特許 6332578 燃焼方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6332578

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】燃焼方法

(51)【国際特許分類】

   F23C 1/12 20060101AFI20180521BHJP

   F23C 5/08 20060101ALI20180521BHJP

   F23D 17/00 20060101ALI20180521BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   F23C1/12

   F23C5/08

   F23D17/00 103

   F23K5/00 301Z

【請求項の数】1

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-500951(P2018-500951)

(86)(22)【出願日】2017年9月8日

(86)【国際出願番号】JP2017032407

【審査請求日】2018年1月11日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】谷川 博昭

(72)【発明者】

【氏名】和田 泰孝

(72)【発明者】

【氏名】大内 優

(72)【発明者】

【氏名】田中 輝夫

【審査官】 大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０４１９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０００９０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１６−１８３８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８３８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１８７７０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｃ１／１２

Ｆ２３Ｃ５／０８

Ｆ２３Ｄ１７／００

Ｆ２３Ｋ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微粉炭及びアンモニアをボイラにおいて燃焼させて発電を行う火力発電設備で実行され、前記ボイラでの燃焼に用いられるアンモニアの微粉炭との混焼率が、０．８％以上である、燃焼方法であって、
前記ボイラは、前記微粉炭を噴射させる微粉炭噴射ノズルと、前記アンモニアを噴射させるアンモニア噴射ノズルと、を備え、
前記アンモニア噴射ノズルは、前記微粉炭噴射ノズルから噴射される微粉炭の燃焼火炎の長さ方向に対して垂直な断面を円に近似した場合、前記円の接線方向に、前記アンモニアを噴射する噴射口を備える燃焼方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、火力発電所等の発電設備のボイラは、石炭・天然ガス・軽油・重油等の化石燃料をバーナで燃焼させた熱を利用して高温高圧蒸気を発生させている。しかし、これらの化石燃料を燃焼させると二酸化炭素が発生するため、地球温暖化の原因になる。このため、近年、カーボンクレジット（排出枠）といった形で二酸化炭素を抑制する動きがある。
例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）は、二酸化炭素の排出量がＬＰＧ（液化石油ガス）より少ない。このため、ＬＮＧを燃料として用いることが行われている。ＬＮＧ等のガス燃料は、輸送の際に便宜上、液化が必要である。しかし、ＬＮＧの場合、液化するためにマイナス１８０度程度の低温状態にする必要があるため、液化が容易ではなく、設備のコストもかかる。
このため、二酸化炭素を発生しない燃料として、アンモニアガスの利用が提案されている（例えば特許文献１参照）。アンモニアはマイナス３３度程度で液化する。このため、例えば、液化にマイナス１８０度程度必要なＬＮＧと比べて液化が容易で、設備のコストも安価ですむ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１８３８４０号公報

【特許文献2】特開２００７−１７０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、アンモニアを燃焼させると、アンモニア成分中に含まれる窒素分が酸素と結び付き、窒素酸化物となる懸念がある。

【0005】

また、アンモニアは燃焼速度が小さく、具体的には、例えばプロパンの燃焼速度が４０ｃｍ／ｓであるところ、アンモニアの燃焼速度は、８ｃｍ／ｓにすぎない。このため、アンモニアを燃焼させた場合の火炎は長くなる。
したがって、アンモニアを他燃料と混焼させる場合、例えば、特許文献２の図３及び図４に見られるような同軸バーナを用いて、水平に同軸で噴射して燃焼させると、アンモニアの火炎が伸びてしまい、燃焼空間の大小や形状によっては、不完全燃焼してしまう可能性がある。

【0006】

そこで、本発明は、窒素酸化物の発生や不完全燃焼を極力抑える発電設備及び燃焼方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備えている。

【0008】

（１） 微粉炭及びアンモニアをボイラにおいて燃焼させて発電を行う火力発電設備で実行される燃焼方法であって、前記ボイラでの燃焼に用いられるアンモニアの微粉炭との混焼率が、０．８％以上である、燃焼方法。

