JP5821888B2 - Steam pressure differential energy recovery system - Google Patents
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Description
本発明は、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気の減圧によって生じる圧力差エネルギー(蒸気圧力差エネルギー)を回収するための蒸気圧力差エネルギー回収システムに関する。 The present invention relates to a steam pressure difference energy recovery system for recovering pressure difference energy (steam pressure difference energy) generated by the pressure reduction of steam when the high pressure steam is decompressed and supplied to the steam demand facility.
蒸気を使用するプラント(蒸気需要設備)においては、ボイラが発生する高圧(例えば1.2MPa)の蒸気を減圧弁で減圧し、低圧(例えば0.8MPa)の蒸気を蒸気需要設備に供給するのが一般的であるが、減圧弁で蒸気を減圧すると、蒸気の減圧によって生じた蒸気圧力差エネルギーを廃棄することになるため、この蒸気圧力差エネルギーを回収することが望まれる。 In a plant (steam demand facility) that uses steam, high pressure (for example, 1.2 MPa) steam generated by a boiler is decompressed by a pressure reducing valve, and low pressure (for example, 0.8 MPa) steam is supplied to the steam demand facility. However, when the pressure of the steam is reduced by the pressure reducing valve, the steam pressure difference energy generated by the pressure reduction of the steam is discarded. Therefore, it is desired to recover the steam pressure difference energy.
そこで、特許文献1では、ボイラが発生する高圧蒸気を蒸気膨張機に供給して高圧蒸気を膨張・減圧し、減圧した低圧蒸気を蒸気需要設備に供給するとともに、蒸気の膨張エネルギー(蒸気圧力差エネルギー)を用いて蒸気膨張機駆動空気圧縮機(蒸気膨張機によって駆動される空気圧縮機)を駆動させることで蒸気圧力差エネルギーを回収することが提案されている。 Therefore, in Patent Document 1, high-pressure steam generated by a boiler is supplied to a steam expander to expand and decompress the high-pressure steam, and the decompressed low-pressure steam is supplied to the steam demand facility, and the expansion energy of the steam (steam pressure difference) It has been proposed to recover steam pressure difference energy by driving a steam expander driven air compressor (air compressor driven by a steam expander) using energy.
しかしながら、前記特許文献1に記載の方法では、蒸気需要設備における蒸気需要量(以下、単に「需要量」ともいう)の時間的な変動幅が大きいと、蒸気膨張機の運転可能範囲を外れてしまって、蒸気膨張機では膨張・減圧を行うことができず、蒸気圧力差エネルギーを回収できない場合がある。 However, in the method described in Patent Document 1, if the temporal fluctuation range of the steam demand in the steam demand facility (hereinafter also simply referred to as “demand amount”) is large, the steam expander is out of the operable range. In other words, the steam expander cannot perform expansion / decompression, and the steam pressure difference energy may not be recovered.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気需要設備における蒸気需要量の時間的な変動幅が大きい場合であっても、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる蒸気圧力差エネルギー回収システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above. When the high-pressure steam is depressurized and supplied to the steam demand facility, the steam demand amount in the steam demand facility has a large fluctuation range over time. Even if it exists, it aims at providing the steam pressure difference energy recovery system which can collect | recover steam pressure difference energy appropriately.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、蒸気需要設備における蒸気需要量の時間的な変動幅が大きい場合に対しては、大流量の蒸気に対応することができるターボ型蒸気膨張機と、運転可能範囲が広い容積型蒸気膨張機を組み合わせて運転することがよいとの着想を得た。なお、その際、ターボ型蒸気膨張機を一旦停止すると、そのターボ型蒸気膨張機を再起動するためには、ドレン抜きおよび暖気運転が必要になり、2〜3時間のタイムロスが生じるので、ターボ型蒸気膨張機は運転させて、過不足分を容積型蒸気膨張機で調整するようにすればよい。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors are able to cope with a large flow rate of steam when the time fluctuation width of the steam demand in the steam demand facility is large. The idea was that it should be operated in combination with a turbo steam expander that can be operated and a positive displacement steam expander with a wide operating range. At that time, once the turbo steam expander is stopped, drainage and warm-up operation are required to restart the turbo steam expander, resulting in a time loss of 2-3 hours. The type steam expander may be operated to adjust the excess / deficiency with the positive displacement steam expander.
