JP2023178082A - アンモニア燃焼炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低NOx化の両立を実現し得るものを提案することにある。【解決手段】アンモニア燃焼炉は、1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第1燃焼室と、第1燃焼室と接続されて第1燃焼室から既燃ガス及び燃料の未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室とを有する炉体と、第1燃焼室へ燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、第2燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備える。【選択図】図3
Description
本開示は、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉に関する。
近年、二酸化炭素を排出しないCO2フリー燃料として、アンモニアが注目されている。アンモニアは加圧すると常温でも液化することから、同様にCO2フリー燃料である水素と比較して扱いやすい。しかし、アンモニアは、水素や従来の燃料と比較して着火しにくく、燃焼速度が遅く、燃焼過程で窒素酸化物(NOx)が生成されるなどの課題があった。そこで、このような課題に対し、アンモニア燃料として使用する燃焼炉(例えば、ボイラ火炉)において排出されるNOxを抑制する技術が提案されてきた。
例えば、特許文献1では、微粉炭とアンモニアの混焼ボイラにおいて、火炉に複数段のバーナを備え、最下流の段に配置されたバーナを微粉炭バーナとし、他の段に配置されたバーナを微粉炭とアンモニアの混焼ボイラとしたものが提案されている。この混焼ボイラでは、アンモニアの滞留時間が確保されることにより未燃のアンモニア及び亜酸化窒素の排出が抑制されるとともに、各段のバーナで生成される還元物質により窒素酸化物が分解されて窒素酸化物の排出が抑制される。
アンモニアを燃料として安定して使用するには、前述の「低NOx化」に加えて「着火保炎」が課題となる。「低NOx化」を実現するためには、アンモニア混焼率を低減すればよいが、それでは二酸化炭素排出の抑制効果が低くなる。また、アンモニア混焼率が高く他の燃料の助燃効果の低い場合には「着火保炎」が難しく、アンモニア単体で保炎できるような対策を要する。このように「着火保炎」と「低NOx化」は、一般的にはトレードオフの関係にある。
本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低NOx化の両立を実現し得るものを提案することにある。
上記課題を解決するために、本開示に係るアンモニア燃焼炉は、
1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第1燃焼室と、前記第1燃焼室と接続されて前記第1燃焼室から既燃ガス及び前記燃料の未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で前記未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室とを有する炉体と、
前記第1燃焼室へ前記燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、
前記第2燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備えるものである。
1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第1燃焼室と、前記第1燃焼室と接続されて前記第1燃焼室から既燃ガス及び前記燃料の未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で前記未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室とを有する炉体と、
前記第1燃焼室へ前記燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、
前記第2燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備えるものである。
本開示によれば、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低NOx化の両立を実現し得る。
