JPS6029501A

JPS6029501A - 排熱回収用蒸気発生装置

Info

Publication number: JPS6029501A
Application number: JP13685583A
Authority: JP
Inventors: 三代　勲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1985-02-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、排熱回収用蒸気発生装置に係り、特に、産業
機械システムの排ガスを利用するランキンサイクル排熱
回収プラントに好適な排熱回収用蒸気発生装置に関する
。

〔発明の背景〕

従来、排熱回収用蒸気発生装置としては、蒸発器と、蒸
発器の下流に設けられた節炭器と、凝縮器から節炭器に
媒体を送る給液ポンプとを有し、節炭器と給液ポンプと
の間に流ｊ１調節弁が設けられたものが知られている。

しかし、従来のこの種の排熱回収用蒸気発生装置には、
以下に述べる理由から、スチーミングを起こし易いとい
う欠点があった。ここでスチーミングとは、節炭器の管
群中の一部のチューブ内の媒体蒸発現象である。スチー
ミングが起こると、そのチューブ内は、二相流となム圧
損が急増し、媒体の流量が減少する。そして節炭器は、
冷却能力を失い、ついには、チューブ過熱による破損に
至ることもある。このスチーミングは、特に、部分負荷
時に多発する。

スチーミングの発生する条件を第１図に示す。

第１図において、白い部分、すなわち、媒体飽和蒸気圧
線４５より下の部分において、スチーミングは発生する
。すなわち、節炭器出口の媒体温度が高く、節炭器内の
媒体圧力が低いとスチーミングは起こり易くなる。

しかるに、従来の排熱回収用蒸気発生装置においては、
流景調節弁が節炭器入口に設けられているため、節炭器
内の媒体には給液ポンプの吐出圧力は直接作用しない。

従つぞ、節炭器内の媒体圧力は低くなってしまう。

一方、従来の排熱回収用蒸気発生装置における節炭器出
口の媒体温度が高くなることについては第２図に基づき
説明する。第２図は、横軸に蒸発器排ガス入口温度を、
縦軸に交換熱量比及び節炭器出口の媒体温度をとっであ
る。■は定格運転時の場合を、■は部分負荷運転時の場
合をそれぞれ示している。また、Ａは、従来例を示して
いる。

排ガス温度が、定格運転時Ｉから部分負荷運転時■にな
った場合、蒸発器１の交換熱量比は、ピンチポイント（
縦軸が排ガス温度、媒体温度を、横方向が排ガスの流れ
方向の位置を表わしている第３図における温度差■−■
であり、ボイラ設計の基本的パラメータである）の温度
の低下により、熱交換器の特性より急減する。それに対
して、節炭器の交換熱量比の減少はゆるやかである。従
って、媒体の蒸発量は急減する。従来の蒸気発生装置で
は、この媒体の蒸発量と同一の量しか媒体は節炭器内を
流れないため、媒体の流蓋は減少する。

その結果、第２図及び第３図に示すように、節炭器出口
媒体温度は■から■と高くなる。すなわち、まず、第３
図は従来の蒸気発生装置内における、排ガス温度と媒体
温度の変化を示している。

実線は定格運転時、破線は部分負荷運転時の温度をそれ
ぞれ示している。定格運転時の温度は、排がス側では流
れの順序に■、■、■で示され、媒体側では同様に■、
■、■で示される。一方、部分負荷時の温度は、排ガス
側では流れの順序に温度は、定格運転時には■で示され
、部分負荷運転時には０で示される。第３図かられかる
ように、定格運転から部分負荷運転になると、節炭器２
出口温度は■から０に上昇する。

また、節炭器出口温度が上昇する様子は、第２図上段の
図からもわかる。すなわち、従来例■においては、定格
運転Ｉから部分負荷運転Ｈに変わると、節炭器出口の媒
体温度は上昇している。

以上のように、従来の蒸気発生装置においては、節炭器
出口の媒体温度が高くなり、また、節炭器内の媒体圧力
が低くなる。特に、部分負荷運転時には、排ガス流れの
不均一に加えて、節炭器２が多節式であるため内部媒体
の流れも不均一となるため、スチーミングが多発する。

