JP4990008B2 - 蒸気処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気処理設備に関するものである。

従来、蒸気から得られた熱を利用する蒸気処理設備については種々の形態のものが知られている。例えば、特許文献１には、図２に示すように、ガスタービン９４と排熱回収ボイラ９１で構成されるガスタービン・コンバインド・プラントが開示されている。このプラントでは、排熱回収ボイラ９１の蒸気ドラム９２のブローダウン水をフラッシュさせて蒸気を発生するフラッシュタンク９３が設けられ、このフラッシュタンク９３で発生した蒸気をガスタービン９４の燃焼器９５内に噴射して、ガスタービン９４内で仕事を行わせ、ガスタービン９４の出力を高めるようになっている。
特開平８−１８９３０７号公報

前記のプラントでは、フラッシュタンク９３で発生したドレン水については、ブローダウンタンク９７へと導かれ、温水としての有効利用が図られることなく単に蒸気として大気に放出されるとともにドレン水として排出されている。

昨今、省エネルギー志向の高まりゆえ、フラッシュタンク９３などから単に放出していたドレン水の量を極力減らし、蒸気、ドレン水の有効利用を更に高める社会的な要請が高まっている。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フラッシュタンク等から単に放出していたドレン水の量を極力減らし、蒸気、ドレン水の更なる有効利用を図ることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、温水を利用するための装置であって、蒸気を使って所定の機能を発揮させるプロセス設備と、前記プロセス設備から排出された温水及び蒸気の混合流体が温水と蒸気とに分離した状態で貯留される一時貯溜タンクと、前記一時貯溜タンクに接続可能に構成されるとともに、この一時貯溜タンクから温水が導入される温水タンクと、前記一時貯溜タンクに接続された前記温水タンク内の蒸気を吸引して圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構によって圧縮された蒸気の熱を外部で利用される熱媒体に付与するための熱交換器と、前記熱交換器で前記蒸気が凝縮した温水を前記温水タンクへ戻す戻しラインと、前記戻しラインに設けられ、温水を膨張させる膨張手段と、を備え、前記一時貯溜タンクには、当該一時貯溜タンクに貯留された温水を利用するための温水回収設備へ繋がる温水回収用ラインが接続されてなり、前記温水タンクには、前記温水回収設備で利用されない余剰の温水が前記一時貯溜タンクから導入されるよう構成されてなる蒸気処理設備である。

本発明では、温水タンクが一時貯溜タンクに接続されると、一時貯溜タンクの温水が温水タンクに導入されるので、温水タンク内に温水が貯溜されることになる。このため、一時貯溜タンクからただ単に外部へ排出される蒸気又は温水を極力減らすことができる。そして、温水タンク内には飽和蒸気が溜まるため、この蒸気が圧縮機構によって吸引されるとともに圧縮されると、蒸気は圧縮に伴って昇温する。そして、熱交換器では、この高温の蒸気により、外部で利用される熱媒体を加熱する。このようにして、一時貯溜タンクに溜まった温水のエネルギーを取り出して外部で利用することができる。これにより、一時貯溜タンクから単に放出していた蒸気の量を極力減らすことができるととともに、蒸気及びドレン水の利用効率を高めることができる。

そして、熱交換器において一度利用された蒸気が再び温水タンクに戻されるため、この蒸気を再度利用することができ、蒸気及びドレン水の利用効率を更に向上することができる。また、戻しラインに膨張手段が設けられているので、温水タンク内の蒸気を圧縮して利用する構成において、蒸気又は温水を温水タンク、熱交換器及び温水タンク間でスムーズに循環させることができる。

また、一時貯溜タンク内の温水の一部が温水回収設備に導入される一方、余剰の温水が温水タンクに導入されるので、温水回収設備に導入される温水量が変動する場合にも、一時貯溜タンク内の温水の利用効率を向上することができる。しかも、温水回収設備からの要求量を超える量の温水が一時貯溜タンクに貯溜されている場合であっても、単に排出される温水を極力減らすことができ、温水の有効利用が可能となる。