以下、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃焼炉2について図面を参照して説明する。図1は、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃焼炉(以下、単に「燃焼炉2」と称する)を備えるボイラ10の構成を示す模式図、図3は燃焼炉2の燃焼方法を説明する図である。本実施形態に係る燃焼炉2は、ボイラ10の火炉である。但し、本開示に係る燃焼炉2の構成は、ボイラ火炉に限定されず、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉に広く適用できる。
〔ボイラ10の概略構成〕
図1に示すボイラ10は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼炉2と、その燃焼熱を利用して蒸気を生成するボイラ本体40及び過熱器42とを備える。ボイラ10は、火力ボイラであって、アンモニアを含む燃料を用いる。但し、燃料はアンモニアの他に、微粉炭などの従来火力ボイラに使用されてきた燃料が含まれていてもよい。
図1に示すボイラ10は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼炉2と、その燃焼熱を利用して蒸気を生成するボイラ本体40及び過熱器42とを備える。ボイラ10は、火力ボイラであって、アンモニアを含む燃料を用いる。但し、燃料はアンモニアの他に、微粉炭などの従来火力ボイラに使用されてきた燃料が含まれていてもよい。
燃焼炉2は竪型の炉体20を有し、炉体20の内部に燃焼室21,22が形成されている。炉体20の下部には、高温還元雰囲気の第1燃焼室21が形成され、第1燃焼室21の上部に大部分が低温酸化雰囲気の第2燃焼室22が形成され、第1燃焼室21と第2燃焼室22との間に絞り部23が形成されている。但し、図2に示すように、燃焼炉2は、炉体20の上部に第1燃焼室21が形成され、炉体20の下部に第2燃焼室22が形成された態様であってもよい。なお、図2は変形例に係る燃焼炉2を備えたボイラ10の構成を示す図であり、図1に示すボイラ10と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図1及び図3に示すように、炉体20のうち第1燃焼室21の内壁は耐火材25で覆われている。耐火材25は第1燃焼室21の全部を覆ってもよいし、一部を覆ってもよい。耐火材25は約2000℃の高温に耐え得る。第1燃焼室21の炉壁には、第1燃焼室21へ燃料F及び燃焼用の空気(以下、一段燃焼用空気11と称する)を吹き出す複数のバーナ5が設けられている。バーナ5は、アンモニアのみを燃料Fとするアンモニア専焼バーナであってよい。或いは、バーナ5は、アンモニア混焼率が低位発熱量基準(LHV基準)で50%以上のアンモニア混焼バーナであってもよい。つまり、バーナ5はアンモニアを主燃料としている。なお、アンモニア専焼バーナ及びアンモニア混焼バーナは、公知の構成のものを採用可能である。
各バーナ5から吹き出した燃料Fは一段燃焼用空気11と混合して燃焼し、火炎が生じる。バーナ5への燃料供給量は燃料供給弁14によって調整可能である。また、バーナ5への一段燃焼用空気11の供給量は一段燃焼用空気供給弁15によって調整可能である。燃料供給弁14及び一段燃焼用空気供給弁15は、バーナ5への供給配管に設けられた流量調整弁であってよい。
複数のバーナ5は、対向する一対の炉壁の各々に設けられている。各炉壁には上下方向に少なくとも1段のバーナ段が設けられており、各バーナ段は水平方向に並ぶ複数のバーナ5で形成されている。このように対向配置された複数のバーナ5は、各バーナ5のバーナ軸線が交差しないように対向千鳥配置されている。
第1燃焼室21の出口(即ち、第1燃焼室21の上部)は、絞り部23を介して第2燃焼室22の入口(即ち、第2燃焼室22の下部)と接続されている。絞り部23の最も小さい水平断面積は、第1燃焼室21の水平断面積の20~50%程度である。
第2燃焼室22の炉壁には、複数の二段燃焼用空気ノズル26が設けられている。各二段燃焼用空気ノズル26から第2燃焼室22へ二段燃焼用の空気(以下、二段燃焼用空気12と称する)が吹き出す。第2燃焼室22への二段燃焼用空気12の供給量は、二段燃焼用空気供給弁16によって調整可能である。二段燃焼用空気供給弁16は、例えば、二段燃焼用空気ノズル26に接続された空気供給管に設けられた流量調整弁であってよい。
