JP4266861B2 - ボイラ用脱気装置 - Google Patents
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説明を加えると、給水源1から被脱気原料水供給路32を通じて供給される原料水を貯留する前記給水タンク33内に、ボイラ3から加熱用蒸気供給路34を通じて蒸気を通流させて給水タンク33内の原料水を加熱する熱交換器35を設け、前記加熱用蒸気供給路34に電磁式の流量調整弁36を設け、前記給水タンク33にその内部の原料水の温度を検出する温度センサ37を設けていた。そして、制御部38により、前記温度センサ37の検出温度が80°Cに達すると前記流量調節弁36を閉じて前記熱交換器35への蒸気の供給を停止し、前記温度センサ37の検出温度が75°Cまで低下すると前記流量調節弁36を開いて前記熱交換器35への蒸気の供給を開始して、前記給水タンク33内の原料水を75〜80°Cといった100°Cよりもかなり低い温度の範囲に加熱するように構成していた(例えば、特許文献1参照。)。
ちなみに、前記給水タンク33内の原料水は、ボイラ供給用ポンプ40により脱気後原料水供給路39を通じて前記ボイラ3に供給されるようになっている。
NaHCO3→NaOH+CO2
発生させて除去することができないことから、前述のようなボイラの凝縮水回収ラインの腐食を防止するために、原料水に、二酸化炭素ガスを中和するためのアミン系薬剤や、配管の内面に防食用の被膜を形成するためのアミン系薬剤等を添加していたが、このようなアミン系の薬剤の添加はランニングコストの上昇に繋がっていた。
従って、従来のように、原料水を大気圧下で75〜80°Cというように100°Cよりもかなり低い温度に加熱して脱気する場合では、そのような100°Cよりもかなり低い温度での水に対する酸素の溶解度が高いことから、従来では、原料水中の溶存酸素を十分に除去することができないという問題があった。
第1特徴構成は、前記軟水器にて軟水化処理されたのち加圧用ポンプにて加圧されて供給される原料水を100°Cよりも高い二酸化炭素発生用温度に加熱して、軟水化処理により生成されて原料水に含有される軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させる二酸化炭素発生処理を行う二酸化炭素発生処理手段と、
その二酸化炭素発生処理手段に供給される二酸化炭素発生処理前の原料水と前記二酸化炭素発生処理手段から排出された二酸化炭素発生処理後の原料水とを熱交換させて、二酸化炭素発生処理前の原料水を予熱する熱回収用熱交換器と、
その熱回収用熱交換器にて熱交換させた後の二酸化炭素発生処理後の原料水を100°C以上で且つ前記二酸化炭素発生用温度よりも低い大気開放用温度に調節する温度調節手段と、
その温度調節手段にて温度調節される二酸化炭素発生処理後の原料水を沸騰させない大気開放用圧力に調整して、大気に開放された排出部に排出する大気開放時圧力調整手段とが設けられている点を特徴とする。
そして、その二酸化炭素ガスが混合した二酸化炭素発生処理後の原料水が、熱回収用熱交換器にて二酸化炭素発生処理前の原料水との熱交換により冷却された後、温度調節手段に供給される。そして、その二酸化炭素発生処理後の原料水が大気開放時圧力調整手段により大気開放用圧力に調整される状態で温度調節手段にて大気開放用温度に調節された後、大気開放時圧力調整手段から、大気に開放された排出部に排出される。
そして、そのように二酸化炭素発生処理後の原料水が大気開放時圧力調整手段から大気開放の排出部に排出される際に、減圧によって原料水の一部がフラッシュ蒸気となり、そ
のフラッシュ蒸気と共に、原料水に混合していた二酸化炭素ガス及び原料水に溶存していた酸素等の気体が大気中に放出されるので、原料水から二酸化炭素ガス及び溶存酸素等の気体が除去される。
そして、その二酸化炭素発生処理により発生して原料水に混合される二酸化炭素ガス及び溶存酸素等の気体を原料水から除去するに当たっては、加圧状態で二酸化炭素発生用温度に加熱した原料水を一挙に大気開放の排出部に放出することにより、原料水の一部を蒸発させて、そのフラッシュ蒸気と共に、二酸化炭素ガス及び溶存酸素等の気体を大気中に放出させることにより、それら二酸化炭素ガス及び溶存酸素等の気体を原料水から除去することができる。
