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JP6926960B2 - boiler - Google Patents
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Description

本発明は、ボイラに関するものである。 The present invention relates to a boiler.

下記特許文献1には、アンモニアを含む燃料を燃焼させる複合エネルギーシステムが開示されている。この複合エネルギーシステムは、二酸化炭素の排出量を削減することを目的として、主燃料である天然ガスにアンモニアを添加して燃焼させるものである。 Patent Document 1 below discloses a complex energy system that burns a fuel containing ammonia. This combined energy system adds ammonia to natural gas, which is the main fuel, and burns it for the purpose of reducing carbon dioxide emissions.

特開2016−032391号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-032391

ところで、アンモニアを燃料の一部として燃焼させた場合には燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)の増加が懸念される。上記背景技術は、専ら二酸化炭素の排出量の削減を目的としており、窒素酸化物(NOx)を低減さることについて何ら解決策を提示するものではない。天然ガスのような炭素燃料とアンモニアのような窒素含有燃料とを一緒に燃焼させる場合には、実用性の観点から窒素酸化物(NOx)の増加を抑制することが必要不可欠である。 By the way, when ammonia is burned as a part of fuel, there is a concern that nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion gas will increase. The background technology is solely aimed at reducing carbon dioxide emissions and does not offer any solution for reducing nitrogen oxides (NOx). When a carbon fuel such as natural gas and a nitrogen-containing fuel such as ammonia are burned together, it is indispensable to suppress an increase in nitrogen oxides (NOx) from the viewpoint of practicality.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアを燃料として燃焼可能なボイラにおいて、窒素酸化物(NOx)の増加を抑制することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress an increase in nitrogen oxides (NOx) in a boiler capable of burning ammonia as a fuel.

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention employs the following configuration as a means for solving the above problems.

第1の発明は、アンモニアを燃料として燃焼可能な燃焼装置と、上記燃焼装置が取り付けられた火炉と、燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスを案内する煙道とを備えるボイラであって、上記燃焼装置に燃料として供給される上記アンモニアの一部を上記燃焼装置よりも下流位置にて上記火炉及び上記煙道の少なくとも一方に還元剤として供給する還元剤供給部を備えるという構成を採用する。 The first invention is a boiler including a combustion device capable of burning ammonia as fuel, a furnace equipped with the combustion device, and a flue for guiding combustion gas generated by burning the fuel. A configuration is adopted in which a reducing agent supply unit that supplies a part of the ammonia supplied as fuel to the combustion device as a reducing agent to at least one of the furnace and the flue at a position downstream of the combustion device is provided.

第2の発明は、上記第1の発明において、上記還元剤供給部が、上記火炉に対して高さ方向における複数箇所に対して個別に上記還元剤としての上記アンモニアを供給可能に接続されているという構成を採用する。 In the second invention, in the first invention, the reducing agent supply unit is connected to the furnace so as to be able to individually supply the ammonia as the reducing agent to a plurality of locations in the height direction. Adopt the configuration of being.

第3の発明は、上記第1または第2の発明において、上記還元剤供給部が、上記火炉と上記煙道との各々に対して個別に上記還元剤としての上記アンモニアを供給可能に接続されているという構成を採用する。 In the third invention, in the first or second invention, the reducing agent supply unit is connected so as to be able to individually supply the ammonia as the reducing agent to each of the furnace and the flue. Adopt the configuration that is.

第4の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、上記火炉及び上記煙道の少なくとも一方の内部温度を計測する温度計測部を備え、上記還元剤供給部が、上記温度計測部の計測結果に基づいて上記還元剤として供給される上記アンモニアの流量を設定するという構成を採用する。 In the fourth invention, in any one of the first to third inventions, the temperature measuring unit for measuring the internal temperature of at least one of the furnace and the flue is provided, and the reducing agent supply unit is the temperature measuring unit. A configuration is adopted in which the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent is set based on the measurement result of.

第5の発明は、上記第1〜第4いずれかの発明において、上記煙道から排出される上記燃焼ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を計測する濃度計測部を備え、上記還元剤供給部が、上記濃度計測部の計測結果に基づいて上記還元剤として供給される上記アンモニアの流量を設定するという構成を採用する。 The fifth invention includes, in any one of the first to fourth inventions, a concentration measuring unit for measuring the concentration of nitrogen oxides contained in the combustion gas discharged from the flue, and the reducing agent supply unit. However, a configuration is adopted in which the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent is set based on the measurement result of the concentration measuring unit.

第6の発明は、上記第1〜第5いずれかの発明において、炭素燃料を燃焼可能な燃焼装置を備え、上記還元剤供給部が、上記炭素燃料の特性に基づいて上記還元剤として供給される上記アンモニアの流量を設定するという構成を採用する。 In the sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, a combustion device capable of burning carbon fuel is provided, and the reducing agent supply unit is supplied as the reducing agent based on the characteristics of the carbon fuel. The configuration of setting the flow rate of the above-mentioned ammonia is adopted.

第7の発明は、上記第1〜第6いずれかの発明において、上記還元剤供給部が、上記火炉及び上記煙道の少なくとも一方の内部に配設されると共に上記還元剤として供給される上記アンモニアを噴射する噴射部を備えるという構成を採用する。 In the seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the reducing agent supply unit is arranged inside at least one of the furnace and the flue and is supplied as the reducing agent. A configuration is adopted in which an injection unit for injecting ammonia is provided.

第8の発明は、上記第1〜第7いずれかの発明において、上記還元剤として供給される上記アンモニアの流量と上記燃料として供給される上記アンモニアの流量とを合わせたアンモニアの全体流量を、上記還元剤として供給される上記アンモニアの流量に合わせて調節する制御部を備えるという構成を採用する。 In the eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the total flow rate of ammonia, which is the sum of the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent and the flow rate of the ammonia supplied as the fuel, is determined. A configuration is adopted in which a control unit that adjusts according to the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent is provided.

本発明によれば、燃料として燃焼装置に供給されるアンモニアの一部が還元剤として火炉及び煙道の少なくとも一方に供給される。このため、燃料として供給されたアンモニアが燃焼されることによって発生した窒素酸化物が還元剤として供給されたアンモニアによって還元される。よって、本発明によれば、アンモニアを燃料として燃焼可能なボイラにおいて、窒素酸化物(NOx)の増加を抑制することが可能となる。 According to the present invention, a part of ammonia supplied to the combustion apparatus as fuel is supplied as a reducing agent to at least one of the furnace and the flue. Therefore, the nitrogen oxides generated by burning the ammonia supplied as the fuel are reduced by the ammonia supplied as the reducing agent. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress an increase in nitrogen oxides (NOx) in a boiler that can burn using ammonia as fuel.

本発明の第1実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態におけるボイラの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part structure of the boiler in 7th Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるボイラのシミュレーション結果を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the simulation result of the boiler in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるボイラのシミュレーション結果を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the simulation result of the boiler in 1st Embodiment of this invention. 微粉炭のみを燃料とするボイラにおける排ガスに含まれる一酸化窒素の量をシミュレーションした結果を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the result of simulating the amount of nitric oxide contained in the exhaust gas in the boiler which uses only pulverized coal as fuel.

以下、図面を参照して、本発明に係るボイラの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of the boiler according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member recognizable.

