熱交換型ブロー方法及び装置
【課題】 伝熱面積を増やすことなく、ボイラ給水の温度が、例えば６０℃以上と高い場合においても、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満）まで冷却して排出することのできる熱交換型ブロー方法とその装置とを提供することを目的とする。
【解決手段】 ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法、及び、ボイラ１からのブロー水排出管３を熱交換器２に接続し、熱交換器２にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、熱交換器２を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置を提供する。
【解決手段】 ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法、及び、ボイラ１からのブロー水排出管３を熱交換器２に接続し、熱交換器２にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、熱交換器２を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ水をブロー（ブローオフ）する際に、このボイラのブロー水とボイラ給水との熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する、熱交換型ブロー方法と装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラを運転する上で、ボイラ水質に起因するボイラの腐食障害、スケール障害、キャリーオーバーによる蒸気純度の低下等の各種障害防止のため、ボイラ水のブロー（連続ブロー）を行う必要がある。
高温のブロー排水に含まれる熱は、そのまま捨ててしまうのは無駄であるばかりか、地球温暖化防止の観点からも見過ごすことができない。
このため、ブロー水から熱を回収し、これをボイラ給水に与える熱交換型ブロー装置が各種提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
この従来の熱交換型ブロー装置においては、ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出している（図３参照）。
通常、ボイラ給水に用いる水の温度は２０〜３０℃の室温レベルであるので、このような熱交換型ブロー装置を用いて熱交換を行って、例えば１７０℃などという高温のブロー水をフラッシングしない安全な９５℃未満の水温まで、例えば７０〜８０℃程度まで低下させて排出しつつ、給水温度を例えば４０℃程度まで上昇させてボイラに導入しており、これにより良好に熱を回収することができる。
【０００４】
しかしながら、近年は熱の回収技術が進み、ボイラの蒸気凝縮水を回収して、これを再度ボイラ給水に利用するなどの手段が講じられていることなどから、熱交換前における給水温度が従来の２０〜３０℃という温度よりかなり高くなる傾向にある。
【０００５】
このような状況下、ボイラ給水の温度が６０℃以上と高い場合、従来の連続ブロー装置では、熱交換器出口におけるボイラブロー水（飽和水）の温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出するためには、非常に大きな伝熱面積をもった大型の熱交換器が必要となってしまうという問題があった。
ここで伝熱面積を大きくとらないと、熱交換器の出口でブロー水が充分に冷却されず、一部が蒸気化し、熱交換器の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷してしまうおそれがある。特に、伝熱管が損傷すると、ボイラブロー水が給水側に漏れ出して、給水出口温度も１００℃を超え、この高温給水が給水ポンプに入り、キャビテーションを起こし、更にはボイラの耐熱性の低い機器類をも膨潤・損傷させ、ボイラプラントが非常停止してしまうことがある。また、給水中にボイラ水が混入することとなり、正常なボイラ給水が事実上不可能となるなど、大きな危険があった。
従って、上記のように給水温度が高い場合には、装置の安全性の面から、或いは装置の大型化（設置スペース）回避の面から、熱の回収は諦めていたのが実情である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１６００３号公報
【特許文献２】特開昭５５−３１２０１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解消し、熱交換器の伝熱面積を増やすことなく、ボイラ給水の温度が、高い場合（例えば６０℃以上）においても、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することのできる熱交換型ブロー方法とその装置と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】
【０００８】
本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意検討を行った結果、驚くべきことに、小型の熱交換器を複数台、しかも直列に設けることにより、大型の熱交換器を１台用いた場合よりも複数台の熱交換器の合計の総伝熱面積を小さくした場合であっても、ボイラ給水の温度が、例えば６０℃以上と高い場合において、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。このように、小型の熱交換器を直列に複数台設けるという発想はこれまで全く見られなかった。
