JP2020112280A - Boiler device and thermal power generation facility, capable of carrying out mixed combustion of ammonia - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置に関する。
本発明は、アンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置を有する火力発電設備に関する。
The present invention relates to a boiler device capable of co-firing ammonia, which can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel.
The present invention relates to a thermal power generation facility having a boiler device capable of co-firing ammonia, which can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel.
微粉炭を燃焼させるボイラ装置における燃焼用のバーナが従来から種々提案されている(例えば、特許文献1)。従来から提案されている燃焼用バーナは、微粉炭と一次空気からなる燃料混合気や二次空気、二段燃焼空気などの供給を工夫することで、窒素酸化物(NOX)の発生を抑制させている。 Various burners for combustion in a boiler apparatus for burning pulverized coal have been conventionally proposed (for example, Patent Document 1). Conventionally proposed combustion burners suppress the generation of nitrogen oxides (NO x ) by devising the supply of fuel mixture consisting of pulverized coal and primary air, secondary air, two-stage combustion air, etc. I am making it.
一方、二酸化炭素(CO2)を排出しない燃料である水素(H2)の輸送・貯蔵媒体(キャリア)としてアンモニア(NH3)の利用が検討されており、H2に変換することなく燃焼装置の燃料としてNH3を直接用いることができれば、NH3をH2に変換してから用いる場合に比べて熱効率の向上が期待できる。 On the other hand, the use of ammonia (NH 3 ) as a transportation/storage medium (carrier) for hydrogen (H 2 ) that is a fuel that does not emit carbon dioxide (CO 2 ) is being studied, and a combustion device without conversion to H 2 is used. If NH 3 can be used directly as the fuel of ( 3) , improvement of thermal efficiency can be expected as compared with the case of using after converting NH 3 to H 2 .
しかし、H2や他の炭化水素系の燃料に比べてNH3は着火しにくく、燃焼速度が遅く、燃焼過程でNOXが生成される等の問題があった。このため、NH3を燃料にしたボイラ装置の開発にあたっては、未燃のNH3や、NOXなどの処理を行うための特別な制御や特別な機器が必要となり、設備コストの増加を招くという課題があった。 However, compared to H 2 and other hydrocarbon fuels, NH 3 is less likely to be ignited, has a slow burning rate, and has a problem that NO X is generated in the burning process. Therefore, in developing a boiler apparatus using NH 3 as a fuel, special control and special equipment for processing unburned NH 3 , NO X, etc. are required, which leads to an increase in equipment cost. There were challenges.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a boiler device capable of co-firing ammonia, which can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel while suppressing exhausted nitrogen oxides (NO x ). The purpose is to provide.
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置を有する火力発電設備を提供することを目的とする。 Further, the present invention has been made in view of the above circumstances, and ammonia (NH 3 ) that can use ammonia (NH 3 ) as a part of the fuel while suppressing the discharged nitrogen oxides (NO x ) can be mixed and burned. It is an object to provide a thermal power generation facility having a boiler device.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、燃焼ガスが流通する炉本体と、酸素を含む流体と共に微粉炭が供給され、前記炉本体の前記燃焼ガスの流通方向の上流側から下流側にわたり複数備えられるバーナと、最下流側の前記バーナを除く前記バーナにアンモニアを供給するアンモニア供給手段とを備えたことを特徴とする。 A boiler apparatus capable of co-firing ammonia of the present invention according to claim 1 for achieving the above object, is provided with a furnace body in which combustion gas flows, and pulverized coal together with a fluid containing oxygen, and the combustion gas in the furnace body. A plurality of burners are provided from the upstream side to the downstream side in the flow direction, and ammonia supply means for supplying ammonia to the burners other than the burner on the most downstream side are provided.
