特開 2023-178082 アンモニア燃焼炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023178082

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】アンモニア燃焼炉

(51)【国際特許分類】

   F23C 99/00 20060101AFI20231207BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

F23C99/00 323

F23N5/00 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022091145

(22)【出願日】2022-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 泰申

(72)【発明者】

【氏名】谷口 孝二

(72)【発明者】

【氏名】加藤 篤徳

(72)【発明者】

【氏名】矢原 俊

【テーマコード（参考）】

3K003

3K065

【Ｆターム（参考）】

3K003EA07

3K003FB03

3K003GA03

3K065TA01

3K065TC01

3K065TD05

3K065TE02

3K065TF02

3K065TF05

3K065TG01

3K065TG02

3K065TM03

(57)【要約】

【課題】アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低ＮＯｘ化の両立を実現し得るものを提案することにある。
【解決手段】アンモニア燃焼炉は、１４００℃以上１６００℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第１燃焼室と、第１燃焼室と接続されて第１燃焼室から既燃ガス及び燃料の未燃分が流入する入口を有し１３００℃以下で未燃分の燃焼が行われる第２燃焼室とを有する炉体と、第１燃焼室へ燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、第２燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１４００℃以上１６００℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第１燃焼室と、前記第１燃焼室と接続されて前記第１燃焼室から既燃ガス及び前記燃料の未燃分が流入する入口を有し１３００℃以下で前記未燃分の燃焼が行われる第２燃焼室とを有する炉体と、
前記第１燃焼室へ前記燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、
前記第２燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備える、
アンモニア燃焼炉。

【請求項2】

前記バーナがアンモニア専焼バーナ、又は、アンモニア混焼率が低位発熱量基準で５０％以上のアンモニア混焼バーナである、
請求項１に記載のアンモニア燃焼炉。

【請求項3】

横方向に並ぶ複数の前記二段燃焼用空気ノズルを１つのノズル段として、最下流ノズル段と、前記第２燃焼室の前記入口と前記最下流ノズル段の間に配置された少なくとも１つの中間ノズル段とを備え、
前記第２燃焼室の前記入口から前記最下流ノズル段までの領域がＮＯｘ抑制燃焼ゾーンと規定され、前記ＮＯｘ抑制燃焼ゾーンが還元雰囲気となる供給量の前記二段燃焼用空気が前記中間ノズル段から供給される、
請求項１に記載のアンモニア燃焼炉。

【請求項4】

前記中間ノズル段が、前記二段燃焼用空気と可燃範囲未満のアンモニアの混合気を供給する前記二段燃焼用空気ノズルを含む、
請求項３に記載のアンモニア燃焼炉。

【請求項5】

前記燃料の供給量に対する前記一段燃焼用空気の空気比と、前記中間ノズル段から供給される前記燃料の供給量に対する前記二段燃焼用空気の空気比の和が１未満である、
請求項３又は４に記載のアンモニア燃焼炉。

【請求項6】

前記燃料の供給量に対する前記一段燃焼用空気の空気比と、前記最下流ノズル段及び前記中間ノズル段から供給された前記二段燃焼用空気の空気比との和が１より大きい、
請求項５に記載のアンモニア燃焼炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二酸化炭素を排出しないＣＯ_２フリー燃料として、アンモニアが注目されている。アンモニアは加圧すると常温でも液化することから、同様にＣＯ_２フリー燃料である水素と比較して扱いやすい。しかし、アンモニアは、水素や従来の燃料と比較して着火しにくく、燃焼速度が遅く、燃焼過程で窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるなどの課題があった。そこで、このような課題に対し、アンモニア燃料として使用する燃焼炉（例えば、ボイラ火炉）において排出されるＮＯｘを抑制する技術が提案されてきた。

【0003】

例えば、特許文献１では、微粉炭とアンモニアの混焼ボイラにおいて、火炉に複数段のバーナを備え、最下流の段に配置されたバーナを微粉炭バーナとし、他の段に配置されたバーナを微粉炭とアンモニアの混焼ボイラとしたものが提案されている。この混焼ボイラでは、アンモニアの滞留時間が確保されることにより未燃のアンモニア及び亜酸化窒素の排出が抑制されるとともに、各段のバーナで生成される還元物質により窒素酸化物が分解されて窒素酸化物の排出が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１１２２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アンモニアを燃料として安定して使用するには、前述の「低ＮＯｘ化」に加えて「着火保炎」が課題となる。「低ＮＯｘ化」を実現するためには、アンモニア混焼率を低減すればよいが、それでは二酸化炭素排出の抑制効果が低くなる。また、アンモニア混焼率が高く他の燃料の助燃効果の低い場合には「着火保炎」が難しく、アンモニア単体で保炎できるような対策を要する。このように「着火保炎」と「低ＮＯｘ化」は、一般的にはトレードオフの関係にある。