【０００９】
即ち、請求項１に係る本発明は、ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、ボイラ給水の温度が６０℃以上である、請求項１に記載の方法を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、熱交換器出口のブロー水温度が９５℃未満である、請求項１又は請求項２に記載の方法を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、前記熱交換器を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大型の熱交換器１台の場合と比較して、複数台の熱交換器の合計の総伝熱面積を小さくした場合であっても、大きな熱交換（熱回収）が可能となった。
即ち、本発明によれば、より小型の熱交換器を複数台直列に配置して給水−ブロー水間の熱交換を行うことにより、給水量、給水温度、ブロー水量、ブロー水温度から設定される伝熱面積を有する１台の熱交換器を用いた場合と比較して、より小さい伝熱面積でも大きな熱交換が得られる。
その結果、ボイラ給水の温度が、例えば６０℃以上と高い場合においても、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することが可能となり、ブロー水の一部が蒸気化して熱交換器内の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷するおそれがなくなった。また、その分、装置を小型化することができ、圧力容器としての強度を保つのが容易となり、熱交換器の破損のおそれが少なくなる。
また、本発明によれば、ブロー水から多くの熱を回収することができ、熱回収率が上がることから、ボイラ運転のための燃料費の削減、炭酸ガス排出量の削減という効果が得られる。
さらに、本発明によれば、各熱交換器をより小型にできることで、圧力容器としての強度を保つことが容易となると共に、厚生労働省の圧力容器安全規則における第１種圧力容器の規格から外れて小型圧力容器又は簡易圧力容器の規格で製作・設置することが可能となり、メンテナンスも簡易とすることができる等の実益がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施態様を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明を実施している熱交換型ブロー装置の一態様を示すフロー図である。また、図２は、本発明を実施している熱交換型ブロー装置の他の態様を示すフロー図である。
図中、符号１はボイラであり、符号２は熱交換器である。また、符号３はボイラ１からのブロー水排出管であり、符号４はボイラ１への給水管である。さらに、符号５は給水ポンプであり、符号６はホットウェルタンク（給水タンク）であり、符号７はブロー水排水管であり、符号８はブロー弁である。
【００１２】
給水ポンプ５によりホットウェルタンク（給水タンク）６から吸い上げられた水は、通常は図１に示すように、熱交換器２を経て、給水管４によりボイラ１へ給水される。なお、図１では、熱交換器２とボイラ１との間の給水管４に分岐を設けて、ボイラのブロー水と熱交換したボイラ給水の一部をホットウェルタンク（給水タンク）６に戻し、再び循環させているが、この分岐は必要に応じて省略することもできる。
一方、ボイラ１からのブロー水排出管３が熱交換器２に接続されており、熱交換器２を経て、ブロー水排水管７より排水される。
ここで熱交換器２において、ボイラ１への給水管により供給されたボイラ給水と、ボイラ１からブロー水排出管３により排出されたボイラのブロー水とが接触させられ熱交換される。
その結果、ボイラ給水が予熱されると共にブロー水が冷却されることになる。予熱されたボイラ給水は、給水管４によりボイラ１へ給水される。一方、冷却されたブロー水は、ブロー水排水管７より排水される。但し、予熱されたボイラ給水をホットウェルタンク（給水タンク）６に回収し、再び循環させてもよい。
なお、必要に応じて、図２に示すように、熱交換器２によりボイラのブロー水と熱交換したボイラ給水を一旦ホットウェルタンク（給水タンク）６に入れ（戻し）、ホットウェルタンク（給水タンク）６から給水管４によりボイラ１へ給水することもできる。
【００１３】
ここでボイラ給水の温度が、請求項２に記載したように、６０℃以上、特に８０℃以上と高い場合に、本発明は特に好適に用いることができる。
前記したように、ボイラ給水の温度が６０℃以上と高い場合には、従来の連続ブロー装置では、熱交換器出口におけるボイラブロー水の温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出するためには、非常に大きな伝熱面積をもった大型の熱交換器が必要となってしまうという問題があったが、本発明によれば、そのような従来の問題点を解消できた。
【００１４】
本発明においては、上記した如き熱交換器２を直列に複数台設け、そのような直列に複数台設けた熱交換器２により熱交換を行うことを特徴としている。
図１では、熱交換器を直列に２台設けた例（第１の熱交換器２Ａと第２の熱交換器２Ｂ）を示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて３台以上直列に設けることもできる。例えば、小型の熱交換器を３台以上直列に設けた場合には、大型の熱交換器を１台設けた場合と比べて、熱交換器２の総伝熱面積が若干増加してしまうものの、著しく熱交換器出口のブロー水温度を低下させることができるというメリットがある。
