JP2011247555A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオガスを使用する燃焼装置において、燃焼装置の燃焼の停止時に燃料供給ラインの配管や機器にバイオガスが悪影響を及ぼすのを防止する。
【解決手段】本実施形態に係る燃焼装置１は、標準ガスとバイオガスとを混合して燃焼させる燃焼装置であって、主燃料としての標準ガスを供給する、標準ガスの供給を調整する標準ガス供給弁２２を有する標準ガスライン２０と、副燃料としてのバイオガスを供給する、バイオガスの供給を調整するバイオガス供給弁３１，３２を有するバイオガスライン３０と、標準ガス供給弁２２及びバイオガス供給弁３１，３２の開閉を制御する制御器であって、燃焼装置１の燃焼の停止前に、バイオガス供給弁３１を閉じて標準ガスのみによる燃焼を行わせる制御器５０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラや発電用ガスタービン等において燃料を燃焼させる燃焼装置に関し、特に、燃料としてバイオガスを用いる燃焼装置に関する。

近年、環境問題への意識の高まりから、下水汚泥や有機性工場排水等を発酵させることで得られるバイオガスをエネルギー源として有効利用しようとする機運が高まっている。例えば、下記特許文献１乃至４には、バイオガスを燃料として用いる燃焼装置が開示されている。

ところで、通常、バイオガスは発生量や成分が安定しないため、燃料としてバイオガスを単独で使用すると、燃焼が不安定となったり、所望の安定出力が得られないといったことが生じてしまう。このため、下記特許文献１乃至４では、都市ガス等の安定供給可能な燃料をバイオガスに補助的に混合させて使用することが開示されている。

特開２００２−２２６８７８号公報 特開２００３−０６５０８３号公報 特開２００３−０６５０８４号公報 特開２００３−２２２３２４号公報

ところで、バイオガス又はバイオガスの混合ガスを燃料として用いる場合、燃焼装置の燃焼を停止した後、燃焼装置の燃料供給ラインの配管内にバイオガスが残留することになる。

バイオガスは上述しように廃棄物等の発酵により生成されるため、バイオガス中にはメタンガスや二酸化炭素の主成分以外に窒素、水素、硫化水素等の種々の成分が含まれている。このため、燃焼装置の配管内にバイオガスが長時間滞留したままであると、バイオガスに含まれる硫化水素等の成分が、配管自体を腐食させたり、配管に設置された弁等の機器を故障させたりするといった悪影響を及ぼす場合もある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、バイオガスを使用する燃焼装置において、燃焼装置の燃焼の停止時に燃料供給ラインの配管や機器にバイオガスが悪影響を及ぼすのを防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃焼装置は、標準ガスとバイオガスとを混合して燃焼させる燃焼装置において、主燃料としての標準ガスを供給する、標準ガスの供給を調整する標準ガス供給弁を有する標準ガスラインと、副燃料としてのバイオガスを供給する、バイオガスの供給を調整するバイオガス供給弁を有するバイオガスラインと、前記標準ガス供給弁及び前記バイオガス供給弁の開閉を制御する制御器であって、前記燃焼装置の燃焼の停止前に、前記バイオガス供給弁を閉じて前記標準ガスのみによる燃焼を行わせる制御器と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る多缶設置システムは、上記燃焼装置を備える混合燃料ボイラと、標準ガスを供給する、標準ガスの供給を調整する標準ガス供給弁を有する標準ガスラインと、前記標準ガス供給弁の開閉を制御する制御器と、を備える標準ガスボイラと、前記混合燃料ボイラの制御器及び前記標準ガスボイラの制御器の制御を行う台数制御装置と、を備えることを特徴とする。なお、本発明における燃焼の停止とは、燃焼装置の待機状態（パイロット燃焼）を含む概念である。