【0006】

本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低ＮＯｘ化の両立を実現し得るものを提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係るアンモニア燃焼炉は、
１４００℃以上１６００℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料の燃焼が行われる第１燃焼室と、前記第１燃焼室と接続されて前記第１燃焼室から既燃ガス及び前記燃料の未燃分が流入する入口を有し１３００℃以下で前記未燃分の燃焼が行われる第２燃焼室とを有する炉体と、
前記第１燃焼室へ前記燃料及び一段燃焼用空気を供給するバーナと、
前記第２燃焼室へ二段燃焼用空気を供給する二段燃焼用空気ノズルと、を備えるものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉において、着火保炎と低ＮＯｘ化の両立を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃焼炉を備えるボイラの構成を示す模式図である。

【図2】図２は、変形例に係るアンモニア燃焼炉を備えたボイラの構成を示す図である。

【図3】図３は、アンモニア燃焼炉の燃焼方法を説明する図である。

【図4】図４は、アンモニア燃焼炉の燃焼方法の変形例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃焼炉２について図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃焼炉（以下、単に「燃焼炉２」と称する）を備えるボイラ１０の構成を示す模式図、図３は燃焼炉２の燃焼方法を説明する図である。本実施形態に係る燃焼炉２は、ボイラ１０の火炉である。但し、本開示に係る燃焼炉２の構成は、ボイラ火炉に限定されず、アンモニアを燃料の一部又は全部として使用する燃焼炉に広く適用できる。

【0011】

〔ボイラ１０の概略構成〕
図１に示すボイラ１０は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼炉２と、その燃焼熱を利用して蒸気を生成するボイラ本体４０及び過熱器４２とを備える。ボイラ１０は、火力ボイラであって、アンモニアを含む燃料を用いる。但し、燃料はアンモニアの他に、微粉炭などの従来火力ボイラに使用されてきた燃料が含まれていてもよい。

【0012】

燃焼炉２は竪型の炉体２０を有し、炉体２０の内部に燃焼室２１，２２が形成されている。炉体２０の下部には、高温還元雰囲気の第１燃焼室２１が形成され、第１燃焼室２１の上部に大部分が低温酸化雰囲気の第２燃焼室２２が形成され、第１燃焼室２１と第２燃焼室２２との間に絞り部２３が形成されている。但し、図２に示すように、燃焼炉２は、炉体２０の上部に第１燃焼室２１が形成され、炉体２０の下部に第２燃焼室２２が形成された態様であってもよい。なお、図２は変形例に係る燃焼炉２を備えたボイラ１０の構成を示す図であり、図１に示すボイラ１０と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

【0013】

図１及び図３に示すように、炉体２０のうち第１燃焼室２１の内壁は耐火材２５で覆われている。耐火材２５は第１燃焼室２１の全部を覆ってもよいし、一部を覆ってもよい。耐火材２５は約２０００℃の高温に耐え得る。第１燃焼室２１の炉壁には、第１燃焼室２１へ燃料Ｆ及び燃焼用の空気（以下、一段燃焼用空気１１と称する）を吹き出す複数のバーナ５が設けられている。バーナ５は、アンモニアのみを燃料Ｆとするアンモニア専焼バーナであってよい。或いは、バーナ５は、アンモニア混焼率が低位発熱量基準（ＬＨＶ基準）で５０％以上のアンモニア混焼バーナであってもよい。つまり、バーナ５はアンモニアを主燃料としている。なお、アンモニア専焼バーナ及びアンモニア混焼バーナは、公知の構成のものを採用可能である。

【0014】

各バーナ５から吹き出した燃料Ｆは一段燃焼用空気１１と混合して燃焼し、火炎が生じる。バーナ５への燃料供給量は燃料供給弁１４によって調整可能である。また、バーナ５への一段燃焼用空気１１の供給量は一段燃焼用空気供給弁１５によって調整可能である。燃料供給弁１４及び一段燃焼用空気供給弁１５は、バーナ５への供給配管に設けられた流量調整弁であってよい。

