特許 7508721 ボイラ及び水素ガスのパージ方法

(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】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】ボイラ及び水素ガスのパージ方法

(51)【国際特許分類】

   F23C 1/00 20060101AFI20240624BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20240624BHJP

   F23K 5/18 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

F23C1/00 301

F22B35/00 H

F23K5/18 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024040442

(22)【出願日】2024-03-14

【審査請求日】2024-03-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591203118

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ汎用ボイラ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】山口 栄二

(72)【発明者】

【氏名】河岡 幸伸

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２０４９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２００１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－０３３４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－０２１８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－００３４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１７４１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第４１６３４８１（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｃ １／００

Ｆ２２Ｂ ３５／００

Ｆ２３Ｋ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化石燃料ガスラインから供給された化石燃料ガスと水素ガスラインから供給された水素ガスとを燃焼室に噴射して燃焼させるボイラであって、
バイパス遮断弁が設けられ、前記化石燃料ガスラインと前記水素ガスラインとを接続する化石燃料ガスバイパスラインを備え、
前記バイパス遮断弁は、通常運転では閉状態に設定され、前記水素ガスラインに残留する前記水素ガスをパージする場合に開状態に設定されて前記化石燃料ガスを前記水素ガスラインに送り込むボイラ。

【請求項2】

低負荷燃焼運転する際に前記化石燃料ガスのみを前記燃焼室に噴射して燃焼させ、通常運転において蒸気圧力が前記低負荷燃焼運転への運転切換圧力設定値に到達したら前記バイパス遮断弁が予め設定された所定時間だけ開状態に設定される請求項１に記載のボイラ。

【請求項3】

不活性ガス遮断弁が設けられ、前記水素ガスラインに接続された不活性ガスラインをさらに備え、
前記不活性ガス遮断弁は、異常停止又は／及びメンテナンス開始前において開状態に設定されて不活性ガスを前記水素ガスラインに送り込む請求項１又は２に記載のボイラ。

【請求項4】

前記バイパス遮断弁を制御する制御装置をさらに備える請求項１又は２に記載のボイラ。

【請求項5】

化石燃料ガスラインから供給された化石燃料ガスと水素ガスラインから供給された水素ガスとを燃焼室に噴射して燃焼させる場合における前記水素ガスのパージ方法であって、
バイパス遮断弁が設けられた化石燃料ガスバイパスラインで前記化石燃料ガスラインと前記水素ガスラインとを接続し、
通常運転では前記バイパス遮断弁を閉状態に設定し、前記水素ガスラインに残留する前記水素ガスをパージする場合には前記バイパス遮断弁を開状態に設定し前記化石燃料ガスを前記水素ガスラインに送り込む水素ガスのパージ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ及び水素ガスのパージ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、水素供給ラインをより効率よくパージできる水素燃焼ボイラが開示されている。この水素燃焼ボイラは、水素を燃焼させるバーナを有し、負荷側の必要蒸気量の変動に応じた蒸気を生成するためにボイラ燃焼の発停を含む燃焼制御を行う小型貫流ボイラ又は小規模貫流ボイラであって、缶体と、送風機と、バーナに接続され、バーナに水素ガスを供給する水素供給ラインと、水素供給ラインに配置され、該水素供給ラインの流路を開閉する遮断弁と、遮断弁の下流側における該遮断弁の近傍に接続され、水素供給ラインに不活性ガスを供給するパージラインと、パージラインに配置され、不活性ガスの供給量を調整する第１供給弁と、遮断弁及び第１供給弁の開閉を制御する制御部とを備える。

