JPH01208602A - 排ガスエコノマイザーの制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排ガスがもつ熱エネルギーを利用し
て蒸気を発生する排ガスエコノマイザ−の制御方法とそ
の装置に関するもので、とくに、船舶などのエンジンの
低速運転時におけろ排ガスエコノマイザ−の低圧蒸発部
の伝熱管表面に煤が付着するのを防止するための制御方
法とその装置に関するものである。

（従来の技術） 石油価格の高騰以来、燃料節減のための省エネルギ一対
策が推進され、エンジン等の排ガスエネルギーの利用に
ついても種々工夫をこらし、より多くのエネルギーを利
用するための対策がとられて来た。排ガスエコノマイザ
−における高・低圧二重圧力方式もその−っである。

蒸気サービスのうち最も高い圧力を必要とするらのに圧
力を合わせて蒸気を得ようとすると、その圧力に相当す
る水の飽和温度と排ガスの温度との温度差から、ある限
度を越えるといくら伝熱面積を増しても蒸発量がほとん
ど増えなくなる。そこでそれ程高圧を要しない蒸気サー
ビスをまとめて低圧蒸気系統を構成し、低圧の蒸気発生
部を設ければ、循環水の温度が低くなる為、排ガスとの
温度差が大きくなり、より多くの排ガスエネルギーを利
用出来、より多くの蒸気を発生することができる。これ
が高・低圧２重圧六方式の原理である。

従来の高・低圧２重圧六方式の排ガスエコノマイザ−を
第３図によって説明すると、高圧蒸気を供給する高圧循
環水系統および低圧蒸気を供給する低圧循環水系統は、
それぞれに独立の気水分離ドラム１．２を有している。

すなわち、高圧気水分離ドラム１内の循環水が高圧循環
水ポンプ７によって排ガス流路３の高圧蒸発部４に供給
され、加熱された飽和水が高圧気水分離ドラムｌに戻る
独立の循環水系統を有する。それとは別に、低圧気水分
離ドラム２内の循環水が低圧循環水ポンプ８によって給
水加熱器１２に供給され、次いで排ガス流路３の低圧予
熱部６、低圧蒸発部５を通って低圧気水分離ドラム２に
戻るようにした低圧循環水系統を備えている。

前記給水加熱器１２は低圧循環水によって補給水を加熱
するもので、低圧循環水側に給水加熱器１２へのバイパ
ス管路が設けられ、給水加熱器１２への出入口にはそれ
ぞれ人口弁２１と出口弁２２が設けられ、両者は通常全
開とされるが、バイパスした一方の管路の弁２３は通常
全閉とされている。補給水は給水タンク２０より給水ポ
ンプ１１によって吸引されて給水加熱器１２に供給され
、高低圧気水分離ドラム１．２にそれぞれ独立に設けら
れた給水加減弁９．ＩＯによって制御されながら高圧気
水分離ドラムｌと低圧気水分離ドラム２に分岐して給水
される。高圧気水分離ドラムｌの蒸気出口には高圧蒸気
供給管路３１が接続され、低圧気水分離ドラム２の蒸気
出口に１ま逆止弁１９を介して低圧蒸気供給管路３２が
接続されている。両者は低圧蒸気圧制御の為の蒸気補給
弁■５を介して連通されており、圧力設定器１６であら
かじめ設定された蒸気圧力になる様に不足蒸気が高圧蒸
気管路３１より自動的に送気されて低圧蒸気管路３２の
蒸気圧力を一定に制御する。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような高・低圧２重圧六方式の排ガスエコノマイ
ザ−では、排ガスエネルギーの利用率が高いので排ガス
流路３の出口付近に於ける排ガス２５の温度が低く、ま
た排ガス流路３の低圧予熱部６の循環水温が低く設定さ
れているため、この部分の伝熱管表面に煤が付着しやす
い状況にある。特にタンカー等の船舶ではエネルギー節
減のため、主機エンジンでは定格出力よりも低い負荷で
連続運転される事が多いが、低負荷運転が長時間続くと
、排ガス量の減少およびこれに起因する排ガス温度の低
下に伴い、排ガス流路３の特に前記低圧予熱部６の伝熱
管に大型の煤が付着して、熱交換効率を悪化させ蒸発量
の低下を招くと共に、主機排ガス背圧が上昇し主機運転
不能の状態を招くことがある。

