WO2023120701A1 - バーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法 - Google Patents

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WO2023120701A1
WO2023120701A1 PCT/JP2022/047611 JP2022047611W WO2023120701A1 WO 2023120701 A1 WO2023120701 A1 WO 2023120701A1 JP 2022047611 W JP2022047611 W JP 2022047611W WO 2023120701 A1 WO2023120701 A1 WO 2023120701A1
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WO
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ammonia
cylinder nozzle
fuel
inner cylinder
burner
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PCT/JP2022/047611
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English (en)
French (fr)
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聡彦 嶺
恒輔 北風
佑介 越智
公治 倉増
幸洋 冨永
明正 ▲高▼山
裕三 川添
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/10—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air liquid and pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/12—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air gaseous and pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present disclosure relates to, for example, a burner for burning pulverized fuel obtained by pulverizing solid fuel and ammonia fuel, a boiler equipped with the burner, and a method of operating the burner.
  • a large boiler such as a boiler for power generation has a furnace that has a hollow shape and is installed in the vertical direction, and a plurality of burners are arranged on the wall of the furnace.
  • a large-sized boiler has a flue connected vertically above the furnace, and a heat exchanger for generating steam is arranged in the flue. Then, the burner injects a mixture of fuel and air (oxidizing gas) into the furnace to form a flame and generate combustion gas that flows into the flue.
  • a heat exchanger is installed in a region where the combustion gas flows, and superheated steam is generated by heating water or steam flowing inside the heat transfer tubes constituting the heat exchanger.
  • Patent Document 1 discloses co-firing of pulverized coal and ammonia fuel on the same axis, there is no study on increasing the co-firing rate of ammonia fuel. For example, in the configuration of Patent Document 1, if the co-firing rate of the ammonia fuel is increased, the flame holding of the pulverized coal is lowered and co-firing with the ammonia fuel cannot be continued.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and a burner capable of increasing the co-firing rate of ammonia fuel when co-firing ammonia fuel and pulverized fuel, a boiler equipped with the same, and operation of the burner
  • the purpose is to provide a method.
  • a burner according to an aspect of the present disclosure includes an inner cylinder nozzle that extends along a central axis, and a burner that extends along the central axis and is provided to cover the inner cylinder nozzle, and supplies pulverized fuel and primary air.
  • a pulverized fuel flame stabilizer for stabilizing the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle; and a pulverized fuel holder provided inside the outer cylinder nozzle.
  • a concentrator for concentrating the pulverized fuel is provided on the flamer side, and the ammonia fuel is supplied to the inner cylinder nozzle or the outer cylinder nozzle.
  • a method of operating a burner includes an inner cylinder nozzle extending along a central axis, an inner cylinder extending along the central axis and provided to cover the inner cylinder nozzle, pulverized fuel and an outer cylinder nozzle for supplying primary air into the furnace; a pulverized fuel flame stabilizer for stabilizing the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle; and a concentrator for concentrating the pulverized fuel on the fuel flame stabilizer side, wherein ammonia fuel is supplied to the inner cylinder nozzle or the outer cylinder nozzle.
  • the co-firing ratio of ammonia fuel can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a boiler according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the burner of FIG. 1
  • FIG. Fig. 10 is a vertical cross-sectional view showing a burner according to a second embodiment of the present disclosure
  • 3B is a front view showing the inner cylinder nozzle and the outer cylinder nozzle of FIG. 3A
  • FIG. 3B is a vertical sectional view of a burner showing a modification of FIG. 3A
  • 4B is a front view showing the inner cylinder nozzle and the outer cylinder nozzle of FIG. 4A
  • FIG. Fig. 10 is a vertical cross-sectional view showing a burner according to a third embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a burner according to a fourth embodiment of the present disclosure
  • 6B is a front view showing the inner cylinder nozzle and the outer cylinder nozzle of FIG. 6A
  • FIG. Figure 6B is a perspective view of the circumferential concentrator of Figures 6A and 6B
  • FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a burner according to a fifth embodiment of the present disclosure
  • Fig. 2 is a vertical cross-sectional view showing a liquid ammonia injection tip
  • FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a burner according to a sixth embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 shows a boiler 10 using pulverized fuel and/or ammonia (NH 3 ) fuel as main fuel according to the present embodiment.
  • the boiler 10 of the present embodiment is a boiler that can generate superheated steam by burning pulverized fuel obtained by pulverizing solid fuel and ammonia fuel with a burner and exchanging heat generated by this combustion with feed water and steam.
  • pulverized fuel obtained by pulverizing solid fuel and ammonia fuel with a burner and exchanging heat generated by this combustion with feed water and steam.
  • Biomass fuel, coal, and the like are used as the solid fuel.
  • the boiler 10 has a furnace 11 , a combustion device 20 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 steam and recovering it, the temperature rise of the furnace wall 101 is suppressed.
  • the combustion device 20 is installed in the lower region of the furnace 11.
  • the combustion device 20 includes a plurality of burners 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, and 21F mounted on the furnace wall 101 (hereinafter simply referred to as "burner 21" when these burners are not distinguished). .)have.
  • the burners 21 are arranged at equal intervals in the furnace width direction along the furnace wall 101 (for example, the burners 21 are arranged in the furnace width direction so as to face the facing furnace walls 101 so as to achieve opposed combustion. ) are arranged in multiple stages along the vertical direction.
  • 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 burners 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, and 21F are respectively provided with a plurality of fine fuel supply pipes 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, and 22F (hereinafter simply referred to as "fine powder A plurality of mills (pulverizers) 31A, 31B, 31C, 31D, 31E, and 31F (hereinafter simply referred to as "mill 31" when these mills are not distinguished) ).
  • 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 fuel is classified into fine powder fuel having a particle size smaller than that suitable for combustion in the burner 21 and coarse powder fuel having a particle size larger than the particle size.
  • the pulverized fuel passes through a classifier and is supplied to the burner 21 through the pulverized fuel supply pipe 22 together with primary air. Coarse fuel that has not passed through the classifier falls on the grinding table by its own weight inside the mill 31 and is ground again.
  • An air box (air register) 23 is provided outside the furnace 11 at the mounting position of the burner 21 , and one end of an air duct (air duct) 24 is connected to the air box 23 .
  • 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 the air preheater 42 installed in the air passage 24, and supplied to the burner 21 via the wind box 23 as secondary air (combustion air, oxidizing gas). , is thrown into the furnace 11 .
  • the combustion gas passage 12 is connected to the upper part of the furnace 11 in the vertical direction.
  • the combustion gas passage 12 is provided with superheaters 102A, 102B, and 102C as heat exchangers for recovering the heat of the combustion gas (hereinafter simply referred to as "superheater 102" when these superheaters are not distinguished from each other. ), reheaters 103A and 103B (hereinafter simply referred to as “reheaters 103” when these reheaters are not distinguished), and an economizer 104, and combustion generated in the furnace 11 Heat is exchanged between the gas and the feed water or steam that flows through each heat exchanger.
  • 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 secondary air supplied to the burner 21, further heat is recovered from the combustion gas after heat exchange with water or 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.
  • the pulverized and classified pulverized fuel is supplied to the burner 21 through the pulverized fuel supply pipe 22 together with the primary air. be done.
  • the secondary air heated by the air preheater 42 is supplied to the burner 21 from the wind duct 24 via the wind box 23 .
  • the burner 21 blows into the furnace 11 a pulverized fuel mixture in which pulverized fuel and primary air are mixed, and also blows secondary air into the furnace 11 .
  • the pulverized fuel mixture blown into the furnace 11 is ignited and reacts with secondary air to form a flame.
  • a flame is formed in the lower region within the furnace 11 , and hot combustion gases rise within the furnace 11 and flow into the combustion gas passage 12 .
  • air is used as the oxidizing gas (primary air, secondary air). Stable combustion is achieved in the furnace 11 by adjusting the ratio of the amounts to within an appropriate range.
  • a plurality of additional air ports (AA ports) 25 for supplying combustion additional air (AA) into the furnace 11 are provided above the mounting position of the burner 21 of the furnace 11 .
  • the end of an additional air duct (AA duct) 26 branched from the air passage 24 is connected to the additional air port 25, and part of the air supplied from the forced draft fan 32 is used as additional air for combustion, Additional air port 25 can be supplied via additional air duct 26 .
