(57)【要約】【課題】  燃焼量に依らず、燃料供給路に吸引して混合する排ガスと、燃料ガスとを常に一定の比率で混合して、ＮＯｘ濃度を確実に低減することのできる熱媒ボイラを得る。【解決手段】  気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機７を用いてバーナ１に送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータ９を備えた熱媒ボイラであって、燃料ガス供給ライン１０に、バーナ１に供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁１１と、流量調整弁１１の二次側に燃料ガスを駆動流体とするエゼクタ１２とを設け、エゼクタ１２により排ガスを吸引して燃料ガスに排ガスを混合し、燃焼させるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
燃料ガス供給ラインに、バーナに供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁と、流量調整弁の二次側に燃料ガスを駆動流体とするエゼクタとを設け、前記エゼクタにより前記排ガスを吸引して燃料ガスに排ガスを混合し、燃焼させることを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項２】
前記流量調整弁が、ウインドボックスの入口に設けた燃焼用空気流量調整ダンパの動作に基づき、所定の空気比になるように調整動作が行われることを特徴とする請求項１に記載の熱媒ボイラ。
【請求項３】
前記流量調整弁は、前記レキュペレータの上流と下流との間の圧力差を測定する圧力センサを設け、差圧を測定することで空気流量を算出し、算出された空気流量に応じた燃料流量となるように開閉制御されるガスバルブであることを特徴とする請求項１に記載の熱媒ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱媒ボイラは、熱媒油を高温（２５０℃〜３００℃）に加熱し、この熱媒油を熱源として間接的に使用するものとして広く使用されている。熱媒油の温度は、利用される温度が高いこともあり、加熱される熱媒油の温度は３００℃近傍となるため、熱媒ボイラで加熱したあとの排ガス温度が３５０℃と高く、持ち去られるエネルギーが大きく、例えば、小型貫流型の蒸気ボイラのボイラ効率が９２％程度であるのに対して、熱媒ボイラではボイラ効率が８０％程度と熱効率が低い。熱媒ボイラの効率を上げるためには、ボイラ排ガスと燃焼用空気の熱交換による排ガス温度の低減方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、この方法では、ボイラ排ガスと燃焼用空気を熱交換することにより、燃焼用空気が予熱されて温度が上昇し燃焼効率は向上するが、燃焼用空気の温度が上昇することによって火炎温度も上昇して排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度も増加してしまうといった課題が生じる。また、燃焼用空気温度の上昇によりバーナの圧力損失が増大し、送風機の軸動力が増大するといった課題が生じる。
【０００３】
この課題を解決するものとして、排ガス中のＮＯｘを低減するため、排ガスを燃焼用空気に混入させて燃焼を行う排ガス再循環燃焼方法がある（例えば、特許文献２参照。）が、特許文献２に記載されている排ガス再循環を行う小型ボイラの空気供給量制御方法では、排ガス中のＮＯｘを低減することができるものの、排ガスを燃焼用空気に混入させるため、送風機の軸動力がさらに増大するといった課題が生じてしまう。
【０００４】
この課題を解決するものとして、排ガスの一部をバーナへの燃料供給路に混入させ、排ガスと燃料ガスを混合して燃焼させる方法がある。（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３に記載されている方法によれば、燃焼温度を低減できるので排ガス中のＮＯｘを下げることができ、しかも排ガスを燃料ガスに混入させるため、送風機の軸動力に余計な負荷を与えないで済む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４３６０５号公報
【特許文献２】特開平６−２８８５１１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５１３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排ガスを燃料中に混合することで排ガス中のＮＯｘを安定して低下させるには、燃焼量に応じた排ガスの混合量にする必要がある。しかしながら、特許文献３に記載の方法では、燃料の圧力と排ガスの圧力の差によって排ガスの混入量が決まるため、ＮＯｘを安定して低下させることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、燃焼量に依らず、燃料供給路に吸引して混合する排ガスと、燃料ガスとを常に一定の比率で混合して、ＮＯｘ濃度を確実に低減することのできる熱媒ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、燃料ガス供給ラインに、バーナに供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁と、流量調整弁の二次側に燃料ガスを駆動流体とするエゼクタとを設け、前記エゼクタにより前記排ガスを吸引して燃料ガスに排ガスを混合し、燃焼させることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、燃料ガス供給ラインに、バーナに供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁と、流量調整弁の二次側に燃料ガスを駆動流体とするエゼクタとを設け、前記エゼクタにより前記排ガスを吸引して燃料ガスに排ガスを混合するようにしたので、燃焼量に応じてバーナに供給される空気量が変化したとき、この空気量に応じて流量調整弁が燃焼ガス量を調整し、調整された燃焼ガス量の変化に応じてエゼクタの供給圧、即ち吸引力が比例変化することから、エゼクタで吸引される排ガスの量も比例変化することになり、排ガスと燃料ガスが常に一定の比率で混合することができる。