(57)【要約】【課題】  排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器の伝熱管の腐食を防止し、特に省エネルギ及び設備コストの削減を図り、給水配管中でのウォータハンマ現象を防止する。【解決手段】  再燃ボイラ（２）と、蒸発器（１０）と、節炭器（１２）と、給水ポンプ（２４）とを備え、節炭器で加熱された給水を節炭器の出口側から給水ポンプの入口側へ再循環させる再循環路（２８）と、再循環路及び給水ポンプと節炭器との間の給水路にそれぞれ介挿されて、給水路内を流れる給水と再循環路内を流れる上記節炭器で加熱された給水との間で熱交換を行なう熱交換器（２６）と、熱交換器の下流側の再循環路に介挿されて、この再循環路内を流れる給水の流量調節を行なう循環水流量調節手段（３０）とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを燃焼空気として使用する再燃ボイラ（２）と、前記再燃ボイラの排気ガス路（６）内に配設されて給水を蒸気化する蒸発器（１０）と、前記排気ガス路（６）内に前記蒸発器の下流側に配設されて前記蒸発器へ供給する給水を加熱する節炭器（１２）と、前記給水を前記節炭器へ給水路（２２）を通して加圧供給する給水ポンプ（２４）とを備えた再燃ボイラの節炭器の温度制御装置において、前記節炭器で加熱された前記給水を前記節炭器の出口側から前記給水ポンプの入口側へ再循環させる再循環路（２８）と、前記再循環路及び前記給水ポンプと前記節炭器との間の前記給水路にそれぞれ介挿されて前記給水路内を流れる前記給水と前記再循環路内を流れる前記節炭器で加熱された給水との間で熱交換を行なう熱交換器（２６）と、前記熱交換器の下流側の前記再循環路に介挿されて前記再循環路内を流れる前記給水の流量調節を行なう循環水流量調節手段（３０）とを備えたことを特徴とする再燃ボイラの節炭器の温度制御装置。
【請求項２】
前記節炭器（１２）の入口の給水温度（Ｔｗ）を検出する給水温度検出センサ（３２）と、前記給水温度検出センサが検出した前記給水温度に基づいて前記循環水流量調節手段（３０）の作動を制御するコントローラ（３４）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置。
【請求項３】
前記コントローラ（３４）は、前記給水温度検出センサ（３２）が検出した前記給水温度（Ｔｗ）が所定温度（Ｔ１）以上となるように前記循環水流量調節手段（３０）の作動を制御することを特徴とする請求項２に記載の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置。
【請求項４】
前記所定温度（Ｔ１）は、前記節炭器（１２）の伝熱管での結露を防止するために設定された下限温度であることを特徴とする請求項３に記載の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンやガスタービンなどの内燃機関の排気ガスを燃焼空気として使用する、再燃ボイラの節炭器の温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンやガスタービンなどの内燃機関は、その排気ガス温度が３００〜６００℃あり、また、この排気ガス中には残存酸素が通常は１０％以上も含まれている。この内燃機関の排気ガスを、ボイラの燃料を燃焼するための酸素供給源として使用することにより、内燃機関とボイラとを合わせた排気ガス総量を低減することができ、窒素酸化物などの環境負荷要因を低減することができる。
【０００３】
さらに、排気ガスのもつ３００〜６００℃の温度を利用することによって、ボイラの燃料消費量を少なくし、これにより総合エネルギ効率を高めることができる。近年、このような燃焼システムを採用したボイラが増加しつつある。ここでは、このような燃焼システムを備えたボイラを、排気再燃ボイラと呼ぶことにする。
【０００４】
通常のボイラでは、燃焼空気と排気ガスとの間で熱交換を行って排気ガスの温度を下げ、それにより熱効率を高めるため、ガス式の空気予熱器が用いられることが多い。しかしながら、排気再燃ボイラにおいては、もともとボイラに入ってくる内燃機関の排気ガスの温度が高いため、ガス式の空気予熱器を用いることができず、それに代わって節炭器が用いられる。
