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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】P2024111641
(43)【公開日】2024-08-19
(54)【発明の名称】アンモニアを燃料として使用する燃焼システム
(51)【国際特許分類】
F02C 7/22 20060101AFI20240809BHJP
F02C 6/18 20060101ALI20240809BHJP
F02C 7/08 20060101ALI20240809BHJP
F02G 5/02 20060101ALI20240809BHJP
F23L 7/00 20060101ALI20240809BHJP
F23J 7/00 20060101ALI20240809BHJP
【ＦＩ】
F02C7/22 B
F02C6/18 A
F02C7/08 B
F02G5/02 A
F23L7/00
F23C99/00 317
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023016262
(22)【出願日】2023-02-06
【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）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 グリーンイノベーション基金事業／燃料アンモニアサプライチェーンの構築／アンモニアの発電利用における高混焼化・専焼化／ガスタービンにおけるアンモニア専焼技術の開発・実証／アンモニア専焼ガスタービンの研究開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】加藤 壮一郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 慎太朗
【テーマコード（参考）】
3K023
3K065
【Ｆターム（参考）】
3K023JD06
3K065TC08
3K065TD05
3K065TF09
3K065TL02
3K065TM03
(57)【要約】
【課題】アンモニアを燃料として使用する燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させること。
【解決手段】燃焼システム１００は、燃焼器３２と、燃焼器３２と流体連通し、燃焼器３２からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナ４１と、追い焚きバーナ４１と流体連通し、排気ガスの熱を利用する熱利用機器４と、熱利用機器４で利用された排気ガスの一部を燃焼器３２に供給する再循環流路Ｐ６と、再循環流路Ｐ６に配置される第１熱交換器６であって、排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを追い焚きバーナ４１に供給すると共に、冷却された排気ガスを燃焼器３２に供給する、第１熱交換器６と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】燃焼システム１００は、燃焼器３２と、燃焼器３２と流体連通し、燃焼器３２からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナ４１と、追い焚きバーナ４１と流体連通し、排気ガスの熱を利用する熱利用機器４と、熱利用機器４で利用された排気ガスの一部を燃焼器３２に供給する再循環流路Ｐ６と、再循環流路Ｐ６に配置される第１熱交換器６であって、排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを追い焚きバーナ４１に供給すると共に、冷却された排気ガスを燃焼器３２に供給する、第１熱交換器６と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼器と、
前記燃焼器と流体連通し、前記燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、
前記追い焚きバーナと流体連通し、前記排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、
前記熱利用機器で利用された前記排気ガスの一部を前記燃焼器に供給する再循環流路と、
前記再循環流路に配置される第１熱交換器であって、前記排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを前記追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを前記燃焼器に供給する、第１熱交換器と、
を備える、アンモニアを燃料として使用する燃焼システム。
前記燃焼器と流体連通し、前記燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、
前記追い焚きバーナと流体連通し、前記排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、
前記熱利用機器で利用された前記排気ガスの一部を前記燃焼器に供給する再循環流路と、