請求項1に係る本発明では、最下流側の前記バーナを除くバーナ(上流側のバーナ)にアンモニア(NH3)を供給し、アンモニア(NH3)を燃料として用いることができる。 In the present invention according to claim 1, ammonia (NH 3 ) can be supplied to a burner (upstream burner) excluding the burner on the most downstream side, and ammonia (NH 3 ) can be used as a fuel.
アンモニア(NH3)を燃料として用いる場合、請求項1の発明とは異なり、最下流側のバーナにアンモニア(NH3)を供給すると、そのバーナの火炎でアンモニアおよび石炭が分解すると共にその一部が酸素と化合して窒素酸化物を生成し、生成された窒素酸化物(NOx)が、そのバーナおよびその上流側のバーナ(全てのバーナ)の火炎で生成される還元物質(NH3、HCN等)により、最下流側のバーナの火炎内およびその下流側のみで窒素(N2)に分解される。 When using ammonia (NH 3 ) as fuel, unlike the invention of claim 1, when ammonia (NH 3 ) is supplied to the burner on the most downstream side, ammonia and coal are decomposed by the flame of the burner and a part thereof is supplied. Are combined with oxygen to produce nitrogen oxides, and the produced nitrogen oxides (NOx) are reducing substances (NH 3 , HCN) produced in the flames of the burner and the burners on the upstream side (all burners). Etc.) decomposes into nitrogen (N 2 ) only in the flame of the burner on the most downstream side and only on the downstream side thereof.
それに対し、請求項1の発明では、最下流側のバーナを除くバーナにアンモニア(NH3)を供給すると、そのバーナの火炎でアンモニアおよび石炭が分解すると共にその一部が酸素と化合して窒素酸化物を生成し、生成された窒素酸化物(NOX)が、そのバーナおよびその下流側のバーナを含む全てのバーナの火炎で生成される還元物質(NH3、HCN等)により、そのバーナおよびその下流側のバーナの火炎内およびその下流側で分解され、窒素酸化物(NOX)が分解される時間が、最下流側のバーナにアンモニア(NH3)を供給する場合より長く確保されて窒素(N2)に分解される。 On the other hand, in the invention of claim 1, when ammonia (NH 3 ) is supplied to the burner excluding the burner on the most downstream side, the flame of the burner decomposes ammonia and coal, and part of them is combined with oxygen to form nitrogen. Oxides are produced, and the produced nitrogen oxides (NO x ) are reduced by the reducing substances (NH 3 , HCN, etc.) produced in the flames of all the burners including the burner and the burner on the downstream side thereof. And the time it takes to decompose nitrogen oxides (NO x ) in the flame of the burner on the downstream side and on the downstream side of the burner is secured longer than when ammonia (NH 3 ) is supplied to the burner on the most downstream side. Are decomposed into nitrogen (N 2 ).
このため、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することが可能になる。 Therefore, it becomes possible to use ammonia (NH 3 ) as a part of the fuel while suppressing the nitrogen oxides (NO x ) that are discharged.
