JP6950464B2 - boiler - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラに関するものである。 The present invention relates to a boiler.
下記特許文献1には、アンモニアを含む燃料を燃焼させる複合エネルギーシステムが開示されている。この複合エネルギーシステムは、二酸化炭素の排出量を削減することを目的として、主燃料である天然ガスにアンモニアを添加して燃焼させるものである。
ところで、アンモニアを燃料の一部として燃焼させた場合には燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)の増加が懸念される。上記背景技術は、専ら二酸化炭素の排出量の削減を目的としており、窒素酸化物(NOx)を低減さることについて何ら解決策を提示するものではない。天然ガスのような炭素燃料とアンモニアのような窒素含有燃料とを一緒に燃焼させる場合には、実用性の観点から窒素酸化物(NOx)の増加を抑制することが必要不可欠である。 By the way, when ammonia is burned as a part of fuel, there is a concern that nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion gas will increase. The background technology is solely aimed at reducing carbon dioxide emissions and does not offer any solution for reducing nitrogen oxides (NOx). When a carbon fuel such as natural gas and a nitrogen-containing fuel such as ammonia are burned together, it is indispensable to suppress an increase in nitrogen oxides (NOx) from the viewpoint of practicality.
例えば、アンモニアには窒素酸化物(NOx)を還元する性質を有していることから、燃料と供給するアンモニアと別に、燃焼ガスに対して還元剤としてアンモニアを供給することが考えられる。燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)は、数ppm程度の微量なものであるため、この窒素酸化物(NOx)を還元するために必要となるアンモニアの供給量も少量となる。必要以上に還元剤として供給するアンモニアの流量を増加させると、排ガス中にアンモニアが残存するため、実際に還元剤として供給するアンモニアは少量に抑える必要がある。しかしながら、少量のアンモニアを供給する場合には火炉等の壁面から供給したアンモニアが火炉等の内部に到達することができず、十分に窒素酸化物(NOx)を還元することができない。 For example, since ammonia has a property of reducing nitrogen oxides (NOx), it is conceivable to supply ammonia as a reducing agent to the combustion gas separately from the fuel and the supplied ammonia. Since the amount of nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion gas is as small as several ppm, the amount of ammonia supplied for reducing the nitrogen oxides (NOx) is also small. If the flow rate of ammonia supplied as a reducing agent is increased more than necessary, ammonia remains in the exhaust gas, so it is necessary to limit the amount of ammonia actually supplied as a reducing agent to a small amount. However, when a small amount of ammonia is supplied, the ammonia supplied from the wall surface of the furnace or the like cannot reach the inside of the furnace or the like, and the nitrogen oxides (NOx) cannot be sufficiently reduced.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアを燃料として燃焼可能なボイラにおいて、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に到達させることで、少量の還元剤によって窒素酸化物(NOx)をより確実に還元させることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances. In a boiler capable of burning ammonia as fuel, nitrogen supplied as a reducing agent is brought to the center of a furnace or the like to bring nitrogen to a small amount of reducing agent. The purpose is to more reliably reduce oxides (NOx).
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention employs the following configuration as a means for solving the above problems.
第1の発明は、アンモニアを燃料として燃焼可能な燃焼装置と、上記燃焼装置が取り付けられた火炉と、燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスを案内する煙道とを備えるボイラであって、上記燃焼装置よりも燃焼ガスの下流位置にて上記火炉及び上記煙道の少なくとも一方に設置されると共に、アンモニアを還元剤として上記火炉あるいは上記煙道の平面視中央部に向けて噴射する噴射部を備えるという構成を採用する。 The first invention is a boiler including a combustion device capable of burning ammonia as fuel, a furnace equipped with the combustion device, and a flue for guiding a combustion gas generated by burning the fuel. An injection unit is installed in at least one of the furnace and the flue at a position downstream of the combustion device from the combustion device, and an injection unit that injects ammonia as a reducing agent toward the center of the furnace or the flue in a plan view. Adopt the configuration of preparing.
第2の発明は、上記第1の発明において、上記噴射部が、上記火炉あるいは上記煙道の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から上記平面視中央部に向けて噴射する噴射ノズルであるという構成を採用する。 In the second invention, in the first invention, the injection portion is provided on the wall portion of the furnace or the flue, and the flow velocity of the supplied ammonia is increased to increase the flow velocity of the supplied ammonia in a plan view from the side. A configuration is adopted in which the injection nozzle ejects toward the central portion.
