WO2022181370A1 - バーナシステム及びその燃焼制御方法 - Google Patents

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WO2022181370A1
WO2022181370A1 PCT/JP2022/005558 JP2022005558W WO2022181370A1 WO 2022181370 A1 WO2022181370 A1 WO 2022181370A1 JP 2022005558 W JP2022005558 W JP 2022005558W WO 2022181370 A1 WO2022181370 A1 WO 2022181370A1
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WO
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fuel gas
flow rate
burner
pilot
concentration
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Application number
PCT/JP2022/005558
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English (en)
French (fr)
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正広 天野
泰弘 上野
悠喜 石原
貴澄 寺原
Original Assignee
三菱重工マリンマシナリ株式会社
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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion

Definitions

  • the present disclosure relates to burner systems and combustion control methods thereof.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-029868 filed with the Japan Patent Office on February 26, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • Patent Document 1 discloses a sensor that detects the amount of dust, nitrogen oxides, oxygen, or carbon monoxide in exhaust gas from a boiler, and a control valve that adjusts the amount of fuel supplied to the burner based on the detection signal from this sensor.
  • a boiler fuel conditioning system is disclosed.
  • Patent Literature 2 describes measuring the calorific value of fuel gas and adding heat-reducing gas or heat-increasing gas according to the calorific value in order to achieve stable operation of a gas turbine power generation system.
  • the present disclosure relates to a burner system including a main burner using fuel containing an inert gas and a pilot burner, and is capable of supplying excessive fuel to the pilot burner while achieving stable combustion of the main burner. It is an object of the present invention to provide a burner system and a method of controlling the same that can suppress the
  • a burner system comprises: a main burner supplied with a first fuel gas containing an inert gas; a pilot burner for stabilizing the flame of the main burner; a first analysis unit configured to analyze the first fuel gas supplied to the main burner to acquire information about components of the first fuel gas; a flow rate adjusting device configured to adjust the flow rates of the second fuel gas and air supplied to the pilot burner based on the information about the components of the first fuel gas acquired by the first analysis unit; Prepare.
  • a combustion control method for a burner system comprises: a main burner supplied with a first fuel gas containing an inert gas; a pilot burner for stabilizing the flame of the main burner; A combustion control method for a burner system comprising an analysis step of analyzing the first fuel gas supplied to the main burner to obtain information on the components of the first fuel gas; a flow rate adjustment step of adjusting the flow rates of the second fuel gas and air supplied to the pilot burner based on the information about the components of the first fuel gas obtained by the analysis step; Prepare.
  • a burner system including a main burner using fuel containing an inert gas and a pilot burner, it is possible to suppress excessive fuel supply to the pilot burner while achieving stable combustion of the main burner.
  • a burner system and method for controlling the same are provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boiler 100 including a burner system 4 according to one embodiment
  • FIG. 2 is a schematic side cross-sectional view showing an example of the configuration of a burner device 6
  • FIG. FIG. 3 is a schematic front view (viewed from inside the furnace 2) of the burner device 6 shown in FIG. 2
  • 2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of a combustion control device 24
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a combustion control flow by a combustion control device 24 of the burner system 4;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a map showing the relationship between the load of the boiler 100 and the flow rate of pilot fuel gas;
  • An example of combustion control by the combustion control device is shown for the combustion state determined by the combination of the methane concentration, the air concentration and the CO 2 concentration in the combustion area of the burner device 6 .
  • FIG. 8 is a diagram for explaining how to view the concentrations of methane, air, and CO 2 in FIG. 7;
  • 4 is a schematic diagram showing another example of the combustion control flow by the combustion control device 24 of the burner system 4;
  • expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained.
  • the shape including the part etc. shall also be represented.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “having”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boiler 100 including a burner system 4 according to one embodiment.
  • the boiler 100 includes a furnace 2 and a burner system 4 .
  • the boiler 100 may be, for example, a marine boiler.
  • the burner system 4 includes a burner device 6, a main fuel line 8, an air line 10, a pilot fuel line 12, an exhaust line 13, a flow control valve 14, a flow meter 15, a fan 16, a flow control valve 18, a flow meter 19, a first It includes an analyzer 20 , a second analyzer 22 and a combustion controller 24 .
  • FIG. 2 is a schematic side sectional view showing an example of the configuration of the burner device 6, and FIG. 3 is a schematic front view of the burner device 6 shown in FIG. 2 (viewed from inside the furnace 2).
  • the burner device 6 includes a burner body 25 , a wind box 26 , a pilot gas nozzle 30 arranged in the center of the burner body 25 , and a nozzle around the pilot gas nozzle 30 along the pilot gas nozzle 30 .
  • a plurality of main gas nozzles 28 (six main gas nozzles 28 in the illustrated example) arranged in a row, and a swirler arranged in an air flow path 29 in the burner body 25 to form a swirl flow of air at the outlet of the burner device 6 32 and
  • the pilot gas nozzle 30 and the air flow path 29 around the pilot gas nozzle 30 in the burner body 25 constitute a pilot burner 36, and the plurality of main gas nozzles 28 and the air around each main gas nozzle 28 in the burner body 25
  • the flow path 29 constitutes the main burner 34 .
  • Each of the main gas nozzles 28 is connected to the main fuel line 8 (see FIG. 1) and injects the main fuel gas containing the inert gas supplied from the main fuel line 8 into the furnace 2 .
  • the main fuel gas comprises a hydrocarbon gas such as methane and CO2 as inert gas.
  • the pilot gas nozzle 30 is connected to the pilot fuel line 12 (see FIG. 1) and injects the pilot fuel gas supplied from the pilot fuel line 12 into the furnace 2 .
  • Pilot fuel gas includes a hydrocarbon gas such as, for example, methane.
  • the proportion of inert gas in the pilot fuel gas is less than or zero than the proportion of inert gas in the main fuel gas.
  • the wind box 26 is connected to the air line 10 (see FIG. 1), and the air supplied from the air line 10 to the wind box 26 is swirled by the swirler 32 and supplied into the furnace 2 .
  • the main burner 34 injects main fuel gas containing CO 2 supplied from the main fuel line 8 from a plurality of main gas nozzles 28, mixes with the swirl flow of air generated by the swirler 32, and combusts to produce a flame.
  • the pilot burner 36 injects the pilot fuel gas supplied from the pilot fuel line 12 from the pilot gas nozzle 30, mixes with the swirling flow of air generated by the swirler 32, and combusts it to form a flame. hold the flame of
  • the main fuel line 8 is provided with a flow control valve 14 , a flow meter 15 and a first analyzer 20 .
  • the flow control valve 14 is configured to be able to adjust the flow rate of the main fuel gas supplied from the main fuel line 8 to the main burner 34 .
  • the flowmeter 15 is configured to measure the flow rate of the main fuel gas supplied to the main burner 34 .
  • the type of the flow meter 15 is not particularly limited, and may be, for example, a Coriolis flow meter, a differential pressure flow meter, an ultrasonic flow meter, or the like.
  • the first analyzer 20 analyzes the main fuel gas supplied to the main burner 34 to obtain information on the composition of the main fuel gas.
  • the first analyzer 20 provides information on the composition of the main fuel gas as information on the components of the main fuel gas, for example, the concentrations of various hydrocarbons (methane, ethane, propane, etc.) contained in the main fuel gas, and Obtain the concentration of CO2 contained.
  • the first analyzer 20 may be, for example, an IR (infrared) type or a gas chromatograph.
  • a fan 16 is provided in the air line 10, and the amount of air supplied to the burner device 6 is determined by the combustion control device 24, which will be described later, depending on the amount of fuel supplied to the burner device 6. Regulated by controlling.
  • the amount of air supplied to the burner device 6 may be adjusted by providing a vane (not shown) downstream of the fan 16 and adjusting the opening of the vane.
  • a controller 24 adjusts the opening of the vanes.
  • a flow control valve 18 and a flow meter 19 are provided in the pilot fuel line 12 .
  • the flow control valve 18 is configured to be able to adjust the flow rate of the pilot fuel gas supplied from the pilot fuel line 12 to the pilot burner 36 .
  • the flow meter 19 is configured to measure the flow rate of the pilot fuel gas supplied to the pilot burner 36.
  • the type of the flow meter 15 is not particularly limited. It may be a flow meter or the like.
  • a second analyzer 22 is provided in the exhaust line 13 .
  • the second analyzer 22 analyzes the exhaust gas from the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 and acquires the concentration of unburned fuel components contained in the exhaust gas (for example, the concentration of unburned HC and the concentration of CO in the exhaust gas). do.
  • the second analyzer 22 may be, for example, an IR (infrared) type or a gas chromatograph.
  • the combustion control device 24 is configured to control the combustion state of the burner device 6. Outputs of the flow meter 15 , the flow meter 19 , the first analyzer 20 and the second analyzer 22 are input to the combustion control device 24 .
  • the combustion control device 24 controls the fan 16, the flow control valve 14, and the flow control valve 18 based on the input information, thereby ensuring stable combustion in the main burner 34 and supplying excess fuel to the pilot burner 36.
  • the combustion state of the burner device 6 is controlled so as to suppress this. Details of combustion control by the combustion control device 24 will be described later.
  • the device 20 , the second analyzer 22 and the combustion control device 24 constitute a flow control device 60 .
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the combustion control device 24.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a combustion control flow by the combustion control device 24 of the burner system 4. As shown in FIG.
  • the combustion control device 24 includes, for example, a processor 72, a RAM (Random Access Memory) 74, a ROM (Read Only Memory) 76, a HDD (Hard Disk Drive) 78, an input I/F 80, and an output I/ F 82 , which are configured using a computer connected to each other via a bus 84 .