なお、本発明においては、熱交換器２を直列に複数台設けることにより、大きな熱交換（熱回収）を可能としたものである。
本発明においては熱交換器を直列に複数台設けることが必要であって、熱交換器を複数台設けたとしても並列に設けた場合には、本発明の目的を達成することはできない。その理由は定かではないが、熱交換器を直列に複数台設けることによって、より流速を速くすることができることも一因ではないかと考えられる。
ここで熱交換器２中を流れる水の流れには、ブロー水の流れと給水側（ボイラ給水側）の流れとの２つがある。本発明の趣旨からすると、このうちのブロー水の流れから見て、熱交換器２を直列に複数台設けることが必要不可欠ということである。つまりブロー水を熱交換器２に常時直列に流すことが必要であるということであって、給水側（ボイラ給水側）の流れについて、これを常時直列に流すことが絶対不可欠というものではないと考えられる。
従って、圧力損失が大きくなり過ぎるような場合等には、必要に応じて給水側の流れ（ボイラ給水）を熱交換器２に並列に流すことができるような構成を採用することもできる。但し、この場合には、ブロー水及びボイラ給水のいずれも熱交換器２に直列に流した場合と比べて、若干（５％程度）熱回収率が低下してしまうものと考えられる。
【００１５】
本発明においては、直列に複数台設けた熱交換器２の総伝熱面積を、熱交換器１台だけの場合の伝熱面積と比べて、同等乃至それ以下にした場合であっても、より大きな熱交換（熱回収）を行うことができる。つまり、例えば大型の熱交換器１台の代わりに小型の熱交換器２台を直列に設置することにより、総伝熱面積が同等乃至それ以下の場合であっても、より大きな熱交換（熱回収）を行うことができる。
そして本発明によれば、請求項３に記載したように、熱交換器出口のブロー水温度を９５℃未満、より好ましくは９０℃未満とすることができ、ブロー水の一部が蒸気化して熱交換器内の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷するおそれがなくなった。
【００１６】
なお、本発明においては、より小型の熱交換器２を直列に複数台設け、そのような直列に複数台設けた熱交換器２により熱交換を行うこと以外は、基本的には従来公知のブロー方法及びブロー装置により行うことができる。図示されてはいないが、例えば従来公知のブロー装置に設けられている逆止弁が、給水ポンプ５と熱交換器２との間に設けられている。また、ブロー水排水管７の管路には、ボイラ水をブローするためのブロー弁８が設けられている。さらに、従来公知のブロー装置に設けられている運転制御装置を設けることもできる。この運転制御装置により、ブロー８弁を開いてブローするタイミングを制御することができる。
【００１７】
本発明におけるボイラ１としては、従来一般に使用されているボイラだけでなく、近年の熱回収技術が取り入れられたもの、つまりボイラの蒸気凝縮水を回収して、これを再度ボイラ給水に利用する手法が取り入れられたようなものも用いることができる。この場合、熱交換前のボイラ給水温度は、従来一般に使用されているボイラにおける２０〜３０℃という温度よりかなり高く、６０℃以上、特に８０℃以上と高くなっているが、前記したように、本発明はこのような場合に特に好適に用いることができる。
なお、本発明は、ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換させるものであるが、熱を回収する用水は、必ずしもボイラ給水に限られず、他の加熱が必要な用水と、ボイラブロー水との熱交換にも本発明を適用し、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことが可能である。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
本実施例１においては、実際のボイラシステムのブローラインに表１に示す各種熱交換器を図１（本発明）又は図３に示すようにして設置し、給水と熱交換を行った際の、熱交換器出口のブロー水温度、給水出口温度、及び熱交換量を測定した。結果を表１に示す。
なお、ボイラの運転圧力は１ＭＰａ、ブロー水温度は１８３℃、ブロー水量は１２００Ｌ／ｈ、給水温度は７０℃、給水量は１２０００Ｌ／ｈであった。
また、熱交換器は、全てアクアス株式会社製の連続ブロー装置（ミニブロー：アクアス株式会社所有の登録商標）を用いた。型式ＨＯＴ−１２００はブロー水側の最大流量が１２００Ｌ／ｈ、型式ＨＯＴ−１６００はブロー水側の最大流量が１６００Ｌ／ｈ、型式ＨＯＴ−２０００はブロー水側の最大流量が２０００Ｌ／ｈである。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１の結果によれば、給水温度が７０℃と高い本実施例においては、小型の熱交換器（HOT‐1200）を１台用いた場合には、熱交換器出口のブロー水温度が１１１℃と極めて高いことが分かる。熱交換器出口のブロー水温度は９５℃未満でないと、蒸気振動により破損事故が生ずるおそれがある。
次に、中型の熱交換器（HOT‐1600）を１台用いた場合においても、やはり熱交換器出口のブロー水温度が１０４℃と９５℃以上であることが分かる。
また、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合においても、熱交換器出口のブロー水温度を安全な９５℃未満とすることができなかった。これ以上伝熱面積の大きな熱交換器を用いると、第１種圧力容器に該当するおそれがあり、メンテナンスが煩雑となる。
