(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉と、
燃焼用燃料および燃焼用空気を前記火炉内で燃焼させるバーナと、
原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部と、
前記バーナによる燃焼により発生する燃焼ガスを排出する排出部と、
前記燃焼用燃料の前記バーナへの供給量および前記燃焼用空気の前記バーナへの供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記揮発性ガス供給部から前記火炉に流入して前記排出部に導かれる前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する制限運転モードを備える舶用ボイラ。
【請求項２】
前記原油タンク内に封入される不活性ガスを前記火炉内に供給する不活性ガス供給部と、
前記不活性ガス供給部に供給する前記不活性ガスの流量を調整する調整弁とを備える請求項１に記載の舶用ボイラ。
【請求項３】
前記揮発性ガスの外部への流出を検知する検知部と、
前記検知部が前記揮発性ガスの外部への流出を検知する場合に、前記原油タンクから前記バーナへの前記揮発性ガスの供給を遮断する遮断弁とを備える請求項１または請求項２に記載の舶用ボイラ。
【請求項４】
舶用ボイラの運転方法であって、
燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの前記燃焼用燃料の供給量および前記燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転する第１運転工程と、
原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部から前記火炉に流入する前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する第２運転工程とを備える舶用ボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンカー等の船舶やＦＰＳＯ／ＦＳＯ（浮体式石油・ガス生産／貯蔵設備）に搭載される原油タンクにおいては、その内部に揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含むガス（以下、ＶＯＣガスという。）が発生することが知られている。
従来、原油タンク内で発生したＶＯＣガスはベントにより大気中に放出されていた。しかしながら、ＶＯＣガスが浮遊粒子状物質及び光化学オキシダント等による大気汚染の原因となることから、近年は、ＶＯＣガスを大気へ放出せずに無害化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、原油タンク内の不活性ガス（イナートガス）を含むＶＯＣガスをボイラが備えるバーナに供給し、ＶＯＣガスを含まない炭化水素ガス等の主燃料とともにＶＯＣガスを燃焼させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０９２４５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原油タンク内の不活性ガス（イナートガス）に含まれるＶＯＣガスの体積濃度は、原油の貯蔵状況により１００ｐｐｍ以下から約５０％までの幅広い範囲で変化することが知られている。ＶＯＣガスの濃度が所定濃度（例えば、１０〜２０％）よりも低い場合、ＶＯＣガスの発熱量が低いことからＶＯＣガスだけではバーナでの燃焼を維持することができない。特許文献１に記載されるように、十分な量の主燃料とともに低濃度のＶＯＣガスを燃焼させる場合は、主燃料により燃焼が維持されるので、ＶＯＣガスを燃焼させて無害化することができる。
【０００５】
