO TAKAYUKI
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-29

Abstract

【課題】常温で固化する溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を燃料として使用するに際し特別な取扱作業を不要としたボイラーシステムを得る。【解決手段】常温で固化する溶液燃料及び／又は液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を燃料として稼働し蒸気を発生するボイラー１１と、溶液燃料を貯蔵する溶液燃料タンク１と、液体燃料を貯蔵する起動停止用燃料タンク２と、燃料をボイラー１１の蒸気で加温する第１加温装置３と、ボイラーに燃料を流入させる流入配管とボイラーから燃料を流出させる流出配管とを有する循環配管３０と、循環配管３０を介してボイラーに供給される燃料をボイラーの蒸気で加温する第２加温装置５と、輸送配管及び循環配管をボイラーの蒸気により加温する加温手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は消費蒸気を発生させるボイラーシステム及びボイラーの稼働方法に関し、ボイラーの燃料に潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油等の常温で固化する溶液燃料を使用する場合に、ボイラーを安定的かつ効率よく稼働させるための構成を備えたボイラーシステムに関し、更に詳しくは、燃料をボイラーに供給する配管内で溶液燃料を固化させないためのボイラーシステム構成及びボイラー稼働方法に関する。

エネルギー資源に恵まれないわが国において、従来から燃料として溶液燃料（副生油）を使用することが研究され実用化されてきた。近年、ＣＯ₂排出量削減の要求や輸入燃料単価の上昇により、資源の有効利用の見地から燃料として溶液燃料（副生油）を使用することが期待されている。燃料として使用可能な溶液燃料は、潤滑廃油、食用廃油、化学廃油等各種存在し、常温（４０度以下）程度で固化するものが存在した。
消費蒸気を発生させための燃焼ガスとして廃油を使用可能とするボイラー（多管式貫流ボイラー）としては、例えば本発明者が提案した特許文献１に記載のものが存在する。

特開２０１９－１９０７８１号

常温で固化もしくは粘度の高い種類の溶液燃料をボイラーの燃料として使用する場合、ボイラーの稼働立上時に燃料を確実に流体化させるための加温作業や、停止時に燃料を配管内で固化させないように燃料を抜き取る作業が必要となり、取扱作業が煩雑であるという課題があった。

本発明は上記実情に鑑みて提案されたものであり、稼働ボイラーからの熱を使用して廃油等の溶液燃料を配管内で固化させないための構造を備えたボイラーシステムとすることで、溶液燃料を燃料として使用するに際し特別な取扱作業を不要としたボイラーシステム及びボイラーの稼働方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本願発明の請求項１に係るボイラーシステムは、
切替バルブ（１９）を介して常温で固化する溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）及び／又は液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を燃料として稼働し蒸気を発生するボイラー（１１）と、
前記溶液燃料を貯蔵する溶液燃料タンク（１）と、
前記液体燃料を貯蔵する起動停止用燃料タンク（２）と、
輸送配管（３１）を介して前記ボイラー（１１）に供給される燃料を前記ボイラーの蒸気で加温する第１加温装置（３）と、
前記燃料を第１加温装置（３）へ輸送する燃料輸送ポンプ（６）と、
前記ボイラー（１１）に前記燃料を流入させる流入配管と、前記ボイラー（１１）から前記燃料を流出させる流出配管とを有する循環配管（３０）と、
前記循環配管（３０）を介して前記ボイラー（１１）に供給される前記燃料を前記ボイラー（１１）の蒸気で加温する第２加温装置（５）と、
前記燃料を第２加温装置（５）へ輸送する送油ポンプ（８）と、
前記輸送配管（３１）及び前記循環配管（３０）を前記ボイラー（１１）の蒸気により加温する加温手段と、
を備えたことを特徴としている。

請求項２は、請求項１のボイラーシステムにおいて、
前記切替バルブ（１９）の操作により、前記輸送配管（３１）及び前記循環配管（３０）内の燃料を溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）と液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）との間で置換可能に構成することを特徴としている。

請求項３は、請求項１又は請求項２のボイラーシステムにおいて、
前記ボイラー（１１）内で燃焼する排気ガスを利用し水を加温する廃熱回収装置（１２）を備え、前記廃熱回収装置（１２）への給水の前段部分に給水ポンプ（１０）を接続することを特徴としている。

