KR20240041970A - Boilers, boiler control methods, and boiler modification methods - Google Patents

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KR20240041970A
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유키히로 도미나가
도시히코 미네
아키마사 다카야마
나오키 도미자와
야스히로 야마우치
야스히로 다케이
다케시 아마리
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Abstract

보일러의 버너 배치를 암모니아와 미분탄 버너를 별도 배치로 한다. 구체적으로는, 본 발명의 몇 가지의 실시 형태에 관한 보일러는, 화로벽을 포함하는 화로와, 화로벽에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너와, 화로벽의 암모니아 버너와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너를 포함한다.The burners in the boiler are arranged separately for ammonia and pulverized coal burners. Specifically, the boiler according to some embodiments of the present invention includes a furnace including a furnace wall, an ammonia burner provided on the furnace wall and burning ammonia fuel, and an ammonia burner located in a different position from the ammonia burner on the furnace wall. It is provided and includes a pulverized coal burner for burning pulverized coal.

Description

보일러, 보일러 제어 방법, 및 보일러 개조 방법Boilers, boiler control methods, and boiler modification methods

본 발명은 암모니아와 미분탄을 연소시키는 보일러, 보일러 제어 방법, 및 보일러 개조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a boiler burning ammonia and pulverized coal, a boiler control method, and a boiler modification method.

본원은, 2021년 9월 9일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2021-146609호와, 2021년 12월 10일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2021-200928호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-146609, filed with the Japan Patent Office on September 9, 2021, and Japanese Patent Application No. 2021-200928, filed with the Japan Patent Office on December 10, 2021. claim, and its contents are cited here.

종래, 암모니아가 연료로서 화로 내에 공급되는 보일러가 알려져 있다. 암모니아가 연료로서 사용되는 경우, 질소산화물(NOx)이 배출되는 것을 억제할 필요가 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서 개시되는 버너(도 2에 도시함)에서는, 암모니아를 투입하는 노즐에 주위로부터 선회시켜서 암모니아를 공급하는 노즐을 설치(선회는 하지 않아도 된다고 기재)하고, 선회 미분탄 화염에 암모니아를 혼합시키고 있다. 더욱 상세하게는 다음의 개시가 있다. 즉, 화로에 설치됨과 함께 암모니아를 연료로서 연소 가능한 연소 장치(4A)이며, 연료의 분사 방향에서 보아 중심부에 배치됨과 함께 암모니아를 분사하는 내통 노즐(41)과, 연료의 분사 방향에서 보아 내통 노즐(41)을 직경 방향 외측으로부터 둘러싸서 배치됨과 함께 내통 노즐(41)의 주위에 암모니아를 분사하는 외통 노즐(42)을 구비한다. 또한, 외통 노즐(42)의 내부에 배치되고, 내통 노즐(41)의 주위에 분사되는 암모니아의 흐름을 선회시키는 선회기(45)를 구비한다. 특허문헌 1에 의하면, 내통 노즐(41)로부터 분사된 암모니아가 연료의 분사 방향에서 보아 화염의 중앙부에 암모니아 농도가 높고 산소 농도가 낮은 환원 영역을 형성한다. 한편, 외통 노즐로부터 내통 노즐의 주위에 분사된 암모니아가 산소와 혼합되어 연소됨으로써 생성된 질소산화물은, 화염의 외연으로부터 중앙을 향하여 환류하는 순환류를 타서 환원 영역에 공급된다. 이 결과, 화염의 외연에서 생성된 질소산화물이 내통 노즐로부터 분사된 암모니아에 의해 형성된 환원 영역에서 환원되어 질소 가스(N2)가 된다. 따라서, 특허문헌 1에 의하면, 암모니아를 연료로서 연소 가능한 보일러에 있어서, 질소산화물의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.Conventionally, boilers in which ammonia is supplied as fuel into a furnace are known. When ammonia is used as a fuel, it is necessary to suppress nitrogen oxide (NOx) emissions. For example, in the burner disclosed in Patent Document 1 (shown in FIG. 2), a nozzle for supplying ammonia is installed by rotating it from the surroundings to the nozzle for supplying ammonia (it is stated that rotation is not necessary), and a rotating pulverized coal flame is installed. Ammonia is mixed in. More specifically, there is the following disclosure. That is, it is a combustion device 4A installed in a furnace and capable of burning ammonia as fuel, including an inner cylinder nozzle 41 disposed at the center when viewed from the fuel injection direction and spraying ammonia, and an inner cylinder nozzle 41 viewed from the fuel injection direction. It is arranged to surround (41) from the outside in the radial direction and is provided with an outer cylinder nozzle (42) that sprays ammonia around the inner cylinder nozzle (41). Additionally, a swirler 45 is disposed inside the outer cylinder nozzle 42 and rotates the flow of ammonia sprayed around the inner cylinder nozzle 41. According to Patent Document 1, ammonia injected from the inner cylinder nozzle 41 forms a reduction area in which the ammonia concentration is high and the oxygen concentration is low in the center of the flame when viewed from the fuel injection direction. On the other hand, nitrogen oxides generated when ammonia injected from the outer cylinder nozzle around the inner cylinder nozzle mixes with oxygen and combusts are supplied to the reduction zone through a circulating flow that circulates from the outer edge of the flame toward the center. As a result, nitrogen oxides generated at the outer edge of the flame are reduced in the reduction zone formed by ammonia sprayed from the inner cylinder nozzle and become nitrogen gas (N2). Therefore, according to Patent Document 1, in a boiler capable of burning ammonia as fuel, it is possible to suppress the increase in nitrogen oxides.

일본 특허 공개 제2020-41748호 공보Japanese Patent Publication No. 2020-41748

발명자들의 지견에 의하면, 질소산화물의 배출량을 억제하기 위해서는, 암모니아 연료 버너는, 다른 연료를 사용하여 보일러 내의 연소 환경을 환원 영역으로 함과 함께, 착화점 부근의 공기비를 정확하게 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 특허문헌 1에는 이러한 구성의 구체적인 개시는 없다.According to the inventors' knowledge, in order to suppress the emission of nitrogen oxides, it is desirable for the ammonia fuel burner to use a different fuel to set the combustion environment in the boiler to a reduction region and to accurately control the air ratio near the ignition point. However, Patent Document 1 does not specifically disclose such a configuration.

또한, 특허문헌 1에 개시되는 버너로 암모니아를 혼소할 때, 암모니아의 혼소율을 증가시키면, 석탄 노즐의 공기비가 증가해 버린다. 석탄 노즐에서는 노즐 내의 석탄 침강을 방지하기 위해, 반송용 공기량은 일정하게 유지할 필요가 있고, 암모니아 혼소율을 증가시키면 급탄량만을 저하시키기 때문에, 석탄 유량에 대한 반송용 공기량이 증가한다. 이에 의해, 암모니아 고혼소율 시에는, 암모니아 노즐 주위의 공기비가 높아져 버려, 암모니아 산화 유래의 질소산화물의 급증이 발생하기 때문이다.Additionally, when co-firing ammonia with the burner disclosed in Patent Document 1, if the co-firing rate of ammonia is increased, the air ratio of the coal nozzle increases. In coal nozzles, the amount of conveying air needs to be kept constant in order to prevent coal from settling within the nozzle, and increasing the ammonia co-firing rate only reduces the amount of coal fed, so the amount of conveying air relative to the coal flow rate increases. As a result, when the ammonia mixing rate is high, the air ratio around the ammonia nozzle increases, causing a rapid increase in nitrogen oxides derived from ammonia oxidation.

따라서, 본 발명의 목적은, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있는 조건 하에서 암모니아 연료를 연소시킬 수 있는 보일러, 보일러 제어 방법, 및 보일러 개조 방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to provide a boiler, a boiler control method, and a boiler modification method capable of burning ammonia fuel under conditions that can suppress the generation of nitrogen oxides.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러의 버너 배치는 암모니아와 미분탄 버너를 별도 배치로 하는 것이다.The burner arrangement of the boiler according to at least one embodiment of the present invention is such that the ammonia and pulverized coal burners are arranged separately.

즉, 본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러는, 화로벽을 포함하는 화로와, 상기 화로벽에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너와, 상기 화로벽의 상기 암모니아 버너와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너를 포함한다.That is, the boiler according to at least one embodiment of the present invention includes a furnace including a furnace wall, an ammonia burner provided on the furnace wall and burning ammonia fuel, and an ammonia burner located on the furnace wall at a different position from the ammonia burner. It is provided and includes a pulverized coal burner for burning pulverized coal.

상기 보일러는, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 당해 제어 장치는, 상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와, 상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와, 상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 한다.The boiler is provided with a control device that controls the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and combustion air, and the control device is configured to control the ammonia supplied to the ammonia fuel with respect to the theoretical amount of air required to burn the ammonia fuel. A first calculation unit for calculating the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion, and a second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal with respect to the theoretical air amount required for combustion of the pulverized coal; It is characterized by having a control unit that controls the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies a first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies a second standard range.

상기 제1 산정부는, 복수의 상기 암모니아 버너의 각각에 대해서, 상기 암모니아 공기비를 산정하고,The first calculation unit calculates the ammonia-air ratio for each of the plurality of ammonia burners,

상기 제어부는, 각각의 상기 암모니아 공기비가 상기 제1 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 것을 특징으로 한다.The control unit is characterized in that it controls the supply amount so that each ammonia-air ratio satisfies the first standard range.

상기 화로벽에 상기 암모니아 버너와 인접하도록 마련되는 공기 노즐을 구비하고,An air nozzle is provided on the furnace wall adjacent to the ammonia burner,

상기 제1 산정부는, 상기 공기 노즐로부터 분사되는 공기량 중 상기 암모니아 연료에 공급되는 공기량이 포함되는 상기 암모니아 연소용 공기량을 사용하여 상기 암모니아 공기비를 산정하는 것을 특징으로 한다.The first calculation unit is characterized in that the ammonia air ratio is calculated using the amount of ammonia combustion air that includes the amount of air supplied to the ammonia fuel among the amount of air injected from the air nozzle.

상기 제1 기준 범위의 상한값은, 상기 제2 기준 범위의 상한값보다도 낮은 것을 특징으로 한다.The upper limit of the first reference range is lower than the upper limit of the second reference range.

상기 제1 기준 범위는, 0.8 이하인 것을 특징으로 한다.The first reference range is characterized as being 0.8 or less.

상기 제1 기준 범위는, 0.7 이하인 것을 특징으로 한다.The first reference range is characterized as being 0.7 or less.

상기 제1 기준 범위는, 상기 화로로부터 배출되는 연소 가스 중의 질소산화물의 값에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.The first reference range is characterized in that it is set based on the value of nitrogen oxides in combustion gas discharged from the furnace.

상기 보일러는, 상기 암모니아 버너에 인접하고, 보조 공기를 공급하는 보조 공기 노즐을 갖고, 상기 보조 공기 노즐은, 상기 암모니아 버너의 방향으로 공급할 수 있는 보조 공기의 양을 조정할 수 있는 댐퍼를 구비하는 것을 특징으로 한다.The boiler is adjacent to the ammonia burner and has an auxiliary air nozzle that supplies auxiliary air, and the auxiliary air nozzle has a damper that can adjust the amount of auxiliary air that can be supplied in the direction of the ammonia burner. It is characterized by

상기 암모니아 버너는,The ammonia burner,

상기 암모니아 연료를 분사하는 암모니아 노즐과,An ammonia nozzle for spraying the ammonia fuel,

기동용 연료를 분사하는 기동용 연료 노즐Starting fuel nozzle that injects starting fuel

을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including.

상기 암모니아 버너는, 상기 미분탄 버너와 인접하여 마련되는 것을 특징으로 한다.The ammonia burner is characterized in that it is provided adjacent to the pulverized coal burner.

상기 암모니아 버너는, 상기 미분탄 버너와 인접하여 마련되는, 것을 특징으로 한다.The ammonia burner is characterized in that it is provided adjacent to the pulverized coal burner.

상기 화로벽은, 상기 암모니아 버너와 상기 미분탄 버너가 마련되는 버너 배치 영역과, 상기 버너 배치 영역보다도 하류에서 추가 공기를 공급하는 추가 공기 공급부가 마련되는 추가 공기 공급 영역을 포함하고, 상기 암모니아 버너는, 상기 버너 배치 영역의 최상단에 위치하는 것을 특징으로 한다.The furnace wall includes a burner arrangement area in which the ammonia burner and the pulverized coal burner are provided, and an additional air supply area in which an additional air supply part for supplying additional air is provided downstream of the burner arrangement area, and the ammonia burner is , It is characterized in that it is located at the top of the burner placement area.

상기 암모니아 버너는, 확산형 버너 또는 부분 예혼합형 버너인 것을 특징으로 한다.The ammonia burner is characterized as a diffusion type burner or a partial premixing type burner.

상기 확산형 버너 또는 상기 부분 예혼합형 버너는, 부분 예혼합형의 스패드형, 확산형으로 보염기의 구조가 다른 스월러형, 또는 디퓨저형 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.The diffusion type burner or the partial premixing type burner is characterized in that it is a spad type of a partial premixing type, a swirler type with a different structure of the flame saver in a diffusion type, or a diffuser type.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러 제어 방법은, 화로벽을 포함하는 화로와, 상기 화로벽에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너와, 상기 화로벽의 상기 암모니아 버너와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 보일러 제어 방법이며, 상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정 스텝과, 상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정 스텝과, 상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 보일러 제어 방법이다.A boiler control method according to at least one embodiment of the present invention includes a furnace including a furnace wall, an ammonia burner provided on the furnace wall and burning ammonia fuel, and an ammonia burner located on the furnace wall at a different position from the ammonia burner. A boiler control method for controlling supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and combustion air in a boiler provided and including a pulverized coal burner for burning pulverized coal, wherein the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel is: A first calculation step of calculating the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of ammonia supplied to the ammonia fuel, and calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal with respect to the theoretical air amount required to burn the pulverized coal. A boiler control method comprising a second calculation step and a control step for controlling the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies a first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies a second standard range.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러 개조 방법은, 화로벽을 포함하는 화로와, 상기 화로벽에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너와, 상기 화로벽에 있어서 상기 미분탄 버너는 다른 위치에 마련되고, 미분탄, 기동용 연료, 또는 보조 공기를 분사하는 복수의 분사부와, 제어 장치를 구비하는 보일러 개조 방법이며, 상기 복수의 분사부 중 적어도 하나를, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너로 치환하는 치환 스텝을 구비하고, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 상기 제어 장치는, 상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와, 상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와, 상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부를 갖는 보일러 개조 방법이다.A boiler modification method according to at least one embodiment of the present invention includes a furnace including a furnace wall, a pulverized coal burner provided on the furnace wall and burning pulverized coal, and the pulverized coal burner is provided at a different position in the furnace wall. A boiler modification method comprising a plurality of injection units that inject pulverized coal, starting fuel, or auxiliary air, and a control device, wherein at least one of the plurality of injection units is replaced with an ammonia burner that burns ammonia fuel. The control device, which has a substitution step and controls the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air, determines the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel with respect to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel. A first calculation unit for calculating the specific ammonia air ratio, a second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal with respect to the theoretical air amount required for combustion of the pulverized coal, and the ammonia air ratio It is a boiler modification method having a control unit that controls the supply amount to meet the first standard range and the pulverized coal-air ratio to meet the second standard range.

본 발명에 따르면, NOx의 발생을 억제할 수 있는 조건 하에서 암모니아 연료를 연소시킬 수 있는 보일러, 보일러 제어 방법 및 보일러 개조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a boiler capable of burning ammonia fuel under conditions that can suppress the generation of NOx, a boiler control method, and a boiler modification method can be provided.

