JP6248754B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳細には、負荷機器から排出されるドレンを、大気に開放することなく回収してボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムに関する。

従来、ボイラによって生成された蒸気を負荷機器に供給し、負荷機器において熱源として使用された蒸気が凝縮して発生するドレンを、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクに高温・高圧の状態で回収して、再度ボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２０５００６号公報

このようなボイラシステムでは、ドレンタンクに貯留されたドレンの量が増加した場合に、負荷機器で発生したドレンをドレンタンクに回収せず大気開放されたオープンタンク側に逃すドレン逃がしラインが設けられる。このドレン逃がしラインの流路は、ドレンをドレンタンクに回収する場合には閉止されており、ドレンタンクの水位が所定の閾値を超えた場合に開放される。

しかしながら、ドレン逃がしラインからドレンを逃がす場合には、閉止され冷えた状態の流路にドレン及びこのドレンから生じたフラッシュ蒸気が供給されるため、ドレン逃がしラインに振動や異音が発生してしまう。

従って、本発明は、ドレンの流通に伴って発生する振動や異音を低減できるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、蒸気を生成して負荷機器に供給するボイラと、前記負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、前記負荷機器と前記ドレンタンクとを接続するドレン回収ラインと、前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに供給するドレン供給ラインと、前記ドレン供給ラインに配置され該ドレン供給ラインを流通するドレンを昇圧するドレンポンプと、大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、前記ドレン供給ラインにおける前記ドレンポンプの下流側と前記オープンタンクとを接続するドレン逃がしラインと、前記ドレン逃がしラインに配置されるドレン逃がし弁と、を備えるボイラシステムに関する。

また、ボイラシステムは、前記ドレンタンクの内部の水位を検出する水位検出部と、前記水位検出部により検出された水位に基いて前記ドレン逃がし弁の開度を制御する制御部と、を更に備えることが好ましい。

また、ボイラシステムは、前記ドレン逃がしラインを流通するドレンと前記ボイラに供給される燃焼用空気との間で熱交換を行う空気加熱器を更に備えることが好ましい。

本発明のボイラシステムによれば、ドレンの流通に伴って発生する振動や異音を低減できる。

本発明の第１実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、第１実施形態のボイラシステム１について、図１を参照しながら説明する。
第１実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、ボイラ装置１０と、ドレンタンク２０と、オープンタンク３０と、制御装置１００と、を備える。また、ボイラシステム１は、これらの機器を接続し、蒸気又は水が流通する複数のラインを備える。具体的には、ボイラシステム１は、ラインとして、第１蒸気供給ラインＬ１と、ドレン回収ラインＬ２と、ドレン供給ラインＬ３と、第２蒸気供給ラインＬ４と、フラッシュ蒸気ラインＬ５と、補給水ラインＬ６と、ドレン返送ラインＬ７と、ドレン逃がしラインＬ８と、を備える。

ボイラ装置１０は、図１に示すように、貫流ボイラ１１と、この貫流ボイラ１１で生成された蒸気が集合される蒸気ヘッダ１２と、貫流ボイラ１１と蒸気ヘッダ１２とを連結する連結管１３と、を備える。

貫流ボイラ１１は、内部に供給された給水を燃焼ガスにより加熱して蒸気を生成する。本実施形態では、貫流ボイラ１１（複数の水管）には、後述のドレンタンク２０に回収されたドレンが給水として供給される。

図１に示すように、貫流ボイラ１１で生成された蒸気は、連結管１３を通って蒸気ヘッダ１２に供給される。蒸気ヘッダ１２は、貫流ボイラ１１で生成された蒸気を貯留し、負荷機器４０に供給する。
負荷機器４０は、貫流ボイラ１１で生成された蒸気を熱源として利用し、加熱対象物との間で熱交換を行う。

ドレンタンク２０は、耐圧性を有する圧力容器により構成される。このドレンタンク２０は、貫流ボイラ１１により生成された蒸気が負荷機器４０で利用されることで凝縮して生じたドレンを高温高圧の状態で回収する。ドレンタンク２０には、ドレンタンク２０に回収されたドレンの水位を検出する水位検出部としての水位センサ２５が配置される。

