JP7503595B2 - ガスバーナのパージ方法 - Google Patents

Description

本開示は、水素を含むガス燃料を火炉において燃焼するように構成されたガスバーナのパージ方法に関する。

近年、水素を含むガス燃料を燃焼するガスバーナが知られている。ガスバーナは、一端にガス燃料を火炉に流出する流出口が形成されているガス燃料ラインを含み、ガス燃料の燃焼によって発生した火炎が流出口を通ってガス燃料ライン内に逆流すること（逆火）を防止するように構成されている。例えば、特許文献１には、ガスバーナの運転を停止する際に、ガス燃料ラインにガス燃料を供給する燃料供給ラインに不活性ガスを注入することにより、ガス燃料ライン及び燃料供給ラインの両方からガス燃料をパージすることが開示されている。

特開２０１８－２００１６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ガスバーナ（ガス燃料ライン）又は燃料供給ライン内にガス燃料（水素）が僅かながらに残ってしまう虞がある。水素はメタンやプロパン等の他の成分に比べて燃焼速度が速いため、ガスバーナの運転を再開する際に逆火が発生する可能性がある。このため、ガスバーナの運転を停止する際には、ガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度をさらに低減することが望ましい。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、ガスバーナの運転を停止する際にガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度をさらに低減することができるガスバーナのパージ方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本開示に係るガスバーナのパージ方法は、水素を含むガス燃料を火炉において燃焼するように構成されたガスバーナのパージ方法であって、前記ガス燃料を前記ガスバーナに供給するための燃料供給ラインに対する前記ガス燃料の供給を停止し、且つ、前記燃料供給ラインに対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給ステップと、前記不活性ガスの供給によって前記ガスバーナから前記火炉に流出される流出燃料であって、前記燃料供給ラインに残存する前記ガス燃料である流出燃料を燃焼させる燃焼ステップと、前記流出燃料の燃焼によって発生する火炎の状態に基づいて、前記不活性ガスの供給を停止する不活性ガス供給停止ステップと、を備える。

本開示のガスバーナのパージ方法によれば、ガスバーナの運転を停止する際にガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度をさらに低減することができる。

第１実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る供給位置について説明するための図である。 第１実施形態に係るガスバーナのパージ方法のフローチャートである。 第１実施形態に係る燃焼設備において、図３とは別のガスバーナのパージ方法のフローチャートである。 第２実施形態に係る燃焼設備の構成を概略的に示す図である。 第２実施形態に係るガスバーナのパージ方法のフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態によるガスバーナのパージ方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１実施形態＞
（燃焼設備の構成）
図１は、第１実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。図１に例示するように、燃焼設備１は、火炉２と、水素を含むガス燃料Ｆを火炉２において燃焼するように構成されたガスバーナ３と、ガスバーナ３にガス燃料Ｆを供給するガス燃料供給部４と、ガスバーナ３に燃焼用空気Ａを供給する空気供給部６と、ガス燃料Ｆの燃焼によって発生する排ガスＧを燃焼設備１の外部に排出する排出部８と、制御装置１０と、を含む。このような燃焼設備１は、例えば、ボイラであって、排ガスＧから熱を回収することで蒸気を生成する。尚、燃焼設備１はボイラに限定されず、例えば、水素自動車の内燃機関や水素を燃料とするガスタービンであってもよい。

本開示において、「水素を含むガス燃料Ｆ」には、水素と水素以外の燃料を含むもの（混焼）と、水素のみ（専焼）とがあり、さらに、水素と水素以外の燃料を含むものでも、水素が主たる燃料（水素の体積割合が５０％以上）、水素以外の燃料が主たる燃料（水素の体積割合が５０％未満）に区分できる。「水素を含むガス燃料Ｆ」とは、これらの場合をすべて含む。

火炉２は、筒形状を有しており、内部にはガスバーナ３から流出されるガス燃料Ｆを燃焼するための燃焼空間１２が形成されている。第１実施形態では、図１に例示するように、火炉２には、ガス燃料Ｆの燃焼によって火炎が発生しているか否かを検出する火炎検出器１４が設けられている。火炎検出器１４は、例えば、火炎から放出される紫外線によって火炎の発生を検出する紫外線式火炎センサである。火炎検出器１４は、制御装置１０と電気的に接続されており、制御装置１０に検出値を送信している。制御装置１０は、火炎検出器１４の検出値に基づいて、火炎の状態を判定する。

