(57)【要約】【課題】適切にＮＯｘ及びＣＯを低減させる。【解決手段】ボイラ１は、水管５１、５２、５３を有する缶体１０と、缶体１０に接続され、缶体１０内に一次燃料Ｆ１及び空気を供給するバーナ１６と、バーナ１６よりも下流側の缶体１０内に二次燃料Ｆ２を供給する二次燃料供給部２４と、缶体１０内から排出される燃焼ガスが流通する排出ライン２６と、排出ライン２６とバーナ１６との接続状態、一次燃料Ｆ１の供給、及び二次燃料Ｆ２の供給を制御する制御部と、を有する。制御部は、第１燃焼段階である場合に、バーナ１６に一次燃料Ｆ１を供給させつつ、燃焼ガスＧ０と二次燃料Ｆ２とを混合させた混合ガスを缶体１０内に供給し、燃焼量が大きい第２燃焼段階である場合に、燃焼ガスＧ０と一次燃料Ｆ１とを混合させた混合ガスを缶体１０内に供給させつつ、燃焼ガスＧ０と二次燃料Ｆ２とを混合させた混合ガスを缶体１０内に供給する。【選択図】図２
2020098071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管を有する缶体と、
前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料と空気とを供給可能なバーナと、
燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に二次燃料を供給可能な二次燃料供給部と、
前記缶体内から排出される燃焼ガスが流通する排出ラインと、
前記排出ラインと前記バーナとの接続状態、前記排出ラインと前記二次燃料供給部との接続状態、前記一次燃料の供給、及び前記二次燃料の供給を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
第１燃焼段階である場合に、前記バーナに前記一次燃料を供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給し、
前記缶体内の燃焼量が前記第１燃焼段階よりも大きい第２燃焼段階である場合に、前記排出ラインと前記バーナとを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記バーナからの前記一次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと、前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させる、
ボイラ。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１燃焼段階である場合に、前記排出ラインと前記バーナとを非接続にすることで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと、前記バーナからの前記一次燃料との混合を停止させる、
請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２燃焼段階である場合に、前記一次燃料の供給量が多いほど、前記燃焼ガスの前記一次燃料への混合量を多くする、
請求項１又は請求項２に記載のボイラ。
【請求項４】
水管を有する缶体と、前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料と空気とを供給可能なバーナと、燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に、二次燃料を供給可能な二次燃料供給部と、前記缶体内から排出される燃焼ガスが流通する排出ラインと、を有するボイラの制御方法であって、
第１燃焼段階である場合に、前記バーナに前記一次燃料を供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給し、
前記缶体内の燃焼量が前記第１燃焼段階よりも大きい第２燃焼段階である場合に、前記排出ラインと前記バーナとを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記バーナからの前記一次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと、前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させる、
ボイラの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ及びボイラの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスを燃焼した熱を用いて蒸気を生成するボイラとしては、例えば特許文献１及び２のように、缶体内に燃料ガスを供給するバーナよりも下流側に、さらに燃料ガスを供給する燃料供給部を備えることで、二段燃焼を行うものがある。特許文献１及び２には、上記構成で、排ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯ、及び酸素濃度を低減可能である旨が記載されている。また、特許文献２には、缶体からの排ガスをエゼクタにより吸引して、缶体に再循環させる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０３７３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献２では、燃焼量に応じて燃焼ガスを供給する位置を調整しているが、特許文献１、２のような二段燃焼に対し、缶体内で適切に温度調整を行ってＮＯｘ及びＣＯを低減させるには、更なる改善の余地がある。
【０００５】
本発明の態様は、適切にＮＯｘ及びＣＯを低減させるボイラ及びボイラ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】
本発明の態様に従えば、水管を有する缶体と、前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料と空気とを供給可能なバーナと、燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に二次燃料を供給可能な二次燃料供給部と、前記缶体内から排出される燃焼ガスが流通する排出ラインと、前記排出ラインと前記バーナとの接続状態、前記排出ラインと前記二次燃料供給部との接続状態、前記一次燃料の供給、及び前記二次燃料の供給を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、第１燃焼段階である場合に、前記バーナに前記一次燃料を供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給し、前記缶体内の燃焼量が前記第１燃焼段階よりも大きい第２燃焼段階である場合に、前記排出ラインと前記バーナとを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記バーナからの前記一次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと、前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させる、ボイラが提供される。
【０００７】
本発明の態様に従えば、水管を有する缶体と、前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料と空気とを供給可能なバーナと、燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に、二次燃料を供給可能な二次燃料供給部と、前記缶体内から排出される燃焼ガスが流通する排出ラインと、を有するボイラの制御方法であって、第１燃焼段階である場合に、前記バーナに前記一次燃料を供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給し、前記缶体内の燃焼量が前記第１燃焼段階よりも大きい第２燃焼段階である場合に、前記排出ラインと前記バーナとを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと前記バーナからの前記一次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させつつ、前記排出ラインと前記二次燃料供給部とを接続することで、前記排出ラインからの前記燃焼ガスと、前記二次燃料供給部からの前記二次燃料とを混合させた混合ガスを前記缶体内に供給させる、ボイラの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、適切にＮＯｘ及びＣＯを低減させるボイラ及びボイラの制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係るボイラの模式的な断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るボイラの模式的な一部断面図である。
