JP5630084B2 - ボイラ給水システム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラからの蒸気を熱源として使用する負荷機器から排出されるドレンを回収して前記ボイラに給水するボイラ給水システムに関する。

従来から、ボイラの燃料費及び水を節約するために、負荷機器から排出されるドレンをタンクに還流して再使用するドレン回収システムが提案されている。

このドレン回収システムには、負荷機器から排出されるドレンを大気に開放した開放型のタンクに回収し、ボイラに１００℃未満のドレンを供給するオープン方式と、負荷機器から排出されるドレンを大気に開放しない密閉型のタンクに回収し、この密閉型のタンクに回収した１００℃以上の高温高圧のドレンを、ボイラに供給するクローズド方式と、が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、ボイラ、特に貫流ボイラ等の給水では、ボイラ内の水位を検出し、例えば、水位が下限レベルまで低下したときはボイラへ給水し、水位が上限レベルに達したときは給水を停止する、いわゆる、オンオフの間欠給水制御によって行われ、これによって、ボイラ内の水位を所定範囲内に維持している。

このような間欠給水制御は、ボイラのバーナの燃焼状態によらず行われるので、ボイラ内の水位が下限レベルまで低下していなくて、水位が所定範囲内にあるときには、バーナが燃焼していてもボイラへの給水は停止される。

また、ボイラでは、ボイラから排出される排ガスが通過する排ガス通路にエコノマイザを設け、当該エコノマイザ内で前記排ガスによってボイラへ供給される給水を予熱してボイラ効率を向上させることも行われている。

特開２００６−１０５４４２号公報

上記のようなクローズド方式で密閉型のタンクに回収した高温高圧のドレンを、エコノマイザによって予熱してボイラに供給するような熱回収率の高いボイラ給水システムを構成しようとした場合に、上記のようなオンオフの間欠給水制御では、次のような課題が生じる。

すなわち、ボイラ内の水位が所定範囲内にあるときには、給水はオフしているので、バーナが燃焼していても、密閉型のタンクに回収したドレンは、エコノマイザへ供給されず、このため、エコノマイザ内に高温のドレンが滞留して排ガスによって過熱され、ドレンの温度が高くなり過ぎてエコノマイザ内部で沸騰して蒸気が発生し、振動や圧力変動を生じてボイラやエコノマイザ等の寿命低下を招来してしまう。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであって、クローズド方式で回収されたドレンを、エコノマイザを有するボイラに給水する場合に、エコノマイザ内でのドレンの沸騰を防止できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のボイラ給水システムは、次のように構成している。

（１）本発明のボイラ給水システムは、ボイラの排ガスによって該ボイラへの給水を予備加熱するエコノマイザを有するボイラと、前記ボイラの発生蒸気を使用する負荷機器から排出されるドレンをクローズド方式で回収する密閉型のドレンタンクと、前記ドレンタンク内のドレンを前記エコノマイザへ給水する給水手段と、前記給水手段による前記給水を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ボイラから給水要求が有るときは前記エコノマイザへ給水する制御を行い、前記ボイラから給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは前記ボイラの水位が上昇しないよう前記エコノマイザへ給水する制御を行う。

ボイラから給水要求が有るときとは、ボイラへ給水する必要が有るときをいい、例えば、ボイラ内の水位が下限レベルよりも低下して給水する必要が有るときをいう。

ボイラから給水要求が無いときとは、ボイラへ給水する必要が無いときをいい、例えば、ボイラ内の水位が所定範囲内にあって給水する必要が無いときをいう。

制御手段は、例えば、ボイラの運転を制御するマイコンなどの制御機器から入力されるボイラの給水要求の有無に応じて給水を制御するようにしてもよいし、あるいは、ボイラ内の水位を検出する水位センサの検出出力に基づいて、ボイラの給水要求の有無を判断して給水を制御するようにしてもよい。