これに対して、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が小さいにもかかわらず、熱交換器出口のブロー水温度を８６℃とより低くすることができた。このときの熱交換量は１１７０００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。
なお、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台並列に設置した場合には、熱交換器出口のブロー水温度は１０２℃であり、９５℃未満とすることはできなかった。
【００２２】
実施例２
本実施例２においても、実際のボイラシステムのブローラインに表２に示す各種熱交換器を図１（本発明）又は図３に示すようにして設置し、給水と熱交換を行った際の、熱交換器出口のブロー水温度、給水出口温度、及び熱交換量を測定した。結果を表２に示す。
但し、本実施例２においては、ボイラの運転圧力は２ＭＰａ、ブロー水温度は２１２℃、ブロー水量は６００Ｌ／ｈ、給水温度は８０℃、給水量は６０００Ｌ／ｈであり、前記実施例１と比べて、給水温度が８０℃とさらに高く、しかもブロー水温度も２１２℃と高いものであった。
また、熱交換器は、全てアクアス株式会社製の連続ブロー装置（ミニブロー：登録商標）を用いた。型式ＨＯＴ−６００はブロー水側の最大流量が６００Ｌ／ｈのものである。他の型式の熱交換器については、実施例１に記載したとおりである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
表２の結果によれば、給水温度が８０℃とさらに高く、しかもブロー水温度も２１２℃と高い本実施例２においては、小型の熱交換器（HOT‐1200）を１台用いた場合には、熱交換器出口のブロー水温度が１１７℃と極めて高いことが分かる。熱交換器出口のブロー水温度は９５℃未満でないと、蒸気振動により破損事故が生ずるおそれがある。
次に、中型の熱交換器（HOT‐1600）を１台用いた場合においても、やはり熱交換器出口のブロー水温度が１０４℃と９５℃以上であることが分かる。
また、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合にも、熱交換器出口のブロー水温度は９９℃と９５℃以上となってしまった。
これに対して、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が小さいにもかかわらず、熱交換器出口のブロー水温度を９１℃とより低くすることができた。このときの熱交換量は７２５００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。
さらに、小型の熱交換器（HOT‐600）を３台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が若干大きくなるものの、熱交換器出口のブロー水温度を８５℃と著しく低くすることができた。このときの熱交換量は７６２００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。また、このように小型の熱交換器（HOT‐600）を３台直列に設置した本発明の場合には、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合と比べても、総伝熱面積が大きくなるものの、熱交換器出口のブロー水温度を低くすることができ、しかも熱交換量を大きくすることができた。
【００２５】
実施例３
給水温度が高く、ブロー水の蒸気化を避けるために、従来はブロー水の熱回収を諦めていたボイラに対し、図２に示すようにして小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置して熱回収を試みた。その結果、大きな熱回収が可能となった。
即ち、ブロー水量８００Ｌ／ｈ、給水量１２０００Ｌ／ｈ、給水（入口）温度８０℃、ブロー水温度１８３℃、ボイラ圧力１ＭＰaの条件にて、１日に８時間、月に２２日間、１年間運転（年間１２ヶ月×２２日×８時間／日運転）のボイラについて、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置して熱回収を試みたところ、熱交換器出口のブロー水温度は８３℃となり、Ａ重油換算で７１万円／年の熱回収ができた。
また、特に、近年の厳しく二酸化炭素排出削減を求める状況にあって、Ａ重油換算で６４．５トン／年の削減にも貢献できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施している熱交換型ブロー装置の一態様を示すフロー図である。
【図２】本発明を実施している熱交換型ブロー装置の他の態様を示すフロー図である。
【図３】従来の熱交換型ブロー装置のフロー図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ ボイラ
２ 熱交換器
２Ａ 第１の熱交換器
２Ｂ 第２の熱交換器
３ ブロー水排出管
４ 給水管
５ 給水ポンプ
６ ホットウェルタンク
７ ブロー水排水管
８ ブロー弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ水をブロー（ブローオフ）する際に、このボイラのブロー水とボイラ給水との熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する、熱交換型ブロー方法と装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラを運転する上で、ボイラ水質に起因するボイラの腐食障害、スケール障害、キャリーオーバーによる蒸気純度の低下等の各種障害防止のため、ボイラ水のブロー（連続ブロー）を行う必要がある。