(第1実施形態)
図1は、本第1実施形態のボイラ1の要部構成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(燃焼装置)と、二段燃焼空気供給部5と、アンモニア供給部6と、微粉炭供給部7とを備えている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1 of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the boiler 1 includes a furnace 2, a flue 3, a burner 4 (combustion device), a two-stage combustion air supply unit 5, an ammonia supply unit 6, and a pulverized coal supply unit 7. I have.

火炉2は、垂直かつ筒状に設けられた炉壁によって構成され、アンモニアや微粉炭等の燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉体である。この火炉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。また、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。 The furnace 2 is composed of a furnace wall provided vertically and in a tubular shape, and is a furnace body that burns fuel such as ammonia or pulverized coal to generate combustion heat. In this furnace 2, high-temperature combustion gas is generated by burning fuel. Further, the bottom of the furnace 2 is provided with a discharge port 2a for discharging ash generated by combustion of fuel to the outside.

煙道3は、火炉2の上部と接続され、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。このような煙道3は、火炉2の上部から水平に延出する水平煙道3aと、水平煙道3aの端部から下方に延出する後部煙道3bとを備えている。 The flue 3 is connected to the upper part of the furnace 2 and guides the combustion gas generated in the furnace 2 to the outside as exhaust gas. Such a flue 3 includes a horizontal flue 3a extending horizontally from the upper part of the furnace 2 and a rear flue 3b extending downward from the end of the horizontal flue 3a.

なお、図1では省略しているが、ボイラ1は、火炉2の上部等に設置される過熱器を備えている。過熱器は、火炉2で発生した燃焼熱と水とを熱交換することによって水蒸気を生成する。また、図1では省略しているが、ボイラ1は、必要に応じて再熱器、節炭器、空気予熱器等を備える。 Although omitted in FIG. 1, the boiler 1 is provided with a superheater installed in the upper part of the furnace 2 or the like. The superheater generates steam by exchanging heat between the combustion heat generated in the furnace 2 and water. Further, although omitted in FIG. 1, the boiler 1 is provided with a reheater, an economizer, an air preheater and the like, if necessary.

バーナ4は、火炉2の下部の壁部に配置されている。このバーナ4は、火炉2の周方向に複数設置されている。また、図1では省略しているが、バーナ4は、火炉2の高さ方向にも複数設置されている。これらのバーナ4は、火炉2の下部に二次元状かつ対向配置されており、燃料を噴射して燃焼させる。これらのバーナ4は、何れもアンモニア及び微粉炭を燃料として火炉2内に噴射可能な複合バーナである。なお、図1では省略しているが、火炉2にはバーナ4から噴射された燃料(アンモニア及び微粉炭)を着火させる着火装置が設けられている。また、図1では省略しているが、ボイラ1は、バーナ4に対して燃焼空気を供給する燃焼空気供給部を有している。各バーナ4から火炉2内に燃焼空気と共に噴射された燃料(アンモニア及び微粉炭)は、上述の着火装置の働きによって着火して燃焼する。 The burner 4 is arranged on the lower wall of the furnace 2. A plurality of the burners 4 are installed in the circumferential direction of the furnace 2. Further, although omitted in FIG. 1, a plurality of burners 4 are also installed in the height direction of the furnace 2. These burners 4 are two-dimensionally and opposed to each other in the lower part of the furnace 2 to inject fuel and burn it. Each of these burners 4 is a composite burner that can be injected into the furnace 2 using ammonia and pulverized coal as fuel. Although omitted in FIG. 1, the furnace 2 is provided with an ignition device for igniting the fuel (ammonia and pulverized coal) injected from the burner 4. Further, although omitted in FIG. 1, the boiler 1 has a combustion air supply unit that supplies combustion air to the burner 4. The fuel (ammonia and pulverized coal) injected from each burner 4 into the furnace 2 together with the combustion air is ignited and burned by the action of the above-mentioned ignition device.

なお、ボイラ1に設置されるバーナ4は、全てが上述のような複合バーナである必要はない。例えば、石炭専焼のバーナやアンモニア専焼のバーナを備える構成を採用することもできる。ただし、本実施形態のボイラ1においては、少なくとも1つのバーナ4がアンモニアを燃料として燃焼可能とされており、火炉2の内部にてアンモニアと微粉炭との混焼が可能とされている。 The burners 4 installed in the boiler 1 do not necessarily have to be the composite burners as described above. For example, a configuration including a coal-fired burner or an ammonia-fired burner can be adopted. However, in the boiler 1 of the present embodiment, at least one burner 4 is capable of burning using ammonia as fuel, and it is possible to co-fire ammonia and pulverized coal inside the furnace 2.

ここで、アンモニアは、分子式(NH)によって示されるように水素(H)と窒素(N)との化合物であり、構成原子として炭素(C)を含まない。また、このアンモニア(低炭素燃料)は、難燃性の物質として知られるものの、メタン(CH)と同様に3つの水素原子を有する水素キャリア物質である。一方、微粉炭は、化石燃料である石炭を数マイクロメートル程度の大きさまで粉砕処理したものであり、ボイラ用の燃料として一般的に使用されている。すなわち、アンモニアは、微粉炭(炭素燃料)よりも炭素濃度が低い低炭素燃料である。 Here, ammonia is a compound of hydrogen (H) and nitrogen (N) as shown by the molecular formula (NH 3 ), and does not contain carbon (C) as a constituent atom. Although this ammonia (low carbon fuel) is known as a flame-retardant substance, it is a hydrogen carrier substance having three hydrogen atoms like methane (CH 3). On the other hand, pulverized coal is a fossil fuel obtained by crushing coal to a size of about several micrometers, and is generally used as a fuel for boilers. That is, ammonia is a low-carbon fuel having a lower carbon concentration than pulverized coal (carbon fuel).

二段燃焼空気供給部5は、バーナ4の上方にて火炉2と接続されており、火炉2の内部に二段燃焼用の空気を供給する。このような二段燃焼空気供給部5によって二段燃焼用の空気を供給することで、バーナ4で燃焼された燃料の未燃分が二段燃焼空気によって燃焼され、ボイラ1の収熱性能を高めると共に、排ガスに含まれる燃料の未燃分を減少させることができる。 The two-stage combustion air supply unit 5 is connected to the furnace 2 above the burner 4, and supplies air for two-stage combustion to the inside of the furnace 2. By supplying air for two-stage combustion by such a two-stage combustion air supply unit 5, the unburned portion of the fuel burned by the burner 4 is burned by the two-stage combustion air, and the heat collection performance of the boiler 1 is improved. At the same time, the unburned content of the fuel contained in the exhaust gas can be reduced.

アンモニア供給部6は、アンモニア供給源6aと、燃料アンモニア供給部6bと、還元剤供給部6cと、アンモニア供給制御装置6d(制御部)とを備えている。アンモニア供給源6aは、アンモニアを貯蔵するタンク等からなる。なお、アンモニア供給源6aは、必ずしもアンモニア供給部6の構成要素である必要はない。つまり、アンモニア供給部6は、外部に設置されたアンモニア供給源6aからアンモニアを取り込むようにしても良い。 The ammonia supply unit 6 includes an ammonia supply source 6a, a fuel ammonia supply unit 6b, a reducing agent supply unit 6c, and an ammonia supply control device 6d (control unit). The ammonia supply source 6a includes a tank or the like for storing ammonia. The ammonia supply source 6a does not necessarily have to be a component of the ammonia supply unit 6. That is, the ammonia supply unit 6 may take in ammonia from the ammonia supply source 6a installed outside.

