KR20200033728A - Heat exchanger and using method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 과열 수증기를 이용한 열교환기, 및 열교환기의 사용 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heat exchanger using superheated water vapor and a method of using the heat exchanger.
제지(製紙)나 섬유 및 화학 약품 제조 공장에서는 많은 열처리 공정이 있기 때문에, 대형 증기 보일러를 설치하여 열원으로 하고 있는 경우가 많다. 그리고 그것은 건조에 사용하는 열풍 등의 유체 가열에 있어서도, 열교환기를 통과하여 유체 가열을 행하는 경우가 보통이다(특허 문헌 1).In many paper and textile and chemical manufacturing plants, there are many heat treatment processes, so large steam boilers are often used as heat sources. In addition, even in fluid heating such as hot air used for drying, fluid heating is usually performed through a heat exchanger (Patent Document 1).
열풍의 경우에 있어서는 150°정도로 공기를 가열하여 이용하는 경우가 많지만, 보일러로부터 거리가 있는 공장에 고압 증기를 흘려도, 배관에서의 압력 저하가 있어 130℃ 정도까지 온도가 저하되고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 잉여 증기가 있음에도 불구하고 열원으로서 이용할 수 없는 경우를 많이 볼 수 있다. In the case of hot air, it is often used to heat the air to about 150 °, but even when high-pressure steam is flowed to a plant at a distance from the boiler, there is often a pressure drop in the piping and the temperature is often reduced to about 130 ° C. For this reason, many cases cannot be used as heat sources despite the presence of excess steam.
이 잉여 증기를 열원으로서 유효 이용하려면, 압력과 온도가 저하된 증기를 소망의 온도로 재가열하여 과열 수증기로 하는 방법이 있지만, 과열 수증기를 이용한 열교환기에서 공기 등의 유체를 소망의 온도로 가열하는 경우, 포화 증기압에서의 물 비점(沸點) 이상의 온도를 얻으려면, 기본적으로 과열 수증기의 입배출(入排出) 온도를 물 비점 이상의 온도로 하지 않으면 안 된다. In order to effectively use this excess steam as a heat source, there is a method of reheating the steam with reduced pressure and temperature to a desired temperature to make it superheated steam, but in a heat exchanger using superheated steam, the fluid such as air is heated to a desired temperature. In this case, in order to obtain a temperature above the boiling point of water at a saturated vapor pressure, basically, the inlet and outlet temperatures of superheated steam must be at a temperature above the boiling point of water.
그러나 이 방법에서는 물 비점 이상의 온도의 과열 수증기를 배출하게 되어 버려, 과열 수증기가 가지는 수증기 잠열을 폐기하게 되어 버린다. However, in this method, the superheated water vapor having a temperature equal to or higher than the boiling point of water is discharged, and the latent heat of water vapor contained in the superheated water is discarded.
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것이며, 과열 수증기가 가지는 수증기 잠열을 유효 이용하여 피가열 유체를 가열하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and its main task is to heat the fluid to be heated by effectively utilizing latent heat of water vapor contained in superheated water vapor.
즉 본 발명에 관한 열교환기는, 과열 수증기에 의한 유체 가열을 행하는 열교환기로서, 피(被)가열 유체가 흐르는 열교환용 배관과, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 수용함과 아울러 과열 수증기가 공급되는 하류측 용기와, 상기 열교환용 배관의 상류측 부분을 수용함과 아울러 상기 하류측 용기를 통과한 수증기가 공급되는 상류측 용기를 구비하며, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체는, 상기 하류측 용기에 공급된 과열 수증기의 현열(顯熱)에 의해서 가열되고, 상기 열교환용 배관의 상류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체는, 상기 상류측 용기에 공급된 수증기의 잠열(潛熱)에 의해서 가열되는 것을 특징으로 한다. That is, the heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger for performing fluid heating by superheated steam, which accommodates a heat exchange pipe through which a heated fluid flows and a downstream portion of the heat exchange pipe, and supplies superheated steam. And a downstream container to be received, and an upstream container to receive water vapor passing through the downstream container while receiving an upstream part of the heat exchange pipe, and heating the blood flowing through the downstream part of the heat exchange pipe. The fluid is heated by the sensible heat of the superheated steam supplied to the downstream container, and the fluid to be heated flowing through the upstream portion of the heat exchange pipe is a latent heat of water vapor supplied to the upstream container (潛 熱) is characterized by being heated.
