(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと、
前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、
前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側に配置され、前記燃料ガスの流量を検知する燃料ガス流量検知部と、
前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、
前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、
前記燃焼用空気の流量と前記燃料ガスの目標質量流量とを対応づけて記憶する記憶部と、
前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に基づいて前記目標質量流量を設定する目標流量設定部と、
前記燃料ガス流量検知部によって検知される前記燃料ガスの流量及び前記目標質量流量に基づいて前記流量調整弁の開度をフィードバック制御する開度制御部と、
を備えることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側であって、前記燃料ガス流量検知部の上流側に配置され、前記燃料ガスの温度を検知する燃料ガス温度検知部と、
前記燃料ガス温度検知部によって検知された温度に基づいて前記燃料ガス流量検知部の測定値を補正する温度補正部と、
を更に備える請求項１に記載のボイラ装置。
【請求項３】
前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側であって、前記燃料ガス流量検知部の上流側に配置され、前記燃料ガスの圧力を検知する燃料ガス圧力検知部と、
前記燃料ガス圧力検知部によって検知された圧力に基づいて前記燃料ガス流量検知部の測定値を補正する圧力補正部と、
を更に備える請求項１又は２のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項４】
前記燃料ガス流量検知部は、
前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側に配置され、前記燃料供給ラインを通過する燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材と、前記燃料供給ラインにおける前記燃料ガス減圧部材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ガス差圧検知部と、前記燃料ガス差圧検知部が検知した差圧情報に基づいて前記燃料ガスの流量を算出する燃料ガス流量算出部と、
を備える請求項１から３のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項５】
空気流量検知部は、
前記空気供給ラインに配置され、前記空気供給ラインを通過する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材と、前記空気供給ラインにおける前記燃焼用空気減圧部材の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する燃焼用空気差圧検知部と、前記燃焼用空気差圧検知部が検知した差圧情報に基づいて前記燃焼用空気の流量を算出する燃焼用空気流量算出部と、
を備える請求項１から４のいずれに記載のボイラ装置。
【請求項６】
前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの熱量を検知する熱量検知部と、
前記熱量検知部によって検知された熱量に基づいて前記目標質量流量を補正する熱量補正部と、
を更に備える請求項１から５のいずれかに記載のボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ装置に関する。より詳細には、燃焼用空気の供給量に応じた燃料ガスが供給されるように、燃料供給ラインの流量調整弁を制御するボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料ガスと燃焼用空気を所定の割合で混合した混合気を燃焼させて水を加熱し、蒸気を発生させるボイラ装置が知られている。この種のボイラ装置では、理論空気量とボイラに供給される空気量との比である空気比が一定になるように、燃焼用空気の供給量に応じて燃料ガスの流量を流量調整弁によって調整している。このような空気比を一定にする制御を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、燃焼用空気の供給量の変動に合わせて燃料ガスの制御弁を調整して空気比を一定にする予混合式ガスバーナの燃料ガス量制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０８３５２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】
