JP2015087044A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】熱の利用効率をより向上させられるボイラシステムを提供すること。【解決手段】蒸気を生成し生成された蒸気を第１の負荷機器２０に供給するボイラ１０と、第１の負荷機器２０が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを回収するドレンタンク３０と、第１の負荷機器２０とドレンタンク３０とを接続する第１ドレン回収ラインＬ２と、ドレンタンク３０に収容されたドレンをボイラ１０に給水する第１ドレン供給ラインＬ３と、第１ドレン回収ラインＬ２に設けられ、第１ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンとドレンから発生したフラッシュ蒸気とを分離する気水分離器７０と、一端側が気水分離器７０に接続され気水分離器７０で分離されたフラッシュ蒸気を第２の負荷機器５０に供給する第１フラッシュ蒸気ラインＬ５１と、を備えるクローズドタイプのボイラシステム１。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳細には、負荷機器から排出されるドレンを、大気に開放することなく回収してボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムに関する。

従来、ボイラによって生成された蒸気を負荷機器に供給し、負荷機器において熱源として使用された蒸気が凝縮して発生するドレンを、耐圧性を有する密閉型のドレンタンクに高温・高圧の状態で回収して、再度ボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１０５４４２号公報

ところで、ドレンタンクの内部では、ドレンの圧力の低下に起因してフラッシュ蒸気が発生する。ドレンタンクの内部において発生したフラッシュ蒸気は、外部に放出される。ここで、このフラッシュ蒸気を、ボイラに供給する補給水を貯留する大気開放されたオープンタンクに導入してフラッシュ蒸気が保有する熱を回収することが行われている。しかしながら、ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気をオープンタンクに導入した場合、オープンタンクに貯留される補給水の温度が１００℃を超えてしまい、フラッシュ蒸気が保有する熱を十分に回収できない場合があった。

従って、本発明は、熱の利用効率をより向上させられるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、蒸気を生成する缶体を有し、生成された蒸気を第１の負荷機器に供給するボイラと、前記第１の負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、前記第１の負荷機器と前記ドレンタンクとを接続する第１ドレン回収ラインと、前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに給水する第１ドレン供給ラインと、前記第１ドレン回収ラインに設けられ、該第１ドレン回収ラインを流通するドレンと該ドレンから発生したフラッシュ蒸気とを分離する気水分離器と、一端側が前記気水分離器に接続され該気水分離器で分離されたフラッシュ蒸気を第２の負荷機器に供給する第１フラッシュ蒸気ラインと、を備えるクローズドタイプのボイラシステム。

また、ボイラシステムは、大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、一端側が前記第２の負荷機器に接続され他端側が前記オープンタンクに接続される第２ドレン回収ラインと、を更に備えることが好ましい。

また、ボイラシステムは、一端側が前記ドレンタンクに接続され該ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気を第３の負荷機器に供給する第２フラッシュ蒸気ラインと、一端側が前記第３の負荷機器に接続され他端側が前記オープンタンクに接続される第３ドレン回収ラインと、を更に備えることが好ましい。

本発明のボイラシステムによれば、熱の利用効率をより向上させられる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明のボイラシステムは、図１に示すように、第１の負荷機器２０において発生したドレンを、耐圧性を有する密閉型のタンクに高温高圧の状態で回収して、このドレンをボイラに給水するクローズドタイプのボイラシステムである。
また、本実施形態のボイラシステム１は、ドレンから発生したフラッシュ蒸気を、第２の負荷機器５０や第３の負荷機器６０に供給することで、熱の利用効率をより向上させたボイラシステムである。

本実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、ボイラ１０と、ドレンタンク３０と、オープンタンク４０と、気水分離器７０を備える。

また、ボイラシステム１は、これらの機器を接続し、蒸気又は水が流通する複数のライン、これら複数のラインを開閉させる複数の弁、所定のラインに配置される複数のポンプ、及びこれら複数の弁や複数のポンプ等の動作を制御する制御装置（図示せず）を備える。具体的には、ボイラシステム１は、ラインとして、第１蒸気供給ラインＬ１と、第１ドレン回収ラインＬ２と、第１ドレン供給ラインＬ３と、第２蒸気供給ラインＬ４と、第１フラッシュ蒸気ラインＬ５１と、第２ドレン回収ラインＬ５２と、第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１と、第３ドレン回収ラインＬ６２と、補給水ラインＬ７と、第１ドレン循環ラインＬ８と、を備える。

ボイラ１０は、蒸気を生成する缶体１１と、缶体１１で生成された蒸気が集合される蒸気ヘッダ１２と、缶体１１と蒸気ヘッダ１２とを連結する連結管１３と、連結管１３に配置され缶体１１で生成された蒸気に含まれる水分を分離する気液分離器１４と、を備える。