【図３】図３は、第１燃焼段階の場合の燃料供給を説明する模式図である。
【図４】図４は、第２燃焼段階の場合の燃料供給を説明する模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る制御装置の模式的なブロック図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る制御部の制御フローを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態及び変形例の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１１】
以降の説明において、燃焼ガスとは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合の、いずれをも含む概念である。
【００１２】
（ボイラの全体構成）
図１は、本実施形態に係るボイラの模式的な断面図である。図２は、本実施形態に係るボイラの模式的な一部断面図である。図２は、第１実施形態に係るボイラ１を後述のＺ方向側から見た場合の、すなわち鉛直方向上方からボイラ１を見下ろした場合の、模式的な一部断面図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るボイラ１は、缶体１０と、送風機１２と、ダクト１４と、バーナ１６と、排気筒１８と、燃料供給部２０（図２参照）と、一次燃料供給部２２と、二次燃料供給部２４（図２参照）と、排出ライン２６（図２参照）と、制御装置３０とを有する。
【００１３】
図１に示すように、缶体１０は、本体部４０と、上部ヘッダ４２と、下部ヘッダ４４と、水管群５０とを有する。本実施形態では、Ｘ方向を、本体部４０内を流れる燃焼ガスの流れ方向とする。また、Ｘ方向に直交し、鉛直方向に沿った方向であって、鉛直方向上側に向かう方向を、Ｚ方向とする。Ｚ方向は、本実施形態では鉛直方向と重なる方向であるが、鉛直方向に限られない。本体部４０は、Ｘ方向に沿った方向を長手方向とする筐体であり、内部に水管群５０を収納する。上部ヘッダ４２は、本体部４０のＺ方向側の端部、ここでは鉛直方向側に連結されるヘッダである。下部ヘッダ４４は、本体部４０のＺ方向と反対方向側の端部、ここでは鉛直方向下側に連結されるヘッダである。
【００１４】
水管群５０は、内部に水又は蒸気が流れる複数の水管５１、５２、５３を有する。水管５１、５２、５３は、本体部４０内に設けられて方向Ｚに沿って延在し、上部ヘッダ４２と下部ヘッダ４４とを連結する。図２に示すように、複数の水管５１（外側水管）は、本体部４０の両側端に位置しており、燃焼ガスが流れる方向、すなわち方向Ｘに沿って並んでいる。複数の水管５３（中央水管）は、水管５１よりも内側に位置しており、方向Ｘに沿って並んでいる。複数の水管５２（中間水管）は、水管５１と水管５３との間に位置しており、方向Ｘに沿って並んでいる。また、本体部４０内には、方向Ｘに沿って延在して複数の水管５１同士を連結する連結壁５４が設けられている。水管５１、連結壁５４、上部ヘッダ４２、及び下部ヘッダ４４で囲まれた空間が、ガス流動空間を形成する。また、水管５２は、一部の水管５２同士の間の方向Ｘに沿った距離が、他の水管５２同士の方向Ｘに沿った距離より長くなるように並んでいる。すなわち、水管５２は、一部が抜管されている。ガス流動空間内において、この距離が長い水管５２同士の間の空間、すなわち抜管された空間は、他の水管同士の間の空間よりも広くなっている。以下、距離が長い水管５２同士の間の空間を、燃焼促進空間Ｓと記載する。燃焼促進空間Ｓは、広く保たれているため、燃焼、すなわち燃焼ガス中のＣＯの酸化が促進される。燃焼促進空間Ｓは、水管に囲まれた他の空間よりも広く保たれた空間であれば、水管５２同士の間の空間であることに限られず、任意の水管に囲まれた空間であってよい。例えば、本体部４０内において、燃焼ガスの流れ方向における上流側の空間の水管の径を、燃焼ガスの流れ方向における下流側の空間の径よりも細くするなどによって、燃焼ガスの流れ方向における上流側の空間における水管のピッチを、燃焼ガスの流れ方向における下流側の空間における水管のピッチより大きくしてもよい。ただし、燃焼促進空間Ｓは、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００１５】
送風機１２は、後述する一次燃料Ｆ１に混合するための空気Ａを供給する。ダクト１４は、送風機１２に接続されるダクトであり、送風機１２から供給される空気Ａが流れる。また、ダクト１４は、一次燃料供給部２２が接続される。具体的には、図２に示すように、一次燃料供給部２２は、燃料供給ライン６０と、一次燃料調整弁６２とを有する。燃料供給ライン６０は、一方の端部が燃料Ｆを供給する燃料供給部２０に接続され、他方の端部がダクト１４に接続されている。また、燃料供給ライン６０は、一次燃料調整弁６２が設けられている。燃料供給ライン６０は、燃料供給部２０から供給された燃料Ｆが流れ、流れている燃料Ｆの少なくとも一部を、一次燃料調整弁６２を介して、一次燃料Ｆ１としてダクト１４内に供給する。燃料供給ライン６０から供給された一次燃料Ｆ１は、ダクト１４内において、送風機１２から供給された空気Ａと混合され、混合ガスＦ１Ａが生成される。なお、燃料Ｆ（すなわち一次燃料Ｆ１及び後述の二次燃料Ｆ２）は、燃焼可能な燃料ガスであり、例えば、天然ガス又はプロパンガスなどであるが、任意の燃料であってよい。また、一次燃料調整弁６２は、制御装置３０によって開閉が制御されることで、ダクト１４への一次燃料Ｆ１の供給量を調整する。なお、詳しくは後述するが、ダクト１４には、第２燃焼段階において、排出ライン２６から燃焼ガスＧ０が供給され、この場合、混合ガスＦ１Ａは、一次燃料Ｆ１と空気Ａと燃焼ガスＧ０との混合ガスとなる。
【００１６】
また、図１に示すように、ダクト１４には、燃料供給ライン６０が接続される箇所よりも空気Ａの流れの上流側に、減圧部材１２Ａを有する。減圧部材１２Ａは、例えば流路を絞ることで、自身よりも空気Ａの流れの上流側の空気Ａの圧力よりも、自身よりも空気Ａの流れの下流側の空気Ａの圧力を低くする部材である。減圧部材１２Ａは、本実施形態では、例えばパンチングメタルである。さらに、ボイラ１は、減圧部材１２Ａの下流側の圧力と減圧部材１２Ａの下流側の圧力との差圧を検出するエア差圧センサ１２Ｂを有している。エア差圧センサ１２Ｂは、ダクト１４内における減圧部材１２Ａの下流側の空気Ａの圧力と、減圧部材１２Ａの上流側の空気Ａの圧力との差圧を検出し、検出した差圧の情報を制御装置３０に出力する。
【００１７】
また、図２に示すように、一次燃料供給部２２は、さらに、減圧部材６４と燃料差圧センサ６６とを有している。減圧部材６４は、燃料供給ライン６０に設けられ、例えば流路を絞ることで、自身よりも燃料Ｆの流れの上流側の一次燃料Ｆ１の圧力よりも、自身よりも燃料Ｆの流れの下流側の一次燃料Ｆ１の圧力を低くする部材である。より詳しくは、減圧部材６４は、一次燃料調整弁６２よりも下流側であって、燃料供給ライン６０のダクト１４との接続箇所よりも上流側に設けられる。本実施形態では、減圧部材６４は、例えばオリフィスである。また、燃料差圧センサ６６は、減圧部材６４の下流側の圧力と減圧部材６４の下流側の圧力との差圧を検出する。燃料差圧センサ６６は、燃料供給ライン６０内における減圧部材６４の下流側の一次燃料Ｆ１の圧力と、減圧部材６４の上流側の一次燃料Ｆ１の圧力との差圧を検出し、検出した差圧の情報を制御装置３０に出力する。
【００１８】
