(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】P2024048227
(43)【公開日】2024-04-08
(54)【発明の名称】燃焼システム、および、燃焼方法
(51)【国際特許分類】
F23K 5/00 20060101AFI20240401BHJP
F23N 5/00 20060101ALI20240401BHJP
【FI】
F23K5/00 302
F23N5/00 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022154150
(22)【出願日】2022-09-27
(71)【出願人】
【識別番号】000220262
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】茂木 徹
(72)【発明者】
【氏名】松浪 智広
【テーマコード(参考)】
3K003
3K068
【Fターム(参考)】
3K003EA07
3K003FB10
3K003GA01
3K003GA03
3K068AA03
3K068AA04
3K068AA05
3K068BA02
3K068BA09
3K068BB05
3K068DA06
(57)【要約】
【課題】低コストで逆火を防止する。
【解決手段】燃焼システム100は、メインバーナ210と、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナ210に供給するメイン燃料供給部220と、メイン燃料供給部220を制御する制御部と、を備え、制御部は、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ210に供給する消火制御を行う。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
メインバーナと、
水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料として前記メインバーナに供給するメイン燃料供給部と、
前記メイン燃料供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記燃料ガスを前記メインバーナに供給する運転中制御を行い、
前記運転中制御の後に、前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記炭化水素を前記メインバーナに供給する消火制御を行う、燃焼システム。
【請求項2】
前記制御部は、
前記メイン燃料供給部を動作させて、前記メイン燃料として前記炭化水素を前記メインバーナに供給する点火制御を行い、
前記点火制御の後に、前記運転中制御を行う、請求項1に記載の燃焼システム。
【請求項3】
前記メイン燃料供給部は、
前記炭化水素の供給源と前記メインバーナとを接続する炭化水素供給路と、
前記燃料ガスの供給源と前記炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、
前記炭化水素供給路に設けられる第1開閉弁と、
前記燃料ガス供給路に設けられる第2開閉弁と、
を有し、
前記制御部は、前記点火制御において、前記メインバーナが設けられる炉の内部温度が所定温度以上になった場合に、前記第2開閉弁を開き、前記第1開閉弁を閉じる、請求項2に記載の燃焼システム。
【請求項4】
前記メインバーナより口径が小さいパイロットバーナと、
前記燃料ガスおよび前記炭化水素のいずれか一方または両方をパイロット燃料として前記パイロットバーナに供給するパイロット燃料供給部と、
を備え、
前記制御部は、
前記点火制御において、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を開始し、
前記パイロットバーナへの前記パイロット燃料の供給を開始した後、前記メイン燃料供給部を動作させて、前記炭化水素の前記メインバーナへの供給を開始する、請求項2または3に記載の燃焼システム。
【請求項5】
前記パイロット燃料供給部は、前記パイロット燃料として前記燃料ガスを前記パイロットバーナに供給し、
前記制御部は、前記点火制御、前記運転中制御、および、前記消火制御に亘って、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を継続する、請求項4に記載の燃焼システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記運転中制御において、前記パイロット燃料供給部の動作を停止させる、請求項4に記載の燃焼システム。
【請求項7】
前記メイン燃料供給部は、
前記炭化水素の供給源と前記メインバーナとを接続する炭化水素供給路と、
前記燃料ガスの供給源と前記炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、
前記炭化水素供給路に設けられる第1開閉弁と、
前記燃料ガス供給路に設けられる第2開閉弁と、
を有し、
前記制御部は、
前記消火制御において、前記パイロット燃料供給部を動作させて、前記パイロット燃料の前記パイロットバーナへの供給を開始し、
前記パイロットバーナへの前記パイロット燃料の供給を開始した後、前記第1開閉弁を開き、前記第2開閉弁を閉じる、請求項4に記載の燃焼システム。
【請求項8】
水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、
前記運転中制御の後に、炭化水素を前記メインバーナに供給する消火制御を行う、燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工業加熱炉、ボイラ、冷温水器等の燃焼システム、および、燃焼方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地球温暖化を防止するために、CO2(二酸化炭素)排出量の削減が求められている。このため、化石燃料に加えて、または、化石燃料に代えて、水素を燃焼させる技術が注目されている。