  • a flame is formed by combustion of the mixture of primary air and pulverized fuel and secondary air.
  • the amount of air supplied to the burner 21 is equal to the amount of fuel supplied to the burner 21 so that the air ratio in region A is 1 or less.
  • the amount of air is equal to be less than the theoretical amount of air for The generated nitrogen oxides (NOx) are reduced inside the furnace 11 .
  • region C the region above the bottom of the additional air port 25
  • additional air for combustion is supplied from the additional air port 25 to the combustion gas in which NOx has been reduced, and combustion is completed.
  • the amount of NOx generated is reduced by the reduction effect in region B.
  • 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
  • heat is exchanged with primary air and secondary air by the air preheater 42
  • ash etc. are removed by the dust collector 44 , and desulfurization device 46 .
  • After the sulfur oxides are removed at 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 combustion gas flow.
  • the boiler 10 is equipped with an ammonia supply source 50.
  • the ammonia supply source 50 stores ammonia in a gaseous or liquid state as ammonia fuel.
  • Ammonia fuel is supplied to each burner 21 from an ammonia supply source 50 .
  • the ammonia fuel is either stored as gas in the ammonia supply source 50 or stored as liquid ammonia and vaporized on the way to the burner 21 . If the burner 21 uses liquid ammonia, it is preferably stored as liquid ammonia in the ammonia supply source 50 .
  • the control unit includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like.
  • a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program, for example, and the CPU reads out this program to a RAM or the like, and executes information processing and arithmetic processing. As a result, various functions are realized.
  • the program may be pre-installed in a ROM or other storage medium, provided in a state stored in a computer-readable storage medium, or delivered via wired or wireless communication means. etc. may be applied.
  • Computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, and the like.
  • a burner 21 is shown in FIG.
  • the burner 21 is capable of co-firing pulverized fuel and ammonia gas (ammonia fuel).
  • the burner 21 includes an inner cylinder nozzle 61 extending along the central axis CL, and an outer cylinder nozzle 62 provided to cover the inner cylinder nozzle 61 .
  • An oil nozzle 63 is provided on the inner peripheral side of the inner cylinder nozzle 61 .
  • Each of the nozzles 61, 62, 63 has a common central axis CL, has a circular cross section, and is made of metal, for example.
  • the inner cylinder nozzle 61 is supplied with ammonia gas and air (combustion air), and jets out a mixture of these into the furnace 11 .
  • Ammonia gas is supplied from the ammonia source 50 of FIG.
  • a flame stabilizer 67 for ammonia is provided between the tip of the inner cylinder nozzle 61 and the oil nozzle 63 .
  • the flame stabilizer 67 for ammonia has, for example, a vane shape, and swirls the mixture of ammonia gas and air around the central axis CL.
  • the ammonia flame stabilizer 67 stabilizes the flame of the ammonia gas injected from the inner cylinder nozzle 61 .
  • Pulverized fuel and primary air guided from the mill 31 are supplied into the outer cylinder nozzle 62 .
  • a venturi 68 and a concentrator 69 are provided in the outer cylinder nozzle 62 .
  • the venturi 68 is provided on the inner wall of the outer cylinder nozzle 62 so as to extend in the circumferential direction, and reduces the flow path in the outer cylinder nozzle 62 due to its shape that bulges toward the inner peripheral side (the side of the central axis CL).
  • an upstream inclined portion 68a located on the upstream side and inclined to the inner peripheral side, and a downstream inclined portion 68b connected to the top of the upstream inclined portion 68a and inclined to the outer peripheral side toward the downstream side. I have it.
  • a venturi 68 imparts a velocity component to the flow towards the central axis CL.
  • the concentrator 69 is located on the downstream side of the venturi 68, is fixed to the outer wall of the oil nozzle 63 so as to extend in the circumferential direction, and has a shape that protrudes outward.
  • an upstream inclined portion 69a located on the upstream side and inclined inwardly, a cylindrical portion 69c connected to the vertex of the upstream inclined portion 68a and extending parallel to the central axis CL, and a cylindrical portion 69c. and a downstream inclined portion 69b which is connected to the downstream end of and inclined toward the outer peripheral side toward the downstream side.
  • the concentrator 69 expands the flow path contracted by the venturi 68, and imparts a velocity component in the direction (radial direction) to the outer cylinder nozzle 62 side to the flow. Since the pulverized fuel has a greater inertial force than the primary air, it is collected on the inner wall side of the outer cylinder nozzle 62 by the venturi 68 and the concentrator 69 to form a pulverized fuel-rich region.
  • a pulverized fuel flame stabilizer 71 is provided as a baffle at the tip of the outer cylinder nozzle 62 and on the outer peripheral side.
  • the pulverized fuel flame stabilizer 71 has a ring shape when the outer cylinder nozzle 62 is viewed from the front.
  • the pulverized fuel flame stabilizer 71 partially interrupts the flow of the secondary air flowing through the secondary air flow path 73 to form a flame stabilization area on the downstream side thereof. As a result, the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle 62 is stabilized.
  • Oil fuel is supplied to the oil nozzle 63 from an oil fuel supply source (not shown).
  • the oil fuel is used when the burner 21 is started, and after the start, the supply of the oil fuel is stopped and a small amount of cooling air is supplied.
  • the secondary air flow path 73 is provided so as to cover the outer cylinder nozzle 62 .
  • a tertiary air flow path 74 is provided on the outer peripheral side of the secondary air flow path 73 so as to cover the secondary air flow path 73 .
  • a swirler 74 a that swirls the tertiary air is provided in the tertiary air flow path 74 .
  • the burner 21 is started by supplying oil fuel from the oil nozzle 63 .
  • the oil fuel injected into the furnace 11 from the oil nozzle 63 forms a flame together with the air supplied from the inner cylinder nozzle 61 , thereby raising the temperature of the furnace 11 .
  • the oil fuel flame is stabilized by the flame stabilizer 67 for ammonia. That is, the ammonia flame stabilizer 67 is also used for flame stabilization of the oil fuel at startup.
  • pulverized fuel and ammonia gas are supplied as follows.
  • the pulverized fuel is gradually supplied from the outer cylinder nozzle 62 together with the primary air, and a flame is formed by the pulverized fuel.
  • the pulverized fuel forms a high concentration region on the inner wall side of the outer cylinder nozzle 62 by the venturi 68 and the concentrator 69 .
  • the flame of the pulverized fuel is stabilized by the pulverized fuel flame stabilizer 71 provided in the outer cylinder nozzle 62, and the secondary air supplied from the secondary air flow path 73 and the tertiary air flow path 74 are supplied. Combustion takes place in stages with tertiary air.
  • Ammonia gas is gradually supplied from the ammonia supply source 50 (see FIG. 1) into the inner cylinder nozzle 61 together with air, and is guided to the ammonia flame stabilizer 67 in a premixed state.
  • the premixed gas swirled by the flame stabilizer 67 for ammonia advances straight along the central axis CL to form a premixed flame of ammonia gas.
  • the flame of the ammonia gas is stabilized by the ammonia flame stabilizer 67 and co-fired together with the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle 62 .
  • the effects of the present embodiment described above are as follows.
  • the pulverized fuel is concentrated on the inner wall side of the pulverized fuel flame stabilizer 71 by the concentrator 69 provided inside the outer cylinder nozzle 62 .
  • the flame stabilization by the fine fuel flame stabilizer 71 becomes more stable.
  • the ammonia gas is supplied to the inner side from the vicinity of the flame of the pulverized fuel whose flame stabilization is strengthened using the concentrator 69 and the pulverized fuel flame stabilizer 71.
  • the flame was stabilized by supplying ammonia gas and air to the inner cylinder nozzle 61 to perform premixed combustion.
  • the flame of the ammonia gas is further stabilized by the ammonia flame stabilizer 67 provided at the tip of the inner cylinder nozzle 61 .
  • the co-firing rate of ammonia fuel can be increased.
  • a control valve (not shown) for controlling the flow rate of air supplied to the inner cylinder nozzle 61 may be provided, and the opening degree of this control valve may be controlled by the controller.
  • the control unit calculates the co-firing ratio (current value) of the ammonia fuel obtained by obtaining the flow rates of ammonia gas, air, pulverized fuel and primary air from a sensor (not shown). Then, the control unit adjusts the opening degree of the control valve so as to decrease the flow rate of the air according to the increase in the co-firing rate of the ammonia fuel.
