JP2023068693A - 燃焼設備 - Google Patents

Abstract

【課題】二段燃焼方式の火炉において、二段燃焼用ガス投入部から外部空気と排ガスとの混合ガスが導入される場合であっても、二段目の燃焼で火炎温度の上昇によって窒素酸化物が再生成することを防止すること。【解決手段】燃焼設備は、水素を含むガス燃料が燃焼するように構成される火炉と、火炉にガス燃料を噴出するガスバーナと、ガスバーナに燃焼用の外部空気を導入する空気導入ラインと、空気導入ラインに設けられ外部空気をガスバーナに送風する送風機と、火炉の排ガスを外部に導く排ガスラインと、排ガスラインから分岐し排ガスの一部を火炉への循環ガスとして取り出す排ガス循環ラインと、ガスバーナより火炉の排ガスの流通方向の下流側に設けられ二段燃焼用ガスを火炉に投入する二段燃焼用ガス投入部と、外部空気と循環ガスとの混合ガスを二段燃焼用ガスとして二段燃焼用ガス投入部に導入する二段燃焼用ガス供給ラインと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、燃焼設備に関する。

例えば、特許文献１には、燃料を燃焼させるための空気を火炉に供給する空気ラインと、空気ラインに設けられる送風機と、火炉の排ガスの一部を火炉に循環させる循環ラインと、を備えていることが開示されている。

また、特許文献２には、バーナと２段燃焼用ガス投入口を備えたボイラと、ボイラの排ガス処理系統から分岐させた排ガス循環ラインと、排ガス循環ラインに設けられ、排ガス処理系統から排ガスを抜き出す排ガス供給ファンと、排ガス供給ファンの後流側で排ガス循環ラインから分岐された燃焼用ガス供給ラインと燃料搬送用ガス供給ラインと２段燃焼用ガス供給ラインと、を備えていることが開示されている。

特開２０１６－１５３７１６号公報 特開２０１２－８７９４６号公報

前述のように、特許文献１、２には、火炉の排ガスの一部を、燃料を燃焼させるための外部空気を導入する空気ラインに供給して火炉に循環させることが示されており、さらに、特許文献２には、２段燃焼を行う火炉が示され、排ガスの一部を、空気ラインに供給すると共に２段燃焼用ガス供給ラインにも供給して火炉に循環させることが示されている。

しかし、二段燃焼方式の火炉において、二段燃焼用ガス投入部（所謂アフターエアポート）から燃焼用空気（外部空気）と排ガスの一部とが混合された混合ガスが導入される場合、循環される排ガス中の酸素濃度が高い場合には、二段目の燃焼において未燃焼分のガス燃料の燃焼の速度が速く、火炎温度の上昇によって窒素酸化物（ＮＯｘ）が再生成する虞がある。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、二段燃焼方式の火炉において、二段燃焼用ガス投入部から外部空気と排ガスとの混合ガスが導入される場合であっても、二段目の燃焼で火炎温度の上昇によって窒素酸化物が再生成することを防止できる燃焼設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る燃焼設備は、水素を含むガス燃料が燃焼するように構成される火炉と、前記火炉に前記ガス燃料を噴出するガスバーナと、前記ガスバーナに燃焼用の外部空気を導入する空気導入ラインと、前記空気導入ラインに設けられ、前記外部空気を前記ガスバーナに送風する送風機と、前記火炉の排ガスを外部に導く排ガスラインと、前記排ガスラインから分岐し、前記排ガスの一部を前記火炉への循環ガスとして取り出す排ガス循環ラインと、前記ガスバーナより前記火炉の前記排ガスの流通方向の下流側に設けられ、二段燃焼用ガスを前記火炉に投入する二段燃焼用ガス投入部と、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガスとして前記二段燃焼用ガス投入部に導入する二段燃焼用ガス供給ラインと、を備える。

本開示の燃焼設備によれば、二段目の燃焼による火炎温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の再生成を抑制することができる。

第１実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示すシステム図である。 第２実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示すシステム図である。 第３実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示すシステム図である。 第４実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示すシステム図である。 第５実施形態に係る燃焼設備の制御装置に関連する構成を概略的に示す構成図である。

以下、本開示の実施の形態による燃焼設備について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示に限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、第１実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示すシステム図である。図１に示すように、燃焼設備１は、火炉２と、空気導入ライン４と、送風機６と、排ガスライン８と、排ガス循環ライン１０と、二段燃焼用ガス投入部１２と、二段燃焼用ガス供給ライン１４とを備える。燃焼設備１は、例えば、ボイラであって、ガス燃料Ｆの燃焼によって生成した排ガスＧ１から熱を回収することで蒸気を生成する。

