溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)回收在內(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱，控制該反應(yīng)器內(nèi)的溫度，其中，具備：制冷劑鼓，以氣液平衡狀態(tài)容納有蒸汽及液體制冷劑；除熱部，配設(shè)在所述反應(yīng)器中，通過所述反應(yīng)熱使從所述制冷劑鼓供給的所述液體制冷劑的一部分蒸發(fā)；返回配管，使由所述除熱部產(chǎn)生的蒸汽和液體制冷劑的混相流體返回到所述制冷劑鼓；蒸汽出口配管，將所述制冷劑鼓內(nèi)的蒸汽向系統(tǒng)外供給；以及補給配管，將與排出到所述系統(tǒng)外的蒸汽的量相應(yīng)的補給水量供給至所述返回配管。
【專利說明】溫度控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度控制系統(tǒng),該溫度控制系統(tǒng)通過使汽鼓(steam drum)等制冷劑鼓內(nèi)的溫度均勻，能夠?qū)Ψ磻?yīng)器進(jìn)行細(xì)致的溫度控制。
[0002]本申請對于2011年8月5日在日本申請的特愿2011-171812號主張優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，作為向汽鼓的供水系統(tǒng)，例如有專利文獻(xiàn)I及2所記載的供水系統(tǒng)。在專利文獻(xiàn)I所記載的供水系統(tǒng)中，接受廢氣并從節(jié)煤器經(jīng)由供水管向鼓供給水，通過蒸發(fā)器用的氣液分離裝置進(jìn)行氣液分離而產(chǎn)生蒸汽。但是，在啟動時等低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，節(jié)煤器的供水出口溫度上升而與鼓壓力的飽和溫度相比成為高溫。將這樣的氣水混合物直接供給至鼓的情況下，壓力比鼓內(nèi)壓更高，所以為了防止鼓內(nèi)的氣化，設(shè)置氣水分離用的氣液分離裝置而在鼓內(nèi)進(jìn)行氣水分離。
[0004]此外，在專利文獻(xiàn)2所記載的供水系統(tǒng)中，代替氣液分離裝置而在鼓內(nèi)設(shè)置供水內(nèi)管，在其上半部形成小孔，在下半部形成口徑比該小孔大的透孔，讓蒸汽和供水流出。
[0005]但是，上述的構(gòu)成涉及一般的鍋爐，在補給水的溫度低于汽鼓內(nèi)的蒸汽相的溫度的情況下，在蒸汽相與液相之間產(chǎn)生溫度差。如果向汽鼓的補給水的供水溫度較低，則液相溫度低于飽和溫度，所以若該構(gòu)成應(yīng)用于FT (Fischer Tropsch)反應(yīng)器的溫度控制會導(dǎo)致控制不穩(wěn)定。此外，由于根據(jù)向汽鼓的供水量而液相溫度會降低，所以存在蒸汽產(chǎn)生量變得不穩(wěn)定的問題。
[0006]在此，近年來，作為在FT反應(yīng)器中使用的FT合成反應(yīng)(費托合成反應(yīng))方法之一，開發(fā)了 GTL (Gas To Liquids:液體燃料合成)技術(shù)，該GTL技術(shù)中，對天然氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化而生成以一氧化碳?xì)怏w(CO)和氫氣(H2)為主成分的合成氣體,將該合成氣體作為原料氣體,通過FT合成反應(yīng)(費托合成反應(yīng))合成液體烴，進(jìn)而對該液體烴進(jìn)行氫化和精制，從而制造石腦油(粗汽油)、煤油、輕油、蠟等液體燃料產(chǎn)品。
[0007]在這樣的FT合成反應(yīng)中，反應(yīng)器使用催化劑將氫氣及富一氧化碳?xì)怏w的合成氣體變換為烴。FT合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，并且恰當(dāng)?shù)胤磻?yīng)的溫度域非常小，所以需要一邊回收所產(chǎn)生的反應(yīng)熱，一邊細(xì)致地控制反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度。
[0008]作為上述的使用FT反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)，例如已知圖7所示的系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)100通過泵102將以氣液平衡狀態(tài)貯存在汽鼓101中的水從底部輸送至進(jìn)行費托合成反應(yīng)(放熱反應(yīng))的反應(yīng)器103內(nèi)的除熱管104。然后，通過在反應(yīng)器103中發(fā)生的放熱反應(yīng)所伴隨的反應(yīng)熱，使除熱管104內(nèi)的水一部分蒸發(fā)而進(jìn)行熱回收，該蒸汽及水的二相流體經(jīng)由通往汽鼓101的返回配管105返回到汽鼓101。然后，蒸汽通過蒸汽出口配管107被供給至系統(tǒng)外的蒸汽用戶。