オープンタンク３０は、大気に開放されている。このオープンタンク３０は、貫流ボイラ１１に供給される補給水を貯留する。また、オープンタンク３０には、ドレンタンク２０においてドレンから発生したフラッシュ蒸気、及び後述するドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンが導入される。

第１蒸気供給ラインＬ１は、蒸気ヘッダ１２と負荷機器４０とを接続し、貫流ボイラ１１で生成された蒸気を負荷機器４０に供給する。
ドレン回収ラインＬ２は、負荷機器４０とドレンタンク２０とを接続し、負荷機器４０で発生したドレンをドレンタンク２０に供給する。このドレン回収ラインＬ２には、スチームトラップ２１、逆止弁２２が配置される。スチームトラップ２１は、ドレン回収ラインＬ２における負荷機器４０の下流側に配置され、負荷機器４０において発生したドレンを排出し、かつ、蒸気の排出を防ぐ。逆止弁２２は、スチームトラップ２１の下流側に配置され、ドレン回収ラインＬ２においてドレンが負荷機器４０側に逆流することを防ぐ。

ドレン供給ラインＬ３は、ドレンタンク２０と貫流ボイラ１１とを接続し、ドレンタンク２０に回収されたドレンを貫流ボイラ１１に供給する。ドレン供給ラインＬ３には、ドレンポンプ３１及びドレン供給弁３２が配置される。
ドレンポンプ３１は、ドレンタンク２０から供給されたドレンを昇圧して貫流ボイラ１１側に送り出す。ドレン供給弁３２は、モータバルブにより構成される。ドレン供給弁３２は、制御装置１００により開度が調整され、これにより、貫流ボイラ１１に供給されるドレンの量が制御される。

第２蒸気供給ラインＬ４は、蒸気ヘッダ１２とドレンタンク２０とを接続する。この第２蒸気供給ラインＬ４は、貫流ボイラ１１で生成された蒸気をドレンタンク２０に供給し、ドレンタンク２０の内部の圧力を調節する。第２蒸気供給ラインＬ４には、圧力調整弁４１及びエア駆動バルブ４２が配置される。

フラッシュ蒸気ラインＬ５は、ドレンタンク２０とオープンタンク３０とを接続し、ドレンタンク２０で発生したフラッシュ蒸気をオープンタンク３０に排出する。このフラッシュ蒸気ラインＬ５には、圧力調整弁５１が配置されている。圧力調整弁５１は、ドレンタンク２０の内部の圧力が所定の圧力を超えた場合に、フラッシュ蒸気をオープンタンク３０側に逃がして、ドレンタンク２０の内部の圧力を低下させる。

補給水ラインＬ６は、オープンタンク３０とドレンタンク２０とを接続し、オープンタンク３０に貯留された水をドレンタンク２０に供給する。補給水ラインＬ６には、補給水ポンプ６１が配置されている。

ドレン返送ラインＬ７は、ドレン供給ラインＬ３とドレンタンク２０とを接続する。より具体的には、ドレン返送ラインＬ７の上流側（基端側）の端部は、ドレン供給ラインＬ３におけるドレンポンプ３１とドレン供給弁３２との間に接続される。ドレン返送ラインＬ７の下流側の端部は、ドレンタンク２０の上部に接続されるラインと、ドレンタンク２０の下部に接続されるラインとに分岐している。ドレンタンク２０の上部に接続されるラインには、モータバルブ７１が配置され、ドレンタンク２０の下部に接続されるラインには、オリフィス７２が配置される。

ドレン返送ラインＬ７は、ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部又は全部を、ドレンタンク２０に戻す。より詳細には、ドレンタンク２０の下部に接続されるラインからは、ドレンタンク２０の液相部にドレンが循環され、ドレンタンク２０の上部に接続されるラインからは、ドレンタンク２０の気相部にドレンが循環される。このドレン返送ラインＬ７では、液相部に循環されるドレンの流量を、オリフィス７２により調整してドレンタンク２０に貯留されるドレンの温度を均一化させつつ、気相部に循環させるドレンにより、ドレンタンク２０の内部で発生するフラッシュ蒸気を回収している。

