特許 6409382 ボイラ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6409382

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】ボイラ装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 1/02 20060101AFI20181015BHJP

   F23N 5/18 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   F23N1/02 104Z

   F23N5/18 101A

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-145441(P2014-145441)

(22)【出願日】2014年7月15日

(65)【公開番号】特開2016-20794(P2016-20794A)

(43)【公開日】2016年2月4日

【審査請求日】2017年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】久野 兼資

(72)【発明者】

【氏名】西村 啓二

(72)【発明者】

【氏名】伊東 航

(72)【発明者】

【氏名】大西 孝明

【審査官】 渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５０２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０２３８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９２３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０７００２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１６９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５７５５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｎ １／０２

Ｆ２３Ｎ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラと、
前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、
前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、
前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、
空気比を検知する空気比検知部と、
前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に対応する制御値を設定する制御値設定部と、
前記空気比検知部によって検知された測定値が第１範囲にあるか否かを判定する範囲判定部と、
前記範囲判定部によって前記第１範囲にないと判定された前記測定値に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、
前記制御値に基づいて前記燃料ガスの前記流量調整弁を制御し、前記補正値が設定されている場合は前記補正値を加えた前記制御値に基づいて前記燃料ガスの前記流量調整弁を制御する流量制御部と、
前記補正値が設定された状態で前記範囲判定部によって前記測定値が前記第１範囲にないと判定された場合は、当該測定値に基づいて前記補正値を更新する補正値更新部と、
を備えるボイラ装置。

【請求項2】

前記燃料ガスの燃焼によって生じる排ガスを前記ボイラから排出する排ガス排出部を更に備え、
前記空気比検知部は、前記排ガス排出部に配置され、前記排ガスの酸素濃度を検知する酸素濃度検知部である請求項１に記載のボイラ装置。

【請求項3】

前記空気比検知部は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの質量流量の変動を検知する請求項１に記載のボイラ装置。

【請求項4】

前記空気比検知部は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの熱量を検知する熱量検知部である請求項１に記載のボイラ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ装置に関する。より詳細には、燃焼用空気の供給量に応じた燃料ガスが供給されるように、燃料供給ラインの流量調整弁を制御するボイラ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、燃料ガスと燃焼用空気を所定の割合で混合した混合気を燃焼させて水を加熱し、蒸気を発生させるボイラ装置が知られている。この種のボイラ装置では、理論空気量とボイラに供給される空気量との比である空気比が一定になるように、燃焼用空気の供給量に応じて燃料ガスの流量を流量調整弁によって調整している。このような空気比を一定にする制御を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、燃焼用空気の供給量の変動に合わせて燃料ガスの制御弁を調整して空気比を一定にする予混合式ガスバーナの燃料ガス量制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−１０８３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、環境意識の高まりからＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）が燃料ガスとして広く普及している。ＬＮＧを供給する方法の１つとして、ＬＮＧを液体のまま輸送し、ＬＮＧを使用する供給先で気化して用いるいわゆるＬＮＧサテライト供給がある。ＬＮＧサテライト供給は、導入コストを抑えることができ、様々な分野で用いられているものの、パイプラインを通じて燃料ガスを輸送する方法に比べて燃料ガスが外部環境等の影響を受け易い傾向があった。

【0005】

外部環境等の影響によってボイラ装置に供給される燃料ガスの流量が変動した場合、空気比が所定の範囲から外れるおそれがある。例えば、温度変動や圧力変動によって質量流量に変動が生じたり、ＬＮＧを気化する過程で生じた成分変動によって燃料ガスの熱量が変化したりした場合は、燃焼に必要な空気量（理論空気量）が変化するため、空気比に変動が生じてしまい、燃焼効率の低下や不完全燃焼の原因になるおそれがある。一方、空気比の変動がボイラ装置の許容できる範囲で生じている場合は、特に空気比の調整を行う必要がない。従来のボイラ装置は、燃焼用空気の流量に応じて設定される開度に基づいて流量調整弁を制御しているため、空気比の変動が十分に考慮されているとは言い難く、空気比の変動が許容できない範囲になった場合の対処方法に改善の余地があった。

