JP7152957B2

JP7152957B2 - 舶用ボイラ及び舶用ボイラの改造方法

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Publication number: JP7152957B2
Application number: JP2019001077A
Authority: JP
Inventors: 史也山根; 匡史森; 貴澄寺原; 龍太中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery and Equipment Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery and Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: WO2020144988A1; CN113302122B; CN113302122A; KR20210063405A; JP2020112278A; KR102512115B1

Description

本開示は舶用ボイラ及び舶用ボイラの改造方法に関する。

従来、タンカー等の船舶、浮体式生産貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅａｎｄｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ：ＦＰＳＯ）、又は浮体式貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇｓｔｏｒａｇｅａｎｄｏｆｆｌｏａｄｉｎｇｕｎｉｔ：ＦＳＯ）に搭載される原油タンクにおいては、揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含むガス（以下、ＶＯＣガス又は揮発性ガスという。）が発生することが知られている。そして、近年では、原油タンク内で生じるＶＯＣガスを大気に放出せずに無害化することが望まれている。例えば、特許文献１には、上記のようなＶＯＣガスを火炉内に供給するように構成された舶用ボイラが開示されている。

特許第５９１６７７７号公報

ところで、原油タンク内の空間には不活性ガス（イナートガス）が封入されるため、上記ＶＯＣガスは不活性ガスを含むことがある。不活性ガスを含むＶＯＣガスは主燃料である燃焼用燃料に比べて低カロリーであり燃焼性が低い。このため、不活性ガスを含むＶＯＣガスを火炉内におけるバーナ装置の噴出口近傍に供給すると、バーナ装置における主燃料の燃焼性の低下を招いて失火する恐れがある。この点、特許文献１には、燃料の燃焼性を低下させることなく不活性ガスを含むＶＯＣガスを火炉内で処理することに関する知見は開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ不活性ガスを含む揮発性ガスを火炉内で処理することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラは、
火炉と、
前記火炉の炉壁部に設けられ、燃焼用燃料及び燃焼用空気を前記火炉内に噴射するバーナ装置と、
前記火炉の前記炉壁部に前記バーナ装置から離間して設けられ、揮発性有機化合物と不活性ガスとを含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する少なくとも一つの揮発性ガス供給部と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、火炉の炉壁部のうち、バーナ装置から離間した位置にバーナ装置とは別体として揮発性ガス供給部が配置されるから、不活性ガスを含む揮発性ガスを、バーナ装置から離れた位置において火炉内に供給することができる。よって、バーナ装置における燃焼用燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ不活性ガスを含む揮発性ガスを火炉内で処理することができる。また、バーナ装置と離間した位置に揮発性ガス供給部を設けるから、例えば揮発性ガス供給部をバーナ装置と一体的に設けていた従来の舶用ボイラに比べてバーナ装置及び揮発性ガス供給部の配置の自由度が高い。よって、ＶＯＣ量の制約を受けることなく装置のレイアウトを決定することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バーナ装置は、
前記火炉内に前記燃焼用燃料を噴射するための燃料噴射部と、
前記火炉内に前記燃焼用空気を噴射するための空気噴射部と、
前記燃料噴射部及び前記空気噴射部を収納する筒状体と、を含み、
前記揮発性ガス供給部は、
前記筒状体の外周面から離間して設けられていてもよい。

上記（２）の構成によれば、バーナ装置の燃料噴射部及び空気噴射部を収納する筒状体の外周面から離間して揮発性ガス供給部が配置されるから、燃焼用燃料及び燃焼用空気を噴射するためのバーナ装置と、不活性ガスを含む揮発性ガスを供給するための揮発性ガス供給部とをそれぞれ別体として構成し、互いを物理的に離隔して配置することができる。よって、不活性ガスを含む揮発性ガスがバーナ装置における燃料噴射部の直近で火炎に混入することを効果的に抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記揮発性ガス供給部は、前記燃料噴射部から噴射される前記燃焼用燃料の噴射方向に対して交差する方向に沿って、前記揮発性ガスを供給するように構成されてもよい。

上記（３）の構成によれば、燃料噴射部から噴射される燃焼用燃料の噴射方向に対して交差する方向に沿って揮発性ガスが供給されるから、バーナ装置における燃焼用燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ、バーナ装置により形成される火炎に対して揮発性ガスを効率的に混入することができる。したがって、火炉内に供給されたにも関わらず火炎に混入されずに未処理のまま排出される揮発性ガスを大幅に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）のいずれか一つの構成において、
前記揮発性ガス供給部は、前記炉壁部のうち前記バーナ装置が配置される一面と同一面に配置されていてもよい。

