特許 6357701 燃焼状態判定システム

(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】6357701

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】燃焼状態判定システム

(51)【国際特許分類】

   F23K 5/00 20060101AFI20180709BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20180709BHJP

   F23C 1/12 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   F23K5/00 301Z

   F23N5/00 HZAB

   F23N5/00 J

   F23C1/12

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-507033(P2018-507033)

(86)(22)【出願日】2017年11月10日

(86)【国際出願番号】JP2017040643

【審査請求日】2018年2月9日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）「エネルギーキャリア」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【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】谷口 直彦

【審査官】 大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１８３８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８３８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８３６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２３６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４６０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４１９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国電力株式会社, 国立研究開発法人科学技術振興機構（ＪＳＴ），水島発電所２号機でのアンモニア混焼試験の実施結果および特許出願について，中国電力株式会社プレスリリース，２０１７年 ９月 ８日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｋ ５／００

Ｆ２３Ｃ １／１２

Ｆ２３Ｎ ５／００

Ｆ２２Ｂ ３５／００

Ｂ０１Ｄ ５３／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニア燃料を燃焼するバーナを有し前記アンモニア燃料を微粉炭と混焼させるボイラと、前記ボイラから排出される排ガスを脱硝する脱硝装置とを備える燃焼設備において、前記ボイラにおける前記アンモニア燃料の燃焼状態を判定する燃焼状態判定システムであって、
前記ボイラの出口におけるアンモニア濃度を、手分析又は常設装置により検出するアンモニア濃度検出手段と、
前記脱硝装置の入口におけるＮＯｘ濃度である脱硝入口ＮＯｘ濃度を検出する第２のＮＯｘ濃度検出手段と、
前記脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度である脱硝出口ＮＯｘ濃度を検出する第３のＮＯｘ濃度検出手段と、
前記脱硝出口ＮＯｘ濃度に基づいて前記脱硝装置に注入される、脱硝用アンモニア量を検出する脱硝用アンモニア量検出手段と、
前記アンモニア濃度、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び前記脱硝用アンモニア量に基づいて、前記燃焼状態を判定する判定部とを備える燃焼状態判定システム。

【請求項2】

前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、前記脱硝用アンモニア量に変化がなく、前記アンモニア濃度検出手段が検出した前記アンモニア濃度がゼロだった場合に、前記アンモニア燃料が完全燃焼したと前記判定部が判定する、請求項１に記載の燃焼状態判定システム。

【請求項3】

前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度に変化がなく、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、前記脱硝用アンモニア量が低下し、前記アンモニア濃度検出手段が検出した前記アンモニア濃度が正の値だった場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、前記未燃分アンモニア燃料が、前記脱硝装置に格納された脱硝触媒と反応したと、前記判定部が判定する、請求項１又は２に記載の燃焼状態判定システム。

【請求項4】

前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、前記アンモニア燃料の注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び、前記脱硝用アンモニア量が低下した場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、前記未燃分アンモニア燃料が前記ボイラ内で脱硝反応を起こしたと、前記判定部が判定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼状態判定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼状態判定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の火力発電所ボイラでは、石炭・天然ガス・軽油・重油等を燃料として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る。ボイラによっては、石炭用バーナや天然ガスバーナを組み合わせ、複数の燃料を利用可能にしている。

【0003】

火力発電所では、脱硝用及びボイラ給水のｐＨ調整用としてアンモニアが利用されている。アンモニアは、アンモニアタンクにおいて、加圧・液化された状態で貯留され、気化器において上記で加温した温水中に浸漬されたコイル状配管内を流通させて昇温して気化し、アキュムレータにおいて圧力を安定させつつ、アンモニアガスの利用箇所へ送ガスされている。

