説明

蒸気ボイラ装置

【課題】 小型貫流ボイラを備える蒸気ボイラ装置のドレン配管の防食を、薬剤を用いることなく、かつ効果的に行うこと。
【解決手段】 給水タンク2を有する給水装置3と、前記給水装置3からのボイラ給水を加熱して蒸気を発生する小型貫流ボイラ4と、蒸気を利用する負荷装置5と、蒸気を負荷装置5に対して供給するための蒸気配管6と、負荷装置5の下流に設けたスチームトラップ7と、スチームトラップ7で分離されたドレン水を給水タンク2へ回収するためのドレン配管8とを備える蒸気ボイラ装置であって、スチームトラップ7直後のドレン配管8において、ドレン配管8にドレン水が流通状態のとき、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度になるように酸素を注入する酸素注入装置9を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蒸気ボイラ装置、特に、ボイラ給水を蒸気ボイラへ供給して加熱し、それにより発生する蒸気を利用すると共に、蒸気が凝縮して得られる復水をボイラ給水と混合して再利用する蒸気ボイラ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の蒸気ボイラ装置は、特許文献1にて知られている。特許文献1のような蒸気ボイラ装置においては、特許文献2のように、ドレン配管に腐食の原因となる炭酸ガスを中和するための中和剤を供給することが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−121942号公報
【特許文献2】特開2008−249283号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この発明が解決しようとする課題は、小型貫流ボイラを備える蒸気ボイラ装置のドレン配管の防食を、薬剤を用いることなく、かつ効果的に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、アルカリ成分を含む補給水をボイラ給水として貯留するための給水タンクを有する給水装置と、前記給水装置からのボイラ給水を加熱して蒸気を発生する小型貫流ボイラと、蒸気を利用する負荷装置と、蒸気を前記負荷装置に対して供給するための蒸気配管と、前記負荷装置において利用された蒸気が凝縮して得られる凝縮水を蒸気とドレン水とに分離するためのスチームトラップと、前記スチームトラップで分離されたドレン水を給水タンクへ回収するためのドレン配管とを備える蒸気ボイラ装置であって、前記スチームトラップ直後のドレン配管において酸素を注入するための注入装置を備え、前記注入装置は、前記ドレン配管にドレン水が流通状態のとき、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度になるように酸素を注入することを特徴としている。
【0006】
請求項1に記載の発明によれば、酸素により前記ドレン配管の防食を行うので、薬剤を用いることなく前記ドレン配管の防食を行うことができる。また、前記注入装置は、前記スチームトラップ直後の配管にて酸素を注入するとともに、ドレンが流通状態のとき、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度になるように酸素を注入するので、防食が必要な前記ドレン配管の防食を効果的に行うことができるという効果を奏する。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ドレン配管は、ドレン水が流通状態のときの流速が0.05〜2.00m/sとなる口径に設定されていることを特徴としている。
【0008】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明による効果に加えて、ドレン水が流通状態のときの流速が0.05〜2.00m/sとなるように構成しているので、流速が無くドレン滞留時の腐食促進を防止できるとともに、流速が高くなることによる腐食促進を防止できるという効果を奏する。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記給水タンクでは、補給水とドレン水の混合により、ボイラ給水の酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/Lに調整されることを特徴としている。
【0010】
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明による効果に加えて、前記給水タンクのボイラ給水の酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/Lに調整されるので、無薬注でボイラ水のpHを11〜12.2に維持して、前記貫流ボイラの缶体の腐食を抑制することができるという効果を奏する。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3において、前記注入装置は、前記小型貫流ボイラからの燃焼中信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断して前記ドレン配管に酸素を注入することを特徴としている。
