JP5916777B2 - 舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法に関するものである。
タンカー等の船舶やFPSO/FSO(浮体式石油・ガス生産/貯蔵設備)に搭載される原油タンクにおいては、その内部に揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds)を含むガス(以下、VOCガスという。)が発生することが知られている。
従来、原油タンク内で発生したVOCガスはベントにより大気中に放出されていた。しかしながら、VOCガスが浮遊粒子状物質及び光化学オキシダント等による大気汚染の原因となることから、近年は、VOCガスを大気へ放出せずに無害化する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1には、原油タンク内の不活性ガス(イナートガス)を含むVOCガスをボイラが備えるバーナに供給し、VOCガスを含まない炭化水素ガス等の主燃料とともにVOCガスを燃焼させる技術が開示されている。
従来、原油タンク内で発生したVOCガスはベントにより大気中に放出されていた。しかしながら、VOCガスが浮遊粒子状物質及び光化学オキシダント等による大気汚染の原因となることから、近年は、VOCガスを大気へ放出せずに無害化する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1には、原油タンク内の不活性ガス(イナートガス)を含むVOCガスをボイラが備えるバーナに供給し、VOCガスを含まない炭化水素ガス等の主燃料とともにVOCガスを燃焼させる技術が開示されている。
原油タンク内の不活性ガス(イナートガス)に含まれるVOCガスの体積濃度は、原油の貯蔵状況により100ppm以下から約50%までの幅広い範囲で変化することが知られている。VOCガスの濃度が所定濃度(例えば、10〜20%)よりも低い場合、VOCガスの発熱量が低いことからVOCガスだけではバーナでの燃焼を維持することができない。特許文献1に記載されるように、十分な量の主燃料とともに低濃度のVOCガスを燃焼させる場合は、主燃料により燃焼が維持されるので、VOCガスを燃焼させて無害化することができる。
しかしながら、低濃度のVOCガスを確実に燃焼させるには、十分な量の主燃料をバーナに供給して燃焼を維持する必要があった。例えば、ボイラに要求される蒸気出力が少ないかゼロである場合、すなわち蒸気の需要が少ない場合は、要求を満たすためにはバーナへの主燃料の供給が不要であるか微量であれば良い。しかしながら、低濃度のVOCガスを確実に燃焼させるためには、十分な量の主燃料をバーナに供給する必要があり、燃料消費量が増大する原因となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の舶用ボイラは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る舶用ボイラは、火炉と、燃焼用燃料および燃焼用空気を前記火炉内で燃焼させるバーナと、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部と、前記バーナによる燃焼により発生する燃焼ガスを排出する排出部と、前記燃焼用燃料の前記バーナへの供給量および前記燃焼用空気の前記バーナへの供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記揮発性ガス供給部から前記火炉に流入して前記排出部に導かれる前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する制限運転モードを備える。
すなわち、本発明に係る舶用ボイラは、火炉と、燃焼用燃料および燃焼用空気を前記火炉内で燃焼させるバーナと、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部と、前記バーナによる燃焼により発生する燃焼ガスを排出する排出部と、前記燃焼用燃料の前記バーナへの供給量および前記燃焼用空気の前記バーナへの供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記揮発性ガス供給部から前記火炉に流入して前記排出部に導かれる前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する制限運転モードを備える。
本発明に係る舶用ボイラによれば、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスは、バーナによる燃焼により加熱された火炉内に供給される。舶用ボイラを運転制御する制御部は、燃焼用燃料のバーナへの供給量および燃焼用空気のバーナへの供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲で舶用ボイラを運転するものであるが、制限運転モードで運転する際は所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内で運転する。制御部が制限運転モードで運転する場合、揮発性ガスは、所定時間以上火炉内に滞留し、かつ所定温度以上に維持される。この所定時間および所定温度を揮発性ガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、ごく低濃度の揮発性ガスであっても十分に酸化処理された状態で排出部から排出される。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度(発熱量)にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラを提供することができる。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度(発熱量)にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラを提供することができる。
