JP2016008803A - Boiler equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラ装置に関する。より詳細には、燃焼用空気の供給量に応じた燃料ガスが供給されるように、燃料供給ラインの流量調整弁を制御するボイラ装置に関する。 The present invention relates to a boiler device. More specifically, the present invention relates to a boiler device that controls a flow rate adjustment valve of a fuel supply line so that fuel gas corresponding to the supply amount of combustion air is supplied.
従来から、燃料ガスと燃焼用空気を所定の割合で混合した混合気を燃焼させて水を加熱し、蒸気を発生させるボイラ装置が知られている。この種のボイラ装置では、理論空気量とボイラに供給される空気量との比である空気比が一定になるように、燃焼用空気の供給量に応じて燃料ガスの流量を流量調整弁によって調整している。このような空気比を一定にする制御を開示するものとして例えば特許文献1がある。特許文献1には、燃焼用空気の供給量の変動に合わせて燃料ガスの制御弁を調整して空気比を一定にする予混合式ガスバーナの燃料ガス量制御装置が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a boiler apparatus that generates steam by burning water-fuel mixture obtained by mixing fuel gas and combustion air at a predetermined ratio to heat water. In this type of boiler device, the flow rate of the fuel gas is adjusted by a flow rate adjustment valve in accordance with the supply amount of combustion air so that the air ratio, which is the ratio between the theoretical air amount and the air amount supplied to the boiler, is constant. It is adjusted. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses such control that keeps the air ratio constant. Patent Document 1 discloses a fuel gas amount control device for a premixed gas burner that adjusts a fuel gas control valve in accordance with fluctuations in the amount of combustion air supplied to make the air ratio constant.
ところで、環境意識の高まりからLNG(Liquefied Natural Gas)が燃料ガスとして広く普及している。LNGを供給する方法の1つとして、LNGを液体のまま輸送し、LNGを使用する供給先で気化して用いるいわゆるLNGサテライト供給がある。LNGサテライト供給は、導入コストを抑えることができ、様々な分野で用いられているものの、パイプラインを通じて燃料ガスを輸送する方法に比べて燃料ガスが外部環境等の影響を受け易い傾向があった。 By the way, LNG (Liquid Natural Gas) is widely spread as a fuel gas due to the increase in environmental awareness. One method of supplying LNG is so-called LNG satellite supply in which LNG is transported in a liquid state and vaporized at a supply destination that uses LNG. Although LNG satellite supply can reduce the introduction cost and is used in various fields, the fuel gas tends to be more susceptible to the external environment than the method of transporting the fuel gas through the pipeline. .
外部環境等の影響によってボイラ装置に供給される燃料ガスの流量が変動した場合、空気比が所定の範囲から外れるおそれがある。例えば、温度変動や圧力変動によって質量流量に変動が生じたり、LNGを気化する過程で生じた成分変動によって燃料ガスの熱量が変化したりした場合は、燃焼に必要な空気量(理論空気量)が変化するため、空気比に変動が生じてしまい、燃焼効率の低下や不完全燃焼の原因になるおそれがある。しかし、従来のボイラ装置は、燃焼用空気の流量に応じて設定される開度に基づいて流量調整弁を制御しているため、外部環境等の影響によって空気比が変動してしまったボイラの燃焼状況を流量調整弁の制御に精度よく反映させることができず、燃焼効率の向上という観点から改善の余地があった。 When the flow rate of the fuel gas supplied to the boiler device fluctuates due to the external environment or the like, the air ratio may deviate from a predetermined range. For example, if the mass flow rate fluctuates due to temperature fluctuations or pressure fluctuations, or the amount of heat of the fuel gas changes due to component fluctuations that occur in the process of vaporizing LNG, the amount of air required for combustion (theoretical air amount) Changes, the air ratio fluctuates, which may cause a reduction in combustion efficiency and incomplete combustion. However, since the conventional boiler device controls the flow rate adjustment valve based on the opening set according to the flow rate of the combustion air, the boiler ratio of the boiler whose air ratio has fluctuated due to the influence of the external environment, etc. The combustion state cannot be accurately reflected in the control of the flow rate adjusting valve, and there is room for improvement from the viewpoint of improving combustion efficiency.
本発明は、燃料ガスの質量流量の変動や熱量の変動等によって空気比に変動が生じた場合でも、ボイラの燃焼状況を流量調整弁に精度よく反映させることができるボイラ装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a boiler device capable of accurately reflecting the combustion state of a boiler on a flow rate adjustment valve even when the air ratio varies due to a variation in the mass flow rate of fuel gas or a variation in heat quantity. Objective.
