JPH11211006A - 蒸気供給方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気用水中の溶存酸素の低減を効率よく行う
ことができるとともに、不活性ガスの吸い込みによるボ
イラーポンプの停止も防止できる蒸気供給方法及び装置
を提供する。 【解決手段】 不活性ガスに接触させることによって蒸
気用水中の溶存酸素を低減する気泡塔２の上部から、不
活性ガスと蒸気用水の一部とを気液返送経路２４に抜き
出して循環槽１へ戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気供給方法及び
装置に関し、例えば、空調設備等の蒸気を利用する設備
に蒸気を供給する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルの空調設備等に蒸気を供給する蒸気
供給装置においては、配管等の腐食の原因となる蒸気用
水中の溶存酸素を様々な方法で除去（低減）するように
している。例えば、本出願人は、先に、蒸気用水と不活
性ガスとを接触させることにより、蒸気用水中の溶存酸
素を低減する方法を提案した（特開平６−２４９４５０
号公報参照）。この方法は、薬品を使用せずに溶存酸素
を低減することができ、効率的に溶存酸素を低減するこ
とができるという利点を有している。

【０００３】図３は、上記方法による溶存酸素低減装置
Ａを使用した蒸気供給装置の一例を示す系統図である。
この蒸気供給装置は、蒸気用水を貯留する循環槽１と、
該循環槽１から導出した蒸気用水に不活性ガスを接触さ
せる気泡塔（バブリング槽）２と、該気泡塔２から導出
した蒸気用水を加熱して蒸気を発生させるボイラー３
と、該ボイラー３で発生した蒸気を利用する蒸気使用部
４とを有するものであり、蒸気使用部４で使用した蒸気
用水を、前記循環槽１に戻して循環使用するように形成
されている。循環槽１内の蒸気用水は、ポンプ５によっ
て気泡塔２に圧送導入され、散気器６から水中に噴出し
た不活性ガスと接触することによって溶存酸素が低減さ
れる。溶存酸素低減後の蒸気用水は、気泡塔２の下部か
ら経路７に抜き出され、ボイラーポンプ８によりボイラ
ー３に圧送される。ボイラー３で発生した蒸気は、蒸気
使用部４に供給されて熱源として利用され、該蒸気使用
部４からの蒸気用水（温排水）は、前記循環槽１に戻っ
てこの経路を循環する。

【０００４】前記散気器６には、空気中の窒素を分離す
る圧力変動吸着分離式窒素製造装置（窒素ＰＳＡ装置）
９で得た窒素ガスが不活性ガスとして供給されており、
気泡塔２の頂部には、該気泡塔２内を上昇した窒素ガス
を抜き出すための排気管１０が設けられている。さら
に、この排気管１０には、水封器１１が接続されてお
り、大気からの酸素の逆拡散を防止するようにしてい
る。なお、図中、符号１２は、蒸気用水として使用する
水の中の硬質成分を除去するための軟水化装置、符号１
３は、窒素ＰＳＡ装置９に原料空気を供給するための原
料空気圧縮機、１４は散気器６に供給する窒素ガス量を
制御するためのガス量制御手段である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように形成した
蒸気供給装置において、蒸気用水中の溶存酸素を効率よ
く低減するためには、気泡塔２における蒸気用水と不活
性ガスとを効率よく接触させることが重要となる。例え
ば、気泡塔２を高くしたり、複数の気泡塔２を直列に接
続したりすることにより、接触時間を長くして両者の接
触効率を向上できるが、この場合は、気泡塔２の設置場
所における高さや面積により制限を受けることがある。

【０００６】また、気泡塔２において、蒸気用水に不活
性ガスを十分に接触させるためには、蒸気用水を層流状
態で流下させるとともに、不活性ガスを微細な気泡とし
て満遍なく水中全体を上昇するように散気することが好
ましい。このような条件を考慮すると、気泡塔２の塔径
はできるだけ小さくすることが好ましく、散気器６は、
できるだけ気泡塔２の底部近くに配置し、その散気面積
はできるだけ大きくすることが好ましい状態となる。

