JP6691385B2 - Drain outlet temperature control system and boiler system - Google Patents
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Description
本発明は、船舶等のボイラシステムに適用できるドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムに関するものである。 The present invention relates to a drain outlet temperature adjusting system and a boiler system applicable to a boiler system of a ship or the like.
船舶に搭載された主機の燃料油として重油が使用されている。重油の粘度は高いため、ヒーターで加熱して粘度を下げる必要がある。そのために図6に示す従来のボイラシステム100が使用されている。ボイラシステム100は、ボイラ52、給水54を蓄えたカスケードタンク56、ヒーター58aを備える。
Heavy oil is used as fuel oil for the main engine mounted on ships. Since the viscosity of heavy oil is high, it is necessary to heat it with a heater to reduce the viscosity. Therefore, the
ボイラ52は、熱交換部60を備えた排熱回収ボイラ62を備える。主機64の排熱を排気管66から排熱回収ボイラ62に送り、熱交換部60に送られた給水54を加熱する。給水54を加熱して発生した蒸気はヒーター58aに送られる。
The
主機64の燃料(重油)は燃料タンク68から燃料配管70を通して供給される。燃料配管70の途中に熱交換部72を備えたヒーター58aが備えられる。ヒーター58aが燃料を加熱し、粘度を下げる。粘度の下がった燃料が主機64に供給される。
Fuel (heavy oil) of the
ヒーター58aで燃料を加熱した蒸気は、凝縮して高温のドレンになり、ドレンクーラー102で所定温度に冷却される。冷却されたドレンはカスケードタンク56に戻された後、再びボイラ52で加熱される。
The vapor obtained by heating the fuel with the
ドレンクーラー102で高温のドレンを確実に所定温度まで冷却する必要がある。そのため、ドレンクーラー102に入れられるドレンの最大熱量に基づいてドレンクーラー102の冷却能力が設計される。また、ドレンクーラー102の冷却水(海水)の温度は赤道の水温(たとえば32℃)で設計される。
It is necessary to reliably cool the high temperature drain to a predetermined temperature by the
しかし、ドレンクーラー102の冷却能力がドレンの最大熱量に基づいているため、ドレンクーラー102に入るときのドレンの温度が所定温度よりも低い場合が多い。また、冷却水の温度も所定温度よりも低い場合が多い。そのためカスケードタンク56に戻されるドレンの温度が低くなる場合が多い。その低くなる分、ボイラ52で加熱するか、ボイラ52に給水する前に加熱する必要がある。その加熱熱量が大きくなればなるほど、ボイラ効率が悪化する。
However, since the cooling capacity of the
図7に示すように、下記の特許文献1にカスケードタンク56の復水54の温度を制御するボイラシステム110が開示されている。特許文献1は、高温のドレンが流れる配管に三方弁112を設け、ドレンクーラー102またはカスケードタンク56を選択できるようになっている。カスケードタンク56の復水54の温度を温度センサ114で測定し、低ければ三方弁112を切り換えて、高温のドレンがカスケードタンク56に直接供給される。高温のドレンによって復水54の温度を上げることができる。
As shown in FIG. 7, the following Patent Document 1 discloses a
しかし、三方弁112からカスケードタンク56に配管を接続しており、従来と異なる配管接続になっており、設計が複雑になる恐れがある。
However, the piping is connected from the three-
また、船舶燃料のC重油には必ず微量の硫黄と水素が含まれ、燃焼することにより水蒸気と亜硫酸ガスが発生する。その際、亜硫酸ガスの一部、通常1〜2%、最大4%程度が無水硫酸に転化される。無水硫酸が燃焼ガス中の水蒸気と結合して硫酸の水蒸気となり、露点温度以下の温度になると凝縮して激しい低温腐食をおこす。ディーゼルエンジン(主機64)の排ガスが400℃以上になると空気中の窒素と結合して窒素酸化物となるため、NOx規制が導入され、排ガスの温度をできるだけ低く設計する傾向にある。排ガス温度が200℃以下の低温になれば上記凝縮によって低温腐食をおこし易く、その対策としてボイラ52への給水温度を高める必要がある。
Further, heavy fuel oil C used as a ship fuel always contains a small amount of sulfur and hydrogen, and when it is burned, steam and sulfur dioxide are generated. At that time, a part of the sulfurous acid gas, usually 1 to 2%, and a maximum of about 4% is converted to sulfuric anhydride. Sulfuric acid anhydride combines with water vapor in the combustion gas to form water vapor of sulfuric acid, which condenses at temperatures below the dew point temperature and causes severe low temperature corrosion. When the exhaust gas of the diesel engine (main engine 