しかしながら、低濃度のＶＯＣガスを確実に燃焼させるには、十分な量の主燃料をバーナに供給して燃焼を維持する必要があった。例えば、ボイラに要求される蒸気出力が少ないかゼロである場合、すなわち蒸気の需要が少ない場合は、要求を満たすためにはバーナへの主燃料の供給が不要であるか微量であれば良い。しかしながら、低濃度のＶＯＣガスを確実に燃焼させるためには、十分な量の主燃料をバーナに供給する必要があり、燃料消費量が増大する原因となる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の舶用ボイラは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る舶用ボイラは、火炉と、燃焼用燃料および燃焼用空気を前記火炉内で燃焼させるバーナと、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部と、前記バーナによる燃焼により発生する燃焼ガスを排出する排出部と、前記燃焼用燃料の前記バーナへの供給量および前記燃焼用空気の前記バーナへの供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記揮発性ガス供給部から前記火炉に流入して前記排出部に導かれる前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する制限運転モードを備える。
【０００８】
本発明に係る舶用ボイラによれば、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスは、バーナによる燃焼により加熱された火炉内に供給される。舶用ボイラを運転制御する制御部は、燃焼用燃料のバーナへの供給量および燃焼用空気のバーナへの供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲で舶用ボイラを運転するものであるが、制限運転モードで運転する際は所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内で運転する。制御部が制限運転モードで運転する場合、揮発性ガスは、所定時間以上火炉内に滞留し、かつ所定温度以上に維持される。この所定時間および所定温度を揮発性ガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、ごく低濃度の揮発性ガスであっても十分に酸化処理された状態で排出部から排出される。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度（発熱量）にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラを提供することができる。
【０００９】
本発明の第１態様の舶用ボイラは、前記原油タンク内に封入される不活性ガスを前記火炉内に供給する不活性ガス供給部と、前記不活性ガス供給部に供給する前記不活性ガスの流量を調整する調整弁とを備える。
このようにすることで、火炉内に供給される不活性ガスの流量を調整して火炉内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物（ＮＯｘ）の発生量を少なくすることができる。
【００１０】
本発明の第２態様の舶用ボイラは、前記揮発性ガスの外部への流出を検知する検知部と、前記検知部が前記揮発性ガスの外部への流出を検知する場合に、前記原油タンクから前記バーナへの前記揮発性ガスの供給を遮断する遮断弁とを備える。
このようにすることで、揮発性ガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンクからバーナへの揮発性ガスの供給を遮断し、揮発性ガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
【００１１】
本発明の一態様の舶用ボイラの運転方法は、燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの前記燃焼用燃料の供給量および前記燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整し、所定の負荷範囲で運転する第１運転工程と、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを前記火炉内に供給する揮発性ガス供給部から前記火炉に流入する前記揮発性ガスが所定温度以上に維持され、かつ所定時間以上前記火炉内に滞留するように、前記所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲で運転する第２運転工程とを備える。
