(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と燃焼用空気の供給を受けて燃焼室内で火炎の燃焼を行うバーナ、バーナへの燃料供給量を調節する燃料量調節装置、バーナへの燃焼用空気供給量を調節する燃焼用空気量調節装置を設け、燃料及び燃焼用空気の供給量を調節することで燃焼量を制御しており、燃焼室から取り出した排ガスを燃焼室内の火炎へ循環させるための排ガス再循環経路を持ち、排ガスを火炎へ循環させながら燃焼を行う排ガス再循環燃焼装置において、排ガスの温度を検出する温度検出装置を設けておき、温度検出装置による検出温度が設定温度より低い場合には、バーナへ供給する燃料量及び燃焼用空気量を変更することによる燃焼量の変更は禁止することを特徴とする排ガス再循環燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼室から取り出した排ガスを燃焼室内の火炎へ再び循環させる排ガス再循環燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼によって発生するＮＯｘ量を減少させることを目的に、排ガスの一部を火炎内へ循環させて燃焼を行う排ガス再循環燃焼が行われている。酸素濃度の低下した排ガスを火炎へ送ると、燃焼用空気中の酸素濃度が低下するために火炎温度が低くなり、火炎の燃焼性は悪くなるが、ＮＯｘ発生量を低減することができる。また、燃料供給量を調節する燃料量調節装置と、燃焼用空気供給量を調節する燃焼用空気量調節装置を設けておき、燃料及び燃料用空気の供給量を調節することで燃焼量を制御することも広く行われている。排ガス再循環燃焼を行う燃焼装置の場合、排ガスの混入によって燃焼性が低下したとしても、一定の燃焼量で燃焼を継続している限りは燃焼が不安定になることはないが、燃焼量の変更を行った時には燃焼が不安定になり、振動燃焼や失火が発生する場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、排ガス再循環燃焼を行っている燃焼装置において、燃焼途中で燃焼が不安定になることを防ぐことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、燃料と燃焼用空気の供給を受けて燃焼室内で火炎の燃焼を行うバーナ、バーナへの燃料供給量を調節する燃料量調節装置、バーナへの燃焼用空気供給量を調節する燃焼用空気量調節装置を設け、燃料及び燃焼用空気の供給量を調節することで燃焼量を制御しており、燃焼室から取り出した排ガスを燃焼室内の火炎へ循環させるための排ガス再循環経路を持ち、排ガスを火炎へ循環させながら燃焼を行う排ガス再循環燃焼装置において、排ガスの温度を検出する温度検出装置を設けておき、温度検出装置による検出温度が設定温度より低い場合には、バーナへ供給する燃料量及び燃焼用空気量を変更することによる燃焼量の変更は禁止するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラのフロー図である。ボイラは中央に燃焼室１１を設け、燃焼室１１の周囲を多数の水管で取り囲んでおり、燃焼室１１の上部に燃焼室へ向けて火炎の燃焼を行うバーナ３を設ける。ボイラは下部に給水配管、上部に蒸気配管を設けており、バーナ３の燃焼による熱で水管を加熱して水管内の水を加熱し、蒸気を取り出す構成であり、ボイラで発生した蒸気の圧力を検出する圧力検出装置１０を設けている。
【０００７】
バーナ３へ燃焼用空気を送る送風機９を設け、送風機９とバーナ３の間を送風路１２でつなぐ。送風路１２内には、流路面積を変更することでバーナ３へ送る燃焼用空気量を調節する燃焼用空気量調節装置６を設けておく。バーナ３へ燃料を供給する燃料ラインの途中には、燃料ラインを分岐した並列配管と並列配管のそれぞれに設けた燃料電磁弁８からなる燃料量調節装置４を設ける。ボイラ側面には、排ガスをボイラ内から取り出して屋外へ排出するための排ガス通路１を接続しておき、排ガス通路１に排ガス温度を検出する温度検出装置２を設ける。排ガス通路１には、途中で分岐して他端を送風機９に接続している排ガス循環路５を設けており、排ガス循環路５によって排ガスの一部を途中で分岐させる。
【０００８】