前記蒸気処理設備において、前記圧縮機構が容量可変に構成されるとともに、この圧縮機構の容量を制御可能な容量制御手段を備えていてもよい。この態様では、熱交換器に導入される蒸気の温度を調整することが可能となる。

前記容量制御手段は、前記熱交換器で蒸気によって加熱された熱媒体の温度に応じて前記圧縮機構の容量を制御可能に構成されていてもよい。この態様では、外部で利用される熱媒体を熱交換器で所望の温度に調整することができるようになる。したがって、この態様によれば、より使い易い温水利用装置とすることができる。

前記一時貯溜タンクには、一時貯溜タンクに貯留された蒸気を利用するための蒸気利用設備へ繋がる蒸気回収用ラインが接続されていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、フラッシュタンク等から単に放出していたドレン水の量を極力減らし、蒸気、ドレン水の更なる有効利用を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る蒸気処理設備の構成を概略して示している。同図に示すように、この蒸気処理設備１０は、蒸気から得られる熱を利用するプロセス設備１２を有する蒸気利用系統１４と、この蒸気利用系統１４に付加された温水利用装置１６とを備えている。

蒸気利用系統１４は、高圧蒸気の供給元に繋がる供給ライン２０と、この供給ライン２０の下流端に設けられるプロセス設備１２と、このプロセス設備１２に連結ライン２２を介して接続されるフラッシュタンク２４と、このフラッシュタンク２４に接続された蒸気回収用ライン２６及び温水回収用ライン２８と、を備えている。供給ライン２０には、所定圧力以上（例えば６ｂａｒＧ以上）の高圧の蒸気が流れる。供給ライン２０には、所定圧力以上の高圧を所定圧力（例えば６ｂａｒＧ）に減圧するための減圧弁３０が設けられるとともに、この減圧弁３０の下流側に圧力センサ３２が設けられている。

プロセス設備１２は、蒸気を使って所定の機能を発揮するものであり、例えば、発電設備における熱交換器、殻類を蒸煮するために使用される蒸煮装置、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チャーを蒸気で改質するための改質炉等を例示できる。このプロセス設備１２で利用された蒸気は温水となってプロセス設備１２から排出される。

プロセス設備１２では、例えば所定圧力（６ｂａｒＧ）で１５９℃の蒸気が供給され、この蒸気が減圧されるとともに低温化する。この減圧・低温化してプロセス設備１２から排出された蒸気及び温水の混合流体は、温水を貯溜する一時貯溜タンクとしての機能を有するフラッシュタンク２４に導入される。

フラッシュタンク２４に流入した混合流体は気体（蒸気）と液体（温水）に分離されて貯溜される。フラッシュタンク２４には安全弁３４が設けられているため、フラッシュタンク２４内は所定圧力以下となる。温水は例えば０ｂａｒＧ（大気圧）で１００℃となっている。

蒸気回収用ライン２６は、フラッシュタンク２４の上部に接続されていて、この蒸気回収用ライン２６は、図外の蒸気利用設備に繋がっている。フラッシュタンク２４内の蒸気は、この蒸気回収用ライン２６を通して蒸気利用設備に供給され、フラッシュ蒸気の利用が図られている。蒸気利用設備は、プロセス設備１２で利用される蒸気よりも低温の蒸気を使用する設備である。

温水回収用ライン２８は、フラッシュタンク２４の下部に接続されていて、この温水回収用ライン２８は図外の温水回収設備に繋がっている。フラッシュタンク２４内の温水は、温水回収用ライン２８を通して温水回収設備に供給され、温水の利用が図られている。温水回収設備としては、例えば室内空気を暖める暖房設備、酒類の発酵タンク等が例示される。