ダクト１４は、缶体１０の本体部４０にも接続されている。ダクト１４は、本体部４０の、方向Ｘと反対側の箇所、すなわち燃焼ガスの流れ方向における上流側の箇所に、接続される。また、ダクト１４と本体部４０との接続箇所には、バーナ１６が設けられている。すなわち、バーナ１６は、缶体１０に接続されており、本体部４０の方向Ｘと反対側の箇所に接続されているといえる。ダクト１４を流れる混合ガスＦ１Ａは、バーナ１６に供給される。バーナ１６は、混合ガスＦ１Ａを、すなわち一次燃料Ｆ１と空気Ａとを、缶体１０の本体部４０内に供給する。
【００１９】
排気筒１８は、缶体１０の本体部４０に接続されており、さらに言えば、本体部４０の方向Ｘ側の箇所（燃焼ガスの流れ方向の最下流側の箇所）に接続されている。本体部４０内の燃焼ガスは、本体部４０内から排気筒１８に、排ガスとして排出される。
【００２０】
二次燃料供給部２４は、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に、二次燃料Ｆ２を供給する。
【００２１】
二次燃料供給部２４は、図２に示すように、二次燃料供給ライン７０、７４と、二次燃料調整弁７２とを有する。二次燃料供給ライン７０は、燃料供給ライン６０に接続されている。より詳しくは、二次燃料供給ライン７０は、燃料供給ライン６０の、燃料供給部２０の接続箇所と一次燃料調整弁６２の接続箇所との間の箇所に、接続されている。従って、燃料供給ライン６０は、燃料供給部２０から、燃料Ｆのうちの少なくとも一部が、二次燃料Ｆ２として供給される。二次燃料調整弁７２は、二次燃料供給ライン７０に設けられている。二次燃料調整弁７２は、制御装置３０によって開閉が制御されることで、二次燃料供給ライン７０への二次燃料Ｆ２の供給量を調整する。
【００２２】
二次燃料供給ライン７４は、二次燃料供給ライン７０の、二次燃料調整弁７２との接続箇所よりも二次燃料Ｆ２の流れの下流側の箇所に接続されている。二次燃料供給ライン７４は、二次燃料調整弁７２を介して、二次燃料供給ライン７０から二次燃料Ｆ２が供給される。また、二次燃料供給ライン７４は、缶体１０の本体部４０にも接続されている。より詳しくは、二次燃料供給ライン７４は、本体部４０の、バーナ１６との接続箇所よりも方向Ｘ側（燃焼ガスの流れ方向の下流側）の箇所に接続されている。従って、二次燃料供給ライン７４は、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に、二次燃料供給ライン７０からの二次燃料Ｆ２を供給する。さらに言えば、二次燃料供給ライン７４は、缶体１０内で一次燃料Ｆ１による燃焼が開始する箇所より下流側、すなわち図示しない着火手段よりも下流側に接続される。また、二次燃料供給ライン７４は、燃焼ガスの温度が８００℃以上となる位置、すなわち二次燃料Ｆ２が適切に自己燃焼してＣＯの発生を抑制可能な温度となる位置に接続されることが好ましい。また、二次燃料供給ライン７４は、燃焼促進空間Ｓよりも、方向Ｘと反対側（燃焼ガスの流れ方向の上流側）の箇所に接続されることが好ましい。なお、本実施形態では、二次燃料供給ライン７４は、二次燃料供給ライン７０から分岐して２つ設けられ、それぞれが本体部４０に接続されている。ただし、二次燃料供給ライン７４の数は任意であり、例えば１つであってもよい。
【００２３】
排出ライン２６は、缶体１０内から排出された燃焼ガスＧ０、すなわち排気筒１８に排出された排ガスが流通する。図２に示すように、排出ライン２６は、排出ライン８０と、流量調整部８１と、一次排出ライン８２と、二次排出ライン８４と、一次接続弁８６と、二次接続弁８８とを有する。排出ライン８０は、排気筒１８に接続されている。排出ライン８０は、排気筒１８からの排ガス、すなわち缶体１０から排出された燃焼ガスＧ０が供給される。
【００２４】
流量調整部８１は、排出ライン８０に設けられる。流量調整部８１は、制御装置３０の制御により、排出ライン８０から缶体１０内に導入される燃焼ガスＧ０の供給量を調整する。本実施形態において、流量調整部８１は、ファンである。流量調整部８１は、排気筒１８から燃焼ガスＧ０を吸引して排出ライン８０内に供給する。流量調整部８１は、制御装置３０により、内蔵する羽根部(図示略)の回転数が制御されることで、缶体１０に供給する燃焼ガスＧ０の供給量を調整する。ただし、流量調整部８１は、制御装置３０の制御により供給する燃焼ガスＧ０の供給量を調整可能であれば、回転数を制御されることに限られず、任意の方法で燃焼ガスＧ０の供給量を調整してよい。例えば、流量調整部８１は、内蔵するベーンの開度が制御されることで、燃焼ガスＧ０の供給量を調整してもよい。
【００２５】
一次排出ライン８２は、図２に示すように一方の端部が排出ライン８０に接続され、図１に示すように他方の端部が送風機１２の吸込口１２ａに接続されている。吸込口１２ａは、送風機１２が空気（外気）を取り込む入口である。なお、図２の断面図では、実際には送風機１２が見えないが、説明の便宜上、図２においても、一次排出ライン８２の他方の端部が送風機１２の吸込口１２ａに接続されている状態を示している。後述の図３、４も同様である。より詳しくは、一次排出ライン８２は、一方の端部が、排出ライン８０の、燃焼ガスＧ０の流れ方向における流量調整部８１が設けられた箇所の上流側に接続されている。また、送風機１２は、ダクト１４を介してバーナ１６と接続されているため、一次排出ライン８２は、他方の端部がバーナ１６に接続されているともいえる。また、一次排出ライン８２には、一次接続弁８６が設けられている。一次接続弁８６は、制御装置３０によって開度が制御され、排出ライン８０と一次排出ライン８２との接続状態、言い換えれば、排出ライン２６と送風機１２（あるいはバーナ１６）との接続状態を切り替える。すなわち、一次接続弁８６は、閉状態において、排出ライン８０と一次排出ライン８２とを、すなわち排出ライン２６と送風機１２とを、非接続にする。そして、一次接続弁８６は、開状態において、排出ライン８０と一次排出ライン８２とを、すなわち排出ライン２６と送風機１２とを、接続する。なお、一次排出ライン８２は、送風機１２に直接接続されていたが、例えばダクト１４又は燃料供給ライン６０に接続されていてもよい。また、一次排出ライン８２が流量調整部８１の上流側において排出ライン８０に接続されることで、送風機１２を運転することで一次排出ライン８２に燃焼ガスＧ０を供給することが可能となり、一次排出ライン８２に燃焼ガスＧ０を供給する際に流量調整部８１を運転しなくてよくなる。これにより、流量調整部８１を運転しない分、電力などの動力を抑えることができる。ただし、一次排出ライン８２は、流量調整部８１の上流側において排出ライン８０に接続されることに限られず、例えば流量調整部８１の下流側に接続されてもよい。
【００２６】
一次排出ライン８２は、一次接続弁８６が開状態の場合、排出ライン８０と接続されて、排出ライン８０から燃焼ガスＧ０が流通可能となるため、排気筒１８から排出ライン８０に供給された燃焼ガスＧ０が供給される。一次排出ライン８２は、供給された燃焼ガスＧ０を、送風機１２に供給する。送風機１２からは空気Ａが供給されるため、空気Ａおよび燃焼ガスＧ０が送風機１２からダクト１４に供給される。ダクト１４内において、空気および燃焼ガスＧ０が一次燃料Ｆ１に混合され、燃焼ガスＧ０と空気Ａと一次燃料Ｆ１とが混合された混合ガスＦ１Ａが、バーナ１６から缶体１０内に供給される。また、一次排出ライン８２は、一次接続弁８６の開度に応じて、送風機１２に供給する燃焼ガスＧ０の供給量が変化する。すなわち、一次接続弁８６の開度が大きいほど、送風機１２に供給する燃焼ガスＧ０の供給量が多くなる。一方、一次排出ライン８２は、一次接続弁８６が閉状態の場合、排出ライン８０と非接続になって排出ライン８０からの燃焼ガスＧ０の流通が停止するため、燃焼ガスＧ０の送風機１２への供給を停止する。この場合、送風機１２に燃焼ガスＧ０が供給されないため、空気Ａと一次燃料Ｆ１とが混合された混合ガスＦ１Ａが、バーナ１６から缶体１０内に供給される。
【００２７】
二次排出ライン８４は、一方の端部が排出ライン８０に接続され、他方の端部が二次燃料供給部２４に接続されている。具体的には、二次排出ライン８４は、一方の端部が、排出ライン８０の、燃焼ガスＧ０の流れ方向における流量調整部８１が設けられた箇所の下流側に接続されている。すなわち、排出ライン８０は、一次排出ライン８２と二次排出ライン８４とに分岐している。また、二次排出ライン８４は、他方の端部が、二次燃料供給ライン７０の、二次燃料調整弁７２の接続箇所よりも二次燃料Ｆ２の流れの下流側の箇所であって、二次燃料供給ライン７４の接続箇所よりも二次燃料Ｆ２の流れの上流側の箇所に、接続されている。