本発明の第1態様の舶用ボイラは、前記原油タンク内に封入される不活性ガスを前記火炉内に供給する不活性ガス供給部と、前記不活性ガス供給部に供給する前記不活性ガスの流量を調整する調整弁とを備える。
このようにすることで、火炉内に供給される不活性ガスの流量を調整して火炉内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物(NOx)の発生量を少なくすることができる。
このようにすることで、火炉内に供給される不活性ガスの流量を調整して火炉内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物(NOx)の発生量を少なくすることができる。
本発明の第2態様の舶用ボイラは、前記揮発性ガスの外部への流出を検知する検知部と、前記検知部が前記揮発性ガスの外部への流出を検知する場合に、前記原油タンクから前記バーナへの前記揮発性ガスの供給を遮断する遮断弁とを備える。
このようにすることで、揮発性ガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンクからバーナへの揮発性ガスの供給を遮断し、揮発性ガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
このようにすることで、揮発性ガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンクからバーナへの揮発性ガスの供給を遮断し、揮発性ガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
本発明の一態様の舶用ボイラの運転方法は、燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの前記燃焼用燃料の供給量および前記燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転する第1運転工程と、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部から前記火炉に流入する前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する第2運転工程とを備える。
本発明に係る舶用ボイラの運転方法によれば、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスは、バーナによる燃焼により加熱された火炉内に供給される。第1運転工程では、燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの燃焼用燃料の供給量および燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲でボイラが運転される一方で、第2運転工程では所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内でボイラが運転される。第2運転工程を実行する場合、火炉に流入する揮発性ガスは、所定時間以上火炉内に滞留し、かつ所定温度以上に維持される。この所定時間および所定温度を揮発性ガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、ごく低濃度の揮発性ガスであっても十分に酸化処理された状態で排出部から排出される。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度(発熱量)にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラの運転方法を提供することができる。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度(発熱量)にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラの運転方法を提供することができる。
本発明によれば、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態に係る舶用ボイラを備えるVOCガス処理システムについて、図面を参照して説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るVOCガス処理システム100が備える舶用ボイラ1は、火炉2と、バーナ3と、VOCガス供給部60(揮発性ガス供給部)と、蒸発管群6(熱交換器群)と、ガス出口8(排出部)と、制御装置50(制御部)とを備える。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るVOCガス処理システム100が備える舶用ボイラ1は、火炉2と、バーナ3と、VOCガス供給部60(揮発性ガス供給部)と、蒸発管群6(熱交換器群)と、ガス出口8(排出部)と、制御装置50(制御部)とを備える。
