JP7811151B2 - Combustion System - Google Patents
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- JP7811151B2 JP7811151B2 JP2022102560A JP2022102560A JP7811151B2 JP 7811151 B2 JP7811151 B2 JP 7811151B2 JP 2022102560 A JP2022102560 A JP 2022102560A JP 2022102560 A JP2022102560 A JP 2022102560A JP 7811151 B2 JP7811151 B2 JP 7811151B2
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Description
本発明は、工業加熱炉、ボイラ、冷温水器等の燃焼システムに関する。 The present invention relates to combustion systems such as industrial heating furnaces, boilers, and water heaters and coolers.
近年、地球温暖化を防止するために、CO2(二酸化炭素)排出量の削減が求められている。このため、化石燃料に加えて、または、化石燃料に代えて、水素を燃焼させる技術が注目されている。 In recent years, there has been a demand to reduce CO 2 (carbon dioxide) emissions in order to prevent global warming, and as a result, technology for burning hydrogen in addition to or instead of fossil fuels has been attracting attention.
燃料として水素を使用するバーナでは、運転開始前および運転停止後において、水素および空気を含む可燃混合気が燃料配管内に生成されることにより逆火が発生するおそれがある。 In burners that use hydrogen as fuel, there is a risk of flashback occurring before and after operation is started due to the generation of a combustible mixture containing hydrogen and air in the fuel pipes.
そこで、燃料配管にフレームアレスタを設置する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。 As a result, technology has been developed to install a flame arrestor in the fuel pipe (for example, Patent Document 1).
しかし、上記特許文献1の技術では、フレームアレスタに要するコストがかかるという問題がある。 However, the technology in Patent Document 1 above has the problem of the high cost required for the flame arrestor.
本発明は、このような課題に鑑み、低コストで逆火を防止することが可能な燃焼システムを提供することを目的としている。 In light of these issues, the present invention aims to provide a combustion system that can prevent flashback at low cost.
上記課題を解決するために、本発明の燃焼システムは、バーナと、燃料ガスの供給源とバーナとを接続する燃料ガス供給路と、送風機とバーナとを接続する酸化剤ガス供給路と、不活性ガスの供給源と燃料ガス供給路とを接続する不活性ガス供給路と、燃料ガス供給路を通じてバーナに供給される燃料ガスの流量、酸化剤ガス供給路を通じてバーナに供給される酸化剤ガスの流量、および、不活性ガス供給路を通じて燃料ガス供給路に供給される不活性ガスの流量のうちのいずれか1または複数を制御する流量制御部と、を備え、流量制御部は、不活性ガス供給路を通じた燃料ガス供給路への不活性ガスの供給を行うプレパージ制御と、プレパージ制御の後に行われる制御であって、バーナへの燃料ガスの供給を開始してバーナの運転を開始する運転開始制御と、運転開始制御の後に行われる制御であって、少なくとも所定期間においてバーナへ燃料ガスを供給する運転中制御と、運転中制御の後に行われる制御であって、バーナへの燃料ガスの供給を停止してバーナの運転を停止する運転停止制御と、運転停止制御の後に行われる制御であって、不活性ガス供給路を通じた燃料ガス供給路への不活性ガスの供給を所定時間行うポストパージ制御と、を行い、プレパージ制御からポストパージ制御までの間、不活性ガス供給路を通じた燃料ガス供給路への不活性ガスの供給を維持する。 In order to solve the above problems, the combustion system of the present invention includes a burner, a fuel gas supply passage connecting a fuel gas supply source and the burner, an oxidant gas supply passage connecting a blower and the burner, an inert gas supply passage connecting an inert gas supply source and the fuel gas supply passage, and a flow rate control unit that controls one or more of the flow rate of the fuel gas supplied to the burner through the fuel gas supply passage, the flow rate of the oxidant gas supplied to the burner through the oxidant gas supply passage, and the flow rate of the inert gas supplied to the fuel gas supply passage through the inert gas supply passage, and the flow rate control unit performs pre-purge control to supply inert gas to the fuel gas supply passage through the inert gas supply passage, The control system includes: operation start control, which is a control performed after the pre-purge control, in which the supply of fuel gas to the burner is started to start the operation of the burner; operation in progress control, which is a control performed after the operation start control, in which the supply of fuel gas to the burner is started for at least a predetermined period; operation stop control, which is a control performed after the operation in progress control, in which the supply of fuel gas to the burner is stopped to stop the operation of the burner; and post-purge control, which is a control performed after the operation stop control, in which inert gas is supplied to the fuel gas supply path through the inert gas supply path for a predetermined period of time , and the supply of inert gas to the fuel gas supply path through the inert gas supply path is maintained from the pre-purge control to the post-purge control .
また、流量制御部は、運転中制御において、要求熱量に応じてバーナに供給される燃料ガスの流量を制御し、所定の空気比範囲内に維持されるようにバーナに供給される酸化剤ガスの流量を制御してもよい。 Furthermore, during in-operation control, the flow rate control unit may control the flow rate of fuel gas supplied to the burner according to the required heat quantity, and may control the flow rate of oxidant gas supplied to the burner so that the air ratio is maintained within a predetermined range.
また、流量制御部は、運転中制御において、燃料ガスを燃焼させることで生じる排気ガスに含まれるNOxの濃度に基づいて、不活性ガスの流量を制御してもよい。 Furthermore, during in-operation control, the flow rate control unit may control the flow rate of the inert gas based on the concentration of NOx contained in the exhaust gas generated by burning the fuel gas.
また、流量制御部は、運転中制御において、バーナに供給される燃料ガスの流量を低下させる場合、燃料ガス供給路に供給される不活性ガスの流量を増加させてもよい。 Furthermore, when the flow rate control unit reduces the flow rate of fuel gas supplied to the burner during operation control, it may increase the flow rate of inert gas supplied to the fuel gas supply path.
また、流量制御部は、運転中制御において、バーナに供給される燃料ガスの流量をゼロにする場合であっても、燃料ガス供給路への不活性ガスの供給を維持してもよい。 Furthermore, the flow control unit may maintain the supply of inert gas to the fuel gas supply path even when the flow rate of fuel gas supplied to the burner is set to zero during in-operation control.
本発明によれば、低コストで逆火を防止することが可能となる。 This invention makes it possible to prevent flashbacks at low cost.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Dimensions, materials, and other specific values shown in these embodiments are merely examples intended to facilitate understanding of the invention and, unless otherwise specified, do not limit the present invention. Furthermore, in this specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant explanation, and elements not directly related to the present invention are not shown.
[第1の実施形態:燃焼システム100]
図1は、第1の実施形態に係る燃焼システム100を説明する図である。図1中、破線の矢印は、信号の流れを示す。図1に示すように、燃焼システム100は、燃焼設備110と、ガス供給部120と、制御装置130とを含む。
First Embodiment: Combustion System 100
Fig. 1 is a diagram illustrating a combustion system 100 according to a first embodiment. In Fig. 1, dashed arrows indicate the flow of signals. As shown in Fig. 1, the combustion system 100 includes a combustion facility 110, a gas supply unit 120, and a control device 130.
燃焼設備110は、燃料ガスを燃焼させる炉である。燃焼設備110は、例えば、工業加熱炉、ボイラや冷温水器を構成する火炉等である。燃焼設備110は、1または複数のバーナ112を備える。 The combustion equipment 110 is a furnace that burns fuel gas. Examples of the combustion equipment 110 include an industrial heating furnace, a furnace that constitutes a boiler, or a water heater/chiller. The combustion equipment 110 is equipped with one or more burners 112.
ガス供給部120は、燃料ガス、酸化剤ガス、および、不活性ガスのうちのいずれか1または複数をバーナ112に供給する。本実施形態において、ガス供給部120は、バーナ112ごとに設けられる。ガス供給部120には、燃料ガスの供給源122が接続される。燃料ガスの供給源122とガス供給部120との間には、主幹遮断弁124が設けられる。主幹遮断弁124は、燃料ガスの供給源122とガス供給部120との間に形成される流路を開閉する。燃焼システム100の運転中、主幹遮断弁124は開状態に維持される。ガス供給部120の詳細については、後に説明する。 The gas supply unit 120 supplies one or more of fuel gas, oxidant gas, and inert gas to the burner 112. In this embodiment, a gas supply unit 120 is provided for each burner 112. A fuel gas supply source 122 is connected to the gas supply unit 120. A main shutoff valve 124 is provided between the fuel gas supply source 122 and the gas supply unit 120. The main shutoff valve 124 opens and closes the flow path formed between the fuel gas supply source 122 and the gas supply unit 120. During operation of the combustion system 100, the main shutoff valve 124 is maintained in an open state. Details of the gas supply unit 120 will be described later.
燃料ガスは、燃焼速度が速いガス、および、断熱火炎温度が高いガスのうちのいずれか一方または両方である。燃料ガスは、例えば、水素およびアセチレンのうちのいずれか一方または両方を少なくとも含む。水素の燃焼速度は、炭化水素系燃料ガス(例えば、都市ガスの13A)の約7倍である。水素の断熱火炎温度は、メタン、または、都市ガスの13Aよりも約200℃高い。本実施形態では、燃料ガスとして水素を例に挙げる。 The fuel gas is either or both of a gas with a high burning rate and a high adiabatic flame temperature. The fuel gas contains, for example, at least one of hydrogen and acetylene. The burning rate of hydrogen is approximately seven times that of hydrocarbon fuel gas (e.g., city gas 13A). The adiabatic flame temperature of hydrogen is approximately 200°C higher than that of methane or city gas 13A. In this embodiment, hydrogen is used as an example of fuel gas.