高温のブロー排水に含まれる熱は、そのまま捨ててしまうのは無駄であるばかりか、地球温暖化防止の観点からも見過ごすことができない。
このため、ブロー水から熱を回収し、これをボイラ給水に与える熱交換型ブロー装置が各種提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
この従来の熱交換型ブロー装置においては、ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出している（図３参照）。
通常、ボイラ給水に用いる水の温度は２０〜３０℃の室温レベルであるので、このような熱交換型ブロー装置を用いて熱交換を行って、例えば１７０℃などという高温のブロー水をフラッシングしない安全な９５℃未満の水温まで、例えば７０〜８０℃程度まで低下させて排出しつつ、給水温度を例えば４０℃程度まで上昇させてボイラに導入しており、これにより良好に熱を回収することができる。
【０００４】
しかしながら、近年は熱の回収技術が進み、ボイラの蒸気凝縮水を回収して、これを再度ボイラ給水に利用するなどの手段が講じられていることなどから、熱交換前における給水温度が従来の２０〜３０℃という温度よりかなり高くなる傾向にある。
【０００５】
このような状況下、ボイラ給水の温度が６０℃以上と高い場合、従来の連続ブロー装置では、熱交換器出口におけるボイラブロー水（飽和水）の温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出するためには、非常に大きな伝熱面積をもった大型の熱交換器が必要となってしまうという問題があった。
ここで伝熱面積を大きくとらないと、熱交換器の出口でブロー水が充分に冷却されず、一部が蒸気化し、熱交換器の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷してしまうおそれがある。特に、伝熱管が損傷すると、ボイラブロー水が給水側に漏れ出して、給水出口温度も１００℃を超え、この高温給水が給水ポンプに入り、キャビテーションを起こし、更にはボイラの耐熱性の低い機器類をも膨潤・損傷させ、ボイラプラントが非常停止してしまうことがある。また、給水中にボイラ水が混入することとなり、正常なボイラ給水が事実上不可能となるなど、大きな危険があった。
従って、上記のように給水温度が高い場合には、装置の安全性の面から、或いは装置の大型化（設置スペース）回避の面から、熱の回収は諦めていたのが実情である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１６００３号公報
【特許文献２】特開昭５５−３１２０１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解消し、熱交換器の伝熱面積を増やすことなく、ボイラ給水の温度が、高い場合（例えば６０℃以上）においても、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することのできる熱交換型ブロー方法とその装置と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】
【０００８】
本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意検討を行った結果、驚くべきことに、小型の熱交換器を複数台、しかも直列に設けることにより、大型の熱交換器を１台用いた場合よりも複数台の熱交換器の合計の総伝熱面積を小さくした場合であっても、ボイラ給水の温度が、例えば６０℃以上と高い場合において、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。このように、小型の熱交換器を直列に複数台設けるという発想はこれまで全く見られなかった。
【０００９】
即ち、請求項１に係る本発明は、ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、ボイラ給水の温度が６０℃以上である、請求項１に記載の方法を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、熱交換器出口のブロー水温度が９５℃未満である、請求項１又は請求項２に記載の方法を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、前記熱交換器を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大型の熱交換器１台の場合と比較して、複数台の熱交換器の合計の総伝熱面積を小さくした場合であっても、大きな熱交換（熱回収）が可能となった。
即ち、本発明によれば、より小型の熱交換器を複数台直列に配置して給水−ブロー水間の熱交換を行うことにより、給水量、給水温度、ブロー水量、ブロー水温度から設定される伝熱面積を有する１台の熱交換器を用いた場合と比較して、より小さい伝熱面積でも大きな熱交換が得られる。
その結果、ボイラ給水の温度が、例えば６０℃以上と高い場合においても、熱交換器出口におけるボイラブロー水温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出することが可能となり、ブロー水の一部が蒸気化して熱交換器内の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷するおそれがなくなった。また、その分、装置を小型化することができ、圧力容器としての強度を保つのが容易となり、熱交換器の破損のおそれが少なくなる。