前記再循環流路に配置される第１熱交換器であって、前記排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを前記追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを前記燃焼器に供給する、第１熱交換器と、
を備える、アンモニアを燃料として使用する燃焼システム。
【請求項2】
前記再循環流路に配置される第２熱交換器であって、前記排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を前記燃焼器に供給すると共に、前記加熱されたアンモニアの残りを前記第１熱交換器に供給する、第２熱交換器、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記排気ガスと前記第２熱交換器から供給される前記加熱されたアンモニアとの間で熱交換する、
請求項１に記載の燃焼システム。
を備え、
前記第１熱交換器は、前記排気ガスと前記第２熱交換器から供給される前記加熱されたアンモニアとの間で熱交換する、
請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項3】
前記第２熱交換器は、前記加熱されたアンモニアの一部を液体状態で前記燃焼器に供給する、
請求項２に記載の燃焼システム。
請求項２に記載の燃焼システム。
【請求項4】
前記第２熱交換器は、前記加熱されたアンモニアの一部を気体状態で前記燃焼器に供給する、
請求項２に記載の燃焼システム。
請求項２に記載の燃焼システム。
【請求項5】
前記再循環流路を流れる前記排気ガスに液体アンモニアを直接的に噴射するインジェクタを備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼システム。
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼システム。
【請求項6】
前記排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼システム。
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼システム。
【請求項7】
前記排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項５に記載の燃焼システム。
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項５に記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アンモニアを燃料として使用する燃焼システムに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、ガスタービンまたは蒸気タービン等を含む燃焼システムは、追い焚きバーナを備える場合がある（例えば、特許文献１，２を参照）。追い焚きバーナは、燃焼器からの排気ガスを加熱する。加熱された排気ガスは、例えば廃熱回収ボイラ等の熱利用機器で使用される。このような構成によれば、燃焼器からの排気ガスの温度が熱利用機器での使用に対して十分高く無い場合に、排気ガスを十分な温度まで加熱することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００２－７０５８１号公報
【特許文献2】特開２００４－２２５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アンモニアは、ＣＯ２を放出しない燃料として知られている。したがって、上記のような追い焚きバーナを備える燃焼システムにおいても、アンモニアを燃料として使用することが想定される。また、アンモニアは難燃性を有することが知られている。したがって、アンモニアを燃料として使用する場合には、アンモニアの燃焼性を向上させ、燃焼効率を向上させることが望ましい。
【0005】
本開示は、燃焼効率を向上させることができる、アンモニアを燃料として使用する燃焼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】
【0006】
本開示の一態様に係るアンモニアを燃料として使用する燃焼システムは、燃焼器と、燃焼器と流体連通し、燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、追い焚きバーナと流体連通し、排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、熱利用機器で利用された排気ガスの一部を燃焼器に供給する再循環流路と、再循環流路に配置される第１熱交換器であって、排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを燃焼器に供給する、第１熱交換器と、を備える。
【0007】
燃焼システムは、再循環流路に配置される第２熱交換器であって、排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を燃焼器に供給すると共に、加熱されたアンモニアの残りを第１熱交換器に供給する、第２熱交換器を備えてもよく、第１熱交換器は、排気ガスと第２熱交換器から供給される加熱されたアンモニアとの間で熱交換してもよい。
【0008】
