KR102053563B1 - 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법 - Google Patents

연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102053563B1
KR102053563B1 KR1020187024569A KR20187024569A KR102053563B1 KR 102053563 B1 KR102053563 B1 KR 102053563B1 KR 1020187024569 A KR1020187024569 A KR 1020187024569A KR 20187024569 A KR20187024569 A KR 20187024569A KR 102053563 B1 KR102053563 B1 KR 102053563B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel gas
flow rate
fuel
supply
burner
Prior art date
Application number
KR1020187024569A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180100444A (ko
Inventor
류타 나카무라
고이치 마츠시타
Original Assignee
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Publication of KR20180100444A publication Critical patent/KR20180100444A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102053563B1 publication Critical patent/KR102053563B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002—Gaseous fuel
    • F23K5/005—Gaseous fuel from a central source to a plurality of burners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/02—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being steam-driven
    • B63H21/08—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being steam-driven relating to steam boilers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F01K15/04—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives the vehicles being waterborne vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002—Gaseous fuel
    • F23K5/007—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/007—Regulating fuel supply using mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2400/00—Pretreatment and supply of gaseous fuel
    • F23K2400/20—Supply line arrangements
    • F23K2400/201—Control devices
    • F23K2401/201—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Abstract

LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 유통시키는 연료 가스 공급 헤더 (102) 와, 메인 노즐 공급 배관 (54) 과, 파일럿 노즐 공급 배관 (55) 과, 메인 노즐 공급 배관 (54) 에 형성되는 제어 밸브 (53) 와, 제어 밸브 (53) 의 개도를 제어하는 제어부 (90) 를 구비하고, 제어부 (90) 가, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만인 경우에 폐쇄 상태로 하고, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 소정 유량 이상인 경우에 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어하는 연료 공급 장치 (100) 를 제공한다.

Description

연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법
본 발명은 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 환경 보호의 관점에서 선박 연료 (특히 중유) 에 함유되는 황분에 대한 규제가 강해지고 있다. 중유 대신에 황분이 낮은 경유를 사용하는 것도 가능하지만, 고가이기 때문에 운항 채산을 크게 악화시켜 버린다.
한편, 액화 천연 가스 탱크 (LNG 탱크) 에 저장된 액화 천연 가스 혹은 LNG 탱크에서 발생된 보일 오프 가스를 보일러의 버너부에서 연소시켜 증기를 발생시키고, 증기 터빈에 의해서 프로펠러를 회전시켜 추진력을 얻는 액화 천연 가스 운반선 (LNG 선) 이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조.). LNG 선에 있어서는, 액화 천연 가스 혹은 보일 오프 가스라고 하는 황분을 함유하지 않는 연료 가스를, 추진력을 얻기 위한 연료로서 사용할 수 있기 때문에, 환경 보호의 관점에서 유리하다.
일본 공개특허공보 2014-118047호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 LNG 선은, 주기용 (主機用) 증기 터빈이 요구하는 증기량보다 많은 증기량을 항상 생성하도록, 증기 터빈의 부하가 낮은 경우여도 보일러에 일정 유량의 연료 가스를 공급하고 있다. 그리고, 특허문헌 1 에 기재된 LNG 선은, 증기 터빈의 부하에 대해서 과잉된 증기를 덤프 증기관으로부터 주복수기 (主復水器) 로 되돌리고 있다. 그 때문에, 특허문헌 1 에 기재된 LNG 선은, 덤프 증기관으로부터 주복수기로 되돌려지는 증기를 생성하는 만큼의 연료 가스의 에너지가 낭비되고 있었다. 이와 같은 낭비를 피하기 위해서는, 증기 터빈의 부하에 맞추어 연료 가스의 공급량을 줄일 필요가 있다.
여기서, 특허문헌 1 에 기재된 LNG 선에 있어서, 버너부에 공급하는 연료 가스의 턴 다운비 (정격 출력시의 최대 유량과 제어 가능한 최소 유량의 비) 는 일반적으로 7 : 1 정도이다. 또, 연료 가스의 유량의 제곱근과 연료 가스의 압력이 비례 관계가 된다. 그 때문에, 턴 다운비 7 : 1 의 연료 가스의 유량을 최소 유량과 최대 유량 사이에서 단일한 제어 밸브에 의해서 제어하고자 하면, 최소 유량을 유통시킬 때의 연료 가스의 압력이 최대 유량을 버너부에 공급할 때의 압력의 1/49 (1/7 의 제곱) 가 된다. 그 때문에, 단일한 제어 밸브의 상류측의 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정하지 않으면 최소 유량을 유통시킬 때의 연료 가스의 압력이 지나치게 낮아져 실화 등에 의해서 안정 연소를 유지할 수 없다.
이와 같이, 증기 터빈이 저부하에서 운전되는 경우, 즉 버너부에 공급되는 연료 가스가 최소 유량이 되는 경우에, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수는 없었다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 버너부에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있게 한 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치는, 선박용 보일러에 사용됨과 함께 주노즐과 부노즐을 갖는 버너부에 연료 가스를 공급하여, 공급원으로부터 공급되는 상기 연료 가스를 유통시키는 제 1 공급 배관과, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 주노즐에 상기 연료 가스를 공급하는 제 2 공급 배관과, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 부노즐에 상기 연료 가스를 공급하는 제 3 공급 배관과, 상기 제 2 공급 배관에 형성되고, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 제 2 공급 배관을 통하여 상기 주노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 제 1 조정 밸브와, 상기 제 1 조정 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부가, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만인 경우에 폐쇄 상태로 하고, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 상기 소정 유량 이상인 경우에 상기 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 상기 제 1 조정 밸브를 제어한다.
본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치에 의하면, 제 1 공급 배관으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만이 되는 저부하 영역에 있어서는, 제 1 조정 밸브가 폐쇄 상태가 되어 제 1 공급 배관으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스의 전체량이 제 3 공급 배관으로부터 부노즐로 유도된다. 이 저부하 영역에 있어서는, 제 1 조정 밸브가 폐쇄 상태이기 때문에, 연료 가스의 유량의 제곱근에 비례하여 연료 가스의 압력이 저하된다. 그러나, 저부하 영역의 유량 범위는 일정 범위 내에 한정되기 때문에, 유량의 변동에 대한 연료 가스의 압력 변동을 억제할 수 있다.
또, 본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치에 의하면, 제 1 공급 배관으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스의 유량이 소정 유량 이상이 되는 고부하 영역에 있어서는, 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 제 1 조정 밸브의 개도가 증가한다. 제 1 조정 밸브의 개도를 증가시켜 버너부의 유로 단면적을 증대시킴으로써, 원하는 유량의 연료 가스를 버너부에 공급하는 데 필요로 하는 연료 가스의 압력을 저감할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치에 의하면, 버너부에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있다. 이 경우에 있어서, 공급원측의 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정할 필요가 없다.