【0003】
燃料として水素を使用するバーナでは、運転開始前および運転停止後において、水素および空気を含む可燃混合気が燃料配管内に生成されることにより逆火が発生するおそれがある。
【0004】
そこで、燃料配管にフレームアレスタを設置する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記特許文献1の技術では、フレームアレスタに要するコストがかかるという問題がある。
【0007】
本発明は、このような課題に鑑み、低コストで逆火を防止することが可能な燃焼システム、および、燃焼方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の燃焼システムは、メインバーナと、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガス、および、炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナに供給するメイン燃料供給部と、メイン燃料供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナに供給する消火制御を行う。
【0009】
また、制御部は、メイン燃料供給部を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナに供給する点火制御を行い、点火制御の後に、運転中制御を行ってもよい。
【0010】
また、メイン燃料供給部は、炭化水素の供給源とメインバーナとを接続する炭化水素供給路と、燃料ガスの供給源と炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、炭化水素供給路に設けられる第1開閉弁と、燃料ガス供給路に設けられる第2開閉弁と、を有し、制御部は、点火制御において、メインバーナが設けられる炉の内部温度が所定温度以上になった場合に、第2開閉弁を開き、第1開閉弁を閉じてもよい。
【0011】
また、メインバーナより口径が小さいパイロットバーナと、燃料ガスおよび炭化水素のいずれか一方または両方をパイロット燃料としてパイロットバーナに供給するパイロット燃料供給部と、を備え、制御部は、点火制御において、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を開始し、パイロットバーナへのパイロット燃料の供給を開始した後、メイン燃料供給部を動作させて、炭化水素のメインバーナへの供給を開始してもよい。
【0012】
また、パイロット燃料供給部は、パイロット燃料として燃料ガスをパイロットバーナに供給し、制御部は、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を継続してもよい。
【0013】
また、制御部は、運転中制御において、パイロット燃料供給部の動作を停止してもよい。
【0014】
また、メイン燃料供給部は、炭化水素の供給源とメインバーナとを接続する炭化水素供給路と、燃料ガスの供給源と炭化水素供給路とを接続する燃料ガス供給路と、炭化水素供給路に設けられる第1開閉弁と、燃料ガス供給路に設けられる第2開閉弁と、を有し、
制御部は、消火制御において、パイロット燃料供給部を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナへの供給を開始し、パイロットバーナへのパイロット燃料の供給を開始した後、第1開閉弁を開き、第2開閉弁を閉じてもよい。
【0015】
上記課題を解決するために、本発明の燃焼方法は、水素またはアセチレンを少なくとも含む燃料ガスをメインバーナに供給する運転中制御を行い、運転中制御の後に、炭化水素をメインバーナに供給する消火制御を行う。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、低コストで逆火を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】実施形態に係る燃焼システムを説明する図である。
【
図2】実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
【
図3】実施形態に係るバーナ装置を説明する図である。
【
図4】実施形態に係る流量制御部の制御について説明する図である。
【
図5】実施形態に係る燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【
図6】第1の変形例に係るバーナ装置を説明する図である。
【
図7】第1の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。
【
図8】第2の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。
【
図9】第3の変形例に係る流量制御部の制御について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0019】
図1は、本実施形態に係る燃焼システム100を説明する図である。
図1中、実線の矢印は、燃料ガスの流れを示し、破線の矢印は、炭化水素の流れを示し、一点鎖線の矢印は、信号の流れを示す。なお、
図1中、制御装置140からバーナ装置120への信号の流れを示す一点鎖線の矢印を省略する。
【0020】
図1に示すように、燃焼システム100は、燃焼設備110と、バーナ装置120と、温度センサ130と、制御装置140とを含む。
【0021】
燃焼設備110は、燃料ガスを燃焼させる炉である。燃焼設備110は、例えば、工業加熱炉、ボイラや冷温水器を構成する火炉等である。燃焼設備110は、1または複数のバーナ装置120を備える。
【0022】
バーナ装置120には、燃料ガスの供給源150が接続される。燃料ガスの供給源150とバーナ装置120との間には、主幹遮断弁152が設けられる。主幹遮断弁152は、燃料ガスの供給源150とバーナ装置120との間に形成される流路を開閉する。