【００１２】
本発明に係る舶用ボイラの運転方法によれば、原油タンク内で発生する揮発性有機化合物を含む揮発性ガスは、バーナによる燃焼により加熱された火炉内に供給される。第１運転工程では、燃焼用燃料および燃焼用空気を火炉内で燃焼させるバーナへの燃焼用燃料の供給量および燃焼用空気の供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲でボイラが運転される一方で、第２運転工程では所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内でボイラが運転される。第２運転工程を実行する場合、火炉に流入する揮発性ガスは、所定時間以上火炉内に滞留し、かつ所定温度以上に維持される。この所定時間および所定温度を揮発性ガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、ごく低濃度の揮発性ガスであっても十分に酸化処理された状態で排出部から排出される。
このようにすることで、蒸気の需要が少ない場合でも、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスをその濃度（発熱量）にかかわらず確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラの運転方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含む揮発性ガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラおよび舶用ボイラの運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る舶用ボイラを備えるＶＯＣガス処理システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る舶用ボイラを示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る舶用ボイラの運転動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す舶用ボイラにおけるボイラ負荷に対するＶＯＣガスの炉内滞留時間および火炉出口温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係る舶用ボイラを備えるＶＯＣガス処理システムについて、図面を参照して説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態に係るＶＯＣガス処理システム１００が備える舶用ボイラ１は、火炉２と、バーナ３と、ＶＯＣガス供給部６０（揮発性ガス供給部）と、蒸発管群６（熱交換器群）と、ガス出口８（排出部）と、制御装置５０（制御部）とを備える。
【００１６】
前述したように、ＶＯＣガスの濃度が所定濃度（例えば、１０〜２０％）よりも低い場合、ＶＯＣガスの発熱量が低いことからＶＯＣガスだけでは燃焼を維持することができない。そこで、本実施形態の舶用ボイラ１は、低濃度のＶＯＣガスを酸化処理するためのＶＯＣ処理モード（制限運転モード）を実行可能となっている。ＶＯＣ処理モードにおいて、制御装置５０は、ＶＯＣガス供給部６０から火炉２に流入してガス出口８に導かれるＶＯＣガスが所定温度以上（例えば、約８００℃以上）に維持され、かつ所定時間以上（例えば、約０．５秒以上）に渡って舶用ボイラ１の火炉２内に滞留するように、ボイラ主燃料のバーナ３への供給量を調整し、制限された負荷範囲（例えば、約２０％〜約５０％の負荷範囲）で舶用ボイラ１を運転する。
【００１７】
なお、本実施形態において、バーナ３による燃焼とは、高速な発熱反応を伴う酸化現象である。一方、ＶＯＣ処理モードとは、高速な発熱反応を伴わない酸化現象である。酸化現象という意味においては、燃焼における酸化現象も、ＶＯＣ処理モードにおける酸化現象も同等である。本実施形態においては、高速な発熱反応を伴う酸化現象を燃焼と呼び、高速な発熱反応を伴わない酸化現象を酸化処理と呼ぶ。
【００１８】
以下、ＶＯＣガス処理システム１００が備える舶用ボイラ１の各構成について説明する。