【0015】

複数のバーナ５は、対向する一対の炉壁の各々に設けられている。各炉壁には上下方向に少なくとも１段のバーナ段が設けられており、各バーナ段は水平方向に並ぶ複数のバーナ５で形成されている。このように対向配置された複数のバーナ５は、各バーナ５のバーナ軸線が交差しないように対向千鳥配置されている。

【0016】

第１燃焼室２１の出口（即ち、第１燃焼室２１の上部）は、絞り部２３を介して第２燃焼室２２の入口（即ち、第２燃焼室２２の下部）と接続されている。絞り部２３の最も小さい水平断面積は、第１燃焼室２１の水平断面積の２０～５０％程度である。

【0017】

第２燃焼室２２の炉壁には、複数の二段燃焼用空気ノズル２６が設けられている。各二段燃焼用空気ノズル２６から第２燃焼室２２へ二段燃焼用の空気（以下、二段燃焼用空気１２と称する）が吹き出す。第２燃焼室２２への二段燃焼用空気１２の供給量は、二段燃焼用空気供給弁１６によって調整可能である。二段燃焼用空気供給弁１６は、例えば、二段燃焼用空気ノズル２６に接続された空気供給管に設けられた流量調整弁であってよい。

【0018】

複数の二段燃焼用空気ノズル２６は横方向に並んで一段のノズル段を形成している。第２燃焼室２２には、上下方向に複数のノズル段３８，３９が設けられている。複数のノズル段３８，３９のうち、炉内のガスの流れの最下流に配置されたものを「最下流ノズル段３８」と称する。また、複数のノズル段３８，３９のうち、第２燃焼室２２の入口と最下流ノズル段３８との上下方向の間に配置されたノズル段を「中間ノズル段３９」と称する。本実施形態に係る燃焼炉２は二段の中間ノズル段３９を備えるが、中間ノズル段３９は１段以上であればよい。

【0019】

第２燃焼室２２のうち絞り部２３と最下流ノズル段３８との上下方向の間は冷却部２４となっている。冷却部２４の炉壁は、ボイラ本体４０の図略の水管が張り巡らされた水冷壁となっている。

【0020】

第２燃焼室２２の出口（即ち、第２燃焼室２２の上部）は、燃焼炉２の上部に設けられた煙道２８の入口と接続されている。煙道２８の上流部分には、過熱器４２の過熱器管４３が設けられている。また、煙道２８の壁には、ボイラ本体４０の水管４１が張り巡らされている。煙道２８の出口には排ガス処理系統３０が接続されている。排ガス処理系統３０は、燃焼排ガスの余熱を利用してバーナ５へ送る空気を予熱する熱交換器３１が設けられている。

【0021】

〔燃焼炉２の燃焼方法〕
ここで、上記構成の燃焼炉２の燃焼方法について説明する。図３に示すように、第２燃焼室２２のうち、入口から最下流ノズル段３８までの上下方向の間を「ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７」と称し、最下流ノズル段３８から上方を「完全燃焼ゾーン３６」と称する。ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７は、完全燃焼ゾーン３６よりもガスの流れの上流側に位置する。

【0022】

バーナ５からは一段燃焼用空気１１とアンモニアを含む燃料Ｆとが吹き出す。第１燃焼室２１へは、供給された燃料Ｆに対して空気比がλ１となる供給量で一段燃焼用空気１１が供給される。空気比は、燃料Ｆの供給量に対する理論空気量で空気供給量を除した数値であり、空気比＝１で空気は過不足なく燃焼し、空気比＜１では空気が不足、空気比＞１では空気が過剰である。要求される入熱量に対して燃料Ｆの供給量が定まり、燃料Ｆの供給量に対する理論空気量は演算により求め得る。空気比λ１は、０．６以上０．９未満であり、望ましくは、０．６５以上０．７５以下である。そして、所与の空気比λ１となる供給量の一段燃焼用空気１１が第１燃焼室２１へ供給されるように、一段燃焼用空気供給弁１５で供給量が調整される。

