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JP7775337B2 - Burner, boiler equipped with same, and burner operating method - Google Patents
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JP7775337B2 - Burner, boiler equipped with same, and burner operating method - Google Patents

Burner, boiler equipped with same, and burner operating method

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JP7775337B2 JP2023569570A JP2023569570A JP7775337B2 JP 7775337 B2 JP7775337 B2 JP 7775337B2 JP 2023569570 A JP2023569570 A JP 2023569570A JP 2023569570 A JP2023569570 A JP 2023569570A JP 7775337 B2 JP7775337 B2 JP 7775337B2
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Description

本開示は、例えば固体燃料を粉砕した微粉燃料とアンモニア燃料とを燃焼させるバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法に関するものである。 The present disclosure relates to a burner that burns, for example, pulverized solid fuel and ammonia fuel, a boiler equipped with the burner, and a method for operating the burner.

発電用ボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数のバーナが火炉の壁面に配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気(酸化性ガス)との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。 Large boilers, such as power generation boilers, have a hollow, vertically installed furnace with multiple burners mounted on the furnace wall. Large boilers also have a flue connected vertically above the furnace, with a heat exchanger installed in this flue to generate steam. The burner then injects a mixture of fuel and air (oxidizing gas) into the furnace, creating a flame, generating combustion gases that flow down the flue. A heat exchanger is installed in the area through which the combustion gases flow, and superheated steam is generated by heating the water and steam flowing through the heat transfer tubes that make up the heat exchanger.

ボイラに用いられるバーナとして、微粉炭とアンモニア燃料とを混焼させ、又は、微粉炭の専焼およびアンモニア燃料の専焼を行うことが検討されている(例えば特許文献1)。 Considerations are being made regarding burners used in boilers that combine pulverized coal and ammonia fuel, or that exclusively burn pulverized coal or ammonia fuel (see, for example, Patent Document 1).

特開2020-41748号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-41748

しかし、特許文献1では、微粉炭とアンモニア燃料とを同軸上で混焼させることが開示されているものの、アンモニア燃料の混焼率の増加については何ら検討されていない。例えば、特許文献1の構成では、アンモニア燃料の混焼率を増加させると、微粉炭の保炎が低下してアンモニア燃料との混焼を継続できないという問題がある。However, although Patent Document 1 discloses co-firing of pulverized coal and ammonia fuel on the same shaft, it does not consider increasing the co-firing ratio of ammonia fuel. For example, with the configuration of Patent Document 1, increasing the co-firing ratio of ammonia fuel reduces the flame stability of the pulverized coal, making it impossible to continue co-firing with ammonia fuel.

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アンモニア燃料と微粉燃料を混焼させる場合にアンモニア燃料の混焼率を増加させることができるバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a burner that can increase the ammonia fuel co-firing ratio when co-firing ammonia fuel and pulverized fuel, as well as a boiler equipped with the same and a method for operating the burner.

本開示の一態様に係るバーナは、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備え、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。 A burner according to one aspect of the present disclosure comprises an inner cylindrical nozzle extending along a central axis, an outer cylindrical nozzle extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, which supplies pulverized fuel and primary air into a furnace, a pulverized fuel flame stabilizer which stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle, and a concentrator which is provided inside the outer cylindrical nozzle and concentrates the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side, and supplies ammonia fuel to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle.

本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備えたバーナの運転方法であって、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。 A method for operating a burner according to one aspect of the present disclosure is a method for operating a burner comprising: an inner cylindrical nozzle extending along a central axis; an outer cylindrical nozzle extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, which supplies pulverized fuel and primary air into a furnace; a pulverized fuel flame stabilizer that stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle; and a concentrator disposed inside the outer cylindrical nozzle that concentrates the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side, wherein ammonia fuel is supplied to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle.

本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。 The burner disclosed herein allows for an increased ammonia fuel co-firing ratio.

本開示の第1実施形態に係るボイラを示した概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a boiler according to a first embodiment of the present disclosure. FIG. 図1のバーナを示した縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the burner of FIG. 1; 本開示の第2実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner according to a second embodiment of the present disclosure. 図3Aの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。FIG. 3B is a front view showing the inner cylinder nozzle and the outer cylinder nozzle of FIG. 3A. 図3Aの変形例を示したバーナの縦断面図である。FIG. 3B is a longitudinal cross-sectional view of a burner showing a modification of FIG. 3A. 図4Aの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。FIG. 4B is a front view showing the inner and outer cylinder nozzles of FIG. 4A. 本開示の第3実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の第4実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner according to a fourth embodiment of the present disclosure. 図6Aの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。FIG. 6B is a front view showing the inner and outer cylinder nozzles of FIG. 6A. 図6A及び図6Bの周方向濃縮器を示した斜視図である。FIG. 6C is a perspective view of the circumferential concentrator of FIGS. 6A and 6B. 本開示の第5実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner according to a fifth embodiment of the present disclosure. 液体アンモニア噴射チップを示した縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a liquid ammonia injection tip. 本開示の第6実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a burner according to a sixth embodiment of the present disclosure.

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。 One embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment, and when there are multiple embodiments, it also includes configurations that combine the embodiments. In the following description, "up" and "upper" refer to the upper side in the vertical direction, and "lower" and "lower" refer to the lower side in the vertical direction, but the vertical direction is not precise and may include errors.

[第1実施形態]
図1には、本実施形態の微粉燃料及び/又はアンモニア(NH)燃料を主燃料とするボイラ10が示されている。
本実施形態のボイラ10は、固体燃料を粉砕した微粉燃料およびアンモニア燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。固体燃料としては、バイオマス燃料や石炭などが使用される。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a boiler 10 of this embodiment that uses pulverized fuel and/or ammonia (NH 3 ) as its main fuel.
The boiler 10 of this embodiment is a boiler that can generate superheated steam by burning pulverized fuel made from pulverized solid fuel and ammonia fuel using a burner and exchanging the heat generated by this combustion with feedwater or steam. Biomass fuel, coal, etc. are used as solid fuel.

ボイラ10は、火炉11と燃焼装置20と燃焼ガス通路12を有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉11の内壁面を構成する火炉壁101は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁101の温度上昇を抑制している。 The boiler 10 has a furnace 11, a combustion device 20, and a combustion gas passage 12. The furnace 11 is a hollow rectangular cylinder installed vertically. The furnace wall 101, which forms the inner wall surface of the furnace 11, is composed of multiple heat transfer tubes and fins connecting the heat transfer tubes. The heat generated by the combustion of pulverized fuel is recovered by heat exchange with water and steam circulating inside the heat transfer tubes, while also suppressing the temperature rise of the furnace wall 101.

燃焼装置20は、火炉11の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置20は、火炉壁101に装着された複数のバーナ21A、21B、21C、21D、21E、21F(以下、これらバーナを区別しない場合には単に「バーナ21」と表記する。)を有している。バーナ21は、火炉壁101に沿って炉幅方向に均等間隔で配設されたもの(例えば、対向燃焼となるように、対向する火炉壁101にそれぞれ対向するように炉幅方向に配置されたもの)を、鉛直方向に沿って複数段配置されている。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。 The combustion device 20 is installed in the lower region of the furnace 11. In this embodiment, the combustion device 20 has multiple burners 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, and 21F (hereinafter, when these burners are not distinguished, they will be simply referred to as "burners 21") attached to the furnace wall 101. The burners 21 are arranged in multiple vertical rows at equal intervals along the furnace wall 101 in the furnace width direction (for example, arranged in the furnace width direction so as to face each of the opposing furnace walls 101 for opposed combustion). The shape of the furnace, the number of burner rows, the number of burners per row, the arrangement of the burners, etc. are not limited to this embodiment.

バーナ21A、21B、21C、21D、21E、21Fは、それぞれ、複数の微粉燃料供給管22A、22B、22C、22D、22E、22F(以下、これら微粉燃料供給管を区別しない場合には単に「微粉燃料供給管22」と表記する。)を介して、複数のミル(粉砕機)31A、31B、31C、31D、31E、31F(以下、これらミルを区別しない場合には単に「ミル31」と表記する。)に連結されている。ミル31は、例えば、内部に粉砕テーブル(図示省略)が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ(図示省略)が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル31に供給される一次空気(搬送用ガス、酸化性ガス)により、ミル31が備える分級機(図示省略)に搬送される。分級機では、バーナ21での燃焼に適した粒径以下の微粉燃料と、該粒径より大きな粗粉燃料とに分級される。微粉燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉燃料供給管22を介してバーナ21に供給される。分級機を通過しなかった粗粉燃料は、ミル31の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。Burners 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, and 21F are connected to multiple mills (pulverizers) 31A, 31B, 31C, 31D, 31E, and 31F (hereinafter, simply referred to as "mills 31") via multiple pulverized fuel supply pipes 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, and 22F (hereinafter, simply referred to as "pulverized fuel supply pipes 22" when not distinguishing between them). Mill 31 is, for example, a vertical roller mill configured with a rotatable grinding table (not shown) supported internally and multiple grinding rollers (not shown) supported above the grinding table for rotation in conjunction with the grinding table's rotation. The solid fuel pulverized by the cooperation of the grinding rollers and grinding table is transported to a classifier (not shown) provided in mill 31 by primary air (carrier gas, oxidizing gas) supplied to mill 31. The classifier separates the pulverized fuel into pulverized fuel having a particle size smaller than that suitable for combustion in the burner 21 and coarse pulverized fuel having a particle size larger than that. The pulverized fuel passes through the classifier and is supplied to the burner 21 together with primary air via the pulverized fuel supply pipe 22. The coarse pulverized fuel that does not pass through the classifier falls onto the grinding table inside the mill 31 under its own weight and is re-ground.

