TW202303042A - 氨燃料鍋爐、以及氨供給系統 - Google Patents

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Abstract

氨燃料鍋爐(2)，具備：含有火爐壁(19)的火爐(20)、設在火爐壁(19)的氨噴燃器(50)。氨噴燃器(50)，含有：氨供給路，其供給有液體氨；以及氨噴射噴嘴，其將從氨供給路供給的液體氨直接以液狀來噴射至火爐(20)的內部。液體氨的比容是比氨氣的比容還小，故與供給氨氣的情況相較之下可使氨供給路小型化。於是，實現低成本的氨燃料鍋爐。

Description

氨燃料鍋爐、以及氨供給系統
本發明，關於氨燃料鍋爐、以及氨供給系統。 本案是基於2021年3月31日在日本國特許廳申請的特願2021-059166號來主張優先權，將其內容引用於此。
以往，已知有將氨作為燃料來供給至火爐內的氨燃料鍋爐。例如，專利文獻1所揭示的氨燃料鍋爐，是對設在爐本體的噴燃器，供給煤粉與氨之雙方。藉此，在爐本體的燃燒室內進行氨與煤粉的混合燃燒。對專利文獻1所揭示之噴燃器供給的氨，推測是氣體。這是因為，作為燃料來使用的液體氨會需要用來氣化的熱，故對同個噴燃器供給煤粉與液體氨的話，有可能會發生點火的異常。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2020-112280號公報
[發明所欲解決之問題]
氨氣比起液體氨，在每單位質量的體積亦即比容會較大。於是，在上述專利文獻1，用來供給氨的供給路必須得大型化，有著導致氨燃料鍋爐之高成本化之虞。
本發明，是提供低成本的氨燃料鍋爐及氨供給系統。 [解決問題之技術手段]
本發明之至少一實施形態的氨燃料鍋爐，具備： 含有火爐壁的火爐、 設在前述火爐壁的氨噴燃器， 前述氨噴燃器，含有： 供給有液體氨的氨供給路、 將從前述氨供給路所供給之前述液體氨以液狀來噴射至前述火爐之內部的氨噴射噴嘴。
本發明之至少一實施形態的氨供給系統，具備： 上述氨噴燃器、 儲存有前述液體氨的氨槽、 連結前述氨槽與前述氨噴燃器的氨供給管線、 設在前述氨供給管線的泵、 用來調整前述氨供給管線之壓力的壓力調整閥、 設在前述氨供給管線且切換前述氨槽與前述氨噴燃器之連通狀態用的切換閥。 [發明之效果]
根據本發明，可提供低成本的氨燃料鍋爐及氨供給系統。
以下，參照附加圖式針對本發明的幾個實施形態進行說明。但是，作為實施形態來記載或者是圖式所示之構成零件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，並非用來將本發明的範圍限定於此，而單純只是說明例子而已。
圖1，是一實施形態之鍋爐運轉系統1的概念圖。 鍋爐運轉系統1，例如具備：組裝於圖示外之火力發電廠的氨燃料鍋爐2(以下有時僅稱為鍋爐2)、用來對鍋爐2供給空氣及燃料的供給系統15、用來控制鍋爐2之運轉的鍋爐用控制裝置5(以下有時僅稱為控制裝置5)。 從供給系統15對鍋爐2供給的燃料，含有液體氨。液體氨雖不含氫氣等之氣體，但含有不對於鍋爐2之燃燒造成影響之程度的雜質(例如尿素)亦可。液體氨在鍋爐2內氣化成氨氣。 供給至鍋爐2的燃料，包含其他燃料亦可。例如在鍋爐2內，在進行了使用其他燃料的燃燒之後，才進行氨氣與其他燃料的混合燃燒或氨氣的專用燃燒。 氨以外之其他燃料的一例亦即含碳燃料，是生質燃料、及化石燃料等。化石燃料，是液化天然氣、重油或輕油等之油，或是煤粉等之煤碳。以下，舉例出含碳燃料是油與煤粉的實施形態。
