(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで発生させた蒸気を蒸気使用箇所へ送る蒸気供給経路の途中から分岐させた放蒸経路を設けておき、ボイラで発生させた蒸気のうち余剰分は放蒸経路を通して外部へ放出することで蒸気の圧力を調節している蒸気供給システムにおいて、放蒸経路に上流から順に放蒸弁と背圧弁を設け、放蒸弁は蒸気圧力値が上限値以上になったときに開き、下限値未満になったときに閉じる弁であり、背圧弁は背圧弁一次側の蒸気圧力を前記放蒸弁を開閉する上限値から下限値までの間の所定の圧力に維持するように開度を調節するものであることを特徴とする蒸気供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気供給システムにおいて、放蒸弁は電動ボール弁を使用し、背圧弁は玉形弁を使用することを特徴とする蒸気供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラで発生させた蒸気のうち、余剰蒸気は外部へ放出することで蒸気の圧力を調節して蒸気の供給を行っている蒸気供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなど燃焼を伴う機関には、高温の燃焼排ガスを排出するものがある。燃焼排ガスの温度が高い場合、燃焼排ガスを通す排ガス流路に排熱蒸気ボイラを設置しておき、燃焼排ガスに含まれている熱を利用して蒸気を発生させることが行われている。排熱蒸気ボイラで発生した蒸気は、蒸気供給経路を通して蒸気使用箇所へ送ることで、捨てていた熱を有効に活用することができ、その分ボイラで消費する燃料量を削減することができる。
【０００３】
排熱ボイラでの蒸気発生量は、燃焼排ガスを発生する燃焼機関の運転状況によって左右され、必要以上に蒸気を発生させることがあるため、余剰蒸気は外部へ放出するようにしている。余剰蒸気の放出は、特開平１０−１８４３９３号公報などにあるように、蒸気供給経路から分岐させた放蒸経路を設け、放蒸経路に放蒸弁を設置しておき、蒸気圧力が高くなった場合には放蒸弁を開くことで余剰蒸気の放出を行っている。放蒸弁には蒸気の遮断性に優れている電動ボール弁がよく使用されている。電動ボール弁の弁の部分は、図２に記載しているように、弁流路９を持った回転する弁体７とその周囲に設置したソフトシートの弁座８からなっており、弁体と弁座は押さえ付け合うように設置することで弁体と弁座をすき間なく接触させている。弁を開閉する場合は、弁体が弁座を押さえ付けた状態のままで弁体を回転させるものであるため、弁体と弁座のすき間からの蒸気漏れは発生しにくい。しかし、放蒸弁を開閉する際には弁座に摩擦が発生するため、弁の開閉を繰り返し行っているうちに摩擦によって弁座が劣化することになる。弁座が摩耗すると弁体と弁座の間にすき間ができ、弁を閉鎖していても弁体と弁座のすき間から蒸気漏れが発生することになる。弁の開閉回数が多い放蒸弁は寿命が短くなり、弁座のすき間から蒸気が漏れることで蒸気を無駄に放出するようになると、蒸気供給先への蒸気供給量が減少することになるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８４３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、放蒸弁の寿命を長くすることで放蒸弁劣化による蒸気漏れをなくし、蒸気が無駄に放出されることを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ボイラで発生させた蒸気を蒸気使用箇所へ送る蒸気供給経路の途中から分岐させた放蒸経路を設けておき、ボイラで発生させた蒸気のうち余剰分は放蒸経路を通して外部へ放出することで蒸気の圧力を調節している蒸気供給システムにおいて、放蒸経路に上流から順に放蒸弁と背圧弁を設け、放蒸弁は蒸気圧力値が上限値以上になったときに開き、下限値未満になったときに閉じる弁であり、背圧弁は背圧弁一次側の蒸気圧力を前記放蒸弁を開閉する上限値から下限値までの間の所定の圧力に維持するように開度を調節する。また、放蒸弁は電動ボール弁を使用し、背圧弁は玉形弁を使用する。
