特許 7037697 燃焼設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-08

(45)【発行日】2022-03-16

(54)【発明の名称】燃焼設備

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/00 20060101AFI20220309BHJP

   F23N 1/02 20060101ALI20220309BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20220309BHJP

   F23N 5/20 20060101ALI20220309BHJP

   F23D 14/28 20060101ALI20220309BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20220309BHJP

   F23N 5/26 20060101ALI20220309BHJP

【ＦＩ】

F23N5/00 J

F23N1/02 K

F23N5/24 101A

F23N5/20 G

F23N5/20 H

F23D14/28 Z

F23K5/00 304

F23N5/26 101E

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021159100

(22)【出願日】2021-09-29

【審査請求日】2021-09-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516047175

【氏名又は名称】三菱重工パワーインダストリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】津村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】高嶋 洋平

(72)【発明者】

【氏名】冠木 豊

(72)【発明者】

【氏名】上妻 富明

(72)【発明者】

【氏名】田口 雄三

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１８３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３８２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２６４１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３７８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１４９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４０９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２３０４３７０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９６６１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｎ ５／００

Ｆ２３Ｎ １／０２

Ｆ２３Ｃ ９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炉と、
水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、
前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、
前記ガスバーナの燃焼用空気の量を第１制御量とすると、前記水素濃度取得装置によって取得された前記水素濃度に基づいて、前記第１制御量を制御する制御装置と、を備える、
燃焼設備。

【請求項2】

前記排ガス流路の流路断面の下端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する０％の位置とし、前記流路断面の上端に向かうにつれて増加し、前記流路断面の前記上端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する１００％の位置とすると、
前記水素濃度取得装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得する、
請求項１に記載の燃焼設備。

【請求項3】

前記水素濃度が予め設定されている第１閾値を超えると、警報を発生する警報装置をさらに備える、
請求項１又は２に記載の燃焼設備。

【請求項4】

前記制御装置は、前記水素濃度が予め設定されている第１閾値を超えると、前記第１制御量を増やす、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃焼設備。

【請求項5】

前記第１制御量は、一次空気の量及び二次空気の量の両方を含み、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値を超えると、前記一次空気の量を増やし、前記水素濃度が前記第１閾値より小さくならない場合には、前記二次空気の量を増やす、
請求項４に記載の燃焼設備。

【請求項6】

前記二次空気は、前記排ガス流路を流通する前記排ガスの一部を前記火炉に循環させる循環ガスを含む、
請求項５に記載の燃焼設備。

【請求項7】

前記ガスバーナが前記火炉に供給する前記ガス燃料の量を第２制御量とすると、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値より予め大きく設定されている第２閾値を超えると、前記第２制御量を減らす、
請求項４から６の何れか一項に記載の燃焼設備。

【請求項8】

前記制御装置は、前記水素濃度が前記第２閾値を超えると、前記第２制御量をゼロに減らす、
請求項７に記載の燃焼設備。

【請求項9】

前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる酸素の濃度を酸素濃度とすると、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値以下である場合、前記酸素濃度が１％未満となるまで前記第１制御量を減らす、
請求項４から８の何れか一項に記載の燃焼設備。

【請求項10】

前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置をさらに備える、請求項１から９の何れか一項に記載の燃焼設備。

【請求項11】

火炉と、
水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、
前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、
前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置と、を備え、
前記排ガス流路の流路断面の下端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する０％の位置とし、前記流路断面の上端に向かうにつれて増加し、前記流路断面の前記上端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する１００％の位置とすると、
前記水素濃度取得装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する６０％以上１００％以下の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、
前記排ガス分析装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する４０％以上６０％未満の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する、
燃焼設備。

【請求項12】

火炉と、
水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、
前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、
前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置と、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向に沿って前記排ガス流路に配置される過熱器、及び再熱器と、を備え、
前記排ガス流路のうち前記過熱器と前記再熱器との間を第１区間とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第１区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第１区間を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する、
燃焼設備。

【請求項13】

火炉と、
水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、
前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、
前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置と、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向に沿って前記排ガス流路に配置される再熱器及び節炭器と、を備え、
前記排ガス流路のうち前記再熱器と前記節炭器との間を第２区間とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第２区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第２区間を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する、
燃焼設備。

【請求項14】

火炉と、
水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、
前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、
前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置と、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向に沿って前記排ガス流路に配置される節炭器及び空気予熱器と、を備え、
前記排ガス流路のうち前記節炭器と前記空気予熱器との間を第３区間とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第３区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第３区間を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する、
燃焼設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃焼設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ボイラのような燃焼設備は、火炉と、例えば都市ガスやＬＰＧのようなガス燃料を火炉内で燃焼させるバーナと、を備えており、燃焼効率の向上や燃焼状態の安定化を実現するための技術が知られている。例えば、特許文献１には、バーナの空燃比をバーナの燃焼量、及び火炉の操業状態に応じて変更するように構成される燃焼設備が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－０２８４１５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、幾つかの燃焼設備では、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を目的として、化石燃料から脱却する取り組み（脱炭素）が進められている。この脱炭素の１つとして、バーナの燃料として水素を含むガス燃料が適用されることがある。水素は、従来からのガス燃料に含まれる成分（例えば、都市ガスに含まれるメタンやＬＰＧに含まれるプロパン）と比較して、最小着火エネルギーや爆発限界濃度等のような燃焼に関係する特性が大きく異なる。このため、水素の特性を考慮した燃焼設備の設計が求められることがある。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、水素の特性について何ら考慮されておらず、水素による意図せぬ不具合が発生する虞がある。