[0009]另一方面，與被供給至系統(tǒng)外的蒸汽相應(yīng)的量的補給水通過補給配管106被補給到汽鼓101內(nèi)。補給水的補給量基于對汽鼓101內(nèi)的水面水平(level)進(jìn)行測定的水平測定部108的測定結(jié)果而被調(diào)節(jié)，以使液面為恒定。
[0010]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:特公平3-53521號公報
[0013]專利文獻(xiàn)2:特開平6-257703號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明所要解決的課題
[0015]但是，在上述的溫度控制系統(tǒng)100中，補給水的補給配管106的開口沉沒在汽鼓101內(nèi)的水面下，所以比重大的較低溫的補給水直接流到汽鼓101的底部，在汽鼓101內(nèi)的蒸汽相與水相之間產(chǎn)生溫度差。于是，汽鼓101的蒸汽相壓力與水相的溫度之間的相關(guān)關(guān)系破壞，存在無法高精度地進(jìn)行溫度控制系統(tǒng)100的控制的缺點。
[0016]本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的在于，提供一種溫度控制系統(tǒng)，通過將汽鼓內(nèi)的氣液溫度維持為飽和溫度，能夠進(jìn)行高精度的溫度控制。
[0017]解決課題所采用的手段
[0018]本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)回收在內(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱并對該反應(yīng)器內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，具備:制冷劑鼓，以氣液平衡狀態(tài)容納有蒸汽及液體制冷劑；除熱部，配設(shè)在反應(yīng)器中，通過反應(yīng)熱使從制冷劑鼓供給的液體制冷劑的一部分蒸發(fā)；返回配管，使由除熱部產(chǎn)生的蒸汽和液體制冷劑的混相流體返回到制冷劑鼓；蒸汽出口配管，將制冷劑鼓內(nèi)的蒸汽向系統(tǒng)外供給；以及補給配管，將與排出到系統(tǒng)外的蒸汽的量相應(yīng)的補給水量向返回配管供給。
[0019]此外，也可以是，還具備:控制機構(gòu)，將反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量除以根據(jù)制冷劑鼓內(nèi)的較高溫度與補給水的較低溫度之差分及制冷劑的物性值(比熱、蒸發(fā)潛熱)而決定的每單位制冷劑量的熱容量，決定補給水量；以及補給水調(diào)整機構(gòu)，根據(jù)由該控制機構(gòu)決定的補給水量，設(shè)定從補給配管向返回配管供給的補給水量。
[0020]此外，優(yōu)選為，由控制機構(gòu)決定的補給水量通過下式來運算。
[0021]WL3 = Q/{CpX (tl — t3) + r}
[0022]其中，
[0023]WL3:補給水量
[0024]Q:所述反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量
[0025]Cp:液體制冷劑的比熱
[0026]tl:所述制冷劑鼓及反應(yīng)器的除熱部內(nèi)的溫度
[0027]t3:補給水的溫度
[0028]r:液體制冷劑的蒸發(fā)潛熱。
[0029]此外，也可以是，在返回配管與補給配管的合流部處，補給配管沿著返回配管內(nèi)的混相流體的行進(jìn)方向與返回配管成銳角角度地進(jìn)行連接。
[0030]此外，也可以是，在補給配管設(shè)有防止蒸汽的逆流的密封部。
[0031]或者，也可以是，在返回配管與補給配管的合流部處，在補給配管上設(shè)有將補給水向返回配管內(nèi)噴霧的噴嘴。[0032]發(fā)明效果
[0033]本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)，在用于使由反應(yīng)器的除熱部產(chǎn)生的蒸汽與液體制冷劑的混相流體返回到制冷劑鼓的返回配管上，設(shè)置用于供給與排出到系統(tǒng)外的蒸汽的量相應(yīng)的補給水量的補給配管，因此，使與排出到系統(tǒng)外的蒸汽量相應(yīng)的補給水量合流至返回配管、并與返回配管內(nèi)的處于飽和溫度的蒸汽直接混合，從而能夠?qū)⒀a給水在供給至制冷劑鼓之前加熱到飽和溫度，能夠?qū)⒅评鋭┕膬?nèi)的氣液溫度始終維持在飽和溫度。