複数の二段燃焼用空気ノズル26は横方向に並んで一段のノズル段を形成している。第2燃焼室22には、上下方向に複数のノズル段38,39が設けられている。複数のノズル段38,39のうち、炉内のガスの流れの最下流に配置されたものを「最下流ノズル段38」と称する。また、複数のノズル段38,39のうち、第2燃焼室22の入口と最下流ノズル段38との上下方向の間に配置されたノズル段を「中間ノズル段39」と称する。本実施形態に係る燃焼炉2は二段の中間ノズル段39を備えるが、中間ノズル段39は1段以上であればよい。
第2燃焼室22のうち絞り部23と最下流ノズル段38との上下方向の間は冷却部24となっている。冷却部24の炉壁は、ボイラ本体40の図略の水管が張り巡らされた水冷壁となっている。
第2燃焼室22の出口(即ち、第2燃焼室22の上部)は、燃焼炉2の上部に設けられた煙道28の入口と接続されている。煙道28の上流部分には、過熱器42の過熱器管43が設けられている。また、煙道28の壁には、ボイラ本体40の水管41が張り巡らされている。煙道28の出口には排ガス処理系統30が接続されている。排ガス処理系統30は、燃焼排ガスの余熱を利用してバーナ5へ送る空気を予熱する熱交換器31が設けられている。
〔燃焼炉2の燃焼方法〕
ここで、上記構成の燃焼炉2の燃焼方法について説明する。図3に示すように、第2燃焼室22のうち、入口から最下流ノズル段38までの上下方向の間を「NOx抑制燃焼ゾーン37」と称し、最下流ノズル段38から上方を「完全燃焼ゾーン36」と称する。NOx抑制燃焼ゾーン37は、完全燃焼ゾーン36よりもガスの流れの上流側に位置する。
ここで、上記構成の燃焼炉2の燃焼方法について説明する。図3に示すように、第2燃焼室22のうち、入口から最下流ノズル段38までの上下方向の間を「NOx抑制燃焼ゾーン37」と称し、最下流ノズル段38から上方を「完全燃焼ゾーン36」と称する。NOx抑制燃焼ゾーン37は、完全燃焼ゾーン36よりもガスの流れの上流側に位置する。
バーナ5からは一段燃焼用空気11とアンモニアを含む燃料Fとが吹き出す。第1燃焼室21へは、供給された燃料Fに対して空気比がλ1となる供給量で一段燃焼用空気11が供給される。空気比は、燃料Fの供給量に対する理論空気量で空気供給量を除した数値であり、空気比=1で空気は過不足なく燃焼し、空気比<1では空気が不足、空気比>1では空気が過剰である。要求される入熱量に対して燃料Fの供給量が定まり、燃料Fの供給量に対する理論空気量は演算により求め得る。空気比λ1は、0.6以上0.9未満であり、望ましくは、0.65以上0.75以下である。そして、所与の空気比λ1となる供給量の一段燃焼用空気11が第1燃焼室21へ供給されるように、一段燃焼用空気供給弁15で供給量が調整される。
耐火材25で覆われた第1燃焼室21は、炉の他の部分と比較して炉内温度が下がり難い。これにより、第1燃焼室21は平均約1500℃の高温の還元雰囲気となっており、第1燃焼室21では燃料Fの燃焼が促進される。第1燃焼室21の燃焼温度は、平均約1500℃が望ましいが、1400℃以上1600℃以下、より好ましくは、1500℃より高く1600℃以下に維持されていればよい。なお、従来のボイラ火炉の燃料の燃焼温度は1100℃~1300℃程度であり、第1燃焼室21の温度はそれと比較して十分に高い。
アンモニアは従来の燃料と比較して着火しにくく燃焼速度が遅いが、本開示の燃焼炉2ではアンモニアを一般的なボイラ火炉と比較して高温の第1燃焼室21で燃焼するので、アンモニアは低酸素雰囲気であっても安定して燃焼する。更に、アンモニアは水素分を多く含むので、燃料の燃焼により多くの水蒸気が生じ、発生した水蒸気がガス化剤となって燃焼ガス中の未燃炭素が水性ガスシフト反応する。
水性ガスシフト反応:CO+H2O←→H2+CO2
水性ガスシフト反応は可逆反応であるが、1000℃以上の温度域では反応は生成物側(上記式において右向き)へ活性化される。また、水性ガスシフト反応は1000℃以上の温度域では温度が高いほど反応速度が高いことが知られている。第1燃焼室21の1400℃以上1600℃以下の範囲では水性ガスシフト反応が活発であり、これによって燃焼効率が高められている。このように、本開示に係る燃焼炉2ではアンモニア混焼率が従来よりも高い50~99%やアンモニア専焼(アンモニア100%)であっても、アンモニアの着火保炎が実現される。なお、従来のアンモニア混焼バーナでは、アンモニアの混焼率はせいぜい20%程度である。
水性ガスシフト反応:CO+H2O←→H2+CO2