【０００７】しかしながら、上述のようにして気泡塔２
の効率向上や小型化を図ろうとする場合、散気器６から
気泡塔２内に導入した不活性ガスが、気泡塔２から経路
７に抜き出される蒸気用水に同伴され、ボイラーポンプ
８がガスの吸い込みによって停止してしまうことがあっ
た。この原因は、気泡塔２における散気器６部分の流路
面積が減少することにより、この部分の蒸気用水の流速
が上昇することと、気泡塔２内が加圧状態になっている
ことにより、不活性ガスの気泡径（体積）が減少して浮
上力が小さくなることとにより、浮上力が減少した気泡
が、流速が上昇した蒸気用水に同伴されるためと考えら
れる。このように不活性ガスが蒸気用水に同伴された状
態で、ボイラーポンプ８へのガスの吸い込みを防止する
ため、経路７にガス抜き弁や気液分離器を設けることも
考えられるが、システムが複雑かつ高価になるという不
都合がある。

【０００８】そこで本発明は、蒸気用水中の溶存酸素の
低減を効率よく行うことができるとともに、不活性ガス
の吸い込みによるボイラーポンプの停止も防止できる蒸
気供給方法及び装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蒸気供給方法は、循環槽内の蒸気用水を気
泡塔に導入して不活性ガスに接触させた後、ボイラーに
圧送して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気使用部に
供給して利用した後、該蒸気使用部からの蒸気用水を前
記循環槽に戻して循環使用する蒸気供給方法において、
前記気泡塔の上部から前記不活性ガスと蒸気用水の一部
とを抜き出して前記循環槽へ戻すことを特徴としてい
る。

【００１０】また、本発明の蒸気供給装置は、蒸気用水
を貯留する循環槽と、該循環槽から導出した蒸気用水に
不活性ガスを接触させる気泡塔と、該気泡塔から導出し
た蒸気用水を加熱して蒸気を発生させるボイラーと、該
ボイラーで発生した蒸気を利用する蒸気使用部とを備
え、該蒸気使用部からの蒸気用水を前記循環槽に戻して
循環させるように形成した蒸気供給装置において、前記
気泡塔は、塔下部に、前記ボイラーにボイラーポンプを
介して蒸気用水を供給する蒸気用水導出経路と、蒸気用
水中に前記不活性ガスを噴出する散気器とを有するとと
もに、塔上部に、前記循環槽からポンプを介して蒸気用
水が導入される蒸気用水導入経路と、塔上部の不活性ガ
ス及び蒸気用水の一部を抜き出して前記循環槽へ戻す気
液返送経路とを有していることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一形態例を示す
蒸気供給装置の系統図である。なお、前記図３に示した
蒸気供給装置における構成要素と同一の構成要素には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００１２】本形態例は、前記図３に示した蒸気供給装
置と略同様に形成した装置に本発明を適用したものであ
って、前記同様の循環槽１，気泡塔２を含む溶存酸素低
減装置Ａ，ボイラー３，蒸気使用部４等を備えており、
蒸気用水を循環使用するように形成されている。蒸気用
水中の溶存酸素を低減するための溶存酸素低減装置Ａ
は、前記気泡塔２と、該気泡塔２の散気器６に不活性ガ
スである窒素ガスを供給するための窒素ＰＳＡ装置９及
び原料空気圧縮機１３と、散気器６に供給する窒素ガス
の圧力及び流量を制御するためのガス量制御手段１４と
により形成されている。

【００１３】循環槽１内の蒸気用水は、ポンプ５によっ
て所定圧力に加圧された後、気泡塔２の上部に接続した
蒸気用水導入経路２１を通って気泡塔２内に流入する。
気泡塔２内に流入した蒸気用水は、塔下部に設けられた
散気器６から水中に噴出した不活性ガス（窒素ガス）と
接触することによって溶存酸素が除去された後、散気器
６より下方に接続した経路（蒸気用水導出経路）７に抜
き出され、ボイラー３に設置されたボイラーポンプ８に
よって加圧され、ボイラー３に導入される。ボイラー３
に導入された蒸気用水は、例えば、８ｋｇ／ｃｍ^２の蒸
気となり、経路２２を経て蒸気使用部４に送られ、蒸気
使用部４で空調設備の熱源等として使用された蒸気のほ
とんどは温排水となり、経路２３を経て循環槽１に回収
され、循環使用される。蒸気用水の消費分としては、イ
オン交換樹脂を用いた軟水化装置１２で硬質成分が除去
された水が循環槽１に導入される。