外部環境等の影響によってボイラ装置に供給される燃料ガスの質量流量が変動した場合、空気比が所定の範囲から外れるおそれがある。例えば、温度変動や圧力変動によって質量流量に変動が生じた場合は、燃焼に必要な空気量（理論空気量）が変化するため、空気比に変動が生じてしまい、燃焼効率の低下や不完全燃焼の原因になるおそれがある。しかし、従来のボイラ装置は、燃焼用空気の流量に応じて設定される開度に基づいて流量調整弁を制御しているため、流量調整弁の下流側で生じる質量流量の変動に対応することができず、質量流量を一定に維持して空気比の変動を抑制するという観点から改善の余地あった。
【０００６】
本発明は、ボイラに供給される燃料ガスの質量流量の変動を抑制し、安定的かつ効率的に燃焼制御を行うことができるボイラ装置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】
本発明は、ボイラと、前記ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給ラインと、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの流量を調整可能な流量調整弁と、前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側に配置され、前記燃料ガスの流量を検知する燃料ガス流量検知部と、前記ボイラに前記燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインと、前記空気供給ラインを流れる前記燃焼用空気の流量を検知する空気流量検知部と、前記燃焼用空気の流量と前記燃料ガスの目標質量流量とを対応づけて記憶する記憶部と、前記空気流量検知部によって検知された前記燃焼用空気の流量に基づいて前記目標質量流量を設定する目標流量設定部と、前記燃料ガス流量検知部によって検知される前記燃料ガスの流量及び前記目標質量流量に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する開度制御部と、を備えることを特徴とするボイラ装置に関する。
【０００８】
前記ボイラ装置は、前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側であって、前記燃料ガス流量検知部の上流側に配置され、前記燃料ガスの温度を検知する燃料ガス温度検知部と、前記燃料ガス温度検知部によって検知された温度に基づいて前記燃料ガス流量検知部の測定値を補正する温度補正部と、を更に備えることが好ましい。
【０００９】
前記ボイラ装置は、前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側であって、前記燃料ガス流量検知部の上流側に配置され、前記燃料ガスの圧力を検知する燃料ガス圧力検知部と、前記燃料ガス圧力検知部によって検知された圧力に基づいて前記燃料ガス流量検知部の測定値を補正する圧力補正部と、を更に備えることが好ましい。
【００１０】
前記燃料ガス流量検知部は、前記燃料供給ラインにおける前記流量調整弁の下流側に配置され、前記燃料供給ラインを通過する燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材と、前記燃料供給ラインにおける前記燃料ガス減圧部材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ガス差圧検知部と、前記燃料ガス差圧検知部が検知した差圧情報に基づいて前記燃料ガスの流量を算出する燃料ガス流量算出部と、を備えることが好ましい。
【００１１】
空気流量検知部は、前記空気供給ラインに配置され、前記空気供給ラインを通過する燃焼用空気を減圧する燃焼用空気減圧部材と、前記空気供給ラインにおける前記燃焼用空気減圧部材の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知する燃焼用空気差圧検知部と、前記燃焼用空気差圧検知部が検知した差圧情報に基づいて前記燃焼用空気の流量を算出する燃焼用空気流量算出部と、を備えることが好ましい。
【００１２】
前記ボイラ装置は、前記燃料供給ラインに配置され、前記燃料ガスの熱量を検知する熱量検知部と、前記熱量検知部によって検知された熱量に基づいて前記目標質量流量を補正する熱量補正部と、を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ボイラに供給される燃料ガスの質量流量の変動を抑制し、安定的かつ効率的に燃焼制御を行うことができるボイラ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のボイラ装置の一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】燃料ガスの質量流量と排ガス中の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態のボイラ装置を模式的に示す図である。
【図５】第２実施形態の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】
【００１５】
以下、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態のボイラ装置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（図示省略）に蒸気を供給するものである。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１６】
