WO2016129395A1 - ボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法 - Google Patents

ボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法 Download PDF

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boiler
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正広 天野
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三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/007—Control systems for waste heat boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/02—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways
    • F22D1/12—Control devices, e.g. for regulating steam temperature

Definitions

  • the present invention relates to a boiler water supply system, a boiler equipped with the same, and a boiler water supply method.
  • auxiliary boiler for ships to be installed on ships and responding to the thermal demand in the ship has been selected because it is used less frequently, the initial cost is lower than the efficiency, but in recent years the fuel cost has increased and the efficiency tends to be emphasized. is there.
  • a method of installing an economizer for heating feed water at the boiler exhaust gas outlet can be considered, but there is a problem that the feed water is vaporized in the economizer and predetermined performance can not be obtained.
  • the waste heat recovery boiler of the combined cycle power plant is provided with a regulating valve that regulates the amount of water flowing through the economizer and the water bypassing the economizer, and the water in the economizer is not evaporated using the output signal from the economizer outlet
  • a regulating valve that regulates the amount of water flowing through the economizer and the water bypassing the economizer, and the water in the economizer is not evaporated using the output signal from the economizer outlet
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a configuration using an exhaust gas economizer, no specific configuration and the like for arranging the economizer in a boiler equipped with a furnace, and the economizer in the boiler.
  • the problem of suppressing the steaming in the economizer, which occurs when applied, can not be solved.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a water supply system in which steaming of water supply in an economizer of a boiler equipped with a furnace is prevented, a boiler equipped with the same, and a boiler water supply method. To aim.
  • a first path for supplying water to a hot water heater that exchanges heat with exhaust gas from a furnace a second path for supplying water to a boiler from a water supply outlet of the hot water heater, and the first path
  • a third path for branching and bypassing the hot water heater to supply water to the boiler temperature detection means provided in the second path for detecting the temperature of the circulating water, and the amount of water flowing in the first path
  • Flow rate adjusting means for adjusting the ratio of the amount of water flowing through the third path, and the temperature detected by the temperature detecting means to be lower than a first predetermined temperature below the evaporation temperature of water in the hot water heater
  • a control means for adjusting the flow rate adjusting means a control means for adjusting the flow rate adjusting means.
  • water is supplied to the hot water heater via the first path, the water supplied to the hot water heater is heat exchanged with the exhaust gas from the furnace, and the water after heat exchange is hot water It is supplied to the boiler from the water supply outlet of the heater via the second path. Since the water branched from the first path bypasses the hot water heater and flows to the third path does not flow through the hot water heater, it is not exchanged with the hot water heater and the water supplied to the boiler side at the temperature supplied to the first path Supplied.
  • the amount of water circulated in the first path and heat-exchanged by the hot water heater, and the amount of water circulated in the third path are the temperature of water measured in the second path on the water supply outlet side of the hot water heater. The temperature is adjusted to be lower than a first predetermined temperature below the evaporation temperature of water at
  • the hot water heater exchanges heat with the exhaust gas of the furnace. Vaporization can be easily prevented. Moreover, although the operation switching for preventing the vaporization in a warm water heater was manually performed by the operator, according to the 1st aspect of this invention, the mistake in operation can be prevented.
  • a marine auxiliary boiler is a boiler mounted on a vessel and meeting the heat demand in the vessel, for example, as a power source or heating medium of a steam driving device in the vessel, or a hot water heating for kitchen, a cargo handling pump for a tanker It is used for the supply of steam and inert gas required for the above, and is distinguished from the main boiler for responding to the motive power of the ship.
  • the third path of the boiler water supply system according to the first aspect of the present invention may be branched from the first path and merged into the second path.
  • the position of the flow rate adjusting means is vertically higher than the water supply inlet of the hot water heater.
  • the control means of the boiler water supply system When the temperature measured by the temperature detection means is lower than the first predetermined temperature, the control means of the boiler water supply system according to the first aspect of the present invention distributes the entire amount of water supply to the first path, and The amount of water in the third path is made zero, and when the temperature measured by the temperature detection means becomes equal to or higher than the first predetermined temperature, the amount of water in the first path is made zero, and water is supplied to the third path It is preferable to distribute the whole amount of
  • the entire amount of water is heated by the hot water heater, and if the temperature reaches or exceeds the first predetermined temperature, the water is used as the hot water heater Since all bypass is carried out without circulation, it is possible to reliably prevent the steaming of the feed water in the hot water heater.
  • the temperature of the water supply is controlled using the fuel containing the corrosive component by controlling the temperature of the water supply. Water having a temperature lower than the water supply temperature of the first path when not controlled may be supplied to the first path.
  • the control means of the boiler water supply system according to the first aspect of the present invention, the amount of water to be circulated in the first path according to the temperature difference between the temperature of water measured by the temperature detection means and the first predetermined temperature
  • the distribution of water and the amount of water circulated in the third route may be adjusted. Thereby, the temperature of the water measured by the temperature detection means can be finely adjusted.
  • the control means of the boiler water supply system makes the water amount in the first path equal to or higher than the first predetermined temperature, and controls all the water to flow in the third path, The amount of water in the first path and the amount of water in the third path based on the calculation result of the amount of heat necessary for the water to be vaporized in the first path and the estimation result of the amount of heat that can be given to the hot water heater May be returned to the state before control.
  • the determination is made not only by the water temperature of the second path, but also according to the calculation result of the heat amount required for the vaporization occurring in the first path and the estimation result of the heat amount that can be given to the hot water heater. Safely prevent water from being vaporized.
  • a second aspect of the present invention is a marine auxiliary boiler comprising the boiler water supply system according to any one of the above.
  • a first step of detecting the temperature of the flowing water in the second path for supplying water to the boiler from the water supply outlet of the hot water heater, a first step of detecting the temperature of the flowing water, a first path for supplying water to the hot water heater, and A second step of adjusting the amount of water flowing from the first path and bypassing the hot water heater to the third path for supplying water to the boiler; a temperature detected in the first step is the hot water Boiler feed water having the amount of water flowing through the first path and the third step of adjusting the proportion of the amount of water flowing through the third path so as to be lower than a first predetermined temperature below the evaporation temperature of water in the heater It is a method.
  • the example of the distribution of the amount of water of the 1st course and the 3rd course in the boiler feed water system concerning a 2nd embodiment of the present invention is shown.
  • the marine auxiliary boiler is a boiler that is mounted on a ship and meets the heat demand of the ship. For example, it is used as a power source and heating medium of steam drive equipment in a ship, and also for supply of steam and inert gas necessary for hot water heating for a kitchen, and a cargo handling pump of a tanker.
  • the marine auxiliary boiler is also used to heat the fuel that needs to be heated (for example, the fuel of an internal combustion engine, etc.) to lower the viscosity of the fuel.
  • the marine main boiler is for supplying steam to a steam turbine or the like of a steam propulsion vessel.
  • the marine auxiliary boiler includes various floating floating facilities (for example, floating production storage and offloading units (FPSO), floating floating storage and unloading facilities (FPSO). It can be applied to the auxiliary boilers of FSO (Floating Storage and Offloading Unit), Floating Floating Storage and Gasification Equipment (FSRU), and the like.