第１実施形態では、図１に例示するように、ガスバーナ３は、ガス燃料Ｆが流通するガス燃料ライン１６と、燃焼用空気Ａが流通する空気ライン１８と、点火装置２０と、を含んでいる。ガス燃料ライン１６のガス燃料Ｆの流通方向の下流側の一端には、ガス燃料Ｆを燃焼空間１２に流出する燃料流出口２２が形成されている。空気ライン１８の燃焼用空気Ａの流通方向の下流側の一端には、燃焼用空気Ａを燃焼空間１２に流出する空気流出口２４が形成されている。このようなガスバーナ３は、いわゆる拡散燃焼式のガスバーナであって、ガス燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを燃焼空間１２で混合させつつ、ガス燃料Ｆを拡散させて燃焼する。尚、本開示は、ガスバーナ３を拡散燃焼式に限定するものではない。ガスバーナ３は、ガス燃料Ｆに燃焼用空気Ａを混合させてからこの混合気を燃焼空間１２に流出する予混合式のガスバーナであってもよい。

ガスバーナ３の点火装置２０は、燃料流出口２２から流出されるガス燃料Ｆを着火燃焼させ、火炎を発生させる。第１実施形態では、点火装置２０は、燃料の燃焼によって点火用火炎を形成する点火トーチ２１（２０）である。点火トーチ２１は、制御装置１０と電気的に接続されており、制御装置１０から送信される指示（点火指示）に従って点火用火炎を形成する。点火トーチ２１で燃焼される燃料は、特に限定されず、ガス燃料Ｆ以外の燃料であってもよく、例えば、軽油や重油のような油燃料である。尚、本開示は、点火装置２０を点火トーチ２１に限定するものではない。点火装置２０は、火花放電することでガス燃料Ｆを着火燃焼させる点火プラグであってもよい。

第１実施形態では、図１に例示するように、ガス燃料供給部４は、ガス燃料Ｆが貯留される燃料タンク２６と、燃料タンク２６とガスバーナ３のガス燃料ライン１６とを接続し、燃料タンク２６からガスバーナ３にガス燃料Ｆを供給するための燃料供給ライン２８と、不活性ガスＩＧが貯留される不活性ガスタンク３０と、不活性ガスタンク３０と燃料供給ライン２８とを接続し、不活性ガスタンク３０から燃料供給ライン２８に不活性ガスＩＧを供給するための不活性ガス供給ライン３１と、を含む。

不活性ガスＩＧは、燃焼反応が非常に起きにくいガスであって、例えば、窒素ガスである。幾つかの実施形態では、不活性ガスＩＧは、火炉２の排ガスＧを含む。この場合、ガス燃料Ｆは水素のみをガスバーナ３の燃料として含んでいる（専焼）。不活性ガスＩＧは、後述する熱交換器４６によって熱が回収された後の排ガスＧを含む。

燃料供給ライン２８は、ガス燃料Ｆが燃料供給ライン２８をガスバーナ３に向かって流通する流通方向（以下、流通方向Ｄとする）において、流通方向Ｄの上流側の上流端３７が燃料タンク２６に接続され、流通方向Ｄの下流側の下流端３９がガス燃料ライン１６に接続されている。

図１に例示するように、燃料供給ライン２８には、燃料弁３２、及び遮断弁３４が設けられている。燃料弁３２は遮断弁３４よりも燃料供給ライン２８の流通方向Ｄの上流側に設けられている。燃料弁３２及び遮断弁３４のそれぞれは、制御装置１０と電気的に接続されている電磁弁であり、制御装置１０から送信される指示（閉弁指示、又は開弁指示）に従って閉弁又は開弁される。

燃料弁３２は、ガス燃料Ｆの逆流を防止する逆止弁として構成されている。燃料弁３２は、燃料供給ライン２８に設けられる弁のうち流通方向Ｄの最も上流側に位置する。燃料弁３２は、燃料供給ライン２８の流通方向Ｄの上流側の上流側端部３６に設けられている。上流側端部３６は、燃料供給ライン２８の上流端３７を含み、且つ燃料供給ライン２８のうち燃料タンク２６に非常に近接している部分である。上流側端部３６には、流体が流通可能な流体ラインが接続されていない。つまり、上流側端部３６は、燃料タンク２６から供給されたガス燃料Ｆそのものが流通するようになっている。尚、本開示は、燃料弁３２を逆止弁に限定するものではない。

図１に例示する形態では、燃料供給ライン２８には、燃料供給ライン２８を流通するガス燃料Ｆの流量を調整する流量調整弁３８が設けられている。流量調整弁３８は、手動弁によって構成されており、作業員が開度を調整することで燃料供給ライン２８を流通するガス燃料Ｆや不活性ガスＩＧの流量が調整される。流量調整弁３８は、燃料弁３２よりも燃料供給ライン２８の流通方向Ｄの下流側、且つ遮断弁３４よりも燃料供給ライン２８の流通方向Ｄの上流側に設けられている。