第２熱交換器は、加熱されたアンモニアの一部を液体状態で燃焼器に供給してもよい。
【0009】
第２熱交換器は、加熱されたアンモニアの一部を気体状態で燃焼器に供給してもよい。
【0010】
燃焼システムは、再循環流路を流れる排気ガスに液体アンモニアを直接的に噴射するインジェクタを備えてもよい。
【0011】
燃焼システムは、排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置を備えてもよく、第１熱交換器は、気化したアンモニアの一部を脱硝装置に供給してもよい。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、アンモニアを燃料として使用する燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0015】
図１は、第１実施形態に係る燃焼システム１００を示す概略図である。本実施形態では、燃焼システム１００は、ガスタービン３を含むシステムに適用される。燃焼システム１００はこれに限定されず、燃料の少なくとも一部としてアンモニアを使用可能な燃焼器を含む、他のシステムに適用されてもよい。例えば、他の実施形態では、燃焼システム１００は、アンモニアを燃焼させるボイラと、ボイラで発生した蒸気によって運転される蒸気タービンと、を含むシステムに適用されてもよい。
【0016】
例えば、本実施形態では、燃焼システム１００は、タンク（アンモニア供給源）１と、加圧器２と、ガスタービン３と、ＨＲＳＧ（廃熱回収ボイラ）（熱利用機器）４と、排気塔５と、第１熱交換器６と、制御装置９０と、を備える。燃焼システム１００は、他の構成要素をさらに備えてもよい。また、燃焼システム１００は、上記の構成要素のうちの１つまたは複数を備えてなくてもよい。
【0017】
タンク１は、アンモニアを貯蔵する。具体的には、タンク１は、液体のアンモニアを貯蔵する。タンク１は、配管Ｐ１によって加圧器２に接続される。タンク１に貯蔵される液体アンモニアは、配管Ｐ１を介して加圧器２に供給される。なお、アンモニア供給源はタンク１に限定されず、例えばアンモニア製造装置等の他の構成要素であってもよい。
【0018】
加圧器２は、タンク１からの液体アンモニアを加圧する。例えば、加圧器２は、ポンプであってもよい。加圧器２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。例えば、制御装置９０は、加圧器２の出力を制御することによって、タンク１から供給されるアンモニアの流量を調整する。加圧器２は、配管Ｐ２に接続される。配管Ｐ２は、配管Ｐ２１と、配管Ｐ２２と、に分岐する。
【0019】
配管Ｐ２１は、ガスタービン３に接続される。例えば、加圧器２は、液体アンモニアを、配管２１を介してガスタービン３に供給する。他の実施形態では、燃焼システム１００は、配管２１に不図示の気化器を備えてもよく、気化されたアンモニアがガスタービン３に供給されてもよい。
【0020】
配管Ｐ２２は、後述する追い焚きバーナ４１に接続される。例えば、配管Ｐ２２には、バルブＶ１が設けられてもよい。バルブＶ１は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。例えば、制御装置９０は、加圧器２の出力およびバルブＶ１の開度を制御することによって、ガスタービン３に供給されるアンモニアの流量、および、追い焚きバーナ４１に供給されるアンモニアの流量を調整する。
【0021】
ガスタービン３は、コンプレッサ３１と、燃焼器３２と、タービン３３と、を含む。
【0022】
コンプレッサ３１は、空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３２に供給する。圧縮された空気は、燃焼器３２における燃焼に使用される。
【0023】
燃焼器３２は、タンク１からのアンモニアを燃焼する。また、燃焼器３２は、状況に応じて、アンモニアと、例えば天然ガス等の他の燃料と、の混合燃料を燃焼してもよく、または、他の燃料のみを燃焼してもよい。燃焼器３２で発生した排気ガスはタービン３３に供給され、発電等の運転に使用される。
【0024】
タービン３３は、配管Ｐ３に接続される。配管Ｐ３は、ＨＲＳＧ４に接続される。タービン３３で使用された排気ガスは、配管Ｐ３を介してＨＲＳＧ４に供給される。
【0025】
本実施形態では、排気ガスの熱を利用する熱利用機器として、ＨＲＳＧ４が設けられる。熱利用機器はこれに限定されず、例えば、加熱炉等の他の機器が、熱利用機器として使用されてもよい。ＨＲＳＧ４は、水が通る１つまたは複数の配管Ｐ４を含む。ＨＲＳＧ４は、排気ガスの熱によって水を蒸気へと加熱する。例えば、蒸気は、不図示の蒸気タービンの運転に使用されてもよい。
【0026】
ＨＲＳＧ４の内部において配管Ｐ４の上流、または、ＨＲＳＧ４の上流には、追い焚きバーナ４１が設けられる。追い焚きバーナ４１は、後述するように、タンク１からのアンモニアを燃焼する。また、追い焚きバーナ４１は、状況に応じて、アンモニアと、例えば天然ガス等の他の燃料と、の混合燃料を燃焼してもよく、または、他の燃料のみを燃焼してもよい。例えば、追い焚きバーナ４１は、ＨＲＳＧ４において水を蒸気へと加熱するのに排気ガスの温度が十分高くない場合に、排気ガスを加熱する。例えば、追い焚きバーナ４１は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。例えば、制御装置９０は、追い焚きバーナ４１の火力を制御することによって、排気ガスの温度を調整する。