【0006】

本発明は、空気比の変動が許容できない範囲になった場合でも、流量調整弁の開度の調整によって空気比を許容できる範囲に維持できるボイラ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ボイラと、前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、空気比を検知する空気比検知部と、前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に対応する制御値を設定する制御値設定部と、前記空気比検知部によって検知された測定値が第１範囲にあるか否かを判定する範囲判定部と、前記範囲判定部によって前記第１範囲にないと判定された前記測定値に基づいて補正値を設定する補正値設定部と、前記制御値に基づいて前記流量調整弁を制御し、前記補正値が設定されている場合は前記補正値を加えた前記制御値に基づいて前記流量調整弁を制御する流量制御部と、前記補正値が設定された状態で前記範囲判定部によって前記測定値が前記第１範囲にないと判定された場合は、当該測定値に基づいて前記補正値を更新する補正値更新部と、を備えるボイラ装置に関する。

【0008】

前記ボイラ装置は、前記燃料ガスの燃焼によって生じる排ガスを前記ボイラから排出する排ガス排出部を更に備え、前記空気比検知部は、前記排ガス排出部に配置され、前記排ガスの酸素濃度を検知する酸素濃度検知部であることが好ましい。

【0009】

前記空気比検知部は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの質量流量の変動を検知することが好ましい。

【0010】

前記空気比検知部は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの熱量を検知する熱量検知部であることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明のボイラ装置によれば、空気比の変動が許容できない範囲になった場合でも、流量調整弁の開度の調整によって空気比を許容できる範囲に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のボイラ装置の一実施形態を模式的に示す図である。

【図2】燃料ガスの質量流量と排ガス中の酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図3】第１実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。

【図4】第１実施形態の流量調整弁の開度を制御する処理を示すフローチャートである。

【図5】第３実施形態のボイラ装置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態のボイラ装置１は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器（図示省略）に蒸気を供給するものである。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

【0014】

図１に示すように、ボイラ装置１は、ボイラ２と、ボイラ２に燃焼用空気を送り込む送風機２０と、ボイラ２と送風機２０とを接続し燃焼用空気が流通する空気供給ラインとしての給気ダクト３０と、給気ダクト３０に配置されるダンパ３１と、燃焼用空気減圧部材としてのパンチングメタル３２と、空気流量検知部としてのエア差圧センサ３３と、ボイラ２から排出される燃焼ガス（排ガス）が流通する排ガス排出部としての排気筒８０と、ボイラ２に燃料ガスを供給する燃料供給部５０と、ボイラ２に水を供給する給水路（図示省略）と、燃料ガスや燃焼用空気の供給量等を制御する制御装置７０と、を備える。

【0015】

ボイラ２は、缶体１０によって構成され、缶体１０は、ボイラ筐体１１と、複数の水管１２と、下部ヘッダ１３と、上部ヘッダ１４と、バーナ１５と、を備える。

【0016】

ボイラ筐体１１は、缶体１０の外形を構成し、平面視矩形形状の直方体状に形成される。このボイラ筐体１１の長手方向の一端側に位置する第１側面１１ａには、給気口１６が形成され、ボイラ筐体１１の長手方向の他端側に位置する第２側面１１ｂには、排気口１７が形成される。

【0017】

複数の水管１２は、ボイラ筐体１１の内部に上下方向に延びて配置されると共に、ボイラ筐体１１の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。

【0018】

下部ヘッダ１３は、ボイラ筐体１１の下部に配置される。下部ヘッダ１３には、複数の水管１２の下端部が接続される。上部ヘッダ１４は、ボイラ筐体１１の上部に配置される。上部ヘッダ１４には、複数の水管１２の上端部が接続される。

【0019】

バーナ１５は、給気口１６に配置される。バーナ１５によって燃料ガスと燃焼用空気との混合気が燃焼し、水管１２の水が加熱されて蒸気が発生する。

【0020】

送風機２０は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体２１と、ファン（モータ）の回転数を増減させるインバータ２２と、を備える。送風機２０は、インバータ２２に入力される周波数に応じて、ファンが所定の回転数で回転することで、缶体１０に燃焼用空気を送り込む。

【0021】

本実施形態では、負荷機器（図示省略）から要求される要求負荷に応じて燃焼用空気の流量が設定される。送風機２０は、設定された燃料用空気の流量になるように制御装置７０によってインバータ２２を介して制御される。