一實施形態的鍋爐2，含有：含有火爐壁19的火爐20、設在火爐壁19的複數個噴燃器單元30。 火爐20，是用來使被噴燃器單元30噴射的燃料與燃燒用空氣反應而燃燒之筒狀的中空體，例如，可為圓筒形狀或四角柱狀等各種形態。在一實施形態，在火爐20的內部產生的氣體(例如燃燒氣體及未燃燒氣體)，流動於煙道8。 複數個噴燃器單元30，是沿著在火爐20內部產生之氣體流動的方向(圖1的箭頭A)分成複數段配置。在一實施形態，設有三段的噴燃器單元30。以下，有時會從氣體流動方向的下游側依序將各段的噴燃器單元30稱為第1噴燃器單元31、第2噴燃器單元32、及第3噴燃器單元33的情況，也有將該等三段的噴燃器總稱為噴燃器單元30的情況。又，噴燃器單元30，分成兩段或四段等來配置亦可。 一實施形態的鍋爐2是迴旋燃燒式鍋爐，設在各段的噴燃器單元30，是沿著火爐20的周方向以等間隔來複數配置。各段的噴燃器單元30的個數，作為一例是四個，但在圖1僅圖示出一個各段的噴燃器單元30。又，各段的噴燃器單元30，為三個或五個以上亦可。 其他實施形態的鍋爐2，是對向燃燒型鍋爐。該情況時，各段的噴燃器單元30，是在彼此對向的位置至少設置一對。
各個噴燃器單元30，至少含有一個噴燃器。而且，在至少一個噴燃器單元30，上述噴燃器，是將液體氨以液狀來噴射至火爐20之內部的氨噴燃器50。氨噴燃器50，僅噴射液體氨亦可。或者氨噴燃器50，是在噴射含碳燃料之後，與含碳燃料一起(或是取代含碳燃料)噴射液體氨亦可。 在一實施形態，第1噴燃器單元31含有氨噴燃器50。第2噴燃器單元32與第3噴燃器單元33，含有氨噴燃器50亦可，不含有亦可。在其他實施形態，氨噴燃器50，僅含有第2噴燃器單元32或第3噴燃器單元33亦可。 此外，任一個噴燃器單元30，含有用來將含碳燃料噴射至火爐20內的燃料噴燃器35(參照圖4A)亦可。詳細如後述。
在一實施形態，供給系統15是因應來自控制裝置5的控制指令，對噴燃器單元30供給一次空氣及燃料。對噴燃器單元30供給的燃料(本例是液體氨及含碳燃料)，是藉由控制裝置5來選擇性地切換亦可。例如，在任一段的噴燃器單元30，在供給過含碳燃料(例如油)之後供給液體氨亦可。 一實施形態的供給系統15，在比噴燃器單元30還下游側透過設在火爐壁19的供給部4來供給二次空氣。
參照圖2，說明一實施形態之氨噴燃器50的詳細構造。 圖2，表示一實施形態之氨噴燃器50之構造的剖面圖。
上述氨噴燃器50，具備：氨供給路52，其供給有來自供給系統15(參照圖1)的液體氨；以及氨噴射噴嘴54，其將從氨供給路52供給的液體氨直接以液狀來噴射至火爐20的內部。 根據上述構造，被氨噴射噴嘴54噴射之液狀的氨，是在火爐20的內部氣化成氨氣來燃燒。液體氨的比容是比氨氣的比容還小，故與供給氨氣的情況相較之下可使氨供給路52小型化。 又，氨噴射噴嘴54的前端，配置在與火爐壁19同一面或火爐20的內側。若在氨噴燃器50的內部噴射液體氨的話，會有液體燃料在氨噴燃器50內部衝突而造成熄火等之異常狀況，這是為了防止該狀況。
一實施形態的氨噴燃器50，進一步具備具有保炎效果的機構60，其將在火爐20內產生的燃燒火炎予以維持。 在使用具有阻燃性的液體氨來作為燃料的情況，有在火爐20內發生熄火的可能性。為了迴避熄火，液體氨有必要在火爐20內氣化而進一步熱分解。在此點，以具有上述保炎效果的機構60來維持燃燒火炎，藉此液體氨可以得到氣化及熱分解用的熱，故可抑制火爐20內的熄火。
一實施形態之具有保炎效果的機構60是旋流器型。作為更具體的一例，具有保炎效果的機構60，具備：在內側配置有氨噴射噴嘴54的內筒62、以包圍內筒62的方式來配置的外筒64、旋流器65。一實施形態的外筒64，含有：包圍內筒62的第1外筒64A、包圍第1外筒64A的第2外筒64B。在第1外筒64A與內筒62之間，形成有與火爐20的內部連通的空氣供給路63A。同樣地，在第1外筒64A與第2外筒64B之間，也形成有與火爐20的內部連通的空氣供給路63B。在空氣供給路63A、63B流動的空氣，是從供給系統15(參照圖1)供給的一次空氣。旋流器65，設在空氣供給路63A，對於在空氣供給路63A流動的空氣賦予迴旋力。 從空氣供給路63A供給至火爐20的空氣是藉由旋流器65而被賦予有迴旋力(箭頭B)。藉此，會促進從氨噴射噴嘴54所噴射之液體氨與空氣的混合。於是，在火爐20的內部促進液體氨的擴散，容易使火爐20內的液體氨熱分解。 又，在其他實施形態，具有保炎效果的機構60，是取代旋流器型而為擴散器型亦可。且，氨噴燃器50不具備具有保炎效果的機構60亦可。