【0027】
ＨＲＳＧ４は、配管Ｐ５によって排気塔５に接続される。ＨＲＳＧ４で使用された排気ガスは、配管Ｐ５を介して排気塔５に送られ、排気塔５から放出される。
【0028】
配管Ｐ５からは、配管（再循環流路）Ｐ６が分岐する。配管Ｐ６は、コンプレッサ３１の吸気流路に接続される。したがって、配管Ｐ６は、ＨＲＳＧ４で利用された排気ガスの一部を、コンプレッサ３１を介して燃焼器３２に供給する。コンプレッサ３１は、空気および排気ガスの混合気を圧縮し、圧縮された混合気を燃焼器３２に供給する。
【0029】
例えば、配管Ｐ６には、バルブＶ２が設けられてもよい。バルブＶ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。例えば、制御装置９０は、バルブＶ２の開度を制御することによって、配管Ｐ６を介してコンプレッサ３１に供給される排気ガスの流量を調整する。
【0030】
第１熱交換器６は、配管Ｐ２２および配管Ｐ６上に配置される。第１熱交換器６は、配管Ｐ６を流れる排気ガスと、配管Ｐ２２を流れるアンモニアと、の間で熱交換する。本実施形態では、第１熱交換器６は、排気ガスとアンモニアとが互いに反対方向に流れる向流形である。他の実施形態では、第１熱交換器６は、排気ガスとアンモニアとが同一方向に流れる並流形であってもよい。
【0031】
第１熱交換器６において、配管Ｐ２２を流れる液体アンモニアは、配管Ｐ６を流れる排気ガスによって加熱され、気化される。したがって、第１熱交換器６は、配管Ｐ２２を介して、気体アンモニアを追い焚きバーナ４１に供給する。追い焚きバーナ４１は、供給された気体アンモニアを燃焼する。気体アンモニアは、液体アンモニアに比して、優れた燃焼性を有する。したがって、このような構成によれば、追い焚きバーナ４１における燃焼効率を向上することができる。
【0032】
対照的に、第１熱交換器６において、配管Ｐ６を流れる排気ガスは、配管Ｐ２２を流れる液体アンモニアによって冷却される。したがって、第１熱交換器６は、配管Ｐ６を介して、冷却された排気ガスをコンプレッサ３１に供給する。コンプレッサ３１では、圧縮される流体の温度が低下すると、必要とされる動力が低下する。したがって、このような構成によれば、機関効率を向上することができる。
【0033】
また、規制に使用される換算ＮＯｘ値は、以下の式（１）によって表される。
換算ＮＯｘ値＝ＮＯｘ濃度測定値×（大気中酸素濃度－換算基準酸素濃度）／（大気中酸素濃度－酸素濃度測定値）・・・（１）
燃焼器３２で燃焼に使用される混合気は、配管Ｐ６によって供給される排気ガスを含む。排気ガス中の酸素濃度は、大気中の酸素濃度に比して低い。したがって、この場合、上記の式（１）において「酸素濃度測定値」が低下するため、「ＮＯｘ濃度測定値」が変わらなかったとしても、換算ＮＯｘ値を低減することができる。
換算ＮＯｘ値＝ＮＯｘ濃度測定値×（大気中酸素濃度－換算基準酸素濃度）／（大気中酸素濃度－酸素濃度測定値）・・・（１）
燃焼器３２で燃焼に使用される混合気は、配管Ｐ６によって供給される排気ガスを含む。排気ガス中の酸素濃度は、大気中の酸素濃度に比して低い。したがって、この場合、上記の式（１）において「酸素濃度測定値」が低下するため、「ＮＯｘ濃度測定値」が変わらなかったとしても、換算ＮＯｘ値を低減することができる。
【0034】
特に、本実施形態では、燃焼器３２からの排気ガスは、追い焚きバーナ４１によってさらに燃焼される。したがって、配管Ｐ６を介して燃焼器３２に供給される排気ガス中の酸素濃度は、追い焚きバーナ４１によってさらに低減される。よって、換算ＮＯｘ値をさらに低減することができる。
【0035】
制御装置９０は、燃焼システム１００の全体または一部を制御する。制御装置９０は、例えば、プロセッサ９０ａ、記憶装置９０ｂおよびコネクタ９０ｃ等の構成要素を含み、これらの構成要素はバスを介して互いに接続される。例えば、プロセッサ９０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む。例えば、記憶装置９０ｂは、ハードディスク、プログラム等が格納されるＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む。制御装置９０は、コネクタ９０ｃを介して燃焼システム１００の各構成要素と有線でまたは無線で通信可能に接続される。例えば、制御装置９０は、液晶ディスプレイまたはタッチパネル等の表示装置、および、キーボード、ボタンまたはタッチパネル等の入力装置等、他の構成要素を更に含んでもよい。例えば、上記の制御装置９０の動作は、記憶装置９０ｂに記憶されるプログラムをプロセッサ９０ａに実行することによって、実現されてもよい。
【0036】
