(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記緩熱器内に設けられた前記凍結防止用伝熱管は、前記舶用ボイラの圧力が外気圧未満とならないように、伝熱面積が選定されている請求項1から請求項3のいずれかに記載のボイラ水の凍結防止装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、外気温が0℃以下の寒冷地で舶用ボイラが運用されている場合などに、舶用ボイラのメンテナンスが必要となった場合、ボイラの運転を停止することによってボイラ水が凍結してしまうおそれがある。
特に、舶用ボイラが屋外に設置されている場合には、ボイラ水凍結の問題が更に深刻となり、舶用ボイラが運転できない状況に陥るおそれもある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、寒冷地においてボイラの運転を停止した場合でも、ボイラ水の凍結を防止することのできるボイラ水の凍結防止装置及びその方法並びに舶用ボイラシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1態様は、飽和蒸気が流入する過熱器と、前記飽和蒸気を減温する緩熱器と、前記過熱器から前記飽和蒸気を前記緩熱器に導く第1管と、前記緩熱器を通過した前記飽和蒸気を前記過熱器に導く第2管とを備える
外気温が0℃以下の寒冷地で運用され得る舶用ボイラに適用されるボイラ水の凍結防止装置であって、前記緩熱器に設けられ
、前記緩熱器内のボイラ水の凍結を防止する凍結防止用伝熱管と、外部から供給される蒸気を前記凍結防止用伝熱管に導く第3管と、前記凍結防止用伝熱管を流通した前記外部から供給された蒸気を外部に導く第4管と、前記舶用ボイラの圧力を計測する圧力計測手段と、前記圧力計測手段の計測値が外気圧
に所定の余裕度を加算した値に設定された所定の閾値以下である場合に、
凍結を注意喚起する報知手段と、を備えるボイラ水の凍結防止装置である。
【0007】
上記構成によれば、外部からの蒸気が緩熱器内に設けられた凍結防止用伝熱管を流れ、緩熱器内において熱交換された後に、第4管を通じてドレンタンクに導かれる。このように、凍結防止用伝熱管に蒸気を流入させ、緩熱器内における熱交換によって吸収される蒸気潜熱により、ボイラ水や雰囲気温度を上昇させることができ、ボイラ水の凍結を防止することが可能となる。また、舶用ボイラのメンテナンス中において、ボイラ水が温められた状態を維持できるので、ホットスタンバイ状態とすることができ、舶用ボイラの再起動を円滑にかつ短時間に行わせることが可能となる。
上記「外部から供給される蒸気」とは、上記過熱器管を流通する蒸気以外の蒸気であって、例えば、ボイラが複数台設けられている場合に、他のボイラから供給される蒸気をいう。
上記「緩熱器」は、例えば、水ドラムである。
【0008】
上記ボイラ水の凍結防止装置は、前記第1管に設けられた第1弁と、前記第2管に設けられた第2弁と、前記第3管に設けられた第3弁と、前記第4管に設けられた第4弁と、前記舶用ボイラの運転中において、前記第1弁及び前記第2弁を開き、前記第3弁及び前記第4弁を閉じ、前記舶用ボイラの凍結防止運転中において、前記第1弁及び前記第2弁を閉じ、前記第3弁及び前記第4弁を開く制御手段とを具備することとしてもよい。
【0009】
上記構成によれば、舶用ボイラの運転中においては、第1弁及び第2弁が開かれ、第3弁及び第4弁が閉じられるので、過熱器管から緩熱器管への蒸気の流入が許可される一方で、凍結防止用伝熱管への蒸気の流入が遮断される。また、舶用ボイラの凍結防止運転中においては、第1弁及び第2弁が閉じられ、第3弁及び第4弁が開けられる。これにより、過熱器管から緩熱器管への蒸気の流入が遮断される一方で、凍結防止用伝熱管への蒸気の流入が許可される。これにより、相互の運転において、緩熱器内における蒸気の干渉を回避することができる。
【0010】
上記ボイラ水の凍結防止装置において、前記第4管には、前記第4弁よりも蒸気流れの下流側にドレントラップが設けられていてもよい。
【0011】
このように、ドレントラップを設けるので、蒸気をドレン化することができ、蒸気の潜熱を有効に回収することが可能となる。
【0012】
上記ボイラ水の凍結防止装置において、前記緩熱器内に設けられた前記凍結防止用伝熱管は、前記舶用ボイラの圧力が外気圧未満とならないように、伝熱面積が選定されることが好ましい。
【0013】
ボイラ水は、飽和温度に保たれている。従って、大気圧以上の圧力があれば、ボイラ水の温度は0℃以上で維持されている状態となる。よって、舶用ボイラの圧力を外気圧以上に維持することにより、温度管理を容易に行うことが可能となる。また、舶用ボイラの圧力を外気圧以上に維持することにより、外気がボイラ内部に吸い込まれることを防止することができる。これにより、外気による鋼材の腐食(酸化)を防止することが可能となる。