以上のボイラ１０によれば、缶体１１に供給されたドレンは燃料の燃焼により加熱され、ドレンから蒸気が生成される。缶体１１で生成された蒸気中に含まれる水分は、気液分離器１４により除去され、水分が除去された蒸気が連結管１３を介して蒸気ヘッダ１２に集められる。
蒸気ヘッダ１２に集められた蒸気は、蒸気使用設備である第１の負荷機器２０に供給される。

第１の負荷機器２０は、ボイラ１０で発生した蒸気を熱源として利用し、加熱対象物との間で熱交換を行う。
ドレンタンク３０は、第１の負荷機器２０において熱交換に用いられた蒸気の一部が凝集して生じるドレンを回収して収容する。このドレンタンク３０は、耐圧性を有し密閉可能な圧力容器により構成される。

オープンタンク４０は、大気に開放されている。このオープンタンク４０は、ボイラ１０に供給される補給水を貯留する。

気水分離器７０は、後述の第１ドレン回収ラインＬ２に配置される。この気水分離器７０は、第１ドレン回収ラインＬ２を流通するドレンとこのドレンから発生したフラッシュ蒸気とを分離する。

第１蒸気供給ラインＬ１は、蒸気ヘッダ１２と第１の負荷機器２０とを接続し、ボイラ１０で生成された蒸気を第１の負荷機器２０に供給する。

第１ドレン回収ラインＬ２は、第１の負荷機器２０とドレンタンク３０とを接続し、第１の負荷機器２０で発生したドレンをドレンタンク３０に供給する。この第１ドレン回収ラインＬ２は、第１の負荷機器２０と気水分離器７０とを接続する上流側回収ラインＬ２１と、気水分離器７０とドレンタンク３０とを接続する下流側回収ラインＬ２２と、を備える。
上流側回収ラインＬ２１には、第１の負荷機器２０において発生したドレンを排出し、かつ、蒸気の排出を防ぐスチームトラップ２１及び逆止弁２２が配置される。
下流側回収ラインＬ２２には、気水分離器７０において分離されたドレンを排出し、かつ、フラッシュ蒸気の排出を防ぐスチームトラップ２３が配置される。

第１ドレン供給ラインＬ３は、ドレンタンク３０とボイラ１０とを接続し、ドレンタンク３０に収容されたドレンをボイラ１０に供給する。第１実施形態では、第１ドレン供給ラインＬ３の上流側の端部は、ドレンタンク３０の下部に接続される。また、第１ドレン供給ラインＬ３の下流側は、缶体１１の下部に接続される。

以上の第１ドレン供給ラインＬ３には、ドレンポンプ３１及びドレン供給弁３２が配置される。
ドレンポンプ３１は、ドレンタンク３０から供給されたドレンを昇圧してボイラ１０に供給する。ドレン供給弁３２は、モータバルブにより構成される。

第２蒸気供給ラインＬ４は、蒸気ヘッダ１６とドレンタンク３０とを接続する。この第２蒸気供給ラインＬ４は、ボイラ１０で生成された蒸気をドレンタンク３０に供給し、ドレンタンク３０の内部の圧力を調節する。第２蒸気供給ラインＬ４には、圧力調整弁４１及びモータバルブ４２が配置される。

第１フラッシュ蒸気ラインＬ５１は、一端側が気水分離器７０に接続され他端側が第２の負荷機器５０に接続される。この第１フラッシュ蒸気ラインＬ５１は、気水分離器７０で分離されたフラッシュ蒸気を第２の負荷機器５０に供給する。
第２ドレン回収ラインＬ５２は、一端側が第２の負荷機器５０に接続され他端側がオープンタンク４０に接続される。この第２ドレン回収ラインＬ５２は、第２の負荷機器５０で熱交換されたフラッシュ蒸気から生じたドレンをオープンタンク４０に回収する。第２ドレン回収ラインＬ５２には、第２の負荷機器５０において生じたドレンを排出し、かつ、フラッシュ蒸気の排出を防ぐスチームトラップ５１が配置される。

第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１は、一端側がドレンタンク３０の上部に接続され他端側が第３の負荷機器６０に接続される。この第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１は、ドレンタンク３０で発生したフラッシュ蒸気を第３の負荷機器６０に供給する。第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１には、圧力調整弁６１が配置されている。圧力調整弁６１は、ドレンタンク３０の内部の圧力が所定の圧力を超えた場合に、フラッシュ蒸気を第３の負荷機器６０側に逃がして、ドレンタンク３０の内部の圧力を低下させる。

