(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022131111
(43)【公開日】2022-09-07
(54)【発明の名称】バーナシステム及びその燃焼制御方法
(51)【国際特許分類】
F23D 14/26 20060101AFI20220831BHJP
F23N 1/02 20060101ALI20220831BHJP
F23N 5/00 20060101ALI20220831BHJP
【ＦＩ】
F23D14/26
F23N1/02 101
F23N5/00 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021029868
(22)【出願日】2021-02-26
(71)【出願人】
【識別番号】518131296
【氏名又は名称】三菱重工マリンマシナリ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】天野 正広
(72)【発明者】
【氏名】上野 泰弘
(72)【発明者】
【氏名】石原 悠喜
(72)【発明者】
【氏名】寺原 貴澄
【テーマコード（参考）】
3K003
【Ｆターム（参考）】
3K003AA01
3K003AB03
3K003AB06
3K003BA07
3K003CA03
3K003CA05
3K003CC02
3K003DA03
3K003EA07
3K003FA03
3K003FA10
3K003FB04
3K003FB05
3K003GA03
(57)【要約】
【課題】不活性ガスを含む燃料を使用するメインバーナ及び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を提供する。
【解決手段】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。
【選択図】 図５
【解決手段】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。
【選択図】 図５
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８‐１５７５５３号公報
【特許文献2】特開２００４‐１９０６３３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、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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
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。
【発明の効果】
【0007】
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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】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2】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4】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】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6】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。
【図7】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9】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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
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。
【0010】
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。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
（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。
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。
【0066】
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。
【0067】
（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。
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。
【0068】
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。
【0069】
（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。
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。
【0070】
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。
【0071】
（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。
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。
【0072】
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。
【0073】
（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。
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。
【0074】
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。
【0075】
（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。
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。
【0076】
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。
【0077】
（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。
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。
【0078】
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。
【0079】
（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。
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。
【0080】
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。
【0081】
（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。
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。
【0082】
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。
【0083】
（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。
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。
【0084】
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。
【0085】
（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。
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。
【0086】
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。
【0087】
（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。
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。
【0088】
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。
【0089】
（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。
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。
【0090】
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。
【符号の説明】
【0091】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】