KR20210011431A - 버너 및 연소 장치 - Google Patents

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KR20210011431A
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

고체 연료와 고체 연료의 반송 가스의 혼합류가 공급되는 연료 공급 노즐(21)과, 연료 공급 노즐(21)의 외측에 배치되어, 연소용 공기를 혼합류로부터 분리하여 공급하는 유로와, 연료 공급 노즐(21)의 출구보다도 하류측에서 연료에 대한 착화와 연소 진행에 의하여 반송 가스 중의 산소가 소비되어 저산소 농도로 된 환원 영역(53)을 향하여 암모니아를 공급 가능한 암모니아 공급 노즐(42)을 구비한 것을 특징으로 하는 버너(7)에 의하여, 고체 연료와 암모니아를 혼소 가능한 버너, 및 상기 버너를 구비한 연소 장치를 제공할 수 있다.

Description

버너 및 연소 장치
본 발명은, 고체 연료를 사용하는 버너, 및 상기 버너를 갖는 연소 장치에 관한 것이다.
석탄을 분쇄하여 얻어지는 미분탄 등의 고체 연료를 연소시키는 버너에 있어서, 연료 노즐의 외주측에 2차 공기 노즐을 설치하고 2차 공기를 가이드 베인에 의하여 확산시킴으로써, 버너의 개구단의 하류측의 환원 영역을 확대하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1 내지 3).
또한 LNG(액화 천연가스) 등의 가스 연료를 사용하는 버너에 있어서, NOx를 저감하기 위하여 가스 연료의 분출 방향, 각도를 조정하는 기술도 알려져 있다(특허문헌 4, 5).
또한 고체 연료와 가스 연료를 전환하여 운용하는 것에 대응하기 위하여 미분탄 버너와 가스 버너가 조합된 기술도 알려져 있다(특허문헌 6, 7).
일본 특허 공개 평04-214102호 공보 일본 특허 제3344694호 공보 일본 특허 제5794419호 공보 실용신안 전문 공개 소56-075507호 공보 일본 특허 공고 소57-061125호 공보 일본 특허 제2526236호 공보 일본 특허 공고 평06-023607호 공보
연료로서 암모니아(NH3)를 사용한 경우, 연소 후에 CO2가 발생하지 않기 때문에 CO2 프리 암모니아의 직접 연소의 연구가 진행되고 있다. 연소 시에 고려해야 할 점으로서는, 특허문헌 4, 5에 기재된 천연가스 등의 일반적인 가스 연료에는 N(질소)분이 거의 포함되어 있지 않은 것에 대하여, 암모니아에서는 중량 비율로 82%로 다대한 N분을 포함하고 있어서 NOx를 생성하기 쉽다. 이는, 연료 중에 N분을 포함하는 석탄과 공통성이 있다.
보일러 내에서는, 산소 농도의 고저 분포가 있지만 항상 환원 조건인 고체 연료 버너(특허문헌 1 내지 3 참조)의 1차 연소 영역(환원 영역)에 암모니아를 주입할 수 있으면, 안정적으로 NOx의 상승을 억제한 혼소가 가능해진다.
특허문헌 6, 7에 기재된 구성에서는, 가스 연료를 공급하는 가스 노즐의 하류 단이 보염기보다도 하류측에 배치되어 있다. 특허문헌 6, 7에 기재된 기술은, 고체 연료와 가스 연료를 전환하여 사용한다는 전제이지 고체 연료와 가스 연료를 혼소한다는 전제는 아니기 때문에, 가스 노즐이 보염기보다도 하류측까지 신장되어 있더라도 문제는 적다. 그러나 특허문헌 6, 7의 구성에서 혼소를 행하는 경우에는 보염기보다도 하류측의 가스 노즐이 소손되는 문제가 있다.
본 발명은, 고체 연료와 암모니아를 혼소 가능한 버너, 및 상기 버너를 구비한 연소 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 본 발명의 과제는, 하기 구성을 채용함으로써 달성할 수 있다.
