JP2024048227A - 燃焼システム、および、燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで逆火を防止する。【解決手段】燃焼システム１００は、メインバーナ２１０と、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナ２１０に供給するメイン燃料供給部２２０と、メイン燃料供給部２２０を制御する制御部と、を備え、制御部は、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ２１０に供給する消火制御を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、工業加熱炉、ボイラ、冷温水器等の燃焼システム、および、燃焼方法に関する。

近年、地球温暖化を防止するために、ＣＯ_２（二酸化炭素）排出量の削減が求められている。このため、化石燃料に加えて、または、化石燃料に代えて、水素を燃焼させる技術が注目されている。

燃料として水素を使用するバーナでは、運転開始前および運転停止後において、水素および空気を含む可燃混合気が燃料配管内に生成されることにより逆火が発生するおそれがある。

そこで、燃料配管にフレームアレスタを設置する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－２００１６６号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、フレームアレスタに要するコストがかかるという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、低コストで逆火を防止することが可能な燃焼システム、および、燃焼方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の燃焼システムは、メインバーナと、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナに供給するメイン燃料供給部と、メイン燃料供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナに供給する消火制御を行う。

また、制御部は、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナに供給する点火制御を行い、点火制御の後に、運転中制御を行ってもよい。

また、メイン燃料供給部は、炭化水素の供給源とメインバーナとを接続する炭化水素供給路と、燃料ガスの供給源と炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、炭化水素供給路に設けられる第１開閉弁と、燃料ガス供給路に設けられる第２開閉弁と、を有し、制御部は、点火制御において、メインバーナが設けられる炉の内部温度が所定温度以上になった場合に、第２開閉弁を開き、第１開閉弁を閉じてもよい。

また、メインバーナより口径が小さいパイロットバーナと、燃料ガスおよび炭化水素のいずれか一方または両方をパイロット燃料としてパイロットバーナに供給するパイロット燃料供給部と、を備え、制御部は、点火制御において、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を開始し、パイロットバーナへのパイロット燃料の供給を開始した後、メイン燃料供給部を動作させて、炭化水素のメインバーナへの供給を開始してもよい。

また、パイロット燃料供給部は、パイロット燃料として燃料ガスをパイロットバーナに供給し、制御部は、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を継続してもよい。

また、制御部は、運転中制御において、パイロット燃料供給部の動作を停止してもよい。

また、メイン燃料供給部は、炭化水素の供給源とメインバーナとを接続する炭化水素供給路と、燃料ガスの供給源と炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、炭化水素供給路に設けられる第１開閉弁と、燃料ガス供給路に設けられる第２開閉弁と、を有し、
制御部は、消火制御において、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を開始し、パイロットバーナへのパイロット燃料の供給を開始した後、第１開閉弁を開き、第２開閉弁を閉じてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の燃焼方法は、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、炭化水素をメインバーナに供給する消火制御を行う。

本発明によれば、低コストで逆火を防止することが可能となる。

実施形態に係る燃焼システムを説明する図である。 実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 実施形態に係るバーナ装置を説明する図である。 実施形態に係る流量制御部の制御について説明する図である。 実施形態に係る燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の変形例に係るバーナ装置を説明する図である。 第１の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。 第２の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。 第３の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態に係る燃焼システム１００を説明する図である。図１中、実線の矢印は、燃料ガスの流れを示し、破線の矢印は、炭化水素の流れを示し、一点鎖線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図１中、制御装置１４０からバーナ装置１２０への信号の流れを示す一点鎖線の矢印を省略する。

図１に示すように、燃焼システム１００は、燃焼設備１１０と、バーナ装置１２０と、温度センサ１３０と、制御装置１４０とを含む。

燃焼設備１１０は、燃料ガスを燃焼させる炉である。燃焼設備１１０は、例えば、工業加熱炉、ボイラや冷温水器を構成する火炉等である。燃焼設備１１０は、１または複数のバーナ装置１２０を備える。

バーナ装置１２０には、燃料ガスの供給源１５０が接続される。燃料ガスの供給源１５０とバーナ装置１２０との間には、主幹遮断弁１５２が設けられる。主幹遮断弁１５２は、燃料ガスの供給源１５０とバーナ装置１２０との間に形成される流路を開閉する。

燃料ガスは、燃焼速度が炭化水素よりも速いガス、および、炭化水素よりも断熱火炎温度が高いガスのうちのいずれか一方または両方である。燃料ガスは、例えば、水素およびアセチレンのうちのいずれか一方または両方を少なくとも含む。水素の燃焼速度は、炭化水素（例えば、都市ガス１３Ａ）の約７倍である。水素の断熱火炎温度は、メタン、または、都市ガス１３Ａよりも約２００℃高い。本実施形態では、燃料ガスとして水素を例に挙げる。

