JP4787199B2

JP4787199B2 - 蒸気回収設備

Info

Publication number: JP4787199B2
Application number: JP2007099105A
Authority: JP
Inventors: 正樹松隈; 孝益松井; 一浩上原; 高行脇田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: CN101280695B; JP2008255888A; CN101280695A

Description

本発明は、蒸気を利用した後の気液２相の混合流体から気相の蒸気を回収して再利用するための蒸気回収設備に関する。

例えば、蒸気でタービンを回して発電機を駆動する発電設備のように、蒸気の熱エネルギーを消費する様々な需要設備が存在する。このような需要設備において、熱が消費された蒸気は、その一部または全部が潜熱を消費して液相の温水となり、排出される。特に、需要設備から液相の温水と蒸気との気液混合流体が排出される場合、潜熱を有する気相の蒸気を回収して再利用することでエネルギー効率を高めることが望まれる。

例えば、特許文献１では、蒸気タービンを用いた発電装置において、高圧蒸気から気水分離器で分離した水分をフラッシュタンクに噴出させて低圧の蒸気を発生させ、この低圧蒸気により、蒸発器への給水を加熱するために利用することで熱回収をしている。

しかしながら、低圧蒸気を利用できる量には限度があるため、特許文献１の設備では、余剰の低圧蒸気は、復水器へと送られ、蒸気のエネルギー、特に利用価値の高い潜熱がそのまま廃棄されるようになっている。
特開平５−１０００８８号公報

本発明は、前記問題点に鑑みて、需要設備から排出される気液２相の使用済みの蒸気から気相の蒸気を回収して、回収した蒸気を有効に利用できる蒸気回収設備を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による蒸気回収設備は、蒸気供給ラインから供給される蒸気の熱を消費する需要設備から排出される液相の温水と気相の蒸気との気液混合流体から気相の蒸気を回収する蒸気回収設備であって、前記需要設備から排出される気液混合流体を減圧噴射して再蒸発させるとともに、残留する液相の温水を下部に分離するフラッシュタンクと、前記フラッシュタンクの上部から気相の蒸気を導出して、圧縮機により圧縮して前記供給ラインに環流させる回収ラインと、前記フラッシュタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が検出した前記フラッシュタンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の容量を制御する制御手段とを備えるものとする。

この構成によれば、需要設備から排出された気液混合流体をフラッシュタンクに減圧噴射して、その一部を再蒸発させ、液相の温水を分離した後の気相の蒸気だけを圧縮機で加圧加熱して蒸気供給ラインに環流させるので、フラッシュタンクで得られた蒸気を、需要設備において全量利用できる。つまり、需要設備から排出された気液混合流体の熱エネルギーを最大限に回収して、無駄なく利用することができる。

また、蒸気供給ラインに環流される蒸気は、スクリュ圧縮機で加圧加熱された乾き蒸気であるので、需要設備に供給される蒸気の乾き度を改善して、需要設備の効率をも改善し得る。また、フラッシュタンクの圧力を一定になるように制御するので、フラッシュタンクで分離された温水の温度が一定になり、回収した温水も有効に利用できる。

また、本発明の蒸気回収設備において、前記圧縮機は、回転数の上昇によって容量が増加する容積式圧縮機が好ましく、前記制御手段は、前記フラッシュタンク内の圧力を、予め設定した目標値に近づけるように、前記圧縮機の容量を制御する例えばＰＩＤコントローラであることが好ましい。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の１つの実施形態の蒸気回収設備１を備え、蒸気需要設備２へ蒸気を供給するシステムの概要を示す。

蒸気需要設備２には、例えば、発電設備における熱交換器、穀類を蒸し煮する装置、有機性廃棄物を熱分解によりガス化して生成されたタールや蒸気で改質するための改質炉などのプロセス設備がある。

このシステムでは、蒸気ヘッダ３から、例えば、圧力Ｐｏ＝６ｂａｒＧで、温度１５９℃の蒸気が供給され、制御弁４によって流量を調節しながら、供給ライン５を介して蒸気需要設備２に蒸気が導入される。蒸気需要設備２は、例えば、プロセス温度を測定する温度センサ６を有する。そして、コントローラ７がコンソール８からの入力によって予め設定された目標値にプロセス温度を制御するために、制御弁４の開度をコントロールする。

例えば、コントローラ７は、蒸気需要設備２の温度と目標値との偏差を算出し、算出した偏差に負の定数を乗じた値と、同じ偏差の積分値に負の定数を乗じた値と、同じ偏差の微分値に負の定数を乗じた値とを現在の制御弁４の開度の制御出力に加算するＰＩＤ制御を行う。

蒸気需要設備２では、蒸気がプロセスに利用されて熱を奪われる。そして、蒸気の一部が凝縮して液相になり、低圧の気液混合流体が蒸気回収設備１に排出される。蒸気回収設備１は、フラッシュタンク９と、スクリュ圧縮機１０が介設された回収ライン１１と、温水ポンプ１２とを備える。

蒸気需要設備２から排出された低圧の気液混合流体は、フラッシュタンク９内に減圧噴射される。これによって、蒸気需要設備２から排出された気液混合流体は、圧力Ｐｆにまでさらに減圧され、液相であった温水の一部が再蒸発する。