また、本発明によれば、ブロー水から多くの熱を回収することができ、熱回収率が上がることから、ボイラ運転のための燃料費の削減、炭酸ガス排出量の削減という効果が得られる。
さらに、本発明によれば、各熱交換器をより小型にできることで、圧力容器としての強度を保つことが容易となると共に、厚生労働省の圧力容器安全規則における第１種圧力容器の規格から外れて小型圧力容器又は簡易圧力容器の規格で製作・設置することが可能となり、メンテナンスも簡易とすることができる等の実益がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施態様を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明を実施している熱交換型ブロー装置の一態様を示すフロー図である。また、図２は、本発明を実施している熱交換型ブロー装置の他の態様を示すフロー図である。
図中、符号１はボイラであり、符号２は熱交換器である。また、符号３はボイラ１からのブロー水排出管であり、符号４はボイラ１への給水管である。さらに、符号５は給水ポンプであり、符号６はホットウェルタンク（給水タンク）であり、符号７はブロー水排水管であり、符号８はブロー弁である。
【００１２】
給水ポンプ５によりホットウェルタンク（給水タンク）６から吸い上げられた水は、通常は図１に示すように、熱交換器２を経て、給水管４によりボイラ１へ給水される。なお、図１では、熱交換器２とボイラ１との間の給水管４に分岐を設けて、ボイラのブロー水と熱交換したボイラ給水の一部をホットウェルタンク（給水タンク）６に戻し、再び循環させているが、この分岐は必要に応じて省略することもできる。
一方、ボイラ１からのブロー水排出管３が熱交換器２に接続されており、熱交換器２を経て、ブロー水排水管７より排水される。
ここで熱交換器２において、ボイラ１への給水管により供給されたボイラ給水と、ボイラ１からブロー水排出管３により排出されたボイラのブロー水とが接触させられ熱交換される。
その結果、ボイラ給水が予熱されると共にブロー水が冷却されることになる。予熱されたボイラ給水は、給水管４によりボイラ１へ給水される。一方、冷却されたブロー水は、ブロー水排水管７より排水される。但し、予熱されたボイラ給水をホットウェルタンク（給水タンク）６に回収し、再び循環させてもよい。
なお、必要に応じて、図２に示すように、熱交換器２によりボイラのブロー水と熱交換したボイラ給水を一旦ホットウェルタンク（給水タンク）６に入れ（戻し）、ホットウェルタンク（給水タンク）６から給水管４によりボイラ１へ給水することもできる。
【００１３】
ここでボイラ給水の温度が、請求項２に記載したように、６０℃以上、特に８０℃以上と高い場合に、本発明は特に好適に用いることができる。
前記したように、ボイラ給水の温度が６０℃以上と高い場合には、従来の連続ブロー装置では、熱交換器出口におけるボイラブロー水の温度を安全な温度（通常、９５℃未満、好ましくは９０℃未満）まで冷却（熱交換）して排出するためには、非常に大きな伝熱面積をもった大型の熱交換器が必要となってしまうという問題があったが、本発明によれば、そのような従来の問題点を解消できた。
【００１４】
本発明においては、上記した如き熱交換器２を直列に複数台設け、そのような直列に複数台設けた熱交換器２により熱交換を行うことを特徴としている。
図１では、熱交換器を直列に２台設けた例（第１の熱交換器２Ａと第２の熱交換器２Ｂ）を示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて３台以上直列に設けることもできる。例えば、小型の熱交換器を３台以上直列に設けた場合には、大型の熱交換器を１台設けた場合と比べて、熱交換器２の総伝熱面積が若干増加してしまうものの、著しく熱交換器出口のブロー水温度を低下させることができるというメリットがある。
なお、本発明においては、熱交換器２を直列に複数台設けることにより、大きな熱交換（熱回収）を可能としたものである。
本発明においては熱交換器を直列に複数台設けることが必要であって、熱交換器を複数台設けたとしても並列に設けた場合には、本発明の目的を達成することはできない。その理由は定かではないが、熱交換器を直列に複数台設けることによって、より流速を速くすることができることも一因ではないかと考えられる。
ここで熱交換器２中を流れる水の流れには、ブロー水の流れと給水側（ボイラ給水側）の流れとの２つがある。本発明の趣旨からすると、このうちのブロー水の流れから見て、熱交換器２を直列に複数台設けることが必要不可欠ということである。つまりブロー水を熱交換器２に常時直列に流すことが必要であるということであって、給水側（ボイラ給水側）の流れについて、これを常時直列に流すことが絶対不可欠というものではないと考えられる。
従って、圧力損失が大きくなり過ぎるような場合等には、必要に応じて給水側の流れ（ボイラ給水）を熱交換器２に並列に流すことができるような構成を採用することもできる。但し、この場合には、ブロー水及びボイラ給水のいずれも熱交換器２に直列に流した場合と比べて、若干（５％程度）熱回収率が低下してしまうものと考えられる。
【００１５】
本発明においては、直列に複数台設けた熱交換器２の総伝熱面積を、熱交換器１台だけの場合の伝熱面積と比べて、同等乃至それ以下にした場合であっても、より大きな熱交換（熱回収）を行うことができる。つまり、例えば大型の熱交換器１台の代わりに小型の熱交換器２台を直列に設置することにより、総伝熱面積が同等乃至それ以下の場合であっても、より大きな熱交換（熱回収）を行うことができる。