温水回収用ライン２８には、ポンプ３６と流量計３８とが設けられている。ポンプ３６は、温水回収用ライン２８を流れる温水の流量を調整する。流量計３８は、温水回収用ライン２８の温水流量を計測する。温水回収設備では、要求される温水の量に上限があるため、ポンプ３６によって流量を調整できるようになっている。温水回収設備で要求される温水量以上の温水がフラッシュタンク２４に貯溜される場合に、その温水が余剰分となる。この余剰の温水は温水利用装置１６で利用することができる。すなわち、温水利用装置１６は、蒸気利用系統１４の余剰温水を有効利用するための装置である。

温水利用装置１６は、温水タンク５０と圧縮機構５２と熱交換器５４と膨張弁５６とを備えている。これらは配管によって順に接続されており、温水利用装置１６には、温水及び蒸気が流れる循環路５８が形成されている。

温水タンク５０は、接続配管６０によってフラッシュタンク２４と接続されており、フラッシュタンク２４内の温水が導入されるようになっている。なお、温水タンク５０には、安全弁（図示省略）を設けるようにしてもよい。

圧縮機構５２は、配管を介して温水タンク５０の上部に接続されている。圧縮機構５２は、モータ６２を駆動することによって温水タンク５０内の蒸気を吸引して圧縮する。圧縮機構５２としては、雄雌一対のスクリューロータ（図示省略）を有し、このスクリューロータをモータ６２によって駆動するスクリュ圧縮機を例示することができる。スクリューロータを回転させることによって蒸気が吸引されるとともに圧縮され、この圧縮された蒸気が吐出される。モータ６２はドライバ６４に内蔵されたインバータによって回転数可
変に構成され、これにより圧縮機構５２は容量可変となっている。なお、導入された蒸気に油等が混合しないようにするために、いわゆるオイルフリースクリュ圧縮機とするのが好ましい。

圧縮機構５２の駆動により、温水タンク５０内の蒸気が吸引され、温水タンク５０内は例えば約０．０５ＭＰａ程度の負圧状態になる。この圧力下での沸騰温度は約７０℃程度となる。圧縮機構５２では、約７０℃程度の飽和蒸気が圧縮されて、例えば２５０℃程度の高温高圧の過熱蒸気となる。

熱交換器５４は、圧縮機構５２から吐出された蒸気が流れる図略の通路と、外部で利用される熱媒体としての流体が流れる図略の通路とを有し、これら蒸気と流体とを熱交換させる。ここでいう外部とは、温水利用装置１６の外部という意味であり、例えば前述のプロセス設備１２であってもよく、或いはこれとは全く別個に設けられている設備であってもよい。熱交換器５４では、蒸気が流体と熱交換して凝縮する。すなわち、この熱交換器５４は凝縮器として機能する。

熱交換器５４には、温度センサ６６が設けられている。この温度センサ６６は、蒸気によって加熱されて外部の設備に供給される流体の温度を検出する。

熱交換器５４では、蒸気が流体と熱交換して凝縮し温水となって流出する。この温水は、戻しライン６８を流れて温水タンク５０に戻る。戻しライン６８には温水を膨張させる膨張手段として機能する膨張弁５６が設けられており、温水タンク５０には膨張弁５６によって減圧された温水が流入する。

この蒸気処理設備１０には、減圧弁３０、ポンプ３６及び圧縮機構５２を制御可能なコントローラ７０が設けられている。このコントローラ７０には、圧力センサ３２、流量計３８及び温度センサ６６からの検出信号が入力される。またコントローラ７０は、入力装置としてのコンソール７２を備えており、このコンソール７２によって温水回収設備の必要とする温水の目標流量Ｒｔが入力できるようになっている。

コントローラ７０には、その機能として、減圧弁３０の開度制御を行う圧力制御手段７４と、ポンプ３６の駆動制御を行う流量制御手段７６と、圧縮機構５２（モータ６２）の駆動制御を行う容量制御手段７８とが含まれている。圧力制御手段７４は、圧力センサ３２による検出値に基づいて減圧弁３０の開度を制御する。コントローラ７０には、プロセス設備１２に供給される蒸気の目標値が記憶されていて、圧力制御手段７４は、圧力センサ３２による検出値がこの目標圧力になるように減圧弁３０の開度を調整する。