  • FPSO floating production storage and offloading units
  • FPSO floating floating storage and unloading facilities
  • FSO Floating Storage and Offloading Unit
  • FSRU Floating Floating Storage and Gasification Equipment
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a boiler water supply system 1 according to the present embodiment.
  • the boiler water supply system 1 includes a marine auxiliary boiler (hereinafter referred to as "auxiliary boiler") 2, a water heating economizer (hot water heater) 4 that exchanges heat with exhaust gas from the auxiliary boiler 2, a water supply system, and a temperature detection unit ( A temperature detecting means) 11, a flow rate adjusting unit (flow rate adjusting means) 12, and a control unit (control means) 13 are provided.
  • auxiliary boiler marine auxiliary boiler
  • a water heating economizer hot water heater
  • the auxiliary boiler 2 burns the supplied fuel to generate steam from the generated heat, and the generated steam is stored in a steam drum (boiling water drum) 3 disposed at the top.
  • the auxiliary boiler 2 has a steam pressure of 0.2 MPa or more and 6 MPa or less, and typically 2 MPa or less. Also, for example, when the steam pressure of the auxiliary boiler 2 is about 2 MPa, the temperature at which feed water is vaporized in the feed water heating economizer 4 is 215 ° C. When the feed water is vaporized in the feed water heating economizer 4, the pressure in the feed water heating economizer 4 is increased, and there is a possibility that the equipment may be damaged.
  • the auxiliary boiler 2 supplies the exhaust gas to the feed water heating economizer 4 via the exhaust gas line 5.
  • the water supply system includes a first path 10a for supplying water to the feed water heating economizer 4, a second path 10b for supplying water to the auxiliary boiler 2 from the water supply outlet of the feed water heating economizer 4, a first path 10a, and a first path 10a.
  • a third path 10c is branched to bypass the feed water heating economizer 4 and feed water to the auxiliary boiler 2. Also, from the feed water inlet on the upstream side of the branch point between the first path 10a and the third path 10c, the water temperature (eg, 135 ° C.) raised by some processing in consideration of the acid dew point to prevent sulfuric acid corrosion. ) Water (hot water) is supplied.
  • the second path 10 b and the third path 10 c are joined together between the outlet of the feed water heating economizer 4 and the auxiliary boiler 2.
  • the position of the junction is not particularly limited, but as shown in FIG. 1, the position of the junction X is optimal.
  • the nozzle connected to the steam drum 3 has a large diameter (for example, about 4 to 6 inches), and the steam drum 3 is used to additionally install the nozzle. It requires a design change such as drilling holes and connecting new nozzles, which is costly. Therefore, when the junction point X is provided in the second path 10b and the third path 10c and the paths are connected, the design change of the steam drum 3 becomes unnecessary, and the cost can be suppressed.
  • the temperature detection unit 11 is provided in the second path 10 b and detects the temperature of the flowing water.
  • the temperature detection unit 11 is a temperature sensor, and is connected between the junction point X and the outlet of the feed water heating economizer 4.
  • the temperature detection unit 11 detects the temperature at the outlet of the feedwater heating economizer 4 and outputs the temperature to the control unit 13.
  • the flow rate adjustment unit 12 adjusts the ratio of the amount of water flowing through the first path 10a to the amount of water flowing through the third path 10c. Specifically, based on the command from the control unit 13, the flow rate adjusting unit 12 is adjusted, and the amount of water circulated through the first path 10a and the amount of water circulated through the third path 10c are adjusted.
  • the flow rate adjustment unit 12 is a three-way valve (control valve).
  • the flow rate adjustment unit 12 is described as a three-way valve, the present invention is not limited thereto, and two-way valves (control valves) are provided in each of the first passage 10a and the third passage 10c to control them. Also good.
  • the position of the flow rate adjustment unit 12 is provided at a position higher in the vertical direction than the water supply inlet of the water supply heating economizer 4. As a result, after the valve of the first path 10a is closed by the flow rate adjustment unit 12, the water supply is not retained in the pipe of the first path 10a and is introduced into the economizer 4 for water supply heating and water is accumulated in the pipe prevent.
  • the control unit 13 includes, for example, a CPU (central processing unit), a random access memory (RAM), and a computer readable recording medium (not shown).
  • a CPU central processing unit
  • RAM random access memory
  • a computer readable recording medium not shown.
  • the process of a series of processes for realizing various functions to be described later is recorded in the form of a program on a recording medium or the like, and the CPU reads this program to a RAM or the like to execute information processing and arithmetic processing.
  • various functions described later are realized.
  • control unit 13 is smaller than a first predetermined temperature (for example, 210 ° C.) in which the temperature detected by the temperature detection unit 11 is lower than the evaporation temperature (for example, 215 ° C.) of water in the feedwater heating economizer 4
  • the flow rate adjustment unit 12 is adjusted so that
  • the control unit 13 distributes the entire amount of water supply to the first path 10a, and makes the water amount of the third path 10c zero, thereby detecting the temperature.
  • the temperature measured by the unit 11 becomes equal to or higher than the first predetermined temperature, the water amount of the first path 10a is made zero, and the entire amount of water supplied is circulated through the third path 10c.
  • the factors causing the temperature change of the water temperature measured by the temperature detection unit 11 are the feedwater temperature at the inlet of the feedwater heating economizer 4, the change of the exhaust gas temperature introduced to the feedwater heating economizer 4, the feedwater amount from the feedwater inlet And drum steam pressure changes.
  • the entire amount of water is circulated through the first route 10 a, and the feed water temperature rises by about 10 ° C. according to the temperature control on the ship side. Then, the temperature detected by the temperature detection unit 11 also increases by about 10 ° C., so the first path 10 a is closed, the third path 10 c is opened, and the total amount of water is circulated in the third path 10 c. .
  • the entire amount of water is circulated in the first path 10 a, and the type of fuel used in the furnace of the auxiliary boiler 2 Change in the fuel gas component and the change in the outside air temperature, etc., and when the exhaust gas temperature rises to about 420.degree. C., the first path 10a is closed and the third path 10c is opened. Water is distributed to the third route 10c.
  • the amount of water supplied from the water supply inlet changes, and the water supply flow rate of the water heating economizer 4 changes.
  • the feed water flow rate of the feed water heating economizer 4 decreases, the feed water is easily vaporized, which leads to a temperature change of the outlet of the feed water heating economizer 4.
  • the required amount of fuel changes according to the type of fuel and so on, and the exhaust gas temperature of the auxiliary boiler 2 changes, leading to a change in temperature at the outlet of the feedwater heating economizer 4.
  • control unit 13 controls the temperature of the first passage 10a to be equal to or higher than zero, and makes the water amount of the first passage 10a zero, and distributes the entire amount of water supply to the third passage 10c.
  • the amount of water in the first path 10a and the amount of water in the third path 10c are returned to the state before the control based on the calculation result of the heat amount necessary for heat treatment and the estimation result of the heat amount that can be given to the feed water heating economizer 4.
  • the information of the feedwater flow rate, pressure, and feedwater temperature measured in the first path 10a is measured, and the amount of heat required for the water to be vaporized in the first path 10a based on the information Calculate Further, the inlet temperature of the exhaust gas introduced to the feed water heating economizer 4 in the exhaust gas line 5, the exhaust gas amount assumed from the boiler load, and the outlet of the feed water heating economizer 4 when water is fed to the feed water heating economizer 4
  • the heat quantity to be given to the feed water heating economizer 4 is estimated based on the exhaust gas temperature at (This value is an estimated value but the temperature of the feed water temperature + ⁇ ).
