TW202311666A - 氨燃料燃燒裝置 - Google Patents

氨燃料燃燒裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202311666A
TW202311666A TW111115843A TW111115843A TW202311666A TW 202311666 A TW202311666 A TW 202311666A TW 111115843 A TW111115843 A TW 111115843A TW 111115843 A TW111115843 A TW 111115843A TW 202311666 A TW202311666 A TW 202311666A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ammonia
fuel
burner
supply pipe
supplied
Prior art date
Application number
TW111115843A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI833206B (zh
Inventor
河本祐作
田口脩平
仲井和成
大倉莉奈
Original Assignee
日商中外爐工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商中外爐工業股份有限公司 filed Critical 日商中外爐工業股份有限公司
Publication of TW202311666A publication Critical patent/TW202311666A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI833206B publication Critical patent/TWI833206B/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/08—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air liquid and gaseous fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/36—Supply of different fuels

Abstract

本發明提供一種氨燃料燃燒裝置，係藉由燃燒器10使經由氨供給管11而供給之氨氣NH3與經由空氣供給管12而供給之燃燒用空氣Air混合而在爐1內使之燃燒者，其中，在前述燃燒器之附近設置有經由輔助燃料供給管21而被供給烴系燃料CmHn之噴射裝置20，藉由前述噴射裝置，使烴系燃料朝前述燃燒器所產生之火焰噴射至爐內並使之燃燒。

