(57)【要約】【課題】アキュムレータの効率的な運用により、安定した熱供給を行う。【解決手段】脱ガス炉２の入口側の蒸気流量ＦDが増加し、且つアキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが低下したら、脱ガス炉２の予測使用量に相当する分だけ、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTが増加するように制御バルブ７を開くことにより、アキュムレータ５に蓄圧された蒸気を放出し、脱ガス炉２に蒸気を供給する。また、一供給系統で、脱ガス炉２の入口側の蒸気流量ＦDが増加し、且つアキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが低下している状態で所定時間が経過したら、近隣の供給系統で、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTが増加するように制御バルブ７を開くことにより、他の供給系統から一供給系統へと、母管４を介して蒸気を供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断続的に供給される廃熱に応じて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから供給される蒸気を使用する需要設備と、前記ボイラと前記需要設備との間に接続され蒸気を蓄圧可能なアキュムレータと、該アキュムレータの出口側の流路を開閉するバルブと、前記需要設備の入口側の蒸気流量を検出する流量検出手段と、前記アキュムレータの出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段と、前記アキュムレータの出口側の蒸気流量を検出する出口流量検出手段と、前記流量検出手段で検出した蒸気流量が所定値を上回り、且つ前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が第１の所定値を下回ったときに、前記需要設備での蒸気使用量を予測した予測使用量を、前記出口流量検出手段で検出した蒸気流量の制御目標値に加算することにより、前記アキュムレータの出口側の目標蒸気流量を算出する算出手段と、前記出口流量検出手段で検出する蒸気流量が、前記算出手段で算出した目標蒸気流量と一致するように、前記バルブを開く制御手段と、を備えると共に、
前記ボイラ、前記需要設備、前記アキュムレータ、前記バルブ、前記流量検出手段、前記出口圧力検出手段、前記出口流量検出手段、前記算出手段、及び前記制御手段で構成される供給系統を一単位とする複数の供給系統と、夫々の前記供給系統における前記アキュムレータと前記需要設備との間へと連通され、夫々の前記供給系統を相互に接続する母管と、を備え、
夫々の前記供給系統における前記算出手段は、他の前記供給系統で、前記流量検出手段で検出した蒸気流量が所定値を上回り、且つ前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が第１の所定値を下回った状態で所定時間が経過したときに、当該供給系統における前記需要設備での蒸気使用量を予測した予測使用量を、自己の前記供給系統における前記出口流量検出手段で検出した蒸気流量の制御目標値に加算することにより、自己の前記供給系統における前記アキュムレータの出口側の目標蒸気流量を算出することを特徴とする熱供給設備。
【請求項２】
夫々の前記供給系統は、前記アキュムレータの入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段を備え、
夫々の前記供給系統における前記制御手段は、自己の前記供給系統で、前記算出手段が目標蒸気流量を算出したこと、前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が前記第１の所定値よりも小さな第２の所定値を下回ったこと、及び前記入口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が所定値を上回ったこと、の何れかの条件を満たしたときに、自己の前記供給系統における前記バルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の熱供給設備。
【請求項３】
夫々の前記供給系統における前記算出手段は、前記母管を経由する自己の前記供給系統から他の前記供給系統への距離が長いほど、前記所定時間を長く設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱供給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱ボイラからの蒸気を、需要設備へ供給する熱供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱供給設備では、需給バランスが絶えず変動するので、廃熱ボイラからの蒸気をアキュムレータに蓄圧することで、需給バランスの変動を吸収し、蒸気供給量の増加に伴う入口側の圧力上昇や、蒸気使用量の増加に伴う出口側の圧力低下を抑制している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、アキュムレータが飽和し、且つその入口側の圧力が上限値を超えたら、強制的に減圧するために蒸気を放散しなければならず、こうしたエネルギー損失を防ぐには、アキュムレータを大型化せざるを得ないので設備費用が高額になってしまう。また、需給に見合うアキュムレータを設置しても、やがて廃熱ボイラが改良されるなどして廃熱回収性能が向上する可能性があり、結局は当初のアキュムレータでは蓄圧容量が不足し、前述した蒸気の放散を行わざるを得ない場合がある。さらに、アキュムレータの出口側のバルブを開いておけば、入口側で蒸気を放散しないで済むが、これではアキュムレータに蓄圧することができないので、需要設備の蒸気使用量が増加するときに、十分な蒸気を供給できなくなる可能性がある。