火炉２は、水素を含むガス燃料Ｆが燃焼するように構成される。「水素を含むガス燃料」には、水素と他の燃料を含むもの（混燃焼）と、水素のみ（専焼）とがあり、さらに、水素と他の燃料を含むものでも、水素が主たる燃料（水素の体積割合が５０％以上）、他の燃料が主たる燃料（水素の体積割合が５０％未満）に区分できる。「水素を含むガス燃料」とは、これらの場合をすべて含む。

火炉２は、筒形状を有し、ガス燃料Ｆが燃焼するための空間が形成されている。第１実施形態では、図１に示すように、燃焼設備１は、火炉２に設けられるガスバーナ３と、ガス燃料Ｆが貯留される燃料タンク５と、ガスバーナ３と燃料タンク５とを接続し、燃料タンク５からガスバーナ３にガス燃料Ｆを供給するための燃料供給ライン７と、を含む。ガスバーナ３は、後述する空気導入ライン４も接続されており、この空気導入ライン４を介して外部空気Ａが供給されるようになっている。

なお、図１では、ガスバーナ３は、火炉２の底面に設けられており、ガス燃料Ｆを鉛直方向の上方に噴出するように示しているが、これに限るものではなく、火炉２の側壁に設けてガス燃料Ｆを水平方向または斜め上方に向けて噴出するようにしてもよい。

また、火炉２は、いわゆる二段燃焼方式の火炉である。すなわち、ガスバーナ３から噴出されるガス燃料Ｆを、空気導入ライン４から供給される外部空気Ａと後述する循環ガスＧ２との混合ガスＧ３で一段目の燃焼（燃料過剰燃焼）をさせた後に、ガスバーナ３より火炉２の排ガスの流通方向の下流側に設けられた二段燃焼用ガス投入部１２から、外部空気Ａと循環ガスＧ２との混合ガスを二段燃焼用ガスＧ４として火炉２内に投入して、２段目の燃焼（燃料希薄燃焼）をさせるように構成されている。

空気導入ライン４は、火炉２に外部空気Ａを導入するためのものである。第１実施形態では、空気導入ライン４は、一端４ａが大気に開放され、他端４ｂがガスバーナ３に接続されている。この空気導入ライン４は、一端４ａで大気から空気を吸い込み、この吸い込んだ空気を外部空気Ａとして他端４ｂ（ガスバーナ３）に向かって流通させるように構成されている。ガスバーナ３に流入した外部空気Ａと循環ガスＧ２との混合ガスＧ３が、ガス燃料Ｆに混合されて、火炉２内に噴出（導入）される。

送風機６は、空気導入ライン４に設けられており、外部空気Ａを火炉２に送風する。このような送風機６は、例えば、外部空気Ａを火炉２内に送り込む押込送風機である。以下、外部空気Ａが空気導入ライン４を流通する方向において、空気導入ライン４のうち送風機６より上流側の部分を空気導入ライン４の上流部１６とし、空気導入ライン４のうち送風機６より下流側の部分を空気導入ライン４の下流部１８とする。

排ガスライン８は、火炉２からの排ガスＧ１を燃焼設備１の外部に導くためのものである。第１実施形態では、排ガスライン８は、一端８ａが火炉２に接続され、他端８ｂが煙突２０に接続されており、一端８ａ（火炉２）から他端８ｂ（煙突２０）に向かって排ガスＧ１が流通するように構成されている。煙突２０は、排ガスＧ１を燃焼設備１の外部に排出する。なお、図１では、排ガスライン８の一端８ａは、火炉２の鉛直方向の上部の側壁に接続されているが、これに限るものではなく、上端面に接続されるようにしてもよい。

第１実施形態では、図１に示すように、燃焼設備１は、排ガスライン８に設けられる節炭器２２を含む。節炭器２２は、排ガスライン８を流通する排ガスＧ１の熱を回収する装置であって、例えば、不図示の蒸気タービンから排出された排出蒸気と排ガスＧ１との間で熱交換を行う。以下、排ガスＧ１が排ガスライン８を流通する方向において、排ガスライン８のうち節炭器２２より上流側の部分を排ガスライン８の上流部２４とし、排ガスライン８のうち節炭器２２より下流側の部分を排ガスライン８の下流部２６とする。

排ガス循環ライン１０は、排ガスライン８における節炭器２２の下流側から排ガスＧ１の一部を循環ガスＧ２として取り出すように構成されている。また、排ガス循環ライン１０は、排ガスライン８を流通する排ガスの一部を空気導入ライン４に導く循環ファン２８を備え、循環ガスＧ２を空気導入ライン４の送風機６の下流側に導くように、一端１０ａが排ガスライン８の下流部２６に接続され、他端１０ｂが空気導入ライン４の下流部１８に接続される。

