JP2010059900A - Gas mixing device used in electric power generation system - Google Patents

Gas mixing device used in electric power generation system Download PDF

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好晴 伊藤
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央忠 菊沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas mixing device maintaining an air ratio in a predetermined target air ratio and allowing a gas engine to operate stably. <P>SOLUTION: The gas mixing device 6 used in the electric power generation system 1 maintains the heat quantity generated per unit volume of a mixed fuel gas F3 supplied to a gas engine 2 to a predetermined heat generation quantity Hr. The gas mixing controller 8 of the gas mixing device 6 includes: a reading means 81 for reading an electric power generation W and the flow rate V of the mixed fuel gas F3; a calculation means 82 for calculating an estimation value Q of heat quantity consumed per unit time in the gas engine 2 to output the measured electric power generation W using a relational map B between the electric power generation and the consumed heat quantity to calculate the target flow rate Vr of the mixed fuel gas F3 based on a relationship Q=Hr×Vr; and a control means 83 for controlling the opening of a co-combustion rate control valve 71 so that the flow rate V measured of the mixed fuel gas F3 is the target flow rate Vr. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電システムにおけるガスエンジンに対して、２種類の燃料ガスからなる混合燃料ガスを所定の設定発熱量に保って供給するよう構成したガス混合装置に関する。   The present invention relates to a gas mixing apparatus configured to supply a mixed fuel gas composed of two types of fuel gas while maintaining a predetermined set calorific value to a gas engine in a power generation system.

都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとの２種類の燃料ガスを用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システム（コージェネレーションシステム）においては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整し、２種類の燃料ガスを混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。   A power generation system (cogeneration system) configured to operate a gas engine using two types of fuel gas, a main fuel gas such as city gas and a secondary fuel gas such as biogas, and operate the generator by the output of this gas engine In the system, various system methods are employed. For example, a method of adjusting the supply flow rate of an air-fuel mixture of main fuel gas and combustion air according to the calorific value of the auxiliary fuel gas, mixing two types of fuel gas, and burning, main fuel gas and auxiliary fuel gas And a method of performing combustion while controlling the air ratio.

例えば、特許文献１においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気、及び都市ガス等の主燃料ガスをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、燃焼用空気がミキサーを通過する際に生じる負圧を利用し、ミキサー内へ副燃料ガスを吸引して、これらの混合気を生成しており、ガスエンジンの出力によって発電機を作動させている。また、特許文献１においては、ガスエンジンの排気ガス中の酸素濃度又は窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を測定し、この濃度に基づいてガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を変更するバルブの開度を調節することにより、空気比を制御して、ガスエンジンの安定した運転を行っている。   For example, Patent Document 1 discloses a gas engine configured to operate by supplying an air-fuel mixture of an auxiliary fuel gas such as biogas and combustion air and a main fuel gas such as city gas to the gas engine. Has been. In this gas engine, the negative pressure generated when combustion air passes through the mixer is used to suck the auxiliary fuel gas into the mixer to generate these air-fuel mixtures. The machine is operating. In Patent Document 1, the oxygen concentration or nitrogen oxide (NOx) concentration in the exhaust gas of the gas engine is measured, and the valve opening for changing the supply flow rate of the main fuel gas to the gas engine based on this concentration is measured. By adjusting the degree, the air ratio is controlled and the gas engine is operated stably.

また、例えば、特許文献２においては、発熱量の異なる２種類の気体燃料を供給するために２つの供給系統を具備する気体燃料供給機構を備えたガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、発熱量が低い方の気体燃料は、ガスエンジンへ直接供給し、発熱量が高い方の気体燃料は空気と合流させて混合気とした状態でガスエンジンへ供給するよう構成してある。そして、発熱量が低い方の気体燃料の種類又は組成が変更されたときには、発熱量が高い方の気体燃料と空気との混合比を変更して、ガスエンジンにおける空燃比を調整している。   For example, Patent Document 2 discloses a gas engine including a gas fuel supply mechanism including two supply systems in order to supply two types of gas fuels having different calorific values. In this gas engine, the gas fuel having the lower calorific value is directly supplied to the gas engine, and the gas fuel having the higher calorific value is supplied to the gas engine in a state of being mixed with air to form an air-fuel mixture. It is. When the type or composition of the gaseous fuel with the lower calorific value is changed, the air fuel ratio in the gas engine is adjusted by changing the mixing ratio between the gaseous fuel with the higher calorific value and the air.

特開２００５−３０３０２号公報JP 2005-30302 A 特開２００５−２５６６７４号公報JP 2005-256694 A

しかしながら、上記特許文献１のガスエンジンにおいては、酸素濃度又は窒素酸化物濃度を測定するセンサを取り付けるために、ガスエンジンに直接改造をする必要があり、既存のガスエンジンに直接適用ができない。また、上記特許文献２のガスエンジンにおいては、発熱量が低い方の気体燃料、及び発熱量が高い方の気体燃料と空気との混合気をガスエンジンへ供給するための設備が複雑で高価である。
また、実用化されているバイオガス専焼の小型コージェネレーションシステムにおいては、空気比の制御装置が装備されていない。そのため、バイオガスの熱量変動に伴う窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の増加、失火等が発生するおそれがあり、発熱量の変動幅が大きいバイオガス等は使用することができない。 However, in the gas engine of the above-mentioned patent document 1, in order to attach a sensor for measuring the oxygen concentration or nitrogen oxide concentration, it is necessary to directly modify the gas engine, which cannot be applied directly to an existing gas engine. Further, in the gas engine disclosed in Patent Document 2, the equipment for supplying the gas engine with the gas fuel having the lower calorific value and the gas fuel and air mixture having the higher calorific value to the gas engine is complicated and expensive. is there.
In addition, a biogas-only fired small cogeneration system in practical use is not equipped with an air ratio control device. For this reason, there is a risk of an increase in nitrogen oxide (NOx) concentration, misfire, etc. accompanying the calorific value fluctuation of the biogas, and biogas having a large fluctuation range of the calorific value cannot be used.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な装置構成で既存の発電システムに必要最小限の設備変更で適用することができると共に、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができ、ガスエンジンを安定して運転することができるガス混合装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and can be applied to an existing power generation system with a minimum equipment change with a simple device configuration, and an air ratio in a gas engine can be set to a predetermined target. An object of the present invention is to provide a gas mixing device that can maintain an air ratio and can stably operate a gas engine.

本発明は、ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置であって、
上記発電システムは、上記発電機の発電量を測定する電力計と、空気配管から吸い込んだ燃焼用空気と燃料配管に供給された上記混合燃料ガスとを混合させて混合気を作り出す混合気供給配管と、該混合気供給配管に配設して、上記ガスエンジンへ供給する上記混合気の流量を調整するためのスロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を調整して上記発電機の発電量を所定の目標発電量に制御するメインコントローラとを備えており、
上記ガス混合装置は、上記燃料配管に供給される上記混合燃料ガスの流量を測定する流量計と、上記副燃料ガスと混合される上記主燃料ガスの流量又は上記主燃料ガスと混合される上記副燃料ガスの流量を調整するための混焼率制御弁と、上記流量計による測定値に基づいて上記混焼率制御弁の開度を調整するよう構成したガス混合用コントローラとを備えていると共に、上記ガスエンジンへ供給する上記混合燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を所定の設定発熱量Ｈｒに維持するよう構成してあり、
上記ガス混合用コントローラは、上記電力計によって測定した発電量Ｗを読み込むと共に、上記流量計によって測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖを読み込む読込手段と、
上記測定した発電量Ｗを出力するために上記ガスエンジンにおいて消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑを、発電量と消費熱量との関係マップより算出し、上記混合燃料ガスの目標流量Ｖｒを、上記想定消費熱量Ｑと上記設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出する算出手段と、
上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒとなるよう、上記混焼率制御弁の開度を調整する調整手段とを備えていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置にある（請求項１）。 The present invention is equipped with a power generation system configured to operate a generator by operating a gas engine, and a main fuel gas such as city gas and a sub fuel gas such as biogas are mixed in the power generation system. A gas mixing device configured to supply the mixed fuel gas,
The power generation system includes a wattmeter that measures the amount of power generated by the generator, a mixture supply pipe that creates a mixture by mixing the combustion air sucked from the air pipe and the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe And a throttle valve disposed in the mixture supply pipe for adjusting the flow rate of the mixture supplied to the gas engine, and the amount of power generated by the generator by adjusting the opening of the throttle valve. A main controller that controls to a predetermined target power generation amount,
The gas mixing device includes a flow meter for measuring a flow rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe, and a flow rate of the main fuel gas mixed with the sub fuel gas or the main fuel gas. A mixed-burning rate control valve for adjusting the flow rate of the auxiliary fuel gas, and a gas mixing controller configured to adjust the opening of the mixed-burning rate control valve based on the measurement value by the flow meter, The heat generation amount per unit volume of the mixed fuel gas supplied to the gas engine is configured to maintain a predetermined set heat generation amount Hr,
The gas mixing controller reads a power generation amount W measured by the wattmeter, and reads a flow rate V of the mixed fuel gas measured by the flow meter,
An estimated heat consumption Q per unit time consumed in the gas engine in order to output the measured power generation amount W is calculated from a relationship map between the power generation amount and the heat consumption, and the target flow rate Vr of the mixed fuel gas is calculated. Calculating means for calculating based on the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr);
A gas mixing apparatus for use in a power generation system, comprising: adjusting means for adjusting the opening degree of the mixed combustion rate control valve so that the measured flow rate V of the mixed fuel gas becomes the target flow rate Vr. (Claim 1).

本発明のガス混合装置は、既存の発電システムにおけるガスエンジンに対して、必要最小限の設備変更によって、２燃料混焼運転を安定して行うことができるようにしたものである。
具体的には、発電システムとしては、ガスエンジン、発電機、電力計、空気配管、燃料配管、混合気供給配管、スロットルバルブ、メインコントローラ等を備えた従来と同様の既存（既設）のものを用いることができる。そして、本発明においては、この既存の発電システムの燃料配管に対して、都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスを混合した混合燃料ガスを所定の設定発熱量Ｈｒで供給するためのガス混合装置を装備することによって、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持するための工夫を行っている。 The gas mixing apparatus according to the present invention is configured to stably perform the two-fuel mixed combustion operation with respect to the gas engine in the existing power generation system by changing the minimum necessary equipment.
Specifically, as the power generation system, an existing (existing) system having a gas engine, a generator, a wattmeter, an air pipe, a fuel pipe, an air-fuel mixture supply pipe, a throttle valve, a main controller and the like is used. Can be used. In the present invention, the mixed fuel gas obtained by mixing the main fuel gas such as city gas and the auxiliary fuel gas such as biogas is supplied to the fuel pipe of the existing power generation system at a predetermined set calorific value Hr. In order to maintain the air ratio in the gas engine at a predetermined target air ratio, a gas mixing device is provided.

