JP2023034571A - 給水補完装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予備のポンプを搭載することなしに、ポンプの故障時でもシステム効率を低下させることなく継続運転が可能な給水補完装置を提供することである。【解決手段】蒸気を使用する使用機器からのドレンを回収しボイラに供給するドレン装置へ新水を給水するための第１給水ラインの第１位置と、ボイラへ新水を給水するための第２給水ラインの第２位置とを連通させるための連通ラインを備え、連通ライン上に連通弁が設けられている、給水補完装置。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラおよびドレン装置への給水を補完する給水補完装置に関する。

従来、ボイラによって生成された蒸気を負荷機器に供給し、負荷機器において熱源として使用された蒸気が凝縮して発生するドレンを、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクを有するドレン装置に高温・高圧の状態で回収して、当該ドレンを再度ボイラに給水し、ドレンの給水量が不足した場合に新水を用いて給水するクローズドタイプのボイラシステムが提案されている。このようなクローズドタイプのボイラシステムにおいては、ドレンの不足に備えてドレン装置へ新水を供給するための給水ライン（以下、クローズドライン、第１給水ラインなどともいう）と、新水を直接ボイラに供給するための給水ライン（以下、オープンライン、第２給水ラインなどともいう）とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６３４９９４６号公報

しかし、従来のクローズドタイプのボイラシステムにおいては、省エネの観点から可能な限りクローズドラインを使用した給水を継続することが望まれるところ、クローズドライン側の給水ポンプが故障すれば、交換や修理が完了するまでオープンライン側での給水となるため、システム効率が低下するという問題が生じ得る。また、クローズドライン側に予備（バックアップ用）の給水ポンプを設置することも考えられるが、コストが増大してしまうという問題が生じ得る。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、コスト増大を抑えつつも給水ポンプの故障時でもシステム効率を低下させることなく継続運転を可能とする給水補完装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従う給水補完装置は、蒸気を使用する使用機器からのドレンを回収しボイラに供給するドレン装置へ新水を給水するための第１給水ラインの第１位置と、前記ボイラへ新水を給水するための第２給水ラインの第２位置とを連通させるための連通ラインを備え、前記連通ライン上に連通弁が設けられている。

上記の構成によれば、例えば第１給水ライン上の給水ポンプが故障したとしても、連通ライン上の連通弁を開状態とすることにより、第２給水ラインから連通ラインを介してドレン装置への給水が可能となる。また、ボイラにおける運転を開始する際など新水をボイラに供給する場合において第２給水ライン上の給水ポンプが故障したとしても、連通弁を開状態とすることにより、第１給水ラインから連通ラインを介してボイラへの給水が可能となる。このため、コスト増大を抑えつつも給水ポンプの故障時でもシステム効率を低下させることなく給水を補完することにより継続運転が可能となる。

好ましくは、前記第１位置が、前記第１給水ライン上に配置された前記ドレン装置に対応する開閉弁よりも上流側の位置であるか、前記第２位置が、前記第２給水ライン上に配置された前記ボイラに対応する開閉弁よりも上流側の位置であるか、少なくともいずれか一方を満たす位置である。

上記の構成によれば、ドレン装置への給水を第１給水ラインのみを用いて行う場合と、第２給水ラインから連通ラインを介して行う場合とのいずれにおいても、第１給水ライン上の開閉弁を兼用できる。あるいは、ボイラへの給水を第２給水ラインのみを用いて行う場合と、第１給水ラインから連通ラインを介して行う場合とのいずれにおいても、第２給水ライン上の開閉弁を兼用できる。このため、コスト増大を抑えることができる。

好ましくは、前記第１位置が、前記第１給水ラインの給水ポンプに対する逆流を防止するための弁よりも下流側の位置であるか、前記第２位置が、前記第２給水ラインの給水ポンプに対する逆流を防止するための弁よりも下流側の位置であるか、少なくともいずれか一方を満たす位置である。

