JP2022181523A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ濃度のばらつきを抑制できるボイラを提供することである。【解決手段】バーナ１０および燃焼室を備える本体２から排ガスを導出する排気通路４と、排気通路４と接続され、バーナ１０に排ガスを循環させる排ガス再循環路５と、排気通路４または排ガス再循環路５の少なくとも一カ所以上の圧力を検出する圧力検出部６と、圧力検出部６により検出された圧力に応じて、排ガス再循環路５の排ガス量を調整する流量調整部７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラに関する。

従来、排ガスの一部を吸気側に循環させて燃料ガス及び燃焼用空気と混合させて燃焼させることにより、排ガスを導出する排気通路から排出されるＮＯｘ濃度の低減を図るボイラがある（例えば、特許文献１）。このようなボイラは、排気通路（煙突）と吸気側である送風機の吸込口とを接続する排ガス再循環路を備えることによって、酸素濃度の低下した排ガスの一部を吸気側に再循環させる。これにより、バーナにおける燃焼温度が低下し、その結果、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を低下させることが可能である。

特開２０１６－１７３２１８号公報

一方、排ガスの一部を吸気側に取り込むときの排気通路の圧力変動等によって、ＮＯｘ濃度にばらつきが生じる。例えば、排気通路における背圧が低くなると、排ガスが排気通路側に引き込まれてしまい、排ガス再循環路側に排ガスが流れにくくなり、その結果、ＮＯｘ濃度が変動し得る。近年では、このようなＮＯｘ濃度のばらつきに対する抑制の要求水準が高まりつつある。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、ＮＯｘ濃度のばらつきを抑制できるボイラを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のボイラは、バーナおよび燃焼室を備える本体から排ガスを導出する排気通路と、前記排気通路と接続され、前記バーナに排ガスを循環させる排ガス再循環路と、前記排気通路または前記排ガス再循環路の少なくとも一カ所以上の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部により検出された圧力に応じて、前記排ガス再循環路の排ガス量を調整する流量調整部とを備える。

上記の構成によれば、排気通路または排ガス再循環路の少なくとも一カ所以上の圧力に応じてバーナに循環させる排ガス量を調整できる。その結果、バーナに循環させる排ガス量を極力一定量に保つことにより、ＮＯｘ濃度のばらつきを抑制できる。

好ましくは、前記流量調整部は、前記排ガス再循環路に設けられるダンパを含み、前記圧力検出部は、前記ダンパの一次側の圧力を検出する。

上記の構成によれば、バーナに循環させる排ガス量をより正確に調整できる。

ボイラの概略構成を説明するための図である。 排ガス圧力とダンパ開度との関係を説明するための図である。

＜概略構成について＞
以下に、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るボイラ１について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るボイラ１の構成を模式的に示す図である。

ボイラ１は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体２と、送風路３０を介してボイラ本体２内に空気を送り込む送風機３と、ボイラ本体２からの排ガスなどを導出する排気通路４と、排気通路４と接続され、ボイラ本体２内のバーナ１０に排ガスを循環させる排ガス再循環路５と、燃料を供給する燃料供給ライン２０とを備えている。さらに、ボイラ１は、圧力検出部６および流量調整部７を備えている。ボイラ１は、制御部８を備える。制御部８は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現され、ボイラ１の動作（例えば、燃焼量や、再循環させる排ガス流量等）を制御する。

ボイラ１における排ガス再循環路５は、排気通路４と送風機３の吸い込み口とに接続されている。排ガス再循環路５は、送風機３と接続されることにより、排気通路４を通って排出される排ガスの一部をバーナ１０に送り込み、ボイラ本体内に再循環させるものである。

圧力検出部６は、排気通路４内の圧力を検出する。流量調整部７は、圧力検出部６により検出された圧力（通常は、マイナス圧、負圧）に応じて、排ガス再循環路５に供給する排ガス量を調整する。具体的には、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が極力一定量となるように調整を行う。流量調整部７は、圧力検出部６により検出された圧力が減少すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が減少しないように流量を調整する一方、検出された圧力が増加すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が増加しないように流量を調整する。

