(57)【要約】【課題】  コストの増大を防ぎ、効果的に脱気することのできるボイラー用加熱脱気装置を提供する。【解決手段】  給水タンク１０から脱気用熱交換器１３へ通水し、脱気用熱交換器１３で加熱したボイラー用水をフラッシュ脱気することでボイラー用水中の溶存酸素を除去するボイラー用加熱脱気装置において、脱気水タンク７と給水タンク１０は連通管６によって接続することで脱気水の一部が脱気水タンク７から給水タンク１０へ還流するようにしており、給水タンク１０から脱気用熱交換器１３へはボイラーの定格出力の１.１倍〜２倍の水を連続供給し、脱気水の一部を脱気水タンク７から給水タンク１０へ還流させ続けるとともに、前記減圧部入口におけるボイラー用水の水温を１０３℃〜１１５℃、水圧を０.０３MPaG〜０.４MPaGとし、かつ前記脱気水タンク内圧力は大気圧とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラー用水を加熱する脱気用熱交換器、加熱加圧したボイラー用水を減圧することによってフラッシュ蒸気を発生する減圧部、フラッシュ蒸気発生によって脱気したボイラー用水をためる脱気水タンク、前記脱気用熱交換器へ送る前のボイラー用水をためる給水タンクを設けておき、給水タンクから脱気用熱交換器へ通水し、脱気用熱交換器で加熱したボイラー用水をフラッシュ脱気することでボイラー用水中の溶存酸素を除去するボイラー用加熱脱気装置において、脱気水タンクと給水タンクは連通管によって接続することで脱気水の一部が脱気水タンクから給水タンクへ還流するようにしており、給水タンクから脱気用熱交換器へはボイラーの定格出力の１.１倍〜２倍の水を連続供給し、脱気水の一部を脱気水タンクから給水タンクへ還流させ続けるとともに、前記減圧部入口におけるボイラー用水の水温を１０３℃〜１１５℃、水圧を０.０３MPaG〜０.４MPaGとし、かつ前記脱気水タンク内圧力は大気圧に調節されていることを特徴とするボイラー用加熱脱気装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラー用加熱脱気装置において、脱気水タンクにはフラッシュ蒸気を排出するフラッシュ蒸気流路を接続しており、フラッシュ蒸気流路の途中には、ボイラー用水と熱交換する熱回収用熱交換器が設けられていることを特徴とするボイラー用加熱脱気装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボイラー用加熱脱気装置において、ボイラーで発生した蒸気を蒸気使用箇所側へ送る蒸気供給管の途中に、蒸気使用箇所側への蒸気供給を遮断する蒸気弁を設けておき、前記減圧部入口における水温又は水圧が所定の範囲より低い場合には、ボイラー内蒸気圧力が所定圧力に達するまで、蒸気使用箇所側への蒸気供給を停止することを特徴とするボイラー用加熱脱気装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のボイラー用加熱脱気装置において、ボイラー用水を供給する経路の途中にボイラー用水を加熱する加熱ヒータを設けておき、前記減圧部入口における水温又は水圧が所定の範囲より低い場合には、前記加熱ヒータによる加熱を併用することによってボイラー用水の脱気を促進するものであることを特徴とするボイラー用加熱脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラー用水を加熱加圧し、減圧によるフラッシュによってボイラー用水中の溶存酸素を除去するボイラー用加熱脱気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラに供給する水は、溶存酸素を含んでいるとボイラ内で腐食を招くため、溶存酸素を除去した脱気水を供給するようにしている。溶存酸素を除去する脱気装置として、特開平１１−３３７００９号公報に記載しているようなフラッシュ式脱気装置も知られていた。フラッシュ式脱気装置は、ボイラー用水を加熱加圧しておき、圧力低下によってボイラー用水をフラッシュさせ、溶存酸素を分離して排出することで脱気水を取り出すものである。ボイラー用水の加熱は、高温の排ガスを通す排ガス通路内に脱気用熱交換器を設置しておき、脱気用熱交換器へボイラー用水を送り込むことで行える。
【０００３】
