JP6065669B2 - ボイラシステム - Google Patents
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Description
ところで、ボイラシステムを配備したプラントによっては、プラントの運転に伴い水素ガスが発生してしまうことがあり、運用者によっては、発生した水素ガスをボイラの燃料として有効利用することを望む。
まず、図1を参照して、第1実施形態のボイラシステム1の全体構成について説明する。なお、以下の説明において「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
ボイラ3は、燃料供給部2から供給された燃料(混合燃料)に基づいて燃焼し、缶体内の水を加熱することで蒸気を発生させる蒸気ボイラである。ボイラ3は、図示しない負荷機器と接続され、発生した蒸気を負荷機器に対して供給する。
なお、燃料供給部2は、破損時における安全性や修理点検の容易さから屋外に設けられることが好ましい。
遮断弁211は、主燃料ライン21を開放又は閉止する。遮断弁211が開放することで主燃料ライン21に主燃料供給事業者100から主燃料が供給され、閉止することで主燃料供給事業者100から主燃料ライン21への主燃料の供給が停止する。また、遮断弁211は、閉止することで主燃料供給事業者100への燃料の逆流を防止する機能も有する。
圧力調整弁212は、主燃料ライン21を流れる主燃料の圧力を調整する。具体的には、圧力調整弁212は、水素ガスライン22内の圧力よりも高くなるように主燃料ライン21を流れる主燃料の圧力を調整する。
排出弁213は、主燃料ライン21内の燃料を排出する。なお、排出弁213は、主燃料ライン21上の遮断弁211よりも下流に設けられ、より好ましくは混合部23よりも下流に設けられる。
遮断弁221は、水素ガスライン22を開放又は閉止する。遮断弁221が開放することで水素ガス供給装置110から水素ガスライン22に水素ガスが供給され、閉止することで主燃料供給事業者100から水素ガスライン22への水素ガスの供給が停止する。また、遮断弁221は、閉止することで水素ガス供給装置110への水素ガスの逆流を防止する機能も有する。
圧力調整弁222は、水素ガスライン22を流れる水素ガスの圧力を調整する。具体的には、圧力調整弁222は、主燃料ライン21内の圧力よりも低くなるように水素ガスライン22を流れる水素ガスの圧力を調整する。
混合部23は、主燃料及び水素ガスを混合可能であればよく任意の構成により実現することができるが、本実施形態では混合部23をエゼクタにより構成することとしている。そのため、混合部23は、主燃料が通過するときに発生する負圧を利用して水素ガスライン22から水素ガスを吸引することで、主燃料と水素ガスとを混合する。
具体的には、制御装置4は、ボイラ3から発生した蒸気を貯留する図示しない蒸気ヘッダの内部の圧力に基づいてボイラ3の燃焼状態を制御する。即ち、蒸気ヘッダの内部の圧力が所定値よりも低いとより多くの蒸気を発生するようにボイラ3の燃焼状態を制御し、蒸気ヘッダの内部の圧力が所定値よりも高いとより少ない蒸気を発生するようにボイラ3の燃焼状態を制御する。
また、制御装置4は、ボイラ3が燃焼している状態では、遮断弁211及び遮断弁221を開放することで、ボイラ3に混合燃料を供給可能にし、また、排出弁213を閉止することで、主燃料ライン21から混合燃料が排出されることを防止する。一方、制御装置4は、ボイラ3の燃焼が停止している状態では、遮断弁211及び遮断弁221を閉止することで、ボイラ3に混合燃料が供給されないようにし、また、排出弁213を開放することで、主燃料ライン21に滞留する混合燃料を主燃料ライン21から排出する。