【0004】

これまで、火力発電所において、アンモニアを燃料として利用することは、一般的ではなかった。しかし、一般の火力発電では、上記のように化石燃料を利用しているため、二酸化炭素が発生し、地球温暖化が促進される。また、今後はカーボンクレジットといった形での費用負担が懸念される。そのため、炭素を含まないアンモニアを燃料として利用する方法が提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１は、石炭の種類に拘わらず、一定の出力でタービンを駆動するため、燃焼器もしくは前記石炭ガス化炉の少なくともいずれか一方に、脱硝手段に供給されるアンモニアを、燃料として投入する石炭ガス化発電設備を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−１８３６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、アンモニアは、天然ガス等の燃料ガスに比べて、燃焼速度が遅いため、既設の火力発電用ボイラを用いてアンモニアガスを混焼させた場合に、アンモニアが不完全燃焼され、排ガス中に未燃ガスが残る可能性がある。排ガス中の未燃アンモニアガスの存在は、燃焼効率の低下につながると共に、アンモニアには浸食性があるため、火力発電所の配管のフッ素系ゴムパッキン等に影響を与える。また、アンモニアには毒性があるため、未燃アンモニアガスが、仮に火力発電所外の大気に放出された場合には、問題となる。
そのため、火力発電所においてアンモニアを混焼させた場合に、アンモニア燃料がどのように燃焼しているか、判定する必要がある。

【0008】

そこで、本発明は、簡便な手法でボイラ内のアンモニア燃料の燃焼状態を判定することが可能な、燃焼状態判定システム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】

【0009】

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。
（１）アンモニア燃料を燃焼するバーナを有し前記アンモニア燃料を微粉炭と混焼させるボイラと、前記ボイラから排出される排ガスを脱硝する脱硝装置とを備える燃焼設備において、前記ボイラにおける前記アンモニア燃料の燃焼状態を判定する燃焼状態判定システムであって、前記ボイラの出口におけるアンモニア濃度を、手分析又は常設装置により検出するアンモニア濃度検出手段と、前記脱硝装置の入口におけるＮＯｘ濃度である脱硝入口ＮＯｘ濃度を検出する第２のＮＯｘ濃度検出手段と、前記脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度である脱硝出口ＮＯｘ濃度を検出する第３のＮＯｘ濃度検出手段と、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度に基づいて前記脱硝装置に注入される、脱硝用アンモニア量を検出する脱硝用アンモニア量検出手段と、前記アンモニア濃度、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び前記脱硝用アンモニア量に基づいて、前記燃焼状態を判定する判定部とを備える燃焼状態判定システム。

【0010】

（２）前記燃焼状態判定システムにおいて、前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、前記脱硝用アンモニア量に変化がなく、前記アンモニア濃度検出手段が検出した前記アンモニア濃度がゼロだった場合に、前記アンモニア燃料が完全燃焼したと前記判定部が判定してもよい。

【0011】

（３）前記燃焼状態判定システムにおいて、前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度に変化がなく、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、前記脱硝用アンモニア量が低下し、前記アンモニア濃度検出手段が検出した前記アンモニア濃度が正の値だった場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、前記未燃分アンモニア燃料が、前記脱硝装置に格納された脱硝触媒と反応したと、前記判定部が判定してもよい。

【0012】

（４）前記燃焼状態判定システムにおいて、前記バーナから前記アンモニア燃料を注入後、前記アンモニア燃料の注入以前に比較して、前記脱硝入口ＮＯｘ濃度、前記脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び、前記脱硝用アンモニア量が低下した場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、前記未燃分アンモニア燃料が前記ボイラ内で脱硝反応を起こしたと、前記判定部が判定してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、簡便な手法で、ボイラ内のアンモニア燃料の燃焼状態を判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システムと、当該燃焼状態判定システムが設置される発電設備の全体構成図である。

【図2】４段のバーナを説明する図である。

【図3】本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システムが備える各検出手段の設置箇所を示す配置図である。

【図4】本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システムの動作を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システムが用いる判定表である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システム１００の構成、及び、燃焼状態判定システム１００を有する火力発電設備１の構成について説明する。

【0016】

図１は、火力発電設備１の概略図である。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。

【0017】

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、燃焼状態判定システム１００と、これら全体を制御する制御部７等を備える。

