JPS588901A - 廃熱回収装置 - 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】 本発明は、ジーゼル主機からの排ガス中の廃熱を熱源と
して蒸気を発生させる廃熱回収装置の改良に関する。

ジーゼル主機の廃熱を回収するこの種装置として、排ガ
スエコノマイザ或いは廃熱回収ボイラは公知であり、特
に船舶においてジーゼル主機の排ガスから発電機用ター
ビンを駆動するための蒸気や船内雑用蒸気を得る省エネ
ルギー機器として活用されている。そこでまず、従来の
排ガスエコノマイザについて説明する。

１はカスケードタンクと呼ばれる給水タンクで、このタ
ンクには発電機タービンの復水や低圧雑用蒸気の復水、
ドレンなどが還流してくる。また、系統内での蒸気や水
の損失・消費などのためにタンク内の水位が低下した場
合は、別に設けられた補給水タンクから水が補給される
。これら外部からカスケードタンクに連結している配管
は本系統図では省略しである・ ２は後述する低圧蒸気用気水分離器３のドレン溜め４か
ら飽和温度のボイラ水を排出するための配管、５はこの
ボイラ水を冷却するための熱交換用コイルである。高温
の飽和水を冷却せずにカスケートタンク１の中に放出す
ると、騒音を発するなどの現象が予測されるので、円滑
な運転を実現するために予め冷却することにしたもので
ある。

６はドレン溜め４の水位調節弁である。ドレン溜め４の
水位を検出して、これと予め設定した目標水位との偏差
が零（ゼロ）となる様に常時自動的に弁開度を調節して
いる。７は冷却された水の放出口である。８は給水ポン
プ、９は給水調節弁である。

給水調節弁９は後述する高圧蒸気用気水分離器１０の水
位を検出して、これと予め設定した目標水位との偏差が
零（ゼロ）となる様に、常時自動的に弁開度を調節して
いる。

１１は図示しないエンジン主機からの排ガスが導入され
る排ガスエコノマイザ本体であり、１２は排ガス導入口
、１３は排ガス排出口である。

１４は予熱部入口管寄、１５は予熱部出口管寄、１６は
予熱管である。

給水ポンプ８によって送られてくる給水は予熱部人口１
４で約９０℃である。９０℃までの給水離器３を経たド
レン溜め４からのボイラ水によって行なわれている。な
お、給水ポンプ８と給水調節弁９の間には給水加熱器が
設けられる場合もあり、この場合には予熱部入口の給水
温度は９０℃よりも更に高い温度となる。予熱管１６の
伝熱面積は予熱部出口１５の給水温度が後述する低圧蒸
発部１７運転圧力の飽和温度にほぼ等しい温度となる様
に、決められている。即ち低圧蒸発部１７が４にで運転
される場合は４にの飽和温度にほぼ等しい温度となる様
に計画されている。なお低圧蒸発部１７の運転圧力は低
圧蒸気の所要圧力によって決めている。

１８．１９はそれぞれ低圧蒸発部の入口及び出口管寄で
ある。低圧蒸発部運転圧力の飽和温度にほぼ等しい温度
にまで加熱された予熱部出口１５の給水は、一部分は低
圧蒸発部に供給され残りの部分は、高圧蒸気用気水分離
器１０に給水される。

なお、高圧の気水分離器１０は専用装置として別個に設
置されることもあるが、多くの場合は油焚きボイラの蒸
気ドラムで兼用される。

低圧蒸発部に供給された給水は入口管寄１８を経て低圧
蒸発管１７に入ってディーゼル主機からの排ガスによっ
て熱を受けると、予めほぼ飽和温度にまで予熱されてい
るために直ちに蒸発を開始し気水混合物となって出口管
寄１９に集められ、低圧蒸気用気水分離器３に入り、こ
こで低圧蒸気と飽和水に分離される。

気水分離器本体３及びドレン溜め４はいずれも翌日筒形
である。出口管寄１９を出た気水混合物は気水分離器本
体３に対して接線状に導入されて分離器本体３の中で旋
回し、遠心力によって気水が分離する様に工夫されてい
る。蒸気はゆるやかに上昇して蒸気管２０により器外に
取出される。

飽和水は分離器３底部で中門の４放物線を、−転しズ出
来る水面を形成しているものと考えられる。この様な気
水分離器の構造は分離器本体、３をコンパクトにするた
めに効果的であるが、水位制御のた属せしめて安定な水
面を形成させているのである。

２１は流量調節弁である。本弁を設置した主目的は低圧
蒸発部１７への通水量を制御することである。この弁開
度を増減しても低圧蒸発部１７の蒸発量は変化しない。

なぜなら、蒸発量は加熱媒体であるディーゼル主機の排
ガスの量及び温度のみによって支配されているからであ
る。この弁２１０開度が増減すると、変化するのはカス
ケードタンク１の給水の温度である。それは、弁２１を
大きく開けばカスケードタンクｌへ流入する飽和水の量
が増加し、弁開度を絞れば逆に飽和水流入量が減少する
からである。