ボイラ3が燃焼している状態では、制御装置4は、遮断弁211及び遮断弁221を開放し、主燃料供給事業者100から主燃料ライン21に主燃料を供給させ、また、水素ガス供給装置110から水素ガスライン22に水素ガスを供給させる。供給された主燃料及び水素ガスは混合部23で混合され混合燃料となり、ボイラ3に供給される。この混合燃料は、ボイラ3のバーナー性能に応じて適切な比率で混合されるため、ボイラ3は混合燃料に基づいて安定的に燃焼することができ、水素ガスを有効的に利用できる。
これにより、ボイラ3の燃焼が停止したとしても主燃料ライン21内の混合燃料の圧力が上昇することはなく混合燃料が逆流等することがないため、水素ガスを混合した場合であっても安全にボイラシステム1を運用することができる。
ボイラシステム1では、プラント内で発生した水素ガスを有効利用することとしているが、このような水素ガスは常時安定的な供給が可能とは限らない。第2実施形態のボイラシステム1では、水素ガスの供給量に応じて主燃料の供給量を制御する点で第1実施形態のボイラシステム1と異なる。以下、第2実施形態に係るボイラシステム1について説明する。
図2に示すように、第2実施形態に係るボイラシステム1は、第1実施形態に加え、流量調整弁214と、流量検知部223と、を更に備える。
これにより、プラントでの水素ガスの発生量に応じて主燃料の流量が制御されるため、ボイラ3に供給する燃料の発熱量を調整することができ、ボイラ3を安定的に燃焼させることができる。
このような構成によれば、水素ガスの流量が規定値から所定範囲にある場合には、混合燃料の混合比率が通常とは異なることになるが、混合燃料の発熱量は予め把握可能であるため、ボイラ3が安定的に燃焼可能な範囲で上述の所定範囲を設定しておくことで、流量調整弁214の開度を調整することなくボイラ3を安定的に燃焼させることができる。一方、所定範囲を超えて水素ガスの流量が小さくなった場合には、主燃料の流量を減らすことでボイラ3に供給される燃料の発熱量を下げることができ、ボイラ3を安定的に燃焼させることができる。
2 燃料供給部
21 主燃料ライン
211 遮断弁
213 排出弁
22 水素ガスライン
23 混合部
3 ボイラ
4 制御装置
Claims (5)
- 燃焼可能なボイラと、前記ボイラに対して主燃料及び水素ガスを混合した混合燃料を供給する燃料供給部と、を備えるボイラシステムであって、
前記燃料供給部は、
前記ボイラと接続され、前記ボイラに対して前記主燃料を供給する主燃料ラインと、
前記主燃料ラインに設けられ、主燃料の供給元への逆流を防止する遮断弁と、
前記主燃料ラインの前記遮断弁よりも下流側に設けられ、前記主燃料及び前記水素ガスを所定の割合で混合する混合部と、
前記混合部と接続され、前記ボイラに対して前記水素ガスを供給する水素ガスラインと、
前記主燃料ラインの前記遮断弁よりも下流側に設けられ、前記主燃料ラインを流れる燃料を排出する排出弁と、
前記ボイラの燃焼が停止することを条件に、前記排出弁を開放する制御部と、
を備えるボイラシステム。 - 前記排出弁は前記混合部の下流に設けられる、請求項1に記載のボイラシステム。
- 前記混合部に供給される前記水素ガスの圧力は、前記混合部に供給される前記主燃料の圧力よりも低い、請求項1又は2に記載のボイラシステム。
- 前記燃料供給部は、
前記水素ガスラインを流れる前記水素ガスの流量を検知する流量検知部と、
前記主燃料ラインの前記混合部よりも上流側に設けられ、前記主燃料ラインを流れる前記主燃料の流量を調整する調整弁と、
を更に備え、
前記制御部は、前記流量検知部が検知した前記水素ガスの流量に基づいて、前記調整弁の開度を調整する、
請求項1〜3のいずれかに記載のボイラシステム。 - 前記制御部は、前記水素ガスの流量が規定値から所定範囲にある場合、前記調整弁の開度を一定とし、前記所定範囲を超えて前記規定値よりも小さくなると、前記調整弁の開度を小さくする、
請求項4に記載のボイラシステム。
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