JP7834603B2 - ボイラ、及びプラント - Google Patents

Description

本開示は、ボイラ、及びボイラを備えるプラントに関する。

近年、幾つかのボイラでは、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を目的として、化石燃料から脱却する取り組み（脱炭素）が進められている。例えば、特許文献１には、バイオマス燃料のようなアルカリ成分含有の燃料を燃焼する流動床式ボイラが開示されている。

特許第５５３６０６３号公報

バイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされているが、バイオマス燃料の燃焼時には二酸化炭素が排出される。

燃焼時に二酸化炭素を排出しない燃料として水素やアンモニアが挙げられる。しかしながら、水素やアンモニアを燃料として適用する場合、常温で気体である水素やアンモニアは、化石燃料やバイオマス燃料と比較して大きな貯蔵容量が必要となる。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素の排出、及び燃料の貯蔵容量の巨大化の両方を抑制可能なボイラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るボイラは、火炉と、前記火炉に金属マグネシウムを燃料として投入するための燃料投入装置と、を備える。

本開示のボイラによれば、二酸化炭素の排出、及び燃料の貯蔵容量の巨大化の両方を抑制することができる。

第１実施形態に係るボイラを備えるプラントの構成を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る燃料投入装置の構成を概略的に示す図である。 第２実施形態に係るボイラを備えるプラントの構成を概略的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態によるボイラについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１実施形態＞
（構成）
第１実施形態に係るボイラ１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るボイラ１を備えるプラント１００の構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態に係る燃料投入装置４の構成を概略的に示す図である。図１に例示するように、プラント１００は、ボイラ１を備えている。ボイラ１は、火炉２と、火炉２に金属マグネシウムＦａを燃料として投入するための燃料投入装置４と、を含む。ボイラ１は、火炉２に投入された金属マグネシウムＦａを燃焼することで高温の燃焼ガスＧを生成し、この高温の燃焼ガスＧから熱を回収することで過熱蒸気Ｓを生成する。

第１実施形態では、図２に例示するように、火炉２は、上下方向Ｄ１に沿って延びる筒形状を有しており、内部に金属マグネシウムＦａを燃焼させるための燃焼空間３が形成されている。後述するように、燃焼空間３は流動層６を含んでいる。

第１実施形態では、図１に例示するように、ボイラ１は、流動層６に供給される流動砂Ｂを貯蔵する流動砂貯蔵槽１０と、流動砂Ｂを火炉２に搬送する流動砂ライン１２と、を含んでいる。火炉２は、流動砂貯蔵槽１０に貯蔵されている流動砂Ｂが流動層６に開口する流動砂ライン１２に投入されることで流動層６に流動砂Ｂが供給されるように構成されている。図２に例示するように、火炉２の炉底１４には、流動層６から流動砂Ｂを抜き出すための抜き出し管１５が接続されている。

第１実施形態では、図２に例示するように、火炉２の炉底１４には、燃焼空間３に燃焼用空気Ａを供給するためのエアノズル１６が設けられている。流動層６は、燃焼空間３に吹き込まれる燃焼用空気Ａによって燃焼空間３内の流動砂Ｂが流動化されることで形成される。火炉２に投入された金属マグネシウムＦａは、流動層６において燃焼用空気Ａと撹拌混合されて燃焼する。金属マグネシウムＦａの燃焼によって生成された燃焼ガスＧは、燃焼空間３における流動層６より上方の上方空間７（フリーボード）に移動する。そして、燃焼ガスＧは、火炉２の炉壁１８の上部に接続されている燃焼ガスライン２１を介して、火炉２の外部に排出される。

第１実施形態では、図１に例示するように、ボイラ１は、流動層６に配置され、蒸気や給水と燃焼ガスＧとの間で熱交換して過熱蒸気Ｓを生成する熱交換器２０（過熱器）を含んでいる。図１に例示する形態では、プラント１００は、熱交換器２０によって生成された過熱蒸気Ｓによって回転駆動する蒸気タービン２２と、蒸気タービン２２の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機２４と、を含んでいる。不図示であるが、幾つかの実施形態では、ボイラ１は、燃焼ガスライン２１を流通する燃焼ガスＧの熱を回収するための熱交換器（再熱器、節炭器）をさらに含んでいる。尚、本開示は、プラント１００を発電プラントに限定するものではない。ボイラ１が生成する過熱蒸気Ｓは、発電以外の目的で利用されてもよい。