図２に示す舶用ボイラ１において、火炉２の上部に設置された風箱１４内に複数のバーナ３が設置される。バーナ３は、主燃料ライン３５を介して供給されるボイラ主燃料（燃焼用燃料）と、空気ダクト１３を介して導入される燃焼用空気を含む燃料ガスを火炉２内で燃焼させる。
舶用ボイラ１の運転を制御する制御装置５０（制御部）は、ボイラ主燃料のバーナ３への供給量および燃焼用空気のバーナ３への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲で舶用ボイラ１を運転するものである。燃焼用空気のバーナ３への供給量は、各種のパラメータに応じて適宜調整すればよい。例えば、ガス出口８から排出される排気ガスに含まれる酸素濃度を酸素濃度センサ（不図示）により検出し、検出した酸素濃度に応じて燃焼用空気のバーナ３への供給量を調整してもよい。
【００１９】
燃料ガスの燃焼により生成された高温の燃焼ガスは、火炉２の下流に配設されたフロントバンクチューブ４、過熱器５および蒸発管群（リアバンクチューブ）６を順番に通過する。フロントバンクチューブ４、過熱器５、蒸発管群６を含む熱交換器群は、火炉２に面して設置されており、その内部で水等の熱交換媒体が流通している。高温の燃焼ガスが熱交換器群を通過することにより、高温の燃焼ガスと熱交換器群の内部を流通する熱交換媒体との熱交換が行われる。熱交換媒体との熱交換を終えた燃焼ガスは、出口側ガスダクト７を通ってガス出口８から舶用ボイラ１の外部へ排出される。
【００２０】
舶用ボイラ１は、蒸発管群６の下方に設けられた水ドラム９と、蒸発管群６の上方に設けられた蒸気ドラム１０と、フロントバンクチューブ４に接続されたヘッダ１１，１２を備える。なお、本実施形態における舶用ボイラ１は、船舶を推進させる動力として用いられる蒸気を発生させる主ボイラであるものとするが、他の態様であってもよい。例えば、船舶の荷役作業の動力として用いられるカーゴオイルポンプの駆動源となる蒸気を発生させる補助ボイラであっても良い。補助ボイラが発生させた蒸気は、荷役用タービンに供給され、荷役用タービンの回転動力がカーゴオイルポンプの駆動源として蓄積される。また、舶用ボイラ１として、発電用等の他の用途に用いられるボイラとしてもよい。
【００２１】
図１に示すように、舶用ボイラ１は、更に、制御装置５０と、燃料制御弁３０と、燃料遮断弁４１とを備える。
燃料遮断弁４１は、制御装置５０によって開閉される弁であり、ボイラ主燃料（例えば、ＨＦＯ（Heavy Fuel Oil：重質燃料油）、ＭＤＯ（Marine Diesel Oil：船舶用ディーゼル油）、メタン等）を、主燃料ライン３５を介して舶用ボイラ１に供給する場合に開状態となる。
燃料制御弁３０は、制御装置５０によって開度が調整される弁であり、その開度によってバーナ３に供給されるボイラ主燃料の流量を調整する。
【００２２】
設定部５１は、後述するＶＯＣ処理モードを実行するか否かの操作者の指示を受け付け、操作者から受け付けた指示に基づいて、ＶＯＣ処理モードを実行するか否かの設定値を設定するものである。ＶＯＣ処理モードを実行するか否かの設定値は、設定部５１から制御装置５０に通知され、制御装置５０でＶＯＣ処理モードを実行するよう制御する。
【００２３】
舶用ボイラ１が備えるＶＯＣガス供給部６０（揮発性ガス供給部）は、流量計６０ａと、ガス分析計６０ｂと、流量制御弁６０ｃと、遮断弁６０ｄと、逆止弁６０ｅと、フレームアレスタ６０ｆを備える。
流量計６０ａは、ＶＯＣガスライン３４を介して流入するＶＯＣガスの流量を計測する計測器であり、計測した流量を制御装置５０に通知するようになっている。
【００２４】
ガス分析計６０ｂは、ＶＯＣガスライン３４から流入するＶＯＣガスに含まれる揮発性有機化合物の濃度あるいは、ＶＯＣガスの持つ発熱量や密度などを測定する計測器であり、計測した濃度を制御装置５０に通知するようになっている。後述するように、低濃度のＶＯＣガスを酸化処理するのに適したＶＯＣ処理モードを実行するか否かは、舶用ボイラ１の操作者が設定部５１を介して設定するものである。ガス分析計６０ｂがＶＯＣガスに含まれる揮発性有機化合物の濃度を制御装置５０に通知し、制御装置５０が表示部（不図示）に濃度を表示等することにより、舶用ボイラ１の操作者は、ＶＯＣ処理モードを実行すべきか否かを適切に認識することができる。なお、ＶＯＣ処理モードは、原油タンク２２から原油が積み降ろされた後、本船での蒸気需要も少なく略空の状態となった原油タンク２２に再び原油が積み込まれるときに設定するのが有効である。原油タンク２２に新たに原油が積み込まれる際に、ＶＯＣガスが特に発生しやすいからである。