【００２８】
二次排出ライン８４には、二次接続弁８８が設けられている。二次接続弁８８は、制御装置３０によって開度が制御されることで、排出ライン８０と二次排出ライン８４との接続状態、言い換えれば、排出ライン２６と二次燃料供給部２４との接続状態を切り替える。すなわち、二次接続弁８８は、閉状態において、排出ライン８０と二次排出ライン８４とを、すなわち排出ライン２６と二次燃料供給部２４とを、非接続にする。そして二次接続弁８８は、開状態において、排出ライン８０と二次排出ライン８４とを、すなわち排出ライン２６と二次燃料供給部２４とを、接続する。
【００２９】
二次排出ライン８４は、二次接続弁８８が開状態の場合、排出ライン８０と接続されて、排出ライン８０から燃焼ガスＧ０が流通可能となるため、排気筒１８から排出ライン８０に供給された燃焼ガスＧ０が供給され、供給された燃焼ガスＧ０を、二次燃料供給ライン７０内に供給する。また、二次燃料供給ライン７０には、二次燃料Ｆ２が供給される。従って、この場合、二次燃料供給ライン７０、７４内において、燃焼ガスＧ０は、二次燃料Ｆ２に混合され、燃焼ガスＧ０と二次燃料Ｆ２とが混合された混合ガスＦ２Ａが、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給される。また、二次排出ライン８４は、二次接続弁８８の開度に応じて、二次燃料供給ライン７０に供給する燃焼ガスＧ０の供給量が変化する。すなわち、二次接続弁８８の開度が大きいほど、二次燃料供給ライン７０に供給する燃焼ガスＧ０の供給量が多くなる。また、二次排出ライン８４は、二次接続弁８８が閉状態の場合、排出ライン８０と非接続になって排出ライン８０からの燃焼ガスＧ０の流通が停止するため、燃焼ガスＧ０の二次燃料供給ライン７０への供給を停止する。
【００３０】
なお、本実施形態においては、排出ライン８０と、一次排出ライン８２と、二次排出ライン８４と、二次燃料供給ライン７０と、二次燃料供給ライン７４とを、それぞれの別の管として説明している。ただし、排出ライン８０と、一次排出ライン８２と、二次排出ライン８４と、二次燃料供給ライン７０と、二次燃料供給ライン７４とは、接続されているため、排出ライン８０と、一次排出ライン８２と、二次排出ライン８４と、二次燃料供給ライン７０と、二次燃料供給ライン７４とを、１つの管である、と言い換えることもできる。
【００３１】
（制御装置による制御）
次に、制御装置３０について説明する。制御装置３０は、一次燃料Ｆ１、空気Ａ、二次燃料Ｆ２及び燃焼ガスＧ０の、缶体１０内への供給を制御する。また、制御装置３０は、排出ライン２６と送風機１２（あるいはバーナ１６）との接続状態、及び、排出ライン２６と二次燃料供給部２４との接続状態を制御する。制御装置３０は、第１燃焼段階と第２燃焼段階とで、異なった制御を実行する。第１燃焼段階とは、缶体１０内での燃焼量が低い低燃焼モードを指し、言い換えれば、一次燃料Ｆ１の供給量が低い場合を指す。第２燃焼段階とは、第１燃焼段階よりも缶体１０内での燃焼量が大きい高燃焼モードを指し、言い換えれば、一次燃料Ｆ１の供給量が、第１燃焼段階より多い。制御装置３０は、ボイラ１に対して指示された燃焼段階に応じて、すなわちどのような燃焼段階でボイラ１を運転するかの指示に応じて、第１燃焼段階であるか第２燃焼段階であるかを判断する。例えば、停止、低燃焼、高燃焼の３位置制御のボイラでは第１燃焼段階を低燃焼、第２燃焼段階を高燃焼とする。また、制御装置３０は、例えば、一次燃料Ｆ１の予定供給量が所定範囲内である場合、第１燃焼段階であると判断し、一次燃料Ｆ１の予定供給量が所定範囲の上限値よりも多い場合、第２燃焼段階であると判断してもよい。例えば、停止、低燃焼、中燃焼、高燃焼の４位置制御のボイラでは第１燃焼段階を低燃焼、中燃焼および高燃焼を第２燃焼段階としてもよく、第１燃焼段階を低燃焼及び中燃焼、第２燃焼段階を高燃焼としてもよい。ここでの所定範囲は、任意に設定してよい。
【００３２】
図３は、第１燃焼段階の場合の燃料供給を説明する模式図である。図３に示すように、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、一次燃料調整弁６２の開度を制御して送風機１２に一次燃料Ｆ１を供給させ、送風機１２を制御して送風機１２に空気Ａを供給させる。さらに、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、二次燃料調整弁７２の開度を制御して、二次燃料供給ライン７４を介して缶体１０に二次燃料Ｆ２を供給する。また、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、一次接続弁８６を閉状態とすることで、排出ライン２６と送風機１２（あるいはバーナ１６）とを非接続とし、送風機１２への燃焼ガスＧ０の供給を停止する。一方、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、二次接続弁８８を開状態とすることで、排出ライン２６と二次燃料供給ライン７４とを接続し、流量調整部８１を制御することで、二次燃料供給ライン７４から缶体１０に燃焼ガスＧ０を供給する。すなわち、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、空気Ａと一次燃料Ｆ１とが混合された混合ガスＦ１Ａを、バーナ１６から缶体１０内に供給させ、バーナ１６から缶体１０内への燃焼ガスＧ０の供給、すなわち一次燃料Ｆ１と燃焼ガスＧ０との混合を、停止させる。さらに、制御装置３０は、第１燃焼段階である場合、燃焼ガスＧ０と二次燃料Ｆ２とが混合された混合ガスＦ２Ａを、二次燃料供給ライン７４から缶体１０へ供給する。このように、ボイラ１は、バーナ１６と二次燃料供給ライン７４とから混合ガスＦ１Ａ、Ｆ２Ａを供給することで、二段燃焼を行う。すなわち、バーナ１６から缶体１０内に供給された混合ガスＦ１Ａは、着火手段（図示略）により着火され、バーナ１６にて火炎を伴う燃焼反応中の燃焼ガスが形成される。燃焼ガスは、本体部４０内の水管５１、５２、５３と熱交換しつつ、方向Ｘ側に流れる。そして、二次燃料供給ライン７４から缶体１０に供給された混合ガスＦ２Ａは、燃焼ガスに接触して燃焼する。混合ガスＦ２Ａが供給されて二段燃焼した燃焼ガスは、本体部４０内の水管５１、５２、５３と熱交換しつつさらに方向Ｘ側に流れ、排気筒１８から排ガスとして排出される。
【００３３】
図４は、第２燃焼段階の場合の燃料供給を説明する模式図である。図４に示すように、制御装置３０は、第２燃焼段階である場合、一次燃料調整弁６２の開度を制御して送風機１２に一次燃料Ｆ１を供給させ、送風機１２を制御してダクト１４に空気Ａを供給させる。さらに、制御装置３０は、第２燃焼段階である場合、二次燃料調整弁７２の開度を制御して、二次燃料供給ライン７４を介して缶体１０に二次燃料Ｆ２を供給する。また、制御装置３０は、第２燃焼段階である場合、一次接続弁８６及び二次接続弁８８を開状態に保ちつつ開度制御し、流量調整部８１を制御する。これにより、制御装置３０は、第２燃焼段階である場合に、排出ライン２６と送風機１２（あるいはバーナ１６）と、及び、排出ライン２６と二次燃料供給ライン７４とを接続して、バーナ１６及び二次燃料供給ライン７４から缶体１０に燃焼ガスＧ０を供給する。すなわち、制御装置３０は、第２燃焼段階である場合、一次燃料Ｆ１と空気Ａと燃焼ガスＧ０とが混合された混合ガスＦ１Ａを、バーナ１６から缶体１０に供給させ、燃焼ガスＧ０と二次燃料Ｆ２とが混合された混合ガスＦ２Ａを、二次燃料供給ライン７４から缶体１０へ供給する。第２燃焼段階においては、一次燃料Ｆ１に燃焼ガスＧ０が混合される点を除いて、第１燃焼段階と同様の二段燃焼が起こる。
【００３４】
このように、制御装置３０は、第１燃焼段階においては二次燃料Ｆ２に燃焼ガスＧ０を混合し、第２燃焼段階においては一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２とに燃焼ガスＧ０を混合する。以下、制御装置３０の構成について説明する。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る制御装置の模式的なブロック図である。図５に示すように、制御装置３０は、制御部９０と、記憶部９２とを有する。制御装置３０は、ボイラ１を制御するコンピュータである。記憶部９２は、制御部９０の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリである。記憶部９２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びフラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの外部記憶装置を少なくとも１つ含む。