上記（４）の構成によれば、炉壁部のうちバーナ装置が配置された一面と同一面に揮発性ガス供給部を配置することにより、火炉内に供給された上記不活性ガスを含む揮発性ガスがバーナ装置の直近で火炎に混入することを効果的に抑制しつつ、揮発性ガスの供給方向を燃焼用燃焼の噴射方向に沿わせることができるから、バーナ装置の下流側で上記不活性ガスを含む揮発性ガスを火炎に効率よく混入することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか一つの構成において、
前記バーナ装置は、前記火炉内に噴射される前記燃焼用空気に対して旋回力を付与するためのスワラを含み、
前記揮発性ガス供給部は、前記バーナ装置による旋回火炎の旋回方向に沿って前記揮発性ガスを供給するように構成されてもよい。

上記（５）の構成によれば、スワラにより燃焼用空気が旋回流として火炉内に供給され、これによって形成される旋回火炎の旋回方向に沿って不活性ガスを含む揮発性ガスが供給されるから、揮発性ガスを旋回火炎に効率よく混入することができる。したがって、火炉内に供給されたにも関わらず火炎に混入されずに未処理のまま排出される揮発性ガスを大幅に抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の何れか一つの構成において、
前記少なくとも一つの揮発性ガス供給部は、複数の揮発性ガス供給部を含み、
前記複数の揮発性ガス供給部の各々は、前記火炉内に供給する前記揮発性ガスの流量を調節するためのバルブを含んでいてもよい。

上記（６）の構成によれば、複数の揮発性ガス供給部を介して火炉内に揮発性ガスを供給することができるから、例えば火炉内の火炎に対して複数の方向から揮発性ガスを混入することができる。その際、各々の揮発性ガス供給部から火炉内に供給する揮発性ガスの流量をバルブによって任意に調節することができる。よって、バーナ装置によって火炉内に形成される火炎の大きさや燃焼状況に応じて、当該火炎によって処理できる適量の揮発性ガスを火炉内に供給することができる。これにより、未反応の揮発性ガスが火炉から排出されることを抑制しつつ、該火炉内で揮発性ガスを効率よく処理可能な舶用ボイラを提供することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
舶用ボイラは、
前記火炉から排出される排ガス中に含まれる前記揮発性ガスの濃度を検出するための排ガスセンサと、
前記排ガスセンサの検出信号に基づき前記バルブの開度を調節するためのコントローラと、
を備えていてもよい。

上記（７）の構成によれば、コントローラにより、排ガスセンサの検出信号に基づいてバルブの開度を自動的に調節することができるから、バーナ装置による火炉内の火炎の大きさや燃焼状況に応じて、当該火炎によって処理できる適量の揮発性ガスをリアルタイムで火炉内に供給することができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラの改造方法は、
火炉の炉壁部にバーナ装置が配置された舶用ボイラの改造方法であって、
前記炉壁部において前記バーナ装置から離間した位置に揮発性ガス供給部の設置位置を特定するステップと、
特定された前記設置位置に揮発性ガス供給部を設けるステップと、を備える。

上記（８）の方法によれば、バーナ装置と離間した位置に揮発性ガス供給部を設けるから、例えば揮発性ガス供給部をバーナ装置と一体的に設けていた従来の舶用ボイラに比べてバーナ装置及び揮発性ガス供給部の配置の自由度が高く、ＶＯＣ量の制約を受けることがない。また、バーナ装置と別体の揮発性ガス供給部を追加的に設けることで舶用ボイラを改造することができるから、従来使用していたバーナ装置を流用することができる。よって、失火の虞を抑制しつつ、火炉内で揮発性ガスを処理可能な舶用ボイラを低コストで提供することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、火炎の燃焼性の低下を抑制しつつ不活性ガスを含む揮発性ガスを火炉内で処理することができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラを備えたＶＯＣガス処理システムを示す概略構成図である。一実施形態に係る舶用ボイラを示す縦断面図である。一実施形態に係る舶用ボイラを概略的に示す斜視図である。一実施形態におけるバーナ装置を示す図であり、（Ａ）はバーナ装置の全体構成を示す断面図、（Ｂ）は一実施形態におけるスワラの斜視図である。一実施形態における揮発性ガス供給部を示す断面図である。一実施形態における制御系の構成を示すブロック図である。一実施形態に係る舶用ボイラの改造方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラ１を備えたＶＯＣガス処理システム１００を示す概略構成図である。図１に例示するように、ＶＯＣガス処理システム１００は、タンカー等の船舶やＦＰＳＯ／ＦＳＯ（浮体式石油・ガス生産／貯蔵設備）に設置される原油タンク２２と、原油タンク２２内から抜き出された気体からＶＯＣ（ｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）を分離するＶＯＣ分離部２７と、分離されたＶＯＣを液化するＶＯＣ液化部２９と、液化された液化ＶＯＣを貯留する液化ＶＯＣタンク３２と、ＶＯＣ分離部２７で分離されず気体中に残ったＶＯＣを主燃料と混焼する舶用ボイラ１と、を備えている。

