DE112021005781T5

DE112021005781T5 - Verbrennungsvorrichtung und Erhitzer

Info

Publication number: DE112021005781T5
Application number: DE112021005781.2T
Authority: DE
Inventors: Genichiro NAGATANI; Takamasa Ito
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-09-21
Also published as: US20230288062A1; KR20230125279A; WO2022176275A1; TWI788122B; JPWO2022176275A1; AU2021427966A1; TW202233996A

Abstract

Eine Verbrennungsvorrichtung 100 weist Folgendes auf: einen Brenner 4, der eine Ammoniakeinspeisungsdüse 41 aufweist, die einen Spitzenabschnitt hat, der mit einer Einspeisungsmündung 41c versehen ist, die einem Innenraum eines Brennofens 2 zugewandt ist; eine Anpassungsstruktur 7, die eine Temperatur des Spitzenabschnitts anpasst; undeine Steuerungsvorrichtung 9, die einen Betrieb der Anpassungsstruktur 7 so steuert, dass die Temperatur des Spitzenabschnitts gleich oder niedriger als eine Referenztemperatur ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung und einen Erhitzer. Diese Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil auf der Grundlage der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-025118 , die am 19. Februar 2021 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingebunden ist.
Stand der Technik
Unter Brennern, die in einem Brennofen wie etwa einem Erhitzer vorgesehen sind, gibt es einen Brenner, der eine Ammoniakeinspeisungsdüse hat, die Ammoniak als Brennstoff einspeist. Indem Ammoniak als Brennstoff verwendet wird, werden Kohlenstoffdioxidemissionen verringert. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 einen Brenner, der pulverisierte Kohle und Ammoniak als Brennstoff mischt und verbrennt.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2019-086189 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Übrigens wird bei dem Brenner, der die Ammoniakeinspeisungsdüse hat, Ammoniak aus einer Einspeisungsmündung eingespeist, die an einem Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse vorgesehen ist, und somit wird eine Flamme vor dem Brenner ausgebildet. Der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse ist einer Atmosphäre ausgesetzt, die Ammoniak enthält und eine hohe Temperatur hat, und wird somit leicht nitriert. Daher ist es wünschenswert, ein Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse zu unterdrücken, um eine Festigkeitsverringerung aufgrund eines Nitrierens des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse zu unterdrücken.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, eine Verbrennungsvorrichtung und einen Erhitzer vorzusehen, die in der Lage sind, ein Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen, weist eine Verbrennungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung Folgendes auf: einen Brenner, der eine Ammoniakeinspeisungsdüse aufweist, die einen Spitzenabschnitt hat, der mit einer Einspeisungsmündung versehen ist, die einem Innenraum eines Brennofens zugewandt ist; eine Anpassungsstruktur, die eine Temperatur des Spitzenabschnitts anpasst; und eine Steuerungsvorrichtung, die einen Betrieb der Anpassungsstruktur so steuert, dass die Temperatur des Spitzenabschnitts gleich oder niedriger als eine Referenztemperatur ist.
Die Anpassungsstruktur kann einen Mechanismus aufweisen, der eine Strömungsrate von Ammoniak in der Ammoniakeinspeisungsdüse anpasst.
Die Anpassungsstruktur kann einen Mechanismus aufweisen, der einen Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung und dem Innenraum anpasst.
Die Anpassungsstruktur kann einen Mechanismus aufweisen, der eine Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung anpasst.
Die Verbrennungsvorrichtung kann ein Luftrohr aufweisen, das koaxial zu der Ammoniakeinspeisungsdüse angeordnet ist, um die Ammoniakeinspeisungsdüse zu umgeben, und die Anpassungsstruktur kann einen Mechanismus aufweisen, der eine Strömungsrate von Luft dem Luftrohr anpasst.
Um die obigen Probleme zu lösen, weist ein Brenner gemäß der vorliegenden Offenbarung die oben beschriebene Verbrennungsvorrichtung auf.
Wirkungen der Offenbarung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse zu unterdrücken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Erhitzer gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
2 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsablaufs darstellt, der durch eine Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
4 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation darstellt.
5 ist ein schematisches Schaubild, das einen Zustand darstellt, in welchem eine Spitzenabschnittstemperatur in der Verbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Modifikation höher als in einem Beispiel von 4 ist.
6 ist ein schematisches Schaubild, das die Verbrennungsvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation darstellt.
7 ist ein schematisches Schaubild, das einen Zustand darstellt, in welchem die Spitzenabschnittstemperatur in der Verbrennungsvorrichtung gemäß der zweiten Modifikation höher als in einem Beispiel von 6 ist.
8 ist ein schematisches Schaubild, das die Verbrennungsvorrichtung gemäß einer dritten Modifikation darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Abmessungen, Materialien, andere spezifische numerische Werte und Ähnliches, die in den Ausführungsformen gezeigt sind, sind lediglich Beispiele zum Erleichtern des Verständnisses und beschränken die vorliegende Offenbarung, sofern nicht anderweitig spezifiziert, nicht. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen Elemente mit im Wesentlichen der gleichen Funktion und Konfiguration mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, eine redundante Beschreibung weggelassen ist und Elemente, die von der vorliegenden Offenbarung nicht direkt betroffen sind, nicht dargestellt sind.
1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Erhitzer 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, weist ein Erhitzer 1 einen Brennofen 2, einen Rauchgaskanal 3 und einen Brenner 4 auf.
Der Brennofen 2 ist ein Brennofen, der Brennstoff verbrennt, um Verbrennungswärme zu erzeugen. Nachfolgend wird hauptsächlich ein Beispiel beschrieben, in welchem Ammoniak und pulverisierte Kohle als Brennstoff in dem Brennofen 2 verwendet werden. Indem Ammoniak und pulverisierte Kohle als Brennstoff verwendet werden, werden Kohlenstoffdioxidemissionen verringert. Wie jedoch später beschrieben ist, ist der Brennstoff, der in dem Brennofen 2 verwendet wird, nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Der Brennofen 2 hat eine Zylinderform (beispielsweise eine Rechteckzylinderform), die sich in einer Vertikalrichtung erstreckt. In dem Brennofen 2 wird durch eine Verbrennung des Brennstoffs ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugt. Ein Bodenabschnitt des Brennofens 2 ist mit einer Abgabemündung 2a zum Abgeben eines Aschegehalts, der durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt wird, zu der Außenseite versehen.
