JP5929412B2

JP5929412B2 - ボイラシステム

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Publication number: JP5929412B2
Application number: JP2012075178A
Authority: JP
Inventors: 繁昌松木
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013204940A

Description

本発明は、液体燃料と気体燃料とを切り替えて燃焼させることができる燃料切替バーナを備えたボイラシステムに関する。

従来、環状に配置された水管群及びこれら水管群の上下に設けられた管寄せにより缶体が構成されたボイラが知られている。この種のボイラでは、水管群の中央部にバーナ（燃焼装置）が配置され、このバーナから放射される燃焼ガスにより水管群が加熱される。一般的なバーナは、燃料として、灯油やＡ重油等の液体燃料又は天然ガス等の気体燃料が使用される。近年では、入手可能な燃料が制限される災害時等に対応するため、液体燃料と気体燃料とを切り替えて燃焼させることができるバーナ（以下、「燃料切替バーナ」ともいう）を備えたボイラも開発されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１３４０３７号公報

上述した燃料切替バーナにおいて、液体燃料の燃焼から気体燃料の燃焼に切り替えた際に、液体噴射ノズル（ノズルチップ）内に残った液体燃料が気体燃料の燃焼による生じる輻射熱により炭化し、液体噴射ノズルの先端部（噴射口）を閉塞する場合がある。その状態で、気体燃料の燃焼から液体燃料の燃焼に切り替えると、液体燃料が液体噴射ノズルから正常に噴霧されなくなる場合がある。

従って、本発明は、燃料切替バーナの液体噴射ノズルから液体燃料を正常に噴霧させることができるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、液体燃料又は気体燃料が燃焼する燃焼室を有するボイラ本体と、前記燃焼室に液体燃料を噴射する液体噴射ノズルを有し、前記燃焼室において液体燃料を燃焼させる液体用バーナと、前記液体用バーナに液体燃料を供給する液体燃料供給ラインと、前記液体燃料供給ラインに設けられ、前記液体燃料供給ラインを開閉する液体燃料バルブと、前記燃焼室において気体燃料を燃焼させる気体用バーナと、前記気体用バーナに気体燃料を供給する気体燃料供給ラインと、前記気体燃料供給ラインに設けられ、前記気体燃料供給ラインを開閉する気体燃料バルブと、前記燃焼室に空気を供給する第１エア供給ライン、及び一端側が前記第１エア供給ラインに接続されると共に他端側が前記液体燃料供給ラインにおける前記液体燃料バルブよりも下流側に接続され前記液体用バーナに空気を供給する第２エア供給ラインを有するエア供給部と、前記第２エア供給ラインに設けられ、前記第２エア供給ラインを開閉するエアバルブと、前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料又は気体燃料に切り替えるように前記液体燃料バルブ及び前記気体燃料バルブの開閉状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃焼室で液体燃料を燃焼させる場合に前記エアバルブを閉状態にするように制御し、前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に前記液体噴射ノズルに空気を供給するように前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替えるボイラシステムに関する。

また、前記気体用バーナは、前記燃焼室において点火時に気体燃料を燃焼させるパイロットバーナと、前記燃焼室において前記パイロットバーナで気体燃料を燃焼させた後に気体燃料を燃焼させるメインバーナとを有し、前記気体燃料供給ラインは、前記パイロットバーナに気体燃料を供給するパイロットバーナ供給ラインと、前記メインバーナに気体燃料を供給するメインバーナ供給ラインとを有し、前記第２エア供給ラインは、該第２エア供給ラインにおける前記エアバルブよりも前記一端側から分岐されると共に前記パイロットバーナ供給ラインに接続される分岐ラインを有し、前記制御部は、前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、前記燃焼室において前記メインバーナで気体燃料を燃焼させた後に前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替えることが好ましい。

また、前記制御部は、前記燃焼室において前記メインバーナで気体燃料を燃焼させた後に前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替える場合において、前記エアバルブを開状態に切り替えてから所定時間経過後に前記エアバルブを開状態から閉状態に切り替えることが好ましい。

本発明によれば、燃料切替バーナの液体噴射ノズルから液体燃料を正常に噴霧させることができるボイラシステムを提供する。

実施形態に係るボイラシステム１の全体構成図である。ボイラシステム１に用いられるボイラ本体２の一部断面概略図である。ボイラ本体２に設けられたバーナ部２０の概略断面図である。制御部１０において液体用バーナ２００へパージ用の空気を供給及び停止する場合の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係るボイラシステム１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るボイラシステム１の全体構成図である。図２は、ボイラシステム１に用いられるボイラ本体２の一部断面概略図である。図３は、ボイラ本体２に設けられたバーナ部２０の概略断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るボイラシステム１は、ボイラ本体２と、送風機３と、制御部１０と、液体燃料バルブＶ１〜Ｖ３と、気体燃料バルブＶ４〜Ｖ６と、エアバルブＶ７と、オリフィスＯＦ１及びＯＦ２を備える。また、ボイラシステム１は、液体燃料供給ラインＬ１と、気体燃料供給ラインＬ２と、第１エア供給ラインＬ３と、第２エア供給ラインＬ４と、を備える。送風機３、第１エア供給ラインＬ３及び第２エア供給ラインＬ４は、本実施形態におけるエア供給部を構成する。

本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。また、図１では、ボイラシステム１における各部のレイアウトや流体の経路を模式的に示している。各ラインには、必要に応じて、不図示のバルブ、ポンプ、各種センサ等の機器が設けられる。

ボイラ本体２は、補給水タンク（不図示）から供給された補給水を加熱して、蒸気を発生させる設備である。ボイラ本体２の構成については後述する。

送風機３は、ボイラ本体２のバーナ部２０（後述）に空気を供給する装置である。送風機３の空気供給口には、送風機３で発生した空気をバーナ部２０へ供給する第１エア供給ラインＬ３が接続されている。

