(57)【要約】【課題】ボイラ本体６で熱の回収を行った後の排ガスが保有している熱を使用してボイラ給水の予熱を行うエコノマイザ４を持った給水予熱ボイラにおいて、エコノマイザ４部分での予熱量が設定よりも大きくなることがあっても、エコノマイザ４でボイラ水が沸騰することを防止する。【解決手段】給水を予熱するエコノマイザ４と、エコノマイザ４で予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生させるボイラ本体６を持っており、エコノマイザ４を通じてボイラ本体６へ給水するようにしている給水予熱ボイラであって、エコノマイザ４で予熱した予熱水を通す流路７に流路縮小部１２を設けておき、エコノマイザ４部分での圧力を高めることで飽和温度を高くし、エコノマイザ４での沸騰を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生させるボイラ本体を持っており、エコノマイザを通じてボイラ本体へ給水するようにしている給水予熱ボイラであって、エコノマイザで予熱した予熱水を通す流路に流路縮小部を設けていることを特徴とする給水予熱ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生するボイラ本体を持っており、エコノマイザを通じてボイラ本体へ給水するようにしている給水予熱ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許５００８１３４号公報にあるように、給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生するボイラ本体を設けておき、エコノマイザによって予熱した給水をボイラ本体へ供給するようにしている給水予熱ボイラが広く普及している。エコノマイザは排ガスを通す排ガス通路内に多数の伝熱管を設け、各伝熱管を連結して一続きの給水流路を形成することで、ボイラへの給水はエコノマイザを通して行うようにしている。排ガスは、ボイラ本体にて熱交換を行うことで温度を低下させているが、それでも給水温度に比べれば十分に温度が高い。そのために給水の予熱には利用でき、排ガスで給水の予熱を行うことで熱の総合的な回収量を増加することができる。
【０００３】
エコノマイザでの熱回収量を多くすれば、ボイラでの効率が向上するため、高効率をねらったボイラでは給水をより高い温度まで予熱するようにしている。しかし予熱後の給水温度を高く設定している場合、エコノマイザでの加熱量が想定より高くなると、給水がエコノマイザ内で蒸発し、気泡を発生することがある。設計上はエコノマイザ内での給水温度は飽和温度以上にならないようにしていても、ボイラ本体部分で煤が付着するなどし、ボイラ本体部分で吸収する熱量が少なくなることによって、エコノマイザには想定よりも高い温度の排ガスが送られることもある。エコノマイザへ供給している排ガス温度が高くなれば、エコノマイザが吸収する熱量も増加する。そのため、上記のように排ガス温度が高くなった場合には、エコノマイザでは設計上の熱吸収量よりも多くの熱を吸収することになり、予熱後の給水温度は高くなる。そのことによって、エコノマイザ内で沸騰が発生し、給水中に気泡が現れるということもあった。特にエンジンの排ガスを利用している排ガスボイラでは、エンジンの不調によって発生した煤がボイラ本体の伝熱管に付着し、ボイラ本体部分での熱吸収量が低下することによって、エコノマイザでの排ガス温度が上昇するということが発生しやすい。
【０００４】
エコノマイザ内で予熱水温度が上昇し、エコノマイザ内での蒸発によって気泡が発生すると、エコノマイザ内やエコノマイザとボイラ本体をつなぐ予熱水配管内のボイラ給水は気水混合物となる。ボイラの水位検出は、ボイラ下部の液相部とボイラ上部の気相部をつないでいる水位検出筒を設け、水位検出筒内の水位を検出することによって行っている。そして検出した水位に基づいて給水ポンプの作動を制御することで給水制御を行っている。この場合において液相部に気泡を含んだボイラ給水が入ると、水位の変動が大きくなり、検出しているボイラ内水位と実際のボイラ内水量にずれが生じ、正しい水位を検出することができなくなることがある。ボイラでは、水位に基づいて給水制御を行っているため、正しい水位を検出できなければ給水制御が行えなくなる。
【０００５】
