JP6981053B2 - Hydrogen combustion boiler - Google Patents

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Description

本発明は、水素燃焼ボイラに関する。 The present invention relates to a hydrogen combustion boiler.

従来、水素ガスを燃料として用いる水素燃焼ボイラが知られている。水素燃焼ボイラは、燃料を燃焼させた場合に二酸化炭素を発生させない点等で注目されている。 Conventionally, a hydrogen combustion boiler that uses hydrogen gas as a fuel is known. Hydrogen-burning boilers are attracting attention because they do not generate carbon dioxide when fuel is burned.

一方、燃料である水素ガスは、炭化水素ガスに比して燃焼速度が速く、空気と混入した場合の燃焼範囲が広いため、バーナで発生した火炎が水素供給ラインに逆流することを防止する必要がある。そこで、火炎の逆流を防ぐ逆火防止装置(以下、フレームアレスタという)を、水素を供給する水素供給ラインに配置したシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, hydrogen gas, which is a fuel, has a faster combustion speed than hydrocarbon gas and has a wide combustion range when mixed with air, so it is necessary to prevent the flame generated by the burner from flowing back to the hydrogen supply line. There is. Therefore, a system has been proposed in which a flashback prevention device (hereinafter referred to as a frame arrester) for preventing backflow of flame is arranged in a hydrogen supply line for supplying hydrogen (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−108832号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-108832

特許文献1で提案されたシステムでは、火炎がバーナから水素供給ラインに逆流した場合に、フレームアレスタが火炎を消化する。これにより、フレームアレスタの配置位置よりも一次側の水素供給ラインに火炎が到達することを防止できる。 In the system proposed in Patent Document 1, the frame arrester digests the flame when the flame flows back from the burner to the hydrogen supply line. This makes it possible to prevent the flame from reaching the hydrogen supply line on the primary side of the position where the frame arrester is arranged.

ところで、水素燃焼ボイラにおいて、水素ガスがメインバーナ及びパイロットバーナの双方に供給される場合、メインバーナに水素ガスを供給するライン及びパイロットバーナに水素ガスを供給するラインのいずれにおいても逆火の発生が考えられる。そこで、メインバーナに水素ガスを供給するライン及びパイロットバーナに水素ガスを供給するラインのそれぞれに個別に対応するフレームアレスタを配置することで、いずれの逆火も防止できる。一方で、フレームアレスタは非常に高価であるため、配置されるフレームアレスタが増加することは、水素燃焼ボイラの製造コストを高める要因になる。 By the way, in the hydrogen combustion boiler, when hydrogen gas is supplied to both the main burner and the pilot burner, a flashback occurs in both the line supplying hydrogen gas to the main burner and the line supplying hydrogen gas to the pilot burner. Can be considered. Therefore, by arranging frame arresters individually corresponding to each of the line for supplying hydrogen gas to the main burner and the line for supplying hydrogen gas to the pilot burner, any flashback can be prevented. On the other hand, since the frame arrester is very expensive, the increase in the number of frame arresters to be arranged is a factor that increases the manufacturing cost of the hydrogen combustion boiler.

従って、本発明は、メインバーナ及びパイロットバーナの両方に水素ガスを供給する場合に、安全性を確保しつつ製造コストを抑えられる水素燃焼ボイラを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hydrogen combustion boiler that can suppress the manufacturing cost while ensuring safety when hydrogen gas is supplied to both the main burner and the pilot burner.

本発明は、水素ガスを燃料として供給するメイン燃料ラインと、前記メイン燃料ラインに取り付けられるフレームアレスタと、前記メイン燃料ラインにおける前記フレームアレスタよりも下流側から分岐する第1パイロットラインと、前記メイン燃料ラインの下流側に接続されるメインバーナと、前記第1パイロットラインの下流側に接続されるパイロットバーナと、を備える水素燃焼ボイラに関する。 The present invention includes a main fuel line that supplies hydrogen gas as fuel, a frame arrester attached to the main fuel line, a first pilot line that branches from the downstream side of the frame arrester in the main fuel line, and the main. The present invention relates to a hydrogen combustion boiler including a main burner connected to the downstream side of the fuel line and a pilot burner connected to the downstream side of the first pilot line.

また、水素燃焼ボイラは、前記フレームアレスタよりも上流側で前記メイン燃料ラインに合流する第2パイロットラインと、前記メイン燃料ラインにおける前記第1パイロットラインの分岐位置よりも下流側に配置される第1遮断弁と、前記メイン燃料ラインにおける前記第2パイロットラインの合流位置よりも上流側に配置される第2遮断弁と、前記第2パイロットラインに配置される第3遮断弁と、を更に備えることが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler is arranged on the upstream side of the frame arrester and on the downstream side of the branch position of the first pilot line in the main fuel line and the second pilot line that joins the main fuel line. It further includes one shutoff valve, a second shutoff valve arranged on the upstream side of the confluence position of the second pilot line in the main fuel line, and a third shutoff valve arranged on the second pilot line. Is preferable.