【００１４】なお、窒素ＰＳＡ装置９は、吸着剤への窒
素ガスと酸素ガスとの吸着速度の差を利用して空気中の
窒素ガスを濃縮分離するものであり、例えば、定格流量
発生時において、酸素濃度１００ｐｐｍ、望ましくは酸
素濃度１０ｐｐｍ以下の窒素ガスを得ることができるも
のである。

【００１５】前記気泡塔２は、この窒素ガスを用いて蒸
気用水中の溶存酸素を除去するものであり、蒸気用水
は、気泡塔上部に接続された蒸気用水導入経路２１から
導入され、下部に接続した蒸気用水導出経路７から導出
される。この気泡塔２を直列に複数設ける場合は、気泡
塔間にポンプを設置してもよいし、水高を利用してもよ
い。一方、窒素ガスは、気泡塔下部で、蒸気用水導出経
路７より上方に設置された散気器６の微細な噴出孔、例
えば、孔径５μｍの噴出孔から水中に噴出し、水中で微
細な気泡となって気泡塔上部へ上昇する。この窒素ガス
の気泡の上昇の過程で、水中の溶存酸素が気泡中に拡散
し、その結果、溶存酸素の少ない水が生成される。酸素
を含んだ窒素ガスは、蒸気用水の一部と共に、気泡塔上
部から水面部分に延びた気液返送経路２４に抜き出さ
れ、返送弁２５を経て循環槽１に戻される。

【００１６】前記気泡塔２からの窒素ガス及び蒸気用水
の排出量は、返送弁２５の開度を調節して気泡塔２内の
圧力が一定になるように調節される。この返送弁２５の
開度は、気液返送経路２４に設けた圧力計（図示せず）
によって気泡塔２内の圧力を監視し、該圧力計からの信
号によって自動的に制御するようにしてもよい。なお、
塔内圧力は、気泡径と、散気器６部分の蒸気用水の流速
に応じて適宜決定すればよい。

【００１７】このように、気液返送経路２４から窒素ガ
スと蒸気用水の一部とを抜き出すことにより、塔内の圧
力を低下させて気泡径を大きくし、気泡の浮上力を高め
ることができるので、塔内を流下する蒸気用水に伴われ
て蒸気用水導出経路７から流出し、ボイラーポンプ８に
吸い込まれることがなくなり、ボイラーポンプ８が停止
することを防止できる。

【００１８】気泡塔２から気液返送経路２４に抜き出さ
れた窒素ガス及び蒸気用水は、循環槽１の下部に開口し
た気液返送経路２４の先端から、循環槽１内の蒸気用水
中に導入される。このように、気泡塔２から抜き出した
窒素ガスと蒸気用水とを循環槽１に返送することによ
り、気泡塔２の上部や気液返送経路２４内で窒素ガスと
接触してある程度溶存酸素濃度が低下した蒸気用水がこ
の部分を循環することになり、実質的に溶存酸素低減処
理を行う水量が従来よりも増加することになり、溶存酸
素低減処理の効率が従来より向上する。さらに、循環槽
１の下部に窒素ガスが導入されることにより、循環槽１
内の蒸気用水と、該水中を浮上して循環槽１の上部に設
けた排気管２６から排気される窒素ガスとが接触するた
め、この循環槽１内でも、蒸気用水中の溶存酸素を低減
させることができ、溶存酸素低減処理の効率が大幅に向
上する。

【００１９】また、水封器が不要となるので、装置コス
トの低減が図れるとともに、水封器からの蒸気用水の蒸
発を抑えることができるので、蒸気用水の消費量の低減
も可能となる。

