WO2023120393A1 - アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法 - Google Patents

アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法 Download PDF

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combustion air
combustion
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幸洋 冨永
明正 ▲高▼山
直季 富澤
聡彦 嶺
康弘 山内
康裕 竹井
猛 甘利
康二 大浦
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三菱重工業株式会社
三菱パワー株式会社
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    • F23D2208/10—Sensing devices

Definitions

  • the present disclosure relates to ammonia-fired burners, boilers, and methods of operating boilers.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-209694 filed with the Japan Patent Office on December 23, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • a boiler in which ammonia is supplied as fuel to the furnace is known.
  • ammonia co-firing is performed in which ammonia is combusted together with coal in a furnace.
  • the amount of NOx generated is more susceptible to the local air ratio of the contact surface between fuel and combustion air in the combustion field than when burning other fuels. Therefore, in order to suppress the amount of NOx generated, it is important to control the local air ratio of the contact surface between the ammonia and the combustion air in the combustion field.
  • At least one embodiment of the present disclosure aims at suppressing the amount of NO x generated in an ammonia combustion burner in view of the above circumstances.
  • An ammonia combustion burner for burning ammonia fuel in a boiler, a combustion air nozzle for ejecting combustion air; a first ammonia injection nozzle disposed inside the combustion air nozzle for injecting the ammonia fuel inside the combustion air nozzle; a flame stabilizer arranged downstream of the first ammonia injection nozzle; with The combustion air nozzle is configured to inject partially premixed fuel of a portion of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle, and the remainder of the combustion air. ing.
  • a boiler according to at least one embodiment of the present disclosure a furnace including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; Prepare.
  • a boiler including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; an other-fuel burner provided at a position different from the ammonia-burning burner on the furnace wall for burning a fuel other than the ammonia fuel; Prepare.
  • a boiler including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; an ignition detection sensor that detects ignition inside the combustion air nozzle; a control device that controls the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the ignition detection sensor; with The control device is an injection amount calculation unit that calculates the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the ignition detection sensor; an adjustment unit that adjusts the injection amount so that the injection amount calculated by the injection amount calculation unit is obtained; have
  • a boiler including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; a control device for controlling the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle; with The ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle is liquid ammonia,
  • the ammonia combustion burner includes a temperature sensor that detects metal temperature,
  • the control device is an injection amount calculation unit that calculates an injection amount of the ammonia fuel to be injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the temperature sensor; an adjustment unit that adjusts the injection amount so that the injection amount calculated by the injection amount calculation unit is obtained; have
  • a boiler operating method includes: A method of operating a boiler supplied with ammonia fuel, comprising: The boiler is a furnace including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; an ignition detection sensor that detects ignition inside the combustion air nozzle; including calculating the injection amount of the ammonia fuel to be injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the ignition detection sensor; adjusting the injection amount so as to be the injection amount calculated in the calculating step; Prepare.
  • a boiler operating method includes: A method of operating a boiler supplied with ammonia fuel, comprising: The boiler is a furnace including a furnace wall; an ammonia combustion burner having the configuration of (1) above, which is provided on the furnace wall; including The ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle is liquid ammonia,
  • the ammonia combustion burner includes a temperature sensor that detects metal temperature, calculating an injection amount of the ammonia fuel to be injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the temperature sensor; adjusting the injection amount so as to be the injection amount calculated in the calculating step; Prepare.
  • the amount of NOx generated can be suppressed in an ammonia combustion burner.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the state of contact between ammonia fuel and combustion air; 4 is a graph for explaining the air ratio at the contact surface between ammonia fuel and combustion air. It is a schematic diagram showing the structure about a 2nd ammonia burner.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a first ammonia burner provided with a projecting portion; It is a sectional view showing an example of structure of a pressure spray nozzle typically.
  • FIG. 7B is a schematic diagram of a backplate disposed inside the pressure spray nozzle shown in FIG. 7A;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a two-fluid spray nozzle;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining adjustment of an ammonia injection amount from a first ammonia injection nozzle;
  • 4 is a flow chart showing the flow of processing for controlling the injection amount of ammonia fuel injected from a first ammonia injection nozzle based on the detection result of an ignition detection sensor;
  • 4 is a flow chart showing the flow of processing for controlling the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the temperature sensor;
  • expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained. Shapes including parts etc. shall also be represented.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “having”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a boiler system 1 including a boiler using ammonia fuel and other fuels other than ammonia fuel as main fuels according to the present embodiment.
  • the boiler 10 provided in the boiler system 1 of the present embodiment burns ammonia fuel and a fuel other than the ammonia fuel with a burner, and heats the heat generated by this combustion with feed water and steam to generate superheated steam.
  • a boiler capable of Other fuels include solid fuels such as biomass fuels and coal.
  • the solid fuel is, for example, pulverized coal fuel obtained by pulverizing coal.
  • ammonia fuel is a liquid or gas containing ammonia.
  • the boiler 10 has a furnace 11 , combustion devices 20 and 50 and a combustion gas passage 12 .
  • the furnace 11 has a hollow rectangular shape and is installed along the vertical direction.
  • the furnace wall 101 which constitutes the inner wall surface of the furnace 11, is composed of a plurality of heat transfer tubes and fins connecting the heat transfer tubes. While exchanging heat with and recovering, the temperature rise of the furnace wall 101 is suppressed.
  • the combustion devices 20 and 50 are installed in the lower region of the furnace 11.
  • the combustion device 20 is configured to inject pulverized coal fuel into the interior of the furnace 11 .
  • the combustion device 50 is also configured to inject ammonia fuel into the furnace 11 .
  • the combustion device 20 has a plurality of burners 21 attached to the furnace wall 101
  • the combustion device 50 has a plurality of ammonia burners (ammonia combustion burners) 51 .
  • the tip of each burner 21 is provided with an injection nozzle (not shown) configured to inject pulverized coal fuel into the furnace 11 .
  • each ammonia burner 51 is provided with an ammonia injection nozzle (for example, a first ammonia injection nozzle 521 and a second ammonia injection nozzle 522 shown in FIG. 3).
  • the ammonia injection nozzle is a two-fluid injection nozzle configured to atomize and inject liquid ammonia using an atomizing fluid such as steam. or a one-fluid injection nozzle configured to inject only liquid ammonia fuel.
  • the ammonia injection nozzle may be a gas injection nozzle.
  • the burners 21 and the ammonia burners 51 are arranged at regular intervals along the circumferential direction of the furnace 11 (for example, four burners installed at each corner of the rectangular furnace 11) as one set. are arranged in multiple stages along the In the example of FIG. 1, one set of burners 21 is arranged in two stages, and one set of ammonia burners 51 is arranged in four stages. In FIG. 1, for convenience of illustration, only two burners out of one set are shown, and the respective sets are denoted by reference numerals 21 and 51. As shown in FIG.
  • the shape of the furnace, the number of stages of burners, the number of burners in one stage, the arrangement of burners, etc. are not limited to this embodiment.
  • the combustion method in the furnace 11 of the present embodiment is a swirl combustion method in which burners are installed at the corners to form spirally swirling flames inside the furnace 11, but other combustion methods may be used.
  • Both the shape of the furnace 11 and the arrangement of the plurality of burners 21 and the plurality of ammonia burners 51 may be changed as appropriate according to the combustion method employed.
  • Another combustion method is, for example, a facing combustion method in which burners are installed on both of a pair of furnace walls of the furnace 11 facing each other.
  • the burner 21 of the combustion device 20 is connected to a plurality of mills ( pulverizer) 31A, 31B (hereinafter collectively referred to as "mill 31" in some cases).
  • the mill 31 has, for example, a crushing table (not shown) supported therein so as to be driven and rotatable, and a plurality of crushing rollers (not shown) above the crushing table so as to be rotatable in conjunction with the rotation of the crushing table. It is a configured vertical roller mill.
  • the solid fuel pulverized by the cooperation of the pulverizing roller and the pulverizing table is conveyed to a classifier (not shown) provided in the mill 31 by primary air (carrier gas, oxidizing gas) supplied to the mill 31. .
  • the pulverized coal fuel is classified into pulverized coal fuel having a particle size smaller than that suitable for combustion in the burner 21 and coarse pulverized coal fuel having a larger particle size.
  • the pulverized coal fuel passes through a classifier and is supplied to the burner 21 through the pulverized coal fuel supply pipe 22 together with primary air. Coarse pulverized coal fuel that has not passed through the classifier falls by its own weight onto the grinding table inside the mill 31 and is ground again.
  • the primary air (carrier gas, oxidizing gas) supplied to the mill 31 is sent to the mill 31 through an air pipe 30 from a primary air fan (PAF) 33 that takes in outside air.
  • the air pipe 30 is a hot air guide pipe 30A through which the hot air heated by the air heater (air preheater) 42 out of the air sent from the primary air ventilator 33 flows, and the air pipe 30 is sent from the primary air ventilator 33. It has a cold air guide pipe 30B through which the cold air that is close to room temperature flows out of the air and does not pass through the air heater 42, and a carrier gas flow path 30C through which the hot air and the cold air flow together.
  • the ammonia burner 51 of the combustion device 50 is connected to the ammonia fuel supply unit 90.
  • the ammonia fuel supply unit 90 of the present embodiment includes an ammonia tank 91 and an ammonia fuel supply pipe 92 for supplying ammonia fuel (e.g., liquid ammonia) stored in the ammonia tank 91 to the combustion device 50 of the boiler 10.
  • ammonia fuel supply unit 90 may be provided with a vaporizer (not shown) for vaporizing the liquid ammonia.
  • the ammonia fuel supply unit 90 may further include an atomizing fluid supply pipe (not shown) that supplies an atomizing fluid for atomizing the liquid ammonia to the combustion device 50. .
  • An air register (air box) 23 is provided outside the furnace 11 at the mounting position of the burner 21 and the ammonia burner 51, and one end of an air duct (air duct) 24 is connected to the air register 23. ing.
  • a forced draft fan (FDF) 32 is connected to the other end of the air duct 24 .
  • 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 the ammonia burner 51 as combustion air (oxidizing gas) and introduced into the furnace 11 .
  • the combustion gas passage 12 is connected to the upper part of the furnace 11 in the vertical direction.
  • superheaters 102A, 102B, and 102C (hereinafter collectively referred to as "superheaters 102" in some cases) are provided as heat exchangers for recovering the heat of the combustion gas.
  • 103A, 103B (hereinafter sometimes collectively referred to as "reheater 103") and economizer 104 are provided, and the combustion gas generated in the furnace 11 and the inside of each heat exchanger are Heat exchange takes place between the circulating feedwater and steam.
  • the arrangement and shape of each heat exchanger are not limited to the form described in FIG.
