JP2012082791A - Gas mixing apparatus used for electric power generation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas mixing apparatus used in an electric power generation system capable of properly controlling a mixing ratio of mixed fuel gas to fuel air even if auxiliary-fuel gas varies, and preventing misfire and an increase in NOx concentration.SOLUTION: A gas mixing controller 8 of the gas mixing apparatus 6 includes a reading device 81, a calculation device 82, and an adjustment device 83. The reading device 81 reads power generation output W by a watt meter 31, exhaust pressure P by a pressure gauge 72, and exhaust temperature T by a thermometer 73 at predetermined time interval. The calculation device 82 determines a target exhaust resistance Rr when the measured power generation output W is output from a relation map M, determines chimney effect Z using a structure of an exhaust pipe 22 and the measured exhaust temperature T, and determines the exhaust resistance R determined by adding the chimney effect Z to the exhaust pressure P. The adjusting device 83 adjusts an opening of a mixed gas control valve 71 so that the exhaust resistance R becomes the target exhaust resistance Rr.

Description

本発明は、発電システムに対して、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置に関する。   The present invention relates to a gas mixing apparatus configured to supply a mixed fuel gas of a main fuel gas and a sub fuel gas to a power generation system.

都市ガス等の主燃料ガスと、バイオガス等の副燃料ガスとの2種類の燃料ガスを用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システム(コージェネレーションシステム)においては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整し、2種類の燃料ガスを混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。   A power generation system configured to operate a gas engine using two types of fuel gas, which is a main fuel gas such as city gas and a secondary fuel gas such as biogas, and to operate a generator based on the output of the gas engine. In the generation system), various system methods are employed. For example, a method of adjusting the supply flow rate of an air-fuel mixture of main fuel gas and combustion air according to the calorific value of the auxiliary fuel gas, mixing two types of fuel gas, and burning, main fuel gas and auxiliary fuel gas And a method of performing combustion while controlling the air ratio.

例えば、特許文献1においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気、及び都市ガス等の主燃料ガスをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。また、特許文献1においては、ガスエンジンの排気ガス中の酸素濃度又は窒素酸化物(NOx)濃度を測定し、この濃度に基づいてガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を変更するバルブの開度を調節することにより、空気比を制御して、ガスエンジンの安定した運転を行っている。   For example, Patent Document 1 discloses a gas engine configured to operate by supplying an air-fuel mixture of an auxiliary fuel gas such as biogas and combustion air and a main fuel gas such as city gas to the gas engine. Has been. In Patent Document 1, the oxygen concentration or nitrogen oxide (NOx) concentration in the exhaust gas of the gas engine is measured, and the valve opening for changing the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine based on this concentration is measured. By adjusting the degree, the air ratio is controlled and the gas engine is operated stably.

また、特許文献2のガスエンジン用空燃比制御装置においては、排気ガスの質量流量変化に応じて変化する1つ以上の入力信号(例えば排気ガス圧力、温度、あるいは体積流量)を受け、調整出力信号を作り出すことによりエンジンの吸気量における空燃比を制御することが開示されている。これによれば、燃料成分が大幅に変動する可能性のあるガスエンジンにおいて、NOxを低減することができる。   Further, in the air-fuel ratio control device for a gas engine of Patent Document 2, one or more input signals (for example, exhaust gas pressure, temperature, or volume flow rate) that change according to a change in mass flow rate of exhaust gas are received and adjusted output. It is disclosed to control the air-fuel ratio in the intake air amount of the engine by generating a signal. According to this, NOx can be reduced in the gas engine in which the fuel component may greatly fluctuate.

特開2005−30302号公報JP 2005-30302 A 特開2000−220481号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-220481

しかしながら、バイオガスには、一般的に、二酸化炭素、窒素等の不燃成分が多く含まれている。特許文献1において、排気ガス中の酸素濃度が一定になるようバルブの開度を調節すると、燃料ガス中におけるバイオガスの割合、バイオガス中の水素、二酸化炭素等の含有量等が変化したときに、排気ガスの排気量が変化し、ガスエンジンにおける燃焼温度が変化することになる。   However, biogas generally contains a large amount of incombustible components such as carbon dioxide and nitrogen. In Patent Document 1, when the opening degree of the valve is adjusted so that the oxygen concentration in the exhaust gas becomes constant, the ratio of biogas in the fuel gas, the content of hydrogen, carbon dioxide, etc. in the biogas changes Further, the exhaust amount of the exhaust gas changes, and the combustion temperature in the gas engine changes.

具体的には、副燃料ガス中の不燃成分の増加により、混合燃料ガス中の不燃成分が増加したときには、排気ガスの排気量が増加して、排気ガス中の酸素濃度が低くなる。そのため、酸素濃度一定制御を行う場合には、排気ガス中の酸素濃度を高くするために、燃焼用空気の供給量を増加させることになり(特許文献1においては主燃料ガスのバルブの開度を減少させることになり)、ガスエンジンにおける燃焼が悪化して、失火等が発生する要因となる。
一方、副燃料ガス中の不燃成分の減少により、混合燃料ガス中の不燃成分が減少したときには、排気ガスの排気量が減少して、排気ガス中の酸素濃度が高くなる。そのため、酸素濃度一定制御を行う場合には、排気ガス中の酸素濃度を低くするために、燃焼用空気の供給量を減少させることになり(特許文献1においては主燃料ガスのバルブの開度を増加させることになり)、ガスエンジンにおける燃焼温度が上昇して、NOxの発生量が増加する要因となる。
Specifically, when the incombustible component in the mixed fuel gas increases due to the increase in the incombustible component in the auxiliary fuel gas, the exhaust amount of the exhaust gas increases and the oxygen concentration in the exhaust gas decreases. Therefore, when the oxygen concentration constant control is performed, the supply amount of combustion air is increased in order to increase the oxygen concentration in the exhaust gas (in Patent Document 1, the opening degree of the valve of the main fuel gas) This causes a decrease in combustion in the gas engine and a cause of misfire and the like.
On the other hand, when the incombustible component in the mixed fuel gas decreases due to the decrease in the incombustible component in the auxiliary fuel gas, the exhaust amount of the exhaust gas decreases and the oxygen concentration in the exhaust gas increases. Therefore, when the oxygen concentration constant control is performed, the supply amount of combustion air is decreased in order to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas (in Patent Document 1, the opening degree of the valve of the main fuel gas) This increases the combustion temperature in the gas engine and increases the amount of NOx generated.

また、特許文献2においては、ガスエンジンからの排気ガスを排熱回収装置等に用いるコージェネレーションシステムを構築する際には、そのまま採用することはできない。すなわち、この場合には、排気ガスの排熱を多く排熱回収装置等へ回収する場合と、排気ガスの排熱を少なく排熱回収装置等へ回収する場合とにおいて、排気管における排気温度の違いにより排気圧力が大きく変動することがある。そのため、この場合には、NOxの発生量の抑制と失火の防止とを図ることができない。   Moreover, in patent document 2, when constructing | generating the cogeneration system which uses the exhaust gas from a gas engine for an exhaust heat recovery apparatus etc., it cannot employ | adopt as it is. That is, in this case, the exhaust gas temperature in the exhaust pipe is reduced in a case where a large amount of exhaust gas exhaust heat is recovered to the exhaust heat recovery device or the like, and a case where a small amount of exhaust gas exhaust heat is recovered to the exhaust heat recovery device or the like. The exhaust pressure may fluctuate greatly due to the difference. Therefore, in this case, it is impossible to suppress the amount of NOx generated and prevent misfire.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、副燃料ガスの発熱量の変動がある場合、及び排気ガスの排熱を多く回収する場合とほとんど回収しない場合とのいずれの場合においても、燃焼用空気に対する混合燃料ガスの混合比率を適切に制御して、失火、NOx濃度の増加を防止することができる発電システムに用いるガス混合装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and there is a case where there is a change in the calorific value of the auxiliary fuel gas, and a case where a large amount of exhaust heat of the exhaust gas is recovered and a case where there is little recovery. However, it is an object of the present invention to provide a gas mixing device for use in a power generation system that can appropriately control the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air to prevent misfire and increase in NOx concentration.

本発明は、ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置であって、
上記発電システムは、上記発電機の発電出力を測定する電力計と、空気配管から吸い込まれた燃焼用空気と燃料配管に供給された上記混合燃料ガスとを混合させて混合気を作り出す混合気供給配管と、該混合気供給配管に配設して、上記ガスエンジンへ供給する上記混合気の流量を調整するためのスロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を調整して上記発電機の発電出力を所定の目標発電出力に制御するメインコントローラとを備えており、
上記ガス混合装置は、上記燃料配管に供給する上記混合燃料ガスの流量を調整するための混合ガス制御弁と、上記ガスエンジンの排気管における排気圧力を測定する圧力計と、上記排気管における排気温度を測定する温度計と、上記混合ガス制御弁の開度を調整して上記燃焼用空気に対する上記混合燃料ガスの混合比率を制御するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラには、上記電力計によって測定される発電出力Wmと、該発電出力Wmを出力するときに上記圧力計によって測定される排気圧力Pmに煙突効果Zmを加算して求められる排気抵抗Rmとの関係が関係マップとして予め設定してあり、
上記ガス混合コントローラは、上記電力計によって測定した発電出力W、上記圧力計によって測定した排気圧力P、及び上記温度計によって測定した排気温度Tを読み込む読込手段と、
上記測定した発電出力Wを出力するときの目標排気抵抗Rrを上記関係マップより求めると共に、上記排気管の構造及び上記測定した排気温度Tを用いて煙突効果Zを求め、かつ上記排気圧力Pに上記煙突効果Zを加算して排気抵抗Rを求める算出手段と、
上記排気抵抗Rが上記目標排気抵抗Rrになるよう上記混合ガス制御弁の開度を調整する調整手段とを備えていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置にある(請求項1)。
The present invention is equipped with a power generation system configured to operate a generator by operating a gas engine, and a main fuel gas such as city gas and a sub fuel gas such as biogas are mixed in the power generation system. A gas mixing device configured to supply the mixed fuel gas,
The power generation system includes a power meter that measures the power generation output of the power generator, a mixture supply that creates a mixture by mixing combustion air sucked from an air pipe and the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe A throttle valve for adjusting a flow rate of the air-fuel mixture supplied to the gas engine, and an opening of the throttle valve to adjust the opening of the throttle valve. And a main controller for controlling the output to a predetermined target power generation output,
The gas mixing device includes a mixed gas control valve for adjusting a flow rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe, a pressure gauge for measuring an exhaust pressure in the exhaust pipe of the gas engine, and an exhaust gas in the exhaust pipe. A thermometer that measures the temperature, and a gas mixing controller that controls the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air by adjusting the opening of the mixed gas control valve,
The gas mixing controller has an exhaust resistance obtained by adding a chimney effect Zm to a power generation output Wm measured by the power meter and an exhaust pressure Pm measured by the pressure gauge when the power generation output Wm is output. The relationship with Rm is preset as a relationship map,
The gas mixing controller includes a reading unit that reads a power generation output W measured by the wattmeter, an exhaust pressure P measured by the pressure gauge, and an exhaust temperature T measured by the thermometer;
The target exhaust resistance Rr when the measured power generation output W is output is obtained from the relationship map, the chimney effect Z is obtained using the exhaust pipe structure and the measured exhaust temperature T, and the exhaust pressure P is determined. Calculating means for obtaining the exhaust resistance R by adding the chimney effect Z;
The gas mixing device used in the power generation system further comprises an adjusting means for adjusting the opening of the mixed gas control valve so that the exhaust resistance R becomes the target exhaust resistance Rr. .

本発明の発電システムに用いるガス混合装置においては、副燃料ガスの発熱量の変動があったときに、混合燃料ガスの発熱量に応じた混合燃料ガスと燃焼用空気との混合比率を適切にして、ガスエンジンに失火が生じることを防止すると共に、ガスエンジンの排気ガス中のNOx濃度の増加を防止するための工夫を行っている。
本発明においては、発電機の発電出力と、排気ガスの排気量とが所定の相関関係にあることに着目し、所定の発電出力のときに、排気ガスの排気量とほぼ比例する排気管の排気抵抗が一定になるように混合ガス制御弁を制御して、燃焼用空気に対する混合燃料ガスの混合比率を変化させる。また、特に、ガスエンジンから排気される排気ガスの排熱を回収する際に、排気ガスの排熱を多く排熱回収装置等へ回収する場合と、排気ガスの排熱を少なく排熱回収装置等へ回収する場合とにおいては、排気ガスの温度が大きく異なる。ガス混合コントローラは、実際に測定される排気圧力が、排気ガスが排気管内を上昇するときに生ずる煙突効果によって低くなっていることを考慮し、この煙突効果による補正を行って混合ガス制御弁の制御を行う。
In the gas mixing device used in the power generation system of the present invention, when the calorific value of the auxiliary fuel gas varies, the mixing ratio of the mixed fuel gas and the combustion air according to the calorific value of the mixed fuel gas is set appropriately. Thus, a device for preventing misfire from occurring in the gas engine and preventing an increase in the NOx concentration in the exhaust gas of the gas engine is performed.
In the present invention, focusing on the fact that the power generation output of the generator and the exhaust amount of the exhaust gas have a predetermined correlation, the exhaust pipe of the exhaust pipe that is substantially proportional to the exhaust amount of the exhaust gas at the predetermined power generation output. The mixed gas control valve is controlled so that the exhaust resistance becomes constant, and the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air is changed. In particular, when recovering exhaust heat of exhaust gas exhausted from a gas engine, a case where a large amount of exhaust gas exhaust heat is recovered to an exhaust heat recovery device, etc., and an exhaust heat recovery device with less exhaust gas exhaust heat The temperature of the exhaust gas is greatly different from the case where the gas is recovered. The gas mixing controller takes into account that the actually measured exhaust pressure is lower due to the chimney effect that occurs when the exhaust gas rises in the exhaust pipe, and corrects this chimney effect to correct the mixed gas control valve. Take control.

