JP5230683B2 - 高温ドレン回収システム - Google Patents

Description

本発明は高温ドレン回収システムに関するものである。

特開２００６−１０５４４２号公報にも記載があるように、ドレンタンクとボイラを接続しておき、回収したドレンをボイラへ供給するドレン回収が行われている。ドレン回収を行った場合、ボイラの給水温度が高くなり、ボイラの蒸発量が増加するため、燃料消費量を削減することができる。ドレンタンクに開放タンクを使用するオープンドレン回収システムの場合は、熱使用機器から回収してきたドレン温度が１００℃を越えていても、ドレンタンク内でフラッシュ蒸気が発生し、ドレンの温度を１００℃以上で回収することはできない。ボイラへの供給水は高温であるほど燃料消費量を削減することができるため、有圧のドレンタンクを用いて圧力を逃がさなくしたクローズ式のドレン回収も行われている。クローズドレン回収システムの場合、ドレンタンク内の圧力を高めることでドレンタンク内でのフラッシュ蒸気の発生を防止することができ、高温のドレン水をボイラへ給水することができる。

特開２００６−１０５４４２号に記載の発明では、ドレンタンク内の圧力が、回収するドレンの飽和圧力より低い場合には、蒸気を供給して飽和圧力以上に保つことで、フラッシュ蒸気を発生させることなく、高温のドレンを回収することができる。ところで、ドレンを高温のままで回収する場合、ドレンタンク内の圧力を高くしておけば、ドレンタンク内でフラッシュ蒸気が発生することはなくなるが、ドレンタンク内の圧力が高くなりすぎた場合には、ドレンがドレンタンクに戻らなくなるという問題がある。また、高温ドレンを多く回収して、ボイラへ供給する給水温度を高くするほど燃料消費量を削減することができる。しかし、給水温度が高くなりすぎた場合には、給水ポンプ内でキャビテーションを発生することがある。キャビテーションが発生すると、給水ポンプは十分な能力を発揮できなくなり、また給水ポンプの損傷につながるという問題もある。

ドレンタンク内の圧力は、高すぎても低すぎても高温高圧のドレンを回収し続けることはできず、むやみに高温のドレンを回収しても給水温度が高くなると給水ポンプでキャビテーションが発生するという問題があった。しかし、特開２００６−１０５４４２号に記載の発明では、ドレンタンク内の圧力や温度が高くなりすぎることに対する対策の記載はない。そして、圧力や温度が上がりすぎることを防止するために高温ドレンの回収量を控えることにした場合、給水温度があまり上がらなくなるため、燃料消費量の削減効果は少なくなるという問題もあった。

特開２００６−１０５４４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ドレン回収を行っているシステムにおいて、ドレンタンク内の圧力や温度を制御する手段を設け、高温のドレンを制限なく回収することができるようにすることでボイラの燃料削減率を高めることができるようにすることにある。

熱使用機器へ蒸気を供給するボイラ、ボイラで発生した蒸気の熱を使用する熱使用機器、熱使用機器が排出したドレンを回収するドレンタンクを持ち、ドレンタンクに回収したドレンを前記ボイラへ供給するようにしているドレン回収システムであって、ドレンタンクには有圧タンクを使用することで高温のドレンを前記ボイラへ供給するようにしている高温ドレン回収システムにおいて、ドレンタンクに供給する補給水をためておく補給水タンク、ドレンタンク内の水位を検出する水位検出装置、補給水タンクからドレンタンクへの補給水供給を行う補給水供給配管と補給水ポンプ、ドレンタンクから補給水タンクへ余剰ドレンを送る余剰ドレン回収配管と水位調節弁、ドレンタンクからボイラへ送る給水の温度を検出する温度検出装置を設け、ボイラ給水の温度が温度上限値より高い場合には補給水ポンプを作動することでドレンタンクへ補給水を導入するようにしておき、ドレンタンクへの補給水導入を行うことでドレンタンク内水位が水位上限値よりも高くなってもボイラ給水の温度が温度上限値よりも高い場合は、水位調節弁を開くことでドレンタンクから補給水タンクへの通水を行いつつ、補給水タンクからドレンタンクへの通水を行うことでドレンタンク内温度を低下させる。