酸化剤ガスは、空気、酸素、および、酸素富化ガスのうちの1または複数を含む。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気を例に挙げる。 The oxidant gas includes one or more of air, oxygen, and oxygen-enriched gas. In this embodiment, air is used as an example of the oxidant gas.
不活性ガスは、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、および、燃焼排ガスのうちの1または複数を含む。本実施形態では、不活性ガスとして窒素を例に挙げる。 The inert gas may include one or more of nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, and combustion exhaust gas. In this embodiment, nitrogen is used as an example of the inert gas.
図2は、第1の実施形態に係る制御装置130の機能ブロック図である。図2に示すように、制御装置130は、中央制御部132と、メモリ134とを含む。 Figure 2 is a functional block diagram of the control device 130 according to the first embodiment. As shown in Figure 2, the control device 130 includes a central control unit 132 and a memory 134.
中央制御部132は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部132は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部132は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して燃焼システム100全体を管理および制御する。 The central control unit 132 is composed of a semiconductor integrated circuit that includes a CPU (central processing unit). The central control unit 132 reads programs and parameters for operating the CPU from ROM. The central control unit 132 manages and controls the entire combustion system 100 in cooperation with RAM as a work area and other electronic circuits.
本実施形態において、中央制御部132は、流量制御部140として機能する。流量制御部140は、ガス供給部120を制御する。流量制御部140の詳細については、後に説明する。 In this embodiment, the central control unit 132 functions as a flow rate control unit 140. The flow rate control unit 140 controls the gas supply unit 120. Details of the flow rate control unit 140 will be described later.
メモリ134は、ROM、RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成される。メモリ134は、中央制御部132に用いられるプログラムや各種データを記憶する。例えば、メモリ134は、NOx情報等を保持する。NOx情報は、燃焼される水素の流量と、当該水素の燃焼によって生じる排気ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の濃度が所定値となる窒素の流量とが関連付けられた情報である。NOx情報は、実験、シミュレーション等によって予め作成され、メモリ134に保持される。 Memory 134 is composed of ROM, RAM, flash memory, HDD, etc. Memory 134 stores programs and various data used by central control unit 132. For example, memory 134 holds NOx information, etc. NOx information is information that associates the flow rate of hydrogen being burned with the nitrogen flow rate at which the concentration of NOx (nitrogen oxides) contained in exhaust gas produced by the combustion of that hydrogen becomes a predetermined value. NOx information is created in advance through experiments, simulations, etc., and is held in memory 134.
[ガス供給部120]
図3は、第1の実施形態に係るガス供給部120を説明する図である。図3に示すように、ガス供給部120は、酸化剤供給部210と、燃料供給部230と、不活性ガス供給部250とを含む。
[Gas supply unit 120]
3 is a diagram illustrating the gas supply unit 120 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the gas supply unit 120 includes an oxidizing agent supply unit 210, a fuel supply unit 230, and an inert gas supply unit 250.
[酸化剤供給部210]
酸化剤供給部210は、バーナ112に空気を供給する。本実施形態において、酸化剤供給部210は、酸化剤ガス供給路212と、送風機214と、流量制御弁216と、流量調整弁218とを含む。
[Oxidizing agent supply unit 210]
The oxidant supply unit 210 supplies air to the burner 112. In this embodiment, the oxidant supply unit 210 includes an oxidant gas supply passage 212, a blower 214, a flow control valve 216, and a flow adjustment valve 218.
酸化剤ガス供給路212は、送風機214と、バーナ112とを接続する流路である。送風機214の吸入側は、大気開放される。送風機214の吐出側は、酸化剤ガス供給路212に接続される。送風機214は、酸化剤ガス供給路212を通じて、空気をバーナ112に供給する。 The oxidant gas supply channel 212 is a flow path connecting the blower 214 and the burner 112. The intake side of the blower 214 is open to the atmosphere. The discharge side of the blower 214 is connected to the oxidant gas supply channel 212. The blower 214 supplies air to the burner 112 through the oxidant gas supply channel 212.
流量制御弁216は、酸化剤ガス供給路212に設けられる。流量制御弁216は、流量制御部140によって開度が調整される。流量制御弁216は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。 The flow control valve 216 is provided in the oxidant gas supply path 212. The opening of the flow control valve 216 is adjusted by the flow control unit 140. The flow control valve 216 is, for example, a butterfly valve with a control motor.
流量調整弁218は、酸化剤ガス供給路212における流量制御弁216とバーナ112との間に設けられる。流量調整弁218は、例えば、バタフライバルブである。 The flow rate adjustment valve 218 is provided in the oxidant gas supply path 212 between the flow rate control valve 216 and the burner 112. The flow rate adjustment valve 218 is, for example, a butterfly valve.
[燃料供給部230]
燃料供給部230は、バーナ112に水素を供給する。本実施形態において、燃料供給部230は、燃料ガス供給路232と、圧力調整弁234と、遮断弁236a、236bと、均圧弁238と、流量調整弁240とを含む。
[Fuel supply section 230]
The fuel supply unit 230 supplies hydrogen to the burner 112. In this embodiment, the fuel supply unit 230 includes a fuel gas supply passage 232, a pressure regulating valve 234, shutoff valves 236a and 236b, a pressure equalizing valve 238, and a flow rate regulating valve 240.
燃料ガス供給路232は、燃料ガス(水素)の供給源122(主幹遮断弁124)とバーナ112とを接続する流路である。 The fuel gas supply path 232 is a flow path that connects the fuel gas (hydrogen) supply source 122 (main shutoff valve 124) and the burner 112.
圧力調整弁234は、燃料ガス供給路232に設けられる。圧力調整弁234は、下流に供給される水素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。 The pressure regulating valve 234 is provided in the fuel gas supply path 232. The pressure regulating valve 234 regulates the pressure of the hydrogen supplied downstream to a preset pressure.
遮断弁236a、236bは、燃料ガス供給路232における圧力調整弁234の下流側に設けられる。遮断弁236a、236bは、燃料ガス供給路232を開閉する。 Shut-off valves 236a and 236b are provided downstream of the pressure regulating valve 234 in the fuel gas supply path 232. The shut-off valves 236a and 236b open and close the fuel gas supply path 232.
均圧弁238は、燃料ガス供給路232における遮断弁236bの下流側に設けられる。均圧弁238は、酸化剤ガス供給路212と燃料ガス供給路232とを均圧する。均圧弁238を備えることにより、酸化剤ガス供給路212における流量制御弁216の下流側(流量制御弁216とバーナ112との間)と、燃料ガス供給路232における均圧弁238の下流側(均圧弁238とバーナ112との間)の圧力を、実質的に等しい圧力(例えば、2kPaG)とすることができる。また、均圧弁238の作用により、流量制御弁216によって空気の流量が制御されることで、空気と水素との流量の比率(空気比)を一定に保ちながら水素の流量を制御することができる。 The pressure equalizing valve 238 is provided downstream of the shutoff valve 236b in the fuel gas supply path 232. The pressure equalizing valve 238 equalizes the pressure between the oxidant gas supply path 212 and the fuel gas supply path 232. By providing the pressure equalizing valve 238, the pressure downstream of the flow control valve 216 in the oxidant gas supply path 212 (between the flow control valve 216 and the burner 112) and the pressure downstream of the pressure equalizing valve 238 in the fuel gas supply path 232 (between the pressure equalizing valve 238 and the burner 112) can be made substantially equal (e.g., 2 kPaG). Furthermore, by controlling the air flow rate using the flow control valve 216 through the action of the pressure equalizing valve 238, the hydrogen flow rate can be controlled while maintaining a constant ratio of the air flow rate to the hydrogen flow rate (air ratio).
流量調整弁240は、燃料ガス供給路232における均圧弁238とバーナ112との間に設けられる。流量調整弁240は、例えば、バタフライバルブである。 The flow rate control valve 240 is provided in the fuel gas supply line 232 between the pressure equalizing valve 238 and the burner 112. The flow rate control valve 240 is, for example, a butterfly valve.
[不活性ガス供給部250]
不活性ガス供給部250は、燃料ガス供給路232に窒素を供給する。本実施形態において、不活性ガス供給部250は、不活性ガス(窒素)の供給源252と、不活性ガス供給路254と、圧力調整弁256と、圧力スイッチ258と、遮断弁260と、流量調整弁262と、逆止弁264とを含む。
[Inert gas supply unit 250]
The inert gas supply unit 250 supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232. In this embodiment, the inert gas supply unit 250 includes an inert gas (nitrogen) supply source 252, an inert gas supply path 254, a pressure regulating valve 256, a pressure switch 258, a shutoff valve 260, a flow rate regulating valve 262, and a check valve 264.
窒素の供給源252は、例えば、窒素を貯留する窒素ボンベ、または、窒素製造装置である。窒素製造装置は、例えば、窒素分離膜を備え、圧縮空気から窒素を分離する。窒素の供給源252として、窒素製造装置を採用することで、窒素に要するコストを低減することができる。 The nitrogen supply source 252 is, for example, a nitrogen cylinder that stores nitrogen, or a nitrogen production device. The nitrogen production device is equipped with, for example, a nitrogen separation membrane and separates nitrogen from compressed air. By using a nitrogen production device as the nitrogen supply source 252, the cost required for nitrogen can be reduced.
