JP5521602B2 - 副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置に関するものである。

一般に、産業用ボイラ、発電用ボイラ、或いは焼却炉等の燃焼装置に対し、高炉ガス（ＢＦＧ：blast furnace gas）や製油プラントからの低カロリーガス等の副生ガスを燃料として用いる場合、該副生ガスは通常低い供給圧（１〜２［ｋＰａ］）で供給されるが、副生ガス供給配管における圧力損失により、バーナでの副生ガス噴射に必要となる圧力が不足する可能性があるため、前記副生ガス供給配管途中に昇圧ファンを設け、該昇圧ファンにより副生ガスをブーストアップすることが行われている。

一方、前記バーナにおいては、副生ガスの逆火現象が発生することを防ぐために、前記燃焼装置の炉本体の内圧と副生ガス圧力との差圧を充分に取り、前記バーナの上流側における副生ガス供給配管内の副生ガス圧力が常に前記燃焼装置の炉本体の内圧より高く保持されるようにする必要がある。

このため、従来においては、前記バーナの上流側における副生ガス供給配管途中に、オリフィス及びバルブ等の開度固定の絞りを設け、該絞りにて副生ガスに抵抗を与えることにより、前記燃焼装置の炉本体の内圧と副生ガス圧力との差圧が確保できるようにしていた。

尚、高炉ガス等の副生ガスを燃料として用いるようにしたボイラの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開昭６３−２８２４０１号公報

しかしながら、前述の如く、オリフィス及びバルブ等の開度固定の絞りにより前記燃焼装置の炉本体の内圧と副生ガス圧力との差圧を確保するのでは、低流量域においては効果的である反面、高流量域では、前記絞りにより副生ガス供給配管における圧力損失が必要以上に大きくなって副生ガスを昇圧するための昇圧ファンの動力消費が増大し、省エネルギの観点からは好ましいとは言えなかった。

因みに、前記副生ガス供給配管における圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は、
ΔＰ＝（Ｑ／Ｑ₀）²×α
但し、
Ｑ：実流量［Ｎｍ³／ｈ］
Ｑ₀：配管計画流量［Ｎｍ³／ｈ］
α：圧力損失定数［ｋＰａ］（例えば、１．６程度）
と表され、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率の二乗に比例し、実流量Ｑが多くなるほど圧力損失も大きくなるが、例えば、Ｑ／Ｑ₀＝０．８即ち流量が８０［％］の場合、前記圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は最大値の０．６４即ち６４［％］となるため、このように圧力損失を考慮すると、低流量域と高流量域の閾値は、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率が８０［％］であると定義する。

本発明は、斯かる実情に鑑み、低流量域でのバーナにおける副生ガスの逆火現象の発生を防止して運転の安定化を図ることができ、且つ高流量域での副生ガス供給配管における圧力損失増大に伴う昇圧ファンの動力消費増大を回避し得、省エネルギ化を図り得る副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置を提供しようとするものである。

本発明は、副生ガス供給配管に導入される副生ガスを昇圧ファンにより昇圧してバーナに供給し、炉本体の内部で着火燃焼させる副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置であって、
前記昇圧ファンで昇圧された副生ガスの流量を検出する燃料流量計と、
該燃料流量計とバーナとの間における前記副生ガス供給配管途中に設けられる開度調節可能な遮断弁と、
前記燃料流量計で検出された副生ガスの流量に基づき遮断弁に開度指令を出力する制御器と
を備え、
前記制御器は、
副生ガスの流量に応じて遮断弁の開度を最小設定開度に保持する最小設定開度保持領域と、副生ガスの流量が前記最小設定開度保持領域を越えた際に副生ガスの流量の増減に比例させて遮断弁の開度を増減させる比例調節領域と、副生ガスの流量が前記比例調節領域を越えた際に遮断弁の開度を全開に保持する全開保持領域とからなる関数が設定された関数発生器と、
通常は前記関数発生器から出力される開度指令をそのまま遮断弁へ出力する一方、前記バーナの上流側における副生ガスの圧力と前記炉本体の内圧との差圧が予め設定されたトリップ値以下に低下した際には、０［％］の開度指令を遮断弁へ出力し該遮断弁を強制的に全閉とする切換リレーと
を有していることを特徴とする副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

運転時には、副生ガス供給配管に導入される副生ガスが昇圧ファンにより昇圧されてバーナに供給され、炉本体の内部で着火燃焼されるが、このとき、前記昇圧ファンで昇圧された副生ガスの流量は燃料流量計で検出され、該燃料流量計で検出された副生ガスの流量に基づき制御器から遮断弁に開度指令が出力され、該遮断弁の開度が調節される。