64) becomes 400 ° C. or higher, it combines with nitrogen in the air to form nitrogen oxides, so NOx regulations are introduced, and the temperature of the exhaust gas tends to be designed as low as possible. If the exhaust gas temperature is lower than 200 ° C., low temperature corrosion is likely to occur due to the above condensation, and as a countermeasure against this, it is necessary to raise the temperature of the water supplied to the
本発明の目的は、設計を複雑化させることなく、低温腐食対策も可能なドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムを提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a drain outlet temperature adjusting system and a boiler system that can prevent low temperature corrosion without complicating the design.
本発明のドレン出口温度調整システムは、ドレンクーラー、第1配管、シールポット、第2配管、温度センサ、および弁を備える。第1配管の入口部に第1配管からドレンクーラーにドレン、蒸気、またはその両方を供給する。それらは冷却され、シールポットに供給される。シールポットのドレンの温度を測定し、温度に応じて弁を開閉し、第2配管からドレンクーラーにドレン、蒸気、またはその両方を供給する。また、本発明のボイラシステムは上記ドレン出口温度調整システムを使用する。 The drain outlet temperature adjusting system of the present invention includes a drain cooler, a first pipe, a seal pot, a second pipe, a temperature sensor, and a valve. Drain, steam, or both are supplied to the drain cooler from the first pipe at the inlet of the first pipe. They are cooled and fed to the seal pot. The temperature of the drain of the seal pot is measured, the valve is opened and closed according to the temperature, and drain, steam, or both are supplied from the second pipe to the drain cooler. Further, the boiler system of the present invention uses the above drain outlet temperature adjusting system.
本発明によると、従来のボイラシステムに本願を適用するだけで、ボイラの給水を適温でおこなうことができ、設計を複雑化させることは無い。本願のシステムで温度制御が完結しており、従来のように配管の設計が複雑にならないため、省スペース化も可能である。カスケードタンクの温度を高温に保つことができ、ボイラへの給水温度も高くすることができる。排ガスの温度が200℃以下に下がっても、低温腐食を防止することができる。 According to the present invention, only by applying the present invention to the conventional boiler system, it is possible to supply water to the boiler at an appropriate temperature, without complicating the design. Since the temperature control is completed by the system of the present application and the piping design is not complicated unlike the conventional system, space saving can be achieved. The temperature of the cascade tank can be kept high, and the temperature of the water supplied to the boiler can be raised. Even if the temperature of the exhaust gas falls below 200 ° C., low temperature corrosion can be prevented.
本発明のドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムについて図面を使用して説明する。ドレン出口温度調整システムは船舶のボイラシステムに組み込まれる場合を例に説明するが、他のボイラシステムに適用しても良い。 A drain outlet temperature adjusting system and a boiler system of the present invention will be described with reference to the drawings. The case where the drain outlet temperature adjustment system is incorporated in the boiler system of a ship will be described as an example, but it may be applied to other boiler systems.