また、バーナ装置１２０には、炭化水素の供給源１６０が接続される。炭化水素の供給源１６０とバーナ装置１２０との間には、主幹遮断弁１６２が設けられる。主幹遮断弁１６２は、炭化水素の供給源１６０とバーナ装置１２０との間に形成される流路を開閉する。

炭化水素は、例えば、メタン、エタン、プロパン、および、ブタンのうちのいずれか１または複数を含む。炭化水素は、例えば、都市ガス１３Ａである。炭化水素は、ガス状態でバーナ装置１２０に供給される。

バーナ装置１２０は、燃料ガスおよび炭化水素のうちのいずれか一方または両方を、酸化剤ガスで燃焼させる。酸化剤ガスは、空気、酸素、および、酸素富化ガスのうちの１または複数を含む。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気を例に挙げる。

温度センサ１３０は、燃焼設備１１０の内部温度（炉の内部温度）を検出する。

制御装置１４０は、燃焼システム１００全体を管理および制御する。

図２は、本実施形態に係る制御装置１４０の機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１４０は、中央制御部１４２と、メモリ１４４とを含む。

中央制御部１４２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部１４２は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部１４２は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して燃焼システム１００全体を管理および制御する。

本実施形態において、中央制御部１４２は、流量制御部１７０として機能する。流量制御部１７０（制御部）は、バーナ装置１２０を制御する。流量制御部１７０の詳細については、後に説明する。

メモリ１４４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成される。メモリ１４４は、中央制御部１４２に用いられるプログラムや各種データを記憶する。
［バーナ装置１２０］
図３は、本実施形態に係るバーナ装置１２０を説明する図である。図３に示すように、バーナ装置１２０は、メインバーナ２１０と、メイン燃料供給部２２０と、パイロットバーナ２３０と、パイロット燃料供給部２４０とを含む。

メインバーナ２１０は、燃焼設備１１０に設けられる。メインバーナ２１０の噴出口は、燃焼設備１１０の内部空間に臨む。メインバーナ２１０は、予混合バーナであってもよいし、先混合バーナであってもよい。

メイン燃料供給部２２０は、燃料ガスおよび炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナに供給する。

メイン燃料供給部２２０は、酸化剤供給部３００と、炭化水素供給部３２０と、燃料ガス供給部３５０と、を含む。

酸化剤供給部３００は、メインバーナ２１０に空気を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部３００は、酸化剤ガス供給路３０２と、送風機３０４と、流量制御弁３０６と、流量調整弁３０８とを含む。

酸化剤ガス供給路３０２は、送風機３０４と、メインバーナ２１０とを接続する流路である。酸化剤ガス供給路３０２は、例えば、配管で構成される。送風機３０４の吸入側は、大気開放される。送風機３０４の吐出側は、酸化剤ガス供給路３０２に接続される。送風機３０４は、酸化剤ガス供給路３０２を通じて、空気をメインバーナ２１０に供給する。

流量制御弁３０６は、酸化剤ガス供給路３０２に設けられる。流量制御弁３０６は、流量制御部１７０によって開度が調整される。流量制御弁３０６は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。

流量調整弁３０８は、酸化剤ガス供給路３０２における流量制御弁３０６とメインバーナ２１０との間に設けられる。流量調整弁３０８は、例えば、バタフライバルブである。

炭化水素供給部３２０は、メインバーナ２１０に炭化水素を供給する。本実施形態において、炭化水素供給部３２０は、炭化水素供給路３２２と、圧力調整弁３２４と、遮断弁３２６ａ、３２６ｂと、流量調整弁３２８と、流量制御弁３３０とを含む。

炭化水素供給路３２２は、炭化水素の供給源１６０（主幹遮断弁１６２）と、メインバーナ２１０とを接続する流路である。炭化水素供給路３２２は、例えば、配管で構成される。

圧力調整弁３２４は、炭化水素供給路３２２に設けられる。圧力調整弁３２４は、下流に供給される炭化水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。

遮断弁３２６ａ、３２６ｂ（第１開閉弁）は、炭化水素供給路３２２における圧力調整弁３２４の下流側に設けられる。遮断弁３２６ａ、３２６ｂは、炭化水素供給路３２２を開閉する。

