JP6950464B2

JP6950464B2 - ボイラ

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Publication number: JP6950464B2
Application number: JP2017213255A
Authority: JP
Inventors: 咲子石原; 聚偉張; 隆政伊藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: JP2019086191A

Description

本発明は、ボイラに関するものである。

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。

特開２０１６−０３２３９１号公報

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。

例えば、アンモニアには窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する性質を有していることから、燃料と供給するアンモニアと別に、燃焼ガスに対して還元剤としてアンモニアを供給することが考えられる。燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、数ｐｐｍ程度の微量なものであるため、この窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するために必要となるアンモニアの供給量も少量となる。必要以上に還元剤として供給するアンモニアの流量を増加させると、排ガス中にアンモニアが残存するため、実際に還元剤として供給するアンモニアは少量に抑える必要がある。しかしながら、少量のアンモニアを供給する場合には火炉等の壁面から供給したアンモニアが火炉等の内部に到達することができず、十分に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することができない。

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、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に到達させることで、少量の還元剤によって窒素酸化物（ＮＯｘ）をより確実に還元させることを目的とするものである。

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。

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、上記燃焼装置よりも燃焼ガスの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設置されると共に、アンモニアを還元剤として上記火炉あるいは上記煙道の平面視中央部に向けて噴射する噴射部を備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記噴射部が、上記火炉あるいは上記煙道の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から上記平面視中央部に向けて噴射する噴射ノズルであるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記噴射ノズルが、上記アンモニアを噴射する噴射開口を１つのみ有するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２または第３の発明において、異なる流速で上記アンモニアを噴射する複数の噴射ノズルを備えるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１の発明において、上記噴射部が、上記火炉の上部に配設された過熱器に固定されると共に上記アンモニアを下方に向けて噴出する複数のポートを有する下方噴射管であるという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１の発明において、上記噴射部が、上記火炉あるいは上記煙道の少なくとも一方の内部に配設されると共に複数のノズルが設けられたノズルヘッダであるという構成を採用する。

第７の発明は、上記第１の発明において、上記噴射部が、先端部が上記平面視中央部に位置すると共に上記先端部に複数の噴射開口を有する複数開口型噴射ノズルであるという構成を採用する。

第８の発明は、上記第７の発明において、水平方向に上記アンモニアを噴射する上記噴射開口と、鉛直方向に上記アンモニアを噴射する上記噴射開口とを有するという構成を採用する。

本発明によれば、還元剤として作用するアンモニアが噴射部によって火炉あるいは煙道の平面視中央部に向けて噴射される。このため、例えば火炉や煙道の壁部にポートを設けて還元剤として作用するアンモニアを供給する場合と比較して、当該アンモニアを確実に火炉あるいは煙道の平面視中央部に到達させることができる。したがって、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、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に容易に到達させることが可能となる。

本発明の第１実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。本発明の第１実施形態のボイラが備える噴射ノズルの断面図である。本発明の第２実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。本発明の第３実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。本発明の第４実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。本発明の第５実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。本発明の第５実施形態のボイラが備える噴射ノズルの断面図である。本発明の第５実施形態のボイラが備える噴射ノズルの変形例の断面図である。本発明の第６実施形態のボイラの要部構成を示す模式図である。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

ここで、アンモニアは、分子式（ＮＨ_３）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_３）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。

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。

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。

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。

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ものであり、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、還元剤供給配管６ｃ１に接続された噴射ノズル６ｃ３（噴射部）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。この還元剤供給配管６ｃ１は、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噴射ノズル６ｃ３に案内する。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。

図２（ａ）は噴射ノズル６ｃ３の軸芯Ｌを含む面での断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。これらの図に示すように、噴射ノズル６ｃ３は、軸芯Ｌを中心とする円筒形状の直管型のノズルであり、還元剤アンモニアを噴射する噴射開口２０を先端に１つのみ有している。噴射開口２０は、噴射ノズル６ｃ３の軸芯Ｌと中心が重なるように形成されている。つまり、図２（ｂ）に示すように、噴射開口２０は、噴射ノズル６ｃ３の軸芯Ｌに沿った方向から見て、噴射ノズル６ｃ３の中央に形成されている。また、噴射開口２０の直径Ｄ１は、噴射ノズル６ｃ３の内部流路の直径Ｄ２よりも小さく設定されている。このような噴射ノズル６ｃ３は、還元剤供給配管６ｃ１から内部流路に供給された還元剤アンモニアを噴射開口２０から外部に噴射する。このとき、噴射ノズル６ｃ３が、内部流路の直径Ｄ２よりも小さな直径Ｄ１を有する噴射開口２０を１つのみ有しているため、内部流路に供給された還元剤アンモニアは、噴射開口２０を通過する際に加速される。つまり、噴射ノズル６ｃ３は、内部流路に供給された還元剤アンモニアを、流速を増大させて噴射する。