【0018】

［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。

【0019】

（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。

【0020】

（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。

【0021】

（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。

【0022】

［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、脱硝遮断弁４１を介して脱硝設備９０に接続されている。

【0023】

［脱硝設備９０］
脱硝設備９０において、配管１４０は、脱硝装置９１に接続されている。脱硝装置９１には、ボイラ６から、配管１８０を経由して燃焼で生じた排ガスが送り込まれ、脱硝遮断弁４１が開いている際に、配管１４０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。

【0024】

［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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

［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。

【0029】

［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２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。

【0030】

［バーナ６２］
図２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２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。なお、アンモニアが噴射される噴射口は、これには限られず、他の噴射口１７３であってもよく、任意の個数の噴射口であってもよい。また、アンモニアが混焼されるバーナは、最も右側に存在するバーナ６２Ａに限られず、任意の位置の任意の個数のバーナ６２Ａであってよい。

【0031】

［燃焼状態判定システム１００］
本発明の実施形態に係る燃焼状態判定システム１００は、図１に示す、アンモニア濃度検出部１０１、脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部１０２、脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３、脱硝用アンモニア量検出部１０４、判定部１０５を備える。

【0032】

アンモニア濃度検出部１０１は、手分析又は常設装置により、ボイラ６の出口におけるアンモニア濃度を検出する。
脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部１０２は、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度である脱硝入口ＮＯｘ濃度を検出する。
脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３は、脱硝装置９１の出口におけるＮＯｘ濃度である脱硝出口ＮＯｘ濃度を検出する。
脱硝用アンモニア量検出部１０４は、脱硝出口ＮＯｘ濃度に基づいて、脱硝装置９１に注入される脱硝用アンモニア量を検出する。
判定部１０５は、ボイラ６の出口におけるアンモニア濃度、脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び脱硝装置９１の入口に注入される脱硝用アンモニア量に基づいて、ボイラ６内におけるアンモニア燃料の燃焼状態を判定する。
なお、図１に示すように、判定部１０５は、制御部７の構成要素として備わることが可能である。

【0033】

図３は、アンモニア濃度検出部１０１、脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部１０２、脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３、及び脱硝用アンモニア量検出部１０４の具体的な設置箇所を示す。

【0034】

図３に示すように、ボイラ６は、その構成要素の一部として、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ、及び火炉６３を備える。火炉６３は、全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って燃焼ガスが逆Ｕ字状に移動した後、火炉６３の出口は、配管１８０に接続されている。火炉６３の下方には、上記のように、火炉６３のバーナーゾーン付近で微粉炭、ガス燃料、アンモニア等を燃焼するためのバーナ６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。

【0035】

燃焼ガスは、火炉６３から出た後、建屋壁を経由して、配管１８０に排ガスとして入るが、配管１８０中の建屋壁近傍の箇所に、ボイラ６の出口におけるアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出部１０１が設置される。

【0036】

配管１８０は、略逆Ｕ字状をなしてから脱硝装置９１に接続するが、脱硝装置９１の入口近傍には、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度を検出する脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部１０２が設置される。

【0037】

排ガスは、脱硝装置９１で脱硝された後、脱硝装置９１から排出され、空気予熱器に向かうが、脱硝装置９１の出口近傍には、脱硝出口ＮＯｘ濃度を検出する脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３が設置される。

【0038】

脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３が検出した脱硝出口ＮＯｘ濃度に基づいて、脱硝装置９１に注入されるアンモニア量が定まるが、このアンモニアは、配管１８０中、略逆Ｕ字状となった箇所の直前で注入される。脱硝用アンモニア量検出部１０４は、この注入箇所に設置される。なお、脱硝用アンモニア量検出部１０４の設置箇所は、これには限られない。例えば、制御部７が脱硝用アンモニア量を算出する場合には、制御部７が、自身の構成要素として脱硝用アンモニア量検出部１０４を備え、脱硝用アンモニア量検出部１０４が、脱硝用アンモニア量の算出値を検出する構成としてもよい。