ボイラの水位が上昇しないようエコノマイザへ給水するとは、ボイラ内の水位がその水位を維持するようにエコノマイザへ給水する、あるいは、ボイラ内の水位が低下するようにエコノマイザ内へ給水することをいう。

本発明のボイラ給水システムによると、ボイラから給水要求が無く、本来、ボイラへ給水する必要がないときであっても、ボイラのバーナが燃焼しているときには、クローズド方式で回収したドレンを、ボイラ内の水位が上昇しないようにエコノマイザへ給水するので、エコノマイザ内で高温のドレンが滞留することがなく、エコノマイザ内で排ガスによってドレンが過熱されて沸騰することを防止することができる。これによって、クローズド方式で回収したドレンを、エコノマイザを有するボイラへ給水する熱回収率の高い給水システムにおいて、エコノマイザ内でドレンが沸騰することを防止することができる。

（２）本発明のボイラ給水システムの好ましい実施態様では、前記エコノマイザへの給水の流量を検出する流量センサを備え、前記制御手段は、前記給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは、前記流量センサの検出出力に基づいて前記ボイラの水位が低下する流量で連続的に前記エコノマイザへ給水する制御を行う。

この実施態様によると、給水要求が無く、且つ、ボイラのバーナが燃焼しているときは、流量センサで検出されるエコノマイザへの給水の流量が、ボイラ内の水位が低下する流量となるように制御しながらエコノマイザへの給水を連続的に行うことができ、エコノマイザ内で高温のドレンが滞留することがなく、エコノマイザ内でドレンが過熱されて沸騰することを防止することができる。

また、給水要求が無く、且つ、ボイラのバーナが燃焼しているときに、ボイラ内の水位を維持する流量でエコノマイザへ給水した場合には、ボイラ内の水位が低下しないので、給水要求無しの状態を継続し、従来のオンオフの間欠給水制御が行えないけれども、この実施態様によると、ボイラ内の水位が低下する流量で給水するので、水位が下限レベルより低下したときには、給水要求有りの状態に変化することにより、従来と同様のオンオフの間欠給水制御を行うことが可能となる。

（３）本発明のボイラ給水システムの別の好ましい実施態様では、前記給水手段は、前記ドレンタンクのドレンを前記エコノマイザに給水する給水路と、該給水路に設置されて給水路を開閉する制御弁とを備え、前記制御手段は、前記ボイラからの給水要求が有るときは、前記制御弁を開く側に制御して前記エコノマイザへ給水する制御を行う一方、前記給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは、前記流量センサで検出される流量が予め定めた目標流量となるように前記制御弁の開度を制御して前記エコノマイザへ給水する制御を行う。

目標流量は、ボイラ内の水位が上昇しない流量であって、且つ、エコノマイザ内でドレンが沸騰しない流量であることが好ましく、より好ましくは、ボイラ内の水位が低下する流量であって、且つ、エコノマイザ内でドレンが沸騰しない流量である。

この実施態様によると、ボイラから給水要求が有るときは、制御弁を開いてエコノマイザへ給水する一方、給水要求が無く、且つ、ボイラのバーナが燃焼しているときは、流量センサによって検出される流量が、予め定めた目標流量となるように制御弁の開度を制御してエコノマイザへ給水するので、ボイラから給水要求が無くてもボイラのバーナが燃焼しているときには、クローズド方式で回収したドレンを、ボイラ内の水位が上昇しない流量でエコノマイザへ給水することができ、エコノマイザ内でドレンが滞留して沸騰することを防止することができる。

（４）本発明のボイラ給水システムの更に別の好ましい実施態様では、前記制御手段は、前記給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは、該燃焼状態に応じた流量で前記エコノマイザへ給水する制御を行う。

この実施態様によると、高燃焼や低燃焼といったバーナの燃焼状態に応じて蒸発量が相違するので、燃焼状態に応じた流量でエコノマイザへ給水することによって、ボイラ内の水位を上昇させないようにしながらエコノマイザへ給水することができる。