燃料投入装置４は、上述したように火炉２に金属マグネシウムＦａを燃料として投入する。第１実施形態では、図１に例示するように、ボイラ１は、金属マグネシウムＦａを貯蔵する金属マグネシウム貯蔵槽７０をさらに含んでいる。金属マグネシウム貯蔵槽７０から燃料投入装置４への金属マグネシウムＦａの搬送方法は特に限定されない。

金属マグネシウムＦａについて説明する。金属マグネシウムＦａには、マグネシウムが重量比で５０％以上含まれる。より具体的には、金属マグネシウムＦａには、マグネシウムが重量比で９０％以上含まれ、９９％以上含まれることが好ましく、９９．９％以上含まれることがさらに好ましい。金属マグネシウムＦａは、マグネシウム単体、及びマグネシウム合金のうちの少なくとも一方を含んでいる。金属マグネシウムＦａは、少なくとも１つの粒状、屑状、板状又はインゴット状の固形物を含んでいる。第１実施形態では、金属マグネシウムＦａは、粒状の固形物を含んでおり、直径が２ｍｍ以上の粒体である。

幾つかの実施形態では、金属マグネシウムＦａは屑状、板状、又はインゴット状の固形物を含んでおり、粒径が２ｍｍ以上である。このような固形物は、例えば、篩目が２ｍｍ以上の篩によってふるい分けした場合の非通過物である。

第１実施形態では、燃料投入装置４が火炉２に投入する燃料は、金属マグネシウムＦａに加え、バイオマスＦｂをさらに含む。バイオマスＦｂは、生物由来の有機性資源であり、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥などである。バイオマスＦｂも、金属マグネシウムＦａと同様に流動層６で燃焼用空気Ａと撹拌混合されて燃焼される。そして、バイオマスＦｂの燃焼によって燃焼ガスＧが生成される。つまり、第１実施形態に係るプラント１００では、金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂを燃料としてボイラ１で過熱蒸気Ｓを生成させ、この生成された過熱蒸気Ｓを利用して蒸気タービン２２を回転駆動させ、発電機２４で発電させている。尚、燃料投入装置４へのバイオマスＦｂの搬送方法は特に限定されず、例えば、バイオマスＦｂはクレーンによって燃料投入装置４まで搬送される。ボイラ１は、バイオマスＦｂを貯蔵するためのサイロやストックヤードを含んでいてもよい。

第１実施形態では、図２に例示するように、燃料投入装置４は、バイオマスＦｂを火炉２に供給するためのバイオマス供給管３０と、金属マグネシウムＦａを火炉２に供給するための金属マグネシウム供給管３２と、を含む。

バイオマス供給管３０は、バイオマスＦｂが投入される第１投入口３４と火炉２とを接続する。図２に例示する形態では、ボイラ１は、ホッパ３６をさらに含んでいる。バイオマス供給管３０は、ホッパ３６と火炉２とを接続している。より具体的には、バイオマス供給管３０は、第１投入口３４であるホッパ３６の排出口と火炉２の炉壁１８に形成される燃料口４０とを接続している。ホッパ３６を介してバイオマス供給管３０に投入されたバイオマスＦｂは、バイオマス供給管３０を火炉２に向かって流通し、燃料口４０を通過して燃焼空間３に供給される。図２に例示する形態では、ホッパ３６は、第１投入口３４を開閉する第１開閉バルブ３５を含んでいる。

金属マグネシウム供給管３２は、金属マグネシウムＦａが投入される第２投入口４２とバイオマス供給管３０とを接続する。図２に例示する形態では、ボイラ１は、ホッパ３６とは別に設けられるＭｇ用ホッパ４４をさらに含んでいる。金属マグネシウム供給管３２は、Ｍｇ用ホッパ４４とバイオマス供給管３０とを接続している。より具体的には、金属マグネシウム供給管３２は、第２投入口４２であるＭｇ用ホッパ４４の排出口とバイオマス供給管３０に形成される合流口４６とを接続している。合流口４６は、バイオマス供給管３０が延びる方向におけるバイオマス供給管３０の両端の間に位置している。Ｍｇ用ホッパ４４を介して金属マグネシウム供給管３２に投入された金属マグネシウムＦａは、金属マグネシウム供給管３２とバイオマス供給管３０の一部を火炉２に向かって流通し、燃料口４０を通過して燃焼空間３に供給される。図２に例示する形態では、Ｍｇ用ホッパ４４は、第２投入口４２を開閉する第２開閉バルブ４３を含んでいる。