〔発明の目的〕

本出願における第１の発明及び第２の発明の目的は、ス
チーミングを防止し得る排熱回収用蒸気発生装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本出願に係る第１の発明は、媒体の温度上昇により排ガ
スの熱回収を行なう節炭器と、媒体の蒸発により熱回収
を行なう蒸発器との間に媒体の給液調節弁を取り付け、
これにより給液がわの圧力を節炭器に作用させて、節炭
器出口の媒体圧力を高くして構成したことを特徴として
いる。　。

本出願に係る第２の発明は、媒体の温度上昇により排ガ
スの熱回収を行なう節炭器と、媒体の蒸発により熱回収
を行なう蒸発器との間に媒体の給液調節弁を取り付け、
さらに、該節炭器と該給液調節弁とめ間に媒体の一部を
凝縮器に排出する循環ラインを設け、また、該循環ライ
ンを流れる媒体の量を負荷に応じて調節する循環流量調
節弁を該ライン上に設けたことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

本出願に係る第１発明の一実施例を第５図に示す。第５
図はこの実施例を回路図にて示すものである。

この実施例では、媒体の温度上昇により排ガスの熱回収
を行なう節炭器２と、媒体の蒸発によシ熱回収を行なう
蒸発器１との間に媒体の給液調節弁１１を取り付けであ
る。これにより、給液ポンプ６の圧力を直接節炭器２に
作用させ、節炭器２出口の媒体圧力を商＜シて、スチー
ミングを防止する。

以下に本実施例の具体的構成を詳述する。

本実施例では流量調節弁１１を節炭器入口から除去して
あり、それに代え節炭器出口に設けである。流量調節弁
の他端は節炭器２の出口に接続されている。節炭器２の
入口は、凝縮器４に接続されており、その間には給液ポ
ンプ６を介在させである。また、蒸発器１とタービン３
とは蒸気ライン１８によシ結ばれている。タービン３は
、発心機５と凝縮器４に結ばれている。

次にかかる構成の作用を説明する。

凝縮器４で凝縮された媒体は、給液ポンプ６で加圧され
、給液ライン１５を経て節炭器２に入り排ガスで加熱さ
れる。節炭器２で加熱された媒体は、蒸発器給液ライン
１６及び蒸気発生器流ｉｔ調節弁１１を通り蒸発器１に
供給される。蒸発器１において、排ガスと熱交換し、媒
体は、液から蒸気になり、蒸気ライン１８を通りタービ
ン３に導びかれる。そして、タービン３を回転する。タ
ービア３に結ばれた発電機５により、媒体エネルギーは
、電力として取シ出される。タービン３で膨張した蒸気
は、凝縮器４に排気されて凝縮、液化し、再び前記の系
に送り出される。

なお、本実施例では流量調節弁１１は蒸発器レベル発信
器１０、出口流量発信器９および蒸気流量発信器の信号
により蒸発器の液面レベルがほぼ一定となるように蒸気
発生装置の流量調節器１２によって制御される。

本実施例は上記のように構成したので、媒体圧力は従来
の場合に比較して高くなる。特に、スチーミングの発生
しやすい部分負荷運転時には、給液ポンプ６の吐出蓋が
減少するために、ポンプ特性より媒体圧力は高くなり一
層、スチーミングに対して安全な方向になる。

第６図は、蒸発器内蒸発圧力４３、蒸発器内給液圧力４
２及びポンプ吐出圧力６１を流量との関係で示しである
。蒸発器内給液圧力４２は、蒸発器内蒸発圧力４３より
給液管の圧損分だけ高くなっている。圧損は、流量が大
きくなる程大きくなるから、蒸発器内給液圧力４２は図
に示すようなカーブとなる。節炭器２出口の媒体圧力は
、従来の場合は蒸発器内給液圧力４２とほとんど同じで
ある。それに対し、本実施例では給液ポンプ圧力６１と
ほとんど同じくなる。第１図は、節炭器２出口媒体温度
に対するスチーミングの発生を防止するための最低圧力
を示したものである。線４５は、媒体飽和蒸気圧曲線、
線４６はスチーミング防止の最低圧力線である。両者の
差は、節炭器２の排ガス流の分布、チューブ配列により
定まるもので、通常、流量分布を±１０％程度として、
流量変動があっても飽和温度に達しないように圧力が設
定される。