第3の発明は、上記第2の発明において、上記噴射ノズルが、上記アンモニアを噴射する噴射開口を1つのみ有するという構成を採用する。 The third invention adopts the configuration in which the injection nozzle has only one injection opening for injecting ammonia in the second invention.
第4の発明は、上記第2または第3の発明において、異なる流速で上記アンモニアを噴射する複数の噴射ノズルを備えるという構成を採用する。 The fourth invention adopts the configuration in the second or third invention that includes a plurality of injection nozzles that inject the ammonia at different flow rates.
第5の発明は、上記第1の発明において、上記噴射部が、上記火炉の上部に配設された過熱器に固定されると共に上記アンモニアを下方に向けて噴出する複数のポートを有する下方噴射管であるという構成を採用する。 In the fifth aspect of the invention, in the first aspect of the present invention, the injection section is fixed to a superheater arranged in the upper part of the furnace and has a plurality of ports for ejecting ammonia downward. Adopt a configuration that is a tube.
第6の発明は、上記第1の発明において、上記噴射部が、上記火炉あるいは上記煙道の少なくとも一方の内部に配設されると共に複数のノズルが設けられたノズルヘッダであるという構成を採用する。 The sixth invention adopts the configuration in which the injection portion is a nozzle header arranged inside at least one of the furnace or the flue and provided with a plurality of nozzles in the first invention. do.
第7の発明は、上記第1の発明において、上記噴射部が、先端部が上記平面視中央部に位置すると共に上記先端部に複数の噴射開口を有する複数開口型噴射ノズルであるという構成を採用する。 A seventh aspect of the present invention is the first invention, wherein the injection portion is a multi-opening type injection nozzle having a tip portion located at the center portion in a plan view and having a plurality of injection openings at the tip portion. adopt.
第8の発明は、上記第7の発明において、水平方向に上記アンモニアを噴射する上記噴射開口と、鉛直方向に上記アンモニアを噴射する上記噴射開口とを有するという構成を採用する。 The eighth invention adopts the configuration in which the seventh invention has the injection opening for injecting the ammonia in the horizontal direction and the injection opening for injecting the ammonia in the vertical direction.
本発明によれば、還元剤として作用するアンモニアが噴射部によって火炉あるいは煙道の平面視中央部に向けて噴射される。このため、例えば火炉や煙道の壁部にポートを設けて還元剤として作用するアンモニアを供給する場合と比較して、当該アンモニアを確実に火炉あるいは煙道の平面視中央部に到達させることができる。したがって、本発明によれば、アンモニアを燃料として燃焼可能なボイラにおいて、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に容易に到達させることが可能となる。 According to the present invention, ammonia acting as a reducing agent is injected by the injection unit toward the center of the furnace or the flue in a plan view. Therefore, as compared with the case where a port is provided on the wall of the furnace or the flue to supply ammonia that acts as a reducing agent, the ammonia can be surely reached the central part of the furnace or the flue in a plan view. can. Therefore, according to the present invention, in a boiler capable of burning ammonia as fuel, ammonia supplied as a reducing agent can be easily reached at the center of a furnace or the like.
以下、図面を参照して、本発明に係るボイラの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of the boiler according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member recognizable.