循環ファン２８の駆動によって、排ガスライン８の下流部２６を流通する排ガスＧ１の一部が循環ガスＧ２として排ガス循環ライン１０に流入し、空気導入ライン４の下流部１８に導かれる。そして、空気導入ライン４の下流部１８に導かれた循環ガスＧ２は、外部空気Ａと混合して、循環ガスＧ２と外部空気Ａとの混合ガスＧ３が生成され、混合ガスＧ３が空気導入ライン４をガスバーナ３に向かって流通するように構成されている。

また、第１実施形態では、二段燃焼用ガス供給ライン１４は、排ガス循環ライン１０の他端１０ｂの空気導入ライン４との接続位置よりも、空気導入ライン４における下流側から分岐し、外部空気Ａと循環ガスＧ２の混合ガスＧ３の一部を二段燃焼用ガスＧ４として二段燃焼用ガス投入部１２に導入する分岐ライン３０を含む。

このように、外部空気Ａと循環ガスＧ２の混合ガスＧ３は、ガスバーナ３と、二段燃焼用ガスＧ４として二段燃焼用ガス投入部１２とに分割して供給されるように構成されている。なお、二段燃焼用ガス投入部１２は、図１に示すように火炉２の側壁に１段設けられる構成に限らず上下方向に複数段にわたって設けられてもよい。

また、図１に示すように、二段燃焼用ガス供給ライン１４の分岐ライン３０には二段燃焼用ガス量調整部としてダンパ３２が設けられている。ダンパ３２の開度は、例えば、火炉２の燃焼状態に応じて、制御装置３４によって制御されるようになっている。また、制御装置３４は、火炉２の燃焼状態に応じて、循環ファン２８及び送風機６の作動状態も制御するようになっている。

（作用・効果）
第１実施形態に係る燃焼設備１の作用・効果について説明する。第１実施形態は、水素を含むガス燃料が燃焼される火炉２であり、さらに二段燃焼方式の火炉２である。そして、循環ガスＧ２と外部空気Ａとの混合ガスＧ３は、ガスバーナ３と、Ｇ３の一部が二段燃焼用ガスＧ４として二段燃焼用ガス投入部１２とに分割供給される。

火炉２に供給されるガス燃料Ｆは水素を含むため、都市ガスやＬＰＧ等の液化石油ガスのガス燃料に比較して燃焼速度が速く燃焼性が良く、低い酸素濃度の条件下でも燃焼可能である。従って、外部空気と液化石油ガスのガス燃料による排ガスとの混合ガスが火炉内に循環される場合と比較して、循環される混合ガスの酸素濃度を低下できる。このため、二段目の燃焼による火炎温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の再生成を抑制することができる。また、一段目の燃焼においても、燃焼による火炎温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の生成を抑制することができる。

また、節炭器２２によって温度が下げられた後の排ガスＧ１の一部が循環ガスＧ２として火炉２に導入されるため、窒素と酸素との結合による窒素酸化物の生成を抑制することができる。

また、排ガス循環ライン１０は循環ファン２８を備え、循環ガスＧ２が空気導入ライン４の送風機６の下流側に導くように構成されるので、循環ガスＧ２を空気導入ライン４の送風機６を介することなく火炉２に循環させることができるため、循環ガスＧ２が有している排ガス熱による送風機６の損傷を抑制することができる。

また、二段燃焼用ガス供給ライン１４は、排ガス循環ライン１０の他端１０ｂの空気導入ライン４との接続位置よりも、空気導入ライン４における下流側から分岐し、二段燃焼用ガスＧ４を二段燃焼用ガス投入部１２に導入する分岐ライン３０を含むため、分岐ライン３０によって、二段燃焼用ガスＧ４を二段燃焼用ガス投入部１２に導入可能になる。さらに、分岐ライン３０には二段燃焼用ガス量調整部としてダンパ３２が設けられているので、二段燃焼用ガス投入部１２に導入する二段燃焼用ガスＧ４の流量を調整することができる。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係る燃焼設備１について図２を参照して説明する。第２実施形態に係る燃焼設備１は、二段燃焼用ガス供給ライン４１が、第１実施形態の二段燃焼用ガス供給ライン１４と異なる。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図２は、第２実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示すシステム図である。図２に示すように、燃焼設備１の二段燃焼用ガス供給ライン４１は、排ガス循環ライン４３の他端４３ｂの空気導入ライン４との接続位置よりも、空気導入ライン４における上流側であって且つ空気導入ライン４の送風機６の下流側から分岐し、外部空気Ａを二段燃焼用ガス投入部１２に導入する外部空気分岐ライン４５と、排ガス循環ライン４３の循環ファン４４の下流側から分岐して外部空気分岐ライン４５に循環ガスＧ２の一部を導入する循環ガス分岐ライン４７と、を含んで構成されている。

