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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung und einen Kessel. Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr.
2021-025116 , die am 19. Februar 2021 eingereicht wurde, und deren Inhalt hier teilweise aufgenommen ist.
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Stand der Technik
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Als ein Brenner, der in einem Ofen eines Kessels oder dergleichen vorgesehen ist, ist ein Brenner bekannt, der eine Ammoniakeinspritzdüse beinhaltet, die Ammoniak als einen Brennstoff einspritzt. Durch die Verwendung von Ammoniak als Brennstoff wird die Emissionsmenge von Kohlenstoffdioxyd reduziert. Beispielsweise stellt Patentliteratur 1 eine Offenbarung eines Brenners dar, der eine Komplementärverbrennung von Kohlestaub (pulverisierter Kohle) und Ammoniak als Brennstoff durchführt.
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Literaturstellenl iste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: 2019-086189 A
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Zusammenfassung
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Technische Aufgabe
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Wenn Ammoniak, der von der Ammoniakeinspritzdüse eingespritzt wird, eine Reduktionsregion der Flamme erreicht (zum Beispiel eine Region, in der Stickoxid (nachstehend manchmal als „NOx“ bezeichnet) reduziert wird, das reduziert werden soll), wird im Übrigen in einem Brenner, der eine Ammoniakeinspritzdüse beinhaltet, NOx reduziert. Abhängig von Betriebsbedingungen besteht hier die Gefahr, dass das eingespritzte Ammoniak nicht hinreichend der Reduktionsregion der Flamme zugeführt wird und NOx in einem Verbrennungsgas, das ausgestoßen werden soll, kann erhöht werden. Dementsprechend bestand ein Bedarf für einen neuen Vorschlag, um NOx zu verringern.
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Die vorliegende Offenbarung hat ein Ziel, eine Verbrennungsvorrichtung und einen Kessel bereitzustellen, die Stickoxid (NOx) verringern können.
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Lösung der Aufgabe
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Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Verbrennungsvorrichtung bereitgestellt, die beinhaltet: einen Brenner, der eine Ammoniakeinspritzdüse beinhaltet, die einen Einspritzanschluss hat, der einem Innenraum eines Ofens zugewandt ist; und eine Einstellstruktur, die gestaltet ist, um einen Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses einzustellen.
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Die Verbrennungsvorrichtung kann ferner eine Steuervorrichtung beinhalten, die gestaltet ist, um einen Betrieb der Einstellstruktur so zu steuern, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses geringer wird, wenn eine Strömungsrate von Ammoniak in der Ammoniakeinspritzdüse niedriger wird.
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Der Brenner kann eine Kohlestaubeinspritzdüse beinhalten, die einen Einspritzanschluss hat, der dem Innenraum des Ofens zugewandt ist, und die Verbrennungsvorrichtung kann eine Steuervorrichtung beinhalten, die gestaltet ist, um einen Betrieb der Einstellstruktur basierend auf einer Strömungsrate von Kohlestaub (pulverisierte Kohle) in der Kohlestaubeinspritzdüse steuern.
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Die Verbrennungsvorrichtung kann ferner beinhalten: einen Luftzuführabschnitt, der einen Einspritzanschluss hat, der dem Innenraum des Ofens zugewandt ist; und eine Steuervorrichtung, die gestaltet ist, um einen Betrieb der Einstellstruktur basierend auf einer Strömungsrate der Luft in dem Luftzuführabschnitt zu steuern.
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Die Verbrennungsvorrichtung kann ferner eine Steuervorrichtung beinhalten, die gestaltet ist, um einen Betrieb der Einstellstruktur basierend auf einer Temperatur in dem Innenraum des Ofens zu steuern.
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Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, wird hier gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Kessel bereitgestellt, der die zuvor genannte Verbrennungsvorrichtung beinhaltet.
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Wirkungen der Offenbarung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Stickoxid (NOx) zu verringern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Kessels gemäß einer Ausführungsform.
- 2 ist ein schematisches Schaubild zum Veranschaulichen einer Verbrennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
- 3 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Beispielverarbeitungsablaufs, der mittels einer Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird.
- 4 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen einer Flamme, die mittels eines Brenners gemäß der Ausführungsform gebildet wird.
- 5 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem ein Öffnungsbereich eines Einspritzanschlusses einer Ammoniakeinspritzdüse gemäß der Ausführungsform kleiner ist als verglichen mit dem Beispiel in 4.
- 6 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen einer Verbrennungsvorrichtung entsprechend einem Abwandlungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsform
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Nachstehend wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Abmessungen, Materialien und andere spezifische numerische Werte, die in der Ausführungsform vertreten sind, sind lediglich Beispiele, die zur Unterstützung des Verständnisses der Offenbarung verwendet werden, und beschränken die vorliegende Offenbarung nicht, es sei denn, es ist insbesondere angegeben. Elemente, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Gestaltungen hierin und in den Zeichnungen haben, sind mittels der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, um eine redundante Beschreibung davon wegzulassen. Ferner ist die Darstellung von Elementen mit keinem direkten Bezug zu der vorliegenden Offenbarung weggelassen.
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1 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Kessels 1 gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Kessel 1 einen Ofen 2, einen Rauchgasschacht 3 und einen Brenner 4.