燃料アンモニア供給部6bは、アンモニア供給源6aとバーナ4とを接続する燃料アンモニア供給配管6b1と、燃料アンモニア供給配管6b1の途中部位に設置される全体流量調節弁6b2及び燃料アンモニア流量調節弁6b3とを備えている。燃料アンモニア供給配管6b1は、アンモニア供給源6aから供給されたアンモニアのうち、バーナ4に燃料として供給される分(燃料アンモニア)を案内する配管である。全体流量調節弁6b2は、アンモニア供給源6aから燃料アンモニア供給配管6b1に供給されるアンモニアの全体流量を調節するバルブである。なお、アンモニアの全体流量は、燃料アンモニアの流量に対して、還元剤供給部6cを介して還元剤として火炉2等に供給されるアンモニア(還元剤アンモニア)の流量を加えた流量となる。燃料アンモニア流量調節弁6b3は、全体流量調節弁6b2よりも下流側に配置されており、燃料アンモニアの流量を調節するバルブである。 The fuel ammonia supply unit 6b includes a fuel ammonia supply pipe 6b1 that connects the ammonia supply source 6a and the burner 4, an overall flow rate control valve 6b2 and a fuel ammonia flow rate control valve 6b3 that are installed in the middle of the fuel ammonia supply pipe 6b1. It has. The fuel ammonia supply pipe 6b1 is a pipe that guides the portion (fuel ammonia) of the ammonia supplied from the ammonia supply source 6a that is supplied as fuel to the burner 4. The overall flow rate control valve 6b2 is a valve that regulates the overall flow rate of ammonia supplied from the ammonia supply source 6a to the fuel ammonia supply pipe 6b1. The total flow rate of ammonia is the flow rate of fuel ammonia plus the flow rate of ammonia (reducing agent ammonia) supplied to the furnace 2 or the like as a reducing agent via the reducing agent supply unit 6c. The fuel ammonia flow rate control valve 6b3 is arranged on the downstream side of the overall flow rate control valve 6b2, and is a valve that regulates the flow rate of fuel ammonia.

還元剤供給部6cは、火炉2に接続された還元剤供給配管6c1と、還元剤供給配管6c1の途中部位に設置された還元剤流量調節弁6c2とを備えている。還元剤供給配管6c1は、全体流量調節弁6b2と燃料アンモニア流量調節弁6b3との間にて一端が燃料アンモニア供給配管6b1と接続されている。つまり、還元剤供給配管6c1は、燃料アンモニア供給部6bと火炉2とを接続しており、燃料アンモニア供給部6bから燃料アンモニアの一部を取り込んで、還元剤アンモニアとして火炉2に案内する。このような還元剤供給部6cは、バーナ4よりも燃焼ガスの下流位置(すなわち上方)に還元剤アンモニアを供給する。還元剤流量調節弁6c2は、還元剤アンモニアの流量を調節するバルブである。 The reducing agent supply unit 6c includes a reducing agent supply pipe 6c1 connected to the furnace 2 and a reducing agent flow rate control valve 6c2 installed in the middle of the reducing agent supply pipe 6c1. One end of the reducing agent supply pipe 6c1 is connected to the fuel ammonia supply pipe 6b1 between the overall flow rate control valve 6b2 and the fuel ammonia flow rate control valve 6b3. That is, the reducing agent supply pipe 6c1 connects the fuel ammonia supply unit 6b and the furnace 2, takes in a part of the fuel ammonia from the fuel ammonia supply unit 6b, and guides the fuel ammonia to the furnace 2 as the reducing agent ammonia. Such a reducing agent supply unit 6c supplies the reducing agent ammonia to a position downstream (that is, above) of the combustion gas from the burner 4. The reducing agent flow rate control valve 6c2 is a valve that regulates the flow rate of the reducing agent ammonia.

例えば、図1に示すように、火炉2及び煙道3の内部を、火炎が形成されるバーナ領域R1と、二段燃焼が行われる二段燃焼領域R2と、火炉2の上部及び水平煙道3aの内部を含む上部領域R3と、後部煙道3bの内部を含む後部領域R4とに分ける。ここで、本実施形態においては、還元剤供給部6cは、バーナ領域R1に還元剤供給配管6c1が接続され、バーナ領域R1に還元剤アンモニアを供給する。 For example, as shown in FIG. 1, inside the furnace 2 and the flue 3, a burner region R1 where a flame is formed, a staged combustion region R2 where staged combustion is performed, an upper part of the furnace 2 and a horizontal flue It is divided into an upper region R3 including the inside of 3a and a rear region R4 including the inside of the rear flue 3b. Here, in the present embodiment, in the reducing agent supply unit 6c, the reducing agent supply pipe 6c1 is connected to the burner region R1 to supply the reducing agent ammonia to the burner region R1.

アンモニア供給制御装置6dは、全体流量調節弁6b2、燃料アンモニア流量調節弁6b3及び還元剤流量調節弁6c2を制御し、全体流量調節弁6b2、燃料アンモニア流量調節弁6b3及び還元剤流量調節弁6c2の開度を調節する。アンモニア供給制御装置6dは、外部の指令等に基づいて、全体流量調節弁6b2の開度を調節することによってアンモニア供給源6aから取り込まれるアンモニアの全体流量を調節する。 The ammonia supply control device 6d controls the overall flow rate control valve 6b2, the fuel ammonia flow rate control valve 6b3, and the reducing agent flow rate control valve 6c2. Adjust the opening. The ammonia supply control device 6d adjusts the total flow rate of ammonia taken in from the ammonia supply source 6a by adjusting the opening degree of the total flow rate control valve 6b2 based on an external command or the like.

また、燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2との開度によって、アンモニア供給源6aから取り込まれるアンモニアの燃料アンモニアと還元剤アンモニアとへの配分が定まる。つまり、燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2とは、燃料アンモニアと還元剤アンモニアとの配分割合を調節する機構(配分調節機構6b4)を構成している。アンモニア供給制御装置6dは、これらの燃料アンモニア流量調節弁6b3と還元剤流量調節弁6c2と含む配分調節機構6b4を制御することによって、燃料アンモニアと還元剤アンモニアとの配分割合を調節する。 Further, the opening degree between the fuel ammonia flow rate control valve 6b3 and the reducing agent flow rate control valve 6c2 determines the distribution of ammonia taken in from the ammonia supply source 6a to the fuel ammonia and the reducing agent ammonia. That is, the fuel ammonia flow rate control valve 6b3 and the reducing agent flow rate control valve 6c2 form a mechanism (distribution adjustment mechanism 6b4) for adjusting the distribution ratio of the fuel ammonia and the reducing agent ammonia. The ammonia supply control device 6d adjusts the distribution ratio of the fuel ammonia and the reducing agent ammonia by controlling the distribution adjusting mechanism 6b4 including the fuel ammonia flow rate control valve 6b3 and the reducing agent flow rate control valve 6c2.

