(57)【要約】【課題】燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できるボイラを提供すること。【解決手段】ボイラ１は、水管１２を有する缶体１０と、缶体１０に燃料ガスを供給する燃料供給ライン５０と、燃焼状態に応じて水管１２の水位を制御する水位制御部８１と、缶体１０に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部８２と、発熱量取得部８２により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、水管１２の水位を補正する水位補正部８３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管を有する缶体と、
前記缶体に燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、
燃焼状態に応じて前記水管の水位を制御する水位制御部と、
前記缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、
前記発熱量取得部により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、前記水管の水位を補正する水位補正部と、を備えるボイラ。
【請求項２】
前記水位補正部は、
前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも低い場合、前記水管の水位が高くなるように水位を補正し、
前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも高い場合、前記水管の水位が低くなるように水位を補正する請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの発熱量を検知する熱量検知部を更に備え、
前記発熱量取得部は、前記熱量検知部により検知された発熱量を取得する請求項１又は２に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の水管を有する缶体を備え、燃料ガスを燃焼させることで水管の内部の水を加熱し、蒸気を発生させるボイラが知られている。このようなボイラでは、燃焼状態に応じて水管の水位が制御されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ボイラの燃焼状態が高い場合には、水管の内部での水の沸騰が激しくなることに起因する蒸気の乾き度の低下を防ぐために水管の水位は低く設定される。また、ボイラの燃焼状態が低い場合には、水管の過熱を防ぐために水管の水位は高く設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４７４０７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、環境意識の高まりからＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）が燃料ガスとして広く普及している。ＬＮＧを供給する方法の一つとして、ＬＮＧを液体のまま輸送し、ＬＮＧを使用する供給先で気化して用いるいわゆるＬＮＧサテライト供給がある。ＬＮＧサテライト供給は、導入コストを抑えることができ、様々な分野で用いられているものの、パイプラインを通じて燃料ガスを輸送する方法に比べて燃料ガスが外部環境等の影響を受け易い傾向があった。
【０００５】
例えば、ＬＮＧは、気化の過程でＬＮＧを構成する気体の比重の違いや気化処理の温度等によって想定されていた成分比率とは異なる状態でボイラに供給されることがある。燃料ガスにこのような成分変動が生じている場合、ボイラに供給される燃料ガスの発熱量が変動してしまう。
【０００６】
ボイラには使用される燃料ガスの発熱量が予め設定されており、この設定された発熱量（基準発熱量）に基いてボイラの燃焼状態と当該燃焼状態に対応する水管の水位とが対応付けられている。そのため、ボイラに供給される燃料ガスの発熱量が変化してしまうと、基準発熱量に基づく燃焼状態に対応して制御された水位は、実際の燃焼状態に対応する適正水位と一致しなくなってしまう。
【０００７】
従って、本発明は、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できるボイラ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】
【０００８】
