JPH10227401A - 廃熱回収ボイラーの給水予熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 第１熱風ダクト２４に第１温度センサ２
５及び第１冷却ガス取入れ口２６を取付け、蒸気輸送管
１３に蒸気流量計１４を取付ける。給水管４を切込んで
主弁４１を取付ける。第２熱風ダクト５３に第２温度セ
ンサ５５、第２冷却ガス取入れ口５６並びに予熱チュー
ブ４４を取付け、予熱チューブ４４の両端を給水予熱管
４２，４３を介して前記主弁４１の前後に取付ける。 【効果】 ボイラーに改造を加えるわけではないので、
法的制約は受けずに済む。そして、第２の冷却ガス取入
れ口及び予熱チューブの取付け工事は、ボイラーとは無
関係の第２の廃熱系統で行なうので、工期の制約は受け
ない。さらに、第１の廃熱系統には第１の冷却ガス取入
れ口を改造工事で取付けるだけであるから、改造はごく
簡単なものとなり、工事期間が短くて済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃熱エネルギー回収
技術の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃熱エネルギーの回収に関しては、特
公昭５８−５６０４１号公報「固体廃熱の回収システ
ム」や特公平３−２２５２４号公報「廃熱回収装置」
などの種々のシステムが提案されている。

【０００３】上記は、同公報の図面によれば、パネル
形熱交換器３で暖めた給水を熱水貯蔵タンク５を介して
蒸気発生器１０へ送り、温水をボイラの循環系へ補給す
るというものである。

【０００４】上記は、同公報の第２図に示される従来
の設備に、低圧エバポレータ１４及脱気器加熱用蒸気系
１５を追加して第１図の設備としたものである。低圧エ
バポレータ１４で更なる熱回収を行なって、回収効率を
改善する技術である。具体的には、第１図の主蒸気管１
３の蒸気温度が下がったときやもっと上げたいときに
は、弁１８の弁開度を大きくして、熱回収量を増やし、
逆に主蒸気管１３の蒸気温度が上り過ぎたときには、弁
１８を絞って、熱回収量を減らすというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記は、蒸気発生器
１０へ温水を補給する構造としたが、蒸気発生器１０で
は気液分離のために温水のレベル管理を厳密に行なう必
要がある。この様な蒸気発生器１０に温水を注入するこ
とは、精度の良いレベル管理機構を追加又は補強する必
要があり、設備費が嵩む。更には、蒸気発生器１０に、
後工事で温水の給水系を追加することは、法規上の制約
があって実現が難しい。

【０００６】上記は、蒸気温度が上がり過ぎたときに
弁１８を絞るため、このときに低圧エバポレータ１４へ
の給水が少なくなり、いわゆる空焚き状態になり、危険
である。廃熱回収系では廃ガスの温度が刻々変化するた
めにこの技術は採用できない。また、低圧エバポレータ
１４を追加するには、設備全体を長期間止めなければな
らず、工場における生産計画を低下させることとなる。

【０００７】いづれも、官庁の立合い検査を受けた後の
ボイラシステムに、後から追加の形で給水システムを付
けることは、法規上困難がある。法規をクリアしても工
事期間中、ボイラシステムを止めなければならない。そ
こで、本発明の目的は、法的な制約を受けること無く且
つ工事期間がごく短くて済む給水予熱装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１は、廃熱回収ボイラーを備えた第１の廃熱系
統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んでボイラー
に至る廃ガスの温度を下げることのできる第１冷却ガス
取入れ口を第１の廃熱系統に設け、廃熱回収ボイラーへ
の給水を予熱するための予熱チューブを第１の廃熱系統
とは別個の第２の廃熱系統に臨ませ、この第２の廃熱系
統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んで予熱チュ
ーブに至る廃ガスの温度を下げることのできる第２冷却
ガス取入れ口を第２の廃熱系統に設けたことを特徴とす
る廃熱回収ボイラーの給水予熱装置である。

【０００９】ボイラーに改造を加えるわけではないの
で、法的制約は受けずに済む。そして、第２冷却ガス取
入れ口及び予熱チューブの取付け工事は、ボイラーとは
無関係の第２の廃熱系統で行なうので、工期の制約は受
けない。さらに、第１の廃熱系統には第１冷却ガス取入
れ口を改造工事で取付けるだけであるから、改造はごく
簡単なものとなり、工事期間が短くて済む。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係る廃熱回収ボイラー及び
給水予熱装置の原理図である。廃熱回収ボイラー１は、
給水タンク２、給水ポンプ３、給水管４、真空脱気器
５、ボイラー給水ポンプ６、エコノマイザー（節炭器）
７、蒸気ドラム８、循環ポンプ９、エバポレータ１１、
スーパエバポレータ１２、蒸気輸送管１３、蒸気流量計
１４からなり、第１送風機２１、第１送風ダクト２２、
第１の熱源２３、第１熱風ダクト２４からなる第１の廃
熱系統２０に図の様に、スーパエバポレータ１２、エバ
ポレータ１１及びエコノマイザー７を取付けたものであ
る。第１の熱源２３は例えば鉱石焼結設備である。ま
た、単に「ボイラー」とは、蒸気ドラム８、エコノマイ
ザー７、エバポレータ１１及びスーパエバポレータ１２
を指すことにする。

