JP7079068B2 - Thermal power plant, boiler and how to modify boiler - Google Patents

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Description

本発明は、火力発電プラント、ボイラ及びボイラの改造方法の分野に関する。 The present invention relates to the field of thermal power plants, boilers and methods of modifying boilers.

従来、火力発電プラントにおいては、地球環境への影響を考慮して、二酸化炭素排出量を削減することが課題となっており、化石燃料の消費量削減や化石燃料に代わるエネルギー資源への転換が図られている。このような低炭素社会に向けた環境に優しい新たなエネルギー資源として、炭素を含有しないため燃焼時に二酸化炭素を生じることがないアンモニア及び水素が注目されている。この中でもアンモニアは、貯蔵や輸送技術が確立されているため、将来のエネルギーのキャリア媒体として有望とされており、将来産ガス国で天然ガスからアンモニアを製造して発生する二酸化炭素を、例えば、石油増進回収技術（ＥＯＲ）や二酸化炭素回収貯留技術（ＣＣＳ）で地中に貯留することができれば二酸化炭素を排出しないエネルギーとして注目される。 Conventionally, in thermal power plants, it has been an issue to reduce carbon dioxide emissions in consideration of the impact on the global environment, and reduction of fossil fuel consumption and conversion to energy resources to replace fossil fuels have been made. It is planned. Ammonia and hydrogen, which do not contain carbon and do not generate carbon dioxide during combustion, are attracting attention as new environment-friendly energy resources for such a low-carbon society. Among them, ammonia is promising as a carrier medium for future energy because storage and transportation technologies have been established, and carbon dioxide generated by producing carbon dioxide from natural gas in future gas-producing countries, for example, If it can be stored in the ground by oil promotion recovery technology (EOR) and carbon dioxide capture and storage technology (CCS), it will attract attention as energy that does not emit carbon dioxide.

かかるアンモニアを用いた技術として、特許文献１には尿素を燃料とするカーボンフリーの水素リッチアンモニアの製造方法や次世代カーボンフリーボイラに関する技術が開示されている。具体的には、尿素水を供給する尿素水供給源、尿素水を加水分解してアンモニアを生成するとともにアンモニアの一部を水素と窒素とに転化して水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクター、燃焼用空気と高温の水素リッチアンモニアとを燃焼させてボイラ本体で高圧蒸気を発生させる水素リッチアンモニア燃焼バーナ、及び、アンモニアの残部と水素リッチガスとの混合ガスを水素リッチアンモニア燃焼バーナに供給する水素リッチアンモニア供給ライン、等を用いて燃焼用空気と水素リッチアンモニアとを燃焼させる。そして、発生した熱により生成した高圧蒸気により蒸気タービンを作動させて発電機を駆動する。
また、ボイラではないが、アンモニアを燃料とし、内燃機関の燃焼排ガスの熱エネルギーを回収して燃焼性を改善する技術が特許文献２に開示されている。また、特許文献３にはアンモニアを燃料として外部からの熱供給によらずに分解する方法としてオートサーマル法や未反応のアンモニアを分離する方法として吸脱着による方法が開示されている。 As a technique using such ammonia, Patent Document 1 discloses a method for producing carbon-free hydrogen-rich ammonia using urea as a fuel and a technique for a next-generation carbon-free boiler. Specifically, a urea water supply source that supplies urea water, a hydrogen-rich ammonia generation reactor that hydrolyzes urea water to generate ammonia and converts part of the ammonia into hydrogen and nitrogen to produce hydrogen-rich gas. , A hydrogen-rich ammonia combustion burner that burns combustion air and high-temperature hydrogen-rich ammonia to generate high-pressure steam in the boiler body, and supplies a mixed gas of the balance of ammonia and hydrogen-rich gas to the hydrogen-rich ammonia combustion burner. Burn the combustion air and hydrogen-rich ammonia using a hydrogen-rich ammonia supply line, etc. Then, the steam turbine is operated by the high-pressure steam generated by the generated heat to drive the generator.
Further, although it is not a boiler, Patent Document 2 discloses a technique of using ammonia as a fuel to recover the thermal energy of the combustion exhaust gas of an internal combustion engine to improve the combustibility. Further, Patent Document 3 discloses an autothermal method as a method of decomposing ammonia as a fuel without using heat supply from the outside, and a method of adsorption / desorption as a method of separating unreacted ammonia.

特許第５３１５４９２号公報Japanese Patent No. 5315492 特開平５－３３２１５２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-332152 特開２０１５－５９０７５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-59075

しかし、アンモニアは難燃性で燃焼速度が遅く、ボイラの燃料として使用する場合は未燃アンモニアが排出されたり、排ガス中のＮＯｘ濃度が増加したりすることが知られている。
この点、特許文献１に記載のボイラは、火炉内に水素リッチアンモニアを供給するように構成されているが、水素リッチアンモニアが未転化分のアンモニアを含んでいる可能性があり、その程度によっては必ずしも火炉出口における実際の未燃アンモニアやＮＯｘ排出量を好適に低減し切れないという問題がある。このため、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制やＮＯｘ濃度の低減を図ることができる火力発電プラント又はボイラの開発が望まれていた。 However, it is known that ammonia is flame-retardant and has a slow combustion rate, and when it is used as a fuel for a boiler, unburned ammonia is discharged and the NOx concentration in the exhaust gas increases.
In this regard, the boiler described in Patent Document 1 is configured to supply hydrogen-rich ammonia into the furnace, but hydrogen-rich ammonia may contain unconverted ammonia depending on the degree thereof. Has a problem that the actual amount of unburned ammonia and NOx emissions at the outlet of the furnace cannot always be adequately reduced. For this reason, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, it is necessary to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. It has been desired to develop a thermal power generation plant or a boiler that can generate the fuel.

上記事情に鑑み、本発明における幾つかの実施形態では、上述した課題の少なくとも一つを解決することを目的とし、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつＮＯｘ濃度の低減を図ることができる高効率かつ経済的な火力発電プラント、ボイラ又はボイラの改造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, in some embodiments of the present invention, for the purpose of solving at least one of the above-mentioned problems, carbon dioxide is not generated during combustion, and storage and transportation techniques for ammonia have been established. To provide a highly efficient and economical thermal power plant, boiler or boiler modification method that can reduce the NOx concentration while suppressing the emission of unburned ammonia due to the combustion of ammonia fuel while enjoying the advantages. With the goal.

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るボイラは、
火炉と、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記火炉と前記第１アンモニア分解装置とに接続された水素含有燃料供給ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含み、且つ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記水素含有燃料供給ラインを介して前記火炉に供給され、該火炉内で燃焼されるように構成される。
なお、ここでの「アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値」は、アンモニア分解装置に供給したアンモニアのモル流量に対する、アンモニア分解装置出口のアンモニアのモル流量（リークアンモニア）とＮＯｘのモル流量の合計の比率を意味する。
「アンモニア分解装置出口におけるアンモニア及びＮＯｘのモル比率」は、例えば、アンモニア分解装置に供給するアンモニアの供給速度（流速）やアンモニア分解装置内での滞留時間と該アンモニア分解装置の性能から予め算出された相関関係に基づき求めてもよいし、アンモニア分解装置の出口側にアンモニアセンサ及び／又はＮＯｘセンサを設けることで検出してもよい。
上記（１）の構成によれば、第１アンモニア分解装置においてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を、水素含有燃料供給ラインを介して火炉に供給するようにしたので、アンモニアの燃料としての使用に起因する未燃アンモニアの排出やＮＯｘ濃度の増加を抑制できる。これにより、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。特に、火炉に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下（望ましくは１％以下）にすることで、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉内での燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘの発生を抑制できるから、ＮＯｘ濃度を効果的に低減できる。 (1) The boiler according to at least some embodiments of the present invention is
With a furnace
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A hydrogen-containing fuel supply line connected to the furnace and the first ammonia decomposition device,
Equipped with
A hydrogen-containing fuel containing the hydrogen produced by the first ammonia decomposition apparatus and having a total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of 3% or less is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line. It is configured to be supplied and burned in the furnace.
The "total value of ammonia leak rate and NOx leak rate" here is the molar flow rate of ammonia at the outlet of the ammonia decomposition device (leak ammonia) and the molar flow rate of NOx with respect to the molar flow rate of ammonia supplied to the ammonia decomposition device. Means the ratio of the total of.
The "molar ratio of ammonia and NOx at the outlet of the ammonia decomposition device" is calculated in advance from, for example, the supply rate (flow velocity) of ammonia supplied to the ammonia decomposition device, the residence time in the ammonia decomposition device, and the performance of the ammonia decomposition device. It may be obtained based on the correlation, or it may be detected by providing an ammonia sensor and / or a NOx sensor on the outlet side of the ammonia decomposition device.
According to the configuration of (1) above, hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by previously decomposing ammonia in the first ammonia decomposition apparatus is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line, so that ammonia is used. It is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the increase in NOx concentration due to its use as a fuel. As a result, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, the emission of unburned ammonia associated with the combustion of ammonia fuel is suppressed, and the NOx concentration is reduced. Can be planned. In particular, by setting the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace to 3% or less (preferably 1% or less), the ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel can be used in the furnace. Since the generation of NOx can be suppressed while suppressing the emission of unburned ammonia due to the combustion of the above, the NOx concentration can be effectively reduced.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のボイラにおいて、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かうガス中の残留アンモニアを分離するためのアンモニア分離装置をさらに備えてもよい。
上記（２）の構成によれば、第１アンモニア分解装置のみでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、アンモニア分離装置により残留アンモニアを分離することで、火炉への供給前に水素含有燃料中のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下に低減することができる。よって、アンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアの排出やＮＯｘの発生を抑制できる。 (2) In some embodiments, in the boiler described in (1) above, the boiler
The hydrogen-containing fuel supply line may further be provided with an ammonia separation device for separating residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device to the furnace.
According to the configuration of (2) above, even if the first ammonia decomposition device alone cannot sufficiently decompose ammonia, the residual ammonia is separated by the ammonia separation device, so that the hydrogen-containing fuel can be used before being supplied to the reactor. The total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the medium can be reduced to 3% or less. Therefore, it is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the generation of NOx due to the combustion of ammonia.

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のボイラにおいて、
前記水素含有燃料供給ラインにおける前記アンモニア分離装置の下流側と前記第１アンモニア分解装置の入口側とに接続され、前記アンモニア分離装置で分離された前記残留アンモニアを前記第１アンモニア分解装置の入口側に戻すためのリサイクル流路をさらに備えてもよい。
上記（３）の構成によれば、リサイクル流路を介してアンモニア分離装置で分離したアンモニアを第１アンモニア分解装置の入口側に戻すことで、アンモニアの全量を燃料として有効活用できる。 (3) In some embodiments, in the boiler described in (2) above, the boiler
The residual ammonia connected to the downstream side of the ammonia separation device and the inlet side of the first ammonia decomposition device in the hydrogen-containing fuel supply line and separated by the ammonia separation device is the inlet side of the first ammonia decomposition device. It may be further provided with a recycling channel for returning to.
According to the configuration of (3) above, by returning the ammonia separated by the ammonia separation device via the recycling flow path to the inlet side of the first ammonia decomposition device, the entire amount of ammonia can be effectively utilized as fuel.

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載のボイラにおいて、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第１アンモニアセンサと、
前記アンモニア分離装置をバイパスするように前記アンモニア分離装置の上流と下流とに接続されたバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、前記アンモニア分離装置をバイパスするガス流量を調節するためのバイパス弁と、
前記第１アンモニアセンサ及び前記バイパス弁と電気的に接続され前記第１アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するための第１コントローラと、を備えてもよい。
上記（４）の構成によれば、火炉に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度が第１アンモニアセンサで検出され、検出結果が第１コントローラに入力される。そして、第１アンモニアセンサからの検出結果に基づき、第１コントローラがバイパス弁の開度を制御し、アンモニア分離装置のバイパス流量が調整される。このため、例えば、第１アンモニア分解装置から水素含有燃料供給ラインに供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度が十分に低い場合は、アンモニア分離装置を通すことなくバイパス流路を介して水素含有燃料を火炉に供給することができる。これによって、アンモニア分離装置の負荷を低減できるとともに、水素含有燃料を効率良く火炉に供給することができる。 (4) In some embodiments, in the boiler according to (2) or (3) above.
A first ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A bypass flow path connected to the upstream and downstream of the ammonia separator so as to bypass the ammonia separator,
A bypass valve provided in the bypass flow path for adjusting the gas flow rate that bypasses the ammonia separator,
A first controller that is electrically connected to the first ammonia sensor and the bypass valve and for controlling the opening degree of the bypass valve based on the detection result of the first ammonia sensor may be provided.
According to the configuration of (4) above, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace is detected by the first ammonia sensor, and the detection result is input to the first controller. Then, based on the detection result from the first ammonia sensor, the first controller controls the opening degree of the bypass valve, and the bypass flow rate of the ammonia separation device is adjusted. Therefore, for example, when the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied from the first ammonia decomposition device to the hydrogen-containing fuel supply line is sufficiently low, the hydrogen-containing fuel passes through the bypass flow path without passing through the ammonia separation device. Can be supplied to the furnace. As a result, the load on the ammonia separator can be reduced, and the hydrogen-containing fuel can be efficiently supplied to the furnace.