ボイラの運転は、ボイラで発生した蒸気の圧力が所定の範囲内を保つようにボイラの燃焼量を制御する。本実施例は、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼量を制御するものであり、蒸気圧力が下限圧力より低ければ高燃焼、下限圧力と上限圧力の中間にあれば低燃焼、上限圧力より高ければ停止とする燃焼量制御装置７を設けている。燃焼量制御装置７は、圧力検出装置１０、燃焼用空気量調節装置６、燃料量調節装置４、送風機９のそれぞれと接続しており、バーナ３の燃焼量を制御する。燃焼量制御装置７は、高燃焼を行う場合は、高燃焼用及び低燃焼用の燃料電磁弁８を両方とも開き、燃焼用空気量調節装置６の開度を大きくすることで、燃料及び燃焼用空気の供給量を多くし、低燃焼を行う場合は、低燃焼用の燃料電磁弁８のみを開き、燃焼用空気量調節装置６の開度を小さくすることで、燃料及び燃焼用空気の供給量を少なくし、燃焼停止の場合は、燃料電磁弁８を２つとも閉じ、送風機９の作動を停止して、燃料及び燃料用空気の供給を停止する。
【０００９】
また、燃焼量制御装置７内には循環量判別装置１３を設けておく。循環量判別装置１３は温度検出装置２と接続しておき、温度検出装置２で検出している温度に基づいて排ガス循環量の多寡を判別する。燃焼量制御装置７は圧力検出装置１０からの情報に加えて、循環量判別装置１３からの情報に基づいてバーナ３の燃焼量を制御する。
【００１０】
ボイラの運転を開始する場合、ボイラの運転スイッチをオンにした時点における蒸気圧力が下限圧力よりも低くても、最初は低燃焼から燃焼を開始する。燃焼を開始時には、まず送風機９を作動し、燃焼用空気量調節装置６は開度の小さな低燃焼用開度としておき、低燃焼用の燃料電磁弁８を開いて低燃焼を開始する。
【００１１】
バーナ３で火炎の燃焼を行うと、燃焼室内で高温の燃焼ガスが発生し、燃焼ガスは燃焼室１１の周囲に設置している水管を加熱する。燃焼ガスは水管と熱交換することで温度が低下し、温度の低下した排ガスは排ガス通路１を通して屋外へ排気する。排ガス通路１を通っている排ガスの一部は、排ガス通路１の途中で分岐して排ガス循環路５を通り、送風機９へ向かう。送風機９では、排ガス循環路５からの排ガスと、外部から取り込んだ通常空気を混合したものを燃焼用空気とし、バーナ３へ燃焼用空気を送る。排ガス再循環燃焼を行うと、燃焼用空気の酸素濃度が低くなるため、火炎温度の上昇が抑えられ、ＮＯｘ発生量は少なくなる。排ガス循環量を適正に保てば、安定した燃焼を行いながらＮＯｘ発生量を少なく保つことができる。
【００１２】
高燃焼・低燃焼・停止の燃焼量制御は、圧力検出装置１０で検出している蒸気圧力値に基づいて定めるが、ボイラ運転開始直後であるために排ガス温度が低く、温度検出装置２で検出している排ガス温度が設定温度より低い場合には、低燃焼から高燃焼への燃焼量の変更は行わない。ボイラを連続運転している場合、ボイラの温度は高温で安定するため、排ガス通路１を通して排気する排ガスも一定の温度で安定する。しかし、冷缶状態から燃焼を開始した場合、燃焼開始時点ではボイラ内の水管や燃焼室を覆う耐火材、さらには排ガス通路１の壁面も低温であり、燃焼ガスは水管内の水だけでなく、ボイラの全体と熱交換を行うため、排ガス温度は大きく低下する。
【００１３】
排ガス再循環燃焼を行っている燃焼装置の場合、排ガス温度が変化すると、燃焼用空気内に含まれる排ガスの割合が変化する。圧力が一定であれば、気体の体積はその絶対温度に比例する（シャルルの法則）ため、排ガスの温度が変化すると排ガスの密度が変化することになる。排ガスと通常空気は、一定の流量比で混合しており、混合比は運転時間の大部分を占める排ガス温度高温安定時の排ガス密度を基準に定めるため、排ガス温度が低い燃焼開始直後の排ガス混合量は、適正な排ガス混合量よりも多くなる。
【００１４】
例えば、連続燃焼時における排ガス温度は３００℃であるが、燃焼開始直後の排ガス温度は１００℃であった場合、圧力は一定とすると、排ガス温度が１００℃から３００℃に変化することで、排ガスの体積は約１．５倍に膨張することになる。排ガスと通常空気に温度差があると、混合して温度の均一な燃焼用空気になった際、排ガスの温度低下による体積縮小によって排ガスの分圧は低下する。排ガス温度が高くて大きく膨張していた場合、通常空気との混合による排ガス温度低下によって排ガスの分圧は大きく低下するが、排ガス温度が低くて膨張度が小さかった場合、通常空気と混合しても排ガスの分圧低下は少なくなる。