流量制御手段７６は、流量計３８によって検出された流量に基づいて、ポンプ３６の駆動量を制御する。すなわち、コンソール７２から入力された目標流量Ｒｔと、流量計３８によって検出された検出流量Ｒｄとの偏差を導出し、この偏差に基づいてポンプ３６の駆動量を調整する。例えばこの制御は、偏差（Ｒｄ−Ｒｔ）に負の定数を乗じた値と、偏差（Ｒｄ−Ｒｔ）の積分値に負の定数を乗じた値と、偏差（Ｒｄ−Ｒｔ）の微分値に負の定数を乗じた値とをポンプ３６の駆動指令値に加算するＰＩＤ制御とされる。

容量制御手段７８は、温度センサ６６によって検出された流体の温度に基づいて、圧縮機構５２の容量を制御する。コントローラ７０には、例えば、外部へ供給される流体の温度の目標値がコンソール７２から入力可能となっていて、容量制御手段７８は、温度センサ６６によって検出された温度がこの目標温度よりも低い場合に、モータ６２の回転数を上げ、その逆の場合にモータ６２の回転数を下げるように指令を出す。これにより、目標温度の流体を外部へ供給可能となっている。

ここで、この蒸気処理設備１０の運転動作について説明する。蒸気利用系統１４では、供給ライン２０を流れ、減圧弁３０で減圧された蒸気がプロセス設備１２に導入される。プロセス設備１２では、導入された蒸気を利用することで、所定の機能が発揮される。そして、この蒸気は減圧・低温化して蒸気及び温水の混合流体となって排出され、フラッシュタンク２４に導入される。

フラッシュタンク２４に流入した混合流体は、蒸気と温水に分かれてフラッシュタンク２４内に貯溜される。フラッシュタンク２４内の蒸気は、蒸気回収用ライン２６を通じて蒸気利用設備に供給される。一方、フラッシュタンク２４内の温水は、ポンプ３６の駆動に応じて温水回収設備に供給される。温水の供給量は、コントローラ７０に記憶された目標流量Ｒｔになるように調整される。

温水回収設備に供給されるのではなく、フラッシュタンク２４内に残った余剰の温水は、温水タンク５０に導入される。温水タンク５０内では、蒸気及び温水が飽和状態となって貯溜される。そして、圧縮機構５２の駆動に伴って温水タンク５０内の蒸気は、圧縮機構５２に吸引される。

圧縮機構５２に吸入された蒸気は圧縮機構５２内で圧縮されるとともに昇温して吐出される。この吐出される蒸気は過熱状態にあり、この過熱蒸気は熱交換器５４において、外部から導入された流体と熱交換されて凝縮し、温水となる。この温水は膨張弁５６で減圧されて温水タンク５０に戻る。

熱交換器５４では、蒸気と熱交換した流体の温度が温度センサ６６によって検出されており、この検出結果とコントローラ７０に記憶された目標温度とが近づくように圧縮機構５２の容量が制御されている。したがって、熱交換器５４からは目標温度に調整された流体が供給される。

以上説明したように、本実施形態によれば、フラッシュタンク２４に溜まった温水が温水タンク５０に導入可能となっているので、フラッシュタンク２４からただ単に外部へ排出される余剰の温水を極力減らすことができる。そして、温水タンク５０内には飽和蒸気が溜まり、この蒸気が圧縮機構５２によって圧縮されるとともに昇温し、熱交換器５４において、外部で利用される流体を加熱する。このようにして、フラッシュタンク２４に溜まった温水のエネルギーを取り出して外部で利用することができる。これにより、フラッシュタンク２４から単に放出していた蒸気の量を極力減らすことができるととともに、蒸気及びドレン水の利用効率を高めることができる。