図1に示すドレン出口温度調整システム10は、ドレンクーラー12の入口部14に接続された第1配管16、ドレンクーラー12の出口部18にあるシールポット20に接続された第2配管22、シールポット20に接続された水位調整管24、シールポット20のドレンの温度を測定する温度センサ26、および第2配管22に設けられた弁28を備える。
The drain outlet
ドレンクーラー12は筒状の筐体30、筐体30内の邪魔板(図示省略)、冷却水が通過する配管(図示省略)を備える。筐体30の中は、ドレン等が水平方向に蛇行できるように邪魔板が配置され、さらに邪魔板を貫通しながら冷却水が通過する配管が張り巡らされている。邪魔板によってドレン、蒸気、またはその両方が水平方向に蛇行しながら筐体30内を進行する。ドレン等の進行中に、冷却水によってドレン等が冷却される。冷却水は海水または清水を利用する。なお、図1におけるドレンクーラー12およびシールポット20の中は第1配管16と第2配管22を示しているのではなく、ドレン等の流れを模式的に示している。
ドレンクーラー12の冷却能力は、ドレンの最大熱量に基づいて設計する。たとえば高温のドレンが60〜75℃の所定温度に冷却できるように設計する。また、どの地域でも高温のドレンを冷却できるように、冷却水の温度は赤道の海水温(たとえば32℃)などに基づいて設計する。ドレンクーラー12でドレン等が必ず冷却できるようにする。
The
The cooling capacity of the
排出管31から第1配管16と第2配管22に分岐されている。そして、ドレンクーラー12の入口部14に第1配管16が接続されている。第1配管16はヒーターなどにつながっており、ヒーターなどからドレンクーラー12に第1配管16を通して高温のドレン、蒸気、またはその両方が供給される。蒸気はドレンクーラー12で冷やされて凝縮し、ドレンになる。高温のドレンは冷却水で冷却される。
The
第1配管16の途中に弁32を設けても良い。図1では弁32は第1配管16と第2配管22の分岐位置からドレンクーラー12までに設けられている。その弁32によってドレン等の流れを制御する。第1配管16を流れるドレンの温度やドレンクーラー12の冷却能力などに応じて弁32を開閉し、ドレンクーラー12に供給するドレンの量を調節する。弁32の開閉は設計段階で決定し、開閉度合いを固定しても良い。
The
図2(a)に示すように、ドレンクーラー12の筐体30の下部において、ドレン等が蛇行していく下流端に開口34を設ける。筐体30と箱型のシールポット20が開口34を介して接続されており、開口34からシールポット20に冷却されたドレン36が供給される。図2ではドレン36の流れを矢印で示しており、開口34から水位調整管24の入口40に向かっている。
As shown in FIG. 2A, an
第2配管22は第1配管16から分岐し、シールポット20に接続される。また、図2(b)に示すように、シールポット20とドレンクーラー12とをつなげ、同圧にするための開口38を設ける。ドレンクーラー12でドレン等が冷却されることでドレンクーラー12が負圧になり、さらにシールポット20が負圧になり、第2配管22からシールポット20に高温のドレン、蒸気、またはその両方が吸引されるようにして入る。シールポット20に第2配管22から直接高温のドレン等を供給することで、シールポット20のドレン36の温度を上げることができる。
The
第2配管22の内径はドレン出口温度調整システム10を設計するときに、第1配管16に流れるドレン等の温度によって決定する。第1配管16に流れるドレン等の温度が高くなるほど第2配管22の内径を小さくする。ドレン等の温度が高いほど、ドレンクーラー12でドレン等を冷却する必要があり、シールポット20に第2配管22から高温のドレン等を供給する必要性が小さくなるためである。後述する弁28でドレン等の流量を制御する以外に、第2配管22の内径によってもドレン等の流量を制御する。
The inner diameter of the
シールポット20に水位調整管24を配置する。ドレン36がシールポット20から水位調整管24を通ってカスケードタンクに供給される。水位調整管24の入口40の位置がドレンクーラー12およびシールポット20のドレン36の水位になる。上記開口38は入口40よりも高い位置にあり、ドレンが開口38からシールポット20に入らず、ドレンクーラー12とシールポット20を同圧にできる。
A water
シールポット20に温度センサ26を配置する。カスケードタンクに供給するドレン36の温度を測定する。シールポット20内でドレンクーラー12からのドレン等と第2配管22からのドレン等が均一に混ざり合うように、ドレンクーラー12の開口34、第2配管22の出口42、水位調整管24の入口40の位置を決定する。温度センサ26はドレン等が混ざり合って均一になった状態で温度測定する。
The