Der Rauchgaskanal 3 ist ein Pfad zum Führen des Verbrennungsgases, das in dem Brennofen 2 erzeugt wird, als ein Abgas zu der Außenseite. Der Rauchgaskanal 3 ist mit einem oberen Abschnitt des Brennofens 2 verbunden. Der Rauchgaskanal 3 hat einen horizontalen Rauchgaskanal 3a und einen hinteren Rauchgaskanal 3b. Der horizontale Rauchgaskanal 3a erstreckt sich horizontal von dem oberen Abschnitt des Brennofens 2. Der hintere Rauchgaskanal 3b erstreckt sich von einem Endabschnitt des horizontalen Rauchgaskanals 3a abwärts.
Der Erhitzer 1 weist einen Überhitzer (nicht dargestellt) auf, der in dem oberen Abschnitt oder Ähnlichem des Brennofens 2 vorgesehen ist. In dem Überhitzer wird Wärme zwischen Verbrennungswärme, die in dem Brennofen 2 erzeugt wird, und Wasser ausgetauscht. Dementsprechend wird Wasserdampf erzeugt. Ferner kann der Brenner 1 verschiedene Vorrichtungen (beispielsweise einen Zwischenüberhitzer, einen Vorwärmer, einen Luftvorheizer oder Ähnliches) aufweisen, die nicht in 1 dargestellt sind.
Der Brenner 4 ist in einem unteren Wandabschnitt des Brennofens 2 vorgesehen. Der Brennofen 2 ist mit einer Vielzahl von Brennern 4 an Intervallen in einer Umfangsrichtung des Brennofens 2 versehen. Obgleich in 1 nicht dargestellt, ist anzumerken, dass die Vielzahl von Brennern 4 zudem an Intervallen in einer Erstreckungsrichtung (einer Aufwärts-/Abwärtsrichtung) des Brennofens 2 vorgesehen sind. Der Brenner 4 speist Ammoniak und pulverisierte Kohle als Brennstoff in den Brennofen 2 ein. Der Brennstoff, der aus dem Brenner 4 eingespeist wird, brennt, um eine Flamme F in dem Brennofen 2 auszubilden. Es ist anzumerken, dass der Brennofen 2 mit einer Anzündvorrichtung (nicht dargestellt) versehen ist, die den Brennstoff anzündet, der aus dem Brenner 4 eingespeist wird.
2 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 2 dargestellt ist, weist die Verbrennungsvorrichtung 100 einen Brenner 4, eine Luftzuführungseinheit 5, einen Ammoniaktank 6, eine Anpassungsstruktur 7 (insbesondere einen Mechanismus, der ein Strömungsraten-Steuerungsventil 71 aufweist), einen Temperatursensor 8 und eine Steuerungsvorrichtung 9 auf.
Der Brenner 4 ist an einem Wandabschnitt des Brennofens 2 außerhalb des Brennofens 2 befestigt. Der Brenner 4 weist eine Ammoniakeinspeisungsdüse 41, eine Lufteinspeisungsdüse 42 und eine Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 auf. Die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ist eine Düse, die Ammoniak einspeist. Die Lufteinspeisungsdüse 42 ist eine Düse, die Verbrennungsluft einspeist. Die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 ist eine Düse, die die pulverisierte Kohle einspeist.
Die Ammoniakeinspeisungsdüse 41, die Lufteinspeisungsdüse 42 und die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 haben jeweils eine Zylinderform. Die Lufteinspeisungsdüse 42 ist koaxial zu der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angeordnet, um die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu umgeben. Die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 ist koaxial zu der Lufteinspeisungsdüse 42 angeordnet, um die Lufteinspeisungsdüse 42 zu umgeben. Die Ammoniakeinspeisungsdüse 41, die Lufteinspeisungsdüse 42 und die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 bilden eine Dreifach-Zylinderstruktur aus. Mittelachsen der Ammoniakeinspeisungsdüse 41, der Lufteinspeisungsdüse 42 und der Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 kreuzen den Wandabschnitt des Brennofens 2 (sind insbesondere im Wesentlichen senkrecht dazu).
Nachfolgend werden eine Radialrichtung des Brenners 4, eine Axialrichtung des Brenners 4 und eine Umfangsrichtung des Brenners 4 zudem vereinfacht als eine Radialrichtung, eine Axialrichtung und eine Umfangsrichtung bezeichnet. Eine Seite des Brennofens 2 (eine rechte Seite von 2) des Brenners 4 wird als eine Spitzenseite bezeichnet und eine Seite (eine linke Seite von 2), die entgegengesetzt zu der Seite des Brennofens 2 ist, des Brenners 4 wird als eine hintere Endseite bezeichnet.
Die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 weist einen Hauptkörper 41a, eine Zuführungsmündung 41b und eine Einspeisungsmündung 41c auf. Der Hauptkörper 41a hat eine Zylinderform. Der Hauptkörper 41a erstreckt sich an einer Mittelachse des Brenners 4. Eine Wanddicke, ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Hauptkörpers 41a sind ungeachtet einer axialen Position im Wesentlichen konstant. Jedoch können sich die Wanddicke, der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Hauptkörpers 41a in Abhängigkeit der axialen Position ändern. Die Zuführungsmündung 41b, die eine Öffnung ist, ist an einem hinteren Endabschnitt des Hauptkörpers 41a vorgesehen. Die Zuführungsmündung 41b ist mit dem Ammoniaktank 6 verbunden. Die Einspeisungsmündung 41c, die eine Öffnung ist, ist an einem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 41a vorgesehen. Die Einspeisungsmündung 41c ist einem Innenraum des Brennofens 2 zugewandt. Das heißt, die Einspeisungsmündung 41c ist zu dem Innenraum des Brennofens 2 hin ausgerichtet.
Der Ammoniak wird aus dem Ammoniaktank 6 durch die Zuführungsmündung 41b in den Hauptkörper 41a zugeführt. Wie durch einen Pfeil A1 angezeigt ist, strömt der Ammoniak, der in den Hauptkörper 41a zugeführt wird, in den Hauptkörper 41a. Der Ammoniak, der durch den Hauptkörper 41a gegangen ist, wird aus der Einspeisungsmündung 41c in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 eingespeist. Auf diese Weise ist die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 vorgesehen.