【0014】
上記ボイラ水の凍結防止装置において、前記凍結防止用伝熱管として、前記緩熱器内に設置された緩熱器管を利用することとしてもよい。
【0015】
このように、凍結防止用伝熱管として緩熱器管を用いることにより、舶用ボイラの運転時と凍結防止運転時とで、緩熱器内に設けられた伝熱管を共有化することができる。これにより、追加の構成装置・部品数を低減させることができ、装置の小型化、コストの低減を図ることが可能となる。
【0016】
上記ボイラ水の凍結防止装置は、前記舶用ボイラ
の圧力を計測する圧力計測手段と、前記圧力計測手段の計測値が外気圧以上に設定された所定の閾値以下である場合に、その旨を通知する報知手段とを更に備えていてもよい。
【0017】
このように、舶用ボイラ
の圧力が外気圧以上に設定された所定の閾値以下となった場合には、速やかにその旨が報知されるので、早期の対応が可能となる。舶用ボイラの
圧力は、例えば、ボイラ蒸気ドラムに設置された圧力センサで監視可能である。所定の閾値は、例えば、外気圧に所定の余裕度(例えば、0.5barg)を加算した値に設定される。
【0018】
本発明の第2態様は、上記のボイラ水の凍結防止装置を備える舶用ボイラシステムである。
【0019】
本発明の第3態様は、
外気温が0℃以下の寒冷地で運用され得る舶用ボイラに適用されるボイラ水の凍結防止方法であって、前記舶用ボイラが運転を停止している場合において、緩熱器内に設けられている緩熱器管または前記緩熱器管とは異なるとともに、前記緩熱器内に設けられている凍結防止用伝熱管に対して、外部から蒸気を送り込むことにより、
前記緩熱器内のボイラ水の凍結を防ぎ、前記舶用ボイラの圧力を計測し、計測値が外気圧
に所定の余裕度を加算した値に設定された所定の閾値以下である場合に、
凍結を注意喚起するボイラ水の凍結防止方法である。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、寒冷地において舶用ボイラの運転を停止した場合でも、ボイラ水の凍結を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に、本発明の一実施形態に係るボイラ水の凍結防止装置及びその方法並びに舶用ボイラシステムについて、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る舶用ボイラシステムは、舶用ボイラに対して、ボイラ水の凍結防止装置が追加された構成とされる。
以下、舶用ボイラとして二胴水管式ボイラを例示し、二胴水管式ボイラにボイラ水の凍結防止装置が設けられた場合の実施形態について説明する。
【0023】
まず、
図1及び
図2を用いて、二胴水管式ボイラの構成について簡単に説明する。
図1は、本実施形態に係る舶用ボイラ1の全体概略構成を示した図、
図2は、過熱器周りの蒸気系統を概略的に示した図である。
図1に示すように、舶用ボイラ1は、火炉11を備えている。火炉11の壁部には、水が通過する水冷壁12が配置されている。火炉11の上面には蒸気ドラム13が、底面には水ドラム14が配置されている。蒸気ドラム13と水ドラム14とは、水冷壁12及び蒸気管群15によって接続されている。
蒸気ドラム13は、飽和蒸気管16により、蒸気ドラム13で発生する飽和蒸気を過熱するための過熱器20と接続されている。
【0024】
図1及び
図2に示すように、過熱器20は、第1過熱器ヘッダ21と第2過熱器ヘッダ22と、第1過熱器ヘッダ21と第2過熱器ヘッダ22との間に逆U字形に設置された過熱器管23を備えている。蒸気ドラム13からの飽和蒸気は、第1過熱器ヘッダ21と第2過熱器ヘッダ22との間を行き来することにより、火炉11からの火炎ふく射熱と燃焼ガスによって過熱されて過熱蒸気となる。過熱蒸気は、例えば、蒸気タービン、蒸気を動力源とする機器、あるいは本船のプロセス蒸気として供給される。
【0025】
図2に示すように、過熱器20の出口付近には、過熱器20から出力される過熱蒸気の温度を計測するための温度センサ46が設けられている。
負荷に供給される過熱蒸気の温度は、負荷側から要求される所定の温度で一定に制御される必要がある。このため、過熱器管23には、過熱器20を流通する過熱蒸気の全部または一部を水ドラム(緩熱器)14内に設けられた緩熱器管30を経由させることにより減温して、再び過熱器20に戻す緩熱ライン40が設けられている。緩熱器管30は、例えば、水ドラム14内に設置された伝熱管群である。
【0026】
