(57)【要約】      （修正有）【課題】ボイラ伝熱部の下流側にエコノマイザと給水タンク用熱交換器を設置し、排ガスを使用してボイラ用水の予熱を行っているボイラにおいて、エコノマイザでボイラ用水が沸騰することを防止する。【解決手段】ボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ伝熱部１、ボイラ伝熱部１へ供給するためのボイラ用水をためておく給水タンク１０、給水タンク１０にためているボイラ用水の予熱を行うための給水タンク用熱交換器３、ボイラ伝熱部１へ供給するボイラ給水を予熱するためのエコノマイザ６を持ち、給水タンク用熱交換器３とエコノマイザ６はボイラ伝熱部から排出される高温排ガスの熱を使用してボイラ用水及びボイラ給水を加熱するものであって、給水タンク用熱交換器３はボイラ伝熱部１で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ用水の加熱を行い、エコノマイザ６は給水タンク用熱交換器３で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ給水の加熱を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ伝熱部、ボイラ伝熱部へ供給するためのボイラ用水をためておく給水タンク、給水タンクにためているボイラ用水の予熱を行うための給水タンク用熱交換器、ボイラ伝熱部へ供給するボイラ給水を予熱するためのエコノマイザを持ち、給水タンク用熱交換器とエコノマイザはボイラ伝熱部から排出される高温排ガスの熱を使用してボイラ用水及びボイラ給水を加熱するものであって、給水タンク用熱交換器はボイラ伝熱部で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ用水の加熱を行い、エコノマイザは給水タンク用熱交換器で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ給水の加熱を行うようにしていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱回収ボイラに関するものであり、より詳しくはボイラ伝熱部で熱交換した後の排ガスを利用してボイラ用水の予熱も行うようにしている排熱回収ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１１−１２２７４２号公報には、ボイラ水を加熱して蒸気を発生させるボイラ伝熱部、ボイラ伝熱部の排ガス流下流側にボイラ伝熱部へ供給する水を予熱するエコノマイザ、エコノマイザのさらに下流側に給水タンクとの間で水の循環を行いながら給水タンクにためている水を予熱する給水タンク用熱交換器を設置しているボイラの記載がある。
【０００３】
ボイラでの加熱は、伝熱管の周りに高温ガスを通すことで行っており、高温ガスはボイラ本体の伝熱部、エコノマイザ、給水タンク用熱交換器の順で流れ、それぞれで加熱を行っていく。ボイラ水を加熱する高温ガスは、それぞれの場所でボイラ水の加熱を行うごとに温度が低下していく。そのため、エコノマイザでボイラ用水を加熱するガス温度はボイラ伝熱部での温度より低くなり、給水タンク用熱交換器でボイラ用水を加熱するガス温度はエコノマイザ部での温度よりも更に低くなる。この場合、給水は最初に給水タンク用熱交換器で温度が上昇し、次にエコノマイザを通過することでさらに温度が上昇するため、高温の水をボイラ伝熱部へ供給することができる。
【０００４】
ボイラ伝熱部では、ボイラ水を加熱して蒸気を発生させているが、ボイラ給水の温度が高ければボイラ伝熱部での加熱必要量が少なくなり、同じ熱量ならより多くの蒸気を発生することができる。エコノマイザに加えて給水タンク用熱交換器を設置しておき、ボイラ用水をエコノマイザに入るよりも前の段階で予熱するようにしておくことで、装置全体での熱吸収量が大きくなり、ボイラの効率を向上させることができる。
【０００５】
上記構成は、自前の熱発生装置は持たずにガスタービンやエンジンなどで発生した高温の排気ガスを使用して蒸気を発生する排熱ボイラでも行うことができる。ガスタービンでは発電を行い、排熱ボイラでは蒸気を発生する、といったコジェネレーションとすることで、総合効率が高くなるため、排熱ボイラは広く普及しており、上記構成とすることで排熱ボイラの効率も高めることができる。
【０００６】