  • the hardware configuration of the combustion control device 24 is not limited to the above, and may be configured by a combination of a control circuit and a storage device.
  • the combustion control device 24 is configured by a computer executing a program for realizing each function of the combustion control device 24 .
  • each part of the combustion control device 24 which will be described below, are realized by, for example, loading a program stored in the ROM 76 into the RAM 74 and executing it by the processor 72, and reading and writing data in the RAM 74 and the ROM 76. .
  • the combustion control device 24 exemplified in FIG. A boiler stop signal generator 54 is included.
  • the map selection unit 40 selects a map from among a plurality of maps showing the relationship between the load of the boiler 100 and the flow rate of the pilot fuel gas, which are stored in the storage unit 42 for each concentration range of CO 2 contained in the main fuel gas. 1 Select the map (see FIG. 6) corresponding to the concentration of CO 2 acquired by the analyzer 20 . In the example shown in FIG. 5, three maps corresponding to three ranges (high concentration, medium concentration, low concentration) of CO 2 concentration contained in the main fuel gas are stored in the storage unit 42, and the first A map corresponding to the concentration of CO 2 acquired by the analyzer 20 is selected from among the three maps.
  • the target pilot flow rate calculation unit 44 calculates the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas that is determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100, and is included in the main fuel gas acquired by the first analyzer 20
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is changed according to the difference (X1-C) between the concentration X1 of CO 2 and the reference concentration C for each selected map. That is, the pilot target flow rate calculator 44 calculates the difference (X1 - C ) increases, the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 .
  • the pilot fuel gas flow rate is optimized by feedforward control based on the CO2 concentration X1.
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 is determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 until the difference (X1-C) exceeds the first threshold.
  • the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas is the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas
  • the difference (X1-C) exceeds the first threshold value, the larger the difference (X1-C), the more the pilot fuel gas flow rate.
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas may be increased with respect to the flow rate Fp0. This prevents the target flow rate Fpt from being changed too frequently, thereby stabilizing the combustion state.
  • the first threshold may be set to a value corresponding to a point at which the combustion state is considered to change, for example, in a worsening direction.
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 determines the concentration of at least one of the unburned fuel component and the component caused by poor combustion contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 acquired by the second analyzer 22.
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 .
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 determines that the map selection unit 40 The target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map selected by and the load of the boiler 100 .
  • the second threshold is the concentration of unburned HC at which combustion failure is determined.
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 selects the The target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map obtained and the load of the boiler 100 .
  • the third threshold is the CO concentration at which combustion failure is determined.
  • the flow rate of the pilot fuel gas is optimized by feedback control based on the concentrations of unburned fuel components contained in the exhaust gas of the boiler 100 and the concentrations of components that occur during poor combustion.
  • the PID control unit 46 controls the opening of the flow control valve 18 based on the target flow rate Fpt output from the pilot target flow rate calculation unit 44 and the flow rate of the pilot fuel gas measured by the flow meter 19. By performing PID control, the flow rate of the pilot fuel gas supplied to the pilot burner 36 is adjusted.
  • the main target flow rate calculation unit 48 subtracts the target flow rate Fpt output from the pilot target flow rate calculation unit 44 from the fuel flow rate (fuel demand amount) determined according to the steam demand amount of the boiler 100 in terms of the amount of heat. A target flow rate Fmt of the main fuel gas to be supplied to the burner 34 is calculated.
  • the PID control unit 50 performs PID control for the flow control valve 14 based on the target flow rate Fmt output from the main target flow rate calculation unit 48 and the flow rate of the main fuel gas measured by the flow meter 15. By doing so, the flow rate of the main fuel gas supplied to the main burner 34 is adjusted.
  • the alarm signal generation unit 52 determines that the difference (X1-C) between the concentration X1 of CO 2 acquired by the first analyzer 20 and the reference concentration C for each map selected by the map selection unit 40 exceeds the fourth threshold. generates an alarm signal to warn of a possible misfire.
  • the fourth threshold is a value larger than the first threshold.
  • the alarm signal generation unit 52 detects when the concentration of the unburned fuel component contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 obtained by the second analyzer 22 (for example, the concentration X2) exceeds the fifth threshold. generates an alarm signal to warn of a possible misfire.
  • the fifth threshold is a value larger than the second threshold.
  • the alarm signal generation unit 52 detects when the concentration of the component (for example, the above concentration X3) occurring at the time of poor combustion contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 obtained by the second analyzer 22 exceeds the sixth threshold. generates an alarm signal to warn of a possible misfire.
  • the sixth threshold is a value larger than the third threshold.
  • the alarm signal may be a signal for displaying a warning on a display (not shown) or the like, a signal for activating an alarm or the like, or a signal for activating other warning means. signal.
  • the boiler stop signal generation unit 54 determines that the difference (X1-C) between the concentration X1 of CO 2 acquired by the first analyzer 20 and the reference concentration C for each map selected by the map selection unit 40 exceeds the seventh threshold. If so, it generates a boiler stop signal for stopping the operation of the boiler 100 .
  • the seventh threshold is a value greater than the fourth threshold.
  • the boiler stop signal generation unit 54 determines that the concentration of the unburned fuel component contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 acquired by the second analyzer 22 (for example, the concentration X2) exceeds the eighth threshold. If so, it generates a boiler stop signal for stopping the operation of the boiler 100 .
  • the eighth threshold is a value larger than the fifth threshold.
  • the boiler stop signal generation unit 54 determines that the concentration of the component that occurs during poor combustion (for example, the concentration X3) contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 acquired by the second analyzer 22 exceeds the ninth threshold value. When it exceeds, it generates a boiler stop signal for stopping the operation of the boiler 100 .
  • the ninth threshold is a value larger than the sixth threshold.
  • the boiler stop signal is transmitted to each device related to the operation of the boiler 100 to stop the operation of the boiler 100 .
  • the combustion amount of the pilot burner is determined by the planned value (design value), and the operator checks whether or not combustion failure occurs. If combustion failure occurs, the operator manually adjusts the fuel supply amount and air amount of the pilot burner. was
  • the fuel gas flow rate and the air flow rate supplied to the pilot burner 36 are automatically adjusted to The amount of combustion is adjusted.
  • the combustion amount of the pilot fuel gas can be adjusted to an appropriate combustion amount in consideration of the change in the composition of the main fuel gas regardless of the skill of the operator. 100 is safe to use. Further, by optimizing the combustion amount of the pilot burner 36 by feedforward control, it is possible to effectively prevent misfiring of the burner device 6 when the fuel composition changes.
  • the inert gas in the boiler 100 by appropriately burning the inert gas in the boiler 100, it is possible to suppress the release of unburned fuel components in the exhaust gas and harmful substances caused by poor combustion into the atmosphere. Also, by optimizing the combustion amount of the pilot burner 36, the combustion amount of the inert gas can be maximized in the operating state. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the environment caused by releasing the inert gas into the atmosphere.
  • the flow rate and air amount of the pilot fuel gas supplied to the pilot burner 36 are adjusted based on the concentration of CO2 , which is an inert gas contained in the main fuel gas, the concentration of CO2 in the main fuel gas is Even if there is a change, the amount of combustion of the pilot burner 36 can be adjusted to an appropriate amount in consideration of the change in concentration of CO 2 . As a result, it is possible to effectively suppress the supply of excessive fuel to the pilot burner 36 while achieving stable combustion of the main burner 34 .
  • the flow rate of the pilot fuel gas and the flow rate of the air are adjusted according to the difference between the concentration of CO 2 contained in the main fuel gas and the reference concentration, the main fuel gas for which the reference concentration of CO 2 is set is used as the fuel for the main burner 34, it is possible to suppress the supply of excessive fuel to the pilot burner 36 while achieving stable combustion of the main burner 34.
  • the concentration of unburned fuel components contained in the exhaust gas of the boiler 100 exceeds a threshold value, it is determined that the boiler 100 is in a combustion failure state, and the flow rate of the pilot fuel gas and the flow rate of the air are increased. As a result, an appropriate amount of pilot fuel gas can be supplied to the pilot burner 36 according to the combustion state of the boiler. Therefore, it is possible to suppress the supply of excessive fuel to the pilot burner 36 while achieving stable combustion of the main burner 34 .
  • the second analysis When the concentration of unburned fuel components contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 obtained by the analyzer 22 (for example, the concentration X2 above) exceeds the fifth threshold, or when the exhaust gas obtained by the second analyzer 22 An alarm signal is generated to warn of the possibility of a misfire when the concentration of the component that occurs during poor combustion (for example, the concentration X3) contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the line 13 exceeds the sixth threshold.
  • the concentration of the component that occurs during poor combustion for example, the concentration X3
  • the second analysis When the concentration of unburned fuel components contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 obtained by the analyzer 22 (for example, the concentration X2 above) exceeds the eighth threshold, or when the exhaust gas obtained by the second analyzer 22 A boiler stop signal for stopping the operation of the boiler 100 is generated when the concentration of the component (for example, the above concentration X3) that occurs in the case of poor combustion contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the line 13 exceeds the ninth threshold. By doing so, it is possible to avoid safety problems or the like in the boiler 100 when using the main fuel gas for which the reference concentration of CO 2 is set as the fuel for the main burner 34 .
  • the combustion control device 24 may be configured to stop the supply of main fuel gas to the main burner 34 when the pilot burner 36 stops. "Stopping the pilot burner 36" means stopping the combustion of the pilot burner 36, and includes both an intentional stop by the operator and an emergency stop by a protective device.
  • the main burner 34 and the pilot burner 36 must be combusted at the same time. Therefore, if the pilot burner trips for some reason, it is desirable to trip the main burner 34 as described above.