  • the downstream side of the combustion gas passage 12 is connected to a flue 13 through which the combustion gas whose heat is recovered by the heat exchanger is discharged.
  • An air preheater (air heater) 42 is provided between the flue 13 and the flue 24, and heat exchange is performed between the air flowing through the flue 24 and the combustion gas flowing through the flue 13, By heating the primary air supplied to the mill 31 and the combustion air supplied to the burner 21 and the ammonia burner 51, further heat is recovered from the combustion gas after heat exchange with water and steam.
  • a denitrification device 43 may be provided in the flue 13 at a position upstream of the air preheater 42 .
  • the denitrification device 43 supplies a reducing agent, such as ammonia and urea water, which has the action of reducing nitrogen oxides, to the combustion gas flowing through the flue 13, and removes nitrogen oxides in the combustion gas supplied with the reducing agent.
  • a reducing agent such as ammonia and urea water
  • the gas duct 41 is provided with environmental equipment such as a dust collector 44 such as an electric dust collector for removing ash and the like in the combustion gas, a desulfurizer 46 for removing sulfur oxides, etc., and for guiding the exhaust gas to these environmental equipment.
  • An induced draft fan (IDF: Induced Draft Fan) 45 is provided.
  • the downstream end of the gas duct 41 is connected to a chimney 47, and the combustion gas treated by the environmental device is discharged out of the system as exhaust gas.
  • pulverized and classified pulverized coal fuel is supplied to the burner 21 through the pulverized coal fuel supply pipe 22 together with primary air.
  • ammonia fuel is supplied to the ammonia burner 51 from the ammonia fuel supply unit 90 .
  • the secondary air heated by the air preheater 42 is supplied to the burner 21 and the ammonia burner 51 from the air duct 24 via the air register 23 .
  • the burner 21 blows into the furnace 11 a pulverized coal fuel mixture in which pulverized coal fuel and primary air are mixed, and also blows secondary air into the furnace 11 .
  • the pulverized coal fuel mixture blown into the furnace 11 is ignited and reacts with secondary air to form a flame.
  • the ammonia burner 51 blows combustion air into the furnace 11 together with the ammonia fuel.
  • the ammonia fuel blown into the furnace 11 reacts with the combustion air and burns.
  • High-temperature combustion gas generated by combustion of pulverized coal fuel and ammonia fuel rises inside the furnace 11 and flows into the combustion gas passage 12 .
  • the timing at which the ammonia fuel is blown into the furnace 11 may be after the temperature inside the furnace 11 has risen to a certain temperature due to the combustion of the pulverized coal fuel. For example, when the boiler 10 is started, the pulverized coal fuel is exclusively fired, and then the ammonia fuel is blown into the furnace 11 to perform ammonia co-firing of the ammonia fuel and the pulverized coal fuel.
  • the blowing of the pulverized coal fuel may be stopped and ammonia mono-firing may be performed.
  • air is used as the oxidizing gas (primary air, secondary air, combustion air). Stable combustion is realized in the furnace 11 by adjusting the ratio of the amount of oxygen to the amount of fuel within an appropriate range.
  • the combustion gas flowing into the combustion gas passage 12 exchanges heat with water and steam in the superheater 102, the reheater 103, and the economizer 104 arranged inside the combustion gas passage 12, and then is discharged to the flue 13.
  • Nitrogen oxides are removed by the denitrification device 43, and after heat exchange with primary air, secondary air and combustion air by the air preheater 42, it is further discharged to the gas duct 41, and ash etc. are removed by the dust collector 44.
  • sulfur oxides are removed by the desulfurizer 46, they are discharged from the stack 47 to the outside of the system.
  • the arrangement of each heat exchanger in the combustion gas passage 12 and each device in the flue 13 to the gas duct 41 does not necessarily have to be arranged in the order described above with respect to the flow of the combustion gas.
  • the boiler of the present disclosure is not limited to the embodiments described above.
  • a solid fuel used in the boiler instead of or in addition to coal, biomass fuel, petroleum coke (PC) fuel, petroleum residues, etc. may be used.
  • the fuel for the boiler combined with ammonia fuel is not limited to solid fuel, and petroleum such as heavy oil, light oil and heavy oil, and liquid fuel such as factory waste liquid can also be used.
  • gaseous fuels such as natural gas, various petroleum gases, and by-product gases generated in ironmaking processes can also be used.
  • ammonia fuel is also simply referred to as ammonia.
  • the boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, an ammonia burner 51 provided on the furnace wall 101 and described later in detail, and an ammonia burner on the furnace wall 101. and a burner 21 as a pulverized coal burner that is provided at a position different from 51 and burns pulverized coal.
  • the burner 21 may be a different fuel burner that burns a fuel other than the ammonia fuel.
  • the boiler 10 according to at least one embodiment of the present disclosure may be a mixed combustion boiler that burns ammonia fuel and other fuel other than ammonia fuel, or may be an ammonia only combustion boiler that burns only ammonia fuel.
  • the amount of NOx generated is more susceptible to the local air ratio of the contact surface between fuel and combustion air in the combustion field than when burning other fuels. Therefore, in order to suppress the amount of NOx generated, it is important to control the local air ratio at the contact surface between the ammonia and the combustion air in the combustion field. Therefore, in the boiler 10 according to the present embodiment, the amount of NOx generated is suppressed by configuring the ammonia burner 51 as follows.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view showing the structure of a first ammonia burner 51A of one embodiment of the ammonia burner 51 according to several embodiments, and the first ammonia burner 51A along the central axis Ax. 2 is a schematic front view seen from the downstream side in the flow direction of combustion air along the line.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional side view showing the structure of the first ammonia burner 51A provided with the protruding portion 57, and the downstream side of the first ammonia burner 51A in the flow direction of the combustion air along the central axis Ax. 1 is a schematic front view seen from .
  • the first ammonia burner 51A shown in FIG. 6 has the same configuration as the first ammonia burner 51A shown in FIG. 2 except that a projecting portion 57 is provided. Note that the projecting portion 57 will be described in detail later.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 includes a combustion air nozzle 54 for ejecting combustion air.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 is arranged inside the combustion air nozzle 54 and includes a first ammonia injection nozzle 521 for injecting ammonia fuel inside the combustion air nozzle 54. .
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 includes a flame stabilizer 56 arranged downstream of the first ammonia injection nozzle 521. As shown in FIG.
  • the flame stabilizer 56 is, for example, a hollow frustum-shaped diffuser-type flame stabilizer 56A.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 may include a second ammonia injection nozzle 522 for injecting ammonia fuel downstream of the flame stabilizer 56 .
  • the second ammonia injection nozzle 522 is not essential.
  • the combustion air nozzle 54 is a duct having a rectangular cross section that exhibits a rectangular shape when viewed along the central axis Ax. In the vicinity of the portion, the cross-sectional area of the flow passage is formed so as to decrease toward the downstream side while maintaining a rectangular cross-sectional shape. Note that the cross-sectional shape of the combustion air nozzle 54 is not limited to a rectangular shape. In the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6, the combustion air nozzle 54 has an opening 54a for ejecting combustion air.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 is configured to premix part of the combustion air with the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 in the combustion air nozzle 54. ing. Therefore, in the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6, the first ammonia injection nozzle 521, as described below, uses part of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521. In order to secure a region for performing premixing of the air in the combustion air nozzle 54, the air nozzle 54 is arranged upstream of the outlet opening 54a of the combustion air nozzle 54. As shown in FIG. In the first ammonia burner 51A shown in FIGS.
  • first ammonia injection nozzles 521 are arranged at intervals in the circumferential direction around the central axis Ax.
  • four first ammonia injection nozzles 521 are arranged around the central axis Ax at intervals in the circumferential direction.
  • the combustion air nozzle 54 is partially premixed fuel of a part of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521. and the remainder of the combustion air.
  • the opening 54a of the combustion air nozzle 54 forms a gap with the outer edge of the flame stabilizer 56.
  • the gap is a passage for ejecting at least part of the partially premixed fuel and the rest of the combustion air from the gap. Since the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 is provided with a diffuser-type flame stabilizer 56A, the entire amount of the partially premixed fuel is jetted out from the gap.
  • the ammonia supplied to the first ammonia burner 51A is, for example, gaseous ammonia fuel (ammonia gas).
  • the ammonia fuel supplied to the first ammonia burner 51A may be liquid ammonia fuel as described later.
  • the second ammonia injection nozzle 522 is arranged coaxially with the combustion air nozzle 54 so as to inject ammonia into the furnace 11 from a plurality of injection holes 52h. is configured to
  • a portion of the combustion air is premixed in the combustion air nozzle 54 as indicated by dashed arrow b at 6 to form a partially premixed fuel.
  • This partially premixed fuel is injected into the furnace 11 through the gap between the opening 54a of the combustion air nozzle 54 and the outer edge of the flame stabilizer 56 as indicated by arrow c.
  • the remainder of the combustion air that has not been used for premixing with ammonia is injected into the furnace 11 through the gap as indicated by the dashed arrow d in FIGS. 2 and 6 .
  • ammonia supplied to the second ammonia injection nozzle 522 is injected into the furnace 11 from a plurality of injection holes 52h as indicated by arrows e in FIGS. be done.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 includes a partition wall 625 that separates the flow path 541 for the partially premixed fuel and the flow path 542 for the remainder of the combustion air.
  • the partition wall 625 is, for example, a cylindrical member coaxial with the central axis Ax of the first ammonia burner 51A.
  • An inner peripheral surface 625 a of the partition 625 defines a flow path 541 for the partially premixed fuel, and an outer peripheral surface 625 b of the partition 625 directs the remainder of the combustion air flow to and from the inner peripheral surface 54 i of the combustion air nozzle 54 .
  • a path 542 is formed.
  • Combustion air partially premixed with ammonia flows from the upstream open end of the partition wall 625 to the inside of the partition wall 625, that is, the flow path 541 of the partially premixed fuel, as indicated by the dashed arrow b in FIGS. flow into The partially premixed fuel flows out into the furnace 11 from the downstream open end of the partition wall 625, as indicated by the dashed arrow c in FIGS.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the state of contact between ammonia fuel and combustion air.
  • FIG. 4 is a graph for explaining the air ratio at the contact surface between ammonia fuel and combustion air.
  • the graph of FIG. 4 shows how the air ratio changes from the fuel side to the combustion air side in the region where the injected ammonia fuel or partially premixed fuel and the injected combustion air come into contact. showing.
  • the graph line for diffusion combustion of ammonia fuel is indicated by a dashed line
  • the graph line for combustion air and partially premixed fuel premixed in the combustion air nozzle 54 is burned. is indicated by a solid line.
