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(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】P2023094301
(43)【公開日】2023-07-05
(54)【発明の名称】アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法
(51)【国際特許分類】
F23D 1/00 20060101AFI20230628BHJP
F23C 1/10 20060101ALN20230628BHJP
F23J 7/00 20060101ALN20230628BHJP
【ＦＩ】
F23D1/00 C
F23C1/10
F23C99/00 317
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021209694
(22)【出願日】2021-12-23
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】冨永 幸洋
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼山 明正
(72)【発明者】
【氏名】富澤 直季
(72)【発明者】
【氏名】嶺 聡彦
(72)【発明者】
【氏名】山内 康弘
(72)【発明者】
【氏名】竹井 康裕
(72)【発明者】
【氏名】甘利 猛
(72)【発明者】
【氏名】大浦 康二
【テーマコード（参考）】
3K065
3K091
【Ｆターム（参考）】
3K065QA01
3K065QB07
3K065QC03
3K065TA01
3K065TC01
3K065TD01
3K065TD04
3K065TD07
3K065TJ07
3K091AA01
3K091BB02
3K091BB35
3K091CC02
3K091CC13
3K091CC23
(57)【要約】
【課題】アンモニア燃焼バーナにおいてＮＯｘの発生量を抑制する。
【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナは、ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、燃焼用空気ノズルの内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、を備える。燃焼用空気ノズルは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズルから噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【選択図】図２
【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナは、ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、燃焼用空気ノズルの内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、を備える。燃焼用空気ノズルは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズルから噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、
燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
を備え、
前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている
アンモニア燃焼バーナ。
燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
を備え、
前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている
アンモニア燃焼バーナ。
【請求項2】
前記燃焼用空気ノズルは、燃焼用空気を噴出する開口部を有し、
前記開口部は、前記保炎器の外縁との間で隙間を形成し、
前記隙間は、前記部分予混合燃料の少なくとも一部と、前記燃焼用空気の残部とを前記隙間から噴出するための通路である
請求項１に記載のアンモニア燃焼バーナ。
前記開口部は、前記保炎器の外縁との間で隙間を形成し、
前記隙間は、前記部分予混合燃料の少なくとも一部と、前記燃焼用空気の残部とを前記隙間から噴出するための通路である
請求項１に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項3】
前記部分予混合燃料の流路と、前記燃焼用空気の残部の流路とを隔てる隔壁、
を備える
請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
を備える
請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項4】
前記保炎器は、ディフューザ型又はスワラ型の保炎器である、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項5】
前記保炎器の少なくとも一部は、前記第１アンモニア噴射ノズルが噴射する前記アンモニア燃料の噴射範囲に位置する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項6】
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアである、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項7】
前記保炎器よりも下流側で前記アンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル、
を備える
請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
を備える
請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項8】
前記保炎器と接続されていて、前記保炎器の上流側に向かって突出する突出部、
を備える
請求項１乃至７の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
を備える
請求項１乃至７の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項9】
前記燃焼用空気ノズルのメタル温度を検出する温度検出センサ
を備える
請求項１乃至８の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
を備える
請求項１乃至８の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項10】
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサ
を備える
請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
を備える
請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナ。
【請求項11】
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
を備える
ボイラ。
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
を備える
ボイラ。
【請求項12】
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
を備える
ボイラ。
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
を備える
ボイラ。
【請求項13】
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する
ボイラ。
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する
ボイラ。
【請求項14】
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する
ボイラ。
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する
ボイラ。
【請求項15】
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
を含み、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える
ボイラの運転方法。
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
を含み、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える
ボイラの運転方法。
【請求項16】
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
を含み、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える
ボイラの運転方法。
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンモニア燃焼バーナと、
を含み、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える
ボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
アンモニアが燃料として火炉内に供給されるボイラが公知である。例えば、特許文献１で開示されるボイラでは、アンモニアが石炭と共に火炉内で燃焼するアンモニア混焼が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－４１７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アンモニアをバーナで燃焼させる場合、ＮＯｘの発生量は、他の燃料を燃焼させる場合よりも燃焼場における燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の影響を受け易い。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制するためには、燃焼場におけるアンモニアと燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の制御が重要となる。
【0005】
本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、アンモニア燃焼バーナにおいてＮＯｘの発生量を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナは、
ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、
燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
を備え、
前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、
燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
を備え、
前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【0007】
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を備える。
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を備える。