また、前記の高温ドレン回収システムにおいて、ドレンタンク内の圧力を検出する圧力検出装置、ドレンタンクに蒸気を供給するドレンタンク用蒸気供給経路と蒸気供給弁、ドレンタンク内の蒸気を排出する蒸気排出管と蒸気排出弁を持ち、ドレンタンク内の圧力が圧力下限値より低い場合には蒸気供給弁を開くことでドレンタンクに蒸気を供給し、ドレンタンク内の圧力が圧力上限値より高い場合には蒸気排出弁を開くことでドレンタンクから蒸気を排出する。この場合、蒸気排出管の他端を補給水タンクに接続しておくことで、排出蒸気によって補給水を予熱するようにしておく。

本発明を実施することによって、高温高圧のドレンを給水ポンプの許容値まで回収することができるので、ボイラの燃料削減効果を高めることができる。

本発明を実施している実施例のフロー図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明を実施している実施例のフロー図である。本実施例は、蒸気を発生するボイラ１、ボイラ１で発生した蒸気を使用する熱使用機器３、熱使用機器３から排出したドレンを回収するドレンタンク４などからなり、回収したドレンを再びボイラ１へ供給するようにしている。

水を加熱して蒸気を発生するボイラ１は、発生した蒸気を蒸気ヘッダ１５にためておき、蒸気ヘッダ１５から２か所の熱使用機器３へ蒸気を供給する。熱使用機器３は蒸気の熱を使用するものであり、熱使用機器３が蒸気の熱を奪うと、蒸気は凝縮してドレンとなる。ドレンは大気解放せず高い圧力に保っていれば、１００℃を越える高温水として回収することができる。ドレンタンク４は有圧タンクとしておき、ドレンタンク４内の圧力を所定の範囲に保つことで、ドレンは高温高圧のままドレンタンク４にたまるようにしておく。

ドレンタンク４には内部の圧力を検出する圧力検出装置７を設置し、蒸気ヘッダ１５とドレンタンク４の間は、ドレンタンク用蒸気供給経路８で接続しておく。ドレンタンク用蒸気供給経路８の途中にはドレンタンク４への蒸気供給を制御する蒸気供給弁９、ドレンタンク４にはドレンタンク内から蒸気を排出する蒸気排出管１８と蒸気排出弁１７を設けておき、圧力検出装置７で検出するドレンタンク４内圧力に基づいて蒸気供給弁９及び蒸気排出弁１７の開閉を制御する。ドレンタンク４内圧力が圧力下限値よりも低い場合には、蒸気供給弁９を開いて蒸気の供給を行うことでドレンタンク内の圧力を高める。ドレンタンク４内圧力が圧力上限値よりも高い場合には蒸気排出弁１７を開き、蒸気の排出を行う。蒸気排出管１８は補給水タンク１０と接続しておき、排出蒸気は補給水タンク１０へ送ることで補給水の予熱に利用する。ドレンタンク内の圧力に応じてドレンタンクへの蒸気供給と蒸気排出を行うことで、ドレンタンク内を所定の圧力に維持するようにしておく。

ドレンタンク４とボイラ１の間はボイラ給水配管５で接続しておき、ボイラ給水配管５の途中に設けているボイラ給水ポンプ６を稼働することで、ドレンタンク４内にためておいたドレン水をボイラ１へ給水する。給水ポンプ６はボイラ１からの指令に基づき作動を行うものであるが、圧力検出装置７で検出しているドレンタンク内の圧力値に基づいて給水ポンプの回転数を制御するようもしておく。ボイラ給水配管５の途中には温度検出装置１６を設けておき、ボイラ給水配管５を通して送っているボイラ給水の温度を検出する。