【００３６】
制御部９０は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。制御部９０は、空気制御部９４と、一次燃料制御部９６と、二次燃料制御部９８と、燃焼ガス制御部９９とを有する。空気制御部９４と、一次燃料制御部９６と、二次燃料制御部９８と、燃焼ガス制御部９９とは、記憶部９２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで、後述する処理を実行する。ただし、空気制御部９４と、一次燃料制御部９６と、二次燃料制御部９８と、燃焼ガス制御部９９とは、それぞれ専用のハードウェア回路で構成されていてもよい。
【００３７】
空気制御部９４は、缶体１０に供給する空気Ａの供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する空気Ａの供給量を制御する。具体的には、空気制御部９４は、例えばボイラ１に対して指示された燃焼段階に応じて、すなわちどのような燃焼段階でボイラ１を運転するかの指示に応じて、空気Ａの供給量を算出する。例えば、本実施形態では、燃焼段階と空気Ａの量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。空気制御部９４は、この情報を記憶部９２から読出し、指示された燃焼段階をこの関係に代入することで、空気Ａの供給量を算出する。例えば、空気Ａの供給量は、指示された燃焼段階が大きくなるほど、すなわち高燃焼になるほど大きくなるように設定されている。なお、空気Ａの供給量の算出方法は、これに限られず任意に設定されてよい。
【００３８】
空気制御部９４は、このようにして算出した量の空気Ａが供給されるように、送風機１２を制御する。例えば、空気制御部９４は、図１に示す減圧部材１２Ａよりも上流側に設けられた図示しないダンパの開度を調整することで、算出した量の空気Ａをダクト１４に供給させる。例えば、空気制御部９４は、図１に示すエア差圧センサ１２Ｂから、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧の情報を取得する。空気制御部９４は、エア差圧センサ１２Ｂが検出した差圧の情報から、実際にダクト１４に供給されている空気Ａの量を取得し、取得した空気Ａの実際の供給量に基づき、算出した量の空気Ａを実際に供給するように、ダンパの開度を調整する。なお、空気制御部９４は、空気Ａの供給量の制御を行う際に、ダンパの開度を調整することに限られない。例えば、空気制御部９４は、インバータによって送風機１２の回転数を制御することで、空気Ａの供給量を制御してもよいし、インバータとダンパとの両方を用いて空気Ａの供給量を制御してもよい。
【００３９】
一次燃料制御部９６は、缶体１０に供給する一次燃料Ｆ１の供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する一次燃料Ｆ１の供給量を制御する。具体的には、一次燃料制御部９６は、燃焼段階の情報と、ダクト１４への空気Ａの供給量とに基づき、一次燃料Ｆ１の目標供給量を算出する。一次燃料制御部９６は、指示された燃焼段階の情報に基づき燃焼段階の情報を取得する。また、一次燃料制御部９６は、図１に示すエア差圧センサ１２Ｂから、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧の情報を取得し、取得した差圧の情報から、ダクト１４への空気Ａの供給量の情報を取得する。また、一次燃料制御部９６は、空気制御部９４から、空気Ａの供給量の情報を取得してもよい。そして、本実施形態では、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量と燃焼段階との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。この関係を示す情報は、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係が、燃焼段階毎に異なっているため、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を、燃焼段階毎に設定している情報であるともいえる。一次燃料制御部９６は、取得した燃焼段階での、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を示す情報を記憶部９２から読出し、取得した空気Ａの供給量をこの関係に代入することで、一次燃料Ｆ１の目標供給量を算出する。第１燃焼段階における一次燃料Ｆ１の目標供給量は、一次燃料Ｆ１の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が、例えば６％以上１０％以下となるように、好ましくは８％程度となるように設定されている。また、第２燃焼段階における一次燃料Ｆ１の目標供給量は、一次燃料Ｆ１の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が、第１燃焼段階より低くなるように、より詳しくは、例えば４％以上８％以下となるように、好ましくは６％程度となるように設定されている。このように、ボイラ１は、一次燃料制御部９６により、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を示す情報に基づいて算出した目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給するように制御を実行するが、目標供給量の一次燃料Ｆ１の供給方法は、これに限られない。例えば、ボイラ１は、機械式のガバナを燃料供給ライン６０に設け、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧（すなわちエア差圧センサ１２Ｂが検出する差圧）に応じてガバナの動作量を変化させることにより、目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給するように制御してもよい。すなわち、ガバナの動作量を、空気Ａの供給量（差圧）と関連付けて設定しておき、空気Ａの供給量に応じてガバナを作動させることで、目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給させてもよい。なお、燃焼ガスに含有される酸素の割合とは、燃焼ガスの全体量に対する燃焼ガスに含有される酸素量の割合を指す。また、一次燃料Ｆ１の燃焼後の燃焼ガスとは、一次燃料Ｆ１の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスを指し、一次燃料Ｆ１の燃焼反応が完了した状態であって二次燃料Ｆ２が供給されていない状態の燃焼ガスを指す、ともいえる。なお、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了した状態の燃焼ガス」中においても極微量であるが継続している場合もあるので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％の完結、すなわち完全燃焼を意味するものではない場合もある。なお、一次燃料Ｆ１の目標供給量は、混合ガスＦ１Ａにおける空気比が所定の値となるように設定されていると言い換えることもできる。この場合、第１燃焼段階での空気比は、例えば１．４以上２．０以下であることが好ましく、第２燃焼段階での空気比は、例えば１．２以上１．７以下であることが好ましい。なお、一次燃料Ｆ１の目標供給量は、以上の説明に限られず任意の方法で算出されてもよい。
【００４０】
