JP2023072285A - Combustion equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃焼設備に関する。 The present disclosure relates to combustion equipment.
例えば、特許文献1には、炉内圧の変化等により燃焼空気量が変化した場合でも、安定した排気再循環燃焼を実現し、低NOx性能を実現することが可能なボイラ装置が示されている。
For example,
そして、特許文献1には、ボイラ本体に燃焼用空気を供給する給気路と、給気路を流れる燃焼用空気流量を検知するエア差圧センサと、排気路を流通する排ガスの一部を給気路に設けられた送風機に循環させる排気再循環路と、排気再循環路に設けられ排気再循環流量を調整する排気再循環量調整部としてのダンパと、ダンパをエア差圧センサ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制御する制御部と、を備えることが示されている。
前述のように、特許文献1には、火炉に導入される燃焼用空気流量に対応する信号に基づいて排気再循環量を制御するものである。
As described above, in
しかし、燃料毎に安定した燃焼に必要な燃焼用空気中の酸素濃度には、各々下限値があるため、燃焼用空気流量の検出値に基づいて排気再循環量を制御すると、燃料性状(燃料の種類、燃料成分、水素含有ガス燃料における水素含有率等)の違いによっては、火炉へ適切な酸素濃度が供給されず、燃焼状態が不安定になる虞れがある。 However, since there is a lower limit for the oxygen concentration in the combustion air required for stable combustion for each fuel, if the amount of exhaust gas recirculation is controlled based on the detected value of the combustion air flow rate, the fuel property (fuel type of fuel, fuel composition, hydrogen content in the hydrogen-containing gaseous fuel, etc.), there is a risk that an appropriate oxygen concentration will not be supplied to the furnace and the combustion state will become unstable.
また、燃焼で発生するNOx低減のために排ガスの一部を燃焼用空気に再循環しているが、環境面重視からNOxの低減効果を十分に発揮させるために排気再循環量を増加した場合には、火炉へ供給され燃焼用空気の酸素濃度が低下し、燃焼状態が不安定になる虞もある。 Also, part of the exhaust gas is recirculated to the combustion air in order to reduce the NOx generated by combustion, but when the amount of exhaust gas recirculation is increased in order to fully demonstrate the NOx reduction effect from an environmental point of view. Otherwise, the oxygen concentration in the combustion air supplied to the furnace may decrease, and the combustion state may become unstable.
本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、燃料性状の変化に関わらず、安定燃焼及びNOx低減に最適な制御が可能な燃焼設備を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and aims to provide a combustion facility capable of optimal control for stable combustion and NOx reduction regardless of changes in fuel properties.
上記目的を達成するため、本開示に係る燃焼設備は、火炉に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て前記排ガスの一部を前記空気導入ラインに導く排ガス循環ラインと、前記排ガス循環ラインに設けられ前記空気導入ラインへの循環ガスの流量を調整する循環ガス調整部と、前記火炉の入口における前記外部空気と前記排ガスとの混合ガスの酸素濃度を検出する入口酸素濃度検出部と、前記入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度に基づいて前記循環ガス調整部を制御する制御装置と、を備える。 In order to achieve the above object, the combustion equipment according to the present disclosure is provided with a gas burner for ejecting gas fuel into a furnace, an air introduction line for introducing external air for combustion into the gas burner, and the air introduction line, a blower for blowing external air to the gas burner; an exhaust gas line for guiding exhaust gas from the furnace to the outside; an exhaust gas circulation line branched from the exhaust gas line for guiding part of the exhaust gas to the air introduction line; and the exhaust gas circulation. A circulating gas adjusting unit provided in the line for adjusting the flow rate of the circulating gas to the air introduction line, and an inlet oxygen concentration detecting unit for detecting the oxygen concentration of the mixed gas of the external air and the exhaust gas at the inlet of the furnace. and a control device for controlling the circulating gas adjusting section based on the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detecting section.
本開示の燃焼設備によれば、火炉の入口における酸素濃度に基づいて排ガス循環量を制御することによって、燃料性状の変化に関わらず安定燃焼面及びNOx低減による環境面において最適な運用制御が可能になる。 According to the combustion equipment of the present disclosure, by controlling the amount of exhaust gas circulation based on the oxygen concentration at the entrance of the furnace, it is possible to achieve optimum operation control in terms of stable combustion and environmental protection by reducing NOx regardless of changes in fuel properties. become.
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。 Combustion equipment according to embodiments of the present disclosure will be described below based on the drawings. This embodiment shows one aspect of the present disclosure, is not limited to this disclosure, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present disclosure.