また、ドレンタンク４は補給水タンク１０とも接続しておく。補給水タンク１０はドレンタンク４内の水位が低下した場合に、ドレンタンク４へ補給水を供給するためのタンクであり、補給水タンク１０は大気解放タンクとしている。ドレンタンク４と補給水タンク１０の間は、補給水タンク１０からドレンタンク４への補給水供給を行う補給水供給配管１３と、ドレンタンク４から補給水タンク１０へ余剰ドレン水の回収を行う余剰ドレン回収配管１４を設ける。補給水供給配管１３の途中に補給水ポンプ２、余剰ドレン回収配管１４の途中には水位調節弁１２を設けておく。ドレンタンク４は有圧のタンク、補給水タンク１０は無圧のタンクであるため、補給水をドレンタンク４へ送るには補給水ポンプ２が必要であるが、ドレンタンク４から補給水タンク１０へ水を送る場合には圧力差が利用できるため、水位調節弁１２を開くことで補給水タンク１０へ通水することができる。

ドレンタンク４には水位検出装置１１を設けておき、ドレンタンク４内の水位を検出するようにしておく。水位検出装置１１にて検出しているドレンタンク４内の水位が水位下限値より低くなった場合には、補給水ポンプ２の作動によって補給水タンク１０からドレンタンク４への補給水供給を行う。逆にドレンタンク４内水位が水位上限値より高くなった場合には、水位調節弁１２を開くことでドレンタンク４内のドレンを補給水タンク１０に回収する。また補給水タンク１０の水位が低くなった場合には、補給水タンク１０へ補給水（常温の軟水）を供給する。

ドレンタンク４内の圧力は、回収してきたドレンがドレンタンク内でフラッシュ蒸気を発生する圧力よりも高い圧力であって、ドレンの回収を阻害しない圧力とする。圧力下限値はフラッシュ蒸気を発生しない圧力、圧力上限値はドレン回収を阻害しない圧力としておき、ドレンタンク内圧力が圧力下限値まで低下してきた場合には蒸気供給、圧力上限値まで上昇してきた場合には蒸気放出を行う。所定の幅内に圧力を調節することで、ドレンを高温のままドレンタンク４に回収することができる。

ドレンタンク４内にためておいた高温のドレンをボイラ１へ供給する場合、給水温度が高いとボイラ給水ポンプ６でキャビテーションが発生することがある。ボイラ給水ポンプ６の内部では水圧が低下する部分が発生し、水圧が低下すれば圧力から定まる飽和温度も低下するため、ボイラ給水の圧力に対して温度が高い場合（ボイラ給水の温度に対して圧力が低い場合）には、ボイラ給水ポンプ６での圧力低下によって水中に気泡が発生することになってしまう。

そこで、キャビテーションを発生しないように、温度の上限値、圧力の下限値を設定し、温度検出装置１６で検出しているボイラ給水温度が温度上限値よりも高くなった場合には、補給水ポンプ２を作動して補給水タンク１０の補給水をドレンタンク４に送り込むことで、ドレンタンク４内の温度を低下させる。温度検出装置１６での温度上昇による補給水ポンプ２の作動は、ドレンタンク４内の水位が高い場合でも行う。ドレンタンク４への補給水導入によって水位上限値より高くなった場合には、補給水ポンプ２の作動を行いながら水位調節弁１２を開く制御を行う。水位調節弁１２を開くと、補給水タンク１０からドレンタンク４への通水を行いながら、ドレンタンク４から補給水タンク１０への通水も行うことになる。

この場合、ドレンタンク４の水位が高くなりすぎることはなく、ドレンタンク４と補給水タンク１０の間で水を循環させることで、補給水タンク１０内の温度は上昇し、ドレンタンク４内の温度は低下する。補給水タンク１０は解放タンクであるために１００℃より高くなることはなく、１００℃未満の補給水をドレンタンク４に送るため、ドレンタンク４の温度は低下していく。