【0005】

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる燃焼設備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、本開示に係る燃焼設備は、火炉と、水素を含むガス燃料を前記火炉に供給するガスバーナと、前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、前記排ガス流路の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の燃焼設備によれば、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図2】第１実施形態に係る排ガス流路の上部を説明するための図である。

【図3】第２実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図4】第３実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図5】第３実施形態の変形例に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図6】第４実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図7】第５実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。

【図8】第５実施形態に係る排ガス分析装置の構成を説明するための図である。

【図9】本開示に係る水素濃度取得装置が水素濃度を取得する位置を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態による燃焼設備について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0010】

＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、第１実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。図１に例示するように、燃焼設備１は、火炉２と、ガスバーナ４と、煙道６と、水素濃度取得装置８と、を備える。燃焼設備１は、例えば、ボイラであって、水素を含むガス燃料Ｆの燃焼によって生成した排ガスＧから熱を回収することで蒸気を生成する。尚、以下では、ボイラを例にして説明するが、本開示に係る燃焼設備１はボイラに限定されない。例えば、燃焼設備１は、水素自動車の内燃機関や水素を燃料とするガスタービンであってもよい。

【0011】

火炉２は、水素を含むガス燃料Ｆ（以下、ガス燃料Ｆと記載する）が燃焼するように構成される。火炉２は、筒形状を有し、ガス燃料Ｆが燃焼するための空間が形成されている。ガスバーナ４は、水素を含むガス燃料Ｆを火炉２に供給する。第１実施形態では、図１に例示するように、燃焼設備１は、火炉２に燃焼用空気Ａを導入するための空気導入ライン９と、ガス燃料Ｆが貯留される燃料タンク１０と、ガスバーナ４と燃料タンク１０とを接続し、燃料タンク１０からガスバーナ４にガス燃料Ｆを供給するための燃料供給ライン１２と、を含む。

【0012】

尚、「水素を含むガス燃料Ｆ」には、水素と水素以外の燃料を含むもの（混焼）と、水素のみ（専焼）とがあり、さらに、水素と水素以外の燃料を含むものでも、水素が主たる燃料（水素の体積割合が５０％以上）、水素以外の燃料が主たる燃料（水素の体積割合が５０％未満）に区分できる。「水素を含むガス燃料」とは、これらの場合をすべて含む。

【0013】

空気導入ライン９は、一端９ａが大気に開放され、他端９ｂがガスバーナ４に接続されている。この空気導入ライン９は、一端９ａで大気から空気を吸い込み、この吸い込んだ空気を燃焼用空気Ａとしてガスバーナ４に向かって流通させるように構成されている。ガスバーナ４は、燃料タンク１０から燃料供給ライン１２を介して供給されたガス燃料Ｆに、燃焼用空気Ａを混合させて火炉２内に噴出（導入）し、ガス燃料Ｆを火炉２内で燃焼させる。

【0014】

煙道６は、火炉２に接続されている。煙道６は、内部にガス燃料Ｆの燃焼によって発生する排ガスＧが流通する排ガス流路１６を含む。第１実施形態では、煙道６は、一端６ａが火炉２に接続され、他端６ｂが煙突１７に接続されており、火炉２から煙突１７に向かって排ガスＧが流通するように構成されている。煙突１７は、排ガスＧを燃焼設備１の外部に排出する。幾つかの実施形態では、煙道６の一端６ａは、火炉２の鉛直方向の上部に接続されている。

【0015】

排ガス流路１６の上部７を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、水素濃度取得装置８はこの水素濃度を取得する。ここで、排ガス流路１６の上部７について具体的に説明する。図２は、第１実施形態に係る排ガス流路１６の上部７を説明するための図であって、煙道６の一部（後述する抽気管２２の抽出口２５が位置する煙道６の一部区間）を煙道６の延在方向から視認した図である。尚、図２に例示する形態では、煙道６の内周面１５によって画定される排ガス流路１６の流路断面は円形状を有しているが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、排ガス流路１６の流路断面は、楕円形状のようなオーバル形状を有する。幾つかの実施形態では、排ガス流路１６の流路断面は矩形状を有する。また、排ガス流路１６の流路断面は、煙道６の延在方向の全体に亘って同一の形状である必要はない。

【0016】

図２に例示するように、排ガス流路１６の流路断面の下端１８を排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する０％の位置とし、排ガス流路１６の流路断面の上端２０に向かうにつれて増加し、排ガス流路１６の流路断面の上端２０を排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する１００％の位置と定義する。水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得する。つまり、第１実施形態において、排ガス流路１６の上部７とは、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する７０％以上１００％以下の範囲である。幾つかの実施形態では、排ガス流路１６の上部７は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する５０％以上１００％以下の範囲である。

【0017】

図２に例示する形態では、水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６の上部７を流通する排ガスＧの一部を抽出する抽気管２２と、この抽気管２２によって抽出された排ガスＧの一部に含まれる水素の濃度を測定する測定端２４と、を備える。測定端２４は、煙道６の外部に配置されている。抽気管２２は、排ガスＧの一部を抽出する抽出口２５が煙道６内に位置するよう構成される。つまり、抽気管２２の一部が、煙道６内に挿入されている。幾つかの実施形態では、抽気管２２は、煙道６の内周面に形成される開口に接続され、この開口を介して、排ガスＧの一部を抽出する。幾つかの実施形態では、測定端２４が排ガス流路１６の上部７に配置される。

【0018】

第１実施形態では、図１に例示するように、燃焼設備１は、警報装置２６をさらに備える。警報装置２６は、水素濃度取得装置８と電気的に接続されており、水素濃度取得装置８が取得した水素濃度が予め設定されている第１閾値を超えると、警報を発生する。第１閾値は、水素の爆発限界の下限値の２５％以下の値であって、例えば、０．０５％（５００ｐｐｍ）である。