  • the air flow rate can be reduced in accordance with the increase of the ammonia fuel. Accordingly, the flow velocity of the premixed fuel flowing out from the inner cylinder nozzle 61 can be reduced. As a result, it is possible to maintain the flame of the pulverized fuel while avoiding the inhibition of ignition of the pulverized fuel as much as possible, and increase the co-firing rate of the ammonia fuel.
  • FIGS. 3A and 3B a second embodiment of the present disclosure will be described using FIGS. 3A and 3B.
  • the present embodiment omits the oil nozzle 63 of the first embodiment, and differs therefrom in the position at which the ammonia gas is ejected.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted, and mainly the different configurations will be described.
  • the burner 21 of this embodiment is provided with an inner cylinder nozzle 61 at a position closest to the central axis CL. Therefore, the oil nozzle 63 of the first embodiment is not provided inside the inner cylinder nozzle 61 .
  • the end of the inner cylinder nozzle 61 on the furnace 11 side (the right end in FIG. 3A) is closed, and no ammonia gas is jetted out from there.
  • Ammonia gas is supplied to the inner cylinder nozzle 61 from the ammonia supply source 50 shown in FIG.
  • the inner cylinder nozzle 61 is supplied with only ammonia gas and not with air.
  • a plurality of slits (ammonia gas ejection holes) 80 are formed in the concentrator 69 . These slits 80 are radially formed with flow paths elongated in the radial direction. Although the number of slits 80 is four in this embodiment, the number is not particularly limited, and may be two or more or three or more. Each slit 80 communicates with the inner cylinder nozzle 61 so that the ammonia gas flows. Each slit 80 is formed in the downstream inclined portion 68b of the concentrator 69, as shown in FIG. 3A, and injects the ammonia gas in the direction along the central axis CL as indicated by the arrow. Ammonia gas is injected into the outer cylinder nozzle 62 through the slit 80 . The primary air flowing through the outer cylinder nozzle 62 is used as the combustion air for the ammonia gas.
  • the following effects are obtained. Since the ammonia gas is ejected into the outer cylinder nozzle 62 from each slit 80 formed in the concentrator 69, a flame can be formed together with the fine powder fuel, and the co-firing ratio of the ammonia fuel can be increased.
  • the ammonia gas is ejected from the slit 80 along the central axis CL, but it may be changed as shown in FIGS. 4A and 4B. Specifically, the ejection direction of the ammonia gas is changed. 4A and 4B, the slit 80' is formed in such a direction that the ammonia gas is inclined with respect to the central axis CL and jetted toward the outer peripheral side (radial direction).
  • the ammonia gas spreads on the inner wall side of the outer cylinder nozzle 62 , and the concentrator 69 spreads the ammonia gas toward the outer cylinder nozzle 62 . It can be mixed with the pulverized fuel concentrated on the inner wall side of the to promote combustion.
  • FIG. 1 differs from the second embodiment in that a distributor 82 is added, and the rest of the configuration is the same.
  • a ring-shaped distributor 82 is provided inside the tip of the outer cylinder nozzle 62 .
  • the distributor 82 is provided so as to surround the downstream end of the downstream inclined portion 69 b of the concentrator 69 .
  • a distributor 82 divides the flow path in the outer cylinder nozzle 62 into an inner flow path 62a and an outer flow path 62b.
  • the inner flow path 62a By partitioning the inner flow path 62a and the outer flow path 62b of the outer cylinder nozzle 62, the inner flow path 62a separated by the concentrator 69 and mainly through which the primary air flows and the outer flow path 62b mainly through which the concentrated pulverized fuel flows. It was decided to form As a result, the primary air flowing through the inner flow path 62a can be used for combustion of the ammonia gas, and the concentrated pulverized fuel flowing through the outer flow path 62b can promote the ignition of the pulverized fuel.
  • the direction in which the ammonia gas is jetted is inclined with respect to the central axis CL as shown in FIG.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • ammonia gas may be ejected from the slit 80 along the central axis CL.
  • FIGS. 6A to 6C a fourth embodiment of the present disclosure will be described using FIGS. 6A to 6C.
  • the ammonia gas is blown from the inner peripheral side of the outer cylinder nozzle 62 , but this embodiment is different in that the ammonia gas is blown from the inner wall side of the outer cylinder nozzle 62 .
  • the same reference numerals will be given to the same configurations as in the second embodiment, and the description thereof will be omitted, and mainly the different configurations will be described.
  • ammonia gas is not supplied from the inner cylinder nozzle 61.
  • a small amount of cooling air is basically flowed through the inner cylinder nozzle 61, but if necessary, it is used as an oil nozzle during start-up.
  • a plurality of circumferential concentrators 85 are provided on the inner wall of the outer cylinder nozzle 62 . Each circumferential concentrator 85 is positioned on the outer peripheral side of the downstream inclined portion 69 b of the concentrator 69 .
  • each circumferential concentrator 85 is provided along the circumferential direction of the inner wall of the outer cylinder nozzle 62 at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the pulverized fuel condensed by the concentrator 69 flows between adjacent circumferential concentrators 85 in a contracted flow.
  • FIG. 6C Two circumferential concentrators 85 are shown in FIG. 6C as an example.
  • the upper side indicates the outer peripheral side of the outer cylinder nozzle 62
  • the lower side indicates the inner peripheral side of the outer cylinder nozzle 62 .
  • the tip (downstream end) of the circumferential concentrator 85 is provided with an ammonia gas ejection hole 85a for ejecting ammonia gas.
  • An ammonia gas supply pipe 87 (see FIGS. 6A and 6B) is connected to the circumferential concentrator 85 via a pipe-shaped mounting portion 85b. Ammonia gas is supplied to the circumferential concentrator 85 from the ammonia supply source 50 (see FIG. 1) through the ammonia gas supply pipe 87 .
  • the circumferential concentrator 85 has a rhombic shape when viewed from the inner peripheral side of the outer cylinder nozzle 62, and gradually widens from an upstream end 85c to a downstream end 85e from an intermediate position 85d. The width gradually narrows to .
  • a plurality of ammonia gas ejection holes 85a are formed in the downstream side 85f from the intermediate position 85d to the downstream end 85e.
  • a bottom surface 85g which is an inner circumferential surface of the circumferential concentrator 85, is closed.
  • the pulverized fuel is concentrated on the inner wall side of the outer cylinder nozzle 62 .
  • the width of the flow path in the circumferential direction is partially reduced, and fine particles are collected in the circumferential direction. It was decided to enrich the fuel.
  • the ammonia gas can be mixed with the pulverized fuel concentrated in the circumferential direction to promote combustion.
  • FIGS. 7A and 7B a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • ammonia gas was used in the first embodiment, this embodiment differs in that liquid ammonia is used.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted, and mainly the different configurations will be described.
  • the inner cylinder nozzle 61 is provided with a liquid ammonia supply pipe 90 for injecting liquid ammonia.
  • a plurality of liquid ammonia supply pipes 90 are provided at predetermined intervals around the central axis CL. Liquid ammonia is supplied to the liquid ammonia supply pipe 90 from the ammonia supply source 50 (see FIG. 1). Air is supplied to the inner cylinder nozzle 61 .
  • a liquid ammonia injection tip 92 is provided in the liquid ammonia supply pipe 90 as shown in FIG. 7B. As shown in FIG. 7B, a liquid ammonia flow path is formed in the liquid ammonia injection tip 92, and atomized liquid ammonia fuel is injected into the inner cylinder nozzle 61 from a plurality of injection holes 92a. be.
  • the liquid ammonia injection tip 92 injects the liquid ammonia by pressure atomization. Liquid ammonia is injected upstream of the ammonia flame stabilizer 67 from the liquid ammonia injection tip 92 of the liquid ammonia supply pipe 90 .
  • liquid ammonia can also be supplied to the oil nozzle 63 for injecting oil fuel, which is the same liquid.
  • the temperature near the exit of the burner 21 may drop due to the heat of vaporization, making ignition difficult.
  • the ammonia supply pipes 95 are cylindrical members, and are arranged in plurality in the tertiary air flow path 74 at appropriate intervals in the circumferential direction.
