特許 7533754 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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(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 20060101AFI20240806BHJP

   F23C 1/00 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

F23C99/00 317

F23C1/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023500527

(86)(22)【出願日】2021-10-25

(86)【国際出願番号】 JP2021039361

(87)【国際公開番号】W WO2022176275

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-02-08

(31)【優先権主張番号】P 2021025118

(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】長谷 玄一郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆政

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８６１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４５０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４１７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２００１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２７２８０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ ７／００

Ｆ２３Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炉の内部空間に臨む噴射口が先端部に設けられるアンモニア噴射ノズルを有するバーナと、
前記先端部の温度を調整する調整機構と、
前記先端部の温度が基準温度以下になるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記調整機構は、前記噴射口の開口面積を調整する機構を含む、
燃焼装置。

【請求項2】

火炉の内部空間に臨む噴射口が先端部に設けられる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と同軸上に、前記アンモニア噴射ノズルを囲むように配置される空気管と、
前記先端部の温度を調整する調整機構と、
前記先端部の温度が基準温度以下になるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記調整機構は、前記空気管における空気の流量を調整する機構を含む、
燃焼装置。

【請求項3】

前記調整機構は、前記アンモニア噴射ノズルにおけるアンモニアの流量を調整する機構を含む、
請求項１または２に記載の燃焼装置。

【請求項4】

前記調整機構は、前記噴射口と前記内部空間との離隔距離を調整する機構を含む、
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２０２１－０２５１１８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の先端部に設けられる噴射口からアンモニアが噴射されることによって、バーナの前方に火炎が形成される。アンモニア噴射ノズルの先端部は、アンモニアが存在し、かつ、高温となる雰囲気に晒された状態となるので、窒化されやすい。そこで、アンモニア噴射ノズルの先端部の窒化に伴う靭性低下を抑制するために、アンモニア噴射ノズルの窒化を抑制することが望ましい。

【0005】

本開示の目的は、アンモニア噴射ノズルの窒化を抑制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、火炉の内部空間に臨む噴射口が先端部に設けられるアンモニア噴射ノズルを有するバーナと、先端部の温度を調整する調整機構と、先端部の温度が基準温度以下になるように、調整機構の動作を制御する制御装置と、を備え、調整機構は、噴射口の開口面積を調整する機構を含む。
上記課題を解決するために、本開示の燃焼装置は、火炉の内部空間に臨む噴射口が先端部に設けられる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と同軸上に、アンモニア噴射ノズルを囲むように配置される空気管と、先端部の温度を調整する調整機構と、先端部の温度が基準温度以下になるように、調整機構の動作を制御する制御装置と、を備え、調整機構は、空気管における空気の流量を調整する機構を含む。

【0007】

調整機構は、アンモニア噴射ノズルにおけるアンモニアの流量を調整する機構を含んでもよい。

【0008】

調整機構は、噴射口と内部空間との離隔距離を調整する機構を含んでもよい。

【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、アンモニア噴射ノズルの窒化を抑制することができる。

【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、第１の変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。

【図5】図５は、第１の変形例に係る燃焼装置において、図４の例と比べて先端部温度が高くなった状態を示す模式図である。

【図6】図６は、第２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において、図６の例と比べて先端部温度が高くなった状態を示す模式図である。

【図8】図８は、第３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、アンモニアタンク６と、調整機構７（具体的には、流量調整弁７１を含む機構）と、温度センサ８と、制御装置９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の後端部に、開口である供給口４１ｂが設けられる。供給口４１ｂは、アンモニアタンク６と接続されている。本体４１ａの先端部に、開口である噴射口４１ｃが設けられる。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６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。例えば、空気噴射ノズル４２の供給口は、空気供給源としての大気に露出している。本体４２ａの先端部に、開口である噴射口４２ｂが設けられる。本体４２ａの先端部の径方向内側には、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の先端部と、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端部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（例えば、大気）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の先端部に、開口である噴射口４３ｂが設けられる。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の先端部と、空気噴射ノズル４２の本体４２ａの先端部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７は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の温度（以下、先端部温度とも呼ぶ）を調整するための機構である。アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、アンモニア噴射ノズル４１における噴射口４１ｃの近傍の部分（例えば、噴射口４１ｃから軸方向後方に所定距離以内の部分）である。