도 1은 일 실시 형태에 관한 보일러 운전 시스템의 개념도이다.
도 2는 종래예를 나타내는 버너의 개념도이다.
도 3a는 일 실시 형태에 관한 개조 전의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(석탄 버너의 개조예).
도 3b는 일 실시 형태에 관한 개조 후의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(석탄 버너의 개조예).
도 3c는 일 실시 형태에 관한 보일러의 개조 전후에 있어서의 버너 배치의 대응 관계를 도시하는 개념도이다(석탄 버너의 개조예).
도 4는 일 실시 형태에 관한 암모니아 버너의 연소에 관계되는 공기 흐름의 설명도이다.
도 5a는 일 실시 형태에 관한 버너의 암모니아 버너 공기비와 질소산화물 발생량의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 5b는 일 실시 형태에 관한 버너 형상, 암모니아 버너 공기비, 및 질소산화물 발생량의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 5c는 일 실시 형태에 관한 암모니아 혼소율, 암모니아 버너 공기비, 및 질소산화물 발생량의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 6a는 일 실시 형태에 관한 개조 전의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(기동용 연료 버너의 개조예).
도 6b는 일 실시 형태에 관한 개조 후의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(기동용 연료 버너의 개조예).
도 6c는 일 실시 형태에 관한 보일러의 개조 전후에 있어서의 버너 배치의 대응 관계를 도시하는 개념도이다(기동용 연료 버너의 개조예).
도 7a는 일 실시 형태에 관한 개조 후의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(공기 노즐의 개조예).
도 7b는 일 실시 형태에 관한 보일러의 개조 전후에 있어서의 버너 배치의 대응 관계를 도시하는 개념도이다(공기 노즐의 개조예).
도 8a는 일 실시 형태에 관한 개조 후의 보일러의 버너 배치를 도시하는 단면도이다(최상단에 있는 공기 노즐의 개조예).
도 8b는 일 실시 형태에 관한 보일러의 개조 전후에 있어서의 버너 배치의 대응 관계를 도시하는 개념도이다(최상단에 있는 공기 노즐의 개조예).
도 9는 일 실시 형태에 관한 보일러의 제어 계통도이다.
도 10a는 일 실시 형태에 관한 보일러의 제어 방법의 흐름도이다.
도 10b는 일 실시 형태에 관한 NOx 제어 처리의 흐름도이다.
도 10c는 일 실시 형태에 관한 연소 공기량의 제어 지령값을 산출하기 위한 제어 로직도이다.
도 11a는 일 실시 형태에 관한 대향 연소 버너의 암모니아 버너 배치이다.
도 11b는 도 11a에 있어서의 A-A선 화살표 방향 단면도이다.
도 11c는 도 11a에 있어서의 B-B선 화살표 방향 단면도이다.
도 11d는 일 실시 형태에 관한 암모니아 버너의 측면도이다.
도 11e는 일 실시 형태에 관한 오일 암모니아 버너의 측면도이다.
도 12는 일 실시 형태에 관한 보일러 내의 환원 산화 상태를 도시하는 개념도이다.
도 13은 스패드 버너의 구조를 도시하는 도면이다.
도 14는 디퓨저 버너의 구조를 도시하는 도면이다.
도 15는 스월러 버너의 구조를 도시하는 도면이다.
도 16은 보일러 개조 방법의 흐름도이다.
1 is a conceptual diagram of a boiler operation system according to one embodiment.
Figure 2 is a conceptual diagram of a burner showing a conventional example.
Fig. 3A is a cross-sectional view showing the burner arrangement of a boiler before modification according to one embodiment (example of modification of a coal burner).
FIG. 3B is a cross-sectional view showing the burner arrangement of a boiler after modification according to one embodiment (example of modification of a coal burner).
Fig. 3C is a conceptual diagram showing the correspondence between burner arrangements before and after modification of a boiler according to one embodiment (example of modification of a coal burner).
Fig. 4 is an explanatory diagram of air flow related to combustion of an ammonia burner according to one embodiment.
FIG. 5A is an explanatory diagram showing the relationship between the ammonia burner air ratio and the amount of nitrogen oxides generated in the burner according to one embodiment.
FIG. 5B is an explanatory diagram showing the relationship between the burner shape, the ammonia burner air ratio, and the amount of nitrogen oxides generated according to one embodiment.
FIG. 5C is an explanatory diagram showing the relationship between the ammonia co-firing ratio, the ammonia burner air ratio, and the amount of nitrogen oxides generated according to one embodiment.
FIG. 6A is a cross-sectional view showing the burner arrangement of the boiler before modification according to one embodiment (example of modification of starting fuel burner).
FIG. 6B is a cross-sectional view showing the burner arrangement of the boiler after modification according to one embodiment (example of modification of starting fuel burner).
Fig. 6C is a conceptual diagram showing the correspondence between burner arrangements before and after modification of the boiler according to one embodiment (example of modification of starting fuel burner).
Fig. 7A is a cross-sectional view showing the burner arrangement of the boiler after modification according to one embodiment (example of modification of air nozzle).
Fig. 7B is a conceptual diagram showing the correspondence between burner arrangements before and after modification of the boiler according to one embodiment (example of modification of air nozzle).
Fig. 8A is a cross-sectional view showing the burner arrangement of the boiler after modification according to one embodiment (example of modification of the air nozzle at the uppermost stage).
Fig. 8B is a conceptual diagram showing the correspondence between burner arrangements before and after modification of the boiler according to one embodiment (example of modification of the uppermost air nozzle).
9 is a control system diagram of a boiler according to one embodiment.
10A is a flowchart of a boiler control method according to one embodiment.
10B is a flowchart of NOx control processing according to one embodiment.
FIG. 10C is a control logic diagram for calculating a control command value for the amount of combustion air according to one embodiment.
11A is an ammonia burner arrangement of an opposing combustion burner according to one embodiment.
FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the arrow line AA in FIG. 11A.
FIG. 11C is a cross-sectional view taken along the arrow line BB in FIG. 11A.
Figure 11D is a side view of an ammonia burner according to one embodiment.
Figure 11E is a side view of an oil ammonia burner according to one embodiment.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a reduction-oxidation state in a boiler according to one embodiment.
Figure 13 is a diagram showing the structure of a spad burner.
Figure 14 is a diagram showing the structure of a diffuser burner.
Figure 15 is a diagram showing the structure of a swirler burner.
Figure 16 is a flow chart of the boiler modification method.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시 형태에 대해서 설명한다. 단, 실시 형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.Hereinafter, several 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 and are merely illustrative examples.

도 1은, 일 실시 형태에 관한 보일러 운전 시스템(1)의 개념도이다.Fig. 1 is a conceptual diagram of a boiler operation system 1 according to one embodiment.

보일러 운전 시스템(1)은, 예를 들어 도시하지 않은 화력 발전 플랜트에 내장되는 보일러(2)와, 보일러(2)에 공기 및 연료를 공급하기 위한 공급 시스템(15)과, 보일러(2)의 운전에 관한 파라미터를 계측하기 위한 계측 시스템(9)을 구비한다.The boiler operation system 1 includes, for example, a boiler 2 built into a thermal power plant (not shown), a supply system 15 for supplying air and fuel to the boiler 2, and the boiler 2. A measurement system 9 for measuring parameters related to operation is provided.

공급 시스템(15)으로부터 보일러(2)에 공급되는 연료에는, 암모니아 연료가 포함된다. 암모니아 연료는, 액체 암모니아 또는 암모니아 가스 중 어느 것이어도 된다. 이하에서는, 암모니아 연료가 액체 암모니아인 실시 형태를 예시한다. 일 실시 형태에서는, 보일러(2)에 액체 암모니아가 액상인 채로 공급된다. 액체 암모니아는 수소 가스 등의 기체를 포함하지는 않지만, 보일러(2)에서의 연소에 영향을 주지 않는 정도의 불순물(예를 들어 요소)을 포함하고 있어도 된다. 액체 암모니아는 보일러(2) 내에서 암모니아 가스로 기화한다.The fuel supplied to the boiler 2 from the supply system 15 includes ammonia fuel. The ammonia fuel may be either liquid ammonia or ammonia gas. Below, an embodiment in which the ammonia fuel is liquid ammonia is illustrated. In one embodiment, liquid ammonia is supplied to the boiler 2 in a liquid form. Liquid ammonia does not contain gas such as hydrogen gas, but may contain impurities (for example, urea) to a degree that does not affect combustion in the boiler 2. Liquid ammonia vaporizes into ammonia gas within the boiler (2).

또한, 공급 시스템(15)으로부터 보일러(2)에 공급되는 연료에는, 암모니아 연료 이외의 다른 연료가 포함된다. 예를 들어, 보일러(2) 내에서는 다른 연료를 사용한 연소가 행해진 후에, 암모니아와 다른 연료의 혼소 또는 암모니아의 전소가 행해진다.Additionally, the fuel supplied to the boiler 2 from the supply system 15 includes fuels other than ammonia fuel. For example, after combustion using another fuel is performed within the boiler 2, co-combustion of ammonia and another fuel or combustion of ammonia is performed.

암모니아 이외의 다른 연료의 일례인 탄소 함유 연료는, 바이오매스 연료 또는 화석 연료 등이다. 화석 연료는 액화 천연 가스, 중유 또는 경유 등의 오일, 혹은 미분탄 등의 석탄이다. 이하에서는, 탄소 함유 연료가 오일과 미분탄인 실시 형태를 예시한다.Carbon-containing fuels, which are examples of fuels other than ammonia, include biomass fuels and fossil fuels. Fossil fuels are liquefied natural gas, oil such as heavy oil or diesel, or coal such as pulverized coal. Below, an embodiment in which the carbon-containing fuel is oil and pulverized coal is exemplified.

일 실시 형태의 보일러(2)는 화로벽(19)을 포함하는 화로(20)를 포함한다. 화로벽(19)은 적어도 하나의 버너 유닛(30)이 마련되는 버너 배치 영역(21)과, 추가 공기(애디셔널 에어)를 공급하는 추가 공기 공급부(4)가 마련되는 추가 공기 공급 영역(22)을 포함한다. 추가 공기 공급 영역(22)은 버너 배치 영역(21)보다도 하류에 위치한다.The boiler 2 in one embodiment includes a furnace 20 including a furnace wall 19. The furnace wall 19 has a burner arrangement area 21 in which at least one burner unit 30 is provided, and an additional air supply area 22 in which an additional air supply part 4 for supplying additional air (additional air) is provided. ) includes. The additional air supply area 22 is located downstream of the burner arrangement area 21.

화로(20)는 버너 유닛(30)에 의해 분사된 연료가 연소용 공기와 반응하여 연소하기 위한 통 형상의 중공체이고, 예를 들어 원통 형상이나 사각 기둥상 등 다양한 형태를 취할 수 있다.The furnace 20 is a cylindrical hollow body for combustion by reacting the fuel injected by the burner unit 30 with combustion air, and may take various shapes, such as a cylindrical shape or a square pillar shape.

또한, 일 실시 형태의 화로(20)는 화로(20) 내를 향하여 돌출되는 노즈(11)을 포함한다. 노즈(11)는 화로(20)의 연소 공간(7)에서 발생한 가스(예를 들어 연소 가스 및 미연소 가스)가 화로(20)의 하류측에 있는 유로에 적정하게 흐르도록 구성된다. 화로(20)의 하류측에 있는 유로는 일례로서 연도(8)이다.Additionally, the furnace 20 of one embodiment includes a nose 11 that protrudes toward the inside of the furnace 20. The nose 11 is configured to allow gases (for example, combustion gas and unburned gas) generated in the combustion space 7 of the furnace 20 to properly flow into the flow path on the downstream side of the furnace 20. The flow path on the downstream side of the furnace 20 is a flue 8 as an example.

적어도 하나의 버너 유닛(30)은 연료가 화로(20)의 연소 공간(7)에서 연소하도록 구성된다. 도 1에서 예시되는 실시 형태에서는, 버너 유닛(30)은 연소 공간(7)에서 발생한 가스가 흐르는 방향(도 1의 화살표 A)을 따라서 3단으로 나누어 배치된다. 이하에서는, 가스의 흐름 방향의 하류측으로부터 순서대로 각 단의 버너 유닛(30)을 제1 버너 유닛(31), 제2 버너 유닛(32), 및 제3 버너 유닛(33)이라고 하는 경우가 있고, 이들 3단의 버너를 총칭하여 버너 유닛(30)이라고 하는 경우가 있다. 또한, 버너 유닛(30)은 2단 또는 4단 등으로 나누어 배치되어도 된다.At least one burner unit 30 is configured to combust fuel in the combustion space 7 of the furnace 20 . In the embodiment illustrated in FIG. 1, the burner unit 30 is arranged in three stages along the direction in which the gas generated in the combustion space 7 flows (arrow A in FIG. 1). Hereinafter, the burner units 30 at each stage are referred to as the first burner unit 31, the second burner unit 32, and the third burner unit 33 in order from the downstream side of the gas flow direction. In some cases, these three stages of burners are collectively referred to as burner unit 30. Additionally, the burner unit 30 may be arranged in two or four stages.

일 실시 형태의 보일러(2)는 선회 연소형 보일러이고, 각 단에 마련된 버너 유닛(30)은 화로(20)의 둘레 방향을 따라서 등간격으로 복수 배치된다. 각 단의 버너 유닛(30)의 개수는 일례로서 4개이지만, 도 1에서는 각 단의 버너 유닛(30)을 1개만 도시하고 있다. 또한, 각 단의 버너 유닛(30)은 3개 또는 5개 이상이어도 된다.The boiler 2 of one embodiment is a rotating combustion boiler, and a plurality of burner units 30 provided at each stage are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the furnace 20. As an example, the number of burner units 30 in each stage is four, but FIG. 1 shows only one burner unit 30 in each stage. Additionally, the number of burner units 30 in each stage may be three or five or more.

다른 실시 형태에 관한 보일러(2)는 대향 연소형 보일러이다. 이 경우, 각 단의 버너 유닛(30)은, 서로 대향하는 위치에 적어도 1대 마련된다.Boiler 2 according to another embodiment is an opposed combustion type boiler. In this case, at least one burner unit 30 in each stage is provided at a position facing each other.

각각의 버너 유닛(30)은 적어도 하나의 버너를 포함한다. 그리고, 적어도 하나의 버너 유닛(30)에서는, 상기 버너가, 액체 암모니아를 액상인 채로 화로(20)의 내부에 분사하도록 구성된 암모니아 버너(306)이다. 암모니아 버너(306)는 액체 암모니아만을 분사하도록 구성되어도 된다. 혹은 암모니아 버너(306)는 탄소 함유 연료를 분사한 후에, 탄소 함유 연료와 함께(또는 탄소 함유 연료 대신에) 액체 암모니아를 분사하도록 구성되어도 된다.Each burner unit 30 includes at least one burner. In at least one burner unit 30, the burner is an ammonia burner 306 configured to inject liquid ammonia in a liquid state into the inside of the furnace 20. The ammonia burner 306 may be configured to spray only liquid ammonia. Alternatively, the ammonia burner 306 may be configured to inject liquid ammonia along with (or instead of) the carbon-containing fuel after injecting the carbon-containing fuel.

일 실시 형태에서는, 제1 버너 유닛(31)이 암모니아 버너(306)를 포함한다. 제2 버너 유닛(32)과 제3 버너 유닛(33)은 암모니아 버너(306)를 포함해도 되고, 포함하지 않아도 된다. 다른 실시 형태에서는, 암모니아 버너(306)는 제2 버너 유닛(32) 또는 제3 버너 유닛(33)에만 포함되어도 된다.In one embodiment, first burner unit 31 includes an ammonia burner 306. The second burner unit 32 and the third burner unit 33 may or may not include an ammonia burner 306. In other embodiments, the ammonia burner 306 may be included only in the second burner unit 32 or the third burner unit 33.

또한, 어느 버너 유닛(30)은 탄소 함유 연료의 일례인 미분탄을 화로(20) 내에 분사하기 위한 석탄 버너(302, 304)(도 3a에서 도시하는 미분탄 버너(302, 304))를 포함해도 되고, 기동용 연료의 일례인 오일을 화로(20) 내에 분사하기 위한 기동용 연료 버너(307)(도 3a 참조)를 포함해도 되고, 보조 공기를 분사하기 위한 보조 공기 노즐(공기 노즐)(301, 305)(도 3a 참조)을 포함해도 된다. 상세는 후술한다.In addition, any burner unit 30 may include coal burners 302 and 304 (pulverized coal burners 302 and 304 shown in FIG. 3A) for injecting pulverized coal, which is an example of a carbon-containing fuel, into the furnace 20. , a starting fuel burner 307 (see FIG. 3A) for injecting oil, which is an example of starting fuel, into the furnace 20, and an auxiliary air nozzle (air nozzle) 301 for injecting auxiliary air. 305) (see FIG. 3A) may be included. Details will be described later.

일 실시 형태에서는, 공급 시스템(15)은 버너 유닛(30)에 1차 공기 및 연료를 공급하도록 구성된다. 버너 유닛(30)에 공급되는 연료(본 예에서는 액체 암모니아 및 탄소 함유 연료)는 전환되어도 된다. 예를 들어, 어느 단의 버너 유닛(30)에서는, 탄소 함유 연료(예를 들어 오일)가 공급된 후에 액체 암모니아가 공급되어도 된다.In one embodiment, the supply system 15 is configured to supply primary air and fuel to the burner unit 30. The fuel supplied to the burner unit 30 (liquid ammonia and carbon-containing fuel in this example) may be switched. For example, in a certain stage of the burner unit 30, liquid ammonia may be supplied after carbon-containing fuel (eg, oil) is supplied.

일 실시 형태의 계측 시스템(9)은 공급 시스템(15)으로부터 공급되는 공기 또는 연료의 유량을 계측하기 위한 복수의 유량계와, 화로(20) 내의 대표 온도를 계측하기 위한 화로 온도계(6)를 포함한다. 화로(20) 내의 대표 온도는, 화로(20)의 연소 공간(7)에 있어서의 가스의 온도인 가스 온도와 상관되는 온도이다. 일례로서 화로(20) 내의 대표 온도는, 상술한 노즈(11)의 내벽면의 온도(이하, 노즈 온도라고 함)이다. 노즈 온도는, 화로 온도계(6)에 의해 계측된다. 또한, 화로(20) 내의 대표 온도는, 예를 들어 가스 온도여도 된다.The measurement system 9 of one embodiment includes a plurality of flow meters for measuring the flow rate of air or fuel supplied from the supply system 15, and a furnace thermometer 6 for measuring the representative temperature within the furnace 20. do. The representative temperature within the furnace 20 is a temperature that is correlated with the gas temperature, which is the temperature of the gas in the combustion space 7 of the furnace 20. As an example, the representative temperature within the furnace 20 is the temperature of the inner wall surface of the nose 11 described above (hereinafter referred to as the nose temperature). The nose temperature is measured by the furnace thermometer 6. Additionally, the representative temperature within the furnace 20 may be, for example, gas temperature.

보일러 운전 시스템(1)은 오퍼레이터에 의한 조작에 의해 운전되어도 되고, 후술하는 제어 장치(5)(도 9 참조)에 의한 제어에 의해 운전되어도 되고, 또는 이들의 조합에 의해 운전되어도 된다.The boiler operation system 1 may be operated by operation by an operator, may be operated by control by a control device 5 (see FIG. 9) described later, or may be operated by a combination of these.

일 실시 형태의 화로(20) 내에서는, 암모니아 연료 이외의 다른 연료(본 예에서는 탄소 함유 연료)가 연소된 후에 암모니아 연료의 공급이 개시되고, 암모니아 연료와 다른 연료의 혼소가 행해져도 된다.In the furnace 20 of one embodiment, the supply of ammonia fuel is started after fuels other than ammonia fuel (carbon-containing fuel in this example) are burned, and co-combustion of ammonia fuel and other fuels may be performed.