【0019】

（作用・効果）
第１実施形態に係る燃焼設備１の作用・効果について説明する。水素は、排ガスＧに含まれる水素以外の他の成分と比較して軽い。このため、排ガス流路１６の上部７を流通する排ガスＧに含まれる水素濃度は、排ガス流路１６の下部（例えば、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する０％以上３０％以下の範囲）や中央部（例えば、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する３０％より大きく７０％より小さい範囲）を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度と比較して大きくなりやすい。そして、水素の濃度が大きくなると、爆発のような意図しない不具合が発生する可能性が高まる。

【0020】

第１実施形態によれば、水素濃度取得装置８は、水素の濃度が大きくなりやすい排ガス流路１６の上部７を流通する排ガスＧに含まれる水素濃度を取得する。より具体的には、水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する排ガスＧに含まれる水素濃度を取得する。これにより、水素濃度の高い箇所を監視することで、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

【0021】

第１実施形態によれば、燃焼設備１は警報装置２６を備えているので、作業員は水素濃度が第１閾値を超えたことを知ることができる。そして、水素濃度が第１閾値を超えたことを知った作業員は、例えば、ガスバーナ４に供給する燃焼用空気Ａの量を増やす操作や燃料タンク１０からガスバーナに供給されるガス燃料Ｆの量を減らす操作を行うことで、水素濃度の低減を図る。

【0022】

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係る燃焼設備１について説明する。第２実施形態では、燃焼設備１が制御装置３０をさらに備える点で第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0023】

（構成）
図３は、第２実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。第２実施形態では、図３に例示するように、燃焼設備１は制御装置３０をさらに備える。

【0024】

制御装置３０は、ガスバーナ４の燃焼用空気Ａの量を第１制御量とすると、水素濃度取得装置８によって取得された水素濃度に基づいて、第１制御量を制御する。制御装置３０は、例えば、コンピュータであって、図示しないＣＰＵやＧＰＵといったプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、及びＩ／Ｏインターフェイスなどを備える。制御装置３０は、メモリにロードされたプログラムの命令に従ってプロセッサが動作（演算等）することで、制御装置３０が備える幾つかの機能を実現する。幾つかの実施形態では、制御装置３０は、クラウド環境に設けられたクラウドサーバである。

【0025】

制御装置３０による第１制御量の制御について具体的に説明する。第２実施形態では、図３に例示するように、燃焼設備１は、空気導入ライン９に設けられ、燃焼用空気Ａを火炉２に送風する送風機３２を備える。送風機３２は、例えば、燃焼用空気Ａを火炉２内に送り込む押込送風機である。送風機３２は、制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０から送信される指示に従って駆動する。例えば、制御装置３０は、水素濃度取得装置８によって取得された水素濃度が第１閾値を超えると、送風機３２に対して送風量（ファンの回転数）を大きくするように指示する。一方で、制御装置３０は、水素濃度取得装置８によって取得された水素濃度が第１閾値未満になると、送風機３２に対して送風量を小さくするように指示する。

【0026】

尚、第２実施形態では、警報装置２６は、制御装置３０を介して、水素濃度取得装置８と電気的に接続されている。この場合、制御装置３０は、水素濃度が第１閾値を超えると、警報装置２６に対して警報を発するように指示する。警報装置２６は、制御装置３０の指示に従い警報を発する。一方で、制御装置３０は、水素濃度が第１閾値未満になると、警報装置２６に対して警報を停止するように指示する。警報装置２６は、制御装置３０の指示に従い警報を停止する。

【0027】

（作用・効果）
第２実施形態によれば、制御装置３０が設けられることで、水素濃度に基づく第１制御量の増減を自動化することができる。尚、第２実施形態では、制御装置３０は、第１制御量を制御するために、送風機３２の送風量を調整していたが、本開示はこの形態に限定されない。例えば、不図示であるが、燃焼設備１が、空気導入ライン９に設けられ、空気導入ライン９を流通する燃焼用空気Ａの流量を調節する空気流量調節弁を備える場合、制御装置３０は水素濃度に基づいて空気流量調節弁の開度を調節することで、第１制御量を制御してもよい。

【0028】

第２実施形態によれば、制御装置３０は、水素濃度が第１閾値を超えると送風機３２の送風量を大きくする（第１制御量を増やす）ので、水素濃度を第１閾値未満まで低減させることができる。

【0029】

＜第３実施形態＞
本開示の第３実施形態に係る燃焼設備１について説明する。第３実施形態では、第２実施形態で説明した第１制御量をさらに限定している。第３実施形態において、第２実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0030】

（構成）
図４は、第３実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。第３実施形態では、燃焼用空気Ａは一次空気Ａ１（Ａ）、及び一次空気Ａ１より遅れてガス燃料Ｆに接触させる二次空気Ａ２（Ａ）を含む。つまり、第３実施形態では、第１制御量は、一次空気Ａ１の量及び二次空気Ａ２の量の両方を含む。

【0031】

火炉２は一次空気Ａ１及び二次空気Ａ２のそれぞれが導入されるように構成されている。図４に例示する形態では、一次空気Ａ１は、空気導入ライン９及びガスバーナ４を流通して火炉２に導入される。燃焼設備１は、二次空気Ａ２をガスバーナ４より排ガスＧが流通する方向の下流側から火炉２に導入する二次空気ライン３４と、二次空気ライン３４に設けられ、二次空気Ａ２を火炉２に送風する二次空気用送風機３６と、を備える。