【０００５】
ここで、この節炭器を用いる場合には、節炭器の伝熱管の表面に排気ガス中の酸性の水分が結露して伝熱管が腐食するという問題があり、この腐食を引き起さないように、節炭器入口の給水温度を排気ガスの露点温度以上に高めてから、給水を節炭器へ供給している。しかしながら、多くのプラントでは、ボイラに供給される給水が上述の排気ガスの露点温度以下の温度で供給される場合が多い。この場合、低温の給水を、節炭器の伝熱管の周りで結露が発生しない温度にまで高めるための装置が必要となる。
【０００６】
従来の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置としては、図３に示されるように、過熱器１００から出た過熱蒸気などの高温熱源を用いて、給水ポンプ１０２よりも下流側の給水を加熱する装置や、図４に示されるように、節炭器１０４の出口側の高温高圧の給水の一部を節炭器循環ポンプ１０６により節炭器１０４の入口側へ再循環して、節炭器１０４の入口の給水温度を高める装置や、節炭器の出口側の高温高圧の給水の一部を給水ポンプの上流側に再循環して、節炭器入口の給水温度を高める装置（例えば、特許文献１参照）等がある。
【０００７】
しかしながら、図３に示す従来の、過熱器１００から出た過熱蒸気などの高温熱源を用いて加熱する装置においては、折角高い温度になった蒸気を給水の温度上昇に使用するため、ボイラ効率が低下し、省エネルギの観点から好ましくないという問題がある。また、図４に示す従来の、節炭器１０４で加熱された高温の給水の一部を節炭器循環ポンプ１０６により節炭器１０４の入口側に再循環させる装置は、節炭器循環ポンプ１０６として高温水用ポンプが必要であり、設備面でコスト高になるという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献１に記載の従来の、節炭器の出口側の高温高圧の給水の一部を給水ポンプの上流側に再循環して、節炭器入口の給水温度を高める装置においては、節炭器出口の給水温度が給水ポンプ入口の給水圧力の飽和温度よりも高い場合が多い。このため、再
循環水流量を制御するための流量制御弁の出口でフラッシングを起こし、これを給水ポンプの上流側の給水配管中にそのまま合流させると、給水配管中でウォータハンマ現象を起こすという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１５４９０４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器の伝熱管の腐食を防止するものであって、特に省エネルギ化及び設備コストの削減を図ることができると共に、給水配管中でのウォータハンマ現象を防止することができる、再燃ボイラの節炭器の温度制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、内燃機関の排気ガスを燃焼空気として使用する再燃ボイラと、再燃ボイラの排気ガス路内に配設されて給水を蒸気化する蒸発器と、排気ガス路内に蒸発器の下流側に配設されて蒸発器へ供給する給水を加熱する節炭器と、給水を節炭器へ給水路を通して加圧供給する給水ポンプとを備えた再燃ボイラの節炭器の温度制御装置において、節炭器で加熱された給水を節炭器の出口側から給水ポンプの入口側へ再循環させる再循環路と、この再循環路及び給水ポンプと節炭器との間の給水路にそれぞれ介挿されて、給水路内を流れる給水と再循環路内を流れる上記節炭器で加熱された給水との間で熱交換を行なう熱交換器と、熱交換器の下流側の再循環路に介挿されて、この再循環路内を流れる給水の流量調節を行なう循環水流量調節手段とを備えたことにある。
【００１１】
本発明の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置によれば、熱交換器が、給水路内を流れる給水を、再循環路内を流れる節炭器で加熱された給水によって加熱するから、節炭器に供給される給水温度が高くなり、排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器の伝熱管の腐食を防止することができる。
【００１２】
