混焼システム
【課題】原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得る。
【解決手段】ガス燃焼設備が混合ガスの発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器である場合に、主燃料ガスｇ１の圧力を設定圧力に設定した状態で混合器５に導く主燃料ガス供給系統と、副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段７を備え、調整流量の副燃料ガスｇ２を混合器５に導く副燃料ガス供給系統とを備え、ガス燃焼設備１の出力検知値、主燃料ガスｇ１の発熱量、副燃料ガスｇ２との発熱量と予め定まる原料ガスの混合比Ｒ１とに基づいて副燃料ガスｇ２の流量を流量調整手段７で制御する。
【解決手段】ガス燃焼設備が混合ガスの発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器である場合に、主燃料ガスｇ１の圧力を設定圧力に設定した状態で混合器５に導く主燃料ガス供給系統と、副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段７を備え、調整流量の副燃料ガスｇ２を混合器５に導く副燃料ガス供給系統とを備え、ガス燃焼設備１の出力検知値、主燃料ガスｇ１の発熱量、副燃料ガスｇ２との発熱量と予め定まる原料ガスの混合比Ｒ１とに基づいて副燃料ガスｇ２の流量を流量調整手段７で制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で混合ガスを燃焼させて働く混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、地球に優しい環境設備を実現する等の目的から、所謂、オンサイトで発生するバイオガスを発生熱量が管理された都市ガス等に混合して燃焼させる混焼システムが提案されている。
このような混焼システムでは、バイオガスと都市ガス等との混合ガスが燃料ガスとして使用される。この種の混焼システムの代表例としては、ガスエンジンにより駆動される発電機を備えたガスエンジン発電システム、混合ガスを燃焼して蒸気を発生するボイラシステム等を挙げることができる。このボイラシステムでは、その蒸気発生量を段階的に設定できる構成のものが多い。
【０００３】
ガスエンジン発電システムの一例が、特許文献１に示されている。
特許文献１に開示のシステムは、副燃料ガスの熱量が変動しても安定してガスエンジンを運転することができる発電システムを提供することを目的としている。この文献に開示の技術では、同明細書に記載されているように、副燃料ガスの熱量が減少し、発電機の発電出力が目標出力よりも低下したときには、ガスエンジンに供給される主燃料ガスと副燃料ガスとの総熱量を確保するように、出力制御コントローラがスロットルバルブの開度を増加させる。これに伴い、吸気マニホールド内に吸入される第２混合気の流量が増加し、吸気マニホールド内の圧力が目標圧力よりも増加する。このとき、吸気マニホールド内の圧力が目標圧力に復帰するように、主燃料制御コントローラが主燃料調整弁の開度を増加させる。これにより、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給量が増加することになり、出力制御コントローラがスロットルバルブの開度を復帰させる。こうして、副燃料ガスの熱量の不足分を、主燃料ガスの熱量によって補い、吸気マニホールド内の圧力を目標圧力に復帰させることができる。
【０００４】
特許文献１に記載の技術においては、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比の変化を考慮することなく、ガスエンジン側で所定の出力を得るために、両燃料ガスの供給流量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比が一定の混合ガスをガスエンジンに供給し、出力の調整は、その出力に応じたスロットルの開度調整で行う方が好ましい場合もある。この状況は、例えば、ガスエンジンが、発熱量が安定的に管理された主燃料ガスのみで運転されていたシステムで副燃料ガスを消費したいといった場合であり、ガスエンジンに許容される発熱量許容幅が所定の幅に制限される場合である。このような既存設備を使用する場合には、混合比を一定に保ち、混合ガスの発熱量を所定の変動幅内に維持した状態で、ガスエンジン側で発生する出力に応じた総発熱量（燃料ガス流量Ｆ×燃料ガスの発熱量Ｑ）の混合ガスをガスエンジンに供給する必要が生じる。
【０００７】
一方、今日、例えば、食品加工工場（ビール工場等）から発生する食品残渣からバイオガスを製造する製造プロセスが確立されており、このような製造プロセスから製造されるバイオガスの発熱量Ｑは、その変動が極めて少なく、安定したものとなっている。また、その製造量も年々増加の一途にある。
【０００８】
そこで、このような副燃料ガスの供給状況を考慮すると、ガスエンジンに供給する混合ガスの圧力を目標圧力に維持し、さらに、この混合ガスにおいて、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を一定に保つことが好ましいが、このような混焼システムの構成は、本願明細書の図４、図５に示すように、混合器において、その混合ガスの圧力を検出するとともに、その圧力が目標圧力となるように主燃料ガス（図示する例の場合は天然ガス）の供給流量Ｆ１を流量調整弁ＦＣＶ−１で制御するとともに、この供給流量Ｆ１に対して、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比として予め設定される所定の供給流量比となるように副燃料ガスの供給流量Ｆ２を求め、副燃料ガスを流量調整弁ＦＣＶ−２で制御する構成となる。
【０００９】
図４は、ガスエンジン発電システムを対象とする構成例であり、図５は、蒸気発生量を段階的に変更できるボイラシステムの構成例である。
【００１０】
しかしながら、この構成では、流量検出器、流量調整弁及び制御器がそれぞれ一対必要とされるのに加えて、主燃料ガスに対する副燃料ガスの供給流量比から副燃料ガスの供給流量を決定する比率設定器が必要となるため、設備が複雑となるとともに、コスト高となる。
【００１１】
本発明の目的は、原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための、主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で前記混合ガスを燃焼させて働く混焼システムの特徴構成は、
前記ガス燃焼設備が、当該ガス燃焼設備に供給される前記混合ガスの総発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器であり、
前記主燃料ガスの圧力を設定圧力に設定した状態で前記混合器に導く主燃料ガス供給系統と、前記副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段を備え、前記流量調整手段で調整された流量の前記副燃料ガスを前記混合器に導く副燃料ガス供給系統とを備え、
前記ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段と、
前記出力検知手段により検知された出力検知値、前記主燃料ガスの発熱量、前記副燃料ガスの発熱量と予め定まる前記主燃料ガスに対する前記副燃料ガスの混合比とに基づいて前記副燃料ガスの供給目標流量を導出するとともに、導出された前記副燃料ガスの供給目標流量を制御目標として、前記流量調整手段を制御する制御手段を備えたことにある。
【００１３】
