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公開番号2025023321
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2024214098,2021059232
出願日2024-12-09,2021-03-31
発明の名称アンモニア燃料ボイラ
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F23J 7/00 20060101AFI20250206BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】NOxの発生を抑制できるアンモニア燃料ボイラを提供する。
【解決手段】アンモニア燃料ボイラのバーナユニットは、炭素含有燃料を火炉内に噴射する燃料バーナと、液体アンモニアが供給されるように構成されたアンモニア供給路と、アンモニア供給路から供給される液体アンモニアを液状のまま火炉内に噴射するように構成されたアンモニア噴射ノズルとを備えるアンモニアバーナとを含み、供給システムは、燃料として炭素含有燃料と共に液体アンモニアをバーナユニットに供給し、炭素含有燃料を用いた燃焼が行われている火炉内にアンモニア噴射ノズルから液体アンモニアを噴射して、炭素含有燃料とアンモニアとの混焼が行われる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられたバーナユニットと、
燃料を前記バーナユニットに供給する供給システムと
を備え、
前記バーナユニットは、
炭素含有燃料を前記火炉内に噴射する燃料バーナと、
液体アンモニアが供給されるように構成されたアンモニア供給路と、前記アンモニア供給路から供給される前記液体アンモニアを液状のまま前記火炉内に噴射するように構成されたアンモニア噴射ノズルとを備えるアンモニアバーナと
を含み、
前記供給システムは、燃料として前記炭素含有燃料と共に前記液体アンモニアを前記バーナユニットに供給し、前記炭素含有燃料を用いた燃焼が行われている前記火炉内に前記アンモニア噴射ノズルから前記液体アンモニアを噴射して、前記炭素含有燃料とアンモニアとの混焼が行われる
アンモニア燃料ボイラ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記炭素含有燃料を用いた燃焼によるガス温度が１４００℃以上である前記火炉内に前記アンモニア噴射ノズルから前記液体アンモニアを噴射して、前記炭素含有燃料とアンモニアとの混焼が行われることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項３】
前記炭素含有燃料を用いた燃焼により前記火炉のノーズ温度が１１２０℃以上である前記火炉内に前記アンモニア噴射ノズルから前記液体アンモニアを噴射して、前記炭素含有燃料とアンモニアとの混焼が行われることを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項４】
前記アンモニア噴射ノズルは、噴射される液体アンモニアが末広がり状の液膜になるように構成された渦巻噴射ノズル、噴射される液体アンモニアがシート状の液膜になるように構成されたファンスプレーノズル、または、液噴流の状態で液体アンモニアを噴射するように構成されたプレーンジェット型のアトマイザのいずれか１つであり、
前記アンモニア噴射ノズルによって噴射された液状のアンモニアは、前記火炉の内部でアンモニアガスに気化して燃焼する請求項１～３のいずれか１つに記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項５】
前記アンモニア噴射ノズルは、アシスト流体を用いずに前記液体アンモニアを液状のまま噴射するための１流体ノズルである請求項１～４のいずれか１つに記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項６】
前記アンモニア噴射ノズルは、起動用燃料と前記液体アンモニアを噴射できる両用ノズルである請求項１～５のいずれか１つに記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項７】
前記アンモニアバーナは、前記火炉内で生じる燃焼火炎を保炎するように構成された保炎効果を有する機構を備える請求項１～６のいずれか１つに記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項８】
前記保炎効果を有する機構は、
前記アンモニア噴射ノズルが内側に配置される内筒と、
前記内筒を囲むように配置され、前記火炉の内部と連通する空気供給路が前記内筒との間で形成される外筒と、
前記空気供給路に設けられ、前記空気供給路を流れる空気に旋回力を付与するように構成されたスワラと
を備える請求項７に記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項９】
前記供給システムは、前記バーナユニットに前記燃料と１次空気を供給する請求項１～８のいずれか１つに記載のアンモニア燃料ボイラ。