本発明者は、水管を有する缶体と、前記缶体に燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、燃焼状態に応じて前記水管の水位を制御する水位制御部と、前記缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、前記発熱量取得部により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、前記水管の水位を補正する水位補正部と、を備えるボイラに関する。
【０００９】
また、前記水位補正部は、前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも低い場合、前記水管の水位が高くなるように水位を補正し、前記発熱量取得部により取得された発熱量が前記基準発熱量よりも高い場合、前記水管の水位が低くなるように水位を補正することが好ましい。
【００１０】
また、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの発熱量を検知する熱量検知部を更に備え、前記発熱量取得部は、前記熱量検知部により検知された発熱量を取得することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のボイラによれば、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のボイラの一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のボイラの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラ１は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器（図示せず）に蒸気を供給する。
本実施形態のボイラ１は、缶体１０と、缶体１０に燃焼用空気を送り込む送風機２０と、缶体１０と送風機２０とを接続し燃焼用空気が流通する給気ダクト３０と、缶体１０から排出される燃焼ガス（排ガス）が流通する排気筒８０と、缶体１０に燃料ガスを供給する燃料供給ライン５０と、缶体１０に水を供給する給水ライン６０と、燃料ガスや燃焼用空気の供給量等を制御する制御装置７０と、を備える。
【００１４】
缶体１０は、ボイラ筐体１１と、複数の水管１２と、下部ヘッダ１３と、上部ヘッダ１４と、バーナ１５と、を備える。
【００１５】
ボイラ筐体１１は、缶体１０の外形を構成する。ボイラ筐体１１の一側面には、給気口１６が形成され、給気口１６が形成された側面に対向する側面には、排気口１７が形成される。
【００１６】
複数の水管１２は、ボイラ筐体１１の内部に上下方向に延びて配置されると共に、ボイラ筐体１１の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
【００１７】
下部ヘッダ１３は、ボイラ筐体１１の下部に配置される。下部ヘッダ１３には、複数の水管１２の下端部が接続される。上部ヘッダ１４は、ボイラ筐体１１の上部に配置される。上部ヘッダ１４には、複数の水管１２の上端部が接続される。
【００１８】
バーナ１５は、給気口１６に配置される。バーナ１５によって燃料ガスと燃焼用空気との混合気が燃焼し、水管１２の水が加熱されて蒸気が発生する。
【００１９】
送風機２０は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体２１と、ファン（モータ）の回転数を増減させるインバータ２２と、を備える。送風機２０は、インバータ２２に入力される周波数に応じて、ファンが所定の回転数で回転することで、缶体１０に燃焼用空気を送り込む。
【００２０】
本実施形態では、負荷機器（図示省略）から要求される要求負荷に応じて燃焼用空気の流量が設定される。送風機２０は、設定された燃料用空気の流量になるように制御装置７０によってインバータ２２を介して制御される。
【００２１】
給気ダクト３０は、燃料ガスと混合させる燃焼用空気を缶体１０に供給する。給気ダクト３０は、上流側の端部が送風機２０に接続され、下流側の端部が給気口１６に接続される。給気ダクト３０は、送風機２０から送り込まれた燃焼用空気を缶体１０に供給する。
給気ダクト３０には、ダンパ３１と、パンチングメタル３２と、エア差圧センサ３３と、が配置される。
【００２２】
ダンパ３１は、給気ダクト３０の内部の燃焼用空気の流路を塞いだ閉状態と、この閉状態から９０度回転し、給気ダクト３０の内部の燃焼用空気の流路を開放した開状態との間で回転可能に配置される。
【００２３】
パンチングメタル３２は、複数の貫通孔が形成された金属板であり、流通する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材として機能する。パンチングメタル３２は、給気ダクト３０の内部のダンパ３１の下流側に配置される。このパンチングメタル３２によって、ダンパ３１を通って給気ダクト３０まで流れてきた燃焼用空気は減圧される。
【００２４】