前述したように、VOCガスの濃度が所定濃度(例えば、10〜20%)よりも低い場合、VOCガスの発熱量が低いことからVOCガスだけでは燃焼を維持することができない。そこで、本実施形態の舶用ボイラ1は、低濃度のVOCガスを酸化処理するためのVOC処理モード(制限運転モード)を実行可能となっている。VOC処理モードにおいて、制御装置50は、VOCガス供給部60から火炉2に流入してガス出口8に導かれるVOCガスが所定温度以上(例えば、約800℃以上)に維持され、かつ所定時間以上(例えば、約0.5秒以上)に渡って舶用ボイラ1の火炉2内に滞留するように、ボイラ主燃料のバーナ3への供給量を調整し、制限された負荷範囲(例えば、約20%〜約50%の負荷範囲)で舶用ボイラ1を運転する。
なお、本実施形態において、バーナ3による燃焼とは、高速な発熱反応を伴う酸化現象である。一方、VOC処理モードとは、高速な発熱反応を伴わない酸化現象である。酸化現象という意味においては、燃焼における酸化現象も、VOC処理モードにおける酸化現象も同等である。本実施形態においては、高速な発熱反応を伴う酸化現象を燃焼と呼び、高速な発熱反応を伴わない酸化現象を酸化処理と呼ぶ。
以下、VOCガス処理システム100が備える舶用ボイラ1の各構成について説明する。
図2に示す舶用ボイラ1において、火炉2の上部に設置された風箱14内に複数のバーナ3が設置される。バーナ3は、主燃料ライン35を介して供給されるボイラ主燃料(燃焼用燃料)と、空気ダクト13を介して導入される燃焼用空気を含む燃料ガスを火炉2内で燃焼させる。
舶用ボイラ1の運転を制御する制御装置50(制御部)は、ボイラ主燃料のバーナ3への供給量および燃焼用空気のバーナ3への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲で舶用ボイラ1を運転するものである。燃焼用空気のバーナ3への供給量は、各種のパラメータに応じて適宜調整すればよい。例えば、ガス出口8から排出される排気ガスに含まれる酸素濃度を酸素濃度センサ(不図示)により検出し、検出した酸素濃度に応じて燃焼用空気のバーナ3への供給量を調整してもよい。
図2に示す舶用ボイラ1において、火炉2の上部に設置された風箱14内に複数のバーナ3が設置される。バーナ3は、主燃料ライン35を介して供給されるボイラ主燃料(燃焼用燃料)と、空気ダクト13を介して導入される燃焼用空気を含む燃料ガスを火炉2内で燃焼させる。
舶用ボイラ1の運転を制御する制御装置50(制御部)は、ボイラ主燃料のバーナ3への供給量および燃焼用空気のバーナ3への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲で舶用ボイラ1を運転するものである。燃焼用空気のバーナ3への供給量は、各種のパラメータに応じて適宜調整すればよい。例えば、ガス出口8から排出される排気ガスに含まれる酸素濃度を酸素濃度センサ(不図示)により検出し、検出した酸素濃度に応じて燃焼用空気のバーナ3への供給量を調整してもよい。
燃料ガスの燃焼により生成された高温の燃焼ガスは、火炉2の下流に配設されたフロントバンクチューブ4、過熱器5および蒸発管群(リアバンクチューブ)6を順番に通過する。フロントバンクチューブ4、過熱器5、蒸発管群6を含む熱交換器群は、火炉2に面して設置されており、その内部で水等の熱交換媒体が流通している。高温の燃焼ガスが熱交換器群を通過することにより、高温の燃焼ガスと熱交換器群の内部を流通する熱交換媒体との熱交換が行われる。熱交換媒体との熱交換を終えた燃焼ガスは、出口側ガスダクト7を通ってガス出口8から舶用ボイラ1の外部へ排出される。
舶用ボイラ1は、蒸発管群6の下方に設けられた水ドラム9と、蒸発管群6の上方に設けられた蒸気ドラム10と、フロントバンクチューブ4に接続されたヘッダ11,12を備える。なお、本実施形態における舶用ボイラ1は、船舶を推進させる動力として用いられる蒸気を発生させる主ボイラであるものとするが、他の態様であってもよい。例えば、船舶の荷役作業の動力として用いられるカーゴオイルポンプの駆動源となる蒸気を発生させる補助ボイラであっても良い。補助ボイラが発生させた蒸気は、荷役用タービンに供給され、荷役用タービンの回転動力がカーゴオイルポンプの駆動源として蓄積される。また、舶用ボイラ1として、発電用等の他の用途に用いられるボイラとしてもよい。
図1に示すように、舶用ボイラ1は、更に、制御装置50と、燃料制御弁30と、燃料遮断弁41とを備える。
燃料遮断弁41は、制御装置50によって開閉される弁であり、ボイラ主燃料(例えば、HFO(Heavy Fuel Oil:重質燃料油)、MDO(Marine Diesel Oil:船舶用ディーゼル油)、メタン等)を、主燃料ライン35を介して舶用ボイラ1に供給する場合に開状態となる。
燃料制御弁30は、制御装置50によって開度が調整される弁であり、その開度によってバーナ3に供給されるボイラ主燃料の流量を調整する。
燃料遮断弁41は、制御装置50によって開閉される弁であり、ボイラ主燃料(例えば、HFO(Heavy Fuel Oil:重質燃料油)、MDO(Marine Diesel Oil:船舶用ディーゼル油)、メタン等)を、主燃料ライン35を介して舶用ボイラ1に供給する場合に開状態となる。
燃料制御弁30は、制御装置50によって開度が調整される弁であり、その開度によってバーナ3に供給されるボイラ主燃料の流量を調整する。