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Der Ofen 2 ist ein Ofen, der Verbrennungswärme mittels Verbrennen von Brennstoff erzeugt. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Beispiel beschrieben, in dem Ammoniak und Kohlestaub als Brennstoff in dem Ofen 2 verwendet werden. Wenn Ammoniak und Kohlestaub als Brennstoffe verwendet werden, wird die Emissionsmenge von Kohlendioxid reduziert. Allerdings, wie später beschrieben wird, ist der zu verwendende Brennstoff in dem Ofen 2 nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
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Der Ofen 2 hat eine schlauchförmige Form (zum Beispiel eine rechtwinklige Schlauchform), die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. In dem Ofen 2 wird ein Hochtemperaturverbrennungsgas erzeugt, wenn Brennstoff verbrannt wird. Ein Abführanschluss 2a zum Abführen eines Ascheanteils, der mittels Verbrennung des Brennstoffs erzeugt wird, zu der Außenseite ist in einem Bodenabschnitt des Ofens 2 gebildet.
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Der Rauchgasschacht 3 ist ein Pfad zum Führen des Verbrennungsgases, das in dem Ofen 2 erzeugt wird, zu der Außenseite als ein Abgas. Der Rauchgasschacht 3 ist mit einem oberen Abschnitt des Ofens 2 verbunden. Der Rauchgasschacht 3 beinhaltet einen horizontalen Rauchgasschacht 3a und einen hinteren Rauchgasschacht 3b. Der horizontale Rauchgasschacht 3a erstreckt sich in einer horizontalen Richtung von dem oberen Abschnitt des Ofens 2. Der hintere Rauchgasschacht 3b erstreckt sich von einem Endabschnitt des horizontalen Rauchgasschachts 3a abwärts.
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Der Kessel 1 beinhaltet einen Überhitzer (nicht dargestellt), der beispielsweise in dem oberen Abschnitt des Ofens 2 installiert ist. In dem Überhitzer wird eine Wärmeübertragung zwischen der Verbrennungswärme, die in dem Ofen 2 erzeugt wird, und Wasser durchgeführt. Infolgedessen wird Wasserdampf erzeugt. Zusätzlich kann der Kessel 1 auch verschiedene Arten von Ausstattung (zum Beispiel einen Nacherwärmer, einen Abgasvorwärmer oder einen Luftvorwärmer) beinhalten, die nicht in 1 dargestellt sind.
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Der Brenner 4 ist an einem Wandabschnitt in einem unteren Abschnitt des Ofens 2 vorgesehen. In dem Ofen 2 ist eine Mehrzahl an Brennern 4 in Abständen in einer Umfangsrichtung des Ofens 2 vorgesehen. Obwohl nicht in 1 gezeigt, ist die Mehrzahl an Brennern 4 auch in einer Erstreckungsrichtung (Auf- und Abrichtung) des Ofens 2 vorgesehen. Der Brenner 4 spritzt Ammoniak und Kohlestaub in den Ofen 2 als Brennstoff ein. Eine Flamme F wird in dem Ofen 2 gebildet, wenn der Brennstoff, der von dem Brenner 4 eingespritzt ist, verbrannt wird. In dem Ofen 2 ist eine Zündvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, die den Brennstoff, der von dem Brenner 4 eingespritzt ist, zündet.
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2 ist ein schematisches Schaubild zum Veranschaulichen einer Verbrennungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Verbrennungsvorrichtung 100 den Brenner 4, einen Luftzuführabschnitt 5, eine Einstellstruktur 6, einen Ammoniaktank 7, einen Ammoniakdurchflussmesser 8, einen Rauchgasanalysierer 9 und eine Steuervorrichtung 10.
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Der Brenner 4 ist an dem Wandabschnitt des Ofens 2 außerhalb des Ofens 2 montiert. Der Brenner 4 beinhaltet eine Ammoniakeinspritzdüse 41 und eine Kohlestaubeinspritzdüse 42. Die Ammoniakeinspritzdüse 41 ist eine Düse zum Einspritzen von Ammoniak. Die Kohlestaubeinspritzdüse 42 ist eine Düse zum Einspritzen von Kohlestaub.
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Die Ammoniakeinspritzdüse 41 und die Kohlestaubeinspritzdüse 42 haben jeweils eine zylindrische Form. Die Kohlestaubeinspritzdüse 42 ist so angeordnet, dass sie die Ammoniakeinspritzdüse 41 koaxial mit der Ammoniakeinspritzdüse 41 umgibt. Eine Doppelzylinderstruktur ist mittels der Ammoniakeinspritzdüse 41 und der Kohlestaubeinspritzdüse 42 gebildet. Mittelachsen der Ammoniakeinspritzdüse 41 und der Kohlestaubeinspritzdüse 42 schneiden sich mit (sind insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu) dem Wandabschnitt des Ofens 2.
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Eine Radialrichtung des Brenners 4, eine Axialrichtung des Brenners 4 und eine Umfangsrichtung des Brenners 4 werden nachstehend manchmal einfach als „Radialrichtung“, „Axialrichtung“ und „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Die Ofenseite (rechte Seite in 2) des Brenners 4 wird als „distale Endseite“ bezeichnet und die Seite (linke Seite in 2) des Brenners 4 gegenüber der Ofenseite wird als „hintere Endseite“ bezeichnet.