【0023】
燃料ガスは、燃焼速度が炭化水素よりも速いガス、および、炭化水素よりも断熱火炎温度が高いガスのうちのいずれか一方または両方である。燃料ガスは、例えば、水素およびアセチレンのうちのいずれか一方または両方を少なくとも含む。水素の燃焼速度は、炭化水素(例えば、都市ガス13A)の約7倍である。水素の断熱火炎温度は、メタン、または、都市ガス13Aよりも約200℃高い。本実施形態では、燃料ガスとして水素を例に挙げる。
【0024】
また、バーナ装置120には、炭化水素の供給源160が接続される。炭化水素の供給源160とバーナ装置120との間には、主幹遮断弁162が設けられる。主幹遮断弁162は、炭化水素の供給源160とバーナ装置120との間に形成される流路を開閉する。
【0025】
炭化水素は、例えば、メタン、エタン、プロパン、および、ブタンのうちのいずれか1または複数を含む。炭化水素は、例えば、都市ガス13Aである。炭化水素は、ガス状態でバーナ装置120に供給される。
【0026】
バーナ装置120は、燃料ガスおよび炭化水素のうちのいずれか一方または両方を、酸化剤ガスで燃焼させる。酸化剤ガスは、空気、酸素、および、酸素富化ガスのうちの1または複数を含む。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気を例に挙げる。
【0027】
温度センサ130は、燃焼設備110の内部温度(炉の内部温度)を検出する。
【0028】
制御装置140は、燃焼システム100全体を管理および制御する。
【0029】
図2は、本実施形態に係る制御装置140の機能ブロック図である。
図2に示すように、制御装置140は、中央制御部142と、メモリ144とを含む。
【0030】
中央制御部142は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部142は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部142は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して燃焼システム100全体を管理および制御する。
【0031】
本実施形態において、中央制御部142は、流量制御部170として機能する。流量制御部170(制御部)は、バーナ装置120を制御する。流量制御部170の詳細については、後に説明する。
【0032】
メモリ144は、ROM、RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成される。メモリ144は、中央制御部142に用いられるプログラムや各種データを記憶する。
[バーナ装置120]
図3は、本実施形態に係るバーナ装置120を説明する図である。
図3に示すように、バーナ装置120は、メインバーナ210と、メイン燃料供給部220と、パイロットバーナ230と、パイロット燃料供給部240とを含む。
【0033】
メインバーナ210は、燃焼設備110に設けられる。メインバーナ210の噴出口は、燃焼設備110の内部空間に臨む。メインバーナ210は、予混合バーナであってもよいし、先混合バーナであってもよい。
【0034】
メイン燃料供給部220は、燃料ガスおよび炭化水素のいずれか一方もしくは両方をメイン燃料としてメインバーナに供給する。
【0035】
メイン燃料供給部220は、酸化剤供給部300と、炭化水素供給部320と、燃料ガス供給部350と、を含む。
【0036】
酸化剤供給部300は、メインバーナ210に空気を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部300は、酸化剤ガス供給路302と、送風機304と、流量制御弁306と、流量調整弁308とを含む。
【0037】
酸化剤ガス供給路302は、送風機304と、メインバーナ210とを接続する流路である。酸化剤ガス供給路302は、例えば、配管で構成される。送風機304の吸入側は、大気開放される。送風機304の吐出側は、酸化剤ガス供給路302に接続される。送風機304は、酸化剤ガス供給路302を通じて、空気をメインバーナ210に供給する。
【0038】
流量制御弁306は、酸化剤ガス供給路302に設けられる。流量制御弁306は、流量制御部170によって開度が調整される。流量制御弁306は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。
【0039】
流量調整弁308は、酸化剤ガス供給路302における流量制御弁306とメインバーナ210との間に設けられる。流量調整弁308は、例えば、バタフライバルブである。
【0040】
炭化水素供給部320は、メインバーナ210に炭化水素を供給する。本実施形態において、炭化水素供給部320は、炭化水素供給路322と、圧力調整弁324と、遮断弁326a、326bと、流量調整弁328と、流量制御弁330とを含む。
【0041】
炭化水素供給路322は、炭化水素の供給源160(主幹遮断弁162)と、メインバーナ210とを接続する流路である。炭化水素供給路322は、例えば、配管で構成される。
【0042】
圧力調整弁324は、炭化水素供給路322に設けられる。圧力調整弁324は、下流に供給される炭化水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。
【0043】
遮断弁326a、326b(第1開閉弁)は、炭化水素供給路322における圧力調整弁324の下流側に設けられる。遮断弁326a、326bは、炭化水素供給路322を開閉する。
【0044】
流量調整弁328は、炭化水素供給路322における遮断弁326bの下流側に設けられる。流量調整弁328は、例えば、バタフライバルブである。
【0045】
流量制御弁330は、炭化水素供給路322における流量調整弁328とメインバーナ210との間に設けられる。流量制御弁330は、流量制御部170によって開度が調整される。流量制御弁330は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。