また、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量と燃料アンモニアの流量とを合わせたアンモニアの全体流量を、還元剤アンモニアの流量に合わせて調節する制御する。例えば、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量を増加する場合には、全体流量調節弁6b2の開度を増加し、アンモニアの全体流量を還元剤アンモニアの流量の増加分と同一分増加する。また、本実施形態においてアンモニア供給制御装置6dは、還元剤アンモニアの流量を減少する場合には、全体流量調節弁6b2の開度を減少し、アンモニアの全体流量を還元剤アンモニアの流量の減少分と同一分減少する。この結果、バーナ4に供給される燃料アンモニアの流量を常に一定とすることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the ammonia supply control device 6d controls to adjust the total flow rate of ammonia, which is the sum of the flow rate of the reducing agent ammonia and the flow rate of the fuel ammonia, according to the flow rate of the reducing agent ammonia. For example, in the present embodiment, when the flow rate of the reducing agent ammonia is increased, the ammonia supply control device 6d increases the opening degree of the total flow rate control valve 6b2, and increases the total flow rate of ammonia by the increase in the flow rate of the reducing agent ammonia. Increases by the same amount as. Further, in the present embodiment, when the flow rate of the reducing agent ammonia is reduced, the ammonia supply control device 6d reduces the opening degree of the total flow rate control valve 6b2, and reduces the total flow rate of ammonia by the decrease in the flow rate of the reducing agent ammonia. It decreases by the same amount as. As a result, the flow rate of the fuel ammonia supplied to the burner 4 can be kept constant at all times.

微粉炭供給部7は、バーナ4と接続されており、石炭を粉砕して微粉炭とすると共に微粉炭をバーナ4に対して供給する。この微粉炭供給部7は、例えば石炭を数マイクロメートル程度の粒径まで粉砕して微粉炭とするミルと、ミルによって生成された微粉炭をバーナ4に供給する給炭機とを備えている。なお、微粉炭供給部7は、給炭機を備えずにミルから直接的に微粉炭をバーナ4に供給する構成とすることもできる。 The pulverized coal supply unit 7 is connected to the burner 4, and crushes the coal into pulverized coal and supplies the pulverized coal to the burner 4. The pulverized coal supply unit 7 includes, for example, a mill for crushing coal to a particle size of about several micrometers to obtain pulverized coal, and a coal feeder for supplying the pulverized coal produced by the mill to the burner 4. .. The pulverized coal supply unit 7 may be configured to directly supply the pulverized coal to the burner 4 from the mill without providing a coal feeder.

このような本実施形態のボイラ1では、アンモニア供給部6からバーナ4に燃料アンモニアが供給され、微粉炭供給部7からバーナ4に微粉炭が供給され、燃料アンモニア及び微粉炭を燃料としてバーナ4で火炎が形成される。また、二段燃焼空気供給部5によって二段燃焼用の空気が火炉2の内部に供給されることによって、燃焼ガスに含まれる未燃の燃料が燃焼される。燃料が燃焼されることで生成された燃焼ガスは、火炉2の下部から上部に移動し、煙道3を通じて外部に案内される。また、本実施形態のボイラ1では、燃料アンモニアの一部がアンモニア供給部6の還元剤供給部6cによって還元剤アンモニアとして火炉2の内部に供給される。この結果、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)が還元される。 In such a boiler 1 of the present embodiment, fuel ammonia is supplied from the ammonia supply unit 6 to the burner 4, pulverized coal is supplied from the pulverized coal supply unit 7 to the burner 4, and the burner 4 uses the fuel ammonia and the pulverized coal as fuel. A flame is formed at. Further, the unburned fuel contained in the combustion gas is burned by supplying the air for the two-stage combustion to the inside of the furnace 2 by the two-stage combustion air supply unit 5. The combustion gas generated by burning the fuel moves from the lower part to the upper part of the furnace 2 and is guided to the outside through the flue 3. Further, in the boiler 1 of the present embodiment, a part of the fuel ammonia is supplied to the inside of the furnace 2 as the reducing agent ammonia by the reducing agent supply unit 6c of the ammonia supply unit 6. As a result, nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion gas are reduced.

以上のような本実施形態のボイラ1によれば、燃料アンモニアの一部が還元剤として火炉2に供給される。このため、燃料アンモニアが燃焼されることによって発生した窒素酸化物が還元剤アンモニアによって還元される。よって、本実施形態のボイラ1によれば、窒素酸化物(NOx)の増加を抑制することができる。さらに、本実施形態のボイラ1によれば、還元剤を別途貯蔵する必要がなく、ボイラ1を小型化することが可能となる。 According to the boiler 1 of the present embodiment as described above, a part of the fuel ammonia is supplied to the furnace 2 as a reducing agent. Therefore, the nitrogen oxides generated by the combustion of the fuel ammonia are reduced by the reducing agent ammonia. Therefore, according to the boiler 1 of the present embodiment, the increase of nitrogen oxides (NOx) can be suppressed. Further, according to the boiler 1 of the present embodiment, it is not necessary to separately store the reducing agent, and the boiler 1 can be miniaturized.

また、本実施形態のボイラ1においては、アンモニア供給制御装置6dが、還元剤アンモニアの流量と燃料アンモニアの流量とを合わせたアンモニアの全体流量を、還元剤アンモニアの流量に合わせて調節する制御する。このため、還元剤アンモニアの流量が変動した場合であっても、バーナ4に供給される燃料アンモニアの流量を常に一定とすることが可能となり、ボイラ1の収熱性能が変動することを防止することができる。 Further, in the boiler 1 of the present embodiment, the ammonia supply control device 6d controls to adjust the total flow rate of ammonia, which is the sum of the flow rate of the reducing agent ammonia and the flow rate of the fuel ammonia, according to the flow rate of the reducing agent ammonia. .. Therefore, even if the flow rate of the reducing agent ammonia fluctuates, the flow rate of the fuel ammonia supplied to the burner 4 can be kept constant, and the heat collection performance of the boiler 1 can be prevented from fluctuating. be able to.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図2は、本第2実施形態のボイラ1Aの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Aでは、還元剤供給配管6c1の先端部が分岐し、火炉2の高さ方向の複数箇所に還元剤供給配管6c1が接続されている。また、分岐した還元剤供給配管6c1の先端部の各々に対して、アンモニア供給制御装置6dによって開閉される開閉弁6c3が設けられている。 FIG. 2 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1A of the second embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1A of the present embodiment, the tip of the reducing agent supply pipe 6c1 is branched, and the reducing agent supply pipe 6c1 is connected to a plurality of locations in the height direction of the furnace 2. Further, an on-off valve 6c3 that is opened and closed by the ammonia supply control device 6d is provided for each of the tip portions of the branched reducing agent supply pipe 6c1.

このような本実施形態のボイラ1Aによれば、各々の開閉弁6c3の開閉を調節することによって、還元剤アンモニアの火炉2に対する供給位置を高さ方向に変更することが可能となる。つまり、本実施形態において還元剤供給部6cは、火炉2に対して高さ方向における複数箇所に対して個別に還元剤アンモニアを供給可能に接続されている。 According to the boiler 1A of the present embodiment as described above, by adjusting the opening and closing of each on-off valve 6c3, it is possible to change the supply position of the reducing agent ammonia with respect to the furnace 2 in the height direction. That is, in the present embodiment, the reducing agent supply unit 6c is connected to the furnace 2 so as to be able to individually supply the reducing agent ammonia to a plurality of locations in the height direction.