以上の目的により流量調節弁２１は、カスケードタンク
１あ中の給水の温度が９０℃となる様に開度が設定され
ている。但し調節弁２１は給水温度に応じて自動的に開
度が変化するのではなく、手動で開度を設定することと
している。常用出力時に給水温度が９０℃となる様に一
旦、開度を設定するとその後は負荷が変動したり給水温
度が９０℃から若干上下しても弁開度をその都度、調整
はしていない。　′ なお、給水温度を９０℃に設定した理由は次のとおりで
ある。即ち、給水中の溶存酸素を除去する、すなわち脱
気するためには給水温度をできるだけ飽和温度に近づけ
るのが好ましいが、カスケードタンク１は大気圧タンク
であるから飽和温度は１００℃であり余り飽和温度に近
づけると、僅かな運転争件の変化などで給水温度が１０
０℃に達し、タンク内で沸騰する心配があるからである
。

流量調節弁２１の第２の作用は、膨出現象の軽減である
。低圧蒸発管１７に飽和または非飽和の水が充満して停
滞あるいは流動している状態の時に、ディーゼル主機が
起動して排ガスが流入して来ると、管内の水はやがて沸
騰し始め、気水混合物となる。気水混合物になると、蒸
気の気泡のために内容物の体積は一挙に増大して激しい
勢いで管内から押出され、低圧蒸気の気水分離器３に流
入し、分離器内の水位を高める。この現象を膨出現象と
呼んでいる。この水位変動は過渡的な現象であるが、過
度に水位が上昇して水が蒸気中に多重に混入すると、蒸
気使用先へ様々な悪影響な与えるので過度に上昇しない
よう制御する必要がある。前述のとおり水位調節弁６が
設けであるが、この様な急激且つ大巾な外乱に対して充
分な対応をさせることは技術的に難しい。そこで、流量
調節弁２１は、ディーゼル主機の回転数や燃料弁の制御
ノツチの位置などを検出して、これに連動して弁開度を
増加せしめ通水量を制限する様にしている◎これによっ
て蒸発開始時即ち、ディーゼル主機の増速時に多量の飽
和水が一挙に気水分離器３に流入することを避けている
。

次に高圧蒸発部について説明する。

２２はボイラ水循環ポンプ、２３及び２４はそれぞれ高
圧蒸発部入口及び出口管寄、２５は高圧蒸発管である。

高圧蒸気用気水分離器１ｏの飽和水はボイラ水循環ポン
プ２２によって送られ、高圧蒸発部入口管寄２３を経て
高圧蒸発器２５に入り、ディーゼル主機からの排ガスに
よって熱を受は気水混合物となって出口管寄２４に集め
られ。

高圧の気水分離器１０に入り、ここで高圧蒸気と飽和水
に分離される。

なお、前述の膨出現象は低圧蒸発部に限らず、高圧蒸発
部にても起る現象であり、気水分離器１０の内容積を大
き°くすることによって、急激且つ大幅な水位変動を吸
収または軽減することができる。

気水分離器１０で分離された高圧蒸気は、過熱器入口管
寄２６を介して過熱器管２７内へ導入され、ここで排ガ
スとの熱交換によって過熱されたうえ、過熱器出口管寄
２８を経て例えば発電用蒸気タービン（図示せず）等へ
供給される。

ところで、上述のような従来の排ガスエコノマイザにあ
っては、特に低圧蒸発部の耐圧部品が蒸発管１７、入口
管寄１８、出口管寄１９、気水分離器３、ドレン溜り４
等の如く多数あるので、システム構成を複雑化するとと
もに信頼性６ご難点を生ずるものであった。

本発明は、低圧蒸発部の構成を簡略化して耐圧部品を減
少させることにより、システムの信頼性を向上し、安定
したボイラ水循環性能を得ることのできる廃熱回収装置
を提供することを目的としてなされたものである。

以下本発明を第２図ないし第４図に示す実施例をもと化
詳細に説明する。なお第２図ないし第４図において、第
１図と同一部分には同一符号を附して示しであるので、
その部分の説明は省略する。

第２図は本発明に係る廃熱回収装置の一実施例としての
排ガスエコノマイザの系統図を示したものである・第２
図において、３１は低圧蒸気用気水分離器、３２は低圧
蒸発部分配管寄、３３は１本または複数本の降水管、３
４は水位調節弁である。

予熱部１６を出た給水は、一部分は水位調節弁３４を通
って低圧蒸発部１７に供給され、残りの部分は水位調節
弁３５を通って高圧蒸気用気水分離器１０へ供給される
。

水位調節弁３４を通った給水は、低圧蒸気用気水分離器
３１に入る。気水分離器３１の中のボイラ水（飽和水）
は降水管３３を通って降下し分配管寄３２を経て低圧蒸
発管１７に入る。そして飽和水はディーゼル主機の排ガ
スによって加熱され【気水混合物となり、管１７の中を
上向きに流れて気水分離器３１に還流する。ここで低圧
蒸気と飽和水に分離され、低圧蒸気は蒸気管２０を介し
て導出される。