上記の構成によれば、ドレン装置への給水を第２給水ラインから連通ラインを介して行う場合において第１給水ラインでの逆流を防ぐことができる。あるいは、ボイラへの給水を第１給水ラインから連通ラインを介して行う場合において第２給水ラインでの逆流を防ぐことができる。

給水補完装置を含むボイラシステムの概略構成を模式的に示す図である。 連通関連処理の一例を説明するためのフローチャートである。

＜概略構成について＞
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る給水補完装置を含むボイラシステムの概略構成について説明する。ボイラシステム１は、図１に示すように、ボイラ本体２と、クローズドタイプのドレン装置３と、給水タンク４と、ボイラシステム１の動作を制御する制御部（ボイラの制御装置、図示せず）とを備えている。

ボイラ本体２は、バーナおよび燃焼室を備え、燃料を燃焼させて水管を加熱することにより、内部に供給された給水を加熱して蒸気を生成するとともに、生成された蒸気を負荷機器５に供給する。負荷機器５は、ボイラ本体２で生成された蒸気を熱源として利用し、加熱対象物との間で熱交換を行う。

ドレン装置３は、耐圧性を有する圧力容器により構成される。このドレン装置３は、ボイラ本体２により生成された蒸気が負荷機器５（蒸気使用機器）で利用されることで凝縮して生じたドレンを、大気に開放することなく高温高圧を維持したままの状態で回収する。

制御部は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現され、着火時および停止時の動作、燃焼量が異なる複数種類の燃焼状態（例えば、低燃焼状態、高燃焼状態）の動作、給水の動作等を制御する。

ボイラシステム１は、これらの機器を接続し、蒸気または水が流通する複数のライン、これら複数のラインを開閉させる複数の弁、および、所定のラインに配置される複数のポンプを備える。具体的には、ボイラシステム１は、配管のラインとして、第１給水ラインＬ１、第２給水ラインＬ２、ドレン供給ラインＬ３、および、給水補完装置としての連通ラインＬ４を備えている。

第１給水ラインＬ１は、給水タンク４の新水をドレン装置３へ給水（供給）するためのラインである。第１給水ラインＬ１には、上流側から、給水ポンプＡ、逆止弁Ｃ、および、開閉弁Ｄが設けられている。ドレン装置３への新水の給水は、通常時においては、制御部により、給水ポンプＡを駆動させるとともに開閉弁Ｄを開状態とすることにより行われる。

第２給水ラインＬ２は、給水タンク４の新水をボイラ本体２へ給水するためのラインである。第２給水ラインＬ２には、上流側から、給水ポンプＢ、逆止弁Ｅ、および、開閉弁Ｆが設けられている。ボイラ本体２への新水の給水は、通常時においては、制御部により、給水ポンプＢを駆動させるとともに開閉弁Ｆを開状態とすることにより行われる。

ドレン供給ラインＬ３は、ドレン装置３のドレンをボイラ本体２へ給水するためのラインである。ドレン供給ラインＬ３には、上流側から、ドレン供給ポンプ（図示せず）と、開閉弁Ｇとが設けられている。ボイラ本体２へのドレンの給水は、制御部により、ドレン供給ポンプを駆動させるとともに開閉弁Ｇを開状態とすることにより行われる。

連通ラインＬ４は、第１給水ラインＬ１の第１位置Ｐ１と第２給水ラインの第２位置Ｐ２とを連通させるためのラインである。連通ラインＬ４には、連通弁Ｈが設けられている。制御部は、給水中に所定の異常が発生していると判定したときに連通弁Ｈを開状態とすることにより、連通ラインＬ４を通じた給水が可能となる。具体的に、給水ポンプＡによる給水中において異常が発生したときなどにおいては、開閉弁Ｄおよび連通弁Ｈを開状態とし、開閉弁Ｆを閉状態とし、給水ポンプＢを駆動させることにより、連通ラインＬ４を介してドレン装置３への給水を行うことができる。連通ラインＬ４と連通する第１給水ラインＬ１上の第１位置Ｐ１よりも上流側には、逆止弁Ｃが設けられているため、連通ラインＬ４から供給された水が第１位置Ｐ１よりも上流側（給水ポンプＡの方向）へ逆流することを防ぐことができる。

