JP2020118358A - Hydrogen combustion boiler device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスとしての水素ガスを用いる水素燃焼ボイラ装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen combustion boiler device that uses hydrogen gas as a fuel gas.
従来、ボイラ装置においては、排気の一部を給気側に再循環させて燃焼用空気に混合し、NOxの発生を抑制する低NOx化方法がある。この場合、高燃焼状態において排ガス中に含まれるNOx濃度が高くなることから、高燃焼状態のときの排気再循環率(以下、「EGR率」と呼ぶ。)を、低燃焼状態のときのEGR率よりも高めることが行われる。換言すると、低燃焼状態のときのEGR率は、高燃焼状態のときのEGR率よりも低く設定される。なお、EGR率は、排ガスの流量(排気再循環流量)を外気の流量(空気流量)で割った値である。
例えば特許文献1には、燃焼量を上げると、NOx排出濃度が上がることや、自己排ガス再循環量を増加させることにより、低NOx性能を確保できることが示されている。
Conventionally, in a boiler device, there is a NOx reduction method that suppresses the generation of NOx by recirculating a part of exhaust gas to the air supply side and mixing it with combustion air. In this case, since the NOx concentration contained in the exhaust gas is high in the high combustion state, the exhaust gas recirculation rate in the high combustion state (hereinafter, referred to as “EGR rate”) is the EGR in the low combustion state. More than the rate is done. In other words, the EGR rate in the low combustion state is set lower than the EGR rate in the high combustion state. The EGR rate is a value obtained by dividing the flow rate of exhaust gas (exhaust gas recirculation flow rate) by the flow rate of outside air (air flow rate).
For example, Patent Document 1 discloses that when the combustion amount is increased, the NOx emission concentration is increased and the self-exhaust gas recirculation amount is increased, whereby low NOx performance can be secured.
そこで、本発明者は、水素燃焼ボイラ装置(小型貫流ボイラ)においても、高燃焼状態のときほどEGR率を高める制御を実施したところ、低燃焼状態のときにおいて、NOx濃度が十分に低い値にならないという現象が確認された。
すなわち、水素燃焼ボイラ装置において、低燃焼状態から高燃焼状態までの広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得るためには、水素燃焼ボイラに適したEGR率の制御が必要であることを見出した。
Therefore, the present inventor also performed control to increase the EGR rate in the high combustion state even in the hydrogen combustion boiler device (small once-through boiler), and the NOx concentration becomes a sufficiently low value in the low combustion state. It was confirmed that it did not happen.
That is, it has been found that, in the hydrogen combustion boiler device, in order to obtain stable low NOx performance in a wide combustion range from a low combustion state to a high combustion state, it is necessary to control the EGR rate suitable for the hydrogen combustion boiler. ..
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得ることができる水素燃焼ボイラ装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen combustion boiler device capable of obtaining stable low NOx performance in a wide combustion region.
本発明は、燃料ガスとしての水素ガスを燃焼させて給水を加熱するボイラ本体と、前記ボイラ本体に前記水素ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインと、前記燃焼用空気供給ラインの上流側に接続され前記燃焼用空気供給ラインに燃焼用空気を送り込む送風機と、前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気再循環路と、前記排気再循環路に設けられた、排気再循環流量を調整する排気再循環流量調整部と、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように前記排気再循環流量調整部を制御する排気再循環流量制御部と、を備える水素燃焼ボイラ装置に関する。 The present invention relates to a boiler main body that burns hydrogen gas as a fuel gas to heat feed water, a fuel gas supply line that supplies the hydrogen gas to the boiler main body, and a combustion gas that supplies combustion air to the boiler main body. An air supply line, a blower that is connected to the upstream side of the combustion air supply line and sends combustion air to the combustion air supply line, and an exhaust path that discharges exhaust gas generated by combustion of fuel in the boiler body. An exhaust gas recirculation path for circulating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust path to the blower, an exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit for adjusting the exhaust gas recirculation flow rate, which is provided in the exhaust gas recirculation path, and a combustion rate The lower the value is, the higher the EGR rate is, and the exhaust gas recirculation flow rate control unit that controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit is controlled.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、前記燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な連続制御ボイラ装置であり、前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼率が低いときほど、前記EGR率が高くなるように連続的に前記排気再循環流量調整部を制御することが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device is a continuous control boiler device capable of combustion control so that the combustion rate continuously changes in a range from a low combustion state to a high combustion state, and the exhaust gas recirculation flow rate control unit is It is preferable to continuously control the exhaust gas recirculation flow rate control unit so that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、複数の段階的な燃焼率で燃焼制御可能な段階値制御ボイラ装置であり、前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼率が低いときほど、前記EGR率が高くなるように多段の燃焼状態に応じて前記排気再循環流量調整部を制御することが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device, in the range of low combustion state to high combustion state, is a stage value control boiler device capable of combustion control at a plurality of stepwise combustion rates, the exhaust gas recirculation flow rate control unit, It is preferable to control the exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit according to the multistage combustion state such that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower.
また、前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼率と前記排気再循環流量との対応関係が、一次関数の関係となるように前記排気再循環流量調整部を制御することが好ましい。 Further, it is preferable that the exhaust gas recirculation flow rate control unit controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit so that the correspondence relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、前記燃焼用空気供給ラインを流れる燃焼用空気流量を検知する燃焼用空気流量検知部を備え、前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼用空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて前記排気再循環流量調整部を制御することが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device includes a combustion air flow rate detection unit that detects a flow rate of combustion air flowing through the combustion air supply line, and the exhaust gas recirculation flow rate control unit includes a combustion air flow rate detection unit. It is preferable to control the exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit based on a signal corresponding to the detected combustion air flow rate.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、前記燃焼用空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気流量を調整する燃焼用空気流量調整部と、前記燃焼用空気流量調整部を制御する燃焼用空気流量制御部と、を備え、前記燃焼用空気流量制御部は、前記燃焼率との対応関係が一次関数の関係となり、かつ、前記燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるように前記燃焼用空気流量調整部を制御することが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device, a combustion air flow rate adjusting unit for adjusting the combustion air flow rate flowing through the combustion air supply line, and a combustion air flow rate control unit for controlling the combustion air flow rate adjusting unit. And the combustion air flow rate control unit adjusts the combustion air flow rate such that the correspondence relationship with the combustion rate is a linear function relationship, and the air ratio increases as the combustion rate decreases. It is preferable to control the parts.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、前記燃焼用空気流量検知部の信号の平均化処理を行う平均化処理部を更に備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the hydrogen combustion boiler apparatus further includes an averaging processing unit that performs averaging processing of signals of the combustion air flow rate detection unit.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、前記燃料ガス供給ラインに配置され、燃料ガス流量を調整可能な燃料ガス流量調整部と、前記燃焼用空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて前記燃料ガス流量調整部を制御する燃料ガス流量制御部と、を備えることが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device is arranged in the fuel gas supply line and corresponds to a fuel gas flow rate adjusting unit capable of adjusting a fuel gas flow rate and the combustion air flow rate detected by the combustion air flow rate detecting unit. It is preferable that the fuel gas flow rate controller controls the fuel gas flow rate adjuster based on the signal.
また、前記水素燃焼ボイラ装置は、前記燃焼用空気流量検知部の信号を前記燃料ガス流量制御部と前記排気再循環流量制御部に分岐する信号分岐部を備え、前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼用空気流量検知部の信号によって前記排気再循環流量調整部の開度を調整することが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler device comprises a signal branching unit for branching a signal of the combustion air flow rate detection unit to the fuel gas flow rate control unit and the exhaust gas recirculation flow rate control unit, and the exhaust gas recirculation flow rate control unit is It is preferable that the opening degree of the exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit is adjusted by a signal from the combustion air flow rate detecting unit.
また、前記燃料ガス流量制御部は、燃焼用空気流量検知部の信号を前記燃料ガス流量調整部の開度信号に変換し、前記開度信号に基づいて燃料ガス流量調整部の開度を調整すると共に、前記開度信号を前記排気再循環流量制御部に送信し、前記排気再循環流量制御部は、前記開度信号に基づいて前記排気再循環流量調整部の開度を調整することが好ましい。 Further, the fuel gas flow rate control unit converts a signal from the combustion air flow rate detection unit into an opening degree signal of the fuel gas flow rate adjusting section, and adjusts the opening degree of the fuel gas flow rate adjusting section based on the opening degree signal. At the same time, the opening degree signal is transmitted to the exhaust gas recirculation flow rate control unit, and the exhaust gas recirculation flow rate control unit may adjust the opening degree of the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit based on the opening degree signal. preferable.
本発明によれば、広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得ることができる水素燃焼ボイラ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogen combustion boiler device capable of obtaining stable low NOx performance in a wide combustion region.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る水素燃焼ボイラ装置1について、図1〜4を参照しながら説明する。本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラ(貫流ボイラ)であり、負荷機器(図示省略)に蒸気を供給する。また、本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、排ガスの一部を給気側に循環させて燃焼用空気として用いる排気再循環方式の水素燃焼ボイラ装置1である。尚、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。
<First Embodiment>
Hereinafter, the hydrogen combustion boiler device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment is a steam boiler (through-flow boiler) that heats water to generate steam, and supplies steam to a load device (not shown). Further, the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment is an exhaust gas recirculation type hydrogen combustion boiler device 1 in which a part of exhaust gas is circulated to the air supply side and used as combustion air. In addition, the "line" in this specification is a general term for a line such as a flow path, a route, or a pipe line through which a fluid can flow.
