JP2020063885A - ガス燃料供給装置、燃焼装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧縮性流体のガス燃料を用いる燃焼炉における高ターンダウン比を実現可能なガス燃料供給装置を提供する。【解決手段】ガス燃料供給装置は、燃焼炉へガス燃料を供給するためのガス燃料供給装置であって、ガス燃料の主供給管に接続される第1ノズル、および主供給管から分岐する分岐供給管に接続される第2ノズルを含んで構成されるガスバーナと、主供給管における分岐供給管の分岐位置と第2ノズルとの間に設置されるガスバーナ弁と、主供給管における分岐位置の上流側に設置される圧力計と、圧力計の測定値に応じてガスバーナ弁の開度を制御するよう構成されるノズル切替装置と、を備え、ノズル切替装置は、圧力計の測定値が所定のノズル停止閾値以下では、ガスバーナ弁の開度を最小開度にする。【選択図】 図1

Description

本開示は、燃焼炉にガス燃料を供給するガス燃料供給装置に関し、特に、高ターンダウン比を実現するための技術に関する。
従来から、ボイラの高効率運転(省エネ)を実現するための手法の一つとして、高ターンダウン比(TDR。定格ガス流量に対する制御可能な最小ガス流量の比)化がある。例えば特許文献1〜2では、1つのバーナに複数のノズルを設けると共に、その複数のノズルに電磁弁等の開閉弁を設けた燃料ガス供給系統を接続して、ガスを噴出させるノズル数で燃料ガス量を調節する。ガスを噴出させるノズルの数を減らすことにより、ボイラの内部に供給するガス燃料の流量を小さくすることが可能であり、最小ガス流量をより小さくすることを可能にすることで、高ターンダウン比(レシオ)を実現する。
特開2001−21135号公報 特公平2−6968号公報
例えばガス専焼ボイラ(ガス焚きボイラ)など、圧縮性流体であるガス燃料を用いる燃焼炉では、燃料油などの非圧縮性流体を燃料とする燃焼炉とは異なり、ガスバーナからガス燃料を噴出するためには、ガスバーナ(ノズル)から噴出する際の圧力(バーナ側圧力)が燃焼炉の内部の圧力(炉内側圧力)よりも高い必要があり、バーナ側圧力と炉内側圧力との差圧(以下、炉内差圧)が一定以上ある必要がある。そして、この炉内差圧が足りないと、ガス燃料を燃焼炉の内部にガス燃料を適切に供給(噴出)することができず、失火が発生する。このため、ガス専焼ボイラなどでターンダウン比を例えば25:1(最大:最小)などに広げるために、燃焼炉に供給するガス燃料の流量を小さくすると炉内差圧も小さくなるので、炉内差圧の確保の観点からの課題がある。
この点、上述した特許文献1〜2では、ターンダウン比における最小ガス流量を従来よりも小さくすることは可能ではある。しかし、特許文献1は、上記の炉内差圧の課題から、ガスを噴出させるノズル数で燃料ガス量を調節するのではなく燃料を減少させるに伴い別のガスを導入し混合することにより高ターンダウン比化を実現しようとしているが、開示されている予混合の方法では天然ガスの主成分であるメタンの可能燃焼範囲を保つ必要があり、制御が複雑になる。また、特許文献2では、そもそも、非圧縮性流体である燃料油をポンプで供給するものであり、圧縮性流体であるガス燃料を燃料とする場合に生じる上述した炉内差圧の課題は生じない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、圧縮性流体のガス燃料を用いる燃焼炉における高ターンダウン比を実現可能なガス燃料供給装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るガス燃料供給装置は、
燃焼炉へガス燃料を供給するためのガス燃料供給装置であって、
前記ガス燃料の主供給管に接続される第1ノズル、および前記主供給管から分岐する分岐供給管に接続される第2ノズルを含んで構成されるガスバーナと、
前記主供給管における前記分岐供給管の分岐位置と前記第2ノズルとの間に設置されるガスバーナ弁と、
前記主供給管における前記分岐位置の上流側に設置される圧力計(または差圧計)と、
前記圧力計の測定値に応じて前記ガスバーナ弁の開度を制御するよう構成されるノズル切替装置と、を備え、
前記ノズル切替装置は、前記圧力計の測定値が所定のノズル停止閾値以下では、前記ガスバーナ弁の開度を最小開度にする。
上記(1)の構成によれば、燃焼炉(例えばボイラ)へ圧縮性流体であるガス燃料を供給する第1ノズルおよび第2ノズルを備えるガスバーナの第2ノズルに対してガス燃料を導く分岐供給管にはガスバーナ弁が設置されている。そして、このガスバーナ弁の開度は、主供給管における分岐供給管の分岐位置よりも上流側のガス燃料の圧力が所定値以下(ノズル停止閾値以下)になると自動で最小開度にされる。ガスバーナ弁の開度が最小開度にされると、ガス燃料は第1ノズルに導かれることになり、第1ノズルの噴出口からガス燃料を噴出させる際の圧力を高めることができる。よって、ガス燃料の流量を小さくしても、バーナ側圧力と炉内側圧力との差圧を大きくとることができるので、ガスバーナから燃焼炉の内部に、失火を生じさせないために必要な一定以上のガス燃料を供給できるようになり、高ターンダウンレシオを実現することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、出口側の圧力を一定にするためのガバナ弁と、
前記ガバナ弁と前記圧力計との間に設置される、前記ガス燃料の流量を調節可能な第1流量調節弁と、
前記主供給管における前記ガバナ弁と前記第1流量調節弁との間、および前記第1流量調節弁と前記圧力計との間を接続するバイパス供給管と、
前記バイパス供給管に設置される、前記第1流量調節弁よりも小量の流量を調節可能な第2流量調節弁と、をさらに備える。
上記(2)の構成によれば、ガス燃料供給装置において、相対的に大きな流量を調節可能な第1流量調節弁と、相対的に小さな流量を調節可能な第2流量調節弁とを並列に設ける(親子弁化)。これによって、第1流量調節弁および第2流量調節弁を例えばガス燃料の流量に応じて制御するようにすれば、ガス燃料の流量調節を精度良く行うことができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記主供給管における前記バイパス供給管の上流側に設置される第1流量計と、
前記バイパス供給管における前記第2流量調節弁の上流側に設置される、分解能が前記第1流量計よりも高い、または測定可能範囲(レンジ)が前記第1流量計よりも低流量側により広い第2流量計と、
前記第1流量計または前記第2流量計によって測定される、前記主供給管における前記バイパス供給管の上流側を流れる前記ガス燃料のガス総流量に応じて、前記第1流量調節弁および前記第2流量調節弁の開度を制御するよう構成される燃料量制御装置と、をさらに備える。