청구항 1에 기재된 발명은, 고체 연료와 해당 고체 연료의 반송 가스의 혼합류가 공급되는 연료 공급 노즐과, 상기 연료 공급 노즐의 외측에 배치되어, 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리하여 공급하는 유로와, 상기 연료 공급 노즐의 출구보다도 하류측에서 연료에 대한 착화와 연소 진행에 의하여 반송 가스 중의 산소가 소비되어 저산소 농도로 된 환원 영역을 향하여 암모니아를 공급 가능한 암모니아 공급 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 버너이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 혼합류와 상기 연소용 공기의 격벽 선단부에 설치되어, 상기 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리하도록 유도하는 제1 유도 부재를 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 1에 기재된 버너이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 제1 유도 부재보다도 상기 연소용 공기의 흐름의 상류측에 하류 단이 배치된 상기 암모니아 공급 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 2에 기재된 버너이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 연소용 공기의 유로 출구부에 설치되어, 외주 공기의 상기 혼합류로부터의 분리를 강화하는 제2 유도 부재를 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 버너이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 제2 유도 부재보다도 상기 연소용 공기의 흐름의 하류측에 하류 단이 배치된 상기 암모니아 공급 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 4에 기재된 버너이다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 연소용 공기의 유로에 배치되어, 상기 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리시키는 선회 발생기를 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 버너이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 암모니아의 분사 각도가 조정 가능한 상기 암모니아 공급 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 버너이다.
청구항 8에 기재된 발명은, 고체 연료의 연소에 의한 입열과 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 버너이다.
청구항 9에 기재된 발명은, 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 50% 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 청구항 8에 기재된 버너이다.
청구항 10에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 버너가 설치된 화로와, 상기 화로에 있어서 버너보다도 하류측에 연소용의 공기의 일부를 분리하여 공급하는 추가 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 연소 장치이다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 버너로부터 공급되는 전체 공기 유량을 이론 공기량 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 청구항 10에 기재된 연소 장치이다.
청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 환원 영역을 향하여 암모니아를 공급함으로써, 암모니아를 가스 연료로서 사용하면서 질소 산화물의 상승을 억제한 고체 연료와 암모니아를 혼소 가능한 버너를 제공할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 더해, 제1 유도 부재에서 연소용 공기를 혼합류로부터 분리하지 않는 경우에 비해 환원 영역에 연소 공기가 혼합되기 어려워, 환원이 강한 환원 영역을 생성할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 2에 기재된 발명의 효과에 더해, 암모니아 공급 노즐의 하류 단이 제1 유도 부재보다도 연소용 공기의 흐름의 상류측에 배치되지 않는 경우에 비해 암모니아 공급 노즐의 소손을 억제할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 발명의 효과에 더해, 제2 유도 부재에서 외주 공기의 혼합류로부터의 분리를 강화하지 않는 경우에 비해 환원 영역에 연소 공기가 혼합되기 어려워, 환원이 강한 환원 영역을 생성할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 제2 유도 부재를 따라 퍼지는 연소용 공기의 흐름의 영향을 받는 일 없이 암모니아를 공급 가능하여, 환원 영역에 암모니아를 공급하기 쉬워진다.
청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 발명의 효과에 더해, 선회 발생기에서 외주 공기의 혼합류로부터의 분리를 시키지 않는 경우에 비해 환원 영역에 연소 공기가 혼합되기 어려워, 환원이 강한 환원 영역을 생성할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 발명의 효과에 더해, 환원 영역에 있어서의 암모니아의 분포를 조정할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 발명의 효과에 더해, 고체 연료의 연소에 의한 입열과 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 조정함으로써 연소를 최적화하여, 질소 산화물의 상승을 억제할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 8에 기재된 발명의 효과에 더해, 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 50% 이하로 함으로써, 화염을 안정화하는 데에 필요한 고체 연료의 유량을 확보할 수 있다.
청구항 10에 기재된 발명에 따르면, 추가 노즐을 갖지 않는 경우에 비해 질소 산화물의 상승을 억제할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 10에 기재된 발명의 효과에 더해, 버너로부터 공급되는 전체 공기 유량을 이론 공기량 이하로 함으로써 환원 작용의 저하를 억제하여, 질소 산화물의 상승을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 연소 시스템의 전체 설명도이다.
도 2는 실시예 1의 버너의 설명도이다.
도 3은 도 2의 화살표 Ⅲ 방향에서 본 도면이다.
도 4는 본 실시예의 버너의 암모니아 공급 노즐의 선단 부분의 확대도이다.