次に、第２発明の一実施例を回路図で第７図に示す。

（９）この実施例では、媒体の温度上昇により排ガスの熱回収
を行なう節炭器２と、媒体の蒸発により熱回収を行なう
蒸発器１との間に媒体の給液調節弁１１を取り付けてあ
り、また、該節炭器２と該給液調節弁１１との間に、媒
体の一部を凝縮器４に排出する循環ライン１７を設けて
あり、さらに、該循環２イン１７を流れる媒体の量を負
荷に応じて調節する循環調節弁１４を該循環ライン１７
上に設けである。これにより、媒体の蒸発量が減少した
場合でも、循環ライン１７に媒体をバイパスさせて、媒
体流量を大きくし、節炭器２の出口の媒体温度の過上昇
を防止し、スチーミングの発生を防止する。

以下に本実施例の具体的構成を詳述する。

本実施例では、第１発明の実施例と同様、流量調節弁１
１が節炭器２の出口に設けである。そして、節炭器２の
出口と蒸気発生器流量調節弁１１との間に、凝縮器４に
通じる循環２イン１７を設けである。また、循環ライン
１７上には節炭器循環流量調節弁１４が設けである。更
に、節炭器循（１０）環流量調節弁１４には循環流量調節器１３が接続されて
いる。この循環流量調節器１３により循環ライン１７を
流れる媒体の量を負荷に応じて調節する。循環流量調節
器１３の詳細を第８図の回路図で示す。節炭器２出口の
温度を探知するサーモカップル８が温度１ｉＩＡ１節器
８１を介してセレクター４０に接続されている。一方、
節炭器２人口の媒体流量を探知する節炭器入口流量発信
器７が流量調節器７１を介してセレクター４０に接続さ
れている。セレクター４０は、変換器４１を介して流Ｘ
調節弁１４に接続されている。

流量調節器７１と温度調節器８１の運転状況を、蒸気発
生装置に対する熱負荷との関係で第９図に示す。蒸発器
１の蒸発器３０は負荷に対し比例的関係を持ち、最小流
量制御は線３３で表わされる。

すなわち、循環ライン１７には線３２で示す流量をバイ
パスすることがめられる。これに対して温度調節器８１
は、１００％定格運転時の負荷では循環量は０であり、
負荷が下がるにつれて循環ライン１７の流量が増加する
ような温度制御循環（１１）量（線３１）が要求される。従って、節炭器流量は２つ
を高位選択した給液液量Ｃｍ３４　）の如く制御される
ことになる。ただし、上記したところは一例であり、排
ガス温度とガス量又は蒸気発生装置のチューブの汚れ具
合によって種々の状況を呈するが、それに曾わせて温度
調節器８１を設定する。

定格運転から部分負荷になり、節炭器出口の媒体温度、
節炭器入口の媒体流量が変動すると、それを、それぞれ
、サーモカップル８及び流量発信器７が探知する。

サーモカップル８が探知したデーターは温度調節器８１
に送られる。温度調節器８１は、そのデーターを、第９
図のｆｆ１Ａ３１に対応した流量を流すべきとの信号に
代えセレクターに送る。一方、流量発信器７が探知した
データーは流量調節器７１に送られる。流ｍＡ節器７１
は、そのデーターを、第９図のＭ３２に対応した流量を
流すべきとの信号に代えセレクターに送る。セレクター
４０においてこの２つの信号を高位選択する。選択され
た（１２）データーは変換器４１に送られる。そこで選択されたデ
ーターは、電気量から圧力量に変換され、圧力により流
量調節弁１４が作動する。流量調節弁１４が作動すると
、節炭器２の媒体は循環ライン１７をバイパスする。そ
の結果、節炭器流量は２つを高位選択した給液液量（第
９図の線３４）の如くなる。そして、節炭器２出口の媒
体温度は低下し、スチーミングの発生が阻止される。

節炭器出口の媒体温度の変化を第４図及び第２図に基づ
いて詳述する。

第４図は、本実施例による循環ライン１７を付けた場合
の排ガス温度、媒体温度の変化を示している。縦軸は排
ガス温度、媒体温度を表わし、横軸は排ガスの流れ方向
の位置関係を表わす。符号の意味は第３図と同じである
。蒸発器１における排ガス温度（定格運転時は■、■、
部分負荷運転時は［Ｆ］、■）と、媒体温度（■）は、
第３図に示す従来のものと全く同じである。しかし、部
分負荷運転時における節炭器２出口の媒体温度Ｏは、定
格運転時のそれ■と同じである。ただ（１３）し、排ガス温度は、下路運転時（■）から下がる傾向（
■）を持つ。これは、節炭器２出口の媒体温度が、部分
負荷運転時でも下がらないため、交換熱が増すからであ
る。