【0008】
（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
を備える。
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
を備える。
【0009】
（４）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
【0010】
（５）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
【0011】
（６）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラの運転方法は、
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
を含み、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
を含み、
前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
【0012】
（７）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラの運転方法は、
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を含み、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
火炉壁を含む火炉と、
前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を含み、
前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
【発明の効果】
【0013】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、アンモニア燃焼バーナにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本実施形態のアンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を主燃料とするボイラを備えるボイラシステムを表す概略構成図である。
【図2】第１アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。
【図3】アンモニア燃料と燃焼用空気との接触状態について説明するための模式な図である。
【図4】アンモニア燃料と燃焼用空気との接触面における空気比について説明するためのグラフである。
【図5】第２アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。
【図6】突出部を設けた第１アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。
【図7A】圧力噴霧ノズルの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図8】２流体噴霧ノズルの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図9】第１アンモニア噴射ノズルからのアンモニア噴射量の調節について説明するための図である。
【図10】着火検出センサの検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。
【図11】温度センサの検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0016】
＜１．ボイラシステム１の全体的な構成＞
図１は、本実施形態のアンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を主燃料とするボイラを備えるボイラシステム１を表す概略構成図である。
図１は、本実施形態のアンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を主燃料とするボイラを備えるボイラシステム１を表す概略構成図である。
【0017】
本実施形態のボイラシステム１が備えるボイラ１０は、アンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料とをバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。他燃料として、例えばバイオマス燃料や石炭などの固体燃料が使用される。固体燃料は、例えば石炭を微粉砕した微粉炭燃料である。また、アンモニア燃料は、アンモニアを含む液体または気体である。
【0018】
ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０、５０と燃焼ガス通路１２を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。
【0019】
燃焼装置２０、５０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、微粉炭燃料を火炉１１の内部に噴射するように構成される。また、燃焼装置５０は、アンモニア燃料を火炉１１の内部に噴射するように構成される。
【0020】
燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１を有し、燃焼装置５０は、複数のアンモニアバーナ（アンモニア燃焼バーナ）５１を有している。各々のバーナ２１の先端部には、微粉炭燃料を火炉１１内に噴射するように構成された噴射ノズル（図示外）が設けられる。また、各々のアンモニアバーナ５１には、アンモニア噴射ノズル（例えば図３に示す第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２）が設けられる。火炉１１に液体のアンモニア燃料が噴射される液体アンモニア噴射方式が採用される場合、アンモニア噴射ノズルは、例えば蒸気などのアトマイズ流体により液体アンモニアを微粒化して噴射するように構成された２流体噴射ノズルであってもよいし、液体のアンモニア燃料のみを噴射するように構成された１流体噴射ノズルであってもよい。また、火炉１１に気体のアンモニア燃料が噴射されるアンモニアガス噴射方式が採用される場合、アンモニア噴射ノズルはガス噴射ノズルであってもよい。
【0021】
バーナ２１とアンモニアバーナ５１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。図１の例では、１セットのバーナ２１が２段、１セットのアンモニアバーナ５１が４段配置される。なお、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１、５１を付している。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。
また、本実施形態の火炉１１における燃焼方式は、コーナ部にバーナが設置され、火炉１１内部でらせん状に旋回する火炎を形成する旋回燃焼方式であるが、他の燃焼方式であってもよい。採用される燃焼方式に応じて、火炉１１の形状と、複数のバーナ２１及び複数のアンモニアバーナ５１の配置はいずれも適宜変更されてよい。他の燃焼方式としては、例えば、火炉１１の対向する１対の炉壁の双方にバーナが設置される対向燃焼方式である。
また、本実施形態の火炉１１における燃焼方式は、コーナ部にバーナが設置され、火炉１１内部でらせん状に旋回する火炎を形成する旋回燃焼方式であるが、他の燃焼方式であってもよい。採用される燃焼方式に応じて、火炉１１の形状と、複数のバーナ２１及び複数のアンモニアバーナ５１の配置はいずれも適宜変更されてよい。他の燃焼方式としては、例えば、火炉１１の対向する１対の炉壁の双方にバーナが設置される対向燃焼方式である。
【0022】
燃焼装置２０のバーナ２１は、それぞれ、複数の微粉炭燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ（以下、一括して「微粉炭燃料供給管２２」と記載する場合がある。）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ（以下、一括して「ミル３１」と記載する場合がある。）に連結されている。ミル３１は、例えば、内部に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル３１に供給される一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）により、ミル３１が備える分級機（図示省略）に搬送される。分級機では、バーナ２１での燃焼に適した粒径以下の微粉炭燃料と、該粒径より大きな粗粉炭燃料とに分級される。微粉炭燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉炭燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。分級機を通過しなかった粗粉炭燃料は、ミル３１の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。
【0023】
ミル３１に供給される上述の一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）は、外気を取り込む１次空気通風機３３（ＰＡＦ：Ｐｒｉｍａｒｙ Ａｉｒ Ｆａｎ）から空気管３０を介してミル３１に送出される。空気管３０は、１次空気通風機３３から送出された空気のうちエアヒータ（空気予熱器）４２で加熱された熱空気が流れる熱空気誘導管３０Ａと、１次空気通風機３３から送出された空気のうちエアヒータ４２を経由しない常温に近い冷空気が流れる冷空気誘導管３０Ｂと、熱空気と冷空気が合流して流れるための搬送用ガス流路３０Ｃとを備える。
【0024】
燃焼装置５０のアンモニアバーナ５１は、アンモニア燃料供給ユニット９０に連結されている。本実施形態のアンモニア燃料供給ユニット９０は、アンモニアタンク９１と、アンモニアタンク９１に貯留されるアンモニア燃料（例えば液体アンモニア）をボイラ１０の燃焼装置５０に供給するためのアンモニア燃料供給管９２とを備える。アンモニアガス噴射方式が採用される場合、液体アンモニアに気化処理を施すための気化器（図示外）がアンモニア燃料供給ユニット９０に設けられてもよい。また、液体アンモニア噴射方式が採用される場合、アンモニア燃料供給ユニット９０は、燃焼装置５０に液体アンモニアを微粒化するためのアトマイズ流体を供給するアトマイズ流体供給管（図示外）をさらに備えてもよい。
【0025】
バーナ２１とアンモニアバーナ５１の装着位置における火炉１１の炉外側には、エアレジスタ（風箱）２３が設けられており、このエアレジスタ２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され、エアレジスタ２３を介してバーナ２１に二次空気（燃焼用空気、酸化性ガス）として供給され、及びアンモニアバーナ５１に燃焼用空気（酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。
【0026】
燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、一括して「過熱器１０２」と記載する場合がある。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、一括して「再熱器１０３」と記載する場合がある。）、節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。
【0027】
燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル３１に供給する一次空気やバーナ２１とアンモニアバーナ５１に供給する燃焼用空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。