請求項４は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボイラーシステムにおいて、
前記第１加温装置（３）に対して、それぞれ送油ポンプ（８）、第２加温装置（５）及び循環配管（３０）を介して複数のボイラー（１１）を接続することを特徴としている。

請求項５は、請求項４のボイラーシステムにおいて、
前記第１加温装置（３）に対して複数のボイラー（１１）が接続するに際し、前記第１加温装置（３）と、前記各ボイラー（１１）にそれぞれ接続される前記第２加温装置（５）とは、別系統のラインで蒸気が供給されることを特徴としている。

請求項６のボイラーの稼働方法は、切替バルブ（１９）を介して常温で固化する溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）及び／又は液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を燃料として供給し蒸気を発生するボイラー（１１）の稼働方法であって、前記ボイラー（１１）に供給する前記燃料を加温する燃料加温装置（第１加温装置３及び第２加温装置５）を備え、次の各手順を含むことを特徴としている。
ボイラー（１１）の稼働立ち上げ時に、前記切替バルブ（１９）により前記液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を燃料として稼働させる手順。
前記ボイラー（１１）の稼働により前記燃料加温装置が動作し始めて十分に加温された後に前記切替バルブ（１９）を切り替えて前記溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を燃料として循環させて稼働させる手順。
ボイラー（１１）の停止前に、前記切替バルブ（１９）を切り替えることで配管（循環配管３０及び輸送配管３１）内の溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に置換する手順。
前記置換が完了したらボイラー（１１）の稼働停止を行う手順。

本発明によれば、常温で固化もしくは粘度の高い溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）をボイラー（１１）の燃料として使用する場合に、ボイラー（１１）の蒸気を利用した燃料加温装置（第１加温装置３及び第２加温装置５）を備えることで、安定的かつ効率よく加温することができる。
また、ボイラー停止前に配管（循環配管３０及び輸送配管３１）内の溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に置換する機構を備えることで、溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）をそのまま配管内に残して固化するのを防止することができる。

本発明に係るボイラーシステムの全体を示すライン説明図である。本発明に係るボイラーシステムの構成を示す側面説明図である。

本発明に係るボイラーシステムの実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１及び図２はボイラーシステム全体を示すもので、ボイラー燃料を貯蔵する溶液燃料タンク１及び起動停止用燃料タンク２と、ボイラー燃料を加温する燃料加温装置としての第１加温装置３及び第２加温装置５と、バーナー１１ａを備え供給される水から消費蒸気を発生させるボイラー１１と、ボイラー廃熱を利用して水を温めてボイラー１１へ供給する廃熱回収装置（エコノマイザー）１２を備えて構成されている。
本発明に係るボイラーシステムは、常温で固化もしくは粘度の高い溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）をボイラー燃料として安定的かつ効率よく使用できる構成に特徴を有している。
廃油を燃料として使用可能とするボイラーとしては、上述した特許文献１（特開２０１９－１９０７８１号）に記載の構造を用いることができる。

ボイラー１１には、ボイラー１１にボイラー燃料を供給する循環配管３０と、ボイラー１１に水を供給する給水ポンプ１０が接続されている。循環配管３０へは、送油ポンプ８によりボイラー燃料を加温して貯蔵する第２加温装置５からボイラー燃料が送油される。
これらの装置はボイラー室に配置され、一つ以上設置されたボイラー室はそれぞれボイラー室外の施設（工場内施設）に接続されている。したがって、第２加温装置５は1つのボイラー１１に対する専属のタンクとなる。
ボイラー１１へは、給水ポンプ１０に接続された薬注装置２０からの液体を合流した水が供給され、ボイラー燃料をバーナー１１ａで燃焼することで蒸気を発生し、主蒸気管４０（図２）から送出される。
バーナー１１ａには、バーナー燃料供給元となる点火用のガスボンベ２１（図１）が接続されている。ボイラー用バーナーは通常、「ダイレクト着火」という電極棒でスパークを発生させ、そこに燃料を噴霧することで着火する方式となっている。上述のボイラーシステムでは、常温で固化する燃料を使用するので、引火点(火が付き出す温度)が普通の燃料より高く、スパークでは着火できない可能性が生じる。そこで、点火の確実性を高めるために「ガスパイロット着火」という電極棒でスパークを発生させ、パイロットバーナー(ガス使用)を着火し、そこに燃料を噴霧することで着火する方式を採用している。