以上のような燃焼システム１００は、燃焼器３２と、燃焼器３２と流体連通し、燃焼器３２からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナ４１と、追い焚きバーナ４１と流体連通し、排気ガスの熱を利用するＨＲＳＧ４と、ＨＲＳＧ４で利用された排気ガスの一部を燃焼器３２に供給する配管Ｐ６と、配管Ｐ６に配置される第１熱交換器６と、を備える。第１熱交換器６は、排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを追い焚きバーナ４１に供給すると共に、冷却された排気ガスを燃焼器３２に供給する。このような構成によれば、気体アンモニアが、追い焚きバーナ４１に供給される。上記のように、気体アンモニアは、液体アンモニアに比して、優れた燃焼性を有する。したがって、追い焚きバーナ４１がアンモニアを燃料として使用する場合に、追い焚きバーナ４１における燃焼効率を向上することができる。また、このような構成によれば、冷却された排気ガスが、コンプレッサ３１に供給される。上記のように、コンプレッサ３１では、圧縮される流体の温度が低下すると、必要とされる動力が低下する。したがって、機関効率を向上することができる。さらに、上記の構成によれば、燃焼器３２で燃焼に使用されるガスは、配管Ｐ６によって供給される排気ガスを含む。排気ガス中の酸素濃度は、大気中の酸素濃度に比して低い。したがって、この場合、上記のように、換算ＮＯｘ値を低減することができる。特に、燃焼システム１００では、燃焼器３２からの排気ガスは、追い焚きバーナ４１によってさらに燃焼される。したがって、燃焼器３２に供給される排気ガス中の酸素濃度は、追い焚きバーナ４１によってさらに低減される。したがって、換算ＮＯｘ値をさらに低減することができる。
【0037】
続いて、他の実施形態に係るシステムについて説明する。
【0038】
図２は、第２実施形態に係る燃焼システム２００を示す概略図である。燃焼システム２００は、第２熱交換器７を備える点で、上記の第１実施形態に係る燃焼システム１００と異なる。燃焼システム２００は、その他の点については、第１実施形態に係る燃焼システム１００と同じであってもよい。
【0039】
第２熱交換器７は、配管Ｐ２および配管Ｐ６上に配置される。本実施形態では、配管Ｐ２は、第２熱交換器７の下流の位置において、上記の配管Ｐ２１および配管Ｐ２２に分岐する。
【0040】
本実施形態では、第２熱交換器７は、配管Ｐ２のアンモニアの流れにおいて、第１熱交換器６の上流に配置される。別の観点では、本実施形態では、第２熱交換器７は、配管Ｐ６の排気ガスの流れにおいて、第１熱交換器６の下流に配置される。第２熱交換器７は、配管Ｐ６を流れる排気ガスと、配管Ｐ２を流れる液体アンモニアと、の間で熱交換する。本実施形態では、第２熱交換器７は、排気ガスと液体アンモニアとが互いに反対方向に流れる向流形である。他の実施形態では、第２熱交換器７は、排気ガスと液体アンモニアとが同一方向に流れる並流形であってもよい。
【0041】
第２熱交換器７において、配管Ｐ２を流れる液体アンモニアは、配管Ｐ６を流れる排気ガスによって加熱される。第２熱交換器７では、加熱された液体アンモニアは、液体状態のままであってもよいし、または、気化されてもよい。
【0042】
第２熱交換器７は、配管Ｐ２２を介して、加熱された液体アンモニアまたは気化されたアンモニアを第１熱交換器６に供給する。第１熱交換器６は、第２熱交換器７からのアンモニアをさらに加熱する。上記のように、第１熱交換器６は、配管Ｐ２２を介して、気化したアンモニアを追い焚きバーナ４１に供給する。このような構成によれば、追い焚きバーナ４１における燃焼効率をさらに向上することができる。
【0043】
また、第２熱交換器７は、配管Ｐ２１を介して、加熱された液体アンモニアまたは気化されたアンモニアを燃焼器３２に供給する。このような構成によれば、燃焼器３２における燃焼効率を向上することができる。
【0044】
対照的に、配管Ｐ６を流れる排気ガスは、上記のように、第１熱交換器６において、配管Ｐ２２を流れるアンモニアによって冷却され、また、第２熱交換器７において、配管Ｐ２を流れるアンモニアによってさらに冷却される。第２熱交換器７は、配管Ｐ６を介して、冷却された排気ガスをコンプレッサ３１に供給する。このような構成によれば、機関効率をさらに向上することができる。
【0045】
以上のような燃焼システム２００は、第１実施形態に係る燃焼システム１００と同様な効果を奏する。また、燃焼システム２００は、配管Ｐ６に配置される第２熱交換器７であって、排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を燃焼器３２に供給すると共に、加熱されたアンモニアの残りを第１熱交換器６に供給する、第２熱交換器７をさらに備え、第１熱交換器６は、排気ガスと、第２熱交換器７から供給される加熱されたアンモニアと、の間で熱交換する。このような構成によれば、第２熱交換器７は、加熱された液体アンモニアまたは気化されたアンモニアを燃焼器３２に供給する。したがって、燃焼器３２がアンモニアを燃料として使用する場合に、燃焼器３２における燃焼効率を向上することができる。
【0046】
また、燃焼システム２００では、第２熱交換器７は、加熱されたアンモニアの一部を液体状態で燃焼器３２に供給してもよい。このような構成によれば、タンク１から燃焼器３２に至るまで、アンモニアは液体状態のままである。したがって、タンク１から燃焼器３２へのアンモニアの供給システムを簡素化することができる。特に、燃焼器３２で使用するアンモニアの量は、追い焚きバーナ４１で使用するアンモニアの量よりも多い。したがって、アンモニアの供給システムをより大きく簡素化することができる。
【0047】
