JP7168824B1 - heat recovery system - Google Patents
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Abstract
熱回収システム(100)は、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留されるヘッダタンク(2)と、ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する熱交換器(4)と、蒸気使用機器からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管(10)を有し、回収管(10)のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク(2)および熱交換器(4)に流入させる気液分離部(1)とを備える。気液分離部(1)は、回収管(10)の端部から鉛直上方へ延びて熱交換器(4)に接続されるフラッシュ蒸気のガス管(12)と、回収管(10)の端部から鉛直下方へU字状に屈曲してヘッダタンク(2)に接続されるドレンの液管(11)とを有している。A heat recovery system (100) includes a header tank (2) in which drain generated in the steam-using equipment is stored, a heat exchanger (4) in which flash steam of the drain exchanges heat with an object, and a drain from the steam-using equipment. and a recovery pipe (10) for recovering the flash steam, the drain of the recovery pipe (10) and the flash steam are separated and flowed into the header tank (2) and the heat exchanger (4). (1). The gas-liquid separation section (1) includes a flash vapor gas pipe (12) extending vertically upward from the end of the recovery pipe (10) and connected to the heat exchanger (4), and the end of the recovery pipe (10). and a drain liquid pipe (11) bent vertically downward from the head portion and connected to the header tank (2).
Description
本開示の技術は、熱回収システムに関する。 The technology of the present disclosure relates to heat recovery systems.
熱回収システムとして、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をヘッダタンクに回収するドレン回収装置が知られている。このドレン回収装置では、ヘッダタンクのドレンが利用側へ供給されて利用されることでドレンの熱が回収される。 As a heat recovery system, for example, as disclosed in Patent Document 1, there is known a drain recovery device that recovers in a header tank drain generated by condensation of steam in a steam-using device. In this drain recovery device, the drain of the header tank is supplied to the utilization side and utilized, thereby recovering the heat of the drain.
ところで、前述したようなドレン回収装置では、エネルギ効率の観点から、ドレンだけでなくドレンのフラッシュ蒸気(湯気等)も併せて回収したいという要望がある。その場合、フラッシュ蒸気の熱回収用の熱交換器を設置し、ドレンはヘッダタンクに流入させ、フラッシュ蒸気は熱交換器に流入させることが考えられる。しかしながら、一般に、熱交換器はヘッダタンクよりも圧力損失が大きいため、フラッシュ蒸気はドレンと共にヘッダタンクに流入してしまう。そうすると、フラッシュ蒸気の熱回収が困難となるだけでなく、ドレンの回収量も減少してしまう。 By the way, in the drain recovery apparatus as described above, there is a demand for recovering not only the drain but also the flush steam (steam, etc.) of the drain from the viewpoint of energy efficiency. In that case, it is conceivable to install a heat exchanger for heat recovery of the flash steam, let the drain flow into the header tank, and let the flash steam flow into the heat exchanger. However, since the heat exchanger generally has a larger pressure loss than the header tank, the flash steam flows into the header tank together with the drain. Then, not only it becomes difficult to recover the heat of the flash steam, but also the recovery amount of the drain decreases.
本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる熱回収システムを提供することにある。 The technology of the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a heat recovery system capable of recovering heat by separating drain and flash steam.
本開示の熱回収システムは、ヘッダタンクと、熱交換器と、気液分離部とを備えている。前記ヘッダタンクは、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留される。前記熱交換器では、前記ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する。前記気液分離部は、前記蒸気使用機器から前記ドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管を有し、前記回収管の前記ドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離して前記ヘッダタンクおよび前記熱交換器に流入させる。そして、前記気液分離部は、前記回収管の端部から鉛直上方へ延びて前記熱交換器に接続される前記フラッシュ蒸気のガス管と、前記端部から鉛直下方へU字状に屈曲して前記ヘッダタンクに接続される前記ドレンの液管とを有している。 A heat recovery system of the present disclosure includes a header tank, a heat exchanger, and a gas-liquid separator. The header tank stores drain generated in the steam-using equipment. In the heat exchanger, the flash vapor of the drain exchanges heat with the object. The gas-liquid separation unit has a recovery pipe for recovering the drain and flash steam from the steam-using equipment, separates the drain and flash steam in the recovery pipe, and supplies them to the header tank and the heat exchanger. let it flow in. The gas-liquid separation unit includes the flash vapor gas pipe extending vertically upward from the end of the recovery pipe and connected to the heat exchanger, and the gas-liquid separation unit bending vertically downward from the end into a U shape. and a liquid pipe for the drain connected to the header tank.