本発明は、ボイラと、前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、前記燃料ガスの燃焼によって生じる排ガスを前記ボイラから排出する排ガス排出部と、前記排ガス排出部に配置され、前記排ガスの酸素濃度を検知する酸素濃度検知部と、前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に対応する制御値に基づいて前記流量調整弁を制御する流量制御部と、前記酸素濃度検知部によって検知される前記排ガスの酸素濃度が所定の値になるように、前記制御値に補正を行う酸素濃度補正部と、を備えることを特徴とするボイラ装置に関する。 The present invention includes a boiler, a fuel supply line that supplies fuel gas to the boiler, a flow rate adjustment valve that is disposed in the fuel supply line and that can adjust the flow rate of the fuel gas, and the boiler is mixed with the fuel gas An air supply line for supplying combustion air, an air flow rate detection unit for detecting a flow rate of the combustion air flowing through the air supply line, and an exhaust gas discharge unit for discharging exhaust gas generated by combustion of the fuel gas from the boiler The flow rate adjustment based on the control value corresponding to the flow rate of the combustion air detected by the air flow rate detection unit and the oxygen concentration detection unit that is disposed in the exhaust gas discharge unit and detects the oxygen concentration of the exhaust gas The control value is corrected so that the oxygen concentration of the exhaust gas detected by the flow rate control unit that controls the valve and the oxygen concentration detection unit becomes a predetermined value. And oxygen concentration correcting section relates to a boiler apparatus comprising: a.
前記酸素濃度補正部による補正は、前記ボイラにおける前記燃料ガスの燃焼開始後であって、前記酸素濃度検知部によって検出される酸素濃度が所定の濃度範囲になったことを条件として開始されることが好ましい。 The correction by the oxygen concentration correction unit is started on the condition that the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit is within a predetermined concentration range after the start of combustion of the fuel gas in the boiler. Is preferred.
前記制御値は、前記燃焼用空気の流量に対応する前記流量調整弁の開度を示す開度値であることが好ましい。 The control value is preferably an opening value indicating an opening of the flow rate adjusting valve corresponding to the flow rate of the combustion air.
前記ボイラ装置は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を検知する燃料ガス流量検知部を更に備え、前記制御値は、前記燃焼用空気の流量に対応する燃料ガスの目標流量であって、前記流量制御部は、前記燃料ガス流量検知部によって検知される前記燃料ガスの流量が前記目標流量になるように前記流量調整弁の開度を制御することが好ましい。 The boiler device further includes a fuel gas flow rate detection unit that is disposed in the fuel supply line and detects the flow rate of the fuel gas, and the control value is a target flow rate of the fuel gas corresponding to the flow rate of the combustion air. And it is preferable that the said flow control part controls the opening degree of the said flow regulating valve so that the flow volume of the said fuel gas detected by the said fuel gas flow volume detection part may turn into the said target flow volume.
本発明によれば、燃料ガスの質量流量の変動や熱量の変動等によって空気比に変動が生じた場合でも、ボイラの燃焼状況を流量調整弁に精度よく反映させることができるボイラ装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when fluctuation | variation arises in air ratio by the fluctuation | variation of the mass flow rate of fuel gas, the fluctuation | variation of calorie | heat amount, etc., the boiler apparatus which can reflect the combustion condition of a boiler on a flow regulating valve accurately can be provided. .
以下、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。第1実施形態のボイラ装置1は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器(図示省略)に蒸気を供給するものである。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。 Hereinafter, preferred embodiments of the boiler device of the present invention will be described with reference to the drawings. The boiler apparatus 1 of 1st Embodiment is a steam boiler which heats water and produces | generates a vapor | steam, and supplies a vapor | steam to load equipment (illustration omitted). The “line” in the present specification is a general term for lines capable of flowing a fluid such as a flow path, a path, and a pipeline.