【００２０】前記気泡塔２から蒸気用水導出経路７に抜
き出す蒸気用水中の溶存酸素濃度は、気泡塔２に導入す
る窒素ガス量及びその中の酸素濃度に依存するので、窒
素ガス導入量は、気泡塔２の出口部あるいは蒸気用水導
出経路７に設置した溶存酸素濃度計（図示せず）によっ
て自動制御することができる。また、窒素ガス導入量及
び窒素ガス中の酸素濃度と、溶存酸素濃度との関係を前
もって算出しておくことにより、溶存酸素濃度計による
濃度計測を行なわなくても所定の溶存酸素濃度にするこ
とができる。さらに、溶存酸素濃度計を用いる場合、前
もって算出した溶存酸素濃度と実測値とを比較したり、
窒素ガス導入を停止して溶存酸素濃度の経時変化を計測
したりすることによって蒸気供給回収系の酸素漏洩量を
算出することができ、その結果を蒸気供給回収系の保全
に用いることも可能である。

【００２１】なお、本形態例では、不活性ガスとして窒
素ガスを使用し、該窒素ガス源として窒素ＰＳＡ装置を
用いた例を示したが、他の不活性ガスを使用することも
でき、不活性ガス源も任意のものを使用することができ
る。

【００２２】

【実施例】比較例１ 図３に示す従来装置を使用してボイラーポンプの停止発
生の有無を調査するための実験を行った。なお、気泡塔
の内径は１０５ｍｍ、気泡塔内の水面高さは３３００ｍ
ｍとし、排気管には３／８インチの配管を用いた。散気
器は、蒸気用水導出経路の接続部から３００ｍｍ上方
に、孔径５μｍの噴出孔を多数有するものを設置した。
このとき、散気器を設けた部分の流速は、他の部分の流
速に比べて約１．５倍となった。また、塔内圧力は、排
気管からの排気量を調節して通常用いられている２×１
０^５Ｐａとした。そして、蒸気用水の流量を０．７５ｍ
^３／ｈで一定とし、酸素濃度１ｐｐｍの窒素ガスの流量
を０．１ｍ^３／ｈから０．５ｍ^３／ｈまで０．１ｍ^３／
ｈ刻みに変化させた。

【００２３】その結果、窒素ガス流量が０．２ｍ^３／ｈ
まではボイラーポンプは停止しなかったが、０．３ｍ^３
／ｈまで増加させると、約１５時間後にボイラーポンプ
が停止した。また、０．４ｍ^３／ｈ及び０．５ｍ^３／ｈ
の流量の場合、ボイラーポンプ停止までの時間は、それ
ぞれ３０分及び５分であった。すなわち、ボイラーポン
プ停止の頻度は、窒素ガス導入量に依存しており、ボイ
ラーポンプの停止は、蒸気用水に同伴された窒素ガスが
原因であることが推定された。同伴された窒素ガスを除
去するため、気泡塔とボイラーポンプとの間にガス抜き
弁を設置したり、気泡塔から排出するガス量を調節した
りしたが、著しい改善効果は見られなかった。

【００２４】実施例１ 図１に示す形態例装置を用いて比較例１と同様の実験を
行なった。なお、気泡塔や散気器等の各部の寸法は従来
装置と同じとし、蒸気用水導出経路から導出する水量を
前記同様の０．７５ｍ^３／ｈとした。そして、３／８イ
ンチ配管からなる気液返送経路における流量を調節して
塔内圧力を１．５×１０^５Ｐａとした。その結果、０．
５ｍ^３／ｈまで窒素ガス流量を増やしても、ボイラーポ
ンプは停止しなかった。すなわち、窒素ガスが蒸気用水
に同伴されてボイラーポンプに吸い込まれることがなく
なり、安定した状態で運転を行うことができた。なお、
気泡塔から循環槽に返送される蒸気用水の流量は、約
１．０ｍ^３／ｈであった。