より具体的には、ガス混合装置は、ガス混合用コントローラにおいて、ガスエンジンへ供給する混合燃料ガスの単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）を、発電システムの運転前に所定の設定発熱量Ｈｒとして予め設定しておく。この設定発熱量Ｈｒは、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合には、副燃料ガスの発熱量よりも高く、主燃料ガスの発熱量よりも低い発熱量として設定することができる。また、設定発熱量Ｈｒは、ケースは少ないが、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも高い場合には、副燃料ガスの発熱量よりも低く、主燃料ガスの発熱量よりも高い発熱量として設定することもできる。
そして、ガス混合用コントローラは、読込手段、算出手段、調整手段の各手段を実行することによって、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。 More specifically, the gas mixing device uses a gas mixing controller to set the heat generation amount (MJ / Nm 3 ) per unit volume of the mixed fuel gas supplied to the gas engine to a predetermined set heat generation before operating the power generation system. The amount Hr is set in advance. The set calorific value Hr is set as a calorific value that is higher than the calorific value of the auxiliary fuel gas and lower than the calorific value of the main fuel gas when the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas. can do. In addition, the set calorific value Hr is small in some cases, but when the calorific value of the auxiliary fuel gas is higher than the calorific value of the main fuel gas, it is lower than the calorific value of the auxiliary fuel gas and is larger than that of the main fuel gas. Can also be set as a high calorific value.
The gas mixing controller can maintain the air ratio in the gas engine at a predetermined target air ratio by executing the reading means, the calculating means, and the adjusting means.

ガス混合用コントローラにおける読込手段は、電力計によって測定した発電量Ｗ（ｋＷ）を読み込むと共に、流量計によって測定した混合燃料ガスの流量Ｖ（Ｎｍ3／ｈ）を読み込む。このとき、読込手段は、発電量Ｗ及び混合燃料ガスの流量Ｖを所定のサンプリング間隔で逐次読み込むことができる。
ガス混合用コントローラにおける算出手段は、まず、測定した発電量Ｗを出力するために消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑ（ＭＪ／ｈ）を、発電量と消費熱量との関係マップより算出する。この関係マップは、ガスエンジンの特性を示すデータとして、予めガス混合用コントローラ内に設定しておくことができる。 The reading means in the gas mixing controller reads the power generation amount W (kW) measured by the wattmeter and also reads the flow rate V (Nm 3 / h) of the mixed fuel gas measured by the flow meter. At this time, the reading means can sequentially read the power generation amount W and the flow rate V of the mixed fuel gas at predetermined sampling intervals.
The calculation means in the gas mixing controller first calculates the estimated heat consumption Q (MJ / h) per unit time consumed to output the measured power generation amount W from the relationship map between the power generation amount and the heat consumption amount. To do. This relationship map can be set in advance in the gas mixing controller as data indicating the characteristics of the gas engine.

そして、算出手段は、ガスエンジンにおける単位時間当たりの消費熱量（ＭＪ／ｈ）は、混合燃料ガスの単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）と、ガスエンジンへの混合燃料ガスの供給流量（Ｎｍ3／ｈ）との積によって表されることを利用し、混合燃料ガスの目標流量Ｖｒを、混合燃料ガスの発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持した状態で測定時点の発電量Ｗを出力するための流量Ｖｒとして、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出する。 The calculation means calculates the heat consumption per unit time (MJ / h) in the gas engine, the heat generation amount per unit volume of the mixed fuel gas (MJ / Nm 3 ), and the supply flow rate of the mixed fuel gas to the gas engine. (Nm 3 / h) is used to calculate the power generation amount W at the time of measurement while maintaining the target flow rate Vr of the mixed fuel gas and the calorific value of the mixed fuel gas at the set calorific value Hr. The flow rate Vr for output is calculated based on the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr).

そして、ガス混合用コントローラにおける調整手段は、測定した混合燃料ガスの流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるよう、混焼率制御弁の開度を調整する。これにより、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比率が変更され、混合燃料ガスの発熱量が上記設定発熱量Ｈｒに維持される。
そのため、混合燃料ガスの流量の変動を小さく抑えることができ、混合燃料ガスに対する燃焼用空気の過剰率である空気比の変動を抑えて、所定の目標空気比に維持することができる。 Then, the adjusting means in the gas mixing controller adjusts the opening degree of the mixed combustion rate control valve so that the measured flow rate V of the mixed fuel gas becomes the target flow rate Vr. Thereby, the mixing ratio of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas is changed, and the heat generation amount of the mixed fuel gas is maintained at the set heat generation amount Hr.
Therefore, fluctuations in the flow rate of the mixed fuel gas can be reduced, and fluctuations in the air ratio, which is an excess ratio of combustion air with respect to the mixed fuel gas, can be suppressed and maintained at a predetermined target air ratio.

次に、副燃料ガスの単位体積当たりの発熱量が変動した場合について説明する。
副燃料ガスの組成等の変化によりその発熱量が減少したときには、混合燃料ガスの発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも減少する。このとき、発電機による発電量Ｗを所定の目標発電量に維持するために、メインコントローラは、スロットルバルブの開度を増加させる。これにより、流量計によって測定する混合燃料ガスの流量Ｖが増加する。 Next, a case where the calorific value per unit volume of the auxiliary fuel gas varies will be described.
When the calorific value is reduced due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is reduced below the set calorific value Hr. At this time, the main controller increases the opening of the throttle valve in order to maintain the power generation amount W by the generator at a predetermined target power generation amount. As a result, the flow rate V of the mixed fuel gas measured by the flow meter increases.

そして、ガス混合用コントローラは、読込手段により読み込んだ発電量Ｗより、算出手段によって、想定消費熱量Ｑを算出し、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて、目標流量Ｖｒを算出する。このとき、副燃料ガスの発熱量の減少により、測定時における混合燃料ガスの発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも減少し、測定時における混合燃料ガスの流量Ｖは、目標流量Ｖｒに比べて多くなる。   Then, the gas mixing controller calculates the assumed heat consumption Q by the calculation means from the power generation amount W read by the reading means, and the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr). Based on this, the target flow rate Vr is calculated. At this time, due to the decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas at the time of measurement is smaller than the set calorific value Hr, and the flow rate V of the mixed fuel gas at the time of measurement is larger than the target flow rate Vr. Become.

そこで、混焼率制御弁によって主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合には、ガス混合用コントローラは、調整手段によって、混焼率制御弁の開度を増加させ、混合燃料ガスの流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスの発熱量が減少した分は、主燃料ガスの混合比率を上昇させることによって補正し、混合燃料ガスの発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
なお、ケースは少ないが、混焼率制御弁によって主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも高い場合には、調整手段によって混焼率制御弁の開度を減少させる。 Therefore, if the mixed fuel ratio control valve is configured to adjust the flow rate of the main fuel gas and the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas, the gas mixing controller By means, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is increased, and the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to become the target flow rate Vr. As a result, the amount of decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas is corrected by increasing the mixing ratio of the main fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is maintained at the set calorific value Hr, and the air ratio in the gas engine is increased. A predetermined target air ratio can be maintained.
Although the number of cases is small, when the mixed fuel ratio control valve is configured to adjust the flow rate of the main fuel gas and the calorific value of the auxiliary fuel gas is higher than the calorific value of the main fuel gas, the adjusting means To reduce the opening of the mixed combustion rate control valve.

また、混焼率制御弁によって副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合には、ガス混合用コントローラは、調整手段によって、混焼率制御弁の開度を減少させ、混合燃料ガスの流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスの発熱量が減少した分は、副燃料ガスの混合比率を低下させることによって補正し、混合燃料ガスの発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
なお、ケースは少ないが、混焼率制御弁によって副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも高い場合には、調整手段によって混焼率制御弁の開度を増加させる。 Also, when the flow rate of the auxiliary fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, and the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas, the gas mixing controller adjusts By means, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is decreased, and the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to become the target flow rate Vr. As a result, the amount of decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas is corrected by reducing the mixing ratio of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is maintained at the set calorific value Hr, and the air ratio in the gas engine is increased. A predetermined target air ratio can be maintained.
Although the number of cases is small, it is a case where the flow rate of the auxiliary fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, and when the calorific value of the auxiliary fuel gas is higher than the calorific value of the main fuel gas, the adjusting means To increase the opening of the mixed combustion rate control valve.

一方、副燃料ガスの組成等の変化によりその発熱量が増加したときには、混合燃料ガスの発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも増加する。このとき、発電機による発電量を所定の目標発電量に維持するために、メインコントローラは、スロットルバルブの開度を減少させる。これにより、流量計によって測定する混合燃料ガスの流量Ｖが減少する。   On the other hand, when the calorific value is increased due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is greater than the set calorific value Hr. At this time, in order to maintain the power generation amount by the generator at a predetermined target power generation amount, the main controller decreases the opening of the throttle valve. As a result, the flow rate V of the mixed fuel gas measured by the flow meter decreases.

そして、ガス混合用コントローラは、読込手段により読み込んだ発電量Ｗより、算出手段によって、想定消費熱量Ｑを算出し、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて、目標流量Ｖｒを算出する。このとき、副燃料ガスの発熱量の増加により、測定時における混合燃料ガスの発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも増加し、測定時における混合燃料ガスの流量Ｖは、目標流量Ｖｒに比べて少なくなる。   Then, the gas mixing controller calculates the assumed heat consumption Q by the calculation means from the power generation amount W read by the reading means, and the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr). Based on this, the target flow rate Vr is calculated. At this time, due to the increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas at the time of measurement increases from the set calorific value Hr, and the flow rate V of the mixed fuel gas at the time of measurement is smaller than the target flow rate Vr. Become.

そこで、混焼率制御弁によって主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合には、ガス混合用コントローラは、調整手段によって、混焼率制御弁の開度を減少させ、混合燃料ガスの流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスの発熱量が増加した分は、主燃料ガスの混合比率を低下させることによって補正し、混合燃料ガスの発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
なお、ケースは少ないが、混焼率制御弁によって主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも高い場合には、調整手段によって混焼率制御弁の開度を増加させる。 Therefore, if the mixed fuel ratio control valve is configured to adjust the flow rate of the main fuel gas and the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas, the gas mixing controller By means, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is decreased, and the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to become the target flow rate Vr. As a result, the increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas is corrected by reducing the mixing ratio of the main fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is maintained at the set calorific value Hr, and the air ratio in the gas engine is increased. A predetermined target air ratio can be maintained.
Although the number of cases is small, when the mixed fuel ratio control valve is configured to adjust the flow rate of the main fuel gas and the calorific value of the auxiliary fuel gas is higher than the calorific value of the main fuel gas, the adjusting means To increase the opening of the mixed combustion rate control valve.