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載のボイラにおいて、
前記火炉は、
前記火炉で生成された燃焼ガスを導くための煙道をさらに備え、
前記第１アンモニア分解装置は、前記煙道内に設けられてもよい。
上記（５）の構成によれば、第１アンモニア分解装置におけるアンモニアの分解に必要な熱源として煙道を流れる高温の燃焼ガスを利用することができるので、アンモニアの分解反応を促進することができる。 (5) In some embodiments, in the boiler according to any one of (1) to (4) above.
The furnace
Further equipped with a flue for guiding the combustion gas produced in the furnace,
The first ammonia decomposition device may be provided in the flue.
According to the configuration of (5) above, since the high-temperature combustion gas flowing through the flue can be used as the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition apparatus, the decomposition reaction of ammonia can be promoted. ..

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載のボイラにおいて、
前記第１アンモニア分解装置は、
アンモニアを含む燃料の一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第１燃焼部と、
前記第１燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記アンモニアを分解するように構成された第１分解部と、を含んでもよい。
上記（６）の構成によれば、第１アンモニア分解装置におけるアンモニアの分解に必要な熱源をボイラから得るのではなく、例えば、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料の燃焼により得ることができるので、既存のボイラに対して第１アンモニア分解装置を小規模な工事で追加設置することができる。また、第１アンモニア分解装置の第１燃焼部では、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料を部分酸化条件下で燃焼させるため、第１燃焼部におけるアンモニアの分解を促進すると共に、ＮＯｘの発生を抑制できる。 (6) In some embodiments, in the boiler according to any one of (1) to (4) above.
The first ammonia decomposition device is
The first combustion part for burning a part of the fuel containing ammonia under the partial oxidation condition,
The first decomposition unit configured to decompose the ammonia by using the combustion heat generated in the first combustion unit may be included.
According to the configuration of (6) above, the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition apparatus can be obtained not from the boiler but by combustion of a combustion auxiliary fuel such as light oil and a fuel containing ammonia, for example. Therefore, the first ammonia decomposition device can be additionally installed in the existing boiler with a small-scale construction. Further, in the first combustion part of the first ammonia decomposition apparatus, since the combustion auxiliary fuel such as light oil and the fuel containing ammonia are burned under the partial oxidation condition, the decomposition of ammonia in the first combustion part is promoted and NOx is generated. Can be suppressed.

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載のボイラにおいて、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かうガス中の残留アンモニアをさらに分解するための第２アンモニア分解装置をさらに備え、
前記第２アンモニア分解装置は、
前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かう前記ガスの一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第２燃焼部と、
前記第２燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記残留アンモニアを分解するように構成された第２分解部と、を含んでもよい。
上記（７）の構成によれば、第１アンモニア分解装置だけでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、第２アンモニア分解装置において、第１アンモニア分解装置から火炉に向かうガスの部分燃焼により生じる熱を利用して残留アンモニアを分解することができる。これにより、火炉への供給前に水素含有燃料中のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下に低減し、火炉内でのアンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアやＮＯｘの発生を抑制できる。また、第２アンモニア分解装置の第２燃焼部では、第１アンモニア分解装置から火炉に向かうガスを部分酸化条件下で燃焼させるため、第２燃焼部におけるアンモニアの分解反応を促進すると共にＮＯｘの発生を抑制できる。 (7) In some embodiments, in the boiler according to (5) above, in the boiler described above.
The hydrogen-containing fuel supply line is further provided with a second ammonia decomposition device for further decomposing residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device to the furnace.
The second ammonia decomposition device is
A second combustion unit for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device toward the furnace under partial oxidation conditions, and a second combustion unit.
The second decomposition part configured to decompose the residual ammonia by using the combustion heat generated in the second combustion part may be included.
According to the configuration (7) above, even if the first ammonia decomposition device alone cannot sufficiently decompose ammonia, the second ammonia decomposition device causes partial combustion of the gas from the first ammonia decomposition device toward the furnace. The generated heat can be used to decompose residual ammonia. As a result, the total value of the ammonia leak rate and NOx leak rate in the hydrogen-containing fuel is reduced to 3% or less before supply to the furnace, and unburned ammonia and NOx are generated due to the combustion of ammonia in the furnace. Can be suppressed. Further, in the second combustion section of the second ammonia decomposition device, the gas from the first ammonia decomposition device to the furnace is burned under partial oxidation conditions, so that the decomposition reaction of ammonia in the second combustion section is promoted and NOx is generated. Can be suppressed.

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載のボイラにおいて、
燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、
前記バーナに化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、をさらに備え、
前記水素含有燃料供給ラインは、前記第１アンモニア分解装置および前記第１燃料供給ラインに接続され、前記第１燃料供給ライン内の前記化石燃料に前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を混入させるように構成されてもよい。
上記（８）の構成によれば、既存の化石燃料焚きボイラに対して第１アンモニア分解装置及び水素含有燃料供給ラインを追加設置することで、化石燃料とアンモニア燃料との混焼ボイラを容易に実現することができる。 (8) In some embodiments, in the boiler according to any one of (1) to (7) above.
A burner for burning fuel in the furnace,
Further equipped with a first fuel supply line for supplying fossil fuel to the burner,
The hydrogen-containing fuel supply line is connected to the first ammonia decomposition device and the first fuel supply line, and the hydrogen produced by the first ammonia decomposition device is added to the fossil fuel in the first fuel supply line. It may be configured to be mixed.
According to the configuration of (8) above, a co-firing boiler of fossil fuel and ammonia fuel can be easily realized by additionally installing a first ammonia decomposition device and a hydrogen-containing fuel supply line to the existing fossil fuel-fired boiler. can do.

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のボイラにおいて、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第２アンモニアセンサと、
前記第１アンモニア分解装置に供給されるアンモニア燃料の流量を調節するための燃料流量調節部と、
前記第２アンモニアセンサ及び前記燃料流量調節部と電気的に接続され、前記第２アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記燃料流量調節部を制御するための第２コントローラと、を備えてもよい。
上記（９）の構成によれば、火炉に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度が第２アンモニアセンサで検出され、検出結果が第２コントローラに入力される。そして、第２アンモニアセンサからの検出結果に基づき、第２コントローラが燃料流量調節部を制御することで、火炉に供給される化石燃料とアンモニア濃度が調整される。幾つかの実施形態では、例えば、第２アンモニアセンサで検出されたアンモニア濃度より導出されたアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下でない場合、燃料流量調節部により、全燃料に対するアンモニア燃料の燃料比率を低下させる。こうすることで、火炉に供給される水素含有燃料中におけるアンモニア濃度を適切な範囲とすることができるため、排ガス中における未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度をより適切に低減することができる。 (9) In some embodiments, in the boiler according to (8) above, in the boiler described above.
A second ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A fuel flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the ammonia fuel supplied to the first ammonia decomposition device, and
A second controller that is electrically connected to the second ammonia sensor and the fuel flow rate adjusting unit and for controlling the fuel flow rate adjusting unit based on the detection result of the second ammonia sensor may be provided. ..
According to the configuration of (9) above, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace is detected by the second ammonia sensor, and the detection result is input to the second controller. Then, based on the detection result from the second ammonia sensor, the second controller controls the fuel flow rate adjusting unit to adjust the fossil fuel and the ammonia concentration supplied to the furnace. In some embodiments, for example, when the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate derived from the ammonia concentration detected by the second ammonia sensor is not 3% or less, the fuel flow control unit determines the total fuel. Reduce the fuel ratio of ammonia fuel. By doing so, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace can be set in an appropriate range, so that the NOx concentration can be reduced more appropriately while suppressing the emission of unburned ammonia in the exhaust gas. Can be done.

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載のボイラにおいて、
前記第１アンモニア分解装置から流出したガスの一部を前記第１アンモニア分解装置の入口に再循環させるための再循環流路と、
前記再循環流路に設けられ、前記第１アンモニア分解装置の前記入口への前記ガスの再循環量を調節するための流量調節弁と、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第３アンモニアセンサと、
前記流量調節弁及び前記第３アンモニアセンサと電気的に接続され、前記第３アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記流量調節弁の開度制御を行う第３コントローラと、を備えてもよい。
上記（１０）の構成によれば、火炉に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度が第３アンモニアセンサで検出され、その検出結果が第３コントローラに入力される。そして、第３アンモニアセンサからの検出結果に基づき導出されたアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との合計値が適切な濃度範囲（例えば、３％以下）でない場合、第３コントローラが流量調節弁の開度を開方向に制御することで、第１アンモニア分解装置から供給された水素含有燃料を再び第１アンモニア分解装置に供給することができる。こうすることで、火炉に供給される水素含有燃料中におけるアンモニア濃度を適切な範囲とすることができるため、排ガス中における未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度をより適切に低減することができる。 (10) In some embodiments, in the boiler according to any one of (1) to (9) above.
A recirculation flow path for recirculating a part of the gas flowing out from the first ammonia decomposition device to the inlet of the first ammonia decomposition device.
A flow rate control valve provided in the recirculation flow path for adjusting the recirculation amount of the gas to the inlet of the first ammonia decomposition device.
A third ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A third controller that is electrically connected to the flow rate control valve and the third ammonia sensor and controls the opening degree of the flow rate control valve based on the detection result of the third ammonia sensor may be provided.
According to the configuration of (10) above, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace is detected by the third ammonia sensor, and the detection result is input to the third controller. Then, when the total value of the ammonia concentration and the NOx concentration derived based on the detection result from the third ammonia sensor is not in an appropriate concentration range (for example, 3% or less), the third controller adjusts the opening degree of the flow control valve. By controlling in the opening direction, the hydrogen-containing fuel supplied from the first ammonia decomposition device can be supplied to the first ammonia decomposition device again. By doing so, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace can be set in an appropriate range, so that the NOx concentration can be reduced more appropriately while suppressing the emission of unburned ammonia in the exhaust gas. Can be done.

（１１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るボイラは、
アフターエアポートを備えた火炉と、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記火炉と前記第１アンモニア分解装置とに接続された水素含有燃料供給ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含む水素含有燃料が前記水素含有燃料供給ラインを介して前記火炉に供給され、該火炉内で燃焼されるように構成されてもよい。
上記（１１）の構成によれば、第１アンモニア分解装置においてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を、水素含有燃料供給ラインを介して火炉に供給するようにしたので、アンモニアの燃料としての使用に起因する未燃アンモニアの排出やＮＯｘ濃度の増加を抑制できる。これにより、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。 (11) The boiler according to at least some embodiments of the present invention is
A furnace with an after-airport and
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A hydrogen-containing fuel supply line connected to the furnace and the first ammonia decomposition device,
Equipped with
The hydrogen-containing hydrogen-containing fuel produced by the first ammonia decomposition apparatus may be supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line and may be configured to be burned in the furnace.
According to the configuration of (11) above, hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by previously decomposing ammonia in the first ammonia decomposition apparatus is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line, so that ammonia is used. It is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the increase in NOx concentration due to its use as a fuel. As a result, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, the emission of unburned ammonia associated with the combustion of ammonia fuel is suppressed, and the NOx concentration is reduced. Can be planned.

（１２）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る火力発電プラントは、
上記（１）乃至（１１）の何れか１つに記載のボイラと、
前記ボイラで生成された蒸気により駆動される蒸気タービンと、
を備える。
上記（１２）の構成によれば、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いたボイラを備えた火力発電プラントを実現することができる。また、上記（１）で述べたように、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。 (12) The thermal power plant according to at least some embodiments of the present invention is
The boiler according to any one of (1) to (11) above, and
A steam turbine driven by the steam generated by the boiler,
To prepare for.
According to the configuration of (12) above, it is possible to realize a thermal power plant equipped with a boiler using an ammonia fuel (strictly speaking, a hydrogen-containing fuel derived from ammonia). In addition, as described in (1) above, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation technologies have been established, the emission of unburned ammonia associated with the combustion of ammonia fuel is eliminated. It is possible to reduce the NOx concentration while suppressing it.