図1に示すように、本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、ボイラ本体10と、排気路20と、燃焼用空気供給ラインとしての給気路30と、送風機40と、排気再循環路50と、給水ライン70と、給水加熱器80と、燃料ガス供給ライン90と、制御部100を備える。
As shown in FIG. 1, the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment includes a
ボイラ本体10は、燃料を燃焼させて給水を加熱することで蒸気を生成する。ボイラ本体10は、外形を構成する円筒形状の丸型缶体である缶体11と、この缶体11の上部に配置されるバーナ12と、を備える。缶体11は、複数の水管、下部ヘッダ、上部ヘッダ、および燃焼室(いずれも図示せず)を含んで構成される。バーナ12は先混合式バーナであり、給気路30から供給される燃焼用空気と、燃料ガス供給ライン90から供給される燃料ガスとしての水素ガスとが、先混合式バーナにおいて混合された後燃焼される。
The
排気路20は、ボイラ本体10で燃料が燃焼されて発生した排ガスを外部に排出する。排気路20の基端側は、缶体11の周面に接続される。排気路20の先端側は、上方に延びる。
The
給気路30は、ボイラ本体10に燃焼用空気を供給する。給気路30の先端側は、ボイラ本体10の上部に接続される。給気路30の基端側は、下方に延びる。
The
送風機40は、ボイラ本体10の側部における下部に配置される。送風機40は、給気路30の基端側に接続され、給気路30に燃焼用空気を送り込む。送風機40は、ファンと、このファンを回転させるモータと、を含んで構成され、インバータ41によって周波数を制御することでモータの回転数を調整可能になっている。
The
排気再循環路50は、排気路20を送風機40の入口側に接続し、排気路20を流通する排ガスの一部を送風機40側に循環させる。すなわち、本実施形態では、送風機40は、外気および排気再循環路50から供給される排ガスを吸引し、これら外気(空気)と排ガスとの混合気を燃焼用空気として給気路30に送り込む。
排気再循環路50には、排気再循環流量調整部としてのダンパ51が配置される。ダンパ51は、開度を変更することで排気再循環路50を流通して送風機40に循環される排ガスの流量を調整する。
The exhaust
A
給水ライン70は、基端側が給水源(図示せず)に接続され、先端側がボイラ本体10(下部ヘッダ)に接続される。給水ライン70は、ボイラ本体10に蒸気を生成するための水を供給する。
The
給水加熱器80は、排気路20における排気再循環路50との接続部よりも上流側(下方)に配置される。給水加熱器80は、ボイラ本体10から排出され排気路20を流通する排ガスと、給水ライン70を流通する給水との間で熱交換を行い、給水を加熱する。
The
燃料ガス供給ライン90は、ボイラ本体10に燃料ガスとしての水素ガスを供給する。燃料ガス供給ライン90には、燃料ガス流量調整部としての燃料ガス流量調整弁91と、遮断弁92が設けられている。
遮断弁92は、燃料ガスを供給しないときに、燃料ガス供給ライン90を遮断するための弁であり、制御部100により制御される。
The fuel
The
制御部100は、水素ガスの燃焼状態(水素燃焼ボイラ装置1の燃焼状態)および排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。より詳細には、制御部100は、燃焼状態を指示する燃焼状態指令信号に応じて、送風機40のモータの回転数、ダンパ51の開度、燃料ガス流量調整弁91の開度等を制御する。ここで、本実施形態における制御部100は、ダンパ51の開度を制御する機能を有しており、本発明の排気再循環流量制御部としての機能を有する。
The
次に、本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1の動作について説明する。
水素燃焼ボイラ装置1においては、ボイラ本体10の内部には、給気路30から燃焼用空気が供給されると共に、燃料ガス供給ライン90から燃料ガスが供給されて燃料ガスが燃焼される。また、缶体11の内部に配置された複数の水管には、給水ライン70から給水が行われており、燃料ガスを燃焼させることにより発生した熱により、給水が加熱され蒸気が生成される。
Next, the operation of the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment will be described.
In the hydrogen combustion boiler device 1, combustion air is supplied from the
燃料ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、水管内の水を加熱した後に排ガスとして排気路20を流通する。排気路20を下方から上方に向かって流通する排ガスは、給水加熱器80において給水を加熱する。給水加熱器80において熱交換を行って温度が低下した排ガスの一部は、排気再循環路50を流通し、残りは外部に排出される。
The combustion gas generated by the combustion of the fuel gas heats the water in the water pipe and then flows through the
排気再循環路50を流通する排ガスは、送風機40に供給され、外気と共に給気路30に送り込まれる。
これにより、送風機給気側に循環された排ガスと外気とが所定の割合で混合され、この混合された混合気を燃焼用空気として燃料ガスが燃焼される。
The exhaust gas flowing through the exhaust
As a result, the exhaust gas circulated to the air supply side of the blower and the outside air are mixed at a predetermined ratio, and the mixed gas is used as combustion air to combust the fuel gas.
ここで、制御部100は、燃焼状態(水素燃焼ボイラ装置1の燃焼率または燃焼位置)を指示する燃焼状態指令信号に応じて、送風機40のモータの回転数、ダンパ51の開度、燃料ガス流量調整弁91の開度等を制御する。具体的には、制御部100は、燃焼状態を指示する外部指令信号としての燃焼状態指令信号を受け付け、この燃焼状態指令信号に応じて、給気路30に送り込まれる燃焼用空気の流量が適切な流量となるように、インバータ41を介して送風機40のモータ回転数を制御する。そして、排ガス中のNOx濃度を制御するために、燃焼状態指令信号に応じた排気再循環流量となるように、排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。また、燃焼状態指令信号に対応する燃料ガスを供給するために、燃料ガス流量調整弁91の開度を制御する。なお、制御部100は、燃焼状態指令信号の指令値が高いほど、高燃焼状態となるように制御し、燃焼状態指令信号の指令値が低いほど、低燃焼状態となるように制御する。なお、排気再循環を行う場合においては、燃焼用空気は、外気(空気)と排気再循環路50からの排ガスとを含む混合気となっている。
Here, the
以下に、燃焼状態、EGR率、NOx濃度の関係について説明する。
従来、ボイラ装置においては、高燃焼状態において排ガス中に含まれるNOx濃度が高くなることが知られている。このため、高燃焼状態のときのEGR率を、低燃焼状態のときのEGR率よりも高めることが通常である。換言すると、低燃焼状態のときのEGR率は、高燃焼状態のときのEGR率よりも低く設定される。そこで、本発明者は、水素燃焼ボイラ装置においても、このようなEGR率の設定で装置を制御したところ、低燃焼状態のときにおいて、NOx濃度が十分に低い値にならないという現象を確認した。
すなわち、水素燃焼ボイラ装置において、広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得るためには、水素燃焼ボイラに適したEGR率の制御が必要であることを見出した。
The relationship between the combustion state, EGR rate, and NOx concentration will be described below.
Conventionally, in a boiler device, it is known that the NOx concentration contained in the exhaust gas becomes high in a high combustion state. Therefore, the EGR rate in the high combustion state is usually higher than the EGR rate in the low combustion state. In other words, the EGR rate in the low combustion state is set lower than the EGR rate in the high combustion state. Therefore, the present inventor has confirmed that even in the hydrogen combustion boiler device, when the device is controlled by setting such an EGR rate, the NOx concentration does not become a sufficiently low value in the low combustion state.
That is, it has been found that, in the hydrogen combustion boiler device, in order to obtain stable low NOx performance in a wide combustion range, it is necessary to control the EGR rate suitable for the hydrogen combustion boiler.
そこで、本発明者は、EGR率を0%に固定した上で、燃焼状態を指示する外部指令としての燃焼状態指令信号を変化させて、排ガス中に含まれるNOx濃度の測定を実施した。
図2は、丸型缶体(貫流ボイラ)と先混合式バーナ(拡散燃焼するバーナ)とを備え、連続制御を行う水素燃焼ボイラ装置において、EGR率を0%に固定した場合における、燃焼状態指令信号に基づく燃焼率と、NOx濃度との関係を示すグラフである。なお、NOx濃度は、サンプリングされた気体試料のO2濃度により異なるため、本実施形態においては、O2(0%)換算値のNOx濃度を示している。
Therefore, the present inventor measured the NOx concentration contained in the exhaust gas by fixing the EGR rate to 0% and changing the combustion state command signal as an external command for instructing the combustion state.
FIG. 2 shows a combustion state in a hydrogen combustion boiler apparatus having a round can body (through-flow boiler) and a premixing burner (burner for diffusion combustion) and performing continuous control when the EGR rate is fixed to 0%. It is a graph which shows the relationship between the combustion rate based on a command signal, and NOx concentration. Since the NOx concentration varies depending on the O2 concentration of the sampled gas sample, the NOx concentration of the O2 (0%) conversion value is shown in this embodiment.