【0023】

耐火材２５で覆われた第１燃焼室２１は、炉の他の部分と比較して炉内温度が下がり難い。これにより、第１燃焼室２１は平均約１５００℃の高温の還元雰囲気となっており、第１燃焼室２１では燃料Ｆの燃焼が促進される。第１燃焼室２１の燃焼温度は、平均約１５００℃が望ましいが、１４００℃以上１６００℃以下、より好ましくは、１５００℃より高く１６００℃以下に維持されていればよい。なお、従来のボイラ火炉の燃料の燃焼温度は１１００℃～１３００℃程度であり、第１燃焼室２１の温度はそれと比較して十分に高い。

【0024】

アンモニアは従来の燃料と比較して着火しにくく燃焼速度が遅いが、本開示の燃焼炉２ではアンモニアを一般的なボイラ火炉と比較して高温の第１燃焼室２１で燃焼するので、アンモニアは低酸素雰囲気であっても安定して燃焼する。更に、アンモニアは水素分を多く含むので、燃料の燃焼により多くの水蒸気が生じ、発生した水蒸気がガス化剤となって燃焼ガス中の未燃炭素が水性ガスシフト反応する。
水性ガスシフト反応：ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ←→Ｈ_２＋ＣＯ_２
水性ガスシフト反応は可逆反応であるが、１０００℃以上の温度域では反応は生成物側（上記式において右向き）へ活性化される。また、水性ガスシフト反応は１０００℃以上の温度域では温度が高いほど反応速度が高いことが知られている。第１燃焼室２１の１４００℃以上１６００℃以下の範囲では水性ガスシフト反応が活発であり、これによって燃焼効率が高められている。このように、本開示に係る燃焼炉２ではアンモニア混焼率が従来よりも高い５０～９９％やアンモニア専焼（アンモニア１００％）であっても、アンモニアの着火保炎が実現される。なお、従来のアンモニア混焼バーナでは、アンモニアの混焼率はせいぜい２０％程度である。

【0025】

第１燃焼室２１は還元雰囲気（低酸素雰囲気）であるので、アンモニアの燃焼によるＮＯｘの生成は抑制される。また、第１燃焼室２１では全ての一段燃焼用空気１１が反応しても燃料Ｆの一部は未燃のまま残る。第１燃焼室２１では、燃料Ｆの燃焼により生じた既燃ガスと燃料Ｆの未燃分の混じった高温ガスが生じる。この高温ガスは、絞り部２３を通じて第２燃焼室２２に流入し、先ず、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７で中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から吹き出した二段燃焼用空気１２と出会う。高温ガス中の未燃分は、二段燃焼用空気１２に含まれる酸素で燃焼する。第１燃焼室２１と第２燃焼室２２の間には冷却部２４が存在し、第２燃焼室２２の燃焼温度は第１燃焼室２１よりも低い約１３００℃以下となっている。

【0026】

中間ノズル段３９の複数の二段燃焼用空気ノズル２６からは、燃料Ｆの供給量に対し空気比がλ２となるような供給量の二段燃焼用空気１２が吹き出す。空気比λ２は、空気比λ１と空気比λ２の和が１未満となる値である[（λ１＋λ２）＜１]。但し、空気比λ２が過度に低いと燃焼が生じないため、空気比λ２は０．１よりも大きい値が望ましい。例えば、空気比λ１が０．７の場合、空気比λ２は０．１以上０．３未満の値となる。そして、所与の空気比λ２となる供給量の二段燃焼用空気１２がＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７へ供給されるように、二段燃焼用空気供給弁１６で供給量が調整される。

【0027】

空気比λ１＋空気比λ２が１未満であることから、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７では還元雰囲気での燃焼が行われ、酸素と窒素の結合が抑制され、ＮＯｘの生成が抑制される。また、空気比λ１＋空気比λ２が１未満であることから、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７を通過した高温ガスには未燃分が残っている。この高温ガスは完全燃焼ゾーン３６へ流入し、最下流ノズル段３８の複数の二段燃焼用空気ノズル２６から吹き出した二段燃焼用空気１２と出会って、高温ガス中の未燃分は全て燃焼する。

【0028】

最下流ノズル段３８の複数の二段燃焼用空気ノズル２６からは、燃料Ｆの供給量に対し空気比がλ３となるような供給量で二段燃焼用空気１２が完全燃焼ゾーン３６へ供給される。空気比λ３は、空気比λ１と空気比λ２と空気比λ３の和が１より大きく[（λ１＋λ２＋λ３）＞１]、望ましくは、１．１より大きくなる値である。そして、所与の空気比λ３となる供給量の二段燃焼用空気１２が最下流ノズル段３８から完全燃焼ゾーン３６へ供給されるように、二段燃焼用空気供給弁１６で供給量が調整される。完全燃焼ゾーン３６は酸化雰囲気となっており、完全燃焼ゾーン３６では高温ガス中の未燃分の燃焼が促進される。