この混焼システムは、基本的に、主燃料ガス、副燃料ガスの発熱量が安定しており、その混合比を予め設定できる所望の混合比で混合して混合ガスを得る設備に採用される。このシステムでは、先ず、出力検知手段によりシステムの出力を検知し、制御手段で、この出力に応じてガス燃焼設備側で要求される総発熱量を介して、副燃料ガスの供給目標流量を導出し、その供給目標流量になるように副燃料ガスの供給流量を制御する。本願発明の場合は、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を、各制御時点で一定値とするため、主燃料ガスの混合器さらにはガス燃焼設備への供給圧を一定に保つ状態で、副燃料ガスの供給流量の制御のみで、所定の混合比で混合された混合ガスを安定的にガス燃焼設備に供給できる。従って、ガス燃焼設備へ供給される混合ガスの発熱量を、当該ガス機器に許容される許容発熱量変動幅内に容易に抑えながらシステムを運転できる。
【００１４】
また、原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることができる。
【００１５】
このような混焼システムとして、前記ガス燃焼設備が、前記混合ガスの燃焼により動力を発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンにより発生される動力により電力を発生させる発電機とを組み合わせて構成され、前記出力が前記発電機の発電電力量であることが好ましい。
【００１６】
ガスエンジン発電システムは、オンサイトでの電力供給に対応でき、しかも、本願が対象とするような発熱量が比較的安定した副燃料ガスを得られる環境において、両原料ガスの混合比を守りながら、電力負荷の変動に容易に対応したガスエンジン発電システムを得ることができる。
【００１７】
さて、このようなガスエンジン発電システムでは、前記発電電力量から求まる総発熱量をＰ´、前記主燃料ガスの発熱量をＱ１、前記副燃料ガスの発熱量をＱ２、前記混合比をＲ１として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として求め、混合比を守りながら、出力変動に対応できる。
【００１８】
一方、前記ガス燃焼設備が、前記出力である前記混合ガスの燃焼ガス量を最小燃焼量から最大燃焼量の範囲で段階的に設定制御して運転されるガス燃焼設備であることも好ましい。
本願にかかる混焼システムでは、ガス燃焼設備に供給される混合ガスの発熱量を混合比との関係で安定的に制御するので、ガス燃焼設備の運転状態において、段階的な出力が要求される機器において、副燃料ガスの供給量を適切量に制御するだけで、負荷に応じた出力を得られる。
【００１９】
このような、ガス燃焼設備に対するシステムでは、前記ガス燃焼設備側で設定制御される総発熱量に対応する混合ガスの燃焼ガス量をＦ３、前記混合比をＲ２として、前記副燃料ガスの目標流量Ｆ２ｏをＲ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として求め、混合比を守りながら、それぞれの出力（負荷）に対応できる。
【００２０】
これまで説明した混焼システムでは、主燃料ガスガスと副燃料ガスとの混合比を、一定とする場合について説明したが、不測に副燃料ガスの発熱量が変動した場合に、本願に係る混焼システムでは、混合比の変更だけで対応できる。以下この構成に関して説明する。このような発熱量の変動は、混合ガスの発熱量の変動として検出できる。そこで、このような不測の事態にも対応できる混焼システムを構築するには、これまで説明してきた構成に加えて、以下の構成を追加しておけばよい。
前記混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、前記発熱量検出手段が検出する前記混合ガスの発熱量が、前記ガス燃焼設備に関して設定される前記混合ガスの発熱量許容変動幅を外れる場合に、前記混合比を可変設定可能に構成されている。
【００２１】
前記混合ガスの発熱量許容変動幅より低い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス低下側に変更し、前記混合ガスの発熱量許容変動幅より高い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス上昇側に変更するようにしておくと、副燃料ガスの発熱量が当初予想されている発熱量の変動範囲を超えて変動した場合に、混合比の設定変更で、他のシステム構成を変更することなく、容易に対応できる。
【００２２】
そして、前記副燃料ガスの流量が前記主燃料ガスの流量より小流量に設定され、前記小流量の燃料ガスが流れる副燃料ガス供給系統に、当該副燃料ガス供給系統を流れる流量を検出する流量検出手段と、前記流量調整手段が設けられる構成を採用すれば、流量検出手段、流量調整手段及びその制御手段を、小流量対応のものとでき、簡易かつ低コストのものを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るガスエンジン発電システムの構成を示す図
【図２】本発明に係るガスエンジン発電システムの発電電力量Ｐとガスエンジンに供給される総発熱量Ｆ３×Ｑ３との関係を示す図
【図３】本発明に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図４】主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を維持する運転を可能とするガスエンジン発電システムの構成例を示す図
【図５】主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を維持する運転を可能とするボイラシステムの構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
本明細書では、本発明をガスエンジン発電システムＳ１に適用する第１実施形態と、ボイラシステムＳ２に適用する第２実施形態を説明する。
【００２５】
第１実施形態
この実施形態のシステム構成を図１に示した。
図１に示すように、ガスエンジン発電システムＳ１は、主燃料ガスである天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）と、副燃料ガスであるバイオガスｇ２との混合ガスｇ３の供給を受けて働くガスエンジン１と、このガスエンジン１で駆動される発電機２とを備えて構成されている。同図に示すように、ガスエンジン１には別途燃焼用酸素含有ガスｏが供給されて、当該ガスエンジン１が運転される。さらに、ガスエンジン１はスロットルバルブ１ａを備え、発電機２からの出力に従って、出力の増加に伴って開度が高められ、出力の減少に伴って開度が低下される形態で、当該スロットルバルブ１ａの開度が調整される。本第１実施形態では、これらガスエンジン１及び発電機２が本願におけるガス燃焼設備を構成する。また、このガスエンジン発電システムＳ１から得られる発電電力量がガス燃焼設備の出力とされ、この出力を測定することで、システム負荷を検知できる。ここで、発電電力量Ｐを検出する検出系統が、出力検知手段に相当する。
【００２６】
図２に、発電電力量Ｐと、ガスエンジン１に供給されるべき混合ガスｇ３の総発熱量Ｆ３×Ｑ３（供給流量Ｆ３：発熱量Ｑ３）との関係を示した。同図からも判明するように、発電電力量Ｐの増加に伴って混合ガスｇ３の総発熱量Ｆ３×Ｑ３は、線形に増加する。従って、このガスエンジン発電システムＳ１では、システム負荷である発電出力が確定した場合、系内に投入すべき総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定する。
【００２７】
次に、混合ガスｇ３の供給系に関して説明する。
