KR101844205B1

KR101844205B1 - 보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법

Info

Publication number: KR101844205B1
Application number: KR1020177021158A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 아마노; 고이치 마츠시타
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2018-03-30
Also published as: WO2016129432A1; CN107208876A; JP2016148467A; KR20170106977A; JP6053839B2; CN107208876B

Abstract

급수 가열 장치의 저온 부식을 방지하고, 급수 가열 장치를 공간 절약으로 비용을 억제하여 배치함과 함께 드럼의 수위 저하를 억제한다. 증기 드럼(11) 내의 보일러수와 열교환시킨 물을 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저(2)에 공급하는 제1 경로(21a)와, 보일러수와 열교환시키기 전의 제1 경로(21a)로부터 분기하고, 증기 드럼(11)을 바이패스하여 합류점(X)에서 제1 경로(21a)와 합류하는 제2 경로(21b)와, 제2 경로(21b)로부터 분기하여 증기 드럼(11)에 급수하는 제3 경로(21c)를 구비하는 급수 계통(21)과, 합류점(X)과 급수 가열용 이코노마이저(2)의 사이의 수온을 검출하는 온도 검출부(24)와, 급수 계통(21)에 흐르는 물의 유량을 조정하는 유량 조정부(25)와, 온도 검출부(24)에서 검출되는 수온이 급수 가열용 이코노마이저(2)의 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록 유량을 조정하는 제어부(26)를 구비한다.

Description

보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법{BOILER FEED-WATER SYSTEM, BOILER PROVIDED WITH SAID SYSTEM, AND CONTROL METHOD FOR BOILER FEED-WATER SYSTEM}

본 발명은, 보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

급수 가열용 이코노마이저를 보일러의 배기 가스 계통에 설치한 경우, 급수 가열용 이코노마이저는 저온 부식이 발생할 우려가 있으므로, 급수 가열용 이코노마이저에 공급되는 급수 온도가 저온 부식을 방지하는 온도 이상(예를 들면 135℃ 이상)이 되도록 급수 온도를 높일 필요가 있다. 예를 들면 하기 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, LNG(Liquefied Natural Gas; 액화 천연 가스) 선박의 주기(主機)에 이용하는 주(主)보일러에는, 급수 중의 용존 산소를 제거하기 위하여 디에어레이터(탈기기)가 설치되어 있는데, 디에어레이터에는 용존 산소 제거용 증기가 투입됨으로써 급수가 가열되므로, 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지할 수 있을 정도로 급수 온도를 높이는 것이 가능하게 되어 있다.

또, 보일러 급수를 가열하는 방법으로서는, 주보일러와 같은 드럼 보일러와는 형식이 상이한 배열 회수 보일러(HRSG; heat recovery steam generator)에 관한 것인데, 이하의 것이 제안되고 있다.

하기 특허문헌 2에서는, 증기 드럼 내의 뜨거운 물의 일부를 절탄기의 급수관에 되돌려 공급하고, 절탄기의 급수관에서, 급수 펌프로부터 보내져 온 물과 증기 드럼 내의 뜨거운 물이 혼합되어, 뜨거운 물의 혼합으로 온도 상승한 물을 절탄기에 공급하는 기술이 기재되어 있다.

하기 특허문헌 3에서는, 절탄기에 공급된 급수의 일부가 절탄기의 출구측으로부터 절탄기의 입구측으로 되돌려져, 급수 펌프로부터 보내지는 급수와 되돌려진 물이 합류하여 절탄기에 유입되는 물을 온도 상승시키는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-177519호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평7-217802호 특허문헌 3: 일본 특허공보 제5117197호

그러나, 특허문헌 1은, 디에어레이터를 이용하여 급수가 가열됨으로써 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지할 수 있지만, 급수를 가열하기 위하여 일부러 디에어레이터 등의 가열기를 설치하면, 비용이 들며, 가열기용 배치 공간도 별도로 필요하게 된다는 문제가 있었다. 특히 선박 내에 설치되는 선박용 보조 보일러의 경우에는, 선박 내의 설치 공간이 한정되어 있기 때문에, 급수 가열을 위하여 가열기를 설치하는 것은 현실적이지 않다.