流量調整弁３２８は、炭化水素供給路３２２における遮断弁３２６ｂの下流側に設けられる。流量調整弁３２８は、例えば、バタフライバルブである。

流量制御弁３３０は、炭化水素供給路３２２における流量調整弁３２８とメインバーナ２１０との間に設けられる。流量制御弁３３０は、流量制御部１７０によって開度が調整される。流量制御弁３３０は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。

燃料ガス供給部３５０は、メインバーナ２１０に水素を供給する。本実施形態において、燃料ガス供給部３５０は、燃料ガス供給路３５２と、圧力調整弁３５４と、遮断弁３５６ａ、３５６ｂと、流量調整弁３５８と、流量制御弁３６０とを含む。

燃料ガス供給路３５２は、燃料ガス（水素）の供給源１５０（主幹遮断弁１５２）と炭化水素供給路３２２とを接続する流路である。燃料ガス供給路３５２は、炭化水素供給路３２２における流量制御弁３３０とメインバーナ２１０との間に接続される。燃料ガス供給路３５２は、例えば、配管で構成される。

圧力調整弁３５４は、燃料ガス供給路３５２に設けられる。圧力調整弁３５４は、下流に供給される水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。

遮断弁３５６ａ、３５６ｂ（第２開閉弁）は、燃料ガス供給路３５２における圧力調整弁３５４の下流側に設けられる。遮断弁３５６ａ、３５６ｂは、燃料ガス供給路３５２を開閉する。

流量調整弁３５８は、燃料ガス供給路３５２における遮断弁３５６ｂの下流側に設けられる。流量調整弁３５８は、例えば、バタフライバルブである。

流量制御弁３６０は、燃料ガス供給路３５２における流量調整弁３５８とメインバーナ２１０との間に設けられる。流量制御弁３６０は、流量制御部１７０によって開度が調整される。流量制御弁３６０は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。

パイロットバーナ２３０は、メインバーナ２１０より噴出口の口径が小さいバーナである。パイロットバーナ２３０は、メインバーナ２１０の火炎形成部に向けて火炎を形成する。パイロットバーナ２３０は、燃焼設備１１０におけるメインバーナ２１０の近傍に設けられる。パイロットバーナ２３０の噴出口は、燃焼設備１１０の内部空間に臨む。パイロットバーナ２３０の噴出口は、例えば、メインバーナ２１０によって噴出されるガス（燃料ガスおよび炭化水素のうちのいずれか一方または両方）の流れに臨む。パイロットバーナ２３０は、予混合バーナであってもよいし、先混合バーナであってもよい。

パイロット燃料供給部２４０は、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ２３０に供給する。

パイロット燃料供給部２４０は、酸化剤供給部３８０と、炭化水素供給部３９０とを含む。

酸化剤供給部３８０は、パイロットバーナ２３０に空気を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部３８０は、酸化剤ガス供給路３８２と、送風機３０４とを含む。

酸化剤ガス供給路３８２は、送風機３０４と、パイロットバーナ２３０とを接続する流路である。酸化剤ガス供給路３８２は、例えば、配管で構成される。

炭化水素供給部３９０は、パイロットバーナ２３０に炭化水素を供給する。本実施形態において、炭化水素供給部３９０は、炭化水素供給路３９２と、遮断弁３９４ａ、３９４ｂと、圧力調整弁３９６と、を含む。

炭化水素供給路３９２は、炭化水素の供給源１６０（主幹遮断弁１６２）と、パイロットバーナ２３０とを接続する流路である。炭化水素供給路３９２は、例えば、配管で構成される。

遮断弁３９４ａ、３９４ｂは、炭化水素供給路３９２に設けられる。遮断弁３９４ａ、３９４ｂは、炭化水素供給路３９２を開閉する。

圧力調整弁３９６は、炭化水素供給路３９２における遮断弁３９４ｂの下流側に設けられる。圧力調整弁３９６は、下流に供給される炭化水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。

[流量制御部１７０による制御]
続いて、流量制御部１７０によるバーナ装置１２０の制御について説明する。

流量制御部１７０は、炭化水素供給路３２２を通じてメインバーナ２１０に供給される炭化水素の流量、燃料ガス供給路３５２を通じてメインバーナ２１０に供給される水素の流量、酸化剤ガス供給路３０２を通じてメインバーナ２１０に供給される空気の流量、および、炭化水素供給路３９２を通じてパイロットバーナ２３０に供給される炭化水素の流量を制御して、点火制御、運転中制御、および、消火制御を行う。

点火制御は、パイロットバーナ２３０へのパイロット燃料（炭化水素）の供給を開始し、その後、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を開始する制御である。運転中制御は、点火制御の後に行われる制御である。運転中制御は、メインバーナ２１０に水素を供給する制御である。消火制御は、運転中制御の後に行われる制御である。消火制御は、メインバーナ２１０に炭化水素を供給する制御である。