【請求項１０】
前記バーナユニットは、前記火炉内に前記１次空気を噴射するための空気ノズルを含む請求項９に記載のアンモニア燃料ボイラ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アンモニア燃料ボイラに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、アンモニアが燃料として火炉内に供給されるボイラが知られている。アンモニアが燃料として用いられる場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されるのを抑制する必要がある。例えば、特許文献１で開示されるボイラでは、複数段あるバーナのうち上段のバーナにはアンモニア燃料が供給されず、これによりＮＯｘの排出が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
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】
【０００４】
発明者らの知見によれば、ＮＯｘの排出量を抑制するためには、アンモニア燃料の供給開始前に他の燃料を用いてボイラ内の燃焼環境を適正化することが好ましい。しかし、特許文献１にはこういった構成の具体的な開示はない。
【０００５】
本開示の目的は、ＮＯｘの発生を抑制できるアンモニア燃料ボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃料ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられたバーナユニットと、
燃料を前記バーナユニットに供給する供給システムと
を備え、
前記バーナユニットは、
炭素含有燃料を前記火炉内に噴射する燃料バーナと、
液体アンモニアが供給されるように構成されたアンモニア供給路と、前記アンモニア供給路から供給される前記液体アンモニアを液状のまま前記火炉内に噴射するように構成されたアンモニア噴射ノズルとを備えるアンモニアバーナと
を含み、
前記供給システムは、燃料として前記炭素含有燃料と共に前記液体アンモニアを前記バーナユニットに供給し、前記炭素含有燃料を用いた燃焼が行われている前記火炉内に前記アンモニア噴射ノズルから前記液体アンモニアを噴射して、前記炭素含有燃料とアンモニアとの混焼が行われる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、ＮＯｘの発生を抑制できるアンモニア燃料ボイラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
一実施形態に係るボイラ運転システムの概念図である。
一実施形態に係るボイラの運転方法を示すフローチャートである。
一実施形態に係るアンモニアバーナの構成を示す断面図である。
一実施形態に係るバーナユニットの具体的な構成の説明図である。
一実施形態に係るボイラ運転システムの具体的な構成である。
一実施形態に係るボイラ運転制御処理を示すフローチャートである。
一実施形態に係るバーナ部空気比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。
一実施形態に係るガス温度とアンモニアの必要滞留時間との関係を示すグラフである。
一実施形態に係るノーズ温度とバーナ部のガス温度との関係を示すグラフである。
一実施形態に係る熱量換算でのアンモニア混焼率とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１０】
図１は、一実施形態に係るボイラ運転システム１の概念図である。
ボイラ運転システム１は、例えば図示外の火力発電プラントに組み込まれるボイラ２と、ボイラ２に空気及び燃料を供給するための供給システム１５と、ボイラ２の運転に関するパラメータを計測するための計測システム９とを備える。
供給システム１５からボイラ２に供給される燃料には、アンモニア燃料が含まれる。アンモニア燃料は、液体アンモニアまたはアンモニアガスのいずれであってもよい。以下では、アンモニア燃料が液体アンモニアである実施形態を例示する。一実施形態では、ボイラ２に液体アンモニアが液状のまま供給される。液体アンモニアは水素ガスなどの気体を含まないが、ボイラ２での燃焼に影響を与えない程度の不純物（例えば尿素）を含んでいてもよい。液体アンモニアはボイラ２内でアンモニアガスに気化する。
また、供給システム１５からボイラ２に供給される燃料には、アンモニア燃料以外の他の燃料が含まれる。例えば、ボイラ２内では他の燃料を用いた燃焼が行われた後に、アンモニアと他の燃料との混焼またはアンモニアの専焼が行われる。
アンモニア以外の他の燃料の一例である炭素含有燃料は、バイオマス燃料または化石燃料などである。化石燃料は、液化天然ガス、重油または軽油などの油、もしくは微粉炭などの石炭である。以下では、炭素含有燃料が油と微粉炭である実施形態を例示する。
（【００１１】以降は省略されています）

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