  • the shape, number, etc. of the ammonia supply pipe 95 are not limited as long as the fuel can be stably ignited and burned. Further, the ammonia supplied to the ammonia supply pipe 95 may be liquid or gas.
  • the liquid ammonia is injected on the upstream side of the ammonia flame stabilizer 67 provided at the tip of the inner cylinder nozzle 61 .
  • the liquid ammonia is mixed with the air supplied into the inner cylinder nozzle 61 on the upstream side of the flame stabilizer 67 for ammonia, and the liquid ammonia is vaporized as much as possible by the flame stabilizer 67 for ammonia. Stabilizes the flame holding by Therefore, the co-firing rate of ammonia fuel can be increased.
  • the boiler of the present invention has been described as a boiler that uses solid fuel as fuel.
  • Solid fuels used in boilers include coal, biomass fuel, petroleum coke (PC) fuel, petroleum residue, and the like.
  • the burner, the boiler equipped with the burner, and the method of operating the burner described in each of the embodiments described above are grasped, for example, as follows.
  • a burner (21) includes an inner cylinder nozzle (61) extending along a central axis (CL), and an inner cylinder nozzle (61) extending along the central axis and covering the inner cylinder nozzle
  • An outer cylinder nozzle (62) that is provided and supplies pulverized fuel and primary air into the furnace, and a pulverized fuel flame stabilizer (71) that stabilizes the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle
  • a concentrator (69) provided inside the outer cylinder nozzle and concentrating the finely divided fuel on the side of the finely divided fuel flame stabilizer, supplying ammonia fuel to the inner cylinder nozzle or the outer cylinder nozzle. do.
  • the pulverized fuel is concentrated on the pulverized fuel flame stabilizer side by the concentrator provided inside the outer cylinder nozzle. This makes the flame stabilization by the fine fuel flame stabilizer more stable. Then, by supplying the ammonia fuel to the inner cylinder nozzle or the outer cylinder nozzle, the ammonia fuel is supplied to the vicinity of the flame of the fine powder fuel whose flame holding is strengthened using the concentrator and the fine fuel flame stabilizer. , the co-firing rate of ammonia fuel can be increased.
  • ammonia gas is used as the ammonia fuel, ammonia gas and air are supplied to the inner cylinder nozzle, and a tip of the inner cylinder nozzle is provided with An ammonia flame stabilizer (67) is provided to stabilize the flame of the supplied ammonia gas.
  • the flame is stabilized by supplying ammonia gas and air to the inner cylinder nozzle for premixed combustion.
  • the flame of the ammonia gas is further stabilized by the flame stabilizer for ammonia provided at the tip of the inner cylinder nozzle.
  • the co-firing rate of ammonia fuel can be increased.
  • a burner according to an aspect of the present disclosure includes a control valve that controls the flow rate of air supplied to the inner cylinder nozzle, and a control unit that controls the control valve, and the control unit controls the amount of the ammonia fuel.
  • the control valve is controlled so as to decrease the flow rate of the air according to the increase in the co-firing ratio.
  • the flow velocity of the premixed fuel flowing out from the inner cylinder nozzle is reduced by reducing the flow rate of the air according to the increase of the ammonia fuel.
  • ammonia gas is used as the ammonia fuel, the ammonia gas is supplied to the inner cylinder nozzle, the concentrator is provided on an outer wall of the inner cylinder nozzle, and the The concentrator is provided with ammonia gas ejection holes (80, 80') for ejecting the ammonia gas guided from the inner cylinder nozzle into the outer cylinder nozzle.
  • the pulverized fuel can be concentrated on the inner wall side of the outer cylinder nozzle. Since the ammonia gas is ejected into the outer cylinder nozzle from the ammonia gas ejection holes formed in the concentrator, the flame can be formed together with the fine powder fuel, and the co-firing ratio of the ammonia fuel can be increased.
  • the ammonia gas ejection holes are formed in a direction in which the ammonia gas is ejected along the central axis.
  • the ammonia gas ejection holes are formed in a direction in which the ammonia gas is inclined with respect to the central axis and ejected toward the outer peripheral side.
  • the ammonia gas By tilting the ammonia gas from the ammonia gas ejection hole with respect to the central axis and ejecting it toward the outer peripheral side, the ammonia gas spreads on the inner wall side of the outer cylinder nozzle, and the concentrator spreads the ammonia gas on the inner wall side of the outer cylinder nozzle. It is mixed with highly concentrated pulverized fuel to promote combustion.
  • a distributor (82) that partitions the inner channel and the outer channel is provided at the tip of the outer cylinder nozzle.
  • a distributor is provided at the tip of the outer cylinder nozzle to separate the inner channel and the outer channel of the outer cylinder nozzle, thereby creating an inner channel in which primary air mainly flows and an outer channel in which concentrated pulverized fuel mainly flows. It was decided to form As a result, the primary air flowing through the inner flow path can be used for combustion of the ammonia gas, and the concentrated pulverized fuel flowing through the outer flow path can promote ignition of the pulverized fuel.
  • ammonia gas is used as the ammonia fuel
  • the concentrator is provided on the outer wall of the inner cylinder nozzle, and the inner wall at the tip of the outer cylinder nozzle is circumferentially provided with A plurality of circumferential concentrators (85) are provided at predetermined intervals, and ammonia gas ejection holes (85a) for ejecting the ammonia gas are formed in the circumferential concentrators.
  • the pulverized fuel is concentrated on the inner wall side of the outer cylinder nozzle.
  • the width of the flow path in the circumferential direction is partially reduced, and the pulverized fuel is supplied in the circumferential direction. I decided to concentrate.
  • the ammonia gas is mixed with the pulverized fuel concentrated in the circumferential direction to promote combustion.
  • liquid ammonia is used as the ammonia fuel, air is supplied to the inner cylinder nozzle, and air is supplied to the tip of the inner cylinder nozzle from the inner cylinder nozzle.
  • a flame stabilizer for ammonia (67) for holding the flame of ammonia is provided, and inside the inner cylinder nozzle, a liquid ammonia supply pipe (90) for spraying the liquid ammonia on the upstream side of the flame stabilizer for ammonia is provided. ) is provided.
  • liquid ammonia fuel is supplied from the inner cylinder nozzle, and ammonia is injected from an ammonia supply pipe provided on the outer peripheral side of the outer cylinder nozzle.
  • the co-firing ratio of ammonia can be increased. Also, by supplying liquid ammonia from the inner cylinder nozzle, the temperature in the vicinity of the exit of the burner decreases due to the heat of vaporization, which may make ignition difficult. Proper ignition can be achieved by reducing the amount of liquid ammonia supplied from.
  • Ammonia supplied from the ammonia supply pipe may be liquid or gas.
  • a boiler (10) according to one aspect of the present disclosure includes any one of the burners described above.
  • a method of operating a burner includes an inner cylinder nozzle extending along a central axis, an inner cylinder extending along the central axis and provided to cover the inner cylinder nozzle, pulverized fuel and an outer cylinder nozzle for supplying primary air into the furnace; a pulverized fuel flame stabilizer for stabilizing the flame of the pulverized fuel supplied from the outer cylinder nozzle; and a concentrator for concentrating the pulverized fuel on the fuel flame stabilizer side, wherein ammonia fuel is supplied to the inner cylinder nozzle or the outer cylinder nozzle.
  • the following advantageous effects can be obtained.
  • the fuel ignitability and flame stability are severe conditions, especially in the area of load lower than the rated output, so the upper and lower limits of the co-firing ratio range tends to be narrower.
  • the lower limit of the minimum load tends to be higher than that of a single-fuel burner because a mixed-combustion burner stably forms and maintains flames of multiple fuels with different combustion characteristics.
  • ignition/extinguishing and output (load) adjustment are often performed as a group of burners in one stage.
  • An operation is also performed in which one stage of burners is deactivated and used as a spare to adjust the load of the other operating burner stages, or the number of deactivated burner stages is increased to reduce the load.
  • a wall-fired boiler having the burners of the present disclosure in each stage and row can increase the co-firing ratio of ammonia fuel. Even in the low boiler load range, the upper and lower limits of the co-firing rate are wide, and the lower limit of the minimum load of the boiler can be lowered. Therefore, the operability of the boiler plant, the co-firing ratio, and the flexibility of coping with load fluctuations are enhanced.