(第1実施形態)
図1は、本第1実施形態のボイラ1の要部構成を示す模式図である。図1に示すように、ボイラ1は、火炉2と、煙道3と、バーナ4(燃焼装置)と、二段燃焼空気供給部5と、アンモニア供給部6と、微粉炭供給部7とを備えている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a main part of the
火炉2は、垂直かつ筒状に設けられた炉壁によって構成され、アンモニアや微粉炭等の燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉体である。この火炉2では、燃料が燃焼することによって高温の燃焼ガスが発生する。また、火炉2の底部には、燃料の燃焼によって発生する灰分を外部に排出する排出口2aが設けられている。
The
煙道3は、火炉2の上部と接続され、火炉2で発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に案内する。このような煙道3は、火炉2の上部から水平に延出する水平煙道3aと、水平煙道3aの端部から下方に延出する後部煙道3bとを備えている。
The
なお、図1では省略しているが、ボイラ1は、火炉2の上部等に設置される過熱器を備えている。過熱器は、火炉2で発生した燃焼熱と水とを熱交換することによって水蒸気を生成する。また、図1では省略しているが、ボイラ1は、必要に応じて再熱器、節炭器、空気予熱器等を備える。
Although omitted in FIG. 1, the
バーナ4は、火炉2の下部の壁部に配置されている。このバーナ4は、火炉2の周方向に複数設置されている。また、図1では省略しているが、バーナ4は、火炉2の高さ方向にも複数設置されている。これらのバーナ4は、火炉2の下部に二次元状かつ対向配置されており、燃料を噴射して燃焼させる。これらのバーナ4は、何れもアンモニア及び微粉炭を燃料として火炉2内に噴射可能な複合バーナである。なお、図1では省略しているが、火炉2にはバーナ4から噴射された燃料(アンモニア及び微粉炭)を着火させる着火装置が設けられている。また、図1では省略しているが、ボイラ1は、バーナ4に対して燃焼空気を供給する燃焼空気供給部を有している。各バーナ4から火炉2内に燃焼空気と共に噴射された燃料(アンモニア及び微粉炭)は、上述の着火装置の働きによって着火して燃焼する。
The burner 4 is arranged on the lower wall of the
なお、ボイラ1に設置されるバーナ4は、全てが上述のような複合バーナである必要はない。例えば、石炭専焼のバーナやアンモニア専焼のバーナを備える構成を採用することもできる。ただし、本実施形態のボイラ1においては、少なくとも1つのバーナ4がアンモニアを燃料として燃焼可能とされており、火炉2の内部にてアンモニアと微粉炭との混焼が可能とされている。
The burners 4 installed in the
ここで、アンモニアは、分子式(NH3)によって示されるように水素(H)と窒素(N)との化合物であり、構成原子として炭素(C)を含まない。また、このアンモニア(低炭素燃料)は、難燃性の物質として知られるものの、メタン(CH3)と同様に3つの水素原子を有する水素キャリア物質である。一方、微粉炭は、化石燃料である石炭を数マイクロメートル程度の大きさまで粉砕処理したものであり、ボイラ用の燃料として一般的に使用されている。すなわち、アンモニアは、微粉炭(炭素燃料)よりも炭素濃度が低い低炭素燃料である。 Here, ammonia is a compound of hydrogen (H) and nitrogen (N) as shown by the molecular formula (NH 3 ), and does not contain carbon (C) as a constituent atom. Although this ammonia (low carbon fuel) is known as a flame-retardant substance, it is a hydrogen carrier substance having three hydrogen atoms like methane (CH 3). On the other hand, pulverized coal is a fossil fuel obtained by crushing coal to a size of about several micrometers, and is generally used as a fuel for boilers. That is, ammonia is a low-carbon fuel having a lower carbon concentration than pulverized coal (carbon fuel).
二段燃焼空気供給部5は、バーナ4の上方にて火炉2と接続されており、火炉2の内部に二段燃焼用の空気を供給する。このような二段燃焼空気供給部5によって二段燃焼用の空気を供給することで、バーナ4で燃焼された燃料の未燃分が二段燃焼空気によって燃焼され、ボイラ1の収熱性能を高めると共に、排ガスに含まれる燃料の未燃分を減少させることができる。
The two-stage combustion
アンモニア供給部6は、アンモニア供給源6aと、燃料アンモニア供給部6bと、還元剤供給部6cと、アンモニア供給制御装置6dとを備えている。アンモニア供給源6aは、アンモニアを貯蔵するタンク等からなる。なお、アンモニア供給源6aは、必ずしもアンモニア供給部6の構成要素である必要はない。つまり、アンモニア供給部6は、外部に設置されたアンモニア供給源6aからアンモニアを取り込むようにしても良い。
The ammonia supply unit 6 includes an
燃料アンモニア供給部6bは、アンモニア供給源6aとバーナ4とを接続する燃料アンモニア供給配管6b1と、燃料アンモニア供給配管6b1の途中部位に設置される全体流量調節弁6b2及び燃料アンモニア流量調節弁6b3とを備えている。燃料アンモニア供給配管6b1は、アンモニア供給源6aから供給されたアンモニアのうち、バーナ4に燃料として供給される分(燃料アンモニア)を案内する配管である。全体流量調節弁6b2は、アンモニア供給源6aから燃料アンモニア供給配管6b1に供給されるアンモニアの全体流量を調節するバルブである。なお、アンモニアの全体流量は、燃料アンモニアの流量に対して、還元剤供給部6cを介して還元剤として火炉2等に供給されるアンモニア(還元剤アンモニア)の流量を加えた流量となる。燃料アンモニア流量調節弁6b3は、全体流量調節弁6b2よりも下流側に配置されており、燃料アンモニアの流量を調節するバルブである。