本発明のガス混合装置は、混合ガス制御弁、圧力計、温度計及びガス混合コントローラを備えており、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料ガスを用いる際に、既存の発電システムに取り付けて使用することができるものである。
発電システムの運転を行う前には、発熱量の変動がほとんどない燃料ガス(主燃料ガス等を用いることができる。)を発電システムに供給し、所定の発電出力ごとに、実測する排気ガス中のNOx濃度が目標とするNOx濃度となる混合燃料ガスと燃焼用空気との混合比率を設定する。この各混合比率を設定するときに、発電出力W、排気圧力P及び排気温度Tを実際に測定すると共に煙突効果Zを算出し、排気圧力Pと煙突効果Zとの和である排気抵抗Rを求める。こうして、発電出力Wmと排気抵抗Rmとの関係マップを作成し、この関係マップをガス混合コントローラに設定しておく。
The gas mixing apparatus of the present invention includes a mixed gas control valve, a pressure gauge, a thermometer, and a gas mixing controller, and is attached to an existing power generation system when using a mixed fuel gas of a main fuel gas and a sub fuel gas. Can be used.
Before operating the power generation system, supply fuel gas (main fuel gas etc.) with almost no fluctuation in calorific value to the power generation system. The mixing ratio of the mixed fuel gas and the combustion air at which the NOx concentration becomes the target NOx concentration is set. When setting each mixing ratio, the power generation output W, the exhaust pressure P, and the exhaust temperature T are actually measured and the chimney effect Z is calculated. The exhaust resistance R, which is the sum of the exhaust pressure P and the chimney effect Z, is calculated. Ask. Thus, a relationship map between the power generation output Wm and the exhaust resistance Rm is created, and this relationship map is set in the gas mixing controller.

ガス混合装置のガス混合コントローラは、読込手段、算出手段及び調整手段を備えており、これらの手段によって混合ガス制御弁の制御を行う。
ガス混合コントローラは、読込手段によって、発電出力W、排気圧力P及び排気温度Tを読み込む。このとき、これらの値は、所定の時間間隔で複数回読み込むことができる。ガス混合コントローラは、算出手段によって、測定した発電出力Wを出力するときの目標排気抵抗Rrを関係マップより求めると共に、排気管の構造及び測定した排気温度Tを用いて煙突効果Zを求める。
The gas mixing controller of the gas mixing apparatus includes a reading unit, a calculating unit, and an adjusting unit, and the mixed gas control valve is controlled by these units.
The gas mixing controller reads the power generation output W, the exhaust pressure P, and the exhaust temperature T by the reading means. At this time, these values can be read a plurality of times at predetermined time intervals. The gas mixing controller obtains the target exhaust resistance Rr when the measured power generation output W is output from the relation map by the calculating means, and obtains the chimney effect Z using the structure of the exhaust pipe and the measured exhaust temperature T.

そして、ガス混合コントローラは、調整手段によって、排気圧力Pに煙突効果Zを加算して求めた排気抵抗Rが、目標排気抵抗Rrになるよう混合ガス制御弁の開度を調整する。
ここで、副燃料ガスの発熱量が低下したときには、発電機の発電出力Wが低下することになり、この発電出力Wの低下を補うためにスロットルバルブの開度が大きくなり、その結果、排気管における排気圧力Pが高くなっていると考えられる。スロットルバルブの開度が大きくなるときには、ガスエンジンへの混合燃料ガスの供給量が増加すると共に燃焼用空気の供給量も増加している。
Then, the gas mixing controller adjusts the opening degree of the mixed gas control valve by the adjusting means so that the exhaust resistance R obtained by adding the chimney effect Z to the exhaust pressure P becomes the target exhaust resistance Rr.
Here, when the calorific value of the auxiliary fuel gas decreases, the power generation output W of the generator decreases, and the opening of the throttle valve increases to compensate for the decrease in the power generation output W. It is considered that the exhaust pressure P in the pipe is high. When the opening degree of the throttle valve increases, the supply amount of the mixed fuel gas to the gas engine increases and the supply amount of the combustion air also increases.

このときには、発電機において所定の目標発電出力を出力する際の排気圧力Pを含む排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrよりも高くなっていると考えられる。そこで、ガス混合コントローラの調整手段により、混合ガス制御弁の開度が大きくなるよう調整され、排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrに近づけられる。
これにより、副燃料ガスの発熱量が低下し、燃焼用空気に対する混合燃料ガスの混合比率が低く、ガスリーン状態(混合燃料ガスの希薄状態)にあるガスエンジンの燃焼状態を最適な燃焼状態に戻すことができる。そのため、ガスリーン状態を回避し、ガスエンジンに失火が生ずることを防止することができる。
At this time, it is considered that the exhaust resistance R including the exhaust pressure P when the generator outputs a predetermined target power generation output is higher than the target exhaust resistance Rr. Therefore, the adjusting means of the gas mixing controller is adjusted so that the opening of the mixed gas control valve is increased, and the exhaust resistance R is brought close to the target exhaust resistance Rr.
As a result, the calorific value of the auxiliary fuel gas is reduced, the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air is low, and the combustion state of the gas engine in the gas lean state (the lean state of the mixed fuel gas) is returned to the optimum combustion state. be able to. Therefore, a gas lean state can be avoided and misfire can be prevented from occurring in the gas engine.

一方、副燃料ガスの発熱量が上昇したときには、発電機の発電出力Wが上昇することになり、この発電出力Wの上昇を抑えるためにスロットルバルブの開度が小さくなり、その結果、排気管における排気圧力Pが低くなっていると考えられる。スロットルバルブの開度が小さくなるときには、ガスエンジンへの混合燃料ガスの供給量が減少すると共に燃焼用空気の供給量も減少している。このときには、発電機において所定の目標発電出力を出力する際の排気圧力Pを含む排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrよりも低くなっていると考えられる。そこで、ガス混合コントローラの調整手段により、混合ガス制御弁の開度が小さくなるよう調整され、排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrに近づけられる。
これにより、副燃料ガスの発熱量が上昇し、燃焼用空気に対する混合燃料ガスの混合比率が高く、ガスリッチ状態(混合燃料ガスの濃厚状態)にあるガスエンジンの燃焼状態を最適な燃焼状態に戻すことができる。そのため、ガスリッチ状態を回避し、ガスエンジンの排気ガス中のNOx濃度の増加を防止することができる。
On the other hand, when the calorific value of the auxiliary fuel gas increases, the power generation output W of the generator increases, and the opening of the throttle valve decreases to suppress the increase in power generation output W. As a result, the exhaust pipe It is thought that the exhaust pressure P at the time is low. When the opening of the throttle valve is reduced, the supply amount of the mixed fuel gas to the gas engine is reduced and the supply amount of the combustion air is also reduced. At this time, it is considered that the exhaust resistance R including the exhaust pressure P when the generator outputs a predetermined target power generation output is lower than the target exhaust resistance Rr. Therefore, the adjustment means of the gas mixing controller is adjusted so that the opening of the mixed gas control valve is reduced, and the exhaust resistance R is brought close to the target exhaust resistance Rr.
As a result, the calorific value of the auxiliary fuel gas increases, the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air is high, and the combustion state of the gas engine in the gas rich state (the rich state of the mixed fuel gas) is returned to the optimal combustion state. be able to. Therefore, a gas rich state can be avoided and an increase in the NOx concentration in the exhaust gas of the gas engine can be prevented.

ところで、発電システムが排気ガスの排熱を多く回収する場合には、排気ガスの温度が大幅に低くなる一方、排熱をほとんど回収しない場合には、排気ガスの温度が大幅に高くなる。これらの場合において、煙突効果Zの値には大きな差が生じる。
これに対し、本発明においては、煙突効果Zを考慮して排気抵抗Rを求めている。そのため、排気抵抗Rを正確に算出することができ、ガス混合コントローラの調整手段によって混合ガス制御弁を制御する精度を向上させることができる。これにより、混合燃料ガスと燃焼用空気との混合比率を適切に制御することができ、排気ガスの排熱を多く回収する場合とほとんど回収しない場合とのいずれにおいても、失火の発生及びNOx濃度の増加を防止して、ガスエンジンの安定燃焼を行うことができる。
By the way, when the power generation system recovers a large amount of exhaust gas exhaust heat, the temperature of the exhaust gas is significantly lowered. On the other hand, when the exhaust heat is hardly recovered, the temperature of the exhaust gas is significantly increased. In these cases, a large difference occurs in the value of the chimney effect Z.
On the other hand, in the present invention, the exhaust resistance R is obtained in consideration of the chimney effect Z. Therefore, the exhaust resistance R can be calculated accurately, and the accuracy of controlling the mixed gas control valve by the adjusting means of the gas mixing controller can be improved. As a result, the mixing ratio of the mixed fuel gas and the combustion air can be appropriately controlled, and the occurrence of misfire and the NOx concentration both in the case where a large amount of exhaust gas exhaust heat is recovered and in the case where the exhaust gas hardly recovers. Can be prevented and stable combustion of the gas engine can be performed.

それ故、本発明のガス混合装置によれば、副燃料ガスの発熱量の変動がある場合、及び排気ガスの排熱を多く回収する場合とほとんど回収しない場合とのいずれの場合においても、燃焼用空気に対する混合燃料ガスの混合比率を適切に制御して、失火、NOx濃度の増加を防止することができる。   Therefore, according to the gas mixing device of the present invention, combustion occurs in the case where there is a change in the calorific value of the auxiliary fuel gas, and in the case where a large amount of exhaust heat of the exhaust gas is recovered and in the case where the exhaust heat is hardly recovered. It is possible to prevent misfire and increase in NOx concentration by appropriately controlling the mixing ratio of the mixed fuel gas to the working air.

実施例にかかる、発電システム及びガス混合装置の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the electric power generation system and gas mixing apparatus concerning an Example. 実施例にかかる、横軸に発電出力Wをとり、縦軸に排気抵抗Rをとって、これらの関係を示すグラフ。The graph which shows these relationship by taking the power generation output W on a horizontal axis | shaft and taking the exhaust resistance R on a vertical axis | shaft concerning an Example. 実施例にかかる、横軸に排気温度Tをとり、縦軸に煙突の煙突効果Zをとって、これらの関係を示すグラフ。The graph which shows these relationship, taking the exhaust temperature T on a horizontal axis and taking the chimney effect Z of a chimney on a vertical axis | shaft concerning an Example. 実施例にかかる、発電システムの制御を行う方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of controlling an electric power generation system concerning an Example. 実施例にかかる、横軸に排気管の排気抵抗Rをとり、縦軸に排気ガス中のNOx濃度をとって、これらの関係を示すグラフ。The graph which shows these relationship, taking the exhaust resistance R of an exhaust pipe on a horizontal axis | shaft concerning an Example, and taking NOx density | concentration in exhaust gas on a vertical axis | shaft. 制御方法のシミュレーションにかかる、混合燃料ガスがメタンのみからなる場合について、混合燃料ガスから排気ガスが作られる際の組成、体積の変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows the composition and volume change at the time of exhaust gas being made from mixed fuel gas about the case where mixed fuel gas consists only of methane concerning the simulation of a control method. 制御方法のシミュレーションにかかる、混合燃料ガスが水素のみからなる場合について、混合燃料ガスから排気ガスが作られる際の組成、体積の変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows the composition and volume change at the time of exhaust gas being made from mixed fuel gas about the case where mixed fuel gas consists only of hydrogen concerning the simulation of a control method. 制御方法のシミュレーションにかかる、混合燃料ガスがメタン及び二酸化炭素からなる場合について、混合燃料ガスから排気ガスが作られる際の組成、体積の変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows the composition and volume change at the time of exhaust gas being made from mixed fuel gas about the case where mixed fuel gas consists of methane and a carbon dioxide concerning the simulation of a control method. 実施例にかかる、横軸に、混合燃料ガス全体に対する副燃料ガスの混焼率をとり、縦軸に、排気ガス中のNOx濃度及び排気抵抗Rをとって、これらの関係を示すグラフ。The graph which shows these relations, taking the mixed combustion rate of the auxiliary fuel gas with respect to the whole mixed fuel gas, and taking the NOx density | concentration and exhaust resistance R in exhaust gas on a vertical axis | shaft concerning an Example.