本実施の形態では、制御部８およびダンパ９が流量調整部７を構成している。ダンパ９は、排ガス再循環路５に設けられている。流量調整部７は、ダンパ９の開度を制御部９によって調整することにより、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が極力一定量となるように調整を行う。すなわち、流量調整部７は、圧力検出部６により検出された圧力が減少すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が減少しないようにダンパ９の開度が大きくなるように調整し、検出された圧力が増加すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が増加しないようにダンパ９の開度が小さくなるように調整する。このとき、圧力検出部６は、ダンパ９の一次側（排気通路４側）の圧力を検出することが好ましい。

燃料は、燃料供給ライン２０からボイラ本体２内のバーナ１０に供給される。なお、燃料は、ガスである例について説明するが、ガスなどの気体に限らず、油などの液体であってもよい。

図１においては、排気通路４には、排ガスによって給水を予加熱するエコノマイザ（給水予熱器）４０が設けられている。圧力検出部６は、エコノマイザ４０の二次側の圧力を検出する。なお、排気通路４には、ボイラの仕様等に応じて、エコノマイザ４０が設けられていないものであってもよい。

＜動作について＞
本実施の形態に係るボイラ１は、排ガスの一部を吸気側に再循環させるボイラである。燃焼用空気（外気）は、送風路３０を介してバーナ１０から燃料とともにボイラ本体２内の缶体内へ向けて噴出される。また、バーナ１０から噴出される燃焼用空気および燃料は、着火手段により着火され、燃焼する。ボイラ１は、燃焼に伴い生ずる燃焼ガスで、缶水を加熱し、蒸気を生成する。燃焼ガスは、排ガスとなり、排気通路４から大気中へ排出される。排ガスの一部は、排ガス再循環路５を経て吸気側に循環される。これにより、酸素濃度の低下した排ガスを吸気側に循環させることにより、バーナ１０における燃焼温度が低下する。その結果、排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を低下させることが可能となる。

排ガスの一部を吸気側に再循環させるボイラ１においては、排気通路４の圧力変動に起因する再循環ガス流量の変動によって、目標としているＮＯｘ値（基準ＮＯｘ値）からばらつき（乖離）を生じさせてしまうことがある。そこで、ボイラ１においては、排ガスの圧力を圧力検出部６で検出し、流量調整部７は、圧力検出部６で検出された圧力に応じて、排ガス再循環路５の排ガス量（再循環ガス流量、ＥＧＲ量）を調整する。

圧力検出部６は、排気通路４における排ガスの圧力を検出し、圧力情報を出力する。圧力検出部６は、制御部８と電気的に接続されている。これにより、圧力検出部６からの差圧情報を制御部８に入力することができる。なお、圧力検出部６から出力されるアナログ信号は、デジタル信号に変換されて、制御部８に入力される。

本実施の形態では、制御部８およびダンパ９が流量調整部７を構成している。流量調整部７は、圧力検出部６から入力される排ガスの圧力情報に基づいてダンパ９の開度を制御部８により制御することにより、排ガス再循環路５に供給する排ガス量を調整する。制御部８は、メモリに予め記憶された開度調整情報に基づいて、ダンパ９に対して開度を特定するための開度特定信号を送信する。これにより、ダンパ９は、排ガスの圧力に応じた開度に制御されて、ボイラ本体２に供給する再循環ガス流量を調整することができる。なお、開度調整情報とは、例えば、排ガスの圧力に応じてダンパ９の開度を特定可能なテーブルである。