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Die Ammoniakeinspritzdüse 41 beinhaltet einen Hauptkörper 41a und einen Einspritzanschluss 41b. Der Hauptkörper 41a hat eine zylindrische Form. Eine Mittelachse des Hauptkörpers 41a schneidet sich mit (ist insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu) dem Wandabschnitt des Ofens 2. Der Hauptkörper 41a hat eine Form, die zu der distalen Endseite hin verjüngt ist. In einem hinteren Abschnitt (zum Beispiel ein Abschnitt an der hinteren Endseite) des Hauptkörpers 41a ist ein Zuführanschluss (nicht dargestellt) gebildet. Der Zuführanschluss der Ammoniakeinspritzdüse 41 ist mit dem Ammoniaktank 7 verbunden. Der Einspritzanschluss 41b, der eine Öffnung ist, ist an einem distalen Ende des Hauptkörpers 41 gebildet. Der Einspritzanschluss 41b ist einem Innenraum des Ofens 2 zugewandt. Das heißt, der Einspritzanschluss 41b ist zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet.
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Ammoniak wird von dem Ammoniaktank 7 in den Hauptkörper 41a durch den Zuführanschluss (nicht dargestellt) zugeführt. Wie mittels der Pfeile A1 gekennzeichnet, strömt Ammoniak, der in den Hauptkörper 41a zugeführt wurde, in einen Raum zwischen einem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 41a und einem Ventilkörper 61 der Einstellstruktur 6, die später beschrieben wird. Der Ammoniak, der durch den Hauptkörper 41a hindurchgegangen ist, wird von dem Einspritzanschluss 41b zu dem Innenraum des Ofens 2 eingespritzt. Auf diese Weise ist die Ammoniakeinspritzdüse 41 so vorgesehen, dass sie zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet ist.
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Die Kohlestaubeinspritzdüse 42 beinhaltet einen Hauptkörper 42a und einen Einspritzanschluss 42b. Der Hauptkörper 42a hat eine zylindrische Form. Der Hauptkörper 42a ist so angeordnet, dass er den Hauptkörper 41a koaxial mit dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 umgibt. Der Hauptkörper 42a hat eine Form, die zu der distalen Endseite hin verjüngt ist. Ein Zuführanschluss (nicht dargestellt) ist in einem hinteren Abschnitt (zum Beispiel einem Abschnitt auf der hinteren Endseite) des Hauptkörpers 42a gebildet.
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Der Zuführanschluss der Kohlestaubeinspritzdüse 42 ist mit einer Kohlestaubzuführquelle (nicht dargestellt) verbunden. Der Einspritzanschluss 42b, der eine Öffnung ist, ist an einem distalen Ende des Hauptkörpers 42a gebildet. Eine Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 42a stimmt im Wesentlichen mit einer axialen Position des distalen Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 überein. Der Einspritzanschluss 42b ist eine ringförmige Öffnung zwischen dem distalen Ende des Hauptkörpers 42a und dem distalen Ende des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41. Der Einspritzanschluss 42b ist dem Innenraum des Ofens 2 zugewandt. Das heißt der Einspritzanschluss 42b ist zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet.
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Kohlestaub wird von der Kohlestaubzuführquelle in den Hauptkörper 42a durch den Zuführanschluss (nicht dargestellt) zusammen mit Luft zum Befördern des Kohlestaubs zugeführt. Wie mittels der Pfeile A2 gekennzeichnet, strömt der Kohlestaub, der in den Hauptkörper 42a geführt wurde, zusammen mit Luft in einen Raum zwischen einem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 42a und einem Außenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41. Der Kohlestaub, der durch den Hauptkörper 42a hindurchgegangen ist, wird von dem Einspritzanschluss 42b zu dem Innenraum des Ofens 2 eingespritzt. Auf diese Weise ist die Kohlestaubeinspritzdüse 42 zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet.
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Der Luftzuführabschnitt 5 führt Luft zur Verbrennung von einer radial äußeren Seite zu der Flamme (siehe die Flamme F in 1), die mittels des Brenners 4 gebildet wird. Der Luftzuführabschnitt 5 ist so angeordnet, dass er einen Bereich zwischen einem distalen Endabschnitt des Brenners 4 und des Ofens 2 abdeckt. Ein Strömungspfad 51, der es Luft erlaubt, dort hindurchzuströmen, ist in dem Luftzuführabschnitt 5 gebildet. Der Strömungspfad 51 ist in einer zylindrischen Form koaxial mit dem Brenner 4 gebildet. Der Strömungspfad 51 ist mit einer Luftzuführquelle (nicht dargestellt) verbunden. Ein Einspritzanschluss 52 ist an einem Endabschnitt des Strömungspfads 51 an der Ofenseite gebildet.
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Wie mittels der Pfeile A3 gekennzeichnet, geht die Luft, die von der Luftzuführquelle zu dem Luftzuführabschnitt 5 geführt ist, durch den Strömungspfad 51 hindurch und wird von dem Einspritzanschluss 52 zu dem Innenraum des Ofens 2 eingespritzt. Der Einspritzanschluss 52 ist dem Innenraum des Ofens 2 zugewandt. Das heißt, der Einspritzanschluss 52 ist zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet. Auf diese Weise ist der Luftzuführabschnitt 5 so vorgesehen, dass er zu dem Innenraum des Ofens 2 gerichtet ist. Die Luft, die von dem Einspritzanschluss 52 des Luftzuführabschnitts 5 eingespritzt ist, bewegt sich zu dem Innenraum des Ofens 2 fort, während sie in der Umfangsrichtung umläuft.