【0009】

（２） 前記ボイラは、前記微粉炭を噴射させる微粉炭噴射ノズルと、前記アンモニアを噴射させるアンモニア噴射ノズルと、を備え、前記アンモニア噴射ノズルは、前記微粉炭噴射ノズルから噴射される微粉炭の燃焼火炎の長さ方向に対して垂直な断面を円に近似した場合、前記円の接線方向に、前記アンモニアを噴射する噴射口を備えてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、窒素酸化物の発生や不完全燃焼の発生を極力抑える発電設備及び燃焼方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の発電設備の概略図である。

【図2A】４段のバーナを説明する図である。

【図2B】最上段のバーナの構成例を説明する図である。

【図2C】最上段のバーナの構成例を説明する図である。

【図2D】最上段のバーナの構成例を説明する図である。

【図3】燃焼試験に用いたアンモニア量を示す図である。

【図4】燃焼試験に用いた石炭使用量の変遷を示す図である。

【図5】ボイラ出口での測定箇所を示す図である。

【図6】燃焼試験におけるボイラ出口でのＮＯｘ量の変遷を示す図である。

【図7】ボイラからの排気ガス中のＣＯ_２含有量の変遷を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について各図面を参照しながら詳述する。
〔１．発明の構成〕
以下、本発明の実施形態の火力発電設備１について説明する。図１は実施形態の火力発電設備１の概略図である。実施形態の火力発電設備１は、アンモニアガスを燃焼可能なシステムであるが、微粉炭、油、天然ガスやＢＯＧ（ｂｏｉｌ ｏｆｆ ｇａｓ）等のアンモニアガス以外も燃焼可能な混焼発電設備１である。

【0013】

火力発電設備１は、アンモニアガス供給設備２と、アンモニアガス燃料用配管設備３と、ボイラ６と、脱硝設備９０と、ガス燃料配管１７０を介してアンモニアガス以外のガス燃料を供給するガス燃料供給部７０と、これら全体を制御する制御部７等を備える。

【0014】

［アンモニアガス供給設備２］
アンモニアガス供給設備２は、貯蔵タンク１０と、気化器２０と、アキュムレータ３０と、アンモニアガス吸収部８０等を備える。なお、アンモニアガス吸収部８０は、アンモニアガス供給設備２に設けられたブロー弁８１等から出るアンモニアガスを水中に吸収する貯水槽である。

【0015】

（貯蔵タンク１０）
貯蔵タンク１０は、加圧されて液化された液体アンモニアを貯蔵するもので、配管１１０を介して気化器２０に接続されている。配管１１０は、途中が２方向に分岐されている。分岐された一方の配管１１０ａには、気化器起動弁１１及び気化器２０内の圧力を制御する気化器圧力調整弁１２が上流側から順次配置されている。分岐された他方の配管１１０ｂには、気化器バイパス弁１３が配置されている。

【0016】

（気化器２０）
気化器２０は、貯蔵タンク１０から供給される液体アンモニアを加熱して気化させるものである。気化器２０において液体アンモニアは、温水中に浸漬されたコイル状配管内を通って昇温されて気化され、アンモニアガスとなる。気化器２０の下流側は、配管１２０を介してアキュムレータ３０に接続されている。
配管１２０は、途中が２方向に分岐されている。分岐された一方の配管１２０ａには、アキュムレータ起動弁２１、アキュムレータ３０内の圧力を制御するアキュムレータ圧力調整弁２２が上流側から順次配置されている。分岐された他方の配管１２０ｂには、アキュムレータバイパス弁２３が配置されている。

【0017】

（アキュムレータ３０）
アキュムレータ３０は、アンモニアガスを蓄積し、圧力を安定させる装置である。アキュムレータ３０の下流側からは配管１３０が延びている。配管１３０は、２方向に分岐されている。分岐された一方の配管１３２は、ヘッダー４０に接続されている。分岐された他方の配管１３１は、アンモニアガス燃料用配管設備３に接続されている。

【0018】

［ヘッダー４０］
ヘッダー４０の下流側には、配管１４０が接続され、配管１４０は複数の脱硝配管１４１，１４２，１４３に分岐され、それぞれの脱硝配管１４１，１４２，１４３は、脱硝遮断弁４１，４２，４３を介して脱硝設備９０に接続されている。

