特開 2023-39683 アンモニア燃料燃焼装置

(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】P2023039683

(43)【公開日】2023-03-22

(54)【発明の名称】アンモニア燃料燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23J 7/00 20060101AFI20230314BHJP

   F23L 7/00 20060101ALI20230314BHJP

   F23C 1/08 20060101ALI20230314BHJP

   F23R 3/36 20060101ALI20230314BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20230314BHJP

   F23R 3/10 20060101ALI20230314BHJP

   F23R 3/30 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

F23C99/00 317

F23C99/00 302

F23C1/08

F23R3/36

F02C7/22 A

F23R3/10

F23R3/30

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021146921

(22)【出願日】2021-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087572

【弁理士】

【氏名又は名称】松川 克明

(72)【発明者】

【氏名】河本 祐作

(72)【発明者】

【氏名】田口 脩平

(72)【発明者】

【氏名】仲井 和成

(72)【発明者】

【氏名】大倉 莉奈

【テーマコード（参考）】

3K065

3K091

【Ｆターム（参考）】

3K065TA01

3K065TA05

3K065TD05

3K065TF02

3K065TF09

3K091AA01

3K091AA20

3K091BB26

3K091CC02

3K091CC06

3K091CC23

(57)【要約】

【課題】 アンモニア燃料を燃焼用空気と混合させてバーナーにより炉内で燃焼させるにあたり、アンモニア燃料の他に炭化水素系燃料を炉内に供給して、アンモニア燃料を炭化水素系燃料により炉内で十分に燃焼できるようにする。
【解決手段】 アンモニア供給管１１を通して供給されるアンモニアガスＮＨ_３と空気供給管１２を通して供給される燃焼用空気Ａｉｒとを燃焼バーナー１０により混合させて炉１内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置において、炭化水素系燃料ＣｍＨｎが補助燃料供給管２１を通して供給される噴射装置２０を前記の燃焼バーナーの近傍に設け、前記の噴射装置により、炭化水素系燃料を前記の燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニア供給管を通して供給されるアンモニア燃料と空気供給管を通して供給される燃焼用空気とを燃焼バーナーにより混合させて炉内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置において、炭化水素系燃料が補助燃料供給管を通して供給される噴射装置を前記の燃焼バーナーの近傍に設け、前記の噴射装置により、炭化水素系燃料を前記の燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させることを特徴とするアンモニア燃料燃焼装置。

【請求項2】

請求項１に記載のアンモニア燃料燃焼装置において、前記のアンモニア供給管を通して燃焼バーナーに供給するアンモニア燃料の量を調整するアンモニア調整弁と、前記の空気供給管を通して燃焼バーナーに供給する燃焼用空気の量を調整する空気調整弁と、前記の補助燃料供給管を通して噴射装置に供給する炭化水素系燃料の量を調整する補助燃料調整弁と、前記のアンモニア調整弁と空気調整弁と補助燃料調整弁とを制御する制御装置を設けたことを特徴とするアンモニア燃料燃焼装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のアンモニア燃料燃焼装置において、前記のアンモニア燃料に液体アンモニアを用い、前記のアンモニア供給管を通して液体アンモニアを前記の燃焼バーナーに霧状にして供給することを特徴とするアンモニア燃料燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニア燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置に関するものである。特に、アンモニア燃料（例えば、アンモニアガス）を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させるにあたって、アンモニア燃料の他に炭化水素系燃料を炉内に供給して、アンモニア燃料を炭化水素系燃料により炉内で十分に燃焼させるようにした点に特徴を有するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させる燃焼装置においては、一般に、燃料として炭化水素系燃料を用いたものが使用されている。

【0003】

しかし、このように炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させるようにした場合、二酸化炭素ＣＯ_２等の温室効果ガスが多く発生するという問題があった。

【0004】

そして、近年においては、二酸化炭素ＣＯ_２等の温室効果ガスを削減することが要望され、燃料に炭化水素系燃料以外のものを用いることが検討されている。

【0005】

また、従来から、燃焼装置における燃料として、アンモニア燃料を用いることが知られているが、アンモニア燃料は炭化水素系燃料に比べて燃焼性が悪く、完全燃焼させることが困難であり、また低温での燃焼時に失火しやすい一方、強く燃焼させるようにすると、火炎温度が高くなって、ＮＯｘの発生量が増加するという問題があった。