また、混焼率制御弁によって副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合には、ガス混合用コントローラは、調整手段によって、混焼率制御弁の開度を増加させ、混合燃料ガスの流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスの発熱量が増加した分は、副燃料ガスの混合比率を上昇させることによって補正し、混合燃料ガスの発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
なお、ケースは少ないが、混焼率制御弁によって副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合であって、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも高い場合には、調整手段によって混焼率制御弁の開度を減少させる。 Also, when the flow rate of the auxiliary fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, and the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas, the gas mixing controller adjusts By means, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is increased, and the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to become the target flow rate Vr. As a result, the increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas is corrected by increasing the mixing ratio of the auxiliary fuel gas, the calorific value of the mixed fuel gas is maintained at the set calorific value Hr, and the air ratio in the gas engine is increased. A predetermined target air ratio can be maintained.
Although the number of cases is small, it is a case where the flow rate of the auxiliary fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, and when the calorific value of the auxiliary fuel gas is higher than the calorific value of the main fuel gas, the adjusting means To reduce the opening of the mixed combustion rate control valve.

このように、本発明においては、ガスエンジンにおいて、主燃料ガスと副燃料ガスとの２燃料混焼運転を行う際に、副燃料ガスの発熱量が変動したときでも、ガスエンジンへ供給する混合燃料ガスの発熱量を所定の設定発熱量Ｈｒに維持することができ、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
また、本発明のガス混合装置は、流量計及び混焼率制御弁を用いた簡単な装置構成によって実現することができ、既存の発電システムに必要最小限の設備変更で適用することができる。 Thus, in the present invention, in the gas engine, the mixed fuel supplied to the gas engine even when the calorific value of the auxiliary fuel gas fluctuates when performing the dual fuel co-firing operation of the main fuel gas and the auxiliary fuel gas. The heat generation amount of the gas can be maintained at a predetermined set heat generation amount Hr, and the air ratio in the gas engine can be maintained at a predetermined target air ratio.
Moreover, the gas mixing device of the present invention can be realized by a simple device configuration using a flow meter and a mixed firing rate control valve, and can be applied to an existing power generation system with a minimum necessary equipment change.

なお、混合燃料ガスの流量Ｖが増加したままの状態を維持すると、混合燃料ガスに対する燃焼用空気の過剰率を示す空気比が大きくなって（ガスリーンになって）、ガスエンジンにおいて失火が発生するおそれがある。これとは逆に、混合燃料ガスの流量Ｖが減少したままの状態を維持すると、空気比が小さくなって（ガスリッチになって）、ガスエンジンの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が増加するおそれがある。これらに対し、本発明においては、上記のごとく、混合燃料ガスの流量Ｖ及び空気比を適切に制御することができ、失火の発生及び窒素酸化物濃度の増加を効果的に防止することができる。   In addition, if the state where the flow rate V of the mixed fuel gas remains increased, the air ratio indicating the excess ratio of the combustion air to the mixed fuel gas increases (becomes lean), and misfire occurs in the gas engine. There is a fear. On the contrary, if the state where the flow rate V of the mixed fuel gas remains reduced, the air ratio becomes smaller (becomes rich in gas), and the nitrogen oxide (NOx) concentration in the exhaust gas of the gas engine becomes lower. May increase. In contrast, in the present invention, as described above, the flow rate V and the air ratio of the mixed fuel gas can be appropriately controlled, and the occurrence of misfire and the increase in the nitrogen oxide concentration can be effectively prevented. .

それ故、本発明の発電システムに用いるガス混合装置によれば、簡単な装置構成で既存の発電システムに必要最小限の設備変更で適用することができると共に、ガスエンジンにおける空気比を所定の目標空気比に維持することができ、ガスエンジンを安定して運転することができる。また、ガスエンジンの排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低く維持し、失火等が発生することも効果的に防止することができる。   Therefore, according to the gas mixing device used in the power generation system of the present invention, it can be applied to the existing power generation system with the minimum necessary equipment change with a simple device configuration, and the air ratio in the gas engine can be set to a predetermined target. The air ratio can be maintained, and the gas engine can be operated stably. In addition, the concentration of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas of the gas engine can be kept low, and misfires can be effectively prevented.

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス（１３Ａ等）を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物（家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等）を発酵させて生成したバイオガス、木質系廃棄物（工場端材、建築廃材等）を熱分解させて発生させたバイオガス、工場等で発生する副生ガス等の燃料ガスを用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。 A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the present invention, city gas (such as 13A) containing methane or the like can be used as the main fuel gas. The secondary fuel gas includes biogas produced by fermenting organic waste (livestock manure, raw garbage, organic residue, sewage sludge, etc.), wood waste (factory scrap, building waste, etc.) A fuel gas such as a biogas generated by pyrolyzing and by-product gas generated in a factory or the like can be used. In addition, a general gas fuel different from the main fuel gas may be used as the auxiliary fuel gas.

また、上記ガス混合装置は、上記空気配管へ吸い込まれる上記燃焼用空気の温度を測定する空気用温度計と、上記燃料配管へ供給される上記混合燃料ガスの温度を測定する燃料用温度計とを備えており、上記ガス混合用コントローラにおける上記算出手段は、上記空気用温度計によって測定した上記燃焼用空気の温度と、上記燃料用温度計によって測定した上記混合燃料ガスの温度との差を考慮して、上記目標流量Ｖｒを補正して算出するよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、例えば、夏期と冬期との差に代表されるように、外気温の変化によって燃焼用空気と混合燃料ガスとの温度差が大きくなったときでも、この温度差を考慮して目標流量Ｖｒを補正することにより、上記設定発熱量Ｈｒ及び上記目標空気比をより安定して維持することができる。 The gas mixing device includes an air thermometer for measuring the temperature of the combustion air sucked into the air pipe, and a fuel thermometer for measuring the temperature of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe. And the calculation means in the gas mixing controller calculates a difference between the temperature of the combustion air measured by the air thermometer and the temperature of the mixed fuel gas measured by the fuel thermometer. In view of the above, it is preferable that the target flow rate Vr is corrected and calculated (claim 2).
In this case, for example, even when the temperature difference between the combustion air and the mixed fuel gas becomes large due to a change in the outside air temperature, as represented by the difference between summer and winter, this temperature difference is taken into consideration. By correcting the target flow rate Vr, the set heat generation amount Hr and the target air ratio can be more stably maintained.

また、上記ガス混合装置は、上記主燃料ガスを通過させる主燃料配管と、上記副燃料ガスを通過させる副燃料配管と、該副燃料配管と上記主燃料配管とを合流させて上記混合燃料ガスを通過させる混合燃料配管と、該混合燃料配管に配設した上記流量計と、上記主燃料配管又は上記副燃料配管に配設した上記混焼率制御弁と、上記ガス混合用コントローラとを一体化したユニットとして構成してあり、かつ、上記発電システムにおける上記燃料配管に上記混合燃料配管を接続することによって、既に設置した上記発電システムに対して装備するよう構成してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ガス混合装置は、発電システムにおける燃料配管に混合燃料配管を接続することによって、既に設置した発電システムに対して簡単に装備することができる。これにより、発電システム内の改造を容易に必要最小限にすることができる。 Further, the gas mixing device includes a main fuel pipe through which the main fuel gas passes, a sub fuel pipe through which the sub fuel gas passes, and the sub fuel pipe and the main fuel pipe are joined to each other to mix the mixed fuel gas. The fuel mixture passage through which the gas is passed, the flow meter arranged in the fuel mixture pipe, the mixed combustion rate control valve arranged in the main fuel pipe or the sub fuel pipe, and the gas mixing controller are integrated. Preferably, the unit is configured to be installed on the already installed power generation system by connecting the mixed fuel pipe to the fuel pipe in the power generation system. 3).
In this case, the gas mixing device can be easily installed in the already installed power generation system by connecting the mixed fuel pipe to the fuel pipe in the power generation system. Thereby, remodeling in the power generation system can be easily reduced to the necessary minimum.

また、上記混焼率制御弁によって上記主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合においては、上記ガス混合用コントローラにおける上記調整手段は、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて多いときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量増加させ、一方、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて少ないときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量減少させることにより、上記混合燃料ガスの流量Ｖが所定の許容範囲内で上記目標流量Ｖｒとなるよう制御するよう構成することができる（請求項４）。
この場合には、調整手段による混焼率制御弁の制御動作が簡単であり、簡単な装置構成で、上記設定発熱量Ｈｒ及び上記目標空気比を安定して維持することができる。
なお、この場合は、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合を想定している。 In the case where the flow rate of the main fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, the adjusting means in the gas mixing controller is configured such that the measured flow rate V of the mixed fuel gas is the target flow rate Vr. When the flow rate width is larger than the predetermined dead zone width, the opening of the mixed combustion rate control valve is increased by a predetermined amount, while the measured flow rate V of the mixed fuel gas is higher than the target flow rate Vr. When the flow rate width as the predetermined dead zone width is small, the opening of the mixed combustion rate control valve is decreased by a predetermined amount so that the flow rate V of the mixed fuel gas is within the predetermined allowable range and the target flow rate Vr. It can comprise so that it may control (Claim 4).
In this case, the control operation of the mixed combustion rate control valve by the adjusting means is simple, and the set heat generation amount Hr and the target air ratio can be stably maintained with a simple device configuration.
In this case, it is assumed that the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas.

また、上記混焼率制御弁によって上記副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合においては、上記ガス混合用コントローラにおける上記調整手段は、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて多いときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量減少させ、一方、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて少ないときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量増加させることにより、上記混合燃料ガスの流量Ｖが所定の許容範囲内で上記目標流量Ｖｒとなるよう制御するよう構成することができる（請求項５）。
この場合にも、調整手段による混焼率制御弁の制御動作が簡単であり、簡単な装置構成で、上記設定発熱量Ｈｒ及び上記目標空気比を安定して維持することができる。
なお、この場合も、副燃料ガスの発熱量が主燃料ガスの発熱量よりも低い場合を想定している。 In the case where the flow rate of the auxiliary fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve, the adjusting means in the gas mixing controller is configured such that the measured flow rate V of the mixed fuel gas is the target flow rate Vr. Rather, when the flow rate exceeds the predetermined dead band width, the opening of the mixed combustion rate control valve is decreased by a predetermined amount, while the measured flow rate V of the mixed fuel gas is higher than the target flow rate Vr. When the flow rate width as the predetermined dead zone width is small, the flow rate V of the mixed fuel gas is set to the target flow rate Vr within a predetermined allowable range by increasing the opening of the mixed combustion rate control valve by a predetermined amount. It can comprise so that it may control (Claim 5).
Also in this case, the control operation of the mixed combustion rate control valve by the adjusting means is simple, and the set heat generation amount Hr and the target air ratio can be stably maintained with a simple device configuration.
In this case, it is assumed that the calorific value of the auxiliary fuel gas is lower than the calorific value of the main fuel gas.