また、給水ポンプＢによる給水中において異常が発生したときなどにおいては、開閉弁Ｆおよび連通弁Ｈを開状態とし、開閉弁Ｄを閉状態とし、給水ポンプＡを駆動させることにより、連通ラインＬ４を介してボイラ本体２への給水を行うことができる。連通ラインＬ４と連通する第２給水ラインＬ２上の第２位置Ｐ２よりも上流側には、逆止弁Ｅが設けられているため、連通ラインＬ４から供給された水が第２位置Ｐ２よりも上流側（給水ポンプＢの方向）へ逆流することを防ぐことができる。

また、第１位置Ｐ１は、開閉弁Ｄよりも上流側の位置に定められており、第２位置Ｐ２は、開閉弁Ｆよりも上流側の位置に定められている。これにより、ドレン装置３への給水を第１給水ラインＬ１のみを用いて行う場合と、第２給水ラインＬ２から連通ラインＬ４を介して行う場合とのいずれにおいても、第１給水ラインＬ１上の開閉弁Ｄを兼用できる。また、ボイラ本体２への給水を第２給水ラインＬ２のみを用いて行う場合と、第１給水ラインＬ１から連通ラインＬ４を介して行う場合とのいずれにおいても、第２給水ラインＬ２上の開閉弁Ｆを兼用できる。このため、コスト増大を抑えることができる。

＜連通関連処理について＞
図２は、連通関連処理の一例を説明するためのフローチャートである。連通関連処理は、制御装置（制御部）により、所定時間（例えば、１秒）毎に繰り返し実行される。ステップＳ１１では、給水中に異常が発生しているか否かを判定する。第１給水ラインＬ１から給水するための処理を実行中においては、例えば、実際のドレン装置３の水位が所定水位（例えば、最低水位）以下となることや、所定時間経過しても所定水位に到達しないことなどにより異常が発生していると判定される。この場合には、第１給水ラインＬ１からドレン装置３への給水が不十分であることから、第１給水ラインＬ１からの給水に用いる給水ポンプＡの故障が疑われる。また、第２給水ラインＬ２から給水するための処理を実行中においては、例えば、実際のボイラ本体２内の水位が所定水位（例えば、最低水位）以下となることや、所定時間経過しても所定水位に到達しないことなどにより異常が発生していると判定される。この場合には、第２給水ラインＬ２からボイラ本体２への給水が不十分であることから、第２給水ラインＬ２からの給水に用いる給水ポンプＢの故障が疑われる。

給水中に異常が発生していないと判定された場合には、ステップＳ１１に戻る。一方、給水中に異常が発生していると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、給水中の異常を報知するためのアラーム報知が行われる。これにより、ボイラの管理者による確認作業や復旧作業を促すことができる。続くステップＳ１３では、連通ラインＬ４の連通弁Ｈを開状態とし、他の給水ラインの給水ポンプの駆動制御が行われる。例えば、第１給水ラインＬ１から給水するための処理を実行中であった場合には、連通弁Ｈを開状態とし、第２給水ラインＬ２の給水ポンプＢを駆動制御する。逆に、第２給水ラインＬ２から給水するための処理を実行中であった場合には、連通弁Ｈを開状態とし、第１給水ラインＬ１の給水ポンプＡを駆動制御する。

この間において管理者による確認作業が行われ、ステップＳ１４においてアラームを解除するための操作（管理者による操作）が行われたか否かが判定される。アラームを解除するための操作が行われたと判定されたときには、ステップＳ１５に進みアラームが解除される。アラーム解除後においては、異常の発生原因に応じて管理者による復旧作業が行われ、ステップＳ１６において復旧が完了して復旧操作が行われたか否かが判定される。復旧操作が行われたと判定されたときには、ステップＳ１７に進み、連通ラインＬ４の連通弁Ｈを閉状態に制御し、本来の給水ポンプを用いて給水する通常駆動制御を再開して、連通関連処理を終了する。