特開平１１−３３７００９号の場合、蒸気タービンから出る復水の大部分を排ガスで高温に加熱し、その後に減圧弁で圧力を下げて脱気して脱気器に供給している。このとき、前記復水の残りのもの（極小量）を加熱せずに脱気器へ注入することにより、脱気器内の蒸気を冷却して凝縮させることが記載されている。また、加熱後の温度の例として１２０℃〜１５０℃、減圧弁の上流及び下流の圧力の例として、それぞれ９.９×１０３hpa（０.９９MPa）、３.５×１０３hpa（０.３５MPa）が記載されている。
【０００４】
排ガスの熱を利用してボイラー用水を加熱している場合、脱気部入口のボイラー用水温度をより高くするために脱気用熱交換器での熱吸収量を大きくすると、脱気用熱交換器のコストや排ガス側の圧損が増大するという問題がある。また、脱気部入口のボイラー用水圧力が高くなると、ポンプのコスト、配管の信頼性及び電気代が増大するという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３７００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、コストの増大を防ぎ、効果的に脱気することのできるボイラー用加熱脱気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ボイラー用水を加熱する脱気用熱交換器、加熱加圧したボイラー用水を減圧することによってフラッシュ蒸気を発生する減圧部、フラッシュ蒸気発生によって脱気したボイラー用水をためる脱気水タンク、前記脱気用熱交換器へ送る前のボイラー用水をためる給水タンクを設けておき、給水タンクから脱気用熱交換器へ通水し、脱気用熱交換器で加熱したボイラー用水をフラッシュ脱気することでボイラー用水中の溶存酸素を除去するボイラー用加熱脱気装置において、脱気水タンクと給水タンクは連通管によって接続することで脱気水の一部が脱気水タンクから給水タンクへ還流するようにしており、給水タンクから脱気用熱交換器へはボイラーの定格出力の１.１倍〜２倍の水を連続供給し、脱気水の一部を脱気水タンクから給水タンクへ還流させ続けるとともに、前記減圧部入口におけるボイラー用水の水温を１０３℃〜１１５℃、水圧を０.０３MPaG〜０.４MPaGとし、かつ前記脱気水タンク内圧力は大気圧に調節されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記ボイラー用加熱脱気装置において、脱気水タンクにはフラッシュ蒸気を排出するフラッシュ蒸気流路を接続しており、フラッシュ蒸気流路の途中には、ボイラー用水と熱交換する熱回収用熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記ボイラー用加熱脱気装置において、ボイラーで発生した蒸気を蒸気使用箇所側へ送る蒸気供給管の途中に、蒸気使用箇所側への蒸気供給を遮断する蒸気弁を設けておき、前記減圧部入口における水温又は水圧が所定の範囲より低い場合には、ボイラー内蒸気圧力が所定圧力に達するまで、蒸気使用箇所側への蒸気供給を停止することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記ボイラー用加熱脱気装置において、ボイラー用水を供給する経路（給水タンクへ給水する原水経路から、給水タンク・脱気水タンクを含む脱気水タンクまでの経路を意味する）の途中にボイラー用水を加熱する加熱ヒータを設けておき、前記減圧部入口における水温又は水圧が所定の範囲より低い場合には、前記加熱ヒータによる加熱を併用することによってボイラー用水の脱気を促進するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明を実施することで、以下の効果を得ることができる。減圧部入口の水温を最適化しているので、脱気用熱交換器のコスト及び排ガス側圧損の増大を防止できる。減圧部入口の水圧を最適化しているので、脱気用ポンプのコスト及び電気代の増大を防止でき、配管等からの水漏れに対する信頼性が高くなる。減圧部出口が実質的に大気圧であり、かつ脱気水タンク内が大気圧であるので、脱気水タンクを耐圧・密閉設計としなくてもよく、脱気用熱交換器及び減圧部入口の温度及び圧力を下げることができる。
【００１２】
給水タンクから脱気用熱交換器へ連続給水し、かつ連続給水する流量をボイラーの定格給水量より多くし、１.１倍〜２倍としてるので、排ガスからの熱の回収量がより大きくなる。脱気水タンクと給水タンクを連通管によって接続し、脱気水タンクから給水タンクに高温の脱気水が連続給水する流量とボイラーの定格給水量の差の分だけ環流するようになっているので、給水タンクの水を予熱することができる。これにより給水タンクおよび給水の温度が低い場合でも、より確実にかつ速やかに減圧部入口における水温を所定の値にすることが可能になる。給水は脱気水をためた脱気水タンクから実質的に全量供給しており、ボイラーには脱気前給水中の高濃度の溶存酸素が混じらないので、ボイラーへ供給する水の溶存酸素濃度上昇がない。