【0029】

第２燃焼室２２では、第１燃焼室２１から流れ出た高温ガス中の未燃分の燃焼が完結する（即ち、完全燃焼する）。第２燃焼室２２からの燃焼排ガスは、煙道２８を通じて排ガス処理系統３０へ流出する。煙道２８に設けられた水管４１で燃焼排ガスの熱が回収され、ボイラ本体４０で蒸気が生成される。また、煙道２８に設けられた過熱器管４３で燃焼排ガスの熱が回収され、過熱器４２で過熱蒸気が生成される。生成された過熱蒸気は、例えば発電設備の蒸気タービンで利用される。

【0030】

〔変形例〕
図４は、アンモニア燃焼炉２の燃焼方法の変形例を説明する図である。前述の燃焼炉２の燃焼方法において、中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から二段燃焼用空気１２が吹き出すが、図４に示すように、中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から吹き出す二段燃焼用空気１２に還元剤として少量のアンモニア１３が混合されていてもよい。中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から吹き出すガスは、アンモニア混合率が１５％未満の、二段燃焼用空気１２とアンモニア１３の混合ガスである。なお、空気中のアンモニアの可燃範囲は、常圧・常温下で１５－２８体積％である。ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７は、周囲が水冷壁で囲まれた冷却部２４となっており、高温ガスの温度はアンモニアが還元剤として機能する温度（８５０℃以上１３００℃以下）まで低下している。よって、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７において二段燃焼用空気１２に同伴する可燃範囲よりも薄い濃度のアンモニアはＮＯｘの還元剤として機能する。高温ガス中のＮＯｘは、二段燃焼用空気１２に同伴するアンモニア１３と接触して、窒素と水に分解される。このように、中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から吹き出すガスは二段燃焼用空気１２であってよいが、二段燃焼用空気１２に少量のアンモニア１３が混合されたものであると、脱硝が生じ、燃焼炉２からのＮＯｘの排出をより効果的に抑えることができる。

【0031】

燃焼炉２では、バーナ５及び二段燃焼用空気ノズル２６から炉内へ供給されるアンモニアの比率を変更することができる。バーナ５では、燃料供給弁１４の開度を変化させることにより、バーナ５から炉内へ噴き出すアンモニアを含む燃料Ｆの供給量を調整可能である。また、中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から噴き出す二段燃焼用空気１２に混入する還元剤としてのアンモニア１３の供給量は、二段燃焼用空気ノズル２６と接続されたアンモニア１３の供給系統に配置されたアンモニア供給弁１７で調整可能である。また、中間ノズル段３９の二段燃焼用空気ノズル２６から炉内へ供給される燃焼用空気の量は二段燃焼用空気１２の供給系統に配置された二段燃焼用空気供給弁１６で調整可能である。そして、二段燃焼用空気ノズル２６から噴出する二段燃焼用空気１２とアンモニア１３との混合気のアンモニア混合率がアンモニアの可燃範囲未満となるように、二段燃焼用空気１２の供給流量に対し、アンモニア供給弁１７により調整されるアンモニア１３の流量が調整される。二段燃焼用空気ノズル２６から噴出する二段燃焼用空気１２とアンモニア１３との混合気のアンモニア混合率は、燃焼炉２の排ガス処理系統３０に配置されたＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘの濃度に基づいて調整されてよい。例えば、ＮＯｘの排出量が増えればアンモニア混合率を定常運転時よりも高くし、ＮＯｘの排出量が減少すればアンモニア混合率を定常運転時よりも低くしてよい。

【0032】

〔総括〕
本開示の第１の項目に係るアンモニア燃焼炉２は、
１４００℃以上１６００℃以下且つ還元雰囲気でアンモニアを含む燃料Ｆの燃焼が行われる第１燃焼室２１と、第１燃焼室２１と接続されて第１燃焼室２１から既燃ガス及び燃料Ｆの未燃分が流入する入口を有し１３００℃以下で未燃分の燃焼が行われる第２燃焼室２２とを有する炉体２０と、
第１燃焼室２１へ燃料Ｆ及び一段燃焼用空気１１を供給するバーナ５と、
第２燃焼室２２へ二段燃焼用空気１２を供給する二段燃焼用空気ノズル２６と、を備えるものである。