液体燃料供給ラインＬ１は、ボイラ本体２のバーナ部２０に液体燃料を供給するラインである。液体燃料供給ラインＬ１の上流側の端部は、液体燃料の供給源（不図示）に接続されている。また、液体燃料供給ラインＬ１の下流側の端部は、ボイラ本体２のバーナ部２０において、液体用バーナ２００（後述：図３参照）に接続されている。

液体燃料供給ラインＬ１には、液体燃料バルブＶ１が設けられている。液体燃料バルブＶ１は、液体燃料供給ラインＬ１を開閉する弁である。液体燃料バルブＶ１の弁体が開閉することにより、液体燃料供給ラインＬ１における液体燃料の流通が制御される。液体燃料バルブＶ１は、ボイラ本体２において、バーナ部２０を液体燃料で燃焼させる場合に開かれ、バーナ部２０を気体燃料で燃焼させる場合に閉じられる。

また、液体燃料供給ラインＬ１は、分岐部Ｊ１において、第１液体燃料ラインＬ１１及び第２液体燃料ラインＬ１２に分岐している。分岐部Ｊ１は、液体燃料バルブＶ１とボイラ本体２のバーナ部２０との間に配置されている。

第１液体燃料ラインＬ１１は、ボイラ本体２において、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１（後述：図３参照）に接続されている。第１液体燃料ラインＬ１１は、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１に液体燃料を供給するラインである。第１液体燃料ラインＬ１１には、液体燃料バルブＶ２が設けられている。液体燃料バルブＶ２は、第１液体燃料ラインＬ１１を開閉する弁である。液体燃料バルブＶ２の弁体が開閉することにより、第１液体燃料ラインＬ１１における液体燃料の流通が制御される。液体燃料バルブＶ２は、バーナ部２０において、液体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合に開かれ、液体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合に閉じられる。なお、第１液体燃料ラインＬ１１は、液体燃料バルブＶ２の下流側における接続部Ｊ９において、第２エア供給ラインＬ４（後述）と接続されている。

第２液体燃料ラインＬ１２は、ボイラ本体２において、液体用バーナ２００の第２液体噴射ノズル２０２（後述：図３参照）と接続されている。第２液体燃料ラインＬ１２は、液体用バーナ２００の第２液体噴射ノズル２０２に液体燃料を供給するラインである。第２液体燃料ラインＬ１２には、液体燃料バルブＶ３が設けられている。液体燃料バルブＶ３は、第２液体燃料ラインＬ１２を開閉する弁である。液体燃料バルブＶ３の弁体が開閉することにより、第２液体燃料ラインＬ１２における液体燃料の流通が制御される。液体燃料バルブＶ３は、バーナ部２０において、液体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合に開かれ、液体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合に閉じられる。なお、第２液体燃料ラインＬ１２は、液体燃料バルブＶ３の下流側における接続部Ｊ１０において、第２エア供給ラインＬ４と接続されている。

なお、液体燃料の低燃焼モードとは、液体燃料を低い燃焼エネルギーで燃焼させる運転モードである。また、液体燃料の高燃焼モードとは、液体燃料を高い（最大）燃焼エネルギーで燃焼させる運転モードである。

また、液体燃料バルブＶ１〜Ｖ３は、制御部１０と電気的に接続されている。液体燃料バルブＶ１〜Ｖ３におけるそれぞれの弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

気体燃料供給ラインＬ２は、ボイラ本体２のバーナ部２０に気体燃料を供給するラインである。気体燃料供給ラインＬ２の上流側の端部は、気体燃料の供給源（不図示）に接続されている。また、気体燃料供給ラインＬ２の下流側の端部は、ボイラ本体２のバーナ部２０において、気体燃料供給管２０３（後述：図３参照）に接続されている。

気体燃料供給ラインＬ２は、分岐部Ｊ２において、パイロットバーナ供給ラインとしての第１気体燃料ラインＬ１３とメインバーナ供給ラインとしての第２気体燃料ラインＬ１４とに分岐している。分岐部Ｊ２は、気体燃料の供給源と気体燃料バルブＶ５（後述）との間に配置されている。

第１気体燃料ラインＬ１３は、バーナ部２０のパイロットバーナ２１０（後述：図３参照）に種火用の気体燃料を供給するラインである。第１気体燃料ラインＬ１３の上流側の端部は、分岐部Ｊ２において気体燃料供給ラインＬ２に接続されている。また、第１気体燃料ラインＬ１３の下流側の端部は、バーナ部２０のパイロットバーナ２１０に接続されている。なお、後述するように、第１気体燃料ラインＬ１３は、接続部Ｊ３において、分岐ラインＬ５（後述）と接続されている。第１気体燃料ラインＬ１３を流通する気体燃料は、接続部Ｊ３において、分岐ラインＬ５から導入されたる空気と混合され、パイロットバーナ２１０に供給される。

第１気体燃料ラインＬ１３には、気体燃料バルブＶ４が設けられている。気体燃料バルブＶ４は、第１気体燃料ラインＬ１３を開閉する弁である。気体燃料バルブＶ４の弁体が開閉することにより、第１気体燃料ラインＬ１３における気体燃料の流通が制御される。気体燃料バルブＶ４は、制御部１０と電気的に接続されている。気体燃料バルブＶ４における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

第２気体燃料ラインＬ１４は、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３に燃焼用の気体燃料を供給するラインである。第２気体燃料ラインＬ１４の上流側の端部は、分岐部Ｊ２において、気体燃料供給ラインＬ２に接続されている。また、第２気体燃料ラインＬ１４の下流側の端部は、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３に接続されている。