【０００４】
本発明の課題は、アキュムレータの効率的な運用により、安定した熱供給を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る熱供給設備は、断続的に供給される廃熱に応じて蒸気を発生するボイラと、該ボイラから供給される蒸気を使用する需要設備と、前記ボイラと前記需要設備との間に接続され蒸気を蓄圧可能なアキュムレータと、該アキュムレータの出口側の流路を開閉するバルブと、前記需要設備の入口側の蒸気流量を検出する流量検出手段と、前記アキュムレータの出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段と、前記アキュムレータの出口側の蒸気流量を検出する出口流量検出手段と、前記流量検出手段で検出した蒸気流量が所定値を上回り、且つ前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が第１の所定値を下回ったときに、前記需要設備での蒸気使用量を予測した予測使用量を、前記出口流量検出手段で検出した蒸気流量の制御目標値に加算することにより、前記アキュムレータの出口側の目標蒸気流量を算出する算出手段と、前記出口流量検出手段で検出する蒸気流量が、前記算出手段で算出した目標蒸気流量と一致するように、前記バルブを開く制御手段と、を備えると共に、前記ボイラ、前記需要設備、前記アキュムレータ、前記バルブ、前記流量検出手段、前記出口圧力検出手段、前記出口流量検出手段、前記算出手段、及び前記制御手段で構成される供給系統を一単位とする複数の供給系統と、夫々の前記供給系統における前記アキュムレータと前記需要設備との間へと連通され、夫々の前記供給系統を相互に接続する母管と、を備え、夫々の前記供給系統における前記算出手段は、他の前記供給系統で、前記流量検出手段で検出した蒸気流量が所定値を上回り、且つ前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が第１の所定値を下回った状態で所定時間が経過したときに、当該供給系統における前記需要設備での蒸気使用量を予測した予測使用量を、自己の前記供給系統における前記出口流量検出手段で検出した蒸気流量の制御目標値に加算することにより、自己の前記供給系統における前記アキュムレータの出口側の目標蒸気流量を算出することを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に係る熱供給設備は、夫々の前記供給系統は、前記アキュムレータの入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段を備え、夫々の前記供給系統における前記制御手段は、自己の前記供給系統で、前記算出手段が目標蒸気流量を算出したこと、前記出口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が前記第１の所定値よりも小さな第２の所定値を下回ったこと、及び前記入口圧力検出手段で検出した蒸気圧力が所定値を上回ったこと、の何れかの条件を満たしたときに、自己の前記供給系統における前記バルブを開くことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項３に係る熱供給設備は、夫々の前記供給系統における前記算出手段は、前記母管を経由する自己の前記供給系統から他の前記供給系統への距離が長いほど、前記所定時間を長く設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱供給設備によれば、各供給系統で、需要設備の入口側の蒸気流量が増加し、且つアキュムレータの出口側の蒸気圧力が低下したときには、その需要設備の予測使用量に相当する分だけ、アキュムレータの出口側の蒸気流量が増加するようにバルブを開くことにより、アキュムレータの出口側の蒸気圧力を増加させ、需要設備に十分な蒸気を供給することができる。一方、この供給系統のアキュムレータが十分に蓄圧されていないと、同じ供給系統の需要設備に十分な蒸気を供給することができないので、この場合には、他の供給系統でバックアップする。すなわち、一供給系統で、需要設備の入口側の蒸気流量が増加し、且つアキュムレータの出口側の蒸気圧力が低下している状態が続く場合には、近隣の供給系統で、アキュムレータの出口側の蒸気流量が増加するようにバルブを開くことにより、近隣の供給系統から一供給系統へと、母管を介して蒸気を供給することができる。このように、夫々の供給系統が相互にバックアップし合うように各アキュムレータを効率的に運用することで、各供給系統の需要設備に十分な蒸気を供給し、安定した熱供給を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、熱供給設備の全体構成であり、ボイラ１から脱ガス炉２へと蒸気を供給する系統を一単位とした四つの供給系統３ｉ（ｉ＝ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を備え、夫々は母管４を介して相互に接続されている。