不図示であるが、幾つかの実施形態では、燃料供給ライン２８には、２つの遮断弁３４、３４が設けられる。２つの遮断弁３４は、流通方向Ｄにおいて互いに近接して燃料供給ライン２８に設けられている。

第１実施形態では、図１に例示するように、不活性ガス供給ライン３１は、流量調整弁３８よりも燃料供給ライン２８の流通方向Ｄの上流側に接続されている。つまり、不活性ガスＩＧが供給される燃料供給ライン２８の供給位置Ｐは、流通方向Ｄにおいて燃料弁３２と遮断弁３４との間である。図２を参照して、第１実施形態に係る供給位置Ｐについて説明する。

図２は、第１実施形態に係る供給位置Ｐについて説明するための図である。図２に例示するように、燃料供給ライン２８の上流端３７を燃料供給ライン２８の長さＬに対する０％の位置とし、燃料供給ライン２８の下流端３９に向かうにつれて増加し、下流端３９を燃料供給ラインの長さＬに対する１００％の位置として定義する。供給位置Ｐは、燃料供給ライン２８の長さＬに対する０％より大きく５％以下の範囲内に含まれる。

図１に例示するように、不活性ガス供給ライン３１には、不活性ガス供給弁３３が設けられている。不活性ガス供給弁３３は、制御装置１０と電気的に接続されている電磁弁であり、制御装置１０から送信される指示（閉弁指示、又は開弁指示）に従って閉弁又は開弁される。不活性ガス供給弁３３が開弁している状態であると、不活性ガス供給ライン３１は燃料供給ライン２８の供給位置Ｐよりも気圧が高くなり、燃料供給ライン２８に不活性ガスＩＧが供給される。不活性ガス供給弁３３が閉弁している状態であると、燃料供給ライン２８に不活性ガスＩＧが供給されない。

第１実施形態では、図１に例示するように、空気供給部６は、燃焼用空気Ａが流通する空気供給ライン４０と、空気供給ライン４０に設けられ燃焼用空気Ａを火炉２に送風する送風機４２と、を含む。空気供給ライン４０は、一端が大気に開放されており、他端がガスバーナ３の空気ライン１８に接続されている。送風機４２は、例えば、燃焼用空気Ａを火炉２内に送り込む押込送風機である。空気供給ライン４０の一端から吸い込まれた空気は、燃焼用空気Ａとしてガスバーナ３に向かって流通する。

第１実施形態では、図１に例示するように、排出部８は、排ガスＧが流通する排ガスライン４４と、排ガスライン４４に設けられる熱交換器４６と、煙突４８と、を含む。排ガスライン４４は、一端が火炉２に接続され、他端が煙突４８に接続されている。火炉２から排出された排ガスＧは、排ガスライン４４を煙突４８に向かって流通する。熱交換器４６は、排ガスライン４４を流通する排ガスＧと熱交換器４６に供給される蒸気や給水との間で熱交換を行うことで、排ガスＧの熱を回収しており、例えば、節炭器である。煙突４８は、排ガスＧを燃焼設備１の外部に排出する。

制御装置１０は、電子制御装置などのコンピュータであって、図示しないＣＰＵやＧＰＵといったプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、及びＩ／Ｏインターフェイスなどを備える。制御装置１０は、メモリにロードされたプログラムの命令に従ってプロセッサが動作（演算等）することで、制御装置１０が備える各機能部を実現する。幾つかの実施形態では、制御装置１０は、クラウド環境に設けられたクラウドサーバである。

（ガスバーナのパージ方法）
図１に例示した第１実施形態に係る燃焼設備１において、ガスバーナ３の運転を停止する際に、ガスバーナ３のガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８からガス燃料Ｆをパージする方法について説明する。図３は、第１実施形態に係るガスバーナ３のパージ方法のフローチャートである。尚、ガスバーナ３を運転させている間、燃料弁３２、遮断弁３４、及び流量調整弁３８のそれぞれは開弁し、不活性ガス供給弁３３は閉弁している。

図３に例示するように、第１実施形態に係るガスバーナ３のパージ方法は、不活性ガス供給ステップＳ１と、燃焼ステップＳ２と、不活性ガス供給停止ステップＳ３と、を含む。

不活性ガス供給ステップＳ１では、燃料供給ライン２８に対するガス燃料Ｆの供給を停止する。また、不活性ガス供給ステップＳ１では、燃料供給ライン２８に対して不活性ガスＩＧを供給する。