また、気水混合物は液体の場合に比べると容積が大きくなるため、ボイラ給水が沸騰した場合と沸騰していない場合では予熱水配管での圧力損失が変化するという問題もある。圧力損失が大きくなると、ボイラへの給水が送られにくい状態となり、給水ポンプ２の作動を行っても十分な給水が行えなくなることがある。給水が間に合わなくなり、ボイラ内水位が下限水位まで低下することになると、ボイラでは低水位異常となる。
【０００６】
なお、給水ポンプの能力を最初から大きくしておけば、予熱水配管での圧力損失が大きくなっても給水を行うことはできる。しかしその場合には、予熱水配管での圧力損失が低い時期には給水能力が大きくなりすぎることになる。給水能力が過剰になると、給水ポンプは頻繁に停止することになり、また水位が給水停止水位に達したことを検出した時から実際に給水が止まるまでのタイムログの間に上昇する水位幅が大きくなることで、ボイラ内水位が高くなりすぎることにもなる。
【０００７】
特許５００８１３４号公報に記載の発明では、エコノマイザ出口における予熱水温度と、ボイラ本体内におけるボイラ水飽和温度を検出し、予熱水温度と飽和温度の温度差を算出するようにしている。そして、温度差があらかじめ設定しておいた必要温度差よりも小さくなった場合には、ボイラへの給水を行わせるようにしている。このようにすることで、エコノマイザ内での気泡発生を抑えるのであるが、実際にエコノマイザ内で気泡が発生してしまった場合には、上記の問題が発生することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許５００８１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、排ガスの熱を使用してボイラ給水の予熱を行っている給水予熱ボイラにおいて、エコノマイザ部分での予熱量が設定よりも大きくなることがあっても、エコノマイザでボイラ水が沸騰することを防止することのできる給水予熱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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、給水を予熱するエコノマイザと、エコノマイザで予熱した給水をさらに加熱して蒸気を発生させるボイラ本体を持っており、エコノマイザを通じてボイラ本体へ給水するようにしている給水予熱ボイラであって、エコノマイザで予熱した予熱水を通す流路に流路縮小部を設けていることを特徴とする給水予熱ボイラ。
【００１１】
エコノマイザ内でのボイラ給水の沸騰は、エコノマイザ内で給水温度が飽和温度より高くなることで発生する。沸騰を防止するには、ボイラ給水温度を飽和温度より低く保てばよいのであるが、見方を逆にすれば飽和温度はボイラ給水温度よりも高ければよいということになる。飽和温度が低い場合、エコノマイザでの加熱量が多くなることでボイラ給水温度が少しだけ高くなっても飽和温度より高くなることがあり、その場合にはボイラ給水はエコノマイザ内で沸騰する。しかし、飽和温度が高ければボイラ給水の温度が少し上昇したぐらいでは、エコノマイザ内でのボイラ給水の沸騰は発生しないということになる。飽和温度は圧力によって変化し、エコノマイザ内の水圧を高くすることで飽和温度を高めることができる。エコノマイザによって予熱した水を送る流路に流路縮小部を設けておくと、エコノマイザ内では水圧が高くなるために飽和温度が上昇することになる。すると、エコノマイザで給水温度が上昇してもエコノマイザ内で沸騰することがなくなり、沸騰の有無によって予熱水配管での圧力損失量が大きく変化することがなくなる。
【００１２】
なお、流路縮小部を設けることでも圧力損失が増大する。しかし、この圧力損失は一定量であって増減するものではないため、圧力損失量が変化することによって給水量が増減することはない。エコノマイザ内で沸騰が発生することによる圧力損失は、通常時には発生せずにエコノマイザでの加熱量が多くなった時に発生するものであるため、ボイラ本体への給水が突然行われなくなり、ボイラを異常停止させなければならなくなることがあった。流路縮小部を設けた場合の圧力損失は一定量であるため、この場合には、あらかじめ流路縮小による圧力損失量を加味して給水制御を行うことで、ボイラ内水位を安定的に制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