<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、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。
<First Embodiment>
(composition)
FIG. 1 is a system diagram schematically showing the configuration of
火炉2は、水素を含むガス燃料Fが供給され燃焼するように構成される。ガス燃料としては水素を含むガス燃料に限らず種々のガス燃料に対しても適用可能である。
The
なお、「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。 "Gas fuels containing hydrogen" include fuels containing hydrogen and other fuels (mixed combustion) and hydrogen only (single-fuel combustion). Even fuels containing hydrogen and other fuels are mainly hydrogen. It can be divided into fuel (50% or more by volume of hydrogen) and other fuel (less than 50% by volume of hydrogen). "Gaseous fuel containing hydrogen" includes all of these cases.
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。また、ガスバーナ3は、ウインドボックス12の内部に備えられ、空気導入ライン4もウインドボックス12に接続されている。
The
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。
In FIG. 1, the
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(ウインドボックス12)に向かって流通させるように構成されている。ウインドボックス12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。
The
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。
The
排ガスライン8は、火炉2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。
The
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。
In the first embodiment, the
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。
The exhaust
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をウインドボックス12に向かって流通するように構成されている。
By driving the
また、図1に示すように、排ガス循環ライン10の循環ファン28の下流側には、空気導入ライン4に導入する循環ガスG2の流量を調整する循環ガス調整部としてのダンパ30が設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, downstream of the
また、火炉2の入口部には、外部空気Aと循環ガスG2との混合ガスG3の酸素濃度を検出する入口酸素濃度検出部32が設置され、制御装置34に入口酸素濃度検出部32によって検出された酸素濃度の信号が入力される。そして、制御装置34には、酸素濃度の信号に基づいてダンパ30の開度を制御するダンパ開度制御部36を有している。
At the inlet of the
燃料毎には(水素を含むガス燃料における水素濃度毎には)、それぞれ安定した燃焼に必要な酸素濃度の下限値(燃焼限界の酸素濃度)がある。一方、燃料の燃焼で発生するNOxを低減するために、外部空気Aに循環ガスG2を混合して火炉2に循環させているが、循環ガスG2の混合量の増加に伴い火炉2の入口における混合ガスG3の入口酸素濃度は低減する。
Each fuel (each hydrogen concentration in gas fuel containing hydrogen) has a lower limit value of oxygen concentration required for stable combustion (combustion limit oxygen concentration). On the other hand, in order to reduce NOx generated by combustion of fuel, the circulating gas G2 is mixed with the external air A and circulated through the
従って、制御装置34のダンパ開度制御部36では、入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度に基づいて、使用燃料における燃焼限界の酸素濃度より低下しないように、循環ガス調整部としてのダンパ30の開度を制御して、空気導入ライン4に導入する循環ガスG2の混合量を調整する。また、制御装置34のダンパ開度制御部36では、火炉2から排出されるNOx濃度の低減のために、入口酸素濃度に基づいて、空気導入ライン4に導入する循環ガスG2の混合量を調整する。
Therefore, the damper opening
(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。制御装置34では、入口酸素濃度検出部32によって検出された酸素濃度に基づいて、空気導入ライン4に導入する循環ガスG2の流量を調整する循環ガス調整部としてのダンパ30の開度を制御することによって、燃料性状の変化に関わらず安定燃焼面及びNOx低減による環境面において最適な運用制御が可能になる。
(action/effect)
Actions and effects of the
すなわち、燃料毎に、安定した燃焼に必要な酸素濃度の下限値(燃焼限界の酸素濃度)があるので、例えば、燃料毎の安定燃焼に必要な酸素濃度の下限値より低下しないように、ダンパ30の開度を制御することによって、また、後述の実施形態のように、この下限値に上乗せした値を用いて燃料遮断制御や、警報発生制御を行うことによって、燃料性状の変化に関わらず、酸素濃度の下限値をベースとしたダンパ30の開度制御によって、各々の燃焼特性に応じた安定燃焼面及びNOx低減による環境面を考慮した最適な運用制御が可能になる。
That is, since each fuel has a lower limit of oxygen concentration required for stable combustion (oxygen concentration of combustion limit), for example, damper By controlling the opening degree of 30, and as in the embodiment described later, by performing fuel cutoff control and alarm generation control using a value added to this lower limit value, regardless of changes in fuel properties By controlling the opening of the
図5は、水素ガス燃料とメタンガス燃料との燃焼速度(燃焼限界)の比較特性図である。横軸は入口酸素濃度(ドライベース)を示し、縦軸は燃焼速度を示す。メタンガスの場合には酸素濃度約12%が燃焼限界である。水素ガス(水素のみ(専焼))の場合には酸素濃度約9%が燃焼限界であり、酸素濃度約9%でも燃焼可能である。従って、燃料性状に応じた燃焼限界の酸素濃度より低下しないように、ダンパ30の開度を制御することができる。
FIG. 5 is a comparative characteristic diagram of the combustion speed (combustion limit) of hydrogen gas fuel and methane gas fuel. The horizontal axis indicates the inlet oxygen concentration (dry base), and the vertical axis indicates the combustion rate. In the case of methane gas, an oxygen concentration of about 12% is the combustion limit. In the case of hydrogen gas (hydrogen only (single combustion)), the oxygen concentration of about 9% is the combustion limit, and combustion is possible even with an oxygen concentration of about 9%. Therefore, the opening degree of the
水素は都市ガス等に比較して、燃焼速度が速く燃焼性に優れているため、燃焼限界の酸素濃度は低くなる。さらに、水素の含有割合が高い程、安定燃焼に必要な酸素濃度の下限値は低くなる。 Compared to city gas, etc., hydrogen has a higher combustion speed and is superior in combustibility, so the oxygen concentration at the combustion limit is low. Furthermore, the higher the hydrogen content, the lower the lower limit of the oxygen concentration required for stable combustion.