【００１３】
また、起動時などボイラー用水を十分に加熱することができずに、脱気が不十分となる期間を短縮することができ、溶存酸素濃度の高い水の供給を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ボイラー各部の腐食を長期にわたり防止するには、ボイラー各部の腐食速度をおおよそ１０mddレベル以下にすることが好ましい。この場合、ボイラー用水の溶存酸素濃度が原因でこの腐食速度を越えないようにするためには、ボイラー用水の平均溶存酸素濃度をおおよそ０.３mg／Ｌレベル以下にすることが好ましいという知見がある。
【００１５】
脱気水タンク内の圧力は大気圧とする。たとえば、脱気水タンクにはフラッシュ蒸気を排出するフラッシュ蒸気流路を接続し、フラッシュ蒸気流路の途中に脱気水タンク内圧力を調節する圧力調節弁を設けておき、圧力調節弁によって脱気水タンク内圧力を大気圧に調節する。ただし、前記圧力調節弁は省略してもよい。また、フラッシュ蒸気流路の途中に熱回収用熱交換器を設けておき、フラッシュによって生成された水蒸気の熱を給水の予熱に利用して回収することは好ましい例である。
【００１６】
減圧部の入口温度は１０３℃〜１１５℃となるように脱気用熱交換器を設計する。１０３℃未満では脱気が不足して溶存酸素濃度が高くなり、腐食防止の目的を達成できない。１１５℃を越えると脱気用熱交換器のコスト及び排ガス側の圧損が過大になる。より好ましくは１０５℃以上。この場合、運転中に排ガス温度低下や排ガス量低下等の非定常状態が多少生じても、安定的に溶存酸素濃度を必要なレベルに維持できる。より好ましくは１１０℃以下。この場合、より脱気用熱交換器のコスト及び排ガス側の圧損を低減できる。
【００１７】
減圧部入口温度の制御として、減圧部に流量調整弁（減圧弁）を用い、減圧部の入口温度の信号により流量を制御することは好ましい方法である。また、減圧部として流量調整弁の後流側に別途絞りを設けてもよい。また、減圧部入口温度の制御としての流量調整弁を用いず、減圧部を絞りだけで構成してもよい。また脱気水タンク内の放出部のフラッシュノズルを絞りとし、これを減圧部とすることも可能である。
【００１８】
ボイラー用水を脱気水タンクに放出するフラッシュノズルは、複数であってもよい。ノズル経が小さく、かつ多数あるものは、溶存酸素が大気に放出されやすいので好ましい例である。
【００１９】
減圧部入口の水圧は０.０３MPaG〜０.４MPaGとなるように減圧部を設計する。水圧０.０３MPaG未満では脱気が不足して溶存酸素濃度が高くなり、腐食防止の目的を達成できない危険性が高まる。水圧０.４MPaGを越えると、脱気用ポンプのコスト及び電気代が高くなる。また配管等からの水漏れに対する信頼性の点からも問題がある。より好ましくは０.０５MPaG〜０.３MPaG。運転中に排ガス温度低下や排ガス量低下等の非定常状態が多少生じても、安定的に溶存酸素濃度を必要なレベルに維持でき、コストを低減できる。
【００２０】
排ガスを発生させる機器（例えば、ガスエンジン、ガスタービン）の起動時、脱気用熱交換器の温度が低いためにボイラー用水を十分に加熱できない状態が生じる。また、起動時の場合、一般に脱気水タンクの温度は低くなり、溶存酸素濃度は高くなっている。この起動初期時にもボイラ内で蒸気が発生し、蒸気の取り出しによって缶水の水位が下がると給水要求が出る。脱気水タンク内の溶存酸素濃度が高い状態では、給水要求を避ける、又は遅らせることが溶存酸素濃度の高い給水を避ける点で好ましい。その好ましい方法としては以下の手段が可能である。
【００２１】
（１）ボイラーで発生した蒸気を取り出す蒸気供給管への出口に背圧弁を設ける。これにより起動初期時の蒸気供給管への蒸気供給を、ボイラー内の蒸気圧力が背圧弁の設定圧力（例えば０.４MPaG〜０.７８MPaGの範囲内にある圧力）以上になるまで停止することができる。これにより、缶内水位の低下を遅らせることができ、起動初期時に発生した蒸気を加熱脱気用熱源にすることも可能になる。
【００２２】