本発明はエンジン等の低負荷連続運転時であっても、伝
熱管表面に煤の付着しにくい排ガスエコノマイザ−の制
御方法とその装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記した目的を達成するための、第１の発明である排ガ
スエコノマイザ−の制御方法の要旨は、エンジン排ガス
の熱エネルギーを利用して蒸気を発生する排ガスエコノ
マイザ−の循環水系統を、高圧蒸発部と高圧気水分離ド
ラムを備えた高圧系および低圧蒸発部と低圧気水分離ド
ラムを備えた低圧系の２系統に分け、前記低圧蒸発部の
上流側に、補給水の加熱器に循環水を放熱流体として迂
回させるバイパス管路を設けた排ガスエコツマ、イザー
において、エンジン負荷が定格負荷よりも低くなった場
合に、明記低圧気水分離ドラム内の圧力を定格負荷時の
設定圧力よりも高めるとともに、低圧気水分離ドラムか
ら前記補給水の加熱器への循環水の供給を制限して、前
記低圧蒸発部への循環水の温度を上昇することである。

また、第２の発明であるその装置としての排ガスエコノ
マイザ−は、エンジン排ガスの熱エネルギーを利用して
蒸気を発生する排ガスエコノマイザ−の循環水系統を、
高圧蒸発部と高圧気水分離ドラムを備えた高圧系および
低圧蒸発部と低圧気水分離ドラムを備えた低圧系の２系
統に分け、前記高圧気水分離ドラムと前記低圧気水分離
ドラムとを圧力調整弁を介して接続するとともに、前記
低圧蒸発部の上流側に、補給水の加熱器に循環水を放熱
流体として迂回させるバイパス管路を設けた排ガスエコ
ノマイザ−において、前記低圧気水分離ドラムから前記
補給水の加熱器への循環水供給量を調整するための流量
調整弁を、前記バイパス管路の出口付近又は入口付近に
設けるとともに、エンジン負荷変動に基づいて前記低圧
気水分離ドラムの圧力を設定し且つ該ドラム内の圧力が
その設定圧力になるように前記圧力調整弁を制御する圧
力制御手段と、低圧気水分離ドラム内の圧力に基づいて
低圧蒸発部への循環水温度を設定し且つ該循環水が設定
温度になるように前記バイパス流量調整弁を制御する温
度制御手段とを備えたことである。

（作用） この発明の排ガスエコノマイザ−の制御方法及びその装
置によれば、圧力制御手段がエンジン負荷に基づいて低
圧気水分離ドラム内の圧力を設定し、この設定圧力とド
ラム内の圧力とを比較したうえ圧力調整弁を制御して、
低圧気水分離ドラム内の圧力を前記設定圧力にする。そ
して、前記低圧気水分離ドラム内の圧力に基づいて、温
度制御手段が低圧蒸発部へ供給される循原水の温度を設
定し、この設定温度と循環水の温度とを比較したうえバ
イパス流量調整弁を制御して前記ドラムから補給水の加
熱器への供給量を調整して、低圧蒸発部への循環水温度
を明記設定温度にすることにより、エンジン負荷が低く
低圧予熱部の伝熱管表面に煤が付着しやすい場合には、
低圧系循環水の圧力を高めるとともに温度か高くなるよ
・うに制御されるので、低圧蒸発部の伝熱管表面に煤の
付着することが防止される。