【0003】

この水素燃焼ボイラにおいて、上記制御部は、バーナにおける水素ガスの燃焼を停止する場合に先ず遮断弁を閉止し、送風機により缶体内の換気が行われている状態で遮断弁が閉止された状態においてのみ第１供給弁を開くことでバーナの吹き出し口から遮断弁までの間の水素供給ラインに残留する水素ガスを希釈させる。このような水素燃焼ボイラによれば、遮断弁の直近から不活性ガスを供給するので、バーナから遮断弁までの水素供給ラインに残存する水素ガスを効率よくパージすることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６９３９７０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記背景技術は、水素ガスをパージ（除去）するための置換ガスとして不活性ガスを用いる。したがって、不活性ガスを使い切ると、水素ガスのパージ（除去）ができなくなるので、例えば水素燃焼ボイラの稼働を停止させざるを得ないという問題がある。例えば水素燃焼ボイラの起動／停止が頻繁な運転状態では、不活性ガスの消費量が増加するので問題が深刻である。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、水素ガスをパージするための不活性ガスを別途用意する必要がない、又は水素ガスをパージするための不活性ガスの消費量を抑制することが可能なボイラ及び水素ガスのパージ方法の提供を目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、ボイラに係る第１の解決手段として、化石燃料ガスラインから供給された化石燃料ガスと水素ガスラインから供給された水素ガスとを燃焼室に噴射して燃焼させるボイラであって、バイパス遮断弁が設けられ、前記化石燃料ガスラインと前記水素ガスラインとを接続する化石燃料ガスバイパスラインを備え、前記バイパス遮断弁は、通常運転では閉状態に設定され、前記水素ガスラインに残留する前記水素ガスをパージする場合に開状態に設定されて前記化石燃料ガスを前記水素ガスラインに送り込む、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、ボイラに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、低負荷燃焼運転する際に前記化石燃料ガスのみを前記燃焼室に噴射して燃焼させ、通常運転において蒸気圧力が前記低負荷燃焼運転への運転切換圧力設定値に到達したら前記バイパス遮断弁が予め設定された所定時間だけ開状態に設定される、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、ボイラに係る第３の解決手段として、上記第１又は第２の解決手段において、不活性ガス遮断弁が設けられ、前記水素ガスラインに接続された不活性ガスラインをさらに備え、前記不活性ガス遮断弁は、異常停止又は／及びメンテナンス開始前において開状態に設定されて不活性ガスを前記水素ガスラインに送り込む、という手段を採用する。

【0010】

本発明では、ボイラに係る第４の解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段において、前記バイパス遮断弁を制御する制御装置をさらに備える、という手段を採用する。

【0011】

本発明では、可燃ガス供給管のパージ方法に係る解決手段として、化石燃料ガスラインから供給された化石燃料ガスと水素ガスラインから供給された水素ガスとを燃焼室に噴射して燃焼させる場合における前記水素ガスのパージ方法であって、バイパス遮断弁が設けられた化石燃料ガスバイパスラインで前記化石燃料ガスラインと前記水素ガスラインとを接続し、通常運転では前記バイパス遮断弁を閉状態に設定し、前記水素ガスラインに残留する前記水素ガスをパージする場合には前記バイパス遮断弁を開状態に設定し前記化石燃料ガスを前記水素ガスラインに送り込む、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、水素ガスをパージするための置換ガスを別途用意する必要がない、又は水素ガスをパージするための不活性ガスの消費量を抑制することが可能なボイラ及び水素ガスのパージ方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るボイラの要部構成を示す系統図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るボイラＡの動作を示す第１のフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態に係るボイラＡの動作を示す第２のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係るボイラＡは、厚生労働省の「ボイラーおよび圧力容器安全規則」に定められたボイラーであり、小規模ボイラ、簡易ボイラ及び小型ボイラを含むものである。このボイラＡは、図１に示すように、化石燃料ガスタンクＴ１、水素ガスタンクＴ２及び不活性ガスタンクＴ３を備えている。

【0015】

また、この貫流ボイラＡは、化石燃料ガスラインＬ１、水素ガスラインＬ２、不活性ガスラインＬ３、化石燃料ガスバイパスラインＬ４、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１、第２バイパス遮断弁Ｖ４２及びフレームアレスタＦを備えている。

【0016】

また、この貫流ボイラＡは、送風機Ｓ、空気供給風道Ｌ５、ボイラ本体ＢＨ及び制御装置Ｃを備えている。さらに、上述した各構成要素のうち、ボイラ本体ＢＨは、図示するようにバーナＢ、缶体ＣＢ及び蒸気圧力センサＰＳを少なくとも備えている。

【0017】

化石燃料ガスタンクＴ１は、一方の燃料である化石燃料ガスＧ１を貯留する所定容量の容器であり、ガス供給口を備えている。この化石燃料ガス供給口には、化石燃料ガスラインＬ１の一端（後端）が接続されている。このような化石燃料ガスタンクＴ１は、化石燃料ガス供給口から化石燃料ガスラインＬ１の一端（後端）に化石燃料ガスＧ１を供給する。