図1に示すように、ボイラ装置1は、ボイラ2と、ボイラ2に燃料ガスを供給する燃料供給部50と、ボイラ2に水を供給する給水路(図示省略)と、燃料ガスや燃焼用空気の供給量等を制御する制御装置70と、を備える。
As shown in FIG. 1, a boiler apparatus 1 includes a
ボイラ2は、缶体10と、缶体10に燃焼用空気を送り込む送風機20と、缶体10と送風機20とを接続し燃焼用空気が流通する空気供給ラインとしての給気ダクト30と、給気ダクト30に配置されるダンパ31と、燃焼用空気減圧部材としてのパンチングメタル32と、空気流量検知部としてのエア差圧センサ33と、缶体10から排出される燃焼ガス(排ガス)が流通する排ガス排出部としての排気筒80と、を備える。
The
缶体10は、ボイラ筐体11と、複数の水管12と、下部ヘッダ13と、上部ヘッダ14と、バーナ15と、を備える。
The
ボイラ筐体11は、缶体10の外形を構成し、平面視矩形形状の直方体状に形成される。このボイラ筐体11の長手方向の一端側に位置する第1側面11aには、給気口16が形成され、ボイラ筐体11の長手方向の他端側に位置する第2側面11bには、排気口17が形成される。
The boiler housing |
複数の水管12は、ボイラ筐体11の内部に上下方向に延びて配置されると共に、ボイラ筐体11の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
The plurality of
下部ヘッダ13は、ボイラ筐体11の下部に配置される。下部ヘッダ13には、複数の水管12の下端部が接続される。上部ヘッダ14は、ボイラ筐体11の上部に配置される。上部ヘッダ14には、複数の水管12の上端部が接続される。
The
バーナ15は、給気口16に配置される。バーナ15によって燃料ガスと燃焼用空気との混合気が燃焼し、水管12の水が加熱されて蒸気が発生する。
The
送風機20は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体21と、ファン(モータ)の回転数を増減させるインバータ22と、を備える。送風機20は、インバータ22に入力される周波数に応じて、ファンが所定の回転数で回転することで、缶体10に燃焼用空気を送り込む。
The
本実施形態では、負荷機器(図示省略)から要求される要求負荷に応じて燃焼用空気の流量が設定される。送風機20は、設定された燃料用空気の流量になるように制御装置70によってインバータ22を介して制御される。
In the present embodiment, the flow rate of the combustion air is set according to a required load required from a load device (not shown). The
給気ダクト30は、ボイラ2に燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインである。給気ダクト30は、上流側の端部が送風機20に接続され、下流側の端部が給気口16に接続される。給気ダクト30は、送風機20から送り込まれた燃焼用空気を缶体10に供給する。
The
ダンパ31は、給気ダクト30の内部の燃焼用空気の流路を塞いだ閉状態と、この閉状態から90度回転し、給気ダクト30の内部の燃焼用空気の流路を開放した開状態との間で回転可能に配置される。
The
パンチングメタル32は、複数の貫通孔が形成された金属板であり、流通する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材である。パンチングメタル32は、給気ダクト30の内部のダンパ31の下流側に配置される。このパンチングメタル32によって、ダンパ31を通って給気ダクト30まで流れてきた燃焼用空気は減圧される。
The
エア差圧センサ33は、燃焼用空気の流量を検知するための空気流量検知部である。エア差圧センサ33は、パンチングメタル32の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する。燃料用空気の流量は、この差圧情報に基づいて算出される。また、エア差圧センサ33は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70はエア差圧センサ33によって検知されたエア差圧情報を取得する。
The air
排気筒80は、基端側が缶体10(ボイラ筐体11に形成された排気口17)に接続され、筒状に形成される。この排気筒80を通じて缶体10で発生した燃焼ガス(排ガス)が缶体10の外部に排出される。
The
本実施形態の排気筒80の内部には、酸素濃度検知部としてのO2センサ81が配置されている。このO2センサ81によって、排ガスの酸素濃度が取得される。O2センサ81は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70はO2センサ81の測定値に基づいて排ガスの酸素濃度を取得する。
An O 2 sensor 81 as an oxygen concentration detector is disposed inside the
次に、ボイラ2に燃料を供給する燃料供給部50について説明する。燃料供給部50は、燃料供給ライン51と、燃料ガス流量計52と、開閉弁54と、ガバナ55と、流量調整弁56と、燃料ガス温度センサ57と、燃料ガス圧力センサ58と、オリフィス59と、燃料ガス差圧センサ60と、ノズル61と、を備える。
Next, the
燃料供給ライン51は、その上流側が燃料供給源(図示両略)に接続され、その下流側が給気ダクト30に接続される。燃料供給ライン51の下流側の端部は、給気ダクト30におけるダンパ31が配置された位置よりも下流側に接続される。本実施形態では、燃料供給ライン51によって流通する燃料ガスはLNGである。LNGサテライト供給によってLNG貯蔵施設に貯蔵されたLNGを気化したものが燃料供給ライン51に供給されている。
The
燃料ガス流量計52は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスの流量を測定する。本実施形態の燃料ガス流量計52は、燃料供給ライン51の最も上流側に配置されている。燃料ガス流量計52は、制御装置70に電気的に接続されている。制御装置70は燃料ガス流量計52の測定値に基づいて燃料ガスの流量を取得する。
The fuel
開閉弁54は、燃料供給ライン51を開放又は閉止し、燃料ガスの供給及び停止を行う。本実施形態の開閉弁54は、燃料供給ライン51における燃料ガス流量計52の下流側に配置される。
The on-off valve 54 opens or closes the
ガバナ55は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスの圧力が瞬間的に大きくなる場合等の急激な圧力変動を抑制するための調圧手段である。本実施形態のガバナ55は、燃料供給ライン51における開閉弁54の下流側に配置される。
The