【発明の効果】
【０００７】
蒸気圧力の上昇によって蒸気の放出を行う場合、背圧弁で蒸気放出量を調節し、蒸気圧力が放蒸弁を閉じる圧力までは低下させないようにすることで放蒸弁の開閉回数を減少させることができ、放蒸弁の寿命を長くすることができる。また、放蒸弁の二次側圧力を高めることで、放蒸弁の弁体が弁座を押さえ付ける力が小さくすることができ、弁体と弁座の間で発生する摩擦が少なくなることでも放蒸弁の寿命を長くすることができる。放蒸弁の寿命が長くなり、放蒸弁の劣化による蒸気漏れが発生しなくなれば、ボイラで発生した蒸気を無駄なく供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を実施している蒸気供給システムのフロー図
【図２】放蒸弁の弁体部分の説明図
【図３】本発明を実施した場合の蒸気放出状況の説明図
【図４】従来の蒸気供給システムでの蒸気放出状況の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している蒸気供給システムのフロー図、図２は放蒸弁の弁体部分の説明図、図３は本発明を実施している場合の蒸気放出状況の説明図である。本発明の蒸気供給システムは、ガスタービンなどの燃焼機関６で発生した燃焼排ガスから熱を回収して蒸気を発生するものであり、燃焼機関６の排ガス通路１０に排熱ボイラ１を設置している。排熱ボイラ１は燃焼装置を持たずに熱交換のみを行うものであり、燃焼機関６で発生している燃焼排ガスが排熱ボイラ１内を流れる際に、燃焼排ガスから熱を吸収することで蒸気を発生する。排熱ボイラ１で発生した蒸気は、蒸気供給経路２を通して蒸気必要箇所へ供給する。排熱ボイラ１では燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を発生しているため、燃料を消費することなく蒸気使用箇所へ蒸気を供給することができる。
【００１０】
しかし排熱ボイラ１での運転は燃焼機関６の運転状態に左右され、蒸気供給の必要がない場合でも排熱ボイラ１に燃焼排ガスが送られた場合には蒸気を発生することになる。そのため、この蒸気供給システムでは、余剰蒸気を放出することで蒸気圧力を所定の範囲に保つようにしている。蒸気供給経路２は、途中に放蒸経路３を接続することで経路を分岐しており、蒸気発生量が蒸気使用量よりも大きくなることで蒸気供給経路２での蒸気圧力が所定の範囲よりも高くなった場合には、放蒸経路３を通して余剰蒸気を放出する。
【００１１】
放蒸経路３には、上流側から順に放蒸弁４と背圧弁５を設けておく。放蒸弁４は電動ボール弁、背圧弁５は玉形弁を使用する。放蒸弁４は、ボイラの蒸気圧力値が放蒸上限圧力以上になった場合に弁を開く操作を行い、蒸気放出によって蒸気圧力値が放蒸上限圧力よりも低い値に設定している放蒸下限圧力未満になると弁を閉じる操作を行うものである。例えば放蒸上限圧力を０．９ＭPa、放蒸下限圧力を０．８ＭPaとし、蒸気圧力値が０．９ＭPa以上になると弁を開き、０．８ＭPa未満になると弁を閉じる、との設定を行っておく。
【００１２】
放蒸弁４は、常に蒸気の圧力を受けるものであり、弁にすき間があると、弁を閉じていても蒸気が漏れ出ることになるため、蒸気を確実に遮断できるものでなければならない。放蒸弁４の弁部分は、図２にあるように、回転する弁体７とその周囲に設置したソフトシートの弁座８からなる。弁座８は弾力性のあるソフトシートであり、弁体７が弁座８を押さえ付けることで弁体７と弁座８の間にすき間が発生しないようにしている。弁体７には弁流路９を設けており、弁体７が回転することで弁流路９の位置を変化させる。弁流路９の開口部を弁座８でふさぐ位置に弁体７を回転させると、蒸気は放蒸弁４を通過することができなくなり、弁流路９が弁の一次側と二次側をつなぐように弁体７を回転させると、蒸気は放蒸弁４を通過することができるようになる。