上述した本発明の発電システムに用いるガス混合装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記読込手段は、上記発電出力W、上記排気圧力P、及び上記排気温度Tを所定の時間間隔で逐次読み込むよう構成されており、上記調整手段は、上記排気抵抗Rが、上記目標排気抵抗Rrに所定の不感帯圧力幅Xを加算した値よりも大きいときには、上記混合ガス制御弁の開度を所定量大きくし、一方、上記排気抵抗Rが、上記目標排気抵抗Rrから所定の不感帯圧力幅Xを減算した値よりも小さいときには、上記混合ガス制御弁の開度を所定量小さくするよう構成することが好ましい(請求項2)。
この場合には、発電出力Wの平均値Wav、排気温度Tの平均値Tav、排気圧力Pの平均値Pavを用いることにより、排気抵抗Rの算出精度を高めることができる。また、調整手段は、混合ガス制御弁の制御を容易に行うことができる。
A preferred embodiment of the gas mixing apparatus used in the above-described power generation system of the present invention will be described.
In the present invention, the reading means is configured to sequentially read the power generation output W, the exhaust pressure P, and the exhaust temperature T at predetermined time intervals, and the adjusting means is configured such that the exhaust resistance R is When the target exhaust resistance Rr is larger than a value obtained by adding a predetermined dead zone pressure width X, the opening of the mixed gas control valve is increased by a predetermined amount, while the exhaust resistance R is increased from the target exhaust resistance Rr by a predetermined amount. When the dead zone pressure width X is smaller than the subtracted value, the opening degree of the mixed gas control valve is preferably configured to be reduced by a predetermined amount.
In this case, the calculation accuracy of the exhaust resistance R can be increased by using the average value Wav of the power generation output W, the average value Tav of the exhaust temperature T, and the average value Pav of the exhaust pressure P. The adjusting means can easily control the mixed gas control valve.

また、上記算出手段は、上記排気抵抗Rを、上記排気温度Tを基準排気ガスの温度Tsに換算した換算排気抵抗として求めるよう構成されていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、排気温度Tによって、排気ガスの密度、体積が変化することを考慮して、排気抵抗Rを補正して換算排気抵抗として用いる。これにより、排気抵抗Rを、排気温度Tの変動を考慮して、より正確に算出することができる。
Preferably, the calculating means is configured to obtain the exhaust resistance R as a converted exhaust resistance obtained by converting the exhaust temperature T into a reference exhaust gas temperature Ts (Claim 3).
In this case, the exhaust resistance R is corrected and used as the converted exhaust resistance in consideration of changes in the density and volume of the exhaust gas depending on the exhaust temperature T. Thereby, the exhaust resistance R can be calculated more accurately in consideration of the fluctuation of the exhaust temperature T.

また、上記発電システムは、上記排気管に対して、排熱回収装置の排熱回収部と該排熱回収部をバイパスするバイパス弁とを設けてなり、該バイパス弁の開度が調整されることによって上記排熱回収部から回収する熱量が変更される状態において使用することができる(請求項4)。
排気ガスの排熱回収量が大きく変動する場合でも、ガス混合装置において煙突効果Zを考慮して排気抵抗Rを求めていることにより、ガスエンジンの安定燃焼を行うことができる。
Further, the power generation system includes an exhaust heat recovery unit of the exhaust heat recovery device and a bypass valve that bypasses the exhaust heat recovery unit with respect to the exhaust pipe, and an opening degree of the bypass valve is adjusted. Thus, it can be used in a state where the amount of heat recovered from the exhaust heat recovery section is changed (claim 4).
Even when the exhaust heat recovery amount of the exhaust gas greatly fluctuates, by obtaining the exhaust resistance R in consideration of the chimney effect Z in the gas mixing device, stable combustion of the gas engine can be performed.

以下に、本発明の発電システムに用いるガス混合装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の発電システム1に用いるガス混合装置6は、図1に示すごとく、ガスエンジン2の運転を行って発電機3を作動させるよう構成した発電システム1に対して装備し、発電システム1へ都市ガス(13A)等の主燃料ガスF1とバイオガス等の副燃料ガスF2とを混合させた混合燃料ガスF3を供給するよう構成してある。
発電システム1は、発電機3の発電出力Wを測定する電力計31と、空気配管41から吸い込まれた燃焼用空気Aと燃料配管42に供給された混合燃料ガスF3とを混合させて混合気Gを作り出す混合気供給配管43と、混合気供給配管43に配設して、ガスエンジン2へ供給する混合気Gの流量を調整するためのスロットルバルブ21と、スロットルバルブ21の開度を調整して発電機3の発電出力Wを所定の目標発電出力に制御するメインコントローラ5とを備えている。
Hereinafter, embodiments of a gas mixing apparatus used in a power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the gas mixing device 6 used in the power generation system 1 of the present example is equipped with the power generation system 1 configured to operate the generator 3 by operating the gas engine 2, and to the power generation system 1. A mixed fuel gas F3 obtained by mixing a main fuel gas F1 such as city gas (13A) and a sub fuel gas F2 such as biogas is supplied.
The power generation system 1 mixes a wattmeter 31 that measures the power generation output W of the generator 3, the combustion air A sucked from the air pipe 41 and the mixed fuel gas F <b> 3 supplied to the fuel pipe 42. A mixture supply pipe 43 for generating G, a throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the mixture G to be supplied to the gas engine 2 and adjusting the opening of the throttle valve 21. And a main controller 5 for controlling the power generation output W of the power generator 3 to a predetermined target power generation output.

ガス混合装置6は、燃料配管42に供給する混合燃料ガスF3の流量を調整するための混合ガス制御弁71と、ガスエンジン2の排気管22における排気圧力Pを測定する圧力計72と、排気管22における排気温度Tを測定する温度計73と、混合ガス制御弁71の開度を調整して燃焼用空気Aに対する混合燃料ガスF3の混合比率を制御するガス混合コントローラ8とを備えている。
ガス混合コントローラ8には、図2に示すごとく、電力計31によって測定される発電出力Wmと、発電出力Wmを出力するときに圧力計72によって測定される排気圧力Pmに煙突効果Zmを加算して求められる排気抵抗Rmとの関係が関係マップMとして予め設定してある。
The gas mixing device 6 includes a mixed gas control valve 71 for adjusting the flow rate of the mixed fuel gas F3 supplied to the fuel pipe 42, a pressure gauge 72 for measuring the exhaust pressure P in the exhaust pipe 22 of the gas engine 2, and an exhaust gas. A thermometer 73 that measures the exhaust gas temperature T in the pipe 22 and a gas mixing controller 8 that controls the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 to the combustion air A by adjusting the opening of the mixed gas control valve 71 are provided. .
As shown in FIG. 2, the gas mixing controller 8 adds the chimney effect Zm to the power generation output Wm measured by the wattmeter 31 and the exhaust pressure Pm measured by the pressure gauge 72 when the power generation output Wm is output. The relationship with the exhaust resistance Rm determined in advance is set in advance as a relationship map M.

図1に示すごとく、ガス混合コントローラ8は、次の読込手段81、算出手段82及び調整手段83を備えている。読込手段81は、電力計31によって測定した発電出力W、圧力計72によって測定した排気圧力P、及び温度計73によって測定した排気温度Tを、所定の時間間隔(サンプリング間隔)t1で読み込むよう構成されている。算出手段82は、測定した発電出力Wを出力するときの目標排気抵抗Rrを関係マップMより求めると共に、排気管22の構造及び測定した排気温度Tを用いて煙突効果Zを求め、かつ排気圧力Pに煙突効果Zを加算して求めた排気抵抗Rを求めるよう構成されている。調整手段83は、排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrになるよう混合ガス制御弁71の開度を調整するよう構成されている。   As shown in FIG. 1, the gas mixing controller 8 includes the following reading means 81, calculation means 82, and adjustment means 83. The reading means 81 is configured to read the power generation output W measured by the wattmeter 31, the exhaust pressure P measured by the pressure gauge 72, and the exhaust temperature T measured by the thermometer 73 at a predetermined time interval (sampling interval) t1. Has been. The calculating means 82 obtains the target exhaust resistance Rr when outputting the measured power generation output W from the relationship map M, obtains the chimney effect Z using the structure of the exhaust pipe 22 and the measured exhaust temperature T, and the exhaust pressure. An exhaust resistance R obtained by adding the chimney effect Z to P is obtained. The adjusting means 83 is configured to adjust the opening degree of the mixed gas control valve 71 so that the exhaust resistance R becomes the target exhaust resistance Rr.

以下に、本例のガス混合装置6につき、図1〜図9を参照して詳説する。
本例の発電システム1に用いるガス混合装置6は、主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との混合燃料ガスF3を発電システム1に供給するものであり、副燃料ガスF2の発熱量の変動があったときに、混合燃料ガスF3の発熱量に応じた混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合比率を適切にして、ガスエンジン2に失火が生じることを防止すると共に、ガスエンジン2の排気ガスH中におけるNOx濃度の増加を防止するものである。
Hereinafter, the gas mixing device 6 of this example will be described in detail with reference to FIGS.
The gas mixing device 6 used in the power generation system 1 of the present example supplies the mixed fuel gas F3 of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 to the power generation system 1, and the amount of heat generated by the auxiliary fuel gas F2 varies. If this occurs, the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 and the combustion air A according to the calorific value of the mixed fuel gas F3 is made appropriate to prevent the misfire of the gas engine 2 and This is to prevent an increase in the NOx concentration in the exhaust gas H.

本例においては、発電機3の発電出力Wと、排気ガスHの排気量とが所定の相関関係にあることに着目し、所定の発電出力Wのときに、排気ガスHの排気量とほぼ比例する排気管の排気抵抗Rが一定になるように混合ガス制御弁71を制御して、燃焼用空気Aに対する混合燃料ガスF3の混合比率を変化させる。排気抵抗Rは、排気ガスHの流量をQ、排気ガスHの密度をρとしたとき、ρ×Q2にほぼ比例することより、排気抵抗Rを一定に制御すれば、排気ガスHの流量をほぼ一定にすることができる。この結果、本例のガス混合装置6は、排気ガスH中のNOx濃度に影響を与えるガスエンジン2の燃焼温度をほぼ一定に制御することができ、NOx濃度を所定の目標値以下の適切な範囲内に維持することができる。また、排気抵抗Rは、排気ガスHの流量の二乗にほぼ比例するので、検知感度が高いといえる。 In this example, paying attention to the fact that the power generation output W of the generator 3 and the exhaust amount of the exhaust gas H have a predetermined correlation, the exhaust amount of the exhaust gas H is substantially equal to the predetermined power output W. The mixed gas control valve 71 is controlled so that the exhaust resistance R of the proportional exhaust pipe becomes constant, and the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 to the combustion air A is changed. The exhaust resistance R is approximately proportional to ρ × Q 2 where Q is the flow rate of the exhaust gas H and ρ is the density of the exhaust gas H. Therefore, if the exhaust resistance R is controlled to be constant, the flow rate of the exhaust gas H Can be made almost constant. As a result, the gas mixing device 6 of the present example can control the combustion temperature of the gas engine 2 that affects the NOx concentration in the exhaust gas H to be substantially constant, and the NOx concentration can be appropriately reduced to a predetermined target value or less. Can be kept within range. Further, since the exhaust resistance R is almost proportional to the square of the flow rate of the exhaust gas H, it can be said that the detection sensitivity is high.

また、特に、ガスエンジン2から排気される排気ガスHの排熱を回収する際に、排気ガスHの排熱を多く排熱回収装置等へ回収する場合と、排気ガスHの排熱を少なく排熱回収装置等へ回収する場合とにおいては、排気ガスHの温度が大きく異なる。ガス混合コントローラ8は、実際に測定される排気圧力Pが、排気ガスHが排気管22内を上昇するときに生ずる煙突効果Zによって低くなっていることを考慮し、この煙突効果Zによる補正を行って混合ガス制御弁71の制御を行う。   In particular, when recovering the exhaust heat of the exhaust gas H exhausted from the gas engine 2, a large amount of exhaust heat of the exhaust gas H is recovered to an exhaust heat recovery device or the like, and the exhaust heat of the exhaust gas H is reduced. The temperature of the exhaust gas H is greatly different from the case of recovery to an exhaust heat recovery device or the like. The gas mixing controller 8 considers that the actually measured exhaust pressure P is lower due to the chimney effect Z generated when the exhaust gas H rises in the exhaust pipe 22, and corrects the chimney effect Z by this correction. Then, the mixed gas control valve 71 is controlled.