水性ガスシフト反応は可逆反応であるが、1000℃以上の温度域では反応は生成物側(上記式において右向き)へ活性化される。また、水性ガスシフト反応は1000℃以上の温度域では温度が高いほど反応速度が高いことが知られている。第1燃焼室21の1400℃以上1600℃以下の範囲では水性ガスシフト反応が活発であり、これによって燃焼効率が高められている。このように、本開示に係る燃焼炉2ではアンモニア混焼率が従来よりも高い50~99%やアンモニア専焼(アンモニア100%)であっても、アンモニアの着火保炎が実現される。なお、従来のアンモニア混焼バーナでは、アンモニアの混焼率はせいぜい20%程度である。
第1燃焼室21は還元雰囲気(低酸素雰囲気)であるので、アンモニアの燃焼によるNOxの生成は抑制される。また、第1燃焼室21では全ての一段燃焼用空気11が反応しても燃料Fの一部は未燃のまま残る。第1燃焼室21では、燃料Fの燃焼により生じた既燃ガスと燃料Fの未燃分の混じった高温ガスが生じる。この高温ガスは、絞り部23を通じて第2燃焼室22に流入し、先ず、NOx抑制燃焼ゾーン37で中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出した二段燃焼用空気12と出会う。高温ガス中の未燃分は、二段燃焼用空気12に含まれる酸素で燃焼する。第1燃焼室21と第2燃焼室22の間には冷却部24が存在し、第2燃焼室22の燃焼温度は第1燃焼室21よりも低い約1300℃以下となっている。
中間ノズル段39の複数の二段燃焼用空気ノズル26からは、燃料Fの供給量に対し空気比がλ2となるような供給量の二段燃焼用空気12が吹き出す。空気比λ2は、空気比λ1と空気比λ2の和が1未満となる値である[(λ1+λ2)<1]。但し、空気比λ2が過度に低いと燃焼が生じないため、空気比λ2は0.1よりも大きい値が望ましい。例えば、空気比λ1が0.7の場合、空気比λ2は0.1以上0.3未満の値となる。そして、所与の空気比λ2となる供給量の二段燃焼用空気12がNOx抑制燃焼ゾーン37へ供給されるように、二段燃焼用空気供給弁16で供給量が調整される。
空気比λ1+空気比λ2が1未満であることから、NOx抑制燃焼ゾーン37では還元雰囲気での燃焼が行われ、酸素と窒素の結合が抑制され、NOxの生成が抑制される。また、空気比λ1+空気比λ2が1未満であることから、NOx抑制燃焼ゾーン37を通過した高温ガスには未燃分が残っている。この高温ガスは完全燃焼ゾーン36へ流入し、最下流ノズル段38の複数の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出した二段燃焼用空気12と出会って、高温ガス中の未燃分は全て燃焼する。
最下流ノズル段38の複数の二段燃焼用空気ノズル26からは、燃料Fの供給量に対し空気比がλ3となるような供給量で二段燃焼用空気12が完全燃焼ゾーン36へ供給される。空気比λ3は、空気比λ1と空気比λ2と空気比λ3の和が1より大きく[(λ1+λ2+λ3)>1]、望ましくは、1.1より大きくなる値である。そして、所与の空気比λ3となる供給量の二段燃焼用空気12が最下流ノズル段38から完全燃焼ゾーン36へ供給されるように、二段燃焼用空気供給弁16で供給量が調整される。完全燃焼ゾーン36は酸化雰囲気となっており、完全燃焼ゾーン36では高温ガス中の未燃分の燃焼が促進される。
第2燃焼室22では、第1燃焼室21から流れ出た高温ガス中の未燃分の燃焼が完結する(即ち、完全燃焼する)。第2燃焼室22からの燃焼排ガスは、煙道28を通じて排ガス処理系統30へ流出する。煙道28に設けられた水管41で燃焼排ガスの熱が回収され、ボイラ本体40で蒸気が生成される。また、煙道28に設けられた過熱器管43で燃焼排ガスの熱が回収され、過熱器42で過熱蒸気が生成される。生成された過熱蒸気は、例えば発電設備の蒸気タービンで利用される。
〔変形例〕
図4は、アンモニア燃焼炉2の燃焼方法の変形例を説明する図である。前述の燃焼炉2の燃焼方法において、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から二段燃焼用空気12が吹き出すが、図4に示すように、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出す二段燃焼用空気12に還元剤として少量のアンモニア13が混合されていてもよい。中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出すガスは、アンモニア混合率が15%未満の、二段燃焼用空気12とアンモニア13の混合ガスである。なお、空気中のアンモニアの可燃範囲は、常圧・常温下で15-28体積%である。