【0006】

そして、前記のように燃焼性が悪いアンモニア燃料を燃焼させるにあたり、特許文献１においては、低燃焼性燃料のアンモニアと燃焼用空気とを予混合させて均一化させた後、このように予混合させたガスを、スワラにより旋回させて強く攪拌しながら燃焼させて、アンモニアの燃焼性を高めるようにしたものが提案されている。

【0007】

しかし、特許文献１に示されるように、アンモニアと燃焼用空気とを予混合させたガスを、スワラにより旋回させて強く攪拌しながら燃焼させるようにした場合、従来の場合と同様に、アンモニアが一気に燃焼されて火炎温度が高くなり、ＮＯｘの発生が多くなるという問題があった。

【0008】

また、特許文献２においては、燃焼器バーナーの円周に沿って、アンモニアを燃焼させるアンモニアバーナーと天然ガスを燃焼させる天然ガスバーナーとを交互に設け、アンモニアと天然ガスとを、それぞれアンモニアバーナーと天然ガスバーナーとにおいて燃焼させるようにしたものが提案されている。

【0009】

しかし、燃焼器バーナーの円周に沿って、アンモニアバーナーと天然ガスバーナーとを交互に設けるためには設備コストが高くつくと共に、アンモニアの燃焼火炎と天然ガスの燃焼火炎とが別々になるので、全体の燃焼が不安定になり、天然ガスとの割合を均一に変更させて燃焼させることが困難であり、またアンモニアを完全に燃焼させるようにすることも非常に困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１６－１３０６１９号公報

【特許文献2】特開２０２０－１３９７００号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、アンモニア燃料を燃焼用空気と混合させてバーナーにより炉内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

【0012】

すなわち、本発明は、前記のようにアンモニア燃料を燃焼用空気と混合させてバーナーにより炉内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置において、アンモニア燃料の他に炭化水素系燃料を炉内に供給して、アンモニア燃料を炭化水素系燃料により炉内で十分に燃焼できるようにすることを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のような課題を解決するため、アンモニア供給管を通して供給されるアンモニア燃料と空気供給管を通して供給される燃焼用空気とを燃焼バーナーにより混合させて炉内で燃焼させるアンモニア燃料燃焼装置において、炭化水素系燃料が補助燃料供給管を通して供給される噴射装置を前記の燃焼バーナーの近傍に設け、前記の噴射装置により、炭化水素系燃料を前記の燃焼バーナーによる火炎に向けて炉内に噴射させて燃焼させるようにした。

【0014】

そして、本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置のように、アンモニア供給管を通して供給されるアンモニア燃料と空気供給管を通して供給される燃焼用空気とを混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーの近傍に、補助燃料供給管を通して炭化水素系燃料が供給される噴射装置を設け、この噴射装置により炭化水素系燃料を、燃焼バーナーによりアンモニア燃料と燃焼用空気とを混合させて炉内で燃焼させた火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにすると、燃焼性が低いアンモニア燃料が噴射装置により噴射された炭化水素系燃料によって十分に燃焼されるようになると共に、炭化水素系燃料だけを燃焼させる場合に比べ、二酸化炭素ＣＯ_２の発生が抑制されるようになる。

【0015】

また、アンモニア燃料が燃焼しているところに炭化水素系燃料を加えるので、火炎が一つになって燃焼が安定する。

【0016】

ここで、本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のアンモニア供給管を通して燃焼バーナーに供給するアンモニア燃料の量を調整するアンモニア調整弁と、前記の空気供給管を通して燃焼バーナーに供給する燃焼用空気の量を調整する空気調整弁と、前記の補助燃料供給管を通して噴射装置に供給する炭化水素系燃料の量を調整する補助燃料調整弁と、前記のアンモニア調整弁と空気調整弁と補助燃料調整弁を制御する制御装置を設けることができる。

【0017】

このようにすると、前記の制御装置により、前記の空気調整弁を制御して空気供給管を通して燃焼バーナーに供給する燃焼用空気の量を調整すると共に、前記のアンモニア調整弁を制御してアンモニア供給管を通して燃焼バーナーに供給するアンモニア燃料の量を調整し、さらに前記の補助燃料調整弁を制御して補助燃料供給管を通して噴射装置に供給し、この噴射装置から燃焼バーナーによる火炎に向けて噴射させる炭化水素系燃料の量を調整することにより、前記と同様にアンモニア燃料と炭化水素系燃料とを安定して燃焼させて所望の発熱量を得ることが容易に行えるようになると共に、アンモニア供給管を通して燃焼バーナーに供給するアンモニア燃料と、補助燃料供給管を通して噴射装置から燃焼バーナーによる火炎に向けて噴射させる炭化水素系燃料との割合を均一に変更させて、所望の発熱量が得られるように制御することも簡単に行えるようになる。