設定部51は、後述するVOC処理モードを実行するか否かの操作者の指示を受け付け、操作者から受け付けた指示に基づいて、VOC処理モードを実行するか否かの設定値を設定するものである。VOC処理モードを実行するか否かの設定値は、設定部51から制御装置50に通知され、制御装置50でVOC処理モードを実行するよう制御する。
舶用ボイラ1が備えるVOCガス供給部60(揮発性ガス供給部)は、流量計60aと、ガス分析計60bと、流量制御弁60cと、遮断弁60dと、逆止弁60eと、フレームアレスタ60fを備える。
流量計60aは、VOCガスライン34を介して流入するVOCガスの流量を計測する計測器であり、計測した流量を制御装置50に通知するようになっている。
流量計60aは、VOCガスライン34を介して流入するVOCガスの流量を計測する計測器であり、計測した流量を制御装置50に通知するようになっている。
ガス分析計60bは、VOCガスライン34から流入するVOCガスに含まれる揮発性有機化合物の濃度あるいは、VOCガスの持つ発熱量や密度などを測定する計測器であり、計測した濃度を制御装置50に通知するようになっている。後述するように、低濃度のVOCガスを酸化処理するのに適したVOC処理モードを実行するか否かは、舶用ボイラ1の操作者が設定部51を介して設定するものである。ガス分析計60bがVOCガスに含まれる揮発性有機化合物の濃度を制御装置50に通知し、制御装置50が表示部(不図示)に濃度を表示等することにより、舶用ボイラ1の操作者は、VOC処理モードを実行すべきか否かを適切に認識することができる。なお、VOC処理モードは、原油タンク22から原油が積み降ろされた後、本船での蒸気需要も少なく略空の状態となった原油タンク22に再び原油が積み込まれるときに設定するのが有効である。原油タンク22に新たに原油が積み込まれる際に、VOCガスが特に発生しやすいからである。
新たに原油が積み込まれる際にVOCガスが発生しやすいのは、略空の状態となった原油タンク22に原油を積み込む際に、原油タンク22内部で原油が撹拌されやすいからである。原油タンク22内部で原油が撹拌されることによって、原油と周囲のイナートガスとの接触が促進され、それに伴って原油からVOCガスが発生しやすくなる。
流量制御弁60cは、VOCガスライン34から供給されるVOCガスのバーナ3への供給量を調整する弁である。制御装置50は、流量制御弁60cの開度を調整することにより、バーナ3へ供給されるVOCガスの供給量を調整することができる。
遮断弁60dは、VOCガスライン34から供給されるVOCガスをバーナ3に供給するか否かを切り換えるために用いられる弁である。制御装置50は、VOCガスが流通する流路の外部に設置されたガス検知器70が、所定濃度以上の揮発性有機化合物を検知した場合に、遮断弁60dを遮断状態に切り換える。これにより、VOCガスが流路から漏れる不具合が発生する場合に、揮発性有機化合物が更に漏れないようにすることができる。なお、ガス検知器70として、例えば、揮発性有機化合物の主成分であるブタンの濃度を検知する検知器を用いることができる。
遮断弁60dは、VOCガスライン34から供給されるVOCガスをバーナ3に供給するか否かを切り換えるために用いられる弁である。制御装置50は、VOCガスが流通する流路の外部に設置されたガス検知器70が、所定濃度以上の揮発性有機化合物を検知した場合に、遮断弁60dを遮断状態に切り換える。これにより、VOCガスが流路から漏れる不具合が発生する場合に、揮発性有機化合物が更に漏れないようにすることができる。なお、ガス検知器70として、例えば、揮発性有機化合物の主成分であるブタンの濃度を検知する検知器を用いることができる。
舶用ボイラ1は、更に火炉2内の温度を計測する温度検出器80と、ガス出口から排出される排気ガスの温度を計測する温度検出器90を備える。温度検出器80および温度検出器90が計測した温度は、制御装置50に通知される。
舶用ボイラ1は、更に蒸気ドラム10で発生し、荷役用タービンに導かれる蒸気の流量を測定するための差圧発信器91を備えている。差圧発振器91はオリフィス92の上流側と下流側の圧力の差分(差圧)を検知することによりオリフィス92を通過する蒸気の流量を計測する計測器である。差圧発振器91が計測した蒸気の流量は、制御装置50に通知される。
舶用ボイラ1は、更に蒸気ドラム10で発生し、荷役用タービンに導かれる蒸気の流量を測定するための差圧発信器91を備えている。差圧発振器91はオリフィス92の上流側と下流側の圧力の差分(差圧)を検知することによりオリフィス92を通過する蒸気の流量を計測する計測器である。差圧発振器91が計測した蒸気の流量は、制御装置50に通知される。
次に、VOCガス処理システム100が備える構成のうち、舶用ボイラ1以外の他の構成について説明する。
原油タンク22は、原油が貯蔵されるタンクであり、原油から揮発した揮発性有機化合物の発火を防止するために、内部にイナートガスが封入されている。イナートガスとは、例えば、CO2やN2等の不活性ガスである。原油タンク22内の上方は、揮発性有機化合物とイナートガスが混合したVOCガスによって満たされている。原油タンク22内のVOCガスは、制御装置50により遮断弁44が開状態に制御されることにより、VOCガスフィルタ27に導かれる。