（１３）本発明の少なくとも幾つかの実施形態にかかるボイラの改造方法は、
火炉と、化石燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、前記バーナに前記化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、を備えるボイラの改造方法であって、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置を設置するステップと、
前記水素及び前記化石燃料を含み、かつ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記火炉に供給されるように、前記第１アンモニア分解装置からのガスが流れる第２燃料供給ラインを前記第１燃料供給ラインに接続するステップと、を備える。
上記（１３）の方法によれば、第１アンモニア分解装置を設置するとともに、第２燃料供給ラインを第１燃料供給ラインに接続する改造工事により、既存のボイラの構成要素を有効活用して改造工事を小規模にとどめることができる。また、この改造工事により、火炉に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下にすることが可能になるため、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉内での燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘの発生を抑制することが可能になる。よって、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 (13) The method for modifying the boiler according to at least some embodiments of the present invention is as follows.
A method of modifying a boiler including a fireplace, a burner for burning fossil fuel in the furnace, and a first fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burner.
The step of installing a first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
The gas from the first ammonia decomposition apparatus so that the hydrogen-containing fuel containing the hydrogen and the fossil fuel and having the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of 3% or less is supplied to the furnace. A step of connecting the second fuel supply line through which the fuel flows to the first fuel supply line is provided.
According to the method (13) above, the first ammonia decomposition device is installed and the second fuel supply line is connected to the first fuel supply line for remodeling work to effectively utilize the components of the existing boiler. Construction can be kept on a small scale. In addition, this remodeling work makes it possible to reduce the total value of the ammonia leak rate and NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace to 3% or less, so that the ammonia leak rate remaining in the hydrogen-containing fuel can be reduced to 3% or less. It is possible to suppress the generation of NOx while suppressing the emission of unburned ammonia due to the combustion inside. Therefore, while enjoying the advantages of ammonia, which does not generate carbon dioxide during combustion and has established storage and transportation technologies, it is necessary to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. Can be done.

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）に記載の方法において、
前記第１アンモニア分解装置は、
アンモニアを含む燃料の一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第１燃焼部と、
前記燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記アンモニアを分解するように構成された第１分解部と、を含んでもよい。
上記（１４）の方法によれば、第１アンモニア分解装置におけるアンモニアの分解に必要な熱源をボイラから得るのではなく、例えば、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料の燃焼により得ることができるので、既存のボイラに対して第１アンモニア分解装置を小規模な工事で追加設置することができる。また、第１アンモニア分解装置の第１燃焼部では、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料を部分酸化条件下で燃焼させるため、第１燃焼部における未燃アンモニアやＮＯｘの発生を抑制できる。 (14) In some embodiments, in the method described in (13) above,
The first ammonia decomposition device is
The first combustion part for burning a part of the fuel containing ammonia under the partial oxidation condition,
It may include a first decomposition part configured to decompose the ammonia by using the combustion heat generated in the combustion part.
According to the method (14) above, the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition apparatus can be obtained not from the boiler but by combustion of a combustion auxiliary fuel such as light oil and a fuel containing ammonia, for example. Therefore, the first ammonia decomposition device can be additionally installed in the existing boiler with a small-scale construction. Further, in the first combustion section of the first ammonia decomposition apparatus, the combustion auxiliary fuel such as light oil and the fuel containing ammonia are burned under the partial oxidation condition, so that the generation of unburned ammonia and NOx in the first combustion section can be suppressed.

本発明の幾つかの実施形態によれば、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。 According to some embodiments of the present invention, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation techniques have been established, the emission of unburned ammonia accompanying the combustion of ammonia fuel is eliminated. It is possible to reduce the NOx concentration while suppressing it.

幾つかの実施形態に係る火力発電プラントの構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the thermal power plant which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the boiler which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the boiler which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the boiler which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the boiler which concerns on some Embodiments. アンモニア分解装置出口のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値と火炉出口におけるＮＯｘ濃度増加割合との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total value of the ammonia leak rate and NOx leak rate at the outlet of an ammonia decomposition apparatus, and the rate of increase of NOx concentration at the outlet of a furnace. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the boiler which concerns on some embodiments.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. do not have.
For example, expressions that represent relative or absolute arrangements such as "in one direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial" are exact. Not only does it represent such an arrangement, but it also represents a tolerance or a state of relative displacement at an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
For example, an expression representing a shape such as a square shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a square shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfering within a range where the same effect can be obtained. It shall also represent the shape including the part and the like.
On the other hand, the expressions "to have", "to have", "to have", "to include", or "to have" one component are not exclusive expressions that exclude the existence of other components.

図１は、幾つかの実施形態に係る火力発電プラントの構成例を示す概略図であり、図２Ａ乃至図２Ｄは、幾つかの実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。
図１に示すように、幾つかの実施形態において、火力発電プラント１は、ボイラ２と、ボイラ２で発生した熱により加熱されて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン３と、蒸気タービン３により駆動されて発電する発電機４と、発電に寄与し仕事を終えた蒸気を液相に戻す復水器５と、復水器５で液化された水を循環させるポンプ６と、ボイラ２からの排気を排出する煙突８と、を備えている。また、火力発電プラント１は、アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するアンモニア分解装置３０を備えている。なお、火力発電プラント１は、上記構成以外にも必要に応じて種々の構成を備え得る。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a thermal power plant according to some embodiments, and FIGS. 2A to 2D are schematic views showing a configuration example of a boiler according to some embodiments.
As shown in FIG. 1, in some embodiments, the thermal power plant 1 is a boiler 2, a steam turbine 3 driven by steam generated by heating by the heat generated by the boiler 2, and a steam turbine 3. From the generator 4 that is driven by the turbine to generate power, the condenser 5 that contributes to power generation and returns the steam that has finished work to the liquid phase, the pump 6 that circulates the water liquefied by the condenser 5, and the boiler 2. It is equipped with a boiler 8 for discharging the exhaust of the above. Further, the thermal power plant 1 is provided with an ammonia decomposition device 30 that decomposes ammonia to generate nitrogen and hydrogen. The thermal power plant 1 may be provided with various configurations other than the above configurations, if necessary.

蒸気タービン３は、ボイラ２からの高温ガスにより火炉伝熱管、節炭器及び過熱器等の熱交換器７を介して熱媒体としての水が加熱され、これにより得られた高圧蒸気（高圧ＳＴ）を利用して回転される高圧タービン３ａと、高圧タービン３ａを回転させた後の低圧蒸気（低圧ＳＴ）により回転されて駆動される低圧タービン３ｂと、を含む。
また、蒸気タービン３は、図１の例に限定されず、例えば、他のタンデムコンパウンド（くし形）やクロスコンパウンド（並列型）の構成を備えていてもよい。また、蒸気タービン３は、高圧、中圧、低圧の種々のタービンの組み合わせてなるユニットにより構成されていてもよい。この場合、高圧タービンを駆動した後の蒸気は、例えば、再熱器等の熱交換器によりボイラ２内で再度加熱された後に中圧タービンに供給されてもよい。 In the steam turbine 3, water as a heat medium is heated by the high-temperature gas from the boiler 2 through a heat exchanger 7 such as a furnace heat transfer tube, a coal saver, and a superheater, and the high-pressure steam (high-pressure ST) obtained thereby is heated. ), And a low-pressure turbine 3b that is rotated and driven by low-pressure steam (low-pressure ST) after rotating the high-pressure turbine 3a.
Further, the steam turbine 3 is not limited to the example of FIG. 1, and may have, for example, another tandem compound (comb shape) or cross compound (parallel type) configuration. Further, the steam turbine 3 may be composed of a unit composed of a combination of various high-pressure, medium-pressure, and low-pressure turbines. In this case, the steam after driving the high-pressure turbine may be supplied to the medium-pressure turbine after being reheated in the boiler 2 by a heat exchanger such as a reheater, for example.

次に、本発明の幾つかの実施形態に係るボイラ２について詳しく説明する。
幾つかの実施形態において、ボイラ２は、アンモニア燃料を燃焼させるアンモニア燃焼ボイラとして構成される。幾つかの実施形態において、ボイラ２は、化石燃料として図示しないミルにより石炭を粉砕して生成した微粉炭（石炭の微粉）を燃焼させるように構成された微粉炭焚きボイラをベースとして構成されてもよく、燃料として化石燃料及びアンモニア燃料を用いて、該化石燃料とアンモニア燃料との混焼を行う混焼ボイラとして構成され得る。混焼を行う場合、化石燃料とアンモニア燃料とを含む全燃料に対するアンモニアの比率（混焼率）は、カロリー比で０～１００％の範囲において任意に設定し得る。
なお、化石燃料は微粉炭に限定されず、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、メタンハイドレート又はシェールガス等の天然ガス、重油や軽油等の石油、バイオマス等、他の種類や他の形態の化石燃料であってもよい。
また、本明細書において、「アンモニア燃料」とは、アンモニアを含有する燃料をいい、アンモニアとともに他の成分（例えば水素、水分、窒素等）を含有していてもよい。 Next, the boiler 2 according to some embodiments of the present invention will be described in detail.
In some embodiments, the boiler 2 is configured as an ammonia combustion boiler that burns ammonia fuel. In some embodiments, the boiler 2 is configured on the basis of a pulverized coal fired boiler configured to burn pulverized coal (coal pulverized powder) produced by crushing coal with a mill (not shown) as fossil fuel. It may also be configured as a co-firing boiler in which a fossil fuel and an ammonia fuel are used as fuels and the fossil fuel and the ammonia fuel are co-firing. In the case of co-firing, the ratio of ammonia to the total fuel including fossil fuel and ammonia fuel (co-firing rate) can be arbitrarily set in the range of 0 to 100% in terms of calorie ratio.
The fossil fuel is not limited to pulverized coal, for example, natural gas such as liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), methane hydrate or shale gas, petroleum such as heavy oil and light oil, biomass, etc. It may be of any type or other form of fossil fuel.
Further, in the present specification, the “ammonia fuel” refers to a fuel containing ammonia, and may contain other components (for example, hydrogen, water, nitrogen, etc.) together with ammonia.

幾つかの実施形態において、ボイラ２は、火炉２０と、少なくとも化石燃料を火炉２０内で燃焼させるためのバーナ２１と、を備える。
火炉２０は、燃料と燃焼用空気とを反応させて燃焼させる筒状の中空体であり、例えば、円筒形状や四角柱状等、種々の形態をとり得る。幾つかの実施形態において、火炉２０は、炉壁部２０ａ及び炉底部２０ｂを含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、火炉２０は、燃焼ガスの流れ方向Ａの下流側、即ち、当該火炉２０の上方側に煙道３８を備えている。煙道３８は、例えば、火炉２０で生成された燃焼ガスを導くためのガス流路として構成される。 In some embodiments, the boiler 2 comprises a furnace 20 and at least a burner 21 for burning fossil fuels in the furnace 20.
The furnace 20 is a cylindrical hollow body that reacts and burns fuel and combustion air, and can take various forms such as a cylindrical shape and a square columnar shape. In some embodiments, the furnace 20 may include a furnace wall portion 20a and a furnace bottom portion 20b. In some embodiments, the furnace 20 comprises a flue 38 on the downstream side of the combustion gas flow direction A, i.e., on the upper side of the furnace 20. The flue 38 is configured as, for example, a gas flow path for guiding the combustion gas generated in the furnace 20.

バーナ２１は、火炉２０外から火炉２０内に化石燃料（本実施形態では微粉炭、即ち、固体粉末燃料）と搬送用ガスとの混合気体を供給可能に構成されている。搬送用ガスは例えば空気である。幾つかの実施形態において、バーナ２１は、火炉２０における燃焼ガスの流れ方向Ａにおける上流側（例えば、上下方向に長尺な火炉２０にあっては該火炉２０の下部側）に配設される。幾つかの実施形態では、複数のバーナ２１が設けられてもよく、これら複数のバーナ２１はそれぞれ、火炉２０内における燃焼ガスの流れ方向Ａにおける異なる位置に設けられてもよい。即ち、バーナ２１は、例えば、火炉２０の上下方向において下部から中部或いは上部にかけて複数段に亘って設けられていてもよい。 The burner 21 is configured to be able to supply a mixed gas of fossil fuel (pulverized coal, that is, solid powder fuel in this embodiment) and a transport gas from outside the furnace 20 into the furnace 20. The transport gas is, for example, air. In some embodiments, the burner 21 is arranged on the upstream side in the flow direction A of the combustion gas in the furnace 20 (for example, in the case of a vertically long furnace 20, the lower side of the furnace 20). .. In some embodiments, a plurality of burners 21 may be provided, and each of the plurality of burners 21 may be provided at different positions in the combustion gas flow direction A in the furnace 20. That is, the burner 21 may be provided, for example, in a plurality of stages from the lower part to the middle part or the upper part in the vertical direction of the furnace 20.