また、図２に示すように、循環ガス分岐ライン４７には、排ガス循環ライン４３の循環ファン４４の下流側から外部空気分岐ライン４５に導入される循環ガスＧ２の流量を調整する循環ガス量調整部としてダンパ４９が設けられ、外部空気分岐ライン４５には、循環ガスＧ２の一部と外部空気Ａの一部とが混合されて生成される二段燃焼用ガスＧ４の二段燃焼用ガス投入部１２への供給量を調整する二段燃焼用ガス量調整部としてダンパ５１が設けられている。

これらダンパ４９、５１の開度は、例えば、火炉２の燃焼状態に応じて、制御装置５３によって制御されるようになっている。また、制御装置５３は、火炉２の燃焼状態に応じて、循環ファン４４、及び送風機６の作動状態も制御するようになっている。

（作用・効果）
第２実施形態に係る燃焼設備１の作用・効果について説明する。外部空気分岐ライン４５及び循環ガス分岐ライン４７が設けられ、さらに、循環ガス分岐ライン４７には、外部空気分岐ライン４５に導入される循環ガス量を調整する循環ガス量調整部としてのダンパ４９が設けられるので、ダンパ４９の開度を調整することによって、二段燃焼用ガス投入部１２に供給される二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量を、ガスバーナ３へ供給される外部空気Ａと循環ガスＧ２との混合ガスＧ３における循環ガスＧ２の混合量とは別に調整可能になる。従って、火炉２の燃焼状態に応じて二段燃焼用ガス投入部１２へ導入される二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量を精度よく制御可能になる。

＜第３実施形態＞
本開示の第３施形態に係る燃焼設備１について図３を参照して説明する。第３施形態に係る燃焼設備１は、排ガス循環ライン６１及び二段燃焼用ガス供給ライン６３が、第１実施形態及び第２実施形態の夫々における排ガス循環ライン１０、４３及び二段燃焼用ガス供給ライン１４、４１と異なる。第３実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図３は、第３実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示すシステム図である。図３に示すように、燃焼設備１の排ガス循環ライン６１は、循環ガスＧ２を二段燃焼用ガス投入部１２に直接導くように構成されるとともに、循環ガスＧ２を二段燃焼用ガス投入部１２に導く循環ファン６５が設けられている。

さらに、二段燃焼用ガス供給ライン６３は、排ガス循環ライン６１と、空気導入ライン４の送風機６の下流側から分岐し排ガス循環ライン６１の循環ファン６５の下流側に接続され、外部空気Ａの一部を二段燃焼用ガス投入部１２に導入する外部空気分岐ライン６７と、を含んで構成されている。

また、外部空気分岐ライン６７には、外部空気Ａの二段燃焼用ガス投入部１２への供給量を調整する外部空気量調整部としてダンパ６９が設けられている。このダンパ６９の開度は、例えば、火炉２の燃焼状態に応じて、制御装置７１によって制御される。また、制御装置７１は、火炉２の燃焼状態に応じて、循環ファン６５、及び送風機６の作動状態も制御するようになっている。

なお、外部空気分岐ライン６７を流通する外部空気Ａの一部は、二段燃焼用ガス投入部１２に導入するように流通するので、このような流通方向に流れるように、排ガス循環ライン６１の循環ファン６５の回転数（送風力）、空気導入ライン４の送風機６の回転数（押込力）は制御されるようになっている。

（作用・効果）
排ガス循環ライン６１の循環ガスＧ２は、空気導入ライン４には導かれず、循環ファン６５によって、直接、二段燃焼用ガス投入部１２に導かれるので、二段燃焼用ガス投入部１２に供給される二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量は、循環ファン６５の作動（回転数）だけを制御すればよいため、精度よく制御が可能になる。

＜第４実施形態＞
本開示の第４施形態に係る燃焼設備１について図４を参照して説明する。第４施形態に係る燃焼設備１は、排ガス循環ライン８１及び二段燃焼用ガス供給ライン８３が、第１実施形態から第３実施形態の夫々におけるに排ガス循環ライン１０、４３、６１及び二段燃焼用ガス供給ライン１４、４１、６３と異なる。第４実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態及び第３実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図４は、第４実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示すシステム図である。図４に示すように、燃焼設備１の排ガス循環ライン８１は、循環ガスＧ２を空気導入ライン４の送風機６の上流側に導くように構成されている。すなわち、排ガス循環ライン８１の一端８１ａは、排ガスライン８の下流部２６に接続され、排ガス循環ライン８１の他端８１ｂは、空気導入ライン４の上流部１６に接続されている。