[0034]而且，與直接將補給水向制冷劑鼓供給的以往的溫度控制系統(tǒng)相比，能夠避免構(gòu)造的復(fù)雜化和設(shè)備的大型化，使制冷劑鼓內(nèi)的溫度均勻。
[0035]根據(jù)以上可知，能夠高效地使制冷劑鼓內(nèi)的溫度均勻，所以能夠進(jìn)行高精度且細(xì)致的反應(yīng)器的溫度控制。
[0036]此外，本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)還具備:控制機構(gòu)，將反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量除以根據(jù)制冷劑鼓內(nèi)的較高溫度與補給水的較低溫度之差分及制冷劑的物性值(比熱、蒸發(fā)潛熱)決定的每單位制冷劑量的熱容量，決定補給水量；以及補給水調(diào)整機構(gòu)，根據(jù)所決定的補給水量，從補給配管向返回配管供給補給水；因此，能夠由控制機構(gòu)以使補給水量與供給至系統(tǒng)外的蒸汽流量同等的方式正確地運算補給水量，能夠?qū)⒀a給水量正確地限制為不超過蒸汽流量，能夠可靠地防止因合流部處的全冷凝引起的水槌(ha_ering)現(xiàn)象。
[0037]另外，由控制機構(gòu)決定的補給水量具體地說通過下式來運算，所以補給水量能夠被正確地運算為與供給至系統(tǒng)外的蒸汽流量同等，能夠?qū)⒀a給水量限制為不超過蒸汽流量。
[0038]WL3 = Q/{CpX (tl — t3) + r}
[0039]其中，
[0040]WL3:補給水量
[0041 ] Q:反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量
[0042]Cp:液體制冷劑的比熱
[0043]tl:制冷劑鼓及反應(yīng)器的除熱部內(nèi)的溫度
[0044]t3:補給水的溫度
[0045]r:液體制冷劑的蒸發(fā)潛熱。
[0046]此外，本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)在返回配管與補給配管的合流部，補給配管沿著混相流體的行進(jìn)方向與返回配管成銳角角度地進(jìn)行連接，因此，在使補給配管的補給水和返回配管的蒸汽與液體制冷劑的混相流體合流時，能夠沿著混相流體的流動方向進(jìn)行補給水的供水，所以能夠防止在合流時因補給水與混相流體碰撞的沖擊而發(fā)生水槌現(xiàn)象。
[0047]此外，在補給配管設(shè)有防止蒸汽的逆流的密封部，因此，在補給水的供給量較少的情況下，能夠防止返回配管內(nèi)的蒸汽逆流到補給配管內(nèi)而發(fā)生因冷凝引起的水槌現(xiàn)象。
[0048]此外，在返回配管與補給配管的合流部，在補給配管設(shè)有將補給水向返回配管內(nèi)噴霧的噴嘴，因此，在將補給水從補給配管在合流部向返回配管供給時，只要通過噴嘴將補給水噴霧而使其均等分散地與混相流體的蒸汽接觸，那么就能夠抑制因補給水的不均勻引起的急劇的蒸汽冷凝，從而能夠防止發(fā)生水槌現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】[0049]圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的溫度控制系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。
[0050]圖2是表示實施方式的溫度控制系統(tǒng)中的水和蒸汽的循環(huán)路及其流量和溫度的說明圖。
[0051]圖3是表示第一變形例的反應(yīng)器的返回配管與補給配管的合流部的說明圖。
[0052]圖4是表示第二變形例的反應(yīng)器的返回配管與補給配管的合流部的說明圖。
[0053]圖5是表示第三變形例的反應(yīng)器的返回配管與補給配管的合流部的說明圖。
[0054]圖6是表示實施例中的反應(yīng)器的出口和合流后的返回配管中的蒸汽的比例的變化的圖表。
[0055]圖7是表示以往的溫度控制系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。
【具體實施方式】
[0056]在圖1所示的溫度控制系統(tǒng)I中，在作為制冷劑鼓的汽鼓2中，以氣液平衡狀態(tài)、以飽和溫度例如貯存有水來作為液體制冷劑，在水的液面的上側(cè)以飽和狀態(tài)充滿著蒸汽。在汽鼓2的底部連接有供給配管3，經(jīng)由該供給配管3，通過供水用的泵4將水輸送到進(jìn)行費托合成反應(yīng)(放熱反應(yīng))的FT反應(yīng)器(以下簡稱為反應(yīng)器)5內(nèi)的除熱管(除熱部)7。通過由反應(yīng)器5產(chǎn)生的放熱反應(yīng)所伴隨的反應(yīng)熱，在除熱管7內(nèi)使水一部分蒸發(fā)來回收該反應(yīng)熱。