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Die Einstellstruktur 6 stellt einen Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 ein. In dem Beispiel in 2 beinhaltet die Einstellstruktur 6 den Ventilkörper 61 und eine Antriebsvorrichtung 62. Allerdings, wie später beschrieben wird, ist die Gestaltung der Einstellstruktur 6 nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
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Der Ventilkörper 61 beinhaltet einen Wellenabschnitt 61a und einen Konusabschnitt 61b. Der Ventilkörper 61 kann massiv oder hohl sein. Der Wellenabschnitt 61a erstreckt sich an der Mittelachse des Brenners 4. Der Wellenabschnitt 61a ist so angeordnet, dass er von dem Hauptkörper 41a koaxial mit dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 umgeben wird. Der Wellenabschnitt 61a steht rückwärts durch den hinteren Abschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 vor. Der Konusabschnitt 61b ist an ein distales Ende des Wellenabschnitts 61a montiert. Der Konusabschnitt 61b hat eine Form (konische Form in dem Beispiel in 2), die zu der distalen Endseite hin verjüngt ist. Der Konusabschnitt 61b befindet sich in der Umgebung des distalen Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 in der Axialrichtung.
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Die Antriebsvorrichtung 62 bewegt den Ventilkörper 61 in der Axialrichtung. Beispielsweise beinhaltet der Antriebsmechanismus 62 einen Mechanismus, der die Bewegung des Wellenabschnitts 61a in der Axialrichtung führt, und eine Vorrichtung, die Leistung erzeugt (zum Beispiel einen Motor). Dann kann die Antriebsvorrichtung 62 den Ventilkörper 61 in der Axialrichtung mittels Übertragen der Leistung zu einem hinteren Abschnitt des Wellenabschnitts 61a bewegen.
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Wenn sich eine Axialposition eines distalen Endes des Konusabschnitts 61b an einer hinteren Seite (zum Beispiel an einer gegenüberliegenden Seite zu der Ofenseite) von der Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 befindet, ist der Einspritzanschluss 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 eine kreisförmige Öffnung, die mittels eines Innenumfangsabschnitts des distalen Endes des Hauptkörpers 41a definiert ist. Dementsprechend ist der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 der Bereich der kreisförmigen Öffnung, die mittels des Innenumfangsabschnitts des distalen Endes des Hauptkörpers 41a definiert ist. In diesem Fall wird der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b maximal.
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Wenn sich die Axialposition des distalen Endes des Konusabschnitts 61b an der Ofenseite von der Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 befindet, ist der Einspritzanschluss 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 eine ringförmige Öffnung, die zwischen dem Innenumfangsabschnitt des distalen Endes des Hauptkörpers 41a und einem Außenumfangsabschnitt des Konusabschnitts 61b definiert ist. Dementsprechend ist der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 der Bereich der ringförmigen Öffnung, der zwischen dem Innenumfangsabschnitt des distalen Endes des Hauptkörpers 41a und dem Außenumfangsabschnitt des Konusabschnitts 61b definiert ist. In diesem Fall ist der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner, verglichen mit dem Fall, in dem der Einspritzanschluss 41b eine kreisförmige Öffnung ist.
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In dem Fall, in dem sich die Axialposition des distalen Endes des Konusabschnitts 61b an der Ofenseite von der Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 befindet, wird, wenn die Axialposition des Ventilkörpers 61 geändert wird, ein Außendurchmesser des Ventilkörpers 61 an der Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 41 geändert. Infolgedessen wird der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b, der eine ringförmige Form zwischen dem distalen Ende des Hauptkörpers 41a und dem Konusabschnitt 61b hat, geändert. Da die Axialposition des Ventilkörpers 61 näher zu dem Ofen 2 rückt, wird der Außendurchmesser des Ventilkörpers 61 an der Axialposition des distalen Endes des Hauptkörpers 41a größer und somit wird der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner.
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Wie zuvor beschrieben wurde, kann die Einstellstruktur 6 den Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 mittels Bewegen des Ventilkörpers 61 in der Axialrichtung mit der Antriebsvorrichtung 62 bewegen. In dieser Ausführungsform wird eine Verringerung des Stickoxids (NOx) durch Bereitstellen der Einstellstruktur 6 in der Verbrennungsvorrichtung 100 erreicht. Der Vorgang und die Wirkung des Verringerns von NOx mittels der Einstellstruktur 6 werden später beschrieben.
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Der Ammoniakdurchflussmesser 8 misst eine Strömungsrate des Ammoniaks, der von dem Ammoniaktank zu der Ammoniakeinspritzdüse 41 geführt wird. Die Messergebnisse, die mittels des Ammoniakdurchflussmessers 8 bestimmt werden, werden zu der Steuervorrichtung 10 ausgegeben.
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Der Rauchgasanalysierer 9 analysiert Komponenten des Rauchgases, das das Verbrennungsgas ist, das von dem Ofen 2 abgeführt wird. Die Analyseergebnisse, die von dem Rauchgasanalysierer 9 bestimmt werden, werden zu der Steuervorrichtung 10 ausgegeben.