【0028】
また、煙道１３には、空気予熱器４２よりも上流側の位置に、脱硝装置４３が設けられていてもよい。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道１３内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。
煙道１３の空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。
煙道１３の空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。
【0029】
ボイラ１０において、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉炭燃料が、一次空気と共に微粉炭燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、アンモニア燃料供給ユニット９０からアンモニア燃料がアンモニアバーナ５１に供給される。さらに、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４からエアレジスタ２３を介してバーナ２１とアンモニアバーナ５１とに供給される。
バーナ２１は、微粉炭燃料と一次空気とが混合した微粉炭燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉炭燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。アンモニアバーナ５１は、アンモニア燃料と共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれたアンモニア燃料は、燃焼用空気と反応して燃焼する。
微粉炭燃料とアンモニア燃料の燃焼により生じる高温の燃焼ガスは、火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。
なお、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれるタイミングは、微粉炭燃料の燃焼によって火炉１１内の温度が一定温度まで上昇した後であってもよい。例えば、ボイラ１０の起動時に微粉炭燃料の専焼が行われたのち、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれ、アンモニア燃料と微粉炭燃料とのアンモニア混焼が行われてもよい。さらにその後、微粉炭燃料の吹き込みを停止し、アンモニア専焼が行われてもよい。
また、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気、燃焼用空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。
バーナ２１は、微粉炭燃料と一次空気とが混合した微粉炭燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉炭燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。アンモニアバーナ５１は、アンモニア燃料と共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれたアンモニア燃料は、燃焼用空気と反応して燃焼する。
微粉炭燃料とアンモニア燃料の燃焼により生じる高温の燃焼ガスは、火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。
なお、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれるタイミングは、微粉炭燃料の燃焼によって火炉１１内の温度が一定温度まで上昇した後であってもよい。例えば、ボイラ１０の起動時に微粉炭燃料の専焼が行われたのち、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれ、アンモニア燃料と微粉炭燃料とのアンモニア混焼が行われてもよい。さらにその後、微粉炭燃料の吹き込みを停止し、アンモニア専焼が行われてもよい。
また、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気、燃焼用空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。
【0030】
燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気、二次空気及び燃焼用空気と熱交換した後、さらにガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガスの流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。
【0031】
なお、本開示のボイラは上述した実施形態に限定されない。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭である代わりにまたは石炭と共に、バイオマス燃料、石油コークス（ＰＣ：Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｋｅ）燃料、石油残渣などが使用されてもよい。
また、アンモニア燃料と組み合わせるボイラの燃料としては、固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができる。また、天然ガスや各種石油ガス、製鉄プロセスなどで発生する副生ガスなどの気体燃料も使用することができる。
さらに、これらの各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。以下の説明では、アンモニア燃料のことを単にアンモニアとも称する。
また、アンモニア燃料と組み合わせるボイラの燃料としては、固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができる。また、天然ガスや各種石油ガス、製鉄プロセスなどで発生する副生ガスなどの気体燃料も使用することができる。
さらに、これらの各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。以下の説明では、アンモニア燃料のことを単にアンモニアとも称する。
【0032】
上述したように、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた後で詳述するアンモニアバーナ５１と、火炉壁１０１のアンモニアバーナ５１とは異なる位置に設けられ、微粉炭を燃焼させる微粉炭バーナとしてのバーナ２１とを備える。
これにより、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
なお、バーナ２１は、アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナであってもよい。
また、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、アンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる混焼ボイラであってもよく、アンモニア燃料だけを燃焼させるアンモニア専焼ボイラであってもよい。
これにより、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
なお、バーナ２１は、アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナであってもよい。
また、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、アンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる混焼ボイラであってもよく、アンモニア燃料だけを燃焼させるアンモニア専焼ボイラであってもよい。
【0033】
（アンモニアをバーナで燃焼させる際のＮＯｘの発生量について）
アンモニアをバーナで燃焼させる場合、ＮＯｘの発生量は、他の燃料を燃焼させる場合よりも燃焼場における燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の影響を受け易い。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制するためには、燃焼場におけるアンモニアと燃焼用空気との接触面における局所的な空気比の制御が重要となる。
そこで、本実施の形態に係るボイラ１０では、アンモニアバーナ５１を以下のように構成することで、ＮＯｘの発生量を抑制するようにしている。
アンモニアをバーナで燃焼させる場合、ＮＯｘの発生量は、他の燃料を燃焼させる場合よりも燃焼場における燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の影響を受け易い。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制するためには、燃焼場におけるアンモニアと燃焼用空気との接触面における局所的な空気比の制御が重要となる。
そこで、本実施の形態に係るボイラ１０では、アンモニアバーナ５１を以下のように構成することで、ＮＯｘの発生量を抑制するようにしている。
【0034】
（第１アンモニアバーナ５１Ａについて）
図２は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
図６は、突出部５７を設けた第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
図２は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
図６は、突出部５７を設けた第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
【0035】
図６に示した第１アンモニアバーナ５１Ａは、突出部５７を設けたことを除き図２に示した第１アンモニアバーナ５１Ａと同様の構成を有する。なお、突出部５７については後で詳述する。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６は、例えば、中空円錐台形状のディフューザ型の保炎器５６Ａである。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６は、例えば、中空円錐台形状のディフューザ型の保炎器５６Ａである。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
【0036】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、中心軸Ａｘに沿って見たときに矩形形状を呈する、矩形形状の断面を有するダクトであり、下流側の端部近傍において、矩形形状の断面形状を保持しつつ下流側に向かうにつれて流路断面積が小さくなるように形成されている。なお、燃焼用空気ノズル５４の断面形状は、矩形形状に限定されない。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気を噴出する開口部５４ａを有している。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気を噴出する開口部５４ａを有している。
【0037】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うように構成されている。