先にも説明したように、本願発明のガスエンジン発電システムＳ１が使用される現場では、天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２の発熱量は、夫々、安定した発熱量に管理されている。今、天然ガスｇ１の供給流量をＦ１、発熱量をＱ１とし、バイオガスｇ２の供給流量をＦ２、発熱量をＱ２とする。
【００２８】
図１に示すように、主燃料ガスである天然ガスｇ１は、弁出口側のガス圧を所定の目標圧力とする減圧弁３、開閉弁４を経て混合器５に導入される。
副燃料ガスであるバイオガスｇ２は、流量検出器６、流量調整弁７及び開閉弁８を経て、混合器５に導入される。流量検出器６、流量調整弁７に対して流量制御器９が設けられており、この流量制御器９は、前記流量検出器６で検出される流量Ｆ２が、後述する演算器１０により演算される供給目標流量Ｆ２ｏになるように、前記流量調整弁７を制御する。ここで開閉弁４、８は、流路の開閉用に使用される。また流量検出器６は流量検出手段に相当し、流量調整弁７は流量調整手段に相当する。
混合器５に導入された天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２が、当該混合器５により混合され、混合ガスｇ３としてガスエンジン１に供給される。
【００２９】
ガスエンジン発電システムＳ１では、バイオガスｇ２の混合器５への供給形態は、演算器１０により演算・設定される供給目標流量Ｆ２ｏを混合器５に供給するように調整される。
【００３０】
演算器１０による供給目標流量Ｆ２ｏは、発電機の出力である発電電力量をＰ、この発電電力量Ｐから求まる総発熱量をＰ´、天然ガスｇ１の発熱量をＱ１、バイオガスｇ２の発熱量をＱ２、天然ガスｇ１とバイオガスｇ２との供給流量比である混合比をＲ１として、Ｒ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として演算される。従って、演算器１０と流量制御器９が、本願の制御手段を構成する。
【００３１】
このようにバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算・設定できる理由は以下の通りである。
先に説明したように、発電機２からの出力である発電電力量Ｐを計測することで、図２に示す関係からこの発電電力量Ｐはガスエンジン１で必要とされる総発熱量Ｐ´＝Ｆ３×Ｑ３に変換できる。ガスエンジン発電システムＳ１に供給される総供給熱量は、図１に示すシステムではＦ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２である。即ち、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２＝Ｆ３×Ｑ３が成立する。従って、バイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏは、以下の式で求まることとなる。
【００３２】
〔数１〕
Ｆ２ｏ＝（Ｆ２／Ｆ１）×（Ｆ３×Ｑ３）／｛Ｑ１＋（Ｆ２／Ｆ１）×Ｑ２｝
＝Ｒ１×（Ｆ３×Ｑ３）／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）
＝Ｒ１×（Ｐ´）／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）
ここで、Ｐ´は、発電電力量Ｐの線形関数として求まる（Ｆ３×Ｑ３）の値を意味する。
【００３３】
この供給目標流量Ｆ２ｏを、演算器１０よりバイオガスｇ２の流量制御器９に与えることにより、天然ガスｇ１とバイオガスｇ２との混合比を所望の値に維持しながら、所望の電力負荷に適切に対応できる。
【００３４】
第２実施形態
この実施形態のシステム構成を図３に示した。
図３に示すように、このボイラシステムＳ２も、主燃料ガスである天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）と、副燃料ガスであるバイオガスｇ２との混合ガスｇ３の供給を受けて働くボイラ１１を備えて構成されている。同図に示すように、ボイラ１１には別途燃焼用酸素含有ガスｏが供給されて、当該ボイラ１１が運転される。
【００３５】
図３の右上に示すように、ボイラ１１にはボイラ制御盤１１ａが設けられており、ボイラ制御盤１１ａにおいて使用者は、ボイラ１１の出力を３段階に設定できるように構成されている。同図には、「高燃焼」「低燃焼」「待機」として記載しているが、これら「高燃焼」「低燃焼」「待機」がそれぞれ、「必要蒸気量が大きい場合のボイラ出力」「必要蒸気量が小さい場合のボイラ出力」及び「待機状態にある場合のボイラ出力」にそれぞれ対応している。従って、このボイラシステムＳ２でも、ボイラ制御盤１１ａにおける運転設定が確定した状態で、混合ガスの発熱量をＱ３として、ボイラ１１に供給する供給流量をＦ３、ボイラ１１に投入すべき総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定できる。本第２実施形態では、ボイラ１１が本願におけるガス燃焼設備を構成し、このボイラシステムＳ２に於けるボイラ制御盤の設定状態で、実質的に蒸気発生量に対応するため、この設定からシステムの出力（システム負荷）を検知できる。ここでは、ボイラ制御盤１１ａが、ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段に相当する。
【００３６】
次に、混合ガスの供給系統に関して説明する。
この例にあっても、図３に示すように、主燃料ガスが天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）であり、副燃料ガスがバイオガスｇ２である例を示している。先にも説明したように、本願発明のボイラシステムＳ２が使用される現場では、天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２の発熱量は、夫々、安定した発熱量に管理されており、天然ガスｇ１の供給流量をＦ１、発熱量をＱ１とし、バイオガスｇ２の供給流量をＦ２、発熱量をＱ２とする。
【００３７】
先のガスエンジン発電システムＳ１の場合と同様に、主燃料ガスである天然ガスｇ１は、弁出口側のガス圧を所定の目標圧力とする減圧弁３、開閉弁４を経て混合器５に導入される。
副燃料ガスであるバイオガスｇ２でも、流量検出器６、流量調整弁７及び開閉弁８を経て、流量調整されたバイオガスｇ２が導かれる混合器５に導入される。
混合器５に導入された天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２が、当該混合器５により混合され、混合ガスｇ３としてボイラ１１に供給される。
【００３８】
本願発明のボイラシステムＳ２では、バイオガスｇ２の混合器５への供給形態は、演算器１０により演算・設定される供給目標流量Ｆ２ｏを混合器５に供給するように調整される。
【００３９】
演算器１０による供給目標流量Ｆ２ｏは、ボイラ制御盤１１ａで設定制御される混合ガスｇ３の供給流量をＦ３、混合比をＲ２として、バイオガスｇ２の目標流量Ｆ２ｏはＦ２ｏ＝Ｒ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として演算される。
【００４０】
このようにバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算・設定できる理由は以下の通りである。
先にも説明したように、ボイラ制御盤１１ａにおける燃焼量を設定することで、ボイラ１１で必要とされる総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定する。ボイラシステムＳ２に供給される総供給熱量は、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２であり、この総供給熱量は総発熱量Ｆ３×Ｑ３となる。即ち、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２＝Ｆ３×Ｑ３が成立する。さらに、Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３の関係が成立するとともに、Ｆ２＝Ｒ２×Ｆ１とされるため、混合ガスｇ３の発熱量Ｑ３は以下の式で求まり、混合比Ｒ２を一定としたい本発明の場合、混合ガスｇ３の発熱量Ｑ３は一定となる。
