WO2020054750A1 - ボイラ - Google Patents

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WO2020054750A1
WO2020054750A1 PCT/JP2019/035619 JP2019035619W WO2020054750A1 WO 2020054750 A1 WO2020054750 A1 WO 2020054750A1 JP 2019035619 W JP2019035619 W JP 2019035619W WO 2020054750 A1 WO2020054750 A1 WO 2020054750A1
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wall
burner
furnace
fuel
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PCT/JP2019/035619
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聚偉 張
隆政 伊藤
咲子 石原
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株式会社Ihi
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    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/008—Adaptations for flue gas purification in steam generators
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23N1/085—Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water using electrical or electromechanical means
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/10—Nitrogen; Compounds thereof

Definitions

  • the present disclosure relates to a boiler.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-169588 for which it applied to Japan on September 11, 2018, and uses the content here.
  • Patent Document 1 discloses a combined energy system that burns a fuel containing ammonia. This combined energy system burns natural gas, which is the main fuel, by adding ammonia to the fuel for the purpose of reducing carbon dioxide emissions.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems, and has an object to suppress corrosion of a furnace wall due to hydrogen sulfide in a boiler that co-fires a fuel containing a sulfur component and an ammonia fuel.
  • a boiler according to one embodiment of the present disclosure is a boiler that co-fires a sulfur-containing fuel and ammonia as a fuel, and includes a furnace having a plurality of walls, a burner installed on at least one of the walls of the furnace, and An ammonia injection port for flowing the ammonia to be burned as fuel along the inner wall surface of the wall where the burner is not installed.
  • the furnace may include, as the wall portion, a front wall on which the burner is installed, a rear wall on which the burner is installed and opposed to the front wall, And a side wall connected to the rear wall and not provided with the burner, wherein the ammonia injection port is at least one of the front wall and the rear wall, and is more horizontal than the burner in the horizontal direction. It may be arranged near the side wall.
  • the ammonia injection port may be configured to inject the ammonia along a direction in which the burner injects the fuel.
  • the ammonia injection port may be further provided on the side wall.
  • the furnace includes, as the wall portion, a hopper wall that narrows toward a discharge port that discharges ash to the outside, and the ammonia injection port extends along an inner wall surface of the hopper wall. It may be configured to flow ammonia.
  • part of the ammonia burned as fuel flows from the ammonia injection port along the inner wall surface of the wall where the burner is not installed.
  • the inner wall surface of the wall where the burner is installed is maintained at a high oxygen concentration by the combustion air injected from the burner, and it is difficult to form a strong reduction region, so the hydrogen sulfide concentration is relatively low and it is hard to corrode .
  • the inner wall surface of the wall portion where the burner is not installed has a relatively low oxygen concentration and a high hydrogen sulfide concentration, and thus is easily corroded.
  • ammonia injected from the ammonia injection port is combusted near the inner wall surface of the wall where the burner is not installed, and many OH radicals are generated near the inner wall surface.
  • the oxidation reaction of hydrogen sulfide near the inner wall surface of the wall portion where the burner is not installed is promoted, and it is possible to suppress the corrosion of the wall portion by hydrogen sulfide. Therefore, according to the present disclosure, in a boiler that co-fires a fuel containing a sulfur component and an ammonia fuel, it is possible to suppress corrosion of the furnace wall by hydrogen sulfide.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of a boiler according to a first embodiment of the present disclosure. It is a typical perspective view containing a furnace for showing arrangement of a burner and an ammonia injection port with which a boiler in a 1st embodiment of this indication is provided. It is a plane sectional view containing a side wall of a furnace with which a boiler in a second embodiment of the present disclosure is provided. It is a typical perspective view including a furnace for showing arrangement of a burner and an ammonia injection port with which a boiler in a third embodiment of the present disclosure is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of a boiler 1 according to the first embodiment.
  • the boiler 1 includes a furnace 2, a flue 3, a burner 4, a two-stage combustion air supply unit 5, an ammonia supply unit 6, and a pulverized coal supply unit 7.
  • the furnace 2 is a furnace body that is constituted by vertical and cylindrical furnace walls and that burns fuel such as ammonia or pulverized coal to generate combustion heat.
  • fuel such as ammonia or pulverized coal to generate combustion heat.
  • high-temperature combustion gas is generated by burning the fuel.
  • a discharge port 2a for discharging ash generated by fuel combustion to the outside.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view including the furnace 2 for showing the arrangement of the burner 4 and the ammonia injection port 2f described later.
  • the double circle indicates the position of the burner 4
  • the small single circle indicates the position of the ammonia injection port 2f described later.
  • a large single circle indicates an arrangement position of a later-described two-stage combustion air port 2g.
  • the furnace 2 has a rectangular hollow shape in plan view, and has a front wall 2 b, a rear wall 2 c, a side wall 2 d, and a hopper wall 2 e as wall portions.
  • the front wall 2b is a wall disposed on the front side of the furnace 2.
  • the rear wall 2c is a wall disposed on the rear side of the furnace 2, and is disposed to face the front wall 2b.
  • the side wall 2d is a wall that connects the front wall 2b and the rear wall 2c.
  • Two side walls 2d are provided.
  • the hopper wall 2 e is formed of an inclined wall that narrows toward the discharge port 2 a and forms the bottom of the furnace 2.
  • the front wall 2b and the rear wall 2c are the walls on which the burners 4 are installed.
  • the side walls 2d and the hopper walls 2e are walls on which the burners 4 are not installed.