이러한 것이면, 하류측 용기에 과열 수증기를 공급하여 당해 과열 수증기의 현열에 의해 피가열 유체를 소망의 온도로 가열하고, 하류측 용기로부터 상류측 용기에 수증기를 공급하여 당해 수증기의 잠열에 의해 피가열 유체를 가열(예열)하도록 구성하고 있으므로, 과열 수증기가 가지는 수증기 잠열을 유효 이용하여 피가열 유체를 가열할 수 있다. 또, 상류측 용기에 공급되는 수증기는, 잠열을 잃어 액화하는 것과 액화하지 않고 수증기인 채로 배출되는 것이 있지만, 액화한 만큼의 잠열이 유효 이용되게 된다. If this is the case, the superheated steam is supplied to the downstream container to heat the fluid to be heated to a desired temperature by the sensible heat of the superheated steam, and the steam is supplied from the downstream container to the upstream container to be heated by the latent heat of the steam. Since the fluid is configured to heat (preheat), the fluid to be heated can be heated by effectively utilizing the latent heat of water vapor of the superheated steam. In addition, although water vapor supplied to the upstream container loses latent heat and is liquefied and discharged as water vapor without being liquefied, latent heat as much as liquefied is effectively used.
구체적으로는, 상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기의 온도 및 양은, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체가 100℃ 이상의 소망의 온도가 되도록 설정됨과 아울러, 상기 하류측 용기로부터 상기 상류측 용기에 공급되는 수증기의 온도가 100℃ 이상이 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. Specifically, the temperature and amount of superheated water vapor supplied to the downstream vessel are set such that the fluid to be heated flowing through the downstream portion of the heat exchange pipe is at a desired temperature of 100 ° C or higher, and from the downstream vessel It is preferable that the temperature of the water vapor supplied to the upstream container is set to be 100 ° C or higher.
여기서, 피가열 유체를 공기로 한 경우, 수증기 잠열에 의해 가열할 수 있는 것은 최고 100℃ 까지이며, 그것 이상의 온도로 가열하기 위해서는 수증기 현열에 의해 가열하게 된다. 과열 수증기가 가지는 에너지는 잠열이 큰 비율을 가지게 되지만, 본 발명에 의해서 과열 수증기를 이용할 수 있는 잠열의 비율의 계산값을 도 2에 나타낸다. 또, 도 2는, 과열 수증기로 20℃의 공기를 가열하는 경우의 잠열 이용률(%)이다. Here, when the fluid to be heated is air, it can be heated up to 100 ° C by latent heat of water vapor, and heated by water vapor sensible heat to heat to a temperature higher than that. The energy of the superheated water vapor has a large proportion of latent heat, but the calculated value of the ratio of the latent heat that can be used by the present invention is shown in FIG. 2. 2 is a latent heat utilization rate (%) when heating air at 20 ° C with superheated water vapor.
도 2에서, 100%를 초과하는 곳은, 수증기 잠열에 의해 100℃까지 온도 상승시키는 것이 무리한 것을 나타내고 있고, 공급하는 과열 수증기량을 증가시키고 또한 온도를 조정하는 등의 제어가 필요한 것을 나타내고 있다. In FIG. 2, the place exceeding 100% indicates that it is unreasonable to increase the temperature to 100 ° C due to latent heat of water vapor, and that control such as increasing the amount of superheated water vapor to be supplied and adjusting the temperature is necessary.
상기의 계산 결과로부터 말할 수 있는 것은, 열원의 과열 수증기가 고온일수록 잠열의 이용률이 높아지는 것이다. 또, 상류측 용기에 공급되는 과열 수증기 온도는 가능한 한 100℃ 이상 또한 100℃에 가까운 온도인 것이 잠열의 이용률을 높이게 되므로, 상류측 용기에 공급되는 과열 수증기 온도가 100~110℃가 되도록 열교환기의 설계를 행한다. It can be said from the above calculation results that the utilization rate of latent heat increases as the superheated water vapor of the heat source becomes higher. In addition, since the temperature of the superheated steam supplied to the upstream container is 100 ° C or higher and close to 100 ° C as much as possible, the utilization rate of latent heat is increased, so that the heat exchanger so that the temperature of the superheated steam supplied to the upstream container is 100 to 110 ° C Do the design of.