工場内施設には、溶液燃料タンク１及び起動停止用燃料タンク２からのボイラー燃料となる溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を貯蔵する常用燃料タンクを有する第１加温装置３と、ボイラー燃料となる液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を貯蔵するサービスタンク４と、軟水器１３からの水を貯蔵し給水ポンプ１０への供給を行う給水タンク１４と、がそれぞれ設置されている。
第１加温装置３は、溶液燃料タンク１に対して、輸送配管３１に設置された切替バルブ１９、燃料送油ポンプ６及びオートフィルター１５を介して接続され、ボイラー１１で使用のための溶液燃料を貯蔵して加温する。
サービスタンク４は、起動停止用燃料タンク２に起動停止用燃料送油ポンプ７を介して接続され、ボイラー１１で使用のための液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を貯蔵する。サービスタンク４からの液体燃料は切替バルブ１９の切り替え操作により第１加温装置３へ供給されるようになっている。
第１加温装置３及びサービスタンク４はボイラー室外に設置され、他のボイラーや他の装置等への供給用のタンクとなる。

循環配管３０は、ボイラー１１に燃料を流入させる流入配管とボイラー１１から燃料を流出させる流出配管とを有し循環ポンプを介在させた金属管から成る配管部３０ａと、屈曲可能に配置するためのフレキシブル部３０ｂと、を備えている。配管部３０ａには、溶液燃料から固体を取り除くためのストレーナーが並列で配置された複式ストレーナー１６が設置されている。複式ストレーナー１６は、通常は片方のみ使用し、メンテナンスの時や目詰まりした場合にもう片方へ切り替えることにより、溶液燃料を止めることなくメンテナンスを行うことができる。溶液燃料の特性上、目詰まりしやすいために複式のストレーナーを使用することが好ましい。

溶液燃料タンク１、第１加温装置３及び第２加温装置５は、図２に示すように、ボイラー１１から排出される供給用蒸気の主蒸気管４０から加温用蒸気管４１を分岐し、加温用蒸気管４１ａから第２加温装置５の加温タンクに、加温用蒸気管４１ｂから第１加温装置３の常用燃料タンクに、加温用蒸気管４１ｃから溶液燃料タンク１に、それぞれ設置された加温コイル内に導かれることで、溶液燃料タンク１、第１加温装置３及び第２加温装置５に貯蔵されたボイラー燃料を加温するように構成されている。

また、循環配管３０及び輸送配管３１に対してもボイラー１１からの蒸気により加温される加温手段が設けられている。すなわち、加温手段は、スチームヘッダー１８を介して循環配管（配管部３０ａ）及び輸送配管３１の外面周囲にコイル状に設置された加温コイルに蒸気を導くことで、各配管表面を加温するように構成されている（図１の実線斜線網掛け部分）。
スチームヘッダー１８は、ボイラーから出た蒸気を一旦この装置に集め、水と蒸気とに分けて蒸気の乾き度の低下を防止するとともに、バルブの先にある各配管に分配する役割を有する。

第１加温装置３及び輸送配管３１、第２加温装置５及び循環配管３０へは、それぞれスチームヘッダー１８を介して蒸気が供給されるので、第１加温装置３の常用燃料タンクと第２加温装置５の加温タンクへは、別系統のラインで蒸気を供給することが可能となる（図１）。

また、循環配管（配管部３０ａ）にはラインヒーター１７が設置され、配管内に電熱線を配置させ温度センサーにより設定温度まで加温するようになっている。
また、循環配管のフレキシブル部３０ｂには、ヒーターバンド(電気利用)が装着されて加温が行われる（図１の点線斜線網掛け部分）。

上述したボイラーシステムでは、第１加温装置３に対して送油ポンプ８、第２加温装置５及び循環配管３０を介して１つのボイラー１１が接続される例を説明したが、第１加温装置３に対して、それぞれ送油ポンプ、第２加温装置及び循環配管を介して複数のボイラーが接続されるようにしても良い。
スチームヘッダー１８は、第１加温装置３に対して複数のボイラーが設置されている場合に、複数のボイラーから出た蒸気を一旦この装置に集め、バルブの先にある各配管に分配する。
この場合、第１加温装置と第２加温装置へは別系統のラインで蒸気が供給されるので、複数のボイラーが設置される場合に、停止しているボイラー用の配管内はＡ重油等の液体燃料で満たされているため加温する必要がなく、ボイラー毎の起動に合わせて加温できるようにすることで熱エネルギーの有効利用を図ることができる。