原油タンク22は、原油が貯蔵されるタンクであり、原油から揮発した揮発性有機化合物の発火を防止するために、内部にイナートガスが封入されている。イナートガスとは、例えば、CO2やN2等の不活性ガスである。原油タンク22内の上方は、揮発性有機化合物とイナートガスが混合したVOCガスによって満たされている。原油タンク22内のVOCガスは、制御装置50により遮断弁44が開状態に制御されることにより、VOCガスフィルタ27に導かれる。
VOCガスフィルタ27は、VOCガスに含まれるすすや水分等を除去するためのフィルターである。VOCガスフィルタ27によりすすや水分等を除去することにより、下流側に流通させるVOCガスに異物が含まれないようにすることができる。
VOCガスフィルタ27によって異物が除去されたVOCガスは、ブロワー28によってVOCガスライン34を経由して舶用ボイラ1に導かれる。
VOCガスフィルタ27によって異物が除去されたVOCガスは、ブロワー28によってVOCガスライン34を経由して舶用ボイラ1に導かれる。
VOCガス処理システム100は、舶用ボイラ1のガス出口8から排出された排気ガスに含まれるイナートガスを再循環させるためのイナートガスライン33を備えている。イナートガスライン33は、舶用ボイラ1から排出される排気ガスを排出する煙突(不図示)までの経路32上から分岐している。イナートガスライン33に流入した排気ガスは、イナートガススクラバー25に供給される。
イナートガスライン33上のイナートガススクラバー25の上流側には遮断弁45が設けられている。遮断弁45は、制御装置50からの指示に応じて、弁の開閉状態を開状態または閉状態のいずれかとなるように調整される。遮断弁45が閉状態となる場合、ガス出口8から排出される排気ガスの全量が、再循環することなくVOCガス処理システム100の外部に排出される。
イナートガススクラバー25は、二酸化炭素、窒素、すす、NOx、SOx等が含まれる排気ガスから硫黄成分等を除去する洗浄処理を行い、冷却水によって排気ガスを冷却する。洗浄処理が行われた排気ガスはイナートガスとなってブロワー26に供給される。
ブロワー26の下流側は、原油タンク22に連結される流路と、ノズル24に連結される流路23とに分岐している。それぞれの流路には、制御弁42および制御弁43が設置されている。制御装置50は、制御弁42および制御弁43それぞれの開度を調整することにより、ブロワー26から排出されるイナートガスのうち原油タンク22に導かれるイナートガスの流量と、ノズル24に導かれるイナートガスの流量とを調整することができる。
次に、制御装置50が実行する舶用ボイラ1の運転について図3を参照して説明する。
図3に示す各工程は、制御装置50が記憶部(図示略)から制御プログラムを読み出して実行することにより行われる。
図3の説明にあたっては、図4を参照する。図4は、図1に示す舶用ボイラにおけるボイラ負荷に対するVOCガスの炉内滞留時間および火炉出口温度を示すグラフである。炉内滞留時間とは、バーナ3から火炉2内に流入したVOCガスが火炉出口(つまり熱交換器群入口)に至るまでに要する経過時間のことである。また、火炉出口温度とは、火炉2の下流側かつ熱交換器群の上流側付近の温度のことである。
図3に示す各工程は、制御装置50が記憶部(図示略)から制御プログラムを読み出して実行することにより行われる。
図3の説明にあたっては、図4を参照する。図4は、図1に示す舶用ボイラにおけるボイラ負荷に対するVOCガスの炉内滞留時間および火炉出口温度を示すグラフである。炉内滞留時間とは、バーナ3から火炉2内に流入したVOCガスが火炉出口(つまり熱交換器群入口)に至るまでに要する経過時間のことである。また、火炉出口温度とは、火炉2の下流側かつ熱交換器群の上流側付近の温度のことである。
本実施形態のVOC処理モードにおいては、後述するように炉内滞留時間を適切に管理することにより、VOCガスの酸化処理を促進している。この炉内滞留時間を、フロントバンクチューブ4,過熱器5,蒸発管群6を含む熱交換器群の入口に至るまでの時間としているのは、熱交換器群が存在する領域においては、熱交換器群によって熱を奪われることにより、VOCガスの酸化処理が促進されない可能性があるからである。本実施形態のVOC処理モードによる酸化処理は、火炉2の入口から出口に至る領域で行われる。
ステップS301で、制御装置50は、舶用ボイラ1のボイラ負荷の目標値を決定する。ボイラ負荷は、例えば、船内の蒸気需要、例えば荷役作業によりカーゴオイルポンプの駆動用蒸気、プロセス蒸気、雑用蒸気の需要により決定される。
ステップS302で、制御装置50は、設定部51を介して、舶用ボイラ1の操作者によりVOC処理モードが設定されているか否かを判定する。ここで、VOC処理モード(制限運転モード)とは、イナートガスに含まれるVOC濃度が低濃度であり、VOCガスを確実に酸化処理したい場合に操作者により設定される運転モードである。操作者は、例えば、ガス分析計60bにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部51を介してVOC処理モードを設定する。
ステップS302で、制御装置50は、設定部51を介して、舶用ボイラ1の操作者によりVOC処理モードが設定されているか否かを判定する。ここで、VOC処理モード(制限運転モード)とは、イナートガスに含まれるVOC濃度が低濃度であり、VOCガスを確実に酸化処理したい場合に操作者により設定される運転モードである。操作者は、例えば、ガス分析計60bにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部51を介してVOC処理モードを設定する。