Description

氨燃料燃燒裝置
本發明係關於一種使氨燃料與燃燒用空氣混合並藉由燃燒器而在爐內使之燃燒之氨燃料燃燒裝置。特別是具有下述特點：在使氨燃料(例如氨氣)與燃燒用空氣混合並藉由燃燒器而在爐內使之燃燒之際，除了氨燃料之外，亦將烴系燃料供給至爐內，藉由烴系燃料使氨燃料在爐內充分地燃燒。
在使燃料與燃燒用空氣混合並使之燃燒之燃燒裝置中，一般而言，係採用使用烴系燃料作為燃料者。
然而，當如上述方式使烴系燃料與燃燒用空氣混合並使之燃燒時，會有產生許多二氧化碳CO2等溫室效應氣體之問題。
並且，近年來，期待減少二氧化碳CO2等溫室效應氣體，而正在研究使用烴系燃料以外的燃料作為燃料。
並且，已知以往使用氨燃料作為燃燒裝置之燃料，惟氨燃料與烴系燃料相比較，其燃燒性差，難以使之完全燃燒，且在低溫下進行燃燒時容易失火，另一方面，當使之強力地燃燒時，會有火焰溫度變高且NOx之產生量增加的問題。
並且，如前所述在使燃燒性差之氨燃料燃燒之際，在專利文獻1中，提案有一種在預先使低燃燒性燃料之氨與燃燒用空氣混合而均勻化之後，一面藉由旋流器(swirler)使如上述方式預先混合之氣體旋轉並強力地進行攪拌，一面使之燃燒，以提升氨之燃燒性。
然而，如專利文獻1所示，當一面藉由旋流器使預先混合有氨及燃燒用空氣之氣體旋轉並將其強力地進行攪拌，一面使之燃燒時，與習知之情形同樣地，會有氨快速地被燃燒使得火焰溫度變高而產生許多之NOx的問題。
並且，在專利文獻2中，提案有一種沿著燃燒裝置燃燒器之圓周，交互地設置使氨燃燒之氨燃燒器及使天然氣燃燒之天然氣燃燒器，且分別在氨燃燒器及天然氣燃燒器中使氨及天然氣燃燒者。
然而，由於沿著燃燒裝置燃燒器之圓周交互地設置氨燃燒器及天然氣燃燒器，因此設備成本會增高，而且氨之燃燒火焰與天然氣之燃燒火焰係分開，因此整體之燃燒會變得不穩定，而難以均勻地變更其與天然氣之比例並使之燃燒，且亦非常難以使氨完全地燃燒。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2016-130619號公報
專利文獻2：日本特開2020-139700號公報
本發明之課題係在於解決氨燃料燃燒裝置之前述問題，該氨燃料燃燒裝置係使氨燃料與燃燒用空氣混合並藉由燃燒器而在爐內使之燃燒者。
亦即，本發明之課題係在於：在如前所述使氨燃料與燃燒用空氣混合並藉由燃燒器而在爐內使之燃燒的氨燃料燃燒裝置中，除了氨燃料之外，亦將烴系燃料供給至爐內，可藉由烴系燃料使氨燃料在爐內充分地燃燒。
在本發明之氨燃料燃燒裝置中，為了要解決前述之課題，係在藉由燃燒器使經由氨供給管而供給之氨燃料與經由空氣供給管而供給之燃燒用空氣混合而在爐內使之燃燒的氨燃料燃燒裝置中，在前述燃燒器之附近設置有經由輔助燃料供給管而被供給烴系燃料之噴射裝置，藉由前述噴射裝置，使烴系燃料朝前述燃燒器所產生之火焰噴射至爐內並使之燃燒。
並且，如本發明之氨燃料燃燒裝置，燃燒器係使經由氨供給管而供給之氨燃料與經由空氣供給管而供給之燃燒用空氣混合而在爐內使之燃燒，在燃燒器之附近設置有經由輔助燃料供給管而被供給烴系燃料之噴射裝置，藉由該噴射裝置，使烴系燃料朝藉由燃燒器混合氨燃料與燃燒用空氣而在爐內使之燃燒所形成的火焰噴射並使之燃燒，當如此形成時，燃燒性低之氨燃料會因藉由噴射裝置所噴射之烴系燃料而充分地燃燒，並且與僅使烴系燃料燃燒之情形相比較，會抑制二氧化碳CO2之產生。
再者，由於在氨燃料進行燃燒時添加烴系燃料，因此火焰會成為一個而使燃燒穩定。
在此，在本發明之氨燃料燃燒裝置中，可設置：氨調整閥，係用以調整經由前述氨供給管而供給至燃燒器之氨燃料的量；空氣調整閥，係用以調 整經由前述空氣供給管而供給至燃燒器之燃燒用空氣的量；輔助燃料調整閥，係用以調整經由前述輔助燃料供給管而供給至噴射裝置之烴系燃料的量；以及控制裝置，係控制前述氨調整閥、前述空氣調整閥及前述輔助燃料調整閥。
如此一來，藉由前述控制裝置，控制前述空氣調整閥，以調整經由前述空氣供給管而供給至燃燒器之燃燒用空氣的量，並且控制前述氨調整閥，以調整經由前述空氣供給管而供給至燃燒器之燃燒用空氣的量，而且控制前述輔助燃料調整閥，以調整經由輔助燃料供給管而供給至噴射裝置且從該噴射裝置朝燃燒器所產生之火焰噴射之烴系燃料的量，藉此，與前述同樣地可容易進行使氨燃料與烴系燃料穩定地燃燒而獲得所希望之發熱量，並且亦可簡單地進行控制，使經由氨供給管而供給至燃燒器之氨燃料、與經由輔助燃料供給管而從噴射裝置朝燃燒器所產生之火焰噴射之烴系燃料的比例均勻地變更，以獲得所希望之發熱量。
並且，在本發明之氨燃料燃燒裝置中，係可使用液體氨作為前述氨燃料，且使液體氨經由前述氨供給管而呈霧狀地供給至前述燃燒器。當如上述方式使用液體氨作為氨燃料，且使液體氨經由前述氨供給管而呈霧狀地供給至前述燃燒器時，無須使經由氨供給管而供給至燃燒器之氨燃料氣體化，會減少使氨燃料氣體化之設備成本，並且與以氣體之狀態將氨燃料導引至燃燒器之情形相比較，氨供給管之配管等會變得簡單，而可使設備小型化。