そして、請求項2に係る本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、請求項1に記載のアンモニアを混焼できるボイラ装置において、前記アンモニア供給手段が備えられる前記バーナは、少なくとも最上流側のバーナを含むことを特徴とする。
And the boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to the present invention according to
請求項2に係る本発明では、少なくとも最上流側のバーナにアンモニア(NH3)を供給してアンモニア(NH3)を燃料として用いることができる。
In the present invention according to
また、請求項3に係る本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、請求項1もしくは請求項2に記載のアンモニアを混焼できるボイラ装置において、前記アンモニア供給手段は、全燃料に対する前記アンモニアの割合に基づいて、アンモニアを供給する前記バーナを選択する機能を有していることを特徴とする。
Further, the boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to the present invention according to
請求項3に係る本発明では、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合に応じて、最下流側のバーナを除いたバーナ、例えば、最上流側のバーナ、もしくは、最上流側のバーナ及び中段のバーナを選択してアンモニアを供給することができる。
In the present invention according to
また、請求項4に係る本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアンモニアを混焼できるボイラ装置において、前記バーナは、前記燃焼ガスの流通方向の上流側から下流側にわたり3組備えられ、前記アンモニア供給手段は、全燃料に対する前記アンモニアの割合に基づいて、最上流のバーナ、もしくは、最上流及び隣接する中央のバーナを選択することを特徴とする。
Further, the boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to the present invention according to
請求項4に係る本発明では、アンモニア(NH3)の割合に基づいて、最上流のバーナ、もしくは、最上流及び中央のバーナからアンモニア(NH3)を供給することができる。
In the present invention according to
また、請求項5に係る本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアンモニアを混焼できるボイラ装置において、前記アンモニア供給手段は、全燃料に対する前記アンモニアの割合を全燃料の発熱量の50%未満に調整することを特徴とする。
Further, the boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to the present invention according to
請求項5に係る本発明では、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合を全燃料の発熱量の50%未満に調整するので、窒素酸化物(NOX)の濃度を高くし過ぎることなくアンモニア(NH3)を燃料の一部として(主燃料とはせずに)用いることができる。アンモニア(NH3)の割合は、全燃料の発熱量の25%以下(特に、20%以下)にすることがより好ましい。
In the present invention according to
上記目的を達成するための請求項6に係る本発明の火力発電設備は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のアンモニアを混焼できるボイラ装置と、前記アンモニアを混焼できるボイラ装置で発生した蒸気により駆動力を得る蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動により発電動力を得る発電手段とを備えたことを特徴とする。 A thermal power plant of the present invention according to claim 6 for achieving the above object is a boiler device capable of co-firing ammonia according to any one of claims 1 to 5, and a boiler device capable of co-firing the ammonia. A steam turbine that obtains a driving force by the steam generated in 1. and a power generation unit that obtains a power generation power by driving the steam turbine.
請求項6に係る本発明では、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置を有する火力発電設備とすることが可能になる。 In the present invention according to claim 6, thermal power generation having a boiler device capable of co-firing ammonia, which can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel in a state in which exhausted nitrogen oxides (NO x ) are suppressed. It becomes possible to be equipment.
本発明のアンモニアを混焼できるボイラ装置は、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することが可能になる。 The boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to the present invention can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel in a state where exhausted nitrogen oxides (NO x ) are suppressed.
また、本発明の火力発電設備は、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置を有する火力発電設備とすることが可能になる。 Further, the thermal power generation facility of the present invention has a boiler having a boiler device capable of cofiring ammonia, which can use ammonia (NH 3 ) as a part of fuel in a state in which exhausted nitrogen oxides (NO x ) are suppressed. It can be used as a power generation facility.
図1に基づいてアンモニアを混焼できるボイラ装置の全体を説明する。
図1には本発明の一実施例に係るアンモニアを混焼できるボイラ装置を有する火力発電設備の全体構成を示してある。
The entire boiler apparatus capable of co-firing ammonia will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows an overall configuration of a thermal power plant having a boiler device capable of co-firing ammonia according to an embodiment of the present invention.