上記(3)の構成によれば、相対的に大きな流量を調節可能な第1流量調節弁と、相対的に小さな流量を調節可能な第2流量調節弁とを並列に設け(親子弁化)、第1流量計または第2流量計によって測定される流量値(ガス総流量)に応じて、これらの流量調節弁の開度を制御する。第2流量調節弁は、第1流量調節弁よりも小量の流量を調節可能であり、ガス総流量に応じて2つの弁の開度を調節することにより、ガス燃料の流量を大量側から小量側まで精度良く調節することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記燃料量制御装置は、前記ガス総流量が、前記第2流量計による測定が可能な範囲における所定の第1流路切替閾値以下の場合には、前記第1流量調節弁の開度を最小開度にすると共に、前記ガス総流量に応じて前記第2流量調節弁の開度を制御する。
上記(4)の構成によれば、ガス燃料の流量が第1流量調節弁では精度良い調節ができないほど小量の場合には、そのような小量の流量を調節可能な第2流量調節弁のみで、ガスバーナに供給するガス燃料の流量を調節する。第2流量調節弁によって小量側のガス燃料の流量を精度良く調節できるので、実現すべき高ターンダウン比における最小ガス流量をガスバーナに適切に供給することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、
前記燃料量制御装置は、前記ガス総流量が前記第1流路切替閾値よりも大きい場合には、前記ガス総流量に応じて前記第1流量調節弁の開度を制御すると共に、前記第2流量調節弁の開度を所定開度で維持する。
上記(5)の構成によれば、ガス燃料の流量が第1流量調節弁で調節できるような大量側の場合には、第1流量調節弁のみで、ガスバーナに供給するガス燃料の流量を調節する。これによって、ガスバーナに供給するガス燃料の流量制御を迅速に行うことができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)の構成において、
前記ノズル切替装置は、
前記ガスバーナ弁の開度が前記最小開度よりも大きい開度にされている開状態において、前記圧力計の測定値が、減少により前記ノズル停止閾値になると、前記ガスバーナ弁の開度を最小開度にし、
前記ガスバーナ弁の開度が前記最小開度にされている状態において、前記圧力計の測定値が、増大により前記ノズル停止閾値よりも大きいノズル開閾値を超えると、前記ガスバーナ弁の開度を前記開状態にする。
上記(6)の構成によれば、ガスバーナ弁の開度を最小開度(開度0%)と、最小開度以外の開度との間で切り替える圧力を、圧力計により測定される圧力(炉内差圧力またはバーナ入口圧力)の変化の方向(減少方向または増大方向)に応じて異ならせる。つまり、炉内差圧力またはバーナ入口圧力のどちらかに応じたガスバーナ弁の開度制御にヒステリシスを設ける。炉内差圧力またはバーナ入口圧力は、燃焼炉の負荷に応じて調節されるガス総流量の流量に応じて、ガス総流量が大きければ高くなり、ガス総流量が小さくなれば低くなるが、このような燃焼炉の負荷変動に応じたガスバーナ弁の開度制御を実施することで燃焼を安定させることができる。
また、ガスバーナ側からすると、第1ノズルおよび第2ノズルの両方のノズルからガス燃料を噴射する状態が燃焼の安定性や効率性から望ましい。このため、炉内差圧力またはバーナ入口圧力が減少する場合にガスバーナ弁の開度を開状態から最小開度にする圧力を、炉内差圧力またはバーナ入口圧力が増大する場合にガスバーナ弁の開度を最小開度から開状態にする圧力よりも低くすることにより、第1ノズルおよび第2ノズルの両方のノズルが一緒に使われる状況をより長く維持することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(6)の構成において、
前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、前記主供給管の圧力を一定にするためのガバナ弁を備え、
前記ガバナ弁は、
前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、前記主供給管の圧力を一定にするための第1圧力調節弁と、
前記第1圧力調節弁の上流側に設置される第2圧力調節弁と、を有する。
上記(7)の構成によれば、ガバナ弁は、直列に設置される2つの例えば自立式圧力調節弁などの圧力調節弁で構成されており、タンデム化されている。前段に位置する第2圧力調節弁には例えばガス会社などの供給元から供給されるガス燃料が導かれるが、第2圧力調節弁、第1圧力調節弁の順に2段階で圧力を調節することにより、供給元からのガス燃料の供給圧力が変動しても、ガバナ弁の2次側の圧力変動を十分に抑制することができる。よって、主供給管の圧力をより確実に一定にすることができ、最小ガス流量および最大ガス流量を精度良く確保することが可能となるようにすることができる。また、第1圧力調節弁および第2圧力調節弁を自立式圧力調節弁とすることで、演算遅れによる調節弁の動作遅れを回避し、圧力変動に追随した迅速な調節が可能とすることができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(7)の構成において、
前記第2ノズルは、前記第1ノズルを中心とした周囲から前記ガス燃料を前記燃焼炉に供給するように構成されている。
上記(8)の構成によれば、ガスバーナは、第1ノズル(センターガスバーナ)の周囲に配置された第2ノズル(リングガスバーナ)を形成した構造を備える。これによって、ガスバーナ弁によって、リングガスバーナへのガス燃料の供給を調節することができる。
(9)本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置は、
燃焼炉と、
前記燃焼炉へガス燃料を供給するための上記(1)〜(8)のいずれか1項に記載のガス燃料供給装置と、
前記ガス燃料供給装置が有するガスバーナに空気を供給するための空気供給装置と、を備え、
前記空気供給装置は、
前記ガスバーナに前記空気を導く空気供給管と、
前記空気供給管に設置される、前記ガスバーナに供給する空気量を回転数に応じて制御するための押込送風機と、
前記空気供給管に設置される、前記ガスバーナに供給する前記空気量を調節するための入口ベーン装置と、
前記空気供給管に設置される空気流量計と、
前記空気流量計の測定値が空気量指令値になるように、前記押込送風機の回転数および前記入口ベーン装置の開度を制御するよう構成される空気量制御装置と、を有し、
前記入口ベーン装置の開度は、前記押込送風機の回転数が最小値である場合であって、前記空気流量計の測定値が前記空気量指令値よりも大きい場合には、前記空気流量計の測定値と前記空気量指令値との差に応じた開度に制御される。
上記(9)の構成によれば、ガスバーナに供給する空気流量を、押込送風機(FDF)のインバータによる回転数制御および入口ベーン装置の開度制御により行う。これによって、最小ガス流量時であっても、燃焼用空気が強すぎることによって生じる得るガスバーナの火炎の吹き消えを防止することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧縮性流体のガス燃料を用いる燃焼炉における高ターンダウン比を実現可能なガス燃料供給装置が提供される。