第１実施形態では、図１及び図２に例示するように、ボイラ１は、制御装置５０と、水素燃焼装置５２と、水素濃度取得装置５４と、をさらに含んでいる。

制御装置５０は、電子制御装置などのコンピュータであって、図示しないＣＰＵやＧＰＵといったプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、及びＩ／Ｏインターフェイスなどを備える。制御装置５０は、メモリにロードされたプログラムの命令に従ってプロセッサが動作（演算等）することで、制御装置５０が備える各機能部を実現する。図２に例示するように、制御装置５０は、第１開閉バルブ３５、第２開閉バルブ４３、水素燃焼装置５２、及び水素濃度取得装置５４のそれぞれと電気的に接続されている。幾つかの実施形態では、制御装置５０は、クラウド環境に設けられたクラウドサーバである。

水素燃焼装置５２は、火炉２内の流動層６よりも上方に配置される。そして、水素燃焼装置５２は、火炉２の上部に多量の水素が滞留しないように水素を燃焼させる。図２に例示する形態では、水素燃焼装置５２は火炉２内の上方空間７に配置されており、燃料口４０よりも上方に位置している。水素燃焼装置５２は、制御装置５０から駆動信号５１が送信されると駆動するように構成されている。このような水素燃焼装置５２は、例えば、バーナであり、バーナの火炎によって火炉２の上部に滞留する水素を燃焼させることができる。バーナに供給される燃料は特に限定されず、ガスや重油であってもよい。

水素濃度取得装置５４は、火炉２内の流動層６よりも上方に配置される。そして、火炉２の上部に滞留する水素の濃度を取得する。図２に例示する形態では、水素濃度取得装置５４は火炉２内の上方空間７に配置されており、燃料口４０よりも上方に位置している。水素濃度取得装置５４は、取得した水素濃度５５を制御装置５０に送信する。制御装置５０は、水素濃度取得装置５４から送信された水素濃度５５が予め設定された設定濃度を超えると、水素燃焼装置５２に駆動信号５１を送信し、水素燃焼装置５２を駆動させる。設定濃度は、例えば、燃焼空間３における水素の爆発限界の下限値の５０％以下の値である。

第１実施形態では、図１に例示するように、ボイラ１は燃料供給停止装置５９をさらに含んでいる。燃料供給停止装置５９は、水素濃度取得装置５４によって取得された水素濃度５５が設定濃度を超えると、火炉２への燃料の供給を停止するように構成される。具体的には、図２に例示するように、燃料供給停止装置５９は、第１開閉バルブ３５と、第２開閉バルブ４３とを含む。第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３のそれぞれは、制御装置５０から送信される開閉指示５７に従って開閉する。制御装置５０は、水素濃度取得装置５４から送信された水素濃度５５が設定濃度を超えると、第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３のそれぞれに閉弁するように開閉指示５７を送信し、第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３の両方が閉弁する。

（作用・効果）
第１実施形態に係るボイラ１の作用・効果について説明する。金属マグネシウムＦａは、燃焼する際に二酸化炭素を発生させない（２Ｍｇ＋Ｏ２→２ＭｇＯ）。また、金属マグネシウムＦａは、常温で固体であるため、常温で気体である水素やアンモニアと比較して、金属マグネシウム貯蔵槽７０に要求される燃料の貯蔵容量を小さくすることができる。このため、第１実施形態によれば、ボイラ１は火炉２に金属マグネシウムＦａが燃料として投入されるように構成されているので、二酸化炭素の排出、及び金属マグネシウム貯蔵槽７０の貯蔵容量の巨大化の両方を抑制することができる。

金属マグネシウムＦａは他の実用金属と比較して比重が軽く、火炉２に吹き込まれる燃焼用空気Ａによって流動化させることが容易である。第１実施形態によれば、火炉２に流動層６が形成されるボイラ１に金属マグネシウムＦａを燃料として適用することができる。また、金属マグネシウムＦａが粒状の固形物を含み、且つ直径が２ｍｍ以上の粒体であっても、金属マグネシウムＦａの比重を流動砂Ｂの比重と同程度とすることができる。このため、燃焼用空気Ａの流速を上げる必要がない。