  • the normal line (flowing water through the first path 10a) is returned according to the result of this heat quantity determination.
  • the calculation and estimation as described above are performed so that the water is not vaporized.
  • the drain valve 8 provided in the drain line 7 is also opened in order to discharge the water supply remaining in the water supply heating economizer 4.
  • the drain line 7 may be automated as a piston valve. At this time, control is performed to open and close the drain valve 8 as well as opening and closing the flow rate adjustment unit 12 (three-way valve).
  • the component of fuel gas changes during operation like FPSO, and when the exhaust gas temperature changes to the rising side, the water supply is steam It is easy to
  • the type of fuel changes, such as when switching from oil fuel to gas fuel during operation, the temperature of the exhaust gas tends to rise, making it easy to vaporize the water supply.
  • a fuel analyzer is attached to the fuel gas pipe, the component of the fuel gas and the calorific value are measured, and it is determined whether the temperature at the outlet of the feed water heating economizer 4 tends to increase or not.
  • the flow rate adjustment unit 12 may be adjusted according to As described above, it is possible to catch the precursor that the temperature of the temperature detection unit 11 rises and use it for the control of the boiler feed water.
  • the acid dew point is taken into consideration in order to prevent sulfuric acid corrosion, and water (hot water) having a water temperature (eg, 135 ° C.) heated by some treatment is supplied from the water supply inlet.
  • the water supplied from the water supply inlet is supplied to the water supply heating economizer 4 via the total amount first path 10a (step SA1 in FIG. 2).
  • the water supplied to the feed water heating economizer 4 exchanges heat with the exhaust gas from the furnace, and the water after the heat exchange is supplied from the water supply outlet of the feed water heating economizer 4 to the boiler via the second path.
  • Step SA2 in FIG. 2 If it is determined that the outlet temperature of the feed water heating economizer 4 is lower than 210 ° C. (YES in step SA2 in FIG. 2), the flow rate adjusting unit 12 is controlled to fully open the first path 10a side of the three-way valve. The amount of water flowing through the third path 10c is reduced to zero, and the entire amount of water supply is caused to flow through the first path 10a, and is allowed to flow through the feedwater heating economizer 4 (step SA3 in FIG. 2).
  • the flow rate adjusting unit 12 is adjusted to fully close the first path 10a side of the three-way valve. In this state, the amount of water flowing through the first path 10a is made zero, and the third path 10c side of the three-way valve is fully opened, and the entire amount of water supplied is allowed to flow through the third path 10c (step SA4 in FIG. 2).
  • the water that branches from the first path 10a and bypasses the feedwater heating economizer 4 and flows to the third path 10c does not flow through the feedwater heating economizer 4 and is therefore not heat exchanged by the feedwater heating economizer 4 and remains at the feedwater temperature.
  • the two paths 10b are merged at a merge point X and supplied to the auxiliary boiler 2 side.
  • the water may be circulated in the first path 10 a so that the temperature of the water measured in the second path 10 b on the water supply outlet side of the economizer 4 for water supply heating becomes lower than the first predetermined temperature. It is adjusted whether the water is to be circulated in the path 10c.
  • the amount of heat required to vaporize the water by the feed water heating economizer 4 is calculated, and the amount of heat that can be given to the feed water heating economizer 4 is estimated (step SA5 in FIG. 2). It is determined whether the amount of heat required to vaporize water in the feed water heating economizer 4 is larger than the amount of heat that can be applied to the feed water heating economizer 4 (step SA6 in FIG. 2). When it is determined that the amount of heat required to vaporize water in the feed water heating economizer 4 is equal to or less than the amount of heat that can be applied to the feed water heating economizer 4 (NO in step SA6 in FIG. 2), Repeat SA4.
  • step SA6 of FIG. 2 When it is determined that the amount of heat necessary for the water to be vaporized by the feed water heating economizer 4 is larger than the amount of heat that can be given to the feed water heating economizer 4 (YES in step SA6 of FIG. 2), the flow rate adjustment unit 12 is controlled, the first passage 10a side of the three-way valve is fully opened, the amount of water flowing through the third passage 10c is zero, and the entire amount of water supplied is allowed to flow through the first passage 10a (step SA7 in FIG. 2). End the process. This reliably prevents the feed water from being vaporized in the feed water heating economizer 4.
  • the water supplied by excessive heating by the hot water heater is vaporized
  • the steaming of the feedwater in the feedwater heating economizer 4 can be simplified easily. It can prevent.
  • the control according to the temperature detected by the temperature detection unit 11 The automatic control by the unit 13 can prevent an operation error.
  • FIGS. 1 and 3 a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 and 3.
  • the boiler water supply system according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the flow rates of the first path and the third path are adjusted.
  • the description of the points in common with the first embodiment will be omitted, and the different points will be mainly described.
  • the control unit 13 distributes the amount of water circulated through the first path 10a and the amount of water circulated through the third path 10c according to the temperature difference between the temperature of water measured by the temperature detection unit 11 and the first predetermined temperature. Adjust the
  • the amount of water supplied to the first route 10a and the amount of water supplied to the third route 10c are set to a predetermined ratio (for example, 50% as a design point: 50%).
  • a predetermined ratio for example, 50% as a design point: 50%.
  • the balance between the amount of water supplied to the feed water heating economizer 4 and the amount of water supplied by bypassing to the auxiliary boiler 2 is kept. This is obtained in advance by obtaining information of the operating point to be balanced by a test etc. and storing it in the storage means etc., reading out the information of the operating point as appropriate, the first predetermined temperature and the outlet temperature of the economizer 4 for water supply heating.
  • the flow rates of the first path 10a and the third path 10c are adjusted according to the temperature difference.
  • the flow rate of the first path 10a and the third path 10c is circulated based on the information of the operating point. It adjusts according to the temperature difference of the water temperature of the exit of 4, and 1st predetermined temperature.
  • the outlet temperature of the feed water heating economizer 4 can be finely adjusted by changing the distribution of the amount of water flowing in the first route 10 a and the amount of water flowing in the third route 10 c, and the feed water heating economizer 4 can be finely adjusted. Heat recovery can be increased even slightly.
  • the boiler water supply system according to the third embodiment differs from the first embodiment and the second embodiment in that the temperature of the water supply is controlled.
  • the description of the points common to the first embodiment and the second embodiment will be omitted, and the different points will be mainly described.
  • the furnace of the auxiliary boiler 2 does not have the problem of sulfuric acid corrosion of the feed water heating economizer 4 when using a fuel (for example, liquefied gas fuel such as LNG (Liquefied Natural Gas)) which does not contain corrosive components such as sulfides Therefore, the feed water temperature at the inlet of the feed water heating economizer 4 may be set to a second predetermined temperature (e.g., 100.degree. C. to 135.degree. C.) lower than the temperature (e.g., 135.degree. C.) when using a fuel containing a corrosive component. it can.