また、燃焼システム２００では、第２熱交換器７は、加熱されたアンモニアの一部を気体状態で燃焼器３２に供給してもよい。上記のように、気体アンモニアは、液体アンモニアに比して、優れた燃焼性を有する。したがって、このような構成によれば、燃焼器３２における燃焼効率をより向上することができる。
【0048】
続いて、さらに他の実施形態に係るシステムについて説明する。
【0049】
図３は、第３実施形態に係る燃焼システム３００を示す概略図である。燃焼システム３００は、第１熱交換器６が脱硝装置８にもアンモニアを供給する点で、上記の第２実施形態に係る燃焼システム２００と異なる。燃焼システム３００は、その他の点については、第２実施形態に係る燃焼システム２００と同じであってもよい。
【0050】
本実施形態では、脱硝装置８は、ＨＲＳＧ４に設けられる。例えば、脱硝装置８は、ＨＲＳＧ４を流れる排気ガスにアンモニアを噴射するインジェクタを含む。例えば、脱硝装置８は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。配管Ｐ２２は、アンモニアの流れにおいて、第１熱交換器６の下流の位置で、配管Ｐ２３と、配管Ｐ２４と、に分岐する。配管Ｐ２３は、追い焚きバーナ４１に接続される。配管Ｐ２４は、脱硝装置８に接続される。
【0051】
例えば、配管Ｐ２３には、バルブＶ３が設けられてもよい。バルブＶ３は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。例えば、制御装置９０は、バルブＶ１およびバルブＶ３の開度を制御することによって、追い焚きバーナ４１に供給されるアンモニアの流量、および、脱硝装置８に供給されるアンモニアの流量を調整する。
【0052】
以上のような燃焼システム３００は、第２実施形態に係る燃焼システム２００と同様な効果を奏する。また、燃焼システム３００は、排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置８を備え、第１熱交換器６は、気化したアンモニアの一部を脱硝装置８に供給する。このような構成によれば、脱硝装置８に供給されるアンモニアを、排気ガスの熱によって気化させることができる。したがって、燃焼システム３００のエネルギ効率を向上することができる。
【0053】
続いて、さらに他の実施形態に係るシステムについて説明する。
【0054】
図４は、第４実施形態に係る燃焼システム４００を示す概略図である。燃焼システム４００は、燃焼システム４００が、配管Ｐ６を流れる排気ガスにアンモニアを直接的に噴射するインジェクタ９を備える点で、上記の第１実施形態に係る燃焼システム１００と異なる。燃焼システム４００は、その他の点については、第１実施形態に係る燃焼システム１００と同じであってもよい。
【0055】
例えば、インジェクタ９は、配管Ｐ６の排気ガスの流れにおいて、第１熱交換器６の下流に設けられる。本実施形態では、配管Ｐ２は、上記の配管Ｐ２１および配管Ｐ２２と、配管Ｐ２５と、に分岐する。配管Ｐ２５は、インジェクタ９に接続される。例えば、インジェクタ９は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０によって制御されてもよい。排気ガスに直接的に噴射されたアンモニアは、燃焼器３２において燃焼される。
【0056】
以上のような燃焼システム４００は、第１実施形態に係る燃焼システム１００と同様な効果を奏する。また、燃焼システム４００は、配管Ｐ６を流れる排気ガスに液体アンモニアを直接的に噴射するインジェクタ９を備える。このような構成によれば、コンプレッサ３１に供給される排気ガスを、排気ガスに直接的に噴射される液体アンモニアによってさらに冷却することができる。したがって、機関効率をさらに向上することができる。また、噴射されたアンモニアはガスタービン３に供給されるので無駄にならない。
【0057】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【0058】
例えば、第４実施形態に係るインジェクタ９は、第２実施形態および第３実施形態に係る燃焼システム２００，３００に設けられてもよい。この場合、例えば、配管Ｐ２５は、配管Ｐ２のアンモニアの流れにおいて、第２熱交換器７の上流の位置において、配管Ｐ２から分岐してもよい。
【0059】
本開示は、ＣＯ２放出の削減につながるアンモニアの使用を促進することができるので、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」に貢献することができる。
【符号の説明】
【0060】
４ ＨＲＳＧ（熱利用機器）
６ 第１熱交換器
７ 第２熱交換器
８ 脱硝装置
９ インジェクタ
３２ 燃焼器
４１ 追い焚きバーナ
１００ 燃焼システム
２００ 燃焼システム
３００ 燃焼システム
４００ 燃焼システム
Ｐ６ 配管（再循環流路）
６ 第１熱交換器
７ 第２熱交換器
８ 脱硝装置
９ インジェクタ
３２ 燃焼器
４１ 追い焚きバーナ
１００ 燃焼システム
２００ 燃焼システム
３００ 燃焼システム
４００ 燃焼システム
Ｐ６ 配管（再循環流路）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2024-05-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼器と、