The fuel
還元剤供給部6cは、バーナ4よりも燃焼ガスの下流位置(すなわち上方)に還元剤アンモニアを供給するものであり、火炉2に接続された還元剤供給配管6c1と、還元剤供給配管6c1の途中部位に設置された還元剤流量調節弁6c2と、還元剤供給配管6c1に接続された噴射ノズル6c3(噴射部)とを備えている。還元剤供給配管6c1は、全体流量調節弁6b2と燃料アンモニア流量調節弁6b3との間にて一端が燃料アンモニア供給配管6b1と接続されている。この還元剤供給配管6c1は、燃料アンモニア供給部6bから燃料アンモニアの一部を取り込んで、還元剤アンモニアとして噴射ノズル6c3に案内する。還元剤流量調節弁6c2は、還元剤アンモニアの流量を調節するバルブである。
The reducing
図2(a)は噴射ノズル6c3の軸芯Lを含む面での断面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A断面図である。これらの図に示すように、噴射ノズル6c3は、軸芯Lを中心とする円筒形状の直管型のノズルであり、還元剤アンモニアを噴射する噴射開口20を先端に1つのみ有している。噴射開口20は、噴射ノズル6c3の軸芯Lと中心が重なるように形成されている。つまり、図2(b)に示すように、噴射開口20は、噴射ノズル6c3の軸芯Lに沿った方向から見て、噴射ノズル6c3の中央に形成されている。また、噴射開口20の直径D1は、噴射ノズル6c3の内部流路の直径D2よりも小さく設定されている。このような噴射ノズル6c3は、還元剤供給配管6c1から内部流路に供給された還元剤アンモニアを噴射開口20から外部に噴射する。このとき、噴射ノズル6c3が、内部流路の直径D2よりも小さな直径D1を有する噴射開口20を1つのみ有しているため、内部流路に供給された還元剤アンモニアは、噴射開口20を通過する際に加速される。つまり、噴射ノズル6c3は、内部流路に供給された還元剤アンモニアを、流速を増大させて噴射する。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the injection nozzle 6c3 including the shaft core L, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2A. As shown in these figures, the injection nozzle 6c3 is a cylindrical straight tube type nozzle centered on the shaft core L, and has only one injection opening 20 at the tip for injecting the reducing agent ammonia. .. The
図1に示すように、噴射ノズル6c3は、還元剤供給配管6c1と接続された根元部が火炉2に固定されようにして火炉2の壁部に設けられており、先端を火炉2の平面視中央部に向かうように水平配置されている。つまり、噴射ノズル6c3は、噴射開口20が火炉2の平面視中央部に向かうように水平配置されている。このような噴射ノズル6c3は、還元剤供給配管6c1から供給された還元剤アンモニアを、流速を増大させて火炉2の平面視側方から平面視中央部に向けて噴射する。なお、図1に示すように、噴射ノズル6c3は複数設けられている。これらの噴射ノズル6c3は、例えば、同一高さ位置にて火炉2の中央を囲むように配列されている。
As shown in FIG. 1, the injection nozzle 6c3 is provided on the wall portion of the
例えば、図1に示すように、火炉2及び煙道3の内部を、火炎が形成されるバーナ領域R1と、二段燃焼が行われる二段燃焼領域R2と、火炉2の上部及び水平煙道3aの内部を含む上部領域R3と、後部煙道3bの内部を含む後部領域R4とに分ける。ここで、本実施形態においては、還元剤供給部6cは、二段燃焼領域R2に噴射ノズル6c3が設けられ、二段燃焼領域R2に還元剤アンモニアを供給する。ただし、還元剤アンモニアをバーナ領域R1、上部領域R3あるいは後部領域R4に供給することも可能である。また、還元剤アンモニアを、バーナ領域R1、二段燃焼領域R2、上部領域R3及び後部領域R4の複数に供給することも可能である。
For example, as shown in FIG. 1, inside the
アンモニア供給制御装置6dは、全体流量調節弁6b2、燃料アンモニア流量調節弁6b3及び還元剤流量調節弁6c2を制御し、全体流量調節弁6b2、燃料アンモニア流量調節弁6b3及び還元剤流量調節弁6c2の開度を調節する。アンモニア供給制御装置6dは、外部の指令等に基づいて、全体流量調節弁6b2の開度を調節することによってアンモニア供給源6aから取り込まれるアンモニアの全体流量を調節する。
The ammonia
また、燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2との開度によって、アンモニア供給源6aから取り込まれるアンモニアの燃料アンモニアと還元剤アンモニアとへの配分が定まる。つまり、燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2とは、燃料アンモニアと還元剤アンモニアとの配分割合を調節する機構(配分調節機構6b4)を構成している。アンモニア供給制御装置6dは、これらの燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2と含む配分調節機構6b4を制御することによって、燃料アンモニアと還元剤アンモニアとの配分割合を調節する。
Further, the opening degree between the fuel ammonia flow control valve 6b3 and the reducing agent flow control valve 6c2 determines the distribution of ammonia taken in from the