幾つかの実施形態において、ボイラ２は、バーナ２１に投入する化石燃料を供給する化石燃料供給部３３と、この化石燃料供給部３３からバーナ２１に化石燃料を供給するための第１燃料供給ライン２８とを備える。即ち、図１に示す化石燃料供給部３３から第１燃料供給ライン２８を介してバーナ２１に微粉炭と搬送用ガスとの混合気体が供給され、バーナ２１から火炉２０内に化石燃料が噴出される。 In some embodiments, the boiler 2 has a fossil fuel supply unit 33 that supplies fossil fuel to be input to the burner 21, and a first fuel supply line for supplying fossil fuel from the fossil fuel supply unit 33 to the burner 21. 28 and. That is, a mixed gas of pulverized coal and a transport gas is supplied from the fossil fuel supply unit 33 shown in FIG. 1 to the burner 21 via the first fuel supply line 28, and the fossil fuel is ejected from the burner 21 into the furnace 20. To.

幾つかの実施形態では、バーナ２１に、化石燃料燃焼用及び／又はアンモニア燃料燃焼用の空気（１次空気）を供給する１次空気供給部２２が接続される。この１次空気供給部２２は、火炉２０内に供給する空気量を任意に調節可能に構成される。こうして、１次空気供給部２２から供給される空気量を調節することにより、火炉２０内の下部領域、即ち、火炉２０内におけるバーナ２１の近傍に形成される燃焼領域３５に供給される酸素量（Ｏ２の供給量）を規定範囲内に調節することができる。 In some embodiments, the burner 21 is connected to a primary air supply unit 22 that supplies air (primary air) for fossil fuel combustion and / or ammonia fuel combustion. The primary air supply unit 22 is configured so that the amount of air supplied into the furnace 20 can be arbitrarily adjusted. In this way, by adjusting the amount of air supplied from the primary air supply unit 22, the amount of oxygen supplied to the lower region in the furnace 20, that is, the combustion region 35 formed in the vicinity of the burner 21 in the furnace 20. (Supply amount of O 2 ) can be adjusted within the specified range.

幾つかの実施形態では、１次空気供給部２２から火炉２０内に供給される１次空気の量が、第１燃料供給ライン２８を介して供給される化石燃料を完全燃焼させるために必要な空気量（酸素量）未満となるように設定されてもよい。つまり、火炉２０内に形成される燃焼領域３５は低酸素燃焼領域となり、この燃焼領域３５で燃焼した化石燃料が不完全燃焼の状態で下流側（図１における上方側）に移動することで、該燃焼領域３５の下流側となる炉内滞留エリアに還元領域（還元雰囲気）３６が形成されてもよい。 In some embodiments, the amount of primary air supplied from the primary air supply unit 22 into the furnace 20 is required to completely burn the fossil fuel supplied via the first fuel supply line 28. It may be set to be less than the amount of air (amount of oxygen). That is, the combustion region 35 formed in the furnace 20 becomes a low oxygen combustion region, and the fossil fuel burned in this combustion region 35 moves to the downstream side (upper side in FIG. 1) in an incomplete combustion state. A reduction region (reduction atmosphere) 36 may be formed in a retention area in the furnace on the downstream side of the combustion region 35.

１次空気供給部２２は、送風機として、例えば、少なくとも１つのブロワ（図示省略）を備えていてもよく、このブロワ等によって空気を供給してもよい。１次空気供給部２２からの空気供給流路には流量調節弁（図示省略）が設けられてもよく、流量調節弁は、全閉から全開の状態までとり得るように開度制御可能となっていてもよい。 The primary air supply unit 22 may include, for example, at least one blower (not shown) as a blower, and air may be supplied by the blower or the like. A flow rate control valve (not shown) may be provided in the air supply flow path from the primary air supply unit 22, and the flow rate control valve can control the opening degree so as to be in a fully closed state to a fully open state. May be.

幾つかの実施形態において、図２Ａに示すように、ボイラ２は、アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するアンモニア分解装置３０としての第１アンモニア分解装置３０ａと、この第１アンモニア分解装置３０ａにアンモニア燃料を供給するためのアンモニア燃料供給部２５とを備えている。
なお、図２Ａでは、上述した１次空気供給部２２、化石燃料供給部３３、第１アンモニア分解装置３０ａ及びアンモニア燃料供給部２５がそれぞれ１つの火炉２０に対して１つずつ設置された状態を示しているが、これらの構成要素（２２、３３、３０ａ、２５）の少なくとも一つが１つの火炉２０に対して複数（又は２箇所以上に）設けられていてもよい。 In some embodiments, as shown in FIG. 2A, the boiler 2 includes a first ammonia decomposition device 30a as an ammonia decomposition device 30 that decomposes ammonia to produce nitrogen and hydrogen, and a first ammonia decomposition device. The 30a is provided with an ammonia fuel supply unit 25 for supplying ammonia fuel.
In FIG. 2A, the above-mentioned primary air supply unit 22, fossil fuel supply unit 33, first ammonia decomposition device 30a, and ammonia fuel supply unit 25 are installed one by one for each furnace 20. As shown, at least one of these components (22, 33, 30a, 25) may be provided in a plurality (or two or more places) with respect to one furnace 20.

幾つかの実施形態において、第１アンモニア分解装置３０ａは、例えば、燃焼ガスの流れ方向Ａの下流側で火炉２０に連通する煙道３８内に設けられる（図２Ａ参照）。このようにすれば、第１アンモニア分解装置３０ａにおけるアンモニアの分解に必要な熱源として煙道３８内を流れる高温の燃焼ガスを利用することができるので、アンモニアの分解反応を促進することができる。アンモニアの分解平衡は低圧ほど低温で分解しやすく、ボイラ２の場合、燃料は比較的低圧（１～２ＢａｒＧ）で用いられるため、平衡上は３００℃以上の温度でほとんど分解できる。そのため、ボイラ排ガス熱回収部における比較的温度の低い領域でアンモニアの分解が可能となる。アンモニアの分解は吸熱反応でアンモニアの発熱量の約１５％程度の熱を要する。このため、ボイラ２の熱回収部における低温の熱を利用してアンモニアを分解し、これによって生成された水素を燃料として用いることで発電全体の効率を上昇させることが出来る。この場合、第１アンモニア分解装置３０ａでは、以下の化学式（１）に示す分解反応（吸熱反応）により、アンモニアが分解されて窒素と水素とが生成されるとともに煙道３８内の熱が吸収（熱回収）される。
［化１］
２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２－９２［ｋＪ／ｍｏｌ］ ・・・（１） In some embodiments, the first ammonia decomposition device 30a is provided, for example, in the flue 38 communicating with the furnace 20 on the downstream side of the combustion gas flow direction A (see FIG. 2A). By doing so, the high-temperature combustion gas flowing in the flue 38 can be used as a heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition apparatus 30a, so that the decomposition reaction of ammonia can be promoted. The decomposition equilibrium of ammonia is that the lower the pressure, the easier it is to decompose at a low temperature, and in the case of the boiler 2, since the fuel is used at a relatively low pressure (1 to 2 BarG), it can be almost decomposed at a temperature of 300 ° C. or higher in terms of equilibrium. Therefore, ammonia can be decomposed in a region where the temperature is relatively low in the boiler exhaust gas heat recovery unit. Decomposition of ammonia is an endothermic reaction and requires about 15% of the calorific value of ammonia. Therefore, the efficiency of the entire power generation can be increased by decomposing ammonia by utilizing the low-temperature heat in the heat recovery unit of the boiler 2 and using the hydrogen produced thereby as fuel. In this case, in the first ammonia decomposition apparatus 30a, ammonia is decomposed to generate nitrogen and hydrogen by the decomposition reaction (heat absorption reaction) represented by the following chemical formula (1), and the heat in the flue 38 is absorbed (heat absorption reaction). Heat recovery).
[Chemical 1]
2NH 3 → N 2 + 3H 2-92 [kJ / mol] ・ ・ ・ (1)

幾つかの実施形態において、ボイラ２は、第１アンモニア分解装置３０ａおよび第１燃料供給ライン２８に接続され、第１燃料供給ライン２８内の化石燃料に第１アンモニア分解装置３０ａで生成された水素を混入させるための第２燃料供給ライン２９をさらに備えていてもよい（図２Ａ参照）。この場合、第１アンモニア分解装置３０ａで生成されたアンモニア燃料由来の水素が、第２燃料供給ライン２９、第１燃料供給ライン２８及びバーナ２１を介して火炉２０内に供給される。 In some embodiments, the boiler 2 is connected to a first ammonia cracker 30a and a first fuel supply line 28, and hydrogen produced by the first ammonia cracker 30a to the fossil fuel in the first fuel supply line 28. A second fuel supply line 29 for mixing the fuel may be further provided (see FIG. 2A). In this case, hydrogen derived from the ammonia fuel generated by the first ammonia decomposition apparatus 30a is supplied into the furnace 20 via the second fuel supply line 29, the first fuel supply line 28 and the burner 21.

このように構成すれば、既存の化石燃料焚きボイラに対して第１アンモニア分解装置３０ａ及び第２燃料供給ライン２９を追加設置することで、化石燃料とアンモニア燃料との混焼ボイラを容易に実現することができる。また、煙道３８内における高温の燃焼ガスを利用してアンモニアを分解（吸熱反応）して生じた水素を、ボイラ２で燃焼させるべく火炉２０内に投入するように構成することにより、火炉２０内における燃焼で生じた高温ガス（燃焼ガス）から熱回収することができる。このため、ボイラ２を、所謂化学反応を用いて再生熱交換を行うケミカルレキュパレータボイラとして構成し得る。従って、熱効率、発電効率及びプラント効率の更なる向上を図ることができる。 With this configuration, by additionally installing the first ammonia decomposition device 30a and the second fuel supply line 29 to the existing fossil fuel-fired boiler, a co-firing boiler of fossil fuel and ammonia fuel can be easily realized. be able to. Further, the furnace 20 is configured so that hydrogen generated by decomposing ammonia (heat absorption reaction) using the high-temperature combustion gas in the flue 38 is put into the furnace 20 so as to be burned by the boiler 2. Heat can be recovered from the high temperature gas (combustion gas) generated by the combustion inside. Therefore, the boiler 2 can be configured as a chemical recuperator boiler that performs regenerative heat exchange using a so-called chemical reaction. Therefore, the thermal efficiency, the power generation efficiency, and the plant efficiency can be further improved.

なお、アンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアは、第１アンモニア分解装置３０ａでほぼ全量（例えば、９９％以上）が窒素と水素とに分解されるように設定してもよい。 It should be noted that the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 may be set so that almost the entire amount (for example, 99% or more) is decomposed into nitrogen and hydrogen by the first ammonia decomposition device 30a. ..