従って、ガス燃料Fが水素を含むガス燃料の場合には、水素の含有量に応じて安定燃焼に必要な酸素濃度の下限値が変化するため、変化する酸素濃度の下限値をベースとしたダンパ30の開度制御を行うことで、水素を含むガス燃料に対して、安定燃焼面、環境面においてより適切な運用制御が可能となる。 Therefore, when the gas fuel F contains hydrogen, the lower limit of the oxygen concentration required for stable combustion changes according to the hydrogen content. By controlling the opening degree of 30, it is possible to perform more appropriate operational control in terms of stable combustion and environment for gas fuel containing hydrogen.
<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、第1実施形態に対して、さらに火炉2の出口にNOx濃度検出部が設けられている点で異なる。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。
<Second embodiment>
A
(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、火炉2の出口には、出口における排ガスG1のNOx濃度を検出するNOx濃度検出部40が備えられ、検出信号が制御装置42に入力されるようになっている。
(composition)
FIG. 2 is a system diagram schematically showing the configuration of the
制御装置42では、NOx濃度検出部40によって検出されたNOx濃度が、所定のNOx管理値K1を超えないように循環ガス調整部としてのダンパ30の開度を制御する。そして、超えた場合には、入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度が、安定した燃焼に必要な酸素濃度の下限値(燃焼限界の酸素濃度B)に所定値を上乗せした第1閾値C1以下とならない範囲内で、空気導入ライン4への循環ガスG2の混合量が増加するようにダンパ30の開度を制御する(図6参照)。
The
所定のNOx管理値K1とは、環境面を考慮してNOxを低減するために設定した管理値である。このNOx管理値K1を超えないように循環ガスG2の空気導入ライン4への混合量の制御は、使用燃料における入口酸素濃度とNOx濃度との相関関係を示すマスターカーブMに基づいて行う(図6参照)。
The predetermined NOx control value K1 is a control value set to reduce NOx in consideration of the environment. Control of the mixing amount of the circulating gas G2 into the
マスターカーブMの作成は、予め、試運転時に当該火炉2での使用燃料における入口酸素濃度とNOx濃度との相関を計測(通常、NOxが最も高くなる最大負荷で計測)して作成しておく。
The master curve M is prepared in advance by measuring the correlation between the inlet oxygen concentration and the NOx concentration in the fuel used in the
そして、実運用で、NOx濃度検出部40によって検出されたNOx濃度が、NOx管理値K1以下になるように、循環ガス調整部であるダンパ30の開度を制御する。
Then, in actual operation, the opening degree of the
なお、マスターカーブMによって、NOx管理値K1に対応する入口酸素濃度のO2管理値K2を求めておき、入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度が、O2管理値K2以下になるようにダンパ30の開度を制御してもよい。このように、入口酸素濃度のO2管理値K2を予めマスターカーブMを用いて求めておけば、入口酸素濃度検出部32による酸素濃度検出値だけで、NOx低減のために設定したNOx管理値K1を含めたダンパ30の制御が可能になる。使用燃料の性状を変更した場合は、NOx濃度が予め作成したマスターカーブMからずれるので、O2管理値K2を燃料性状に応じて補正設定できるようにするとよい。
Note that the O2 control value K2 of the inlet oxygen concentration corresponding to the NOx control value K1 is obtained from the master curve M so that the inlet oxygen concentration detected by the inlet oxygen
そして、設備の経年劣化や燃料性状の変化等に伴いNOx濃度が、設定したNOx管理値K1を超えた場合には、前述したように入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度が第1閾値C1以下とならない範囲内で、循環ガス調整部であるダンパ30の開度を開方向に制御して空気導入ライン4への循環ガスG2の混合量を増加して、入口酸素濃度を低下させる。
