JP5901856B1 - ドレン回収装置 - Google Patents

Abstract

蒸気使用機器で発生したドレンが回収されてボイラーへ供給される回収タンクを備えたドレン回収系統において、ボイラーの高負荷時にボイラーの圧力が低下するのを抑制すること。ドレン回収系統１０は、蒸気使用機器４で蒸気が凝縮して発生したドレンが貯留されると共に、該貯留水がボイラー２へ供給される回収タンク２１と、回収タンク２１の貯留水位が予め設定されたタンク基準水位を下回らないように回収タンク２１からボイラー２への供給水量を制御する制御部４０とを備える。制御部４０は、ボイラー２の負荷が所定の負荷まで増大すると、タンク基準水位を所定量低下させる。

Description

本願は、蒸気使用機器で発生したドレンを回収しボイラーへ供給するドレン回収装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器において蒸気が凝縮して発生したドレン（復水）を回収してボイラーへ戻すドレン回収装置（復水回収装置）が知られている。ドレン回収装置は、回収タンク（ドレンタンク）と、補給水用タンク（混合タンク）とを備えている。回収タンクは、蒸気使用機器で発生したドレンが回収されて貯留される。補給水用タンクは、回収タンクで再蒸発した蒸気（フラッシュ蒸気）が流入し凝縮した水、また別の供給源から供給された水がそれぞれ貯留される。そして、回収タンクおよび補給水用タンクの貯留水はボイラーへ供給されて、蒸気が加熱生成される。

上述したようなドレン回収装置では、一般に、主として回収タンクの水がボイラーへ供給される。補給水用タンクの水は、ボイラーの負荷が大きくなり、ボイラーへの供給水量が不足したときにボイラーへ補給される。即ち、ドレン回収装置では、回収タンクの水位が予め設定された基準水位を下回らないように回収タンクからボイラーへのドレンの供給量が制御されており、その基準水位を下回るような場合になると補給水用タンクからボイラーへ水が補給される。

特開２０１０−１６４２３４号公報

ところで、上述したようなドレン回収装置では、ボイラーの負荷が大きくなり補給水用タンクから水が補給されると、ボイラーの圧力が低下してしまうという問題があった。即ち、回収タンクの水は高温であるのに対し、補給水用タンクの水は低温であるため、双方のタンクからボイラーへ水が供給されると、回収タンクからのみボイラーへ水が供給される場合に比べて、ボイラーへの供給水温度が低下する。そうすると、設定された蒸気圧力に応じた飽和蒸気温度と供給水温度との温度差が大きくなるので、生成蒸気は熱を奪われてドレン化してしまい、そのため、ボイラーの圧力が低下する。ボイラーの圧力が低下すると、蒸気使用機器へ供給される蒸気の圧力や温度が不安定となり、その結果、蒸気使用機器を用いる生産プロセスは不安定となり、生産品質にバラツキが生じてしまう。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、蒸気使用機器で発生したドレンが回収されてボイラーへ供給される回収タンクを備えたドレン回収装置において、ボイラーの高負荷時にボイラーの圧力が低下するのを抑制することにある。

本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、ボイラーが高負荷になると、回収タンクの制御水位を低い値に変更するようにした。

具体的に、本願に開示の技術は、蒸気使用機器で蒸気が凝縮して発生したドレンが貯留されると共に、該貯留水がボイラーへ供給される回収タンクと、該回収タンクでドレンが再蒸発してなる蒸気が流入して凝縮し貯留される補給水タンクと、上記回収タンクの貯留水位が予め設定されたタンク基準水位に維持されるように上記回収タンクから上記ボイラーへの供給水量を制御し、上記ボイラーにおいて供給水量が不足する場合は上記補給水タンクの貯留水を直接、上記ボイラーに供給する制御部とを備えたドレン回収装置を対象としている。そして、上記制御部は、上記ボイラーの負荷が所定の負荷に増大すると、上記タンク基準水位を所定量低下させるものである。

以上のように、本願のドレン回収装置によれば、ボイラーの負荷が所定の負荷に増大すると、回収タンクのタンク基準水位（制御水位）を所定量だけ低下させるようにしたため、その所定量の分だけ回収タンクからボイラーへの供給水量を稼ぐことができる。これにより、ボイラーの高負荷時において低温の水をボイラーに補給しなくてすむ、若しくはボイラーへ補給する水の量を減少させることができる。よって、ボイラーの高負荷時においてボイラーの圧力が低下するのを抑制することが可能になる。その結果、ボイラーで生成される蒸気圧力の安定化を図ることができる。