本実施形態において、流量制御部１７０は、流量制御弁３０６を制御して、メインバーナ２１０に供給される空気の流量を制御する。また、流量制御部１７０は、遮断弁３２６ａ、３２６ｂ、および、流量制御弁３３０を制御して、メインバーナ２１０に供給される炭化水素の流量を制御する。流量制御部１７０は、遮断弁３５６ａ、３５６ｂ、および、流量制御弁３６０を制御して、メインバーナ２１０に供給される水素の流量を制御する。また、流量制御部１７０は、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを制御して、パイロットバーナ２３０に供給される炭化水素の流量を制御する。

図４は、本実施形態に係る流量制御部１７０の制御について説明する図である。図４中、縦軸は、流量を示す。図４中、横軸は時間を示す。なお、時刻Ｔ０において、主幹遮断弁１５２、１６２は開弁されており、遮断弁３２６ａ、３２６ｂ、３５６ａ、３５６ｂ、３９４ａ、３９４ｂは、閉弁されている。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１に至る間に送風機３０４から空気供給を行う炉内プレパージ（燃焼室内の掃気）運転を完了し、流量制御弁３０６の開度を調整して点火時の流量の空気をメインバーナ２１０に供給しながら待機する。

図４に示すように、流量制御部１７０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ６まで点火制御を行う。また、流量制御部１７０は、時刻Ｔ６から時刻７までに運転中制御を行う。そして、流量制御部１７０は、時刻Ｔ７から時刻Ｔ９まで消火制御を行う。以下、各制御について詳述する。

[点火制御]
流量制御部１７０は、時刻Ｔ１において、パイロット燃料供給部２４０を動作させて、炭化水素のパイロットバーナ２３０への供給を開始する。本実施形態において、流量制御部１７０は、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを開弁して、点火装置（図示せず）を用いてパイロットバーナに点火する。炭化水素供給路３９２には、流量ＰＣの炭化水素が供給される。流量ＰＣは、パイロットバーナ２３０の点火に必要な最小限の流量である。

そして、時刻Ｔ１から所定時間経過後の時刻Ｔ２において、流量制御部１７０は、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ２１０に供給する。本実施形態において、流量制御部１７０は、遮断弁３２６ａ、３２６ｂを開弁して点火する。また、図４に示すように、流量制御部１７０は、流量制御弁３３０を制御して、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を流量ＭＣ１に制御する。流量ＭＣ１は、メインバーナ２１０の点火に必要な最小限の流量である。これにより、メインバーナ２１０が点火される。

時刻Ｔ２から所定時間経過後の時刻Ｔ３まで、流量制御部１７０は、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を流量ＭＣ１に維持する。また、流量制御部１７０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間の所定のタイミングで、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

そして、時刻Ｔ３から所定時間経過後の時刻Ｔ４まで、流量制御部１７０は、流量制御弁３０６および流量制御弁３３０の開度を徐々に大きくして、メインバーナ２１０に供給される空気を漸増させるとともに炭化水素を流量ＭＣ１から流量ＭＣ２まで漸増させる。流量ＭＣ２は、メインバーナ２１０の定格燃焼に必要な流量である。

時刻Ｔ４から所定時間経過後の時刻Ｔ５まで、流量制御部１７０は、流量制御弁３３０の開度を維持して、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を流量ＭＣ２に維持する。

そして、時刻Ｔ５から所定時間経過後の時刻Ｔ６まで、流量制御部１７０は、流量制御弁３３０の開度を徐々に小さくして、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を流量ＭＣ２から０（ゼロ）まで漸減させるとともに、流量制御弁３６０の開度を徐々に大きくして、メインバーナ２１０に供給される水素を０から流量ＭＨまで漸増させる。流量ＭＨは、メインバーナ２１０の定格燃焼に必要な流量である。また、この間、流量制御部１７０は、流量制御弁３０６の開度を徐々に小さくして水素の定格燃焼時の設定空気流量に漸減させる。また、時刻Ｔ６において、流量制御部１７０は、遮断弁３２６ａ、３２６ｂを閉弁する。

[運転中制御]
そして、流量制御部１７０は、時刻Ｔ６から所定時間経過後の時刻Ｔ７まで、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として水素をメインバーナ２１０に供給する運転中制御を行う。例えば、流量制御部１７０は、温度センサ１３０による検出値および燃焼設備１１０の要求熱量（要求温度）に応じて、流量制御弁３０６、３６０の開度を制御し、メインバーナ２１０に供給される空気と水素の流量を制御する。