緩熱ライン40は、過熱器管23に設けられた分岐点aと緩熱器管30の一端とを接続する第1管41と、過熱器管23において分岐点aよりも蒸気流れの下流側に設けられた合流点bと緩熱器管30の他端とを接続する第2管42とを備えている。更に、第1管41と第2管42との間には、水ドラム14をバイパスするバイパス管43が接続されている。バイパス管43には、バイパスさせる過熱蒸気流量を調整する機構として、例えば、オリフィス44あるいは流量制御弁等が設置されている。更に、緩熱ライン40において、合流点bより過熱蒸気流れの上流には、緩熱器管30を流れる過熱蒸気量を制御するための制御弁45が設置されている。
緩熱器管30を流通する過熱蒸気量は、制御弁45の開度とバイパス管43に設けられたオリフィス44による圧力損失とのバランスによって決定される。
【0027】
制御部50は、温度センサ46からの計測値を取得し、この計測値が負荷側から要求される温度で一定となるような制御弁45の弁開度を演算し、制御弁45を制御する。
【0028】
このような構成を有する舶用ボイラ1において、水ドラム14内のボイラ水は、水冷壁12および蒸気管群15を流通することにより燃焼ガスによって加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム13内で気水分離が行われる。飽和蒸気は、飽和蒸気管16を介して過熱器20の第1過熱器ヘッダ21に導かれる。第1過熱器ヘッダ21に導かれた飽和蒸気は、過熱器管23を流通することにより過熱され、更に、その一部が緩熱ライン40の第1管41を通じて水ドラム14内に設けられた緩熱器管30に送られることにより、減温される。減温後の過熱蒸気は、緩熱ライン40の第2管42を流通した後に、合流点bにおいてバイパス管43を流通した過熱蒸気と合流し、再び過熱器20に戻される。
このとき、過熱器20の出口蒸気温度が所定の温度で一定となるように、制御弁45の開度が制御部50によって制御されることにより、緩熱器管30を通過する過熱蒸気量が調整される。過熱器20から送出された、温度が調整された過熱蒸気は、後段に設けられているタービン蒸気を動力源とする機器、あるいは船内プロセス蒸気として利用される。
【0029】
上記構成を備える舶用ボイラ1には、舶用ボイラ1の運転停止時におけるボイラ水の凍結を防止するためのボイラ水の凍結防止装置60が設けられている。
ボイラ水の凍結防止装置60は、水ドラム14内に設けられた凍結防止用伝熱管61と、外部から供給される蒸気を凍結防止用伝熱管61に導く第3管62と、凍結防止用伝熱管61を流通した蒸気をドレンタンク(図示略)に導く第4管63とを備えている。
【0030】
ここで、本実施形態においては、凍結防止用伝熱管61として、舶用ボイラ1が有している緩熱器管30を利用する場合を例示しているが、これに代えて、水ドラム14内に設置されている緩熱器管30とは別に、凍結防止用伝熱管61を設けることとしてもよい。凍結防止用伝熱管61として緩熱器管30を利用することにより、追加の構成装置及び部品数を減らすことができ、コストの低減や装置の小型化を図ることが可能となる。
ここで、凍結防止用伝熱管61は、舶用ボイラ1の圧力が外気圧未満とならないように、伝熱面積が選定されている。
【0031】
ボイラ水の凍結防止装置60は、緩熱ライン40における第1管41に設けられた第1止弁71、第2管42に設けられた第2止弁72、第3管62に設けられた第3止弁73、第4管63に設けられた第4止弁74、第4管63において第4止弁74よりも蒸気流れの下流側に設けられたドレントラップ75とを備えている。また、バルブ開閉位置のインターロックを更に備える構成としてもよい。
これら第1止弁71〜第4止弁74は、例えば、凍結防止制御部70によって制御される。
凍結防止制御部70は、舶用ボイラ1の運転中において、第1弁71及び第2弁72を全開に、第3弁73及び第4弁74を全閉にするとともに、舶用ボイラ1の運転停止中、かつ、ボイラ水の凍結防止運転中において、第1弁71及び第2弁72を全閉に、第3弁73及び第4弁74を全開にする。
【0032】
これにより、舶用ボイラ1の運転中には、第1弁71及び第2弁72が開かれ、第3弁73及び第4弁74が閉じられるので、過熱器管23から緩熱器管30への蒸気の流入が許可される一方で、凍結防止用伝熱管61への外部からの蒸気の流入が遮断される。また、舶用ボイラ61の凍結防止運転中においては、第1弁71及び第2弁72が閉じられ、第3弁73及び第4弁74が開けられる。これにより、過熱器管23から緩熱器管30への蒸気の流入が遮断される一方で、凍結防止用伝熱管61への外部からの蒸気の流入が許可される。これにより、相互の運転において、水ドラム14内における蒸気の干渉を回避することができる。
【0033】