【0032】

二次空気ライン３４は、一端３４ａが大気に開放され、他端３４ｂが火炉２に接続されている。この他端３４ｂは、ガスバーナ４より排ガスＧが流通する方向の下流側に位置している。二次空気用送風機３６は、例えば、二次空気Ａ２を火炉２内に送り込む押込送風機である。二次空気用送風機３６が駆動することで、火炉２に二次空気Ａ２が導入される。二次空気用送風機３６は、制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０から送信される指示に従って駆動する。

【0033】

第３実施形態に係る第１制御量（一次空気Ａ１の量及び二次空気Ａ２の量）の制御の一例について説明する。制御装置３０は、水素濃度が第１閾値を超えると、送風機３２に対して送風量を大きくするように指示し、一次空気Ａ１の量を増やす。一次空気Ａ１の量を増やしても水素濃度が第１閾値より小さくならない場合には、制御装置３０は、二次空気用送風機３６に対して送風量を大きくするように指示し、二次空気Ａ２の量を増やす。

【0034】

（作用・効果）
一次空気Ａ１は、二次空気Ａ２に先行してガス燃料Ｆと混合するため、二次空気Ａ２と比較してガス燃料Ｆの燃焼に対する影響が大きい。一方で、一次空気Ａ１は、二次空気Ａ２と比較して、火炉２に導入可能な量の幅が小さいことが多い。第３実施形態によれば、制御装置３０は、一次空気Ａ１の量を増やすことで水素濃度を第１閾値未満まで低減させることを図ってから、二次空気Ａ２の量を増やす。このため、一次空気Ａ１の量の増加だけで水素濃度を第１閾値未満まで低減させた場合には、少量の一次空気Ａ１の増加で済むので、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、一次空気Ａ１の量の増加だけでは水素濃度を第１閾値未満まで低減させることが難しくても、二次空気Ａ２の量も増加することで水素濃度を第１閾値未満まで低減させることができる。

【0035】

第３実施形態の変形例に係る燃焼設備１について説明する。図５は、第３実施形態の変形例に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。図５に例示する形態では、燃焼設備１は、排ガス流路１６を流通する排ガスＧの一部を循環ガスＧ１として火炉２に循環させる循環ライン３８と、循環ライン３８に設けられ、循環ライン３８に流通させる循環ガスＧ１の流量を調節可能な循環ガス量調節装置３９と、を含む。

【0036】

循環ライン３８は、煙道６と二次空気ライン３４とを接続している。より具体的には、循環ライン３８は、煙道６と二次空気ライン３４のうち二次空気用送風機３６より一端３４ａ側の部分（二次空気用送風機３６より上流側の部分）とを接続している。尚、図５に例示する形態では、煙道６に接続される循環ライン３８の一端３８ａは、水素濃度取得装置８よりも火炉２側に位置しているが、水素濃度取得装置８よりも煙突１７側に位置してもよい。

【0037】

循環ガス量調節装置３９は、例えば、電磁弁３９Ａ（３９）である。電磁弁３９Ａは、制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０から送信される指示に従って開度が調節されるようになっている。この電磁弁３９Ａの開度が調節されることで、煙道６から循環ライン３８に流通させる循環ガスＧ１の流量が調節される。尚、循環ライン３８に流通させる循環ガスＧ１の流量を調節可能であるならば、循環ガス量調節装置３９は、電磁弁３９Ａに限定されない。

【0038】

ここで、制御装置３０による二次空気Ａ２の量の制御、及び循環ガスＧ１の量の制御の一例について説明する。制御装置３０は、一次空気Ａ１の量の増加だけでは水素濃度を第１閾値未満まで低減させることが難しい場合に、火炉２に送風する二次空気Ａ２の量を増やす。幾つかの実施形態では、制御装置３０は、火炉２に送風する二次空気Ａ２の量を増やすとともに、煙道６から循環ライン３８に流通させる循環ガスＧ１の流量を減らす、又はゼロにする。

【0039】

そして、制御装置３０は、火炉２に送風する二次空気Ａ２の量の増加によって水素濃度が第１閾値未満まで低減すると、煙道６から循環ライン３８に流通させる循環ガスＧ１の流量を増やす。

【0040】

水素濃度を第１閾値未満まで低減させるために一次空気Ａ１の量及び二次空気Ａ２の量を増加すると、窒素酸化物の発生が促進される虞がある。図５に例示する形態によれば、二次空気Ａ２は循環ガスＧ１を含むので、図４に例示する形態と比較して二次空気Ａ２に含まれる酸素の量が少ない。このため、火炉２への二次空気Ａ２の供給による火炎温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の発生を抑制することができる。

【0041】

図５に例示する形態によれば、制御装置３０は、水素濃度が第１閾値未満まで低減してから循環ガスＧ１の流量を増やすので、水素濃度が第１閾値未満である状態を確保してから窒素酸化物の発生を抑制することができる。

【0042】

尚、第３実施形態では、制御装置３０は、二次空気Ａ２の量を制御するために、二次空気用送風機３６の送風量を調整していたが、本開示はこの形態に限定されない。例えば、不図示であるが、燃焼設備１が、二次空気ライン３４に設けられ、二次空気ライン３４を流通する二次空気Ａ２の流量を調節する二次空気流量調節弁を備える場合、制御装置３０は水素濃度に基づいて二次空気流量調節弁の開度を調節することで、火炉２に導入される二次空気Ａ２の量を制御してもよい。

【0043】

＜第４実施形態＞
本開示の第４実施形態に係る燃焼設備１について説明する。第４実施形態では、制御装置３０が、第１制御量に加え、第２制御量も制御するように構成されている点で第２実施形態と異なる。第４実施形態において、第２実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。幾つかの実施形態では、第３実施形態に係る制御装置３０が、第１制御量に加え、第２制御量も制御するように構成される。