［消火制御］
時刻Ｔ７から所定時間経過後の時刻Ｔ８まで、流量制御部１７０は、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ２１０に供給する。本実施形態において、流量制御部１７０は、時刻Ｔ７において、遮断弁３２６ａ、３２６ｂを開弁する。また、図４に示すように、流量制御部１７０は、流量制御弁３３０の開度を徐々に大きくして、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を０から流量ＭＣ２まで漸増させるとともに、流量制御弁３６０の開度を徐々に小さくして、メインバーナ２１０に供給される水素を流量ＭＨから０まで漸減させる。また、この間、流量制御部１７０は、流量制御弁３０６の開度を徐々に大きくして炭化水素流量ＭＣ２時の設定空気流量に漸増させる。また、時刻Ｔ８において、流量制御部１７０は、遮断弁３５６ａ、３５６ｂを閉弁する。

そして、時刻Ｔ８から所定時間経過後の時刻Ｔ９まで、流量制御部１７０は、流量制御弁３３０の開度を維持して、メインバーナ２１０に供給される炭化水素を流量ＭＣ２に維持する。

時刻Ｔ９において、流量制御部１７０は、遮断弁３２６ａ、３２６ｂを閉弁してメインバーナ２１０を消火し、必要に応じて炉内ポストパージ（燃焼室内の掃気）運転を行った後、送風機３０４を停止する。

［燃焼方法］
続いて、上記燃焼システム１００を用いた燃焼方法について説明する。図５は、本実施形態に係る燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、燃焼方法は、点火処理Ｓ１１０、運転中処理Ｓ１２０、消火処理Ｓ１３０を含む。

［点火処理Ｓ１１０］
点火処理Ｓ１１０では、流量制御部１７０によって点火制御が行われる。上記したように、点火制御は、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を開始し、その後、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を開始する制御である。

［運転中処理Ｓ１２０］
運転中処理Ｓ１２０では、流量制御部１７０によって運転中制御が行われる。上記したように、運転中制御は、点火制御の後に行われる制御であり、メインバーナ２１０に水素を供給する制御である。

［消火処理Ｓ１３０］
消火処理Ｓ１３０では、流量制御部１７０によって消火制御が行われる。上記したように、消火制御は、運転中制御の後に行われる制御であり、メインバーナ２１０に炭化水素を供給する制御である。

以上説明したように、本実施形態に係る燃焼システム１００および燃焼方法は、消火制御において、炭化水素供給路３２２を介して燃料ガス供給路３５２に炭化水素を供給する。これにより、燃料ガス供給路３５２内を水素から炭化水素に置換することができる。したがって、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路３５２に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路３５２内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。このため、燃焼システム１００は、逆火の発生を防止することができる。

また、燃焼システム１００は、点火制御においても、水素の供給を開始する前に、炭化水素供給路３２２を介して燃料ガス供給路３５２に炭化水素を供給する。したがって、燃料ガス供給路３５２内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することができる。

このように、燃焼システム１００は、水素の供給を停止した後、および、水素の供給を開始する前に、燃料ガス供給路３５２内を炭化水素で充満させるといった簡易な構成で、燃料ガス供給路３５２に、フレームアレスタ、不活性ガス供給装置等の逆火阻止および防止装置を設置することなく逆火による設備損壊等のリスクを最小化することができる。これにより、燃焼システム１００は、低コストで逆火を防止することが可能となる。また、フレームアレスタは、単に逆火を最小限に抑えるだけの装置であり、本質的に逆火の発生を防止する対策とはなり得ない。これに対し、燃焼システム１００は、逆火の発生を防止することができる。

また、上記したように、バーナ装置１２０は、パイロットバーナ２３０を備え、流量制御部１７０は、点火制御において、パイロット燃料供給部２４０を動作させて、パイロット燃料（炭化水素）のパイロットバーナ２３０への供給を開始し、パイロットバーナ２３０へのパイロット燃料の供給を開始した後、メイン燃料供給部２２０を動作させて、炭化水素のメインバーナ２１０への供給を開始する。これにより、バーナ装置１２０は、点火制御において、メインバーナ２１０の点火動作を安定して行うことができる。

また、上記したように、流量制御部１７０は、運転中制御において、パイロット燃料供給部２４０の動作を停止させる。つまり、流量制御部１７０は、点火制御においてのみ、パイロット燃料供給部２４０を動作させる。これにより、炭化水素が燃焼する時間を短くすることができる。したがって、ＣＯ_２排出量を低減することが可能となる。