[0057]此外，由一部分水在除熱管7中蒸發(fā)而得到的蒸汽和水構(gòu)成的二相流體(混相流體)經(jīng)由通往汽鼓2的返回配管8返回汽鼓2，返回配管8的噴出口在汽鼓2內(nèi)的比水面靠上方的蒸汽區(qū)域內(nèi)開口。并且，蒸汽經(jīng)由蒸汽出口配管9被供給至系統(tǒng)外的未圖示的蒸汽用戶。在蒸汽出口配管9設(shè)有用于測定向系統(tǒng)外的蒸汽排出量的蒸汽排出量測定機構(gòu)11。
[0058]進(jìn)而，配設(shè)有用于向汽鼓2補給與供給至系統(tǒng)外的蒸汽排出量相應(yīng)的量的液體制冷劑、例如補給水的補給配管10，補給配管10被連接在返回配管8的中途的合流部6處。由此，較低溫(例如設(shè)為溫度t3)的補給水與在反應(yīng)器5中蒸發(fā)的較高溫(例如設(shè)為溫度tl。tl > t3)的蒸汽在返回配管8內(nèi)直接混合而被加熱，成為飽和溫度。在補給配管10設(shè)有測定補給水的溫度的補給溫度測定部16。
[0059]補給配管10的補給水在返回配管8中成為飽和溫度后被供給至汽鼓2內(nèi)。
[0060]在進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5中設(shè)有測定反應(yīng)器5內(nèi)的溫度的反應(yīng)熱溫度測定部14和計算反應(yīng)熱量Q的反應(yīng)熱量計算部15。
[0061]此外，壓力控制部18基于對進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5內(nèi)的溫度進(jìn)行測定的反應(yīng)熱溫度測定部14的測定結(jié)果來控制汽鼓2內(nèi)的壓力，該壓力控制部18利用級聯(lián)控制來調(diào)節(jié)從蒸汽出口配管9向系統(tǒng)外排出的蒸汽量，從而控制進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5的溫度。另夕卜，反應(yīng)熱溫度測定部14例如也可以具備在反應(yīng)器5中沿上下方向相互分隔地配置的未圖示的多個溫度傳感器，從而能夠測定由這些溫度傳感器測定的各溫度的平均值來作為反應(yīng)器5內(nèi)的溫度。
[0062]汽鼓2內(nèi)的蒸汽相(氣相部)和水相(液相部)處于氣液平衡狀態(tài)，所以汽鼓2的蒸汽相壓力和水相的溫度處于恒定的相關(guān)關(guān)系。因此，在由反應(yīng)熱溫度測定部14測定的反應(yīng)器5內(nèi)的實際溫度相對于進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5的溫度設(shè)定值出現(xiàn)了偏差的情況下，使壓力控制部18工作來變更汽鼓2的蒸汽相壓力。[0063]在此，壓力控制部18具備:蒸汽出口配管9 ;設(shè)于蒸汽出口配管9的壓力調(diào)節(jié)閥19 ;以及通過對壓力調(diào)節(jié)閥19進(jìn)行控制而經(jīng)由蒸汽出口配管9來設(shè)定汽鼓2內(nèi)的壓力的壓力設(shè)定部21。壓力設(shè)定部21被輸入反應(yīng)熱溫度測定部14的溫度測定結(jié)果，壓力設(shè)定部21根據(jù)該溫度測定結(jié)果，計算反應(yīng)器5內(nèi)的實際溫度相對于溫度設(shè)定值的偏差，基于該偏差來控制壓力調(diào)節(jié)閥19，變更汽鼓2的蒸汽相壓力。
[0064]如以上那樣，通過變更汽鼓2的蒸汽相壓力，能夠使汽鼓2內(nèi)的水相的溫度卿，向進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5內(nèi)的除熱管7供給的水的溫度)變化，從而能夠使由除熱管7回收的熱量變化，能夠使進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)器5的溫度接近溫度設(shè)定值。
[0065]另外，在本實施方式中，汽鼓2內(nèi)的水相的溫度能夠通過設(shè)于汽鼓2底部的水相溫度測定部23來測定。在本實施方式中，由汽鼓2、供給配管3、除熱管7及返回配管8構(gòu)成作為液體制冷劑的水循環(huán)的系統(tǒng)。此外，由于在向返回配管8供給補給水，所以汽鼓2內(nèi)的溫度在任何壓力下都始終是飽和溫度，因此能夠細(xì)致且高精度地控制反應(yīng)器溫度。
[0066]此外，在溫度控制系統(tǒng)I中設(shè)有控制機構(gòu)25，該控制機構(gòu)25對補給水量進(jìn)行控制，以使來自補給配管10的補給水量不超過從蒸汽出口排管9向系統(tǒng)外排出的蒸汽量。在該控制機構(gòu)25中，輸入測定汽鼓2內(nèi)的水相溫度的水相溫度測定部23、反應(yīng)熱量計算部15、測定補給配管10內(nèi)的補給水溫度的補給溫度測定部16的各測定值，以使補給水量不超過從蒸汽排出管9排出的蒸汽量的方式運算并決定補給水量。