本開示の熱回収システムによれば、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる。 According to the heat recovery system of the present disclosure, drain and flash steam can be separated for heat recovery.
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。 Hereinafter, embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferred examples, and are not intended to limit the scope of the technology disclosed in the present application, its applications, or its uses.
本実施形態の熱回収システム100は、蒸気使用機器において蒸気が凝縮して発生したドレンおよびそのドレンのフラッシュ蒸気(湯気等)を回収する。つまり、熱回収システム100は、高温ドレンの熱およびフラッシュ蒸気の熱を回収する。 The
図1に示すように、熱回収システム100は、気液分離部1と、ヘッダタンク2と、熱交換器4と、液体圧送装置5とを備えている。 As shown in FIG. 1 , the
気液分離部1は、蒸気使用機器(図示省略)からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管10を有し、回収管10のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク2および熱交換器4に流入させる。具体的に、気液分離部1は、回収管10と、液管11と、ガス管12とを有している。 The gas-liquid separation unit 1 has a
回収管10には、蒸気使用機器で発生したドレンおよびそのフラッシュ蒸気が流入してくる。液管11およびガス管12は、回収管10が2つに分岐した分岐管である。回収管10に流入したドレンおよびフラッシュ蒸気のうち、ドレンは液管11に流入し、フラッシュ蒸気はガス管12に流入する。ガス管12は、回収管10の端部から鉛直上方へ向かって延びる直管である。ガス管12は、熱交換器4に接続されており、フラッシュ蒸気を熱交換器4に流入させる。液管11は、回収管10の端部から下方へ向かって延びている。液管11は、ヘッダタンク2に接続されており、ドレンをヘッダタンク2に流入させる。気液分離部1の詳細については後述する。 Drain generated in steam-using equipment and its flash steam flow into the
ヘッダタンク2は、蒸気使用機器で発生したドレンが流入して貯留される水封式のヘッダタンクである。具体的に、ヘッダタンク2は、容器状のタンク本体21と、オーバーフロー管24とを有している。 The
タンク本体21は、内部空間が、ドレンの液相部22と蒸気の気相部23とに分かれている。タンク本体21には、液管11、流出管13および流入管16aが接続されている。液管11は、気相部23に開口している。流出管13は、タンク本体21の頂部に接続され、気相部23に開口している。流入管16aは、液相部22に開口している。タンク本体21では、液管11からドレンが流入して貯留される。また、タンク本体21では、熱交換器4からのドレンが流出管13を介して流入し貯留される。また、タンク本体21では、液相部22のドレンが流入管16aを介して液体圧送装置5に流入する。オーバーフロー管24は、流入端である一端が液相部22に開口し、流出端である他端がタンク本体21の上部の側壁を貫通して大気に開口している。 The internal space of the
タンク本体21の内部空間は、水封トラップ3の水封によって密閉されている。具体的に、水封トラップ3は、接続管15aおよび流出管15bによってタンク本体21と接続されている。接続管15aは、流入端である一端がタンク本体21の気相部23に開口し、流出端である他端が水封トラップ3の封水に開口している。つまり、接続管15aの他端は水封されている。流出管15bは、流入端である一端が水封トラップ3に接続され、流出端である他端がタンク本体21の液相部22に開口している。水封トラップ3は、通常時は、タンク本体21の蒸気が漏れ出ることを水封によって阻止する一方、タンク本体21が異常高圧となる非常時には、水封が破られてタンク本体21の蒸気を大気に逃がす。また、水封トラップ3では、蒸気の凝縮によって発生した余剰のドレンは流出管15bを介してタンク本体21に流入して貯留される。 The internal space of the
熱交換器4は、内部流路である第1流路41および第2流路42を有している。第1流路41は、蒸気使用機器からヘッダタンク2に流入するドレンのフラッシュ蒸気を流入させて第2流路42の対象物(例えば、水)と熱交換させる熱交換流路である。より詳しくは、第1流路41の流入端にはガス管12が接続され、第1流路41の流出端には流出管13が接続されている。第2流路42には、水を供給する流入管14aと、第2流路42から水が流出する流出管14bとが接続されている。熱交換器4では、第1流路41のフラッシュ蒸気が第2流路42の水と熱交換し、水が加熱される。フラッシュ蒸気は、凝縮してドレンとなる。こうして、フラッシュ蒸気の熱回収が行われる。 The