金属マグネシウムＦａは、水分と反応して燃焼する性質を有する（Ｍｇ＋Ｈ２Ｏ→ＭｇＯ＋Ｈ２）。第１実施形態によれば、火炉２に金属マグネシウムＦａとバイオマスＦｂとが燃料として投入されるので、金属マグネシウムＦａがバイオマスＦｂに含まれる水分と反応して燃焼し、流動層６における燃焼を促進させることができる。特に、バイオマスＦｂに含まれる水分の割合（含水率）が高い場合、その燃焼性に大きな影響を及ぼす。このため、ボイラ１側で許容可能な含水率を超え、燃料として使用できない場合、プラント１００に乾燥装置などを別途設置し、含水率を下げてから使用するなどの対応が必要となる。しかしながら、第１実施形態によれば、バイオマスＦｂが金属マグネシウムＦａと共に燃料として投入されるので、金属マグネシウムＦａが積極的にバイオマスＦｂから水分を奪って燃焼する。このため、バイオマスＦｂの含水率によらず高い燃焼性を確保することが可能となる。つまり、バイオマス資源の有効活用範囲を拡大することができる。

金属マグネシウムＦａとバイオマスＦｂとを燃料として投入する場合、投入前の金属マグネシウムＦａやバイオマスＦｂの燃焼を防止するため、金属マグネシウムＦａの投入口とバイオマスＦｂの投入口とを別々に用意するほうが望ましい。第１実施形態によれば、金属マグネシウムＦａは、バイオマスＦｂが投入される第１投入口３４とは別の第２投入口４２から投入される。このため、投入前の金属マグネシウムＦａやバイオマスＦｂが燃焼してしまうことを防止できる。

尚、第１実施形態では、Ｍｇ用ホッパ４４を介して、金属マグネシウム供給管３２に金属マグネシウムＦａが投入されていたが、本開示はこの形態に限定されない。金属マグネシウムＦａは、Ｍｇ用ホッパ４４以外の装置を介して、金属マグネシウム供給管３２に投入されてもよい。金属マグネシウムＦａは、金属マグネシウム供給管３２に直接投入されてもよい。この場合、第２投入口４２は、金属マグネシウム供給管３２に設けられている。

尚、第１実施形態では、共通の燃料口４０を介して、燃焼空間３に金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂのそれぞれが供給されていたが、本開示はこの形態に限定されない。不図示であるが、幾つかの実施形態では、火炉２の炉壁１８には、金属マグネシウムＦａが燃焼空間３に供給されるための第１燃料口と、この第１燃料口とは別にバイオマスＦｂが燃焼空間３に供給されるための第２燃料口と、が形成されている。この場合、金属マグネシウム供給管３２は、Ｍｇ用ホッパ４４（Ｍｇ用ホッパ４４の排出口）と火炉２（第１燃料口）とを接続している。

尚、第１実施形態では、金属マグネシウムＦａは第２投入口４２から投入されていたが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、第１投入口３４は、バイオマスＦｂとともに金属マグネシウムＦａも投入可能に構成されている。そして、第１投入口３４に投入される粒状の金属マグネシウムＦａの粒径は、第２投入口４２に投入される粒状の金属マグネシウムＦａの粒径よりも大きい。例えば、不図示であるが、ボイラ１は、篩目が２ｍｍ以上の篩と、金属マグネシウムＦａのうち篩によってふるい分けられた非通過物（大粒径の金属マグネシウムＦａ）を搬送しホッパ３６に投入するＭｇ投入装置と、をさらに含む。金属マグネシウムＦａは、粒径が大きくなるとバイオマスＦｂに含まれる水分との反応が緩やかになり、着火性が低減する。このため、投入前のバイオマスＦｂに大粒径の金属マグネシウムＦａを予め混合させておくことができる。

金属マグネシウムＦａは、水分と反応して燃焼する際に水素を発生させる。特に、バイオマスＦｂには多量の水分が含まれているので、バイオマスＦｂとともに金属マグネシウムＦａを燃焼する場合には、水素が上方空間７に滞留する恐れがある。第１実施形態によれば、ボイラ１は上方空間７に配置される水素燃焼装置５２をさらに含んでいるので、金属マグネシウムＦａの燃焼によって発生する水素が上方空間７に多量に長時間溜まることなく燃焼することができ、水素の濃度を低減させることができる。