NOx抑制燃焼ゾーン37は、周囲が水冷壁で囲まれた冷却部24となっており、高温ガスの温度はアンモニアが還元剤として機能する温度(850℃以上1300℃以下)まで低下している。よって、NOx抑制燃焼ゾーン37において二段燃焼用空気12に同伴する可燃範囲よりも薄い濃度のアンモニアはNOxの還元剤として機能する。高温ガス中のNOxは、二段燃焼用空気12に同伴するアンモニア13と接触して、窒素と水に分解される。このように、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出すガスは二段燃焼用空気12であってよいが、二段燃焼用空気12に少量のアンモニア13が混合されたものであると、脱硝が生じ、燃焼炉2からのNOxの排出をより効果的に抑えることができる。
図4は、アンモニア燃焼炉2の燃焼方法の変形例を説明する図である。前述の燃焼炉2の燃焼方法において、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から二段燃焼用空気12が吹き出すが、図4に示すように、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出す二段燃焼用空気12に還元剤として少量のアンモニア13が混合されていてもよい。中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出すガスは、アンモニア混合率が15%未満の、二段燃焼用空気12とアンモニア13の混合ガスである。なお、空気中のアンモニアの可燃範囲は、常圧・常温下で15-28体積%である。NOx抑制燃焼ゾーン37は、周囲が水冷壁で囲まれた冷却部24となっており、高温ガスの温度はアンモニアが還元剤として機能する温度(850℃以上1300℃以下)まで低下している。よって、NOx抑制燃焼ゾーン37において二段燃焼用空気12に同伴する可燃範囲よりも薄い濃度のアンモニアはNOxの還元剤として機能する。高温ガス中のNOxは、二段燃焼用空気12に同伴するアンモニア13と接触して、窒素と水に分解される。このように、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から吹き出すガスは二段燃焼用空気12であってよいが、二段燃焼用空気12に少量のアンモニア13が混合されたものであると、脱硝が生じ、燃焼炉2からのNOxの排出をより効果的に抑えることができる。
燃焼炉2では、バーナ5及び二段燃焼用空気ノズル26から炉内へ供給されるアンモニアの比率を変更することができる。バーナ5では、燃料供給弁14の開度を変化させることにより、バーナ5から炉内へ噴き出すアンモニアを含む燃料Fの供給量を調整可能である。また、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から噴き出す二段燃焼用空気12に混入する還元剤としてのアンモニア13の供給量は、二段燃焼用空気ノズル26と接続されたアンモニア13の供給系統に配置されたアンモニア供給弁17で調整可能である。また、中間ノズル段39の二段燃焼用空気ノズル26から炉内へ供給される燃焼用空気の量は二段燃焼用空気12の供給系統に配置された二段燃焼用空気供給弁16で調整可能である。そして、二段燃焼用空気ノズル26から噴出する二段燃焼用空気12とアンモニア13との混合気のアンモニア混合率がアンモニアの可燃範囲未満となるように、二段燃焼用空気12の供給流量に対し、アンモニア供給弁17により調整されるアンモニア13の流量が調整される。二段燃焼用空気ノズル26から噴出する二段燃焼用空気12とアンモニア13との混合気のアンモニア混合率は、燃焼炉2の排ガス処理系統30に配置されたNOxセンサで検出されたNOxの濃度に基づいて調整されてよい。例えば、NOxの排出量が増えればアンモニア混合率を定常運転時よりも高くし、NOxの排出量が減少すればアンモニア混合率を定常運転時よりも低くしてよい。
〔総括〕
本開示の第1の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、
1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料Fの燃焼が行われる第1燃焼室21と、第1燃焼室21と接続されて第1燃焼室21から既燃ガス及び燃料Fの未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室22とを有する炉体20と、
第1燃焼室21へ燃料F及び一段燃焼用空気11を供給するバーナ5と、
第2燃焼室22へ二段燃焼用空気12を供給する二段燃焼用空気ノズル26と、を備えるものである。