また、熱回収システム100は、熱交換器4でフラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンをヘッダタンク2に流入させる。つまり、第1流路41で発生したドレンは、流出管13を介してヘッダタンク2に流入する。そのため、フラッシュ蒸気が凝縮して発生したドレンの熱回収も行うことができる。 Also, the
液体圧送装置5は、ヘッダタンク2に貯留されているドレンを利用箇所へ供給するポンプである。液体圧送装置5は、ヘッダタンク2のドレンを貯留室51に流入させる流入動作と、貯留室51のドレンを利用箇所へ圧送する圧送動作とを交互に行う。図2に示すように、液体圧送装置5は、密閉容器であるケーシング50と、給気弁56および排気弁57と、弁作動機構58とを備えている。 The
ケーシング50は、本体部50aと蓋部50bとがボルトによって結合され、内部にドレンの貯留室51が形成されている。蓋部50bには、ドレンが流入する流入口52と、ドレンが圧送される圧送口53と、作動気体が供給される給気口54と、作動気体が排出される排気口55とが設けられている。これら流入口52等は何れも、蓋部50bに設けられており、貯留室51と連通している。流入口52には流入管16aが接続され、圧送口53には圧送管16bが接続され、給気口54には給気管16cが接続され、排気口55には排気管16dが接続されている。給気管16cは、蒸気システム内の例えばボイラで生成された高温高圧の蒸気を給気口54に供給する。排気管16dは、流出管13に接続されている。圧送管16bは、圧送口53からのドレンを所定の利用箇所へ供給する。これにより、ヘッダタンク2に貯留された高温ドレンの熱が回収される。 The
給気弁56は、給気口54に設けられており、給気口54を開閉する。排気弁57は、排気口55に設けられており、排気口55を開閉する。排気弁57の下部には、弁操作棒57aが連結されている。弁操作棒57aには、給気弁56の下方領域まで延びる連設板57bが取り付けられている。この構成によれば、弁操作棒57aが上昇すると、給気弁56が給気口54を開放する一方、排気弁57が排気口55を閉鎖する。弁操作棒57aが下降すると、給気弁56が給気口54を閉鎖する一方、排気弁57が排気口55を開放する。 The
弁作動機構58は、ケーシング50内に設けられ、弁操作棒57aを上下動させて給気弁56および排気弁57を作動させる。弁作動機構58は、フロート581およびスナップ機構59を有する。 The
フロート581は、球形に形成され、レバー582が取り付けられている。レバー582は、ブラケット584に設けられた軸583に回転可能に支持されている。レバー582には、フロート581側とは反対側の端部に軸585が設けられている。スナップ機構59は、フロートアーム591、副アーム592、コイルバネ593、2つの受け部材594a,594bを有する。フロートアーム591の一端部は、ブラケット597に設けられた軸596に回転可能に支持されている。フロートアーム591の他端部は、溝591aが形成されており、その溝591aにレバー582の軸585が嵌っている。この構成により、フロートアーム591はフロート581の浮き沈みに伴い軸596を中心として揺動する。 The
また、フロートアーム591には軸595aが設けられている。副アーム592は、上端部が軸596に回転可能に支持され、下端部に軸595bが設けられている。受け部材594aはフロートアーム591の軸595aに回転可能に支持され、受け部材594bは副アーム592の軸595bに回転可能に支持されている。両受け部材594a,594bの間には、圧縮状態のコイルバネ593が取り付けられている。また、副アーム592には軸598が設けられ、その軸598に弁操作棒57aの下端部が連結されている。 Also, the
液体圧送装置5では、貯留室51にドレンが溜まっていない場合、フロート581は貯留室51の底部に位置する。この状態において、弁操作棒57aは下降しており、給気弁56は閉弁し排気弁57は開弁している。そして、ドレンが流入口52から流入し貯留室51に溜まっていくに従って、フロート581が浮上する。一方、貯留室51では、ドレンが溜まっていくにつれて蒸気が排気口55から排気管16dに排出される。排気管16dに排出された蒸気は、流出管13を介してヘッダタンク2に流入する。こうして、流入動作が行われる。つまり、流入動作では、ヘッダタンク2と液体圧送装置5との間で気液置換(即ち、ヘッダタンク2のドレンと液体圧送装置5の蒸気との置換)が行われる。そして、貯留室51におけるドレンの水位が所定高水位に達すると、スナップ機構59によって弁操作棒57aが上昇する。これにより、給気弁56が開弁すると共に排気弁57が閉弁する。 In the
給気弁56が開弁すると、作動気体(高圧蒸気)が給気口54から供給されて貯留室51の上部(ドレンの上方空間)に導入される。そうすると、貯留室51に溜まっているドレンは、導入された蒸気の圧力によって下方へ押されて圧送口53から圧送される。こうして、圧送動作が行われる。この圧送動作によって貯留室51のドレン水位が低下すると、フロート581が下降する。そして、貯留室51におけるドレンの水位が所定低水位に達すると、スナップ機構59によって弁操作棒57aが下降する。これにより、給気弁56が閉弁すると共に排気弁57が開弁する。こうして、流入動作と圧送動作とが交互に行われる。 When the