【0022】

給気ダクト３０は、ボイラ２に燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインである。給気ダクト３０は、上流側の端部が送風機２０に接続され、下流側の端部が給気口１６に接続される。給気ダクト３０は、送風機２０から送り込まれた燃焼用空気を缶体１０に供給する。

【0023】

ダンパ３１は、給気ダクト３０の内部の燃焼用空気の流路を塞いだ閉状態と、この閉状態から９０度回転し、給気ダクト３０の内部の燃焼用空気の流路を開放した開状態との間で回転可能に配置される。

【0024】

パンチングメタル３２は、複数の貫通孔が形成された金属板であり、流通する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材である。パンチングメタル３２は、給気ダクト３０の内部のダンパ３１の下流側に配置される。このパンチングメタル３２によって、ダンパ３１を通って給気ダクト３０まで流れてきた燃焼用空気は減圧される。

【0025】

エア差圧センサ３３は、燃焼用空気の流量を検知するための空気流量検知部である。エア差圧センサ３３は、パンチングメタル３２の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する。燃料用空気の流量は、この差圧情報に基づいて算出される。また、エア差圧センサ３３は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０はエア差圧センサ３３によって検知されたエア差圧情報を取得する。

【0026】

排気筒８０は、基端側が缶体１０（ボイラ筐体１１に形成された排気口１７）に接続され、筒状に形成される。この排気筒８０を通じて缶体１０で発生した燃焼ガス（排ガス）が缶体１０の外部に排出される。

【0027】

本実施形態の排気筒８０の内部には、空気比検知部としてのＯ_２センサ８１が配置されている。Ｏ_２センサ８１は、排ガスの酸素濃度を検知する酸素濃度検知部である。Ｏ_２センサ８１は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０はＯ_２センサ８１の測定値に基づいて排ガスの酸素濃度を取得する。

【0028】

次に、ボイラ２に燃料を供給する燃料供給部５０について説明する。燃料供給部５０は、燃料供給ライン５１と、燃料ガス流量計５２と、開閉弁５４と、ガバナ５５と、流量調整弁５６と、燃料ガス温度センサ５７と、燃料ガス圧力センサ５８と、オリフィス５９と、燃料ガス差圧センサ６０と、ノズル６１と、を備える。

【0029】

燃料供給ライン５１は、その上流側が燃料供給源（図示両略）に接続され、その下流側が給気ダクト３０に接続される。燃料供給ライン５１の下流側の端部は、給気ダクト３０におけるダンパ３１が配置された位置よりも下流側に接続される。本実施形態では、燃料供給ライン５１によって流通する燃料ガスはＬＮＧである。ＬＮＧサテライト供給によってＬＮＧ貯蔵施設に貯蔵されたＬＮＧを気化したものが燃料供給ライン５１に供給されている。

【0030】

燃料ガス流量計５２は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの流量を測定する。本実施形態の燃料ガス流量計５２は、燃料供給ライン５１の最も上流側に配置されている。燃料ガス流量計５２は、制御装置７０に電気的に接続されている。制御装置７０は燃料ガス流量計５２の測定値に基づいて燃料ガスの流量を取得する。

【0031】

開閉弁５４は、燃料供給ライン５１を開放又は閉止し、燃料ガスの供給及び停止を行う。本実施形態の開閉弁５４は、燃料供給ライン５１における燃料ガス流量計５２の下流側に配置される。

【0032】

ガバナ５５は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの圧力が瞬間的に大きくなる場合等の急激な圧力変動を抑制するための調圧手段である。本実施形態のガバナ５５は、燃料供給ライン５１における開閉弁５４の下流側に配置される。

【0033】

流量調整弁５６は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの流量を調整するものである。流量調整弁５６は、開度を調整可能に構成される。本実施形態の流量調整弁５６は、燃料供給ライン５１におけるガバナ５５の下流側に配置される。流量調整弁５６は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０が流量調整弁５６の開度を調節可能になっている。

【0034】

燃料ガス温度センサ５７は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの温度を流量調整弁５６の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス温度センサ５７は、燃料供給ライン５１における流量調整弁５６の下流側に配置される。燃料ガス温度センサ５７は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス温度センサ５７の温度情報を取得する。