【0039】

〔２．発明の動作〕
以下、一部繰り返しとなるが、図４及び図５を参照することにより、本発明に係る燃焼状態判定システム１００の動作について詳述する。図４は、燃焼状態判定システム１００の動作を示すフローチャートであり、図５は、この動作で用いられる判定表である。

【0040】

ステップＳ１において、アンモニア濃度検出部１０１で、手分析又は常設装置により、ボイラ６出口のアンモニア濃度を検出する。
ステップＳ２において、脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部１０２で、脱硝装置９１の入口でのＮＯｘ濃度である脱硝入口ＮＯｘ濃度を検出する。
ステップＳ３において、脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部１０３で、脱硝装置９１の出口でのＮＯｘ濃度である脱硝出口ＮＯｘ濃度を検出する。
ステップＳ４において、脱硝用アンモニア量検出部１０４で、脱硝用アンモニア量を検出する。
ステップＳ５において、判定部１０５で、ボイラ６の出口におけるアンモニア濃度、脱硝入口ＮＯｘ濃度、脱硝出口ＮＯｘ濃度、及び脱硝装置９１の入口に注入される脱硝用アンモニア量に基づいて、図５に記載の判定表を用いることにより、ボイラ６内におけるアンモニア燃料の燃焼状態を判定する。具体的な判定方法は、以下の通りである。

【0041】

ボイラ６出口でアンモニアが検出されず、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が通常時と変化なく、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が通常時の設定値と変化なく、脱硝用アンモニア量に変化がない場合には、図５の判定表の第２行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内においてアンモニア燃料が完全燃焼したと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を高評価とする。

【0042】

ボイラ６出口でアンモニアが少量検出され、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が通常時と変化なく、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が一時的に小幅に低下し、脱硝用アンモニア量が小幅に低下した場合には、図５の判定表の第３行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内において未燃分のアンモニア燃料が発生し、このアンモニア燃料が、脱硝装置９１内の脱硝触媒と反応し、脱硝反応が発生したと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を中評価とする。

【0043】

ボイラ６出口でアンモニアが多量検出され、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が通常時と変化なく、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が一時的に大幅に低下し、脱硝用アンモニア量が大幅に低下した場合には、図５の判定表の第４行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内において未燃分のアンモニア燃料が発生し、このアンモニア燃料が、脱硝装置９１内の脱硝触媒と反応し、脱硝反応が発生したと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を低評価とする。

【0044】

ボイラ６出口でアンモニアが検出されず、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下し、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が一時的に低下し、また、上記のバーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度の低下に対応して、脱硝用アンモニア量が、ＮＯｘ濃度の還元分低下した場合には、図５の判定表の第５行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内において未燃分のアンモニア燃料が発生し、このアンモニア燃料が、ボイラ６内の火炎の周りで、９００℃以上の高温での無触媒脱硝反応を起こしたと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を高評価とする。なお、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下したことから、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応により低下したことが想定される。逆に言えば、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応によって低下した分、上記のように、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下する。

【0045】

ボイラ６出口でアンモニアが少量検出され、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下し、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が一時的に小幅に低下し、脱硝用アンモニア量が小幅に低下した場合には、図５の判定表の第６行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内において未燃分のアンモニア燃料が発生し、このアンモニア燃料が、ボイラ６内の火炎の周りで、９００℃以上の高温での無触媒脱硝反応を起こしたと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を中評価とする。なお、判定表の第５行と同様に、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下したことから、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応により低下したことが想定される。逆に言えば、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応によって低下した分、上記のように、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下する。

【0046】

ボイラ６出口でアンモニアが多量検出され、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下し、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が一時的に大幅に低下し、脱硝用アンモニア量が大幅に低下した場合には、図５の判定表の第７行に示すように、判定部１０５は、ボイラ６内において未燃分のアンモニア燃料が発生し、このアンモニア燃料が、ボイラ６内の亜鉛の周りで、９００℃以上の高温での無触媒脱硝反応を起こしたと判定する。更に、判定部１０５は、アンモニア燃料の燃焼状態の評価を低評価とする。なお、判定表の第５行と同様に、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下したことから、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応により低下したことが想定される。逆に言えば、バーナ６２Ａ〜６２Ｄ近傍でのＮＯｘ濃度が還元反応によって低下した分、上記のように、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度が低下する。