図１に示すように、ボイラ装置１は、ボイラ２と、ボイラ２に燃料ガスを供給する燃料供給部５０と、ボイラ２に水を供給する給水路（図示省略）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。
【００１７】
ボイラ２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空気供給ラインとしての給気ダクト３０と、給気ダクト３０に配置されるダンパ３１と、燃焼用空気減圧部材としてのパンチングメタル３２と、空気流量検知部としてのエア差圧センサ３３と、缶体１０から排出される燃焼ガス（排ガス）が流通する排ガス排出部としての排気筒８０と、を備える。
【００１８】
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。
【００１９】
ボイラ筐体１１は、缶体１０の外形を構成し、平面視矩形形状の直方体状に形成される。このボイラ筐体１１の長手方向の一端側に位置する第１側面１１ａには、給気口１６が形成され、ボイラ筐体１１の長手方向の他端側に位置する第２側面１１ｂには、排気口１７が形成される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
給気ダクト３０は、ボイラ２に燃料ガスと混合させる燃焼用空気を供給する空気供給ラインである。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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である。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。
【００２８】
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り、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焼用空気差圧検知部である。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。また、エア差圧センサ３３は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０はエア差圧センサ３３によって検知されたエア差圧情報を取得する。
【００２９】
排気筒８０は、基端側が缶体１０（ボイラ筐体１１に形成された排気口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。
【００３０】
次に、ボイラ２に燃料を供給する燃料供給部５０について説明する。燃料供給部５０は、燃料供給ライン５１と、燃料ガス流量計５２と、開閉弁５４と、ガバナ５５と、流量調整弁５６と、燃料ガス温度センサ５７と、燃料ガス圧力センサ５８と、燃料ガス減圧部材としてのオリフィス５９と、燃料ガス流量検知部としての燃料ガス差圧センサ６０と、ノズル６１と、を備える。
【００３１】
燃料供給ライン５１は、その上流側が燃料供給源（図示省略）に接続され、その下流側が給気ダクト３０に接続される。燃料供給ライン５１の下流側の端部は、給気ダクト３０におけるダンパ３１が配置された位置よりも下流側に接続される。本実施形態では、燃料供給ライン５１によって流通する燃料ガスはＬＮＧである。ＬＮＧサテライト供給によってＬＮＧ貯蔵施設に貯蔵されたＬＮＧを気化したものが燃料供給ライン５１に供給されている。
【００３２】
燃料ガス流量計５２は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの流量を流量調整弁５６の上流側で測定する。本実施形態の燃料ガス流量計５２は、燃料供給ライン５１の最も上流側に配置されている。燃料ガス流量計５２は、制御装置７０に電気的に接続されている。制御装置７０は燃料ガス流量計５２の測定値に基づいて燃料ガスの流量情報を取得する。
【００３３】
開閉弁５４は、燃料供給ライン５１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５４は、燃料供給ライン５１における燃料ガス流量計５２の下流側に配置される。
【００３４】
ガバナ５５は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの圧力が瞬間的に大きくなる場合等の急激な圧力変動を抑制するための調圧手段である。本実施形態のガバナ５５は、燃料供給ライン５１における開閉弁５４の下流側に配置される。
【００３５】
流量調整弁５６は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの流量を調整するものである。流量調整弁５６は、開度を調整可能に構成される。本実施形態の流量調整弁５６は、燃料供給ライン５１におけるガバナ５５の下流側に配置される。流量調整弁５６は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０が流量調整弁５６の開度を調節可能になっている。
【００３６】