以下に、本発明の発電システムに用いるガス混合装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の発電システム１に用いるガス混合装置６は、図１に示すごとく、ガスエンジン２の運転を行って発電機３を作動させるよう構成した発電システム１に対して装備し、発電システム１へ都市ガス（１３Ａ）等の主燃料ガスＦ１とバイオガス等の副燃料ガスＦ２とを混合させた混合燃料ガスＦ３を供給するよう構成してある。 Hereinafter, embodiments of a gas mixing apparatus used in a power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
As shown in FIG. 1, the gas mixing device 6 used in the power generation system 1 of the present example is equipped with the power generation system 1 configured to operate the generator 3 by operating the gas engine 2, and to the power generation system 1. A mixed fuel gas F3 obtained by mixing a main fuel gas F1 such as city gas (13A) and a sub fuel gas F2 such as biogas is supplied.

発電システム１は、発電機３の発電量Ｗを測定する電力計３１と、空気配管４１から吸い込んだ燃焼用空気Ａと燃料配管４２に供給された混合燃料ガスＦ３とを混合させて混合気Ｇを作り出す混合気供給配管４３と、混合気供給配管４３に配設して、ガスエンジン２へ供給する混合気Ｇの流量を調整するためのスロットルバルブ２１と、スロットルバルブ２１の開度を調整して発電機３の発電量Ｗを所定の目標発電量に制御するメインコントローラ５とを備えている。メインコントローラ５は、コンピュータを用いて構成してある。   The power generation system 1 mixes a wattmeter 31 that measures the power generation amount W of the generator 3, a combustion air A sucked from an air pipe 41, and a mixed fuel gas F <b> 3 supplied to the fuel pipe 42. The throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the mixture G to be supplied to the gas engine 2 and the opening of the throttle valve 21 are adjusted. And a main controller 5 for controlling the power generation amount W of the generator 3 to a predetermined target power generation amount. The main controller 5 is configured using a computer.

図１に示すごとく、ガス混合装置６は、燃料配管４２に供給される混合燃料ガスＦ３の流量を測定する流量計７２と、副燃料ガスＦ２と混合される主燃料ガスＦ１の流量を調整するための混焼率制御弁７１と、流量計７２による測定値に基づいて混焼率制御弁７１の開度を調整するよう構成したガス混合用コントローラ８とを備えている。また、ガス混合装置６は、ガスエンジン２へ供給する混合燃料ガスＦ３の単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）を予め設定した所定の設定発熱量Ｈｒ（ＭＪ／Ｎｍ3）に維持するよう構成してある。 As shown in FIG. 1, the gas mixing device 6 adjusts the flow rate of the main fuel gas F1 mixed with the flow meter 72 that measures the flow rate of the mixed fuel gas F3 supplied to the fuel pipe 42 and the auxiliary fuel gas F2. And a gas mixing controller 8 configured to adjust the opening degree of the mixed combustion rate control valve 71 based on the measured value by the flow meter 72. Further, the gas mixing device 6 maintains the calorific value (MJ / Nm 3 ) per unit volume of the mixed fuel gas F3 supplied to the gas engine 2 at a predetermined preset calorific value Hr (MJ / Nm 3 ). It is configured as follows.

ガス混合用コントローラ８は、コンピュータによって、以下の読込手段８１、算出手段８２及び調整手段８３を構成してなる。
読込手段８１は、電力計３１によって測定した発電量Ｗ（ｋＷ）を読み込むと共に、流量計７２によって測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖ（Ｎｍ3／ｈ）を所定の測定間隔（サンプリング間隔）で読み込むよう構成してある。
算出手段８２は、測定した発電量Ｗを出力するためにガスエンジン２において消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑ（ＭＪ／ｈ）を、発電量と消費熱量との関係マップＢより算出し（図２参照）、混合燃料ガスＦ３の目標流量Ｖｒ（Ｎｍ3／ｈ）を、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出するよう構成してある。
調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖ（Ｎｍ3／ｈ）が上記目標流量Ｖｒ（Ｎｍ3／ｈ）となるよう、混焼率制御弁７１の開度を調整するよう構成してある。 The gas mixing controller 8 comprises the following reading means 81, calculation means 82, and adjustment means 83 by a computer.
The reading means 81 reads the power generation amount W (kW) measured by the wattmeter 31 and the flow rate V (Nm 3 / h) of the mixed fuel gas F3 measured by the flow meter 72 at a predetermined measurement interval (sampling interval). It is configured to read.
The calculation means 82 calculates an estimated heat consumption Q (MJ / h) per unit time consumed in the gas engine 2 to output the measured power generation amount W from the relationship map B between the power generation amount and the heat consumption. (See FIG. 2), the target flow rate Vr (Nm 3 / h) of the mixed fuel gas F3 is calculated based on the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr). is there.
The adjusting means 83 is configured to adjust the opening degree of the mixed combustion rate control valve 71 so that the measured flow rate V (Nm 3 / h) of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr (Nm 3 / h). is there.

以下に、本例の発電システム１に用いるガス混合装置６につき、図１〜図４を参照して詳説する。
本例の主燃料ガスＦ１は、発熱量が一定である都市ガス（１３Ａ）であり、本例の副燃料ガスＦ２は、発熱量に変動を生じることがあるバイオガスである。
図１に示すごとく、本例の発電システム１において、ガスエンジン２は、複数の気筒を有して構成されており、スロットルバルブ２１は、混合気供給配管４３の開度を調整して、ガスエンジン２へ供給する混合気Ｇの流量を調整するよう構成されている。発電機３は、種々の負荷に対して電力を供給するよう構成されており、商用電源等と協調して動作することができる。 Below, it demonstrates in full detail with reference to FIGS. 1-4 about the gas mixing apparatus 6 used for the electric power generation system 1 of this example.
The main fuel gas F1 in this example is a city gas (13A) having a constant calorific value, and the sub fuel gas F2 in this example is a biogas that may cause fluctuations in the calorific value.
As shown in FIG. 1, in the power generation system 1 of this example, the gas engine 2 is configured to have a plurality of cylinders, and the throttle valve 21 adjusts the opening degree of the air-fuel mixture supply pipe 43 to adjust the gas. The flow rate of the air-fuel mixture G supplied to the engine 2 is adjusted. The generator 3 is configured to supply electric power to various loads, and can operate in cooperation with a commercial power source or the like.

外気に開放した空気配管４１の入口部には、ガスエンジン２への異物混入を防止するための吸気フィルタ４１１が設けてある。また、混合燃料ガスＦ３が流れる燃料配管４２と、燃焼用空気Ａが流れる空気配管４１との合流部には、混合燃料ガスＦ３と燃焼用空気Ａとを混合するミキサー４４が設けてある。このミキサー４４は、ベンチュリー４４１による吸引作用を利用して、燃焼用空気Ａがベンチュリー４４１を流れる際に、ベンチュリー４４１におけるスロート部４４２が負圧になり、この負圧による吸引力によって燃焼用空気Ａへ混合燃料ガスＦ３を引き込んで、両者の混合気Ｇを作り出すものである。   An intake filter 411 for preventing foreign matter from entering the gas engine 2 is provided at the inlet of the air pipe 41 opened to the outside air. In addition, a mixer 44 that mixes the mixed fuel gas F3 and the combustion air A is provided at the junction of the fuel pipe 42 through which the mixed fuel gas F3 flows and the air pipe 41 through which the combustion air A flows. When the combustion air A flows through the venturi 441 using the suction action of the venturi 441, the mixer 44 has a negative pressure in the throat portion 442 of the venturi 441, and the combustion air A is generated by the suction force of the negative pressure. The mixed fuel gas F3 is drawn in to produce the mixed gas G of both.

図１に示すごとく、ガス混合装置６においては、主燃料ガスＦ１がその供給源から供給される主燃料配管６１と、副燃料ガスＦ２がバイオガス等の副燃料ガスＦ２のタンクから供給される副燃料配管６２とを合流させて、燃料配管４２へ混合燃料ガスＦ３を供給するよう構成してある。副燃料配管６２には、この副燃料配管６２内の副燃料ガスＦ２の圧力を測定するための圧力計７３が配設してある。ガス混合用コントローラ８は、圧力計７３により測定した副燃料ガスＦ２の圧力を読み込むよう構成してある。そして、副燃料ガスＦ２の圧力が、所定の設定圧力よりも低いときには、ガス混合用コントローラ８は、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混焼運転を行わないよう構成してある。   As shown in FIG. 1, in the gas mixing device 6, the main fuel gas F1 is supplied from the supply source thereof, and the auxiliary fuel gas F2 is supplied from a tank of the auxiliary fuel gas F2 such as biogas. The mixed fuel gas F <b> 3 is supplied to the fuel pipe 42 by joining the auxiliary fuel pipe 62. The auxiliary fuel pipe 62 is provided with a pressure gauge 73 for measuring the pressure of the auxiliary fuel gas F2 in the auxiliary fuel pipe 62. The gas mixing controller 8 is configured to read the pressure of the auxiliary fuel gas F <b> 2 measured by the pressure gauge 73. When the pressure of the auxiliary fuel gas F2 is lower than a predetermined set pressure, the gas mixing controller 8 is configured not to perform the co-firing operation of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2.

