JP6593024B2 - ボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳細には、水素ガス及び他の燃料ガスを燃料ガスとして用いる複数の貫流ボイラを有するボイラ群を備えるボイラシステムに関する。

従来、燃料ガスを燃焼させて蒸気を生成する貫流ボイラと、この貫流ボイラに燃料ガスを供給する燃料供給装置と、を備えるボイラシステムが知られている。このようなボイラシステムでは、燃料として、燃料供給業者から供給される燃料ガス（例えば、１３ＡやＬＰＧ）が用いられる。
ところで、ボイラシステムが設置されるプラント等では、プラントの運転に伴い副生ガスとして水素ガスが発生する場合がある。そこで、プラントにおいて発生した水素ガスを燃料の一部として用いるボイラシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１７８０４０号公報

ここで、副生ガスとして発生する水素ガスの量は、プラントの運転状態によって変動する。そのため、発生する水素ガスの量、つまり水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的に運転させられ、かつ、水素ガスを好適に消費させられるボイラシステムが求められている。

従って、本発明は、水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的に運転させられ、かつ、好適に水素ガスを消費させられるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、複数の貫流ボイラからなるボイラ群と、複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、水素ガスを貯留する水素ホルダと、前記水素ホルダの内部の圧力を検出する水素圧力検出部と、前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記制御部は、前記水素圧力検出部により検出された圧力に基いて水素ガスを供給する前記貫流ボイラの台数を決定する水素供給制御部を備えるボイラシステムに関する。

また、ボイラシステムは、前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記貫流ボイラそれぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁を更に備え、前記制御部は、前記水素供給制御部により決定された台数の前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁を開放する水素ガス弁制御部を更に備えることが好ましい。

また、ボイラシステムは、前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記水素ガス供給弁それぞれの上流側に配置される複数の水素ガス放出弁を更に備え、前記制御部は、複数の前記貫流ボイラの燃焼状態を取得する燃焼状態取得部と、前記水素供給制御部により決定された水素ガスを供給する前記貫流ボイラの台数が前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラの台数よりも多い第１状態を検出する第１状態検出部と、を更に備え、前記水素ガス弁制御部は、前記第１状態が検出された場合に、燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁を開放し、燃焼状態にない前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス放出弁を開放することが好ましい。

また、本発明は、複数の貫流ボイラからなるボイラ群と、複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、水素ガスを貯留する水素ホルダと、前記水素ホルダの内部の圧力を検出する水素圧力検出部と、前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記制御部は、前記水素圧力検出部により検出される圧力が予め設定された目標圧力となるように前記ボイラ群に供給する水素ガス量を制御する水素供給制御部を備えるボイラシステムに関する。

また、ボイラシステムは、前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記貫流ボイラそれぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁を更に備え、前記制御部は、複数の前記貫流ボイラの燃焼状態を取得する燃焼状態取得部を更に備え、前記水素供給制御部は、前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁の開度を制御することが好ましい。

また、ボイラシステムは、前記水素ホルダに貯留された水素ガスを放出する水素ガス放出弁を更に備え、前記水素供給制御部は、前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁の開度、及び前記水素ガス放出弁の開度を制御することが好ましい。

また、本発明は、複数の貫流ボイラからなるボイラ群と、複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、前記水素ガス供給ラインを流通する水素ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部により検出された水素ガスの流量に基いて水素ガスを供給する前記貫流ボイラの台数を決定する水素供給制御部と、を備えるボイラシステムに関する。

本発明のボイラシステムによれば、水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的に運転させられ、かつ、好適に水素ガスを消費させられる。

本発明の第１実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。 第１実施形態に係るボイラシステムにおけるガスホルダの内部の水素ガスの圧力と水素ガスを供給する貫流ボイラの台数との関係を示す図である。 第１実施形態に係るボイラシステムにおける制御部の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態の制御部の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。 第２実施形態に係るボイラシステムにおける制御部の構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態の制御部の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明のボイラシステムは、複数種類の燃料ガスを混合して燃焼させることが可能なボイラシステムであり、特に、プラント設備等において副生ガスとして発生した水素ガス、及び１３Ａガス等の第１燃料ガスを使用可能なボイラシステムである。
第１実施形態のボイラシステム１は、図１に示すように、複数（４台）の貫流ボイラ２０を含むボイラ群２と、第１燃料ガス供給ラインＬ１と、水素ガス供給ラインＬ２と、水素ホルダ３０と、蒸気ヘッダ４０と、蒸気集合ラインＬ３と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する台数制御装置５０と、を備える。