  • the combustion control device 24 causes the pilot burner 36 to increase the flow rate of the fuel gas supplied to the pilot burner 36 based on the composition of the main fuel gas. After temporarily increasing the flow rate of the supplied fuel to an excessive flow rate with respect to the flow rate that achieves optimum combustion, the flow rate of the air supplied to the pilot burner 36 is increased, and the flow rate of the fuel supplied to the pilot burner is decreased. You may let
  • the concentration of methane at a point A is determined by the intersection with the upper left edge of the solid triangle when proceeding leftward from point A parallel to the dashed line, and along the upper left edge. gets bigger as you go.
  • the concentration of air at point A is determined by the intersection of the solid line with the base of the triangle when proceeding from point A to the right and parallel to the dash-dotted line, and increases along the base to the left.
  • the concentration of CO 2 at point A is determined by the point of intersection with the upper right side of the solid triangle when proceeding from point A to the upper right parallel to the dash-dotted line, and increases along the upper right side toward the lower right. .
  • FIG. 7 shows an example of combustion control by the combustion control device with respect to the combustion state determined by the combination of the methane concentration, the air concentration and the CO 2 concentration in the combustion area of the burner device 6 .
  • a certain point P1 is within a range S1 indicating an optimal combustion state (state of stable combustion without excessive consumption of fuel gas and without misfiring). If the concentration of CO 2 in the main fuel gas increases and the concentration of methane decreases from the combustion state of , the combustion state may transition to point P2 within the misfire danger range S2 where there is a risk of misfire. In such a case, the combustion control device 24 performs combustion control to shift the combustion state from point P3 to point P4 as follows.
  • the transition from point P1 to point P2 is, for example, the difference between the concentration X1 of CO 2 contained in the main fuel gas obtained by the first analyzer 20 and the reference concentration C for each selected map ( X1-C) exceeds the first threshold.
  • the combustion control device 24 temporarily sets the flow rate of the fuel supplied to the pilot burner 36 to a flow rate (for example, a range After increasing the flow rate to achieve the point P3 in S3), the flow rate of the air supplied to the pilot burner 36 is increased, and the flow rate of the pilot fuel gas supplied to the pilot burner 36 is increased to the flow rate that achieves the optimum combustion state (for example, flow rate that achieves point P4 within range S1).
  • the combustion state may become unstable and misfire may occur.
  • the flow rate of the pilot fuel gas is increased to achieve the optimum combustion state while maintaining the air flow rate. After temporarily increasing the flow rate to an excessive amount with respect to the The flow rate is controlled to achieve the optimum combustion state.
  • the first analyzer 20 of the burner system 4, such as that shown in FIG. may be a meter.
  • a combustion control flow by the combustion control device 24 in this case will be described below with reference to FIG.
  • the map selection unit 40 selects the first analyzer 20 from among a plurality of maps showing the relationship between the load of the boiler 100 and the flow rate of the pilot fuel gas stored in the storage unit 42 for each range of the calorific value of the main fuel gas. Select the map (see FIG. 9) corresponding to the calorific value of the main fuel gas obtained by . In the example shown in FIG. 9, three maps respectively corresponding to three ranges of the calorific value of the main fuel gas (high calorific value, medium calorific value and low calorific value) are stored in the storage unit 42, and the first analysis A map corresponding to the calorific value of the main fuel gas acquired by the device 20 is selected from among the three maps.
  • the pilot target flow rate calculator 44 calculates the reference calorific value Q for each selected map and the first analyzer
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is changed according to the difference (Q ⁇ Y1) from the calorific value Y1 of the main fuel gas obtained in step 20 . That is, the pilot target flow rate calculation unit 44 determines that the difference (Q ⁇ Y1) between the reference calorific value Q for each map selected by the map selection unit 40 and the calorific value Y1 of the main fuel gas acquired by the first analyzer 20 is large. Indeed, the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 .
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 is determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 until the difference (Q ⁇ Y1) exceeds the tenth threshold.
  • the difference (QY1) exceeds the tenth threshold
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas may be increased with respect to the flow rate Fp0. This prevents the target flow rate Fpt from being changed too frequently, thereby stabilizing the combustion state.
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 determines the concentration of at least one of the unburned fuel component and the component caused by poor combustion contained in the exhaust gas of the boiler 100 flowing through the exhaust line 13 acquired by the second analyzer 22.
  • the target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map selected by the map selection unit 40 and the load of the boiler 100 .
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 uses the map selection unit 40 to The target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased with respect to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the selected map and the load of the boiler 100 .
  • the pilot target flow rate calculation unit 44 selects the The target flow rate Fpt of the pilot fuel gas is increased relative to the flow rate Fp0 of the pilot fuel gas determined according to the map and the load of the boiler 100 .
  • the configurations of the PID control unit 46, the main target flow rate calculation unit 48, and the PID control unit 50 are the same as the configurations described using FIG. 5, so description thereof will be omitted.
  • the alarm signal generator 52 determines that the difference (Q ⁇ Y1) between the reference calorific value Q for each map selected by the map selector 40 and the calorific value Y1 of the main fuel gas obtained by the first analyzer 20 reaches the eleventh threshold. If exceeded, an alarm signal is generated to warn of a possible misfire.
  • the eleventh threshold is a value larger than the tenth threshold.
  • the alarm signal may be a signal for displaying a warning on a display (not shown) or the like, a signal for activating an alarm or the like, or a signal for activating other warning means. may be
  • the boiler stop signal generator 54 determines that the difference (Q ⁇ Y1) between the reference calorific value Q for each map selected by the map selector 40 and the calorific value Y1 of the main fuel gas obtained by the first analyzer 20 is the twelfth threshold. is exceeded, a boiler stop signal for stopping the operation of the boiler 100 is generated.
  • the twelfth threshold is a value greater than the eleventh threshold.
  • the boiler stop signal is transmitted to each device related to the operation of the boiler 100 to stop the operation of the boiler 100 .
  • the flow rate of the fuel gas and the flow rate of the air supplied to the pilot burner 36 are automatically adjusted. Adjusts the amount of combustion. As a result, it is possible to suppress the occurrence of poor combustion in the main burner 34 and achieve stable combustion while suppressing excessive fuel supply to the pilot burner 36 .
  • the combustion amount of the pilot fuel gas can be adjusted to an appropriate combustion amount by considering the change in the calorific value of the main fuel gas regardless of the skill of the operator. , the boiler 100 can be used safely.
  • the flow rate of the pilot fuel gas is adjusted according to the difference between the reference calorific value of the main fuel gas and the calorific value of the main fuel gas obtained by the first analyzer 20, the reference calorific value is known in advance.
  • the concentration of at least one of the unburned fuel component and the component generated at the time of poor combustion contained in the exhaust gas of the boiler 100 exceeds the threshold for each component, it is determined that the boiler 100 is in the poor combustion state.
  • an appropriate amount of pilot fuel gas according to the combustion state of the boiler 100 can be supplied to the pilot burner 36 . Therefore, it is possible to suppress the supply of excessive fuel to the pilot burner 36 while achieving stable combustion of the main burner 34 .
  • the burner system 4 shown in FIG. 9 increases the flow rate of the pilot fuel gas supplied to the pilot burner 36 based on the calorific value of the main fuel gas (for example, the above difference (Q ⁇ Y1) exceeds the 10th threshold value), the flow rate of the pilot fuel supplied to the pilot burner 36 is increased to an excessive flow rate with respect to the flow rate that achieves optimum combustion by the same method as the method described using FIG. After that, the air flow rate supplied to the pilot burner 36 may be increased and the fuel flow rate supplied to the pilot burner 36 may be decreased.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications of the above-described embodiments and modes in which these modes are combined as appropriate.
  • CO2 was used as an example of the inert gas
  • the inert gas is not limited to CO2 , and may be other gases with low reactivity such as N2 , Ar, and helium.
  • the main fuel gas may contain multiple types of inert gases. In this case, each threshold related to the concentration of the inert gas may be provided for each type of inert gas.
  • the second analyzer 22 detects the concentration of unburned fuel components in the exhaust gas and the concentration of components that occur during poor combustion. It is also possible to detect only the concentration of unburned fuel components without detecting the may be detected.
  • the flow rate adjusting device 60 may adjust the flow rate of the pilot fuel gas to be supplied to the pilot burner 36 according to the concentration of at least one of the unburned fuel components and the components caused by poor combustion in the exhaust gas.
  • a burner system for example, the burner system 4 described above
  • a main burner e.g., the main burner 34 described above
  • a first fuel gas e.g., the main fuel gas described above
  • an inert gas e.g., CO 2 , N 2 , Ar, etc., described above
  • a pilot burner for example, the pilot burner 36 described above
  • the first fuel gas supplied to the main burner is analyzed to obtain information on the components of the first fuel gas (for example, the concentration of the inert gas described above or the calorific value of the first fuel gas).
  • a first analysis unit configured to adjust the flow rate of the second fuel gas (for example, the pilot fuel gas described above) and air supplied to the pilot burner based on the information about the components of the first fuel gas acquired by the first analysis unit; a flow regulator (e.g., the flow regulator 60 described above); Prepare.
  • the second fuel gas for example, the pilot fuel gas described above
  • a flow regulator e.g., the flow regulator 60 described above
  • the flow rate of the second fuel gas and the flow rate of air supplied to the pilot burner are automatically adjusted based on the information on the components of the first fuel gas obtained by the first analyzer. It is adjusted to adjust the combustion amount of the pilot burner. As a result, it is possible to suppress the supply of excessive fuel to the pilot burner while suppressing the occurrence of poor combustion in the main burner and achieving stable combustion. Therefore, even if the composition of the first fuel gas changes, the combustion amount of the second fuel gas should be adjusted to an appropriate combustion amount in consideration of the change in the composition of the first fuel gas regardless of the skill of the operator. and the boiler can be used safely.