  • FIG. 3 on the upper side of the figure with the central axis Ax of the ammonia burner 51X along the flow of the combustion air as a boundary, there is a portion premixed in the combustion air nozzle 54, similar to the above-described first ammonia burner 51A. A case in which premixed fuel and combustion air are injected and burned (partially premixed combustion) is shown. Further, the lower side of the drawing with the central axis Ax as a boundary shows the case where the ammonia fuel is diffusely burned.
  • the contact surface S1 between the injected ammonia fuel F1 and the injected combustion air A1 becomes relatively wide. Moreover, it is considered that the local air ratio at the contact surface S1 exceeds 1, creating an atmosphere in which NOx is likely to be generated (see FIG. 4).
  • the partially premixed fuel and the rest of the combustion air flow through the gap between the opening 54a of the combustion air nozzle 54 and the outer edge of the flame stabilizer 56.
  • jetting it is possible to narrow the contact surface between the partially premixed fuel and the combustion air when they diffuse and mix.
  • the amount of NOx generated in the first ammonia burner 51A can be suppressed.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 is provided with a diffuser-type flame stabilizer 56A, the flame can be stabilized in the vicinity of the first ammonia burner 51A, and the partially premixed fuel and the combustion air when diffusing and mixing It is possible to suppress the expansion of the contact surface with. As a result, the amount of NOx generated in the first ammonia burner 51A can be suppressed.
  • At least part of the flame stabilizer 56 is preferably positioned within the injection range of the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521. As shown in FIG. As a result, the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521 can be expected to cool the flame stabilizer 56 , which contributes to suppressing the temperature rise of the flame stabilizer 56 .
  • the first ammonia burner 51A shown in FIGS. 2 and 6 is provided with the second ammonia injection nozzle 522, so that the ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 can be diffusely burned.
  • the first ammonia injection is performed according to the required combustion amount of the first ammonia burner 51A according to the operating condition of the boiler 10.
  • Ammonia may be injected only from the nozzle 521, ammonia may be injected only from the second ammonia injection nozzle 522, or ammonia may be injected from both the first ammonia injection nozzle 521 and the second ammonia injection nozzle 522. You may make it inject.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional side view showing the structure of a second ammonia burner 51B of one embodiment of the ammonia burner 51 according to several embodiments, and the second ammonia burner 51B along the central axis Ax. 2 is a schematic front view seen from the downstream side in the flow direction of combustion air along the line.
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 has the same configuration as the first ammonia burner 51A shown in FIG. 2 except that the structure of the flame stabilizer 56 is different from that of the first ammonia burner 51A shown in FIG. That is, the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 has a combustion air nozzle 54 for ejecting combustion air.
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 is arranged inside the combustion air nozzle 54 and has a first ammonia injection nozzle 521 for injecting ammonia fuel inside the combustion air nozzle 54 .
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 includes a flame stabilizer 56 arranged downstream of the first ammonia injection nozzle 521.
  • the flame stabilizer 56 is, for example, a swirler-type flame stabilizer 56B having a plurality of swirl vanes.
  • the first ammonia burner 51A shown in FIG. 2 may include a second ammonia injection nozzle 522 for injecting ammonia fuel downstream of the flame stabilizer 56 . Note that the second ammonia injection nozzle 522 is not essential in the first ammonia burner 51A shown in FIG.
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 is configured to perform premixing of part of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 in the combustion air nozzle 54 . Therefore, in the second ammonia burner 51B shown in FIG. In order to secure an area for performing the operation inside, it is arranged upstream of the opening 54a of the exit of the combustion air nozzle 54. As shown in FIG. In the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5, a plurality of first ammonia injection nozzles 521 are arranged at intervals in the circumferential direction around the central axis Ax. In the example shown in FIG. 5, four first ammonia injection nozzles 521 are arranged around the central axis Ax at intervals in the circumferential direction.
  • the combustion air nozzle 54 is partially premixed fuel of a part of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521, and the combustion and the remainder of the operating air.
  • the opening 54a of the combustion air nozzle 54 forms a gap with the outer edge of the flame stabilizer 56.
  • the gap is a passage for ejecting at least part of the partially premixed fuel and the rest of the combustion air from the gap. Since the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 is provided with the swirler-type flame stabilizer 56B, most of the partially premixed fuel passes through the openings between the plurality of swirl vanes of the swirler-type flame stabilizer 56A. Part of the partially premixed fuel is ejected from the gap.
  • the ammonia fuel supplied to the second ammonia burner 51B is, for example, gaseous ammonia fuel (ammonia gas).
  • the ammonia supplied to the second ammonia burner 51B may be liquid ammonia fuel as described later.
  • the second ammonia injection nozzle 522 is arranged coaxially with the combustion air nozzle 54, and configured to inject ammonia fuel into the furnace 11 from a plurality of injection holes 52h. It is
  • part of the partially premixed fuel and the rest of the combustion air flow through the gap between the opening 54a of the combustion air nozzle 54 and the outer edge of the flame stabilizer 56.
  • jetting it is possible to narrow the contact surface between the partially premixed fuel and the combustion air when they diffuse and mix.
  • the amount of NOx generated in the second ammonia burner 51B can be suppressed.
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 is provided with a swirler-type flame stabilizer 56B, the flame can be stabilized in the vicinity of the first ammonia burner 51A. It is possible to suppress the spread of the surface. As a result, the amount of NOx generated in the second ammonia burner 51B can be suppressed.
  • the flame stabilizer 56 is the swirler type flame stabilizer 56B, so the metal temperature of the flame stabilizer 56 can be suppressed compared to the diffuser type flame stabilizer 56A.
  • the swirler-type flame stabilizer 56B has a smaller heat-receiving area for radiant heat from the combustion gas in the furnace 11 and the flame it forms, compared to the diffuser-type flame stabilizer 56A. This is because the contact area with the fluid (partially premixed fuel, combustion air) flowing through the nozzle 54 is large.
  • At least part of the flame stabilizer 56 is preferably positioned within the injection range of the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521. As shown in FIG. As a result, the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521 can be expected to cool the flame stabilizer, which contributes to suppressing the temperature rise of the flame stabilizer.
  • the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5 is provided with the second ammonia injection nozzle 522, so that the ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 can be diffusely burned.
  • the flame stabilizer 56 is a diffuser-type flame stabilizer 56A, so the metal temperature of the flame stabilizer 56 tends to be higher than that of the swirler-type flame stabilizer 56B. .
  • the diffuser-type flame stabilizer 56A has a larger heat-receiving area for radiant heat from the combustion gas in the furnace 11 and the flame it forms, compared to the swirler-type flame stabilizer 56B. This is because the contact area with the fluid (fuel, partially premixed fuel, combustion air) flowing through the nozzle 54 is small. Therefore, in the first ammonia burner 51A, as shown in FIG. good.
  • the protruding portion 57 has an upstream end connected to the surface facing the upstream side of the diffuser-type flame stabilizer 56A, and protrudes toward the upstream side of the flame stabilizer 56. It is a plate-like member formed so as to A plurality of protrusions 57 are arranged, for example, at intervals in the circumferential direction around the central axis Ax. In the example shown in FIG. 6, four projecting portions 57 are arranged around the central axis Ax at intervals in the circumferential direction.
  • the temperature rise of the flame stabilizer 56 is suppressed by the projecting portion 57 coming into contact with the partially premixed fuel premixed in the combustion air nozzle 54 and the combustion air and being cooled. can be suppressed.
  • the ammonia burner 51 may be configured to inject liquid ammonia fuel.
  • a nozzle tip (atomizer) capable of spraying the liquid ammonia fuel may be attached to the tip of the first ammonia injection nozzle 521 and the second ammonia injection nozzle 522 .
  • FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the pressure spray nozzle 525.
  • FIG. 7B is a schematic diagram of a back plate 525a located inside the pressure spray nozzle 525 shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the two-fluid spray nozzle 526. As shown in FIG.
  • the nozzle tip attached to the tip of the first ammonia injection nozzle 521 and the second ammonia injection nozzle 522 may be, for example, a pressure spray nozzle 525 as shown in FIG. 7A, or a two-fluid spray nozzle 526 as shown in FIG. may be
  • the flow direction is changed so as to have a radial velocity component, and it is ejected from the pressure spray nozzle 525. It gives a swirling force to the liquid ammonia fuel.
  • the liquid ammonia fuel is sprayed, for example, in a cone shape from the pressure spray nozzle 525 .
  • the liquid ammonia fuel is atomized by an atomizing fluid supplied separately from the fuel, and atomized from the two-fluid atomizing nozzle 526 .
  • an atomizing fluid supplied separately from the fuel, and atomized from the two-fluid atomizing nozzle 526 .
  • superheated steam, air, nitrogen, or the like is used as the atomizing fluid.
  • the latent heat of vaporization of the liquid ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 causes the flame stabilizer 56, etc. can be cooled. Thereby, the temperature rise of the flame stabilizer 56 etc. can be suppressed.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining adjustment of the ammonia injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 in the ammonia burner 51 according to some embodiments.
  • 9 is the first ammonia burner 51A shown in FIG. 2, it may be the second ammonia burner 51B shown in FIG. 5, or the first ammonia burner 51A shown in FIG. may
  • a boiler 10 including an ammonia burner 51 includes a control device 900 for controlling the injection amount of ammonia from the first ammonia injection nozzles 521 .
  • Control device 900 includes controller 901 and adjustment unit 95 .
  • the controller 901 includes a processor 901a that executes various arithmetic processes, and a memory 901b that non-temporarily or temporarily stores various data processed by the processor.
  • a processor is implemented by a CPU, a GPU, an MPU, a DSP, various arithmetic devices other than these, or a combination thereof.
  • Memory may be implemented by ROM, RAM, flash memory, or a combination thereof.
  • the controller 901 may be configured to control the boiler 10 .
  • Controller 901 may be configured to control boiler system 1 .
  • the controller 901 has an injection amount calculator 902 as a functional block.
  • a processor 901a of the controller 901 functions as an injection amount calculator 902 by executing a program stored in memory.
  • the adjustment unit 95 is, for example, a first flow rate adjustment valve 95A for adjusting the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 . Note that the adjustment unit 95 adjusts the supply amount of the combustion air supplied to the second flow rate adjustment valve 95B for adjusting the injection amount of the ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 and the combustion air nozzle 54.
  • a third flow control valve 95C may be included for
  • the ammonia burner 51 may have a temperature sensor 96 for detecting the metal temperature of the ammonia burner 51 .
  • the temperature sensor 96 is, for example, a thermocouple and may be attached to a metal portion within the combustion air nozzle 54 relatively close to the opening 54a.
  • the temperature sensor 96 may be attached to detect the temperature of the partition wall 625 as shown in FIG. 9, for example, or may be attached to detect the temperature near the downstream end of the first ammonia injection nozzle 521. good.
