JP2013092315A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成および制御で、燃料の性状の変化に対応して、最適な燃焼状態を維持できるボイラを提供する。
【解決手段】バーナ４へ燃焼用空気を供給するファン５と、バーナ４へのガス燃料を供給する燃料供給路７とを備える。燃料供給路７にはウォッベ指数測定器１３が設けられ、このウォッベ指数測定器１３は、ガス燃料のウォッベ指数を測定する。燃料供給路７にはガス流量調整弁１５が設けられ、このガス流量調整弁１５は、ウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数に基づき開度調整して、バーナ４への供給熱量を所望に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス焚きのボイラに関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、送風機（９）からの燃焼用空気に、燃料供給路（１５）からのガス燃料を混合して、その予混合気をバーナ（３）において燃焼させるボイラ（２）が知られている。このボイラでは、燃焼用空気とガス燃料の各流量が調整されて、バーナの燃焼量が調整される。

しかしながら、燃料の性状は必ずしも一定ではない。特に、たとえば副生ガス、熱分解ガス、バイオガスの場合、燃料の性状が変化し、単位流量当たりの発熱量が変化するおそれがある。そして、従来のボイラには、これに対処する手段がないため、空気比が乱れて不完全燃焼に至るなど、最適な燃焼を行えないおそれがある。

一方、燃料の性状が一定でない場合の対応として、たとえば下記特許文献２に開示される燃料供給装置が提案されている。この燃料供給装置（２）は、燃焼装置（１）のノズル（１２ａ）に燃料ガス（Ｇ１＝副生ガスや熱分解ガス）を供給する装置であって、燃料ガス（Ｇ１）に熱量を調節するための熱量調節ガス（Ｇ２＝都市ガスや天然ガス）を混合する熱量調節ガス混合手段（３）と、燃料ガス（Ｇ１）にウォッベ指数を調節するためのウォッベ指数調節ガス（Ｇ３＝水蒸気や不活性ガス）を混合するウォッベ指数調節ガス混合手段（４）とを備える。そして、ノズル（１２ａ）に供給される燃料ガス（Ｇ１）のウォッベ指数がノズル（１２ａ）の噴射可能範囲となり、ノズル（１２ａ）に供給される燃料ガス（Ｇ１）の熱量が燃焼装置（１）の要求範囲となるように熱量調節ガス混合手段（３）及びウォッベ指数調節ガス混合手段（４）が制御される。

特開２００８−１５７５５３号公報 特開２００９−２４３７１１号公報

しかしながら、従来の装置は、燃料の性状の変化に合わせて、他のガスを混合することで、発熱量を調整するものである。そのため、装置の構成および制御が複雑とならざるを得ない。

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成および制御で、燃料の性状の変化に対応して、最適な燃焼状態を維持できるボイラを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、バーナへ燃焼用空気を供給するファンと、前記バーナへのガス燃料を供給する燃料供給路と、この燃料供給路に設けられ、前記ガス燃料のウォッベ指数を測定するウォッベ指数測定器と、前記燃料供給路に設けられ、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数に基づき開度調整されるガス流量調整弁とを備えることを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、ウォッベ指数に基づきガス流量を調整することができる。従って、燃料の性状の変化に応じた流量でガス燃料を供給して、最適な燃焼を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記ガス燃料の組成から予め求めたウォッベ指数が、基準ウォッベ指数として制御器に設定され、前記制御器は、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数が前記基準ウォッベ指数よりも低ければ、それに応じて前記ガス流量調整弁の開度を増加させる一方、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数が前記基準ウォッベ指数よりも高ければ、それに応じて前記ガス流量調整弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

請求項２に記載の発明によれば、予め基準ウォッベ指数を設定しておき、この基準ウォッベ指数と実際のウォッベ指数とを比較してガス流量を調整することで、簡易な制御で最適な燃焼を図ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記制御器は、前記バーナへの燃焼用空気の供給流量に基づきガス燃料の供給流量を設定すると共に、この設定流量を、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数に基づき補正して、この補正後の流量でガス燃料を供給するように前記ガス流量調整弁の開度を調整することを特徴とする請求項２に記載のボイラである。

請求項３に記載の発明によれば、燃焼用空気流量に基づき設定されるガス流量を、ウォッベ指数に基づき補正することで、燃料の性状の変化に対応して、最適な燃焼を図ることができる。

本発明によれば、簡易な構成および制御で、燃料の性状の変化に対応して、最適な燃焼状態を維持できるボイラを実現することができる。

本発明のボイラの一実施例を示す概略図であり、一部を断面にして示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のボイラ１の一実施例を示す概略図であり、一部を断面にして示している。