  • the flow rate adjusting device adjusts the flow rate of the second fuel gas to achieve optimum combustion. After increasing the flow rate (for example, the flow rate within the above-described range S2) to an excessive flow rate (for example, the flow rate within the above-described range S1), the flow rate of the air supplied to the pilot burner is increased, and the second fuel It is configured to reduce the gas flow rate.
  • the combustion state may become unstable and misfire may occur.
  • the flow rate of the second fuel gas is optimized. After temporarily increasing the flow rate to an excessive amount with respect to the flow rate that realizes the combustion state, the flow rate of the air supplied to the pilot burner is increased and the flow rate of the second fuel is decreased, thereby reducing the flow rate of the second fuel gas.
  • the flow rate is controlled to achieve the optimum combustion state.
  • the first analysis unit is configured to acquire the concentration of the inert gas as information on the components of the first fuel gas
  • the flow rate adjusting device is configured to adjust the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner based on the concentration of the inert gas obtained by the first analysis section.
  • the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner is adjusted based on the concentration of the inert gas contained in the first fuel gas, the inert gas of the first fuel gas is Even if the concentration of the active gas changes, the flow rate of the second fuel gas can be adjusted to an appropriate flow rate in consideration of the change in the concentration of the inert gas. As a result, it is possible to effectively suppress excessive fuel supply to the pilot burner while achieving stable combustion in the main burner.
  • the flow rate adjusting device supplies the second It is configured to regulate the flow rate of the fuel gas.
  • the burner system described in (4) above since the flow rate of the pilot fuel gas is adjusted according to the difference between the concentration of CO 2 contained in the main fuel gas and the reference concentration, the reference concentration of CO 2 is used as fuel for the main burner, it is possible to suppress excessive supply of the fuel gas to the pilot burner while achieving stable combustion in the main burner.
  • the flow rate adjustment device When the difference between the concentration of the inert gas obtained by the first analysis unit and the reference concentration exceeds a threshold (for example, the above-described fourth threshold or seventh threshold), the flow rate adjustment device generates an alarm signal or a boiler configured to generate a boiler signal to stop operation of the a threshold (for example, the above-described fourth threshold or seventh threshold).
  • a threshold for example, the above-described fourth threshold or seventh threshold
  • the first analysis unit is configured to acquire the calorific value of the first fuel gas as information on the components of the first fuel gas
  • the flow rate adjusting device is configured to adjust the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner based on the calorific value of the first fuel gas obtained by the first analysis section.
  • the calorific value of the first fuel gas changes.
  • the flow rate of the second fuel gas can be adjusted to an appropriate flow rate in consideration of the change in the calorific value. As a result, it is possible to effectively suppress excessive fuel supply to the pilot burner while achieving stable combustion in the main burner.
  • the flow rate adjusting device It is configured to adjust the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner.
  • the flow rate of the second fuel gas is adjusted according to the difference between the reference calorific value of the first fuel gas and the calorific value of the first fuel gas obtained by the first analysis unit. Therefore, when using the first fuel gas with a predetermined reference calorific value as fuel for the main burner, it is possible to suppress the supply of excessive fuel gas to the pilot burner while achieving stable combustion of the main burner. can be done.
  • the difference between the reference calorific value of the first fuel gas and the calorific value of the first fuel gas obtained by the first analysis unit sets a threshold (for example, the above-described eleventh threshold or twelfth threshold). If exceeded, it is configured to generate an alarm signal or a boiler stop signal to stop operation of the boiler.
  • the flow rate adjusting device is configured to adjust the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner according to the concentration of the at least one detected by the second analysis section.
  • the flow rate of the second fuel gas supplied to the pilot burner is adjusted based on at least one of the concentration of unburned fuel components in the exhaust gas and the components generated during poor combustion. Therefore, even if the combustion state of the boiler changes, the flow rate of the second fuel gas is adjusted to an appropriate flow rate in consideration of at least one change in the concentration of unburned fuel components in the exhaust gas and the components that occur during poor combustion. can be adjusted to As a result, it is possible to effectively suppress excessive fuel supply to the pilot burner while achieving stable combustion in the main burner.
  • the flow rate adjusting device supplies the first gas to the pilot burner when the concentration of the at least one detected by the second analysis unit exceeds a threshold value for each component (for example, the second threshold value or the third threshold value described above). 2 configured to increase the flow rate of fuel gas;
  • the boiler is combusted.
  • the flow rate of the second fuel gas to be supplied to the pilot burner upon determining that the boiler is in a defective state, it is possible to supply an appropriate amount of the second fuel gas to the pilot burner according to the combustion state of the boiler. Therefore, it is possible to suppress supplying excessive fuel to the pilot burner while achieving stable combustion of the main burner.
  • the at least one concentration obtained by the second analysis unit is greater than the threshold for each component (for example, the above-described fifth threshold, sixth threshold, eighth threshold, or ninth threshold) ) is exceeded, an alarm signal or a boiler stop signal for stopping the operation of the boiler is generated.
  • the flow regulating device is configured to stop the supply of the first fuel gas to the main burner when the pilot burner stops.
  • the main burner and the pilot burner must be burned simultaneously because the inert gas cannot self-ignite by itself. Therefore, if the pilot burner misfires for some reason, it is desirable to stop the supply of the first fuel gas to the main burner as described in (12) above.