第２気体燃料ラインＬ１４には、気体燃料バルブＶ５が設けられている。気体燃料バルブＶ５は、第２気体燃料ラインＬ１４を開閉する弁である。気体燃料バルブＶ５は、分岐部Ｊ２と分岐部Ｊ４（後述）との間に設けられている。気体燃料バルブＶ５の弁体が開閉することにより、第２気体燃料ラインＬ１４における気体燃料の流通が制御される。気体燃料バルブＶ５は、制御部１０と電気的に接続されている。気体燃料バルブＶ５における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

また、第２気体燃料ラインＬ１４は、分岐部Ｊ４において、バイパスラインＬ１５に分岐している。分岐部Ｊ４は、気体燃料バルブＶ５とオリフィスＯＦ２（後述）との間に配置されている。バイパスラインＬ１５は、バーナ部２０において、気体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合に、気体燃料を気体燃料供給管２０３に供給するラインである。バイパスラインＬ１５の上流側の端部は、分岐部Ｊ４において、第２気体燃料ラインＬ１４に接続されている。また、バイパスラインＬ１５の下流側の端部は、接続部Ｊ５において、第２気体燃料ラインＬ１４に接続されている。接続部Ｊ５は、気体燃料バルブＶ６（後述）と気体燃料供給管２０３との間に配置されている。

バイパスラインＬ１５には、オリフィスＯＦ１が設けられている。オリフィスＯＦ１は、バイパスラインＬ１５を流通する気体燃料の流量を調節するための機器である。

また、第２気体燃料ラインＬ１４において、分岐部Ｊ４と接続部Ｊ５との間には、気体燃料バルブＶ６及びオリフィスＯＦ２が設けられている。気体燃料バルブＶ６は、分岐部Ｊ４よりも下流側において、第２気体燃料ラインＬ１４を開閉する弁である。気体燃料バルブＶ６の弁体が開閉することにより、分岐部Ｊ４よりも下流側において、第２気体燃料ラインＬ１４における気体燃料の流通が制御される。気体燃料バルブＶ６は、バーナ部２０において、気体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合には弁体が閉じられ、気体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合には弁体が開かれる。気体燃料バルブＶ６は、制御部１０と電気的に接続されている。気体燃料バルブＶ６における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

なお、気体燃料の低燃焼モードとは、気体燃料を低い燃焼エネルギーで燃焼させる運転モードである。また、気体燃料の高燃焼モードとは、気体燃料を高い（最大）燃焼エネルギーで燃焼させる運転モードである。

オリフィスＯＦ２は、第２気体燃料ラインＬ１４を流通する気体燃料の流量を調節するための機器である。なお、バイパスラインＬ１５に設けられたオリフィスＯＦ１と、第２気体燃料ラインＬ１４に設けられたオリフィスＯＦ２において、通過する気体燃料の流量は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ボイラ本体２のバーナ部２０において、気体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合には、気体燃料バルブＶ５の弁体が開けられ、気体燃料バルブＶ６の弁体が閉じられる。これにより、第２気体燃料ラインＬ１４を流通する気体燃料は、分岐部Ｊ４からバイパスラインＬ１５へ流入し、オリフィスＯＦ１を通過した後、接続部Ｊ５から第２気体燃料ラインＬ１４を流通して、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３へ供給される。

そのため、気体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合に、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３へ供給される気体燃料は、バイパスラインＬ１５において、オリフィスＯＦ１を通過した流量となる。

また、気体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合には、気体燃料バルブＶ５及びＶ６の弁体が開けられる。これにより、第２気体燃料ラインＬ１４を流通する気体燃料の一部は、分岐部Ｊ４からバイパスラインＬ１５へ流入し、オリフィスＯＦ１を通過した後、接続部Ｊ５から第２気体燃料ラインＬ１４を流通する。一方、第２気体燃料ラインＬ１４を流通する（バイパスラインＬ１５を流通しない）その他の気体燃料は、オリフィスＯＦ２（及び気体燃料バルブＶ６）を通過した後、接続部Ｊ５において、バイパスラインＬ１５を流通した気体燃料と合流して、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３へ供給される。

そのため、気体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合に、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３へ供給される気体燃料は、バイパスラインＬ１５において、オリフィスＯＦ１を通過した流量と、第２気体燃料ラインＬ１４において、オリフィスＯＦ２を通過した流量との合計となる。従って、オリフィスＯＦ１及びＯＦ２において、通過する気体燃料の流量が同じであれば、高燃焼モードにおいて、バーナ部２０の気体燃料供給管２０３に供給される気体燃料の流量は、低燃焼モードの２倍となる。

なお、気体燃料を低燃焼モード又は高燃焼モードで燃焼させる場合において、気体燃料供給ラインＬ２を流通する気体燃料の一部は、分岐部Ｊ２から第１気体燃料ラインＬ１３を流通し、その他の気体燃料は、分岐部Ｊ２から第２気体燃料ラインＬ１４を流通する。

第１エア供給ラインＬ３は、ボイラ本体２のバーナ部２０に燃焼用の空気を供給するラインである。第１エア供給ラインＬ３の上流側の端部は、送風機３の空気供給口に接続されている。また、第１エア供給ラインＬ３の下流側の端部は、バーナ部２０の第１空気流路２０５及び第２空気流路２０６（後述：図３参照）に接続されている。また、第１エア供給ラインＬ３は、分岐部Ｊ６において、第２エア供給ラインＬ４に分岐している。

第２エア供給ラインＬ４は、ボイラ本体２において、バーナ部２０の液体用バーナ２００（後述：図３参照）にパージ用の空気を供給するラインである。また、第２エア供給ラインＬ４は、分岐ラインＬ５を介して、第１気体燃料ラインＬ１３に種火用の空気を供給するラインでもある。