ボイラ群２は、複数の貫流ボイラ２０から構成され、蒸気使用設備６０に供給する蒸気を生成する。貫流ボイラ２０は、燃料ガスを燃焼させて蒸気を生成する。第１実施形態では、貫流ボイラ２０は、第１燃料ガス及び水素ガスの混合ガスを燃料ガスとして燃焼可能、かつ、第１燃料ガスのみを燃料ガスとして燃焼可能な混焼燃焼及び専焼燃焼が可能なボイラにより構成される。

尚、貫流ボイラ２０は、複数の段階的な燃焼位置を有する段階値制御ボイラ、又は連続制御ボイラにより構成することができる。段階値制御ボイラとは、燃焼を選択的にオン／オフしたり、高燃焼、中燃焼、低燃焼等に燃焼位置を設定したりすること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。
また、連続制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態（例えば、最大燃焼率の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。連続制御ボイラは、例えば、燃料をバーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給するバルブの開度を制御することにより、燃焼量を調整するようになっている。

第１燃料ガス供給ラインＬ１は、複数の貫流ボイラ２０それぞれに第１燃料ガスを供給する。第１燃料ガスとしては、燃料供給業者から安定的に供給される１３ＡやＬＰＧ等の炭化水素ガスが好適に用いられる。

第１燃料ガス供給ラインＬ１は、第１燃料本ラインＬ１１と、複数の第１燃料分岐ラインＬ１２と、を備える。第１燃料本ラインＬ１１の上流側は、第１燃料ガス供給源（図示せず）に接続される。複数の第１燃料分岐ラインＬ１２の上流側は、第１燃料本ラインＬ１１に接続される。複数の第１燃料分岐ラインＬ１２の下流側は、それぞれ、複数の貫流ボイラ２０に接続される。
複数の第１燃料分岐ラインＬ１２には、それぞれ、第１燃料ガス供給弁６１が配置される。第１燃料ガス供給弁６１は、例えば、モータバルブにより構成され、第１燃料分岐ラインＬ１２の流路を開閉又は開度調整することで、第１燃料分岐ラインＬ１２を流通する第１燃料ガスの流量を調整する。

水素ガス供給ラインＬ２は、複数の貫流ボイラ２０それぞれに水素ガスを供給する。水素ガス供給ラインＬ２は、水素ガス本ラインＬ２１と、複数の水素ガス分岐ラインＬ２２と、を備える。水素ガス本ラインＬ２１の上流側は、水素ホルダ３０に接続される。複数の水素ガス分岐ラインＬ２２の上流側は、水素ガス本ラインＬ２１に接続される。複数の水素ガス分岐ラインＬ２２の下流側は、それぞれ、複数の貫流ボイラ２０に接続される。
複数の水素ガス分岐ラインＬ２２には、それぞれ、水素ガス供給弁６２及び水素ガス放出弁６３が配置される。

水素ガス供給弁６２は、例えば、モータバルブにより構成され、水素ガス分岐ラインＬ２２の流路を開閉又は開度調整することで、水素ガス分岐ラインＬ２２を流通する水素ガスの流量を調整する。
水素ガス放出弁６３は、水素ガス分岐ラインＬ２２における水素ガス供給弁６２よりも上流側に配置される。水素ガス放出弁６３は、例えば、電磁弁により構成され、水素ガス分岐ラインＬ２２から外部への水素ガスの放出路を開閉する。

水素ホルダ３０は、プラント設備において副生ガスとして発生した水素ガスを貯留する。水素ホルダ３０には、水素圧力検出部としての水素圧センサ３１が配置される。水素圧センサ３１は、水素ホルダ３０に貯留された水素ガスの圧力を検出し、検出した水素ガスの圧力に係る信号（水素圧力信号）を、後述の台数制御装置５０に送信する。