  • a combustion control method for a burner system includes: a main burner (e.g., main burner 34 described above) supplied with a first fuel gas (e.g., main fuel gas described above) containing an inert gas (e.g., CO 2 or N 2 described above); a pilot burner (for example, the pilot burner 36 described above) for stabilizing the flame of the main burner;
  • a combustion control method for a burner system comprising an analysis step of analyzing the first fuel gas supplied to the main burner to obtain information on the components of the first fuel gas (for example, the concentration of the inert gas or the calorific value of the first fuel gas); a flow rate adjustment step of adjusting the flow rate of the second fuel gas (for example, the pilot fuel gas described above) supplied to the pilot burner based on the information about the components of the first fuel gas obtained by the analysis step; Prepare.
  • the flow rate of the second fuel gas and the flow rate of air supplied to the pilot burner are automatically adjusted based on the information on the components of the first fuel gas obtained by the analysis step. to adjust the amount of combustion of the pilot burner.
  • the combustion amount of the second fuel gas should be adjusted to an appropriate combustion amount in consideration of the change in the composition of the first fuel gas regardless of the skill of the operator. and the boiler can be used safely.

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Abstract

不活性ガスを含む燃料ガスが供給されるメインバーナと、メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナと、を備えるバーナシステムであって、メインバーナに供給される燃料ガスを分析して燃料ガスの成分に関する情報を取得するように構成された第１分析部と、燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、パイロットバーナに供給する燃料ガス及び空気の流量を調整するように構成された流量調整装置と、を備える。

Description

バーナシステム及びその燃焼制御方法
　本開示は、バーナシステム及びその燃焼制御方法に関する。
　本願は、２０２１年２月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０２９８６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、ボイラの排ガス中の煤塵、窒素酸化物、酸素又は一酸化炭素の量を検出するセンサと、このセンサによる検出信号に基づいてバーナへの燃料供給量を調整する調整弁とを備えたボイラ用燃料調整装置が開示されている。
　特許文献２には、ガスタービン発電システムの安定的な運転を図るために、燃料ガスの熱量を測定し、熱量に応じて減熱ガスや増熱ガスを添加することが記載されている。
特開２００８‐１５７５５３号公報 特開２００４‐１９０６３３号公報
　ところで、メインバーナの燃料として不活性ガスの含有率が高い燃料を使用する場合、メインバーナを保炎するためのパイロットバーナが使用されることがある。この場合、不活性ガスの成分が変化した場合、燃焼不良や失火が発生する可能性がある。この対策として、パイロットバーナの燃焼量を増加させることが考えられるが、燃料を過剰に供給することは燃料コストの増加等を招くため好ましくない。また、特許文献１及び２に記載の構成は、パイロットバーナを備えるものではないため、パイロットバーナの燃焼量の調整については開示されていない。
　上述の事情に鑑みて、本開示は、不活性ガスを含む燃料を使用するメインバーナと、パイロットバーナを備えるバーナシステムに関して、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを抑制することができるバーナシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るバーナシステムは、
　不活性ガスを含む第１燃料ガスが供給されるメインバーナと、
　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナと、
　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報を取得するように構成された第１分析部と、
　前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス及び空気の流量を調整するように構成された流量調整装置と、
　を備える。
　上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るバーナシステムの燃焼制御方法は、
　不活性ガスを含む第１燃料ガスが供給されるメインバーナと、
　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナと、
　を備えるバーナシステムの燃焼制御方法であって、
　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報を取得する分析ステップと、
　前記分析ステップによって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス及び空気の流量を調整する流量調整ステップと、
　を備える。
　本開示によれば、不活性ガスを含む燃料を使用するメインバーナと、パイロットバーナとを備えるバーナシステムに関して、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを抑制することができるバーナシステムおよびその制御方法が提供される。
一実施形態に係るバーナシステム４を含むボイラ１００の概略構成図である。 バーナ装置６の構成の一例を示す概略側断面図である。 図２に示したバーナ装置６の概略正面図（火炉２内から視た図）である。 燃焼制御装置２４のハードウェア構成の一例を示す図である。 上記バーナシステム４の燃焼制御装置２４による燃焼制御フローの一例を示す概略図である。 ボイラ１００の負荷とパイロット燃料ガスの流量との関係を示すマップの一例を示す図である。 バーナ装置６の燃焼領域におけるメタンの濃度と空気の濃度とＣＯ２の濃度との組み合わせの点によって定まる燃焼状態について、燃焼制御装置による燃焼制御の一例を示している。 図７におけるメタン、空気及びＣＯ２の濃度の見方を説明するための図である。 バーナシステム４の燃焼制御装置２４による燃焼制御フローの他の一例を示す概略図である。
　以下、添付図面を参照して本開示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、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。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　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、一実施形態に係るバーナシステム４を含むボイラ１００の概略構成図である。
　図１に示すように、ボイラ１００は、火炉２及びバーナシステム４を備える。ボイラ１００の用途は特に限定されないが、ボイラ１００は例えば舶用ボイラであってもよい。
　バーナシステム４は、バーナ装置６、メイン燃料ライン８、空気ライン１０、パイロット燃料ライン１２、排気ライン１３、流量制御弁１４、流量計１５、ファン１６、流量制御弁１８、流量計１９、第１分析器２０、第２分析器２２及び燃焼制御装置２４を含む。
　まず、バーナ装置６の構成の一例について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、バーナ装置６の構成の一例を示す概略側断面図であり、図３は、図２に示したバーナ装置６の概略正面図（火炉２内から視た図）である。
　図２及び図３に示すように、バーナ装置６は、バーナー本体２５と、風箱２６と、バーナー本体２５の中央に配置されたパイロットガスノズル３０と、パイロットガスノズル３０の周囲にパイロットガスノズル３０に沿って配置された複数のメインガスノズル２８（図示する例では６本のメインガスノズル２８）と、バーナー本体２５内の空気流路２９に配置されてバーナ装置６の出口に空気の旋回流れを形成するスワラ３２と、を含む。パイロットガスノズル３０と、バーナー本体２５内におけるパイロットガスノズル３０の周囲の空気流路２９とは、パイロットバーナ３６を構成し、複数のメインガスノズル２８と、バーナー本体２５内における各メインガスノズル２８の周囲の空気流路２９とは、メインバーナ３４を構成する。
　メインガスノズル２８の各々は、メイン燃料ライン８（図１参照）に接続しており、メイン燃料ライン８から供給された不活性ガスを含むメイン燃料ガスを火炉２内に向けて噴射する。メイン燃料ガスは、例えばメタン等の炭化水素ガス及び不活性ガスとしてのＣＯ２を含む。パイロットガスノズル３０は、パイロット燃料ライン１２（図１参照）に接続しており、パイロット燃料ライン１２から供給されたパイロット燃料ガスを火炉２内に向けて噴射する。パイロット燃料ガスは、例えばメタン等の炭化水素ガスを含む。パイロット燃料ガスにおける不活性ガスの割合は、メイン燃料ガスにおける不活性ガスの割合より小さいか０である。風箱２６は、空気ライン１０（図１参照）に接続しており、空気ライン１０から風箱２６に供給された空気はスワラ３２によって旋回流れとなって火炉２内に供給される。
　メインバーナ３４は、メイン燃料ライン８から供給されたＣＯ２を含むメイン燃料ガスを複数のメインガスノズル２８から噴射し、スワラ３２によって生成された空気の旋回流れと混合して燃焼させることで火炎を形成する。パイロットバーナ３６は、パイロット燃料ライン１２から供給されたパイロット燃料ガスをパイロットガスノズル３０から噴射し、スワラ３２によって生成された空気の旋回流れと混合して燃焼させることで火炎を形成し、メインバーナ３４の火炎を保炎する。
　図１に戻り、メイン燃料ライン８には、流量制御弁１４、流量計１５及び第１分析器２０が設けられている。流量制御弁１４は、メイン燃料ライン８からメインバーナ３４へ供給するメイン燃料ガスの流量を調節可能に構成されている。流量計１５は、メインバーナ３４に供給するメイン燃料ガスの流量を計測するように構成されている。流量計１５の種類は特に限定されず、例えばコリオリ式流量計、差圧式流量計又は超音波式流量計等であってもよい。第１分析器２０は、メインバーナ３４へ供給するメイン燃料ガスを分析して、メイン燃料ガスの成分に関する情報を取得する。第１分析器２０は、メイン燃料ガスの成分に関する情報として、メイン燃料ガスの組成に関する情報、例えばメイン燃料ガスに含まれる各種炭化水素（メタン、エタン及びプロパン等）の濃度と、メイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度を取得する。なお、第１分析器２０は、例えばＩＲ（赤外線）式であってもよいし、ガスクロマトグラフであってもよい。
　空気ライン１０には、ファン１６が設けられており、バーナ装置６への空気の供給量は、バーナ装置６への燃料供給量に応じて後述の燃焼制御装置２４が例えばファン１６の回転数を制御することによって調節される。バーナ装置６への空気の供給量は、ファン１６の下流に不図示のベーンを設けてベーンの開度によって調整してもよく、この場合は、バーナ装置６への燃料供給量に応じて燃焼制御装置２４がベーンの開度を調整する。
　パイロット燃料ライン１２には、流量制御弁１８及び流量計１９が設けられている。流量制御弁１８は、パイロット燃料ライン１２からパイロットバーナ３６へ供給するパイロット燃料ガスの流量を調節可能に構成されている。流量計１９は、パイロットバーナ３６へ供給するパイロット燃料ガスの流量を計測するように構成されている流量計１５の種類は特に限定されず、例えばコリオリ式流量計、差圧式流量計又は超音波式流量計等であってもよい。
　排気ライン１３には、第２分析器２２が設けられている。第２分析器２２は、排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスを分析して、該排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度（例えば排ガス中の未燃ＨＣの濃度及びＣＯの濃度）を取得する。第２分析器２２は、例えばＩＲ（赤外線）式であってもよいし、ガスクロマトグラフであってもよい。
　燃焼制御装置２４は、バーナ装置６の燃焼状態を制御するように構成されている。燃焼制御装置２４には、流量計１５、流量計１９、第１分析器２０及び第２分析器２２の出力が入力される。燃焼制御装置２４は、入力された情報に基づいてファン１６、流量制御弁１４及び流量制御弁１８を制御することにより、メインバーナ３４の安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制するように、バーナ装置６の燃焼状態を制御する。燃焼制御装置２４による燃焼制御の詳細については後述する。
　なお、上記の例示的な実施形態では、上記メイン燃料ライン８、空気ライン１０、パイロット燃料ライン１２、流量制御弁１４、流量計１５、ファン１６、流量制御弁１８、流量計１９、第１分析器２０、第２分析器２２及び燃焼制御装置２４は、流量調整装置６０を構成する。
　図４は、燃焼制御装置２４のハードウェア構成の一例を示す図である。図５は、上記バーナシステム４の燃焼制御装置２４による燃焼制御フローの一例を示す概略図である。
　図４に示すように、燃焼制御装置２４は、例えばプロセッサ７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）７４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）７６、ＨＤＤ　（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）７８、入力Ｉ／Ｆ８０、及び出力Ｉ／Ｆ８２を含み、これらがバス８４を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。なお、燃焼制御装置２４のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路と記憶装置との組み合わせにより構成されてもよい。また燃焼制御装置２４は、燃焼制御装置２４の各機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。以下で説明する燃焼制御装置２４における各部の機能は、例えばＲＯＭ７６に保持されるプログラムをＲＡＭ７４にロードしてプロセッサ７２で実行するとともに、ＲＡＭ７４やＲＯＭ７６におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