なお、VOC処理モードの設定は、操作者が行うものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、ガス分析計60bにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部51が自動的にVOC処理モードを設定する態様であってもよい。
ステップS302でVOC処理モードが設定されていると判定された場合、制御装置50はステップS303に処理を進め、そうでなければステップS304に処理を進める。
ステップS302でVOC処理モードが設定されていると判定された場合、制御装置50はステップS303に処理を進め、そうでなければステップS304に処理を進める。
ここで、図4を用いてVOC処理モードにおけるボイラ負荷について説明する。図4に示すように、炉内滞留時間は、ボイラ負荷が大きくなるほど短くなり、ボイラ負荷が小さくなるほど長くなる傾向にある。これは、ボイラ負荷が大きくなるにつれてボイラ主燃料と燃焼用空気の流量が増加し、その結果として舶用ボイラ1の火炉2を通過する燃焼ガスおよびVOCガスの流速が高くなるからである。
また、図4に示すように、火炉出口温度は、ボイラ負荷が大きくなるほど高くなり、ボイラ負荷が小さくなるほど低くなる傾向にある。これは、ボイラ負荷が大きくなるにつれてボイラ主燃料と燃焼用空気の流量が増加し、その結果として燃焼により発生する燃焼ガスの温度が上昇するからである。
また、図4に示すように、火炉出口温度は、ボイラ負荷が大きくなるほど高くなり、ボイラ負荷が小さくなるほど低くなる傾向にある。これは、ボイラ負荷が大きくなるにつれてボイラ主燃料と燃焼用空気の流量が増加し、その結果として燃焼により発生する燃焼ガスの温度が上昇するからである。
そして、低濃度のVOCガスは、炉内滞留時間が約0.5秒以上となり、かつ、火炉出口温度が約800℃以上となる場合に、酸化処理が促進されることが知られている。この条件を満たすボイラ負荷はボイラの特性等に応じて変化するが、例えば、図4に示す舶用ボイラ1の例では、ボイラ負荷が約20%〜約50%の範囲となる。
従って、ボイラ負荷が約20%〜約50%の範囲となるように舶用ボイラ1の運転を制限することにより、低濃度のVOCガスを確実に酸化処理して無害化することができる。図4に示す例では、ボイラ負荷が20%以上かつ50%以下の範囲がVOC処理モードにて制限される制限負荷範囲となる。
従って、ボイラ負荷が約20%〜約50%の範囲となるように舶用ボイラ1の運転を制限することにより、低濃度のVOCガスを確実に酸化処理して無害化することができる。図4に示す例では、ボイラ負荷が20%以上かつ50%以下の範囲がVOC処理モードにて制限される制限負荷範囲となる。
ステップS303で、制御装置50は、ステップS301で決定された目標値が制限負荷範囲内であるか否を判定し、制限負荷範囲内であればステップS304に処理を進め、そうでなければステップS305に処理を進める。例えば、ステップS301で決定された目標値が70%である場合、制限負荷範囲が20%以上かつ50%以下の範囲とならないため、制御装置50はステップS303でNOと判定する。例えば、ステップS301で決定された目標値が30%である場合、制限負荷範囲が20%以上かつ50%以下の範囲となるため、制御装置50はステップS303でYESと判定する。
ステップ304(第1運転工程)で、制御装置50は、VOC処理モードが設定されていないか(ステップS302でNO)あるいは目標値が制限負荷範囲内であるため(ステップS303でYES)、舶用ボイラ1をステップS301で決定された目標値で運転する。
一方、ステップS305(第2運転工程)で、制御装置50は、VOC処理モードが設定されており(ステップS302でYES)、目標値が制限負荷範囲外であるため(ステップS303でNO)、舶用ボイラ1を制限負荷範囲内で運転する。例えば、ステップS301で決定された目標値が70%である場合、制御装置50は、制限負荷範囲の上限である50%のボイラ負荷で運転するように、舶用ボイラ1を制御する。また、例えば、ステップS301で決定された目標値が10%である場合、制御装置50は、制限負荷範囲の下限である20%のボイラ負荷で運転するように、舶用ボイラ1を制御する。
ステップS304およびステップS305を実行することにより、図3に示される舶用ボイラ1の運転が終了し、再びステップS301の処理を開始する。
ステップS304およびステップS305を実行することにより、図3に示される舶用ボイラ1の運転が終了し、再びステップS301の処理を開始する。
以上のように、制御装置50は、VOC処理モードが設定されているか否かに応じてボイラ負荷を適切に調整する。制御装置50は、低濃度のVOCガスを酸化処理するのに適したVOC処理モードが設定されている場合には、低濃度のVOCガスを酸化処理して確実に無害化できるように、ボイラ負荷が制限負荷範囲内となるように運転する。これにより、低濃度のVOCガスが所定時間(例えば約0.5秒)以上に渡って火炉2内に滞留し、かつその際の火炉2内の温度が所定温度上(例えば、約800℃)となって、VOCガスが確実に酸化処理される。
VOC処理モードを実行し、船内の蒸気需要を満たすのに必要な負荷よりも高い負荷で舶用ボイラ1を運転する場合、船内の蒸気需要を超える余剰蒸気が発生する。この余剰蒸気は、船内のダンプライン(余剰蒸気ライン)に導かれて処理される。