図2に示されるように、水素燃焼ボイラ装置においては、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、燃焼率が高くなるほどNOx濃度が低くなるという現象が確認された。換言すると、本発明者は、燃焼率が低くなるほどNOx濃度が高いという事実を発見した。
水素ガスを燃焼するボイラ装置において発生したこの現象は、例えば、燃焼率が高い場合、燃焼用空気と燃料ガスとしての水素ガスの噴出速度が速くなり、火炎が伸びて広い範囲で燃焼している状態となる一方、燃焼率が低い場合、燃焼用空気と水素ガスの噴出速度が遅くなり、狭い範囲で燃焼している状態となる可能性がある。その結果、燃焼率が低い場合は局所的な高温部が形成されやすく、NOx濃度が高くなることなどが推測される。
水素ガスは、メタン等の他のガスに比べて可燃範囲は広く、燃焼速度は速く火炎温度は高いなど、他のガスとは顕著に異なる性質を有している(水素の燃焼特性、荻須吉洋、燃料協会誌 第54巻第583号(1975))。このような水素ガスを用いる水素燃焼ボイラ装置において、上述の現象は、低燃焼状態付近で確認されるものではなく、低燃焼状態では強く、高燃焼になるに従って弱く現れることが図2によって示唆されている。
As shown in FIG. 2, in the hydrogen combustion boiler device, it was confirmed that the NOx concentration becomes lower as the burning rate becomes higher in the range from the low combustion state to the high combustion state. In other words, the inventor has discovered the fact that the lower the combustion rate, the higher the NOx concentration.
This phenomenon that occurs in the boiler device that burns hydrogen gas is, for example, when the combustion rate is high, the jetting speed of the combustion air and hydrogen gas as the fuel gas becomes faster, and the flame extends and burns in a wide range. On the other hand, when the combustion rate is low, the jetting speed of the combustion air and the hydrogen gas becomes slow, and there is a possibility that the combustion is in a narrow range. As a result, it is presumed that when the combustion rate is low, a local high-temperature part is easily formed and the NOx concentration becomes high.
Hydrogen gas has properties that are significantly different from other gases, such as a wider flammable range, a faster burning rate, and a higher flame temperature than other gases such as methane (combustion characteristics of hydrogen, Yoshihiro Ogisu) , Fuel Association Magazine, Vol. 54, No. 583 (1975)). In the hydrogen combustion boiler apparatus using such hydrogen gas, the above phenomenon is not confirmed near the low combustion state, but is strong in the low combustion state and weakens as the combustion becomes higher, as shown in FIG. ing.
図3は、このような知見に基づいて発案された本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1(丸型缶体(貫流ボイラ)と先混合式バーナ(拡散燃焼するバーナ)とを備え、連続制御を行う)を燃焼させた場合の、燃焼率と、NOx濃度およびEGR率の関係を示すグラフである。
本実施形態においては、制御部100は燃焼状態指令信号の指令値に基づく燃焼率が高いときほど、低いEGR率となるような制御を行う。換言すると、燃焼状態指令信号の指令値に基づく燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように、排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。このような制御を行うことにより、図3において実線の曲線で示されるようにEGR率の実測値は変化し、点線で示されるようにNOx濃度が略一定となる。
FIG. 3 is provided with a hydrogen combustion boiler device 1 (a round can body (through-flow boiler) and a premixing burner (a burner that performs diffusion combustion)) of the present embodiment, which was devised based on such knowledge, and the continuous control is performed. 6 is a graph showing a relationship between a combustion rate, a NOx concentration, and an EGR rate in the case of burning (performing).
In the present embodiment, the
例えば、図3の横軸に沿って、燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な場合において、あるいは、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、複数の段階的な燃焼率で燃焼制御可能な場合において、燃焼状態指令信号の指令値に基づく燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように、排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。
例えば図3のグラフにおける実線により示されるように、燃焼率が100%のときはEGR率が5.2%程度、燃焼率が55%のときはEGR率が7.5%、燃焼率が25%のときはEGR率が11%程度となるように、ダンパ51を制御する。燃焼率がこれらの中間値のときは、EGR率も曲線上の中間値を用いる。例えば燃焼率が80%のときはEGR率が6%程度となるようにダンパ51を制御する。
また、これに限らず、設定されるべきEGR率の値を示す線は、複数の点を結ぶ曲線とされていてもよいし、直線とされていてもよい。
For example, along the horizontal axis of FIG. 3, when combustion control can be performed so that the combustion rate continuously changes, or in a range from a low combustion state to a high combustion state, combustion is performed at a plurality of stepwise combustion rates. In the controllable case, the
For example, as shown by the solid line in the graph of FIG. 3, the EGR rate is about 5.2% when the combustion rate is 100%, and the EGR rate is 7.5% and the combustion rate is 25% when the combustion rate is 55%. When it is %, the
The line indicating the value of the EGR rate to be set is not limited to this, and may be a curve connecting a plurality of points or a straight line.
これにより、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、排ガス中に含まれるNOx濃度を十分下げることができる。すなわち、水素燃焼ボイラ装置においても、広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得ることができるという顕著な効果を得ることができる。また、燃焼率が高いときに、EGR率を低下させる方向の制御となるため、燃焼用空気流量が大きくなる高燃焼状態の領域において排気再循環による送風機の負荷を低減でき、送風機の電力使用量を低減できる他、使用する送風機の大型化を抑えることができる。 This makes it possible to sufficiently reduce the NOx concentration contained in the exhaust gas in the range from the low combustion state to the high combustion state. That is, also in the hydrogen combustion boiler device, a remarkable effect that stable low NOx performance can be obtained in a wide combustion region can be obtained. Further, when the combustion rate is high, the control is performed in the direction of lowering the EGR rate, so the load of the blower due to exhaust gas recirculation can be reduced in the high combustion state region where the combustion air flow rate increases, and the power consumption of the blower can be reduced. Besides, it is possible to reduce the size of the blower used.
図4に、燃焼率とEGR率との関係を示す別の例を示す。図4には、燃焼率と排気再循環流量との関係も示されている。
図4に示されるように、制御部100は、燃焼状態指令信号の指令値に基づく燃焼率が高いときほど、低いEGR率となるように、かつ、燃焼状態指令信号の指令値に基づく燃焼率と排気再循環流量との対応関係が、一次関数の関係となるように排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。例えば、燃焼率20%のときは、排気再循環流量がa’となるように、燃焼率60%のときは、排気再循環流量がb’となるように、燃焼率100%のときは、排気再循環流量がc’となるように、ダンパ51を調整する。
このように、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が一次関数となっていれば、指示された燃焼率に対応する排気再循環流量の算出およびその後のダンパ51の制御を簡単に行うことができる。なお、この場合においても、図4に示されるように、燃焼率が高いときほど低いEGR率となるという関係性は保たれるように、燃焼率と排気再循環流量との関係は設定される。
なお、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が一次関数の関係である場合とは、実質的に一次関数、例えば、排ガス中の酸素濃度及び/またはNOx濃度の変動が許容範囲内となるように一次関数で近似できる場合も含む。
FIG. 4 shows another example showing the relationship between the combustion rate and the EGR rate. FIG. 4 also shows the relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate.
As shown in FIG. 4, the
As described above, if the correspondence relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function, the calculation of the exhaust gas recirculation flow rate corresponding to the instructed combustion rate and the subsequent control of the
In addition, when the correspondence between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function, the variation of the oxygen concentration and/or the NOx concentration in the exhaust gas is substantially within the allowable range. Including the case that can be approximated by a linear function.
なお、制御部100は、入力される燃焼状態指令信号の内容に応じて、EGR率を変化させる制御を、タイミングよく実行することが好ましい。
図5は、本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1において、燃焼状態を指示する燃焼状態指令信号の内容に応じて、EGR率を変化させる処理を説明するためのフローチャートである。
In addition, it is preferable that the
FIG. 5 is a flow chart for explaining the process of changing the EGR rate in the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment in accordance with the content of the combustion state command signal for instructing the combustion state.
ステップS1では、燃焼状態指令信号として燃焼状態を低下させるための指令信号である低燃焼状態指令信号が入力されたか否かを判定する。
低燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合(ステップS1 YES)は、ステップS2にて、EGR率を上昇させる制御を行う。
In step S1, it is determined whether or not a low combustion state command signal, which is a command signal for lowering the combustion state, is input as the combustion state command signal.
When it is determined that the low combustion state command signal has been input (YES in step S1), control for increasing the EGR rate is performed in step S2.