エコノマイザ内で給水の予熱量が設定よりも大きくなった場合でも、エコノマイザ部分でボイラ給水が沸騰することを防止でき、給水制御を正常に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例における給水予熱ボイラのフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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給水予熱ボイラのフロー図である。実施例でのボイラは、自身では燃焼装置を持っておらずガスエンジン（図示せず）から排出された高温の排ガスによって水を加熱し、蒸気を発生させる排熱蒸気ボイラである。ボイラは大きく分けると、ボイラ本体６の部分とエコノマイザ４の部分からなっている。ボイラ本体６は、多数の伝熱管を並列に設置し、上下を管寄せで接続した構成が一般的である。
【００１６】
エコノマイザは、多数の伝熱管を連結して流路を形成したものであり、ボイラ本体６で熱の回収を行った後の排ガスを流す排ガス通路１に設置している。エコノマイザ４は、一方の端部に給水管３を接続しており、給水管３の途中に設けた給水ポンプ２を作動することで給水をエコノマイザ４内へ導入する。給水ポンプ２の作動制御は、ボイラ本体６での水位を検出する水位検出装置９からの信号を受けている運転制御装置８によって行う。給水ポンプ２と運転制御装置８は、信号線にて接続しており、給水ポンプ２は運転制御装置８からの指令に基づいて運転する。給水ポンプ２は、インバータ制御によって吐出量を変更するものであれば、ボイラ本体内の水位が低くなるほど吐出量を多くし、水位が上昇すれば吐出量を少なくすることで、ボイラ本体内での水位を所定の水位に保つ。また、水位検出装置９では低水位異常を検出するために目標とする水位より低い下限位置（水位Ｅ３）でも水位の検出を行っている。水位が下限位置より低くなった場合には、低水位異常が発生したことの報知を行う。
【００１７】
エコノマイザ４の他方の端部には、エコノマイザ４とボイラ本体６をつなぐ予熱水配管７を接続している。エコノマイザ４では、排ガス流は下向きに流れ、ボイラ給水流は蛇行しながら上向きに流れるようにしており、排ガス流と給水流は対向方向に流れる構造となっている。給水管３側からエコノマイザ４内に入ったボイラ給水は、エコノマイザ４内で加熱することで温度を上昇させ、予熱を行ったボイラ給水は予熱水配管７を通してボイラ本体６内に入る。
【００１８】
ボイラ本体６では、内部でボイラ水の加熱を行った場合に蒸気とともにボイラ水の沸き上がりが発生する。ボイラ水を含んだ蒸気は、ボイラ本体６の側部に設けている気水分離器１０で蒸気とボイラ水に分離する。気水分離器１０は縦長の円筒形容器であり、ボイラ本体６で発生した蒸気からボイラ水を分離することが目的のものである。ボイラ本体６から気水分離器１０へ蒸気を送る蒸気連絡管１１は、気水分離器１０の側面に対して接線方向となるように接続しておく。そのため、蒸気連絡管を通して送られてきた蒸気は、気水分離器１０内の壁面に沿って旋回することになる。気水分離器内では、ボイラ水を含んだ蒸気を容器内面に沿って旋回させると、重量の大きなボイラ水は壁面に沿って旋回しながら下方へ落下し、重量の小さな蒸気は気水分離器の中心軸付近から上方へ向けて流れることになるため、蒸気からボイラ水を分離することができる。
【００１９】
分離した蒸気は気水分離器１０の上部に接続している蒸気取り出し管を通して蒸気使用部へ供給し、分離したボイラ水は気水分離器１０の下部に接続している還水管５を通してボイラ本体６の下部へ還流させる。予熱水配管７のボイラ本体６側は、気水分離器１０に接続しておく。エコノマイザ４を通過することで予熱したボイラ給水は、気水分離器１０内で蒸気と分離したボイラ水と混合し、還水管５を通ってボイラ本体６内へ入ることになる。
【００２０】
予熱水配管７には、予熱水が流れる流路の断面積を縮小するための流路縮小部１２を設ける。流路縮小部１２は、エコノマイザの出口付近から気水分離器１０までのどこに設置してもよい。ここでは、予熱水配管７の気水分離器１０との接続部分に設置している。また流路を縮小する部材としては、中央部に穴の空いたオリフィス板が広く使用されている。オリフィス板を気水分離器１０との接続部に挿入することで、流路縮小部１２を形成することができる。
【００２１】