流量調整弁56は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスの流量を調整するものである。流量調整弁56は、開度を調整可能に構成される。本実施形態の流量調整弁56は、燃料供給ライン51におけるガバナ55の下流側に配置される。流量調整弁56は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70が流量調整弁56の開度を調節可能になっている。
The flow
燃料ガス温度センサ57は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスの温度を流量調整弁56の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス温度センサ57は、燃料供給ライン51における流量調整弁56の下流側に配置される。燃料ガス温度センサ57は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70は燃料ガス温度センサ57の温度情報を取得する。
The fuel
燃料ガス圧力センサ58は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスの圧力を流量調整弁56の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス圧力センサ58は、燃料供給ライン51における燃料ガス温度センサ57の下流側に配置される。燃料ガス圧力センサ58は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70は燃料ガス圧力センサ58の圧力情報を取得する。
The fuel
オリフィス59は、燃料供給ライン51を流れる燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材である。本実施形態のオリフィス59は、燃料供給ライン51における燃料ガス圧力センサ58の下流側に配置される。
The
燃料ガス差圧センサ60は、燃料ガスの流量を検知するための燃料ガス流量検知部である。オリフィス59の上流側と下流側の圧力の差圧を検知する。流量調整弁56の下流側での燃料ガスの流量は、この燃料ガス差圧情報に基づいて算出される。燃料ガス差圧センサ60は、制御装置70に電気的に接続されており、制御装置70は燃料ガス差圧情報を取得する。
The fuel gas
ノズル61は、燃料供給ライン51の下流側の端部に配置され、給気ダクト30への燃料ガスの噴出を行う。ノズル61から噴出された燃料ガスは、送風機20によって送られてきた燃焼用空気と混合され、この混合された混合気がバーナ15によって燃焼する。
The
このように、燃料供給部50は、燃料供給ライン51を通じて燃料ガスを適切な流量でボイラ2(缶体10)に供給可能になっている。
As described above, the
制御装置70について説明する。制御装置70は、電気的に接続される各センサからの信号に基づいて流量調整弁56や送風機20の制御を行う。制御装置70は、燃焼用空気の流量及び燃料ガスの流量を調整するための各種の制御を行う制御部71と、各種の情報が記憶される記憶部72と、を備える。
The
第1実施形態の制御装置70は、空気比を一定にするために、排ガスの酸素濃度を参照して流量調整弁56の制御を行う。まず、図2を参照して、燃料ガスの質量流量の変化と燃焼率の関係について説明する。図2は、燃料ガスの質量流量と排ガスの酸素濃度との関係を示すグラフである。図2では、試算条件を設定し、燃料ガスの温度変化による質量流量の変化と、燃焼率を示す排ガスの酸素濃度の割合が算出されている。なお、燃料ガスの圧力は一定として考える。
The
図2に示すように、燃料ガスに温度変化が生じると、燃料ガスの体積が変化し、質量流量が変化する。燃料ガスの温度が上昇した場合は燃料ガスの体積が大きくなるので燃料ガスの質量流量は小さくなり、燃料ガスの温度が下降した場合は体積が小さくなるので燃料ガスの質量流量は大きくなる。このような質量流量の変動が生じると、たとえ体積流量が一定であっても燃料ガスの燃焼に必要な燃焼用空気の理論空気量が変化し、空気比が変動する。図2に示すように、燃料ガスの質量流量が小さくなれば空気比が大きくなって排ガス中のO2濃度は高くなり、その一方、燃料ガスの質量流量が大きくなれば空気比が小さくなって排ガス中のO2濃度は低くなる。空気比は、燃焼を適切に行うためにボイラ装置1に設定されている値であり、空気比を一定に制御できなければ、過剰空気による熱損失が生じて燃焼効率が低下してしまったり、不完全燃焼によるエネルギー損失が大きくなってしまったりするおそれがある。 As shown in FIG. 2, when a temperature change occurs in the fuel gas, the volume of the fuel gas changes and the mass flow rate changes. When the temperature of the fuel gas increases, the volume of the fuel gas increases, so the mass flow rate of the fuel gas decreases. When the temperature of the fuel gas decreases, the volume decreases, so the mass flow rate of the fuel gas increases. When such a change in mass flow rate occurs, even if the volume flow rate is constant, the theoretical amount of combustion air necessary for combustion of the fuel gas changes, and the air ratio changes. As shown in FIG. 2, the air ratio increases and the O 2 concentration in the exhaust gas increases as the mass flow rate of the fuel gas decreases, while the air ratio decreases as the mass flow rate of the fuel gas increases. The O 2 concentration in the exhaust gas becomes low. The air ratio is a value that is set in the boiler device 1 in order to appropriately perform combustion. If the air ratio cannot be controlled to a constant value, heat loss due to excess air occurs and combustion efficiency decreases. There is a risk of energy loss due to incomplete combustion.