석탄이나 암모니아 등 질소를 포함하는 연료를 연소시킨 경우의 질소산화물의 발생에는 연소시킨 경우의 공기비가 일반적으로 큰 영향을 준다. 여기서는, 암모니아 연료와 다른 연료를 혼소하는 경우에 대해서, 비교예로서 화로 전체에서 하나의 공기비를 산정하는 경우, 실시예로서 암모니아 연료와 다른 연료로서의 탄소 함유 연료의 각각에서 공기비를 산정하는 경우에 대해서 이하 설명한다.The air ratio at the time of combustion generally has a large influence on the generation of nitrogen oxides when fuel containing nitrogen, such as coal or ammonia, is burned. Here, for the case of co-firing ammonia fuel and other fuels, for the case of calculating one air ratio in the entire furnace as a comparative example, and for the case of calculating the air ratio for each of the ammonia fuel and the carbon-containing fuel as another fuel as an example. This is explained below.

(비교예)(Comparative example)

비교예의 공기비는, 화로(20)에 공급되는 암모니아 연료와 다른 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대한 화로(20)로의 공기 공급량의 비이다. 상기한 화로(20)로의 공기 공급량에는 추가 공기(애디셔널 에어)가 포함되지 않는다. 즉 본 예에서는, 암모니아 혼소 조건(상세는 후술)을 구성하는 공기비는, 화로(20)에 공급되는 전체 공기 중 추가 공기 이외의 공기가 차지하는 공급 비율을 전체 공기비에 곱한 값이기도 하다. 구체적으로는, 암모니아 혼소 조건을 구성하는 공기비(이하, 버너부 공기비라고 하는 경우가 있음)는, 이하의 식 (1)에 의해 규정된다.The air ratio in the comparative example is the ratio of the amount of air supplied to the furnace 20 to the theoretical amount of air required to burn the ammonia fuel and other fuels supplied to the furnace 20. The amount of air supplied to the above-described furnace 20 does not include additional air (additional air). That is, in this example, the air ratio constituting the ammonia co-firing conditions (described in detail later) is also a value obtained by multiplying the total air ratio by the supply ratio of air other than additional air among the total air supplied to the furnace 20. Specifically, the air ratio constituting the ammonia co-firing conditions (hereinafter sometimes referred to as the burner unit air ratio) is defined by the following equation (1).

λb=λ×(100-AA)/100 … 식 (1)λ b =λ×(100-AA)/100… Equation (1)

식 (1)에 있어서, λb는 버너부 공기비이고, λ는 전체 공기비이고, AA는 보일러(2)로의 전체 공기 공급량 중에서 추가 공기의 공급 비율이다.In equation (1), λ b is the burner unit air ratio, λ is the total air ratio, and AA is the supply ratio of additional air among the total air supply to the boiler 2.

또한, 전체 공기비(λ)는, 식 (2), 식 (3), 및 식 (4)에 의해 규정된다.Additionally, the total air ratio (λ) is defined by equations (2), (3), and (4).

λ=QAir/Qx … 식 (2)λ=Q Air /Q x … Equation (2)

Qx=Qmf×Amf … 식 (3)Q x =Q mf ×A mf … Equation (3)

Amf=(100-X)/100×Acar+X/100×ANH3 … 식 (4)A mf =(100-X)/100×A car +X/100×A NH3 … Equation (4)

식 (2) 내지 식 (4)에 있어서, QAir는 전체 공기 공급량이다. 또한, Qmf는, 화로(20) 내에서 행해지는 연소가 암모니아 혼소(중량 환산에서의 혼소율: X%)일 때의 암모니아 연료와 다른 연료(본 예에서는 탄소 함유 연료)의 공급량이다. Qx는, 해당 혼소 시에 공기비가 1이 되기 위한 공기 유량이다. Amf는, 상기 혼소가 행해질 때의 연료(본 예에서는 암모니아 연료와 탄소 함유 연료)의 이론 공기량이고, Acar은 탄소 함유 연료의 이론 공기량이고, ANH3은 암모니아 연료의 이론 공기량이다.In equations (2) to (4), Q Air is the total air supply amount. In addition, Q mf is the supply amount of ammonia fuel and a fuel other than ammonia fuel (carbon-containing fuel in this example) when the combustion performed within the furnace 20 is ammonia co-combustion (co-combustion rate in weight conversion: X%). Q x is the air flow rate for the air ratio to become 1 during co-firing. A mf is the theoretical air amount of the fuel (ammonia fuel and carbon-containing fuel in this example) when the above co-firing is performed, A car is the theoretical air amount of the carbon-containing fuel, and A NH3 is the theoretical air amount of the ammonia fuel.

(실시예)(Example)

실시예에서는, 화로(20)에 공급되는 암모니아 연료의 이론 공기량에 대하여, 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비와, 다른 연료의 이론 공기량에 대하여, 다른 연료에 공급되는 연소용 공기량의 비인 다른 연료용 공기비를 연료마다 제각기 산정한다.In the embodiment, the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel with respect to the theoretical air amount of the ammonia fuel supplied to the furnace 20, and the amount of combustion air supplied to the other fuels with respect to the theoretical air amount of the other fuels. The air ratio for different fuels is calculated separately for each fuel.

암모니아 공기비(이후, 암모니아 버너 공기비라고 하는 경우도 있음)는, 식 (5), 식 (6)으로부터 구해진다.The ammonia air ratio (hereinafter sometimes referred to as the ammonia burner air ratio) is obtained from equations (5) and (6).

λNH3=QAir_NH3/Qx_NH3 … 식 (5)λ NH3 =Q Air_NH3 /Q x_NH3 … Equation (5)

Qx_NH3=QNH3×ANH3 … 식 (6)Q x_NH3 =Q NH3 ×A NH3 … Equation (6)

여기서, 식 (5)의 λNH3은 암모니아 공기비이고, QAir_NH3은 암모니아 연소용 공기량이고, Qx_NH3은 암모니아 연료의 공기비가 1이 되기 위한 공기 유량이다. 또한, 식 (6)의 QNH3은 암모니아 연료의 공급량이고, ANH3은 암모니아 연료의 이론 공기량이다.Here, λ NH3 in equation (5) is the ammonia-air ratio, Q Air_NH3 is the air amount for ammonia combustion, and Q x_NH3 is the air flow rate for the ammonia fuel air ratio to be 1. Additionally, Q NH3 in equation (6) is the supply amount of ammonia fuel, and A NH3 is the theoretical air amount of ammonia fuel.

또한, 다른 연료로서 탄소 함유 연료를 예로 하면, 탄소 함유 연료의 공기비는 식 (7), 식 (8)로부터 요구된다.In addition, taking carbon-containing fuel as an example as another fuel, the air ratio of carbon-containing fuel is required from equations (7) and (8).

λcar=QAir_car/Qx_car … 식 (7)λ car =Q Air_car /Q x_car … Equation (7)

Qx_car=Qcar×Acar … 식 (8)Q x_car =Q car ×A car … Equation (8)

여기서, 식 (7)의 λcar은 탄소 함유 연료의 공기비이고, QAir_car은 탄소 함유 연료의 연소용 공기량이고, Qx_car은 탄소 함유 연료의 공기비가 1이 되기 위한 공기 유량이다. 또한, 식 (8)의 Qcar은 탄소 함유 연료의 공급량이고, Acar은 탄소 함유 연료의 이론 공기량이다.Here, λ car in equation (7) is the air ratio of the carbon-containing fuel, Q Air_car is the air amount for combustion of the carbon-containing fuel, and Q x_car is the air flow rate for the air ratio of the carbon-containing fuel to be 1. Additionally, Q car in equation (8) is the supply amount of carbon-containing fuel, and A car is the theoretical air amount of carbon-containing fuel.

본 실시예와 같이, 암모니아 공기비 λNH3과 탄소 함유 연료의 공기비 λcar을 각각 산정함으로써, 개별로 조정할 수 있도록 된다. 예를 들어, 암모니아 버너(306)와 미분탄 버너(302)가 사용되는 보일러(2)에서는(도 3b 참조), 암모니아 버너(306)의 공기비에 대하여 식 (5), 식 (6)이 적용되고, 미분탄 버너(302)의 공기비에 대하여 식 (7), 식 (8)이 적용된다. 환언하면 이 경우, 식 (7), 식 (8)로 나타내는 탄소 함유 연료의 파라미터는, 모두 미분탄의 파라미터가 된다.As in this embodiment, the ammonia air ratio λ NH3 and the carbon-containing fuel air ratio λ car can be individually adjusted by calculating each. For example, in the boiler 2 in which the ammonia burner 306 and the pulverized coal burner 302 are used (see FIG. 3b), equations (5) and (6) are applied to the air ratio of the ammonia burner 306, , Equations (7) and (8) are applied to the air ratio of the pulverized coal burner 302. In other words, in this case, the parameters of the carbon-containing fuel expressed in equations (7) and (8) all become parameters of pulverized coal.

이 이후에는, 공기비는 본 실시예에 산정된 것을 가리킨다.Hereafter, the air ratio refers to the one calculated in this example.

일 실시 형태에서는, 석탄 버너(302)와 암모니아 버너(306)를 선회 연소 보일러의 예인 도 3a 내지 도 3c에 도시하는 바와 같이 별도 배치로 한다(도 3a는, 암모니아 버너(306)가 설치되기 전의 개조 전 보일러를 나타냄). 이에 의해, 공기비를 개별로 조정이 가능하고, 암모니아의 혼소율을 높여도, 석탄 버너의 운용에 관계없이 암모니아의 공기비를 저감할 수 있어, NOx의 급증을 억제할 수 있다.In one embodiment, the coal burner 302 and the ammonia burner 306 are arranged separately as shown in FIGS. 3A to 3C, which are examples of a swirl combustion boiler (FIG. 3A shows the coal burner 302 before the ammonia burner 306 is installed. Shows boiler before modification). As a result, the air ratio can be adjusted individually, and even if the ammonia co-firing ratio is increased, the ammonia air ratio can be reduced regardless of the operation of the coal burner, and the rapid increase in NOx can be suppressed.

또한, 본 실시 형태의 석탄 버너(302)는 석탄(미분탄)을 연소시키도록 구성된다. 이하의 설명에서는, 석탄 버너(302)를 미분탄 버너(302)라고 하는 경우가 있다.Additionally, the coal burner 302 of this embodiment is configured to burn coal (pulverized coal). In the following description, the coal burner 302 may be referred to as the pulverized coal burner 302.

일 실시 형태에서는, 버너부 공기비의 상한값은 0.8 이하이다. 버너부 공기비가 0.8 이하인 조건 하에서 화로(20)로의 암모니아 연료의 공급이 개시되면, 암모니아 연료의 연소 개시 시의 버너부 공기비도 0.8 이하가 된다. 이에 의해, 화로(20) 내로 생성되는 NOx가 효과적으로 저감한다.In one embodiment, the upper limit of the burner portion air ratio is 0.8 or less. When the supply of ammonia fuel to the furnace 20 is started under the condition that the burner air ratio is 0.8 or less, the burner air ratio at the start of combustion of the ammonia fuel also becomes 0.8 or less. As a result, NOx generated in the furnace 20 is effectively reduced.

버너부 공기비의 상한값은 0.7 이하여도 된다. 이 경우, 공기비가 0.7 이하가 되는 조건 하에서 암모니아 연료의 연소가 개시되어, 과잉인 NOx의 생성이 억제된다.The upper limit of the burner unit air ratio may be 0.7 or less. In this case, combustion of ammonia fuel is started under the condition that the air ratio is 0.7 or less, and the production of excessive NOx is suppressed.

또한, 화력 발전 플랜트에 사용되는 일반적인 체격을 갖는 보일러(2)에서는, 버너부 공기비가 0.6 미만이 되는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 암모니아 연료의 공급 개시 전에 충족되어야 할 조건인 암모니아 혼소 조건을 구성하는 버너부 공기비는, 바람직하게는 0.6 이상 또한 0.8 이하이고, 보다 바람직하게는 0.6 이상 또한 0.7 이하이다.Additionally, in the boiler 2 having a general size used in thermal power plants, it is not realistic for the burner portion air ratio to be less than 0.6. Therefore, the burner air ratio constituting the ammonia co-firing condition, which is a condition that must be met before starting the supply of ammonia fuel, is preferably 0.6 or more and 0.8 or less, and more preferably 0.6 or more and 0.7 or less.

또한, 암모니아 버너(306)는 복수 마련되어 있는 경우는, 각 암모니아 버너(306) 단위로, 암모니아 공기비 λNH3을 산정하는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이 암모니아 공기비에 의해 NOx 발생량이 크게 변화하기 때문에, 버너 단위로 암모니아 공기비를 엄밀하게 산정하고, 암모니아 연료, 암모니아 연소용 공기의 공급량을 제어할 수 있도록 하기 위함이다.In addition, when a plurality of ammonia burners 306 are provided, it is desirable to calculate the ammonia-air ratio λ NH3 for each ammonia burner 306. As described later, since the amount of NOx generation changes significantly depending on the ammonia-air ratio, this is to strictly calculate the ammonia-air ratio for each burner and control the supply amount of ammonia fuel and ammonia combustion air.

석탄 버너(302)도 마찬가지로 NOx 발생량을 고정밀도로 제어할 수 있도록, 각 석탄 버너(302) 단위로 탄소 함유 연료의 공기비 λcar(석탄 공기비)을 산정하는 것이 바람직하다.Likewise, in order to control the NOx generation amount of the coal burner 302 with high precision, it is desirable to calculate the air ratio λ car (coal-air ratio) of the carbon-containing fuel for each coal burner 302.

일 실시 형태의 보일러(2)의 구성 요소인 제어 장치(5)(도 9 참조)는 암모니아 공기비를, 암모니아 버너(306)(도 3b, 도 3c 참조)로부터 공급되는 공기량과, 암모니아 버너(306)에 인접하는 보조 공기 노즐(303, 305)로부터 공급되는 공기량으로부터 계산한다. 보조 공기 노즐(303, 305)로부터 공급되는 공기량은, 암모니아 연소에 기여하는 공기량만을 암모니아 연소용 공기량으로서 계산하고, 예를 들어 도 3b, 도 3c에 도시하는 바와 같이 보조 공기 노즐(303)이 암모니아 버너(306)와 석탄 버너(302)에 인접하여 끼워지는 경우, 그 공기량의 절반을 암모니아 버너용 공기로서 계산한다.The control device 5 (see FIG. 9), which is a component of the boiler 2 in one embodiment, controls the ammonia air ratio, the amount of air supplied from the ammonia burner 306 (see FIGS. 3B and 3C), and the ammonia burner 306. ) is calculated from the amount of air supplied from the auxiliary air nozzles (303, 305) adjacent to the The amount of air supplied from the auxiliary air nozzles 303 and 305 is calculated as the amount of air for ammonia combustion, and only the amount of air contributing to ammonia combustion is calculated. For example, as shown in FIGS. 3B and 3C, the auxiliary air nozzle 303 is used to produce ammonia. When fitted adjacent to the burner 306 and the coal burner 302, half of the air volume is calculated as air for the ammonia burner.

NOx 발생량이 기준값보다 높은 경우, 암모니아 버너 공기비를 예를 들어 0.7로부터 0.6 등으로 낮추는 제어를 행한다. 도 5a에 암모니아 버너 공기비와 NOx의 발생량의 예를 도시한다. 이 시험 결과에서는 암모니아 버너 공기비의 최적점은 0.6이다. 암모니아 버너 공기비를 0.6보다 낮추면 NOx는 증가하므로, 0.6까지 낮추어도 NOx 발생량이 내려가지 않은 경우, 추가 공기 공급 영역(22)과 대략 동일한 높이의 화로 내 공간인 연소 완결역까지 미연 암모니아가 도달하고, NOx로 전환한다. 따라서, 암모니아 버너 공기비를 0.6으로 유지한 채로, 보일러(2)에 투입하는 공기량 전체에 대한 추가 공기(애디셔널 에어)량 비율을 저감하여, 연소 완결역에 도달하는 미연 암모니아량을 감소시킴으로써, 연소 완결역에서 발생하는 NOx의 저감을 도모한다.When the NOx generation amount is higher than the standard value, control is performed to lower the ammonia burner air ratio from, for example, 0.7 to 0.6. Figure 5a shows an example of ammonia burner air ratio and NOx generation amount. In this test result, the optimal point of the ammonia burner air ratio is 0.6. If the ammonia burner air ratio is lowered than 0.6, NOx increases, so if the NOx generation amount does not decrease even if lowered to 0.6, unburned ammonia reaches the combustion completion zone, which is a space within the furnace at approximately the same height as the additional air supply area 22, Convert to NOx. Therefore, while maintaining the ammonia burner air ratio at 0.6, the ratio of the amount of additional air (additional air) to the total amount of air input into the boiler 2 is reduced, thereby reducing the amount of unburned ammonia that reaches the combustion completion zone, thereby reducing combustion. We aim to reduce NOx generated at the completion station.

암모니아 버너(306)는, 도 3a 내지 도 3c에 도시하는 바와 같이, 석탄 버너(304)의 일부를 치환하여(개조하여) 마련된다. 석탄 버너(304)로부터 분사되는 미분탄에는 암모니아 버너(306)에 인접하고, 기동용 연료 버너(307)가 설치되어 있는 보조 공기 노즐(303)로부터 보조 공기가 공급된다. 이 기동용 연료 버너(307)가 설치되어 있는 보조 공기 노즐(303)은 암모니아 버너(306)의 방향으로 공급할 수 있는 보조 공기의 양(화로(12) 내에 분사되는 암모니아 연소 공급할 수 있는 보조 공기의 양)을 조정할 수 있는 댐퍼를 구비한다.The ammonia burner 306 is provided by partially replacing (remodeling) the coal burner 304, as shown in FIGS. 3A to 3C. The pulverized coal injected from the coal burner 304 is supplied with auxiliary air from an auxiliary air nozzle 303 adjacent to the ammonia burner 306 and equipped with a starting fuel burner 307. The auxiliary air nozzle 303 on which the starting fuel burner 307 is installed has the amount of auxiliary air that can be supplied in the direction of the ammonia burner 306 (the amount of auxiliary air that can be supplied for ammonia combustion injected into the furnace 12). Equipped with a damper that can adjust the amount.