例えば、水素燃焼ボイラ装置1が、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な連続制御ボイラ装置(比例制御ボイラ装置)である場合において、制御部100は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるようにダンパ51を制御する。より詳細には、制御部100は、低燃焼状態指令信号(所定の燃焼率よりも低い燃焼状態指令信号)が入力された場合には、燃焼率が低くなるに従って上昇するように設定されたEGR率となるように、ダンパ51の開度を制御する。このとき、EGR率およびダンパ51の開度は、燃焼率と同様に連続的に変化するように制御することが好ましい。なお、3つ以上に分割した燃焼率の領域に応じて、EGR率およびダンパ51の開度が段階的に変化するように制御してもよい。
For example, when the hydrogen combustion boiler device 1 is a continuous control boiler device (proportional control boiler device) capable of performing combustion control so that the combustion rate continuously changes in the range from the low combustion state to the high combustion state, The
一方、水素燃焼ボイラ装置1が、複数の段階的な燃焼率、例えば、燃焼停止状態、低燃焼状態、中燃焼状態、高燃焼状態の4段階(低燃焼状態から高燃焼状態の範囲においては、3段階)の燃焼位置で燃焼する段階値制御ボイラ装置(4位置制御ボイラ装置)である場合において、高燃焼状態のときに中燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合、制御部100は、予め設定された、高燃焼状態におけるEGR率よりも高いEGR率となるようにダンパ51の開度を制御する。さらに、中燃焼状態のときに低燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合、制御部100は、予め設定された、中燃焼状態におけるEGR率よりもさらに高いEGR率となるようにダンパ51の開度を制御する。このように、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、例えば少なくとも3段階以上の燃焼率で燃焼制御可能な段階値制御ボイラ装置である場合において、制御部100は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるようにダンパ51の開度を制御する。このとき、EGR率およびダンパ51の開度は、燃焼率の段階に対応させて、段階的に変化するように制御することが好ましい。
On the other hand, the hydrogen combustion boiler device 1 has a plurality of stepwise combustion rates, for example, four stages of combustion stop state, low combustion state, medium combustion state and high combustion state (in the range from the low combustion state to the high combustion state, When it is determined that the medium combustion state command signal is input during the high combustion state in the case of the stage value control boiler device (4 position control boiler device) that burns at the combustion position of 3 stages), the
低燃焼状態指令信号が入力されていないと判断された場合(ステップS1 NO)は、ステップS3に移る。 When it is determined that the low combustion state command signal has not been input (NO in step S1), the process proceeds to step S3.
ステップS3では、燃焼状態指令信号として燃焼状態を高めるための指令信号である高燃焼状態指令信号が入力されたか否かを判定する。
高燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合(ステップS3 YES)は、ステップS4にて、EGR率を低下させる制御を行う。
In step S3, it is determined whether or not a high combustion state command signal, which is a command signal for raising the combustion state, is input as the combustion state command signal.
When it is determined that the high combustion state command signal has been input (YES in step S3), control is performed to reduce the EGR rate in step S4.
例えば、水素燃焼ボイラ装置1が上述の連続制御ボイラ装置である場合において、高燃焼状態指令信号(所定の燃焼率よりも高い燃焼状態指令信号)が入力された場合には、制御部100は、燃焼率が高くなるに従って低下するように設定されたEGR率となるように、ダンパ51の開度を制御する。
For example, in the case where the hydrogen combustion boiler device 1 is the above-described continuous control boiler device, when the high combustion state command signal (the combustion state command signal higher than the predetermined combustion rate) is input, the
一方、水素燃焼ボイラ装置1が上述の段階値制御ボイラである場合において、低燃焼位置のときに中燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合、制御部100は、予め設定された、低燃焼状態におけるEGR率よりも低いEGR率となるようにダンパ51の開度を制御する。さらに、中燃焼位置のときに高燃焼状態指令信号が入力されたと判定された場合、制御部100は、予め設定された、中燃焼状態におけるEGR率よりもさらに低いEGR率となるようにダンパ51の開度を制御する。
On the other hand, in the case where the hydrogen combustion boiler device 1 is the above-described step value control boiler, when it is determined that the medium combustion state command signal is input at the low combustion position, the
このように、制御部100は、燃焼状態指令信号として、燃焼状態を低下させるための指令信号である低燃焼状態指令信号が入力されたときに、入力された燃焼率が低いほど、EGR率を上昇させる制御を行う。
これにより、燃焼状態が低下する方向の制御に応じて、適切にEGR率を上昇させる制御を行うため、NOx発生を抑制できる。
Thus, when the low combustion state command signal which is a command signal for lowering the combustion state is input as the combustion state command signal, the
As a result, the control for appropriately increasing the EGR rate is performed according to the control in the direction in which the combustion state decreases, so that the generation of NOx can be suppressed.
なお、制御部100は、EGR率が10%以上の場合においても、燃焼状態指令信号として燃焼状態を低下させるための指令信号である低燃焼状態指令信号が入力されたときに、EGR率を上昇させる制御を行う。言い換えれば、本発明においては、低燃焼状態においては、10%を超えるEGR率で水素燃焼ボイラ装置1を運転させる。
すなわち、EGR率が10%以上という高い状態にある場合においても、燃焼状態が低下する方向の制御が行われるタイミングで、さらに排気EGR率を上昇させる制御を行う。これにより、NOx発生を抑制できる。
Even when the EGR rate is 10% or more, the
That is, even when the EGR rate is as high as 10% or more, the control for further increasing the exhaust EGR rate is performed at the timing when the control in the direction of decreasing the combustion state is performed. Thereby, NOx generation can be suppressed.
また、制御部100は、燃焼状態指令信号として燃焼状態を高めるための指令信号である高燃焼状態指令信号が入力されたときに、入力された燃焼率が高いほど、EGR率を低下させる制御を行う。
これにより、燃焼状態が高まる方向の制御に応じて、適切にEGR率を低下させる制御を行うため、燃焼用空気流量が大きくなる高燃焼状態の領域において排気再循環による送風機の負荷を低減でき、送風機の電力使用量を低減できる他、使用する送風機の大型化を抑えることができる。
Further, when a high combustion state command signal, which is a command signal for increasing the combustion state, is input as the combustion state command signal, the
Thereby, according to the control in the direction of increasing the combustion state, the control for appropriately lowering the EGR rate is performed, so that the load of the blower due to the exhaust gas recirculation can be reduced in the region of the high combustion state in which the combustion air flow rate increases. In addition to reducing the power consumption of the blower, it is possible to prevent the blower used from increasing in size.
以上説明した本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1によれば、以下のような効果が奏される。 According to the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment described above, the following effects are achieved.
(1)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、燃料ガスとしての水素ガスを燃焼させて給水を加熱するボイラ本体10と、ボイラ本体10に水素ガスを供給する燃料ガス供給ライン90と、ボイラ本体10に燃焼用空気を供給する給気路30と、給気路30の上流側に接続され給気路30に燃焼用空気を送り込む送風機40と、ボイラ本体10で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路20と、排気路20を流通する排ガスの一部を送風機40に循環させる排気再循環路50と、排気再循環路50に設けられた、排気再循環流量を調整する排気再循環流量調整部としてのダンパ51と、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるようにダンパ51を制御する制御部100と、を備える。
これにより、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、排ガス中に含まれるNOx濃度を十分下げることができ、水素燃焼ボイラ装置においても、広い燃焼領域において安定した低NOx性能を得ることができる。
また、燃焼率が高いときに、EGR率を低下させる方向の制御となるため、排気再循環による送風機の負荷を低減でき、送風機の電力使用量を低減できる他、使用する送風機の大型化を抑えることができる。
(1) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment includes a
As a result, the NOx concentration contained in the exhaust gas can be sufficiently reduced in the range from the low combustion state to the high combustion state, and stable low NOx performance can be obtained in a wide combustion range even in the hydrogen combustion boiler device.
Further, when the combustion rate is high, the control is performed in the direction of lowering the EGR rate, so the load on the blower due to exhaust gas recirculation can be reduced, the power consumption of the blower can be reduced, and the blower to be used can be prevented from increasing in size. be able to.
(2)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な連続制御ボイラ装置であり、制御部100は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように連続的にダンパ51を制御する。
これにより、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、連続的に安定した低NOx性能を得ることができる。
(2) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment is a continuous control boiler device capable of performing combustion control so that the combustion rate continuously changes in the range from the low combustion state to the high combustion state. The
As a result, continuously stable low NOx performance can be obtained in the range from the low combustion state to the high combustion state.
(3)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、複数の段階的な燃焼率で燃焼制御可能な段階値制御ボイラ装置であり、制御部100は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように多段の燃焼状態に応じてダンパ51を制御する。
これにより、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、いずれの燃焼状態でも安定した低NOx性能を得ることができる。
(3) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment is a stage value control boiler device capable of combustion control with a plurality of stepwise combustion rates in the range from the low combustion state to the high combustion state. The
As a result, stable low NOx performance can be obtained in any combustion state in the range from the low combustion state to the high combustion state.
(4)本実施形態において、制御部100は、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が、一次関数の関係となるようにダンパ51を制御する。
このように、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が一次関数となっていれば、指示された燃焼率に対応する排気再循環流量の算出およびその後のダンパ51の制御を簡単に行うことができる。
(4) In the present embodiment, the
As described above, if the correspondence relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function, the calculation of the exhaust gas recirculation flow rate corresponding to the instructed combustion rate and the subsequent control of the
(5)本実施形態においては、制御部100は、燃焼状態を低下させるための指令信号である低燃焼状態指令信号に応じて、EGR率を上昇させる制御を行う。
これにより、燃焼状態が低下する方向の制御が行われるタイミングで、適切にEGR率を上昇させる制御を行うため、排ガス中のNOx濃度が上昇することがない。
(5) In the present embodiment, the
As a result, the control for appropriately increasing the EGR rate is performed at the timing when the control for decreasing the combustion state is performed, so that the NOx concentration in the exhaust gas does not increase.