도 5는 암모니아 공급 노즐의 선단부의 요부 단면도이다.
도 6은 암모니아 공급 노즐의 본체와 만곡되는 노즐 접속부의 연결 부분의 상세 설명도이다.
도 7은 암모니아의 공급 방향의 설명도이며, 도 7의 (A)는 도 2에 대응하는 설명도, 도 7의 (B)는 중심축 방향으로 비스듬히 암모니아를 분사하는 경우의 설명도, 도 7의 (C)는 중심축으로부터 벗어나서 비스듬히 암모니아를 분사하는 경우의 설명도이다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 나타낸다.
실시예 1
도 1은, 본 발명의 실시예 1의 연소 시스템의 전체 설명도이다.
도 1에 있어서, 화력 발전소 등에서 사용되는 실시예 1의 연소 시스템(연소 장치)(1)에서는, 미분탄(고체 연료)이 벙커(연료 호퍼)(4)에 수용되어 있다. 벙커(4)의 고체 연료는 밀(분쇄기)(5)로 분쇄된다. 분쇄된 연료는 보일러(6)의 버너(7)에 연료 배관(8)을 통하여 공급되어 연소된다. 또한 버너(7)는 보일러(6)에 복수 설치되어 있다. 또한 고체 연료로서 미분탄에 한정되지는 않으며, 예를 들어 바이오매스 연료를 사용하는 것도 가능하다.
보일러(6)에는, 버너(7)의 하류측(상방)에 연소용 공기를 공급하는 추가 노즐(3)이 설치되어 있다.
도 2는 실시예 1의 버너의 설명도이다.
도 3은, 도 2의 화살표 Ⅲ 방향에서 본 도면이다.
도 2, 도 3에 있어서, 실시예 1의 버너(혼소 버너)(7)는, 혼합류가 흐르는 연료 노즐(21)을 갖는다. 연료 노즐(21)의 하류 단의 개구는, 보일러(6)의 화로(22)의 벽면(화로 벽, 수관 벽)(23) 근방에 배치되어 있다. 연료 노즐(21)의 상류측에 연료 배관(8)이 접속된다. 연료 노즐(21)은 중공의 통형으로 형성되어 있으며, 연료 노즐(21)의 내부에는, 고체 연료(미분탄)와 반송 가스가 흐르는 유로(24)가 형성되어 있다.
연료 노즐(21)의 외주에는, 연소용 공기를 화로(22)로 분출하는 내측 연소용 공기 노즐(2차 연소용 공기 노즐)(26)이 설치되어 있다. 2차 연소용 공기 노즐(26)의 내부에는, 2차 공기(2차 연소용 공기)가 흐르는 2차 공기 유로(11)가 형성되어 있다.
또한 내측 연소용 공기 노즐(26)의 외주측에는 외측 연소용 공기 노즐(3차 연소용 공기 노즐)(27)이 설치되어 있다. 3차 연소용 공기 노즐(27)의 내부에는, 3차 공기(3차 연소용 공기)가 흐르는 3차 공기 유로(12)가 형성되어 있다.
각 연소용 공기 노즐(26, 27)은 윈도우 박스(바람 상자)(28)로부터 공기를 화로(22) 내를 향하여 분출한다. 실시예 1에서는, 내측 연소용 공기 노즐(26)의 하류 단에는, 연료 노즐(21)의 중심에 대하여 직경 방향 외측으로 경사지는(하류측으로 감에 따라 직경이 확대되는) 가이드 베인(제2 유도 부재)(26a)이 형성되어 있다. 또한 외측 연소용 공기 노즐(27)의 하류부에는, 축 방향을 따른 스로트부(27a)와, 가이드 베인(26a)에 평행인 확대부(27b)가 형성되어 있다. 따라서 각 연소용 공기 노즐(26, 27)로부터 분출된 연소용 공기는, 축 방향의 중심으로부터 퍼지도록 분출된다(유로(24)의 혼합류로부터 떨어지도록 유도됨).
도 2에 있어서, 내측 연소용 공기 노즐(26)의 상류부에는, 2차 연소용 공기(2차 공기)의 유량을 조정하기 위한 슬라이드식의 댐퍼(26c)가 설치되어 있다.
또한 외측 연소용 공기 노즐(27)의 상류부에는, 3차 연소용 공기(3차 공기)에 대하여 선회 성분을 부여하는 선회 발생기(27c)가 설치되어 있다.
