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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】P2024160616
(43)【公開日】2024-11-14
(54)【発明の名称】バーナ及びアンモニア混焼ボイラ
(51)【国際特許分類】
F23N 1/02 20060101AFI20241107BHJP
F23C 1/00 20060101ALI20241107BHJP
F23D 14/22 20060101ALI20241107BHJP
F23D 14/24 20060101ALI20241107BHJP
F23D 14/48 20060101ALI20241107BHJP
F22B 31/00 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
F23N1/02 F
F23C1/00 301
F23D14/22 F
F23D14/24 C
F23D14/48 B
F23D14/22 D
F22B31/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023075820
(22)【出願日】2023-05-01
(71)【出願人】
【識別番号】000175272
【氏名又は名称】三浦工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(72)【発明者】
【氏名】山田 将之
(72)【発明者】
【氏名】松木 繁昌
【テーマコード（参考）】
3K003
3K017
3K019
3K091
【Ｆターム（参考）】
3K003AC01
3K003CC03
3K017CA04
3K017CA06
3K017CB01
3K019AA01
3K019AA06
3K019BA02
3K019BB02
3K019BB04
3K019BD06
3K091AA01
3K091BB02
3K091CC06
(57)【要約】
【課題】アンモニアより燃焼速度の速い燃料とアンモニアを混焼させ、アンモニアの未燃物発生を抑制し、アンモニアを安定燃焼させられるバーナ及びアンモニア混焼ボイラを提供すること。
【解決手段】アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１が流通する燃料流路管１１と、第１燃焼用空気Ａ１が流通する第１空気流路管１２と、アンモニアＦ２が流通するアンモニア流路管１３と、第２燃焼用空気Ａ２が流通する第２空気流路管１４と、第１燃料Ｆ１を噴出する燃料噴出部１５Ａと、第１燃焼用空気Ａ１を噴出する第１空気噴出部１６と、アンモニアＦ２を噴出するアンモニア噴出部１７と、第２燃焼用空気Ａ２を噴出する第２空気噴出部１８と、を備えるバーナ。
【選択図】図１
【解決手段】アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１が流通する燃料流路管１１と、第１燃焼用空気Ａ１が流通する第１空気流路管１２と、アンモニアＦ２が流通するアンモニア流路管１３と、第２燃焼用空気Ａ２が流通する第２空気流路管１４と、第１燃料Ｆ１を噴出する燃料噴出部１５Ａと、第１燃焼用空気Ａ１を噴出する第１空気噴出部１６と、アンモニアＦ２を噴出するアンモニア噴出部１７と、第２燃焼用空気Ａ２を噴出する第２空気噴出部１８と、を備えるバーナ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料が流通する燃料流路を形成する燃料流路管と、
前記燃料流路管を包囲し、前記燃料流路管の外周面との間に第１燃焼用空気が流通する第１空気流路を形成する第１空気流路管と、
前記第１空気流路管の周囲に配置され、アンモニアが流通するアンモニア流路を形成するアンモニア流路管と、
前記アンモニア流路管を包囲し、又は、前記第１空気流路管及び前記アンモニア流路管を包囲し、第２燃焼用空気が流通する第２空気流路を形成する第２空気流路管と、
前記燃料流路管の先端側に配置され前記燃料流路管を流れる前記第１燃料を噴出する燃料噴出部と、
前記第１空気流路管に先端側に配置され前記第１空気流路管を流れる第１燃焼用空気を噴出する第１空気噴出部と、
前記アンモニア流路管の先端側に配置され前記アンモニア流路管を流れるアンモニアを噴出するアンモニア噴出部と、
前記第２空気流路管の先端側に配置され前記第２空気流路管を流れる第２燃焼用空気を噴出する第２空気噴出部と、を備えるバーナ。
前記燃料流路管を包囲し、前記燃料流路管の外周面との間に第１燃焼用空気が流通する第１空気流路を形成する第１空気流路管と、
前記第１空気流路管の周囲に配置され、アンモニアが流通するアンモニア流路を形成するアンモニア流路管と、
前記アンモニア流路管を包囲し、又は、前記第１空気流路管及び前記アンモニア流路管を包囲し、第２燃焼用空気が流通する第２空気流路を形成する第２空気流路管と、
前記燃料流路管の先端側に配置され前記燃料流路管を流れる前記第１燃料を噴出する燃料噴出部と、
前記第１空気流路管に先端側に配置され前記第１空気流路管を流れる第１燃焼用空気を噴出する第１空気噴出部と、
前記アンモニア流路管の先端側に配置され前記アンモニア流路管を流れるアンモニアを噴出するアンモニア噴出部と、
前記第２空気流路管の先端側に配置され前記第２空気流路管を流れる第２燃焼用空気を噴出する第２空気噴出部と、を備えるバーナ。
【請求項2】
前記燃料噴出部は、
前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、
前記アンモニア噴出部は、
アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有し、
前記アンモニア噴出路は、前記噴出中心軸に対し、前記燃料流路管の中心軸に向かう側を負としたときに、前記噴出中心軸に対して－３０°以上４５°以内の角度でアンモニアを噴出する、請求項１に記載のバーナ。
前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、
前記アンモニア噴出部は、
アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有し、
前記アンモニア噴出路は、前記噴出中心軸に対し、前記燃料流路管の中心軸に向かう側を負としたときに、前記噴出中心軸に対して－３０°以上４５°以内の角度でアンモニアを噴出する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項3】
前記第１燃焼用空気は、前記第１燃料の供給量に対して理論空気量以上で供給される、請求項１に記載のバーナ。
【請求項4】
前記第２空気噴出部から第２燃焼用空気を旋回して噴出させる旋回部を有する、請求項１に記載のバーナ。
【請求項5】
前記燃料噴出部は、
前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、
前記アンモニア噴出部は、
アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有する、請求項１に記載のバーナと、
前記バーナから噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁と、を備え、
前記アンモニア噴出路は、前記燃料流路管の中心軸における前記燃料噴出部を頂点とし、所定の噴出角で噴出される前記第１燃料の噴出範囲と、前記水冷壁に到達しない位置で交差するアンモニア混焼ボイラ。
前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、
前記アンモニア噴出部は、
アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有する、請求項１に記載のバーナと、
前記バーナから噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁と、を備え、
前記アンモニア噴出路は、前記燃料流路管の中心軸における前記燃料噴出部を頂点とし、所定の噴出角で噴出される前記第１燃料の噴出範囲と、前記水冷壁に到達しない位置で交差するアンモニア混焼ボイラ。
【請求項6】
請求項１～５のいずれかに記載のバーナと、
前記バーナを制御する燃焼制御部を更に備え、
前記燃焼制御部は、第１燃焼用空気及び第２燃焼用空気の供給を開始した後に前記第１燃料を供給し、該第１燃料の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアの供給を開始する、請求項５に記載のアンモニア混焼ボイラ。
前記バーナを制御する燃焼制御部を更に備え、
前記燃焼制御部は、第１燃焼用空気及び第２燃焼用空気の供給を開始した後に前記第１燃料を供給し、該第１燃料の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアの供給を開始する、請求項５に記載のアンモニア混焼ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バーナ及びアンモニア混焼ボイラに関する。
【背景技術】
【0002】
バーナの燃料として使われている天然ガスや石油燃料等の炭化水素系燃料の一部を、二酸化炭素を発生しないアンモニアに置き換えることで、二酸化炭素の排出削減が期待されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１８５１２２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、燃焼したときに二酸化炭素を発生しないが、都市ガスの主成分であるメタン等、他の炭化水素系燃料と比較して、燃焼速度が非常に遅く保炎範囲が狭く、燃焼性が低い。アンモニアの燃焼では、アンモニアを安定燃焼し、未燃アンモニアの排出及び温暖化係数が二酸化炭素の約３００倍とされる一酸化二窒素の発生を抑制することが求められている。
【0005】
本発明は、アンモニアより燃焼速度の速い燃料とアンモニアを混焼させ、アンモニアを安定燃焼し、未燃アンモニアの排出及び温暖化係数が二酸化炭素の約３００倍とされる一酸化二窒素の発生を抑制するバーナ及びアンモニア混焼ボイラ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】
本発明は、アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料が流通する燃料流路を形成する燃料流路管と、前記燃料流路管を包囲し、前記燃料流路管の外周面との間に第１燃焼用空気が流通する第１空気流路を形成する第１空気流路管と、前記第１空気流路管の周囲に配置され、アンモニアが流通するアンモニア流路を形成するアンモニア流路管と、前記アンモニア流路管を包囲し、又は、前記第１空気流路管及び前記アンモニア流路管を包囲し、第２燃焼用空気が流通する第２空気流路を形成する第２空気流路管と、前記燃料流路管の先端側に配置され前記燃料流路管を流れる前記第１燃料を噴出する燃料噴出部と、前記第１空気流路管に先端側に配置され前記第１空気流路管を流れる第１燃焼用空気を噴出する第１空気噴出部と、前記アンモニア流路管の先端側に配置され前記アンモニア流路管を流れるアンモニアを噴出するアンモニア噴出部と、前記第２空気流路管の先端側に配置され前記第２空気流路管を流れる第２燃焼用空気を噴出する第２空気噴出部と、を備えるバーナに関する。
【0007】
また、前記燃料噴出部は、前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、前記アンモニア噴出部は、アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有し、前記アンモニア噴出路は、前記噴出中心軸に対し、前記燃料流路管の中心軸に向かう側を負としたときに、前記噴出中心軸に対して－３０°以上４５°以内の角度でアンモニアを噴出することが好ましい。
【0008】
また、前記第１燃焼用空気は、前記第１燃料の供給量に対して理論空気量以上で供給されることが好ましい。
【0009】
また、前記第２空気噴出部から第２燃焼用空気を旋回して噴出させる旋回部を有することが好ましい。
【0010】
また、本発明は、前記燃料噴出部は、前記燃料流路管の中心軸と同軸の噴出中心軸を有し、前記アンモニア噴出部は、アンモニアの噴出を方向づけるアンモニア噴出路を有する、前記バーナと、前記バーナから噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁と、を備え、前記アンモニア噴出路は、前記燃料流路管の中心軸における前記燃料噴出部を頂点とし、所定の噴出角で噴出される前記第１燃料の噴出範囲と、前記水冷壁に到達しない位置で交差するアンモニア混焼ボイラに関する。
【0011】
また、前記バーナと、前記バーナを制御する燃焼制御部を更に備え、前記燃焼制御部は、第１燃焼用空気及び第２燃焼用空気の供給を開始した後に前記第１燃料を供給し、該第１燃料の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアの供給を開始することが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、アンモニアより燃焼速度の速い燃料とアンモニアを混焼させ、アンモニアの未燃物発生を抑制し、アンモニアを安定燃焼させられるバーナ及びアンモニア混焼ボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１実施形態のアンモニア混焼ボイラ装置の縦断面図である。
【図2】本発明の第１実施形態のバーナの縦断面図である。
【図3】本発明の第１実施形態のバーナの噴出部の拡大図である。
【図4】本発明のバーナのアンモニア噴出部の噴出角度と、ＮＨ３及びＮＯｘの排出濃度の関係を示す図である。