次に、気液分離部1の詳細について図3も参照しながら説明する。液管11は、回収管10の端部から鉛直下方へU字状に屈曲する、いわゆるU字管である。具体的に、液管11は、第1管11a、第2管11b、第3管11cおよび第4管11dを有している。 Next, details of the gas-liquid separator 1 will be described with reference to FIG. 3 as well. The
第1管11aは、回収管10の端部から鉛直下方へ延びる直管である。第2管11bは、第1管11aの下端に接続され、U字状の底部を形成する管である。より詳しくは、第2管11bは、第1管11aの下端から水平方向に延びる直管である。第3管11cは、第2管11bの端部から鉛直上方へ延びる直管である。つまり、第1管11aおよび第3管11cは、互いに鉛直方向へ平行に延びている。第4管11dは、第3管11cの上端から水平方向に延びる直管である。第4管11dは、ヘッダタンク2(より詳しくは、タンク本体21)の側部に接続されている。 The
そして、液管11では、第1管11aおよび第3管11cの高さが、熱交換器4における圧力損失によって第1管11aと第3管11cとの間で生じる水頭差Hを確保可能な値に設定されている。 In the
具体的に、液管11では、第1管11a、第2管11bおよび第3管11cにドレンが滞留し、その滞留ドレンによって水封される。この液管11の水封によって、フラッシュ蒸気が液管11を介してヘッダタンク2に流入することが抑制される。 Specifically, in the
より詳しくは、第3管11cでは、ドレンが上端まで滞留する一方、第1管11aでは、ドレンの水頭が第3管11cのドレンの水頭よりも低い。つまり、第1管11aと第3管11cとでは、ドレンの水頭差Hが生じる。この水頭差Hは、熱交換器4における圧力損失によって生じる。こうして水頭差Hが生じることにより、熱交換器4の圧力損失が相殺される。第1管11aおよび第3管11cは、熱交換器4の圧力損失に相当する水頭差Hを確保し得る十分な高さに設定されている。そのため、熱交換器4の圧力損失を確実に相殺することができる。これにより、ガス管12から熱交換器4にフラッシュ蒸気を容易に流入させることができる。 More specifically, in the
以上のように、前記実施形態の熱回収システム100は、ヘッダタンク2と、熱交換器4と、気液分離部1とを備えている。ヘッダタンク2は、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留される。熱交換器4では、ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する。気液分離部1は、蒸気使用機器からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管10を有し、回収管10のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク2および熱交換器4に流入させる。そして、気液分離部1は、回収管10の端部から鉛直上方へ延びて熱交換器4に接続されるフラッシュ蒸気のガス管12と、回収管10の端部から鉛直下方へU字状に屈曲してヘッダタンク2に接続されるドレンの液管11とを有している。 As described above, the
前記の構成によれば、気液分離部1で分離されたドレンは液管11を介してヘッダタンク2に流入し、フラッシュ蒸気はガス管12を介して熱交換器4に流入する。ヘッダタンク2のドレンは利用側に送られることで、ドレンの熱回収が行われる。フラッシュ蒸気は熱交換器4で対象物と熱交換して対象物を加熱することにより、フラッシュ蒸気の熱回収が行われる。そして、液管11は、U字状に屈曲しているため、ドレンが滞留して水封される。この液管11の水封によって、フラッシュ蒸気が液管11を介してヘッダタンク2に流入することを抑制することができる。したがって、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる。 According to the above configuration, the drain separated by the gas-liquid separator 1 flows through the
また、前記実施形態の熱回収システム100において、液管11は、回収管10の端部から鉛直下方へ延びる第1管11aと、第1管11aに接続され、U字状の底部を形成する第2管11bと、第2管11bから鉛直上方へ延びる第3管11cとを有している。第1管11aおよび第3管11cの高さは、熱交換器4における圧力損失によって第1管11aと第3管11cとの間で生じる水頭差Hを確保可能な値に設定されている。 Further, in the
前記の構成によれば、熱交換器4において圧力損失が生じるとしても、その圧力損失を確実に相殺することができる。そのため、ガス管12から熱交換器4にフラッシュ蒸気を容易に流入させることができる。したがって、ドレンおよびフラッシュ蒸気をより確実に分離して熱回収することができる。 According to the above configuration, even if pressure loss occurs in the
また、前記実施形態の熱回収システム100は、熱交換器4でフラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンをヘッダタンク2に流入させる。 Also, the