以上のように、本実施の形態では、図２のステップＳ１１～１３で示すように、例えば第１給水ライン上の給水ポンプが故障したとしても、連通ラインＬ４上の連通弁Ｈを開状態とすることにより、第２給水ラインＬ２から連通ラインＬ４を介してドレン装置３への給水が可能となる。また、ボイラ本体２における運転を開始する際などにおいて第２給水ラインＬ２上の給水ポンプＢが故障したとしても、連通弁Ｈを開状態とすることにより、第１給水ラインＬ１から連通ラインＬ４を介してボイラ本体２への給水が可能となる。このため、コスト増大を抑えつつも給水ポンプの故障時でもシステム効率を低下させることなく給水を補完することにより継続運転が可能となる。

また、本実施の形態では、第１給水ラインＬ１上の第１位置Ｐ１よりも下流側の開閉弁Ｄ、および第２給水ラインＬ２上の第２位置Ｐ２よりも下流側の開閉弁Ｆの少なくともいずれかを設けるため、ドレン装置３への給水を第１給水ラインＬ１のみを用いて行う場合と、第２給水ラインＬ２から連通ラインＬ４を介して行う場合とのいずれにおいても、第１給水ラインＬ１上の開閉弁Ｄを兼用できる。また、ボイラ本体２への給水を第２給水ラインＬ２のみを用いて行う場合と、第１給水ラインＬ１から連通ラインＬ４を介して行う場合とのいずれにおいても、第２給水ラインＬ２上の開閉弁Ｆを兼用できる。このため、コスト増大を抑えることができる。

また、本実施の形態では、連通ラインＬ４と連通する第１給水ラインＬ１上の第１位置Ｐ１よりも上流側には、逆止弁Ｃが設けられているため、ドレン装置３への給水を第２給水ラインＬ２から連通ラインＬ４を介して行う場合において、連通ラインＬ４から供給された水が、第１給水ラインＬ１上で第１位置Ｐ１よりも上流側（給水ポンプＡの方向）へ逆流することを防ぐことができる。また、連通ラインＬ４と連通する第２給水ラインＬ２上の第２位置Ｐ２よりも上流側には、逆止弁Ｅが設けられているため、ボイラ本体２への給水を第１給水ラインＬ１から連通ラインＬ４を介して行う場合において、連通ラインＬ４から供給された水が、第２給水ラインＬ２上で第２位置Ｐ２よりも上流側（給水ポンプＢの方向）へ逆流することを防ぐことができる。

本発明では、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

上記の実施の形態においては、連通弁Ｈを電磁弁とし、ステップＳ１３およびステップＳ１７にて示すように制御部により連通弁Ｈの開閉を行うことにより、給水ラインの切り替えを自動で行う例を説明した。しかし、連通弁Ｈは、手動により開閉可能な開閉弁とし、連通弁Ｈの開閉は、管理者により手動で切り替えるようにしてもよい。また、連通弁Ｈの開のみを制御部により行い、連通弁Ｈの閉については管理者により手動で行うようにしてもよく、また、連通弁Ｈの閉のみを制御部により行い、連通弁Ｈの開については管理者により手動で行うようにしてもよい。

上記の実施の形態においては、弁Ｃおよび弁Ｅが逆止弁である場合を説明したが、弁Ｃおよび弁Ｅは開閉弁であってもよい。弁Ｃおよび弁Ｅが開閉弁である場合であって、給水ポンプＡにより給水を行う場合には、弁Ｃを開状態とし、異常発生時には連通弁Ｈを開状態とするとともに弁Ｃを閉状態とする一方で弁Ｅを開状態とし給水ポンプＢによる給水に切り替えるようにしてもよい。また、給水ポンプＢにより給水を行う場合には、弁Ｅを開状態とし、異常発生時には連通弁Ｈを開状態とするとともに弁Ｅを閉状態とする一方で弁Ｃを開状態とし給水ポンプＡによる給水に切り替えるようにしてもよい。