よって、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、以下に述べるように、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図２及び図６に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
よって、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、以下に述べるように、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図２及び図６に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
【0038】
このように、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【0039】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成している。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路である。
なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ディフューザ型の保炎器５６Ａを備えるので、上記隙間からは上記部分予混合燃料の全量が噴出される。
なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ディフューザ型の保炎器５６Ａを備えるので、上記隙間からは上記部分予混合燃料の全量が噴出される。
【0040】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニアバーナ５１Ａに供給されるアンモニアは、例えば気体のアンモニア燃料（アンモニアガス）である。なお、第１アンモニアバーナ５１Ａに供給されるアンモニア燃料は、後述するように液体のアンモニア燃料であってもよい。
【0041】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２は、燃焼用空気ノズル５４と同軸に配置されていて、複数の噴射孔５２ｈからアンモニアを火炉１１内に噴射するように構成されている。
【0042】
このように構成される、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、図２及び図６の矢印ａで示すように第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニアと、図２及び図６の破線の矢印ｂで示すように燃焼用空気の一部とが燃焼用空気ノズル５４内で予混合されて部分予混合燃料が生成される。この部分予混合燃料は、矢印ｃで示すように燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から火炉１１内に噴射される。また、アンモニアとの予混合に用いられなかった燃焼用空気の残部は、図２及び図６の破線の矢印ｄで示すように上記隙間から火炉１１内に噴射される。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２に供給されたアンモニアは、図２及び図６の矢印ｅで示すように複数の噴射孔５２ｈから火炉１１内に噴射される。
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２に供給されたアンモニアは、図２及び図６の矢印ｅで示すように複数の噴射孔５２ｈから火炉１１内に噴射される。
【0043】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、部分予混合燃料の流路５４１と、燃焼用空気の残部の流路５４２とを隔てる隔壁６２５を備えている。
隔壁６２５は、例えば第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘと同軸の筒状の部材である。隔壁６２５の内周面６２５ａは、部分予混合燃料の流路５４１を画定し、隔壁６２５の外周面６２５ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内周面５４ｉとの間で燃焼用空気の残部の流路５４２を形成する。
隔壁６２５は、例えば第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘと同軸の筒状の部材である。隔壁６２５の内周面６２５ａは、部分予混合燃料の流路５４１を画定し、隔壁６２５の外周面６２５ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内周面５４ｉとの間で燃焼用空気の残部の流路５４２を形成する。
【0044】
アンモニアと部分予混合される燃焼用空気は、図２及び図６の破線の矢印ｂで示すように、隔壁６２５の上流側の開口端から隔壁６２５の内側、すなわち部分予混合燃料の流路５４１に流入する。
部分予混合燃料は、図２及び図６の破線の矢印ｃで示すように、隔壁６２５の下流側の開口端から火炉１１内に向かって流出する。
部分予混合燃料は、図２及び図６の破線の矢印ｃで示すように、隔壁６２５の下流側の開口端から火炉１１内に向かって流出する。
【0045】
アンモニアとの予混合に用いられなかった燃焼用空気の残部は、図２及び図６の破線の矢印ｆ、及び破線の矢印ｄで示すように隔壁６２５の外側を流れて火炉１１内に向かって流出する。
これにより、燃焼用空気ノズル５４の内部で必要以上の燃焼用空気がアンモニア燃料と予混合されることを抑制できるので、部分予混合燃料における空気比を安定化させ易い。
これにより、燃焼用空気ノズル５４の内部で必要以上の燃焼用空気がアンモニア燃料と予混合されることを抑制できるので、部分予混合燃料における空気比を安定化させ易い。
【0046】
以下、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１においてＮＯｘの発生量が抑制される理由について説明する。
図３は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触状態について説明するための模式な図である。
図４は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触面における空気比について説明するためのグラフである。図４のグラフでは、噴射されたアンモニア燃料又は部分予混合燃料と、噴射された燃焼用空気とが接触する領域を燃料側から燃焼用空気側に向かって空気比がどのように変化するかを示している。図４のグラフでは、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合についてのグラフ線を破線で示し、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合についてのグラフ線を実線で示す。
図３は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触状態について説明するための模式な図である。
図４は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触面における空気比について説明するためのグラフである。図４のグラフでは、噴射されたアンモニア燃料又は部分予混合燃料と、噴射された燃焼用空気とが接触する領域を燃料側から燃焼用空気側に向かって空気比がどのように変化するかを示している。図４のグラフでは、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合についてのグラフ線を破線で示し、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合についてのグラフ線を実線で示す。
【0047】
図３では、燃焼用空気の流れに沿ったアンモニアバーナ５１Ｘの中心軸Ａｘを境に図示上側には、上述した第１アンモニアバーナ５１Ａと同様に、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とが噴射されて燃焼（部分予混合燃焼）する場合について表している。また、中心軸Ａｘを境に図示下側には、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合について示している。
【0048】
図３の下側に示すように、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合には、燃焼用空気の全量とアンモニア燃料とが拡散混合する。よって、噴射されたアンモニア燃料Ｆ１と噴射された燃焼用空気Ａ１との接触面Ｓ１は比較的広くなる。また、この接触面Ｓ１における局所な空気比は１を超過しているものと考えられ、ＮＯｘが発生し易い雰囲気になる（図４参照）。
【0049】
図３の上側に示すように、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合には、燃焼用空気の一部が燃焼用空気ノズル５４内でアンモニア燃料と予混合されて燃焼場に噴出する。そして燃焼用空気の残部と火炉１１内で拡散混合する。この場合、拡散混合する燃焼用空気の流量が予混合で用いられた分だけ少ないので、噴射された部分予混合燃料Ｆ２と噴射された燃焼用空気Ａ２との接触面Ｓ２は、拡散燃焼の場合と比べて狭くなる。また、この接触面Ｓ２における局所な空気比は、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合に比べて低くなる（図４参照）。
そのため、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合には、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合に比べてＮＯｘの発生量を抑制できる。
そのため、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合には、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合に比べてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0050】
【0051】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から上記部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、これらが拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面を狭くすることができる。これにより、第１アンモニアバーナ５１ＡにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0052】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ディフューザ型の保炎器５６Ａを備えるので、第１アンモニアバーナ５１Ａの近傍で保炎でき、拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面が広がることを抑制できる。これにより、第１アンモニアバーナ５１ＡにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0053】
図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器５６の冷却が期待でき、保炎器５６の温度上昇の抑制に資する。
これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器５６の冷却が期待でき、保炎器５６の温度上昇の抑制に資する。
【0054】
【0055】
なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、例えばボイラ１０の負荷を変化する場合など、ボイラ１０の運転状況による第１アンモニアバーナ５１Ａの要求燃焼量に応じて、第１アンモニア噴射ノズル５２１だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第２アンモニア噴射ノズル５２２だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の双方からアンモニアを噴射するようにしてもよい。
【0056】
（第２アンモニアバーナ５１Ｂについて）
図５は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第２アンモニアバーナ５１Ｂについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第２アンモニアバーナ５１Ｂを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａとは保炎器５６の構造が異なる他は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａと同様の構成を有する。
すなわち、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６は、例えば、複数の旋回羽根を備えたスワラ型の保炎器５６Ｂである。
図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
図５は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第２アンモニアバーナ５１Ｂについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第２アンモニアバーナ５１Ｂを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａとは保炎器５６の構造が異なる他は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａと同様の構成を有する。
すなわち、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６は、例えば、複数の旋回羽根を備えたスワラ型の保炎器５６Ｂである。
図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
【0057】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うように構成されている。
よって、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図５に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
よって、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図５に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
【0058】
このように、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【0059】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成している。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路である。
なお、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、スワラ型の保炎器５６Ｂを備えるので、上記部分予混合燃料の大部分は、スワラ型の保炎器５６Ａの複数の旋回羽根の間の開口部から噴出され、上記隙間からは上記部分予混合燃料の一部が噴出される。
なお、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、スワラ型の保炎器５６Ｂを備えるので、上記部分予混合燃料の大部分は、スワラ型の保炎器５６Ａの複数の旋回羽根の間の開口部から噴出され、上記隙間からは上記部分予混合燃料の一部が噴出される。
【0060】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニアバーナ５１Ｂに供給されるアンモニア燃料は、例えば気体のアンモニア燃料（アンモニアガス）である。なお、第２アンモニアバーナ５１Ｂに供給されるアンモニアは、後述するように液体アンモニア燃料であってもよい。
【0061】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２は、燃焼用空気ノズル５４と同軸に配置されていて、複数の噴射孔５２ｈからアンモニア燃料を火炉１１内に噴射するように構成されている。
【0062】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａと同様に、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されているので、ＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0063】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から上記部分予混合燃料の一部と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、これらが拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面を狭くすることができる。これにより、第２アンモニアバーナ５１ＢにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0064】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、スワラ型の保炎器５６Ｂを備えるので、第１アンモニアバーナ５１Ａの近傍で保炎でき、拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面が広がることを抑制できる。これにより、第２アンモニアバーナ５１ＢにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0065】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６がスワラ型の保炎器５６Ｂであるので、ディフューザ型の保炎器５６Ａと比べて保炎器５６のメタル温度を抑制できる。これは、スワラ型の保炎器５６Ｂは、ディフューザ型の保炎器５６Ａと比べて、火炉１１内の燃焼ガスや自らが形成する火炎からの輻射熱の受熱面積が小さいこと、及び、燃焼用空気ノズル５４内を流通する流体（部分予混合燃料、燃焼用空気）との接触面積が大きいためである。
【0066】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器の冷却が期待でき、保炎器の温度上昇の抑制に資する。
これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器の冷却が期待でき、保炎器の温度上昇の抑制に資する。
【0067】
図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えることで、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射されるアンモニア燃料を拡散燃焼させることができる。
【0068】
なお、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、例えばボイラ１０の負荷を変化する場合など、ボイラ１０の運転状況による第２アンモニアバーナ５１Ｂの要求燃焼量に応じて、第１アンモニア噴射ノズル５２１だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第２アンモニア噴射ノズル５２２だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の双方からアンモニアを噴射するようにしてもよい。
【0069】
（保炎器５６の温度抑制について）
図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６がディフューザ型の保炎器５６Ａであるので、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べると保炎器５６のメタル温度が高くなる傾向にある。これは、ディフューザ型の保炎器５６Ａは、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べて、火炉１１内の燃焼ガスや自らが形成する火炎からの輻射熱の受熱面積が大きいこと、及び、燃焼用空気ノズル５４内を流通する流体（燃料、部分予混合燃料、燃焼用空気）との接触面積が小さいためである。
そこで、第１アンモニアバーナ５１Ａでは、図６に示すように、保炎器５６と接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出する突出部（フィン）５７を設けるようにしてもよい。
図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６がディフューザ型の保炎器５６Ａであるので、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べると保炎器５６のメタル温度が高くなる傾向にある。これは、ディフューザ型の保炎器５６Ａは、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べて、火炉１１内の燃焼ガスや自らが形成する火炎からの輻射熱の受熱面積が大きいこと、及び、燃焼用空気ノズル５４内を流通する流体（燃料、部分予混合燃料、燃焼用空気）との接触面積が小さいためである。
そこで、第１アンモニアバーナ５１Ａでは、図６に示すように、保炎器５６と接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出する突出部（フィン）５７を設けるようにしてもよい。
【0070】
図６に示すように、例えば突出部５７は、上流側の端部がディフューザ型の保炎器５６Ａの上流側を向いた面に接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出するように形成された板状の部材である。突出部５７は、例えば中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図６に示す例では、突出部５７は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、突出部５７が燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料や燃焼用空気と接触し冷却されることで保炎器５６の温度上昇を抑制できる。
図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、突出部５７が燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料や燃焼用空気と接触し冷却されることで保炎器５６の温度上昇を抑制できる。
【0071】
（液体アンモニアを噴射する場合について）
上述したように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、液体アンモニア燃料を噴射するように構成されていてもよい。この場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の先端には、液体アンモニア燃料を噴霧可能なノズルチップ（アトマイザ）が取り付けられているとよい。
図７Ａは、圧力噴霧ノズル５２５の構造の一例を模式的に示す断面図である。