この結果、従来の如く、オリフィス及びバルブ等の開度固定の絞りにより前記燃焼装置の炉本体の内圧と副生ガス圧力との差圧を確保するのとは異なり、低流量域においては、遮断弁の開度を絞って副生ガスに抵抗を与えることにより、前記燃焼装置の炉本体の内圧と副生ガス圧力との差圧が確保され、バーナにおける副生ガスの逆火現象が発生することを防止可能となると共に、高流量域では、前記遮断弁の開度を全開とすることにより、副生ガス供給配管における圧力損失が必要以上に大きくならず副生ガスを昇圧するための昇圧ファンの動力消費が増大してしまうことも避けられ、省エネルギ化が可能となる。更に、万一、バーナの上流側における副生ガスの圧力と炉本体の内圧との差圧が予め設定されたトリップ値以下に低下した際には、切換リレーから０［％］の開度指令が遮断弁へ出力され該遮断弁が強制的に全閉とされる。

本発明の副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置によれば、低流量域でのバーナにおける副生ガスの逆火現象の発生を防止して運転の安定化を図ることができ、且つ高流量域での副生ガス供給配管における圧力損失増大に伴う昇圧ファンの動力消費増大を回避し得、省エネルギ化を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置の実施例を示す全体概要構成図、並びに副生ガス供給配管の位置と対応させた副生ガス圧力線図である。 本発明の副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置の実施例における関数発生器に設定された関数を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置の実施例であって、１は燃焼装置としてのボイラ、２はボイラ１の炉本体１ａに取り付けられるバーナ、３はバーナ２に接続される副生ガス供給配管、４は副生ガス供給配管３途中に設けられ且つ低い供給圧（１〜２［ｋＰａ］）で供給される副生ガスを昇圧する昇圧ファン、５は昇圧ファン４で昇圧された副生ガスの流量５ａを検出する燃料流量計、６はバーナ２の上流側における副生ガスの圧力Ｐ₁を検出する圧力計、７はボイラ１の炉本体１ａの内圧Ｐ₀（０〜−０．０３［ｋＰａ］）を検出する圧力計であり、通常、前記バーナ２の上流側における副生ガス供給配管３途中には、前記圧力計６で検出されたバーナ２の上流側における副生ガスの圧力Ｐ₁と前記圧力計７で検出されたボイラ１の炉本体１ａの内圧Ｐ₀との差圧が予め設定されたトリップ値以下に低下した際に全閉とされる遮断弁８が設けられている。

本実施例の場合、前記遮断弁８を利用し、該遮断弁８に開度調節可能な機能を持たせ、前記燃料流量計５で検出された副生ガスの流量５ａに基づき制御器９から前記遮断弁８に開度指令８ａを出力するよう構成してある。

前記制御器９は、図１に示す如く、関数発生器１０と、手動／自動切換器１１と、切換リレー１２とを備えている。

前記関数発生器１０には、図２に示す如く、副生ガスの流量５ａ（配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表すようにしてある）に応じて遮断弁８の開度を最小設定開度（１５〜２０［％］）に保持する最小設定開度保持領域と、副生ガスの流量５ａが前記最小設定開度保持領域を越えた際に副生ガスの流量５ａの増減に比例させて遮断弁８の開度を増減させる比例調節領域と、副生ガスの流量５ａが前記比例調節領域を越えた際に遮断弁８の開度を全開（１００［％］）に保持する全開保持領域とからなる関数を予め設定してある。尚、図２に示す例では、前記最小設定開度保持領域は、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで０〜２０［％］の範囲、前記比例調節領域は、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで２０〜８０［％］の範囲、前記全開保持領域は、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで８０〜１００［％］の範囲としてある。

前記手動／自動切換器１１は、遮断弁８の開閉操作を手動モードと自動モードのいずれかに切り換えるためのものであり、通常は自動モードに設定されている。

又、前記切換リレー１２は、通常は図１中、ａ側に切り換えられて前記関数発生器１０から出力される開度指令８ａを手動／自動切換器１１を介してそのまま遮断弁８へ出力する一方、前記圧力計６で検出されたバーナ２の上流側における副生ガスの圧力Ｐ₁と前記圧力計７で検出されたボイラ１の炉本体１ａの内圧Ｐ₀との差圧が予め設定されたトリップ値以下に低下した際には、図１中、ｂ側に切り換えられて０［％］の開度指令８ａを遮断弁８へ出力し該遮断弁８を強制的に全閉とするようになっている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

運転時には、副生ガス供給配管３に導入される副生ガスが昇圧ファン４により昇圧されてバーナ２に供給され、炉本体１ａの内部で着火燃焼されるが、このとき、前記昇圧ファン４で昇圧された副生ガスの流量５ａは燃料流量計５で検出され、該燃料流量計５で検出された副生ガスの流量５ａに基づき制御器９から遮断弁８に開度指令８ａが出力され、該遮断弁８の開度が調節される。

前記制御器９の関数発生器１０には、図２に示すような関数が予め設定されているため、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで０〜２０［％］の範囲となる最小設定開度保持領域では、前記遮断弁８の開度は最小設定開度（１５〜２０［％］）に保持され、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで２０〜８０［％］の範囲となる比例調節領域では、前記遮断弁８の開度は副生ガスの流量５ａの増減に比例させて増減され、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで８０〜１００［％］の範囲となる全開保持領域では、前記遮断弁８の開度は全開（１００［％］）に保持される。