  • an ammonia injection port 2f that injects ammonia supplied from the ammonia supply unit 6 toward the inside of the furnace 2 on the front wall 2b and the rear wall 2c, which are walls on which the burners 4 are installed, is provided. A plurality is provided.
  • the ammonia injection port 2f provided on the front wall 2b is disposed closer to the side wall 2d than the burner 4 provided on the front wall 2b. That is, when viewed from one side wall 2d, the ammonia injection port 2f closest to the side wall 2d is arranged closer to the burner 4 closest to the side wall 2d.
  • the ammonia injection port 2f injects ammonia along the injection direction of the fuel injected from the burner 4, and allows the ammonia to flow along the inner wall surface of the side wall 2d.
  • the ammonia injected from the ammonia injection port 2f is a part of the ammonia that is originally supplied to the burner 4 as fuel, and is injected into the furnace 2 and then burned inside the furnace 2.
  • ammonia combusted as fuel is injected from the ammonia injection port 2f along the inner wall surface of the side wall 2d where the burner 4 is not provided.
  • ammonia injection port 2f is illustrated in FIG. 1 to conceptually indicate that the furnace 2 is provided with the ammonia injection port 2f, the position of the ammonia injection port 2f in FIG. It does not indicate the location of the location. Actually, as shown in FIG. 2, the ammonia injection port 2f is disposed between the burner 4 and the side wall 2d in the horizontal direction.
  • the flue 3 is connected to the upper part of the furnace 2, and guides the combustion gas generated in the furnace 2 to the outside as exhaust gas.
  • the flue 3 includes a horizontal flue 3a extending horizontally from the upper part of the furnace 2 and a rear flue 3b extending downward from an end of the horizontal flue 3a.
  • the boiler 1 includes a superheater installed at an upper part of the furnace 2 or the like.
  • the superheater generates steam by exchanging heat between combustion heat generated in the furnace 2 and water.
  • the boiler 1 includes a reheater, a economizer, an air preheater, and the like as necessary.
  • the burner 4 is arranged on the lower wall of the furnace 2.
  • a plurality of burners 4 are provided in the circumferential direction of the furnace 2.
  • a plurality of burners 4 are also provided in the height direction of the furnace 2.
  • the burner 4 is arranged two-dimensionally and opposed to the lower part of the furnace 2, and injects and burns fuel.
  • the burners 4 are all composite burners that can be injected into the furnace 2 using ammonia and pulverized coal as fuel.
  • the furnace 2 is provided with an ignition device for igniting the fuel (ammonia and pulverized coal) injected from the burner 4.
  • the boiler 1 has a combustion air supply unit that supplies combustion air to the burner 4.
  • the fuel (ammonia and pulverized coal) injected from each burner 4 into the furnace 2 together with the combustion air is ignited and burned by the operation of the above-described ignition device.
  • the burners 4 installed in the boiler 1 need not all be composite burners as described above.
  • a configuration including a burner exclusively for coal may be employed.
  • at least one burner 4 is capable of burning using ammonia as fuel, and is capable of co-firing ammonia and pulverized coal inside the furnace 2.
  • ammonia is a compound of hydrogen (H) and nitrogen (N) as shown by the molecular formula, and does not include carbon (C) as a constituent atom.
  • Ammonia (low-carbon fuel) is a hydrogen carrier substance having three hydrogen atoms, similar to methane (CH 3 ), although it is known as a flame-retardant substance.
  • Pulverized coal is obtained by pulverizing coal, which is a fossil fuel, to a size of about several micrometers, and is generally used as fuel for boilers. That is, ammonia is a low-carbon fuel having a lower carbon concentration than pulverized coal (carbon fuel).
  • the two-stage combustion air supply unit 5 is connected to the furnace 2 above the burner 4 and supplies air for the two-stage combustion into the furnace 2.
  • the two-stage combustion air supply unit 5 By supplying air for two-stage combustion by the two-stage combustion air supply unit 5, the unburned portion of the fuel burned by the burner 4 is burned by the two-stage combustion air.
  • the heat collection performance of the boiler 1 can be improved, and the unburned fuel content in the exhaust gas can be reduced.
  • the ammonia supply section 6 includes an ammonia supply source 6a, a burner supply section 6b, a port supply section 6c, and an ammonia supply control device 6d.
  • the ammonia supply source 6a includes a tank for storing ammonia.
  • the ammonia supply source 6a does not necessarily need to be a component of the ammonia supply unit 6. That is, the ammonia supply unit 6 may take in ammonia from the ammonia supply source 6a provided outside.
  • the burner supply section 6b includes a burner supply pipe 6b1 that connects the ammonia supply source 6a and the burner 4, and an overall flow rate control valve 6b2 and a burner supply amount control valve 6b3 that are installed at an intermediate portion of the burner supply pipe 6b1. I have.
  • the burner supply pipe 6b1 guides the ammonia supplied from the ammonia supply source 6a to the burner 4.
  • the overall flow control valve 6b2 controls the overall flow rate of ammonia supplied from the ammonia supply source 6a to the burner supply pipe 6b1.
  • the total flow rate of ammonia means the flow rate of ammonia to be burned as fuel.
  • the burner supply amount control valve 6b3 is disposed downstream of the overall flow control valve 6b2, and controls the flow rate of ammonia supplied to the burner 4.
  • the port supply unit 6c includes a port supply pipe 6c1 connected to the ammonia injection port 2f of the furnace 2, and a port supply amount control valve 6c2 installed at an intermediate portion of the port supply pipe 6c1.