第１実施形態によれば、ボイラ１は上方空間７に配置される水素濃度取得装置５４をさらに含んでいるので、上方空間７に滞留する水素の濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

第１実施形態によれば、水素濃度取得装置５４が取得する水素濃度５５が設定濃度を超えると、水素燃焼装置５２が駆動する。このため、上方空間７における水素が燃焼されて水素の濃度を設定濃度未満に低減させ、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することできる。

尚、第１実施形態では、水素燃焼装置５２は、制御装置５０から駆動信号５１が送信されると駆動していたが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、水素燃焼装置５２は、ボイラ１が運転している間、駆動し続ける。幾つかの実施形態では、水素燃焼装置５２は、燃料投入装置４が火炉２に金属マグネシウムＦａを投入している間に駆動し続ける。これら両方の場合において、制御装置５０による駆動信号５１の送信は不要である。

尚、第１実施形態では、水素燃焼装置５２がバーナである場合を例にして説明したが、本開示はこの形態に限定されない。幾つかの実施形態では、水素燃焼装置５２は、点火プラグである。点火プラグから火花放電することで上方空間７内の水素を着火燃焼させ、水素の濃度を低減させる。幾つかの実施形態では、水素燃焼装置５２は、火炉２内を上昇する燃焼ガスＧが通過するように構成され、通過する際に燃焼ガスＧに残存する水素を燃焼させる触媒燃焼装置である。幾つかの実施形態では、水素燃焼装置５２は、セラミックを含むセラミック体である。セラミック体を上方空間７に配置しておくことで、燃焼ガスＧによってセラミック体の温度が上昇し、このセラミック体を水素の燃焼が可能な状態にすることができる。この場合、制御装置５０による駆動信号５１の送信は不要である。

第１実施形態によれば、水素濃度取得装置５４が取得する水素濃度５５が設定濃度を超えると、第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３の両方が閉弁する。このため、燃焼空間３への金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂの両方の供給が停止されて、金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂの燃焼によって発生する水素の量を低減することができる。よって、上方空間７における水素の濃度の上昇が抑制されるので、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することできる。

尚、第１実施形態では、燃焼空間３への金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂの両方の供給が停止されていたが、本開示は、この形態に限定されない。金属マグネシウムＦａ及びバイオマスＦｂのうちの何れか一方の供給が停止されてもよい。

尚、第１実施形態では、燃料供給停止装置５９は、第１開閉バルブ３５と、第２開閉バルブ４３とを含んでいたが本開示はこの形態に限定されない。例えば、燃料供給停止装置５９はバイオマスＦｂを燃料投入装置４にまで搬送するクレーンを含み、このクレーンを停止することでバイオマスＦｂの供給を停止してもよい。例えば、燃料供給停止装置５９は金属マグネシウム供給管３２に設けられるバルブを含み、このバルブを閉弁することで金属マグネシウムＦａの供給を停止してもよい。

尚、第１実施形態では、水素濃度取得装置５４が取得する水素濃度５５が設定濃度を超えると、制御装置５０が水素燃焼装置５２を駆動させ、第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３の両方を閉弁させていたが本開示はこの形態に限定されない。水素濃度取得装置５４が取得する水素の濃度が設定濃度を超えると、作業員が水素燃焼装置５２を駆動させてもよいし、作業員が第１開閉バルブ３５及び第２開閉バルブ４３の両方を閉弁してもよい。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係るボイラ１について説明する。第２実施形態では、ボイラ１が発火検知装置７２と乾燥砂供給装置７４とをさらに備える点で第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（構成）
図３は、第２実施形態に係るボイラ１を備えるプラント１００の構成を概略的に示す図である。図３に例示するように、ボイラ１は、発火検知装置７２、乾燥砂供給装置７４と、をさらに含む。

発火検知装置７２は、金属マグネシウム貯蔵槽７０内の発火を検知する。発火検知装置７２は、例えば、金属マグネシウム貯蔵槽７０内の温度に基づいて発火を検知してもよいし、金属マグネシウム貯蔵槽７０内の火炎の有無に基づいて発火を検知してもよい。発火検知装置７２は、制御装置５０と電気的に接続されており（ｐ１）、発火を検知すると制御装置５０に発火信号７３を送信する。