【0036】

本実施形態では、調整機構７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）を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整する。調整機構７は、流量調整弁７１を有する。

【0037】

流量調整弁７１は、アンモニアタンク６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調整する。流量調整弁７１は、アンモニアタンク６とアンモニア噴射ノズル４１の供給口４１ｂとを接続する流路に設けられる。流量調整弁７１の開度が調整されることによって、アンモニアタンク６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が調整される。それにより、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）が調整される。具体的には、流量調整弁７１の開度が大きいほど、アンモニア流量が大きくなる。

【0038】

なお、アンモニアタンク６には、アンモニアが液体の状態で貯蔵されている。アンモニアタンク６に貯蔵されるアンモニアは、気化器によって気化される。気化したアンモニアが流量調整弁７１を通ってアンモニア噴射ノズル４１に供給されるようになっている。

【0039】

ここで、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、アンモニア噴射ノズル４１内を流れるアンモニアによって冷却される。アンモニア流量が大きいほど、アンモニア噴射ノズル４１内を流れるアンモニアによる冷却能力（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部を冷却する能力）が高くなる。ゆえに、調整機構７は、アンモニア流量を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整することができる。

【0040】

温度センサ８は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を検出する。温度センサ８は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部に設けられ、設置位置における温度を検出する。なお、温度センサ８は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の外周側に設けられてもよく、内周側に設けられてもよい。温度センサ８としては、高温環境下で使用できる種々のタイプのセンサが利用され得る。温度センサ８による検出結果は、制御装置９に出力される。

【0041】

制御装置９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９は、調整機構７の動作を制御する。具体的には、制御装置９は、調整機構７の流量調整弁７１の開度を制御することによって、アンモニア流量を調整し、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整することができる。

【0042】

図３は、本実施形態に係る制御装置９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、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を精度良く制御するために常時（つまり、繰り返し）実行される。

【0043】

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９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を取得する。例えば、制御装置９は、温度センサ８からアンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を取得する。

【0044】

温度センサ８の検出結果をアンモニア噴射ノズル４１の先端部温度として取得することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を精度良く取得することができる。ただし、制御装置９は、温度センサ８の検出結果以外の情報（例えば、アンモニア噴射ノズル４１の先端部周辺の雰囲気の温度）をアンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を推定する情報として取得してもよい。

【0045】

ステップＳ１０１の次に、ステップＳ１０２において、制御装置９は、流量調整弁７１の目標開度を、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるような開度に設定する。後述するように、流量調整弁７１の開度は目標開度に制御される。

【0046】

ここで、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、アンモニアが存在し、かつ、高温となる雰囲気に晒された状態となるので、窒化されやすい。アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、火炎Ｆが形成される火炉２の内部空間からの輻射熱によって加熱される。アンモニア噴射ノズル４１の先端部の窒化は、先端部温度が高くなるほど生じやすくなる。基準温度は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の窒化が生じやすい温度域である窒化温度域の下限値以下の温度である。つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になると、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の窒化が抑制される。

【0047】

ステップＳ１０２では、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度に基づいて、流量調整弁７１の目標開度を設定する。制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、大きな開度を目標開度として設定する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア流量が大きくなり、アンモニア噴射ノズル４１内を流れるアンモニアによる冷却能力が高くなる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0048】

ステップＳ１０２の次に、ステップＳ１０３において、制御装置９は、流量調整弁７１の開度が目標開度となるように、流量調整弁７１を制御し、図３に示す処理フローは終了する。

【0049】

上記のように、本実施形態に係る燃焼装置１００では、調整機構７は、アンモニア流量を調整する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度の調整が適切に実現される。制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７の動作を制御する。それにより、窒化が生じやすい窒化温度域までアンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が上昇することを抑制することができる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の窒化が抑制される。よって、アンモニア噴射ノズル４１の窒化に伴う靭性低下が抑制される。それにより、例えば、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の減肉による燃焼の安定性の低下を抑制できる。また、例えば、アンモニア噴射ノズル４１の補修頻度を低減できる。

【0050】

特に、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア流量が大きくなるように（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が冷却されやすくなるように）、調整機構７の動作を制御する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0051】