【0019】

［脱硝設備９０］
脱硝設備９０において、脱硝配管１４１，１４２，１４３は、それぞれ脱硝装置９１，９２，９３に接続されている。脱硝装置９１，９２，９３には、ボイラ６から燃焼で生じた排ガスが送り込まれ、脱硝配管１４１，１４２，１４３のうちの脱硝遮断弁４１，４２，４３が開いている配管から流入されたアンモニアガスを還元剤として、排ガス中の窒素酸化物が無害な窒素ガスと水とに転換される。

【0020】

［アンモニアガス燃料用配管設備３］
上述のように、アキュムレータ３０から延びる配管１３０から分岐した配管１３１は、アンモニアガス燃料用配管設備３に接続されている。配管１３１の上流側には遮断弁３１が設けられている。遮断弁３１の下流側には、窒素ガス等のパージガスをアンモニアガス燃料用配管設備３に流入可能なパージ用ガス供給部３７から延びるパージ配管１３３が、パージ弁３６を介して接続されている。

【0021】

配管１３１におけるパージ配管１３３が接続されている接続部よりも下流側は、２方向に分岐されている。分岐された一方の配管１３１ａには、圧力調整弁３２が配置されている。分岐された他方の配管１３１ｂには、遮断弁３３が配置されている。配管１３１ａと配管１３１ｂとは、下流側で再度合流している。合流した配管１３１は、遮断弁３４を介して流量計５０に接続されている。

【0022】

流量計５０は、配管１３１を流れるガスの流量を測定するものである。流量計５０の下流側からは配管１５０が延びている。配管１５０は途中が２方向に分岐されている。分岐された一方の配管１５０ａには、流量調整弁５１が配置されている。分岐された他方の配管１５０ｂには、遮断弁５２が配置されている。配管１５０ａと配管１５０ｂとは、下流側で再度合流している。

【0023】

合流した配管１５０の下流側は、第２接続部５６で２方向に分岐されている。
分岐された一方の配管は、アンモニアガス流出配管１５１ａであり、アンモニア流出遮断弁５５を介して、アンモニアガス供給設備２のアンモニアガス吸収部８０に接続されている。アンモニアガス吸収部８０は、上述のように貯水槽であり、アンモニアガスを水に溶解させる。
分岐された他方のアンモニアガス供給配管１５１ｂにはバーナ弁５３が配置されている。配管１５０におけるバーナ弁５３の下流側には、冷却空気が流入される冷却配管１６０が冷却空気弁６１を介して接続されている。
なお、アンモニアガス流出配管１５１ａは、バーナ弁５３の下流で分岐していてもよい。
アンモニアガス供給配管１５１ｂの下流側は遮断弁５４を介して、ガス燃料供給部７０から、ボイラ６のバーナ６２Ａまで延びるガス燃料配管１７０の第１接続部７２に接続されている。

【0024】

［ガス燃料供給部７０］
ガス燃料供給部７０には、ＬＮＧ（液化天然ガス）が貯蔵されている。ＬＮＧを液化して貯蔵する場合に、外部からの自然入熱等によりＬＮＧが気化してＢＯＧガス（ｂｏｉｌ ｏｆｆ ｇａｓ）が発生する。本実施形態では、ガス燃料配管１７０は、このＢＯＧを燃料としてバーナ６２Ａに送る配管である。
ガス燃料配管１７０は、第１接続部７２の下流側においてボイラ６のバーナ６２Ａに接続されている。ガス燃料配管１７０における第１接続部７２の上流側には、ガス燃料配管遮断弁７１が配置される。

【0025】

［ボイラ６］
ボイラ６には、バーナ６２が複数段（本実施形態では高さ方向に４段（バーナ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ）及び複数列（本実施形態ではそれぞれの段に４つずつ）配置されている。
図２Ａは４段のバーナ６２の配置例を説明する図である。本実施形態では、４段のバーナ６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄには、燃料として石炭貯蔵部７５より石炭（微粉炭）が供給される。最上段の４つのバーナ６２Ａには、更に、ガス燃料が供給される。

【0026】

［バーナ６２］
図２Ａにおいては、バーナ６２Ａの各々の最外部に、上記のガス燃料配管１７０の先端に設けられたガスリング１７１が円弧状に配置され、ガスリング１７１から５本のバーナノズル１７２が分岐し、バーナノズル１７２の先端に噴射口１７３が備わる。更に、図２Ａにおいて最も右側に存在するバーナ６２Ａの５つの噴射口１７３のうち１つの噴射口１７３から、アンモニアが噴射されることにより、アンモニアが混焼される。