排気抵抗Rとは、排気管22における排気ガスHの流れ易さのことをいう。
排気管22が長くなるほどガスエンジン2の出口(排気管22の入口)に配設された圧力計72による排気圧力Pは高くなる。つまり、排気管22が長いほど排気抵抗Rは高くなる。一方、排気管22の高さ寸法が大きいときには、排気ガスHの排気温度Tが高いほど、排気ガスHが上昇する力(排気ガスHと、排気管22の出口における大気との温度の違いによる比重差から生じる力)としての煙突効果Zが大きく作用することになる。これにより、圧力計72によって測定する排気圧力Pは、煙突効果Zの分だけ低くなっている。
そこで、ガス混合コントローラ8においては、算出手段82によって排気抵抗Rを、排気圧力Pと煙突効果Zとの和によって求める。
The exhaust resistance R refers to the ease with which the exhaust gas H flows in the exhaust pipe 22.
The longer the exhaust pipe 22 is, the higher the exhaust pressure P by the pressure gauge 72 disposed at the outlet of the gas engine 2 (inlet of the exhaust pipe 22). That is, the longer the exhaust pipe 22, the higher the exhaust resistance R. On the other hand, when the height of the exhaust pipe 22 is large, the higher the exhaust temperature T of the exhaust gas H, the higher the exhaust gas H rises (due to the temperature difference between the exhaust gas H and the atmosphere at the outlet of the exhaust pipe 22). The chimney effect Z as a force generated from the difference in specific gravity acts greatly. Thereby, the exhaust pressure P measured by the pressure gauge 72 is lowered by the chimney effect Z.
Therefore, in the gas mixing controller 8, the exhaust resistance R is obtained by the calculating means 82 by the sum of the exhaust pressure P and the chimney effect Z.

本例の主燃料ガスF1は、発熱量が一定である都市ガス(13A)であり、本例の副燃料ガスF2は、発熱量に変動を生じることがあるバイオガスである。
図1に示すごとく、本例の発電システム1において、ガスエンジン2は、複数の気筒を有して構成されており、混合気供給配管43におけるスロットルバルブ21は、その開度を調整してガスエンジン2へ供給する混合気Gの流量を調整するよう構成されている。発電機3は、種々の負荷に対して電力を供給するよう構成されており、商用電源等と協調して動作することができる。
メインコントローラ5及びガス混合コントローラ8は、いずれもコンピュータを用いて構成されている。メインコントローラ5は、電力計31から発電出力Wのデータを受け取って、スロットルバルブ21の開度を調整して発電機3の発電出力Wを所定の目標発電出力に制御するよう構成することができる。なお、発電出力Wのデータの代わりに、発電機3に設けた回転速度計による回転速度のデータを用いることもできる。
The main fuel gas F1 in this example is a city gas (13A) having a constant calorific value, and the sub fuel gas F2 in this example is a biogas that may cause fluctuations in the calorific value.
As shown in FIG. 1, in the power generation system 1 of this example, the gas engine 2 is configured to have a plurality of cylinders, and the throttle valve 21 in the air-fuel mixture supply pipe 43 adjusts the opening degree of the gas engine 2. The flow rate of the air-fuel mixture G supplied to the engine 2 is adjusted. The generator 3 is configured to supply electric power to various loads, and can operate in cooperation with a commercial power source or the like.
Both the main controller 5 and the gas mixing controller 8 are configured using a computer. The main controller 5 can be configured to receive data on the power generation output W from the wattmeter 31 and adjust the opening of the throttle valve 21 to control the power generation output W of the generator 3 to a predetermined target power generation output. . Note that, instead of the data of the power generation output W, data on the rotational speed by a rotational speed meter provided in the generator 3 can also be used.

外気に開放した空気配管41の入口部には、ガスエンジン2への異物混入を防止するための吸気フィルタ411が設けてある。また、混合燃料ガスF3が流れる燃料配管42と、燃焼用空気Aが流れる空気配管41との合流部には、混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとを混合するミキサー44が設けてある。このミキサー44は、ベンチュリー441による吸引作用を利用して、燃焼用空気Aがベンチュリー441を流れる際に、ベンチュリー441におけるスロート部442が負圧になり、この負圧による吸引力によって燃焼用空気Aに対して混合燃料ガスF3を引き込んで、両者の混合気Gを作り出すものである。   An intake filter 411 for preventing foreign matter from entering the gas engine 2 is provided at the inlet of the air pipe 41 opened to the outside air. In addition, a mixer 44 that mixes the mixed fuel gas F3 and the combustion air A is provided at the junction of the fuel pipe 42 through which the mixed fuel gas F3 flows and the air pipe 41 through which the combustion air A flows. When the combustion air A flows through the venturi 441 using the suction action of the venturi 441, the mixer 44 has a negative pressure in the throat portion 442 of the venturi 441, and the combustion air A is generated by the suction force of the negative pressure. On the other hand, the mixed fuel gas F3 is drawn in to produce a mixture G of the two.

図1に示すごとく、ガス混合装置6は、主燃料ガスF1がその供給源から供給される主燃料配管61と、副燃料ガスF2がバイオガス等の副燃料ガスF2のタンクから供給される副燃料配管62とを合流させて、燃料配管42へ混合燃料ガスF3を供給するよう構成してある。
本例の混合ガス制御弁71は、主燃料配管61と副燃料配管62とが合流した混合燃料配管63に設けてあり、ガス混合コントローラ8の指令を受けて、混合燃料ガスF3の流量を調整するよう構成されている。本例のガス混合装置6は、外気の温度を測定する外気温度計74を有している。関係マップMの作成時及び運転時において煙突効果Zを求める際には、外気の温度を用いて補正を行う。
As shown in FIG. 1, the gas mixing device 6 includes a main fuel pipe 61 to which the main fuel gas F1 is supplied from its supply source, and a sub fuel gas F2 to which a sub fuel gas F2 is supplied from a tank of the sub fuel gas F2 such as biogas. The mixed fuel gas F <b> 3 is supplied to the fuel pipe 42 by joining the fuel pipe 62.
The mixed gas control valve 71 of this example is provided in the mixed fuel pipe 63 where the main fuel pipe 61 and the sub fuel pipe 62 merge, and receives a command from the gas mixing controller 8 to adjust the flow rate of the mixed fuel gas F3. It is configured to The gas mixing device 6 of this example includes an outside air thermometer 74 that measures the temperature of outside air. When the chimney effect Z is obtained when creating the relationship map M and during operation, correction is performed using the temperature of the outside air.

また、図1に示すごとく、本例のガス混合装置6は、各構成部品71、72、73、74、8、配管61、62、63等を一体化したユニットとして、既に設置した発電システム1に対して簡単に装備することができるよう構成してある。具体的には、ガス混合装置6は、主燃料ガスF1を通過させる主燃料配管61と、副燃料ガスF2を通過させる副燃料配管62と、副燃料配管62と主燃料配管61とを合流させて混合燃料ガスF3を通過させる混合燃料配管63と、混合燃料配管63に配設した混合ガス制御弁71と、排気管22における排気圧力Pを測定する圧力計72と、排気管22における排気温度Tを測定する温度計73と、外気の温度を測定する外気温度計74と、ガス混合コントローラ8とを一体化したユニットとして構成してある。なお、ガス混合装置6に用いる圧力計72、温度計73、外気温度計74は、発電システム1に予め装備されている場合には、予め装備されたものを使用することができる。   As shown in FIG. 1, the gas mixing device 6 of the present example is a power generation system 1 that has already been installed as a unit in which the components 71, 72, 73, 74, 8, pipes 61, 62, 63, etc. are integrated. It is configured so that it can be easily equipped. Specifically, the gas mixing device 6 joins the main fuel pipe 61 through which the main fuel gas F1 passes, the sub fuel pipe 62 through which the sub fuel gas F2 passes, the sub fuel pipe 62, and the main fuel pipe 61. A mixed fuel pipe 63 through which the mixed fuel gas F3 passes, a mixed gas control valve 71 disposed in the mixed fuel pipe 63, a pressure gauge 72 for measuring the exhaust pressure P in the exhaust pipe 22, and an exhaust temperature in the exhaust pipe 22 A thermometer 73 for measuring T, an outside air thermometer 74 for measuring the temperature of the outside air, and the gas mixing controller 8 are configured as a unit. In addition, the pressure gauge 72, the thermometer 73, and the outside air thermometer 74 used for the gas mixing apparatus 6 can use what was equipped previously, when equipped in the power generation system 1 previously.

そして、ガス混合装置6は、発電システム1における燃料配管42に混合燃料配管63を接続し、発電機3に設けられている電力計31の発電出力Wをガス混合コントローラ8に読み込むよう構成することによって、既に設置した発電システム1に対して簡単に装備することができる。これにより、発電システム1内の改造は、必要最小限にすることができる。   The gas mixing device 6 is configured to connect the mixed fuel pipe 63 to the fuel pipe 42 in the power generation system 1 and read the power generation output W of the wattmeter 31 provided in the generator 3 into the gas mixing controller 8. Thus, the power generation system 1 that has already been installed can be easily equipped. Thereby, the modification in the power generation system 1 can be minimized.

図2には、予めガス混合コントローラ8に設定した関係マップMの一例を示す。同図は、横軸に発電出力Wをとり、縦軸に排気抵抗Rをとって、これらの関係を示す。
この関係マップMは、目標とする所定のNOx濃度を実現する、所定の混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合比率で燃焼を行う際における、発電機3の発電出力Wと排気管22における排気抵抗Rとの相関関係によって表される。
FIG. 2 shows an example of the relationship map M set in the gas mixing controller 8 in advance. In the figure, the horizontal axis represents the power generation output W, and the vertical axis represents the exhaust resistance R, showing these relationships.
This relationship map M shows the power generation output W of the generator 3 and the exhaust pipe 22 when combustion is performed at a mixture ratio of a predetermined mixed fuel gas F3 and combustion air A that achieves a target predetermined NOx concentration. Is represented by the correlation with the exhaust resistance R.

本例の関係マップMを作成するに当たっては、発熱量の変動がほとんどない主燃料ガスF1を発電システム1のガスエンジン2に供給して発電機3を動作させる際に、所定の発電出力Wごとに、実測する排気ガスH中のNOx濃度が目標とするNOx濃度となる、混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合比率を手動で調整しながら設定する。この各混合比率を設定するときに、発電出力W、排気圧力P及び排気温度Tを実際に測定すると共に煙突効果Zを算出し、排気圧力Pと煙突効果Zとの和である排気抵抗Rを求める。こうして、発電出力Wmと排気抵抗Rmとの関係マップMを作成し、この関係マップMをガス混合コントローラ8に設定しておく。
そして、電力計31によって発電機3の所定の発電出力Wが測定されたときには、この発電出力Wを出力する際の目標排気抵抗Rrを関係マップMから読み取ることができる。
In creating the relationship map M of the present example, when the main fuel gas F1 with little variation in the calorific value is supplied to the gas engine 2 of the power generation system 1 and the generator 3 is operated, for each predetermined power generation output W In addition, the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 and the combustion air A is set while manually adjusting the NOx concentration in the exhaust gas H to be measured becomes the target NOx concentration. When setting each mixing ratio, the power generation output W, the exhaust pressure P, and the exhaust temperature T are actually measured and the chimney effect Z is calculated. The exhaust resistance R, which is the sum of the exhaust pressure P and the chimney effect Z, is calculated. Ask. Thus, the relationship map M between the power generation output Wm and the exhaust resistance Rm is created, and this relationship map M is set in the gas mixing controller 8.
When a predetermined power generation output W of the generator 3 is measured by the wattmeter 31, the target exhaust resistance Rr when the power generation output W is output can be read from the relationship map M.

本例の発電システム1は、ビル等に設置するものが多く、ガスエンジン2から排気ガスHを排気するための排気管22は、上方に長く形成されている。
排気管22の構造による煙突効果Zは、例えば、次の式によって求めることができる。すなわち、排気管22の煙突高さをH(m)、外気の温度をTG(℃)、排気管22内の排気ガスHの入口出口平均温度をTH(℃)としたとき、煙突効果Z(Pa)は、Z=H×9.8×{353/(273+TG)−342/(273+TH)}から求めることができる。そして、排気抵抗R(Pa)は、排気管22における排気圧力P(Pa)と煙突効果Zとの和(R=P+Z)から求めることができる。
ここで、入口出口平均温度THは、温度計73によって測定した排気管22の入口の排気温度(ガスエンジン2の出口の排気温度)Tと、排気管22の出口の排気温度との平均値として示される。排気管22の出口の排気温度は、排気管22の入口の排気温度に基づいて推定して求める。なお、排気管22の出口の排気温度は、測定することも可能である。
The power generation system 1 of this example is often installed in a building or the like, and the exhaust pipe 22 for exhausting the exhaust gas H from the gas engine 2 is formed long upward.
The chimney effect Z by the structure of the exhaust pipe 22 can be obtained by the following equation, for example. That is, when the chimney height of the exhaust pipe 22 is H (m), the outside air temperature is TG (° C.), and the average inlet / outlet temperature of the exhaust gas H in the exhaust pipe 22 is TH (° C.), the chimney effect Z ( Pa) can be obtained from Z = H × 9.8 × {353 / (273 + TG) -342 / (273 + TH)}. The exhaust resistance R (Pa) can be obtained from the sum of the exhaust pressure P (Pa) in the exhaust pipe 22 and the chimney effect Z (R = P + Z).
Here, the inlet / outlet average temperature TH is an average value of the exhaust temperature at the inlet of the exhaust pipe 22 (exhaust temperature at the outlet of the gas engine 2) T measured by the thermometer 73 and the exhaust temperature at the outlet of the exhaust pipe 22. Indicated. The exhaust temperature at the outlet of the exhaust pipe 22 is estimated and determined based on the exhaust temperature at the inlet of the exhaust pipe 22. Note that the exhaust temperature at the outlet of the exhaust pipe 22 can also be measured.