なお、アンモニア噴射ノズル４１から噴射されるアンモニアの主目的は、バーナ４の燃料として用いられることなので、アンモニア流量は、あくまでも燃料として必要な流量が確保されることを優先して制御される。例えば、アンモニア噴射ノズル４１内を流れるアンモニアによる冷却能力を確保するために必要なアンモニア流量（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にするために必要なアンモニア流量）が、燃料として必要な流量より小さい場合、制御装置９は、アンモニア流量が燃料として必要な流量となるように、調整機構７の動作を制御する。

【0052】

上記では、調整機構７が、アンモニア流量を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整する例を説明した。ただし、調整機構７は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度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。以下、燃焼装置１００の調整機構７と異なる調整機構７Ａ、７Ｂ、７Ｃが用いられる変形例について説明する。

【0053】

図４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４に示すように、燃焼装置１００Ａは、上述した燃焼装置１００に対して調整機構７を調整機構７Ａに置き換えた例である。

【0054】

調整機構７Ａ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ことによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整する。調整機構７Ａは、駆動装置７１Ａを有する。

【0055】

駆動装置７１Ａ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７１Ａ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７１Ａ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。

【0056】

調整機構７Ａは、駆動装置７１Ａ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。

【0057】

上述したように、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、火炎Ｆが形成される火炉２の内部空間からの輻射熱によって加熱される。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が長いほど（つまり、噴射口４１ｃが火炉２の内部空間から離れるほど）、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、火炉２の内部空間からの輻射熱によって加熱されにくくなる。ゆえに、調整機構７Ａ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ことによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整することができる。

【0058】

制御装置９は、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ａの動作を制御する。具体的には、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａが火炉２の外側に向かう方向に移動するように、駆動装置７１Ａの動作を制御する。それにより、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃが火炉２の外側に向かう方向に移動するように、調整機構７Ａの動作を制御することができる。換言すると、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、噴射口４１ｃと火炉２の内部空間との離隔距離が長くなるように、調整機構７Ａの動作を制御することができる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が火炉２からの輻射熱により加熱される程度が低くなるので、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0059】

図５は、第１の変形例に係る燃焼装置１００Ａにおいて、図４の例と比べて先端部温度が高くなった状態を示す模式図である。図５の例では、図４の例と比べて、先端部温度が高くなっている。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の外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の外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の軸方向位置よりも火炉２に近くなっている一方で、図５の例では、噴射口４２ｂおよび噴射口４３ｂの軸方向位置と略一致している。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が火炉２からの輻射熱により加熱される程度が低くなる。

【0060】

上記のように、第１の変形例に係る燃焼装置１００Ａでは、調整機構７Ａ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。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度の調整が適切に実現される。制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ａの動作を制御する。それにより、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の窒化が抑制される。

【0061】

特に、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃが火炉２の外側に向かう方向に移動するように（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が加熱されにくくなるように）、調整機構７Ａの動作を制御する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0062】

上記では、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７Ａとして、駆動装置７１Ａを有し、駆動装置７１Ａ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例を説明した。ただし、調整機構７Ａ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７Ａは、駆動装置７１Ａ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。

【0063】

図６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６に示すように、燃焼装置１００Ｂは、上述した燃焼装置１００に対して調整機構７を調整機構７Ｂに置き換えた例である。

【0064】

調整機構７Ｂは、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整する。調整機構７Ｂは、駆動装置７１Ｂを有する。

【0065】

第２の変形例に係る燃焼装置１００Ｂでは、アンモニア噴射ノズル４１の先端部には、可変部４１ｄが設けられる。可変部４１ｄは、変形することによって、噴射口４１ｃの開口面積を調整することができる。例えば、可変部４１ｄは、周方向に離隔した複数の部材を含み、各部材の先端が後端よりも径方向内側に位置する傾斜姿勢となるように変形できる。このような可変部４１ｄとしては、例えば、コンバージェンス・ダイバージェンス・ノズルと同様の構造が採用され得る。