また、節炭器から出た給水の一部を利用して節炭器へ供給される給水を加熱するから、過熱蒸気などの高温熱源を用いて加熱する従来の装置に比べて、ボイラ効率が低下することなく、省エネルギ化を図ることができる。
【００１３】
さらに、節炭器で加熱された給水が、高圧の状態が維持された状態で熱交換器によって温度低下し、その後に、給水ポンプの入口側の低圧の給水路内へ再循環されるから、従来の装置において必要とされた高温水用の節炭器循環ポンプが不要となり、設備面でのコスト削減を図ることができる。
【００１４】
これと共に、節炭器で加熱された給水を、熱交換器の上流側でフラッシングを起こさずに熱交換器によって冷却することができるので、従来の装置で発生する給水配管中でのウォータハンマ現象を防止することができる。また、節炭器で加熱された給水が、循環水流量調節手段によって適切に流量調節されて再循環されるから、節炭器へ供給される給水を最適に加熱することができる。
【００１５】
好ましくは、節炭器の入口の給水温度を検出する給水温度検出センサと、給水温度検出センサが検出した給水温度に基づいて循環水流量調節手段の作動を制御するコントローラとを備える。これにより、節炭器の入口の給水温度を自動調節することができる。
【００１６】
さらに好ましくは、コントローラは、給水温度検出センサが検出した給水温度が所定温度以上となるように上記循環水流量調節手段の作動を制御する。これにより、節炭器の入
口の給水温度を常に一定温度以上に維持することができる。
【００１７】
また、さらに好ましくは、上記所定温度は、節炭器の伝熱管での結露を防止するために設定された下限温度である。これにより、節炭器の伝熱管での結露及びそれによる腐食を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置は、内燃機関の排気ガスを燃焼空気として使用する再燃ボイラと、再燃ボイラの排気ガス路内に配設されて給水を蒸気化する蒸発器と、排気ガス路内に蒸発器の下流側に配設されて蒸発器へ供給する給水を加熱する節炭器と、給水を節炭器へ給水路を通して加圧供給する給水ポンプとを備えた再燃ボイラの節炭器の温度制御装置において、節炭器で加熱された給水を節炭器の出口側から給水ポンプの入口側へ再循環させる再循環路と、この再循環路及び給水ポンプと節炭器との間の給水路にそれぞれ介挿されて、給水路内を流れる給水と再循環路内を流れる上記節炭器で加熱された給水との間で熱交換を行なう熱交換器と、熱交換器の下流側の再循環路に介挿されて、この再循環路内を流れる給水の流量調節を行なう循環水流量調節手段とを備えるから、排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器の伝熱管の腐食を防止するものであって、特に省エネルギ化及び設備コストの削減を図ることができると共に、給水配管中でのウォータハンマ現象を防止することができるという格別の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、一実施の形態としての再燃ボイラによる蒸気発生システムを示し、再燃ボイラ２は、内燃機関の排気ガスを燃焼空気として使用して追焚燃料を燃焼させる燃焼室４と、この燃焼室４で燃焼した燃焼ガス（排気ガス）を排気させる排気ガス路６とを有する。排気ガス路６内には、過熱蒸気を発生させるための過熱器８、飽和蒸気を発生させるための蒸発器１０、蒸発器１０へ供給する給水を加熱するための節炭器１２とが、上流側から下流側へこの順に配設される。
【００２０】
節炭器１２で加熱された給水は、給水路１４を通り、流量調節弁１６を介して蒸発器１０に導かれて飽和蒸気となる。蒸発器１０で発生した飽和蒸気は、蒸気路１８を通して過熱器８に導かれて過熱蒸気となった後に、蒸気路２０を通して工場に送気される。
【００２１】
ボイラ２の給水は、外部の給水源に通じる給水路２２によって給水ポンプ２４に導かれる。給水ポンプ２４は給水を節炭器１２へ給水路２２を通して加圧供給する。給水ポンプ２４の出口と節炭器１２の入口との間の給水路２２には、熱交換器２６が介挿される。また、節炭器１２の出口側から分岐して上述の給水ポンプ２４の入口側に導かれる再循環路２８が配設され、この再循環路２８には上述の熱交換器２６及び循環水流量調節弁（循環水流量調節手段）３０が、節炭器１２の出口側から給水ポンプ２４の入口側へこの順にそれぞれ介挿される。
