JP7616342B2 - 燃焼装置およびボイラ - Google Patents

Description

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２０２１－０２５１１６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。

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。

特開２０１９－０８６１８９号公報

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。

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。

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の開口面積を調整する調整機構と、を備え、バーナは、火炉の内部空間に噴射口が臨む微粉炭噴射ノズルを有し、微粉炭噴射ノズルにおける微粉炭の流量が大きいほど、アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、調整機構の動作を制御する制御装置を備える。
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の開口面積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が大きいほど、アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、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の開口面積を調整する調整機構と、火炉の内部空間における温度が高いほど、アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、調整機構の動作を制御する制御装置と、を備える。

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の開口面積が小さくなるように、調整機構の動作を制御する制御装置を備えてもよい。

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。

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１は、本実施形態に係るボイラを示す模式図である。 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は、本実施形態に係るアンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が図４の例と比べて小さくなった状態を示す模式図である。 図６は、変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、微粉炭噴射ノズル４２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。微粉炭噴射ノズル４２は、微粉炭を噴射するノズルである。

アンモニア噴射ノズル４１および微粉炭噴射ノズル４２は、円筒形状を有する。微粉炭噴射ノズル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。アンモニア噴射ノズル４１および微粉炭噴射ノズル４２によって、二重円筒構造が形成される。アンモニア噴射ノズル４１および微粉炭噴射ノズル４２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）。

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。

アンモニア噴射ノズル４１は、本体４１ａと、噴射口４１ｂとを含む。本体４１ａは、円筒形状を有する。本体４１ａ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）。本体４１ａは、先端側に進むにつれて先細りする形状を有する。本体４１ａ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。アンモニア噴射ノズル４１の供給口は、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４１ｂが形成される。噴射口４１ｂは、火炉２の内部空間に臨む。つまり、噴射口４１ｂは、火炉２の内部空間を向いている。

アンモニアは、アンモニアタンク７から図示しない供給口を介して本体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の内周部と、後述する調整機構６の弁体６１との間の空間内を流れる。本体４１ａ内を通過したアンモニアは、噴射口４１ｂ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。

微粉炭噴射ノズル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。

微粉炭噴射ノズル４２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。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。

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内に供給された微粉炭は、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空気とともに流れる。本体４２ａ内を通過した微粉炭は、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、微粉炭噴射ノズル４２は、火炉２の内部空間に向けて設けられる。

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。

矢印Ａ３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。

調整機構６は、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂの開口面積を調整する。図２の例では、調整機構６は、弁体６１と、駆動装置６２とを有する。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。

弁体６１は、シャフト部６１ａと、コーン部６１ｂとを含む。なお、弁体６１は、中実であってもよく、中空であってもよい。シャフト部６１ａは、バーナ４の中心軸上に延在する。シャフト部６１ａは、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａと同軸上に、本体４１ａにより囲まれるように配置される。シャフト部６１ａは、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの後部を貫通して後方に突出している。コーン部６１ｂは、シャフト部６１ａの先端に取り付けられている。コーン部６１ｂは、先端側に進むにつれて先細りする形状（図２の例では、円錐形状）を有する。コーン部６１ｂは、軸方向において、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端付近に位置する。

駆動装置６２は、弁体６１を軸方向に移動させる。例えば、駆動装置６２は、シャフト部６１ａ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６２は、シャフト部６１ａの後部に動力を伝達することによって、弁体６１を軸方向に移動させることができる。

コーン部６１ｂの先端の軸方向位置がアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端の軸方向位置よりも後側（つまり、火炉２側に対して逆側）に位置する場合、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂは、本体４１ａの先端の内周部により区画される円形状の開口となる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂの開口面積は、本体４１ａの先端の内周部により区画される円形状の開口の面積となる。この場合、噴射口４１ｂの開口面積は、最大となる。

一方、コーン部６１ｂの先端の軸方向位置がアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端の軸方向位置よりも火炉２側に位置する場合、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂは、本体４１ａの先端の内周部とコーン部６１ｂの外周部との間に区画される円環形状の開口となる。ゆえに、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂの開口面積は、本体４１ａの先端の内周部とコーン部６１ｂの外周部との間に区画される円環形状の開口の面積となる。この場合、噴射口４１ｂが円形状の開口となる場合と比べ、噴射口４１ｂの開口面積は小さくなる。

コーン部６１ｂの先端の軸方向位置がアンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの先端の軸方向位置よりも火炉２側に位置する場合において、弁体６１の軸方向位置が変化すると、本体４１ａの先端の軸方向位置における弁体６１の外径が変化する。それにより、本体４１ａの先端とコーン部６１ｂとの間の円環形状の噴射口４１ｂの開口面積が変化する。弁体６１の軸方向位置が火炉２に近いほど、本体４１ａの先端の軸方向位置における弁体６１の外径が大きくなるので、噴射口４１ｂの開口面積は小さくなる。

上記のように、調整機構６は、駆動装置６２により弁体６１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４１ｂの開口面積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。

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。

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。

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、弁体６１の現在の軸方向位置が出力される。そして、制御装置１０は、弁体６１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。

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。

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。

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、弁体６１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弁体６１の目標位置として設定する。

ステップＳ１０２の次に、ステップＳ１０３において、制御装置１０は、弁体６１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から弁体６１の現在位置を取得する。

ステップＳ１０３の次に、ステップＳ１０４において、制御装置１０は、弁体６１の軸方向位置が目標位置となるように、駆動装置６２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、弁体６１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、弁体６１を移動させる。

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、弁体６１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６２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４１ｂの開口面積が小さくなるように、調整機構６の動作を制御することができる。

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、微粉炭噴射ノズル４２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。