또, 상기 특허문헌 2와 같이, 증기 드럼의 물을 빼내어 배기 가스 이코노마이저 입구측의 급수관에 공급하면, 증기 드럼의 수위가 변화하여 드럼 중의 증기 압력이 변동하기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 증기 드럼의 수위가 지나치게 낮아지면 노워터 버닝이 될 위험성이 발생한다. 또, 상기 특허문헌 3과 같이, 절탄기의 출구와 증기 드럼의 사이의 경로로부터 분기시켜 절탄기에 공급된 급수의 일부를 급수 재순환계에 되돌리는 경우에는, 급수 재순환계에 되돌리는 유량 조정 밸브(12)를 너무 개방하면 증기 드럼에 충분한 급수를 행할 수 없게 되어, 증기 드럼의 수위가 지나치게 낮아질 위험성이 있다는 문제는 해결할 수 없다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 저온 부식을 방지하고, 또한 공간 절약으로 비용을 억제하는 보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 드럼의 수위 저하가 억제되는 보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태는, 보일러의 증기 드럼 내의 보일러수와 열교환시킨 물을, 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저에 공급하는 경로인 제1 경로와, 상기 보일러수와 열교환시키기 전의 상기 제1 경로로부터 분기하고, 상기 증기 드럼을 바이패스하여 상기 급수 가열용 이코노마이저의 입구측의 합류점에서 상기 제1 경로와 합류하는 제2 경로와, 상기 제2 경로로부터 분기하여, 상기 증기 드럼에 급수하는 제3 경로를 구비하는 급수 계통과, 상기 합류점과 상기 급수 가열용 이코노마이저의 사이의 수온을 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 유량 조정 수단과, 상기 온도 검출 수단에서 검출되는 상기 수온이, 상기 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록, 상기 유량 조정 수단을 조정하는 제어 수단을 구비하는 보일러 급수 시스템이다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 제1 경로를 유통하는 물은, 증기 드럼 내의 보일러수와 열교환되어 가열된다. 이와 같이, 종래부터 구비되는 보일러의 증기 드럼 내의 보일러수의 보유열을 이용하여 급수를 가열함으로써, 급수 가열용 이코노마이저에 유입되는 급수 온도를, 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록 조정, 유지할 수 있다. 또, 증기 드럼 내의 드럼수와 열교환시키므로, 규모가 큰 별도의 급수 가열 장치(예를 들면, 디에어레이터(탈기기))가 불필요하게 되어, 배치 공간을 필요 이상 사용하지 않는다.

그리고, 제1 경로와 제2 경로와 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 유량 조정 수단과, 급수 가열용 이코노마이저에 유입되는 급수 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 이용하여, 이하와 같이 급수 가열용 이코노마이저에 유입되는 급수 온도를 조정할 수 있다. 즉, 제2 경로와 제3 경로의 물의 유량이 조정되어, 제2 경로에 물을 유통시키고 제3 경로에 물을 유통시키지 않으면, 보일러수에 의하여 가열된 제1 경로의 물은, 제2 경로에 의하여 증기 드럼을 바이패스된 미가열의 물과 합류하여, 온도가 낮아진다. 이와 같이, 급수 가열용 이코노마이저에 유입되는 급수 온도를 낮춰 소정 온도에 가깝게 할 수 있으므로, 가열 매체인 연소 배기 가스와의 온도 차를 크게 확보함으로써, 급수 가열용 이코노마이저에 있어서의 열회수 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 경로와 제3 경로의 물의 유량이 조정되어, 제2 경로에 물을 유통시키지 않고 제3 경로에 물을 유통시키면, 제3 경로로부터 증기 드럼에 급수되는 수량(水量)이 증가함으로써 상대적으로 제1 경로의 유량이 감소하므로, 보일러수에 의하여 가열된 물은 고온이 되어 온도가 높아진다. 또, 제2 경로로부터 유도된 물로 제1 경로를 유통한 물의 온도가 낮아지지 않는다.

본 발명의 제1 양태의 상기 보일러 급수 시스템의 상기 제1 경로는, 상기 증기 드럼 내의 보일러수 중에 마련되는 전열관에 급수하여, 상기 전열관 내의 물과 상기 증기 드럼 내의 상기 보일러수를 열교환하는 것으로 해도 된다.

보일러수 중에 마련된 전열관이 급수를 가열하는 가열기가 되어, 전열관을 이용하여 급수를 가열하므로, 증기 드럼 내의 보일러수를 빼내는 기술에 비하여 수위의 저하를 초래하지 않는다. 이로써, 안정된 증기 압력을 증기 드럼으로부터 출력할 수 있고, 또 지나친 수위 저하에 의한 노워터 버닝을 회피할 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 상기 보일러 급수 시스템의 상기 보일러는, 보조 보일러로 해도 된다.

본 발명의 제1 양태에 의하여, 보조 보일러에 마련되는 급수 가열용 이코노마이저에 대하여, 저온 부식을 방지할 수 있다. 특히, 주보일러에 비하여 증기 압력이 낮은 보조 보일러에서는, 디에어레이터를 설치할 필요성이 낮기 때문에 특히 유익하다.