【００２２】
すなわち、再循環路は節炭器１２で加熱された給水を節炭器１２の出口側から給水ポンプの入口側へ再循環させ、熱交換器２６は給水路２２内を流れる給水と再循環路２８内を流れる節炭器１２で加熱された給水との間の熱交換を行なうと共に、循環水流量調節弁３０が再循環路２８内を流れる節炭器１２で加熱された給水の流量を調節する。
【００２３】
熱交換器２６の出口と節炭器１２の入口との間の給水路２２には、節炭器１２の入口給水温度Ｔｗを検出するための給水温度検出センサ３２が配設される。この給水温度検出センサ３２はコントローラ３４と電気的に接続され、コントローラ３４はこの給水温度検出センサ３２が検出した給水温度Ｔｗに基づいて、上述の循環水流量調節弁３０の作動を制御する。
【００２４】
次に、上述の再燃ボイラによる蒸気発生システムの作動について、図２を追加参照して説明する。
【００２５】
コントローラ３４は、給水温度検出センサ３２が検出した節炭器１２の入口給水温度Ｔｗを読み込み（ステップＳ２）、この節炭器１２の入口給水温度Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、この所定温度Ｔ１は、節炭器１２の伝熱管での結露を防止するために設定された下限温度である。
【００２６】
ステップＳ４の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、節炭器１２の入口給水温度Ｔｗが所定温度Ｔ１以上であり、節炭器１２の伝熱管での結露発生の可能性がない場合には、上述のステップＳ２及びＳ４を繰り返す。一方、ステップＳ４の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合、すなわち、節炭器１２の入口給水温度Ｔｗが所定温度Ｔ１未満であり、節炭器１２の伝熱管での結露発生の可能性がある場合には、節炭器１２の入口給水温度Ｔｗが所定温度Ｔ１となるように、循環水流量調節弁３０の調節量ΔＶを決定する（ステップＳ６）。
【００２７】
コントローラ３４は、この調節量ΔＶに基づいて循環水流量調節弁３０を調節する。すなわち、コントローラ３４は、節炭器１２の入口の給水温度Ｔｗが常に節炭器１２の伝熱管での結露を防止するための所定温度Ｔ１以上となるように自動調節する。そして、再び上述のステップＳ２以下を繰り返す。
【００２８】
上述の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置によれば、熱交換器２６が、給水路２２内を流れる給水を再循環路２８内を流れる節炭器１２で加熱された給水により加熱するから、節炭器１２に供給される給水温度Ｔｗは高くなり、すなわち、節炭器１２の伝熱管での結露を防止するために設定された下限温度Ｔ１以上となる。したがって、排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器１２の伝熱管の腐食を確実に防止することができる。
【００２９】
また、節炭器１２から出た給水の一部を利用して節炭器１２へ供給される給水を加熱しているが、この加熱による給水の昇温は排気ガスからの回収熱量の増加分によるものなので、従来の過熱蒸気などの高温熱源を用いて加熱する装置に比べ、ボイラ効率が低下することなく、省エネルギ化を図ることができる。さらに、再循環路２８内を流れる節炭器１２で加熱された給水は熱交換器２６で冷却されて温度低下した後に、給水ポンプ２４の入口側の低圧の給水路２２内へ再循環されるから、従来の装置において必要とされた高温水用の節炭器循環ポンプが不要となり、設備面でのコスト削減を図ることができると共に、従来の装置で発生する給水配管中でのウォータハンマ現象を確実に防止することができる。
【００３０】
本発明は、上述の一実施の形態に制約されるものではない。例えば、上述の所定温度は、必ずしも節炭器の伝熱管での結露を防止するためだけの温度として設定する必要はない。給水予熱器などのその他の要素について、又はその他の要素も含めて設定することができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置を、下記の条件下で実施した場合の効果について検討した。