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Die Steuervorrichtung 10 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen ROM, der Programme und dergleichen speichert, einen RAM, der als ein Arbeitsbereich dient, und dergleichen, und steuert die gesamte Verbrennungsvorrichtung 100. Insbesondere steuert die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6. Beispielsweise wird die gegenwärtige Axialposition des Ventilkörpers 61 von der Einstellstruktur 6 zu der Steuervorrichtung 10 ausgegeben. Dann kann die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf den Ausgabeergebnissen steuern, die mittels der Einstellstruktur 6 bestimmt wurden, sodass die Axialposition des Einstellkörpers 61 zu einer Zielposition gebracht wird.
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3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Verarbeitungsablaufs, der mittels der Steuervorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird. Der Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, wird wiederholt durchgeführt, beispielsweise in eingestellten Zeitintervallen.
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Wenn der Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, in Schritt S101 gestartet wird, erfasst die Steuervorrichtung 10 die Strömungsrate des Ammoniaks (nachfolgend manchmal als „Ammoniakströmungsrate“ bezeichnet) in der Ammoniakeinspritzdüse 41. Beispielsweise erfasst die Steuervorrichtung 10 die Messergebnisse, die mittels des Ammoniakdurchflussmessers 8 als die Strömungsrate des Ammoniaks in der Ammoniakeinspritzdüse 41 bestimmt wird.
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In Schritt S102, nachfolgend zu Schritt S101, legt die Steuervorrichtung 10 die Zielposition (insbesondere die Axialposition, die ein Ziel ist) des Ventilkörpers 61 basierend auf der Ammoniakströmungsrate fest. Hier legt die Steuervorrichtung 10 die Position näher zu dem Innenraum des Ofens 2 als die Zielposition des Ventilkörpers 61 fest, wenn die Ammoniakströmungsrate geringer wird.
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In Schritt S103, nachfolgend zu Schritt S102, erfasst die Steuervorrichtung 10 die momentane Position (insbesondere die momentane Axialposition) des Ventilkörpers 61. Beispielsweise erfasst die Steuervorrichtung 10 die momentane Position des Ventilkörpers 61 von der Einstellstruktur 6.
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In Schritt S104, nachfolgend zu Schritt S103 steuert die Steuervorrichtung 10 die Antriebsvorrichtung 62, sodass die Axialposition des Ventilkörpers 61 zu der Zielposition gebracht wird und der Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, ist beendet. In Schritt S104 bewegt, wenn es einen Unterschied zwischen der momentanen Position und der Zielposition des Ventilkörpers 61 gibt, die Steuervorrichtung 10 den Ventilkörper 61, sodass dieser Unterschied beseitigt wird.
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Wie zuvor beschrieben wurde, steuert in dem Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Antriebsvorrichtung 62, sodass der Ventilkörper 61 zu der Innenseite des Ofens 2 bewegt wird, wenn die Ammoniakströmungsrate niedriger wird. Mit dieser Gestaltung kann die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 so steuern, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 kleiner wird, wenn die Ammoniakströmungsrate geringer wird.
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4 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen der Flamme F, die mittels des Brenners 4 gemäß dieser Ausführungsform gebildet wird. In dem Brenner 4 ist die Flamme F vor dem Brenner 4 gebildet, wenn Ammoniak von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, Kohlestaub von der Kohlestaubeinspritzdüse 42 eingespritzt wird und Luft zum Verbrennen von dem Luftzuführabschnitt 5 zugeführt wird. Die Flamme F, die somit gebildet ist, hat eine Reduktionsregion, die eine Region ist, in der NOx reduziert wird. Die Reduktionsregion ist beispielsweise an einer radial äußeren Seite in der Region vorhanden, in der die Flamme F gebildet ist.
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Wenn Ammoniak, das von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, die Reduktionsregion der Flamme F erreicht, wird NOx reduziert. Wenn eine Energieerzeugungsmenge in der Energieerzeugung unter Verwendung des Kessels 1 geändert wird, kann hier ein Komplementärverbrennungsverhältnis des Ammoniaks (Verhältnis des Ammoniaks in dem Brennstoff, der von dem Brenner 4 eingespritzt wird) geändert werden. In diesem Fall wird die Strömungsrate des Ammoniaks (zum Beispiel die Ammoniakströmungsrate) in der Ammoniakeinspritzdüse 41 durch Ändern der Strömungsrate des Ammoniaks, der zu der Ammoniakeinspritzdüse 41 zugeführt wird, geändert.
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In dem verwandten Stand der Technik wird, wenn die Strömungsrate des Ammoniaks (zum Beispiel die Ammoniakströmungsrate) in der Ammoniakeinspritzdüse 41 verringert wird, die Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks, der von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, verringert. Infolgedessen wird der Ammoniak, der von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, nicht hinreichend zu der Reduktionsregion der Flamme F zugeführt und es entsteht die Gefahr, dass NOx in dem Verbrennungsgas, das ausgeblasen werden soll, erhöht werden kann.
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Im Hinblick auf das Vorherige wird in dieser Ausführungsform, wie zuvor beschrieben wurde, der Betrieb der Einstellstruktur 6 so gesteuert, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner wird, wenn die Ammoniakströmungsrate niedriger wird. 5 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem ein Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 gemäß dieser Ausführungsform kleiner ist als in dem Beispiel in 4.