また、水素燃焼ボイラは、前記第2パイロットラインにおける前記第3遮断弁よりも下流側に配置される絞り部材と、前記第2パイロットラインにおける前記第3遮断弁と前記絞り部材との間に接続され不活性ガスを供給するパージラインと、を更に備えることが好ましい。 Further, the hydrogen combustion boiler is connected between the throttle member arranged on the downstream side of the third shutoff valve in the second pilot line and the third shutoff valve and the throttle member in the second pilot line. It is preferable to further provide a purge line for supplying the inert gas.

また、前記第2遮断弁は、前記メイン燃料ラインにおける前記第2パイロットラインの合流位置の直近の上流側に配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that the second shutoff valve is arranged on the upstream side immediately close to the confluence position of the second pilot line in the main fuel line.

また、前記メインバーナは、水素ガスが噴出されるメインノズルを備え、前記パイロットバーナは、前記メインノズルよりも小径のパイロットノズルを備えることが好ましい。 Further, it is preferable that the main burner includes a main nozzle from which hydrogen gas is ejected, and the pilot burner includes a pilot nozzle having a diameter smaller than that of the main nozzle.

本発明によれば、メインバーナ及びパイロットバーナの両方に水素ガスを供給する場合に、安全性を確保しつつ製造コストを抑えられる水素燃焼ボイラを提供することができる。 According to the present invention, when hydrogen gas is supplied to both the main burner and the pilot burner, it is possible to provide a hydrogen combustion boiler that can suppress the manufacturing cost while ensuring safety.

本発明の一実施形態に係る水素燃焼ボイラの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the hydrogen combustion boiler which concerns on one Embodiment of this invention. 一実施形態の水素燃焼ボイラのバーナを示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the burner of the hydrogen combustion boiler of one Embodiment. 図2のA矢視図である。It is the A arrow view of FIG.

以下、本発明の一実施形態に係る水素燃焼ボイラ1について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の水素燃焼ボイラ1は、水素ガスG1を燃料として用いるボイラである。水素燃焼ボイラ1は、例えば貫流ボイラであり、この水素燃焼ボイラ1には、メインバーナ10及びパイロットバーナ20の双方に燃料として水素ガスG1が供給される。メインバーナ10及びパイロットバーナ20に水素ガスG1を供給するラインには、フレームアレスタ30が配置され、メインバーナ10及びパイロットバーナ20から水素ガスG1を供給するラインに火炎が伝播することを防止する。
Hereinafter, the hydrogen combustion boiler 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The hydrogen combustion boiler 1 of the present embodiment is a boiler that uses hydrogen gas G1 as fuel. The hydrogen combustion boiler 1 is, for example, a once-through boiler, and hydrogen gas G1 is supplied to both the main burner 10 and the pilot burner 20 as fuel to the hydrogen combustion boiler 1. A frame arrester 30 is arranged in the line for supplying the hydrogen gas G1 to the main burner 10 and the pilot burner 20, and prevents the flame from propagating to the line for supplying the hydrogen gas G1 from the main burner 10 and the pilot burner 20.

水素燃焼ボイラ1は、図1〜図3に示すように、缶体Tと、メインバーナ10と、パイロットバーナ20と、制御部50と、を備える。また、この水素燃焼ボイラ1は、図1に示すように、メイン燃料ラインL100と、このメイン燃料ラインL100に配置されるフレームアレスタ30と、第1パイロットラインL110と、第2パイロットラインL120と、パージラインL130と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the hydrogen combustion boiler 1 includes a can body T, a main burner 10, a pilot burner 20, and a control unit 50. Further, as shown in FIG. 1, the hydrogen combustion boiler 1 includes a main fuel line L100, a frame arrester 30 arranged in the main fuel line L100, a first pilot line L110, a second pilot line L120, and the like. A purge line L130 and the like are provided. As used herein, the term "line" is a general term for channels, routes, pipelines, and the like.

缶体Tは、下部ヘッダ、複数の水管、上部ヘッダ(いずれも図示せず)、及び燃焼室B等を含んで構成され、この缶体Tに供給される水を加熱して蒸気を生成する。
メインバーナ10は、缶体Tに配置される。メインバーナ10は、缶体Tの燃焼室Bで水素ガスG1を燃焼させる。メインバーナ10は、図2及び図3に示すように、メインノズル11と、バーナヘッド12と、を備える。
The can body T includes a lower header, a plurality of water pipes, an upper header (none of which is shown), a combustion chamber B, and the like, and heats the water supplied to the can body T to generate steam. ..
The main burner 10 is arranged on the can body T. The main burner 10 burns hydrogen gas G1 in the combustion chamber B of the can body T. As shown in FIGS. 2 and 3, the main burner 10 includes a main nozzle 11 and a burner head 12.

メインノズル11は、管状に形成され、先端部が缶体Tの内部の燃焼室Bに向けて配置される。メインノズル11の基端部は、後述するメイン燃料ラインL100の下流側の端部に接続される。 The main nozzle 11 is formed in a tubular shape, and the tip portion thereof is arranged toward the combustion chamber B inside the can body T. The base end portion of the main nozzle 11 is connected to the downstream end portion of the main fuel line L100, which will be described later.