図１に示すように、噴射ノズル６ｃ３は、還元剤供給配管６ｃ１と接続された根元部が火炉２に固定されようにして火炉２の壁部に設けられており、先端を火炉２の平面視中央部に向かうように水平配置されている。つまり、噴射ノズル６ｃ３は、噴射開口２０が火炉２の平面視中央部に向かうように水平配置されている。このような噴射ノズル６ｃ３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、流速を増大させて火炉２の平面視側方から平面視中央部に向けて噴射する。なお、図１に示すように、噴射ノズル６ｃ３は複数設けられている。これらの噴射ノズル６ｃ３は、例えば、同一高さ位置にて火炉２の中央を囲むように配列されている。

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、二段燃焼領域Ｒ２に噴射ノズル６ｃ３が設けられ、二段燃焼領域Ｒ２に還元剤アンモニアを供給する。ただし、還元剤アンモニアをバーナ領域Ｒ１、上部領域Ｒ３あるいは後部領域Ｒ４に供給することも可能である。また、還元剤アンモニアを、バーナ領域Ｒ１、二段燃焼領域Ｒ２、上部領域Ｒ３及び後部領域Ｒ４の複数に供給することも可能である。

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。

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。

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。

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。

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。このとき、還元剤アンモニアは、噴射ノズル６ｃ３によって、流速が増大されて、火炉２の平面視中央部に向けて噴射される。このように噴射された還元剤アンモニアは、流速が速いことから貫通力が増し、火炉２の平面視中央部まで到達する。このため、火炉２の平面視中央部においても、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することができる。

以上のような本実施形態のボイラ１によれば、還元剤アンモニアが噴射ノズル６ｃ３によって火炉２の平面視中央部に向けて噴射される。このため、例えば火炉２や煙道３の壁部にポートを設けて還元剤アンモニアを供給する場合と比較して、還元剤アンモニアを確実に火炉２の平面視中央部に到達させることができる。したがって、本実施形態のボイラ１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、還元剤として供給するアンモニアを火炉等の中心部に容易に到達させることが可能となる。したがって、本実施形態のボイラ１によれば、還元剤として供給するアンモニアを火炉２の中心部に容易に到達させることが可能となり、還元剤として供給されるアンモニアを最小限に抑えつつ、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）をより確実に還元することが可能となる。

また、本実施形態のボイラ１においては、火炉２の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から平面視中央部に向けて噴射する噴射ノズル６ｃ３によって、還元剤アンモニアを火炉２の平面視中央部に到達させている。このため、簡易な構造で、還元剤として供給するアンモニアを火炉２の中心部に容易に到達させることが可能となる。

また、本実施形態のボイラ１においては、噴射ノズル６ｃ３が、還元剤アンモニアを噴射する噴射開口２０を１つのみ備えている。このため、簡易な構造にて、噴射ノズル６ｃ３の内部流路に供給された還元剤アンモニアを加速させることが可能となる。

（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。

図３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、本第２実施形態のボイラ１Ａでは、噴射ノズル６ｃ３が高さ方向に配列されて複数設けられている。高さ方向にて異なる位置に配置された噴射ノズル６ｃ３は、直径の異なる噴射開口２０（図２参照）を有しており、異なる流速にて還元剤アンモニアを噴射する。つまり、本実施形態においては、異なる流速で還元剤アンモニアを噴射する複数の噴射ノズル６ｃ３を備えている。

また、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、各々の噴射ノズル６ｃ３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６ｃ８が設けられている。

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６ｃ８の開閉を調節することによって、還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル６ｃ３を選択することによって、還元剤アンモニアの流速を変更することが可能となる。

例えば、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）によって、必要となる還元剤アンモニアの流量が定まる。この還元剤アンモニアの流量が少ない場合には、相対的に速い流速にて還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル６ｃ３から火炉２の内部に還元剤アンモニアを噴射する。反対に、必要となる還元剤アンモニアの流量が多い場合には、相対的に遅い流速にて還元剤アンモニアを噴射する噴射ノズル６ｃ３から火炉２の内部に還元剤アンモニアを噴射する。

（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。

図４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、本第３実施形態のボイラ１Ｂでは、火炉２の上部に配置された過熱器８に対して、下方噴射管６ｃ４（噴射部）が設けられている。

下方噴射管６ｃ４は、還元剤供給部６ｃに含まれる部材であり、還元剤供給配管６ｃ１に接続されている。この下方噴射管６ｃ４は、還元剤アンモニアを下方に向けて噴出する複数のポートを有しており、平面視にて火炉２の中央部を跨ぐように設けられている。

このような本実施形態のボイラ１Ｂによれば、下方噴射管６ｃ４によって火炉２の中央部に直接的に還元剤アンモニアを送ることができ、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）をより確実に還元することが可能となる。また、下方噴射管６ｃ４を過熱器８に固定しているため、下方噴射管６ｃ４を支持する部材を別途設けたり、下方噴射管６ｃ４の剛性を向上させたりする必要がない。

（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。

図５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、本第４実施形態のボイラ１Ｃでは、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６ｃ５（噴射部）を備えている。このようなノズルヘッダ６ｃ５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６ｃ５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。

