JP2010197000A

JP2010197000A - オフガス燃焼ボイラシステム

Info

Publication number: JP2010197000A
Application number: JP2009043654A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Kameyama; 達彦亀山
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP5190394B2

Abstract

【課題】可燃性オフガスを燃料として燃焼することを、大規模なガスホルダなどの貯留装置を必要とせずに達成する。
【解決手段】可燃性のオフガスを発生する可燃性ガス発生装置１１と、オフガスを燃焼するオフガスボイラ１の間をオフガス供給路３によって接続しており、可燃性ガス発生装置１１で発生したオフガスをオフガスボイラ１で燃焼するようにしているオフガス燃焼ボイラシステムにおいて、オフガス供給路３に供給オフガスの圧力を調節する一次圧力調節弁４と、一次圧力調節弁４よりも下流側部分に一次圧力調節弁よりも低い圧力に調節するニ次圧力調節弁５を設け、一次圧力調節弁４とニ次圧力調節弁５の間におけるオフガスの圧力を検出するオフガス圧力検出装置９を設けておき、オフガス圧力検出装置９で検出したオフガス圧力に基づき、オフガスボイラ１の燃焼量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オフガス燃焼ボイラシステムに関するものである。

特許４１６８５６１号に記載があるように、可燃性のオフガス（ゴミ処理施設で発生するメタンを含んだガスや、石油化学プラントで発生する水素を含んだガスなど）をボイラの燃料として利用するということが行われている。燃料とすることができる可燃性のガスをそのまま大気中に排出したのでは、エネルギー資源の無駄遣いになるだけでなく、環境にとっても悪影響を与えることになる。例えばメタンガスは二酸化炭素に比べて２１倍の温室効果作用があるために、メタンガスとして放出したのでは地球温暖化を強く促進することになる。

特許４１６８５６１号では、要求負荷量に応じて定まるボイラ運転台数のうち、消化ガス（可燃性オフガス）の貯留量に応じて消化ガスを燃焼するボイラの台数を定める制御を行っている。例えば、要求負荷がボイラ１台分であって、消化ガスの貯留量が大で貯留量に基づく多種燃料ボイラを起動させるべき台数が２台なら、消化ガスを燃焼するボイラ１台を燃焼させることでボイラ１台分の消化ガスを消費する。この状態で消化ガスの貯留量が減少し、貯留量が中程度よりもさらに少なくなった場合には、消化ガスを燃焼させているボイラを停止させ、通常ボイラを１台起動させる。

ボイラでの燃焼を行う場合に、オフガスを優先的に使用することで、通常燃料の使用量を削減することができる。しかし、副生品として発生するオフガスは安定的に発生するものではなく、発生量の増減を繰り返している。オフガスの消費量よりも発生量が少なければオフガスの貯留量は減少し、オフガスの消費量よりも発生量が多ければオフガスの貯留量は増加することになる。

通常、ボイラの燃焼台数は、特許４１６８５６１号のように要求負荷に基づいて決定しているため、オフガスの発生量が多くても要求負荷が少なければボイラで消費するオフガス量は少なくなる。そのため、オフガスの発生量が多い場合にも、オフガスを処理せずにそのままの状態で大気へ排出されるということを防止するには、余裕を持った大規模なガスホルダが必要となり、設備コストは大きくなるという問題があった。

特許４１６８５６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、可燃性オフガスを燃料として燃焼することを、大規模なガスホルダなどの貯留装置を必要とせずに達成することにある。