そこで、本実施形態の制御装置70は、ボイラ装置1に設定される空気比を一定に維持するために、排気筒80で検知される排ガスの酸素濃度を流量調整弁56の制御に反映させる構成とした。次に、第1実施形態のボイラ装置1が備える制御部71の詳細な構成について説明する。図3は、制御部71の構成を示すブロック図である。図3に示すように、第1実施形態の制御部71は、開度設定部91と、酸素濃度補正部94と、流量制御部95と、を備える。
Therefore, the
開度設定部91は、流量調整弁56の開度を示す開度値を設定する。開度値は、所定条件における燃焼用空気の流量に対する燃料ガスの流量を決めるための流量調整弁56の制御値である。ここでいう所定条件とは、燃料ガスの組成に基づく基準熱量及び空気比等の予め設定される諸条件であり、燃料ガスがこの所定条件にあるものとして開度値は設定される。記憶部72には、所定条件における燃焼用空気の流量に対応する開度値を設定する関数式又はデータテーブル等が記憶されている。
The
酸素濃度補正部94は、ボイラ2の空気比(燃焼率)を一定にするために排ガスの酸素濃度に応じて開度値を補正する。酸素濃度補正部94には、予め設定される空気比に基づいて目標酸素濃度が設定されている。酸素濃度補正部94は、この目標酸素濃度と、O2センサ81によって取得される酸素濃度と、に基づいて開度値を補正する。記憶部72には、この目標酸素濃度と、O2センサ81によって取得される酸素濃度と、の間の濃度差に基づいて開度値の補正を行うための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。
The oxygen
酸素濃度補正部94は、補正処理を行うときに記憶部72から算出に必要な情報を読み出して開度値を補正する。例えば、排ガスの酸素濃度が目標酸素濃度よりも低くなっている場合は、燃料ガスの流量が小さくなるように開度値を補正する。同様に、排ガスの酸素濃度が目標酸素濃度よりも高くなっている場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように開度値を補正する。このように、排ガスの酸素濃度が所定の値(目標酸素濃度)になるようにO2センサ81の測定値に基づいて流量調整弁56がフィードバック制御されることにより、空気比が一定に維持される。なお、目標酸素濃度は、幅を有する濃度範囲として設定されてもよいし、1つの目標値として設定されてもよい。
The oxygen
酸素濃度補正部94による開度値の補正は、バーナ15による燃焼が安定した後に開始されるように開始条件が設定されている。本実施形態では、O2センサ81によって取得される酸素濃度が所定の濃度範囲になることが酸素濃度補正部94による補正の開始条件になっている。
The start condition is set so that the correction of the opening value by the oxygen
流量制御部95について説明する。流量制御部95は、開度値に基づいて流量調整弁56の制御を行う。酸素濃度補正部94による補正処理が開始された後は、酸素濃度補正部94により補正された開度値に基づいて流量調整弁56の開度を調整する。
The
次に、第1実施形態における流量調整弁56の制御の一連の流れについて説明する。流量調整弁56の制御が開始されると、開度設定部91は、エア差圧センサ33の検知信号に基づいて算出された燃焼用空気の流量を取得する。開度設定部91は、取得した燃焼用空気の流量に対応する開度値を記憶部72から設定する。流量調整弁56の制御が開始される当初は、この開度値に基づいて流量調整弁56の制御が行われることになる。
Next, a series of flow of control of the flow
酸素濃度補正部94は、O2センサ81の測定値を監視し、補正の開始条件を満たしているか否かを判定する。排ガスの酸素濃度が所定の濃度範囲に入ったことが判定されると、開度値の補正処理が開始される。補正処理では、予め設定される目標酸素濃度と、O2センサ81によって取得された酸素濃度と、の濃度差に基づいて開度設定部91によって設定された開度値が補正される。流量制御部95は、補正された開度値に基づいて流量調整弁56の制御を行う。そして、酸素濃度補正部94は、O2センサ81によって取得される酸素濃度の変動を監視し続け、酸素濃度の変動に応じて開度値を随時補正する。これにより、流量制御部95の制御にボイラ2の実際の燃焼状況が反映されることになる。このように、補正処理の開始後は、酸素濃度に基づいて流量調整弁56の開度が制御される状態になる。なお、酸素濃度補正部94による補正処理は、常時行うようにしてもよいし、所定間隔で抽出し、そのタイミングで検知されたO2センサ81の測定値に基づいて行うようにしてもよい。
The oxygen