【0035】

燃料ガス圧力センサ５８は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの圧力を流量調整弁５６の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス圧力センサ５８は、燃料供給ライン５１における燃料ガス温度センサ５７の下流側に配置される。燃料ガス圧力センサ５８は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス圧力センサ５８の圧力情報を取得する。

【0036】

オリフィス５９は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材である。本実施形態のオリフィス５９は、燃料供給ライン５１における燃料ガス圧力センサ５８の下流側に配置される。

【0037】

燃料ガス差圧センサ６０は、燃料ガスの流量を検知するための燃料ガス流量検知部である。オリフィス５９の上流側と下流側の圧力の差圧を検知する。流量調整弁５６の下流側での燃料ガスの流量は、この燃料ガス差圧情報に基づいて算出される。燃料ガス差圧センサ６０は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス差圧情報を取得する。

【0038】

ノズル６１は、燃料供給ライン５１の下流側の端部に配置され、給気ダクト３０への燃料ガスの噴出を行う。ノズル６１から噴出された燃料ガスは、送風機２０によって送られてきた燃焼用空気と混合され、この混合された混合気がバーナ１５によって燃焼する。

【0039】

このように、燃料供給部５０は、燃料供給ライン５１を通じて燃料ガスを適切な流量でボイラ２（缶体１０）に供給可能になっている。

【0040】

制御装置７０について説明する。制御装置７０は、電気的に接続される各センサからの信号に基づいて流量調整弁５６や送風機２０の制御を行う。制御装置７０は、燃焼用空気の流量及び燃料ガスの流量を調整するための各種の制御を行う制御部７１と、各種の情報が記憶される記憶部７２と、を備える。

【0041】

第１実施形態の制御装置７０は、空気比を想定される所定範囲に維持するために、排ガスの酸素濃度を参照して流量調整弁５６の制御を行う。まず、図２を参照して、燃料ガスの質量流量の変化と燃焼率の関係について説明する。図２は、燃料ガスの質量流量と排ガスの酸素濃度との関係を示すグラフである。図２では、試算条件を設定し、燃料ガスの温度変化による質量流量の変化と、燃焼率を示す排ガスの酸素濃度の割合が算出されている。なお、燃料ガスの圧力は一定として考える。

【0042】

図２に示すように、燃料ガスに温度変化が生じると、燃料ガスの体積が変化し、質量流量が変化する。燃料ガスの温度が上昇した場合は燃料ガスの体積が大きくなるので燃料ガスの質量流量は小さくなり、燃料ガスの温度が下降した場合は体積が小さくなるので燃料ガスの質量流量は大きくなる。このような質量流量の変動が生じると、たとえ体積流量が一定であっても燃料ガスの燃焼に必要な燃焼用空気の理論空気量が変化し、空気比が変動する。図２に示すように、燃料ガスの質量流量が小さくなれば空気比が大きくなって排ガス中のＯ_２濃度は高くなり、その一方、燃料ガスの質量流量が大きくなれば空気比が小さくなって排ガス中のＯ_２濃度は低くなる。空気比は、燃焼を適切に行うためにボイラ装置１に設定されている値であり、空気比を一定に制御できなければ、過剰空気による熱損失が生じて燃焼効率が低下してしまったり、不完全燃焼によるエネルギー損失が大きくなってしまったりするおそれがある。

【0043】

そこで、本実施形態の制御装置７０は、空気比が適切な範囲にあるか否かを排ガスの酸素濃度に基づいて判定し、空気比が適切な範囲にある場合は通常の制御を行い、空気比が適切な範囲外になると、空気比の状況に応じて流量調整弁の開度を調整する制御を行う構成とした。次に、第１実施形態のボイラ装置１が備える制御部７１の詳細な構成について説明する。図３は、制御部７１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、第１実施形態の制御部７１は、制御値設定部９１と、範囲判定部９６と、補正値設定部９７と、補正値更新部９８と、流量制御部９９と、を備える。