しかし排熱ボイラでは、自身で熱供給用高温ガスの温度や量を制御しているわけではないため、熱発生源での負荷率によって供給熱量が増減することになっていた。供給熱量が多くなると、エコノマイザ及び給水タンク用熱交換器での熱吸収量が多くなり、ボイラ給水の温度が上昇する。さらにボイラ伝熱部への給水をＯＮ−ＯＦＦ制御としている場合、給水停止によってエコノマイザに滞留しているボイラ給水は、高温の排ガスによって長時間加熱され続けることになるため、エコノマイザ内でボイラ給水の温度が高くなり、エコノマイザ内で蒸気が発生することがあった。エコノマイザからボイラ伝熱部へ送られる給水が蒸気になると、ボイラ伝熱部では水位を正しく検出することができなくなり、ボイラを適切に運転することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１２２７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラ伝熱部の下流側にエコノマイザと給水タンク用熱交換器を設置しておき、ボイラ伝熱部で熱交換を行った後の排ガスを使用してボイラ用水の予熱を行っているボイラにおいて、エコノマイザでの加熱量が過剰となり、エコノマイザでボイラ用水が沸騰してしまうことを防止することのできる排熱回収ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ボイラ水を加熱して蒸気を発生するボイラ伝熱部、ボイラ伝熱部へ供給するためのボイラ用水をためておく給水タンク、給水タンクにためているボイラ用水の予熱を行うための給水タンク用熱交換器、ボイラ伝熱部へ供給するボイラ給水を予熱するためのエコノマイザを持ち、給水タンク用熱交換器とエコノマイザはボイラ伝熱部から排出される高温排ガスの熱を使用してボイラ用水及びボイラ給水を加熱するものであって、給水タンク用熱交換器はボイラ伝熱部で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ用水の加熱を行い、エコノマイザは給水タンク用熱交換器で熱の回収を行った後の排ガスを用いてボイラ給水の加熱を行うようにしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
給水タンク用熱交換器をエコノマイザよりも排ガス流の上流側に設置すると、エコノマイザに達する前に給水タンク用熱交換器で排ガスの温度を低下させることになる。そのため、エコノマイザに達する排ガスの温度を調節することができ、エコノマイザでボイラ用水が沸騰するということを防止することができる。また、給水タンク用熱交換器ではより高温の排ガスによって加熱することになるため、給水タンク用熱交換器での熱回収量が多くなり、給水タンクでの温度は高くなる。給水タンクにためているベースとなるボイラ給水の温度が高くなり、エコノマイザでの熱回収量の割合が少なくなると、ボイラ伝熱部へ供給しているボイラ給水温度の変動幅は少なくなるため、ボイラ給水の温度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を実施している排熱回収ボイラのフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、ガスタービンやエンジンなどで発生した高温の排ガスから熱を回収するものであって、ボイラ伝熱部１の他にエコノマイザ６と給水タンク用熱交換器３を持っている排熱回収ボイラのフロー図である。ボイラ伝熱部１への給水は、水位調節装置を持った給水タンク１０から行うようにしている。給水タンク１０の水位調節装置は、給水タンク１０内の水位が設定水位よりも低くなると給水タンク１０への給水を行い、給水タンク１０内水位が設定水位よりも高くなると給水タンク１０への給水を停止するものであり、水位調節装置としてはフロートバルブが安価であるために広く使われている。
【００１３】
給水タンク１０には、ボイラ伝熱部１へ供給する前に、給水タンク１０にためているボイラ用水を予熱するための循環配管５を接続している。循環配管５は排ガス通路２に設けた給水タンク用熱交換器３との間でボイラ用水を循環させるものであり、循環配管５の両端は給水タンク１０に接続しておき、循環配管５の途中に循環用ポンプ９と給水タンク用熱交換器３を設けている。給水タンク用熱交換器３は、ボイラ伝熱部１より下流側の排ガス通路２に設置したものであって、ボイラ伝熱部１が熱を吸収することによって温度の低下した排ガスからさらに熱を回収するようにしている。循環配管５は循環ポンプ９を作動することで給水タンク１０にためておいた水を給水タンク用熱交換器３へ送り、給水タンク用熱交換器３で排ガスとの熱交換を行うことでボイラ用水を予熱するものであり、予熱したボイラ用水は給水タンク１０に戻る。循環ポンプ９は一定の通水量で連続的に通水するものであり、給水タンク１０のボイラ用水を給水タンク用熱交換器３と間で循環させる。
【００１４】
ボイラ伝熱部１への給水はボイラ給水配管８を通して行う。ボイラ給水配管８は一端を給水タンク１０と接続し、他端はボイラ伝熱部１に接続した配管であり、その途中に給水ポンプ４とエコノマイザ６を設置している。ボイラ伝熱部１ではボイラ水の水位を検出しておき、水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプ４に対して作動指令を出力し、水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプ４に対して停止指令を出力する。給水ポンプ４は、作動指令を受けると給水を開始し、停止指令を受けると給水を停止するものであり、ボイラ内の水位を所定の値に保つために作動と停止を繰り返している。
【００１５】
図１では、排ガス通路２の向かって左側から排ガスが供給され、右方向へ流れていくものとしている。排ガス通路２では、排ガス流の上流側から順に、ボイラ伝熱部１、給水タンク用熱交換器３、エコノマイザ６を設置している。左側から右方向へ流れる排ガス流は、ボイラ伝熱部１、給水タンク用熱交換器３、エコノマイザ６の順に熱交換を行い、熱交換を行うごとに温度を低下させていく。
