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公開番号2024168313
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023084871
出願日2023-05-23
発明の名称バーナ及び燃焼炉
出願人川崎重工業株式会社
代理人弁理士法人有古特許事務所
主分類F23D 17/00 20060101AFI20241128BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】アンモニアを燃焼するバーナにおいて、安定燃焼とNOx排出量の抑制とを両立する。
【解決手段】バーナは、主燃料及び一次空気の混合流体を噴出する主燃料出口を有する第1ノズル、主燃料出口を囲う二次空気出口から二次空気を吹き出す第2ノズル、主燃料出口の周縁の下流に保炎渦を生じさせる保炎板、二次空気出口を囲う三次空気出口から三次空気の旋回流を吹き出す第3ノズル、及び、主燃料出口内に配置された第1補助燃料出口からアンモニアを含む第1ガス燃料を噴出する第1補助燃料ノズルを備える。燃焼時に流体が保炎渦の内縁に沿って主燃料出口から離れる向きに流れる順流部と、流体がバーナ軸線上を主燃料出口へ近づく向きに流れる逆流部と、逆流部から順流部への転換部とを含む循環流が生じる。第1補助燃料ノズルは、循環流のうち順流部又は転換部へ循環流の流れに沿って第1ガス燃料を噴出する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
バーナ軸線を中心とする筒状を呈し、主燃料及び一次空気の混合流体を噴出する主燃料出口を有する第１ノズルと、
前記主燃料出口を囲う二次空気出口を有し、前記二次空気出口から二次空気を吹き出す第２ノズルと、
前記主燃料出口の周縁の下流に保炎渦を生じさせる保炎板と、
前記二次空気出口を囲う三次空気出口を有し、前記三次空気出口から三次空気の旋回流を吹き出す第３ノズルと、
前記主燃料出口内に配置された第１補助燃料出口を有し、前記第１補助燃料出口からアンモニアを含む第１ガス燃料を噴出する第１補助燃料ノズルと、を備え、
燃焼時に、前記三次空気の働きによって、流体が前記保炎渦の内縁に沿って前記主燃料出口から離れる向きに流れる順流部と、前記流体が前記バーナ軸線上を前記主燃料出口へ近づく向きに流れる逆流部と、前記逆流部から前記順流部への転換部とを含む循環流が生じ、前記第１補助燃料ノズルは、前記循環流のうち前記順流部又は前記転換部へ前記循環流の流れに沿って前記第１ガス燃料を噴出する、
バーナ。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
複数の前記第１補助燃料出口が前記バーナ軸線を中心として環状に並んでおり、複数の前記第１補助燃料出口の開口軸線は、前記バーナ軸線から偏心している、
請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記第１補助燃料出口の開口軸線は、前記バーナ軸線と平行である、
請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項４】
前記保炎板の周縁に配置された第２補助燃料出口を有し、前記第２補助燃料出口からアンモニアを含む第２ガス燃料を噴出する第２補助燃料ノズルを、更に備え、
前記第２補助燃料ノズルは、前記保炎渦の順流部へ前記保炎渦の流れに沿って前記第２ガス燃料を噴出する、
請求項１又は２に記載のバーナ。
【請求項５】
前記第２補助燃料ノズルから噴出する前記第２ガス燃料に含まれるアンモニアの単位時間当たりの総流量は、前記第１補助燃料ノズルから噴出する前記第１ガス燃料に含まれるアンモニアの単位時間あたりの総流量よりも多い、
請求項４に記載のバーナ。
【請求項６】
燃焼室と、
前記燃焼室の壁に配置された請求項１又は２に記載のバーナと、を備える、
燃焼炉。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アンモニアを含むガス燃料を燃焼するバーナ及び当該バーナを備える燃焼炉に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ
２
）排出削減の時流から、燃焼で二酸化炭素を排出しない燃料としてアンモニア（ＮＨ
３