【0027】

図２Ｂは、図２Ａにおいて最も右側に存在するバーナ６２Ａの構成例であり、より具体的には、バーナ６２Ａを火炉と反対側から見た場合の各構成要素の配置図を示す。

【0028】

ガス燃料配管１７０の先端に、ガスリング１７１が設けられ、ガスリング１７１から、５つのバーナノズル１７２Ａ〜１７２Ｅが分岐する。更に、バーナノズル１７２Ａは噴射口１７３Ａに、バーナノズル１７２Ｂは噴射口１７３Ｂに、バーナノズル１７２Ｃは噴射口１７３Ｃに、バーナノズル１７２Ｄは噴射口１７３Ｄに、バーナノズル１７２Ｅは噴射口１７３Ｅに接続する。

【0029】

また、噴射口１７３Ａ〜１７３Ｅによって形成される五角形の中心には、微粉炭バーナノズル１７５が、重油バーナ１７４を包囲するように備わる。なお、以降では、微粉炭バーナノズル１７５を、「微粉炭噴射ノズル１７５」と呼称することもある。

【0030】

また、図２Ｂにおいては、説明の便宜上、バーナノズル１７２Ｂに設けられた１つの弁のみ示すが、バーナノズル１７２Ａ〜１７２Ｅの各々には、ガス燃料配管遮断弁７１Ａ〜７１Ｅが備わる。

【0031】

また、アンモニアガス供給配管１５１ｂが、バーナノズル１７２Ｂに対し、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂの下流に設けられた第１接続部７２において接続する。これにより、バーナノズル１７２Ｂへのアンモニアガスの供給、延いては、噴射口１７３Ｂによるアンモニアの混焼が可能となる。なお、以降では、バーナノズル１７２Ｂを、「アンモニア噴射ノズル１７２Ｂ」と呼称することもある。

【0032】

アンモニアガス供給配管１５１ｂには、遮断弁５４が設けられ、遮断弁５４の上流において、戻り配管１７６が分岐し、戻り配管１７６には遮断弁１７７が設けられる。戻り配管１７６は、アンモニアガス供給配管１５１ｂから、アンモニアガスをバーナノズル１７２Ｂに供給しない時に用いる配管であり、供給しない場合、遮断弁５４を閉じ、遮断弁１７７を開放する。
一方、アンモニアガスをバーナノズル１７２Ｂに供給する際は、図２Ｂに示すように、遮断弁５４が開放され、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂと遮断弁１７７が閉じられる。

【0033】

なお、上記においては、アンモニアが供給されるバーナノズルは、バーナ６２Ａを構成する５つのバーナノズル１７２のうち１つ（１７２Ｂ）としたが、本発明の実施形態はこれには限られない。バーナ６２Ａを構成する複数のバーナノズル１７２のうち、任意個数のバーナノズル１７２に、アンモニアを供給してもよい。
また、ボイラ６の最上段に設けられた複数のバーナ６２Ａのうち、最も右側のバーナ６２Ａのみではなく、任意個数のバーナ６２Ａにおいて、アンモニアを混焼してもよい。
より具体的には、１段目の最も右側のバーナ６２Ａだけではなく、他のバーナ６２Ａにおいても、１つのバーナノズル１７２にアンモニアを供給することが望ましく、更に、バーナ６２Ａの全て、合計４つのバーナ６２において、５つのバーナノズル１７２にアンモニアを供給することが、より望ましい。
更に、バーナ６２Ａのみならず、バーナ６２Ｂ〜６２Ｄにおいて、アンモニアを混焼させることが可能である。

【0034】

図２Ｃは、バーナ６２の長軸方向の断面図の例であり、図２Ｃの右側がボイラ６の火炉側に対応する。なお、図２Ｃにおいては、下方に、ガスリング１７１に接続されたバーナノズル１７２Ｂ（アンモニア噴射ノズル１７２Ｂ）が、中央に重油バーナ１７４が存在し、重油バーナ１７４を包囲するように微粉炭バーナノズル１７５（微粉炭噴射ノズル１７５）が存在する。