一次燃料制御部９６は、このように算出した目標供給量の一次燃料Ｆ１が供給されるように、一次燃料供給部２２を制御する。具体的には、一次燃料制御部９６は、一次燃料調整弁６２の開度を制御することで、算出した供給量分の一次燃料Ｆ１を、缶体１０へ供給させる。本実施形態において、一次燃料制御部９６は、燃料差圧センサ６６から、減圧部材６４の上流側と下流側との一次燃料Ｆ１の差圧の情報を取得し、この差圧の情報から、実際に缶体１０に供給されている一次燃料Ｆ１の量を取得してもよい。この場合、一次燃料制御部９６は、実際に供給されている一次燃料Ｆ１の量が、目標供給量となるように、一次燃料調整弁６２の開度を調整する。なお、一次燃料制御部９６は、一次燃料Ｆ１の供給量の制御を行う際に、一次燃料調整弁６２の開度を調整することに限られない。例えば、一次燃料制御部９６は、燃料供給ライン６０に設けられた機械式のガバナによって、一次燃料Ｆ１の供給量を制御してもよいし、ガバナと一次燃料調整弁６２との両方を用いて、一次燃料Ｆ１の供給量を制御してもよい。
【００４１】
二次燃料制御部９８は、缶体１０に供給する二次燃料Ｆ２の供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する二次燃料Ｆ２の供給量を制御する。具体的には、二次燃料制御部９８は、燃料差圧センサ６６から、減圧部材６４の上流側と下流側との一次燃料Ｆ１の差圧の情報を取得し、取得した差圧の情報から、缶体１０への一次燃料Ｆ１の供給量を取得する。また、二次燃料制御部９８は、一次燃料制御部９６から、一次燃料Ｆ１の供給量の情報を取得してもよい。そして、本実施形態では、一次燃料Ｆ１の量と二次燃料Ｆ２の量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。二次燃料制御部９８は、第２燃焼段階において、一次燃料Ｆ１の量と二次燃料Ｆ２の量との関係を示す情報を記憶部９２から読出し、取得した一次燃料Ｆ１の供給量をこの関係に代入することで、二次燃料Ｆ２の目標供給量を算出する。二次燃料Ｆ２の目標供給量は、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が、例えば２％以上６％以下となるように、好ましくは４％程度となるように、設定されている。なお、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスとは、二次燃料Ｆ２の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスを指す。さらに言えば、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスとは、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２との両方の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスであると言い換えてもよく、缶体１０から排出される燃焼ガス（排ガス）であると言い換えてもよい。また、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、混合ガスＦ１Ａと混合ガスＦ２Ａとを合計した場合の空気比が所定の値となるように設定されていると言い換えることもできる。この場合、空気比は、例えば１．１以上１．４以下であることが好ましい。なお、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、以上の説明に限られず任意の方法で算出されてもよい。
【００４２】
このように、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、一次燃料Ｆ１の供給量に応じて設定される。一次燃料Ｆ１の供給量が燃料差圧センサ６６からの差圧の情報で調整される場合は、二次燃料Ｆ２の供給も、一次燃料Ｆ１の供給量に応じることで適切に行われる。ただし、二次燃料Ｆ２の目標供給量の算出方法は、これに限られない。例えば、排気筒１８内に酸素濃度センサを設け、二次燃料制御部９８は、この酸素濃度センサによる排気筒１８内の燃焼ガスに含まれる酸素濃度の検出結果に応じて、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が所定割合になるように、二次燃料Ｆ２の目標供給量を設定してもよい。
【００４３】
二次燃料制御部９８は、このように算出した目標供給量の二次燃料Ｆ２が供給されるように、二次燃料供給部２４を制御する。具体的には、二次燃料制御部９８は、二次燃料調整弁７２の開度を制御することで、算出した供給量分の二次燃料Ｆ２を、缶体１０へ供給させる。なお、二次燃料制御部９８は、二次燃料Ｆ２の供給量の制御を行う際に、二次燃料調整弁７２の開度を調整することに限られない。例えば、二次燃料制御部９８は、二次燃料供給ライン７０に設けられた機械式のガバナによって、二次燃料Ｆ２の供給量を制御してもよいし、ガバナと二次燃料調整弁７２との両方を用いて、二次燃料Ｆ２の供給量を制御してもよい。
【００４４】
二次燃料Ｆ２の供給量は、一次燃料Ｆ１の供給量に比例する。ただし、第１燃焼段階における二次燃料Ｆ２の供給量は、燃焼ガスに８％程度含まれていた酸素を、燃焼によって４％程度まで消費可能な量であり、第２燃焼段階における二次燃料Ｆ２の供給量は、燃焼ガスに６％程度含まれていた酸素を、燃焼によって４％程度まで消費可能な量である。従って、第２燃焼段階における一次燃料Ｆ１の供給量に対する二次燃料Ｆ２の供給量の比率は、第１燃焼段階における一次燃料Ｆ１の供給量に対する二次燃料Ｆ２の供給量の比率よりも、小さくなる。
【００４５】
燃焼ガス制御部９９は、第１燃焼段階において、二次排出ライン８４と二次燃料供給ライン７４とを接続し、かつ、一次排出ライン８２と送風機１２とを非接続とすることで、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に燃焼ガスＧ０を供給させる。また、燃焼ガス制御部９９は、流量調整部８１を制御して、二次燃料Ｆ２の供給量に応じて缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量を変化させる。また、燃焼ガス制御部９９は、第２燃焼段階において、二次排出ライン８４と二次燃料供給ライン７４とを接続し、かつ、一次排出ライン８２と送風機１２とを接続することで、バーナ１６及び二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に燃焼ガスＧ０を供給させる。さらに、燃焼ガス制御部９９は、第２燃焼段階において、流量調整部８１と一次燃料調整弁６２の開度と二次燃料調整弁７２の開度とを制御することで、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２の供給量に応じて、バーナ１６から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量と、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量とを、変化させる。
【００４６】
具体的には、燃焼ガス制御部９９は、第１燃焼段階において、缶体１０内の燃焼温度、すなわち燃焼による最大温度が所定値以下、例えば１２００℃以下となるように、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量、すなわち燃焼ガスＧ０の二次燃料Ｆ２への混合量を算出する。例えば、本実施形態では、缶体１０内の燃焼温度が所定値以下となるような、二次燃料Ｆ２の量と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。燃焼ガス制御部９９は、この情報を記憶部９２から読出し、缶体１０への二次燃料Ｆ２の供給量をこの関係に代入することで、燃焼ガスＧ０の供給量を算出する。燃焼ガス制御部９９は、その算出した流量分の燃焼ガスＧ０を、二次燃料供給ライン７４から缶体１０に供給させる。
【００４７】
燃焼ガス制御部９９は、第２燃焼段階において、一次燃料Ｆ１の供給量に比例するように、バーナ１６から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量、すなわち、燃焼ガスＧ０の一次燃料Ｆ１への混合量を算出する。燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１の供給量が多いほど、バーナ１６からの燃焼ガスＧ０の供給量を多くする。より詳しくは、燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１の供給量の直線的な増加に従い、バーナ１６からの燃焼ガスＧ０の供給量を直線状に増加させる。すなわち、一次燃料Ｆ１の供給量が増加した場合の、バーナ１６からの燃焼ガスＧ０の流量が増加する割合は、概ね一定である。例えば、本実施形態では、一次燃料Ｆ１の量と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。燃焼ガス制御部９９は、この情報を記憶部９２から読出し、一次燃料Ｆ１の供給量をこの関係に代入することで、燃焼ガスＧ０の供給量を算出する。燃焼ガス制御部９９は、その算出した流量分の燃焼ガスＧ０を、バーナ１６から缶体１０に供給させる。