蒸気ヘッダ４０は、複数の貫流ボイラ２０において生成された蒸気を集合させる。蒸気ヘッダ４０は、ボイラ群２で生成された蒸気を集合させて貯留することにより、複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整する。そして、圧力が調整された蒸気を、蒸気供給ラインＬ４を介して蒸気使用設備６０に供給する。
蒸気ヘッダ４０には、蒸気圧センサ４１が配置される。蒸気圧センサ４１は、蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧（ボイラ群２で発生した蒸気の圧力）を検出し、検出した蒸気圧に係る信号（蒸気圧信号）を、台数制御装置５０に送信する。

蒸気集合ラインＬ３は、複数の貫流ボイラ２０と蒸気ヘッダ４０とを接続し、複数の貫流ボイラ２０において生成された蒸気を集合させて蒸気ヘッダ４０に供給する。

台数制御装置５０は、蒸気圧センサ４１により検出される蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧に基づいて、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御する。
また、台数制御装置５０は、水素圧センサ３１により検出される水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力に基いて、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する。台数制御装置５０の詳細については、後述する。

以上のボイラシステム１は、ボイラ群２で発生させた蒸気を、蒸気ヘッダ４０を介して、蒸気使用設備６０に供給可能とされている。
ボイラシステム１において要求される負荷（要求負荷）は、蒸気使用設備６０における蒸気消費量である。台数制御装置５０は、この蒸気消費量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧の変動を、蒸気圧センサ４１が検出する蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧（物理量）に基づいて算出し、ボイラ群２を構成する複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御する。

具体的には、蒸気使用設備６０の需要の増大により要求負荷（蒸気消費量）が増加し、蒸気ヘッダ４０に供給される蒸気量が不足すれば、蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧が減少することになる。一方、蒸気使用設備６０の需要の低下により要求負荷（蒸気消費量）が減少し、蒸気ヘッダ４０に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ４０の内部の蒸気圧が増加することになる。従って、ボイラシステム１は、蒸気圧センサ４１により検出された蒸気圧の変動に基づいて、要求負荷の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム１は、蒸気ヘッダ４０の蒸気圧に基づいて、蒸気使用設備６０の消費蒸気量（要求負荷）に応じて必要とされる蒸気量である必要蒸気量を算出し、この算出された必要蒸気量に基いて、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態（燃焼させる貫流ボイラ２０の台数及び燃焼させる貫流ボイラ２０の燃焼量）を決定する。

次に、本実施形態のボイラシステム１による複数の貫流ボイラ２０への燃料ガスの供給制御の詳細について説明する。
台数制御装置５０は、蒸気圧センサ４１からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を算出する。そして、台数制御装置５０は、算出された複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態に応じて、第１燃料ガス供給弁６１及び水素ガス供給弁６２の開閉又は開度を制御することで、それぞれの貫流ボイラ２０への燃料ガス（水素ガス及び第１燃料ガス）の供給量を調整し、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御している。

また、台数制御装置５０は、水素圧センサ３１により検出される水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定し、水素ガス供給弁６２及び水素ガス放出弁６３の開閉又は開度を制御することで、副生ガスとして発生した水素ガスの供給量が変動した場合であっても、ボイラシステム１を安定的に運転させ、かつ、水素ガスを好適に消費させている。

以上の機能を実現するために、台数制御装置５０は、記憶部５１と、制御部５２と、を備える。
記憶部５１は、台数制御装置５０（制御部５２）の制御により複数の貫流ボイラ２０に対して行われた指示の内容や、複数の貫流ボイラ２０から受信した燃焼状態等の情報、複数の貫流ボイラ２０の燃焼パターンの設定条件等の情報、複数の貫流ボイラ２０の優先順位の設定の情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報、水素圧センサ３１から受信した水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力の情報等を記憶する。

また、第１実施形態では、記憶部５１は、水素圧センサ３１で検出される水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力値と水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数とを対応付けて記憶する。例えば、記憶部５１は、図２に示すように、水素ガスの圧力がＰ１以上の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を４台とし、圧力がＰ１未満Ｐ２以上の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を３台とし、圧力がＰ２未満Ｐ３以上の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を２台とし、圧力がＰ３未満Ｐ４以上の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を１台とし、そして圧力がＰ４未満の場合には水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を０台とするように対応付けられたテーブルを記憶する。