【0044】

制御値設定部９１は、流量調整弁５６の開度を示す開度値を設定する。開度値は、所定条件における燃焼用空気の流量に対する燃料ガスの流量を決めるための流量調整弁５６の制御値である。ここでいう所定条件とは、燃料ガスの組成に基づく基準熱量及び空気比等の予め設定される諸条件であり、燃料ガスがこの所定条件にあるものとして開度値は設定される。記憶部７２には、所定条件における燃焼用空気の流量に対応する開度値を設定する関数式又はデータテーブル等が記憶されている。

【0045】

範囲判定部９６は、空気比に基づいて開度値を補正するか否かを判定する。本実施形態では、Ｏ_２センサ８１によって取得される排ガスの酸素濃度が空気比の状態を検知する指標として用いられる。記憶部７２には、開度値を補正する判定条件が記憶されている。判定条件は、Ｏ_２センサ８１によって取得される酸素濃度が所定濃度範囲（第１範囲）にあるか否かである。この所定濃度範囲は、空気比に基づいて予め設定されており、酸素濃度がこの所定濃度範囲内にある場合は、空気比が想定されている範囲内にあると考えることができる。なお、この空気比が想定されている範囲とは、空気比の変動が許容される範囲ともいえる。

【0046】

補正値設定部９７は、開度値を補正するための補正値を設定する。補正値は、範囲判定部９６によって所定濃度範囲から外れたと判定されたときの酸素濃度に基づいて設定される。例えば、Ｏ_２センサ８１によって取得される酸素濃度が所定濃度範囲の上限を上回ったことが検知された場合は、燃料ガスの流量が大きくなる補正が行われるように補正値を設定する。同様に、所定濃度範囲の下限を下回ったことが検知された場合は、燃料ガスの流量が小さくなる補正が行われるように補正値を設定する。記憶部７２には、所定濃度範囲から外れたときの酸素濃度に基づいて補正値を算出するための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。例えば、補正値は、所定濃度範囲との上限又は下限と検知された酸素濃度との差に基づいて求めることができる。

【0047】

補正値更新部９８は、空気比の状況に基づいて補正値設定部９７に設定された補正値を更新する。本実施形態では、補正値が設定されている状態で、Ｏ_２センサ８１によって取得される排ガスの酸素濃度が所定濃度範囲内にない場合に、補正値が更新される。補正値の更新は、所定濃度範囲外になった酸素濃度に基づいて行われる。更新処理は、例えば、更新前の補正値（設定されている補正値）を参照し、この参照した補正値と、所定濃度範囲外の酸素濃度と、に基づいて目標の開度になるように更新用の補正値を算出する。補正値設定部９７による補正値の設定処理と同様に、補正値更新部９８は、酸素濃度が所定濃度範囲の上限を上回った場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように補正値を更新し、所定濃度範囲の下限を下回った場合は、燃料ガスの流量が小さくなるように補正値を更新する。記憶部７２には、酸素濃度等に基づいて補正値を更新するための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。

【0048】

流量制御部９９は、開度値に基づいて流量調整弁５６の開度の制御を行う。本実施形態の流量制御部９９は、補正値が設定されている場合は、該補正値を加えた開度値に基づいて流量調整弁５６の制御を行う。なお、ここでいう補正値を加えるとは、加減乗除を含むものであり、開度値に対して補正値を足したり、掛けたりすることも補正値を開度に加えることに含まれる。

【0049】

次に、第１実施形態における流量調整弁５６の開度の制御について図４を参照して説明する。図４は、第１実施形態の流量調整弁５６の開度を制御する処理を示すフローチャートである。

【0050】

流量調整弁５６の制御が開始されると、制御値設定部９１は、エア差圧センサ３３の検知信号に基づいて算出された燃焼用空気の流量を取得する（Ｓ１０１）。制御値設定部９１は、取得した燃焼用空気の流量に対応する開度値を記憶部７２から設定する（Ｓ１０２）。範囲判定部９６は、Ｏ_２センサ８１によって検知された測定値に基づいて排ガスの酸素濃度を取得し（Ｓ１０３）、排ガスの酸素濃度が所定濃度範囲内か否かを判定する（Ｓ１０４）。