보조 공기를 공급하는 공기 노즐(보조 공기 노즐)(303)이 석탄 버너(302)와 암모니아 버너(306) 사이에 끼워진 구성인 경우, 동일 노즐로부터 공급하는 공기량을 석탄 버너(302)에 최적인 공기량으로 조정하면, 암모니아 버너(306)의 질소산화물을 저감시키기 위한 공기량에 대하여 과잉이 된다. 반대로, 암모니아 버너의 NOx를 저감시키기 위한 공기량으로 조정하면, 석탄 버너(302)의 최적인 공기비로부터 공기량이 부족하고, 회중 미연분의 증가로 이어진다.In the case where the air nozzle (auxiliary air nozzle) 303 that supplies auxiliary air is sandwiched between the coal burner 302 and the ammonia burner 306, the amount of air supplied from the same nozzle is the optimal air amount for the coal burner 302. If adjusted to , the amount of air required to reduce nitrogen oxides in the ammonia burner 306 becomes excessive. Conversely, if the air quantity is adjusted to reduce NOx in the ammonia burner, the air quantity becomes insufficient from the optimal air ratio of the coal burner 302, leading to an increase in unburned fuel in the coal burner.

이 점, 본 실시 형태에서는, 석탄 버너(302)와 암모니아 버너(306) 사이에 끼워지는 보조 공기 노즐(303)을, 보일러(2)의 개조에 수반하여 상하로 유로(303A와 303B)로 분할하고, 각각의 유량을 댐퍼로 제어 가능하게 한다(도 3c, 도 4 참조). 이에 의해, 석탄 버너(302), 암모니아 버너(306)를 위한 공기량을 각각 개별로 조정 가능하게 한다. 환언하면, 석탄 버너(302)로부터 분사되는 미분탄에 공급되는 공기량과, 암모니아 버너(306)로부터 분사되는 암모니아 연료에 공급되는 공기량을 각각 개별로 조정 가능하게 한다. 석탄 버너 공기비는 0.7 내지 0.9 정도로 한다.In this regard, in this embodiment, the auxiliary air nozzle 303 sandwiched between the coal burner 302 and the ammonia burner 306 is divided into upward and downward flow paths 303A and 303B as the boiler 2 is remodeled. And, each flow rate can be controlled with a damper (see FIGS. 3C and 4). Thereby, the amount of air for the coal burner 302 and the ammonia burner 306 can be adjusted individually. In other words, the amount of air supplied to the pulverized coal injected from the coal burner 302 and the amount of air supplied to the ammonia fuel injected from the ammonia burner 306 can be individually adjusted. The coal burner air ratio is around 0.7 to 0.9.

보조 공기 노즐(303)의 유로(303A, 303B)로부터의 공기 유량을 개별로 조정 가능하게 함으로써, 석탄 버너에 의한 회중 미연분 증가의 억제와, 암모니아 버너에 의한 NOx 증대 억제가 가능해진다. 또한, 석탄 버너(304)를 암모니아 버너(306)로 개조함으로써, 기존의 석탄 전소용의 보일러(2)를 암모니아 연료를 연소시키는 보일러(2)로 변경할 수도 있다.By allowing the air flow rate from the passages 303A and 303B of the auxiliary air nozzle 303 to be individually adjusted, it becomes possible to suppress the increase in unburned fuel in the coal burner and NOx increase due to the ammonia burner. Additionally, by converting the coal burner 304 into an ammonia burner 306, the existing coal-fired boiler 2 can be changed into a boiler 2 that burns ammonia fuel.

또한, 도 3과 같이 석탄 버너(302)에 인접하여 암모니아 버너(306)를 배치함으로써, 석탄 연소에 의한 열을 암모니아 연소에 활용할 수 있고, 암모니아를 안정 연소시킬 수 있다.In addition, by arranging the ammonia burner 306 adjacent to the coal burner 302 as shown in FIG. 3, heat from coal combustion can be utilized for ammonia combustion and ammonia can be stably burned.

또한, 암모니아 버너(306)에 공급되는 암모니아의 공급량과, 연소용 공기의 공급량에 기초하여, 보일러(2)로부터 배출되는 연소 가스에 포함되는 NOx의 생성량을 계산하고, 계산 결과에 따라서 제1 기준 범위를 설정해도 된다. 혹은, 보일러(2)에 마련되는 NOx 농도를 계측하는 계측 장치의 계측 결과에 기초하여, 제1 기준 범위를 설정해도 된다.In addition, based on the supply amount of ammonia supplied to the ammonia burner 306 and the supply amount of combustion air, the amount of NOx generated in the combustion gas discharged from the boiler 2 is calculated, and a first standard is set according to the calculation result. You can set a range. Alternatively, the first reference range may be set based on the measurement results of a measuring device that measures the NOx concentration provided in the boiler 2.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러(2)는, 도 6a 내지 도 6c에 도시하는 바와 같이 기동용 연료를 연소시키는 기동용 연료 버너(307)를 갖고, 상기 암모니아 버너(306)는 기동용 연료 버너(307)의 일부를 치환하여(개조하여) 마련할 수 있다. 당해 암모니아 버너(306)는 암모니아를 분사하는 암모니아 노즐(306A)을 포함한다. 암모니아 노즐(306A)은, 기동용 연료(구체적인 일례로서 오일)를 분사하는 기동용 연료 노즐로서도 기능한다. 보일러(2)의 기동 시에는, 암모니아 노즐(306A)은 기동용 연료를 분사하고, 그 후, 암모니아 혼소 조건이 충족된 것에 따라서 암모니아를 분사한다. 또한, 다른 실시 형태에서는, 기동용 연료 노즐은, 암모니아 노즐(306A)과는 다른 노즐로서 구성되고, 또한 암모니아 노즐(306A)과 동일 컴파트먼트 내에 마련되어도 된다.The boiler 2 according to at least one embodiment of the present invention has a starting fuel burner 307 for burning starting fuel, as shown in FIGS. 6A to 6C, and the ammonia burner 306 is used for starting. It can be prepared by replacing (remodeling) part of the fuel burner 307. The ammonia burner 306 includes an ammonia nozzle 306A that sprays ammonia. The ammonia nozzle 306A also functions as a starting fuel nozzle that injects starting fuel (oil as a specific example). When starting the boiler 2, the ammonia nozzle 306A injects starting fuel and then injects ammonia according to the ammonia co-firing conditions being met. Additionally, in another embodiment, the starting fuel nozzle may be configured as a nozzle different from the ammonia nozzle 306A, and may be provided in the same compartment as the ammonia nozzle 306A.

기동용 연료 버너(307)를 암모니아 버너(306)로 개조한 경우, 석탄 버너(302, 304)에 인접하는 편측의 공기 노즐(303)이 없어져, 석탄 버너(302)를 위한 보조 공기량을 충분히 확보할 수 없게 된다.When the starting fuel burner 307 is converted to an ammonia burner 306, the air nozzle 303 on one side adjacent to the coal burners 302 and 304 is eliminated, ensuring a sufficient amount of auxiliary air for the coal burner 302. You won't be able to do it.

이 때문에 암모니아 버너(306)에 대하여 반대측의 보조 공기 노즐(301, 305)로부터의 공기량을 각각 증가시킴으로써, 석탄 버너(302, 304)의 공기비를 적정값인 0.7 내지 0.9로 한다. 본 실시 형태에서는, 암모니아 버너(306)로부터 공급되는 공기만을, 암모니아 공기비의 계산에 사용한다.For this reason, by increasing the amount of air from the auxiliary air nozzles 301 and 305 on the opposite side to the ammonia burner 306, the air ratio of the coal burners 302 and 304 is set to an appropriate value of 0.7 to 0.9. In this embodiment, only the air supplied from the ammonia burner 306 is used to calculate the ammonia-air ratio.

석탄 버너(302, 304)의 공기비 적정화에 의해, 석탄 버너(302, 304)에서의 회중 미연분 증가의 억제가 가능하다.By optimizing the air ratio of the coal burners 302 and 304, it is possible to suppress the increase in unburned fuel content in the coal burners 302 and 304.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러(2)는, 도 7a, 도 7b에 도시하는 바와 같이 보조 공기를 공급하는 복수의 보조 공기 노즐(301, 305)을 갖고, 암모니아 버너(306)는, 상기 보조 공기 노즐(301, 305)의 일부를 치환하여 마련한다. 도 7b의 예에서는, 보조 공기 노즐(305)을 치환하여 암모니아 버너(306)가 마련된다.The boiler 2 according to at least one embodiment of the present invention has a plurality of auxiliary air nozzles 301 and 305 for supplying auxiliary air, as shown in FIGS. 7A and 7B, and the ammonia burner 306 has, Some of the auxiliary air nozzles 301 and 305 are replaced. In the example of FIG. 7B, an ammonia burner 306 is provided by replacing the auxiliary air nozzle 305.

기동용 연료 버너(307)의 개조의 경우와 마찬가지로, 석탄 버너(304)의 편측의 보조 공기 노즐(305)이 없어짐으로써, 석탄 버너(304)의 공기량이 부족하다. 또한, 보조 공기 노즐(305)의 컴파트먼트 높이가 낮은 경우는, 보염기를 구비하는 암모니아 버너(306)를 설치하는 것이 곤란하다.As in the case of modification of the starting fuel burner 307, the auxiliary air nozzle 305 on one side of the coal burner 304 is missing, resulting in a shortage of air in the coal burner 304. In addition, when the compartment height of the auxiliary air nozzle 305 is low, it is difficult to install the ammonia burner 306 equipped with a flame holder.

석탄 버너(304)에 인접하는 암모니아 버너(306)와 반대측의 기동용 연료 버너(307)가 설치되어 있는 노즐을 보조 공기 노즐(303)로서 사용하고 이 공기량을 증가시킴으로써, 소정의 공기량이 되도록 조절한다. 이때, 도 7b에서 도시되는 석탄 버너(304)에서는 보조 공기 노즐(303)이 편측이 되지만, 상측의 석탄 버너(302)는 상하로 보조 공기 노즐(301, 303)이 있기 때문에, 기동용 오일 버너의 공기 유로를 상하로 유로(303A, 303B)로 분할하고, 하측의 유로(303B)만 공기량을 증가시킬 수 있도록, 각각의 유량을 댐퍼로 제어 가능하게 하고, 석탄 버너(304)의 공기비를 각각 최적화할 수 있음으로써, 회중 미연분의 증가를 억제할 수 있다.The nozzle in which the ammonia burner 306 adjacent to the coal burner 304 and the starting fuel burner 307 on the opposite side are installed is used as the auxiliary air nozzle 303 and this air volume is increased to adjust the air volume to a predetermined amount. do. At this time, in the coal burner 304 shown in FIG. 7B, the auxiliary air nozzle 303 is on one side, but since the upper coal burner 302 has auxiliary air nozzles 301 and 303 above and below, the oil burner for starting The air flow path is divided into upper and lower flow paths (303A, 303B), each flow rate can be controlled with a damper so that only the lower flow path (303B) can increase the air volume, and the air ratio of the coal burner 304 is adjusted to By being able to optimize, it is possible to suppress the increase in unconnected portions of congregations.

개조 전의 보일러(2)에 있어서, 보조 공기 노즐(305)이 설치되어 있는 풍상 높이가, 석탄 버너(302)나 기동용 연료 버너(307)의 높이에 비해 낮은 경우는, 보염기 없이 풍상 높이가 낮은 암모니아 버너(306)를 설치한다. 예를 들어 도 13의 예혼합형의 스패드 노즐 등을 사용한다.In the boiler 2 before modification, when the upwind height at which the auxiliary air nozzle 305 is installed is lower than the height of the coal burner 302 or the starting fuel burner 307, the upwind height without the flame breaker is Install low ammonia burner (306). For example, the premixed spad nozzle of FIG. 13 is used.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러(2)에서는, 도 8a, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 버너 배치 영역(21)의 최상단에 위치하는 상기 보조 공기 노즐(301)을 치환하여(개조하여), 암모니아 버너(306)는 마련된다. 암모니아 버너(306)는 석탄 버너(302)와 인접하여 마련된다.In the boiler 2 according to at least one embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 8A and 8B, the auxiliary air nozzle 301 located at the top of the burner arrangement area 21 is replaced (modified). ), an ammonia burner 306 is provided. The ammonia burner 306 is provided adjacent to the coal burner 302.

보조 공기 노즐(305)에 암모니아 버너(306)를 설치하는 앞의 예와 동일하게 석탄 버너(302)의 편측의 보조 공기 노즐(301)이 없어짐으로써, 석탄 버너(302)의 공기량이 부족하다. 또한, 보조 공기 노즐(301)의 컴파트먼트 높이가 낮은 경우는, 보염기를 구비하는 암모니아 버너(306)를 설치하는 것이 곤란하다. 기동용 연료 버너(307)의 공기 유로를 유로(303A, 303B)로 상하로 분할하고, 유로(303A, 303B)를 개별로 제어 가능하게 하는 것과, 풍상 높이가 낮은 경우는, 보염기 없이 풍상 높이가 낮은 암모니아 노즐인 부분 예혼합 노즐(도 13 참조)을 설치한다.As in the previous example in which the ammonia burner 306 is installed in the auxiliary air nozzle 305, the auxiliary air nozzle 301 on one side of the coal burner 302 is missing, resulting in a shortage of air in the coal burner 302. In addition, when the compartment height of the auxiliary air nozzle 301 is low, it is difficult to install the ammonia burner 306 equipped with a flame holder. The air flow path of the starting fuel burner 307 is divided into upper and lower channels into flow paths 303A and 303B, and the flow paths 303A and 303B are individually controllable, and when the upwind height is low, upwind height is controlled without a flame suppressor. Install a partial premix nozzle (see Figure 13), which is a low ammonia nozzle.

이 경우, 암모니아를 연료로서 뿐만 아니라, 탈질제로서의 이용도 가능해진다.In this case, it becomes possible to use ammonia not only as a fuel but also as a denitrifying agent.

상기 실시예에 사용하는 버너는 확산 연소형 버너 또는 부분 예혼합 연소형 버너(스패드 버너라고도 칭함)를 사용한다. 확산 연소 버너에서는 보염기로서 스월러형, 디퓨저형을 사용할 수 있다. 도 13에 부분 예혼합 스패드 버너의 구조도의 예를, 도 14에 디퓨저 버너의 구조도의 예를, 도 15에 스월러 버너의 구조도의 예를 나타낸다.The burner used in the above embodiment is a diffusion combustion type burner or a partial premixed combustion type burner (also referred to as a spad burner). In a diffusion combustion burner, a swirler type or diffuser type can be used as a flame insulator. FIG. 13 shows an example of a structural diagram of a partial premixed spad burner, FIG. 14 shows an example of a structural diagram of a diffuser burner, and FIG. 15 shows an example of a structural diagram of a swirler burner.

도 13에 스패드 버너의 예를 도시한다. 스패드 버너는, 풍상(131)의 내부에 암모니아를 공급하는 노즐(132)과 외통(133)으로 구성되어 있다. 연소용 공기는 풍상(131)으로부터 공급되고, 풍상(131)의 상류측에 유량 조정용의 댐퍼가 설치되어 있다. 암모니아는 외통(133) 내부에 분사되고, 노즐(132)과 외통(133)의 간극으로부터 유입된 연소용 공기와 예혼합되면서 노 내로 분사된다. 암모니아는 노 내의 고온의 가스에 의해 착화에 적합한 공기량과 혼합된 시점에서 자연 착화한다. 암모니아와 공기가 일부 예혼합되어 있기 때문에, 노즐 전체의 분출 유속과 예혼합된 암모니아와 공기의 연소 속도가 일치한 점에 착화점이 형성된다.Figure 13 shows an example of a spad burner. The spad burner is composed of a nozzle 132 and an external cylinder 133 that supply ammonia to the inside of the windshield 131. Combustion air is supplied from the upwind 131, and a damper for flow rate adjustment is installed on the upstream side of the upwind 131. Ammonia is injected inside the outer cylinder 133, and is injected into the furnace while premixed with combustion air introduced from the gap between the nozzle 132 and the outer cylinder 133. Ammonia is naturally ignited when the high temperature gas in the furnace is mixed with an amount of air suitable for ignition. Since ammonia and air are partially premixed, the ignition point is formed at the point where the ejection flow rate of the entire nozzle matches the combustion rate of the premixed ammonia and air.

도 14에 디퓨저 버너의 구조도의 예를 도시한다. 풍상(141)의 내부에 암모니아 노즐(142)과 원판상의 보염기(143)(디퓨저라고 칭함)를 암모니아 노즐(142)의 선단에 설치한다. 암모니아는 암모니아 노즐(142)에 설치된 복수의 구멍(142A)으로부터 분사된다(도면에는 2개의 구멍(142A)을 나타냄). 연소 공기는 풍상(141)으로부터 공급되고, 상류측에는 유량을 조정하는 댐퍼가 설치되어 있다. 연소용 공기는 보염기(143)의 주위를 가속하여 흐르기 때문에, 원판의 보염기(143)의 외주부에 소용돌이가 생긴다. 이 소용돌이에 암모니아가 혼입되고 공기와 혼합되어 착화하기 때문에, 착화점은 보염기(143) 상에 형성된다.Figure 14 shows an example of a structural diagram of a diffuser burner. Inside the windshield 141, an ammonia nozzle 142 and a disk-shaped flame heater 143 (referred to as a diffuser) are installed at the tip of the ammonia nozzle 142. Ammonia is sprayed from a plurality of holes 142A provided in the ammonia nozzle 142 (two holes 142A are shown in the drawing). Combustion air is supplied from the windward side 141, and a damper to adjust the flow rate is installed on the upstream side. Since the combustion air flows at an accelerated rate around the flame heater 143, a vortex is formed on the outer periphery of the disk flame heater 143. Since ammonia is mixed into this vortex and ignites by mixing with air, an ignition point is formed on the flame insulator 143.