燃料ガス温度センサ５７は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの温度を流量調整弁５６の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス温度センサ５７は、燃料供給ライン５１における流量調整弁５６の下流側に配置される。燃料ガス温度センサ５７は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス温度センサ５７の温度情報を取得する。
【００３７】
燃料ガス圧力センサ５８は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスの圧力を流量調整弁５６の下流側で測定する。本実施形態の燃料ガス圧力センサ５８は、燃料供給ライン５１における燃料ガス温度センサ５７の下流側に配置される。燃料ガス圧力センサ５８は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス圧力センサ５８の圧力情報を取得する。
【００３８】
オリフィス５９は、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスを減圧する燃料ガス減圧部材である。本実施形態のオリフィス５９は、燃料供給ライン５１における燃料ガス圧力センサ５８の下流側に配置される。
【００３９】
燃料ガス差圧センサ６０は、燃料ガスの流量を検知するための燃料ガス流量検知部であり、オリフィス５９の上流側と下流側の圧力の差圧を検知する燃料ガス差圧検知部である。流量調整弁５６の下流側での燃料ガスの流量は、この燃料ガス差圧情報に基づいて算出される。燃料ガス差圧センサ６０は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は燃料ガス差圧情報を取得する。
【００４０】
ノズル６１は、燃料供給ライン５１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６１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によって燃焼する。
【００４１】
このように、燃料供給部５０は、燃料供給ライン５１を通じて燃料ガスを適切な流量でボイラ２（缶体１０）に供給可能になっている。
【００４２】
制御装置７０について説明する。制御装置７０は、電気的に接続される各センサからの信号に基づいて流量調整弁５６や送風機２０の制御を行う。制御装置７０は、燃焼用空気の流量及び燃料ガスの流量を調整するための各種の制御を行う制御部７１と、各種の情報が記憶される記憶部７２と、を備える。
【００４３】
第１実施形態の制御装置７０は、空気比を一定にするために燃料ガスの質量流量に基づいて流量調整弁５６の制御を行う。まず、図２を参照して、燃料ガスの質量流量の変化と燃焼率の関係について説明する。図２は、燃料ガスの質量流量と排ガス中の酸素濃度との関係を示すグラフである。図２では、試算条件を設定し、燃料ガスの温度変化による質量流量の変化と、燃焼率を示す排ガス中の酸素濃度の割合が算出されている。なお、燃料ガスの圧力は一定として考える。
【００４４】
図２に示すように、燃料ガスに温度変化が生じると、燃料ガスの体積が変化し、質量流量が変化する。燃料ガスの温度が上昇した場合は燃料ガスの体積が大きくなるので燃料ガスの質量流量は小さくなり、燃料ガスの温度が下降した場合は体積が小さくなるので燃料ガスの質量流量は大きくなる。このような質量流量の変動が生じると、たとえ体積流量が一定であっても燃料ガスの燃焼に必要な燃焼用空気の理論空気量が変化し、空気比が変動する。図２に示すように、燃料ガスの質量流量が小さくなれば空気比が大きくなって排ガス中のＯ２濃度は高くなり、その一方、燃料ガスの質量流量が大きくなれば空気比が小さくなって排ガス中のＯ２濃度は低くなる。空気比は、燃焼を適切に行うためにボイラ装置１に設定されている値であり、空気比を一定に制御できなければ、過剰空気による熱損失が生じて燃焼効率が低下してしまったり、不完全燃焼によるエネルギー損失が大きくなってしまったりするおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施形態の制御装置７０は、ボイラ装置１に設定される空気比を一定に維持するために、質量流量を基準として流量調整弁５６の制御を行う構成とした。次に、第１実施形態のボイラ装置１が備える制御部７１の詳細な構成について説明する。図３は、制御部７１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、第１実施形態の制御部７１は、燃料ガス流量算出部８５と、燃焼用空気流量算出部８６と、目標流量設定部９１と、温度補正部９２と、圧力補正部９３と、開度制御部９９と、を備える。
【００４６】
燃料ガス流量算出部８５は、燃料ガス差圧センサ６０によって取得されたオリフィス５９の上流側と下流側の圧力の差圧情報に基づいて流量調整弁５６の下流側での燃料ガスの流量を燃料ガス差圧センサ６０の測定値として算出する。また、燃料ガス流量算出部８５は、この燃料ガスの流量に基づいて所定条件における質量流量を算出する。記憶部７２には、差圧情報に基づいて流量調整弁５６の下流側での燃料ガスの流量を算出するための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。