【0046】
燃料ガス供給部350は、メインバーナ210に水素を供給する。本実施形態において、燃料ガス供給部350は、燃料ガス供給路352と、圧力調整弁354と、遮断弁356a、356bと、流量調整弁358と、流量制御弁360とを含む。
【0047】
燃料ガス供給路352は、燃料ガス(水素)の供給源150(主幹遮断弁152)と炭化水素供給路322とを接続する流路である。燃料ガス供給路352は、炭化水素供給路322における流量制御弁330とメインバーナ210との間に接続される。燃料ガス供給路352は、例えば、配管で構成される。
【0048】
圧力調整弁354は、燃料ガス供給路352に設けられる。圧力調整弁354は、下流に供給される水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。
【0049】
遮断弁356a、356b(第2開閉弁)は、燃料ガス供給路352における圧力調整弁354の下流側に設けられる。遮断弁356a、356bは、燃料ガス供給路352を開閉する。
【0050】
流量調整弁358は、燃料ガス供給路352における遮断弁356bの下流側に設けられる。流量調整弁358は、例えば、バタフライバルブである。
【0051】
流量制御弁360は、燃料ガス供給路352における流量調整弁358とメインバーナ210との間に設けられる。流量制御弁360は、流量制御部170によって開度が調整される。流量制御弁360は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。
【0052】
パイロットバーナ230は、メインバーナ210より噴出口の口径が小さいバーナである。パイロットバーナ230は、メインバーナ210の火炎形成部に向けて火炎を形成する。パイロットバーナ230は、燃焼設備110におけるメインバーナ210の近傍に設けられる。パイロットバーナ230の噴出口は、燃焼設備110の内部空間に臨む。パイロットバーナ230の噴出口は、例えば、メインバーナ210によって噴出されるガス(燃料ガスおよび炭化水素のうちのいずれか一方または両方)の流れに臨む。パイロットバーナ230は、予混合バーナであってもよいし、先混合バーナであってもよい。
【0053】
パイロット燃料供給部240は、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ230に供給する。
【0054】
パイロット燃料供給部240は、酸化剤供給部380と、炭化水素供給部390とを含む。
【0055】
酸化剤供給部380は、パイロットバーナ230に空気を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部380は、酸化剤ガス供給路382と、送風機304とを含む。
【0056】
酸化剤ガス供給路382は、送風機304と、パイロットバーナ230とを接続する流路である。酸化剤ガス供給路382は、例えば、配管で構成される。
【0057】
炭化水素供給部390は、パイロットバーナ230に炭化水素を供給する。本実施形態において、炭化水素供給部390は、炭化水素供給路392と、遮断弁394a、394bと、圧力調整弁396と、を含む。
【0058】
炭化水素供給路392は、炭化水素の供給源160(主幹遮断弁162)と、パイロットバーナ230とを接続する流路である。炭化水素供給路392は、例えば、配管で構成される。
【0059】
遮断弁394a、394bは、炭化水素供給路392に設けられる。遮断弁394a、394bは、炭化水素供給路392を開閉する。
【0060】
圧力調整弁396は、炭化水素供給路392における遮断弁394bの下流側に設けられる。圧力調整弁396は、下流に供給される炭化水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。
【0061】
[流量制御部170による制御]
続いて、流量制御部170によるバーナ装置120の制御について説明する。
【0062】
流量制御部170は、炭化水素供給路322を通じてメインバーナ210に供給される炭化水素の流量、燃料ガス供給路352を通じてメインバーナ210に供給される水素の流量、酸化剤ガス供給路302を通じてメインバーナ210に供給される空気の流量、および、炭化水素供給路392を通じてパイロットバーナ230に供給される炭化水素の流量を制御して、点火制御、運転中制御、および、消火制御を行う。
【0063】
点火制御は、パイロットバーナ230へのパイロット燃料(炭化水素)の供給を開始し、その後、メインバーナ210への炭化水素の供給を開始する制御である。運転中制御は、点火制御の後に行われる制御である。運転中制御は、メインバーナ210に水素を供給する制御である。消火制御は、運転中制御の後に行われる制御である。消火制御は、メインバーナ210に炭化水素を供給する制御である。
【0064】
本実施形態において、流量制御部170は、流量制御弁306を制御して、メインバーナ210に供給される空気の流量を制御する。また、流量制御部170は、遮断弁326a、326b、および、流量制御弁330を制御して、メインバーナ210に供給される炭化水素の流量を制御する。流量制御部170は、遮断弁356a、356b、および、流量制御弁360を制御して、メインバーナ210に供給される水素の流量を制御する。また、流量制御部170は、遮断弁394a、394bを制御して、パイロットバーナ230に供給される炭化水素の流量を制御する。
【0065】
図4は、本実施形態に係る流量制御部170の制御について説明する図である。
図4中、縦軸は、流量を示す。
図4中、横軸は時間を示す。なお、時刻T0において、主幹遮断弁152、162は開弁されており、遮断弁326a、326b、356a、356b、394a、394bは、閉弁されている。時刻T0から時刻T1に至る間に送風機304から空気供給を行う炉内プレパージ(燃焼室内の掃気)運転を完了し、流量制御弁306の開度を調整して点火時の流量の空気をメインバーナ210に供給しながら待機する。