  • the co-firing rate of ammonia fuel can be increased, that is, the upper limit of the co-firing rate is high, so some burners in boilers equipped with only burners that burn existing pulverized fuel can be used to burn ammonia.
  • the burner is replaced with a possible burner and the boiler is modified into a mixed-firing boiler, there is an advantage that it is sufficient to replace a smaller number of burners than a burner with a low upper limit of the mixed-firing ratio.
  • the burner of the present disclosure since the range of the upper limit and the lower limit of the co-firing rate of ammonia fuel is wide, in a boiler plant in which a burner that exclusively fires a specific fuel type and a burner that co-fires ammonia and pulverized fuel are mixed, There is an advantage that the selection of burners to be used or stopped and the range of load adjustment are large compared to burners that have a narrow upper and lower limit of the co-firing rate of ammonia fuel.

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Abstract

アンモニア燃料と微粉燃料を混焼させる場合にアンモニア燃料の混焼率を増加させることができるバーナを提供する。中心軸線（ＣＬ）に沿って延在する内筒ノズル（６１）と、中心軸線（ＣＬ）に沿って延在し、内筒ノズル（６１）を覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズル（６２）と、外筒ノズル（６２）から供給された微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器（７１）と、外筒ノズル（６２）の内部に設けられ、微粉燃料用保炎器（７１）側に微粉燃料を濃縮する濃縮器（６９）と、を備え、内筒ノズル（６１）に、アンモニア燃料を供給する。

Description

バーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法
　本開示は、例えば固体燃料を粉砕した微粉燃料とアンモニア燃料とを燃焼させるバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法に関するものである。
　発電用ボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数のバーナが火炉の壁面に配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。
　ボイラに用いられるバーナとして、微粉炭とアンモニア燃料とを混焼させ、又は、微粉炭の専焼およびアンモニア燃料の専焼を行うことが検討されている（例えば特許文献１）。
特開２０２０－４１７４８号公報
　しかし、特許文献１では、微粉炭とアンモニア燃料とを同軸上で混焼させることが開示されているものの、アンモニア燃料の混焼率の増加については何ら検討されていない。例えば、特許文献１の構成では、アンモニア燃料の混焼率を増加させると、微粉炭の保炎が低下してアンモニア燃料との混焼を継続できないという問題がある。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アンモニア燃料と微粉燃料を混焼させる場合にアンモニア燃料の混焼率を増加させることができるバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係るバーナは、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備え、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。
　本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備えたバーナの運転方法であって、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。
　本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
本開示の第１実施形態に係るボイラを示した概略構成図である。 図１のバーナを示した縦断面図である。 本開示の第２実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。 図３Ａの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。 図３Ａの変形例を示したバーナの縦断面図である。 図４Ａの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。 本開示の第４実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。 図６Ａの内筒ノズル及び外筒ノズルを示した正面図である。 図６Ａ及び図６Ｂの周方向濃縮器を示した斜視図である。 本開示の第５実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。 液体アンモニア噴射チップを示した縦断面図である。 本開示の第６実施形態に係るバーナを示した縦断面図である。
　以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。
［第１実施形態］
　図１には、本実施形態の微粉燃料及び／又はアンモニア（ＮＨ３）燃料を主燃料とするボイラ１０が示されている。
　本実施形態のボイラ１０は、固体燃料を粉砕した微粉燃料およびアンモニア燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。固体燃料としては、バイオマス燃料や石炭などが使用される。
　ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０と燃焼ガス通路１２を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。
　燃焼装置２０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ（以下、これらバーナを区別しない場合には単に「バーナ２１」と表記する。）を有している。バーナ２１は、火炉壁１０１に沿って炉幅方向に均等間隔で配設されたもの（例えば、対向燃焼となるように、対向する火炉壁１０１にそれぞれ対向するように炉幅方向に配置されたもの）を、鉛直方向に沿って複数段配置されている。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。
　バーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ、複数の微粉燃料供給管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ（以下、これら微粉燃料供給管を区別しない場合には単に「微粉燃料供給管２２」と表記する。）を介して、複数のミル（粉砕機）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ（以下、これらミルを区別しない場合には単に「ミル３１」と表記する。）に連結されている。ミル３１は、例えば、内部に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持されていて、粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている竪型ローラミルである。粉砕ローラと粉砕テーブルが協働して粉砕された固体燃料は、ミル３１に供給される一次空気（搬送用ガス、酸化性ガス）により、ミル３１が備える分級機（図示省略）に搬送される。分級機では、バーナ２１での燃焼に適した粒径以下の微粉燃料と、該粒径より大きな粗粉燃料とに分級される。微粉燃料は、分級機を通過して、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。分級機を通過しなかった粗粉燃料は、ミル３１の内部で、自重により粉砕テーブル上に落下し、再粉砕される。
　バーナ２１の装着位置における火炉１１の炉外側には、風箱（エアレジスタ）２３が設けられており、この風箱２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Forced　Draft　Fan）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され、風箱２３を介してバーナ２１に二次空気（燃焼用空気、酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。
　燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、これら過熱器を区別しない場合には単に「過熱器１０２」と表記する。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、これら再熱器を区別しない場合には単に「再熱器１０３」と表記する。）、節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。
　燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、ミル３１に供給する一次空気やバーナ２１に供給する二次空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。