【0012】
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜3に記載の発明による効果に加えて、簡単な構成により、ドレン水が流通状態のとき前記ドレン配管に酸素を注入することができるという効果を奏する。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜3において、蒸気配管又はドレン配管に流量計を備え、注入装置は、流量計からの流量検出信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断してドレン配管に酸素を注入することを特徴としている。
【0014】
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜3に記載の発明による効果に加えて、ドレン水が流通状態であることを確実に検出して前記ドレン配管に酸素を注入することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【0015】
この発明によれば、小型貫流ボイラを備える蒸気ボイラ装置のドレン配管の防食を、薬剤を用いることなく、かつ効果的に行うという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】この発明の実施例1の蒸気ボイラ装置の概略構成図である。
【図2】同実施例1の制御手順の一部を説明するフローチャート図である。
【図3】同実施例1の制御手順の他部を説明するフローチャート図である。
【図4】同実施例1の制御手順の他部を説明するフローチャート図である。
【図5】この発明の実施例2の蒸気ボイラ装置の概略構成図である。
【図6】同実施例2の制御手順の一部を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、小型貫流ボイラを備える蒸気ボイラ装置に好適に実施される。
【0018】
この実施の形態の蒸気ボイラ装置は、アルカリ成分を含む補給水をボイラ給水として貯留するための給水タンクを有する給水装置と、前記給水装置からのボイラ給水を加熱して蒸気を発生する小型貫流ボイラと、蒸気を利用する負荷装置と、蒸気を前記負荷装置に対して供給するための蒸気配管と、前記負荷装置において利用された蒸気が凝縮して得られる凝縮水を蒸気とドレン水とに分離するためのスチームトラップと、前記スチームトラップで分離されたドレン水を給水タンクへ回収するためのドレン配管とを備えている。前記小型貫流ボイラは、労働安全衛生法によって定義されたボイラである。
【0019】
この実施の形態の特徴とするところは、前記スチームトラップ直後のドレン配管におい
て酸素を注入するための注入装置を備え、前記注入装置は、前記ドレン配管にドレン水が流通状態(流通している状態)のとき、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度になるように酸素を注入する構成にある。
【0020】
この実施の形態においては、前記注入装置により、ドレンが流通状態のとき、前記スチームトラップ直後のドレン配管において酸素が注入され、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度となるように注入量を設定して注入される。その結果、前記ドレン配管の内面に酸化鉄の腐食防止用保護皮膜が形成され、前記ドレン配管の炭酸ガスによる腐食防止が無薬注で効果的に行われる。なお、前記負荷装置と前記スチームトラップの距離が長い場合、前記スチームトラップと前記負荷装置との間に必要に応じて別の注入装置により、酸素を注入するように構成する。この場合、前記スチームトラップの種類によっては、注入した空気がスチームトラップの一時側に溜まってしまう場合がるので、その場合には、前記スチームトラップの上流側にエアベント(自動空気抜き弁)を設置する。
【0021】
前記注入装置は、ON状態で酸素供給源から酸素を注入し、OFF状態で酸素の注入を停止するように構成される。前記酸素供給源は、酸素ボンベまたは圧縮空気供給装置とすることができる。そして、前記注入装置による注入量は、ドレンの溶存酸素濃度が飽和濃度となるように設定可能に構成されている。ドレンの溶存酸素濃度が飽和濃度となる注入量(以下、飽和濃度注入量という。)は、予め実験により求めることができる。また、前記注入装置の注入量は、ON状態で飽和濃度注入量に設定する。
【0022】
「ドレン配管にドレンが流通状態」とは、好ましくは、前記ドレン配管のドレン水の流速が0.05〜2.00m/sである状態をいう。前記ドレン配管は、ドレン水の流速が0.05〜2.00m/sとなるようにその口径が設定される。
【0023】
好ましい流束の下限値「0.05m/s」は、流速がゼロになると腐食が促進されるという実験による知見に基づき設定した。流速を下限値以上とすることにより、腐食促進を防止できる。また、上限値「2.00m/s」は、流速が高いほど腐食が促進されるという知見にもとづき、腐食速度を200mdd(mg/dm・day)以下にするべく設定した値である。上限値および下限値ともに臨界的意義を有するものではない。