ここで、例えば、仮に、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで０〜２０［％］の範囲となる最小設定開度保持領域で、前記遮断弁８の開度を最小設定開度（１５〜２０［％］）に保持せずに全開のままとして副生ガスに抵抗を与えなかった場合、昇圧ファン４で副生ガスを昇圧したとしても、図１の副生ガス供給配管３の位置と対応させた副生ガス圧力線図において、仮想線Ｌ´で示す如く、前記遮断弁８の入側での副生ガスの圧力がトリップ値以下に低下してしまい、該遮断弁８が強制的に全閉とされる可能性があるが、本実施例においては、前記遮断弁８の開度は絞られて副生ガスに抵抗が与えられているため、図１の副生ガス供給配管３の位置と対応させた副生ガス圧力線図において、実線Ｌで示す如く、前記遮断弁８の入側での副生ガスの圧力がトリップ値以下に低下することはなく、該遮断弁８が強制的に全閉とされる心配はない。

又、例えば、仮に、配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率［％］として表す副生ガスの流量５ａで８０〜１００［％］の範囲となる全開保持領域で、前記遮断弁８の開度を全開（１００［％］）に保持せずに、従来と同様なオリフィス及びバルブ等の開度固定の絞りが用いられていた場合、図１の副生ガス供給配管３の位置と対応させた副生ガス圧力線図において、仮想線Ｈ´で示す如く、前記開度固定の絞りにより副生ガス供給配管における圧力損失が必要以上に大きくなって副生ガスを昇圧するための昇圧ファン４の動力消費が増大する虞があるが、本実施例においては、前記遮断弁８の開度は絞られずに全開とされているため、図１の副生ガス供給配管３の位置と対応させた副生ガス圧力線図において、実線Ｈで示す如く、前記遮断弁８の入側での副生ガスの圧力を必要以上に高めなくて済む。

この結果、従来の如く、オリフィス及びバルブ等の開度固定の絞りにより前記燃焼装置としてのボイラ１の炉本体１ａの内圧Ｐ₀と副生ガスの圧力Ｐ₁との差圧を確保するのとは異なり、低流量域（配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率が８０［％］未満の場合であると定義する）においては、遮断弁８の開度を絞って副生ガスに抵抗を与えることにより、前記ボイラ１の炉本体１ａの内圧Ｐ₀と副生ガスの圧力Ｐ₁との差圧が確保され、バーナ２における副生ガスの逆火現象が発生することを防止可能となると共に、高流量域（配管計画流量Ｑ₀に対する実流量Ｑの比率が８０［％］以上の場合であると定義する）では、前記遮断弁８の開度を全開とすることにより、副生ガス供給配管３における圧力損失が必要以上に大きくならず副生ガスを昇圧するための昇圧ファン４の動力消費が増大してしまうことも避けられ、省エネルギ化が可能となる。

こうして、低流量域でのバーナ２における副生ガスの逆火現象の発生を防止して運転の安定化を図ることができ、且つ高流量域での副生ガス供給配管３における圧力損失増大に伴う昇圧ファン４の動力消費増大を回避し得、省エネルギ化を図り得る。

尚、本発明の副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、ボイラに限らず焼却炉等の燃焼装置にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ボイラ（燃焼装置）
１ａ 炉本体
２ バーナ
３ 副生ガス供給配管
４ 昇圧ファン
５ 燃料流量計
５ａ 流量
８ 遮断弁
８ａ 開度指令
９ 制御器
１０ 関数発生器

Claims (1)

1. 副生ガス供給配管に導入される副生ガスを昇圧ファンにより昇圧してバーナに供給し、炉本体の内部で着火燃焼させる副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置であって、
   前記昇圧ファンで昇圧された副生ガスの流量を検出する燃料流量計と、
   該燃料流量計とバーナとの間における前記副生ガス供給配管途中に設けられる開度調節可能な遮断弁と、
   前記燃料流量計で検出された副生ガスの流量に基づき遮断弁に開度指令を出力する制御器と
   を備え、
   前記制御器は、
   副生ガスの流量に応じて遮断弁の開度を最小設定開度に保持する最小設定開度保持領域と、副生ガスの流量が前記最小設定開度保持領域を越えた際に副生ガスの流量の増減に比例させて遮断弁の開度を増減させる比例調節領域と、副生ガスの流量が前記比例調節領域を越えた際に遮断弁の開度を全開に保持する全開保持領域とからなる関数が設定された関数発生器と、
   通常は前記関数発生器から出力される開度指令をそのまま遮断弁へ出力する一方、前記バーナの上流側における副生ガスの圧力と前記炉本体の内圧との差圧が予め設定されたトリップ値以下に低下した際には、０［％］の開度指令を遮断弁へ出力し該遮断弁を強制的に全閉とする切換リレーと
   を有していることを特徴とする副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置。

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