(57)【要約】【課題】高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気需要設備における蒸気需要量の時間的な変動幅が大きい場合であっても、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる蒸気圧力差エネルギー回収システムを提供する。【解決手段】ターボ型蒸気膨張機１と、容積型蒸気膨張機２と、蒸気の流れを制御する制御装置８を備えており、制御装置８は、蒸気需要設備４０の需要量の時間的変動に対応して、ターボ型蒸気膨張機１の吸気量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内となるようにした上で、需要量に対する過不足分を容積型蒸気膨張機２で調整するようにする。【選択図】図１
2014202170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給する際に、蒸気の減圧によって生じる蒸気圧力差エネルギーを回収するための蒸気圧力差エネルギー回収システムであって、
蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機と、該ターボ型蒸気膨張機によって駆動するターボ型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機と、該容積型蒸気膨張機によって駆動する容積型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気の流れを切換えるための切替弁と、蒸気需要設備の需要量に応じて前記ターボ型蒸気膨張機の吸気量が運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする蒸気圧力差エネルギー回収システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を上回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機と前記容積型蒸気膨張機の両方に吸気させて、それぞれで減圧した蒸気を蒸気需要設備に供給し、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を下回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機に運転可能範囲内で吸気させて、減圧した蒸気の内の前記需要量を蒸気需要設備に供給するともに、余剰の減圧した蒸気を前記容積型蒸気膨張機に吸気させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧力差エネルギー回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気の減圧によって生じる圧力差エネルギー（蒸気圧力差エネルギー）を回収するための蒸気圧力差エネルギー回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を使用するプラント（蒸気需要設備）においては、ボイラが発生する高圧（例えば１．２ＭＰａ）の蒸気を減圧弁で減圧し、低圧（例えば０．８ＭＰａ）の蒸気を蒸気需要設備に供給するのが一般的であるが、減圧弁で蒸気を減圧すると、蒸気の減圧によって生じた蒸気圧力差エネルギーを廃棄することになるため、この蒸気圧力差エネルギーを回収することが望まれる。
【０００３】
そこで、特許文献１では、ボイラが発生する高圧蒸気を蒸気膨張機に供給して高圧蒸気を膨張・減圧し、減圧した低圧蒸気を蒸気需要設備に供給するとともに、蒸気の膨張エネルギー（蒸気圧力差エネルギー）を用いて蒸気膨張機駆動空気圧縮機（蒸気膨張機によって駆動される空気圧縮機）を駆動させることで蒸気圧力差エネルギーを回収することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５７１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、蒸気需要設備における蒸気需要量（以下、単に「需要量」ともいう）の時間的な変動幅が大きいと、蒸気膨張機の運転可能範囲を外れてしまって、蒸気膨張機では膨張・減圧を行うことができず、蒸気圧力差エネルギーを回収できない場合がある。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気需要設備における蒸気需要量の時間的な変動幅が大きい場合であっても、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる蒸気圧力差エネルギー回収システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、蒸気需要設備における蒸気需要量の時間的な変動幅が大きい場合に対しては、大流量の蒸気に対応することができるターボ型蒸気膨張機と、運転可能範囲が広い容積型蒸気膨張機を組み合わせて運転することがよいとの着想を得た。なお、その際、ターボ型蒸気膨張機を一旦停止すると、そのターボ型蒸気膨張機を再起動するためには、ドレン抜きおよび暖気運転が必要になり、２〜３時間のタイムロスが生じるので、ターボ型蒸気膨張機は運転させて、過不足分を容積型蒸気膨張機で調整するようにすればよい。
【０００８】
本発明は、上記の着想に基づいており、以下のような特徴を備えている。
【０００９】
［１］高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給する際に、蒸気の減圧によって生じる蒸気圧力差エネルギーを回収するための蒸気圧力差エネルギー回収システムであって、
蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機と、該ターボ型蒸気膨張機によって駆動するターボ型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機と、該容積型蒸気膨張機によって駆動する容積型蒸気膨張機駆動装置と、蒸気の流れを切換えるための切替弁と、蒸気需要設備の需要量に応じて前記ターボ型蒸気膨張機の吸気量が運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする蒸気圧力差エネルギー回収システム。