(6)本実施形態においては、制御部100は、EGR率が10%以上の場合においても、燃焼状態を低下させるための指令信号である低燃焼状態指令信号に応じて、EGR率を上昇させる制御を行う。
これにより、燃焼状態が低下する方向の制御が行われるタイミングで、適切にEGR率を上昇させる制御を行うため、排ガス中のNOx濃度が上昇することがない。
(6) In the present embodiment, the
As a result, the control for appropriately increasing the EGR rate is performed at the timing when the control for decreasing the combustion state is performed, so that the NOx concentration in the exhaust gas does not increase.
(7)本実施形態においては、制御部100は、燃焼状態を高めるための指令信号である高燃焼状態指令信号に応じて、EGR率を低下させる制御を行う。
これにより、燃焼状態が高まる方向の制御が行われるタイミングで、適切にEGR率を低下させる制御を行うため、排気再循環による送風機の負荷を低減でき、送風機の電力使用量を低減できる他、使用する送風機の大型化を抑えることができる。
(7) In the present embodiment, the
As a result, the control for appropriately lowering the EGR rate is performed at the timing when the control in the direction of increasing the combustion state is performed, so that the load of the blower due to exhaust gas recirculation can be reduced, and the power consumption of the blower can be reduced. It is possible to prevent the blower from increasing in size.
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について、図6〜11を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第1実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、入力される燃焼状態指令信号の内容に応じて、排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御していた。第2実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、給気路30を流れる燃焼用空気流量を検知する燃焼用空気流量検知部としてのエア差圧センサ31を備え、制御部200は、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて、排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.
The hydrogen combustion boiler device 1 of the first embodiment controls the
図6は、本発明の第2実施形態に係る水素燃焼ボイラ装置1を示す図である。
図6に示されるように、本実施形態の給気路30には、給気路30を流れる燃焼用空気流量を検知する燃焼用空気流量検知部としてのエア差圧センサ31が配置される。エア差圧センサ31は、パンチングメタルやオリフィス等による固定圧損部32を有する。この固定圧損部32の上流側と下流側の圧力の差圧を計測することにより、燃焼用空気流量に対応する信号を得ることが可能である。なお、燃焼用空気流量検知部として、エア差圧センサ31以外のセンサ、例えば風圧センサ、風量センサ(熱線式など)などを用いて、燃焼用空気流量に対応する信号を得てもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a hydrogen combustion boiler device 1 according to a second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, an air
制御部200は、エア差圧センサ31の検知信号を取得する。また、制御部200は、送風機40のモータの回転数、ダンパ51の開度、燃料ガス流量調整弁91の開度等を制御する。
図7は、制御部200の構成を示すブロック図である。図7に示すように、制御部200は、燃焼用空気流量制御部202と、燃焼用空気流量信号取得部203と、平均化処理部204と、信号分岐部205と、燃料ガス流量制御部206と、排気再循環流量制御部207と、記憶部208とを備える。
なお、制御部200は、上述のように複数の機能ブロックにより構成されているが、各ブロックは必ずしも物理的に分かれている必要は無く、複数のブロックの機能を1つのCPUで実現できるように構成してもよい。また、制御部200は、制御対象機器の配置や配線を考慮するなどして、2つ以上に分かれていてもよい。
The
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
Although the
図8は、本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1において、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて、燃料ガス流量調整部としての燃料ガス流量調整弁91および排気再循環流量調整部としてのダンパ51を制御する処理を説明するためのフローチャートである。
FIG. 8 shows a fuel gas flow
ステップS11では、水素燃焼ボイラ装置1からの蒸気が供給される負荷機器(不図示)の蒸気の消費量等に応じて、燃焼率(燃焼量、負荷率)が設定される。具体的には、例えば水素燃焼ボイラ装置1の蒸気ヘッダの圧力等に基づいて、燃焼率が設定される。 In step S11, the combustion rate (combustion amount, load rate) is set according to the amount of steam consumed by a load device (not shown) to which the steam from the hydrogen combustion boiler device 1 is supplied. Specifically, the combustion rate is set based on, for example, the pressure of the steam header of the hydrogen combustion boiler device 1.
ステップS12では、設定された燃焼率に対応する燃焼用空気流量を供給するための制御を行う。具体的には、燃焼用空気流量制御部202が、設定された燃焼率に対応する燃焼用空気流量の値に応じて、インバータ41の周波数を制御する。これにより、送風機40のモータの回転数が調整され、モータの回転数に応じた流量の燃焼用空気が給気路30に供給される。ここで、インバータ41、送風機40のモータは、本実施形態における燃焼用空気流量調整部を構成する。なお、送風機40の下流側にダンパを設けて、これを燃焼用空気流量調整部として用いても良い。
なお、燃焼率と燃焼用空気流量の対応関係については、図9を用いて後述する。
In step S12, control for supplying the combustion air flow rate corresponding to the set combustion rate is performed. Specifically, the combustion air flow
The correspondence between the combustion rate and the flow rate of combustion air will be described later with reference to FIG.
ここで、送風機40の送風量は、立ち上がり応答性の問題があり、即時に目標とする値とはならない。例えば、燃焼率の設定変更時においては、燃焼用空気流量は、設定された燃焼率に対応する流量値に向かって徐々に変化する。また、燃焼用空気流量は、ボイラの炉圧の変動等によって変動することもある。
このように、目標とする流量値とは異なる流量の燃焼用空気が流れる状況が存在することを考慮すると、燃料ガス流量は、実際の燃焼用空気流量に対応した流量に調整されて供給されることが好ましい。また、排気再循環流量についても、実際の燃焼用空気流量(排気再循環流量を含む)に対応した排気再循環流量に調整されることが好ましい。これにより、燃焼用空気流量が変動する場合であっても、排気再循環流量を目標値に制御することができ、良好な燃焼状態を維持することができる。
Here, the amount of air blown by the
In this way, considering that there is a situation where the combustion air flows at a flow rate different from the target flow rate value, the fuel gas flow rate is adjusted and supplied to a flow rate corresponding to the actual combustion air flow rate. It is preferable. Also, the exhaust gas recirculation flow rate is preferably adjusted to an exhaust gas recirculation flow rate corresponding to the actual combustion air flow rate (including the exhaust gas recirculation flow rate). As a result, the exhaust gas recirculation flow rate can be controlled to the target value even if the combustion air flow rate fluctuates, and a good combustion state can be maintained.
そこで、本実施形態においては、エア差圧センサ31により実際の燃焼用空気流量に対応する信号を検知し、この検知した信号に基づく制御値を用いて、各種の制御を行う。
ステップS13において、燃焼用空気流量信号取得部203は、エア差圧センサ31が検知した燃焼用空気流量に対応する信号を取得する。
Therefore, in the present embodiment, the air
In step S<b>13, the combustion air flow rate
ステップS14において、平均化処理部204は、燃焼用空気流量に対応する信号の平均化処理を行う。具体的には、平均化処理部204は、過去の所定期間内(例えば過去数秒間)における燃焼用空気流量に対応する信号を燃焼用空気流量信号取得部203から受け取り、受け取った信号の移動平均値を算出する。
なお、燃焼用空気流量信号は不安定であり、また検出ノイズも存在する。よって、平均化処理を施すことにより、燃焼用空気流量に対応する信号に基づくその後の処理を、安定した処理にすることができる。ここで、移動平均値としては、単純移動平均値を用いてもよいし、現在に近いほど大きい重みづけを付与して得られる重み付け移動平均値を用いてもよい。
In step S14, the averaging
The combustion air flow rate signal is unstable, and detection noise is present. Therefore, by performing the averaging process, the subsequent process based on the signal corresponding to the combustion air flow rate can be made stable. Here, as the moving average value, a simple moving average value may be used, or a weighted moving average value obtained by giving a larger weight to a current value may be used.
ステップS15において、信号分岐部205は、平均化処理部204から受け取った信号を分岐して、燃料ガス流量制御部206および排気再循環流量制御部207に送信する。このように、平均化処理を行った後の信号を分岐して複数の制御部に送信しているため、それぞれの制御部に安定した同じ信号を送ることができる。よって、その後の制御も安定する。
In step S15, the
ステップS16において、燃料ガス流量制御部206は、分岐された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて、燃料ガス流量調整弁91の開度を制御する。また、排気再循環流量制御部207は、分岐された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて、ダンパ51の開度を制御する。ここで、ダンパ51の開度は、燃焼用空気流量に対応する排気再循環流量に基づいて設定される。なお、燃焼用空気流量と排気再循環流量の対応関係は図10を用いて後述する。
In step S16, the fuel gas flow
このような制御を行うことにより、目標とする流量値とは異なる流量の燃焼用空気が流れる状況が存在する場合においても、排気再循環流量を燃焼用空気量に応じた目標値に制御することができ(燃焼量に対応した目標とするEGR率に制御することができ)、良好な燃焼状態を維持することができる。
特に、本実施形態においては、実際の燃焼用空気流量に応じて適切な排気再循環流量を設定し、適切な量の排ガスを送風機に循環させることができるため、安定した排気再循環燃焼を実現し、かつ低NOx性能を実現することができる。
また、実際の燃焼用空気流量に対応する燃料ガス流量および排気再循環流量となるように、燃料ガス流量調整弁91およびダンパ51の開度を制御することにより、空燃比およびEGR率を適切に制御することができる。
By performing such control, the exhaust gas recirculation flow rate can be controlled to the target value according to the combustion air amount even when there is a situation in which the combustion air flows at a flow rate different from the target flow rate value. (It can be controlled to a target EGR rate corresponding to the combustion amount), and a good combustion state can be maintained.