原油タンク２２は、原油が貯蔵されるタンクであり、この原油タンク２２には、図示しない原油掘削設備や石油の生産設備又はこれらの貯蔵設備から輸送ライン２５を介して原油が流入する。原油タンク２２の内部には、原油から揮発したＶＯＣの発火を防止するためのイナートガスが封入されている。イナートガスは、例えば、ＣＯ２やＮ２等の不活性ガスである。原油タンク２２内の上方の空間（タンク内上部空間２４）は、ＶＯＣとイナートガスとが混合した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、ＶＯＣガスライン２６を経由してＶＯＣ分離部２７に導かれる。

ＶＯＣ分離部２７によって分離されて回収されたＶＯＣは、ＶＯＣ液化部２９で液化され、液化ＶＯＣタンク３２に貯留された後、原油タンク２２に戻されるか、或いは舶用ボイラ１用の液体燃料として利用される。一方、ＶＯＣ分離部２７で大部分のＶＯＣが取り除かれ、微量のＶＯＣとイナートガスとを含む残りの気体（ＶＯＣガス）は、ＶＯＣガスライン３４を経由して舶用ボイラ１に導かれる。

次に、本開示の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラ１の構成について説明する。
図２は一実施形態に係る舶用ボイラの構成を概略的に示す縦断面図である。図３は一実施形態に係る舶用ボイラを概略的に示す斜視図である。
図２及び図３に例示するように、舶用ボイラ１は、火炉２と、火炉２の炉壁部３に設けられ、燃焼用燃料及び燃焼用空気を火炉２内に噴射するバーナ装置１０と、火炉２の炉壁部３にバーナ装置１０から離間して設けられ、揮発性有機化合物と不活性ガスとを含む揮発性ガス６５（ＶＯＣガス）を火炉２内に供給する少なくとも一つの揮発性ガス供給部６０と、を備えている。また、舶用ボイラ１は、火炉２内に配置された蒸発管群４と、蒸発管群４の下方に設けられた水ドラム５と、蒸発管群４の上方に設けられた蒸気ドラム６と、を備えている。
なお、本開示の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラ１は、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３６（図１参照）の駆動源となる蒸気を発生させる補助ボイラであるものとする。補助ボイラで発生した蒸気は、荷役用タービン３５に供給され、荷役用タービン３５の回転動力がカーゴオイルポンプ３６の駆動源として蓄積される。

火炉２は、燃焼用燃料と燃焼用空気とを反応させて燃焼させるための中空体であり、例えば、円筒形状や箱型等、種々の形態をとり得る。このような火炉２は、外部と内部とを区画する炉壁部３を含む。火炉２の内部は、該火炉２の一端から噴射された燃焼用燃料、燃焼用空気、及び／又はＶＯＣガスの燃焼火炎（火炎８０）が形成される燃焼空間２００、並びに燃焼によって生じた燃焼ガスの流路となっている。燃焼ガスの流れ方向の下流側には上述した蒸発管群４が配置され、さらに下流側である火炉２の上部には煙突３７に続く燃焼ガス出口８が設けられる。なお、蒸気ドラム６の上部には蒸気出口９が設けられている。

火炉２の炉壁部３は、ボイラ水が通過可能な複数の炉壁管を含んで構成される。具体的に、炉壁部３は、例えば鉛直方向（例えば図２における紙面上下方向）に沿う複数の炉壁管が面状に配列されてなる側面部３Ｃと、炉壁管の上部及び下部がそれぞれ曲成されることで互いに対向するように配置された天井部３Ａ及び底部３Ｂとを含む。天井部３Ａ及び底部３Ｂは、それぞれ水平方向に対して例えば側面部３Ｃと鈍角をなすように傾斜していてもよい。