請求項１に記載の発明は、可燃性のオフガスを発生する可燃性ガス発生装置と、オフガスを燃焼するオフガスボイラの間をオフガス供給路によって接続しており、可燃性ガス発生装置で発生したオフガスをオフガスボイラで燃焼するようにしているオフガス燃焼ボイラシステムにおいて、オフガス供給路に供給オフガスの圧力を調節する一次圧力調節弁と、一次圧力調節弁よりも下流側部分に一次圧力調節弁よりも低い圧力に調節するニ次圧力調節弁を設け、一次圧力調節弁とニ次圧力調節弁の間におけるオフガスの圧力を検出するオフガス圧力検出装置を設けておき、オフガス圧力検出装置で検出したオフガス圧力に基づき、オフガスボイラの燃焼量を制御することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記のオフガス燃焼ボイラシステムにおいて、オフガスボイラの燃焼量制御は、オフガス圧力検出装置で検出したオフガス圧力が高い場合には燃焼量を多くし、オフガス圧力が低い場合には燃焼量を少なくするものであり、オフガスボイラが発生する蒸気圧力値とは無関係に燃焼量を制御するものであることを特徴とする。

オフガス供給路の一次圧力調節弁とニ次圧力調節弁の間でのオフガス圧力は、オフガスの発生量と消費量のバランスによって定まり、この部分のオフガス圧力を検出してボイラの燃焼を制御することで、オフガスの発生量に合わせてオフガスを消費することができる。発生したオフガスを貯蔵することなく燃焼し、燃焼排ガスを大気に排出するようにしているため、大規模なガスホルダを設置しなくとも可燃性オフガスの未処理なままでの大気放出を防止することができる。一次圧力調節弁と二次圧力調節弁の間を大きくすると、オフガス供給路の一次圧力調節弁とニ次圧力調節弁の間の部分で小規模ながらバッファの機能を持つことになり、オフガスの燃焼を安定的に行うことができる。

本発明を実施しているオフガス燃焼ボイラシステムのフロー図オフガス圧力とオフガスボイラの燃焼状態の例を示した説明図

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オフガス燃焼ボイラシステムのフロー図、図２はオフガス供給路でのオフガス圧力とオフガスボイラの燃焼状態の例を示した説明図である。本実施例では、オフガスの燃焼を行うオフガスボイラ１を２台、通常燃料の燃焼を行う通常ガスボイラ７を３台設置したボイラの多缶設置システムとしている。オフガスボイラ１と通常ガスボイラ７で発生した蒸気は、スチームヘッダ６に集合させるようにしており、スチームヘッダ６から蒸気使用箇所へ蒸気の供給を行う。

２台のオフガスボイラ１には、可燃性ガス発生装置１１で発生したオフガスを供給するオフガス供給路３を接続しており、オフガス供給路３を通じて供給するオフガスによって燃焼を行うようにしている。オフガス供給路３へ供給されるオフガス量は一定の範囲で増減することになり、本実施例では５０〜２００ｍ3(N)/hで変動するものとする。オフガスボイラ１は高燃焼、低燃焼、停止の３位置で燃焼を行うボイラである。オフガスボイラ１台での燃料消費量は、高燃焼の場合に１００ｍ3(N)/h、低燃焼の場合に５０ｍ3(N)/hであるとしておく。オフガスボイラ全体でのオフガス消費量（燃焼量）は、可燃性ガス発生装置１１で発生するオフガス量の最大値以上になるようにしておく。

オフガス供給路３には、可燃性ガス発生装置１１に近い部分に一次圧力調節弁４、オフガスボイラ１に近い部分にニ次圧力調節弁５を設け、一次圧力調節弁４とニ次圧力調節弁５で挟まれている部分にオフガス圧力検出装置９を設ける。オフガス供給路３は、ニ次圧力調節弁５の下流で分岐しており、それぞれのオフガスボイラ１に接続することで、２台のオフガスボイラ１は独立して運転することができるようにしている。

オフガスボイラ１の運転は、オフガスボイラ台数制御装置２からの運転指令に基づいて行う。オフガスボイラ台数制御装置２は、オフガス圧力検出装置９で検出しているオフガスの圧力に基づいてオフガスボイラ１の運転台数を決定する。オフガスボイラ台数制御装置２では、オフガス圧力検出装置９でのオフガス圧力が高い場合にはオフガスボイラ１の運転台数を多くし、オフガス圧力が低くなるとオフガスボイラ１の運転台数を少なくするように設定している。