しかしながら、加圧状態で二酸化炭素発生用温度に加熱した原料水を一挙に大気開放の排出部に放出すると、原料水の圧力及び温度が高いことからフラッシュ蒸気量が多くなって、そのフラッシュ蒸気と共に放出されるエネルギー量が多くなり、延いては、エネルギー効率が低下することになるので好ましくない。
しかも、水に対する酸素の溶解度は、図5に示すように、その水の温度が100°Cのときでは極めて低いものであり、更に100°Cよりも高い温度では、図5には示していないが、100°Cにおけるよりも更に低くなるので、二酸化炭素発生処理後の原料水を温度調節手段にて100°C以上の大気開放用温度に調節することにより、原料水中の溶存酸素を十分に除去することができ、溶存酸素の除去性能を向上することができる。
そして、二酸化炭素発生処理後の原料水を100°C以上の大気開放用温度に加熱しながらも、大気開放時圧力調整手段により、二酸化炭素発生処理後の原料水の圧力をその原料水を沸騰させない大気開放用圧力に調整するので、原料水の沸騰によるエネルギー効率の低下を回避することができる。
又、上述のように軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させて、その発生二酸化炭素ガスを除去することができるので、凝縮水回収ラインの腐食を抑制しながらも、アミン系の薬剤の添加を不要とする、又は、その添加量を少なくすることが可能となり、もって、ランニングコストを低減することが可能になった。
前記二酸化炭素発生処理手段が、原料水を前記二酸化炭素発生用温度に加熱する加熱手段と、その加熱手段にて加熱される原料水を前記大気開放用圧力よりも高い二酸化炭素発生用圧力に調整して排出する二酸化炭素発生時圧力調整手段とを備えて構成されている点を特徴とする。
そして、そのように原料水が二酸化炭素発生用温度に加熱された状態で二酸化炭素発生用圧力から大気開放用圧力に減圧される際に、原料水の一部が蒸発することになり、そのように原料水の一部が蒸発することにより、軟水化処理生成物からの二酸化炭素ガスの発生が助長されるので、軟水化処理生成物からの二酸化炭素ガスの発生量を一層多くすることが可能になる。
従って、二酸化炭素ガスの除去性能を一段と向上するようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。
前記大気開放時圧力調整手段により、前記加圧用ポンプから前記大気開放時圧力調整手段に至る経路中の原料水の圧力が前記大気開放用圧力に調整されるように構成されている点を特徴とする。
つまり、上記の第2特徴構成において設けた二酸化炭素発生時圧力調整手段を設けずに、大気開放時圧力調整手段を設けるだけで、軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させてその発生二酸化炭素ガスを除去すると共に、溶存酸素を除去することができるのである。
従って、低廉化を図りながら本発明を実施するようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。
前記熱回収用熱交換器により、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が前記大気開放用温度よりも低い温度になるように、二酸化炭素発生処理前の原料水と二酸化炭素発生処理後の原料水とを熱交換させるように構成され、
前記温度調節手段が、加熱により二酸化炭素発生処理後の原料水の温度を前記大気開放用温度に調節するように構成されている点を特徴とする。
つまり、熱回収用熱交換器にて、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が大気開放用温度よりも低い温度になるように、二酸化炭素発生処理前後の原料水を熱交換させることにより、二酸化炭素発生処理後の原料水から二酸化炭素発生処理前の原料水に十分に熱回収して、原料水を二酸化炭素発生用温度に加熱するためのエネルギー消費量を少なくすることが可能になる。