本発明によれば、ボイラから給水要求が無くてもボイラのバーナが燃焼しているときには、クローズド方式で回収したドレンを、ボイラ内の水位が上昇しないようにエコノマイザへ給水するようにしたので、エコノマイザ内でドレンが滞留することがなく、エコノマイザ内でドレンが過熱されて沸騰することを防止することができる。これによって、クローズド方式で回収したドレンを、エコノマイザを有するボイラへ給水する熱回収率の高い給水システムにおいて、エコノマイザ内でドレンが沸騰することを防止することができる。

図１は本発明の実施形態に係るボイラ給水システムの構成を示す図である。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るボイラ給水システムの構成の一例を示す図である。

この実施形態のボイラ給水システムは、多管貫流ボイラ等のボイラ１を備えており、このボイラ１は、該ボイラ１への給水を排ガスによって予備加熱するエコノマイザ２を有している。このエコノマイザ２からの給水を加熱することによってボイラ１で発生した蒸気は、主蒸気管３を介してスチームヘッダ４に溜められた後、蒸気配管５を介して蒸気を使用する熱交換器等の負荷機器６に供給される。

負荷機器６では、蒸気の熱を使用するため、蒸気は熱を奪われて凝縮し、ドレンとなって負荷機器６から排出される。負荷機器６から排出されたドレンは、スチームトラップ７を介して密閉型の加圧タンクであるドレンタンク８内にクローズド回収される。

この実施形態のボイラ給水システムは、クローズド方式で密閉型のドレンタンク８内に回収されたドレンを、エコノマイザ２を有するボイラ１に給水する熱回収率の高いシステムであり、ボイラ１への給水を予備加熱するエコノマイザ２とドレンタンク８の底部とは、給水路としての給水配管９によって接続されている。この給水配管９の途中には、上流側から給水ポンプ１０、流量センサ１１、流量調整が可能な給水用モータバルブ１２及び第１逆止弁１３がこの記載順序で設置されている。

給水ポンプ１０は、クローズド方式用の給水ポンプであって、ボイラ１への給水の有無にかかわらず、常時駆動されており、給水用モータバルブ１２がオフ（閉）しているときに、給水ポンプ１０からの給水を給水配管９に戻す戻し配管１４が接続されている。

この実施形態では、給水配管９に設置された給水ポンプ１０及び給水用モータバルブ１２は、ドレンタンク８内のドレンをエコノマイザ２へ給水する給水手段の一例を構成する。

なお、第１逆止弁１３の下流側には、故障時などのバックアップのために、補給水タンク１５から補給水を、直接エコノマイザ２へ供給する予備配管１６が接続されている。

ドレンタンク８と、該ドレンタンク８に補給水を給水する補給水タンク１５とは、補給水配管１７によって接続されており、この補給水配管１７には、送水ポンプ１８及び第２逆止弁１９が設置されている。ドレンの使用量が多く、ドレンタンク８内の水位が下限水位より低くなったときには、送水ポンプ１８が駆動されて補給水タンク１５からドレンタンク８へ補給水が給水される。

ドレンタンク８の上部には、ドレンタンク８内でフラッシュ蒸発したフラッシュ蒸気を排出するための排出配管２０が接続され、この排出配管２０は、一次圧力調整弁２１を介して補給水タンク１５の上部に接続されている。この補給水タンク１５は、低温の補給水を溜めておくものであるため、大気に開放した開放タンクとすることができ、この補給水タンク１５の下部には、補給水を補充するための補充配管２２が接続されている。

上記ボイラ１のバーナ２３には、第１，第２燃料供給管２６，２７から高燃焼及び低燃焼に対応する第１，第２燃料供給弁２４，２５を介して燃料が供給される。

また、ボイラ１には、該ボイラ１内の圧力を検出する圧力センサ２８及びボイラ１内の水位を検出する水位センサ２９が設けられており、各センサ２８，２９の検出出力は、ボイラ１の運転を制御する運転制御器としてのマイコン３０に入力される。

