JP2014199004A - 蒸気処理設備および蒸気処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気処理設備の省エネルギー効果を向上する。
【解決手段】蒸気処理設備１００は、中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダＳＭＨと、低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダＳＬＨと、中圧蒸気ヘッダＳＭＨおよび低圧蒸気ヘッダＳＬＨが接続された複数のプロセスユニット１０と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨから供給される低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とし、中圧蒸気ヘッダＳＭＨに供給する低圧蒸気圧縮部３０とを備える。各プロセスユニット１０で発生した低圧蒸気は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨに回収される。低圧蒸気ヘッダＳＬＨに回収された低圧蒸気は、低圧蒸気圧縮部３０により中圧蒸気に昇圧された後、中圧蒸気ヘッダＳＭＨを介して各プロセスユニット１０に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントにおいて蒸気を処理する蒸気処理設備および蒸気処理方法に関する。

従来より、例えば石油プラントなどのプラントにおいて、ボイラーによって生成した蒸気を高圧蒸気（例えば４．０〜１２．０ＭＰａＧ）、中圧蒸気（例えば１．０〜２．０ＭＰａＧ）、低圧蒸気（例えば０．０１〜０．６ＭＰａＧ）などに分け、それらの蒸気を蒸気タービンなどの蒸気使用装置や各種生産プロセスに供給する蒸気処理設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０２４３２号公報

このような蒸気処理設備においては、蒸気タービンなどの蒸気使用装置から大量の低圧蒸気が発生する。従来の蒸気処理設備では、このような低圧蒸気を回収し、低圧蒸気発電または既存の低圧蒸気使用プロセスに利用するのが殆どであった。しかしながら、蒸気処理設備で発生する低圧蒸気量は、既存の低圧蒸気使用プロセスの需要量を大きく超える場合が多く、回収された低圧蒸気が十分に利用されているとは言い難い。また、低圧蒸気を用いた復水タービン発電は設備費がかさむため、経済性がかなり低下する可能性がある。このように、従来の蒸気処理設備では、低圧蒸気は需要先と利用効果が限定されているため、回収余地があるにもかかわらず十分に活用されておらず、省エネルギーの観点から改善の余地がある。

本発明は、こうした状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネルギー効果を向上できる蒸気処理設備および蒸気処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蒸気処理設備は、中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、中圧蒸気ヘッダおよび低圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、低圧蒸気ヘッダから供給される低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とし、中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部とを備える。各プロセスユニットで発生した低圧蒸気は、低圧蒸気ヘッダに回収される。低圧蒸気ヘッダに回収された低圧蒸気は、低圧蒸気圧縮部により中圧蒸気に昇圧された後、中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給される。

低圧蒸気圧縮部は、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて圧縮機を起動させる蒸気タービンと、蒸気タービンにより圧縮機が起動された後に、蒸気タービンに代えて圧縮機を常時運転させる電動機とを含んでもよい。

低圧蒸気圧縮部は、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて圧縮機を駆動する蒸気タービンとを含んでもよい。

低圧蒸気圧縮部は、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて圧縮機を駆動する混気タービンとを含んでもよい。

低圧蒸気圧縮部は、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて圧縮機を駆動する混気タービンと、圧縮機の駆動に必要な動力を超える余剰動力が混気タービンで発生した場合に該余剰動力を用いて誘導発電する電動発電機とを含んでもよい。

混気タービンで余剰動力が発生しない場合、混気タービンからの動力と電動発電機からの動力とを合わせた動力を用いて圧縮機が駆動されてもよい。

低圧蒸気圧縮部は、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて圧縮機を駆動する蒸気タービンまたは低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて圧縮機を駆動する混気タービンと、を備えてもよい。蒸気タービンまたは混気タービンで生じた真空を用いて、起動の際に圧縮機が真空状態とされてもよい。

各プロセスユニットは、プロセス流体を用いて水を加熱蒸発させて低圧蒸気を発生させる熱交換器を備えてもよい。

各プロセスユニットで使用した冷却水を回収する冷却水回収手段と、回収された冷却水を昇温して低圧蒸気を発生させるヒートポンプとを更に備えてもよい。

本発明の別の態様もまた、蒸気処理設備である。この蒸気処理設備は、中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、中圧蒸気と低圧蒸気の間の準中圧蒸気を収容する準中圧蒸気ヘッダと、中圧蒸気ヘッダ、低圧蒸気ヘッダおよび準中圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、低圧蒸気ヘッダから供給される低圧蒸気を昇圧して準中圧蒸気とし、準中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部とを備える。各プロセスユニットで発生した低圧蒸気は、低圧蒸気ヘッダに回収される。低圧蒸気ヘッダに回収された低圧蒸気は、低圧蒸気圧縮部により準中圧蒸気に昇圧された後、準中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給される。