在本發明之氨燃料燃燒裝置中，如前所述形成為：燃燒器係使經由氨供給管而供給之氨燃料與經由空氣供給管而供給之燃燒用空氣混合而在爐內使之燃燒，在燃燒器之附近設置有經由輔助燃料供給管而被供給烴系燃料之 噴射裝置，藉由該噴射裝置，使烴系燃料朝藉由燃燒器混合氨燃料與燃燒用空氣而在爐內使之燃燒所形成的火焰噴射並使之燃燒；因此，燃燒性低之氨燃料會因藉由噴射裝置所噴射之烴系燃料而充分地燃燒，並且與僅使烴系燃料燃燒之情形相比較，會抑制二氧化碳CO2之產生。
1:爐
10:燃燒器
11:氨供給管
11a:氨調整閥
11b:噴霧噴嘴
12:空氣供給管
12a:空氣調整閥
20:噴射裝置
21:輔助燃料供給管
21a:輔助燃料調整閥
30:控制裝置
Air:燃燒用空氣
CmHn:烴系燃料
NH3:氨氣
liq.NH3:液體氨
圖1係本發明實施型態之氨燃料燃燒裝置的概略說明圖。
圖2係顯示變更例的概略說明圖，該變更例係在前述實施型態之氨燃料燃燒裝置中，使用液體氨作為氨燃料，且使液體氨經由氨供給管而呈霧狀地供給至燃燒器內。
以下，依據圖式具體地說明本發明實施型態之氨燃料燃燒裝置。此外，本發明之氨燃料燃燒裝置並不限定於下述實施型態所示者，而是可在不變更發明之要旨的範圍內適當地變更實施者。
在本發明實施型態之氨燃料燃燒裝置中，如圖1所示，經由氨供給管11將氨燃料之氨氣NH3供給至設置於爐1之燃燒器10，並且經由空氣供給管12供給燃燒用空氣Air，使前述氨氣NH3與燃燒用空氣Air在燃燒器10中混合而在爐1內使之燃燒。
再者，在該實施型態之氨燃料燃燒裝置中，係在前述氨供給管11設置氨調整閥11a，並藉由控制裝置30來控制該氨調整閥11a，以調整供給至燃 燒器10之氨氣NH3的量，並且在前述空氣供給管12設置空氣調整閥12a，藉由前述控制裝置30來控制該空氣調整閥12a，以調整供給至燃燒器10之燃燒用空氣Air的量。
再者，在該實施型態之氨燃料燃燒裝置中，在前述燃燒器10之附近設置噴射裝置20，將天然氣等烴系燃料CmHn經由輔助燃料供給管21而供給至該噴射裝置20，在前述輔助燃料供給管21設置輔助燃料調整閥21a，並藉由前述控制裝置30來控制該輔助燃料調整閥21a，以調整供給至噴射裝置20之烴系燃料CmHn的量，如上述方式，使供給至噴射裝置20之烴系燃料CmHn朝藉由前述燃燒器10所燃燒之火焰噴射並使之燃燒。
在此，在該實施型態之氨燃料燃燒裝置中，如前所述，藉由控制裝置30控制設置於前述空氣供給管12之空氣調整閥12a，以調整供給至燃燒器10之燃燒用空氣Air的量，並且控制設置於氨供給管11之氨調整閥11a，以調整供給至燃燒器10之氨氣NH3的量，使前述氨氣NH3與前述燃燒用空氣Air在燃燒器10中混合而在爐1內使之燃燒，並且如前所述，藉由前述控制裝置30控制設置於輔助燃料供給管21之輔助燃料調整閥21a，以調整供給至噴射裝置20之烴系燃料CmHn的量，並且使供給至該噴射裝置20之烴系燃料CmHn朝藉由前述燃燒器10所燃燒之火焰噴射並使之燃燒。
如此一來，燃燒性低之氨氣NH3係藉由從噴射裝置20朝燃燒器10中之火焰噴射之烴系燃料CmHn輔助燃燒，從而充分地燃燒，並且與僅使烴系燃料CmHn燃燒之情形相比較，會抑制二氧化碳CO2之產生。
並且，如前所述，當藉由控制裝置30來控制前述空氣調整閥12a，以調整供給至燃燒器10之燃燒用空氣Air的量，並且控制前述氨調整閥11a，以 調整供給至燃燒器10之氨氣NH3的量，而且控制前述輔助燃料調整閥21a，以調整從噴射裝置20朝燃燒器10所產生之火焰噴射之烴系燃料CmHn的量時，控制由前述氨氣NH3及烴系燃料CmHn所進行之燃燒，而可容易地獲得所希望之發熱量。
再者，藉由前述控制裝置30，亦可簡單地進行使供給至燃燒器10之氨氣NH3的量、與從噴射裝置20朝燃燒器10所產生之火焰噴射之烴系燃料CmHn的量之比例變更，以獲得所希望之發熱量，例如，能夠以下列方式進行調整：當爐1內之溫度上升且氨氣NH3變得容易燃燒時，藉由前述控制裝置30來控制氨調整閥11a，以使供給至燃燒器10之氨氣NH3的量增加，另一方面，控制輔助燃料調整閥21a，以使從噴射裝置20朝燃燒器10所產生之火焰噴射之烴系燃料CmHn的量減少。
此外，在該實施型態之氨燃料燃燒裝置中，雖使用氨氣NH3作為氨燃料，惟如圖2所示，亦可使用液體氨liq.NH3作為氨燃料。
並且，如前所述，當使用液體氨liq.NH3作為氨燃料時，如圖2所示，藉由控制裝置30來控制氨調整閥11a，並經由氨供給管11將適量之液體氨liq.NH3供給至燃燒器10，藉由噴霧噴嘴11b使如上述方式供給之液體氨liq.NH3噴霧至燃燒器10內，並且使如上述方式噴霧之液體氨liq.NH3與如前所述經由空氣供給管12而供給至燃燒器10之燃燒用空氣Air混合，而在爐1內使之燃燒。
在此，如前所述，在使用液體氨liq.NH3作為氨燃料，且以液體氨liq.NH3之狀態供給至燃燒器10時，無須使供給至燃燒器10之氨燃料氣體化， 會減少使氨燃料氣體化之設備成本，並且與以氣體之狀態將氨燃料導引至燃燒器10之情形相比較，氨供給管11之配管等會變得簡單，而可使設備小型化。
1:爐
10:燃燒器
11:氨供給管
11a:氨調整閥
12:空氣供給管
12a:空氣調整閥
20:噴射裝置
21:輔助燃料供給管
21a:輔助燃料調整閥
30:控制裝置
Air:燃燒用空氣
CmHn:烴系燃料
NH3:氨氣