參照圖3A～圖3D，詳細說明氨噴射噴嘴54A、54B的構造。 圖3A，是一實施形態之氨噴射噴嘴54A(54)之沿著軸方向的剖面圖。 圖3B，是一實施形態之氨噴射噴嘴54A(54)之與軸方向正交的剖面圖。 圖3C，是其他實施形態之氨噴射噴嘴54B(54)之沿著軸方向的剖面圖。 圖3D，是其他實施形態之氨噴射噴嘴54B(54)之以軸方向觀看的圖。 圖3A～圖3D所舉例之氨噴射噴嘴54A、54B(54)，是不使用輔助流體就將液體氨以液狀來噴射用的單流體噴嘴。藉由採用單流體噴嘴，而在氨噴射噴嘴54內，抑制液體氨氣化所導致的氣鎖。於是，氨噴射噴嘴54可良好地噴射液體氨。
圖3A、圖3B所示之氨噴射噴嘴54A，是漩渦噴射噴嘴(旋流霧化器)。氨噴射噴嘴54A，具備：複數個供給通口55，其用來供給來自供給系統15的液體氨；渦流室(Swirl chamber)56，其用來使從供給通口供給的液體氨迴旋；以及噴射口57，其用來將液體氨噴射至火爐20內。 供給通口55，沿著作為一例形成為圓錐狀之渦流室56的圓周方向以等間隔配置四個。從供給通口55供給的液體氨在渦流室56內被賦予迴旋力，從噴射口57噴射的液體氨，會成為越遠離噴射口57則越擴徑的薄液膜。藉此，噴射出來的液體氨可容易在火爐20內部分裂而微粒化。 在一實施形態，氨噴射噴嘴54A，僅噴射液體氨亦可。或者是，氨噴射噴嘴54A，在噴射液體氨之前，例如噴射油亦可。該情況時，供給系統15對複數個供給通口55供給油。此外，對複數個供給通口55的任一個，供給霧化蒸氣亦可。該情況時，氨噴射噴嘴54A，噴射霧化蒸氣與油。又，從供給系統15供給至供給通口55的燃料(油及液體氨)，是藉由控制裝置5的控制來選擇性地切換亦可。 在其他實施形態，供給通口55的個數例如為三個亦可。且，渦流室56形成為螺旋狀亦可，或者是，含有從徑方向外側朝向內側直線狀地延伸的複數個流路亦可。不論哪種實施形態，都能對流動於渦流室56的液體氨賦予迴旋力。
參照圖3C，說明其他實施形態的氨噴射噴嘴54B(54)。圖3C、圖3D所示之氨噴射噴嘴54B，是扇形噴嘴。 氨噴射噴嘴54B，具備：供來自供給系統15的液體氨流入的流入室58、將流入至流入室58的液體氨予以噴射用的噴射口59。噴射口59，在軸方向觀看是呈現狹縫形狀。流入至流入室58的液體氨之壓力若比較高壓的話，從噴射口59噴射的液體氨會成為薄片狀的薄液膜。藉此，噴射出來的液體氨可容易在火爐20內分裂而微粒化。
又，其他實施形態的氨噴射噴嘴54，亦可取代漩渦噴射噴嘴或扇形噴嘴，而採用以單純的液噴流狀態來噴射液體氨的一般噴射型之噴霧器。
參照圖4A～圖4C，說明含有氨噴燃器50的噴燃器單元30A～30C(30)之構造的一例。 圖4A，是一實施形態之噴燃器單元30A(30)之具體構造的說明圖。 圖4B，是其他實施形態之噴燃器單元30B(30)之具體構造的說明圖。 圖4C，是其他實施形態之噴燃器單元30C(30)之具體構造的說明圖。 噴燃器單元30A～30C，安裝於設在火爐壁19的開口部18。在圖4B、圖4C，省略火爐壁19與開口部18的圖示。
如圖4A～圖4C所示般，各段的噴燃器單元30，含有五個噴射模式40。各個噴射模式40，是將燃料或空氣供給至火爐20。作為一例，各個噴射模式40，是前述的氨噴燃器50、用來噴射含碳燃料的燃料噴燃器35、或是用來噴射空氣的空氣噴嘴42之任一者。