図３に示すように、制御部５２は、水素供給制御部５２１と、燃焼状態取得部５２２と、第１状態検出部５２３と、水素ガス弁制御部５２４と、を備える。

水素供給制御部５２１は、水素圧センサ３１により検出された水素ホルダ３０の内部の圧力に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する。即ち、水素供給制御部５２１は、水素圧センサ３１により検出された水素ガスの圧力値に対応して記憶部５１に記憶された貫流ボイラ２０の台数を抽出し、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する。より詳細には、水素供給制御部５２１は、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定すると共に、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を優先順位の高い順に選択する。

燃焼状態取得部５２２は、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を取得する。即ち、燃焼状態取得部５２２は、燃焼状態にある貫流ボイラ２０（即ち、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０）の台数に関する情報及びそれぞれの貫流ボイラ２０の燃焼量（燃焼率又は燃焼位置）に関する情報を取得する。

第１状態検出部５２３は、水素供給制御部５２１により決定された水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数が、燃焼状態取得部５２２により取得された燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数よりも多い第１状態を検出する。

水素ガス弁制御部５２４は、水素供給制御部５２１により決定された台数の貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する。より具体的には、水素ガス弁制御部５２４は、水素供給制御部５２１により水素ガスを供給する貫流ボイラ２０として選択された貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する。

第１実施形態では、水素ガス弁制御部５２４は、第１状態検出部５２３により第１状態が検出されない場合、即ち、水素供給制御部５２１により決定された水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数が燃焼状態取得部５２２により取得された燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数以下の場合には、水素供給制御部５２１により決定された台数の貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する。

そして、水素ガス弁制御部５２４は、第１状態検出部５２３により第１状態が検出された場合には、水素ガスを供給すると決定された貫流ボイラ２０のうち、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス放出弁６３を閉止して水素ガス供給弁６２を開放し、燃焼指示が出されていない貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を閉止して水素ガス放出弁６３を開放する。これにより、燃焼状態にない貫流ボイラ２０に水素ガスが供給されてしまうことを防げる。

次に、第１実施形態のボイラシステム１における水素ガスの供給制御の流れについて、図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態の制御部５２の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳＴ１において、台数制御装置５０は、蒸気圧センサ４１からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を算出し、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御する。そして、処理をステップＳＴ２に移す。

ステップＳＴ２において、水素供給制御部５２１は、水素圧センサ３１により検出された水素ガスの圧力値を取得し、取得した水素ガスの圧力値に対応して記憶部５１に記憶された貫流ボイラ２０の台数を抽出し、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する。また、優先順位に基いて、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０を選択する。そして、処理をステップＳＴ３に移す。

ステップＳＴ３において、燃焼状態取得部５２２は、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数に関する情報及びそれぞれの貫流ボイラ２０の燃焼量（燃焼率又は燃焼位置）に関する情報を取得する。そして、処理をステップＳＴ４に移す。

ステップＳＴ４において、制御部５２は、第１状態検出部５２３により、水素供給制御部５２１により決定された水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数が、燃焼状態取得部５２２により取得された燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数よりも多い第１状態が検出されたかを判定する。この判定において、第１状態が検出されたと判定した場合（ＹＥＳ）には、処理をステップＳＴ５に移す。この判定において、第１状態が検出されていないと判定した場合（ＮＯ）には、処理をステップＳＴ６に移す。

ステップＳＴ５において、水素ガス弁制御部５２４は、水素供給制御部５２１により水素ガスを供給すると決定された貫流ボイラ２０のうち、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス放出弁６３を閉止して水素ガス供給弁６２を開放し、燃焼指示が出されていない貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を閉止して水素ガス放出弁６３を開放する。そして、処理を終了する。

ステップＳＴ６において、水素ガス弁制御部５２４は、水素供給制御部５２１により決定された台数の貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する。より具体的には、水素ガス弁制御部５２４は、水素供給制御部５２１により水素ガスを供給すると決定された貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する。この場合、水素ガス弁制御部５２４は、すべての貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス放出弁６３を閉止する。そして、処理を終了する。

