JP2022166344A

JP2022166344A - ボイラ装置

Info

Publication number: JP2022166344A
Application number: JP2021071490A
Authority: JP
Inventors: 孝太郎藤原; Kotaro Fujiwara; 卓哉鈴木; Takuya Suzuki; 正成木下; Masashige Kinoshita
Original assignee: Hirakawa Corp
Current assignee: Hirakawa Corp
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-11-02

Abstract

【課題】ボイラへの給水の供給の安定化を図って、ボイラ装置の高効率化や高蒸発量化などを図る。
【解決手段】ボイラ装置であって、ボイラ１１からの排ガス１４との熱交換によってボイラ１１への給水を加熱する熱交換装置１３を有する。また、熱交換装置１３からボイラ１１へ供給される給水１７の流量を安定化させる給水流量安定化装置を有する。給水流量安定化装置は、オリフィス３２の形態であってもよいし、弁３３、３４、３５の形態であっても良い。あるいは、給水流量安定化装置は、ボイラへの給水のための給水ポンプと、この給水ポンプの運転を制御するための制御装置とを有するものであってもよい。この制御装置は、給水ポンプを連続運転させるものであるとともに、ボイラの水位変動に応じて給水ポンプの運転状態を変更させる。
【選択図】図１

Description

本発明はボイラ装置に関する。

ボイラ装置の高効率化や高蒸発量化などを図る場合に、ボイラ単体でこれを実行することは困難である。このため、ボイラの燃焼排ガスを利用してエコノマイザなどにより給水を加温することや、系外からの熱により給水を加温することや、ユーザからの高温のドレンを回収し給水として再利用することで給水を加温することなどが行われている（たとえば特許文献１）。加温された給水は、ポンプに代表される給水装置によって、間欠的にボイラに圧送される。

特開２０２０－１４８４４６号公報

このようにして給水を加温する場合において、たとえばエコノマイザなどの加熱装置を用いた場合には、その加熱装置の内部で給水が蒸発することがある。これは、上述のように給水はボイラへ間欠的に圧送されるのに対して、ボイラからの排ガスは連続的に排出されるため、圧送が行われていない間にエコノマイザの内部の給水が過熱状態になるためである。その結果、ボイラへの給水が気液混合流体となって、その体積が変化したり、水と蒸気とが分離状態で圧送されたりして、流量が不安定になってしまう。すると、ボイラの水位が変動し、水位が低下した場合には、ボイラ装置の低水位遮断機能が作動してボイラの運転を停止させることがあり、また水位が上昇すると、ボイラ内の水が蒸気とともにユーザ側に排出されるキャリーオーバを発生することがあり、いずれの場合もボイラの能力低下に繋がってしまう。

そこで本発明は、このような問題点を解決して、ボイラへの給水の供給の安定化を図って、ボイラ装置の高効率化や高蒸発量化などを図るようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明のボイラ装置は、ボイラからの排ガスとの熱交換によって、前記ボイラへの給水を加熱する熱交換装置を有し、かつ、前記熱交換装置からボイラへ供給される給水の流量を安定化させる給水流量安定化装置を有することを特徴とする。

本発明のボイラ装置によれば、給水流量安定化装置が、熱交換装置とボイラとの間に設けられたオリフィスであることが好適である。

本発明のボイラ装置によれば、給水流量安定化装置が、熱交換装置とボイラとの間に設けられた弁であることが好適であり、また給水流量安定化装置は複数の流量調整弁が並列に設けられたものであることが好適である。

あるいは、本発明のボイラ装置によれば、給水流量安定化装置は、ボイラへの給水のための給水ポンプと、この給水ポンプの運転を制御するための制御装置とを有し、この制御装置は、給水ポンプを連続運転させるものであるとともに、ボイラの水位変動に応じて給水ポンプの運転状態を変更させるものであることが好適である。

本発明によれば、熱交換装置からボイラへ供給される給水の流量を安定化させる給水流量安定化装置を有するため、ボイラへの給水の流量を安定化させることができ、このためボイラ内の水位の変動を緩和して、ボイラ装置の高効率化や高蒸発量化などを図ることができる。

本発明の実施の形態のボイラ装置の構成を示す図である。従来技術に基づくボイラ水位の変動例を示す図である。図１のボイラ装置についてのボイラ水位の変動例を示す図である。本発明の他の実施の形態のボイラ装置の構成を示す図である。