図に示すように、ボイラ装置1(アンモニアを混焼できるボイラ装置)は、燃焼ガスが下から上に向けて流通する燃焼室2を備えた炉本体を備えている。燃焼室2にはガスの流通方向の上流側(下側)から下流側(上側)にわたり3組のバーナ3が備えられている。即ち、上流側である下段のバーナ3a、中段のバーナ3b、下流側である上段のバーナ3cが備えられている。バーナ3には、酸素(O2)を含む流体(空気)と共に微粉炭が石炭供給手段4から供給される。尚、酸素(O2)を含む流体(空気)は、二段燃焼用空気注入ポート5にも供給される。
As shown in the figure, the boiler device 1 (boiler device capable of co-firing ammonia) includes a furnace body having a
上段のバーナ3cを除き、下段のバーナ3a、もしくは、下段のバーナ3a及び中段のバーナ3b(最下流側のバーナを除くバーナ:少なくとも最上流側である最下段のバーナ3a)にアンモニア(NH3)を供給するアンモニア供給手段6が備えられている。アンモニア供給手段6は、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合(例えば、20%以下)に基づいて、アンモニアを供給するバーナ3a、3bを選択する機能、即ち、分配制御手段7を有している。
Except for the
最下段のバーナ3a、中段のバーナ3b、上段のバーナ3cに対してアンモニア(NH3)を均等に供給した時、全燃料に対するアンモニア(NH3)割合が、例えば、6.7%、13.3%、20%の場合に、石炭だけの燃焼時に比べて、アンモニア(NH3)割合が高くなるに従って、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度が上昇することが確認されている。
When ammonia (NH 3 ) is evenly supplied to the
このため、本実施例に係るボイラ装置1は、少なくとも最下段(最上流側)のバーナ3(最下段のバーナ3a)にアンモニア(NH3)を供給している。例えば、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合に応じて、上段のバーナ3cを除いた、バーナ3、即ち、下段のバーナ3a、もしくは、下段のバーナ3a及び中段のバーナ3bを選択してアンモニア(NH3)を供給している。
Therefore, in the boiler device 1 according to the present embodiment, ammonia (NH 3 ) is supplied to at least the lowermost stage (upstreammost side) burner 3 (
少なくとも、最下段のバーナ3(最下段のバーナ3a)にアンモニア(NH3)を供給することで、アンモニア(NH3)を燃料として用いた場合であっても、生成された窒素酸化物(NOX)が、そのバーナ3aからの未燃アンモニア(NH3)および全てのバーナ3a〜3cの火炎で生成される還元物質(NH3、HCN等)と、全てのバーナ3a〜3cの火炎内およびその下流側で反応し、反応時間がより長く確保されて、窒素酸化物(NOX)および未燃アンモニア(NH3)が減少する。さらに、生成された亜酸化窒素(N2O)も、全てのバーナ3a〜3cの高温の火炎内およびその下流側で反応し、分解時間がより長く確保されて減少する。
By supplying ammonia (NH 3 ) to at least the lowermost burner 3 (
従って、排出される窒素酸化物(NOX)を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することが可能になっている。 Therefore, it is possible to use ammonia (NH 3 ) as a part of the fuel in a state where the discharged nitrogen oxides (NO x ) are suppressed.
因みに、最上段(最下流側)のバーナ3cにアンモニア(NH3)を供給すると、そのバーナ3cの火炎でアンモニアおよび石炭が分解すると共にその一部が酸素と化合して窒素酸化物を生成し、生成された窒素酸化物(NOx)が、そのバーナおよびその下段(上流側)のバーナ3a、3b(全てのバーナ)の火炎で生成される還元物質(NH3、HCN等)により、最上段(最下流側)のバーナ3cの火炎内およびその下流側のみで窒素(N2)に分解される。即ち、最下段(最上流側)のバーナ3aにアンモニア(NH3)を供給する場合と比べ、生成された窒素酸化物(NOx)が窒素(N2)に分解される時間が短くなり、ボイラ出口の窒素酸化物(NOx)が増加する。
By the way, when ammonia (NH 3 ) is supplied to the
ボイラ装置1で石炭とアンモニア(NH3)を燃料として燃焼させることにより蒸気が発生する。ボイラ装置1で発生した蒸気は、蒸気タービン8に送られ、蒸気タービン8により発電機(発電手段)9が駆動される。蒸気タービン8で仕事を終えた排気蒸気は復水されてボイラ装置1に給水される。ボイラ装置1の排気ガスは、排煙処理手段10で不純物が除去され、大気に放出される。
Steam is generated by burning coal and ammonia (NH 3 ) as fuel in the boiler device 1. The steam generated in the boiler device 1 is sent to the
図2に基づいてバーナ3を具体的に説明する。
図2にはバーナ3(下段のバーナ3a及び中段のバーナ3b)の概略の構造を示してある。
The
FIG. 2 shows a schematic structure of the burner 3 (the
バーナ3(下段のバーナ3a及び中段のバーナ3b)には、一次空気導入管11、二次空気導入口12、三次空気導入口13が設けられ、一次空気導入管11には石炭(微粉炭)の導入路14が接続されている。また、バーナ3には点火用の重油トーチ15が設けられている。一次空気導入管11は二重構造とされ、外側の管11aに一次空気、及び、微粉炭が供給される。内側の管11bには分配制御手段7(図1参照)が接続され、アンモニア(NH3)が供給されるようになっている。
The burner 3 (the
導入路14から一次空気と共に供給された微粉炭は、一次空気導入管11の外側の管11aから燃焼室2の内部に噴射される。燃焼室2に送られた微粉炭は、一次空気、及び、二次空気導入口12、三次空気導入口13から旋回流とされて送られた二次空気、三次空気と共に燃焼する。同時に、一次空気導入管11の内側の管11bから所定量のアンモニア(NH3)が供給され、燃焼室2の内部にアンモニア(NH3)が噴射されて燃焼する。