Then, when the NOx concentration exceeds the set NOx control value K1 due to aging deterioration of the equipment, changes in fuel properties, etc., the inlet oxygen concentration detected by the inlet oxygen
第1閾値C1、第2閾値C2は、図6に示すように、マスターカーブMのグラフにおいて、使用燃料の燃焼限界の酸素濃度B(図5に示す燃焼速度が下限値となる酸素濃度)に所定値を上乗せした酸素濃度の値を、第1閾値C1として設定し、燃焼限界の酸素濃度Bよりも大きく且つ第1閾値C1より小さい酸素濃度の値を、第2閾値C2として設定した値である。なお、燃焼限界の酸素濃度Bに上乗せする所定値は火炉2における安定燃焼の観点から適宜設定される値である。
As shown in FIG. 6, the first threshold value C1 and the second threshold value C2 are set to the oxygen concentration B at the combustion limit of the fuel used (the oxygen concentration at which the combustion rate shown in FIG. 5 is the lower limit value) in the graph of the master curve M. An oxygen concentration value to which a predetermined value is added is set as the first threshold value C1, and an oxygen concentration value that is greater than the combustion limit oxygen concentration B and smaller than the first threshold value C1 is set as the second threshold value C2. be. The predetermined value to be added to the combustion limit oxygen concentration B is a value appropriately set from the viewpoint of stable combustion in the
また、第1閾値C1は、この値以下に入口酸素濃度が低下した場合には、警報を発する警報設定値であり、また、第2閾値C2は、この値以下に入口酸素濃度が低下した場合には、燃料供給の遮断または供給量の低下を行う燃料制限設定値である。 The first threshold value C1 is an alarm setting value for issuing an alarm when the inlet oxygen concentration drops below this value, and the second threshold value C2 is set when the inlet oxygen concentration drops below this value. is a fuel limit set value that cuts off the fuel supply or reduces the supply amount.
幾つかの実施形態では、図2の制御装置42の構成に示すように、制御装置42は、入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度が、第1閾値C1以下に低下した場合に警報を発する警報制御部44を備えている。そして、警報制御部44によって警報手段46が作動される。
In some embodiments, as shown in the configuration of the
このような構成によれば、警報手段46から警報を発することで、火炉2の運転者に燃料が酸素不足にあることを知らせて、適切な処置(入口酸素濃度の増加)を促して、酸素不足によって燃焼状態が不安定になることの防止とNOxの低減とを両立させることが可能になる。
According to such a configuration, by issuing an alarm from the alarm means 46, the operator of the
また、幾つかの実施形態では、図2の制御装置42の構成に示すように、制御装置42は、入口酸素濃度検出部32によって検出された入口酸素濃度が、第2閾値C2以下に低下した場合に火炉2へのガス燃料Fの供給量の低下若しくはゼロにする燃料供給制御部48を備えている。そして、燃料供給制御部48によって、燃料タンク5からウインドボックス12内のガスバーナ3へのガス燃料Fの供給が制限若しくは遮断される。
Moreover, in some embodiments, as shown in the configuration of the
このような構成によれば、ガス燃料Fの供給量を低下若しくはゼロにすることで、酸素不足によって燃焼状態が不安定になることの防止とNOxの低減との両立を確実に行わせることができる。 According to such a configuration, by reducing or setting the supply amount of the gas fuel F to zero, it is possible to reliably prevent the combustion state from becoming unstable due to lack of oxygen and reduce NOx. can.