以上説明した第１実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラシステム１を、複数の貫流ボイラ２０を有するボイラ群２と、複数の貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインＬ１と、複数の貫流ボイラ２０それぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインＬ２と、水素ホルダ３０と、水素圧センサ３１と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部５２と、を含んで構成した。そして、制御部５２を、水素圧センサ３１により検出された圧力に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する水素供給制御部５２１を含んで構成した。これにより、水素ガスの発生量が多く水素ホルダ３０の内部の圧力が高い場合には、水素ガスを供給して水素ガス及び第１燃料ガスの混合燃料を燃焼させる貫流ボイラ２０の台数を増加させられ、水素ガスの発生量が少なく水素ホルダ３０の内部の圧力が低い場合には、水素ガスを供給して水素ガス及び第１燃料ガスの混合燃料を燃焼させる貫流ボイラ２０の台数を減少させられる。よって、ボイラシステム１を、複数の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２を含み、水素供給制御部５２１に、水素圧センサ３１により検出された圧力に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定させることで、水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的にボイラシステム１を運転させられ、かつ、好適に水素ガスを消費させられる。

（２）ボイラシステム１を、水素ガス供給ラインＬ２における複数の貫流ボイラ２０それぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁６２を含んで構成し、制御部５２を、水素供給制御部５２１により決定された台数の貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放する水素ガス弁制御部５２４を含んで構成した。これにより、水素供給制御部５２１により水素ガスを供給すると決定された貫流ボイラ２０に好適に水素ガスを供給できる。

（３）ボイラシステム１を、水素ガス供給ラインＬ２における複数の水素ガス供給弁６２それぞれの上流側に配置される複数の水素ガス放出弁６３を含んで構成し、制御部５２を、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を取得する燃焼状態取得部５２２と、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数が燃焼状態にある貫流ボイラ２０の台数よりも多い第１状態を検出する第１状態検出部５２３と、含んで構成した。そして、水素ガス弁制御部５２４に、第１状態が検出された場合に、燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２を開放し、燃焼状態にない貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス放出弁６３を開放させた。これにより、第１状態検出部５２３により第１状態が検出された場合に、水素供給制御部５２１により水素ガスを供給すると決定された貫流ボイラ２０のうち、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０に水素ガスを供給でき、燃焼指示が出されていない貫流ボイラ２０に水素ガスが供給されてしまうことを防げる。よって、ボイラシステム１の安全性を向上させられる。

次に、本発明の第２実施形態に係るボイラシステム１Ａについて、図５〜図７を参照しながら説明する。第２実施形態のボイラシステム１Ａは、主として、水素ガス放出弁６３Ａの配置及び制御部５２Ａの構成において、第１実施形態と異なる。尚、第２実施形態以降の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

図５に示すように、第２実施形態のボイラシステム１Ａでは、水素ガス放出弁６３Ａは、水素ホルダ３０に配置されており、水素ガス供給ラインＬ２（水素ガス分岐ラインＬ２２）には配置されていない。
第２実施形態における制御部５２Ａは、図６に示すように、燃焼状態取得部５２２Ａと、水素供給制御部５２１Ａと、を備える。

燃焼状態取得部５２２Ａは、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を取得する。即ち、燃焼状態取得部５２２Ａは、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数に関する情報及びそれぞれの貫流ボイラ２０の燃焼量（燃焼率又は燃焼位置）に関する情報を取得する。

水素供給制御部５２１Ａは、水素圧センサ３１により検出される圧力が予め設定された目標圧力となるようにボイラ群２に供給する水素ガス量を制御する。
第２実施形態では、記憶部５１Ａは、水素ホルダ３０の内部における水素ガスの目標圧力を記憶している。そして、水素供給制御部５２１Ａは、検出された水素ガスの圧力値と記憶部５１Ａに設定された目標圧力との偏差に対して、所定のＰＩアルゴリズム又はＰＩＤアルゴリズムに基づくフィードバック制御を行うことで、水素ガスの圧力値が目標圧力となるために必要な水素ガスのボイラ群２への供給量（必要出力水素量）を算出する。
そして、水素供給制御部５２１Ａは、必要出力水素量で水素ガスがボイラ群２に供給されるように水素ガス供給弁６２の開閉又は開度を制御する。