The pulverized coal supplied together with the primary air from the introduction passage 14 is injected into the
図3、図4に基づいて、窒素酸化物(NOX)の濃度の状況を説明する。 The state of the concentration of nitrogen oxides (NO x ) will be described based on FIGS. 3 and 4.
図3には所定量(例えば、全体の燃料に対して6.7%)のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合の供給位置における窒素酸化物(NOX)の濃度の状況を説明するグラフ、図4には所定量(例えば、全燃料の発熱量の13.3%)のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合の供給位置における窒素酸化物(NOX)の濃度の状況を説明するグラフを示してある。 FIG. 3 illustrates the situation of the concentration of nitrogen oxides (NO x ) at the supply position when a predetermined amount (for example, 6.7% of the total fuel) of ammonia (NH 3 ) is supplied as fuel. A graph, FIG. 4, shows the situation of the concentration of nitrogen oxides (NO x ) at the supply position when a predetermined amount (for example, 13.3% of the calorific value of all fuels) of ammonia (NH 3 ) is supplied as fuel. The graph to explain is shown.
図3に示すように、石炭だけの燃焼時(石炭専焼)には、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、130ppm程度となり、例えば、全燃料の発熱量の6.7%のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合、3組のバーナ3から均等にアンモニア(NH3)を供給した時(全段)には、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、150ppm程度となっている。 As shown in FIG. 3, when only coal is burned (coal combustion), the concentration of nitrogen oxides (NO x ) at the boiler outlet is, for example, about 130 ppm, and for example, the calorific value of all fuels is 6.7. % When ammonia (NH 3 ) is supplied as a fuel, when the ammonia (NH 3 ) is evenly supplied from all three burners 3 (all stages), the concentration of nitrogen oxides (NO x ) at the boiler outlet is increased. Is, for example, about 150 ppm.
また、最上段(最下流側)のバーナ3cのみからアンモニア(NH3)を供給した時(上段のみ)には、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、180ppm程度となっている。更に、中段のバーナ3bのみからアンモニア(NH3)を供給した時(中段のみ)には、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、160ppm程度となっている。
When ammonia (NH 3 ) is supplied only from the
これらに対し、最下段(最上流側)のバーナ3aのみからアンモニア(NH3)を供給した時(下段のみ)には、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、130ppm程度となっている。これは、石炭だけの燃焼時(石炭専焼)の窒素酸化物(NOX)の濃度と同程度であり、3組のバーナ3から均等にアンモニア(NH3)を供給した時(全段)よりも低い濃度となっている。
On the other hand, when ammonia (NH 3 ) is supplied only from the
図3からわかるように、例えば、全燃料の発熱量の6.7%のアンモニア(NH3)を燃料として供給する場合、最下段(最上流側)のバーナ3aのみからアンモニア(NH3)を供給することで、ボイラ出口の窒素酸化物(NOX)の濃度が抑制される。
As can be seen from FIG. 3, for example, the case of supplying 6.7% ammonia in heating value of the total fuel (NH 3) as a fuel, ammonia only from the
例えば、全燃料の発熱量の6.7%のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合、亜酸化窒素(N2O)の濃度が抑制されていることが確認されている。そして、未燃のアンモニア(NH3)が生成されていないことが確認されている。 For example, it has been confirmed that the concentration of nitrous oxide (N 2 O) is suppressed when ammonia (NH 3 ) of 6.7% of the calorific value of all fuels is supplied as fuel. It has been confirmed that unburned ammonia (NH 3 ) is not produced.