【００１１】なお、２５は第１温度センサ、２６は第１
冷却ガス取入れ口、２７は第１ダンパ、２８はダンパア
クチエータ、２９は第１コントローラである。

【００１２】廃熱回収ボイラーの給水予熱装置４０（以
下「給水予熱装置４０」と略す。）は、前記給水管４に
介設した主弁４１、この主弁４１の前・後において給水
管４から分岐させた給水予熱管（行き）４２及び給水予
熱管（戻り）４３、これらの給水予熱管４２，４３間に
介在させた予熱チューブ４４とからなり、第２の熱源５
１、第２送風機５２、第２熱風ダクト５３とからなる第
２の廃熱系５０に、図の様に予熱チューブ４４を取付け
たものである。第２の熱源は例えば集塵排ガスである。
５５は第２温度センサ、５６は第２冷却ガス取入れ口、
５７は第２ダンパ、５８はダンパアクチエータ、５９は
第２コントローラである。

【００１３】蒸気流量計１４はオリフィス式流量計、温
度センサ２５，５５は熱電対が好適である。

【００１４】以上の構成からなる廃熱回収ボイラー及び
給水予熱装置の作動を次に説明する。図１において、給
水タンク２から給水ポンプ３にて常温（１５℃程度）の
水を真空脱気器５へ送り、この真空脱気器５で水に含ま
れる気体を除去する。脱気処理した水をボイラー給水ポ
ンプ６にて圧送するが、主弁４１を閉じておけば、水は
給水予熱管（行き）４２を介して予熱チューブ４４に至
り、予熱チューブ４４で第２の熱源５１で暖められる。

【００１５】この予熱された温水は給水予熱管（戻り）
４３を介して給水管４に戻り、エコノマイザー７に至っ
て、今度は第１の熱源２３にて更に暖められて蒸気ドラ
ム８に到達する。蒸気ドラム８の温水は、循環ポンプ９
によりエパポレータ１１との間を循環する間にエバポレ
ータ１１で第１の熱源２３で更に加熱される。この温水
の一部がスーパエバポレータ１２に至り、第１の熱源２
３で蒸気化される。蒸気ドラム８の蒸気を、蒸気輸送管
１３で外へ供給する。

【００１６】ところで、この種の廃熱回収装置では、第
１の廃熱系統２０及び第２の廃熱系統５０において廃ガ
スの温度が大きく変動するという難しさがある。そこ
で、本発明では廃ガスの温度変動に次に示す対策を講じ
たことを特徴とする。図２は本発明の第２の廃熱系統に
おける冷却ガス取入れ制御フロー図であり、ＳＴ××は
ステップ番号を示す。 ＳＴ０１：第２温度センサで第２の廃熱系統における廃
ガスの温度Ｔg2を計測する。

【００１７】ＳＴ０２：このＴg2を、制御基準温度Ｔst
d2と比較する。この基準温度Ｔstd2は第２の廃熱系統を
健全な状態で使い得る管理値であり、具体的に予熱チュ
ーブの使用温度上限値を参考に決めればよい。 ＳＴ０３：Ｔg2＜Ｔstd2であれば、第２ダンパの開度を
減少する。この結果、廃ガスの温度が上り、回収熱が増
加する。 ＳＴ０４：Ｔg2＝Ｔstd2であれば、第２ダンパの開度を
キープする。 ＳＴ０５：Ｔg2＞Ｔstd2であれば、第２ダンパの開度を
増加する。この結果、廃ガスの温度が下り、予熱チュー
ブの過度な温度上昇を避けることができる。 ＳＴ０７：計測（操業）を継続するなら、ＳＴ０１へ戻
る。 この制御フローを続けることにより、廃ガスの温度が変
動しても、第２の廃熱系統を安全に運転することができ
る。

【００１８】図３は本発明の第１の廃熱系統における冷
却ガス取入れ制御フロー図である。 ＳＴ１１：蒸気流量計で蒸気量Ｑｓを計測する。 ＳＴ１２：Ｑｓが制御基準値ｑstdを超えているか否か
を判断する。