また、幾つかの実施形態では、入口酸素濃度検出部32は、ガスバーナ3を備えたウインドボックス12に設置され、NOx濃度検出部40は、排ガスライン8に設けられる節炭器22より排ガス流れ方向において上流側に設置されている。
In some embodiments, the inlet oxygen
このような構成によれば、入口酸素濃度検出部32はウインドボックス12に設置され、火炉出口のNOx濃度検出部40は排ガスライン8の節炭器22より上流側に設置されるので、火炉2に導入する外部空気と循環ガスとの混合ガスG3における入口酸素濃度、及び火炉2から排出される排ガスG1におけるNOx濃度を精度よく検出できる。
According to such a configuration, the inlet oxygen
ウインドボックス12に入口酸素濃度検出部32が設置されるので、入口酸素濃度検出部32は、ガスバーナ3の近くに位置され、燃焼に影響を与える酸素濃度の情報を正確に取得できる。また、NOx濃度検出部40は、排ガスライン8の節炭器22より上流側に設置されるので、火炉2の出口に近い方が、ボイラ条件が変化した場合に、より早くその状況を判断する情報を取得できる。また、ウインドボックス12は、入口酸素濃度検出部32を設置するスペースを確保しやすく設置が容易である。
Since the inlet oxygen
次に、図4のフローチャートを参照して、第2実施形態の制御装置42による一連の運転制御フローを説明する。
Next, a series of operation control flows by the
まず、ステップS1では、NOx濃度の初期値PNOx(入口酸素濃度の初期値PO2)を設定する。図6に示すように、NOx濃度の初期値PNOxは、環境面を考慮して設定したNOx管理値K1を超えないようにNOx管理値K1より低い値である。そして、このNOx濃度の初期値PNOxに対応する入口酸素濃度の初期値PO2を、入口酸素濃度の目標値として運転が開始され循環ガス調整部であるダンパ30の開度が制御される。
First, in step S1, an initial value PNOx of NOx concentration (initial value PO2 of inlet oxygen concentration) is set. As shown in FIG. 6, the initial value PNOx of the NOx concentration is a value lower than the NOx control value K1 so as not to exceed the NOx control value K1 set in consideration of the environment. Then, the operation is started with the initial value PO2 of the inlet oxygen concentration corresponding to the initial value PNOx of the NOx concentration as the target value of the inlet oxygen concentration, and the opening degree of the
運転開始初期は、火炉2のNOx特性が不明確なため、NOx濃度がNOx管理値K1を超えないように、予め先行的処置として入口酸素濃度の初期値PO2を設定して、初期値PO2を目標値として運転が開始される。
Since the NOx characteristics of the
次のステップS2では、運転開始後にNOx濃度検出部40によって検出されたNOx濃度が、NOx管理値K1以下か否かを判定する。ステップS2の判定がNoの場合には、ステップS6に進んで、ステップS6では、循環ガス混合量が増加するように、循環ガス調整部であるダンパ30の開度を開方向に制御し、入口酸素濃度を低下させる。
In the next step S2, it is determined whether or not the NOx concentration detected by the
ステップS2での判定がYesの場合には、ステップS3に進んで、ステップS3では、入口酸素濃度が第1閾値C1を超えるか否かを判定する。ステップS3の判定がNoの場合には、ステップS7に進んで、ステップS7では、警報制御部44によって警報手段46が作動されて警報を発生するとともに、循環ガスG2の混合量が減少するように、循環ガス調整部であるダンパ30の開度を閉方向に制御し、入口酸素濃度を増加させる。
If the determination in step S2 is Yes, the process proceeds to step S3, in which it is determined whether or not the inlet oxygen concentration exceeds the first threshold value C1. If the determination in step S3 is No, the process proceeds to step S7. In step S7, the
ステップS3での判定がYesの場合には、ステップS4に進んで、ステップS4では、入口酸素濃度が第2閾値C2を超えるか否かを判定する。ステップS4の判定がNoの場合には、ステップS8に進んで、ステップS8では、燃料供給制御部48によって、燃料タンク5からウインドボックス12内のガスバーナ3へのガス燃料Fの供給が制限若しくは遮断されて、ガス燃料量を低下若しくはゼロ(燃料遮断)にする。
If the determination in step S3 is Yes, the process proceeds to step S4, in which it is determined whether or not the inlet oxygen concentration exceeds the second threshold value C2. If the determination in step S4 is No, the process proceeds to step S8, where the fuel
ステップS4での判定がYesの場合には、ステップS5に進んで、ステップS5では、運転を継続してその後終了する。 If the determination in step S4 is Yes, the process proceeds to step S5, where the operation is continued and then terminated.
(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。第2実施形態によれば、火炉2の入口酸素濃度と火炉2の出口のNOx濃度とに基づいて、制御装置42は、火炉2の出口のNOx濃度がNOx管理値K1を超えないように、さらに、入口酸素濃度が燃焼限界の酸素濃度Bに達しないように、循環ガス調整部であるダンパ30の開度を制御して循環ガスG2の外部空気Aへの混合量を制御することで、燃料性状の変化に関わらず安定燃焼面及びNOx低減による環境面において最適な運用制御が可能になる。
(action/effect)
Actions and effects of the
<第3実施形態>
本開示の第3実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実施形態に係る燃焼設備1は、第2実施形態に対して、さらに水素を含むガス燃料Fにおいて水素濃度を検出する水素濃度検出手段50を備え、制御装置52の構成に閾値補正部54を有する点で異なる。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。
<Third Embodiment>
A
(構成)
ガス燃料Fの水素濃度を検出する水素濃度検出手段50を備え、制御装置52は、水素含有量に応じて、第1閾値C1及び第2閾値C2を補正する閾値補正部54を有する。この閾値補正部54は、水素含有量が増加するに従って、第1閾値C1及び第2閾値C2を低下するように補正する。
(composition)
Equipped with hydrogen concentration detection means 50 for detecting the hydrogen concentration of the gas fuel F, the
(作用・効果)
第3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3実施形態によれば、閾値補正部54によって、水素含有量が増加するに従って、第1閾値C1及び第2閾値C2を低下するように補正する。すなわち、水素含有量が増加するに従って、燃焼限界の酸素濃度B(図6)が低下するので、その低下に応じて第1閾値C1及び第2閾値C2も低下させる。
(action/effect)
Actions and effects of the
このように、水素含有量が増加するに従って、第1閾値C1及び第2閾値C2を低下するように補正することによって、水素を含むガス燃料Fにおける燃焼の安定化を維持しつつ、環境面を考慮した低NOx化を効果的に実現することができる。 In this way, by correcting the first threshold value C1 and the second threshold value C2 so as to decrease as the hydrogen content increases, the stabilization of the combustion in the hydrogen-containing gas fuel F is maintained, and the environment is improved. Considered NOx reduction can be effectively realized.