不活性ガス供給路254は、窒素の供給源252と燃料ガス供給路232とを接続する流路である。本実施形態において、不活性ガス供給路254は、窒素の供給源252と、燃料ガス供給路232における遮断弁236bと均圧弁238との間を接続する。 The inert gas supply path 254 is a flow path that connects the nitrogen supply source 252 and the fuel gas supply path 232. In this embodiment, the inert gas supply path 254 connects the nitrogen supply source 252 with the shutoff valve 236b and the pressure equalizing valve 238 in the fuel gas supply path 232.
圧力調整弁256は、不活性ガス供給路254に設けられる。圧力調整弁256は、下流に供給される窒素の圧力を、予め設定された圧力に整圧する。 The pressure regulation valve 256 is provided in the inert gas supply line 254. The pressure regulation valve 256 regulates the pressure of the nitrogen supplied downstream to a preset pressure.
圧力スイッチ258は、不活性ガス供給路254における圧力調整弁256の下流側に設けられる。圧力スイッチ258は、窒素の供給源252の圧力が所定値未満となったことを検知する。例えば、窒素の供給源252が窒素ボンベである場合、圧力スイッチ258は、窒素ボンベの圧力が所定値未満となったことを検知する。圧力スイッチ258を備えることにより、窒素ボンベの交換時期を把握することが可能となる。 The pressure switch 258 is provided downstream of the pressure adjustment valve 256 in the inert gas supply path 254. The pressure switch 258 detects when the pressure of the nitrogen supply source 252 falls below a predetermined value. For example, if the nitrogen supply source 252 is a nitrogen cylinder, the pressure switch 258 detects when the pressure of the nitrogen cylinder falls below a predetermined value. The provision of the pressure switch 258 makes it possible to determine when the nitrogen cylinder needs to be replaced.
遮断弁260は、不活性ガス供給路254における圧力スイッチ258の下流側に設けられる。遮断弁260は、不活性ガス供給路254を開閉する。 Shut-off valve 260 is provided downstream of pressure switch 258 in inert gas supply line 254. Shut-off valve 260 opens and closes inert gas supply line 254.
流量調整弁262は、不活性ガス供給路254における遮断弁260の下流側に設けられる。流量調整弁262は、流量制御部140によって開度が調整される。流量調整弁262は、例えば、バタフライバルブである。 The flow rate adjustment valve 262 is provided downstream of the shutoff valve 260 in the inert gas supply path 254. The opening of the flow rate adjustment valve 262 is adjusted by the flow rate control unit 140. The flow rate adjustment valve 262 is, for example, a butterfly valve.
逆止弁264は、不活性ガス供給路254における流量調整弁262の下流側に設けられる。逆止弁264は、燃料ガス供給路232から不活性ガス供給路254への水素の進入を防止する。 The check valve 264 is provided downstream of the flow rate adjustment valve 262 in the inert gas supply path 254. The check valve 264 prevents hydrogen from entering the inert gas supply path 254 from the fuel gas supply path 232.
[流量制御部140による制御]
続いて、流量制御部140によるガス供給部120の制御について説明する。
[Control by flow rate control unit 140]
Next, the control of the gas supply unit 120 by the flow rate control unit 140 will be described.
流量制御部140は、燃料ガス供給路232を通じてバーナ112に供給される水素の流量、不活性ガス供給路254を通じて燃料ガス供給路232に供給される窒素の流量、および、酸化剤ガス供給路212を通じてバーナ112に供給される空気の流量のうちのいずれか1または複数を制御して、プレパージ制御、運転開始制御、運転中制御、運転停止制御、および、ポストパージ制御を行う。 The flow rate control unit 140 controls one or more of the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 through the fuel gas supply line 232, the flow rate of nitrogen supplied to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254, and the flow rate of air supplied to the burner 112 through the oxidant gas supply line 212, to perform pre-purge control, operation start control, operation control, operation stop control, and post-purge control.
運転開始制御は、バーナ112への水素の供給を開始してバーナ112(燃焼設備110)の運転を開始する制御である。運転中制御は、バーナ112(燃焼設備110)の運転中に行われる。運転中制御は、バーナ112(燃焼設備110)を効率よく運転するために行われる制御である。運転停止制御は、バーナ112への水素の供給を停止してバーナ112(燃焼設備110)の運転を停止する制御である。プレパージ制御は、運転開始制御の前に行われる制御である。ポストパージ制御は、運転停止制御の後に行われる制御である。 Start-up control is control that starts the supply of hydrogen to the burner 112 and starts operation of the burner 112 (combustion equipment 110). In-operation control is performed while the burner 112 (combustion equipment 110) is in operation. In-operation control is control that is performed to operate the burner 112 (combustion equipment 110) efficiently. Shutdown control is control that stops the supply of hydrogen to the burner 112 and stops operation of the burner 112 (combustion equipment 110). Pre-purge control is control that is performed before start-up control. Post-purge control is control that is performed after shutdown control.
本実施形態において、流量制御部140は、遮断弁236a、236bおよび流量制御弁216を制御して、バーナ112に供給される空気および水素の流量を制御する。また、流量制御部140は、遮断弁260および流量調整弁262を制御して、燃料ガス供給路232に供給される窒素の流量を制御する。 In this embodiment, the flow control unit 140 controls the shutoff valves 236a, 236b and the flow control valve 216 to control the flow rates of air and hydrogen supplied to the burner 112. The flow control unit 140 also controls the shutoff valve 260 and the flow adjustment valve 262 to control the flow rate of nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232.
図4は、第1の実施形態に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図4中、縦軸は、流量を示す。図4中、横軸は時間を示す。なお、時刻T0において、送風機214は停止しており、主幹遮断弁124は開弁されており、遮断弁236a、236b、260は、閉弁されている。 Figure 4 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the first embodiment. In Figure 4, the vertical axis represents flow rate. In Figure 4, the horizontal axis represents time. Note that at time T0, the blower 214 is stopped, the main shutoff valve 124 is open, and the shutoff valves 236a, 236b, and 260 are closed.
図4に示すように、流量制御部140は、時刻T1から時刻T2までプレパージ制御を行う。また、流量制御部140は、時刻T2に運転開始制御を行う。そして、流量制御部140は、時刻T7に運転停止制御を行う。したがって、流量制御部140は、時刻T2後、時刻T7前まで運転中制御を行うことになる。また、流量制御部140は、時刻T7から時刻T8までポストパージ制御を行う。以下、各制御について詳述する。 As shown in FIG. 4, the flow control unit 140 performs pre-purge control from time T1 to time T2. The flow control unit 140 also performs operation start control at time T2. The flow control unit 140 then performs operation stop control at time T7. Therefore, the flow control unit 140 performs operation control after time T2 until before time T7. The flow control unit 140 also performs post-purge control from time T7 to time T8. Each control is described in detail below.
[プレパージ制御、運転開始制御]
流量制御部140は、時刻T1において、遮断弁260を開弁し、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を開始してプレパージ制御を開始する。流量制御部140は、流量調整弁262の開度を調整し、燃料ガス供給路232に供給される窒素を流量Faに制御する。
[Pre-purge control, operation start control]
At time T1, the flow rate control unit 140 starts pre-purge control by opening the shutoff valve 260 and starting the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254. The flow rate control unit 140 adjusts the opening of the flow rate adjustment valve 262 to control the nitrogen supplied to the fuel gas supply line 232 to a flow rate Fa.
また、流量制御部140は、時刻T1において、送風機214の動作を開始させ、燃焼設備110内を空気でパージする。 In addition, at time T1, the flow control unit 140 starts operation of the blower 214 to purge the combustion equipment 110 with air.
そして、時刻T1から所定時間経過後の時刻T2において、流量制御部140は、遮断弁236a、236bを開弁し、燃料ガス供給路232を通じたバーナ112への水素の供給を開始し、点火して、バーナ112の運転を開始する運転開始制御を行う。また、図4に示すように、流量制御部140は、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を維持したまま、運転開始制御を行う。また、運転開始制御において、流量制御部140は、流量制御弁216の開度を調整し、空気の流量を所要の流量に制御するとともに、バーナ112に供給される水素を流量F1に制御する。流量F1は、点火に必要な最小限の流量である。 Then, at time T2, a predetermined time after time T1, the flow rate control unit 140 performs operation start control, which opens the shut-off valves 236a and 236b, begins supplying hydrogen to the burner 112 through the fuel gas supply line 232, ignites the gas, and starts operation of the burner 112. Also, as shown in FIG. 4, the flow rate control unit 140 performs operation start control while maintaining the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254. During operation start control, the flow rate control unit 140 adjusts the aperture of the flow rate control valve 216 to control the air flow rate to the required flow rate and to control the hydrogen supplied to the burner 112 to flow rate F1. Flow rate F1 is the minimum flow rate required for ignition.