【0018】

水素ガスタンクＴ２は、他方の燃料である水素ガスＧ２を貯留する所定容量の容器であり、水素ガス供給口を備えている。この水素ガス供給口には、水素ガスラインＬ２の一端（後端）が接続されている。このような水素ガスタンクＴ２は、水素ガス供給口から水素ガスラインＬ２の一端（後端）に水素ガスＧ２を供給する。

【0019】

不活性ガスタンクＴ３は、不活性ガスＧ３を貯留する所定容量の容器であり、不活性ガス供給口を備えている。この不活性ガス供給口には、不活性ガスラインＬ３の一端（後端）が接続されている。このような不活性ガスタンクＴ３は、不活性ガス供給口から不活性ガスラインＬ３の一端（後端）に不活性ガスＧ３を供給する。

【0020】

化石燃料ガスＧ１は、地下から掘削される化石燃料由来のガス燃料である。この化石燃料ガスＧ１は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）又は都市ガスである。この化石燃料ガスＧ１は、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）又は都市ガスに限定されるものではなく、広義には化石燃料由来かつ水素ガスＧ２よりも火炎伝搬速度が遅いガス燃料である。

【0021】

水素ガスＧ２は、水素（Ｈ_２）を主成分とするガス燃料である。この水素ガスＧ２は、温室効果ガスとして認知されている炭素（Ｃ）を成分としないとともに、周知のガス燃料の中で燃焼速度が極めて速いものである。不活性ガスＧ３は、化学的に安定で他の元素又は化合物と容易に反応しない気体として周知のものであり、例えば窒素ガス等である。

【0022】

化石燃料ガスラインＬ１は、化石燃料ガスタンクＴ１とボイラ本体ＢＨとを接続するガス供給配管である。すなわち、化石燃料ガスラインＬ１は、一端（後端）が化石燃料ガスタンクＴ１のガス供給口に接続され、他端（先端）がボイラ本体ＢＨの第１燃料受入口に接続されている。このような化石燃料ガスラインＬ１は、化石燃料ガスタンクＴ１から流入する化石燃料ガスＧ１をボイラ本体ＢＨに供給する。

【0023】

水素ガスラインＬ２は、水素ガスタンクＴ２とボイラ本体ＢＨとを接続するガス配管である。すなわち、水素ガスラインＬ２は、一端（後端）が水素ガスタンクＴ２のガス供給口に接続され、他端（先端）がボイラ本体ＢＨの第２燃料受入口に接続されている。このような水素ガスラインＬ２は、水素ガスタンクＴ２から流入する水素ガスＧ２をボイラ本体ＢＨに供給する。

【0024】

不活性ガスラインＬ３は、不活性ガスタンクＴ３と水素ガスラインＬ２の途中部位とを接続するガス配管である。すなわち、不活性ガスラインＬ３は、一端（後端）が不活性ガスタンクＴ３のガス供給口に接続され、他端（先端）が水素ガスラインＬ２の第１接続点Ｐに接続されている。このような不活性ガスラインＬ３は、不活性ガスタンクＴ３から流入する不活性ガスＧ３を水素ガスラインＬ２に供給する。

【0025】

化石燃料ガスバイパスラインＬ４は、化石燃料ガスラインＬ１の途中部位と水素ガスラインＬ２の途中部位とを接続するガス配管である。すなわち、化石燃料ガスバイパスラインＬ４は、一端（後端）が化石燃料ガスラインＬ１の第２接続点Ｑに接続され、他端（先端）が水素ガスラインＬ２の第３接続点Ｒに接続されている。このような化石燃料ガスバイパスラインＬ４は、化石燃料ガスラインＬ１から流入する化石燃料ガスＧ１を水素ガスラインＬ２に供給する。

【0026】

第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１は、化石燃料ガスラインＬ１に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１は、図示するように、化石燃料ガスラインＬ１において一端（後端）と第２接続点Ｑとの間に設けられている。このような第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１は、制御装置Ｃによって開状態に設定されると化石燃料ガスラインＬ１における化石燃料ガスＧ１の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると化石燃料ガスラインＬ１における化石燃料ガスＧ１の流通を遮断する。

【0027】

第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２は、上記第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１と同様に化石燃料ガスラインＬ１に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２は、図示するように、化石燃料ガスラインＬ１において第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１とと第２接続点Ｑとの間に設けられている。