図１に示すボイラ装置において、１１はボイラ、１０はボイラ１１からの蒸気送給路、１２はボイラ１１からの排ガス路である。排ガス路１２には熱交換装置としてのエコノマイザ１３が設けられており、ボイラ１１からの燃焼排ガス１４は、エコノマイザ１３を通過したうえで系外に排出されるように構成されている。

１５はボイラ１１への給水を貯留する給水タンクで、ボイラ１１への給水路１６が接続されている。給水路１６は、エコノマイザ１３に連結されたうえでボイラ１１へ接続されている。このため、給水タンク１５からの給水１７は、エコノマイザ１３を通過したうえでボイラ１１へ導かれるように構成されている。給水路１６における給水タンク１５とエコノマイザ１３との間の部分には、上流側から順に、ストレーナ１８と、給水ポンプ１９と、逆止弁２０とが設けられている。

図示は省略するが、蒸気送給路１０には気水分装置が設けられており、この気水分離装置からの高圧高温水のためのドレン回収路２４が、回収装置２５へ導かれている。回収装置２５には、回収したドレン水２６を給水として再利用するために給水路１６へ送るためのドレン供給路２７が接続されている。このドレン供給路２７は、給水路１６における逆止弁２０とエコノマイザ１３との間の部分に連結されている。またドレン供給路２７には、上流側から順に、回収装置２５からのドレン水２６を供給路１６に送り込むためにこのドレン水２６を加圧するためのブースタポンプ２８と、流量調整弁２９と、逆止弁３０とが設けられている。

図１に示されるボイラ装置において、給水路１６におけるエコノマイザ１３とボイラ１１との間の部分には、特にボイラ１１の直前の部分には、給水流量安定化装置としてのオリフィス３２が設けられている。このオリフィス３２は、給水路１６を通ってボイラ１１へ送り込まれる給水１７の流量調整すなわち流量制限を行うためのものである。

このような構成において、ボイラ１１を運転する際には、給水ポンプ１９を間欠的に運転することによって、給水タンク１５からの給水１７を間欠的にボイラ１１に供給する。ボイラ１１では、図示を省略した燃焼装置がほぼ連続的に運転され、この燃焼装置の運転により発生した燃焼排ガス１４が排ガス路１２へ排出される。燃焼装置の運転により発生した蒸気は、蒸気送給路１０を経て利用先へ供給される。

蒸気送給路１０に設けられた気液分離装置からの高温水は、ドレン回収路２４を経て回収装置２５に回収される。そして回収装置２５からの高温のドレン水２６は、すなわち熱回収を行った状態のドレン水２６は、必要に応じて、給水タンク１５からの給水１７と一緒に、給水１７としてエコノマイザ１３に供給される。そして、給水１７は、エコノマイザ１３を通過することによって、燃焼排ガス１４との熱交換により熱回収し、そのうえでボイラ１１に供給される。

これによれば、燃焼排ガス１４に含まれる熱エネルギと、気液分離装置から回収された高温のドレン水２６に含まれる熱エネルギとを給水１７により回収し、そのうえでこの給水１７がボイラ１１に供給される。その結果、ボイラ装置の高効率化、高蒸発量化を図ることができる。

さらに、図示のボイラ装置においては、給水路１６におけるエコノマイザ１３とボイラ１１との間の部分にオリフィス３２が設けられているため、ボイラ１１に送られる給水１７の流量変動を低減させることができる。つまり、上述のように給水ポンプ１９は間欠的に運転されるものであるが、この給水ポンプ１９が運転を停止することで、エコノマイザ１３の内部で給水１７が流動せずに滞留している場合には、その滞留している給水１７は、連続運転しているボイラ１１からの燃焼排ガスによって常に熱を受けることになる。このため、エコノマイザ１３の内部で給水が蒸発することがあり、この蒸発が起こると給水路１６に気液混合流体が発生し、すなわち給水１７と蒸発した蒸気とを含む流体となって、給水ポンプ１９による圧送を行っただけでは流量が大きく変動することが避けられないが、本発明によれば、そのような場合であってもオリフィス３２によって給水流量の安定化を図ることができる。これによって、ボイラ１１の水位変動を緩和させることができ、それにもとづくボイラ装置のいっそうの高効率化、高蒸発量化を図ることができる。

図２は、図１のボイラ装置からオリフィス３２を取り除いたときのボイラ１１の水位変動を例示する。横軸は給水している時間である。縦軸はボイラ１１内の水位変動であり、水位は設定水位（４００ｍｍ）をゼロとして表記し、変動値を設定水位から上下に目盛っている。図示のように大幅な水位変動が発生していることが理解される。