第２エア供給ラインＬ４の上流側の端部は、分岐部Ｊ６において、第１エア供給ラインＬ３に接続されている。また、第２エア供給ラインＬ４の下流側の端部は、分岐部Ｊ８において分岐すると共に、第１液体燃料ラインＬ１１及び第２液体燃料ラインＬ１２にそれぞれ接続されている。

すなわち、分岐部Ｊ８において分岐した第２エア供給ラインＬ４の一方の端部は、接続部Ｊ９において、第１液体燃料ラインＬ１１に接続されている。また、分岐部Ｊ８において分岐した第２エア供給ラインＬ４の他方の端部は、接続部Ｊ１０において、第２液体燃料ラインＬ１２に接続されている。接続部Ｊ９は、第１液体燃料ラインＬ１１において、液体燃料バルブＶ２とバーナ部２０（図３参照）の第１液体噴射ノズル２０１との間に配置されている。接続部Ｊ１０は、液体燃料バルブＶ３とバーナ部２０の第２液体噴射ノズル２０２との間に配置されている。

また、第２エア供給ラインＬ４には、エアバルブＶ７が設けられている。エアバルブＶ７は、第２エア供給ラインＬ４を開閉する弁である。エアバルブＶ７は、接続部Ｊ７（後述）と分岐部Ｊ８との間に設けられている。エアバルブＶ７の弁体が開閉することにより、第２エア供給ラインＬ４における空気の流通が制御される。

エアバルブＶ７は、ボイラ本体２において、バーナ部２０の燃焼室２４で燃焼させる燃料を、液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、液体用バーナ２００にパージ用の空気を供給するように弁体が開かれる。エアバルブＶ７は、制御部１０と電気的に接続されている。エアバルブＶ７における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。ボイラシステム１において、エアバルブＶ７の弁体を開閉する制御については後述する。

また、第２エア供給ラインＬ４は、接続部Ｊ７において、分岐ラインＬ５と接続されている。接続部Ｊ７は、分岐部Ｊ６とエアバルブＶ７との間に配置されている。分岐ラインＬ５は、第２エア供給ラインＬ４を流通する空気を、種火用の空気として第１気体燃料ラインＬ１３へ供給するラインである。分岐ラインＬ５の上流側の端部は、接続部Ｊ７において第２エア供給ラインＬ４に接続されている。また、分岐ラインＬ５の下流側の端部は、接続部Ｊ３において第１気体燃料ラインＬ１３に接続されている。すなわち、分岐ラインＬ５は、第２エア供給ラインＬ４において、この第２エア供給ラインＬ４におけるエアバルブＶ７よりも一端側（分岐部Ｊ６側）から分岐すると共に、接続部Ｊ３において第１気体燃料ラインＬ１３に接続されるラインである。

第２エア供給ラインＬ４を流通する空気は、接続部Ｊ７から分岐ラインＬ５に流通し、接続部Ｊ３において第１気体燃料ラインＬ１３を流通する気体燃料と混合される。この混合気体は、パイロットバーナ２１０において、種火として燃焼される。これにより、パイロットバーナ２１０から種火となる燃焼ガスが燃焼室２４に向けて噴射される。なお、液体用バーナ２００において、液体燃料を燃焼させる場合に、パイロットバーナ２１０から種火となる燃焼ガスは噴射されることはなく、第２エア供給ラインＬ４から供給された空気のみが供給される。

制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。また、マイクロプロセッサには、時間の計時等を管理するインテグレーテッドタイマユニット（以下、「ＩＴＵ」ともいう）が組み込まれている。

制御部１０は、ボイラ本体２の燃焼室２４における液体燃料又は気体燃料の燃焼を制御する。制御部１０が、ボイラ本体２の燃焼室２４を液体燃料又は気体燃料により燃焼させる場合の動作については後述する。

また、制御部１０は、ボイラ本体２の燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料又は気体燃料に切り替えるために、液体燃料バルブＶ１〜Ｖ３、気体燃料バルブＶ４〜Ｖ６、及びエアバルブＶ７における弁体の開閉状態を制御する。

すなわち、制御部１０は、ボイラ本体２の燃焼室２４において液体燃料を燃焼させる場合には、エアバルブＶ７の弁体を閉状態となるように制御する。また、制御部１０は、燃焼室２４において燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合には、液体用バーナ２００（後述）にパージ用の空気を供給するように、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えるように制御する。

具体的には、制御部１０は、ボイラ本体２の燃焼室２４において燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えて、バーナ部２０において気体燃料の燃焼を開始した後に、エアバルブＶ７の弁体を閉状態から開状態に切り替えて、液体用バーナ２００にパージ用の空気を供給する。また、制御部１０は、ボイラ本体２の燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えてから、時間Ｔ_ｓが経過した後に、エアバルブＶ７を開状態から閉状態に切り替えて、液体用バーナ２００へのパージ用の空気の供給を停止する。

なお、制御部１０が、上述のような液体燃料から気体燃料への燃料の切り替えを行った後に、液体用バーナ２００へパージ用の空気を供給及び停止する場合の動作については、後にフローチャートを用いて説明する。

次に、ボイラ本体２の構造を、図２を参照して説明する。
図２に示すように、ボイラ本体２は、下部管寄せ２１と、水管２２と、上部管寄せ２３と、バーナ部２０と、を備える。図２において、下部管寄せ２１、水管２２及び上部管寄せ２３は、蒸気を発生する缶体を構成する。

下部管寄せ２１は、環状に形成された中空の容器である。下部管寄せ２１には、補給水Ｗ１が貯留される。下部管寄せ２１の一端には、補給水ラインＬ６が接続されている。補給水ラインＬ６は、補給水Ｗ１の供給源（不図示）から送出された補給水Ｗ１を、下部管寄せ２１に供給するラインである。