そして本発明によれば、請求項３に記載したように、熱交換器出口のブロー水温度を９５℃未満、より好ましくは９０℃未満とすることができ、ブロー水の一部が蒸気化して熱交換器内の伝熱管、流量計のフロート等に衝撃を与え、機器を損傷するおそれがなくなった。
【００１６】
なお、本発明においては、より小型の熱交換器２を直列に複数台設け、そのような直列に複数台設けた熱交換器２により熱交換を行うこと以外は、基本的には従来公知のブロー方法及びブロー装置により行うことができる。図示されてはいないが、例えば従来公知のブロー装置に設けられている逆止弁が、給水ポンプ５と熱交換器２との間に設けられている。また、ブロー水排水管７の管路には、ボイラ水をブローするためのブロー弁８が設けられている。さらに、従来公知のブロー装置に設けられている運転制御装置を設けることもできる。この運転制御装置により、ブロー８弁を開いてブローするタイミングを制御することができる。
【００１７】
本発明におけるボイラ１としては、従来一般に使用されているボイラだけでなく、近年の熱回収技術が取り入れられたもの、つまりボイラの蒸気凝縮水を回収して、これを再度ボイラ給水に利用する手法が取り入れられたようなものも用いることができる。この場合、熱交換前のボイラ給水温度は、従来一般に使用されているボイラにおける２０〜３０℃という温度よりかなり高く、６０℃以上、特に８０℃以上と高くなっているが、前記したように、本発明はこのような場合に特に好適に用いることができる。
なお、本発明は、ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換させるものであるが、熱を回収する用水は、必ずしもボイラ給水に限られず、他の加熱が必要な用水と、ボイラブロー水との熱交換にも本発明を適用し、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことが可能である。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
本実施例１においては、実際のボイラシステムのブローラインに表１に示す各種熱交換器を図１（本発明）又は図３に示すようにして設置し、給水と熱交換を行った際の、熱交換器出口のブロー水温度、給水出口温度、及び熱交換量を測定した。結果を表１に示す。
なお、ボイラの運転圧力は１ＭＰａ、ブロー水温度は１８３℃、ブロー水量は１２００Ｌ／ｈ、給水温度は７０℃、給水量は１２０００Ｌ／ｈであった。
また、熱交換器は、全てアクアス株式会社製の連続ブロー装置（ミニブロー：アクアス株式会社所有の登録商標）を用いた。型式ＨＯＴ−１２００はブロー水側の最大流量が１２００Ｌ／ｈ、型式ＨＯＴ−１６００はブロー水側の最大流量が１６００Ｌ／ｈ、型式ＨＯＴ−２０００はブロー水側の最大流量が２０００Ｌ／ｈである。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１の結果によれば、給水温度が７０℃と高い本実施例においては、小型の熱交換器（HOT‐1200）を１台用いた場合には、熱交換器出口のブロー水温度が１１１℃と極めて高いことが分かる。熱交換器出口のブロー水温度は９５℃未満でないと、蒸気振動により破損事故が生ずるおそれがある。
次に、中型の熱交換器（HOT‐1600）を１台用いた場合においても、やはり熱交換器出口のブロー水温度が１０４℃と９５℃以上であることが分かる。
また、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合においても、熱交換器出口のブロー水温度を安全な９５℃未満とすることができなかった。これ以上伝熱面積の大きな熱交換器を用いると、第１種圧力容器に該当するおそれがあり、メンテナンスが煩雑となる。
これに対して、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が小さいにもかかわらず、熱交換器出口のブロー水温度を８６℃とより低くすることができた。このときの熱交換量は１１７０００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。
なお、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台並列に設置した場合には、熱交換器出口のブロー水温度は１０２℃であり、９５℃未満とすることはできなかった。
【００２２】
実施例２
本実施例２においても、実際のボイラシステムのブローラインに表２に示す各種熱交換器を図１（本発明）又は図３に示すようにして設置し、給水と熱交換を行った際の、熱交換器出口のブロー水温度、給水出口温度、及び熱交換量を測定した。結果を表２に示す。
但し、本実施例２においては、ボイラの運転圧力は２ＭＰａ、ブロー水温度は２１２℃、ブロー水量は６００Ｌ／ｈ、給水温度は８０℃、給水量は６０００Ｌ／ｈであり、前記実施例１と比べて、給水温度が８０℃とさらに高く、しかもブロー水温度も２１２℃と高いものであった。
また、熱交換器は、全てアクアス株式会社製の連続ブロー装置（ミニブロー：登録商標）を用いた。型式ＨＯＴ−６００はブロー水側の最大流量が６００Ｌ／ｈのものである。他の型式の熱交換器については、実施例１に記載したとおりである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
表２の結果によれば、給水温度が８０℃とさらに高く、しかもブロー水温度も２１２℃と高い本実施例２においては、小型の熱交換器（HOT‐1200）を１台用いた場合には、熱交換器出口のブロー水温度が１１７℃と極めて高いことが分かる。熱交換器出口のブロー水温度は９５℃未満でないと、蒸気振動により破損事故が生ずるおそれがある。