ボイラー１１の排気側には廃熱回収装置（エコノマイザー）１２が接続されている。廃熱回収装置１２は、ボイラー１１内で燃焼する排気ガスを利用し水を加温し、ボイラー１１へ給水する装置であり、廃熱回収装置１２への給水の前段部分にボイラー１１への給水を行う給水ポンプ１０を接続するように構成している。廃熱回収装置１２の前段部分に給水ポンプ１０を設置したのは以下の理由による。

給水ポンプ１０は、ポンプ入口では吸込もうとする力が働いているため、９０℃後半で一部の水が気体になりキャビテーションが発生し、ポンプの破損もしくは空回りが発生し水が送出できなくなる現象が生じる。そのため、従来のポンプは高温仕様であっても給水の最大温度は９５℃が限界であった。また、管内の水の温度が１００℃以上になると管内の水が一部気体になり、この気体がポンプ内に入るとポンプは気体を送り出せないため、給水できなくなる現象が生じる。

上述したボイラーシステムにおいて、給水ポンプ１０は通常使用される構造のポンプが使用されるが、廃熱回収装置１２の入口側に設置することで、この部分での水温が９０～９５℃程度であっても廃熱回収装置１２に水を供給することができる。
本実施例では、給水ポンプ１０を介して供給される水の温度を常温～９０℃程度とし、廃熱回収装置１２から送出される水温は１５０℃を超える値にすることができる。

また、ボイラーの燃料となる溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）は、灰分が多い場合があるので、廃熱回収装置１２の排気側に集じん機５０を設置し、廃熱回収装置１２からの排気ガスが集じん機５０によりダストを回収して放出されるようにしている。

続いて、上述したボイラーシステムの稼働方法について説明する。
本発明のボイラーシステムの燃料としては、起動停止時に使用する常温で液体の燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）と、廃油である溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）の２種類を使用する。

稼働立上時には、サービスタンク４から切替バルブ１９を介して液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）がボイラー１１に供給されて燃焼し、溶液燃料タンク１、第１加温装置３の常用燃料タンク、第２加温装置５の加温タンクがそれぞれ加温される。
稼働立上時においては、溶液燃料タンク１から切替バルブ１９までが常温で固化する溶液燃料で満たされ、その先のタンクや配管は液体燃料(Ａ重油など)で満たされているが、溶液燃料タンク１に固化された燃料が残存した場合であっても加温により溶融される。また、液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）で満たされた循環配管３０及び輸送配管３１も加温される。
燃料加温装置（第１加温装置３及び第２加温装置５）の加温により、溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）が溶融（液体になって流せるようになる状態）する温度に達した後に、切替バルブ１９により燃料を溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）に切り替える。循環配管３０及び輸送配管３１は加温されているので、切替時に配管内で溶液燃料が冷やされて固化することはない。

停止時には、循環配管３０及び輸送配管３１の管内やタンク内の溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に置換し、置換が完了したらボイラーの稼働を停止する。
循環配管３０及び輸送配管３１の管内は溶液燃料から液体燃料に置換されているので、停止後に管内において常温で燃料が固化されることがない。

すなわち、ボイラーシステムの稼働立上時は、切替バルブ１９でサービスタンク４に貯蔵された液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）をボイラー燃料として第１加温装置３及び第２加温装置５へ送出し、ボイラー１１にて蒸気を発生させ、その蒸気が加温コイル内に導かれ溶液燃料タンク１、第１加温装置３の常用タンク、第２加温装置５の加温燃料タンク、循環配管３０及び輸送配管３１を加温する。
液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）が十分加温されたら切替バルブ１９を切り替え、溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を使用してボイラー１１を稼働させる。

ボイラーシステムの稼働停止時は、切替バルブ１９で起動停止用の液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に切り替え、第１加温装置３及び第２加温装置５、循環配管３０及び輸送配管３１内の溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を起動停止用の液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に置換してから停止させる。

第１加温装置３に対してボイラーが複数基ある場合も、各ボイラーに対して上記と同様の手順をとる。
また、複数基存在する他のボイラーが既に稼働している場合、追加でボイラーを立ち上げる時に、そのボイラー用の循環配管３０や第２加温装置５が十分加温される前に溶液燃料が供給され固化する可能性があるので、予め加温ラインのバルブを開けて循環配管３０や第２加温装置５を加温することが可能となる。

