JP2023039684A - Combustion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーを有する燃焼装置に関するものである。特に、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより燃焼させた場合に、二酸化炭素CO2等の温室効果ガスや、窒素酸化物NOxが発生するのを簡単に抑制できるようにした点に特徴を有するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion apparatus having a combustion burner for mixing hydrocarbonaceous fuel with combustion air and combusting it in a furnace. In particular, when hydrocarbon fuel is mixed with combustion air and burned by a combustion burner, it is possible to easily suppress the generation of greenhouse gases such as carbon dioxide CO2 and nitrogen oxides NOx. It is characterized by points.
従来から、燃料に炭化水素系燃料を用い、この炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーを有するようにした燃焼装置が広く使用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a combustion apparatus has been widely used that uses a hydrocarbon fuel as a fuel and has a combustion burner that mixes the hydrocarbon fuel with combustion air and burns it in a furnace.
ここで、このような燃焼装置においては、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより燃焼させた際に、二酸化炭素CO2等の温室効果ガスが発生しやすく、また燃焼が強くなって火炎温度が高くなった場合には、窒素酸化物NOxが発生しやすくなるという問題があった。 Here, in such a combustion apparatus, when the hydrocarbon fuel is mixed with the combustion air and burned by the combustion burner, greenhouse gases such as carbon dioxide CO2 are likely to be generated, and the combustion is strong. As a result, when the flame temperature rises, there is a problem that nitrogen oxides NOx are likely to be generated.
また、近年においては、特許文献1、2に示されるように、炭化水素系燃料の炭化水素ガスと燃焼用空気を燃焼バーナーに供給し、この燃焼バーナーにより炭化水素ガスと燃焼用空気を混合させて燃焼させるにあたり、燃焼バーナーの近くに還元性の強い成分を抽出した還元力富化ガス又はアンモニアガスを供給する還元ガス供給機構を設けると共に、この還元ガス供給機構よりも離れた位置に酸素含有ガスを供給する酸化ガス供給機構を設けたものが示されている。 In recent years, as shown in Patent Documents 1 and 2, a hydrocarbon gas of a hydrocarbon fuel and combustion air are supplied to a combustion burner, and the hydrocarbon gas and combustion air are mixed by the combustion burner. A reducing gas supply mechanism is provided near the combustion burner to supply a reducing power-enriched gas or ammonia gas from which a highly reducing component is extracted, and an oxygen-containing gas is placed away from the reducing gas supply mechanism. An oxidizing gas supply mechanism for supplying gas is provided.
そして、特許文献1、2に示されるものにおいては、燃焼バーナーの近くに設けた還元ガス供給機構から還元力富化ガス又はアンモニアガスを供給して、燃焼後の燃焼排ガスの脱硝を行い、また還元ガス供給機構よりも離れた位置に設けた酸化ガス供給機構から酸素含有ガスを供給して、燃焼バーナーによって燃焼されなかった残余の燃焼分を燃焼処理することが示されている。 In the devices disclosed in Patent Documents 1 and 2, a reducing power-enriched gas or ammonia gas is supplied from a reducing gas supply mechanism provided near the combustion burner to denitrify the combustion exhaust gas after combustion, and It is shown that the oxygen-containing gas is supplied from an oxidizing gas supply mechanism provided at a position distant from the reducing gas supply mechanism, and the residual combustion amount not burned by the combustion burner is burned.
ここで、前記のように還元ガス供給機構からアンモニアガスを供給する場合、アンモニア燃料をガス化させるために、特許文献3に示すようなアンモニア気化器等が必要になって設備コストが高くつくと共に、アンモニアガスをガスの状態で還元ガス供給機構に導くアンモニアガス供給管の配管が必要になって、コストが高くつくと共に設備が大型化するという問題があった。 Here, when supplying ammonia gas from the reducing gas supply mechanism as described above, an ammonia vaporizer or the like as shown in Patent Document 3 is required in order to gasify the ammonia fuel, which increases the equipment cost. In addition, there is a problem that an ammonia gas supply pipe is required to lead the ammonia gas in a gaseous state to the reducing gas supply mechanism, which increases the cost and increases the size of the equipment.
本発明は、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させる燃焼バーナーを有する燃焼装置における前記のような問題を解決することを課題とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems in a combustion apparatus having a combustion burner that mixes hydrocarbon fuel with combustion air and burns it.