본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치는, 상기 공급원으로부터 상기 제 1 공급 배관에 공급되는 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 제 2 조정 밸브를 구비하고, 상기 제어부가, 상기 제 2 조정 밸브의 개도를 제어하는 구성이어도 된다.
본 구성에 의하면, 상기 공급원으로부터 상기 제 1 공급 배관에 공급되는 상기 연료 가스의 유량을 제 2 조정 밸브에 의해서 적당량으로 조정할 수 있다.
상기 구성의 연료 공급 장치에 있어서는, 상기 제어부가, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 상기 소정 유량 이상인 경우에, 상기 제 2 조정 밸브의 개도의 증가에 따라서 상기 제 1 조정 밸브의 개도가 증가하도록 상기 제 1 조정 밸브를 제어해도 된다.
이와 같이 함으로써, 제 1 공급 배관으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스의 유량이 소정 유량 이상이 되는 고부하 영역에 있어서는, 버너부에 공급되는 연료 가스의 증가에 따라서 버너부의 유로 단면적을 증대시켜, 원하는 유량의 연료 가스를 버너부에 공급하는 데 필요로 하는 연료 가스의 압력을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 선박용 보일러는, 상기 버너부와 상기 서술한 연료 공급 장치를 구비한다.
상기 서술한 연료 공급 장치를 구비하고 있기 때문에, 버너부에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치의 제어 방법은, 선박용 보일러에 사용됨과 함께 주노즐과 부노즐을 갖는 버너부에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 장치의 제어 방법으로서, 상기 연료 공급 장치가, 상기 주노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량과 상기 부노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량의 비율을 조정하는 조정 밸브를 갖고, 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만인 경우에 상기 조정 밸브를 폐쇄 상태로 하는 제 1 제어 공정과, 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 상기 소정 유량 이상인 경우에 상기 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 상기 조정 밸브를 제어하는 제 2 제어 공정을 구비한다.
본 발명의 일 양태의 연료 공급 장치의 제어 방법에 의하면, 버너부에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있다. 이 경우에 있어서, 공급원측의 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정할 필요가 없다.
본 발명에 의하면, 버너부에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 버너부에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있게 한 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은, 선박용 보일러를 사용한 선박용 추진 플랜트를 나타내는 구성도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 3 은, 연료 가스의 유량과 제어 밸브 및 유량 조정 밸브의 개도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 연료 가스의 유량과 메인 노즐 및 파일럿 노즐의 부하의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 연료 가스의 유량과 연료 가스의 압력의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태의 선박용 보일러를 사용한 선박용 추진 플랜트 (300) 에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 에 나타내는 선박에 설치된 선박용 추진 플랜트 (300) 는, 증기를 생성하는 선박용 보일러 (200) 와, 선박용 보일러 (200) 에 의해서 생성된 증기에 의해서 구동되는 추진용 터빈부 (310) 와, 추진용 터빈부 (310) 에 연결되어 선박을 추진시키는 추진력을 얻는 추진력 발생부 (320) 를 구비한다.
이하, 선박용 추진 플랜트 (300) 가 구비하는 각 부에 대해서 설명한다.
먼저 처음에, 선박용 보일러 (200) 에 대해서 상세하게 설명한다.
선박용 보일러 (200) 는, 주로 (210) 와, 버너부 (220) 와, 재열로 (230) 와, 재열기 (240) 와, 연료 공급 장치 (100) 를 갖는다.
선박용 보일러 (200) 의 주로 (210) 는, 중공의 대략 직방체 형상을 한 화로 (211) 와, 물이 통과하는 프론트 뱅크 튜브 (212) 와, 1 차 과열 기관 (213a) 과, 2 차 과열 기관 (213b) 을 갖는 과열기 (213) 와, 증발관군 (214) 과, 물 드럼 (215) 과, 증기 드럼 (216) 을 구비한다.
1 차 과열 기관 (213a) 은 화로 (211) 측에 배치되고, 2 차 과열 기관 (213b) 은 증발관군 (214) 측에 배치되어 있다. 1 차 과열 기관 (213a) 및 2 차 과열 기관 (213b) 은 내부에 과열 증기를 유통시키는 유로가 형성되도록 연결되어 있다.
1 차 과열 기관 (213a) 의 화로 (211) 측의 단부는, 증기 드럼 (216) 에서 생성된 포화 증기를 받아들이도록 구성되어 있다. 2 차 과열 기관 (213b) 의 증발관군 (214) 측의 단부는, 과열기 출구 배관 (L1) 의 일단부에 접속되어 있다. 한편, 과열기 출구 배관 (L1) 의 타단부는, 분기 위치 P1 에 있어서, 추진용 터빈부 (310) 의 분기 배관 (L2) 및 분기 배관 (L3) 에 접속되어 있다.
버너부 (220) 는, 연료 공급 장치 (100) 로부터 공급되는 연료 가스를 연소시키는 장치이다. 버너부 (220) 에 의한 연료 가스의 연소는 화로 (211) 의 내부에서 행해진다. 연료 가스의 연소에 의해서 발생되는 배기 가스는, 화로 (211) 로부터 과열기 (213) 및 증발관군 (214) 을 거쳐 재열로 (230) 로 유도된다. 연료 공급 장치 (100) 의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
재열로 (230) 는, 주로 (210) 의 증발관군 (214) 보다 배기 가스의 유통 방향의 하류측에 형성되고, 연직 방향 (상하 방향) 으로 연장되도록 통상으로 형성되는 장치이다. 재열로 (230) 는, 화로 (211) 로부터 유도되는 배기 가스를 재가열하는 재열버너 (231) 를 갖는다. 재열버너 (231) 에는, 연료 배관 (L4) 을 통하여 후술하는 LNG 탱크 (400) 로부터 보일 오프 가스 (연료 가스) 가 공급된다. 재열버너 (231) 에 공급되는 연료의 공급량은, 유량 조정 밸브 (232) 에 의해서 조정된다. 재열버너 (231) 에 의한 연료의 연소에 의해서 발생되는 배기 가스 및 재열버너 (231) 에 의해서 재가열된 화로 (211) 로부터의 배기 가스는, 재열기 (240) 로 유도된다.
재열기 (240) 는, 추진용 터빈부 (310) 의 고압 터빈 (311) 에서 일을 한 증기를 배기 가스의 열에 의해서 재가열하여 추진용 터빈부 (310) 중압 터빈 (312) 에 공급하는 장치이다. 재열기 (240) 는, 추진용 터빈부 (310) 로부터 유도되는 증기를, 재열기 (240) 로 유도되는 배기 가스의 열에 의해서 재가열한다. 재열기 (240) 에서 증기와의 열교환을 한 배기 가스는, 대기 중으로 배출된다.
다음으로, 추진용 터빈부 (310) 에 대해서 상세하게 설명한다.