バーナ21の装着位置における火炉11の炉外側には、風箱(エアレジスタ)23が設けられており、この風箱23には風道(空気ダクト)24の一端部が連結されている。風道24の他端部には、押込通風機(FDF:Forced Draft Fan)32が連結されている。押込通風機32から供給された空気は、風道24に設置された空気予熱器42で加熱され、風箱23を介してバーナ21に二次空気(燃焼用空気、酸化性ガス)として供給され、火炉11の内部に投入される。An air register 23 is provided outside the furnace 11 at the installation position of the burner 21, and one end of an air duct 24 is connected to this air register 23. The other end of the air duct 24 is connected to a forced draft fan (FDF) 32. The air supplied from the forced draft fan 32 is heated by an air preheater 42 installed in the air duct 24 and supplied to the burner 21 via the air register 23 as secondary air (combustion air, oxidizing gas) and introduced into the furnace 11.

燃焼ガス通路12は、火炉11の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路12には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器102A、102B、102C(以下、これら過熱器を区別しない場合には単に「過熱器102」と表記する。)、再熱器103A、103B(以下、これら再熱器を区別しない場合には単に「再熱器103」と表記する。)、節炭器104が設けられており、火炉11で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図1に記載した形態に限定されない。The combustion gas passage 12 is connected to the vertical upper part of the furnace 11. The combustion gas passage 12 is provided with superheaters 102A, 102B, and 102C (hereinafter, when these superheaters are not distinguished, they will be simply referred to as "superheaters 102"), reheaters 103A and 103B (hereinafter, when these reheaters are not distinguished, they will be simply referred to as "reheaters 103"), and a coal economizer 104 as heat exchangers for recovering heat from the combustion gas. Heat is exchanged between the combustion gas generated in the furnace 11 and the feedwater or steam circulating inside each heat exchanger. The arrangement and shape of each heat exchanger are not limited to those shown in Figure 1.

燃焼ガス通路12の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道13が連結されている。煙道13には、風道24との間に空気予熱器(エアヒータ)42が設けられており、風道24を流れる空気と、煙道13を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル31に供給する一次空気やバーナ21に供給する二次空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。 Connected downstream of the combustion gas passage 12 is a flue 13 through which the combustion gas whose heat has been recovered by the heat exchanger is discharged. An air preheater (air heater) 42 is provided between the flue 13 and the air duct 24, and heat is exchanged between the air flowing through the air duct 24 and the combustion gas flowing through the flue 13. This heats the primary air supplied to the mill 31 and the secondary air supplied to the burner 21, thereby recovering further heat from the combustion gas after heat exchange with water and steam.

また、煙道13には、空気予熱器42よりも上流側の位置に、脱硝装置43が設けられていてもよい。脱硝装置43は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道13内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物(NOx)と還元剤との反応を、脱硝装置43内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。
煙道13の空気予熱器42より下流側には、ガスダクト41が連結されている。ガスダクト41には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置44や硫黄酸化物を除去する脱硫装置46などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機(IDF:Induced Draft Fan)45が設けられている。ガスダクト41の下流端部は、煙突47に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。
A denitration device 43 may be provided in the flue 13 at a position upstream of the air preheater 42. The denitration device 43 supplies a reducing agent, such as ammonia or urea water, that has the effect of reducing nitrogen oxides to the combustion gas flowing through the flue 13, and promotes the reaction between the nitrogen oxides (NOx) in the combustion gas to which the reducing agent has been supplied and the reducing agent by the catalytic action of a denitration catalyst provided in the denitration device 43, thereby removing and reducing the nitrogen oxides in the combustion gas.
A gas duct 41 is connected to the flue 13 downstream of the air preheater 42. The gas duct 41 is provided with environmental devices such as a dust collector 44, such as an electrostatic precipitator, that removes ash and the like from the combustion gas, a desulfurization device 46 that removes sulfur oxides, and an induced draft fan (IDF) 45 that guides the exhaust gas to these environmental devices. The downstream end of the gas duct 41 is connected to a chimney 47, and the combustion gas treated in the environmental device is discharged to the outside of the system as exhaust gas.

ボイラ10において、微粉燃料とアンモニア燃料との混焼を行う場合には、複数のミル31が駆動すると、粉砕、分級された微粉燃料が、一次空気と共に微粉燃料供給管22を介してバーナ21に供給される。また、空気予熱器42で加熱された二次空気が、風道24から風箱23を介してバーナ21に供給される。バーナ21は、微粉燃料と一次空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉11に吹き込むと共に、二次空気を火炉11に吹き込む。火炉11に吹き込まれた微粉燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。火炉11内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉11内を上昇し、燃焼ガス通路12に流入する。なお、本実施形態では、酸化性ガス(一次空気、二次空気)として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉11において安定した燃焼が実現される。 When co-firing pulverized fuel and ammonia fuel in the boiler 10, the multiple mills 31 are driven, and pulverized and classified pulverized fuel is supplied to the burner 21 along with primary air via the pulverized fuel supply pipe 22. Secondary air heated by the air preheater 42 is supplied to the burner 21 from the air duct 24 via the wind box 23. The burner 21 blows the pulverized fuel mixture, which is a mixture of pulverized fuel and primary air, into the furnace 11, and also blows secondary air into the furnace 11. The pulverized fuel mixture blown into the furnace 11 ignites and reacts with the secondary air to form a flame. A flame is formed in the lower region of the furnace 11, and high-temperature combustion gas rises within the furnace 11 and flows into the combustion gas passage 12. In this embodiment, air is used as the oxidizing gas (primary air, secondary air), but the oxidizing gas may have a higher or lower oxygen content than air, and stable combustion can be achieved in the furnace 11 by adjusting the ratio of the amount of oxygen to the amount of fuel supplied within an appropriate range.

また、火炉11のバーナ21の装着位置より上方には、火炉11内に燃焼用追加空気(AA:Additional Air)を供給するための複数のアディショナル空気ポート(AAポート)25が設けられている。アディショナル空気ポート25には、風道24から分岐したアディショナル空気ダクト(AAダクト)26の端部が連結されており、押込通風機32から供給された空気の一部を、燃焼用追加空気として、アディショナル空気ダクト26を介してアディショナル空気ポート25に供給することができる。 In addition, above the installation position of the burners 21 in the furnace 11, multiple additional air ports (AA ports) 25 are provided for supplying additional air for combustion (AA) into the furnace 11. The ends of additional air ducts (AA ducts) 26 branching off from the air duct 24 are connected to the additional air ports 25, and a portion of the air supplied from the forced draft fan 32 can be supplied to the additional air ports 25 via the additional air ducts 26 as additional air for combustion.

図1に示す火炉11内部の領域A(風箱23の高さ方向の設置範囲に対応した領域)では、一次空気と微粉燃料の混合気と二次空気との燃焼により火炎が形成される。ここで、領域Aにおける空気比が1以下となるように、具体的には、バーナ21に供給される空気量(一次空気と二次空気の合計量)が、バーナ21に供給される燃料量に対する理論空気量より少なくなるように設定されることで、火炉11内部の領域Aと領域B(バーナ21の最上部からアディショナル空気ポート25の最下部の間の領域)は還元雰囲気となり、燃焼により発生した窒素酸化物(NOx)が火炉11の内部で還元される。その後、領域C(アディショナル空気ポート25の最下部より上側の領域)において、NOxが還元された燃焼ガスに、アディショナル空気ポート25から燃焼用追加空気が供給されて燃焼が完結するが、領域A及び領域Bにおける還元効果の分だけ、NOxの発生量が低減される。In region A (corresponding to the height of the wind box 23) within the furnace 11 shown in FIG. 1, a flame is formed by the combustion of a mixture of primary air and pulverized fuel with secondary air. Here, the air ratio in region A is set to be 1 or less. Specifically, the amount of air (the total amount of primary air and secondary air) supplied to the burner 21 is set to be less than the theoretical air amount relative to the amount of fuel supplied to the burner 21. This creates a reducing atmosphere in regions A and B (the region between the top of the burner 21 and the bottom of the additional air port 25) within the furnace 11, and nitrogen oxides (NOx) generated by combustion are reduced within the furnace 11. Subsequently, in region C (the region above the bottom of the additional air port 25), additional combustion air is supplied from the additional air port 25 to the combustion gas from which NOx has been reduced, completing the combustion. However, the amount of NOx generated is reduced by the reduction effect in regions A and B.

燃焼ガス通路12に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路12の内部に配置された過熱器102、再熱器103、節炭器104で水や蒸気と熱交換した後、煙道13に排出され、脱硝装置43で窒素酸化物が除去され、空気予熱器42で一次空気及び二次空気と熱交換した後、さらにガスダクト41に排出され、集じん装置44で灰などが除去され、脱硫装置46で硫黄酸化物が除去された後、煙突47から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路12における各熱交換器及び煙道13からガスダクト41における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。 The combustion gas that flows into the combustion gas passage 12 exchanges heat with water and steam in the superheater 102, reheater 103, and economizer 104 located inside the combustion gas passage 12, before being discharged into the flue 13, where nitrogen oxides are removed in the denitration device 43, and the gas exchanges heat with primary and secondary air in the air preheater 42. The gas is then discharged into the gas duct 41, where ash and other particles are removed in the dust collector 44, and sulfur oxides are removed in the desulfurization device 46 before being discharged outside the system through the chimney 47. The arrangement of the heat exchangers in the combustion gas passage 12 and the devices from the flue 13 to the gas duct 41 does not necessarily have to be in the order described above relative to the combustion gas flow.