【００２５】
新たに原油が積み込まれる際にＶＯＣガスが発生しやすいのは、略空の状態となった原油タンク２２に原油を積み込む際に、原油タンク２２内部で原油が撹拌されやすいからである。原油タンク２２内部で原油が撹拌されることによって、原油と周囲のイナートガスとの接触が促進され、それに伴って原油からＶＯＣガスが発生しやすくなる。
【００２６】
流量制御弁６０ｃは、ＶＯＣガスライン３４から供給されるＶＯＣガスのバーナ３への供給量を調整する弁である。制御装置５０は、流量制御弁６０ｃの開度を調整することにより、バーナ３へ供給されるＶＯＣガスの供給量を調整することができる。
遮断弁６０ｄは、ＶＯＣガスライン３４から供給されるＶＯＣガスをバーナ３に供給するか否かを切り換えるために用いられる弁である。制御装置５０は、ＶＯＣガスが流通する流路の外部に設置されたガス検知器７０が、所定濃度以上の揮発性有機化合物を検知した場合に、遮断弁６０ｄを遮断状態に切り換える。これにより、ＶＯＣガスが流路から漏れる不具合が発生する場合に、揮発性有機化合物が更に漏れないようにすることができる。なお、ガス検知器７０として、例えば、揮発性有機化合物の主成分であるブタンの濃度を検知する検知器を用いることができる。
【００２７】
舶用ボイラ１は、更に火炉２内の温度を計測する温度検出器８０と、ガス出口から排出される排気ガスの温度を計測する温度検出器９０を備える。温度検出器８０および温度検出器９０が計測した温度は、制御装置５０に通知される。
舶用ボイラ１は、更に蒸気ドラム１０で発生し、荷役用タービンに導かれる蒸気の流量を測定するための差圧発信器９１を備えている。差圧発振器９１はオリフィス９２の上流側と下流側の圧力の差分（差圧）を検知することによりオリフィス９２を通過する蒸気の流量を計測する計測器である。差圧発振器９１が計測した蒸気の流量は、制御装置５０に通知される。
【００２８】
次に、ＶＯＣガス処理システム１００が備える構成のうち、舶用ボイラ１以外の他の構成について説明する。
原油タンク２２は、原油が貯蔵されるタンクであり、原油から揮発した揮発性有機化合物の発火を防止するために、内部にイナートガスが封入されている。イナートガスとは、例えば、ＣＯ２やＮ２等の不活性ガスである。原油タンク２２内の上方は、揮発性有機化合物とイナートガスが混合したＶＯＣガスによって満たされている。原油タンク２２内のＶＯＣガスは、制御装置５０により遮断弁４４が開状態に制御されることにより、ＶＯＣガスフィルタ２７に導かれる。
【００２９】
ＶＯＣガスフィルタ２７は、ＶＯＣガスに含まれるすすや水分等を除去するためのフィルターである。ＶＯＣガスフィルタ２７によりすすや水分等を除去することにより、下流側に流通させるＶＯＣガスに異物が含まれないようにすることができる。
ＶＯＣガスフィルタ２７によって異物が除去されたＶＯＣガスは、ブロワー２８によってＶＯＣガスライン３４を経由して舶用ボイラ１に導かれる。
【００３０】
ＶＯＣガス処理システム１００は、舶用ボイラ１のガス出口８から排出された排気ガスに含まれるイナートガスを再循環させるためのイナートガスライン３３を備えている。イナートガスライン３３は、舶用ボイラ１から排出される排気ガスを排出する煙突（不図示）までの経路３２上から分岐している。イナートガスライン３３に流入した排気ガスは、イナートガススクラバー２５に供給される。
【００３１】
イナートガスライン３３上のイナートガススクラバー２５の上流側には遮断弁４５が設けられている。遮断弁４５は、制御装置５０からの指示に応じて、弁の開閉状態を開状態または閉状態のいずれかとなるように調整される。遮断弁４５が閉状態となる場合、ガス出口８から排出される排気ガスの全量が、再循環することなくＶＯＣガス処理システム１００の外部に排出される。
【００３２】
イナートガススクラバー２５は、二酸化炭素、窒素、すす、ＮＯｘ、ＳＯｘ等が含まれる排気ガスから硫黄成分等を除去する洗浄処理を行い、冷却水によって排気ガスを冷却する。洗浄処理が行われた排気ガスはイナートガスとなってブロワー２６に供給される。