このように、流量制御部140は、時刻T1から時刻T2まで、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を行うプレパージ制御を行う。なお、時刻T1から時刻T2までの時間は、燃焼設備110内が空気で置換(パージ)される時間と、燃料ガス供給路232内が窒素で置換される時間とのうち、長い方の時間に設定される。なお、燃焼設備110内が空気で置換される時間は、空気の供給を開始してから燃焼設備110内の容積の5倍程度の空気が供給されるまでの時間である。また、燃料ガス供給路232内が窒素で置換される時間は、例えば、窒素の供給を開始してから燃料ガス供給路232内の容積の5倍程度の窒素が供給されるまでの時間である。なお、一般的に、燃焼設備110内が空気で置換される時間の方が、燃料ガス供給路232内が窒素で置換される時間よりも長い。 In this way, the flow rate control unit 140 performs pre-purge control, supplying nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254 from time T1 to time T2. The time from time T1 to time T2 is set to the longer of the time during which the combustion equipment 110 is purged with air and the time during which the fuel gas supply line 232 is purged with nitrogen. The time during which the combustion equipment 110 is purged with air is the time from the start of air supply until approximately five times the volume of the combustion equipment 110 is supplied. The time during which the fuel gas supply line 232 is purged with nitrogen is, for example, the time from the start of nitrogen supply until approximately five times the volume of the fuel gas supply line 232 is supplied. Generally, the time during which the combustion equipment 110 is purged with air is longer than the time during which the fuel gas supply line 232 is purged with nitrogen.
[運転中制御]
そして、流量制御部140は、時刻T2後に、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を維持したまま、燃焼設備110の要求熱量(要求温度)に応じて、バーナ112に供給される空気と水素の流量を制御する運転中制御を行う。
[Control during operation]
Then, after time T2, the flow control unit 140 performs in-operation control to control the flow rates of air and hydrogen supplied to the burner 112 in accordance with the required heat quantity (required temperature) of the combustion equipment 110, while maintaining the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254.
例えば、流量制御部140は、点火が完了したら(時刻T3)、流量制御弁216の開度を大きくして空気の流量を増加させ、バーナ112に供給される水素を流量F2に制御する。流量F2は、流量F1より大きい流量である。流量F2は、定格燃焼に必要な流量である。 For example, once ignition is complete (time T3), the flow control unit 140 increases the opening of the flow control valve 216 to increase the air flow rate and control the hydrogen supplied to the burner 112 to flow rate F2. Flow rate F2 is a flow rate greater than flow rate F1. Flow rate F2 is the flow rate required for rated combustion.
そして、流量制御部140は、流量F2に到達したら(時刻T4)、流量F2に維持して時刻T5まで定格燃焼を行う。 Then, once the flow rate F2 is reached (time T4), the flow rate control unit 140 maintains the flow rate F2 and performs rated combustion until time T5.
定格燃焼後、つまり、時刻T5から時刻T6までの間、流量制御部140は、燃焼設備110の要求熱量に基づいて、流量制御弁216の開度を調整し、バーナ112に供給される空気の流量を制御することで、空気比を一定に保ちながら水素を流量F1以上、流量F2以下の範囲に制御する。また、流量制御部140は、時刻T5から時刻T6までの間、メモリ134に保持されたNOx情報を参照し、排気ガスに含まれるNOxの濃度が所定値以下となるように、流量調整弁262の開度を制御して、燃料ガス供給路232に供給される窒素を流量Fa以上、流量Fb以下の範囲に制御する。 After rated combustion, that is, from time T5 to time T6, the flow control unit 140 adjusts the aperture of the flow control valve 216 based on the heat quantity required by the combustion equipment 110, and controls the flow rate of air supplied to the burner 112 to control the hydrogen flow rate within the range of flow rate F1 or more and flow rate F2 or less while maintaining a constant air ratio. Furthermore, from time T5 to time T6, the flow control unit 140 references the NOx information stored in memory 134 and controls the aperture of the flow adjustment valve 262 to control the nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 within the range of flow rate Fa or more and flow rate Fb or less so that the concentration of NOx contained in the exhaust gas is below a predetermined value.
図5は、混合ガス中の窒素の体積割合と、排気ガスに含まれるNOxの濃度との関係を説明する図である。図5中、縦軸は、排気ガスに含まれるNOxの濃度を示し、横軸は、燃料ガス供給路232からバーナ112に供給される混合ガス(水素および窒素)に含まれる窒素の体積%[vol%]を示す。また、図5中、丸は、燃料ガス供給路232からバーナ112に供給される混合ガスの流量が相対的に低い場合(低流量)を示す。図5中、三角は、燃料ガス供給路232からバーナ112に供給される混合ガスの流量が相対的に高い場合(高流量)を示す。また、図5中、燃料ガス供給路232からバーナ112に供給される混合ガス中の窒素が0%(つまり水素のみが供給される)の場合であって、低流量の場合のNOxの濃度を100としている。 Figure 5 illustrates the relationship between the volume fraction of nitrogen in the mixed gas and the concentration of NOx contained in the exhaust gas. In Figure 5, the vertical axis represents the concentration of NOx contained in the exhaust gas, and the horizontal axis represents the volume percent (vol%) of nitrogen contained in the mixed gas (hydrogen and nitrogen) supplied from the fuel gas supply line 232 to the burner 112. Also, in Figure 5, circles represent a case where the flow rate of the mixed gas supplied from the fuel gas supply line 232 to the burner 112 is relatively low (low flow rate). Also, in Figure 5, triangles represent a case where the flow rate of the mixed gas supplied from the fuel gas supply line 232 to the burner 112 is relatively high (high flow rate). Also, in Figure 5, when the mixed gas supplied from the fuel gas supply line 232 to the burner 112 contains 0% nitrogen (i.e., only hydrogen is supplied), the NOx concentration at a low flow rate is set to 100.
図5に示すように、混合ガスの流量に拘わらず、混合ガス中の窒素濃度が上昇するに従って、排気ガスに含まれるNOxの濃度は低下する。 As shown in Figure 5, regardless of the flow rate of the mixed gas, as the nitrogen concentration in the mixed gas increases, the concentration of NOx contained in the exhaust gas decreases.
また、図5に示す例では、混合ガスの流量が高流量である場合の方が、低流量である場合と比較して、排気ガスに含まれるNOxの濃度は低い傾向が見られる。これは、混合ガスの流量が高流量である場合、低流量である場合よりもバーナ112から噴出される混合ガスおよび空気の流速が高くなるためである。したがって、燃焼設備110内のバーナ112近傍において、混合ガスおよび空気の噴流によって伴流される燃焼室内の排気ガスの量が増加する。その結果、燃焼領域の酸素濃度が低下することにより火炎温度が低下し、NOxの発生量が抑制されているためである(自己排ガス再循環による低NOx効果)。 In the example shown in Figure 5, the NOx concentration in the exhaust gas tends to be lower when the flow rate of the mixed gas is high compared to when the flow rate is low. This is because the flow velocity of the mixed gas and air ejected from the burner 112 is higher when the flow rate of the mixed gas is high than when the flow rate is low. Therefore, near the burner 112 in the combustion equipment 110, the amount of exhaust gas in the combustion chamber that is entrained by the jet of mixed gas and air increases. As a result, the oxygen concentration in the combustion area decreases, which lowers the flame temperature and suppresses the amount of NOx generated (low NOx effect due to self-exhaust gas recirculation).
したがって、図4に示すように、流量制御部140は、時刻T5から時刻T6までの間、要求熱量に応じてバーナ112に供給される水素の流量を低下させる場合、燃料ガス供給路232に供給される窒素の流量を増加させる。これにより、流量制御部140は、排気ガスに含まれるNOxの濃度を低減することができる。 Therefore, as shown in FIG. 4, when the flow rate control unit 140 reduces the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 in accordance with the required heat quantity between time T5 and time T6, it increases the flow rate of nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232. This allows the flow rate control unit 140 to reduce the concentration of NOx contained in the exhaust gas.
なお、窒素の流量Faは、水素の流量F2の場合にNOxの濃度が所定値となる流量、および、プレパージ制御の際に燃焼設備110内が空気で置換される時間以下の時間で燃料ガス供給路232内を窒素で置換できる流量のうちの大きい方の流量である。また、窒素の流量Fbは、流量Fa超の流量であり、水素の流量F1の場合に、NOxの濃度が所定値となる流量である。 The nitrogen flow rate Fa is the larger of the flow rate at which the NOx concentration reaches a predetermined value when the hydrogen flow rate is F2, and the flow rate at which nitrogen can replace the fuel gas supply path 232 in a time equal to or shorter than the time it takes for air to replace the inside of the combustion equipment 110 during pre-purge control. The nitrogen flow rate Fb is a flow rate greater than the flow rate Fa, and is the flow rate at which the NOx concentration reaches a predetermined value when the hydrogen flow rate is F1.
そして、時刻T6において、流量制御部140は、流量制御弁216の開度を調整し、空気の流量を制御して、水素の流量を流量F2とし、流量F2に維持して定格燃焼を行う。流量制御部140は、定格燃焼の際、流量調整弁262の開度を調整し、燃料ガス供給路232に供給される窒素を流量Faに維持する。 Then, at time T6, the flow control unit 140 adjusts the aperture of the flow control valve 216 to control the air flow rate, setting the hydrogen flow rate to flow rate F2 and maintaining it at flow rate F2 to perform rated combustion. During rated combustion, the flow control unit 140 adjusts the aperture of the flow control valve 262 to maintain the nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 at flow rate Fa.
[運転停止制御、ポストパージ制御]
そして、流量制御部140は、時刻T7において、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を維持したまま、バーナ112への水素の供給を停止してバーナ112の運転を停止する運転停止制御を行う。
[Shutdown control, post-purge control]
Then, at time T7, the flow control unit 140 performs operation shutdown control to stop the operation of the burner 112 by stopping the supply of hydrogen to the burner 112 while maintaining the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254.