【００１３】
放蒸弁４の弁を開閉する場合、弁体７が弁座８を押さえ付けた状態のままで弁体７を回転させるものであるため、放蒸弁を開閉する際には弁座８と弁体７の間で摩擦が発生する。そのため、弁の開閉を繰り返し行っているうちに摩擦によって弁座８が劣化することは避けられない。弁座８が劣化すると放蒸弁４からの蒸気漏れが発生するが、弁体７と弁座の間で摩擦が発生する頻度を少なくし、また弁体７と弁座８の摩擦を少なくすれば、放蒸弁４の寿命を長くすることができ、放蒸弁４からの蒸気漏れを防ぐことができる。
【００１４】
背圧弁５は、放蒸弁４を開いている時の放蒸弁二次側圧力を一定に保つためのものであり、背圧弁５に設定する圧力は、放蒸弁４を開く放蒸上限圧力値と放蒸弁４を閉じる放蒸下限圧力値の間とし、例えば０．８５ＭPaとしておく。放蒸経路３では、通常は背圧弁５よりも上流側に設置している放蒸弁４によって蒸気を遮断しており、背圧弁５は蒸気を遮断するためのものではないため、背圧弁５の蒸気漏れに対する信頼性は放蒸弁４ほどは要求されない。ここで背圧弁５を設置しているのは、蒸気の放出を制御するためのものではなく、背圧弁５を設けることによって放蒸弁４の寿命を長くし、放蒸弁４を早期に劣化させないことで放蒸弁４からの蒸気漏れを防ぎ、そのことによって放蒸経路３からの蒸気漏れを防ぐというものである。
【００１５】
そのため背圧弁５には玉形弁の背圧弁が適している。玉形弁は、弁が異物をかみ込むことによる漏れが発生しやすいという欠点はあるが、弁の開度を調節してるときは弁体と弁座が接触していないため、弁座に摩擦が発生することはなく、寿命は長いという特徴がある。放蒸弁４の下流側に放蒸弁二次側圧力を調節する背圧弁５を設けることで放蒸弁４の寿命が長くなれば、蒸気供給システム全体としての信頼性は向上する。
【００１６】
図３は、蒸気使用箇所での蒸気使用量が途中で減少したことによってボイラの蒸気圧力値が上昇し、余剰蒸気の放出を行うことで蒸気圧力を調節している状況のタイムチャートである。蒸気使用箇所では時刻Ａまでは蒸気を消費しているが、時刻Ａを過ぎると蒸気を使用しなくなっている。そのためボイラ部での蒸気圧力は時刻Ａ以降に上昇しており、時刻Ｂで蒸気圧力値が放蒸上限圧力である０．９ＭPaに達しており、時刻Ｂで放蒸弁４を開いている。放蒸弁４を開くと、蒸気が背圧弁５の一次側へ送られ、背圧弁一次側の蒸気圧力値は上昇する。時刻Ｂまでは、背圧弁５の一次側圧力は低かったために背圧弁５は弁を閉じていたが、時刻Ｂ以降は放蒸弁４が開くことで背圧弁一次側の蒸気圧力が上昇しており、背圧弁一次側圧力が背圧弁５の設定圧力である０．８５ＭPaよりも高くなると、背圧弁５一次側の圧力を設定圧力に保つために背圧弁５が開く。背圧弁５を開くことで余剰蒸気の外部への放出が始まり、蒸気圧力値は低下している。余剰蒸気の放出は放蒸弁４と背圧弁５を通して行われており、余剰蒸気の放出量は放蒸弁４及び背圧弁５の開度によって定まる。
【００１７】
放蒸弁４と背圧弁５を開くことで余剰蒸気の放出が行われると、放蒸経路３での蒸気圧力が低下するため、背圧弁では放蒸弁４と背圧弁５の間の圧力が０．８５ＭPaを保つように開度を調節する。背圧弁５では、一次側圧力が高くなれば弁の開度を大きくし、圧力が低くなれば弁の開度を小さくすることで圧力の調節を行っている。蒸気圧力値が０．８５ＭPaに近づくと、背圧弁５での開度変更は小さくなるため、徐々に一定の開度に収束していく。背圧弁５での調節圧力は、放蒸弁４での放蒸下限圧力である０．８ＭPaより高いものであり、放蒸経路３の圧力が０．８ＭPaまで低下することにはなっていないため、放蒸弁４は開いたままとなり、蒸気放出量は背圧弁５で調節している。