  • One end of the port supply pipe 6c1 is connected to the burner supply pipe 6b1 between the overall flow rate control valve 6b2 and the burner supply amount control valve 6b3. That is, the port supply pipe 6c1 connects the burner supply unit 6b and the ammonia injection port 2f, takes in part of the ammonia from the burner supply unit 6b, and guides the ammonia to the ammonia injection port 2f.
  • the port supply control valve 6c2 controls the flow rate of ammonia injected from the ammonia injection port 2f.
  • the ammonia supply control device 6d controls the overall flow rate control valve 6b2, the burner supply amount control valve 6b3, and the port supply amount control valve 6c2, and controls the overall flow rate control valve 6b2, the burner supply amount control valve 6b3, and the port supply amount control valve 6c2. Adjust the opening.
  • the ammonia supply control device 6d adjusts the overall flow rate of ammonia taken in from the ammonia supply source 6a by adjusting the opening of the overall flow rate control valve 6b2 based on an external command or the like.
  • the distribution of the ammonia taken in from the ammonia supply source 6a to the burner 4 and the ammonia injection port 2f is determined by the opening degree of the burner supply amount adjustment valve 6b3 and the port supply amount adjustment valve 6c2. That is, the burner supply amount adjustment valve 6b3 and the port supply amount adjustment valve 6c2 constitute a mechanism (distribution adjustment mechanism 6b4) for adjusting the distribution ratio of ammonia between the burner 4 and the ammonia injection port 2f.
  • the ammonia supply control device 6d controls the distribution control mechanism 6b4 including the burner supply control valve 6b3 and the port supply control valve 6c2, thereby controlling the distribution ratio of ammonia to the burner 4 and the ammonia injection port 2f.
  • the pulverized coal supply unit 7 is connected to the burner 4, and pulverizes the coal into pulverized coal and supplies the pulverized coal to the burner 4.
  • the pulverized coal supply unit 7 includes, for example, a mill that pulverizes coal to a particle size of about several micrometers to produce pulverized coal, and a coal feeder that supplies the pulverized coal generated by the mill to the burner 4.
  • the pulverized coal supply unit 7 may be configured to directly supply pulverized coal to the burner 4 from a mill without a coal feeder.
  • ammonia is supplied to the burner 4 from the ammonia supply unit 6
  • pulverized coal is supplied to the burner 4 from the pulverized coal supply unit 7, and a flame is formed by the burner 4 using the ammonia and the pulverized coal as fuel.
  • by supplying the air for two-stage combustion into the furnace 2 by the two-stage combustion air supply unit 5 unburned fuel contained in the combustion gas is burned.
  • the combustion gas generated by burning the fuel moves from the lower part to the upper part of the furnace 2 and is guided to the outside through the flue 3.
  • the ammonia injected from the ammonia injection port 2f of the furnace 2 flows along the inner wall surface of the side wall 2d, and is burned near the inner wall surface of the side wall 2d.
  • the inner wall surfaces of the front wall 2b and the rear wall 2c where the burners 4 are installed are maintained at a high oxygen concentration by the combustion air injected from the burners 4, and a strong reduction region Are not easily formed. Therefore, the vicinity of the inner wall surfaces of the front wall 2b and the rear wall 2c has a relatively low hydrogen sulfide concentration and is less likely to corrode than the vicinity of the inner wall surface of the side wall 2d.
  • the vicinity of the inner wall surface of the side wall 2d where the burner 4 is not installed is relatively far from the burner 4, so that the oxygen concentration is relatively low and the hydrogen sulfide concentration is likely to be high.
  • the ammonia injected from the ammonia injection port 2f is burned near the inner wall surface of the side wall 2d, and many OH radicals are generated near the inner wall surface of the side wall 2d.
  • the oxidation reaction of hydrogen sulfide in the vicinity of the inner wall surface of the side wall 2d is promoted, and the corrosion of the side wall 2d by the hydrogen sulfide can be suppressed. That is, according to the boiler 1 of the present embodiment, it is possible to suppress corrosion of the wall of the furnace 2 due to hydrogen sulfide when co-firing a fuel containing a sulfur component and an ammonia fuel.
  • the furnace 2 has, as wall portions, a front wall 2b on which a burner is installed, a rear wall 2c on which a burner 4 is installed and opposed to the front wall 2b, It has a side wall 2d that connects the wall 2b and the rear wall 2c and has no burner 4 installed, and an ammonia injection port 2f is provided on both the front wall 2b and the rear wall 2c, and the ammonia injection port 2f Are also disposed closer to the side wall 2d. Therefore, a region having a high OH radical concentration can be reliably formed between the flame formed by the burner 4 and the side wall 2d, and the corrosion of the side wall 2d can be more reliably suppressed.
  • the ammonia injection port 2f injects ammonia along the direction in which the burner 4 injects fuel. Therefore, the flow of ammonia injected from the ammonia injection port 2f is prevented from intersecting with the flow of fuel injected from the burner 4, and the fuel injected from the burner 4 by the ammonia injected from the ammonia injection port 2f is prevented. The obstruction of the flow can be prevented.
  • FIG. 3 is a plan sectional view including the side wall 2d of the furnace 2 provided in the boiler of the present embodiment.
  • an ammonia injection port 2f is provided on the side wall 2d in addition to the front wall 2b and the rear wall 2c.