ドレン逃がしラインＬ８は、ドレン供給ラインＬ３におけるドレンポンプ３１の下流側とオープンタンク３０とを接続する。本実施形態では、ドレン逃がしラインＬ８の上流側は、ドレン供給ラインＬ３におけるドレン返送ラインＬ７との接続部よりも下流側に接続される。このドレン逃しラインＬ８は、ドレンタンク２０に回収されるドレンが過剰となった場合に、ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部をオープンタンク３０に逃がす。ドレン逃がしラインＬ８には、ドレン逃がし弁８１が配置される。ドレン逃がし弁８１は、開度調整が可能なモータバルブにより構成される。このドレン逃がし弁８１は、制御装置１００からの制御信号に基いて開度が制御され、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンの流量を調整する。

制御装置１００は、制御部としてのＣＰＵ及び記憶部としてのメモリを含んで構成され、各種弁の開閉や各種ポンプの動作を制御することで、ボイラシステム１を制御する。本実施形態では、制御装置１００（制御部）は、水位センサ２５により検出された水位に基いてドレン逃がし弁８１の開度を制御する。具体的には、メモリには、ドレンタンク２０の水位とドレン逃がし弁８１の開度とが関連づけられて記憶されている。そして、制御装置１００は、水位センサ２５により検出される水位が所定の閾値以下の場合には、ドレン逃がし弁８１を閉止し、ドレン逃がしラインＬ８におけるドレンの流通を遮断する。

一方、水位センサ２５により検出される水位が所定の閾値を超えた場合、制御装置１００は、水位センサ２５により検出された水位に対応してメモリに記憶された開度でドレン逃がし弁８１を開放する。これにより、ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部が、ドレン逃がしラインＬ８を通ってオープンタンク３０に逃がされる。また、ドレン逃がし弁８１を所定の開度で開いた状態において、ドレンタンク２０の水位が更に上昇した場合には、制御装置１００は、ドレン逃がし弁８１の開度を当該上昇した水位に対応してメモリに記憶された開度（より大きな開度）に変更する。これにより、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンの量を増加させられ、ドレンタンク２０の水位を低下させられる。

以上説明した第１実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラシステム１を、ドレン供給ラインＬ３と、このドレン供給ラインＬ３に配置されたドレンポンプ３１と、ドレン供給ラインＬ３におけるドレンポンプ３１の下流側とオープンタンク３０とを接続するドレン逃がしラインＬ８と、このドレン逃がしラインＬ８に配置されたドレン逃がし弁８１と、を含んで構成した。これにより、ドレンタンク２０に貯留されたドレンの量が多くなった場合に、ドレン逃がし弁８１を開くことでドレンタンクの下流側からオープンタンク３０にドレンを逃がすことができる。よって、ドレンタンク２０よりも上流側からドレンを逃がす場合に比して、逃がすドレンの圧力を低下させられるので、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンから発生するフラッシュ蒸気の量を減少させられる。その結果、ドレン逃がし弁８１を開放してドレンをオープンタンク３０側に逃がす場合に、フラッシュ蒸気の発生により生じる振動や異音を低減できる。また、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンから発生するフラッシュ蒸気の量を減少させられるので、ボイラシステム１の熱の利用効率を向上させられる。
また、ドレンタンク２０に貯留されたドレンの量が多くなった場合に、ドレンポンプ３１の動力を用いてドレン逃がしラインＬ８からオープンタンク３０にドレンを逃がすことができる。よって、仮にドレンタンク２０の圧力が低下していた場合であっても、ドレンポンプ３１によりドレンをオープンタンク３０に逃がすことができる。

（２）ボイラシステム１を、ドレンタンク２０の水位に基いてドレン逃がし弁８１の開度を制御する制御装置１００を含んで構成した。これにより、ドレンタンク２０の水位が上昇した場合にドレン逃がし弁８１の開度を大きくすることで、過剰なドレンをオープンタンク３０側に逃がせる。