【0024】
この実施の形態の蒸気ボイラ装置においては、「ドレン配管にドレンが流通状態」において前記注入装置をONする。このため、「ドレン配管にドレンが流通状態」を検出する必要がある。
【0025】
この検出の手段としては、つぎの二つの方法による検出手段を採用することができる。第一の方法は、前記小型貫流ボイラが燃焼しているときは、前記ドレン配管にドレンが流通していると考えられるので、前記小型貫流ボイラからの燃焼中信号の受信によるドレン流通状態の検出である。前記注入装置は、前記小型貫流ボイラからの燃焼中信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断して前記ドレン配管に酸素を注入する。
【0026】
第二の方法は、蒸気配管又はドレン配管に流量計を備え、流量計からの流量検出信号の受信によるドレン流通状態の検出である。前記注入装置は、前記流量計からの流量検出信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断して前記ドレン配管に酸素を注入する。
【0027】
前述のように、この実施の形態は、前記ドレン配管の防食を無薬注で行うように構成している。この実施の形態は、好ましくは、前記小型貫流ボイラの缶体の防食およびスケール付着防止をも無薬注で行うために、前記給水タンクでは、補給水とドレン水の混合により、ボイラ給水の酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/Lに調整され
る。
【0028】
この酸消費量の下限値「20mgCaCO/L」は、無薬注でボイラ給水のpHを11〜12.2,好ましくは、11.0〜11.8に維持するために必要な濃度である。また、上限値「100mgCaCO/L」は、酸消費量が高いほど前記缶体でのスケール付着量が増加するので、臨界的意義はないが実用的な観点から設定した濃度である。
【0029】
こうして、ボイラ給水の酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/Lに調整されることにより、前記小型貫流ボイラの缶体の防食を行うことができる。
【0030】
前記酸消費量の調整は、補給水とドレン水との混合割合により制御される。この制御は、特許文献1に記載の制御を用いることができる。
【実施例1】
【0031】
(実施例1の構成)
図1を参照して、本発明の実施例1に係る蒸気ボイラ装置1を説明する。この蒸気ボイラ装置1は、アルカリ成分(酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/L)を含む補給水をボイラ給水として貯留するための給水タンク2を有する給水装置3と、給水装置3からのボイラ給水を加熱して蒸気を発生する小型貫流ボイラ(以下、単に蒸気ボイラという。)4と、蒸気を利用する負荷装置5と、蒸気を負荷装置5に対して供給するための蒸気配管6と、負荷装置5において利用された蒸気が凝縮して得られる凝縮水を蒸気とドレン水とに分離するためのスチームトラップ7と、スチームトラップ7で分離されたドレン水を給水タンク2へ回収するためのドレン配管8と、スチームトラップ7直後のドレン配管8において酸素を注入するための酸素注入装置(以下、単に注入装置という。)9を備えている。
【0032】
給水装置3は、蒸気ボイラ4へボイラ給水を供給するためのものであり、注水管10、給水タンク2および給水管11を主に備えている。注水管10は、水道水、工業用水若しくは地下水等の水源から供給される原水が貯留されている原水タンク(図示せず)から給水タンク2へ補給水を供給するためのものであり、軟水化装置12を設けている。
【0033】
軟水化装置12は、原水タンクからの補給水をナトリウム型陽イオン交換樹脂により処理し、補給水に含まれる硬度分、すなわち、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンをナトリウムイオンに置換して軟化水へ変換するためのものである。
【0034】
給水タンク2は、注水管10からの補給水を蒸気ボイラ4へ供給するボイラ給水として貯留するためのものである。因みに、注水管10から給水タンク2へ供給される補給水は、原水中の塩類が軟水化装置12での軟水化によりナトリウム塩となったもの、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムおよびけい酸ナトリウムなどのアルカリ成分を含んでいる。
【0035】
給水管11は、給水タンク2から延びかつ蒸気ボイラ4に連絡しており、給水タンク2内に貯留されたボイラ給水を蒸気ボイラ4へ送り出すための給水ポンプ14を有している。
【0036】
また、給水配管11には、脱酸素装置13を設けている。この脱酸素装置13は、軟水化装置12で得られた軟化水中に含まれる溶存酸素および注入装置9により注入された回収ドレン中の溶存酸素を除去するためのものである。そして、この脱酸素装置13は、通常、分離膜を用いて溶存酸素を除去する形式のもの、軟化水を減圧環境下において溶存酸素を除去する形式のもの、若しくは、軟化水を加熱して溶存酸素を除去する形式のものな