エア差圧センサ３３は、燃焼用空気の流量を検知するための空気流量検知部である。エア差圧センサ３３は、パンチングメタル３２の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する。燃料用空気の流量は、この差圧情報に基づいて算出される。
【００２５】
排気筒８０は、基端側が排気口１７に接続され、筒状に形成される。この排気筒８０を通じて缶体１０で発生した燃焼ガス（排ガス）が缶体１０の外部に排出される。
【００２６】
燃料供給ライン５０は、上流側が燃料供給源（図示せず）に接続され、下流側が給気ダクト３０に接続される。燃料供給ライン５０の下流側の端部は、給気ダクト３０におけるパンチングメタル３２が配置された位置よりも下流側に接続される。
燃料供給ライン５０には、燃料ガス流量計５１と、熱量検知部としてのカロリメータ５２と、開閉弁５３と、ガバナ５４と、流量調整弁５５と、オリフィス５６と、ノズル５７と、が配置される。
【００２７】
燃料ガス流量計５１は、燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスの流量を測定する。本実施形態の燃料ガス流量計５１は、燃料供給ライン５０の最も上流側に配置される。
【００２８】
カロリメータ５２は、燃料ガスの発熱量を取得する。カロリメータ５２は、燃料供給ライン５０における燃料ガス流量計５１の下流側に配置される。カロリメータ５２としては、燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスをサンプリング計測してその発熱量を取得するもの等、適宜のものを採用することができる。
【００２９】
開閉弁５３は、燃料供給ライン５０を開放又は閉止し、燃料ガスの供給及び停止を行う。本実施形態の開閉弁５３は、燃料供給ライン５０における燃料ガス流量計５１の下流側に配置される。
【００３０】
ガバナ５４は、燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスの圧力変動を抑制するための調圧手段として機能する。ガバナ５４は、燃料供給ライン５０における開閉弁５３の下流側に配置される。
【００３１】
流量調整弁５５は、燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスの流量を調整する。流量調整弁５５は、開度を調整可能に構成される。流量調整弁５５は、燃料供給ライン５０におけるガバナ５４の下流側に配置される。
【００３２】
オリフィス５６は、燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材として機能する。オリフィス５６は、燃料供給ライン５０における流量調整弁５５の下流側に配置される。
【００３３】
ノズル５７は、燃料供給ライン５０の下流側の端部に配置され、給気ダクト３０への燃料ガスの噴出を行う。ノズル５７から噴出された燃料ガスは、送風機２０によって送られてきた燃焼用空気と混合され、この混合された混合気がバーナ１５によって燃焼される。
【００３４】
給水ライン６０は、缶体１０に水を供給する。給水ライン６０の上流側は給水源（図示せず）に接続され、下流側は下部ヘッダ１３に接続される。給水ライン６０には、給水弁６１が配置される。
【００３５】
次に、制御装置７０について説明する。制御装置７０は、ボイラ１の燃焼状態を制御する制御部７１と、各種の情報が記憶される記憶部７２と、を備える。
制御装置７０は、上述した各センサと電気的に接続され、これらのセンサからの信号及び負荷機器からの要求負荷に基づいて流量調整弁５５や送風機２０の制御を行い、ボイラ１の燃焼状態を制御する。また、制御装置７０は、ボイラ１の燃焼状態に応じて給水弁６１の開閉又は開度を調整し、水管１２の水位を制御する。
【００３６】
ボイラ１には使用される燃料ガスの発熱量が予め設定されており、この設定された発熱量（基準発熱量）に基いて、ボイラ１の燃焼状態毎に好適な水管１２の水位が設定されている。具体的には、ボイラ１の燃焼状態が高い場合には、水管１２の内部での水の沸騰が激しくなることに起因する蒸気の乾き度の低下を防ぐために水管１２の水位は低く設定される。また、ボイラ１の燃焼状態が低い場合には、水管１２の過熱を防ぐために水管１２の水位は高く設定される。
そのため、ボイラ１に供給される燃料ガスの発熱量が変化してしまうと、基準発熱量に基づく燃焼状態に対応して制御された水位は、実際の燃焼状態に対応する適正水位と一致しなくなってしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態では、燃料供給ライン５０に供給される燃料ガスの成分が変動した場合に、この燃料ガスの成分の変動量に応じて予め設定された水管１２の水位を補正することで、燃料ガスの成分が変化した場合においても好適な水位制御を実現している。