図１に示すごとく、本例の混焼率制御弁７１は、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料配管６１に設けてあり、ガス混合用コントローラ８の指令を受けて、主燃料配管６１に対する混焼率制御弁７１の開度を調整するよう構成されている。なお、混焼率制御弁７１Ａは、副燃料ガスＦ２が供給される副燃料配管６２に設けることもできる（図１において破線で示す。）。
また、ガス混合用コントローラ８における調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量が目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅（流量幅）αを超えて多いときには、混焼率制御弁７１の開度を所定量増加させ、一方、測定した混合燃料ガスＦ３の流量が目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅（流量幅）αを超えて少ないときには、混焼率制御弁７１の開度を所定量減少させることにより、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが所定の許容範囲内で目標流量Ｖｒとなるよう制御するよう構成してある（図３参照）。 As shown in FIG. 1, the mixed combustion rate control valve 71 of this example is provided in the main fuel pipe 61 to which the main fuel gas F <b> 1 is supplied. The opening degree of the rate control valve 71 is adjusted. The mixed combustion rate control valve 71A can also be provided in the auxiliary fuel pipe 62 to which the auxiliary fuel gas F2 is supplied (indicated by a broken line in FIG. 1).
Further, the adjusting means 83 in the gas mixing controller 8 opens the mixed combustion rate control valve 71 when the measured flow rate of the mixed fuel gas F3 is larger than the target flow rate Vr and exceeds a predetermined dead band width (flow rate width) α. On the other hand, when the measured flow rate of the mixed fuel gas F3 is smaller than the target flow rate Vr by exceeding a predetermined dead band width (flow width) α, the opening degree of the mixed combustion rate control valve 71 is increased by a predetermined amount. By reducing the flow rate, the flow rate V of the mixed fuel gas F3 is controlled to be the target flow rate Vr within a predetermined allowable range (see FIG. 3).

また、図１に示すごとく、本例のガス混合装置６は、各構成部品７１、７２、７３、８、配管６１、６２、６３等を一体化したユニットとして、既に設置した発電システム１に、簡単に装備することができるよう構成してある。具体的には、ガス混合装置６は、主燃料ガスＦ１を通過させる主燃料配管６１と、副燃料ガスＦ２を通過させる副燃料配管６２と、副燃料配管６２と主燃料配管６１とを合流させて混合燃料ガスＦ３を通過させる混合燃料配管６３と、混合燃料配管６３に配設した流量計７２と、主燃料配管６１に配設した混焼率制御弁７１と、ガス混合用コントローラ８とを一体化したユニットとして構成してある。   Moreover, as shown in FIG. 1, the gas mixing apparatus 6 of this example is a unit that integrates the components 71, 72, 73, 8, and the pipes 61, 62, 63, etc. It is structured so that it can be easily equipped. Specifically, the gas mixing device 6 joins the main fuel pipe 61 through which the main fuel gas F1 passes, the sub fuel pipe 62 through which the sub fuel gas F2 passes, the sub fuel pipe 62, and the main fuel pipe 61. The mixed fuel pipe 63 through which the mixed fuel gas F3 passes, the flow meter 72 disposed in the mixed fuel pipe 63, the mixed combustion rate control valve 71 disposed in the main fuel pipe 61, and the gas mixing controller 8 are integrated. It is configured as a unit.

そして、ガス混合装置６は、発電システム１における燃料配管４２に混合燃料配管６３を接続し、発電機３に設けられている電力計３１の発電量Ｗをガス混合用コントローラ８に読み込むよう構成することによって、既に設置した発電システム１に対して簡単に装備することができる。これにより、発電システム１内の改造は、必要最小限にすることができる。   The gas mixing device 6 is configured to connect the mixed fuel pipe 63 to the fuel pipe 42 in the power generation system 1 and read the power generation amount W of the wattmeter 31 provided in the generator 3 into the gas mixing controller 8. Thus, the power generation system 1 that has already been installed can be easily equipped. Thereby, the modification in the power generation system 1 can be minimized.

図４は、副燃料ガスＦ２の組成は、メタンガスが９０ｖｏｌ％又は７０ｖｏｌ％で、残部が二酸化炭素であるとし、主燃料ガスは都市ガス１３Ａであるとした場合に、副燃料ガスＦ２の単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）が変化するときには、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混焼率（混合比率）（ｖｏｌ％）は、必然的に定まることを示すグラフである。
例えば、設定発熱量Ｈｒを３２（ＭＪ／Ｎｍ3）とした場合に、副燃料ガスの発熱量が２５（ＭＪ／Ｎｍ3）であるときには、副燃料ガスの流量割合は約５７（ｖｏｌ％）となることを示す。なお、混焼率は、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを合わせた混合燃料ガス中の副燃料ガスの流量割合（ｖｏｌ％）で表す。 FIG. 4 shows that the composition of the auxiliary fuel gas F2 is 90 vol% or 70 vol% of methane gas, the remainder is carbon dioxide, and the main fuel gas is city gas 13A. When the amount of heat generated per unit (MJ / Nm 3 ) changes, it is a graph showing that the co-firing ratio (mixing ratio) (vol%) of the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 is inevitably determined.
For example, when the set calorific value Hr is 32 (MJ / Nm 3 ) and the calorific value of the auxiliary fuel gas is 25 (MJ / Nm 3 ), the flow rate ratio of the auxiliary fuel gas is about 57 (vol%). Indicates that The mixed combustion rate is expressed as a flow rate ratio (vol%) of the auxiliary fuel gas in the mixed fuel gas in which the main fuel gas F1 and the auxiliary fuel gas F2 are combined.

本例のガス混合装置６は、既存の発電システム１におけるガスエンジン２に対して、必要最小限の設備変更によって、２燃料混焼運転を安定して行うことができるようにしたものである。
具体的には、発電システム１としては、ガスエンジン２、発電機３、電力計３１、空気配管４１、燃料配管４２、混合気供給配管４３、スロットルバルブ２１、メインコントローラ５等を備えた従来と同様の既存（既設）のものを用いることができる。そして、本例においては、この既存の発電システム１の燃料配管４２に対して、都市ガス等の主燃料ガスＦ１とバイオガス等の副燃料ガスＦ２を混合した混合燃料ガスＦ３を、所定の設定発熱量Ｈｒで供給するためのガス混合装置６を装備することによって、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持するための工夫を行っている。 The gas mixing device 6 of this example is configured so that the two-fuel mixed combustion operation can be stably performed with respect to the gas engine 2 in the existing power generation system 1 by a necessary minimum equipment change.
Specifically, the power generation system 1 includes a gas engine 2, a generator 3, a power meter 31, an air pipe 41, a fuel pipe 42, a mixture supply pipe 43, a throttle valve 21, a main controller 5, and the like. Similar existing ones can be used. In the present example, the fuel pipe 42 of the existing power generation system 1 has a predetermined setting of a mixed fuel gas F3 obtained by mixing the main fuel gas F1 such as city gas and the auxiliary fuel gas F2 such as biogas. A device for maintaining the air ratio in the gas engine 2 at a predetermined target air ratio is provided by installing the gas mixing device 6 for supplying the heat generation amount Hr.

より具体的には、ガス混合装置６は、ガス混合用コントローラ８において、ガスエンジン２へ供給する混合燃料ガスＦ３の単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）を、発電システム１の運転前に所定の設定発熱量Ｈｒとして予め設定しておく。この設定発熱量Ｈｒは、本例の副燃料ガスＦ２の発熱量は主燃料ガスＦ１の発熱量よりも低いため、副燃料ガスＦ２の発熱量よりも高く、主燃料ガスＦ１の発熱量よりも低い発熱量として設定しておく。
そして、ガス混合用コントローラ８は、以下の読込手段８１、算出手段８２、調整手段８３を実行することによって、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。 More specifically, the gas mixing device 6 uses the gas mixing controller 8 to calculate the calorific value (MJ / Nm 3 ) per unit volume of the mixed fuel gas F3 supplied to the gas engine 2 before the operation of the power generation system 1. Is set in advance as a predetermined heat generation amount Hr. This set calorific value Hr is higher than the calorific value of the sub fuel gas F2 and higher than the calorific value of the main fuel gas F1 because the calorific value of the sub fuel gas F2 in this example is lower than the calorific value of the main fuel gas F1. Set as a low calorific value.
The gas mixing controller 8 can maintain the air ratio in the gas engine 2 at a predetermined target air ratio by executing the following reading means 81, calculation means 82, and adjustment means 83.

以下に、ガス混合装置６のガス混合用コントローラ８による制御動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。
発電システム１を運転する際には、ガス混合用コントローラ８は、圧力計７３によって副燃料配管６２における圧力を測定し、副燃料ガスＦ２の圧力が所定の設定圧力以上であるかを判定する（図３のステップＳ１０１）。副燃料ガスＦ２の圧力が所定の設定圧力以上になった場合には、ガス混合用コントローラ８の読込手段８１は、電力計３１によって測定した発電量Ｗ（ｋＷ）と、流量計７２によって測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖ（Ｎｍ3／ｈ）とを所定のサンプリング間隔で逐次読み込む（Ｓ１０２）。
次いで、ガス混合用コントローラ８の算出手段８２は、測定した発電量Ｗを出力するために消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑ（ＭＪ／ｈ）を、発電量と消費熱量との関係マップＢより算出する（Ｓ１０３）。図２に、この関係マップＢの一例を示す。この関係マップＢは、ガスエンジン２の特性を示すデータとして、予めガス混合用コントローラ８内に設定してある。 Hereinafter, the control operation by the gas mixing controller 8 of the gas mixing device 6 will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the power generation system 1 is operated, the gas mixing controller 8 measures the pressure in the auxiliary fuel pipe 62 with the pressure gauge 73 and determines whether the pressure of the auxiliary fuel gas F2 is equal to or higher than a predetermined set pressure ( Step S101 in FIG. 3). When the pressure of the auxiliary fuel gas F2 is equal to or higher than a predetermined set pressure, the reading means 81 of the gas mixing controller 8 measures the power generation amount W (kW) measured by the wattmeter 31 and the flowmeter 72. The flow rate V (Nm 3 / h) of the mixed fuel gas F3 is sequentially read at a predetermined sampling interval (S102).
Next, the calculation means 82 of the gas mixing controller 8 uses the estimated heat consumption Q (MJ / h) per unit time consumed to output the measured power generation amount W as a relationship map between the power generation amount and the heat consumption amount. Calculated from B (S103). FIG. 2 shows an example of the relationship map B. This relationship map B is preset in the gas mixing controller 8 as data indicating the characteristics of the gas engine 2.

そして、ガスエンジン２における単位時間当たりの消費熱量（ＭＪ／ｈ）は、混合燃料ガスＦ３の単位体積当たりの発熱量（ＭＪ／Ｎｍ3）と、ガスエンジン２への混合燃料ガスＦ３の供給流量（Ｎｍ3／ｈ）との積によって表されることを利用し、混合燃料ガスＦ３の目標流量Ｖｒを、混合燃料ガスＦ３の発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持した状態で測定時点の発電量Ｗを出力するための流量Ｖｒとして、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出する（Ｓ１０４）。 The heat consumption per unit time (MJ / h) in the gas engine 2 is the calorific value per unit volume of the mixed fuel gas F3 (MJ / Nm 3 ) and the supply flow rate of the mixed fuel gas F3 to the gas engine 2. The power generation amount at the time of measurement with the target flow rate Vr of the mixed fuel gas F3 maintained at the set calorific value Hr with the target flow rate Vr of the mixed fuel gas F3 being utilized by the product represented by the product of (Nm 3 / h) The flow rate Vr for outputting W is calculated based on the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr) (S104).