具体的に説明すると、流量制御部140は、時刻T7において、遮断弁236a、236bを閉弁し、燃料ガス供給路232を通じたバーナ112への水素の供給を停止し、バーナ112の運転を停止する運転停止制御を行う。 Specifically, at time T7, the flow control unit 140 closes the shut-off valves 236a and 236b, stops the supply of hydrogen to the burner 112 through the fuel gas supply path 232, and performs operation shutdown control to stop the operation of the burner 112.
そして、流量制御部140は、運転停止制御を行った時刻T7から所定時間経過後の時刻T8において、遮断弁260を閉弁し、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を停止してポストパージ制御を行う。また、流量制御部140は、時刻T8において、送風機214の動作を停止させる。 Then, at time T8, a predetermined time after time T7 when the operation shutdown control was performed, the flow control unit 140 closes the shutoff valve 260 and stops the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254, thereby performing post-purge control. The flow control unit 140 also stops the operation of the blower 214 at time T8.
このように、流量制御部140は、時刻T7から時刻T8まで、不活性ガス供給路254を通じた燃料ガス供給路232への窒素の供給を行うポストパージ制御を行う。時刻T7から時刻T8までの時間は、燃料ガス供給路232内が窒素で置換される時間に設定される。なお、時刻T7から時刻T8までの時間は、時刻T1から時刻T2までの時間と同じであってもよい。 In this way, the flow rate control unit 140 performs post-purge control, supplying nitrogen to the fuel gas supply line 232 through the inert gas supply line 254, from time T7 to time T8. The time from time T7 to time T8 is set to the time during which the fuel gas supply line 232 is replaced with nitrogen. Note that the time from time T7 to time T8 may be the same as the time from time T1 to time T2.
以上説明したように、本実施形態に係る燃焼システム100は、プレパージ制御およびポストパージ制御を行う。したがって、燃焼システム100では、燃料ガス供給路232内に、水素と空気との可燃混合気が形成されることを回避することができる。特に、燃焼速度が速い、水素等の燃料ガスは、逆火発生率が高いが、プレパージ制御およびポストパージ制御を行うことにより、燃焼システム100は、逆火の発生を防止することが可能となる。 As described above, the combustion system 100 according to this embodiment performs pre-purge control and post-purge control. Therefore, the combustion system 100 can prevent a combustible mixture of hydrogen and air from forming in the fuel gas supply path 232. Fuel gases such as hydrogen, which have a fast combustion rate, have a high incidence of flashback, but by performing pre-purge control and post-purge control, the combustion system 100 can prevent flashback.
また、燃焼システム100は、燃料ガス供給路232に窒素を供給するといった簡易な構成で、燃料ガス供給路232にフレームアレスタ等の逆火阻止装置を設置することなく逆火による設備損壊等のリスクを最小化することができる。これにより、燃焼システム100は、低コストで逆火を防止することが可能となる。 Furthermore, the combustion system 100 has a simple configuration in which nitrogen is supplied to the fuel gas supply line 232, minimizing the risk of equipment damage due to flashback without the need to install a flashback prevention device such as a flame arrester in the fuel gas supply line 232. This makes it possible for the combustion system 100 to prevent flashback at low cost.
また、燃焼システム100は、プレパージ制御およびポストパージ制御に加えて、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給する。これにより、燃焼システム100は、水素を窒素で希釈することができ、火炎温度を低下させることが可能となる。このため、燃焼システム100は、水素等の火炎温度の高い燃料ガスの排気ガス中のNOxの濃度を低減することが可能となる。 In addition to pre-purge control and post-purge control, the combustion system 100 also supplies nitrogen to the fuel gas supply line 232 during in-operation control. This allows the combustion system 100 to dilute hydrogen with nitrogen, thereby lowering the flame temperature. As a result, the combustion system 100 can reduce the NOx concentration in the exhaust gas of fuel gases with high flame temperatures, such as hydrogen.
さらに、燃焼システム100は、バーナ112の燃料噴射口から噴射される混合ガス(水素および窒素)の流速を増加させることができるため、自己排ガス再循環を促進することが可能となる。これにより、燃焼システム100は、火炎温度を低下させることができ、排気ガス中のNOxの濃度をさらに低減することが可能となる。 Furthermore, the combustion system 100 can increase the flow rate of the mixed gas (hydrogen and nitrogen) injected from the fuel injection port of the burner 112, thereby promoting self-exhaust gas recirculation. This allows the combustion system 100 to lower the flame temperature, further reducing the NOx concentration in the exhaust gas.
また、燃焼システム100は、運転中制御において、NOxの濃度が所定値以下となるように、窒素の流量を制御する。これにより、排気ガス中のNOxの濃度を所定値以下に低減することができる。 In addition, during operation control, the combustion system 100 controls the flow rate of nitrogen so that the NOx concentration is below a predetermined value. This allows the NOx concentration in the exhaust gas to be reduced to below the predetermined value.
また、燃焼システム100は、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給するため、バーナ112のノズル等を冷却することができ、バーナ112の耐久性を向上することが可能となる。 In addition, the combustion system 100 supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during operation control, which allows the nozzle of the burner 112 and other components to be cooled, thereby improving the durability of the burner 112.
また、上記したように、流量制御部140は、運転中制御において、空気比を一定に保ちつつ、要求熱量に応じて、バーナ112に供給される水素の流量を制御する。これにより、流量制御部140は、運転中制御において、水素の燃焼による加熱運転の熱効率を向上させることができる。 Furthermore, as described above, during operation control, the flow rate control unit 140 controls the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 in accordance with the required heat quantity while maintaining a constant air ratio. As a result, during operation control, the flow rate control unit 140 can improve the thermal efficiency of heating operation by burning hydrogen.
[第1の変形例]
上記第1の実施形態において、運転中制御の時刻T5から時刻T6までの間、流量制御部140は、メモリ134に保持されたNOx情報を参照し、排気ガスに含まれるNOxの濃度が所定値以下となるように、流量調整弁262の開度を制御する場合を例に挙げた。しかし、流量制御部140は、運転中制御において、不活性ガス供給路254を通じて燃料ガス供給路232へ窒素を供給すればよい。
[First Modification]
In the first embodiment described above, the flow control unit 140 refers to the NOx information stored in the memory 134 and controls the opening degree of the flow rate adjustment valve 262 so that the concentration of NOx contained in the exhaust gas becomes equal to or less than a predetermined value during the in-operation control from time T5 to time T6. However, the flow rate control unit 140 may supply nitrogen to the fuel gas supply path 232 through the inert gas supply path 254 during the in-operation control.
図6は、第1の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図6中、縦軸は、流量を示す。図6中、横軸は時間を示す。 Figure 6 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the first modified example. In Figure 6, the vertical axis represents flow rate. In Figure 6, the horizontal axis represents time.
図6に示すように、第1の変形例の流量制御部140は、運転中制御の時刻T5から時刻T6までの間、流量調整弁262の開度を調整し、燃料ガス供給路232に供給される窒素を流量Faに維持する。 As shown in FIG. 6, the flow rate control unit 140 of the first modified example adjusts the opening of the flow rate adjustment valve 262 during the in-operation control period from time T5 to time T6, and maintains the flow rate Fa of nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232.
つまり、第1の変形例の流量制御部140は、時刻T1から時刻T8までの間、燃料ガス供給路232に供給される窒素が流量Faとなるように、流量調整弁262の開度を維持する。 In other words, the flow rate control unit 140 of the first modified example maintains the opening degree of the flow rate adjustment valve 262 so that the nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 is at a flow rate Fa from time T1 to time T8.
以上説明したように、第1の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給する。これにより、第1の変形例の流量制御部140は、火炎温度を低下させることができ、排気ガス中のNOxの濃度を低減することが可能となる。 As described above, the flow rate control unit 140 of the first modified example supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. This allows the flow rate control unit 140 of the first modified example to lower the flame temperature and reduce the concentration of NOx in the exhaust gas.
また、第1の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給するため、バーナ112のノズル等を冷却することができ、バーナ112の耐久性を向上することが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the first modified example supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during operation control, thereby cooling the nozzle of the burner 112, etc., and improving the durability of the burner 112.
[第2の変形例]
図7は、第2の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図7中、縦軸は、流量を示す。図7中、横軸は時間を示す。
[Second Modification]
7 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the second modified example. In FIG. 7, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図7に示すように、第2の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、バーナ112に供給される水素の流量に対し、一定割合の窒素を供給するように、流量調整弁262を制御する。 As shown in FIG. 7, the flow rate control unit 140 of the second modified example controls the flow rate adjustment valve 262 during operation control so as to supply a constant ratio of nitrogen to the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112.
例えば、第2の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F1である場合、窒素が流量Fcとなるように、流量調整弁262を制御する。窒素の流量Fcは、上記流量Fa以上であり、例えば、水素の流量F1の20体積%である。また、第2の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F2である場合、窒素が流量Fdとなるように、流量調整弁262を制御する。窒素の流量Fdは、例えば、水素の流量F2の20体積%である。 For example, in the second modified example, when hydrogen is supplied to the burner 112 at a flow rate F1, the flow rate control unit 140 controls the flow rate adjustment valve 262 so that nitrogen is supplied at a flow rate Fc. The nitrogen flow rate Fc is equal to or greater than the flow rate Fa, for example, 20% by volume of the hydrogen flow rate F1. Furthermore, in the second modified example, when hydrogen is supplied to the burner 112 at a flow rate F2, the flow rate control unit 140 controls the flow rate adjustment valve 262 so that nitrogen is supplied at a flow rate Fd. The nitrogen flow rate Fd is, for example, 20% by volume of the hydrogen flow rate F2.