第１実施形態では、制御装置１０は、後述する点火装置駆動ステップＳ４において点火トーチ２１が点火用火炎を形成していると、不活性ガス供給弁３３に開弁指示を送信する。不活性ガス供給弁３３の開弁によって、燃料弁３２（逆止弁）よりも燃料供給ライン２８の下流側を不活性ガスＩＧが流通するようになる。この不活性ガスＩＧの一部が燃料弁３２（逆止弁）に向かって流通し、燃料弁３２（逆止弁）の弁体に背圧が作用して、燃料弁３２を速やかに閉弁させる。この結果、燃料供給ライン２８へのガス燃料Ｆの供給が停止される。また、この不活性ガスＩＧの残りの大部分が燃焼空間１２に向かって流通し、燃料供給ライン２８の燃料弁３２よりも流通方向Ｄの下流側の部分及びガス燃料ライン１６に残存するガス燃料Ｆを、燃料流出口２２を介して燃焼空間１２に流出させる。

燃焼ステップＳ２では、不活性ガスＩＧの供給によってガス燃料ライン１６の燃料流出口２２から燃焼空間１２に流出される流出燃料ＦＡであって、燃料供給ライン２８及びガス燃料ライン１６の何れかに残存するガス燃料Ｆである流出燃料ＦＡを燃焼させる。第１実施形態では、図３に例示するように、ガスバーナ３のパージ方法は、不活性ガス供給ステップＳ１の前に、点火装置２０を駆動する点火装置駆動ステップＳ４をさらに含んでいる。そして、燃焼ステップＳ２は、点火装置２０の駆動によって流出燃料ＦＡを燃焼させる。より具体的に説明すると、点火装置駆動ステップＳ４では、制御装置１０は、例えば、作業員によってガスバーナ３の運転を停止する指示を受ける（ガスバーナ３のパージ方法が開始する）と、点火トーチ２１に点火指示を送信する。点火トーチ２１は、制御装置１０の点火指示を受信して、点火用火炎を形成する。そして、燃焼ステップＳ２では、点火トーチ２１が形成している点火用火炎によって流出燃料ＦＡを燃焼させる。

不活性ガス供給停止ステップＳ３では、流出燃料ＦＡの燃焼によって発生する火炎の状態に基づいて、不活性ガスＩＧの供給を停止する。第１実施形態では、制御装置１０は、火炎検出器１４から送信される検出値に基づいて、火炎が発生していないと判定したら、あるいは火炎がまもなく消失すると判定したら、遮断弁３４に閉弁指示を送信する。そして、制御装置１０は、遮断弁３４の閉弁が完了してから不活性ガス供給弁３３に閉弁指示を送信する。不活性ガス供給弁３３は、制御装置１０の閉弁指示を受信して、閉弁される。

第１実施形態では、図３に例示するように、ガスバーナ３のパージ方法は、不活性ガス供給停止ステップＳ３の後に、点火トーチ２１を停止する点火トーチ停止ステップＳ５をさらに含んでいる。制御装置１０は、不活性ガス供給停止ステップＳ３における不活性ガス供給弁３３の閉弁が完了してから点火トーチ２１への点火指示の送信を取りやめる。点火トーチ２１は、制御装置１０からの点火指示を受信しなくなると、点火用火炎を消す（ガスバーナ３のパージ方法が終了する）。

第１実施形態では、図３に例示するように、ガスバーナ３のパージ方法は、不活性ガス供給ステップＳ１の前に、ガスバーナ３の運転時と比較して流量調整弁３８の開度を小さくする流量減少ステップＳ６をさらに含んでいる。より具体的には、流量減少ステップＳ６では、作業員が点火装置駆動ステップＳ４によって点火トーチ２１に点火用火炎が形成されたことを確認したら、流量調整弁３８の開度を手動で小さくする。流量調整弁３８が完全に開弁している状態の開度を１００％とし、完全に閉弁している状態の開度を０％とすると、作業員は、例えば、流量調整弁３８の開度を１００％から２０％に小さくする。尚、第１実施形態では、流量調整弁３８は手動によって開度が調整されるように構成されているが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、流量調整弁３８は、開度が自動的に調整されるように構成されており、点火トーチ２１に点火用火炎が形成されると、予め設定された開度に調整（減少）されるようになっている。

（作用・効果）
第１実施形態に係るガスバーナ３のパージ方法の作用・効果について説明する。第１実施形態によれば、燃料供給ライン２８に対するガス燃料Ｆの供給を停止し、且つ不活性ガスＩＧを燃料供給ライン２８に供給して、燃料流出口２２から流出燃料ＦＡを流出させる。そして、この流出燃料ＦＡを点火トーチ２１の点火用火炎で燃焼させる。そして、火炎検出器１４の検出値に基づいて、火炎が発生していない、あるいは火炎がまもなく消失すると判定されたら、燃料供給ライン２８への不活性ガスＩＧの供給が停止される。このため、ガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８内に残る水素の濃度が十分に低いとされる火炎の状態になるまで、不活性ガスＩＧが燃料供給ライン２８に供給されて、流出燃料ＦＡを燃焼させる。よって、ガスバーナ３の運転を停止する際にガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８内に残る水素の濃度をさらに低減することができる。