可燃性ガス発生装置１１で発生するオフガス量が変動すると、オフガス供給路３でのオフガス圧力も変動することになり、オフガスボイラ１へ供給するオフガスの圧力が変動するとオフガスボイラ１では安定した燃焼が行えなくなる。しかし、オフガス供給路３に設けている一次圧力調節弁４及び二次圧力調節弁５で圧力調節を行うことで、オフガスボイラは安定した燃焼を行うことができるようにしている。

オフガス供給路３には一次圧力調節弁４を設けているため、一次圧力調節弁４の下流側でのオフガス圧力は、一次圧力調節弁４によって調節した圧力となる。一次圧力調節弁４が0.3MPaに調節するものであれば、一次圧力調節弁４の下流側におけるオフガスの圧力は0.3MPa以下となる。ニ次圧力調節弁５は、一次圧力調節弁４で調節したオフガスの圧力よりもさらに低い圧力であって、オフガスボイラ１で燃焼を行うのに適した圧力（例えば10KPa）に減圧するものであり、所定の圧力まで減圧したオフガスをオフガスボイラ１へ供給する。

一次圧力調節弁４とニ次圧力調節弁５で挟まれている部分におけるオフガス供給路内圧力は、一次圧力調節弁４で調節している圧力である0.3MPa以下であって、供給されてくるオフガス量よりも消費するオフガス量が多いと圧力は低下し、供給されてくるオフガス量よりも消費するオフガス量が少ないと圧力は上昇することになる。

そのため、オフガスボイラ台数制御装置２では、オフガス圧力検出装置９によって検出したオフガスの圧力値が高い場合にはオフガスの消費量（燃焼量）を増加し、オフガスの圧力値が低い場合にはオフガスの消費量を減少する操作を行う。図２にはオフガス圧力検出装置９で検出する圧力値に基づいてボイラの燃焼状態を定めた例を記載している。オフガスボイラ台数制御装置２には、オフガスの圧力値を0.3MPa以下で５つの領域に区分し、各区分でオフガスボイラの燃焼状態を定めている。図でのボイラの燃焼状態では、高燃焼をＨ、低燃焼をＬ、停止を−で示している。オフガスの検出圧力値が0.1MPa未満であれば２台のオフガスボイラは燃焼停止、検出圧力値が0.1MPa〜0.15MPaであれば１台のオフガスボイラのみを低燃焼で燃焼、検出圧力値が0.15MPa〜0.2MPaであれば２台のオフガスボイラを低燃焼で燃焼、検出圧力値が0.2MPa〜0.25MPaであれば高燃焼と低燃焼を各１台として燃焼、検出圧力値が0.25MPa〜0.3MPaであれば２台のオフガスボイラを高燃焼で燃焼するように設定している。この時のオフガス消費量は、２台停止の場合は０、低燃焼が１台のみの場合は５０ｍ3(N)/h、低燃焼が２台の場合は１００ｍ3(N)/h、高燃焼と低燃焼が各１台の場合は１５０ｍ3(N)/h、２台が高燃焼の場合は２００ｍ3(N)/hとなる。

オフガス供給量がオフガス消費量より多い場合、オフガス圧力検出装置９の圧力が上昇することになり、オフガス圧力が上昇した場合にはオフガスボイラ１の燃焼量を増加してオフガス消費量を増加することになる。逆にオフガス供給量がオフガス消費量より少ない場合、オフガス圧力検出装置９の圧力が低下することになり、オフガス圧力が低下した場合にはオフガスボイラ１の燃焼量を減少してオフガス消費量を減少することになる。可燃性ガス発生装置１１で発生するオフガス量は５０〜２００ｍ3(N)/hで変動するが、オフガスボイラ１によるオフガス消費量は０〜２００ｍ3(N)/hで調節可能なため、発生したオフガスはすべてオフガスボイラ１で燃焼することができる。発生したオフガスは、そのままオフガスボイラ１で燃焼するようにしているため、排出できないオフガスをためておくガスホルダを設置する必要はなくなる。