また、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量と燃料アンモニアの流量とを合わせたアンモニアの全体流量を、還元剤アンモニアの流量に合わせて調節する制御する。例えば、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量を増加する場合には、全体流量調節弁6b2の開度を増加し、アンモニアの全体流量を還元剤アンモニアの流量の増加分と同一分増加する。また、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量を減少する場合には、全体流量調節弁6b2の開度を減少し、アンモニアの全体流量を還元剤アンモニアの流量の減少分と同一分減少する。この結果、バーナ4に供給される燃料アンモニアの流量を常に一定とすることが可能となる。
Further, in the present embodiment, the ammonia
微粉炭供給部7は、バーナ4と接続されており、石炭を粉砕して微粉炭とすると共に微粉炭をバーナ4に対して供給する。この微粉炭供給部7は、例えば石炭を数マイクロメートル程度の粒径まで粉砕して微粉炭とするミルと、ミルによって生成された微粉炭をバーナ4に供給する給炭機とを備えている。なお、微粉炭供給部7は、給炭機を備えずにミルから直接的に微粉炭をバーナ4に供給する構成とすることもできる。
The pulverized
このような本実施形態のボイラ1では、アンモニア供給部6からバーナ4に燃料アンモニアが供給され、微粉炭供給部7からバーナ4に微粉炭が供給され、燃料アンモニア及び微粉炭を燃料としてバーナ4で火炎が形成される。また、二段燃焼空気供給部5によって二段燃焼用の空気が火炉2の内部に供給されることによって、燃焼ガスに含まれる未燃の燃料が燃焼される。燃料が燃焼されることで生成された燃焼ガスは、火炉2の下部から上部に移動し、煙道3を通じて外部に案内される。
In such a
また、本実施形態のボイラ1では、燃料アンモニアの一部がアンモニア供給部6の還元剤供給部6cによって還元剤アンモニアとして火炉2の内部に供給される。この結果、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)が還元される。このとき、還元剤アンモニアは、噴射ノズル6c3によって、流速が増大されて、火炉2の平面視中央部に向けて噴射される。このように噴射された還元剤アンモニアは、流速が速いことから貫通力が増し、火炉2の平面視中央部まで到達する。このため、火炉2の平面視中央部においても、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を還元することができる。
Further, in the
以上のような本実施形態のボイラ1によれば、還元剤アンモニアが噴射ノズル6c3によって火炉2の平面視中央部に向けて噴射される。このため、例えば火炉2や煙道3の壁部にポートを設けて還元剤アンモニアを供給する場合と比較して、還元剤アンモニアを確実に火炉2の平面視中央部に到達させることができる。したがって、本実施形態のボイラ1によれば、アンモニアを燃料として燃焼可能なボイラにおいて、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に容易に到達させることが可能となる。したがって、本実施形態のボイラ1によれば、還元剤として供給するアンモニアを火炉2の中心部に容易に到達させることが可能となり、還元剤として供給されるアンモニアを最小限に抑えつつ、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)をより確実に還元することが可能となる。
According to the
また、本実施形態のボイラ1においては、火炉2の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から平面視中央部に向けて噴射する噴射ノズル6c3によって、還元剤アンモニアを火炉2の平面視中央部に到達させている。このため、簡易な構造で、還元剤として供給するアンモニアを火炉2の中心部に容易に到達させることが可能となる。
Further, in the
また、本実施形態のボイラ1においては、噴射ノズル6c3が、還元剤アンモニアを噴射する噴射開口20を1つのみ備えている。このため、簡易な構造にて、噴射ノズル6c3の内部流路に供給された還元剤アンモニアを加速させることが可能となる。
Further, in the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図3は、本第2実施形態のボイラ1Aの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本第2実施形態のボイラ1Aでは、噴射ノズル6c3が高さ方向に配列されて複数設けられている。高さ方向にて異なる位置に配置された噴射ノズル6c3は、直径の異なる噴射開口20(図2参照)を有しており、異なる流速にて還元剤アンモニアを噴射する。つまり、本実施形態においては、異なる流速で還元剤アンモニアを噴射する複数の噴射ノズル6c3を備えている。
FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1A of the second embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1A of the second embodiment, a plurality of injection nozzles 6c3 are arranged in the height direction and provided. The injection nozzles 6c3 arranged at different positions in the height direction have
また、本実施形態のボイラ1Aでは、還元剤供給配管6c1の先端部が分岐し、各々の噴射ノズル6c3に接続されている。また、分岐した還元剤供給配管6c1の先端部の各々に対して、アンモニア供給制御装置6dによって開閉される開閉弁6c8が設けられている。
Further, in the boiler 1A of the present embodiment, the tip end portion of the reducing agent supply pipe 6c1 is branched and connected to each injection nozzle 6c3. Further, an on-off valve 6c8 opened and closed by the ammonia