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。 The contents described in each of the above embodiments are understood as follows, for example.
[1]本開示に係る燃焼設備(1)は、火炉に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(A)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て前記排ガスの一部を循環ガス(G2)として前記空気導入ラインに導く排ガス循環ライン(10)と、前記排ガス循環ラインに設けられ前記空気導入ラインへの前記循環ガスの流量を調整する循環ガス調整部(30)と、前記火炉の入口における前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスの酸素濃度を検出する入口酸素濃度検出部(32)と、前記入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度に基づいて前記循環ガス調整部を制御する制御装置(34、42、52)と、を備える。 [1] A combustion facility (1) according to the present disclosure includes a gas burner (3) for ejecting gas fuel into a furnace, an air introduction line (4) for introducing external air (A) for combustion into the gas burner, and the A blower (6) provided in the air introduction line for blowing the external air to the gas burner, an exhaust gas line (8) for guiding the exhaust gas (G1) of the furnace to the outside, and a branch from the exhaust gas line to supply the exhaust gas. An exhaust gas circulation line (10) that guides a part of the exhaust gas as a circulating gas (G2) to the air introduction line, and a circulating gas adjustment unit (30) that is provided in the exhaust gas circulation line and adjusts the flow rate of the circulating gas to the air introducing line. ), an inlet oxygen concentration detecting section (32) for detecting the oxygen concentration of the mixed gas of the external air and the circulating gas at the inlet of the furnace, and based on the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detecting section and a control device (34, 42, 52) for controlling the circulating gas adjusting unit.
上記[1]に記載の構成によれば、制御装置は、入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度に基づいて、空気導入ラインに導入する循環ガスの流量を調整する循環ガス調整部を制御するので、燃料性状の変化に関わらず安定燃焼面及びNOx低減による環境面において最適な運用制御が可能になる。 According to the configuration described in [1] above, the control device controls the circulating gas adjusting unit that adjusts the flow rate of the circulating gas introduced into the air introduction line based on the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detecting unit. Therefore, it is possible to perform optimum operational control in terms of stable combustion and reduction of NOx in terms of environment regardless of changes in fuel properties.
[2]幾つかの実施形態では、上記[1]に記載の構成において、前記火炉の出口における排ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出部(40)をさらに備え、前記制御装置(42)は、前記NOx濃度検出部によって検出されたNOx濃度が、所定の管理値を超えないように前記循環ガス調整部を制御する。 [2] In some embodiments, the configuration described in [1] above further includes a NOx concentration detection unit (40) that detects the NOx concentration of the exhaust gas at the outlet of the furnace, and the control device (42) and controlling the circulating gas adjustment unit so that the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit does not exceed a predetermined management value.
上記[2]に記載の構成によれば、制御装置は、NOx濃度検出部によって検出されたNOx濃度が、所定の管理値を超えないように循環ガス調整部を制御するので、燃料性状の変化に関わらず、NOx低減において確実な制御が可能になる。 According to the configuration described in [2] above, the control device controls the circulating gas adjustment unit so that the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit does not exceed a predetermined management value. Reliable control of NOx reduction is possible regardless of the
[3]幾つかの実施形態では、上記[2]に記載の構成において、前記制御装置(42)は、前記NOx濃度検出部によって検出されたNOx濃度が、所定の管理値を超えた場合は、入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度が燃焼限界の酸素濃度(B)に所定値を上乗せした第1閾値以下(C1)とならない範囲内で、前記循環ガスの混合量が増加するように前記循環ガス調整部を制御する。 [3] In some embodiments, in the configuration described in [2] above, when the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit exceeds a predetermined management value, the control device (42) , so that the mixed amount of the circulating gas increases within a range in which the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit does not become a first threshold value (C1) obtained by adding a predetermined value to the combustion limit oxygen concentration (B). to control the circulating gas adjustment unit.