火炉2の内部温度は、高さ方向に異なる。このため、還元剤アンモニアの火炉2に対する供給位置を高さ方向に変更可能とすることで、火炉2の温度が異なる領域に還元剤アンモニアを供給することが可能となる。例えば、排気される燃焼ガスをモニタリングし、この結果に応じて還元剤アンモニアを供給する高さ方向の位置を変更することができる。 The internal temperature of the furnace 2 differs in the height direction. Therefore, by making it possible to change the supply position of the reducing agent ammonia with respect to the furnace 2 in the height direction, it is possible to supply the reducing agent ammonia to regions where the temperatures of the furnace 2 are different. For example, the exhausted combustion gas can be monitored, and the position in the height direction in which the reducing agent ammonia is supplied can be changed according to the result.

なお、分岐した還元剤供給配管6c1の先端部の各々に対して流量弁を設置し、火炉2の高さ方向の異なる複数の位置から火炉2の内部に還元剤アンモニアを供給する構成を採用することもできる。 A flow valve is installed at each tip of the branched reducing agent supply pipe 6c1 to supply reducing agent ammonia to the inside of the furnace 2 from a plurality of positions different in the height direction of the furnace 2. You can also do it.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本第3実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the description of the third embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図3は、本第3実施形態のボイラ1Bの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Bでは、還元剤供給配管6c1の先端部が分岐し、分岐された先端部の各々が、バーナ領域R1と、二段燃焼領域R2と、上部領域R3と、後部領域R4とに接続されている。また、分岐した還元剤供給配管6c1の先端部の各々に対して、アンモニア供給制御装置6dによって開閉される開閉弁6c4が設けられている。このような本実施形態のボイラ1Bによれば、各々の開閉弁6c4の開閉を調節することによって、還元剤アンモニアの火炉2に対する供給領域を変更することが可能となる。つまり、本実施形態において還元剤供給部6cは、火炉2と煙道3に対して個別に還元剤アンモニアを供給可能に接続されている。 FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1B of the third embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1B of the present embodiment, the tip portion of the reducing agent supply pipe 6c1 is branched, and each of the branched tip portions is a burner region R1, a staged combustion region R2, and an upper region. It is connected to R3 and the rear region R4. Further, an on-off valve 6c4 opened and closed by the ammonia supply control device 6d is provided for each of the tip portions of the branched reducing agent supply pipe 6c1. According to the boiler 1B of the present embodiment as described above, it is possible to change the supply region of the reducing agent ammonia to the furnace 2 by adjusting the opening and closing of each on-off valve 6c4. That is, in the present embodiment, the reducing agent supply unit 6c is connected so as to be able to individually supply the reducing agent ammonia to the furnace 2 and the flue 3.

なお、分岐した還元剤供給配管6c1の先端部の各々に対して流量弁を設置し、火炉2及び煙道3の異なる複数の領域に還元剤アンモニアを供給する構成を採用することもできる。 It is also possible to adopt a configuration in which a flow valve is installed at each of the tip portions of the branched reducing agent supply pipe 6c1 to supply the reducing agent ammonia to a plurality of different regions of the furnace 2 and the flue 3.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本第4実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the description of the fourth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図4は、本第4実施形態のボイラ1Cの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Cは、火炉2の上部の内部温度を計測する温度計測部9を備えている。この温度計測部9は、アンモニア供給制御装置6dと電気的に接続されており、アンモニア供給制御装置6dに向けて計測結果を出力する。 FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1C of the fourth embodiment. As shown in this figure, the boiler 1C of the present embodiment includes a temperature measuring unit 9 for measuring the internal temperature of the upper part of the furnace 2. The temperature measuring unit 9 is electrically connected to the ammonia supply control device 6d, and outputs the measurement result to the ammonia supply control device 6d.

アンモニア供給制御装置6dは、温度計測部9の計測結果に基づいて、還元剤アンモニアの流量を設定する。供給した還元剤アンモニアの効果が高い温度域を予め実験やシミュレーションで取得してアンモニア供給制御装置6dに記憶させておき、上記温度域である場合にアンモニア供給制御装置6dの制御の下、還元剤アンモニアを火炉2に供給するようにしても良い。 The ammonia supply control device 6d sets the flow rate of the reducing agent ammonia based on the measurement result of the temperature measuring unit 9. The temperature range in which the supplied reducing agent ammonia is highly effective is acquired in advance by experiments and simulations and stored in the ammonia supply control device 6d, and when it is in the above temperature range, the reducing agent is controlled by the ammonia supply control device 6d. Ammonia may be supplied to the furnace 2.

このような本実施形態のボイラ1Cによれば、還元剤アンモニアを還元剤として効果的に作用させることができ、より少量の還元剤アンモニアで窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。 According to the boiler 1C of the present embodiment as described above, the reducing agent ammonia can be effectively acted as a reducing agent, and the nitrogen oxide (NOx) can be reduced with a smaller amount of the reducing agent ammonia. ..

なお、温度計測部9は、火炉2の内部に直接的に計測端子を挿入する構造である必要はない。例えば、火炉2の外部に非接触式の温度計測部を設置し、この非接触式の温度計測部によって火炉2の内部温度を計測するようにしても良い。 The temperature measuring unit 9 does not need to have a structure in which the measuring terminal is directly inserted into the furnace 2. For example, a non-contact temperature measuring unit may be installed outside the furnace 2 and the internal temperature of the furnace 2 may be measured by the non-contact temperature measuring unit.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。なお、本第5実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Fifth Embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the description of the fifth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図5は、本第5実施形態のボイラ1Dの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Dは、煙道3から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)の濃度を計測する濃度計測部10を備えている。この濃度計測部10は、アンモニア供給制御装置6dと電気的に接続されており、アンモニア供給制御装置6dに向けて計測結果を出力する。 FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1D of the fifth embodiment. As shown in this figure, the boiler 1D of the present embodiment includes a concentration measuring unit 10 for measuring the concentration of nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion gas discharged from the flue 3. The concentration measuring unit 10 is electrically connected to the ammonia supply control device 6d, and outputs the measurement result to the ammonia supply control device 6d.

アンモニア供給制御装置6dは、濃度計測部10の計測結果に基づいて、還元剤アンモニアの流量を設定する。例えば、アンモニア供給制御装置6dは、濃度計測部10の計測結果が適正範囲を上回っている場合には還元剤アンモニアの流量を増加し、濃度計測部10の計測結果が適正範囲を下回っている場合には還元剤アンモニアの流量を減少する。 The ammonia supply control device 6d sets the flow rate of the reducing agent ammonia based on the measurement result of the concentration measuring unit 10. For example, the ammonia supply control device 6d increases the flow rate of the reducing agent ammonia when the measurement result of the concentration measuring unit 10 exceeds the appropriate range, and when the measurement result of the concentration measuring unit 10 is below the appropriate range. Reduces the flow rate of the reducing agent ammonia.

このような本実施形態のボイラ1Cによれば、少量の還元剤アンモニアによって窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。 According to the boiler 1C of the present embodiment as described above, it is possible to reduce nitrogen oxides (NOx) with a small amount of reducing agent ammonia.