또한 연료 노즐(21)의 하류 단의 개구부에는 보염기(31)가 설치되어 있다. 보염기(31)의 직경 방향 외측에는, 직경 방향의 외측을 향하여 연장되는 가이드 베인(제1 유도 부재)(31a)이 형성되어 있다. 따라서 보염기(31)의 가이드 베인(31a)에 의하여, 유로(24)을 흐르는 혼합류에 대하여, 내측 연소용 공기 노즐(26)을 흐르는 연소용 공기가 직경 방향의 외측으로 분리되도록 유도된다.
도 2에 있어서, 연료 노즐(21)의 내벽면에는 벤투리(33)가 설치되어 있다. 벤투리(33)는, 상류측의 직경 축소부(33a)와, 직경 축소부(33a)의 하류측으로 연속되는 최소 직경부(33b)와, 최소 직경부(33b)의 하류측으로 연속되는 직경 확대부(33c)를 갖는다. 직경 축소부(33a)에서는, 하류측을 향함에 따라 유로(24)의 내경은 축소된다. 또한 직경 확대부(33c)에서는, 하류측을 향함에 따라 유로(24)의 내경은 확대된다.
따라서 실시예 1의 벤투리(33)에서는, 연료 노즐(21)에 공급된 연료와 반송 기체의 혼합 유체가 직경 축소부(33a)를 통과할 때, 직경 방향의 내측으로 교축된다. 따라서 연료 노즐(21)의 내벽면 근방에 편중된 연료를 중심측으로 이동시키는 것이 가능하다.
벤투리(33)의 하류측에는 연료 농축기(34)가 설치되어 있다. 연료 농축기(34)는, 상류측의 직경 확대부(34a)와, 직경 확대부(34a)의 하류측으로 연속되는 최대 직경부(34b)와, 최대 직경부(34b)의 하류측으로 연속되는 직경 축소부(34c)를 갖는다. 직경 확대부(34a)는, 하류측을 향함에 따라 외경이 확대된다. 직경 축소부(34c)는, 하류측을 향함에 따라 외경이 축소된다.
따라서 실시예 1의 연료 농축기(34)에서는, 연료와 반송 가스의 혼합 유체에, 직경 확대부(34a)를 통과할 때, 직경 방향의 외측을 향하는 속도 성분이 부여된다. 따라서 연료가 연료 노즐(21)의 내벽면을 향하여 농축된다.
도 2에 있어서, 윈도우 박스(28)의 외벽의 외측에는 암모니아 공급관(41)이 배치되어 있다. 암모니아 공급관(41)에는 고압의 암모니아 가스(가스 연료)가 공급되고 있다. 암모니아 공급관(41)에는 복수의 암모니아 공급 노즐(42)이 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 암모니아 공급 노즐(42)은 주위 방향을 따라 간격을 두고 8개 배치되어 있다.
암모니아 공급 노즐(42)은, 직관형의 노즐 본체(43)와, 노즐 본체(43)와 암모니아 공급관(41)을 접속하는, 만곡되는 노즐 접속부(44)를 갖는다.
도 4는, 본 실시예의 버너의 암모니아 공급 노즐의 선단 부분의 확대도이다.
도 5는, 암모니아 공급 노즐의 선단부의 요부 단면도이다.
도 2에 있어서, 노즐 본체(43)는 암모니아 공급관(41)에, 도시되지 않은 가이드관 및 시일을 개재시켜, 축 방향(43b)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 노즐 본체(43)는 윈도우 박스(28)나 외측 연소용 공기 노즐(27), 내측 연소용 공기 노즐(26)의 벽면을 관통하고 있다. 도 2, 도 4에 있어서, 노즐 본체(43)의 하류 단(43a)은 연소용 공기의 흐름 방향에 대하여, 내측 연소용 공기 노즐(26) 말단부에 설치된 가이드 베인(26a)보다도 하류측이면서 보염기(31)에 설치의 가이드 베인(31a)보다도 상류측에 배치되어 있다.
도 6은, 암모니아 공급 노즐의 본체와 만곡되는 노즐 접속부의 연결 부분의 상세 설명도이다.