すなわち、本発明は、前記のような燃焼装置において、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより燃焼させた場合に、二酸化炭素CO2等の温室効果ガスや、窒素酸化物NOxが発生するのを高い設備コストをかけずに抑制できるようにすることを課題とするものである。 That is, in the combustion apparatus as described above, the present invention produces greenhouse gases such as carbon dioxide CO2 and nitrogen oxides NOx when a hydrocarbon fuel is mixed with combustion air and burned by a combustion burner. The problem is to suppress the occurrence of this without incurring high equipment costs.
本発明に係る燃焼装置においては、前記のような課題を解決するため、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーを有する燃焼装置において、アンモニア供給管を通して液体アンモニアが供給される噴射装置を前記の燃焼バーナーの近傍に設け、前記の噴射装置により、液体アンモニアを燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させるようにした。 In order to solve the above problems, the combustion apparatus according to the present invention has a combustion burner that mixes a hydrocarbon fuel with combustion air and combusts it in a furnace. is provided in the vicinity of the combustion burner, and the liquid ammonia is injected into the furnace toward the flame of the combustion burner by the injection device for combustion.
そして、本発明に係る燃焼装置のように、炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーの近傍に、アンモニア供給管を通して液体アンモニアが供給される噴射装置を設け、この噴射装置により液体アンモニアを前記の燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させるようにすると、アンモニアの燃焼によっては二酸化炭素CO2が発生せず、また発熱量も低いため、窒素酸化物NOxの発生も抑制され、さらにアンモニア供給管により液体アンモニアを噴射装置に供給させるため、液体アンモニアをガス化させる設備が必要なくなって設備コストが低減されると共に、アンモニアガスをガスの状態で導く場合に比べて設備を小型ができる。 Then, as in the combustion device according to the present invention, an injection device for supplying liquid ammonia through an ammonia supply pipe is provided near a combustion burner that mixes a hydrocarbon fuel with combustion air and burns it in the furnace, When this injection device is used to inject liquid ammonia into the furnace toward the flame of the combustion burner and burn it, carbon dioxide CO 2 is not generated by the combustion of ammonia, and the calorific value is low, so nitrogen The generation of NOx oxides is also suppressed, and since liquid ammonia is supplied to the injection device through the ammonia supply pipe, there is no need for equipment for gasifying the liquid ammonia, which reduces the equipment cost, and the ammonia gas is in a gaseous state. The equipment can be made smaller than in the case of guiding.
ここで、本発明に係る燃焼装置においては、前記の噴射装置により、液体アンモニアを加熱させて噴射させるようにすることができる。このように、噴射装置により液体アンモニアを加熱させて燃焼しやすくして、燃焼バーナーによる火炎に向けて噴射させると、噴射された液体アンモニアが燃焼バーナーにおける火炎によって確実に燃焼されるようになる。 Here, in the combustion device according to the present invention, the liquid ammonia can be heated and injected by the injection device. In this way, when the injection device heats the liquid ammonia to facilitate combustion and injects it toward the flame of the combustion burner, the injected liquid ammonia is reliably burned by the flame of the combustion burner.
また、本発明に係る燃焼装置においては、前記のように噴射装置により、液体アンモニアを燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させるにあたり、噴射装置に、液体アンモニアを霧状にして噴霧させる噴霧ノズル部を設けるようにしたり、液体アンモニアが供給される前記の噴射装置に、キャリアガス供給路からキャリアガスを供給し、液体アンモニアをキャリアガスと一緒にして前記の噴射装置から噴霧させるようにすることができる。 Further, in the combustion apparatus according to the present invention, when the liquid ammonia is injected into the furnace toward the flame of the combustion burner by the injection device as described above, the injection device is used to atomize the liquid ammonia. A nozzle portion is provided, or a carrier gas is supplied from a carrier gas supply passage to the injection device to which liquid ammonia is supplied, and the liquid ammonia is sprayed from the injection device together with the carrier gas. be able to.
また、本発明に係る燃焼装置においては、前記の液体アンモニア供給管を断熱若しくは冷却させることができる。このようにすると、液体アンモニアを液体のままで、燃焼バーナーによる火炎に向けて噴射(噴霧)させることができる。 Moreover, in the combustion apparatus according to the present invention, the liquid ammonia supply pipe can be insulated or cooled. In this way, the liquid ammonia can be injected (sprayed) toward the flame of the combustion burner while remaining liquid.