In particular, in the present embodiment, a suitable exhaust gas recirculation flow rate is set according to the actual combustion air flow rate, and an appropriate amount of exhaust gas can be circulated to the blower, so stable exhaust gas recirculation combustion is realized. In addition, low NOx performance can be realized.
Further, by controlling the opening amounts of the fuel gas flow
また、この制御は、第1実施形態において説明したような、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な連続制御ボイラ装置に対して好適に適用可能である。このとき、排気再循環流量およびダンパ51の開度は、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づく制御値に応じて連続的に変化するように制御することが好ましい。なお、例えば3つ以上に分割した燃焼用空気流量の領域に応じて、排気再循環流量およびダンパ51の開度が段階的に変化するように制御してもよい。
Further, this control is suitable for the continuous control boiler device capable of performing combustion control so that the combustion rate continuously changes in the range from the low combustion state to the high combustion state as described in the first embodiment. Applicable. At this time, the exhaust gas recirculation flow rate and the opening degree of the
また、複数の段階的な燃焼率で燃焼制御可能な段階値制御ボイラ装置、例えば、燃焼停止状態、低燃焼状態、中燃焼状態、高燃焼状態の4段階(低燃焼状態から高燃焼状態の範囲においては、3段階)の燃焼位置で燃焼する段階値制御ボイラ装置に対しても適用可能である。このとき、排気再循環流量およびダンパ51の開度は、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づく制御値に応じて連続的に変化するように制御することが好ましい。なお、段階的な燃焼位置に対応する段階的な燃焼用空気流量の領域に応じて、排気再循環流量およびダンパ51の開度も段階的に変化するように制御してもよい。
Further, a stage value control boiler device capable of controlling combustion at a plurality of stepwise combustion rates, for example, four stages (combustion stopped state, low combustion state, medium combustion state, high combustion state (range from low combustion state to high combustion state) (3) can be applied to a stage value control boiler device that burns at three stages of combustion positions. At this time, the exhaust gas recirculation flow rate and the opening degree of the
図9は、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係を示す図である。ステップS12においては、ステップS11において設定された燃焼率と、図9に示される対応関係に基づいて、目標とする燃焼用空気流量が設定され、この燃焼用空気流量が流れるように、インバータ41の周波数が制御される。例えば、設定された燃焼率が60%である場合には、目標値bの燃焼用空気流量が流れるように、インバータ41の周波数が制御される。
なお、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係は、一次関数となっていることが好ましい。一次関数となっていれば、燃焼率と、送風機40のモータの回転数を制御するインバータ41に入力する周波数との関係も一次関数となるため、設定された燃焼率に対応するインバータ41の制御を簡単に行うことができる。
FIG. 9 is a diagram showing a correspondence relationship between a combustion rate and a combustion air flow rate. In step S12, the target combustion air flow rate is set on the basis of the combustion rate set in step S11 and the correspondence shown in FIG. 9, and the
The correspondence between the combustion rate and the flow rate of combustion air is preferably a linear function. If the combustion rate is a linear function, the relationship between the combustion rate and the frequency input to the
図10は、燃焼用空気流量と排気再循環流量・EGR率との対応関係を示す図である。EGR率は、図10に示される燃焼用空気量に対する排気再循環流量により一義的に算出できる。ステップS16においては、ステップS13〜S14において検知された燃焼用空気流量と、図10に示される対応関係に基づいて、目標とする排気再循環流量が設定され、この排気再循環流量となるように、ダンパ51が制御される。例えば、検知された燃焼用空気流量の値がbであった場合には、排気再循環流量がb’となるように、ダンパ51により排気再循環流量が制御される。
なお、燃焼用空気流量と排気再循環流量との対応関係は、一次関数となっていることが好ましい。一次関数となっていれば、検知された燃焼用空気流量に対応する排気再循環流量の算出およびその後のダンパ51の制御を簡単に行うことができる。
ここで、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係が、図9に示されるように一次関数となっており、燃焼用空気流量と排気再循環流量の対応関係も、図10に示されるように一次関数となっている場合、燃焼率と排気再循環流量の対応関係についても、一次関数の関係となる。
なお、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が一次関数の関係である場合とは、実質的に一次関数、例えば、排ガス中の酸素濃度及び/またはNOx濃度の変動が許容範囲内となるように一次関数で近似できる場合も含む。
FIG. 10 is a diagram showing a correspondence relationship between the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate/EGR rate. The EGR rate can be uniquely calculated by the exhaust gas recirculation flow rate with respect to the combustion air amount shown in FIG. In step S16, a target exhaust gas recirculation flow rate is set based on the combustion air flow rate detected in steps S13 to S14 and the correspondence shown in FIG. , The
The correspondence relationship between the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate is preferably a linear function. If it is a linear function, the exhaust gas recirculation flow rate corresponding to the detected combustion air flow rate and the subsequent control of the
Here, the correspondence relationship between the combustion rate and the combustion air flow rate is a linear function as shown in FIG. 9, and the correspondence relationship between the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate is also shown in FIG. When the above is a linear function, the correspondence between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is also a linear function.
In addition, when the correspondence between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function, the variation of the oxygen concentration and/or the NOx concentration in the exhaust gas is substantially within the allowable range. Including the case that can be approximated by a linear function.
なお、図10に示されるように、燃焼用空気流量とEGR率の対応関係は、燃焼用空気流量が低いときほど、EGR率が高くなるような関係となっている。ここで、燃焼率と燃焼用空気流量との関係は、図9に示されるように、燃焼率が高いときほど、燃焼用空気流量が高い関係にあるため、図10に示される対応関係は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるような関係、ということができる。 As shown in FIG. 10, the correspondence relationship between the combustion air flow rate and the EGR rate is such that the lower the combustion air flow rate, the higher the EGR rate. Here, as for the relationship between the combustion rate and the combustion air flow rate, as shown in FIG. 9, the higher the combustion rate, the higher the combustion air flow rate. Therefore, the correspondence relationship shown in FIG. It can be said that the lower the combustion rate, the higher the EGR rate.
図9、10に示されるような対応関係、すなわち、燃焼率と、燃焼用空気流量と、排気再循環流量と、EGR率との対応関係は、記憶部208に記憶されている。これらの対応関係は、テーブルによって記憶されていてもよいし、計算式として記憶されていてもよい。
例えば、テーブルによりこれらの対応関係を記憶する場合は、所定の燃焼率(例えば、20%、60%、100%)に対して、所定の燃焼用空気流量(例えば、燃焼率20%のときの流量a、燃焼率60%のときの流量b、燃焼率100%のときの流量c)、所定の燃焼用空気流量(例えば、燃焼率20%のときの流量a、燃焼率60%のときの流量b、燃焼率100%のときの流量c)に対して、所定の排気再循環流量(例えば、燃焼率20%のときの排気再循環流量a’、燃焼率60%のときの排気再循環流量b’、燃焼率100%のときの排気再循環流量c’)がそれぞれ設定されているテーブルを用いても良い。EGR率は燃焼用空気流量と排気再循環流量から算出しても良い。このような場合、排気再循環流量制御部207は、テーブルにおいて予め定められた燃焼率と燃焼用空気流量、燃焼用空気流量と排気再循環流量との対応関係に従って、インバータ41およびダンパ51を制御する。
Correspondences as shown in FIGS. 9 and 10, that is, the correspondences among the combustion rate, the combustion air flow rate, the exhaust gas recirculation flow rate, and the EGR rate are stored in the
For example, when these correspondences are stored in a table, for a predetermined combustion rate (for example, 20%, 60%, 100%), a predetermined combustion air flow rate (for example, when the combustion rate is 20%) is stored. Flow rate a, flow rate b at a burning rate of 60%, flow rate c at a burning rate of 100%), predetermined combustion air flow rate (for example, flow rate a at a burning rate of 20%, and burning rate at a burning rate of 60%) For a flow rate b and a flow rate c at a combustion rate of 100%, a predetermined exhaust gas recirculation flow rate (for example, an exhaust gas recirculation flow rate a′ at a combustion rate of 20%, an exhaust gas recirculation at a combustion rate of 60%). A table in which the flow rate b′ and the exhaust gas recirculation flow rate c′ when the combustion rate is 100% are set may be used. The EGR rate may be calculated from the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate. In such a case, the exhaust gas recirculation flow
表1に、燃焼率と燃焼用空気流量の関係、燃焼用空気流量と排気再循環流量の関係を一つのテーブルに規定した場合の例を示す。このテーブルにおいては、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように、燃焼用空気流量および排気再循環流量が規定されている。
このようなテーブルを用いることにより、設定された燃焼率に応じて、目標とする燃焼用空気流量を設定すること、検知された燃焼用空気流量に応じて、目標とする排気再循環流量を設定することが可能となる。
Table 1 shows an example in which the relationship between the combustion rate and the combustion air flow rate and the relationship between the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate are defined in one table. In this table, the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate are defined so that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower.