また本実施形態では、熱交換器５４において一度利用された蒸気が再び温水タンク５０に戻されるため、この蒸気を再度利用することができ、蒸気及びドレン水の利用効率を更に向上することができる。また、戻しライン６８に膨張弁５６が設けられているので、温水タンク５０内の蒸気を圧縮して利用する構成において、蒸気を温水タンク５０、熱交換器５４及び温水タンク５０間でスムーズに循環させることができる。

また本実施形態では、圧縮機構５２が容量可変に構成されるととともに容量制御手段７８によって圧縮機構５２の容量を調整するようにしているので、熱交換器５４に導入される蒸気の温度を調整することが可能となる。しかも本実施形態では、温度センサ６６によって検出された流体の温度に応じて、容量制御手段７８が圧縮機構５２の容量を制御するので、外部で利用される流体を熱交換器５４で所望の温度に調整することができ、より使い易い温水利用装置１６とすることができる。

また本実施形態では、フラッシュタンク２４内の温水の一部が温水回収設備に導入される一方、余剰の温水が温水タンク５０に導入されるので、温水回収設備に導入される温水量が変動する場合にも、フラッシュタンク２４内の温水の利用効率を向上することができる。しかも、温水回収設備からの要求量を超える量の温水がフラッシュタンク２４に貯溜されている場合であっても、単に排出される温水を極力減らすことができ、温水の有効利用が可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、圧縮機構５２を一定容量タイプの圧縮機によって構成してもよい。

本発明の実施形態にかかる蒸気処理設備の構成を概略的に示す図である。 従来のガスタービン・コンバインド・プラントの構成を概略的に示す図である。

１０ 蒸気処理設備
１２ プロセス設備
１４ 蒸気利用系統
１６ 温水利用装置
２４ フラッシュタンク（一時貯溜タンクの一例）
２８ 温水回収用ライン
５０ 温水タンク
５２ 圧縮機構
５４ 熱交換器
５６ 膨張弁（膨張手段の一例）
６６ 温度センサ
６８ 戻しライン
７０ コントローラ
７４ 圧力制御手段
７６ 流量制御手段
７８ 容量制御手段

Claims (4)

1. 温水を利用するための装置であって、
   蒸気を使って所定の機能を発揮させるプロセス設備と、
   前記プロセス設備から排出された温水及び蒸気の混合流体が温水と蒸気とに分離した状態で貯留される一時貯溜タンクと、
   前記一時貯溜タンクに接続可能に構成されるとともに、この一時貯溜タンクから温水が導入される温水タンクと、
   前記一時貯溜タンクに接続された前記温水タンク内の蒸気を吸引して圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構によって圧縮された蒸気の熱を外部で利用される熱媒体に付与するための熱交換器と、
   前記熱交換器で前記蒸気が凝縮した温水を前記温水タンクへ戻す戻しラインと、
   前記戻しラインに設けられ、温水を膨張させる膨張手段と、を備え、
   前記一時貯溜タンクには、当該一時貯溜タンクに貯留された温水を利用するための温水回収設備へ繋がる温水回収用ラインが接続されてなり、
   前記温水タンクには、前記温水回収設備で利用されない余剰の温水が前記一時貯溜タンクから導入されるよう構成されてなる
   ことを特徴とする蒸気処理設備。
2. 前記圧縮機構が容量可変に構成されるとともに、この圧縮機構の容量を制御可能な容量制御手段を備えている請求項１に記載の蒸気処理設備。
3. 前記容量制御手段は、前記熱交換器で蒸気によって加熱された熱媒体の温度に応じて前記圧縮機構の容量を制御可能に構成されている請求項２に記載の蒸気処理設備。
4. 前記一時貯溜タンクには、一時貯溜タンクに貯留された蒸気を利用するための蒸気利用設備へ繋がる蒸気回収用ラインが接続されてなる
   請求項１から３の何れか１項に記載の蒸気処理設備。
   

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