　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、微粉燃料とアンモニア燃料との混焼を行う場合には、複数のミル３１が駆動すると、粉砕、分級された微粉燃料が、一次空気と共に微粉燃料供給管２２を介してバーナ２１に供給される。また、空気予熱器４２で加熱された二次空気が、風道２４から風箱２３を介してバーナ２１に供給される。バーナ２１は、微粉燃料と一次空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、二次空気を火炉１１に吹き込む。火炉１１に吹き込まれた微粉燃料混合気が着火し、二次空気と反応することで火炎を形成する。火炉１１内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。なお、本実施形態では、酸化性ガス（一次空気、二次空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。
　また、火炉１１のバーナ２１の装着位置より上方には、火炉１１内に燃焼用追加空気（ＡＡ：Additional　Air）を供給するための複数のアディショナル空気ポート（ＡＡポート）２５が設けられている。アディショナル空気ポート２５には、風道２４から分岐したアディショナル空気ダクト（ＡＡダクト）２６の端部が連結されており、押込通風機３２から供給された空気の一部を、燃焼用追加空気として、アディショナル空気ダクト２６を介してアディショナル空気ポート２５に供給することができる。
　図１に示す火炉１１内部の領域Ａ（風箱２３の高さ方向の設置範囲に対応した領域）では、一次空気と微粉燃料の混合気と二次空気との燃焼により火炎が形成される。ここで、領域Ａにおける空気比が１以下となるように、具体的には、バーナ２１に供給される空気量（一次空気と二次空気の合計量）が、バーナ２１に供給される燃料量に対する理論空気量より少なくなるように設定されることで、火炉１１内部の領域Ａと領域Ｂ（バーナ２１の最上部からアディショナル空気ポート２５の最下部の間の領域）は還元雰囲気となり、燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）が火炉１１の内部で還元される。その後、領域Ｃ（アディショナル空気ポート２５の最下部より上側の領域）において、ＮＯｘが還元された燃焼ガスに、アディショナル空気ポート２５から燃焼用追加空気が供給されて燃焼が完結するが、領域Ａ及び領域Ｂにおける還元効果の分だけ、ＮＯｘの発生量が低減される。
　燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気及び二次空気と熱交換した後、さらにガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。
　ボイラ１０は、アンモニア供給源５０を備えている。アンモニア供給源５０には、アンモニア燃料としてアンモニアが気体又は液体の状態で貯蔵されている。アンモニア燃料は、アンモニア供給源５０から各バーナ２１に供給される。バーナ２１でアンモニアガスを用いる場合には、アンモニア供給源５０ではアンモニア燃料がガスとして貯蔵されるか、あるいは、液体アンモニアとして貯蔵されてバーナ２１に搬送する途中で気化される。バーナ２１で液体アンモニアを用いる場合には、アンモニア供給源５０では液体アンモニアとして貯蔵されることが好ましい。
　微粉燃料とアンモニア燃料との切り替えは、オペレータによる手動で行っても良いが、制御部の指令によって行うこともできる。
　制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
　図２には、バーナ２１が示されている。バーナ２１は、微粉燃料とアンモニアガス（アンモニア燃料）の混焼が可能となっている。
　バーナ２１は、中心軸線ＣＬに沿って延在する内筒ノズル６１と、内筒ノズル６１を覆うように設けられた外筒ノズル６２とを備えている。内筒ノズル６１の内周側には、油ノズル６３が設けられている。各ノズル６１，６２，６３は、それぞれ共通の中心軸線ＣＬを有し、例えば横断面が円形とされ、金属製とされている。
　内筒ノズル６１は、アンモニアガスと空気（燃焼用空気）が供給され、これらの混合気を火炉１１内に噴出する。アンモニアガスは、図１のアンモニア供給源５０から供給される。
　内筒ノズル６１の先端には、油ノズル６３との間にアンモニア用保炎器６７が設けられている。アンモニア用保炎器６７は、例えば羽根形状とされており、アンモニアガスと空気の混合気に対して中心軸線ＣＬ回りに旋回を与える。アンモニア用保炎器６７によって、内筒ノズル６１から噴射されたアンモニアガスの火炎の保炎が行われる。
　外筒ノズル６２内には、ミル３１（図１参照）から導かれた微粉燃料と一次空気が供給される。外筒ノズル６２内には、ベンチュリ６８と濃縮器６９が設けられている。
　ベンチュリ６８は、外筒ノズル６２の内壁に周方向に延在して設けられており、内周側（中心軸線ＣＬ側）に膨出する形状によって外筒ノズル６２内の流路を縮小する。例えば、上流側に位置するとともに内周側に傾斜する上流側傾斜部６８ａと、上流側傾斜部６８ａの頂点に接続されるとともに下流側に向かって外周側に傾斜する下流側傾斜部６８ｂとを備えている。ベンチュリ６８によって、中心軸線ＣＬに向かう速度成分が流れに対して与えられる。
　濃縮器６９は、ベンチュリ６８の下流側に位置し、油ノズル６３の外壁に周方向に延在して固定され、外周側に膨出する形状を有している。例えば、上流側に位置するとともに内周側に傾斜する上流側傾斜部６９ａと、上流側傾斜部６８ａの頂点に接続されるとともに中心軸線ＣＬと平行に延在する円筒部６９ｃと、円筒部６９ｃの下流端に接続されるとともに下流側に向かって外周側に傾斜する下流側傾斜部６９ｂとを備えている。
　濃縮器６９によって、ベンチュリ６８で縮小された流路が拡大され、外筒ノズル６２側の方向（半径方向）に向かう速度成分が流れに対して与えられる。微粉燃料は、一次空気よりも慣性力が大きいので、ベンチュリ６８及び濃縮器６９によって外筒ノズル６２の内壁側に集められ、微粉燃料の高濃度領域を形成する。
　外筒ノズル６２の先端でかつ外周側には、バッフルとされた微粉燃料用保炎器７１が設けられている。微粉燃料用保炎器７１は、外筒ノズル６２を正面から見た場合にリング形状とされている。微粉燃料用保炎器７１によって、二次空気流路７３を流れる二次空気の流れを部分的に遮り、その下流側に保炎領域を形成する。これにより、外筒ノズル６２から供給された微粉燃料の火炎の保炎が行われる。
　油ノズル６３には、図示しない油燃料供給源から油燃料が供給される。油燃料は、バーナ２１の起動時に用いられ、起動後は油燃料の供給が停止されて微量の冷却空気が供給される。
　二次空気流路７３は、外筒ノズル６２を覆うように設けられている。二次空気流路７３の外周側には、二次空気流路７３を覆うように三次空気流路７４が設けられている。三次空気流路７４内には、三次空気に対して旋回を与える旋回器７４ａが設けられている。
　次に、上記構成のバーナ２１の動作について説明する。
　まず、油ノズル６３から油燃料を供給することによってバーナ２１の起動を行う。油ノズル６３から火炉１１内に噴射された油燃料は、内筒ノズル６１から供給された空気とともに火炎を形成し、火炉１１を昇温する。油燃料による火炎は、アンモニア用保炎器６７によって保炎される。すなわち、アンモニア用保炎器６７は、起動時に油燃料の保炎にも用いられる。
　そして、所定温度まで火炉１１内が昇温されて起動が終了すると、油燃料の供給が停止される。油燃料の供給が停止されると、油ノズル６３から微量の空気が油ノズル６３の冷却用として流される。
　バーナの起動を開始して所定時間経過した後に、微粉燃料とアンモニアガスの供給が以下のように行われる。
　微粉燃料は、一次空気とともに外筒ノズル６２から徐々に供給されて、微粉燃料による火炎が形成される。微粉燃料は、ベンチュリ６８及び濃縮器６９によって、外筒ノズル６２の内壁側に高濃度領域を形成する。微粉燃料による火炎は、外筒ノズル６２に設けられた微粉燃料用保炎器７１によって保炎され、二次空気流路７３から供給される二次空気、及び、三次空気流路７４から供給される三次空気によって段階的に燃焼が行われる。
　アンモニアガスは、アンモニア供給源５０（図１参照）からアンモニアガスが内筒ノズル６１内に空気とともに徐々に供給されて、予混合された状態でアンモニア用保炎器６７へと導かれる。アンモニア用保炎器６７によって旋回が与えられた予混合気体は、中心軸線ＣＬに沿って直進し、アンモニアガスの予混合火炎を形成する。このようにしてアンモニアガスの火炎は、アンモニア用保炎器６７によって保炎され、外筒ノズル６２から供給される微粉燃料とともに混焼される。
　以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
　外筒ノズル６２の内部に設けられた濃縮器６９によって、微粉燃料用保炎器７１の内壁側に微粉燃料が濃縮される。これにより、微粉燃料用保炎器７１による保炎がより安定する。そして、内筒ノズル６１にアンモニアガスを供給することによって、濃縮器６９及び微粉燃料用保炎器７１を用いて保炎が強化された微粉燃料の火炎の近傍より具体的には内側にアンモニアガスを供給することで、アンモニアガスの燃焼を安定させてアンモニア燃料の混焼率を増加することができる。例えば、単一のバーナで同時に複数種の燃料を燃焼させる場合のアンモニア燃料の混焼率を５０％以上まで増加することができる。
　内筒ノズル６１にアンモニアガス及び空気を供給して予混合燃焼を行うことで火炎を安定させることとした。その上で、内筒ノズル６１の先端に設けたアンモニア用保炎器６７によってアンモニアガスの火炎をさらに安定させる。これにより、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　なお、本実施形態において、内筒ノズル６１に供給される空気の流量を制御する制御弁（図示せず）を設け、この制御弁の開度を制御部によって制御するようにしても良い。
　このとき、制御部は、アンモニアガス、空気、微粉燃料及び一次空気の流量をセンサ（図示せず）から取得したアンモニア燃料の混焼率（現在値）を演算する。そして、制御部は、アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、空気の流量を減少させるように制御弁の開度を調整する。このように制御することで、アンモニア燃料の混焼率が増大して、微粉燃料の火炎の保持が難しくなるおそれがある場合であっても、アンモニア燃料の増加に応じて空気の流量を減少させることによって、内筒ノズル６１から流出する予混合燃料の流速を低減することができる。これにより、微粉燃料の着火阻害を可及的に回避して微粉燃料の火炎を保持することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