そして、ガス混合用コントローラ８の調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるよう、混焼率制御弁７１の開度を調整する（Ｓ１０５〜Ｓ１０８）。これにより、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との混合比率が変更され、混合燃料ガスＦ３の発熱量が上記設定発熱量Ｈｒに維持される。
そのため、混合燃料ガスＦ３の流量の変動を小さく抑えることができ、混合燃料ガスＦ３に対する燃焼用空気Ａの過剰率である空気比の変動を抑えて、所定の目標空気比に維持することができる。 Then, the adjusting means 83 of the gas mixing controller 8 adjusts the opening degree of the mixed combustion rate control valve 71 so that the measured flow rate V of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr (S105 to S108). Thereby, the mixing ratio of the main fuel gas F1 and the sub fuel gas F2 is changed, and the heat generation amount of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set heat generation amount Hr.
Therefore, fluctuations in the flow rate of the mixed fuel gas F3 can be kept small, and fluctuations in the air ratio, which is an excess ratio of the combustion air A with respect to the mixed fuel gas F3, can be suppressed and maintained at a predetermined target air ratio. .

ところで、副燃料ガスＦ２の組成等の変化によりその発熱量が減少したときには、混合燃料ガスＦ３の発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも減少する。このとき、発電機３による発電量Ｗを所定の目標発電量に維持するために、メインコントローラ５は、スロットルバルブ２１の開度を増加させる。これにより、流量計７２によって測定する混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが増加する。   By the way, when the calorific value is decreased due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas F2, the calorific value of the mixed fuel gas F3 is smaller than the set calorific value Hr. At this time, the main controller 5 increases the opening of the throttle valve 21 in order to maintain the power generation amount W by the generator 3 at a predetermined target power generation amount. As a result, the flow rate V of the mixed fuel gas F3 measured by the flow meter 72 increases.

そして、ガス混合用コントローラ８は、読込手段８１により読み込んだ発電量Ｗより、算出手段８２によって、想定消費熱量Ｑを算出し、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて、目標流量Ｖｒを算出する。このとき、副燃料ガスＦ２の発熱量の減少により、測定時における混合燃料ガスＦ３の発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも減少し、測定時における混合燃料ガスＦ３の流量Ｖは、目標流量Ｖｒに比べて多くなる。そのため、ガス混合用コントローラ８は、調整手段８３によって、混焼率制御弁７１の開度を増加させ、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。   Then, the gas mixing controller 8 calculates the assumed heat consumption Q by the calculation means 82 from the power generation amount W read by the reading means 81, and the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Based on Vr), the target flow rate Vr is calculated. At this time, due to the decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2, the calorific value of the mixed fuel gas F3 at the time of measurement is smaller than the set calorific value Hr, and the flow rate V of the mixed fuel gas F3 at the time of measurement becomes the target flow rate Vr. More than that. Therefore, the gas mixing controller 8 controls the adjustment unit 83 to increase the opening of the mixed combustion rate control valve 71 so that the flow rate V of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr.

また、本例においては、ガス混合用コントローラ８における調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅（流量幅）αを超えて多いときには（図３のＳ１０５）、混焼率制御弁７１の開度を所定量増加させる（Ｓ１０６）。
これにより、副燃料ガスＦ２の発熱量が減少した分は、主燃料ガスＦ１の混合比率を上昇させることによって補正し、混合燃料ガスＦ３の発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
なお、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが増加したままの状態を維持すると、混合燃料ガスＦ３に対する燃焼用空気Ａの過剰率を示す空気比が変化することになる。 Further, in this example, the adjusting means 83 in the gas mixing controller 8 is used when the measured flow rate V of the mixed fuel gas F3 is greater than the target flow rate Vr and exceeds a predetermined dead band width (flow rate width) α (see FIG. 3 S105), the opening degree of the mixed firing rate control valve 71 is increased by a predetermined amount (S106).
Thereby, the amount of decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is corrected by increasing the mixing ratio of the main fuel gas F1, and the calorific value of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set calorific value Hr. The air ratio at can be maintained at a predetermined target air ratio.
If the state in which the flow rate V of the mixed fuel gas F3 remains increased, the air ratio indicating the excess ratio of the combustion air A with respect to the mixed fuel gas F3 changes.

一方、副燃料ガスＦ２の組成等の変化によりその発熱量が増加したときには、混合燃料ガスＦ３の発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも増加する。このとき、発電機３による発電量Ｗを所定の目標発電量に維持するために、メインコントローラ５は、スロットルバルブ２１の開度を減少させる。これにより、流量計７２によって測定する混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが減少する。   On the other hand, when the calorific value increases due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas F2, the calorific value of the mixed fuel gas F3 increases from the set calorific value Hr. At this time, the main controller 5 decreases the opening of the throttle valve 21 in order to maintain the power generation amount W by the generator 3 at a predetermined target power generation amount. As a result, the flow rate V of the mixed fuel gas F3 measured by the flow meter 72 decreases.

そして、ガス混合用コントローラ８は、読込手段８１により読み込んだ発電量Ｗより、算出手段８２によって、想定消費熱量Ｑを算出し、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて、目標流量Ｖｒを算出する。このとき、副燃料ガスＦ２の発熱量の増加により、測定時における混合燃料ガスＦ３の発熱量が設定発熱量Ｈｒよりも増加し、測定時における混合燃料ガスＦ３の流量Ｖは、目標流量Ｖｒに比べて少なくなる。そのため、ガス混合用コントローラ８は、調整手段８３によって、混焼率制御弁７１の開度を減少させ、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。   Then, the gas mixing controller 8 calculates the assumed heat consumption Q by the calculation means 82 from the power generation amount W read by the reading means 81, and the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Based on Vr), the target flow rate Vr is calculated. At this time, due to the increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2, the calorific value of the mixed fuel gas F3 at the time of measurement increases from the set calorific value Hr, and the flow rate V of the mixed fuel gas F3 at the time of measurement becomes the target flow rate Vr. Compared to less. Therefore, the gas mixing controller 8 controls the adjustment unit 83 to reduce the opening degree of the mixed combustion rate control valve 71 so that the flow rate V of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr.

これにより、副燃料ガスＦ２の発熱量が増加した分は、主燃料ガスＦ１の混合比率を低下させることによって補正し、混合燃料ガスＦ３の発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
また、本例においては、ガス混合用コントローラ８における調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅（流量幅）αを超えて少ないときには（図３のＳ１０７）、混焼率制御弁７１の開度を所定量減少させる（Ｓ１０８）。 As a result, the amount of increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is corrected by reducing the mixing ratio of the main fuel gas F1, and the calorific value of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set calorific value Hr. The air ratio at can be maintained at a predetermined target air ratio.
Further, in this example, the adjusting means 83 in the gas mixing controller 8 is used when the measured flow rate V of the mixed fuel gas F3 is smaller than the target flow rate Vr by exceeding a predetermined dead band width (flow rate width) α (see FIG. 3 S107), the opening degree of the mixed firing rate control valve 71 is decreased by a predetermined amount (S108).

このように、本例の混合ガスコントローラは、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが所定の許容範囲内で目標流量Ｖｒとなるよう制御する。そして、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との２燃料混焼運転を行う際に、副燃料ガスＦ２の発熱量が変動したときでも、ガスエンジン２へ供給する混合燃料ガスＦ３の発熱量を所定の設定発熱量Ｈｒに維持することができ、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。
また、本例のガス混合装置６は、流量計７２及び混焼率制御弁７１を用いた簡単な装置構成によって実現することができ、既存の発電システム１に必要最小限の設備変更で適用することができる。 Thus, the mixed gas controller of this example controls the flow rate V of the mixed fuel gas F3 to be the target flow rate Vr within a predetermined allowable range. In the gas engine 2, when the two-fuel co-firing operation of the main fuel gas F 1 and the auxiliary fuel gas F 2 is performed, even when the calorific value of the auxiliary fuel gas F 2 fluctuates, the mixed fuel gas F 3 supplied to the gas engine 2 Can be maintained at a predetermined set heat generation amount Hr, and the air ratio in the gas engine 2 can be maintained at a predetermined target air ratio.
In addition, the gas mixing device 6 of this example can be realized by a simple device configuration using the flow meter 72 and the mixed firing rate control valve 71, and is applied to the existing power generation system 1 with a minimum necessary equipment change. Can do.

なお、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが増加したままの状態を維持すると、混合燃料ガスＦ３に対する燃焼用空気Ａの過剰率を示す空気比が大きくなって（ガスリーンになって）、ガスエンジン２において失火が発生するおそれがある。これとは逆に、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが減少したままの状態を維持すると、空気比が小さくなって（ガスリッチになって）、ガスエンジン２の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が増加するおそれがある。これらに対し、本例においては、上記のごとく、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖ及び空気比を適切に制御することができ、失火の発生及び窒素酸化物濃度の増加を効果的に防止することができる。   If the flow rate V of the mixed fuel gas F3 is kept increased, the air ratio indicating the excess ratio of the combustion air A to the mixed fuel gas F3 increases (becomes lean), and the gas engine 2 There is a risk of misfire. On the contrary, if the state where the flow rate V of the mixed fuel gas F3 is kept decreasing is maintained, the air ratio becomes small (gas rich), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas of the gas engine 2 become smaller. Concentration may increase. On the other hand, in this example, as described above, the flow rate V and the air ratio of the mixed fuel gas F3 can be appropriately controlled, and the occurrence of misfire and the increase in the nitrogen oxide concentration can be effectively prevented. it can.

それ故、本例の発電システム１に用いるガス混合装置６によれば、簡単な装置構成で既存の発電システム１に必要最小限の設備変更で適用することができると共に、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができ、ガスエンジン２を安定して運転することができる。また、ガスエンジン２の排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低く維持し、失火等が発生することも効果的に防止することができる。   Therefore, according to the gas mixing device 6 used in the power generation system 1 of the present example, it can be applied to the existing power generation system 1 with a simple device configuration and the minimum necessary equipment change, and the air ratio in the gas engine 2 Can be maintained at a predetermined target air ratio, and the gas engine 2 can be operated stably. Further, the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas of the gas engine 2 can be kept low, and misfires can be effectively prevented.