圖4A所示之噴燃器單元30A(30)，是在氨的混合燃燒率以熱量換算成為約50%之後，切換成氨專用燃燒。 且，噴燃器單元30A，作為一例是既有的噴燃器單元。於是，噴燃器單元30A之一部分的構成要件在混合燃燒時不使用亦可。或者是，該構成要件，僅在混合燃燒時使用，在專用燃燒時不使用亦可。 在噴燃器單元30A的第1噴燃器單元31A(31)、第2噴燃器單元32A(32A)、及第3噴燃器單元33A(33)之任一者，均適用有與五個噴射模式40相同的構造。具體來說，最外側的兩個噴射模式40均為空氣噴嘴42，在中央的噴射模式40是氨噴燃器50。而且，氨噴燃器50與上側的空氣噴嘴42之間的噴射模式40是燃料噴燃器35，剩下的一個噴射模式40並未使用。在圖4A之例，噴燃器單元30A的燃料噴燃器35均為將作為含碳燃料的煤粉予以噴射的煤噴燃器。 在一實施形態，從第1噴燃器單元31A之氨噴燃器50噴射的燃料僅為液體氨，從第2噴燃器單元32A與第3噴燃器單元33A之氨噴燃器50噴射的燃料，是油與液體氨。
噴燃器單元30A例如像下述般運作。 首先，進行使用含碳燃料的燃燒。具體來說，空氣噴嘴42噴射一次空氣，燃料噴燃器35噴射煤粉。此時，第1噴燃器單元31A的氨噴燃器50不運作，第2噴燃器單元32A與第3噴燃器單元33A的各個氨噴燃器50噴射油。 之後，從第1噴燃器單元31A的氨噴燃器50噴射液體氨，從剩下的兩個氨噴燃器50噴射的燃料從油切換成液體氨。藉此，在火爐20內進行氨的混合燃燒。之後，在噴燃器單元30A的三個燃料噴燃器35停止煤粉的噴射，對火爐20噴射的燃料成為只有來自三個氨噴燃器50的液體氨。藉此，在火爐20內的燃燒，從氨的混合燃燒切換成氨的專用燃燒。
又，在其他實施形態，在噴燃器單元30A之運作時經常為不使用之狀態的三個噴射模式40，是噴射氨或含碳燃料亦可。且，燃料噴燃器35，作為含碳燃料取代煤粉而噴射油亦可。此外，在第1噴燃器單元31A的下游側，進一步追加設置用來噴射液體氨的噴燃器單元亦可。例如，在噴燃器單元30A為新設之噴燃器單元的實施形態，設有該氨噴燃器單元。
圖4B所示之噴燃器單元30B(30)，使氨與含碳燃料的混合燃燒率以熱量換算成為約50%。且，噴燃器單元30B，作為一例是既有的噴燃器單元。於是，噴燃器單元30之一部分的構成要件不使用亦可。 在圖4B，將噴燃器單元30B所包含之噴射模式40之具體例的組合以複數組態表示，並概念地圖示噴射模式40。 組態A至組態E之各組態的詳細說明雖省略，但例如不論在哪個組態中，各噴燃器單元30B之最外側的兩個噴射模式40，是空氣噴嘴42。 且，在組態A的第1噴燃器單元31B(31)，中央的噴射模式40是空氣噴嘴42，上側的空氣噴嘴42與中央側的空氣噴嘴42之間的噴射模式40，是僅噴射液體氨的氨噴燃器50。此外，中央側的空氣噴嘴42與下側的空氣噴嘴42之間的噴射模式40，是作為燃料噴燃器35來發揮功能。該燃料噴燃器35，例如是噴射煤粉的煤噴燃器。 且，在組態A的第2噴燃器單元32B(32)與第3噴燃器單元33B(33)，中央側的噴射模式40，是噴射作為含碳燃料之油的燃料噴燃器35。該燃料噴燃器35，在噴射油之後，噴射空氣(一次空氣)，從油到空氣的切換，是藉由控制裝置5來控制。又，第3噴燃器單元33的一個噴射模式40沒有使用。 在組態C～E，噴燃器單元30B之中只有第1噴燃器單元31B含有三個氨噴燃器50。且，第1噴燃器單元31B在組態C、D不含有燃料噴燃器35，在組態E含有燃料噴燃器35。第2噴燃器單元32B與第3噴燃器單元33B均含有燃料噴燃器35。該燃料噴燃器35，是噴射油之後噴射空氣的油噴燃器，或是噴射煤粉的煤噴燃器。於是，從組態C到組態E，在火爐20內部產生之氣體的流動方向中，在比氨噴燃器50還上游側設有燃料噴燃器35。該情況時，比液體氨還容易燃燒的含碳燃料，是在比氨噴燃器50還上游側燃燒。藉此，用來在火爐20內使氨熱分解的火爐內溫度會保持在高溫。