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In dem Beispiel in 5 ist eine Ammoniakströmungsrate geringer als verglichen mit dem Beispiel in 4. Deswegen wird der Ventilkörper 61 weiter zu der Innenseite des Ofens 2 bewegt, als verglichen mit dem Beispiel in 4. Mit dieser Gestaltung wird der Einspritzanschluss 41b mittels des Konusabschnitts 61b verschmälert und der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b wird kleiner. Infolgedessen wird die Verringerung der Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks unterdrückt, die von der Verringerung der Ammoniakströmungsrate verursacht wird. Deswegen kann die Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks auf demselben Niveau wie dem aus 4 beibehalten werden. Wenn Ammoniak hinreichend zu der Reduktionsregion der Flamme F in dem Beispiel in 4 zugeführt wird, wird Ammoniak dementsprechend hinreichend auch zu der Reduktionsregion der Flamme F in dem Beispiel in 5 zugeführt. Auf diese Weise wird eine Abnahme des NOx geeignet erreicht.
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Wie zuvor beschrieben wurde, beinhaltet die Verbrennungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform die Einstellstruktur 6, die den Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 einstellt. Mit dieser Gestaltung wird die Absenkung der Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks, die durch eine Änderung der Betriebsbedingung erzeugt wird, unterdrückt und somit wird NOx verringert. Insbesondere wenn der Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf der Ammoniakströmungsrate gesteuert wird, wird die Verringerung des NOx geeignet erreicht.
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Aus dem Blickwinkel der weiteren wirksamen Verringerung von NOx ist es hier bevorzugt, dass eine Beziehung zwischen der Ammoniakströmungsrate und dem Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b durch die Verwendung des Messwerts des NOx in dem Abgas optimiert wird, das von dem Ofen 2 abgeführt wird. Der Messwert von NOx in dem Abgas, das von dem Ofen 2 abgeführt wird, wird beispielsweise basierend auf den Analyseergebnissen erhalten, die von dem Rauchgasanalysierer 9 bestimmt werden. Beispielsweise werden die Messwerte des NOx in dem Abgas, die bestimmt werden, wenn der Öffnungsbereich des Einspritzanschluss 41b verschiedenartig geändert wird, in Bezug auf die gleiche Ammoniakströmungsrate, als Daten gesammelt. Anschließend wird ein Kennfeld, das den Zusammenhang zwischen der Ammoniakströmungsrate und dem Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b definiert, durch die Verwendung der gesammelten Daten so kreiert, dass NOx in dem Abgas wirksam verringert wird. Dann wird die Steuervorrichtung 10 veranlasst, die Einstellstruktur 6 so zu steuern, dass der Zusammenhang zwischen der Ammoniakströmungsrate und dem Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Zusammenhang wird, der mittels des kreierten Kennfelds angegeben wird. Somit wird NOx weiter wirksam verringert.
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Außerdem kann aus dem Blickwinkel der weiteren wirksamen Verringerung von NOx die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf verschiedenen Parametern, anders als der Ammoniakströmungsrate, steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf anderen Parametern, die nachfolgend beschrieben sind, zusätzlich zu der Ammoniakströmungsrate steuern. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 10 beispielsweise den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf anderen Parametern, die nachfolgend beschrieben sind, anstatt der Ammoniakströmungsrate steuern. Beispiele von verschiedenen Parametern, die zum Steuern der Einstellstruktur 6 verwendet werden können, werden nachfolgend beschrieben.
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Die Steuervorrichtung 10 kann den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf einer Strömungsrate des Kohlestaubs (nachfolgend manchmal als „Kohlestaubströmungsrate“ bezeichnet) in der Kohlestaubeinspritzdüse 42 steuern. Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 so, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b geringer wird, wenn die Kohlestaubströmungsrate höher wird. Wenn die Kohlestaubströmungsrate höher wird, wird eine Strömungsrate von Luft zur Beförderung von Kohlestaub höher. Deswegen wird der Ammoniak, der von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, von der Luft gezogen, die von der Kohlestaubeinspritzdüse 42 eingespritzt wird, und verteilt sich nicht leicht zu der gesamten Region der Flamme F. Wenn der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner eingestellt wird, wird die Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks erhöht und Ammoniak kann leicht hinreichend zu der Reduktionsregion der Flamme F zugeführt werden.
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Die Steuervorrichtung 10 kann den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf einer Strömungsrate von Luft (nachfolgend manchmal als „Zuluftströmungsrate“) in dem Luftzuführabschnitt 5 steuern. Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 so, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner wird, wenn die Zuluftströmungsrate höher wird. Da die Zuluftströmungsrate höher wird, wird Ammoniak, der von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, mittels der Luft gezogen, die von dem Luftzuführabschnitt 5 eingespritzt wird, und verbreitet sich nicht leicht zu der gesamten Region der Flamme F. Wenn der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner eingestellt ist, wird die Einspritzgeschwindigkeit von Ammoniak entsprechend erhöht und Ammoniak kann leicht hinreichend zu der Reduktionsregion der Flamme F zugeführt werden.