図７Ｂは、図７Ａに示した圧力噴霧ノズル５２５の内部に配置されたバックプレート５２５ａの模式図である。
図８は、２流体噴霧ノズル５２６の構造の一例を模式的に示す断面図である。
上述したように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、液体アンモニア燃料を噴射するように構成されていてもよい。この場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の先端には、液体アンモニア燃料を噴霧可能なノズルチップ（アトマイザ）が取り付けられているとよい。
図７Ａは、圧力噴霧ノズル５２５の構造の一例を模式的に示す断面図である。
図７Ｂは、図７Ａに示した圧力噴霧ノズル５２５の内部に配置されたバックプレート５２５ａの模式図である。
図８は、２流体噴霧ノズル５２６の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【0072】
第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の先端に取り付けられるノズルチップは、例えば図７Ａに示すような圧力噴霧ノズル５２５であってもよく、図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６であってもよい。
【0073】
例えば図７Ａに示す圧力噴霧ノズル５２５では、内部に配置されたバックプレートを液体アンモニアが通過する際に径方向の速度成分を有するように流れの向きが変えられて、圧力噴霧ノズル５２５から噴出される液体アンモニア燃料に旋回力を与える。これにより、圧力噴霧ノズル５２５から液体アンモニア燃料が、例えばコーン状に噴霧される。
【0074】
例えば図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６では、液体アンモニア燃料は、燃料とは別に供給されるアトマイズ流体によって微粒化され、２流体噴霧ノズル５２６から噴霧される。
第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２において図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６用いる場合、アトマイズ流体には、過熱蒸気や空気、窒素等が用いられる。
第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２において図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６用いる場合、アトマイズ流体には、過熱蒸気や空気、窒素等が用いられる。
【0075】
上述したように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１から液体アンモニア燃料を噴霧することで、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニア燃料の蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇を抑制できる。
【0076】
（第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量の調節について）
上述した幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を備えるボイラ１０では、例えば以下に述べるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量を調節するようにしてもよい。
図９は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１における第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量の調節について説明するための図である。
なお、図９に示すアンモニアバーナ５１は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであるが、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂであってもよく、図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであってもよい。
上述した幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を備えるボイラ１０では、例えば以下に述べるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量を調節するようにしてもよい。
図９は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１における第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量の調節について説明するための図である。
なお、図９に示すアンモニアバーナ５１は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであるが、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂであってもよく、図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであってもよい。
【0077】
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量を制御するための制御装置９００を備えている。
幾つかの実施形態に係る制御装置９００は、コントローラ９０１と、調節部９５とを含む。
幾つかの実施形態に係る制御装置９００は、コントローラ９０１と、調節部９５とを含む。
【0078】
コントローラ９０１は、各種演算処理を実行するプロセッサ９０１ａと、プロセッサによって処理される各種データを非一時的または一時的に記憶するメモリ９０１ｂとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせなどによって実現される。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラシュメモリ、またはこれらの組み合わせなどによって実現される。なお、コントローラ９０１はボイラ１０を制御するように構成されてもよい。コントローラ９０１はボイラシステム１を制御するように構成されてもよい。
【0079】
コントローラ９０１は、機能ブロックとしての噴射量算出部９０２を備えている。コントローラ９０１のプロセッサ９０１ａは、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより噴射量算出部９０２として機能する。
【0080】
調節部９５は、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を調節するための第１流量調節バルブ９５Ａである。なお、調節部９５は、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量を調節するための第２流量調節バルブ９５Ｂ、及び燃焼用空気ノズル５４に供給する燃焼用空気の供給量を調節するための第３流量調節バルブ９５Ｃを含んでいてもよい。
【0081】
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、アンモニアバーナ５１のメタル温度を検出するための温度センサ９６を備えていてもよい。温度センサ９６は、例えば熱電対であり、燃焼用空気ノズル５４内で開口部５４ａに比較的近い位置の金属部分に取り付けられているとよい。温度センサ９６は、例えば図９に示すように隔壁６２５の温度を検出するように取り付けられていてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１の下流端近傍の温度を検出するように取り付けられていてもよい。また、温度センサ９６は、保炎器５６の温度を検出するように取り付けられていてもよい。
なお、温度センサ９６は、上述した幾つかの検出箇所以外の温度を検出するように設置されていてもよい。温度センサ９６は、これらの検出箇所の少なくとも１か所の温度を検出するように設置されていればよい。
温度センサ９６は、後述するように燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出するために用いられる場合には、着火検出センサ９８として機能する。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１では、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度を検出する温度センサ９６を備えているので、後述するように、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度の管理が可能となる。
なお、温度センサ９６は、上述した幾つかの検出箇所以外の温度を検出するように設置されていてもよい。温度センサ９６は、これらの検出箇所の少なくとも１か所の温度を検出するように設置されていればよい。
温度センサ９６は、後述するように燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出するために用いられる場合には、着火検出センサ９８として機能する。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１では、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度を検出する温度センサ９６を備えているので、後述するように、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度の管理が可能となる。
【0082】
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、燃焼用空気ノズル５４内の圧力を検出するための圧力センサ９７を備えていてもよい。なお、圧力センサ９７は、後述するように燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出するために用いられる場合には、着火検出センサ９８として機能する。
後述するように圧力センサ９７を着火検出センサ９８として用いるのであれば、燃焼用空気ノズル５４の内部での燃焼用空気の圧力変動を検出できればよいため、圧力センサ９７は、必ずしも燃焼用空気ノズル５４の内部に配置する必要はない。
後述するように圧力センサ９７を着火検出センサ９８として用いるのであれば、燃焼用空気ノズル５４の内部での燃焼用空気の圧力変動を検出できればよいため、圧力センサ９７は、必ずしも燃焼用空気ノズル５４の内部に配置する必要はない。
【0083】
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、温度センサ９６や圧力センサ９７からの検出信号は、コントローラ９０１に入力されるように構成されている。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、第１流量調節バルブ９５Ａ、第２流量調節バルブ９５Ｂ、及び第３流量調節バルブ９５Ｃには、流量を調節するために不図示のアクチュエータがそれぞれ設けられている。幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、これらのアクチュエータを駆動するための制御信号は、コントローラ９０１から出力されるように構成されている。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、第１流量調節バルブ９５Ａ、第２流量調節バルブ９５Ｂ、及び第３流量調節バルブ９５Ｃには、流量を調節するために不図示のアクチュエータがそれぞれ設けられている。幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、これらのアクチュエータを駆動するための制御信号は、コントローラ９０１から出力されるように構成されている。