本発明によれば、燃焼装置の燃焼の停止前に燃料供給ラインを標準ガスでパージすることで、燃焼停止時にバイオガスの成分が燃料供給ラインの配管や機器に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃焼装置の構成を概略的に示す模式図である。 図２は、本本実施形態におけるバイオガスの混合タイミングを燃焼モードと対比させて示す図である。 図３は、本実施形態に係る多缶設置システムの構成を概略的に示す模式図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る燃焼装置について説明する。本実施形態では、ボイラに搭載された燃焼装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る燃焼装置の構成を概略的に示す模式図である。同図に示すように、燃焼装置１は、ボイラ５に搭載される燃焼装置であり、メインバーナ６、パイロットバーナ７、燃料供給ライン１０、燃焼装置１を含むボイラ５を制御するための制御器５０を備えている。

燃料供給ライン１０は、標準ガス供給ライン２０とバイオガス供給ライン３０と、メイン供給ライン４０と、パイロット供給ライン４５とを備えている。標準ガス供給ライン２０は、燃焼装置１の主燃料である都市ガスを供給するラインである。もちろん、標準ガス供給ライン２０は、都市ガス以外のプロパンガス等のガス燃料を供給するラインであっても良い。標準ガス供給ライン２０は、ラインを流れる標準ガスの流量を調整するための流量制御弁２２を備えている。

バイオガス供給ライン３０は、燃焼装置１の副燃料であるバイオガスを供給するラインであり、バッファタンク３５、電磁弁３１、流量制御弁３２を備えている。バッファタンク３５には、バッファタンク３５内のバイオガス含有量を検出するためのセンサ３６が設けられている。センサ３６としては、例えば、圧力センサや差圧センサが用いられる。

電磁弁３１及びセンサ３６は、制御器５０に接続されており、センサ３６の出力は制御器５０に送信され、電磁弁３１の開閉は制御器５０によって制御される。制御器５０は、センサ３６の出力からバッファタンク３５内のバイオガスの残量が所定値未満と判断した場合には、電磁弁３１を閉じてバイオガスの供給を停止させ、標準ガスのみにより燃焼装置１を運転させる。これにより、バッファタンク３５内のバイオガスが空になった場合にもバイオガスの供給を継続することによるバイオガス供給設備の破損等を防止することができる。

燃料供給ライン１０の標準ガス供給ライン２０とバイオガス供給ライン３０との合流部分には、混合器（ミキサ）１５が設置され、標準ガス供給ライン２０及びバイオガス供給ライン３０が混合器１５の入力側に接続されている。

したがって、混合器１５において都市ガスとバイオガスがミキシングされ、この混合燃料（混合ガス）がラインの下流側へ供給される。なお、本実施形態における標準ガスに対するバイオガスの混合量は、体積比で１０％となるように混合器１５及び流量制御弁３２によって調整される。

燃料供給ライン１０は、混合器１５の下流側で、メインバーナ６に燃料を供給するメイン供給ライン４０と、パイロットバーナ７に燃料を供給するパイロット供給ライン４５とに分岐しており、標準ガスとバイオガスの混合燃料又は標準ガスは、メイン供給ライン４０とパイロット供給ライン４５の双方に供給される。

メイン供給ライン４０には、圧力センサ、電磁弁、流量制御弁等から構成されるメイン流量制御部１２が設けられており、メイン供給ライン４０に流入した燃料は、このメイン流量制御部１２において、メインバーナ６における燃焼量に応じて適宜適切な流量に調整される。

本実施形態では、比例弁式制御により燃料供給量を制御、すなわち、送風機からの燃焼用空気の供給量に応じて燃料供給量を制御している。もちろん、他の制御方式を採用しても良く、例えば、燃焼用空気の供給量と燃料供給量を独立して制御する遮断弁式により燃料供給量を制御しても良い。この場合には、高燃焼モードのときのみに開制御される高燃用燃料供給弁の開閉により燃料供給量を制御する。

なお、本実施形態に係るボイラ５は、プレパージ、燃焼、ポストパージの各ステージを繰り返し制御しながら、燃焼量を高燃焼、低燃焼（例えば、高燃焼の５０％の燃焼量）及び停止の三位置で制御、すなわち多段階の燃焼モードで制御するボイラである。

続いて、本実施形態におけるバイオガスの混合タイミングについて説明する。図２は、本実施形態におけるバイオガスの混合タイミングを燃焼モードと対比させて示す図であり、図２（ａ）が初期着火から燃焼停止まで、図２（ｂ）が初期着火から待機状態（パイロット燃焼）までの混合タイミングを示している。