도 15에 스월러 버너의 구조도의 예를 도시한다. 풍상(151)의 내부에 암모니아 노즐(152)과 선회 블레이드를 갖는 보염기(153)(스월러라고 칭함)를 암모니아 노즐(152)의 선단에 설치한다. 암모니아는 암모니아 노즐(152)에 설치된 복수의 구멍(152A)으로부터 분사된다(도면에는 2개의 구멍(152A)을 나타냄). 연소용 공기는 풍상(151)으로부터 공급되고, 상류측에는 유량을 조정하는 댐퍼가 설치되어 있다. 연소용 공기는 보염기(153)를 통과할 때에 선회 블레이드에 의해 선회류가 되어 암모니아 노즐(152)의 외주를 흐른다. 선회류에 의해 순환류가 선회류의 내부에 발생하기 때문에 암모니아와 순환류가 혼합되어 착화한다. 이 때문에, 암모니아 화염의 착화점이 보염기(153)의 후류측 근방에 형성된다.Figure 15 shows an example of a structural diagram of a swirler burner. Inside the windshield 151, an ammonia nozzle 152 and a flame heater 153 (referred to as a swirler) having a rotating blade are installed at the tip of the ammonia nozzle 152. Ammonia is sprayed from a plurality of holes 152A provided in the ammonia nozzle 152 (two holes 152A are shown in the drawing). Combustion air is supplied from the windward side 151, and a damper to adjust the flow rate is installed on the upstream side. When the combustion air passes through the flame suppressor 153, it becomes a swirling flow due to the rotating blade and flows around the outer periphery of the ammonia nozzle 152. Because the circulating flow is generated inside the swirling flow, the ammonia and the circulating flow are mixed and ignited. For this reason, the ignition point of the ammonia flame is formed near the downstream side of the flame insulator 153.

도 16은, 본 발명의 보일러 개조 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 3c, 도 6c, 도 7b, 도 8b를 사용하여 앞서 설명한 바와 같이, 개조 전의 보일러(2)는 미분탄 버너(302)와, 미분탄, 예를 들어 오일이어도 되는 기동용 연료, 또는 보조 공기를 분사하는 복수의 분사부를 구비한다. 각 분사부는 석탄 버너(304), 기동용 연료 버너(307), 또는 보조 공기 노즐(301, 303)이다. 그리고, 도 16에서 도시하는 S11은, 이 분사부를 암모니아 버너(306)로 치환하는 공정을 나타낸다. S11이 실행됨으로써, 예를 들어 석탄 전소를 행할 수 있는 기존의 보일러(2)를 암모니아 연료를 연소시키기 위한 보일러(2)로 개조할 수 있다.Figure 16 is a flow chart showing the boiler modification method of the present invention. As described above using FIGS. 3C, 6C, 7B, and 8B, the boiler 2 before modification injects pulverized coal burner 302, pulverized coal, starting fuel that may be oil, for example, or auxiliary air. It is provided with a plurality of injection units. Each injection unit is a coal burner 304, a starting fuel burner 307, or an auxiliary air nozzle 301, 303. And S11 shown in FIG. 16 shows the process of replacing this injection part with the ammonia burner 306. By executing S11, for example, an existing boiler 2 capable of burning coal can be converted into a boiler 2 for burning ammonia fuel.

일 실시 형태에 관한 보일러 제어 방법(도 10b 참조)은 화로벽(19)을 포함하는 화로(20)와, 상기 화로벽(19)에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너(306)와, 상기 화로벽(19)의 상기 암모니아 버너(306)와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너(302, 304)를 포함하는 보일러(2)에 있어서, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 보일러 제어 방법이며, 상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정 스텝(S10-1)과, 상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정 스텝(S10-2)과, 상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어 스텝(S10-3)을 갖는다.A boiler control method according to one embodiment (see FIG. 10B) includes a furnace 20 including a furnace wall 19, an ammonia burner 306 provided on the furnace wall 19 and burning ammonia fuel, In the boiler 2, which is provided in a different position from the ammonia burner 306 on the furnace wall 19 and includes pulverized coal burners 302 and 304 for burning pulverized coal, the ammonia fuel, the pulverized coal and the combustion A boiler control method for controlling the supply amount of air, the first calculation step (S10-1) of calculating the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel. And, a second calculation step (S10-2) of calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to burn the pulverized coal, and the ammonia air ratio is in the first reference range There is also a control step (S10-3) for controlling the supply amount so that the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.

암모니아 공기비의 제1 기준 범위의 상한값은, 미분탄 공기비의 제2 기준 범위의 상한값보다도 작게 설정하는 것이 바람직하다. NOx 배출량 최소화를 위한 공기비의 최적값은 암모니아 연료의 경우 0.6 정도이고, 미분탄의 경우(통상 0.7 내지 0.8 정도)보다도 작다. 당해 최적값을 참조하여, 기준 범위의 상한값을 설정함으로써, NOx 배출량을 최소화하기 쉬워진다.It is preferable that the upper limit of the first reference range for the ammonia-air ratio is set smaller than the upper limit of the second reference range for the pulverized coal-air ratio. The optimal value of the air ratio for minimizing NOx emissions is about 0.6 for ammonia fuel, and is smaller than that for pulverized coal (usually about 0.7 to 0.8). By setting the upper limit of the reference range with reference to the optimal value, it becomes easy to minimize NOx emissions.

도 9는, 일 실시 형태에 관한 보일러 운전 시스템(1)의 구체적인 구성이다. 보일러 운전 시스템(1)은, 앞서 설명한 보일러(2), 공급 시스템(15), 및 계측 시스템(9)에 더하여, 보일러(2)의 운전을 제어하기 위한 제어 장치(5)를 구비한다.Fig. 9 shows a specific configuration of the boiler operation system 1 according to one embodiment. The boiler operation system 1 includes a control device 5 for controlling the operation of the boiler 2, in addition to the boiler 2, the supply system 15, and the measurement system 9 described above.

일 실시 형태의 제어 장치(5)는 프로세서(91), ROM(92), RAM(93), 및 메모리(94)를 포함한다.Control device 5 in one embodiment includes a processor 91, ROM 92, RAM 93, and memory 94.

프로세서(91)는 ROM(92)에 기억되는 보일러 운전 프로그램을 읽어내어 RAM(93)에 로드하고, 보일러 운전 프로그램에 포함되는 명령을 실행하도록 구성된다. 프로세서(91)는 CPU, GPU, MPU, DSP, 이들 이외의 각종 연산 장치, 또는 이들의 조합이다. 프로세서(91)는 PLD, ASIC, FPGA, 및 MCU 등의 집적 회로에 의해 실현되어도 된다. 메모리(94)는 보일러 운전 프로그램의 실행에 수반하여 각종 데이터가 기억된다. 메모리(94)는 일례로서 플래시 메모리이다. 프로세서(91)는 공급 시스템(15)과 계측 시스템(9)에 전기적으로 접속되어 있다.The processor 91 is configured to read the boiler operation program stored in the ROM 92, load it into the RAM 93, and execute instructions included in the boiler operation program. The processor 91 is a CPU, GPU, MPU, DSP, various computing devices other than these, or a combination thereof. The processor 91 may be realized by integrated circuits such as PLD, ASIC, FPGA, and MCU. The memory 94 stores various data as the boiler operation program is executed. The memory 94 is, for example, flash memory. The processor 91 is electrically connected to the supply system 15 and the measurement system 9.

일 실시 형태의 프로세서(91)는 암모니아 연료 이외의 다른 연료를 화로(20) 내에서 연소시키기 위한 타연료 연소 지령과, 암모니아 연료의 공급을 공급 시스템(15)에 개시시키기 위한 암모니아 공급 개시 지령과, 암모니아의 전소를 화로(20) 내에서 개시시키기 위한 암모니아 전소 개시 지령을 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에서는, 이들 제어 지령은 공급 시스템(15)에 보내진다.The processor 91 of one embodiment includes a fuel combustion command for burning other fuels other than ammonia fuel in the furnace 20, an ammonia supply start command for starting the supply of ammonia fuel to the supply system 15, and , and is configured to generate an ammonia combustion start command for starting the combustion of ammonia within the furnace 20. In one embodiment, these control commands are sent to the supply system 15.

일 실시 형태의 프로세서(91)는 암모니아 혼소를 개시하기 위한 암모니아 혼소 조건이 충족되면 계측 시스템(9)의 계측 결과에 기초하여 판정한 경우, 암모니아 공급 개시 지령을 생성한다. 또한, 일 실시 형태의 프로세서(91)는 암모니아 전소를 개시하기 위한 암모니아 전소 조건이 충족된다고 판정한 경우, 암모니아 전소 지령을 개시한다. 암모니아 전소 조건은, 예를 들어 화로(20) 내의 대표 온도가 규정 온도에 도달한 것, 암모니아 혼소가 개시되고 나서 규정 시간이 경과한 것, 오퍼레이터로부터 규정의 입력 조작이 있은 후 소정의 설정값에 도달한 것, 또는 이들 조합 등이다.The processor 91 of one embodiment generates an ammonia supply start command when it is determined based on the measurement result of the measurement system 9 that the ammonia co-firing condition for starting ammonia co-firing is met. Additionally, when the processor 91 of one embodiment determines that the ammonia combustion condition for starting ammonia combustion is satisfied, it starts an ammonia combustion command. Ammonia combustion conditions include, for example, that the representative temperature in the furnace 20 reaches the specified temperature, that a specified time has elapsed since ammonia co-firing is started, and that a specified set value is reached after a specified input operation from the operator. reached, or a combination of these.

공급 시스템(15)은, 1차 공기를 공급하기 위한 1차 공기 공급 시스템(110), 추가 공기를 공급하기 위한 추가 공기 공급 시스템(120), 액체 암모니아를 공급하기 위한 암모니아 공급 시스템(100), 오일을 공급하기 위한 오일 공급 시스템(80), 및 미분탄을 공급하기 위한 미분탄 공급 시스템(70)을 구비한다. 오일 공급 시스템(80)과 미분탄 공급 시스템(70)은, 각각 탄소 함유 연료를 공급하기 위한 시스템의 일례이다.The supply system 15 includes a primary air supply system 110 for supplying primary air, an additional air supply system 120 for supplying additional air, an ammonia supply system 100 for supplying liquid ammonia, It is provided with an oil supply system 80 for supplying oil, and a pulverized coal supply system 70 for supplying pulverized coal. The oil supply system 80 and the pulverized coal supply system 70 are examples of systems for supplying carbon-containing fuel, respectively.

1차 공기, 액체 암모니아, 미분탄, 및 오일은 버너 유닛(30)에 공급되고, 추가 공기는 화로벽(19)에 마련된 추가 공기 공급부(4)에 공급된다. 상기 공급 시스템(15)은 제어 장치(5)에 의해 제어되도록 구성된다.Primary air, liquid ammonia, pulverized coal, and oil are supplied to the burner unit 30, and additional air is supplied to the additional air supply section 4 provided on the furnace wall 19. The supply system 15 is configured to be controlled by a control device 5.

1차 공기 공급 시스템(110)의 공기 공급 라인(112)은 모든 버너 유닛(30)에 접속된다. 공기 공급 라인(112)에는, 1차 공기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 밸브(116), 및 공기 공급 라인(112)의 연통 상태를 전환하기 위한 전환 밸브(118)가 마련된다.The air supply line 112 of the primary air supply system 110 is connected to all burner units 30. The air supply line 112 is provided with a flow rate adjustment valve 116 for adjusting the flow rate of primary air and a switching valve 118 for switching the communication state of the air supply line 112.

추가 공기 공급 시스템(120)의 공기 공급 라인(122)은 추가 공기 공급부(4)에 접속된다. 공기 공급 라인(122)에는 추가 공기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 밸브(126), 및 공기 공급 라인(122)의 연통 상태를 전환하기 위한 전환 밸브(128)가 마련된다.The air supply line 122 of the additional air supply system 120 is connected to the additional air supply unit 4. The air supply line 122 is provided with a flow rate adjustment valve 126 for adjusting the flow rate of additional air, and a switching valve 128 for switching the communication state of the air supply line 122.

유량 조정 밸브(116, 126)와 전환 밸브(118, 128)는, 제어 장치(5)로부터 보내지는 제어 지령에 따라서 작동하도록 구성된다.The flow rate adjustment valves 116 and 126 and the switching valves 118 and 128 are configured to operate in accordance with control commands sent from the control device 5.

암모니아 공급 시스템(100)은, 앞서 설명한 암모니아 버너(306)와, 액체 암모니아가 저류되는 암모니아 탱크(101)와, 암모니아 탱크(101)와 암모니아 버너(306)를 연결하는 암모니아 공급 라인(102)과, 암모니아 공급 라인(102)에 마련된 펌프(103)와, 암모니아 공급 라인(102)의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 밸브(105)와, 암모니아 공급 라인(102)에 마련됨과 함께 암모니아 탱크(101)와 암모니아 버너(306)의 연통 상태를 전환하기 위한 전환 밸브(107)와, 암모니아 공급 라인(102)을 흐르는 액체 암모니아의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 밸브(108)를 구비한다.The ammonia supply system 100 includes the ammonia burner 306 described above, an ammonia tank 101 in which liquid ammonia is stored, an ammonia supply line 102 connecting the ammonia tank 101 and the ammonia burner 306, and , a pump 103 provided in the ammonia supply line 102, a pressure adjustment valve 105 for adjusting the pressure of the ammonia supply line 102, and an ammonia tank 101 provided in the ammonia supply line 102. and a switching valve 107 for switching the communication state of the ammonia burner 306, and a flow rate adjustment valve 108 for adjusting the flow rate of liquid ammonia flowing through the ammonia supply line 102.

압력 조정 밸브(105), 전환 밸브(107), 및 유량 조정 밸브(108)는 프로세서(91)로부터의 제어 지령에 따라서 작동하도록 구성된다. 이에 의해, 암모니아 공급 시스템(100)은, 어느 암모니아 버너(306)도 액체 암모니아를 공급하지 않는 공급 정지 상태와, 모든 암모니아 버너(306)에 액체 암모니아를 공급하는 공급 상태 사이에서 변화할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 암모니아 공급 시스템(100)이 공급 정지 상태일 때, 제2 버너 유닛(32)과 제3 버너 유닛(33)의 암모니아 버너(306)에는, 오일 공급 시스템(80)으로부터 오일이 공급된다.The pressure adjustment valve 105, the switching valve 107, and the flow rate adjustment valve 108 are configured to operate in accordance with control instructions from the processor 91. Thereby, the ammonia supply system 100 can change between a supply stop state in which none of the ammonia burners 306 supplies liquid ammonia and a supply state in which liquid ammonia is supplied to all ammonia burners 306 . As described later, when the ammonia supply system 100 is in a supply stop state, oil is supplied to the ammonia burners 306 of the second burner unit 32 and the third burner unit 33 from the oil supply system 80. supplied.

일 실시 형태의 오일 공급 시스템(80)은 오일 공급 장치(81), 오일 공급 장치(81)와 암모니아 버너(306)를 연결하는 오일 공급 라인(82), 오일 공급 라인(82)을 흐르는 오일의 유량을 조정하기 위한 오일 유량 조정 밸브(86), 및 오일 공급 라인(82)의 연통 상태를 전환하기 위한 전환 밸브(88)를 구비한다. 본 예의 오일 공급 라인(82)은, 제2 버너 유닛(32)과 제3 버너 유닛(33)의 각각의 암모니아 버너(306)에 접속된다.The oil supply system 80 of one embodiment includes an oil supply device 81, an oil supply line 82 connecting the oil supply device 81 and the ammonia burner 306, and the oil flowing through the oil supply line 82. It is provided with an oil flow rate adjustment valve 86 for adjusting the flow rate, and a switching valve 88 for switching the communication state of the oil supply line 82. The oil supply line 82 in this example is connected to each ammonia burner 306 of the second burner unit 32 and the third burner unit 33.

일 실시 형태에서는, 오일 공급 장치(81), 오일 유량 조정 밸브(86), 및 전환 밸브(88)는 제어 장치(5)로부터의 제어 지령에 따라서 작동하도록 구성된다. 이에 의해, 오일 공급 시스템(80)은 오일 공급 라인(82)에 접속된 암모니아 버너(306)에 오일을 공급하는 공급 상태와, 오일의 공급을 정지하는 공급 정지 상태 사이에서 변화할 수 있다.In one embodiment, the oil supply device 81, the oil flow rate adjustment valve 86, and the switching valve 88 are configured to operate in accordance with a control command from the control device 5. As a result, the oil supply system 80 can change between a supply state in which oil is supplied to the ammonia burner 306 connected to the oil supply line 82 and a supply stop state in which the supply of oil is stopped.

또한, 다른 실시 형태에서는, 오일 공급 라인(82)은 오일을 분사하기 위한 기동용 연료 버너(37)와 접속되어도 된다. 또한, 오일 공급 라인(82)은 아토마이즈 증기가 유입되도록 구성되어도 된다. 이 경우, 오일과 아토마이즈 증기가 버너 유닛(30)에 공급된다.Additionally, in another embodiment, the oil supply line 82 may be connected to a starting fuel burner 37 for injecting oil. Additionally, the oil supply line 82 may be configured to allow atomization vapor to flow into it. In this case, oil and atomized vapor are supplied to the burner unit 30.