また、排ガス循環ライン８１には、循環ガスＧ２を空気導入ライン４に導く循環ガスＧ２の流量を調整する循環ガス量調整部としてダンパ８５が設けられている。さらに、排ガス循環ライン８１には、第１実施形態の循環ファン２８、第２実施形態の循環ファン４４、第３実施形態の循環ファン６５のよう循環ファンは設けられていない。

排ガス循環ライン８１には、循環ファンは設けられていないが、空気導入ライン４の上流部１６、及び、排ガス循環ライン８１のそれぞれは、空気導入ライン４の送風機６の駆動によって、つまり、外部空気Ａがガスバーナ３に押し込まれる作用によって、排ガスライン８の下流部２６より気圧が低くなる。

これによって、排ガスライン８の下流部２６を流通する排ガスＧ１の一部が循環ガスＧ２として排ガス循環ライン８１に流入し、空気導入ライン４の上流部１６に導かれる。そして、空気導入ライン４の上流部１６に導かれた循環ガスＧ２は、外部空気Ａとともにガスバーナ３に供給される。

さらに、第４実施形態における二段燃焼用ガス供給ライン８３は、空気導入ライン４における送風機６の下流側から分岐し、外部空気Ａと循環ガスＧ２との混合ガスである二段燃焼用ガスＧ４を二段燃焼用ガス投入部１２に導入する分岐ライン８７を含んで構成されている。分岐ライン８７には、二段燃焼用ガス投入部１２に導入する二段燃焼用ガスＧ４の流量を調整する二段燃焼用ガス量調整部としてダンパ８９が設けられている。

ダンパ８５、８９の開度は、例えば、火炉２の燃焼状態に応じて、制御装置９１によって制御されるようになっている。また、制御装置９１は、火炉２の燃焼状態に応じて、送風機６の作動状態も制御するようになっている。

（作用・効果）
火炉２は水素を含むガス燃料Ｆを燃焼するので、このガス燃料Ｆの燃焼によって発生する排ガスＧ１は、硫黄のような腐食性を有する成分を含まない、又は、ほとんど含まない。このため、排ガスＧ１の一部としての循環ガスＧ２を空気導入ライン４の送風機６の上流部に導いたとしても、この循環ガスＧ２による送風機６の損傷が少ない。つまり、火炉２に外部空気Ａと循環ガスＧ２との混合気を導入し続けることができるので、燃焼設備１の運転が阻害されない。

また、空気導入ライン４の送風機６を、排ガスライン８を流通する排ガスＧ１の一部を火炉２に循環させる循環ファンとして機能させることもできる。よって、排ガス循環ライン８１に循環ファンを設ける必要がないので、燃焼設備１の製造コストを抑制することができる。さらに、循環ファンのメンテナンスや循環ファンへの動力の供給が不要となるので、燃焼設備１のランニングコストも削減することができる。

＜第５実施形態＞
本開示の第５施形態に係る燃焼設備１について図５を参照して説明する。第５実施形態に係る燃焼設備１の制御装置１００は、上述した第１実施形態から第４実施形態における制御装置３４、５３、７１、９１の具体的な構成を示すものである。第５実施形態において、第１実施形態から第４実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図５は、第５実施形態に係る燃焼設備１の制御装置１００（３４、５３、７１、９１）の構成を概略的に示す構成図であり、図５に示すように、制御装置１００は、二段燃焼用ガス投入部１２に導かれる二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量を、ガス燃料Ｆの水素濃度に基づいて調整する循環ガス混合量制御部１０２を備えている。

この循環ガス混合量制御部１０２では、例えば、水素含有量が低くなるに従って、二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量が低くなるように制御する。

図１に示す第１実施形態では、二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量の制御は、例えば、二段燃焼用ガス供給ライン１４の分岐ライン３０に設けられた二段燃焼用ガス量調整部としてのダンパ３２の開度を増減して制御する。

また、図２に示す第２実施形態では、二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量の制御は、例えば、二段燃焼用ガス供給ライン４１の循環ガス分岐ライン４７に設けられた循環ガス量調整部としてのダンパ４９、及び二段燃焼用ガス供給ライン４１の外部空気分岐ライン４５に設けられた二段燃焼用ガス量調整部としてのダンパ５１のそれぞれのダンパ開度を増減して制御する。

また、図３に示す第３実施形態では、二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量の制御は、例えば、二段燃焼用ガス供給ライン６３の排ガス循環ライン６１の循環ファン６５の回転数を増減して制御する。