図中、丸印は当該燃料を供給していることを示し、×印は当該燃料の供給を停止していることを示している。なお、下記バイオガスの混合や混合の停止は、制御器５０が電磁弁３１の開閉を制御することで実現される。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、燃焼装置１の初期着火後、高燃焼（Ｌ）に移行するまで、バイオガスの混合を行わず、標準ガスのみがバーナ６，７に供給される。そして、高燃焼に移行して安定燃焼状態になると、バイオガスの供給が開始され、標準ガスとバイオガスが混合され、燃焼装置１において混合燃料の燃焼が行われる。その後、高燃焼から低燃焼（Ｌ）への移行が開始されると、バイオガスの供給が停止され、標準ガスのみのよる燃焼が行われる。

その後、低燃焼に移行して安定燃焼状態になった後もバイオガスの供給は停止したままであり、燃焼を停止する際には、メインバーナ６及びパイロットバーナ７への燃料の供給が停止され燃焼が停止する。

また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、低燃焼から待機状態であるパイロット燃焼（Ｐ）へ移行する際にも、上記図２（ａ）の場合と同様に、高燃焼時のみバイオガスの混合が行われ、それ以外のステージでは、標準ガスのみによる燃焼が行われる。

このように、本実施形態では、燃焼が安定した高燃焼モード時のみバイオガスを供給して混合ガスによる燃焼を行っている。すなわち、初期着火後安定燃焼への移行中や、低燃焼から高燃焼、高燃焼から低燃焼への燃焼モードの移行中には、バイオガスの供給を停止し、標準ガスのみによる燃焼を行っている。

これは、初期着火後や燃焼モードの移行中は、燃焼が安定しておらず、成分の不安定なバイオガスが混合することで、さらに燃焼状態が不安定になり、不完全燃焼となったり火が消えたりするのを防止するためである。

さらに、本実施形態においては、安定燃焼状態である低燃焼時にもバイオガスの供給を行わず、標準ガスのみによる燃焼を行っている。これは、燃焼装置１の燃焼の停止前に標準ガスのみによる燃焼を行わせることで、燃料供給ライン１０における混合器１５からバーナ６，７の間の配管内を標準ガスでパージし、バイオガスを追い出しておくためである。

すなわち、燃焼装置１の燃焼が停止する前には、必ず低燃焼モードを経由するため、低燃焼時に配管内を標準ガスでパージしておけば、燃焼停止時に配管内にバイオガスが滞留することを防止できる。

なお、本実施形態における燃焼装置１の燃焼の停止は、メインバーナ６の燃焼の停止を意味しており、メインバーナ６及びパイロットバーナ７の燃焼が停止して燃焼装置１が完全に停止する場合と、メインバーナ６の燃焼のみが停止し、燃焼装置１が待機状態（パイロット燃焼）となる場合の双方を含む概念である。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態によれば、低燃焼時にバイオガスの混合を停止し、標準ガスのみによる燃焼を行うことで、燃焼装置１の燃焼の停止前に燃料供給ラインをパージすることができる。これにより、燃焼停止時にバイオガスがライン内に滞留することによる、ライン上の配管や機器等への悪影響を防止することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係る多缶設置システムについて説明する。図３は、本実施形態に係る多缶設置システムの構成を概略的に示す模式図である。多缶設置システム１００は、上記第１実施形態で説明した標準ガスとバイオガスの混合ガスを燃焼可能な混合燃焼装置１が設置された混合燃焼ボイラ５と、標準ガスのみを燃焼させる通常燃焼装置２が設置された通常燃焼ボイラ４と、多缶設置システム１００を制御するための制御装置７０を備えている。

なお、上記第１実施形態と同様の構成については同じ番号を付して説明を省略する。図３に示すように、混合燃焼装置１−１，１−２は、標準ガス供給ライン２０及びバイオガス供給ライン３０を備え、通常燃焼装置２−１，２−２は、標準ガス供給ライン２０のみを備えている。

制御装置７０は、多缶設置システム１００に含まれる全てのボイラ４，５の運転を制御する装置であり、図３では便宜上、各ボイラに設置されている制御器と、全ての制御器を制御してシステム全体の制御を行う台数制御装置とを含むものとして表している。