[0067]運算出的補給水量的數(shù)據(jù)被輸出至設(shè)于補給配管10的流量調(diào)整機構(gòu)26，調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥13的開度來控制補給水量。另外，在汽鼓2中設(shè)有測定汽鼓2內(nèi)的水面水平(液面水平)的水平測定部12，為了防止向汽鼓2的過剩供水(防止過流)，在根據(jù)水平測定部12的測定結(jié)果而輸出的流量調(diào)節(jié)閥13的閥開度小于與上述運算出的補給水量對應(yīng)的閥開度的情況下，選擇該開度。
[0068]通過這些處理，將補給水量控制為不超過蒸汽流量。
[0069]接下來，說明控制機構(gòu)25的補給水量的運算方法的一例。
[0070]如圖2所示，設(shè)由蒸汽出口配管9排出的蒸汽量為WV1、溫度為tl，設(shè)由供給配管3向反應(yīng)器5供給的水的流量為WL4、溫度為tl，設(shè)從反應(yīng)器5向返回管8噴出的蒸汽量為WV2、水的流量為WL2、各溫度為tl，設(shè)從補給配管10向返回配管8供給的水的流量為WL3、溫度為t3，設(shè)從合流后的返回管8返回至汽鼓2的蒸汽量為WVl、水的流量為WL4、各溫度為tl。另外，設(shè)水的流量的單位為kg/h、蒸汽的流量的單位為kg/h、溫度為。C。
[0071]此外，設(shè)反應(yīng)器5中的反應(yīng)熱量為Q (kcal/h)，設(shè)水的蒸發(fā)潛熱為r (kcal/kg)，設(shè)水的比熱為Cp (kcal/kg/0C )ο
[0072]首先，根據(jù)物質(zhì)平衡，由蒸汽出口配管9排出的蒸汽產(chǎn)生量WVl與補給水量WL3相等，所以下式(I)式成立。
[0073]WVl = WL3— (I)
[0074]以下說明導(dǎo)出上述(I)式的順序。
[0075]在圖2中，首先，從汽鼓2供給的溫度tl的水的流量WL4通過在反應(yīng)器5中回收反應(yīng)熱而成為溫度tl的蒸汽流量WV2 +水流量WL2，所以若要表示在反應(yīng)器5中發(fā)生相變的進(jìn)出的物質(zhì)平衡，則成為下述(2)式。
[0076]WL4 = WV2 + WL2— (2)[0077]進(jìn)而，通過從補給配管10供給了補給水量WL3，使得返回配管8與補給配管10的合流部6處的物質(zhì)平衡(供水+相變)成為下式(3)。
[0078]WV2 + WL2 + WL3 = WVl + WL4— (3)
[0079]將(2)式代入(3)式并整理，得到下式。
[0080]WVl = WL3— (I)
[0081]此外，補給水量WL3的溫度為低溫t3，其余為高溫tl(> t3)。在返回配管8和補給配管10的合流部處，由于蒸汽凝聚量=供水預(yù)熱量/蒸發(fā)潛熱，因此，
[0082](WV2 - WVl) Xr = WL3XCpX (tl — t3)...(4)
[0083]反應(yīng)熱量Q與反應(yīng)器5中的蒸汽產(chǎn)生量WV2的關(guān)系如下。
[0084]WV2 = Q/r— (5)
[0085]然后，將式(I)和(5)代入(4)式并整理。
[0086]WL3 = Q/{CpX (tl —t3) + r}…(6)
[0087]這樣，根據(jù)反應(yīng)熱量Q與供水溫度tl、t3的關(guān)系，能夠求出補給水量WL3。
[0088]此外，反應(yīng)熱量Q能夠根據(jù)另外測定/計算出的反應(yīng)器5中的反應(yīng)量或汽鼓2與反應(yīng)器5的溫度差、除熱管的傳熱面積、整體傳熱系數(shù)的乘積來求出。
[0089]本實施方式的溫度控制系統(tǒng)I具有上述構(gòu)成，接下來說明其控制方法。
[0090]例如，通過驅(qū)動供水用的泵4，從汽鼓2向反應(yīng)器5供給溫度tl的水的流量WL4。通過在反應(yīng)器5中發(fā)生的放熱反應(yīng)所伴隨的反應(yīng)熱，使得在除熱管7內(nèi)水流量WL4部分蒸發(fā)而成為溫度tl的蒸汽流量WV2和水的流量WL2的二相，該二相流體(混相流體)通過返回配管8被供給輸送。
[0091]此外，汽鼓2內(nèi)的蒸汽相和水相由于泵4向反應(yīng)器5排出上述的水的流量WL4而水面降低，因此，通過流量調(diào)節(jié)閥13來調(diào)整而被供給由控制機構(gòu)25決定的補給水量WL3。
[0092]另一方面，在補給配管10中，被補給由控制機構(gòu)25決定的較低溫t3的補給水量WL3，在與返回配管8的合流部6處與返回配管8內(nèi)的二相流體(WV2 + WL2)合流。于是，在合流部6處，溫度t3的補給水量WL3在返回配管8內(nèi)與高溫tl的蒸汽WV2直接混合而被加熱，被加熱到飽和溫度tl。此外，在合流部6處一部分蒸汽冷凝，從而使得返回配管8內(nèi)的水的流量與從汽鼓2向供給配管3供給的水流量WL4相同。