（実施例） 第１図により実施例の説明をする。低圧循環水の給水加
熱器１２の出口付近に三方制御弁１３を設け、その温度
コントローラー１４にマイクロプロセッサ−１８からの
信号を入力してバイパス量を調節して低圧循環水の温度
を制御出来る様にした、温度制御手段を設けている。給
水加熱器の入口弁２１．出口弁２２．バイパス弁２３は
いずれら全開とする。また、従来技術では低圧蒸気系統
の圧力制御の為の蒸気補給弁１５の設定圧力があらかじ
め一定値に設定されていたのに対し、本発明ではその圧
力コントローラー１６にマイクロプロセッサ−１８から
の信号を人力し、マイクロプロセッサ−１８の信号によ
って設定圧力を調節出来る様にした、圧力制御手段を設
けている。

マイクロプロセッサ−１８にはエンジン等の負荷信号（
例えばエンジンの掃気圧力又は船舶等ではエンジン回転
数等）を入力し、その信号によりあらかじめ設定された
プログラムに従って蒸気浦給弁１５の蒸気圧力を設定し
、更にその蒸気圧力に応じて三方制御弁１３の温度コン
トローラー１４の設定温度を変更出来る様にしている。

なお、気水分離ドラム２において蒸気は循環水に接して
いるため、蒸気圧力は循環水圧力にほぼ等しい。

この制御系統によればエンジン等の負荷に応じて低圧循
環水の圧力と温度を変えて運転することができる。

排ガスエコノマイザ−は通常エンジン等の常用（定格）
出力時に必要な蒸気量を発生する様に設計されている。

従って低負荷運転中にあっては、当然蒸気の発生量は減
少して、排ガスエコノマイザ−だけでは必要な蒸気の全
量をまかなう事ができない。その様な場合に於いては蒸
発損の減少は問題とならない。そこで蒸発量は減少する
が低圧蒸気系統の圧力をあげて低圧循環水の温度を上げ
ると共に、給水加熱器Ｉ２へのバイパス流量を減らして
低圧循環水の低圧予熱部６への人口温度を上昇させ、煤
の付着を防止することとした。

次に、この発明の制御方法を第２図によって説明すると
、この場合エンジン負荷の８５％が設計点で、８５％以
上のエンジン負荷ではエンジンの負荷信号（例えば掃気
圧力又は回転数等）を受けたマイクロプロセッサ−１８
によって蒸気補給弁１５の圧力コントローラー１６は設
計圧力のＰＡ（例えば２　ａｔｇ）に設定される。する
と低圧気水分離ドラム２の蒸気出口に逆止弁１９がある
為、低圧気水分離ドラム２内の圧力もＰＡ以上となる。

このとき三方制御弁１３の温度コントローラー１４はマ
イクロプロセッサ−１８によって設計温度のＴＡ（例え
ば１２０℃）に設定される。そこで排ガスエコノマイザ
−３の低圧予熱部６は設計温度条件であるＴＡで運転さ
れ、排ガスエコノマイザ−は定格以上の蒸気量を発生す
る。この場合定格循環水は全量給水加熱器１２を通過す
る様に設計されている。

エンジンの負荷が５０％となると、その負荷信号を受け
たマイクロプロセッサ１８の演算により蒸気補給弁１５
の圧力コントローラー１６はＰｍａｘ（例えば３ａｔｇ
）に設定される。その時の三方制御弁１３の温度コント
ローラー１４はマイクロプロセッサ１８の演算によりＴ
ｍａｘ（例えば１３０°Ｃ）に設定される。エンジン負
荷が８５％と５０％の間のときは圧力コントローラー１
６はあらかじめ定められタマイクロプロセッサ１８のプ
ログラムによってＰｘに設定され、それに応じて温度コ
ントローラー１４らあらかじめ定められたマイクロプロ
セッサ■８のプログラムによってＴｘに設定される。エ
ンジン負荷が５０％以下のときはそれぞれＰｍａｘ、Ｔ
ｍａｘの一定値となる様にマイクロプロセッサＩ８が作
られている。