【００１０】
［２］前記制御装置は、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を上回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機と前記容積型蒸気膨張機の両方に吸気させて、それぞれで減圧した蒸気を蒸気需要設備に供給し、
蒸気需要設備の需要量が前記ターボ型蒸気膨張機の運転可能範囲を下回っている場合は、前記ターボ型蒸気膨張機に運転可能範囲内で吸気させて、減圧した蒸気の内の前記需要量を蒸気需要設備に供給するともに、余剰の減圧した蒸気を前記容積型蒸気膨張機に吸気させることを特徴とする前記［１］に記載の蒸気圧力差エネルギー回収システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、高圧の蒸気を減圧して蒸気需要設備に供給するに際して、蒸気需要設備における需要量の時間的な変動幅が大きい場合であっても、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸気圧力差エネルギー回収システムの概要を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における運転状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る蒸気圧力差エネルギー回収システムの概要を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る蒸気圧力差エネルギー回収システムは、ボイラ（図示せず）が発生する高圧蒸気を減圧して蒸気需要設備４０に供給する際に、蒸気の減圧によって生じる蒸気圧力差エネルギーを回収するためのものであり、吸気した蒸気を膨張・減圧するターボ型蒸気膨張機１と、吸気した蒸気を膨張・減圧する容積型蒸気膨張機２と、蒸気の流れを制御する制御装置８を備えている。
【００１６】
なお、ここでは、ボイラから蒸気需要設備４０に直行する直行配管３０が設置されていて、直行配管３０に減圧弁１１が設けられているが、通常は減圧弁１１を閉鎖しておく。
【００１７】
そして、直行配管３０から減圧弁１１の上流側で分岐した吸気本配管２１と、吸気本配管２１から分岐してターボ型蒸気膨張機１の吸気側に接続する第１吸気配管２２と、吸気本配管２１の先端から容積型蒸気膨張機２の吸気側に接続する第２吸気配管２３と、ターボ型蒸気膨張機１の排気側から直行配管３０に減圧弁１１の下流側で接続した第１排気配管２４と、第１排気配管２４から分岐して吸気本配管２１に第１吸気配管２２の分岐点の下流側で接続した迂回配管２５と、容積型蒸気膨張機２の排気側から直行配管３０に減圧弁１１の下流側で接続した第２排気配管２６と、第２排気配管２６から分岐した放出配管２７を備えている。
【００１８】
また、第１吸気配管２２に設置された第１流量調節弁３と、第２吸気配管２３に設置された第２流量調節弁４と、第１吸気配管２２の分岐点と迂回配管２５の接続点との間の吸気本配管２１に設置された第１切替弁（開閉弁）５と、迂回配管２５に設置された第２切替弁（開閉弁）６と、第２排気配管２６からの放出配管２７の分岐点に設置されて蒸気の流れを第２排気配管２６の下流側（蒸気需要設備４０側）と放出配管２７側とに切換える第３切替弁７と、第１排気配管２４の接続点および第２排気配管２６の接続点の下流側の直行配管３０に設置された圧力計９と、第１流量調節弁３の下流側の第１吸気配管２２に設置された流量計１０を備えている。これらの内、圧力計９と流量計１０は、各測定値を信号として制御装置８へ送る。一方、第１流量調節弁３、第２流量調節弁４、第１切替弁（開閉弁）５、第２切替弁（開閉弁）６および第３切替弁７は、制御装置８からの信号でそれら動作が制御されている。図１中の点線は、制御装置８へ信号が入る場合を示し、一点差線は、制御装置８から信号が出る場合を示す。
【００１９】
なお、図示していないが、ターボ型蒸気膨張機１には、ターボ型蒸気膨張機１によって駆動する蒸気膨張機駆動装置（ターボ型蒸気膨張機駆動装置）が連結しており、容積型蒸気膨張機２には、容積型蒸気膨張機２によって駆動する蒸気膨張機駆動装置（容積型蒸気膨張機駆動装置）が連結している。蒸気膨張機駆動装置としては、例えば、蒸気膨張機で駆動する空気圧縮機や発電機がある。
【００２０】
これによって、ターボ型蒸気膨張機１と容積型蒸気膨張機２においては、吸気した高圧蒸気が膨張してタービンを回転させて仕事をすることにより減圧され、排気した減圧蒸気が蒸気需要設備４０に供給されるとともに、タービンの回転力（駆動力）によって蒸気膨張機駆動装置（空気圧縮機、発電機等）が駆動されることで、蒸気圧力差エネルギーが回収される。
【００２１】
その際に、蒸気需要設備４０における需要量の時間的変動に対して、ターボ型蒸気膨張機１は常に運転させて、過不足分を容積型蒸気膨張機２で調整することとし、制御装置８は、ターボ型蒸気膨張機１の吸気量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内となるように蒸気の流れを制御する。
【００２２】
すなわち、この実施形態においては、例えば、図２に示すように、ターボ型蒸気膨張機１の吸気能力（運転可能範囲）が５〜５０ｔ／ｈであって、蒸気需要設備４０の需要量が２〜５５ｔ／ｈの間で変動する際には、需要量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内の場合（領域Ｉ：５〜５０ｔ／ｈ）、需要量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲を上回っている場合（領域ＩＩ：５０ｔ／ｈ超）、需要量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲を下回っている場合（領域ＩＩＩ：５ｔ／ｈ未満）のそれぞれに応じて、制御装置８は以下の如く蒸気の流れを制御する。