Die Lufteinspeisungsdüse 42 weist einen Hauptkörper 42a und eine Einspeisungsmündung 42b auf. Der Hauptkörper 42a hat eine Zylinderform. Der Hauptkörper 42a ist koaxial zu dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angeordnet, um den Hauptkörper 41a zu umgeben. Der Hauptkörper 42a hat eine verjüngte Form in Richtung der Spitzenseite. Eine Zuführungsmündung (nicht dargestellt) ist bei einem hinteren Abschnitt (d. h., einem Abschnitt auf der hinteren Endseite) des Hauptkörpers 42a vorgesehen.
Die Zuführungsmündung der Lufteinspeisungsdüse 42 ist mit einer Luftzuführungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Beispielsweise ist die Zuführungsmündung der Lufteinspeisungsdüse 42 wie die Luftzuführungsquelle der Atmosphäre ausgesetzt. Die Einspeisungsmündung 42b, die eine Öffnung ist, ist an einem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 42a vorgesehen. Der Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 befindet sich in Radialrichtung innerhalb des Spitzenabschnitts des Hauptkörpers 42a. Die Einspeisungsmündung 42b ist eine kreisringförmige Öffnung zwischen dem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 42a und dem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Die Einspeisungsmündung 42b ist dem Innenraum des Brennofens 2 zugewandt. Das heißt, die Einspeisungsmündung 42b ist zu dem Innenraum des Brennofens 2 ausgerichtet.
Luft wird aus der Luftzuführungsquelle (beispielsweise der Atmosphäre) über die Zuführungsmündung (nicht dargestellt) in den Hauptkörper 42a zugeführt. Wie durch einen Pfeil A2 dargestellt ist, strömt die Luft, die in den Hauptkörper 42a zugeführt wird, in einen Raum zwischen einem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 42a und einem Außenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Die Luft, die durch den Hauptkörper 42a gegangen ist, wird aus der Einspeisungsmündung 42b in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 eingespeist. Auf diese Weise ist die Lufteinspeisungsdüse 42 in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 vorgesehen.
Die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 weist einen Hauptkörper 43a und eine Einspeisungsmündung 43b auf. Der Hauptkörper 43a hat eine Zylinderform. Der Hauptkörper 43a ist koaxial zu dem Hauptkörper 42a der Lufteinspeisungsdüse 42 angeordnet, um den Hauptkörper 42a zu umgeben. Der Hauptkörper 43a hat in Richtung der Spitzenseite eine verjüngte Form. Eine Zuführungsmündung (nicht dargestellt) ist in einem hinteren Abschnitt (d. h., einem Abschnitt auf der hinteren Endseite) des Hauptkörpers 43a vorgesehen.
Die Zuführungsmündung der Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 ist mit einer Pulverisierte-Kohle-Zuführungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Einspeisungsmündung 43b, die eine Öffnung ist, ist an einem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 43a vorgesehen. Eine axiale Position einer Spitze des Hauptkörpers 43a stimmt mit einer axialen Position einer Spitze des Hauptkörpers 42a der Lufteinspeisungsdüse 42 im Wesentlichen überein. Die Einspeisungsdüse 43b ist eine kreisringförmige Öffnung zwischen dem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 43a und dem Spitzenabschnitt des Hauptkörpers 42a der Lufteinspeisungsdüse 42. Die Einspeisungsmündung 43b ist dem Innenraum des Brennofens 2 zugewandt. Das heißt, die Einspeisungsmündung 43b ist zu dem Innenraum des Brennofens 2 ausgerichtet.
Die pulverisierte Kohle wird aus der Pulverisierte-Kohle-Zuführungsquelle zusammen mit Luft zum Fördern der pulverisierten Kohle über eine Zuführungsmündung (nicht dargestellt) in den Hauptkörper 43a zugeführt. Wie durch einen Pfeil A3 dargestellt ist, strömt die pulverisierte Kohle, die in den Hauptkörper 43a zugeführt wird, zusammen mit der Luft in einen Raum zwischen dem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 43a und dem Außenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 42a der Lufteinspeisungsdüse 42. Die pulverisierte Kohle, die durch den Hauptkörper 43a gegangen ist, wird aus der Einspeisungsmündung 43b in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 eingespeist. Auf diese Weise ist die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 vorgesehen.
Die Luftzuführungseinheit 5 führt die Verbrennungsluft zu einer Flamme (siehe eine Flamme F in 1), die durch den Brenner 4 ausgebildet wird, von radial außerhalb zu. Die Luftzuführungseinheit 5 ist angeordnet, um zwischen dem Spitzenabschnitt des Brenners 4 und dem Brennofen 2 abzudecken. Ein Strömungspfad 51, durch welchen die Luft strömt, ist in der Luftzuführungseinheit 5 ausgebildet. Der Strömungspfad 51 ist in einer Zylinderform ausgebildet, die koaxial zu dem Brenner 4 ist. Der Strömungspfad 51 ist mit der Luftzuführungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Eine Einspeisungsmündung 52 ist an einem Endabschnitt des Strömungspfads 51 auf der Seite des Brennofens 2 ausgebildet.
Wie durch einen Pfeil A4 dargestellt ist, geht die Luft, die aus der Luftzuführungsquelle zu der Luftzuführungseinheit 5 zugeführt wird, durch den Strömungspfad 51 und wird aus der Einspeisungsmündung 52 in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 eingespeist. Die Einspeisungsmündung 52 ist dem Innenraum des Brennofens 2 zugewandt. Das heißt, die Einspeisungsmündung 52 ist zu dem Innenraum des Brennofens 2 ausgerichtet. Auf diese Weise ist die Luftzuführungseinheit 5 in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 vorgesehen. Die Luft, die aus der Einspeisungsmündung 52 der Luftzuführungseinheit 5 eingespeist wird, geht weiter in Richtung des Innenraums des Brennofens 2, während sie in der Umfangsrichtung herumwirbelt.