【００３３】
ブロワー２６の下流側は、原油タンク２２に連結される流路と、ノズル２４に連結される流路２３とに分岐している。それぞれの流路には、制御弁４２および制御弁４３が設置されている。制御装置５０は、制御弁４２および制御弁４３それぞれの開度を調整することにより、ブロワー２６から排出されるイナートガスのうち原油タンク２２に導かれるイナートガスの流量と、ノズル２４に導かれるイナートガスの流量とを調整することができる。
【００３４】
次に、制御装置５０が実行する舶用ボイラ１の運転について図３を参照して説明する。
図３に示す各工程は、制御装置５０が記憶部（図示略）から制御プログラムを読み出して実行することにより行われる。
図３の説明にあたっては、図４を参照する。図４は、図１に示す舶用ボイラにおけるボイラ負荷に対するＶＯＣガスの炉内滞留時間および火炉出口温度を示すグラフである。炉内滞留時間とは、バーナ３から火炉２内に流入したＶＯＣガスが火炉出口（つまり熱交換器群入口）に至るまでに要する経過時間のことである。また、火炉出口温度とは、火炉２の下流側かつ熱交換器群の上流側付近の温度のことである。
【００３５】
本実施形態のＶＯＣ処理モードにおいては、後述するように炉内滞留時間を適切に管理することにより、ＶＯＣガスの酸化処理を促進している。この炉内滞留時間を、フロントバンクチューブ４，過熱器５，蒸発管群６を含む熱交換器群の入口に至るまでの時間としているのは、熱交換器群が存在する領域においては、熱交換器群によって熱を奪われることにより、ＶＯＣガスの酸化処理が促進されない可能性があるからである。本実施形態のＶＯＣ処理モードによる酸化処理は、火炉２の入口から出口に至る領域で行われる。
【００３６】
ステップＳ３０１で、制御装置５０は、舶用ボイラ１のボイラ負荷の目標値を決定する。ボイラ負荷は、例えば、船内の蒸気需要、例えば荷役作業によりカーゴオイルポンプの駆動用蒸気、プロセス蒸気、雑用蒸気の需要により決定される。
ステップＳ３０２で、制御装置５０は、設定部５１を介して、舶用ボイラ１の操作者によりＶＯＣ処理モードが設定されているか否かを判定する。ここで、ＶＯＣ処理モード（制限運転モード）とは、イナートガスに含まれるＶＯＣ濃度が低濃度であり、ＶＯＣガスを確実に酸化処理したい場合に操作者により設定される運転モードである。操作者は、例えば、ガス分析計６０ｂにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部５１を介してＶＯＣ処理モードを設定する。
【００３７】
なお、ＶＯＣ処理モードの設定は、操作者が行うものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、ガス分析計６０ｂにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部５１が自動的にＶＯＣ処理モードを設定する態様であってもよい。
ステップＳ３０２でＶＯＣ処理モードが設定されていると判定された場合、制御装置５０はステップＳ３０３に処理を進め、そうでなければステップＳ３０４に処理を進める。
【００３８】
ここで、図４を用いてＶＯＣ処理モードにおけるボイラ負荷について説明する。図４に示すように、炉内滞留時間は、ボイラ負荷が大きくなるほど短くなり、ボイラ負荷が小さくなるほど長くなる傾向にある。これは、ボイラ負荷が大きくなるにつれてボイラ主燃料と燃焼用空気の流量が増加し、その結果として舶用ボイラ１の火炉２を通過する燃焼ガスおよびＶＯＣガスの流速が高くなるからである。
また、図４に示すように、火炉出口温度は、ボイラ負荷が大きくなるほど高くなり、ボイラ負荷が小さくなるほど低くなる傾向にある。これは、ボイラ負荷が大きくなるにつれてボイラ主燃料と燃焼用空気の流量が増加し、その結果として燃焼により発生する燃焼ガスの温度が上昇するからである。
【００３９】
そして、低濃度のＶＯＣガスは、炉内滞留時間が約０．５秒以上となり、かつ、火炉出口温度が約８００℃以上となる場合に、酸化処理が促進されることが知られている。この条件を満たすボイラ負荷はボイラの特性等に応じて変化するが、例えば、図４に示す舶用ボイラ１の例では、ボイラ負荷が約２０％〜約５０％の範囲となる。