  • the ammonia injection port 2f installed on the side wall 2d is arranged at a substantially central portion in the horizontal direction (front-rear direction) connecting the front wall 2b and the rear wall 2c, and has a gentle flow velocity along the inner wall surface of the side wall 2d. Ammonia is ejected at.
  • the central portion in the front-rear direction is far from the ammonia injection port 2f provided on the front wall 2b and the rear wall 2c. Therefore, there is a possibility that the ammonia injected from the ammonia injection ports 2f provided on the front wall 2b and the rear wall 2c does not reach the center in the front-rear direction.
  • the ammonia injection port 2f also on the side wall 2d as in the present embodiment, it becomes possible to flow ammonia over a wider range of the inner wall surface of the side wall 2d, and the side wall 2d can be spread over a wider range. Corrosion can be suppressed. Therefore, according to the boiler of the present embodiment, since the ammonia injection port 2f is provided on the side wall 2d, it is possible to prevent corrosion of the side wall 2d in a wider range.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view including the furnace 2 for showing the arrangement of the burner 4 and the ammonia injection port 2f in the boiler of the present embodiment.
  • a plurality of ammonia injection ports 2f are provided on the hopper wall 2e where the burner 4 is not installed.
  • the ammonia injection port 2f provided in the hopper wall 2e injects ammonia along the inner wall surface of the hopper wall 2e.
  • the ammonia injected from the ammonia injection port 2f provided in the hopper wall 2e flows along the inner wall surface of the hopper wall 2e and burns near the inner wall surface of the hopper wall 2e.
  • a region having a high OH radical concentration is formed near the inner wall surface of the hopper wall 2e. Therefore, the oxidation reaction of hydrogen sulfide is promoted in the vicinity of the inner wall surface of the hopper wall 2e, and the corrosion of the hopper wall 2e can be suppressed.
  • another ammonia injection port 2f is provided between the ammonia injection ports 2f arranged at the same height.
  • No configuration was adopted.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • one or more ammonia injection ports 2f are arranged between the ammonia injection ports 2f arranged at the same height. You may do it.
  • the present disclosure is applied to a so-called opposed-combustion boiler in which the burners 4 are installed on the front wall 2b and the rear wall 2c of the furnace 2.
  • the present disclosure is not limited to this, and may be applied to a circulating-combustion boiler or the like as long as it includes a furnace having a wall portion where no burner is installed.