【0044】

図６は、第４実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。第４実施形態では、図６に例示するように、燃焼設備１は、燃料供給ライン１２に設けられ、燃料供給ライン１２を流通するガス燃料Ｆの流量を調節するガス燃料量調節弁４０を備える。

【0045】

ガス燃料量調節弁４０は、制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０から送信される指示に従って開度が調整される。制御装置３０は、ガスバーナ４が火炉２に供給するガス燃料Ｆの量を第２制御量とすると、水素濃度が第１閾値より予め大きく設定されている第２閾値を超えると、ガス燃料量調節弁４０に対して開度を小さくするように指示し、ガスバーナ４が火炉２に供給するガス燃料Ｆの量を減らす。第２閾値は、水素の爆発限界の下限値の２５％以下の値であって、例えば、１％（１００００ｐｐｍ）である。

【0046】

（作用・効果）
第２制御量（ガス燃料Ｆの量）は、第１制御量（燃焼用空気Ａの量）よりも水素濃度に対する影響が大きい。第４実施形態によれば、制御装置３０は、水素濃度が第２閾値を超えると、ガス燃料量調節弁４０の開度を小さくして、火炉２に供給されるガス燃料Ｆの量を減らす。このため、水素濃度を第２閾値未満まで低減させることができる。尚、ガス燃料量調節弁４０の開度は、水素濃度を監視している作業員によって調節されてもよい。

【0047】

幾つかの実施形態では、制御装置３０は、水素濃度が第２閾値を超えると、ガス燃料量調節弁４０に対して閉弁するように指示し、火炉２に供給するガス燃料Ｆの量（第２制御量）をゼロに減らす。このような構成によれば、火炉２にガス燃料Ｆが供給されなくなるので、水素濃度を第２閾値未満まで速やかに低減させることができる。

【0048】

＜第５実施形態＞
本開示の第５実施形態に係る燃焼設備１について説明する。第５実施形態では、燃焼設備１が排ガス分析装置４２をさらに備えている点で第４実施形態と異なる。第５実施形態において、第４実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。幾つかの実施形態では、第２実施形態、又は第３実施形態に係る燃焼設備１が排ガス分析装置４２をさらに備える。

【0049】

（構成）
図７は、第５実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。第５実施形態では、図７に例示するように、燃焼設備１は、水素濃度取得装置８とは別に設けられる排ガス分析装置４２をさらに備える。排ガス分析装置４２は、排ガス流路１６を流通する排ガスＧに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する。例えば、排ガス流路１６を流通する排ガスＧに含まれる酸素の濃度を酸素濃度とすると、排ガス分析装置４２は酸素濃度を取得する。排ガス分析装置４２は制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０は酸素濃度を取得可能に構成されている。尚、本開示は、排ガス分析装置４２が取得する水素以外の成分の濃度を酸素濃度に限定するものではない。幾つかの実施形態では、排ガス分析装置４２は、酸素濃度に代わり又は加え、排ガス流路１６を流通する排ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度、一酸化炭素の濃度などを取得する。

【0050】

排ガス分析装置４２の構成について具体的に説明する。図８は、第５実施形態に係る排ガス分析装置４２の構成を説明するための図であって、図２に排ガス分析装置４２を追加した図である。排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する位置の定義、及び水素濃度取得装置８についての説明は、上述しているため省略する。

【0051】

図８に例示するように、排ガス分析装置４２は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する４０％以上６０％未満（以下、排ガス流路１６の中部４４とする）の範囲内を流通する排ガスＧに含まれる酸素の濃度を取得する。図８に例示する形態では、排ガス分析装置４２は、排ガス流路１６の中部４４を流通する排ガスＧの一部を抽出する分析用抽気管４６と、この分析用抽気管４６によって抽出された排ガスＧの一部に含まれる酸素の濃度を測定する分析用測定端４８と、を備える。分析用測定端４８は、煙道６の外部に配置されている。分析用抽気管４６は、排ガスＧの一部を抽出する分析用抽出口４７が煙道６内に位置するよう構成される。つまり、分析用抽気管４６の一部が、煙道６内に挿入されている。幾つかの実施形態では、分析用抽気管４６は、煙道６の内周面に形成される開口に接続され、この開口を介して、排ガスＧの一部を抽出する。幾つかの実施形態では、分析用測定端４８が排ガス流路１６の中部４４に配置される。

【0052】

尚、図８に例示する形態では、説明を簡略化するため、煙道６の一部（抽気管２２の抽出口２５が位置する煙道６の一部区間）に分析用抽気管４６の分析用抽出口４７も位置しているが、本開示はこの形態に限定されない。

【0053】

尚、第５実施形態では、水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得していたが、本開示はこの形態に限定されない。第５実施形態の変形例では、水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６の流路断面の鉛直方向の長さＤに対する６０％以上７０％以下の範囲内を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得する。

【0054】

第５実施形態に係る第１制御量の制御の一例について説明する。制御装置３０は、水素濃度が第１閾値以下である場合、酸素濃度が１％未満となるまで送風機３２の送風量を小さくし、火炉２に導入される燃焼用空気Ａの量を減らす。

【0055】

（作用・効果）
排ガスＧに含まれる水素の濃度は、水素による意図せぬ不具合の発生を防止するため、排ガス流路１６のうち比較的濃度の高くなる部分（排ガス流路１６の上部７）から取得されることが望ましい。一方で、排ガスＧに含まれる酸素の濃度は、燃焼設備１の燃焼状態を把握するため、排ガス流路１６のうち平均的な濃度となる部分（排ガス流路１６の中部４４）から取得されることが望ましい。第５実施形態によれば、水素濃度取得装置８と排ガス分析装置４２とは互いに別体として設けられているので、水素の濃度を取得する位置と酸素の濃度を取得する位置とを互いにずらすことができる。そして、水素濃度取得装置８は、排ガス流路１６のうち比較的濃度の高くなる部分から水素の濃度を取得することができる。排ガス分析装置４２は、排ガス流路１６のうち平均的な濃度となる部分から酸素の濃度を取得することができる。