第３ドレン回収ラインＬ６２は、一端側が第３の負荷機器６０に接続され他端側がオープンタンク４０に接続される。この第３ドレン回収ラインＬ６２は、第３の負荷機器６０で熱交換されたフラッシュ蒸気から生じたドレンをオープンタンク４０に回収する。第３ドレン回収ラインＬ６２には、第３の負荷機器６０において生じたドレンを排出し、かつ、フラッシュ蒸気の排出を防ぐスチームトラップ６２が配置される。

補給水ラインＬ７は、オープンタンク４０とドレンタンク３０とを接続し、オープンタンク４０に貯留された水をドレンタンク３０に供給する。補給水ラインＬ７には、ポンプ７１が配置されている。

第１ドレン循環ラインＬ８は、第１ドレン供給ラインＬ３とドレンタンク３０とを接続する。より具体的には、第１ドレン循環ラインＬ８の上流側（基端側）の端部は、第１ドレン供給ラインＬ３におけるドレンポンプ３１とドレン供給弁３２との間に接続される。第１ドレン循環ラインＬ８の下流側の端部は、ドレンタンク３０の上部に接続されるラインと、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインとに分岐している。ドレンタンク３０の上部に接続されるラインには、モータバルブ８１が配置され、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインには、オリフィス８２が配置される。

第１ドレン循環ラインＬ８は、第１ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部又は全部を、ドレンタンク３０に戻す。より詳細には、ドレンタンク３０の下部に接続されるラインからは、ドレンタンク３０の液相部にドレンが循環され、ドレンタンク３０の上部に接続されるラインからは、ドレンタンク３０の気相部にドレンが循環される。この第１ドレン循環ラインＬ８では、液相部に循環されるドレンの流量を、オリフィス８２により調整してドレンタンク３０に貯留されるドレンの温度を均一化させつつ、気相部に循環させるドレンにより、ドレンタンク３０の内部で発生するフラッシュ蒸気を回収している。

次に、本実施形態のボイラシステム１の動作について説明する。
第１実施形態では、まず、ボイラ１０（缶体１１）において蒸気が生成される。缶体１１で生成された蒸気は、気液分離器１４において水分が分離された後、連結管１３を介して蒸気ヘッダ１２に供給される。

蒸気ヘッダ１２に供給された蒸気は、第１の負荷機器２０において利用された後ドレンとなり、第１ドレン回収ラインＬ２を流通する。より詳細には、第１の負荷機器２０から排出されたドレンは、上流側回収ラインＬ２１を通じて気水分離器７０に導入される。そして、気水分離器７０において、ドレンから生じるフラッシュ蒸気が分離され、この分離されたフラッシュ蒸気は、第１フラッシュ蒸気ラインＬ５１を通じて第２の負荷機器５０に供給される。
第２の負荷機器５０に供給されたフラッシュ蒸気は、第２の負荷機器５０において熱交換された後、第２ドレン回収ラインＬ５２を通じてオープンタンク４０に回収される。

気水分離器７０においてフラッシュ蒸気が分離されたドレンは、下流側回収ラインＬ２２を通じて高温高圧の状態でドレンタンク３０に回収される。そして、ドレンタンク３０に貯留されたドレンは、第１ドレン供給ラインＬ３を通ってボイラ１０に給水として供給される。
また、第１ドレン供給ラインＬ３を流通するドレンの一部は、第１ドレン循環ラインＬ６を通ってドレンタンク３０に返送される。

一方、ドレンタンク３０において発生したフラッシュ蒸気は、第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１を通じて第３の負荷機器６０に供給される。
第３の負荷機器６０に供給されたフラッシュ蒸気は、第３の負荷機器６０において熱交換された後、第３ドレン回収ラインＬ６２を通じてオープンタンク４０に回収される。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）クローズドタイプのボイラシステム１においては、第１の負荷機器２０で蒸気が使用されることにより発生するドレンは、ドレンタンク３０に回収された後再びボイラ１０に供給される。また、ボイラシステム１においては、ドレン及びこのドレンから発生するフラッシュ蒸気が保有する熱をより有効に利用することが求められる。ここで、特に、第２の負荷機器５０においてフラッシュ蒸気を利用して熱交換を行うことが考えた場合、ボイラシステム１（ドレンタンク３０）の設置状況によっては、第２の負荷機器５０（フラッシュ蒸気の利用機器）とフラッシュ蒸気が発生するドレンタンク３０との間の距離が長くなる場合がある。そこで、ボイラシステム１を、第１ドレン回収ラインＬ２に設けられる気水分離器７０を含んで構成した。これにより、気水分離器７０を第２の負荷機器５０に近い位置に配置することで、フラッシュ蒸気の回収位置から第２の負荷機器５０までの距離を短くできる。よって、ドレンタンク３０の設置場所が制限されている場合であっても、第２の負荷機器５０の位置に応じて適宜気水分離器７０を配置することで、熱の利用効率をより向上させられる。