【0047】

なお、図５に記載の判定表において、例えば、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度が、判定表１行目に示す基準値（Ｂａｓｅ）より０〜５ｐｐｍ低下した場合に、低下幅を「小」とし、５ｐｐｍ以上低下した場合に、低下幅を「大」とすることが可能である。また、脱硝用アンモニア量が、判定表１行目に示す基準値（Ｂａｓｅ）より、０〜５ｋｇ／ｈ低下した場合に、低下幅を「小」とし、５ｋｇ／ｈ以上低下した場合に、低下幅を「大」とすることが可能である。

【0048】

〔３．発明の効果〕
上記のように、本発明においては、ボイラ６の出口におけるアンモニア濃度、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度、脱硝装置９１の出口におけるＮＯｘ濃度、及び脱硝装置９１の入口に注入される脱硝用アンモニア量に基づいて、判定部１０５が、ボイラ６内におけるアンモニア燃料の燃焼状態を判定する。

【0049】

より具体的には、バーナ６２からアンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度、脱硝装置９１の出口におけるＮＯｘ濃度、脱硝用アンモニア量に変化がなく、ボイラ６の出口において、アンモニアが検出されなかった場合に、アンモニア燃料がボイラ６内において完全燃焼したと、判定部１０５が判定する。

【0050】

また、バーナ６２からアンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度に変化がなく、脱硝装置９１の出口におけるＮＯｘ濃度、脱硝用アンモニア量が低下し、ボイラ６の出口において、アンモニアが検出された場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、この未燃分アンモニア燃料が、脱硝装置９１に格納された脱硝触媒と反応したと、判定部１０５が判定する。

【0051】

また、バーナ６２からアンモニア燃料を注入後、注入以前に比較して、脱硝装置９１の入口におけるＮＯｘ濃度、脱硝装置９１の出口におけるＮＯｘ濃度、及び、脱硝用アンモニア量が低下した場合に、未燃分アンモニア燃料が発生し、この未燃分アンモニア燃料がボイラ６内で脱硝反応を起こしたと、判定部１０５が判定する。

【0052】

これにより、簡便な手法で、ボイラ６内でのアンモニア燃料の燃焼状態を判定することが可能となる。
とりわけ、ボイラ６内において、微粉炭による炎の炎色とアンモニアの炎色とは近似しているため、一定の周波数の光を検知するような火炎検知装置を用いてアンモニア燃料の燃焼状態を判定することはできない。この点、本発明によれば、火力発電所に備わる既存の装置を利用することにより、簡便に、アンモニア燃料の燃焼状態、具体的には、アンモニア燃料が酸化反応を起こしているのか、還元反応を起こしているのかを判定することが可能となる。これにより、延いては、各ボイラによって異なる石炭とアンモニアとの混焼率を最適値に設定することが可能となる。

【符号の説明】

【0053】

１ 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 ６２Ａ ６２Ｂ ６２Ｃ ６２Ｄ ガスバーナ
７０ ガス燃料供給部
７１ 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
１００ 燃焼状態判定システム
１０１ アンモニア濃度検出部
１０２ 脱硝入口ＮＯｘ濃度検出部
１０３ 脱硝出口ＮＯｘ濃度検出部
１０４ 脱硝用アンモニア量検出部
１０５ 判定部
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 バーナノズル
１７３ 噴射口

【要約】

簡便な手法でアンモニア燃料の燃焼状態を判定することが可能な、燃焼状態判定システムを提供する。
ボイラ６出口でのアンモニア濃度、脱硝装置９１入口でのＮＯｘ濃度、脱硝装置９１出口でのＮＯｘ濃度、及び、脱硝装置９１で用いられる脱硝用アンモニア量に基づいて、ボイラ６内のアンモニア燃料の燃焼状態を判定する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】