なお、VOC処理モードを実行すると、船内の蒸気需要を満たすのに必要な負荷よりも低い負荷となってしまう場合、制御装置50は、船内の蒸気需要を変更して低い負荷とすることでVOC処理モードを実行することができる。あるいは、このような場合に、制御装置50は、VOC処理モードを実行しないように制御してもよい。
以上説明した本実施形態に係る舶用ボイラ1が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の舶用ボイラ1によれば、原油タンク22内で発生する揮発性有機化合物を含むVOCガス(揮発性ガス)は、バーナ3による燃料ガスの燃焼により加熱された火炉2内に供給され、熱交換器群を通過した後にガス出口8(排出部)から排出される。舶用ボイラ1の運転を制御する制御装置50(制御部)は、燃焼用燃料のバーナ3への供給量および燃焼用空気のバーナ3への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲(0〜100%)で舶用ボイラ1を運転するものであるが、VOC処理モードを実行する際は所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内(例えば、20%以上かつ50%以下)で舶用ボイラ1を運転する。制御装置50がVOC処理モードを実行する場合、火炉2に流入して火炉出口に導かれるVOCガスは、所定時間(例えば、約0.5秒)以上火炉2内に滞留し、かつ所定温度(例えば、約800℃)以上に維持される。この所定時間および所定温度をVOCガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、燃焼が困難な低濃度VOCガスであっても火炉内で十分に酸化処理された状態でガス出口8から排出される。
このようにすることで、船内の蒸気需要が少ない場合であっても、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含むVOCガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラ1を提供することができる。
本実施形態の舶用ボイラ1によれば、原油タンク22内で発生する揮発性有機化合物を含むVOCガス(揮発性ガス)は、バーナ3による燃料ガスの燃焼により加熱された火炉2内に供給され、熱交換器群を通過した後にガス出口8(排出部)から排出される。舶用ボイラ1の運転を制御する制御装置50(制御部)は、燃焼用燃料のバーナ3への供給量および燃焼用空気のバーナ3への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲(0〜100%)で舶用ボイラ1を運転するものであるが、VOC処理モードを実行する際は所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内(例えば、20%以上かつ50%以下)で舶用ボイラ1を運転する。制御装置50がVOC処理モードを実行する場合、火炉2に流入して火炉出口に導かれるVOCガスは、所定時間(例えば、約0.5秒)以上火炉2内に滞留し、かつ所定温度(例えば、約800℃)以上に維持される。この所定時間および所定温度をVOCガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、燃焼が困難な低濃度VOCガスであっても火炉内で十分に酸化処理された状態でガス出口8から排出される。
このようにすることで、船内の蒸気需要が少ない場合であっても、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含むVOCガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラ1を提供することができる。
本実施形態の舶用ボイラ1は、VOC処理モードを実行するか否かを設定する設定部51を備え、制御装置50が、設定部51によりVOC処理モードが設定された場合に、VOC処理モードを実行する。このようにすることで、VOCガスが十分に酸化処理されるVOC処理モードを実行するか否かを、操作者の指示に応じて適切に設定することができる。また、あるいは、ガス分析計60bにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部51が自動的にVOC処理モードを設定することができる。
本実施形態の舶用ボイラ1は、原油タンク22内に封入されるイナートガス(不活性ガス)を火炉2内に供給するノズル24と、ノズル24に供給するVOCガスの流量を調整する制御弁42とを備える。
このようにすることで、火炉2内に供給されるVOCガスの流量を調整して火炉2内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物(NOx)の発生量を少なくすることができる。
このようにすることで、火炉2内に供給されるVOCガスの流量を調整して火炉2内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物(NOx)の発生量を少なくすることができる。
本実施形態の舶用ボイラ1においては、ガス出口8から排出される燃焼ガスを前記調整弁に導く再循環ラインと、前記再循環ライン上に設けられるスクラバーとを備えるようにしてもよい。