このマイコン３０は、圧力センサ２８で検出される蒸気圧に基づいて、第１，第２燃料供給弁２４，２５を制御してバーナ２３を、高燃焼、低燃焼、または、待機の各状態に制御すると共に、バーナ２３の状態を示す状態信号Ｓ１を、後述の調節器３１に出力する。

また、マイコン３０は、ボイラ１内の水位を検出する水位センサ２９の検出出力に基づいて、給水要求の有無に対応した給水信号Ｓ２を、調節器３１に出力する。

この実施形態では、マイコン３０は、ボイラ１内の水位が下限レベルまで低下したら給水要求有りに対応した給水信号Ｓ２を出力し、水位が上限レベルに達したら給水要求無しに対応した給水信号Ｓ２を出力する、すなわち、従来と同様に、オンオフの間欠給水制御を行うための給水信号Ｓ２を出力する。

このマイコン３０から出力される給水要求の有無に応じて、給水用モータバルブ１２をオンオフして間欠給水制御を行うと、上述のようにボイラ１内の水位が所定範囲内にあるときには、バーナ２３が燃焼していても、ボイラ１のエコノマイザ２へドレンが給水されず、エコノマイザ２内に高温のドレンが滞留して沸騰してしまう場合がある。

そこで、この実施形態では、マイコン３０からの給水要求の有無に対応した給水信号Ｓ２、バーナ２３の状態に対応した状態信号Ｓ１、及び、エコノマイザ２への給水流量を検出する上記流量センサ１１の検出出力に基づいて、給水用モータバルブ１２の開度を調節してエコノマイザ２への給水を制御する制御手段の一例として上記調節器３１を設けている。

この調節器３１は、マイコン３０から給水要求有りに対応した給水信号Ｓ２が与えられているとき、すなわち、給水要求が有るときには、バーナ２３の燃焼状態によらず、給水用モータバルブ１２を全開に制御し、常時駆動されている給水ポンプ１０によってドレンタンク８からのドレンをエコノマイザ２へ給水する。すなわち、ボイラ１の給水要求が有るときは、従来と同様に、エコノマイザ２へ給水する。

一方、調節器３１は、マイコン３０から給水要求無しに対応した給水信号Ｓ２が与えられているとき、すなわち、給水要求が無いときには、マイコン３０から与えられる状態信号Ｓ１に基づいて、給水用モータバルブ１２を制御する。

具体的には、調節器３１は、バーナ２３が燃焼していない待機状態に対応する状態信号Ｓ１がマイコン３０から与えられているときには、バーナ２３が燃焼していないので、エコノマイザ２内でドレンが沸騰する虞がなく、このときには、給水要求無しに対応した給水信号Ｓ２に従って給水用モータバルブ１２を全閉に制御してエコノマイザ２への給水を行わない。すなわち、ボイラ１の給水要求が無く、且つ、バーナ２３が燃焼していない待機時には、エコノマイザ２への給水は行わない。

また、調節器３１は、バーナ２３の高燃焼または低燃焼の各燃焼状態に対応する状態信号Ｓ１がマイコン３０から与えられているときには、流量センサ１１によって検出される流量が、バーナ２３の各燃焼状態に応じて予め設定されている目標流量となるように給水用モータバルブ１２の開度を制御してエコノマイザ２へ給水する。

この目標流量は、ボイラ１内の水位が上昇しない流量であり、この実施形態では、ボイラ１内の水位が低下する流量としている。

バーナ２３の高燃焼状態と低燃焼状態とでは、ボイラ１内で発生する蒸気、すなわち、蒸発量が相違するので、目標流量は、バーナ２３の各焼状態に対応して個別に設定される。

目標流量は、ボイラ１での蒸発量と、ボイラ１から排出されるブロー量とを考慮して、ボイラ１内の水位が低下する流量にそれぞれ選ばれる。すなわち、目標流量は、ボイラ１での蒸発量に、ブロー量を加えた流量よりも小さな流量とされる。