【0084】
（燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を抑制するために第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する場合）
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
【0085】
図１０は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムは、プロセッサ９０１ａがメモリ９０１ｂから読み込んで実行する。
【0086】
一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、噴射量を算出するステップＳ１０と、噴射量を調節するステップＳ２０と、を備える。
【0087】
噴射量を算出するステップＳ１０は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップである。
噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断する。例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出した温度や、その温度の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。また、例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、圧力センサ９７で検出した燃焼用空気ノズル５４に供給される燃焼用空気の圧力や、その圧力の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。
そして、噴射量算出部９０２は、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したと判断した場合に、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の減少量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定するようにしてもよい。
噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断する。例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出した温度や、その温度の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。また、例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、圧力センサ９７で検出した燃焼用空気ノズル５４に供給される燃焼用空気の圧力や、その圧力の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。
そして、噴射量算出部９０２は、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したと判断した場合に、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の減少量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定するようにしてもよい。
【0088】
噴射量を調節するステップＳ２０は、噴射量を算出するステップＳ１０で算出した噴射量となるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を調節するステップである。
噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
これにより、アンモニア燃焼バーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
なお、噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
これにより、アンモニア燃焼バーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
なお、噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
【0089】
すなわち、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。制御装置９００は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
【0090】
（アンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度を抑制するために第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する場合）
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
【0091】
図１１は、温度センサ９６の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。図１１のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムは、プロセッサ９０１ａがメモリ９０１ｂから読み込んで実行する。
【0092】
一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、噴射量を算出するステップＳ５０と、噴射量を調節するステップＳ６０と、を備える。
【0093】
噴射量を算出するステップＳ１０は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップである。
噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、温度センサ９６の検出結果、すなわち温度センサ９６で検出したメタル温度を監視する。そして、例えば噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度が予め設定した閾値を超えたと判断した場合、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の増加量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定するようにしてもよい。
噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、温度センサ９６の検出結果、すなわち温度センサ９６で検出したメタル温度を監視する。そして、例えば噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度が予め設定した閾値を超えたと判断した場合、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の増加量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定するようにしてもよい。
【0094】
例えばアンモニア燃焼バーナ５１の構造が異なると、アンモニア燃焼バーナ５１を構成する燃焼用空気ノズル５４の先端部や保炎器５６等が、火炉１１内の燃焼ガスやアンモニア燃焼バーナ５１が形成する自火炎から受ける熱により損傷（以下、焼損と言う）する条件や、その程度が異なる。そこで、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、メタル温度を抑制するための第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を、アンモニア燃焼バーナ５１の構造によって変更するようにしてもよい。
また、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度からメタル温度の変化を予想し、予想した温度変化に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を設定するようにしてもよい。なお、メタル温度の変化の予想に際し、噴射量算出部９０２は、アンモニア燃焼バーナ５１における燃焼空気比、アンモニア燃焼バーナ５１の構造、ボイラ１０の負荷等を考慮するようにしてもよい。
また、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度からメタル温度の変化を予想し、予想した温度変化に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を設定するようにしてもよい。なお、メタル温度の変化の予想に際し、噴射量算出部９０２は、アンモニア燃焼バーナ５１における燃焼空気比、アンモニア燃焼バーナ５１の構造、ボイラ１０の負荷等を考慮するようにしてもよい。
【0095】
噴射量を調節するステップＳ６０は、噴射量を算出するステップＳ５０で算出した噴射量となるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を調節するステップである。
噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
これにより、アンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度の上昇を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
なお、このように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を増やすことでアンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度の抑制を図る場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料の方が、その効果が大きい。第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニアの蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇をより効果的に抑制できる。
噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
これにより、アンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度の上昇を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
なお、このように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を増やすことでアンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度の抑制を図る場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料の方が、その効果が大きい。第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニアの蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇をより効果的に抑制できる。
噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
【0096】