ガスエンジンで発生した排ガスは、まずボイラ本体内でボイラ水との間で熱交換を行い、その後にエコノマイザ内でもボイラ給水との間で熱交換する。ガスエンジンから出たばかりの排ガスは高温であり、ボイラ本体６の伝熱管と接触することで排ガスの持っている熱を伝熱管に伝える。伝熱管は排ガスから受け取った熱を伝熱管内部のボイラ水へ伝え、ボイラ水の温度を上昇させる。ボイラ本体部分での排ガスは高温であるため、ボイラ水は沸騰してボイラ本体６内で蒸気を発生する。ボイラ本体６で熱交換を行った排ガスは、ボイラ水に熱を与えたことによって温度は低下しているが、より温度の低い給水の予熱には利用することができるため、エコノマイザ４でさらに熱交換する。エコノマイザ４内に入った排ガスは、エコノマイザ４でも伝熱管と接触することで排ガスが持っている熱を伝熱管に伝え、ボイラ給水の予熱を行う。エコノマイザ４でボイラ給水の温度を高めることによって温度の低下した排ガスは、その後に戸外へ排出する。
【００２２】
ボイラへの給水は、給水ポンプ２を作動することで行う。運転制御装置８は水位検出装置９によってボイラ本体６での水位を検出しており、ボイラ本体６の水位が低くなるほど給水ポンプ２の回転数を高くし、ボイラ本体６への給水量を増やす。給水ポンプ２を作動すると、給水管３を通じてエコノマイザ４内へ水が入り、エコノマイザ４内を通ることによって給水は予熱される。エコノマイザ４で予熱を行った給水は、エコノマイザ４とボイラ本体６の間をつなぐ予熱水配管７を通してボイラ本体６に入る。給水によってボイラ本体内の水位が上昇すると、運転制御装置８は給水ポンプ２の回転数を低くし、ボイラ本体６への給水量を少なくする。そのことにより、ボイラ本体での水位を所定の範囲内に保つことができる。
【００２３】
エコノマイザ４での予熱後にボイラ本体６内へ入ったボイラ水は、ボイラ本体６内でさらに加熱され、ボイラ水は沸騰して蒸気を発生する。ボイラ本体内での蒸気はボイラ水を含んでいるものであるため、気水分離器１０で蒸気とボイラ水の分離を行い、蒸気のみを蒸気使用箇所へ供給する。気水分離器１０で分離したボイラ水は、気水分離器１０の下部に接続している還水管５を通してボイラ本体６の下部へ戻す。
【００２４】
エコノマイザ４は、温度の低下した排ガスから熱を回収するものであり、給水温度はすぐには上昇しない。そのため、エコノマイザ４では流路を何重にも折り返した構造とすることがよく行われている。エコノマイザ４での流路を長くすると、給水を加熱する時間が長くなるため、温度の低下した排ガスからであっても、高い温度までボイラ給水を予熱することができる。
【００２５】
エコノマイザの設計時には、供給される排ガスが保有している熱量と目標とする熱吸収量から、流路の長さなどを決定する。この場合、エコノマイザ内では給水が飽和温度以上にならないように設計する。しかし、ボイラ本体部分の伝熱管に煤が付着するなどによって、ボイラ本体部分で吸収する熱量が少なくなり、エコノマイザ４での加熱量が想定より多くなることがある。ボイラ本体６での熱吸収量が少なくなると、排ガスのボイラ本体部での温度低下量が少なくなり、エコノマイザ４に達する排ガス温度は想定よりも高いものとなる。エコノマイザでは、排ガス温度が高くなればエコノマイザで吸収する熱量も増加するため、上記のように排ガス温度が高くなった場合には、設計上の熱吸収量よりも多くの熱を吸収することになってしまう。エコノマイザ４内の予熱水温度が飽和温度まで上昇すると、エコノマイザ４の内部で蒸発が発生することになる。エコノマイザ内で蒸発が起きると、予熱水中に気泡が含まれることになる。
【００２６】
予熱水配管７に流路縮小部１２を設けておくと、ボイラ給水が流路縮小部１２を通過する際に圧力損失が発生するため、流路縮小部１２より上流側であるエコノマイザ４では水圧が上昇することになる。飽和温度は圧力によって定まるものであり、圧力が高くなれば飽和温度は上昇する。エコノマイザ４での飽和圧力が高いと、エコノマイザでの加熱量が多少増加してもエコノマイザ内での沸騰は発生しないということになる。エコノマイザ４での沸騰をなくすことにより、気泡を含んだボイラ給水がボイラの液相部に入ることを防止できるため、適切な水位制御を行うことができる。また、エコノマイザ４で沸騰させないことで、予熱水配管７における圧力損失の変動を防止できるため、給水が阻害されることはなく常に必要な量の給水を行うことができる。
【００２７】
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】
【００２８】
１  排ガス通路                                        
２  給水ポンプ
３  給水管
４  エコノマイザ
５  還水管
６  ボイラ本体
７  予熱水配管                              
８  運転制御装置
９  水位検出装置
１０  気水分離器              
１１  蒸気連絡管
１２  流路縮小部
【図１】
2014190639.tif 000003