本実施例のボイラ１は、ガス焚きボイラであり、多数の水管２，２，…を備える缶体３と、この缶体３内の水を加熱するバーナ４と、このバーナ４にファン５からの燃焼用空気を供給する燃焼用空気路６と、この燃焼用空気路６にガス燃料を供給する燃料供給路７と、缶体３から排ガスを排出する排ガス路８とを備える。なお、ガス燃料は、たとえば、副生ガス、熱分解ガスまたはバイオガスなど、性状が変化し得る燃料である。

缶体３は、上部管寄せ９と下部管寄せ１０との間を多数の水管２，２，…で接続して構成される。缶体３の形状は、特に問わないが、本実施例では角形とされる。本実施例では、缶体３には、一側端部にバーナ４が設けられ、このバーナ４には燃焼用空気路６が接続される。また、缶体３には、バーナ４と反対側の端部に、排ガス路８が接続される。

バーナ４からの燃焼ガス（当初は火炎を含む）は、各水管２内の水と熱交換した後、排ガスとして排ガス路８から排出される。バーナ４からの燃焼ガスにより、各水管２内の水は加熱され、蒸気として上部管寄せ９から導出される。なお、下部管寄せ１０には適宜給水され、缶体３内の水位は所望に維持される。

バーナ４は、本実施例では平面状の燃焼面（予混合気噴出面）を有する完全予混合式のバーナとされる。このバーナ４は、燃焼量を段階的に変更可能とされる。本実施例では、高燃焼（１００％燃焼）、低燃焼（たとえば５０％燃焼）および停止の三位置で燃焼量が切り替えられる。詳細は後述するが、バーナ４には、燃焼量に応じた量の燃焼用空気とガス燃料とが供給される。

バーナ４への燃焼用空気の供給は、ファン５からの空気を、燃焼用空気路６を介して送り込むことでなされる。つまり、ファン５から送り出された空気は、燃焼用空気として、燃焼用空気路６を介してバーナ４へ供給される。

燃焼用空気の流量の調整は、燃焼用空気路６にダンパ１１を設けてこのダンパ１１の位置を調整するか、これに代えてまたはこれに加えて、インバータを用いてファン５の回転速度を変えることでなされる。本実施例では、燃焼用空気路６にダンパ１１を設けて、ファン５は一定速度で回転させつつダンパ１１の位置を変更することで、燃焼用空気の流量を調整する。具体的には、燃焼用空気路６の中途には、流路方向と直交して回転軸１２が設けられ、この回転軸１２には板状のダンパ１１が設けられる。従って、回転軸１２を動かすことでダンパ１１の傾き角を調整して、バーナ４へ送り出す空気流量が調整される。

バーナ４へのガス燃料の供給は、燃料供給路７からのガス燃料を、燃焼用空気路６を介して送り込むことでなされる。燃焼用空気路６にダンパ１１が設けられる場合、燃焼用空気路６には、ダンパ１１より下流において、燃料供給路７からガス燃料が供給される。燃料供給路７からのガス燃料は、燃焼用空気路６内において噴出され、ファン５からの空気に混合される。

燃料供給路７には下流へ向けて順に、ウォッベ指数測定器１３、電磁弁１４、ガス流量調整弁１５が設けられる。ボイラ１の運転時、電磁弁１４は開かれた状態に維持される。また、ガス流量調整弁１５は、開度調整可能な弁であり、バーナ４へ供給するガス燃料の流量を調整する。

ウォッベ指数測定器１３は、燃料供給路７からバーナ４へ供給するガス燃料のウォッベ指数を測定する。ウォッベ指数ＷＩとは、周知のとおり、ガス燃料の単位容積当たりの総発熱量（高位発熱量）Ｈと、ガス燃料の空気に対する比重ａとを用いて、次式により表される。

［数１］ ＷＩ＝Ｈ／√ａ

ウォッベ指数測定器１３およびガス流量調整弁１５は、制御器１６に接続されている。さらに、制御器１６は、燃焼用空気の流量も把握する。すなわち、本実施例では、燃焼用空気路６には、ダンパ１１より下流にオリフィスのような空気抵抗部材１７が設けられており、制御器１６は、この空気抵抗部材１７の前後の差圧によりバーナ４への燃焼用空気の供給流量を把握する。

制御器１６は、ウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数に基づき、ガス流量調整弁１５の開度を調整する。これにより、燃料の性状が変化しても、バーナ４への入力熱量が設定値になるように、ガス流量調整弁１５によりガス燃料の供給流量を調整することができる。