従って、ボイラ負荷が約２０％〜約５０％の範囲となるように舶用ボイラ１の運転を制限することにより、低濃度のＶＯＣガスを確実に酸化処理して無害化することができる。図４に示す例では、ボイラ負荷が２０％以上かつ５０％以下の範囲がＶＯＣ処理モードにて制限される制限負荷範囲となる。
【００４０】
ステップＳ３０３で、制御装置５０は、ステップＳ３０１で決定された目標値が制限負荷範囲内であるか否を判定し、制限負荷範囲内であればステップＳ３０４に処理を進め、そうでなければステップＳ３０５に処理を進める。例えば、ステップＳ３０１で決定された目標値が７０％である場合、制限負荷範囲が２０％以上かつ５０％以下の範囲とならないため、制御装置５０はステップＳ３０３でＮＯと判定する。例えば、ステップＳ３０１で決定された目標値が３０％である場合、制限負荷範囲が２０％以上かつ５０％以下の範囲となるため、制御装置５０はステップＳ３０３でＹＥＳと判定する。
【００４１】
ステップ３０４（第１運転工程）で、制御装置５０は、ＶＯＣ処理モードが設定されていないか（ステップＳ３０２でＮＯ）あるいは目標値が制限負荷範囲内であるため（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、舶用ボイラ１をステップＳ３０１で決定された目標値で運転する。
【００４２】
一方、ステップＳ３０５（第２運転工程）で、制御装置５０は、ＶＯＣ処理モードが設定されており（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、目標値が制限負荷範囲外であるため（ステップＳ３０３でＮＯ）、舶用ボイラ１を制限負荷範囲内で運転する。例えば、ステップＳ３０１で決定された目標値が７０％である場合、制御装置５０は、制限負荷範囲の上限である５０％のボイラ負荷で運転するように、舶用ボイラ１を制御する。また、例えば、ステップＳ３０１で決定された目標値が１０％である場合、制御装置５０は、制限負荷範囲の下限である２０％のボイラ負荷で運転するように、舶用ボイラ１を制御する。
ステップＳ３０４およびステップＳ３０５を実行することにより、図３に示される舶用ボイラ１の運転が終了し、再びステップＳ３０１の処理を開始する。
【００４３】
以上のように、制御装置５０は、ＶＯＣ処理モードが設定されているか否かに応じてボイラ負荷を適切に調整する。制御装置５０は、低濃度のＶＯＣガスを酸化処理するのに適したＶＯＣ処理モードが設定されている場合には、低濃度のＶＯＣガスを酸化処理して確実に無害化できるように、ボイラ負荷が制限負荷範囲内となるように運転する。これにより、低濃度のＶＯＣガスが所定時間（例えば約０．５秒）以上に渡って火炉２内に滞留し、かつその際の火炉２内の温度が所定温度上（例えば、約８００℃）となって、ＶＯＣガスが確実に酸化処理される。
【００４４】
ＶＯＣ処理モードを実行し、船内の蒸気需要を満たすのに必要な負荷よりも高い負荷で舶用ボイラ１を運転する場合、船内の蒸気需要を超える余剰蒸気が発生する。この余剰蒸気は、船内のダンプライン（余剰蒸気ライン）に導かれて処理される。
【００４５】
なお、ＶＯＣ処理モードを実行すると、船内の蒸気需要を満たすのに必要な負荷よりも低い負荷となってしまう場合、制御装置５０は、船内の蒸気需要を変更して低い負荷とすることでＶＯＣ処理モードを実行することができる。あるいは、このような場合に、制御装置５０は、ＶＯＣ処理モードを実行しないように制御してもよい。
【００４６】
以上説明した本実施形態に係る舶用ボイラ１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の舶用ボイラ１によれば、原油タンク２２内で発生する揮発性有機化合物を含むＶＯＣガス（揮発性ガス）は、バーナ３による燃料ガスの燃焼により加熱された火炉２内に供給され、熱交換器群を通過した後にガス出口８（排出部）から排出される。舶用ボイラ１の運転を制御する制御装置５０（制御部）は、燃焼用燃料のバーナ３への供給量および燃焼用空気のバーナ３への供給量をそれぞれ調整して所定の負荷範囲（０〜１００％）で舶用ボイラ１を運転するものであるが、ＶＯＣ処理モードを実行する際は所定の負荷範囲より制限された制限負荷範囲内（例えば、２０％以上かつ５０％以下）で舶用ボイラ１を運転する。制御装置５０がＶＯＣ処理モードを実行する場合、火炉２に流入して火炉出口に導かれるＶＯＣガスは、所定時間（例えば、約０．５秒）以上火炉２内に滞留し、かつ所定温度（例えば、約８００℃）以上に維持される。この所定時間および所定温度をＶＯＣガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、燃焼が困難な低濃度ＶＯＣガスであっても火炉内で十分に酸化処理された状態でガス出口８から排出される。