燃料ガスは、ボイラ2の燃焼状況に応じて調整された状態で燃料供給ライン51を介して給気ダクト30に送られる。給気ダクト30の内部にノズル61を介して供給された燃料ガスは、送風機20により給気ダクト30に送り込まれた燃焼用空気と混合される。燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスは、バーナ15から缶体10の内部に噴出され、燃焼される。本実施形態では、ボイラ2の燃焼率(排ガスの酸素濃度)に基づいてボイラ2に供給される燃料ガスの流量が適切に調整されて安定的かつ効率的な空気比の一定制御が実現される。従って、燃料供給部50の上流側で生じるような温度変動及び圧力変動による質量変動や成分変動に基づく熱量変動等が生じても燃焼率を一定に保つことができ、LNGサテライト供給のような外部環境の影響を受けやすい場合であっても、ボイラ2の燃焼制御を安定的に行うことができる。
The fuel gas is sent to the
そして、バーナ15による混合ガスの燃焼に伴って発生する熱により、下部ヘッダ13から複数の水管12の内部に供給された水が加熱され、蒸気が生成される。複数の水管12の内部において生成された蒸気は、上部ヘッダ14に集合された後、蒸気導出管(図示省略)を介して外部に導出され、負荷機器(図示省略)に供給される。また、混合ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排気筒80から外部に排出される。なお、エア差圧センサ33によって新たに燃焼用空気の流量の変動が検知された場合は、開度設定部91が燃焼用空気の流量に応じた開度値を新たに設定し、上述した処理と同様の補正処理を行って流量制御部95が実際の燃焼率(酸素濃度)が反映された制御によって流量調整弁56の開度が決まる。
And the water supplied with the combustion of the mixed gas by the
以上説明した第1実施形態のボイラ装置1によれば、以下のような効果を奏する。 According to the boiler device 1 of 1st Embodiment demonstrated above, there exist the following effects.
第1実施形態のボイラ装置1は、エア差圧センサ33によって検知された燃焼用空気の流量に対応する開度値(制御値)に基づいて流量調整弁56を制御する流量制御部95と、排気筒80に配置されるO2センサ81によって検知される排ガスの酸素濃度が所定の値になるように、開度値に補正を行う酸素濃度補正部94と、を備える。
The boiler apparatus 1 of the first embodiment includes a flow
これにより、排ガスの酸素濃度に基づいて流量調整弁56の開度が制御されることになるので、ボイラ2での実際の燃焼状況に応じて燃料ガスを適切な流量でボイラ2に供給することができる。従って、温度変動及び圧力変動による質量変動や成分変動に基づく熱量変動等の外部環境の影響によって、空気比が予め設定される範囲から外れてしまい、ボイラ2の燃焼効率が低下する事態を効果的に防止できる。
As a result, the opening degree of the flow
酸素濃度補正部94による補正は、ボイラ2における燃料ガスの燃焼開始後であって、O2センサ81によって検出される酸素濃度が所定の濃度範囲になったことを条件として開始される。
The correction by the oxygen
これにより、ボイラ2の燃焼が安定した後に、酸素濃度補正部94による補正を開始させることができるので、ボイラ2の燃焼制御をより安定的なものにすることができる。
Thereby, after the combustion of the
また、本実施形態のボイラ装置1における流量調整弁56の制御に用いられる制御値は、燃焼用空気の流量に対応する流量調整弁56の開度を示す開度値である。
Moreover, the control value used for control of the
これにより、予め設定される開度値を補正することにより、複雑な処理を行うことなく、流量調整弁56の制御にボイラ2の燃焼状況を精度よく反映させることができる。
Thereby, by correcting the opening degree value set in advance, the combustion state of the
次に、第2実施形態のボイラ装置について説明する。第2実施形態の制御部271の構成を示すブロック図である。なお、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。
Next, the boiler apparatus of 2nd Embodiment is demonstrated. It is a block diagram which shows the structure of the