【0018】

また、本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のアンモニア燃料に液体アンモニアを用い、前記のアンモニア供給管を通して液体アンモニアを前記の燃焼バーナーに霧状にして供給することができる。このように、アンモニア燃料に液体アンモニアを用い、前記のアンモニア供給管を通して液体アンモニアを前記の燃焼バーナーに霧状にして供給させると、アンモニア供給管を通して燃焼バーナーに供給するアンモニア燃料をガス化させる必要がなく、アンモニア燃料をガス化させる設備コストが低減されると共に、アンモニア燃料をガスの状態で燃焼バーナーに導く場合に比べて、アンモニア供給管の配管等が簡単になって設備を小型化できる。

【発明の効果】

【0019】

本発明におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のようにアンモニア供給管を通して供給されるアンモニア燃料と空気供給管を通して供給される燃焼用空気とを混合させて炉内で燃焼させる燃焼バーナーの近傍に、補助燃料供給管を通して炭化水素系燃料が供給される噴射装置を設け、この噴射装置により炭化水素系燃料を、燃焼バーナーによりアンモニア燃料と燃焼用空気とを混合させて炉内で燃焼させた火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにしたため、燃焼性が低いアンモニア燃料が噴射装置により噴射された炭化水素系燃料によって十分に燃焼されるようになると共に、炭化水素系燃料だけを燃焼させる場合に比べ、二酸化炭素ＣＯ_２の発生が抑制されるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るアンモニア燃料燃焼装置の概略説明図である。

【図2】前記の実施形態に係るアンモニア燃料燃焼装置において、アンモニア燃料に液体アンモニアを用い、アンモニア供給管を通して液体アンモニアを燃焼バーナー内に霧状にして供給する変更例を示した概略説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態に係るアンモニア燃料燃焼装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るアンモニア燃料燃焼装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

【0022】

本発明の実施形態に係るアンモニア燃料燃焼装置においては、図１に示すように、炉１に設けた燃焼バーナー１０に、アンモニア供給管１１を通してアンモニア燃料のアンモニアガスＮＨ_３を供給すると共に、空気供給管１２を通して燃焼用空気Ａｉｒを供給し、前記のアンモニアガスＮＨ_３と燃焼用空気Ａｉｒとを燃焼バーナー１０において混合させて炉１内で燃焼させるようにしている。

【0023】

そして、この実施形態におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のアンモニア供給管１１にアンモニア調整弁１１ａを設け、このアンモニア調整弁１１ａを制御装置３０により制御して、燃焼バーナー１０に供給するアンモニアガスＮＨ_３の量を調整すると共に、前記の空気供給管１２に空気調整弁１２ａを設け、この空気調整弁１２ａを前記の制御装置３０により制御して、燃焼バーナー１０に供給する燃焼用空気Ａｉｒの量を調整するようにしている。

【0024】

また、この実施形態におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、前記の燃焼バーナー１０の近傍に噴射装置２０を設け、この噴射装置２０に補助燃料供給管２１を通して天然ガス等の炭化水素系燃料ＣｍＨｎを供給するようにし、前記の補助燃料供給管２１に補助燃料調整弁２１ａを設け、この補助燃料調整弁２１ａを前記の制御装置３０により制御して、噴射装置２０に供給する炭化水素系燃料ＣｍＨｎの量を調整し、このように噴射装置２０に供給された炭化水素系燃料ＣｍＨｎを、前記の燃焼バーナー１０により燃焼された火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにしている。

【0025】

ここで、この実施形態におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、前記のように制御装置３０により、前記の空気供給管１２に設けた空気調整弁１２ａを制御して、燃焼バーナー１０に供給する燃焼用空気Ａｉｒの量を調整すると共に、アンモニア供給管１１に設けたアンモニア調整弁１１ａを制御して、燃焼バーナー１０に供給するアンモニアガスＮＨ_３の量を調整して、前記のアンモニアガスＮＨ_３を前記の燃焼用空気Ａｉｒと燃焼バーナー１０において混合させて炉１内において燃焼させるようにし、また前記の制御装置３０により、前記のように補助燃料供給管２１に設けた補助燃料調整弁２１ａを制御して、噴射装置２０に供給する炭化水素系燃料ＣｍＨｎの量を調整し、この噴射装置２０に供給された炭化水素系燃料ＣｍＨｎを、前記の燃焼バーナー１０により燃焼された火炎に向けて噴射させて燃焼させるようにしている。