なお、本実施形態のボイラ1Dに対して、上記第4実施形態の温度計測部9をさらに設置しても良い。これによって、より少量の還元剤アンモニアによって窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。ただし、火炉2の温度が適切でない状態で不必要に還元剤アンモニアの流量が増えないように、温度計測部9の計測結果が適切な温度範囲を示している場合に、濃度計測部10の計測結果に基づいて還元剤アンモニアの流量を微調整するようにすることが好ましい。 The temperature measuring unit 9 of the fourth embodiment may be further installed on the boiler 1D of the present embodiment. This makes it possible to reduce nitrogen oxides (NOx) with a smaller amount of reducing agent ammonia. However, the concentration measurement unit 10 measures when the measurement result of the temperature measurement unit 9 indicates an appropriate temperature range so that the flow rate of the reducing agent ammonia does not increase unnecessarily when the temperature of the furnace 2 is not appropriate. It is preferable to fine-tune the flow rate of the reducing agent ammonia based on the result.

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。なお、本第6実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Sixth Embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the description of the sixth embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図6は、本第6実施形態のボイラ1Eの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Eは、微粉炭供給部7に対して、微粉炭の水分量(炭素燃料の特性)を計測するための、水分量計測器11が取り付けられている。この水分量計測器11は、アンモニア供給制御装置6dと電気的に接続されており、アンモニア供給制御装置6dに向けて計測結果を出力する。 FIG. 6 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1E of the sixth embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1E of the present embodiment, a water content measuring instrument 11 for measuring the water content (characteristics of carbon fuel) of the pulverized coal is attached to the pulverized coal supply unit 7. There is. The water content measuring instrument 11 is electrically connected to the ammonia supply control device 6d, and outputs the measurement result to the ammonia supply control device 6d.

例えば、アンモニア供給制御装置6dは、微粉炭の単位体積あたりの水分量と、このような微粉炭を燃焼させた場合に発生すると想定される窒素酸化物(NOx)の量との関係を示すテールを予め記憶している。アンモニア供給制御装置6dは、水分量計測器11から計測結果が入力されると、上記テーブルを参照して、還元剤アンモニアの流量を設定する。 For example, the ammonia supply control device 6d has a tail that shows the relationship between the amount of water per unit volume of pulverized coal and the amount of nitrogen oxides (NOx) that are expected to be generated when such pulverized coal is burned. Is memorized in advance. When the measurement result is input from the water content measuring device 11, the ammonia supply control device 6d sets the flow rate of the reducing agent ammonia with reference to the above table.

このような本実施形態のボイラ1Eによれば、産地等によって微粉炭の特性が変更となった場合であっても、適切な流量の還元剤アンモニアを火炉2に対して供給することが可能となる。 According to the boiler 1E of the present embodiment as described above, it is possible to supply an appropriate flow rate of reducing agent ammonia to the furnace 2 even when the characteristics of the pulverized coal are changed depending on the production area or the like. Become.

なお、本実施形態においては、水分量計測器11によって、微粉炭の特性を計測する構成について説明した。例えば、微粉炭の組成(特性)は産地によって異なる。このため、産地と還元剤アンモニアの流量とが関係づけられたテーブルを予めアンモニア供給制御装置6dに記憶させておき、アンモニア供給制御装置6dに微粉炭の産地を入力することで、適切な還元剤アンモニアの流量を設定する構成を採用することも可能である。 In the present embodiment, the configuration for measuring the characteristics of the pulverized coal with the water content measuring instrument 11 has been described. For example, the composition (characteristics) of pulverized coal differs depending on the production area. Therefore, by storing a table in which the production area and the flow rate of the reducing agent ammonia are related in advance in the ammonia supply control device 6d and inputting the production area of the pulverized coal into the ammonia supply control device 6d, an appropriate reducing agent can be obtained. It is also possible to adopt a configuration that sets the flow rate of ammonia.

(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。なお、本第7実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(7th Embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the description of the seventh embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.

図7は、本第7実施形態のボイラ1Fの要部構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態のボイラ1Fは、還元剤供給部6cが、火炉2の内部に配設されると共に還元剤アンモニアを火炉2の内部に噴射するノズルヘッダ12(噴射部)を備えている。このようなノズルヘッダ12は、端部が還元剤供給配管6c1に接続され、長手方向に複数のノズルが形成された直管である。このようなノズルヘッダ12は、還元剤供給配管6c1から供給された還元剤アンモニアを複数のノズルから分散して噴射する。 FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a main part of the boiler 1F of the seventh embodiment. As shown in this figure, in the boiler 1F of the present embodiment, the reducing agent supply unit 6c is arranged inside the furnace 2 and the reducing agent ammonia is injected into the inside of the furnace 2 nozzle header 12 (injection unit). It has. Such a nozzle header 12 is a straight pipe whose end is connected to the reducing agent supply pipe 6c1 and in which a plurality of nozzles are formed in the longitudinal direction. Such a nozzle header 12 disperses and injects the reducing agent ammonia supplied from the reducing agent supply pipe 6c1 from a plurality of nozzles.

このような本実施形態のボイラ1Fによれば、少量の還元剤アンモニアであっても、還元剤アンモニアを火炉2の中心部に確実に到達させることができ、より確実に窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。 According to the boiler 1F of the present embodiment as described above, even with a small amount of reducing agent ammonia, the reducing agent ammonia can be reliably reached to the central portion of the furnace 2, and nitrogen oxides (NOx) can be more reliably reached. Can be reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、微粉炭とアンモニアとを燃料として混焼させるボイラについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、天然ガスとアンモニアを燃料として混焼させる構成、重油や軽油とアンモニアを燃料として混焼させる構成、あるいは、アンモニアのみを燃料として燃焼させる構成等を採用することが可能である。 For example, in the above embodiment, a boiler that co-fires pulverized coal and ammonia as fuel has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to adopt a configuration in which natural gas and ammonia are co-fired as fuel, a configuration in which heavy oil or light oil and ammonia are co-fired as fuel, a configuration in which only ammonia is burned as fuel, and the like.

また、例えば、燃料アンモニア供給配管6b1及び還元剤供給配管6c1の両方あるいはいずれかに逆止弁を設けるようにしても良い。 Further, for example, a check valve may be provided in both or one of the fuel ammonia supply pipe 6b1 and the reducing agent supply pipe 6c1.

(シミュレーション)
次に、上記第1実施形態のボイラ1についてシミュレーションを行った結果について、図8〜図10を参照して説明する。
(simulation)
Next, the results of simulating the boiler 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

まず、バーナ領域R1を、燃料と燃焼空気とが混合される混合領域と、火炎が存在する火炎領域と、燃焼ガスが火炎に向けて還流する循環領域と、火炎の背後の火炎背後領域とに分けたモデルを作成した。当モデルを用いて、微粉炭と共にアンモニアを、混合領域に投入した場合と、火炎に送る燃焼空気に投入した場合と、火炎に直接投入した場合と、二段燃焼領域R2に投入した場合とにおける排ガスに含まれる一酸化窒素の量についてシミュレーションした。なお、比較例として、燃料にアンモニアを用いずに微粉炭のみを用いた条件についても、同様にシミュレーションを行った。 First, the burner region R1 is divided into a mixed region where fuel and combustion air are mixed, a flame region where a flame exists, a circulation region where combustion gas returns toward the flame, and a flame back region behind the flame. I created a separate model. Using this model, when ammonia is charged into the mixed region together with pulverized coal, when it is charged into the combustion air sent to the flame, when it is directly charged into the flame, and when it is charged into the two-stage combustion region R2. The amount of nitric oxide contained in the exhaust gas was simulated. As a comparative example, the same simulation was performed under the condition that only pulverized coal was used without using ammonia as the fuel.