【0066】

駆動装置７１Ｂは、アンモニア噴射ノズル４１の可変部４１ｄを変形させる。例えば、駆動装置７１Ｂは、可変部４１ｄの後端に設けられ、動力を発生させる装置（例えば、モータ等）を含む。そして、駆動装置７１Ｂは、可変部４１ｄの後端を中心として可変部４１ｄを回動させることによって、可変部４１ｄの姿勢を変化させることができる。

【0067】

調整機構７Ｂは、駆動装置７１Ｂによりアンモニア噴射ノズル４１の可変部４１ｄを変形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の開口面積を調整することができる。

【0068】

上述したように、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、アンモニア噴射ノズル４１内を流れるアンモニアによって冷却される。アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積が小さいほど、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高くなる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の近傍を流れるアンモニアによる冷却能力（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部を冷却する能力）が高くなる。よって、調整機構７Ｂは、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整することができる。

【0069】

制御装置９は、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ｂの動作を制御する。具体的には、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、可変部４１ｄの先端の径方向位置が径方向内側に移動するように、駆動装置７１Ｂの動作を制御する。それにより、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積が小さくなるように、調整機構７Ｂの動作を制御することができる。ゆえに、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高くなり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の近傍を流れるアンモニアによる冷却能力が高くなるので、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0070】

図７は、第２の変形例に係る燃焼装置１００Ｂにおいて、図６の例と比べて先端部温度が高くなった状態を示す模式図である。図６の例では、アンモニア噴射ノズル４１の可変部４１ｄは、バーナ４の軸方向に延在する円筒形状を有している。図７の例では、図６の例と比べて、先端部温度が高くなっている。よって、可変部４１ｄの先端の径方向位置が径方向内側に移動するように、可変部４１ｄが変形している。それにより、可変部４１ｄの形状は、先端側に進むにつれて先細りする形状（図７の例では、円錐台形状）となっている。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積が小さくなり、アンモニアの噴射速度が高くなる。

【0071】

上記のように、第２の変形例に係る燃焼装置１００Ｂでは、調整機構７Ｂは、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積を調整する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度の調整が適切に実現される。制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ｂの動作を制御する。それにより、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の窒化が抑制される。

【0072】

特に、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積が小さくなるように（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が冷却されやすくなるように）、調整機構７Ｂの動作を制御する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0073】

上記では、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積を調整する調整機構７Ｂとして、駆動装置７１Ｂを有し、アンモニア噴射ノズル４１の先端部の可変部４１ｄを変形させる例を説明した。ただし、調整機構７Ｂは、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｃの開口面積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の先端部の内周部から径方向内側に移動または伸長可能な部材が設けられる場合、当該部材と、当該部材を駆動する駆動装置とを有する機構が調整機構７Ｂに該当し得る。また、例えば、先端側に進むにつれて先細りする形状を有する弁体がアンモニア噴射ノズル４１の先端部の内部に設けられる場合、当該弁体と、当該弁体を軸方向に移動させる駆動装置とを有する機構が調整機構７Ｂに該当し得る。

【0074】

図８は、第３の変形例に係る燃焼装置１００Ｃを示す模式図である。図８に示すように、燃焼装置１００Ｃは、上述した燃焼装置１００に対して調整機構７を調整機構７Ｃに置き換えた例である。

【0075】

調整機構７Ｃは、空気管７１Ｃと、空気供給源７２Ｃと、流量調整弁７３Ｃとを有する。空気管７１Ｃ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。空気管７１Ｃ内（具体的には、空気管７１Ｃとアンモニア噴射ノズル４１との間の空間内）には、空気が供給される。調整機構７Ｃは、空気管７１Ｃにおける空気の流量（以下、空気流量とも呼ぶ）を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整する。

【0076】

空気管７１Ｃは、本体７１Ｃａと、供給口７１Ｃｂと、噴射口７１Ｃｃとを含む。本体７１Ｃａは、円筒形状を有する。本体７１Ｃａ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。ただし、本体７１Ｃａの中心軸とアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの中心軸とは、厳密に一致しなくてもよく、所定範囲内にあればよい。本体７１Ｃａ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７１Ｃａ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。