次に、第２実施形態のボイラシステム１Ａについて、図２を参照しながら説明する。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態のボイラシステム１Ａは、ボイラ装置１０Ａが空気加熱器１４を含んで構成される点で、第１実施形態と異なる。

空気加熱器１４は、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンと貫流ボイラ１１Ａに供給される燃焼用空気との間で熱交換を行う。より具体的には、貫流ボイラ１１Ａは、蒸気を生成する缶体１１１と、この缶体１１１に燃焼用空気を送り込む送風機１１２と、送風機１１２と缶体１１１とを接続し燃焼用空気が流通する給気ダクト１１３と、を含んで構成される。そして、空気加熱器１４は、給気ダクト１１３に配置され、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンと給気ダクト１１３を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行い、燃焼用空気を加熱する。

また、第２実施形態では、ドレン逃がしラインＬ８における空気加熱器１４の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパスラインＬ８１と、このバイパスラインＬ８１に配置されるバイパス弁８２と、が設けられる。バイパス弁８２は、制御装置１００により開閉が制御され、ボイラシステム１Ａの停止時やドレンポンプ３１の停止時等に開放される。即ち、ボイラシステム１Ａの停止時やドレンポンプ３１の停止時に空気加熱器１４を経由させてドレンを逃がそうとした場合、空気加熱器１４を経由させることによる圧力損失の増加で、ドレンの圧力（自圧）では、ドレンがオープンタンク３０まで到達できないおそれがある。そこで、このような場合には、バイパスラインＬ８１を通じてドレンを逃がすことで、ドレンの自圧により好適にドレンをオープンタンク３０に逃がせる。

第２実施形態のボイラシステム１Ａによれば、上記の（１）及び（２）の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。

（３）ボイラシステム１Ａを、ドレン逃がしラインＬ８を流通するドレンと貫流ボイラ１１Ａに供給される燃焼用空気との間で熱交換を行う空気加熱器１４を含んで構成した。これにより、オープンタンク３０に逃すドレンの保有する熱量を利用して燃焼用空気を加熱できるので、ボイラシステム１Ａの熱の利用効率をより向上させられる。

以上、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、ボイラシステム１，１Ａを、一台の貫流ボイラ１１，１１Ａにより構成したが、これに限らない。即ち、ボイラシステムを、複数台の貫流ボイラを含んで構成してもよい。

また、本実施形態では、ドレン逃がし弁８１としてモータバルブを用いたが、これに限らない。即ち、ドレン逃がし弁として、開度調整が可能な他の種類のバルブ（例えば、エア駆動バルブ）を用いてもよい。

１，１Ａ ボイラシステム
１１，１１Ａ 貫流ボイラ（ボイラ）
１４ 空気加熱器
２０ ドレンタンク
２５ 水位センサ（水位検出部）
３０ オープンタンク
４０ 負荷機器
２３ ドレン回収弁
８１ ドレン逃がし弁
Ｌ２ ドレン回収ライン
Ｌ３ ドレン供給ライン
Ｌ８ ドレン逃がしライン
Ｌ９ バイパスライン

Claims (3)

1. 蒸気を生成して負荷機器に供給するボイラと、
   前記負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、
   前記負荷機器と前記ドレンタンクとを接続するドレン回収ラインと、
   前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに供給するドレン供給ラインと、
   前記ドレン供給ラインに配置され該ドレン供給ラインを流通するドレンを昇圧するドレンポンプと、
   大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、
   前記ドレン供給ラインにおける前記ドレンポンプの下流側と前記オープンタンクとを接続するドレン逃がしラインと、
   前記ドレン逃がしラインに配置されるドレン逃がし弁と、を備えるボイラシステム。
2. 前記ドレンタンクの内部の水位を検出する水位検出部と、
   前記水位検出部により検出された水位に基いて前記ドレン逃がし弁の開度を制御する制御部と、を更に備える請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記ドレン逃がしラインを流通するドレンと前記ボイラに供給される燃焼用空気との間で熱交換を行う空気加熱器を更に備える請求項１又は２に記載のボイラシステム。

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