【図5】本発明のバーナの第２燃焼用空気の旋回強さと、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの排出濃度の関係を示す図である。
【図6】本発明の第２実施形態のバーナの縦断面図である。
【図7】本発明の第２実施形態のバーナをＣの方向から見た矢視図である。
【図8】本発明のバーナの変形例をＣの方向から見た矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るバーナ及びアンモニア混焼ボイラについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のアンモニア混焼ボイラ装置１は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器（図示せず）に蒸気を供給するものである。
図１は、本発明の第１実施形態のアンモニア混焼ボイラ装置の縦断面図である。図２は、本発明の第１実施形態のバーナの縦断面図である。図３は、本発明の第１実施形態のバーナの噴出部の拡大図である。
以下、本発明の第１実施形態に係るバーナ及びアンモニア混焼ボイラについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のアンモニア混焼ボイラ装置１は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器（図示せず）に蒸気を供給するものである。
図１は、本発明の第１実施形態のアンモニア混焼ボイラ装置の縦断面図である。図２は、本発明の第１実施形態のバーナの縦断面図である。図３は、本発明の第１実施形態のバーナの噴出部の拡大図である。
【0015】
図１に示すように、アンモニア混焼ボイラ装置１は、缶体３０と、バーナ１０と、制御部７０と、を備える。缶体３０は、複数の水管４０と、下部ヘッダ５０と、上部ヘッダ６０と、を備える。また、缶体３０の内部には、複数の水管４０に囲まれた燃焼室３２が形成される。本実施形態においては、アンモニア混焼ボイラ装置１は、バーナ１０から液体燃料とアンモニアを噴出し、燃焼室３２において液体燃料とアンモニアを混焼させる。液体燃料としては、重油、軽油又は灯油等を用いることができる。
【0016】
缶体３０は、円筒形状に構成され、アンモニア混焼ボイラ装置１の外形の主要部を構成する。缶体３０は、高さ方向が鉛直方向に沿うように配置される。缶体３０の周面の上部には、缶体出口３１が形成されている。
【0017】
複数の水管４０は、缶体３０の内部に鉛直方向に延びて配置される。複数の水管４０は、図１に示すように、内側水管群４１と、この内側水管群４１の外側に配置される外側水管群４２と、を構成する。内側水管群４１は、複数の水管４０が後述するバーナ１０の噴出中心軸Ｘと同軸となるように環状に配置されて構成される。本実施形態では、内側水管群４１を構成する水管４０は、隣り合って配置される水管４０同士が当接して配置される。また、内側水管群４１を構成する複数の水管４０の下部は小径となっており、この下部においては、隣り合う水管４０の間には隙間が形成されている。
【0018】
外側水管群４２は、複数の水管４０がバーナ１０の噴出中心軸Ｘと同軸となるように、環状に配置されて構成される。また、外側水管群４２は、内側水管群４１との間に所定の空間が形成されるように缶体３０の内面の近傍に配置される。本実施形態では、外側水管群４２を構成する水管４０は、隣り合って配置される水管４０同士が当接して配置される。また、外側水管群４２を構成する複数の水管４０の上部は小径となっており、この上部においては、隣り合う水管４０の間には隙間が形成されている。
【0019】
燃焼室３２は、図１に示すように、缶体３０の内部において、内側水管群４１に囲まれた空間により構成される。この燃焼室３２では、バーナ１０の燃料噴出部１５Ａから噴出された第１燃料Ｆ１と、第１空気噴出部１６から噴出された第１燃焼用空気Ａ１と、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と、第２空気噴出部１８から噴出された旋回流の第２燃焼用空気Ａ２と、が混合されて燃焼される。燃焼ガスは、燃焼室３２から内側水管群４１の下部における隣り合う水管４０の間に形成された隙間を通って内側水管群４１と外側水管群４２との間に形成された空間を上昇する。そして、内側水管群４１と外側水管群４２との間に形成された空間を上昇した燃焼ガスは、外側水管群４２の上部における隣り合う水管４０の間に形成された隙間を通って缶体３０の上部に形成された缶体出口３１に流れ、この缶体出口３１に連結された排気筒（図示せず）を通って外部に排出される。
本実施形態においては、内側水管群４１がバーナ１０から噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁を構成する。
本実施形態においては、内側水管群４１がバーナ１０から噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁を構成する。
【0020】
バーナ１０は、アンモニア混焼ボイラ装置１の鉛直方向に延びており、缶体３０の上部に配置される。図１及び図２に示すように、本実施形態のこのバーナ１０は、燃料流路管１１と、第１空気流路管１２と、アンモニア流路管１３と、第２空気流路管１４と、を備える。また、バーナ１０は、燃料流路管１１の先端側に配置される燃料噴出部１５Ａ及びバッフル板２６Ａと、第１空気流路管１２の先端側に配置される第１空気噴出部１６と、アンモニア流路管１３の先端側に配置されるアンモニア噴出部１７と、第２空気流路管１４の先端側に配置される第２空気噴出部１８と、第２空気流路管１４の基端側に配置される旋回部２０と、を備える。また、バーナ１０は、第１燃料Ｆ１を導入する第１燃料導入口２１と、アンモニアＦ２を導入するアンモニア導入口２３と、ウインドボックス２８と、第１燃焼用空気Ａ１を導入する第１燃焼用空気導入口２２と、第２燃焼用空気Ａ２を導入する第２燃焼用空気導入口２４と、を備える。
【0021】
燃料流路管１１は、アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１が流通する燃料流路Ｌ１を形成する管状部材である。燃料噴出部１５Ａは、貫通孔を備える。燃料流路管１１を流通してきた第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ａの貫通孔から噴出される。
第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ａから鉛直方向下方、後述するバーナ１０の噴出中心軸Ｘを中心に所定の角度を有する噴出範囲に広がりながら噴出される。噴出された第１燃料Ｆ１の分布パターンは、燃料噴出部１５Ａの噴出口を頂点Ｅ１とし、第１燃料Ｆ１の噴出の範囲となる噴出角θ１を頂角とする円錐として表現できる。ここで、分布パターンとは、噴出された第１燃料Ｆ１が噴出方向に直進した場合に形成される所定高さの円錐形状をいう。言い換えると、噴出された第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ａの噴出口を頂点Ｅ１とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲を形成する。また、燃料噴出部１５Ａは、燃料流路管１１の中心軸と同軸の噴出中心軸Ｘを有する。