図１は、実施形態に係る蒸気システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、回収タンクの設定水位について説明するための図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、ボイラー２と、蒸気使用系統３と、ドレン回収系統１０とを備えている。ドレン回収系統１０は、本願の請求項に係るドレン回収装置を構成している。

ボイラー２は、図示しないドラム（容器）を備えており、該ドラムに後述するドレン回収系統１０から供給された水が貯留される。ドラムでは、その貯留水が加熱されて蒸気が生成される。蒸気使用系統３は、互いに並列接続された複数（本実施形態では３つ）の蒸気使用機器４を有し、それぞれの蒸気使用機器４の下流側にスチームトラップ５が接続されている。蒸気使用系統３は、給気管６を介してボイラー２に接続されており、ボイラー２で生成された蒸気が供給される。つまり、給気管６の下流端は３つに分岐して蒸気使用機器４に接続されており、各蒸気使用機器４に蒸気が供給される。なお、蒸気使用系統３は蒸気使用機器４およびスチームトラップ５を１つずつ有するものであってもよい。

蒸気使用機器４は、例えば熱交換器であり、ボイラー２から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、蒸気使用機器４では蒸気の凝縮潜熱によって対象物が加熱（潜熱加熱）される。スチームトラップ５は、蒸気使用機器４で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）または蒸気混じりのドレン（復水）が流入する。スチームトラップ５は、流入したドレンのみを自動的に出口部から排出するものである。

ドレン回収系統１０は、回収タンク２１、給水ポンプ２２、流量制御弁２３、補給水タンク２４および補給水ポンプ２５を備え、蒸気使用機器４で発生したドレンを回収してボイラー２へ供給する（戻す）ものである。本実施形態のドレン回収系統１０は、いわゆるクローズド方式のものである。

回収タンク２１は、蒸気使用機器４で発生したドレンが貯留されると共に、該貯留水がボイラー２へ供給されるものである。具体的に、回収タンク２１は、縦長の円筒状に形成された容器であり、上部がドレン流入管１１を介して各スチームトラップ５の出口部に接続され、下部が給水管１２を介してボイラー２のドラムに接続されている。回収タンク２１は、スチームトラップ５から排出されたドレンがドレン流入管１１を通じて流入し、その流入したドレンの一部が再蒸発した蒸気が上部に溜まり、残りのドレンが下部に溜まる。

給水ポンプ２２は、給水管１２に設けられ、回収タンク２１の貯留水（ドレン）を給水管１２を通じてボイラー２に供給するものである。なお、給水ポンプ２２は、回収タンク２１よりも低い位置に設けられており、その高低差によって必要揚力（ポンプ用必要流入水頭）を得る。流量制御弁２３は、給水管１２において給水ポンプ２２の下流側に設けられている。流量制御弁２３は、開度が変更可能に構成されており、給水管１２における水の流量、即ち回収タンク２１からボイラー２への供給水量を調節するものである。

補給水タンク２４は、縦長の円筒状に形成された容器であり、上部が排気管１３を介して回収タンク２１の上部に接続され、下部が補給水管１４を介して給水管１２に接続されている。補給水タンク２４は、回収タンク２１でドレンが再蒸発してなる蒸気（再蒸発蒸気）が排気管１３を通じて流入し、その流入した蒸気の一部が凝縮して下部に溜まる。補給水ポンプ２５は、補給水管１４に設けられ、補給水タンク２４の貯留水を補給水管１４および給水管１２を通じてボイラー２に供給するものである。なお、補給水管１４の下流端は給水管１２における流量制御弁２３よりも下流側に接続されている。

また、本実施形態の蒸気システム１には、各種センサが設けられている。具体的に、回収タンク２１には、その貯留水位を検出する水位センサ３１が設けられている。給水管１２には、給水管１２の水の流量を検出する流量センサ３２が流量制御弁２３と補給水管１４との間に設けられている。補給水管１４には、補給水管１４の水の流量を検出する流量センサ３３が補給水ポンプ２５の下流側に設けられている。ボイラー２には、ドラムの貯留水位を検出する水位センサ３４と、ドラムの圧力を検出する圧力センサ３５とが設けられている。給気管６には、給気管６の蒸気の流量を検出する流量センサ３６が設けられている。

また、ドレン回収系統１０は、流量制御弁２３や補給水ポンプ２５を駆動制御してボイラー２への供給水量を調節する制御部４０を備えている。

制御部４０は、各種センサ３１，３２，３３，３４，３５，３６の検出値が入力されるように構成されている。そして、制御部４０は、回収タンク２１の貯留水位が予め設定されたタンク基準水位（制御水位）に維持されるようにボイラー２への供給水量を調節するように構成されている。さらに、制御部４０は、ボイラー２の負荷が所定の負荷まで増大すると、上記のタンク基準水位（制御水位）を所定量低下させるように構成されている。

