JP2018141584A - ボイラ及びボイラシステム並びにボイラの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイルオフガスを処理することができ、同時に、ボイルオフガスのエネルギーを利用することを目的とする。【解決手段】ボイラは、ＬＮＧを貯留したＬＮＧタンクで発生したボイルオフガスが供給されるボイラであって、ボイルオフガスを燃焼するバーナ２３を備える。バーナ２３は、連続放電式イグナイタと、連続放電式イグナイタ５６よりも点火の際のスパークの頻度が多い間欠放電式イグナイタ４３とを有している。間欠放電式イグナイタ４３は、ボイラにおいて、ボイルオフガスを処理する際に用いられる。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ボイラ及びボイラシステム並びにボイラの運転方法に関するものである。

ＬＮＧ運搬船は、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）をＬＮＧタンク内に充填して運搬を行う。ＬＮＧタンク内に充填されたＬＮＧは、気化温度が低いので、ＬＮＧ運搬船の航海中に、外気温等の影響を受けて、ＬＮＧタンク内では大量の気化ガス（ボイルオフガス）が発生する。ＬＮＧタンク内でボイルオフガスが発生すると、ＬＮＧタンクの圧力が上昇するが、ボイルオフガスを、主に、ＬＮＧ運搬船の主機エンジン等で消費することで、ＬＮＧタンク内の圧力を適切に保っている。また、ＬＮＧ運搬船の主機等で、ボイルオフガスを処理しきれない場合には、ＧＣＵ（Gas Combustion Unit）等によって、ボイルオフガスを燃焼し、ＬＮＧタンク内の圧力の上昇を防止している。このような、装置を備えたものに、特許文献１に記載されたＬＮＧ運搬船がある。

特許文献１では、ＬＮＧ貯蔵タンクの下流にガス燃焼器を備えたＬＮＧ運搬船が開示されている。特許文献１に記載されたＬＮＧ運搬船では、蒸発ガス再液化装置の作動の停止時、ＬＮＧ貯蔵タンクの内部で発生した蒸発ガス（ボイルオフガス）によりＬＮＧ貯蔵タンクの圧力が上昇し、設定されている安全圧力以上になった時、蒸発ガス（ボイルオフガス）をガス燃焼器（ＧＣＵ）に送って燃焼し焼却させる。

また、ＬＮＧタンク内で発生するボイルオフガスをボイラで燃焼させるＬＮＧ運搬船も存在する。特許文献２には、ボイルオフガスを燃焼させる従来のボイラが開示されている。

特許第４５６３４２０号公報 特開平４−４６８９２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、ＧＣＵで、ボイルオフガスを燃焼し、焼却しているだけなので、ボイルオフガスのエネルギーを有効に利用できていなかった。

また、特許文献２のようなボイルオフガスを燃焼させる従来のボイラでは、ボイラに設けられたバーナに対して点火を行う点火装置が１種類しか設けられていない。ボイラでボイルオフガスを燃焼させるためには、バーナの点火に関して、ボイラ及びＬＮＧタンク内の状況に応じた使い分けが必要である。しかしながら、従来のボイラでは、１種類の点火装置しか設けられていなかったので、点火装置の冗長性が低く、ボイラ及びＬＮＧタンク内の状況に応じた点火装置の使い分けができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ボイルオフガスを処理することができ、同時に、ボイルオフガスのエネルギーを利用することができるボイラ及びボイラシステム並びにボイラの運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のボイラ及びボイラシステム並びにボイラの運転方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係るボイラは、燃料を貯留した燃料タンクで発生したボイルオフガスが供給されるボイラであって、前記ボイルオフガスを燃焼するバーナを備え、前記バーナは、第１点火装置と、該第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多い第２点火装置とを有する。

上記構成では、燃料タンクで発生したボイルオフガスがボイラに供給されている。これにより、燃料タンクで発生したボイルオフガスをボイラで燃焼させることができる。したがって、ボイルオフガスを燃焼させるための専用の装置（ＧＣＵ等）を設けることなく、ボイルオフガスを処理することができ、同時に、ボイルオフガスのエネルギーで蒸気を生成することができる。

上記構成では、バーナが、第１点火装置と、第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多い第２点火装置とを有している。第２点火装置は、第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多いので、点火の際の負荷が大きく、第１点火装置よりも消耗しやすい。すなわち、第１点火装置は、その逆であり、第２点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が少ないので、第２点火装置よりも消耗しにくい。このように、バーナが、特徴の異なる点火装置を設けている。したがって、特徴の異なる点火装置を、ボイラ及び燃料タンク内の状況に応じて使い分けることで、ボイルオフガスを適切に燃焼させるとともに蒸気を生成することができ、かつ、点火装置の製品寿命を長くすることができる。

本発明の一態様に係るボイラでは、前記第２点火装置は、前記バーナにおいて前記ボイルオフガスによる燃焼を開始させる際に使用されてもよい。

燃料タンク内でボイルオフガスが発生し、燃料タンク内の圧力が高くなると、燃料タンクが破損する可能性がある。このため、ボイルオフガスを燃焼処理して燃料タンク内の圧力を低下させる場合には、燃料タンク内の圧力が、燃料タンクが損傷するおそれのある圧力よりも所定値だけ小さい閾値圧力となると、速やかにボイルオフガスを燃焼させる必要がある。よって、ボイルオフガスを燃焼処理する際には、バーナの点火までの時間が短い方が好適である。上記構成では、ボイルオフガスを燃焼させる際に、第２点火装置が使用される。第２点火装置は、第１点火装置よりも短い時間で点火を行うことができるので、速やかにボイルオフガスを燃焼させることができる。したがって、ボイラにおいて、ボイルオフガスを燃焼処理して、好適に燃料タンク内の圧力を所定の値以下に維持することができる。