【００４７】
燃焼用空気流量算出部８６は、エア差圧センサ３３によって取得されたパンチングメタル３２の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧情報に基づいてダンパ３１の下流側での燃焼用空気の流量をエア差圧センサ３３の測定値として算出する。記憶部７２には、差圧情報に基づいて燃焼用空気の流量を算出するための関数式又はデータテーブル等が記憶されている。
【００４８】
目標流量設定部９１は、燃焼用空気の流量に対応する目標質量流量を設定する。目標質量流量は、所定条件における燃焼用空気の流量に対する燃料ガスの質量流量である。ここでいう所定条件とは、燃料ガスの組成に基づく基準熱量及び空気比等の予め設定される諸条件であり、燃料ガスがこの所定条件にあるものとして目標質量流量は設定される。記憶部７２には、所定条件における燃焼用空気の流量に対応する目標質量流量を設定する関数式又はデータテーブル等が記憶されている。なお、目標質量流量は、所定の質量流量の範囲として設定されてもよいし、所定の質量流量の値として設定されてもよい。
【００４９】
温度補正部９２は、流量調整弁５６の下流側の燃料ガスの質量流量を正確に算出するための処理を行う。本実施形態では、温度補正部９２は、燃料ガス流量算出部８５によって算出される燃料ガスの質量流量を補正する。温度補正部９２による補正は、燃料ガス温度センサ５７によって検知された燃料ガスの温度に基づいて行われる。記憶部７２には、温度情報に基づいて補正するための関数式又データテーブル等の各種の情報が記憶されている。
【００５０】
圧力補正部９３は、流量調整弁５６の下流側での燃料ガスの質量流量を正確に算出するための処理を行う。本実施形態では、圧力補正部９３は、燃料ガス流量算出部８５によって算出される燃料ガスの質量流量を補正する。圧力補正部９３による補正は、燃料ガス圧力センサ５８によって検知された燃料ガスの圧力に基づいて行われる。記憶部７２には、圧力情報に基づいて補正するための関数式又データテーブル等の各種の情報が記憶されている。
【００５１】
開度制御部９９は、流量調整弁５６の下流側を流れる燃料ガスの質量流量が目標質量流量に一致するように、流量調整弁５６の開度を調整する。燃料ガスの質量流量は、燃料ガス流量算出部８５によって算出された質量流量が温度補正部９２及び圧力補正部９３により補正されることで取得される。開度制御部９９は、目標流量設定部９１によって設定された目標質量流量と、算出された燃料ガスの質量流量と、に基づいて流量調整弁５６の開度の制御を行う。例えば、燃料ガスの質量流量が、目標質量流量に対して小さい場合は開度を大きくし、燃料ガスの質量流量が目標質量流量に対して大きい場合は開度を小さくするように流量調整弁５６の開度を制御する。開度制御部９９は、連続的又は段階的に開度の調整を行って燃料ガスの質量流量を目標質量流量に合わせる。
【００５２】
次に、第１実施形態における流量調整弁５６の制御の一連の流れについて説明する。流量調整弁５６の制御が開始されると、目標流量設定部９１は、燃焼用空気流量算出部８６によって算出される燃焼用空気の流量を取得する。目標流量設定部９１は、取得した燃焼用空気の流量に対応する目標質量流量を記憶部７２から設定する。
【００５３】
開度制御部９９は、燃料ガス差圧センサ６０で検知された差圧情報に基づいて算出される燃料ガスの質量流量を監視する。この燃料ガスの質量流量は、上述のように、燃料ガス流量算出部８５によって算出された燃料ガスの質量流量に対して、温度補正部９２及び圧力補正部９３による補正を行ったものである。なお、燃料ガスの質量流量の算出方法は、この方法に限られず、体積流量、差圧情報、温度情報及び圧力情報に基づいて直接的に算出する等適宜の方法を採用できる。
【００５４】
開度制御部９９は、このように算出された燃料ガスの質量流量と、目標流量設定部９１によって設定された目標質量流量と、を比較して流量差を取得する。開度制御部９９は、この流量差に基づいて開度を調整して燃料ガスの体積流量を変化させることによって、燃料ガスの質量流量を目標質量流量に合わせる。本実施形態では、開度制御部９９は、流量調整弁５６の制御を行っている間は燃料ガスの質量流量を監視し、フィードバック制御を行い続ける。従って、外部環境等の影響によって、燃料供給部５０に供給される燃料ガスの質量流量が変動したとしても、目標質量流量に合致するように流量調整弁５６の開度が自動的に調整される。
【００５５】
開度制御部９９は、目標質量流量をターゲットとして流量調整弁５６をフィードバック制御するので、流量調整弁５６の下流側の燃料ガスの質量流量は一定に維持される。燃料ガスは、その質量流量が一定に維持された状態で燃料供給ライン５１を介して給気ダクト３０に送られる。給気ダクト３０の内部にノズル６１を介して供給された燃料ガスは、送風機２０により給気ダクト３０に送り込まれた燃焼用空気と混合される。燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスは、バーナ１５から缶体１０の内部に噴出され、燃焼される。本実施形態では、質量流量に基づいて流量調整弁５６の開度がフィードバック制御されるので、ボイラ２に供給される燃料ガスの質量流量に変動が生じても、その影響を効果的に抑制できる。従って、ＬＮＧサテライト供給のような外部環境の影響によって質量流量が変動しやすい場合であっても、ボイラ２の燃焼制御を安定的に行うことができる。