  • the boiler for co-firing pulverized coal and ammonia as fuel has been described.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • a configuration in which natural gas and ammonia are co-fired as fuel a configuration in which heavy oil or light oil and ammonia are co-fired as fuel, and the like may be employed. That is, the present disclosure can be applied to a boiler capable of co-firing using a sulfur-containing fuel and ammonia as fuel.
  • the present disclosure can be applied to a boiler for co-firing a fuel containing a sulfur component and an ammonia fuel.

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Abstract

本開示のボイラは、硫黄含有燃料及びアンモニアを燃料として混焼するボイラ（１）であって、複数の壁部（２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）を有する火炉（２）と、火炉の少なくともいずれかの壁部に設置されたバーナ（４）と、燃料として燃焼されるアンモニアをバーナが設置されていない壁部の内壁面に沿って流すアンモニア噴射ポート（２ｆ）と、を備える。

Description

ボイラ
　本開示は、ボイラに関する。 
　本願は、２０１８年９月１１日に日本に出願された特願２０１８－１６９５８８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、アンモニアを含む燃料を燃焼させる複合エネルギーシステムが開示されている。この複合エネルギーシステムは、二酸化炭素の排出量を削減することを目的として、主燃料である天然ガスにアンモニアを添加して燃焼させる。
日本国特開２０１６－０３２３９１号公報
　ところで、天然ガスや微粉炭等の硫黄成分を含有する物質を燃料として燃焼させると、腐食性の硫化水素（Ｈ２Ｓ）が発生する。発生した硫化水素に火炉が長期間晒されることによって、火炉の腐食が徐々に進行することになり、定期的にボイラのメンテナンスが必要となる。特に、火炉の上部にて未燃分の燃料を再燃焼させる二段燃焼方式を採用する場合には、火炉の中央部における主燃焼領域に燃料濃度が高い還元領域が形成され、多くの硫化水素が発生することから、腐食の進行がしやすい。
　本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、硫黄成分を含む燃料とアンモニア燃料とを混焼するボイラにおいて、硫化水素による火炉の壁部の腐食を抑制することを目的とする。
　本開示の一態様のボイラは、硫黄含有燃料及びアンモニアを燃料として混焼するボイラであって、複数の壁部を有する火炉と、上記火炉の少なくともいずれかの壁部に設置されたバーナと、上記燃料として燃焼される上記アンモニアを上記バーナが設置されていない上記壁部の内壁面に沿って流すアンモニア噴射ポートと、を備える。
　上記一態様のボイラにおいて、上記火炉が、上記壁部として、上記バーナが設置された前壁と、上記バーナが設置されると共に上記前壁に対向配置される後壁と、上記前壁と上記後壁とを接続すると共に上記バーナが設置されていない側壁とを備え、上記アンモニア噴射ポートが、上記前壁及び上記後壁の少なくともいずれか一方であって、水平方向にて上記バーナよりも上記側壁寄りに配置されていてもよい。
　上記一態様のボイラにおいて、上記アンモニア噴射ポートが、上記バーナが上記燃料を噴射する方向に沿って上記アンモニアを噴射するよう構成されていてもよい。
　上記一態様のボイラにおいて、上記アンモニア噴射ポートが、さらに上記側壁に設置されていてもよい。
　上記一態様のボイラにおいて、上記火炉が、上記壁部として、灰分を外部に排出する排出口に向けて窄むホッパ壁を備え、上記アンモニア噴射ポートが、上記ホッパ壁の内壁面に沿って上記アンモニアを流すよう構成されていてもよい。
　本開示によれば、燃料として燃焼されるアンモニアの一部がアンモニア噴射ポートから、バーナが設置されていない壁部の内壁面に沿って流される。バーナが設置された壁部の内壁面はバーナから噴射される燃焼用の空気によって酸素濃度が高い状態に維持され、強い還元領域が形成されにくいため、硫化水素濃度が相対的に低く腐食しにくい。一方で、バーナが設置されていない壁部の内壁面は、相対的に酸素濃度が低く、硫化水素濃度が高くなるため、腐食しやすい。本開示によれば、アンモニア噴射ポートから噴射されたアンモニアが、バーナが設置されていない壁部の内壁面近傍で燃焼され、この内壁面の近傍に多くのＯＨラジカルが生成される。この結果、バーナが設置されていない壁部の内壁面近傍における硫化水素の酸化反応が促進され、硫化水素による壁部の腐食を抑制することが可能となる。したがって、本開示によれば、硫黄成分を含む燃料とアンモニア燃料とを混焼するボイラにおいて、硫化水素による火炉の壁部の腐食を抑制することが可能となる。
本開示の第１実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。 本開示の第１実施形態におけるボイラが備えるバーナ及びアンモニア噴射ポートの配置を示すための火炉を含む模式的な斜視図である。 本開示の第２実施形態におけるボイラが備える火炉の側壁を含む平面断面図である。 本開示の第３実施形態におけるボイラが備えるバーナ及びアンモニア噴射ポートの配置を示すための火炉を含む模式的な斜視図である。