本開示の第1の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、
1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料Fの燃焼が行われる第1燃焼室21と、第1燃焼室21と接続されて第1燃焼室21から既燃ガス及び燃料Fの未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室22とを有する炉体20と、
第1燃焼室21へ燃料F及び一段燃焼用空気11を供給するバーナ5と、
第2燃焼室22へ二段燃焼用空気12を供給する二段燃焼用空気ノズル26と、を備えるものである。
上記構成の燃焼炉2では、アンモニア燃料が1400℃以上1600℃以下の高温で燃焼するので、還元雰囲気(低酸素雰囲気)であっても、安定した着火と保炎が実現できる。また、アンモニア燃料は還元雰囲気で燃焼するので、NOxの生成が抑制される。
本開示の第2の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、第1の項目に係るアンモニア燃焼炉2において、バーナ5がアンモニア専焼バーナ、又は、アンモニア混焼率が低位発熱基準(LHV基準)で50%以上のアンモニア混焼バーナであるものである。
上記構成の燃焼炉2では、アンモニア燃料が高温で燃焼するので、補助燃料が無いアンモニア専焼、補助燃料が少ないアンモニア混焼であっても、安定した着火と保炎が実現できる。
本開示の第3の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、第1又は2の項目に係るアンモニア燃焼炉2において、
横方向に並ぶ複数の二段燃焼用空気ノズル26を1つのノズルとして、最下流ノズル段38と、第2燃焼室22の入口と最下流ノズル段38の間に配置された少なくとも1つの中間ノズル段39とを備え、
第2燃焼室22の入口から最下流ノズル段38までの領域がNOx抑制燃焼ゾーン37と規定され、NOx抑制燃焼ゾーン37が還元雰囲気となる供給量の二段燃焼用空気12が中間ノズル段39から供給されるものである。
横方向に並ぶ複数の二段燃焼用空気ノズル26を1つのノズルとして、最下流ノズル段38と、第2燃焼室22の入口と最下流ノズル段38の間に配置された少なくとも1つの中間ノズル段39とを備え、
第2燃焼室22の入口から最下流ノズル段38までの領域がNOx抑制燃焼ゾーン37と規定され、NOx抑制燃焼ゾーン37が還元雰囲気となる供給量の二段燃焼用空気12が中間ノズル段39から供給されるものである。
上記構成の燃焼炉2では、NOx抑制燃焼ゾーン37において、未燃分が還元雰囲気で燃焼するので、NOxの発生を抑制できる。
本開示の第4の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、第3の項目に係るアンモニア燃焼炉2において、
中間ノズル段39が、二段燃焼用空気12と燃範囲未満のアンモニア13の混合気を供給する二段燃焼用空気ノズル26を含むものである。
中間ノズル段39が、二段燃焼用空気12と燃範囲未満のアンモニア13の混合気を供給する二段燃焼用空気ノズル26を含むものである。
上記構成の燃焼炉2によれば、中間ノズル段39から供給されるアンモニアがNOxを還元する還元剤として機能する。これにより、燃焼炉2から排出されるNOxを更に低減できる。
本開示の第5の項目に係るアンモニア燃焼炉2は、第2乃至4のいずれかの項目に係るアンモニア燃焼炉2において、
燃料Fの供給量に対する一段燃焼用空気11の空気比λ1と、中間ノズル段39から供給された燃料Fの供給量に対する二段燃焼用空気12の空気比λ2の和が1未満であるものである。
燃料Fの供給量に対する一段燃焼用空気11の空気比λ1と、中間ノズル段39から供給された燃料Fの供給量に対する二段燃焼用空気12の空気比λ2の和が1未満であるものである。
上記構成の燃焼炉2では、第1燃焼室21及び第2燃焼室22のNOx抑制燃焼ゾーン37において、未燃分が還元雰囲気で燃焼するので、NOxの発生を抑制できる。
本開示の第6の項目に係る燃焼炉2は、第5の項目に係るアンモニア燃焼炉2において、
燃料Fの供給量に対する一段燃焼用空気11の空気比λ1と、最下流ノズル段38及び中間ノズル段39から供給された二段燃焼用空気12の空気比λ2,λ3との和が1より大きいものである。
燃料Fの供給量に対する一段燃焼用空気11の空気比λ1と、最下流ノズル段38及び中間ノズル段39から供給された二段燃焼用空気12の空気比λ2,λ3との和が1より大きいものである。