【0028】

このような第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２は、上述した第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１と同様に、制御装置Ｃによって開状態に設定されると化石燃料ガスラインＬ１における化石燃料ガスＧ１の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると化石燃料ガスラインＬ１における化石燃料ガスＧ１の流通を遮断する。

【0029】

第１水素ガス遮断弁Ｖ２１は、水素ガスラインＬ２に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。第１水素ガス遮断弁Ｖ２１は、図示するように、水素ガスラインＬ２において一端（後端）と第１接続点Ｐとの間に設けられている。このような第１水素ガス遮断弁Ｖ２１は、制御装置Ｃによって開状態に設定されると水素ガスラインＬ２における水素ガスＧ２の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると水素ガスラインＬ２における水素ガスＧ２の流通を遮断する。

【0030】

第２水素ガス遮断弁Ｖ２２は、上記第１水素ガス遮断弁Ｖ２１と同様に水素ガスラインＬ２に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。この第２水素ガス遮断弁Ｖ２２は、図示するように、水素ガスラインＬ２において第１接続点Ｐと第３接続点Ｒとの間に設けられている。このような制御装置Ｃによって開状態に設定されると第１接続点Ｐと第３接続点Ｒとの間における水素ガスＧ２の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると第１接続点Ｐと第３接続点Ｒとの間における水素ガスＧ２の流通を遮断する。

【0031】

不活性ガス遮断弁Ｖ３１は、不活性ガスラインＬ３に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。この不活性ガス遮断弁Ｖ３１は、制御装置Ｃによって開状態に設定されると不活性ガスラインＬ３における不活性ガスＧ３の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると不活性ガスラインＬ３における不活性ガスＧ３の流通を遮断する。

【0032】

第１バイパス遮断弁Ｖ４１は、化石燃料ガスバイパスラインＬ４に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。この第１バイパス遮断弁Ｖ４１は、化石燃料ガスバイパスラインＬ４において第２バイパス遮断弁Ｖ４２の上流側つまり第２接続点Ｑ側に設けられている。

【0033】

このような第１バイパス遮断弁Ｖ４１は、制御装置Ｃによって開状態に設定されると化石燃料ガスバイパスラインＬ４における化石燃料ガスＧ１の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると化石燃料ガスバイパスラインＬ４における化石燃料ガスＧ１の流通を遮断する。

【0034】

第２バイパス遮断弁Ｖ４２は、上記第１バイパス遮断弁Ｖ４１と同様に化石燃料ガスバイパスラインＬ４に設けられ、制御装置Ｃによって制御される制御弁である。この第２バイパス遮断弁Ｖ４２は、化石燃料ガスバイパスラインＬ４において上記第１バイパス遮断弁Ｖ４１の下流側つまり第３接続点Ｒ側に設けられている。

【0035】

このような第２バイパス遮断弁Ｖ４２は、制御装置Ｃによって開状態に設定されると化石燃料ガスバイパスラインＬ４における化石燃料ガスＧ１の流通を許容し、制御装置Ｃによって閉状態に設定されると化石燃料ガスバイパスラインＬ４における化石燃料ガスＧ１の流通を遮断する。

【0036】

フレームアレスタＦは、図示するように水素ガスラインＬ２に設けられた逆火防止装置である。このフレームアレスタＦは、図示するように、水素ガスラインＬ２において第３接続点Ｒとボイラ本体ＢＨとの間に設けられている。このようなフレームアレスタＦは、ボイラ本体ＢＨ内で発生した火炎が水素ガスラインＬ２内を第３接続点Ｒに伝搬することを防止する。

【0037】

送風機Ｓは、空気吐出口を備えており、制御装置Ｃによって制御されることによって燃焼用空気Ｇをボイラ本体ＢＨの送風する機器である。上記空気吐出口には、空気供給風道Ｌ５の一端（後端）が接続されている。このような送風機Ｓは、制御装置Ｃによる制御の下で空気供給風道Ｌ５に燃焼用空気Ｇ４を送り出す。

【0038】

空気供給風道Ｌ５は、送風機Ｓとボイラ本体ＢＨとを接続する空気流通路である。この空気供給風道Ｌ５は、一端（後端）が化送風機Ｓの空気吐出口に接続され、他端（先端）がボイラ本体ＢＨの空気受入口に接続されている。このような空気供給風道Ｌ５は、送風機Ｓから流入する燃焼用空気Ｇ４をボイラ本体ＢＨに供給する。