【0026】

このようにすると、燃焼性が低いアンモニアガスＮＨ_３が、噴射装置２０から燃焼バーナー１０における火炎に向けて噴射された炭化水素系燃料ＣｍＨｎによって燃焼がアシストされて十分に燃焼されるようになると共に、炭化水素系燃料ＣｍＨｎだけを燃焼させる場合に比べ、二酸化炭素ＣＯ_２の発生が抑制されるようになる。

【0027】

また、前記のように制御装置３０により、前記の空気調整弁１２ａを制御して燃焼バーナー１０に供給する燃焼用空気Ａｉｒの量を調整すると共に、前記のアンモニア調整弁１１ａを制御して燃焼バーナー１０に供給するアンモニアガスＮＨ_３の量を調整し、さらに前記の補助燃料調整弁２１ａを制御して、噴射装置２０から燃焼バーナー１０による火炎に向けて噴射させる炭化水素系燃料ＣｍＨｎの量を調整すると、前記のアンモニアガスＮＨ_３と炭化水素系燃料ＣｍＨｎとによる燃焼を制御して、所望の発熱量が容易に得られるようになる。

【0028】

さらに、前記の制御装置３０により、燃焼バーナー１０に供給するアンモニアガスＮＨ_３の量と、噴射装置２０から燃焼バーナー１０による火炎に向けて噴射させる炭化水素系燃料ＣｍＨｎの量の割合を変更させて、所望の発熱量が得られるようにすることも簡単に行え、例えば、炉１内の温度が上昇してアンモニアガスＮＨ_３が燃焼し易くなった場合には、前記の制御装置３０により、アンモニア調整弁１１ａを制御して、燃焼バーナー１０に供給するアンモニアガスＮＨ_３の量を増加させる一方、補助燃料調整弁２１ａを制御して、噴射装置２０から燃焼バーナー１０による火炎に向けて噴射させる炭化水素系燃料ＣｍＨｎの量を減少させるように調整することができる。

【0029】

なお、この実施形態におけるアンモニア燃料燃焼装置においては、アンモニア燃料としてアンモニアガスＮＨ_３を用いるようにしたが、図２に示すように、アンモニア燃料として液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を用いることも可能である。

【0030】

そして、前記のようにアンモニア燃料として液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を用いる場合には、図２に示すように、制御装置３０により、アンモニア調整弁１１ａを制御し、アンモニア供給管１１を通して適当量の液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を燃焼バーナー１０に供給して、このように供給された液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を噴霧ノズル１１ｂにより燃焼バーナー１０内に噴霧させ、このように噴霧された液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を前記のように空気供給管１２を通して燃焼バーナー１０に供給された燃焼用空気Ａｉｒと混合させて、炉１内で燃焼させるようにする。

【0031】

ここで、前記のようにアンモニア燃料に液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３を用いて、液体アンモニアｌｉｑ．ＮＨ_３の状態で燃焼バーナー１０に供給するようにした場合、燃焼バーナー１０に供給するアンモニア燃料をガス化させる必要がなくなり、アンモニア燃料をガス化させる設備コストが低減されると共に、アンモニア燃料をガスの状態で燃焼バーナー１０に導く場合に比べて、アンモニア供給管１１の配管等が簡単になって設備を小型化ができるようになる。

【符号の説明】

【0032】

１ ：炉
１０ ：燃焼バーナー
１１ ：アンモニア供給管
１１ａ ：アンモニア調整弁
１１ｂ ：噴霧ノズル
１２ ：空気供給管
１２ａ ：空気調整弁
２０ ：噴射装置
２１ ：補助燃料供給管
２１ａ ：補助燃料調整弁
３０ ：制御装置
Ａｉｒ ：燃焼用空気
ＣｍＨｎ ：炭化水素系燃料
ＮＨ_３ ：アンモニアガス
ｌｉｑ．ＮＨ_３ ：液体アンモニア

【図1】

【図2】