従って、例えば、全燃料の発熱量の6.7%のアンモニア(NH3)を燃料として供給する場合、最下段(最上流側)のバーナ3aのみからアンモニア(NH3)を供給することで、窒素酸化物(NOX、N2O)の生成が抑制され、未燃のアンモニア(NH3)の排出が抑制される。
Therefore, for example, in the case of supplying 6.7% of the calorific value of all fuels as ammonia (NH 3 ) as a fuel, by supplying ammonia (NH 3 ) only from the
図4に示すように、石炭だけの燃焼時(石炭専焼)には、出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、130ppm程度となり、例えば、全燃料の発熱量の13.3%のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合、3組のバーナ3から均等にアンモニア(NH3)を供給した時(全段)には、出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、220ppm程度となっている。 As shown in FIG. 4, when only coal is burned (coal combustion), the concentration of nitrogen oxides (NO x ) at the outlet is, for example, about 130 ppm, which is, for example, 13.3% of the calorific value of all fuels. When supplying ammonia (NH 3 ) as a fuel, when the ammonia (NH 3 ) is evenly supplied from all three burners 3 (all stages), the concentration of nitrogen oxide (NO x ) at the outlet is For example, it is about 220 ppm.
また、上段のバーナ3c、及び、中段のバーナ3bからアンモニア(NH3)を供給した時(上・中段)には、出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、250ppm程度となっている。
Further, when ammonia (NH 3 ) is supplied from the
これらに対し、上段のバーナ3cを除いた、下段のバーナ3a、及び、中段のバーナ3bからアンモニア(NH3)を供給した時(中・下段)には、出口の窒素酸化物(NOX)の濃度は、例えば、200ppm程度となっている。これは、3組のバーナ3から均等にアンモニア(NH3)を供給した時(全段)よりも低い濃度となっている。
On the other hand, when ammonia (NH 3 ) was supplied from the
既設のバーナの一次空気導入管11にアンモニアを供給するための管11bを追設する場合、1本のバーナだけに管11bを設けてアンモニアの供給割合を増やしすぎると、既設のバーナの基本性能が変化し、バーナの設計変更が必要になる虞がある。そこで、図4からわかるように、例えば、全燃料の発熱量の13.3%のアンモニア(NH3)を燃料として供給する場合、下段のバーナ3a、及び、中段のバーナ3bの一次空気導入管11にアンモニアを供給するための管11bを追設して、下段のバーナ3a、及び、中段のバーナ3bからアンモニア(NH3)を供給することで、各段のバーナのアンモニアの供給割合を抑えることができ、既設のバーナの基本性能を維持しながらアンモニアを供給することが可能となる。
When additionally installing a
例えば、全燃料の発熱量の13.3%のアンモニア(NH3)を燃料として供給した場合、亜酸化窒素(N2O)の濃度が抑制されていることが確認されている。そして、未燃のアンモニア(NH3)が生成されていないことが確認されている。 For example, it has been confirmed that the concentration of nitrous oxide (N 2 O) is suppressed when ammonia (NH 3 ) of 13.3% of the calorific value of all fuels is supplied as fuel. It has been confirmed that unburned ammonia (NH 3 ) is not produced.