バーナヘッド12は、メインノズル11の先端に接続される。バーナヘッド12は、メインノズル11との先端から拡径した形状を有する。バーナヘッド12の側面には、複数の貫通穴13が形成される。 The burner head 12 is connected to the tip of the main nozzle 11. The burner head 12 has a shape whose diameter is expanded from the tip of the main nozzle 11. A plurality of through holes 13 are formed on the side surface of the burner head 12.

パイロットバーナ20は、図1に示すように、缶体Tに配置される。パイロットバーナ20は、メインバーナ10を着火する。パイロットバーナ20は、図2及び図3に示すように、パイロットノズル21と、電極棒22と、接続部材23と、を備える。 The pilot burner 20 is arranged on the can body T as shown in FIG. The pilot burner 20 ignites the main burner 10. As shown in FIGS. 2 and 3, the pilot burner 20 includes a pilot nozzle 21, an electrode rod 22, and a connecting member 23.

パイロットノズル21は、メインノズル11よりも小径の管状に形成され、先端部がメインノズル11の先端部近傍に配置される。パイロットノズル21の先端部は、メインノズル11の内部に配置され、基端部がメインノズル11の側壁を貫通してメインノズル11の外周面から露出する。パイロットノズル21の基端部には、後述する第1パイロットラインL110に接続するための接続部材23が配置される。パイロットノズル21の基端部は、後述する第1パイロットラインL110の下流側に接続される。 The pilot nozzle 21 is formed in a tubular shape having a diameter smaller than that of the main nozzle 11, and the tip portion thereof is arranged in the vicinity of the tip portion of the main nozzle 11. The tip portion of the pilot nozzle 21 is arranged inside the main nozzle 11, and the base end portion penetrates the side wall of the main nozzle 11 and is exposed from the outer peripheral surface of the main nozzle 11. At the base end of the pilot nozzle 21, a connecting member 23 for connecting to the first pilot line L110, which will be described later, is arranged. The base end portion of the pilot nozzle 21 is connected to the downstream side of the first pilot line L110, which will be described later.

電極棒22は、パイロットバーナ20を着火する着火装置であり、パイロットノズル21の先端部近傍に配置される。
接続部材23は、パイロットノズル21と、後述する第1パイロットラインL110の下流側の端部とを接続するための部材である。
The electrode rod 22 is an ignition device that ignites the pilot burner 20, and is arranged near the tip of the pilot nozzle 21.
The connecting member 23 is a member for connecting the pilot nozzle 21 and the downstream end of the first pilot line L110, which will be described later.

メイン燃料ラインL100は、水素ガスG1を燃料としてメインバーナ10に供給する。メイン燃料ラインL100の上流側は、水素ガスG1の供給源(図示せず)に接続される。メイン燃料ラインL100の下流側は、メインバーナ10の基端部に接続される。このメイン燃料ラインL100は、上流側ラインL101と、下流側ラインL103と、を備える。 The main fuel line L100 supplies hydrogen gas G1 as fuel to the main burner 10. The upstream side of the main fuel line L100 is connected to a supply source (not shown) of hydrogen gas G1. The downstream side of the main fuel line L100 is connected to the base end portion of the main burner 10. The main fuel line L100 includes an upstream line L101 and a downstream line L103.

上流側ラインL101は、メイン燃料ラインL100のうち上流側に位置するラインであり、上流側が水素ガスG1の供給源(図示せず)に接続される。上流側ラインL101の下流側には、後述するフレームアレスタ30が接続される。 The upstream line L101 is a line located on the upstream side of the main fuel line L100, and the upstream side is connected to a hydrogen gas G1 supply source (not shown). A frame arrester 30, which will be described later, is connected to the downstream side of the upstream line L101.

下流側ラインL103は、メイン燃料ラインL100のうち下流側に位置するラインであり、上流側が、フレームアレスタ30に接続される。下流側ラインL103の下流側は、メインバーナ10に接続される。 The downstream line L103 is a line located on the downstream side of the main fuel line L100, and the upstream side is connected to the frame arrester 30. The downstream side of the downstream side line L103 is connected to the main burner 10.

フレームアレスタ30は、メイン燃料ラインL100に取り付けられる。フレームアレスタ30は上流側への火炎の伝播を防止する。 The frame arrester 30 is attached to the main fuel line L100. The frame arrester 30 prevents the flame from propagating upstream.

以上のメイン燃料ラインL100には、第1遮断弁V11、第1ボール弁V61、第2遮断弁V21,V22、及び流量調整弁V51が配置される。 In the above main fuel line L100, a first shutoff valve V11, a first ball valve V61, a second shutoff valve V21, V22, and a flow rate adjusting valve V51 are arranged.