上記構成の燃焼炉2では、最下流ノズル段38より下流側では酸化雰囲気となって燃料Fの燃焼が促進される。これにより燃料Fの燃え残りを防ぐことができる。
以上の本開示の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で1つの実施形態に纏められているが、複数の特徴のうち幾つかが組み合わされてもよい。また、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わされてもよい。
2 :アンモニア燃焼炉
5 :バーナ
10 :ボイラ
11 :一段燃焼用空気
12 :二段燃焼用空気
13 :アンモニア
20 :炉体
21 :第1燃焼室
21 :燃焼室
22 :第2燃焼室
22 :燃焼室
26 :二段燃焼用空気ノズル
37 :NOx抑制燃焼ゾーン
38 :ノズル段
38 :最下流ノズル段
39 :ノズル段
39 :中間ノズル段
F :燃料
5 :バーナ
10 :ボイラ
11 :一段燃焼用空気
12 :二段燃焼用空気
13 :アンモニア
20 :炉体
21 :第1燃焼室
21 :燃焼室
22 :第2燃焼室
22 :燃焼室
26 :二段燃焼用空気ノズル
37 :NOx抑制燃焼ゾーン
38 :ノズル段
38 :最下流ノズル段
39 :ノズル段
39 :中間ノズル段
F :燃料
Claims (6)
- 1400℃以上1600℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第1燃焼室と、前記第1燃焼室と接続されて前記第1燃焼室から既燃ガス及び前記燃料の未燃分が流入する入口を有し1300℃以下で前記未燃分の燃焼が行われる第2燃焼室とを有する炉体と、
前記第1燃焼室へ前記燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、
前記第2燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備える、
アンモニア燃焼炉。 - 前記バーナがアンモニア専焼バーナ、又は、アンモニア混焼率が低位発熱量基準で50%以上のアンモニア混焼バーナである、
請求項1に記載のアンモニア燃焼炉。 - 横方向に並ぶ複数の前記二段燃焼用空気ノズルを1つのノズル段として、最下流ノズル段と、前記第2燃焼室の前記入口と前記最下流ノズル段の間に配置された少なくとも1つの中間ノズル段とを備え、
前記第2燃焼室の前記入口から前記最下流ノズル段までの領域がNOx抑制燃焼ゾーンと規定され、前記NOx抑制燃焼ゾーンが還元雰囲気となる供給量の前記二段燃焼用空気が前記中間ノズル段から供給される、
請求項1に記載のアンモニア燃焼炉。 - 前記中間ノズル段が、前記二段燃焼用空気と可燃範囲未満のアンモニアの混合気を供給する前記二段燃焼用空気ノズルを含む、
請求項3に記載のアンモニア燃焼炉。 - 前記燃料の供給量に対する前記一段燃焼用空気の空気比と、前記中間ノズル段から供給される前記燃料の供給量に対する前記二段燃焼用空気の空気比の和が1未満である、
請求項3又は4に記載のアンモニア燃焼炉。 - 前記燃料の供給量に対する前記一段燃焼用空気の空気比と、前記最下流ノズル段及び前記中間ノズル段から供給された前記二段燃焼用空気の空気比との和が1より大きい、
請求項5に記載のアンモニア燃焼炉。
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2022091145A JP2023178082A (ja) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | アンモニア燃焼炉 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2022091145A Pending JP2023178082A (ja) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | アンモニア燃焼炉 |
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- 2023-06-13 WO PCT/JP2023/021840 patent/WO2023234428A1/ja unknown
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WO2023234428A1 (ja) | 2023-12-07 |
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