図8は、シミュレーションの結果を示す棒グラフである。なお、図8において、(a)が比較例の結果を示している。また、(b)がアンモニアを混合領域に投入した場合の結果を示し、(c)がアンモニアを燃焼空気に投入した場合の結果を示し、(d)がアンモニアを火炎に直接的に投入した場合の結果を示し、(e)がアンモニアを二段燃焼領域R2に投入した場合の結果を示している。なお、図8では、比較例の結果を基準とし、他の結果は比較例との相対値として示している。 FIG. 8 is a bar graph showing the results of the simulation. In FIG. 8, (a) shows the result of the comparative example. Further, (b) shows the result when ammonia is charged into the mixed region, (c) shows the result when ammonia is charged into the combustion air, and (d) shows the result when ammonia is directly charged into the flame. (E) shows the result when ammonia is put into the staged combustion region R2. In FIG. 8, the result of the comparative example is used as a reference, and the other results are shown as relative values with the comparative example.

図8に示すように、上記実施形態のボイラ1の結果は、(a)と比較して大きく上昇していない。特に、アンモニアを火炎に対して直接的に投入した場合には、一酸化窒素の排出量が(a)と同程度に抑制されている。したがって、バーナ領域R1あるいは二段燃焼領域R2にアンモニアを投入する場合には、火炎に対して直接的にアンモニアを投入することが好ましいことが分かった。これに加えて、上記実施形態のボイラ1では、アンモニアを燃料として燃焼させているにも関わらず、微粉炭のみを燃料として燃焼させるボイラと、一酸化窒素の排出量が同程度となったことから、窒素成分の窒素酸化物への転換率が低いことが分かった。 As shown in FIG. 8, the result of the boiler 1 of the above embodiment does not increase significantly as compared with (a). In particular, when ammonia is directly added to the flame, the amount of nitric oxide discharged is suppressed to the same extent as in (a). Therefore, it was found that when ammonia is charged into the burner region R1 or the staged combustion region R2, it is preferable to charge ammonia directly to the flame. In addition to this, in the boiler 1 of the above embodiment, the amount of nitrogen monoxide emission is about the same as that of the boiler that burns only pulverized coal as fuel even though ammonia is burned as fuel. From this, it was found that the conversion rate of nitrogen components to nitrogen oxides was low.

次に、図8の結果を受けて、微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを火炎に対して直接投入した場合と、火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3に投入した場合と、火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3及び後部領域R4に投入した場合と、火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを後部領域R4に投入した場合とにおける排ガスに含まれる一酸化窒素の量についてシミュレーションした。なお、同様に、比較例として、燃料にアンモニアを用いずに微粉炭のみを用い、さらにアンモニアを投入しない条件についても、同様にシミュレーションを行った。 Next, based on the results shown in FIG. 8, the case where ammonia as a fuel is directly added to the flame together with the pulverized coal, and the case where the ammonia as a fuel is added to the flame together with the pulverized coal and the ammonia as a reducing agent is further added to the upper region. Ammonia as a fuel is added to the flame together with pulverized coal and ammonia as a reducing agent is added to the upper region R3 and the rear region R4, and ammonia as a fuel is added to the flame together with the pulverized coal. Furthermore, the amount of nitrogen monoxide contained in the exhaust gas was simulated when ammonia as a reducing agent was added to the rear region R4. Similarly, as a comparative example, the same simulation was performed under the condition that only pulverized coal was used as the fuel and no ammonia was added.

図9は、シミュレーションの結果を示す棒グラフである。なお、図9において、(a)が比較例の結果を示している。また、(b)が微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを火炎に対して直接投入した場合の結果を示し、(c)が火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3に投入した場合の結果を示し、(d)が火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3及び後部領域R4に投入した場合の結果を示し、(e)が火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを後部領域R4に投入した場合の結果を示している。なお、図9では、比較例の結果を基準とし、他の結果は比較例との相対値として示している。 FIG. 9 is a bar graph showing the results of the simulation. In FIG. 9, (a) shows the result of the comparative example. Further, (b) shows the result when ammonia as a fuel is directly added to the flame together with the pulverized coal, and (c) shows the result when ammonia as a fuel is added to the flame together with the pulverized coal and ammonia as a reducing agent is further added. The results when the fuel is charged into the upper region R3 are shown, and (d) shows the results when ammonia as a fuel is charged into the flame together with pulverized coal and ammonia as a reducing agent is charged into the upper region R3 and the rear region R4. , (E) show the results when ammonia as a fuel is charged into the flame together with pulverized coal and ammonia as a reducing agent is further charged into the rear region R4. In FIG. 9, the result of the comparative example is used as a reference, and the other results are shown as relative values with the comparative example.

図9に示すように、上記実施形態のボイラ1の結果は、(a)と比較して大きく上昇していない。特に、火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3に投入した場合、及び、火炎に微粉炭と共に燃料としてのアンモニアを投入しさらに還元剤としてのアンモニアを上部領域R3及び後部領域R4に投入した場合には、一酸化窒素の排出量が(a)よりも抑制されている。したがって、還元剤アンモニアを、上部領域R3、あるいは、上部領域R3及び後部領域R4に供給することが好ましいことが分かった。これらの結果は、二段燃焼によって発生した一酸化窒素が還元剤アンモニアによって還元されたことを示していると考えられ、二段燃焼領域R2より下流側に還元剤アンモニアを供給することによって、より窒素酸化物(NOx)の抑制することが可能となると考えられる。 As shown in FIG. 9, the result of the boiler 1 of the above embodiment does not increase significantly as compared with (a). In particular, when ammonia as a fuel is added to the flame together with pulverized coal and ammonia as a reducing agent is further added to the upper region R3, and when ammonia as a fuel is added to the flame together with pulverized coal and ammonia as a reducing agent is further added. When charged into the upper region R3 and the rear region R4, the amount of nitric oxide discharged is suppressed more than in (a). Therefore, it was found that it is preferable to supply the reducing agent ammonia to the upper region R3 or the upper region R3 and the rear region R4. These results are considered to indicate that the nitric oxide generated by the two-stage combustion was reduced by the reducing agent ammonia, and by supplying the reducing agent ammonia to the downstream side of the two-stage combustion region R2, the reducing agent ammonia was further reduced. It is considered that nitrogen oxides (NOx) can be suppressed.