上記[3]に記載の構成によれば、NOx濃度検出部によって検出されたNOx濃度が、所定の管理値を超えた場合は、入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度が第1閾値以下とならない範囲内で、循環ガスの外部空気への混合量が増加するように循環ガス調整部を制御するので、燃料性状の変化に関わらず、安定燃焼面において確実な制御が可能になる。 According to the configuration described in [3] above, when the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit exceeds a predetermined management value, the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit is equal to or lower than the first threshold. Since the circulating gas adjusting unit is controlled so that the amount of circulating gas mixed with the external air increases within a range in which the above does not occur, reliable control can be achieved in terms of stable combustion regardless of changes in fuel properties.
[4]幾つかの実施形態では、上記[2]又は[3]に記載の構成において、前記入口酸素濃度検出部は、前記ガスバーナを備えたウインドボックスに設置され、前記NOx濃度検出部は、前記排ガスラインに設けられる節炭器より排ガス流れ方向において上流側に設置される。 [4] In some embodiments, in the configuration described in [2] or [3] above, the inlet oxygen concentration detection unit is installed in a wind box equipped with the gas burner, and the NOx concentration detection unit It is installed on the upstream side in the exhaust gas flow direction from the economizer provided in the exhaust gas line.
上記[4]に記載の構成によれば、火炉に導入する酸素濃度及び火炉から排出されるNOx濃度を精度よく検出できる。すなわち、火炉の出口に近い方が、ボイラ条件が変化した場合に、より早くその状況を判断する情報を取得できる。また、ウインドボックスに入口酸素濃度検出部を設置するので、火炉に導入される酸素濃度の直前の情報を取得できる。また、ウインドボックスに設置することによって、火炉の入口部への入口酸素濃度検出部の設置が容易となる。 According to the configuration described in [4] above, it is possible to accurately detect the concentration of oxygen introduced into the furnace and the concentration of NOx discharged from the furnace. In other words, the closer to the furnace exit, the more quickly information can be obtained for judging the situation when the boiler conditions change. In addition, since the inlet oxygen concentration detector is installed in the wind box, it is possible to acquire information immediately before the oxygen concentration introduced into the furnace. Also, by installing it in the wind box, it becomes easy to install the inlet oxygen concentration detector at the inlet of the furnace.
[5]幾つかの実施形態では、上記[3]に記載の構成において、前記制御装置は、前記入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度が、前記第1閾値以下に低下した場合に警報を発する警報制御部を備える。 [5] In some embodiments, in the configuration described in [3] above, the control device warns when the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit drops below the first threshold. It has an alarm control unit that issues
上記[5]に記載の構成によれば、警報を発することで、火炉の運転者に燃料が酸素不足にあることを知らせて、適切な処置(入口酸素濃度の増加)を促して、酸素不足によって燃焼状態が不安定になることの防止とNOxの低減とを両立させることが可能になる。 According to the configuration described in [5] above, by issuing an alarm, the operator of the furnace is notified that the fuel is oxygen-deficient, and appropriate measures (increasing the inlet oxygen concentration) are urged to cause oxygen deficiency. Therefore, it is possible to prevent the combustion state from becoming unstable and to reduce NOx.
[6]幾つかの実施形態では、上記[5]に記載の構成において、前記制御装置は、前記入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度が、前記第1閾値より小さい第2閾値以下に低下した場合に前記火炉へのガス燃料の供給量の低下若しくはゼロにする燃料供給制御部を備える。 [6] In some embodiments, in the configuration described in [5] above, the control device controls the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit to be equal to or lower than the second threshold, which is lower than the first threshold. A fuel supply controller is provided to reduce or eliminate the supply of gas fuel to the furnace when it is low.
上記[6]に記載の構成によれば、火炉へのガス燃料の供給量を低下若しくはゼロにすることで、酸素不足によって燃焼状態が不安定になることの防止とNOxの低減との両立を確実に行わせることができる。 According to the configuration described in [6] above, by reducing or setting the amount of gas fuel supplied to the furnace to zero, it is possible to prevent the combustion state from becoming unstable due to lack of oxygen and reduce NOx. can be done for sure.
[7]幾つかの実施形態では、上記[6]に記載の構成において、前記ガス燃料は、水素を含むガス燃料であり、前記ガス燃料の水素濃度を検出する水素濃度検出手段を備え、前記制御装置は、水素含有量が増加するに従って、前記第1閾値及び前記第2閾値を低下するように補正する閾値補正部を備える。 [7] In some embodiments, in the configuration described in [6] above, the gas fuel is gas fuel containing hydrogen, hydrogen concentration detection means for detecting the hydrogen concentration of the gas fuel is provided, and the The control device includes a threshold value correction unit that corrects the first threshold value and the second threshold value so as to decrease as the hydrogen content increases.