他の実施形態では、図２Ｂに示すように、第１アンモニア分解装置３０ａは、煙道３８外に設けられてもよく、さらに、アンモニアを含む燃料の一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第１燃焼部３１ａと、第１燃焼部３１ａにおいて生成した燃焼熱を用いて、残留アンモニアを分解するように構成された第１分解部３２ａと、を含んでいてもよい。第１燃焼部３１ａには、例えば、軽油等の助燃燃料を供給する助燃燃料供給部２６や、アンモニアの一部を部分的に燃焼するための部分燃焼用の空気を供給するための部分燃焼用空気供給部２７をそれぞれ接続してもよい。このようにすれば、第１アンモニア分解装置３０ａにおけるアンモニアの分解に必要な熱源をボイラ２から得るのではなく、例えば、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料の燃焼により得ることができるので、既存のボイラに対して第１アンモニア分解装置３０ａを小規模な工事で追加設置することができる。また、第１アンモニア分解装置３０ａの第１燃焼部３１ａでは、アンモニアを含む燃料を部分酸化条件下で燃焼させるため、第１燃焼部３１ａにおけるＮＯｘの発生を抑制できる。
なお、図２Ｂに示す第１燃焼部３１ａで行われる部分燃焼の場合、該第１燃焼部３１ａで燃焼されるアンモニアの量は第１燃焼部３１ａに供給される空気量で決まり、第１分解部３２ａで分解されるアンモニアの量は該第１分解部３２ａにおけるアンモニアの滞留時間により決定される。 In another embodiment, as shown in FIG. 2B, the first ammonia decomposition apparatus 30a may be provided outside the flue 38, and further, in order to burn a part of the fuel containing ammonia under partial oxidation conditions. The first combustion unit 31a of the above and the first decomposition unit 32a configured to decompose the residual ammonia by using the combustion heat generated in the first combustion unit 31a may be included. The first combustion unit 31a is, for example, an auxiliary combustion fuel supply unit 26 for supplying an auxiliary fuel such as light oil, or a partial combustion unit for supplying air for partial combustion for partially burning a part of ammonia. The air supply units 27 may be connected to each other. By doing so, the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition apparatus 30a can be obtained not from the boiler 2 but by combustion of a combustion auxiliary fuel such as light oil and a fuel containing ammonia, for example. The first ammonia decomposition device 30a can be additionally installed in the existing boiler with a small-scale construction. Further, since the first combustion unit 31a of the first ammonia decomposition apparatus 30a burns the fuel containing ammonia under the partial oxidation condition, the generation of NOx in the first combustion unit 31a can be suppressed.
In the case of partial combustion performed in the first combustion unit 31a shown in FIG. 2B, the amount of ammonia burned in the first combustion unit 31a is determined by the amount of air supplied to the first combustion unit 31a, and the first decomposition. The amount of ammonia decomposed in the first decomposition part 32a is determined by the residence time of ammonia in the first decomposition part 32a.

上記第１アンモニア分解装置３０ａにはアンモニア分解触媒が好んで用いられる。アンモニア分解触媒としては、例えば、シリカや酸化ランタンなどの無機質担体にニッケルやコバルトを含浸担持法等により担持した触媒を使用し、加熱下でアンモニアを接触させ、水素と窒素に分解する方法を用いることができる。また、アンモニア分解触媒としては、ルテニウム系触媒が好んで用いられている。例えば、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウムなどの無機質担体に、含浸担持法等により白金族（ルテニウム）を担持した触媒を使用し、加熱下でアンモニアを接触させ、水素と窒素とに分解する方法等、種々の触媒及び方法を適用し得る。また、塩基性炭酸マグネシウムを含む酸化マグネシウム担体と該記担体に担持されたルテニウムを含有するアンモニア分解触媒等を用いてもよい。 An ammonia decomposition catalyst is preferably used for the first ammonia decomposition apparatus 30a. As the ammonia decomposition catalyst, for example, a catalyst in which an inorganic carrier such as silica or lanthanum oxide is impregnated with nickel or cobalt and supported by a carrying method or the like is used, and ammonia is brought into contact with the catalyst under heating to decompose it into hydrogen and nitrogen. be able to. Further, as the ammonia decomposition catalyst, a ruthenium-based catalyst is preferably used. For example, a method in which a catalyst in which a platinum group (ruthenium) is supported on an inorganic carrier such as alumina, silica, or magnesium oxide by an impregnation carrying method or the like is used, ammonia is brought into contact with the catalyst under heating, and the mixture is decomposed into hydrogen and nitrogen. Various catalysts and methods may be applied. Further, a magnesium oxide carrier containing basic magnesium carbonate and an ammonia decomposition catalyst containing ruthenium supported on the carrier may be used.

幾つかの実施形態では、図２Ｃに示すように、水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサ４０Ａ（第２アンモニアセンサ）と、化石燃料と第１アンモニア分解装置３０ａに供給されるアンモニア燃料との流量を調節するための燃料流量調節部４７と、アンモニアセンサ４０Ａ及び燃料流量調節部４７と電気的に接続され、アンモニアセンサ４０Ａの検出結果に基づいて、燃料流量調節部４７を制御するためのコントローラ４４（第２コントローラ）と、を備えてもよい。燃料流量調節部４７は、第１燃料供給ライン２８に設けられた化石燃料用の流量調節弁４７ａと、アンモニア燃料供給部２５から第１アンモニア分解装置３０ａに供給されるアンモニア燃料用の流量調節弁４７ｂとを含んでもよい。
このようにすれば、火炉２０に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度がアンモニアセンサ４０Ａで検出され、検出結果がコントローラ４４に入力される。そして、アンモニアセンサ４０Ａからの検出結果に基づき、コントローラ４４が流量調節弁４７ａ及び／又は流量調節弁４７ｂの開度を制御することで、火炉２０に供給される化石燃料とアンモニア燃料との流量が調整される。幾つかの実施形態では、例えば、アンモニアセンサ４０Ａで検出されたアンモニア濃度より導出されるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下でない場合、例えば、流量調節弁４７ａを開方向に、又は、流量調節弁４７ｂを閉方向に制御することにより、化石燃料とアンモニア燃料との比率を適切な範囲に変更することができる。 In some embodiments, as shown in FIG. 2C, the fuel is supplied to the ammonia sensor 40A (second ammonia sensor) for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and the fossil fuel and the first ammonia decomposition device 30a. The fuel flow rate adjusting unit 47 for adjusting the flow rate with the ammonia fuel is electrically connected to the ammonia sensor 40A and the fuel flow rate adjusting unit 47, and the fuel flow rate adjusting unit 47 is controlled based on the detection result of the ammonia sensor 40A. A controller 44 (second controller) for fueling the fuel may be provided. The fuel flow control unit 47 includes a flow control valve 47a for fossil fuel provided in the first fuel supply line 28 and a flow control valve for ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 to the first ammonia decomposition device 30a. 47b and may be included.
In this way, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 is detected by the ammonia sensor 40A, and the detection result is input to the controller 44. Then, based on the detection result from the ammonia sensor 40A, the controller 44 controls the opening degree of the flow rate control valve 47a and / or the flow rate control valve 47b, so that the flow rate of the fossil fuel and the ammonia fuel supplied to the furnace 20 can be increased. It will be adjusted. In some embodiments, for example, when the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate derived from the ammonia concentration detected by the ammonia sensor 40A is not 3% or less, for example, the flow rate control valve 47a is opened in the opening direction. Alternatively, by controlling the flow rate control valve 47b in the closing direction, the ratio of the fossil fuel to the ammonia fuel can be changed to an appropriate range.

ここで、第１アンモニア分解装置３０ａの出口側でアンモニアリーク率が検出されると、該アンモニアリーク率に基づき、第１アンモニア分解装置３０ａで燃焼又は分解により反応したアンモニアの量が推定できる。アンモニアの反応には、酸素を含まない上記（１）式の分解反応の他に、酸素を含んでＮＯｘが生成される反応を含み、各反応は周囲の温度や触媒の存在など、種々の条件に基づき予め推定できる。従って、例えば、アンモニアセンサ４０Ａにより検出されたアンモニアリーク率と、試験や試運転時に予め取得したデータとから、第１アンモニア分解装置３０ａの出口におけるＮＯｘリーク率を導出することができる。 Here, when the ammonia leak rate is detected on the outlet side of the first ammonia decomposition device 30a, the amount of ammonia reacted by combustion or decomposition in the first ammonia decomposition device 30a can be estimated based on the ammonia leak rate. In addition to the decomposition reaction of the above formula (1) that does not contain oxygen, the reaction of ammonia includes a reaction that contains oxygen to generate NOx, and each reaction has various conditions such as ambient temperature and the presence of a catalyst. Can be estimated in advance based on. Therefore, for example, the NOx leak rate at the outlet of the first ammonia decomposition device 30a can be derived from the ammonia leak rate detected by the ammonia sensor 40A and the data acquired in advance during the test or test run.

なお、コントローラ４４は、上記の制御を実行するために用いる各種演算式やパラメータ、閾値等のデータを記録したＲＯＭ等の記憶手段、この記憶手段に記憶されたデータを用いて演算処理を行うＣＰＵ、演算領域となるＲＡＭ等を含むように構成されてもよい（後述のコントローラ４５、コントローラ４６についても同様）。また、コントローラ４４、後述するコントローラ４５及びコントローラ４６は、それぞれ別個独立に設けられていてもよいし、共通の制御部により統括的に制御されるように構成されていてもよい。 The controller 44 is a storage means such as a ROM in which data such as various arithmetic expressions, parameters, and thresholds used for executing the above control are recorded, and a CPU that performs arithmetic processing using the data stored in the storage means. , It may be configured to include a RAM or the like as a calculation area (the same applies to the controller 45 and the controller 46 described later). Further, the controller 44, the controller 45 and the controller 46 described later may be provided separately and independently, or may be configured to be collectively controlled by a common control unit.

他の実施形態では、上記アンモニアセンサ４０Ａに加えて、コントローラ４４と電気的に接続され、第１アンモニア分解装置３０ａの出口から送出される水素含有燃料中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（図示省略）を設けてもよい。そして、アンモニアセンサ４０Ａで検出されたリークアンモニア（未燃アンモニア）の割合と、ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの割合とがコントローラ４４に入力され、これらの検出結果に基づき、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計が３％以下でない場合に、流量調節弁４７ａ及び／又は流量調節弁４７ｂが適切な開度となるようにコントローラ４４が制御するように構成してもよい。 In another embodiment, in addition to the ammonia sensor 40A, a NOx sensor (not shown) that is electrically connected to the controller 44 and detects the NOx concentration in the hydrogen-containing fuel sent from the outlet of the first ammonia decomposition device 30a. ) May be provided. Then, the ratio of leaked ammonia (unburned ammonia) detected by the ammonia sensor 40A and the ratio of NOx detected by the NOx sensor are input to the controller 44, and the ammonia leak rate and NOx leak are based on these detection results. When the total with the rate is not 3% or less, the controller 44 may be configured to control the flow rate control valve 47a and / or the flow rate control valve 47b so as to have an appropriate opening degree.

幾つかの実施形態では、図２Ｄに示すように、第１アンモニア分解装置３０ａから流出したガスの一部を第１アンモニア分解装置３０ａの入口に再循環させるための再循環流路４８と、再循環流路４８に設けられ、第１アンモニア分解装置３０ａの入口へのガスの再循環量を調節するための流量調節弁４９と、第１アンモニア分解装置３０ａの出口のアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサ４０Ｂ（第３アンモニアセンサ）と、流量調節弁４９及びアンモニアセンサ４０Ｂと電気的に接続され、アンモニアセンサ４０Ｂの検出結果に基づいて、流量調節弁４９の開度制御を行うコントローラ４５（第３コントローラ）と、を備えていてもよい。
このようにすれば、火炉２０に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度がアンモニアセンサ４０Ｂで検出され、その検出結果がコントローラ４５に入力される。そして、アンモニアセンサ４０Ｂからの検出結果に基づき、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が適切な範囲（例えば、３％以下）でない場合、コントローラ４５が流量調節弁４９の開度を開方向に制御することで、第１アンモニア分解装置３０ａから供給された水素含有燃料を再び第１アンモニア分解装置３０ａに供給することができる。こうすることで、火炉２０に供給される水素含有燃料中におけるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を適切な範囲とすることができるため、排ガス中におけるＮＯｘ濃度をより適切に低減することができる。 In some embodiments, as shown in FIG. 2D, a recirculation flow path 48 for recirculating a part of the gas flowing out from the first ammonia decomposition device 30a to the inlet of the first ammonia decomposition device 30a and a recirculation flow path 48. A flow control valve 49 provided in the circulation flow path 48 for adjusting the amount of recirculation of gas to the inlet of the first ammonia decomposition device 30a, and for detecting the ammonia concentration at the outlet of the first ammonia decomposition device 30a. A controller 45 (third) that is electrically connected to the ammonia sensor 40B (third ammonia sensor), the flow control valve 49, and the ammonia sensor 40B, and controls the opening degree of the flow control valve 49 based on the detection result of the ammonia sensor 40B. 3 controller) and may be provided.
In this way, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 is detected by the ammonia sensor 40B, and the detection result is input to the controller 45. Then, when the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate is not within an appropriate range (for example, 3% or less) based on the detection result from the ammonia sensor 40B, the controller 45 opens the opening degree of the flow rate control valve 49. By controlling the above, the hydrogen-containing fuel supplied from the first ammonia decomposition device 30a can be supplied to the first ammonia decomposition device 30a again. By doing so, the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 can be set in an appropriate range, so that the NOx concentration in the exhaust gas can be reduced more appropriately. Can be done.