［第２実施形態］
　次に、本開示の第２実施形態について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
　本実施形態は、第１実施形態の油ノズル６３を省略した上で、アンモニアガスの噴出位置が相違する。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
　図３Ａに示されているように、本実施形態のバーナ２１は、最も中心軸線ＣＬに近い位置に内筒ノズル６１が設けられている。したがって、内筒ノズル６１の内側には第１実施形態の油ノズル６３は設けられていない。内筒ノズル６１の火炉１１側の端部（図３Ａにおいうて右端）は、閉じられており、ここからアンモニアガスは噴出されない。内筒ノズル６１には、図１に示したアンモニア供給源５０からアンモニアガスが供給される。ただし、第１実施形態と異なり内筒ノズル６１には、アンモニアガスのみが供給され、空気は供給されない。
　図３Ｂに示すように、濃縮器６９には、複数のスリット（アンモニアガス噴出孔）８０が複数形成されている。これらスリット８０は、半径方向に縦長とされた流路が放射状に形成されている。スリット８０は、本実施形態では４つとされているが、その数は特に限定されず、２つ以上または３つ以上であれば良い。各スリット８０は、内筒ノズル６１と連通しており、アンモニアガスが流通するようになっている。各スリット８０は、図３Ａに示すように、濃縮器６９の下流側傾斜部６８ｂに形成されており、矢印で示すようにアンモニアガスを中心軸線ＣＬに沿う方向に噴射する。スリット８０によって、アンモニアガスは外筒ノズル６２内に噴射される。アンモニアガスの燃焼用空気は、外筒ノズル６２内を流れる一次空気が用いられる。
　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　濃縮器６９に形成した各スリット８０から外筒ノズル６２内にアンモニアガスを噴出することとしたので、微粉燃料とともに火炎を形成することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　スリット８０からアンモニアガスを中心軸線ＣＬに沿って噴出して可及的に半径方向に広がらないようにしたので、濃縮器６９によって外筒ノズル６２の内壁側に濃縮された微粉燃料との混合を遅延させて、ＮＯｘ低減が可能となる。
　なお、本実施形態では、スリット８０から中心軸線ＣＬに沿ってアンモニアガスを噴出するようにしたが、図４Ａ及び図４Ｂに示すように変更しても良い。
　具体的には、アンモニアガスの噴出方向を変える。スリット８０’は、図４Ａ及び図４Ｂに矢印で示すように、アンモニアガスが中心軸線ＣＬに対して傾斜して外周側（半径方向）に向かって噴出される向きに形成されている。
　スリット８０’からアンモニアガスを中心軸線ＣＬに対して傾斜させて外周側に向かって噴出するようにすることで、アンモニアガスが外筒ノズル６２の内壁側に広がり、濃縮器６９によって外筒ノズル６２の内壁側に濃縮された微粉燃料と混合され、燃焼を促進させることができる。
［第３実施形態］
　次に、本開示の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
　本実施形態は、第２実施形態に対して、分配器８２が追加されている点で相違し、その他の構成については同様なので、同一符号を付してその説明を省略する。
　図５に示されているように、外筒ノズル６２の先端の内側に、リング形状の分配器８２が設けられている。分配器８２は、濃縮器６９の下流側傾斜部６９ｂの下流端を取り囲むように設けられている。分配器８２によって、外筒ノズル６２内の流路が内側流路６２ａと外側流路６２ｂとに仕切られている。
　外筒ノズル６２の内側流路６２ａと外側流路６２ｂとを仕切ることで、濃縮器６９で分離されて主として一次空気が流れる内側流路６２ａと、主として濃縮された微粉燃料が流れる外側流路６２ｂとを形成することとした。これにより、内側流路６２ａを流れる一次空気をアンモニアガスの燃焼に用いることができ、外側流路６２ｂを流れる濃縮した微粉燃料によって微粉燃料の着火を促進することができる。
　なお、本実施形態において、図５に示したように、アンモニアガスの噴出方向が図４Ａのように中心軸線ＣＬに対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きとされているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図３Ａに示したように、スリット８０から中心軸線ＣＬに沿ってアンモニアガスを噴出するようにしても良い。
［第４実施形態］
　次に、本開示の第４実施形態について、図６Ａ乃至図６Ｃを用いて説明する。
　第２実施形態ではアンモニアガスを外筒ノズル６２の内周側から吹き出す構成としたが、本実施形態はアンモニアガスが外筒ノズル６２の内壁側から吹き出す点で相違する。以下の説明では、第２実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
　図６Ａに示されているように、内筒ノズル６１からアンモニアガスは供給されない。内筒ノズル６１は、基本的に微量の冷却空気が流されるが、必要であれば起動時に油ノズルとして使用される。
　外筒ノズル６２の内壁には、複数の周方向濃縮器８５が設けられている。各周方向濃縮器８５は、濃縮器６９の下流側傾斜部６９ｂの外周側に位置している。
　図６Ｂに示されているように、各周方向濃縮器８５は、周方向に所定間隔を空けて外筒ノズル６２の内壁の周方向に沿って設けられている。濃縮器６９によって濃縮された微粉燃料が、隣り合う周方向濃縮器８５の間を縮流して流れるようになっている。
　図６Ｃには、一例として２つの周方向濃縮器８５が示されている。同図では、上方が外筒ノズル６２の外周側を示し、下方が外筒ノズル６２の内周側を示す。図６Ｃに示されているように、周方向濃縮器８５の先端（下流端）には、アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔８５ａが設けられている。周方向濃縮器８５には、パイプ形状とされた取付部８５ｂを介して、アンモニアガス供給管８７（図６Ａ及び図６Ｂ参照）が接続されている。アンモニアガス供給管８７を介して、アンモニア供給源５０（図１参照）からアンモニアガスが周方向濃縮器８５に供給される。
　周方向濃縮器８５は、図６Ｃに示したように、外筒ノズル６２の内周側から見たときに菱形形状となっており、上流端８５ｃから漸次幅広となり、中間位置８５ｄから下流端８５ｅにかけて漸次幅狭となっている。中間位置８５ｄから下流端８５ｅに至る下流側面８５ｆに、複数のアンモニアガス噴出孔８５ａが形成されている。なお、周方向濃縮器８５の内周側の面である底面８５ｇは閉じられている。
　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　濃縮器６９を内筒ノズル６１の外壁に設けることによって、外筒ノズル６２の内壁側に微粉燃料を濃縮させる。そして、外筒ノズル６２の先端の内壁に、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器８５を設けることによって、周方向の流路幅を部分的に縮小させ、周方向において微粉燃料を濃縮することとした。そして、周方向濃縮器８５に設けたアンモニアガス噴出孔８５ａからアンモニアガスを噴出させることで、周方向に濃縮された微粉燃料と混合させて燃焼を促進させることができる。
［第５実施形態］
　次に、本開示の第５実施形態について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。
　第１実施形態ではアンモニアガスを用いることとしたが、本実施形態では液体アンモニアを用いる点で相違する。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、主として相違する構成について説明する。
　図７Ａに示されているように、内筒ノズル６１内には、液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管９０が設けられている。液体アンモニア供給管９０は、中心軸線ＣＬ回りに所定間隔を空けて複数設けられている。液体アンモニアは、アンモニア供給源５０（図１参照）から液体アンモニア供給管９０に供給される。内筒ノズル６１には、空気が供給される。
　液体アンモニア供給管９０内には、図７Ｂに示すように液体アンモニア噴射チップ９２が設けられている。液体アンモニア噴射チップ９２内には、図７Ｂに示すように、液体アンモニア流路が形成されており、複数の噴射孔９２ａから微粒化された液体アンモニア燃料が内筒ノズル６１内に向けて噴射される。液体アンモニア噴射チップ９２によって、液体アンモニアは圧力噴霧によって噴射される。液体アンモニア供給管９０の液体アンモニア噴射チップ９２から、液体アンモニアがアンモニア用保炎器６７の上流側に噴射される。
［第６実施形態］
　次に、本開示の第６実施形態について、図８を用いて説明する。
　第５実施形態で液体アンモニアを供給する形態を示したが、液体アンモニアを燃焼させるバーナとしては、同じ液体である油燃料を噴射させる油ノズル６３に液体アンモニアを供給することもできる。この場合、バーナ２１の中心軸線ＣＬ側から液体アンモニアを火炉１１内に多量に供給すると、気化熱によりバーナ２１の出口近傍の温度が下がり、着火が困難になることが考えられる。そのため、油ノズル６３から供給するアンモニアに加えて、油ノズル６３の外周側、すなわち三次空気流路７４に設けられたアンモニア供給管９５からも必要な量のアンモニアを供給することがのぞましい。
　アンモニア供給管９５は、筒状部材とされ、適切な周方向間隔で三次空気流路７４内に複数配置されている。ただし、アンモニア供給管９５の形状・数量等に限定は無く、燃料を安定的に着火させ、燃焼させることができるものであれば良い。また、アンモニア供給管９５に供給するアンモニアは、液体でもガスでも良い。
　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　内筒ノズル６１の先端に設けたアンモニア用保炎器６７の上流側で液体アンモニアを噴射することとした。これにより、アンモニア用保炎器６７の上流側で内筒ノズル６１内に供給された空気と混合し、液体アンモニアはアンモニア用保炎器６７で可及的に気化され、アンモニア用保炎器６７による保炎が安定する。よって、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　上述した各実施形態では、本発明のボイラを、燃料に固体燃料を使用するボイラとして説明した。ボイラに使用される固体燃料としては、石炭、バイオマス燃料、石油コークス（ＰＣ：Petroleum Coke）燃料、石油残渣などが使用される。