さらに、図４に示す第４実施形態では、二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量の制御は、例えば、二段燃焼用ガス供給ライン８３の分岐ライン８７に設けられた二段燃焼用ガス量調整部としてのダンパ８９のダンパ開度を増減して制御する。

（作用・効果）
制御装置１００の循環ガス混合量制御部１０２によって、例えば、二段燃焼用ガス供給ライン１４、４１、６３、８３における、ダンパ３２、５１、８９や循環ファン６５の制御によって二段燃焼用ガスＧ４における循環ガスＧ２の混合量を制御可能である。

また、循環ガス混合量制御部１０２は、水素含有量が低い燃料に対しては、二段燃焼用ガス投入部１２への循環ガスＧ２の混合量を低く設定することで、一段目及び二段目の燃焼における燃焼安定性を維持すると共に、ＣＯや煤の発生抑制と低ＮＯｘ化が効果的に得られる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係る燃焼設備（１）は、水素を含むガス燃料（Ｆ）が燃焼するように構成される火炉（２）と、前記火炉に前記ガス燃料を噴出するガスバーナ（３）と、前記ガスバーナに燃焼用の外部空気を導入する空気導入ライン（４）と、前記空気導入ラインに設けられ、前記外部空気を前記ガスバーナに送風する送風機（６）と、前記火炉の排ガス（Ｇ１）を外部に導く排ガスライン（８）と、前記排ガスラインから分岐し、前記排ガスの一部を前記火炉への循環ガス（Ｇ２）として取り出す排ガス循環ライン（１０、４３、６１、８１）と、前記ガスバーナより前記火炉の前記排ガスの流通方向の下流側に設けられ、二段燃焼用ガス（Ｇ４）を前記火炉に投入する二段燃焼用ガス投入部（１２）と、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガスとして前記二段燃焼用ガス投入部に導入する二段燃焼用ガス供給ライン（１４、４１、６３、８３）と、を備える。

上記［１］に記載の構成によれば、水素を含むガス燃料が燃焼するように構成される火炉であるため、すなわち、ガス燃料が水素を含むため、都市ガスやＬＰＧ等の液化石油ガスのガス燃料に比較して燃焼速度が速く燃焼性が良く、低い酸素濃度の条件下でも燃焼可能である。従って、外部空気と液化石油ガスのガス燃料による排ガスとの混合ガスが火炉内に循環される場合と比較して、循環される混合ガスの酸素濃度を低下できるため、二段目の燃焼による火炎温度の上昇を抑制し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の再生成を抑制することができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、前記排ガスラインに設けられる節炭器（２２）をさらに備え、前記排ガス循環ラインは、前記排ガスラインにおける前記節炭器の下流側から前記排ガスの一部を取り出すように構成される。

上記［２］に記載の構成によれば、節炭器によって温度が下げられた後の排ガスの一部が循環ガスとして火炉に導入される。火炉に循環させる循環ガスの温度を低くすることで、外部空気に含まれる窒素酸化物の生成を抑制することができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］に記載の構成において、前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記空気導入ラインに導く循環ファン（２８、４４）を備え、前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記空気導入ラインの前記送風機の下流側に導くように構成される。

上記［３］に記載の構成によれば、循環ファンによって、排ガスの一部を循環ガスとして空気導入ラインの送風機の下流側に導くことができる。これにより、排ガスの一部を空気導入ラインの送風機を介することなく火炉に循環させることができるので、排ガスの熱による空気導入ラインの送風機の損傷を抑制することができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［３］に記載の構成において、前記二段燃焼用ガス供給ライン（１４）は、前記排ガス循環ライン（１０）の下流端部（１０ｂ）の前記空気導入ラインとの接続位置よりも、前記空気導入ラインにおける下流側から分岐し、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導入する分岐ライン（３０）を含む。

上記［４］に記載の構成によれば、分岐ラインによって、外部空気と循環ガスとの混合ガスを二段燃焼用ガスとして二段燃焼用ガス投入部に導入することが可能になる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［３］に記載の構成において、前記二段燃焼用ガス供給ライン（４１）は、前記排ガス循環ライン（４３）の下流端部（４３ｂ）の前記空気導入ラインとの接続位置よりも、前記空気導入ラインにおける上流側であって且つ前記空気導入ラインの前記送風機の下流側から分岐し、前記外部空気を前記二段燃焼用ガス投入部に導入する外部空気分岐ライン（４５）と、前記排ガス循環ラインの前記循環ファン（４４）の下流側から分岐して前記外部空気分岐ラインに前記循環ガスの一部を導入する循環ガス分岐ライン（４７）と、を含む。