【0066】
図4に示すように、流量制御部170は、時刻T1から時刻T6まで点火制御を行う。また、流量制御部170は、時刻T6から時刻7までに運転中制御を行う。そして、流量制御部170は、時刻T7から時刻T9まで消火制御を行う。以下、各制御について詳述する。
【0067】
[点火制御]
流量制御部170は、時刻T1において、パイロット燃料供給部240を動作させて、炭化水素のパイロットバーナ230への供給を開始する。本実施形態において、流量制御部170は、遮断弁394a、394bを開弁して、点火装置(図示せず)を用いてパイロットバーナに点火する。炭化水素供給路392には、流量PCの炭化水素が供給される。流量PCは、パイロットバーナ230の点火に必要な最小限の流量である。
【0068】
そして、時刻T1から所定時間経過後の時刻T2において、流量制御部170は、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ210に供給する。本実施形態において、流量制御部170は、遮断弁326a、326bを開弁して点火する。また、
図4に示すように、流量制御部170は、流量制御弁330を制御して、メインバーナ210に供給される炭化水素を流量MC1に制御する。流量MC1は、メインバーナ210の点火に必要な最小限の流量である。これにより、メインバーナ210が点火される。
【0069】
時刻T2から所定時間経過後の時刻T3まで、流量制御部170は、メインバーナ210に供給される炭化水素を流量MC1に維持する。また、流量制御部170は、時刻T2から時刻T3までの間の所定のタイミングで、遮断弁394a、394bを閉弁して、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0070】
そして、時刻T3から所定時間経過後の時刻T4まで、流量制御部170は、流量制御弁306および流量制御弁330の開度を徐々に大きくして、メインバーナ210に供給される空気を漸増させるとともに炭化水素を流量MC1から流量MC2まで漸増させる。流量MC2は、メインバーナ210の定格燃焼に必要な流量である。
【0071】
時刻T4から所定時間経過後の時刻T5まで、流量制御部170は、流量制御弁330の開度を維持して、メインバーナ210に供給される炭化水素を流量MC2に維持する。
【0072】
そして、時刻T5から所定時間経過後の時刻T6まで、流量制御部170は、流量制御弁330の開度を徐々に小さくして、メインバーナ210に供給される炭化水素を流量MC2から0(ゼロ)まで漸減させるとともに、流量制御弁360の開度を徐々に大きくして、メインバーナ210に供給される水素を0から流量MHまで漸増させる。流量MHは、メインバーナ210の定格燃焼に必要な流量である。また、この間、流量制御部170は、流量制御弁306の開度を徐々に小さくして水素の定格燃焼時の設定空気流量に漸減させる。また、時刻T6において、流量制御部170は、遮断弁326a、326bを閉弁する。
【0073】
[運転中制御]
そして、流量制御部170は、時刻T6から所定時間経過後の時刻T7まで、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として水素をメインバーナ210に供給する運転中制御を行う。例えば、流量制御部170は、温度センサ130による検出値および燃焼設備110の要求熱量(要求温度)に応じて、流量制御弁306、360の開度を制御し、メインバーナ210に供給される空気と水素の流量を制御する。
【0074】
[消火制御]
時刻T7から所定時間経過後の時刻T8まで、流量制御部170は、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ210に供給する。本実施形態において、流量制御部170は、時刻T7において、遮断弁326a、326bを開弁する。また、
図4に示すように、流量制御部170は、流量制御弁330の開度を徐々に大きくして、メインバーナ210に供給される炭化水素を0から流量MC2まで漸増させるとともに、流量制御弁360の開度を徐々に小さくして、メインバーナ210に供給される水素を流量MHから0まで漸減させる。また、この間、流量制御部170は、流量制御弁306の開度を徐々に大きくして炭化水素流量MC2時の設定空気流量に漸増させる。また、時刻T8において、流量制御部170は、遮断弁356a、356bを閉弁する。
【0075】
そして、時刻T8から所定時間経過後の時刻T9まで、流量制御部170は、流量制御弁330の開度を維持して、メインバーナ210に供給される炭化水素を流量MC2に維持する。
【0076】
時刻T9において、流量制御部170は、遮断弁326a、326bを閉弁してメインバーナ210を消火し、必要に応じて炉内ポストパージ(燃焼室内の掃気)運転を行った後、送風機304を停止する。
【0077】
[燃焼方法]
続いて、上記燃焼システム100を用いた燃焼方法について説明する。
図5は、本実施形態に係る燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【0078】
図5に示すように、燃焼方法は、点火処理S110、運転中処理S120、消火処理S130を含む。
【0079】
[点火処理S110]
点火処理S110では、流量制御部170によって点火制御が行われる。上記したように、点火制御は、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を開始し、その後、メインバーナ210への炭化水素の供給を開始する制御である。
【0080】
[運転中処理S120]
運転中処理S120では、流量制御部170によって運転中制御が行われる。上記したように、運転中制御は、点火制御の後に行われる制御であり、メインバーナ210に水素を供給する制御である。