본 발명의 제1 양태의 상기 보일러 급수 시스템은, 상기 온도 검출 수단에 의하여 검출된 온도가 상기 소정 온도보다 낮은 경우에, 상기 제2 경로를 폐쇄 상태로 하여, 상기 제1 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정해도 된다.

본 발명의 제1 양태에 의하여, 급수 가열용 이코노마이저에 급수되는 수온이 소정 온도보다 낮은 경우에, 제2 경로를 폐쇄 상태로 함으로써, 제1 경로를 유통한 물의 온도가 낮아지지 않고, 또한 제1 경로에 유통시키는 수량이 조정됨으로써, 수온을 높이는 방향으로 제어할 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 상기 보일러 급수 시스템은, 상기 온도 검출 수단에 의하여 검출된 온도가 상기 소정 온도보다 소정값 이상 높아진 경우에, 상기 제3 경로를 폐쇄 상태로 하여, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로에 흐르는 물의 유량을 조정해도 된다.

본 발명의 제1 양태에 의하여, 급수 가열용 이코노마이저에 급수되는 수온이 소정 온도보다 소정값 이상 높아진 경우에, 제2 경로를 개방 상태로 함으로써 제1 경로를 유통한 물의 온도를 낮출 수 있어, 수온을 낮추는 방향으로 제어할 수 있다. 이와 같이, 급수 가열용 이코노마이저에 급수되는 수온을 낮추는 제어를 행할 때의 임계값을 소정 온도로부터 소정값 이상 큰 온도로 하여, 소정 온도로부터 일정한 허용 범위를 갖게 함으로써, 유량 조정 수단에 있어서의 유량 제어가 빈번하게 전환되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 양태는, 상기 어느 하나에 기재된 보일러 급수 시스템을 구비하는 보일러이다.

본 발명의 제3 양태는, 보일러의 증기 드럼 내의 보일러수와 열교환시킨 물을, 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저에 공급하는 경로인 제1 경로와, 상기 보일러수와 열교환시키기 전의 상기 제1 경로로부터 분기하고, 상기 증기 드럼을 바이패스하여 상기 급수 가열용 이코노마이저의 입구측의 합류점에서 상기 제1 경로와 합류하는 제2 경로와, 상기 제2 경로로부터 분기하여, 상기 증기 드럼에 급수하는 제3 경로를 구비하는 급수 계통을 구비하는 보일러 급수 시스템의 제어 방법으로서, 상기 합류점과 상기 급수 가열용 이코노마이저의 사이의 수온을 검출하여, 상기 수온이, 상기 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 보일러 급수 시스템의 제어 방법이다.

본 발명은, 급수 가열 장치의 저온 부식을 방지하고, 또한 공간 절약으로 비용 저감을 도모할 수 있다. 또, 본 발명은, 드럼의 수위 저하가 억제된다는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 관한 선박용 배열 회수 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 관한 보일러 급수 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 증기에 의하여 구동되는 증기 구동 기기에 부여되는 지령이 변화한 경우의 각 파라미터의 변화를 나타낸 설명도이다.
도 4는 제1 경로와 제3 경로에 유통시키는 물의 유량 비율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 제1 경로와 제2 경로에 유통시키는 물의 유량 비율을 나타내는 그래프이다.

이하에, 본 발명에 관한 보일러 급수 시스템 및 그것을 구비한 보일러와, 보일러 급수 시스템의 제어 방법의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 실시형태의 설명에 있어서는, 본 발명에 관한 보일러 급수 시스템은, 예를 들면 탱커선 등의 선박용 보조 보일러(이하, "보조 보일러"라고 함)에 적용되는 것으로서 설명하지만, 이에 한정되지 않는다.

도 1은, 본 실시형태의 보일러 급수 시스템을 구비한 선박용 배열 회수 시스템(1)의 개략 구성을 나타내고 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 본 실시형태의 선박용 배열 회수 시스템(1)은, 주기관(3)과, 배열 회수 기구(4)와, 보조 보일러(10)와, 급수 가열용 이코노마이저(2)를 구비한다.

주기관(3)은, 선박의 추진 기관이며, 예를 들면 디젤 엔진 또는 주보일러가 이용된다. 주기관(3)은 도시하지 않은 구동축을 구동함으로써, 구동축에 마련된 도시하지 않은 프로펠러를 회전시킨다. 주기관(3)으로부터의 배기 가스는 배기관(6)을 경유하여 배열 회수 기구(4)에 유도된다.