【００４８】
また、燃焼ガス制御部９９は、第２燃焼段階において、缶体１０内の燃焼温度、すなわち燃焼による最大温度が所定値以下、例えば１２００℃以下となるように、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量、すなわち燃焼ガスＧ０の二次燃料Ｆ２への混合量を算出する。例えば、本実施形態では、缶体１０内の燃焼温度が所定値以下となるような、二次燃料Ｆ２の量と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させている。燃焼ガス制御部９９は、この情報を記憶部９２から読出し、缶体１０への二次燃料Ｆ２の供給量をこの関係に代入することで、燃焼ガスＧ０の供給量を算出する。燃焼ガス制御部９９は、その算出した流量分の燃焼ガスＧ０を、二次燃料供給ライン７４から缶体１０に供給させる。
【００４９】
ここで、缶体１０内の燃焼温度は、燃焼量、すなわち一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２と空気Ａとの供給量に依存するが、二次燃料Ｆ２の供給量が一次燃料Ｆ１の供給量に基づき算出され、一次燃料Ｆ１の供給量は空気Ａの供給量に基づき算出される。すなわち、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２と空気Ａとの供給量は、互いに関連性を有する。従って、燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１の供給量に基づき、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する燃焼ガスＧ０の量を算出するといってもよい。
【００５０】
燃焼ガス制御部９９は、このように、一次燃料Ｆ１の供給量に基づきバーナ１６から缶体１０内への燃焼ガスＧ０の供給量を算出し、二次燃料Ｆ２の供給量に基づき二次燃料供給ライン７４から缶体１０内への燃焼ガスＧ０の供給量を算出している。ただし、缶体１０への燃焼ガスＧ０の供給量の算出方法は、これに限られない。例えば、燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２のいずれかの供給量に基づき、缶体１０への燃焼ガスＧ０の供給量を算出してもよいし、ダクト１４への空気Ａの供給量に基づき、缶体１０への燃焼ガスＧ０の供給量を算出してもよいし、ボイラ１に対して指示された燃焼段階に基づき、缶体１０への燃焼ガスＧ０の供給量を算出してもよい。この場合、例えば、燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１又は二次燃料Ｆ２の量と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報、空気Ａの量と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報、又は燃焼段階と燃焼ガスＧ０の量との関係を示す情報を、記憶部９２に記憶させる。燃焼ガス制御部９９は、この情報を記憶部９２から読出し、一次燃料Ｆ１又は二次燃料Ｆ２の供給量、空気Ａの供給量、又は燃焼段階をこの関係に代入することで、燃焼ガスＧ０の供給量を算出する。また、ボイラ１は、窒素酸化物濃度センサを排気筒１８に設けて、窒素酸化物濃度センサの検出結果に基づき、缶体１０への燃焼ガスＧ０の供給量を算出してもよい。この場合、燃焼ガス制御部９９は、窒素酸化物濃度センサが検出した排気筒１８内の燃焼ガスＧ０の窒素酸化物濃度の情報を取得する。そして、燃焼ガス制御部９９は、取得した窒素酸化物濃度から、窒素酸化物の含有量が予め定めた所定範囲となる、燃焼ガスＧ０の流量を算出する。燃焼ガス制御部９９は、その算出した流量分の燃焼ガスＧ０を、缶体１０に供給させる。
【００５１】
制御装置３０は、以上のような構成となっている。次に、制御装置３０による燃料などの供給方法のフローを、フローチャートに基づき説明する。図６は、本実施形態に係る制御部の制御フローを説明するフローチャートである。図６に示すように、最初に、制御部９０は、第１燃焼段階であるかを判断する（ステップＳ１０）。制御部９０は、例えば指示された燃焼段階に応じて、第１燃焼段階であるかを判断する。第１燃焼段階である場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、制御部９０は、空気制御部９４により、空気Ａの供給量を算出し、算出した量の空気Ａが供給されるように、送風量を制御する（ステップＳ１２）。そして、制御部９０は、一次燃料制御部９６により、空気Ａの供給量に基づき一次燃料Ｆ１の供給量を算出し、算出した量の一次燃料Ｆ１が供給されるように、一次燃料調整弁６２を制御する（ステップＳ１４）。そして、制御部９０は、二次燃料制御部９８により、一次燃料Ｆ１の供給量に基づき二次燃料Ｆ２の供給量を算出し、算出した量の二次燃料Ｆ２が供給されるように、二次燃料調整弁７２を制御する（ステップＳ１６）。そして、制御部９０は、燃焼ガス制御部９９により、二次燃料Ｆ２の供給量に基づき燃焼ガスＧ０の供給量を算出し、二次接続弁８８を開いて流量調整部８１を制御することで、算出した量の燃焼ガスＧ０を二次燃料供給部２４（二次燃料供給ライン７４）に供給する（ステップＳ１８）。これにより、制御装置３０は、第１燃焼段階において、一次燃料Ｆ１と空気Ａとの混合ガスＦ１Ａを、バーナ１６から缶体１０内に供給し、二次燃料Ｆ２と燃焼ガスＧ０との混合ガスＦ２Ａを、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する。
【００５２】
第１燃焼段階でない場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、すなわち第２燃焼段階である場合、制御部９０は、空気制御部９４により、空気Ａの供給量を算出し、算出した量の空気Ａが供給されるように、送風量を制御する（ステップＳ２０）。そして、制御部９０は、一次燃料制御部９６により、空気Ａの供給量に基づき一次燃料Ｆ１の供給量を算出し、算出した量の一次燃料Ｆ１が供給されるように、一次燃料調整弁６２を制御する（ステップＳ２２）。そして、制御部９０は、二次燃料制御部９８により、一次燃料Ｆ１の供給量に基づき二次燃料Ｆ２の供給量を算出し、算出した量の二次燃料Ｆ２が供給されるように、二次燃料調整弁７２を制御する（ステップＳ２４）。そして、制御部９０は、燃焼ガス制御部９９により、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２の供給量に基づき燃焼ガスＧ０の供給量を算出し、一次接続弁８６及び二次接続弁８８を開いて流量調整部８１を制御することで、算出した量の燃焼ガスＧ０を、送風機１２及び二次燃料供給部２４（二次燃料供給ライン７４）に供給する（ステップＳ２６）。すなわち、燃焼ガス制御部９９は、一次燃料Ｆ１の供給量に基づき送風機１２に供給する燃焼ガスＧ０の量を算出し、二次燃料Ｆ２の供給量に基づき、二次燃料供給ライン７４に供給する燃焼ガスＧ０の量を算出する。そして、燃焼ガス制御部９９は、一次接続弁８６及び二次接続弁８８の開度と流量調整部８１とを制御することで、送風機１２と二次燃料供給ライン７４とに、それぞれについて算出した量の燃焼ガスＧ０を供給する。これにより、制御装置３０は、第２燃焼段階において、一次燃料Ｆ１と空気Ａと燃焼ガスＧ０との混合ガスＦ１Ａを、バーナ１６から缶体１０内に供給する。そして、制御装置３０は、第２燃焼段階において、二次燃料Ｆ２と燃焼ガスＧ０との混合ガスＦ２Ａを、二次燃料供給ライン７４から缶体１０内に供給する。
【００５３】