第2実施形態のボイラ装置は、流量調整弁56を制御する方法が第1実施形態のボイラ装置1の構成とは異なる。第2実施形態の制御部271による流量調整弁56の制御について説明する。図4に示すように、制御部271は、目標流量設定部291と、酸素濃度補正部94と、流量制御部95と、を備える。
The boiler apparatus of 2nd Embodiment differs in the method of controlling the
目標流量設定部291は、燃焼用空気の流量に対応する目標流量を設定する。目標流量は、所定条件における燃焼用空気の流量に対する燃料ガスの流量を示す流量調整弁56の制御値である。ここでいう所定条件とは、燃料ガスの組成に基づく基準熱量及び空気比等の予め設定される諸条件であり、燃料ガスがこの所定条件にあるものとして目標流量は設定される。記憶部72には、所定条件における燃焼用空気の流量に対応する目標流量を設定する関数式又はデータテーブル等が記憶されている。なお、目標流量は、所定の流量の範囲として設定されてもよいし、所定の流量の値として設定されてもよい。
The target flow
第2実施形態の酸素濃度補正部94は、ボイラ2の空気比(燃焼率)を一定にするために排ガスの酸素濃度に応じて目標流量を補正する。酸素濃度補正部94は、空気比に基づいて予め設定される目標酸素濃度と、O2センサ81によって取得される酸素濃度と、に基づいて目標流量を補正する。記憶部72には、この目標酸素濃度と、O2センサ81によって取得される酸素濃度と、間の濃度差に基づいて目標流量を補正するための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。酸素濃度補正部94は、排ガスの酸素濃度が目標酸素濃度よりも低くなっている場合は、燃料ガスの流量が小さくなるように目標流量を補正する。同様に、排ガスの酸素濃度が目標酸素濃度より高くなっている場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように目標流量を補正する。
The oxygen
流量制御部95は、燃料ガス差圧センサ60に検知される燃料ガスの流量と、酸素濃度補正部94によって補正された目標流量と、に基づいて流量調整弁56の開度を制御する。例えば、燃料ガス差圧センサ60によって検知された流量が目標流量に対して大きい場合は、燃料ガスの流量が小さくなるように流量調整弁56の開度を制御し、流量が目標流量に対して小さい場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように流量調整弁56の開度を制御する。このように、流量制御部95は、流量調整弁56の下流側での流量に基づいてフィードバック制御を行うことで、ボイラ2に供給される燃料ガスの流量を目標流量で安定させることが可能になっている。そして、目標流量は、酸素濃度補正部94によって燃焼状況を反映するように補正されているので、このフィードバック制御においても、実際の燃焼状況が精度よく反映されることになる。
The flow
以上説明した第2実施形態のボイラ装置201によれば、以下のような効果を奏する。 The boiler device 201 according to the second embodiment described above has the following effects.
第2実施形態のボイラ装置201は、燃料供給ライン51に配置され、燃料ガスの流量を検知する燃料ガス差圧センサ60を更に備え、流量制御部95は、燃料ガス差圧センサ60によって検知される燃料ガスの流量が、燃焼用空気の流量と対応付けて記憶される目標流量(制御値)になるように流量調整弁56の開度を制御する。そして、この目標流量は、酸素濃度補正部94により、排気筒80に配置されるO2センサ81によって検知される排ガスの酸素濃度が所定の値になるように補正される。
The boiler device 201 of the second embodiment is further provided with a fuel gas
これにより、流量調整弁56の下流側で検知される燃料ガスの流量に基づいてフィードバック制御が行われるので、実際の燃焼状況を燃料ガスの供給量に精度よく反映させることができ、燃焼制御をより一層効率的に行うことができる。
As a result, feedback control is performed based on the flow rate of the fuel gas detected on the downstream side of the flow
以上、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 As mentioned above, although each preferred embodiment of the boiler apparatus of the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be changed suitably.