圖4C所示之噴燃器單元30C(30)，進行氨專用燃燒。 在一實施形態，是使用含碳燃料來進行燃燒起算到達規定的時間之後，進行氨專用燃燒亦可。 在圖4C，將噴燃器單元30C所包含之噴射模式40之具體例的組合以複數組態表示，並概念地圖示噴射模式40。 組態A至組態D為止之各組態的具體說明雖省略，但在表中記載之與「油／空氣」對應的噴射模式40，是指在噴射油之後噴射空氣(一次空氣)的燃料噴燃器35。且，與「油／NH 3」對應的噴射模式40，是指在噴射油之後噴射液體氨的氨噴燃器50。 不論組態A到組態E之任一者，從第1噴燃器單元31C(31)噴射的燃料，僅為液體氨。且，在組態D，第1噴燃器單元31C所包含的五個噴射模式40，全部作為氨噴燃器50來發揮功能。 又，在其他實施形態，以組態A～D中任一組合，來進行氨與含碳燃料(在圖4C的例為油)的混合燃燒亦可。以熱量換算的混合燃燒率，作為一例是50%以上未達100%。 且，在其他實施形態，氨噴燃器50是以可噴射起動用燃料例如油的起動用燃料／氨燃料之兩用噴嘴來構成。氨專用燃燒噴燃器的混合燃燒，是因噴燃器的數量而可改變混合燃燒率。雖未圖示，但對向燃燒鍋爐的噴燃器，是在鍋爐2的前後壁設置有複數段噴燃器，對於各段分別供給有來自磨碎機的煤粉。因此，在各段改變設定為煤專用燃燒、氨專用燃燒、或煤氨混合燃燒，藉此可使混合燃燒率變化。 將考慮到氨混合燃燒率50cal%以上之高混合燃燒之情況的噴燃器配置例，示於圖5。設置可供給起動用燃料與氨燃料之雙方的噴嘴，藉此可架構出可改變混合燃燒率的噴燃器組態。 又，具備起動用燃料／氨燃料兩用噴嘴的噴燃器，是改造煤噴燃器的起動燃料用噴燃器來構成亦可。
參照圖6，說明一實施形態之供給系統15的詳細構造。 圖6，是表示一實施形態之供給系統15之構造的圖。 供給系統15，具備：供給一次空氣用的一次空氣供給系統110、供給二次空氣用的二次空氣供給系統120、供給液體氨用的氨供給系統100、供給油用的油供給系統80、以及供給煤粉用的煤粉供給系統70。油供給系統80與煤粉供給系統70，各自為用來供給含碳燃料之系統的一例。 一次空氣、液體氨、煤粉、及油被供給至噴燃器單元30，二次空氣被供給至設在火爐壁19的供給部4。上述供給系統15，藉由控制裝置5來控制。 以下，設在火爐20的噴燃器單元30，是舉例出用來依序進行氨混合燃燒與氨專用燃燒的前述噴燃器單元30A(參照圖4A)的實施形態。
一次空氣供給系統110的空氣供給管線112全部連接於噴燃器單元30A。在空氣供給管線112，設有：測量一次空氣之流量用的空氣流量計114、調整一次空氣之流量用的流量調整閥116、以及切換空氣供給管線112之連通狀態用的切換閥118。 二次空氣供給系統120的空氣供給管線122連接於供給部4。在空氣供給管線122，設有：測量二次空氣之流量用的空氣流量計124、調整二次空氣之流量用的流量調整閥126、以及切換空氣供給管線122之連通狀態用的切換閥128。 空氣流量計114、124將測量結果傳送給控制裝置5，流量調整閥116、126與切換閥118、128是因應從控制裝置5送來的控制指令而運作。
氨供給系統100，具備：上述的氨噴燃器50、儲存有液體氨的氨槽101、將氨槽101與氨噴燃器50予以連結的氨供給管線102、設在氨供給管線102的泵103、調整氨供給管線102之壓力用的壓力調整閥105、設在氨供給管線102並切換氨槽101與氨噴燃器50之連通狀態用的切換閥107。 在上述構造的氨供給系統100，液體氨的比容是比氨氣的比容還小，故可使構成氨供給管線102的配管102A小型化。藉此，實現氨供給系統100的低成本化。 此外，液體氨是以液狀被供給至氨噴燃器50，故沒有必要在氨供給管線102設置使液體氣化的氣化器。藉此，實現氨供給系統100的低成本化。 又，氨槽101之液體氨的供給壓力，例如為1.2Mpa～2MPa。藉此，在以常溫將液體氨供給至氨噴燃器50時可抑制氣鎖。且，可一邊抑制氣鎖一邊調整氨的混合燃燒率。 且，氨供給管線102之配管102A的配管徑，例如為10cm～50cm。配管徑為50cm以下，藉此在將液體氨供給至氨噴燃器50之際可抑制供給壓極端變低的情形。且，配管徑為10cm以上，藉此可抑制供給壓極端變高的情形。