本発明の一実施形態に係るガス燃料供給装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るガスバーナを概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る第1流量調節弁および第2流量調節弁の弁特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガス燃料の流路を示す図であり、ガス総流量≦第1流路切替閾値の場合を示す。 本発明の一実施形態に係るガス燃料の流路を示す図であり、第1流路切替閾値<ガス総流量≦第3流路切替閾値の場合を示す。 本発明の一実施形態に係るガス燃料の流路を示す図であり、第3流路切替閾値<ガス総流量≦最大ガス流量の場合を示す。 本発明の一実施形態に係るガス燃料の流路を示す図であり、第1流路切替閾値<ガス総流量≦第2流路切替閾値の場合で、かつ、ガス流量の減少時を示す。 本発明の一実施形態に係るガスバーナ弁のヒステリシス制御を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る燃焼装置が備える空気供給装置の構成を概略的に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係るガス燃料供給装置1の構成を概略的に示す図である。図2は、本発明の一実施形態に係るガスバーナ2を概略的に示す断面図である。
ガス燃料供給装置1は、ガス燃料Gを流すための主供給管Lを介してガス燃料Gをガスバーナ2へ供給することにより、ボイラなどの燃焼炉9へガス燃料Gを供給するよう構成された装置である。図1(後述する図4A〜図4Dも同様。以下同じ。)に示す実施形態の燃焼炉9は、ガス燃料Gのみを燃料として運転を行うボイラ(ガス専焼ボイラ)であり、圧縮性流体であるガス燃料Gがガス燃料供給装置1により内部(ボイラ内部の燃焼空間9s)に供給され、燃焼されることで運転される。より詳細には、図1のボイラは、パッケージ型ボイラと呼ばれる小型のボイラである。そして、図1に示すように、ガス燃料供給装置1は、ガスバーナ2と、ガスバーナ弁3と、圧力計4と、ノズル切替装置51と、を備える。
以下、ガス燃料供給装置1が備える上記の構成について、それぞれ説明する。
ガスバーナ2は、燃焼炉9へガス燃料Gを供給し、ガス燃料Gを燃焼炉9の内部で燃焼させるための装置である。図1〜図2に示すように、ガスバーナ2は、ガス燃料Gの主供給管Lに接続される第1ノズル2c、および主供給管Lから分岐する分岐供給管Lrに接続される第2ノズル2rを含んで構成される。図1に示すように、ガス燃料供給装置1は、主供給管Lから分岐する分岐供給管Lrを備えており、ガス燃料Gは、分岐供給管Lrの主供給管Lからの分岐位置B1から、主供給管Lおよび分岐供給管Lrに分かれて、ガスバーナ2の第1ノズル2cおよび第2ノズル2rに流れる。
図1〜図2に示す実施形態のガスバーナ2はセンターバーナ+リングバーナのコンビネーションタイプのバーナである。ガスバーナ2の第1ノズル2cは、ガスバーナ2の中央に配置された直線状の管を有するセンターガスバーナ21の先端に設けられている。また、第2ノズル2rは、センターガスバーナ21の先端部分を周方向に沿って囲むように環状に配置された管を有するリングガスバーナ22の環状の管の側壁(内周側の側壁)に形成された1以上の開口部分で形成されている。つまり、ガスバーナ2は、1以上のノズル(側壁ノズル。本実施形態では4か所に1以上の数個ずつ開口)を備えた環状の管であるリングガスバーナ22を備えている。そして、ガスバーナ2は、その第1ノズル2cおよび第2ノズル2rが、燃焼炉9の炉壁91に形成されたバーナ用の開口部分(バーナスロート部92)から燃焼炉9の燃焼空間9sに向けてガス燃料Gを噴出(噴射)可能なように、燃焼炉9に設置される。このように、第1ノズル2cの周囲に第2ノズル2rを配置し、各ノズルから燃料を供給することで、燃焼の効率化、安定化を図ることが可能である。
ガスバーナ弁3は、設置された管の内部を流れるガス燃料Gの流量(以下、適宜、ガス流量)または圧力を調節することが可能な弁である。図1に示すように、ガスバーナ弁3は、主供給管Lから分岐される上記の分岐供給管Lrの分岐位置と第2ノズル2rとの間に設置されることにより、第2ノズル2rへのガス燃料Gの供給を調節し、バーナガス圧力(バーナ側圧力)と炉内(炉内側圧力)の差圧を調節するよう構成される。図1〜図2に示す実施形態では、ガスバーナ弁3は、最小開度(開度0%)と最大開度(開度100%)との間で開度調節が可能となっている。また、ガスバーナ弁3の開度を最小開度にすると、ガス燃料Gのガスバーナ弁3の下流側への流れを遮断(通過するガス流量=0)することが可能となっている。また、主供給管Lにおける、分岐供給管Lrの分岐位置B1と第1ノズル2cとの間には、ガスバーナ弁3のようなバルブは設置されていない。これは、第1ノズル2cおよび第2ノズル2rにガスを供給すると、燃料供給圧力が低下するので、容量の大きいリングガスバーナ22側のガス燃料量を調節し、リングガスバーナ22側に流れていたガス燃料Gをセンターガスバーナ21側に流すことで、センターガスバーナ21のガス圧力の維持、安定燃焼確保がより適切に図れるためである。
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、ガスバーナ弁3は、開度を最小開度にすると、ガス燃料Gのガスバーナ弁3の下流側へのガス流量が最小流量になるものであっても良いし、最小開度および最大開度の2つの開度のみの調節が可能なものであっても良い。また、図1〜図2に示す実施形態では、ガスバーナ弁3はリングガスバーナ22(第2ノズル2r)に対するガス燃料Gの供給を調節するが、他の幾つかの実施形態では、第2ノズル2rがセンターガスバーナ21であっても良く、ガスバーナ弁3はセンターガスバーナ21に対するガス燃料Gの供給を調節しても良い。
圧力計4は、圧力を測定することが可能な測定手段である。圧力計4は、主供給管Lにおける分岐供給管Lrの分岐位置B1の上流側に設置されることにより、ガス燃料Gが上記の分岐位置B1に流入する際の圧力を測定するよう構成される。図1〜図2に示す実施形態では、圧力計4は、主供給管Lにおける上述した分岐位置B1と、合流位置B3(後述)との間に設置されている。より具体的には、圧力計4は、上記の分岐位置B1の入口に設置される。また、図1〜図2(後述する図4A〜図4Dも同様)に示す実施形態では、圧力計4は、炉内との差圧(炉内差圧力ΔP1)を測定するようになっているが、圧力検出でもよい。