上記[7]に記載の構成によれば、水素含有量が増加するに従って、第1閾値及び第2閾値を低下するように補正することによって、水素を含むガス燃料における燃焼の安定化を維持しつつ、環境面を考慮した低NOx化を効果的に実現することができる。 According to the configuration described in [7] above, by correcting the first threshold value and the second threshold value so as to decrease as the hydrogen content increases, stable combustion in gas fuel containing hydrogen is maintained. In addition, it is possible to effectively realize a reduction in NOx in consideration of the environment.
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
7 燃料供給ライン
8 排ガスライン
10 排ガス循環ライン
12 ウインドボックス
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 循環ファン
30 ダンパ(循環ガス調整部)
32 入口酸素濃度検出部
34、42、52 制御装置
36 ダンパ開度制御部
40 NOx濃度検出部
44 警報制御部
46 警報手段
48 燃料供給制御部
50 水素濃度検出手段
54 閾値補正部
A 外部空気
B 燃焼限界の酸素濃度
C1 第1閾値
C2 第2閾値
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
K1 NOx管理値
K2 O2管理値
M マスターカーブ
PNOx NOx濃度の初期値
PO2 入口酸素濃度の初期値
1
32 inlet oxygen
G3 Mixed gas of external air and circulating gas K1 NOx control value K2 O2 control value M Master curve PNOx Initial value of NOx concentration PO2 Initial value of inlet oxygen concentration
Claims (7)
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て前記排ガスの一部を循環ガスとして前記空気導入ラインに導く排ガス循環ラインと、
前記排ガス循環ラインに設けられ前記空気導入ラインへの前記循環ガスの流量を調整する循環ガス調整部と、
前記火炉の入口における前記外部空気と前記循環ガスとの混合ガスの酸素濃度を検出する入口酸素濃度検出部と、
前記入口酸素濃度検出部によって検出された酸素濃度に基づいて前記循環ガス調整部を制御する制御装置と、
を備える、燃焼設備。 a gas burner for ejecting gas fuel into the furnace;
an air introduction line for introducing external air for combustion into the gas burner;
a blower provided in the air introduction line for blowing the external air to the gas burner;
an exhaust gas line for guiding exhaust gas from the furnace to the outside;
an exhaust gas circulation line that branches from the exhaust gas line and guides part of the exhaust gas as a circulation gas to the air introduction line;
a circulating gas adjustment unit that is provided in the exhaust gas circulation line and adjusts the flow rate of the circulating gas to the air introduction line;
an inlet oxygen concentration detection unit that detects the oxygen concentration of a mixed gas of the external air and the circulating gas at the inlet of the furnace;
a control device that controls the circulating gas adjustment unit based on the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit;
Combustion equipment.
前記制御装置は、前記NOx濃度検出部によって検出されたNOx濃度が、所定の管理値を超えないように前記循環ガス調整部を制御する、
請求項1に記載の燃焼設備。 Further comprising a NOx concentration detection unit that detects the NOx concentration of the exhaust gas at the outlet of the furnace,
The control device controls the circulating gas adjustment unit so that the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit does not exceed a predetermined management value.
Combustion equipment according to claim 1 .
請求項2に記載の燃焼設備。 When the NOx concentration detected by the NOx concentration detection unit exceeds a predetermined management value, the control device adds a predetermined value to the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit at the combustion limit. controlling the circulating gas adjustment unit so that the mixed amount of the circulating gas increases within a range that does not fall below the first threshold value;
Combustion equipment according to claim 2.
請求項2又は3に記載の燃焼設備。 The inlet oxygen concentration detection unit is installed in the wind box equipped with the gas burner, and the NOx concentration detection unit is installed upstream in the exhaust gas flow direction from the economizer provided in the exhaust gas line.
Combustion equipment according to claim 2 or 3.
請求項3に記載の燃焼設備。 The control device includes an alarm control unit that issues an alarm when the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit drops below the first threshold.
Combustion equipment according to claim 3.
請求項5に記載の燃焼設備。 The control device reduces the amount of gas fuel supplied to the furnace or makes it zero when the oxygen concentration detected by the inlet oxygen concentration detection unit decreases to a second threshold value that is smaller than the first threshold value. comprising a supply control unit;
Combustion equipment according to claim 5.
前記制御装置は、水素含有量が増加するに従って、前記第1閾値及び前記第2閾値を低下するように補正する閾値補正部を備える、
請求項6に記載の燃焼設備。 The gas fuel is a gas fuel containing hydrogen, and includes hydrogen concentration detection means for detecting the hydrogen concentration of the gas fuel,
The control device includes a threshold correction unit that corrects the first threshold and the second threshold so as to decrease as the hydrogen content increases.
Combustion equipment according to claim 6.
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