バッフル板２６Ａは、中央に燃料噴出部１５Ａから噴出した第１燃料Ｆ１が通過する円形の開口部を有する円板形状である。バッフル板２６Ａは支持部材により燃料流路管１１の先端部に固定される。また、バッフル板２６Ａの先端は、後述する第１空気噴出部１６の先端よりも、第１燃料Ｆ１の流れ方向の上流側に配置されている。バッフル板面には燃焼用空気補給孔又はスリットが適宜設けられる。
第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ａから鉛直方向下方、後述するバーナ１０の噴出中心軸Ｘを中心に所定の角度を有する噴出範囲に広がりながら噴出される。噴出された第１燃料Ｆ１の分布パターンは、燃料噴出部１５Ａの噴出口を頂点Ｅ１とし、第１燃料Ｆ１の噴出の範囲となる噴出角θ１を頂角とする円錐として表現できる。ここで、分布パターンとは、噴出された第１燃料Ｆ１が噴出方向に直進した場合に形成される所定高さの円錐形状をいう。言い換えると、噴出された第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ａの噴出口を頂点Ｅ１とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲を形成する。また、燃料噴出部１５Ａは、燃料流路管１１の中心軸と同軸の噴出中心軸Ｘを有する。
バッフル板２６Ａは、中央に燃料噴出部１５Ａから噴出した第１燃料Ｆ１が通過する円形の開口部を有する円板形状である。バッフル板２６Ａは支持部材により燃料流路管１１の先端部に固定される。また、バッフル板２６Ａの先端は、後述する第１空気噴出部１６の先端よりも、第１燃料Ｆ１の流れ方向の上流側に配置されている。バッフル板面には燃焼用空気補給孔又はスリットが適宜設けられる。
【0022】
第１空気流路管１２は、燃料流路管１１を包囲し、燃料流路管１１の外周面との間に第１燃焼用空気Ａ１が流通する第１空気流路Ｌ２を形成する管状部材である。第１燃焼用空気Ａ１は、燃料流路管１１の外周面と第１空気流路管１２の内周面との間を流通し、バッフル板２６Ａの燃焼用空気補給孔又はスリットを通過する。これにより、バッフル板２６Ａの下流側に第１燃焼用空気Ａ１の渦流が形成される。これにより、第１燃料Ｆ１の安定した保炎状態を形成させることができ、継続して良好な燃焼状態を維持することができる。
【0023】
アンモニア流路管１３は、第１空気流路管１２の周囲に配置され、アンモニアＦ２が流通するアンモニア流路Ｌ３を形成する管状部材である。本実施形態においては、アンモニア流路管１３は、第１空気流路管１２を包囲するように配置されている。アンモニア噴出部１７は、アンモニア流路管１３を流通してきたアンモニアＦ２を、下方へ噴出する。より具体的には、アンモニア噴出部１７は、アンモニアＦ２の噴出を方向づけるアンモニア噴出路１９を有する。本実施形態においては、アンモニア噴出路１９は、貫通孔が延びる方向と一致する。図３に示すように、アンモニア噴出部１７から延びる矢印はアンモニア噴出路の方向、言い換えればアンモニアＦ２の噴出方向を示す。
図３に示すように、アンモニア噴出路１９は、燃料噴出部１５Ａの噴出中心軸Ｘと所定の噴出角θ２の関係になるように設定される。噴出角θ２は、アンモニア噴出路１９を通過するアンモニアＦ２の噴出方向において、噴出中心軸Ｘへ近づく方向を、負の角度とする。噴出角θ２は、アンモニア噴出路１９を通過するアンモニアＦ２の噴出方向において、噴出中心軸Ｘ２から遠ざかる方向を、正の角度とする。図３のバーナ１０の噴出中心軸Ｘの左半面において、アンモニア噴出路１９と噴出中心軸Ｘとのなす噴出角θ２ａは、正の角度である。図３のバーナ１０の噴出中心軸の右半面において、アンモニア噴出路１９と噴出中心軸Ｘとのなす噴出角θ２ｂは、負の角度である。なお、図１の噴出角θ２は、０°である。
図３に示すように、アンモニア噴出路１９は、燃料噴出部１５Ａの噴出中心軸Ｘと所定の噴出角θ２の関係になるように設定される。噴出角θ２は、アンモニア噴出路１９を通過するアンモニアＦ２の噴出方向において、噴出中心軸Ｘへ近づく方向を、負の角度とする。噴出角θ２は、アンモニア噴出路１９を通過するアンモニアＦ２の噴出方向において、噴出中心軸Ｘ２から遠ざかる方向を、正の角度とする。図３のバーナ１０の噴出中心軸Ｘの左半面において、アンモニア噴出路１９と噴出中心軸Ｘとのなす噴出角θ２ａは、正の角度である。図３のバーナ１０の噴出中心軸の右半面において、アンモニア噴出路１９と噴出中心軸Ｘとのなす噴出角θ２ｂは、負の角度である。なお、図１の噴出角θ２は、０°である。
【0024】
第２空気流路管１４は、アンモニア流路管１３を包囲し、第２燃焼用空気Ａ２が流通する第２空気流路Ｌ４を形成する管状部材である。第２空気流路管１４は、第２燃焼用空気Ａ２を旋回させる旋回部２０を有する。本実施形態においては、旋回部２０は、第２空気流路管１４の基端側に配置されている。第２燃焼用空気Ａ２は、旋回部２０により旋回させられて、第２空気噴出部１８から噴出中心軸Ｘを中心とした旋回流として噴出される。
【0025】
第１燃料導入口２１は、第１燃料Ｆ１を導入する。具体的には、第１燃料導入口２１には、第１燃料供給部（図示なし）から第１燃料Ｆ１が送り込まれる。アンモニア導入口２３は、アンモニアＦ２を導入する。具体的には、アンモニア導入口２３には、アンモニア供給部（図示なし）から、アンモニアＦ２が送り込まれる。ウインドボックス２８は、燃焼用空気Ａ０を導入する。具体的には、ウインドボックス２８は、上流側を送風機（図示なし）に接続し、送風機から燃焼用空気Ａ０が送り込まれる。第１燃焼用空気導入口２２は、第１燃焼用空気Ａ１を導入する。具体的には、ウインドボックス２８に送り込まれた燃焼用空気Ａ０を、第１燃焼用空気導入口２２から第１燃焼用空気Ａ１として送り込まれる。第２燃焼用空気導入口２４は、第２燃焼用空気Ａ２を導入する。具体的には、ウインドボックス２８に送り込まれた燃焼用空気Ａ０を、第２燃焼用空気導入口２４から第２燃焼用空気Ａ２として送り込まれ、旋回部２０において旋回流となった第２燃焼用空気Ａ２が導入される。
【0026】
以上のバーナ１０においては、下方に向かって燃料噴出部１５Ａからの噴出範囲に第１燃料Ｆ１が噴出され、噴出された第１燃料Ｆ１と混合が促進されるように第１空気噴出部１６から第１燃焼用空気Ａ１が噴出される。これにより、混合された第１燃料Ｆ１と第１燃焼用空気Ａ１は、安定燃焼する。
また、アンモニア噴出部１７から、所定の噴出角θ２の角度でアンモニアＦ２が噴出され、更に旋回部２０において旋回流となった第２燃焼用空気Ａ２が第２空気噴出部１８から噴出される。噴出されたアンモニアＦ２は、第２燃焼用空気Ａ２と混合すると共に第１燃料Ｆ１に支燃されて安定燃焼される。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進されることで、火炎が水冷壁で囲まれる場合、例えば水管４０（内側水管群４１）で囲まれる場合でも、未燃物を含む燃焼ガスの冷却による未燃物の発生を抑制できる。