【0056】

第５実施形態によれば、制御装置３０は、水素濃度が第１閾値以下である間は、第１制御量（燃焼用空気Ａの量）を減らすので、送風機３２の動力を抑制することができる。つまり、酸素濃度を１％未満で運用する高効率運用を実現することができる。

【0057】

不図示であるが、幾つかの実施形態では、燃焼設備１は、１台のガスバーナ４から供給されるガス燃料Ｆの燃焼によって火炎が発生しているか否かを検出する２台の火炎検出器を備える。酸素濃度を低くする分だけ燃焼設備１の運用の効率を向上可能であるが、失火する可能性が高まる。上述の構成によれば、燃焼設備１は２台の火炎検出器を備えるので、失火の検出精度を高めることができる。

【0058】

幾つかの実施形態では、２台の火炎検出器のそれぞれは警報装置２６と電気的に接続されており、警報装置２６は一方の火炎検出器が失火を検出すると、警報を発する。火炎検出器は、例えば火炎の熱によって故障し、誤検出する可能性がある。このため、燃焼設備１が１台の火炎検出器を備える場合、失火していないにも関わらず、失火状態に対応する操作が行われることがある。これに対して、上述の構成によれば、一方の火炎検出器が失火を誤検出したとしても、作業員はボイラの運転を止めずに失火判定要因を確認し、要因を除去することができる。よって、不用意に失火状態に対応する操作が行われることを回避することができる。

【0059】

幾つかの実施形態では、排ガス分析装置４２は、酸素濃度に加え、排ガス流路１６を流通する排ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度を取得する。そして、制御装置３０は、この窒素酸化物の濃度を考慮して、第１制御量を制御する。このような構成によれば、窒素酸化物の濃度の上昇を抑制することができる。

【0060】

図９は、排ガスＧが排ガス流路１６を流通する流通方向Ｘにおいて、本開示に係る水素濃度取得装置８が水素濃度を取得する位置を説明するための図である。図９に例示する形態では、燃焼設備１は、流通方向Ｘに沿って順に排ガス流路１６に配置される過熱器５０、再熱器５２、節炭器５４、及び空気予熱器５６を備える。過熱器５０、再熱器５２、節炭器５４、及び空気予熱器５６のそれぞれは、蒸気や給水と排ガスＧとの間で熱交換を行うことで、排ガスＧの熱を回収する熱交換器である。

【0061】

過熱器５０は、過熱器５０を流通する蒸気が排ガスＧによって過熱される。そして、過熱器５０で生成された過熱蒸気は、不図示の蒸気タービンに供給され、蒸気タービンを回転駆動する。再熱器５２及び節炭器５４のそれぞれは、蒸気タービンから排出された排出蒸気が供給される。そして、再熱器５２及び節炭器５４のそれぞれは、排出蒸気と排ガスＧとの間で熱交換を行う。空気予熱器５６は、空気導入ライン９と接続されており、排ガスＧによって、空気導入ライン９を流通する燃焼用空気Ａを予熱する。

【0062】

図９に例示するように、排ガス流路１６のうち過熱器５０と再熱器５２との間を第１区間５８とし、排ガス流路１６のうち再熱器５２と節炭器５４との間を第２区間６０とし、排ガス流路１６のうち節炭器５４と空気予熱器５６との間を第３区間６２とする。

【0063】

幾つかの実施形態では、水素濃度取得装置８は、第１区間５８の上部を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得する。排ガス分析装置４２は、第１区間５８を流通する排ガスＧに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0064】

このような構成によれば、水素濃度取得装置８及び排ガス分析装置４２の両方を共通の第１区間５８に設けることができるので、燃焼設備１のメンテナンス性を向上させることができる。第１区間５８の上部は、第２区間６０の上部及び第３区間６２の上部と比較して、排ガス流路１６の上流側であるため、水素リークを速く検知可能であり、より安全運用が可能となる。このため、第１区間５８の上部を流通する水素濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合が発生する可能性をより速く低減することができる。

【0065】

幾つかの実施形態では、水素濃度取得装置８は、第３区間６２の上部を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得する。排ガス分析装置４２は、第３区間６２を流通する排ガスＧに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0066】

このような構成によれば、水素濃度取得装置８及び排ガス分析装置４２の両方を共通の第３区間６２に設けることができるので、燃焼設備１のメンテナンス性を向上させることができる。第３区間６２の上部は、第１区間５８の上部及び第２区間６０の上部と比較して、温度の低い排ガスＧが流通する。このため、水素濃度取得装置８及び排ガス分析装置４２の損傷を抑制することができると共に、環境温度が第１区間５８より低いことで、作業員による運転中のメンテナンスが容易である。

【0067】

幾つかの実施形態では、水素濃度取得装置８は、第２区間６０の上部を流通する排ガスＧに含まれる水素の濃度を取得する。排ガス分析装置４２は、第２区間６０を流通する排ガスＧに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0068】

このような構成によれば、水素濃度取得装置８及び排ガス分析装置４２の両方を共通の第２区間６０に設けることができるので、燃焼設備１のメンテナンス性を向上させることができる。さらに、水素濃度取得装置８及び排ガス分析装置４２の損傷の抑制と水素による意図せぬ不具合が発生する可能性の低減との両方を図ることができる。