　以下、図面を参照して、本開示に係るボイラの一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態のボイラ１の要部構成を示す模式図である。図１に示すように、ボイラ１は、火炉２と、煙道３と、バーナ４と、二段燃焼空気供給部５と、アンモニア供給部６と、微粉炭供給部７とを備えている。
　火炉２は、垂直かつ筒状に設けられた炉壁によって構成され、アンモニアや微粉炭等の燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉体である。火炉２では、燃料が燃焼することによって高温の燃焼ガスが発生する。また、火炉２の底部には、燃料の燃焼によって発生する灰分を外部に排出する排出口２ａが設けられている。
　図２は、バーナ４及び後述のアンモニア噴射ポート２ｆの配置を示すための火炉２を含む模式的な斜視図である。なお、図２において、二重丸がバーナ４の配置位置を示し、小型の一重丸が後述のアンモニア噴射ポート２ｆの配置位置を示している。また、大型の一重丸が後述の二段燃焼用空気ポート２ｇの配置位置を示している。
　図２に示すように、本実施形態において火炉２は、平面視が矩形状の中空体形状とされており、壁部として、前壁２ｂ、後壁２ｃ、側壁２ｄ及びホッパ壁２ｅを有している。前壁２ｂは、火炉２の正面側に配置された壁部である。後壁２ｃは、火炉２の背面側に配置された壁部であり、前壁２ｂに対向配置されている。側壁２ｄは、前壁２ｂと後壁２ｃとを接続する壁部である。本実施形態においては、前壁２ｂと後壁２ｃとの水平方向における一端同士を接続する側壁２ｄと、前壁２ｂと後壁２ｃとの水平方向における他端同士を接続する側壁２ｄとの２つの側壁２ｄが設けられている。ホッパ壁２ｅは、排出口２ａに向けて窄む傾斜壁からなり、火炉２の底部を形成している。
　なお、火炉２が備える壁部のうち、前壁２ｂ及び後壁２ｃは、バーナ４が設置される壁部である。火炉２が備える壁部のうち、側壁２ｄ及びホッパ壁２ｅは、バーナ４が設置されていない壁部である。本実施形態のボイラ１では、バーナ４が設置された壁部である前壁２ｂ及び後壁２ｃにアンモニア供給部６から供給されたアンモニアを火炉２の内部に向けて噴射するアンモニア噴射ポート２ｆが複数設けられている。
　図２に示すように、前壁２ｂに設けられたアンモニア噴射ポート２ｆは、前壁２ｂに設けられたバーナ４よりも側壁２ｄ寄りに配置されている。つまり、１つの側壁２ｄから見て、この側壁２ｄに最も近いアンモニア噴射ポート２ｆは、この側壁２ｄに最も近いバーナ４よりも近接して配置されている。アンモニア噴射ポート２ｆは、バーナ４から噴射される燃料の噴射方向に沿ってアンモニアを噴射し、側壁２ｄの内壁面に沿ってアンモニアを流す。アンモニア噴射ポート２ｆから噴射されるアンモニアは、本来であれば燃料としてバーナ４に供給されるアンモニアの一部であり、火炉２の内部に噴射された後に、火炉２の内部にて燃焼される。このように、本実施形態のボイラ１においては、燃料として燃焼されるアンモニアがアンモニア噴射ポート２ｆから、バーナ４が設けられていない側壁２ｄの内壁面に沿って噴射されている。
　なお、図１において火炉２にアンモニア噴射ポート２ｆが設けられていることを概念的に示すためにアンモニア噴射ポート２ｆが図示されているが、図１におけるアンモニア噴射ポート２ｆの位置は、実際に設けられた位置を示すものではない。実際には、アンモニア噴射ポート２ｆは、図２に示すように、水平方向においてバーナ４と側壁２ｄとの間に配置されている。
　図１に戻り、煙道３は、火炉２の上部と接続され、火炉２で発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に案内する。煙道３は、火炉２の上部から水平に延出する水平煙道３ａと、水平煙道３ａの端部から下方に延出する後部煙道３ｂとを備えている。
　なお、図１では省略しているが、ボイラ１は、火炉２の上部等に設置される過熱器を備えている。過熱器は、火炉２で発生した燃焼熱と水とを熱交換することによって水蒸気を生成する。また、図１では省略しているが、ボイラ１は、必要に応じて再熱器、節炭器、空気予熱器等を備える。
　バーナ４は、火炉２の下部の壁部に配置されている。バーナ４は、火炉２の周方向に複数設置されている。また、図１では省略しているが、バーナ４は、火炉２の高さ方向にも複数設置されている。バーナ４は、火炉２の下部に二次元状かつ対向配置されており、燃料を噴射して燃焼させる。バーナ４は、何れもアンモニア及び微粉炭を燃料として火炉２内に噴射可能な複合バーナである。なお、図１では省略しているが、火炉２にはバーナ４から噴射された燃料（アンモニア及び微粉炭）を着火させる着火装置が設けられている。また、図１では省略しているが、ボイラ１は、バーナ４に対して燃焼空気を供給する燃焼空気供給部を有している。各バーナ４から火炉２内に燃焼空気と共に噴射された燃料（アンモニア及び微粉炭）は、上述の着火装置の働きによって着火して燃焼する。
　なお、ボイラ１に設置されるバーナ４は、全てが上述のような複合バーナである必要はない。例えば、石炭専焼のバーナを備える構成を採用してもよい。ただし、本実施形態のボイラ１においては、少なくとも１つのバーナ４がアンモニアを燃料として燃焼可能とされており、火炉２の内部にてアンモニアと微粉炭との混焼が可能とされている。
　ここで、アンモニア（ＮＨ３）は、分子式によって示されるように水素（Ｈ）と窒素（Ｎ）との化合物であり、構成原子として炭素（Ｃ）を含まない。また、アンモニア（低炭素燃料）は、難燃性の物質として知られるものの、メタン（ＣＨ３）と同様に３つの水素原子を有する水素キャリア物質である。微粉炭は、化石燃料である石炭を数マイクロメートル程度の大きさまで粉砕処理したものであり、ボイラ用の燃料として一般的に使用されている。すなわち、アンモニアは、微粉炭（炭素燃料）よりも炭素濃度が低い低炭素燃料である。
　二段燃焼空気供給部５は、バーナ４の上方にて火炉２と接続されており、火炉２の内部に二段燃焼用の空気を供給する。二段燃焼空気供給部５によって二段燃焼用の空気を供給することで、バーナ４で燃焼された燃料の未燃分が二段燃焼空気によって燃焼される。これにより、ボイラ１の収熱性能を高めると共に、排ガスに含まれる燃料の未燃分を減少させることができる。