従って、例えば、全燃料の発熱量の13.3%のアンモニア(NH3)を燃料として供給する場合、上段のバーナ3cを除いた、下段のバーナ3a、及び、中段のバーナ3bからアンモニア(NH3)を供給することで、窒素酸化物(NOX、N2O)の生成が抑制され、未燃のアンモニア(NH3)の排出が抑制される。
Therefore, for example, when supplying ammonia (NH 3 ) of 13.3% of the calorific value of all fuels as a fuel, ammonia (NH 3 ) is removed from the
尚、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合を、全燃料の発熱量の50%未満に調整することが好ましい。アンモニア(NH3)の割合を全燃料の発熱量の50%未満に調整することで、窒素酸化物(NOX、N2O)の生成が抑制され、未燃のアンモニア(NH3)の排出が抑制されることが確認されている。これにより、窒素酸化物(NOX)の濃度を高くし過ぎることなくアンモニア(NH3)を燃料の一部として(主燃料とはせずに)用いることができる。アンモニア(NH3)の割合として、全燃料の発熱25%以下(特に、20%以下)にすることがより好ましい。 In addition, it is preferable to adjust the ratio of ammonia (NH 3 ) to the total fuel to less than 50% of the calorific value of the total fuel. By adjusting the proportion of ammonia (NH 3 ) to less than 50% of the calorific value of all fuels, the production of nitrogen oxides (NO X , N 2 O) is suppressed, and the unburned ammonia (NH 3 ) is discharged. Has been confirmed to be suppressed. As a result, ammonia (NH 3 ) can be used as a part of the fuel (not as the main fuel) without increasing the concentration of nitrogen oxide (NO x ) too much. The proportion of ammonia (NH 3 ) is more preferably 25% or less (particularly 20% or less) of heat generation of all fuels.
因みに、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合を、全燃料の発熱量の50%以上にすると、最上段(最下流側)のバーナを除くバーナにアンモニア(NH3)を供給した場合、そのバーナに供給される燃料に占めるアンモニアの割合が大幅に増加することとなり、既設のバーナの基本性能が変化して、バーナの小改造では対応できなくなり、専用のバーナの新設等の大幅な改造が必要になり、改造費用が増大する虞がある。 Incidentally, when the ratio of ammonia (NH 3 ) to all fuels is set to 50% or more of the calorific value of all fuels, when ammonia (NH 3 ) is supplied to the burners other than the burner at the uppermost stage (downstream side), The proportion of ammonia in the fuel supplied to the burner will increase significantly, the basic performance of the existing burner will change, and it will not be possible to deal with small modifications of the burner, and major modifications such as new installation of a dedicated burner will not be possible. It may be necessary and the cost of remodeling may increase.
これに対し、全燃料に対するアンモニア(NH3)の割合を、全燃料の発熱量の50%未満に調整することにより、既設のバーナの小改造で、アンモニア(NH3)を燃料の一部として(主燃料とはせずに)用いて、窒素酸化物(NOX、N2O)と未燃のアンモニア(NH3)の排出抑制が可能となる。 On the other hand, by adjusting the ratio of ammonia (NH 3 ) to all fuels to less than 50% of the calorific value of all fuels, ammonia (NH 3 ) can be used as a part of fuel by a minor modification of the existing burner. By using (not as the main fuel), it becomes possible to suppress the emission of nitrogen oxides (NO x , N 2 O) and unburned ammonia (NH 3 ).