배열 회수 기구(4)는, 예를 들면 배기 가스 이코노마이저가 이용된다. 배열 회수 기구(4)는, 주기관(3)의 배기 가스를 이용하여 증기를 생성하고, 생성된 증기는 잡용 증기로서 도시하지 않은 증기 터빈 등에 공급된다. 배열 회수 기구(4)에 있어서, 열교환을 행한 배기 가스는, 연돌(5)로부터 계 외로 배출된다.

보조 보일러(10)는, 증기 드럼(11)을 구비하고 있고, 연료를 연소함으로써 증기를 생성한다. 이 보조 보일러(10)는, 선박에 탑재되어, 선박 내의 온열 수요에 부응하는 보일러이다. 보조 보일러(10)는, 자연 순환형 또는 강제 순환형으로 된 보일러가 된다.

증기 드럼(11)은, 보조 보일러(10)에서 얻어진 증기를 저장하는 드럼(기수 드럼)이다. 증기 드럼(11)의 상방 공간은 증기가 점유하고, 그 하방에는 보일러수가 저장된다. 또, 보조 보일러(10)의 증기 압력은, 0.2MPa 이상 6MPa 이하이며, 전형적으로는 2MPa 이하로 한다. 본 실시형태에 있어서의 증기 드럼(11) 내의 수온은, 보조 보일러(10)의 증기 압력이 2MPa인 경우, 약 210℃가 된다. 보조 보일러(10)는, 선박 내의 증기 구동 기기(7)(예를 들면, 원유 하역용 펌프(카고 오일 펌프)를 구동하는 카고 오일 펌프 터빈(COPT: Cargo Oil Pump Turbine) 등)의 동력원이나 가열 매체로서 이용되는 것 외에, 주방용 온수 난방과 이너트 가스의 생성 등에 이용된다.

급수 가열용 이코노마이저(2)에는, 급수의 경로인 급수 계통(21)이 접속되어 있다. 급수 가열용 이코노마이저(2)는, 급수된 물을 보조 보일러(보일러)(10)로부터 배출된 배기 가스와 열교환시켜 가열하고, 증기 드럼(11)에 가열된 물을 공급한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 보일러 급수 시스템(20)은, 급수 계통(21)과, 증기 드럼(11) 내에 마련된 가열기(23)와, 온도 검출부(온도 검출 수단)(24)와, 유량 조정부(유량 조정 수단)(25)와, 제어부(제어 수단)(26)와, 보일러 급수 경로(27)를 구비하고 있다. 또한, 도 2는, 도 1과 달리, 증기 드럼(11)에 대하여 급수 가열용 이코노마이저(2)가 하방에 위치하고 있는데, 이는 급수 계통(21)을 알기 쉽게 나타내기 위하여 실제 배치의 상하 관계를 무시하고 편의적으로 나타난 것이다. 따라서, 일반적으로, 급수 가열용 이코노마이저(2)는, 증기 드럼(11)의 상방에 위치한다.

급수 계통(21)은, 제1 경로(21a)와, 제2 경로(21b)와, 제3 경로(21c)를 구비한다.

제1 경로(21a)는, 보조 보일러(10)의 증기 드럼(11) 내의 보일러수와 열교환시킨 물을, 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저(2)에 공급하는 경로이다. 본 실시형태에 있어서는, 제1 경로(21a)는, 증기 드럼(11)에 급수하는 경로(21a1)와, 가열기(23)를 구성하는 전열관(21a2)과, 증기 드럼(11)으로부터 급수 가열용 이코노마이저(2)에 급수하는 경로(21a3)를 구비한다.

제1 경로(21a)는, 보조 보일러(10)의 증기 드럼(11) 내의 보일러수 중(12)에 마련되는 전열관(21a2)에 급수하고, 보일러수와 열교환시킨 물을 급수 가열용 이코노마이저(2)에 공급하는 경로이다. 급수원으로부터 공급되는 경로(21a1)의 급수 온도는, 예를 들면 60℃에서 80℃이며, 증기 드럼(11) 내의 수온보다 낮은 온도의 물이 급수된다.

제2 경로(21b)는, 경로(21b1)와 경로(21b2)와 유량 조정부(25)를 구비한다.

제2 경로(21b)는, 보일러수 중의 전열관(21a2)에 급수시키는 입구측의 제1 경로(21a)의 경로(21a1)로부터 분기하고, 증기 드럼(11)을 바이패스하여 급수 가열용 이코노마이저(2)의 입구측의 합류점(X)에서 제1 경로(21a)의 경로(21a3)와 합류할 때까지의 경로이다. 제2 경로(21b)는, 제1 경로(21a)의 경로(21a1)로부터 분기하는 분기점(Z)과 합류점(X)의 사이에 유량 조정부(25)가 마련된다. 경로(21b1)는, 분기점(Z)으로부터 유량 조정부(25)까지의 경로이며, 경로(21b2)는, 유량 조정부(25)로부터 합류점(X)까지의 경로이다.