一方、第２図は前述したように、横軸に蒸発器排ガス入
口温度を、縦軸に交換熱量比及び節炭器出口の媒体温度
をとっである。■は定格運動時を、■は部分負荷運転時
をそれぞれ示す。線Ｂは本実施例における節炭器出口の
媒体温度を示しており、線Ｆは本実施例における交換熱
量比を示している。

第２図の上図かられかるように、定格運転から部分負荷
運転に変わっても節炭器出口の媒体温度は変わらない（
定格運転時■９部分負荷運転時０）。

〔発明の効果〕

本出願における第１の発明及び第２の発明は、以上のよ
うに構成したので、いずれの発明もスチーミングの発生
を防止しうるという効果を有する。

特に、中低温排熱回収プラントは蒸発潜熱が小さいフロ
ン等が作動媒体に多用されているが、その場合でもスチ
ーミングの発生を防止することが（１４）できる。

また、排ガスの熱回収率を高めるためには、蒸発器給液
温度（第４図■）をできるだけ蒸発温度に近づける必要
があるが、第１発明、第２発明のいずれもスチーミング
が発生しないので、蒸発器給液温度を一層蒸発温度に近
づけることが可能であり、従ってより熱回収率の高いも
のとすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図はスチーミングの発生条件を示す図表である。Ｍ
２図は蒸発器排ガス温度に対する交換熱量比と節炭器出
口媒体温度との関係を示す図表である。第３図及び第４
図は排ガス温度と媒体温度の変化を、排ガスの流れ方向
の位置との関係で示す図表で必り、第３図が従来例、第
４図が本出願に係る第２発明の一実施例の場合である。第５図は本出願に係る第１発明の一実施例を示す回路図
で必る。第６図は流量と蒸発器内の圧力との関係を示す
図表である。第７図は本出願に係る第２発明の一実施例
を示す回路図である。第８図は本田（１５）願に係る第２発明の一実施例に係る循環流量調節器の回
路図である。第９図は媒体流量と蒸気発生装置負荷との
関係を示す図表である。１・・・蒸発器、２・・・節炭器、３・・・タービン、
４・・・凝縮器、５・・・発電機、６・・・給液ポンプ
、７・・・入口流量発信器、８・・・サーモカップル、
９・・・出口ａｋ　発信器、１０・・・蒸発器レベル発
信器、１１・・・流量調節弁、１２・・・流量調節器、
１３・・・循環流量調節器、１４・・・循環流量調節弁
、１５・・・給泥ライン、１６・・・蒸発器給液ライン
、１７・・・循環ライン、１８・・・蒸気ライン、１９
・・・蒸気流量発信器、３０・・・蒸発器蒸発量、３１
・・・温度制御循環量、３２・・・最小流量制御循環量
、３３・・・最小流量、３４川給液流量、４０・・・セ
レクター、４１・・・変換器、４２・・・蒸発器給液圧
力、４３・・・蒸発器圧力、４５・・・媒体飽和蒸気圧
曲線、４６・・・スチーミング限界線、６１・・・給液
ポンプ圧力、７１・・・流量調節器、８１・・・温度調
節器。代理人　弁理士　秋本正実（１６）槽６図第′７図も８図第ｑ図

Claims

【特許請求の範囲】１、産業機械システムの排気ガスを利用したランキンサ
イクル排熱回収プラントの蒸気発生装置において、媒体
の温度上昇によシ排ガスの熱回収を行なう節炭器と、媒
体の蒸発により熱回収を行なう蒸発器との間に媒体の給
液調節弁を取り付け、これにより給液がわの圧力を節炭
器に作用させて、該節炭器の出口の媒体圧力を高くして
構成したことを特徴とする排熱回収用蒸気発生装置。２、産業機械システムの排気ガスを利用したランキンサ
イクル排熱回収プラントの蒸気発生装置において、媒体
の温度上昇によシ排ガスの熱回収を行なうめ炭器と、媒
体の蒸発により熱回収を行なう蒸発器との間に、媒体の
給液調節弁を取り付け、該節炭器と、該給液調節弁との
間に、媒体の一部を凝縮器に排出する循環ラインを設け
、該循環ラインｔ−流れる媒体の量を負荷に応じて調節
する循環流量調節弁を該循環ライン上に設けたことを特
徴とする排熱回収用蒸気発生装置。