추진용 터빈부 (310) 는, 고압 터빈 (311) 과, 중압 터빈 (312) 과, 저압 터빈 (313) 과, 후진 터빈 (314) 과, 복수기 (315) 와, 분기 배관 (L2) 에 배치되는 개폐 밸브 (316) 와, 분기 배관 (L3) 에 배치되는 개폐 밸브 (317) 를 갖는다.
고압 터빈 (311) 은, 과열기 출구 배관 (L1) 으로부터 분기 배관 (L2) 을 통하여 공급되는 과열 증기에 의해서 회전 동력을 얻는다. 고압 터빈 (311) 에서 일을 한 증기는, 재열기 (240) 의 상단부로 유도된다.
중압 터빈 (312) 은, 재열기 (240) 에 의해서 재가열된 재열증기에 의해서 회전 동력을 얻는다. 중압 터빈 (312) 에서 일을 한 증기는, 저압 터빈 (313) 으로 유도된다.
고압 터빈 (311) 및 중압 터빈 (312) 이 얻은 회전 동력은, 이것들에 연결되는 추진력 발생부 (320) 에 전달된다.
저압 터빈 (313) 은, 중압 터빈 (312) 으로부터 유도되는 증기에 의해서 회전 동력을 얻는다. 중압 터빈 (312) 이 얻은 회전 동력은, 중압 터빈 (312) 에 연결되는 추진력 발생부 (320) 에 전달된다. 저압 터빈 (313) 에서 일을 한 증기는, 복수기 (315) 로 유도된다.
후진 터빈 (314) 은, 과열기 출구 배관 (L1) 으로부터 분기 배관 (L3) 을 통하여 공급되는 과열 증기에 의해서 회전 동력을 얻는다. 후진 터빈 (314) 에서 일을 한 증기는, 복수기 (315) 로 유도된다.
복수기 (315) 는, 저압 터빈 (313) 및 후진 터빈 (314) 으로부터 유도되는 증기를 응축하여 물로 하고, 주로 (210) 의 증기 드럼 (216) 에 급수한다.
후진 터빈 (314) 이 얻는 회전 동력은, 고압 터빈 (311), 중압 터빈 (312) 및 저압 터빈 (313) 이 얻는 회전 동력과는 역방향의 동력이다.
고압 터빈 (311), 중압 터빈 (312) 및 저압 터빈 (313) 은, 선박을 전진시키는 회전 동력을 추진력 발생부 (320) 에 전달한다. 한편, 후진 터빈 (314) 은, 선박을 후진시키는 회전 동력을 추진력 발생부 (320) 에 전달한다.
개폐 밸브 (316) 및 개폐 밸브 (317) 는, 선박용 추진 플랜트 (300) 의 제어 장치 (도시 생략) 에 의해서 개폐 상태가 전환되는 밸브이다. 선박용 추진 플랜트 (300) 의 제어 장치는, 개폐 밸브 (316) 를 개방 상태로 하며, 그리고 개폐 밸브 (317) 를 폐쇄 상태로 함으로써, 과열 증기를 과열기 출구 배관 (L1) 으로부터 분기 배관 (L2) 을 통하여 고압 터빈 (311) 으로 유도한다. 한편, 선박용 추진 플랜트 (300) 의 제어 장치는, 개폐 밸브 (316) 를 폐쇄 상태로 하며, 그리고 개폐 밸브 (317) 를 개방 상태로 함으로써, 과열 증기를 과열기 출구 배관 (L1) 으로부터 분기 배관 (L3) 을 통하여 후진 터빈 (314) 으로 유도한다.
다음으로, 추진력 발생부 (320) 에 대해서 상세하게 설명한다.
추진력 발생부 (320) 는, 추진용 터빈부 (310) 로부터 전달되는 회전 동력에 의한 회전수를 감속시키는 감속기 (321) 와, 감속기 (321) 에 연결되는 프로펠러 축 (322) 과, 프로펠러 축 (322) 에 연결되는 프로펠러 (323) 를 갖는다. 추진력 발생부 (320) 는, 고압 터빈 (311), 중압 터빈 (312) 및 저압 터빈 (313) 으로부터 전달되는 회전 동력에 의해서 프로펠러 (323) 를 회전시켜 선박을 전진시키는 추진력을 발생시킨다. 또, 추진력 발생부 (320) 는, 후진 터빈 (314) 으로부터 전달되는 회전 동력에 의해서 프로펠러 (323) 를 회전시켜 선박을 후진시키는 추진력을 발생시킨다.
다음으로, 본 실시형태의 선박용 보일러 (200) 가 구비하는 연료 공급 장치 (100) 의 상세한 것에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 공급 장치 (100) 는, LNG 탱크 (공급원) (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 압축하는 압축기 (10) 와, 압축기 (10) 에 의해서 압축된 연료 가스를 가열하는 히터 (20) 와, 연료 가스 공급로 (101) 를 유통하는 연료 가스의 유량을 계측하는 유량계 (30) 와, 연료 가스 공급로 (101) 로부터 연료 가스 공급 헤더 (102) 로 유도되는 연료 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브 (제 2 조정 밸브) (40) 와, 제 1 연료 공급부 (50) 와, 제 2 연료 공급부 (60) 와, 제 3 연료 공급부 (70) 와, 제어부 (90) 를 구비한다.
또, 연료 공급 장치 (100) 는, LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스의 공급 계통으로서, LNG 탱크 (400) 에 접속되는 연료 가스 공급로 (101) 와, 연료 가스 공급로 (101) 에 접속되어 LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 유통시키는 연료 가스 공급 헤더 (102) (제 1 공급 배관) 를 구비한다.
또한, 도 2 에 나타내는 구성은, 연료 가스 공급로 (101) 에 공급되는 연료 가스의 전체량을 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급하는 것으로 했지만, 다른 양태여도 된다. 예를 들어, 선박용 추진 플랜트 (300) 가 복수의 선박용 보일러 (200) 를 구비하는 경우에는, 연료 가스 공급로 (101) 에 공급되는 연료 가스를 복수의 선박용 보일러 (200) 에 분배하기 위한 연료 공급로를 별도로 형성하도록 해도 된다.
또, 연료 공급 장치 (100) 는, 연료 가스 공급로 (101) 에 각각 접속되는 메인 노즐 공급 배관 (제 2 공급 배관) (54) 과, 메인 노즐 공급 배관 (제 2 공급 배관) (64) 과, 메인 노즐 공급 배관 (제 2 공급 배관) (74) 을 구비한다.