【0039】

ボイラ本体ＢＨは、ボイラＡの本体部であり、上述した第１燃料受入口、第２燃料受入口及び空気受入口を備えている。このボイラ本体ＢＨは、第１燃料受入口に流入する化石燃料ガスＧ１及び第２燃料受入口に流入する水素ガスＧ２を空気受入口に流入する燃焼用空気Ｇ４を用いて燃焼させることによって水蒸気を発生させる。

【0040】

このボイラ本体ＢＨは、図示するように缶体ＣＢ、バーナＢ及び蒸気圧力センサＰＳを備えている。缶体ＣＢは、内部に燃焼室が設けられた略円筒状の中空体である。この燃焼室には、燃焼ガス流路Ｂ１が設けられるとともに、ボイラ水が流通する複数の水管（図示略）が設けられている。このような缶体ＣＢでは、化石燃料ガスＧ１又は／及び水素ガスＧ２が燃焼することによって火炎が発生する。水管内を流通するボイラ水は、火炎の熱によって加熱されて水蒸気となる。

【0041】

バーナＢは、缶体ＣＢの燃焼室に化石燃料ガスＧ１又は／及び水素ガスＧ２を噴射するとともに燃焼用空気Ｇ４を噴射して燃焼させる機器である。すなわち、このバーナＢは、燃焼室に化石燃料ガスＧ１を燃焼室に噴射する第１燃料ノズル、水素ガスＧ２を燃焼室に噴射する第２燃料ノズル、燃焼用空気Ｇ４を噴射する空気噴射ノズル及び着火装置を備えている。

【0042】

蒸気圧力センサＰＳは、ボイラＡ（本体ＢＨ）から需要先に供給される水蒸気の圧力（蒸気圧）を検出する圧力センサである。この蒸気圧力センサＰＳは、蒸気圧検出値を圧力検出信号として制御装置Ｃに出力する。

【0043】

制御装置Ｃは、蒸気圧力センサＰＳから入力される圧力検出信号等に基づいて、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１、第２バイパス遮断弁Ｖ４２、送風機Ｓ及びバーナＢを制御する制御機器である。

【0044】

この制御装置Ｃは、操作盤を備えており、上述した圧力検出信号に加えて操作盤に入力される操作指示に基づいて第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１、第２バイパス遮断弁Ｖ４２、送風機Ｓ及びバーナＢを予め設定された手順で制御することによって、水蒸気需要量及び操作指示に応じてボイラＡを運転制御する。

【0045】

次に、本実施形態に係るボイラＡの動作つまり本実施形態に係る水素ガスのパージ方法について、図２及び図３に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。

【0046】

図２のフローチャートに示すように、制御装置Ｃは、最初にボイラＡを起動させる（ステップＳ１）。すなわち、制御装置Ｃは、作業者が操作盤の起動スイッチを操作するとボイラＡを起動させる。制御装置Ｃは、このボイラＡの起動に際して、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を閉状態に設定する。

【0047】

そして、制御装置Ｃは、ボイラＡを起動させるとプリパージを行う（ステップＳ２）。すなわち、制御装置Ｃは、全ての遮断弁、つまり第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を閉状態に設定する。

【0048】

そして、制御装置Ｃは、上記各遮断弁の設定に加えて送風機Ｓを作動させることによって、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１に燃焼用空気Ｇ４を供給させる。このような燃焼用空気Ｇ４の燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１への供給によって、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１の在留ガスが燃焼用空気Ｇ４によってプリパージされる。

【0049】

このようにしてプリパージが完了すると、制御装置Ｃは、ボイラＡを低負荷燃焼運転させる（ステップＳ３）。すなわち、制御装置Ｃは、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１及び第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２を開状態に設定するとともに送風機Ｓ及びバーナＢの着火装置を作動させることにより、バーナＢから化石燃料ガスＧ１のみを燃焼室に噴射させて燃焼させる。

【0050】

制御装置Ｃは、ボイラＡを予め設定された所定時間だけ低負荷燃焼運転させると、ボイラＡを低負荷燃焼運転から通常運転に切替える（ステップＳ４）。すなわち、制御装置Ｃは、水蒸気需要量の増加つまり負荷増加に伴って第１水素ガス遮断弁Ｖ２１及び第２水素ガス遮断弁Ｖ２２を閉状態から開状態に設定変更する。