本発明におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のように炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーの近傍に、アンモニア供給管を通して液体アンモニアが供給される噴射装置を設け、この噴射装置により、アンモニア供給管を通して供給された液体アンモニアを前記の燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させるようにしたため、アンモニアの燃焼によっては二酸化炭素CO2が発生せず、またアンモニアは発熱量は低いため、窒素酸化物NOxが発生するのも抑制され、さらにアンモニア供給管により液体アンモニアを噴射装置に供給させるため、液体アンモニアをガス化させる設備が必要なくなり、設備コストが低減されると共に、アンモニアガスをガスの状態で導く場合に比べて設備を小型ができるようになる。 In the ammonia fuel combustion apparatus of the present invention, an injection device to which liquid ammonia is supplied through an ammonia supply pipe is provided in the vicinity of the combustion burner that mixes the hydrocarbon fuel with the combustion air and burns it in the furnace as described above. With this injection device, the liquid ammonia supplied through the ammonia supply pipe is injected into the furnace toward the flame of the combustion burner and burned, so carbon dioxide CO 2 is generated by combustion of ammonia. In addition, since ammonia has a low calorific value, the generation of nitrogen oxides NOx is suppressed. Furthermore, since liquid ammonia is supplied to the injection device through the ammonia supply pipe, there is no need for equipment for gasifying liquid ammonia. The cost can be reduced, and the equipment can be made smaller than when ammonia gas is introduced in a gaseous state.
以下、本発明の実施形態に係る燃焼装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Combustion devices according to embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the ammonia fuel combustion apparatus according to the present invention is not limited to those shown in the following embodiments, and can be modified as appropriate without changing the gist of the invention.
この実施形態における燃焼装置においては、図1に示すように、炉1に設けた燃焼バーナー10に、燃料供給管11を通して都市ガス等の炭化水素系燃料CmHnを供給すると共に、空気供給管12を通して燃焼用空気Airを供給し、炭化水素系燃料CmHnと燃焼用空気Airとを燃焼バーナー10において混合させて炉1内で燃焼させるようにしている。
In the combustion apparatus of this embodiment, as shown in FIG. The combustion air Air is supplied, and the hydrocarbon fuel CmHn and the combustion air Air are mixed in the
そして、この実施形態における燃焼装置においては、前記の燃料供給管11に燃料調整弁11aを設け、燃焼バーナー10に供給する炭化水素系燃料CmHnの量を調整すると共に、前記の空気供給管12に空気調整弁12aを設け、燃焼バーナー10に供給する燃焼用空気Airの量を調整するようにしている。
In the combustion apparatus of this embodiment, the
また、この実施形態における燃焼装置においては、前記の燃焼バーナー10の近傍に噴射装置20を設け、この噴射装置20にアンモニア供給管21を通して液体アンモニアliq.NH3を供給させるようにし、前記のアンモニア供給管21に噴射装置20に供給する液体アンモニアliq.NH3の量を調整するアンモニア調整弁21aを設けると共に、前記のアンモニア供給管21を通して噴射装置20に供給された液体アンモニアliq.NH3を加熱して燃焼しやすい状態にさせる加熱装置22を設けている。なお、前記の近傍とは、噴射装置20から噴射(噴霧)した液体アンモニアliq.NH3が燃焼バーナー10の火炎に届く範囲の距離をいう。
Further, in the combustion apparatus of this embodiment, an
そして、前記の噴射装置20により、前記の加熱装置22によって加熱された液体アンモニアliq.NH3を、前記の燃焼バーナー10により燃焼された火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにしている。
Then, liquid ammonia liq. NH 3 is injected toward the flame burned by the