상기 열교환용 배관에 유입되는 피가열 유체 온도를 검출하는 유입 온도 검출 기구, 상기 열교환용 배관에 유입되는 피가열 유체량을 검출하는 유입량 검출 기구, 또는 상기 열교환용 배관으로부터 유출되는 피가열 유체 온도를 검출하는 유출 온도 검출 기구 중 적어도 1개와, 상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기 온도를 조정하는 과열 수증기 온도 조정 기구, 또는 상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기량을 조정하는 과열 수증기량 조정 기구 중 적어도 1개와, 상기 적어도 1개의 검출 기구의 검출값에 근거하여, 상기 조정 기구 중 적어도 1개에서의 조정량을 연산하는 연산 기구를 구비하는 것이 바람직하다. The inlet temperature detection mechanism for detecting the temperature of the fluid to be heated flowing into the heat exchange pipe, the inflow detection mechanism for detecting the amount of fluid to be heated flowing into the heat exchange pipe, or the temperature of the fluid to be heated flowing out from the heat exchange pipe At least one of the outflow temperature detecting mechanism to detect, and at least one of a superheated steam temperature adjusting mechanism that adjusts the superheated steam temperature supplied to the downstream vessel, or a superheated steam amount adjusting mechanism that adjusts the amount of superheated steam supplied to the downstream vessel. It is preferable that a dog and a calculation mechanism for calculating the adjustment amount in at least one of the adjustment mechanisms are provided based on the detected values of the at least one detection mechanism.
또, 본 발명에 관한 열교환기의 사용 방법은, 피가열 유체가 흐르는 열교환용 배관과, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 수용함과 아울러 과열 수증기가 공급되는 하류측 용기와, 상기 열교환용 배관의 상류측 부분을 수용함과 아울러 상기 하류측 용기를 통과한 수증기가 공급되는 상류측 용기를 구비하는 열교환기의 사용 방법으로서, 상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기의 온도 및 양을, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체가 100℃ 이상의 소망의 온도가 되도록 설정함과 아울러, 상기 하류측 용기로부터 상기 상류측 용기에 공급되는 수증기의 온도가 100℃ 이상이 되도록 설정하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method of using the heat exchanger according to the present invention includes a heat exchange pipe through which the fluid to be heated flows, a downstream container receiving the downstream portion of the heat exchange pipe and supplying superheated steam, and the heat exchange pipe A method of using a heat exchanger having an upstream container to receive water vapor passing through the downstream container while receiving an upstream portion of the, wherein the temperature and amount of superheated water vapor supplied to the downstream container, the heat exchange In addition to setting the fluid to be heated flowing through the downstream portion of the pipe to a desired temperature of 100 ° C or higher, setting the temperature of water vapor supplied from the downstream container to the upstream container to be 100 ° C or higher It is characterized by.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 과열 수증기가 가지는 수증기 잠열을 유효 이용하여 피가열 유체를 가열할 수 있다. According to the present invention configured as described above, the fluid to be heated can be heated by effectively utilizing latent heat of water vapor contained in the superheated water vapor.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열교환기의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 과열 수증기로 20°의 공기를 가열하는 경우의 잠열 이용률을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the latent heat utilization rate when heating the air at 20 ° with superheated steam.