【0051】

Ｓ１０４の処理で、排ガスの酸素濃度が所定濃度範囲内と判定された場合は、流量制御部９９が制御値設定部９１に設定された開度値に基づいて流量調整弁５６の開度を制御する（Ｓ１０６）。この場合、開度値に対して補正値は加えられない。Ｓ１０４の処理で、排ガスの酸素濃度が所定濃度範囲外と判定された場合は、補正値設定部９７によって補正値が設定される（Ｓ１０５）。この補正値は、Ｓ１０４の処理で所定濃度範囲外と判定された酸素濃度に基づいて設定される。

【0052】

流量制御部９９は、制御値設定部９１によって燃焼用空気の流量に応じて設定された開度値に基づいて流量調整弁５６の開度を制御する（Ｓ１０６）。Ｓ１０５の処理で補正値が設定されている場合は、この補正値が加えられた開度値に基づいて流量調整弁５６が制御される。上述のように、Ｓ１０４の処理で酸素濃度が所定濃度範囲内にあると判定された場合は、補正値が加えられることなく、制御値設定部９１で設定された開度値に基づいて流量調整弁５６の開度が制御される（Ｓ１０６）。

【0053】

範囲判定部９６は、Ｓ１０６の処理の後もＯ_２センサ８１の測定値に基づいて酸素濃度を取得し、所定濃度範囲内か否かを監視する（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。範囲判定部９６は、取得した酸素濃度が所定濃度範囲内にある場合はＳ１０６の処理に戻る。この場合、補正値は更新されない。即ち、補正値が設定された後に検知される酸素濃度が所定濃度範囲内にある限り、補正値は更新されないことになる。一方、Ｓ１０８の処理で、酸素濃度が所定濃度範囲外と判定された場合は、補正値が新たなものに更新される（Ｓ１０９）。この補正値は、Ｓ１０８の処理で所定濃度範囲外となった酸素濃度に基づいて更新され、Ｓ１０６の処理に移行する。Ｓ１０６の処理では、Ｓ１０９の処理で更新された補正値に基づいて流量調整弁５６の開度が制御される。本実施形態では、Ｓ１０６からＳ１０９の処理は繰り返され、補正値は酸素濃度が所定濃度範囲外になるタイミングで更新される。なお、燃焼用空気の流量が変化し、開度値を変更する必要が生じた場合は開度値の設定が新たに行われ、新たに設定された開度値に基づいて上述の処理が行われて流量調整弁５６の開度が制御される。また、この図４を参照して説明した一連の処理は、ボイラ２の運転停止等、適宜のタイミングで終了し、再スタートされる。

【0054】

以上の処理により、燃焼状況に応じて流量調整弁５６の開度が制御される。流量調整弁５６によって適切な流量に調整された燃料ガスは、燃料供給ライン５１を介して給気ダクト３０に送られる。給気ダクト３０の内部にノズル６１を介して供給された燃料ガスは、送風機２０により給気ダクト３０に送り込まれた燃焼用空気と混合される。燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスは、バーナ１５から缶体１０の内部に噴出され、燃焼される。本実施形態では、質量変動や熱量変動等によって空気比が想定されている範囲から外れた場合でも補正値によって開度値が補正されて流量調整弁５６の開度が適切に調整されるので、ＬＮＧサテライト供給のような外部環境の影響を受けやすい場合でも、安定的なボイラ２の稼動を実現できる。また、補正値は、酸素濃度が所定濃度範囲外になった場合は更新されるので、現実の空気比の状況にも応答性良く対応することができる。

【0055】

そして、バーナ１５による混合ガスの燃焼に伴って発生する熱により、下部ヘッダ１３から複数の水管１２の内部に供給された水が加熱され、蒸気が生成される。複数の水管１２の内部において生成された蒸気は、上部ヘッダ１４に集合された後、蒸気導出管（図示省略）を介して外部に導出され、負荷機器（図示省略）に供給される。また、混合ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排気筒８０から外部に排出される。

【0056】

以上説明した第１実施形態のボイラ装置１によれば、以下のような効果を奏する。

【0057】

第１実施形態のボイラ装置１は、エア差圧センサ３３によって検知された燃焼用空気の流量に対応する開度値（制御値）を設定する制御値設定部９１と、Ｏ_２センサ８１によって検知された測定値が所定濃度範囲（第１範囲）にあるか否かを判定する範囲判定部９６と、範囲判定部９６によって所定濃度範囲にないと判定された測定値に基づいて補正値を設定する補正値設定部９７と、開度値に基づいて流量調整弁５６を制御し、補正値が設定されている場合は補正値を加えた制御値に基づいて流量調整弁５６を制御する流量制御部９９と、補正値が設定された状態で範囲判定部９６によって測定値が所定濃度範囲にないと判定された場合は、当該測定値に基づいて補正値を更新する補正値更新部９８と、を備える。