Die Anpassungsstruktur 7 ist ein Mechanismus zum Anpassen einer Temperatur (nachfolgend auch als eine Spitzenabschnittstemperatur bezeichnet) eines Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ist ein Abschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in der Nähe der Einspeisungsmündung 41c (beispielsweise ein Abschnitt innerhalb eines vorbestimmten Abstands in der Axialrichtung rückwärts von der Einspeisungsmündung 41c).
In der vorliegenden Ausführungsform passt die Anpassungsstruktur 7 die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 an, indem eine Strömungsrate von Ammoniak (nachfolgend auch als eine Ammoniakströmungsrate bezeichnet) in der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angepasst wird. Die Anpassungsstruktur 7 weist ein Strömungsraten-Steuerungsventil 71 auf.
Das Strömungsraten-Steuerungsventil 71 steuert die Strömungsrate von Ammoniak, der aus dem Ammoniaktank 6 zu der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zugeführt wird. Das Strömungsraten-Steuerungsventil 71 ist in einem Strömungspfad vorgesehen, der den Ammoniaktank 6 und die Zuführungsmündung 41b der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verbindet. Indem ein Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 angepasst wird, wird die Strömungsrate von Ammoniak angepasst, der aus dem Ammoniaktank 6 zu der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zugeführt wird. Dementsprechend wird die Strömungsrate von Ammoniak (d.h., die Ammoniakströmungsrate) in der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angepasst. Insbesondere nimmt die Ammoniakströmungsrate beim Zunehmen des Öffnungsgrads des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 zu.
Es ist anzumerken, dass in dem Ammoniaktank 6 der Ammoniak in einem flüssigen Zustand gespeichert wird. Der Ammoniak, der in dem Ammoniaktank 6 gespeichert wird, wird durch einen Zerstäuber zerstäubt. Zerstäubter Ammoniak wird der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch das Strömungsraten-Steuerungsventil 71 zugeführt.
Hier wird der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch Ammoniak gekühlt, der durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt. Beim Zunehmen der Ammoniakströmungsrate nimmt eine Kühlkapazität durch den Ammoniak, der durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt, (d. h., eine Fähigkeit zum Kühlen des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41) zu. Daher kann die Anpassungsstruktur 7 die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem die Ammoniakströmungsrate angepasst wird.
Der Temperatursensor 8 erfasst die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Der Temperatursensor 8 ist an dem Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 vorgesehen und erfasst eine Temperatur an einer Installationsposition des Temperatursensors 8. Es ist anzumerken, dass der Temperatursensor 8 auf einer Außenumfangsseite oder einer Innenumfangsseite des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 vorgesehen sein kann. Als der Temperatursensor 8 können verschiedene Arten von Sensoren verwendet werden, die in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden können. Ein Erfassungsergebnis durch den Temperatursensor 8 ist eine Ausgabe zu der Steuerungsvorrichtung 9.
Die Steuerungsvorrichtung 9 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen ROM zum Speichern eines Programms und Ähnliches, einen RAM als einen Arbeitsbereich und Ähnliches auf und steuert die gesamte Verbrennungsvorrichtung 100. Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 einen Betrieb der Anpassungsstruktur 7. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 9 die Ammoniakströmungsrate anpassen und die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 der Anpassungsstruktur 7 gesteuert wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsablaufs darstellt, der durch die Steuerungsvorrichtung 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird. Ein Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, wird beispielsweise zu jeder Zeit (d. h., wiederholt) ausgeführt, um die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 genau zu steuern.
Wenn der Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, bei Schritt S101 startet, erlangt die Steuerungsvorrichtung 9 die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Beispielsweise erlangt die Steuerungsvorrichtung 9 die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 von dem Temperatursensor 8.
Indem das Erfassungsergebnis des Temperatursensors 8 als die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 erlangt wird, kann die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 genau erlangt werden. Jedoch kann die Steuerungsvorrichtung 9 Informationen (beispielsweise eine Temperatur einer Atmosphäre um den Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41), die anders sind als das Erfassungsergebnis des Temperatursensors 8, als Informationen zum Schätzen der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 erlangen.
Nach Schritt S101 stellt die Steuerungsvorrichtung 9 bei Schritt S102 einen Soll-Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 ein, sodass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als eine Referenztemperatur ist. Wie später beschrieben wird, wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 zu dem Soll-Öffnungsgrad gesteuert.
Hier ist der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 einer Atmosphäre ausgesetzt, die Ammoniak enthält und eine hohe Temperatur hat, und wird somit leicht nitriert. Der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 wird durch Strahlungswärme von dem Innenraum des Brennofens 2 erwärmt, in welchem die Flamme F ausgebildet wird. Ein Nitrieren des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 tritt wahrscheinlicher beim Ansteigen der Spitzenabschnittstemperatur auf. Die Referenztemperatur ist eine Temperatur, die gleich oder niedriger als eine untere Grenztemperatur eines Nitrierungstemperaturbereichs ist, der ein Temperaturbereich ist, in welchem das Nitrieren des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 wahrscheinlich auftritt. Das heißt, wenn die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist, wird das Nitrieren des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt.
Bei Schritt S102 stellt die Steuerungsvorrichtung 9 den Soll-Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 auf der Grundlage der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ein. Die Steuerungsvorrichtung 9 stellt einen größeren Öffnungsgrad als den Soll-Öffnungsgrad ein, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Je höher die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ist, umso höher ist dementsprechend die Ammoniakströmungsrate und umso höher ist die Kühlkapazität durch den Ammoniak, der durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt. Daher wird es angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
Nach Schritt S102 steuert die Steuerungsvorrichtung 9 bei Schritt S103 das Strömungsraten-Steuerungsventil 71 so, dass der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 71 der Soll-Öffnungsgrad ist, und der Verarbeitungsablauf, der in 3 dargestellt ist, endet.
Wie oben beschrieben ist, passt die Anpassungsstruktur 7 bei der Verbrennungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ammoniakströmungsrate an. Dementsprechend wird eine Anpassung der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angemessen erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert den Betrieb der Anpassungsstruktur 7 so, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Dementsprechend ist es möglich, zu unterdrücken, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu dem Nitrierungstemperaturbereich ansteigt, in welchem ein Nitrieren wahrscheinlich auftritt. Daher wird das Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verringerung der Festigkeit aufgrund des Nitrierens der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt. Dementsprechend ist es beispielsweise möglich, eine Verringerung der Verbrennungsstabilität aufgrund eines Ausdünnens des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu unterdrücken. Darüber hinaus kann beispielsweise eine Reparaturhäufigkeit der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verringert werden.
Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7 so, dass die Ammoniakströmungsrate zunimmt (d. h., der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 wird leichter gekühlt), sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend wird angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
Da ein Hauptzweck von Ammoniak, der aus der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 eingespeist wird, ist, als der Brennstoff des Brenners 4 verwendet zu werden, ist anzumerken, dass die Ammoniakströmungsrate im Hinblick auf ein Sicherstellen der Strömungsrate, die als der (bzw. für den) Brennstoff benötigt wird, mit einer absoluten Priorität gesteuert wird. Wenn beispielsweise die Ammoniakströmungsrate, die zum Sicherstellen der Kühlkapazität durch den Ammoniak benötigt wird, der durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt, (d. h., die Ammoniakströmungsrate, die benötigt wird, um die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur zu machen) niedriger als eine Strömungsrate ist, die als der (bzw. für den) Brennstoff benötigt wird, steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7 so, dass die Ammoniakströmungsrate die Strömungsrate ist, die als der (bzw. für den) Brennstoff benötigt wird.
In der obigen Beschreibung ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem die Anpassungsstruktur 7 die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpasst, indem die Ammoniakströmungsrate angepasst wird. Die Anpassungsstruktur 7 ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt, solange sie eine Funktion zum Anpassen der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 hat. Nachfolgend werden Modifikationen beschrieben, in welchen Anpassungsstrukturen 7A, 7B und 7C verwendet werden, die unterschiedlich von der Anpassungsstruktur 7 der Verbrennungsvorrichtung 100 sind.
4 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung 100A gemäß einer ersten Modifikation darstellt. Wie in 4 dargestellt ist, ist die Verbrennungsvorrichtung 100A ein Beispiel, in welchem bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 die Anpassungsstruktur 7 mit einer Anpassungsstruktur 7A ersetzt ist.
Die Anpassungsstruktur 7A passt einen Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 an, um die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anzupassen. Die Anpassungsstruktur 7A weist eine Antriebsvorrichtung 71A auf.
Die Antriebsvorrichtung 71A bewegt den Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in der Axialrichtung. Beispielsweise weist die Antriebsvorrichtung 71A einen Mechanismus, der eine Bewegung des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in der Axialrichtung führt, und eine Vorrichtung (beispielsweise einen Motor o. ä.) auf, die/der eine Leistung erzeugt. Dann kann die Antriebsvorrichtung 71A den Hauptkörper 41a in der Axialrichtung bewegen, indem die Leistung zu einem hinteren Abschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 übertragen wird.
Die Anpassungsstruktur 7A kann den Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 anpassen, indem der Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Antriebsvorrichtung 71A in der Axialrichtung bewegt wird.
Wie oben beschrieben ist, wird der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Strahlungswärme von dem Innenraum des Brennofens 2 erwärmt, in welchem die Flamme F ausgebildet wird. Sowie der Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 länger ist (das heißt, sowie die Einspeisungsmündung 41c weiter weg von dem Innenraum des Brennofens 2 ist), wird der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 weniger wahrscheinlich durch die Strahlungswärme von dem Innenraum des Brennofens 2 erwärmt. Daher kann die Anpassungsstruktur 7A die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem der Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 angepasst wird.
Auf eine ähnliche Weise zu der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 steuert die Steuerungsvorrichtung 9 einen Betrieb der Anpassungsstruktur 7A so, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 einen Betrieb der Antriebsvorrichtung 71A so, dass sich der Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 von dem Brennofen 2 in Richtung nach außen bewegt, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend kann die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7A so steuern, dass sich die Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 von dem Brennofen 2 in Richtung nach außen bewegt, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. In anderen Worten kann die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7A so steuern, dass der Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c und dem Innenraum des Brennofens 2 vergrößert wird, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Da das Ausmaß, zu welchem der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Strahlungswärme von dem Brennofen 2 erwärmt wird, verringert wird, wird es daher angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
5 ist ein schematisches Schaubild, das einen Zustand darstellt, in welchem die Spitzenabschnittstemperatur bei der Verbrennungsvorrichtung 100A gemäß der ersten Modifikation höher ist als in einem Beispiel von 4. In einem Beispiel von 5 ist die Spitzenabschnittstemperatur höher als jene in dem Beispiel von 4. Infolgedessen hat sich der Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 im Vergleich zu dem Beispiel von 4 von dem Brennofen 2 in Richtung nach außen bewegt. Dementsprechend hat sich die Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 im Vergleich zu dem Beispiel von 4 von dem Brennofen 2 in Richtung nach außen bewegt. Insbesondere ist die axiale Position der Einspeisungsmündung 41c näher zu dem Brennofen 2 als die axialen Positionen der Einspeisungsmündung 42b und der Einspeisungsmündung 43b in dem Beispiel von 4, sie stimmt aber mit den axialen Positionen der Einspeisungsmündung 42b und der Einspeisungsmündung 43b in dem Beispiel von 5 im Wesentlichen überein. Daher wird das Ausmaß, zu welchem der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Strahlungswärme von dem Brennofen 2 erwärmt wird, verringert.
Wie oben beschrieben ist, passt die Anpassungsstruktur 7A bei der Verbrennungsvorrichtung 100A gemäß der ersten Modifikation den Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 an. Dementsprechend wird eine Anpassung der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angemessen erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert den Betrieb der Anpassungsstruktur 7A so, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Dementsprechend wird auf eine ähnliche Weise wie bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 das Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt.
Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7A so, dass sich die Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 von dem Brennofen 2 in Richtung nach außen bewegt (d. h., der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 wird weniger wahrscheinlich erwärmt), sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend wird es angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
In der obigen Beschreibung ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem die Antriebsvorrichtung 71A als die Anpassungsstruktur 7A vorgesehen ist, die den Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 anpasst, und der Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 wird durch die Antriebsvorrichtung 71A in der Axialrichtung bewegt. Die Anpassungsstruktur 7A ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt, solange sie eine Funktion zum Anpassen des Trennabstands zwischen der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 und dem Innenraum des Brennofens 2 hat. Beispielsweise kann sich der Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in der Axialrichtung aufweiten und zusammenziehen und die Anpassungsstruktur 7A kann den Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung 41c und dem Innenraum des Brennofens 2 anpassen, indem der Hauptkörper 41a durch die Antriebsvorrichtung 71A in der Axialrichtung aufgeweitet und zusammengezogen wird.