ボイラ10は、アンモニア供給源50を備えている。アンモニア供給源50には、アンモニア燃料としてアンモニアが気体又は液体の状態で貯蔵されている。アンモニア燃料は、アンモニア供給源50から各バーナ21に供給される。バーナ21でアンモニアガスを用いる場合には、アンモニア供給源50ではアンモニア燃料がガスとして貯蔵されるか、あるいは、液体アンモニアとして貯蔵されてバーナ21に搬送する途中で気化される。バーナ21で液体アンモニアを用いる場合には、アンモニア供給源50では液体アンモニアとして貯蔵されることが好ましい。 The boiler 10 is equipped with an ammonia supply source 50. Ammonia is stored in the ammonia supply source 50 in a gaseous or liquid state as ammonia fuel. The ammonia fuel is supplied from the ammonia supply source 50 to each burner 21. When ammonia gas is used in the burners 21, the ammonia fuel is stored as a gas in the ammonia supply source 50, or is stored as liquid ammonia and vaporized during transport to the burners 21. When liquid ammonia is used in the burners 21, it is preferable that the ammonia be stored as liquid ammonia in the ammonia supply source 50.

微粉燃料とアンモニア燃料との切り替えは、オペレータによる手動で行っても良いが、制御部の指令によって行うこともできる。
制御部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
The switching between the pulverized fuel and the ammonia fuel may be performed manually by an operator, or may be performed by a command from a control unit.
The control unit is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and a computer-readable storage medium. A series of processes for realizing various functions is stored in a storage medium, for example, in the form of a program. The CPU reads this program into RAM and executes information processing and arithmetic operations to realize various functions. The program may be pre-installed in a ROM or other storage medium, provided in a state stored in a computer-readable storage medium, or distributed via wired or wireless communication means. Examples of computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, and semiconductor memories.

図2には、バーナ21が示されている。バーナ21は、微粉燃料とアンモニアガス(アンモニア燃料)の混焼が可能となっている。
バーナ21は、中心軸線CLに沿って延在する内筒ノズル61と、内筒ノズル61を覆うように設けられた外筒ノズル62とを備えている。内筒ノズル61の内周側には、油ノズル63が設けられている。各ノズル61,62,63は、それぞれ共通の中心軸線CLを有し、例えば横断面が円形とされ、金属製とされている。
2 shows the burner 21. The burner 21 is capable of burning a mixture of pulverized fuel and ammonia gas (ammonia fuel).
The burner 21 includes an inner cylindrical nozzle 61 extending along a central axis CL, and an outer cylindrical nozzle 62 provided to cover the inner cylindrical nozzle 61. An oil nozzle 63 is provided on the inner peripheral side of the inner cylindrical nozzle 61. Each of the nozzles 61, 62, and 63 has a common central axis CL, has a circular cross section, for example, and is made of metal.

内筒ノズル61は、アンモニアガスと空気(燃焼用空気)が供給され、これらの混合気を火炉11内に噴出する。アンモニアガスは、図1のアンモニア供給源50から供給される。 The inner cylinder nozzle 61 is supplied with ammonia gas and air (combustion air) and sprays the mixture into the furnace 11. The ammonia gas is supplied from the ammonia supply source 50 shown in Figure 1.

内筒ノズル61の先端には、油ノズル63との間にアンモニア用保炎器67が設けられている。アンモニア用保炎器67は、例えば羽根形状とされており、アンモニアガスと空気の混合気に対して中心軸線CL回りに旋回を与える。アンモニア用保炎器67によって、内筒ノズル61から噴射されたアンモニアガスの火炎の保炎が行われる。 An ammonia flame stabilizer 67 is provided at the tip of the inner cylindrical nozzle 61, between it and the oil nozzle 63. The ammonia flame stabilizer 67 is, for example, vane-shaped, and imparts a swirl to the ammonia gas and air mixture around the central axis CL. The ammonia flame stabilizer 67 stabilizes the flame of the ammonia gas injected from the inner cylindrical nozzle 61.

外筒ノズル62内には、ミル31(図1参照)から導かれた微粉燃料と一次空気が供給される。外筒ノズル62内には、ベンチュリ68と濃縮器69が設けられている。Pulverized fuel and primary air are supplied from the mill 31 (see Figure 1) into the outer nozzle 62. A venturi 68 and a concentrator 69 are provided inside the outer nozzle 62.

ベンチュリ68は、外筒ノズル62の内壁に周方向に延在して設けられており、内周側(中心軸線CL側)に膨出する形状によって外筒ノズル62内の流路を縮小する。例えば、上流側に位置するとともに内周側に傾斜する上流側傾斜部68aと、上流側傾斜部68aの頂点に接続されるとともに下流側に向かって外周側に傾斜する下流側傾斜部68bとを備えている。ベンチュリ68によって、中心軸線CLに向かう速度成分が流れに対して与えられる。 The venturi 68 extends circumferentially along the inner wall of the outer cylindrical nozzle 62 and constricts the flow path within the outer cylindrical nozzle 62 by bulging inward (toward the central axis CL). For example, it includes an upstream inclined portion 68a located upstream and inclined inward, and a downstream inclined portion 68b connected to the apex of the upstream inclined portion 68a and inclined outward toward the downstream side. The venturi 68 imparts a velocity component to the flow toward the central axis CL.

濃縮器69は、ベンチュリ68の下流側に位置し、油ノズル63の外壁に周方向に延在して固定され、外周側に膨出する形状を有している。例えば、上流側に位置するとともに内周側に傾斜する上流側傾斜部69aと、上流側傾斜部68aの頂点に接続されるとともに中心軸線CLと平行に延在する円筒部69cと、円筒部69cの下流端に接続されるとともに下流側に向かって外周側に傾斜する下流側傾斜部69bとを備えている。The concentrator 69 is located downstream of the venturi 68, is fixed to the outer wall of the oil nozzle 63, and extends circumferentially, bulging outward. For example, it includes an upstream inclined portion 69a located upstream and inclined inward, a cylindrical portion 69c connected to the apex of the upstream inclined portion 68a and extending parallel to the central axis CL, and a downstream inclined portion 69b connected to the downstream end of the cylindrical portion 69c and inclined outward toward the downstream side.

濃縮器69によって、ベンチュリ68で縮小された流路が拡大され、外筒ノズル62側の方向(半径方向)に向かう速度成分が流れに対して与えられる。微粉燃料は、一次空気よりも慣性力が大きいので、ベンチュリ68及び濃縮器69によって外筒ノズル62の内壁側に集められ、微粉燃料の高濃度領域を形成する。The concentrator 69 expands the flow path narrowed by the venturi 68, imparting a velocity component to the flow toward the outer nozzle 62 (radial direction). Because pulverized fuel has a greater inertial force than primary air, it is collected by the venturi 68 and concentrator 69 on the inner wall side of the outer nozzle 62, forming a high-concentration region of pulverized fuel.

外筒ノズル62の先端でかつ外周側には、バッフルとされた微粉燃料用保炎器71が設けられている。微粉燃料用保炎器71は、外筒ノズル62を正面から見た場合にリング形状とされている。微粉燃料用保炎器71によって、二次空気流路73を流れる二次空気の流れを部分的に遮り、その下流側に保炎領域を形成する。これにより、外筒ノズル62から供給された微粉燃料の火炎の保炎が行われる。 A baffled pulverized fuel flame stabilizer 71 is provided at the tip and outer periphery of the outer cylindrical nozzle 62. The pulverized fuel flame stabilizer 71 is ring-shaped when the outer cylindrical nozzle 62 is viewed from the front. The pulverized fuel flame stabilizer 71 partially blocks the flow of secondary air through the secondary air flow passage 73, forming a flame-stabilizing region downstream. This stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle 62.

油ノズル63には、図示しない油燃料供給源から油燃料が供給される。油燃料は、バーナ21の起動時に用いられ、起動後は油燃料の供給が停止されて微量の冷却空気が供給される。 Oil fuel is supplied to the oil nozzle 63 from an oil fuel supply source (not shown). The oil fuel is used when the burner 21 is started, and after startup, the supply of oil fuel is stopped and a small amount of cooling air is supplied.

二次空気流路73は、外筒ノズル62を覆うように設けられている。二次空気流路73の外周側には、二次空気流路73を覆うように三次空気流路74が設けられている。三次空気流路74内には、三次空気に対して旋回を与える旋回器74aが設けられている。 The secondary air flow path 73 is arranged to cover the outer cylindrical nozzle 62. A tertiary air flow path 74 is arranged on the outer periphery of the secondary air flow path 73 to cover the secondary air flow path 73. A swirler 74a is provided within the tertiary air flow path 74 to impart a swirl to the tertiary air.

次に、上記構成のバーナ21の動作について説明する。
まず、油ノズル63から油燃料を供給することによってバーナ21の起動を行う。油ノズル63から火炉11内に噴射された油燃料は、内筒ノズル61から供給された空気とともに火炎を形成し、火炉11を昇温する。油燃料による火炎は、アンモニア用保炎器67によって保炎される。すなわち、アンモニア用保炎器67は、起動時に油燃料の保炎にも用いられる。
Next, the operation of the burner 21 having the above configuration will be described.
First, the burner 21 is started by supplying oil fuel from the oil nozzle 63. The oil fuel injected into the furnace 11 from the oil nozzle 63 forms a flame together with air supplied from the inner cylindrical nozzle 61, thereby raising the temperature of the furnace 11. The flame produced by the oil fuel is stabilized by the ammonia flame stabilizer 67. That is, the ammonia flame stabilizer 67 is also used to stabilize the flame of the oil fuel at startup.

そして、所定温度まで火炉11内が昇温されて起動が終了すると、油燃料の供給が停止される。油燃料の供給が停止されると、油ノズル63から微量の空気が油ノズル63の冷却用として流される。 Then, once the temperature inside the furnace 11 has risen to the specified temperature and startup is complete, the supply of oil fuel is stopped. When the supply of oil fuel is stopped, a small amount of air is allowed to flow from the oil nozzle 63 to cool it.

バーナの起動を開始して所定時間経過した後に、微粉燃料とアンモニアガスの供給が以下のように行われる。 After a predetermined time has elapsed since the burner was started, the supply of pulverized fuel and ammonia gas is carried out as follows.