【0033】

上記構成の燃焼炉２では、アンモニア燃料が１４００℃以上１６００℃以下の高温で燃焼するので、還元雰囲気（低酸素雰囲気）であっても、安定した着火と保炎が実現できる。また、アンモニア燃料は還元雰囲気で燃焼するので、ＮＯｘの生成が抑制される。

【0034】

本開示の第２の項目に係るアンモニア燃焼炉２は、第１の項目に係るアンモニア燃焼炉２において、バーナ５がアンモニア専焼バーナ、又は、アンモニア混焼率が低位発熱基準（ＬＨＶ基準）で５０％以上のアンモニア混焼バーナであるものである。

【0035】

上記構成の燃焼炉２では、アンモニア燃料が高温で燃焼するので、補助燃料が無いアンモニア専焼、補助燃料が少ないアンモニア混焼であっても、安定した着火と保炎が実現できる。

【0036】

本開示の第３の項目に係るアンモニア燃焼炉２は、第１又は２の項目に係るアンモニア燃焼炉２において、
横方向に並ぶ複数の二段燃焼用空気ノズル２６を１つのノズルとして、最下流ノズル段３８と、第２燃焼室２２の入口と最下流ノズル段３８の間に配置された少なくとも１つの中間ノズル段３９とを備え、
第２燃焼室２２の入口から最下流ノズル段３８までの領域がＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７と規定され、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７が還元雰囲気となる供給量の二段燃焼用空気１２が中間ノズル段３９から供給されるものである。

【0037】

上記構成の燃焼炉２では、ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７において、未燃分が還元雰囲気で燃焼するので、ＮＯｘの発生を抑制できる。

【0038】

本開示の第４の項目に係るアンモニア燃焼炉２は、第３の項目に係るアンモニア燃焼炉２において、
中間ノズル段３９が、二段燃焼用空気１２と燃範囲未満のアンモニア１３の混合気を供給する二段燃焼用空気ノズル２６を含むものである。

【0039】

上記構成の燃焼炉２によれば、中間ノズル段３９から供給されるアンモニアがＮＯｘを還元する還元剤として機能する。これにより、燃焼炉２から排出されるＮＯｘを更に低減できる。

【0040】

本開示の第５の項目に係るアンモニア燃焼炉２は、第２乃至４のいずれかの項目に係るアンモニア燃焼炉２において、
燃料Ｆの供給量に対する一段燃焼用空気１１の空気比λ１と、中間ノズル段３９から供給された燃料Ｆの供給量に対する二段燃焼用空気１２の空気比λ２の和が１未満であるものである。

【0041】

上記構成の燃焼炉２では、第１燃焼室２１及び第２燃焼室２２のＮＯｘ抑制燃焼ゾーン３７において、未燃分が還元雰囲気で燃焼するので、ＮＯｘの発生を抑制できる。

【0042】

本開示の第６の項目に係る燃焼炉２は、第５の項目に係るアンモニア燃焼炉２において、
燃料Ｆの供給量に対する一段燃焼用空気１１の空気比λ１と、最下流ノズル段３８及び中間ノズル段３９から供給された二段燃焼用空気１２の空気比λ２，λ３との和が１より大きいものである。

【0043】

上記構成の燃焼炉２では、最下流ノズル段３８より下流側では酸化雰囲気となって燃料Ｆの燃焼が促進される。これにより燃料Ｆの燃え残りを防ぐことができる。

【0044】

以上の本開示の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で１つの実施形態に纏められているが、複数の特徴のうち幾つかが組み合わされてもよい。また、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わされてもよい。

【符号の説明】

【0045】

２ ：アンモニア燃焼炉
５ ：バーナ
１０ ：ボイラ
１１ ：一段燃焼用空気
１２ ：二段燃焼用空気
１３ ：アンモニア
２０ ：炉体
２１ ：第１燃焼室
２１ ：燃焼室
２２ ：第２燃焼室
２２ ：燃焼室
２６ ：二段燃焼用空気ノズル
３７ ：ＮＯｘ抑制燃焼ゾーン
３８ ：ノズル段
３８ ：最下流ノズル段
３９ ：ノズル段
３９ ：中間ノズル段
Ｆ ：燃料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】