　アンモニア供給部６は、アンモニア供給源６ａと、バーナ供給部６ｂと、ポート供給部６ｃと、アンモニア供給制御装置６ｄとを備えている。アンモニア供給源６ａは、アンモニアを貯蔵するタンク等からなる。なお、アンモニア供給源６ａは、必ずしもアンモニア供給部６の構成要素である必要はない。つまり、アンモニア供給部６は、外部に設置されたアンモニア供給源６ａからアンモニアを取り込むようにしても良い。
　バーナ供給部６ｂは、アンモニア供給源６ａとバーナ４とを接続するバーナ供給配管６ｂ１と、バーナ供給配管６ｂ１の途中部位に設置される全体流量調節弁６ｂ２及びバーナ供給量調節弁６ｂ３とを備えている。バーナ供給配管６ｂ１は、アンモニア供給源６ａから供給されたアンモニアのうち、バーナ４に供給される分を案内する。全体流量調節弁６ｂ２は、アンモニア供給源６ａからバーナ供給配管６ｂ１に供給されるアンモニアの全体流量を調節する。なお、アンモニアの全体流量は、燃料として燃焼すべきアンモニアの流量を意味する。バーナ供給量調節弁６ｂ３は、全体流量調節弁６ｂ２よりも下流側に配置されており、バーナ４に供給されるアンモニアの流量を調節する。　
　ポート供給部６ｃは、火炉２のアンモニア噴射ポート２ｆに接続されたポート供給配管６ｃ１と、ポート供給配管６ｃ１の途中部位に設置されたポート供給量調節弁６ｃ２とを備えている。ポート供給配管６ｃ１の一端は、全体流量調節弁６ｂ２とバーナ供給量調節弁６ｂ３との間にてバーナ供給配管６ｂ１と接続されている。つまり、ポート供給配管６ｃ１は、バーナ供給部６ｂとアンモニア噴射ポート２ｆとを接続しており、バーナ供給部６ｂからアンモニアの一部を取り込んで、アンモニア噴射ポート２ｆに案内する。ポート供給量調節弁６ｃ２は、アンモニア噴射ポート２ｆから噴射されるアンモニアの流量を調節する。
　アンモニア供給制御装置６ｄは、全体流量調節弁６ｂ２、バーナ供給量調節弁６ｂ３及びポート供給量調節弁６ｃ２を制御し、全体流量調節弁６ｂ２、バーナ供給量調節弁６ｂ３及びポート供給量調節弁６ｃ２の開度を調節する。アンモニア供給制御装置６ｄは、外部の指令等に基づいて、全体流量調節弁６ｂ２の開度を調節することによってアンモニア供給源６ａから取り込まれるアンモニアの全体流量を調節する。
　また、バーナ供給量調節弁６ｂ３とポート供給量調節弁６ｃ２との開度によって、アンモニア供給源６ａから取り込まれるアンモニアのバーナ４とアンモニア噴射ポート２ｆとへの配分が定まる。つまり、バーナ供給量調節弁６ｂ３とポート供給量調節弁６ｃ２とは、バーナ４とアンモニア噴射ポート２ｆとのアンモニアの配分割合を調節する機構（配分調節機構６ｂ４）を構成している。アンモニア供給制御装置６ｄは、バーナ供給量調節弁６ｂ３とポート供給量調節弁６ｃ２と含む配分調節機構６ｂ４を制御することによって、バーナ４とアンモニア噴射ポート２ｆとへのアンモニアの配分割合を調節する。
　微粉炭供給部７は、バーナ４と接続されており、石炭を粉砕して微粉炭とすると共に微粉炭をバーナ４に対して供給する。微粉炭供給部７は、例えば石炭を数マイクロメートル程度の粒径まで粉砕して微粉炭とするミルと、ミルによって生成された微粉炭をバーナ４に供給する給炭機とを備えている。なお、微粉炭供給部７は、給炭機を備えずにミルから直接的に微粉炭をバーナ４に供給する構成としてもよい。
　本実施形態のボイラ１では、アンモニア供給部６からバーナ４にアンモニアが供給され、微粉炭供給部７からバーナ４に微粉炭が供給され、アンモニア及び微粉炭を燃料としてバーナ４で火炎が形成される。また、二段燃焼空気供給部５によって二段燃焼用の空気が火炉２の内部に供給されることによって、燃焼ガスに含まれる未燃の燃料が燃焼される。燃料が燃焼されることで生成された燃焼ガスは、火炉２の下部から上部に移動し、煙道３を通じて外部に案内される。さらに、本実施形態のボイラ１では、火炉２のアンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアが、側壁２ｄの内壁面に沿って流れ、側壁２ｄの内壁面の近傍で燃焼される。
　本実施形態のボイラ１においては、バーナ４が設置された前壁２ｂ及び後壁２ｃの内壁面は、バーナ４から噴射される燃焼用の空気によって酸素濃度が高い状態に維持され、強い還元領域が形成されにくい。このため、前壁２ｂ及び後壁２ｃの内壁面の近傍は、側壁２ｄの内壁面の近傍と比較して相対的に硫化水素濃度が低く腐食しにくい。
　一方で、バーナ４が設置されていない側壁２ｄの内壁面の近傍は、バーナ４から遠いために相対的に酸素濃度が低く、硫化水素濃度が高くなりやすい。本実施形態のボイラ１においては、アンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアが、側壁２ｄの内壁面近傍で燃焼され、側壁２ｄの内壁面の近傍に多くのＯＨラジカルが生成される。この結果、側壁２ｄの内壁面近傍における硫化水素の酸化反応が促進され、硫化水素による側壁２ｄの腐食を抑制することが可能となる。つまり、本実施形態のボイラ１によれば、硫黄成分を含む燃料とアンモニア燃料とを混焼する場合に、硫化水素による火炉２の壁部の腐食を抑制することが可能となる。
　また、本実施形態のボイラ１においては、火炉２が、壁部として、バーナが設置された前壁２ｂと、バーナ４が設置されると共に前壁２ｂに対向配置される後壁２ｃと、前壁２ｂと後壁２ｃとを接続すると共にバーナ４が設置されていない側壁２ｄとを備え、アンモニア噴射ポート２ｆが、前壁２ｂ及び後壁２ｃの両方に設けられ、水平方向にてバーナ４よりも側壁２ｄ寄りに配置されている。このため、バーナ４で形成された火炎と側壁２ｄとの間に確実にＯＨラジカルの濃度が高い領域を形成することができ、より確実に側壁２ｄの腐食を抑制することができる。
　また、本実施形態のボイラ１においてアンモニア噴射ポート２ｆは、バーナ４が燃料を噴射する方向に沿ってアンモニアを噴射する。このため、アンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアの流れがバーナ４から噴射された燃料の流れと交差することを防止し、アンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアによってバーナ４から噴射された燃料の流れが妨げられることを防止することができる。