By using such a table, the target combustion air flow rate is set according to the set combustion rate, and the target exhaust gas recirculation flow rate is set according to the detected combustion air flow rate. It becomes possible to do.
なお、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係、燃焼用空気流量と排気再循環流量との対応関係等は、一次関数等の計算式として予め定められ、記憶部208に記憶されていてもよい。
The correspondence relationship between the combustion rate and the combustion air flow rate, the correspondence relationship between the combustion air flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate, and the like are predetermined as calculation formulas such as a linear function and are stored in the
なお、本実施形態においては、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるようにダンパ51の角度を制御しているが、これに加えて、燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるように、インバータ41を制御する構成を採用してもよい。
In the present embodiment, the angle of the
表2に、燃焼率が低いときほど、空気比およびEGR率が高くなるように、燃焼用空気流量および再排気循環流量を規定した場合のテーブルの例を示す。
このようなテーブルを用いても、設定された燃焼率に応じて、目標とする燃焼用空気流量を設定すること、検知された燃焼用空気流量に応じて、目標とする排気再循環流量を設定することが可能となる。
Table 2 shows an example of a table in which the combustion air flow rate and the re-exhaust gas circulation flow rate are specified so that the air ratio and the EGR rate become higher as the combustion rate becomes lower.
Even with such a table, the target combustion air flow rate can be set according to the set combustion rate, and the target exhaust gas recirculation flow rate can be set according to the detected combustion air flow rate. It becomes possible to do.
このようなテーブル等に基づく制御により、燃焼率が低いときほど空気比が高くなるように、かつ、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように、インバータ41およびダンパ51を制御することも可能である。
なお、燃焼率と空気比との対応関係を一次関数としてもよい。この場合、指示された燃焼率に対応する空気比の算出およびその後のインバータ41等の制御を簡単に行うことができる。また、燃焼率とEGR率との対応関係を一次関数としてもよい。
これにより、燃焼率が低いときほど、EGR率が高く燃焼用空気中の酸素濃度は相対的に低下するものの、過剰空気割合が大きい状態となっているため、水素ガスが燃焼する上で常に十分な空気が供給される状態となり、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、NOx発生量を抑制しつつより燃焼状態を安定させることができる。
By the control based on such a table, the
The correspondence between the combustion rate and the air ratio may be a linear function. In this case, the calculation of the air ratio corresponding to the instructed combustion rate and the subsequent control of the
As a result, although the EGR rate is high and the oxygen concentration in the combustion air is relatively low as the combustion rate is low, the excess air ratio is in a large state, so that the hydrogen gas is always sufficient for combustion. In such a state that various air is supplied, the combustion state can be more stabilized while suppressing the NOx generation amount in the range from the low combustion state to the high combustion state.
なお、テーブルの設定においては、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係が一次関数の関係となるように設定し、かつ、燃焼率と排気再循環流量の対応関係が一次関数の関係となるように設定してもよい。この場合、この関係を維持するように、燃焼率に応じた空燃比(空気比)が、適切に調整されて設定される。
また、テーブルの設定においては、燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係が一次関数の関係となるように設定し、かつ、燃焼率と空気比の対応関係が一次関数の関係となるように設定してもよい。この場合、この関係を維持するように、燃焼率に応じてEGR率が、適切に調整されて設定される。
また、テーブルの設定においては、燃焼率と空気比との対応関係が一次関数の関係となるように設定し、かつ、燃焼率と排気再循環流量との対応関係が一次関数の関係となるように設定してもよい。
In the setting of the table, the correspondence relationship between the combustion rate and the combustion air flow rate is set to be a linear function relationship, and the correspondence relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function relationship. May be set as follows. In this case, the air-fuel ratio (air ratio) according to the combustion rate is appropriately adjusted and set so as to maintain this relationship.
Further, in setting the table, the correspondence between the combustion rate and the combustion air flow rate is set to be a linear function, and the correspondence between the combustion rate and the air ratio is a linear function. You may set it. In this case, the EGR rate is appropriately adjusted and set according to the combustion rate so as to maintain this relationship.
In addition, in setting the table, the correspondence between the combustion rate and the air ratio is set to be a linear function, and the correspondence between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function. It may be set to.
なお、制御部200は、図11に示されるような機能ブロックにより構成されていてもよい。図11に示される例においては、信号分岐部205が存在しない。この場合は、平均化処理部204により平均化された燃焼用空気流量に対応する信号を、燃料ガス流量制御部206において、燃料ガス流量調整弁91の開度信号に変換し、この開度信号に基づいて、燃料ガス流量調整弁91の開度を調整すると共に、この開度信号を排気再循環流量制御部207に送信する。そして、排気再循環流量制御部207は、この開度信号に基づいて、ダンパ51の開度を制御するための制御信号を生成し、この制御信号に基づき、ダンパ51の開度を制御する。
The
以上説明した本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1によれば、(1)〜(7)に加えて、以下のような効果が奏される。 According to the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment described above, the following effects are exhibited in addition to (1) to (7).
(8)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、給気路30を流れる燃焼用空気流量を検知するエア差圧センサ31を備え、排気再循環流量制御部207は、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいてダンパ51を制御する。
これによって、実際の燃焼用空気流量に応じて適切な量の排ガスを送風機40に循環させることができる。したがって、燃焼率の設定変更時など、燃焼用空気流量が変動している状況においても、実際の燃焼用空気流量に応じた適切な量の排ガスを送風機40に循環させることができる。よって、安定した燃焼状態を実現し、かつ低NOx性能を実現することが可能となる。
また、このような制御によれば、燃焼率を連続的に変更可能な連続制御方式のボイラ装置など、各種の制御方式のボイラ装置においても、排気再循環流量を適切に制御することができる。
(8) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment includes the air
Thereby, an appropriate amount of exhaust gas can be circulated in the
Further, according to such control, the exhaust gas recirculation flow rate can be appropriately controlled even in a boiler device of various control systems such as a boiler device of a continuous control system capable of continuously changing the combustion rate.
(9)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、給気路30を流れる燃焼用空気流量を調整するインバータ41および送風機40のモータと、インバータ41および送風機40のモータを制御する燃焼用空気流量制御部202と、を備え、燃焼用空気流量制御部202は、燃焼率との対応関係が一次関数の関係となり、かつ、燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるようにインバータ41および送風機40のモータを制御する。
これにより、燃焼率が低いときほど、EGR率が高く燃焼用空気中の酸素濃度は相対的に低下するものの、過剰空気割合が大きい状態となっているため、水素ガスが燃焼する上で常に十分な空気が供給される状態となり、低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、NOx発生量を抑制しつつより燃焼状態を安定させることができる。
(9) In the hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment, the motor of the
As a result, although the EGR rate is high and the oxygen concentration in the combustion air is relatively low as the combustion rate is low, the excess air ratio is in a large state, so that the hydrogen gas is always sufficient for combustion. In such a state that various air is supplied, the combustion state can be more stabilized while suppressing the NOx generation amount in the range from the low combustion state to the high combustion state.
(10)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、燃焼率と、燃焼用空気流量と、排気再循環流量との対応関係を記憶している記憶部208と、給気路30を流れる燃焼用空気流量を調整するインバータ41および送風機40のモータと、インバータ41および送風機40のモータを制御する燃焼用空気流量制御部202と、を備え、燃焼用空気流量制御部202は、設定された燃焼率と、記憶部208に記憶されている燃焼率と燃焼用空気流量との対応関係に基づいて、インバータ41および送風機40のモータを制御し、排気再循環流量制御部207は、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量と、記憶部208に記憶されている燃焼用空気流量と排気再循環流量との対応関係に基づいて、ダンパ51を制御する。
これにより、燃焼率、燃焼用空気流量、排気再循環流量といった各パラメータの対応関係に基づき、ダンパ51を適切に制御することができる。
(10) The hydrogen-fired boiler device 1 of the present embodiment includes a
Accordingly, the
(11)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、エア差圧センサ31の信号の平均化処理を行う平均化処理部204を更に備える。
このように、平均化処理を行うことにより、ノイズ等の外乱を軽減し、安定した制御を行うことができる。
(11) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment further includes an averaging
By thus performing the averaging process, disturbance such as noise can be reduced and stable control can be performed.
(12)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、燃料ガス供給ライン90に配置され、燃料ガス流量を調整可能な燃料ガス流量調整弁91と、エア差圧センサ31によって検知された燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて燃料ガス流量調整弁91を制御する燃料ガス流量制御部206と、を備える。
このように、実際の燃焼用空気流量に応じて、排気再循環流量に加えて燃料ガス流量の制御も行うことにより、より安定した燃焼状態を実現することができる。
(12) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment is arranged in the fuel
As described above, by controlling the fuel gas flow rate in addition to the exhaust gas recirculation flow rate according to the actual combustion air flow rate, a more stable combustion state can be realized.