  • a fuel for example, liquefied gas fuel such as LNG (Liquefied Natural Gas)
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • a feed water heater (for example, a deaerator etc., not shown) is provided at the feed water inlet on the upstream side of the flow rate adjusting unit 12, and the feed water temperature at the inlet of the feed water heating economizer 4 is a second predetermined value. Control the feed water temperature so that the temperature is reached.
  • the control unit 13 controls the temperature of the feed water when the furnace uses a fuel that does not contain a corrosive component such as sulfides, and uses the fuel containing the corrosive component to control the temperature of the feed water.
  • the second predetermined temperature which is lower than the water supply temperature at the inlet, is circulated to the first path 10 a and the water supplied to the economizer 4 for water supply heating.
  • the control valve is squeezed to lower the pressure of the input saturated steam. As a result, it is possible to prevent the feed water from being vaporized in the feed water heating economizer 4.
  • the water supply inlet on the upstream side of the flow rate adjusting unit 12 The temperature of the feed water is controlled at step (4), and the temperature of the feed water at the inlet of the feed water heating economizer 4 is lowered.
  • the water temperature after heat exchange by the feed water heating economizer 4 can be suppressed compared to the case where the temperature of the water supply is not controlled.
  • the boiler water supply system 1 ′ ′ according to the fourth embodiment is different from the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment in that an exhaust gas bypass line 30 and a bypass valve 31 are provided.
  • an exhaust gas bypass line 30 and a bypass valve 31 are provided.
  • the exhaust gas bypass line 30 bypassing the feed water heating economizer 4 and bypass on the exhaust gas bypass line 30
  • a valve 31 may be provided, and when the temperature at the outlet of the feed water heating economizer 4 becomes equal to or higher than a first predetermined temperature, the bypass valve 31 may be opened to allow the exhaust gas to flow through the exhaust gas bypass line 30.
  • the heat exchange effect of the feed water heating economizer 4 decreases, priority can be given to suppressing damage to the equipment due to the vaporization, and the operation can be continued.
  • the opening degree of the bypass valve 31 is adjusted, and a part or all of the exhaust gas from the auxiliary boiler 2 is discharged 30 to reduce the amount of exhaust gas supplied to the feed water heating economizer 4 or not to supply the exhaust gas.
  • the temperature of the outlet of the feed water heating economizer 4 can not be controlled to be lower than the first predetermined temperature even if the flow rates of the first path 10a and the third path 10c are adjusted.
  • the exhaust gas may be bypassed.
  • Boiler water supply system Auxiliary boiler (boiler) 3 Steam drum 4 Economizer for water heating (Hot water heater) 5 exhaust gas line 7 drain line 8 drain valve 11 temperature detection unit (temperature detection means) 12 Flow adjustment part (flow adjustment means) 13 Control unit (control means) 30 exhaust gas bypass line 31 bypass valve

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Abstract

火炉を備えるボイラのエコノマイザでの給水の蒸気化を防止する。火炉からの排ガスと熱交換する給水加熱用エコノマイザ（４）に給水する第１経路（１０ａ）と、給水加熱用エコノマイザ４の給水出口から補助ボイラ（２）に給水する第２経路（１０ｂ）と、第１経路（１０ａ）から分岐して給水加熱用エコノマイザ（４）をバイパスして補助ボイラ（２）に給水する第３経路（１０ｃ）と、第２経路（１０ｂ）に設けられ流通する水の温度を検出する温度検出部（１１）と、第１経路（１０ａ）と第３経路（１０ｃ）とに流通する水量を調整する流量調整部（１２）と、温度検出部（１１）で検出される温度が給水加熱用エコノマイザ（４）における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように、第１経路（１０ａ）の水量と第３経路（１０ｃ）との水量を調整する制御部（１３）と、を具備する。

Description

ボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法
　本発明は、ボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法に関するものである。
　船舶に搭載し、船内の温熱需要に応える舶用補助ボイラは、使用頻度が低いことから効率よりも初期費用が安くなるものが選定されていたが、近年燃料代が高くなり効率を重視する傾向にある。ボイラの効率を向上させるには、ボイラ排ガス出口に給水を加熱するエコノマイザを設置する方法が考えられるが、エコノマイザ内で給水が蒸気化し、所定の性能が得られなくなるという課題がある。
　下記特許文献１では、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラにおいて、エコノマイザを流れる水とエコノマイザをバイパスする水量を調整する調整弁を設け、エコノマイザ出口の出力信号を用いてエコノマイザ内の水が蒸発しないようにエコノマイザを流れる流量とバイパスする流量を調整弁で調整する技術が記載されている。
　下記特許文献２では、ガスタービンコンバインドプラントの排熱回収ボイラにおいて、節炭器の水の上昇部伝熱管の途中から、排気ガスにより加熱されないように排熱回収ボイラの外部を経由してドラムに至る抜き出しラインを設置して、節炭器でのスチーミング発生時に伝熱管でのスチーミング発生による流量低下を防止するために、流路を排熱回収ボイラ外へ切り替える技術が記載されている。
特開平２－７５８０２号公報 特開平８－３２７００１号公報
　しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２は、排ガスエコノマイザを用いる構成が記載されており、火炉を備えるボイラにエコノマイザを配置する具体的な構成等は一切記載されておらず、ボイラにエコノマイザを適用する場合に生じるエコノマイザでの蒸気化を抑制するという問題は解決できない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、火炉を備えるボイラのエコノマイザでの給水の蒸気化を防止した給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、火炉からの排ガスと熱交換する温水加熱器に給水する第１経路と、前記温水加熱器の給水出口からボイラに給水する第２経路と、前記第１経路から分岐して前記温水加熱器をバイパスして前記ボイラに給水する第３経路と、前記第２経路に設けられ、流通する水の温度を検出する温度検出手段と、前記第１経路に流通する水量と、前記第３経路に流通する水量との割合を調整する流量調整手段と、前記温度検出手段で検出される温度が前記温水加熱器における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように、前記流量調整手段を調整する制御手段と、を具備するボイラ給水システムである。
　本発明の第１態様によれば、第１経路を介して温水加熱器に水が供給され、温水加熱器に供給された水は火炉からの排ガスと熱交換され、熱交換後の水が温水加熱器の給水出口から第２経路を介してボイラに供給される。第１経路から分岐して温水加熱器をバイパスされ第３経路に流れる水は、温水加熱器を流通しないので温水加熱器で熱交換されずに、第１経路で給水された温度でボイラ側に供給される。第１経路を流通し温水加熱器で熱交換される水量と、第３経路に流通する水量は、温水加熱器の給水出口側である第２経路で計測される水の温度が、温水加熱器における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように調整される。
　このように、温水加熱器による加熱のし過ぎによって給水された水が蒸気化される温度を下回る温度に第１所定温度を設定しておくことにより、火炉の排ガスによって熱交換する温水加熱器における蒸気化を簡便に防ぐことができる。また、温水加熱器における蒸気化を防ぐための運転切替えを運転員によって手動で行っていたが、本発明の第１態様によれば、オペレーションのミスを防ぐことができる。
　本発明の第１態様のボイラは、舶用補助ボイラであるボイラ給水システムとしてもよい。
　舶用補助ボイラと温水加熱器を組み合わせても、蒸気化を抑えることができる。
　なお、舶用補助ボイラとは、船舶に搭載し、船内の温熱需要に応えるボイラであり、例えば、船内の蒸気駆動機器の動力源や加熱媒体として、或いは、厨房用の温水暖房、タンカーの荷役ポンプに必要な蒸気とイナートガスの供給等に利用されるものであり、船舶の原動力に応えるための主ボイラとは区別される。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムの前記第３経路は、前記第１経路から分岐して前記第２経路に合流させてもよい。
　ボイラに第３経路を直接接続する場合には、ボイラの設計変更やそのためのコストがかかるが、第２経路と合流させる構成にすることにより、ボイラの設計変更を不要とし、コストも抑えられる。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムにおいて、前記流量調整手段の位置は、前記温水加熱器の給水入口よりも鉛直方向に高い位置とすることが好ましい。
　この構成により、流量調整手段を制御して第１経路を閉状態にした場合であっても、流量調整手段より下流側の第１経路に水が溜まることを防ぐ。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムの前記制御手段は、前記温度検出手段で計測される温度が前記第１所定温度より小さい場合に、前記第１経路に給水の全量を流通させ、かつ、前記第３経路の水量をゼロにし、前記温度検出手段で計測される温度が前記第１所定温度以上となった場合に、前記第１経路の水量をゼロにし、かつ、前記第３経路に給水の全量を流通させることが好ましい。
　温水加熱器の給水出口側で計測される温度が第１所定温度より小さければ、全量の水が温水加熱器で加熱され、第１所定温度以上となった場合には、水を温水加熱器に流通させずに全てバイパスさせるので、確実に温水加熱器での給水の蒸気化を防ぐことができる。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムは、前記火炉が、硫黄化物等の腐食成分を含まない燃料を用いる場合に給水の温度を制御して、前記腐食成分を含む燃料を用い給水の温度を制御しない場合の前記第１経路の給水温度より低温の水を第１経路に給水することとしてもよい。
　硫黄化物等の腐食成分を含まない燃料を用いる場合には、温水加熱器の硫酸腐食の問題が発生しないため、硫黄化物などの腐食成分を含む燃料を用いる場合の給水温度よりも、低温の水を供給することができるので、給水の温度を制御して給水温度を下げる。これにより、温水加熱器における給水温度が下げられ、温水加熱器によって熱交換後の水温が、給水の温度を制御しない場合より抑えられる。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムの前記制御手段は、前記温度検出手段によって計測される水の温度と、前記第１所定温度との温度差に応じて、前記第１経路に流通させる水量と前記第３経路に流通させる水量との分配を調整することとしてもよい。
　これにより、温度検出手段によって計測される水の温度の微調整ができる。
　本発明の第１態様のボイラ給水システムの前記制御手段は、前記第１所定温度以上となり、前記第１経路の水量をゼロにし、前記第３経路に給水の全量を流通させる制御をした後、前記第１経路で水が蒸気化されるのに必要な熱量の演算結果と、前記温水加熱器に与えうる熱量の推定結果とに基づいて、前記第１経路の水量と前記第３経路の水量を制御前の状態に戻すこととしてもよい。
　このように、第２経路の水温だけで判定するのでなく、第１経路で生じる蒸気化に必要な熱量の演算結果と、温水加熱器に与えうる熱量の推定結果とに応じて判定することにより、水が蒸気化されることを安全に防ぐ。
　本発明の第２態様は、上記いずれかに記載のボイラ給水システムを具備する舶用補助ボイラである。
　本発明の第３態様は、温水加熱器の給水出口からボイラに給水する第２経路において、流通する水の温度を検出する第１過程と、前記温水加熱器に給水する第１経路と、前記第１経路から分岐して前記温水加熱器をバイパスして前記ボイラに給水する前記第３経路とに流通する水量を調整する第２過程と、前記第１過程で検出される温度が、前記温水加熱器における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように、前記第１経路に流通する水量と、前記第３経路に流通する水量の割合を調整する第３過程とを有するボイラ給水方法である。