【0077】

本体７１Ｃａの先端の軸方向位置は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端の軸方向位置と略一致する。ただし、本体７１Ｃａの先端の軸方向位置は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端よりも前側（つまり、火炉２側）であってもよく、後側であってもよい。本体７１Ｃａの後端の軸方向位置は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの後端の軸方向位置と略一致する。ただし、本体７１Ｃａの後端の軸方向位置は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの後端よりも前側（つまり、火炉２側）であってもよく、後側であってもよい。

【0078】

供給口７１Ｃｂは、本体７１Ｃａの後端とアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの後端との間に形成される円環形状の開口である。供給口７１Ｃｂは、空気供給源７２Ｃと接続されている。噴射口７１Ｃｃは、本体７１Ｃａの先端とアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端との間に形成される円環形状の開口である。噴射口７１Ｃｃは、火炉２の内部空間に臨む。

【0079】

空気は、空気供給源７２Ｃから供給口７１Ｃｂを介して本体７１Ｃａ内に供給される。本体７１Ｃａ内に供給された空気は、本体７１Ｃａ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７１Ｃａ内を通過した空気は、噴射口７１Ｃｃから火炉２の内部空間に向けて噴射される。噴射口７１Ｃｃから噴射された空気は、火炉２内での燃焼に用いられる。

【0080】

流量調整弁７３Ｃは、空気供給源７２Ｃから空気管７１Ｃに供給される空気の流量を調整する。流量調整弁７３Ｃは、空気供給源７２Ｃと空気管７１Ｃの供給口７１Ｃｂとを接続する流路に設けられる。流量調整弁７３Ｃの開度が調整されることによって、空気供給源７２Ｃから空気管７１Ｃに供給されるアンモニアの流量が調整される。それにより、空気管７１Ｃにおける空気の流量（つまり、空気流量）が調整される。具体的には、流量調整弁７３Ｃの開度が大きいほど、空気流量が大きくなる。

【0081】

ここで、アンモニア噴射ノズル４１の先端部は、空気管７１Ｃ内を流れる空気によって冷却される。空気流量が大きいほど、空気管７１Ｃ内を流れる空気による冷却能力（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部を冷却する能力）が高くなる。ゆえに、調整機構７Ｃは、空気流量を調整することによって、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を調整することができる。

【0082】

制御装置９は、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ｃの動作を制御する。具体的には、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、流量調整弁７３Ｃの開度を大きくする。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、空気流量が大きくなり、空気管７１Ｃ内を流れる空気による冷却能力が高くなる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0083】

上記のように、第３の変形例に係る燃焼装置１００Ｃでは、調整機構７Ｃは、空気管７１Ｃにおける空気の流量（つまり、空気流量）を調整する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度の調整が適切に実現される。制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が基準温度以下になるように、調整機構７Ｃの動作を制御する。それにより、上述した燃焼装置１００と同様に、アンモニア噴射ノズル４１の窒化が抑制される。

【0084】

特に、制御装置９は、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度が高いほど、空気流量が大きくなるように（つまり、アンモニア噴射ノズル４１の先端部が冷却されやすくなるように）、調整機構７Ｃの動作を制御する。それにより、アンモニア噴射ノズル４１の先端部温度を基準温度以下にすることが適切に実現される。

【0085】

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。

【0086】

上記では、燃焼装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの各燃焼装置において、互いに異なる調整機構（つまり、調整機構７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃのうちのいずれか１つ）が設けられる例を説明した。ただし、燃焼装置において、調整機構７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃのうちの２つ以上の調整機構が併用されてもよい。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

上記では、燃焼装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、ボイラの火炉２に設けられる例を説明した。ただし、燃焼装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが用いられる火炉は、燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉であればよい。燃焼装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、ボイラ以外の設備の様々な火炉に用いられ得る。

【0090】

本開示は、ボイラ等に用いられる燃焼装置による燃焼の安定化、および、燃焼装置の補修頻度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】

【0091】

１：ボイラ ２：火炉 ４：バーナ ７：調整機構 ７Ａ：調整機構 ７Ｂ：調整機構 ７Ｃ：調整機構 ９：制御装置 ４１：アンモニア噴射ノズル ４１ｃ：噴射口 ７１Ｃ：空気管 １００：燃焼装置 １００Ａ：燃焼装置 １００Ｂ：燃焼装置 １００Ｃ：燃焼装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】