ノズル切替装置51は、上記の圧力計4の測定値に応じてガスバーナ弁3の開度を制御(調節)するよう構成される。具体的には、ノズル切替装置51は、上記の圧力計4の測定値が所定の閾値(以下、ノズル停止閾値α)以下では、上記のガスバーナ弁3の開度を最小開度にする。つまり、ノズル切替装置51は、圧力計4の測定値がノズル停止閾値α以下では、ガスバーナ弁3の第2ノズル2rに供給されるガス流量を最小化するように構成される。
このようにガスバーナ弁3の開度を最小化すると、ガス燃料Gはそれ以前のように分岐供給管Lrを流れることができなくなるので、それまで分岐供給管Lrを流れていた分のガス燃料Gも分岐位置B1から主供給管Lを流れ、第1ノズル2cに向かうことになる。このため、第1ノズル2cに供給されるガス流量がガスバーナ弁3の開度が最小化される前よりも増大される結果、第1ノズル2cから噴出する際の噴出圧力(バーナ側圧力)がガスバーナ弁3の開度が最小化される前よりも高められる。よって、燃焼炉の内部(バーナスロート部92)の圧力(炉内側圧力)は概ね一定であり、ガスバーナ弁3の開度を最小化することによりバーナ側圧力が高められるので、バーナ側圧力と炉内側圧力との差圧(以下、炉内差圧)をより大きくすることが可能となる。
したがって、上記のノズル停止閾値αを、第1ノズル2cまたは第2ノズル2rからガス燃料Gの噴出が可能となるような圧力値以上の所定値に設定すれば、ノズル停止閾値α以下でガスバーナ弁3を最小開度にすることにより第1ノズル2cからの噴出圧力をその所定値よりも高めることができるので、上記の炉内差圧を適切にとることが可能となる。特に、高ターンダウン比を実現するために最小ガス流量γminを小さくすると、その分だけガスバーナ2の第1ノズル2cおよび第2ノズル2rからのガス燃料Gの噴出圧力は低下するため炉内差圧は減少することになるが、ガスバーナ弁3を最小開度にすることにより、その炉内差圧の減少を補うことが可能となる。
図1〜図2に示す実施形態では、圧力計4の測定値がノズル切替装置51に入力されるようになっており、ノズル切替装置51は、圧力計4からの入力値(圧力計4の測定値)に基づいてガスバーナ弁3の開度を制御するようになっている。より具体的には、ノズル切替装置51は、上記の入力値がノズル停止閾値α以下ではガスバーナ弁3の開度を最小開度にし、ノズル停止閾値α以上の値を有する所定のノズル全開値ε(閾値)以上ではガスバーナ弁3の開度を最大開度にする。他の幾つかの実施形態では、ノズル切替装置51は、上記の入力値がノズル停止閾値αよりも大きい場合には、ガスバーナ弁3の開度が最大開度にしても良い。
また、図1〜図2に示す実施形態では、ガスバーナ弁3はモジュレート制御が可能な弁であり、ノズル切替装置51は、ガスバーナ弁3の開度をモジュレート制御するようになっており、開閉時のガス燃料Gの圧力の急変の回避を図っている。
上記の構成によれば、燃焼炉9(例えばボイラ)へ圧縮性流体であるガス燃料Gを供給する第1ノズル2cおよび第2ノズル2rを備えるガスバーナ2の第2ノズル2rに対してガス燃料Gを導く分岐供給管Lrにはガスバーナ弁3が設置されている。そして、このガスバーナ弁3の開度は、主供給管Lにおける分岐供給管Lrの分岐位置B1よりも上流側のガス燃料Gの圧力が所定値以下(ノズル停止閾値α以下)になると自動で最小開度にされる。ガスバーナ弁3の開度が最小開度にされると、ガス燃料Gは第1ノズルに導かれることになり、第1ノズル2cの噴出口からガス燃料Gを噴出させる際の圧力を高めることができる。よって、ガス燃料Gの流量を小さくしても、バーナ側圧力と炉内側圧力との差圧(炉内差圧)を大きくとることができるので、ガスバーナ2から燃焼炉9の内部に、失火を生じさせないために必要な一定以上のガス燃料Gを供給できるようになり、高ターンダウンレシオを実現することができる。
次に、ガス燃料供給装置1が備える最小ガス流量γminを調節するための構成を説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る第1流量調節弁6m(大)および第2流量調節弁6b(小)の弁特性を示す図である。
幾つかの実施形態では、図1に示すように、ガス燃料供給装置1は、主供給管Lにおける上記の圧力計4の上流側に設置される、出口側(2次側)の圧力を一定にするためのガバナ弁7と、ガバナ弁7と圧力計4との間に設置される、ガス燃料Gの流量を調節可能な第1流量調節弁6mと、主供給管Lにおけるガバナ弁7と第1流量調節弁6mとの間、および第1流量調節弁6mと圧力計4との間を接続するバイパス供給管Lbと、バイパス供給管Lbに設置される、第1流量調節弁6mよりも小量の流量を調節可能な第2流量調節弁6bと、をさらに備える。
換言すれば、ガス燃料Gの主供給管Lには、上述した圧力計4の上流側において、ガス燃料Gの流れ方向に沿って、一旦分岐された後に再度合流されるバイパス供給管Lbが接続されている。このバイパス供給管Lbの主供給管Lとの分岐位置B2と合流位置B3との間(被バイパス供給管Lm)に第1流量調節弁6mが設置され、バイパス供給管Lbに第2流量調節弁6bが設置される。そして、第1流量調節弁6mにより、主供給管Lにおけるバイパス供給管Lbの合流位置B3に向かうガス流量を調節し、第2流量調節弁6bによりバイパス供給管Lbを調節するようになっている。
この際、図3に示すように、第2流量調節弁6bは、第1流量調節弁6mの小量側のガス流量の調節を、第1流量調節弁6mよりも精度良く行うことが可能である。図3に示す実施形態では、第1流量調節弁6mの開度に応じてガス流量が変化する範囲は概ねq1以上であり、そのq1より小さい範囲における流量調節は第1流量調節弁6mでは実質的にできない。逆に、第2流量調節弁6bの開度に応じてガス流量が変化する範囲は概ねq1以下であり、第2流量調節弁6bは、第1流量調節弁6mによる流量調節が実質的にできない範囲での流量調節が可能になっている。
よって、バイパス供給管Lbの分岐位置B2の上流側を流れるガス流量が、第2流量調節弁6bによる流量調節の精度が高いような流量範囲(小流量範囲)にある場合には、第1流量調節弁6mを最小開度にし、第2流量調節弁6bのみで流量調節を行うようにすれば、ガスバーナ2に供給するガス流量をより精度良く調節することが可能となる。他方、上記の小流量範囲以外の流量範囲など、第2流量調節弁6bでの流量調節ができないq1よりも大きい流量範囲や、第1流量調節弁6mでも必要な精度で流量調節が可能な流量範囲などでは、第2流量調節弁6bを最大開度にし、第1流量調節弁6mのみで流量調節を行うことで、迅速で精度の良い流量調節が可能となる。
