JP6265002B2 - 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一気に供給されるため、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、前記ドレン回収ラインに配置され該ドレン回収ラインの流路を開閉させるドレン回収弁と、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、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、前記ドレン回収ラインにおけるドレン回収弁の上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該ドレン逃がしラインの流路を開閉させるドレン逃がし弁と、前記ドレン逃がしラインにおけるドレン逃がし弁の下流側に配置され所定の流量の流体を流通させる流量調整部と、を備えるボイラシステムに関する。

また、前記流量調整部は、流量調整弁により構成されることが好ましい。

また、前記流量調整部は、オリフィスにより構成されることが好ましい。

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。

本発明の一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一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本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、ドレン回収弁２３、及び圧力センサ２４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。ドレン回収弁２３は、ドレン回収ラインＬ２におけるドレンタンク２０との接続部分の近傍に配置される。ドレン回収弁２３は、エア駆動バルブにより構成される。ドレン回収弁２３は、制御装置１００からの制御信号に基いて動作し、ドレン回収ラインＬ２の流路を開閉させる。圧力センサ２４は、ドレン回収ラインＬ２における逆止弁２２とドレン回収弁２３との間に配置され、ドレン回収ラインＬ２の内部のドレンの圧力を測定する。

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、ドレン回収ラインＬ２とオープンタンク３０とを接続する。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になる場合に、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンをオープンタンク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及び流量調整部としてのオリフィス８２が配置される。ドレン逃がし弁８１は、エア駆動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動作し、ドレン逃がしラインＬ８の流路を開閉させる。

オリフィス８２は、ドレン逃がしラインＬ８におけるドレン逃がし弁８１の下流側に配置される。オリフィス８２は、所定の流量の流体（ドレン及び／又はフラッシュ蒸気）を流通させる。本実施形態では、オリフィス８２の径は、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンがドレンタンク２０に回収されている状態（ドレン回収弁２３が開状態、ドレン逃がし弁８１が閉状態）におけるドレン回収ラインＬ２の圧力Ｐ１と、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンがドレン逃がしラインＬ８側に流通している状態（ドレン回収弁２３が閉状態、ドレン逃がし弁８１が開状態）におけるドレン回収ラインＬ２の圧力Ｐ２との差が所定の圧力差（例えば、０．０１ＭＰａ）以下となる流量で流体を流通させるよう設定される。

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は、水位センサ２５によって検出されるドレンタンク２０の水位に基いて、ドレン回収弁２３及びドレン逃がし弁８１の開閉を制御する。具体的には、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、ドレン回収弁２３を開放すると共にドレン逃がし弁８１を閉止し、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンをドレンタンク２０に回収する。

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、まず、ドレン逃がし弁８１を開放し、所定時間（例えば、１０秒）経過後、ドレン回収弁２３を閉止する。これにより、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンは、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。

ここで、本実施形態では、ドレン逃がしラインＬ８におけるドレン逃がし弁８１の下流側にオリフィス８２を配置している。これにより、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、オープンタンク３０側に流れるドレンの流量を制限できる。よって、ドレン逃がしラインＬ８を流れるドレンの流量を制限できるので、このドレン逃がしラインＬ８を流通するドレン及び／又はフラッシュ蒸気により生じる振動や異音を低減できる。

また、ドレン逃がし弁８１を閉止した状態の圧力Ｐ１とドレン逃がし弁８１を開放した状態の圧力Ｐ２との差が所定の圧力差以下となるようにオリフィス８２の径を設定しているので、ドレン逃がし弁８１を開放した場合にドレン回収ラインＬ２の圧力が急激に減少することを防げる。よって、ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンから過剰なフラッシュ蒸気が発生することを防げる。また、ドレン逃がし弁８１を開放した後、ドレン回収弁２３を閉止するまでの間は、ドレン逃がし弁８１及びドレン回収弁２３が共に開放された状態となるが、この間にドレンタンク２０からドレン逃がしラインＬ８側に流出するドレン（圧力降下による自己蒸発で蒸気として流出するドレン）の量を低減できる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい一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、本実施形態では、ボイラシステム１を、一台の貫流ボイラ１１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、バルブとしてエア駆動バルブやモータバルブを用いたが、これに限らず、バルブの種類は適宜変更してもよい。

また、本実施形態では、流量調整部をオリフィス８２により構成したが、これに限らない。即ち、流量調整部を、所定の開度に調整可能な手動の流量調整弁、又は制御装置からの制御信号に基いて開度を調整可能な流量調整弁により構成してもよい。

１ ボイラシステム
１１ 貫流ボイラ（ボイラ）
２０ ドレンタンク
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
８２ オリフィス（流量調整部）
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

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、
   前記ドレン回収ラインに配置され該ドレン回収ラインの流路を開閉させるドレン回収弁と、
   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、
   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、
   前記ドレン回収ラインにおけるドレン回収弁の上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該ドレン逃がしラインの流路を開閉させるドレン逃がし弁と、
   前記ドレン逃がしラインにおける前記ドレン逃がし弁の下流側に配置され、前記ドレン逃がし弁を閉止した状態の前記ドレン回収ラインの圧力と前記ドレン逃がし弁を開放した状態の前記ドレン回収ラインの圧力との差が所定の圧力差以下となるようにドレンの流量を流通させる流量調整部と、を備えるボイラシステム。
2. 前記流量調整部は、流量調整弁により構成される請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記流量調整部は、オリフィスにより構成される請求項１に記載のボイラシステム。

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