【0069】

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。

【0070】

［１］本開示に係る燃焼設備（１）は、
火炉（２）と、
水素を含むガス燃料（Ｆ）を前記火炉に供給するガスバーナ（４）と、
前記火炉に接続され、前記ガス燃料の燃焼によって発生する排ガス（Ｇ）が流通する排ガス流路（１６）を含む煙道（６）と、
前記排ガス流路の上部（７）を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、前記水素濃度を取得する水素濃度取得装置（８）と、を備える。

【0071】

水素は、排ガスに含まれる水素以外の他の成分と比較して軽い。このため、排ガス流路の上部を流通する排ガスに含まれる水素の濃度（水素濃度）は、排ガス流路の下部や中央部を流通する排ガスに含まれる水素の濃度と比較して大きくなりやすい。そして、水素の濃度が大きくなると、爆発のような意図しない不具合が発生する可能性が高まる。上記［１］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置は、水素の濃度が大きくなりやすい排ガス流路の上部を流通する排ガスに含まれる水素濃度を取得する。このため、水素濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

【0072】

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、
前記排ガス流路の流路断面の下端（１８）を前記流路断面の鉛直方向の長さ（Ｄ）に対する０％の位置とし、前記流路断面の上端（２０）に向かうにつれて増加し、前記流路断面の前記上端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する１００％の位置とすると、
前記水素濃度取得装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得する。

【0073】

上記［２］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置は、流路断面の鉛直方向の長さに対する７０％以上１００％以下の範囲内を流通する排ガスの水素濃度を取得する。このため、水素濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

【0074】

［３］幾つかの実施形態では、上記［１］又は［２］に記載の構成において、
前記水素濃度が予め設定されている第１閾値を超えると、警報を発生する警報装置（２６）をさらに備える。

【0075】

上記［３］に記載の構成によれば、水素濃度が第１閾値を超えたことを知ることができる。

【0076】

［４］幾つかの実施形態では、上記［１］から［３］の何れか１つに記載の構成において、
前記ガスバーナの燃焼用空気（Ａ）の量を第１制御量とすると、前記水素濃度取得装置によって取得された前記水素濃度に基づいて、前記第１制御量を制御する制御装置（３０）をさらに備える。

【0077】

上記［４］に記載の構成によれば、水素濃度に基づく第１制御量の増減を自動化することができる。

【0078】

［５］幾つかの実施形態では、上記［４］に記載の構成において、
前記制御装置は、前記水素濃度が予め設定されている第１閾値を超えると、前記第１制御量を増やす。

【0079】

上記［５］に記載の構成によれば、水素濃度が第１閾値を超えると第１制御量を増やすので、水素濃度を第１閾値未満まで低減させることができる。

【0080】

［６］幾つかの実施形態では、上記［５］に記載の構成において、
前記第１制御量は、一次空気（Ａ１）の量及び二次空気（Ａ２）の量の両方を含み、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値を超えると、前記一次空気の量を増やし、前記水素濃度が前記第１閾値より小さくならない場合には、前記二次空気の量を増やす。

【0081】

一次空気は、二次空気に先行してガス燃料と混合するため、二次空気と比較してガス燃料の燃焼に対する影響が大きい。一方で、一次空気は、二次空気と比較して、火炉に導入可能な量の幅が小さいことが多い。上記［６］に記載の構成によれば、制御装置は、一次空気の量を増やすことで水素濃度を第１閾値未満まで低減させることを図ってから、二次空気の量を増やす。このため、一次空気の量の増加だけで水素濃度を第１閾値未満まで低減させた場合には、少量の一次空気の増加だけで済むので、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、一次空気の量の増加だけでは水素濃度を第１閾値未満まで低減させることが難しくても、二次空気の量も増加することで水素濃度を第１閾値未満まで低減させることができる。

【0082】

［７］幾つかの実施形態では、上記［６］に記載の構成において、
前記二次空気は、前記排ガス流路を流通する前記排ガスの一部を前記火炉に循環させる循環ガス（Ｇ１）を含む。

【0083】

水素濃度を第１閾値未満まで低減させるために一次空気の量及び二次空気の量を増加すると、窒素酸化物の発生が促進される虞がある。上記［７］に記載の構成によれば、二次空気は循環ガスを含むので、二次空気に含まれる酸素の量が少ない。このため、火炉への二次空気の供給による火炎温度の上昇を抑制することができる。よって、窒素酸化物の発生を抑制することができる。

【0084】

［８］幾つかの実施形態では、上記［５］から［７］の何れか１つに記載の構成において、
前記ガスバーナが前記火炉に供給する前記ガス燃料の量を第２制御量とすると、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値より予め大きく設定されている第２閾値を超えると、前記第２制御量を減らす。

【0085】

第２制御量（ガス燃料の量）は、第１制御量（燃焼用空気の量）よりも水素濃度に対する影響が大きい。上記［８］に記載の構成によれば、水素濃度が第２閾値を超えると第２制御量を減らすので、水素濃度を第２閾値未満まで低減させることができる。

【0086】

［９］幾つかの実施形態では、上記［８］に記載の構成において、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第２閾値を超えると、前記第２制御量をゼロに減らす。

【0087】

上記［９］に記載の構成によれば、水素濃度が第２閾値を超えると、火炉にガス燃料が供給されなくなるので、水素濃度を第２閾値未満まで速やかに低減させることができる。

【0088】

［１０］幾つかの実施形態では、上記［５］から［９］の何れか１つに記載の構成において、
前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる酸素の濃度を酸素濃度とすると、
前記制御装置は、前記水素濃度が前記第１閾値以下である場合、前記酸素濃度が１％未満となるまで前記第１制御量を減らす。