具体的には、幾つかの実施形態では、図1(後述する図4A〜図4Dも同様。)に示すように、ガス燃料供給装置1は、主供給管Lにおけるバイパス供給管Lbの上流側(分岐位置B2の上流側)に設置される第1流量計61mと、バイパス供給管Lbにおける第2流量調節弁6bの上流側に設置される、分解能が第1流量計61mよりも高い、または測定可能範囲(レンジ)が第1流量計61mよりも低流量側により広い第2流量計61bと、第1流量計61mまたは第2流量計61bによって測定される、主供給管Lにおけるバイパス供給管Lbの上流側を流れるガス燃料のガス流量(以下、ガス総流量Qg)に応じて、第1流量調節弁6mおよび第2流量調節弁6bの開度を制御するよう構成される燃料量制御装置52と、をさらに備えても良い。そして、この構成により、ガス総流量Qgの流量範囲に応じて、第1流量調節弁6mおよび第2流量調節弁6bの開度をそれぞれ制御するようにしても良い。この2つの流量調節弁6のガス総流量Qgに応じた制御の詳細は後述する。
図1に示す実施形態では、上記の燃料量制御装置52には、第1流量計61mの測定値Qm、第2流量計61bの測定値Qbが入力されるようになっており、燃料量制御装置52は、所定の計器切替閾値によって、いずれか一方の測定値を採用するようになっている。ここで、第1流量計61mは第2流量計61bよりも流量が大流量側の測定精度が良く、第2流量計61bは第1流量計61mよりも小流量側のガス流量の測定精度が良い。このため、計器切替閾値に対応するガス流量をより精度良く測定可能な流量計(61mまたは61b)の測定値と計器切替閾値とを比較することにより、測定値を採用する流量計を切り替えるように、燃料量制御装置52を構成しても良い。計器切替閾値が、第1流量計61mおよび第2流量計61bの各々の測定精度が共に比較的良い流量範囲に設定される場合には、どちらの測定値と計器切替閾値とを比較しても良い。あるいは、燃料量制御装置52を、第1流量計61mおよび第2流量計61bの両方の測定値と計器切替閾値とをそれぞれ比較し、そのうちの少なくとも一方が計器切替閾値以下であるかを判定するように構成しても良い。
また、図1に示す実施形態では、燃料量制御装置52には、燃焼炉9に対する負荷指令値に基づいて算出される燃料量指示値Igが入力されるようになっている。そして、後述するように、燃料量制御装置52は、ガス総流量Qgが燃料量指示値Igになるように、第1流量調節弁6mおよび第2流量調節弁6bの開度をフィードバック制御するようになっている。
なお、図1に示す実施形態では、ガバナ弁7の入口側(1次側)には、ガス燃料Gを提供するガス会社などの供給元からガス燃料Gを運ぶための配管(不図示)が接続されており、ガバナ弁7は、その入口側のガス燃料Gの圧力変動を抑制して、出口側の圧力を一定とするなど所定の範囲に収めるようになっている。具体的には、ガバナ弁7は、出力j側(2次側)の圧力が設定圧力よりも低くなると弁体が自動的で開き、出力側(2次側)の圧力が設定圧力よりも高くなると弁体が自動で閉じるように動作する1以上の自立式圧力調節弁で構成されても良く、演算遅れによる調節弁の動作遅れを回避することが可能である。また、図1に示す実施形態では、第1流量調節弁6mおよび第2流量調節弁6bは、最小開度においてガス燃料Gの通過を遮断することが可能となっている。
また、図1に示す実施形態では、被バイパス供給管Lmには、他の配管の分岐、合流はなく、1本の配管で接続されており、差圧計63が設置されている。この差圧計63は、設置個所と燃焼炉9の内部の圧力との差圧ΔP(炉内差圧)を測定しており、この測定値が燃料量制御装置52に入力される。そして、燃料量制御装置52は、差圧計63の測定値が所定の閾値を下回らない範囲で、上述したような第1流量調節弁6mおよび第2流量調節弁6bの開度制御を行うようになっている。また、上記の箇所には、安全のために、差圧計63の下流に2つの遮断弁65が直列に設置されている。
上記の構成によれば、相対的に大きな流量を調節可能な第1流量調節弁6mと、相対的に小さな流量を調節可能な第2流量調節弁6bとを並列に設け(親子弁化)、第1流量計61mまたは第2流量計61bによって測定される流量値(ガス総流量Qg)に応じて、これらの流量調節弁の開度を制御する。第2流量調節弁6bは、第1流量調節弁よ6pよりも小量の流量を調節可能であり、ガス総流量Qgに応じて2つの弁の開度を調節することにより、ガス燃料Gの流量を大流量側から小流量側まで精度良く調節することができる。
上述したような構成を備えるガス燃料供給装置1における燃料量制御装置52による制御を、図4A〜図5を用いて具体的に説明する。
図4A〜図4Dは、それぞれ、本発明の一実施形態に係るガス燃料Gの流路を示す図であり、図4Aはガス総流量Qg≦第1流路切替閾値γの場合、図4Bは第1流路切替閾値γ<ガス総流量Qg≦第3流路切替閾値γの場合、図4Cは第3流路切替閾値γ<ガス総流量Qg≦最大ガス流量γmaxの場合、図4Dは第1流路切替閾値γ<ガス総流量Qg≦第2流路切替閾値γの場合で、かつ、ガス流量の減少時を示す。また、図5は、本発明の一実施形態に係るガスバーナ弁3のヒステリシス制御を説明するための図である。
特にγ及びγの切換えについては、燃料ガス流量でも、炉内との差圧で実施してもよい。
なお、以下の説明では、γmin<γ<γ<γ<γmaxであり、上述したq1(図3参照)とは、q1<γの関係にある。また、図4A〜図4Dは、図1に示すガス燃料供給装置1と同じ構成であり、説明を省略する。
幾つかの実施形態では、図4A、図4Dに示すように、燃料量制御装置52は、ガス総流量Qgが、第2流量計61bによる測定が可能な範囲における所定の第1流路切替閾値γ以下の場合(Qg≦γ)には、第1流量調節弁6mを最小開度にすると共に、ガス総流量Qgに応じて第2流量調節弁6bの開度を制御する。図4Aでは、Qg≦γなので、ガスバーナ弁3の開度は最小開度にされており、第2ノズル2rへのガス燃料Gの供給は停止されている。図4Dでも、Qg≦γの範囲を含むQg≦γ(γ<γ)の流量範囲でガスバーナ弁3の開度は最小開度にされており、第2ノズル2rへのガス燃料Gの供給は停止されている。
上述したように、バイパス供給管Lbに設置される第2流量計61bおよび第2流量調節弁6bは、被バイパス供給管Lmに設置される第1流量計61mおよび第1流量調節弁6mよりも、小量側の流量を精度良く扱うことが可能である。よって、ガス総流量Qgが、第2流量計61bによる測定が可能なような小量側の流量範囲にある場合には、燃料量制御装置52は、第1流量調節弁6mの開度を最小開度にすることにより、ガス燃料Gが被バイパス供給管Lmを流れずに、バイパス供給管Lbのみを流れるように流路を形成すると共に、第2流量調節弁6bを用いてガスバーナ2に供給するガス流量の流量調節を行う。
上記の構成によれば、ガス燃料Gの流量が第1流量調節弁6mでは精度良い調節ができないほど小量の場合には、そのような小量の流量を調節可能な第2流量調節弁6bのみで、ガスバーナ2に供給するガス燃料Gの流量を調節する。第2流量調節弁6bによって小量側のガス燃料Gの流量を精度良く調節できるので、実現すべき高ターンダウン比における最小ガス流量γminをガスバーナ2に適切に供給することができる。