　図５に例示する燃焼制御装置２４は、マップ選択部４０、記憶部４２、パイロット目標流量演算部４４、ＰＩＤ制御部４６、メイン目標流量演算部４８、ＰＩＤ制御部５０、アラーム信号生成部５２及びボイラ停止信号生成部５４を含む。
　マップ選択部４０は、メイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度の範囲毎に記憶部４２に保存されたボイラ１００の負荷とパイロット燃料ガスの流量との関係を示す複数のマップの中から、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度に対応するマップ（図６参照）を選択する。図５に示す例では、メイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度の３つの範囲（高濃度、中濃度、低濃度）にそれぞれ対応する３つのマップが記憶部４２に保存されており、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度に対応するマップを３つのマップの中から選択する。
　パイロット目標流量演算部４４は、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対して、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度Ｘ１と選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）に応じて、パイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを変化させる。すなわち、パイロット目標流量演算部４４は、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度Ｘ１とマップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が大きくなるほど、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。パイロット燃料ガスの流量はＣＯ２の濃度Ｘ１に基づくフィードフォワード制御によって最適化される。幾つかの実施形態では、パイロット目標流量演算部４４は、上記の差（Ｘ１－Ｃ）が第１閾値を超えるまでは、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０をパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔとし、上記の差（Ｘ１－Ｃ）が第１閾値を超えた場合に、上記の差（Ｘ１－Ｃ）が大きくなるほど、パイロット燃料ガスの上記流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させてもよい。これにより目標流量Ｆｐｔを過度に頻繁に変更することを抑制し、燃焼状態を安定させることができる。なお、上記第１閾値は、例えば燃焼状態が悪化する方向に変化すると考えられるポイントに対応する値に設定してもよい。
　また、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。例えば、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃ＨＣの濃度Ｘ２が第２閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。ここで、第２閾値は、燃焼不良と判定される未燃ＨＣの濃度である。また、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれるＣＯの濃度Ｘ３が第３閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。ここで、第３閾値は、燃焼不良と判定されるＣＯの濃度である。パイロット燃料ガスの流量はボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度及び燃焼不良の際に生じる成分の濃度に基づくフィードバック制御によって最適化される。
　ＰＩＤ制御部４６は、パイロット目標流量演算部４４から出力された目標流量Ｆｐｔと、流量計１９によって計測されたパイロット燃料ガスの流量とに基づいて、流量制御弁１８の開度を操作対象とするＰＩＤ制御を行うことにより、パイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料ガスの流量を調整する。
　メイン目標流量演算部４８は、ボイラ１００の蒸気の需要量に応じて定まる燃料流量（燃料需要量）から、パイロット目標流量演算部４４から出力された目標流量Ｆｐｔを熱量換算で減じることにより、メインバーナ３４に供給するメイン燃料ガスの目標流量Ｆｍｔを算出する。
　ＰＩＤ制御部５０は、メイン目標流量演算部４８から出力された目標流量Ｆｍｔと、流量計１５によって計測されたメイン燃料ガスの流量とに基づいて、流量制御弁１４を操作対象とするＰＩＤ制御を行うことにより、メインバーナ３４に供給するメイン燃料ガスの流量を調整する。
　アラーム信号生成部５２は、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度Ｘ１と、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が第４閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成する。なお、第４閾値は、第１閾値よりも大きな値である。また、アラーム信号生成部５２は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ２）が第５閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成する。なお、第５閾値は、第２閾値よりも大きな値である。アラーム信号生成部５２は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる燃焼不良の際に生じる成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ３）が第６閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成する。なお、第６閾値は、第３閾値よりも大きな値である。また、アラーム信号は、不図示のディスプレイ等に警告を表示するための信号であってもよいし、警報器等を作動させるための信号であってもよいし、その他の警告手段を作動させるための信号であってもよい。
　ボイラ停止信号生成部５４は、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度Ｘ１と、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が第７閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成する。第７閾値は第４閾値よりも大きな値である。また、ボイラ停止信号生成部５４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ２）が第８閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成する。なお、第８閾値は、第５閾値よりも大きな値である。また、ボイラ停止信号生成部５４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる燃焼不良の際に生じる成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ３）が第９閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成する。なお、第９閾値は第６閾値よりも大きな値である。ボイラ停止信号は、ボイラ１００の運転に係る各機器に送信されてボイラ１００の運転を停止させる。
　ここで、上記バーナシステム４が奏する作用効果について説明する。
　従来、パイロットバーナの燃焼量は計画値（設計値）で決め、燃焼不良の発生の有無をオペレータが確認し、燃焼不良が生じたらオペレータが手動でパイロットバーナの燃料供給量及び空気量を調整していた。
　上記バーナシステム４によれば、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの組成に関する情報に基づいて、パイロットバーナ３６に供給する燃料ガスの流量及び空気の流量を自動で調整してパイロットバーナ３６の燃焼量を調整している。これにより、メインバーナ３４の燃焼不良の発生を抑制して安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができ、燃料費を削減することができる。また、メイン燃料ガスの組成が変化しても、オペレータの技量によらず、メイン燃料ガスの組成の変化を考慮してパイロット燃料ガスの燃焼量を適切な燃焼量に調整することができ、ボイラ１００を安全に利用できる。また、フィードフォワード制御にてパイロットバーナ３６の燃焼量を最適化することにより、燃料の組成が変化した場合にバーナ装置６の失火を効果的に防ぐことができる。
　また、不活性ガスを適切にボイラ１００で燃焼することにより、排ガス中の未燃の燃料成分や燃焼不良に伴う有害物質の大気放出を抑制することができる。また、パイロットバーナ３６の燃焼量を最適化することで、その運転状態における不活性ガスの燃焼量を最大化することができる。これにより、不活性ガスを大気中に放出することによる環境悪化を軽減することができる。
　また、メイン燃料ガスに含まれる不活性ガスであるＣＯ２の濃度に基づいてパイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料ガスの流量及び空気量を調整しているため、メイン燃料ガスのＣＯ２の濃度が変化しても、ＣＯ２の濃度の変化を考慮してパイロットバーナ３６の燃焼量を適切な燃焼量に調整することができる。これにより、メインバーナ３４の安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを効果的に抑制することができる。
　また、メイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度と基準濃度との差に応じて、パイロット燃料ガスの流量及び空気の流量を調整しているため、ＣＯ２の基準濃度が定められたメイン燃料ガスをメインバーナ３４の燃料として使用する場合に、メインバーナ３４の安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができる。
　また、ボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度が閾値を超えた場合に、ボイラ１００が燃焼不良状態にあると判断してパイロット燃料ガスの流量の流量及び空気の流量を増加させることにより、ボイラの燃焼状態に応じた適切な量のパイロット燃料ガスをパイロットバーナ３６に供給することができる。したがって、メインバーナ３４の安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができる。
　また、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度Ｘ１と、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が第４閾値を超えた場合、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ２）が第５閾値を超えた場合、又は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる燃焼不良の際に生じる成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ３）が第６閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成することにより、ＣＯ２の基準濃度が定められたメイン燃料ガスをメインバーナ３４の燃料として使用する場合に、失火が生じる可能性を警告して適切な対処を促すことができる。
　また、第１分析器２０によって取得したＣＯ２の濃度Ｘと、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が第７閾値を超えた場合、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ２）が第８閾値を超えた場合、又は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる燃焼不良の際に生じる成分の濃度（例えば上記濃度Ｘ３）が第９閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成することにより、ＣＯ２の基準濃度が定められたメイン燃料ガスをメインバーナ３４の燃料として使用する場合にボイラ１００に安全上のトラブル等が生じることを回避することができる。
　幾つかの実施形態では、上記燃焼制御装置２４は、パイロットバーナ３６が停止した場合に、メインバーナ３４へのメイン燃料ガスの供給を停止させるように構成されてもよい。なお、「パイロットバーナ３６の停止」とは、パイロットバーナ３６の燃焼の停止を意味し、オペレータの意図した停止及び保護装置による緊急停止の両方を含む。
　ＣＯ２等の不活性ガスを一定割合以上含む燃料は単体では自燃できないため、メインバーナ３４とパイロットバーナ３６は同時に燃焼させる必要がある。このため、何らかの原因でパイロットバーナがトリップする場合には、上記のようにメインバーナ３４もトリップさせることが望ましい。
　幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、上記燃焼制御装置２４は、メイン燃料ガスの組成に基づいてパイロットバーナ３６に供給する燃料ガスの流量を増加させる場合に、パイロットバーナ３６に供給する燃料の流量を最適燃焼を実現する流量に対して一時的に過剰な流量まで増加させた後に、パイロットバーナ３６に供給する空気の流量を増加させ、パイロットバーナに供給する燃料の流量を減少させてもよい。
　図７の見方について図８を用いて説明する。図８に示すように、ある点Ａにおけるメタンの濃度は、点Ａから破線に平行に左側に進んだときに実線の三角形の左上の辺との交点によって定まり、該左上の辺に沿って上に向かうにつれて大きくなる。点Ａにおける空気の濃度は、点Ａから一点鎖線に平行に右下に進んだときに実線の三角形の底辺との交点によって定まり、該底辺に沿って左に向かうにつれて大きくなる。点ＡにおけるＣＯ２の濃度は、点Ａから二点鎖線に平行に右上に進んだときに実線の三角形の右上の辺との交点によって定まり、該右上の辺に沿って下に向かうにつれて大きくなる。
　図７は、バーナ装置６の燃焼領域におけるメタンの濃度と空気の濃度とＣＯ２の濃度との組み合わせの点によって定まる燃焼状態について、燃焼制御装置による燃焼制御の一例を示している。図７において、ある点Ｐ１は、最適燃焼状態（燃料ガスを過剰に消費することなく失火を生じずに安定燃焼している状態）を示す範囲Ｓ１の範囲内であったのに対し、点Ｐ１の燃焼状態からメイン燃料ガスのＣＯ２の濃度が増加してメタンの濃度が低下すると、失火の危険がある失火危険範囲Ｓ２内の点Ｐ２に燃焼状態が遷移する場合がある。このような場合に、燃焼制御装置２４は、以下のように燃焼状態を点Ｐ３を経て点Ｐ４へ移行させる燃焼制御を行う。