上記［５］に記載の構成によれば、外部空気分岐ライン及び循環ガス分岐ラインによって、ガスバーナへ供給される外部空気と循環ガスとの混合ガスにおける循環ガスの混合量と、二段燃焼用ガス投入部に供給される外部空気と循環ガスとの混合ガスにおける循環ガスの混合量とを個別に調整可能になる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］に記載の構成において、前記排ガス循環ライン（６１）は、前記循環ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に直接導くように構成されるとともに、前記循環ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導く循環ファン（６５）を含み、前記二段燃焼用ガス供給ライン（６３）は、前記排ガス循環ライン（６１）と、前記空気導入ラインの前記送風機の下流側から分岐し前記排ガス循環ラインの前記循環ファンの下流側に接続され、前記外部空気を前記二段燃焼用ガス投入部に導入する外部空気分岐ライン（６７）と、を含む。

上記［６］に記載の構成によれば、排ガス循環ラインの循環ガスは、空気導入ラインには導かず、直接二段燃焼用ガス投入部に導くようにするので、二段燃焼用ガス投入部に供給される二段燃焼用ガスだけ単独で、循環ガス量の調整が可能になる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］に記載の構成において、前記排ガス循環ライン（８１）は、前記循環ガスを前記空気導入ラインの前記送風機の上流側に導くように構成され、前記二段燃焼用ガス供給ライン（８３）は、前記空気導入ラインにおける前記送風機の下流側から分岐し、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導入する分岐ライン（８７）を含む。

上記［７］に記載の構成によれば、火炉は水素を含むガス燃料を燃焼するので、このガス燃料の燃焼によって発生する排ガスは、硫黄のような腐食性を有する成分を含まない、又は、ほとんど含まない。このため、排ガスの一部としての循環ガスを空気導入ラインの送風機の上流部に導いたとしても、この循環ガスによる送風機の損傷が少ない。つまり、火炉に外部空気と循環ガスとの混合気を導入し続けることができるので、燃焼設備の運転が阻害されない。

また、空気導入ラインの送風機を、排ガスラインを流通する排ガスの一部を火炉に循環させる循環ファンとして機能させることもできる。よって、循環ファンを設ける必要がないので、燃焼設備の製造コストを抑制することができる。さらに、循環ライン及び循環ファンのメンテナンスや循環ファンへの動力の供給が不要となるので、燃焼設備のランニングコストも削減することができる。

［８］幾つかの実施形態では、上記［１］から［７］の何れか１つに記載の構成において、前記二段燃焼用ガス投入部（１２）に導かれる前記二段燃焼用ガス（Ｇ４）における前記循環ガス（Ｇ２）の混合量を調整する制御装置（１００）を備える。

上記［８］に記載の構成によれば、制御装置によって、二段燃焼用ガス投入部に導かれる二段燃焼用ガスにおける循環ガスの混合量を調整できる。

［９］幾つかの実施形態では、上記［８］に記載の構成において、前記二段燃焼用ガス供給ライン（１４、４１、８３）は、前記二段燃焼用ガス投入部に導かれる前記二段燃焼用ガスにおける循環ガスの混合量を調整するダンパ（３２、５１、８９）を含み、前記制御装置は前記ダンパの開度を調整する。

上記［９］に記載の構成によれば、二段燃焼用ガス供給ラインに設けられたダンパの開度調整によって二段燃焼用ガスにおける循環ガスの混合量が制御可能になる。

［１０］幾つかの実施形態では、上記［８］又は［９］に記載の構成において、前記ガス燃料の水素濃度を検出する水素濃度連出手段（１０４）を備え、前記制御装置は、水素含有量が低くなるに従って、前記二段燃焼用ガス投入部に導かれる前記二段燃焼用ガスにおける前記循環ガスの混合量が低くなるように制御する。

上記［１０］に記載の構成によれば、ガス燃料中の水素含有量が低い燃料に対しては、二段燃焼用ガス投入部への循環ガスの混合量を低く設定することで、一段目及び二段目の燃焼における燃焼安定性を維持すると共に、ＣＯや煤の発生抑制と低ＮＯｘ化が効果的に得られる。