本実施例では、制御器１６には、予め基準ウォッベ指数が設定されている。この基準ウォッベ指数は、ガス燃料の組成から予め求めたウォッベ指数である。このようにして予めウォッベ指数を求めておいても、燃料の性状が変化する場合があるので、ボイラ１の運転中（設定タイミングでもよい）、ウォッベ指数測定器１３によりウォッベ指数を監視する。そして、ウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数が基準ウォッベ指数よりも低ければ、それに応じてガス流量調整弁１５の開度を増加させる一方、ウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数が基準ウォッベ指数よりも高ければ、それに応じてガス流量調整弁１５の開度を減少させる。

たとえば、ウォッベ指数測定器１３による測定ウォッベ指数と、予め設定された基準ウォッベ指数との比（測定ウォッベ指数／基準ウォッベ指数）を求め、この比率に応じてガス流量を増減させればよい。つまり、測定ウォッベ指数が基準ウォッベ指数からどの程度離れた値であるかを求め、その離れ具合に応じてたとえば比例的にガス流量を増減させればよい。

ところで、ボイラは、通常、缶体３からの蒸気圧を所望に維持するように、バーナ４の燃焼量が調整される。本実施例では、前述したように、バーナの燃焼量は、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御される。この内、停止時には、燃焼用空気およびガス燃料のバーナ４への供給を停止すればよい。

また、低燃焼時には、ダンパ１１を低燃焼用風量位置に配置して、低燃焼用の設定流量で燃焼用空気をバーナ４へ供給する。一方、高燃焼時には、ダンパ１１を高燃焼用風量位置に配置して、高燃焼用の設定流量で燃焼用空気をバーナ４へ供給する。低燃焼時および高燃焼時のいずれの場合も、制御器１６は、燃焼用空気の流量に応じて、ガス燃料の流量を調整する。

つまり、制御器１６は、バーナ４への燃焼用空気の供給流量に基づきガス燃料の供給流量を設定するが、この設定流量を、ウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数に基づき前述のとおり補正して、この補正後の流量でガス燃料を供給するようにガス流量調整弁１５の開度を調整する。すなわち、測定ウォッベ指数が基準ウォッベ指数と同一である場合には、燃焼用空気の流量（燃焼ステージ）に応じた設定流量でガス燃料を供給するが、測定ウォッベ指数が基準ウォッベ指数と異なる場合には、それに応じて前述のとおりガス流量を増減させ、所望の熱量を確保する。このようにして、燃料の性状の変化に応じて、バーナ４への入力熱量を調整し、安定した燃焼を図ることができる。

本発明のボイラ１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、予混合燃焼バーナに適用した例について説明したが、本発明は拡散燃焼バーナにも同様に適用することができる。その場合も、バーナ４への燃料供給路７にウォッベ指数測定器１３を設け、そのウォッベ指数測定器１３により測定されたウォッベ指数に基づきガス流量調整弁１５を制御すればよい。

また、ボイラ１の缶体３は、角形に限らず円筒型としてもよく、その場合、バーナ４は缶体３上部に下方へ向けて設置すればよい。さらに、前記実施例では、燃焼量を高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御する例について説明したが、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で制御したり、オンオフ制御したり、あるいは比例制御したりしてもよい。

１ ボイラ
２ 水管
３ 缶体
４ バーナ
５ ファン
６ 燃焼用空気路
７ 燃料供給路
８ 排ガス路
９ 上部管寄せ
１０ 下部管寄せ
１１ ダンパ
１２ 回転軸
１３ ウォッベ指数測定器
１４ 電磁弁
１５ ガス流量調整弁
１６ 制御器
１７ 空気抵抗部材

Claims (3)

1. バーナへ燃焼用空気を供給するファンと、
   前記バーナへのガス燃料を供給する燃料供給路と、
   この燃料供給路に設けられ、前記ガス燃料のウォッベ指数を測定するウォッベ指数測定器と、
   前記燃料供給路に設けられ、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数に基づき開度調整されるガス流量調整弁と
   を備えることを特徴とするボイラ。
2. 前記ガス燃料の組成から予め求めたウォッベ指数が、基準ウォッベ指数として制御器に設定され、
   前記制御器は、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数が前記基準ウォッベ指数よりも低ければ、それに応じて前記ガス流量調整弁の開度を増加させる一方、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数が前記基準ウォッベ指数よりも高ければ、それに応じて前記ガス流量調整弁の開度を減少させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記制御器は、前記バーナへの燃焼用空気の供給流量に基づきガス燃料の供給流量を設定すると共に、この設定流量を、前記ウォッベ指数測定器により測定されたウォッベ指数に基づき補正して、この補正後の流量でガス燃料を供給するように前記ガス流量調整弁の開度を調整する
   ことを特徴とする請求項２に記載のボイラ。

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