【0089】

上記［１０］に記載の構成によれば、第１制御量（燃焼用空気の量）を減らすので、燃焼用空気を火炉に供給するための空気供給装置（例えば、送風機）の動力を抑制することができる。つまり、酸素濃度を１％未満で運用する高効率運用を実現することができる。

【0090】

［１１］幾つかの実施形態では、上記［１］から［１０］の何れか１つに記載の構成において、
前記水素濃度取得装置とは別に設けられ、前記排ガス流路を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する排ガス分析装置（４２）をさらに備える。

【0091】

上記［１１］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置と排ガス分析装置とは互いに別体として設けられているので、水素の濃度を取得する位置と水素以外の成分の濃度を取得する位置とを互いにずらすことができる。

【0092】

［１２］幾つかの実施形態では、上記［１１］に記載の構成において、
前記排ガス流路の流路断面の下端（１８）を前記流路断面の鉛直方向の長さ（Ｄ）に対する０％の位置とし、前記流路断面の上端（２０）に向かうにつれて増加し、前記流路断面の前記上端を前記流路断面の鉛直方向の長さに対する１００％の位置とすると、
前記水素濃度取得装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する６０％以上１００％以下の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、
前記排ガス分析装置は、前記流路断面の鉛直方向の長さに対する４０％以上６０％未満の範囲内を流通する前記排ガスに含まれる水素以外の成分の濃度を取得する。

【0093】

排ガスに含まれる水素の濃度は、水素による意図せぬ不具合の発生を防止するため、排ガス流路のうち比較的濃度の高くなる部分（排ガス流路の上部）から取得されることが望ましい。一方で、排ガスに含まれる水素以外の成分（例えば、酸素）の濃度は、燃焼設備の燃焼状態を把握するため、排ガス流路のうち平均的な濃度となる部分から取得されることが望ましい。上記［１２］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置は、排ガス流路のうち比較的濃度の高くなる部分から水素の濃度を取得することができる。排ガス分析装置は、排ガス流路のうち平均的な濃度となる部分から水素以外の成分の濃度を取得することができる。

【0094】

［１３］幾つかの実施形態では、上記［１１］又は［１２］に記載の構成において、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向（Ｘ）に沿って前記排ガス流路に配置される過熱器（５０）、及び再熱器（５２）をさらに備え、
前記排ガス流路のうち前記過熱器と前記再熱器との間を第１区間（５８）とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第１区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第１区間を流通する前記排ガスに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0095】

上記［１３］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置及び排ガス分析装置の両方を共通の第１区間に設けることができるので、燃焼設備のメンテナンス性を向上させることができる。第１区間の上部は、第２区間の上部及び第３区間の上部と比較して、排ガス流路の上流側であるため、水素リークを速く検知可能であり、より安全運用が可能となる。このため、第１区間の上部を流通する水素濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合が発生する可能性をより速く低減することができる。

【0096】

［１４］幾つかの実施形態では、上記［１１］から［１３］の何れか１つに記載の構成において、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向に沿って前記排ガス流路に配置される再熱器及び節炭器（５４）をさらに備え、
前記排ガス流路のうち前記再熱器と前記節炭器との間を第２区間（６０）とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第２区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第２区間を流通する前記排ガスに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0097】

上記［１４］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置及び排ガス分析装置の両方を共通の第２区間に設けることができるので、燃焼設備のメンテナンス性を向上させることができる。さらに、水素濃度取得装置及び排ガス分析装置の損傷の抑制と水素による意図せぬ不具合が発生する可能性の低減との両方を図ることができる。

【0098】

［１５］幾つかの実施形態では、上記［１１］から［１４］の何れか１つに記載の構成において、
前記排ガスが前記排ガス流路を流通する流通方向に沿って前記排ガス流路に配置される節炭器及び空気予熱器（５６）をさらに備え、
前記排ガス流路のうち前記節炭器と前記空気予熱器との間を第３区間（６２）とすると、前記水素濃度取得装置は、前記第３区間の上部を流通する前記排ガスに含まれる水素の濃度を取得し、前記排ガス分析装置は、前記第３区間を流通する前記排ガスに含まれる酸素の濃度を取得する。

【0099】

上記［１５］に記載の構成によれば、水素濃度取得装置及び排ガス分析装置の両方を共通の第３区間に設けることができるので、燃焼設備のメンテナンス性を向上させることができる。第３区間の上部は、第１区間の上部及び第２区間の上部と比較して、温度の低い排ガスＧが流通する。このため、水素濃度取得装置及び排ガス分析装置の損傷を抑制することができると共に、作業員による運転中のメンテナンスが容易である。

【符号の説明】

【0100】

１ 燃焼設備
２ 火炉
４ ガスバーナ
６ 煙道
７ 排ガス流路の上部
８ 水素濃度取得装置
１６ 排ガス流路
１８ 流路断面の下端
２０ 流路断面の上端
２６ 警報装置
３０ 制御装置
４２ 排ガス分析装置
５０ 過熱器
５２ 再熱器
５４ 節炭器
５６ 空気予熱器
５８ 第１区間
６０ 第２区間
６２ 第３区間

Ａ 燃焼用空気
Ａ１ 一次空気
Ａ２ 二次空気
Ｄ 流路断面の鉛直方向の長さ
Ｆ ガス燃料
Ｇ 排ガス
Ｇ１ 循環ガス
Ｘ 流通方向

【要約】

【課題】水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。
【解決手段】燃焼設備は、火炉と、水素を含むガス燃料を火炉に供給するガスバーナと、火炉に接続され、ガス燃料の燃焼によって発生する排ガスが流通する排ガス流路を含む煙道と、排ガス流路の上部を流通する排ガスに含まれる水素の濃度を水素濃度とすると、水素濃度を取得する水素濃度取得装置と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】