１ 燃焼設備
２ 火炉
３ ガスバーナ
４ 空気導入ライン
５ 燃料タンク
６ 送風機
８ 排ガスライン
１０、４３、６１、８１ 排ガス循環ライン
１２ 二段燃焼用ガス投入部
１４、４１、６３、８３ 二段燃焼用ガス供給ライン
１６ 空気導入ラインの上流部
１８ 空気導入ラインの下流部
２０ 煙突
２２ 節炭器
２４ 排ガスラインの上流部
２６ 排ガスラインの下流部
２８、４４、６５ 循環ファン
３０、８７ 分岐ライン
３２、５１、８９ ダンパ（二段燃焼用ガス量調整部）
３４、５３、７１、９１、１００ 制御装置
４５、６７ 外部空気分岐ライン
４７ 循環ガス分岐ライン
４９ ダンパ（循環ガス量調整部）
６９ ダンパ（外部空気量調整部）
１０２ 循環ガス混合量制御部
１０４ 水素濃度検出手段
Ａ 外部空気
Ｆ ガス燃料
Ｇ１ 排ガス
Ｇ２ 循環ガス（排ガスの一部）
Ｇ３ 外部空気と循環ガスとの混合ガス
Ｇ４ 二段燃焼用ガス

Claims (10)

1. 水素を含むガス燃料が燃焼するように構成される火炉と、
   前記火炉に前記ガス燃料を噴出するガスバーナと、
   前記ガスバーナに燃焼用の外部空気を導入する空気導入ラインと、
   前記空気導入ラインに設けられ、前記外部空気を前記ガスバーナに送風する送風機と、
   前記火炉の排ガスを外部に導く排ガスラインと、
   前記排ガスラインから分岐し、前記排ガスの一部を前記火炉への循環ガスとして取り出す排ガス循環ラインと、
   前記ガスバーナより前記火炉の前記排ガスの流通方向の下流側に設けられ、二段燃焼用ガスを前記火炉に投入する二段燃焼用ガス投入部と、
   前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガスとして前記二段燃焼用ガス投入部に導入する二段燃焼用ガス供給ラインと、
   を備える、燃焼設備。
2. 前記排ガスラインに設けられる節炭器をさらに備え、
   前記排ガス循環ラインは、前記排ガスラインにおける前記節炭器の下流側から前記排ガスの一部を取り出すように構成される、
   請求項１に記載の燃焼設備。
3. 前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記空気導入ラインに導く循環ファンを備え、
   前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記空気導入ラインの前記送風機の下流側に導くように構成される、
   請求項１又は２に記載の燃焼設備。
4. 前記二段燃焼用ガス供給ラインは、前記排ガス循環ラインの下流端部の前記空気導入ラインとの接続位置よりも、前記空気導入ラインにおける下流側から分岐し、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導入する分岐ラインを含む、
   請求項３に記載の燃焼設備。
5. 前記二段燃焼用ガス供給ラインは、
   前記排ガス循環ラインの下流端部の前記空気導入ラインとの接続位置よりも、前記空気導入ラインにおける上流側であって且つ前記空気導入ラインの前記送風機の下流側から分岐し、前記外部空気を前記二段燃焼用ガス投入部に導入する外部空気分岐ラインと、
   前記排ガス循環ラインの前記循環ファンの下流側から分岐して前記外部空気分岐ラインに前記循環ガスの一部を導入する循環ガス分岐ラインと、を含む、
   請求項３に記載の燃焼設備。
6. 前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に直接導くように構成されるとともに、前記循環ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導く循環ファンを含み、
   前記二段燃焼用ガス供給ラインは、
   前記排ガス循環ラインと、
   前記空気導入ラインの前記送風機の下流側から分岐し前記排ガス循環ラインの前記循環ファンの下流側に接続され、前記外部空気を前記二段燃焼用ガス投入部に導入する外部空気分岐ラインと、を含む
   請求項１又は２に記載の燃焼設備。
7. 前記排ガス循環ラインは、前記循環ガスを前記空気導入ラインの前記送風機の上流側に導くように構成され、
   前記二段燃焼用ガス供給ラインは、前記空気導入ラインにおける前記送風機の下流側から分岐し、前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスを前記二段燃焼用ガス投入部に導入する分岐ラインを含む、
   請求項１又は２に記載の燃焼設備。
8. 前記二段燃焼用ガス投入部に導かれる前記二段燃焼用ガスにおける前記循環ガスの混合量を調整する制御装置を備える、請求項１から７の何れか１項に記載の燃焼設備。
9. 前記二段燃焼用ガス供給ラインは、前記二段燃焼用ガス投入部に導かれる前記二段燃焼用ガスにおける前記循環ガスの混合量を調整するダンパを含み、前記制御装置は前記ダンパの開度を調整する、
   請求項８に記載の燃焼設備。
10. 前記ガス燃料の水素濃度を検出する水素濃度連出手段を備え、
    前記制御装置は、水素含有量が低くなるに従って、前記二段燃焼用ガス投入部に導かれる前記二段燃焼用ガスにおける前記循環ガスの混合量が低くなるように制御する、
    請求項８又は９に記載の燃焼設備。
    
    

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