제3 경로(21c)는, 경로(21b1)와 경로(21b2)를 접속하는 유량 조정부(25)를 통하여 제2 경로(21b)로부터 분기하고, 보일러 급수 경로(27)와의 합류점(Y)에서 합류하여, 증기 드럼(11)에 급수한다.

보일러 급수 경로(27)는, 급수 가열용 이코노마이저(2)에서 열교환된 물을 증기 드럼(11)에 공급한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 제3 경로(21c)가 보일러 급수 경로(27)와 합류하여 증기 드럼에 급수하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 제3 경로(21c)와 보일러 급수 경로(27)가 각각 다른 경로로 증기 드럼(11)에 급수해도 된다.

가열기(23)는, 증기 드럼(11)의 보일러수 중(12)에 전열관(21a2)을 통과시켜, 전열관(21a2)에 유통하는 물을 가열한다. 이로써, 증기 드럼(11) 내의 보일러수가 보유하는 현열을 이용하여 급수가 가열되도록 되어 있다.

이와 같이, 증기 드럼(11) 내의 보일러수 중(12)의 전열관(21a2) 내에서, (전열관(21a2)의 외측의)증기 드럼(11) 내의 보일러수와 전열관(21a2) 내의 물을 열교환하여 가열하는 간접식 열교환을 채용하고 있다. 이로 인하여, 보일러수를 증기 드럼으로부터 빼내어 급수의 물 온도 조정에 사용하는 기술과는 달리, 보일러수의 수위의 변동을 가급적 방지할 수 있도록 되어 있다.

온도 검출부(24)는, 합류점(X)과 급수 가열용 이코노마이저(2)의 사이의 수온을 검출하고, 검출된 수온의 정보를 제어부(26)에 출력한다. 온도 검출부(24)는, 예를 들면 열전대 등의 온도 센서이다.

유량 조정부(25)는, 제1 경로(21a)와 제2 경로(21b)와 제3 경로(21c)에 흐르는 물의 유량을 조정한다. 유량 조정부(25)는, 예를 들면 삼방 밸브(제어 밸브)로 하고, 제1 경로(21a)로부터 분기된 제2 경로(21b)에 있어서, 경로(21b1)로부터, 경로(21b2)와 제3 경로(21c)의 분기점에 마련한다. 또, 유량 조정부(25)는 삼방 밸브에 한정되지 않으며, 제2 경로(21b)와 제3 경로(21c)의 각각에 이방 밸브(제어 밸브)를 마련하고, 각각의 이방 밸브를 제어함으로써 각 경로에 유통하는 물의 유량을 조정해도 된다.

제어부(26)는, 온도 검출부(24)에서 검출되는 수온이, 급수 가열용 이코노마이저(2)의 저온 부식을 방지하는 소정 온도(예를 들면, 135℃) 이상이 되도록, 유량 조정부(25)를 조정한다. 급수 가열용 이코노마이저(2)의 저온 부식을 방지하는 온도의 하한값으로서는, 연료 중의 황 농도 등에 따라 변화하지만, 예를 들면 135℃가 이용된다.

제어부(26)에 의한 유량 조정부(25)의 조정에서는, 제1 경로(21a) 및 제3 경로(21c)에 물을 유통시킨 경우에는, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)에는 물을 유통시키지 않고, 제1 경로(21a) 및 제2 경로(21b)(경로(21b1) 및 경로(21b2))에 물을 유통시킨 경우에는, 제3 경로(21c)에는 물을 유통시키지 않는다. 즉, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)와, 제3 경로(21c)에 동시에 물을 흘려 보내지 않는다.

제1 경로(21a)와 경로(21b1)와 제3 경로(21c)에 물을 유통시키는 경우, 혹은, 제1 경로(21a)와 제2 경로(21b)(경로(21b1) 및 경로(21b2))에 물을 유통시키는 경우에 있어서의, 각각의 경로에 유통시키는 수량의 비율은, 온도 검출부(24)에서 원하는 온도가 얻어지기 위하여 적절히 임의로 조정되는 것으로 한다. 예를 들면, 사전 시험 등에 의하여, 각 경로에 소정 비율로 급수된 경우의 증기 드럼(11) 출구의 수온(Tout)의 변화의 정보를 테이블 등으로 얻어 두고, 이에 근거하여 결정된다.