本発明の一態様に係るボイラは、内部に蒸気が収容される蒸気ドラムを備え、前記第１点火装置は、前記バーナの燃焼による前記蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を開始する際に使用されてもよい。

蒸気ドラム内の蒸気圧力が低い状態で、ボイラでボイルオフガスを燃焼させた場合、ボイラが過負荷となってしまう可能性がある。また、ボイラが過負荷になることに起因して、ボイラにおいてボイルオフガスを燃焼処理する量が制限され、所望の量のボイルオフガスを燃焼処理することができない可能性がある。よって、ボイラでボイルオフガスを燃焼させる際に、蒸気ドラム内の蒸気圧力が十分でない場合には、蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を行う必要がある。上記構成では、蒸気ドラム内の圧力の昇圧を行う際には、第１点火装置を使用する。これにより、第１点火装置よりも損傷しやすい第２点火装置を蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を行う際に使用しなくてよい。したがって、第２点火装置の使用頻度を低減させて、第２点火装置の製品寿命を長くすることができる。

本発明の一態様に係るボイラシステムは、上述のボイラを備えたボイラシステムであって、前記蒸気ドラム内の蒸気圧力を検出するドラム圧力検出手段と、前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク圧力検出手段と、前記ドラム圧力検出手段が検出した前記蒸気ドラム内の蒸気圧力と、前記ボイルオフガスの燃焼を行う蒸気圧力である前記蒸気ドラム内の目標蒸気圧力と、に基づいて、前記蒸気ドラム内の蒸気圧力が前記目標蒸気圧力に到達するまでの時間を算出する目標圧力到達時間算出部と、前記タンク圧力検出手段が検出した前記燃料タンク内の圧力と、前記ボイルオフガスを前記燃料タンクに供給する圧力である前記燃料タンク内の所定圧力と、に基づいて、前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力に到達するまでの時間を算出する所定圧力到達時間算出部と、前記目標圧力到達時間算出部が算出した目標圧力到達時間と、前記所定圧力到達時間算出部が算出した所定圧力到達時間とに基づいて、前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力となったときに前記蒸気ドラム内の蒸気圧力が前記目標蒸気圧力となっているように、点火時期を算出する点火時期算出部と、前記点火時期算出部が算出した前記点火時期に、前記第１点火装置によって前記バーナに点火し、前記蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を開始する点火制御手段と、を備えている。

上記構成では、燃料タンク内の圧力が、ボイラにボイルオフガスを供給する所定圧力となったときに、蒸気ドラム内の蒸気圧力が目標圧力となっているように、バーナに点火している。したがって、ボイルオフガスをボイラで燃焼する際に、蒸気ドラム内の蒸気圧力を、ボイルオフガスを燃焼するのに十分な蒸気圧力とすることができ、ボイラ蒸気圧力が目標蒸気圧力に到達していない為にボイラが過負荷になることを防止し、好適にボイルオフガスを燃焼させることができる。また、海象等の状況により、燃料タンク内で発生するボイルオフガスの発生量、すなわち、燃料タンクの圧力上昇の傾向が変動するため、燃料タンク内の所定圧力のみに基づいてボイラの昇圧を開始した場合、ボイルオフガスの燃焼開始までに間に合わない場合がある。上記構成では、検出した燃料タンク内の圧力に基づいて、燃料タンク内の圧力が所定圧力となったときに蒸気ドラム内の蒸気圧力が目標蒸気圧力となっているように、点火時期を算出している。したがって、燃料タンク内の圧力が所定圧力に到達した際に、蒸気ドラム内の蒸気圧力が目標圧力へ昇圧が完了しているので、速やかにボイルオフガスをボイラに供給して燃焼させ、燃料タンク内の圧力を低減させることができる。所定圧力とは、例えば、燃料タンクが損傷するおそれのある圧力よりも所定値だけ小さい閾値圧力である。

また、上記構成では、燃料タンク内の圧力が所定の圧力に到達するまでの時間を算出し、燃料タンク内の圧力が所定の圧力に到達する時間に合わせるように、事前に蒸気ドラム内のバーナに点火して蒸気ドラム内の蒸気圧力を昇圧し、目標圧力の状態としている。このように、燃料タンク内の圧力の上昇速度に応じて、蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を行っているのでボイルオフガスを燃焼するために、蒸気ドラム内の蒸気圧力を常に高圧状態で維持する必要がない。したがって、常にボイルオフガスを処理可能なように高圧状態を維持するボイラシステムと比較して、ボイラが高圧で運転する時間を短くすることができ、ボイラでの燃料（ＭＧＯ（Marine Gas Oil）等）の消費量を低減することができる。

本発明の一態様に係るボイラの運転方法は、燃料を貯留した燃料タンクで発生したボイルオフガスが供給されるボイラの運転方法であって、第１点火装置によって前記ボイラに設けられたバーナに点火し、前記バーナの燃焼による蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を行う昇圧工程と、前記昇圧工程の後に、前記第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多い第２点火装置によって前記バーナに点火し、前記バーナにおいて前記ボイルオフガスによる燃焼を行う燃焼工程とを備えている。