일 실시 형태의 미분탄 공급 시스템(70)은 반송 가스를 사용하여 미분탄을 공급하기 위한 미분탄 공급 장치(71), 미분탄 공급 장치(71)와 버너 유닛(30)을 연결하는 미분탄 공급 라인(72), 미분탄 공급 라인(72)을 흐르는 미분탄의 유량을 조정하기 위한 미분탄 유량 조정 밸브(76), 및 미분탄 공급 라인(72)의 연통 상태를 전환하기 위한 전환 밸브(78)를 구비한다. 본 예의 미분탄 공급 라인(72)은, 제1 버너 유닛(31), 제2 버너 유닛(32), 및 제3 버너 유닛(33)에 접속된다.The pulverized coal supply system 70 of one embodiment includes a pulverized coal supply device 71 for supplying pulverized coal using a carrier gas, a pulverized coal supply line 72 connecting the pulverized coal supply device 71 and the burner unit 30, It is provided with a pulverized coal flow rate adjustment valve 76 for adjusting the flow rate of pulverized coal flowing through the pulverized coal supply line 72, and a switching valve 78 for switching the communication state of the pulverized coal supply line 72. The pulverized coal supply line 72 in this example is connected to the first burner unit 31, the second burner unit 32, and the third burner unit 33.

미분탄 공급 장치(71), 미분탄 유량 조정 밸브(76), 및 전환 밸브(78)는 제어 장치(5)로부터의 제어 지령에 따라서 작동하도록 구성된다. 이에 의해, 미분탄 공급 시스템(70)은 미분탄의 공급을 정지하는 공급 정지 상태와, 미분탄을 버너 유닛(30)에 공급하는 공급 상태 사이에서 변화할 수 있다. 미분탄 공급 시스템(70)이 공급 상태일 때, 앞서 설명한 미분탄 버너(302, 304)에 미분탄이 공급된다.The pulverized coal supply device 71, the pulverized coal flow rate adjustment valve 76, and the switching valve 78 are configured to operate in accordance with a control command from the control device 5. As a result, the pulverized coal supply system 70 can change between a supply stop state in which the supply of pulverized coal is stopped and a supply state in which the pulverized coal is supplied to the burner unit 30. When the pulverized coal supply system 70 is in the supply state, pulverized coal is supplied to the pulverized coal burners 302 and 304 described above.

계측 시스템(9)은, 1차 공기 공급 시스템(110)에 의해 공급되는 1차 공기의 유량을 계측하기 위한 공기 유량계(114), 추가 공기 공급 시스템(120)에 의해 공급되는 추가 공기의 유량을 계측하기 위한 공기 유량계(124), 암모니아 공급 시스템(100)에 의해 공급되는 암모니아 연료의 유용을 계측하기 위한 암모니아 유량계(109), 오일 공급 시스템(80)에 의해 공급되는 오일의 유량을 계측하기 위한 오일 유량계(84), 미분탄 공급 시스템(70)에 의해 공급되는 미분탄의 유량을 계측하기 위한 미분탄 유량계(74), 및 앞서 설명한 화로 온도계(6)를 포함한다.The measurement system 9 includes an air flow meter 114 for measuring the flow rate of primary air supplied by the primary air supply system 110 and the flow rate of additional air supplied by the additional air supply system 120. An air flow meter 124 for measuring, an ammonia flow meter 109 for measuring the utilization of ammonia fuel supplied by the ammonia supply system 100, and an ammonia flow meter 109 for measuring the flow rate of oil supplied by the oil supply system 80. It includes an oil flow meter 84, a pulverized coal flow meter 74 for measuring the flow rate of pulverized coal supplied by the pulverized coal supply system 70, and the furnace thermometer 6 described above.

이들 유량계는 계측 결과를 프로세서(91)에 보내도록 구성된다.These flow meters are configured to send measurement results to the processor 91.

보일러 운전 시스템(1)은 프로세서(91)로부터 보내지는 제어 지령에 의해, 예를 들어 도 10a에서 도시하는 흐름도와 같이 작동한다.The boiler operation system 1 operates by control commands sent from the processor 91, for example, as shown in the flowchart shown in FIG. 10A.

처음에, 프로세서(91)로부터 공급 시스템(15)에 타연료 연소 지령이 보내진다(S51). 이에 의해, 1차 공기 공급 시스템(110)과 추가 공기 공급 시스템(120)이, 각각 공기를 공급한다. 이때, 암모니아 공급 시스템(100)은 공급 정지 상태이고, 오일 공급 시스템(80)과 미분탄 공급 시스템(70)은 모두 공급 상태이다. 따라서, 버너 유닛(30)에는 오일과 미분탄이 공급된다. 이때, 제1 버너 유닛(31)의 암모니아 버너(306)는 정지하고 있고, 제2 버너 유닛(32)과 제3 버너 유닛(33)의 암모니아 버너(306)는 오일을 분사한다. 화로(12)의 내부에서는, 오일과 미분탄이 연소된다.First, a command for burning other fuel is sent from the processor 91 to the supply system 15 (S51). As a result, the primary air supply system 110 and the additional air supply system 120 each supply air. At this time, the ammonia supply system 100 is in a supply state, and both the oil supply system 80 and the pulverized coal supply system 70 are in a supply state. Accordingly, oil and pulverized coal are supplied to the burner unit 30. At this time, the ammonia burner 306 of the first burner unit 31 is stopped, and the ammonia burners 306 of the second burner unit 32 and the third burner unit 33 spray oil. Inside the furnace 12, oil and pulverized coal are burned.

그 후, 암모니아 혼소 조건이 충족된 것에 따라서(S53: "예"), 프로세서(91)로부터 공급 시스템(15)에 암모니아 공급 개시 지령이 보내진다(S55). 오일 공급 시스템(80)은 공급 정지 상태로 변화하고, 암모니아 공급 시스템(100)은 공급 상태로 변화한다. 이에 의해, 제1 버너 유닛(31)은 액체 암모니아를 분사하고, 제2 버너 유닛(32)과 제3 버너 유닛(33)으로부터 분사되는 연료는 오일로부터 액체 암모니아로 전환된다. 미분탄 공급 시스템(70)은 공급 상태를 유지한다. 그 결과, 보일러(2)에서는 암모니아와 미분탄의 혼소가 행해진다.Afterwards, as the ammonia co-firing condition is satisfied (S53: "Yes"), an ammonia supply start command is sent from the processor 91 to the supply system 15 (S55). The oil supply system 80 changes to the supply stop state, and the ammonia supply system 100 changes to the supply state. As a result, the first burner unit 31 injects liquid ammonia, and the fuel injected from the second burner unit 32 and the third burner unit 33 is converted from oil to liquid ammonia. The pulverized coal supply system 70 maintains the supply state. As a result, co-firing of ammonia and pulverized coal is performed in the boiler 2.

그 후, 암모니아 전소 조건이 충족된 것에 따라서(S57: "예"), 제어 장치(5)는 공급 시스템(15)에 암모니아 전소 지령을 보낸다(S59). 미분탄 공급 시스템(70)은 공급 정지 상태로 변화하고, 석탄 버너로서 기능하고 있던 버너는 정지한다. 또한, 암모니아 공급 시스템(100)은 액체 암모니아의 공급량을 증가시킨다. 그 결과, 보일러(2)에서는 암모니아의 전소가 행해진다.Then, depending on the ammonia combustion condition being satisfied (S57: “Yes”), the control device 5 sends an ammonia combustion command to the supply system 15 (S59). The pulverized coal supply system 70 changes to a supply stop state, and the burner functioning as a coal burner stops. Additionally, the ammonia supply system 100 increases the supply amount of liquid ammonia. As a result, combustion of ammonia occurs in the boiler 2.

또한, 다른 실시 형태에서는, 프로세서(91)로부터 타연료 연소 지령을 수신한 공급 시스템(15)은, 처음에 오일을 버너 유닛(30)에 공급하고 나서, 오일 및 미분탄을 버너 유닛(30)에 공급해도 된다. 또한, 암모니아 공급 개시 지령이 공급 시스템(15)에 보내진 후, 암모니아 연료와 오일의 혼소가 행해져도 되고, 암모니아 연료, 미분탄, 및 오일의 혼소가 행해져도 된다.Additionally, in another embodiment, the supply system 15, which has received the other fuel combustion command from the processor 91, first supplies oil to the burner unit 30 and then supplies oil and pulverized coal to the burner unit 30. You may supply it. Additionally, after an ammonia supply start command is sent to the supply system 15, co-firing of ammonia fuel and oil may be performed, or co-firing of ammonia fuel, pulverized coal, and oil may be performed.

도 10b는, 일 실시 형태에 관한 NOx 제어 처리를 도시하는 흐름도이다. NOx 제어 처리는 암모니아 연료와 다른 연료(본 예에서는 미분탄)를 혼소시키는 경우에 NOx 발생량을 억제하는 제어 방법이다.FIG. 10B is a flowchart showing NOx control processing according to one embodiment. NOx control treatment is a control method that suppresses the amount of NOx generated when co-firing ammonia fuel and another fuel (pulverized coal in this example).

NOx 제어 처리에서는 먼저, 프로세서(91)가 보일러 부하와, 암모니아 혼소율(보다 구체적인 일례로서 암모니아와 미분탄의 혼소율)을 읽어들인다(S61). 읽어들이기는, 프로세서(91)가 디맨드를 접수함으로써 실행된다.In the NOx control process, the processor 91 first reads the boiler load and the ammonia co-combustion ratio (as a more specific example, the co-combustion ratio of ammonia and pulverized coal) (S61). Reading is performed when the processor 91 receives a demand.

프로세서(91)는 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 공기량에 대하여 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정을 실행한다(S10-1). 암모니아 공기비의 산정 방법은 상술한 바와 같다.The processor 91 performs a first calculation to calculate the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of air for ammonia combustion supplied to the ammonia fuel to the amount of air required to burn the ammonia fuel (S10-1). The method for calculating the ammonia-air ratio is as described above.

이어서 프로세서(91)는 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정을 실행한다(S10-2). 탄소 함유 연료의 공기비의 일례인 미분탄 공기비(λcar)의 산정 방법은, 상술한 바와 같다.Next, the processor 91 performs a second calculation to calculate the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal to the theoretical amount of air required to combust the pulverized coal (S10-2). The method for calculating the pulverized coal air ratio (λ car ), which is an example of the air ratio of carbon-containing fuel, is as described above.

이어서 프로세서(91)는 S10-1에서 산정되는 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 S10-2에서 산정되는 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록, 암모니아 연료, 미분탄 및 연소용 공기의 각각의 공급량을 제어한다(S10-3). 보다 상세하게는 일례로서, 프로세서(91)는 액체 암모니아의 유량 조정 밸브(108), 미분탄 유량 조정 밸브(76), 및 1차 공기의 유량 조정 밸브(116)를 각각 제어한다.Subsequently, the processor 91 configures the ammonia fuel, pulverized coal, and combustion air so that the ammonia air ratio calculated in S10-1 satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio calculated in S10-2 satisfies the second standard range. Control each supply amount (S10-3). More specifically, as an example, the processor 91 controls the liquid ammonia flow rate control valve 108, the pulverized coal flow rate control valve 76, and the primary air flow rate control valve 116, respectively.

프로세서(91)는 암모니아 혼소가 종료되었는지 여부를 판정한다(S63). 암모니아 혼소가 실행되고 있는 동안(S63: "아니오"), 프로세서(91)는 S10-1, S10-2, 및 S10-3을 순서대로 반복한다. 암모니아 혼소가 종료되었다고 판정된 경우(S63: "예"), 프로세서(91)는 NOx 제어 처리를 종료한다.The processor 91 determines whether ammonia co-firing has ended (S63). While ammonia co-firing is being executed (S63: “No”), the processor 91 repeats S10-1, S10-2, and S10-3 in order. When it is determined that ammonia co-firing is finished (S63: "Yes"), the processor 91 ends the NOx control process.

도 10c는 석탄과 암모니아의 공기량의 제어 로직을 도시한다. 제어 장치(5)는 석탄 버너(302)(미분탄 버너(302))의 미분탄 유량계(74)의 계측값에, 석탄 버너 공기비(지시값)와 석탄 이론 공기량을 곱함으로써, 석탄 버너(302)의 연소용 공기량(QAir_car)을 산출한다. 산출된 석탄 버너(302)의 연소용 공기량과, 석탄 버너(302)의 연소용 공기량(계측값)의 차분을 취해, 제어 장치(5)에서 석탄 버너(302)의 연소 공기량 제어 지령값을 구한다. 마찬가지로, 암모니아 유량계(109)의 계측값에, 암모니아 버너 공기비와, 암모니아 이론 공기량을 곱함으로써, 암모니아 버너(306)의 연소용 공기량(QAir_NH3)을 산출한다. 산출된 암모니아 버너(306)의 연소용 공기량과, 암모니아 버너(306)의 연소용 공기량(계측값)의 차분을 취해, 제어 장치(5)에서 암모니아 버너 연소 공기량 지령값을 구한다.Figure 10c shows the control logic of the amount of air for coal and ammonia. The control device 5 multiplies the measured value of the pulverized coal flow meter 74 of the coal burner 302 (pulverized coal burner 302) by the coal burner air ratio (indicating value) and the coal theoretical air amount, Calculate the amount of air for combustion (Q Air_car ). The difference between the calculated combustion air quantity of the coal burner 302 and the combustion air quantity (measured value) of the coal burner 302 is taken, and the control device 5 obtains the combustion air quantity control command value of the coal burner 302. . Similarly, the combustion air quantity (Q Air_NH3 ) of the ammonia burner 306 is calculated by multiplying the measured value of the ammonia flow meter 109 by the ammonia burner air ratio and the theoretical ammonia air quantity. The difference between the calculated combustion air quantity of the ammonia burner 306 and the combustion air quantity (measured value) of the ammonia burner 306 is taken, and the ammonia burner combustion air quantity command value is obtained in the control device 5.

대향 연소 버너의 경우의 암모니아 버너의 배치를 도 11a 내지 도 11e에 도시한다. 대향 연소에서는, 1대의 석탄 분쇄기로부터 수평 방향으로 각 벽면에 설치된 버너에 미분탄을 공급하고 있기 때문에, 암모니아 혼소를 하는 경우, 수평 배치된 버너를 모두 암모니아 연소 버너로 교환하게 된다. 도 11a에는 전후벽에 3단씩 6단의 버너가 배치되어 있는 예를 도시한다. 1단의 버너는 수평 방향으로 설치된 복수의 버너로 구성되어 있다.The arrangement of the ammonia burner in the case of an opposed combustion burner is shown in Figures 11A to 11E. In opposed combustion, pulverized coal is supplied from one coal crusher to burners installed on each wall in the horizontal direction, so when performing ammonia co-firing, all horizontally arranged burners are replaced with ammonia combustion burners. Figure 11a shows an example in which six stages of burners are arranged in three stages each on the front and rear walls. The first stage burner consists of a plurality of burners installed horizontally.

도 11a의 (a)에 개조 전의 석탄 전소 가능한 보일러(2)의 버너 배치를 모식적으로 도시한다. 6단의 버너 내 1단은 예비 버너로서 사용하기 위해 통상 운전 시에는 휴지시키고 있다. (a)에서는 부호 1104가 휴지 버너인 것을 나타내고 있다. 기동 시에는 오일로 노 내를 가열하기 위해 석탄 버너단(1101, 1102, 1105)은 오일 버너를 구비한 석탄 버너로 되어 있다.Figure 11a (a) schematically shows the burner arrangement of the boiler 2 capable of burning coal before modification. The first stage of the six-stage burner is idle during normal operation to be used as a spare burner. In (a), symbol 1104 indicates a rest burner. In order to heat the inside of the furnace with oil during startup, the coal burner stages 1101, 1102, and 1105 are coal burners equipped with oil burners.

도 11a의 (b)와 (c)는 (a)의 보일러(2)를 암모니아 연료를 사용하는 보일러(2)로 하기 위한 개조예(버너 배치예)를 도시한다. (b)에서는 석탄 버너(1103, 1106)와 휴지 버너(1104)를 암모니아 버너(1108)로 개조하는 경우를 도시한다. 이 경우에는 석탄 버너(1103, 1106)를 암모니아 전소 버너(1107, 1109)로 개조한다. (c)에서는 석탄 버너와 오일 버너를 구비한 버너(1101, 1102, 1105)를 암모니아와 오일 양용의 버너(1120, 1121, 1123)로 개조하는 예를 도시하고 있다. 이 때에는 휴지 버너(1104)는 석탄 버너(1104)로서 운용한다.11A (b) and (c) show an example of modification (burner arrangement example) for converting the boiler 2 of (a) into a boiler 2 using ammonia fuel. (b) shows a case where the coal burners 1103 and 1106 and the paper burner 1104 are converted into an ammonia burner 1108. In this case, the coal burners (1103, 1106) are converted into ammonia burners (1107, 1109). (c) shows an example of converting burners 1101, 1102, and 1105 equipped with a coal burner and an oil burner into burners 1120, 1121, and 1123 for both ammonia and oil. At this time, the paper burner 1104 is operated as a coal burner 1104.

도 11b, 도 11d는, 도 11a의 (b)의 A-A 단면에 있어서의 버너 배치예와 암모니아 버너 측면도를 각각 도시한다. 도 11c, 도 11e는, 도 11a의 (c)의 B-B 단면에 있어서의 버너 배치예와 오일+암모니아 버너 측면도를 각각 도시한다. 대향 연소 버너에서는, 중앙으로부터 암모니아(혹은 기동 시에만 오일)가 분사되고, 그 주위에 암모니아 연소용 공기로서 1차, 2차, 3차 공기의 유로가 마련되어 있다.Figures 11b and 11d show a burner arrangement example and a side view of an ammonia burner on the A-A cross section of Figure 11a (b), respectively. FIGS. 11C and 11E show a burner arrangement example and a side view of an oil + ammonia burner on the B-B cross section in (c) of FIG. 11A, respectively. In the opposing combustion burner, ammonia (or oil only during startup) is injected from the center, and primary, secondary, and tertiary air passages as ammonia combustion air are provided around it.