降水管３３の中は飽和水、低圧蒸発管１７の中は気水温
合物であるため、比重の差によって降水管３３の中は下
向きに、低圧蒸気管１７の中は上向きに流れる。即ち自
然循環である。

本発明の特徴は、低圧蒸発部が自然循環式となっている
事である。従来（第１図）の場合は、流量調節弁２１の
開度を余り大きくするとカスケードタンク１内の給水温
度が高くなり過ぎて沸騰してしまうために通水可能な給
水量に上限があり。

これがボイラ水循環比（管内総流量を蒸発量で除した値
）を大きくすることができない理由となっている。本発
明（第２図）の場合も給水流量は蒸発量に等しい童で供
給されなければならない事は当然だが、低圧蒸発管１７
の中の循環比はこの給水量によって決まってしまう訳で
はなく、降水管３３や蒸発管１７０本数や幾何学的形状
、寸法、或いは気水分離器３１と分配管寄３２との高さ
の差（水頭差）などを適正に選定する事によって従来よ
りも大きな循環比を確保することができる。

なお、第２図において３６は給水加熱器であり。

カスケードタンク１から給水ポンプ８によって予熱部１
６へ給水するに際し、この給水を加熱するために設けた
ものである。この給水を加熱するための加熱媒体として
は、蒸気を使用してもよいし、低圧蒸気用気水分離器３
１または高圧蒸気用気水分離器１０から飽和水を導入す
るようにしてもよ（ゝＯ 上述のように本発明によれば、低圧蒸発部における耐圧
部品は、蒸発管１７、気水分離器３１、分配管寄３２で
あって、従来よりもその数が軽減され、また従来の流量
調節弁２１は不用となり、更に循環形式が強制循環式で
はなく自然循環式なので、システム構成が単純化して信
頼性の向上に寄与する等大きな効果を奏する廃熱回収装
置が提供される。　　　１・士。

第３図は本発明の他の実施例の要部を示したもので、低
圧蒸気用気水分離器３１が排ガスエコノマイザ本体１１
のそばに配置することが、スペース上の制約などの理由
によって実現し難い場合や、低圧蒸発部の所要の循環性
能（特に循環比）が得られ難い場合に、気水分離器３１
を高所に配置し、蒸発管１７の出口と気水分離器３１と
を上昇管３７で連結するようにしたものである。なお他
の構成は第２図に示したものと同様である。

第４図は本発明を単一圧力が排ガスエコノマイザに適用
した場合の実施例を示したものである。

第４図において１はカスケードタンク、８は給水ポンプ
、３６は給水加熱器である。１４．１５はそれぞれ手熱
部入口及び出口管寄、１６は給水予熱管でありこれらの
機能は第２図の場合と同じである。また、３４は給水調
節弁、３１は気水分離器、３２は分配管寄、１７は蒸発
管、３３は降水管であり、これらの機能も第２図の場合
と同じである。４１は飽和蒸気連絡管、２６，２Ｂはそ
れぞれ過熱器入口及び出口管寄、２７は過熱器管である
。気水分離器３１から取−り出された蒸気は―和蒸気管
４１１過熱器入口管寄２６を通って過熱器管２７に入り
ディーゼル主機の排ガスから熱を受けて過熱蒸気となり
、出口管寄２８に集められ、系の外部に取り出される。

この実施例では１４，１５及び１６によって構成される
予熱部を省略して、給水加熱器３６と給水調節弁３４を
直接、連絡せしめることもできる。

また、２６，２７及び２８によって構成される過熱器を
省略し、気水分離器３１から直接、蒸気を系の外部に取
り出しても差支えない。すなわち、雑用蒸気を得る事の
みを目的とする小容量の排ガスエコノマイザでは、予熱
部や過熱器は設けないのが一般的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排ガスエコノマイザを示す系統図、Ｍ２
図は本発明に係る廃熱回収装置の一実施例としての排ガ
スエコノマイザを示す系統図、第３図は本発明の他の実
施例の要部を示す図、第４図は本発明の更゛に他の実施
例を示す系統図である。 １・参カスケードタンク、１０・・高圧蒸気用気水分離
器、１１・・排ガスエコノマイザ本体、１６・・予熱管
、１７・・低圧蒸発管、２０・・蒸気管、２５・・高圧
蒸発管、２７・・過熱器管。 ３１・・低圧蒸気用気水分離器、３３・・降水管３４・
・水位調節弁。 幣３図 ｔ 第４図　　゛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ジーゼル主機からの排ガス中の廃熱を熱源として蒸気を
   発生させる廃熱回収装置において、タンクからの給水を
   前記熱源によって予熱する予熱器と、この予熱器番こよ
   って予熱された給水の一部または全部が水位調節弁を介
   して導入される気水分離器と、この気水分離器から下方
   へ延出し気水分離器に導入された水を降下させる降水管
   と、この降水管の下端に下部が連結され、導入される水
   、を前記熱源によって加熱して蒸気を発生させるように
   、前記掛ガスの流れの方向番こ沿って蛇行させ上部が前
   記気水分離器に連結される蒸発器と、前記気水分離器か
   ら蒸気を取り出す蒸気管とを具備することを特徴とする
   廃熱回収装置。