また、上記の実施形態においては、連通ラインＬ４上に連通弁Ｈを設けて、給水ラインを切り替え可能とする例について説明した。しかし、第１給水ラインＬ１に弁Ｃおよび開閉弁Ｄが設けられており、第２給水ラインＬ２に弁Ｅおよび開閉弁Ｆが設けられているものであれば、連通ラインＬ４上に連通弁Ｈを設けないものであってもよい。この場合、ドレン装置３に給水する場合、開閉弁Ｄを開状態、開閉弁Ｆを閉状態とし、弁Ｃおよび弁Ｅを開閉弁とするときには通常時は弁Ｃを開状態とし、異常時に弁Ｃを閉状態とし弁Ｅを開状態としてもよい。また、ボイラ本体２に給水する場合、開閉弁Ｄを閉状態、開閉弁Ｆを開状態とし、弁Ｃおよび弁Ｅを開閉弁とするときには通常時は弁Ｅを開状態とし、異常時に弁Ｅを閉状態とし弁Ｃを開状態としてもよい。

上記の実施の形態におけるドレン装置３には、負荷機器５からのドレンが供給される。このため、ドレン装置３への給水を行う給水ポンプＡの性能（吐出量、容量等）は、一般的に、ボイラ本体２に給水を行う給水ポンプＢよりも低いものが採用される。しかし、給水ポンプＡは、ドレン装置３への給水のみならず、連通ラインＬ４を通じてボイラ本体２への給水を行う場合がある。このため、ドレン装置３へのみ給水する場合よりも性能が高いものであることが望ましく、例えば、第１給水ラインＬ１の給水ポンプＡは、第２給水ラインＬ２の給水ポンプＢと同じ性能となるものであってもよく、また、第２給水ラインＬ２の給水ポンプＢの性能よりも高いものであってもよい。

上記の実施の形態においては、ドレン装置３がクローズドタイプである例を説明したが、ドレン装置３は密閉型ではなくオープンタイプであってもよい。また、上記の実施の形態においては、ボイラ本体２が１つであるボイラシステムの例を説明したが、ボイラ本体２が複数台であるボイラシステムであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ボイラシステム
２ ボイラ本体
３ ドレン装置
４ 給水タンク
５ 負荷機器
Ｌ１ 第１給水ライン
Ｌ２ 第２給水ライン
Ｌ３ ドレン供給ライン
Ｌ４ 連通ライン
Ａ 給水ポンプ
Ｂ 給水ポンプ
Ｃ 逆止弁
Ｄ 開閉弁
Ｅ 逆止弁
Ｆ 開閉弁
Ｇ 開閉弁
Ｈ 連通弁

Claims (3)

1. 蒸気を使用する使用機器からのドレンを回収しボイラに供給するドレン装置へ新水を給水するための第１給水ラインの第１位置と、前記ボイラへ新水を給水するための第２給水ラインの第２位置とを連通させるための連通ラインを備え、
   前記連通ライン上に連通弁が設けられている、給水補完装置。
2. 前記第１位置が、前記第１給水ライン上に配置された前記ドレン装置に対応する開閉弁よりも上流側の位置であるか、前記第２位置が、前記第２給水ライン上に配置された前記ボイラに対応する開閉弁よりも上流側の位置であるか、少なくともいずれか一方を満たす位置である、請求項１に記載の給水補完装置。
3. 前記第１位置が、前記第１給水ラインの給水ポンプに対する逆流を防止するための弁よりも下流側の位置であるか、前記第２位置が、前記第２給水ラインの給水ポンプに対する逆流を防止するための弁よりも下流側の位置であるか、少なくともいずれか一方を満たす位置である、請求項１または請求項２に記載の給水補完装置。
   
   

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