대향 연소 버너 단위에서의 암모니아 공기비를 산정함에 있어서, 암모니아 연소용 공기로서 암모니아 버너에 공급되는 공기(전술한 1차 내지 3차 공기)만을 고려한다. 대향 연소에 있어서는, 선회 연소와 같은 보조 공기 노즐은 존재하지 않는다.In calculating the ammonia air ratio in the counter combustion burner unit, only the air supplied to the ammonia burner as air for ammonia combustion (the above-mentioned primary to tertiary air) is considered. In opposed combustion, there are no auxiliary air nozzles like in swirl combustion.

도 12에 암모니아 혼소의 경우에 노 내의 상태를 모식적으로 나타낸다. 추가 공기(애디셔널 에어)를 공급하는 화로 내 공간인 연소 완결역보다도 상류에서는 미분탄 연소로 공기 부족(공기비가 1 이하)의 환원 탈질 분위기가 형성되어 있으므로, 여기에 암모니아 버너로 공기비를 1 이하로 하여 투입함으로써, 석탄 버너로 형성된 고온에서(통상 1400℃ 이상) 환원 분위기에 암모니아를 투입할 수 있어, 암모니아의 열분해와 환원을 발생시키는 것을 대향 연소에서도 할 수 있다.Figure 12 schematically shows the state within the furnace in the case of ammonia co-firing. Upstream of the combustion completion area, which is the space within the furnace that supplies additional air (additional air), a reducing denitrification atmosphere with insufficient air (air ratio of 1 or less) is formed due to combustion of pulverized coal, so an ammonia burner is used to reduce the air ratio to 1 or less. By adding ammonia, ammonia can be introduced into a reducing atmosphere at a high temperature (usually above 1400°C) created by a coal burner, and thermal decomposition and reduction of ammonia can be generated through counter combustion.

도 12에서는 암모니아 버너는 석탄으로 형성된 고온 환원 분위기에 암모니아 버너 공기비 0.8 이하로 투입되기 때문에 석탄의 환원 분위기를 손상시키지 않고, 또한 고온의 석탄 화염과 혼합되어 열분해와 환원을 발생시킬 수 있다. 독립된 각 버너의 공기비를 개별로 제어함으로써, 서로의 간섭을 피해 NOx 발생량을 제어할 수 있다.In Figure 12, the ammonia burner is put into the high-temperature reducing atmosphere formed by coal at an ammonia burner air ratio of 0.8 or less, so the reducing atmosphere of the coal is not damaged, and it can be mixed with the high-temperature coal flame to cause thermal decomposition and reduction. By individually controlling the air ratio of each independent burner, the amount of NOx generated can be controlled to avoid interference with each other.

(실시예)(Example)

도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 석탄과 암모니아를 혼소했을 때의, 암모니아 버너 공기비와 NOx의 배출량의 관계를 연소 시험에 의해 특정한 결과를 설명한다. 도 5a, 도 5b는 암모니아 혼소율이 소정의 값인 경우의 버너부 공기비와 NOx의 배출량의 관계를 도시하는 그래프이다(도 5b에서는, 버너 형식마다의 관계가 도시됨).5A to 5C, the relationship between the ammonia burner air ratio and NOx emissions when co-firing coal and ammonia is explained by combustion tests. FIGS. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the burner unit air ratio and NOx emissions when the ammonia co-firing ratio is a predetermined value (in FIG. 5B, the relationship for each burner type is shown).

본 연소 시험에서는, 수평 원통형의 연소로에서 실시되고, 암모니아와 미분탄의 혼소율은 열량 환산으로 25%이다. 석탄 버너와 암모니아 버너는 수직 방향으로 별도 배치로 설치되고, 상부에 석탄 버너를 하부에 암모니아 버너를, 각각의 버너에는 상하에 보조 공기 노즐을 설치하였다. 암모니아 버너에는 예혼합형의 버너인 스패드 버너, 확산형의 버너로 보염기의 구조가 다른 디퓨저형과 스월러형의 3개 버너를 사용하였다.In this combustion test, it was conducted in a horizontal cylindrical combustion furnace, and the co-combustion rate of ammonia and pulverized coal was 25% in terms of calorific value. The coal burner and the ammonia burner were installed in separate vertical arrangements, with the coal burner at the top and the ammonia burner at the bottom, and auxiliary air nozzles at the top and bottom of each burner. For the ammonia burner, three burners were used: a spad burner, which is a premixing type burner, and a diffuser type and swirler type, which are diffusion type burners with different structures.

또한, 본 시험에서의 화로 출구 산소 농도는 약 4%로 설정하고, NOx는 화로 출구 산소 농도의 차를 보정하기 위해 6% 농도 환산을 하기의 (식 9)에 따라서 행하여 비교하였다.In addition, the furnace outlet oxygen concentration in this test was set to about 4%, and NOx was compared by converting the NOx concentration to 6% according to the following (Equation 9) to correct for the difference in furnace outlet oxygen concentration.

NOx(6% 환산값)=NOx 실측값×(21%-6%)÷(21%-실측 화로 출구 산소 농도) … (식 9)NOx (6% converted value) = NOx actual measured value × (21% - 6%) ÷ (21% - actual measured furnace outlet oxygen concentration) … (Equation 9)

먼저, 암모니아 버너가 스패드형으로 혼소율이 33%인 경우의 암모니아 버너의 공기비와 NOx 배출량의 관계에 대해서 검토한다. 도 5c는 암모니아 혼소율을 변경한 경우의 버너부 공기비와 NOx의 배출량의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 5c에서 도시되는 바와 같이, 암모니아 버너 공기비가 0.6에서 가장 NOx가 저하되고, 이것보다 공기비가 높거나, 낮아도 NOx가 증가한다. 암모니아 버너 공기비가 0.8이면 0.6의 NOx값의 1.5배 정도이다. 일반적으로 석탄 연소의 경우의 NOx값은 150 내지 200ppm 정도이므로 암모니아 버너 공기비가 0.8 이하이면 석탄 연소와 큰 차이는 없다. 또한, 암모니아 버너 공기비가 높은 쪽이 NOx의 증가가 크다. 암모니아 버너 공기비가 제로, 즉 암모니아 버너로부터 암모니아만을 분사해도 NOx는 증가하지만, 석탄과 혼소시키는 것은 가능하였다. 암모니아 버너 공기비를 0.6보다 낮추면 NOx는 증가로 바뀌므로, 0.6까지 낮추어도 NOx가 내려가지 않았던 경우, 애디셔널 공기 투입부 후류의 산화역(연소 완결역)까지 미연 암모니아가 도달하여, NOx로 전환하고 있을 가능성이 있다. 따라서, 암모니아 버너 공기비를 0.6으로 유지한 채로, 애디셔널 에어 투입율을 저감하여 석탄 버너부 공기비를 증가시키고, 애디셔널 에어 투입부 후류에 도달하는 미연 암모니아량을 감소시킴으로써, 연소 완결역에서 발생하는 NOx를 저감할 필요가 있다.First, the relationship between the air ratio and NOx emissions of the ammonia burner when the ammonia burner is a spade type and the co-fueling ratio is 33% is examined. FIG. 5C is a graph showing the relationship between the burner unit air ratio and NOx emissions when the ammonia co-firing ratio is changed. As shown in Figure 5c, NOx decreases the most when the ammonia burner air ratio is 0.6, and NOx increases even if the air ratio is higher or lower than this. If the ammonia burner air ratio is 0.8, it is about 1.5 times the NOx value of 0.6. Generally, the NOx value in the case of coal combustion is about 150 to 200 ppm, so if the ammonia burner air ratio is 0.8 or less, there is no significant difference from coal combustion. Additionally, the higher the ammonia burner air ratio, the greater the increase in NOx. The ammonia burner air ratio was zero, that is, even if only ammonia was injected from the ammonia burner, NOx increased, but co-burning with coal was possible. If the ammonia burner air ratio is lowered than 0.6, NOx increases, so if NOx does not decrease even if lowered to 0.6, unburned ammonia reaches the oxidation zone (combustion completion zone) downstream of the additional air inlet and is converted to NOx. There is a possibility. Therefore, while maintaining the ammonia burner air ratio at 0.6, the additional air input rate is reduced to increase the coal burner air ratio, and by reducing the amount of unburned ammonia reaching the downstream of the additional air input section, the amount of unburned ammonia generated at the combustion completion zone is reduced. There is a need to reduce NOx.

스패드형 버너로 암모니아 혼소율을 25%, 22%, 11%까지 감소시킨 경우에서는 암모니아 버너의 공기비에 의한 NOx 발생의 최저점은 확인되어 있지 않지만, 경향으로서 NOx가 최소가 되는 공기비가 더 낮아지는 경향이 있다. 또한, NOx값은 암모니아 혼소율을 25% 이하로 낮추면 높아지는 경향이 있다. 이것은 인접하는 석탄 버너의 보조 공기가 증가하고 있기 때문에 암모니아 버너측에 일부가 혼합되어 암모니아 버너의 공기비가 실질적으로 증가하고 있다고 생각된다. 이와 같은 경우에는 암모니아 버너의 공기비를 0.6으로부터 더 낮추어 감으로써 NOx값을 제어할 수 있다.When the ammonia co-firing ratio is reduced to 25%, 22%, and 11% with a spad type burner, the lowest point of NOx generation due to the air ratio of the ammonia burner has not been confirmed, but the air ratio at which NOx is minimum tends to be lower. There is a tendency. Additionally, the NOx value tends to increase when the ammonia co-firing ratio is lowered to 25% or less. This is believed to be because the auxiliary air of the adjacent coal burner is increasing, and some of it is mixed into the ammonia burner, thereby substantially increasing the air ratio of the ammonia burner. In this case, the NOx value can be controlled by lowering the air ratio of the ammonia burner from 0.6.

이와 같이, 암모니아 혼소율을 11%로부터 33%까지 변화시킨 경우에도 NOx의 값은 암모니아 버너의 공기비를 적정하게 제어함으로써 NOx 발생량을 억제할 수 있고, 석탄 버너의 1차 공기비(석탄의 이론 공기비와 1차 공기량의 비)가 혼소율의 증가로 증가해도 석탄 버너, 암모니아 버너의 공기비를 개별로 제어함으로써 NOx값을 일정한 값 이하로 제어할 수 있는 것을 나타내고 있다.In this way, even when the ammonia co-firing ratio is changed from 11% to 33%, the NOx value can be suppressed by appropriately controlling the air ratio of the ammonia burner, and the primary air ratio of the coal burner (the theoretical air ratio of coal) can be suppressed. This shows that even if the ratio of primary air volume increases due to an increase in the mixed combustion ratio, the NOx value can be controlled below a certain value by individually controlling the air ratio of the coal burner and ammonia burner.

다음에, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 확산형의 버너로 보염기가 디퓨저형과 스월러형인 경우에는, 디퓨저형의 쪽이 스월러형보다 NOx 발생량이 낮은 경향이 있다. 디퓨저형은 버너 선단에 원반 상의 디퓨저를 설치하고 있고, 이것에 공기가 돌아 들어가 보염하기 때문에 착화점이 버너 바로 근처가 된다. 한편, 스월러형은 버너를 중심으로 한 선회류를 스월러에 의해 발생시켜 그 순환류에 의해 보염하기 때문에 버너 선단보다 후류측에 착화점이 형성된다.Next, as shown in FIG. 5B, in the case of a diffusion type burner with a diffuser type and a swirler type flame holder, the diffuser type tends to have a lower NOx generation amount than the swirler type. In the diffuser type, a disk-shaped diffuser is installed at the tip of the burner, and air flows into it to insulate the flame, so the ignition point is immediately near the burner. On the other hand, in the swirler type, a swirler generates a swirling flow centered on the burner and the flame is maintained by the circulating flow, so an ignition point is formed on the downstream side of the burner tip.

암모니아 버너에서 형성되는 환원 분위기는 착화점으로부터 애디셔널 공기 투입점까지의 사이가 되므로, 착화점이 버너 선단에 가까울수록 환원 분위기의 거리가 길어져 환원 분위기의 체류 시간도 길어지고, NOx의 환원이 진행된다고 생각된다.Since the reducing atmosphere formed in an ammonia burner is between the ignition point and the additional air input point, it is thought that the closer the ignition point is to the tip of the burner, the longer the distance of the reducing atmosphere is, the longer the residence time of the reducing atmosphere is, and the more NOx reduction progresses. do.

확산형 버너에서도 NOx가 최소가 되는 암모니아 버너의 공기비는 구하고 있지 않지만, 스패드형보다는 낮은 값이 되는 경향이 되어 있어, 각각의 버너 형식에서 가장 NOx가 저하되는 암모니아 버너 공기비로 제어할 수 있다고 할 수 있다.Even for diffusion type burners, the air ratio of the ammonia burner that minimizes NOx is not calculated, but it tends to be lower than that of the spad type, so it can be said that it can be controlled with the ammonia burner air ratio that reduces NOx the most for each burner type. You can.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지는 않고, 상술한 실시 형태에 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.Although embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and also includes forms in which modifications are made to the above-described embodiments and forms in which these forms are appropriately combined.

본 명세서에 있어서, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타내는 것뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 두고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.In this specification, expressions expressing relative or absolute arrangement such as “in a certain direction,” “along a certain direction,” “parallel,” “orthogonal,” “center,” “concentric,” or “coaxial,” strictly mean Not only does it indicate such an arrangement, but it also indicates a state of relative displacement with a tolerance or an angle or distance that allows the same function to be obtained.

예를 들어, 「동일」, 「동등」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타내는 것뿐만 아니라, 공차, 혹은 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.For example, expressions that indicate that things are in an equal state, such as “same,” “equivalent,” and “homogeneous,” not only indicate a strictly equal state, but there is also a difference in tolerance or the degree to which the same function is obtained. It should also indicate the existing state.

또한, 본 명세서에 있어서, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 것뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.In addition, in this specification, expressions representing shapes such as a square shape or a cylindrical shape not only represent shapes such as a square shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also represent irregularities or chamfers to the extent that the same effect is obtained. The shape including the base, etc. shall also be shown.

또한, 본 명세서에 있어서, 하나의 구성 요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는 「갖는다」라고 하는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.In addition, in this specification, the expressions “to include,” “include,” or “to have” one component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components.

<기타><Other>

상술한 몇 가지의 실시 형태에 기재된 내용은, 예를 들어 이하와 같이 파악된다.The content described in the several embodiments described above can be understood as follows, for example.

1) 본 개시의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러(2)는,1) The boiler 2 according to at least one embodiment of the present disclosure,

화로벽(19)을 포함하는 화로(2)와,A furnace (2) including a furnace wall (19),

상기 화로벽(19)에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너(50)와,An ammonia burner (50) provided on the furnace wall (19) and burning ammonia fuel,

상기 화로벽(19)의 상기 암모니아 버너(50)와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너(302, 304)Pulverized coal burners (302, 304) are provided in a different position from the ammonia burner (50) on the furnace wall (19) and burn pulverized coal.

를 포함한다.Includes.

2) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1)에 기재된 보일러(2)이며,2) In some embodiments, it is the boiler 2 described in 1) above,

상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 제어 장치(5)를 구비하고,Provided with a control device (5) for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air,

당해 제어 장치(5)는,The control device 5 is,

상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와,A first calculation unit for calculating an ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel;

상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와,A second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal,

상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부A control unit that controls the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.

를 갖는다.has

3) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2)에 기재된 보일러(2)이며,3) In some embodiments, it is the boiler 2 described in 2) above,

상기 제1 산정부는, 복수의 상기 암모니아 버너(50)의 각각에 대해서, 상기 암모니아 공기비를 산정하고,The first calculation unit calculates the ammonia-air ratio for each of the plurality of ammonia burners 50,

상기 제어부는, 각각의 상기 암모니아 공기비가 상기 제1 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어한다.The control unit controls the supply amount so that each ammonia-air ratio satisfies the first standard range.

4) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2) 또는 3)에 기재된 보일러(2)이며,4) In some embodiments, it is the boiler 2 described in 2) or 3) above,

상기 화로벽(19)에 상기 암모니아 버너(50)와 인접하도록 마련되는 공기 노즐(303)을 구비하고,An air nozzle 303 is provided on the furnace wall 19 to be adjacent to the ammonia burner 50,

상기 제1 산정부는, 상기 공기 노즐(303)로부터 분사되는 공기량 중 상기 암모니아 연료에 공급되는 공기량이 포함되는 상기 암모니아 연소용 공기량을 사용하여 상기 암모니아 공기비를 산정한다.The first calculation unit calculates the ammonia-air ratio using the amount of ammonia combustion air that includes the amount of air supplied to the ammonia fuel among the amount of air injected from the air nozzle 303.

5) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2) 내지 4) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,5) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 2) to 4) above,

상기 제1 기준 범위의 상한값은, 상기 제2 기준 범위의 상한값보다도 낮다.The upper limit of the first reference range is lower than the upper limit of the second reference range.

6) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2) 내지 5) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,6) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 2) to 5) above,

상기 제1 기준 범위는, 0.8 이하이다.The first reference range is 0.8 or less.

7) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2) 내지 5) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,7) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 2) to 5) above,

상기 제1 기준 범위는, 0.7 이하이다.The first reference range is 0.7 or less.

8) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 2) 내지 7) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,8) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 2) to 7) above,

상기 제1 기준 범위는, 상기 화로(2)로부터 배출되는 연소 가스 중의 질소산화물의 값에 기초하여 설정된다.The first reference range is set based on the value of nitrogen oxides in the combustion gas discharged from the furnace 2.

9) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1) 내지 8) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,9) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 1) to 8) above,

상기 암모니아 버너(50)에 인접하고, 보조 공기를 공급하는 보조 공기 노즐(303)을 구비하고,An auxiliary air nozzle (303) is adjacent to the ammonia burner (50) and supplies auxiliary air,

상기 보조 공기 노즐(303)은, 상기 암모니아 버너(50)의 방향으로 공급할 수 있는 보조 공기의 양을 조정할 수 있는 댐퍼를 구비한다.The auxiliary air nozzle 303 is provided with a damper that can adjust the amount of auxiliary air that can be supplied in the direction of the ammonia burner 50.

10) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1) 내지 9) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,10) In some embodiments, it is the boiler 2 according to any of 1) to 9) above,

상기 암모니아 버너(50)는,The ammonia burner 50,

상기 암모니아 연료를 분사하는 암모니아 노즐(142, 152)과,Ammonia nozzles (142, 152) for spraying the ammonia fuel,

기동용 연료를 분사하는 기동용 연료 노즐(암모니아 노즐(306A))Starting fuel nozzle that injects starting fuel (ammonia nozzle (306A))

을 포함한다.Includes.

11) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1) 내지 10) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,11) In some embodiments, the boiler 2 according to any of 1) to 10) above,

상기 암모니아 버너(50)는, 상기 미분탄 버너(302, 304)와 인접하여 마련된다.The ammonia burner 50 is provided adjacent to the pulverized coal burners 302 and 304.

12) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 8)에 기재된 보일러(2)이며,12) In some embodiments, it is the boiler 2 described in 8) above,

상기 화로벽(19)은,The furnace wall (19) is,

상기 암모니아 버너(50)와 상기 미분탄 버너(302, 304)가 마련되는 버너 배치 영역과,A burner arrangement area where the ammonia burner 50 and the pulverized coal burners 302 and 304 are provided,

상기 버너 배치 영역보다도 하류에서 추가 공기를 공급하는 추가 공기 공급부가 마련되는 추가 공기 공급 영역을 포함하고,It includes an additional air supply area provided with an additional air supply unit that supplies additional air downstream from the burner arrangement area,

상기 암모니아 버너(50)는, 상기 버너 배치 영역의 최상단에 위치한다.The ammonia burner 50 is located at the top of the burner placement area.

13) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 1) 내지 12) 중 어느 것에 기재된 보일러(2)이며,13) In some embodiments, the boiler 2 according to any of 1) to 12) above,

상기 암모니아 버너(50)는 확산형 버너 또는 부분 예혼합형 버너이다.The ammonia burner 50 is a diffusion type burner or a partial premixing type burner.

14) 몇 가지의 실시 형태에서는, 상기 13)에 기재된 보일러(2)이며,14) In some embodiments, it is the boiler 2 described in 13) above,

상기 확산형 버너 또는 상기 부분 예혼합형 버너는, 부분 예혼합형의 스패드형, 확산형으로 보염기의 구조가 다른 스월러형, 또는 디퓨저형 중 어느 것의 버너이다.The diffusion type burner or the partial premixing type burner is a partial premixing type burner, a spad type, a diffusion type with a different flame sintering type, or a diffuser type burner.

15) 본 개시의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러 제어 방법은,15) A boiler control method according to at least one embodiment of the present disclosure,

화로벽(19)을 포함하는 화로(2)와,A furnace (2) including a furnace wall (19),

상기 화로벽(19)에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너(50)와,An ammonia burner (50) provided on the furnace wall (19) and burning ammonia fuel,

상기 화로벽(19)의 상기 암모니아 버너(50)와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너(302, 304)Pulverized coal burners (302, 304) are provided in a different position from the ammonia burner (50) on the furnace wall (19) and burn pulverized coal.

를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 보일러 제어 방법이며,A boiler control method for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air in a boiler including,

상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정 스텝(S10-1)과,A first calculation step (S10-1) of calculating the ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel with respect to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel,

상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정 스텝(S10-2)과,A second calculation step (S10-2) of calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal;

상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어 스텝(S10-3)A control step (S10-3) for controlling the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.

을 갖는다.has

16) 본 개시의 적어도 일 실시 형태에 관한 보일러 개조 방법은,16) A boiler modification method according to at least one embodiment of the present disclosure,

화로벽(19)을 포함하는 화로(2)와,A furnace (2) including a furnace wall (19),

상기 화로벽(19)에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너(302, 304)와,Pulverized coal burners (302, 304) provided on the furnace wall (19) and burning pulverized coal,

상기 화로벽(19)에 있어서 상기 미분탄 버너(302, 304)와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄, 기동용 연료, 또는 보조 공기를 분사하는 복수의 분사부와,A plurality of injection units provided at a different position from the pulverized coal burners (302, 304) on the furnace wall (19) and spraying pulverized coal, starting fuel, or auxiliary air,

제어 장치(5)Control unit(5)

를 구비하는 보일러의 보일러 개조 방법이며,This is a boiler modification method for a boiler equipped with,

상기 복수의 분사부 중 적어도 하나를, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너(50)로 치환하는 치환 스텝을 구비하고,Provided with a substitution step for replacing at least one of the plurality of injection units with an ammonia burner 50 that burns ammonia fuel,

상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 상기 제어 장치(5)는,The control device 5 for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air,

상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와, A first calculation unit for calculating an ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel;

상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와,A second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal,

상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부A control unit that controls the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.

를 갖는다.has

2: 보일러
4: 추가 공기 공급부
5: 제어 장치
8: 후방부 연도
9: 계측 시스템
11: 노즈
12: 화로
15: 공급 시스템
19: 화로벽
20: 화로
21: 버너 배치 영역
22: 추가 공기 공급 영역
30: 버너 유닛
31: 제1 버너 유닛
32: 제2 버너 유닛
33: 제3 버너 유닛
37: 기동용 연료 버너
50: 암모니아 버너
70: 미분탄 공급 시스템
71: 미분탄 공급 장치
72: 미분탄 공급 라인
74: 석탄 유량계
76: 미분탄 유량 조정 밸브
78: 전환 밸브
80: 오일 공급 시스템
81: 오일 공급 장치
82: 오일 공급 라인
84: 오일 유량계
86: 오일 유량 조정 밸브
88: 전환 밸브
91: 프로세서
92: ROM
93: RAM
94: 메모리
100: 암모니아 공급 시스템
101: 암모니아 탱크
102: 암모니아 공급 라인
103: 펌프
105: 압력 조정 밸브
107: 전환 밸브
108: 유량 조정 밸브
109: 암모니아 유량계
110: 1차 공기 공급 시스템
114: 1차 공기 유량계
116: 1차 공기 유량 조절 밸브
118: 전환 밸브
120: 추가 공기 공급 시스템
124: 추가 공기 유량계
126: 추가 공기 유량 조절 밸브
128: 전환 밸브
131: 풍상
132: 암모니아 공급 노즐
133: 외통
141: 풍상
142: 암모니아 공급 노즐
143: 보염기(디퓨저)
151: 풍상
152: 암모니아 노즐
153: 보염기(스월러)
301: 보조 공기 노즐
302: 미분탄 버너
303: 보조 공기 노즐
303: 공기 노즐
304: 미분탄 버너
305: 보조 공기 노즐
306: 암모니아 버너
306A: 암모니아 노즐
1101: 기동용 오일 버너를 구비하는 석탄 버너
1102: 기동용 오일 버너를 구비하는 석탄 버너
1103: 석탄 버너
1104: 석탄 버너
1105: 기동용 오일 버너를 구비하는 석탄 버너
1106: 석탄 버너
1107: 암모니아 버너
1108: 암모니아 버너
1109: 암모니아 버너
1120: 기동용 오일 버너/암모니아 양용 버너
1121: 기동용 오일 버너/암모니아 양용 버너
1123: 기동용 오일 버너/암모니아 양용 버너
2: Boiler
4: Additional air supply
5: Control unit
8: Rear flue
9: Measurement system
11: Nose
12: Brazier
15: Supply system
19: Furnace wall
20: Brazier
21: Burner placement area
22: Additional air supply area
30: Burner unit
31: first burner unit
32: second burner unit
33: third burner unit
37: Fuel burner for starting
50: Ammonia burner
70: Pulverized coal supply system
71: Pulverized coal supply device
72: Pulverized coal supply line
74: Coal flow meter
76: Pulverized coal flow adjustment valve
78: diverter valve
80: Oil supply system
81: Oil supply device
82: Oil supply line
84: Oil flow meter
86: Oil flow adjustment valve
88: diverter valve
91: processor
92: ROM
93: RAM
94: Memory
100: Ammonia supply system
101: Ammonia tank
102: Ammonia supply line
103: pump
105: pressure adjustment valve
107: Diverter valve
108: Flow adjustment valve
109: Ammonia flow meter
110: Primary air supply system
114: Primary air flow meter
116: Primary air flow control valve
118: switching valve
120: Additional air supply system
124: Additional air flow meter
126: Additional air flow control valve
128: switching valve
131: Wind Sang
132: Ammonia supply nozzle
133: outer cylinder
141: Wind Sang
142: Ammonia supply nozzle
143: Heat insulator (diffuser)
151: Wind Sang
152: Ammonia nozzle
153: Heater (Swiller)
301: Auxiliary air nozzle
302: pulverized coal burner
303: Auxiliary air nozzle
303: air nozzle
304: pulverized coal burner
305: Auxiliary air nozzle
306: Ammonia burner
306A: Ammonia nozzle
1101: Coal burner having an oil burner for starting
1102: Coal burner having an oil burner for starting
1103: Coal burner
1104: Coal burner
1105: Coal burner having an oil burner for starting
1106: Coal burner
1107: Ammonia burner
1108: Ammonia burner
1109: Ammonia burner
1120: Starting oil burner/ammonia dual burner
1121: Starting oil burner/ammonia dual burner
1123: Starting oil burner/ammonia dual burner

Claims (16)

화로벽을 포함하는 화로와,
상기 화로벽에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너와,
상기 화로벽의 상기 암모니아 버너와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너
를 포함하는 보일러.
A furnace including a furnace wall,
An ammonia burner provided on the furnace wall and burning ammonia fuel,
A pulverized coal burner provided in a different position from the ammonia burner on the furnace wall and burning pulverized coal.
Boiler containing.
제1항에 있어서,
상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
당해 제어 장치는,
상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와,
상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와,
상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부
를 갖는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 1,
Provided with a control device for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air,
The control device is,
A first calculation unit for calculating an ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical amount of air required to burn the ammonia fuel;
A second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal,
A control unit that controls the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.
A boiler characterized by having a.
제2항에 있어서,
상기 제1 산정부는, 복수의 상기 암모니아 버너의 각각에 대해서, 상기 암모니아 공기비를 산정하고,
상기 제어부는, 각각의 상기 암모니아 공기비가 상기 제1 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2,
The first calculation unit calculates the ammonia-air ratio for each of the plurality of ammonia burners,
The control unit is a boiler characterized in that it controls the supply amount so that each ammonia air ratio satisfies the first standard range.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 화로벽에 상기 암모니아 버너와 인접하도록 마련되는 공기 노즐을 구비하고,
상기 제1 산정부는, 상기 공기 노즐로부터 분사되는 공기량 중 상기 암모니아 연료에 공급되는 공기량이 포함되는 상기 암모니아 연소용 공기량을 사용하여 상기 암모니아 공기비를 산정하는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2 or 3,
An air nozzle is provided on the furnace wall adjacent to the ammonia burner,
The first calculation unit is a boiler characterized in that the ammonia air ratio is calculated using the amount of ammonia combustion air that includes the amount of air supplied to the ammonia fuel among the amount of air injected from the air nozzle.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 기준 범위의 상한값은, 상기 제2 기준 범위의 상한값보다도 낮은 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2 or 3,
A boiler, characterized in that the upper limit of the first reference range is lower than the upper limit of the second reference range.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 기준 범위는, 0.8 이하인 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2 or 3,
A boiler, characterized in that the first reference range is 0.8 or less.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 기준 범위는, 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2 or 3,
A boiler, characterized in that the first reference range is 0.7 or less.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 기준 범위는, 상기 화로로부터 배출되는 연소 가스 중의 질소산화물의 값에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to paragraph 2 or 3,
A boiler, characterized in that the first reference range is set based on the value of nitrogen oxides in combustion gas discharged from the furnace.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 버너에 인접하고, 보조 공기를 공급하는 보조 공기 노즐을 구비하고,
상기 보조 공기 노즐은, 상기 암모니아 버너의 방향으로 공급할 수 있는 보조 공기의 양을 조정할 수 있는 댐퍼를 구비하는,
것을 특징으로 하는 보일러.
According to any one of claims 1 to 3,
An auxiliary air nozzle is adjacent to the ammonia burner and supplies auxiliary air,
The auxiliary air nozzle is provided with a damper that can adjust the amount of auxiliary air that can be supplied in the direction of the ammonia burner.
A boiler characterized by:
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 버너는,
상기 암모니아 연료를 분사하는 암모니아 노즐과,
기동용 연료를 분사하는 기동용 연료 노즐
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to any one of claims 1 to 3,
The ammonia burner,
An ammonia nozzle for spraying the ammonia fuel,
Starting fuel nozzle that injects starting fuel
A boiler comprising:
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 버너는, 상기 미분탄 버너와 인접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 보일러.
According to any one of claims 1 to 3,
A boiler, characterized in that the ammonia burner is provided adjacent to the pulverized coal burner.
제8항에 있어서,
상기 화로벽은,
상기 암모니아 버너와 상기 미분탄 버너가 마련되는 버너 배치 영역과,
상기 버너 배치 영역보다도 하류에서 추가 공기를 공급하는 추가 공기 공급부가 마련되는 추가 공기 공급 영역을 포함하고,
상기 암모니아 버너는, 상기 버너 배치 영역의 최상단에 위치하는
것을 특징으로 하는 보일러.
According to clause 8,
The furnace wall is,
A burner arrangement area where the ammonia burner and the pulverized coal burner are provided,
It includes an additional air supply area provided with an additional air supply unit that supplies additional air downstream from the burner arrangement area,
The ammonia burner is located at the top of the burner placement area.
A boiler characterized by:
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 버너는, 확산형 버너 또는 부분 예혼합형 버너인 것을 특징으로 하는 보일러.
According to any one of claims 1 to 3,
A boiler, characterized in that the ammonia burner is a diffusion type burner or a partial premixing type burner.
제13항에 있어서,
상기 확산형 버너 또는 상기 부분 예혼합형 버너는, 부분 예혼합형의 스패드형, 확산형으로 보염기의 구조가 다른 스월러형, 또는 디퓨저형 중 어느 것의 버너인 것을 특징으로 하는 보일러.
According to clause 13,
The boiler is characterized in that the diffusion type burner or the partial premixing type burner is a spad type of the partial premixing type, a swirler type with a different structure of the flame stabilization type as a diffusion type, or a diffuser type burner.
화로벽을 포함하는 화로와,
상기 화로벽에 마련되고, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너와,
상기 화로벽의 상기 암모니아 버너와는 다른 위치에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너
를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 보일러 제어 방법이며,
상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정 스텝과,
상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정 스텝과,
상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어 스텝
을 갖는 것을 특징으로 하는 보일러 제어 방법.
A furnace including a furnace wall,
An ammonia burner provided on the furnace wall and burning ammonia fuel,
A pulverized coal burner provided in a different position from the ammonia burner on the furnace wall and burning pulverized coal.
A boiler control method for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air in a boiler including,
A first calculation step of calculating an ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel;
A second calculation step of calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal;
A control step for controlling the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies a first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies a second standard range.
A boiler control method characterized by having a.
화로벽을 포함하는 화로와,
상기 화로벽에 마련되고, 미분탄을 연소시키는 미분탄 버너와,
상기 화로벽에 있어서 상기 미분탄 버너는 다른 위치에 마련되고, 미분탄, 기동용 연료, 또는 보조 공기를 분사하는 복수의 분사부와,
제어 장치
를 구비하는 보일러의 보일러 개조 방법이며,
상기 복수의 분사부 중 적어도 하나를, 암모니아 연료를 연소시키는 암모니아 버너로 치환하는 치환 스텝을 구비하고,
상기 암모니아 연료, 상기 미분탄 및 연소용 공기의 공급량을 제어하는 상기 제어 장치는,
상기 암모니아 연료를 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 암모니아 연료에 공급되는 암모니아 연소용 공기량의 비인 암모니아 공기비를 산정하는 제1 산정부와,
상기 미분탄을 연소시키기 위해 필요한 이론 공기량에 대하여, 상기 미분탄에 공급되는 미분탄 연소용 공기량의 비인 미분탄 공기비를 산정하는 제2 산정부와,
상기 암모니아 공기비가 제1 기준 범위를 충족하도록, 또한 상기 미분탄 공기비가 제2 기준 범위를 충족하도록 상기 공급량을 제어하는 제어부
를 갖는 보일러 개조 방법.
A furnace including a furnace wall,
A pulverized coal burner provided on the furnace wall and burning pulverized coal,
In the furnace wall, the pulverized coal burners are provided at different positions and include a plurality of injection units that inject pulverized coal, starting fuel, or auxiliary air,
controller
This is a boiler modification method for a boiler equipped with,
Provided with a substitution step for replacing at least one of the plurality of injection units with an ammonia burner that burns ammonia fuel,
The control device for controlling the supply amounts of the ammonia fuel, the pulverized coal, and the combustion air,
A first calculation unit for calculating an ammonia air ratio, which is the ratio of the amount of ammonia combustion air supplied to the ammonia fuel to the theoretical air amount required to burn the ammonia fuel;
A second calculation unit for calculating the pulverized coal air ratio, which is the ratio of the amount of air for combustion of pulverized coal supplied to the pulverized coal, with respect to the theoretical air amount required to combust the pulverized coal,
A control unit that controls the supply amount so that the ammonia air ratio satisfies the first standard range and the pulverized coal air ratio satisfies the second standard range.
Boiler modification method with.
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