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。また、本実施形態のボイラ１Ｃによれば、ノズルヘッダ６ｃ５の設置箇所を変更することによって、火炉２等の任意の領域に対して還元剤アンモニアを供給することが可能となる。

（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。

図６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では、還元剤供給部６ｃが、上記第１実施形態の噴射ノズル６ｃ３に換えて、複数開口型噴射ノズル６ｃ６（噴射部）を備えている。

複数開口型噴射ノズル６ｃ６は、上記第１実施形態の噴射ノズル６ｃ３よりも長く、先端部が火炉２の平面視中央部に到達する長さ寸法とされている。図７（ａ）は複数開口型噴射ノズル６ｃ６の軸芯Ｌを含む面での断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。これらの図に示すように、複数開口型噴射ノズル６ｃ６の先端部には、水平方向に還元剤アンモニアを噴射する複数の噴射開口２１が設けられている。これらの噴射開口２１は、図７（ｂ）に示すように、複数開口型噴射ノズル６ｃ６の軸芯Ｌを囲むように環状に配列されている。

このような複数開口型噴射ノズル６ｃ６は、火炉２の平面視中央部に位置する先端部に設けられた複数の噴射開口２１から還元剤アンモニアを分散して噴出する。このような複数開口型噴射ノズル６ｃ６を備える本実施形態のボイラ１Ｄによれば、火炉２の中央部の広い範囲に還元剤アンモニアを噴出することができる。このため、例えば少なく本数にて、効果的に還元剤アンモニアを火炉２の中央部に到達させることが可能となる。

なお、図８に示すように、複数開口型噴射ノズル６ｃ６に換えて、軸芯Ｌの径方向外側（鉛直方向を含む）に向けて還元剤アンモニアを噴射する複数開口型噴射ノズル６ｃ７を備える構成を採用することも可能である。

（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。

図９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では、燃料アンモニア供給部６ｂと、還元剤供給部６ｃとが各々異なるアンモニア供給源６ａに接続されている。つまり、本実施形態のボイラ１Ｅにおいては、還元剤供給部６ｃは、燃料として供給されるアンモニアの一部の還元剤アンモニアとして火炉２に供給するのではなく、還元剤専用とされた還元剤アンモニアを火炉２に供給する。

このような本実施形態のボイラ１Ｅによれば、還元剤アンモニアの流量を変更するような場合に、還元剤アンモニアの流量変更が燃料アンモニアの流量に影響を与えることを防止することができる。このため、常に規定量の燃料アンモニアをバーナ４に対して供給することができる。

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。

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。

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。

また、還元剤アンモニアを上方のみに噴射する噴射部を設ける構成を採用することも可能である。また、還元剤アンモニアを下方のみに噴射する噴射部を設ける構成を採用することも可能である。さらに、還元剤アンモニアを上方のみに噴射する噴射部と還元剤アンモニアを下方のみに噴射する噴射部とを両方備え、選択的に還元剤アンモニアを供給するようにしても良い。例えば、還元剤アンモニアを上方に噴射した場合には、燃焼ガスの流れ方向に沿って還元剤アンモニアが噴射されるため、火炉２等における還元剤アンモニアの滞留時間を短くすることができる。また、還元剤アンモニアを下方に噴射した場合には、燃焼ガスの流れ方向に逆らって還元剤アンモニアが噴射されるため、火炉２等における還元剤アンモニアの滞留時間を長くすることができる。

１……ボイラ
１Ａ……ボイラ
１Ｂ……ボイラ
１Ｃ……ボイラ
１Ｄ……ボイラ
１Ｅ……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……噴射ノズル（噴射部）
６ｃ４……下方噴射管（噴射部）
６ｃ５……ノズルヘッダ（噴射部）
６ｃ６……複数開口型噴射ノズル（噴射部）
６ｃ７……複数開口型噴射ノズル（噴射部）
６ｃ８……開閉弁
６ｄ……アンモニア供給制御装置
７……微粉炭供給部
８……過熱器
２０……噴射開口
２１……噴射開口
Ｒ１……バーナ領域
Ｒ２……二段燃焼領域
Ｒ３……上部領域
Ｒ４……後部領域

Claims

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、
前記燃焼装置よりも燃焼ガスの下流位置にて前記火炉に設置されると共に、アンモニアを還元剤として前記火炉の中心部に向けて噴射する噴射部を備え、
前記噴射部は、前記火炉の壁部に設けられると共に、供給されたアンモニアの流速を増大させて平面視側方から前記火炉の前記中心部に向けて噴射する噴射ノズルであり、
前記噴射ノズルは、先端を前記火炉の前記中心部に向けて前記火炉の前記壁部から水平に延伸して設けられると共に前記先端に前記アンモニアを噴射する噴射開口を１つのみ有し、
前記噴射ノズルは、同一高さ位置にて前記火炉の前記中心部を囲むように配列されて複数設けられている
ことを特徴とするボイラ。
異なる流速で前記アンモニアを噴射する複数の噴射ノズルを備えることを特徴とする請求項１記載のボイラ。