第１実施形態によれば、点火装置駆動ステップＳ４が不活性ガス供給ステップＳ１より前に実行されるので、ガスバーナ３に対するガス燃料Ｆの供給が停止される前から点火トーチ２１に点火用火炎を形成させておき、燃焼ステップＳ２において流出燃料ＦＡを点火用火炎で燃焼させることができる。幾つかの実施形態では、点火装置駆動ステップＳ４は燃焼ステップＳ２の前に実行される。

第１実施形態によれば、供給位置Ｐは燃料弁３２と遮断弁３４との間に位置しているので、燃料供給ライン２８の燃料弁３２よりも流通方向Ｄの下流側の部分に対して水素の濃度を低減することができる。第１実施形態によれば、供給位置Ｐは、燃料供給ライン２８の長さＬに対する０％より大きく５％以下の範囲内に含まれるので、燃料供給ライン２８の大部分に対して水素の濃度を低減することができる。

尚、本開示は、供給位置Ｐを第１実施形態で例示した位置に限定するものではなく、供給位置Ｐは燃料供給ライン２８の任意の位置に設けられる。幾つかの実施形態では、供給位置Ｐは燃料弁３２の直後に位置している。燃料供給ライン２８のうち燃料弁３２と供給位置Ｐとの間の部分は、不活性ガス供給ステップＳ１によって不活性ガスＩＧが供給されても、ガス燃料Ｆを燃焼空間１２に流出させにくくなっている。このような構成によれば、燃料供給ライン２８のうち燃料弁３２と供給位置Ｐとの間の部分の長さを短くすることで、ガス燃料Ｆの流出を促進させることができる。

第１実施形態によれば、排ガスＧを不活性ガスＩＧとして利用することで、不活性ガスＩＧを準備するコストを削減することができる。燃料弁３２よりも流通方向Ｄの下流側の部分を流通する不活性ガスＩＧの流速が速いため、速やかな燃料弁３２の閉弁が要求される場合がある。第１実施形態によれば、逆止弁を燃料弁３２として適用することで、逆止弁を適用しない場合と比較して、速やかに燃料弁３２を閉弁させ、不活性ガスＩＧが燃料弁３２を超えて燃料タンク２６側に逆流することを抑制できる。

第１実施形態によれば、点火トーチ２１を適用することで、ガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８内に残る水素の濃度が十分に低いとされる火炎の状態になるまで、流出燃料ＦＡを断続的に燃焼させることができる。尚、第１実施形態では、点火トーチ２１（点火装置２０）によって流出燃料ＦＡを燃焼させていたが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、燃焼ステップＳ２は、点火装置２０を利用する以外の方法で流出燃料ＦＡを燃焼してもよい。

不活性ガスＩＧは、ガス燃料Ｆよりもガス圧を高くする必要がある。このため、不活性ガスＩＧが燃料供給ライン２８を流通する速度が速くなり、ガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８内に残る水素の濃度が十分に低減する前に、火炎が吹き消えてしまう虞がある。第１実施形態によれば、不活性ガス供給ステップＳ１の前に、ガスバーナ３の運転時と比較して流量調整弁３８の開度を小さくしているので、火炎の吹き消えを抑制することができる。

尚、第１実施形態では、燃焼設備１が制御装置１０を備えることで、燃料弁３２及び遮断弁３４の開閉が自動で行われていたが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、燃料弁３２は手動で開閉される。幾つかの実施形態では、遮断弁３４は手動で開閉される。

尚、第１実施形態では、制御装置１０が火炎検出器１４の検出値によって流出燃料ＦＡの燃焼によって発生する火炎の状態を判定していたが、本開示はこの形態に限定されない。例えば、火炉内の圧力や作業員の目視によって火炎の状態が判定されてもよい。幾つかの実施形態では、燃焼設備１は、火炎検出器１４の代わりに、又は火炎検出器１４とともに、燃料供給ライン２８への不活性ガスＩＧの供給が開始されてから経過する時間を取得するタイマをさらに含む。不活性ガス供給停止ステップＳ３は、タイマによって取得された時間が予め設定された時間を超えると、不活性ガスＩＧの供給を停止する。

図４は、第１実施形態に係る燃焼設備１において、図３とは別のガスバーナ３のパージ方法のフローチャートである。図４に例示するフローチャートでは、不活性ガス供給ステップＳ１は、第１サブステップＳ１１、第２サブステップＳ１２、及び第３サブステップＳ１３を含んでいる。第１サブステップＳ１１、第２サブステップＳ１２、及び第３サブステップの順に行われる。尚、図４に例示するフローチャートのうち不活性ガス供給ステップＳ１以外のステップは、図３に例示して説明したステップと同じため、説明を省略している。