また、本例においては、煙突効果Zを、外気の温度TGの所定の平均値算出時間内における複数の測定値の平均値TGav、入口出口平均温度THを、入口出口平均温度THの所定の平均値算出時間t3内における複数の測定値の平均値THavを用いて求め、かつ排気抵抗Rを、排気圧力Pの所定の平均値算出時間内における複数の測定値の平均値Pavに煙突効果Zを加算して求めるよう構成してある。   Further, in this example, the chimney effect Z is defined as the average value TGav of a plurality of measured values within the predetermined average value calculation time of the outside air temperature TG, the inlet / outlet average temperature TH, and the predetermined average of the inlet / outlet average temperature TH. The chimney effect Z is obtained by using the average value THav of a plurality of measurement values within the value calculation time t3, and the exhaust resistance R is calculated as the average value Pav of the plurality of measurement values within the predetermined average value calculation time of the exhaust pressure P. It is configured to obtain by addition.

さらに、排気抵抗Rは、排気ガスHの排気量を測定する代わりに求めるものであるため、排気温度Tの違いが排気抵抗Rに及ぼす影響を考慮し、100〜500℃の高温である排気ガスHの温度を基準とする基準排気ガスの温度(例えば120℃)に換算したときの換算排気抵抗Rsとして、算出手段82における算出に用いることができる。
換算排気抵抗Rsは、基準排気ガスの温度をTs(℃)としたとき、Rs=R×(273+Ts)/(273+T)から求めることができる。
なお、排気管22が短い場合には、排気の際の抵抗が低くなり、十分な排気圧力Pを測定できなくなる。そのため、この場合には、排気管22に絞り等を設けてガスエンジン2の許容範囲内の排気抵抗をかけることができる。
Further, since the exhaust resistance R is obtained instead of measuring the exhaust amount of the exhaust gas H, the exhaust gas having a high temperature of 100 to 500 ° C. is considered in consideration of the influence of the difference in the exhaust temperature T on the exhaust resistance R. As the converted exhaust resistance Rs when converted to the reference exhaust gas temperature (for example, 120 ° C.) based on the H temperature, it can be used for calculation in the calculation means 82.
The converted exhaust resistance Rs can be obtained from Rs = R × (273 + Ts) / (273 + T) where the temperature of the reference exhaust gas is Ts (° C.).
If the exhaust pipe 22 is short, the resistance during exhaust becomes low, and a sufficient exhaust pressure P cannot be measured. Therefore, in this case, an exhaust resistance within the allowable range of the gas engine 2 can be applied by providing a throttle or the like in the exhaust pipe 22.

本例の算出手段82は、目標排気抵抗Rrを、発電出力Wの所定の平均値算出時間内における複数の測定値の平均値Wavを関係マップMに照合して求めるよう構成してある。
また、本例の調整手段83は、排気抵抗Rが、目標排気抵抗Rrに所定の不感帯圧力幅Xを加算した値よりも大きいときには、混合ガス制御弁71の開度を所定量大きくし、一方、排気抵抗Rが、目標排気抵抗Rrから所定の不感帯圧力幅Xを減算した値よりも小さいときには、混合ガス制御弁71の開度を所定量小さくするよう構成されている。
The calculation means 82 of this example is configured to obtain the target exhaust resistance Rr by checking the average value Wav of a plurality of measured values within a predetermined average value calculation time of the power generation output W against the relationship map M.
Further, when the exhaust resistance R is larger than the value obtained by adding the predetermined dead zone pressure width X to the target exhaust resistance Rr, the adjusting means 83 of this example increases the opening of the mixed gas control valve 71 by a predetermined amount, When the exhaust resistance R is smaller than a value obtained by subtracting a predetermined dead zone pressure width X from the target exhaust resistance Rr, the opening degree of the mixed gas control valve 71 is configured to be decreased by a predetermined amount.

また、図1に示すごとく、本例の発電システム1は、ガスエンジン2の排気管22から排気される排気ガスHの排熱を排熱回収装置に回収できるよう構成されている。発電システム1は、排気管22に対して、排熱回収装置の排熱回収部23と、排熱回収部23をバイパスするバイパス弁24とを設けてなる。ガス混合装置6は、バイパス弁24の開度が調整されることによって、排熱回収部23から回収する熱量が変更される状態において使用するよう構成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the power generation system 1 of this example is configured so that the exhaust heat of the exhaust gas H exhausted from the exhaust pipe 22 of the gas engine 2 can be recovered by the exhaust heat recovery device. The power generation system 1 is provided with an exhaust heat recovery unit 23 of the exhaust heat recovery device and a bypass valve 24 that bypasses the exhaust heat recovery unit 23 with respect to the exhaust pipe 22. The gas mixing device 6 is configured to be used in a state where the amount of heat recovered from the exhaust heat recovery unit 23 is changed by adjusting the opening degree of the bypass valve 24.

本例の排熱回収部23及びバイパス弁24は、ガスエンジン2の排気管22の入口付近に配設してあり、圧力計72及び温度計73は、排気管22において、排熱回収部23及びバイパス弁24の後流側に配設されている。圧力計72又は温度計73は、排気管22の入口付近の排気圧力P又は排気温度Tを測定する。
排熱回収装置に回収した排熱は、種々の排熱利用装置に利用することができる。排熱回収装置は、排熱利用装置からの要求に応じて、排気ガスHの排熱を回収する量を調整可能である。
The exhaust heat recovery unit 23 and the bypass valve 24 of this example are disposed in the vicinity of the inlet of the exhaust pipe 22 of the gas engine 2, and the pressure gauge 72 and the thermometer 73 are disposed in the exhaust pipe 22. And on the downstream side of the bypass valve 24. The pressure gauge 72 or the thermometer 73 measures the exhaust pressure P or the exhaust temperature T near the inlet of the exhaust pipe 22.
The exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device can be used for various exhaust heat utilization devices. The exhaust heat recovery device can adjust the amount of exhaust heat recovered from the exhaust gas H in response to a request from the exhaust heat utilization device.

副燃料配管62には、この副燃料配管62内の副燃料ガスF2の圧力を測定するための副燃料用圧力計を配設することができる。ガス混合コントローラ8は、副燃料用圧力計により測定した副燃料ガスF2の圧力を読み込み、副燃料ガスF2の圧力が、所定の設定圧力よりも低いときには、副燃料ガスF2の供給を停止すると共に主燃料ガスF1のみをガスエンジン2へ供給するよう構成することができる。
主燃料配管61には、必要に応じて手動弁75を設けることができる。この場合には、発電システム1の本運転を行う前に予め試運転を行って、主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との初期設定の混合比率を、手動弁75の開度を調整することにより決定しておくことができる。
A sub fuel pressure gauge for measuring the pressure of the sub fuel gas F <b> 2 in the sub fuel pipe 62 can be disposed in the sub fuel pipe 62. The gas mixing controller 8 reads the pressure of the auxiliary fuel gas F2 measured by the auxiliary fuel pressure gauge, and stops the supply of the auxiliary fuel gas F2 when the pressure of the auxiliary fuel gas F2 is lower than a predetermined set pressure. Only the main fuel gas F <b> 1 can be supplied to the gas engine 2.
The main fuel pipe 61 can be provided with a manual valve 75 as necessary. In this case, a trial operation is performed in advance before the main operation of the power generation system 1, and the initial mixing ratio of the main fuel gas F 1 and the auxiliary fuel gas F 2 is adjusted by adjusting the opening degree of the manual valve 75. Can be determined.

また、手動弁75は、ガス混合コントローラ8によって制御可能な制御弁75とすることができる。この場合には、ガス混合コントローラ8は、混合ガス制御弁71の開度に応じて制御弁75の開度を調整し、主燃料ガスF1と副燃料ガスF2との混合比率を変更可能に構成することができる。そして、例えば、副燃料ガス(バイオガス)F2の熱量が低くなりすぎて、混合ガス制御弁71が全開でも排気抵抗Rが高すぎる場合には、ガス混合コントローラ8は、制御弁75の開度を大きくして主燃料ガス(都市ガス)F1の割合を増加させることができる。これにより、ガスエンジン2に失火のおそれがあるガスリーン状態を回避し、混合燃料ガスF3の熱量を高め、排気抵抗Rを目標排気抵抗Rrとすることができる。そのため、発電システム1に利用することができる副燃料ガス(バイオガス)F2の発熱量の幅を大きくすることができる。   The manual valve 75 can be a control valve 75 that can be controlled by the gas mixing controller 8. In this case, the gas mixing controller 8 is configured to adjust the opening degree of the control valve 75 according to the opening degree of the mixed gas control valve 71 and to change the mixing ratio of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2. can do. For example, when the heat amount of the auxiliary fuel gas (biogas) F2 becomes too low and the exhaust gas resistance R is too high even when the mixed gas control valve 71 is fully open, the gas mixing controller 8 opens the opening of the control valve 75. Can be increased to increase the proportion of the main fuel gas (city gas) F1. As a result, a gas lean state that may cause misfire in the gas engine 2 can be avoided, the amount of heat of the mixed fuel gas F3 can be increased, and the exhaust resistance R can be set to the target exhaust resistance Rr. Therefore, the range of the calorific value of the auxiliary fuel gas (biogas) F2 that can be used for the power generation system 1 can be increased.

図3には、横軸に排気温度Tをとり、縦軸に煙突(排気管22)の煙突効果Zをとって、これらの関係の一例を示す。同図において、排気温度T(排気ガスHの温度)が高くなるに連れて煙突効果も高くなっている。そして、排熱回収装置に排気ガスHの排熱を多く回収する場合Aには、排気温度Tは、左側の120〜200℃の付近になり、排熱回収装置に排気ガスHの排熱をほとんど回収しない、あるいは回収しない場合Bには、排気管22内の排気温度Tは、右側の400〜500℃の付近になる。   FIG. 3 shows an example of the relationship between the exhaust temperature T on the horizontal axis and the chimney effect Z of the chimney (exhaust pipe 22) on the vertical axis. In the figure, the chimney effect increases as the exhaust temperature T (the temperature of the exhaust gas H) increases. When a large amount of exhaust heat from the exhaust gas H is recovered by the exhaust heat recovery device, the exhaust temperature T is in the vicinity of 120 to 200 ° C. on the left side, and the exhaust heat recovery device recovers the exhaust heat from the exhaust gas H. In the case of hardly collecting or not collecting B, the exhaust temperature T in the exhaust pipe 22 is in the vicinity of 400 to 500 ° C. on the right side.

次に、本例のガス混合装置6を発電システム1に取り付けて、発電システム1の制御を行う方法について、図4のフローチャートを参照して説明する。
まず、ガス混合コントローラ8の読込手段81は、所定の測定時間間隔t1(例えば1秒)ごとに、電力計31による発電出力W、圧力計72による排気圧力P、温度計73による排気温度T、外気温度計74による外気温度TGを測定し(図のステップS1)、この測定を所定の制御時間t2(例えば10秒)になるまで繰り返す(S2)。
次いで、ガス混合コントローラ8の算出手段82は、所定の制御時間t2が経過したときには、現計測時点から遡った所定の平均値算出時間t3(例えば1分間)における発電出力W、排気圧力P、排気温度T、外気温度TGについての平均値Wav、Pav、Tav、TGavを求める(S3)。
Next, a method for controlling the power generation system 1 by attaching the gas mixing device 6 of this example to the power generation system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the reading means 81 of the gas mixing controller 8 reads the power generation output W by the wattmeter 31, the exhaust pressure P by the pressure gauge 72, the exhaust temperature T by the thermometer 73, every predetermined measurement time interval t 1 (for example, 1 second) The outside temperature TG is measured by the outside temperature thermometer 74 (step S1 in the figure), and this measurement is repeated until a predetermined control time t2 (for example, 10 seconds) is reached (S2).
Next, when the predetermined control time t2 has elapsed, the calculation means 82 of the gas mixing controller 8 determines the power generation output W, the exhaust pressure P, the exhaust gas at a predetermined average value calculation time t3 (for example, 1 minute) retroactive from the current measurement time point. Average values Wav, Pav, Tav, and TGav for the temperature T and the outside air temperature TG are obtained (S3).