[0093]然后，在合流部6以后的返回配管8中，成為溫度tl的蒸汽流量WVl和水的流量WL4，向汽鼓2內(nèi)的水面的上方噴出。
[0094]在此，說明控制機構(gòu)25的補給水量WL3的控制方法。
[0095]向控制機構(gòu)25輸入由測定汽鼓2內(nèi)的水相溫度的水相溫度測定部23測定出的溫度tl、由反應(yīng)熱量計算部15計算出的反應(yīng)熱量Q、由補給配管10的補給溫度測定部16測定出的補給水的溫度t3。然后，在控制機構(gòu)25中，通過上述(6 )式來運算補給水量WL3。
[0096]將該補給水量WL3的運算值輸出至流量調(diào)整機構(gòu)26并使流量調(diào)節(jié)閥13工作，向補給配管10供給補給水流量WL3，在合流部6處在返回配管8中合流后向汽鼓2噴出。
[0097]并且，在汽鼓2內(nèi)，蒸汽相壓力和水相的溫度始終保持為基于氣液平衡狀態(tài)的相關(guān)關(guān)系。
[0098]此外，通過蒸汽出口配管9從汽鼓2內(nèi)向系統(tǒng)外供給蒸汽流量WVl，同時補給水量WL3在與返回配管8的合流部6處與蒸汽和水的二相流體合流后被供給至汽鼓2內(nèi)。而且，通過控制機構(gòu)25，補給水量WL3被控制為與蒸汽流量WVl相等，所以汽鼓2內(nèi)的水面恒定。
[0099]如上述那樣，根據(jù)本實施方式的溫度控制系統(tǒng)1，能夠使與通過蒸汽出口配管9向系統(tǒng)外供給的蒸汽流量WVl相等的較低溫t3的補給水量WL3從補給配管10合流至返回配管8，與返回配管8內(nèi)的處于飽和溫度tl的蒸汽流量WV2直接混合，所以能夠?qū)⒀a給水瞬間加熱而成為飽和溫度。
[0100]因此，能夠?qū)⑵?內(nèi)的氣液溫度始終維持為飽和溫度。結(jié)果，能夠細(xì)致且高精度地控制反應(yīng)器溫度。
[0101]進(jìn)而，通過控制機構(gòu)25，能夠運算成使補給水量WL3與向系統(tǒng)外供給的蒸汽流量WVl同等，將補給水量正確地限制為補給水量WL3不超過蒸汽流量WV1，能夠防止因合流部6處的全冷凝引起的水槌現(xiàn)象。 [0102]在以往的溫度控制系統(tǒng)中，構(gòu)成為將補給水直接供給至汽鼓2，所以補給水的加熱是通過汽鼓2內(nèi)的熱移動(蒸汽的冷凝)來進(jìn)行的，為了將補給水的溫度加熱到飽和溫度，需要在補給配管10內(nèi)將補給水量盡量分割為少量的供水，并需要確保在汽鼓2內(nèi)的充分的滯留時間，導(dǎo)致了構(gòu)造的復(fù)雜化和設(shè)備的大型化等，存在高成本的缺點。關(guān)于這一點，本發(fā)明避免了構(gòu)造的復(fù)雜化和設(shè)備的大型化，能夠?qū)⑵?內(nèi)的溫度控制為均勻。
[0103]另外，本發(fā)明不限于上述的實施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變更。
[0104]接下來，作為變形例，通過圖3~圖5說明用于防止補給配管10在合流部6與返回配管8合流時的水槌現(xiàn)象的構(gòu)成。
[0105]圖3表示第一變形例的合流部6的構(gòu)成。在圖3中，補給配管10相對于返回配管8的二相流體的流動方向成銳角α地連結(jié)來進(jìn)行合流。由此，相對于在返回配管8中流動的蒸汽和水的二相流體，補給水順暢地合流，所以在合流時不會發(fā)生補給水與混相流體碰撞的沖擊、以及混相流體的急劇冷凝所導(dǎo)致的水槌現(xiàn)象。
[0106]接下來，在圖4所示的第二變形例的合流部處，補給配管10相對于返回配管8的二相流體的流動方向成銳角地連結(jié)來進(jìn)行合流，并且在合流部6的上游側(cè)的補給配管10中形成例如大致U字形狀的凹部10a，來作為密封部設(shè)置使水殘留填充在凹部IOa內(nèi)的水密封部27。
[0107]根據(jù)該構(gòu)成，在補給水量WL3較少的情況下，即使返回配管8內(nèi)的蒸汽想要逆流到補給配管10內(nèi)，也會由于水密封部27而停住。因此，能夠防止返回配管8內(nèi)的蒸汽逆流到補給配管10內(nèi)而產(chǎn)生因冷凝引起的水槌現(xiàn)象。
[0108]另外，作為防止蒸汽的逆流的密封部，也可以取代水密封部27而設(shè)置止回閥。
[0109]圖5表示第三變形例的合流部6的構(gòu)成。在圖5中，補給配管10相對于返回配管8的二相流體的流動方向成銳角地連結(jié)，而且在補給配管10的前端部形成有將將補給水分散地噴霧到返回配管8內(nèi)的噴嘴28。由此，與返回配管8的蒸汽和水合流的補給水被噴嘴28被大面積地噴霧，所以能夠抑制急劇的蒸汽冷凝而能夠防止水槌現(xiàn)象。
[0110]另外，在實施方式的溫度控制系統(tǒng)I中，也可以將上述的第一~第三變形例的構(gòu)成某二個或三個組合而構(gòu)成。