一實施形態的氨供給系統100，進一步具備：氨流量計109，其用來測量流動於氨供給管線102之液體氨的流量；以及流量調整閥108，其用來調整流動於氨供給管線102之液體氨的流量。 在一實施形態，氨流量計109將測量結果傳送給控制裝置5，切換閥107、壓力調整閥105、及流量調整閥108，是因應從控制裝置5送來的控制指令而運作。藉此，氨供給系統100，可在任何氨噴燃器50均沒有供給液體氨的供給停止狀態與對所有氨噴燃器50供給液體氨的供給狀態之間變化。如後述般，氨供給系統100在供給停止狀態時，對於第2噴燃器單元32A與第3噴燃器單元33A的氨噴燃器50，從油供給系統80供給有油。
一實施形態的油供給系統80，具備：油供給裝置81、將油供給裝置81與氨噴燃器50予以連接的油供給管線82、用來測量流動於油供給管線82之油流量的油流量計84、用來調整流動於油供給管線82之油流量的油流量調整閥86、以及用來切換油供給管線82之連通狀態的切換閥88。本例之油供給管線82，是連接於第2噴燃器單元32A與第3噴燃器單元33A的各個氨噴燃器50。 在一實施形態，油流量計84將測量結果傳送給控制裝置5，油供給裝置81、油流量調整閥86、及切換閥88，是因應來自控制裝置5的控制指令來運作。藉此，油供給系統80，可在對連接於油供給管線82的氨噴燃器50供給油的供給狀態與停止油之供給的供給停止狀態之間變化。 又，在其他的實施形態，油供給管線82，是與用來噴射油的燃料噴燃器35連接亦可。且，油供給管線82，是供霧化蒸氣流入亦可。該情況時，使油與霧化蒸氣供給至噴燃器單元30。
一實施形態的煤粉供給系統70，具備：使用搬運氣體來供給煤粉用的煤粉供給裝置71、將煤粉供給裝置71與噴燃器單元30A予以連接的煤粉供給管線72、用來測量流動於煤粉供給管線72之煤粉的煤粉流量計74、用來調整流動於煤粉供給管線72之煤粉流量的煤粉流量調整閥76、以及用來切換煤粉供給管線72之連通狀態的切換閥78。本例的煤粉供給管線72，連接於第1噴燃器單元31A、第2噴燃器單元32A、及第3噴燃器單元33A的各個燃料噴燃器35。 煤粉流量計74將測量結果傳送給控制裝置5，煤粉供給裝置71、煤粉流量調整閥76、及切換閥78，是因應來自控制裝置5的控制指令來運作。藉此，煤粉供給系統70，可在停止煤粉供給的供給停止狀態與將煤粉供給至噴燃器單元30A的供給狀態之間變化。煤粉供給系統70在供給狀態時，對作為煤噴燃器運作之上述的燃料噴燃器35供給煤粉。
供給系統15，藉由控制裝置5的控制，例如像下述般運作。 首先，一次空氣供給系統110與二次空氣供給系統120各自供給空氣。此時，氨供給系統100是供給停止狀態，油供給系統80與煤粉供給系統70亦均為供給狀態。於是，對噴燃器單元30A供給有油與煤粉。此時，第1噴燃器單元31A的氨噴燃器50是停止，第2噴燃器單元32A與第3噴燃器單元33A的氨噴燃器50噴射油。 之後，對應於第1規定時間的到來，控制裝置5切換送給供給系統15的控制指令。油供給系統80變化成供給停止狀態，氨供給系統100變化成供給狀態。藉此，第1噴燃器單元31A噴射液體氨，從第2噴燃器單元32B與第3噴燃器單元33B噴射的燃料從油切換成液體氨。煤粉供給系統70維持供給狀態。結果，在鍋爐2進行氨與煤的混合燃燒。 之後，對應於第2規定時間的到來，控制裝置5進一步切換送給供給系統15的控制指令。煤粉供給系統70變化成供給停止狀態，作為煤噴燃器來運作的燃料噴燃器35會停止。且，氨供給系統100增加液體氨的供給量。結果，在鍋爐2進行氨的專用燃燒。
(總結) 以下，針對幾個實施形態的氨燃料鍋爐2及氨供給系統100，記載概要。
(1)本發明之至少一實施形態的氨燃料鍋爐(2)，具備： 含有火爐壁(19)的火爐(20)、 設在前述火爐壁(19)的氨噴燃器(50)， 前述氨噴燃器(50)，含有： 供給有液體氨的氨供給路(52)、 將從前述氨供給路(52)所供給之前述液體氨以液狀來噴射至前述火爐(20)之內部的氨噴射噴嘴(54)。