第2配管22の弁28は温度センサ26と組み合わせた温度調整弁であっても良い。弁28が温度によって比例制御される。ドレン36の温度が所定温度よりも低ければ、温度の差分に応じた分だけ弁28を開ける。すなわち、ドレン36の温度が所定温度よりも低ければ低いほど、弁28の開け具合が大きくなる。弁28の開け具合で高温のドレン等の流れる量を制御する。
The
温度調整弁を使用する以外に、PID(Proportional-Integral-Derivative)制御などによって弁28の開閉を制御しても良い。
Instead of using the temperature control valve, the opening / closing of the
図2(b)に示すように、シールポット20における第2配管22と水位調整管24の水平方向の位置をずらして配置している。第2配管22から高温のドレン等を直接水位調整管24に到達させないためである。また、ドレンクーラー12の開口34と第2配管22の出口42よりも水位調整管24の入口40の位置を高くしている。ドレンクーラー12と第2配管22から供給されるドレン等が混ざり合った状態で水位調整管24からドレン36が放出される。第2配管22から直接高温のドレン等がカスケードタンクに供給されない。
As shown in FIG. 2B, the second positions of the
なお、ドレンクーラー12の形状、シールポット20の形状などで温度センサ26の位置を適宜変更しても良い。カスケードタンクに入れるドレンの温度については所定の幅が有るため、100%混ざり合った状態のドレン36の温度を測定する必要もない。
The position of the
本願のドレン出口温度調整システム10によるドレン等の流れを説明する。最初に第2配管22の弁28は閉じた状態とする。
The flow of drain and the like by the drain outlet
(1)第1配管16からドレンクーラー12にドレン等を供給し、冷却する。ドレンクーラー12からシールポット20に入ったドレン36の温度を測定し、所定の温度であれば第2配管22の弁28は閉じたままである。
(1) A drain or the like is supplied from the
(2)シールポット20のドレン36の温度が所定の温度よりも低ければ弁28を開け、第2配管22からシールポット20にドレン等を供給する。シールポット20にはドレンクーラー12以外に第2配管22からもドレン等が供給され、シールポット20のドレン36の温度が上昇する。
(2) If the temperature of the
(3)上記(2)によってシールポット20のドレン36の温度が所定の温度になれば、その温度を保持するために、弁28の開度は一定になる。
(3) When the temperature of the
以上のように、弁28の開閉によってシールポット20のドレン36の温度を所定の温度にすることができる。
As described above, the temperature of the
次に本願を船舶のボイラシステムに組み込んだ場合について説明する。図3に示すように、ボイラシステム50は、ボイラ52、ボイラ52で蒸気を発生させるための復水54を蓄えるカスケードタンク56、復水54を循環させるためのポンプP、ボイラ52で発生させた蒸気を熱源としたヒーター58aを備える。
Next, a case where the present application is incorporated into a boiler system of a ship will be described. As shown in FIG. 3, the
ボイラ52は、復水54が流れる熱交換部60、熱交換部60が内部に納められた排熱回収ボイラ62、排熱回収ボイラ62に主機64の排熱ガスを案内する排気管66を備える。主機64は船舶に備えられ、C重油で駆動するディーゼルエンジンを含む。主機64の排熱ガスが排熱回収ボイラ62に送られ、熱交換部60で復水54が加熱されて蒸気になる。
The
下記の構成によって燃料を加熱して粘度を下げ、主機64に燃料を供給する。燃料(重油など)を蓄えた燃料タンク68、燃料タンク68から主機64に燃料を供給するための燃料配管70、燃料配管70の途中に設けられ、熱交換部72を備えたヒーター58aを備える。燃料タンク68の燃料をヒーター58aの熱交換部72に供給して加熱し、主機64に供給する。ヒーター58aの熱源は復水54を加熱して発生した蒸気を利用する。
The fuel is heated by the following configuration to reduce the viscosity and the fuel is supplied to the