図２は、排ガスの圧力とダンパ９の開度との関係を説明するための図である。排ガスの圧力（背圧）が基準圧（例えば、－１０ｍｍＡｑなど）よりも低い（負圧が高い、例えば－１５ｍｍＡｑなど）ときは、基準圧のときよりも排気側に引く力が強くなり、排ガスが排気側に持っていかれてしまう。そのため、排ガス再循環路５側に排ガスを導入しようとすると、送風機３の回転数が同じである場合には、よりダンパ９の開度を開く側（ダンパ９が水平になる方向）に制御する必要がある。また、排ガスの圧力（背圧）が基準圧（例えば、－１０ｍｍＡｑなど）よりも高い（負圧が低い、例えば－５ｍｍＡｑなど）ときは、基準圧のときよりも排気側に引く力が弱くなり、排ガス再循環路５側に引かれる量が多くなる。そのため、よりダンパ９の開度を閉める側（ダンパ９が垂直になる方向）に制御する必要がある。このように、排気通路４や排ガス再循環路５の圧力を検出してフィードバックすることで、送風機３側に入れる排ガスの量を調整（一定に維持）することで、ＮＯｘ値のばらつきを抑制できる。そのためボイラ１の運転中、排ガス中のＮＯｘを基準ＮＯｘ値に維持することができ、排気通路の圧力変動等によって基準ＮＯｘ値を超えてしまうことがない。

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

上記実施の形態におけるボイラ１における圧力検出部６は、排気通路４内の圧力を検出する例について説明したが、排気通路４または排ガス再循環路５の少なくとも一カ所以上の圧力を検出するものであればこれに限らず、例えば、排ガス再循環路５内の圧力を検出するものであってもよい。

また、好ましい態様として、圧力検出部６は、ダンパ９の一次側の圧力を検出し、検出された圧力に応じて、排ガス再循環路５の排ガス量を調整する例について説明した。しかし、これに限られず、排ガス再循環路５内における排ガス量の流量そのものを検出して、排ガス再循環路５の排ガス量が極力一定量となるように調整するようにしてもよい。例えば、排ガス再循環路５内における２箇所（例えば、ダンパ９の一次側の２箇所、あるいはダンパ９の一次側と二次側の２箇所）の差圧を検出して、流量調整部７は、当該差圧に基づいて排ガス量の流量を算出（検出）し、当該排ガス量の流量に応じて、排ガス再循環路５の排ガス量を極力一定量となるように調整するものであってもよい。

上記実施の形態におけるボイラ１における開度調整情報としては、テーブルである例について説明したが、これに限らず、検出された圧力に応じて燃料供給量調整弁１３の開度を特定するための演算式であってもよい。

上記実施の形態におけるボイラ１においては、排ガス再循環路５の排ガス量を、送風機３の回転数について変動させることなく、ダンパ９の開度により調整する例について説明した。しかし、これに限らず、排ガス再循環路５の排ガス量は、排ガス再循環路５内にダンパ９を設けずに送風機３の回転数により調整するものであってもよく、また、ダンパ９の開度および送風機３の回転数の双方により調整するものであってもよい。送風機３の回転数により調整する場合、例えば、流量調整部７は、圧力検出部６により検出された圧力が減少すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が減少しないように送風機３の回転数を上げ、検出された圧力が増加すれば、排ガス再循環路５に供給する排ガス量が増加しないように送風機３の回転数を下げることにより、再循環ガス流量を調整してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ボイラ
２ ボイラ本体
３ 送風機
４ 排気通路
５ 排ガス再循環路
６ 圧力検出部
７ 流量調整部
８ 制御部
９ ダンパ
１０ バーナ
２０ 燃料供給ライン
３０ 送風路
４０ エコノマイザ

Claims (2)

1. バーナおよび燃焼室を備える本体から排ガスを導出する排気通路と、
   前記排気通路と接続され、前記バーナに排ガスを循環させる排ガス再循環路と、
   前記排気通路または前記排ガス再循環路の少なくとも一カ所以上の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部により検出された圧力に応じて、前記排ガス再循環路の排ガス量を調整する流量調整部とを備える、ボイラ。
2. 前記流量調整部は、前記排ガス再循環路に設けられるダンパを含み、
   前記圧力検出部は、前記ダンパの一次側の圧力を検出する、請求項１に記載のボイラ。
   
   

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