［第１の変形例］
上記実施形態において、パイロット燃料供給部２４０が、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ２３０に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部４４０は、パイロット燃料として水素（燃料ガス）をパイロットバーナ２３０に供給してもよい。

図６は、第１の変形例に係るバーナ装置４２０を説明する図である。図６に示すように、バーナ装置４２０は、メインバーナ２１０と、メイン燃料供給部２２０と、パイロットバーナ２３０と、パイロット燃料供給部４４０とを含む。なお、上記バーナ装置１２０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

第１の変形例において、パイロット燃料供給部４４０は、パイロット燃料として燃料ガス（水素）をパイロットバーナ２３０に供給する。

パイロット燃料供給部４４０は、酸化剤供給部３８０と、燃料ガス供給部４５０とを含む。

燃料ガス供給部４５０は、パイロットバーナ２３０に水素を供給する。本実施形態において、燃料ガス供給部４５０は、燃料ガス供給路４５２と、遮断弁４５４ａ、４５４ｂと、圧力調整弁４５６と、を含む。

燃料ガス供給路４５２は、水素の供給源１５０（主幹遮断弁１５２）と、パイロットバーナ２３０とを接続する流路である。燃料ガス供給路４５２は、例えば、配管で構成される。

遮断弁４５４ａ、４５４ｂは、燃料ガス供給路４５２に設けられる。遮断弁４５４ａ、４５４ｂは、燃料ガス供給路４５２を開閉する。

圧力調整弁４５６は、燃料ガス供給路４５２における遮断弁４５４ｂの下流側に設けられる。圧力調整弁４５６は、下流に供給される水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。

[流量制御部１７０による制御]
続いて、流量制御部１７０によるバーナ装置４２０の制御について説明する。

図７は、第１の変形例に係る流量制御部１７０の制御について説明する図である。図７中、縦軸は、流量を示す。図７中、横軸は時間を示す。

図７に示すように、第１の変形例の流量制御部１７０は、点火制御の時刻Ｔ１において、パイロット燃料供給部４４０を動作させて、水素のパイロットバーナ２３０への供給を開始する。第１の変形例において、流量制御部１７０は、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを開弁して、点火装置（図示せず）を用いて点火する。燃料ガス供給路４５２には、流量ＰＨの水素が供給される。流量ＰＨは、パイロットバーナ２３０の点火に必要な最小限の流量である。

また、流量制御部１７０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間の所定のタイミングで、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

以上説明したように、第１の変形例の流量制御部１７０は、点火制御において、水素をパイロットバーナ２３０に供給する。これにより、第１の変形例のバーナ装置４２０は、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を回避することができる。したがって、第１の変形例のバーナ装置４２０は、上記実施形態と比較して、さらに、ＣＯ_２排出量を低減することが可能となる。

［第２の変形例］
上記実施形態において、パイロット燃料供給部２４０が、点火制御においてのみ、炭化水素をパイロットバーナ２３０に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部２４０は、点火制御に加えて、運転中制御および消火制御においても炭化水素をパイロットバーナ２３０に供給してもよい。

図８は、第２の変形例に係る流量制御部１７０の制御について説明する図である。図８中、縦軸は、流量を示す。図８中、横軸は時間を示す。

［点火制御］
第２の変形例において、流量制御部１７０は、時刻Ｔ１において、パイロット燃料供給部２４０を動作させて、炭化水素のパイロットバーナ２３０への供給を開始する。第２の変形例においても、流量制御部１７０は、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを開弁して、点火装置（図示せず）を用いて点火する。炭化水素供給路３９２には、流量ＰＣの炭化水素が供給される。

［運転中制御］
そして、流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ６以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を維持し、所定のタイミングにおいて、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

また、流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給が再開される時刻Ｔ７より前の所定のタイミング、つまり、消火制御が開始されるより前の所定のタイミングにおいて、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを開弁して、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を再開する。

［消火制御］
流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ９において、遮断弁３９４ａ、３９４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

以上説明したように、第２の変形例に係るバーナ装置１２０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ６以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を維持する。これにより、バーナ装置１２０は、少なくとも、メインバーナ２１０へ供給される炭化水素の流量が漸減し、水素の流量が漸増する間、メインバーナ２１０による燃焼を安定化することが可能となる。

また、第２の変形例に係るバーナ装置１２０は、消火制御が開始される時刻Ｔ７よりも前の所定のタイミングから、パイロットバーナ２３０への炭化水素の供給を再開する。これにより、バーナ装置１２０は、少なくとも、メインバーナ２１０へ供給される炭化水素の流量が漸増し、水素の流量が漸減する間、メインバーナ２１０による燃焼を安定化することが可能となる。