다음으로, 도 3을 이용하여, 전열관(21a2)의 증기 드럼(11)의 출구의 물의 온도인 수온(Tout)의 변동에 대하여 설명한다. 도 3에는, 증기 드럼(11)으로부터 공급된 증기에 의하여 동작하는 플랜트인 증기 구동 기기(7)에 부여되는 지령이 변화한 경우의 각 파라미터의 변화가 나타나 있다. 제어부(26)로부터, 증기 구동 기기(7)의 부하를 변화시키는 지령이 입력되면, 부하 변화에 대응하는 증기 드럼(11)에 있어서의 증기 발생량이 변화한다. 증기 드럼(11) 내의 증기 발생량이 변화하면, 증기 드럼(11) 내의 증기 압력이 변화한다.

수온(Tout)이 변화하는 요인으로서는, 증기 발생량의 변화를 들 수 있다.

증기 드럼(11)에 있어서의 증기 발생량이 변화하면, 증기 발생량의 변화에 상응하는 급수 유량이 변화하여, 결과적으로 수온(Tout)이 변화한다. 구체적으로는, 증기 구동 기기(7)의 부하가 증가하면, 부하 증대분에 상당하는 발생 증기량이 증가하고, 이 증기 발생량의 증대분에 상응하도록 급수 유량이 증대한다. 급수 유량이 증대하면, 열교환기에 상당하는 전열관(21a2)에서 가열해야 하는 수량이 증가하므로, 수온(Tout)이 낮아진다. 증기 구동 기기(7)의 부하가 감소한 경우는, 이 반대의 움직임이 된다.

또한, 발생 증기량이 변화하면, 증기 드럼(11) 내의 증기 압력이 변화하여, 정격 압력으로 복귀하도록 보조 보일러(10)에 투입되는 연료량이 변화한다. 구체적으로는, 증기 구동 기기(7)의 부하가 증가하여, 요구되는 발생 증기량이 증가하면, 많은 증기가 증기 드럼(11) 내로부터 외부의 증기 구동 기기(7)로 유출되기 때문에, 증기 드럼(11) 내의 압력이 일시적으로 감소한다. 그리고, 일시적으로 감소한 증기 드럼(11) 내의 압력을 증대시켜 정격 압력으로 복귀시키기 위하여, 보조 보일러(10)에 투입되는 연료량이 증대된다. 증기 구동 기기(7)의 부하가 감소한 경우는, 이 반대의 움직임이 된다.

이와 같이 수온(Tout)의 온도 변화가 발생할 수 있으므로, 온도 검출부(24)에서 계측되는 수온이, 급수 가열용 이코노마이저(2)의 저온 부식을 방지하는 소정 온도(예를 들면, 135℃) 이상이 되도록, 급수 계통(21)을 유통하는 물의 유량을 조정시킨다.

온도 검출부(24)에서 검출된 온도가 소정 온도보다 낮은 경우에, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)를 폐쇄 상태로 하고, 제2 경로(21b)의 경로(21b1)와 제3 경로(21c)를 개방 상태로 하여, 경로(21b2)와 제3 경로(21c)에 흐르는 물의 유량을 조정한다. 이로써, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)로부터 유도된 물로 제1 경로(21a)를 유통한 물의 온도가 낮아지지 않기 때문에, 수온을 높이는 방향으로 제어할 수 있다.

또, 온도 검출부(24)에 의하여 검출된 온도가 소정 온도(예를 들면, 135℃)보다 높아진 경우에, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)를 개방 상태로 하고, 제3 경로(21c)를 폐쇄 상태로 하여, 제2 경로(21b)(경로(21b1) 및 경로(21b2))와 제3 경로(21c)에 흐르는 물의 유량을 조정한다. 이로써, 제1 경로(21a)를 유통한 물의 온도를 낮추는 방향으로 제어할 수 있다.

도 4 및 도 5에는, 온도 검출부(24)에 의하여 검출된 온도와 목표 온도(소정 온도)인 135℃의 차에 따른 유량 제어가 나타나 있다.

도 4(a)의 세로축은 온도를 나타내고, 도 4(b)의 세로축은 제1 경로(21a)의 유량과 제2 경로(21b)의 경로(21b2)의 유량의 비율을 나타내고 있다.