乾燥砂供給装置７４は、発火検知装置７２が金属マグネシウム貯蔵槽７０内の発火を検知すると、流動砂貯蔵槽１０に貯蔵されている流動砂Ｂを金属マグネシウム貯蔵槽７０内に供給するように構成される。具体的には、図３に例示するように、乾燥砂供給装置７４は、流動砂貯蔵槽１０と金属マグネシウム貯蔵槽７０とを接続する消火ライン７６と、消火ライン７６に設けられる消火弁７８と、を含む。消火弁７８は、制御装置５０と電気的に接続されている（ｐ２）。制御装置５０は、発火検知装置７２から発火信号７３が送信されると、消火弁７８に開弁するように指示７５を送信し、消火弁７８を開弁させる。消火弁７８が開弁すると、流動砂貯蔵槽１０内に貯蔵されている流動砂Ｂが消火ライン７６に流入する。流動砂Ｂは消火ライン７６を金属マグネシウム貯蔵槽７０に向かって流通し、金属マグネシウム貯蔵槽７０内に供給される。

（作用・効果）
第２実施形態に係るボイラ１の作用・効果について説明する。第２実施形態によれば、金属マグネシウム貯蔵槽７０内で発火が発生したとしても、流動砂Ｂによって金属マグネシウム貯蔵槽７０内で発火した金属マグネシウムＦａを覆うことで酸素を遮断し、速やかに窒息消火することができる。また、流動砂Ｂによって燃焼していない金属マグネシウムＦａを覆い、この金属マグネシウムＦａへの着火を抑制することができる。また、第２実施形態によれば、流動砂Ｂを消火のために利用することで、流動砂Ｂとは別に消火用の砂などを準備する必要がなくなる。このため、プラント１００の運営コストを低減することができる。

尚、第２実施形態では、流動砂Ｂを消火のために利用していたが、本開示はこの形態に限定されない。不図示であるが、幾つかの実施形態では、プラント１００は、流動砂Ｂとは別に乾燥砂を貯蔵する乾燥砂貯蔵槽をさらに含み、乾燥砂供給装置７４は、発火検知装置７２が金属マグネシウム貯蔵槽７０内の発火を検知すると、金属マグネシウム貯蔵槽７０内に乾燥砂貯蔵槽に貯蔵されている乾燥砂を供給する。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係るボイラ（１）は、
火炉（２）と、
前記火炉に金属マグネシウム（Ｆａ）を燃料として投入するための燃料投入装置（４）と、を備える。

金属マグネシウムは、燃焼する際に二酸化炭素を発生させない（２Ｍｇ＋Ｏ２→２ＭｇＯ）。また、金属マグネシウムは、常温で固体であるため、常温で気体である水素やアンモニアと比較して、燃料の貯蔵容量を小さくすることができる。上記［１］に記載の構成によれば、火炉に金属マグネシウムが燃料として投入されるので、二酸化炭素の排出、及び燃料の貯蔵容量の巨大化の両方を抑制することができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、
前記燃料はバイオマス（Ｆｂ）をさらに含む。

金属マグネシウムは、水分と反応して燃焼する性質を有する（Ｍｇ＋Ｈ２Ｏ→ＭｇＯ＋Ｈ２）。上記［２］に記載の構成によれば、金属マグネシウムがバイオマスに含まれる水分と反応して燃焼し、火炉内の燃焼を促進させることができる。特に、バイオマスは、含水率が高いため、単体で燃料として使用することが困難である場合が多い。しかしながら、バイオマスが金属マグネシウムと共に燃料として投入されるので、金属マグネシウムが積極的にバイオマスから水分を奪って燃焼する。このため、バイオマスの含水率によらず高い燃焼性を確保することができる。つまり、バイオマス資源の有効活用範囲を拡大することができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［２］に記載の構成において、
前記燃料投入装置は、
前記バイオマスを前記火炉に供給するためのバイオマス供給管であって、前記バイオマスが投入される第１投入口（３４）と前記火炉とを接続するバイオマス供給管（３０）と、
前記金属マグネシウムを前記火炉に供給するための金属マグネシウム供給管であって、前記金属マグネシウムが投入される第２投入口（４２）と前記バイオマス供給管とを接続する金属マグネシウム供給管（３２）と、を含む。