図３は、第１アンモニア分解装置３０ａの出口におけるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値と火炉２０の出口におけるＮＯｘ濃度増加割合との関係を示す図である。同図から明らかなように、火炉２０の出口におけるＮＯｘ濃度の増加割合は、第１アンモニア分解装置３０ａの出口におけるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値に比例して増加する。また、化石燃料に対するアンモニア燃料の割合、即ちアンモニア混焼率（カロリー比）が低いほど、火炉２０の出口におけるＮＯｘ濃度の増加割合は低くなることがわかる。従って、同図に基づき、火炉２０の出口におけるＮＯｘ濃度の増加割合を考慮して、第１アンモニア分解装置３０ａの出口におけるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が適切な範囲となるように設定することが可能となる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate at the outlet of the first ammonia decomposition device 30a and the NOx concentration increase rate at the outlet of the furnace 20. As is clear from the figure, the rate of increase in the NOx concentration at the outlet of the furnace 20 increases in proportion to the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate at the outlet of the first ammonia decomposition device 30a. It can also be seen that the lower the ratio of ammonia fuel to fossil fuel, that is, the ammonia co-firing rate (calorie ratio), the lower the rate of increase in NOx concentration at the outlet of the furnace 20. Therefore, based on the figure, considering the rate of increase in NOx concentration at the outlet of the furnace 20, the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate at the outlet of the first ammonia decomposition apparatus 30a is within an appropriate range. It becomes possible to set.

幾つかの実施形態において、ボイラ２は、第１アンモニア分解装置３０ａで生成された水素を含み、且つ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が火炉２０に供給され、該火炉２０内で燃焼されるように構成されてもよい。なお、火炉２０に供給される水素含有燃料におけるアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値は、３％以下（望ましくは１％以下）とすることが好ましい。このように、第１アンモニア分解装置３０ａにおいてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を火炉２０に供給するようにすることで、アンモニアの燃料としての使用に起因するＮＯｘ濃度の増加を抑制できる。これにより、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴うＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
特に、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下にすることで、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉２０内での燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制できるから、ＮＯｘ濃度を効果的に低減できる。 In some embodiments, the boiler 2 contains hydrogen generated by the first ammonia decomposition apparatus 30a, and the hydrogen-containing fuel in which the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate is 3% or less is the furnace 20. It may be configured to be supplied to the furnace 20 and burned in the furnace 20. The total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 is preferably 3% or less (preferably 1% or less). As described above, by supplying the hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by decomposing ammonia in advance in the first ammonia decomposition apparatus 30a to the furnace 20, the NOx concentration due to the use of ammonia as a fuel is increased. Can be suppressed. As a result, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation techniques have been established, it is possible to reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel.
In particular, by setting the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the hydrogen-containing fuel to 3% or less, NOx associated with the combustion of the ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel in the furnace 20 Since the generation of NOx can be suppressed, the NOx concentration can be effectively reduced.

続いて、図４Ａに示すように、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガス中の残留アンモニアを分離するためのアンモニア分離装置３４を備えていてもよい。
このアンモニア分離装置３４は、第１アンモニア分解装置３０ａとバーナ２１との間に配置され、該第１アンモニア分解装置３０ａとバーナ２１とにそれぞれ接続される。
幾つかの実施形態において、アンモニア分離装置３４に供給される第１アンモニア分解装置３０ａからのガスには、アンモニア燃料が分解されて生成された窒素及び水素に加え、未分解又は未燃のアンモニア（ＮＨ３）が含まれている。アンモニア分離装置３４は、こうして供給された未分解又は未燃のアンモニアを除去剤や吸着剤を用いて分離する。こうして、アンモニア分離装置３４によって、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下に維持されるようになっていてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 4A, in some embodiments, the boiler 2 comprises an ammonia separation device 34 for separating residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device 30a toward the furnace 20. May be good.
The ammonia separation device 34 is arranged between the first ammonia decomposition device 30a and the burner 21, and is connected to the first ammonia decomposition device 30a and the burner 21, respectively.
In some embodiments, the gas from the first ammonia decomposition device 30a supplied to the ammonia separation device 34 includes undecomposed or unburned ammonia (in addition to nitrogen and hydrogen produced by decomposition of the ammonia fuel). NH 3 ) is included. The ammonia separation device 34 separates the undecomposed or unburned ammonia thus supplied by using a removing agent or an adsorbent. In this way, the ammonia separation device 34 may maintain the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 to 3% or less.

なお、幾つかの実施形態において、分離には残留アンモニア（すなわち、未分解又は未反応のアンモニア）を除去又は吸着によって分離することを含み、分離手段としては物理的手法又は化学的手法等、種々の方法が考えられる。
例えば、公知のアンモニア吸着剤を充填させた吸着塔内を通過させることで、第１アンモニア分解装置３０ａから供給されるアンモニア燃料中のアンモニアを吸着除去してもよい。
アンモニア吸着剤としては、例えば、公知の粒状活性炭や繊維状活性炭を用いてもよいし、アクリレート系繊維を用いたセルファイン（登録商標）等を用いてもよいし、多孔質で構造中に負電荷をもつゼオライト等を用いてもよい。 In some embodiments, separation includes separation of residual ammonia (that is, undecomposed or unreacted ammonia) by removal or adsorption, and the separation means may be various, such as a physical method or a chemical method. The method of is conceivable.
For example, ammonia in the ammonia fuel supplied from the first ammonia decomposition apparatus 30a may be adsorbed and removed by passing through an adsorption tower filled with a known ammonia adsorbent.
As the ammonia adsorbent, for example, known granular activated carbon or fibrous activated carbon may be used, Cellfine (registered trademark) using acrylate-based fibers, or the like may be used, and the porous structure is negative in the structure. A charged zeolite or the like may be used.

このように構成すれば、第１アンモニア分解装置３０ａのみでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、アンモニア分離装置３４により残留アンモニアを分離することで、火炉２０への供給前に水素含有燃料中のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下に低減することができる。よって、アンモニアの燃焼に起因したＮＯｘの発生を抑制できる。 With this configuration, even if the first ammonia decomposition device 30a alone cannot sufficiently decompose ammonia, the residual ammonia is separated by the ammonia separation device 34, so that the hydrogen-containing fuel can be used before being supplied to the furnace 20. The total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the medium can be reduced to 3% or less. Therefore, it is possible to suppress the generation of NOx caused by the combustion of ammonia.

図４Ｂに示すように、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサ４０Ｃ（第１アンモニアセンサ）と、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガスを導くガス流路（第２燃料供給ライン２９）と、アンモニア分離装置３４をバイパスするようにガス流路に接続されるバイパス流路４２と、バイパス流路４２に設けられ、アンモニア分離装置３４をバイパスするガス流量を調節するためのバイパス弁４３と、アンモニアセンサ４０Ｃ及びバイパス弁４３と電気的に接続されアンモニアセンサ４０Ｃの検出結果に基づいて、バイパス弁４３の開度を制御するためのコントローラ４６（第１コントローラ）と、を備えていてもよい。
このようにすれば、火炉２０に供給される水素含有燃料中のアンモニア濃度がアンモニアセンサ４０Ｃで検出され、検出結果がコントローラ４６に入力される。そして、アンモニアセンサ４０Ｃからの検出結果に基づき、コントローラ４６がバイパス弁４３の開度を制御し、アンモニア分離装置３４のバイパス流量が調整される。このため、例えば、第１アンモニア分解装置３０ａからガス流路に供給される水素含有燃料中のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が、３％以下となる程度に十分に低い場合は、アンモニア分離装置３４を通すことなくバイパス流路４２を介して水素含有燃料を火炉２０に供給することができる。これによって、アンモニア分離装置３４の負荷を低減できるとともに、水素含有燃料を効率良く火炉２０に供給することができる。
なお、幾つかの実施形態において、アンモニアセンサ４０Ｃは、図４Ｂに例示するように、アンモニア分離装置３４及びバイパス流路４２の下流側に設けられていてもよい。他の実施形態において、アンモニアセンサ４０Ｃは、例えば、アンモニア分離装置３４及びバイパス流路４２の上流側に設けられていてもよい。 As shown in FIG. 4B, in some embodiments, the boiler 2 has an ammonia sensor 40C (first ammonia sensor) for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and a furnace 20 from the first ammonia decomposition device 30a. A gas flow path (second fuel supply line 29) for guiding the gas toward the gas, a bypass flow path 42 connected to the gas flow path so as to bypass the ammonia separation device 34, and an ammonia separation provided in the bypass flow path 42. To control the opening degree of the bypass valve 43 based on the detection result of the bypass valve 43 for adjusting the gas flow rate bypassing the device 34, the ammonia sensor 40C, and the bypass valve 43 electrically connected to the ammonia sensor 40C. The controller 46 (first controller) and the like may be provided.
In this way, the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 is detected by the ammonia sensor 40C, and the detection result is input to the controller 46. Then, based on the detection result from the ammonia sensor 40C, the controller 46 controls the opening degree of the bypass valve 43, and the bypass flow rate of the ammonia separation device 34 is adjusted. Therefore, for example, when the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the hydrogen-containing fuel supplied from the first ammonia decomposition device 30a to the gas flow path is sufficiently low to be 3% or less, The hydrogen-containing fuel can be supplied to the furnace 20 through the bypass flow path 42 without passing through the ammonia separation device 34. As a result, the load on the ammonia separation device 34 can be reduced, and the hydrogen-containing fuel can be efficiently supplied to the furnace 20.
In some embodiments, the ammonia sensor 40C may be provided on the downstream side of the ammonia separation device 34 and the bypass flow path 42, as illustrated in FIG. 4B. In another embodiment, the ammonia sensor 40C may be provided, for example, on the upstream side of the ammonia separation device 34 and the bypass flow path 42.

続いて、図５に示すように、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、アンモニア分離装置３４で分離された残留アンモニアを第１アンモニア分解装置３０ａの入口側に戻すためのリサイクル流路３７をさらに備えていてもよい。
このように構成すれば、アンモニア分離装置３４で分離したアンモニアを第１アンモニア分解装置３０ａの入口側に戻すことで、アンモニアの全量を燃料として有効活用できる。また、例えば、アンモニアを吸収塔（図示省略）にて吸収液に化学吸収させ、加熱することで吸収液からアンモニアを回収することができる。同様に、アンモニアを吸着させた場合、加熱により脱着させることでアンモニアを回収できる。そして、こうして回収したアンモニアを原料アンモニアとして再利用することができる。 Subsequently, as shown in FIG. 5, in some embodiments, the boiler 2 provides a recycling flow path 37 for returning the residual ammonia separated by the ammonia separation device 34 to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30a. It may be further prepared.
With this configuration, by returning the ammonia separated by the ammonia separation device 34 to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30a, the entire amount of ammonia can be effectively utilized as fuel. Further, for example, ammonia can be recovered from the absorption liquid by chemically absorbing the ammonia in the absorption liquid in an absorption tower (not shown) and heating the absorption liquid. Similarly, when ammonia is adsorbed, it can be recovered by desorbing it by heating. Then, the ammonia recovered in this way can be reused as a raw material ammonia.

続いて、図６に示すように、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガス中の残留アンモニアをさらに分解するための第２アンモニア分解装置３０ｂをさらに備えていてもよい。即ち、アンモニア分解装置３０は、第１アンモニア分解装置３０ａ及び第２アンモニア分解装置３０ｂのように複数のアンモニア分解装置を含んでいてもよい。例えば、図６に示す例示的な実施形態の場合、第１アンモニア分解装置３０ａ及び第２アンモニア分解装置３０ｂが共に、アンモニアを分解して水素と窒素とを生成するアンモニア分解装置３０として機能する。この場合、第１アンモニア分解装置３０ａは、ボイラ２で生成された熱を利用して、アンモニアの分解を行うように構成されてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 6, in some embodiments, the boiler 2 provides a second ammonia decomposition device 30b for further decomposition of residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device 30a toward the furnace 20. It may be further prepared. That is, the ammonia decomposition device 30 may include a plurality of ammonia decomposition devices such as the first ammonia decomposition device 30a and the second ammonia decomposition device 30b. For example, in the case of the exemplary embodiment shown in FIG. 6, both the first ammonia decomposition device 30a and the second ammonia decomposition device 30b function as an ammonia decomposition device 30 that decomposes ammonia to produce hydrogen and nitrogen. In this case, the first ammonia decomposition device 30a may be configured to decompose ammonia by utilizing the heat generated by the boiler 2.