【0051】

この結果、バーナＢは、化石燃料ガスＧ１に加えて水素ガスＧ２を缶体ＣＢの燃焼室に噴射する。ボイラＡは、缶体ＣＢの燃焼室において化石燃料ガスＧ１と水素ガスＧ２とが混焼することにより、低負荷燃焼運転から通常運転に切替わる。この通常運転は、低負荷燃焼運転よりも高い出力負荷に対応することが可能な高負荷燃焼運転である。

【0052】

ここで、ボイラＡ（ボイラ本体ＢＨ）から需要先に供給する水蒸気の蒸気圧には、運転切替圧力設定値Ｘｂが予め設定されている。この運転切替圧力設定値Ｘｂは、通常運転（高負荷燃焼運転）を低負荷燃焼運転に切替えるための圧力しきい値である。

【0053】

制御装置Ｃは、蒸気圧力センサＰＳから入力される圧力検出信号を取り込むことにより、水蒸気の蒸気圧が運転切替圧力設定値Ｘｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ５）。制御装置Ｃは、このステップＳ５の判断が「Ｎｏ」の場合、ステップＳ４の通常運転を継続する。

【0054】

一方、制御装置Ｃは、上記ステップＳ５の判断が「Ｙｅｓ」の場合には、ボイラＡを通常運転（高負荷燃焼運転）から低負荷燃焼運転に切替えて、ボイラＡを低負荷燃焼運転させる（ステップＳ６）。

【0055】

すなわち、制御装置Ｃは、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１及び第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２を開状態に維持し、また第１水素ガス遮断弁Ｖ２１及び第２水素ガス遮断弁Ｖ２２を閉状態に設定変更することにより、ボイラＡを通常運転（高負荷燃焼運転）から低負荷燃焼運転に切替える。

【0056】

そして、制御装置Ｃは、この低負荷燃焼運転において、化石燃料ガスＧ１を用いた水素ガスラインＬ２のパージ（水素パージ）を行わせる（ステップＳ７）。すなわち、制御装置Ｃは、予め設定された所定時間（水素パージ時間）だけ第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を閉状態から開状態に設定変更する。この結果、化石燃料ガスＧ１は、水素パージ時間だけ水素ガスラインＬ２に流れ込む。その後、制御装置Ｃは、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を閉状態にする。

【0057】

化石燃料ガスＧ１は、第２接続点Ｑから化石燃料ガスバイパスラインＬ４に流入し、また第３接続点Ｒを経由して水素ガスラインＬ２に流入する。水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２は、このようにして水素ガスラインＬ２に流入する化石燃料ガスＧ１によってパージされ、水素ガスラインＬ２の他端（先端）からバーナＢの第２燃料ノズルから缶体ＣＢの燃焼室に噴射される。

【0058】

このようにして水素ガスラインＬ２からパージされた水素ガスＧ２は、缶体ＣＢの燃焼室において第２燃料ノズルから缶体ＣＢの燃焼室に噴射される化石燃料ガスＧ１とともに燃焼する。そして、缶体ＣＢで生成される水蒸気の蒸気圧が供給負荷の減少とともに徐々に上昇する。

【0059】

制御装置Ｃは、蒸気圧力センサＰＳから入力される圧力検出信号に基づいて水蒸気の蒸気圧が予め設定された燃焼停止圧力Ｘａまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ８）。制御装置Ｃは、ステップＳ８の判断が「Ｎｏ」の場合には、ボイラＡを低負荷燃焼運転させる（ステップＳ９）。

【0060】

このステップＳ９の低負荷燃焼運転は、上述したステップＳ３の低負荷燃焼運転と同等である。制御装置Ｃは、ステップＳ９の低負荷燃焼運転の継続状態において、上述したステップＳ８の判断処理を繰り返すことにより、水蒸気の蒸気圧が燃焼停止圧力Ｘａまで上昇したか否かを判断する。

【0061】

一方、制御装置Ｃは、上記ステップＳ８の判断が「Ｙｅｓ」の場合、ボイラＡを燃焼停止させる（ステップＳ１０）。すなわち、制御装置Ｃは、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１及び第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２を開状態から閉状態に設定変更することにより、バーナＢへの燃料供給を停止させる。この結果、ボイラＡは燃焼停止状態となる。

【0062】

このようにしてボイラＡを燃焼停止させると、制御装置Ｃは、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１のポストパージを行わせる（ステップＳ１１）。すなわち、制御装置Ｃは、送風機Ｓの送風量を増加させることによって、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１の残留ガスを燃焼用空気Ｇ４を用いてポストパージさせる。