このような本実施形態のボイラ1Aによれば、各々の開閉弁6c8の開閉を調節することによって、還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル6c3を選択することによって、還元剤アンモニアの流速を変更することが可能となる。 According to the boiler 1A of the present embodiment as described above, the flow velocity of the reducing agent ammonia is changed by selecting the injection nozzle 6c3 for injecting the reducing agent ammonia by adjusting the opening and closing of each on-off valve 6c8. Is possible.
例えば、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)によって、必要となる還元剤アンモニアの流量が定まる。この還元剤アンモニアの流量が少ない場合には、相対的に速い流速にて還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル6c3から火炉2の内部に還元剤アンモニアを噴射する。反対に、必要となる還元剤アンモニアの流量が多い場合には、相対的に遅い流速にて還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル6c3から火炉2の内部に還元剤アンモニアを噴射する。
For example, the nitrogen oxide (NOx) contained in the combustion gas determines the required flow rate of the reducing agent ammonia. When the flow rate of the reducing agent ammonia is small, the reducing agent ammonia is injected into the inside of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本第3実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the description of the third embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図4は、本第3実施形態のボイラ1Bの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本第3実施形態のボイラ1Bでは、火炉2の上部に配置された過熱器8に対して、下方噴射管6c4(噴射部)が設けられている。
FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a main part of the
下方噴射管6c4は、還元剤供給部6cに含まれる部材であり、還元剤供給配管6c1に接続されている。この下方噴射管6c4は、還元剤アンモニアを下方に向けて噴出する複数のポートを有しており、平面視にて火炉2の中央部を跨ぐように設けられている。
The lower injection pipe 6c4 is a member included in the reducing
このような本実施形態のボイラ1Bによれば、下方噴射管6c4によって火炉2の中央部に直接的に還元剤アンモニアを送ることができ、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)をより確実に還元することが可能となる。また、下方噴射管6c4を過熱器8に固定しているため、下方噴射管6c4を支持する部材を別途設けたり、下方噴射管6c4の剛性を向上させたりする必要がない。
According to the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本第4実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the description of the fourth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図5は、本第4実施形態のボイラ1Cの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本第4実施形態のボイラ1Cでは、還元剤供給部6cが、火炉2の内部に配設されると共に還元剤アンモニアを火炉2の内部に噴射するノズルヘッダ6c5(噴射部)を備えている。このようなノズルヘッダ6c5は、端部が還元剤供給配管6c1に接続され、長手方向に複数のノズルが形成された直管である。このようなノズルヘッダ6c5は、還元剤供給配管6c1から供給された還元剤アンモニアを複数のノズルから分散して噴射する。
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1C of the fourth embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1C of the fourth embodiment, the reducing
このような本実施形態のボイラ1Cによれば、少量の還元剤アンモニアであっても、還元剤アンモニアを火炉2の中心部に確実に到達させることができ、より確実に窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。また、本実施形態のボイラ1Cによれば、ノズルヘッダ6c5の設置箇所を変更することによって、火炉2等の任意の領域に対して還元剤アンモニアを供給することが可能となる。
According to the boiler 1C of the present embodiment as described above, even with a small amount of reducing agent ammonia, the reducing agent ammonia can be reliably reached to the central portion of the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。なお、本第5実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Fifth Embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the description of the fifth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図6は、本第5実施形態のボイラ1Dの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Dでは、還元剤供給部6cが、上記第1実施形態の噴射ノズル6c3に換えて、複数開口型噴射ノズル6c6(噴射部)を備えている。