【００５６】
そして、バーナ１５による混合ガスの燃焼に伴って発生する熱により、下部ヘッダ１３から複数の水管１２の内部に供給された水が加熱され、蒸気が生成される。複数の水管１２の内部において生成された蒸気は、上部ヘッダ１４に集合された後、蒸気導出管（図示省略）を介して外部に導出され、負荷機器（図示省略）に供給される。また、混合ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排気筒８０から外部に排出される。なお、エア差圧センサ３３によって新たに燃焼用空気の流量の変動が検知された場合は、目標流量設定部９１が燃焼用空気の流量に応じた目標質量流量を新たに設定し、当該目標質量流量をターゲットとして開度制御部９９による上述のフィードバック制御が行われる。
【００５７】
以上説明した第１実施形態のボイラ装置１によれば、以下のような効果を奏する。
【００５８】
第１実施形態のボイラ装置１は、給気ダクト３０を流れる燃焼用空気の流量と燃料ガスの目標質量流量とを対応づけて記憶する記憶部７２と、流量調整弁５６の下流側に配置されるエア差圧センサ３３によって検知された燃焼用空気の流量に基づいて目標質量流量を設定する目標流量設定部９１と、燃料ガス差圧センサ６０によって検知された燃料ガスの流量及び目標質量流量に基づいて流量調整弁５６の開度を制御する開度制御部９９と、を備える。
【００５９】
これにより、流量調整弁５６の下流側における燃料ガスの質量流量が目標質量流量に一致するように流量調整弁５６の開度が調整されるので、ボイラ２に供給さえる燃料ガスの質量流量が一定に維持され、燃焼制御を安定的かつ効率的に行うことができる。
【００６０】
また、ボイラ装置１は、燃料供給ライン５１における流量調整弁５６の下流側であって、燃料ガス差圧センサ６０の上流側に配置され、燃料ガスの温度を検知する燃料ガス温度センサ５７と、燃料ガス温度センサ５７によって検知された温度に基づいて燃料ガス差圧センサ６０の測定値を補正する温度補正部９２と、を更に備える。
【００６１】
これにより、エア差圧センサ３３によって検知された燃焼用空気の流量に、燃料ガスの温度変動を反映させることができ、開度制御部９９によるフィードバック制御をより精密に行うことができる。
【００６２】
また、ボイラ装置１は、燃料供給ライン５１における流量調整弁５６の下流側であって、燃料ガス差圧センサ６０の上流側に配置され、燃料ガスの圧力を検知する燃料ガス圧力センサ５８と、燃料ガス圧力センサ５８によって検知された圧力に基づいて燃料ガス差圧センサ６０の測定値を補正する圧力補正部９３と、を更に備える。
【００６３】
これにより、エア差圧センサ３３によって検知された燃焼用空気の流量に、燃料ガスの圧力変動を反映させることができ、開度制御部９９によるフィードバック制御をより精密に行うことができる。
【００６４】
また、ボイラ装置１は、燃料供給ライン５１におけるオリフィス５９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ガス差圧センサ６０が検知した差圧情報に基づいて燃料ガスの流量を算出する燃料ガス流量算出部８５を備える。
【００６５】
これにより、オリフィス５９を備えるボイラ装置１に燃料ガス差圧センサ６０を配置するだけで燃料ガスの流量を正確に検知できる構成を実現できる。
【００６６】
また、ボイラ装置１は、給気ダクト３０を通過する燃焼用空気を減圧するパンチングメタル３２の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検知するエア差圧センサ３３が検知した差圧情報に基づいて燃焼用空気の流量を算出する燃焼用空気流量算出部８６を備える。
【００６７】
これにより、パンチングメタル３２を備えるボイラ装置１にエア差圧センサ３３を配置するだけで燃料ガスの流量を正確に検知できる構成を実現できる。本実施形態では、燃料ガス及び燃焼用空気のいずれもが差圧に基づいて算出されるので、空気比の調整もより正確に行うことができる。
【００６８】
次に、第２実施形態のボイラ装置２０１について説明する。図４は、第２実施形態のボイラ装置２０１を模式的に示す図である。図５は、第２実施形態の制御部２７１の構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する場合がある。
【００６９】
図４に示すように、第２実施形態のボイラ装置２０１は、第１実施形態の構成に加えてカロリメータ５３を更に備える。カロリメータ５３は、燃料ガスの熱量を取得する熱量検知部である。カロリメータ５３は、燃料供給ライン５１における燃料ガス流量計５２の下流側に配置される。カロリメータ５３は、制御装置７０に電気的に接続されており、制御装置７０は、カロリメータ５３の検知信号に基づいて燃料ガスの熱量を取得する。なお、カロリメータ５３としては、燃料供給ライン５１を流れる燃料ガスをサンプリング計測してその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。
【００７０】