【００１５】
つまり、燃焼開始直後の排ガス低温期の場合、排ガス温度高温安定期と同流量の排ガスを再循環していても、実質的な排ガス再循環量は多くなり、燃焼用空気に占める排ガスの割合が大きくなる。燃焼用空気に占める排ガスの割合が適正範囲より多くなると、ＮＯｘ削減効果は増える方向に変化するが、振動燃焼や失火といった燃焼の不具合を発生しやすくなる。排ガス循環量が適正範囲より多くなったとしても、一定の燃焼を継続している限りは、振動燃焼などが発生することはほとんどないが、この状態で燃焼量の変更を行うと、燃焼量変更時に燃焼のバランスが崩れることがあり、振動燃焼等を引き起こすことになっていた。
【００１６】
そこで、燃焼量制御装置７には、温度検出装置２によって検出している排ガス温度が設定温度より低い場合には、排ガスの実質的な循環量が設定値より多いと判別する循環量判別装置１３を設けておき、実質的な排ガス循環量が多い場合には燃焼量の変更を行わなくする。
【００１７】
排ガス循環量の多寡を判断するための設定温度は、連続燃焼によって安定する温度より少し低い温度に設定する。燃焼開始直後の排ガス温度は、最初は急上昇し、その後は上昇カーブが徐々に緩やかとなり、やがて一定で値に安定するため、排ガス温度の上昇は続いているが上昇カーブは緩やかになっている時期における温度を設定温度とする。設定温度を２８０℃とし、冷缶状態で燃焼を開始してから設定温度である２８０℃まで排ガス温度が上昇するのに要する時間が８分間であったとすると、循環量判別装置１３は冷缶状態で燃焼を開始してから８分経過し、排ガス温度が２８０℃以上に上昇するまでは排ガス循環量が設定値より多いと判別し、燃焼量制御装置７による燃焼量の変更を行わせないことで、振動燃焼などの発生を防ぐ。
【００１８】
温度検出装置２で検出している排ガス温度が設定温度より高くなると、循環量判別装置１３は排ガスの循環量が設定値内にあると判別し、燃焼量の変更を可能とする。これ以降燃焼量制御装置７は、圧力検出装置１０で検出している蒸気圧力に対応した燃焼量となるように、燃料量調節装置４・燃焼用空気量調節装置６・送風機９の作動を制御する。実質的な排ガス循環量が適正範囲内まで減少した以降は、排ガスの分圧が適正であるため、燃焼量の変更を行っても振動燃焼等が発生する可能性は低くなる。
【００１９】
なお、本実施例では排ガス通路１に設けた温度検出装置２で検出する排ガス温度に基づいて、排ガス循環量の多寡を判断するようにしているが、温度検出装置２は、排ガス循環路５、送風機９、送風路１２、バーナ３など排ガスの温度を検出することができる部分であれば自由に配置することができる。排ガスと通常空気を混合した燃焼用空気の温度も、排ガス温度が低い場合には低くなり、排ガス温度の上昇によって上昇していくため、燃焼用空気温度を検出することでも、排ガスの温度を検出することができ、排ガス循環量の多寡を判別することができる。
【００２０】
また、排ガス温度の上昇に要する時間をあらかじめ測定しておき、燃焼開始からの経過時間に基づいて排ガス循環量の多寡を判別することもできる。ただし、ボイラの燃焼開始時点での温度は、前回の燃焼を停止してからの経過時間等によって異なり、燃焼開始時のボイラ温度によって排ガス温度が設定温度まで上昇するのに要する時間は変化するため、経過時間に基づいて排ガス循環量の多寡を判別する場合は、設定時間を補正することが必要になる。
【００２１】
【発明の効果】
燃焼量の変更は、排ガス循環量が適正範囲内にある時にのみ行うので、燃焼途中で燃焼が不安定になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のフロー図
【符号の説明】
１  排ガス通路
２  温度検出装置
３  バーナ
４  燃料量調節装置
５  排ガス循環路
６  燃焼用空気量調節装置
７  燃焼量制御装置
８  燃料電磁弁
９  送風機
１０  圧力検出装置
１１  燃焼室
１２  送風路
１３  循環量判別装置
【図１】
0004111458.tif 000002