도 7은, 암모니아의 공급 방향의 설명도이며, 도 7의 (A)는, 도 2에 대응하는 설명도, 도 7의 (B)는, 중심축 방향으로 비스듬히 암모니아를 분사하는 경우의 설명도, 도 7의 (C)는, 중심축으로부터 벗어나서 비스듬히 암모니아를 분사하는 경우의 설명도이다.
도 5에 있어서, 노즐 본체(43)의 선단부에는, 축 방향(43b)에 대하여 각도 θ로 경사지는 분사구(43c)가 형성되어 있다. 또한 도 6에 있어서, 실시예의 노즐 본체(43)는, 접속부(44)에 고정 지지된 받침부(46)에 대하여 축 방향(43b)를 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 노즐 본체(43)와 접속부(44)는 O링(47)을 개재시켜 시일(밀폐)되어 있다. 노즐 본체(43)에는, 회전 조정을 위한 핸들(48)이 설치되어 있다. 시운전 시나 메인터넌스 시에 핸들(48)을 수동으로 조작하여 회전 조정함으로써, 도 7의 (B) 및 도 7의 (C)에 도시한 바와 같이 분사 방향을 자유롭게 설정 가능하다.
(실시예 1의 작용)
상기 구성을 구비한 실시예 1의 버너(7)에서는, 미분탄과 반송 공기의 혼합 유체는 연료 노즐(21)로부터 화로(22) 내로 분출된다. 또한 연소용 공기는, 내측 연소용 공기(2차 공기)와 외측 연소용 공기(3차 공기)로 나뉘어 화로(22)에 공급된다. 2차 공기는, 보염기(31)에 설치된 가이드 베인(31a)에서 외측으로 퍼지고, 3차 공기는, 내측 연소용 공기 노즐(26)에 설치된 가이드 베인(26a)에서 외측으로 퍼져서 공급되기 때문에, 혼합 유체와 2차 공기 및 3차 공기로 이루어지는 외주 공기(51) 사이에는 순환 소용돌이(52)가 형성된다. 화로(22) 내의 고온 가스는 순환 소용돌이(52) 내의 순환류를 타고 버너(7)의 출구부로 복귀되기 때문에, 혼합 유체는 버너(7)의 출구 근방에서 급속히 착화된다.
여기서, 연료 노즐(21)로부터 공급되는 미분탄은, 연료 농축기(34)에서 외주측(연료 노즐의 내벽면 근방)에 농축되어 미분탄 농축 영역을 형성한다. 그리고 화로(22) 내의 고온 가스는 미분탄 농축 영역의 근방으로 복귀되기 때문에 급속 착화의 성능이 더 높아져 있다.
급속 착화로 버너(7)의 출구의 중심축 근방에는 1차 연소 영역(53)이 형성된다. 외주 공기(51)는 1차 연소 영역(53)으로부터 떨어져서 공급되고 있기 때문에, 1차 연소 영역(53)은 연료 과잉(공기 부족)의 환원 조건으로 되어 있다.
구체적으로는, 급속 착화로 버너(7)의 출구부로부터 형성된 1차 연소 영역(53)의 내부에서는 급속한 연소 반응이 진행된다. 연소의 진행에 의하여 산소(O2)가 급속히 소비된다. 그리고 연료(미분탄) 중의 N분으로부터는 질소 산화물(NO)이 생성되고, 연소의 주성분으로부터는 중간 생성물로서의 탄화수소 라디칼(·HC)이 급격히 생성된다. O2 저하 후의 환원 강화 조건 하에서는, 발생한 질소 산화물(NO)과 탄화수소 라디칼(·HC)의 반응으로, 질소 원소를 포함하는 라디칼(·NX)이 생성되며, ·NX와 NO의 반응에 의하여 NO는 N2로 환원된다.
이 환원 영역(1차 연소 영역)(53) 중에 암모니아(NH3)를 분출하면, ·NH라디칼을 거쳐 우선적으로 N2로의 환원 반응이 진행된다.