【００４１】
〔数２〕
Ｑ３＝（Ｑ１＋Ｒ２×Ｑ２）／（１＋Ｒ２×Ｑ２）
【００４２】
一方、ボイラ１１の出力は混合ガス流量Ｆ３に比例するため、Ｆ２ｏ＝Ｒ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）となるが、この場合、Ｒ２を一定とする場合、Ｆ２とＦ３との間で、単純な比例関係が成立する。
そこで、本発明のボイラシステムＳ２では、上記のボイラ制御盤１１ａで設定される燃料量（蒸気必要量）に応じて予め求められるバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算して、適切に流量を制御できる。
この供給目標流量Ｆ２ｏを、演算器１０より流量制御器９に与えることにより、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を所望の値に維持しながら、蒸気負荷に適切に対応できる。
【００４３】
以下、本願に係る混焼システムにおいて、副燃料ガスの発熱量が変化した場合における、混合ガスの発熱量の変動に関して説明する。通常、ガスエンジン或いはボイラでは、ガス燃焼設備に供給されるガス（本願の場合は混合ガス）は、その発熱量の許容変動幅が±５％程度とされる。
【００４４】
（１） 前提条件
主燃料ガスである天然ガスの発熱量 ：低位発熱量である４０．６ＭＪ／ｍ3
副燃料ガスであるバイオガスの発熱量：低位発熱量である２７．７ＭＪ／ｍ3
ガス燃焼設備の発熱量許容変動幅 ：±５％
混合比 ：天然ガス：バイオガス＝７：３
【００４５】
（２）バイオガスの発熱量が−１０％変化した場合
バイオガスの発熱量が変動する前の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．３＋４０．６×０．７＝３６．７３ＭＪ/ｍ3
バイオガスの発熱量が−１０％変化した時の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．９×０．３＋４０．６×０．７＝３５．９２ＭＪ／ｍ3
となり、混合ガスの発熱量変化率は（３５．９２−３６．７３）／３６．７３×１００＝−２．２％で、ガス燃焼設備に設定される発熱量の許容変動幅の±５％に収まる。
【００４６】
（３）バイオガスの発熱量が−３０％変化した場合
バイオガスの発熱量が−３０％変化した場合の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．７×０．３＋４０．６×０．７＝３４．２４ＭＪ／ｍ3
混合ガスの発熱量変化率は（３４．２４−３６．７３）／３６．７３×１００＝−６．９％で、ガス燃焼設備に設定される発熱量許容変動幅の±５％から外れる。
【００４７】
このような場合は、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を変更することで、システムで変動を吸収できる。
主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を、７：３から８：２に変更した場合の混合ガスの発熱量の変動は以下のようになる。
２７．７×０．７×０．２＋４０．６×０．８＝３６．３６ＭＪ／ｍ3
結果、混合ガスの発熱量の変化率は、（３６．３６−３６．７３）／３６．７３×１００＝−１．０％で、ガス燃焼設備の発熱量許容変動幅の±５％に収めることができる。
【００４８】
このように、何らかの原因により大幅にバイオガスの発熱量が変動する可能性がある場合は、混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、この発熱量検出手段による検出結果に基づいて、混合ガスの発熱量が低下した場合は、主燃料ガスに対する副燃料ガスの量比を低下させる形態で、混合ガスの発熱料が上昇した場合は、主燃料ガスに対する副燃料ガスの量比を増加させる形態で、混合比を変化させればよい。このシステムでは、主燃量ガスの量が副燃量ガスの量より大きく、さらに、主燃料ガスの発熱量が副燃料ガスの発熱量より大きい形態で、このように混合比を変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることができた。
【符号の説明】
【００５０】
１ ガスエンジン（ガス燃焼設備）
２ 発電機（ガス燃焼設備）
３ 均圧弁
５ 混合器
６ 流量検出器（制御手段）
７ 流量調整弁（流量調整手段）
９ 流量制御器（制御手段）
１０ 演算器（制御手段）
１１ ボイラ（ガス燃焼設備）
１１ａ ボイラ制御盤
ｇ１ 主燃料ガス
ｇ２ 副燃料ガス
ｇ３ 混合ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で混合ガスを燃焼させて働く混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、地球に優しい環境設備を実現する等の目的から、所謂、オンサイトで発生するバイオガスを発生熱量が管理された都市ガス等に混合して燃焼させる混焼システムが提案されている。
このような混焼システムでは、バイオガスと都市ガス等との混合ガスが燃料ガスとして使用される。この種の混焼システムの代表例としては、ガスエンジンにより駆動される発電機を備えたガスエンジン発電システム、混合ガスを燃焼して蒸気を発生するボイラシステム等を挙げることができる。このボイラシステムでは、その蒸気発生量を段階的に設定できる構成のものが多い。
【０００３】
ガスエンジン発電システムの一例が、特許文献１に示されている。
特許文献１に開示のシステムは、副燃料ガスの熱量が変動しても安定してガスエンジンを運転することができる発電システムを提供することを目的としている。この文献に開示の技術では、同明細書に記載されているように、副燃料ガスの熱量が減少し、発電機の発電出力が目標出力よりも低下したときには、ガスエンジンに供給される主燃料ガスと副燃料ガスとの総熱量を確保するように、出力制御コントローラがスロットルバルブの開度を増加させる。これに伴い、吸気マニホールド内に吸入される第２混合気の流量が増加し、吸気マニホールド内の圧力が目標圧力よりも増加する。このとき、吸気マニホールド内の圧力が目標圧力に復帰するように、主燃料制御コントローラが主燃料調整弁の開度を増加させる。これにより、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給量が増加することになり、出力制御コントローラがスロットルバルブの開度を復帰させる。こうして、副燃料ガスの熱量の不足分を、主燃料ガスの熱量によって補い、吸気マニホールド内の圧力を目標圧力に復帰させることができる。
【０００４】
特許文献１に記載の技術においては、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比の変化を考慮することなく、ガスエンジン側で所定の出力を得るために、両燃料ガスの供給流量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比が一定の混合ガスをガスエンジンに供給し、出力の調整は、その出力に応じたスロットルの開度調整で行う方が好ましい場合もある。この状況は、例えば、ガスエンジンが、発熱量が安定的に管理された主燃料ガスのみで運転されていたシステムで副燃料ガスを消費したいといった場合であり、ガスエンジンに許容される発熱量許容幅が所定の幅に制限される場合である。このような既存設備を使用する場合には、混合比を一定に保ち、混合ガスの発熱量を所定の変動幅内に維持した状態で、ガスエンジン側で発生する出力に応じた総発熱量（燃料ガス流量Ｆ×燃料ガスの発熱量Ｑ）の混合ガスをガスエンジンに供給する必要が生じる。