【0058】

これにより、空気比が許容できない範囲に達したタイミングで、Ｏ_２センサ８１の測定値に基づいて流量調整弁５６の開度値に補正値が加えられ、空気比が一定の範囲に維持されるようになるので、空気比の変動に応じた精密な流量調整弁５６の制御が実現される。また、補正値は、所定濃度範囲を超えるタイミングで更新されるので、燃焼状況が変わった場合でも応答性良く空気比の制御を行うことができる。このように、開度値に加えられる補正値は、空気比が許容できない値に変化したタイミングで設定及び更新されるので、流量調整弁５６の開度を制御する処理を効率的かつ精度良く行うことができる。

【0059】

また、本実施形態のボイラ装置１は、燃料ガスの燃焼によって生じる排ガスをボイラ２から排出する排気筒８０を更に備え、空気比を検知するための空気比検知部は、排気筒８０に配置され、排ガスの酸素濃度を検知するＯ_２センサ８１である。

【0060】

これにより、排ガスの酸素濃度に基づいて流量調整弁５６の開度が制御されることになるので、ボイラ２での実際の燃焼状況に応じて燃料ガスを適切な流量でボイラ２に供給ででき、空気比の制御をより精密に行うことができる。

【0061】

次に、第２実施形態のボイラ装置について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。

【0062】

第２実施形態のボイラ装置は、質量流量の変動に基づいて空気比の変動を検知する点が第１実施形態の構成と異なる。第２実施形態の燃料ガス流量計５２は、質量流量を測定する質量流量計として構成されている。図３を参照して説明したように、質量流量の変動は、燃焼状況に影響を与えて空気比を変動させる。そこで、第２実施形態の制御部は、燃料ガス流量計５２によって検知される質量流量の変動に基づいて空気比の状況を検知する構成とした。

【0063】

第２実施形態の制御部は、燃料ガス流量計５２によって検知される質量流量を参照して流量調整弁５６の開度を調整する。記憶部７２には、補正値を設定するか否かを判定するための所定質量流量範囲が設定されている。所定質量流量範囲は、この所定質量流量範囲から外れた場合は空気比が想定される範囲から外れたと判断できるように、空気比と対応付けて設定される。

【0064】

範囲判定部９６が、燃料ガス流量計５２の測定値（質量流量）と、所定質量流量範囲と、を比較して、補正値を設定するか否かを判定する。そして、補正値設定部９７及び補正値更新部９８は所定質量流量範囲外となったときの質量流量に基づいて補正値の設定及び更新を行う。例えば、燃料ガス流量計５２によって取得された質量流量が所定質量流量範囲の上限を上回った場合は、燃料ガスの流量（体積流量）が小さくなるように補正値を設定又は更新する。同様に、燃料ガス流量計５２によって取得された質量流量が所定質量流量範囲の下限を下回った場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように補正値を設定又は更新する。このように、第２実施形態では、質量流量に基づいて空気比の状況を判断し、空気比の状況に応じた流量調整弁５６の制御が行われる。なお、第２実施形態のその他の構成及び制御については、第１実施形態と同様である。

【0065】

以上説明した第２実施形態のボイラ装置によれば、以下のような効果を奏する。

【0066】

第２実施形態のボイラ装置における空気比検知部は、燃料供給ライン５１に配置され、燃料ガスの質量流量の変動を検知する燃料ガス流量計５２である。これにより、質量流量の変動を原因とする空気比の変動の影響を抑制し、安定的かつ効率的な燃焼制御を実現できる。

【0067】

次に、第３実施形態のボイラ装置３０１について説明する。図５は、第３実施形態のボイラ装置３０１を模式的に示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。