フラッシュタンク９の中で、液相の温水はその自重により下方に落下するので、上部に気相の蒸気が、下部に液相の温水が、それぞれ分離されて滞留する。フラッシュタンク９の上部の蒸気は、スクリュ圧縮機１０が介設された回収ライン１１から導出される。また、フラッシュタンク９の下部の温水は、温水ポンプ１２によって導出され、温水ライン１３を介して不図示の温水回収設備に移送される。なお、温水ポンプ１２は、フラッシュタンク９内の温水の液面を所定の範囲内に保つように制御される。

また、フラッシュタンク９は、内部の圧力Ｐｆを検出する圧力センサ（圧力検出手段）１４と、異常な圧力上昇を防ぐ安全弁１５とを備える。

蒸気回収設備１は、さらに、スクリュ圧縮機１０の駆動減であるモータ１６と、モータ１６の回転数を制御するドライバ１７と、ドライバ１７のモータ１６の駆動回転数の設定値を定める、設定信号Ｃｓを出力するコントローラ（制御手段）１８とを有する。

スクリュ圧縮機１０は、ケーシング内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有し、スクリュロータの回転により、蒸気を吸込み、圧縮して吐出する容積式の圧縮機である。スクリュ圧縮機１０の容量（出力）は、モータ１６の回転数に比例する。

よって、スクリュ圧縮機１０は、回収ライン１１を介して、モータ１６の回転数に比例した量の蒸気をフラッシュタンク９から吸引し、その内部で圧縮加熱して供給ライン５に導入する。

また、スクリュ圧縮機１０は、蒸気に油などを混入させないために、オイルフリー式スクリュ圧縮機であることが好ましい。

また、ドライバ１７は、例えば、コントローラ１８から入力される設定信号Ｃｓに応じて出力周波数が決定されるインバータ（周波数変換器）である。

コントローラ１８には、圧力センサ１４の検出値Ｐｆが入力される。そして、コントローラ１８は、コンソール１９を介して予め設定された目標圧力Ｐｓとの偏差（Ｐｆ−Ｐｓ）をなくすように、スクリュ圧縮機１０の容量を変更するために、ドライバ１７の設定信号Ｃｓを逐次変更する。

例えば、コントローラ１８は、フラッシュタンク９の圧力Ｐｆの目標値Ｐｓに対する偏差（Ｐｆ−Ｐｓ）を算出し、算出した偏差（Ｐｆ−Ｐｓ）に正の定数を乗じた値と、偏差（Ｐｆ−Ｐｓ）の積分値に正の定数を乗じた値と、偏差（Ｐｆ−Ｐｓ）の微分値に正の定数を乗じた値とを現在のドライバ１７の設定値Ｃｓに加算するＰＩＤ制御を行う。

これにより、フラッシュタンク９の圧力Ｐｆは目標圧力Ｐｓに保たれ、フラッシュタンク９内の温水の温度は、圧力Ｐｓにおける飽和水蒸気の温度に一致して一定に保たれる。例えば、圧力Ｐｆ＝Ｐｓ＝０ｂａｒＧ（大気圧）の場合、温水の温度は１００℃である。

このように、温水回収設備に送られる温水の温度が一定になることで、温水回収設備における温水の利用効率が高くなる。

また、フラッシュタンク９から回収ライン１１に導出された蒸気は、スクリュ圧縮機１０によって、圧力６ｂａｒＧ、温度１５９℃以上に圧縮加熱されて、供給ライン５に環流させられる。このため、回収ライン１１から環流される過熱蒸気は、供給ライン５における蒸気の乾き度を改善し、蒸気需要設備２の効率をも改善し得る。

また、蒸気需要設備２からフラッシュタンク９に導入、或いは、フラッシュタンク９で再蒸発した蒸気は、その圧力Ｐｆが一定に保たれる。このことは、フラッシュタンク９の容積が一定であるので、新たにフラッシュタンク９に導入または再蒸発した蒸気と同量の蒸気が、スクリュ圧縮機１０によって、回収ライン１１を介して供給ライン５に環流させられることを意味する。

つまり、蒸気回収設備１のフラッシュタンク９で得られる蒸気の全量は、回収ライン１１を介して供給ライン５に環流されて、蒸気需要設備２において全て有効利用される。

本実施形態において、蒸気回収設備１の消費電力、つまり、モータ１６の消費電力は、回収ライン１１を介して供給ライン５に環流される蒸気と同量の蒸気を新たにボイラで発生させるために必要なエネルギーコストよりも例えば２０％程度少ないものとなり、大幅な省エネルギー化が実現されている。

本発明の１つの実施形態の蒸気回収設備を含むシステムの概略図。

符号の説明

１蒸気回収設備
２蒸気需要設備
５供給ライン
９フラッシュタンク
１０スクリュ圧縮機
１１回収ライン
１２温水ポンプ
１３温水ライン
１４圧力センサ（圧力検出手段）
１８コントローラ（制御手段）

Claims

蒸気供給ラインから供給される蒸気の熱を消費する需要設備から排出される液相の温水と気相の蒸気との気液混合流体から気相の蒸気を回収する蒸気回収設備であって、
前記需要設備から排出される気液混合流体を減圧噴射して再蒸発させるとともに、残留する液相の温水を下部に分離するフラッシュタンクと、
前記フラッシュタンクの上部から気相の蒸気を導出して、圧縮機により圧縮して前記供給ラインに環流させる回収ラインと、
前記フラッシュタンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出した前記フラッシュタンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の容量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする蒸気回収設備。
前記圧縮機は、回転数の上昇によって容量が増加することを特徴とする請求項１に記載の蒸気回収設備。
前記制御手段は、前記フラッシュタンク内の圧力を、予め設定した目標値に近づけるように、前記圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気回収設備。