이하에 본 발명에 관한 열교환기의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. One embodiment of the heat exchanger according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1. 장치 구성><1. Device configuration>
본 실시 형태에 관한 열교환기(100)는, 열원으로서 과열 수증기를 이용하여 공기 등의 유체를 가열하는 것이다. 또, 열교환기(100)에 이용하는 과열 수증기로서는, 대형 보일러를 가진 공장의 잉여 증기를 과열 수증기 생성 장치에 의해 재가열하는 것을 상정(想定)하고 있지만, 과열 수증기 장치의 처리노(處理爐)를 통과한 이용이 끝난 과열 수증기라도 좋고, 당해 이용이 끝난 과열 수증기를 재차 가열한 과열 수증기라도 괜찮다. The
구체적으로 열교환기(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 피가열 유체가 흐르는 열교환용 배관(2)과, 열교환용 배관(2)의 하류측 부분(2a)을 수용함과 아울러 과열 수증기가 공급되는 하류측 용기(3)와, 열교환용 배관(2)의 상류측 부분(2b)을 수용함과 아울러 하류측 용기(3)를 통과한 수증기가 공급되는 상류측 용기(4)를 구비하고 있다. Specifically, as shown in FIG. 1, the
열교환용 배관(2)은, 피가열 유체가 도입되는 도입 포트(P1)와, 피가열 유체가 도출되는 도출 포트(P2)를 가지고 있다. 또, 열교환용 배관(2)은, 각 용기(3, 4) 내에서, 열교환 면적을 크게 하기 위해서 사행(蛇行)한 유로를 형성하고 있다. 또, 열교환용 배관의 재질로서는, 오스테나이트계 스테인리스강이나 인코넬(Inconel) 합금 등을 이용할 수 있다. The
하류측 용기(3)는, 열교환용 배관(2)의 하류측 부분(2a)을 수용하는 1개의 공간(3S)을 가지고 있으며, 과열 수증기가 공급되는 공급 포트(P3)와, 드레인을 배출하는 드레인 포트(P4)를 가지고 있다. 또, 이상적으로는 하류측 용기(3)에는 드레인 포트(P4)는 필요없지만, 실제로는 드레인이 나오는 경우도 있으므로 마련하고 있다. The
상류측 용기(4)는, 열교환용 배관(2)의 상류측 부분(2b)을 수용하는 1개의 공간(4S)을 가지고 있고, 하류측 용기(3)를 통과한 수증기가 공급되는 공급 포트(P5)와, 수증기 또는 드레인이 배출되는 배출 포트(P6)를 가지고 있다. The
본 실시 형태에서는 하류측 용기(3) 및 상류측 용기(4)는, 1개의 용기를 칸막이 벽(5)에 의해 나누는 것에 의해서 구성되어 있다. 그리고, 당해 칸막이 벽(5)에 하류측 용기(3) 및 상류측 용기(4)를 접속하는 접속로(接續路)(51)가 마련되어 있고, 당해 접속로(51)가 상류측 용기(4)의 공급 포트(P5)가 된다. 또, 하류측 용기(3) 및 상류측 용기(4)의 재질로서는, 오스테나이트계 스테인리스강이나 인코넬 합금 등을 이용할 수 있다. In the present embodiment, the
이 열교환기(100)에서, 열교환용 배관(2)의 하류측 부분(2a)을 흐르는 피가열 유체는, 하류측 용기(3)에 공급된 과열 수증기의 현열에 의해서 가열되고, 열교환용 배관(2)의 상류측 부분(2b)을 흐르는 피가열 유체는, 상류측 용기(4)에 공급된 수증기의 잠열에 의해서 가열되도록 구성되어 있다. In this heat exchanger (100), the heated fluid flowing through the downstream portion (2a) of the heat exchange pipe (2) is heated by the sensible heat of the superheated steam supplied to the downstream container (3), and the heat exchange pipe ( The fluid to be heated flowing through the
구체적으로는, 하류측 용기(3)에 공급되는 과열 수증기의 온도(Θs) 및 양(Qs)은, 열교환용 배관(2)의 하류측 부분(2a)을 흐르는 피가열 유체가 100℃ 이상의 소망의 온도가 되도록 설정됨과 아울러, 하류측 용기(3)로부터 상류측 용기(4)에 공급되는 수증기의 온도(Θsc)가 100℃ 이상이 되도록 설정되어 있다. Specifically, the temperature (Θs) and the amount (Qs) of the superheated water vapor supplied to the
<2. 설계 방법><2. Design method >
여기서, 본 실시 형태의 열교환기(100)의 설계 방법에 대해 설명한다. Here, the design method of the
먼저 내구성이나 제작비의 면으로부터, 과열 수증기 처리 장치 또는 과열 수증기 공급 장치(미도시)로부터 열교환기(100)로 공급되는 과열 수증기의 최고 온도(Θsm)를 결정한다. First, the maximum temperature (Θsm) of the superheated steam supplied to the
다음으로, 공급하는 과열 수증기가 최고 온도(Θsm)이며, 90℃ 정도의 공기(피가열 유체)가 최대 유입량(Qam)인 경우에, 피가열 유체를 소망의 최고 유출 온도(Θm)로 가열하기 위해서 필요한 과열 수증기량(Qsm)을 설정한다. Next, when the superheated steam to be supplied is the highest temperature (Θsm) and the air (heated fluid) of about 90 ° C is the maximum inflow (Qam), heating the heated fluid to the desired maximum outflow temperature (Θm) The required amount of superheated water vapor (Qsm) is set.