また、第２実施形態のボイラ装置２０１は、目標質量流量に対して熱量変動に基づいて補正を行う点が第１実施形態のボイラ装置１の構成とは異なる。第２実施形態の制御部２７１による流量調整弁５６の制御について説明する。図５に示すように、制御部２７１は、燃料ガス流量算出部８５と、燃焼用空気流量算出部８６と、目標流量設定部９１と、温度補正部９２と、圧力補正部９３と、熱量補正部９４と、開度制御部９９と、を備える。第２実施形態の制御部２７１は、第１実施形態の制御部７１の構成に加え、熱量補正部９４を更に備えるように構成される。
【００７１】
熱量補正部９４は、カロリメータ５３によって検知された熱量に基づいて目標質量流量の補正を行う。燃焼用空気の供給量に対する燃料ガスの必要供給量は、基準熱量に基づいて設定されるため、熱量が変動すれば、燃焼用空気の供給量に対する燃料ガスの必要供給量も変動する。そこで、本実施形態では、所定条件として設定された基準熱量に対する熱量変動を原因とする燃料ガスの必要供給量のずれに対して補正を行う構成とした。即ち、熱量補正部９４は、熱量の変動によって生じた燃料ガスの必要供給量の変動に対応するように燃料ガスの流量を調整する補正を行う。例えば、燃料供給部５０に供給される燃料ガスに予め設定される基準熱量に対してカロリメータ５３に検知された熱量が大きくなっているときは、燃料ガスの流量が小さくなるように目標質量流量を補正する。同様に、基準熱量に対して熱量が小さくなっているときは、燃料ガスの流量が大きくなるように目標質量流量を補正する。
【００７２】
第２実施形態では、熱量補正部９４によって補正された目標質量流量に基づいて流量調整弁５６の開度を制御する。即ち、熱量変動が反映された目標質量流量に基づいて流量調整弁５６が制御される。これにより、燃料ガスに熱量変動が生じた場合でも、適切な供給量の燃料ガスが燃料供給ライン５１によって給気ダクト３０に送られることになる。なお、熱量補正部９４による目標質量流量の補正処理は、ボイラ装置１が通常稼動している場合は常時行われる構成としてもよいし、熱量を所定間隔でサンプリングし、そのタイミングで検知された熱量変動に基づいて上述の補正を行うようにしてもよい。
【００７３】
以上説明した第２実施形態のボイラ装置２０１によれば、以下のような効果を奏する。
【００７４】
また、ボイラ装置２０１は、燃料供給ライン５１に配置され、燃料ガスの熱量を検知するカロリメータ５３によって検知された熱量に基づいて目標質量流量を補正する熱量補正部９４を備える。
【００７５】
これにより、燃料ガスの成分変動等を原因とする熱量の変動が開度制御部９９によるフィードバック制御に反映されるので、燃焼用空気の供給量に対して必要な燃料ガスをより正確な供給量でボイラ装置１に送ることができ、ボイラ装置１のより効率的な燃焼制御を実現することができる。
【００７６】
以上、本発明のボイラ装置の好ましい各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、燃料ガスの圧力が所定圧力にあるとして、燃料ガス差圧センサ６０の測定結果に対する補正処理を温度補正部９２及び熱量補正部９４の組合せで行うこともできる。同様に、燃料ガスの圧力が所定の圧力にあるとして、補正処理を温度補正部９２及び熱量補正部９４の組合せで行うこともできる。このように、補正処理を行う構成は、適宜の組合せを採用することができる。また、上記実施形態の制御部７１の構成から、温度補正部９２及び圧力補正部９３を省略することもできる。この場合、例えば、燃料ガス流量検知部として質量流量計を採用し、当該質量流量計によって検知された質量流量に基づいて開度制御部９９による流量調整弁５６のフィードバック制御を行う構成とすることもできる。
【００７７】
上記実施形態では、基準熱量及び空気比等が所定条件として予め設定されている構成であるが、その構成は適宜変更することができる。例えば、燃料供給部５０よりも更に上流側で検知した値に基づいて基準熱量を設定し、この設定した条件に基づいて温度変動、圧力変動及び熱量変動を反映した補正を行う構成とすることもできる。また、ボイラ装置１の使用状況や環境の変化に対応して所定条件を適宜のタイミングで変更することもできる。
【００７８】
上記実施形態では、燃料ガスがＬＮＧサテライト供給によって供給される構成を採用しているが、燃料ガスや燃料ガスの供給源は適宜変更することができる。例えば、燃料供給事業者からパイプラインを通じて直接的に燃料ガスが供給される構成にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  ボイラ装置
２  ボイラ
３０  給気ダクト（空気供給ライン）
３２  パンチングメタル（燃焼用空気減圧部材）
３３  エア差圧センサ（空気流量検知部、燃焼用空気差圧検知部）
５１  燃料供給ライン
５３  カロリメータ（熱量検知部）
５６  流量調整弁
５７  燃料ガス温度センサ（燃料ガス温度検知部）
５８  燃料ガス圧力センサ（燃料ガス圧力検知部）
５９  オリフィス（燃料ガス減圧部材）
６０  燃料ガス差圧センサ（燃料ガス流量検知部、燃料ガス差圧検知部）
７２  記憶部
８５  燃料ガス流量算出部
８６  燃焼用空気流量算出部
９１  目標流量設定部
９２  温度補正部
９３  圧力補正部
９４  熱量補正部
９９  開度制御部
【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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