また、舶用ボイラ1には、ボイラの蒸気ドラム圧力
(舶用ボイラの圧力)を計測する圧力センサ(図示略)が設けられている。凍結防止制御部70は、ボイラ水の凍結防止運転時において、ボイラの蒸気ドラム圧力が外気圧以上に設定された所定の閾値(例えば、外気圧+0.5 barg)以下となることを防止するために、圧力センサの計測値が所定の閾値以下となった場合に、その旨をエラーとして報知する機能を有している(報知手段)。例えば、凍結防止制御部70は、警報を鳴らしたり、エラーランプを点灯させたりする。
【0034】
このような構成を備えるボイラ水の凍結防止装置60において、ボイラ水の凍結防止の開始情報が入力された場合には、以下の処理が行われる。ここで、ボイラ水の凍結防止の開始情報は、舶用ボイラ1の運転停止中であり、かつ、外気温が低くボイラ水の凍結が心配される場合に、作業員によって起動スイッチが操作されることにより、または自動制御により、入力される情報である。
このような起動開始の情報が入力されると、凍結防止制御部70は、第1止弁71及び第2止弁72を全閉とし、第3止弁73及び第4止弁74を全開とする。これにより、緩熱器管30と過熱器管23とを繋ぐ管路が遮断される。
【0035】
この状態において、外部(例えば、ボイラが複数台設けられている場合における他のボイラ)から第3管62に蒸気が導入され、この蒸気が水ドラム14内に設けられた凍結防止用伝熱管61を流れ、水ドラム14内で熱交換された後に、第4管63を通じてドレンタンクに導かれる。このように、凍結防止用伝熱管61に蒸気を流入させ、水ドラム14内における熱交換によって吸収される蒸気潜熱によりボイラ水の温度が上昇させられ、ボイラ水の凍結を防止する。また、第4管63において、第4止弁74よりも蒸気流れの下流側にドレントラップ75が設置されているので、蒸気をドレン化することができ、蒸気の潜熱を有効に回収することが可能となる。
【0036】
例えば、このときの蒸気条件の仕様の一例は以下の通りである。
ボイラ外気温度(雰囲気温度) -5 degree C
緩熱器管に供給される蒸気条件 8 barg × 180 degree C
ボイラ保持圧力 約5 barg、蒸気消費量 約0.5t/h
【0037】
また、このようなボイラ水の凍結防止運転が実施されている場合において、
蒸気ドラム圧力が計測されて、凍結防止制御部70に与えられる。凍結防止制御部70は、
蒸気ドラム圧力が外気圧未満であるか否かを逐次監視し、
蒸気ドラム圧力が外気圧未満とならないようにする。また、何らかの原因で
蒸気ドラム圧力が外気圧以上に設定されている所定の閾値以下となった場合は、速やかにその旨を報知する。これにより、
蒸気ドラム圧力が所定の閾値以下であることを作業員に速やかに伝えることができ、迅速な対応を促すことができる。
【0038】
そして、舶用ボイラ1のメンテナンス等が終了し、舶用ボイラ1の運転再開の指示が入力されると、凍結防止制御部70は、ボイラ水の温度が運転再開に必要とされる温度に達しているか否かを判定する。この結果、温度が達している場合には、第3止弁73及び第4止弁74を全閉とする。そして、凍結防止用伝熱管61への蒸気流入が完全に遮断された後に、第1止弁71及び第2止弁72を全開とする。これにより、舶用ボイラ1の運転開始が可能な状態となる。
【0039】
以上説明したように、本実施形態に係るボイラ水の凍結防止装置及びその方法並びに舶用ボイラシステムによれば、舶用ボイラ1の運転停止時においては、外部からの蒸気を水ドラム14内に設けられた凍結防止用伝熱管61に供給するので、この潜熱によりボイラ水の温度を上昇させることができ、ボイラ水の凍結を防止することができる。また、舶用ボイラ1の運転停止時においても、ボイラ水が温められている状態を維持することができるので、舶用ボイラ1をホットスタンバイ状態に維持できる。従って、舶用ボイラ1の再起動を速やかに行わせることが可能となる。
更に、凍結防止用伝熱管として緩熱器管を用いることにより、舶用ボイラの運転時と凍結防止運転時とで、緩熱器内に設けられた伝熱管を共有化することができる。これにより、追加の構成装置・部品数を低減させることができ、装置の小型化、コストの低減を図ることができる。
【0040】
なお、本実施形態では、凍結防止制御部70が第1止弁71〜第4止弁74の制御を行うこととしたが、凍結防止制御部70の機能を、他のボイラ制御装置に設けることとしても良い。このように制御機能を統合することにより、制御部間の通信を不要とすることができるとともに、追加の構成を減らすことができ、コストの低減や装置の小型化を図ることが可能となる。
【0041】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施が可能である。