ここで、第１燃焼用空気Ａ１は、第１燃料Ｆ１の供給量に対して理論空気量以上で供給されてもよい。
第１燃焼用空気Ａ１は理論空気量以上で供給されるので、第１燃料Ｆ１の燃焼による加熱効果と共に、第１燃料Ｆ１の燃焼ガスに含まれる酸素がアンモニア燃焼領域の内側でアンモニアＦ２と反応する。これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進され、未燃物の発生を抑制できる。
また、アンモニア噴出部１７から、所定の噴出角θ２の角度でアンモニアＦ２が噴出され、更に旋回部２０において旋回流となった第２燃焼用空気Ａ２が第２空気噴出部１８から噴出される。噴出されたアンモニアＦ２は、第２燃焼用空気Ａ２と混合すると共に第１燃料Ｆ１に支燃されて安定燃焼される。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進されることで、火炎が水冷壁で囲まれる場合、例えば水管４０（内側水管群４１）で囲まれる場合でも、未燃物を含む燃焼ガスの冷却による未燃物の発生を抑制できる。
ここで、第１燃焼用空気Ａ１は、第１燃料Ｆ１の供給量に対して理論空気量以上で供給されてもよい。
第１燃焼用空気Ａ１は理論空気量以上で供給されるので、第１燃料Ｆ１の燃焼による加熱効果と共に、第１燃料Ｆ１の燃焼ガスに含まれる酸素がアンモニア燃焼領域の内側でアンモニアＦ２と反応する。これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進され、未燃物の発生を抑制できる。
【0027】
制御部７０は、アンモニア混焼ボイラ装置１の燃焼を制御する。
制御部７０は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。制御部７０の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。制御部７０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
制御部７０は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。制御部７０の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。制御部７０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
【0028】
図１に示すように、制御部７０は、燃焼制御部７１を備える。
燃焼制御部７１は、第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２の供給を開始した後に第１燃料Ｆ１を供給し、第１燃料Ｆ１の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアＦ２の供給を開始する制御を実施する。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼開始時にはバーナ及び炉内が加熱されており、アンモニア燃焼の開始時における未燃物の発生を抑制できる。更に、アンモニアＦ２の供給時に第２燃焼用空気Ａ２が供給されているので、アンモニアＦ２の供給開始により所定の空気比での燃焼ができ、未燃物の発生を抑制できる。
燃焼制御部７１は、第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２の供給を開始した後に第１燃料Ｆ１を供給し、第１燃料Ｆ１の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアＦ２の供給を開始する制御を実施する。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼開始時にはバーナ及び炉内が加熱されており、アンモニア燃焼の開始時における未燃物の発生を抑制できる。更に、アンモニアＦ２の供給時に第２燃焼用空気Ａ２が供給されているので、アンモニアＦ２の供給開始により所定の空気比での燃焼ができ、未燃物の発生を抑制できる。
【0029】
図４は、本発明のバーナのアンモニア噴出部の噴出角度と、ＮＨ３及びＮＯｘの排出濃度の関係を示す図である。なお、図４のＮＯｘ発生量とアンモニア未燃物発生量とは、正規化した値である。図４の縦軸のＮＯｘ発生量とアンモニア未燃物発生量とは、アンモニア噴出部の噴射角度を変更したときの、それぞれの最大値を基準とした相対値を示している。アンモニア供給部から送り込まれたアンモニアＦ２は、アンモニア流路管１３を流通し、アンモニア噴出部１７から所定の噴出角θ２で噴出される。
本実施形態においては、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が０°近傍から負の角度（噴出中心軸Ｘへ近づく方向）では、一次燃焼火炎とアンモニアの混合が良好になりアンモニア未燃物の発生量は小さく、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が正の角度ではアンモニア噴出部１７の噴出角θ２が４５°を越えるとアンモニア未燃物の発生量は急増する。一方、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が小さくなるほど（噴出中心軸Ｘ方向へ向かうほど）ＮＯｘ発生量が増加すると共に、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２の変化量に対するＮＯｘ発生量の増加率も大きくなる。
アンモニア未燃物とＮＯｘ発生量との関係を考慮すると、噴出角θ２が－３０°以上４５°以内において、両者がバランスする領域が存在する。両者のバランスにおいて、噴出角θ２は－２０°以上３０°以内がより好ましい。
本実施形態においては、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が０°近傍から負の角度（噴出中心軸Ｘへ近づく方向）では、一次燃焼火炎とアンモニアの混合が良好になりアンモニア未燃物の発生量は小さく、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が正の角度ではアンモニア噴出部１７の噴出角θ２が４５°を越えるとアンモニア未燃物の発生量は急増する。一方、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２が小さくなるほど（噴出中心軸Ｘ方向へ向かうほど）ＮＯｘ発生量が増加すると共に、アンモニア噴出部１７の噴出角θ２の変化量に対するＮＯｘ発生量の増加率も大きくなる。