第1遮断弁V11は、メイン燃料ラインL100におけるフレームアレスタ30よりも下流側(下流側ラインL103)に配置される。第1遮断弁V11は、電磁弁により構成され、下流側ラインL103を開放又は閉止する。第1遮断弁V11は、例えば、ノーマルオープン(NO)タイプの電磁弁により構成され、常時開放された状態から制御されることにより適宜閉止される。 The first shutoff valve V11 is arranged on the downstream side (downstream side line L103) of the frame arrester 30 in the main fuel line L100. The first shutoff valve V11 is composed of a solenoid valve and opens or closes the downstream line L103. The first shutoff valve V11 is composed of, for example, a normally open (NO) type solenoid valve, and is appropriately closed by being controlled from a constantly open state.

第1ボール弁V61は、下流側ラインL103における第1遮断弁V11よりも上流側に配置される。第1ボール弁V61は、手動で操作され下流側ラインL103を開放又は閉止する。 The first ball valve V61 is arranged on the upstream side of the first shutoff valve V11 in the downstream line L103. The first ball valve V61 is manually operated to open or close the downstream line L103.

第2遮断弁V21,V22は、上流側ラインL101に配置される。本実施形態では、第2遮断弁V21,V22は、メイン燃料ラインL100における後述する第2パイロットラインL120の接続位置(合流位置)の直近の上流側に配置される。第2遮断弁V21,V22は、電磁弁により構成され、上流側ラインL101を開放又は閉止する。 The second shutoff valves V21 and V22 are arranged on the upstream line L101. In the present embodiment, the second shutoff valves V21 and V22 are arranged on the immediately upstream side of the connection position (merging position) of the second pilot line L120 described later in the main fuel line L100. The second shutoff valves V21 and V22 are composed of solenoid valves and open or close the upstream line L101.

流量調整弁V51は、上流側ラインL101における第2遮断弁V21,V22よりも上流側に配置される。流量調整弁V51は、メイン燃料ラインL100を流れる水素ガスG1の流量を調整する。 The flow rate adjusting valve V51 is arranged on the upstream side of the second shutoff valves V21 and V22 in the upstream line L101. The flow rate adjusting valve V51 adjusts the flow rate of the hydrogen gas G1 flowing through the main fuel line L100.

第1パイロットラインL110は、メイン燃料ラインL100から分岐するラインであり、水素ガスG1を燃料としてパイロットバーナ20に供給する。第1パイロットラインL110は、メイン燃料ラインL100におけるフレームアレスタ30よりも下流側から分岐する。本実施形態では、第1パイロットラインL110は、メイン燃料ラインL100におけるフレームアレスタ30と第1ボール弁V61との間から分岐する。
第1パイロットラインL110の下流側は、パイロットバーナ20の基端部(接続部材23)に接続される。第1パイロットラインL110は、メイン燃料ラインL100よりも小径に構成される。
The first pilot line L110 is a line branching from the main fuel line L100, and supplies hydrogen gas G1 as fuel to the pilot burner 20. The first pilot line L110 branches from the downstream side of the frame arrester 30 in the main fuel line L100. In the present embodiment, the first pilot line L110 branches from between the frame arrester 30 and the first ball valve V61 in the main fuel line L100.
The downstream side of the first pilot line L110 is connected to the base end portion (connecting member 23) of the pilot burner 20. The first pilot line L110 is configured to have a smaller diameter than the main fuel line L100.

第1パイロットラインL110には、第2ボール弁V71が配置される。第2ボール弁V71は、手動で操作され、第1パイロットラインL110を開放又は閉止する。 A second ball valve V71 is arranged on the first pilot line L110. The second ball valve V71 is manually operated to open or close the first pilot line L110.

第2パイロットラインL120は、フレームアレスタ30よりも上流側でメイン燃料ラインL100に合流する。本実施形態では、第2パイロットラインL120は、上流側ラインL101をバイパスするラインとして構成され、上流側ラインL101における流量調整弁V51と第2遮断弁V21との間から分岐して、第2遮断弁V22とフレームアレスタ30との間における第2遮断弁V22の直近でメイン燃料ラインL100(上流側ラインL101)に合流する。第2パイロットラインL120は、メイン燃料ラインL100よりも小径に構成される。 The second pilot line L120 joins the main fuel line L100 on the upstream side of the frame arrester 30. In the present embodiment, the second pilot line L120 is configured as a line that bypasses the upstream line L101, branches from between the flow rate adjusting valve V51 and the second shutoff valve V21 in the upstream line L101, and the second shutoff. It joins the main fuel line L100 (upstream line L101) in the immediate vicinity of the second shutoff valve V22 between the valve V22 and the frame arrester 30. The second pilot line L120 is configured to have a smaller diameter than the main fuel line L100.