水管２２は、補給水Ｗ１を蒸発させて蒸気を発生させる筒状の伝熱管である。水管２２は、下部管寄せ２１の上面に沿って、環状に複数本設けられている（図２では２本のみ示す）。各水管２２の下端部は、下部管寄せ２１と連通している。下部管寄せ２１に供給された補給水Ｗ１は、下部管寄せ２１から各水管２２へ流入する。また、環状に設けられた水管２２の中央部は、液体燃料又は気体燃料が燃焼する燃焼室２４となる。

上部管寄せ２３は、環状に形成された中空の容器である。各水管２２の上端部は、上部管寄せ２３と連通している。上部管寄せ２３の上端には、蒸気供給ラインＬ７が接続されている。複数の水管２２で発生した蒸気Ｗ２は、上部管寄せ２３を介して蒸気供給ラインＬ７へ送出される。蒸気供給ラインＬ７は、水管２２で発生した蒸気Ｗ２を需要箇所の装置（機械設備等）へ供給するラインである。

バーナ部２０は、液体燃料と気体燃料とを切り替えて燃焼させることができる燃料切替バーナである。バーナ部２０には、第１液体燃料ラインＬ１１、第２液体燃料ラインＬ１２、第１気体燃料ラインＬ１３、第２気体燃料ラインＬ１４、及び第１エア供給ラインＬ３（図１参照）が接続されている。

バーナ部２０は、環状に形成された上部管寄せ２３の中央（内部空間）に配置されている。バーナ部２０は、燃焼室２４に向けて燃焼ガス（火炎）を放射することにより、各水管２２を加熱する。各水管２２内に貯留された水は、燃焼ガスにより加熱され、蒸気Ｗ２を発生する。また、バーナ部２０は、制御部１０（図１参照）と電気的に接続されている。バーナ部２０における燃焼の開始（点火）、停止等の動作は、制御部１０から送信される燃焼制御信号により制御される。

次に、バーナ部２０の構成を、図３を参照して説明する。なお、ここでは、バーナ部２０の主要な構成について説明し、その他の構成については適宜に説明を省略する。

図３に示すバーナ部２０は、支持板等（不図示）により上部管寄せ２３の中央に固定されている。バーナ部２０は、液体用バーナ２００と、パイロットバーナ２１０と、気体用バーナ２２０と、を備える。液体用バーナ２００は、バーナ部２０の中央に設けられている。パイロットバーナ２１０は、液体用バーナ２００に隣接して設けられている。また、気体用バーナ２２０は、気体燃料供給管２０３（後述）の下部に設けられている。

液体用バーナ２００は、燃焼室２４において液体燃料を燃焼させる部分である。パイロットバーナ２１０は、燃焼室２４において気体燃料を燃焼させる際に、種火となる気体燃料を燃焼させる部分である。

液体用バーナ２００は、第１液体噴射ノズル２０１及び第２液体噴射ノズル２０２を備える。第１液体噴射ノズル２０１は、液体燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合に、液体燃料を噴霧する部分である。第１液体噴射ノズル２０１から噴霧された液体燃料に、点火器（不図示）から火花が発せられることにより、液体燃料の燃焼が開始される。これにより、第１液体噴射ノズル２０１から液体燃料の燃焼ガスが燃焼室２４に向けて噴射される。

第２液体噴射ノズル２０２は、液体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合に、液体燃料を噴霧する部分である。第２液体噴射ノズル２０２から噴霧された液体燃料に、前記点火器から火花が発せられることにより、液体燃料の燃焼が開始される。これにより、第２液体噴射ノズル２０２から液体燃料の燃焼ガスが燃焼室２４に向けて噴射される。

液体用バーナ２００の周囲には、気体燃料供給管２０３及びエアレジスタ２０４が設けられている。気体燃料供給管２０３及びエアレジスタ２０４は、本実施形態におけるメインバーナを構成する。気体燃料供給管２０３は、断面が略環状の流通路である。気体燃料供給管２０３は、第２気体燃料ラインＬ１４（図１参照）と接続されている。気体燃料供給管２０３は、第２気体燃料ラインＬ１４から供給された気体燃料が流通する部分である。

液体用バーナ２００と気体燃料供給管２０３の内壁との間には、第１空気流路２０５が形成されている。第１空気流路２０５は、一次空気が流通する部分である。また、気体燃料供給管２０３の外壁とエアレジスタ２０４との間には、第２空気流路２０６が形成されている。第２空気流路２０６は、二次空気が流通する部分である。一次空気及び二次空気は、液体燃料及び気体燃料を燃焼させる際に使用される共通の空気である。一次空気及び二次空気は、送風機３（図１参照）から第１エア供給ラインＬ３を介して供給された空気を、第１空気流路２０５及び第２空気流路２０６に対して、所定の割合で振り分けたものである。一次空気及び二次空気の割合は、例えば、一次空気が５〜１５％、二次空気が８５〜９５％に設定される。

第１空気流路２０５において、液体用バーナ２００の下方には、円盤状の第１バッフル板２０７が設けられている。第１バッフル板２０７は、中央に開口部２０８を備えると共に、その周囲に複数の小開口部２０９を備える（図３では１つのみ示す）。開口部２０８は、液体用バーナ２００から噴霧された液体燃料が噴出する通路である。小開口部２０９は、第１空気流路２０５を流通する一次空気が噴出する通路である。また、第１バッフル板２０７は、パイロットバーナ２１０の先端が貫通する開口（符号略）を備える。

また、第２空気流路２０６の下方には、環状の第２バッフル板２１１が設けられている。第２バッフル板２１１は、円周方向に沿って複数の小開口部２１２を備える。小開口部２１２は、第２空気流路２０６を流通する二次空気が噴出する通路である。本実施形態では、二次空気を、複数の小開口部２１２により分割して燃料（液体燃料又は気体燃料）に供給する。これにより、分割火炎が形成されるため、低ＮＯｘ化を実現できる。