金属マグネシウムとバイオマスとを燃料として投入する場合、投入前の金属マグネシウムやバイオマスの燃焼を防止するため、金属マグネシウムの投入口とバイオマスの投入口とを別々に用意するほうが望ましい。上記［３］に記載の構成によれば、金属マグネシウムは、バイオマスが投入される第１投入口とは別の第２投入口から投入される。このため、投入前の金属マグネシウムやバイオマスが燃焼してしまうことを防止できる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［３］に記載の構成において、
前記第１投入口は、前記バイオマスとともに前記金属マグネシウムも投入可能に構成され、
前記第１投入口に投入される粒状の前記金属マグネシウムの粒径は、前記第２投入口に投入される粒状の前記金属マグネシウムの粒径よりも大きい。

金属マグネシウムは、粒径が大きくなるとバイオマスに含まれる水分との反応が緩やかになり、着火性が低減する。上記［４］に記載の構成によれば、投入前のバイオマスに金属マグネシウムを予め混合させておくことができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［１］から［４］の何れか１つに記載の構成において、
前記火炉は、内部に流動層（６）が形成されている。

金属マグネシウムは比重が軽いので、火炉に吹き込まれる燃焼用空気によって流動化させることが容易である。上記［５］に記載の構成によれば、火炉に流動層が形成される流動ボイラに金属マグネシウムを燃料として適用することができる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の構成において、
前記金属マグネシウムは、直径が２ｍｍ以上の粒体である。

上記［６］に記載の構成によれば、投入前の金属マグネシウムの着火を防止することができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［５］に記載の構成において、
前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素を燃焼させるための水素燃焼装置（５２）をさらに備える。

上記［７］に記載の構成によれば、金属マグネシウムの燃焼によって発生する水素を火炉の上部で燃焼し、水素の濃度を低減させることができる。

［８］幾つかの実施形態では、上記［５］又は［７］に記載の構成において、
前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素の濃度を取得する水素濃度取得装置（５４）をさらに備える。

上記［８］に記載の構成によれば、火炉の上部に滞留する水素の濃度を監視することで、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することができる。

［９］幾つかの実施形態では、上記［８］に記載の構成において、
前記水素濃度取得装置によって取得された水素の濃度が予め設定された設定濃度を超えると、前記火炉への前記燃料の供給を停止するように構成される燃料供給停止装置（５９）をさらに備える。

上記［９］に記載の構成によれば、水素の濃度が設定濃度を超えると燃料の供給が停止され、水素の濃度の上昇が抑制されるので、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することできる。

［１０］幾つかの実施形態では、上記［５］に記載の構成において、
前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素を燃焼させるための水素燃焼装置と、
前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素の濃度を取得する水素濃度取得装置と、をさらに備え、
前記水素燃焼装置は、前記水素濃度取得装置によって取得された水素の濃度が予め設定された設定濃度を超えると、駆動するように構成されている。

上記［１０］に記載の構成によれば、水素の濃度が設定濃度を超えると水素の濃度が低減されるので、水素による意図せぬ不具合の発生を防止することできる。

［１１］幾つかの実施形態では、上記［１］から［１０］の何れか１つに記載の構成において、
前記金属マグネシウムを貯蔵する金属マグネシウム貯蔵槽（７０）と、
前記金属マグネシウム貯蔵槽内の発火を検知する発火検知装置（７２）と、
前記発火検知装置が前記金属マグネシウム貯蔵槽内の発火を検知すると、前記金属マグネシウム貯蔵槽内に乾燥砂（Ｂ）を供給するように構成される乾燥砂供給装置（７４）と、をさらに備える。

上記［１１］に記載の構成によれば、乾燥砂によって金属マグネシウムを速やかに消化することができる。また、乾燥砂によって燃焼していない金属マグネシウムへの着火を抑制することができる。

［１２］幾つかの実施形態では、上記［１１］に記載の構成において、
前記火炉は、内部に流動層が形成されており、
前記流動層に供給される流動砂（Ｂ）を貯蔵する流動砂貯蔵槽（１０）をさらに備え、
前記乾燥砂供給装置は、前記流動砂貯蔵槽に貯蔵されている前記流動砂を前記乾燥砂として前記金属マグネシウム貯蔵槽内に供給するように構成される。

上記［１２］に記載の構成によれば、流動砂を乾燥砂として利用することで、流動砂とは別に乾燥砂を準備する必要がなくなる。このため、プラントの運営コストを低減することができる。