또, 연료 공급 장치 (100) 는, 연료 가스 공급로 (101) 에 각각 접속되는 파일럿 노즐 공급 배관 (제 3 공급 배관) (55) 과, 파일럿 노즐 공급 배관 (제 3 공급 배관) (65) 과, 파일럿 노즐 공급 배관 (제 3 공급 배관) (75) 을 구비한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 선박용 보일러 (200) 가 구비하는 버너부 (220) 는, 제 1 버너 (221) 와, 제 2 버너 (222) 와, 제 3 버너 (223) 를 갖는다. 제 1 버너 (221) 는, 메인 노즐 공급 배관 (54) 에 접속되는 메인 노즐 (221a) 과, 파일럿 노즐 공급 배관 (55) 에 접속되는 파일럿 노즐 (221b) 을 갖는다. 제 2 버너 (222) 는, 메인 노즐 공급 배관 (64) 에 접속되는 메인 노즐 (222a) 과 파일럿 노즐 공급 배관 (65) 에 접속되는 파일럿 노즐 (222b) 을 갖는다. 제 3 버너 (223) 는, 메인 노즐 공급 배관 (74) 에 접속되는 메인 노즐 (223a) 과 파일럿 노즐 공급 배관 (75) 에 접속되는 파일럿 노즐 (223b) 을 갖는다.
여기서, 압축기 (10) 에 공급되는 연료 가스는, 탄화수소계 가연성 가스인 천연 가스를 액화하여 저장하는 LNG 탱크 (400) 에서 생성되는 보일 오프 가스이다. 보일 오프 가스란, LNG 탱크 (400) 에 저장되는 액화된 천연 가스가 외부로부터의 입열 등에 의해서 기화되어 생성된 가스이다.
또, 압축기 (10) 에 공급되는 연료 가스로서, 액화된 천연 가스를 열원 (도시 생략) 에 의해서 강제적으로 기화시킨 가스를 사용해도 된다.
여기서는, 연료 가스로서, 메탄을 주성분으로 한 천연 가스를 사용하는 것으로 했지만, 다른 양태여도 된다. 예를 들어, 에틸렌 등의 다른 탄화수소계 가연성 가스를 사용해도 된다. 이와 같이 본 실시형태에 있어서는, 환경 보호의 관점에서 황분을 함유하지 않는 탄화수소계 연료 가스를 버너부 (220) 에 공급하는 것으로 한다.
압축기 (10) 는, LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 가압하는 장치이다. 압축기 (10) 는, 연료 가스를 80 ㎪ 정도까지 가압하여 연료 가스 공급로 (101) 에 공급한다. 또, 압축기 (10) 에 의한 가압에 의해서 연료 가스의 온도는 상승한다. 연료 가스의 온도는, 예를 들어, 압축기 (10) 에 의한 가압 전이 약 -90 ℃ 이고, 가압 후가 -80 ℃ 이상이며 또한 -70 ℃ 이하의 범위가 된다.
히터 (20) 는, 압축기 (10) 에 의해서 가압된 연료 가스를 가열하는 장치이다. 히터 (20) 는, 히터 (20) 의 하류측에 형성된 온도 센서 (도시 생략) 에 의해서 검출되는 연료 가스의 온도가 미리 설정된 온도 (예를 들어, 30 ℃) 가 되도록 제어부 (90) 와는 상이한 다른 제어 장치 (도시 생략) 로부터의 제어 지령에 의해서 동작한다.
유량계 (30) 는, 연료 가스 공급로 (101) 로부터 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 유량을 계측하는 장치이다. 유량계 (30) 는, 계측된 연료 가스의 유량을 나타내는 계측 신호를, 신호선 (도시 생략) 을 통하여 제어부 (90) 에 출력한다.
유량 조정 밸브 (40) 는, LNG 탱크 (400) 로부터 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 유량을 조정하는 밸브이다. 유량 조정 밸브 (40) 의 개도는, 유량계 (30) 가 계측하는 유량과 제어부 (90) 가 설정하는 유량이 일치하도록, 제어부 (90) 로부터 신호선 (도시 생략) 을 통하여 전달되는 제어 신호에 의해서 제어된다.
제 1 연료 공급부 (50) 와, 제 2 연료 공급부 (60) 와, 제 3 연료 공급부 (70) 는, 각각 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 형성되어 있다.
제 1 연료 공급부 (50) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 메인 노즐 공급 배관 (54) 을 통하여 메인 노즐 (221a) 에 공급되는 연료 가스의 유량과 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 파일럿 노즐 공급 배관 (55) 을 통하여 파일럿 노즐 (221b) 에 공급되는 연료 가스의 유량의 비율을 조정하는 장치이다. 마찬가지로, 제 2 연료 공급부 (60) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 메인 노즐 공급 배관 (64) 을 통하여 메인 노즐 (222a) 에 공급되는 연료 가스의 유량과 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 파일럿 노즐 공급 배관 (65) 를 통하여 파일럿 노즐 (222b) 에 공급되는 연료 가스의 유량의 비율을 조정하는 장치이다. 마찬가지로, 제 3 연료 공급부 (70) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 메인 노즐 공급 배관 (74) 을 통하여 메인 노즐 (223a) 에 공급되는 연료 가스의 유량과 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 파일럿 노즐 공급 배관 (75) 을 통하여 파일럿 노즐 (223b) 에 공급되는 연료 가스의 유량의 비율을 조정하는 장치이다.
제 1 연료 공급부 (50) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 각각 형성되는 차단 밸브 (51) 및 차단 밸브 (52) 와, 메인 노즐 공급 배관 (54) 에 형성되고 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 메인 노즐 공급 배관 (54) 을 통하여 메인 노즐 (221a) 로 유도되는 연료 가스의 유량을 조정하는 제어 밸브 (제 1 조정 밸브) (53) 를 갖는다.
차단 밸브 (51) 및 차단 밸브 (52) 는, 버너부 (220) 에 의한 연료 가스의 연소가 행해지는 경우에 제어부 (90) 에 의해서 개방 상태로 되고, 버너부 (220) 에 의한 연료 가스의 연소가 행해지지 않는 경우에 제어부 (90) 에 의해서 폐쇄 상태로 된다.
또한, 제 2 연료 공급부 (60) 가 구비하는 차단 밸브 (61), 차단 밸브 (62), 제어 밸브 (63) 는, 각각 제 1 연료 공급부 (50) 가 구비하는 차단 밸브 (51), 차단 밸브 (52), 제어 밸브 (53) 와 동일한 것이기 때문에, 이하에서의 설명을 생략한다. 마찬가지로, 제 3 연료 공급부 (70) 가 구비하는 차단 밸브 (71), 차단 밸브 (72), 제어 밸브 (73) 는, 각각 제 1 연료 공급부 (50) 가 구비하는 차단 밸브 (51), 차단 밸브 (52), 제어 밸브 (53) 와 동일한 것이기 때문에, 이하에서의 설명을 생략한다.
제어부 (90) 는, 연료 공급 장치 (100) 가 구비하는 각 부를 제어하는 장치이다. 제어부 (90) 는, 제어 밸브 (53), 제어 밸브 (63), 제어 밸브 (73) 의 개도, 및 유량 조정 밸브 (40) 의 개도를 각각 제어한다. 또, 제어부 (90) 는, 차단 밸브 (51), 차단 밸브 (52), 차단 밸브 (61), 차단 밸브 (62), 차단 밸브 (71), 차단 밸브 (72) 의 개폐 상태를 제어한다.