［第３の変形例］
上記第２の変形例において、パイロット燃料供給部２４０が、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ２３０に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部４４０は、パイロット燃料として水素（燃料ガス）をパイロットバーナ２３０に供給してもよい。

図９は、第３の変形例に係る流量制御部１７０の制御について説明する図である。図９中、縦軸は、流量を示す。図９中、横軸は時間を示す。

［点火制御］
第３の変形例において、流量制御部１７０は、時刻Ｔ１において、パイロット燃料供給部４４０を動作させて、水素のパイロットバーナ２３０への供給を開始する。第３の変形例においても、流量制御部１７０は、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを開弁して、点火装置（図示せず）を用いて点火する。燃料ガス供給路４５２には、流量ＰＨの水素が供給される。

［運転中制御］
そして、流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ６以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ２３０への水素の供給を維持し、所定のタイミングにおいて、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

また、流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給が再開される時刻Ｔ７より前の所定のタイミング、つまり、消火制御が開始されるより前の所定のタイミングにおいて、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを開弁して、パイロットバーナ２３０への水素の供給を再開する。

［消火制御］
流量制御部１７０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ９において、遮断弁４５４ａ、４５４ｂを閉弁して、パイロットバーナ２３０への水素の供給を停止して、パイロットバーナ２３０を消火する。

以上説明したように、第３の変形例に係るバーナ装置４２０は、メインバーナ２１０への炭化水素の供給を停止させる時刻Ｔ６以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ２３０への水素の供給を維持する。これにより、バーナ装置４２０は、少なくとも、メインバーナ２１０へ供給される炭化水素の流量が漸減し、水素の流量が漸増する間、メインバーナ２１０による燃焼を安定化することが可能となる。

また、第３の変形例に係るバーナ装置４２０は、消火制御が開始される時刻Ｔ７よりも前の所定のタイミングから、パイロットバーナ２３０への水素の供給を再開する。これにより、バーナ装置４２０は、少なくとも、メインバーナ２１０へ供給される炭化水素の流量が漸増し、水素の流量が漸減する間、メインバーナ２１０による燃焼を安定化することが可能となる。

また、第３の変形例に係るバーナ装置４２０は、第２の変形例に係るバーナ装置１２０と比較して、さらに、ＣＯ_２排出量を低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態および第１～第３の変形例において、バーナ装置１２０、４２０がパイロットバーナ２３０およびパイロット燃料供給部２４０、４４０を備える構成を例に挙げた。しかし、パイロットバーナ２３０およびパイロット燃料供給部２４０、４４０は、必須の構成ではない。パイロットバーナ２３０およびパイロット燃料供給部２４０、４４０を備えない場合、流量制御部１７０は、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ２１０に供給する点火制御を行う。また、流量制御部１７０は、点火制御の後に、メイン燃料供給部２２０を動作させて、燃料ガス（水素）をメインバーナ２１０に供給する運転中制御を行う。そして、流量制御部１７０は、運転中制御の後に、メイン燃料供給部２２０を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ２１０に供給する消火制御を行う。パイロットバーナ２３０およびパイロット燃料供給部２４０、４４０を備えない構成であっても、燃焼システムは、消火制御において、炭化水素供給路３２２を介して燃料ガス供給路３５２に炭化水素を供給することができる。これにより、燃料ガス供給路３５２内を水素から炭化水素に置換することができる。したがって、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路３５２に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路３５２内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。また、パイロットバーナ２３０およびパイロット燃料供給部２４０、４４０を備えない構成であっても、燃焼システムは、点火制御においても、水素の供給を開始する前に、炭化水素供給路３２２を介して燃料ガス供給路３５２に炭化水素を供給する。したがって、燃料ガス供給路３５２内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することができる。

また、上記実施形態、および、第１～第３の変形例では、流量制御部１７０が、点火制御を行う場合を例に挙げた。しかし、流量制御部１７０は、消火制御および運転中制御を行うことができれば、点火制御を省略してもよい。かかる構成においても、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路３５２に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路３５２内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。

また、上記実施形態、および、第１～第３の変形例では、流量制御部１７０が、点火制御において、メインバーナ２１０に供給されるメイン燃料を炭化水素から水素に切り換える際、炭化水素の流量を漸減させるとともに、水素の流量を漸減させる場合を例に挙げた。しかし、流量制御部１７０は、点火制御において、温度センサ１３０の検出値を参照し、メインバーナ２１０が設けられる燃焼設備１１０の内部温度が所定温度以上になった場合に、遮断弁３５６ａ、３５６ｂ（第２開閉弁）を開いて水素の供給を開始し、遮断弁３２６ａ、３２６ｂ（第１開閉弁）を閉じて、炭化水素の供給を停止してもよい。これにより、流量制御弁３３０を省略することができる。