しかも、熱回収用熱交換器にて、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が大気開放用温度よりも低い温度になるように二酸化炭素発生処理前後の原料水を熱交換させるにしても、熱交換後の二酸化炭素発生処理後の原料水の温度と大気開放用温度との差を小さくすることにより、温度調節手段にて二酸化炭素発生処理後の原料水を大気開放用温度に加熱す
るために消費するエネルギー消費量を少なくすることが可能になる。
要するに、原料水を二酸化炭素発生用温度に加熱して軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させて、その発生二酸化炭素ガスと原料水に溶存している溶存酸素等の気体をフラッシュ蒸気量を少なくしながら除去するように脱気処理を行うに当たって、それに要するエネルギー消費量を全体として少なくして、エネルギー効率を向上することが可能になる。
しかしながら、この比較例は、熱回収用熱交換器にて、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が大気開放用温度よりも高い温度にまでしか二酸化炭素発生処理前後の原料水を熱交換させないので、二酸化炭素発生処理後の原料水から二酸化炭素発生処理前の原料水に十分に熱回収することができず、原料水を二酸化炭素発生用温度に加熱するためのエネルギー消費量が多くなる。
しかも、温度調節手段にて二酸化炭素発生処理後の原料水を冷却して、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度を大気開放用温度に調節するので、その冷却のために二酸化炭素発生処理後の原料水から回収した熱は無駄になってしまう。
要するに、上記の比較例では、脱気処理に要するエネルギー消費量が多くなり、エネルギー効率が低下することになる。
従って、エネルギー効率を一層向上するようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。
前記二酸化炭素発生処理手段に、前記二酸化炭素発生用温度に加熱した原料水を滞留させる滞留部を備えて構成されている点を特徴とする。
つまり、原料水を二酸化炭素発生用温度に保持する時間を長くすることが可能になり、そして、そのように原料水を二酸化炭素発生用温度に保持する時間を長くすることにより、軟水化処理生成物からの二酸化炭素ガスの発生量を多くすることが可能になり、延いては、原料水からの二酸化炭素ガスの除去量を多くすることが可能になる。
従って、二酸化炭素ガスの除去性能を一層向上するようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。
以下、図面に基づいて、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明によるボイラ用脱気装置Dを備えたボイラ設備を示し、このボイラ設備は、水道等の給水源1からの原料水を軟水化処理する軟水器2、その軟水器2にて軟水化処理された原料水を加熱して脱気するように構成した前記ボイラ用脱気装置D、そのボイラ用脱気装置Dにて脱気された原料水が供給されて蒸気を生成するボイラ3、及び、ボイラ設備の運転を制御する制御部4等を備えて構成してある。
化処理された原料水には、その軟水化処理により生成された炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)等の軟水化処理生成物が含有される。
前記給水タンク5には、フロート弁14を設け、そのフロート弁14に、前記被脱気原料水流路10を接続してある。
前記フロート弁14は、給水タンク5に貯留されている原料水に対して浮上可能なフロート14fを備えて、そのフロート14fが閉じ用高さに上昇するのに伴って閉じられ、且つ、前記閉じ用高さよりも下降するのに伴って開かれるようになっていて、そのフロート弁14の作用により、給水タンク5に所定の水位範囲にて原料水を貯留するように構成してある。