　点Ｐ１から点Ｐ２に遷移する場合とは、例えば上述のように、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度Ｘ１と選択したマップ毎の基準濃度Ｃとの差（Ｘ１－Ｃ）が第１閾値を超えた場合である。この場合、燃焼制御装置２４は、パイロットバーナ３６に供給する燃料の流量を、最適燃焼状態を実現する流量（範囲Ｓ１内の状態を実現する流量）に対して一時的に過剰な流量（例えば範囲Ｓ３内の点Ｐ３を実現する流量）まで増加させた後に、パイロットバーナ３６に供給する空気の流量を増加させ、パイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料ガスの流量を最適燃焼状態を実現する流量（例えば範囲Ｓ１内の点Ｐ４を実現する流量）まで低下させる。
　本願発明者の知見によれば、失火の可能性がある燃焼状態からパイロット燃料ガスの流量と空気の流量を同時に変更すると、燃焼状態が不安定となり失火が発生する恐れがあった。これに対し、上記の燃焼制御方法では、失火の可能性がある燃焼状態からパイロット燃料ガスの流量を増加させるに際し、空気の流量を維持しながらパイロット燃料ガスの流量を最適燃焼状態を実現する流量に対して一時的に過剰な流量まで増加させた後に、パイロットバーナ３６に供給する空気の流量を増加させて、パイロットバーナ３６に供給する燃料の流量を減少させることにより、パイロット燃料ガスの流量を最適燃焼状態を実現する流量に制御している。これにより、失火の可能性がある燃焼状態から最適燃焼状態に移行するためにパイロットバーナの燃料の流量及び空気の流量を調整する過程において、燃焼状態の不安定化及び失火の発生を抑制することができる。
　幾つかの実施形態では、図１等に示したバーナシステム４の第１分析器２０は、メイン燃料ガスの組成に関する情報に代えてメイン燃料ガスの発熱量を取得するように構成されたガス熱量計であってもよい。この場合の燃焼制御装置２４による燃焼制御フローについて、図９を用いて以下に説明する。
　マップ選択部４０は、メイン燃料ガスの発熱量の範囲毎に記憶部４２に保存されたボイラ１００の負荷とパイロット燃料ガスの流量との関係を示す複数のマップの中から、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量に対応するマップ（図９参照）を選択する。図９に示す例では、メイン燃料ガスの発熱量の３つの範囲（高発熱量、中発熱量及び低発熱量）にそれぞれ対応する３つのマップが記憶部４２に保存されており、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量に対応するマップを３つのマップの中から選択する。
　パイロット目標流量演算部４４は、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対して、選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）に応じて、パイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを変化させる。すなわち、パイロット目標流量演算部４４は、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）が大きくなるほど、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。幾つかの実施形態では、パイロット目標流量演算部４４は、上記の差（Ｑ－Ｙ１）が第１０閾値を超えるまでは、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０をパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔとし、上記の差（Ｑ－Ｙ１）が第１０閾値を超えた場合に、上記の差（Ｑ－Ｙ１）が大きくなるほど、パイロット燃料ガスの上記流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させてもよい。これにより目標流量Ｆｐｔを過度に頻繁に変更することを抑制し、燃焼状態を安定させることができる。
　また、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。例えば、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれる未燃ＨＣの濃度が第２閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。また、パイロット目標流量演算部４４は、第２分析器２２によって取得した排気ライン１３を流れるボイラ１００の排ガスに含まれるＣＯの濃度が第３閾値を超えた場合に、マップ選択部４０によって選択したマップとボイラ１００の負荷とに応じて定まるパイロット燃料ガスの流量Ｆｐ０に対してパイロット燃料ガスの目標流量Ｆｐｔを増加させる。
　ＰＩＤ制御部４６、メイン目標流量演算部４８及びＰＩＤ制御部５０の構成は、図５を用いて説明した構成と同様であるため説明を省略する。
　アラーム信号生成部５２は、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）が第１１閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成する。なお、第１１閾値は、第１０閾値よりも大きな値である。アラーム信号は、不図示のディスプレイ等に警告を表示するための信号であってもよいし、警報器等を作動させるための信号であってもよいし、その他の警告手段を作動させるための信号であってもよい。
　ボイラ停止信号生成部５４は、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）が第１２閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成する。第１２閾値は第１１閾値よりも大きな値である。ボイラ停止信号は、ボイラ１００の運転に係る各機器に送信されてボイラ１００の運転を停止させる。
　上記バーナシステム４によれば、第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量に基づいて、パイロットバーナ３６に供給する燃料ガスの流量及び空気の流量を自動で調整してパイロットバーナ３６の燃焼量を調整している。これにより、メインバーナ３４の燃焼不良の発生を抑制して安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができる。また、メイン燃料ガスの発熱量が変化しても、オペレータの技量によらず、メイン燃料ガスの発熱量の変化を考慮してパイロット燃料ガスの燃焼量を適切な燃焼量に調整することができ、ボイラ１００を安全に利用できる。
　また、メイン燃料ガスの基準発熱量と第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量との差に応じて、パイロット燃料ガスの流量を調整しているため、基準発熱量が予め分かっているメイン燃料ガスをメインバーナの燃料として使用する場合に、メインバーナ３４の安定燃焼を効果的に実現しつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができる。
　また、ボイラ１００の排ガスに含まれる未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値を超えた場合に、ボイラ１００が燃焼不良状態にあると判断してパイロット燃料ガスの流量を増加させることにより、ボイラ１００の燃焼状態に応じた適切な量のパイロット燃料ガスをパイロットバーナ３６に供給することができる。したがって、メインバーナ３４の安定燃焼を図りつつパイロットバーナ３６に過剰な燃料を供給することを抑制することができる。
　また、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）が第１１閾値を超えた場合に、失火が生じる可能性を警告するためのアラーム信号を生成することにより、メイン燃料ガスの基準発熱量が予め分かっているメイン燃料ガスをメインバーナの燃料として使用する場合に、失火が生じる可能性を警告して適切な対処を促すことができる。
　また、マップ選択部４０によって選択したマップ毎の基準発熱量Ｑと第１分析器２０によって取得したメイン燃料ガスの発熱量Ｙ１との差（Ｑ－Ｙ１）が第１２閾値を超えた場合に、ボイラ１００の運転を停止するためのボイラ停止信号を生成することにより、基準発熱量が予め分かっているメイン燃料ガスをメインバーナの燃料として使用する場合にボイラ１００に安全上のトラブル等が生じることを回避することができる。
　幾つかの実施形態では、図９に示したバーナシステム４は、メイン燃料ガスの発熱量に基づいてパイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料ガスの流量を増加させる場合（例えば上記差（Ｑ－Ｙ１）が第１０閾値を超えた場合）に、図８を用いて説明した手法と同様の手法により、パイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料の流量を最適燃焼を実現する流量に対して過剰な流量まで増加させた後に、パイロットバーナ３６に供給する空気の流量を増加させ、パイロットバーナ３６に供給する燃料の流量を減少させてもよい。
　これにより、失火の可能性がある燃焼状態から最適燃焼状態に移行するためにパイロットバーナ３６の燃料の流量及び空気の流量を調整する過程において、燃焼状態の不安定化及び失火の発生を抑制することができる。
　本開示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、上述した実施形態では、不活性ガスの例としてＣＯ２を挙げたが、不活性ガスは、ＣＯ２に限らず、例えばＮ２やＡｒ、ヘリウム等の反応性の低い他のガスであってもよい。また、メイン燃料ガスは、複数種類の不活性ガスを含んでいてもよい。この場合、上記の不活性ガスの濃度に係る各閾値は不活性ガスの種類毎に設けられていてもよい。
　また、上述した実施形態では、第２分析器２２は、排ガス中の未燃の燃料成分の濃度及び燃焼不良の際に生じる成分の濃度を検出したが、排ガス中の未燃の燃料成分の濃度を検出せずに未燃の燃料成分の濃度のみを検出してもよいし、排ガス中の燃焼不良の際に生じる成分の濃度を検出せずに排ガス中の未燃の燃料成分の濃度のみを検出してもよい。流量調整装置６０は、排ガス中の未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度に応じて、パイロットバーナ３６に供給するパイロット燃料ガスの流量を調整すればよい。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
　（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るに係るバーナシステム（例えば上述のバーナシステム４）は、
　不活性ガス（例えば上述のＣＯ２、Ｎ２、Ａｒ等）を含む第１燃料ガス（例えば上述のメイン燃料ガス）が供給されるメインバーナ（例えば上述のメインバーナ３４）と、
　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナ（例えば上述のパイロットバーナ３６）と、
　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報（例えば上述の不活性ガスの濃度又は第１燃料ガスの発熱量）を取得するように構成された第１分析部と、
　前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス（例えば上述のパイロット燃料ガス）及び空気の流量を調整するように構成された流量調整装置（例えば上述の流量調整装置６０）と、
　を備える。   
　上記（１）に記載のバーナシステムによれば、第１分析器によって取得した第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、パイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量及び空気の流量を自動で調整してパイロットバーナの燃焼量を調整している。これにより、メインバーナの燃焼不良の発生を抑制して安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを抑制することができる。このため、第１燃料ガスの組成が変化しても、オペレータの技量によらず、第１燃料ガスの組成の変化を考慮して第２燃料ガスの燃焼量を適切な燃焼量に調整することができ、ボイラを安全に利用できる。
　（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を増加させる場合に、前記第２燃料ガスの流量を最適燃焼を実現する流量（例えば上述の範囲Ｓ１内の流量）に対して過剰な流量（例えば上述の範囲Ｓ２内の流量）まで増加させた後に、前記パイロットバーナに供給する空気の流量を増加させ、前記第２燃料ガスの流量を減少させるように構成される。
　本願発明者の知見によれば、失火の可能性がある燃焼状態から第２燃料ガスの流量と空気の流量を同時に変更すると、燃焼状態が不安定となり失火が発生する恐れがあった。これに対し、上記（２）に記載のバーナシステムでは、第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいてパイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量を増加させるに際し、第２燃料ガスの流量を最適燃焼状態を実現する流量に対して一時的に過剰な流量まで増加させた後に、パイロットバーナに供給する空気の流量を増加させて、第２燃料の流量を減少させることにより、第２燃料ガスの流量を最適燃焼状態を実現する流量に制御している。これにより、失火の可能性がある燃焼状態から最適燃焼状態に移行するためにパイロットバーナに供給する第２燃料の流量及び空気の流量を調整する過程において、燃焼状態の不安定化及び失火の発生を抑制することができる。
　（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記第１分析部は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報として、前記不活性ガスの濃度を取得するように構成され、
　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度に基づいて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成される。
　上記（３）に記載のバーナシステムによれば、第１燃料ガスに含まれる不活性ガスの濃度に基づいてパイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量を調整するため、第１燃料ガスの不活性ガスの濃度が変化しても、不活性ガスの濃度の変化を考慮して第２燃料ガスの流量を適切な流量に調整することができる。これにより、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを効果的に抑制することができる。
　（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度と基準濃度との差（例えば上述の差（Ｘ１－Ｃ））に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成される。