このようにすることで、船内の蒸気需要が少ない場合であっても、主燃料の消費量を抑制しつつ、低濃度の揮発性有機化合物を含むＶＯＣガスを確実に酸化処理することが可能な舶用ボイラ１を提供することができる。
【００４７】
本実施形態の舶用ボイラ１は、ＶＯＣ処理モードを実行するか否かを設定する設定部５１を備え、制御装置５０が、設定部５１によりＶＯＣ処理モードが設定された場合に、ＶＯＣ処理モードを実行する。このようにすることで、ＶＯＣガスが十分に酸化処理されるＶＯＣ処理モードを実行するか否かを、操作者の指示に応じて適切に設定することができる。また、あるいは、ガス分析計６０ｂにより計測される揮発性有機化合物の濃度が低濃度である場合に、設定部５１が自動的にＶＯＣ処理モードを設定することができる。
【００４８】
本実施形態の舶用ボイラ１は、原油タンク２２内に封入されるイナートガス（不活性ガス）を火炉２内に供給するノズル２４と、ノズル２４に供給するＶＯＣガスの流量を調整する制御弁４２とを備える。
このようにすることで、火炉２内に供給されるＶＯＣガスの流量を調整して火炉２内の火炎温度を適切な温度に低下させ、窒素物（ＮＯｘ）の発生量を少なくすることができる。
【００４９】
本実施形態の舶用ボイラ１においては、ガス出口８から排出される燃焼ガスを前記調整弁に導く再循環ラインと、前記再循環ライン上に設けられるスクラバーとを備えるようにしてもよい。
このようにすることで、スクラバーで燃焼ガスに含まれる有害物質を除去しつつ燃焼ガスに含まれる不活性ガスを冷却し、再び調整弁に導いて不活性ガスを再利用することができる。
【００５０】
本実施形態の舶用ボイラ１は、ＶＯＣガスの外部への流出を検知するガス検知器７０と、ガス検知器７０がＶＯＣガスの外部への流出を検知する場合に、原油タンク２２からバーナ３へのＶＯＣガスの供給を遮断する遮断弁６０ｄとを備える。
このようにすることで、ＶＯＣガスが外部に流出した場合に、その流出を検知して原油タンク２２からバーナ３へのＶＯＣガスの供給を遮断し、ＶＯＣガスが更に外部に流出することを確実に防止することができる。
【００５１】
本実施形態の舶用ボイラ１は、ＶＯＣガス供給部６０が、バーナ３を介して火炉２内にＶＯＣガスを供給する。
このようにすることで、ＶＯＣガスの濃度が高く、かつバーナ３による燃料ガスの燃焼が行われている場合に、ＶＯＣガスをバーナ３にて燃焼させることができる。
【００５２】
〔他の実施形態〕
前述した実施形態では、舶用ボイラ１は、火炉２内の温度を計測する温度検出器８０を備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、舶用ボイラ１に温度検出器８０設けずに、舶用ボイラ１の負荷や温度検出器９０が検出する排気ガスの温度から火炉２内の温度を算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    舶用ボイラ
２    火炉
３    バーナ
４    フロントバンクチューブ（熱交換器群）
５    過熱器（熱交換器群）
６    蒸発管群（熱交換器群）
８    ガス出口（排出部）
２２    原油タンク
２４    イナートガスノズル（不活性ガス供給部）
３３    イナートガスライン（再循環ライン）
４２    制御弁（調整弁）
５０    制御装置（制御部）
６０    ＶＯＣガス供給部（揮発性ガス供給部）
７０    ガス検知器（検知部）
１００    ＶＯＣガス処理システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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