ボイラ１は、転炉から断続的に供給される廃熱に応じて蒸気を発生し、これを脱ガス炉２へ供給する。ボイラ１と脱ガス炉２との間には、アキュムレータ５を接続することにより、ボイラ１から供給される蒸気を蓄圧する。このアキュムレータ５と脱ガス炉２との間に、前述した母管４が連通されている。アキュムレータ５の入口側には、蒸気を外部へ放散（排出）可能な放散バルブ６を設け、アキュムレータ５の出口側には、流路を開閉する制御バルブ７を設ける。
【００１０】
脱ガス炉２の入口側には、蒸気流量ＦDを検出する流量計１１を設け、アキュムレータ５の入口側には、蒸気圧力ＰINを検出する圧力計１２を設け、アキュムレータ５の出口側には、蒸気流量ＦOUTを検出する流量計１３と、蒸気圧力ＰOUTを検出する圧力計１４とを設ける。
アキュムレータ５の入口側では、圧力計１２で検出する蒸気圧力ＰINが設定圧力ＰMAXに達したときに、圧力調節計１５により、放散バルブ６を開いて蒸気を放散し、アキュムレータ５の入口側の蒸気圧力ＰINを設定圧力ＰMAX以下に保つ。
【００１１】
全供給系統３ｉの検出信号ＦD、ＰIN、ＦOUT、ＰOUTは、制御回路１６に入力され、これに応じて制御回路１６は、各供給系統３ｉの制御バルブ７を個別に制御する。
次に、制御回路１６で実行する制御処理について説明する。なお、制御回路１６は供給系統３ｉごとに制御処理を実行するが、何れも同等の内容であるため、ここでは供給系統３ａの制御処理を図２に基づいて説明し、他の供給系統３ｂ〜３ｄの制御処理については詳細な説明を省略する。
【００１２】
先ず、自己の供給系統３ａへの自給処理手順について説明する。
自己の供給系統３ａにおいて、脱ガス炉２の入口側の蒸気流量ＦDは、設定器２１により所定値ＦHを上回っているか否かが判定され、アキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTは、設定器２２により所定値ＰL1を下回っているか否かが判定される。ここで、蒸気流量ＦDが所定値ＦHを上回っており、且つ蒸気圧力ＰOUTが所定値ＰL1を下回っているときには、加算器２３により、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTの制御目標値に、定数Ｆａを加算し、アキュムレータ５の出口側の目標蒸気流量Ｆ*を算出する。この定数Ｆａは、供給系統３ａにおける脱ガス炉２での蒸気使用量を予測した予測使用量に相当する。
【００１３】
アキュムレータ５の出口側では、目標蒸気流量Ｆ*が算出されたときに、流量調節計２４により、制御バルブ７を開いてアキュムレータ５に蓄圧した蒸気を放出し、その出口側の蒸気流量ＦOUTを増加させる。また、圧力計１３で検出する蒸気圧力ＰOUTが設定圧力ＰL2を下回ったときに（ＰL2＜ＰL1）、圧力調節計２５により、制御バルブ７を開いてアキュムレータ５に蓄圧した蒸気を放出し、その出口側の蒸気圧力ＰOUTを増加させる。また、圧力計１２で検出する蒸気圧力ＰINが設定圧力ＰHを上回ったときに（ＰH＜ＰMAX）、圧力調節計２６により、制御バルブ７を開いてアキュムレータ５の入口側の蒸気圧力ＰOUTを低下させる。なお、制御バルブ７が流量制御弁であれば、流量調節計２４、圧力調節計２５、及び圧力調節計２６のうち、複数が同時に作動するときに、高位選択器２７により、最も優先度の高い調節計からの信号を選択し、これに応じて制御バルブ７の開度を制御する。すなわち、蒸気流量ＦDと目標蒸気流量Ｆ*との差分、蒸気圧力ＰOUTと設定圧力ＰL2との差分、及び蒸気圧力ＰINと設定圧力ＰHとの差分のうち、最も大きい差分となる調節計からの信号を選択する。
【００１４】
次に、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄへの補給処理手順について説明する。
他の供給系統３ｊ（ｊ＝ｂ、ｃ、ｄ）から、夫々の蒸気流量ＦD及び蒸気圧力ＰOUTを入力し、他の供給系統３ｊごとに、蒸気流量ＦDが所定値ＦHを上回っており、且つ蒸気圧力ＰOUTが所定値ＰL1を下回っているか否かを判定する。ここで、蒸気流量ＦDが所定値ＦHを上回っており、且つ蒸気圧力ＰOUTが所定値ＰL1を下回っている状態の継続時間をタイマ２８によって計測し、所定時間Ｔｊが経過したときには、加算器２３により、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTの制御目標値に、定数Ｆｊを加算し、アキュムレータ５の出口側の目標蒸気流量Ｆ*を算出する。この所定時間Ｔｊは、母管４を経由する他の供給系統３ｊへの距離が長いほど、長い時間に設定する。また、定数Ｆｊは、他の供給系統３ｊにおける脱ガス炉２での蒸気使用量を予測した予測使用量に相当する。
【００１５】
以上より、脱ガス炉２が「需要設備」に対応し、制御バルブ７が「バルブ」に対応し、流量計１１が「流量検出手段」に対応し、圧力計１４が「出口圧力検出手段」に対応し、流量計１３が「出口流量検出手段」に対応し、圧力計１２が「入口圧力検出手段」に対応し、加算器２３が「算出手段」に対応し、流量調節計２４、圧力調節計２５、圧力調節計２６、及び高位選択器２７が「制御手段」に対応している。