  • a temperature sensor 96 may also be mounted to detect the temperature of the flame stabilizer 56 . Note that the temperature sensor 96 may be installed to detect temperatures other than the several detection points described above. The temperature sensor 96 may be installed so as to detect the temperature of at least one of these detection points.
  • the temperature sensor 96 functions as an ignition detection sensor 98 when used to detect ignition within the combustion air nozzle 54 as described below. Since the ammonia burner 51 according to some embodiments includes the temperature sensor 96 for detecting the metal temperature of the combustion air nozzle 54, it is possible to manage the metal temperature of the combustion air nozzle 54 as described later. Become.
  • the ammonia burner 51 may include a pressure sensor 97 for detecting pressure within the combustion air nozzle 54 .
  • the pressure sensor 97 functions as an ignition detection sensor 98 when used to detect ignition inside the combustion air nozzle 54 as will be described later. If the pressure sensor 97 is used as an ignition detection sensor 98 as will be described later, it is sufficient to detect the pressure fluctuation of the combustion air inside the combustion air nozzle 54 . does not need to be placed inside the
  • the boiler 10 including the ammonia burner 51 is configured such that detection signals from the temperature sensor 96 and the pressure sensor 97 are input to the controller 901 .
  • the first flow rate control valve 95A, the second flow rate control valve 95B, and the third flow rate control valve 95C are provided with actuators (not shown) to adjust the flow rates. are provided respectively.
  • the boiler 10 including the ammonia burner 51 according to some embodiments is configured such that control signals for driving these actuators are output from the controller 901 .
  • the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 may be controlled based on the detection result of the ignition detection sensor 98 .
  • FIG. 10 is a flow chart showing the flow of processing for controlling the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the ignition detection sensor 98 .
  • a program for executing the processing shown in the flowchart of FIG. 10 is read from the memory 901b by the processor 901a and executed.
  • a method of operating the boiler 10 includes a step S10 of calculating the injection amount and a step S20 of adjusting the injection amount.
  • Step S ⁇ b>10 of calculating the injection amount is a step of calculating the injection amount of ammonia fuel to be injected from the first ammonia injection nozzle based on the detection result of the ignition detection sensor 98 .
  • the injection amount calculation unit 902 of the controller 901 determines whether or not ignition has occurred inside the combustion air nozzle 54 based on the detection result of the ignition detection sensor 98 .
  • the injection amount calculation unit 902 determines whether or not ignition has occurred inside the combustion air nozzle 54 based on the temperature detected by the temperature sensor 96 and changes in that temperature. good too.
  • the injection amount calculation unit 902 detects the pressure of the combustion air supplied to the combustion air nozzle 54 detected by the pressure sensor 97, the pressure change of the combustion air, and the like. It may be determined whether or not the air nozzle 54 has been ignited. Then, when the injection amount calculation unit 902 determines that ignition has occurred inside the combustion air nozzle 54, for example, the set value of the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 is set to an injection amount smaller than the current ammonia injection amount.
  • the set value of the injection amount from the second ammonia injection nozzle 522 may be set to an injection amount that is larger than the current ammonia injection amount by an amount corresponding to the amount.
  • the step S20 of adjusting the injection amount is a step of adjusting the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 so as to be the injection amount calculated in the step S10 of calculating the injection amount.
  • the processor 901a performs control for driving the actuator (not shown) of the first flow control valve 95A so as to achieve the injection amount calculated (set) in step S10 of calculating the injection amount.
  • an actuator (not shown) adjusts the flow rate of ammonia in the first flow control valve 95A by receiving the control signal.
  • step S20 for adjusting the injection amount the processor 901a adjusts the second flow rate so that the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 becomes the injection amount calculated (set) in step S10 for calculating the injection amount.
  • a control signal for driving an actuator (not shown) of the valve 95B may be output.
  • an actuator (not shown) adjusts the flow rate of ammonia in the second flow control valve 95B by receiving the control signal.
  • the injection amount of the ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 is adjusted to the injection amount calculated (set) in step S10 for calculating the injection amount.
  • the boiler 10 including the ammonia burner 51 includes an ignition detection sensor 98 that detects ignition inside the combustion air nozzle 54, and based on the detection result of the ignition detection sensor 98, the first and a control device 900 that controls the injection amount of the ammonia fuel injected from the ammonia injection nozzle 521 .
  • the control device 900 includes an injection amount calculation unit 902 that calculates the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the ignition detection sensor 98, and the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 902. and an adjustment unit 95 that adjusts the injection amount so that
  • the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 may be controlled based on the detection result of the temperature sensor 96 .
  • FIG. 11 is a flow chart showing the flow of processing for controlling the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the temperature sensor 96 .
  • a program for executing the processing shown in the flowchart of FIG. 11 is read from the memory 901b by the processor 901a and executed.
  • a method of operating the boiler 10 includes a step S50 of calculating the injection amount and a step S60 of adjusting the injection amount.
  • Step S ⁇ b>10 of calculating the injection amount is a step of calculating the injection amount of ammonia fuel to be injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the temperature sensor 96 .
  • the injection amount calculator 902 of the controller 901 monitors the detection result of the temperature sensor 96, that is, the metal temperature detected by the temperature sensor 96. FIG. Then, for example, when the injection amount calculation unit 902 determines that the metal temperature detected by the temperature sensor 96 exceeds a preset threshold value, for example, the set value of the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 is set to the current ammonia injection amount. Set to a larger injection amount.
  • the injection amount calculation unit 902 sets the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 to an injection amount larger than the current injection amount of ammonia, the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 is increased.
  • the set value of the injection amount from the second ammonia injection nozzle 522 may be set to be smaller than the current injection amount of ammonia by the amount corresponding to the amount.
  • the injection amount calculation unit 902 may change the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 for suppressing the metal temperature depending on the structure of the ammonia burner 51. .
  • the injection amount calculation unit 902 predicts a change in the metal temperature from the metal temperature detected by the temperature sensor 96, and based on the predicted temperature change, the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 is You may make it set the injection quantity.
  • the injection amount calculator 902 may consider the combustion air ratio in the ammonia burner 51, the structure of the ammonia burner 51, the load of the boiler 10, and the like.
  • the step S60 of adjusting the injection amount is a step of adjusting the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 so as to achieve the injection amount calculated in the step S50 of calculating the injection amount.
  • the processor 901a performs control for driving the actuator (not shown) of the first flow control valve 95A so as to achieve the injection amount calculated (set) in step S50 of calculating the injection amount.
  • an actuator (not shown) adjusts the flow rate of ammonia in the first flow control valve 95A by receiving the control signal.
  • the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 is adjusted to the injection amount calculated (set) in step S50 for calculating the injection amount.
  • an increase in the metal temperature of the ammonia burner 51 can be suppressed, and the occurrence of burnout can be suppressed.
  • the metal temperature of the ammonia burner 51 is suppressed by increasing the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 in this way, the ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle 521 is the liquid ammonia fuel.
  • the effect is large.
  • the latent heat of vaporization of the liquid ammonia injected from the first ammonia injection nozzle 521 can cool the flame stabilizer 56 and the like.
  • step S60 for adjusting the injection amount the processor 901a adjusts the second flow control valve 95B so that the injection amount from the first ammonia injection nozzle 521 becomes the injection amount calculated (set) in step S50 for calculating the injection amount.
  • the processor 901a may output a control signal for driving an actuator (not shown).
  • an actuator (not shown) adjusts the flow rate of ammonia in the second flow control valve 95B by receiving the control signal.
  • the injection amount of ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 is adjusted to the injection amount calculated (set) in step S50 for calculating the injection amount.
  • the boiler 10 including the ammonia burner 51 includes the control device 900 that controls the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521.
  • the ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle 521 is preferably liquid ammonia fuel.
  • the ammonia burner 51 has a temperature sensor 96 that detects the metal temperature.
  • the control device 900 has an injection amount calculation unit 902 that calculates the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the temperature sensor 96, and the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 902. and an adjustment unit 95 that adjusts the injection amount as follows.
  • An ammonia combustion burner (ammonia burner 51 ) is an ammonia combustion burner for burning ammonia fuel in the boiler 10 .
  • An ammonia combustion burner (ammonia burner 51) according to at least one embodiment of the present disclosure includes a combustion air nozzle 54 for ejecting combustion air.
  • An ammonia combustion burner (ammonia burner 51 ) according to at least one embodiment of the present disclosure is arranged inside the combustion air nozzle 54 and is a first ammonia fuel for injecting ammonia fuel inside the combustion air nozzle 54 .
  • a spray nozzle 521 is provided.
  • An ammonia combustion burner (ammonia burner 51 ) according to at least one embodiment of the present disclosure includes a flame stabilizer 56 arranged downstream of the first ammonia injection nozzle 521 .
  • the combustion air nozzle 54 is configured to inject partially premixed fuel of a part of the combustion air and the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 and the rest of the combustion air.
  • the partial premixed fuel and the combustion air ratio in the combustion field are higher than the local air ratio of the contact surface between the ammonia fuel and the combustion air in the combustion field when premixing is not performed. It is easy to lower the local air ratio of the contact surface with the rest of the air.
  • the flow rate of the combustion air to be diffusively mixed is reduced by the amount previously used for partial premixing.
  • the contact surface between the combustion air and the partially premixed fuel can be narrowed. As a result, the amount of NOx generated in the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) can be suppressed.
  • the combustion air nozzle 54 may have an opening 54a for ejecting combustion air.
  • the opening 54 a preferably forms a gap with the outer edge of the flame stabilizer 56 .
  • the gap may be a passage for ejecting at least part of the partially premixed fuel and the rest of the combustion air from the gap.
  • a partition wall 625 is provided that separates the flow path 541 for the partially premixed fuel and the flow path 542 for the remainder of the combustion air. Good.
  • the flame stabilizer 56 may be a diffuser-type or swirler-type flame stabilizer.
  • the flame can be stabilized in the vicinity of the ammonia combustion burner (ammonia burner 51), it is possible to suppress the expansion of the contact surface between the combustion air and the partially premixed fuel during diffusion mixing. As a result, the amount of NOx generated in the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) can be suppressed.
  • At least part of the flame stabilizer 56 is positioned within the injection range of the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521. should be located.
  • the ammonia fuel injected by the first ammonia injection nozzle 521 can be expected to cool the flame stabilizer 56 , which contributes to suppressing the temperature rise of the flame stabilizer 56 .
  • the ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle 521 may be liquid ammonia fuel.
  • the latent heat of vaporization of the liquid ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 can cool the flame stabilizer 56 and the like. Thereby, the temperature rise of the flame stabilizer 56 etc. can be suppressed.
  • the second ammonia injection nozzle 522 for injecting ammonia fuel is provided downstream of the flame stabilizer 56.