（２）ボイラー用水を供給する経路の途中にボイラー用水を加熱する加熱ヒータを設ける。脱気水タンク内に加熱ヒータを設け、直接加熱することは、ボイラーに供給する直前の水を加熱脱気するので好ましい方法である。また、前記のボイラーで発生した蒸気を脱気水タンク内に直接投入する方法は、簡易で好ましい方法である。給水タンクを設ける場合、加熱ヒータを給水タンク内に設けてもよい。加熱ヒータは脱気用熱交換器の入口又は出口に設置し、減圧部入口の温度を脱気設定値まで昇温するようにしてもよい。起動初期の加熱脱気用の加熱ヒータは、蒸気ヒータ又は電気ヒータのどちらでもよい。
【００２３】
連続給水する流量は、ボイラーの定格給水量の１.１倍〜２倍となるように脱気用ポンプを選定する。１.１倍未満では排ガスからの熱回収量が小さくなり、また負荷の蒸気使用量が増えて定格以上の給水要求があった場合、脱気水が不足する（脱気水タンクの水面が下限を切る）危険性が高まる。定格水量の２倍を越えると、脱気用熱交換器の出口温度が好ましい範囲まで上昇しない危険性が高まること、脱気用ポンプの容量が無駄に増大すること、ボイラー用水の流路の配管、減圧部、脱気水タンク内のフラッシュノズルサイズが無駄に大きくなること、などの弊害が生じる。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は実施例の試験設備における給水のフローを示したフロー図である。ボイラー１は、ガスエンジン（例えばイエンバッハ社製  ＪＭＳ２０８  ３３２ｋＷ  ６０Ｈｚ燃料天然ガス１３Ａ約８３ｍ３ｈ）で発生した排ガスの熱を吸収し、排ガスの熱で蒸気を発生する排ガスボイラー（例えばサムソン社製  貫流ボイラー  エコノマイザー付）である。前記機器による場合、ガスエンジン定格運転時における排ガスボイラ入口の排ガス温度は４９５℃であった。排ガス発生源（図示せず）で発生した排ガスは、排ガス通路２を通して排出するようにしており、排ガス通路２には、上流側から順にボイラー１、エコノマイザ１４、脱気用熱交換器１３を設けている。また、給水タンク１０と脱気水タンク７からなる２つのタンクを設けており、両タンクはそれぞれ保温施工し、両タンク間を連通管６によって接続している。
【００２５】
ボイラー１へ給水するボイラー用水は、原水流路２２を通してまず給水タンク１０にためられる。給水タンク１０の下部には脱気用流路５を接続しており、脱気用流路５の他端は脱気水タンク７内のフラッシュノズル８に接続している。脱気用流路５の途中には脱気用熱交換器１３を設けており、ボイラー用水は脱気用熱交換器１３で加熱する。給水タンク１０と脱気用熱交換器１３の間には通水量調節弁１７と脱気用ポンプ９を設け、脱気用熱交換器１３とフラッシュノズル８の間には温度計１１、圧力計１２、減圧弁１８を設けておく。脱気用ポンプ９によって送るボイラー用水量は、通水量調節弁１７と減圧弁１８によって調節する。フラッシュノズル８は、脱気水タンク７内の水平配管下部に複数の小孔を設けた構造としている。
【００２６】
脱気水タンク７の下部には脱気水流路２３を接続しており、脱気水流路２３の他端はボイラー１に接続している。脱気水流路２３の途中にはボイラー用ポンプ４とエコノマイザ１４を設けており、脱気水はエコノマイザ１４によって予熱した後にボイラー１へ供給する。ボイラー１で発生した蒸気は、蒸気供給管１５を通して蒸気使用箇所（図示せず）へ供給しており、蒸気供給管１５への出口部分に背圧弁２０を設ける。背圧弁２０は蒸気圧力が０.７８MPaGになるように設定しており、これにより同設定圧力になるまでは給水要求を実質的になくした。
【００２７】
脱気水タンク７の上部にはフラッシュ蒸気流路１６を接続しており、フラッシュ蒸気流路１６の途中には、フラッシュ蒸気の熱で原水流路２２を流れる原水を加熱する熱回収用熱交換器３と、脱気水タンク７の圧力を調節する圧力調節弁１９を設けておく。
【００２８】
また、脱気水タンク７内には、加熱ヒータ２１を設けている。加熱ヒータ２１は、ガスエンジン（図示せず）の起動初期であるなど、フラッシュ脱気を行うことができない場合、替わりに加熱脱気を行うためのものである。脱気水タンク７内の溶存酸素濃度が高い場合に加熱ヒータ２１を作動することで、脱気水タンク７内の水温を上昇させ、溶存酸素を除去する。
【００２９】
ガスエンジン（図示せず）が定格運転を行っている場合、ボイラー入口排ガス温度は４９５℃であり、排ガスは、ボイラー１、エコノマイザ１４、脱気用熱交換器１３を順に加熱する。ガスエンジン及びボイラー１の運転中は、脱気用ポンプ９を連続運転しておき、給水タンク１０にためているボイラー用水を脱気用熱交換器１３へと送る。脱気用熱交換器１３では、ボイラー用水を加熱するとともに圧力を高める。ボイラー用水の温度と圧力は、減圧弁１８の手前に設けている温度計１１及び圧力計１２で検出しており、通水量調節弁１７と減圧弁１８の両方により、減圧弁１８入口の水圧、温度及び流量を調節する。減圧弁１８を通過するボイラー用水は、減圧弁１８の絞りによって圧力が低下するが、温度は変化しないためにフラッシュ蒸気を発生する。フラッシュ蒸気はフラッシュノズル８から噴射して溶存酸素を分離し、分離した後の脱気水を脱気水タンク７にためる。