【００１６】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
供給系統３ａで脱ガス炉２の操業が開始されると、蒸気の使用量が増加するため、脱ガス炉２の入口側の蒸気流量ＦDが増加し、且つアキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが低下する。このとき、脱ガス炉２の予測使用量に相当する分だけ、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTが増加するように制御バルブ７を開くことにより、アキュムレータ５に蓄圧された蒸気を放出し、アキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTを増加させ、脱ガス炉２に十分な蒸気を供給することができる（自給処理）。
【００１７】
一方、この供給系統３ａのアキュムレータ５が十分に蓄圧されていないと、同じ供給系統３ａの脱ガス炉２に十分な蒸気を供給することができないので、この場合には、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄからバックアップする。すなわち、供給系統３ａで、脱ガス炉２の入口側の蒸気流量ＦDが増加し、且つアキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが低下している状態で所定時間Ｔｊが経過した場合には、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄで、アキュムレータ５の出口側の蒸気流量ＦOUTが増加するように制御バルブ７を開くことにより、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄから供給系統３ａへと、母管４を介して蒸気を供給することができる（補給処理）。
【００１８】
このとき、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄのうち、母管４を経由する供給系統３ａまでの距離が近いものほど、制御バルブ７を開くまでの所定時間Ｔｊを短く設定する。これにより、供給系統３ａに最も近い供給系統（ここでは３ｂ）の制御バルブ７を先ず開くことになるので、供給系統３ｂから供給系統３ａへ速やかに蒸気を供給することができる。仮に、この供給系統３ｂのアキュムレータ５も十分に蓄圧されていないときには、供給系統３ａに次に近い供給系統（ここでは３ｃ）の制御バルブ７を開く。こうして、アキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが増加するまで、供給系統３ａに近い側から順に、他の供給系統３ｂ、３ｃ、３ｄの制御バルブ７が開く。
【００１９】
このように、夫々の供給系統３ｉが相互にバックアップし合うように各アキュムレータ５を効率的に運用することで、各供給系統３ｉの脱ガス炉２に十分な蒸気を供給し、安定した熱供給を行うことができる。
また、夫々の供給系統３ｉで、アキュムレータ５の出口側の蒸気圧力ＰOUTが設定圧力ＰL2を下回ったときには、圧力調節計２５により、制御バルブ７を開いてアキュムレータ５に蓄圧した蒸気を放出する。これにより、母管４の圧力低下を抑制し、脱ガス炉２の操業に備えることができる。
【００２０】
また、夫々の供給系統３ｉで、アキュムレータ５の入口側の蒸気圧力ＰINが設定圧力ＰHを上回ったときには、圧力調節計２６により、制御バルブ７を開いてアキュムレータ５の入口側の蒸気圧力ＰOUTを低下させる。これにより、放散バルブ６による蒸気の放散を可及的に回避し、エネルギー損失を低減することができる。
なお、上記の実施形態では、四つの供給系統３ａ〜３ｄを備えた設備について説明したが、これに限定されるものではなく、二つや三つ、又は五つ以上の供給系統を備えた設備であっても、本発明を適用することができる。
【００２１】
また、上記の実施形態では、転炉からの廃熱によって蒸気を発生させているが、鉄鋼設備のみならず、ごみ処理施設やセメント製造設備からの廃熱を利用してもよい。また、発生させた蒸気を脱ガス炉２へ供給しているが、これも鉄鋼設備のみならず、発電設備や空調設備へと供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】熱供給設備の全体構成である。
【図２】一供給系統の制御回路を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１  ボイラ
２  脱ガス炉
３ａ〜３ｄ  供給系統
４  母管
５  アキュムレータ
６  放散バルブ
７  制御バルブ
１１、１３  流量計
１２、１４  圧力計
１５  圧力調節計
１６  制御回路
２１、２２  設定器
２３  加算器
２４  流量調節計
２５、２６  圧力調節計
２７  高位選択器
２８  タイマ
【図１】
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【図２】
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