なお、混焼率制御弁７１Ａを副燃料配管６２に設けた場合（図１の破線参照。）においても、上記と同様の作用効果を得ることができる。ただし、この場合には、副燃料ガスＦ２の発熱量が変動し易いことより、主燃料配管６１に設ける場合に比べて制御性が悪くなるおそれがある。そのため、混焼率制御弁７１は主燃料配管６１に設ける方が好ましい。
また、混焼率制御弁７１は、主燃料配管６１及び副燃料配管６２の両方に設けることもできる。混焼率制御弁７１の配設位置については、以下の実施例２においても同様である。 Even when the mixed combustion rate control valve 71A is provided in the auxiliary fuel pipe 62 (see the broken line in FIG. 1), the same effect as described above can be obtained. However, in this case, since the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is likely to fluctuate, the controllability may be deteriorated as compared with the case where it is provided in the main fuel pipe 61. Therefore, it is preferable to provide the mixed combustion rate control valve 71 in the main fuel pipe 61.
The mixed combustion rate control valve 71 can also be provided in both the main fuel pipe 61 and the auxiliary fuel pipe 62. The arrangement position of the mixed firing rate control valve 71 is the same in the second embodiment.

また、混焼率制御弁７１Ａを副燃料配管６２に設けた場合において、副燃料ガスＦ２の組成等の変化によりその発熱量が減少したときには、ガス混合用コントローラ８は、調整手段８３によって、混焼率制御弁７１Ａの開度を減少させ、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスＦ２の発熱量が減少した分は、副燃料ガスＦ２の混合比率を低下させることによって補正し、混合燃料ガスＦ３の発熱量Ｈを設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。   Further, in the case where the mixed combustion rate control valve 71A is provided in the auxiliary fuel pipe 62, when the calorific value is reduced due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas F2, the gas mixing controller 8 uses the adjusting means 83 to adjust the mixed combustion rate. The opening degree of the control valve 71A is decreased, and control is performed so that the flow rate V of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr. As a result, the amount of decrease in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is corrected by reducing the mixing ratio of the auxiliary fuel gas F2, and the calorific value H of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set calorific value Hr. The air ratio in 2 can be maintained at a predetermined target air ratio.

また、混焼率制御弁７１Ａを副燃料配管６２に設けた場合において、副燃料ガスＦ２の組成等の変化によりその発熱量が増加したときには、ガス混合用コントローラ８は、調整手段８３によって、混焼率制御弁７１Ａの開度を増加させ、混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが目標流量Ｖｒとなるように制御する。これにより、副燃料ガスＦ２の発熱量が増加した分は、副燃料ガスＦ２の混合比率を上昇させることによって補正し、混合燃料ガスＦ３の発熱量Ｈを設定発熱量Ｈｒに維持し、ガスエンジン２における空気比を所定の目標空気比に維持することができる。   Further, in the case where the mixed combustion rate control valve 71A is provided in the auxiliary fuel pipe 62, when the calorific value increases due to a change in the composition of the auxiliary fuel gas F2, the gas mixing controller 8 causes the adjusting means 83 to adjust the mixed combustion rate. The opening degree of the control valve 71A is increased, and control is performed so that the flow rate V of the mixed fuel gas F3 becomes the target flow rate Vr. As a result, the amount of increase in the calorific value of the auxiliary fuel gas F2 is corrected by increasing the mixing ratio of the auxiliary fuel gas F2, and the calorific value H of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set calorific value Hr. The air ratio in 2 can be maintained at a predetermined target air ratio.

（実施例２）
本例のガス混合装置６は、図５に示すごとく、夏期と冬期との差に代表されるように、外気温の変化によって燃焼用空気Ａと混合燃料ガスＦ３との温度差が大きくなったときでも、この温度差を考慮して、ガス混合用コントローラ８において算出する目標流量Ｖｒを補正するよう構成した例である。
具体的には、本例のガス混合装置６は、同図に示すごとく、空気配管４１へ吸い込まれる燃焼用空気Ａの温度Ｔを測定する空気用温度計７４と、燃料配管４２へ供給される混合燃料ガスＦ３の温度Ｔｇを測定する燃料用温度計７５とを備えている。空気用温度計７４は、空気配管４１の入口部、空気配管４１の周辺等に設けることができる。燃料用温度計７５は、混合燃料配管６３内の混合燃料ガスＦ３の温度Ｔｇを測定するよう、混合燃料配管６３に設けてあり、ガス混合装置６とユニット化してある。 (Example 2)
As shown in FIG. 5, the gas mixing device 6 of this example has a large temperature difference between the combustion air A and the mixed fuel gas F3 due to a change in the outside air temperature, as typified by the difference between summer and winter. Even in this case, the target flow rate Vr calculated by the gas mixing controller 8 is corrected in consideration of this temperature difference.
Specifically, the gas mixing device 6 of this example is supplied to an air thermometer 74 for measuring the temperature T of the combustion air A sucked into the air pipe 41 and the fuel pipe 42 as shown in FIG. And a fuel thermometer 75 for measuring the temperature Tg of the mixed fuel gas F3. The air thermometer 74 can be provided at the inlet of the air pipe 41, around the air pipe 41, and the like. The fuel thermometer 75 is provided in the mixed fuel pipe 63 so as to measure the temperature Tg of the mixed fuel gas F <b> 3 in the mixed fuel pipe 63, and is unitized with the gas mixing device 6.

本例のガス混合用コントローラ８における読込手段８１は、空気用温度計７４によって測定した燃焼用空気Ａの温度Ｔと、燃料用温度計７５によって測定した混合燃料ガスＦ３の温度Ｔｇとを読み込むよう構成してある。
そして、本例のガス混合用コントローラ８における算出手段８２は、空気用温度計７４によって測定した燃焼用空気Ａの温度Ｔと、燃料用温度計７５によって測定した混合燃料ガスＦ３の温度Ｔｇとの差を考慮して、上記目標流量Ｖｒを補正して算出するよう構成してある。 The reading means 81 in the gas mixing controller 8 of this example reads the temperature T of the combustion air A measured by the air thermometer 74 and the temperature Tg of the mixed fuel gas F3 measured by the fuel thermometer 75. It is configured.
Then, the calculation means 82 in the gas mixing controller 8 of this example calculates the temperature T of the combustion air A measured by the air thermometer 74 and the temperature Tg of the mixed fuel gas F3 measured by the fuel thermometer 75. In consideration of the difference, the target flow rate Vr is corrected and calculated.

より具体的には、図６のフローチャートに示すように、本例のガス混合用コントローラ８の制御動作においては、算出手段８２は、測定した発電量Ｗを出力するために消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑ（ＭＪ／ｈ）を、発電量と消費熱量との関係マップＢより算出する（ステップＳ１０３）。
そして、混合燃料ガスＦ３の目標流量Ｖｒを、混合燃料ガスＦ３の発熱量を設定発熱量Ｈｒに維持して測定した時点の発電量Ｗを出力するための流量Ｖｒとして、想定消費熱量Ｑと設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出する（Ｓ１０４）。 More specifically, as shown in the flowchart of FIG. 6, in the control operation of the gas mixing controller 8 of this example, the calculation means 82 per unit time consumed to output the measured power generation amount W. Is calculated from the relationship map B between the power generation amount and the heat consumption amount (step S103).
Then, the target flow rate Vr of the mixed fuel gas F3 is set to the assumed heat consumption Q as the flow rate Vr for outputting the power generation amount W at the time when the heat generation amount of the mixed fuel gas F3 is maintained at the set heat generation amount Hr. Calculation is based on the relationship with the heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr) (S104).

次いで、補正目標流量Ｖｒ’を、燃焼用空気Ａの温度をＴ（℃）とすると共に、混合燃料ガスＦ３の温度をＴｇ（℃）として、次の式（１）に基づいて算出する（Ｓ１０４’）。
Ｖｒ’＝Ｖｒ×｛（２７３＋Ｔｇ）／（２７３＋Ｔ）｝１／２ ・・・（１）
そして、本例の調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが補正目標流量Ｖｒ’よりも、所定の不感帯としての流量幅αを超えて多いときには（Ｓ１０５）、混焼率制御弁７１の開度を所定量増加させる（Ｓ１０６）。一方、調整手段８３は、測定した混合燃料ガスＦ３の流量Ｖが補正目標流量Ｖｒ’よりも、所定の不感帯としての流量幅αを超えて少ないときには（Ｓ１０７）、混焼率制御弁７１の開度を所定量減少させる（Ｓ１０８）。
なお、本例の図６のフローチャートにおいて、特に説明のない事項については上記実施例１の図３の場合と同様である。 Next, the corrected target flow rate Vr ′ is calculated based on the following equation (1), where the temperature of the combustion air A is T (° C.) and the temperature of the mixed fuel gas F3 is Tg (° C.) (S104). ').
Vr ′ = Vr × {(273 + Tg) / (273 + T)} 1/2 (1)
Then, when the measured flow rate V of the mixed fuel gas F3 is larger than the corrected target flow rate Vr ′ and exceeds the flow rate width α as a predetermined dead zone (S105), the adjusting unit 83 of the present example controls the mixed combustion rate control valve 71. Is increased by a predetermined amount (S106). On the other hand, when the measured flow rate V of the mixed fuel gas F3 is smaller than the corrected target flow rate Vr ′ by exceeding the flow rate width α as the predetermined dead zone (S107), the adjusting unit 83 opens the opening of the mixed combustion rate control valve 71. Is reduced by a predetermined amount (S108).
In the flowchart of FIG. 6 of this example, items that are not particularly described are the same as those in FIG. 3 of the first embodiment.