更に、給水タンク5内には、その給水タンク5に貯留されている原料水の温度を検出する給水予熱温度センサSpを設けてある。
そして、給水予熱温度センサSpの検出温度が給水予熱用温度Tpになるように、給水予熱用比例弁Vpを制御することにより、原料水を給水予熱用温度Tpに予熱するようになっている。
とを備えて構成してある。
そして、二酸化炭素発生温度センサShの検出温度が二酸化炭素発生用温度Thになるように二酸化炭素発生温調用比例弁Vhを制御することにより、原料水を二酸化炭素発生用温度Thに加熱して、軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させるようになっている。尚、軟水化処理生成物が例えば炭酸ナトリウム(Na2CO3)や炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)である場合、軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させるための反応式は、前記の通りである。
そして、この熱回収用熱交換器7は、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が前記大気開放用温度Tcよりも低い温度になるように、前記給水タンク5からの二酸化炭素発生処理前の原料水と二酸化炭素発生処理後の原料水とを熱交換させるように構成してある。
その大気開放時加熱器20は、大気開放用蒸気供給路21を通じて供給される大気開放時温調用の加熱用蒸気を通流させる加熱用通流部20gと二酸化炭素発生処理後の原料水を通流させる被加熱用通流部20tとを熱交換可能に設けて、加熱用通流部20gを通流する蒸気により被加熱用通流部20tを通流する二酸化炭素発生処理後の原料水を加熱するように構成してある。
そして、大気開放温度センサScの検出温度が前記大気開放用温度Tcになるように大気開放時温調用比例弁Vcを制御することにより、熱回収用熱交換器7にて熱交換させた後の二酸化炭素発生処理後の原料水を大気開放用温度Tcに加熱するようになっている。
前記ボイラ3から給水指令信号及び給水停止信号を出力するための構成は周知であるので、図示及び詳細な説明を省略して、以下に簡単に説明する。
即ち、前記ボイラ3には、脱気処理後の原料水が供給されると共に、ボイラの加熱部との間で原料水が循環供給される気水ドラムを設けると共に、その気水ドラムに、その水位が設定下限水位以下になること及び設定上限水位以上になることの夫々を検出する水位センサを設けてある。そして、その水位センサにより気水ドラムの水位が前記設定下限水位以下になったことが検出されると、前記給水指令信号を出力し、水位センサにより気水ドラムの水位が前記設定上限水位以上になったことが検出されると、前記給水停止信号を出力するように構成してある。
に構成してある。
予め、前記給水予熱用温度Tp、前記二酸化炭素発生用温度Th及び前記大気開放用温度Tcの夫々を設定して、前記制御部4に記憶させてある。
そして、制御部4は、給水予熱温度センサSpの検出温度が給水予熱用温度Tpになるように給水予熱用比例弁Vpの作動を制御し、二酸化炭素発生温度センサShの検出温度が二酸化炭素発生用温度Thになるように二酸化炭素発生温調用比例弁Vhを制御し、大気開放温度センサScの検出温度が大気開放用温度Tcになるように大気開放時温調用比例弁Vcを制御するように構成してある。
そのように蒸気、酸素ガス及び二酸化炭素ガスが混合した二酸化炭素発生処理後の原料水が沸騰しない状態で100°C以上に加熱された状態で、大気開放時圧力調整弁9から排出される際に、大気開放用圧力Pcから大気圧への減圧によって、原料水の一部がフラッシュ蒸気となり、そのフラッシュ蒸気と共に、原料水に混合されていた蒸気、酸素ガス及び二酸化炭素ガスが大気中に排出されて、原料水が脱気され、そのように脱気された原料水がボイラ供給用タンク8内に貯留される。
そして、そのようなボイラ3に対する間欠的な給水に伴って、ボイラ供給用タンク8内