また、目標流量は、小さ過ぎると、その目標流量でドレンをエコノマイザ２へ給水したときに、エコノマイザ２内でのドレンの滞留を十分に解消できず、排ガスによってドレンが過熱されて沸騰する虞があるので、かかる沸騰を防止するのに必要な流量に選ばれる。

以上の構成を有するボイラ給水システムでは、マイコン３０は、圧力センサ２８で検出される蒸気圧に基づいて、第１，第２燃料供給弁２４，２５を制御してバーナ２３を、高燃焼、低燃焼、または、待機の各状態に制御する。

また、マイコン３０は、水位センサ２９によって検出されるボイラ１内の水位が下限レベルまで低下すると、給水要求有りに対応した給水信号Ｓ２を調節器３１に出力する。

調節器３１は、給水要求有りに対応する給水信号Ｓ２に応答して、給水用モータバルブ１２を全開に制御してドレンタンク８からのドレンを、常時駆動されている給水ポンプ１０によってエコノマイザ２へ給水する。

ボイラ１内の水位が上昇し、水位センサ２９によって検出されるボイラ１内の水位が上限レベルに達すると、マイコン３０は、給水要求無しに対応した給水信号Ｓ２を調節器３１に出力する。この給水要求無しに対応した給水信号Ｓ２は、水位センサ２９によって検出されるボイラ１内の水位が下限レベルに低下するまで、すなわち、ボイラ１内の水位が所定範囲内ある期間に亘って出力される。

調節器３１は、給水要求無しに対応する給水信号Ｓ２に応答して、マイコン３０から入力される状態信号Ｓ１に基づいて、バーナ２３が、高燃焼、低燃焼、または、待機のいずれの状態であるかを判断する。

バーナ２３が燃焼していない待機状態にあると判断したときには、給水要求無しに対応する給水信号Ｓ２に従って、給水用モータバルブ１２を全閉に制御してエコノマイザ２への給水を停止する。

一方、バーナ２３が、高燃焼または低燃焼のいずれかの燃焼状態にあると判断したときには、エコノマイザ２への給水を停止してしまうと、エコノマイザ２内にドレンが滞留して沸騰する虞があるので、このときには、流量センサ１１によって検出される流量が、状態信号Ｓ１の燃焼状態に対応する目標流量となるように、給水用モータバルブ１２の開度を制御してボイラ１内の水位が低下する流量でエコノマイザ２へ給水を連続的に行う。

このように、ボイラ１内の水位が所定範囲内にあって、ボイラ１の給水要求無しの期間であっても、バーナ２３が燃焼しているときには、その燃焼状態に応じて、ボイラ１内の水位が低下する流量で、エコノマイザ２へドレンを連続的に給水するので、エコノマイザ２内でドレンが滞留することがなく、エコノマイザ２内でドレンが過熱されて沸騰するのを防止することができる。

なお、ボイラ１内の水位が低下する流量でエコノマイザ２へドレンを給水するので、ボイラ１内の水位が低下して下限レベルになると、マイコン３０は、再び、給水要求有りに対応した給水信号Ｓ２を調節器３１に出力する。調節器３１は、給水要求有りに対応する給水信号Ｓ２に応答して、上述のように給水用モータバルブ１２を全開に制御してドレンタンク８からのドレンをエコノマイザ２へ給水する。

この実施形態によると、クローズド方式でドレンタンク８内に回収したドレンを、エコノマイザ２を有するボイラ１へ給水する熱回収率の高い給水システムにおいて、ボイラ１内の水位が所定範囲内にあって、ボイラ１の給水要求が無いときであっても、バーナ２３が燃焼しているときには、その燃焼状態に応じて、ボイラ１内の水位が低下する流量で、エコノマイザ２へドレンを連続的に給水するので、エコノマイザ２内でドレンが滞留することがなく、エコノマイザ２内でドレンが過熱されて沸騰するのを防止することができる。