上記実施形態では、酸素濃度補正部94による補正を開始する開始条件は、排ガスの酸素濃度が所定の濃度範囲になることであるが、補正処理の開始条件は、適宜変更することができる。例えば、酸素濃度が所定の濃度範囲に達した後、タイマ等によって経過時間をカウントし、所定時間を経過しても当該濃度範囲にあった場合に、酸素濃度補正部94による補正を開始するように開始条件を設定することもできる。また、バーナ15の着火開始後、所定時間経過後から酸素濃度補正部94による補正を開始するように開始条件を設定することもできる。また、流量調整弁56の開度の制御が開始されると同時に酸素濃度補正部94による補正を開始するように構成してもよい。また、排気筒80に排ガスの温度を測定する温度センサを配置し、当該温度センサの測定値が所定の温度範囲になることを開始条件とすることもできる。このように、酸素濃度補正部94による補正を開始する開始条件は、事情に応じて適宜変更することができる。
In the above embodiment, the start condition for starting the correction by the oxygen
上記実施形態では、基準熱量や空気比が所定条件として開度又は目標流量が記憶部72に記憶される構成であるが、その構成は適宜変更することができる。例えば、燃料供給部50よりも更に上流側で検知した値に基づいて基準熱量を設定し、この設定した条件に基づいて開度又は目標流量を設定する構成とすることができる。また、ボイラ装置1の使用状況や環境の変化に対応して予め設定されている所定条件を適宜のタイミングで変更する構成とすることもできる。
In the above embodiment, the opening degree or the target flow rate is stored in the
上記実施形態では、燃料ガスがLNGサテライト供給によって供給される構成を採用しているが、燃料ガスや燃料ガスの供給源は適宜変更することができる。例えば、燃料供給事業者からパイプラインを通じて直接的に燃料ガスが供給される構成にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, a configuration in which the fuel gas is supplied by LNG satellite supply is adopted, but the fuel gas and the fuel gas supply source can be changed as appropriate. For example, the present invention can be applied to a configuration in which fuel gas is directly supplied from a fuel supplier through a pipeline.
1 ボイラ装置
2 ボイラ
30 給気ダクト(空気供給ライン)
33 エア差圧センサ(空気流量検知部)
51 燃料供給ライン
56 流量調整弁
60 燃料ガス差圧センサ(燃料ガス流量検知部)
80 排気筒(排ガス排出部)
81 O2センサ(酸素濃度検知部)
94 酸素濃度補正部
95 流量制御部
291 目標流量設定部
1
33 Air differential pressure sensor (Air flow rate detector)
51
80 Exhaust pipe (exhaust gas discharge part)
81 O 2 sensor (oxygen concentration detector)
94 Oxygen
Claims (4)
前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、
前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、
前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、
前記燃料ガスの燃焼によって生じる排ガスを前記ボイラから排出する排ガス排出部と、
前記排ガス排出部に配置され、前記排ガスの酸素濃度を検知する酸素濃度検知部と、
前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に対応する制御値に基づいて前記流量調整弁を制御する流量制御部と、
前記酸素濃度検知部によって検知される前記排ガスの酸素濃度が所定の値になるように、前記制御値に補正を行う酸素濃度補正部と、
を備えることを特徴とするボイラ装置。 With a boiler,
A fuel supply line for supplying fuel gas to the boiler;
A flow rate adjusting valve disposed in the fuel supply line and capable of adjusting a flow rate of the fuel gas;
An air supply line for supplying combustion air to be mixed with the fuel gas in the boiler;
An air flow rate detector for detecting the flow rate of the combustion air flowing through the air supply line;
An exhaust gas discharge part for discharging exhaust gas generated by the combustion of the fuel gas from the boiler;
An oxygen concentration detector disposed in the exhaust gas discharge unit for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas;
A flow rate control unit that controls the flow rate adjustment valve based on a control value corresponding to the flow rate of the combustion air detected by the air flow rate detection unit;
An oxygen concentration correction unit that corrects the control value so that the oxygen concentration of the exhaust gas detected by the oxygen concentration detection unit becomes a predetermined value;
A boiler device comprising:
前記ボイラにおける前記燃料ガスの燃焼開始後であって、前記酸素濃度検知部によって検出される酸素濃度が所定の濃度範囲になったことを条件として開始される請求項1に記載のボイラ装置。 Correction by the oxygen concentration correction unit is
The boiler apparatus according to claim 1, wherein the boiler apparatus is started on the condition that the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detector is in a predetermined concentration range after the start of combustion of the fuel gas in the boiler.
前記制御値は、前記燃焼用空気の流量に対応する燃料ガスの目標流量であって、
前記流量制御部は、前記燃料ガス流量検知部によって検知される前記燃料ガスの流量が前記目標流量になるように前記流量調整弁の開度を制御する請求項1又は2に記載のボイラ装置。 A fuel gas flow rate detection unit that is disposed in the fuel supply line and detects the flow rate of the fuel gas;
The control value is a target flow rate of the fuel gas corresponding to the flow rate of the combustion air,
The boiler apparatus according to claim 1 or 2, wherein the flow rate control unit controls an opening degree of the flow rate adjustment valve so that a flow rate of the fuel gas detected by the fuel gas flow rate detection unit becomes the target flow rate.
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