以上説明したように、第2の変形例の流量制御部140は、窒素の流量を、水素の流量に対して所定の体積割合(例えば、20体積%)とする。これにより、第2の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を低減することができる(図5参照)。したがって、第2の変形例では、水素の燃焼量(燃焼条件)に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を所定値未満とすることが可能となる。 As explained above, the flow rate control unit 140 of the second modified example sets the flow rate of nitrogen to a predetermined volume ratio (e.g., 20% by volume) relative to the flow rate of hydrogen. As a result, in the second modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be reduced regardless of the amount of hydrogen burned (see Figure 5). Therefore, in the second modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be kept below a predetermined value regardless of the amount of hydrogen burned (combustion conditions).
また、第2の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給する。これにより、第2の変形例の流量制御部140は、火炎温度を低下させることができ、排気ガス中のNOxの濃度を低減することが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the second modified example supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. This allows the flow rate control unit 140 of the second modified example to lower the flame temperature and reduce the concentration of NOx in the exhaust gas.
また、第2の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、窒素を燃料ガス供給路232に供給するため、バーナ112のノズル等を冷却することができ、バーナ112の耐久性を向上することが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the second modified example supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during operation control, thereby cooling the nozzle of the burner 112, etc., and improving the durability of the burner 112.
[第3の変形例]
図8は、第3の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図8中、縦軸は、流量を示す。図8中、横軸は時間を示す。
[Third Modification]
8 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the third modified example. In FIG. 8, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図8に示すように、第3の変形例の流量制御部140は、運転中制御の時刻T5から時刻T6までの間、燃焼設備110の要求熱量に基づいて、遮断弁236a、236bを閉弁する(水素の流量がゼロ)期間がある。第3の変形例の流量制御部140は、このような運転中制御中における水素の流量がゼロとなる期間においても、燃料ガス供給路232への窒素の供給を維持する。 As shown in FIG. 8 , the flow control unit 140 of the third modified example closes the shutoff valves 236a and 236b (the hydrogen flow rate is zero) during the period from time T5 to time T6 during the in-operation control, based on the required heat quantity of the combustion equipment 110. The flow control unit 140 of the third modified example maintains the supply of nitrogen to the fuel gas supply path 232 even during this period during which the hydrogen flow rate is zero during the in-operation control.
運転中制御中において、水素の供給を停止する際に、燃料ガス供給路232への窒素の供給を停止する比較例が考えられる。このような比較例では、水素の供給を再開する前に、燃料ガス供給路232を窒素でパージしなければ、逆火が生じるおそれがある。つまり、比較例では、水素の供給を再開する前に燃料ガス供給路232の窒素パージが必須となる。このため、比較例では、運転中制御中における水素の供給停止、供給再開の応答性が低下し、燃焼設備110の温度制御の精度が低下してしまうという問題がある。 In one comparative example, when the supply of hydrogen is stopped during in-operation control, the supply of nitrogen to the fuel gas supply line 232 is stopped. In such a comparative example, if the fuel gas supply line 232 is not purged with nitrogen before the supply of hydrogen is resumed, there is a risk of backfire. In other words, in this comparative example, it is necessary to purge the fuel gas supply line 232 with nitrogen before resuming the supply of hydrogen. As a result, this comparative example has the problem of reduced responsiveness in stopping and resuming the supply of hydrogen during in-operation control, which reduces the accuracy of temperature control of the combustion equipment 110.
一方、第3の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、燃料ガス供給路232へ常時窒素を供給する。このため、第3の変形例の流量制御部140は、運転中制御中における水素の供給停止および供給再開の切り換えを瞬時に行うことができ、水素の供給停止、供給再開の応答性を高めることが可能となる。したがって、第3の変形例の流量制御部140は、燃焼設備110の温度制御を高精度に行うことができる。 On the other hand, the flow rate control unit 140 of the third modified example constantly supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. As a result, the flow rate control unit 140 of the third modified example can instantly switch between stopping and restarting the supply of hydrogen during in-operation control, making it possible to improve the responsiveness of stopping and restarting the supply of hydrogen. Therefore, the flow rate control unit 140 of the third modified example can control the temperature of the combustion equipment 110 with high precision.
また、第3の変形例の流量制御部140は、窒素の流量を、水素の流量に対して所定の体積割合(例えば、20体積%)とする。これにより、第3の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を低減することができる(図5参照)。したがって、第3の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を所定値未満とすることが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the third modified example sets the flow rate of nitrogen to a predetermined volume ratio (e.g., 20% by volume) relative to the flow rate of hydrogen. As a result, in the third modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be reduced regardless of the amount of hydrogen burned (see Figure 5). Therefore, in the third modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be kept below a predetermined value regardless of the amount of hydrogen burned.
[第4の変形例]
図9は、第4の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図9中、縦軸は、流量を示す。図9中、横軸は時間を示す。
[Fourth Modification]
9 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the fourth modification. In FIG. 9, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図9に示すように、第4の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素の流量がゼロ、または、流量F2となるように、遮断弁236a、236bを開閉する。例えば、第4の変形例の140は、時刻T2から時刻T5において、遮断弁236a、236bを開弁し、バーナ112に流量F2の一定流量の水素を供給する。 As shown in FIG. 9, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example opens and closes the shut-off valves 236a and 236b so that the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is zero or a flow rate F2. For example, the fourth modified example 140 opens the shut-off valves 236a and 236b from time T2 to time T5, and supplies hydrogen to the burner 112 at a constant flow rate of F2.
また、第4の変形例の流量制御部140は、時刻T5から時刻T6までの間、燃焼設備110の要求熱量に基づいて、バーナ112に供給される水素の流量がゼロ(供給停止)、または、流量F2(供給再開)となるように、遮断弁236a、236bを開閉する。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example opens and closes the shut-off valves 236a and 236b so that the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is zero (supply stopped) or flow rate F2 (supply resumed) based on the heat quantity required by the combustion equipment 110 between time T5 and time T6.
そして、時刻T6から時刻T7において、第4の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F2となるように、遮断弁236a、236bの開状態を維持する。 Then, from time T6 to time T7, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example maintains the shut-off valves 236a and 236b in an open state so that the hydrogen supplied to the burner 112 is at a flow rate F2.
また、第4の変形例の流量制御部140は、第1の変形例と同様に、時刻T1から時刻T8までの間、燃料ガス供給路232に供給される窒素が流量Faとなるように、流量調整弁262の開度を維持する。 Furthermore, as in the first modification, the flow control unit 140 of the fourth modification maintains the opening degree of the flow adjustment valve 262 so that the nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 is at a flow rate Fa from time T1 to time T8.
以上説明したように、第4の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、燃料ガス供給路232へ常時窒素を供給する。このため、第4の変形例の流量制御部140は、運転中制御中における水素の供給停止および供給再開の切り換えを瞬時に行うことができ、水素の供給停止、供給再開の応答性を高めることが可能となる。したがって、第4の変形例の流量制御部140は、燃焼設備110の温度制御を高精度に行うことができる。 As described above, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example constantly supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. Therefore, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example can instantly switch between stopping and restarting the supply of hydrogen during in-operation control, making it possible to improve the responsiveness of stopping and restarting the supply of hydrogen. Therefore, the flow rate control unit 140 of the fourth modified example can perform temperature control of the combustion equipment 110 with high precision.
[第5の変形例]
図10は、第5の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図10中、縦軸は、流量を示す。図10中、横軸は時間を示す。
[Fifth Modification]
10 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the fifth modified example. In FIG. 10, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図10に示すように、第5の変形例の流量制御部140による水素の流量制御(遮断弁236a、236bの開閉制御)は、第4の変形例と同様である。 As shown in FIG. 10, the hydrogen flow rate control (opening/closing control of shut-off valves 236a, 236b) by the flow rate control unit 140 in the fifth modified example is the same as in the fourth modified example.
一方、第5の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、バーナ112に供給される水素の流量に対し、一定割合の窒素を供給するように、流量調整弁262を制御する。 On the other hand, in the fifth variant, the flow control unit 140 controls the flow adjustment valve 262 during operation control so that a constant ratio of nitrogen is supplied to the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112.
例えば、第5の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F2である場合、窒素が流量Feとなるように、流量調整弁262を制御する。窒素の流量Feは、例えば、水素の流量F2の20体積%である。また、第5の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素の流量がゼロである場合、窒素が流量Faとなるように、流量調整弁262を制御する。 For example, in the fifth modified example, when the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is F2, the flow rate control unit 140 controls the flow rate adjustment valve 262 so that the flow rate of nitrogen is Fe. The flow rate of nitrogen Fe is, for example, 20% by volume of the flow rate of hydrogen F2. Furthermore, in the fifth modified example, when the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is zero, the flow rate control unit 140 controls the flow rate adjustment valve 262 so that the flow rate of nitrogen is Fa.