幾つかの実施形態において、第２アンモニア分解装置３０ｂは、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガスの一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第２燃焼部３１ｂと、第２燃焼部３１ｂにおいて生成した燃焼熱を用いて、残留アンモニアを分解するように構成された第２分解部３２ｂと、を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、第２分解部３２ｂには、例えば、上記第１分解部３２ａと同様にアンモニア分解触媒を適用してもよい。また、幾つかの実施形態においてボイラ２は、第２燃焼部３１ｂに、例えば、軽油等の助燃燃料を供給する助燃燃料供給部２６を接続してもよい。また、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、アンモニアの一部を部分的に燃焼するためのアンモニア部分燃焼用の空気を第２燃焼部３１ｂに供給する部分燃焼用空気供給部２７を備えていてもよい。 In some embodiments, the second ammonia decomposition device 30b includes a second combustion unit 31b for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device 30a toward the furnace 20 under partial oxidation conditions, and a second combustion. A second decomposition unit 32b configured to decompose residual ammonia using the combustion heat generated in the unit 31b may be included. In some embodiments, an ammonia decomposition catalyst may be applied to the second decomposition unit 32b, for example, in the same manner as in the first decomposition unit 32a. Further, in some embodiments, the boiler 2 may connect the combustion fuel supply unit 26 for supplying the combustion fuel such as light oil to the second combustion unit 31b. Further, in some embodiments, the boiler 2 includes a partial combustion air supply unit 27 that supplies air for partial combustion of ammonia for partially burning a part of ammonia to the second combustion unit 31b. You may.

このように構成された第１アンモニア分解装置３０ａにより、ボイラ２で生成された熱を利用してアンモニアの分解を行うだけでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、第２アンモニア分解装置３０ｂにおいて、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガスの部分燃焼により生じる熱を利用して残留アンモニアを分解することができる。これにより、火炉２０への供給前に水素含有燃料中のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下に低減し、火炉２０内でのアンモニアの燃焼に起因したＮＯｘの発生を抑制できる。また、第２アンモニア分解装置３０ｂの第２燃焼部３１ｂでは、第１アンモニア分解装置３０ａから火炉２０に向かうガスを部分酸化条件下で燃焼させるため、第２燃焼部３１ｂにおけるＮＯｘの発生を抑制できる。
なお、図６に示す第２燃焼部３１ｂで行われる部分燃焼の場合、該第２燃焼部３１ｂで燃焼されるアンモニアの量は第２燃焼部３１ｂに供給される空気量で決まり、第２分解部３２ｂで分解されるアンモニアの量は該第２分解部３２ｂにおけるアンモニアの滞留時間により決定される。 Even if the first ammonia decomposition device 30a configured in this way cannot sufficiently decompose ammonia simply by using the heat generated by the boiler 2 to decompose ammonia, the second ammonia decomposition device 30b In, the residual ammonia can be decomposed by utilizing the heat generated by the partial combustion of the gas from the first ammonia decomposition device 30a toward the furnace 20. As a result, the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate in the hydrogen-containing fuel is reduced to 3% or less before the supply to the furnace 20, and the generation of NOx caused by the combustion of ammonia in the furnace 20 is suppressed. can. Further, in the second combustion unit 31b of the second ammonia decomposition device 30b, the gas from the first ammonia decomposition device 30a toward the furnace 20 is burned under the partial oxidation condition, so that the generation of NOx in the second combustion unit 31b can be suppressed. ..
In the case of partial combustion performed in the second combustion unit 31b shown in FIG. 6, the amount of ammonia burned in the second combustion unit 31b is determined by the amount of air supplied to the second combustion unit 31b, and the second decomposition. The amount of ammonia decomposed in the second decomposition part 32b is determined by the residence time of ammonia in the second decomposition part 32b.

続いて、図７に示すように、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、煙道３８から煙突８に向かう排ガスをバーナ２１に再投入するための排ガスリサイクルライン３９（ＧＲライン）を備えていてもよい。この場合、排ガスリサイクルライン３９を流れる再循環ガスと、第１アンモニア分解装置３０ａで窒素と水素とに一部が分解されたアンモニア燃料と、をバーナ２１により火炉２０内に供給してもよい。
なお、図７に示す例示的な実施形態では、１次空気供給部２２からバーナ２１に向かう空気供給流路に第２燃料供給ライン２９を接続し、第１アンモニア分解装置３０ａから供給される水素含有燃料を、１次空気供給部２２からバーナ２１に向かう空気供給流路に混入させている。他の実施形態では、第２燃料供給ライン２９が排ガスリサイクルライン３９に接続され、第２燃料供給ライン２９及び排ガスリサイクルライン３９を介して、第１アンモニア分解装置３０ａからのアンモニア燃料が火炉２０内に供給される。 Subsequently, as shown in FIG. 7, in some embodiments, the boiler 2 includes an exhaust gas recycling line 39 (GR line) for re-injecting exhaust gas from the flue 38 toward the chimney 8 into the burner 21. You may. In this case, the recirculated gas flowing through the exhaust gas recycling line 39 and the ammonia fuel partially decomposed into nitrogen and hydrogen by the first ammonia decomposition device 30a may be supplied into the furnace 20 by the burner 21.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, the second fuel supply line 29 is connected to the air supply flow path from the primary air supply unit 22 to the burner 21, and hydrogen supplied from the first ammonia decomposition device 30a. The contained fuel is mixed in the air supply flow path from the primary air supply unit 22 to the burner 21. In another embodiment, the second fuel supply line 29 is connected to the exhaust gas recycling line 39, and the ammonia fuel from the first ammonia decomposition device 30a is supplied into the furnace 20 via the second fuel supply line 29 and the exhaust gas recycling line 39. Is supplied to.

また、上述したように、幾つかの実施形態では、火炉２０、バーナ２１及び第１燃料供給ライン２８を備えるボイラの改造方法として、アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置３０ａを設置する。また、水素及び化石燃料を含み、かつ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が火炉２０に供給されるように、第１アンモニア分解装置３０ａからのガスが流れる第２燃料供給ライン２９を第１燃料供給ライン２８に接続する。
このような改造方法により、既存のボイラの構成要素を有効活用して改造工事を小規模にとどめることができる。また、この改造工事により、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下にすることが可能になるため、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉２０内での燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制することが可能になる。よって、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴うＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。 Further, as described above, in some embodiments, as a method of modifying a boiler including a furnace 20, a burner 21, and a first fuel supply line 28, a first method for decomposing ammonia to generate nitrogen and hydrogen is performed. Ammonia decomposition device 30a is installed. Further, the gas from the first ammonia decomposition device 30a is supplied to the furnace 20 so that the hydrogen-containing fuel containing hydrogen and fossil fuel and having the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of 3% or less is supplied to the furnace 20. The second fuel supply line 29 through which the fuel flows is connected to the first fuel supply line 28.
By such a remodeling method, the remodeling work can be kept on a small scale by effectively utilizing the components of the existing boiler. In addition, this remodeling work makes it possible to reduce the total value of the ammonia leak rate and NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 to 3% or less, so that the ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel can be reduced to 3% or less. It is possible to suppress the generation of NOx due to combustion in the furnace 20. Therefore, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation techniques have been established, it is possible to reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel.

さらに、上述したように、幾つかの実施形態では、第１アンモニア分解装置３０ａは、第１燃焼部３１ａと第１分解部３２ａとを含んでいてもよく、この場合は、第１アンモニア分解装置３０ａにおけるアンモニアの分解に必要な熱源をボイラ２から得るのではなく、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料の燃焼により得ることができる。したがって、既存のボイラに対して第１アンモニア分解装置３０ａを小規模な工事で追加設置することができる。また、第１アンモニア分解装置３０ａの第１燃焼部３１ａでは、軽油等の助燃燃料及びアンモニアを含む燃料を部分酸化条件下で燃焼させるため、第１燃焼部３１ａにおけるアンモニアの分解反応を促進すると共にＮＯｘの発生を抑制できる。 Further, as described above, in some embodiments, the first ammonia decomposition device 30a may include a first combustion unit 31a and a first decomposition unit 32a, in which case the first ammonia decomposition device The heat source required for the decomposition of ammonia in 30a is not obtained from the boiler 2, but can be obtained by burning a combustion auxiliary fuel such as light oil and a fuel containing ammonia. Therefore, the first ammonia decomposition device 30a can be additionally installed in the existing boiler by small-scale construction. Further, in the first combustion unit 31a of the first ammonia decomposition apparatus 30a, since the combustion auxiliary fuel such as light oil and the fuel containing ammonia are burned under the partial oxidation condition, the decomposition reaction of ammonia in the first combustion unit 31a is promoted and the decomposition reaction of ammonia is promoted. The generation of NOx can be suppressed.

なお、上記何れかの実施形態に記載のボイラ２は、図８に例示するように、燃料を燃焼させるための追加空気（２次空気）を火炉２０に供給するように構成された追加空気供給部２３（ＡＡ：アフターエアポート）を備えていてもよい。つまり、幾つかの実施形態において、ボイラ２は、バーナ２１では燃料に対して理論空気比よりも少ない空気量の燃焼用空気（１次空気）を火炉２０に投入し、火炉２０内の燃焼領域３５よりも下流側を還元領域（還元雰囲気）３６（図１参照）として排ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図り、下流の追加空気供給部２３から追加空気を投入する二段燃焼方式のボイラであってもよい。このようにすれば、二段燃焼による低ＮＯｘ燃焼とアンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 The boiler 2 according to any one of the above embodiments is configured to supply additional air (secondary air) for burning fuel to the furnace 20, as illustrated in FIG. A unit 23 (AA: after-airport) may be provided. That is, in some embodiments, the boiler 2 injects combustion air (primary air) having a smaller amount of air than the theoretical air ratio with respect to the fuel in the burner 21 into the furnace 20, and the combustion region in the furnace 20. It is a two-stage combustion type boiler that reduces the NOx concentration in the exhaust gas by setting the downstream side of 35 as the reduction region (reduction atmosphere) 36 (see FIG. 1) and injects additional air from the additional air supply unit 23 downstream. You may. By doing so, it is possible to achieve low NOx combustion by two-stage combustion, emission of unburned ammonia due to combustion of ammonia fuel, and reduction of NOx concentration.

以上説明したように、本発明の幾つかの実施形態に係るボイラ２によれば、第１アンモニア分解装置３０ａにおいてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を火炉２０に供給するようにしたので、アンモニアの燃料としての使用に起因するＮＯｘ濃度の増加を抑制できる。これにより、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴うＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。特に、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値を３％以下にすることで、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉２０内での燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制できるから、ＮＯｘ濃度を効果的に低減できる。 As described above, according to the boiler 2 according to some embodiments of the present invention, the hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by preliminarily decomposing ammonia in the first ammonia decomposition apparatus 30a is supplied to the furnace 20. Therefore, it is possible to suppress an increase in NOx concentration due to the use of ammonia as a fuel. As a result, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation techniques have been established, it is possible to reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. In particular, by setting the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of the hydrogen-containing fuel supplied to the hydrogen-containing fuel to 3% or less, NOx associated with the combustion of the ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel in the furnace 20 Since the generation of NOx can be suppressed, the NOx concentration can be effectively reduced.

また、上記何れかの実施形態に記載のボイラ２と、このボイラ２で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン３とを備えた火力発電プラント１によれば、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いたボイラ２を備えた火力発電プラント１を実現することができる。また、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴うＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。 Further, according to the thermal power plant 1 including the boiler 2 according to any one of the above embodiments and the steam turbine 3 driven by the steam generated by the boiler 2, the ammonia fuel (strictly speaking, ammonia). It is possible to realize a thermal power generation plant 1 provided with a boiler 2 using a derived hydrogen-containing fuel). In addition, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia for which storage and transportation techniques have been established, it is possible to reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-mentioned embodiment and a combination of these embodiments.