Claims (3)

  1. 一種氨燃料燃燒裝置，係藉由燃燒器使經由氨供給管而供給之氨燃料與經由空氣供給管而供給之燃燒用空氣混合而在爐內使之燃燒者，其中，在前述燃燒器之附近設置有經由輔助燃料供給管而被供給烴系燃料之噴射裝置，藉由前述噴射裝置，使烴系燃料朝前述燃燒器所產生之火焰噴射至爐內並使之燃燒。
  2. 如請求項1所述之氨燃料燃燒裝置，其中，係設置有：氨調整閥，係用以調整經由前述氨供給管而供給至燃燒器之氨燃料的量；空氣調整閥，係用以調整經由前述空氣供給管而供給至燃燒器之燃燒用空氣的量；輔助燃料調整閥，係用以調整經由前述輔助燃料供給管而供給至噴射裝置之烴系燃料的量；以及控制裝置，係控制前述氨調整閥、前述空氣調整閥及前述輔助燃料調整閥。
  3. 如請求項1或2所述之氨燃料燃燒裝置，其中，使用液體氨作為前述氨燃料，且使液體氨經由前述氨供給管而呈霧狀地供給至前述燃燒器。
TW111115843A 2021-09-09 2022-04-26 氨燃料燃燒裝置 TWI833206B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021146921A JP2023039683A (ja) 2021-09-09 2021-09-09 アンモニア燃料燃焼装置
JP2021-146921 2021-09-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202311666A true TW202311666A (zh) 2023-03-16
TWI833206B TWI833206B (zh) 2024-02-21