以上説明したように、第5の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、燃料ガス供給路232へ常時窒素を供給する。このため、第5の変形例の流量制御部140は、運転中制御中における水素の供給停止および供給再開の切り換えを瞬時に行うことができ、水素の供給停止、供給再開の応答性を高めることが可能となる。したがって、第5の変形例の流量制御部140は、燃焼設備110の温度制御を高精度に行うことができる。 As described above, the flow rate control unit 140 of the fifth modified example constantly supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. Therefore, the flow rate control unit 140 of the fifth modified example can instantly switch between stopping and restarting the supply of hydrogen during in-operation control, making it possible to improve the responsiveness of stopping and restarting the supply of hydrogen. Therefore, the flow rate control unit 140 of the fifth modified example can perform temperature control of the combustion equipment 110 with high precision.
また、第5の変形例の流量制御部140は、窒素の流量を、水素の流量に対して所定の体積割合(例えば、20体積%)とする。これにより、第5の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を低減することができる(図5参照)。したがって、第5の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を所定値未満とすることが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the fifth modified example sets the flow rate of nitrogen to a predetermined volume ratio (e.g., 20% by volume) relative to the flow rate of hydrogen. As a result, in the fifth modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be reduced regardless of the amount of hydrogen burned (see Figure 5). Therefore, in the fifth modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be kept below a predetermined value regardless of the amount of hydrogen burned.
[第6の変形例]
図11は、第6の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図11中、縦軸は、流量を示す。図11中、横軸は時間を示す。
[Sixth Modification]
11 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the sixth modified example. In FIG. 11, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図11に示すように、第6の変形例の流量制御部140による窒素の流量制御(流量調整弁262の制御)は、第1の変形例と同様である。 As shown in FIG. 11, the nitrogen flow rate control (control of the flow rate adjustment valve 262) by the flow rate control unit 140 in the sixth modified example is the same as in the first modified example.
一方、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、バーナ112に供給される水素の流量をゼロ(供給停止)、流量F1(供給再開)、および、流量F2(供給再開)のいずれかに制御する。図11に示すように、第6の変形例の流量制御部140は、運転開始制御(時刻T2)において、水素が流量F1となるように流量制御弁216の開度を調整し、空気の流量および水素の流量を制御する。また、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御の時刻T3において、水素が流量F2となるように流量制御弁216の開度を大きくして空気の流量を増加させるとともに、水素の流量を増加させて定格燃焼を行う。 On the other hand, the flow rate control unit 140 of the sixth modified example controls the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 to either zero (supply stopped), flow rate F1 (supply resumed), or flow rate F2 (supply resumed) during in-operation control. As shown in FIG. 11 , the flow rate control unit 140 of the sixth modified example adjusts the aperture of the flow rate control valve 216 during operation start control (time T2) so that the hydrogen flow rate is F1, and controls the air flow rate and hydrogen flow rate. Furthermore, at time T3 during in-operation control, the flow rate control unit 140 of the sixth modified example increases the aperture of the flow rate control valve 216 to increase the air flow rate and increase the hydrogen flow rate so that the hydrogen flow rate is F2, thereby performing rated combustion.
そして、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御の時刻T5から時刻T6までの間、燃焼設備110の要求熱量に基づいて、バーナ112に供給される水素の流量が、ゼロ、流量F1、および、流量F2のいずれかとなるように、流量制御弁216の開度を調整し、空気の流量および水素の流量を制御する。 Then, the flow rate control unit 140 of the sixth variant adjusts the opening of the flow rate control valve 216 and controls the air flow rate and hydrogen flow rate so that the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is either zero, flow rate F1, or flow rate F2 based on the heat quantity required by the combustion equipment 110 during the period from time T5 to time T6 during operation control.
また、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御の時刻T6から時刻T7までの間、水素が流量F2となるように流量制御弁216の開度を調整して定格燃焼を行う。 Furthermore, the flow control unit 140 of the sixth modified example performs rated combustion by adjusting the opening of the flow control valve 216 so that the hydrogen flow rate becomes F2 during the in-operation control period from time T6 to time T7.
以上説明したように、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、燃料ガス供給路232へ常時窒素を供給する。このため、第6の変形例の流量制御部140は、運転中制御中における水素の供給停止および供給再開の切り換えを瞬時に行うことができ、水素の供給停止、供給再開の応答性を高めることが可能となる。したがって、第6の変形例の流量制御部140は、燃焼設備110の温度制御を高精度に行うことができる。 As described above, the flow rate control unit 140 of the sixth modified example constantly supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. Therefore, the flow rate control unit 140 of the sixth modified example can instantly switch between stopping and restarting the supply of hydrogen during in-operation control, making it possible to improve the responsiveness of stopping and restarting the supply of hydrogen. Therefore, the flow rate control unit 140 of the sixth modified example can perform temperature control of the combustion equipment 110 with high precision.
[第7の変形例]
図12は、第7の変形例に係る流量制御部140の制御について説明する図である。図12中、縦軸は、流量を示す。図12中、横軸は時間を示す。
[Seventh Modification]
12 is a diagram illustrating the control of the flow rate control unit 140 according to the seventh modification. In FIG. 12, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents time.
図12に示すように、第7の変形例の流量制御部140による水素の流量制御(流量制御弁216の制御)は、第6の変形例と同様である。 As shown in FIG. 12, the hydrogen flow rate control (control of the flow rate control valve 216) by the flow rate control unit 140 in the seventh modified example is the same as in the sixth modified example.
一方、第7の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、バーナ112に供給される水素の流量に対し、一定割合の窒素を供給するように、流量調整弁262を制御する。 On the other hand, the flow rate control unit 140 of the seventh variant controls the flow rate adjustment valve 262 during operation control so that a fixed ratio of nitrogen is supplied to the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112.
例えば、第7の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F1である場合、窒素が流量Ffとなるように、流量調整弁262を制御する。窒素の流量Ffは、上記流量Fa超であり、例えば、水素の流量F1の20体積%である。また、第7の変形例の流量制御部140は、バーナ112に供給される水素が流量F2である場合、窒素が流量Fgとなるように、流量調整弁262を制御する。窒素の流量Fgは、例
えば、水素の流量F2の20体積%である。
For example, when hydrogen is supplied to the burner 112 at a flow rate F1, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example controls the flow rate adjustment valve 262 so that nitrogen reaches a flow rate Ff. The nitrogen flow rate Ff exceeds the flow rate Fa, for example, 20% by volume of the hydrogen flow rate F1. Furthermore, when hydrogen is supplied to the burner 112 at a flow rate F2, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example controls the flow rate adjustment valve 262 so that nitrogen reaches a flow rate Fg. The nitrogen flow rate Fg is, for example, 20% by volume of the hydrogen flow rate F2.
また、第7の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、バーナ112に供給される水素の流量がゼロである場合であっても、窒素が流量Faとなるように、流量調整弁262を制御する。 Furthermore, in the seventh modified example, the flow rate control unit 140 controls the flow rate adjustment valve 262 during operation control so that the nitrogen flow rate becomes Fa, even when the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 is zero.
以上説明したように、第7の変形例の流量制御部140は、運転中制御において、燃料ガス供給路232へ常時窒素を供給する。このため、第7の変形例の流量制御部140は、運転中制御中における水素の供給停止および供給再開の切り換えを瞬時に行うことができ、水素の供給停止、供給再開の応答性を高めることが可能となる。したがって、第7の変形例の流量制御部140は、燃焼設備110の温度制御を高精度に行うことができる。 As described above, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example constantly supplies nitrogen to the fuel gas supply path 232 during in-operation control. Therefore, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example can instantly switch between stopping and restarting the supply of hydrogen during in-operation control, making it possible to improve the responsiveness of stopping and restarting the supply of hydrogen. Therefore, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example can perform temperature control of the combustion equipment 110 with high precision.
また、第7の変形例の流量制御部140は、窒素の流量を、水素の流量に対して所定の体積割合(例えば、20体積%)とする。これにより、第7の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を低減することができる(図5参照)。したがって、第7の変形例では、水素の燃焼量に拘わらず、排気ガス中のNOxの濃度を所定値未満とすることが可能となる。 Furthermore, the flow rate control unit 140 of the seventh modified example sets the flow rate of nitrogen to a predetermined volume ratio (e.g., 20% by volume) relative to the flow rate of hydrogen. As a result, in the seventh modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be reduced regardless of the amount of hydrogen burned (see Figure 5). Therefore, in the seventh modified example, the NOx concentration in the exhaust gas can be kept below a predetermined value regardless of the amount of hydrogen burned.
[第2の実施形態]
図13は、第2の実施形態に係る燃焼システム300を説明する図である。図14は、第2の実施形態に係る制御装置330の機能ブロック図である。図13中、破線の矢印は、信号の流れを示す。
Second Embodiment
Fig. 13 is a diagram illustrating a combustion system 300 according to the second embodiment. Fig. 14 is a functional block diagram of a control device 330 according to the second embodiment. In Fig. 13, dashed arrows indicate signal flows.
図13に示すように、燃焼システム300は、燃焼設備110と、ガス供給部120と、濃度センサ310と、制御装置330とを含む。なお、上記燃焼システム100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 As shown in FIG. 13, the combustion system 300 includes a combustion facility 110, a gas supply unit 120, a concentration sensor 310, and a control device 330. Components that are substantially the same as those in the combustion system 100 described above are designated by the same reference numerals and will not be described again.
濃度センサ310は、燃焼設備110内において、水素を燃焼させることで生じる排気ガスに含まれるNOxの濃度を検出する。 The concentration sensor 310 detects the concentration of NOx contained in the exhaust gas produced by burning hydrogen within the combustion equipment 110.
図14に示すように、制御装置330は、中央制御部332と、メモリ334とを含む。 As shown in FIG. 14, the control device 330 includes a central control unit 332 and a memory 334.