6 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung 100B gemäß einer zweiten Modifikation darstellt. Wie in 6 dargestellt ist, ist die Verbrennungsvorrichtung 100B ein Beispiel, in welchem die Anpassungsstruktur 7 bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 mit einer Anpassungsstruktur 7B ersetzt ist.
Die Anpassungsstruktur 7B passt eine Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 an, um die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anzupassen. Die Anpassungsstruktur 7B weist eine Antriebsvorrichtung 71B auf.
Bei der Verbrennungsvorrichtung 100B gemäß der zweiten Modifikation ist ein variabler Abschnitt 41d an dem Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 vorgesehen. Der variable Abschnitt 41d kann die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c anpassen, indem er verformt wird. Beispielsweise weist der variable Abschnitt 41d eine Vielzahl von Elementen auf, die in der Umfangsrichtung beabstandet sind, und kann verformt werden, um eine schräge Ausrichtung zu haben, in welcher sich eine Spitze jedes Elements in Radialrichtung innerhalb eines hinteren Endes davon befindet. Als ein solcher variabler Abschnitt 41d kann beispielsweise eine Struktur eingesetzt werden, die ähnlich zu jener einer konvergent-divergenten Düse ist.
Die Antriebsvorrichtung 71B verformt den variablen Abschnitt 41d der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Beispielsweise weist die Antriebsvorrichtung 71B eine Vorrichtung (beispielsweise einen Motor o. ä.) auf, die/der an einem hinteren Ende des variablen Abschnitts 41d vorgesehen ist und eine Leistung erzeugt. Dann kann die Antriebsvorrichtung 71B eine Ausrichtung des variablen Abschnitts 41d ändern, indem der variable Abschnitt 41d um das hintere Ende des variablen Abschnitts 41d gedreht wird.
Die Anpassungsstruktur 7B kann die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem der variable Abschnitt 41d der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Antriebsvorrichtung 71B verformt wird.
Wie oben beschrieben ist, wird der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch den Ammoniak gekühlt, der durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt. Sowie die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 kleiner ist bzw. wird, ist bzw. wird eine Einspeisungsgeschwindigkeit des Ammoniaks, der aus der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 eingespeist wird, höher. Daher nimmt die Kühlkapazität durch den Ammoniak, der in der Nähe des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt, (d. h., die Fähigkeit, den Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu kühlen) zu. Infolgedessen kann die Anpassungsstruktur 7B die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angepasst wird.
Auf eine ähnliche Weise zu der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7B, sodass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 einen Betrieb der Antriebsvorrichtung 71B so, dass sich eine radiale Position einer Spitze des variablen Abschnitts 41d in Radialrichtung nach innen bewegt, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend kann die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7B so steuern, dass die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verringert wird, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Da die Einspeisungsgeschwindigkeit des Ammoniaks, der aus der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 eingespeist wird, erhöht wird und die Kühlkapazität durch den Ammoniak, der in der Nähe des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 strömt, erhöht wird, wird es daher angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
7 ist ein schematisches Schaubild, das einen Zustand darstellt, in welchem die Spitzenabschnittstemperatur bei der Verbrennungsvorrichtung 100B gemäß der zweiten Modifikation höher ist als in einem Beispiel von 6. In dem Beispiel von 6 hat der variable Abschnitt 41d der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 eine Zylinderform, die sich in der Axialrichtung des Brenners 4 erstreckt. In einem Beispiel von 7 ist die Spitzenabschnittstemperatur höher als jene in dem Beispiel von 6. Daher wird der variable Abschnitt 41d so verformt, dass sich die radiale Position der Spitze des variablen Abschnitts 41d in Radialrichtung nach innen bewegt. Dementsprechend ist die Form des variablen Abschnitts 41d eine verjüngte Form in Richtung der Spitzenseite (in dem Beispiel von 7 eine Kegelstumpfform). Daher wird die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verringert und die Einspeisungsgeschwindigkeit des Ammoniaks wird erhöht.
Wie oben beschrieben ist, passt die Anpassungsstruktur 7B bei der Verbrennungsvorrichtung 100B gemäß der zweiten Modifikation die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 an. Dementsprechend wird eine Anpassung der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angemessen erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert den Betrieb der Anpassungsstruktur 7B, sodass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Dementsprechend wird auf eine ähnliche Weise wie bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 das Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt.
Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7B so, dass die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verringert wird (d. h., der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 leichter gekühlt wird), sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend wird es angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
In der obigen Beschreibung ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem die Antriebsvorrichtung 71B als die Anpassungsstruktur 7B vorgesehen ist, die die Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpasst, und der variable Abschnitt 41d des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 verformt wird. Jedoch ist die Anpassungsstruktur 7B nicht auf das obige Beispiel beschränkt, solange sie eine Funktion zum Anpassen der Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung 41c der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 hat. Wenn beispielsweise ein Element vorgesehen ist, das sich von dem Innenumfangsabschnitt des Spitzenabschnitts des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 in Radialrichtung nach innen bewegen oder erstrecken kann, können ein Mechanismus, der das Element aufweist, und eine Antriebsvorrichtung, die das Element antreibt, der Anpassungsstruktur 7B entsprechen. Darüber hinaus, wenn beispielsweise ein Ventilkörper mit einer verjüngten Form in Richtung der Spitzenseite innerhalb des Spitzenabschnitts der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 vorgesehen ist, können ein Mechanismus, der den Ventilkörper aufweist, und eine Antriebsvorrichtung, die den Ventilkörper in der Axialrichtung bewegt, der Anpassungsstruktur 7B entsprechen.
8 ist ein schematisches Schaubild, das eine Verbrennungsvorrichtung 100C gemäß einer dritten Modifikation darstellt. Wie in 8 dargestellt ist, ist die Verbrennungsvorrichtung 100C ein Beispiel, in welchem die Anpassungsstruktur 7 bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 mit einer Anpassungsstruktur 7C ersetzt ist.