より具体的には、水素供給制御部５２１Ａは、燃焼状態取得部５２２Ａにより取得された燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２の開度を制御することで、ボイラ群２に供給する水素ガス量を制御する。即ち、例えば、燃焼状態取得部５２２Ａにより、３台の貫流ボイラ２０が燃焼状態にあることが取得された場合、水素供給制御部５２１Ａは、これら３台の貫流ボイラ２０に対応した配置された水素ガス供給弁６２を所定の開度で開放することで、必要出力水素量の水素ガスを貫流ボイラ２０に供給する。

また、水素供給制御部５２１Ａは、燃焼状態にある貫流ボイラ２０への水素ガスの供給だけでは水素ホルダ３０から出力される水素量（出力水素量）が必要出力水素量に到達しない場合、又は燃焼状態にある貫流ボイラ２０がない場合には、水素ガス放出弁６３Ａの開度を制御することで、水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力が目標圧力となるように制御する。

次に、第２実施形態のボイラシステム１Ａにおける水素ガスの供給制御の流れについて、図７を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態の制御部５２Ａの処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳＴ１１において、台数制御装置５０は、蒸気圧センサ４１からの蒸気圧信号に基づいて、要求負荷に応じたボイラ群２の必要燃焼量、及び必要燃焼量に対応する複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を算出し、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を制御する。そして、処理をステップＳＴ１２に移す。

ステップＳＴ１２において、燃焼状態取得部５２２Ａは、燃焼指示が出されている貫流ボイラ２０の台数に関する情報及びそれぞれの貫流ボイラ２０の燃焼量（燃焼率又は燃焼位置）に関する情報を取得する。そして、処理をステップＳＴ１３に移す。

ステップＳＴ１３において、水素供給制御部５２１Ａは、水素圧センサ３１により検出された水素ガスの圧力値と記憶部５１Ａに設定された目標圧力との偏差に基づいて、水素ガスの圧力値が目標圧力となるために必要な水素ガスのボイラ群２への供給量である必要出力水素量を算出する。そして、処理をステップＳＴ１４に移す。

ステップＳＴ１４において、制御部５２Ａは、燃焼状態にある貫流ボイラ２０があるかを判定する。この判定において、燃焼状態にある貫流ボイラ２０があると判定した場合（ＹＥＳ）には、処理をステップＳＴ１５に移す。この判定において、燃焼状態にある貫流ボイラ２０がないと判定した場合（ＮＯ）には、処理をステップＳＴ１７に移す。

ステップＳＴ１５において、水素供給制御部５２１Ａは、必要出力水素量で水素ガスをボイラ群２に供給するように、燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２の開度を制御する。そして、処理をステップＳＴ１６に移す。

ステップＳＴ１６において、制御部５２Ａは、ボイラ群２に供給される水素ガスの量（出力水素量）が必要出力水素量に到達しているかを判定する。この判定において、出力水素量が必要出力水素量に到達していると判定した場合（ＹＥＳ）には、処理を終了する。この判定において、出力水素量が必要出力水素量に到達していないと判定した場合（ＮＯ）には、処理をステップＳＴ１７に移す。

ステップＳＴ１７において、水素供給制御部５２１Ａは、必要出力水素量で水素ガスが出力されるように、水素ガス放出弁６３Ａの開度を制御する。そして、処理を終了する。

以上説明した第２実施形態のボイラシステム１Ａによれば、以下のような効果を奏する。

（４）ボイラシステム１Ａを、複数の貫流ボイラ２０を有するボイラ群２と、複数の貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインＬ１と、複数の貫流ボイラ２０それぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインＬ２と、水素ホルダ３０と、水素圧センサ３１と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部５２Ａと、を含んで構成した。そして、制御部５２Ａを、水素圧センサ３１により検出される圧力が予め設定された目標圧力となるようにボイラ群２に供給する水素ガス量を制御する水素供給制御部５２１Ａを含んで構成した。これにより、水素ガスの発生量が多く水素ホルダ３０の内部の圧力が高い場合には、ボイラ群２に供給する水素ガス量（出力水素量）を多く制御でき、水素ガスの発生量が少なく水素ホルダ３０の内部の圧力が低い場合には、出力水素量を少なく制御できる。よって、ボイラシステム１を、複数の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２を含み、水素供給制御部５２１Ａに、水素圧センサ３１により検出される圧力が予め設定された目標圧力となるようにボイラ群２に供給する水素ガス量を制御させることで、水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的にボイラシステム１Ａを運転させられ、かつ、好適に水素ガスを消費させられる。