【００２３】
（ａ）蒸気需要設備４０の需要量が領域Ｉの場合
第１切替弁５と第２切替弁６を閉鎖し、第３切替弁７を蒸気需要設備４０側にするか又は閉鎖するかした上で、第１流量調節弁３の開度を調整することによって、需要量に応じた高圧蒸気を吸気本配管２１と第１吸気配管２２を通過させてターボ型蒸気膨張機１に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機１で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第１排気配管２４と直行配管３０を通過させて蒸気需要設備４０に供給する。
【００２４】
（ｂ）蒸気需要設備４０の需要量が領域ＩＩの場合
第１切替弁５は開放し、第２切替弁６は閉鎖し、第３切替弁７は蒸気需要設備４０側にした上で、第１流量調節弁３の開度と第２流量調節弁４の開度とを調整することによって、需要量に応じた高圧蒸気の内、ターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内（例えば、運転可能範囲上限量）の高圧蒸気を吸気本配管２１と第１吸気配管２２を通過させてターボ型蒸気膨張機１に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機１で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第１排気配管２４と直行配管３０を通過させて蒸気需要設備４０に供給するとともに、需要量に対して不足する分の高圧蒸気を吸気本配管２１と第２吸気配管２３を通過させて容積型蒸気膨張機２に吸気させ、容積型蒸気膨張機２で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気を第２排気配管２６と直行配管３０を通過させて蒸気需要設備４０に供給する。
【００２５】
（ｃ）蒸気需要設備４０の需要量が領域ＩＩＩの場合
第１切替弁５と第２切替弁６を開放し、第３切替弁７は放出配管２７側にした上で、第１流量調節弁３の開度と第２流量調節弁４の開度を調整することによって、ターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内（例えば、運転可能範囲下限量）の高圧蒸気を吸気本配管２１と第１吸気配管２２を通過させてターボ型蒸気膨張機１に吸気させ、ターボ型蒸気膨張機１で膨張・減圧されて排気された減圧蒸気の内、需要量分の減圧蒸気を第１排気配管２４と直行配管３０を通過させて蒸気需要設備４０に供給するとともに、需要量に対して余剰である分の減圧蒸気を迂回配管２５と吸気本配管２１と第２吸気配管２３を通過させて容積型蒸気膨張機２に吸気させ、容積型蒸気膨張機２でさらに膨張・減圧して蒸気圧力差エネルギーを回収した後、排気された減圧蒸気を第２排気配管２６と放出配管２７を通過させて系外に放出する。
【００２６】
なお、前記（ａ）の場合は、必要に応じて、前記（ｂ）の場合のように、ターボ型蒸気膨張機１と容積型蒸気膨張機２の両方で高圧蒸気を膨張・減圧して、減圧蒸気を蒸気需要設備４０に供給するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、上記において、圧力計９と流量計１０によって、蒸気需要設備４０に供給する減圧蒸気の圧力と流量が所望の値になっていることを確認する。もし、所望の値になっていない時は、第１流量調節弁３の開度や第２流量調節弁４の開度をさらに調整する。
【００２８】
なお、ターボ型蒸気膨張機１等が故障して蒸気需要設備４０に減圧蒸気を供給できない異常事態が生じた場合は、直行配管３０の減圧弁１１を作動させて、減圧した蒸気を蒸気需要設備４０に直接供給する。
【００２９】
このようにして、この実施形態においては、蒸気需要設備４０の需要量がターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲外であっても、蒸気の流れを制御して、ターボ型蒸気膨張機１の吸気量が当該ターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲内となるようにし、過不足分を容積型蒸気膨張機２で調整するようにしているので、蒸気圧力差エネルギーを適切に回収することができる。
【００３０】
ちなみに、従来技術（特許文献１）のように、図１において、容積型蒸気膨張機２を使用せずに、ターボ型蒸気膨張機１のみを使用して、蒸気圧力差エネルギーを回収しようとした場合は、図２における領域ＩＩでは、ターボ型蒸気膨張機１の運転可能範囲上限値５０ｔ／ｈを上回る分については、減圧弁１１で減圧して蒸気需要設備４０に供給せざるをえないので、その蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。
【００３１】
また、図２における領域ＩＩＩでは、ターボ型蒸気膨張機１が運転できないから、減圧弁１１で減圧して蒸気需要設備４０に供給せざるをえないので、その蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。しかも、ターボ型蒸気膨張機１を一旦停止すると、そのターボ型蒸気膨張機１を再起動するためには、ドレン抜きおよび暖気運転が必要になり、２〜３時間のタイムロスが生じるので、その間は、需要量が領域Ｉまたは領域ＩＩになっても、蒸気圧力差エネルギーを回収することができない。
【００３２】
このように、本発明は従来技術に対して優位な効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ターボ型蒸気膨張機
２  容積型蒸気膨張機
３  第１流量調節弁
４  第２流量調節弁
５  第１切替弁
６  第２切替弁
７  第３切替弁
８  制御装置
９  圧力計
１０  流量計
１１  減圧弁
２１  吸気本配管
２２  第１吸気配管
２３  第２吸気配管
２４  第１排気配管
２５  迂回配管
２６  第２排気配管
２７  放出配管
３０  直行配管
４０  蒸気需要設備
【図１】
2014202170.tif 000003
【図２】
2014202170.tif 000004