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration of a main part of the
複数開口型噴射ノズル6c6は、上記第1実施形態の噴射ノズル6c3よりも長く、先端部が火炉2の平面視中央部に到達する長さ寸法とされている。図7(a)は複数開口型噴射ノズル6c6の軸芯Lを含む面での断面図であり、図7(b)は図7(a)のB−B断面図である。これらの図に示すように、複数開口型噴射ノズル6c6の先端部には、水平方向に還元剤アンモニアを噴射する複数の噴射開口21が設けられている。これらの噴射開口21は、図7(b)に示すように、複数開口型噴射ノズル6c6の軸芯Lを囲むように環状に配列されている。
The multi-aperture injection nozzle 6c6 is longer than the injection nozzle 6c3 of the first embodiment, and has a length dimension such that the tip portion reaches the central portion in the plan view of the
このような複数開口型噴射ノズル6c6は、火炉2の平面視中央部に位置する先端部に設けられた複数の噴射開口21から還元剤アンモニアを分散して噴出する。このような複数開口型噴射ノズル6c6を備える本実施形態のボイラ1Dによれば、火炉2の中央部の広い範囲に還元剤アンモニアを噴出することができる。このため、例えば少なく本数にて、効果的に還元剤アンモニアを火炉2の中央部に到達させることが可能となる。
Such a multi-opening type injection nozzle 6c6 disperses and ejects reducing agent ammonia from a plurality of
なお、図8に示すように、複数開口型噴射ノズル6c6に換えて、軸芯Lの径方向外側(鉛直方向を含む)に向けて還元剤アンモニアを噴射する複数開口型噴射ノズル6c7を備える構成を採用することも可能である。 As shown in FIG. 8, instead of the multi-opening type injection nozzle 6c6, a multi-opening type injection nozzle 6c7 for injecting the reducing agent ammonia toward the radial outside (including the vertical direction) of the shaft core L is provided. It is also possible to adopt.
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。なお、本第6実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Sixth Embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the description of the sixth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図9は、本第6実施形態のボイラ1Eの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Eでは、燃料アンモニア供給部6bと、還元剤供給部6cとが各々異なるアンモニア供給源6aに接続されている。つまり、本実施形態のボイラ1Eにおいては、還元剤供給部6cは、燃料として供給されるアンモニアの一部の還元剤アンモニアとして火炉2に供給するのではなく、還元剤専用とされた還元剤アンモニアを火炉2に供給する。
FIG. 9 is a schematic view showing a configuration of a main part of the
このような本実施形態のボイラ1Eによれば、還元剤アンモニアの流量を変更するような場合に、還元剤アンモニアの流量変更が燃料アンモニアの流量に影響を与えることを防止することができる。このため、常に規定量の燃料アンモニアをバーナ4に対して供給することができる。
According to the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、微粉炭とアンモニアとを燃料として混焼させるボイラについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、天然ガスとアンモニアを燃料として混焼させる構成、重油や軽油とアンモニアを燃料として混焼させる構成、あるいは、アンモニアのみを燃料として燃焼させる構成等を採用することが可能である。 For example, in the above embodiment, a boiler that co-fires pulverized coal and ammonia as fuel has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to adopt a configuration in which natural gas and ammonia are co-fired as fuel, a configuration in which heavy oil or light oil and ammonia are co-fired as fuel, a configuration in which only ammonia is burned as fuel, and the like.
また、例えば、燃料アンモニア供給配管6b1及び還元剤供給配管6c1の両方あるいはいずれかに逆止弁を設けるようにしても良い。 Further, for example, a check valve may be provided in both or one of the fuel ammonia supply pipe 6b1 and the reducing agent supply pipe 6c1.