本発明は、上記の着想に基づいており、以下のような特徴を備えている。 The present invention is based on the above idea and has the following features.
[1]高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給する際に、蒸気の減圧によって生じる蒸気圧力差エネルギーを回収するための蒸気圧力差エネルギー回収システムであって、
蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機と、該ターボ型蒸気膨張機によって駆動するターボ型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機と、該容積型蒸気膨張機によって駆動する容積型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気の流れを切換えるための切替弁と、蒸気需要設備の需要量に応じて前記ターボ型蒸気膨張機の吸気量が運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする蒸気圧力差エネルギー回収システム。
[1] A steam pressure difference energy recovery system for recovering the steam pressure difference energy generated by the pressure reduction of the steam when the high pressure steam is decompressed and supplied to the steam demand facility,
Turbo-type steam expander for expanding / depressurizing steam, turbo-type steam expander driving device driven by turbo-type steam expander, positive-displacement steam expander for expanding / depressurizing steam, and positive-displacement steam expander The volumetric steam expander drive device driven by the valve, the switching valve for switching the steam flow, and the intake amount of the turbo steam expander within the operable range according to the demand amount of the steam demand facility A steam pressure difference energy recovery system comprising: a control device that controls a flow of steam.
[2]前記制御装置は、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を上回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機と前記容積型蒸気膨張機の両方に吸気させて、それぞれで減圧した蒸気を蒸気需要設備に供給し、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を下回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機に運転可能範囲内で吸気させて、減圧した蒸気の内の前記需要量を蒸気需要設備に供給するともに、余剰の減圧した蒸気を前記容積型蒸気膨張機に吸気させることを特徴とする前記[1]に記載の蒸気圧力差エネルギー回収システム。
[2] The control device includes:
When the demand amount of the steam demand facility exceeds the operable range of the turbo steam expander, both the turbo steam expander and the positive displacement steam expander are inhaled and each decompressed steam is Supplying steam demand equipment,
When the demand amount of the steam demand facility is below the operable range of the turbo type steam expander, the turbo type steam expander is inhaled within the operable range, and the demand amount of the decompressed steam is reduced. The steam pressure difference energy recovery system according to [1], wherein the steam pressure difference energy supply system supplies the steam to the steam demand facility and causes the depressurized steam to be sucked into the positive displacement steam expander.