ボイラ装置1は、最下段のバーナ3a、もしくは、最下段のバーナ3a及び中段のバーナ3bにアンモニア(NH3)を供給することで、窒素酸化物(NOX、N2O)の生成、未燃のアンモニア(NH3)の排出を抑制した状態で、アンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することが可能になる。また、窒素酸化物(NOX、N2O)の生成、未燃のアンモニア(NH3)の排出を抑制した状態でアンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるボイラ装置1を有する火力発電設備とすることが可能になる。
The boiler device 1 supplies ammonia (NH 3 ) to the
本発明は、アンモニア(NH3)を燃料の一部として使用することができるアンモニアを混焼できるボイラ装置、及び、ボイラ装置を有する火力発電設備の産業分野で利用することができる。 The present invention, ammonia (NH 3) boiler apparatus capable of mixed combustion of ammonia that can be used as part of the fuel, and can be utilized in the industrial fields of thermal power plants having a boiler apparatus.
1 ボイラ装置
2 燃焼室
3 バーナ
4 石炭供給手段
5 二段燃焼用空気注入ポート
6 アンモニア供給手段
7 分配制御手段
8 蒸気タービン
9 発電機
10 排煙処理手段
11 一次空気導入管
12 二次空気導入口
13 三次空気導入口
14 導入路
15 重油トーチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
酸素を含む流体と共に微粉炭が供給され、前記炉本体の前記燃焼ガスの流通方向の上流側から下流側にわたり複数備えられるバーナと、
最下流側の前記バーナを除く前記バーナにアンモニアを供給するアンモニア供給手段とを備えた
ことを特徴とするアンモニアを混焼できるボイラ装置。 A furnace body through which combustion gas flows,
Pulverized coal is supplied together with a fluid containing oxygen, and a plurality of burners provided from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the combustion gas in the furnace body,
A boiler apparatus capable of co-firing ammonia, comprising: ammonia supply means for supplying ammonia to the burners other than the burner on the most downstream side.
前記アンモニア供給手段が備えられる前記バーナは、少なくとも最上流側のバーナを含む
ことを特徴とするアンモニアを混焼できるボイラ装置。 A boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to claim 1,
The boiler device capable of co-firing ammonia, wherein the burner provided with the ammonia supply means includes at least a burner on the most upstream side.
前記アンモニア供給手段は、
全燃料に対する前記アンモニアの割合に基づいて、アンモニアを供給する前記バーナを選択する機能を有している
ことを特徴とするアンモニアを混焼できるボイラ装置。 A boiler device capable of co-firing ammonia according to claim 1 or 2,
The ammonia supply means,
A boiler apparatus capable of co-firing ammonia, having a function of selecting the burner for supplying ammonia based on the ratio of the ammonia to all fuels.
前記バーナは、
前記燃焼ガスの流通方向の上流側から下流側にわたり3組備えられ、
前記アンモニア供給手段は、
全燃料に対する前記アンモニアの割合に基づいて、最上流のバーナ、もしくは、最上流及び隣接する中央のバーナを選択する
ことを特徴とするアンモニアを混焼できるボイラ装置。 A boiler apparatus capable of co-firing ammonia according to any one of claims 1 to 3,
The burner is
Three sets are provided from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the combustion gas,
The ammonia supply means,
A boiler apparatus capable of co-firing ammonia, characterized in that the most upstream burner or the most upstream and adjacent central burner is selected based on the ratio of the ammonia to the total fuel.
前記アンモニア供給手段は、
全燃料に対する前記アンモニアの割合を全燃料の発熱量の50%未満に調整する
ことを特徴とするアンモニアを混焼できるボイラ装置。 The boiler device according to any one of claims 1 to 4,
The ammonia supply means,
A boiler device capable of co-firing ammonia, characterized in that the ratio of the ammonia to the total fuel is adjusted to less than 50% of the calorific value of the total fuel.
前記ボイラ装置で発生した蒸気により駆動力を得る蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により発電動力を得る発電手段とを備えた
ことを特徴とする火力発電設備。
A boiler device capable of co-firing ammonia according to any one of claims 1 to 5,
A steam turbine that obtains a driving force by the steam generated in the boiler device,
A thermal power generation facility comprising: a power generation unit that obtains power generation power by driving the steam turbine.
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