【００１６】
図には温度の一例を記載しており、原水配管７を通して供給される原水は２５℃、排ガスの温度は５００℃であるとしている。図に記載している例の場合、５００℃で供給されている排ガスは、ボイラ伝熱部１でボイラ水を加熱し、蒸気を発生させることで熱が消費される。ボイラ伝熱部１で温度を低下させた排ガスは、ボイラ伝熱部の下流では２００℃となっており、２００℃の排ガスは次に給水タンク用熱交換器３内を流れるタンク用水を加熱する。排ガスは給水タンク用熱交換器３でも温度を低下させ、給水タンク用熱交換器３の下流では１７０℃となっている。１７０℃の排ガスは、排ガス通路２のさらに下流に設置しているエコノマイザ６へ流れ、エコノマイザでもボイラ給水の加熱を行う。エコノマイザ６でも温度を低下させた排ガスは、排ガス通路２を通して排出する。
【００１７】
ボイラ伝熱部１への給水は、原水配管７を通して給水タンク１０にためておいたボイラ用水を供給することで行う。給水タンク１０には、ボイラ伝熱部１への給水を通すボイラ給水配管８とは別に、給水タンク用熱交換器３との間でボイラ用水を循環させるための循環配管５を接続しておく。循環配管５には途中に循環ポンプ９を設けており、循環ポンプ９を作動することで給水タンク１０と給水タンク用熱交換器３の間でボイラ用水の循環を行う。給水タンク１０から給水タンク用熱交換器３へボイラ用水を送ると、給水タンク用熱交換器３ではボイラ用水と排ガスの間で熱交換を行い、ボイラ用水は熱を吸収して温度を上昇させる。図に記載の例の場合、７０℃のボイラ用水を給水タンク用熱交換器３に送ると、給水タンク用熱交換器で９５℃まで上昇し、９５℃の循環水が給水タンク１０へ戻るようになっている。この時、循環ポンプ９の作動は連続的に行い、給水タンク用熱交換器３では循環水を滞留させることなく連続的に流すことで、給水タンク用熱交換器３での熱吸収効率は高く維持することができる。
【００１８】
ボイラ伝熱部１では、ボイラ内水位が給水開始水位まで低下すると給水を開始し、ボイラ内水位が給水停止水位まで上昇すると給水を停止する。給水は給水ポンプ４を作動することで、給水配管８を通じて行う。ボイラ用水は給水タンク１０では７０℃であったが、給水配管８の途中に設けているエコノマイザ６で加熱することで１２０℃まで上昇している。ボイラの内部では圧力が高くなっているため、この温度ではボイラ給水配管８で沸騰することはなく、ボイラ給水は液体の状態でボイラ伝熱部１内に入る。エコノマイザ６を加熱する排ガスは、給水タンク用熱交換器３で温度を低下させているため、エコノマイザ６での温度上昇は抑えられ、ボイラ用水が沸騰することはない。ボイラでは給水に蒸気が混じるということはないため、ボイラ内の水位は正しく検出することができ、安定した運転を行うことができる。
【００１９】
供給熱量の変動が大きな排熱回収ボイラでは、ボイラのすぐ下流側にエコノマイザを設けていた場合、エコノマイザへ供給される排ガスの熱量が想定より高くなることがある。そして、ボイラへの給水はボイラ内水位に応じて発停を行うため、エコノマイザ内でのボイラ給水は流動と停止を繰り返すことになる。そのため、エコノマイザ６で予熱した後のボイラ給水は、状況によって温度が大きく上下することになり、場合によってはエコノマイザ内でボイラ給水が沸騰してしまい、蒸気を含んだボイラ給水をボイラへ供給してしまうことがあった。しかし、本発明のようにボイラ伝熱部１とエコノマイザ６の間に給水タンク用熱交換器３を設けると、給水タンク用熱交換器３では排ガス温度が低下しているために、エコノマイザ６でボイラ用水が沸騰することを防止することができる。
【００２０】
また、上流側となった給水タンク用熱交換器３では、供給される排ガス温度が高くなるために加熱量が大きくなる。しかし給水タンク用熱交換器３は、給水タンク１０との間でボイラ用水を連続的に循環させ、回収した熱は給水タンク１０に送ることでボイラ用水の温度を上昇させるというものである。そのため、給水の発停を行っているエコノマイザ下流側でのボイラ給水温度の変動に比べると、給水タンク１０での温度変更幅は小さくなる。エコノマイザ６へ送る給水温度は高い水準で平準化されるものであるため、ボイラ伝熱部１への給水は高い状態水準で安定することになり、排熱は効率よく使用されることになる。
【００２１】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ボイラ伝熱部                          
２  排ガス通路          
３  給水タンク用熱交換器          
４  給水ポンプ          
５  循環配管          
６  エコノマイザ          
７  原水配管              
８  ボイラ給水配管            
９  循環ポンプ        
１０  給水タンク            
１１  蒸気配管
【図１】
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