このように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００を備える。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料であるとよい。アンモニア燃焼バーナ５１は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。制御装置９００は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
【0097】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0098】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、ボイラ１０でアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナ５１である。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、ボイラ１０でアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナ５１である。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ５１は、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
【0099】
上記（１）の構成によれば、予混合をしなかった場合の燃焼場におけるアンモニア燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比よりも、燃焼場における部分予混合燃料と燃焼用空気の残部との接触面の局所的な空気比を低くし易い。また、上記（１）の構成によれば、予混合をしなかった場合と比べて、拡散混合する燃焼用空気の流量が予め部分予混合に用いられた分だけ少なくなるので、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面を狭くすることができる。これにより、アンモニア燃焼バーナ５１においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0100】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気を噴出する開口部５４ａを有しているとよい。開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成しているとよい。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路であるとよい。
【0101】
上記（２）の構成によれば、上記隙間から上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面を狭くすることができる。これにより、アンモニア燃焼バーナ５１においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0102】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、部分予混合燃料の流路５４１と、燃焼用空気の残部の流路５４２とを隔てる隔壁６２５を備えているとよい。
【0103】
上記（３）の構成によれば、燃焼用空気ノズル５４の内部で必要以上の燃焼用空気がアンモニア燃料と予混合されることを抑制できるので、部分予混合燃料における空気比を安定化させ易い。
【0104】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、保炎器５６は、ディフューザ型又はスワラ型の保炎器であるとよい。
【0105】
上記（４）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１の近傍で保炎できるので、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面が広がることを抑制できる。これにより、アンモニア燃焼バーナ５１においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
【0106】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
【0107】
上記（５）の構成によれば、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器５６の冷却が期待でき、保炎器５６の温度上昇の抑制に資する。
【0108】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料であってもよい。
【0109】
上記（６）の構成によれば、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニア燃料の蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇を抑制できる。
【0110】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えていてもよい。
【0111】
上記（７）の構成によれば、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射されるアンモニア燃料を拡散燃焼させることができる。
【0112】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、保炎器５６と接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出する突出部５７を備えていてもよい。
【0113】
上記（８）の構成によれば、上記突出部５７が対流冷却されることで保炎器５６の温度上昇を抑制できる。
【0114】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度を検出する温度検出センサ（温度センサ９６）を備えていてもよい。
【0115】
上記（９）の構成によれば、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度の管理が可能となる。
【0116】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８を備えていてもよい。
【0117】
上記（１０）の構成によれば、万が一、部分予混合燃料が燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したとしても、この着火を検出できるので、アンモニア燃焼バーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
【0118】
（１１）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、を備える。
【0119】
上記（１１）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１を備えるボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
【0120】
（１２）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、火炉壁１０１のアンモニア燃焼バーナ５１とは異なる位置に設けられ、アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナ（バーナ２１）と、を備える。
【0121】
上記（１２）の構成によれば、上記ボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
【0122】
（１３）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。制御装置９００は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
【0123】
上記（１３）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
【0124】
（１４）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニアである。アンモニア燃焼バーナ５１は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。制御装置９００は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
【0125】
上記（１４）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
【0126】
（１５）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、アンモニア燃料が供給されるボイラ１０の運転方法である。ボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた上記（１）乃至（８）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、を含む。本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル８２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップＳ１０と、算出するステップＳ１０で算出した噴射量となるように噴射量を調節するステップＳ２０と、を備える。
【0127】
上記（１５）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
【0128】
（１６）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、アンモニア燃料が供給されるボイラ１０の運転方法である。ボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ５１と、を含む。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニアである。アンモニア燃焼バーナ５１は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップＳ５０と、算出するステップＳ５０で算出した噴射量となるように噴射量を調節するステップＳ６０と、を備える。
【0129】
上記（１６）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ５１のメタル温度を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【0130】
１ ボイラシステム
１０ ボイラ
１１ 火炉
２０、５０ 燃焼装置
２１ バーナ
５１ アンモニアバーナ（アンモニア燃焼バーナ）
５１Ａ 第１アンモニアバーナ
５１Ｂ 第２アンモニアバーナ
５４ 燃焼用空気ノズル
５４ａ 開口部
５６、５６Ａ、５６Ｂ 保炎器
５７ 突出部
１０１ 火炉壁
５２１ 第１アンモニア噴射ノズル
５２２ 第２アンモニア噴射ノズル
５４１ 流路
５４２ 流路
６２５ 隔壁
１０ ボイラ
１１ 火炉
２０、５０ 燃焼装置
２１ バーナ
５１ アンモニアバーナ（アンモニア燃焼バーナ）
５１Ａ 第１アンモニアバーナ
５１Ｂ 第２アンモニアバーナ
５４ 燃焼用空気ノズル
５４ａ 開口部
５６、５６Ａ、５６Ｂ 保炎器
５７ 突出部
１０１ 火炉壁
５２１ 第１アンモニア噴射ノズル
５２２ 第２アンモニア噴射ノズル
５４１ 流路
５４２ 流路
６２５ 隔壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】