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公開番号2024115135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-26
出願番号2023020636
出願日2023-02-14
発明の名称ボイラシステム並びにボイラシステムの運転方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類F23J 15/00 20060101AFI20240819BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】燃料供給系統から排出されたアンモニアを、簡素な構造で適切に再利用することを目的とする。
【解決手段】燃焼システムは、アンモニアを燃焼させて火炉内に火炎を形成するバーナ21Dと、火炉で生成された燃焼ガスが内部を流通する燃焼ガス通路と、バーナ21Dへアンモニアを燃料として供給するアンモニア燃料供給系統210と、アンモニア燃料供給系統210に対して、アンモニア燃料供給系統210からアンモニアを排出させるパージガスを供給するパージガスライン221と、アンモニア燃料供給系統210から排出されたアンモニアを燃焼ガス通路の内部へ供給するアンモニア供給系統220と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
アンモニアを燃焼させて火炉内に火炎を形成するバーナと、前記火炉で生成された燃焼ガスが内部を流通する燃焼ガス流通部と、
前記バーナへアンモニアを燃料として供給するアンモニア燃料供給系統と、
前記アンモニア燃料供給系統に対して、前記アンモニア燃料供給系統からアンモニアを排出させるパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニア供給部と、を備える燃焼システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記アンモニア供給部よりも下流側を流通する燃焼ガスに含まれる窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物検出部と、
前記アンモニア供給部によって、前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニアの量を調整する調整部と、
前記窒素酸化物検出部が検出した情報に基づいて、前記調整部を制御する制御部と、を備える請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項３】
前記アンモニア供給部よりも下流側を流通する燃焼ガスに含まれるアンモニアの量を検出するアンモニア検出部と、
前記アンモニア供給部によって、前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニアの量を調整する調整部と、
前記アンモニア検出部が検出した情報に基づいて、前記調整部を制御する制御部と、を備える請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃焼システムと、
前記燃焼ガス流通部に設けられ燃焼ガスの熱を回収する熱交換器と、を備えるボイラシステム。
【請求項５】
前記バーナよりも燃焼ガス流れの下流側に設けられ、前記火炉内に空気を供給する空気供給部を備え、
前記アンモニア供給部は、前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記空気供給部よりも下流側であって前記熱交換器の上流側に供給する請求項４に記載のボイラシステム。
【請求項６】
前記燃焼ガスを脱硝する脱硝装置を備え、
前記アンモニア供給部は、前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記脱硝装置よりも上流側に供給する請求項４に記載のボイラシステム。
【請求項７】
燃焼システムの運転方法であって、
前記燃焼システムは、
アンモニアを燃焼させて火炉内に火炎を形成するバーナと、前記火炉で生成された燃焼ガスが内部を流通する燃焼ガス流通部と、
前記バーナへアンモニアを燃料として供給するアンモニア燃料供給系統と、
前記アンモニア燃料供給系統に対して、前記アンモニア燃料供給系統からアンモニアを排出させるパージガスを供給するパージガス供給部と、を有し、
前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニア供給工程を備える燃焼システムの運転方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼システム及びボイラシステム並びにボイラシステムの運転方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
発電用ボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数のバーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。
【０００３】
近年、脱炭素化に有効な技術として、ボイラで蒸気を発生させるための燃料として石炭燃料に替えてアンモニア燃料を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されるボイラは、アンモニア供給手段からバーナにアンモニア燃料を供給し、石炭供給手段からバーナに石炭燃料を供給し、アンモニア燃料と石炭燃料の双方をボイラの火炉内で混焼させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１１２２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アンモニア供給手段からバーナにアンモニア燃料を供給する場合、例えば、ボイラにおけるアンモニア燃料の燃焼を停止させる際など、アンモニア供給手段の内部に残存するアンモニア燃料を適切に排出することが必要となることがある。この場合、例えば、アンモニア燃料をパージガス（例えば、窒素ガス）により押し出して回収設備へ排出する方法が考えられる。回収設備へ排出されたアンモニア燃料を廃棄する場合には、これらを無害化するための装置が必要となる。また、回収設備へ排出されたアンモニア燃料を再利用することも可能であるが、例えば、アンモニア燃料と混合した窒素ガスを除去するなどの処理が必要となり、再利用するために必要な設備等を設けることでシステムが複雑化してしまう可能性があった。
【０００６】
また、ボイラで生成される燃焼ガスにはＮＯｘが含まれている。このため、燃焼ガスを外部へ放出するためには、燃焼ガスに含まれるＮＯｘを処理することが必要となる。よって、一般的に、ボイラにはＮＯｘを処理する脱硝装置が設けられる。アンモニアを燃料とするボイラでは、従来の燃料（例えば、石炭等）を燃焼する場合と比較して、燃焼ガスに含まれるＮＯｘが増大することが懸念される。このため、従来の燃料を燃焼させる既設のボイラをアンモニアを燃料とするボイラに改造した場合には、既設の脱硝装置では脱硝能力が不足する可能性がある。この点を考慮して、ボイラの改造を行う際に、脱硝装置の改造を行うことも考えられるが、脱硝装置に対して脱硝性能を向上させる改造を行った場合には、改造後の脱硝装置が大規模かつ複雑なものとなる可能性があった。
また、脱硝装置を用いない脱硝方法として、例えば、外部から導かれた還元剤を炉内の燃焼ガスに投入する方法なども考えられるが、この方法では外部から還元剤を供給する装置等を設けることでシステムが複雑化してしまう可能性があった。特に、上述のように、アンモニアを燃料とするボイラでは、ボイラ内で生成される燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量が多くなる傾向にあるため、このような問題が顕著であった。
【０００７】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料供給系統から排出されたアンモニアを、簡素な構造で適切に再利用すること可能な燃焼システム及びボイラシステム並びにボイラシステムの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示の燃焼システム及びボイラシステム並びにボイラシステムの運転方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る燃焼システムは、アンモニアを燃焼させて火炉内に火炎を形成するバーナと、前記火炉で生成された燃焼ガスが内部を流通する燃焼ガス流通部と、前記バーナへアンモニアを燃料として供給するアンモニア燃料供給系統と、前記アンモニア燃料供給系統に対して、前記アンモニア燃料供給系統からアンモニアを排出させるパージガスを供給するパージガス供給部と、前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニア供給部と、を備える。
【０００９】
本開示の一態様に係る燃焼システムの運転方法は、前記燃焼システムは、アンモニアを燃焼させて火炉内に火炎を形成するバーナと、前記火炉で生成された燃焼ガスが内部を流通する燃焼ガス流通部と、前記バーナへアンモニアを燃料として供給するアンモニア燃料供給系統と、前記アンモニア燃料供給系統に対して、前記アンモニア燃料供給系統からアンモニアを排出させるパージガスを供給するパージガス供給部と、を有し、前記アンモニア燃料供給系統から排出されたアンモニアを前記燃焼ガス流通部の内部へ供給するアンモニア供給工程を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、燃料供給系統から排出されたアンモニアを、簡素な構造で適切に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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