中央制御部332は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部332は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部332は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して燃焼システム300全体を管理および制御する。 The central control unit 332 is composed of a semiconductor integrated circuit that includes a CPU (central processing unit). The central control unit 332 reads programs and parameters for operating the CPU from ROM. The central control unit 332 works in cooperation with RAM as a work area and other electronic circuits to manage and control the entire combustion system 300.
メモリ334は、ROM、RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成される。メモリ334は、中央制御部332に用いられるプログラムや各種データを記憶する。 Memory 334 is composed of ROM, RAM, flash memory, HDD, etc. Memory 334 stores programs and various data used by the central control unit 332.
本実施形態において、中央制御部332は、信号取得部340、流量制御部342として機能する。 In this embodiment, the central control unit 332 functions as a signal acquisition unit 340 and a flow rate control unit 342.
信号取得部340は、濃度センサ310の検出結果を取得する。 The signal acquisition unit 340 acquires the detection results of the concentration sensor 310.
流量制御部342は、上記第1の実施形態と同様に、燃料ガス供給路232を通じてバーナ112に供給される水素の流量、不活性ガス供給路254を通じて燃料ガス供給路232に供給される窒素の流量、および、酸化剤ガス供給路212を通じてバーナ112に供給される空気の流量のうちのいずれか1または複数を制御して、プレパージ制御、運転開始制御、運転停止制御、および、ポストパージ制御を行う。 As in the first embodiment described above, the flow rate control unit 342 controls one or more of the flow rate of hydrogen supplied to the burner 112 through the fuel gas supply path 232, the flow rate of nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 through the inert gas supply path 254, and the flow rate of air supplied to the burner 112 through the oxidant gas supply path 212, thereby performing pre-purge control, operation start control, operation stop control, and post-purge control.
本実施形態において、流量制御部342は、運転中制御中の定格燃焼後、つまり、時刻T5から時刻T6までの間、燃焼設備110の要求熱量に基づいて、流量制御弁216の開度を調整し空気の流量を制御することで、バーナ112に供給される水素を流量F1以上、流量F2以下の範囲に制御する。また、流量制御部140は、時刻T5から時刻T6までの間、信号取得部340によって取得された濃度センサ310の検出結果に基づき、排気ガスに含まれるNOxの濃度が所定値以下となるように、流量調整弁262の開度を制御して、燃料ガス供給路232に供給される窒素を流量Fa以上、流量Fb以下の範囲に制御する。 In this embodiment, after rated combustion during in-operation control, that is, from time T5 to time T6, the flow control unit 342 adjusts the aperture of the flow control valve 216 to control the air flow rate based on the heat quantity required by the combustion equipment 110, thereby controlling the hydrogen supplied to the burner 112 to a range of not less than flow rate F1 but not more than flow rate F2. Furthermore, from time T5 to time T6, the flow control unit 140 controls the aperture of the flow adjustment valve 262 based on the detection results of the concentration sensor 310 acquired by the signal acquisition unit 340, thereby controlling the nitrogen supplied to the fuel gas supply path 232 to a range of not less than flow rate Fa but not more than flow rate Fb, so that the concentration of NOx contained in the exhaust gas is below a predetermined value.
以上説明したように、本実施形態に係る燃焼システム300は、運転中制御において、NOxの濃度が所定値以下となるように、窒素の流量を制御する。これにより、排気ガス中のNOxの濃度を所定値以下に低減することができる。 As described above, the combustion system 300 according to this embodiment controls the flow rate of nitrogen during in-operation control so that the NOx concentration is below a predetermined value. This allows the NOx concentration in the exhaust gas to be reduced to below the predetermined value.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 While the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art could conceive of various modifications or alterations within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.
例えば、上記第1の実施形態において、燃料供給部230が、均圧弁238を備える場合を例に挙げた。しかし、燃料供給部230は、均圧弁238に代えて、流量制御弁を備えてもよい。流量制御弁は、例えば、コントロールモータ付きバタフライバルブである。 For example, in the first embodiment described above, the fuel supply unit 230 includes a pressure equalizing valve 238. However, the fuel supply unit 230 may include a flow control valve instead of the pressure equalizing valve 238. The flow control valve may be, for example, a butterfly valve with a control motor.
また、上記第1の実施形態において、燃料供給部230が、遮断弁236aおよび遮断弁236bを備える構成を例に挙げた。しかし、燃料供給部230は、遮断弁236aおよび遮断弁236bのうちのいずれか一方を備えていればよい。 Furthermore, in the first embodiment described above, the fuel supply unit 230 is configured to include both the shut-off valve 236a and the shut-off valve 236b. However, it is sufficient for the fuel supply unit 230 to include either the shut-off valve 236a or the shut-off valve 236b.
また、上記第1の実施形態、および、第1~第7の変形例において、流量制御部140がプレパージ制御を行う場合を例に挙げた。しかし、流量制御部140は、運転開始制御、運転中制御、運転停止制御、および、ポストパージ制御を少なくとも行えばよい。 Furthermore, in the above first embodiment and the first to seventh modified examples, the flow rate control unit 140 performs pre-purge control. However, it is sufficient for the flow rate control unit 140 to perform at least operation start control, operation control, operation stop control, and post-purge control.
また、上記第2の実施形態の燃焼システム300が、第1~第7の変形例の制御を行ってもよい。 Furthermore, the combustion system 300 of the second embodiment may perform the control of the first to seventh variants.
また、上記第1の実施形態および第2の実施形態において、ガス供給部120が均圧弁238を備え、空気比を一定とする場合を例に挙げた。しかし、流量制御部は、少なくとも運転中制御において、空気比が所定の空気比範囲内に維持されるように、要求熱量に応じてバーナ112に供給される燃料ガスの流量を制御し、バーナ112に供給される酸化剤ガスの流量を制御してもよい。 Furthermore, in the above first and second embodiments, the gas supply unit 120 is equipped with a pressure equalizing valve 238, and the air ratio is kept constant. However, the flow control unit may control the flow rate of fuel gas supplied to the burner 112 in accordance with the required heat quantity, and control the flow rate of oxidant gas supplied to the burner 112, so that the air ratio is maintained within a predetermined air ratio range, at least during control during operation.
100 燃焼システム
112 バーナ
140 流量制御部
212 酸化剤ガス供給路
232 燃料ガス供給路
254 不活性ガス供給路
300 燃焼システム
342 流量制御部
100 Combustion system 112 Burner 140 Flow rate control section 212 Oxidant gas supply channel 232 Fuel gas supply channel 254 Inert gas supply channel 300 Combustion system 342 Flow rate control section
Claims (5)
燃料ガスの供給源と前記バーナとを接続する燃料ガス供給路と、
送風機と前記バーナとを接続する酸化剤ガス供給路と、
不活性ガスの供給源と前記燃料ガス供給路とを接続する不活性ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路を通じて前記バーナに供給される燃料ガスの流量、前記酸化剤ガス供給路を通じて前記バーナに供給される酸化剤ガスの流量、および、前記不活性ガス供給路を通じて前記燃料ガス供給路に供給される不活性ガスの流量のうちのいずれか1または複数を制御する流量制御部と、
を備え、
前記流量制御部は、
前記不活性ガス供給路を通じた前記燃料ガス供給路への前記不活性ガスの供給を行うプレパージ制御と、
前記プレパージ制御の後に行われる制御であって、前記バーナへの前記燃料ガスの供給を開始して前記バーナの運転を開始する運転開始制御と、
前記運転開始制御の後に行われる制御であって、少なくとも所定期間において前記バーナへ前記燃料ガスを供給する運転中制御と、
前記運転中制御の後に行われる制御であって、前記バーナへの前記燃料ガスの供給を停止して前記バーナの運転を停止する運転停止制御と、
前記運転停止制御の後に行われる制御であって、前記不活性ガス供給路を通じた前記燃料ガス供給路への前記不活性ガスの供給を所定時間行うポストパージ制御と、
を行い、
前記プレパージ制御から前記ポストパージ制御までの間、前記不活性ガス供給路を通じた前記燃料ガス供給路への前記不活性ガスの供給を維持する、燃焼システム。 Burner and
a fuel gas supply line connecting a fuel gas supply source and the burner;
an oxidant gas supply passage connecting the blower and the burner;
an inert gas supply channel connecting an inert gas supply source and the fuel gas supply channel;
a flow rate control unit that controls one or more of the flow rate of the fuel gas supplied to the burner through the fuel gas supply path, the flow rate of the oxidant gas supplied to the burner through the oxidant gas supply path, and the flow rate of the inert gas supplied to the fuel gas supply path through the inert gas supply path;
Equipped with
The flow rate control unit
pre-purge control for supplying the inert gas to the fuel gas supply line through the inert gas supply line;
an operation start control that is performed after the pre-purge control and starts supplying the fuel gas to the burner to start operation of the burner;
an in-operation control that is a control performed after the operation start control and that supplies the fuel gas to the burner for at least a predetermined period of time;
an operation stop control that is a control performed after the operation control, and stops the supply of the fuel gas to the burner to stop the operation of the burner;
a post-purge control that is a control that is performed after the operation shutdown control, and that supplies the inert gas to the fuel gas supply line through the inert gas supply line for a predetermined time;
and
The combustion system maintains the supply of the inert gas to the fuel gas supply line through the inert gas supply line during the period from the pre-purge control to the post-purge control .
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