バーナ装置１０は、火炉２内に主燃料である燃焼用燃料（例えば気体燃料又は液体燃料を含む）と搬送用ガスとの混合気体、及び／又は燃焼用空気を噴射する。幾つかの実施形態では、例えば図２及び図３に示すように、バーナ装置１０は、火炉２の天井部３Ａに配置され、燃焼用燃料と燃焼用空気とを下方に向けて噴射することで火炎８０を形成するように構成されていてもよい。

揮発性ガス供給部６０は、ＶＯＣガスライン３４を通って搬送されたＶＯＣと不活性ガスとを含む揮発性ガス６５を火炉２内に供給する。この揮発性ガス供給部６０は、炉壁部３のうち、例えば天井部３Ａに配置されていてもよいし、側面部３Ｃ（の上側部分）に配置されていてもよい。いずれの場合も、揮発性ガス供給部６０は、例えば、図２に例示するように、当該揮発性ガス供給部６０から火炉２内に供給する揮発性ガス６５を、火炎８０の下流側部分に混入し得る位置及び向きで設けられる。
なお、揮発性ガス供給部６０は、火炉２内に向けて開口されたポートであってもよいし、火炉２内に揮発性ガス６５を噴射可能なノズルであってもよい。また、揮発性ガス供給部６０は、後述する火炎保持領域９０には揮発性ガス６５を供給することなく該火炎保持領域９０よりも下流側の燃焼領域において、火炎８０に揮発性ガス６５を混入するように構成されていてもよい。

かかる構成によれば、火炉２の炉壁部３のうち、バーナ装置１０から離間した位置にバーナ装置１０とは別体として揮発性ガス供給部６０が配置されるから、不活性ガスを含む揮発性ガス６５を、バーナ装置１０から離れた位置で火炉２内に供給することができる。よって、バーナ装置１０による燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ、不活性ガスを含む揮発性ガス６５を火炉２内で処理することができる。また、バーナ装置１０と離間した位置に揮発性ガス供給部６０を設けるから、例えば揮発性ガス供給部６０をバーナ装置１０と一体的に設けていた従来の舶用ボイラに比べてバーナ装置１０及び揮発性ガス供給部６０の配置の自由度が高く、また、ＶＯＣ量の制約を受けることがない。

図４は一実施形態におけるバーナ装置を示す図であり、（Ａ）はバーナ装置の全体構成を示す断面図、（Ｂ）は一実施形態におけるスワラの斜視図である。
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図４に例示するように、バーナ装置１０は、火炉２内に燃焼用燃料を噴射するための燃料噴射部１１と、火炉２内に燃焼用空気を噴射するための空気噴射部１２と、燃料噴射部１１及び空気噴射部１２を収納する筒状体１３と、を含んでいてもよい。そして、揮発性ガス供給部６０は、筒状体１３の外周面１３Ａから離間して設けられていてもよい。

燃料噴射部１１は、例えば液体燃料や気体燃料を噴射するノズルを有するバーナを含んでいてもよい。この燃料噴射部１１は、内筒１１Ａと、内筒１１Ａの一部を囲むように配置される外筒１１Ｂとを備えている。なお、燃料噴射部１１は、例えば筒状体１３の軸線Ｏに沿って該筒状体１３の径方向における中心部に配置されていてもよい。

内筒１１Ａの内周側には燃料供給路１１Ｃが形成されている。燃料供給路１１Ｃに供給される燃料は、例えばＣ重油等の液体燃料である。内筒１１Ａの一方の端部は火炉２内の燃焼空間２００に面している。

外筒１１Ｂは、一次空気供給路１２Ｃの燃焼空間２００側に配置され、一次空気供給路１２Ｃを内周側流路と外周側流路とに仕切っている。一次空気供給路１２Ｃを通る一次空気のうち外周側流路に流入した一次空気はそのまま燃焼空間２００に吹き出す。一方、燃料噴射部１１は、内周側流路に流入した一次空気を、後述するスワラ１４によって旋回力を付与して燃焼空間２００に吹き出すように構成されていてもよい。