　本発明は、エコノマイザを備えるボイラにおいて、エコノマイザ内の給水の蒸気化を防止できるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係るボイラ給水システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るボイラ給水システムの動作フローである。 本発明の第２の実施形態に係るボイラ給水システムにおける第１経路と第３経路の水量の分配量の一例を示している。 本発明の第３の実施形態に係るボイラ給水システムの概略構成図である。 本発明の第４の実施形態の変形例に係るボイラ給水システムの概略構成図である。
　以下に、本発明に係るボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施形態の説明においては、本発明に係るボイラ給水システムは、例えば、舶用のボイラに適用されるものとして説明するが、これに限定されない。
〔第１の実施形態〕
　本実施形態においては、舶用の補助ボイラであることを例に挙げて説明するが、舶用主ボイラであってもよい。舶用補助ボイラは、船舶に搭載し、船内の温熱需要に応えるボイラである。例えば、船内の蒸気駆動機器の動力源や加熱媒体として、また厨房用の温水暖房、タンカーの荷役ポンプに必要な蒸気とイナートガスの供給に利用される。また、舶用補助ボイラは、加熱が必要な燃料（例えば、内燃機関の燃料等）を加熱し、燃料の粘度を下げることにも利用される。舶用主ボイラは、蒸気推進船の蒸気タービン等に蒸気を供給するものである。
　本実施形態の舶用補助ボイラは、各種の洋上浮体式設備（例としては、洋上浮体式生産・貯蔵・積出設備（ＦＰＳＯ：Floating　Production　Storage　and　Offloading　unit）、洋上浮体式貯蔵・積出設備（FSO：Floating　Storage　and　Offloading　unit）、洋上浮体式貯蔵・ガス化設備（FSRU：Floating　Stprage　and　Re-gasification　Unit）など）の補助ボイラに適用可能である。
　図１は、本実施形態に係るボイラ給水システム１の概略構成を示している。
　ボイラ給水システム１は、舶用補助ボイラ（以下「補助ボイラ」という）２と、補助ボイラ２からの排ガスと熱交換する給水加熱用エコノマイザ（温水加熱器）４と、給水系統と、温度検出部（温度検出手段）１１と、流量調整部（流量調整手段）１２と、制御部（制御手段）１３とを備えている。
　補助ボイラ２は、投入された燃料を燃焼させて発生した熱により蒸気を生成し、生成された蒸気は上部に配置される蒸気ドラム（汽水ドラム）３に貯留される。補助ボイラ２は、蒸気圧力が０．２ＭＰａ以上６ＭＰａ以下とし、典型的には２ＭＰａ以下とする。また、例えば、補助ボイラ２の蒸気圧力が２ＭＰａ程度の場合は、給水加熱用エコノマイザ４において給水が蒸気化される温度は、２１５℃となる。
　給水加熱用エコノマイザ４内で給水が蒸気化すると、給水加熱用エコノマイザ４内の圧力が高まり機器が破損する恐れがある。また、水・蒸気の２層流となり給水が滞留する可能性がある。これらのことから、給水加熱用エコノマイザ４での給水の蒸気化を防ぐことが必要である。
　補助ボイラ２は、排ガスライン５を介して給水加熱用エコノマイザ４に排ガスを供給する。
　給水系統は、給水加熱用エコノマイザ４に給水する第１経路１０ａと、給水加熱用エコノマイザ４の給水出口から補助ボイラ２に給水する第２経路１０ｂと、第１経路１０ａと、第１経路１０ａから分岐して給水加熱用エコノマイザ４をバイパスして補助ボイラ２に給水する第３経路１０ｃとを備える。また、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとの分岐点より上流側の給水入口からは、硫酸腐食を防止するために酸露点を考慮し、何らかの処理によって昇温された水温（例えば、１３５℃）の水（湯）が供給されている。
　なお、第２経路１０ｂと第３経路１０ｃは、給水加熱用エコノマイザ４の出口と補助ボイラ２との間で合流させる。合流点の位置は特に限定されないが、図１に示されるように、合流点Ｘの位置が最適である。
　例えば、１時間当たりに４０ｔｏｎから１００ｔｏｎの給水が必要な場合には、蒸気ドラム３に接続するノズルは大口径（例えば、４インチから６インチ程度）となり、ノズルの追加設置をするため蒸気ドラム３に穴を空け、新たなノズルを接続するという設計変更を要し、多大なコストがかかる。そのため、第２経路１０ｂと第３経路１０ｃとに合流点Ｘを設けて経路間を接続した場合、蒸気ドラム３の設計変更が不要となり、コストを抑えることができる。
　温度検出部１１は、第２経路１０ｂに設けられ、流通する水の温度を検出する。例えば、温度検出部１１は、温度センサであり、合流点Ｘと、給水加熱用エコノマイザ４の出口との間に接続されている。温度検出部１１は、給水加熱用エコノマイザ４の出口における温度を検出し、制御部１３に出力する。
　流量調整部１２は、第１経路１０ａに流通する水量と、第３経路１０ｃに流通する水量の割合を調整する。具体的には、制御部１３からの指令に基づいて、流量調整部１２が調整され、第１経路１０ａに流通させる水量と第３経路１０ｃに流通させる水量とが調整される。
　例えば、流量調整部１２は、三方弁（制御弁）である。本実施形態においては、流量調整部１２を三方弁として説明するが、これに限定されず、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとのそれぞれに二方弁（制御弁）を設け、制御しても良い。
　なお、流量調整部１２の位置は、給水加熱用エコノマイザ４の給水入口よりも鉛直方向に高い位置に設けられることが好ましい。これにより、流量調整部１２によって第１経路１０ａの弁を閉状態にした後に、第１経路１０ａの配管に給水を滞留させず、給水加熱用エコノマイザ４へ導入させ、配管に水が溜まることを防ぐ。
　制御部１３は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
　具体的には、制御部１３は、温度検出部１１で検出される温度が給水加熱用エコノマイザ４における水の蒸発温度（例えば、２１５℃）を下回る第１所定温度（例えば、２１０℃）より小さくなるように、流量調整部１２を調整する。
　制御部１３は、温度検出部１１で計測される温度が第１所定温度より小さい場合に、第１経路１０ａに給水の全量を流通させ、かつ、第３経路１０ｃの水量をゼロにし、温度検出部１１で計測される温度が第１所定温度以上となった場合に、第１経路１０ａの水量をゼロにし、かつ、第３経路１０ｃに給水の全量を流通させる。
　なお、温度検出部１１で計測される水温の温度変化が生じる要因は、給水加熱用エコノマイザ４の入口における給水温度、給水加熱用エコノマイザ４に導入される排ガス温度の変化、給水入口からの給水量の変化、及びドラム蒸気圧力の変化が挙げられる。
　例えば、給水加熱用エコノマイザ４の入口の給水温度が約１３５℃で運転している場合には全量の水を第１経路１０ａに流通させ、船側の温度管理に応じて約１０℃給水温度が上昇すると温度検出部１１で検出される温度も約１０℃上昇することになるので、第１経路１０ａを閉状態にし、第３経路１０ｃを開状態にして全量の水を第３経路１０ｃに流通させる。
　また、例えば、給水加熱用エコノマイザ４に導入される排ガス温度が約４００℃で運転している場合には全量の水を第１経路１０ａに流通させ、補助ボイラ２の火炉で用いられる燃料の種類の変化、燃料ガス成分の変化、及び外気温度の変化等が生じ、排ガス温度が約４２０℃に上昇した場合には第１経路１０ａを閉状態にし、第３経路１０ｃを開状態にして全量の水を第３経路１０ｃに流通させる。
　また、プラントの負荷が変動し、必要な蒸気量の要求が変化すると、給水入口からの給水量が変化し、これによって給水加熱用エコノマイザ４の給水流量が変化する。例えば、給水加熱用エコノマイザ４の給水流量が少なくなると給水が蒸気化されやすくなるので、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度変化につながる。
　ドラム蒸気圧力の変化が生じると、燃料の種類等に応じて必要な燃料量が変化し、補助ボイラ２の排ガス温度が変化するので、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度変化につながる。
　また、制御部１３は、第１所定温度以上となり、第１経路１０ａの水量をゼロにし、第３経路１０ｃに給水の全量を流通させる制御をした後、第１経路１０ａで水が蒸気化されるのに必要な熱量の演算結果と、給水加熱用エコノマイザ４に与えうる熱量の推定結果とに基づいて、第１経路１０ａの水量と第３経路１０ｃの水量を制御前の状態に戻す。