どの各種の形式のものが用いられる。また、この脱酸素装置13は、好ましくは、給水ポンプ14停止時に循環路13Aにより被処理水を循環して処理するように構成する。
【0037】
ドレン配管8および蒸気ボイラ4の缶体を構成する伝熱管(図示省略)は、非不動態化金属を用いて形成されている。非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属をいい、通常はステンレス鋼、チタン、アルミニウム、クロム、ニッケルおよびジルコニウム等を除く金属である。具体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅および銅合金等である。
【0038】
また、ドレン配管8は、負荷装置5から給水タンク2へ延びており、スチームトラップ7を有している。また、ドレン配管8は、スチームトラップ7の下流側において、給水タンク2へ連絡する回収管81と、廃棄管82とに分岐している。回収管81と廃棄管82との分岐点には切替弁15が設けられている。この切替弁15は、回収管81および廃棄管82のいずれか一方を選択するためのものである。なお、特許文献1と同様に、廃棄管82を流れる復水は、給水タンク2の給水を循環させて間接加熱する給水加熱器(図示省略)へ流れた後、廃棄されるように構成されている。
【0039】
注入装置9は、この実施例1では、圧縮空気供給装置(図示省略)とし、ON状態で空気注入管16からドレン配管8内へ空気(酸素)を注入し、OFF状態で空気の注入を停止するように構成されている。この注入装置9による注入量は、スチームトラップ7下流のドレン配管8内のドレンの溶存酸素濃度が飽和濃度となるように設定可能に構成されている。
【0040】
蒸気ボイラ装置1の第一制御器17は、蒸気ボイラ4の燃焼や給水ポンプ14などを制御する第二制御器18からの信号,給水タンク2内のボイラ給水の酸消費量(pH4.8)濃度(アルカリ成分濃度)を検出する濃度センサ19からの信号,給水タンク2内の水位を検出する水位センサ20からの信号などを入力して、注入装置9,切替弁15などを予め記憶した制御手順に基づき制御する。この制御手順には、図2に示す注入装置9の制御手順と、図3に示す酸消費量(pH4.8)濃度の制御手順と、図4に示す給水タンク2の水位制御手順とを含んでいる。
【0041】
(実施例1の動作)
次に、上述の蒸気ボイラ装置1の動作を図面に基づき説明する。まず、蒸気ボイラ装置1の全体的な動作を説明する。図1を参照して、今、注水管10から供給され、軟水化装置12にて処理された軟水が給水タンク2内に、第一設定水位L(強制的軟水補給水位)より高く、第二設定水位H(>L)(満水状態の水位)より低くい状態で補給されているとする。この給水タンク2に貯留される補給水は、アルカリ成分を含んでいる。
【0042】
この状態で、蒸気ボイラ4が燃焼運転され、給水ポンプ14が駆動されると、給水タンク2に貯留されたボイラ給水は、給水管11を通じて蒸気ボイラ4へ供給される。蒸気ボイラ4へ供給されたボイラ給水は、蒸気ボイラ4内で加熱され、蒸気となって、蒸気配管6を通じて負荷装置5へ供給される。負荷装置5へ供給された蒸気は、負荷装置5を通過する際に潜熱を失って一部が凝縮水に変わり、ドレン配管8へ流れ、スチームトラップ7において蒸気と水とが分離されて高温の復水になる。
【0043】
図2を参照して、処理ステップS1(以下、処理ステップSNは、単にSNと称する。)において、蒸気ボイラ4の燃焼により、YESが判定され、注入装置9がONして、スチームトラップ7の直後のドレン配管8へ空気が注入される。注入装置9による注入量は、スチームトラップ7下流のドレン配管8内のドレンの溶存酸素濃度が飽和濃度となるように設定されており、ドレン配管8の内面に酸化鉄の腐食防止用保護皮膜が効果的に形成
される。その結果、ドレン配管8の炭酸ガスによる腐食防止が無薬注で行われる。
【0044】
蒸気ボイラ4の燃焼が停止すると、S1にてNOが判定され、S3へ移行して、注入装置9をOFFする。これは、ドレン配管8の流速がゼロになると腐食が促進されるので、注入装置9をOFFするものである。蒸気ボイラ4が燃焼停止すると、蒸気の供給が停止され、ドレンの流れが停止するという因果関係に基づく。
【0045】
こうした注入装置9によるドレン配管8の腐食防止の動作とは別に図3に示す酸消費量(pH4.8)濃度および図4に示す水位制御の動作が行われる。以下に、この動作を説明する。
【0046】
図3を参照して、S11において、濃度センサ19にて、酸消費量(pH4.8)濃度が下限値以上かどうかを判定する。YESが判定されると、S12へ移行して、切替弁15を回収管81側へ切り替える。S11において、NOが判定される,すなわち酸消費量(pH4.8)濃度が下限値未満であると、S13へ移行して切替弁15を廃棄管82側へ切り替えて、復水を給水タンク2へ流れ込まないように、給水タンク2外へ排出する。そして、S14で、酸消費量(pH4.8)濃度が下限値+α(ディファレンシャル)以上かどうかを判定する。NOが判定されると、S13の処理が続行され、YESが判定されると、S12へ移行して、切替弁15を回収管81側へ切り替える。