이어서, 하류측 용기(3)로부터 상류측 용기(4)에 유입되는 수증기의 온도(Θsc)가 100~110℃ 정도가 되도록, 하류측 용기(3)의 열교환용 배관(2)의 열교환 면적(S1)을 설정한다. Subsequently, the heat exchange area of the
상류측 용기(4)의 열교환용 배관(2)은, 100℃의 수증기에 의해서, 유입 온도(Θa)(예를 들면 20℃)의 피가열 유체를 95~100℃로 가열하기 위해서 필요한 열교환 면적(S2)을 설정한다. The
이상과 같이 설계된 열교환기(100)는, 정격인 최대 유입량(Qam)이고 최고 유출 온도(Θm)인 경우, 과열 수증기량(Qsm)에서 과열 수증기를 최고 온도(Θsm)로 했을 때에, 잠열 이용률이 최고가 된다. 덧붙여서 열교환용 배관(2)으로부터 유출되는 유출 온도(Θ)의 제어는, 먼저, 출력 공기가 최대량(Qam)이고, 또한 최고 온도(Θm)로 하기 위해서 필요한 공급 과열 수증기의 최고 온도(Θsm) 및 양(Qsm)을 설정하고, 다음으로 과열 수증기의 온도(Θs)를 조정함으로써 정밀한 제어를 행하는 것이 고려된다. The
그리고, 본 실시 형태의 열교환기(100)는, 유출 온도(제어 설정값)(Θ)와, 피가열 유체의 유입 온도(Θa)와, 피가열 유체의 유입량(Qa)으로부터, 과열 수증기의 최고 온도(Θsm)에서의 필요 과열 수증기량(Qs)을 연산하는 연산 기구(6)를 가지고 있다. 이 연산 기능을 가지고 있으면, 운전 조건 변경시에도 그 운전 조건에서의 필요 과열 수증기량(Qs)을 설정할 수 있고, 열교환기(100)에서의 잠열 이용률이 최고가 되는 제어를 행할 수 있다. In addition, the
이 때문에, 열교환기(100)는, 유입 온도(Θa)를 검출하는 유입 온도 검출 기구(7)와, 유입량(Qa)을 검출하는 유입량 검출 기구(8)와, 피가열 유체의 유출 온도(Θ)를 검출하는 유출 온도 검출 기구(9)를 구비하고 있다. 또, 열교환기(100)는, 하류측 용기(3)에 공급되는 과열 수증기량(Qs)을 조정하는 과열 수증기량 조정 기구(10)를 구비하고 있다. 그리고, 연산 기구(6)는, 각 검출 기구(7~9)의 검출값에 근거하여, 과열 수증기량 조정 기구(10)에서의 조정량을 연산하여, 필요 과열 수증기량(Qs)을 제어한다. 그 외에, 열교환기(100)가, 하류측 용기(3)에 공급되는 과열 수증기 온도(Θs)를 조정하는 과열 수증기 온도 조정 기구를 가지고 있고, 연산 기구(6)가, 각 검출 기구(7~9)의 검출값에 근거하여, 과열 수증기 온도 조정 기구에서의 조정량을 연산하여, 필요 과열 수증기 온도(Θs)를 제어하도록 해도 좋다. For this reason, the
<3. 구체예><3. Specific example>
구체예를 나타내면 이하와 같이 된다. If a specific example is shown, it will be as follows.
열교환기(100)에서, 유입량(Qa), 유입 온도 20℃, 유출 온도 300℃, 과열 수증기량(Qsm), 과열 수증기 온도 600℃에서 운전되고 있을 때에, 잠열 이용률은 최고로 22.8%이다(도 2 참조).In the
여기서, 유출 온도를 150°로 변경하여 운전하는 경우를 고려하면, 먼저 600℃의 과열 수증기 및 열교환 면적(S1)에서, 유입량(Qa)의 90℃의 공기가 150℃로 될 수 있는 과열 수증기량(Qsn)을 연산하여 설정한다. 이 때, 잠열 이용률은 최고 91.1%가 된다. 또, 유출 온도(Θ)의 미세 조정은, 과열 수증기 온도(Θs)의 제어에 의해 행한다. 또, 운전 조건의 일부가 고정적 또는 단계 설정적이면, 그 부분의 검출 기구는 불필요로 해도 좋다. Here, considering the case of operating by changing the outflow temperature to 150 °, first, in the superheated water vapor at 600 ° C and the heat exchange area (S1), the amount of superheated water vapor at which air at 90 ° C of the inflow amount Qa can be 150 ° C ( Qsn). At this time, the latent heat utilization rate is a maximum of 91.1%. In addition, fine adjustment of the outflow temperature Θ is performed by controlling the superheated water vapor temperature Θs. In addition, if a part of the operating conditions is fixed or step-setting, a detection mechanism for that part may be unnecessary.