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Die Steuervorrichtung 10 kann den Betrieb der Einstellstruktur 6 basierend auf einer Temperatur in dem Innenraum des Ofens 2 (nachfolgend manchmal als „Ofentemperatur“ bezeichnet) steuern. Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Einstellstruktur 6 so, dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner wird, wenn die Ofentemperatur höher wird. Da die Ofentemperatur höher wird, dehnt sich die Luft, die von der Kohlestaubeinspritzdüse 42 und dem Luftzuführabschnitt 5 eingespritzt wird, aus und die Strömungsrate der Luft wird höher. Deswegen wird Ammoniak, der von der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingespritzt wird, mittels der Luft gezogen, die von der Kohlestaubeinspritzdüse 42 und dem Luftzuführabschnitt 5 eingespritzt wird, und verbreitet sich nicht leicht zu der gesamten Region der Flamme F. Wenn der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b kleiner eingestellt wird, wird die Einspritzgeschwindigkeit des Ammoniaks entsprechend erhöht und Ammoniak kann leicht hinreichend zu der Reduktionsregelung der Flamme F zugeführt werden.
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Obwohl Details der Zündvorrichtung des Ofens 2 in dem Vorherigen nicht genannt sind, wird beispielsweise ein Ölbrenner als die Zündvorrichtung des Ofens 2 verwendet. Der Ölbrenner führt eine Zündung mittels Einspritzen von Öl in den Innenraum des Ofens 2 durch. Der Ölbrenner ist in zumindest einem der Brenner 4 vorgesehen (insbesondere in dem untersten Brenner 4 der Mehrzahl an Brennern 4, die in der Auf- und Abrichtung angeordnet sind). Der Ölbrenner erstreckt sich an der Mittelachse des Brenners 4. Der Brenner 4, der zuvor mit Bezug auf 2 und dergleichen beschrieben wurde, ist ein Brenner ohne einen Ölbrenner. Allerdings kann die Einstellstruktur 6 bei dem Brenner vorgesehen sein, bei dem der Ölbrenner vorgesehen ist. In diesem Fall kann der Ölbrenner beispielsweise so vorgesehen sein, dass er durch den Ventilkörper 61 in der Axialrichtung hindurchstößt. Alternativ kann ein Mechanismus, in dem die Außenform des Ölbrenners zu der gleichen Form eingestellt ist, wie die des Ventilkörpers 61 und der Ölbrenner so vorgesehen ist, dass er in der Axialrichtung beweglich ist, statt des Ventilkörpers 61 als eine Einstellstruktur 6 verwendet werden.
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6 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen einer Verbrennungsvorrichtung 100A entsprechend einem Abwandlungsbeispiel. Wie in 6 dargestellt, ist in der Verbrennungsvorrichtung 100A eine Gestaltung eines Ventilkörpers einer Einstellstruktur unterschiedlich von der in der Verbrennungsvorrichtung 100, die zuvor beschrieben wurde. Eine Einstellstruktur 6A der Verbrennungsvorrichtung 100A beinhaltet einen Ventilkörper 161, unterschiedlich von dem Ventilkörper 61 der Einstellstruktur 6, wie zuvor beschrieben wurde.
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Die Einstellstruktur 6A beinhaltet eine Antriebsvorrichtung 62, auf die gleiche Weise wie in der Einstellstruktur 6, die zuvor beschrieben wurde. Die Einstellstruktur 6A ist insofern die gleiche wie die Einstellstruktur 6, die zuvor beschrieben wurde, als dass der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 eingestellt wird, wenn der Ventilkörper 161 in der Axialrichtung mittels der Antriebsvorrichtung 62 bewegt wird.
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Der Ventilkörper 161 der Einstellstruktur 6A beinhaltet einen Wellenabschnitt 161a und einen Konusabschnitt 161b. Der Wellenabschnitt 161a erstreckt sich an der Mittelachse des Brenners 4 in der gleichen Weise wie der Wellenabschnitt 61a des Ventilkörpers 61, der zuvor beschrieben wurde. Der Konusabschnitt 161b ist an ein distales Ende des Wellenabschnitts 161 montiert. Der Konusabschnitt 161b hat eine Form (konische Form in dem Beispiel in 6), die zu der distalen Endseite auf die gleiche Weise verjüngt ist, wie der Konusabschnitt 61b des Ventilkörpers 61, der zuvor beschrieben wurde.
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Hier erstreckt sich ein Außenumfangsabschnitt des Ventilkörpers 161 gemäß dem Abwandlungsbeispiel entlang des Innenumfangsabschnitts des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41. Das heißt ein radialer Spalt, der zwischen dem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 41a und dem Außenumfangsabschnitt des Ventilkörpers 161 gebildet ist, ist im Wesentlichen konstant, unabhängig von der Axialposition. Insbesondere hat der Wellenabschnitt 161a eine Form, die zu der distalen Endseite hin verjüngt ist. Ein Außendurchmesser des distalen Endes des Wellenabschnitts 161a stimmt im Wesentlichen mit einem Außendurchmesser eines hinteren Endes des Konusabschnitts 161b überein. Das heißt, es ist keine Stufe zwischen dem Wellenabschnitt 161a und dem Konusabschnitt 161b gebildet.