ここで、この実施形態における燃焼装置においては、前記のように燃料供給管11に設けた燃料調整弁11aにより、燃焼バーナー10に供給する炭化水素系燃料CmHnの量を調整すると共に、前記の空気供給管12に設けた空気調整弁12aにより燃焼バーナー10に供給する燃焼用空気Airの量を調整し、燃焼バーナー10において前記のように供給された炭化水素系燃料CmHnと燃焼用空気Airとを混合させて炉1内において燃焼させると共に、前記のようにアンモニア供給管21に設けたアンモニア調整弁21aにより前記の噴射装置20に供給する液体アンモニアliq.NH3の量を調整すると共に、前記の加熱装置22により噴射装置20に供給された液体アンモニアliq.NH3を加熱して燃焼しやすくし、このように加熱された液体アンモニアliq.NH3を、噴射装置20により燃焼バーナー10により燃焼させた火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにし、炭化水素系燃料CmHnと液体アンモニアliq.NH3との燃焼による発熱量を制御すると共に、燃焼させる炭化水素系燃料CmHnと液体アンモニアliq.NH3との割合を制御するようにしている。
Here, in the combustion apparatus of this embodiment, the amount of the hydrocarbon fuel CmHn supplied to the
そして、前記のように加熱装置22により加熱された液体アンモニアliq.NH3を、噴射装置20により燃焼バーナー10により燃焼させた火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにすると、加熱された液体アンモニアliq.NH3が燃焼バーナー10における火炎によって確実に燃焼されるようになると共に、アンモニアの燃焼によっては二酸化炭素CO2が発生しないため、燃焼時における二酸化炭素CO2の発生量が少なくなり、さらにアンモニアの燃焼による発熱量が低いため、窒素酸化物NOxの発生も抑制されるようになる。
Then, the liquid ammonia liq. heated by the
また、前記のようにアンモニアを液体アンモニアliq.NH3の状態で噴射装置20に供給するため、液体アンモニアliq.NH3をガス化させる設備を設ける必要がなくなると共に、アンモニアをガスの状態で導く場合に比べて、設備を小型ができるようになる。
Also, as described above, ammonia can be replaced with liquid ammonia liq. In order to supply the
なお、この実施形態における燃焼装置において、噴射装置により、液体アンモニアliq.NH3を噴射装置20により燃焼バーナー10による火炎に向けて噴射させる方法は、前記の図1に示したものに限定されない。
In addition, in the combustion device in this embodiment, the liquid ammonia liq. The method of injecting NH 3 from the
例えば、図2に示すように、前記の噴射装置20に噴霧ノズル部23を設け、アンモニア供給管21を通して噴射装置20に供給された液体アンモニアliq.NH3を、噴射装置20に設けた前記の噴霧ノズル部23から燃焼バーナー10による火炎に向けて霧状にして噴霧させて、液体アンモニアliq.NH3を燃焼しやすくすることができる。
For example, as shown in FIG. NH 3 is sprayed in the form of a mist from the
さらに、図3に示すように、アンモニア供給管21を通して液体アンモニアliq.NH3が供給される前記の噴射装置20に、キャリアガス供給路24を通して空気等のキャリアガスcgを供給し、液体アンモニアliq.NH3をキャリアガスcgと一緒にして前記の噴射装置20から噴霧させるようにすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 3, liquid ammonia liq. A carrier gas cg such as air is supplied through a carrier
そして、前記の図2や図3に示す変更例においても、アンモニアの燃焼によっては二酸化炭素CO2が発生しないため、燃焼時における二酸化炭素CO2の発生量が少なくなり、さらにアンモニアの燃焼による発熱量が低いため、窒素酸化物NOxの発生も抑制されるようになり、さらにアンモニアを液体アンモニアliq.NH3の状態で噴射装置20に供給するため、液体アンモニアliq.NH3をガス化させる設備を設ける必要がなくなると共に、アンモニアをガスの状態で導く場合に比べて、設備を小型ができるようになる。
Also in the modified examples shown in FIGS. 2 and 3, carbon dioxide CO 2 is not generated by combustion of ammonia, so the amount of carbon dioxide CO 2 generated during combustion is reduced, and heat generated by combustion of ammonia Since the amount is low, the generation of nitrogen oxides NOx is also suppressed, and ammonia is converted into liquid ammonia liq. In order to supply the
また、低温の液体アンモニアliq.NH3を液体のまま、燃焼バーナー10により燃焼させた火炎に向けて噴射(噴霧)させるため、図4に示すように、アンモニア供給管21を断熱材25で断熱したり、冷却手段(図示せず)によって冷却させるようにすることができる。また、断熱材25による断熱と、冷却手段による冷却との両方を行うようにしてもよい。
Also, cryogenic liquid ammonia liq. In order to inject (spray) the NH 3 as a liquid toward the flame burned by the
1 :炉
10 :燃焼バーナー
11 :燃料供給管
11a :燃料調整弁
12 :空気供給管
12a :空気調整弁
20 :噴射装置
21 :アンモニア供給管
21a :アンモニア調整弁
22 :加熱装置
23 :噴霧ノズル部
24 :キャリアガス供給路
25 :断熱材
Air :燃焼用空気
CmHn :炭化水素系燃料
liq.NH3 :液体アンモニア
cg :キャリアガス
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