  • the ammonia fuel injected from the second ammonia injection nozzle 522 can be diffusely burned.
  • a protruding portion 57 connected to the flame stabilizer 56 and protruding toward the upstream side of the flame stabilizer 56 may be provided.
  • the temperature rise of the flame stabilizer 56 can be suppressed by convection-cooling the projecting portion 57 .
  • a temperature detection sensor (temperature sensor 96) that detects the metal temperature of the combustion air nozzle 54 may be provided.
  • an ignition detection sensor 98 that detects ignition inside the combustion air nozzle 54 may be provided.
  • a boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, and an ammonia combustion burner having any one of the above configurations (1) to (10) provided on the furnace wall 101. (ammonia burner 51).
  • a boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, and an ammonia combustion burner having any one of the above configurations (1) to (10) provided on the furnace wall 101. (ammonia burner 51) and another fuel burner (burner 21) which is provided at a position different from the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) on the furnace wall 101 and burns a fuel other than the ammonia fuel.
  • the boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, and an ammonia combustion burner having any one of the above configurations (1) to (9) provided on the furnace wall 101. (ammonia burner 51), an ignition detection sensor 98 that detects ignition inside the combustion air nozzle 54, and an injection of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the ignition detection sensor 98. and a controller 900 for controlling the amount.
  • the control device 900 includes an injection amount calculation unit 902 that calculates the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the ignition detection sensor 98, and the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 902. and an adjustment unit 95 that adjusts the injection amount so that
  • a boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, and an ammonia combustion burner having any one of the above configurations (1) to (9) provided on the furnace wall 101.
  • (ammonia burner 51) The ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle 521 is liquid ammonia.
  • the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) has a temperature sensor 96 that detects the metal temperature.
  • the control device 900 has an injection amount calculation unit 902 that calculates the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the temperature sensor 96, and the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 902. and an adjustment unit 95 that adjusts the injection amount as follows.
  • the metal temperature of the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) can be suppressed, and the occurrence of burnout can be suppressed.
  • a method of operating the boiler 10 is a method of operating the boiler 10 supplied with ammonia fuel.
  • the boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, an ammonia combustion burner (ammonia burner 51) having any one of the configurations (1) to (8) provided on the furnace wall 101, and a combustion air nozzle 54. and an ignition detection sensor 98 that detects internal ignition.
  • a method for operating the boiler 10 includes a step S10 of calculating the injection amount of the ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 821 based on the detection result of the ignition detection sensor 98, and a step of calculating and a step S20 of adjusting the injection amount so as to achieve the injection amount calculated in S10.
  • a method of operating the boiler 10 is a method of operating the boiler 10 supplied with ammonia fuel.
  • the boiler 10 includes a furnace 11 including a furnace wall 101, and an ammonia combustion burner (ammonia burner 51) having any one of the configurations (1) to (9) provided on the furnace wall 101.
  • the ammonia fuel supplied to the first ammonia injection nozzle 521 is liquid ammonia.
  • the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) has a temperature sensor 96 that detects the metal temperature.
  • a method for operating the boiler 10 includes step S50 of calculating the injection amount of ammonia fuel injected from the first ammonia injection nozzle 521 based on the detection result of the temperature sensor 96, and step S50 of calculating and a step S60 of adjusting the injection amount so as to obtain the injection amount calculated in step S60.
  • the metal temperature of the ammonia combustion burner (ammonia burner 51) can be suppressed, and the occurrence of burnout can be suppressed.

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Abstract

本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナは、ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、燃焼用空気ノズルの内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、を備える。燃焼用空気ノズルは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズルから噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。

Description

アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法
　本開示は、アンモニア燃焼バーナ、ボイラ及びボイラの運転方法に関する。
　本願は、２０２１年１２月２３日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－２０９６９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　アンモニアが燃料として火炉内に供給されるボイラが公知である。例えば、特許文献１で開示されるボイラでは、アンモニアが石炭と共に火炉内で燃焼するアンモニア混焼が行われる。
特開２０２０－４１７４８号公報
　アンモニアをバーナで燃焼させる場合、ＮＯｘの発生量は、他の燃料を燃焼させる場合よりも燃焼場における燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の影響を受け易い。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制するためには、燃焼場におけるアンモニアと燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の制御が重要となる。
　本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、アンモニア燃焼バーナにおいてＮＯｘの発生量を抑制することを目的とする。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナは、
　ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、
　燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
　前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
　前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
を備え、
　前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
　火炉壁を含む火炉と、
　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を備える。
（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
　火炉壁を含む火炉と、
　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
　前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
を備える。
（４）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
　火炉壁を含む火炉と、
　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
　前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
　前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
　前記制御装置は、
　　前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
　　前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
（５）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
　火炉壁を含む火炉と、
　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
　前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
　前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
　前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
　前記制御装置は、
　　前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
　　前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
を有する。
（６）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラの運転方法は、
　アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
　前記ボイラは、
　　火炉壁を含む火炉と、
　　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
　　前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
を含み、
　前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
　前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
（７）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラの運転方法は、
　アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
　前記ボイラは、
　　火炉壁を含む火炉と、
　　前記火炉壁に設けられた、上記（１）の構成のアンモニア燃焼バーナと、
を含み、
　前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
　前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
　前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
　　前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
を備える。
　本開示の少なくとも一実施形態によれば、アンモニア燃焼バーナにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
本実施形態のアンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を主燃料とするボイラを備えるボイラシステムを表す概略構成図である。 第１アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。 アンモニア燃料と燃焼用空気との接触状態について説明するための模式な図である。 アンモニア燃料と燃焼用空気との接触面における空気比について説明するためのグラフである。 第２アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。 突出部を設けた第１アンモニアバーナについての構造を表す模式的な図である。 圧力噴霧ノズルの構造の一例を模式的に示す断面図である。 図７Ａに示した圧力噴霧ノズルの内部に配置されたバックプレートの模式図である。 ２流体噴霧ノズルの構造の一例を模式的に示す断面図である。 第１アンモニア噴射ノズルからのアンモニア噴射量の調節について説明するための図である。 着火検出センサの検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。 温度センサの検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
＜１．ボイラシステム１の全体的な構成＞
　図１は、本実施形態のアンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を主燃料とするボイラを備えるボイラシステム１を表す概略構成図である。
　本実施形態のボイラシステム１が備えるボイラ１０は、アンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料と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。他燃料として、例えばバイオマス燃料や石炭などの固体燃料が使用される。固体燃料は、例えば石炭を微粉砕した微粉炭燃料である。また、アンモニア燃料は、アンモニアを含む液体または気体である。
　ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０、５０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、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。
　燃焼装置２０、５０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、微粉炭燃料を火炉１１の内部に噴射するように構成される。また、燃焼装置５０は、アンモニア燃料を火炉１１の内部に噴射するように構成される。
　燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１を有し、燃焼装置５０は、複数のアンモニアバーナ（アンモニア燃焼バーナ）５１を有している。各々のバーナ２１の先端部には、微粉炭燃料を火炉１１内に噴射するように構成された噴射ノズル（図示外）が設けられる。また、各々のアンモニアバーナ５１には、アンモニア噴射ノズル（例えば図３に示す第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２）が設けられる。火炉１１に液体のアンモニア燃料が噴射される液体アンモニア噴射方式が採用される場合、アンモニア噴射ノズルは、例えば蒸気などのアトマイズ流体により液体アンモニアを微粒化して噴射するように構成された２流体噴射ノズルであってもよいし、液体のアンモニア燃料のみを噴射するように構成された１流体噴射ノズルであってもよい。また、火炉１１に気体のアンモニア燃料が噴射されるアンモニアガス噴射方式が採用される場合、アンモニア噴射ノズルはガス噴射ノズルであってもよい。