また、幾つかの実施形態では、図4B〜図4Cに示すように、燃料量制御装置52は、ガス総流量Qgが第1流路切替閾値γよりも大きい場合(Qg>γ)には、ガス総流量Qgに応じて第1流量調節弁6mの開度を制御すると共に、第2流量調節弁6bの開度を所定開度で維持する。つまり、ガス総流量Qgが第1流路切替閾値γよりも大きい場合には、燃料量制御装置52は、被バイパス供給管Lmおよびバイパス供給管Lbの両方をガス燃料Gが流れるような流路を形成すると共に、第2流量調節弁6bの開度を所定開度で一定に維持したうえで、第1流量調節弁6mを用いてガスバーナ2に供給するガス流量の流量調節を行う。第1流量調節弁6mは、開度の単位変化量に対するガス流量の増大分が、第2流量調節弁6bよりも大きい(図3参照)。よって、第1流量調節弁6mを用いてガスバーナ2に供給するガス流量の流量調節を行うことにより、迅速な流量制御が可能となる。
図1〜図4Cに示す実施形態では、Qg>γの場合に第2流量調節弁6bに設定される前記の所定開度は100%であり、弁特性にかかわらず、開度が100%であれば最大限のガス流量を流すことが可能なため、設定が容易となる。ただし、Qg>γの場合における第2流量調節弁6bの開度は100%に限定されない。他の幾つかの実施形態では、100%よりも小さい開度であっても良い。例えば、Qg>γの場合の第2流量調節弁6bに設定される前記の所定開度は、第2流量調節弁6bの入口側と出口側のガス流量の差がほとんど変わらなくなるような開度であっても良い。あるいは、所定開度は、その時の開度など、任意の開度であっても良い。この場合であっても、第1流量調節弁6mの開度制御により、ガスバーナ2に供給するガス流量の流量調節が可能である。
また、図4Bには、ガス総流量Qgが第1流路切替閾値γよりも大きく、第3流路切替閾値γ以下の範囲における流路が示されており(γ<Qg≦γ)、図4Cには、ガス総流量Qgが第3流路切替閾値γよりも大きく、最大ガス流量γmax以下の範囲における流路が示されている(γ<Qg≦γmax)。このように、図4B〜図4Cのガス総流量Qgは、いずれも第1流路切替閾値γよりも大きいため(γ<Qg)、第1流量調節弁6mの開度は、最小開度よりも大きい開状態となっており、被バイパス供給管Lmをガス燃料Gが流れるようになっている。
上記の構成によれば、ガス燃料Gの流量が第1流量調節弁6mで調節できるような大容量側の場合には、第1流量調節弁6mのみで、ガスバーナ2に供給するガス燃料Gの流量を調節することにより、ガスバーナ2に供給するガス燃料Gの流量制御を迅速に行うことができる。
また、幾つかの実施形態では、図4A〜図4Dに示すように、ノズル切替装置51は、リングガスバーナ22の入口に設置されたガスバーナ弁3の開度が最小開度よりも大きい開度にされている開状態において(図4C参照)、圧力計4の測定値(炉内差圧力ΔP1)が、減少により、ガスバーナ弁3の開度が最小開度にされることになる上記のノズル停止閾値αになると、ガスバーナ弁3の開度を最小開度にする(図4D参照)。また、ノズル切替装置51は、ガスバーナ弁3の開度が最小開度にされている状態において(図4Aや図4B参照)、圧力計4の測定値が、増大によりノズル停止閾値αよりも大きいノズル開閾値θを超えると、ガスバーナ弁3の開度を開状態にする(図4C参照)。
炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)は、燃焼炉9の負荷に応じて調節されるガス総流量Qgに応じて、ガス総流量Qgが大きければ高くなり、ガス総流量Qgが小さくなれば低くなるが、図4A〜図4Dに示す実施形態では、ノズル停止閾値αは、ガス総流量Qgが第2流路切替閾値γである場合の炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)と概ね一致するようになっている。また、ガス総流量Qgが第3流路切替閾値γである場合の炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)と、上記のノズル開閾値θとは概ね一致するようになっている。
この前提において、炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)がノズル停止閾値αよりも小さく、ガスバーナ弁3の開度が最小開度になっている状態(図4Aや図4B参照)からガス総流量Qgが増加していく場合、ガス総流量Qgが第3流路切替閾値γに等しくなるまでは、ガスバーナ弁3の開度は最小開度のまま維持されている(図4B参照)。そして、ガス総流量Qgが第3流路切替閾値γを超えて増加することにより、炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)がノズル開閾値θを超えると、ガスバーナ弁3は開状態にされる(図4C参照)。
逆に、ガスバーナ弁3が開状態にされている状態(図4C参照)から、ガス総流量Qgが減少していく場合、ガス総流量Qgが第2流路切替閾値γに等しくなる手前までは、ガスバーナ弁3は開状態のまま維持されている(図4C参照)。そして、ガス総流量Qgが減少し、第2流路切替閾値γに等しくなると、ガスバーナ弁3の開度は最小開度にされる(図4D参照)。
この流れを図5で説明すると、ガス総流量Qgが、ガスバーナ弁3の開度が最小開度にされている状態となる小量側(γmin≦Qg≦γ<γ)から、γ、γと順に増大していく間は、ガスバーナ弁3の開度は最小開度で維持されているが、γを超えると、ガスバーナ弁3が開状態にされる。逆に、ガス総流量Qgが、ガスバーナ弁3の開度が開状態となる側(Qg>γ)から、γ、γと順に減少していく間は開状態で維持されているが、γになると、ガスバーナ弁3の開度が最小開度にされる。このようにガスバーナ弁3の開度が切り替わる炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)は、圧力(ガス流量)の変化方向によって異なっている。
上記の構成によれば、ガスバーナ弁3の開度を最小開度と、最小開度以外の開度との間で切り替える圧力を、圧力計4により測定される圧力(炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)の変化の方向(減少方向または増大方向)に応じて異ならせる。つまり、炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)に応じたガスバーナ弁の開度制御にヒステリシスを設ける。炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)は、燃焼炉9の負荷に応じて調節されるガス総流量Qgの流量に応じて、ガス総流量Qgが大きければ高くなり、ガス総流量Qgが小さくなれば低くなる。このようなガスバーナ弁3の開度制御を行うことにより本バーナによる燃焼を安定させることができる。