【0081】
[消火処理S130]
消火処理S130では、流量制御部170によって消火制御が行われる。上記したように、消火制御は、運転中制御の後に行われる制御であり、メインバーナ210に炭化水素を供給する制御である。
【0082】
以上説明したように、本実施形態に係る燃焼システム100および燃焼方法は、消火制御において、炭化水素供給路322を介して燃料ガス供給路352に炭化水素を供給する。これにより、燃料ガス供給路352内を水素から炭化水素に置換することができる。したがって、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路352に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路352内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。このため、燃焼システム100は、逆火の発生を防止することができる。
【0083】
また、燃焼システム100は、点火制御においても、水素の供給を開始する前に、炭化水素供給路322を介して燃料ガス供給路352に炭化水素を供給する。したがって、燃料ガス供給路352内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することができる。
【0084】
このように、燃焼システム100は、水素の供給を停止した後、および、水素の供給を開始する前に、燃料ガス供給路352内を炭化水素で充満させるといった簡易な構成で、燃料ガス供給路352に、フレームアレスタ、不活性ガス供給装置等の逆火阻止および防止装置を設置することなく逆火による設備損壊等のリスクを最小化することができる。これにより、燃焼システム100は、低コストで逆火を防止することが可能となる。また、フレームアレスタは、単に逆火を最小限に抑えるだけの装置であり、本質的に逆火の発生を防止する対策とはなり得ない。これに対し、燃焼システム100は、逆火の発生を防止することができる。
【0085】
また、上記したように、バーナ装置120は、パイロットバーナ230を備え、流量制御部170は、点火制御において、パイロット燃料供給部240を動作させて、パイロット燃料(炭化水素)のパイロットバーナ230への供給を開始し、パイロットバーナ230へのパイロット燃料の供給を開始した後、メイン燃料供給部220を動作させて、炭化水素のメインバーナ210への供給を開始する。これにより、バーナ装置120は、点火制御において、メインバーナ210の点火動作を安定して行うことができる。
【0086】
また、上記したように、流量制御部170は、運転中制御において、パイロット燃料供給部240の動作を停止させる。つまり、流量制御部170は、点火制御においてのみ、パイロット燃料供給部240を動作させる。これにより、炭化水素が燃焼する時間を短くすることができる。したがって、CO2排出量を低減することが可能となる。
【0087】
[第1の変形例]
上記実施形態において、パイロット燃料供給部240が、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ230に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部440は、パイロット燃料として水素(燃料ガス)をパイロットバーナ230に供給してもよい。
【0088】
図6は、第1の変形例に係るバーナ装置420を説明する図である。
図6に示すように、バーナ装置420は、メインバーナ210と、メイン燃料供給部220と、パイロットバーナ230と、パイロット燃料供給部440とを含む。なお、上記バーナ装置120と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0089】
第1の変形例において、パイロット燃料供給部440は、パイロット燃料として燃料ガス(水素)をパイロットバーナ230に供給する。
【0090】
パイロット燃料供給部440は、酸化剤供給部380と、燃料ガス供給部450とを含む。
【0091】
燃料ガス供給部450は、パイロットバーナ230に水素を供給する。本実施形態において、燃料ガス供給部450は、燃料ガス供給路452と、遮断弁454a、454bと、圧力調整弁456と、を含む。
【0092】
燃料ガス供給路452は、水素の供給源150(主幹遮断弁152)と、パイロットバーナ230とを接続する流路である。燃料ガス供給路452は、例えば、配管で構成される。
【0093】
遮断弁454a、454bは、燃料ガス供給路452に設けられる。遮断弁454a、454bは、燃料ガス供給路452を開閉する。
【0094】
圧力調整弁456は、燃料ガス供給路452における遮断弁454bの下流側に設けられる。圧力調整弁456は、下流に供給される水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。
【0095】
[流量制御部170による制御]
続いて、流量制御部170によるバーナ装置420の制御について説明する。
【0096】
図7は、第1の変形例に係る流量制御部170の制御について説明する図である。
図7中、縦軸は、流量を示す。
図7中、横軸は時間を示す。
【0097】
図7に示すように、第1の変形例の流量制御部170は、点火制御の時刻T1において、パイロット燃料供給部440を動作させて、水素のパイロットバーナ230への供給を開始する。第1の変形例において、流量制御部170は、遮断弁454a、454bを開弁して、点火装置(図示せず)を用いて点火する。燃料ガス供給路452には、流量PHの水素が供給される。流量PHは、パイロットバーナ230の点火に必要な最小限の流量である。
【0098】
また、流量制御部170は、時刻T2から時刻T3までの間の所定のタイミングで、遮断弁454a、454bを閉弁して、パイロットバーナ230への水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0099】