　バーナ２１とアンモニアバーナ５１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。図１の例では、１セットのバーナ２１が２段、１セットのアンモニアバーナ５１が４段配置される。なお、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１、５１を付している。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。
　また、本実施形態の火炉１１における燃焼方式は、コーナ部にバーナが設置され、火炉１１内部でらせん状に旋回する火炎を形成する旋回燃焼方式であるが、他の燃焼方式であってもよい。採用される燃焼方式に応じて、火炉１１の形状と、複数のバーナ２１及び複数のアンモニアバーナ５１の配置はいずれも適宜変更されてよい。他の燃焼方式としては、例えば、火炉１１の対向する１対の炉壁の双方にバーナが設置される対向燃焼方式である。
　燃焼装置２０のバーナ２１は、それぞれ、複数の微粉炭燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ（以下、一括して「微粉炭燃料供給管２２」と記載する場合がある。）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ（以下、一括して「ミル３１」と記載する場合がある。）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炭燃料と、該粒径より大きな粗粉炭燃料とに分級される。微粉炭燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉炭燃料供給管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炭燃料は、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。
　ミル３１に供給される上述の一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）は、外気を取り込む１次空気通風機３３（ＰＡＦ：Ｐｒｉｍａｒｙ　Ａｉｒ　Ｆａｎ）から空気管３０を介してミル３１に送出される。空気管３０は、１次空気通風機３３から送出された空気のうちエアヒータ（空気予熱器）４２で加熱された熱空気が流れる熱空気誘導管３０Ａと、１次空気通風機３３から送出された空気のうちエアヒータ４２を経由しない常温に近い冷空気が流れる冷空気誘導管３０Ｂと、熱空気と冷空気が合流して流れるための搬送用ガス流路３０Ｃとを備える。
　燃焼装置５０のアンモニアバーナ５１は、アンモニア燃料供給ユニット９０に連結されている。本実施形態のアンモニア燃料供給ユニット９０は、アンモニアタンク９１と、アンモニアタンク９１に貯留されるアンモニア燃料（例えば液体アンモニア）をボイラ１０の燃焼装置５０に供給するためのアンモニア燃料供給管９２とを備える。アンモニアガス噴射方式が採用される場合、液体アンモニアに気化処理を施すための気化器（図示外）がアンモニア燃料供給ユニット９０に設けられてもよい。また、液体アンモニア噴射方式が採用される場合、アンモニア燃料供給ユニット９０は、燃焼装置５０に液体アンモニアを微粒化するためのアトマイズ流体を供給するアトマイズ流体供給管（図示外）をさらに備えてもよい。
　バーナ２１とアンモニアバーナ５１の装着位置における火炉１１の炉外側には、エアレジスタ（風箱）２３が設けられており、このエアレジスタ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、エアレジスタ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、及びアンモニアバーナ５１に燃焼用空気（酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。
　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、一括して「過熱器１０２」と記載する場合がある。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、一括して「再熱器１０３」と記載する場合がある。）、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。
　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とアンモニアバーナ５１に供給する燃焼用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。
　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。
　ボイラ１０において、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉炭燃料が、一次空気と共に微粉炭燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、アンモニア燃料供給ユニット９０からアンモニア燃料がアンモニアバーナ５１に供給される。さらに、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４からエアレジスタ２３を介してバーナ２１とアンモニアバーナ５１とに供給される。
　バーナ２１は、微粉炭燃料と一次空気とが混合した微粉炭燃料混合気を火炉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炭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。アンモニアバーナ５１は、アンモニア燃料と共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれたアンモニア燃料は、燃焼用空気と反応して燃焼する。
　微粉炭燃料とアンモニア燃料の燃焼により生じる高温の燃焼ガスは、火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。
　なお、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれるタイミングは、微粉炭燃料の燃焼によって火炉１１内の温度が一定温度まで上昇した後であってもよい。例えば、ボイラ１０の起動時に微粉炭燃料の専焼が行われたのち、アンモニア燃料が火炉１１に吹き込まれ、アンモニア燃料と微粉炭燃料とのアンモニア混焼が行われてもよい。さらにその後、微粉炭燃料の吹き込みを停止し、アンモニア専焼が行われてもよい。
　また、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気、燃焼用空気）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。
　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、二次空気及び燃焼用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、燃焼ガスの流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。
　なお、本開示のボイラは上述した実施形態に限定されない。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭である代わりにまたは石炭と共に、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てもよい。
　また、アンモニア燃料と組み合わせるボイラの燃料としては、固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができる。また、天然ガスや各種石油ガス、製鉄プロセスなどで発生する副生ガスなどの気体燃料も使用することができる。
　さらに、これらの各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。以下の説明では、アンモニア燃料のことを単にアンモニアとも称する。
　上述したように、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた後で詳述するアンモニアバーナ５１と、火炉壁１０１のアンモニアバーナ５１とは異なる位置に設けられ、微粉炭を燃焼させる微粉炭バーナとしてのバーナ２１とを備える。
　これにより、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
　なお、バーナ２１は、アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナであってもよい。
　また、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、アンモニア燃料とアンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる混焼ボイラであってもよく、アンモニア燃料だけを燃焼させるアンモニア専焼ボイラであってもよい。
（アンモニアをバーナで燃焼させる際のＮＯｘの発生量について）
　アンモニアをバーナで燃焼させる場合、ＮＯｘの発生量は、他の燃料を燃焼させる場合よりも燃焼場における燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比の影響を受け易い。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制するためには、燃焼場におけるアンモニアと燃焼用空気との接触面における局所的な空気比の制御が重要となる。
　そこで、本実施の形態に係るボイラ１０では、アンモニアバーナ５１を以下のように構成することで、ＮＯｘの発生量を抑制するようにしている。
（第１アンモニアバーナ５１Ａについて）
　図２は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
　図６は、突出部５７を設けた第１アンモニアバーナ５１Ａについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
　図６に示した第１アンモニアバーナ５１Ａは、突出部５７を設けたことを除き図２に示した第１アンモニアバーナ５１Ａと同様の構成を有する。なお、突出部５７については後で詳述する。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６は、例えば、中空円錐台形状のディフューザ型の保炎器５６Ａである。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、中心軸Ａｘに沿って見たときに矩形形状を呈する、矩形形状の断面を有するダクトであり、下流側の端部近傍において、矩形形状の断面形状を保持しつつ下流側に向かうにつれて流路断面積が小さくなるように形成されている。なお、燃焼用空気ノズル５４の断面形状は、矩形形状に限定されない。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気を噴出する開口部５４ａを有している。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うように構成されている。
　よって、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、以下に述べるように、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図２及び図６に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
　このように、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成している。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路である。
　なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ディフューザ型の保炎器５６Ａを備えるので、上記隙間からは上記部分予混合燃料の全量が噴出される。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第１アンモニアバーナ５１Ａに供給されるアンモニアは、例えば気体のアンモニア燃料（アンモニアガス）である。なお、第１アンモニアバーナ５１Ａに供給されるアンモニア燃料は、後述するように液体のアンモニア燃料であってもよい。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２は、燃焼用空気ノズル５４と同軸に配置されていて、複数の噴射孔５２ｈからアンモニアを火炉１１内に噴射するように構成されている。
　このように構成される、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、図２及び図６の矢印ａで示すように第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニアと、図２及び図６の破線の矢印ｂで示すように燃焼用空気の一部とが燃焼用空気ノズル５４内で予混合されて部分予混合燃料が生成される。この部分予混合燃料は、矢印ｃで示すように燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から火炉１１内に噴射される。また、アンモニアとの予混合に用いられなかった燃焼用空気の残部は、図２及び図６の破線の矢印ｄで示すように上記隙間から火炉１１内に噴射される。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２に供給されたアンモニアは、図２及び図６の矢印ｅで示すように複数の噴射孔５２ｈから火炉１１内に噴射される。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、部分予混合燃料の流路５４１と、燃焼用空気の残部の流路５４２とを隔てる隔壁６２５を備えている。
　隔壁６２５は、例えば第１アンモニアバーナ５１Ａを中心軸Ａｘと同軸の筒状の部材である。隔壁６２５の内周面６２５ａは、部分予混合燃料の流路５４１を画定し、隔壁６２５の外周面６２５ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内周面５４ｉとの間で燃焼用空気の残部の流路５４２を形成する。
　アンモニアと部分予混合される燃焼用空気は、図２及び図６の破線の矢印ｂで示すように、隔壁６２５の上流側の開口端から隔壁６２５の内側、すなわち部分予混合燃料の流路５４１に流入する。
　部分予混合燃料は、図２及び図６の破線の矢印ｃで示すように、隔壁６２５の下流側の開口端から火炉１１内に向かって流出する。
　アンモニアとの予混合に用いられなかった燃焼用空気の残部は、図２及び図６の破線の矢印ｆ、及び破線の矢印ｄで示すように隔壁６２５の外側を流れて火炉１１内に向かって流出する。
　これにより、燃焼用空気ノズル５４の内部で必要以上の燃焼用空気がアンモニア燃料と予混合されることを抑制できるので、部分予混合燃料における空気比を安定化させ易い。
　以下、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１においてＮＯｘの発生量が抑制される理由について説明する。
　図３は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触状態について説明するための模式な図である。
　図４は、アンモニア燃料と燃焼用空気との接触面における空気比について説明するためのグラフである。図４のグラフでは、噴射されたアンモニア燃料又は部分予混合燃料と、噴射された燃焼用空気とが接触する領域を燃料側から燃焼用空気側に向かって空気比がどのように変化するかを示している。図４のグラフでは、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合についてのグラフ線を破線で示し、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合についてのグラフ線を実線で示す。
　図３では、燃焼用空気の流れに沿ったアンモニアバーナ５１Ｘの中心軸Ａｘを境に図示上側には、上述した第１アンモニアバーナ５１Ａと同様に、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とが噴射されて燃焼（部分予混合燃焼）する場合について表している。また、中心軸Ａｘを境に図示下側には、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合について示している。
　図３の下側に示すように、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合には、燃焼用空気の全量とアンモニア燃料とが拡散混合する。よって、噴射されたアンモニア燃料Ｆ１と噴射された燃焼用空気Ａ１との接触面Ｓ１は比較的広くなる。また、この接触面Ｓ１における局所な空気比は１を超過しているものと考えられ、ＮＯｘが発生し易い雰囲気になる（図４参照）。
　図３の上側に示すように、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合には、燃焼用空気の一部が燃焼用空気ノズル５４内でアンモニア燃料と予混合されて燃焼場に噴出する。そして燃焼用空気の残部と火炉１１内で拡散混合する。この場合、拡散混合する燃焼用空気の流量が予混合で用いられた分だけ少ないので、噴射された部分予混合燃料Ｆ２と噴射された燃焼用空気Ａ２との接触面Ｓ２は、拡散燃焼の場合と比べて狭くなる。また、この接触面Ｓ２における局所な空気比は、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合に比べて低くなる（図４参照）。
　そのため、燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料と燃焼用空気とを燃焼させる場合には、アンモニア燃料を拡散燃焼させる場合に比べてＮＯｘの発生量を抑制できる。
　よって、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から上記部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、これらが拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面を狭くすることができる。これにより、第１アンモニアバーナ５１ＡにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、ディフューザ型の保炎器５６Ａを備えるので、第１アンモニアバーナ５１Ａの近傍で保炎でき、拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面が広がることを抑制できる。これにより、第１アンモニアバーナ５１ＡにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
　これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器５６の冷却が期待でき、保炎器５６の温度上昇の抑制に資する。
　図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えることで、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射されるアンモニア燃料を拡散燃焼させることができる。
　なお、図２及び図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、例えばボイラ１０の負荷を変化する場合など、ボイラ１０の運転状況による第１アンモニアバーナ５１Ａの要求燃焼量に応じて、第１アンモニア噴射ノズル５２１だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第２アンモニア噴射ノズル５２２だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の双方からアンモニアを噴射するようにしてもよい。
（第２アンモニアバーナ５１Ｂについて）
　図５は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１の内の一実施形態の第２アンモニアバーナ５１Ｂについての構造を表す模式的な側面断面図と、この第２アンモニアバーナ５１Ｂを中心軸Ａｘに沿って燃焼用空気の流れ方向の下流側から見た模式的な正面図である。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａとは保炎器５６の構造が異なる他は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａと同様の構成を有する。
　すなわち、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６は、例えば、複数の旋回羽根を備えたスワラ型の保炎器５６Ｂである。
　図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａは、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えてもよい。なお、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａにおいて、第２アンモニア噴射ノズル５２２は必須ではない。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂは、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うように構成されている。