また、ガスバーナ2側からすると、第1ノズル2cおよび第2ノズル2rの両方のノズルからガス燃料Gを噴射する状態が燃焼の安定性や効率性から望ましい。このため、炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)が減少する場合にガスバーナ弁3の開度を開状態から最小開度にする圧力を、炉内差圧力ΔP1(またはバーナ入口圧力)が増大する場合にガスバーナ弁3の開度を最小開度から開状態にする圧力よりも低くすることにより、第1ノズル2cおよび第2ノズル2rの両方のノズルが一緒に使われる状況をより長く維持することができる。
次に、上述したガバナ弁7に関する実施形態について、説明する。
幾つかの実施形態では、図1、図4A〜図4Dに示すように、上述したガバナ弁7は、主供給管Lに直列に設置される2以上の圧力調節弁でタンデム化されていても良い。すなわち、幾つかの実施形態では、ガバナ弁7は、主供給管Lにおける圧力計4の上流側に設置される、主供給管Lの圧力を一定にするための第1圧力調節弁7dと、第1圧力調節弁7dの上流側に設置される第2圧力調節弁7nと、を有する。ガバナ弁7(第2圧力調節弁7n)の一次側の圧力変動があると、最小ガス流量γminと最大ガス流量γmaxの確保が困難になるため、ガバナ弁7をタンデム化することで、ガバナ弁7(第1圧力調節弁7d)の二次側の圧力をより一定にすることが可能となる。
上記の構成によれば、ガバナ弁7は、直列に設置される2つの例えば自立式圧力調節弁などの圧力調節弁で構成されており、タンデム化されている。前段に位置する第2圧力調節弁7nには例えばガス会社などの供給元から供給されるガス燃料Gが導かれるが、第2圧力調節弁7n、第1圧力調節弁7dの順に2段階で圧力を調節することにより、供給元からのガス燃料の供給圧力が変動しても、ガバナ弁7の2次側の圧力変動を十分に抑制することができる。よって、主供給管Lの圧力をより確実に一定にすることができ、最小ガス流量γminおよび最大ガス流量γmaxを精度良く確保することが可能となるようにすることができる。また、第1圧力調節弁および第2圧力調節弁を自立式圧力調節弁とするなど、少なくとも一方を自立式圧力調節弁(他方はDCS制御の電子式の圧力調整弁など)とすることで、演算遅れによる調節弁の動作遅れを回避し、圧力変動に追随した迅速な調節を可能とすることができる。
次に、上述したガス燃料供給装置1を備える燃焼装置8について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る燃焼装置8が備える空気供給装置81の構成を概略的に示す断面図である。
図6に示すように、燃焼装置8は、燃焼炉9と、この燃焼炉9へガス燃料Gを供給するための上述したガス燃料供給装置1と、ガス燃料供給装置1が有するガスバーナ2に空気A(燃焼用空気)を供給するための空気供給装置81と、を備える。
また、上記の空気供給装置81は、図6に示すように、ガスバーナ2に空気Aを導く空気供給管8Lと、空気供給管8Lに設置される、ガスバーナ2に供給する空気Aの空気量(以下、単に、空気量)を回転数に応じて制御するための押込送風機82(FDF)と、空気供給管8Lに設置される、ガスバーナ2に供給する空気量を調節するための入口ベーン装置84と、空気供給管8Lに設置される空気流量計83と、空気流量計83の測定値が空気量指令値Iaになるように、押込送風機82の回転数および入口ベーン装置84の開度を制御するよう構成される空気量制御装置8cと、を備える。
そして、空気量制御装置8cによって、入口ベーン装置84の開度は、押込送風機82の回転数が最小値である場合であって、空気流量計83の測定値が空気量指令値Iaよりも大きい場合には、空気流量計83の測定値と空気量指令値Iaとの差に応じた開度に設定されている。より詳細には、空気量制御装置8cは、押込送風機82による空気量Qaの適切な制御が可能な空気量の範囲(高負荷側空気量範囲)では、入口ベーン装置84が有する入口ベーン84bの開度を例えば最大開度などの所定の開度にしておき、押込送風機82の回転数制御により空気量Qaの調節を行う。また、空気量Qaが小さく、押込送風機82による適切な制御ができないような空気量の範囲(低負荷側空気量範囲)では、空気量制御装置8cは、押込送風機82の回転数を最小値にすると共に、入口ベーン装置84による空気量Qaの調節を行う。
図6に示す実施形態では、空気供給管8Lには、吸込サイレンサ85(消音器)を介して空気Aが供給されるようになっている。また、空気量制御装置8cには、燃焼炉9に対する負荷指令値に基づいて算出される空気量指令値Iaと、上記の空気流量計83で測定される空気供給管8Lを流れる空気量Qaとが入力される。そして、空気量制御装置8cは、空気量Qaの測定値が空気量指令値Iaになるように、押込送風機82の回転数および入口ベーン装置84の入口ベーン84bの開度をフィードバック制御もしくは、ポジショニング制御をするようになっている。また、空気量制御装置8cは、押込送風機82の回転数が最小値よりも大きい所定の回転数(例えば25%)まで下がると、入口ベーン84bの開度を閉じはじめることにより、押込送風機82の回転数が最小値になった時には入口ベーン84bの開度制御による空気量の調節が効くようにしている。
より具体的には、空気量制御装置8cは、押込送風機82に接続されたモータ82mの回転数をインバータ(VVVFインバータ制御など)によって制御することにより、ガスバーナ2側に向けて押し込む空気量Qaを調節する。また、空気流量計83は、第1空気流量計83aと、低流量側の分解能が第1空気流量計83aよりも高い第2空気流量計83b、とを有している。そして、空気量制御装置8cは、予め定めた流量計器切替閾値が示す空気量Qaの測定精度が良い方の測定値と計器切替閾値との比較により、測定値を採用する流量計を切り替えるように構成しても良い。この切替ロジックは、上述した流量計61で説明したいずれかの方法で行っても良い。そして、上記の大側空気量範囲では第1空気流量計83aの測定値Q1を用い、上記の小側空気量範囲では第2空気流量計83bの測定値Q2を用いるようにすることにより、全空気量範囲での空気量Qaの精度良い測定が可能となっている。これによって、空気量制御装置8cによる空気量Qaの制御の精度向上を図っている。
図6に示す実施形態では、入口ベーン装置84は押込送風機82の上流側に設置されているが、他の幾つかの実施形態では、入口ベーン装置84は押込送風機82の下流側に設置されても良い。
そして、上述したように、空気供給装置81から燃焼炉9(ボイラ)に供給された燃焼用空気は、安定した着火をするための一次空気A1と、燃焼空間9sに供給される、空気と燃料ガスの混合を促進するため、旋回流である二次空気A2と、に分けられて、ガスバーナ2が有する2つの空気通路(図2参照)にそれぞれ供給される。
上記の構成によれば、ガスバーナ2に供給する空気流量を、押込送風機82のインバータによる回転数制御および入口ベーン装置84の開度制御により行う。これによって、最小ガス流量γmin時であっても、燃焼用空気が強すぎることによって生じる得るガスバーナ2の火炎の吹き消えを防止することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