Die Anpassungsstruktur 7C weist ein Luftrohr 71C, eine Luftzuführungsquelle 72C und ein Strömungsraten-Steuerungsventil 73C auf. Das Luftrohr 71C ist koaxial zu der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angeordnet, um die Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu umgeben. Die Luft wird in das Luftrohr 71C (insbesondere in einen Raum zwischen dem Luftrohr 71C und der Ammoniakeinspeisungsdüse 41) zugeführt. Die Anpassungsstruktur 7C passt die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 an, indem eine Strömungsrate der Luft (nachfolgend auch als eine Luftströmungsrate bezeichnet) in dem Luftrohr 71C angepasst wird.
Das Luftrohr 71C weist einen Hauptkörper 71Ca, eine Zuführungsmündung 71Cb und eine Einspeisungsmündung 71Cc auf. Der Hauptkörper 71Ca hat eine Zylinderform. Der Hauptkörper 71Ca ist koaxial zu dem Hauptkörper 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angeordnet, um den Hauptkörper 41a zu umgeben. Jedoch können eine Mittelachse des Hauptkörpers 71Ca und eine Mittelachse des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 nicht genau miteinander übereinstimmen und erforderlich ist nur, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu sein. Eine Wanddicke, ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Hauptkörpers 71Ca sind ungeachtet der axialen Position im Wesentlichen konstant. Jedoch können sich die Wanddicke, der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Hauptkörpers 71Ca in Abhängigkeit von der axialen Position ändern.
Eine axiale Position einer Spitze des Hauptkörpers 71Ca stimmt mit der axialen Position der Spitze des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 im Wesentlichen überein. Jedoch kann die axiale Position der Spitze des Hauptkörpers 71Ca auf der Vorderseite (d. h., der Seite des Brennofens 2) oder der Rückseite der Spitze des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 sein. Eine axiale Position eines hinteren Endes des Hauptkörpers 71Ca stimmt mit einer axialen Position eines hinteren Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 im Wesentlichen überein. Jedoch kann die axiale Position des hinteren Endes des Hauptkörpers 71Ca auf der Vorderseite (d. h., der Seite des Brennofens 2) oder der Rückseite des hinteren Endes des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 sein.
Die Zuführungsmündung 71Cb ist eine kreisringförmige Öffnung, die zwischen dem hinteren Ende des Hauptkörpers 71Ca und dem hinteren Ende des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ausgebildet ist. Die Zuführungsmündung 71Cb ist mit der Luftzuführungsquelle 72C verbunden. Die Einspeisungsmündung 71Cc ist eine kreisringförmige Öffnung, die zwischen der Spitze des Hauptkörpers 71Ca und der Spitze des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ausgebildet ist. Die Einspeisungsmündung 71Cc ist dem Innenraum des Brennofens 2 zugewandt.
Die Luft wird aus der Luftzuführungsquelle 72C durch die Zuführungsmündung 71Cb in den Hauptkörper 71Ca zugeführt. Die Luft, die in den Hauptkörper 71Ca zugeführt wird, strömt in einen Raum zwischen einem Innenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 71Ca und dem Außenumfangsabschnitt des Hauptkörpers 41a der Ammoniakeinspeisungsdüse 41. Die Luft, die durch den Hauptkörper 71Ca gegangen ist, wird aus der Einspeisungsmündung 71Cc in Richtung des Innenraums des Brennofens 2 eingespeist. Die Luft, die aus der Einspeisungsmündung 71Cc eingespeist wird, wird zur Verbrennung in dem Brennofen 2 verwendet.
Das Strömungsraten-Steuerungsventil 73C steuert die Strömungsrate der Luft, die aus der Luftzuführungsquelle 72C zu dem Luftrohr 71C zugeführt wird. Das Strömungsraten-Steuerungsventil 73C ist in einem Strömungspfad vorgesehen, der die Luftzuführungsquelle 72C und die Zuführungsmündung 71Cb des Luftrohrs 71C verbindet. Indem der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 73C angepasst wird, wird die Strömungsrate von Ammoniak angepasst, der aus der Luftzuführungsquelle 72C zu dem Luftrohr 71C zugeführt wird. Dementsprechend wird eine Strömungsrate der Luft (d. h., eine Luftströmungsrate) in dem Luftrohr 71C angepasst. Insbesondere nimmt die Luftströmungsrate beim Zunehmen des Öffnungsgrads des Strömungsraten-Steuerungsventils 73C zu.
Hier wird der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 durch die Luft gekühlt, die durch das Luftrohr 71C strömt. Beim Zunehmen der Luftströmungsrate nimmt eine Kühlkapazität durch die Luft, die durch das Luftrohr 71C strömt, (d. h., eine Fähigkeit, den Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 zu kühlen) zu. Daher kann die Anpassungsstruktur 7C die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 anpassen, indem die Luftströmungsrate angepasst wird.
Auf eine ähnliche Weise zu der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7C, sodass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Insbesondere erhöht die Steuerungsvorrichtung 9 den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerungsventils 73C, sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Je höher die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ist, desto höher sind dementsprechend die Luftströmungsrate und desto höher die Kühlkapazität durch die Luft, die durch das Luftrohr 71C strömt. Daher wird es angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
Wie oben beschrieben ist, passt die Anpassungsstruktur 7C bei der Verbrennungsvorrichtung 100C gemäß der dritten Modifikation die Strömungsrate der Luft (d. h., die Luftströmungsrate) in dem Luftrohr 71C an.
Dementsprechend wird eine Anpassung der Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angemessen erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert den Betrieb der Anpassungsstruktur 7C, sodass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist. Dementsprechend wird auf eine ähnliche Weise wie bei der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung 100 das Nitrieren der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 unterdrückt.
Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 9 den Betrieb der Anpassungsstruktur 7C so, dass die Luftströmungsrate erhöht wird (d. h., der Spitzenabschnitt der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 leichter gekühlt wird), sowie die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 höher ist bzw. wird. Dementsprechend wird es angemessen erreicht, dass die Spitzenabschnittstemperatur der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 gleich oder niedriger als die Referenztemperatur ist.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung selbstverständlich nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Es ist ersichtlich, dass ein Fachmann verschiedene Änderungen oder Modifikationen innerhalb des Umfangs, der in den Ansprüchen beschrieben ist, erdenken kann, und es wird verstanden, dass diese Änderungen oder Modifikationen natürlicherweise zu dem technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung gehören.
In der obigen Beschreibung sind Beispiele beschrieben worden, in welchen die Anpassungsstrukturen (d. h., eine beliebige der Anpassungsstrukturen 7, 7A, 7B und 7C), die unterschiedlich voneinander sind, entsprechend in den Verbrennungsvorrichtungen 100, 100A, 100B und 100C vorgesehen sind. Jedoch können bei der Verbrennungsvorrichtung zwei oder mehr Anpassungsstrukturen unter den Anpassungsstrukturen 7, 7A, 7B und 7C in Kombination verwendet werden.
In der obigen Beschreibung ist ein Beispiel beschrieben worden, in welchem bei dem Brenner 4 die Lufteinspeisungsdüse 42 in Radialrichtung außerhalb der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 angeordnet ist und die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 in Radialrichtung außerhalb der Lufteinspeisungsdüse 42 angeordnet ist, sodass durch die Ammoniakeinspeisungsdüse 41, die Lufteinspeisungsdüse 42 und die Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 eine Dreifach-Zylinderstruktur ausgebildet ist. Jedoch ist eine Konfiguration des Brenners 4 nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Beispielsweise können eine Position der Pulverisierte-Kohle-Einspeisungsdüse 43 und eine Position der Ammoniakeinspeisungsdüse 41 ersetzt bzw. getauscht werden. Ferner kann beispielsweise die Lufteinspeisungsdüse 42 von der Konfiguration des Brenners 4 weggelassen werden. In diesem Fall kann der Brenner 4 beispielsweise eine Doppel-Zylinderstruktur haben, ein Raum auf einer Mittelseite eines Raums, der durch die Doppel-Zylinderstruktur aufgeteilt ist, kann ein Strömungspfad von Ammoniak sein, und ein Raum, der in Radialrichtung außerhalb neben dem Strömungspfad von Ammoniak ist, kann ein Strömungspfad der pulverisierten Kohle sein.
In der obigen Beschreibung ist das Beispiel beschrieben worden, in welchem Ammoniak und pulverisierte Kohle als der Brennstoff in dem Brennofen 2 verwendet werden. Jedoch muss der Brennstoff, der in dem Brennofen 2 verwendet wird, lediglich zumindest Ammoniak umfassen und ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann der Brennstoff, der zusammen mit Ammoniak in dem Brennofen 2 verwendet wird, ein Brennstoff sein, der anders als die pulverisierte Kohle ist (beispielsweise Erdgas, Biomasse oder Ähnliches). Ferner kann der Brennstoff, der in dem Brennofen 2 verwendet wird, beispielsweise nur Ammoniak sein.
In der obigen Beschreibung sind Beispiele beschrieben worden, in welchen die Verbrennungsvorrichtungen 100, 100A, 100B und 100C in dem Brennofen 2 des Erhitzers vorgesehen sind. Jedoch kann der Brennofen, in welchem die Verbrennungsvorrichtungen 100, 100A, 100B und 100C verwendet werden, ein beliebiger Brennofen sein, der durch das Verbrennen von Brennstoff Verbrennungswärme erzeugt. Die Verbrennungsvorrichtungen 100, 100A, 100B und 100C können in verschiedenen Brennöfen von Anlagen verwendet werden, die anders sind als der Erhitzer.
Die vorliegende Offenbarung trägt durch eine Verbrennungsvorrichtung, die für einen Erhitzer oder Ähnliches verwendet wird, zu einer Verbrennungsstabilisierung und einer Verringerung der Reparaturhäufigkeit der Verbrennungsvorrichtung bei und kann somit beispielsweise zu dem Ziel 7 „Gewährleiste einen Zugang zu erschwinglicher, verlässlicher, nachhaltiger und moderner Energie“ und dem Ziel 13 „Handle sofort, um den Klimawandel und seine Folgen zu bekämpfen“ der Ziele der nachhaltigen Entwicklung (SDG) beitragen.
Bezugszeichenliste
1: Erhitzer, 2: Brennofen, 4: Brenner, 7: Anpassungsstruktur, 7A: Anpassungsstruktur, 7B: Anpassungsstruktur, 7C: Anpassungsstruktur, 9: Steuerungsvorrichtung, 41: Ammoniakeinspeisungsdüse, 41c: Einspeisungsmündung, 71C: Luftrohr, 100: Verbrennungsvorrichtung, 100A: Verbrennungsvorrichtung, 100B: Verbrennungsvorrichtung, 100C: Verbrennungsvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021025118 [0001]
JP 2019086189 A [0003]

Claims

Verbrennungsvorrichtung mit: einem Brenner, der eine Ammoniakeinspeisungsdüse aufweist, die einen Spitzenabschnitt hat, der mit einer Einspeisungsmündung versehen ist, die einem Innenraum eines Brennofens zugewandt ist; einer Anpassungsstruktur, die eine Temperatur des Spitzenabschnitts anpasst; und einer Steuerungsvorrichtung, die einen Betrieb der Anpassungsstruktur so steuert, dass die Temperatur des Spitzenabschnitts gleich oder niedriger als eine Referenztemperatur ist.
Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anpassungsstruktur einen Mechanismus aufweist, der eine Strömungsrate von Ammoniak in der Ammoniakeinspeisungsdüse anpasst.
Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anpassungsstruktur einen Mechanismus aufweist, der einen Trennabstand zwischen der Einspeisungsmündung und dem Innenraum anpasst.
Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anpassungsstruktur einen Mechanismus aufweist, der eine Öffnungsfläche der Einspeisungsmündung anpasst.
Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Luftrohr, das koaxial zu der Ammoniakeinspeisungsdüse angeordnet ist, um die Ammoniakeinspeisungsdüse zu umgeben, wobei die Anpassungsstruktur einen Mechanismus aufweist, der eine Strömungsrate von Luft in dem Luftrohr anpasst.
Erhitzer mit der Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.