【0035】

バーナノズル１７２Ｂは、ガスリング１７１から、火炉と反対方向に伸長した後、火炉側に屈曲するが、火炉と反対側への伸長部分にガス燃料配管遮断弁７１Ｂが備わり、屈曲部分に第１接続部７２が備わる。第１接続部７２において、アンモニアガス供給配管１５１ｂが、バーナノズル１７２Ｂに接続する。バーナノズル１７２Ｂは、屈曲部分を経て、火炉側に伸長し、噴射口１７３Ｂに到達する。
アンモニアガスは、図２Ｃ内の矢印で示されるように、アンモニアガス供給配管１５１ｂから、第１接続部７２と、バーナノズル１７２Ｂの火炉方向への伸長部分を経て、噴射口１７３Ｂに供給され、噴射口１７３Ｂから噴射される。

【0036】

また、微粉炭は、微粉炭バーナノズル１７５から噴射される。

【0037】

図２Ｄは、バーナ６２Ａを火炉側から見た構成例を示し、図２Ｂに示す構成例の裏側に対応する。また、図２Ｄにおいて、実線の矢印はアンモニアガスの流れを示し、実線の円は、微粉炭火炎の長さ方向に対して垂直な断面の輪郭を示す。

【0038】

上記の繰り返しとなるが、アンモニアガス供給配管１５１ｂに設けられた遮断弁５４が開放され、バーナノズル１７２Ｂに設けられたガス燃料配管遮断弁７１Ｂと、戻り配管１７６に設けられた遮断弁１７７とが閉じられることにより、アンモニアガスは、アンモニアガス供給配管１５１ｂ、第１接続部７２、及びバーナノズル１７２Ｂを経由し、噴射口１７３Ｂに供給される。更に、微粉炭バーナノズル１７５から噴射される微粉炭火炎の、長さ方向に対して垂直な断面を円に近似した場合、図２Ｄの矢印に示すように、噴射口１７３Ｂは、この円の接線方向にアンモニアを噴射する。

【0039】

アンモニアが微粉炭火炎の周囲を螺旋状の軌跡を描くよう噴射され、アンモニアの燃焼距離が長くなることにより、アンモニアの燃焼時間が確保され、アンモニアが完全燃焼されることが可能となる。

【0040】

〔２．燃焼試験〕
上記の「１．発明の構成」で構成を説明した火力発電設備１において、以下のアンモニア混焼による燃焼試験を行った。

【0041】

図３に示すように試験期間は７日間とし、１日目の１３時から１７時まで、２日目〜６日目の１０時から１７時まで、及び７日目の１０時から１３時までにおいて、最大４５０ｋｇ／ｈのアンモニア（なお、これは気化器２０の最大流量であり、石炭４００ｋｇに相当する）を使用した。
より詳細には、１日目の１３時〜１５時においては１００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、１日目の１５時〜１６時においては２００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、１日目の１６時〜１７時においては４００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、２日目以降は４５０ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼した。
また、基本的には、ボイラを１５５ＭＷの負荷で運転したため、アンモニアの混焼率は約０．６％（１ＭＷ相当）であったが、５日目のみにおいては、ボイラを１２０ＭＷの負荷で運転したため、アンモニアの混焼率は約０．８％であった。なお、排ガス量超過がない範囲でアンモニアを燃焼した。
また、燃焼に用いた液体アンモニアは、純度９９．９８％、水分０．０１６％、油分が１．０ｐｐｍ未満であり、アンモニアと混焼した石炭の炭種は、マウントオーエンが６０％、ボカブライプレミアムが４０％である。

【0042】

〔２．１ ボイラメタル温度〕
ボイラ６内に設けられた配管等の金属部分の温度、すなわちボイラメタル温度を、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とにおいて測定した。測定箇所は、１次過熱器出口、再熱器出口、２次過熱器入口、２次過熱器中間、２次過熱器出口の６箇所である。

【0043】

測定の結果、ボイラの負荷が１５５ＭＷの場合には、１次過熱器出口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、再熱器出口のボイラメタル温度は５００〜５５０℃、２次過熱器入口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、２次過熱器中間のボイラメタル温度は４５０〜５００℃、２次過熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃であり、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とでは、ほぼ変化がなかった。

【0044】

同様に、ボイラの負荷が１２０ＭＷの場合には、１次過熱器出口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、再熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃、２次過熱器入口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、２次過熱器中間のボイラメタル温度は４５０〜５５０℃、２次過熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃であり、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とでは、ほぼ変化がなかった。