따라서 실시예 1의 버너(7)에서는, 고체 연료와 암모니아를 혼소하면서 질소 산화물의 상승이 억제된다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 혼합 유체와 연소용 공기(외주 공기(51))의 격벽(연료 노즐(21)) 선단부에 보염기(31)의 가이드 베인(31a)이 설치되어 있어서 외주 공기(51)(의 2차 공기)를 혼합 유체로부터 확실히 분리하고 있다. 따라서 분리되지 않는 경우에 비해 환원 조건이 강한 환원 영역(53)이 생성 가능하다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 내측 연소용 공기 노즐(26)의 가이드 베인(26a)에서도 외주 공기(51)의 혼합류로부터의 분리가 강화되어 있다. 따라서 가이드 베인(26a)을 마련하지 않는 경우에 비해 환원 조건이 강한 환원 영역(53)이 생성 가능하다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 외측 연소용 공기 노즐(27)에 선회 발생기(27c)가 설치되어 있어서 3차 공기(외주 공기(51))가 혼합류에 혼합되기 어려워, 혼합류로부터의 분리가 강화되어 있다. 따라서 선회 발생기(27c)를 마련하지 않는 경우에 비해 환원 조건이 강한 환원 영역(53)이 생성 가능하다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 암모니아 공급 노즐(42)의 하류 단이 보염기(31)의 가이드 베인(31a)보다도 상류측에 배치되어 있다. 암모니아 공급 노즐(42)이 보염기(31)보다도 화로(22)의 내부까지 신장되어 있으면 암모니아 공급 노즐(42)이 소손될 우려가 있다. 이에 대하여 실시예 1에서는, 암모니아 공급 노즐(42)이 가이드 베인(31a)보다도 상류측에 배치되어 있어서, 상류측으로부터 보내지는 2차 공기에 의한 시일로 화염으로부터 보호됨과 함께, 2차 공기로 냉각된다. 따라서 암모니아 공급 노즐(42)의 소손이 억제된다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 암모니아 공급 노즐(42)의 하류 단이 내측 연소용 공기 노즐(26)의 가이드 베인(26a)보다도 하류측에 배치되어 있다. 그 때문에, 가이드 베인(26a)을 따라 퍼지는 연소용 공기의 흐름의 영향을 받는 일 없이 암모니아를 공급 가능하여, 환원 영역에 암모니아를 공급하기 쉬워진다.
또한 실시예 1의 버너(7)에서는, 암모니아 공급 노즐(42)의 분사 방향이 조정 가능하게 구성되어 있다. 따라서 도 7의 (A)에 도시한 바와 같이 환원 영역(53)의 중심부에 암모니아를 집중시키는 것도 가능하다. 또한 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이 환원 영역(53)의 외연부에 암모니아를 근접시키는 것도 가능하다. 따라서 환원 영역(53) 내에 있어서, 암모니아의 집중, 분산을 자유롭게 조정 가능하다. 따라서 사용하는 미분탄의 종류나 N분의 비율, 연소용 공기의 양 등 사용 환경에 따라, 암모니아 중의 N분을 효율적으로 N2로 환원하기 위하여 적절한 분산 정도에 따라 분사 방향을 조정하는 것이 가능하다.
또한 실시예 1에서는, 암모니아 공급관(41)의 상류부에는, 도시되지 않은 제어 밸브가 마련되어 있어서, 암모니아의 공급량을 제어하는 것이 가능하다. 따라서 고체 연료와 암모니아의 비율(혼합비)을, 암모니아 중의 N분을 효율적으로 N2로 환원하기 위하여 적절한 비율에 따라 조정, 제어하는 것이 가능하다.
특히 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율이 50% 이하로 되도록 미분탄과 암모니아의 비율을 제어하는 것이 바람직하다. 암모니아의 입열을 많게 하여 미분탄을 지나치게 감소시키면 화염이 안정되지 않게 될 우려가 있기 때문에, 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율이 50% 이하로 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한 실시예 1에서는, 화로(22)에 있어서, 버너(7)보다도 하류측에 연소용 공기를 공급하는 추가 노즐(3)이 설치되어 있다. 따라서 버너(7)에서의 연소 후, 추가 노즐(3)의 위치 이후에서도 연소(2단 연소)를 행함으로써, 화로(22) 내에서의 질소 산화물의 발생을 저감할 수 있다.
또한 실시예 1에서는, 버너(7)로부터 공급되는 전체 공기량(연료 노즐(21)로부터의 혼합 유체에 포함되는 공기나 2차 공기, 3차 공기의 총량)이, 환원 영역(53)에서의 환원 반응에서 필요한 이론 공기량 이하로 되도록 설정되어 있다. 따라서 공기가 많아서 환원 영역(53)에서의 환원이 약해져 NOx의 발생량이 상승하는 것을 억제할 수 있다.