根據上述(1)的構造，被氨噴射噴嘴(54)噴射之液狀的氨，是在火爐(20)的內部氣化成氨氣來燃燒。液體氨的比容是比氨氣的比容還小，故與供給氨氣的情況相較之下可使氨供給路(52)小型化。於是，實現低成本的氨燃料鍋爐(2)。
(2)在幾個實施形態，是上述(1)的構造之中， 前述氨噴射噴嘴(54)，是不使用輔助流體就將前述液體氨以液狀來噴射用的單流體噴嘴。
例如，氨噴射噴嘴(54)為雙流體噴嘴的情況，在氨噴射噴嘴(54)的內部，液體氨與其他氣體會混合，而有液體氨氣化的可能性。於是，有在氨噴射噴嘴(54)的內部發生氣鎖，而發生液體氨之噴射不良的可能性。在此點，根據上述(2)的構造，氨噴射噴嘴(54)為單流體噴嘴，故能抑制氣鎖，良好地噴射液體氨。且，與從雙流體噴嘴來噴射液體氨相較之下，從單流體噴嘴噴射之液體氨的液滴有較大的傾向，但液體氨的相對沸點較低，故不易在火爐(20)內出現燃燒不良。
(3)在幾個實施形態，是上述(1)的構造之中， 前述氨噴射噴嘴(54)，是可噴射起動用燃料與前述液體氨的兩用噴嘴。
根據上述(3)的構造，設置可供給起動用燃料與氨燃料之雙方的噴嘴，藉此可架構出可改變混合燃燒率的噴燃器組態。
(4)在幾個實施形態，是上述(1)至(3)的任一構造之中， 前述氨噴燃器(50)，具備具有保炎效果的機構(60)，其將在前述火爐(20)內產生的燃燒火炎予以維持。
在使用具有阻燃性的液體氨來作為燃料的情況，有在火爐(20)內發生熄火的可能性。為了迴避熄火，液體氨有必要氣化而進一步熱分解。在此點，根據上述(4)的構造，以具有保炎效果的機構(60)來維持燃燒火炎，藉此液體氨可以得到氣化及熱分解用的熱，故可抑制火爐(20)內的熄火。
(5)在幾個實施形態，是上述(4)的構造之中， 具有前述保炎效果的機構(60)，具備： 內筒(62)，其在內側配置有前述氨噴射噴嘴(54)； 外筒(64)，其配置成包圍前述內筒(62)，在與前述內筒(62)之間形成有與前述火爐(20)的內部連通的空氣流路(63A)；以及 旋流器(65)，其設在前述空氣流路(63A)，對流動於前述外筒(63)的空氣賦予迴旋力。
根據上述(5)的構造，旋流器(65)，對供給至火爐(20)的空氣賦予迴旋力。藉此，會促進空氣與從氨噴射噴嘴(54)噴射之液體氨的混合。於是，在火爐(20)的內部促進液體氨的擴散，故容易使火爐(20)內的液體氨熱分解。
(6)在幾個實施形態，是上述(1)至(5)的任一構造之中， 具備燃料噴燃器(35)，其在前述火爐(20)的內部所產生之氣體的流動方向上，設在比前述氨噴燃器(50)還上游側，使含碳燃料燃燒。
根據上述(6)的構造，在比氨噴燃器(50)還上游側，燃料噴燃器(35)使比液體氨還要易燃的含碳燃料燃燒。藉此，用來在火爐(20)內使氨熱分解的火爐(20)內空間會保持在高溫。因此，可湊齊將液狀的液體氨作為燃料來噴射用的條件。
(7)本發明之至少一實施形態的氨供給系統(100)，具備： 上述(1)至(6)中任一者所記載的氨燃料鍋爐(2)、 儲存有前述液體氨的氨槽(101)、 將前述氨槽(101)與前述氨噴燃器(50)予以連結的油供給管線(82)、 設在前述油供給管線(82)的泵(103)、 用來調整前述油供給管線(82)之壓力的壓力調整閥(105)、 設在前述油供給管線(82)且切換前述氨槽(101)與前述氨噴燃器(50)之連通狀態用的切換閥(107)。
根據上述(7)的構造，液體氨的比容是比氨氣的比容還小，故可使氨供給管線(102)小型化。且，液體氨是以液狀被供給至氨噴燃器(50)，故沒有必要在氨供給管線(102)設置使液體氣化的氣化器。藉此，實現氨供給系統(100)的低成本化。
以上，雖說明了本發明的實施形態，但本發明並不限定於上述實施形態，還包含了在上述實施形態加上變形的形態、將該等形態適當組合的形態。