次いで、算出手段82は、煙突効果Z(Pa)を、排気管22の煙突高さをH(m)、入口出口平均温度THの所定の平均値算出時間t3内の平均値THav(℃)、外気温度TGの平均値TGav(℃)を用いて、Z=H×9.8×{353/(273+TGav)−342/(273+THav)}から求める(S4)。
次いで、算出手段82は、排気抵抗R(Pa)を、排気圧力Pの平均値Pav(Pa)と煙突効果Z(Pa)とを用いて、R=Pav+Zから求める(S5)。
次いで、算出手段82は、排気温度Tの違いが排気抵抗Rに及ぼす影響を考慮して、排気抵抗Rを補正した換算排気抵抗Rsを、基準排気ガスHの温度をTs(℃)として、Rs=R×(273+Ts)/(273+Tav)から求める(S6)。
Next, the calculating means 82 calculates the chimney effect Z (Pa), the chimney height of the exhaust pipe 22 as H (m), the average value THav (° C.) within the predetermined average value calculation time t3 of the inlet / outlet average temperature TH, Using the average value TGav (° C.) of the outside air temperature TG, it is obtained from Z = H × 9.8 × {353 / (273 + TGav) -342 / (273 + THav)} (S4).
Next, the calculation means 82 calculates the exhaust resistance R (Pa) from R = Pav + Z using the average value Pav (Pa) of the exhaust pressure P and the chimney effect Z (Pa) (S5).
Next, the calculation means 82 considers the influence of the difference in the exhaust gas temperature T on the exhaust gas resistance R, and uses the converted exhaust gas resistance Rs corrected for the exhaust gas resistance R as the reference exhaust gas H temperature as Ts (° C.). = R × (273 + Ts) / (273 + Tav) (S6).

次いで、算出手段82は、発電出力Wの平均値Wavを関係マップMに照合し、この値Wavに対応する目標排気抵抗Rrを関係マップMから読み取る(S7)。
次いで、調整手段83は、換算排気抵抗Rsが、目標排気抵抗Rrに所定の不感帯圧力幅Xを加算した値よりも大きいか否かを判定し(S8)、Rs>Rr+Xである場合には、混合ガス制御弁71の開度を所定量大きくする(S9)。
一方、調整手段83は、Rs>Rr+Xでない場合には、換算排気抵抗Rsが、目標排気抵抗Rrから所定の不感帯圧力幅Xを減算した値よりも小さいか否かを判定し(S10)、Rs<Rr−Xである場合には、混合ガス制御弁71の開度を所定量小さくする(S11)。なお、調整手段83は、Rs<Rr−Xでない場合には、混合ガス制御弁71の開度を維持する。
こうして、ガス混合装置6によって発電システム1を安定して運転することができる。
Next, the calculating means 82 collates the average value Wav of the power generation output W with the relationship map M, and reads the target exhaust resistance Rr corresponding to this value Wav from the relationship map M (S7).
Next, the adjusting means 83 determines whether or not the converted exhaust resistance Rs is larger than a value obtained by adding a predetermined dead zone pressure width X to the target exhaust resistance Rr (S8). If Rs> Rr + X, The opening degree of the mixed gas control valve 71 is increased by a predetermined amount (S9).
On the other hand, when Rs> Rr + X is not satisfied, the adjusting unit 83 determines whether or not the converted exhaust resistance Rs is smaller than a value obtained by subtracting a predetermined dead zone pressure width X from the target exhaust resistance Rr (S10). If <Rr-X, the opening degree of the mixed gas control valve 71 is decreased by a predetermined amount (S11). The adjusting means 83 maintains the opening of the mixed gas control valve 71 when Rs <Rr−X is not satisfied.
Thus, the power generation system 1 can be stably operated by the gas mixing device 6.

ところで、副燃料ガスF2はバイオガスであり、バイオガスは、メタンの他に、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等を含んでおり、その組成の変動によりその発熱量が変動し易い状態にある。
そして、副燃料ガスF2の発熱量が低下したときには、発電機3の発電出力Wが低下することになり、この発電出力Wの低下を補うためにスロットルバルブ21の開度が大きくなり、その結果、排気管22における排気抵抗Rが高くなっていると考えられる。スロットルバルブ21の開度が大きくなるときには、ガスエンジン2への混合燃料ガスF3の供給量が増加すると共に燃焼用空気Aの供給量も増加している。
By the way, the auxiliary fuel gas F2 is a biogas, and the biogas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and the like in addition to methane, and its calorific value is likely to change due to the change in its composition. .
When the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 decreases, the power generation output W of the generator 3 decreases, and the opening of the throttle valve 21 increases to compensate for this decrease in power generation output W. As a result, The exhaust resistance R in the exhaust pipe 22 is considered to be high. When the opening degree of the throttle valve 21 increases, the supply amount of the mixed fuel gas F3 to the gas engine 2 increases and the supply amount of the combustion air A also increases.

このときには、発電機3において所定の目標発電出力を出力する際の排気圧力Pを含む排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrよりも高くなっていると考えられる。そこで、ガス混合コントローラ8の調整手段83により、混合ガス制御弁71の開度が大きくなるよう調整され、排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrに近づけられる。
これにより、副燃料ガスF2の発熱量が低下し、燃焼用空気Aに対する混合燃料ガスF3の混合比率が低く、ガスリーン状態(混合燃料ガスF3の希薄状態)にあるガスエンジン2の燃焼状態を最適な燃焼状態に戻すことができる。そのため、ガスリーン状態を回避し、ガスエンジン2に失火が生ずることを防止することができる。
At this time, it is considered that the exhaust resistance R including the exhaust pressure P when the generator 3 outputs a predetermined target power generation output is higher than the target exhaust resistance Rr. Therefore, the adjustment unit 83 of the gas mixing controller 8 adjusts the opening of the mixed gas control valve 71 so that the exhaust resistance R approaches the target exhaust resistance Rr.
Thereby, the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is reduced, the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 to the combustion air A is low, and the combustion state of the gas engine 2 in the gas lean state (the lean state of the mixed fuel gas F3) is optimized. It is possible to return to a proper combustion state. Therefore, the gas lean state can be avoided and the misfire can be prevented from occurring in the gas engine 2.

一方、副燃料ガスF2の発熱量が上昇したときには、発電機3の発電出力Wが上昇することになり、この発電出力Wの上昇を抑えるためにスロットルバルブ21の開度が小さくなり、その結果、排気管22における排気抵抗Rが低くなっていると考えられる。スロットルバルブ21の開度が小さくなるときには、ガスエンジン2への混合燃料ガスF3の供給量が減少すると共に燃焼用空気Aの供給量も減少している。このときには、発電機3において所定の目標発電出力を出力する際の排気圧力Pを含む排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrよりも低くなっていると考えられる。そこで、ガス混合コントローラ8の調整手段83により、混合ガス制御弁71の開度が小さくなるよう調整され、排気抵抗Rが目標排気抵抗Rrに近づけられる。
これにより、副燃料ガスF2の発熱量が上昇し、燃焼用空気Aに対する混合燃料ガスF3の混合比率が高く、ガスリッチ状態(混合燃料ガスF3の濃厚状態)にあるガスエンジン2の燃焼状態を最適な燃焼状態に戻すことができる。そのため、ガスリッチ状態を回避し、ガスエンジン2の排気ガスH中のNOx濃度の増加を防止することができる。
On the other hand, when the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is increased, the power generation output W of the generator 3 is increased, and the opening of the throttle valve 21 is reduced in order to suppress the increase of the power generation output W, and as a result. It is considered that the exhaust resistance R in the exhaust pipe 22 is low. When the opening degree of the throttle valve 21 decreases, the supply amount of the mixed fuel gas F3 to the gas engine 2 decreases and the supply amount of the combustion air A also decreases. At this time, it is considered that the exhaust resistance R including the exhaust pressure P when the generator 3 outputs a predetermined target power generation output is lower than the target exhaust resistance Rr. Therefore, the adjustment unit 83 of the gas mixing controller 8 adjusts the opening of the mixed gas control valve 71 so that the exhaust resistance R approaches the target exhaust resistance Rr.
As a result, the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 increases, the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 to the combustion air A is high, and the combustion state of the gas engine 2 in the gas rich state (the rich state of the mixed fuel gas F3) is optimized. It is possible to return to a proper combustion state. Therefore, a gas rich state can be avoided and an increase in the NOx concentration in the exhaust gas H of the gas engine 2 can be prevented.

ところで、発電システム1が、排気ガスHの排熱を多く回収する場合には、排気ガスHの温度が大幅に低くなる(120℃付近になる)一方、排熱を回収しない場合には、排気ガスHの温度が大幅に高くなる(400〜500℃付近)。これらの場合において、煙突効果Zの値には大きな差が生じる。
これに対し、本例のガス混合コントローラ8においては、煙突効果Zを考慮して排気抵抗Rを求めている。そのため、排気抵抗Rを正確に算出することができ、ガス混合コントローラ8の調整手段83によって混合ガス制御弁71を制御する精度を向上させることができる。これにより、混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合比率を適切に制御することができ、排気ガスHの排熱を多く回収する場合と回収しない場合とのいずれにおいても、失火の発生及びNOx濃度の増加を防止して、ガスエンジン2の安定燃焼を行うことができる。
By the way, when the power generation system 1 recovers a large amount of exhaust heat of the exhaust gas H, the temperature of the exhaust gas H is significantly lowered (around 120 ° C.), whereas when the exhaust heat is not recovered, the exhaust gas H is exhausted. The temperature of the gas H is significantly increased (around 400 to 500 ° C.). In these cases, a large difference occurs in the value of the chimney effect Z.
On the other hand, in the gas mixing controller 8 of this example, the exhaust resistance R is obtained in consideration of the chimney effect Z. Therefore, the exhaust resistance R can be accurately calculated, and the accuracy of controlling the mixed gas control valve 71 by the adjusting means 83 of the gas mixing controller 8 can be improved. Thereby, it is possible to appropriately control the mixing ratio of the mixed fuel gas F3 and the combustion air A, and the occurrence of misfire and the occurrence of misfiring both in the case where a large amount of exhaust heat of the exhaust gas H is recovered and in the case where it is not recovered An increase in the NOx concentration can be prevented and stable combustion of the gas engine 2 can be performed.

図5には、横軸に排気管22の排気抵抗Rをとり、縦軸に排気ガスH中のNOx濃度(比率)をとって、これらの関係の一例を示す。
同図において、煙突効果Zを考慮した場合の関係ラインを求める際には、発電機3における発電出力Wが所定の値になるよう運転するときに、混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合比率を変化させ、各混合比率のときの排気圧力P、排気温度T等を測定して煙突効果Zを考慮して排気抵抗Rを求めると共に、各混合比率のときの排気ガスH中のNOx濃度を実測した。同図において、丸、三角、菱形のプロット点は、混合比率が異なるときのNOx濃度をそれぞれ示す。そして、各プロット点を回帰分析して描いたものが関係ラインCである。
FIG. 5 shows an example of the relationship between the horizontal axis representing the exhaust resistance R of the exhaust pipe 22 and the vertical axis representing the NOx concentration (ratio) in the exhaust gas H.
In this figure, when obtaining the relationship line when the chimney effect Z is taken into consideration, when the power generation output W in the generator 3 is operated so as to become a predetermined value, the mixed fuel gas F3 and the combustion air A While varying the mixing ratio, measuring the exhaust pressure P, the exhaust temperature T, etc. at each mixing ratio to obtain the exhaust resistance R in consideration of the chimney effect Z, the NOx in the exhaust gas H at each mixing ratio The concentration was measured. In the figure, the plotted points of circles, triangles, and diamonds indicate the NOx concentrations when the mixing ratios are different. A relation line C is drawn by regression analysis of each plot point.

また、発電機3における発電出力Wが所定の値になるよう運転する際に、煙突効果Zを無視して排気抵抗Rを求める場合には、排気ガスHの排気温度Tが450℃一定であるとしたときには、排気抵抗Rと排気ガスH中のNOx濃度との関係は、推定ラインDになる。煙突効果Zを無視する場合には、排気温度Tが高くなるほど関係ラインDは、関係ラインCから左側にオフセットされる量が大きくなる。   Further, when operating the generator 3 so that the power generation output W becomes a predetermined value, when the exhaust resistance R is obtained ignoring the chimney effect Z, the exhaust temperature T of the exhaust gas H is constant at 450 ° C. , The relationship between the exhaust resistance R and the NOx concentration in the exhaust gas H is an estimated line D. When the chimney effect Z is ignored, the amount of offset of the relationship line D to the left from the relationship line C increases as the exhaust temperature T increases.