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Wie zuvor beschrieben wurde, kann, wenn der Spalt zwischen dem Hauptkörper 41a und dem Ventilkörper 161 im Wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Axialposition, die Strömung des Ammoniaks in dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 geglättet werden. Außerdem wird die Glättung der Strömung des Ammoniaks in dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 auch mittels der Abwesenheit einer Stufe in dem Außenumfangsabschnitt des Ventilkörpers 161 erreicht.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde zuvor mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, aber es ist nicht notwendig zu sagen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor genannte Ausführungsform beschränkt ist. Es ist offenkundig, dass ein Fachmann verschiedene Alternierungen und Abwandlungen innerhalb des Gültigkeitsbereichs der Ansprüche erreichen kann und diese Beispiele werden so ausgelegt werden, dass sie naturgemäß unter den technischen Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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In dem Vorherigen ist ein Beispiel beschrieben, in dem die Einstellstruktur 6 den Ventilkörper 61 und die Antriebsvorrichtung 62 beinhaltet und den Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 mittels Bewegen des Ventilkörpers 61 in der Axialrichtung mit der Antriebsvorrichtung 62 einstellt. Allerdings ist es lediglich notwendig, dass die Einstellstruktur 6 eine Funktion hat, um den Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b der Ammoniakeinspritzdüse 41 einzustellen und die Einstellstruktur 6 ist nicht beschränkt auf das zuvor genannte Beispiel. Wenn beispielsweise der Öffnungsbereich des Einspritzanschlusses 41b mittels Verformung des distalen Endabschnitts des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 selbst geändert werden kann, kann ein Mechanismus, der den distalen Endabschnitt des Hauptkörpers 41a und eine Antriebsvorrichtung, die den distalen Endabschnitt antreibt, der Einstellstruktur 6 entsprechen. Wenn beispielsweise ein Bauteil vorgesehen ist, das sich zu einer radial inneren Seite von dem Innenumfangsabschnitt des distalen Endabschnitts des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspritzdüse 41 bewegen oder verlängern kann, kann außerdem ein Mechanismus, der das Bauteil und eine Antriebsvorrichtung beinhaltet, die das Bauteil antreibt, der Einstellstruktur 6 entsprechen.
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In dem Vorherigen ist ein Beispiel beschrieben, in dem die Kohlestaubeinspritzdüse 42 an einer radial äußeren Seite der Ammoniakeinspritzdüse 41 in dem Brenner 4 angeordnet ist und die Doppelzylinderstruktur mittels der Ammoniakeinspritzdüse 41 und der Kohlestaubeinspritzdüse 42 gebildet wird. Allerdings ist die Gestaltung des Brenners 4 nicht auf das zuvor genannte Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Kohlestaubeinspritzdüse 42 an einer radial inneren Seite der Ammoniakeinspritzdüse 41 angeordnet sein. Zusätzlich kann in dem Brenner 4 eine Lufteinspritzdüse zum Einspritzen von Luft zur Verbrennung hinzugefügt werden. In diesem Fall kann der Brenner 4 beispielsweise eine dreifache Zylinderstruktur haben. Aus einem Raum, der mittels der dreifachen Zylinderstruktur definiert ist, kann ein Raum an einer mittigen Seite des Brenners 4 ein Strömungspfad für Ammoniak sein, ein Raum benachbart zu dem Strömungspfad für Ammoniak an der radial äußeren Seite des Brenners kann ein Strömungspfad für Luft sein und ein Raum benachbart zu dem Strömungspfad für Luft an der radial äußeren Seite kann ein Strömungspfad für Kohlestaub sein.
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In dem Vorherigen wurde ein Beispiel beschrieben, in dem Ammoniak und Kohlestaub als Brennstoff in dem Ofen 2 verwendet werden. Allerdings ist es lediglich erforderlich, dass der Brennstoff, der in dem Ofen 2 verwendet wird, zumindest Ammoniak enthält und der Brennstoff ist nicht beschränkt auf das zuvor genannte Beispiel. Beispielsweise kann der Brennstoff, der zusammen mit Ammoniak in dem Ofen 2 verwendet wird, ein anderer Brennstoff (beispielsweise ein Erdgas oder Biomasse) anders als der Kohlestaub sein. Außerdem kann beispielsweise ausschließlich Ammoniak als Brennstoff verwendet werden, der in dem Ofen 2 verwendet werden soll.
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Die vorliegende Offenbarung trägt zu der Verringerung von Stickoxid (NOx) in einer Verbrennungsvorrichtung bei, die in einem Kessel oder dergleichen verwendet wird, und kann somit beispielsweise zu dem Ziel 7 „Sicherstellen von Zugriff auf verfügbare, zuverlässige, nachhaltige und moderne Energie für alle“ und dem Ziel 13 „dringende Maßnahmen ergreifen, um den Klimawandel und seine Auswirkungen zu bekämpfen“ in nachhaltige Entwicklungsziele (SDGs) beitragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kessel,
- 2
- Ofen,
- 4
- Brenner,
- 5
- Luftzuführabschnitt,
- 6
- Einstellstruktur,
- 6A
- Einstellstruktur,
- 10
- Steuervorrichtung,
- 41
- Ammoniakeinspritzdüse,
- 41b
- Einspritzanschluss,
- 42
- Kohlestaubeinspritzdüse,
- 42b
- Einspritzanschluss,
- 52
- Einspritzanschluss,
- 100
- Verbrennungsvorrichtung,
- 100A
- Verbrennungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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