同様に、上記実施形態、および、第１～第３の変形例では、流量制御部１７０が、消火制御において、メインバーナ２１０に供給されるメイン燃料を水素から炭化水素に切り換える際、水素の流量を漸減させるとともに、炭化水素の流量を漸減させる場合を例に挙げた。しかし、流量制御部１７０は、消火制御において、パイロット燃料供給部２４０、４４０を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナ２３０への供給を開始し、パイロットバーナ２３０へのパイロット燃料の供給を開始した後、遮断弁３２６ａ、３２６ｂ（第１開閉弁）を開いて炭化水素の供給を開始し、遮断弁３５６ａ、３５６ｂ（第２開閉弁）を閉じて、水素の供給を停止してもよい。

また、上記第２および第３の変形例において、流量制御部１７０は、運転中制御の所定の期間に亘って、パイロットバーナ２３０へのパイロット燃料の供給を停止する場合を例に挙げた。しかし、流量制御部１７０は、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、パイロット燃料供給部２４０、４４０を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナ２３０への供給を継続してもよい。この場合、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、メインバーナ２１０による燃焼を安定化することが可能となる。

１００ 燃焼システム
１１０ 燃焼設備（炉）
１７０ 流量制御部（制御部）
２１０ メインバーナ
２２０ メイン燃料供給部
２３０ パイロットバーナ
２４０ パイロット燃料供給部
３２２ 炭化水素供給路
３２６ａ 遮断弁（第１開閉弁）
３２６ｂ 遮断弁（第１開閉弁）
３５２ 燃料ガス供給路
３５６ａ 遮断弁（第２開閉弁）
３５６ｂ 遮断弁（第２開閉弁）
４４０ パイロット燃料供給部

Claims (8)

1. メインバーナと、
   水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料として前記メインバーナに供給するメイン燃料供給部と、
   前記メイン燃料供給部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記燃料ガスを前記メインバーナに供給する運転中制御を行い、
   前記運転中制御の後に、前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記炭化水素を前記メインバーナに供給する消火制御を行う、燃焼システム。
2. 前記制御部は、
   前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記炭化水素を前記メインバーナに供給する点火制御を行い、
   前記点火制御の後に、前記運転中制御を行う、請求項１に記載の燃焼システム。
3. 前記メイン燃料供給部は、
   前記炭化水素の供給源と前記メインバーナとを接続する炭化水素供給路と、
   前記燃料ガスの供給源と前記炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、
   前記炭化水素供給路に設けられる第１開閉弁と、
   前記燃料ガス供給路に設けられる第２開閉弁と、
   を有し、
   前記制御部は、前記点火制御において、前記メインバーナが設けられる炉の内部温度が所定温度以上になった場合に、前記第２開閉弁を開き、前記第１開閉弁を閉じる、請求項２に記載の燃焼システム。
4. 前記メインバーナより口径が小さいパイロットバーナと、
   前記燃料ガスおよび前記炭化水素のいずれか一方または両方をパイロット燃料として前記パイロットバーナに供給するパイロット燃料供給部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記点火制御において、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を開始し、
   前記パイロットバーナへの前記パイロット燃料の供給を開始した後、前記メイン燃料供給部を動作させて、前記炭化水素の前記メインバーナへの供給を開始する、請求項２または３に記載の燃焼システム。
5. 前記パイロット燃料供給部は、前記パイロット燃料として前記燃料ガスを前記パイロットバーナに供給し、
   前記制御部は、前記点火制御、前記運転中制御、および、前記消火制御に亘って、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を継続する、請求項４に記載の燃焼システム。
6. 前記制御部は、前記運転中制御において、前記パイロット燃料供給部の動作を停止させる、請求項４に記載の燃焼システム。
7. 前記メイン燃料供給部は、
   前記炭化水素の供給源と前記メインバーナとを接続する炭化水素供給路と、
   前記燃料ガスの供給源と前記炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、
   前記炭化水素供給路に設けられる第１開閉弁と、
   前記燃料ガス供給路に設けられる第２開閉弁と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記消火制御において、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を開始し、
   前記パイロットバーナへの前記パイロット燃料の供給を開始した後、前記第１開閉弁を開き、前記第２開閉弁を閉じる、請求項４に記載の燃焼システム。
8. 水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、
   前記運転中制御の後に、炭化水素を前記メインバーナに供給する消火制御を行う、燃焼方法。

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