【０００７】
一方、今日、例えば、食品加工工場（ビール工場等）から発生する食品残渣からバイオガスを製造する製造プロセスが確立されており、このような製造プロセスから製造されるバイオガスの発熱量Ｑは、その変動が極めて少なく、安定したものとなっている。また、その製造量も年々増加の一途にある。
【０００８】
そこで、このような副燃料ガスの供給状況を考慮すると、ガスエンジンに供給する混合ガスの圧力を目標圧力に維持し、さらに、この混合ガスにおいて、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を一定に保つことが好ましいが、このような混焼システムの構成は、本願明細書の図４、図５に示すように、混合器において、その混合ガスの圧力を検出するとともに、その圧力が目標圧力となるように主燃料ガス（図示する例の場合は天然ガス）の供給流量Ｆ１を流量調整弁ＦＣＶ−１で制御するとともに、この供給流量Ｆ１に対して、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比として予め設定される所定の供給流量比となるように副燃料ガスの供給流量Ｆ２を求め、副燃料ガスを流量調整弁ＦＣＶ−２で制御する構成となる。
【０００９】
図４は、ガスエンジン発電システムを対象とする構成例であり、図５は、蒸気発生量を段階的に変更できるボイラシステムの構成例である。
【００１０】
しかしながら、この構成では、流量検出器、流量調整弁及び制御器がそれぞれ一対必要とされるのに加えて、主燃料ガスに対する副燃料ガスの供給流量比から副燃料ガスの供給流量を決定する比率設定器が必要となるため、設備が複雑となるとともに、コスト高となる。
【００１１】
本発明の目的は、原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための、主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で前記混合ガスを燃焼させて働く混焼システムの特徴構成は、
前記ガス燃焼設備が、当該ガス燃焼設備に供給される前記混合ガスの総発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器であり、
前記主燃料ガスの圧力を設定圧力に設定した状態で前記混合器に導く主燃料ガス供給系統と、前記副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段を備え、前記流量調整手段で調整された流量の前記副燃料ガスを前記混合器に導く副燃料ガス供給系統とを備え、
前記ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段と、
前記出力検知手段により検知された出力検知値、前記主燃料ガスの発熱量、前記副燃料ガスの発熱量と予め定まる前記主燃料ガスに対する前記副燃料ガスの混合比とに基づいて前記副燃料ガスの供給目標流量を導出するとともに、導出された前記副燃料ガスの供給目標流量を制御目標として、前記流量調整手段を制御する制御手段を備えたことにある。
【００１３】
この混焼システムは、基本的に、主燃料ガス、副燃料ガスの発熱量が安定しており、その混合比を予め設定できる所望の混合比で混合して混合ガスを得る設備に採用される。このシステムでは、先ず、出力検知手段によりシステムの出力を検知し、制御手段で、この出力に応じてガス燃焼設備側で要求される総発熱量を介して、副燃料ガスの供給目標流量を導出し、その供給目標流量になるように副燃料ガスの供給流量を制御する。本願発明の場合は、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を、各制御時点で一定値とするため、主燃料ガスの混合器さらにはガス燃焼設備への供給圧を一定に保つ状態で、副燃料ガスの供給流量の制御のみで、所定の混合比で混合された混合ガスを安定的にガス燃焼設備に供給できる。従って、ガス燃焼設備へ供給される混合ガスの発熱量を、当該ガス機器に許容される許容発熱量変動幅内に容易に抑えながらシステムを運転できる。
【００１４】
また、原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることができる。
【００１５】
このような混焼システムとして、前記ガス燃焼設備が、前記混合ガスの燃焼により動力を発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンにより発生される動力により電力を発生させる発電機とを組み合わせて構成され、前記出力が前記発電機の発電電力量であることが好ましい。
【００１６】
ガスエンジン発電システムは、オンサイトでの電力供給に対応でき、しかも、本願が対象とするような発熱量が比較的安定した副燃料ガスを得られる環境において、両原料ガスの混合比を守りながら、電力負荷の変動に容易に対応したガスエンジン発電システムを得ることができる。
【００１７】
さて、このようなガスエンジン発電システムでは、前記発電電力量から求まる総発熱量をＰ´、前記主燃料ガスの発熱量をＱ１、前記副燃料ガスの発熱量をＱ２、前記混合比をＲ１として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として求め、混合比を守りながら、出力変動に対応できる。
【００１８】
一方、前記ガス燃焼設備が、前記出力である前記混合ガスの燃焼ガス量を最小燃焼量から最大燃焼量の範囲で段階的に設定制御して運転されるガス燃焼設備であることも好ましい。
本願にかかる混焼システムでは、ガス燃焼設備に供給される混合ガスの発熱量を混合比との関係で安定的に制御するので、ガス燃焼設備の運転状態において、段階的な出力が要求される機器において、副燃料ガスの供給量を適切量に制御するだけで、負荷に応じた出力を得られる。
【００１９】
このような、ガス燃焼設備に対するシステムでは、前記ガス燃焼設備側で設定制御される総発熱量に対応する混合ガスの燃焼ガス量をＦ３、前記混合比をＲ２として、前記副燃料ガスの目標流量Ｆ２ｏをＲ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として求め、混合比を守りながら、それぞれの出力（負荷）に対応できる。
【００２０】
これまで説明した混焼システムでは、主燃料ガスガスと副燃料ガスとの混合比を、一定とする場合について説明したが、不測に副燃料ガスの発熱量が変動した場合に、本願に係る混焼システムでは、混合比の変更だけで対応できる。以下この構成に関して説明する。このような発熱量の変動は、混合ガスの発熱量の変動として検出できる。そこで、このような不測の事態にも対応できる混焼システムを構築するには、これまで説明してきた構成に加えて、以下の構成を追加しておけばよい。
前記混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、前記発熱量検出手段が検出する前記混合ガスの発熱量が、前記ガス燃焼設備に関して設定される前記混合ガスの発熱量許容変動幅を外れる場合に、前記混合比を可変設定可能に構成されている。
【００２１】
前記混合ガスの発熱量許容変動幅より低い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス低下側に変更し、前記混合ガスの発熱量許容変動幅より高い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス上昇側に変更するようにしておくと、副燃料ガスの発熱量が当初予想されている発熱量の変動範囲を超えて変動した場合に、混合比の設定変更で、他のシステム構成を変更することなく、容易に対応できる。