本発明の更に別の態様もまた、蒸気処理設備である。この蒸気処理設備は、中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、低圧蒸気よりも低い準低圧蒸気を収容する準低圧蒸気ヘッダと、中圧蒸気ヘッダ、低圧蒸気ヘッダおよび準低圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、準低圧蒸気ヘッダから供給される準低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とし、中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部とを備える。各プロセスユニットで発生した準低圧蒸気は、準低圧蒸気ヘッダに回収される。準低圧蒸気ヘッダに回収された準低圧蒸気は、低圧蒸気圧縮部により中圧蒸気に昇圧された後、中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給される。

本発明の更に別の態様は、蒸気処理方法である。この方法は、複数のプロセスユニットから低圧蒸気を回収するステップと、回収された低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とするステップと、昇圧された中圧蒸気を各プロセスユニットに供給するステップとを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、省エネルギー効果を向上できる蒸気処理設備および蒸気処理方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る蒸気処理設備を説明するための図である。 本発明の別の実施形態に係る蒸気処理設備を説明するための図である。 本発明の更に別の実施形態に係る蒸気処理設備を説明するための図である。 低圧蒸気圧縮部の変形例を説明するための図である。 低圧蒸気圧縮部の別の変形例を説明するための図である。 低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。 低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。 低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。 本発明の第１実施例に係る蒸気処理設備を示す図である。 本発明の第２実施例に係る蒸気処理設備を示す図である。 本発明の第３実施例に係る蒸気処理設備を示す図である。 本発明の第４実施例に係る蒸気処理設備を示す図である。 第１〜第３実施例に係る蒸気処理設備のメリットを示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る蒸気処理設備１００を説明するための図である。図１に示す蒸気処理設備１００は、例えば石油精製プラント、石油化学プラント、火力発電プラントなどで用いられる蒸気処理設備であってよい。

図１に示すように、蒸気処理設備１００は、複数のプロセスユニット１０（第１〜第ｎプロセスユニット１０＿１〜１０＿ｎ）と、ボイラー１１と、高圧蒸気ヘッダＳＨＨと、中圧蒸気ヘッダＳＭＨと、低圧蒸気ヘッダＳＬＨと、低圧蒸気圧縮部３０とを備える。

第１〜第ｎプロセスユニット１０＿１〜１０＿ｎは、それぞれ所定の生産プロセスを行うためのプロセス設備（例えば、熱交換器、反応器、加熱器、ポンプ、コンプレッサなど）を備えている。例えば蒸気処理設備１００が石油プラントであれば、例えば第１プロセスユニット１０＿１は石油からガソリンを生成するためのプロセス設備を備え、例えば第２プロセスユニット（図示せず）はガソリンからナフサを生成するためのプロセス設備を備え、例えば第ｎプロセスユニット１０＿ｎは石油から灯油を生成するためのプロセス設備を備える。

各プロセスユニット１０は、空冷式熱交換器（エアフィンクーラ）ＡＦＣと、ケトル型熱交換器３８とを備える。空冷式熱交換器ＡＦＣは、化学物質の生成プロセスで生じたプロセス流体を冷却して液化する。しかしながら、空冷式熱交換器ＡＦＣでは熱エネルギーが回収されずに放出されてしまう。そこで、本実施形態では、プロセス流体の少なくとも一部を空冷式熱交換器ＡＦＣの手前でバイパスさせ、ケトル型熱交換器３８に供給する。ケトル型熱交換器３８には、冷却水（ＢＦＷ：Boiler Feed Water）が供給される。ケトル型熱交換器３８は、プロセス流体との熱交換によりこのＢＦＷを加熱蒸発し、０．１５ＭＰａＧ、１２８℃の低圧蒸気を発生させる。

各プロセスユニット１０には、高圧蒸気ヘッダＳＨＨ、中圧蒸気ヘッダＳＭＨおよび低圧蒸気ヘッダＳＬＨが接続されている。高圧蒸気ヘッダＳＨＨは、例えば約４．４ＭＰａＧ、約３９４℃を基準とする高圧蒸気を収容するヘッダである。また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨは、例えば約１．３７ＭＰａＧ、約２４０℃を基準とする中圧蒸気を収容するヘッダである。また、低圧蒸気ヘッダＳＬＨは、例えば約０．１５ＭＰａＧ、約１２８℃を基準とする低圧蒸気を収容するヘッダである。高圧蒸気ヘッダＳＨＨ、中圧蒸気ヘッダＳＭＨおよび低圧蒸気ヘッダＳＬＨは、第１〜第ｎプロセスユニット１０＿１〜１０＿ｎに対して共通である。