本実施形態では、回収タンク２１のタンク基準水位として、図２に示すように、第１水位と、その第１水位よりも所定量だけ低い第２水位の２つが設定されている。第１水位は、ボイラー２の負荷が通常負荷時の場合に設定されるタンク基準水位であり、第２水位は、ボイラー２の負荷が高負荷時の場合（所定の負荷まで増大した場合）に設定されるタンク基準水位である。

具体的に、制御部４０は、ボイラー２が通常負荷の場合、補給水ポンプ２５を停止した状態で給水ポンプ２２を駆動する。制御部４０は、圧力センサ３５の検出圧力が所定のボイラー基準圧力以上であることをもってボイラー２の負荷が通常負荷であると判断する。そして、制御部４０は、水位センサ３１の検出水位が第１水位（タンク基準水位）に維持されるように、流量制御弁２３の開度を調節して回収タンク２１からボイラー２への供給水量を制御する。ボイラー２が通常負荷の場合では、回収タンク２１の貯留水位を比較的高い第１水位に維持しながらも、回収タンク２１からの供給だけでボイラー２における必要な供給水量を賄うことができる。

次に、蒸気システム１の運転開始時などボイラー２の負荷が所定の負荷まで増大した（即ち、高負荷を示す状態に達した）場合、ボイラー２は供給水量に対し蒸気の生成量（排出される蒸気量）が多い状態、即ち供給水量が不足する状態になる。ここで仮に、補給水ポンプ２５を駆動し補給水タンク２４の貯留水をボイラー２に補給するようにした場合、ドラム内の生成蒸気が凝縮（ドレン化）してしまいドラムの圧力が低下するため、ドラムの圧力制御が困難になる。つまり、回収タンク２１の貯留水は高温であるのに対し補給水タンク２４の貯留水は低温であるため、両タンク２１，２４の貯留水をボイラー２に供給すると、回収タンク２１の高温の貯留水のみをボイラー２に供給する場合に比べて、ボイラー２への供給水の温度が低下する。そのため、ボイラー２において供給水量の不足は補えるものの、ドラムの圧力を低下させてしまい所定圧力および所定温度の蒸気を生成することが困難になる。

そこで、本実施形態の制御部４０は、ボイラー２の負荷が高負荷になると、回収タンク２１のタンク基準水位を第１水位から第２水位に変更する（低下させる）。制御部４０は、圧力センサ３５の検出圧力が所定のボイラー基準圧力よりも低下すると、ボイラー２の負荷が高負荷になったと判断する。ボイラー２では、高負荷の場合、上述したように供給水量に対し蒸気の生成量（排出される蒸気量）が多くなるため、ドラムの圧力が低下する。そして、制御部４０は、水位センサ３１の検出水位が第２水位（タンク基準水位）に維持されるように、流量制御弁２３の開度を調節して回収タンク２１からボイラー２への供給水量を制御する。

このように回収タンク２１のタンク基準水位を第１水位から第２水位に低下させると、回収タンク２１におけるタンク基準水位の低下分に相当する量（図２に示すハッチング部分）の貯留水をボイラー２に供給することができる。つまり、本願に開示の技術では、回収タンク２１において通常負荷時には貯留されている領域の高温の貯留水をボイラー２に供給するようにした。これにより、ボイラー２における供給水量の不足を高温の貯留水で補うことができる。よって、補給水タンク２４の低温の貯留水をボイラー２に供給しなくてすむ。

また、タンク基準水位を第１水位から第２水位に低下させてもなおボイラー２において供給水量が不足する場合、制御部４０は補給水ポンプ２５を駆動する。そうすると、補給水タンク２４の貯留水がボイラー２に補給される。この場合、補給水タンク２４からボイラー２に補給される低温の貯留水の量を従来に比べて抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、ボイラー２が高負荷の場合、回収タンク２１のタンク基準水位（制御水位）を所定量だけ低下させるようにしたため、その所定量の分だけ回収タンク２１からボイラー２への供給水量を稼ぐことができる。これにより、補給水タンク２４の低温の貯留水をボイラー２に補給しなくてすむ、若しくはその補給量を減少させることができる。よって、ボイラー２の高負荷時においてドラムの圧力が低下するのを抑制することができ、そのため、ボイラー２において所定圧力および所定温度の蒸気を生成させることが可能になる。その結果、蒸気使用機器４への供給蒸気圧力の安定化を図ることができる。また、ドラムの圧力低下が抑制されることから、ドラムの貯留水を必要以上に加熱しなくてもすみ、その結果、省エネルギー化を図ることができる。