도 4(a)와 같이 목표 온도인 135℃에 대하여, 파선(破線)으로 나타낸 검출 온도가 높은 경우에는, 이들 온도 차가 클수록(동 도면에 있어서 우측으로 갈수록), 온도 검출부(24)에 의하여 검출되는 온도를 소정 온도에 가깝게 하기 위하여, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 제1 경로(21a)의 유량에 대한 제2 경로(21b)의 경로(21b2)의 유량의 비율을 증대시킨다. 이와 같이, 제1 경로(21a)와 제2 경로(21b)의 경로(21b2)의 유량 비율을 검출 온도와 목표 온도의 온도 차에 따라 적절히 조정함으로써, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 유입되는 급수 온도를 낮출 수 있다.

한편, 도 5(a)와 같이 목표 온도인 135℃에 대하여, 파선으로 나타낸 검출 온도가 낮은 경우에는, 이들 온도 차가 클수록(동 도면에 있어서 우측으로 갈수록), 온도 검출부(24)에 의하여 검출되는 온도를 소정 온도에 가깝게 하기 위하여, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 제1 경로(21a)의 유량에 대한 경로(21b1) 및 제3 경로(21c)의 유량의 비율을 증대시킨다. 이와 같이, 제1 경로(21a)와 제3 경로(21c)의 유량 비율을 검출 온도와 목표 온도의 온도 차에 따라 적절히 조정함으로써, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 유입되는 급수 온도를 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 보일러 급수 시스템(20) 및 그것을 구비한 보조 보일러(10)와, 보일러 급수 시스템(20)의 제어 방법에 의하면, 제1 경로(21a)를 유통하는 물은, 증기 드럼(11) 내의 보일러수 중(12)에 마련되는 전열관(21a2)에서, 증기 드럼(11) 내의 물과 열교환되어 가열된다. 즉, 보일러수 중(12)에 마련된 전열관(21a2)이 급수를 가열하는 가열기(23)가 된다. 이와 같이, 종래부터 구비되는 보일러의 증기 드럼(11) 내의 보일러수의 보유열을 이용하여 급수를 가열함으로써, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 유입되는 급수를, 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상으로 유지할 수 있다. 또, 전열관(21a2)을 이용하여 급수를 가열하는 것으로 했으므로, 증기 드럼(11) 내의 보일러수를 빼내는 기술에 비하여, 수위의 저하를 초래하지 않는다. 이로써, 안정된 증기 압력으로 보일러를 운전할 수 있고, 또 지나친 수위 저하에 의한 노워터 버닝을 회피할 수 있다.

그리고, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)와 제3 경로(21c)의 물의 유량이 조정되어, 제2 경로(21b)의 경로(21b1) 및 경로(21b2)에 물을 유통시키고 제3 경로(21c)에 물을 유통시키지 않으면, 전열관(21a2)에서 가열된 제1 경로(21a)의 물은, 제2 경로(21b)에 의하여 증기 드럼(11)을 바이패스한 미가열의 물과 합류하여, 온도가 낮아진다. 이와 같이, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 유입되는 급수 온도를 낮춰 소정 온도에 가깝게 할 수 있으므로, 가열 매체인 연소 배기 가스와의 온도 차를 크게 확보함으로써, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 있어서의 열회수 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)와 제3 경로(21c)의 물의 유량이 조정되어, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)에 물을 유통시키지 않고, 경로(21b1) 및 제3 경로(21c)에 물을 유통시키면, 제3 경로(21c)로부터 증기 드럼(11)에 급수되는 수량이 증가함으로써 상대적으로 제1 경로(21a)의 유량이 감소하므로, 전열관(21a2)에 의하여 가열된 물은 고온이 되어 온도가 높아진다. 또, 제2 경로(21b)의 경로(21b2)로부터 유도된 물로 제1 경로(21a)를 유통한 물의 온도가 낮아지지 않는다.

이와 같이, 증기 드럼(11) 내의 전열관(21a2)에 의하여 급수를 가열할 뿐만 아니라, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 유입되는 급수 온도를, 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상의 원하는 온도로 조정할 수 있다. 또, 디에어레이터(탈기기) 등의 규모가 큰 급수 가열 장치가 불필요하게 되고, 또한 배치 공간을 필요 이상 사용하지 않는다.

또, 증기 드럼(11) 내의 보일러수 중(12)의 전열관(21a2) 내에서, (전열관(21a2)의 외측의)증기 드럼(11) 내의 물과 전열관(21a2) 내의 물을 열교환하여 가열하는 간접식 열교환을 채용하고 있다. 즉, 본 실시형태는, 보일러수를 증기 드럼으로부터 빼내어 급수의 물 온도의 조정에 사용하는 기술과는 달리, 보일러수의 수위의 변동을 가급적으로 방지할 수 있도록 되어 있다.