主機64に供給する燃料を加熱するヒーター58a以外のヒーター58bを備えても良い。ヒーター58bとして清浄機用燃料油加熱機、潤滑油加熱機、サービスタンク燃料加熱機、セットリングタンク燃料加熱機および清水加熱機などが挙げられる。これらのヒーター58bの熱源も復水54を加熱して発生した蒸気である。
A
また、液状積荷の温度を一定に保つためにタンクヒーティング58cに蒸気を送ったり、タンクを洗浄するための海水または清水を加熱するためにタンククリーニング加熱機58dに蒸気を送っても良い。
Further, steam may be sent to the
ヒーター58などで利用された後の高温のドレンは排出管31を通して第1配管16および第2配管22に供給される。
The high temperature drain after being used in the heater 58 and the like is supplied to the
なお、従来の図6、7のボイラシステム100、110に比べてヒーター58a、58bなどが増えているが、従来のシステム100、110においてもヒーター58a、58bなどの数を増やしても良く、ボイラシステム50は複雑化していない。
Although the number of
蒸気がヒーター58aなどで利用されて高温のドレンになり、ドレンクーラー12に供給される。また、一部の蒸気はドレンにならずにそのままドレンクーラー12に供給される場合がある。蒸気が発生しすぎて圧力があがった場合に、余剰蒸気調整弁74を開けて、蒸気をドレンクーラー12に導く。ドレンクーラー12で所定温度になったドレンがカスケードタンク56に戻されて、復水54として蓄えられる。ドレンの温度がドレンクーラー12で低くなれば、上記のようにドレンクーラー12の出口部に高温のドレン等を供給して、ドレンの温度を上げる。
The steam is used by the
本発明は、温度調節したドレン36を復水54としてカスケードタンク56に供給することができる。カスケードタンク56に所定温度のドレン36を供給するため、ボイラ給水を加熱する必要が無く、ボイラ52の熱効率が良い。温度調節がドレン出口温度調整システム10で完結しており、他の配管は従来のまま使用できる。ボイラシステム50の設計が複雑化せず、省スペース化も可能である。ボイラ52への給水温度を高く保つことができ、低温腐食対策になる。
In the present invention, the temperature-controlled
また図4に示すドレン出口温度調整システム80のように、排出管31から第1配管16と第2配管22に分岐する部分に三方弁82を設けても良い。三方弁82によって第1配管16と第2配管22に流れるドレン、蒸気、またはその両方を調節する。三方弁82は温度調整型三方弁を使用することができ、シールポット20の温度センサ26の温度に応じて開閉が制御される。上記実施形態と同様に、ドレン出口調整システム80はボイラシステム84に適用することができる(図5)。図5のボイラシステム84は、図3のボイラシステム50のドレン出口温度調整システム10を図4のドレン出口温度調整システム80に変更した以外は同じである。
Further, as in the drain outlet
排出管31を流れるドレン、蒸気、またはその両方は三方弁82の開閉の調節によって、第1配管16と第2配管22に流れるようにする。具体的には、シールポット20のドレンの温度が所定温度であれば、ドレン、蒸気、またはその両方が第1配管16を流れるようにする。また、シールポット20のドレンの温度が所定温度よりも低くなれば、低くなった温度に応じて三方弁82の開閉を調節し、第1配管16だけでなく第2配管22にもドレン、蒸気、またはその両方が流れるようにする。第2配管22から高温のドレン、蒸気、またはその両方がシールポット20に流れ込み、シールポット20のドレンの温度を所定温度に上げることができる。
Drain and / or steam flowing through the
シールポット20のドレンの温度を所定温度に保つことができ、カスケードタンク56からボイラ52へ給水したときの温度が高く保てる。ボイラ給水を加熱する必要が無く、ボイラ52の熱効率が良い。排気管66から排熱回収ボイラ62に供給される排ガスの温度が200℃と低温になっても、ボイラ給水の温度を高く保つことができるので、低温腐食対策をできる。
The temperature of the drain of the
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。 In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications and changes are made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.
