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

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γ_ｍｉｎ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γ_ｍｉｎ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_１の場合、図４Ｂは第１流路切替閾値γ_１＜ガス総流量Ｑｇ≦第３流路切替閾値γ_３の場合、図４Ｃは第３流路切替閾値γ_３＜ガス総流量Ｑｇ≦最大ガス流量γ_ｍａｘの場合、図４Ｄは第１流路切替閾値γ_１＜ガス総流量Ｑｇ≦第２流路切替閾値γ_２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_２及びγ_３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、γ_ｍｉｎ＜γ_１＜γ_２＜γ_３＜γ_ｍａｘであり、上述したｑ１（図３参照）とは、ｑ１＜γ_１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_１以下の場合（Ｑｇ≦γ_１）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_１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_１の範囲を含むＱｇ≦γ_２（γ_１＜γ_２）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γ_ｍｉｎ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_１よりも大きい場合（Ｑｇ＞γ_１）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_１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_１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_１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_１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_１よりも大きく、第３流路切替閾値γ_３以下の範囲における流路が示されており（γ_１＜Ｑｇ≦γ_３）、図４Ｃには、ガス総流量Ｑｇが第３流路切替閾値γ_３よりも大きく、最大ガス流量γ_ｍａｘ以下の範囲における流路が示されている（γ_３＜Ｑｇ≦γ_ｍａｘ）。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_１よりも大きいため（γ_１＜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_２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_３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_３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_３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_２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_２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（γ_ｍｉｎ≦Ｑｇ≦γ_１＜γ_２）から、γ_２、γ_３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_３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_３）から、γ_３、γ_２と順に減少していく間は開状態で維持されているが、γ_２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γ_ｍｉｎと最大ガス流量γ_ｍａｘ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γ_ｍｉｎおよび最大ガス流量γ_ｍａｘ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γ_ｍｉｎ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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