[0111]【實施例】
[0112]接下來說明本發(fā)明的實施方式的溫度控制系統(tǒng)I的實施例。[0113]首先，在圖2中，設(shè)汽鼓2內(nèi)的溫度、經(jīng)由供給配管3供給的水量WL4和水量WL2的各水溫tl、以及蒸汽流量WVl和WV2的溫度tl都為195°C的飽和溫度。并且，設(shè)補給水量WL3的水溫t3為110°C。
[0114]進(jìn)而設(shè)為:
[0115]反應(yīng)熱量Q = 8000000kcal/h
[0116]水的蒸發(fā)潛熱r = 470kcal/kg (物性值(常數(shù)))
[0117]水的比熱Cp = lkcal/kg/°C (物性值(常數(shù)))
[0118]汽鼓壓力=1.3M PaG
[0119]供水泵4的循環(huán)量WL4 = 68000kg/h。
[0120]在上述條件下，在溫度控制系統(tǒng)I的控制機構(gòu)25中，為了實現(xiàn)汽鼓2內(nèi)的溫度的均勻化和液面水平的恒定化，通過上述(6)式來決定成為與向系統(tǒng)外的蒸汽的流量WVl相同量的補給水量WL3。即，若將上述的各數(shù)值代入(6)式，則為
[0121]WL3 = Q/{CpX (tl — t3) + r}
[0122]= 8000000/{I X (195 — 110) + 470}
[0123]= 14400kg/h。
[0124]此外，根據(jù)(I)式，蒸汽的流量WVl與補給水量WL3相等，所以為
[0125]WVl = WL3 = 14400kg/h。
[0126]此外，若通過(5)式求出反應(yīng)器5內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生量WV2，則為
[0127]WV2 = Q/r
[0128]= 8000000/470
[0129]= 17000kg/h。
[0130]此外，若通過(2)式求出反應(yīng)器5的出口處的水的流量WL2，則為
[0131]WL2 = WL4 - WV2
[0132]= 68000 - 17000
[0133]= 51000kg/h。
[0134]接下來，圖6是表示在溫度控制系統(tǒng)I中在返回配管8與補給配管10的合流部6的前后位置處的蒸汽比例的變化的實施例的圖表。
[0135]在圖6中,橫軸是在反應(yīng)器5內(nèi)生成的蒸汽WV2相對于從汽鼓2向反應(yīng)器5供給的水的循環(huán)量WL4的比例(WV2/WL4)，縱軸將合流部6前后處的返回配管8內(nèi)的二相流體中的蒸汽量的比例作為氣相部的比例。
[0136]然后，計算出使在反應(yīng)器5內(nèi)生成的蒸汽WV2相對于水的循環(huán)量WL4的比例(WV2/WL4)變化了的情況下的、返回配管8中的合流部6前后處的二相液體中的蒸汽量(氣相部)的比例。
[0137]在圖6中，虛線M表示反應(yīng)器5的出口(返回配管8)處的氣相(蒸汽)的比例(WV2/(WL2 + WV2))，實線N表示補給配管10合流后的返回配管8中的氣相(蒸汽)的比例(WVl/(WVl + WL4)的變化。
[0138]在圖6所示的圖表中，在開始時刻反應(yīng)器5中的蒸發(fā)比例為O (WV2/WL4 = 0)，但是隨著反應(yīng)器5的溫度上升，蒸汽WV2的產(chǎn)生量增加。蒸發(fā)量WV2相對于反應(yīng)器5中的循環(huán)流量WL4的比例(WV2/WL4)通常以30%運轉(zhuǎn)。將其稱為通常運轉(zhuǎn)點。在該狀態(tài)下，如果取得了蒸汽流量WVl和補給水量WL3的平衡，則從在反應(yīng)器5的出口生成的蒸汽量WV2的比例(WV2/WL4)向補給水WL3合流后的返回配管8中的蒸汽量WVl的比例(WVl/ (WVl +WL4))的變化很低，只不過約1%程度。
[0139]此外，蒸發(fā)量WV2相對于反應(yīng)器5中的循環(huán)流量WL4的比例(WV2/WL4)即使超過O而至35%的整個范圍內(nèi)從虛線M所示的蒸汽量的比例(WV2/ (WL2+WV2))向合流后的返回配管8中的實線N所示的蒸汽量的比例(WVl/ (WVl + WL4))變化，只要取得了蒸汽流量WVl與補給水量WL3的平衡，那么該變化在1%?3%程度的范圍內(nèi)，是極低的，所以不會發(fā)生水槌現(xiàn)象。
[0140]在此，如果在返回配管8的與補給配管10的合流部6處發(fā)生了返回配管8內(nèi)的蒸汽WV2的全冷凝則可能會發(fā)生水槌現(xiàn)象，但是在本發(fā)明的實施例中，如果取得了蒸汽流量WVl與補給水量WL3的平衡，那么如上述那樣，補給水量WL3合流后的返回配管8內(nèi)的蒸汽WVl的比例變化約為1%?3%的范圍，不會發(fā)生水槌現(xiàn)象。