上述したボイラーシステムによれば、ボイラー１１の稼働立上時において、ボイラーの蒸気を利用した加温装置（第１加温装置３及び第２加温装置５）により、常温で固化もしくは粘度の高い溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を安定的かつ効率よく加温することができる。
ボイラー１１の稼働立上時においては液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）を使用して稼働し、また、ボイラー１１の停止時においては、配管（循環配管３０及び輸送配管３１）内の溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を液体燃料（Ａ重油、Ｂ重油、再生油）に置換することにより、溶液燃料をそのまま配管内に残して固化するのを防止することができる。

その結果、人手による加温作業や燃料置換作業が不要となるので、溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）をボイラーの燃料として使用する上での煩雑な作業の軽減を図ることができる。
また、溶液燃料（潤滑廃油、食用廃油、化学廃油、副生油）を使用することで、計算上の資源エネルギーに関してＣＯ₂ゼロを達成可能とし、ＣＯ₂排出削減や燃料コスト削減を図ることができる。

１…溶液燃料タンク
２…起動停止用燃料タンク
３…第１加温装置
４…サービスタンク
５…第２加温装置
６…燃料送油ポンプ
７…起動停止用燃料送油ポンプ
８…送油ポンプ
９…循環ポンプ
１０…給水ポンプ
１１…ボイラー
１１ａ…バーナー
１２…廃熱回収装置
１３…軟水器
１４…給水タンク
１５…オートフィルター
１６…複式ストレーナー
１７…ラインヒーター
１８…スチームヘッダー
１９…切替バルブ
２０…薬注装置
２１…ガスボンベ
３０…循環配管
３１…輸送配管
４０…主蒸気管
５０…集じん機

Claims

切替バルブを介して常温で固化する溶液燃料及び／又は液体燃料を燃料として稼働し蒸気を発生するボイラーと、
前記溶液燃料を貯蔵する溶液燃料タンクと、
前記液体燃料を貯蔵する起動停止用燃料タンクと、
輸送配管を介して前記ボイラーに供給される燃料を前記ボイラーの蒸気で加温する第１加温装置と、
前記燃料を第１加温装置へ輸送する燃料送油ポンプと、
前記ボイラーに前記燃料を流入させる流入配管と、前記ボイラーから前記燃料を流出させる流出配管とを有する循環配管と、
前記循環配管を介して前記ボイラーに供給される前記燃料を前記ボイラーの蒸気で加温する第２加温装置と、
前記燃料を第２加温装置へ輸送する送油ポンプと、
前記輸送配管及び前記循環配管を前記ボイラーの蒸気により加温する加温手段と、
を備えたことを特徴とするボイラーシステム。
前記切替バルブの操作により、前記輸送配管及び前記循環配管内の燃料を前記溶液燃料と前記液体燃料との間で置換可能に構成する請求項１に記載のボイラーシステム。
前記ボイラー内で燃焼する排気ガスを利用し水を加温する廃熱回収装置を備え、前記廃熱回収装置への給水の前段部分に給水ポンプを接続した請求項１又は請求項２に記載のボイラーシステム。
前記第１加温装置に対して、それぞれ送油ポンプ、第２加温装置及び循環配管を介して複数のボイラーを接続する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボイラーシステム。
前記第１加温装置に対して複数のボイラーが接続するに際し、前記第１加温装置と、前記各ボイラーに接続される前記第２加温装置とは、別系統のラインで蒸気が供給される請求項４に記載のボイラーシステム。
切替バルブを介して常温で固化する溶液燃料及び／又は液体燃料を供給し蒸気を発生するボイラーの稼働方法であって、
前記ボイラーに供給する燃料を加温する燃料加温装置を備え、
ボイラーの稼働立ち上げ時に、前記切替バルブにより前記液体燃料を供給して稼働させる手順と、
前記ボイラーの稼働により前記燃料加温装置が動作し始めて十分に加温された後に前記切替バルブを切り替えて前記溶液燃料を供給して循環させて稼働させる手順と、
ボイラーの停止前に、前記切替バルブを切り替えることで配管内の溶液燃料を液体燃料に置換する手順と、
前記置換が完了したらボイラーの稼働停止を行う手順と、
を含むことを特徴とするボイラーの稼働方法。