微粉燃料は、一次空気とともに外筒ノズル62から徐々に供給されて、微粉燃料による火炎が形成される。微粉燃料は、ベンチュリ68及び濃縮器69によって、外筒ノズル62の内壁側に高濃度領域を形成する。微粉燃料による火炎は、外筒ノズル62に設けられた微粉燃料用保炎器71によって保炎され、二次空気流路73から供給される二次空気、及び、三次空気流路74から供給される三次空気によって段階的に燃焼が行われる。Pulverized fuel is gradually supplied from the outer nozzle 62 along with primary air, forming a pulverized fuel flame. The pulverized fuel forms a high-concentration region on the inner wall of the outer nozzle 62 via the venturi 68 and concentrator 69. The pulverized fuel flame is stabilized by the pulverized fuel flame stabilizer 71 installed in the outer nozzle 62, and combustion occurs in stages using secondary air supplied from the secondary air flow path 73 and tertiary air supplied from the tertiary air flow path 74.

アンモニアガスは、アンモニア供給源50(図1参照)からアンモニアガスが内筒ノズル61内に空気とともに徐々に供給されて、予混合された状態でアンモニア用保炎器67へと導かれる。アンモニア用保炎器67によって旋回が与えられた予混合気体は、中心軸線CLに沿って直進し、アンモニアガスの予混合火炎を形成する。このようにしてアンモニアガスの火炎は、アンモニア用保炎器67によって保炎され、外筒ノズル62から供給される微粉燃料とともに混焼される。Ammonia gas is gradually supplied together with air from the ammonia supply source 50 (see Figure 1) into the inner cylindrical nozzle 61, and is introduced into the ammonia flame stabilizer 67 in a premixed state. The premixed gas is given a swirl by the ammonia flame stabilizer 67, travels straight along the central axis CL, and forms a premixed ammonia gas flame. In this way, the ammonia gas flame is stabilized by the ammonia flame stabilizer 67 and combusted with pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle 62.

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
外筒ノズル62の内部に設けられた濃縮器69によって、微粉燃料用保炎器71の内壁側に微粉燃料が濃縮される。これにより、微粉燃料用保炎器71による保炎がより安定する。そして、内筒ノズル61にアンモニアガスを供給することによって、濃縮器69及び微粉燃料用保炎器71を用いて保炎が強化された微粉燃料の火炎の近傍より具体的には内側にアンモニアガスを供給することで、アンモニアガスの燃焼を安定させてアンモニア燃料の混焼率を増加することができる。例えば、単一のバーナで同時に複数種の燃料を燃焼させる場合のアンモニア燃料の混焼率を50%以上まで増加することができる。
The above-described embodiment has the following advantages.
The concentrator 69 provided inside the outer cylindrical nozzle 62 concentrates the pulverized fuel on the inner wall side of the pulverized fuel flame stabilizer 71. This makes the flame stabilized by the pulverized fuel flame stabilizer 71 more stable. By supplying ammonia gas to the inner cylindrical nozzle 61, the ammonia gas is supplied near, or more specifically inside, the flame of the pulverized fuel whose flame stabilization has been strengthened by the concentrator 69 and the pulverized fuel flame stabilizer 71, thereby stabilizing the combustion of the ammonia gas and increasing the ammonia fuel co-combustion ratio. For example, when multiple types of fuels are combusted simultaneously with a single burner, the ammonia fuel co-combustion ratio can be increased to 50% or more.

内筒ノズル61にアンモニアガス及び空気を供給して予混合燃焼を行うことで火炎を安定させることとした。その上で、内筒ノズル61の先端に設けたアンモニア用保炎器67によってアンモニアガスの火炎をさらに安定させる。これにより、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。 Ammonia gas and air are supplied to the inner nozzle 61 to perform premixed combustion, stabilizing the flame. The ammonia gas flame is then further stabilized by an ammonia flame stabilizer 67 installed at the tip of the inner nozzle 61. This allows for an increased ammonia fuel co-firing ratio.

なお、本実施形態において、内筒ノズル61に供給される空気の流量を制御する制御弁(図示せず)を設け、この制御弁の開度を制御部によって制御するようにしても良い。
このとき、制御部は、アンモニアガス、空気、微粉燃料及び一次空気の流量をセンサ(図示せず)から取得したアンモニア燃料の混焼率(現在値)を演算する。そして、制御部は、アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、空気の流量を減少させるように制御弁の開度を調整する。このように制御することで、アンモニア燃料の混焼率が増大して、微粉燃料の火炎の保持が難しくなるおそれがある場合であっても、アンモニア燃料の増加に応じて空気の流量を減少させることによって、内筒ノズル61から流出する予混合燃料の流速を低減することができる。これにより、微粉燃料の着火阻害を可及的に回避して微粉燃料の火炎を保持することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
In this embodiment, a control valve (not shown) may be provided to control the flow rate of air supplied to the inner cylindrical nozzle 61, and the opening of this control valve may be controlled by the control unit.
At this time, the control unit calculates the ammonia fuel combustion ratio (current value) by acquiring the flow rates of ammonia gas, air, pulverized fuel, and primary air from sensors (not shown).The control unit then adjusts the aperture of the control valve to reduce the air flow rate as the ammonia fuel combustion ratio increases.By controlling in this manner, even if the ammonia fuel combustion ratio increases and it becomes difficult to maintain the pulverized fuel flame, the flow rate of the air is reduced as the ammonia fuel increases, thereby reducing the flow velocity of the premixed fuel flowing out of the inner cylinder nozzle 61.This makes it possible to maintain the pulverized fuel flame while avoiding ignition inhibition of the pulverized fuel as much as possible, and to increase the ammonia fuel combustion ratio.

[第2実施形態]
次に、本開示の第2実施形態について、図3A及び図3Bを用いて説明する。
本実施形態は、第1実施形態の油ノズル63を省略した上で、アンモニアガスの噴出位置が相違する。以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
In this embodiment, the oil nozzle 63 of the first embodiment is omitted, and the ammonia gas is ejected from a different position. In the following explanation, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and their explanation is omitted, and the different components will be mainly explained.

図3Aに示されているように、本実施形態のバーナ21は、最も中心軸線CLに近い位置に内筒ノズル61が設けられている。したがって、内筒ノズル61の内側には第1実施形態の油ノズル63は設けられていない。内筒ノズル61の火炉11側の端部(図3Aにおいて右端)は、閉じられており、ここからアンモニアガスは噴出されない。内筒ノズル61には、図1に示したアンモニア供給源50からアンモニアガスが供給される。ただし、第1実施形態と異なり内筒ノズル61には、アンモニアガスのみが供給され、空気は供給されない。 As shown in Fig. 3A, the burner 21 of this embodiment has an inner cylinder nozzle 61 provided at a position closest to the central axis CL. Therefore, the oil nozzle 63 of the first embodiment is not provided inside the inner cylinder nozzle 61. The end of the inner cylinder nozzle 61 on the furnace 11 side (the right end in Fig. 3A) is closed, and ammonia gas is not ejected from there. Ammonia gas is supplied to the inner cylinder nozzle 61 from the ammonia supply source 50 shown in Fig. 1. However, unlike the first embodiment, only ammonia gas is supplied to the inner cylinder nozzle 61, and air is not supplied.

図3Bに示すように、濃縮器69には、複数のスリット(アンモニアガス噴出孔)80が複数形成されている。これらスリット80は、半径方向に縦長とされた流路が放射状に形成されている。スリット80は、本実施形態では4つとされているが、その数は特に限定されず、2つ以上または3つ以上であれば良い。各スリット80は、内筒ノズル61と連通しており、アンモニアガスが流通するようになっている。各スリット80は、図3Aに示すように、濃縮器69の下流側傾斜部6bに形成されており、矢印で示すようにアンモニアガスを中心軸線CLに沿う方向に噴射する。スリット80によって、アンモニアガスは外筒ノズル62内に噴射される。アンモニアガスの燃焼用空気は、外筒ノズル62内を流れる一次空気が用いられる。 As shown in FIG. 3B , the concentrator 69 is formed with multiple slits (ammonia gas ejection holes) 80. These slits 80 form radially elongated flow paths. In this embodiment, four slits 80 are provided. However, the number is not particularly limited and may be two or more, or three or more. Each slit 80 communicates with the inner cylinder nozzle 61, allowing ammonia gas to flow through it. As shown in FIG. 3A , each slit 80 is formed in the downstream inclined portion 69b of the concentrator 69 and ejects ammonia gas in a direction along the central axis CL, as indicated by the arrows. The slits 80 inject ammonia gas into the outer cylinder nozzle 62. Primary air flowing through the outer cylinder nozzle 62 is used as combustion air for the ammonia gas.

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
濃縮器69に形成した各スリット80から外筒ノズル62内にアンモニアガスを噴出することとしたので、微粉燃料とともに火炎を形成することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
According to this embodiment, the following advantageous effects are achieved.
Ammonia gas is ejected into the outer cylindrical nozzle 62 from each slit 80 formed in the concentrator 69, so that a flame can be formed together with the pulverized fuel, and the ammonia fuel co-combustion ratio can be increased.

スリット80からアンモニアガスを中心軸線CLに沿って噴出して可及的に半径方向に広がらないようにしたので、濃縮器69によって外筒ノズル62の内壁側に濃縮された微粉燃料との混合を遅延させて、NOx低減が可能となる。 Ammonia gas is ejected from the slit 80 along the central axis CL to prevent it from spreading radially as much as possible, which delays mixing with the pulverized fuel concentrated on the inner wall side of the outer nozzle 62 by the concentrator 69, thereby reducing NOx.

なお、本実施形態では、スリット80から中心軸線CLに沿ってアンモニアガスを噴出するようにしたが、図4A及び図4Bに示すように変更しても良い。
具体的には、アンモニアガスの噴出方向を変える。スリット80’は、図4A及び図4Bに矢印で示すように、アンモニアガスが中心軸線CLに対して傾斜して外周側(半径方向)に向かって噴出される向きに形成されている。
In this embodiment, the ammonia gas is ejected from the slit 80 along the central axis CL, but this may be changed as shown in FIGS. 4A and 4B.
Specifically, the direction in which the ammonia gas is ejected is changed. As shown by the arrows in Figures 4A and 4B, the slits 80' are formed in a direction in which the ammonia gas is ejected outward (radially) at an angle with respect to the central axis CL.