次に、中型の熱交換器（HOT‐1600）を１台用いた場合においても、やはり熱交換器出口のブロー水温度が１０４℃と９５℃以上であることが分かる。
また、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合にも、熱交換器出口のブロー水温度は９９℃と９５℃以上となってしまった。
これに対して、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が小さいにもかかわらず、熱交換器出口のブロー水温度を９１℃とより低くすることができた。このときの熱交換量は７２５００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。
さらに、小型の熱交換器（HOT‐600）を３台直列に設置した本発明の場合には、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べて総伝熱面積が若干大きくなるものの、熱交換器出口のブロー水温度を８５℃と著しく低くすることができた。このときの熱交換量は７６２００ｋｃａｌ／ｈと、大型の熱交換器（HOT‐2000）を１台用いた場合と比べてより大きなものであった。また、このように小型の熱交換器（HOT‐600）を３台直列に設置した本発明の場合には、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置した本発明の場合と比べても、総伝熱面積が大きくなるものの、熱交換器出口のブロー水温度を低くすることができ、しかも熱交換量を大きくすることができた。
【００２５】
実施例３
給水温度が高く、ブロー水の蒸気化を避けるために、従来はブロー水の熱回収を諦めていたボイラに対し、図２に示すようにして小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置して熱回収を試みた。その結果、大きな熱回収が可能となった。
即ち、ブロー水量８００Ｌ／ｈ、給水量１２０００Ｌ／ｈ、給水（入口）温度８０℃、ブロー水温度１８３℃、ボイラ圧力１ＭＰaの条件にて、１日に８時間、月に２２日間、１年間運転（年間１２ヶ月×２２日×８時間／日運転）のボイラについて、小型の熱交換器（HOT‐1200）を２台直列に設置して熱回収を試みたところ、熱交換器出口のブロー水温度は８３℃となり、Ａ重油換算で７１万円／年の熱回収ができた。
また、特に、近年の厳しく二酸化炭素排出削減を求める状況にあって、Ａ重油換算で６４．５トン／年の削減にも貢献できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施している熱交換型ブロー装置の一態様を示すフロー図である。
【図２】本発明を実施している熱交換型ブロー装置の他の態様を示すフロー図である。
【図３】従来の熱交換型ブロー装置のフロー図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ ボイラ
２ 熱交換器
２Ａ 第１の熱交換器
２Ｂ 第２の熱交換器
３ ブロー水排出管
４ 給水管
５ 給水ポンプ
６ ホットウェルタンク
７ ブロー水排水管
８ ブロー弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法。
【請求項２】
ボイラ給水の温度が６０℃以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱交換器出口のブロー水温度が９５℃未満である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、前記熱交換器を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置。
【請求項１】
ボイラ給水とボイラのブロー水とを熱交換器にて接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー方法において、直列に複数台設けた熱交換器により熱交換を行うことを特徴とする熱交換型ブロー方法。
【請求項２】
ボイラ給水の温度が６０℃以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱交換器出口のブロー水温度が９５℃未満である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ボイラからのブロー水排出管を熱交換器に接続し、前記熱交換器にてボイラ給水とボイラのブロー水とを接触させ熱交換を行って、ボイラ給水を予熱すると共にブロー水を冷却し排出する熱交換型ブロー装置において、前記熱交換器を直列に複数台設けたことを特徴とする熱交換型ブロー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１３２９０１（Ｐ２００６−１３２９０１Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２５２１０（Ｐ２００４−３２５２１０）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（０００１０１０４２）アクアス株式会社 (66)
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（０００１０１０４２）アクアス株式会社 (66)
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