(변경예)
이상, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위에서 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 본 발명의 변경예 (H01) 내지 (H04)를 하기에 예시한다.
(H01) 상기 실시예에 있어서, 암모니아 공급 노즐(42)은, 분사 방향을 조정 가능한 구성으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 분사 방향이 조정 불능인 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한 노즐 본체(43)를 회전시켜 분사 방향을 조정하는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어 선단부에 복수의 분사구를 형성하고 각 분사구를 셔터로 개폐 가능한 구성으로 해 두어 분사 방향에 따라 셔터를 개폐하는 구성 등, 임의의 구성을 채용 가능하다.
(H02) 상기 실시예에 있어서, 암모니아 공급 노즐(42)의 하류 단은, 보염기(31)의 가이드 베인(31a)보다도 상류측이면서 내측 연소용 공기 노즐(26)의 가이드 베인(26a)보다도 하류측으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 소손 대책을 행한 후에 보염기(31)의 가이드 베인(31a)보다도 하류측에 배치하거나, 암모니아의 분사 압력을 높게 하여 내측 연소용 공기 노즐(26)의 가이드 베인(26a)보다도 상류측으로 하는 것도 가능하다.
(H03) 상기 실시예에 있어서, 선회 발생기(27c)를 마련하는 것이 바람직하지만, 마련하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한 선회 발생기(27c)는 외측 연소용 공기 노즐(27)의 상류부에 설치하는 구성을 예시하였지만, 하류부(출구 부근)에 마련하는 것도 가능하다.
(H04) 상기 실시예에 있어서, 가이드 베인(26a, 31a)의 형상이나 크기는, 실시예에 예시한 구성에 한정되지는 않으며, 설계나 사양 등에 따라 임의로 변경 가능하다. 또한 가이드 베인(26a, 31a)를 마련하는 것이 바람직하지만, 마련하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다.
1: 연소 장치
3: 추가 노즐
7: 버너
21: 연료 공급 노즐
22: 화로
26, 27: 연소용 공기 노즐
26a: 제2 유도 부재
27c: 선회 발생기
31a: 제1 유도 부재
42: 암모니아 공급 노즐
53: 환원 영역

Claims (11)

  1. 고체 연료와 해당 고체 연료의 반송 가스의 혼합류가 공급되는 연료 공급 노즐과,
    상기 연료 공급 노즐의 외측에 배치되어, 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리하여 공급하는 유로와,
    상기 연료 공급 노즐의 출구보다도 하류측에서 연료에 대한 착화와 연소 진행에 의하여 반송 가스 중의 산소가 소비되어 저산소 농도로 된 환원 영역을 향하여 암모니아를 공급 가능한 암모니아 공급 노즐을
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합류와 상기 연소용 공기의 격벽 선단부에 설치되어, 상기 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리하도록 유도하는 제1 유도 부재를
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유도 부재보다도 상기 연소용 공기의 흐름의 상류측에 하류 단이 배치된 상기 암모니아 공급 노즐을
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소용 공기의 유로 출구부에 설치되어, 외주 공기의 상기 혼합류로부터의 분리를 강화하는 제2 유도 부재를
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 유도 부재보다도 상기 연소용 공기의 흐름의 하류측에 하류 단이 배치된 상기 암모니아 공급 노즐을
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소용 공기의 유로에 배치되어, 상기 연소용 공기를 상기 혼합류로부터 분리시키는 선회 발생기를
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    암모니아의 분사 각도가 조정 가능한 상기 암모니아 공급 노즐을
    구비한 것을 특징으로 하는 버너.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    고체 연료의 연소에 의한 입열과 암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 조정 가능한 것을 특징으로 하는 버너.
  9. 제8항에 있어서,
    암모니아의 연소에 의한 입열의 비율을 50% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 버너.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 버너가 설치된 화로와,
    상기 화로에 있어서 버너보다도 하류측에 연소용의 공기의 일부를 분리하여 공급하는 추가 노즐을
    구비한 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버너로부터 공급되는 전체 공기 유량을 이론 공기량 이하로 하는
    것을 특징으로 하는 연소 장치.
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