上述の実施形態では、ボイラ１の給水要求が無く、且つ、バーナ２３が燃焼しているときには、ボイラ１内の水位が低下するようにドレンをエコノマイザ２に給水したけれども、本発明の他の実施形態として、ボイラ１内の水位を維持するように、ドレンをエコノマイザ２へ給水するようにしてもよい。

上述の実施形態では、バーナ２３への燃料供給路は、第１，第２燃料供給管２６，２７の２系統であったけれども、本発明は、２系統に限らず、１系統であってもよいし、あるいは、３系統以上であってもよい。

上述の実施形態では、バーナ２３を、高燃焼、低燃焼、待機の三位置で制御したけれども、これに限らず、燃焼、待機の二位置でのオンオフ制御としてもよいし、例えば、高燃焼、中燃焼、低燃焼、待機の四位置、あるいは、更に燃焼状態を有する多位置で制御してもよい。

また、燃料供給弁の個数は、上述の実施形態では、第１，第２燃料供給弁２４，２５の２個であったけれども、２個に限らず、１個あるいは３個以上であってもよい。

燃料供給弁は、燃焼状態に応じた燃料供給が可能であれば適宜変更できるものであり、遮断弁であってもよいし、流量制御弁などであってもよい。

上述の実施形態では、調節器３１は、マイコン３０からの状態信号に基づいて、バーナの状態を判断したけれども、本発明の他の実施形態として、燃料供給弁２４，２５の開閉状態、あるいは、燃料流量を検出してバーナ２３の状態を判断するようにしてもよい。

上述の実施形態では、マイコン３０からの給水信号Ｓ２及び状態信号Ｓ１に基づいて、調節器３１によってエコノマイザ２への給水を制御したけれども、本発明の他の実施形態として、マイコン３０に調節器３１の機能を内蔵させて、水位センサ２９及び圧力センサ２８の検出出力に基づいて、ボイラ１内の水位が所定範囲内にあって給水要求が無く、且つ、バーナ２３が燃焼しているときには、エコノマイザ２へ連続的に給水するようにしてもよい。

本発明は、クローズド方式で回収したドレンを、エコノマイザを有するボイラに給水するシステムとして有用である。

１ ボイラ
２ エコノマイザ
６ 負荷機器
８ ドレンタンク
１０ 給水ポンプ
１１ 流量センサ
１２ 給水用モータバルブ
２３ バーナ
２８ 圧力センサ
２９ 水位センサ
３０ マイコン
３１ 調節器

Claims (2)

1. ボイラの排ガスによって該ボイラへの給水を予備加熱するエコノマイザを有するボイラと、
   前記ボイラの発生蒸気を使用する負荷機器から排出されるドレンをクローズド方式で回収する密閉型のドレンタンクと、
   前記ドレンタンク内のドレンを前記エコノマイザへ給水する給水路と、該給水路に設置されて給水路を開閉する制御弁とを備える給水手段と、
   前記エコノマイザへの給水の流量を検出する流量センサと、
   前記給水手段による前記給水を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記ボイラから給水要求が有るときは前記制御弁を開く側に制御して前記エコノマイザへ給水する制御を行い、前記ボイラから給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは前記流量センサで検出される流量が予め定めた目標流量となるように前記制御弁の開度を制御して前記ボイラの水位が上昇しないよう前記エコノマイザへ給水する制御を行う、
   ことを特徴とするボイラ給水システム。
2. 前記制御手段は、前記給水要求が無く、且つ、前記ボイラのバーナが燃焼しているときは、該燃焼状態に応じた流量で前記エコノマイザへ給水する制御を行う、
   請求項１に記載のボイラ給水システム。

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