第2パイロットラインL120には、第3遮断弁V31,V32及び絞り部材40が配置される。
第3遮断弁V31,V32は、第2パイロットラインL120に配置される。第3遮断弁V31,V32は、電磁弁により構成され、第2パイロットラインL120を開放又は閉止する。
絞り部材40は、第2パイロットラインL120における第3遮断弁V32よりも下流側に配置される。絞り部材40は、第2パイロットラインL120を流通するガスの流量を絞る。
The third shutoff valves V31 and V32 and the throttle member 40 are arranged on the second pilot line L120.
The third shutoff valves V31 and V32 are arranged on the second pilot line L120. The third shutoff valves V31 and V32 are composed of solenoid valves, and open or close the second pilot line L120.
The throttle member 40 is arranged on the downstream side of the third shutoff valve V32 in the second pilot line L120. The throttle member 40 throttles the flow rate of the gas flowing through the second pilot line L120.

パージラインL130は、第2パイロットラインL120における第3遮断弁V32と絞り部材40との間に接続される。パージラインL130の上流側は、不活性ガスG2の供給源(図示せず)に接続され、下流側が第2パイロットラインL120に接続される。パージラインL130は、第2パイロットラインL120に不活性ガスG2を供給する。 The purge line L130 is connected between the third shutoff valve V32 in the second pilot line L120 and the throttle member 40. The upstream side of the purge line L130 is connected to the source of the inert gas G2 (not shown), and the downstream side is connected to the second pilot line L120. The purge line L130 supplies the inert gas G2 to the second pilot line L120.

パージラインL130には、第4遮断弁V41が配置される。第4遮断弁V41は、電磁弁によって構成され、パージラインL130を開放又は閉止する。 A fourth shutoff valve V41 is arranged in the purge line L130. The fourth shutoff valve V41 is composed of a solenoid valve and opens or closes the purge line L130.

制御部50は、流量調整弁V51の開閉、パイロットバーナ20の着火、第1遮断弁V11、第2遮断弁V21,V22、第3遮断弁V31,V32、及び第4遮断弁V41の開閉等を電気的に制御する制御装置である。 The control unit 50 opens / closes the flow rate adjusting valve V51, ignites the pilot burner 20, opens / closes the first shutoff valve V11, the second shutoff valves V21, V22, the third shutoff valves V31, V32, the fourth shutoff valve V41, and the like. It is a control device that is electrically controlled.

次に、水素燃焼ボイラ1の動作について説明する。
パイロットバーナ20の燃焼を開始する場合、制御部50は、第1遮断弁V11、第2遮断弁V21,V22及び第4遮断弁V41を閉止した状態で第3遮断弁V31,V32を開放する。すると、水素ガスG1は、水素ガスG1の供給源(図示せず)から第2パイロットラインL120を流れた後フレームアレスタ30を通り、その後第1パイロットラインL110を通ってパイロットノズル21から噴出する。また、制御部50は、電極棒22を制御して、パイロットノズル21から噴出する水素ガスG1に着火する。これにより、パイロットバーナ20の燃焼が開始される。
Next, the operation of the hydrogen combustion boiler 1 will be described.
When starting the combustion of the pilot burner 20, the control unit 50 opens the third shutoff valves V31 and V32 with the first shutoff valves V11, the second shutoff valves V21 and V22 and the fourth shutoff valves V41 closed. Then, the hydrogen gas G1 flows from the supply source (not shown) of the hydrogen gas G1 through the frame arrester 30 after flowing through the second pilot line L120, and then is ejected from the pilot nozzle 21 through the first pilot line L110. Further, the control unit 50 controls the electrode rod 22 to ignite the hydrogen gas G1 ejected from the pilot nozzle 21. As a result, combustion of the pilot burner 20 is started.

パイロットバーナ20の燃焼が開始された後、メインバーナ10の燃焼を開始する場合、制御部50は、まず、第2遮断弁V21,V22を開放する。これにより、第2パイロットラインL120よりも径の大きい上流側ラインL101にも水素ガスG1が流通し、第1パイロットラインL110に流れる水素ガスG1の流量が増加する。第1パイロットラインL110に流れる水素ガスG1の流量が増加することにより、パイロットバーナ20の火炎が大きくなる。 When the combustion of the main burner 10 is started after the combustion of the pilot burner 20 is started, the control unit 50 first opens the second shutoff valves V21 and V22. As a result, the hydrogen gas G1 also circulates in the upstream line L101 having a diameter larger than that of the second pilot line L120, and the flow rate of the hydrogen gas G1 flowing in the first pilot line L110 increases. As the flow rate of the hydrogen gas G1 flowing through the first pilot line L110 increases, the flame of the pilot burner 20 becomes larger.