本発明においては、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気需要設備における需要量の時間的な変動幅が大きい場合であっても、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる。 In the present invention, when the high-pressure steam is decompressed and supplied to the steam demand facility, the steam pressure difference energy is appropriately recovered even when the demand fluctuation amount in the steam demand facility is large over time. Can do.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る蒸気圧力差エネルギー回収システムの概要を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an outline of a steam pressure difference energy recovery system according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る蒸気圧力差エネルギー回収システムは、ボイラ(図示せず)が発生する高圧蒸気を減圧して蒸気需要設備40に供給する際に、蒸気の減圧によって生じる蒸気圧力差エネルギーを回収するためのものであり、吸気した蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機1と、吸気した蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機2と、蒸気の流れを制御する制御装置8を備えている。
As shown in FIG. 1, the steam pressure difference energy recovery system according to an embodiment of the present invention reduces the pressure of high-pressure steam generated by a boiler (not shown) when supplying steam to the
なお、ここでは、ボイラから蒸気需要設備40に直行する直行配管30が設置されていて、直行配管30に減圧弁11が設けられているが、通常は減圧弁11を閉鎖しておく。
Here, although the
そして、直行配管30から減圧弁11の上流側で分岐した吸気本配管21と、吸気本配管21から分岐してターボ型蒸気膨張機1の吸気側に接続する第1吸気配管22と、吸気本配管21の先端から容積型蒸気膨張機2の吸気側に接続する第2吸気配管23と、ターボ型蒸気膨張機1の排気側から直行配管30に減圧弁11の下流側で接続した第1排気配管24と、第1排気配管24から分岐して吸気本配管21に第1吸気配管22の分岐点の下流側で接続した迂回配管25と、容積型蒸気膨張機2の排気側から直行配管30に減圧弁11の下流側で接続した第2排気配管26と、第2排気配管26から分岐した放出配管27を備えている。
An intake
また、第1吸気配管22に設置された第1流量調節弁3と、第2吸気配管23に設置された第2流量調節弁4と、第1吸気配管22の分岐点と迂回配管25の接続点との間の吸気本配管21に設置された第1切替弁(開閉弁)5と、迂回配管25に設置された第2切替弁(開閉弁)6と、第2排気配管26からの放出配管27の分岐点に設置されて蒸気の流れを第2排気配管26の下流側(蒸気需要設備40側)と放出配管27側とに切換える第3切替弁7と、第1排気配管24の接続点および第2排気配管26の接続点の下流側の直行配管30に設置された圧力計9と、第1流量調節弁3の下流側の第1吸気配管22に設置された流量計10を備えている。これらの内、圧力計9と流量計10は、各測定値を信号として制御装置8へ送る。一方、第1流量調節弁3、第2流量調節弁4、第1切替弁(開閉弁)5、第2切替弁(開閉弁)6および第3切替弁7は、制御装置8からの信号でそれら動作が制御されている。図1中の点線は、制御装置8へ信号が入る場合を示し、一点差線は、制御装置8から信号が出る場合を示す。
Further, the first flow
なお、図示していないが、ターボ型蒸気膨張機1には、ターボ型蒸気膨張機1によって駆動する蒸気膨張機駆動装置(ターボ型蒸気膨張機駆動装置)が連結しており、容積型蒸気膨張機2には、容積型蒸気膨張機2によって駆動する蒸気膨張機駆動装置(容積型蒸気膨張機駆動装置)が連結している。蒸気膨張機駆動装置としては、例えば、蒸気膨張機で駆動する空気圧縮機や発電機がある。
Although not shown, the turbo steam expander 1 is connected to a steam expander drive device (turbo steam expander drive device) driven by the turbo steam expander 1 so that a positive displacement steam expander is connected. A steam expander driving device (a positive displacement steam expander driving device) driven by the positive
これによって、ターボ型蒸気膨張機1と容積型蒸気膨張機2においては、吸気した高圧蒸気が膨張してタービンを回転させて仕事をすることにより減圧され、排気した減圧蒸気が蒸気需要設備40に供給されるとともに、タービンの回転力(駆動力)によって蒸気膨張機駆動装置(空気圧縮機、発電機等)が駆動されることで、蒸気圧力差エネルギーが回収される。
Thereby, in the turbo type steam expander 1 and the positive
その際に、蒸気需要設備40における需要量の時間的変動に対して、ターボ型蒸気膨張機1は常に運転させて、過不足分を容積型蒸気膨張機2で調整することとし、制御装置8は、ターボ型蒸気膨張機1の吸気量がターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する。
At that time, the turbo-type steam expander 1 is always operated with respect to the temporal fluctuation of the demand amount in the