【００３０】
ボイラー１の定格出力は０.２８t/hであり、試験中はボイラー内のブローを実施しなかったため、給水量と蒸気発生量はほぼ一致する。ボイラー１が蒸気を発生することでボイラー１内の水位が低下すると、ボイラー用ポンプ４を稼働することで脱気水タンク７内にためておいた脱気水を、脱気水流路２３を通して送り、エコノマイザ１４で予熱した後にボイラー１へ給水する。
【００３１】
脱気水タンク７へ連続給水しているボイラー用水量は、脱気水タンク７からボイラー１へ供給している給水量よりも多くしているため、一部の脱気水は連通管６を通って給水タンク１０へと還流する。給水タンク１０へ還流する脱気水は、高温でありかつ溶存酸素濃度の低いものであるため、給水タンク１０にためているボイラー用水の温度を上昇させる作用と溶存酸素濃度を低減する作用が得られる。
【００３２】
また、脱気水タンク７で発生しているフラッシュ蒸気は、フラッシュ蒸気流路１６を通して熱回収用熱交換器３へ送っており、熱回収用熱交換器３でもボイラー用水の予熱を行っている。
【００３３】
実施例１
ガスエンジン定格運転、脱気用ポンプによる連続給水の流量０.４t/h、給水温度６０℃、脱気水タンク内圧力大気圧としておき、減圧部入口温度と減圧部入口圧力を変化させてフラッシュ脱気水の溶存酸素濃度を測定した。減圧部入口温度を、１０１℃、１０２℃、１０５℃、１０７℃、１１０℃、１１５℃、１２０℃とした場合の溶存酸素濃度を図２に示す。減圧部入口圧力を、０.０１MPaG、０.０３MPaG、０.１MPaG、０.２MPaG、０.３MPaG、０.５MPaGとした場合の溶存酸素濃度を図３に示す。
【００３４】
減圧部入口温度が１０３℃未満で急激に溶存酸素濃度が上昇し、かつ１１５℃以上に上げても溶存酸素濃度の低下は小さいことがわかった。また、減圧部入口圧力が０.０３MPaG未満では急激に溶存酸素濃度が上昇し、かつ０.４MPaG以上に上げても溶存酸素濃度の低下は小さいことがわかった。
【００３５】
実施例２
連続給水の流量を０.２８t/h（蒸気の定格出力と同じ）及び０.８t/h（蒸気の定格出力の約２.９倍）としておき、減圧部入口温度を１１０℃、減圧部入口圧力を０.１５MPaとしてフラッシュ脱気水の溶存酸素濃度を測定しようとした。それ以外は実施例１と同じ条件とした。ところが、連続給水の流量が０.２８t/h及び０.８t/hでは、減圧部入口温度が１１０℃に達しなかったため、測定を中止した。この時の給水タンク内の水温を測定した結果、平均温度は連続給水の流量が０.２８t/hの場合は６０℃、流量が０.８t/hの場合は８５℃であった。連続給水の流量が０.４t/hである実施例１における給水タンクの平均温度は７１℃であったことより、減圧部入口温度が１１０℃に達しない理由は、流量が０.２８t/hの場合は給水タンク１０内温度が低すぎること、流量が０.８t/hの場合は流量が大きすぎることによる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例の試験設備における給水のフローを示したフロー図
【図２】実施例における減圧部入口温度と溶存酸素濃度を示したグラフ
【図３】実施例における減圧部入口圧力と溶存酸素濃度を示したグラフ
【符号の説明】
【００３７】
１  ボイラー        
２  排ガス通路      
３  熱回収用熱交換器
４  ボイラー用ポンプ      
５  脱気用流路            
６  連通管       
７  脱気水タンク
８  フラッシュノズル
９  脱気用ポンプ
１０  給水タンク
１１  温度計                           
１２  圧力計
１３  脱気用熱交換器
１４  エコノマイザ
１５  蒸気供給管      
１６  フラッシュ蒸気流路
１７  通水量調節弁
１８  減圧弁
１９  圧力調節弁
２０  背圧弁
２１  加熱ヒータ
２２  原水流路
２３  脱気水流路                                   
【図１】
2006068687.tif 000003
【図２】
2006068687.tif 000004
【図３】
2006068687.tif 000005