10、80:ドレン出口温度調整システム
12:ドレンクーラー
14:ドレンクーラーの入口部
16:第1配管
18:ドレンクーラーの出口部
20:シールポット
22:第2配管
24:水位調整弁
26:温度センサ
28:第2配管の弁
30:ドレンクーラーの筐体
31:排出管
32:第1配管の弁
34:ドレンクーラーの下部の開口
36:シールポットのドレン
38:ドレンクーラーの開口
40:水位調整弁の入口
42:第2配管の出口
50、84:ボイラシステム
52:ボイラ
54:復水
56:カスケードタンク
58a、58b:ヒーター
58c:タンクヒーティング
58d:タンククリーニング加熱機
60:熱交換部
62:排熱回収ボイラ
64:主機
66:排気管
68:燃料タンク
70:燃料配管
72:熱交換部
74:余剰蒸気調整弁
82:三方弁
10, 80: Drain outlet temperature adjusting system 12: Drain cooler 14: Drain cooler inlet 16: First pipe 18: Drain cooler outlet 20: Seal pot 22: Second pipe 24: Water level adjusting valve 26: Temperature sensor 28: second pipe valve 30: drain cooler casing 31: discharge pipe 32: first pipe valve 34: drain cooler lower opening 36: seal pot drain 38: drain cooler opening 40: water level adjusting valve Inlet 42:
Claims (4)
前記ドレンクーラーの入口部にドレン、蒸気、またはその両方を供給する第1配管と、
前記ドレンクーラーの出口部にあるシールポットと、
前記シールポットにドレン、蒸気、またはその両方を供給する第2配管と、
前記シールポットのドレンの温度を測定する温度センサと、
前記ドレンクーラーの出口部のドレンの温度に応じて開閉が調節され、前記第1配管および第2配管に供給されるドレン、蒸気、またはその両方の量を調節する弁と、
前記シールポットからドレンを排出する水位調整管と、
前記水位調整管の入口よりも高い位置に配置され、前記ドレンクーラーとシールポットとをつなげる開口と、
を備えたドレン出口温度調整システム。 A drain cooler that cools the drain, steam, or both;
A first pipe for supplying drain, steam, or both to the inlet of the drain cooler;
A seal pot at the outlet of the drain cooler,
A second pipe for supplying drain, steam, or both to the seal pot;
A temperature sensor for measuring the temperature of the drain of the seal pot,
A valve for adjusting the amount of drain, steam, or both of which the opening and closing are adjusted according to the temperature of the drain at the outlet of the drain cooler to be supplied to the first pipe and the second pipe,
A water level adjusting pipe for discharging drain from the seal pot,
An opening that is arranged at a position higher than the inlet of the water level adjusting pipe, and that connects the drain cooler and the seal pot,
Drain outlet temperature control system equipped with.
前記シールポットのドレンの温度が所定温度より低い場合、前記三方弁を調節し、第2配管に供給されるドレン、蒸気、またはその両方の量を増加させる請求項1のドレン出口温度調整システム。 The valve is a three-way valve,
The drain outlet temperature adjusting system according to claim 1, wherein when the temperature of the drain of the seal pot is lower than a predetermined temperature, the three-way valve is adjusted to increase the amount of drain, steam, or both supplied to the second pipe.
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