또한, 제어부 (90) 는, 예를 들어, CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서, 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있고, 이 프로그램을 CPU 가 RAM 등에 판독 출력하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다.
다음으로, 제어부 (90) 에 의해서 실행되는 제어 밸브 (53) 의 개도 및 유량 조정 밸브 (40) 의 개도의 제어에 대해서, 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명한다.
또한, 이하에서는 제 1 연료 공급부 (50) 에 대해서만 설명하지만, 제 2 연료 공급부 (60) 와 제 3 연료 공급부 (70) 는 제 1 연료 공급부 (50) 와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제 2 연료 공급부 (60) 및 제 3 연료 공급부 (70) 에 대한 설명을 생략한다.
도 3 내지 도 5 에 있어서, 가로축에 나타내는 연료 가스의 유량 [％] 은, 본 실시형태의 제어 밸브 (53) 및 유량 조정 밸브 (40) 의 각각이 최대 개도로 유지되는 경우에 제 1 연료 공급부 (50) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량을 100 ％ 로 하고, 100 ％ 의 연료 가스의 유량에 대한 실제의 연료 가스의 유량의 비율을 나타내고 있다.
도 3 내지 도 5 에 있어서 연료 가스의 유량의 하한치 Fr1 이 약 15 ％ 로 설정되어 있는 것은, 본 실시형태의 연료 가스의 턴 다운비 (정격 출력시의 최대 유량과 제어 가능한 최소 유량의 비) 가 약 7 : 1 로 되어 있기 때문이다.
또한, 본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 의해서, 제 1 연료 공급부 (50) 와, 제 2 연료 공급부 (60) 와, 제 3 연료 공급부 (70) 의 각각에 대략 균등하게 연료 가스를 공급하는 것이다. 따라서, 제 1 연료 공급부 (50), 제 2 연료 공급부 (60), 제 3 연료 공급부 (70) 의 각각에 공급되는 연료 가스의 유량은, 유량계 (30) 가 계측하는 연료 가스의 유량의 1/3 의 값이 된다.
또, 제 1 연료 공급부 (50) 와, 제 2 연료 공급부 (60) 와, 제 3 연료 공급부 (70) 중 어느 하나의 연료 공급부의 차단 밸브를 폐쇄 상태로 하고, 그 밖의 연료 공급부의 차단 밸브를 개방 상태로 하는 경우, 개방 상태의 연료 공급부의 각각에 공급되는 연료 가스의 유량은, 유량계 (30) 가 계측하는 연료 가스의 유량의 1/2 의 값이 된다.
또, 제 1 연료 공급부 (50) 와, 제 2 연료 공급부 (60) 와, 제 3 연료 공급부 (70) 중 어느 하나의 연료 공급부의 차단 밸브를 개방 상태로 하고, 그 밖의 연료 공급부의 차단 밸브를 폐쇄 상태로 하는 경우, 개방 상태의 연료 공급부에 공급되는 연료 가스의 유량은, 유량계 (30) 가 계측하는 연료 가스의 유량과 동량이 된다.
제어부 (90) 는, 도 3 에 파선으로 나타내는 바와 같이 유량 조정 밸브 (40) 의 개도를 제어한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (90) 가 유량 조정 밸브 (40) 의 개도를 점차 증가시키면, 그에 따라서 연료 가스의 유량이 하한치 Fr1 로부터 상한치 Fr3 (100 ％ 의 유량) 을 향하여 점차 증가한다.
또, 제어부 (90) 는, 도 3 에 실선으로 나타내는 바와 같이 제어 밸브 (53) 의 개도를 제어한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (90) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr1 이상 또한 Fr2 (소정 유량) 미만이 되는 저부하 영역인 경우에 제어 밸브 (53) 를 폐쇄 상태로 하도록 제어한다.
또, 제어부 (90) 는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 이상이 되는 고부하 영역인 경우에 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어한다.
다음으로, 도 4 를 참조하여, 제어부 (90) 에 의한 유량 조정 밸브 (40) 와 제어 밸브 (53) 의 개도의 조정에 의해서 실현되는 메인 노즐 (221a) 과 파일럿 노즐 (221b) 의 부하의 부담 비율의 조정에 대해서 설명한다.
도 4 에 세로축으로 나타내는 부하 [％] 는, 제어 밸브 (53) 및 유량 조정 밸브 (40) 의 각각이 최대 개도로 유지되는 경우 (최대 부하가 되는 경우) 의 제 1 버너 (221) 의 부하 (출력) 를 100 ％ 로 하고, 100 ％ 의 부하에 대한 메인 노즐 (221a) 과 파일럿 노즐 (221b) 의 실제의 부하 비율을 나타내고 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 연료 가스의 유량이 Fr1 이상 또한 Fr2 (소정 유량) 미만이 되는 저부하 영역인 경우에는, 제어 밸브 (53) 가 폐쇄 상태로 되어 있기 때문에, 메인 노즐 (221a) 의 부하는 0 ％ 로 유지된다. 이 저부하 영역에 있어서, 파일럿 노즐 (221b) 의 부하는, 연료 가스의 유량의 증가에 대응하여 점차 증가한다.
또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 연료 가스의 유량이 Fr2 이상이 되는 고부하 영역인 경우에는, 제어 밸브 (53) 가 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 제어 밸브 (53) 의 개도가 점차 증가하기 때문에, 메인 노즐 (221a) 의 부하가 점차 증가한다. 이 고부하 영역에 있어서, 파일럿 노즐 (221b) 의 부하는, 연료 가스의 유량의 증가에 대응하여 점차 증가한다. 한편으로, 고부하 영역에 있어서는, 연료 가스의 유량의 증가량에 대한 파일럿 노즐 (221b) 의 부하의 증가량이, 저부하 영역에 있어서의 그것보다 적어진다.
이것은, 고부하 영역에 있어서는, 제어부 (90) 가 유량 조정 밸브 (40) 의 개도의 증가에 따라서 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어하기 때문이다. 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가함으로써, 파일럿 노즐 (221b) 의 부하에 대한 메인 노즐 (221a) 의 부하 비율이 점차 증가한다. 연료 가스의 유량이 약 60 ％ 가 되는 경우에 파일럿 노즐 (221b) 의 부하와 메인 노즐 (221a) 의 부하 비율이 동등해진다.
또, 연료 가스의 유량이 100 ％ 가 되는 경우에는, 파일럿 노즐 (221b) 의 부하가 약 35 ％ 인 것에 대해서 메인 노즐 (221a) 의 부하가 약 65 ％ 가 된다. 이와 같이, 연료 가스의 유량이 100 ％ 가 되는 경우에는, 파일럿 노즐 (221b) 과 메인 노즐 (221a) 의 연료 가스의 유량비가 65 : 35 로 되고, 파일럿 노즐 (221b) 의 부하와 메인 노즐 (221a) 의 부하를 합계한 값이 100 ％ 가 된다.