スリット80’からアンモニアガスを中心軸線CLに対して傾斜させて外周側に向かって噴出するようにすることで、アンモニアガスが外筒ノズル62の内壁側に広がり、濃縮器69によって外筒ノズル62の内壁側に濃縮された微粉燃料と混合され、燃焼を促進させることができる。 By ejecting ammonia gas from the slit 80' toward the outer periphery at an angle relative to the central axis CL, the ammonia gas spreads toward the inner wall of the outer tube nozzle 62 and mixes with the pulverized fuel concentrated on the inner wall of the outer tube nozzle 62 by the concentrator 69, thereby promoting combustion.

[第3実施形態]
次に、本開示の第3実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態は、第2実施形態に対して、分配器82が追加されている点で相違し、その他の構成については同様なので、同一符号を付してその説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
This embodiment differs from the second embodiment in that a distributor 82 is added, but the other configurations are similar, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.

図5に示されているように、外筒ノズル62の先端の内側に、リング形状の分配器82が設けられている。分配器82は、濃縮器69の下流側傾斜部69bの下流端を取り囲むように設けられている。分配器82によって、外筒ノズル62内の流路が内側流路62aと外側流路62bとに仕切られている。 As shown in Figure 5, a ring-shaped distributor 82 is provided inside the tip of the outer cylindrical nozzle 62. The distributor 82 is provided to surround the downstream end of the downstream inclined portion 69b of the concentrator 69. The distributor 82 divides the flow path within the outer cylindrical nozzle 62 into an inner flow path 62a and an outer flow path 62b.

外筒ノズル62の内側流路62aと外側流路62bとを仕切ることで、濃縮器69で分離されて主として一次空気が流れる内側流路62aと、主として濃縮された微粉燃料が流れる外側流路62bとを形成することとした。これにより、内側流路62aを流れる一次空気をアンモニアガスの燃焼に用いることができ、外側流路62bを流れる濃縮した微粉燃料によって微粉燃料の着火を促進することができる。 By separating the inner flow path 62a and outer flow path 62b of the outer cylindrical nozzle 62, the inner flow path 62a is separated by the concentrator 69 and mainly carries primary air, while the outer flow path 62b mainly carries concentrated pulverized fuel. This allows the primary air flowing through the inner flow path 62a to be used to burn ammonia gas, and the concentrated pulverized fuel flowing through the outer flow path 62b can promote ignition of the pulverized fuel.

なお、本実施形態において、図5に示したように、アンモニアガスの噴出方向が図4Aのように中心軸線CLに対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きとされているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図3Aに示したように、スリット80から中心軸線CLに沿ってアンモニアガスを噴出するようにしても良い。 In this embodiment, as shown in Figure 5, the ammonia gas is ejected in a direction inclined relative to the central axis CL toward the outer periphery as shown in Figure 4A, but the present disclosure is not limited to this. For example, as shown in Figure 3A, ammonia gas may be ejected from the slit 80 along the central axis CL.

[第4実施形態]
次に、本開示の第4実施形態について、図6A乃至図6Cを用いて説明する。
第2実施形態ではアンモニアガスを外筒ノズル62の内周側から吹き出す構成としたが、本実施形態はアンモニアガスが外筒ノズル62の内壁側から吹き出す点で相違する。以下の説明では、第2実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 6A to 6C.
In the second embodiment, the ammonia gas is blown out from the inner peripheral side of the outer cylindrical nozzle 62, but in this embodiment, the ammonia gas is blown out from the inner wall side of the outer cylindrical nozzle 62. In the following description, the same components as in the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and the different components will be mainly described.

図6Aに示されているように、内筒ノズル61からアンモニアガスは供給されない。内筒ノズル61は、基本的に微量の冷却空気が流されるが、必要であれば起動時に油ノズルとして使用される。 As shown in Figure 6A, no ammonia gas is supplied from the inner cylinder nozzle 61. The inner cylinder nozzle 61 basically flows a small amount of cooling air, but can be used as an oil nozzle during startup if necessary.

外筒ノズル62の内壁には、複数の周方向濃縮器85が設けられている。各周方向濃縮器85は、濃縮器69の下流側傾斜部69bの外周側に位置している。 Multiple circumferential concentrators 85 are provided on the inner wall of the outer cylindrical nozzle 62. Each circumferential concentrator 85 is located on the outer periphery of the downstream inclined portion 69b of the concentrator 69.

図6Bに示されているように、各周方向濃縮器85は、周方向に所定間隔を空けて外筒ノズル62の内壁の周方向に沿って設けられている。濃縮器69によって濃縮された微粉燃料が、隣り合う周方向濃縮器85の間を縮流して流れるようになっている。As shown in Figure 6B, each circumferential concentrator 85 is provided at a predetermined circumferential interval along the inner wall of the outer tubular nozzle 62. The pulverized fuel concentrated by the concentrator 69 flows between adjacent circumferential concentrators 85 in a contracting flow.

図6Cには、一例として2つの周方向濃縮器85が示されている。同図では、上方が外筒ノズル62の外周側を示し、下方が外筒ノズル62の内周側を示す。図6Cに示されているように、周方向濃縮器85の先端(下流端)には、アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔85aが設けられている。周方向濃縮器85には、パイプ形状とされた取付部85bを介して、アンモニアガス供給管87(図6A及び図6B参照)が接続されている。アンモニアガス供給管87を介して、アンモニア供給源50(図1参照)からアンモニアガスが周方向濃縮器85に供給される。 Figure 6C shows two circumferential concentrators 85 as an example. In the figure, the upper part indicates the outer circumferential side of the outer cylindrical nozzle 62, and the lower part indicates the inner circumferential side of the outer cylindrical nozzle 62. As shown in Figure 6C, an ammonia gas ejection hole 85a for ejecting ammonia gas is provided at the tip (downstream end) of the circumferential concentrator 85. An ammonia gas supply pipe 87 (see Figures 6A and 6B) is connected to the circumferential concentrator 85 via a pipe-shaped mounting portion 85b. Ammonia gas is supplied to the circumferential concentrator 85 from the ammonia supply source 50 (see Figure 1) via the ammonia gas supply pipe 87.

周方向濃縮器85は、図6Cに示したように、外筒ノズル62の内周側から見たときに菱形形状となっており、上流端85cから漸次幅広となり、中間位置85dから下流端85eにかけて漸次幅狭となっている。中間位置85dから下流端85eに至る下流側面85fに、複数のアンモニアガス噴出孔85aが形成されている。なお、周方向濃縮器85の内周側の面である底面85gは閉じられている。 As shown in Figure 6C, the circumferential concentrator 85 has a diamond shape when viewed from the inner circumferential side of the outer cylindrical nozzle 62, gradually widening from the upstream end 85c and gradually narrowing from the intermediate position 85d to the downstream end 85e. Multiple ammonia gas ejection holes 85a are formed on the downstream side surface 85f extending from the intermediate position 85d to the downstream end 85e. The inner circumferential surface of the circumferential concentrator 85, i.e., the bottom surface 85g, is closed.

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
濃縮器69を内筒ノズル61の外壁に設けることによって、外筒ノズル62の内壁側に微粉燃料を濃縮させる。そして、外筒ノズル62の先端の内壁に、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器85を設けることによって、周方向の流路幅を部分的に縮小させ、周方向において微粉燃料を濃縮することとした。そして、周方向濃縮器85に設けたアンモニアガス噴出孔85aからアンモニアガスを噴出させることで、周方向に濃縮された微粉燃料と混合させて燃焼を促進させることができる。
According to this embodiment, the following advantageous effects are achieved.
By providing the concentrator 69 on the outer wall of the inner cylindrical nozzle 61, the pulverized fuel is concentrated on the inner wall side of the outer cylindrical nozzle 62. By providing a plurality of circumferential concentrators 85 at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner wall of the tip of the outer cylindrical nozzle 62, the circumferential flow path width is partially reduced, and the pulverized fuel is concentrated in the circumferential direction. Ammonia gas is then ejected from the ammonia gas ejection holes 85a provided in the circumferential concentrators 85, whereby the ammonia gas is mixed with the circumferentially concentrated pulverized fuel, thereby promoting combustion.

[第5実施形態]
次に、本開示の第5実施形態について、図7A及び図7Bを用いて説明する。
第1実施形態ではアンモニアガスを用いることとしたが、本実施形態では液体アンモニアを用いる点で相違する。以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
Fifth Embodiment
Next, a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
While ammonia gas is used in the first embodiment, liquid ammonia is used in this embodiment, which is different. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and their description will be omitted, and the description will focus mainly on the different components.

図7Aに示されているように、内筒ノズル61内には、液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管90が設けられている。液体アンモニア供給管90は、中心軸線CL回りに所定間隔を空けて複数設けられている。液体アンモニアは、アンモニア供給源50(図1参照)から液体アンモニア供給管90に供給される。内筒ノズル61には、空気が供給される。 As shown in FIG. 7A, a liquid ammonia supply pipe 90 for spraying liquid ammonia is provided inside the inner cylindrical nozzle 61. Multiple liquid ammonia supply pipes 90 are provided at predetermined intervals around the central axis CL. Liquid ammonia is supplied to the liquid ammonia supply pipe 90 from the ammonia supply source 50 (see FIG. 1). Air is supplied to the inner cylindrical nozzle 61.