　具体的には、第１経路１０ａで計測される給水流量、圧力、及び給水温度の情報を計測し、これらの情報に基づいて第１経路１０ａで水が蒸気化されるのに必要な熱量を演算する。また、排ガスライン５における給水加熱用エコノマイザ４に導入される排ガスの入口温度と、ボイラ負荷から想定される排ガス量と、給水加熱用エコノマイザ４に給水を通した場合の給水加熱用エコノマイザ４の出口における排ガス温度（この値は推定値となるが、給水温度＋αの温度とする）とに基づいて、給水加熱用エコノマイザ４に与える熱量を推定する。
　第１経路１０ａで水が蒸気化されるのに必要な熱量が、排ガスが給水加熱用エコノマイザ４に与える熱量より大きい場合に、通常の給水ライン（第１経路１０ａ）に戻しても給水加熱用エコノマイザ４の出口の給水が蒸気化しないことと推定されるので、この熱量の大小判定の結果により、通常のライン（第１経路１０ａに水を流通させる）に戻す。
　このように、バイパスラインである第３経路１０ｃから通常ラインである第１経路１０ａに給水経路を戻した場合に、給水が蒸気化することがないように上述のような演算、推定を行う。
　なお、第３経路１０ｃを使用する場合には、給水加熱用エコノマイザ４内に残った給水を排出するため、ドレンライン７に設けられるドレン弁８も開く。
　また、船舶の乗組員の作業負担低減のためには、ドレンライン７をピストン弁として自動化してもよい。このとき、流量調整部１２（三方弁）の開閉と共に、ドレン弁８も開閉させる制御をする。
　なお、給水加熱用エコノマイザ４における給水の蒸気化発生を懸念するケースとしては、ＦＰＳＯのように運転中に燃料ガスの成分が代わり、排ガス温度が上昇側に変化するような場合に、給水が蒸気化しやすくなる。また、運転中に油燃料からガス燃料に切り替える場合など燃料の種類が変わる場合には、排ガス温度が上がる傾向になり、給水が蒸気化しやすくなる。
　このため、燃料ガス配管に燃料の分析計を付け、燃料ガスの成分や発熱量を計測しておき、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度が上昇する傾向か否かを判定し、この判定結果に応じて流量調整部１２を調整してもよい。
　このように、温度検出部１１の温度が上昇する前兆をとらえ、ボイラ給水の制御に役立てることとしてもよい。
　次に、本実施形態に係るボイラ給水システム１の作用を図１及び図２を用いて説明する。
　硫酸腐食を防止するために酸露点が考慮され、何らかの処理によって昇温された水温（例えば、１３５℃）の水（湯）が給水入口から供給されている。
　給水入口から供給された水は、全量第１経路１０ａを介して給水加熱用エコノマイザ４に給水されている（図２のステップＳＡ１）。給水加熱用エコノマイザ４に供給された水は火炉からの排ガスと熱交換され、熱交換後の水が給水加熱用エコノマイザ４の給水出口から第２経路を介してボイラに供給される。
　給水加熱用エコノマイザ４の出口の水温（温度検出部１１の検出温度）が２１０℃（第１所定温度）より低いか否かが判定される。（図２のステップＳＡ２）
　給水加熱用エコノマイザ４の出口温度が２１０℃より低い（図２のステップＳＡ２のＹＥＳ）と判定された場合には、流量調整部１２を制御し、三方弁の第１経路１０ａ側を全開状態にして第３経路１０ｃを流通する水量をゼロにし、給水の全量を第１経路１０ａに流通させ、給水加熱用エコノマイザ４に流通させ（図２のステップＳＡ３）、本処理を終了する。
　一方、給水加熱用エコノマイザ４の出口温度が２１０℃以上と判定された場合には（図２のステップＳＡ２のＮＯ）、流量調整部１２を調整し、三方弁の第１経路１０ａ側を全閉状態にして第１経路１０ａに流通する水量をゼロにし、三方弁の第３経路１０ｃ側を全開状態にして、給水の全量を第３経路１０ｃに流通させる（図２のステップＳＡ４）。
　第１経路１０ａから分岐して給水加熱用エコノマイザ４をバイパスされ第３経路１０ｃに流れる水は、給水加熱用エコノマイザ４を流通しないので給水加熱用エコノマイザ４で熱交換されず給水温度のまま、第２経路１０ｂと合流点Ｘにて合流され、補助ボイラ２側に供給される。
　このように、給水加熱用エコノマイザ４の給水出口側である第２経路１０ｂで計測される水の温度が、第１所定温度より小さくなるように第１経路１０ａに水を流通させるか、第３経路１０ｃに水を流通させるかが調整される。
　給水加熱用エコノマイザ４で水が蒸気化されるのに必要な熱量を演算し、給水加熱用エコノマイザ４に与えうる熱量を推定する（図２のステップＳＡ５）。給水加熱用エコノマイザ４で水が蒸気化されるのに必要な熱量が、給水加熱用エコノマイザ４に与えうる熱量より大きいか否かが判定される（図２のステップＳＡ６）。給水加熱用エコノマイザ４で水が蒸気化されるのに必要な熱量が、給水加熱用エコノマイザ４に与えうる熱量以下と判定された場合には（図２のステップＳＡ６のＮＯ）、図２のステップＳＡ４を繰り返す。
　給水加熱用エコノマイザ４で水が蒸気化されるのに必要な熱量が、給水加熱用エコノマイザ４に与えうる熱量より大きいと判定された場合には（図２のステップＳＡ６のＹＥＳ）、流量調整部１２が制御され、三方弁の第１経路１０ａ側を全開状態にして第３経路１０ｃを流通する水量をゼロにし、給水の全量を第１経路１０ａに流通させ（図２のステップＳＡ７）、本処理を終了する。
　これにより、給水加熱用エコノマイザ４での給水の蒸気化を確実に防止する。
　以上説明してきたように、本実施形態に係るボイラ給水システム１及びそれを備えた補助ボイラ２、ボイラ給水方法によれば、温水加熱器による加熱のし過ぎによって給水された水が蒸気化される温度を下回る第１所定温度を設定しておき、第１所定温度と温度検出部１１の温度とを比較し、三方弁を調整することにより、給水加熱用エコノマイザ４における給水の蒸気化を簡便に防ぐことができる。また、給水加熱用エコノマイザ４における給水の蒸気化を防ぐための運転切替えを運転員によって手動で行っていたが、本実施形態によれば、温度検出部１１で検出された温度に応じて、制御部１３によって自動で制御されるので、オペレーションのミスを防ぐことができる。
〔第２の実施形態〕
　以下、本発明の第２の実施形態について図１及び図３用いて説明する。本第２の実施形態に係るボイラ給水システムは、第１経路と第３経路との流量を調整する点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
　第１の実施形態においては、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとのうち、給水入口からの水を一方に全量流した場合には他方を流量ゼロ（弁を全閉）にしていたが、本実施形態では、予め設計条件を得ておき、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとの分配量を設定し、設定された分配量で運転する。
　制御部１３は、温度検出部１１によって計測される水の温度と、第１所定温度との温度差に応じて、第１経路１０ａに流通させる水量と第３経路１０ｃに流通させる水量との分配を調整する。
　具体的には、図３に示されるように、第１経路１０ａに流通させる給水量と第３経路１０ｃに流通させる給水量とを所定の割合（例えば、設計点として５０％：５０％）にしておき、給水加熱用エコノマイザ４に給水する給水量と、補助ボイラ２にバイパスさせて給水する給水量とでバランスをとる。これは、予め試験等によってバランスする運転点の情報を得て格納手段等に格納しておき、運転点の情報を適宜読み出して、第１所定温度と給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度との温度差に応じて、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとの流量調整をする。
　本実施形態に係るボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法によれば、第１経路１０ａと第３経路１０ｃとの流通させる流量を、運転点の情報に基づいて、給水加熱用エコノマイザ４の出口の水温と第１所定温度との温度差に応じて調整する。
　このように第１経路１０ａに流通する水量と第３経路１０ｃに流通する水量との分配量を変更することによって、給水加熱用エコノマイザ４の出口温度の微調整ができ、給水加熱用エコノマイザ４の熱回収を少しでも増加させることができる。
〔第３の実施形態〕
　以下、本発明の第３の実施形態について図４を用いて説明する。本第３の実施形態に係るボイラ給水システムは、給水の温度を制御する点で第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