또, 급수 가열용 이코노마이저(2)의 입구측의 급수 온도를 제어할 수 있고, 급수 온도를 저온 부식을 방지하는 소정 온도(예를 들면, 135℃) 가까이까지 낮출 수 있으므로, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 있어서의 가열 매체인 연소 배기 가스와의 온도 차를 크게 확보함으로써, 급수 가열용 이코노마이저(2)에 있어서의 열회수 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양하게 변형 실시가 가능하다.

예를 들면, 본 실시형태에서는, 예를 들면 135℃로 된 소정 온도를 목표값으로 하여 유량 조정부(25)를 제어하는 것으로 하고 있었지만, 목표 온도에 대하여 소정의 온도 폭을 갖게 해도 된다. 예를 들면, 소정 온도는, 135℃로부터, 플러스 5℃인 140℃까지의 범위로 하여 5℃의 허용 범위를 갖게 하여, 유량 조정부(25)에 있어서의 유량 제어가 빈번하게 전환되는 것을 방지할 수 있다.

1 선박용 배열 회수 시스템
2 급수 가열용 이코노마이저
10 보조 보일러(보일러)
11 증기 드럼
20 보일러 급수 시스템
21 급수 계통
21a 제1 경로
21a2 전열관
21b 제2 경로
21c 제3 경로
23 가열기
24 온도 검출부(온도 검출 수단)
25 유량 조정부(유량 조정 수단)
26 제어부(제어 수단)

Claims

보일러의 증기 드럼 내의 보일러수와 열교환시킨 물을, 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저에 공급하는 경로인 제1 경로와,
상기 보일러수와 열교환시키기 전의 상기 제1 경로로부터 분기하고, 상기 증기 드럼을 바이패스하여 상기 급수 가열용 이코노마이저의 입구측의 합류점에서 상기 제1 경로와 합류하는 제2 경로와,
상기 제2 경로로부터 분기하여, 상기 증기 드럼에 급수하는 제3 경로를 구비하는 급수 계통과,
상기 합류점과 상기 급수 가열용 이코노마이저의 사이의 수온을 검출하는 온도 검출 수단과,
상기 제1 경로와 상기 제2 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 유량 조정 수단과,
상기 온도 검출 수단에서 검출되는 상기 수온이, 상기 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록, 상기 유량 조정 수단을 조정하는 제어 수단
을 구비하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 경로는, 상기 제2 경로로부터 분기하고, 상기 급수 가열용 이코노마이저에서 열교환된 물을 상기 증기 드럼에 공급하는 보일러 급수 경로에 합류하여 상기 증기 드럼에 급수하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 경로는, 상기 증기 드럼 내의 상기 보일러수 중에 마련되는 전열관에 급수하여, 상기 전열관 내의 물과 상기 증기 드럼 내의 상기 보일러수를 열교환하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1 에 있어서,
상기 제1 경로는, 상기 증기 드럼 내의 상기 보일러수 중에 마련되는 전열관에 급수하여, 상기 전열관 내의 물과 상기 증기 드럼 내의 상기 보일러수를 간접식으로 열교환하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1 에 있어서,
상기 보일러는, 보조 보일러인 보일러 급수 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 검출 수단에 의하여 검출된 온도가 상기 소정 온도보다 낮은 경우에,
상기 제2 경로를 폐쇄 상태로 하여, 상기 제1 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 검출 수단에 의하여 검출된 온도가 상기 소정 온도보다 소정값 이상 높아진 경우에,
상기 제3 경로를 폐쇄 상태로 하여, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 보일러 급수 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 보일러 급수 시스템을 구비하는 보일러.
보일러의 증기 드럼 내의 보일러수와 열교환시킨 물을, 화로로부터의 배기 가스와 열교환하는 급수 가열용 이코노마이저에 공급하는 경로인 제1 경로와, 상기 보일러수와 열교환시키기 전의 상기 제1 경로로부터 분기하고, 상기 증기 드럼을 바이패스하여 상기 급수 가열용 이코노마이저의 입구측의 합류점에서 상기 제1 경로와 합류하는 제2 경로와, 상기 제2 경로로부터 분기하여, 상기 증기 드럼에 급수하는 제3 경로를 구비하는 급수 계통을 구비하는 보일러 급수 시스템의 제어 방법으로서,
상기 합류점과 상기 급수 가열용 이코노마이저의 사이의 수온을 검출하여, 상기 수온이, 상기 급수 가열용 이코노마이저의 저온 부식을 방지하는 소정 온도 이상이 되도록, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로와 상기 제3 경로에 흐르는 물의 유량을 조정하는 보일러 급수 시스템의 제어 방법.