空気噴射部１２は、例えば筒状体１３の内周面１３Ｂと該筒状体１３内に配置された燃料噴射部１１との間に形成されるエアスリーブを介して火炉２内に燃焼用空気を噴射するように構成されてもよい。例えば空気噴射部１２は、上記燃料噴射部１１の外筒１１Ｂの外周側に設けられた一次空気ノズル１２Ａと、一次空気ノズル１２Ａのさらに外周側に設けられた二次空気ノズル１２Ｂとを備えていてもよい。一次空気ノズル１２Ａの内周面と内筒１１Ａの外周面との間には、燃焼用の一次空気が供給される一次空気供給路１２Ｃが設けられ、二次空気ノズル１２Ｂの内周面と一次空気ノズル１２Ａの外周面との間には、燃焼用の二次空気が供給される二次空気供給路１２Ｄが設けられる。一次空気供給路１２Ｃ、二次空気供給路１２Ｄの空気供給側には、それぞれ、一次ベーン１７及び二次ベーン１８が設けられ得る。そして各空気供給路への空気供給量はこれらのベーン１７，１８によって調整される。

筒状体１３は、バーナ装置１０の径方向の外縁を規定し得るものであり、例えば上記空気噴射部１２において径方向の最も外側に配置される二次空気ノズル１２Ｂを適用してもよい。なお、筒状体１３は、燃焼用燃料及び燃焼用空気の噴射方向の下流側に向けて拡径された拡径部１３Ｃ（大径部）を含んでもよい。この場合、筒状体１３の外周面１３Ａとして筒状体１３の大径部の外周を適用してもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、筒状体１３の拡径部１３Ｃの内側の領域を、火炎８０の着火及び／又は保炎のための火炎保持領域９０として規定してもよい。なお、火炉２内における火炎保持領域９０の位置は、例えば、バーナ装置１０による単位時間あたりの燃料の噴射量や燃料の種類等に応じて相対的に変化し得る。したがって、例えば燃料の噴射方向における火炎８０の上流側部分（すなわち、下向きの火炎８０の場合は当該火炎８０の上側部分）を火炎保持領域９０として規定してもよい。

このように、バーナ装置１０の燃料噴射部１１及び空気噴射部１２を収納する筒状体１３の外周面１３Ａから離間して揮発性ガス供給部６０を配置した構成によれば、燃焼用燃料及び燃焼用空気を供給するためのバーナ装置１０と、不活性ガスを含む揮発性ガスを供給するための揮発性ガス供給部６０とをそれぞれ別体として構成し、互いを物理的に離隔して配置することができる。よって、不活性ガスを含む揮発性ガス６５がバーナ装置１０の火炎保持領域９０において火炎８０に混入することを効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図３及び図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に例示するように、バーナ装置１０は、火炉２内に噴射される燃焼用空気に対して旋回力を付与するためのスワラ１４を含み、揮発性ガス供給部６０は、バーナ装置１０による旋回火炎（火炎８０）の旋回方向に沿って揮発性ガス６５を供給するように構成されてもよい。

スワラ１４は、一次空気供給路１２Ｃの内周側流路に設けられ、主に保炎を目的として一次空気を旋回させる。スワラ１４は、一次空気供給路１２Ｃ（内周側流路）の空気供給側から燃焼空間２００側に向けて延在している。スワラ１４は一次空気供給路１２Ｃの燃焼空間２００側の端部近傍に設けられてもよい。図４（Ｂ）に示すように、スワラ１４は、内筒１１Ａと外筒１１Ｂとの間に放射状に複数設けられた羽根１５を有している。なお、図４（Ｂ）には羽根１５が７枚設けられている場合を例示している。一実施形態では、複数の羽根１５は、筒状体１３の軸線Ｏに対して同一方向に傾斜するとともに、バーナの周方向に互いに離間して配置されている。

揮発性ガス供給部６０は、該揮発性ガス供給部６０から供給される揮発性ガス６５が、バーナ装置１０による旋回火炎の流れを阻害することなく、該旋回火炎の流れ方向に沿って火炎８０に混入されるように構成されてもよい。

この構成によれば、燃焼用空気が旋回流として火炉２内に供給され、これによって形成される旋回火炎の旋回方向に沿って揮発性ガス６５が供給されるから、不活性ガスを含む揮発性ガス６５を旋回火炎に効率よく混入することができる。したがって、火炉２内に供給されたにも関わらず火炎８０に混入されずに未処理のまま排出される揮発性ガス６５を大幅に抑制することができる。

幾つかの実施形態において、揮発性ガス供給部６０は、バーナ装置１０の燃料噴射部１１から噴射される燃焼用燃料の噴射方向に対して交差する方向（又は傾斜した方向）に沿って揮発性ガス６５を噴射するように構成されていてもよい。つまり、揮発性ガス供給部６０は、燃料噴射部１１から噴射された燃焼用燃料による火炎８０に対して離れる方向ではなく近づく方向に向けて揮発性ガス６５を供給するように構成される。この場合、揮発性ガス供給部６０は、燃焼用燃料の噴射方向に対して順方向に交差する方向に向けて揮発性ガス６５を供給するように構成されていてもよい。