第１サブステップＳ１１では、燃料供給ライン２８に設けられる遮断弁３４を閉弁する。図４に例示する形態では、制御装置１０は、点火装置駆動ステップＳ４において点火トーチ２１が点火用火炎を形成していると、遮断弁３４に閉弁指示を送信する。遮断弁３４は、制御装置１０の閉弁指示を受信して、閉弁される。

第２サブステップＳ１２では、燃料弁３２を閉弁するとともに、遮断弁３４を開弁する。図４に例示する形態では、制御装置１０は、第１サブステップＳ１１における遮断弁３４の閉弁が完了してから燃料弁３２に閉弁指示を送信するとともに、遮断弁３４に開弁指示を送信する。燃料弁３２は、制御装置１０の閉弁指示を受信して、閉弁される。遮断弁３４は、制御装置１０の開弁指示を受信して、開弁される。

第３サブステップＳ１３では、燃料供給ライン２８の燃料弁３２と遮断弁３４との間に不活性ガスＩＧを供給する。図４に例示する形態では、制御装置１０は、第２サブステップＳ１２における遮断弁３４の閉弁が完了してから不活性ガス供給弁３３に開弁指示を送信する。不活性ガス供給弁３３は、制御装置１０の開弁指示を受信して、開弁される。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係るガスバーナ３のパージ方法について説明する。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（燃焼設備の構成）
第２実施形態に係る燃焼設備１の構成について説明する。第２実施形態に係る燃焼設備１は、供給位置Ｐを除いて、第１実施形態に係る燃焼設備１と同じである。図５は、第２実施形態に係る燃焼設備１の構成を概略的に示す図である。図５に例示するように、供給位置Ｐは、燃料供給ライン２８の遮断弁３４よりも流通方向Ｄの下流側に位置している。

（ガスバーナのパージ方法）
図５に例示した第２実施形態に係る燃焼設備１において、ガスバーナ３の運転を停止する際に、ガスバーナ３のガス燃料ライン１６及び燃料供給ライン２８からガス燃料Ｆをパージする方法について説明する。図６は、第２実施形態に係るガスバーナ３のパージ方法のフローチャートである。尚、ガスバーナ３を運転させている間、燃料弁３２、遮断弁３４、及び流量調整弁３８のそれぞれは開弁し、不活性ガス供給弁３３は閉弁している。

図６に例示するように、ガスバーナ３のパージ方法は、不活性ガス供給ステップＳ２１と、燃焼ステップＳ２と、不活性ガス供給停止ステップＳ３と、点火装置駆動ステップＳ４と、点火トーチ停止ステップＳ５と、流量減少ステップＳ６と、を含む。燃焼ステップＳ２、不活性ガス供給停止ステップＳ３、点火装置駆動ステップＳ４、点火トーチ停止ステップＳ５、及び流量減少ステップＳ６のそれぞれは、図３に例示して説明したステップと同じため、説明を省略している。

第２実施形態に係る不活性ガス供給ステップＳ２１では、燃料供給ライン２８に設けられる遮断弁３４の閉弁によってガスバーナ３に対してガス燃料Ｆの供給を停止する。また、流通方向Ｄにおいて遮断弁３４よりも燃料供給ライン２８の下流側に不活性ガスＩＧを供給する。

第２実施形態では、制御装置１０は、点火装置駆動ステップＳ４において点火トーチ２１が点火用火炎を形成していると、遮断弁３４に閉弁指示を送信する。遮断弁３４は、制御装置１０の閉弁指示を受信して、閉弁される。また、制御装置１０は、遮断弁３４が閉弁されると、不活性ガス供給弁３３に開弁指示を送信する。不活性ガス供給弁３３は、制御装置１０の開弁指示を受信して、開弁される。不活性ガス供給弁３３が開弁されると、不活性ガスＩＧが燃料供給ライン２８に供給され、燃料供給ライン２８の遮断弁３４よりも流通方向Ｄの下流側の部分及びガス燃料ライン１６に残存するガス燃料Ｆを、燃料流出口２２を介して燃焼空間１２に流出させる。

（作用・効果）
第２実施形態によれば、燃料供給ライン２８の遮断弁３４よりも流通方向Ｄの下流側の部分に対して水素の濃度を低減することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係るガスバーナ（３）のパージ方法は、
水素を含むガス燃料（Ｆ）を火炉（２）において燃焼するように構成されたガスバーナのパージ方法であって、
前記ガス燃料を前記ガスバーナに供給するための燃料供給ラインに対する前記ガス燃料の供給を停止し、且つ、前記燃料供給ライン（２８）に対して不活性ガス（ＩＧ）を供給する不活性ガス供給ステップ（Ｓ１）と、
前記不活性ガスの供給によって前記ガスバーナから前記火炉に流出される流出燃料であって、前記燃料供給ラインに残存する前記ガス燃料である流出燃料（ＦＡ）を燃焼させる燃焼ステップ（Ｓ２）と、
前記流出燃料の燃焼によって発生する火炎の状態に基づいて、前記不活性ガスの供給を停止する不活性ガス供給停止ステップ（Ｓ３）と、を備える。