制御装置７０は、上記第１実施形態と同様に、バッファタンク３５内のバイオガス含有量が所定量以上の場合にのみ、混合燃焼装置１にバイオガスを供給するように制御すると共に、各混合燃焼装置１において、高燃焼時のみバイオガスの混合ガスを供給するように制御する。これにより、本実施形態においても、各混合燃焼装置１の燃焼の停止時にバイオガスが燃料供給ラインに滞留することを防止することができる。

さらに、制御装置７０は、ボイラ４，５の起動台数の制御にあたって、バッファタンク３５内のバイオガス含有量が所定量以上であってバイオガスの供給が可能な場合には、混合燃焼ボイラ５を優先して起動するように制御する。よって、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果に加えて、通常燃焼装置２を設置することでシステム全体のコストを抑えつつ必要なシステム出力を安定して担保できると共に、バイオガスを効率的に消費することが可能となる。

以上、本発明の第１及び第２実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ボイラに設置された燃焼装置について説明したが、焼却炉、燃焼炉、吸収式冷凍機等、ボイラ以外の機器に設置された燃焼装置についても本発明を適用できることは言うまでもない。

また、上記実施形態では、低燃焼モードと高燃焼モードの二つの燃焼モードを備える燃焼装置について説明したが、本発明は、低燃焼、中燃焼、高燃焼の三つの燃焼モードを有する燃焼装置等、三つ以上の多段階の燃焼モードを有する燃焼装置にも適用することができる。多段階の燃焼モードのうち最も燃焼量の小さい低燃焼モードにおいてバイオガスの混合を停止して標準ガスのみによる燃焼を行うことで、上記実施形態と同様に燃焼停止時のバイオガスの配管内への滞留を防止することができる。

また、上記実施形態では、低燃焼モードにおいて常にバイオガスの混合を停止しているが、安定燃焼である低燃焼時にもバイオガスの混合燃料による燃焼を行わせ、燃焼の停止（パイロット燃焼含む）指令を受けた後に、標準ガスのみによる燃焼に移行させ、所定時間（混合器からメインバーナへの燃料供給ラインがパージできる時間）経過後に燃焼を停止させるように制御しても良い。

また、本発明は、単一の燃焼モードの燃焼機器に適用することも可能である。この場合には、燃焼の停止指令が出された後、バイオガスの供給を停止して、標準ガスのみによる燃焼を所定時間（数秒）行わせて配管内のバイオガスをパージしてから燃焼を停止するよう制御すれば良い。

１ 燃焼装置
５ ボイラ
６ メインバーナ
７ パイロットバーナ
１０ 燃料供給ライン
１５ 混合器
２０ 標準燃料供給ライン
３０ バイオガス供給ライン
３１ 電磁弁
３２ 流量制御弁
３５ バッファタンク
３６ センサ
４０ メイン供給ライン
４５ パイロット供給ライン
５０ 制御器

Claims (3)

1. 標準ガスとバイオガスとを混合して燃焼させる燃焼装置において、
   主燃料としての標準ガスを供給する、標準ガスの供給を調整する標準ガス供給弁を有する標準ガスラインと、
   副燃料としてのバイオガスを供給する、バイオガスの供給を調整するバイオガス供給弁を有するバイオガスラインと、
   前記標準ガス供給弁及び前記バイオガス供給弁の開閉を制御する制御器であって、前記燃焼装置の燃焼の停止前に、前記バイオガス供給弁を閉じて前記標準ガスのみによる燃焼を行わせる制御器と、を備えることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記燃焼装置は、多段階の燃焼モードを有する燃焼装置であって、
   前記制御器は、低燃焼時には前記バイオガス供給弁を閉じるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 請求項１又は２記載の燃焼装置を備える混合燃料ボイラと、
   標準ガスを供給する、標準ガスの供給を調整する標準ガス供給弁を有する標準ガスラインと、前記標準ガス供給弁の開閉を制御する制御器と、を備える標準ガスボイラと、
   前記混合燃料ボイラの制御器及び前記標準ガスボイラの制御器の制御を行う台数制御装置と、を備えることを特徴とする多缶設置システム。

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