アンモニア未燃物とＮＯｘ発生量との関係を考慮すると、噴出角θ２が－３０°以上４５°以内において、両者がバランスする領域が存在する。両者のバランスにおいて、噴出角θ２は－２０°以上３０°以内がより好ましい。
【0030】
また、アンモニア噴出路１９は、燃料噴出部１５Ａの噴出口を頂点Ｅ１とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲と、水冷壁を構成する水管４０（内側水管群４１）に到達しない位置で交差することが好ましい。これにより、水冷壁を構成する水管４０（内側水管群４１）に接触する前に、燃料噴出部１５Ａから噴出された第１燃料Ｆ１と、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２の燃焼がぶつかる確率を増やし燃焼を促進することで、アンモニア火炎の局所的な低温域の形成を抑制することができ、アンモニアの未燃物の発生を抑制することができる。
【0031】
図５は、本発明のバーナの第２燃焼用空気の旋回強さと、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの排出濃度の関係を示す図である。なお、図５のＮ２Ｏ発生量とＮＯｘ発生量とは、正規化した値である。図５の縦軸のＮ２Ｏ発生量とＮＯｘ発生量とは、旋回部の旋回強さを変更したときの、それぞれの最大値を基準とした相対値を示している。送風機から送り込まれた第２燃焼用空気Ａ２は、旋回部２０によって旋回流を形成し、第２空気噴出部１８から噴出される。本実施形態においては、旋回部２０によって第２燃焼用空気Ａ２に旋回流を形成することで、バーナ１０から発生するＮ２Ｏの発生量を減らすことができる。
スワール数とは、旋回の強さを表す値であり、スワール数（Ｓ）は式１で示され、これは角運動量と軸方向運動量との比である。
［式１］
ｒは半径方向距離，ωは角速度，ｕは軸流速度，ρは密度，Ｒはスワラ半径である。
例えば、旋回なし（スワール数（Ｓ）＝０）の場合は、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と、第２空気噴出部１８から噴出された第２燃焼用空気Ａ２との混合が不十分で、Ｎ２Ｏの発生の大きい。
例えば、旋回強（スワール数（Ｓ）＝２．２）の場合は、第２空気噴出部１８から噴出された強い旋回流により、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と第２燃焼用空気Ａ２との混合性が高まり、Ｎ２Ｏの発生量を大幅に低減することができる。一方、過剰な混合は、ＮＯｘの発生量を増加させる。
そこで、旋回強さを調整し、例えば、旋回弱（適度な旋回）（スワール数（Ｓ）＝０．５）の場合は、第２空気噴出部１８から噴出された適度な旋回流により、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と第２燃焼用空気Ａ２との過剰な混合がなくなることで、ＮＯｘを低減しつつ、Ｎ２Ｏの発生を効果的に低減することができる。適度な混合を得るために、スワール数は０．０５以上２以下となり、０．１以上１以下が好ましい。
スワール数とは、旋回の強さを表す値であり、スワール数（Ｓ）は式１で示され、これは角運動量と軸方向運動量との比である。
［式１］
【数1】
例えば、旋回なし（スワール数（Ｓ）＝０）の場合は、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と、第２空気噴出部１８から噴出された第２燃焼用空気Ａ２との混合が不十分で、Ｎ２Ｏの発生の大きい。
例えば、旋回強（スワール数（Ｓ）＝２．２）の場合は、第２空気噴出部１８から噴出された強い旋回流により、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と第２燃焼用空気Ａ２との混合性が高まり、Ｎ２Ｏの発生量を大幅に低減することができる。一方、過剰な混合は、ＮＯｘの発生量を増加させる。
そこで、旋回強さを調整し、例えば、旋回弱（適度な旋回）（スワール数（Ｓ）＝０．５）の場合は、第２空気噴出部１８から噴出された適度な旋回流により、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２と第２燃焼用空気Ａ２との過剰な混合がなくなることで、ＮＯｘを低減しつつ、Ｎ２Ｏの発生を効果的に低減することができる。適度な混合を得るために、スワール数は０．０５以上２以下となり、０．１以上１以下が好ましい。
【0032】
以上説明した本実施形態のバーナ１０及びアンモニア混焼ボイラ装置１によれば、以下のような効果が奏される。
【0033】
（１）本実施形態のバーナ１０は、アンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１が流通する燃料流路Ｌ１を形成する燃料流路管１１と、燃料流路管１１を包囲し、燃料流路管１１の外周面との間に第１燃焼用空気Ａ１が流通する第１空気流路Ｌ２を形成する第１空気流路管１２と、第１空気流路管１２の周囲に配置され、アンモニアＦ２が流通するアンモニア流路Ｌ３を形成するアンモニア流路管１３と、アンモニア流路管１３を包囲し、又は、第１空気流路管１２及びアンモニア流路管１３を包囲し、第２燃焼用空気Ａ２が流通する第２空気流路Ｌ４を形成する第２空気流路管１４と、燃料流路管１１の先端側に配置され燃料流路管１１を流れる第１燃料Ｆ１を噴出する燃料噴出部１５Ａと、第１空気流路管１２に先端側に配置され第１空気流路管１２を流れる第１燃焼用空気Ａ１を噴出する第１空気噴出部１６と、アンモニア流路管１３の先端側に配置されアンモニア流路管１３を流れるアンモニアＦ２を噴出するアンモニア噴出部１７と、第２空気流路管１４の先端側に配置され第２空気流路管１４を流れる第２燃焼用空気Ａ２を噴出する第２空気噴出部１８と、を備える。
これにより、アンモニアより燃焼速度の速い燃料とアンモニアを混焼させ、アンモニアを安定燃焼し、未燃アンモニアの排出及び温暖化係数が二酸化炭素の約３００倍とされる一酸化二窒素の発生を抑制することができる。
これにより、アンモニアより燃焼速度の速い燃料とアンモニアを混焼させ、アンモニアを安定燃焼し、未燃アンモニアの排出及び温暖化係数が二酸化炭素の約３００倍とされる一酸化二窒素の発生を抑制することができる。
【0034】
（２）（１）に記載されているバーナ１０は、燃料噴出部１５Ａは、燃料流路管１１の中心軸と同軸の噴出中心軸Ｘを有し、アンモニア噴出部１７は、アンモニアＦ２の噴出を方向づけるアンモニア噴出路１９を有し、アンモニア噴出路１９は、噴出中心軸Ｘに対し、燃料流路管１１の中心軸に向かう側を負としたときに、噴出中心軸Ｘに対して－３０°以上４５°以内の角度でアンモニアを噴出する。
これにより、噴出中心軸Ｘに対して、アンモニア噴出部１７の噴出角度を－３０°以上４５°以内とすることにより、ＮＯｘの発生を抑制しつつ、アンモニア及び未燃物の発生を抑制できる。
これにより、噴出中心軸Ｘに対して、アンモニア噴出部１７の噴出角度を－３０°以上４５°以内とすることにより、ＮＯｘの発生を抑制しつつ、アンモニア及び未燃物の発生を抑制できる。