高圧蒸気ヘッダＳＨＨと中圧蒸気ヘッダＳＭＨとの間には、第１圧力制御弁１３が設けられている。この第１圧力制御弁１３を制御することにより、高圧蒸気ヘッダＳＨＨおよび中圧蒸気ヘッダＳＭＨの圧力を所定の値に制御することができる。

また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨと低圧蒸気ヘッダＳＬＨとの間には、第２圧力制御弁１５が設けられている。この第２圧力制御弁１５を制御することにより、中圧蒸気ヘッダＳＭＨおよび低圧蒸気ヘッダＳＬＨの圧力を所定の値に制御することができる。

ボイラー１１は、例えばＣ重油、オフガスなどを燃料として高圧蒸気（例えば約４．４ＭＰａＧ、約３９４℃）を発生し、該高圧蒸気を高圧蒸気ヘッダＳＨＨに供給する。ボイラー１１は、例えばＦＣＣ ＣＯボイラーであってよい。

ボイラー１１から供給された高圧蒸気は、高圧蒸気ヘッダＳＨＨを介して各プロセスユニット１０に送られる。高圧蒸気は、高圧蒸気ヘッダＳＨＨから各プロセスユニット１０の高圧蒸気使用装置１７に供給される。高圧蒸気使用装置１７は、高圧蒸気を用いて仕事を行い、圧力が低下した蒸気（中圧蒸気）を中圧蒸気ヘッダＳＭＨに排出する。

また、中圧蒸気は、中圧蒸気ヘッダＳＭＨから各プロセスユニット１０の中圧蒸気使用装置１９に供給される。中圧蒸気使用装置１９は、中圧蒸気を用いて仕事を行い、圧力が低下した蒸気（低圧蒸気）を低圧蒸気ヘッダＳＬＨに排出する。

本実施形態において、低圧蒸気ヘッダＳＬＨには、各プロセスユニット１０の中圧蒸気使用装置から排出される低圧蒸気に加えて、各プロセスユニット１０のケトル型熱交換器３８で発生した低圧蒸気が供給される。

低圧蒸気は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨから各プロセスユニット１０の低圧蒸気使用装置２１に供給される。低圧蒸気使用装置２１は、低圧蒸気を用いて仕事を行う。高圧蒸気使用装置１７、中圧蒸気使用装置１９及び低圧蒸気使用装置２１は、タービン、ポンプ、熱交換器等であってよい。

従来の蒸気処理設備では、低圧蒸気は上記のように各プロセスユニット１０の低圧蒸気使用装置２１で使用するか、低圧蒸気ヘッダＳＬＨに復水タービン発電機を接続し、復水タービン発電機を用いて低圧蒸気発電を行うのが一般的である。しかしながら、蒸気処理設備で発生する低圧蒸気量は、既存の低圧蒸気使用装置２１の需要量を大きく超える場合が多く、多くの余剰の低圧蒸気が発生する。余剰となった低圧蒸気を復水タービン発電機に供給して低圧蒸気発電を行えば低圧蒸気の利用効率を高めることができるが、復水タービン発電機は高コストであるため、蒸気処理設備の経済性が低下する。従って、従来の蒸気処理設備では、各プロセスユニット１０の低圧蒸気使用装置２１で使い切れなかった低圧蒸気は大気中に放出されているケースが多く、省エネルギーの観点から改善の余地がある。

そこで、本実施形態に係る蒸気処理設備１００は、中圧蒸気ヘッダＳＭＨと低圧蒸気ヘッダＳＬＨとの間に低圧蒸気圧縮部３０を備える。本実施形態において、低圧蒸気圧縮部３０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、圧縮機２４を起動および常時運転させるための電動機（モータ）２６とを含んで構成されている。

低圧蒸気圧縮部３０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨから供給される低圧蒸気を１〜１．５ＭＰａＧ程度（例えば１．３７ＭＰａＧ）の中圧蒸気に昇圧し、中圧蒸気ヘッダＳＭＨに供給する。この昇圧された中圧蒸気は、中圧蒸気ヘッダＳＭＨを介して各プロセスユニット１０に送られ、各プロセスユニット１０の中圧蒸気使用装置１９で利用される。