以上説明したように、第1の変形例の流量制御部170は、点火制御において、水素をパイロットバーナ230に供給する。これにより、第1の変形例のバーナ装置420は、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を回避することができる。したがって、第1の変形例のバーナ装置420は、上記実施形態と比較して、さらに、CO2排出量を低減することが可能となる。
【0100】
[第2の変形例]
上記実施形態において、パイロット燃料供給部240が、点火制御においてのみ、炭化水素をパイロットバーナ230に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部240は、点火制御に加えて、運転中制御および消火制御においても炭化水素をパイロットバーナ230に供給してもよい。
【0101】
図8は、第2の変形例に係る流量制御部170の制御について説明する図である。
図8中、縦軸は、流量を示す。
図8中、横軸は時間を示す。
【0102】
[点火制御]
第2の変形例において、流量制御部170は、時刻T1において、パイロット燃料供給部240を動作させて、炭化水素のパイロットバーナ230への供給を開始する。第2の変形例においても、流量制御部170は、遮断弁394a、394bを開弁して、点火装置(図示せず)を用いて点火する。炭化水素供給路392には、流量PCの炭化水素が供給される。
【0103】
[運転中制御]
そして、流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T6以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を維持し、所定のタイミングにおいて、遮断弁394a、394bを閉弁して、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0104】
また、流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給が再開される時刻T7より前の所定のタイミング、つまり、消火制御が開始されるより前の所定のタイミングにおいて、遮断弁394a、394bを開弁して、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を再開する。
【0105】
[消火制御]
流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T9において、遮断弁394a、394bを閉弁して、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0106】
以上説明したように、第2の変形例に係るバーナ装置120は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T6以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を維持する。これにより、バーナ装置120は、少なくとも、メインバーナ210へ供給される炭化水素の流量が漸減し、水素の流量が漸増する間、メインバーナ210による燃焼を安定化することが可能となる。
【0107】
また、第2の変形例に係るバーナ装置120は、消火制御が開始される時刻T7よりも前の所定のタイミングから、パイロットバーナ230への炭化水素の供給を再開する。これにより、バーナ装置120は、少なくとも、メインバーナ210へ供給される炭化水素の流量が漸増し、水素の流量が漸減する間、メインバーナ210による燃焼を安定化することが可能となる。
【0108】
[第3の変形例]
上記第2の変形例において、パイロット燃料供給部240が、パイロット燃料として炭化水素をパイロットバーナ230に供給する場合を例に挙げた。しかし、パイロット燃料供給部440は、パイロット燃料として水素(燃料ガス)をパイロットバーナ230に供給してもよい。
【0109】
図9は、第3の変形例に係る流量制御部170の制御について説明する図である。
図9中、縦軸は、流量を示す。
図9中、横軸は時間を示す。
【0110】
[点火制御]
第3の変形例において、流量制御部170は、時刻T1において、パイロット燃料供給部440を動作させて、水素のパイロットバーナ230への供給を開始する。第3の変形例においても、流量制御部170は、遮断弁454a、454bを開弁して、点火装置(図示せず)を用いて点火する。燃料ガス供給路452には、流量PHの水素が供給される。
【0111】
[運転中制御]
そして、流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T6以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ230への水素の供給を維持し、所定のタイミングにおいて、遮断弁454a、454bを閉弁して、パイロットバーナ230への水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0112】
また、流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給が再開される時刻T7より前の所定のタイミング、つまり、消火制御が開始されるより前の所定のタイミングにおいて、遮断弁454a、454bを開弁して、パイロットバーナ230への水素の供給を再開する。
【0113】
[消火制御]
流量制御部170は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T9において、遮断弁454a、454bを閉弁して、パイロットバーナ230への水素の供給を停止して、パイロットバーナ230を消火する。
【0114】