すなわち、この実施形態においては、例えば、図2に示すように、ターボ型蒸気膨張機1の吸気能力(運転可能範囲)が5〜50t/hであって、蒸気需要設備40の需要量が2〜55t/hの間で変動する際には、需要量がターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲内の場合(領域I:5〜50t/h)、需要量がターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲を上回っている場合(領域II:50t/h超)、需要量がターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲を下回っている場合(領域III:5t/h未満)のそれぞれに応じて、制御装置8は以下の如く蒸気の流れを制御する。
That is, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the intake capacity (operable range) of the turbo steam expander 1 is 5 to 50 t / h, and the demand amount of the
(a)蒸気需要設備40の需要量が領域Iの場合
第1切替弁5と第2切替弁6を閉鎖し、第3切替弁7を蒸気需要設備40側にするか又は閉鎖するかした上で、第1流量調節弁3の開度を調整することによって、需要量に応じた高圧蒸気を吸気本配管21と第1吸気配管22を通過させてターボ型蒸気膨張機1に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機1で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第1排気配管24と直行配管30を通過させて蒸気需要設備40に供給する。
(A) When the demand amount of the
(b)蒸気需要設備40の需要量が領域IIの場合
第1切替弁5は開放し、第2切替弁6は閉鎖し、第3切替弁7は蒸気需要設備40側にした上で、第1流量調節弁3の開度と第2流量調節弁4の開度とを調整することによって、需要量に応じた高圧蒸気の内、ターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲内(例えば、運転可能範囲上限量)の高圧蒸気を吸気本配管21と第1吸気配管22を通過させてターボ型蒸気膨張機1に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機1で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第1排気配管24と直行配管30を通過させて蒸気需要設備40に供給するとともに、需要量に対して不足する分の高圧蒸気を吸気本配管21と第2吸気配管23を通過させて容積型蒸気膨張機2に吸気させ、容積型蒸気膨張機2で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第2排気配管26と直行配管30を通過させて蒸気需要設備40に供給する。
(B) When the demand amount of the
(c)蒸気需要設備40の需要量が領域IIIの場合
第1切替弁5と第2切替弁6を開放し、第3切替弁7は放出配管27側にした上で、第1流量調節弁3の開度と第2流量調節弁4の開度を調整することによって、ターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲内(例えば、運転可能範囲下限量)の高圧蒸気を吸気本配管21と第1吸気配管22を通過させてターボ型蒸気膨張機1に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機1で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気の内、需要量分の減圧蒸気を第1排気配管24と直行配管30を通過させて蒸気需要設備40に供給するとともに、需要量に対して余剰である分の減圧蒸気を迂回配管25と吸気本配管21と第2吸気配管23を通過させて容積型蒸気膨張機2に吸気させ、容積型蒸気膨張機2でさらに膨張・減圧して蒸気圧力差エネルギーを回収した後、排気された減圧蒸気を第2排気配管26と放出配管27を通過させて系外に放出する。
(C) When the demand amount of the
なお、前記(a)の場合は、必要に応じて、前記(b)の場合のように、ターボ型蒸気膨張機1と容積型蒸気膨張機2の両方で高圧蒸気を膨張・減圧して、減圧蒸気を蒸気需要設備40に供給するようにしてもよい。
In the case of (a), if necessary, as in the case of (b), high-pressure steam is expanded and depressurized in both the turbo steam expander 1 and the positive
さらに、上記において、圧力計9と流量計10によって、蒸気需要設備40に供給する減圧蒸気の圧力と流量が所望の値になっていることを確認する。もし、所望の値になっていない時は、第1流量調節弁3の開度や第2流量調節弁4の開度をさらに調整する。
Further, in the above, it is confirmed by the
なお、ターボ型蒸気膨張機1等が故障して蒸気需要設備40に減圧蒸気を供給できない異常事態が生じた場合は、直行配管30の減圧弁11を作動させて、減圧した蒸気を蒸気需要設備40に直接供給する。
In addition, when the turbo type steam expander 1 or the like breaks down and an abnormal situation occurs in which the reduced pressure steam cannot be supplied to the
このようにして、この実施形態においては、蒸気需要設備40の需要量がターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲外であっても、蒸気の流れを制御して、ターボ型蒸気膨張機1の吸気量が当該ターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲内となるようにし、過不足分を容積型蒸気膨張機2で調整するようにしているので、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる。
In this way, in this embodiment, even if the demand amount of the
ちなみに、従来技術(特許文献1)のように、図1において、容積型蒸気膨張機2を使用せずに、ターボ型蒸気膨張機1のみを使用して、蒸気圧力差エネルギーを回収しようとした場合は、図2における領域IIでは、ターボ型蒸気膨張機1の運転可能範囲上限値50t/hを上回る分については、減圧弁11で減圧して蒸気需要設備40に供給せざるをえないので、その蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。
Incidentally, as in the prior art (Patent Document 1), in FIG. 1, instead of using the positive