다음으로, 도 5 를 참조하여, 연료 가스의 유량과 연료 가스의 압력의 관계에 대해서 설명한다.
도 5 에 세로축으로 나타내는 연료 가스의 압력 [㎪] 은, 연료 가스 공급 헤더 (102) 내의 연료 가스의 압력을 나타내고 있다. 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스는, 연료 가스 공급로 (101) 로부터 유량 조정 밸브 (40) 를 거쳐 감압된다.
도 5 에 실선으로 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 연료 가스의 압력은, 연료 가스의 유량이 Fr1 이상 또한 Fr2 (소정 유량) 미만이 되는 저부하 영역인 경우와 연료 가스의 유량이 Fr2 이상이 되는 고부하 영역인 경우의 어느 경우에 있어서도, 연료 가스의 압력은 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 점차 증가한다.
한편, 고부하 영역에 있어서는, 연료 가스의 유량의 증가에 대한 연료 가스의 압력의 증가량이, 저부하 영역에 있어서의 그것보다 적어진다.
이것은, 고부하 영역에 있어서는, 제어부 (90) 가 유량 조정 밸브 (40) 의 개도 증가에 따라서 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어하기 때문이다. 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가함으로써, 단위 유량을 증가시키는 데 필요한 연료 가스의 압력의 증가량이 억제된다.
한편, 도 5 에 파선으로 나타내는 비교예는, 고부하 영역에 있어서도, 제어부 (90) 가 제어 밸브 (53) 를 폐쇄 상태로 유지한 예이다. 이 비교예에서는, 고부하 영역에 있어서도, 연료 가스의 유량의 증가에 대한 연료 가스의 압력의 증가량이, 저부하 영역에 있어서의 그것과 동일해진다.
그 때문에, 도 5 에 파선으로 나타내는 바와 같이, 비교예에 있어서는, 고부하 영역에서 연료 가스의 유량을 원하는 유량으로 하기 위해서 필요로 하는 연료 가스의 압력이 본 실시형태보다 과대하게 커진다. 이것은, 연료 가스의 유량이 하한치 Fr1 이 되는 경우에 필요로 하는 연료 가스의 압력의 값인 Pmin 을 본 실시형태와 비교예에서 일치시키는 데에는, 비교예에 있어서 연료 가스 공급로 (101) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 해 둘 필요가 있는 것을 의미한다. 즉, 비교예에 있어서는, 연료 가스 공급로 (101) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 하기 위해서, 높은 가압 성능을 구비하는 압축기 (10) 를 형성할 필요가 있다.
여기서, 구체적인 예를 들어, 본 실시형태에서 필요로 하는 연료 가스의 압력과 비교예에서 필요로 하는 연료 가스의 압력에 대해서 설명한다.
본 실시형태에서는, 연료 가스의 유량이 100 ％ 가 되는 경우에, 파일럿 노즐 (221b) 과 메인 노즐 (221a) 의 연료 가스의 유량이 각각 300 ㎏/h 와 700 ㎏/h 이고, 합계 유량이 1000 ㎏/h 인 것으로 한다. 이 경우, 파일럿 노즐 (221b) 과 메인 노즐 (221a) 의 연료 가스의 유량비가 30 : 70 이 된다.
이 경우, 연료 가스의 유량의 하한치 Fr1 이 100 ㎏/h 라고 하면, 파일럿 노즐 (221b) 이 100 ㎏/h 내지 300 ㎏/h 의 범위에서 연료 가스의 유량을 조정할 수 있도록 하기 위해서는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 적어도 식 (1) 로 나타내는 압력 Pr1 [㎪] 로 할 필요가 있다.
Pr1 = 1.5·(300/100)2 = 13.50 (1)
여기서, 1.5 [㎪] 는 제 1 버너 (221) 가 실화하지 않고 연료 가스의 연소를 유지하기 위해서 필요로 하는 최소의 연소 가스의 압력이다.
또, 연료 가스의 유량이 100 ％ 가 되는 경우의 메인 노즐 (221a) 의 연료 가스의 유량이 700 ㎏/h 인 점에서, 메인 노즐 (221a) 은 300 ㎏/h (파일럿 노즐 (221b) 의 최대 유량) 내지 700 ㎏/h 의 범위에서 연료 가스의 유량을 조정한다. 메인 노즐 (221a) 이 300 ㎏/h 내지 700 ㎏/h 의 범위에서 연료 가스의 유량을 조정할 수 있도록 하기 위해서는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 적어도 식 (2) 로 나타내는 압력 Pr2 [㎪] 로 할 필요가 있다.
Pr2 = 1.5·(700/300)2 = 8.17 (2)
이와 같이, 파일럿 노즐 (221b) 과 메인 노즐 (221a) 의 연료 가스의 유량비가 30 : 70 이 되는 경우, Pr1 ＞ Pr2 가 된다. 그 때문에, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 적어도 P1 로 설정해 둠으로써, 최소 유량인 100 ㎏/h 부터 최대 유량인 1000 Kg/h 까지 연료 가스의 유량 조정이 가능하다.
다음으로, 비교예에 대해서 설명한다. 비교예는, 제어 밸브 (53) 를 폐쇄 상태로 유지한 예이다. 이 경우, 파일럿 노즐 (221b) 만으로, 최소 유량인 100 ㎏/h 내지 1000 ㎏/h 의 범위에서 연료 가스의 유량을 조정할 필요가 있다. 파일럿 노즐 (221b) 이 100 ㎏/h 내지 1000 ㎏/h 의 범위에서 연료 가스의 유량을 조정할 수 있도록 하기 위해서는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 적어도 식 (3) 으로 나타내는 압력 Pr3 [㎪] 으로 할 필요가 있다.
Pr3 = 1.5·(1000/100)2 = 150.00 (3)
즉, 비교예의 경우, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 본 실시형태보다 10 배를 초과하는 높은 값으로 설정할 필요가 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정할 필요가 없다.
또, 바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는, 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 압력에 대한 턴 다운비 (정격 출력시의 최대 유량과 제어 가능한 최소 유량의 비) 를 높게 설정할 수 있다. 즉, 정격 출력시의 최대 유량에 대한 최소 유량의 값을 보다 작은 값으로 설정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시형태가 나타내는 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 에 의하면, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 미만이 되는 저부하 영역에 있어서는, 제어 밸브 (53) 가 폐쇄 상태가 되어 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 전체량이 파일럿 노즐 공급 배관 (55) 으로부터 파일럿 노즐 (221b) 로 유도된다. 이 저부하 영역에 있어서는, 제어 밸브 (53) 가 폐쇄 상태이기 때문에, 연료 가스의 유량의 제곱근에 비례하여 연료 가스의 압력이 저하된다. 그러나, 저부하 영역의 유량 범위는 하한치 Fr1 이상이며 또한 Fr2 미만의 일정 범위 내로 한정되기 때문에, 유량의 변동에 대한 연료 가스의 압력 변동을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 에 의하면, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 이상이 되는 고부하 영역에 있어서는, 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가한다. 제어 밸브 (53) 의 개도를 증가시켜 제 1 버너 (221) 의 유로 단면적 (화로 (211) 에 대한 개구 면적) 을 증대시킴으로써, 원하는 유량의 연료 가스를 제 1 버너 (221) 에 공급하는 데 필요로 하는 연료 가스의 압력을 저감할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 에 의하면, 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있다. 이 경우에 있어서, LNG 탱크 (400) 측의 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정할 필요가 없다.