エアレジスタ２０４の先端（下端部）は、先細り形状となるようにテーパー部（符号略）が形成されている。この構造により、エアレジスタ２０４を流通する二次空気の流れは、バーナ部２０の中心方向に向かう流れとなる。そのため、二次空気と燃料（液体燃料又は気体燃料）との混合が促進され、低ＣＯ化を実現できる。

気体燃料供給管２０３は、その先端（下端部）に、複数の外側噴出口２１３と、複数の内側噴出口２１４と、を備える。外側噴出口２１３及び内側噴出口２１４は、気体燃料供給管２０３の先端において、周方向に沿って所定の間隔及び位置に設けられている。

外側噴出口２１３は、気体燃料供給管２０３を流通する気体燃料の一部を、第２空気流路２０６の側に噴出する孔である。外側噴出口２１３は、第２バッフル板２１１の小開口部２１２に対応する位置にそれぞれ設けられている。気体燃料の燃焼時に、気体燃料供給管２０３を流通する気体燃料の一部は、外側噴出口２１３から第２空気流路２０６の側に噴出して、第２空気流路２０６を流通する二次空気と混合する。この混合気体は、第２バッフル板２１１の小開口部２１２から噴出し、燃焼ガスとして燃焼室２４に向けて噴射される。

内側噴出口２１４は、気体燃料供給管２０３を流通するその他の気体燃料を、第１空気流路２０５の側に噴出する孔である。内側噴出口２１４は、第１バッフル板２０７の小開口部２０９に対応する位置にそれぞれ設けられている。気体燃料の燃焼時に、気体燃料供給管２０３を流通するその他の気体燃料は、内側噴出口２１４から第１空気流路２０５の側に噴出して、第１空気流路２０５を流通する一次空気と混合する。この混合気体は、第１バッフル板２０７の小開口部２０９から噴出し、上述した第２バッフル板２１１の小開口部２１２から噴出した混合気体の燃焼ガスと共に燃焼室２４に向けて噴射される。

次に、上記のように構成されたバーナ部２０において、液体燃料及び気体燃料をそれぞれ燃焼させる場合の動作について説明する。なお、いずれも燃料を低燃焼モードで燃焼させる場合について説明する。また、図１に示す各ラインの開閉については説明を省略する。

（液体燃料燃焼時）
バーナ部２０を液体燃料により燃焼させる場合には、第１空気流路２０５に一次空気を流通させると共に、第２空気流路２０６に二次空気を流通させる。また、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１から液体燃料を噴霧させる。第１空気流路２０５を流通する一次空気は、複数の小開口部２０９（第１バッフル板２０７）から噴出する。第２空気流路２０６を流通する二次空気は、複数の小開口部２１２（第２バッフル板２１１）から噴出する。

これら一次空気及び二次空気は、液体用バーナ２００の下方において、第１バッフル板２０７の開口部２０８から噴出された液体燃料と混合される。この混合気体は、点火器（不図示）から発せられた火花により点火され、第１液体噴射ノズル２０１から液体燃料の燃焼ガスが燃焼室２４に向けて火炎として噴射される。なお、液体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合には、第１液体噴射ノズル２０１の代わりに、第２液体噴射ノズル２０２から液体燃料を噴霧する。

（気体燃料燃焼時）
バーナ部２０を気体燃料により燃焼させる場合には、まず、パイロットバーナ２１０に種火用の気体燃料と空気との混合気体を流通させる。この混合気体は、第１気体燃料ラインＬ１３を流通する種火用の気体燃料と、第２エア供給ラインＬ４（及び分岐ラインＬ５）を流通する種火用の空気とが混合したものである（図１参照）。パイロットバーナ２１０から噴出された混合気体は、点火器から発せられた火花により点火され、パイロットバーナ２１０から種火用の燃焼ガスとして噴射される。

続いて、第１空気流路２０５に一次空気を流通させると共に、第２空気流路２０６に二次空気を流通させる。また、気体燃料供給管２０３に気体燃料を流通させる。第１空気流路２０５を流通する一次空気は、複数の小開口部２０９（第１バッフル板２０７）から噴出する。この一次空気は、パイロットバーナ２１０の下方において、気体燃料供給管２０３の内側噴出口２１４から噴出した気体燃料と混合される。この混合気体は、パイロットバーナ２１０から噴射された種火用の燃焼ガスにより点火され、第１バッフル板２０７の小開口部２０９から小火炎の燃焼ガスとして噴射される。

一方、第２空気流路２０６を流通する二次空気は、第２バッフル板２１１の小開口部２１２から噴出する。この二次空気は、パイロットバーナ２１０の更に下方において、気体燃料供給管２０３の外側噴出口２１３から噴出した気体燃料と混合される。この混合気体は、内側噴出口２１４から噴出した気体燃料の燃焼ガスにより点火され、第２バッフル板２１１の小開口部２１２から大火炎の燃焼ガスとして噴射される。なお、パイロットバーナ２１０からの種火用の燃焼ガスの噴射は、気体燃料による燃焼が開始された後に停止される。

このように、バーナ部２０を気体燃料により燃焼させた場合に、気体用バーナ２２０から噴射される燃焼ガスは、第１バッフル板２０７の小開口部２０９から噴射される小火炎と、第２バッフル板２１１の小開口部２１２から噴射される大火炎と、に分割される。なお、気体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合には、気体燃料バルブＶ６（図１参照）の弁体を開いて、第２気体燃料ラインＬ１４を流通する気体燃料の流量を増加させる。