(13)本実施形態の水素燃焼ボイラ装置1は、エア差圧センサ31の信号を燃料ガス流量制御部206と排気再循環流量制御部207に分岐する信号分岐部205を備え、排気再循環流量制御部207は、エア差圧センサ31の信号によってダンパ51の開度を調整する。
よって、同一の信号を分岐して用いるため、信号の誤差が抑制でき、燃料ガス流量と排気再循環流量の制御が簡単となる。
(13) The hydrogen combustion boiler device 1 of the present embodiment includes the
Therefore, since the same signal is branched and used, the error of the signal can be suppressed and the control of the fuel gas flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate becomes simple.
(14)本実施形態においては、燃料ガス流量制御部206は、エア差圧センサ31の信号を燃料ガス流量調整弁91の開度信号に変換し、この開度信号に基づいて燃料ガス流量調整弁91の開度を調整すると共に、この開度信号を排気再循環流量制御部207に送信し、排気再循環流量制御部207は、この開度信号に基づいてダンパ51の開度を調整する。
よって、同じ信号に基づいて、燃料ガス流量と排気再循環流量の制御を行うため、制御が簡便となる。
(14) In the present embodiment, the fuel gas flow
Therefore, since the fuel gas flow rate and the exhaust gas recirculation flow rate are controlled based on the same signal, the control becomes simple.
(15)本実施形態においては、記憶部208に記憶されている燃焼用空気流量は、燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるような流量に設定されており、排気再循環流量制御部207は、燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるようにダンパ51を制御し、かつ、燃焼用空気流量制御部202は、燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるようにインバータ41および送風機40のダンパを制御する。
これにより、燃焼率が低いときほど、排ガスおよび過剰空気が高い混合比で加えられた燃焼用空気が供給される状態となっているため、水素ガスが燃焼する上で常に十分な流量の燃料用空気が流れる状態となり、NOx発生を抑制しつつ低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、より燃焼状態を安定させることができる。
(15) In the present embodiment, the combustion air flow rate stored in the
As a result, as the combustion rate becomes lower, the combustion air in which the exhaust gas and the excess air are added in a high mixing ratio is supplied, so that the fuel gas at a flow rate that is always sufficient for hydrogen gas combustion. The air flows, and the combustion state can be further stabilized in the range from the low combustion state to the high combustion state while suppressing the generation of NOx.
以上、本発明の水素燃焼ボイラ装置1の好ましい実施形態につき説明したが、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。 Although the preferred embodiment of the hydrogen-fired boiler device 1 of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be modified as appropriate.
1 水素燃焼ボイラ装置
10 ボイラ本体
20 排気路
30 給気路
31 エア差圧センサ
40 送風機
41 インバータ
50 排気再循環路
51 ダンパ
90 燃料ガス供給ライン
91 燃料ガス流量調整弁
100、200 制御部
202 燃焼用空気流量制御部
203 燃焼用空気流量信号取得部
204 平均化処理部
205 信号分岐部
206 燃料ガス流量制御部
207 排気再循環流量制御部
208 記憶部
1 Hydrogen
Claims (10)
前記ボイラ本体に前記水素ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、
前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインと、
前記燃焼用空気供給ラインの上流側に接続され前記燃焼用空気供給ラインに燃焼用空気を送り込む送風機と、
前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、
前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気再循環路と、
前記排気再循環路に設けられた、排気再循環流量を調整する排気再循環流量調整部と、
燃焼率が低いときほど、EGR率が高くなるように前記排気再循環流量調整部を制御する排気再循環流量制御部と、を備える水素燃焼ボイラ装置。 A boiler body that burns hydrogen gas as fuel gas to heat the feed water,
A fuel gas supply line for supplying the hydrogen gas to the boiler body;
A combustion air supply line for supplying combustion air to the boiler body,
A blower that is connected to the upstream side of the combustion air supply line and sends combustion air to the combustion air supply line,
An exhaust path for discharging exhaust gas generated by burning fuel in the boiler body,
An exhaust gas recirculation path for circulating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust path to the blower,
An exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit, which is provided in the exhaust gas recirculation path, for adjusting the exhaust gas recirculation flow rate,
An exhaust gas recirculation flow rate control unit that controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit so that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower.
低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、前記燃焼率が連続的に変化するように燃焼制御可能な連続制御ボイラ装置であり、
前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼率が低いときほど、前記EGR率が高くなるように連続的に前記排気再循環流量調整部を制御する、請求項1に記載の水素燃焼ボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
In the range of low combustion state to high combustion state, a continuous control boiler device capable of combustion control so that the combustion rate continuously changes,
The hydrogen combustion boiler device according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation flow rate control unit continuously controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit so that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower.
低燃焼状態から高燃焼状態の範囲において、複数の段階的な燃焼率で燃焼制御可能な段階値制御ボイラ装置であり、
前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼率が低いときほど、前記EGR率が高くなるように多段の燃焼状態に応じて前記排気再循環流量調整部を制御する、請求項1に記載の水素燃焼ボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
In the range of low combustion state to high combustion state, it is a step value control boiler device capable of combustion control with a plurality of stepwise combustion rates,
The hydrogen according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation flow rate control unit controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit according to a multi-stage combustion state such that the EGR rate becomes higher as the combustion rate becomes lower. Combustion boiler equipment.
前記燃焼率と前記排気再循環流量との対応関係が、一次関数の関係となるように前記排気再循環流量調整部を制御する、請求項2または請求項3に記載の水素燃焼ボイラ装置。 The exhaust gas recirculation flow rate control unit,
The hydrogen combustion boiler device according to claim 2 or 3, wherein the exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit is controlled such that the correspondence relationship between the combustion rate and the exhaust gas recirculation flow rate is a linear function relationship.
前記燃焼用空気供給ラインを流れる燃焼用空気流量を検知する燃焼用空気流量検知部を備え、
前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼用空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて前記排気再循環流量調整部を制御する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の水素燃焼ボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
A combustion air flow rate detection unit that detects the flow rate of combustion air flowing through the combustion air supply line is provided.
The exhaust gas recirculation flow rate control unit controls the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit based on a signal corresponding to the combustion air flow rate detected by the combustion air flow rate detection unit. The hydrogen combustion boiler device according to Item 1.
前記燃焼用空気供給ラインを流れる燃焼用空気流量を調整する燃焼用空気流量調整部と、
前記燃焼用空気流量調整部を制御する燃焼用空気流量制御部と、を備え、
前記燃焼用空気流量制御部は、前記燃焼率との対応関係が一次関数の関係となり、かつ、前記燃焼率が低いときほど、空気比が高くなるように前記燃焼用空気流量調整部を制御する、請求項2〜5のいずれか1項に記載の水素燃焼ボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
A combustion air flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of combustion air flowing through the combustion air supply line,
And a combustion air flow rate control unit for controlling the combustion air flow rate adjustment unit,
The combustion air flow rate control unit controls the combustion air flow rate adjustment unit so that the correspondence relationship with the combustion rate becomes a linear function relationship, and the air ratio becomes higher as the combustion rate becomes lower. The hydrogen combustion boiler device according to any one of claims 2 to 5.
前記燃焼用空気流量検知部の信号の平均化処理を行う平均化処理部を更に備える、請求項5に記載のボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
The boiler apparatus according to claim 5, further comprising an averaging processing unit that performs averaging processing of the signal of the combustion air flow rate detection unit.
前記燃料ガス供給ラインに配置され、燃料ガス流量を調整可能な燃料ガス流量調整部と、
前記燃焼用空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて前記燃料ガス流量調整部を制御する燃料ガス流量制御部と、を備える、請求項5または請求項7に記載のボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
A fuel gas flow rate adjusting unit arranged in the fuel gas supply line and capable of adjusting the fuel gas flow rate,
8. A fuel gas flow rate control unit that controls the fuel gas flow rate adjustment unit based on a signal corresponding to the combustion air flow rate detected by the combustion air flow rate detection unit. Boiler device described.
前記燃焼用空気流量検知部の信号を前記燃料ガス流量制御部と前記排気再循環流量制御部に分岐する信号分岐部を備え、
前記排気再循環流量制御部は、前記燃焼用空気流量検知部の信号によって前記排気再循環流量調整部の開度を調整する、請求項8に記載のボイラ装置。 The hydrogen combustion boiler device,
A signal branching unit for branching the signal of the combustion air flow rate detection unit to the fuel gas flow rate control unit and the exhaust gas recirculation flow rate control unit;
The boiler apparatus according to claim 8, wherein the exhaust gas recirculation flow rate control unit adjusts the opening degree of the exhaust gas recirculation flow rate adjustment unit according to a signal from the combustion air flow rate detection unit.
前記排気再循環流量制御部は、前記開度信号に基づいて前記排気再循環流量調整部の開度を調整する、請求項8に記載のボイラ装置。 The fuel gas flow rate control unit converts a signal from the combustion air flow rate detection unit into an opening degree signal of the fuel gas flow rate adjusting section, and adjusts the opening degree of the fuel gas flow rate adjusting section based on the opening degree signal. , The opening signal is transmitted to the exhaust gas recirculation flow rate control unit,
The boiler device according to claim 8, wherein the exhaust gas recirculation flow rate control unit adjusts the opening degree of the exhaust gas recirculation flow rate adjusting unit based on the opening degree signal.
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