【0045】

すなわち、ボイラ６内の温度分布に、アンモニアを石炭と混焼した影響は、ほぼ見られなかった。

【0046】

〔２．２ 石炭量評価〕
図４は、混焼前と混焼後の１時間当たりの石炭使用量、及び、双方の石炭使用量の差を示す。なお、（ｂ）の表は、（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示し、（ｃ）の表は、（ｃ）内の最も左の列で示される日にちの平均値を示す。

【0047】

混焼前に比較した混焼後の石炭使用量の減少分は、７日間の平均で、０．５０Ｔ／ｈとなった。すなわち、アンモニア燃焼量の４５０ｋｇ／ｈは、石炭減少量の５００ｋｇ／ｈ（無水）とほぼ同じとなった。また、１〜７日目を比較すると、５日目の石炭減少量が、最大値の１．９６Ｔ／ｈとなった。なお、上記の繰り返しとなるが、燃焼に用いた石炭の炭種は、マウントオーエン６０％、ボカブライプレミアム４０％である。

【0048】

〔２．３ ボイラ出口ＮＯｘ値〕
図５の［Ａ系］及び［Ｂ系］で示される断面図中の十字で示されるような、ボイラ出口のＡ系２４点、Ｂ系２４点の合計４８点において、ＥＣＯ（節炭器）出口ガスのＮＯｘ値を測定した。
図６は、混焼前と混焼後のボイラ出口におけるＮＯｘ値を示す。なお、１日目においては種々の機器の調整を実行し、３日目においてはＮＯｘ計の点検をしたために、データから除外している。また、（ｂ）の表は、（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示し、（ｃ）の表は、発電所出力、混焼率、及び（ｃ）内の最も左の列で示される日にちの差の平均値を示す。また、混焼前の値は、アンモニア注入前３０分の値であり、混焼後の値は、アンモニア注入後３０分ごとに４点乃至５点のデータを取った、その平均値である。

【0049】

アンモニアの混焼率が約０．８％の５日目においては、他の日に比較して、アンモニアの混焼率が約０．６％から約０．８％に上昇したのに反して、混焼後のボイラ出口におけるＮＯｘ値が、混焼前より大きく減少することを確認した。
また、アンモニアの混焼率が約０．６％であった、２日目、４日目、６日目、７日目においては、混焼前に比較した混焼後のＮＯｘ値の増加量は安定しないと共に、その平均値は、０．１７ｐｐｍとプラスの値を示した一方で、アンモニアの混焼率が約０．８％であった５日目の、混焼前に比較した混焼後のＮＯｘ値の増加量は、−１３．７５ｐｐｍとマイナスの値となったことを確認した。
これにより、アンモニアを石炭と混焼させる場合、アンモニア混焼率は０．８％以上が望ましく、またアンモニア供給量を増加させるほど、ＮＯｘ値を低減できる可能性が示唆された。
これは、
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
の化学反応式で示されるような、無触媒脱硝反応が進行したためであると推定される。

【0050】

〔２．４ ボイラ出口アンモニア濃度〕
図５に示すように、ボイラ出口の合計１０点において、ＥＣＯ（節炭器）出口ガスのアンモニア濃度を測定した所、燃料へのアンモニア注入前のアンモニア濃度は０．３ｐｐｍであり、燃料へのアンモニア注入後のアンモニア濃度は０．１〜０．４ｐｐｍであった。すなわち、燃料へのアンモニア注入後においても、ボイラ出口にはアンモニアはほとんど残留しておらず、アンモニアは完全燃焼していることが確認された。
これは、アンモニアが微粉炭火炎の周囲を螺旋状の軌跡を描くよう、アンモニアを微粉炭火炎の接線方向に噴射し、アンモニアの燃焼距離を長く取ったことにより、アンモニアの燃焼時間が確保されたためであると推定される。