前記の構成によれば、熱交換器4でフラッシュ蒸気が凝縮して発生したドレンの熱回収も行うことができる。 According to the above configuration, it is also possible to recover heat from drain generated by condensation of flash steam in the
以上説明したように、本開示の技術は、熱回収システムについて有用である。 As described above, the technology of the present disclosure is useful for heat recovery systems.
100 熱回収システム
1 気液分離部
2 ヘッダタンク
4 熱交換器
10 回収管
11 液管
11a 第1管
11b 第2管
11c 第3管
12 ガス管
H 水頭差
100 heat recovery system 1 gas-
Claims (2)
前記ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する熱交換器と、
前記蒸気使用機器から前記ドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管を有し、前記回収管の前記ドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離して前記ヘッダタンクおよび前記熱交換器に流入させる気液分離部とを備え、
前記気液分離部は、前記回収管の端部から鉛直上方へ延びて前記熱交換器に接続される前記フラッシュ蒸気のガス管と、前記端部から鉛直下方へU字状に屈曲して前記ヘッダタンクに接続される前記ドレンの液管とを有し、
前記液管は、前記端部から鉛直下方へ延びる第1管と、前記第1管に接続され、前記U字状の底部を形成する第2管と、前記第2管から鉛直上方へ延びる第3管とを有し、
前記第1管および前記第3管の高さは、前記熱交換器における圧力損失によって前記第1管と前記第3管との間で生じる水頭差を確保可能な値に設定されている
ことを特徴とする熱回収システム。 a header tank in which drain generated by steam-using equipment is stored;
a heat exchanger for heat-exchanging the flash steam of the drain with an object;
a gas-liquid separation unit having a recovery pipe for recovering the drain and flash steam from the steam-using equipment, separating the drain and flash steam in the recovery pipe and allowing them to flow into the header tank and the heat exchanger; with
The gas-liquid separation unit includes a gas pipe for the flash steam extending vertically upward from the end of the recovery pipe and connected to the heat exchanger, and a gas pipe for the flash steam that is bent vertically downward from the end to form the and a liquid pipe of the drain connected to the header tank ,
The liquid pipe includes a first pipe extending vertically downward from the end, a second pipe connected to the first pipe and forming the bottom of the U-shape, and a second pipe extending vertically upward from the second pipe. 3 tubes,
The heights of the first pipe and the third pipe are set to a value that can ensure a head difference between the first pipe and the third pipe due to pressure loss in the heat exchanger.
A heat recovery system characterized by:
前記熱交換器で前記フラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンを前記ヘッダタンクに流入させる
ことを特徴とする熱回収システム。 In the heat recovery system of claim 1 ,
A heat recovery system, wherein the flash steam exchanges heat with an object in the heat exchanger, and condensed drain is allowed to flow into the header tank.
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