【0035】
（３）（１）又は（２）に記載されているバーナ１０は、第１燃焼用空気Ａ１は、第１燃料Ｆ１の供給量に対して理論空気量以上で供給される。
これにより、第１燃焼用空気は理論空気量以上で供給されるので、第１燃料Ｆ１の燃焼による加熱効果と共に、第１燃料Ｆ１の燃焼ガスに含まれる酸素がアンモニア燃焼領域の内側でアンモニアＦ２と反応する。これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進され、未燃物の発生を抑制できる。
これにより、第１燃焼用空気は理論空気量以上で供給されるので、第１燃料Ｆ１の燃焼による加熱効果と共に、第１燃料Ｆ１の燃焼ガスに含まれる酸素がアンモニア燃焼領域の内側でアンモニアＦ２と反応する。これにより、アンモニアＦ２の燃焼が促進され、未燃物の発生を抑制できる。
【0036】
（４）（１）～（３）に記載されているバーナ１０は、第２空気噴出部１８から第２燃焼用空気を旋回して噴出させる旋回部２０を有する。
これにより、第２燃焼用空気Ａ２とアンモニアＦ２とが混合すると共に、第１燃料Ｆ１に支然されて安定燃焼される。また、アンモニアＦ２の燃焼が促進されることで、火炎が水冷壁で囲まれる場合、例えば水管４０（内側水管群４１）で囲まれる場合でも、未燃物を含む燃焼ガスの冷却による未燃物の発生を抑制できる。
これにより、第２燃焼用空気Ａ２とアンモニアＦ２とが混合すると共に、第１燃料Ｆ１に支然されて安定燃焼される。また、アンモニアＦ２の燃焼が促進されることで、火炎が水冷壁で囲まれる場合、例えば水管４０（内側水管群４１）で囲まれる場合でも、未燃物を含む燃焼ガスの冷却による未燃物の発生を抑制できる。
【0037】
（５）（１）～（４）に記載されているバーナ１０を備えたアンモニア混焼ボイラ装置１は、燃料噴出部１５Ａは、燃料流路管１１の中心軸と同軸の噴出中心軸Ｘを有し、アンモニア噴出部１７は、アンモニアＦ２の噴出を方向づけるアンモニア噴出路１９を有するバーナ１０と、バーナ１０から噴出した燃料と燃焼用空気とによって形成された火炎を囲む水冷壁を形成する水管４０（内側水管群４１）と、を備え、アンモニア噴出路１９は、燃料流路管１１の中心軸における燃料噴出部１５Ａを頂点Ｅ１とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲と、水冷壁を構成する水管４０（内側水管群４１）に到達しない位置で交差する。
これにより、水冷壁を構成する水管４０（内側水管群４１）に接触する前に、燃料噴出部１５Ａから噴出された第１燃料Ｆ１と、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２の燃焼がぶつかる確率を増やし燃焼を促進することで、アンモニア火炎の局所的な低温域の形成を抑制することができ、アンモニアの未燃物の発生を抑制することができる。
これにより、水冷壁を構成する水管４０（内側水管群４１）に接触する前に、燃料噴出部１５Ａから噴出された第１燃料Ｆ１と、アンモニア噴出部１７から噴出されたアンモニアＦ２の燃焼がぶつかる確率を増やし燃焼を促進することで、アンモニア火炎の局所的な低温域の形成を抑制することができ、アンモニアの未燃物の発生を抑制することができる。
【0038】
（６）（５）に記載されているアンモニア混焼ボイラ装置１は、（１）～（５）に記載されているバーナ１０と、バーナ１０を制御する燃焼制御部７１とを更に備え、燃焼制御部７１は、第１燃焼用空気Ａ１及び第２燃焼用空気Ａ２の供給を開始した後に第１燃料Ｆ１を供給し、第１燃料Ｆ１の燃焼を開始してから所定時間経過後にアンモニアＦ２の供給を開始する。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼開始時にはバーナ及び炉内が加熱されており、アンモニア燃焼の開始時における未燃物の発生を抑制できる。更に、アンモニアＦ２の供給時に第２燃焼用空気Ａ２が供給されているので、アンモニアＦ２の供給開始により所定の空気比での燃焼ができ、未燃物の発生を抑制できる。
これにより、アンモニアＦ２の燃焼開始時にはバーナ及び炉内が加熱されており、アンモニア燃焼の開始時における未燃物の発生を抑制できる。更に、アンモニアＦ２の供給時に第２燃焼用空気Ａ２が供給されているので、アンモニアＦ２の供給開始により所定の空気比での燃焼ができ、未燃物の発生を抑制できる。
【0039】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。図６は、本発明の第２実施形態のバーナの縦断面図である。図７は、本発明の第２実施形態のバーナ先端部をＣの方向から見た矢視図である。
本実施形態においては、バーナ１０は、気体燃料とアンモニアを噴出し、燃焼室３２において気体燃料とアンモニアを混焼させる。気体燃料は、ＬＮＧやＬＰＧ等の気体燃料を燃料として用いてもよい。
次に、第２実施形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。図６は、本発明の第２実施形態のバーナの縦断面図である。図７は、本発明の第２実施形態のバーナ先端部をＣの方向から見た矢視図である。
本実施形態においては、バーナ１０は、気体燃料とアンモニアを噴出し、燃焼室３２において気体燃料とアンモニアを混焼させる。気体燃料は、ＬＮＧやＬＰＧ等の気体燃料を燃料として用いてもよい。
【0040】
図６に示すように、バーナ１０は、燃料流路管１１と、燃料噴出部１５Ｂと、保炎器２６Ｂと、第１燃料導入口２１と、を備える。
燃料流路管１１の先端部は、円錐状の部材によって封止されている。燃料噴出部１５Ｂは、円錐状の部材の周面に形成された複数の貫通孔である燃料流通孔２７によって構成される。
図７に示すように、複数の燃料流通孔２７は、円錐状の燃料噴出部１５Ｂに同心円状に配置されている。
また、図６において、燃料流通孔２７は、第１燃料Ｆ１の噴出を方向づける。本実施形態においては、燃料流通孔２７は、貫通孔が延びる方向と一致する。第１燃料Ｆ１は、複数の燃料流通孔２７から、円錐状の部材の周面に形成された燃料流通孔２７の貫通孔の延びる方向に噴出される。複数の燃料流通孔２７から噴出された第１燃料Ｆ１は、バーナ１０の噴出中心軸Ｘを中心にし、所定の角度を有する噴出範囲に広がりながら噴出される。言い換えると、噴出された第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ｂの、燃料流通孔２７の延びる方向と噴出中心軸Ｘとが交差する点を頂点Ｅ２とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲を形成する。
保炎器２６Ｂは、先端側に向かって拡開する円錐台状であり、円錐台状の周面には、第１燃焼用空気Ａ１が流通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、拡開方向に間隔をおいた多列で形成されている。