なお、図10は、バーナ部における空気量の分配条件を3回変更して、微粉炭のみを燃料とするボイラに対して、還元剤としてアンモニアを供給した場合のシミュレーション結果を示す棒グラフである。図10において、(a2)が(a1)に対して還元剤としてアンモニアを供給した結果を示し、(b2)が(b1)に対して還元剤としてアンモニアを供給した結果を示し、(c2)が(c1)に対して還元剤としてアンモニアを供給した結果を示している。これらの結果から、微粉炭のみを燃料とするボイラでは、還元剤としてアンモニアを投入すると、排ガスに含まれる一酸化窒素は4分の1程度に減少していることが分かる。図9の(c)及び(d)で示す結果が、図9(a)の結果と比較して値が4分の1程度になっていることから分かるように、アンモニアと微粉炭とを混焼させる上記実施形態のボイラは、還元剤アンモニアを投入することによって、微粉炭のみを燃料とするボイラに還元剤としてアンモニアを投入した場合と同程度にまで一酸化窒素の排出量を減少させられることが分かった。 FIG. 10 is a bar graph showing a simulation result when ammonia is supplied as a reducing agent to a boiler using only pulverized coal as a fuel by changing the distribution condition of the amount of air in the burner portion three times. In FIG. 10, (a2) shows the result of supplying ammonia as a reducing agent to (a1), (b2) shows the result of supplying ammonia as a reducing agent to (b1), and (c2) shows the result. The result of supplying ammonia as a reducing agent to (c1) is shown. From these results, it can be seen that in a boiler that uses only pulverized coal as fuel, the amount of nitric oxide contained in the exhaust gas is reduced to about one-fourth when ammonia is added as a reducing agent. As can be seen from the fact that the results shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d) are about one-fourth of the results shown in FIG. 9 (a), ammonia and pulverized coal are co-fired. By adding the reducing agent ammonia, the boiler of the above embodiment can reduce the amount of nitric oxide emissions to the same extent as when ammonia is added as the reducing agent to the boiler using only pulverized coal as fuel. I found out.

1……ボイラ
1A……ボイラ
1B……ボイラ
1C……ボイラ
1D……ボイラ
1E……ボイラ
1F……ボイラ
2……火炉
2a……排出口
3……煙道
3a……水平煙道
3b……後部煙道
4……バーナ
5……二段燃焼空気供給部
6……アンモニア供給部
6a……アンモニア供給源
6b……燃料アンモニア供給部
6b1……燃料アンモニア供給配管
6b2……全体流量調節弁
6b3……燃料アンモニア流量調節弁
6b4……配分調節機構
6c……還元剤供給部
6c1……還元剤供給配管
6c2……還元剤流量調節弁
6c3……開閉弁
6c4……開閉弁
6d……アンモニア供給制御装置
7……微粉炭供給部
9……温度計測部
10……濃度計測部
11……水分量計測器
12……ノズルヘッダ
R1……バーナ領域
R2……二段燃焼領域
R3……上部領域
R4……後部領域
1 …… Boiler 1A …… Boiler 1B …… Boiler 1C …… Boiler 1D …… Boiler 1E …… Boiler 1F …… Boiler 2 …… Fire furnace 2a …… Discharge port 3 …… Smoke path 3a …… Horizontal flue 3b… ... Rear flue 4 ... Burner 5 ... Two-stage combustion air supply unit 6 ... Ammonia supply unit 6a ... Ammonia supply source 6b ... Fuel ammonia supply unit 6b1 ... Fuel ammonia supply pipe 6b2 ... Overall flow control valve 6b3 …… Fuel ammonia flow control valve 6b4 …… Distribution adjustment mechanism 6c …… Reducing agent supply unit 6c1 …… Reducing agent supply pipe 6c2 …… Reducing agent flow control valve 6c3 …… On-off valve 6c4 …… On-off valve 6d …… Ammonia Supply control device 7 …… Boiler supply unit 9 …… Temperature measurement unit 10 …… Concentration measurement unit 11 …… Moisture content measuring instrument 12 …… Nozzle header R1 …… Burner region R2 …… Two-stage combustion region R3 …… Upper Area R4 …… Rear area

Claims (7)

アンモニアを燃料として燃焼可能な燃焼装置と、前記燃焼装置が取り付けられた火炉と、燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスを案内する煙道とを備えるボイラであって、
前記燃焼装置に燃料として供給される前記アンモニアの一部を前記燃焼装置よりも下流位置にて前記火炉及び前記煙道の少なくとも一方に還元剤として供給する還元剤供給部を備え
前記還元剤として供給される前記アンモニアの流量と前記燃料として供給される前記アンモニアの流量とを合わせたアンモニアの全体流量を、前記還元剤として供給される前記アンモニアの流量に合わせて調節する制御部を備え、
前記制御部は、前記燃料として供給される前記アンモニアの流量が一定のなるように、アンモニアの全体流量を調整する
ることを特徴とするボイラ。
A boiler equipped with a combustion device capable of burning ammonia as fuel, a furnace equipped with the combustion device, and a flue for guiding the combustion gas generated by burning the fuel.
A reducing agent supply unit that supplies a part of the ammonia supplied as fuel to the combustion device as a reducing agent to at least one of the furnace and the flue at a position downstream of the combustion device is provided .
A control unit that adjusts the total flow rate of ammonia, which is the sum of the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent and the flow rate of the ammonia supplied as the fuel, according to the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent. With
The boiler is characterized in that the control unit adjusts the total flow rate of ammonia so that the flow rate of the ammonia supplied as the fuel becomes constant.
前記還元剤供給部は、前記火炉に対して高さ方向における複数箇所に対して個別に前記還元剤としての前記アンモニアを供給可能に接続されていることを特徴とする請求項1記載のボイラ。 The boiler according to claim 1, wherein the reducing agent supply unit is connected to the furnace so as to be able to supply the ammonia as the reducing agent individually to a plurality of locations in the height direction. 前記還元剤供給部は、前記火炉と前記煙道との各々に対して個別に前記還元剤としての前記アンモニアを供給可能に接続されていることを特徴とする請求項1または2記載のボイラ。 The boiler according to claim 1 or 2, wherein the reducing agent supply unit is connected to each of the furnace and the flue so as to be able to supply the ammonia as the reducing agent individually. 前記火炉及び前記煙道の少なくとも一方の内部温度を計測する温度計測部を備え、
前記還元剤供給部は、前記温度計測部の計測結果に基づいて前記還元剤として供給される前記アンモニアの流量を設定する
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載のボイラ。
A temperature measuring unit for measuring the internal temperature of at least one of the furnace and the flue is provided.
The boiler according to any one of claims 1 to 3, wherein the reducing agent supply unit sets the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent based on the measurement result of the temperature measuring unit.
前記煙道から排出される前記燃焼ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を計測する濃度計測部を備え、
前記還元剤供給部は、前記濃度計測部の計測結果に基づいて前記還元剤として供給される前記アンモニアの流量を設定する
ことを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載のボイラ。
A concentration measuring unit for measuring the concentration of nitrogen oxides contained in the combustion gas discharged from the flue is provided.
The boiler according to any one of claims 1 to 4, wherein the reducing agent supply unit sets the flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent based on the measurement result of the concentration measuring unit.
炭素燃料を燃焼可能な燃焼装置を備え、
前記還元剤供給部は、前記炭素燃料の特性に基づいて前記還元剤として供給される前記アンモニアの流量を設定する
ことを特徴とする請求項1〜5いずれか一項に記載のボイラ。
Equipped with a combustion device capable of burning carbon fuel
The boiler according to any one of claims 1 to 5, wherein the reducing agent supply unit sets a flow rate of the ammonia supplied as the reducing agent based on the characteristics of the carbon fuel.
前記還元剤供給部は、前記火炉及び前記煙道の少なくとも一方の内部に配設されると共に前記還元剤として供給される前記アンモニアを噴射する噴射部を備えることを特徴とする請求項1〜6いずれか一項に記載のボイラ。 Claims 1 to 6 include the reducing agent supply unit, which is disposed inside at least one of the furnace and the flue and also includes an injection unit for injecting the ammonia supplied as the reducing agent. The boiler described in any one item.
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