<4. 열교환기(100)의 열계산><4. Heat calculation of the
하기 계산에서의 공기 비열(A) 및 과열 수증기 비열(S)은, 실제로는 온도에 의해서 약간 값이 변화하지만, 여기에서는 간략화하여 동일하게 하고 있다. The air specific heat (A) and superheated steam specific heat (S) in the following calculations are actually slightly changed in value by temperature, but are simplified and the same here.
1. 하류측 용기(3)에서의 열계산1. Heat calculation in the downstream vessel (3)
(1) 유출 온도(Θ) : 150℃(1) Outflow temperature (Θ): 150 ℃
유입 온도(Θa):90℃Inflow temperature (Θa): 90 ℃
공기 가열 열량:(150-90)×A×Qa150≒60×A×Qa150 Air heating calories: (150-90) × A × Qa 150 ≒ 60 × A × Qa 150
A:공기 비열, Qa150:공기량A : Specific heat of air, Qa 150 : Air volume
(2) 유출 온도(Θ) : 300℃(2) Outflow temperature (Θ): 300 ℃
유입 온도(Θa):90℃Inflow temperature (Θa): 90 ℃
공기 가열 열량:(300-90)×A×Qa300≒210×A×Qa300 Air heating calories: (300-90) × A × Qa 300 ≒ 210 × A × Qa 300
A:공기 비열, Qa300:공기량A: Specific heat of air, Qa 300 : Air volume
(3) 과열 수증기 온도 600℃, 하류측 용기(3)로부터 상류측 용기(4)로의 출구 온도 110℃, 과열 수증기량(Qs)을 일정하게 하면, 과열 수증기의 가열량은 약 (600-110)×S×Qs가 된다. 여기서, S는 과열 수증기 비열이다. (3) If the superheated steam temperature is 600 ° C, the outlet temperature from the
이 때에 150℃ 및 300℃로 가열하는 공기량의 관계는 약 Qa300=(60/210)Qa150이 된다. At this time, the relationship between the amount of air heated to 150 ° C and 300 ° C is about Qa 300 = (60/210) Qa 150 .
따라서, Qa150으로 설계된 열교환기(100)에 동일 양 또한 동일 온도 600℃인 과열 수증기를 입력하여, 공기량을 60/210의 양으로 하면, 300℃의 출력 공기를 얻을 수 있고, 또한, 출구 온도를 110℃로 할 수 있다. 열교환량은 동일하므로, 온도차가 작은 150℃에서의 열교환 면적(S1)을 확보해 두면, 300℃에서는 충분히 충족하게 된다. Therefore, when the superheated steam having the same amount and the same temperature of 600 ° C is input to the
(4) 상기의 유출 온도 150℃, 공기량 Qa150의 운전에 대해, 공기량을 0.5 Qa150로 변경한 경우, 과열 수증기 온도 600℃이고 출구 온도 110℃로 하기 위한 필요 과열 수증기량은 약 0.5Qs가 된다. (4) For the operation of the above-mentioned
열교환량은 반감하므로 열교환 면적(S1)은 충분히 충족하지만, 유출 공기가 설정값 0.5Qa150, 150℃로 제어되는 경우에는, 필요 이상의 열교환은 이루어지지 않으므로, 과열 수증기의 출구 온도는 110℃가 된다. Since the amount of heat exchange is halved, the heat exchange area (S1) is satisfactorily met, but when the effluent air is controlled at the set values of 0.5Qa 150 and 150 ° C, heat exchange is not performed more than necessary, so the outlet temperature of the superheated steam is 110 ° C. .