保炎器２６Ｂの基端側は、燃料噴出部１５Ｂよりも上流側の、燃料流路管１１の先端側に接続されている。また、保炎器２６Ｂの先端は、第１空気噴出部１６の先端よりも、第１燃焼用空気Ａ１の流れ方向の上流側に配置されている。
燃料流路管１１の先端部は、円錐状の部材によって封止されている。燃料噴出部１５Ｂは、円錐状の部材の周面に形成された複数の貫通孔である燃料流通孔２７によって構成される。
図７に示すように、複数の燃料流通孔２７は、円錐状の燃料噴出部１５Ｂに同心円状に配置されている。
また、図６において、燃料流通孔２７は、第１燃料Ｆ１の噴出を方向づける。本実施形態においては、燃料流通孔２７は、貫通孔が延びる方向と一致する。第１燃料Ｆ１は、複数の燃料流通孔２７から、円錐状の部材の周面に形成された燃料流通孔２７の貫通孔の延びる方向に噴出される。複数の燃料流通孔２７から噴出された第１燃料Ｆ１は、バーナ１０の噴出中心軸Ｘを中心にし、所定の角度を有する噴出範囲に広がりながら噴出される。言い換えると、噴出された第１燃料Ｆ１は、燃料噴出部１５Ｂの、燃料流通孔２７の延びる方向と噴出中心軸Ｘとが交差する点を頂点Ｅ２とし、所定の噴出角θ１で噴出される第１燃料Ｆ１の噴出範囲を形成する。
保炎器２６Ｂは、先端側に向かって拡開する円錐台状であり、円錐台状の周面には、第１燃焼用空気Ａ１が流通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、拡開方向に間隔をおいた多列で形成されている。
保炎器２６Ｂの基端側は、燃料噴出部１５Ｂよりも上流側の、燃料流路管１１の先端側に接続されている。また、保炎器２６Ｂの先端は、第１空気噴出部１６の先端よりも、第１燃焼用空気Ａ１の流れ方向の上流側に配置されている。
【0041】
以上のバーナ１０においては、第１燃料供給部（図示なし）から第１燃料導入口２１に送り込まれた第１燃料Ｆ１は、燃料流路管１１を流通し、燃料流通孔２７によって噴出を方向づけられ、燃料噴出部１５Ｂから噴出される。
噴出された第１燃料Ｆ１は、保炎器２６Ｂを流通した第１燃焼用空気Ａ１と混合され、効率よく燃焼される。
噴出された第１燃料Ｆ１は、保炎器２６Ｂを流通した第１燃焼用空気Ａ１と混合され、効率よく燃焼される。
【0042】
本実施形態においては、ウインドボックスを設けず、第１燃焼用空気Ａ１は第１燃焼用空気導入口２２から、第２燃焼用空気Ａ２は第２燃焼用空気導入口２４から、それぞれ独立に導入されている。
【0043】
以上、本発明に係るバーナ及びアンモニア混焼ボイラ装置の好ましい実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【0044】
旋回部２０は、第２空気流路管１４の基端側に配置されているが、これに限らない。旋回部２０は、第２空気流路管１４の先端側に配置されていてもよい。
このようなバーナ１０においても、第２燃焼用空気Ａ２とアンモニアＦ２の混焼を促進し、未燃物を含む燃焼ガスが水冷壁によって冷却され未燃物が発生することを抑制することができる。
このようなバーナ１０においても、第２燃焼用空気Ａ２とアンモニアＦ２の混焼を促進し、未燃物を含む燃焼ガスが水冷壁によって冷却され未燃物が発生することを抑制することができる。
【0045】
バッフル板２６Ａは、燃焼用空気補給孔又はスリットを設け、バッフル板２６Ａの下流側に第１燃焼用空気Ａ１の渦流を形成していたが、これに限らない。バッフル板２６Ａには、旋回部２０によって形成される旋回流と同一方向に旋回を与えるスリットを設け、更に、第１燃焼用空気Ａ１に第２燃焼用空気Ａ２と同一方向の旋回を付与してもよい。
また、旋回部２０としてのスワラを第１空気流路管１２の基端側、流路管の途中、又は先端側へ設置することによって、第１燃焼用空気Ａ１に旋回を付与してもよい。また、ウインドボックス形状によって、第１燃焼用空気Ａ１に旋回を付与してもよい。第１燃焼用空気Ａ１の旋回により第１燃料の燃焼を促進すると共に、アンモニアＦ２の混焼を促進し、未燃物を含む燃焼ガスが水冷壁によって冷却され未燃物が発生することを抑制することができる。
また、旋回部２０としてのスワラを第１空気流路管１２の基端側、流路管の途中、又は先端側へ設置することによって、第１燃焼用空気Ａ１に旋回を付与してもよい。また、ウインドボックス形状によって、第１燃焼用空気Ａ１に旋回を付与してもよい。第１燃焼用空気Ａ１の旋回により第１燃料の燃焼を促進すると共に、アンモニアＦ２の混焼を促進し、未燃物を含む燃焼ガスが水冷壁によって冷却され未燃物が発生することを抑制することができる。
【0046】
図８は、本発明のバーナの変形例をＣの方向から見た矢視図である。第２実施形態におけるアンモニア流路管１３は、第１空気流路管１２を包囲するように配置されているが、図８に示すように、本変形例のバーナ１０においては、アンモニア流路管１３は、第１空気流路管１２の周囲に複数配置されている点で異なる。第２燃焼用空気Ａ２が流通する第２空気流路管１４は、第１空気流路管１２及び、第１空気流路管１２の周囲に配置されているアンモニア流路管１３を包囲する。アンモニアＦ２は、複数配置されたアンモニア流路管１３を流通した後に、バーナ１０の下方へ噴出される
このようなバーナ１０においても、燃焼が活発なアンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１とアンモニアＦ２とを混焼させることにより、アンモニアを安定燃焼させることができる。
このようなバーナ１０においても、燃焼が活発なアンモニアより燃焼速度の速い第１燃料Ｆ１とアンモニアＦ２とを混焼させることにより、アンモニアを安定燃焼させることができる。
【0047】
本実施形態においては、缶体３０が複数の水管４０と、下部ヘッダ５０と、上部ヘッダ６０と、で構成され、複数の水管４０に囲まれた燃焼室３２を備えたボイラ（例えば、小型貫流ボイラ、小規模貫流ボイラ等、船舶では船舶用水管ボイラ、船舶用コンポジットボイラ等）に、バーナ１０を適用したが、これに限られない。燃焼炉で燃焼した燃焼ガスを流通させた複数の配管を水中に配置し、複数の配管と水との間で熱交換をすることにより蒸気を発生させる煙管ボイラに適用してもよい。また、加熱炉、焼却路等の水冷壁を有さない炉に適用してもよい。
【符号の説明】
【0048】
１ アンモニア混焼ボイラ装置
１０ バーナ
１１ 燃料流路管
１２ 第１空気流路管
１３ アンモニア流路管
１４ 第２空気流路管
１５Ａ、１５Ｂ 燃料噴出部
１６ 第１空気噴出部
１７ アンモニア噴出部
１８ 第２空気噴出部
１９ アンモニア噴出路
２０ 旋回部
２５ 交点
７１ 燃焼制御部
θ１ 噴出角
Ｅ１、Ｅ２ 頂点
Ｘ 噴出中心軸
１０ バーナ
１１ 燃料流路管
１２ 第１空気流路管
１３ アンモニア流路管
１４ 第２空気流路管
１５Ａ、１５Ｂ 燃料噴出部
１６ 第１空気噴出部
１７ アンモニア噴出部
１８ 第２空気噴出部
１９ アンモニア噴出路
２０ 旋回部
２５ 交点
７１ 燃焼制御部
θ１ 噴出角
Ｅ１、Ｅ２ 頂点
Ｘ 噴出中心軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】