次に、制御部１０において、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた際に、液体用バーナ２００へパージ用の空気を供給及び停止する場合の動作を、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。図４は、制御部１０において、液体用バーナ２００へパージ用の空気を供給及び停止する場合の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、ボイラシステム１の運転中において、制御部１０により繰り返し実行される。

図４に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、液体燃料による燃焼から気体燃料による燃焼への切り替え操作を検出したか否かを判定する。この切り替え操作は、例えば、システム管理者がユーザインターフェース（不図示）を介して入力したコマンドに相当する。このステップＳＴ１０１において、制御部１０により、液体燃料による燃焼から気体燃料による燃焼への切り替え操作を検出した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０２へ移行する。また、ステップＳＴ１０１において、制御部１０により、液体燃料による燃焼から気体燃料による燃焼への切り替え操作を検出していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０１へ戻る。

ステップＳＴ１０２（ステップＳＴ１０１：ＹＥＳ）において、制御部１０は、液体燃料バルブＶ２又はＶ３の弁体を開状態から閉状態に切り替えて、液体用バーナ２００への液体燃料の供給を停止させる。

ステップＳＴ１０３において、制御部１０は、気体燃料バルブＶ４の弁体を閉状態から開状態に切り替えて、パイロットバーナ２１０に種火用の気体燃料を供給させる。これにより、第１気体燃料ラインＬ１３を流通する種火用の気体燃料と、第２エア供給ラインＬ４（及び分岐ラインＬ５）から流通した種火用の空気とが混合し、パイロットバーナ２１０から混合気体として噴出される。

ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、点火器から火花を発生させ、パイロットバーナ２１０から噴出された混合気体点火し、パイロットバーナ２１０から種火用の燃焼ガスを噴射させる。

ステップＳＴ１０５において、制御部１０は、気体燃料バルブＶ５の弁体を閉状態から開状態に切り替えて、気体燃料供給管２０３へ燃焼用の気体燃料を供給する。これにより、第１空気流路２０５を流通する一次空気と気体燃料供給管２０３の内側噴出口２１４から噴出した気体燃料との混合気体、及び第２空気流路２０６を流通する二次空気と気体燃料供給管２０３の外側噴出口２１３から噴出した気体燃料との混合気体がそれぞれ点火され、気体用バーナ２２０から燃焼ガスが噴射される。

なお、一次空気及び二次空気は、液体燃料による燃焼から気体燃料による燃焼に切り替えられた場合も継続して供給される。また、気体燃料を高燃焼モードで燃焼させる場合には、気体燃料バルブＶ５及びＶ６の弁体を開状態に制御する。

ステップＳＴ１０６において、制御部１０は、エアバルブＶ７の弁体を閉状態から開状態に切り替えて、第２エア供給ラインＬ４からパージ用の空気を第１液体燃料ラインＬ１１及び第２液体燃料ラインＬ１２へ供給する。これらラインから供給されたパージ用の空気は、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１又は第２液体噴射ノズル２０２を流通する。その際、第１液体噴射ノズル２０１又は第２液体噴射ノズル２０２の内部に残った液体燃料は、パージ用の空気と共に外部に排出される。

ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、ＩＴＵによるタイマの計時Ｔ_ｃをスタートさせる。

ステップＳＴ１０８において、制御部１０は、ＩＴＵによるタイマの計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０８において、制御部１０により、ＩＴＵによるタイマの計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｓに達した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０９へ移行する。また、ステップＳＴ１０８において、制御部１０により、ＩＴＵによるタイマの計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０８へ戻る。なお、ステップＳＴ１０８において、タイマの計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｓに達した（ＹＥＳ）と判定されるまでの間、パージ用の空気が第１液体燃料ラインＬ１１及び第２液体燃料ラインＬ１２へ供給される。

ステップＳＴ１０９において、制御部１０は、ＩＴＵによるタイマの計時Ｔ_ｃをリセットする。

ステップＳＴ１１０において、制御部１０は、エアバルブＶ７の弁体を開状態から閉状態に切り替えて、第２エア供給ラインＬ４から第１液体燃料ラインＬ１１及び第２液体燃料ラインＬ１２へのパージ用の空気の供給を停止する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ１０１へリターンする）。

上述した実施形態に係るボイラシステム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

本実施形態において、制御部１０は、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合において、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えて、液体用バーナ２００にパージ用の空気を供給する。そのため、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１及び第２液体噴射ノズル２０２の内部に残った液体燃料は、パージ用の空気と共に外部に排出される。従って、ボイラシステム１は、燃料切替バーナであるバーナ部２０において、液体用バーナ２００の第１液体噴射ノズル２０１及び第２液体噴射ノズル２０２から、液体燃料を正常に噴霧させることができる。

また、制御部１０は、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合において、バーナ部２０で気体燃料の燃焼を開始した後に、エアバルブＶ７の弁体を閉状態から開状態に切り替える。これによれば、液体用バーナ２００へのパージ用の空気を供給した際に、パイロットバーナ２１０から種火用の燃焼ガスを噴射するのに必要な圧力を低下させることがない。従って、ボイラシステム１は、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、パイロットバーナ２１０から噴射される種火用の燃焼ガスにより、気体燃料供給管２０３から噴射される混合気体を安定して燃焼させることができる。

また、制御部１０は、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えてから、時間Ｔ_ｓが経過した後に、エアバルブＶ７を開状態から閉状態に切り替える。これによれば、液体用バーナ２００へのパージ用の空気の供給は、時間Ｔ_ｓの経過後に停止するため、気体燃料の燃焼中に、第１エア供給ラインＬ３からバーナ部２０へ供給される燃焼用の空気の流量を確保することができる。