液体アンモニア供給管90内には、図7Bに示すように液体アンモニア噴射チップ92が設けられている。液体アンモニア噴射チップ92内には、図7Bに示すように、液体アンモニア流路が形成されており、複数の噴射孔92aから微粒化された液体アンモニア燃料が内筒ノズル61内に向けて噴射される。液体アンモニア噴射チップ92によって、液体アンモニアは圧力噴霧によって噴射される。液体アンモニア供給管90の液体アンモニア噴射チップ92から、液体アンモニアがアンモニア用保炎器67の上流側に噴射される。 A liquid ammonia injection tip 92 is provided within the liquid ammonia supply pipe 90, as shown in Figure 7B. A liquid ammonia flow path is formed within the liquid ammonia injection tip 92, as shown in Figure 7B, and atomized liquid ammonia fuel is injected from multiple injection holes 92a toward the inner cylinder nozzle 61. The liquid ammonia is injected by pressure spraying from the liquid ammonia injection tip 92. Liquid ammonia is injected from the liquid ammonia injection tip 92 of the liquid ammonia supply pipe 90 upstream of the ammonia flame stabilizer 67.

[第6実施形態]
次に、本開示の第6実施形態について、図8を用いて説明する。
第5実施形態で液体アンモニアを供給する形態を示したが、液体アンモニアを燃焼させるバーナとしては、同じ液体である油燃料を噴射させる油ノズル63に液体アンモニアを供給することもできる。この場合、バーナ21の中心軸線CL側から液体アンモニアを火炉11内に多量に供給すると、気化熱によりバーナ21の出口近傍の温度が下がり、着火が困難になることが考えられる。そのため、油ノズル63から供給するアンモニアに加えて、油ノズル63の外周側、すなわち三次空気流路74に設けられたアンモニア供給管95からも必要な量のアンモニアを供給することがのぞましい。
Sixth Embodiment
Next, a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
Although the fifth embodiment shows a configuration in which liquid ammonia is supplied, liquid ammonia can also be supplied to the oil nozzle 63, which injects oil fuel, which is the same liquid, as a burner that burns liquid ammonia. In this case, if a large amount of liquid ammonia is supplied into the furnace 11 from the central axis CL side of the burner 21, the temperature near the outlet of the burner 21 will drop due to the heat of vaporization, making ignition difficult. Therefore, in addition to the ammonia supplied from the oil nozzle 63, it is desirable to supply a necessary amount of ammonia from the outer circumferential side of the oil nozzle 63, i.e., from the ammonia supply pipe 95 provided in the tertiary air flow path 74.

アンモニア供給管95は、筒状部材とされ、適切な周方向間隔で三次空気流路74内に複数配置されている。ただし、アンモニア供給管95の形状・数量等に限定は無く、燃料を安定的に着火させ、燃焼させることができるものであれば良い。また、アンモニア供給管95に供給するアンモニアは、液体でもガスでも良い。 The ammonia supply pipes 95 are cylindrical members, and multiple pipes are arranged within the tertiary air flow path 74 at appropriate circumferential intervals. However, there are no limitations on the shape or quantity of the ammonia supply pipes 95, as long as they can stably ignite and burn the fuel. Furthermore, the ammonia supplied to the ammonia supply pipes 95 may be either liquid or gas.

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
内筒ノズル61の先端に設けたアンモニア用保炎器67の上流側で液体アンモニアを噴射することとした。これにより、アンモニア用保炎器67の上流側で内筒ノズル61内に供給された空気と混合し、液体アンモニアはアンモニア用保炎器67で可及的に気化され、アンモニア用保炎器67による保炎が安定する。よって、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
According to this embodiment, the following advantageous effects are achieved.
Liquid ammonia is injected upstream of the ammonia flame stabilizer 67 provided at the tip of the inner cylindrical nozzle 61. As a result, the liquid ammonia is mixed with the air supplied into the inner cylindrical nozzle 61 upstream of the ammonia flame stabilizer 67, and the liquid ammonia is vaporized as much as possible in the ammonia flame stabilizer 67, stabilizing the flame by the ammonia flame stabilizer 67. This makes it possible to increase the ammonia fuel co-firing ratio.

上述した各実施形態では、本発明のボイラを、燃料に固体燃料を使用するボイラとして説明した。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭、バイオマス燃料、石油コークス(PC:Petroleum Coke)燃料、石油残渣などが使用される。In each of the above-described embodiments, the boiler of the present invention has been described as a boiler that uses solid fuel as fuel. Examples of solid fuels used in boilers include coal, biomass fuel, petroleum coke (PC), and petroleum residue.

以上説明した各実施形態に記載のバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法は、例えば以下のように把握される。 The burner described in each of the above-described embodiments, the boiler equipped with the same, and the method of operating the burner can be understood, for example, as follows.

本開示の一態様に係るバーナ(21)は、中心軸線(CL)に沿って延在する内筒ノズル(61)と、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズル(62)と、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器(71)と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器(69)と、を備え、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。 A burner (21) according to one aspect of the present disclosure comprises an inner cylindrical nozzle (61) extending along a central axis (CL), an outer cylindrical nozzle (62) extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, for supplying pulverized fuel and primary air into a furnace, a pulverized fuel flame stabilizer (71) for stabilizing the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle, and a concentrator (69) provided inside the outer cylindrical nozzle for concentrating the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side, and supplies ammonia fuel to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle.

外筒ノズルの内部に設けられた濃縮器によって、微粉燃料用保炎器側に微粉燃料が濃縮される。これにより、微粉燃料用保炎器による保炎がより安定する。そして、内筒ノズル又は外筒ノズルにアンモニア燃料を供給することによって、濃縮器及び微粉燃料用保炎器を用いて保炎が強化された微粉燃料の火炎の近傍にアンモニア燃料を供給することで、アンモニア燃料の混焼率を増加することができる。 A concentrator installed inside the outer nozzle concentrates pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side. This makes the flame stabilized by the pulverized fuel flame stabilizer more stable. Furthermore, by supplying ammonia fuel to the inner or outer nozzle, the ammonia fuel is supplied near the pulverized fuel flame, whose flame stabilization has been strengthened using the concentrator and pulverized fuel flame stabilizer, thereby increasing the ammonia fuel co-firing ratio.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記内筒ノズルには、アンモニアガス及び空気が供給され、前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給された前記アンモニアガスの火炎を保炎するアンモニア用保炎器(67)が設けられている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, ammonia gas is used as the ammonia fuel, ammonia gas and air are supplied to the inner cylindrical nozzle, and an ammonia flame stabilizer (67) is provided at the tip of the inner cylindrical nozzle to stabilize the flame of the ammonia gas supplied from the inner cylindrical nozzle.

内筒ノズルにアンモニアガス及び空気を供給して予混合燃焼を行うことで火炎を安定させる。その上で、内筒ノズルの先端に設けたアンモニア用保炎器によってアンモニアガスの火炎をさらに安定させる。これにより、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。 Ammonia gas and air are supplied to the inner nozzle to perform premixed combustion, stabilizing the flame. The ammonia gas flame is then further stabilized by an ammonia flame stabilizer installed at the tip of the inner nozzle. This allows for an increased ammonia fuel co-firing ratio.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記内筒ノズルに供給される空気の流量を制御する制御弁と、前記制御弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、前記空気の流量を減少させるように前記制御弁を制御する。 A burner according to one aspect of the present disclosure includes a control valve that controls the flow rate of air supplied to the inner cylindrical nozzle, and a control unit that controls the control valve, and the control unit controls the control valve to reduce the flow rate of the air in response to an increase in the ammonia fuel co-combustion ratio.

アンモニア燃料の混焼率が増大すると、微粉燃料の火炎の保持が難しくなるおそれがある。そこで、アンモニア燃料の増加に応じて空気の流量を減少させることによって、内筒ノズルから流出する予混合燃料の流速を低減することとした。これにより、微粉燃料の着火阻害を可及的に回避して微粉燃料の火炎を保持することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。 Increasing the ammonia fuel co-firing ratio can make it difficult to maintain a pulverized fuel flame. Therefore, by reducing the air flow rate in response to an increase in ammonia fuel, the flow velocity of the premixed fuel flowing out of the inner nozzle is reduced. This makes it possible to maintain the pulverized fuel flame while minimizing ignition inhibition of the pulverized fuel, thereby enabling an increase in the ammonia fuel co-firing ratio.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記内筒ノズルには、アンモニアガスが供給され、前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、前記濃縮器には、前記内筒ノズルから導かれた前記アンモニアガスを前記外筒ノズル内に噴出するアンモニアガス噴出孔(80,80’)が設けられている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, ammonia gas is used as the ammonia fuel, ammonia gas is supplied to the inner cylindrical nozzle, the concentrator is provided on the outer wall of the inner cylindrical nozzle, and the concentrator is provided with ammonia gas ejection holes (80, 80') that eject the ammonia gas guided from the inner cylindrical nozzle into the outer cylindrical nozzle.

濃縮器を内筒ノズルの外壁に設けることによって、外筒ノズルの内壁側に微粉燃料を濃縮させることができる。
濃縮器に形成したアンモニアガス噴出孔から外筒ノズル内にアンモニアガスを噴出することとしたので、微粉燃料とともに火炎を形成することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
By providing a concentrator on the outer wall of the inner cylindrical nozzle, the pulverized fuel can be concentrated on the inner wall side of the outer cylindrical nozzle.
Since ammonia gas is ejected into the outer cylindrical nozzle from the ammonia gas ejection holes formed in the concentrator, a flame can be formed together with the pulverized fuel, and the ammonia fuel co-combustion ratio can be increased.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に沿って噴出される向きに形成されている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, the ammonia gas ejection holes are formed in a direction such that the ammonia gas is ejected along the central axis.

アンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを中心軸線に沿って噴出するようにすることで、濃縮器によって外筒ノズルの内壁側に濃縮された微粉燃料との混合を遅延させて、NOx低減が可能となる。 By ejecting ammonia gas from the ammonia gas ejection hole along the central axis, mixing with the pulverized fuel concentrated on the inner wall of the outer nozzle by the concentrator is delayed, thereby reducing NOx.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きに形成されている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, the ammonia gas ejection holes are formed in a direction such that the ammonia gas is ejected toward the outer periphery at an angle relative to the central axis.

アンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを中心軸線に対して傾斜させて外周側に向かって噴出するようにすることで、アンモニアガスが外筒ノズルの内壁側に広がり、濃縮器によって外筒ノズルの内壁側に濃縮された微粉燃料と混合され、燃焼が促進される。 By ejecting ammonia gas from the ammonia gas ejection holes at an angle relative to the central axis toward the outer periphery, the ammonia gas spreads along the inner wall of the outer nozzle and mixes with the pulverized fuel concentrated on the inner wall of the outer nozzle by the concentrator, promoting combustion.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記外筒ノズルの先端に、内側流路と外側流路とを仕切る分配器(82)が設けられている。 In one aspect of the burner disclosed herein, a distributor (82) is provided at the tip of the outer cylindrical nozzle to separate the inner flow path from the outer flow path.

外筒ノズルの先端に分配器を設け、外筒ノズルの内側流路と外側流路とを仕切ることで、主として一次空気が流れる内側流路と、主として濃縮された微粉燃料が流れる外側流路とを形成することとした。これにより、内側流路を流れる一次空気をアンモニアガスの燃焼に用いることができ、外側流路を流れる濃縮した微粉燃料によって微粉燃料の着火を促進することができる。 A distributor is installed at the tip of the external nozzle, separating the internal and external flow paths of the external nozzle, creating an internal flow path through which primarily primary air flows, and an external flow path through which primarily concentrated pulverized fuel flows. This allows the primary air flowing through the internal flow path to be used to burn ammonia gas, and the concentrated pulverized fuel flowing through the external flow path to promote ignition of the pulverized fuel.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、前記外筒ノズルの先端の内壁には、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器(85)が設けられ、前記周方向濃縮器には、前記アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔(85a)が形成されている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, ammonia gas is used as the ammonia fuel, the concentrator is provided on the outer wall of the inner cylindrical nozzle, and a plurality of circumferential concentrators (85) are provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner wall of the tip of the outer cylindrical nozzle, and ammonia gas ejection holes (85a) for ejecting the ammonia gas are formed in the circumferential concentrators.

濃縮器を内筒ノズルの外壁に設けることによって、外筒ノズルの内壁側に微粉燃料を濃縮させる。そして、外筒ノズルの先端の内壁に、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器を設けることによって、周方向の流路幅を部分的に縮小させ、周方向において微粉燃料を濃縮することとした。そして、周方向濃縮器に設けたアンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを噴出させることで、周方向に濃縮された微粉燃料と混合させて燃焼を促進させることとした。 By installing a concentrator on the outer wall of the inner cylindrical nozzle, the pulverized fuel is concentrated on the inner wall side of the outer cylindrical nozzle. Furthermore, by installing multiple circumferential concentrators at predetermined intervals around the circumferential direction on the inner wall at the tip of the outer cylindrical nozzle, the circumferential flow path width is partially reduced, concentrating the pulverized fuel in the circumferential direction. Ammonia gas is then ejected from the ammonia gas ejection holes installed in the circumferential concentrators, where it mixes with the circumferentially concentrated pulverized fuel and promotes combustion.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、液体アンモニアが用いられ、前記内筒ノズルには、空気が供給され、前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給されたアンモニアの火炎を保炎するアンモニア用保炎器(67)が設けられ、前記内筒ノズルの内部には、前記アンモニア用保炎器の上流側で前記液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管(90)が設けられている。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, liquid ammonia is used as the ammonia fuel, air is supplied to the inner cylindrical nozzle, an ammonia flame stabilizer (67) is provided at the tip of the inner cylindrical nozzle to stabilize the flame of the ammonia supplied from the inner cylindrical nozzle, and a liquid ammonia supply pipe (90) is provided inside the inner cylindrical nozzle to inject the liquid ammonia upstream of the ammonia flame stabilizer.

内筒ノズルの先端に設けたアンモニア用保炎器の上流側で液体アンモニアを噴射することとした。これにより、アンモニア用保炎器の上流側で内筒ノズル内に供給された空気と混合し、液体アンモニアは保炎器で可及的に気化され、アンモニア用保炎器による保炎が安定する。よって、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。 Liquid ammonia is injected upstream of the ammonia flame stabilizer installed at the tip of the inner nozzle. This allows it to mix with the air supplied into the inner nozzle upstream of the ammonia flame stabilizer, vaporizing the liquid ammonia as much as possible in the flame stabilizer, stabilizing the flame with the ammonia flame stabilizer. This allows for an increased ammonia fuel co-firing ratio.

本開示の一態様に係るバーナでは、前記内筒ノズルから液体アンモニア燃料を供給し、前記外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射する。 In a burner according to one aspect of the present disclosure, liquid ammonia fuel is supplied from the inner cylindrical nozzle, and ammonia is injected from an ammonia supply pipe provided on the outer periphery of the outer cylindrical nozzle.

内筒ノズルから液体アンモニアを供給するとともに、外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射することで、アンモニアの混焼率を上げることができる。また、内筒ノズルから液体アンモニアを供給することで気化熱によりバーナの出口近傍の温度が下がり、着火が困難になるおそれがあるが、アンモニア供給管から供給するアンモニアに相当する量だけ内筒ノズルから供給する液体アンモニアの量を減らすことで、適切に着火を行うことができる。なお、アンモニア供給管から供給するアンモニアは、液体でもガスでも良い。 By supplying liquid ammonia from the inner nozzle and injecting ammonia from the ammonia supply pipe attached to the outer periphery of the outer nozzle, the ammonia co-firing ratio can be increased. Furthermore, supplying liquid ammonia from the inner nozzle can lower the temperature near the burner outlet due to the heat of vaporization, which can make ignition difficult. However, by reducing the amount of liquid ammonia supplied from the inner nozzle by an amount equivalent to the ammonia supplied from the ammonia supply pipe, proper ignition can be achieved. The ammonia supplied from the ammonia supply pipe can be either liquid or gas.

本開示の一態様に係るボイラ(10)は、上記のいずれかのバーナを備えている。 A boiler (10) according to one aspect of the present disclosure is equipped with any of the burners described above.

本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備えたバーナの運転方法であって、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。 A method for operating a burner according to one aspect of the present disclosure is a method for operating a burner comprising: an inner cylindrical nozzle extending along a central axis; an outer cylindrical nozzle extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, which supplies pulverized fuel and primary air into a furnace; a pulverized fuel flame stabilizer that stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle; and a concentrator disposed inside the outer cylindrical nozzle that concentrates the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side, wherein ammonia fuel is supplied to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle.

さらに、本開示の一態様に係るバーナによれば、以下の有利な効果を得ることができる。
単一のバーナで微粉燃料とアンモニア燃料とを同時に燃焼させる混焼バーナにおいて、特に定格出力よりも低負荷の領域では燃料の着火性および保炎性に関して厳しい条件となるため、混焼率の上限と下限の範囲が狭くなる傾向にある。
Furthermore, according to the burner according to one aspect of the present disclosure, the following advantageous effects can be obtained.
In a co-firing burner that simultaneously burns pulverized fuel and ammonia fuel using a single burner, the conditions for fuel ignition and flame stability become strict, particularly in the range of loads lower than the rated output, and therefore the range of upper and lower limits for the co-firing ratio tends to be narrow.

また、最低負荷の下限も、混焼バーナでは燃焼特性の異なる複数燃料の火炎を安定に形成・保持させるため、特定燃料の専焼バーナに比べて高めになりやすい。 In addition, the minimum load limit for multi-fuel burners tends to be higher than that of single-fuel burners, as they stably form and maintain flames from multiple fuels with different combustion characteristics.

火炉壁面に複数段、複数列のバーナを配列して燃焼させる壁面燃焼式のボイラでは、一段のバーナ群を一つのグループとして点火・消火、出力(負荷)調整を行うことが多い。
一段のバーナを休止して予備とし、他の運転するバーナ段の負荷を調整したり、さらに休止するバーナ段を増やして負荷を下げる運用も行われる。
In wall-fired boilers, which use burners arranged in multiple rows and columns on the furnace wall, ignition, extinguishing, and output (load) adjustments are often performed for each row of burners as a single group.
One stage of burner may be shut down to use as a spare, and the load on other operating burner stages may be adjusted, or the number of burner stages may be further shut down to reduce the load.

本開示のバーナを各段、各列に備えた壁面燃焼式のボイラであれば、アンモニア燃料の混焼率を高められる。
ボイラ負荷の低い領域でも、混焼率の上限と下限の範囲が広く、ボイラの最低負荷の下限も低められる。従って、ボイラプラントの運用性、混焼率および負荷変動への対応の柔軟性が高められる。
A wall-fired boiler equipped with the burners of the present disclosure in each stage and each row can increase the ammonia fuel co-firing ratio.
Even in the low boiler load region, the upper and lower limits of the co-firing ratio are wide, and the lower limit of the boiler load can be lowered. This improves the operability of the boiler plant and the flexibility in responding to co-firing ratio and load fluctuations.

本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる、即ち混焼率の上限が高いので、既存の微粉燃料を燃焼させるバーナのみを備えたボイラの一部のバーナをアンモニア燃焼可能なバーナに置き換えて混焼ボイラへと改造する場合に、混焼率の上限が低いバーナに比べて少ない台数のバーナを置き換えることで足りるという利点がある。 The burner disclosed herein allows for an increased ammonia fuel co-firing ratio, i.e., the upper limit of the co-firing ratio is high. Therefore, when converting a boiler equipped only with burners that burn existing pulverized fuel into a co-firing boiler by replacing some of the burners with burners capable of burning ammonia, there is an advantage in that it is sufficient to replace fewer burners than with burners with a lower upper limit of the co-firing ratio.