【００２５】実施例２及び比較例２ 図１に示す形態例装置と、図３に示す従来装置とにおい
て、気液比を変化させて溶存酸素低減効果を測定した。
装置各部の寸法や蒸気用水の流量、窒素ガス中の酸素濃
度等は前記実施例１及び比較例１と同じとし、塔内圧力
は、両装置共、１．５×１０^５Ｐａとした。また、本形
態例装置において、気泡塔から循環槽に返送される蒸気
用水量は、約１．０ｍ^３／ｈであった。その結果を図２
に示す。図２中の白丸印は図１に示す形態例装置、黒丸
印は図３に示す従来装置における溶存酸素濃度をそれぞ
れ表している。

【００２６】図２から明らかなように、従来装置の場
合、気液比（蒸気用水の流量に対する窒素ガスとの流
量）を０．７程度にしたときに溶存酸素濃度が０．０６
ｐｐｍに低下したのに対し、本形態例装置の場合は、気
液比が０．５３のときに、溶存酸素濃度計の検出下限以
下である０．０１ｐｐｍとなった。したがって、同じ窒
素流量であれば、気泡塔の高さを低くできること、ある
いは同じ気泡塔の場合は窒素流量を少なくできることを
示しており、気泡塔の小型化や窒素ガス消費量の低減、
窒素ＰＳＡ装置を用いる場合は、その小型化が図れるこ
とを示している。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な方法で不活性ガスを同伴せずに蒸気用水中の溶存
酸素を低減することができる。また、水封器が不要とな
るので、装置コストの低減が図れるとともに、水封器か
らの蒸気用水の蒸発を抑えることができるので、蒸気用
水の消費量も低減する。さらに、同じ不活性ガス量であ
れば気泡塔の高さを低くできるので、装置コストを低減
することができ、気泡塔高さを同じとすれば、不活性ガ
スの流量を少なくできるので、不活性ガス発生源の小型
化が可能となるのみでなく、ランニングコストも低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一形態例を示す蒸気供給装置の系統
図である。

【図２】 形態例装置及び従来装置における気液比と溶
存酸素濃度との関係を示す図である。

【図３】 従来の蒸気供給装置の一例を示す系統図であ
る。

【符号の説明】

１…循環槽、２…気泡塔、３…ボイラー、４…蒸気使用
部、５…ポンプ、６…散気器、７…蒸気用水導出経路、
８…ボイラーポンプ、９…窒素ＰＳＡ装置、１２…軟水
化装置、１３…原料空気圧縮機、１４…ガス量制御手
段、２１…蒸気用水導入経路、２４…気液返送経路、２
５…返送弁、２６…排気管、Ａ…溶存酸素低減装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 循環槽内の蒸気用水を気泡塔に導入して
   不活性ガスに接触させた後、ボイラーに圧送して蒸気を
   発生させ、発生した蒸気を蒸気使用部に供給して利用し
   た後、該蒸気使用部からの蒸気用水を前記循環槽に戻し
   て循環使用する蒸気供給方法において、前記気泡塔の上
   部から前記不活性ガスと蒸気用水の一部とを抜き出して
   前記循環槽へ戻すことを特徴とする蒸気供給方法。
2. 【請求項２】 蒸気用水を貯留する循環槽と、該循環槽
   から導出した蒸気用水に不活性ガスを接触させる気泡塔
   と、該気泡塔から導出した蒸気用水を加熱して蒸気を発
   生させるボイラーと、該ボイラーで発生した蒸気を利用
   する蒸気使用部とを備え、該蒸気使用部からの蒸気用水
   を前記循環槽に戻して循環させるように形成した蒸気供
   給装置において、前記気泡塔は、塔下部に、前記ボイラ
   ーにボイラーポンプを介して蒸気用水を供給する蒸気用
   水導出経路と、蒸気用水中に前記不活性ガスを噴出する
   散気器とを有するとともに、塔上部に、前記循環槽から
   ポンプを介して蒸気用水が導入される蒸気用水導入経路
   と、塔上部の不活性ガス及び蒸気用水の一部を抜き出し
   て前記循環槽へ戻す気液返送経路とを有していることを
   特徴とする蒸気供給装置。