また、ドレンタンク内の圧力に応じて給水ポンプの回転数制御を行い、過大な流量が流れることを防止してボイラが必要とする適量を供給することで、更にキャビテーションを防止することができる。ドレンタンク内の圧力が比較的低い場合には、給水ポンプの回転数を小さくして給水ポンプでの圧力低下を抑えることで、キャビテーションは発生しにくくなる。

本発明では、ドレンタンク４の圧力と温度を所定の範囲に保つようにしており、ドレンタンク内の圧力が高くなりすぎてドレンをドレンタンクに回収できなくなったり、ドレンタンク内の温度と圧力のバランスが崩れてボイラ給水ポンプでキャビテーションが発生することはない。そのため、高温ドレンの回収量を制限する必要はなく、より多くの熱を回収することができるため、燃料をより多く削減することができる。

１ ボイラ
２ 補給水ポンプ
３ 熱使用機器
４ ドレンタンク
５ ボイラ給水配管
６ ボイラ給水ポンプ
７ 圧力検出装置
８ ドレンタンク用蒸気供給経路
９ 蒸気供給弁
１０ 補給水タンク
１１ 水位検出装置
１２ 水位調節弁
１３ 補給水供給配管
１４ 余剰ドレン回収配管
１５ 蒸気ヘッダ
１６ 温度検出装置
１７ 蒸気排出弁
１８ 蒸気排出管

Claims (3)

1. 熱使用機器へ蒸気を供給するボイラ、ボイラで発生した蒸気の熱を使用する熱使用機器、熱使用機器が排出したドレンを回収するドレンタンクを持ち、ドレンタンクに回収したドレンを前記ボイラへ供給するようにしているドレン回収システムであって、ドレンタンクには有圧タンクを使用することで高温のドレンを前記ボイラへ供給するようにしている高温ドレン回収システムにおいて、ドレンタンクに供給する補給水をためておく補給水タンク、ドレンタンク内の水位を検出する水位検出装置、補給水タンクからドレンタンクへの補給水供給を行う補給水供給配管と補給水ポンプ、ドレンタンクから補給水タンクへ余剰ドレンを送る余剰ドレン回収配管と水位調節弁、ドレンタンクからボイラへ送る給水の温度を検出する温度検出装置を設け、ボイラ給水の温度が温度上限値より高い場合には補給水ポンプを作動することでドレンタンクへ補給水を導入するようにしておき、ドレンタンクへの補給水導入を行うことでドレンタンク内水位が水位上限値よりも高くなってもボイラ給水の温度が温度上限値よりも高い場合は、水位調節弁を開くことでドレンタンクから補給水タンクへの通水を行いつつ、補給水タンクからドレンタンクへの通水を行うことでドレンタンク内温度を低下させることを特徴とする高温ドレン回収システム。
2. 請求項１に記載の高温ドレン回収システムにおいて、ドレンタンク内の圧力を検出する圧力検出装置、ドレンタンクに蒸気を供給するドレンタンク用蒸気供給経路と蒸気供給弁、ドレンタンク内の蒸気を排出する蒸気排出管と蒸気排出弁を持ち、ドレンタンク内の圧力が圧力下限値より低い場合には蒸気供給弁を開くことでドレンタンクに蒸気を供給し、ドレンタンク内の圧力が圧力上限値より高い場合には蒸気排出弁を開くことでドレンタンクから蒸気を排出するものであることを特徴とする高温ドレン回収システム。
3. 請求項２に記載の高温ドレン回収システムにおいて、蒸気排出管の他端は補給水タンクに接続しておき、ドレンタンクから排出した排出蒸気によって補給水タンク内の補給水を予熱するようにしたことを特徴とする高温ドレン回収システム。

Images