これにより、本例においては、外気温の変化によって燃焼用空気Ａと混合燃料ガスＦ３との温度差が大きくなったときでも、この温度差を考慮して目標流量Ｖｒを補正した補正目標流量Ｖｒ’を用いることにより、上記設定発熱量Ｈｒ及び上記目標空気比をより安定して維持することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 As a result, in this example, even when the temperature difference between the combustion air A and the mixed fuel gas F3 becomes large due to a change in the outside air temperature, the corrected target flow rate Vr in which the target flow rate Vr is corrected in consideration of this temperature difference. By using ', the set heat generation amount Hr and the target air ratio can be maintained more stably.
Also in this example, other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

実施例１における、発電システム及びガス混合装置の全体の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the whole electric power generation system and gas mixing apparatus in Example 1. FIG. 実施例１における、発電量と消費熱量との関係マップを示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship map of the electric power generation amount and heat consumption in Example 1. FIG. 実施例１における、ガス混合用コントローラによる制御動作を示すフローチャート。3 is a flowchart showing a control operation by a gas mixing controller in the first embodiment. 実施例１における、横軸に副燃料ガスの単位体積当たりの発熱量をとり、縦軸に副燃料ガスの流量割合としての混焼率をとって、両者の関係を示す説明図。In Example 1, the horizontal axis | shaft takes the emitted-heat amount per unit volume of sub fuel gas, and the vertical axis | shaft takes the mixed combustion rate as a flow rate ratio of sub fuel gas, and shows both relationship. 実施例２における、発電システム及びガス混合装置の全体の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the whole electric power generation system and gas mixing apparatus in Example 2. FIG. 実施例２における、ガス混合用コントローラによる制御動作を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a control operation by a gas mixing controller in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 発電システム
２ ガスエンジン
２１ スロットルバルブ
３ 発電機
３１ 電力計
４１ 空気配管
４２ 燃料配管
４３ 混合気供給配管
５ メインコントローラ
６ ガス混合装置
６１ 主燃料配管
６２ 副燃料配管
６３ 混合燃料配管
７１ 混焼率制御弁
７２ 流量計
７３ 圧力計
７４ 空気用温度計
７５ 燃料用温度計
８ ガス混合用コントローラ
８１ 読込手段
８２ 算出手段
８３ 調整手段
Ｆ１ 主燃料ガス
Ｆ２ 副燃料ガス
Ｆ３ 混合燃料ガス
Ａ 燃焼用空気
Ｇ 混合気
Ｗ 発電量
Ｑ 想定消費熱量
Ｂ 関係マップ
Ｖ 流量
Ｖｒ 目標流量
Ｈｒ 設定発熱量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Gas engine 21 Throttle valve 3 Generator 31 Wattmeter 41 Air piping 42 Fuel piping 43 Mixture supply piping 5 Main controller 6 Gas mixing device 61 Main fuel piping 62 Sub fuel piping 63 Mixed fuel piping 71 Mixed combustion rate control valve 72 Flow meter 73 Pressure gauge 74 Air thermometer 75 Fuel thermometer 8 Gas mixing controller 81 Reading means 82 Calculation means 83 Adjustment means F1 Main fuel gas F2 Sub fuel gas F3 Mixed fuel gas A Combustion air G Mixture W Power generation amount Q Assumed heat consumption B Relationship map V Flow rate Vr Target flow rate Hr Set calorific value

Claims (5)

ガスエンジンの運転を行って発電機を作動させるよう構成した発電システムに対して装備し、該発電システムへ都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとを混合させた混合燃料ガスを供給するよう構成したガス混合装置であって、
上記発電システムは、上記発電機の発電量を測定する電力計と、空気配管から吸い込んだ燃焼用空気と燃料配管に供給された上記混合燃料ガスとを混合させて混合気を作り出す混合気供給配管と、該混合気供給配管に配設して、上記ガスエンジンへ供給する上記混合気の流量を調整するためのスロットルバルブと、該スロットルバルブの開度を調整して上記発電機の発電量を所定の目標発電量に制御するメインコントローラとを備えており、
上記ガス混合装置は、上記燃料配管に供給される上記混合燃料ガスの流量を測定する流量計と、上記副燃料ガスと混合される上記主燃料ガスの流量又は上記主燃料ガスと混合される上記副燃料ガスの流量を調整するための混焼率制御弁と、上記流量計による測定値に基づいて上記混焼率制御弁の開度を調整するよう構成したガス混合用コントローラとを備えていると共に、上記ガスエンジンへ供給する上記混合燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を所定の設定発熱量Ｈｒに維持するよう構成してあり、
上記ガス混合用コントローラは、上記電力計によって測定した発電量Ｗを読み込むと共に、上記流量計によって測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖを読み込む読込手段と、
上記測定した発電量Ｗを出力するために上記ガスエンジンにおいて消費される単位時間当たりの想定消費熱量Ｑを、発電量と消費熱量との関係マップより算出し、上記混合燃料ガスの目標流量Ｖｒを、上記想定消費熱量Ｑと上記設定発熱量Ｈｒとの関係（Ｑ＝Ｈｒ×Ｖｒ）に基づいて算出する算出手段と、
上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒとなるよう、上記混焼率制御弁の開度を調整する調整手段とを備えていることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。 A mixed fuel gas equipped with a power generation system configured to operate a generator by operating a gas engine and mixed with a main fuel gas such as city gas and a sub fuel gas such as biogas in the power generation system A gas mixing device configured to supply
The power generation system includes a wattmeter that measures the amount of power generated by the generator, a mixture supply pipe that creates a mixture by mixing combustion air sucked from an air pipe and the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe And a throttle valve disposed in the mixture supply pipe for adjusting the flow rate of the mixture supplied to the gas engine, and the amount of power generated by the generator by adjusting the opening of the throttle valve. A main controller that controls to a predetermined target power generation amount,
The gas mixing device includes a flow meter for measuring a flow rate of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe, and a flow rate of the main fuel gas mixed with the sub fuel gas or the main fuel gas. A mixed-burning rate control valve for adjusting the flow rate of the auxiliary fuel gas, and a gas mixing controller configured to adjust the opening of the mixed-burning rate control valve based on the measurement value by the flow meter, The heat generation amount per unit volume of the mixed fuel gas supplied to the gas engine is configured to maintain a predetermined set heat generation amount Hr,
The gas mixing controller reads a power generation amount W measured by the wattmeter, and reads a flow rate V of the mixed fuel gas measured by the flow meter,
An estimated heat consumption Q per unit time consumed in the gas engine in order to output the measured power generation amount W is calculated from a relationship map between the power generation amount and the heat consumption, and the target flow rate Vr of the mixed fuel gas is calculated. Calculating means for calculating based on the relationship between the assumed heat consumption Q and the set heat generation amount Hr (Q = Hr × Vr);
A gas mixing apparatus for use in a power generation system, comprising: an adjusting means for adjusting an opening of the mixed combustion rate control valve so that the measured flow rate V of the mixed fuel gas becomes the target flow rate Vr. 請求項１において、上記ガス混合装置は、上記空気配管へ吸い込まれる上記燃焼用空気の温度を測定する空気用温度計と、上記燃料配管へ供給される上記混合燃料ガスの温度を測定する燃料用温度計とを備えており、
上記ガス混合用コントローラにおける上記算出手段は、上記空気用温度計によって測定した上記燃焼用空気の温度と、上記燃料用温度計によって測定した上記混合燃料ガスの温度との差を考慮して、上記目標流量Ｖｒを補正して算出するよう構成してあることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。 2. The gas mixing device according to claim 1, wherein the gas mixing device is an air thermometer that measures the temperature of the combustion air sucked into the air pipe, and a fuel that measures the temperature of the mixed fuel gas supplied to the fuel pipe. Equipped with a thermometer,
The calculation means in the gas mixing controller takes into account the difference between the temperature of the combustion air measured by the air thermometer and the temperature of the mixed fuel gas measured by the fuel thermometer. A gas mixing apparatus used for a power generation system, wherein the target flow rate Vr is corrected and calculated. 請求項１又は２において、上記ガス混合装置は、上記主燃料ガスを通過させる主燃料配管と、上記副燃料ガスを通過させる副燃料配管と、該副燃料配管と上記主燃料配管とを合流させて上記混合燃料ガスを通過させる混合燃料配管と、該混合燃料配管に配設した上記流量計と、上記主燃料配管又は上記副燃料配管に配設した上記混焼率制御弁と、上記ガス混合用コントローラとを一体化したユニットとして構成してあり、
かつ、上記発電システムにおける上記燃料配管に上記混合燃料配管を接続することによって、既に設置した上記発電システムに対して装備するよう構成してあることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。 3. The gas mixing device according to claim 1, wherein the gas mixing device joins the main fuel pipe through which the main fuel gas passes, the sub fuel pipe through which the sub fuel gas passes, and the sub fuel pipe and the main fuel pipe. A mixed fuel pipe through which the mixed fuel gas passes, the flow meter disposed in the mixed fuel pipe, the mixed combustion rate control valve disposed in the main fuel pipe or the auxiliary fuel pipe, and the gas mixing It is configured as a unit integrated with the controller,
A gas mixing apparatus used for a power generation system, wherein the mixed fuel pipe is connected to the fuel pipe in the power generation system so as to be equipped with respect to the already installed power generation system. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記混焼率制御弁によって上記主燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合において、
上記ガス混合用コントローラにおける上記調整手段は、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて多いときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量増加させ、一方、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて少ないときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量減少させることにより、上記混合燃料ガスの流量Ｖが所定の許容範囲内で上記目標流量Ｖｒとなるよう制御するよう構成してあることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。 In the case where the flow rate of the main fuel gas is adjusted by the mixed combustion rate control valve according to any one of claims 1 to 3,
When the measured flow rate V of the mixed fuel gas is greater than the target flow rate Vr and exceeds a flow rate width as a predetermined dead band width, the adjusting means in the gas mixing controller opens the mixed combustion rate control valve. On the other hand, when the measured flow rate V of the mixed fuel gas is smaller than the target flow rate Vr, exceeding the flow rate width as a predetermined dead zone width, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is increased. A gas mixing device used in a power generation system, wherein the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to be the target flow rate Vr within a predetermined allowable range by decreasing the predetermined amount. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記混焼率制御弁によって上記副燃料ガスの流量を調整するよう構成した場合において、
上記ガス混合用コントローラにおける上記調整手段は、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて多いときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量減少させ、一方、上記測定した上記混合燃料ガスの流量Ｖが上記目標流量Ｖｒよりも、所定の不感帯幅としての流量幅を超えて少ないときには、上記混焼率制御弁の開度を所定量増加させることにより、上記混合燃料ガスの流量Ｖが所定の許容範囲内で上記目標流量Ｖｒとなるよう制御するよう構成してあることを特徴とする発電システムに用いるガス混合装置。 In any one of Claims 1-3, When comprised so that the flow volume of the said auxiliary fuel gas may be adjusted with the said mixed combustion rate control valve,
When the measured flow rate V of the mixed fuel gas is greater than the target flow rate Vr and exceeds a flow rate width as a predetermined dead band width, the adjusting means in the gas mixing controller opens the mixed combustion rate control valve. On the other hand, when the measured flow rate V of the mixed fuel gas is less than the target flow rate Vr, exceeding the flow rate width as a predetermined dead zone width, the opening degree of the mixed combustion rate control valve is reduced. A gas mixing apparatus used in a power generation system, wherein the flow rate V of the mixed fuel gas is controlled to be the target flow rate Vr within a predetermined allowable range by increasing the predetermined amount.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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