【0063】

このポストパージが完了すると、制御装置Ｃは、ボイラＡを完全に停止させる（ステップＳ１２）。なお、制御装置Ｃは、上述したステップＳ８の判断が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ８の判断処理を繰り返す。すなわち、制御装置Ｃは、ステップＳ７の水素パージが完了すると、水蒸気の蒸気圧が燃焼停止圧力Ｘａまで上昇した後にボイラＡを燃焼停止させる。

【0064】

続いて、ボイラＡの異常発生時の動作について図３のフローチャートに沿って説明する。ボイラＡの運転中には種々の異常が発生し得る。ボイラＡに異常が発生すると、制御装置Ｃは、不活性ガスＧ３を用いた水素パージを行う（ステップＳ１ａ）。

【0065】

すなわち、制御装置Ｃは、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２及び第１水素ガス遮断弁Ｖ２１を開状態から閉状態に設定変更し、燃焼停止させる（ステップＳ２ａ）。また、制御装置Ｃは、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２を開状態に維持し、さらに不活性ガス遮断弁Ｖ３１を閉状態から開状態に設定変更する。

【0066】

この結果、不活性ガスＧ３が不活性ガスラインＬ３及び第１接続点Ｐを経由して水素ガスラインＬ２に流入する。この不活性ガスＧ３は、第１接続点Ｐから第３接続点Ｒを経由し、さらに水素ガスラインＬ２のフレームアレスタＦ及び他端（先端）を経由してバーナＢの第２燃料ノズルから所定の時間缶体ＣＢの燃焼室に噴射される。

【0067】

すなわち、水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２は、このようにして水素ガスラインＬ２に流入する不活性ガスＧ３によってパージされ、水素ガスラインＬ２の他端（先端）からバーナＢの第２燃料ノズルから缶体ＣＢの燃焼室に噴射される。このようにして不活性ガスＧ３を用いた水素ガスラインＬ２の水素パージが完了する。

【0068】

制御装置Ｃは、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１をポストパージさせる（ステップＳ３ａ）。すなわち、制御装置Ｃは、送風機Ｓの送風量を増加させることによって、缶体ＣＢの燃焼室及び燃焼ガス通路Ｂ１の残留ガスを燃焼用空気Ｇ４を用いてポストパージさせる。そして、制御装置Ｃは、上記ポストパージが完了すると、ボイラＡを完全に停止させる（ステップＳ４ａ）。

【0069】

本実施形態に係るボイラＡは、化石燃料ガスラインＬ１から供給された化石燃料ガスＧ１と水素ガスラインＬ２から供給された水素ガスＧ２とを缶体ＣＢ（燃焼室）に噴射して燃焼させるものであって、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２が設けられ、化石燃料ガスラインＬ１と水素ガスラインＬ２とを接続する化石燃料ガスバイパスラインＬ４を備え、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２は、通常運転では閉状態に設定され、水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）する場合に開状態に設定されて化石燃料ガスＧ１を水素ガスラインＬ２に送り込む。

【0070】

このような本実施形態によれば、化石燃料ガスＧ１を用いて水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）するので、水素ガスをパージするための不活性ガスを別途用意する必要がないボイラＡを提供することが可能である。

【0071】

また、本実施形態に係るボイラＡは、低負荷燃焼運転する際に化石燃料ガスＧ１のみを燃焼室に噴射して燃焼させ、通常運転において水蒸気の蒸気圧力が通常運転（高負荷燃焼運転）から低負荷燃焼運転への運転切替圧力設定値Ｘｂに到達したら第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２が予め設定された水素パージ時間（所定時間）だけ開状態に設定される。

【0072】

本実施形態によれば、低負荷燃焼運転において水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）するので、水素ガスＧ２を効果的にパージ（水素パージ）することが可能である。

【0073】

また、本実施形態に係るボイラＡは、不活性ガス遮断弁Ｖ３１が設けられ、水素ガスラインＬ２に接続された不活性ガスラインＬ３をさらに備え、不活性ガス遮断弁Ｖ３１は、異常停止又は緊急停止の場合或いはメンテナンス開始前において開状態に設定されて不活性ガスＧ３を水素ガスラインＬ２に送り込む。