1 ガス燃料供給装置
2 ガスバーナ
2c 第1ノズル
2r 第2ノズル
21 センターガスバーナ
22 リングガスバーナ
3 ガスバーナ弁
4 圧力計
51 ノズル切替装置
52 燃料量制御装置
6b 第2流量調節弁
6m 第1流量調節弁
61b 第2流量計
61m 第1流量計
63 差圧計
65 遮断弁
7 ガバナ弁
7d 第1圧力調節弁
7n 第2圧力調節弁
8 燃焼装置
8c 空気量制御装置
81 空気供給装置
82 押込送風機
82m モータ
83 空気流量計
83a 第1空気流量計
83b 第2空気流量計
84 入口ベーン装置
84b 入口ベーン
85 吸込サイレンサ
9 燃焼炉
9s 燃焼空間
91 炉壁
92 バーナスロート部

G ガス燃料
L 主供給管
Lr 分岐供給管
ΔP1 炉内差圧力
Lm 被バイパス供給管
Lb バイパス供給管
B1 分岐供給管の分岐位置
B2 バイパス供給管の分岐位置
B3 バイパス供給管の合流位置
Ig 燃料量指示値
Qg ガス総流量
Qm 第1流量計の測定値
Qb 第2流量計の測定値
A 空気(燃焼用空気)
Qa 空気量
Q1 第1空気流量計の測定値
Q2 第2空気流量計の測定値

Claims (9)

  1. 燃焼炉へガス燃料を供給するためのガス燃料供給装置であって、
    前記ガス燃料の主供給管に接続される第1ノズル、および前記主供給管から分岐する分岐供給管に接続される第2ノズルを含んで構成されるガスバーナと、
    前記主供給管における前記分岐供給管の分岐位置と前記第2ノズルとの間に設置されるガスバーナ弁と、
    前記主供給管における前記分岐位置の上流側に設置される圧力計と、
    前記圧力計の測定値に応じて前記ガスバーナ弁の開度を制御するよう構成されるノズル切替装置と、を備え、
    前記ノズル切替装置は、前記圧力計の測定値が所定のノズル停止閾値以下では、前記ガスバーナ弁の開度を最小開度にすることを特徴とするガス燃料供給装置。
  2. 前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、出口側の圧力を一定にするためのガバナ弁と、
    前記ガバナ弁と前記圧力計との間に設置される、前記ガス燃料の流量を調節可能な第1流量調節弁と、
    前記主供給管における前記ガバナ弁と前記第1流量調節弁との間、および前記第1流量調節弁と前記圧力計との間を接続するバイパス供給管と、
    前記バイパス供給管に設置される、前記第1流量調節弁よりも小量の流量を調節可能な第2流量調節弁と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のガス燃料供給装置。
  3. 前記主供給管における前記バイパス供給管の上流側に設置される第1流量計と、
    前記バイパス供給管における前記第2流量調節弁の上流側に設置される、分解能が前記第1流量計よりも高い、または測定可能範囲が前記第1流量計よりも低流量側に広い第2流量計と、
    前記第1流量計または前記第2流量計によって測定される、前記主供給管における前記バイパス供給管の上流側を流れる前記ガス燃料のガス総流量に応じて、前記第1流量調節弁および前記第2流量調節弁の開度を制御するよう構成される燃料量制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載のガス燃料供給装置。
  4. 前記燃料量制御装置は、前記ガス総流量が、前記第2流量計による測定が可能な範囲における所定の第1流路切替閾値以下の場合には、前記第1流量調節弁の開度を最小開度にすると共に、前記ガス総流量に応じて前記第2流量調節弁の開度を制御することを特徴とする請求項3に記載のガス燃料供給装置。
  5. 前記燃料量制御装置は、前記ガス総流量が前記第1流路切替閾値よりも大きい場合には、前記ガス総流量に応じて前記第1流量調節弁の開度を制御すると共に、前記第2流量調節弁の開度を所定開度で維持することを特徴とする請求項4に記載のガス燃料供給装置。
  6. 前記ノズル切替装置は、
    前記ガスバーナ弁の開度が前記最小開度よりも大きい開度にされている開状態において、前記圧力計の測定値が、減少により前記ノズル停止閾値になると、前記ガスバーナ弁の開度を最小開度にし、
    前記ガスバーナ弁の開度が前記最小開度にされている状態において、前記圧力計の測定値が、増大により前記ノズル停止閾値よりも大きいノズル開閾値を超えると、前記ガスバーナ弁の開度を前記開状態にすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のガス燃料供給装置。
  7. 前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、前記主供給管の圧力を一定にするためのガバナ弁を備え、
    前記ガバナ弁は、
    前記主供給管における前記圧力計の上流側に設置される、前記主供給管の圧力を一定にするための第1圧力調節弁と、
    前記第1圧力調節弁の上流側に設置される第2圧力調節弁と、を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のガス燃料供給装置。
  8. 前記第2ノズルは、前記第1ノズルを中心とした周囲から前記ガス燃料を前記燃焼炉に供給するように構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のガス燃料供給装置。
  9. 燃焼炉と、
    前記燃焼炉へガス燃料を供給するための請求項1〜8のいずれか1項に記載のガス燃料供給装置と、
    前記ガス燃料供給装置が有するガスバーナに空気を供給するための空気供給装置と、を備え、
    前記空気供給装置は、
    前記ガスバーナに前記空気を導く空気供給管と、
    前記空気供給管に設置される、前記ガスバーナに供給する空気量を回転数に応じて制御するための押込送風機と、
    前記空気供給管に設置される、前記ガスバーナに供給する前記空気量を調節するための入口ベーン装置と、
    前記空気供給管に設置される空気流量計と、
    前記空気流量計の測定値が空気量指令値になるように、前記押込送風機の回転数および前記入口ベーン装置の開度を制御するよう構成される空気量制御装置と、を有し、
    前記入口ベーン装置の開度は、前記押込送風機の回転数が最小値である場合であって、前記空気流量計の測定値が前記空気量指令値よりも大きい場合には、前記空気流量計の測定値と前記空気量指令値との差に応じた開度に制御されることを特徴とする燃焼装置。
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