このとき、一次圧力調節弁４とニ次圧力調節弁５の間隔を可能な限り離しておくことで、一次圧力調節弁４からニ次圧力調節弁５までにおけるオフガス供給路の容積を大きくしておく方がよい。オフガス供給路３の一次圧力調節弁４から二次圧力調節弁５まででの容積が大きければ、オフガス供給路３に小規模ながらバッファの機能を持たせることができる。オフガスボイラ１の燃焼量は、オフガスの供給量に合わせて増減するものであるが、あまりシビアであると、頻繁に燃焼量を変更することになり、装置の寿命を短縮することになる。オフガス供給路３にバッファ機能を持たせておくことで、オフガスの検出圧力値の変動が緩やかになるため、オフガスボイラ１での頻繁な燃焼量変更を防ぐことができる。

また、オフガスボイラ１ではオフガス圧力検出装置９によって検出したオフガス圧力に基づいて台数制御を行っているが、通常ガスボイラ７では通常ガスボイラ台数制御装置８によって台数制御を行う。通常ガスボイラ台数制御装置８は、スチームヘッダ６に設けた蒸気圧力検出装置１０で検出する蒸気圧力値を取り込んでおり、蒸気圧力検出装置１０で検出している蒸気の圧力に基づくことで通常ガスボイラ７の運転台数を決定する。通常ガスボイラ台数制御装置８では、蒸気圧力検出装置１０での蒸気圧力が高い場合には通常ガスボイラ７の運転台数を少なく設定し、蒸気圧力が低くなると通常ガスボイラの運転台数を多く設定する。オフガスボイラ１は通常ガスボイラ７の運転とは全く無関係に運転するが、オフガスボイラ１で発生した蒸気はスチームヘッダ６へ供給するようにしているため、通常ガスボイラ７ではオフガスボイラ１による蒸気供給では不足する分だけ燃焼を行う。オフガスボイラ１の燃焼台数が多くなれば通常ガスボイラ７の燃焼台数は少なくなり、オフガスボイラの燃焼台数が少なくなれば通常ガスボイラ７の燃焼台数が多くなる。

１オフガスボイラ
２オフガスボイラ台数制御装置
３オフガス供給路
４一次圧力調節弁
５二次圧力調節弁
６スチームヘッダ
７通常ガスボイラ
８通常ガスボイラ台数制御装置
９オフガス圧力検出装置
１０蒸気圧力検出装置
１１可燃性ガス発生装置

Claims

可燃性のオフガスを発生する可燃性ガス発生装置と、オフガスを燃焼するオフガスボイラの間をオフガス供給路によって接続しており、可燃性ガス発生装置で発生したオフガスをオフガスボイラで燃焼するようにしているオフガス燃焼ボイラシステムにおいて、オフガス供給路に供給オフガスの圧力を調節する一次圧力調節弁と、一次圧力調節弁よりも下流側部分に一次圧力調節弁よりも低い圧力に調節するニ次圧力調節弁を設け、一次圧力調節弁とニ次圧力調節弁の間におけるオフガスの圧力を検出するオフガス圧力検出装置を設けておき、オフガス圧力検出装置で検出したオフガス圧力に基づき、オフガスボイラの燃焼量を制御することを特徴とするオフガス燃焼ボイラシステム。
請求項１に記載のオフガス燃焼ボイラシステムにおいて、オフガスボイラの燃焼量制御は、オフガス圧力検出装置で検出したオフガス圧力が高い場合には燃焼量を多くし、オフガス圧力が低い場合には燃焼量を少なくするものであり、オフガスボイラが発生する蒸気圧力値とは無関係に燃焼量を制御するものであることを特徴とするオフガス燃焼ボイラシステム。