（変形形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、本実施形態では、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合において、バーナ部２０で気体燃料の燃焼を開始した後に、エアバルブＶ７の弁体を閉状態から開状態に切り替える例について説明した。これに限らず、燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた直後（バーナ部２０において気体燃料の燃焼が開始される前）にエアバルブＶ７の弁体を閉状態から開状態に切り替えてもよい。

本実施形態では、液体燃料及び気体燃料について、それぞれ低燃焼モードと高燃焼モードとを切り替え可能なバーナ部２０について説明した。これに限らず、バーナ部２０は、液体燃料又は気体燃料のいずれかにおいて、低燃焼モードと高燃焼モードとを切り替える構成であってもよい。また、バーナ部２０は、液体燃料及び気体燃料において、燃焼モードの切り替え機能を備えない構成（通常の燃焼モードのみ）であってもよい。

本実施形態では、パージ用の空気を第１液体噴射ノズル２０１及び第２液体噴射ノズル２０２の両方に供給する例について説明した。これに限らず、液体燃料による燃焼から気体燃料による燃焼に切り替える際に、液体燃料を低燃焼モードで燃焼させていた場合には、パージ用の空気を第１液体噴射ノズル２０１のみに供給し、液体燃料を高燃焼モードで燃焼させていた場合には、パージ用の空気を第２液体噴射ノズル２０２のみに供給するようにしてもよい。その場合には、第１液体燃料ラインＬ１１の接続部Ｊ９より下流側、及び第２液体燃料ラインＬ１２の接続部Ｊ１０よりの下流側に、それぞれ電磁バルブを設けて、パージ用の空気の流通／非流通を制御可能な構成とする。

本実施形態では、燃焼室２４で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えてから、時間Ｔ_ｓが経過した後に、エアバルブＶ７を開状態から閉状態に切り替える例について説明した。これに限らず、エアバルブＶ７を閉状態から開状態に切り替えた後、気体燃料による燃焼が開始された後に、パイロットバーナ２１０からの種火用の燃焼ガスの噴射が停止されるタイミングに合わせてエアバルブＶ７を開状態から閉状態に切り替えるようにしてもよい。また、気体燃料の運転状態によっては、エアバルブＶ７を開状態としたまま気体燃料の燃焼を継続させてもよい。

１ボイラシステム
２ボイラ本体
３送風機
１０制御部
２０バーナ部
２４燃焼室
２００液体用バーナ
２０１第１液体噴射ノズル
２０２第２液体噴射ノズル
２０３気体燃料供給管（メインバーナ）
２０４エアレジスタ（メインバーナ）
２１０パイロットバーナ
２２０気体用バーナ
Ｌ１液体燃料供給ライン
Ｌ２気体燃料供給ライン
Ｌ３第１エア供給ライン（エア供給部）
Ｌ４第２エア供給ライン（エア供給部）
Ｌ５分岐ライン
Ｌ１３第１気体燃料ライン（パイロットバーナ供給ライン）
Ｌ１４第２気体燃料ライン（メインバーナ供給ライン）
Ｖ１〜Ｖ３液体燃料バルブ
Ｖ５気体燃料バルブ
Ｖ７エアバルブ

Claims

液体燃料又は気体燃料が燃焼する燃焼室を有するボイラ本体と、
前記燃焼室に液体燃料を噴射する液体噴射ノズルを有し、前記燃焼室において液体燃料を燃焼させる液体用バーナと、
前記液体用バーナに液体燃料を供給する液体燃料供給ラインと、
前記液体燃料供給ラインに設けられ、前記液体燃料供給ラインを開閉する液体燃料バルブと、
前記燃焼室において気体燃料を燃焼させる気体用バーナと、
前記気体用バーナに気体燃料を供給する気体燃料供給ラインと、
前記気体燃料供給ラインに設けられ、前記気体燃料供給ラインを開閉する気体燃料バルブと、
前記燃焼室に気体燃料の燃焼時に燃焼ガスを生成するために使用される空気を供給するとともに、液体燃料を燃焼させる際に使用される空気を供給する第１エア供給ライン、及び一端側が前記第１エア供給ラインに接続されるとともに他端側が前記液体燃料供給ラインにおける前記液体燃料バルブよりも下流側に接続され前記液体用バーナに空気を供給する第２エア供給ラインを有するエア供給部と、
前記第２エア供給ラインに設けられ、前記第２エア供給ラインを開閉するエアバルブと、
前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料又は気体燃料に切り替えるように前記液体燃料バルブ及び前記気体燃料バルブの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼室で液体燃料を燃焼させる場合に前記エアバルブを閉状態にするように制御し、前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に前記液体噴射ノズルに空気を供給するように前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替えるボイラシステム。
前記気体用バーナは、前記燃焼室において点火時に気体燃料を燃焼させるパイロットバーナと、前記燃焼室において前記パイロットバーナで気体燃料を燃焼させた後に気体燃料を燃焼させるメインバーナとを有し、
前記気体燃料供給ラインは、前記パイロットバーナに気体燃料を供給するパイロットバーナ供給ラインと、前記メインバーナに気体燃料を供給するメインバーナ供給ラインとを有し、
前記第２エア供給ラインは、該第２エア供給ラインにおける前記エアバルブよりも前記一端側から分岐されるとともに前記パイロットバーナ供給ラインに接続される分岐ラインを有し、
前記制御部は、前記燃焼室で燃焼させる燃料を液体燃料から気体燃料に切り替えた場合に、前記燃焼室において前記メインバーナで気体燃料を燃焼させた後に前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替える請求項１に記載のボイラシステム。
前記制御部は、前記燃焼室において前記メインバーナで気体燃料を燃焼させた後に前記エアバルブを閉状態から開状態に切り替える場合において、前記エアバルブを開状態に切り替えてから所定時間経過後に前記エアバルブを開状態から閉状態に切り替える請求項２に記載のボイラシステム。