次いで、制御部50は、第1遮断弁V11を開放する。第1遮断弁V11の開放により、下流側ラインL103を通ってメインバーナ10に水素ガスG1が供給され、メインノズル11から水素ガスG1が噴出する。メインノズル11から噴出した水素ガスG1は、パイロットバーナ20の火炎により着火される。これにより、メインバーナ10の燃焼が開始される。その後、制御部50は、第3遮断弁V31,V32を閉止する。
このように、メインバーナ10を着火する前に第1パイロットラインL110を流通する水素ガスG1の流量を増加させてパイロットバーナ20の火炎を大きくすることで、バーナ付近の酸素濃度が低下する。この状態で、第1遮断弁V11を開放してメインバーナ10に水素ガスG1を供給することで、メインバーナ10の着火時に逆火を発生しにくくできる。
Next, the control unit 50 opens the first shutoff valve V11. By opening the first shutoff valve V11, the hydrogen gas G1 is supplied to the main burner 10 through the downstream line L103, and the hydrogen gas G1 is ejected from the main nozzle 11. The hydrogen gas G1 ejected from the main nozzle 11 is ignited by the flame of the pilot burner 20. As a result, combustion of the main burner 10 is started. After that, the control unit 50 closes the third shutoff valves V31 and V32.
As described above, by increasing the flow rate of the hydrogen gas G1 flowing through the first pilot line L110 before igniting the main burner 10 to increase the flame of the pilot burner 20, the oxygen concentration in the vicinity of the burner decreases. In this state, by opening the first shutoff valve V11 and supplying the hydrogen gas G1 to the main burner 10, it is possible to prevent flashback from occurring when the main burner 10 is ignited.

次に、メインバーナ10の燃焼を停止する場合、制御部50は、第2遮断弁V21,V22を閉止する。第3遮断弁V31,V32が閉止された状態で第2遮断弁V21,V22が閉止されることにより、下流側ラインL103及び第1パイロットラインL110への水素ガスG1の供給が停止され、メインバーナ10(及びパイロットバーナ20)の燃焼が停止される。 Next, when stopping the combustion of the main burner 10, the control unit 50 closes the second shutoff valves V21 and V22. When the second shutoff valves V21 and V22 are closed while the third shutoff valves V31 and V32 are closed, the supply of hydrogen gas G1 to the downstream line L103 and the first pilot line L110 is stopped, and the main burner. Combustion of 10 (and pilot burner 20) is stopped.

メインバーナ10の燃焼が停止された後、不活性ガスG2を用いて第2遮断弁V22及び第3遮断弁V32よりも下流側に残留する水素ガスG1がパージされる。この場合、制御部50は、第2遮断弁V21,V22及び第3遮断弁V31,V32を閉止し、第1遮断弁V11を開放した状態で第4遮断弁V41を開放する。第4遮断弁V41の開放によって、パージラインL130から第2パイロットラインL120に不活性ガスG2が供給される。第2パイロットラインL120を流れる不活性ガスG2は、絞り部材40によって流量が絞られる。絞り部材40によって流量が絞られた不活性ガスG2は、第2パイロットラインL120よりも径の大きいメイン燃料ラインL100(上流側ラインL101)に流れ、メインバーナ10から噴出する。また、不活性ガスG2の一部は、第1パイロットラインL110を通り、パイロットバーナ20から噴出する。これにより、第2遮断弁V22及び第3遮断弁V32よりも下流側が不活性ガスG2によりパージされる。 After the combustion of the main burner 10 is stopped, the inert gas G2 is used to purge the hydrogen gas G1 remaining on the downstream side of the second shutoff valve V22 and the third shutoff valve V32. In this case, the control unit 50 closes the second shutoff valves V21, V22 and the third shutoff valves V31, V32, and opens the fourth shutoff valve V41 with the first shutoff valve V11 open. By opening the fourth shutoff valve V41, the inert gas G2 is supplied from the purge line L130 to the second pilot line L120. The flow rate of the inert gas G2 flowing through the second pilot line L120 is throttled by the throttle member 40. The inert gas G2 whose flow rate is throttled by the throttle member 40 flows to the main fuel line L100 (upstream line L101) having a diameter larger than that of the second pilot line L120, and is ejected from the main burner 10. Further, a part of the inert gas G2 passes through the first pilot line L110 and is ejected from the pilot burner 20. As a result, the downstream side of the second shutoff valve V22 and the third shutoff valve V32 is purged by the inert gas G2.

以上説明した本実施形態の水素燃焼ボイラ1によれば、以下のような効果を奏する。
(1)水素燃焼ボイラ1を、メイン燃料ラインL100と、メイン燃料ラインL100に取り付けられるフレームアレスタ30と、このフレームアレスタ30よりも下流側(メイン燃料下流側ラインL103)から分岐する第1パイロットラインL110と、メイン燃料ラインL100に接続されるメインバーナ10と、第1パイロットラインL110に接続されるパイロットバーナ20と、を含んで構成した。これにより、メインバーナ10からメイン燃料ラインL100の下流側(メイン燃料下流側ラインL103)への逆火が起こった場合、及び/またはパイロットバーナ20から第1パイロットラインL110への逆火が起こった場合でも、1つのフレームアレスタ30により消火し、上流側の火炎の伝播を防止することができる。よって、メインバーナ10及びパイロットバーナ20の両方に水素ガスG1を供給する水素燃焼ボイラ1の製造コストを、安全性を確保しつつ抑えられる。
According to the hydrogen combustion boiler 1 of the present embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) A first pilot line that branches the hydrogen combustion boiler 1 from the main fuel line L100, the frame arrester 30 attached to the main fuel line L100, and the downstream side (main fuel downstream side line L103) of the frame arrester 30. It includes L110, a main burner 10 connected to the main fuel line L100, and a pilot burner 20 connected to the first pilot line L110. As a result, when a flashback occurred from the main burner 10 to the downstream side of the main fuel line L100 (main fuel downstream side line L103), and / or a flashback occurred from the pilot burner 20 to the first pilot line L110. Even in this case, one frame arrester 30 can extinguish the fire and prevent the propagation of the flame on the upstream side. Therefore, the manufacturing cost of the hydrogen combustion boiler 1 that supplies the hydrogen gas G1 to both the main burner 10 and the pilot burner 20 can be suppressed while ensuring safety.