１ 火力発電プラント
２ ボイラ
３ 蒸気タービン
３ａ 高圧タービン（蒸気タービン）
３ｂ 低圧タービン（蒸気タービン）
４ 発電機
５ 復水器
６ ポンプ
７ 熱交換器
８ 煙突
２０ 火炉
２０ａ 炉壁部
２０ｂ 炉底部
２１ バーナ
２２ １次空気供給部（１次空気）
２３ 追加空気供給部（２次空気／ＡＡ）
２５ アンモニア燃料供給部
２６ 助燃燃料供給部
２７ 部分燃焼用空気供給部
２８ 第１燃料供給ライン（化石燃料供給ライン）
２９ 第２燃料供給ライン（水素含有燃料供給ライン／ガス流路）
３０ アンモニア分解装置
３０ａ 第１アンモニア分解装置
３０ｂ 第２アンモニア分解装置
３１ａ 第１燃焼部
３１ｂ 第２燃焼部
３２ａ 第１分解部
３２ｂ 第２分解部
３３ 化石燃料供給部
３４ アンモニア分離装置
３５ 燃焼領域（低酸素燃焼領域）
３６ 還元領域（還元雰囲気）
３７ リサイクル流路
３８ 煙道
３９ 排ガスリサイクルライン（ＧＲライン）
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ アンモニアセンサ
４２ バイパス流路
４３ バイパス弁
４４、４５、４６ コントローラ
４７ 燃料比率調節部
４７ａ，４７ｂ 流量調節弁（燃料比率調節部）
４８ 再循環流路
４９ 流量調節弁
Ａ 燃焼ガスの流れ方向 1 Thermal power plant 2 Boiler 3 Steam turbine 3a High pressure turbine (steam turbine)
3b Low pressure turbine (steam turbine)
4 Generator 5 Condenser 6 Pump 7 Heat exchanger 8 Chimney 20 Fireplace 20a Fireplace wall 20b Fireplace bottom 21 Burner 22 Primary air supply (primary air)
23 Additional air supply section (secondary air / AA)
25 Ammonia fuel supply unit 26 Auxiliary fuel supply unit 27 Partial combustion air supply unit 28 First fuel supply line (fossil fuel supply line)
29 Second fuel supply line (hydrogen-containing fuel supply line / gas flow path)
30 Ammonia decomposition device 30a 1st ammonia decomposition device 30b 2nd ammonia decomposition device 31a 1st combustion part 31b 2nd combustion part 32a 1st decomposition part 32b 2nd decomposition part 33 Fossil fuel supply part 34 Ammonia separation device 35 Combustion region (low) Oxygen combustion area)
36 Reduction region (reduction atmosphere)
37 Recycling channel 38 Flue 39 Exhaust gas recycling line (GR line)
40A, 40B, 40C Ammonia sensor 42 Bypass flow path 43 Bypass valve 44, 45, 46 Controller 47 Fuel ratio adjustment unit 47a, 47b Flow control valve (fuel ratio adjustment unit)
48 Recirculation flow path 49 Flow control valve A Combustion gas flow direction

Claims (14)

火炉と、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記火炉と前記第１アンモニア分解装置とに接続された水素含有燃料供給ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置を経由しない前記アンモニアの前記火炉に対する直接供給経路は設けず、前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含み、且つ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記水素含有燃料供給ラインを介して前記火炉に供給され、該火炉内で燃焼されるように構成されたボイラ。 With a furnace
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A hydrogen-containing fuel supply line connected to the furnace and the first ammonia decomposition device,
Equipped with
The direct supply path of the ammonia to the furnace without passing through the first ammonia decomposition device is not provided, the hydrogen produced by the first ammonia decomposition device is contained, and the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate is obtained. A boiler configured such that hydrogen-containing fuel having a value of 3% or less is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line and burned in the furnace. 前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かうガス中の残留アンモニアを分離するためのアンモニア分離装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。 The boiler according to claim 1, further comprising an ammonia separation device provided in the hydrogen-containing fuel supply line for separating residual ammonia in a gas from the first ammonia decomposition device toward the furnace. 前記水素含有燃料供給ラインにおける前記アンモニア分離装置の下流側と前記第１アンモニア分解装置の入口側とに接続され、前記アンモニア分離装置で分離された前記残留アンモニアを前記第１アンモニア分解装置の入口側に戻すためのリサイクル流路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。 The residual ammonia connected to the downstream side of the ammonia separation device and the inlet side of the first ammonia decomposition device in the hydrogen-containing fuel supply line and separated by the ammonia separation device is the inlet side of the first ammonia decomposition device. The boiler according to claim 2, further comprising a recycling flow path for returning to. 前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第１アンモニアセンサと、
前記アンモニア分離装置をバイパスするように前記アンモニア分離装置の上流と下流とに接続されたバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、前記アンモニア分離装置をバイパスするガス流量を調節するためのバイパス弁と、
前記第１アンモニアセンサ及び前記バイパス弁と電気的に接続され前記第１アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するための第１コントローラと、
を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のボイラ。 A first ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A bypass flow path connected to the upstream and downstream of the ammonia separator so as to bypass the ammonia separator,
A bypass valve provided in the bypass flow path for adjusting the gas flow rate that bypasses the ammonia separator,
A first controller electrically connected to the first ammonia sensor and the bypass valve to control the opening degree of the bypass valve based on the detection result of the first ammonia sensor.
The boiler according to claim 2 or 3, wherein the boiler is provided with. 前記火炉は、
前記火炉で生成された燃焼ガスを導くための煙道をさらに備え、
前記第１アンモニア分解装置は、前記煙道内に設けられることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のボイラ。 The furnace
Further equipped with a flue for guiding the combustion gas produced in the furnace,
The boiler according to any one of claims 1 to 4, wherein the first ammonia decomposition device is provided in the flue. 前記第１アンモニア分解装置は、
アンモニアを含む燃料の一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第１燃焼部と、
前記第１燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記アンモニアを分解するように構成された第１分解部と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のボイラ。 The first ammonia decomposition device is
The first combustion part for burning a part of the fuel containing ammonia under the partial oxidation condition,
Using the combustion heat generated in the first combustion unit, the first decomposition unit configured to decompose the ammonia and the first decomposition unit
The boiler according to any one of claims 1 to 4, wherein the boiler comprises. 前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かうガス中の残留アンモニアをさらに分解するための第２アンモニア分解装置をさらに備え、
前記第２アンモニア分解装置は、
前記第１アンモニア分解装置から前記火炉に向かう前記ガスの一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第２燃焼部と、
前記第２燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記残留アンモニアを分解するように構成された第２分解部と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載のボイラ。 The hydrogen-containing fuel supply line is further provided with a second ammonia decomposition device for further decomposing residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device to the furnace.
The second ammonia decomposition device is
A second combustion unit for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device toward the furnace under partial oxidation conditions, and a second combustion unit.
Using the combustion heat generated in the second combustion unit, the second decomposition unit configured to decompose the residual ammonia and the second decomposition unit
The boiler according to claim 5, wherein the boiler comprises. 燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、
前記バーナに化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、をさらに備え、
前記水素含有燃料供給ラインは、前記第１アンモニア分解装置および前記第１燃料供給ラインに接続され、前記第１燃料供給ライン内の前記化石燃料に前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を混入させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のボイラ。 A burner for burning fuel in the furnace,
Further equipped with a first fuel supply line for supplying fossil fuel to the burner,
The hydrogen-containing fuel supply line is connected to the first ammonia decomposition device and the first fuel supply line, and the hydrogen generated by the first ammonia decomposition device is added to the fossil fuel in the first fuel supply line. The boiler according to any one of claims 1 to 7, wherein the boiler is configured to be mixed. 火炉と、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記火炉と前記第１アンモニア分解装置とに接続された水素含有燃料供給ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含み、且つ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記水素含有燃料供給ラインを介して前記火炉に供給され、該火炉内で燃焼されるように構成され、
燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、
前記バーナに化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、をさらに備え、
前記水素含有燃料供給ラインは、前記第１アンモニア分解装置および前記第１燃料供給ラインに接続され、前記第１燃料供給ライン内の前記化石燃料に前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を混入させるように構成され、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第２アンモニアセンサと、
前記第１アンモニア分解装置に供給されるアンモニア燃料の流量を調節するための燃料流量調節部と、
前記第２アンモニアセンサ及び前記燃料流量調節部と電気的に接続され、前記第２アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記燃料流量調節部を制御するための第２コントローラと、
を備えるボイラ。 With a furnace
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A hydrogen-containing fuel supply line connected to the furnace and the first ammonia decomposition device,
Equipped with
A hydrogen-containing fuel containing the hydrogen produced by the first ammonia decomposition apparatus and having a total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of 3% or less is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line. Supplied and configured to be burned in the furnace
A burner for burning fuel in the furnace,
Further equipped with a first fuel supply line for supplying fossil fuel to the burner,
The hydrogen-containing fuel supply line is connected to the first ammonia decomposition device and the first fuel supply line, and the hydrogen produced by the first ammonia decomposition device is added to the fossil fuel in the first fuel supply line. Configured to mix,
A second ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A fuel flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the ammonia fuel supplied to the first ammonia decomposition device, and
A second controller that is electrically connected to the second ammonia sensor and the fuel flow rate adjusting unit and controls the fuel flow rate adjusting unit based on the detection result of the second ammonia sensor.
Boiler equipped with. 火炉と、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記火炉と前記第１アンモニア分解装置とに接続された水素含有燃料供給ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含み、且つ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記水素含有燃料供給ラインを介して前記火炉に供給され、該火炉内で燃焼されるように構成され、
前記第１アンモニア分解装置から流出したガスの一部を前記第１アンモニア分解装置の入口に再循環させるための再循環流路と、
前記再循環流路に設けられ、前記第１アンモニア分解装置の前記入口への前記ガスの再循環量を調節するための流量調節弁と、
前記水素含有燃料供給ラインに設けられ、前記水素含有燃料中のアンモニア濃度を検出するための第３アンモニアセンサと、
前記流量調節弁及び前記第３アンモニアセンサと電気的に接続され、前記第３アンモニアセンサの検出結果に基づいて、前記流量調節弁の開度制御を行う第３コントローラと、
を備えるボイラ。 With a furnace
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A hydrogen-containing fuel supply line connected to the furnace and the first ammonia decomposition device,
Equipped with
A hydrogen-containing fuel containing the hydrogen produced by the first ammonia decomposition apparatus and having a total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate of 3% or less is supplied to the furnace via the hydrogen-containing fuel supply line. Supplied and configured to be burned in the furnace
A recirculation flow path for recirculating a part of the gas flowing out from the first ammonia decomposition device to the inlet of the first ammonia decomposition device.
A flow rate control valve provided in the recirculation flow path for adjusting the recirculation amount of the gas to the inlet of the first ammonia decomposition device.
A third ammonia sensor provided in the hydrogen-containing fuel supply line for detecting the ammonia concentration in the hydrogen-containing fuel, and
A third controller that is electrically connected to the flow rate control valve and the third ammonia sensor and controls the opening degree of the flow rate control valve based on the detection result of the third ammonia sensor.
Boiler equipped with. 前記火炉がアフターエアポートを含む
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のボイラ。 The furnace includes an after airport
The boiler according to any one of claims 1 to 10 . 請求項１乃至１１の何れか一項に記載のボイラと、
前記ボイラで生成された蒸気により駆動される蒸気タービンと、
を備えることを特徴とする火力発電プラント。 The boiler according to any one of claims 1 to 11.
A steam turbine driven by the steam generated by the boiler,
A thermal power plant characterized by being equipped with. 火炉と、化石燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、前記バーナに前記化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、を備えるボイラの改造方法であって、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置を設置するステップと、
前記第１アンモニア分解装置を経由しない前記アンモニアの前記火炉に対する直接供給経路は設けず、前記水素及び前記化石燃料を含み、かつ、アンモニアリーク率とＮＯｘリーク率との合計値が３％以下である水素含有燃料が前記火炉に供給されるように、前記第１アンモニア分解装置からのガスが流れる第２燃料供給ラインを前記第１燃料供給ラインに接続するステップと、を備える
ことを特徴とするボイラの改造方法。 A method of modifying a boiler including a fireplace, a burner for burning fossil fuel in the furnace, and a first fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burner.
The step of installing a first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
The direct supply path of the ammonia to the furnace without passing through the first ammonia decomposition device is not provided, the hydrogen and the fossil fuel are contained, and the total value of the ammonia leak rate and the NOx leak rate is 3% or less. A boiler comprising: connecting a second fuel supply line through which gas from the first ammonia decomposition apparatus flows to the first fuel supply line so that hydrogen-containing fuel is supplied to the furnace. How to remodel. 前記第１アンモニア分解装置は、
アンモニアを含む燃料の一部を部分酸化条件下で燃焼させるための第１燃焼部と、
前記第１燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記アンモニアを分解するように構成された第１分解部と、
を含む請求項１３に記載のボイラの改造方法。 The first ammonia decomposition device is
The first combustion part for burning a part of the fuel containing ammonia under the partial oxidation condition,
Using the combustion heat generated in the first combustion unit, the first decomposition unit configured to decompose the ammonia and the first decomposition unit
13. The method for modifying a boiler according to claim 13.
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