(5) 공기량을 일정(Qa150=Qa300), 과열 수증기 온도 600℃, 출구 온도 110℃로 하면, 과열 수증기량 Qs150≒(60/210)Qs300가 된다. (5) If the air quantity is constant (Qa 150 = Qa 300 ), the superheated water vapor temperature is 600 ° C, and the outlet temperature is 110 ° C, the superheated water vapor quantity Qs 150 ≒ (60/210) Qs 300 is obtained.
따라서, Qa300으로 설계된 열교환기(100)에 동일 양 또한 동일 온도인 600℃의 과열 수증기를 입력하여, 과열 수증기량을 60/210의 양으로 하면, 150℃의 출력 공기를 얻을 수 있고, 또한, 출구 온도를 110℃로 할 수 있다. 300℃의 출력 공기는 150℃의 출력 공기에 비해 열량이 크기 때문에, 300℃의 출력 공기에서의 열교환 면적(S1)을 확보해 두면 150℃에서는 충분히 충족하게 된다. Therefore, when the superheated water vapor of 600 ° C is input to the
2. 상류측 용기(4)에서의 열 계산2. Calculation of heat in the
도 2의 잠열 이용률에 나타내는 바와 같이, 150℃의 유출 온도 또한 600℃의 과열 수증기 온도에서는 이용률 91.1%, 300℃의 유출 온도에서는 22.8%이므로, 20℃의 공기를 90℃(계산상은 100℃)까지 가열할 수 있는 것은 분명하다. As shown in the latent heat utilization rate of FIG. 2, since the utilization temperature of 150 ° C is also 91.1% at the superheated steam temperature of 600 ° C, and 22.8% at the exit temperature of 300 ° C, air at 20 ° C is 90 ° C (calculated phase is 100 ° C). It is clear that it can be heated to.
3. 전체의 열류3. Overall heat flow
상류측 용기(4)에서는 공기 입구측 부근의 열교환기 온도가 낮아지므로, 우선 입구측 부근으로부터 많은 포화 수증기의 잠열을 받기 시작한다. 열교환 면적이 충분히 충족한 상태에서는, 상류측 용기(4)의 열교환기 전체에서 열교환이 행해져, 공기는 100℃(계산상은 90℃) 부근까지 온도 상승한다. In the
한편, 하류측 용기(3)에서도 열교환 면적은 충분하므로, 설정한 유출 온도까지 온도 상승시키기 위한, 600℃로부터 110℃가 되는 온도에서 열량을 얻을 수 있는 과열 수증기량을 공급함으로써, 과열 수증기의 출구 온도 110℃를 확보할 수 있다. On the other hand, since the heat exchange area is sufficient even in the
<5. 본 실시 형태의 효과><5. Effects of this embodiment>
이와 같이 구성한 열교환기(100)에 의하면, 하류측 용기(3)에 과열 수증기를 공급하여 당해 과열 수증기의 현열에 의해 피가열 유체를 소망의 온도로 가열하고, 하류측 용기(3)로부터 상류측 용기(4)에 수증기를 공급하여 당해 수증기의 잠열에 의해 피가열 유체를 가열(예열)하도록 구성하고 있으므로, 과열 수증기가 가지는 수증기 잠열을 유효 이용하여 피가열 유체를 가열할 수 있다. According to the
<6. 본 발명의 변형 실시 형태><6. Modified embodiment of the present invention>
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. Moreover, this invention is not limited to the said embodiment.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는 하류측 용기(3) 및 상류측 용기(4)가 일체 구성으로 되어 있지만, 각각 다른 용기로부터 구성한 것이라도 좋다. For example, in the above-described embodiment, the
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다. In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit.