上記［１］に記載の方法によれば、燃料供給ラインに対するガス燃料の供給を停止し、且つ燃料供給ラインに対して不活性ガスを供給して、燃料供給ラインに残存する流出燃料を流出させる。そして、この流出燃料を燃焼させて、火炎の状態に基づいて、燃料供給ラインへの不活性ガスの供給を停止する。このため、ガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度が十分に低いとされる火炎の状態になるまで、不活性ガスが燃料供給ラインに供給されて、流出燃料を燃焼させる。よって、ガスバーナの運転を停止する際にガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度をさらに低減することができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の方法において、
前記不活性ガス供給ステップの前に、前記ガスバーナから前記火炉に流出される前記ガス燃料を点火するための点火装置（２０）を駆動する点火装置駆動ステップ（Ｓ４）をさらに備え、
前記燃焼ステップは、前記点火装置の駆動によって前記流出燃料を燃焼させる。

上記［２］に記載の方法によれば、流出燃料がガスバーナから火炉に流出される前に点火装置を駆動させておくことで、点火装置によって流出燃料を燃焼させることができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［２］に記載の方法において、
前記点火装置は、前記ガスバーナが備える点火トーチ（２１）であり、
前記不活性ガス供給停止ステップの後に、前記点火トーチを停止する点火トーチ停止ステップ（Ｓ５）をさらに備える。

上記［３］に記載の方法によれば、点火トーチを適用することで、ガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度が十分に低いとされる火炎の状態になるまで、流出燃料を断続的に燃焼させることができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［１］から［３］の何れか１つに記載の方法において、
前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向（Ｄ）において、前記燃料供給ラインの前記流通方向の上流側の上流端（３７）を前記燃料供給ラインの長さ（Ｌ）に対する０％の位置とし、前記燃料供給ラインの前記流通方向の下流側の下流端（３９）に向かうにつれて増加し、前記下流端を前記燃料供給ラインの長さに対する１００％の位置として定義した場合に、前記不活性ガスが供給される前記燃料供給ラインの供給位置（Ｐ）は、前記燃料供給ラインの長さに対する０％より大きく５％以下の範囲内に含まれる。

上記［４］に記載の方法によれば、燃料供給ラインの大部分に対して水素の濃度を低減することができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［１］から［４］の何れか１つに記載の方法において、
前記不活性ガスは、前記火炉の排ガス（Ｇ）を含む。

上記［５］に記載の方法によれば、火炉の排ガスを不活性ガスとして利用することで、不活性ガスを準備するコストを削減することができる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の方法において、
前記不活性ガス供給ステップは、前記燃料供給ラインに設けられる遮断弁の閉弁によって前記ガスバーナに対して前記ガス燃料の供給を停止し、前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向において前記遮断弁よりも前記燃料供給ラインの下流側に前記不活性ガスを供給する。

上記［６］に記載の方法によれば、燃料供給ラインの遮断弁よりも流通方向の下流側の部分に対して水素の濃度を低減することができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の方法において、
前記不活性ガス供給ステップは、前記燃料供給ラインに設けられる逆止弁よりも前記燃料供給ラインの下流側に前記不活性ガスを供給することで前記逆止弁を閉止させ、これにより前記燃料供給ラインへの前記ガス燃料の供給を停止する。

上記［７］に記載の方法によれば、燃料供給ラインに対する不活性ガスの供給によって燃料供給ラインに対するガス燃料の供給が停止されるので、不活性ガスの供給とガス燃料の供給停止がそれぞれで行われる場合と比較して、速やかにガスバーナ及び燃料供給ライン内に残る水素の濃度を低減することができる。

［８］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の方法において、
前記不活性ガス供給ステップは、
前記燃料供給ラインに設けられる遮断弁を閉弁する第１サブステップ（Ｓ１１）と、
前記第１サブステップの後に、前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向において前記遮断弁よりも前記燃料供給ラインの上流側に設けられる燃料弁を閉弁するとともに、前記遮断弁を開弁する第２サブステップ（Ｓ１２）と、
前記第２サブステップの後に、前記燃料供給ラインの前記燃料弁と前記遮断弁との間に前記不活性ガスを供給する第３サブステップ（Ｓ１３）と、を含む。