바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는, 공급되는 연료 가스의 압력에 대한 턴 다운비를 높게 설정할 수 있고, 정격 출력시의 최대 유량에 대한 최소 유량의 값을 보다 작은 값으로 설정할 수 있다.
본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 는, LNG 탱크 (400) 로부터 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브 (40) 를 구비하고, 제어부 (90) 가 유량 조정 밸브 (40) 의 개도를 제어한다.
이와 같이 함으로써, LNG 탱크 (400) 로부터 연료 가스 공급 헤더 (102) 에 공급되는 연료 가스의 유량을 유량 조정 밸브 (40) 에 의해서 적량으로 조정할 수 있다.
또, 제어부 (90) 가, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 이상인 경우에, 유량 조정 밸브 (40) 의 개도의 증가에 따라서 제어 밸브 (53) 의 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어한다.
이와 같이 함으로써, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 이상이 되는 고부하 영역에 있어서는, 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 증가에 따라서 제 1 버너 (221) 의 유로 단면적을 증대시켜, 원하는 유량의 연료 가스를 제 1 버너 (221) 에 공급하는 데 필요로 하는 연료 가스의 압력을 저감할 수 있다.
본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 는, LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 가압하는 압축기 (10) 와, 압축기 (10) 에 의해서 가압된 연료 가스를 가열하는 히터 (20) 를 구비한다.
이와 같이 함으로써, LNG 탱크 (400) 로부터 공급되는 연료 가스를 적정하게 가압 및 가열하여 제 1 버너 (221) 에 공급할 수 있다.
본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 의 제어 방법은, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 미만인 경우에 제어 밸브 (53) 를 폐쇄 상태로 하는 제 1 제어 공정과, 연료 가스 공급 헤더 (102) 로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스의 유량이 Fr2 (소정 유량) 이상인 경우에 연료 가스의 유량의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 제어 밸브 (53) 를 제어하는 제 2 제어 공정을 구비한다.
본 실시형태의 연료 공급 장치 (100) 의 제어 방법에 의하면, 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스가 적은 저부하 영역으로부터 제 1 버너 (221) 에 공급되는 연료 가스가 많은 고부하 영역에 이르기까지, 연료 가스의 에너지를 낭비하지 않고 연료 가스만에 의한 안정 연소를 유지할 수 있다. 이 경우에 있어서, LNG 탱크 (400) 측의 연료 가스의 압력을 과대하게 크게 설정할 필요가 없다.
〔다른 실시형태〕
이상에 있어서는, 버너부 (220) 가 제 1 버너 (221), 제 2 버너 (222), 제 3 버너 (223) 의 3 개의 버너를 구비하고, 연료 공급 장치 (100) 가 제 1 연료 공급부 (50), 제 2 연료 공급부 (60), 제 3 연료 공급부 (70) 의 3 개의 연료 공급부를 구비하는 것으로 했지만, 다른 양태여도 된다.
예를 들어, 버너부 (220) 가 제 1 버너 (221) 만을 구비하고, 연료 공급 장치 (100) 가 제 1 연료 공급부 (50) 만을 구비하는 양태여도 된다.
또 예를 들어, 버너부 (220) 가 4 이상의 복수의 버너를 구비하고, 연료 공급 장치 (100) 가 버너의 수와 동수인 복수의 연료 공급부를 구비하는 것으로 해도 된다.
또, 이상에 있어서는, 선박용 보일러 (200) 가, 재열로 (230) 및 재열기 (240) 를 갖는 것으로 했지만, 이것들을 갖지 않는 선박용 보일러로 해도 된다. 재열로 (230) 및 재열기 (240) 를 갖지 않는 선박용 보일러에 대해서, 전술한 연료 공급 장치 (100) 를 적용하는 것이 가능하다.
40 : 유량 조정 밸브 (제 2 조정 밸브)
50 : 제 1 연료 공급부
53 : 제어 밸브 (제 1 조정 밸브)
54 : 메인 노즐 공급 배관 (제 2 공급 배관)
55 : 파일럿 노즐 공급 배관 (제 3 공급 배관)
60 : 제 2 연료 공급부
70 : 제 3 연료 공급부
90 : 제어부
100 : 연료 공급 장치
101 : 연료 가스 공급로
102 : 연료 가스 공급 헤더 (제 1 공급 배관)
200 : 선박용 보일러
220 : 버너부
221 : 제 1 버너
221a : 메인 노즐
221b : 파일럿 노즐 (부노즐)
222 : 제 2 버너
222a : 메인 노즐
222b : 파일럿 노즐 (부노즐)
223 : 제 3 버너
223a : 메인 노즐
223b : 파일럿 노즐 (부노즐)
400 : LNG 탱크 (공급원)

Claims (7)

  1. 선박용 보일러에 사용됨과 함께 주노즐과 부노즐을 갖는 버너부에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 장치로서,
    공급원으로부터 공급되는 상기 연료 가스를 유통시키는 제 1 공급 배관과,
    상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 주노즐에 상기 연료 가스를 공급하는 제 2 공급 배관과,
    상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 부노즐에 상기 연료 가스를 공급하는 제 3 공급 배관과,
    상기 제 2 공급 배관에 형성되고, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 제 2 공급 배관을 통하여 상기 주노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 제 1 조정 밸브와,
    상기 공급원으로부터 상기 제 1 공급 배관에 공급되는 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 제 2 조정 밸브와,
    상기 제 1 조정 밸브 및 제 2 조정 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부가, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만이 되는 저부하 영역인 경우에 폐쇄 상태로 하고, 상기 제 1 공급 배관으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 상기 소정 유량 이상이 되는 고부하 영역인 경우에 상기 제 2 조정 밸브의 개도의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 상기 제 1 조정 밸브를 제어하는, 연료 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고부하 영역인 경우, 상기 저부하 영역인 경우보다 상기 연료 가스의 유량의 증가에 대한 상기 연료 가스의 압력의 증가량이 적어지는 연료 공급 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 연료 공급 장치와 상기 버너부를 구비하는 선박용 보일러.