本発明によれば、ボイラで、ボイルオフガスを処理することができ、同時に、ボイルオフガスのエネルギーを利用することができる。

本発明の実施形態に係る船舶に搭載されるシステムの全体構成図である。 本発明の実施形態に係るバーナを示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係るバーナを示す縦断面図であって間欠放電式イグナイタを引き上げた状態を示す図である。 図２Ａのバーナを示す底面図である。 図２Ａのバーナの要部を示す縦断面図である。 図１の水蒸気ドラム内の圧力の上昇を示すグラフである。 図１のＬＮＧタンク内の圧力の上昇を示すグラフである。

以下に、本発明に係るボイラ及びボイラシステム並びにボイラの運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るボイラシステムは、例えば、ガス焚きの主機エンジン１０を備えたＬＮＧ運搬船２に適用される。ＬＮＧ運搬船２は、ＬＮＧを貯留するＬＮＧタンク（燃料タンク）３と、ＬＮＧタンク３内で発生したボイルオフガスを燃焼して蒸気を生成するボイラ４と、主機エンジン１０で発生した排ガスの熱を回収して蒸気を生成するエコノマイザ５と、ボイラ４を制御する制御装置６とを搭載している。

ＬＮＧタンク３内で発生したボイルオフガスは、ボイルオフガス供給管１２に設けられた第１供給用コンプレッサ１３によって、主機エンジン１０、発電用混焼エンジン（図示省略）及び再液化装置１５等に供給される。主機エンジン１０及び発電用混焼エンジンでは、供給されたボイルオフガスを燃焼し、駆動力を得ている。再液化装置１５では、ボイルオフガスを圧縮・冷却することでボイルオフガスを再液化し、再液化したボイルオフガスを、戻し管１６を介してＬＮＧタンク３に戻している。

また、ＬＮＧタンク３内で発生したボイルオフガスの一部は、ＬＮＧタンク３とボイラ４とを接続するボイルオフガス供給管１７を介してボイラ４に供給される。ボイルオフガス供給管１７には、ボイルオフガスをボイラ４に供給する際に用いる第２供給用コンプレッサ１８と、ボイルオフガスを大気に放出するベント管１９とが設けられている。また、ＬＮＧタンク３には、ＬＮＧタンク３内の圧力を検出するタンク内圧力計（タンク圧力検出手段）２０が設けられている。タンク内圧力計２０は、取得したＬＮＧタンク３内の圧力をカーゴタンク制御装置４０に送信する。

ボイラ４は、火炉（図示省略）と、上方に配置された蒸気ドラム２１と、下方に配置された水ドラム２２とを備えている。火炉は、バーナ２３（図２Ａ参照）を備えており、火炉内で燃焼を行う。火炉にてバーナ２３が着火され、ボイラ４内で給水が加熱されると、水が下方の水ドラム２２から上方の蒸気ドラム２１へと上昇し、気液が蒸気ドラム２１にて分離される。蒸気ドラム２１には、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を計測するドラム内圧力計（ドラム圧力検出手段）２４が設けられている。ドラム内圧力計２４は、取得した蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を制御装置６に送信する。また、蒸気ドラム２１には、蒸気ドラム２１で分離した蒸気を、発電用タービン２６、復水器２７、蒸気使用機器類等に供給するボイラ蒸気供給管２８が接続されている。発電用タービン２６の回転軸には発電機２９が連結され、発電機２９は発電用タービン２６の回転力によって発電する。発電用タービン２６から排出された蒸気は、蒸気排出管３０を介して復水器２７に供給される。

エコノマイザ５は、２台設けられ、それぞれ、主機エンジン１０から排出された燃焼排ガスと水とを熱交換することで蒸気を生成する。エコノマイザ５と蒸気ドラム２１とはエコノマイザ蒸気供給管３２によって接続されている。エコノマイザ蒸気供給管３２は、エコノマイザ５で生成された気液を蒸気ドラム２１に供給する。蒸気ドラム２１において、分離された蒸気は、ボイラ蒸気供給管２８を介して発電用タービン２６等の各機器に供給される。また、水ドラム２２とエコノマイザ５とは、水供給管３３によって接続されている。水供給管３３は、途中位置に設けられたポンプ３４によって、水ドラム２２内の水をエコノマイザ５に供給している。なお、別途、汽水分離器３５を設けて、汽水分離器３５においてエコノマイザ５で生成された気液を分離してもよい。この場合、図１に破線で示すように、エコノマイザ５と、汽水分離器３５とは、エコノマイザ蒸気供給管３６及び水供給管３７によって接続される。エコノマイザ蒸気供給管３６によってエコノマイザ５で生成した蒸気を汽水分離器３５に供給する。水供給管３７は、途中位置に設けられたポンプ３８によって、汽水分離器３５内の水をエコノマイザ５に供給する。また、本実施形態では、エコノマイザ５を２台設けているが、エコノマイザ５の台数は１台でもよく、３台以上でもよい。

本実施形態おいて、ボイラ４、制御装置６、タンク内圧力計２０及びドラム内圧力計２４などによってボイラシステムが構成されている。

次に、ボイラ４の火炉に設けられるバーナ２３について図２Ａから図４を用いて詳細に説明する。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、バーナ２３は、火炉内に火炎を形成するメインバーナ４１と、メインバーナ４１に対して点火を行うパイロットバーナ４２及び間欠放電式イグナイタ（第２点火装置）４３とを備えている。

メインバーナ４１は、油を供給する油供給部と、ボイルオフガスを供給するガス供給部と、燃焼用空気を供給する空気通路とを備えている。
油供給部は、油供給装置（図示省略）から、油供給路１１（図１参照）を介して供給された油を流通させる油供給管４７を備える。油供給管４７は、バーナ２３の略中央で上下方向に延びる筒状部材で形成され、内部を上方から下方に油が流通する。また、油供給管４７は、下端部が火炉内に位置するように配置される。油供給管４７の下端にはチップ４８が設けられ、チップ４８を通過した油が火炉内に噴霧される。供給される油としては、例えば、軽油や重油等がある。

ガス供給部は、ＬＮＧタンク３からのボイルオフガスが流通するボイルオフガス供給管１７と接続するガス供給室４９と、ガス供給室４９から下方に延びる５本のガス分配管５０とを有する。５本のガス分配管５０は、図３に示すように、油供給管４７を囲うように、等間隔で配置されている。また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ガス分配管５０は、それぞれ、下端部が火炉内に位置するように配置される。ガス分配管５０の下端にはノズル５１が設けられ、ノズル５１により、火炉内にボイルオフガスが噴出される。

空気通路は、油供給管４７及びガス分配管５０の周囲を覆うように設けられている。空気通路は、上下に延びる円筒状の空気通路部５２と、空気通路部５２の下端から下方に延びる円筒状のバーナタイル５３と、バーナタイル５３内に設けられる複数の旋回翼５４と、を備えている。空気通路部５２は、空気供給装置（図示省略）から供給される燃焼用空気を、図２Ａ及び図２Ｂの矢印に示すように、内部に流通させる。空気通路部５２の下部には、円筒状のバーナタイル５３が取り付けられており、バーナタイル５３の内周面の上部は略鉛直方向に延び、内周面の下部は火炉中心側に進むにつれて径が拡大するように形成されている。すなわち、バーナタイル５３の下部は、円錐台形状の中空部となっている。複数の旋回翼５４は、ガス分配管５０と油供給管４７の外周面との間に介設され、油供給管４７の周方向に等間隔に配設されている。

パイロットバーナ４２は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、メインバーナ４１の近傍で、メインバーナ４１の油供給管４７と平行するように延び、下端が油供給管４７及びガス分配管５０の下端よりも上方に位置するように配置される。また、パイロットバーナ４２は、図４に示すように、上下方向に延びて内部を油が流通する油供給管５５と、油供給管５５と略平行に延びる連続放電式イグナイタ（第１点火装置）５６と、油供給管５５及び連続放電式イグナイタ５６を覆うように設けられるパイロットバーナ本体部５７とを有する。油供給管５５は、油供給ポンプ（図示省略）から供給される油を内部に流通させる。また、油供給管５５の下端にはチップ５８が設けられ、チップ５８を通過した油が噴霧される。連続放電式イグナイタ５６は、イグナイタ用ケーブル５９に連結され、イグナイタ用ケーブル５９からの電気によって連続的に放電する。連続放電式イグナイタ５６の下端部は、油供給管５５の下端の鉛直下方に配置されるように、曲折している。すなわち、油供給管５５から噴霧された油に対して、連続放電式イグナイタ５６の下端部から放電することにより、パイロットバーナ４２の点火を行う。パイロットバーナ４２から下方に火炎が形成される。形成される火炎は、火炎の下端が油供給管４７及びガス分配管５０の下端よりも下方に位置するように形成される。すなわち、形成された火炎によって、油供給管４７またはガス分配管５０から排出された油またはガスに点火する。

間欠放電式イグナイタ４３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、メインバーナ４１の近傍で、上下方向に延び、下方がメインバーナ４１に近づくように傾斜して配置される。間欠放電式イグナイタ４３の下端部は、電気によって間欠的に放電する。また、間欠放電式イグナイタ４３は、上下に所定距離移動可能に支持されている。間欠放電式イグナイタ４３の下端部は、点火を行う際には、図２Ａに示すように、油供給管４７及びガス分配管５０の下端よりも下方に位置するように配置される。これにより、油供給管４７またはガス分配管５０から噴霧された油またはガスに対して、間欠放電式イグナイタ４３の下端部が放電することにより、点火を行う。点火後には、図２Ｂに示すように、下端が油供給管４７及びガス分配管５０の下端よりも上方に位置するように上方に引き上げられる。このように、点火後に引き上げることで、間欠放電式イグナイタ４３の下端がメインバーナ４１の火炎によって損傷することを防止している。

間欠放電式イグナイタ４３は、パイロットバーナ４２に対して点火を行う連続放電式イグナイタ５６よりも、点火の際のスパークの頻度が多い。詳細には、間欠放電式イグナイタ４３は、１５００Ｖ程度の電圧で放電し、メインバーナ４１の点火完了まで間欠的にスパークを行い、点火完了まで１秒間に２０回のスパークを継続して行う。連続放電式イグナイタ５６は、１００００Ｖ程度の電圧で放電し、パイロットバーナ４２の点火完了まで点火状態を維持する。すなわち、連続放電式イグナイタ５６のスパークは１回のみである。
間欠放電式イグナイタ４３によるメインバーナ４１への点火は、メインバーナ４１の油供給管４７から噴霧される油また、ガス分配管５０から噴霧されるガスに対して、間欠放電式イグナイタ４３から放電される火花によって直接行われる。一方、パイロットバーナ４２によるメインバーナ４１への点火は、連続放電式イグナイタ５６の放電により点火したパイロットバーナ４２の火炎によって行われる。すなわち、連続放電式イグナイタ５６は、メインバーナ４１に対して、パイロットバーナ４２の火炎を介して、間接的に点火を行っている。具体的には、連続放電式イグナイタ５６によるメインバーナ４１への点火は、油供給管５５へ油を送る油供給装置を駆動し、油供給管５５内に油を流通させてから連続放電式イグナイタ５６によってパイロットバーナ４２に点火し、パイロットバーナ４２の点火を確認してからメインバーナ４１への点火を行う等の多くの手順が必要である。このため、連続放電式イグナイタ５６によるメインバーナ４１への間接的な点火は、間欠放電式イグナイタ４３によるメインバーナ４１への直接的な点火よりも、長い時間を要することになる。

制御装置６は、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が目標蒸気圧力Ｐｂ２に到達するまでの時間を算出する目標圧力到達時間算出部と、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定圧力Ｐｓｅｔに到達するまでの時間を算出する所定圧力到達時間算出部と、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定圧力Ｐｓｅｔとなったときに蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が目標蒸気圧力Ｐｂ２となっているようにメインバーナ４１に対する点火時期Ｔｓを算出する点火時期算出部と、点火時期算出部が算出した点火時期Ｔｓに、メインバーナ４１に点火し、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力の昇圧を開始する点火制御手段を有する。

また、制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

目標圧力到達時間算出部は、ドラム内圧力計２４が取得した蒸気ドラム２１内の蒸気圧力Ｐｂ１と、ボイラ４においてボイルオフガスの燃焼を行うことが可能な蒸気圧力である蒸気ドラム２１内の目標蒸気圧力Ｐｂ２とに基づいて、蒸気ドラム内の蒸気圧力Ｐｂ１が目標蒸気圧力Ｐｂ２に到達するまでの時間である目標圧力到達時間Ｔｒを算出する。
詳細には、まず、制御装置６に記憶された蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が０ｂａｒの状態から所定の蒸気圧力となるまでの時間を示したグラフ（図５参照）を読みだす。次に、このグラフを用いて、目標蒸気圧力Ｐｂ２となるまでの時間Ｔｂ２及びドラム内圧力計２４が取得した蒸気ドラム２１内の蒸気圧力Ｐｂ１となるまでの時間Ｔｂ１を取得する。そして、目標蒸気圧力Ｐｂ２となるまでの時間Ｔｂ２からドラム内圧力計２４が取得した蒸気ドラム２１内の蒸気圧力Ｐｂ１となるまでの時間Ｔｂ１を減算し、目標圧力到達時間Ｔｒを算出する。

具体的には、本実施形態では、目標蒸気圧力Ｐｂ２を１６ｂａｒとしている。したがって、目標蒸気圧力Ｐｂ２となるまでの時間Ｔｂ２は、２．５ｈとなる。このとき、ドラム内圧力計２４が取得した蒸気ドラム２１内の蒸気圧力Ｐｂ１が３ｂａｒであった場合には、蒸気圧力Ｐｂ１となるまでの時間Ｔｂ１は１．８ｈであるので、目標圧力到達時間Ｔｒは、２．５（Ｔｂ２）−１．８（Ｔｂ１）を計算し、０．７ｈと算出される。
なお、当該制御は、一例であって、目標圧力到達時間Ｔｒを算出する方法は、ドラム内圧力計２４が取得した蒸気圧力Ｐｂ１と、目標蒸気圧力Ｐｂ２とに基づいていればよく、この方法に限られない。例えば、蒸気ドラム内の蒸気圧力が０ｂａｒの状態から所定の蒸気圧力となるまでの時間を示したグラフは、他のグラフを用いてもよい。

所定圧力到達時間算出部は、図６に示すように、タンク内圧力計２０が検出したＬＮＧタンク３内の圧力と、ボイルオフガスをＬＮＧタンク３に供給する圧力であるＬＮＧタンク３内の所定圧力Ｐｓｅｔと、に基づいて、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定圧力Ｐｓｅｔに到達するまでの時間である所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔを算出する。所定圧力Ｐｓｅｔは、例えば、燃料タンクが損傷するおそれのある圧力よりも所定値だけ小さい閾値圧力である。本実施形態では、１０ｋＰａとしている。
詳細には、まず、タンク内圧力計２０からＬＮＧタンク３内の圧力が上昇し始めた際には、その情報を取得する。次に、１時間後に再び、タンク内圧力計２０からＬＮＧタンク３内の圧力Ｐ１を取得する。このＰ１を１時間当たりのＬＮＧタンク３内の圧力上昇率Ｐｔとする。次に、所定圧力Ｐｓｅｔを圧力上昇率Ｐｔで割ることで、所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔを算出する。

具体的には、ＬＮＧタンク３内の圧力上昇が緩やかで、Ｐｔが０．５（図６に示すＰｔ１）の場合には、所定圧力Ｐｓｅｔを０．５で割り、所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔは、２０ｈ（図６に示すＴ１）と算出される。また、圧力上昇が急激で、Ｐｔが０．７５（図６に示すＰｔ２）の場合には、所定圧力Ｐｓｅｔを０．７５で割り、所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔは、１５ｈ（図６に示すＴ２）と算出される。
なお、当該制御は、一例であって、所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔを算出する方法は、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力Ｐｂ１と、蒸気ドラム２１内の目標蒸気圧力Ｐｂ２とに基づいていればよく、この方法に限られない。例えば、ＬＮＧタンク３内の圧力を取得する間隔は、１時間より短くてもよく、１時間より長くてもよい。

点火時期算出部は、目標圧力到達時間算出部が算出した蒸気ドラム２１内の目標圧力到達時間Ｔｒと、所定圧力到達時間算出部が算出したＬＮＧタンク３内の所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔとに基づいて、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定圧力Ｐｓｅｔとなったときに蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が目標蒸気圧力Ｐｂ２となっているように、点火時期Ｔｓを算出する。点火時期Ｔｓとは、現時点からボイラ４の蒸気ドラム２１の昇圧を開始するまでの時間である。すなわち、現時点からＴｓｈ後に昇圧を開始することを示す。
詳細には、ＬＮＧタンク３内の所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔから蒸気ドラム２１内の目標圧力到達時間Ｔｒを減算することで算出される。例えば、所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔが１５ｈで目標圧力到達時間Ｔｒが０．７ｈである場合には、点火時期Ｔｓは１４．３ｈとなる。

点火制御手段は、現時点から所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔまでの時間Ｔと、点火時期Ｔｓとを比較し、ＴｓがＴに到達したら、連続放電式イグナイタ５６等に信号を送り、パイロットバーナ４２によりメインバーナ４１に点火を行う。そして、蒸気ドラム２１の蒸気圧力の昇圧を開始する。

次に、本実施形態の動作について図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。
まず、ボイルオフガスを燃焼処理する場合（ボイルオフガス処理モード）について説明する。ボイラ４は、蒸気を生成していないときには、蒸気ドラム２１内の圧力が約３ｂａｒを維持するように水ドラム２２内のヒーティングコイル６１に蒸気を流通させて暖機運転を行っている。タンク内圧力計２０がＬＮＧタンク内の圧力の上昇を検出すると、タンク内圧力計２０からカーゴタンク制御装置４０に信号を送信する。タンク内圧力計２０からの信号を受けると、カーゴタンク制御装置４０は、ボイルオフガス処理モードを開始する信号を制御装置６に送る。カーゴタンク制御装置４０からの信号を受けると制御装置６は、ボイルオフガス処理モードを開始する。ボイルオフガス処理モードが開始されると、制御装置６が上述の制御を行い、点火時期Ｔｓを算出する。現時点から所定圧力到達時間Ｔｐｓｅｔまでの時間Ｔと、点火時期Ｔｓとを比較し、ＴｓがＴよりも大きくなったタイミングで、点火制御手段が、パイロットバーナ４２に信号を送る。

信号を受けたパイロットバーナ４２は、油供給管５５に油を供給する油供給装置を駆動し、油供給管５５から油を噴出するとともに、連続放電式イグナイタ５６の駆動し、放電を開始する。このように、パイロットバーナ４２に点火し、火炎を形成する。制御部がパイロットバーナ４２で火炎が形成されたことを確認すると、メインバーナ４１は、油供給管４７に油を供給する油供給装置を駆動し、油供給管４７から油を噴出する。噴出した油は、パイロットバーナ４２の火炎によって、点火され、これにより、メインバーナ４１が火炎を形成する。メインバーナ４１が点火したことを確認すると、パイロットバーナ４２への油の供給は停止され、パイロットバーナ４２は消火する。このようにして、ボイラ４の昇圧が開始され、ボイラ４内の圧力が昇圧される（昇圧工程）。なお、メインバーナ４１で火炎を形成する際には、油でなくボイルオフガスを燃料とすることもできる。この場合には、油供給管４７から油を噴出するかわりに、ガス分配管５０からボイルオフガスを噴出し、パイロットバーナ４２の火炎によって点火が行われる。

ボイラ４の圧力が目標蒸気圧力Ｐｂ２である１６ｂａｒまで昇圧されると、メインバーナ４１への油の供給が停止され、メインバーナ４１は、一旦消火し、ボイラ４は、ボイルオフガスを燃焼処理する待機状態となる。カーゴタンク制御装置４０からボイルオフガスの処理量（例えば、１２００ｋｇ／ｈ）の信号が制御装置６に送られた後に、ＬＮＧタンク３からボイルオフガスがボイルオフガス供給管１７を介してガス供給室４９に流入する。ガス供給室４９に流入したボイルオフガスは、５つのガス分配管５０に分配され、それぞれのガス分配管５０の下端から噴出される。このとき、略同時に、間欠放電式イグナイタ４３が、下端がガス分配管５０の下端よりも下方に位置するように、移動する（図２Ａ参照）。移動を終えると、間欠放電式イグナイタ４３は、間欠的に放電を行い、ガス分配管５０から噴出されるボイルオフガスに点火する。これにより、メインバーナ４１が火炎を形成する。メインバーナ４１が点火したことを確認すると、間欠放電式イグナイタ４３は、放電を停止し、下端が、ガス分配管５０の下端よりも上方に位置するように、移動する（図２Ｂ参照）。メインバーナ４１の火炎により生成された燃焼ガスによって蒸気が生成される。このようにして、ボイラ４において、ボイルオフガスを燃焼処理するとともに、蒸気を生成する（燃焼工程）。
次に、ボイルオフガス処理モード以外でボイラ４にて蒸気を生成する場合（ノーマルモード）には、パイロットバーナ４２でメインバーナ４１に点火を行い、ボイラ４内で蒸気を生成する。また、ボイラ４の停止時には、水ドラム２２内のヒーティングコイル６１に蒸気を流通させて暖機運転を行う。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、ＬＮＧタンク３で発生したボイルオフガスがボイラ４に供給されている。これにより、ＬＮＧタンク３で発生したボイルオフガスをボイラ４で燃焼させることができる。したがって、ボイルオフガスを燃焼させるための専用の装置（例えば、ＧＣＵ（Ｇａｓ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）等）を設けることなく、ボイルオフガスを処理することができ、同時に、ボイルオフガスのエネルギーで蒸気を生成することができる。生成した蒸気を、発電用タービン２６での発電や、蒸気使用機器類等での使用に利用しているのでＬＮＧ運搬船２全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。

また、バーナ２３が、連続放電式イグナイタ５６と、連続放電式イグナイタ５６よりも点火の際のスパークの頻度が多い間欠放電式イグナイタ４３とを有している。間欠放電式イグナイタ４３は、直接的にメインバーナ４１に対して点火を行うので、連続放電式イグナイタ５６を備えたパイロットバーナ４２で間接的にメインバーナ４１に対して点火を行うよりも短い時間で点火を行うことができる。
一方で、間欠放電式イグナイタ４３は、連続放電式イグナイタ５６よりも点火の際のスパーク頻度が多いので、点火の際の負荷が大きく、連続放電式イグナイタ５６よりも損傷しやすい。また、間欠放電式イグナイタ４３は、１回の点火の際にスパークを行う回数が多いので、１回の点火の際にスパークを１度しか行わない連続放電式イグナイタ５６よりも消耗しやすい。また、連続放電式イグナイタ５６は、点火の際のスパークの頻度が間欠放電式イグナイタ４３よりも少ないので、間欠放電式イグナイタ４３よりも損傷及び消耗しにくい。しかしながら、連続放電式イグナイタ５６を用いたメインバーナ４１に対する点火は、連続放電式イグナイタ５６によってパイロットバーナ４２に点火する等の多くの手順が必要である間接的なものなので、間欠放電式イグナイタ４３によって直接的に点火するよりも、点火までに長い時間を要する。
このように、バーナ２３が、特徴の異なる点火装置を設けている。したがって、特徴の異なる点火装置を、ボイラ４及びＬＮＧタンク３内の状況に応じて使い分けることで、ボイルオフガスを適切に燃焼させるとともに蒸気を生成することができ、かつ、点火装置に冗長性を持たせ製品寿命を長くすることができる。

ＬＮＧタンク３内でボイルオフガスが発生し、ＬＮＧタンク３内の圧力が高くなると、ＬＮＧタンク３が破損する可能性がある。このため、ボイルオフガスを燃焼処理してＬＮＧタンク３内の圧力を低下させる場合には、ＬＮＧタンク３内の圧力が、ＬＮＧタンク３が損傷するおそれのある圧力よりも所定値だけ小さい閾値圧力である所定圧力Ｐｓｅｔとなると、速やかにボイルオフガスを燃焼させる必要がある。よって、ボイルオフガスを燃焼処理する際には、メインバーナ４１の点火までの時間が短い方が好適である。本実施形態では、ボイルオフガスを燃焼させる際に、間欠放電式イグナイタ４３が使用される。間欠放電式イグナイタ４３は、連続放電式イグナイタ５６を用いたパイロットバーナ４２よりも短い時間で点火を行うことができるので、速やかにボイルオフガスを燃焼させることができる。したがって、ボイラ４において、ボイルオフガスを燃焼処理して、好適にＬＮＧタンク３内の圧力を所定圧力Ｐｓｅｔ以下に維持することができる。

蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が低い状態で、ボイラ４でボイルオフガスを燃焼させた場合、ボイラ４が過負荷となってしまう可能性がある。また、ボイラ４が過負荷になることに起因して、ボイラ４においてボイルオフガスを燃焼処理する量が制限され、所望の量のボイルオフガスを燃焼処理することができない可能性がある。よって、ボイラ４でボイルオフガスを燃焼させる際に、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が十分でない場合には、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力の昇圧を行う必要がある。このような場合には、特段、速やかにメインバーナ４１に対して点火を行う必要はない。本実施形態では、蒸気ドラム２１内の圧力の昇圧を行う際には、連続放電式イグナイタ５６を用いたパイロットバーナ４２を使用する。これにより、連続放電式イグナイタ５６よりも損傷しやすい間欠放電式イグナイタ４３を蒸気ドラム２１内の蒸気圧力の昇圧を行う際に使用しなくてよい。したがって、間欠放電式イグナイタ４３の使用頻度を低減させて、間欠放電式イグナイタ４３の製品寿命を長くすることができる。なお、上述のように、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力の昇圧を行う場合には、特段、速やかにメインバーナ４１に対して点火を行う必要はないので、間欠放電式イグナイタ４３よりも点火までの時間が長い連続放電式イグナイタ５６を用いたパイロットバーナ４２によって点火を行ったとしても、問題はない。

また、ＬＮＧタンク３内の圧力がボイラ４にボイルオフガスを供給する所定圧力Ｐｓｅｔとなったときに、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が目標蒸気圧力Ｐｂ２となっているように、メインバーナ４１に点火している。したがって、ボイルオフガスをボイラ４で燃焼する際に、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を、ボイルオフガスを燃焼するのに十分な蒸気圧力とすることができ、ボイラ４が過負荷になることを防止し、好適にボイルオフガスを燃焼させることができる。また、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定圧力Ｐｓｅｔに到達した際に、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を目標蒸気圧力Ｐｂ２の状態となっているので、速やかにボイルオフガスをボイラ４に供給して燃焼させ、ＬＮＧタンク３内の圧力を低減させることができる。

また、ＬＮＧタンク３内の圧力が所定の圧力に到達する際に、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を昇圧して目標蒸気圧力Ｐｂ２の状態としているので、ボイルオフガスを燃焼するために、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を常に高圧状態で維持する必要がない。したがって、ボイラ４のエネルギー消費を低減することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、間欠放電式イグナイタ４３でボイルオフガスに点火する例について説明したが、間欠放電式イグナイタ４３の故障時等には、パイロットバーナ４２で点火を行ってもよい。また、パイロットバーナ４２の故障時等には、間欠放電式イグナイタ４３でメインバーナに点火を行い、ボイラ４の蒸気ドラム２１の昇圧を行ってもよい。このような構成とすることで、メインバーナ４１の点火装置に冗長性を持たせることができる。

また、エコノマイザ５での蒸気の生成が十分でない場合には、ボイラ４を低負荷で運転し、ＬＮＧ運搬船２の必要蒸気を補ってもよい。この構成では、通常ＬＮＧ運搬船２に搭載される低負荷の補助用ボイラ（ドンキーボイラ等）を、ＬＮＧ運搬船２に搭載しなくてよいので、ＬＮＧ運搬船２内のスペースを省スペース化することができる。

３ ＬＮＧタンク（燃料タンク）
４ ボイラ
６ 制御装置
１７ ボイルオフガス供給管
２０ タンク内圧力計（タンク圧力検出手段）
２１ 蒸気ドラム
２３ バーナ
２４ ドラム内圧力計（ドラム圧力検出手段）
４１ メインバーナ
４２ パイロットバーナ
４３ 間欠放電式イグナイタ（第２点火装置）
４７ 油供給管
５０ ガス分配管
５５ 油供給管
５６ 連続放電式イグナイタ（第１点火装置）

Claims (5)

1. 燃料を貯留した燃料タンクで発生したボイルオフガスが供給されるボイラであって、
   前記ボイルオフガスを燃焼するバーナを備え、
   前記バーナは、第１点火装置と、該第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多い第２点火装置とを有するボイラ。
2. 前記第２点火装置は、前記バーナにおいて前記ボイルオフガスによる燃焼を開始させる際に使用される請求項１に記載のボイラ。
3. 内部に蒸気が収容される蒸気ドラムを備え、
   前記第１点火装置は、前記バーナの燃焼による前記蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を開始する際に使用される請求項２に記載のボイラ。
4. 請求項３に記載のボイラを備えたボイラシステムであって、
   前記蒸気ドラム内の蒸気圧力を検出するドラム圧力検出手段と、
   前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク圧力検出手段と、
   前記ドラム圧力検出手段が検出した前記蒸気ドラム内の蒸気圧力と、前記ボイルオフガスの燃焼を行う蒸気圧力である前記蒸気ドラム内の目標蒸気圧力と、に基づいて、前記蒸気ドラム内の蒸気圧力が前記目標蒸気圧力に到達するまでの時間を算出する目標圧力到達時間算出部と、
   前記タンク圧力検出手段が検出した前記燃料タンク内の圧力と、前記ボイルオフガスを前記燃料タンクに供給する圧力である前記燃料タンク内の所定圧力と、に基づいて、前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力に到達するまでの時間を算出する所定圧力到達時間算出部と、
   前記目標圧力到達時間算出部が算出した目標圧力到達時間と、前記所定圧力到達時間算出部が算出した所定圧力到達時間とに基づいて、前記燃料タンク内の圧力が前記所定圧力となったときに前記蒸気ドラム内の蒸気圧力が前記目標蒸気圧力となっているように、点火時期を算出する点火時期算出部と、
   前記点火時期算出部が算出した前記点火時期に、前記第１点火装置によって前記バーナに点火し、前記蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を開始する点火制御手段と、を備えたボイラシステム。
5. 燃料を貯留した燃料タンクで発生したボイルオフガスが供給されるボイラの運転方法であって、
   第１点火装置によって前記ボイラに設けられたバーナに点火し、前記バーナの燃焼による蒸気ドラム内の蒸気圧力の昇圧を行う昇圧工程と、
   前記昇圧工程の後に、前記第１点火装置よりも点火の際のスパークの頻度が多い第２点火装置によって前記バーナに点火し、前記バーナにおいて前記ボイルオフガスによる燃焼を行う燃焼工程と、を備えたボイラの運転方法。
   

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