[0141]此外，在上述的實施方式中，采用在反應(yīng)器5內(nèi)進(jìn)行費托合成反應(yīng)的FT反應(yīng)器，但只要在反應(yīng)器5內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)即可，也可以不是費托合成反應(yīng)。
[0142]此外，在上述的實施方式、各變形例及實施例等中，作為液體制冷劑采用了水，但也可以不是水。
[0143]工業(yè)實用性
[0144]本發(fā)明涉及溫度控制系統(tǒng)，通過使汽鼓等制冷劑鼓內(nèi)的溫度均勻，能夠?qū)Ψ磻?yīng)器進(jìn)行細(xì)致的溫度控制。
[0145]根據(jù)本發(fā)明，通過將汽鼓內(nèi)的氣液溫度維持為飽和溫度，能夠進(jìn)行高精度的溫度控制。
[0146]符號說明
[0147]I溫度控制系統(tǒng)
[0148]2 汽鼓
[0149]3供給配管
[0150]4 泵
[0151]5反應(yīng)器
[0152]6合流部
[0153]7除熱管
[0154]8返回配管
[0155]9蒸汽出口配管
[0156]10補給配管
[0157]11蒸汽排出量測定機構(gòu)
[0158]12水平測定部
[0159]13流量調(diào)節(jié)閥
[0160]14反應(yīng)熱溫度測定部
[0161]15反應(yīng)熱量計算部
[0162]16補給溫度測定部
[0163]23水相溫度測定部[0164]25控制機構(gòu)
[0165]26流量調(diào)整機構(gòu)
【權(quán)利要求】
1.一種溫度控制系統(tǒng)，回收在內(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱，控制該反應(yīng)器內(nèi)的溫度，其中，具備: 制冷劑鼓，以氣液平衡狀態(tài)容納有蒸汽及液體制冷劑； 除熱部，配設(shè)在所述反應(yīng)器中，通過所述反應(yīng)熱使從所述制冷劑鼓供給的所述液體制冷劑的一部分蒸發(fā)； 返回配管，使由所述除熱部產(chǎn)生的蒸汽與液體制冷劑的混相流體返回到所述制冷劑鼓; 蒸汽出口配管，將所述制冷劑鼓內(nèi)的蒸汽向系統(tǒng)外供給；以及 補給配管，將與排出到所述系統(tǒng)外的蒸汽的量相應(yīng)的補給水量供給至所述返回配管。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度控制系統(tǒng)，其中，還具備: 控制機構(gòu)，將所述反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量除以根據(jù)所述制冷劑鼓內(nèi)的較高溫度、補給水的較低溫度及制冷劑的物性值(比熱、蒸發(fā)潛熱)而決定的單位制冷劑熱量，來決定所述補給水量；以及 補給水調(diào)整機構(gòu)，根據(jù)由所述控制機構(gòu)決定的所述補給水量，設(shè)定從所述補給配管向返回配管供給的補給水量。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度控制系統(tǒng)，其中， 由所述控制機構(gòu)決定的補給水量通過下式來運算:
WL3 = Q/{CpX (tl — t3) + r} 其中， WL3:補給水量 Q:所述反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱量 Cp:液體制冷劑的比熱 tl:所述制冷劑鼓及反應(yīng)器的除熱部內(nèi)的溫度 t3:補給水的溫度 r:液體制冷劑的蒸發(fā)潛熱。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項所述的溫度控制系統(tǒng)，其中， 在所述返回配管與補給配管的合流部處，所述補給配管沿著所述返回配管內(nèi)的混相流體的行進(jìn)方向與所述返回配管成銳角角度地進(jìn)行連接。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項所述的溫度控制系統(tǒng)，其中， 在所述補給配管設(shè)有用于防止蒸汽的逆流的密封部。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項所述的溫度控制系統(tǒng)，其中， 在所述返回配管與補給配管的合流部處，在所述補給配管設(shè)有用于將補給水向所述返回配管內(nèi)噴霧的噴嘴。
【文檔編號】F25D17/00GK103717986SQ201280037631
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】加藤讓, 山田榮一, 森田健太郎 申請人:日本石油天然氣·金屬礦物資源機構(gòu), 國際石油開發(fā)帝石株式會社, 吉坤日礦日石能源株式會社, 石油資源開發(fā)株式會社, 克斯莫石油株式會社, 新日鐵住金工程技術(shù)株式會社