【００１８】
その後、時刻Ｃで蒸気使用箇所での蒸気使用が再開しており、ボイラ部の蒸気は蒸気使用箇所へ送られるため、時刻Ｃ以降に低下している。放蒸経路３での蒸気圧力値が低下すると、背圧弁５は開度を小さくすることで蒸気放出量を減少させていく。背圧弁５を閉じていくことで蒸気の放出量は少なくなっていくが、蒸気使用箇所での蒸気使用があるために蒸気圧力値はさらに低下している。時刻Ｄで、蒸気圧力値が放蒸下限圧力である０．８ＭPaまで低下すると、放蒸弁４を閉じて蒸気の放出を停止する。その後は、蒸気使用箇所での蒸気使用量が減少し、蒸気圧力値が放蒸上限圧力である０．９ＭPaに達するまでは、放蒸弁４は閉じたままとなる。
【００１９】
時刻Ｂ以降は背圧弁５が蒸気放出量を調節し、蒸気圧力値が放蒸下限圧力である０．８ＭPaまで低下しないように調節しているため、この間の放蒸弁４は開閉していない。背圧弁を設けていない以外は同じ条件としているタイムチャートを図４に記している。この場合には時刻ｂで放蒸弁４を開くと、蒸気が急激に放出されるため、蒸気圧力値は短時間で放蒸下限圧力である０．８ＭPaまで低下している。蒸気圧力値の低下によって放蒸弁４を閉じると、今度は蒸気の放出がなくなるため、蒸気圧力値は上昇に転じており、蒸気圧力値が放蒸上限圧力である０．９ＭPaまで上昇すると、再び放蒸弁４を開くことが必要になる。背圧弁５がないと、蒸気圧力値は一様な増加と減少を繰り返すことになり、蒸気圧力値の上下に基づいて放蒸弁４を開閉することを繰り返しているため、放蒸弁４の開閉回数は多くなっていた。
【００２０】
背圧弁５を設けると、背圧弁５が蒸気放出量を調節するため、蒸気圧力値が放蒸弁４を閉じる圧力までは低下しておらず、放蒸弁４の開閉回数を減少させることができる。そのため、弁座８の摩耗は少なくなり、放蒸弁４の寿命を長くすることができる。また、背圧弁５を設けていると、放蒸弁４の一次側と二次側の圧力差は小さくなる。背圧弁５がないと、放蒸弁４の二次側からかかる蒸気の圧力がないため、放蒸弁４の弁体７は一次側からの圧力のみを受け、蒸気が弁体７を弁座８に押さえ付ける力が大きくなり、弁座８の特定部分に集中的な負荷がかかる。蒸気が弁体７を一方向に押さえ付けた状態で弁体７を回転させると、弁体７と弁座８の間に発生する摩擦が大きくなるために、弁座８の劣化が速く進む。放蒸弁４の二次側にも圧力を持った蒸気があると、放蒸弁４の弁体７は両側から押されることになるため、蒸気が弁体７を弁座８に押さえ付ける力は弱くなり、弁体７と弁座８の間で発生する摩擦は少なくなるため、弁座８の劣化を抑えることができる。このことでも放蒸弁４の寿命を長くすることができる。
【００２１】
放蒸弁４の寿命を長くし、弁座８部分から蒸気が漏れ出ないようにすることで、蒸気の無駄をなくすることができ、蒸気使用箇所へ供給する蒸気量が少なくなるといった問題が発生することもなくなるため、ボイラの信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１  排熱ボイラ        
２  蒸気供給経路          
３  放蒸経路          
４  放蒸弁          
５  背圧弁          
６  燃焼機関          
７  弁体              
８  弁座            
９  弁流路        
１０  排ガス通路            
【図１】
0005541784.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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