また、図2における領域IIIでは、ターボ型蒸気膨張機1が運転できないから、減圧弁11で減圧して蒸気需要設備40に供給せざるをえないので、その蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。しかも、ターボ型蒸気膨張機1を一旦停止すると、そのターボ型蒸気膨張機1を再起動するためには、ドレン抜きおよび暖気運転が必要になり、2〜3時間のタイムロスが生じるので、その間は、需要量が領域Iまたは領域IIになっても、蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。
Further, in region III in FIG. 2, since the turbo type steam expander 1 cannot be operated, the pressure must be reduced by the
このように、本発明は従来技術に対して優位な効果を奏することができる。 As described above, the present invention can provide an advantageous effect over the prior art.
1 ターボ型蒸気膨張機
2 容積型蒸気膨張機
3 第1流量調節弁
4 第2流量調節弁
5 第1切替弁
6 第2切替弁
7 第3切替弁
8 制御装置
9 圧力計
10 流量計
11 減圧弁
21 吸気本配管
22 第1吸気配管
23 第2吸気配管
24 第1排気配管
25 迂回配管
26 第2排気配管
27 放出配管
30 直行配管
40 蒸気需要設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo
Claims (2)
蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機と、該ターボ型蒸気膨張機によって駆動するターボ型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機と、該容積型蒸気膨張機によって駆動する容積型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気の流れを切換えるための切替弁と、蒸気需要設備の需要量に応じて前記ターボ型蒸気膨張機の吸気量が運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする蒸気圧力差エネルギー回収システム。 A steam pressure difference energy recovery system for recovering the steam pressure difference energy generated by the pressure reduction of the steam when the high pressure steam is decompressed and supplied to the steam demand facility,
Turbo-type steam expander for expanding / depressurizing steam, turbo-type steam expander driving device driven by turbo-type steam expander, positive-displacement steam expander for expanding / depressurizing steam, and positive-displacement steam expander The volumetric steam expander drive device driven by the valve, the switching valve for switching the steam flow, and the intake amount of the turbo steam expander within the operable range according to the demand amount of the steam demand facility A steam pressure difference energy recovery system comprising: a control device that controls a flow of steam.
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を上回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機と前記容積型蒸気膨張機の両方に吸気させて、それぞれで減圧した蒸気を蒸気需要設備に供給し、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を下回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機に運転可能範囲内で吸気させて、減圧した蒸気の内の前記需要量を蒸気需要設備に供給するともに、余剰の減圧した蒸気を前記容積型蒸気膨張機に吸気させることを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧力差エネルギー回収システム。 The controller is
When the demand amount of the steam demand facility exceeds the operable range of the turbo steam expander, both the turbo steam expander and the positive displacement steam expander are inhaled and each decompressed steam is Supplying steam demand equipment,
When the demand amount of the steam demand facility is below the operable range of the turbo type steam expander, the turbo type steam expander is inhaled within the operable range, and the demand amount of the decompressed steam is reduced. The steam pressure difference energy recovery system according to claim 1, wherein the steam pressure difference energy recovery system is configured to supply the steam to the steam demand facility and allow the excessively decompressed steam to be sucked into the positive displacement steam expander.
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