排気管22の煙突効果Zは、排気ガスHの排気温度Tが高いほど大きく、排気温度Tが400℃と120℃との間では、前者が0.03〜0.04(kPa)大きくなる(図3参照)。この程度の煙突効果Zの差であっても、図5からわかるように、NOx濃度の目標値の設定によっては、NOx濃度が大きく変化してしまうことがある。
煙突効果Zを無視した場合には、計算上、排気温度Tが高くなるほど排気抵抗が小さくなり、ガス混合コントローラ8が、排気抵抗を目標排気抵抗になるよう制御することによって、燃焼用空気Aの割合が増加され、NOx濃度が低下するが、ガスエンジン2の効率低下や失火の問題が生ずるおそれがある。
そのため、煙突効果Zを用いて排気抵抗Rを補正することにより、ガスエンジン2の効率低下、失火の発生を抑制できる。
The chimney effect Z of the exhaust pipe 22 increases as the exhaust temperature T of the exhaust gas H increases, and the former increases by 0.03 to 0.04 (kPa) when the exhaust temperature T is between 400 ° C. and 120 ° C. ( (See FIG. 3). Even with such a difference in the chimney effect Z, as can be seen from FIG. 5, the NOx concentration may change greatly depending on the setting of the target value of the NOx concentration.
When the chimney effect Z is ignored, the exhaust resistance decreases as the exhaust temperature T increases, and the gas mixing controller 8 controls the exhaust resistance to be the target exhaust resistance. Although the ratio is increased and the NOx concentration is lowered, there is a risk that the efficiency of the gas engine 2 is reduced and a problem of misfire occurs.
Therefore, by correcting the exhaust resistance R using the chimney effect Z, it is possible to suppress the reduction in efficiency of the gas engine 2 and the occurrence of misfire.

(制御方法のシミュレーション)
本シミュレーションにおいては、ガスエンジン2に混合気Gを供給する、スロットルバルブ21の後流側に設けた吸気マニホールドの圧力(混合気Gの圧力)を一定にしてガスエンジン2を運転する制御方法(吸気マニホールド圧力一定制御)を行う場合について、混合気Gの体積及び組成に対する排気ガスHの体積及び組成の変化について示す。そして、この体積及び組成の変化に対して、上記実施例1に示した排気抵抗一定制御(排気ガス量一定制御)を行う場合の効果、並びに吸気マニホールド圧力一定制御を行う場合の課題、及び排気管22における排気ガスH中の酸素濃度を一定にしてガスエンジン2を運転する制御方法(酸素濃度一定制御)を行う場合の課題について検証する。
(Control method simulation)
In this simulation, a control method for supplying the gas mixture G to the gas engine 2 and operating the gas engine 2 with the pressure of the intake manifold (the pressure of the gas mixture G) provided on the downstream side of the throttle valve 21 being constant ( In the case of performing the intake manifold pressure constant control), the change in the volume and composition of the exhaust gas H with respect to the volume and composition of the mixture G will be described. Then, with respect to the change in volume and composition, the effect when the exhaust resistance constant control (exhaust gas amount constant control) shown in the first embodiment is performed, the problem when the intake manifold pressure constant control is performed, and the exhaust The problem in the case of performing the control method (constant oxygen concentration control) for operating the gas engine 2 with the oxygen concentration in the exhaust gas H in the pipe 22 constant will be verified.

ここに、本シミュレーションにおいては、主燃料ガスF1及び副燃料ガスF2の多くはメタンで構成される一方、副燃料ガスF2としてのバイオガスには、水素、二酸化炭素等が含まれることを考慮し、混合燃料ガスF3が、メタンのみからなる場合、水素のみからなる場合、メタン及び二酸化炭素からなる場合について、完全燃焼を行ったときの体積及び組成の変化を示し、各制御方法による安定燃焼の妥当性を検討する。   Here, in this simulation, it is considered that most of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 are composed of methane, while the biogas as the auxiliary fuel gas F2 includes hydrogen, carbon dioxide, and the like. In the case where the mixed fuel gas F3 is made of only methane, the case of being made of only hydrogen, or the case of being made of methane and carbon dioxide, the change in volume and composition when complete combustion is performed is shown. Examine the validity.

以下に、ガスエンジン2に供給する混合燃料ガスF3と燃焼用空気Aとの混合気Gの合計体積が5(Nm3)であると仮定したときの燃焼後の排気ガスHの組成、体積(Nm3)の変化について示す。
ここで、水素の発熱量は、10.76(MJ/Nm3)であり、メタンの発熱量は35.85(MJ/Nm3)であるため、水素の発熱量と合わせるため、水素の体積は1(Nm3)メタンの体積は0.3(Nm3)(35.85×0.3=10.76)とした。
Hereinafter, the composition and volume of the exhaust gas H after combustion when the total volume of the mixture G of the mixed fuel gas F3 and the combustion air A supplied to the gas engine 2 is 5 (Nm 3 ) ( Nm 3 ) will be described.
Here, the calorific value of hydrogen is 10.76 (MJ / Nm 3 ), and the calorific value of methane is 35.85 (MJ / Nm 3 ). The volume of 1 (Nm 3 ) methane was 0.3 (Nm 3 ) (35.85 × 0.3 = 10.76).

図6に示すごとく、混合燃料ガスF3がメタンのみからなる場合、CH4+2O2→CO2+2H2Oの反応式からそれぞれの体積割合(Nm3)は、CH4が1、O2が2に対し、CO2が1、H2Oが2となる。この場合、ガスエンジン2に供給される混合気Gは、全体の体積を5(Nm3)として、メタンを0.3(Nm3)、燃焼用空気Aを残りの4.7(Nm3)含むとき、メタンの燃焼に使われる酸素は4.7(Nm3)のうちの0.6(Nm3)となる。そして、メタンの完全燃焼が行われたときには、全体の体積は5(Nm3)のままで、燃焼用空気A中の酸素0.6(Nm3)が消費されると共に二酸化炭素が0.3(Nm3)、水が0.6(Nm3)生成され、残りが残存空気(燃焼用空気Aのうち燃焼に消費された酸素以外の残りの気体)として4.1(Nm3)残ることになる。 As shown in FIG. 6, when the mixed fuel gas F3 is composed only of methane, the volume ratio (Nm 3 ) of CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O is 1 for CH 4 and 2 for O 2. On the other hand, CO 2 is 1 and H 2 O is 2. In this case, the mixture G supplied to the gas engine 2 has an overall volume of 5 (Nm 3 ), methane is 0.3 (Nm 3 ), and combustion air A is the remaining 4.7 (Nm 3 ). When included, oxygen used for combustion of methane is 0.6 (Nm 3 ) out of 4.7 (Nm 3 ). When complete combustion of methane is performed, the entire volume remains 5 (Nm 3 ), oxygen 0.6 (Nm 3 ) in the combustion air A is consumed, and carbon dioxide is 0.3 (Nm 3 ), 0.6 (Nm 3 ) of water is generated, and the remainder remains 4.1 (Nm 3 ) as residual air (remaining gas other than oxygen consumed for combustion in the combustion air A). become.

図7に示すごとく、混合燃料ガスF3が水素のみからなる場合、H2+0.5O2→H2Oの反応式からそれぞれの体積割合(Nm3)は、H2が1、O2が0.5に対し、H2Oが1となる。この場合、ガスエンジン2に供給される混合気Gは、全体の体積を5(Nm3)として、水素を1(Nm3)、燃焼用空気Aを残りの4(Nm3)含むとき、水素の燃焼に使われる酸素は4(Nm3)のうちの0.5(Nm3)となる。そして、水素の完全燃焼が行われたときには、全体の体積が4.5(Nm3)に減少し、燃焼用空気A中の酸素0.5(Nm3)が消費されると共に水が1(Nm3)生成され、残りが残存空気として3.5(Nm3)残ることになる。 As shown in FIG. 7, when the mixed fuel gas F3 is composed of only hydrogen, the volume ratio (Nm 3 ) of H 2 + 0.5O 2 → H 2 O is 1 for H 2 and 0 for O 2. .5, H 2 O is 1. In this case, the mixture G supplied to the gas engine 2 has a total volume of 5 (Nm 3 ), hydrogen 1 (Nm 3 ), and combustion air A 4 remaining (Nm 3 ). Oxygen used for combustion is 0.5 (Nm 3 ) out of 4 (Nm 3 ). When the complete combustion of hydrogen is performed, the entire volume is reduced to 4.5 (Nm 3 ), oxygen 0.5 (Nm 3 ) in the combustion air A is consumed, and water is 1 ( Nm 3 ) and 3.5 (Nm 3 ) remains as the remaining air.

図8に示すごとく、混合燃料ガスF3がメタン及び二酸化炭素からなる場合、ガスエンジン2に供給される混合気Gは、全体の体積を5(Nm3)として、メタンを0.3(Nm3)、二酸化炭素を0.3(Nm3)、燃焼用空気Aを残りの4.4(Nm3)含むとき、メタンの燃焼に使われる酸素は4.4(Nm3)のうちの0.6(Nm3)となる。そして、メタンの完全燃焼が行われたときには、全体の体積は5(Nm3)のままで、燃焼用空気A中の酸素0.6(Nm3)が消費されると共に二酸化炭素が0.3(Nm3)、水が0.6(Nm3)生成され、二酸化炭素の合計量は0.6(Nm3)となり、残りが残存空気として3.8(Nm3)残ることになる。 As shown in FIG. 8, when the mixed fuel gas F3 is made of methane and carbon dioxide, the mixture G supplied to the gas engine 2 has an overall volume of 5 (Nm 3 ) and methane of 0.3 (Nm 3). ), 0.3 (Nm 3 ) of carbon dioxide and the remaining 4.4 (Nm 3 ) of combustion air A, oxygen used for combustion of methane is 0. of 4.4 (Nm 3 ). 6 (Nm 3 ). When complete combustion of methane is performed, the entire volume remains 5 (Nm 3 ), oxygen 0.6 (Nm 3 ) in the combustion air A is consumed, and carbon dioxide is 0.3 (Nm 3 ) and 0.6 (Nm 3 ) of water are generated, the total amount of carbon dioxide is 0.6 (Nm 3 ), and the remainder remains as 3.8 (Nm 3 ) as residual air.

混合燃料ガスF3が水素のみからなる場合に、吸気マニホールド圧力一定制御によってガスエンジン2の燃焼運転を行うと、体積が減少した分、排気ガスHの温度が高くなり、排気ガスH中のNOx濃度が増加することになる。つまり、吸気マニホールド圧力一定制御によると、副燃料ガスF2中に水素が含まれ、この水素量が増加すると、NOx濃度が増加することを意味する。   When the mixed fuel gas F3 is made only of hydrogen and the combustion operation of the gas engine 2 is performed by the constant control of the intake manifold pressure, the temperature of the exhaust gas H increases as the volume decreases, and the NOx concentration in the exhaust gas H increases. Will increase. That is, according to the intake manifold pressure constant control, hydrogen is contained in the auxiliary fuel gas F2, and as the amount of hydrogen increases, the NOx concentration increases.

混合燃料ガスF3がメタンのみからなる場合(図6参照)には、燃焼前の酸素量は、4.7×0.21(空気中の酸素濃度)=0.987(Nm3)であり、燃焼後の酸素量は、0.987−0.6=0.387(Nm3)となるのに対し、混合燃料ガスF3がメタン及び二酸化炭素からなる場合(図8参照)には、燃焼前の酸素量は、4.4×0.21(空気中の酸素濃度)=0.924(Nm3)であり、燃焼後の酸素量は、0.924−0.6=0.324(Nm3)となる。 When the mixed fuel gas F3 consists only of methane (see FIG. 6), the oxygen amount before combustion is 4.7 × 0.21 (oxygen concentration in the air) = 0.987 (Nm 3 ), The amount of oxygen after combustion is 0.987−0.6 = 0.387 (Nm 3 ), whereas when the mixed fuel gas F3 is composed of methane and carbon dioxide (see FIG. 8), before combustion Of oxygen is 4.4 × 0.21 (oxygen concentration in the air) = 0.924 (Nm 3 ), and the amount of oxygen after combustion is 0.924−0.6 = 0.324 (Nm 3 ).

酸素濃度一定制御によってガスエンジン2の燃焼運転を行う際に、二酸化炭素が含まれる場合について考える。
混合気G中に二酸化炭素が含まれないとした場合(図6の混合燃料ガスF3がメタンのみ含む場合)には、排気ガスH中の酸素濃度が0.387/5×100%=7.74%となる。そのため、仮に排気ガスH中の目標酸素濃度が7%であることを想定すると、酸素濃度が7%となるよう、燃焼用空気Aの混合割合が減らされ、ガスリッチになって、NOx濃度が増加することになる。
一方、混合気G中に二酸化炭素が含まれる場合(図8の混合燃料ガスF3がメタン及び二酸化炭素を含む場合)には、排気ガスH中の酸素濃度が0.324/5×100%=6.48%となる。そのため、仮に排気ガスH中の目標酸素濃度が7%であることを想定すると、酸素濃度が7%となるよう、燃焼用空気Aの混合割合が増やされ、ガスリーンになって、失火が発生するおそれが生じる。
Consider a case in which carbon dioxide is included when the gas engine 2 is burned by oxygen concentration constant control.
When carbon dioxide is not included in the gas mixture G (when the mixed fuel gas F3 in FIG. 6 includes only methane), the oxygen concentration in the exhaust gas H is 0.387 / 5 × 100% = 7. 74%. Therefore, assuming that the target oxygen concentration in the exhaust gas H is 7%, the mixing ratio of the combustion air A is reduced so that the oxygen concentration becomes 7%, the gas becomes rich, and the NOx concentration increases. Will do.
On the other hand, when the gas mixture G contains carbon dioxide (when the mixed fuel gas F3 in FIG. 8 contains methane and carbon dioxide), the oxygen concentration in the exhaust gas H is 0.324 / 5 × 100% = 6.48%. Therefore, assuming that the target oxygen concentration in the exhaust gas H is 7%, the mixing ratio of the combustion air A is increased so that the oxygen concentration becomes 7%, gas leaning occurs, and misfire occurs. There is a fear.