［１３］本開示に係るプラント（１００）は、
上記［１］から［１２］の何れか１つに記載のボイラと、
前記ボイラで生成した蒸気により回転する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、を備える。

上記［１３］に記載の構成によれば、二酸化炭素の排出、及び燃料の貯蔵容量の巨大化の両方が抑制されたボイラを備えるプラントを提供できる。

１ ボイラ
２ 火炉
４ 燃料投入装置
６ 流動層
１０ 流動砂貯蔵槽
３０ バイオマス供給管
３２ 金属マグネシウム供給管
３４ 第１投入口
４２ 第２投入口
５０ 制御装置
５２ 水素燃焼装置
５４ 水素濃度取得装置
５９ 燃料供給停止装置
７０ 金属マグネシウム貯蔵槽
７２ 発火検知装置
７４ 乾燥砂供給装置
１００ プラント
Ｂ 流動砂
Ｆａ 金属マグネシウム
Ｆｂ バイオマス

Claims (9)

1. 火炉と、
   前記火炉に金属マグネシウムを燃料として投入するための燃料投入装置と、を備え、
   前記金属マグネシウムを貯蔵する金属マグネシウム貯蔵槽と、
   前記金属マグネシウム貯蔵槽内の発火を検知する発火検知装置と、
   前記発火検知装置が前記金属マグネシウム貯蔵槽内の発火を検知すると、前記金属マグネシウム貯蔵槽内に乾燥砂を供給するように構成される乾燥砂供給装置と、をさらに備え、
   前記火炉は、内部に流動層が形成されており、
   前記流動層に供給される流動砂を貯蔵する流動砂貯蔵槽をさらに備え、
   前記乾燥砂供給装置は、前記流動砂貯蔵槽に貯蔵されている前記流動砂を前記乾燥砂として前記金属マグネシウム貯蔵槽内に供給するように構成される、
   ボイラ。
2. 火炉と、
   前記火炉に金属マグネシウムを燃料として投入するための燃料投入装置と、を備え、
   前記火炉は、内部に流動層が形成されており、
   前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素の濃度を取得する水素濃度取得装置をさらに備える、
   ボイラ。
3. 前記水素濃度取得装置によって取得された水素の濃度が予め設定された設定濃度を超えると、前記火炉への前記燃料の供給を停止するように構成される燃料供給停止装置をさらに備える、
   請求項２に記載のボイラ。
4. 火炉と、
   前記火炉に金属マグネシウムを燃料として投入するための燃料投入装置と、を備え、
   前記火炉は、内部に流動層が形成されており、
   前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素を燃焼させるための水素燃焼装置をさらに備える、
   ボイラ。
5. 前記火炉内の前記流動層よりも上方に配置され、前記火炉の上部に滞留する水素の濃度を取得する水素濃度取得装置をさらに備え、
   前記水素燃焼装置は、前記水素濃度取得装置によって取得された水素の濃度が予め設定された設定濃度を超えると、駆動するように構成されている、
   請求項４に記載のボイラ。
6. 火炉と、
   前記火炉に金属マグネシウムを燃料として投入するための燃料投入装置と、を備え、
   前記燃料はバイオマスをさらに含み、
   前記燃料投入装置は、
   前記バイオマスを前記火炉に供給するためのバイオマス供給管であって、前記バイオマスが投入される第１投入口と前記火炉とを接続するバイオマス供給管と、
   前記金属マグネシウムを前記火炉に供給するための金属マグネシウム供給管であって、前記金属マグネシウムが投入される第２投入口と前記バイオマス供給管とを接続する金属マグネシウム供給管と、を含み、
   前記第１投入口は、前記バイオマスとともに前記金属マグネシウムも投入可能に構成され、
   前記第１投入口に投入される粒状の前記金属マグネシウムの粒径は、前記第２投入口に投入される粒状の前記金属マグネシウムの粒径よりも大きい、
   ボイラ。
7. 前記火炉は、内部に流動層が形成されている、
   請求項６に記載のボイラ。
8. 前記金属マグネシウムは、直径が２ｍｍ以上の粒体である、
   請求項１から７の何れか一項に記載のボイラ。
9. 請求項１から７の何れか一項に記載のボイラと、
   前記ボイラで生成した蒸気により回転する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンの回転により発電する発電機と、を備える、
   プラント。