前記燃焼器と流体連通し、前記燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、
前記追い焚きバーナと流体連通し、前記排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、
前記熱利用機器で利用された前記排気ガスの一部を前記燃焼器に供給する再循環流路と、
前記再循環流路に配置される第１熱交換器であって、前記排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを前記追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを前記燃焼器に供給する、第１熱交換器と、
前記再循環流路に配置される第２熱交換器であって、前記排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を前記燃焼器に供給すると共に、前記加熱されたアンモニアの残りを前記第１熱交換器に供給する、第２熱交換器と、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記排気ガスと前記第２熱交換器から供給される前記加熱されたアンモニアとの間で熱交換する、
アンモニアを燃料として使用する燃焼システム。
前記燃焼器と流体連通し、前記燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、
前記追い焚きバーナと流体連通し、前記排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、
前記熱利用機器で利用された前記排気ガスの一部を前記燃焼器に供給する再循環流路と、
前記再循環流路に配置される第１熱交換器であって、前記排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを前記追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを前記燃焼器に供給する、第１熱交換器と、
前記再循環流路に配置される第２熱交換器であって、前記排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を前記燃焼器に供給すると共に、前記加熱されたアンモニアの残りを前記第１熱交換器に供給する、第２熱交換器と、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記排気ガスと前記第２熱交換器から供給される前記加熱されたアンモニアとの間で熱交換する、
アンモニアを燃料として使用する燃焼システム。
【請求項2】
前記第２熱交換器は、前記加熱されたアンモニアの一部を液体状態で前記燃焼器に供給する、
請求項１に記載の燃焼システム。
請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項3】
前記第２熱交換器は、前記加熱されたアンモニアの一部を気体状態で前記燃焼器に供給する、
請求項１に記載の燃焼システム。
請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項4】
前記再循環流路を流れる前記排気ガスに液体アンモニアを直接的に噴射するインジェクタを備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼システム。
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼システム。
【請求項5】
前記排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼システム。
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼システム。
【請求項6】
前記排気ガス中の窒素酸化物を低減する脱硝装置、
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項４に記載の燃焼システム。
を備え、
前記第１熱交換器は、前記気化したアンモニアの一部を前記脱硝装置に供給する、
請求項４に記載の燃焼システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本開示の一態様に係るアンモニアを燃料として使用する燃焼システムは、燃焼器と、燃焼器と流体連通し、燃焼器からの排気ガスを加熱する追い焚きバーナと、追い焚きバーナと流体連通し、排気ガスの熱を利用する熱利用機器と、熱利用機器で利用された排気ガスの一部を燃焼器に供給する再循環流路と、再循環流路に配置される第１熱交換器であって、排気ガスとアンモニアとの間で熱交換し、気化したアンモニアを追い焚きバーナに供給すると共に、冷却された排気ガスを燃焼器に供給する、第１熱交換器と、再循環流路に配置される第２熱交換器であって、排気ガスと液体アンモニアとの間で熱交換し、加熱されたアンモニアの一部を燃焼器に供給すると共に、加熱されたアンモニアの残りを第１熱交換器に供給する、第２熱交換器と、を備え、第１熱交換器は、排気ガスと第２熱交換器から供給される加熱されたアンモニアとの間で熱交換する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】