上記［８］に記載の方法によれば、燃料供給ラインの燃料弁よりも流通方向の下流側の部分に対して水素の濃度を低減することができる。

１ 燃焼設備
２ 火炉
３ ガスバーナ
２０ 点火装置
２１ 点火トーチ
２８ 燃料供給ライン
３２ 燃料弁
３３ 不活性ガス供給弁
３４ 遮断弁
３７ 燃料供給ラインの上流端
３８ 流量調整弁
３９ 燃料供給ラインの下流端
Ｄ 流通方向
Ｆ ガス燃料
ＦＡ 流出燃料
Ｇ 排ガス
ＩＧ 不活性ガス
Ｐ 供給位置
Ｓ１ 不活性ガス供給ステップ（第１実施形態）
Ｓ２ 燃焼ステップ
Ｓ３ 不活性ガス供給停止ステップ
Ｓ４ 点火装置駆動ステップ
Ｓ５ 点火トーチ停止ステップ
Ｓ１１ 第１サブステップ
Ｓ１２ 第２サブステップ
Ｓ１３ 第３サブステップ
Ｓ２１ 不活性ガス供給ステップ（第２実施形態）

Claims (8)

1. 水素を含むガス燃料を火炉において燃焼するように構成されたガスバーナの運転を停止する際におけるガスバーナのパージ方法であって、
   前記ガス燃料を前記ガスバーナに供給するための燃料供給ラインに対する前記ガス燃料の供給を停止し、且つ、前記燃料供給ラインにおける所定の供給位置に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給ステップと、
   前記不活性ガスの供給によって前記ガスバーナから前記火炉に流出される流出燃料であって、前記燃料供給ラインに残存する前記ガス燃料である流出燃料を燃焼させる燃焼ステップと、
   前記流出燃料の燃焼によって発生する火炎の状態に基づいて、前記不活性ガスの供給を停止する不活性ガス供給停止ステップと、を備え、
   前記不活性ガス供給ステップの前に、前記燃料供給ラインにおける前記供給位置よりも下流側に設けられている流量調整弁の開度を前記ガスバーナの運転時よりも小さくするステップをさらに備える、
   ガスバーナのパージ方法。
2. 前記不活性ガス供給ステップの前に、前記ガスバーナから前記火炉に流出される前記ガス燃料を点火するための点火装置を駆動する点火装置駆動ステップをさらに備え、
   前記燃焼ステップは、前記点火装置の駆動によって前記流出燃料を燃焼させる、
   請求項１に記載のガスバーナのパージ方法。
3. 前記点火装置は、前記ガスバーナが備える点火トーチであり、
   前記不活性ガス供給停止ステップの後に、前記点火トーチを停止する点火トーチ停止ステップをさらに備える、
   請求項２に記載のガスバーナのパージ方法。
4. 前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向において、前記燃料供給ラインの前記流通方向の上流側の上流端を前記燃料供給ラインの長さに対する０％の位置とし、前記燃料供給ラインの前記流通方向の下流側の下流端に向かうにつれて増加し、前記下流端を前記燃料供給ラインの長さに対する１００％の位置として定義した場合に、前記不活性ガスが供給される前記燃料供給ラインの供給位置は、前記燃料供給ラインの長さに対する０％より大きく５％以下の範囲内に含まれる、
   請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナのパージ方法。
5. 前記不活性ガスは、前記火炉の排ガスを含む、請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナのパージ方法。
6. 前記不活性ガス供給ステップは、前記燃料供給ラインに設けられる遮断弁の閉弁によって前記ガスバーナに対して前記ガス燃料の供給を停止し、前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向において前記遮断弁よりも前記燃料供給ラインの下流側に前記不活性ガスを供給する、
   請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナのパージ方法。
7. 前記不活性ガス供給ステップは、前記燃料供給ラインに設けられる逆止弁よりも前記燃料供給ラインの下流側に前記不活性ガスを供給することで前記逆止弁を閉止させ、これにより前記燃料供給ラインへの前記ガス燃料の供給を停止する、
   請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナのパージ方法。
8. 前記不活性ガス供給ステップは、
   前記燃料供給ラインに設けられる遮断弁を閉弁する第１サブステップと、
   前記第１サブステップの後に、前記ガス燃料が前記燃料供給ラインを流通する流通方向において前記遮断弁よりも前記燃料供給ラインの上流側に設けられる燃料弁を閉弁するとともに、前記遮断弁を開弁する第２サブステップと、
   前記第２サブステップの後に、前記燃料供給ラインの前記燃料弁と前記遮断弁との間に前記不活性ガスを供給する第３サブステップと、を含む、
   請求項１から３の何れか一項に記載のガスバーナのパージ方法。
   
   

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