【0074】

このような本実施形態によれば、異常停止又は緊急停止の場合或いはメンテナンス開始前のみに不活性ガスＧ３を用いた水素パージを行うので、不活性ガスＧ３の消費量を抑制することが可能である。

【0075】

また、本実施形態に係るボイラＡは、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２及び不活性ガス遮断弁Ｖ３を制御する制御装置Ｃをさらに備える。

【0076】

このような本実施形態によれば、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２及び不活性ガス遮断弁Ｖ３を手動操作する場合に比較して、不水素パージを迅速に行うことが可能である。

【0077】

さらに、本実施形態に係る水素ガスＧ２のパージ方法は、化石燃料ガスラインＬ１から供給された化石燃料ガスＧ１と水素ガスラインＬ２から供給された水素ガスＧ２とを缶体ＣＢ（燃焼室）に噴射して燃焼させる場合における水素ガスＧ２のパージ方法であって、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２が設けられた化石燃料ガスバイパスラインＬ４で化石燃料ガスラインＬ１と水素ガスラインＬ２とを接続し、通常運転では第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を閉状態に設定し、水素ガスラインＬ２に残留する水素ガスＧ２をパージする場合には第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を開状態に設定し化石燃料ガスＧ１を水素ガスラインＬ２に送り込む

【0078】

このような水素ガスＧ２のパージ方法によれば、化石燃料ガスＧ１を用いて水素ガスラインＬ２の水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）するので、水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）するための不活性ガスＧ３を別途用意する必要がない水素ガスＧ２のパージ方法を提供することが可能である。

【0079】

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。上記各実施形態では、第１接続点Ｐ、第２接続点Ｑ及び第３接続点Ｒを図１に示すように設定し、また第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を図１に示すように配置した。

【0080】

しかしながら、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１接続点Ｐ、第２接続点Ｑ及び第３接続点Ｒの位置及び第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２の設け方については、化石燃料ガスＧ１を用いて水素ガスラインＬ２の水素ガスＧ２をパージ（水素パージ）することが可能であれば、他の位置や設け方であってもよい。

【0081】

また、上記各実施形態では、第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２を制御装置Ｃによって制御される制御弁としたが、本発明はこれに限定されない。

【0082】

第１化石燃料ガス遮断弁Ｖ１１、第２化石燃料ガス遮断弁Ｖ１２、第１水素ガス遮断弁Ｖ２１、第２水素ガス遮断弁Ｖ２２、不活性ガス遮断弁Ｖ３１、第１バイパス遮断弁Ｖ４１及び第２バイパス遮断弁Ｖ４２の全て又は一部を手動弁としてもよい。

【符号の説明】

【0083】

Ａ ボイラ
Ｂ バーナ
ＢＨ ボイラ本体
Ｃ 制御装置
ＣＢ 缶体（燃焼室）
Ｆ フレームアレスタ
Ｇ１ 化石燃料ガス
Ｇ２ 水素ガス
Ｇ３ 不活性ガス
Ｌ１ 化石燃料ガスライン
Ｌ２ 水素ガスライン
Ｌ３ 不活性ガスライン
Ｌ４ 化石燃料ガスバイパスライン
Ｌ５ 空気供給風道
ＰＳ 蒸気圧力センサ
Ｓ 送風機
Ｔ１ 化石燃料ガスタンク
Ｔ２ 水素ガスタンク
Ｔ３ 不活性ガスタンク
Ｖ１１ 第１化石燃料ガス遮断弁
Ｖ１２ 第２化石燃料ガス遮断弁
Ｖ２１ 第１水素ガス遮断弁
Ｖ２２ 第２水素ガス遮断弁
Ｖ３１ 不活性ガス遮断弁
Ｖ４１ 第１バイパス遮断弁
Ｖ４２ 第２バイパス遮断弁

【要約】

【課題】水素ガスをパージするための不活性ガスの消費量を抑制することが可能なボイラ及び水素ガスのパージ方法を提供する。
【解決手段】化石燃料ガスラインから供給された化石燃料ガスと水素ガスラインから供給された水素ガスとを燃焼室に噴射して燃焼させるボイラであって、バイパス遮断弁が設けられ、化石燃料ガスラインと水素ガスラインとを接続する化石燃料ガスバイパスラインを備え、上記バイパス遮断弁は、通常運転では閉状態に設定され、水素ガスラインに残留する水素ガスをパージする場合に開状態に設定されて化石燃料ガスを水素ガスラインに送り込む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】