(2)水素燃焼ボイラ1を、フレームアレスタ30よりも上流側でメイン燃料ラインL100に合流する第2パイロットラインL120と、メイン燃料ラインL100における第1パイロットラインL110の分岐位置(接続位置)よりも下流側に配置される第1遮断弁V11と、メイン燃料ラインL100における第2パイロットラインL120の合流位置(接続位置)よりも上流側に配置される第2遮断弁V21,V22と、第2パイロットラインL120に配置される第3遮断弁V31,V32と、を含んで構成した。これにより、第1遮断弁V11及び第2遮断弁V21,V22を閉止した状態で第3遮断弁V31,V32を開放することで、パイロットバーナ20を燃焼させられ、また、その後、第1遮断弁V11及び第2遮断弁V21,V22を更に開放することで、メインバーナ10及びパイロットバーナ20を燃焼させられる。また、フレームアレスタ30よりも上流側に第2遮断弁V21,V22及び第3遮断弁V31,V32を配置することで、逆火が生じた場合であっても、第2遮断弁V21,V22及び第3遮断弁V31,V32の逆火による損傷を防げる。 (2) From the branch position (connection position) of the second pilot line L120, which joins the hydrogen combustion boiler 1 to the main fuel line L100 on the upstream side of the frame arrester 30, and the first pilot line L110 in the main fuel line L100. The first shutoff valve V11 arranged on the downstream side, the second shutoff valves V21 and V22 arranged on the upstream side of the confluence position (connection position) of the second pilot line L120 in the main fuel line L100, and the second pilot. The third shutoff valves V31 and V32 arranged on the line L120 were included. As a result, the pilot burner 20 can be burned by opening the third shutoff valves V31 and V32 with the first shutoff valves V11 and the second shutoff valves V21 and V22 closed, and then the first shutoff valve. By further opening V11 and the second shutoff valves V21 and V22, the main burner 10 and the pilot burner 20 can be burned. Further, by arranging the second shutoff valves V21, V22 and the third shutoff valves V31, V32 on the upstream side of the frame arrester 30, even if a flashback occurs, the second shutoff valves V21, V22 and Damage to the third shutoff valves V31 and V32 due to flashback can be prevented.

(3)水素燃焼ボイラ1を、第3遮断弁V31,V32の下流側に配置される絞り部材40と、第2パイロットラインL120における第3遮断弁V31,V32と絞り部材40との間に接続されるパージラインL130と、を含んで構成した。これにより、絞り部材40よりも上流側から不活性ガスG2を供給することで、パージに用いる不活性ガスG2の流量を絞ることができ、不活性ガスG2の流量を好適化できる。 (3) The hydrogen combustion boiler 1 is connected between the throttle member 40 arranged on the downstream side of the third shutoff valves V31 and V32 and the third shutoff valves V31 and V32 and the throttle member 40 in the second pilot line L120. The purge line L130 to be used is included in the configuration. Thereby, by supplying the inert gas G2 from the upstream side of the drawing member 40, the flow rate of the inert gas G2 used for purging can be reduced, and the flow rate of the inert gas G2 can be optimized.

(4)第2遮断弁V21,V22をメイン燃料ラインL100における第2パイロットラインL120の合流位置の直近の上流側に配置した。これにより、パージラインL130から供給される不活性ガスG2によりメイン燃料ラインL100の第2遮断弁V21,V22よりも下流側を好適にパージできる。 (4) The second shutoff valves V21 and V22 were arranged on the upstream side of the main fuel line L100 immediately near the confluence position of the second pilot line L120. As a result, the inert gas G2 supplied from the purge line L130 can suitably purge the downstream side of the second shutoff valves V21 and V22 of the main fuel line L100.

(5)パイロットノズル21の径を、メインノズル11の径よりも小さく設定した。これにより、パイロットノズル21における水素ガスG1の流速を速めることができるので、メインバーナの着火時や燃焼時に、第1パイロットラインL110に逆火現象が発生することを防止できる。 (5) The diameter of the pilot nozzle 21 was set to be smaller than the diameter of the main nozzle 11. As a result, the flow velocity of the hydrogen gas G1 in the pilot nozzle 21 can be increased, so that it is possible to prevent a flashback phenomenon from occurring in the first pilot line L110 when the main burner is ignited or burned.

以上、本発明の水素燃焼ボイラの好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the hydrogen combustion boiler of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be appropriately modified.