【００２２】
そして、前記副燃料ガスの流量が前記主燃料ガスの流量より小流量に設定され、前記小流量の燃料ガスが流れる副燃料ガス供給系統に、当該副燃料ガス供給系統を流れる流量を検出する流量検出手段と、前記流量調整手段が設けられる構成を採用すれば、流量検出手段、流量調整手段及びその制御手段を、小流量対応のものとでき、簡易かつ低コストのものを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るガスエンジン発電システムの構成を示す図
【図２】本発明に係るガスエンジン発電システムの発電電力量Ｐとガスエンジンに供給される総発熱量Ｆ３×Ｑ３との関係を示す図
【図３】本発明に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図４】主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を維持する運転を可能とするガスエンジン発電システムの構成例を示す図
【図５】主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を維持する運転を可能とするボイラシステムの構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
本明細書では、本発明をガスエンジン発電システムＳ１に適用する第１実施形態と、ボイラシステムＳ２に適用する第２実施形態を説明する。
【００２５】
第１実施形態
この実施形態のシステム構成を図１に示した。
図１に示すように、ガスエンジン発電システムＳ１は、主燃料ガスである天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）と、副燃料ガスであるバイオガスｇ２との混合ガスｇ３の供給を受けて働くガスエンジン１と、このガスエンジン１で駆動される発電機２とを備えて構成されている。同図に示すように、ガスエンジン１には別途燃焼用酸素含有ガスｏが供給されて、当該ガスエンジン１が運転される。さらに、ガスエンジン１はスロットルバルブ１ａを備え、発電機２からの出力に従って、出力の増加に伴って開度が高められ、出力の減少に伴って開度が低下される形態で、当該スロットルバルブ１ａの開度が調整される。本第１実施形態では、これらガスエンジン１及び発電機２が本願におけるガス燃焼設備を構成する。また、このガスエンジン発電システムＳ１から得られる発電電力量がガス燃焼設備の出力とされ、この出力を測定することで、システム負荷を検知できる。ここで、発電電力量Ｐを検出する検出系統が、出力検知手段に相当する。
【００２６】
図２に、発電電力量Ｐと、ガスエンジン１に供給されるべき混合ガスｇ３の総発熱量Ｆ３×Ｑ３（供給流量Ｆ３：発熱量Ｑ３）との関係を示した。同図からも判明するように、発電電力量Ｐの増加に伴って混合ガスｇ３の総発熱量Ｆ３×Ｑ３は、線形に増加する。従って、このガスエンジン発電システムＳ１では、システム負荷である発電出力が確定した場合、系内に投入すべき総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定する。
【００２７】
次に、混合ガスｇ３の供給系に関して説明する。
先にも説明したように、本願発明のガスエンジン発電システムＳ１が使用される現場では、天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２の発熱量は、夫々、安定した発熱量に管理されている。今、天然ガスｇ１の供給流量をＦ１、発熱量をＱ１とし、バイオガスｇ２の供給流量をＦ２、発熱量をＱ２とする。
【００２８】
図１に示すように、主燃料ガスである天然ガスｇ１は、弁出口側のガス圧を所定の目標圧力とする減圧弁３、開閉弁４を経て混合器５に導入される。
副燃料ガスであるバイオガスｇ２は、流量検出器６、流量調整弁７及び開閉弁８を経て、混合器５に導入される。流量検出器６、流量調整弁７に対して流量制御器９が設けられており、この流量制御器９は、前記流量検出器６で検出される流量Ｆ２が、後述する演算器１０により演算される供給目標流量Ｆ２ｏになるように、前記流量調整弁７を制御する。ここで開閉弁４、８は、流路の開閉用に使用される。また流量検出器６は流量検出手段に相当し、流量調整弁７は流量調整手段に相当する。
混合器５に導入された天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２が、当該混合器５により混合され、混合ガスｇ３としてガスエンジン１に供給される。
【００２９】
ガスエンジン発電システムＳ１では、バイオガスｇ２の混合器５への供給形態は、演算器１０により演算・設定される供給目標流量Ｆ２ｏを混合器５に供給するように調整される。
【００３０】
演算器１０による供給目標流量Ｆ２ｏは、発電機の出力である発電電力量をＰ、この発電電力量Ｐから求まる総発熱量をＰ´、天然ガスｇ１の発熱量をＱ１、バイオガスｇ２の発熱量をＱ２、天然ガスｇ１とバイオガスｇ２との供給流量比である混合比をＲ１として、Ｒ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として演算される。従って、演算器１０と流量制御器９が、本願の制御手段を構成する。
【００３１】
このようにバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算・設定できる理由は以下の通りである。
先に説明したように、発電機２からの出力である発電電力量Ｐを計測することで、図２に示す関係からこの発電電力量Ｐはガスエンジン１で必要とされる総発熱量Ｐ´＝Ｆ３×Ｑ３に変換できる。ガスエンジン発電システムＳ１に供給される総供給熱量は、図１に示すシステムではＦ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２である。即ち、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２＝Ｆ３×Ｑ３が成立する。従って、バイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏは、以下の式で求まることとなる。
【００３２】
〔数１〕
Ｆ２ｏ＝（Ｆ２／Ｆ１）×（Ｆ３×Ｑ３）／｛Ｑ１＋（Ｆ２／Ｆ１）×Ｑ２｝
＝Ｒ１×（Ｆ３×Ｑ３）／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）
＝Ｒ１×（Ｐ´）／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）
ここで、Ｐ´は、発電電力量Ｐの線形関数として求まる（Ｆ３×Ｑ３）の値を意味する。
【００３３】
この供給目標流量Ｆ２ｏを、演算器１０よりバイオガスｇ２の流量制御器９に与えることにより、天然ガスｇ１とバイオガスｇ２との混合比を所望の値に維持しながら、所望の電力負荷に適切に対応できる。
【００３４】
第２実施形態
この実施形態のシステム構成を図３に示した。
図３に示すように、このボイラシステムＳ２も、主燃料ガスである天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）と、副燃料ガスであるバイオガスｇ２との混合ガスｇ３の供給を受けて働くボイラ１１を備えて構成されている。同図に示すように、ボイラ１１には別途燃焼用酸素含有ガスｏが供給されて、当該ボイラ１１が運転される。
【００３５】