（５）ボイラシステム１Ａを、水素ガス供給ラインＬ２における複数の貫流ボイラ２０それぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁６２を含んで構成し、制御部５２Ａを、複数の貫流ボイラ２０の燃焼状態を取得する燃焼状態取得部５２２Ａを含んで構成した。そして、水素供給制御部５２１Ａに、燃焼状態取得部５２２Ａにより取得された燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２の開度を制御させた。これにより、燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対して好適に水素ガスを供給できる。

（６）ボイラシステム１Ａを、水素ホルダ３０に貯留された水素ガスを放出する水素ガス放出弁６３Ａを含んで構成し、水素供給制御部５２１Ａに、燃焼状態取得部５２２Ａにより取得された燃焼状態にある貫流ボイラ２０に対応して配置された水素ガス供給弁６２Ａの開度、及び水素ガス放出弁６３Ａの開度を制御させた。これにより、燃焼している貫流ボイラ２０への水素ガスの供給だけでは出力される水素量（出力水素量）が必要出力水素量に到達しない場合、又は燃焼している貫流ボイラ２０がない場合には、水素ガス放出弁６３Ａの開度を制御することで、水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力が過剰に高くなってしまうことを防げる。よって、ボイラシステム１Ａの安全性をより向上させられる。

次に、本発明の第３実施形態に係るボイラシステム１Ｂについて、図８を参照しながら説明する。第３実施形態のボイラシステム１Ｂは、水素ホルダを備えない点で、第１実施形態と異なる。

第３実施形態では、水素ガス供給ラインＬ２（水素ガス本ラインＬ２１）の上流側は、プラント設備における副生水素ガス供給源（図示せず）に接続される。そして、水素ガス本ラインＬ２１には、流量検出部としての流量計６４が配置される。流量計６４は、水素ガス供給ラインＬ２（水素ガス本ラインＬ２１）を流通する水素ガスの流量を検出する。

また、第３実施形態では、制御部５２Ｂは、第１実施形態と同様に、水素供給制御部５２１と、燃焼状態取得部５２２と、第１状態検出部５２３と、水素ガス弁制御部５２４と、を含んで構成される（図３参照）。
第３実施形態においては、水素供給制御部５２１は、第１実施形態と異なり、流量計６４により検出された水素ガスの流量に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する。
燃焼状態取得部５２２、第１状態検出部５２３、及び水素ガス弁制御部５２４については、第１実施形態と同様の機能を有する。

即ち、第３実施径形態のボイラシステム１Ｂは、水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を、水素ホルダ３０の内部の水素ガスの圧力ではなく、水素ガス供給ラインＬ２を流通する水素ガスの流量に基いて決定する他は、第１実施形態のボイラシステム１と同様の制御を行う。

第３実施形態のボイラシステム１Ｂによれば、上述の（２）及び（３）の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。

（７）ボイラシステム１Ｂを、複数の貫流ボイラ２０を有するボイラ群２と、複数の貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインＬ１と、複数の貫流ボイラ２０それぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインＬ２と、水素ガス供給ラインＬ２を流通する水素ガスの流量を検出する流量計６４と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部５２Ｂと、を含んで構成した。そして、制御部５２Ｂを、流量計６４により検出された水素ガスの流量に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定する水素供給制御部５２１を含んで構成した。これにより、水素ガスの発生量が多く水素ガス供給ラインＬ２を流通する水素ガスの流量が多い場合には、水素ガスを供給して水素ガス及び第１燃料ガスの混合燃料を燃焼させる貫流ボイラ２０の台数を増加させられ、水素ガスの発生量が少なく水素ガス供給ラインＬ２を流通する水素ガスの流量が少ない場合には、水素ガスを供給して水素ガス及び第１燃料ガスの混合燃料を燃焼させる貫流ボイラ２０の台数を減少させられる。よって、ボイラシステム１Ｂを、複数の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２を含み、水素供給制御部５２１に、流量計６４により検出された水素ガスの流量に基いて水素ガスを供給する貫流ボイラ２０の台数を決定させることで、水素ガスの供給量が変動した場合であっても、安定的にボイラシステム１Ｂを運転させられ、かつ、好適に水素ガスを消費させられる。