）が注目されている。アンモニアを燃料とするための課題として、都市ガスの主成分であるメタンと比較して燃焼速度が遅く火炎温度が低いことから、燃え難く安定燃焼し難い点と、Ｎ分を多く含むことからＮＯｘ排出量が増加しやすい点が挙げられる。そこで、特許文献１に開示されるように、アンモニアを燃料とするバーナにおいて、ＮＯｘ排出量を抑制する技術の開発が行われている。
【０００３】
特許文献１のバーナは、微粉炭などの固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体を噴き出す燃料供給ノズルと、燃料供給ノズルの外側に配置されて、燃焼用空気を混合流体から外周側へ分離して噴き出す空気ノズルと、燃料供給ノズルの出口よりも下流側からアンモニアガスを噴き出すアンモニア供給ノズルとを備える。アンモニア供給ノズルは空気ノズルに通されており、空気ノズルの空気出口にアンモニア出口が配置されている。アンモニア供給ノズルは、燃料供給ノズルの出口の直ぐ下流において燃料の燃焼によって酸素が消費されて低酸素濃度となった高温還元領域へ向けて、アンモニアガスを供給する。アンモニアが高温還元領域で燃焼することによって、燃焼で生じたＮＯｘは還元反応により窒素となるため、ＮＯｘ排出量が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－２０３６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のバーナでは、混合流体の流れと燃焼用空気の流れに挟まれた位置に保炎渦が生じる。また、保炎渦の内周の高温還元領域では、循環流が生じる。火炎が安定し難いアンモニア燃焼では、保炎のために保炎渦及び循環流の保護が重要となる。特許文献１のバーナでは、アンモニア供給ノズルから出たアンモニアガスの流れは、保炎渦及び混合流体の流れを貫いて高温還元領域へ向かう。そのため、アンモニアガスの流量が少ないと、保炎渦や混合流体の流れに遮られて、アンモニアガスが混合還元領域へ到達できないことが懸念される。また、アンモニアガスの流量が多いと、保炎渦や循環流が乱されて保炎できず燃焼が不安定となることが懸念される。
【０００６】
本開示は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンモニアを燃焼するバーナにおいて、安定燃焼とＮＯｘ排出量の抑制とを両立する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るバーナは、
バーナ軸線を中心とする筒状を呈し、主燃料及び一次空気の混合流体を噴出する主燃料出口を有する第１ノズルと、
前記主燃料出口を囲う二次空気出口を有し、前記二次空気出口から二次空気を吹き出す第２ノズルと、
前記主燃料出口の周縁の下流に保炎渦を生じさせる保炎板と、
前記二次空気出口を囲う三次空気出口を有し、前記三次空気出口から三次空気の旋回流を吹き出す第３ノズルと、
前記主燃料出口内に配置された第１補助燃料出口を有し、前記第１補助燃料出口からアンモニアを含む第１ガス燃料を噴出する第１補助燃料ノズルと、を備え、
燃焼時に、前記三次空気の働きによって、流体が前記保炎渦の内縁に沿って前記主燃料出口から離れる向きに流れる順流部と、前記流体が前記バーナ軸線上を前記主燃料出口へ近づく向きに流れる逆流部と、前記逆流部から前記順流部への転換部とを含む循環流が生じ、前記第１補助燃料ノズルは、前記循環流のうち前記順流部又は前記転換部へ前記循環流の流れに沿って前記第１ガス燃料を噴出するものである。
【０００８】
また、本開示の一態様に係る燃焼炉は、燃焼室と、前記燃焼室の壁に配置された前記バーナとを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、アンモニアを燃焼するバーナにおいて、安定燃焼とＮＯｘ排出量の抑制とを両立する技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示の一実施形態に係るバーナを備えるボイラの概略構成を示す図である。
図２は、本開示に係るバーナの概略断面図である。
図３は、図２に示すバーナの出口の拡大断面図である。
図４は、バーナの出口をバーナ軸線方向の前方から見た図である。
図５は、変形例に係るバーナの出口をバーナ軸線方向の前方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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