　よって、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との予混合を燃焼用空気ノズル５４内で行うための領域を確保するため、燃焼用空気ノズル５４の出口の開口部５４ａよりも上流側に配置されている。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図５に示す例では、第１アンモニア噴射ノズル５２１は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
　このように、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成している。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路である。
　なお、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、スワラ型の保炎器５６Ｂを備えるので、上記部分予混合燃料の大部分は、スワラ型の保炎器５６Ａの複数の旋回羽根の間の開口部から噴出され、上記隙間からは上記部分予混合燃料の一部が噴出される。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニアバーナ５１Ｂに供給されるアンモニア燃料は、例えば気体のアンモニア燃料（アンモニアガス）である。なお、第２アンモニアバーナ５１Ｂに供給されるアンモニアは、後述するように液体アンモニア燃料であってもよい。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２は、燃焼用空気ノズル５４と同軸に配置されていて、複数の噴射孔５２ｈからアンモニア燃料を火炉１１内に噴射するように構成されている。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａと同様に、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されているので、ＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａと保炎器５６の外縁との間の隙間から上記部分予混合燃料の一部と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、これらが拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面を狭くすることができる。これにより、第２アンモニアバーナ５１ＢにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、スワラ型の保炎器５６Ｂを備えるので、第１アンモニアバーナ５１Ａの近傍で保炎でき、拡散混合する際の部分予混合燃料と燃焼用空気との接触面が広がることを抑制できる。これにより、第２アンモニアバーナ５１ＢにおいてＮＯｘの発生量を抑制できる。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６がスワラ型の保炎器５６Ｂであるので、ディフューザ型の保炎器５６Ａと比べて保炎器５６のメタル温度を抑制できる。これは、スワラ型の保炎器５６Ｂは、ディフューザ型の保炎器５６Ａと比べて、火炉１１内の燃焼ガスや自らが形成する火炎からの輻射熱の受熱面積が小さいこと、及び、燃焼用空気ノズル５４内を流通する流体（部分予混合燃料、燃焼用空気）との接触面積が大きいためである。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
　これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器の冷却が期待でき、保炎器の温度上昇の抑制に資する。
　図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えることで、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射されるアンモニア燃料を拡散燃焼させることができる。
　なお、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂでは、例えばボイラ１０の負荷を変化する場合など、ボイラ１０の運転状況による第２アンモニアバーナ５１Ｂの要求燃焼量に応じて、第１アンモニア噴射ノズル５２１だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第２アンモニア噴射ノズル５２２だけからアンモニアを噴射するようにしてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の双方からアンモニアを噴射するようにしてもよい。
（保炎器５６の温度抑制について）
　図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、保炎器５６がディフューザ型の保炎器５６Ａであるので、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べると保炎器５６のメタル温度が高くなる傾向にある。これは、ディフューザ型の保炎器５６Ａは、スワラ型の保炎器５６Ｂと比べて、火炉１１内の燃焼ガスや自らが形成する火炎からの輻射熱の受熱面積が大きいこと、及び、燃焼用空気ノズル５４内を流通する流体（燃料、部分予混合燃料、燃焼用空気）との接触面積が小さいためである。
　そこで、第１アンモニアバーナ５１Ａでは、図６に示すように、保炎器５６と接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出する突出部（フィン）５７を設けるようにしてもよい。
　図６に示すように、例えば突出部５７は、上流側の端部がディフューザ型の保炎器５６Ａの上流側を向いた面に接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出するように形成された板状の部材である。突出部５７は、例えば中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて複数配置されている。図６に示す例では、突出部５７は、中心軸Ａｘの周囲に周方向に間隔を開けて４つ配置されている。
　図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａでは、突出部５７が燃焼用空気ノズル５４内で予混合された部分予混合燃料や燃焼用空気と接触し冷却されることで保炎器５６の温度上昇を抑制できる。
（液体アンモニアを噴射する場合について）
　上述したように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、液体アンモニア燃料を噴射するように構成されていてもよい。この場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の先端には、液体アンモニア燃料を噴霧可能なノズルチップ（アトマイザ）が取り付けられているとよい。
　図７Ａは、圧力噴霧ノズル５２５の構造の一例を模式的に示す断面図である。
　図７Ｂは、図７Ａに示した圧力噴霧ノズル５２５の内部に配置されたバックプレート５２５ａの模式図である。
　図８は、２流体噴霧ノズル５２６の構造の一例を模式的に示す断面図である。
　第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２の先端に取り付けられるノズルチップは、例えば図７Ａに示すような圧力噴霧ノズル５２５であってもよく、図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６であってもよい。
　例えば図７Ａに示す圧力噴霧ノズル５２５では、内部に配置されたバックプレートを液体アンモニアが通過する際に径方向の速度成分を有するように流れの向きが変えられて、圧力噴霧ノズル５２５から噴出される液体アンモニア燃料に旋回力を与える。これにより、圧力噴霧ノズル５２５から液体アンモニア燃料が、例えばコーン状に噴霧される。
　例えば図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６では、液体アンモニア燃料は、燃料とは別に供給されるアトマイズ流体によって微粒化され、２流体噴霧ノズル５２６から噴霧される。
　第１アンモニア噴射ノズル５２１及び第２アンモニア噴射ノズル５２２において図８に示すような２流体噴霧ノズル５２６用いる場合、アトマイズ流体には、過熱蒸気や空気、窒素等が用いられる。
　上述したように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１から液体アンモニア燃料を噴霧することで、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニア燃料の蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇を抑制できる。
（第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量の調節について）
　上述した幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を備えるボイラ１０では、例えば以下に述べるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量を調節するようにしてもよい。
　図９は、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１における第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量の調節について説明するための図である。
　なお、図９に示すアンモニアバーナ５１は、図２に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであるが、図５に示す第２アンモニアバーナ５１Ｂであってもよく、図６に示す第１アンモニアバーナ５１Ａであってもよい。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からのアンモニア噴射量を制御するための制御装置９００を備えている。
　幾つかの実施形態に係る制御装置９００は、コントローラ９０１と、調節部９５とを含む。
　コントローラ９０１は、各種演算処理を実行するプロセッサ９０１ａと、プロセッサによって処理される各種データを非一時的または一時的に記憶するメモリ９０１ｂとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせなどによって実現される。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、またはこれらの組み合わせなどによって実現される。なお、コントローラ９０１はボイラ１０を制御するように構成されてもよい。コントローラ９０１はボイラシステム１を制御するように構成されてもよい。
　コントローラ９０１は、機能ブロックとしての噴射量算出部９０２を備えている。コントローラ９０１のプロセッサ９０１ａは、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより噴射量算出部９０２として機能する。
　調節部９５は、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を調節するための第１流量調節バルブ９５Ａである。なお、調節部９５は、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量を調節するための第２流量調節バルブ９５Ｂ、及び燃焼用空気ノズル５４に供給する燃焼用空気の供給量を調節するための第３流量調節バルブ９５Ｃを含んでいてもよい。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、アンモニアバーナ５１のメタル温度を検出するための温度センサ９６を備えていてもよい。温度センサ９６は、例えば熱電対であり、燃焼用空気ノズル５４内で開口部５４ａに比較的近い位置の金属部分に取り付けられているとよい。温度センサ９６は、例えば図９に示すように隔壁６２５の温度を検出するように取り付けられていてもよく、第１アンモニア噴射ノズル５２１の下流端近傍の温度を検出するように取り付けられていてもよい。また、温度センサ９６は、保炎器５６の温度を検出するように取り付けられていてもよい。
　なお、温度センサ９６は、上述した幾つかの検出箇所以外の温度を検出するように設置されていてもよい。温度センサ９６は、これらの検出箇所の少なくとも１か所の温度を検出するように設置されていればよい。
　温度センサ９６は、後述するように燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出するために用いられる場合には、着火検出センサ９８として機能する。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１では、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度を検出する温度センサ９６を備えているので、後述するように、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度の管理が可能となる。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１は、燃焼用空気ノズル５４内の圧力を検出するための圧力センサ９７を備えていてもよい。なお、圧力センサ９７は、後述するように燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出するために用いられる場合には、着火検出センサ９８として機能する。
　後述するように圧力センサ９７を着火検出センサ９８として用いるのであれば、燃焼用空気ノズル５４の内部での燃焼用空気の圧力変動を検出できればよいため、圧力センサ９７は、必ずしも燃焼用空気ノズル５４の内部に配置する必要はない。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、温度センサ９６や圧力センサ９７からの検出信号は、コントローラ９０１に入力されるように構成されている。
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、第１流量調節バルブ９５Ａ、第２流量調節バルブ９５Ｂ、及び第３流量調節バルブ９５Ｃには、流量を調節するために不図示のアクチュエータがそれぞれ設けられている。幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、これらのアクチュエータを駆動するための制御信号は、コントローラ９０１から出力されるように構成されている。
（燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を抑制するために第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する場合）
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
　図１０は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムは、プロセッサ９０１ａがメモリ９０１ｂから読み込んで実行する。
　一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、噴射量を算出するステップＳ１０と、噴射量を調節するステップＳ２０と、を備える。
　噴射量を算出するステップＳ１０は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズルから噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップである。
　噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断する。例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出した温度や、その温度の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。また、例えば、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、圧力センサ９７で検出した燃焼用空気ノズル５４に供給される燃焼用空気の圧力や、その圧力の変化等から燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したか否かを判断してもよい。
　そして、噴射量算出部９０２は、燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したと判断した場合に、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の減少量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定するようにしてもよい。
　噴射量を調節するステップＳ２０は、噴射量を算出するステップＳ１０で算出した噴射量となるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を調節するステップである。
　噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
　第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
　これにより、アンモニアバーナ５１の内部への逆火のリスクを低減できる。
　なお、噴射量を調節するステップＳ２０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
　第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ１０で算出（設定）した噴射量に調節される。
　すなわち、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。制御装置９００は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
（アンモニアバーナ５１のメタル温度を抑制するために第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する場合）
　幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０では、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御するようにしてもよい。
　図１１は、温度センサ９６の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する処理の流れを示すフローチャートである。図１１のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムは、プロセッサ９０１ａがメモリ９０１ｂから読み込んで実行する。
　一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、噴射量を算出するステップＳ５０と、噴射量を調節するステップＳ６０と、を備える。
　噴射量を算出するステップＳ１０は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップである。
　噴射量を算出するステップＳ１０では、コントローラ９０１の噴射量算出部９０２は、温度センサ９６の検出結果、すなわち温度センサ９６で検出したメタル温度を監視する。そして、例えば噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度が予め設定した閾値を超えたと判断した場合、例えば第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定する。なお、噴射量算出部９０２は、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも多い噴射量に設定した場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量の増加量に相当する分だけ、第２アンモニア噴射ノズル５２２からの噴射量の設定値を現在のアンモニア噴射量よりも少ない噴射量に設定するようにしてもよい。
　例えばアンモニアバーナ５１の構造が異なると、アンモニアバーナ５１を構成する燃焼用空気ノズル５４の先端部や保炎器５６等が、火炉１１内の燃焼ガスやアンモニアバーナ５１が形成する自火炎から受ける熱により損傷（以下、焼損と言う）する条件や、その程度が異なる。そこで、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、メタル温度を抑制するための第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を、アンモニアバーナ５１の構造によって変更するようにしてもよい。
　また、噴射量を算出するステップＳ１０では、噴射量算出部９０２は、温度センサ９６で検出したメタル温度からメタル温度の変化を予想し、予想した温度変化に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を設定するようにしてもよい。なお、メタル温度の変化の予想に際し、噴射量算出部９０２は、アンモニアバーナ５１における燃焼空気比、アンモニアバーナ５１の構造、ボイラ１０の負荷等を考慮するようにしてもよい。