の水位が変動して、水位センサ22にて設定下限水位以下になったことが検出されると加圧用ポンプ6が運転され、水位センサ22にて設定上限水位以上になったことが検出されると加圧用ポンプ6が停止されて、前記ボイラ供給用タンク8内の水位が設定下限水位と設定上限水位との間に維持されるのである。
給水予熱用温度Tp、二酸化炭素発生用温度Th、大気開放用温度Tc、二酸化炭素発生用圧力Ph及び大気開放用圧力Pcは、夫々、以下のように設定する。
給水予熱用温度Tp :70°C
二酸化炭素発生用温度Th:140°C
大気開放用温度Tc :105°C
二酸化炭素発生用圧力Ph:0.5MPaG
大気開放用圧力Pc :0.2MPaG
つまり、給水タンク5において70°Cに予熱され、更に、熱回収用熱交換器7にて110°Cにまで予熱された原料水が、二酸化炭素発生用加熱器17にて140°Cに加熱されることになる。
図2に示すように、この第2実施形態において、二酸化炭素発生処理手段Hは、上記の
第1実施形態において設けた二酸化炭素発生時圧力調整弁18を省略して、二酸化炭素発生用加熱器17のみにて構成してある。
従って、前記大気開放時圧力調整弁9により、前記加圧用ポンプ6から大気開放時圧力調整弁9に至るまで、即ち、前記加圧用ポンプ6の吐出口から、前記処理前原料水流路11、前記二酸化炭素発生用加熱器17の受熱用通流部17t、前記処理後原料水流路12、前記大気開放時加熱器20の被加熱用通流部20tを経由して大気開放時圧力調整弁9の入口に至るまでの原料水通流経路中の原料水の圧力が前記大気開放用圧力Pcに調整されることになる。
給水予熱用温度Tp、二酸化炭素発生用温度Th、大気開放用温度Tc及び大気開放用圧力Pcは、夫々、以下のように設定する。
給水予熱用温度Tp :70°C
二酸化炭素発生用温度Th:140°C
大気開放用温度Tc :105°C
大気開放用圧力Pc :0.5MPaG
従って、この第2実施形態では、熱回収用熱交換器7においては、70°Cに予熱された二酸化炭素発生処理前の原料水と140°Cの二酸化炭素発生処理後の原料水とが熱交換して、二酸化炭素発生処理前の原料水が更に110°Cにまで予熱されると共に、二酸化炭素発生処理後の原料水が100°Cにまで冷却されることになる。
図3に示すように、この第3実施形態において、二酸化炭素発生処理手段Hは、原料水を二酸化炭素発生用温度Thに加熱する蒸気ヒータ26(加熱手段に相当する)と、その蒸気ヒータ26にて二酸化炭素発生用温度Thに加熱した原料水を滞留させる滞留部としての密閉容器25と、その密閉容器25内の蒸気ヒータ26にて加熱される原料水を前記大気開放用圧力Pcよりも高い二酸化炭素発生用圧力Phに調整して排出する前記二酸化炭素発生時圧力調整弁18とを備えて構成してある。
二酸化炭素発生処理手段Hにて加熱される原料水の温度を検出するための前記二酸化炭素発生温度センサShは、密閉容器25内の原料水の温度を検出するように設けてある。
そして、上記の第1実施形態と同様に、二酸化炭素発生温度センサShの検出温度が二酸化炭素発生用温度Thになるように二酸化炭素発生温調用比例弁Vhを制御することにより、原料水を二酸化炭素発生用温度Thに加熱して、軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させるようになっている。
又、上述のように構成したボイラ用脱気装置Dを運転するに当たっての前記運転条件も、上記の第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
次に別実施形態を説明する。
(イ) ボイラ用脱気装置Dを運転するに当たっての前記運転条件は、上記の各実施形態において例示した条件に限定されるものではなく、種々に変更可能である。
例えば、二酸化炭素発生用温度Th及び大気開放用温度Tcは、100°C以上で且つ大気開放用温度Tcが二酸化炭素発生用温度Thよりも低くなる条件で、種々に設定可能である。但し、高く設定し過ぎると、フラッシュ蒸気量が多くなって、エネルギー効率が低下することになるので、低く設定するのが好ましく、例えば、二酸化炭素発生用温度Thを130〜140°Cの範囲内に、大気開放用温度Tcは100〜120°Cの範囲内に設定するのが好ましい。