このような機能を実現するために、図２に示すように、制御部７１は、水位制御部８１と、発熱量取得部８２と、水位補正部８３と、を備える。
【００３８】
水位制御部８１は、ボイラ１の燃焼状態に応じて水管１２の水位を制御する。例えば、ボイラ１が複数の段階的な燃焼位置で燃焼する段階値制御ボイラの場合、記憶部７２には、それぞれの燃焼位置と、当該燃焼位置に対応する水管１２の水位と、が関連付けられて記憶される。そして、水位制御部８１は、ボイラ１の燃焼位置に応じて水管１２の目標水位を決定し、水管１２の水位が設定された目標水位となるように給水を制御する。また、ボイラ１が燃焼量を連続的に増減可能な連続制御ボイラの場合、記憶部７２には、ボイラ１の燃焼量（燃焼率）と水管１２の水位とが関連付けられたテーブルが記憶される。そして、水位制御部８１は、ボイラ１の燃焼量（燃焼率）に応じて水管１２の目標水位を決定し、水管１２の水位が設定された目標水位となるように給水を制御する。
【００３９】
発熱量取得部８２は、缶体に供給される燃料ガスの発熱量を取得する。本実施形態では、発熱量取得部８２は、カロリメータ５２により測定された燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスの発熱量を取得する。
【００４０】
水位補正部８３は、発熱量取得部８２により取得された発熱量と、予め設定された燃料ガスの基準発熱量と、に基いて、水管１２の水位を補正する。即ち、制御装置７０の記憶部７２には、ボイラ１に使用される燃料ガスの発熱量が基準発熱量として設定されている。そして、水位補正部８３は、発熱量取得部８２により取得された発熱量と、基準発熱量との間に所定の範囲を超える差異が発生した場合に、設定された目標水位を補正する。
本実施形態では、水位補正部８３は、発熱量取得部８２により取得された発熱量が基準発熱量よりも低い場合、水管１２の水位が高くなるように目標水位を補正する。また、発熱量取得部８２により取得された発熱量が基準発熱量よりも高い場合、水管１２の水位が低くなるように目標水位を補正する。
【００４１】
次に、本実施形態における水位制御の流れについて説明する。
ボイラ１が燃焼している状態において、水位制御部８１は、ボイラ１の燃焼状態に対応して設定された水位を目標水位として給水弁６１を制御し、水管１２の水位を制御する。
一方、発熱量取得部８２は、カロリメータ５２により測定された燃料供給ライン５０を流れる燃料ガスの発熱量を取得する。
【００４２】
水位補正部８３は、発熱量取得部８２により取得された燃料ガスの発熱量を監視し、燃料ガスの発熱量と記憶部７２に記憶された基準発熱量との間に所定の範囲を超える差異が発生した場合に、目標水位を補正する。
これにより、缶体１０に供給される燃料ガスの発熱量に変動があった場合に、ボイラ１に指示された見かけの燃焼状態ではなく、実際の燃焼状態に合わせて水管１２の水位を補正できる。よって、燃料ガスの成分が変化した場合に、好適に水位を制御できる。
【００４３】
ここで、本実施形態では、水位補正部８３は、発熱量取得部８２により取得された発熱量が基準発熱量よりも低い場合（つまり、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも低い場合）、水管１２の水位が高くなるように目標水位を補正する。また、発熱量取得部８２により取得された発熱量が基準発熱量よりも高い場合（つまり、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも高い場合）、水管１２の水位が低くなるように目標水位を補正する。
これにより、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも低い場合には、水管１２の水位を高くすることで水管１２の過熱を抑制でき、また、実際の燃焼状態が見かけの燃焼状態よりも高い場合には、水管１２の水位を低くすることで、生成される蒸気の乾き度の低下を抑制できる。
【００４４】
以上、本発明のボイラの好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、発熱量取得部８２は、カロリメータ５２により測定された燃料ガスの発熱量を取得したが、これに限らない。即ち、燃料ガス（例えばＬＮＧ）がサテライト供給設備からボイラに供給される場合には、ボイラを、カロリメータを含まずに構成し、サテライト供給設備に貯蔵される燃料ガスの発熱量（予め判明している）を発熱量取得部に取得させてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  ボイラ
１０  缶体
１２  水管
５０  燃料供給ライン
８１  水位制御部
８２  発熱量取得部
８３  水位補正部
５２  カロリメータ（発熱量検知部）
【図１】
2018204821.tif 000003
【図２】
2018204821.tif 000004