なお、図６の説明では、燃焼段階の検出、燃焼段階に基づく空気Ａの供給制御、空気Ａの供給量に基づく一次燃料Ｆ１の供給制御、一次燃料Ｆ１の供給量に基づく二次燃料Ｆ２の供給制御、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２の供給量に基づく燃焼ガスＧ０の供給制御を、この順で行っている。ただし、各制御は、この順で行われることに限られない。例えば、制御装置３０は、燃焼段階と空気Ａの供給量の関係を示す情報（テーブル）と、燃焼段階と一次燃料Ｆ１の供給量の関係を示す情報と、燃焼段階と二次燃料Ｆ２の供給量の関係を示す情報と、燃焼段階と燃焼ガスＧ０の供給量の関係を示す情報とを、予め記憶部９２に記憶させていてもよい。この場合、制御装置３０は、これらの情報を読み出して、ボイラ１に対して指示された燃焼段階から、空気Ａの供給量と一次燃料Ｆ１の供給量と二次燃料Ｆ２の供給量と燃焼ガスＧ０の供給量とを算出して、算出した供給量となるように、空気Ａと一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２と燃焼ガスＧ０とを供給する。制御装置３０は、このように供給制御した後に、上述のような、空気Ａの供給量に基づく一次燃料Ｆ１の供給制御と、一次燃料Ｆ１の供給量に基づく二次燃料Ｆ２の供給制御と、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２の供給量に基づく燃焼ガスＧ０の供給制御とを行って、供給量を微調整してもよい。また、本実施形態では、燃焼ガス制御部９９は、流量調整部８１を制御して、燃焼ガスＧ０の供給量を制御していた。ただし、燃焼ガス制御部９９は、燃焼ガスＧ０の供給量の制御を、流量調整部８１によって行う事に限られない。例えば、燃焼ガス制御部９９は、流量調整部８１による燃焼ガスＧ０の吸引量を一定としておき、一次接続弁８６及び二次接続弁８８の開度を調整することで、燃焼ガスＧ０の供給量の制御を行ってもよい。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係るボイラ１は、水管５１、５２、５３を有する缶体１０と、バーナ１６と、二次燃料供給部２４と、排出ライン２６と、制御部９０とを有する。バーナ１６は、缶体１０に接続され、缶体１０内に一次燃料Ｆ１及び空気Ａを供給可能である。二次燃料供給部２４は、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に、二次燃料Ｆ２を供給可能である。排出ライン２６は、缶体１０内から排出される燃焼ガスＧ０が流通する。制御部９０は、排出ライン２６とバーナ１６との接続状態、排出ライン２６と二次燃料供給部２４との接続状態、一次燃料Ｆ１の供給、及び二次燃料Ｆ２の供給を制御する。制御部９０は、第１燃焼段階である場合に、バーナ１６に一次燃料Ｆ１を供給させつつ、排出ライン２６と二次燃料供給部２４とを接続することで、排出ライン２６からの燃焼ガスＧ０と二次燃料供給部２４からの二次燃料Ｆ２とを混合させた混合ガスＦ２Ａを、缶体１０内に供給する。制御部９０は、第１燃焼段階より缶体１０内の燃焼量が大きい第２燃焼段階である場合に、排出ライン２６とバーナ１６とを接続することで、排出ライン２６からの燃焼ガスＧ０とバーナ１６からの一次燃料Ｆ１とを混合させた混合ガスＦ１Ａを缶体１０内に供給させつつ、排出ライン２６と二次燃料供給部２４とを接続することで、排出ライン２６からの燃焼ガスＧ０と、二次燃料供給部２４からの二次燃料Ｆ２とを混合させた混合ガスＦ２Ａを、缶体１０内に供給させる。
【００５５】
ここで、二次燃料Ｆ２を自己燃焼させてＣＯの発生を抑制するためには、二次燃料Ｆ２の供給位置の温度を、ある程度高く保つことが好ましい。しかし、二次燃料Ｆ２の供給位置の温度を高くし過ぎると、二次燃料Ｆ２による燃焼温度（燃焼によって到達する最高温度）が高くなり過ぎ、燃焼ガス中のＮＯｘの量が増加するおそれがある。従って、二段燃焼を行う場合には、缶体１０内の温度を所定の範囲内に保つことが好ましい。それに対し、本実施形態に係るボイラ１は、低燃焼である第１燃焼段階において、燃焼ガスＧ０、すなわち排ガスを二次燃料Ｆ２に混合することで、二次側からＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）を行っている。これにより、二次燃料Ｆ２の燃焼を燃焼ガスＧ０によって制御することが可能となり、低燃焼時における缶体１０内の温度を好適な範囲に保ち、ＮＯｘとＣＯとを適切に低減できる。さらに、本実施形態に係るボイラ１は、高燃焼である第２燃焼段階において、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２とに燃焼ガスＧ０を混合することで、一次側と二次側との両方からＥＧＲを行う。一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２との両方に燃焼ガスＧ０を混合することで、高燃焼となって燃焼ガスＧ０の必要量が多い場合にも、十分な量の燃焼ガスＧ０を供給することが可能となり、高燃焼時における缶体１０内の温度を好適な範囲に保ち、ＮＯｘとＣＯとを適切に低減できる。例えば、二次燃料Ｆ２の供給位置を、ＣＯを酸化できる燃焼温度の下限値の位置にすると、二次燃料Ｆ２による燃焼温度を低下させる燃焼ガスＧ０の量を少なくすることができ、流量調整部８１がファンの場合はファンの小型化が可能となる。
【００５６】
また、二次燃料Ｆ２と燃焼ガスＧ０との混合ガスＦ２Ａを缶体１０内に適切に供給するには、二次燃料供給ライン７４の供給口の径、すなわちノズル径を小さくして、混合ガスＦ２Ａの噴出流速を十分に確保することが好適である。従って、ノズル径は、混合ガスＦ２Ａの供給量が少ない低燃焼時でもスプレー状となるように、小さく設定する必要がある。この場合、混合ガスＦ２Ａの供給量が多い高燃焼時では、ノズル径が小さ過ぎて、圧力損失が高くなるおそれがある。それに対し、本実施形態に係るボイラ１は、高燃焼時に一次燃料Ｆ１にも燃焼ガスＧ０を供給することで、高燃焼時に二次側から供給する燃焼ガスＧ０が増加することを抑制可能となる。これにより、高燃焼時に二次側から供給する燃焼ガスＧ０の量と、低燃焼時に二次側から供給する燃焼ガスＧ０の量との差分を小さくして、高燃焼時の圧力損失を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、制御部９０は、第１燃焼段階である場合に、排出ライン２６とバーナ１６とを非接続にすることで、排出ライン２６からの燃焼ガスＧ０と、バーナ１６からの一次燃料Ｆ１との混合を停止させる。このボイラ１は、第１燃焼段階である場合に、二次側のみからＥＧＲを行い、第２燃焼段階である場合に、一次側と二次側との両方からＥＧＲを行う。従って、このボイラ１は、低燃焼時と高燃焼時との両方において、ＮＯｘとＣＯとを適切に低減できる。
【００５８】
また、制御部９０は、第２燃焼段階である場合に、一次燃料Ｆ１の供給量が多いほど、燃焼ガスＧ０の一次燃料Ｆ１への混合量を多くする。このボイラ１は、一次燃料Ｆ１の供給量が多いほど、燃焼ガスＧ０の一次燃料Ｆ１への混合量を多くすることで、一次燃料Ｆ１による燃焼温度が高くなり過ぎることを好適に抑制して、ＮＯｘとＣＯとを適切に低減できる。
【符号の説明】
【００５９】
１…ボイラ、１０…缶体、１２…送風機、１２ａ…吸込口、１２Ａ…減圧部材、１２Ｂ…エア差圧センサ、１４…ダクト、１６…バーナ、１８…排気筒、２０…燃料供給部、２２…一次燃料供給部、２４…二次燃料供給部、２６…排出ライン、３０…制御装置、４０…本体部、４２…上部ヘッダ、４４…下部ヘッダ、５０…水管群、５１、５２、５３…水管、５４…連結壁、６０…燃料供給ライン、６２…一次燃料調整弁、６４…減圧部材、６６…燃料差圧センサ、７０、７４…二次燃料供給ライン、７２…二次燃料調整弁、８０…排出ライン、８１…流量調整部、８２…一次排出ライン、８４…二次排出ライン、８６…一次接続弁、８８…二次接続弁、９０…制御部、９２…記憶部、９４…空気制御部、９６…一次燃料制御部、９８…二次燃料制御部、９９…燃焼ガス制御部、Ａ…空気、Ｆ…燃料、Ｆ１…一次燃料、Ｆ１Ａ、Ｆ２Ａ…混合ガス、Ｆ２…二次燃料、Ｇ０…燃焼ガス、Ｓ…燃焼促進空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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