このように、燃料噴射部１１から噴射される燃焼用燃料の噴射方向に対して交差する方向に沿って揮発性ガス６５を供給する構成によれば、バーナ装置１０から噴射された燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ、バーナ装置１０により形成される火炎８０に対して揮発性ガス６５を効率的に混入することができる。したがって、火炉２内に供給されたにも関わらず火炎８０に混入されずに未処理のまま排出される揮発性ガス６５を大幅に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２及び図３に例示するように、揮発性ガス供給部６０は、炉壁部３のうちバーナ装置１０が配置される一面と同一面に配置されていてもよい。
例えば、バーナ装置１０及び揮発性ガス供給部６０はともに、炉壁部３の天井部３Ａに配置されていてもよいし、側面部３Ｃに配置されていてもよいし、底部３Ｂに配置されていてもよい。

このように、炉壁部３のうちバーナ装置１０が配置された一面と同一面に揮発性ガス供給部６０を配置することにより、火炉２内に供給された上記不活性ガスを含む揮発性ガス６５が火炎保持領域９０に供給されることを抑制しつつ、揮発性ガス６５の噴射方向を燃焼用燃料の噴射方向に沿わせることができるから、火炎保持領域９０の下流側で上記不活性ガスを含む揮発性ガス６５を火炎８０の流れに沿って該火炎８０に効率よく混入し、無害化することができる。

図５は一実施形態における揮発性ガス供給部を示す断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図３及び図５に例示するように、舶用ボイラ１は、複数の揮発性ガス供給部６０を備えてもよい。そして、複数の揮発性ガス供給部６０の各々は、火炉２内に供給する揮発性ガス６５の流量を調節するためのバルブ６２を備えていてもよい。
複数の揮発性ガス供給部６０は、例えばバーナ装置１０が取り付けられた炉壁部３の一辺に沿って各々間隔を隔てて（例えば等間隔に）配置されていてもよい。或いは、複数の揮発性ガス供給部６０は、バーナ装置１０が取り付けられた炉壁部３の異なる辺に沿ってそれぞれ配置されていてもよい。
各々の揮発性ガス供給部６０に設けられたバルブ６２の開度はそれぞれ独立に管理してもよい。そして、各揮発性ガス供給部６０から供給される揮発性ガス６５の流量は各々異ならせてもよいし、同一としてもよい。

このように舶用ボイラ１が複数の揮発性ガス供給部６０を備えた構成によれば、複数の揮発性ガス供給部６０を介して火炉２内に揮発性ガス６５を供給することができるから、火炉２内の火炎８０に対して複数の方向から揮発性ガス６５を混入することができる。よって、揮発性ガス６５を火炉２内で効率的に処理することができる。その際、各々の揮発性ガス供給部６０から火炉２内に供給する揮発性ガス６５の流量をバルブ６２によって任意に調節することができる。よって、バーナ装置１０によって火炉２内に形成される火炎８０の大きさや燃焼状況に応じて、当該火炎８０によって処理できる適量の揮発性ガス６５を火炉２内に供給することができる。これにより、未反応の揮発性ガス６５が火炉２から排出されることを抑制しつつ、該火炉２内で揮発性ガス６５を効率よく処理可能な舶用ボイラ１を提供することができる。
なお、上述したように、バーナ装置１０によって旋回火炎が形成される場合、複数の揮発性ガス供給部６０は、バーナ装置１０を中心とする円弧状に配置されていてもよい。

図６は一実施形態における制御系の構成を示すブロック図である。
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、舶用ボイラ１は、火炉２から排出される排ガス中における揮発性ガス６５の濃度を検出するための排ガスセンサ７０と、バルブ６２の開度を変更するためのバルブアクチュエータ６３と、排ガスセンサ７０の検出信号に基づきバルブアクチュエータ６３を駆動してバルブ６２の開度を調節する制御部としてのコントローラ５０と、を備えていてもよい。

排ガスセンサ７０は、燃焼ガス（排ガス）の流路において燃焼ガス出口８の近傍（下流側又は上流側）に配置されてもよい。
バルブアクチュエータ６３は、コントローラ５０からの制御信号に基づき、バルブ６２の開度を全開、全閉及びこれらの間の任意の開度に変更して維持するように構成される。