また、上記実施形態の制御部４０では、ドラムの圧力をもってボイラー２の負荷状態を判断するようにしたが、本願に開示の技術はこれに限らず、以下のようにボイラー２の負荷状態を判断するようにしてもよい。

制御部４０は、ボイラー２の水位センサ３４の検出水位が所定のボイラー基準水位以上であることをもってボイラー２の負荷が通常負荷であると判断する。ボイラー２では、高負荷の場合、上述したように供給水量に対し蒸気の生成量（排出される蒸気量）が多くなるため、ドラムの貯留水位が低下する。制御部４０は、水位センサ３４の検出水位が所定のボイラー基準水位よりも低下すると、ボイラー２の負荷が高負荷になったと判断し、回収タンク２１のタンク基準水位を第１水位から第２水位に変更する（低下させる）。

また、別例として、制御部４０は、ボイラー２の負荷が通常負荷時におけるボイラー２へ供給される水の質量流量とボイラー２から排出される蒸気の質量流量との相関を予め有する。また、制御部４０は、流量センサ３２，３３のそれぞれの検出流量から水の質量流量を算出し、流量センサ３６の検出流量から蒸気の質量流量を算出するように構成されている。そして、制御部４０は、ボイラー２から排出される蒸気の質量流量が上記の相関における値よりも高くなると、回収タンク２１のタンク基準水位を第１水位から第２水位に変更する（低下させる）。ボイラー２では、高負荷の場合、上述したように供給水量に対し蒸気の生成量（排出される蒸気量）が多くなるためである。

また、上記実施形態では、回収タンク２１のタンク基準水位として２つの水位（第１水位、第２水位）を設定するようにしたが、３つ以上の水位を設定するようにしてもよい。つまり、上記実施形態では、ボイラー２の負荷状態を大小に応じて３つ以上に区分し、それぞれの負荷状態に応じて水位を設定するようにしてもよい。例えば、ボイラー２の負荷状態を低負荷、中負荷および高負荷の３つに区分した場合、タンク基準水位として低負荷時は第１水位に、中負荷時は第２水位（第１水位よりも低い水位）に、高負荷時は第３水位（第２水位よりも低い水位）にそれぞれ設定される。

また、上記実施形態における蒸気使用機器４は、熱交換器以外に、蒸気で空瓶等を加熱殺菌するもの、油の輸送配管の周りに蒸気配管を巻き付けて蒸気で油を加熱保温するものでもよい。

また本願に開示の技術は、上記の実施形態において説明した構成の一部または全部を２以上組み合わせた構成としてもよい。

本願に開示の技術は、蒸気使用機器で発生したドレンを回収しボイラーへ供給するドレン回収装置について有用である。

２ ボイラー
４ 蒸気使用機器
１０ ドレン回収系統（ドレン回収装置）
２１ 回収タンク
４０ 制御部

Claims (4)

1. 蒸気使用機器で蒸気が凝縮して発生したドレンが貯留されると共に、該貯留水がボイラーへ供給される回収タンクと、該回収タンクでドレンが再蒸発してなる蒸気が流入して凝縮し貯留される補給水タンクと、上記回収タンクの貯留水位が予め設定されたタンク基準水位に維持されるように上記回収タンクから上記ボイラーへの供給水量を制御し、上記ボイラーにおいて供給水量が不足する場合は上記補給水タンクの貯留水を直接、上記ボイラーに供給する制御部とを備えたドレン回収装置であって、
   上記制御部は、上記ボイラーの負荷が所定の負荷まで増大すると、上記タンク基準水位を所定量低下させる
   ことを特徴とするドレン回収装置。
2. 請求項１に記載のドレン回収装置において、
   上記ボイラーは、上記回収タンクから供給された水が貯留され、該貯留水が加熱されて蒸気が生成される容器を備え、
   上記制御部は、上記ボイラーの容器の圧力が所定のボイラー基準圧力よりも低下すると、上記タンク基準水位を所定量低下させる
   ことを特徴とするドレン回収装置。
3. 請求項１または２に記載のドレン回収装置において、
   上記ボイラーは、上記回収タンクから供給された水が貯留され、該貯留水が加熱されて蒸気が生成される容器を備え、
   上記制御部は、上記ボイラーの容器の貯留水位が所定のボイラー基準水位よりも低下すると、上記タンク基準水位を所定量低下させる
   ことを特徴とするドレン回収装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のドレン回収装置において、
   上記制御部は、上記ボイラーの負荷が通常負荷時における上記ボイラーへ供給される水の質量流量と上記ボイラーから排出される蒸気の質量流量との相関を予め有し、上記ボイラーから排出される蒸気の質量流量が上記相関における値よりも高くなると、上記タンク基準水位を所定量低下させる
   ことを特徴とするドレン回収装置。

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