【００３２】
（検討条件）
ボイラ排気ガス流量：１０，０００ｍ3 Ｎ／ｈ
節炭器入口ガス温度：２００°Ｃ
ボイラ給水流量：４．０ｔ／ｈ
ボイラ給水温度：２０°Ｃ
節炭器入口給水温度：６０°Ｃ
節炭器出口給水温度：１２０°Ｃ
ボイラ給水ポンプ入口給水圧力：０．１ＭＰａ（Ｇ）
ボイラ給水ポンプ出口給水圧力：１．０ＭＰａ（Ｇ）
【００３３】
（検討結果）
上記の検討条件を満たす節炭器について、図１に示す本発明の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置を実施した場合、ボイラ給水ポンプ入口給水圧力は０．１ＭＰａ（Ｇ）であるから、飽和温度は約１００°Ｃである。また、ボイラ給水ポンプ出口給水圧力は１．０ＭＰａ（Ｇ）であるから、飽和温度は１８４°Ｃである。
【００３４】
一方、節炭器出口給水温度は１２０°Ｃであり、蒸気は発生しない。しかしながら、この給水をボイラ給水ポンプの入口側へ戻すと、ボイラ給水ポンプ入口の飽和温度である１００°Ｃよりも高温の水が入ってくるため、循環水流量調節弁の下流で必ずフラッシングを起こし、この蒸気と飽和水の混合物が２０°Ｃのボイラ給水と混合する部分においては、発生した蒸気が凝縮して水になるときに激しいウォータハンマ現象を起こす。
【００３５】
図１に示すように、これを避けるために循環水を給水ポンプ２４の入口水に混合する前に、低温のボイラ給水によって冷却するための熱交換器２６を設け、この熱交換器２６によって循環水を高圧の状態で１００°Ｃよりも低い温度に冷却する。これによって、熱交換器２６の出口側に設けた循環水流量調節弁３０により１．０ＭＰａ（Ｇ）から０．１ＭＰａ（Ｇ）に減圧しても、蒸気は発生しない。
【００３６】
したがって、この冷却された循環水を給水ポンプ２４の入口水に混合しても、ウォータハンマ現象を起こすことは無い。また、この温度制御装置により、節炭器入口給水温度を６０°Ｃに昇温することができる。したがって、排気ガス中の酸性水分の結露による節炭器１２の伝熱管の腐食を確実に防止することができる。
【００３７】
また、１２０°Ｃの節炭器出口水の循環水流量は２．４ｔ／ｈであり、このときの節炭器出口の排気ガス温度は８７°Ｃとなる。これに対し、外部熱源として１．０ＭＰａ（Ｇ）で飽和温度の加熱蒸気を用いた場合には、加熱蒸気の消費量は２７０ｋｇ／ｈ程度となり、この熱量分だけ排気ガスから回収できなくなるので、排気ガス温度は１００°Ｃ程度となる。
【００３８】
すなわち、この排気ガスの温度上昇分（１３°Ｃ）だけ排気ガス損失が増加したにことなり、再燃ボイラの熱効率はそれだけ低下する。このように、本発明の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置は、省エネルギの観点からも極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一実施の形態としての再燃ボイラのシステムを示した概略図である。
【図２】図１の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置の作動を示すフローチャートである。
【図３】従来の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置を示す概略図である。
【図４】別の従来の再燃ボイラの節炭器の温度制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  再燃ボイラ
４  燃焼室
６  排気ガス路
８  過熱器
１０  蒸発器
１２  節炭器
１４  給水路
１６  流量調節弁
１８，２０  蒸気路
２２  給水路
２４  給水ポンプ
２６  熱交換器
２８  再循環路
３０  循環水流量調節弁（循環水流量調節手段）
３２  給水温度検出センサ
３４  コントローラ
１００  過熱器
１０２  給水ポンプ
１０４  節炭器
１０６  節炭器循環ポンプ
Ｔｗ  給水温度
Ｔ１  所定温度
ΔＶ  調節量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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