100 - 열교환기
2 - 열교환용 배관
2a - 하류측 부분
2b - 상류측 부분
3 - 하류측 용기
4 - 상류측 용기
6 - 연산 기구
7 - 유입 온도 검출 기구
8 - 유입량 검출 기구
9 - 유출 온도 검출 기구
10 - 과열 수증기량 조정 기구100-Heat exchanger 2-Piping for heat exchange
2a-
3-downstream vessel 4-upstream vessel
6-computational mechanism 7-inflow temperature detection mechanism
8-Inflow amount detection mechanism 9-Outflow temperature detection mechanism
10-Superheated water vapor adjustment mechanism
Claims (4)
피(被)가열 유체가 흐르는 열교환용 배관과,
상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 수용함과 아울러 과열 수증기가 공급되는 하류측 용기와,
상기 열교환용 배관의 상류측 부분을 수용함과 아울러 상기 하류측 용기를 통과한 수증기가 공급되는 상류측 용기를 구비하며,
상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체는, 상기 하류측 용기에 공급된 과열 수증기의 현열(顯熱)에 의해서 가열되고,
상기 열교환용 배관의 상류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체는, 상기 상류측 용기에 공급된 수증기의 잠열(潛熱)에 의해서 가열되는 열교환기.A heat exchanger for fluid heating by superheated steam,
A pipe for heat exchange through which the heating fluid flows,
A downstream container for receiving the downstream portion of the heat exchange pipe and supplying superheated steam,
The upstream side portion of the heat exchange pipe is accommodated, and the upstream side container is supplied with water vapor that has passed through the downstream side vessel.
The fluid to be heated flowing through the downstream portion of the heat exchange pipe is heated by sensible heat of superheated steam supplied to the downstream vessel,
The heat-exchanging fluid flowing through the upstream portion of the heat exchange pipe is heated by latent heat of water vapor supplied to the upstream side container.
상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기의 온도 및 양은, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체가 100℃ 이상의 소망의 온도가 되도록 설정됨과 아울러, 상기 하류측 용기로부터 상기 상류측 용기에 공급되는 수증기의 온도가 100℃ 이상이 되도록 설정되어 있는 열교환기.The method according to claim 1,
The temperature and amount of superheated water vapor supplied to the downstream vessel are set such that the fluid to be heated flowing through the downstream portion of the heat exchange pipe is at a desired temperature of 100 ° C or higher, and the upstream vessel from the downstream vessel. The heat exchanger is set so that the temperature of the water vapor supplied to it is 100 ° C or higher.
상기 열교환용 배관에 유입되는 피가열 유체 온도를 검출하는 유입 온도 검출 기구, 상기 열교환용 배관에 유입되는 피가열 유체량을 검출하는 유입량 검출 기구, 또는 상기 열교환용 배관으로부터 유출되는 피가열 유체 온도를 검출하는 유출 온도 검출 기구 중 적어도 1개와,
상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기 온도를 조정하는 과열 수증기 온도 조정 기구, 또는 상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기량을 조정하는 과열 수증기량 조정 기구 중 적어도 1개와,
상기 적어도 1개의 검출 기구의 검출값에 근거하여, 상기 조정 기구 중 적어도 1개에서의 조정량을 연산하는 연산 기구를 구비하는 열교환기.The method according to claim 1,
The inlet temperature detection mechanism for detecting the temperature of the fluid to be heated flowing into the heat exchange pipe, the inflow detection mechanism for detecting the amount of fluid to be heated flowing into the heat exchange pipe, or the temperature of the fluid to be heated flowing out from the heat exchange pipe At least one of the outflow temperature detection mechanism to detect,
At least one of a superheated steam temperature adjusting mechanism for adjusting the superheated steam temperature supplied to the downstream vessel, or a superheated steam amount adjusting mechanism for adjusting the amount of superheated steam supplied to the downstream vessel,
A heat exchanger comprising a calculation mechanism that calculates an adjustment amount in at least one of the adjustment mechanisms based on the detected values of the at least one detection mechanism.
상기 하류측 용기에 공급되는 과열 수증기의 온도 및 양을, 상기 열교환용 배관의 하류측 부분을 흐르는 상기 피가열 유체가 100℃ 이상의 소망의 온도가 되도록 설정함과 아울러, 상기 하류측 용기로부터 상기 상류측 용기에 공급되는 수증기의 온도가 100℃ 이상이 되도록 설정하는 열교환기의 사용 방법.The heat exchange pipe through which the fluid to be heated flows, the downstream side container receiving the downstream portion of the heat exchange pipe, and the downstream side container to which superheated steam is supplied, and the upstream side portion of the heat exchange pipe and receiving the downstream side container As a method of using a heat exchanger having an upstream side container through which water vapor passing through is supplied,
The temperature and amount of the superheated water vapor supplied to the downstream vessel are set such that the fluid to be heated flowing through the downstream portion of the heat exchange pipe becomes a desired temperature of 100 ° C or higher, and the upstream from the downstream vessel. A method of using a heat exchanger to set the temperature of the water vapor supplied to the side container to be 100 ° C or higher.
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