本說明書中，表示「於某方向」、「沿著某方向」、「平行」、「正交」、「中心」、「同心」或是「同軸」等之相對或絕對的配置表現，並不是嚴密地僅表示這種配置，而是也包含公差，或是帶有能得到相同功能之程度的角度或距離來相對位移的狀態。 例如，表示「相同」、「相等」及「均質」等之事物相等的狀態之表現，並不是嚴密地僅表示相等的狀態，而是也包含公差，或是存在有能得到相同功能之程度之差的狀態。 且，本說明書中，四角形狀或圓筒形狀等之表示形狀的表現，並不是僅表示出幾何學上嚴格意義的四角形狀或圓筒形狀等之形狀，而是在能得到相同效果的範圍內，包含凹凸部或倒角部等的形狀。 且，本說明書中，「具備」、「含有」、或是「有」一個構成要件等之表現，並不是將其他構成要件的存在予以除外之排他性的表現。
2:氨燃料鍋爐 19:火爐壁 20:火爐 35:燃料噴燃器 50:氨噴燃器 52:氨供給路 54:氨噴射噴嘴 60:具有保炎效果的機構 62:內筒 63A:空氣供給路 64:外筒 65:旋流器 100:氨供給系統 101:氨槽 102:氨供給管線 103:泵 105:壓力調整閥 107:切換閥
[圖1]一實施形態之鍋爐運轉系統的概念圖。 [圖2]表示一實施形態之氨噴燃器之構造的剖面圖。 [圖3A]一實施形態之氨噴射噴嘴之沿著軸方向的剖面圖。 [圖3B]一實施形態之氨噴射噴嘴之與軸方向正交的剖面圖。 [圖3C]其他實施形態之氨噴射噴嘴之沿著軸方向的剖面圖。 [圖3D]其他實施形態之氨噴射噴嘴之以軸方向觀看的圖。 [圖4A]一實施形態之噴燃器單元之具體構造的說明圖。 [圖4B]其他實施形態之噴燃器單元之具體構造的說明圖。 [圖4C]其他實施形態之噴燃器單元之具體構造的說明圖。 [圖5]一實施形態之噴燃器的配置例。 [圖6]表示一實施形態之供給系統15之構造的圖。
1:鍋爐運轉系統
2:氨燃料鍋爐
4:供給部
5:控制裝置
8:煙道
15:供給系統
19:火爐壁
20:火爐
30:噴燃器單元
31:第1噴燃器單元
32:第2噴燃器單元
33:第3噴燃器單元
50:氨噴燃器

Claims (7)

  1. 一種氨燃料鍋爐，具備： 含有火爐壁的火爐、 設在前述火爐壁的氨噴燃器， 前述氨噴燃器，含有： 供給有液體氨的氨供給路、 將從前述氨供給路所供給之前述液體氨直接以液狀來噴射至前述火爐之內部的氨噴射噴嘴。
  2. 如請求項1所述之氨燃料鍋爐，其中，前述氨噴射噴嘴，是不使用輔助流體就將前述液體氨直接以液狀來噴射用的單流體噴嘴。
  3. 如請求項1所述之氨燃料鍋爐，其中，前述氨噴射噴嘴，是可噴射起動用燃料與前述液體氨的兩用噴嘴。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之氨燃料鍋爐，其中，前述氨噴燃器，具備具有保炎效果的機構，其將在前述火爐內產生的燃燒火炎予以維持。
  5. 如請求項4所述之氨燃料鍋爐，其中， 具有前述保炎效果的機構，具備： 內筒，其在內側配置有前述氨噴射噴嘴； 外筒，其配置成包圍前述內筒，在與前述內筒之間形成有與前述火爐的內部連通的空氣供給路；以及 旋流器，其設在前述空氣供給路，對於在前述空氣供給路流動的空氣賦予迴旋力。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之氨燃料鍋爐，其中，具備燃料噴燃器，其在前述火爐的內部所產生之氣體的流動方向上，設在比前述氨噴燃器還上游側，使含碳燃料燃燒。
  7. 一種氨供給系統，具備： 請求項1至6中任一項所述之氨燃料鍋爐、 儲存有前述液體氨的氨槽、 連結前述氨槽與前述氨噴燃器的氨供給管線、 設在前述氨供給管線的泵、 用來調整前述氨供給管線之壓力的壓力調整閥、 設在前述氨供給管線且切換前述氨槽與前述氨噴燃器之連通狀態用的切換閥。
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