図３の右上に示すように、ボイラ１１にはボイラ制御盤１１ａが設けられており、ボイラ制御盤１１ａにおいて使用者は、ボイラ１１の出力を３段階に設定できるように構成されている。同図には、「高燃焼」「低燃焼」「待機」として記載しているが、これら「高燃焼」「低燃焼」「待機」がそれぞれ、「必要蒸気量が大きい場合のボイラ出力」「必要蒸気量が小さい場合のボイラ出力」及び「待機状態にある場合のボイラ出力」にそれぞれ対応している。従って、このボイラシステムＳ２でも、ボイラ制御盤１１ａにおける運転設定が確定した状態で、混合ガスの発熱量をＱ３として、ボイラ１１に供給する供給流量をＦ３、ボイラ１１に投入すべき総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定できる。本第２実施形態では、ボイラ１１が本願におけるガス燃焼設備を構成し、このボイラシステムＳ２に於けるボイラ制御盤の設定状態で、実質的に蒸気発生量に対応するため、この設定からシステムの出力（システム負荷）を検知できる。ここでは、ボイラ制御盤１１ａが、ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段に相当する。
【００３６】
次に、混合ガスの供給系統に関して説明する。
この例にあっても、図３に示すように、主燃料ガスが天然ガスｇ１（具体的には都市ガス１３Ａ）であり、副燃料ガスがバイオガスｇ２である例を示している。先にも説明したように、本願発明のボイラシステムＳ２が使用される現場では、天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２の発熱量は、夫々、安定した発熱量に管理されており、天然ガスｇ１の供給流量をＦ１、発熱量をＱ１とし、バイオガスｇ２の供給流量をＦ２、発熱量をＱ２とする。
【００３７】
先のガスエンジン発電システムＳ１の場合と同様に、主燃料ガスである天然ガスｇ１は、弁出口側のガス圧を所定の目標圧力とする減圧弁３、開閉弁４を経て混合器５に導入される。
副燃料ガスであるバイオガスｇ２でも、流量検出器６、流量調整弁７及び開閉弁８を経て、流量調整されたバイオガスｇ２が導かれる混合器５に導入される。
混合器５に導入された天然ガスｇ１及びバイオガスｇ２が、当該混合器５により混合され、混合ガスｇ３としてボイラ１１に供給される。
【００３８】
本願発明のボイラシステムＳ２では、バイオガスｇ２の混合器５への供給形態は、演算器１０により演算・設定される供給目標流量Ｆ２ｏを混合器５に供給するように調整される。
【００３９】
演算器１０による供給目標流量Ｆ２ｏは、ボイラ制御盤１１ａで設定制御される混合ガスｇ３の供給流量をＦ３、混合比をＲ２として、バイオガスｇ２の目標流量Ｆ２ｏはＦ２ｏ＝Ｒ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として演算される。
【００４０】
このようにバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算・設定できる理由は以下の通りである。
先にも説明したように、ボイラ制御盤１１ａにおける燃焼量を設定することで、ボイラ１１で必要とされる総発熱量Ｆ３×Ｑ３が確定する。ボイラシステムＳ２に供給される総供給熱量は、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２であり、この総供給熱量は総発熱量Ｆ３×Ｑ３となる。即ち、Ｆ１×Ｑ１＋Ｆ２×Ｑ２＝Ｆ３×Ｑ３が成立する。さらに、Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３の関係が成立するとともに、Ｆ２＝Ｒ２×Ｆ１とされるため、混合ガスｇ３の発熱量Ｑ３は以下の式で求まり、混合比Ｒ２を一定としたい本発明の場合、混合ガスｇ３の発熱量Ｑ３は一定となる。
【００４１】
〔数２〕
Ｑ３＝（Ｑ１＋Ｒ２×Ｑ２）／（１＋Ｒ２×Ｑ２）
【００４２】
一方、ボイラ１１の出力は混合ガス流量Ｆ３に比例するため、Ｆ２ｏ＝Ｒ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）となるが、この場合、Ｒ２を一定とする場合、Ｆ２とＦ３との間で、単純な比例関係が成立する。
そこで、本発明のボイラシステムＳ２では、上記のボイラ制御盤１１ａで設定される燃料量（蒸気必要量）に応じて予め求められるバイオガスｇ２の供給目標流量Ｆ２ｏを演算して、適切に流量を制御できる。
この供給目標流量Ｆ２ｏを、演算器１０より流量制御器９に与えることにより、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を所望の値に維持しながら、蒸気負荷に適切に対応できる。
【００４３】
以下、本願に係る混焼システムにおいて、副燃料ガスの発熱量が変化した場合における、混合ガスの発熱量の変動に関して説明する。通常、ガスエンジン或いはボイラでは、ガス燃焼設備に供給されるガス（本願の場合は混合ガス）は、その発熱量の許容変動幅が±５％程度とされる。
【００４４】
（１） 前提条件
主燃料ガスである天然ガスの発熱量 ：低位発熱量である４０．６ＭＪ／ｍ3
副燃料ガスであるバイオガスの発熱量：低位発熱量である２７．７ＭＪ／ｍ3
ガス燃焼設備の発熱量許容変動幅 ：±５％
混合比 ：天然ガス：バイオガス＝７：３
【００４５】
（２）バイオガスの発熱量が−１０％変化した場合
バイオガスの発熱量が変動する前の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．３＋４０．６×０．７＝３６．７３ＭＪ/ｍ3
バイオガスの発熱量が−１０％変化した時の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．９×０．３＋４０．６×０．７＝３５．９２ＭＪ／ｍ3
となり、混合ガスの発熱量変化率は（３５．９２−３６．７３）／３６．７３×１００＝−２．２％で、ガス燃焼設備に設定される発熱量の許容変動幅の±５％に収まる。
【００４６】
（３）バイオガスの発熱量が−３０％変化した場合
バイオガスの発熱量が−３０％変化した場合の混合ガスの発熱量：
２７．７×０．７×０．３＋４０．６×０．７＝３４．２４ＭＪ／ｍ3
混合ガスの発熱量変化率は（３４．２４−３６．７３）／３６．７３×１００＝−６．９％で、ガス燃焼設備に設定される発熱量許容変動幅の±５％から外れる。
【００４７】
このような場合は、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を変更することで、システムで変動を吸収できる。
主燃料ガスと副燃料ガスとの混合比を、７：３から８：２に変更した場合の混合ガスの発熱量の変動は以下のようになる。
２７．７×０．７×０．２＋４０．６×０．８＝３６．３６ＭＪ／ｍ3
結果、混合ガスの発熱量の変化率は、（３６．３６−３６．７３）／３６．７３×１００＝−１．０％で、ガス燃焼設備の発熱量許容変動幅の±５％に収めることができる。
【００４８】
このように、何らかの原因により大幅にバイオガスの発熱量が変動する可能性がある場合は、混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、この発熱量検出手段による検出結果に基づいて、混合ガスの発熱量が低下した場合は、主燃料ガスに対する副燃料ガスの量比を低下させる形態で、混合ガスの発熱料が上昇した場合は、主燃料ガスに対する副燃料ガスの量比を増加させる形態で、混合比を変化させればよい。このシステムでは、主燃量ガスの量が副燃量ガスの量より大きく、さらに、主燃料ガスの発熱量が副燃料ガスの発熱量より大きい形態で、このように混合比を変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
原料ガス（主燃料ガス及び副燃料ガス）夫々の発熱量が比較的安定しており、ガス燃焼設備（ガスエンジン、ボイラ等）に導入する混合ガスにおける原料ガスの混合比を予め設定することが好ましい混焼システムにおいて、可能な限り簡便で、設備コストが低く、信頼性の高い混焼システムを得ることができた。