【0068】

図５に示すように、第３実施形態のボイラ装置３０１は、第１実施形態の構成に加え、熱量検知部としてのカロリメータ５３を更に備える。第３実施形態のボイラ装置は、カロリメータ５３によって検知される熱量変動に基づいて空気比の変動を検知する点が第１実施形態の構成と異なる。燃焼用空気の供給量に対する燃料ガスの必要供給量は、基準熱量に基づいて設定されるため、熱量が変動すれば、燃焼用空気の供給量に対する燃料ガスの必要供給量も変動し、空気比が変動する。第３実施形態では、熱量変動を原因とする空気比の変動をカロリメータ５３の測定値に基づいて検知し、流量調整弁５６の制御に反映させる構成とした。

【0069】

第３実施形態の制御部３７１は、カロリメータ５３によって検知される熱量を参照して流量調整弁５６の開度を調整する。記憶部７２には、補正値を設定するか否かを判定するための所定熱量範囲が設定されている。所定熱量範囲は、この所定熱量範囲から外れた場合は空気比が想定される範囲から外れたと判断できるように、空気比と対応付けて設定される。

【0070】

範囲判定部９６が、カロリメータ５３の測定値（熱量）と、所定熱量範囲と、を比較して、補正値を設定するか否かを判定する。そして、補正値設定部９７及び補正値更新部９８は所定熱量範囲外となったときの熱量に基づいて補正値の設定及び更新を行う。例えば、カロリメータ５３によって取得された熱量が所定熱量範囲の上限を上回った場合は、燃料ガスの流量（体積流量）が小さくなるように補正値を設定又は更新する。同様に、カロリメータ５３によって取得された熱量が所定熱量範囲の下限を下回った場合は、燃料ガスの流量が大きくなるように補正値を設定又は更新する。このように、第３実施形態では、熱量に基づいて空気比の状況を判断し、空気比の状況に応じた流量調整弁５６の制御が行われる。なお、第３実施形態のその他の構成及び制御については、第１実施形態と同様である。

【0071】

以上説明した第３実施形態のボイラ装置３０１によれば、以下のような効果を奏する。

【0072】

第３実施形態のボイラ装置３０１における空気比検知部は、燃料供給ライン５１に配置され、燃料ガスの熱量を検知するカロリメータ５３である。これにより、熱量の変動を原因とする空気比の変動の影響を抑制し、安定的かつ効率的な燃焼制御を実現できる。

【0073】

以上、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、制御値を目標流量として、燃料ガス差圧センサ６０によって検知される燃料ガスの流量に基づいて流量調整弁５６の開度をフィードバック制御する構成に、本発明を適用することができる。この場合、補正値が加えられる対象は、制御値である目標流量になる。また、第１実施形態の補正値を設定するか否かを判定する処理は、バーナ１５の着火開始後、燃焼制御が安定してから開始する処理とすることもできる。また、第２実施形態では、燃料ガス流量計５２によって質量流量の変動を検知する構成であるが、質量流量の変動を検知する構成は、事情に応じて適宜変更することができる。例えば、燃料ガス温度センサ５７及び燃料ガス圧力センサ５８によって検知する温度情報及び圧力情報に基づいて質量流量の変動を検知する構成としてもよい。このように、空気比検知部は、空気比を直接的又は間接的に検知できる構成であればよく、事情に応じて適宜変更することができる。また、補正値の算出処理や更新処理も、上記実施形態の処理に限定されるわけではなく、空気比検知部によって検知された測定値に基づいて算出する方法であれば適宜変更できる。

【0074】

上記実施形態では、燃料ガスがＬＮＧサテライト供給によって供給される構成を採用しているが、燃料ガスや燃料ガスの供給源は適宜変更することができる。例えば、燃料供給事業者からパイプラインを通じて直接的に燃料ガスが供給される構成にも本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ ボイラ装置
２ ボイラ
３０ 給気ダクト（空気供給ライン）
３３ エア差圧センサ（空気流量検知部）
５１ 燃料供給ライン
５２ 燃料ガス流量計（空気比検知部）
５３ カロリメータ（空気比検知部）
５６ 流量調整弁
８０ 排気筒（排ガス排出部）
８１ Ｏ_２センサ（空気比検知部）
９１ 制御値設定部
９６ 範囲判定部
９７ 補正値設定部
９８ 補正値更新部
９９ 流量制御部
３０１ ボイラ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】