例えば、上記の第1実施形態において、前記処理後原料水流路12における前記二酸化炭素発生用加熱器17と前記二酸化炭素発生時圧力調整弁18との間の箇所、あるいは、
処理後原料水流路12における二酸化炭素発生時圧力調整弁18と前記熱回収用熱交換器7との間の箇所に、前記滞留部として、上記の第3実施形態と同様の密閉容器25を設けても良い。
又、上記の第2実施形態において、前記処理後原料水流路12における前記二酸化炭素発生用加熱器17と前記熱回収用熱交換器7との間の箇所に、前記滞留部として、上記の第3実施形態と同様の密閉容器25を設けても良い。
例えば、エンジン等の燃焼式原動機の排熱を熱源としたり、バーナを熱源としたり、あるいは、電気ヒータを熱源とするように構成することが可能である。
例えば、電磁操作式の圧力調整弁と、その電磁操作式の圧力調整弁の上流側の原料水の圧力を検出する圧力センサを設けて、前記制御部4を、前記圧力センサの検出圧力が設定圧力になるように電磁操作式の圧力調整弁の作動を制御するように構成して、前記各圧力調整手段を前記電磁操作式の圧力調整弁、前記圧力センサ及び前記制御部4を備えて構成しても良い。
但し、ボイラ用脱気装置の低廉化をできるだけ図るためには、前記各圧力調整手段を上記実施形態の如き自力式の圧力調整弁にて構成するのが好ましい。
3 ボイラ
6 加圧用ポンプ
7 熱回収用熱交換器
8 排出部
9 大気開放時圧力調整手段
17,26 加熱手段
18 二酸化炭素発生時圧力調整手段
25 滞留部
C 温度調節手段
H 二酸化炭素発生処理手段
Claims (5)
- 軟水器にて軟水化処理されてボイラに供給される原料水を加熱して脱気するように構成されたボイラ用脱気装置であって、
前記軟水器にて軟水化処理されたのち加圧用ポンプにて加圧されて供給される原料水を100°Cよりも高い二酸化炭素発生用温度に加熱して、軟水化処理により生成されて原料水に含有される軟水化処理生成物から二酸化炭素ガスを発生させる二酸化炭素発生処理を行う二酸化炭素発生処理手段と、
その二酸化炭素発生処理手段に供給される二酸化炭素発生処理前の原料水と前記二酸化炭素発生処理手段から排出された二酸化炭素発生処理後の原料水とを熱交換させて、二酸化炭素発生処理前の原料水を予熱する熱回収用熱交換器と、
その熱回収用熱交換器にて熱交換させた後の二酸化炭素発生処理後の原料水を100°C以上で且つ前記二酸化炭素発生用温度よりも低い大気開放用温度に調節する温度調節手段と、
その温度調節手段にて温度調節される二酸化炭素発生処理後の原料水を沸騰させない大気開放用圧力に調整して、大気に開放された排出部に排出する大気開放時圧力調整手段とが設けられているボイラ用脱気装置。 - 前記二酸化炭素発生処理手段が、原料水を前記二酸化炭素発生用温度に加熱する加熱手段と、その加熱手段にて加熱される原料水を前記大気開放用圧力よりも高い二酸化炭素発生用圧力に調整して排出する二酸化炭素発生時圧力調整手段とを備えて構成されている請求項1記載のボイラ用脱気装置。
- 前記大気開放時圧力調整手段により、前記加圧用ポンプから前記大気開放時圧力調整手段に至る経路中の原料水の圧力が前記大気開放用圧力に調整されるように構成されている請求項1記載のボイラ用脱気装置。
- 前記熱回収用熱交換器により、二酸化炭素発生処理後の原料水の温度が前記大気開放用温度よりも低い温度になるように、二酸化炭素発生処理前の原料水と二酸化炭素発生処理後の原料水とを熱交換させるように構成され、
前記温度調節手段が、加熱により二酸化炭素発生処理後の原料水の温度を前記大気開放用温度に調節するように構成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のボイラ用脱気装置。 - 前記二酸化炭素発生処理手段に、前記二酸化炭素発生用温度に加熱した原料水を滞留させる滞留部を備えて構成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のボイラ用脱気装置。
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