コントローラ５０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ５１、該ＣＰＵ５１が実行する各種プログラム等を記憶するための記憶部としてのＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）５３、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）５２等の他、図示しない大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、外部記憶装置が装着されるアクセス部、及び参照用データ等が格納されたデータベース５７などを備えている。これら各部は、バス５４を介して接続されている。更に、コントローラ５０は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部（図示省略）及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部（図示省略）などと接続されていてもよい。

幾つかの実施形態において、ＲＯＭ５３には、揮発性ガス６５の流量を調整するためのＶＯＣガス流量調整プログラム５５が格納されていてもよい。ＣＰＵ５１が、このＶＯＣガス流量調整プログラム５５をＲＯＭ５３から読み出してＲＡＭ５２に展開し、実行することにより、排ガスセンサ７０の検出信号に基づいてバルブ６２の開度を調節する制御が行われ、各揮発性ガス供給部６０から火炉２内に供給される揮発性ガス６５の流量が調整される。

このように、舶用ボイラ１が排ガスセンサ７０とコントローラ５０とを備えた構成によれば、コントローラ５０により、排ガスセンサ７０の検出信号に基づいてバルブアクチュエータ６３を駆動することでバルブ６２の開度を自動的に調節することができるから、バーナ装置１０による火炉２内の火炎８０の大きさや燃焼状況に応じて、当該火炎８０によって燃焼できる適切な量の揮発性ガス６５をリアルタイムに火炉２内に供給することができる。

図７は一実施形態における舶用ボイラの改造方法を示すフローチャートである。
図７に例示するように、本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用ボイラの改造方法は、火炉２の炉壁部３にバーナ装置１０が配置された舶用ボイラ１の改造方法であって、炉壁部３においてバーナ装置１０から離間した位置に揮発性ガス供給部６０の設置位置を特定するステップ（ステップＳ１０）と、特定された設置位置に揮発性ガス供給部６０を設けるステップ（ステップＳ２０）と、を備えている。

ステップＳ１０では、炉壁部３においてバーナ装置１０から離間した位置を特定するに際して、上述した幾つかの実施形態における揮発性ガス供給部６０の配置を考慮して、揮発性ガス供給部６０の設置位置を特定してもよい。
そして、ステップＳ２０では、このようにして特定された設置位置に、バーナ装置１０とは別体の揮発性ガス供給部６０を設置する。幾つかの実施形態では、ステップＳ１０で特定された位置に該当する炉壁部３の炉壁管を曲成するなどすることにより、揮発性ガス供給部６０用の取付開口部を形成してもよい。

上記の方法によれば、バーナ装置１０と離間した位置に揮発性ガス供給部６０を設けるから、例えば揮発性ガス供給部６０をバーナ装置１０と一体的に設けていた従来の場合に比べてバーナ装置１０及び揮発性ガス供給部６０の配置の自由度が高く、ＶＯＣ量の制約を受けることがない。また、バーナ装置１０と別体の揮発性ガス供給部６０を追加的に設けることで舶用ボイラ１を改造することができるから、従来使用していたバーナ装置１０を流用することができる。よって、失火の虞を抑制しつつ、火炉２内で揮発性ガス６５を処理可能な舶用ボイラ１を低コストで提供することができる。

上述したように、本開示の幾つかの実施形態では、燃料の燃焼性の低下を抑制しつつ不活性ガスを含む揮発性ガス６５を火炉２内で処理することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、舶用ボイラ１を補助ボイラとして説明したが、他の実施形態における舶用ボイラ１は、例えば、不図示の過熱器を備え、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っても良いし、発電用等の他の用途に用いられるボイラであってもよい。

１舶用ボイラ
２火炉
３炉壁部
３Ａ天井部
３Ｂ底部
３Ｃ側面部
４蒸発管群
５水ドラム
６蒸気ドラム
８燃焼ガス出口
９蒸気出口
１０バーナ装置
１１燃料噴射部
１１Ａ内筒
１１Ｂ外筒
１１Ｃ燃料供給路
１２空気噴射部
１２Ａ一次空気ノズル
１２Ｂ二次空気ノズル
１２Ｃ一次空気供給路
１２Ｄ二次空気供給路
１３筒状体
１３Ａ外周面
１３Ｂ内周面
１３Ｃ拡径部
１４スワラ
１５羽根
１７一次ベーン
１８二次ベーン
２２原油タンク
２４タンク内上部空間
２５輸送ライン
２６ＶＯＣガスライン
２７ＶＯＣ分離部
２９ＶＯＣ液化部
３２液化ＶＯＣタンク
３４ＶＯＣガスライン
３５荷役用タービン
３６カーゴオイルポンプ
３７煙突
５０コントローラ（制御部）
５１ＣＰＵ（プロセッサ）
５２ＲＡＭ
５３ＲＯＭ
５４バス
５５ＶＯＣガス流量調整プログラム
５７データベース
６０揮発性ガス供給部
６２バルブ
６５揮発性ガス
７０排ガスセンサ
８０火炎
９０火炎保持領域
１００ＶＯＣガス処理システム
２００燃焼空間