Family

ID=85507481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111115843A TWI833206B (zh) 2021-09-09 2022-04-26 氨燃料燃燒裝置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2023039683A (zh)
CN (1) CN117441080A (zh)
TW (1) TWI833206B (zh)
WO (1) WO2023037643A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7374736B2 (en) * 2003-11-13 2008-05-20 General Electric Company Method to reduce flue gas NOx
TW200837310A (en) * 2006-09-13 2008-09-16 Siong Cheak Steven Mok System for generating brown gas and uses thereof
JP5746962B2 (ja) * 2011-12-20 2015-07-08 株式会社神戸製鋼所 ガス供給方法およびガス供給装置
JP5885811B1 (ja) * 2014-11-21 2016-03-16 株式会社タクマ 尿素加水分解装置及びその制御方法
JP7027817B2 (ja) * 2017-11-02 2022-03-02 株式会社Ihi 燃焼装置及びボイラ
JP6813533B2 (ja) * 2018-05-22 2021-01-13 三菱パワー株式会社 バーナおよび燃焼装置
CN113294779B (zh) * 2021-05-28 2022-10-11 华中科技大学 一种氨气的高温空气燃烧装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN117441080A (zh) 2024-01-23
JP2023039683A (ja) 2023-03-22
TWI833206B (zh) 2024-02-21
WO2023037643A1 (ja) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015037295A1 (ja) マルチ燃料対応のガスタービン燃焼器
JP4660594B2 (ja) 気体燃料の含有物を改質するための装置および方法
JP7076930B2 (ja) アンモニア燃料燃焼装置
JP5008062B2 (ja) 段階的燃料予混合器を備える燃焼器
JP2009108858A (ja) 燃焼器内でシンガスを燃焼させるための方法及び装置
US20100281876A1 (en) Fuel blanketing by inert gas or less reactive fuel layer to prevent flame holding in premixers
CA2894643A1 (en) Multi-fuel-capable gas turbine combustor
GB2449267A (en) Cool diffusion flame combustion
US20100183991A1 (en) Premixing burner and method for operating a premixing burner
JP2020038038A (ja) ガスタービン燃焼器
US6874323B2 (en) Low emissions hydrogen blended pilot
CA2897422A1 (en) Low nox combustion method and apparatus
JP2009052560A (ja) ガスタービン内における燃料及び空気の混合のためのシステム及び方法
EP2500645B1 (en) Oxygen-fired low-NOx gas burner and combustion method
US20030101729A1 (en) Retrofittable air assisted fuel injection method to control gaseous and acoustic emissions
TWI833206B (zh) 氨燃料燃燒裝置
Hayashi et al. Extending low-NOx operating range of a lean premixed–prevaporized gas turbine combustor by reaction of secondary mixtures injected into primary stage burned gas
JP2010054087A (ja) ガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法
KR102068037B1 (ko) 예혼합 및 확산화염 형성을 통한 저질소산화물 연소장치
JP2755603B2 (ja) ガスタービン燃焼器
KR20240064585A (ko) 암모니아 연료 연소장치
JP7210119B2 (ja) 工業炉
TWI839719B (zh) 燃燒裝置
WO2023037644A1 (ja) 燃焼装置
JP4352824B2 (ja) 希薄予蒸発予混合燃焼器