以上、本発明のボイラシステムの好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第１実施形態〜第３実施形態では、本発明を、４台の貫流ボイラ２０からなるボイラ群２を備えるボイラシステム１に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、５台以上の貫流ボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよく、また、３台以下の貫流ボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ 貫流ボイラ
３０ 水素ホルダ
３１ 水素圧センサ（水素圧力検出部）
５２，５２Ａ，５２Ｂ 制御部
６２，６２Ａ 水素ガス供給弁
６３，６３Ａ 水素ガス放出弁
６４ 流量計（流量検出部）
５２１，５２１Ａ 水素供給制御部
５２２，５２２Ａ 燃焼状態取得部
５２３ 第１状態検出部
５２４ 水素ガス弁制御部

Claims (7)

1. 複数の貫流ボイラであって、第１燃料ガス及び水素ガスの混合ガスを燃料ガスとして燃焼可能、かつ、第１燃料ガスのみを燃料ガスとして燃焼可能な混焼燃焼及び専焼燃焼が可能な貫流ボイラからなるボイラ群と、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、
   水素ガスを貯留する水素ホルダと、
   前記水素ホルダの内部の圧力を検出する水素圧力検出部と、
   前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記制御部は、
   前記水素圧力検出部により検出された圧力に基いて水素ガスを供給して第１燃料ガス及び水素ガスの混合ガスを燃料ガスとする前記貫流ボイラの台数を零から全台数の範囲で決定する水素供給制御部を備えるボイラシステム。
2. 前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記貫流ボイラそれぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁を更に備え、
   前記制御部は、
   前記水素供給制御部により決定された台数の前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁を開放する水素ガス弁制御部を更に備える請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記水素ガス供給弁それぞれの上流側に配置される複数の水素ガス放出弁を更に備え、
   前記制御部は、
   複数の前記貫流ボイラの燃焼状態を取得する燃焼状態取得部と、
   前記水素供給制御部により決定された水素ガスを供給する前記貫流ボイラの台数が前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラの台数よりも多い第１状態を検出する第１状態検出部と、を更に備え、
   前記水素ガス弁制御部は、前記第１状態が検出された場合に、燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁を開放し、燃焼状態にない前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス放出弁を開放する請求項２に記載のボイラシステム。
4. 複数の貫流ボイラであって、第１燃料ガス及び水素ガスの混合ガスを燃料ガスとして燃焼可能、かつ、第１燃料ガスのみを燃料ガスとして燃焼可能な混焼燃焼及び専焼燃焼が可能な貫流ボイラからなるボイラ群と、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、
   水素ガスを貯留する水素ホルダと、
   前記水素ホルダの内部の圧力を検出する水素圧力検出部と、
   前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記制御部は、
   前記水素圧力検出部により検出される圧力が予め設定された目標圧力となるように前記ボイラ群の第１燃料ガス及び水素ガスの混合ガスを燃料ガスとして燃焼状態にあるボイラに供給する水素ガス量を制御する水素供給制御部を備えるボイラシステム。
5. 前記水素ガス供給ラインにおける複数の前記貫流ボイラそれぞれの上流側に配置される複数の水素ガス供給弁を更に備え、
   前記制御部は、
   複数の前記貫流ボイラの燃焼状態を取得する燃焼状態取得部を更に備え、
   前記水素供給制御部は、前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁の開度を制御する請求項４に記載のボイラシステム。
6. 前記水素ホルダに貯留された水素ガスを放出する水素ガス放出弁を更に備え、
   前記水素供給制御部は、前記燃焼状態取得部により取得された燃焼状態にある前記貫流ボイラに対応して配置された前記水素ガス供給弁の開度、及び前記水素ガス放出弁の開度を制御する請求項５に記載のボイラシステム。
7. 複数の貫流ボイラからなるボイラ群と、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに第１燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給ラインと、
   複数の前記貫流ボイラそれぞれに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、
   前記水素ガス供給ラインを流通する水素ガスの流量を検出する流量検出部と、
   前記流量検出部により検出された水素ガスの流量に基いて水素ガスを供給する前記貫流ボイラの台数を決定する水素供給制御部と、を備えるボイラシステム。

Images