　噴射量を調節するステップＳ６０は、噴射量を算出するステップＳ５０で算出した噴射量となるように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を調節するステップである。
　噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第１流量調節バルブ９５Ａの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
　第１流量調節バルブ９５Ａでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１流量調節バルブ９５Ａにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
　これにより、アンモニアバーナ５１のメタル温度の上昇を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
　なお、このように第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量を増やすことでアンモニアバーナ５１のメタル温度の抑制を図る場合、第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料の方が、その効果が大きい。第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニアの蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇をより効果的に抑制できる。
　噴射量を調節するステップＳ６０では、プロセッサ９０１ａは、第１アンモニア噴射ノズル５２１からの噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量となるように、第２流量調節バルブ９５Ｂの不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するようにしてもよい。
　第２流量調節バルブ９５Ｂでは、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第２流量調節バルブ９５Ｂにおけるアンモニアの流量を調節する。これにより、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射するアンモニア燃料の噴射量が噴射量を算出するステップＳ５０で算出（設定）した噴射量に調節される。
　このように、幾つかの実施形態に係るアンモニアバーナ５１を含むボイラ１０は、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００を備える。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料であるとよい。アンモニアバーナ５１は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。制御装置９００は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
　本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、ボイラ１０でアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナである。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズル５４を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、燃焼用空気ノズル５４の内部に配置されていて、燃焼用空気ノズル５４の内部でアンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズル５２１を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、第１アンモニア噴射ノズル５２１よりも下流側に配置された保炎器５６を備える。燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気の一部と第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射されたアンモニア燃料との部分予混合燃料と、燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている。
　上記（１）の構成によれば、予混合をしなかった場合の燃焼場におけるアンモニア燃料と燃焼用空気との接触面の局所的な空気比よりも、燃焼場における部分予混合燃料と燃焼用空気の残部との接触面の局所的な空気比を低くし易い。また、上記（１）の構成によれば、予混合をしなかった場合と比べて、拡散混合する燃焼用空気の流量が予め部分予混合に用いられた分だけ少なくなるので、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面を狭くすることができる。これにより、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、燃焼用空気ノズル５４は、燃焼用空気を噴出する開口部５４ａを有しているとよい。開口部５４ａは、保炎器５６の外縁との間で隙間を形成しているとよい。上記隙間は、上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを上記隙間から噴出するための通路であるとよい。
　上記（２）の構成によれば、上記隙間から上記部分予混合燃料の少なくとも一部と、燃焼用空気の残部とを噴出させることで、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面を狭くすることができる。これにより、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、部分予混合燃料の流路５４１と、燃焼用空気の残部の流路５４２とを隔てる隔壁６２５を備えているとよい。
　上記（３）の構成によれば、燃焼用空気ノズル５４の内部で必要以上の燃焼用空気がアンモニア燃料と予混合されることを抑制できるので、部分予混合燃料における空気比を安定化させ易い。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、保炎器５６は、ディフューザ型又はスワラ型の保炎器であるとよい。
　上記（４）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）の近傍で保炎できるので、拡散混合する際の燃焼用空気と部分予混合燃料との接触面が広がることを抑制できる。これにより、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）においてＮＯｘの発生量を抑制できる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、保炎器５６の少なくとも一部は、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料の噴射範囲に位置するとよい。
　上記（５）の構成によれば、第１アンモニア噴射ノズル５２１が噴射するアンモニア燃料による保炎器５６の冷却が期待でき、保炎器５６の温度上昇の抑制に資する。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニア燃料であってもよい。
　上記（６）の構成によれば、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射される液体アンモニア燃料の蒸発潜熱によって、保炎器５６等を冷却できる。これにより、保炎器５６等の温度上昇を抑制できる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、保炎器５６よりも下流側でアンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル５２２を備えていてもよい。
　上記（７）の構成によれば、第２アンモニア噴射ノズル５２２から噴射されるアンモニア燃料を拡散燃焼させることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、保炎器５６と接続されていて、保炎器５６の上流側に向かって突出する突出部５７を備えていてもよい。
　上記（８）の構成によれば、上記突出部５７が対流冷却されることで保炎器５６の温度上昇を抑制できる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度を検出する温度検出センサ（温度センサ９６）を備えていてもよい。
　上記（９）の構成によれば、燃焼用空気ノズル５４のメタル温度の管理が可能となる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８を備えていてもよい。
　上記（１０）の構成によれば、万が一、部分予混合燃料が燃焼用空気ノズル５４の内部で着火したとしても、この着火を検出できるので、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）の内部への逆火のリスクを低減できる。
（１１）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、を備える。
　上記（１１）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）を備えるボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
（１２）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、火炉壁１０１のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）とは異なる位置に設けられ、アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナ（バーナ２１）と、を備える。
　上記（１２）の構成によれば、上記ボイラ１０からのＮＯｘの排出量を抑制できる。
（１３）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。制御装置９００は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
　上記（１３）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）の内部への逆火のリスクを低減できる。
（１４）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた、上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置９００と、を備える。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニアである。アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。制御装置９００は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部９０２と、噴射量算出部９０２で算出した噴射量となるように噴射量を調節する調節部９５と、を有する。
　上記（１４）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）のメタル温度を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
（１５）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、アンモニア燃料が供給されるボイラ１０の運転方法である。ボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた上記（１）乃至（８）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、燃焼用空気ノズル５４の内部での着火を検出する着火検出センサ９８と、を含む。本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、着火検出センサ９８の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル８２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップＳ１０と、算出するステップＳ１０で算出した噴射量となるように噴射量を調節するステップＳ２０と、を備える。
　上記（１５）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）の内部への逆火のリスクを低減できる。
（１６）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、アンモニア燃料が供給されるボイラ１０の運転方法である。ボイラ１０は、火炉壁１０１を含む火炉１１と、火炉壁１０１に設けられた上記（１）乃至（９）の何れかの構成のアンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）と、を含む。第１アンモニア噴射ノズル５２１に供給されるアンモニア燃料は、液体アンモニアである。アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）は、メタル温度を検出する温度センサ９６を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０の運転方法は、温度センサ９６の検出結果に基づいて第１アンモニア噴射ノズル５２１から噴射するアンモニア燃料の噴射量を算出するステップＳ５０と、算出するステップＳ５０で算出した噴射量となるように噴射量を調節するステップＳ６０と、を備える。
　上記（１６）の構成によれば、アンモニア燃焼バーナ（アンモニアバーナ５１）のメタル温度を抑制し、焼損の発生を抑制できる。
１　ボイラシステム
１０　ボイラ
１１　　火炉
２０、５０　燃焼装置
２１　バーナ
５１　アンモニアバーナ（アンモニア燃焼バーナ）
５１Ａ　第１アンモニアバーナ
５１Ｂ　第２アンモニアバーナ
５４　燃焼用空気ノズル
５４ａ　開口部
５６、５６Ａ、５６Ｂ　保炎器
５７　突出部
１０１　火炉壁
５２１　第１アンモニア噴射ノズル
５２２　第２アンモニア噴射ノズル
５４１　流路
５４２　流路
６２５　隔壁

Claims (16)

  1. 　ボイラでアンモニア燃料を燃焼させるためのアンモニア燃焼バーナであって、
    　燃焼用空気を噴出するための燃焼用空気ノズルと、
    　前記燃焼用空気ノズルの内部に配置されていて、前記燃焼用空気ノズルの内部で前記アンモニア燃料を噴射するための第１アンモニア噴射ノズルと、
    　前記第１アンモニア噴射ノズルよりも下流側に配置された保炎器と、
    を備え、
    　前記燃焼用空気ノズルは、前記燃焼用空気の一部と前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射された前記アンモニア燃料との部分予混合燃料と、前記燃焼用空気の残部とを噴出するように構成されている
    アンモニア燃焼バーナ。
  2. 　前記燃焼用空気ノズルは、燃焼用空気を噴出する開口部を有し、
    　前記開口部は、前記保炎器の外縁との間で隙間を形成し、
    　前記隙間は、前記部分予混合燃料の少なくとも一部と、前記燃焼用空気の残部とを前記隙間から噴出するための通路である
    請求項１に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  3. 　前記部分予混合燃料の流路と、前記燃焼用空気の残部の流路とを隔てる隔壁、
    を備える
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  4. 　前記保炎器は、ディフューザ型又はスワラ型の保炎器である、
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  5. 　前記保炎器の少なくとも一部は、前記第１アンモニア噴射ノズルが噴射する前記アンモニア燃料の噴射範囲に位置する、
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  6. 　前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアである、
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  7. 　前記保炎器よりも下流側で前記アンモニア燃料を噴射するための第２アンモニア噴射ノズル、
    を備える
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  8. 　前記保炎器と接続されていて、前記保炎器の上流側に向かって突出する突出部、
    を備える
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  9. 　前記燃焼用空気ノズルのメタル温度を検出する温度検出センサ
    を備える
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  10. 　前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサ
    を備える
    請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナ。
  11. 　火炉壁を含む火炉と、
    　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    を備える
    ボイラ。
  12. 　火炉壁を含む火炉と、
    　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    　前記火炉壁の前記アンモニア燃焼バーナとは異なる位置に設けられ、前記アンモニア燃料以外の他燃料を燃焼させる他燃料バーナと、
    を備える
    ボイラ。
  13. 　火炉壁を含む火炉と、
    　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    　前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
    　前記着火検出センサの検出結果に基づいて、前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　　前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
    　　前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
    を有する
    ボイラ。
  14. 　火炉壁を含む火炉と、
    　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    　前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を制御する制御装置と、
    を備え、
    　前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
    　前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
    　前記制御装置は、
    　　前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出する噴射量算出部と、
    　　前記噴射量算出部で算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節する調節部と、
    を有する
    ボイラ。
  15. 　アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
    　前記ボイラは、
    　　火炉壁を含む火炉と、
    　　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    　　前記燃焼用空気ノズルの内部での着火を検出する着火検出センサと、
    を含み、
    　前記着火検出センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
    　前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
    を備える
    ボイラの運転方法。
  16. 　アンモニア燃料が供給されるボイラの運転方法であって、
    　前記ボイラは、
    　　火炉壁を含む火炉と、
    　　前記火炉壁に設けられた、請求項１又は２に記載のアンモニア燃焼バーナと、
    を含み、
    　前記第１アンモニア噴射ノズルに供給される前記アンモニア燃料は、液体アンモニアであり、
    　前記アンモニア燃焼バーナは、メタル温度を検出する温度センサを備え、
    　前記温度センサの検出結果に基づいて前記第１アンモニア噴射ノズルから噴射する前記アンモニア燃料の噴射量を算出するステップと、
    　　前記算出するステップで算出した前記噴射量となるように前記噴射量を調節するステップと、
    を備える
    ボイラの運転方法。
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