　上記（４）に記載のバーナシステムによれば、メイン燃料ガスに含まれるＣＯ２の濃度と基準濃度との差に応じて、パイロット燃料ガスの流量を調整しているため、ＣＯ２の基準濃度が定められた第１燃料ガスをメインバーナの燃料として使用する場合に、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料ガスを供給することを抑制することができる。
　（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度と基準濃度との差が閾値（例えば上述の第４閾値又は第７閾値）を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ信号を生成するように構成される。
　上記（５）に記載のバーナシステムによれば、アラーム信号を生成する場合にはアラーム信号に基づく適切な対処を促すことができ、ボイラ停止信号を生成する場合にはボイラに安全上のトラブル等が生じることを回避することができる。
　（６）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記第１分析部は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報として、前記第１燃料ガスの発熱量を取得するように構成され、
　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量に基づいて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成される。
　上記（６）に記載のバーナシステムによれば、第１燃料ガスの発熱量に基づいてパイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量を調整するため、第１燃料ガスの発熱量が変化しても、該発熱量の変化を考慮して第２燃料ガスの流量を適切な流量に調整することができる。これにより、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを効果的に抑制することができる。
　（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの基準発熱量と前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量との差（例えば上述の差（Ｑ－Ｙ１）に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成される。
　上記（７）に記載のバーナシステムによれば、第１燃料ガスの基準発熱量と第１分析部によって取得した第１燃料ガスの発熱量との差に応じて第２燃料ガスの流量を調整しているため、基準発熱量が定められた第１燃料ガスをメインバーナの燃料として使用する場合に、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料ガスを供給することを抑制することができる。
　（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの基準発熱量と前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量との差が閾値（例えば上述の第１１閾値又は第１２閾値）を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ停止信号を生成するように構成される。
　上記（８）に記載のバーナシステムによれば、アラーム信号を生成する場合にはアラーム信号に基づく適切な対処を促すことができ、ボイラ停止信号を生成する場合にはボイラに安全上のトラブル等が生じることを回避することができる。
　（９）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のバーナシステムにおいて、
　ボイラの排ガスを分析して前記排ガス中の未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度を検出するように構成された第２分析部を更に備え、
　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって検出した前記少なくとも一方の濃度に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成される。
　上記（９）に記載のバーナシステムによれば、排ガス中の未燃の燃料成分の濃度及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方に基づいてパイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量を調整するため、ボイラの燃焼状態が変化しても、排ガス中の未燃の燃料成分の濃度及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の変化を考慮して第２燃料ガスの流量を適切な流量に調整することができる。これにより、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを効果的に抑制することができる。
　（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって検出した前記少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値（例えば上述の第２閾値又は第３閾値）を超えた場合に、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を増加させるように構成される。
　上記（１０）に記載のバーナシステムによれば、ボイラの排ガスに含まれる未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値を超えた場合にボイラが燃焼不良状態にあると判断してパイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量を増加させることにより、ボイラの燃焼状態に応じた適切な量の第２燃料ガスをパイロットバーナに供給することができる。したがって、メインバーナの安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを抑制することができる。
　（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって取得した前記少なくとも一方の濃度が前記成分毎の閾値よりも大きい他の閾値（例えば上述の第５閾値、第６閾値、第８閾値又は第９閾値）を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ停止信号を生成するように構成される。
　上記（１１）に記載のバーナシステムによれば、アラーム信号を生成する場合にはアラーム信号に基づく適切な対処を促すことができ、ボイラ停止信号を生成する場合にはボイラに安全上のトラブル等が生じることを回避することができる。
　（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかに記載のバーナシステムにおいて、
　前記流量調整装置は、前記パイロットバーナが停止した場合に、前記メインバーナへの前記第１燃料ガスの供給を停止させるように構成される。
　上記（１２）に記載のバーナシステムによれば、不活性ガスは単体では自燃できないため、メインバーナとパイロットバーナは同時に燃焼させる必要がある。このため、何らかの原因でパイロットバーナが失火する場合には、上記（１２）に記載のようにメインバーナへの第１燃料ガスの供給を停止させることが望ましい。
　（１３）本開示の少なくとも一実施形態に係るバーナシステム（例えば上述のバーナシステム４）の燃焼制御方法は、
　不活性ガス（例えば上述のＣＯ２又はＮ２）を含む第１燃料ガス（例えば上述のメイン燃料ガス）が供給されるメインバーナ（例えば上述のメインバーナ３４）と、
　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナ（例えば上述のパイロットバーナ３６）と、
　を備えるバーナシステムの燃焼制御方法であって、
　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報（例えば上述の不活性ガスの濃度又は第１燃料ガスの発熱量）を取得する分析ステップと、
　前記分析ステップによって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス（例えば上述のパイロット燃料ガス）の流量を調整する流量調整ステップと、
　を備える。
　上記（１３）に記載のバーナシステムによれば、分析ステップによって取得した第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、パイロットバーナに供給する第２燃料ガスの流量及び空気の流量を自動で調整してパイロットバーナの燃焼量を調整している。これにより、メインバーナの燃焼不良の発生を抑制して安定燃焼を図りつつパイロットバーナに過剰な燃料を供給することを抑制することができる。このため、第１燃料ガスの組成が変化しても、オペレータの技量によらず、第１燃料ガスの組成の変化を考慮して第２燃料ガスの燃焼量を適切な燃焼量に調整することができ、ボイラを安全に利用できる。
２　火炉
４　バーナシステム
６　バーナ装置
８　メイン燃料ライン
１０　空気ライン
１２　パイロット燃料ライン
１３　排気ライン
１４　流量制御弁
１５　流量計
１６　ファン
１８　流量制御弁
１９　流量計
２０　第１分析器
２２　第２分析器
２４　燃焼制御装置
２６　風箱
２８　メインガスノズル
２９　空気流路
３０　パイロットガスノズル
３１　空気流路
３２　スワラ
３４　メインバーナ
３６　パイロットバーナ
４０　マップ選択部
４２　記憶部
４４　パイロット目標流量演算部
４６　ＰＩＤ制御部
４８　メイン目標流量演算部
５０　ＰＩＤ制御部
５２　アラーム信号生成部
５４　ボイラ停止信号生成部
６０　流量調整装置
７２　プロセッサ
７４　ＲＡＭ
７６　ＲＯＭ
７８　ＨＤＤ
８０　入力Ｉ／Ｆ
８２　出力Ｉ／Ｆ
８４　バス
１００　ボイラ

Claims (13)

  1. 　不活性ガスを含む第１燃料ガスが供給されるメインバーナと、
    　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナと、
    　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報を取得するように構成された第１分析部と、
    　前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス及び空気の流量を調整するように構成された流量調整装置と、
    　を備える、バーナシステム。
  2. 　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を増加させる場合に、前記第２燃料ガスの流量を最適燃焼を実現する流量に対して過剰な流量まで増加させた後に、前記パイロットバーナに供給する空気の流量を増加させ、前記第２燃料ガスの流量を減少させるように構成された、請求項１に記載のバーナシステム。
  3. 　前記第１分析部は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報として、前記不活性ガスの濃度を取得するように構成され、
    　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度に基づいて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成された、請求項１又は２に記載のバーナシステム。
  4. 　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度と基準濃度との差に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成された、請求項３に記載のバーナシステム。
  5. 　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記不活性ガスの濃度と基準濃度との差が閾値を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ信号を生成するように構成された、請求項４に記載のバーナシステム。
  6. 　前記第１分析部は、前記第１燃料ガスの成分に関する情報として、前記第１燃料ガスの発熱量を取得するように構成され、
    　前記流量調整装置は、前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量に基づいて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成された、請求項１又は２に記載のバーナシステム。
  7. 　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの基準発熱量と前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量との差に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成された、請求項６に記載のバーナシステム。
  8. 　前記流量調整装置は、前記第１燃料ガスの基準発熱量と前記第１分析部によって取得した前記第１燃料ガスの発熱量との差が閾値を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ停止信号を生成するように構成された、請求項７に記載のバーナシステム。
  9. 　ボイラの排ガスを分析して前記排ガス中の未燃の燃料成分及び燃焼不良の際に生じる成分の少なくとも一方の濃度を検出するように構成された第２分析部を更に備え、
    　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって検出した前記少なくとも一方の濃度に応じて、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整するように構成された、請求項１又は２に記載のバーナシステム。
  10. 　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって検出した前記少なくとも一方の濃度が成分毎の閾値を超えた場合に、前記パイロットバーナに供給する前記第２燃料ガスの流量を増加させるように構成された、請求項９に記載のバーナシステム。
  11. 　前記流量調整装置は、前記第２分析部によって取得した前記少なくとも一方の濃度が前記成分毎の閾値よりも大きい他の閾値を超えた場合に、アラーム信号又はボイラの運転を停止するためのボイラ停止信号を生成するように構成された、請求項１０に記載のバーナシステム。
  12. 　前記流量調整装置は、前記パイロットバーナが停止した場合に、前記メインバーナへの前記第１燃料ガスの供給を停止させるように構成された、請求項１に記載のバーナシステム。
  13. 　不活性ガスを含む第１燃料ガスが供給されるメインバーナと、
    　前記メインバーナの火炎を保炎するためのパイロットバーナと、
    　を備えるバーナシステムの燃焼制御方法であって、
    　前記メインバーナに供給される前記第１燃料ガスを分析して前記第１燃料ガスの成分に関する情報を取得する分析ステップと、
    　前記分析ステップによって取得した前記第１燃料ガスの成分に関する情報に基づいて、前記パイロットバーナに供給する第２燃料ガス及び空気の流量を調整する流量調整ステップと、
    　を備える、バーナシステムの燃焼制御方法。
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