本実施形態のように、回収した低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とすることで、従来余剰となって大気放出されていた低圧蒸気の付加価値が高まり、利用先を拡大することができる。低圧蒸気を中圧蒸気に昇圧するのに必要なエネルギー（すなわち、電動機２６を駆動するエネルギー）は、ボイラーを用いて中圧蒸気を発生するのに必要なエネルギーに較べて大幅に少ない。従って、本実施形態に係る蒸気処理設備１００によれば、従来ボイラを用いて発生させていた中圧蒸気の少なくとも一部を、プロセス流体を用いて水を加熱蒸発させて発生させた低圧蒸気を昇圧することにより得られた中圧蒸気で代替することにより、省エネルギー効果を向上できる。

蒸気を発電に利用する場合について考えると、低圧蒸気をそのまま復水タービン発電機に供給して低圧蒸気発電を行う場合、熱効率は１２％程度と極めて低い。また、低圧蒸気に対応した復水タービン発電機は、現状では製造している製造業者が少なく、調達が容易ではない。一方、中圧蒸気を主蒸気とする低圧混気復水タービン発電機を用いて発電を行う場合、熱効率は１５％以上となる。また、低圧混気復水タービン発電機は製造している製造業者が多く、調達が容易である。従って、本実施形態のように、回収した低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とすることで、熱効率が高く、且つ調達が容易な低圧混気復水タービン発電機を効果的に用いることができるようになる。

本実施形態に係る蒸気処理設備１００では、第１〜第ｎプロセスユニット１０＿１〜１０＿ｎから低圧蒸気が回収される。回収される低圧蒸気は、各プロセスユニット１０の低圧蒸気使用装置２１で使用されなかった余剰の低圧蒸気と、各プロセスユニット１０のケトル型熱交換器３８で発生した低圧蒸気とを含む。回収された低圧蒸気は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨを介して低圧蒸気圧縮部３０に送られ、中圧蒸気に昇圧される。そして、この昇圧された中圧蒸気は、中圧蒸気ヘッダＳＭＨを介して各プロセスユニット１０に送られ、中圧蒸気使用装置１９で利用される。

例えば、プロセスユニット１０ごとに低圧蒸気を中圧蒸気に昇圧して利用している場合、例えば第１プロセスユニット１０＿１は低圧蒸気の利用効率が高いが、第ｎプロセスユニット１０＿ｎは低圧蒸気の利用効率が低いといったように、プロセスユニット１０ごとに低圧蒸気の利用効率に差が生じる可能性がある。従って、この場合、蒸気処理設備の十分な省エネルギー効果を達成できない可能性がある。

一方、本実施形態に係るプロセスユニット１０の場合、各プロセスユニット１０から回収した低圧蒸気を低圧蒸気圧縮部３０で一括して中圧蒸気に昇圧し、昇圧した中圧蒸気を各プロセスユニット１０に送って利用しているので、プロセスユニット１０ごとに低圧蒸気の利用効率に差が生じるといった事態が回避され、蒸気処理設備１００全体として十分な省エネルギー効果を達成できる。このように複数のプロセスユニット１０＿１〜１０＿nから回収された低圧蒸気を昇圧して、異なるプロセスユニットに設けられた複数の中圧蒸気使用装置１９に用いることができるため、回収された低圧蒸気を、特定のプロセスユニットに設けられた中圧蒸気使用装置１９のみならず、他のプロセスユニットに設けられた中圧蒸気使用装置１９にも利用することができる。これにより、従来、用途が限定され、あまり利用されていなかった低圧蒸気をエネルギーとして有効に利用することができ、省エネルギーが可能になる。また、購入した蒸気やボイラーにより発生させた蒸気を用いることなく中圧蒸気使用装置１９に仕事をさせることも可能になり、中圧蒸気使用装置１９による仕事を経済的に行うことができる。

図２は、本発明の別の実施形態に係る蒸気処理設備を説明するための図である。既設の中圧蒸気ヘッダＳＭＨの基準圧力（例えば１．３７ＭＰａＧ）が低圧蒸気圧縮部３０で昇圧可能な圧力（例えば１．０５ＭＰａＧまたは０．７５ＭＰａＧ）より高い場合、図２に示すように、中圧蒸気と低圧蒸気の間の圧力（例えば１．０５ＭＰａＧまたは０．７５ＭＰａＧ）の蒸気（「準中圧蒸気」と呼ぶ）を収容する準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨを新設する。この準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨは、各プロセスユニット１０に接続される。そして、中圧蒸気を利用している各プロセスユニットの背圧タービン２３などの機器の使用蒸気の下限圧力をチェックし、下限圧力が高い場合は、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨの準中圧蒸気に適合するよう機器を改造する。低圧蒸気圧縮部３０で昇圧された準中圧蒸気は、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨを介して各プロセスユニットに供給され、改造された背圧タービン２３’により利用される。

本実施形態のように、低圧蒸気圧縮部３０で低圧蒸気を圧縮しても既存のプラントの中圧蒸気圧に達しない場合には、準中圧蒸気専用のヘッダを設置し、既存の背圧タービン２３を改造して適用することで、ボイラー１１によるプラントの蒸気発生量を大幅に低減でき、省エネルギー効果を向上できる。

図３は、本発明の更に別の実施形態に係る蒸気処理設備を説明するための図である。各プロセスユニット１０のケトル型熱交換器３８で発生した蒸気は、既設の低圧蒸気ヘッダＳＬＨの基準圧力（例えば０．１５ＭＰａＧ）に達しない場合がある（そのような低圧蒸気よりも低圧の蒸気（例えば０．１ＭＰａＧ）を「準低圧蒸気」と呼ぶ）。このような場合、図３に示すように、準低圧蒸気を収容する準低圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＬＨを新設する。そして、各プロセスユニットから回収した準低圧蒸気を低圧蒸気圧縮部３０により中圧蒸気に昇圧し、中圧蒸気ヘッダＳＭＨに供給する。

本実施形態のように、各プロセスユニットから回収した蒸気が低圧蒸気圧に達しない場合には、準低圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＬＨを設置し、準低圧蒸気を中圧蒸気に昇圧して各プロセスユニットで利用することで、ボイラー１１によるプラントの蒸気発生量を大幅に低減でき、省エネルギー効果を向上できる。なお、低圧蒸気圧縮部３０を用いて準低圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＬＨの準低圧蒸気を準中圧蒸気に昇圧し、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨに供給してもよい。

図４は、低圧蒸気圧縮部の変形例を説明するための図である。図１に示す低圧蒸気圧縮部３０では、圧縮機２４は電動機２６により起動および常時運転されている。図４に示す低圧蒸気圧縮部４０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を用いて圧縮機２４を起動および常時運転させる蒸気タービン４１とを含んで構成されている。本変形例に係る低圧蒸気圧縮部４０によれば、電動機が不要となるとともに、低圧蒸気の更なる有効利用を図ることができる。

図５は、低圧蒸気圧縮部の別の変形例を説明するための図である。図５に示す低圧蒸気圧縮部５０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を用いて圧縮機２４を起動させる蒸気タービン４１と、蒸気タービン４１により圧縮機２４が起動された後に、蒸気タービン４１に代えて圧縮機２４を常時運転させる電動機４２とを含んで構成されている。

圧縮機を駆動するための電動機として大型のものを導入しようとした場合、通常はプラントの既存受配電設備の増強が必要となる。これは、圧縮機２４の起動時に、受配電設備に大きな電気負荷がかかるためである。図５に示す変形例のように、蒸気タービン４１により圧縮機２４を定格回転数以上まで昇速してから、電動機４２の電源を投入することにより、電動機４２に流れる大きな起動電流を瞬時に終了させることができる。従って、図５に示す変形例によれば、既存受配電設備の強化を最小限としつつ、電動機４２の大型化が可能となる。言い換えると、大型の電動機４２の導入に起因する既存受配電設備の抜本的改造を回避できる。

図６は、低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。図６に示す低圧蒸気圧縮部６０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気および中圧蒸気ヘッダＳＭＨからの中圧蒸気を用いて圧縮機２４を起動および常時運転させる混気タービン６１とを含んで構成されている。本変形例に係る低圧蒸気圧縮部６０によれば、電動機が不要となるとともに、プラントの運転により回収した低圧蒸気および中圧蒸気の使用量が変動する場合でも蒸気の振り分けの自由度が飛躍的に増加し、蒸気処理設備１００における省エネルギー効果を最大化できる。

図７は、低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。図７に示す低圧蒸気圧縮部７０は、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気および中圧蒸気ヘッダＳＭＨからの中圧蒸気を用いて圧縮機２４を駆動する混気タービン６１と、圧縮機２４の駆動に必要な動力を超える余剰動力が混気タービン６１で発生した場合に該余剰動力を用いて誘導発電する電動発電機６２とを含んで構成されている。低圧蒸気圧縮部７０において、混気タービン６１で余剰動力が発生しない場合、混気タービン６１からの動力と電動発電機６２からの動力とを合わせた動力を用いて、圧縮機２４が駆動される。本変形例に係る低圧蒸気圧縮部７０によれば、低圧蒸気の発生量の変動や中圧蒸気の需要変動に応じて電動発電機６２を電動機または発電機として機能させることができるので、蒸気処理設備１００における省エネルギー効果をより一層向上できる。

図８は、低圧蒸気圧縮部の更に別の変形例を説明するための図である。図８に示す低圧蒸気圧縮部８０は、図５に示す低圧蒸気圧縮部５０を変形したものであり、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機２４と、低圧蒸気ヘッダＳＬＨからの低圧蒸気を用いて圧縮機２４を駆動する蒸気タービン４１と、蒸気タービン４１に接続された復水器４３とを備える。

低圧蒸気圧縮部８０では、蒸気タービン４１が低圧蒸気で駆動されることにより、蒸気タービン４１から復水器４３にかけて真空状態が発生する。本変形例に係る低圧蒸気圧縮部８０では、圧縮機２４の起動の際に、蒸気タービン４１で生じた真空を用いて圧縮機２４が真空状態とされる。これにより、圧縮機２４の起動負荷が低減されるので、起動に要する蒸気タービン４１の出力を最小化することができ、圧縮機２４と蒸気タービン４１に配分する低圧蒸気量の比率の自由度を大幅に改善できる。

本変形例に係る低圧蒸気圧縮部８０において、蒸気タービン４１に代えて図６で説明した混気タービン６１が用いられてもよい。

また、蒸気タービン４１で発生した真空に加えてまたは代えて、復水器４３に接続された真空発生装置４７で発生させた真空を用いて圧縮機２４が真空状態とされてもよい。真空発生装置４７としては、真空ポンプまたは蒸気エゼクタを利用できる。

次に、蒸気処理設備の実施例について説明する。図９は、本発明の第１実施例に係る蒸気処理設備を示す。本第１実施例に係る蒸気処理設備１００は、図１で説明した圧縮機と電動機から構成された低圧蒸気圧縮部３０を採用している。

なお、第１実施例では、上述の実施形態で述べた０．１５ＭＰａＧの低圧蒸気（「第１低圧蒸気」と呼ぶ）よりも若干高い０．２５ＭＰａＧの低圧蒸気（「第２低圧蒸気」と呼ぶ）を設定している。また、第１実施例では、１．３７ＭＰａＧの中圧蒸気よりも若干低い１．０５ＭＰａＧの準中圧蒸気を設定している。従って、第１実施例に係る蒸気処理設備１００は、収容蒸気圧が高い順に、高圧蒸気を収容する高圧蒸気ヘッダＳＨＨ、中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダＳＭＨ、準中圧蒸気を収容する準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨ、第２低圧蒸気を収容する第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２、および第１低圧蒸気を収容する第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１を備える。第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１が図１で説明した低圧蒸気ヘッダＳＬＨに対応する。

本第１実施例では、各プロセスユニットのケトル型熱交換器３８により、第１低圧蒸気を１００ｔ／ｈ回収している。また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨから第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２へのレットダウンは０ｔ／ｈとし、第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２から第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１へのレットダウンはヘッダバランスの成り行きで設定する。また、購入蒸気が０ｔ／ｈとなるように、低圧蒸気圧縮部３０を用いて第１低圧蒸気５６ｔ／ｈを１．０５ＭＰａＧに昇圧している。また、中圧蒸気で駆動するポンプ６０台のうち３３台を１．０５ＭＰａＧ仕様に改造し、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨにつないでいる。本第１実施例では、低圧蒸気圧縮部３０で昇圧しきれなかった低圧蒸気３８．８ｔ／ｈをラジアルタービン復水発電機４５に供給し、発電に利用している。

図１０は、本発明の第２実施例に係る蒸気処理設備を示す。本第２実施例に係る蒸気処理設備１００もまた、図１で説明した圧縮機と電動機から構成された低圧蒸気圧縮部３０を採用している。

本第２実施例では、購入蒸気が０ｔ／ｈとなるように第１低圧蒸気を６１．２ｔ／ｈ回収している。また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨから第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２へのレットダウンは０ｔ／ｈとし、第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２から第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１へのレットダウンはヘッダバランスの成り行きで設定する。第２実施例では、購入蒸気が０ｔ／ｈとなるように第１低圧蒸気５６ｔ／ｈを１．０５ＭＰａＧに昇圧している。また、第２実施例においても、中圧蒸気で駆動するポンプ６０台のうち３３台を１．０５ＭＰａＧ仕様に改造し、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨにつないでいる。本第２実施例では、低圧蒸気圧縮部３０は回収された低圧蒸気を使い切っており、余剰の低圧蒸気は生じていない。

図１１は、本発明の第３実施例に係る蒸気処理設備を示す。本第３実施例に係る蒸気処理設備１００は、図６で説明した圧縮機と混気タービンから構成された低圧蒸気圧縮部６０（混気復水タービン圧縮機）を採用している。

本第３実施例では、各プロセスユニットのケトル型熱交換器３８により、第１低圧蒸気を１００ｔ／ｈ回収している。また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨから第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２へのレットダウンは０ｔ／ｈとし、第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２から第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１へのレットダウンはヘッダバランスの成り行きで設定する。第３実施例では、購入蒸気が最小となるように、低圧蒸気圧縮部６０を用いて第１低圧蒸気５７ｔ／ｈを１．０５ＭＰａＧに昇圧している。第３実施例では、低圧蒸気圧縮部６０の混気タービンへの１．０５ＭＰａＧの準中圧蒸気の導入量は、０．１５ＭＰａＧの第１低圧蒸気の導入量の１／４を目標としている。また、第３実施例では、中圧蒸気で駆動するポンプ６０台のうち２７台を１．０５ＭＰａＧ仕様に改造し、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨにつないでいる。本第３実施例においても、低圧蒸気圧縮部３０は回収された低圧蒸気を使い切っており、余剰の低圧蒸気は生じていない。

図１２は、本発明の第４実施例に係る蒸気処理設備を示す。本第４実施例に係る蒸気処理設備１００は、図７で説明した圧縮機、混気タービンおよび電動発電機６２から構成された低圧蒸気圧縮部７０を採用している。

本第４実施例では、各プロセスユニットのケトル型熱交換器３８により、第１低圧蒸気を１３０ｔ／ｈ回収している。また、中圧蒸気ヘッダＳＭＨから第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２へのレットダウンは０ｔ／ｈとし、第２低圧蒸気ヘッダＳＬＨ２から第１低圧蒸気ヘッダＳＬＨ１へのレットダウンはヘッダバランスの成り行きで設定する。第４実施例では、購入蒸気が最小となるように、低圧蒸気圧縮部６０を用いて第１低圧蒸気６７ｔ／ｈを１．０５ＭＰａＧに昇圧している。また、第４実施例では、中圧蒸気で駆動するポンプ６０台のうち２７台を１．０５ＭＰａＧ仕様に改造し、準中圧蒸気ヘッダＳｕｂＳＭＨにつないでいる。本第４実施例においても、低圧蒸気圧縮部３０は回収された低圧蒸気を使い切っており、余剰の低圧蒸気は生じていない。

図１３は、第１〜第３実施例に係る蒸気処理設備のメリットを示す。第１〜第３実施例に係る蒸気処理設備１００は、従来の低圧蒸気を単純にタービン発電に利用していた蒸気処理設備と比較して、３倍以上の経済的効果を有する。このように、従来購入していた中圧蒸気の少なくとも一部を、プロセス流体を用いて水を加熱蒸発させて発生させた低圧蒸気を昇圧することにより得られた中圧蒸気で代替することにより、プラントを経済的に稼働させることができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上述の実施形態では、各プロセスユニット１０においてケトル型熱交換器３８を用いて冷却水から低圧蒸気を発生させ、該低圧蒸気を中圧蒸気に昇圧する構成とした。これに代えてまたは加えて、各プロセスユニット１０で使用した冷却水を回収し、ヒートポンプを用いて回収された冷却水を昇温することで低圧蒸気を発生させ、該低圧蒸気を中圧蒸気に昇圧する構成としてもよい。従来、冷却後の戻り冷却水は、冷却塔等で単純に熱放出による再冷循環使用されていたが、上記のような構成とすることで、熱放出を大幅に減少させ、付加価値の高い蒸気に変換できるので、蒸気処理設備の省エネルギー効果を大幅に向上できる。

ＳＬＨ１ 第１低圧蒸気ヘッダ、 ＳＬＨ２ 第２低圧蒸気ヘッダ、 ＳＬＨ 低圧蒸気ヘッダ、 ＳＭＨ 中圧蒸気ヘッダ、 ＳＨＨ 高圧蒸気ヘッダ、 １０ プロセスユニット、 １１ ボイラー、 １９ 中圧蒸気使用装置、 ２１ 低圧蒸気使用装置、 ２４ 圧縮機、 ２６ 電動機、 ３０、４０、５０、６０、７０、８０ 低圧蒸気圧縮部、 ３８ ケトル型熱交換器、 ４５ ラジアルタービン復水発電機、 ６１ 混気タービン、 ６２ 電動発電機、 １００ 蒸気処理設備。

Claims (12)

1. 中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、
   低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、
   前記中圧蒸気ヘッダおよび前記低圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、
   前記低圧蒸気ヘッダから供給される低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とし、前記中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部と、
   を備え、
   各プロセスユニットで発生した低圧蒸気は、前記低圧蒸気ヘッダに回収され、
   前記低圧蒸気ヘッダに回収された低圧蒸気は、前記低圧蒸気圧縮部により中圧蒸気に昇圧された後、前記中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給されることを特徴とする蒸気処理設備。
2. 前記低圧蒸気圧縮部は、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて前記圧縮機を起動させる蒸気タービンと、前記蒸気タービンにより前記圧縮機が起動された後に、前記蒸気タービンに代えて前記圧縮機を常時運転させる電動機と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気処理設備。
3. 前記低圧蒸気圧縮部は、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて前記圧縮機を駆動する蒸気タービンと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気処理設備。
4. 前記低圧蒸気圧縮部は、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および前記中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて前記圧縮機を駆動する混気タービンと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気処理設備。
5. 前記低圧蒸気圧縮部は、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および前記中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて前記圧縮機を駆動する混気タービンと、前記圧縮機の駆動に必要な動力を超える余剰動力が前記混気タービンで発生した場合に該余剰動力を用いて誘導発電する電動発電機と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気処理設備。
6. 前記混気タービンで余剰動力が発生しない場合、前記混気タービンからの動力と前記電動発電機からの動力とを合わせた動力を用いて前記圧縮機が駆動されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気処理設備。
7. 前記低圧蒸気圧縮部は、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を圧縮する圧縮機と、前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気を用いて前記圧縮機を駆動する蒸気タービンまたは前記低圧蒸気ヘッダからの低圧蒸気および前記中圧蒸気ヘッダからの中圧蒸気を用いて前記圧縮機を駆動する混気タービンと、を備え、
   前記蒸気タービンまたは前記混気タービンで生じた真空を用いて、起動の際に前記圧縮機が真空状態とされることを特徴とする請求項１に記載の蒸気処理設備。
8. 各プロセスユニットは、プロセス流体を用いて水を加熱蒸発させて低圧蒸気を発生させる熱交換器を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の蒸気処理設備。
9. 各プロセスユニットで使用した冷却水を回収する冷却水回収手段と、
   回収された冷却水を昇温して低圧蒸気を発生させるヒートポンプと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の蒸気処理設備。
10. 中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、
    低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、
    中圧蒸気と低圧蒸気の間の準中圧蒸気を収容する準中圧蒸気ヘッダと、
    前記中圧蒸気ヘッダ、前記低圧蒸気ヘッダおよび前記準中圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、
    前記低圧蒸気ヘッダから供給される低圧蒸気を昇圧して準中圧蒸気とし、前記準中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部と、
    を備え、
    各プロセスユニットで発生した低圧蒸気は、前記低圧蒸気ヘッダに回収され、
    前記低圧蒸気ヘッダに回収された低圧蒸気は、前記低圧蒸気圧縮部により準中圧蒸気に昇圧された後、前記準中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給されることを特徴とする蒸気処理設備。
11. 中圧蒸気を収容する中圧蒸気ヘッダと、
    低圧蒸気を収容する低圧蒸気ヘッダと、
    低圧蒸気よりも低い準低圧蒸気を収容する準低圧蒸気ヘッダと、
    前記中圧蒸気ヘッダ、前記低圧蒸気ヘッダおよび前記準低圧蒸気ヘッダが接続された複数のプロセスユニットと、
    前記準低圧蒸気ヘッダから供給される準低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とし、前記中圧蒸気ヘッダに供給する低圧蒸気圧縮部と、
    を備え、
    各プロセスユニットで発生した準低圧蒸気は、前記準低圧蒸気ヘッダに回収され、
    前記準低圧蒸気ヘッダに回収された準低圧蒸気は、前記低圧蒸気圧縮部により中圧蒸気に昇圧された後、前記中圧蒸気ヘッダを介して各プロセスユニットに供給されることを特徴とする蒸気処理設備。
12. 複数のプロセスユニットから低圧蒸気を回収するステップと、
    回収された低圧蒸気を昇圧して中圧蒸気とするステップと、
    昇圧された中圧蒸気を各プロセスユニットに供給するステップと、
    を備えることを特徴とする蒸気処理方法。

Images