本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率の上限と下限の範囲が広いので、特定の燃料種を専焼するバーナと、アンモニアと微粉燃料とを混焼させるバーナとが混在するボイラプラントにおいて、使用ないし休止するバーナの選択や負荷の調整範囲が、アンモニア燃料の混焼率の上限と下限の範囲が狭いバーナに比べて大きいという利点がある。 The burner disclosed herein has a wide upper and lower limit range for the ammonia fuel co-firing ratio, which has the advantage that in a boiler plant that has a mixture of burners that exclusively fire a specific fuel type and burners that co-firing ammonia and pulverized fuel, the range for selecting burners to be used or idled and for adjusting the load is wider than with burners that have a narrow upper and lower limit range for the ammonia fuel co-firing ratio.

また、低負荷でも安定した燃焼が得られ、最低負荷の下限も低く設定できる。 In addition, stable combustion can be achieved even at low loads, and the minimum load limit can be set low.

ボイラプラントにおける燃料調達等の事情に応じた、燃料の供給割合、すなわち混焼率を増減させるなどの柔軟な運用にも対応しやすい。 It is also easy to accommodate flexible operations such as increasing or decreasing the fuel supply ratio, i.e., the mixed combustion ratio, depending on the fuel procurement circumstances at the boiler plant.

10 ボイラ
11 火炉
12 燃焼ガス通路
13 煙道
20 燃焼装置
21 バーナ
22 微粉燃料供給管
23 風箱(エアレジスタ)
24 風道(空気ダクト)
25 アディショナル空気ポート
26 アディショナル空気ダクト
31 ミル(粉砕機)
32 押込通風機(FDF)
41 ガスダクト
42 空気予熱器
43 脱硝装置
44 集じん装置
45 誘引通風機(IDF)
46 脱硫装置
47 煙突
50 アンモニア供給源
61 内筒ノズル
62 外筒ノズル
62a 内側流路
62b 外側流路
63 油ノズル
67 アンモニア用保炎器
68 ベンチュリ
68a 上流側傾斜部
68b 下流側傾斜部
69 濃縮器
69a 上流側傾斜部
69b 下流側傾斜部
69c 円筒部
71 微粉燃料用保炎器
73 二次空気流路
74 三次空気流路
74a 旋回器
80,80’ スリット(アンモニアガス噴出孔)
82 分配器
85 周方向濃縮器
85a アンモニアガス噴出孔
85b 取付部
85c 上流端
85d 中間位置
85e 下流端
85f 下流側面
85g 底面
87 アンモニアガス供給管
90 液体アンモニア供給管
92 液体アンモニア噴射チップ
92a 噴射孔
95 液体アンモニア供給管
101 火炉壁
102 過熱器
103 再熱器
104 節炭器
10 Boiler 11 Furnace 12 Combustion gas passage 13 Flue 20 Combustion device 21 Burner 22 Pulverized fuel supply pipe 23 Air register
24 Air duct
25 Additional air port 26 Additional air duct 31 Mill (crusher)
32 Forced draft fan (FDF)
41 Gas duct 42 Air preheater 43 Denitrification device 44 Dust collector 45 Induced draft fan (IDF)
46 Desulfurization device 47 Chimney 50 Ammonia supply source 61 Inner cylindrical nozzle 62 Outer cylindrical nozzle 62a Inner flow path 62b Outer flow path 63 Oil nozzle 67 Ammonia flame stabilizer 68 Venturi 68a Upstream inclined portion 68b Downstream inclined portion 69 Concentrator 69a Upstream inclined portion 69b Downstream inclined portion 69c Cylindrical portion 71 Pulverized fuel flame stabilizer 73 Secondary air flow path 74 Tertiary air flow path 74a Swirlers 80, 80' Slit (ammonia gas ejection hole)
82 distributor 85 circumferential concentrator 85 a ammonia gas injection hole 85 b mounting portion 85 c upstream end 85 d intermediate position 85 e downstream end 85 f downstream side surface 85 g bottom surface 87 ammonia gas supply pipe 90 liquid ammonia supply pipe 92 liquid ammonia injection tip 92 a injection hole 95 liquid ammonia supply pipe 101 furnace wall 102 superheater 103 reheater 104 economizer

Claims (11)

中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、
前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、
前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、
前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、
を備え、
前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給し、
前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
前記内筒ノズルには、アンモニアガスが供給され、
前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、
前記濃縮器には、前記内筒ノズルから導かれた前記アンモニアガスを前記外筒ノズル内に噴出するアンモニアガス噴出孔が設けられているバーナ。
an inner cylindrical nozzle extending along a central axis;
an outer cylindrical nozzle extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, the outer cylindrical nozzle supplying pulverized fuel and primary air into the furnace;
a pulverized fuel flame stabilizer that stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle;
a concentrator provided inside the outer cylindrical nozzle and configured to concentrate the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side;
Equipped with
supplying ammonia fuel to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle ;
Ammonia gas is used as the ammonia fuel,
Ammonia gas is supplied to the inner cylindrical nozzle,
the concentrator is provided on an outer wall of the inner cylindrical nozzle,
a burner in which the concentrator is provided with an ammonia gas ejection hole for ejecting the ammonia gas introduced from the inner cylindrical nozzle into the outer cylindrical nozzle ;
前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
前記内筒ノズルには、アンモニアガス及び空気が供給され、
前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給された前記アンモニアガスの火炎を保炎するアンモニア用保炎器が設けられている請求項1に記載のバーナ。
Ammonia gas is used as the ammonia fuel,
Ammonia gas and air are supplied to the inner cylindrical nozzle,
2. The burner according to claim 1, wherein an ammonia flame stabilizer for stabilizing the flame of the ammonia gas supplied from the inner cylindrical nozzle is provided at the tip of the inner cylindrical nozzle.
前記内筒ノズルに供給される空気の流量を制御する制御弁と、
前記制御弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、前記空気の流量を減少させるように前記制御弁を制御する請求項2に記載のバーナ。
a control valve for controlling the flow rate of air supplied to the inner cylindrical nozzle;
a control unit that controls the control valve;
Equipped with
The burner according to claim 2 , wherein the control unit controls the control valve to reduce the flow rate of the air in response to an increase in the mixed combustion ratio of the ammonia fuel.
前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に沿って噴出される向きに形成されている請求項に記載のバーナ。 2. The burner according to claim 1 , wherein the ammonia gas ejection holes are formed in a direction such that the ammonia gas is ejected along the central axis. 前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きに形成されている請求項に記載のバーナ。 2. The burner according to claim 1 , wherein the ammonia gas ejection holes are formed in a direction such that the ammonia gas is ejected toward the outer periphery at an angle with respect to the central axis. 前記外筒ノズルの先端に、内側流路と外側流路とを仕切る分配器が設けられている請求項に記載のバーナ。 2. The burner according to claim 1 , wherein a distributor is provided at the tip of said outer cylindrical nozzle to separate the inner flow passage from the outer flow passage. 前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、
前記外筒ノズルの先端の内壁には、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器が設けられ、
前記周方向濃縮器には、前記アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔が形成されている請求項1に記載のバーナ。
Ammonia gas is used as the ammonia fuel,
the concentrator is provided on an outer wall of the inner cylindrical nozzle,
a plurality of circumferential concentrators are provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner wall of the tip of the outer cylindrical nozzle;
2. The burner according to claim 1, wherein the circumferential concentrator is formed with ammonia gas ejection holes for ejecting the ammonia gas.
前記アンモニア燃料として、液体アンモニアが用いられ、
前記内筒ノズルには、空気が供給され、
前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給されたアンモニアの火炎を保炎するアンモニア用保炎器が設けられ、
前記内筒ノズルの内部には、前記アンモニア用保炎器の上流側で前記液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管が設けられている請求項1に記載のバーナ。
Liquid ammonia is used as the ammonia fuel,
Air is supplied to the inner cylindrical nozzle,
an ammonia flame stabilizer that stabilizes the flame of the ammonia supplied from the inner cylindrical nozzle is provided at a tip of the inner cylindrical nozzle;
2. The burner according to claim 1, wherein a liquid ammonia supply pipe for injecting the liquid ammonia is provided inside the inner cylindrical nozzle on the upstream side of the ammonia flame stabilizer.
前記内筒ノズルから液体アンモニア燃料を供給し、
前記外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射する請求項1に記載のバーナ。
supplying liquid ammonia fuel from the inner cylindrical nozzle;
2. The burner according to claim 1, wherein ammonia is injected from an ammonia supply pipe provided on the outer periphery of the outer cylindrical nozzle.
請求項1からのいずれかのバーナを備えたボイラ。 A boiler equipped with the burner according to any one of claims 1 to 9 . 中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、
前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、
前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、
前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、
を備えたバーナの運転方法であって、
前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給し、
前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
前記内筒ノズルには、アンモニアガスが供給され、
前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、
前記濃縮器には、前記内筒ノズルから導かれた前記アンモニアガスを前記外筒ノズル内に噴出するアンモニアガス噴出孔が設けられているバーナの運転方法。
an inner cylindrical nozzle extending along a central axis;
an outer cylindrical nozzle extending along the central axis and covering the inner cylindrical nozzle, the outer cylindrical nozzle supplying pulverized fuel and primary air into the furnace;
a pulverized fuel flame stabilizer that stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylindrical nozzle;
a concentrator provided inside the outer cylindrical nozzle and configured to concentrate the pulverized fuel on the pulverized fuel flame stabilizer side;
A method for operating a burner comprising:
supplying ammonia fuel to the inner cylindrical nozzle or the outer cylindrical nozzle ;
Ammonia gas is used as the ammonia fuel,
Ammonia gas is supplied to the inner cylindrical nozzle,
the concentrator is provided on an outer wall of the inner cylindrical nozzle,
The method for operating a burner , wherein the concentrator is provided with an ammonia gas ejection hole for ejecting the ammonia gas introduced from the inner cylindrical nozzle into the outer cylindrical nozzle .
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