【0047】
つぎに、図4を参照して、S21にて、給水タンク2の水位が第一設定水位L以下かどうかが判定される。YESが判定されると、S22へ移行して、第一制御器17は、軟水化装置12を通水作動状態とするとともに、注水管10に設けた給水ポンプ(図示省略)を駆動して、給水タンク2への軟水の補給を開始する。
【0048】
S23で、給水タンク2の水位が、第二設定水位H以上かどうかが判定される。YESが判定されると、S24へ移行して、第一制御器17は、注水管10に設けた給水ポンプ(図示省略)を停止して、給水タンク2への軟水の補給を停止する。S23で、NOが判定されるとS22で軟水の補給を続行する。
【0049】
こうして、給水タンク2内の水位は、第一設定水位Lと第二設定水位Hの間に維持される。また、給水タンク2内の給水の酸消費量(pH4.8)濃度が下限値(20mgCaCO/L)以上に維持される。
【0050】
この実施例1によれば、注入装置9による空気(酸素)注入により、スチームトラップ7下流のドレン配管8の炭酸ガスによる腐食防止を無薬注で行うことができる。また、給水タンク2内のボイラ給水の酸消費量(pH4.8)濃度を下限値(20mgCaCO/L)以上に維持することができ、ボイラ給水は、JIS B8223:2006で規定された、蒸気ボイラ4内部を腐食しにくいpH範囲(11.0〜11.8)に設定されるため、蒸気ボイラ4は、腐食防止用の薬剤を添加しなくても、蒸気ボイラ4の伝熱管等の腐食が効果的に抑制される。
【実施例2】
【0051】
この発明は、実施例1に限定されるものではなく、図5および図6に示す実施例2を含むものである。以下、実施例2において、実施例1と異なる構成のみ説明し、同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0052】
この実施例2は、図5に示すように、ドレン配管8にドレン配管8内のドレンの流量を計測する流量計21を設けている。そして、第一制御器17は、図6に示す制御手順により、S31において、流量計21からの流量検出信号の受信により、ドレン水が流通状態
であるかどうかを判定する。S31にてドレン水が流通状態であると判定すると、S32へ移行して注入装置9をONして、ドレン配管8に空気を注入する。S31で,NOが判定されると、S33へ移行して、注入装置9をOFFする。この実施例2においても図3に示す酸消費量(pH4.8)濃度および図4に示す水位制御の動作が行われる。
【符号の説明】
【0053】
1 蒸気ボイラ装置
2 給水タンク
4 小型貫流ボイラ
5 負荷装置
7 スチームトラップ
8 ドレン配管
9 酸素注入装置(注入装置)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ成分を含む補給水をボイラ給水として貯留するための給水タンクを有する給水装置と、前記給水装置からのボイラ給水を加熱して蒸気を発生する小型貫流ボイラと、蒸気を利用する負荷装置と、蒸気を前記負荷装置に対して供給するための蒸気配管と、前記負荷装置において利用された蒸気が凝縮して得られる凝縮水を蒸気とドレン水とに分離するためのスチームトラップと、前記スチームトラップで分離されたドレン水を給水タンクへ回収するためのドレン配管とを備える蒸気ボイラ装置であって、
前記スチームトラップ直後のドレン配管において酸素を注入するための注入装置を備え、
前記注入装置は、前記ドレン配管にドレン水が流通状態のとき、ドレン水の溶存酸素濃度が飽和濃度になるように酸素を注入する、蒸気ボイラ装置。
【請求項2】
前記ドレン配管は、ドレン水が流通状態のときの流速が0.05〜2.00m/sとなる口径に設定されている、請求項1に記載の蒸気ボイラ装置。
【請求項3】
前記給水タンクでは、補給水とドレン水の混合により、ボイラ給水の酸消費量(pH4.8)が20〜100mgCaCO/Lに調整される、請求項2に記載の蒸気ボイラ装置。
【請求項4】
前記注入装置は、前記小型貫流ボイラからの燃焼中信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断して前記ドレン配管に酸素を注入する、請求項1〜3のいずれかに記載の蒸気ボイラ装置。
【請求項5】
前記蒸気配管又は前記ドレン配管に流量計を備え、
前記注入装置は、前記流量計からの流量検出信号を受信しているとき、ドレン水が流通状態であると判断して前記ドレン配管に酸素を注入する、請求項1〜3のいずれかに記載の蒸気ボイラ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−107819(P2012−107819A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−257473(P2010−257473)
【出願日】平成22年11月18日(2010.11.18)
【出願人】(000175272)三浦工業株式会社 (1,055)
【Fターム(参考)】