　補助ボイラ２の火炉は、硫黄化物等の腐食成分を含まない燃料（例えば、ＬＮＧ（Liquefied　Natural　Gas）等液化ガス燃料）を用いる場合には、給水加熱用エコノマイザ４の硫酸腐食の問題は生じないので、給水加熱用エコノマイザ４の入口の給水温度を、腐食成分を含む燃料を用いる場合の温度（例えば、１３５℃）よりも低い第２所定温度（例えば、１００℃から１３５℃）にすることができる。
　本実施形態においては、流量調整部１２よりも上流側の給水入口に給水加熱器（例えば、脱気器等。図示略）を設け、給水加熱用エコノマイザ４の入口における給水温度が、第２所定温度となるように給水温度制御する。
　制御部１３は、火炉が硫黄化物等の腐食成分を含まない燃料を用いる場合に、給水の温度を制御して、腐食成分を含む燃料を用い給水の温度を制御しない場合の給水加熱用エコノマイザ４の入口の給水温度より低温となる第２所定温度にし、第２所定温度にした水を第１経路１０ａに流通させ、給水加熱用エコノマイザ４に供給する。
　例えば、給水加熱器として脱気器を用いて給水温度を下げる場合には、制御弁を絞り、投入する飽和蒸気の圧力を下げる。これにより、給水加熱用エコノマイザ４における給水の蒸気化を防止することができる。
　以下に、本実施形態に係るボイラ給水システム１´の作用を図４を用いて説明する。
　給水の温度制御はせずに給水入口から給水させ、第１経路１０ａに給水全量を給水させている。給水加熱用エコノマイザ４の出口の水温が第１所定温度以上と検出された場合には、給水入口において給水加熱器を用い、給水加熱用エコノマイザ４の入口の給水温度が第２所定温度となるように温度制御する。温度制御をしても、給水加熱用エコノマイザ４の出口の水温が第１所定温度以下にならない場合には、第１経路１０ａに流通させる水量をゼロにし、第３経路１０ｃに流通させる水量を給水量の全量とする。
　本実施形態に係るボイラ給水システム及びそれを備えたボイラ、ボイラ給水方法によれば、燃料が給水加熱用エコノマイザ４の腐食成分を含まない場合には、流量調整部１２よりも上流側の給水入口において給水が温度制御され、給水加熱用エコノマイザ４の入口の給水温度が下げられる。これにより、給水加熱用エコノマイザ４によって熱交換後の水温が、給水の温度を制御しない場合より抑えられる。
〔第４の実施形態〕
　以下、本発明の第４の実施形態について図５を用いて説明する。本第４の実施形態に係るボイラ給水システム１´´は、排ガスバイパスライン３０及びバイパス弁３１を設ける点で第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
　図５に示されるように、補助ボイラ２から給水加熱用エコノマイザ４に排ガスを供給する排ガスライン５で、給水加熱用エコノマイザ４をバイパスする排ガスバイパスライン３０と、排ガスバイパスライン３０の経路上にバイパス弁３１とを設け、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度が第１所定温度以上となった場合に、バイパス弁３１を開状態にし、排ガスバイパスライン３０に排ガスを流通させるようにしてもよい。
　こうした場合には、給水加熱用エコノマイザ４の熱交換の効果は下がるが、蒸気化による機器の損傷を抑えることを優先でき、運転を継続できる。
　例えば、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度が第１所定温度以上となった場合に、バイパス弁３１の開度を調整し、補助ボイラ２からの排ガスの一部、或いは全量を排バスパイパスライン３０に流通させ、給水加熱用エコノマイザ４に供給する排ガスを減らす、或いは、排ガスを供給させない。
　これにより、排ガスの温度はそのままであるが、給水加熱用エコノマイザ４内の排ガス流量が減るので、給水加熱用エコノマイザ４で受ける熱量が減り、給水加熱用エコノマイザ４の出口の温度が上がり過ぎることを防ぐことができ、給水加熱用エコノマイザ４での蒸気化を防止できる。
　また、例えば、第２の実施形態と組み合わせ、第１経路１０ａ及び第３経路１０ｃの流量を調整しても給水加熱用エコノマイザ４出口の温度が第１所定温度より小さく制御できないとなった場合に、排ガスをバイパスさせてもよい。
〔変形例〕
　排ガスのバイパスに代えて、温度検出部１１における温度が第１所定温度以上となった場合には、補助ボイラ２の負荷を下げ、補助ボイラ２からの排ガス量を低減させ、給水加熱用エコノマイザ４での蒸気化を防止することとしてもよい。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施が可能である。
　なお、第１の実施形態から第４の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。
１　ボイラ給水システム
２　補助ボイラ（ボイラ）
３　蒸気ドラム
４　給水加熱用エコノマイザ（温水加熱器）
５　排ガスライン
７　ドレンライン
８　ドレン弁
１１　温度検出部（温度検出手段）
１２　流量調整部（流量調整手段）
１３　制御部（制御手段）
３０　排ガスバイパスライン
３１　バイパス弁

Claims (10)

  1. 　火炉からの排ガスと熱交換する温水加熱器に給水する第１経路と、
    　前記温水加熱器の給水出口からボイラに給水する第２経路と、
    　前記第１経路から分岐して前記温水加熱器をバイパスして前記ボイラに給水する第３経路と、
    　前記第２経路に設けられ、流通する水の温度を検出する温度検出手段と、
    　前記第１経路に流通する水量と、前記第３経路に流通する水量との割合を調整する流量調整手段と、
    　前記温度検出手段で検出される温度が、前記温水加熱器における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように、前記流量調整手段を調整する制御手段と、
    を具備するボイラ給水システム。
  2. 　前記ボイラは、舶用補助ボイラである請求項１に記載のボイラ給水システム。
  3. 　前記第３経路は、前記第１経路から分岐して前記第２経路と合流させる請求項１または請求項２に記載のボイラ給水システム。
  4. 　前記流量調整手段の位置は、前記温水加熱器の給水入口よりも鉛直方向に高い位置とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のボイラ給水システム。
  5. 　前記制御手段は、
    　前記温度検出手段で計測される温度が前記第１所定温度より小さい場合に、前記第１経路に給水の全量を流通させ、かつ、前記第３経路の水量をゼロにし、
    　前記温度検出手段で計測される温度が前記第１所定温度以上となった場合に、前記第１経路の水量をゼロにし、かつ、前記第３経路に給水の全量を流通させる請求項１から請求項４のいずれかに記載のボイラ給水システム。
  6. 　前記火炉は、硫黄化物等の腐食成分を含まない燃料を用いる場合に給水の温度を制御して、前記腐食成分を含む燃料を用い給水の温度を制御しない場合の前記第１経路の給水温度より低温の水を第１経路に給水する請求項５に記載のボイラ給水システム。
  7. 　前記制御手段は、前記温度検出手段によって計測される水の温度と、前記第１所定温度との温度差に応じて、前記第１経路に流通させる水量と前記第３経路に流通させる水量との分配を調整する請求項１から請求項４のいずれかに記載のボイラ給水システム。
  8. 　前記制御手段は、
    　前記第１所定温度以上となり、前記第１経路の水量をゼロにし、前記第３経路に給水の全量を流通させる制御をした後、
    　前記第１経路で水が蒸気化されるのに必要な熱量の演算結果と、前記温水加熱器に与えうる熱量の推定結果とに基づいて、前記第１経路の水量と前記第３経路の水量を制御前の状態に戻す請求項１から請求項７のいずれかに記載のボイラ給水システム。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれかに記載のボイラ給水システムを具備する舶用補助ボイラ。
  10. 　温水加熱器の給水出口からボイラに給水する第２経路において、流通する水の温度を検出する第１過程と、
    　前記温水加熱器に給水する第１経路と、前記第１経路から分岐して前記温水加熱器をバイパスして前記ボイラに給水する第３経路とに流通する水量を調整する第２過程と、
    　前記第１過程で検出される温度が、前記温水加熱器における水の蒸発温度を下回る第１所定温度より小さくなるように、前記第１経路に流通する水量と、前記第３経路に流通する水量との割合を調整する第３過程とを有するボイラ給水方法。
     
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