図３は、図１のボイラ装置すなわちオリフィス３２を設けたものについての、ボイラ１１の水位変動を例示するものである。図示のように、図２の場合に比べて水位の変動が効果的に抑制されていることを理解することができる。

図４は、本発明の他の実施の形態のボイラ装置の要部の構成を示す。この図４の実施の形態においては、給水流量安定化装置として、図１の実施の形態のオリフィス３２に代えて複数の弁を有するものが示されている。図示の例では、エコノマイザ１３とボイラ１１との間における給水路１６の部分に、第１弁３３と、第２弁３４と、第３弁３５とが並列にすなわち互いに分岐した状態で、設置されている。

これらの弁３３、３４、３５を制御する方法は、次の通りである。すなわち、ボイラ１１が低燃焼の状態にあるときには、第１弁３３を開く。このとき、第２弁３４および第３弁３５は閉じている。すると、第１弁３３を通した少流量の給水１７がボイラ１１に供給され、ボイラの低燃焼状態に応じた適量の給水を行うことができる。ボイラ１１が中燃焼の状態にあるときには、第１弁３３と第２弁３４とを開くとともに、第３弁３５は閉じている状態を継続する。これによって、ボイラ１１が低燃焼の状態にあるときに比べて多量の給水１７をボイラに供給することができ、ボイラ１１の中燃焼状態に応じた適量の給水を行うことができる。ボイラ１１が高燃焼の状態にあるときには、すべての弁３３、３４、３５を開く。すると、ボイラ１１が中燃焼の状態にあるときに比べてさらに多量の給水１７をボイラ１１に供給することができ、ボイラ１１の高燃焼状態に応じた適量の給水を行うことができる。しかも、給水１７が弁３３、３４、３５を通過するものであるため、そのときに圧損が生じて、オリフィス３２を設けたときと同様に給水流量の安定化を図ることができる。しかも、上記のようにボイラ１１の燃焼状態に応じた最適な流量でボイラ１１に給水することができる。

なお、本発明によれば、上記したオリフィス３２や弁３３、３４、３５に代えて、給水流量を安定化させるための他の適宜の装置を設けることもできる。

すなわち、本発明のさらに他の実施の形態について、以下に説明する。図示は省略するが、この実施の形態では、エコノマイザからボイラまでの給水路にはオリフィスも弁も設置しない。それに代えて、給水ポンプを制御するための制御装置が設けられる。この制御装置は、給水ポンプを連続運転させるとともに、ボイラからの蒸発量や、蒸気の発生によるボイラの水位の変動を検知し、その検知信号にもとづいてＰＩＤ制御などにより給水ポンプの運転状態を制御するものである。

このような構成であると、制御装置によって給水ポンプを連続運転させるものであるため、連続的な給水が可能であり、このためエコノマイザにおいて給水が滞留することを原因とする蒸気の発生を防止することができて、ボイラへの給水量を安定化させることができ、しかも給水ポンプの運転状態を制御することで、燃焼状態に応じてボイラの水位を安定化させることもできる。

以上のように本発明によると、オリフィス３２や、弁３３、３４、３５や、図示を省略した制御装置などの給水流量安定化装置によって、ボイラ１１への給水の安定化を図ることができ、このためボイラのいっそうの高効率化や高蒸発量化を図ることができる。

１１ボイラ
１３エコノマイザ（熱交換装置）
１４燃焼排ガス
１６給水路
１７給水
１９給水ポンプ
２６ドレン水
３２オリフィス（給水流量安定化装置）
３３第１弁（給水流量安定化装置）
３４第２弁（給水流量安定化装置）
３５第３弁（給水流量安定化装置）

Claims

ボイラからの排ガスとの熱交換によって、前記ボイラへの給水を加熱する熱交換装置を有し、かつ、前記熱交換装置からボイラへ供給される給水の流量を安定化させる給水流量安定化装置を有することを特徴とするボイラ装置。
給水流量安定化装置が、熱交換装置とボイラとの間に設けられたオリフィスであることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
給水流量安定化装置が、熱交換装置とボイラとの間に設けられた弁であることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
給水流量安定化装置は、複数の流量調整弁が並列に設けられたものであることを特徴とする請求項３記載のボイラ装置。
給水流量安定化装置は、ボイラへの給水のための給水ポンプと、この給水ポンプの運転を制御するための制御装置とを有し、この制御装置は、給水ポンプを連続運転させるものであるとともに、ボイラの水位変動に応じて給水ポンプの運転状態を変更させるものであることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。