このため、熱媒ボイラの燃焼量が変化しても、排出されるＮＯｘ濃度を確実に低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記流量調整弁が、ウインドボックスの入口に設けた燃焼用空気流量調整ダンパの動作に基づき、所定の空気比になるように調整動作が行われることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記流量調整弁が、ウインドボックスの入口に設けた燃焼用空気流量調整ダンパの動作に基づき、所定の空気比になるように調整動作が行われるようにしたので、前記燃焼用空気流量調整ダンパにより調整された空気量に応じて、前記流量調整弁により所定の空気比に調整された燃料ガスが確実にバーナに供給され、空気量に応じて調整された燃焼ガス量の変化に応じてエゼクタで吸引される排ガスの量も比例変化することになり、排ガスと燃料ガスが常に一定の比率で混合することができる。このため、熱媒ボイラの燃焼量が変化しても、排出されるＮＯｘ濃度を確実に低減することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の、前記流量調整弁は、前記レキュペレータの上流と下流との間の圧力差を測定する圧力センサを設け、差圧を測定することで空気流量を算出し、算出された空気流量に応じた燃料流量となるように開閉制御されるガスバルブであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記レキュペレータの上流と下流との間の圧力差を測定する圧力センサを設け、差圧を測定することで空気流量を算出するので、排ガス温度の影響を受けることなく正確な空気量が算出され、排ガスの燃料中への混入による空気比の変化を抑制して安定した燃焼を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃焼量に応じて燃料流量を流量調整弁で調整し、この燃料流量に応じて燃焼用空気流量調整ダンパの制御を行って空気量を変化させるため、調整された燃料流量に応じてエゼクタの一次側の燃料流量即ち吸引力が比例変化することから、エゼクタで吸引される排ガスの量も比例変化することになり、燃焼量に応じて排ガスと燃料ガスを常に一定の比率で混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱媒ボイラを実施するための形態を、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。
【００１７】
本例の熱媒ボイラは、上部にバーナ１が配置され、熱媒油加熱管２をコイル状に形成した缶体３の内側に燃焼室４を形成している。バーナ１は缶体３の上部に設けられたウインドボックス５に取り付けられており、ウインドボックス５に燃焼用空気供給ダクト６を介して燃焼用空気を送り込む送風機７を備えている。燃焼室４で燃焼した燃焼ガスは、コイル状の熱媒油加熱管２の隙間を通過して排ガスダクト８に集合するように流れ、大気へ放出される。
【００１８】
また、排ガスダクト８と燃焼用空気供給ダクト６とに接続するレキュペレータ９を備えており、排ガスダクト８を流通する排ガスと燃焼用空気供給ダクト６を流通する燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱する。
バーナ１には、燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン１０が接続されている。燃料ガス供給ライン１０には、遮断弁１６、均圧弁１７、およびバーナ１に供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁１１と、流量調整弁１１の二次側に燃料ガスを駆動流体として排ガスを引き込むエゼクタ１２を、上流側からこの順で設けている。
【００１９】
本例では、流量調整弁１１は、ウインドボックス５の入口に設けた燃焼用空気流量調整ダンパ１３の動作に基づき、所定の空気比になるように調整動作する構成となっている。本例では、流量調整弁１１と燃焼用空気流量調整ダンパ１３は、１つのコントロールモータ１８でリンクして作動するように構成されている。
【００２０】
排ガスダクト８には排ガス戻し路１４の一端が接続され、他端がエゼクタ１２の吸引口に接続されており、燃料ガス供給ライン１０を流通する燃料ガスを駆動流体としてエゼクタ１２により排ガスを吸引し、燃料ガスに排ガスを混合する。燃料ガスと排ガスの混合比は、本例では燃料ガス：排ガス＝１：１としている。
【００２１】
また、本例の熱媒ボイラは、熱媒油は負荷機器（図示省略）と缶体３との間で循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体３に戻り、缶体３で加熱されて、再び負荷機器に送られるようになっている。また、缶体３の熱媒油加熱管２の出口に温度センサ１９が設けられおり、この温度センサ１９で検出した温度データから必要燃焼量を演算し、コントロールモータ１８に燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を所定流量の調整するために、流量調整弁１１および燃焼用空気流量調整ダンパ１３へ開閉信号を送り、熱媒油の缶体３出口温度の検出信号から熱媒油の温度が負荷機器で要求される温度に対して低い場合は燃焼量を増加させ、高い場合は燃焼量を低下させる制御部２０を備えている。
【００２２】