このようにすることで、スクラバーで燃焼ガスに含まれる有害物質を除去しつつ燃焼ガスに含まれる不活性ガスを冷却し、再び調整弁に導いて不活性ガスを再利用することができる。
このようにすることで、スクラバーで燃焼ガスに含まれる有害物質を除去しつつ燃焼ガスに含まれる不活性ガスを冷却し、再び調整弁に導いて不活性ガスを再利用することができる。
本実施形態の舶用ボイラ1は、VOCガスの外部への流出を検知するガス検知器70と、ガス検知器70がVOCガスの外部への流出を検知する場合に、原油タンク22からバーナ3へのVOCガスの供給を遮断する遮断弁60dとを備える。
このようにすることで、VOCガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンク22からバーナ3へのVOCガスの供給を遮断し、VOCガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
このようにすることで、VOCガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンク22からバーナ3へのVOCガスの供給を遮断し、VOCガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
本実施形態の舶用ボイラ1は、VOCガス供給部60が、バーナ3を介して火炉2内にVOCガスを供給する。
このようにすることで、VOCガスの濃度が高く、かつバーナ3による燃料ガスの燃焼が行われている場合に、VOCガスをバーナ3にて燃焼させることができる。
このようにすることで、VOCガスの濃度が高く、かつバーナ3による燃料ガスの燃焼が行われている場合に、VOCガスをバーナ3にて燃焼させることができる。
〔他の実施形態〕
前述した実施形態では、舶用ボイラ1は、火炉2内の温度を計測する温度検出器80を備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、舶用ボイラ1に温度検出器80設けずに、舶用ボイラ1の負荷や温度検出器90が検出する排気ガスの温度から火炉2内の温度を算出するようにしてもよい。
前述した実施形態では、舶用ボイラ1は、火炉2内の温度を計測する温度検出器80を備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、舶用ボイラ1に温度検出器80設けずに、舶用ボイラ1の負荷や温度検出器90が検出する排気ガスの温度から火炉2内の温度を算出するようにしてもよい。
1 舶用ボイラ
2 火炉
3 バーナ
4 フロントバンクチューブ(熱交換器群)
5 過熱器(熱交換器群)
6 蒸発管群(熱交換器群)
8 ガス出口(排出部)
22 原油タンク
24 イナートガスノズル(不活性ガス供給部)
33 イナートガスライン(再循環ライン)
42 制御弁(調整弁)
50 制御装置(制御部)
60 VOCガス供給部(揮発性ガス供給部)
70 ガス検知器(検知部)
100 VOCガス処理システム
2 火炉
3 バーナ
4 フロントバンクチューブ(熱交換器群)
5 過熱器(熱交換器群)
6 蒸発管群(熱交換器群)
8 ガス出口(排出部)
22 原油タンク
24 イナートガスノズル(不活性ガス供給部)
33 イナートガスライン(再循環ライン)
42 制御弁(調整弁)
50 制御装置(制御部)
60 VOCガス供給部(揮発性ガス供給部)
70 ガス検知器(検知部)
100 VOCガス処理システム
Claims (4)
- 火炉と、
燃焼用燃料および燃焼用空気を前記火炉内で燃焼させるバーナと、
原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部と、
前記バーナによる燃焼により発生する燃焼ガスを排出する排出部と、
前記燃焼用燃料の前記バーナへの供給量および前記燃焼用空気の前記バーナへの供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記揮発性ガス供給部から前記火炉に流入して前記排出部に導かれる前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する制限運転モードを備える舶用ボイラ。 - 前記原油タンク内に封入される不活性ガスを前記火炉内に供給する不活性ガス供給部と、
前記不活性ガス供給部に供給する前記不活性ガスの流量を調整する調整弁とを備える請求項1に記載の舶用ボイラ。 - 前記揮発性ガスの外部への流出を検知する検知部と、
前記検知部が前記揮発性ガスの外部への流出を検知する場合に、前記原油タンクから前記バーナへの前記揮発性ガスの供給を遮断する遮断弁とを備える請求項1または請求項2に記載の舶用ボイラ。 - 舶用ボイラの運転方法であって、
燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの前記燃焼用燃料の供給量および前記燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転する第1運転工程と、
原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部から前記火炉に流入する前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する第2運転工程とを備える舶用ボイラの運転方法。
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