また、還元剤アンモニアを上方のみに噴射する噴射部を設ける構成を採用することも可能である。また、還元剤アンモニアを下方のみに噴射する噴射部を設ける構成を採用することも可能である。さらに、還元剤アンモニアを上方のみに噴射する噴射部と還元剤アンモニアを下方のみに噴射する噴射部とを両方備え、選択的に還元剤アンモニアを供給するようにしても良い。例えば、還元剤アンモニアを上方に噴射した場合には、燃焼ガスの流れ方向に沿って還元剤アンモニアが噴射されるため、火炉2等における還元剤アンモニアの滞留時間を短くすることができる。また、還元剤アンモニアを下方に噴射した場合には、燃焼ガスの流れ方向に逆らって還元剤アンモニアが噴射されるため、火炉2等における還元剤アンモニアの滞留時間を長くすることができる。
It is also possible to adopt a configuration in which an injection unit for injecting the reducing agent ammonia only upward is provided. It is also possible to adopt a configuration in which an injection unit for injecting the reducing agent ammonia only downward is provided. Further, both an injection unit that injects the reducing agent ammonia only upward and an injection unit that injects the reducing agent ammonia only downward may be provided to selectively supply the reducing agent ammonia. For example, when the reducing agent ammonia is injected upward, the reducing agent ammonia is injected along the flow direction of the combustion gas, so that the residence time of the reducing agent ammonia in the
1……ボイラ
1A……ボイラ
1B……ボイラ
1C……ボイラ
1D……ボイラ
1E……ボイラ
2……火炉
2a……排出口
3……煙道
3a……水平煙道
3b……後部煙道
4……バーナ
5……二段燃焼空気供給部
6……アンモニア供給部
6a……アンモニア供給源
6b……燃料アンモニア供給部
6b1……燃料アンモニア供給配管
6b2……全体流量調節弁
6b3……燃料アンモニア流量調節弁
6b4……配分調節機構
6c……還元剤供給部
6c1……還元剤供給配管
6c2……還元剤流量調節弁
6c3……噴射ノズル(噴射部)
6c4……下方噴射管(噴射部)
6c5……ノズルヘッダ(噴射部)
6c6……複数開口型噴射ノズル(噴射部)
6c7……複数開口型噴射ノズル(噴射部)
6c8……開閉弁
6d……アンモニア供給制御装置
7……微粉炭供給部
8……過熱器
20……噴射開口
21……噴射開口
R1……バーナ領域
R2……二段燃焼領域
R3……上部領域
R4……後部領域
1 …… Boiler 1A ……
6c4 …… Lower injection pipe (injection part)
6c5 …… Nozzle header (injection part)
6c6 …… Multiple opening type injection nozzle (injection part)
6c7 …… Multiple opening type injection nozzle (injection part)
6c8 …… On-off
Claims (2)
前記燃焼装置よりも燃焼ガスの下流位置にて前記火炉に設置されると共に、アンモニアを還元剤として前記火炉の中心部に向けて噴射する噴射部を備え、
前記噴射部は、前記火炉の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から前記火炉の前記中心部に向けて噴射する噴射ノズルであり、
前記噴射ノズルは、先端を前記火炉の前記中心部に向けて前記火炉の前記壁部から水平に延伸して設けられると共に前記先端に前記アンモニアを噴射する噴射開口を1つのみ有し、
前記噴射ノズルは、同一高さ位置にて前記火炉の前記中心部を囲むように配列されて複数設けられている
ことを特徴とするボイラ。 A boiler equipped with a combustion device capable of burning ammonia as fuel, a furnace equipped with the combustion device, and a flue for guiding the combustion gas generated by burning the fuel.
It is installed in the furnace at a position downstream of the combustion gas from the combustion device, and is provided with an injection unit that injects ammonia as a reducing agent toward the center of the furnace.
The injection unit is an injection nozzle provided on the wall portion of the furnace and injects the supplied ammonia from the side in a plan view toward the center portion of the furnace by increasing the flow velocity of the supplied ammonia.
The injection nozzle is provided with its tip extending horizontally from the wall portion of the furnace toward the central portion of the furnace, and has only one injection opening at the tip for injecting the ammonia.
A boiler characterized in that a plurality of the injection nozzles are arranged at the same height position so as to surround the central portion of the furnace.
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