（２）ボイラシステム１を、ボイラ１０に供給する補給水を貯留するオープンタンク４０と、第２の負荷機器５０とオープンタンク４０とを接続する第２ドレン回収ラインＬ５２と、を含んで構成した。これにより、第２の負荷機器５０において熱交換を行ったフラッシュ蒸気又はこのフラッシュ蒸気から生じたドレンをオープンタンク４０に回収できる。よって、第２の負荷機器５０で熱交換を行った後のフラッシュ蒸気又はドレンの保有する熱をオープンタンク４０で回収できるので、ボイラシステム１の熱の利用効率をより向上させられる。

（３）ボイラシステム１を、ドレンタンク３０で発生したフラッシュ蒸気を第３の負荷機器６０に供給する第２フラッシュ蒸気ラインＬ６１と、第３の負荷機器６０とオープンタンク４０とを接続する第３ドレン回収ラインＬ６２と、を含んで構成した。これにより、ドレンタンク３０で発生したフラッシュ蒸気についても第３の負荷機器６０において利用でき、また、第３の負荷機器６０で熱交換を行ったフラッシュ蒸気又はこのフラッシュ蒸気から生じるドレンをオープンタンク４０に回収できる。よって、ボイラシステム１の熱の利用効率を更に向上させられる。

以上、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、ボイラシステム１を、一台のボイラ１０により構成したが、これに限らない。即ち、ボイラシステムを、複数台のボイラを含んで構成してもよい。

また、本実施形態では、補給水ラインＬ７を、オープンタンク４０とドレンタンク３０とを接続して構成したが、これに限らない。即ち、補給水ラインを、オープンタンクとドレンタンクとを接続する第１の補給水ラインと、オープンタンクと第１ドレン供給ラインとを接続する第２の補給水ラインと、を含んで構成してもよい。

また、本実施形態では、第２ドレン回収ラインＬ５２及び第３ドレン回収ラインＬ６２に、それぞれ、スチームトラップ５１，６２を配置したが、これに限らない。即ち、第２の負荷機器５０及び第３の負荷機器６０において熱交換を行った後のドレンが１００℃を下回るような場合には、スチームトラップを配置することなくボイラシステムを構成してもよい。

１ ボイラシステム
１０ ボイラ
１１ 缶体
２０ 第１の負荷機器
３０ ドレンタンク
４０ オープンタンク
５０ 第２の負荷機器
６０ 第３の負荷機器
７０ 気水分離器
Ｌ２ 第１ドレン回収ライン
Ｌ３ 第１ドレン供給ライン
Ｌ５１ 第１フラッシュ蒸気ライン
Ｌ５２ 第２ドレン回収ライン
Ｌ６１ 第２フラッシュ蒸気ライン
Ｌ６２ 第３ドレン回収ライン

Claims (3)

1. 蒸気を生成する缶体を有し、生成された蒸気を第１の負荷機器に供給するボイラと、
   前記第１の負荷機器が蒸気を使用することによって凝縮して生じたドレンを大気に開放することなく回収するドレンタンクと、
   前記第１の負荷機器と前記ドレンタンクとを接続する第１ドレン回収ラインと、
   前記ドレンタンクと前記ボイラとを接続し前記ドレンタンクに収容されたドレンを前記ボイラに給水する第１ドレン供給ラインと、
   前記第１ドレン回収ラインに設けられ、該第１ドレン回収ラインを流通するドレンと該ドレンから発生したフラッシュ蒸気とを分離する気水分離器と、
   一端側が前記気水分離器に接続され該気水分離器で分離されたフラッシュ蒸気を第２の負荷機器に供給する第１フラッシュ蒸気ラインと、を備えるクローズドタイプのボイラシステム。
2. 大気開放され、前記ボイラに供給する補給水を貯留するオープンタンクと、
   一端側が前記第２の負荷機器に接続され他端側が前記オープンタンクに接続される第２ドレン回収ラインと、を更に備える請求項１に記載のボイラシステム。
3. 一端側が前記ドレンタンクに接続され該ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気を第３の負荷機器に供給する第２フラッシュ蒸気ラインと、
   一端側が前記第３の負荷機器に接続され他端側が前記オープンタンクに接続される第３ドレン回収ラインと、を更に備える請求項２に記載のボイラシステム。

Images