【００１９】ＳＴ１３：第１温度センサで第１の廃熱系
統における廃ガスの温度Ｔg1を計測する。 ＳＴ１４：このＴg1を、制御基準温度Ｔstd1と比較す
る。この基準温度Ｔstd1は第１の廃熱系統を健全な状態
で使い得る管理値である。 ＳＴ１５：Ｔg1＜Ｔstd1であれば、第１ダンパの開度を
減少する。この結果、廃ガスの温度が上り、回収熱が増
加する。 ＳＴ１６：Ｔg1＝Ｔstd1であれば、第１ダンパの開度を
キープする。 ＳＴ１７：（Ｔg1＞Ｔstd1）の条件と（Ｑｓ＞ｑstd）
の条件の少なくとも一方の条件により、第１ダンパの開
度を増加する。この結果、廃ガスの温度が下り、エコノ
マイザー、エバポレータ及びスーパエバポレータの過度
な温度上昇を避けることができる。 ＳＴ１８：計測（操業）を継続するなら、ＳＴ１１及び
ＳＴ１３へ戻る。 この制御フローを続けることにより、廃ガスの温度が変
動しても、第１の廃熱系統を安全に運転することができ
る。

【００２０】すなわち、本発明は第１熱風ダクト２４へ
必要に応じて第１冷却ガス取入れ口２６にて外気を導入
して廃ガスを冷却することで、エコノマイザー７、エバ
ポレータ１１及びスーパエバポレータ１２を保護したこ
と、及び第２熱風ダクト５３へ必要に応じて第２冷却ガ
ス取入れ口５６にて外気を導入して廃ガスを冷却するこ
とで予熱チューブ４４を保護したことを特徴とする。

【００２１】同じ目的を達成する他の方式（（ａ），
（ｂ））と比較する。他の方式（ａ）は、外気を取入れ
る代りに、主弁４１の２次側へ、真空脱気器５の冷水を
圧力を掛けて注入するものであり、エコノマイザー７、
エバポレータ１１及びスーパエバポレータ１２への水量
を増加してこれらを保護すると言うものである。しか
し、この方式では厳密な流量制御が必要となり、また、
予熱チューブ４４への水量が減少するため、予熱チュー
ブ４４は損傷する虞れがある。

【００２２】他の方式（ｂ）は、給水予熱管（行き）４
２の入口又は給水予熱管（戻り）４３の出口に温水タン
クを設け、この温水タンクで一旦を温水を貯溜し、必要
量だけエコノマイザー７へ送り出すと言うものである。
しかし、この方式は、新たなボイラーを設置するのと変
りが無く、温水タンクの設置に費用が嵩むことになる。

【００２３】これらの他の方式（ａ），（ｂ）に比較し
て、本発明は単に第１冷却ガス取入れ口２６及び第２冷
却ガス取入れ口５６を取付けるだけであるから、改造内
容は軽微であり改造費用も少なくて済む。

【００２４】次に設置済の設備に本発明を適用するため
の改造要領を説明する。図４は本発明に係る改造要領図
であり、改造工事は次の〜からなる。改造工事で
は、第１熱風ダクト２４に第１温度センサ２５及び第１
冷却ガス取入れ口２６を取付け、蒸気輸送管１３に蒸気
流量計１４を取付ける。なお、一般の廃熱回収ボイラ設
備では、前記第１温度センサ２５及び蒸気流量計１４は
設備されているので、第１冷却ガス取入れ口２６だけを
改造工事の際に取付ければよい。この後に、第１コント
ローラ２９廻りの信号ケーブルを敷設すればよい。

【００２５】改造工事では、給水管４を切込んで主弁
４１を取付ける。改造工事では、第２熱風ダクト５３
に第２温度センサ５５、第２冷却ガス取入れ口５６並び
に予熱チューブ４４を取付け、予熱チューブ４４の両端
を給水予熱管４２，４３を介して前記主弁４１の前後に
取付ける。

【００２６】以上の改造工事〜が完了すると、図１
の設備が完成する。勿論、改造要領は一例を示したに過
ぎず、施工順序を変更したり、施工内容を変更すること
は差支えない。

【００２７】上記の改造工事〜は、蒸気ドラム８な
どの廃熱回収ボイラー１の主要部に改造を加えるもので
はない。したがって、改造に対して法的な制約を受ける
心配は無い。また、改造工事は第１冷却ガス取入れ口
２６の取付け、改造工事では主弁４１の取付けが工事
の主たるものとなるが、この程度の改造は短期間（半日
程度）で済むため、既設の廃熱回収ボイラーの停止期間
は短くて済む。さらに、改造工事は既設の廃熱回収ボ
イラとは無関係に施工することができ、十分な時間を掛
けることが可能となる。従って、いわゆるライン停止は
最小の期間で済ませることができる。

【００２８】

【実施例】本発明に係る実施例と従来技術に係る比較例
とを以下の表１で説明する。なお、実施例１，２は図１
の設備、比較例１，２は図４における改造前の設備で行
なった実験である。

【００２９】

【表１】

【００３０】実施例１では給水予熱を実施したために、
ボイラー蒸発量は３２３，６１９（Ｍ／Ｈｒ）であっ
た。ただし、Ｍ／Ｈ はTON×１０００×９．８０６６５
／時間である。これに対して比較例１では給水予熱を実
施していないために、ボイラー蒸発量は３０８，９０
９（Ｍ／Ｈｒ）であった。従って、差引（−）蒸発
量の１４，７１０Ｍ／Ｈｒが給水予熱による熱回収分と
なる。

【００３１】同様に、実施例２では給水予熱を実施した
ために、ボイラー蒸発量は３８２，４５９（Ｍ／Ｈ
ｒ）であった。これに対して比較例２では給水予熱を実
施していないために、ボイラー蒸発量は３６２，８４
６（Ｍ／Ｈｒ）であった。従って、差引（−）蒸発
量の１９，６１３Ｍ／Ｈｒが給水予熱による熱回収分と
なる。

【００３２】第１冷却ガス取入れ口２６の作用を述べる
と、第１の廃熱系統における廃ガスの温度が４７０℃で
あったときに第１冷却ガス取入れ口２６を開けることに
より、廃ガス温度を速かにボイラーの許容温度である４
５６℃に下げることができた。また、第２冷却ガス取入
れ口５６の作用を述べると、第２の廃熱系統における廃
ガスの温度が２５０℃であったときに第２冷却ガス取入
れ口５６を開けることにより、廃ガス温度を速かに２０
０℃に下げることができた。

【００３３】本発明は広く採用でき、例えば第１の熱源
は焼却炉の廃ガス、第２の熱源は集塵排ガスである。す
なわち、第１の熱源と第２の熱源とは互いに独立した、
異なるものであれば種類は問わない。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、廃熱回収ボイラーを備えた第１の廃
熱系統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んでボイ
ラーに至る廃ガスの温度を下げることのできる第１冷却
ガス取入れ口を第１の廃熱系統に設け、廃熱回収ボイラ
ーへの給水を予熱するための予熱チューブを第１の廃熱
系統とは別個の第２の廃熱系統に臨ませ、この第２の廃
熱系統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んで予熱
チューブに至る廃ガスの温度を下げることのできる第２
冷却ガス取入れ口を第２の廃熱系統に設けたことを特徴
とする廃熱回収ボイラーの給水予熱装置である。

【００３５】ボイラーに改造を加えるわけではないの
で、法的制約は受けずに済む。そして、第２冷却ガス取
入れ口及び予熱チューブの取付け工事は、ボイラーとは
無関係の第２の廃熱系統で行なうので、工期の制約は受
けない。さらに、第１の廃熱系統には第１冷却ガス取入
れ口を改造工事で取付けるだけであるから、改造はごく
簡単なものとなり、工事期間が短くて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃熱回収ボイラー及び給水予熱装
置の原理図

【図２】本発明の第２の廃熱系統における冷却ガス取入
れ制御フロー図

【図３】本発明の第１の廃熱系統における冷却ガス取入
れ制御フロー図

【図４】本発明に係る改造要領図

【符号の説明】

１…廃熱回収ボイラー、７…エコノマイザー、８…蒸気
ドラム、１１…エバポレータ、１２…スーパエバポレー
タ、１４…蒸気流量計、２０…第１の廃熱系統、２３…
第１の熱源、２４…第１熱風ダクト、２５…第１温度セ
ンサ、２６…第１冷却ガス取入れ口、２７…第１ダン
パ、２８…ダンパアクチエータ、２９…第１コントロー
ラ、４０…給水予熱装置、４１…主弁、４２，４３…給
水予熱管、４４…予熱チューブ、５０…第２の廃熱系
統、５１…第２の熱源、５３…第２熱風ダクト、５５…
第２温度センサ、５６…第２冷却ガス取入れ口、５７…
第２ダンパ、５８…ダンパアクチエータ、５９…第２コ
ントローラ。

フロントページの続き (72)発明者 小峰 衛 茨城県鹿嶋市大字光３番地 住友金属工業 株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者 星野 道雄 茨城県鹿嶋市大字光３番地 住友金属工業 株式会社鹿島製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃熱回収ボイラーを備えた第１の廃熱系
   統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んでボイラー
   に至る廃ガスの温度を下げることのできる第１冷却ガス
   取入れ口を第１の廃熱系統に設け、廃熱回収ボイラーへ
   の給水を予熱するための予熱チューブを第１の廃熱系統
   とは別個の第２の廃熱系統に臨ませ、この第２の廃熱系
   統の廃ガス中へ外気などの冷却空気を吹込んで予熱チュ
   ーブに至る廃ガスの温度を下げることのできる第２冷却
   ガス取入れ口を第２の廃熱系統に設けたことを特徴とす
   る廃熱回収ボイラーの給水予熱装置。