かくしてエンジン負荷が８５％以下のときは、低圧予熱
部６の人口におけろ低圧循環水の温度が藤気債設計点よ
りも上昇し、蒸発ｍは減少するが、低圧予熱部６の温度
が上界して煤の付清か大［１］に減少し、従ってエンジ
ンの減速連続運転に於いても、熱交換効率の低下を防止
することかでさる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の排ガスエコノマイザ−
の制御方法およびその装置によれば、特にエンジンの低
速運転時に、低圧蒸気部へ供給される循環水の温度が従
来の排ガスエコノマイザ−に比べて上昇するので、エン
ジンが低負荷の為排ガス量が減り排ガス温度も低下する
にもかかわらず、低圧蒸発部の伝熱管表面への煤の付着
が大幅に減少し、煤の除去作業や熱交換効率の低下など
の問題を一挙に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る排ガスエコノマイザ−を
示す系統図、第２図は本発明に係る制御方法に使用する
マイクロプロセッサ−の演算原理図、第３図は従来の排
ガスエコノマイザ−の系統図である。 ｌ・・・高圧気水分離ドラム、２・・・低圧気水分離ド
ラム、３・・・排ガス流路、４・・・高圧蒸発部、５・
・・低圧蒸発部、６・・・低圧予熱部、７・・・高圧循
環水ポンプ、８・・・低圧循環水ポンプ、９・・・高圧
給水加減弁、ＩＯ・・・低圧給水加減弁、１１・・・給
水ポンプ、１２・・・給水加熱器、１３・・・三方制御
弁、１４・・・温度コントローラー、【５・・・蒸気補
給弁、１６・・・圧力コントローラー、１７・・・圧力
センサー、１８・・・マイクロプロセッサ−１１９・・
・逆止弁、２０・・・給水タンク、２１・・・人口弁、
２２・・・出口弁、２３・・・バイパス弁、２４・・エ
ンジン負荷信号、２５・・排ガス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン排ガスの熱エネルギーを利用して蒸気を
   発生する排ガスエコノマイザーの循環水系統を、高圧蒸
   発部と高圧気水分離ドラムを備えた高圧系および低圧蒸
   発部と低圧気水分離ドラムを備えた低圧系の２系統に分
   け、前記低圧蒸発部の上流側に、補給水の加熱器に循環
   水を放熱流体として迂回させるバイパス管路を設けた排
   ガスエコノマイザーにおいて、 エンジン負荷が定格負荷よりも低くなった場合に、前記
   低圧気水分離ドラム内の圧力を定格負荷時の設定圧力よ
   りも高めるとともに、低圧気水分離ドラムから前記補給
   水の加熱器への循環水の供給を制限して、前記低圧蒸発
   部への循環水の温度を上昇することを特徴とする排ガス
   エコノマイザーの制御方法。
2. （２）エンジン排ガスの熱エネルギーを利用して蒸気を
   発生する排ガスエコノマイザーの循環水系統を、高圧蒸
   発部と高圧気水分離ドラムを備えた高圧系および低圧蒸
   発部と低圧気水分離ドラムを備えた低圧系の２系統に分
   け、前記高圧気水分離ドラムと前記低圧気水分離ドラム
   とを圧力調整弁を介して接続するとともに、前記低圧蒸
   発部の上流側に、補給水の加熱器に循環水を放熱流体と
   して迂回させるバイパス管路を設けた排ガスエコノマイ
   ザーにおいて、 前記低圧気水分離ドラムから前記補給水の加熱器への循
   環水供給量を調整するための流量調整弁を、前記バイパ
   ス管路の出口付近又は入口付近に設けるとともに、エン
   ジン負荷変動に基づいて前記低圧気水分離ドラムの圧力
   を設定し且つ該ドラム内の圧力がその設定圧力になるよ
   うに前記圧力調整弁を制御する圧力制御手段と、低圧気
   水分離ドラム内の圧力に基づいて低圧蒸発部への循環水
   温度を設定し且つ該循環水が設定温度になるように前記
   バイパス流量調整弁を制御する温度制御手段とを備えた
   ことを特徴とする排ガスエコノマイザー。