【0051】

〔２．５ ＣＯ_２分析〕
図５に示すように、ボイラの出口２点において、ボイラからの排気ガスの組成を測定した。図７は、ボイラの出力、アンモニア注入量と、ボイラからの排気ガス中のＣＯ_２量を示す。なお、（ｂ）の表は、（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示す。
当初のＣＯ_２量が１２．８％である所、アンモニアの混焼率は、０．６％〜０．８％であるため、ＣＯ_２量はそれらの数値の積である０．１％程度しか減少しないことが予測されたが、実際には、０．２〜１．３％減少した。
また、混焼率が約０．６％の場合における年間二酸化炭素削減量は、約３．９９（千ｔ−ＣＯ_２／年）であり、混焼率が約０．８％の場合における年間二酸化炭素削減量は、約４．１２（千ｔ−ＣＯ_２／年）であった。（なお、算定にあたっては、二酸化炭素排出係数は、平成２７年度の電気事業者別排出係数（中国電力：０．０００７ｔ−ＣＯ_２／ｋＷｈ）を使用し、設備稼働率は７０％として算出した。）混焼したアンモニアがボイラ内で全て燃焼できたため、混焼した率に応じて、二酸化炭素排出量が削減できたものと考えられる。

【0052】

以上、本実施形態によると以下の効果を有する。
（１）本実施形態の燃焼方法は、微粉炭及びアンモニアをボイラ６において燃焼させて発電を行う火力発電設備１で実行される燃焼方法であって、ボイラ６での燃焼に用いられるアンモニアの微粉炭との混焼率が、０．８％以上であるである。
本実施形態によると、燃焼に用いたアンモニアが、同時に、燃焼により発生する排気ガス中のＮＯｘを脱硝する作用を有することにより、アンモニアを有効活用することが可能となる。

【0053】

（２）また、本実施形態の燃焼方法において、ボイラ６は、微粉炭を噴射させる微粉炭バーナノズル１７５と、アンモニアを噴射させるアンモニア噴射ノズル１７２Ｂと、を備え、アンモニア噴射ノズル１７２Ｂは、微粉炭バーナノズル１７５から噴射される微粉炭の燃焼火炎の長さ方向に対して垂直な断面を円に近似した場合、この円の接線方向に、アンモニアを噴射する噴射口１７３Ｂを備える。
本実施形態によると、アンモニアが微粉炭火炎の周囲を螺旋状の軌跡を描くよう噴射され、アンモニアの燃焼距離が長くなることにより、アンモニアの燃焼時間が確保され、アンモニアが完全燃焼される。

【符号の説明】

【0054】

１ 火力発電設備
２ アンモニアガス供給設備
３ アンモニアガス燃料用配管設備
６ ボイラ
７ 制御部
１０ 貯蔵タンク
１１ 気化器起動弁
１２ 気化器圧力調整弁
１３ 気化器バイパス弁
２０ 気化器
２１ アキュムレータ起動弁
２２ アキュムレータ圧力調整弁
２３ アキュムレータバイパス弁
３０ アキュムレータ
３１、３３、３４、５２、５４ 遮断弁
３２ 圧力調整弁
３６ パージ弁
３７ パージ用ガス供給部
４０ ヘッダー
５０ 流量計
５１ 流量調整弁
５３ バーナ弁
５５ アンモニア流出遮断弁
６０Ａ バーナ
６１ 冷却空気弁
６２ バーナ
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ ガスバーナ
７０ ガス燃料供給部
７１、７１Ｂ ガス燃料配管遮断弁
７２ 第１接続部
８０ アンモニアガス吸収部
９０ 脱硝設備
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１３０、１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３２、１４０、１５０、１５０ａ、１５０ｂ 配管
１３３ パージ配管
１５１ａ アンモニアガス流出配管
１５１ｂ アンモニア供給配管
１６０ 冷却配管
１７０ ガス燃料配管
１７１ ガスリング
１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ、１７２Ｄ、１７２Ｅ バーナノズル
１７３、１７３Ａ、１７３Ｂ、１７３Ｃ、１７３Ｄ、１７３Ｅ 噴射口
１７４ 重油バーナ
１７５ 微粉炭バーナノズル
１７６ 戻り配管
１７７ 遮断弁

【要約】

窒素酸化物の発生や不完全燃焼を極力抑える燃焼方法を提供する。
本発明の燃焼方法は、微粉炭及びアンモニアをボイラ６において燃焼させて発電を行う火力発電設備１で実行される燃焼方法であって、ボイラ６での燃焼に用いられるアンモニアの微粉炭との混焼率が、０．８％以上である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】