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。

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。

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４１ｂの開口面積が小さくなるように、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４１ｂの開口面積が図４の例と比べて小さ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、アンモニア流量が小さくなっている。よって、弁体６１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４１ｂがコーン部６１ｂによって絞られ、噴射口４１ｂの開口面積が小さくなっている。ゆえに、アンモニア流量の低下に起因するアンモニアの噴射速度の低下が抑制される。よって、アンモニアの噴射速度を図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。

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４１ｂの開口面積を調整する調整機構６を備える。それにより、作動条件の変化に起因するアンモニアの噴射速度の低下が抑制されるので、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。

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、アンモニア流量と噴射口４１ｂの開口面積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、噴射口４１ｂの開口面積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、アンモニア流量と噴射口４１ｂの開口面積との関係を規定するマップを作成する。そして、アンモニア流量と噴射口４１ｂの開口面積との関係が、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。

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。

制御装置１０は、微粉炭噴射ノズル４２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４１ｂの開口面積が小さくなるように、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４２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４１ｂの開口面積を小さくすることにより、アンモニアの噴射速度が上昇し、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。

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４１ｂの開口面積が小さくなるように、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４１ｂの開口面積を小さくすることにより、アンモニアの噴射速度が上昇し、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。

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４１ｂの開口面積が小さくなるように、調整機構６の動作を制御する。炉内温度が大きいほど、微粉炭噴射ノズル４２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微粉炭噴射ノズル４２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４１ｂの開口面積を小さくすることにより、アンモニアの噴射速度が上昇し、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。

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、弁体６１を軸方向に貫通するように、油バーナが設けられ得る。あるいは、油バーナの外形を弁体６１と同様の形状とし、弁体６１に替えて油バーナが軸方向に移動可能に設けられた機構が調整機構６として用いられてもよい。

図６は、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、調整機構の弁体の構成が異なる。燃焼装置１００Ａの調整機構６Ａは、上述した調整機構６の弁体６１と異なる弁体１６１を有する。

なお、調整機構６Ａは、上述した調整機構６と同様に、駆動装置６２を有する。駆動装置６２により弁体１６１が軸方向に移動することによって、アンモニア噴射ノズル４１の噴射口４１ｂの開口面積が調整される点については、上述した調整機構６と同様である。

調整機構６Ａの弁体１６１は、シャフト部１６１ａと、コーン部１６１ｂとを含む。シャフト部１６１ａは、上述した弁体６１のシャフト部６１ａと同様に、バーナ４の中心軸上に延在する。コーン部１６１ｂは、シャフト部１６１ａの先端に取り付けられている。コーン部１６１ｂは、上述した弁体６１のコーン部６１ｂと同様に、先端側に進むにつれて先細りする形状（図６の例では、円錐形状）を有する。

ここで、変形例に係る弁体１６１の外周部は、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａの内周部に沿って延在している。つまり、本体４１ａの内周部と弁体１６１の外周部との間に形成される径方向の隙間は、軸方向位置によらず略一定となっている。具体的には、シャフト部１６１ａは、先端側に進むにつれて先細りする形状を有している。そして、シャフト部１６１ａの先端の外径は、コーン部１６１ｂの後端の外径と略一致する。つまり、シャフト部１６１ａとコーン部１６１ｂとの間に段差は設けられない。

上記のように、本体４１ａと弁体１６１との間の隙間が軸方向位置によらず略一定となっていることによって、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａ内におけるアンモニアの流れを円滑化することができる。また、弁体１６１の外周部において段差が設けられないことによっても、アンモニア噴射ノズル４１の本体４１ａ内におけるアンモニアの流れの円滑化が実現される。

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。

上記では、調整機構６が、弁体６１と、駆動装置６２とを有し、駆動装置６２により弁体６１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４１ｂの開口面積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４１ｂ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の先端部自体が変形することによって噴射口４１ｂの開口面積を変化させることができるようになっている場合、本体４１ａの先端部と、当該先端部を駆動する駆動装置とを有する機構が調整機構６に該当し得る。また、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６に該当し得る。

上記では、バーナ４において、微粉炭噴射ノズル４２がアンモニア噴射ノズル４１の径方向外側に配置され、アンモニア噴射ノズル４１および微粉炭噴射ノズル４２によって二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４２がアンモニア噴射ノズル４１の径方向内側に配置されてもよい。また、例えば、バーナ４において、燃焼用の空気を噴射する空気噴射ノズルが追加されてもよい。この場合、例えば、バーナ４は三重円筒構造を有し、三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空気の流路となり、空気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。

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。

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。

１：ボイラ ２：火炉 ４：バーナ ５：空気供給部 ６：調整機構 ６Ａ：調整機構 １０：制御装置 ４１：アンモニア噴射ノズル ４１ｂ：噴射口 ４２：微粉炭噴射ノズル ４２ｂ：噴射口 ５２：噴射口 １００：燃焼装置 １００Ａ：燃焼装置

Claims (5)

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を有するバーナと、
   前記アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積を調整する調整機構と、
   を備え、
   前記バーナは、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を有し、
   前記微粉炭噴射ノズルにおける微粉炭の流量が大きいほど、前記アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置を備える、
   燃焼装置。
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の開口面積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が大きいほど、前記アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
   を備える、
   燃焼装置。
3. 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の開口面積を調整する調整機構と、
   前記火炉の前記内部空間における温度が高いほど、前記アンモニア噴射ノズルの噴射口の開口面積が小さくなるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置と、
   を備える、
   燃焼装置。
4. 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の前記開口面積が小さくなるように、前記調整機構の動作を制御する制御装置を備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼装置。
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。

Images