（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図３は、本実施形態のボイラが備える火炉２の側壁２ｄを含む平面断面図である。この図に示すように、本実施形態においては、アンモニア噴射ポート２ｆが、前壁２ｂ及び後壁２ｃに加えて側壁２ｄにも設置されている。側壁２ｄに設置されたアンモニア噴射ポート２ｆは、前壁２ｂと後壁２ｃとを結ぶ水平方向（前後方向）の略中央部に配置されており、側壁２ｄの内壁面に沿うように緩やかな流速にてアンモニアを噴出する。
　上記前後方向における中央部は、前壁２ｂ及び後壁２ｃに設けられたアンモニア噴射ポート２ｆから遠い。したがって、前壁２ｂ及び後壁２ｃに設けられたアンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアが上記前後方向における中央部まで到達しない可能性がある。本実施形態のように、側壁２ｄに対してもアンモニア噴射ポート２ｆを設置することによって、側壁２ｄの内壁面のより広い範囲にアンモニアを沿って流すことが可能となり、より広い範囲にて側壁２ｄの腐食を抑止することが可能となる。したがって、本実施形態のボイラによれば、アンモニア噴射ポート２ｆが側壁２ｄに設けられていることにより、より広い範囲で側壁２ｄの腐食を防止することが可能となる。
（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図４は、本実施形態のボイラにおけるバーナ４及びアンモニア噴射ポート２ｆの配置を示すための火炉２を含む模式的な斜視図である。この図に示すように、本実施形態においては、バーナ４が設置されていないホッパ壁２ｅに対して、複数のアンモニア噴射ポート２ｆが設けられている。ホッパ壁２ｅに設けられたアンモニア噴射ポート２ｆは、ホッパ壁２ｅの内壁面に沿ってアンモニアを噴射する。
　本実施形態のボイラによれば、ホッパ壁２ｅに設けられたアンモニア噴射ポート２ｆから噴射されたアンモニアがホッパ壁２ｅの内壁面に沿って流れ、ホッパ壁２ｅの内壁面の近傍で燃焼することによって、ホッパ壁２ｅの内壁面の近傍にＯＨラジカルの濃度が高い領域が形成される。このため、ホッパ壁２ｅの内壁面の近傍で硫化水素の酸化反応が促進され、ホッパ壁２ｅの腐食を抑制することが可能となる。このように、本実施形態のボイラによれば、側壁２ｄのみならず、ホッパ壁２ｅが硫化水素によって腐食されることを防止することが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、上記第１実施形態や第３実施形態においては、図２や図４に示すように、同一高さに配置されたアンモニア噴射ポート２ｆの間に、他のアンモニア噴射ポート２ｆが設置されてない構成を採用した。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、前壁２ｂや後壁２ｃにおいてさらに耐腐食性を向上させる必要がある場合には、同一高さに配置されたアンモニア噴射ポート２ｆの間に、１つあるいは複数のアンモニア噴射ポート２ｆを配置するようにしても良い。
　また、上記実施形態においては、火炉２の前壁２ｂと後壁２ｃとにバーナ４が設置されたいわゆる対向燃焼式のボイラに本開示を適用した例について説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではなく、バーナが設置されていない壁部を有する火炉を備えるものであれば、循環燃焼式のボイラ等に適用してもよい。
　また、上記実施形態においては、火炉２の上部に二段燃焼用の空気を供給する構成を採用した。しかしながら、本開示は、二段燃焼用の空気を供給しないボイラに適用してもよい。
　また、上記実施形態においては、微粉炭とアンモニアとを燃料として混焼させるボイラについて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、天然ガスとアンモニアを燃料として混焼させる構成、重油や軽油とアンモニアを燃料として混焼させる構成等を採用してもよい。つまり、本開示は、硫黄含有燃料とアンモニアとを燃料として混焼可能なボイラに適用することが可能である。
　本開示は、硫黄成分を含む燃料とアンモニア燃料とを混焼するボイラに適用することができる。
１……ボイラ
２……火炉
２ａ……排出口
２ｂ……前壁（壁部）
２ｃ……後壁（壁部）
２ｄ……側壁（壁部）
２ｅ……ホッパ壁（壁部）
２ｆ……アンモニア噴射ポート
２ｇ……二段燃焼用空気ポート
３……煙道
３ａ……水平煙道
３ｂ……後部煙道
４……バーナ
５……二段燃焼空気供給部
６……アンモニア供給部
６ａ……アンモニア供給源
６ｂ……バーナ供給部
６ｂ１……バーナ供給配管
６ｂ２……全体流量調節弁
６ｂ３……バーナ供給量調節弁
６ｂ４……配分調節機構
６ｃ……ポート供給部
６ｃ１……ポート供給配管
６ｃ２……ポート供給量調節弁
６ｄ……アンモニア供給制御装置
７……微粉炭供給部

Claims (5)

  1. 　硫黄含有燃料及びアンモニアを燃料として混焼するボイラであって、
    　複数の壁部を有する火炉と、
    　前記火炉の少なくともいずれかの壁部に設置されたバーナと、
    　前記燃料として燃焼される前記アンモニアを前記バーナが設置されていない前記壁部の内壁面に沿って流すアンモニア噴射ポートと、
    を備えるボイラ。
  2. 　前記火炉が、前記壁部として、前記バーナが設置された前壁と、前記バーナが設置されると共に前記前壁に対向配置される後壁と、前記前壁と前記後壁とを接続すると共に前記バーナが設置されていない側壁とを備え、
    　前記アンモニア噴射ポートは、前記前壁及び前記後壁の少なくともいずれか一方であって、水平方向にて前記バーナよりも前記側壁寄りに配置されている請求項１記載のボイラ。
  3. 　前記アンモニア噴射ポートは、前記バーナが前記燃料を噴射する方向に沿って前記アンモニアを噴射するよう構成される請求項２記載のボイラ。
  4. 　前記アンモニア噴射ポートは、さらに前記側壁に設置されている請求項２または３記載のボイラ。
  5. 　前記火炉が、前記壁部として、灰分を外部に排出する排出口に向けて窄むホッパ壁を備え、
    　前記アンモニア噴射ポートは、前記ホッパ壁の内壁面に沿って前記アンモニアを流すよう構成される請求項１～４いずれか一項に記載のボイラ。
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