Claims

火炉と、
前記火炉の炉壁部に設けられ、燃焼用燃料及び燃焼用空気を前記火炉内に噴射するバーナ装置と、
前記火炉の前記炉壁部に前記バーナ装置から離間して設けられ、揮発性有機化合物と不活性ガスとを含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する少なくとも一つの揮発性ガス供給部と、
を備え、
前記少なくとも一つの揮発性ガス供給部は、複数の揮発性ガス供給部を含み、
前記複数の揮発性ガス供給部の各々は、前記炉壁部のうち前記バーナ装置が配置される一面の一辺に沿って各々間隔を隔てて配置されている
舶用ボイラ。
火炉と、
前記火炉の炉壁部に設けられ、燃焼用燃料及び燃焼用空気を前記火炉内に噴射するバーナ装置と、
前記火炉の前記炉壁部に前記バーナ装置から離間して設けられ、揮発性有機化合物と不活性ガスとを含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する少なくとも一つの揮発性ガス供給部と、
を備え、
前記少なくとも一つの揮発性ガス供給部は、複数の揮発性ガス供給部を含み、
前記複数の揮発性ガス供給部の各々は、前記火炉内に供給する前記揮発性ガスの流量を調節するためのバルブを含む
舶用ボイラ。
前記バーナ装置は、
前記火炉内に前記燃焼用燃料を噴射するための燃料噴射部と、
前記火炉内に前記燃焼用空気を噴射するための空気噴射部と、
前記燃料噴射部及び前記空気噴射部を収納する筒状体と、を含み、
前記揮発性ガス供給部は、
前記筒状体の外周面から離間して設けられている
請求項１又は２に記載の舶用ボイラ。
前記揮発性ガス供給部は、前記燃料噴射部から噴射される前記燃焼用燃料の噴射方向に対して交差する方向に沿って、前記揮発性ガスを供給するように構成される
請求項３に記載の舶用ボイラ。
前記揮発性ガス供給部は、前記炉壁部のうち前記バーナ装置が配置される一面と同一面に配置されている
請求項１～４の何れか一項に記載の舶用ボイラ。
前記バーナ装置は、前記火炉内に噴射される前記燃焼用空気に対して旋回力を付与するためのスワラを含み、
前記揮発性ガス供給部は、前記バーナ装置による旋回火炎の旋回方向に沿って前記揮発性ガスを供給するように構成される
請求項１～５の何れか一項に記載の舶用ボイラ。
前記火炉から排出される排ガス中に含まれる前記揮発性ガスの濃度を検出するための排ガスセンサと、
前記排ガスセンサの検出信号に基づき前記バルブの開度を調節するためのコントローラと、
を備える請求項２に記載の舶用ボイラ。
火炉の炉壁部にバーナ装置が配置された舶用ボイラの改造方法であって、
前記炉壁部において前記バーナ装置から離間した位置に揮発性ガス供給部の設置位置を特定するステップと、
特定された前記設置位置に揮発性ガス供給部を設けるステップと、
を備え、
前記少なくとも一つの揮発性ガス供給部は、複数の揮発性ガス供給部を含み、
前記複数の揮発性ガス供給部の各々は、前記炉壁部のうち前記バーナ装置が配置される一面の一辺に沿って各々間隔を隔てて配置される
舶用ボイラの改造方法。
火炉の炉壁部にバーナ装置が配置された舶用ボイラの改造方法であって、
前記炉壁部において前記バーナ装置から離間した位置に揮発性ガス供給部の設置位置を特定するステップと、
特定された前記設置位置に揮発性ガス供給部を設けるステップと、
を備え、
前記少なくとも一つの揮発性ガス供給部は、複数の揮発性ガス供給部を含み、
前記複数の揮発性ガス供給部の各々は、前記火炉内に供給する前記揮発性ガスの流量を調節するためのバルブを含む
舶用ボイラの改造方法。