【符号の説明】
【００５０】
１ ガスエンジン（ガス燃焼設備）
２ 発電機（ガス燃焼設備）
３ 均圧弁
５ 混合器
６ 流量検出器（制御手段）
７ 流量調整弁（流量調整手段）
９ 流量制御器（制御手段）
１０ 演算器（制御手段）
１１ ボイラ（ガス燃焼設備）
１１ａ ボイラ制御盤
ｇ１ 主燃料ガス
ｇ２ 副燃料ガス
ｇ３ 混合ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で前記混合ガスを燃焼させて働く混焼システムであって、
前記ガス燃焼設備が、当該ガス燃焼設備に供給される前記混合ガスの総発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器であり、
前記主燃料ガスの圧力を設定圧力に設定した状態で前記混合器に導く主燃料ガス供給系統と、前記副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段を備え、前記流量調整手段で調整された流量の前記副燃料ガスを前記混合器に導く副燃料ガス供給系統とを備え、
前記ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段と、
前記出力検知手段により検知された出力検知値、前記主燃料ガスの発熱量、前記副燃料ガスの発熱量と予め定まる前記主燃料ガスに対する前記副燃料ガスの混合比とに基づいて前記副燃料ガスの供給目標流量を導出するとともに、導出された前記副燃料ガスの供給目標流量を制御目標として、前記流量調整手段を制御する制御手段を備えた混焼システム。
【請求項２】
前記ガス燃焼設備が、前記混合ガスの燃焼により動力を発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンにより発生される動力により電力を発生させる発電機とを組み合わせて構成され、前記出力が前記発電機の発電電力量である請求項１記載の混焼システム。
【請求項３】
前記発電電力量から求まる総発熱量をＰ´、前記主燃料ガスの発熱量をＱ１、前記副燃料ガスの発熱量をＱ２、前記混合比をＲ１として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として求める請求項２記載の混焼システム。
【請求項４】
前記ガス燃焼設備が、前記出力である前記混合ガスの燃焼ガス量を最小燃焼量から最大燃焼量の範囲で段階的に設定制御して運転されるガス燃焼設備である請求項１記載の混焼システム。
【請求項５】
前記ガス燃焼設備側で設定制御される総発熱量に対応する混合ガスの燃焼ガス量をＦ３、前記混合比をＲ２として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として求める請求項４記載の混焼システム。
【請求項６】
前記混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、前記発熱量検出手段が検出する前記混合ガスの発熱量が、前記ガス燃焼設備に関して設定される前記混合ガスの発熱量許容変動幅を外れる場合に、前記混合比を可変設定可能に構成され、
前記混合ガスの発熱量許容変動幅より低い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス低下側に変更し、前記混合ガスの発熱量許容変動幅より高い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス上昇側に変更する請求項１〜５の何れか一項記載の混焼システム。
【請求項７】
前記副燃料ガスの流量が前記主燃料ガスの流量より小流量に設定され、前記小流量の燃料ガスが流れる副燃料ガス供給系統に、当該副燃料ガス供給系統を流れる流量を検出する流量検出手段と、前記流量調整手段が設けられる請求項１〜６の何れか一項記載の混焼システム。
【請求項１】
主燃料ガスと副燃料ガスとを混合器で混合した混合ガスをガス燃焼設備に供給し、当該ガス燃焼設備で前記混合ガスを燃焼させて働く混焼システムであって、
前記ガス燃焼設備が、当該ガス燃焼設備に供給される前記混合ガスの総発熱量に応じた出力を出力する出力可変型ガス燃料機器であり、
前記主燃料ガスの圧力を設定圧力に設定した状態で前記混合器に導く主燃料ガス供給系統と、前記副燃料ガスの流量を設定流量に調整する流量調整手段を備え、前記流量調整手段で調整された流量の前記副燃料ガスを前記混合器に導く副燃料ガス供給系統とを備え、
前記ガス燃焼設備の出力を検知する出力検知手段と、
前記出力検知手段により検知された出力検知値、前記主燃料ガスの発熱量、前記副燃料ガスの発熱量と予め定まる前記主燃料ガスに対する前記副燃料ガスの混合比とに基づいて前記副燃料ガスの供給目標流量を導出するとともに、導出された前記副燃料ガスの供給目標流量を制御目標として、前記流量調整手段を制御する制御手段を備えた混焼システム。
【請求項２】
前記ガス燃焼設備が、前記混合ガスの燃焼により動力を発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンにより発生される動力により電力を発生させる発電機とを組み合わせて構成され、前記出力が前記発電機の発電電力量である請求項１記載の混焼システム。
【請求項３】
前記発電電力量から求まる総発熱量をＰ´、前記主燃料ガスの発熱量をＱ１、前記副燃料ガスの発熱量をＱ２、前記混合比をＲ１として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ１×Ｐ´／（Ｑ１＋Ｒ１×Ｑ２）として求める請求項２記載の混焼システム。
【請求項４】
前記ガス燃焼設備が、前記出力である前記混合ガスの燃焼ガス量を最小燃焼量から最大燃焼量の範囲で段階的に設定制御して運転されるガス燃焼設備である請求項１記載の混焼システム。
【請求項５】
前記ガス燃焼設備側で設定制御される総発熱量に対応する混合ガスの燃焼ガス量をＦ３、前記混合比をＲ２として、前記副燃料ガスの供給目標流量Ｆ２ｏをＲ２×Ｆ３／（１＋Ｒ２）として求める請求項４記載の混焼システム。
【請求項６】
前記混合ガスの発熱量を検出する発熱量検出手段を設け、前記発熱量検出手段が検出する前記混合ガスの発熱量が、前記ガス燃焼設備に関して設定される前記混合ガスの発熱量許容変動幅を外れる場合に、前記混合比を可変設定可能に構成され、
前記混合ガスの発熱量許容変動幅より低い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス低下側に変更し、前記混合ガスの発熱量許容変動幅より高い側に外れる場合に、前記混合比を副燃料ガス上昇側に変更する請求項１〜５の何れか一項記載の混焼システム。
【請求項７】
前記副燃料ガスの流量が前記主燃料ガスの流量より小流量に設定され、前記小流量の燃料ガスが流れる副燃料ガス供給系統に、当該副燃料ガス供給系統を流れる流量を検出する流量検出手段と、前記流量調整手段が設けられる請求項１〜６の何れか一項記載の混焼システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５７８６０（Ｐ２０１１−１５７８６０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９５７１（Ｐ２０１０−１９５７１）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（５０１２４６４８８）株式会社クリエイティブテクノソリューション (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（５０１２４６４８８）株式会社クリエイティブテクノソリューション (10)
【Ｆターム（参考）】
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