例えば、上記実施形態において、第2パイロットラインL120を設け、第2遮断弁V21,V22及び第3遮断弁V31,V32を開閉することにより、メインバーナ10及びパイロットバーナ20への水素ガスG1の供給を制御したが、これに制限されない。例えば、第2パイロットラインL120及び第3遮断弁V31,V32を設けずに、第1パイロットラインL110に第3遮断弁V31,V32に代わる第4遮断弁(電磁弁、図示せず)を配置し、パージラインL130は、メイン燃料ラインL100における第2遮断弁V22とフレームアレスタ30との間に接続してもよい。そして、第4遮断弁(図示せず)を開閉することにより、第1パイロットラインL110を開閉してもよい。 For example, in the above embodiment, the hydrogen gas G1 is supplied to the main burner 10 and the pilot burner 20 by providing the second pilot line L120 and opening and closing the second shutoff valves V21 and V22 and the third shutoff valves V31 and V32. Controlled, but not limited to this. For example, instead of providing the second pilot line L120 and the third shutoff valves V31 and V32, a fourth shutoff valve (solenoid valve, not shown) is arranged on the first pilot line L110 in place of the third shutoff valves V31 and V32. The purge line L130 may be connected between the second shutoff valve V22 in the main fuel line L100 and the frame arrester 30. Then, the first pilot line L110 may be opened and closed by opening and closing the fourth shutoff valve (not shown).

1 水素燃焼ボイラ
10 メインバーナ
11 メインノズル
20 パイロットバーナ
21 パイロットノズル
30 フレームアレスタ
40 絞り部材
L100 メイン燃料ライン
L110 第1パイロットライン
L120 第2パイロットライン
L130 パージライン
V11 第1遮断弁
V21,V22 第2遮断弁
V31,V32 第3遮断弁
1 Hydrogen combustion boiler 10 Main burner 11 Main nozzle 20 Pilot burner 21 Pilot nozzle 30 Frame arrester 40 Aperture member L100 Main fuel line L110 1st pilot line L120 2nd pilot line L130 Purge line V11 1st shutoff valve V21, V22 2nd shutoff Valves V31, V32 3rd shutoff valve

Claims (4)

水素ガスを燃料として供給するメイン燃料ラインと、
前記メイン燃料ラインに取り付けられるフレームアレスタと、
前記メイン燃料ラインにおける前記フレームアレスタよりも下流側から分岐する第1パイロットラインと、
前記メイン燃料ラインの上流側で分岐し、前記フレームアレスタよりも上流側で前記メイン燃料ラインに合流する第2パイロットラインと、
前記メイン燃料ラインにおける前記第2パイロットラインの合流位置よりも上流側に配置される第2遮断弁と、
前記第2パイロットラインに配置される第3遮断弁と、
前記メイン燃料ラインの下流側に接続されるメインバーナと、
前記第1パイロットラインの下流側に接続されるパイロットバーナと、を備え、
前記第2遮断弁は、前記メイン燃料ラインにおける前記第2パイロットラインの合流位置の直近の上流側に配置される水素燃焼ボイラ。
The main fuel line that supplies hydrogen gas as fuel,
The frame arrester attached to the main fuel line and
The first pilot line branching from the downstream side of the frame arrester in the main fuel line,
A second pilot line that branches on the upstream side of the main fuel line and joins the main fuel line on the upstream side of the frame arrester.
A second shutoff valve located upstream of the merging position of the second pilot line in the main fuel line,
The third shutoff valve arranged in the second pilot line and
The main burner connected to the downstream side of the main fuel line and
A pilot burner connected to the downstream side of the first pilot line is provided.
The second shutoff valve is a hydrogen combustion boiler arranged on the immediate upstream side of the confluence position of the second pilot line in the main fuel line.
前記メイン燃料ラインにおける前記第1パイロットラインの分岐位置よりも下流側に配置される第1遮断弁更に備える請求項1に記載の水素燃焼ボイラ。 The hydrogen combustion boiler according to claim 1, further comprising a first shut-off valve disposed on the downstream side of the branch position of the first pilot line in the main fuel line. 前記第2パイロットラインにおける前記第3遮断弁よりも下流側に配置される絞り部材と、
前記第2パイロットラインにおける前記第3遮断弁と前記絞り部材との間に接続され不活性ガスを供給するパージラインと、を更に備える請求項1又は請求項2に記載の水素燃焼ボイラ。
A throttle member arranged on the downstream side of the third shutoff valve in the second pilot line, and
The hydrogen combustion boiler according to claim 1 or 2, further comprising a purge line connected between the third shutoff valve and the throttle member in the second pilot line to supply an inert gas.
前記メインバーナは、水素ガスが噴出されるメインノズルを備え、
前記パイロットバーナは、前記メインノズルよりも小径のパイロットノズルを備える請求項1から請求項のいずれか1項に記載の水素燃焼ボイラ。
The main burner includes a main nozzle from which hydrogen gas is ejected.
The hydrogen combustion boiler according to any one of claims 1 to 3 , wherein the pilot burner includes a pilot nozzle having a diameter smaller than that of the main nozzle.
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