  4. 선박용 보일러에 사용됨과 함께 주노즐과 부노즐을 갖는 버너부에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 장치의 제어 방법으로서,
    상기 연료 공급 장치가, 상기 주노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량과 상기 부노즐로 유도되는 상기 연료 가스의 유량의 비율을 조정하는 제 1 조정 밸브와 공급원으로부터 상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 제 2 조정 밸브를 갖고,
    상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 소정 유량 미만이 되는 저부하 영역인 경우에 상기 제 1 조정 밸브를 폐쇄 상태로 하는 제 1 제어 공정과,
    상기 버너부에 공급되는 상기 연료 가스의 유량이 상기 소정 유량 이상이 되는 고부하 영역인 경우에 상기 제 2 조정 밸브의 개도의 증가에 따라서 개도가 증가하도록 상기 제 1 조정 밸브를 제어하는 제 2 제어 공정을 구비하는 연료 공급 장치의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고부하 영역인 경우, 상기 저부하 영역인 경우보다 상기 연료 가스의 유량의 증가에 대한 상기 연료 가스의 압력의 증가량이 적어지는 연료 공급 장치의 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020187024569A 2016-03-22 2017-02-02 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법 KR102053563B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016056969A JP6665004B2 (ja) 2016-03-22 2016-03-22 燃料供給装置およびそれを備えた舶用ボイラ、並びに燃料供給装置の制御方法
JPJP-P-2016-056969 2016-03-22
PCT/JP2017/003831 WO2017163623A1 (ja) 2016-03-22 2017-02-02 燃料供給装置およびそれを備えた舶用ボイラ、並びに燃料供給装置の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180100444A KR20180100444A (ko) 2018-09-10
KR102053563B1 true KR102053563B1 (ko) 2019-12-06

Family

ID=59899959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187024569A KR102053563B1 (ko) 2016-03-22 2017-02-02 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3406973B1 (ko)
JP (1) JP6665004B2 (ko)
KR (1) KR102053563B1 (ko)
CN (1) CN108700295B (ko)
DK (1) DK3406973T3 (ko)
WO (1) WO2017163623A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7245629B2 (ja) * 2018-10-18 2023-03-24 三菱重工業株式会社 ガス燃料供給装置、燃焼装置
JP7179650B2 (ja) * 2019-02-27 2022-11-29 三菱重工マリンマシナリ株式会社 ボイルオフガス処理システム及び船舶
JP2021188655A (ja) * 2020-05-28 2021-12-13 矢崎エナジーシステム株式会社 強制気化システム
KR102526253B1 (ko) * 2021-12-06 2023-04-28 대우조선해양 주식회사 이중 연료 엔진용 연료 오일 유량의 측정 유니트 및 동 유니트를 포함하는 연료 오일 공급 시스템, 그리고 이를 포함하는 선박
KR102573651B1 (ko) * 2021-12-06 2023-09-01 한화오션 주식회사 이중 연료 엔진용 연료 오일 유량의 측정 유니트 및 동 유니트를 포함하는 연료 오일 공급 시스템, 그리고 이를 포함하는 선박

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010019434A (ja) * 2008-07-08 2010-01-28 Rinnai Corp バーナ用ガスノズル装置
JP2011163653A (ja) * 2010-02-09 2011-08-25 Ihi Corp 副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS418729Y1 (ko) * 1964-03-13 1966-04-27
JPS5853245B2 (ja) * 1980-11-14 1983-11-28 株式会社山武 ガス流量制御装置
JPS59158912A (ja) * 1983-03-01 1984-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス燃焼制御装置
JP2574184B2 (ja) * 1990-05-09 1997-01-22 株式会社ユニシアジェックス 車両の出力制御装置
JP4877814B2 (ja) * 2007-05-10 2012-02-15 リンナイ株式会社 コンロバーナ
JP4716292B2 (ja) * 2007-06-19 2011-07-06 リンナイ株式会社 コンロバーナ
US8820087B2 (en) * 2008-09-08 2014-09-02 Siemens Energy, Inc. Method and system for controlling fuel to a dual stage nozzle
EP2189719B1 (de) * 2008-11-20 2019-05-01 BSH Hausgeräte GmbH Verfahren zur Einstellung einer Heizleistung eines Mehrkreisbrenners, insbesondere Zweikreisbrenner, sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
JP2012167859A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 舶用ボイラ
US8915059B2 (en) * 2011-09-09 2014-12-23 General Electric Company Fuel gas pressure control system and method for reducing gas turbine fuel supply pressure requirements
JP2014118047A (ja) 2012-12-17 2014-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｌｎｇ船の蒸気ライン

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010019434A (ja) * 2008-07-08 2010-01-28 Rinnai Corp バーナ用ガスノズル装置
JP2011163653A (ja) * 2010-02-09 2011-08-25 Ihi Corp 副生ガス焚き燃焼装置の燃料制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017172835A (ja) 2017-09-28
EP3406973A4 (en) 2019-01-16
CN108700295A (zh) 2018-10-23
KR20180100444A (ko) 2018-09-10
JP6665004B2 (ja) 2020-03-13
WO2017163623A1 (ja) 2017-09-28
EP3406973B1 (en) 2020-01-22
DK3406973T3 (da) 2020-03-02
CN108700295B (zh) 2019-08-06
EP3406973A1 (en) 2018-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102053563B1 (ko) 연료 공급 장치 및 그것을 구비한 선박용 보일러, 그리고 연료 공급 장치의 제어 방법
EP2107220B1 (en) Steam temperature control in a boiler system using reheater variables
US2966896A (en) Method and apparatus for controlling the outlet temperatures of superheaters and reheaters of a steam generating plant
KR950007016B1 (ko) 열교환기의 온도제어시스템
US3017870A (en) Steam or vapor generator having at least two firing systems
CN104136827B (zh) 船舶、液化气体蒸发装置及其控制方法以及其修改方法
US3894396A (en) Control system for a power producing unit
US3411300A (en) Method and apparatus for sliding pressure operation of a vapor generator at subcritical and supercritical pressure
JPS5941605A (ja) 二ボイラ・一タ−ビン型発電装置用制御方式
GB1084558A (en) Improvements in power plants
KR102003136B1 (ko) 보일러, 콤바인드 사이클 플랜트 및 보일러의 증기 냉각 방법
US4049971A (en) Output regulator for a thermal power-producing plant
JP5693281B2 (ja) 再熱ボイラ
GB879032A (en) A method of starting-up and closing-down a once-through forced-flow, vapour generating and superheating unit, and such a unit
GB1069956A (en) Improvements in or relating to forced flow,once-through vapour generating and superheating units
GB967941A (en) Power plant comprising a vapour turbine
CN105102771A (zh) 用于发电厂的灵活运转的方法
JP7319769B2 (ja) 排熱回収システム及び船舶並びに排熱回収装置の運転方法
US2032391A (en) Regulation of steam temperature
US2991621A (en) Steam boiler installations
JP3746634B2 (ja) 蒸気温度制御装置
JP2023127184A (ja) 流動層ボイラの燃焼制御装置、木質バイオマス発電設備及び流動層ボイラの燃焼制御方法
DK2625390T3 (en) Fossil-fired steam generator
JP2017109738A5 (ko)
Patterson Modern Reheat Boilers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant