特許 7468772 燃焼装置およびボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】燃焼装置およびボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23J 7/00 20060101AFI20240409BHJP

   F23C 1/12 20060101ALI20240409BHJP

   F23D 1/00 20060101ALI20240409BHJP

   F23D 17/00 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

F23C99/00 317

F23C1/12

F23D1/00 B

F23D17/00 103

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023500576

(86)(22)【出願日】2021-12-14

(86)【国際出願番号】 JP2021046067

(87)【国際公開番号】W WO2022176353

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-02-07

(31)【優先権主張番号】P 2021025117

(32)【優先日】2021-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】石井 大樹

(72)【発明者】

【氏名】小崎 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】大野 恵美

(72)【発明者】

【氏名】越前屋 誠

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１７４０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８６１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５９－０４１０８４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特公昭５７－０１２９２２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１６８２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３４７０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３２６５３６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０９１５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｄ １／００ － ９９／００

Ｆ２３Ｃ １／００ － ９９／００

Ｆ２３Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炉の内部空間に噴射口が臨むアンモニア噴射ノズルと、前記火炉の前記内部空間に噴射口が臨む微粉炭噴射ノズルとを有するバーナと、
前記アンモニア噴射ノズルの噴射口と前記内部空間との離隔距離を調整する調整機構と、
前記微粉炭噴射ノズルにおける微粉炭の流量に基づいて、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
を備える、
燃焼装置。

【請求項2】

火炉の内部空間に噴射口が臨むアンモニア噴射ノズルを有するバーナと、
前記アンモニア噴射ノズルの噴射口と前記内部空間との離隔距離を調整する調整機構と、
前記火炉の前記内部空間に噴射口が臨む空気供給部と、
前記空気供給部における空気の流量に基づいて、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
を備える、
燃焼装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記アンモニア噴射ノズルにおけるアンモニアの流量が小さいほど、前記アンモニア噴射ノズルの噴射口が前記火炉の内側に向かう方向に移動するように、前記調整機構の動作を制御する、
請求項１または２に記載の燃焼装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記火炉の前記内部空間における温度に基づいて、前記調整機構の動作を制御する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼装置を備えるボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃焼装置およびボイラに関する。本出願は２０２１年２月１９日に提出された日本特許出願第２０２１－０２５１１７号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。

【背景技術】

【0002】

ボイラ等の火炉に設けられるバーナにおいて、アンモニアを燃料として噴射するアンモニア噴射ノズルを有するバーナがある。アンモニアを燃料として用いることによって、二酸化炭素の排出量の削減が図られる。例えば、特許文献１には、微粉炭とアンモニアとを燃料として混焼させるバーナが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０８６１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、アンモニア噴射ノズルを有するバーナでは、アンモニア噴射ノズルから噴射されたアンモニアが火炎の還元領域（つまり、還元対象である窒素酸化物（以下、ＮＯｘとも呼ぶ）が還元される領域）に到達することによってＮＯｘが還元される。ここで、作動条件によっては、噴射されたアンモニアが火炎の還元領域に十分には供給されなくなり、排気される燃焼ガス中のＮＯｘが増加するおそれがある。そこで、ＮＯｘを低減するための新たな提案が望まれている。

【0005】

本開示の目的は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することが可能な燃焼装置およびボイラを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示の燃焼装置は、火炉の内部空間に噴射口が臨むアンモニア噴射ノズルと、火炉の内部空間に噴射口が臨む微粉炭噴射ノズルとを有するバーナと、アンモニア噴射ノズルの噴射口と内部空間との離隔距離を調整する調整機構と、微粉炭噴射ノズルにおける微粉炭の流量に基づいて、調整機構の動作を制御する制御装置と、を備える。
上記課題を解決するために、本開示の燃焼装置は、火炉の内部空間に噴射口が臨むアンモニア噴射ノズルを有するバーナと、アンモニア噴射ノズルの噴射口と内部空間との離隔距離を調整する調整機構と、火炉の内部空間に噴射口が臨む空気供給部と、空気供給部における空気の流量に基づいて、調整機構の動作を制御する制御装置と、を備える。

【0007】

制御装置は、アンモニア噴射ノズルにおけるアンモニアの流量が小さいほど、アンモニア噴射ノズルの噴射口が火炉の内側に向かう方向に移動するように、調整機構の動作を制御してもよい。

【0010】

制御装置は、火炉の内部空間における温度に基づいて、調整機構の動作を制御してもよい。

【0011】

上記課題を解決するために、本開示のボイラは、上記の燃焼装置を備える。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係るボイラを示す模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る燃焼装置を示す模式図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本実施形態に係るバーナによって形成される火炎を示す模式図である。

【図5】図５は、本実施形態に係るアンモニア噴射ノズルの噴射口が図４の例と比べて火炉に近づいた状態を示す模式図である。

【図6】図６は、第１の変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。

【図7】図７は、第２の変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。

【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説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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、本実施形態に係るボイラ１を示す模式図である。図１に示すように、ボイラ１は、火炉２と、煙道３と、バーナ４とを備える。

【0016】

火炉２は、燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉である。以下では、火炉２において、アンモニアおよび微粉炭が燃料として用いられる例を主に説明する。アンモニアおよび微粉炭が燃料として用いられることによって、二酸化炭素の排出量が削減される。ただし、後述するように、火炉２において用いられる燃料は、この例に限定されない。

【0017】

火炉２は、鉛直方向に延在する筒形状（例えば、矩形筒形状）を有する。火炉２では、燃料が燃焼することによって、高温の燃焼ガスが発生する。火炉２の底部には、燃料の燃焼によって発生する灰分を外部に排出する排出口２ａが設けられている。

【0018】

煙道３は、火炉２で発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に案内する通路である。煙道３は、火炉２の上部と接続される。煙道３は、水平煙道３ａと、後部煙道３ｂとを有する。水平煙道３ａは、火炉２の上部から水平方向に延在する。後部煙道３ｂは、水平煙道３ａの端部から下方に延在する。

【0019】

ボイラ１は、火炉２の上部等に設置される図示しない過熱器を備えている。過熱器では、火炉２で発生した燃焼熱と水との間での熱交換が行われる。それにより、水蒸気が生成される。また、ボイラ１は、図１で図示されていない各種機器（例えば、再熱器、節炭器または空気予熱器等）を備え得る。

【0020】

バーナ４は、火炉２の下部の壁部に設けられている。火炉２には、複数のバーナ４が、火炉２の周方向に間隔を空けて設けられている。なお、図１では図示を省略しているが、複数のバーナ４は、火炉２の延在方向（上下方向）にも間隔を空けて設けられている。バーナ４は、アンモニアおよび微粉炭を燃料として火炉２内に噴射する。バーナ４から噴射された燃料が燃焼することにより、火炉２内で火炎Ｆが形成される。なお、火炉２には、バーナ４から噴射された燃料を着火する図示しない着火装置が設けられている。

【0021】

図２は、本実施形態に係る燃焼装置１００を示す模式図である。図２に示すように、燃焼装置１００は、バーナ４と、空気供給部５と、調整機構６と、アンモニアタンク７と、アンモニア流量計８と、排ガス分析計９と、制御装置１０とを備える。

【0022】

バーナ４は、火炉２の外部において、火炉２の壁部に取り付けられる。バーナ４は、アンモニア噴射ノズル４１と、空気噴射ノズル４２と、微粉炭噴射ノズル４３とを有する。アンモニア噴射ノズル４１は、アンモニアを噴射するノズルである。空気噴射ノズル４２は、燃焼用の空気を噴射するノズルである。微粉炭噴射ノズル４３は、微粉炭を噴射するノズルである。

【0023】

アンモニア噴射ノズル４１、空気噴射ノズル４２および微粉炭噴射ノズル４３は、円筒形状を有する。空気噴射ノズル４２は、アンモニア噴射ノズル４１と同軸上に、アンモニア噴射ノズル４１を囲むように配置される。微粉炭噴射ノズル４３は、空気噴射ノズル４２と同軸上に、空気噴射ノズル４２を囲むように配置される。アンモニア噴射ノズル４１、空気噴射ノズル４２および微粉炭噴射ノズル４３によって、三重円筒構造が形成される。アンモニア噴射ノズル４１、空気噴射ノズル４２および微粉炭噴射ノズル４３の中心軸は、火炉２の壁部に対して交差する（具体的には、略直交する）。

【0024】

以下、バーナ４の径方向、バーナ４の軸方向、および、バーナ４の周方向を、単に径方向、軸方向および周方向とも呼ぶ。バーナ４における火炉２側（図２中の右側）を先端側と呼び、バーナ４における火炉２側に対する逆側（図２中の左側）を後端側と呼ぶ。

【0025】

アンモニア噴射ノズル４１は、本体４１ａと、供給口４１ｂと、噴射口４１ｃとを含む。本体４１ａは、円筒形状を有する。本体４１ａは、バーナ４の中心軸上に延在する。本体４１ａの肉厚、内径および外径は、軸方向位置によらず略一定である。ただし、本体４１ａの肉厚、内径および外径は、軸方向位置に応じて変化してもよい。本体４１ａの後端に、開口である供給口４１ｂが形成される。供給口４１ｂは、アンモニアタンク７と接続されている。本体４１ａの先端に、開口である噴射口４１ｃが形成される。噴射口４１ｃは、火炉２の内部空間に臨む。つまり、噴射口４１ｃは、火炉２の内部空間を向いている。

【0026】

アンモニアは、アンモニアタンク７から供給口４１ｂを介して本体４１ａ内に供給される。矢印Ａ１により示すように、本体４１ａ内に供給されたアンモニアは、本体４１ａ内を流れる。本体４１ａ内を通過したアンモニアは、噴射口４１ｃから火炉２の内部空間に向けて噴射される。このように、アンモニア噴射ノズル４１は、火炉２の内部空間に向けて設けられる。

【0027】

空気噴射ノズル４２は、本体４２ａと、噴射口４２ｂとを含む。本体４２ａは、円筒形状を有する。本体４２ａは、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａと同軸上に、本体４１ａを囲むように配置される。本体４２ａは、先端側に進むにつれて先細りする形状を有する。本体４２ａの後部（つまり、後端側の部分）に、図示しない供給口が設けられる。

【0028】

空気噴射ノズル４２の供給口は、図示しない空気供給源と接続されている。本体４２ａの先端に、開口である噴射口４２ｂが形成される。本体４２ａの先端の径方向内側には、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端部が位置している。噴射口４２ｂは、本体４２ａの先端と、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端との間の円環形状の開口である。噴射口４２ｂは、火炉２の内部空間に臨む。つまり、噴射口４２ｂは、火炉２の内部空間を向いている。

【0029】

空気は、空気供給源から図示しない供給口を介して本体４２ａ内に供給される。矢印Ａ２により示すように、本体４２ａ内に供給された空気は、本体４２ａの内周部と、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの外周部との間の空間内を流れる。本体４２ａ内を通過した空気は、噴射口４２ｂから火炉２の内部空間に向けて噴射される。このように、空気噴射ノズル４２は、火炉２の内部空間に向けて設けられる。

【0030】

微粉炭噴射ノズル４３は、本体４３ａと、噴射口４３ｂとを含む。本体４３ａは、円筒形状を有する。本体４３ａは、空気噴射ノズル４２の本体４２ａと同軸上に、本体４２ａを囲むように配置される。本体４３ａは、先端側に進むにつれて先細りする形状を有する。本体４３ａの後部（つまり、後端側の部分）に、図示しない供給口が設けられる。

【0031】

微粉炭噴射ノズル４３の供給口は、図示しない微粉炭供給源と接続されている。本体４３ａの先端に、開口である噴射口４３ｂが形成される。本体４３ａの先端の軸方向位置は、空気噴射ノズル４２の本体４２ａの先端の軸方向位置と略一致する。噴射口４３ｂは、本体４３ａの先端と、空気噴射ノズル４２の本体４２ａの先端との間の円環形状の開口である。噴射口４３ｂは、火炉２の内部空間に臨む。つまり、噴射口４３ｂは、火炉２の内部空間を向いている。

【0032】

微粉炭は、微粉炭を搬送するための空気とともに、微粉炭供給源から図示しない供給口を介して本体４３ａ内に供給される。矢印Ａ３により示すように、本体４３ａ内に供給された微粉炭は、本体４３ａの内周部と、空気噴射ノズル４２の本体４２ａの外周部との間の空間内を空気とともに流れる。本体４３ａ内を通過した微粉炭は、噴射口４３ｂから火炉２の内部空間に向けて噴射される。このように、微粉炭噴射ノズル４３は、火炉２の内部空間に向けて設けられる。

【0033】

空気供給部５は、バーナ４により形成される火炎（図１の火炎Ｆを参照）に対して、径方向外側から燃焼用の空気を供給する。空気供給部５は、バーナ４の先端部と火炉２との間を覆うように配置される。空気供給部５には、空気が流通する流路５１が形成されている。流路５１は、バーナ４と同軸の円筒形状に形成される。流路５１は、図示しない空気供給源と接続されている。流路５１のうち火炉２側の端部には、噴射口５２が形成されている。

【0034】

矢印Ａ４により示すように、空気供給源から空気供給部５に供給された空気は、流路５１を通過し、噴射口５２から火炉２の内部空間に向けて噴射される。噴射口５２は、火炉２の内部空間に臨む。つまり、噴射口５２は、火炉２の内部空間を向いている。このように、空気供給部５は、火炉２の内部空間に向けて設けられる。空気供給部５の噴射口５２から噴射される空気は、周方向に旋回しながら、火炉２の内部空間に向けて進む。

【0035】

調整機構６は、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整する。図２の例では、調整機構６は、駆動装置６１を有する。ただし、後述するように、調整機構６の構成はこの例に限定されない。

【0036】

駆動装置６１は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａを軸方向に移動させる。例えば、駆動装置６１は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの軸方向への移動を案内する機構と、動力を発生させる装置（例えば、モータ等）とを含む。そして、駆動装置６１は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの後部に動力を伝達することによって、本体４１ａを軸方向に移動させることができる。

【0037】

調整機構６は、駆動装置６１によりアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａを軸方向に移動させることによって、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整することができる。本実施形態では、燃焼装置１００に調整機構６が設けられることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減が実現される。調整機構６によってＮＯｘが低減される作用および効果については、後述する。

【0038】

アンモニア流量計８は、アンモニアタンク７からアンモニア噴射ノズル４１に供給されるアンモニアの流量を計測する。アンモニア流量計８による計測結果は、制御装置１０に出力される。

【0039】

排ガス分析計９は、火炉２から排出される燃焼ガスである排ガスの成分を分析する。排ガス分析計９による分析結果は、制御装置１０に出力される。

【0040】

制御装置１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含み、燃焼装置１００全体を制御する。特に、制御装置１０は、調整機構６の動作を制御する。例えば、調整機構６から制御装置１０へ、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの現在の軸方向位置が出力される。そして、制御装置１０は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの軸方向位置が目標位置となるように、調整機構６による出力結果に基づいて、調整機構６の動作を制御することができる。

【0041】

図３は、本実施形態に係る制御装置１０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図３に示す処理フローは、例えば、設定時間間隔で繰り返し実行される。

【0042】

図３に示す処理フローが開始すると、ステップＳ１０１において、制御装置１０は、アンモニア噴射ノズル４１におけるアンモニアの流量（以下、アンモニア流量とも呼ぶ）を取得する。例えば、制御装置１０は、アンモニア流量計８による計測結果を、アンモニア噴射ノズル４１におけるアンモニアの流量として取得する。

【0043】

ステップＳ１０１の次に、ステップＳ１０２において、制御装置１０は、アンモニア流量に基づいて、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの目標位置（具体的には、目標となる軸方向位置）を設定する。ここで、制御装置１０は、アンモニア流量が小さいほど、火炉２の内部空間に近い位置を本体４１ａの目標位置として設定する。

【0044】

ステップＳ１０２の次に、ステップＳ１０３において、制御装置１０は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの現在位置（具体的には、現在の軸方向位置）を取得する。例えば、制御装置１０は、調整機構６から本体４１ａの現在位置を取得する。

【0045】

ステップＳ１０３の次に、ステップＳ１０４において、制御装置１０は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの軸方向位置が目標位置となるように、駆動装置６１を制御し、図３に示す処理フローは終了する。ステップＳ１０４では、制御装置１０は、例えば、本体４１ａの現在位置と目標位置との差分がある場合、当該差分がなくなるように、本体４１ａを移動させる。

【0046】

上記のように、図３に示す処理フローでは、制御装置１０は、アンモニア流量が小さいほど、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａが火炉２の内側に向かう方向に移動するように、駆動装置６１の動作を制御する。それにより、制御装置１０は、アンモニア流量が小さいほど、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃが火炉２の内側に向かう方向に移動するように（つまり、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離が短くなるように）、調整機構６の動作を制御することができる。

【0047】

図４は、本実施形態に係るバーナ４によって形成される火炎Ｆを示す模式図である。バーナ４では、アンモニア噴射ノズル４１からアンモニアが噴射され、空気噴射ノズル４２から燃焼用の空気が噴射され、微粉炭噴射ノズル４３から微粉炭が噴射され、空気供給部５から燃焼用の空気が供給されることによって、バーナ４の前方に火炎Ｆが形成される。このように形成される火炎Ｆは、ＮＯｘが還元される領域である還元領域を有する。還元領域は、例えば、火炎Ｆが形成される領域のうちの径方向外側に存在する。

【0048】

アンモニア噴射ノズル４１から噴射されたアンモニアが火炎Ｆの還元領域に到達することによって、ＮＯｘが還元される。ここで、ボイラ１を利用した発電における発電量を変化させる場合に、アンモニアの混焼率（バーナ４から噴射される燃料中のアンモニアの割合）を変化させることがある。この場合、アンモニア噴射ノズル４１に供給されるアンモニアの流量を変化させることによって、アンモニア噴射ノズル４１におけるアンモニアの流量（つまり、アンモニア流量）が変化する。

【0049】

従来の技術では、アンモニア噴射ノズル４１におけるアンモニアの流量（つまり、アンモニア流量）が低下した場合、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されるアンモニアの噴射速度が低下してしまう。それにより、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されたアンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分には供給されなくなり、排気される燃焼ガス中のＮＯｘが増加するおそれがあった。

【0050】

そこで、本実施形態では、上述したように、アンモニア流量が小さいほど、噴射口４１ｃが火炉２の内側に向かう方向に移動するように（つまり、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離が短くなるように）、調整機構６の動作が制御される。図５は、本実施形態に係るアンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃが図４の例と比べて火炉２に近づいた状態を示す模式図である。

【0051】

図５の例では、図４の例と比べて、アンモニア流量が小さくなっている。よって、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａが、図４の例と比べて、火炉２の内側に向かう方向に移動している。それにより、噴射口４１ｃが、図４の例と比べて、火炉２の内側に向かう方向に移動している。具体的には、噴射口４１ｃの軸方向位置が、図４の例では、噴射口４２ｂおよび噴射口４３ｂの軸方向位置と略一致している一方で、図５の例では、噴射口４２ｂおよび噴射口４３ｂの軸方向位置よりも火炉２に近くなっている。ゆえに、アンモニア流量が図４の例よりも低下しているものの、噴射されたアンモニアが火炎Ｆ内で行き渡る範囲を図４の例と同程度に維持することができる。したがって、図４の例において、アンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分に供給されている場合、図５の例においても、アンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分に供給される。このようにして、ＮＯｘの低減が適切に実現される。

【0052】

上記のように、本実施形態に係る燃焼装置１００は、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整する調整機構６を備える。それにより、作動条件が変化した場合であっても、噴射されたアンモニアが火炎Ｆ内で行き渡る範囲を維持することができるので、ＮＯｘが低減される。特に、アンモニア流量に基づいて調整機構６の動作が制御されることによって、ＮＯｘの低減が適切に実現される。

【0053】

ここで、ＮＯｘをより効果的に低減する観点では、火炉２から排出される排ガス中のＮＯｘの計測値を用いて、アンモニア流量と上記離隔距離（つまり、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離）との関係を最適化することが好ましい。火炉２から排出される排ガス中のＮＯｘの計測値は、例えば、排ガス分析計９の分析結果に基づいて得られる。例えば、同一のアンモニア流量に対して、上記離隔距離を様々に変化させた場合における排ガス中のＮＯｘの計測値をデータとして蓄積する。次に、排ガス中のＮＯｘが効果的に低減されるように、蓄積されたデータを用いて、アンモニア流量と上記離隔距離との関係を規定するマップを作成する。そして、アンモニア流量と上記離隔距離との関係が、作成したマップにより示される関係となるように、調整機構６の制御を制御装置１０に行わせる。それにより、ＮＯｘがより効果的に低減される。

【0054】

また、ＮＯｘをより効果的に低減する観点では、制御装置１０は、アンモニア流量以外の各種パラメータに基づいて調整機構６の動作を制御してもよい。例えば、制御装置１０は、アンモニア流量に加えて、以下で説明する他のパラメータに基づいて調整機構６の動作を制御してもよい。また、例えば、制御装置１０は、アンモニア流量に替えて、以下で説明する他のパラメータに基づいて調整機構６の動作を制御してもよい。以下、調整機構６の制御に用いられ得る各種パラメータの例を説明する。

【0055】

制御装置１０は、微粉炭噴射ノズル４３における微粉炭の流量（以下、微粉炭流量とも呼ぶ）に基づいて、調整機構６の動作を制御してもよい。例えば、制御装置１０は、微粉炭流量が大きいほど、噴射口４１ｃが火炉２の内側に向かう方向に移動するように、調整機構６の動作を制御する。微粉炭流量が大きいほど、微粉炭を搬送するための空気の流量が大きくなる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されたアンモニアが微粉炭噴射ノズル４３から噴射された空気に引きずられ、火炎Ｆ全域に行き渡りにくくなる。よって、噴射口４１ｃを火炉２の内側に向かう方向に移動させることにより、アンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分に供給されやすくなる。

【0056】

制御装置１０は、空気供給部５における空気の流量（以下、供給空気流量とも呼ぶ）に基づいて、調整機構６の動作を制御してもよい。例えば、制御装置１０は、供給空気流量が大きいほど、噴射口４１ｃが火炉２の内側に向かう方向に移動するように、調整機構６の動作を制御する。供給空気流量が大きいほど、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されたアンモニアが空気供給部５から噴射される空気に引きずられ、火炎Ｆ全域に行き渡りにくくなる。よって、噴射口４１ｃを火炉２の内側に向かう方向に移動させることにより、アンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分に供給されやすくなる。

【0057】

制御装置１０は、火炉２の内部空間における温度（以下、炉内温度とも呼ぶ）に基づいて、調整機構６の動作を制御してもよい。例えば、制御装置１０は、炉内温度が高いほど、噴射口４１ｃが火炉２の内側に向かう方向に移動するように、調整機構６の動作を制御する。炉内温度が大きいほど、空気噴射ノズル４２、微粉炭噴射ノズル４３および空気供給部５から噴射された空気が膨脹し、当該空気の流量が大きくなる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されたアンモニアが空気噴射ノズル４２、微粉炭噴射ノズル４３および空気供給部５から噴射された空気に引きずられ、火炎Ｆ全域に行き渡りにくくなる。よって、噴射口４１ｃを火炉２の内側に向かう方向に移動させることにより、アンモニアが火炎Ｆの還元領域に十分に供給されやすくなる。

【0058】

上記では、火炉２の着火装置の詳細については言及していないが、火炉２の着火装置としては、例えば、油バーナが用いられる。油バーナは、火炉２の内部空間に油を噴射することによって着火を行う。油バーナは、一部のバーナ４（具体的には、上下方向に並ぶ複数のバーナ４のうちの最も下方のバーナ４）に設けられる。油バーナは、バーナ４の中心軸上に延在する。上記で図２等を参照して説明したバーナ４は、油バーナが設けられないバーナである。ただし、油バーナが設けられるバーナに調整機構６が設けられてもよい。この場合、例えば、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａ内を挿通するように、油バーナが設けられ得る。

【0059】

図６は、第１の変形例に係る燃焼装置１００Ａを示す模式図である。図６に示すように、燃焼装置１００Ａでは、上述した燃焼装置１００と比較して、アンモニア噴射ノズルの先端部の構成が異なる。

【0060】

燃焼装置１００Ａのアンモニア噴射ノズル４１Ａでは、上述したアンモニア噴射ノズル４１と異なり、本体４１ａの先端部にテーパ部４１ｄが設けられる。テーパ部４１ｄは、先端側に進むにつれて先細りする形状を有する。テーパ部４１ｄの先端に、噴射口４１ｃが形成される。

【0061】

なお、燃焼装置１００Ａでは、調整機構６によって本体４１ａが軸方向に移動することによって、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離が調整される点については、上述した燃焼装置１００と同様である。

【0062】

上記のように、第１の変形例では、アンモニア噴射ノズル４１Ａの本体４１ａの先端部にテーパ部４１ｄが設けられる。それにより、図６に示すように、アンモニア噴射ノズル４１Ａの噴射口４１ｃの軸方向位置が微粉炭噴射ノズル４３の噴射口４３ｂの軸方向位置よりも火炉２側に位置する場合に、噴射口４３ｂから噴射された微粉炭は、テーパ部４１ｄの外周部に沿って流れる。ここで、微粉炭の噴射方向は、軸方向に対して径方向内側に傾いている。ゆえに、本体４１ａの先端部のうち、噴射口４３ｂから噴射された微粉炭が当たる外周部の傾きを、微粉炭の噴射方向に近づけることができる。よって、噴射口４３ｂから噴射された微粉炭の流れが本体４１ａの先端部に阻害されにくくなる。

【0063】

図７は、第２の変形例に係る燃焼装置１００Ｂを示す模式図である。図７に示すように、燃焼装置１００Ｂでは、上述した燃焼装置１００と比較して、アンモニア噴射ノズルの先端部の構成が異なる。

【0064】

燃焼装置１００Ｂのアンモニア噴射ノズル４１Ｂでは、上述したアンモニア噴射ノズル４１と異なり、本体４１ａの先端部に突起部４１ｅが設けられる。突起部４１ｅは、本体４１ａの先端部の外周部に設けられ、径方向外側に突出する。突起部４１ｅは、本体４１ａの先端部の外周部の全周に亘って環状に設けられる。

【0065】

なお、燃焼装置１００Ｂでは、調整機構６によって本体４１ａが軸方向に移動することによって、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離が調整される点については、上述した燃焼装置１００と同様である。

【0066】

上記のように、第２の変形例では、アンモニア噴射ノズル４１Ｂの本体４１ａの先端部に突起部４１ｅが設けられる。それにより、図７に示すように、アンモニア噴射ノズル４１Ｂの噴射口４１ｃの軸方向位置が微粉炭噴射ノズル４３の噴射口４３ｂの軸方向位置よりも火炉２側に位置する場合に、噴射口４３ｂから噴射された微粉炭の一部は、突起部４１ｅに対して後方から衝突する。それにより、突起部４１ｅの後方の位置Ｐにおいて、微粉炭の流れが淀み、微粉炭の濃度が濃くなる。このように微粉炭の濃度が濃い領域が形成されることによって、燃料が着火されやすくなる。

【0067】

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。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。

【0068】

上記では、調整機構６が、駆動装置６１を有し、駆動装置６１によりアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａを軸方向に移動させることによって、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整する例を説明した。ただし、調整機構６は、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整する機能を有していればよく、上記の例に限定されない。例えば、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａが軸方向に伸縮可能となっており、調整機構６は、駆動装置６１により本体４１ａを軸方向に伸縮させることによって、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離を調整してもよい。

【0069】

上記では、バーナ４において、空気噴射ノズル４２がアンモニア噴射ノズル４１の径方向外側に配置され、微粉炭噴射ノズル４３が空気噴射ノズル４２の径方向外側に配置され、アンモニア噴射ノズル４１、空気噴射ノズル４２および微粉炭噴射ノズル４３によって三重円筒構造が形成される例を説明した。ただし、バーナ４の構成は、上記の例に限定されない。例えば、微粉炭噴射ノズル４３の位置とアンモニア噴射ノズル４１の位置とが置き換えられてもよい。また、例えば、バーナ４の構成から空気噴射ノズル４２が省略されてもよい。この場合、例えば、バーナ４は二重円筒構造を有し、二重円筒構造により区画される空間のうち中心側の空間がアンモニアの流路となり、アンモニアの流路に対して径方向外側に隣り合う空間が微粉炭の流路となっていてもよい。

【0070】

上記では、火炉２において、アンモニアおよび微粉炭が燃料として用いられる例を説明した。ただし、火炉２において用いられる燃料は、少なくともアンモニアを含んでいればよく、上記の例に限定されない。例えば、火炉２においてアンモニアとともに用いられる燃料は、微粉炭以外の燃料（例えば、天然ガスまたはバイオマス等）であってもよい。また、例えば、火炉２において用いられる燃料は、アンモニアのみであってもよい。

【0071】

本開示は、ボイラ等に用いられる燃焼装置における窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に資するので、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ーへのアクセスを確保する」および目標１３「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0072】

１：ボイラ ２：火炉 ４：バーナ ５：空気供給部 ６：調整機構 １０：制御装置 ４１：アンモニア噴射ノズル ４１Ａ：アンモニア噴射ノズル ４１Ｂ：アンモニア噴射ノズル ４１ｃ：噴射口 ４３：微粉炭噴射ノズル ４３ｂ：噴射口 ５２：噴射口 １００：燃焼装置 １００Ａ：燃焼装置 １００Ｂ：燃焼装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】