このように構成した本例の熱媒ボイラによれば、燃焼中は熱媒油は負荷機器と缶体３との間で循環し、また、遮断弁１６は常に開となっており、熱媒油の缶体３出口温度を温度センサ１９で検出すると、検出した温度データから制御部２０は、必要燃焼量を演算し、コントロールモータ１８に燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を所定流量に調整するために、流量調整弁１１および燃焼用空気流量調整ダンパ１３へ開閉信号を送り、これにより、所定流量の燃焼用空気がウインドボックス５からバーナー１の部位へ、そして所定流量の燃料ガスがバーナ１に送られ、バーナ１の部位で燃焼用空気と燃料ガスが混合して燃焼する。
【００２３】
このように、燃焼量は熱媒油の出口温度に応じて調整、即ち燃料ガスの流量調整が行われるので、流量調整弁１１の下流側に設けられているエゼクタ１２の吸引力は燃焼量に応じて変化することになる。燃焼量が多くなると燃料ガスの流量が増すので、エゼクタ１２で吸引される排ガスの量は多くなり、燃焼量が低くなると吸引される排ガス量は低下する。このように、燃焼ガスの流量の変化に応じて排ガスの吸引量は比例変化することになり、排ガスと燃料ガスが常に一定の比率で混合する。このため、燃焼量が変化しても燃焼量が悪化することなく、安定した低ＮＯｘ性が得られる。
【００２４】
図２は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
本例の熱媒ボイラについて、前記第１例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略し、第１例と異なる構成についてのみ説明する。
本例の熱媒ボイラは、レキュペレータ９の入口側と出口側との間の圧力差を測定する圧力センサ１５を設けている。
また、バーナ１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン１０に、遮断弁１６、均圧弁１７、およびバーナ１に供給される空気量に応じて所定の空気比になるように燃料ガスの流量を調整する流量調整弁２２と、流量調整弁２２の二次側に燃料ガスを駆動流体として排ガスを引き込むエゼクタ１２を、上流側からこの順で設けている。流量調整弁２２は、圧力センサ１５で測定したレキュペレータ９の入口側と出口側との間の圧力差に応じて開度が制御される構成となっている。
【００２５】
また、本例の熱媒ボイラは、缶体３の熱媒油加熱管２の出口に温度センサ１９が設けられている。制御部２１は、この温度センサ１９で検出した温度データから必要燃焼量を演算し、算出した必要燃焼量に応じた燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を所定流量に調整するために、ダンパモータ２３に開閉信号を送りウインドボックス５の入口に設けた燃焼用空気流量調整ダンパ２４を設定位置に切り換えさせ、燃焼用空気の流量を所定流量に調整する。そして、圧力センサ１５で測定したレキュペレータ９の入口側と出口側との間の差圧で燃焼用空気供給ダクト６を流通する燃焼用空気の流量を算出し、同じ燃焼量下でレキュペレータ９での熱交換で燃焼用空気の温度が変化して流量が変動した場合は、流量調整弁２２の開度を制御して、ほぼ一定の空気比で燃焼するように燃料ガスの流量の調整を行う。熱媒油の缶体３出口温度の検出信号から熱媒油の温度が負荷機器で要求される温度に対して低い場合は燃焼量を増加させ、高い場合は燃焼量を低下させ、その燃焼量にあわせて燃焼用空気流量調整ダンパ２４の位置をダンパモータ２３によって切り換える。
その他の構成は前記第１例と同様なので、第１例の説明を援用し、その説明を省略する。
【００２６】
このように構成した本例の熱媒ボイラによれば、燃焼中は熱媒油は負荷機器と缶体３との間で循環し、また、遮断弁１６は常に開となっており、熱媒油の缶体３出口温度を温度センサ１９で検出すると、検出した温度データから制御部２１は、必要燃焼量を演算し、燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を所定流量の調整するために、燃焼用空気の流量が所定流量となるようにダンパモータ２３に開閉信号を送り燃焼用空気流量調整ダンパ２４を設定位置に切り換えさせ、また、燃料ガスの流量が所定流量となるように圧力センサ１５で測定したレキュペレータ９の入口側と出口側との間の差圧で燃焼用空気供給ダクト６を流通する燃焼用空気の流量を算出するとともに、圧力センサ１５で測定した差圧に応じて流量調整弁２２の開度を制御し、これにより、所定流量の燃焼用空気がウインドボックス５からバーナー１の部位へ、そして所定流量の燃料ガスがバーナ１に送られ、バーナ１の部位で燃焼用空気と燃料ガスが混合して燃焼する。
【００２７】
燃焼量は熱媒油の出口温度に応じて調整、即ち燃料ガスの流量調整が行われるので、流量調整弁１１の下流側に設けられているエゼクタ１２の吸引力は燃焼量に応じて変化することになる。燃焼量が多くなると燃料ガスの流量が増すので、エゼクタ１２で吸引される排ガスの量は多くなり、燃焼量が低くなると吸引される排ガス量は低下する。このように、燃焼ガスの流量の変化に応じて排ガスの吸引量は比例変化することになり、排ガスと燃料ガスが常に一定の比率で混合する。このため、燃焼量が変化しても燃焼量が悪化することなく、安定した低ＮＯｘ性が得られる。
【符号の説明】
【００２８】
１  バーナ
２  熱媒油加熱管
３  缶体
４  燃焼室
５  ウインドボックス
６  燃焼用空気供給ダクト
７  送風機
８  排ガスダクト
９  レキュペレータ
１０  燃料ガス供給ライン
１１  流量調整弁
１２  エゼクタ
１３  燃焼用空気流量調整ダンパ
１４  排ガス戻し路
１５  差圧センサ
１６  遮断弁
１７  均圧弁
１８  コントロールモータ
１９  温度センサ
２０，２１  制御部
２２  流量調整弁
２３  ダンパモータ
２４  燃焼用空気流量調整ダンパ
【図１】
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【図２】
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