以上説明したように、第3の変形例に係るバーナ装置420は、メインバーナ210への炭化水素の供給を停止させる時刻T6以降の所定のタイミングまで、パイロットバーナ230への水素の供給を維持する。これにより、バーナ装置420は、少なくとも、メインバーナ210へ供給される炭化水素の流量が漸減し、水素の流量が漸増する間、メインバーナ210による燃焼を安定化することが可能となる。
【0115】
また、第3の変形例に係るバーナ装置420は、消火制御が開始される時刻T7よりも前の所定のタイミングから、パイロットバーナ230への水素の供給を再開する。これにより、バーナ装置420は、少なくとも、メインバーナ210へ供給される炭化水素の流量が漸増し、水素の流量が漸減する間、メインバーナ210による燃焼を安定化することが可能となる。
【0116】
また、第3の変形例に係るバーナ装置420は、第2の変形例に係るバーナ装置120と比較して、さらに、CO2排出量を低減することが可能となる。
【0117】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0118】
例えば、上記実施形態および第1~第3の変形例において、バーナ装置120、420がパイロットバーナ230およびパイロット燃料供給部240、440を備える構成を例に挙げた。しかし、パイロットバーナ230およびパイロット燃料供給部240、440は、必須の構成ではない。パイロットバーナ230およびパイロット燃料供給部240、440を備えない場合、流量制御部170は、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ210に供給する点火制御を行う。また、流量制御部170は、点火制御の後に、メイン燃料供給部220を動作させて、燃料ガス(水素)をメインバーナ210に供給する運転中制御を行う。そして、流量制御部170は、運転中制御の後に、メイン燃料供給部220を動作させて、メイン燃料として炭化水素をメインバーナ210に供給する消火制御を行う。パイロットバーナ230およびパイロット燃料供給部240、440を備えない構成であっても、燃焼システムは、消火制御において、炭化水素供給路322を介して燃料ガス供給路352に炭化水素を供給することができる。これにより、燃料ガス供給路352内を水素から炭化水素に置換することができる。したがって、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路352に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路352内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。また、パイロットバーナ230およびパイロット燃料供給部240、440を備えない構成であっても、燃焼システムは、点火制御においても、水素の供給を開始する前に、炭化水素供給路322を介して燃料ガス供給路352に炭化水素を供給する。したがって、燃料ガス供給路352内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することができる。
【0119】
また、上記実施形態、および、第1~第3の変形例では、流量制御部170が、点火制御を行う場合を例に挙げた。しかし、流量制御部170は、消火制御および運転中制御を行うことができれば、点火制御を省略してもよい。かかる構成においても、次回の点火制御の際に、燃料ガス供給路352に水素を供給した場合であっても、燃料ガス供給路352内に水素と空気の可燃混合気が形成されることを回避することが可能となる。
【0120】
また、上記実施形態、および、第1~第3の変形例では、流量制御部170が、点火制御において、メインバーナ210に供給されるメイン燃料を炭化水素から水素に切り換える際、炭化水素の流量を漸減させるとともに、水素の流量を漸減させる場合を例に挙げた。しかし、流量制御部170は、点火制御において、温度センサ130の検出値を参照し、メインバーナ210が設けられる燃焼設備110の内部温度が所定温度以上になった場合に、遮断弁356a、356b(第2開閉弁)を開いて水素の供給を開始し、遮断弁326a、326b(第1開閉弁)を閉じて、炭化水素の供給を停止してもよい。これにより、流量制御弁330を省略することができる。
【0121】
同様に、上記実施形態、および、第1~第3の変形例では、流量制御部170が、消火制御において、メインバーナ210に供給されるメイン燃料を水素から炭化水素に切り換える際、水素の流量を漸減させるとともに、炭化水素の流量を漸減させる場合を例に挙げた。しかし、流量制御部170は、消火制御において、パイロット燃料供給部240、440を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナ230への供給を開始し、パイロットバーナ230へのパイロット燃料の供給を開始した後、遮断弁326a、326b(第1開閉弁)を開いて炭化水素の供給を開始し、遮断弁356a、356b(第2開閉弁)を閉じて、水素の供給を停止してもよい。
【0122】
また、上記第2および第3の変形例において、流量制御部170は、運転中制御の所定の期間に亘って、パイロットバーナ230へのパイロット燃料の供給を停止する場合を例に挙げた。しかし、流量制御部170は、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、パイロット燃料供給部240、440を動作させて、パイロット燃料のパイロットバーナ230への供給を継続してもよい。この場合、点火制御、運転中制御、および、消火制御に亘って、メインバーナ210による燃焼を安定化することが可能となる。
【符号の説明】
【0123】
100 燃焼システム
110 燃焼設備(炉)
170 流量制御部(制御部)
210 メインバーナ
220 メイン燃料供給部
230 パイロットバーナ
240 パイロット燃料供給部
322 炭化水素供給路
326a 遮断弁(第1開閉弁)
326b 遮断弁(第1開閉弁)
352 燃料ガス供給路
356a 遮断弁(第2開閉弁)
356b 遮断弁(第2開閉弁)
440 パイロット燃料供給部