このように、吸気マニホールド圧力一定制御又は酸素濃度一定制御を行う場合に対し、上記実施例1に示した排気抵抗一定制御を行う場合には、上記NOx濃度の増加、失火の生じるおそれをなくすことができる。すなわち、排気抵抗一定制御を行う場合において、混合燃料ガスF3に水素が含まれる場合には、どのような組成であっても一定の熱量の混合燃料ガスF3の燃焼を行うとき(一定の発電出力Wを出力するとき)の排気ガスHの排気量を一定にする制御を行うことにより、ガスエンジン2における燃焼温度が安定してNOx濃度の増加が防止される。この状態は、図7においては、2点鎖線で示すように、排気ガスの体積が5(Nm3)となるよう、混合気Gの体積が増加される状態として表される。 As described above, in the case where the exhaust resistance constant control shown in the first embodiment is performed in contrast to the case where the intake manifold pressure constant control or the oxygen concentration constant control is performed, the possibility of the increase in the NOx concentration and the occurrence of misfire is eliminated. Can do. That is, in the case of performing exhaust resistance constant control, when hydrogen is contained in the mixed fuel gas F3, when the mixed fuel gas F3 having a certain amount of heat is burned regardless of the composition (constant power generation output) By controlling the exhaust amount of the exhaust gas H to be constant (when W is output), the combustion temperature in the gas engine 2 is stabilized and the increase in the NOx concentration is prevented. This state is represented in FIG. 7 as a state in which the volume of the air-fuel mixture G is increased so that the volume of the exhaust gas becomes 5 (Nm 3 ), as indicated by a two-dot chain line.

また、排気抵抗一定制御を行う場合において、混合燃料ガスF3に二酸化炭素が含まれる場合には、燃焼用空気Aの供給量が維持されて燃焼前後における混合燃料ガスF3と排気ガスHとの体積がほとんど変化しないように制御され、失火を生じることが防止される。
従って、上記実施例1に示した排気抵抗一定制御を行うことにより、NOx濃度の増加を防止し、失火の発生を防止できることがわかる。
In addition, in the case where the exhaust resistance constant control is performed, when carbon dioxide is contained in the mixed fuel gas F3, the supply amount of the combustion air A is maintained, and the volume of the mixed fuel gas F3 and the exhaust gas H before and after combustion is maintained. Is controlled so that it hardly changes, and misfire is prevented.
Therefore, it can be seen that by performing the exhaust resistance constant control shown in the first embodiment, an increase in the NOx concentration can be prevented and the occurrence of misfire can be prevented.

図9には、横軸に、混合燃料ガスF3全体に対する副燃料ガスF2の混焼率(混合率)をとり、縦軸に、排気ガスH中のNOx濃度及び排気抵抗Rをとって、上記実施例1の排気抵抗一定制御を行う場合と、従来の酸素濃度一定制御を行う場合とについて、排気ガスH中のNOx濃度を実測し、排気抵抗Rの変化を算出した結果を示す。なお、副燃料ガスF2の組成は、メタンが60%vol、二酸化炭素が40%volであるとした。
酸素濃度一定制御を行う場合には、副燃料ガスF2の混焼率の変化に伴って、排気抵抗Rが変化する。特に、副燃料ガスF2の混焼率が低いときには、ガスエンジン2から排気される排気ガスH中のNOx濃度が増加することがわかる。これは、副燃料ガスF2の混焼率が低くなると、排気ガスHの排気量が減少し、ガスエンジン2の燃焼温度が上昇することにより、NOx濃度が増加したものと考えられる。
In FIG. 9, the horizontal axis represents the mixed combustion rate (mixing rate) of the auxiliary fuel gas F2 with respect to the entire mixed fuel gas F3, and the vertical axis represents the NOx concentration and the exhaust resistance R in the exhaust gas H. The results of measuring the NOx concentration in the exhaust gas H and calculating the change in the exhaust resistance R for the case of performing the exhaust resistance constant control of Example 1 and the case of performing the conventional oxygen concentration constant control are shown. The composition of the auxiliary fuel gas F2 was 60% vol for methane and 40% vol for carbon dioxide.
When the oxygen concentration constant control is performed, the exhaust resistance R changes with the change in the mixed combustion rate of the auxiliary fuel gas F2. In particular, it can be seen that the NOx concentration in the exhaust gas H exhausted from the gas engine 2 increases when the co-firing rate of the auxiliary fuel gas F2 is low. This is probably because when the co-firing rate of the auxiliary fuel gas F2 is lowered, the exhaust amount of the exhaust gas H is decreased and the combustion temperature of the gas engine 2 is increased, so that the NOx concentration is increased.

これに対し、排気抵抗一定制御を行う場合には、副燃料ガスF2の混焼率の変化に対して、排気抵抗Rがほぼ一定になる。そして、排気抵抗Rがほぼ一定であることにより、排気ガスHの排気量がほぼ一定になり、排気ガスH中のNOx濃度をほぼ一定に保つことができることがわかる。   On the other hand, when the exhaust resistance constant control is performed, the exhaust resistance R becomes substantially constant with respect to the change in the mixed combustion rate of the auxiliary fuel gas F2. It can be seen that the exhaust resistance R is substantially constant, the exhaust amount of the exhaust gas H becomes substantially constant, and the NOx concentration in the exhaust gas H can be kept substantially constant.

1 発電システム
2 ガスエンジン
21 スロットルバルブ
22 排気管
3 発電機
31 電力計
41 空気配管
42 燃料配管
43 混合気供給配管
5 メインコントローラ
6 ガス混合装置
71 混合ガス制御弁
72 圧力計
73 温度計
74 外気温度計
8 ガス混合コントローラ
81 読込手段
82 算出手段
83 調整手段
F1 主燃料ガス
F2 副燃料ガス
F3 混合燃料ガス
A 燃焼用空気
G 混合気
H 排気ガス
M 関係マップ
W 発電出力
P 排気圧力
T 排気温度
TG 外気温度
Z 煙突効果
R 排気抵抗
Rr 目標排気抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Gas engine 21 Throttle valve 22 Exhaust pipe 3 Generator 31 Wattmeter 41 Air piping 42 Fuel piping 43 Mixture supply piping 5 Main controller 6 Gas mixing device 71 Mixed gas control valve 72 Pressure gauge 73 Thermometer 74 Outside temperature Total 8 Gas mixing controller 81 Reading means 82 Calculation means 83 Adjustment means F1 Main fuel gas F2 Sub fuel gas F3 Mixed fuel gas A Combustion air G Mixture H Exhaust gas M Relation map W Power generation output P Exhaust pressure T Exhaust temperature TG Outside air Temperature Z Chimney effect R Exhaust resistance Rr Target exhaust resistance

Claims (4)

ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置であって、
上記発電システムは、上記発電機の発電出力を測定する電力計と、空気配管から吸い込まれた燃焼用空気と燃料配管に供給された上記混合燃料ガスとを混合させて混合気を作り出す混合気供給配管と、該混合気供給配管に配設して、上記ガスエンジンへ供給する上記混合気の流量を調整するためのスロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を調整して上記発電機の発電出力を所定の目標発電出力に制御するメインコントローラとを備えており、
上記ガス混合装置は、上記燃料配管に供給する上記混合燃料ガスの流量を調整するための混合ガス制御弁と、上記ガスエンジンの排気管における排気圧力を測定する圧力計と、上記排気管における排気温度を測定する温度計と、上記混合ガス制御弁の開度を調整して上記燃焼用空気に対する上記混合燃料ガスの混合比率を制御するガス混合コントローラとを備えており、
該ガス混合コントローラには、上記電力計によって測定される発電出力Wmと、該発電出力Wmを出力するときに上記圧力計によって測定される排気圧力Pmに煙突効果Zmを加算して求められる排気抵抗Rmとの関係が関係マップとして予め設定してあり、
上記ガス混合コントローラは、上記電力計によって測定した発電出力W、上記圧力計によって測定した排気圧力P、及び上記温度計によって測定した排気温度Tを読み込む読込手段と、
上記測定した発電出力Wを出力するときの目標排気抵抗Rrを上記関係マップより求めると共に、上記排気管の構造及び上記測定した排気温度Tを用いて煙突効果Zを求め、かつ上記排気圧力Pに上記煙突効果Zを加算して排気抵抗Rを求める算出手段と、
上記排気抵抗Rが上記目標排気抵抗Rrになるよう上記混合ガス制御弁の開度を調整する調整手段とを備えていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。
A mixed fuel gas equipped with a power generation system configured to operate a generator by operating a gas engine and mixed with a main fuel gas such as city gas and a sub fuel gas such as biogas in the power generation system A gas mixing device configured to supply
The power generation system includes a power meter that measures the power generation output of the power generator, a mixture supply that creates a mixture by mixing combustion air sucked from an air pipe and the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe A throttle valve for adjusting a flow rate of the air-fuel mixture supplied to the gas engine, and an opening of the throttle valve to adjust the opening of the throttle valve. And a main controller for controlling the output to a predetermined target power generation output,
The gas mixing device includes a mixed gas control valve for adjusting a flow rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe, a pressure gauge for measuring an exhaust pressure in the exhaust pipe of the gas engine, and an exhaust gas in the exhaust pipe. A thermometer that measures the temperature, and a gas mixing controller that controls the mixing ratio of the mixed fuel gas to the combustion air by adjusting the opening of the mixed gas control valve,
The gas mixing controller has an exhaust resistance obtained by adding a chimney effect Zm to a power generation output Wm measured by the power meter and an exhaust pressure Pm measured by the pressure gauge when the power generation output Wm is output. The relationship with Rm is preset as a relationship map,
The gas mixing controller includes a reading unit that reads a power generation output W measured by the wattmeter, an exhaust pressure P measured by the pressure gauge, and an exhaust temperature T measured by the thermometer;
The target exhaust resistance Rr when the measured power generation output W is output is obtained from the relationship map, the chimney effect Z is obtained using the exhaust pipe structure and the measured exhaust temperature T, and the exhaust pressure P is determined. Calculating means for obtaining the exhaust resistance R by adding the chimney effect Z;
A gas mixing apparatus for use in a power generation system, comprising: an adjusting means for adjusting an opening of the mixed gas control valve so that the exhaust resistance R becomes the target exhaust resistance Rr.
請求項1に記載の発電システムに用いるガス混合装置において、上記読込手段は、上記発電出力W、上記排気圧力P、及び上記排気温度Tを所定の時間間隔で逐次読み込むよう構成されており、
上記調整手段は、上記排気抵抗Rが、上記目標排気抵抗Rrに所定の不感帯圧力幅Xを加算した値よりも大きいときには、上記混合ガス制御弁の開度を所定量大きくし、一方、上記排気抵抗Rが、上記目標排気抵抗Rrから所定の不感帯圧力幅Xを減算した値よりも小さいときには、上記混合ガス制御弁の開度を所定量小さくするよう構成されていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。
In the gas mixing device used in the power generation system according to claim 1, the reading means is configured to sequentially read the power generation output W, the exhaust pressure P, and the exhaust temperature T at predetermined time intervals.
When the exhaust resistance R is greater than a value obtained by adding a predetermined dead zone pressure width X to the target exhaust resistance Rr, the adjusting means increases the opening of the mixed gas control valve by a predetermined amount, while the exhaust resistance R When the resistance R is smaller than a value obtained by subtracting a predetermined dead zone pressure width X from the target exhaust resistance Rr, the power generation system is configured to decrease the opening of the mixed gas control valve by a predetermined amount. Gas mixing device used for
請求項1又は2に記載の発電システムに用いるガス混合装置において、上記算出手段は、上記排気抵抗Rを、上記排気温度Tを基準排気ガスの温度Tsに換算した換算排気抵抗として求めるよう構成されていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。   3. The gas mixing device used in the power generation system according to claim 1, wherein the calculation unit is configured to obtain the exhaust resistance R as a converted exhaust resistance obtained by converting the exhaust temperature T to a reference exhaust gas temperature Ts. A gas mixing device for use in a power generation system. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の発電システムに用いるガス混合装置において、上記発電システムは、上記排気管に対して、排熱回収装置の排熱回収部と該排熱回収部をバイパスするバイパス弁とを設けてなり、
該バイパス弁の開度が調整されることによって上記排熱回収部から回収する熱量が変更される状態において使用することを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。
The gas mixing device used for the power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the power generation system includes an exhaust heat recovery unit of the exhaust heat recovery device and the exhaust heat recovery unit with respect to the exhaust pipe. With a bypass valve to bypass,
A gas mixing device used in a power generation system, wherein the heat generation amount recovered from the exhaust heat recovery unit is changed by adjusting an opening degree of the bypass valve.
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