　以上説明した各実施形態に記載のバーナ及びこれを備えたボイラ並びにバーナの運転方法は、例えば以下のように把握される。
　本開示の一態様に係るバーナ（２１）は、中心軸線（ＣＬ）に沿って延在する内筒ノズル（６１）と、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズル（６２）と、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器（７１）と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器（６９）と、を備え、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。
　外筒ノズルの内部に設けられた濃縮器によって、微粉燃料用保炎器側に微粉燃料が濃縮される。これにより、微粉燃料用保炎器による保炎がより安定する。そして、内筒ノズル又は外筒ノズルにアンモニア燃料を供給することによって、濃縮器及び微粉燃料用保炎器を用いて保炎が強化された微粉燃料の火炎の近傍にアンモニア燃料を供給することで、アンモニア燃料の混焼率を増加することができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記内筒ノズルには、アンモニアガス及び空気が供給され、前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給された前記アンモニアガスの火炎を保炎するアンモニア用保炎器（６７）が設けられている。
　内筒ノズルにアンモニアガス及び空気を供給して予混合燃焼を行うことで火炎を安定いさせる。その上で、内筒ノズルの先端に設けたアンモニア用保炎器によってアンモニアガスの火炎をさらに安定させる。これにより、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記内筒ノズルに供給される空気の流量を制御する制御弁と、前記制御弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、前記空気の流量を減少させるように前記制御弁を制御する。
　アンモニア燃料の混焼率が増大すると、微粉燃料の火炎の保持が難しくなるおそれがある。そこで、アンモニア燃料の増加に応じて空気の流量を減少させることによって、内筒ノズルから流出する予混合燃料の流速を低減することとした。これにより、微粉燃料の着火阻害を可及的に回避して微粉燃料の火炎を保持することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記内筒ノズルには、アンモニアガスが供給され、前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、前記濃縮器には、前記内筒ノズルから導かれた前記アンモニアガスを前記外筒ノズル内に噴出するアンモニアガス噴出孔（８０，８０’）が設けられている。
　濃縮器を内筒ノズルの外壁に設けることによって、外筒ノズルの内壁側に微粉燃料を濃縮させることができる。
　濃縮器に形成したアンモニアガス噴出孔から外筒ノズル内にアンモニアガスを噴出することとしたので、微粉燃料とともに火炎を形成することができ、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に沿って噴出される向きに形成されている。
　アンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを中心軸線に沿って噴出するようにすることで、濃縮器によって外筒ノズルの内壁側に濃縮された微粉燃料との混合を遅延させて、ＮＯｘ低減が可能となる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きに形成されている。
　アンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを中心軸線に対して傾斜させて外周側に向かって噴出するようにすることで、アンモニアガスが外筒ノズルの内壁側に広がり、濃縮器によって外筒ノズルの内壁側に濃縮された微粉燃料と混合され、燃焼が促進される。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記外筒ノズルの先端に、内側流路と外側流路とを仕切る分配器（８２）が設けられている。
　外筒ノズルの先端に分配器を設け、外筒ノズルの内側流路と外側流路とを仕切ることで、主として一次空気が流れる内側流路と、主として濃縮された微粉燃料が流れる外側流路とを形成することとした。これにより、内側流路を流れる一次空気をアンモニアガスの燃焼に用いることができ、外側流路を流れる濃縮した微粉燃料によって微粉燃料の着火を促進することができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、前記外筒ノズルの先端の内壁には、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器（８５）が設けられ、前記周方向濃縮器には、前記アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔（８５ａ）が形成されている。
　濃縮器を内筒ノズルの外壁に設けることによって、外筒ノズルの内壁側に微粉燃料を濃縮させる。そして、外筒ノズルの先端の内壁に、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器を設けることによって、周方向の流路幅を部分的に縮小させ、周方向において微粉燃料を濃縮することとした。そして、周方向濃縮器に設けたアンモニアガス噴出孔からアンモニアガスを噴出させることで、周方向に濃縮された微粉燃料と混合させて燃焼を促進させることとした。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記アンモニア燃料として、液体アンモニアが用いられ、前記内筒ノズルには、空気が供給され、前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給されたアンモニアの火炎を保炎するアンモニア用保炎器（６７）が設けられ、前記内筒ノズルの内部には、前記アンモニア用保炎器の上流側で前記液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管（９０）が設けられている。
　内筒ノズルの先端に設けたアンモニア用保炎器の上流側で液体アンモニアを噴射することとした。これにより、アンモニア用保炎器の上流側で内筒ノズル内に供給された空気と混合し、液体アンモニアは保炎器で可及的に気化され、アンモニア用保炎器による保炎が安定する。よって、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる。
　本開示の一態様に係るバーナでは、前記内筒ノズルから液体アンモニア燃料を供給し、前記外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射する。
　内筒ノズルから液体アンモニアを供給するとともに、外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射することで、アンモニアの混焼率を上げることができる。また、内筒ノズルから液体アンモニアを供給することで気化熱によりバーナの出口近傍の温度が下がり、着火が困難になるおそれがあるが、アンモニア供給管から供給するアンモニアに相当する量だけ内筒ノズルから供給する液体アンモニアの量を減らすことで、適切に着火を行うことができる。なお、アンモニア供給管から供給するアンモニアは、液体でもガスでも良い。
　本開示の一態様に係るボイラ（１０）は、上記のいずれかのバーナを備えている。
　本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、を備えたバーナの運転方法であって、前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給する。
　さらに、本開示の一態様に係るバーナによれば、以下の有利な効果を得ることができる。
　単一のバーナで微粉燃料とアンモニア燃料とを同時に燃焼させる混焼バーナにおいて、特に定格出力よりも低負荷の領域では燃料の着火性および保炎性に関して厳しい条件となるため、混焼率の上限と下限の範囲が狭くなる傾向にある。
　また、最低負荷の下限も、混焼バーナでは燃焼特性の異なる複数燃料の火炎を安定に形成・保持させるため、特定燃料の専焼バーナに比べて高めになりやすい。
　火炉壁面に複数段、複数列のバーナを配列して燃焼させる壁面燃焼式のボイラでは、一段のバーナ群を一つのグループとして点火・消火、出力（負荷）調整を行うことが多い。
　一段のバーナを休止して予備とし、他の運転するバーナ段の負荷を調整したり、さらに休止するバーナ段を増やして負荷を下げる運用も行われる。
　本開示のバーナを各段、各列に備えた壁面燃焼式のボイラであれば、アンモニア燃料の混焼率を高められる。
　ボイラ負荷の低い領域でも、混焼率の上限と下限の範囲が広く、ボイラの最低負荷の下限も低められる。従って、ボイラプラントの運用性、混焼率および負荷変動への対応の柔軟性が高められる。
　本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率を増加させることができる、即ち混焼率の上限が高いので、既存の微粉燃料を燃焼させるバーナのみを備えたボイラの一部のバーナをアンモニア燃焼可能なバーナに置き換えて混焼ボイラへと改造する場合に、混焼率の上限が低いバーナに比べて少ない台数のバーナを置き換えることで足りるという利点がある。
　本開示のバーナによれば、アンモニア燃料の混焼率の上限と下限の範囲が広いので、特定の燃料種を専焼するバーナと、アンモニアと微粉燃料とを混焼させるバーナとが混在するボイラプラントにおいて、使用ないし休止するバーナの選択や負荷の調整範囲が、アンモニア燃料の混焼率の上限と下限の範囲が狭いバーナに比べて大きいという利点がある。
　また、低負荷でも安定した燃焼が得られ、最低負荷の下限も低く設定できる。
　ボイラプラントにおける燃料調達等の事情に応じた、燃料の供給割合、すなわち混焼率を増減させるなどの柔軟な運用にも対応しやすい。
１０　ボイラ
１１　火炉
１２　燃焼ガス通路
１３　煙道
２０　燃焼装置
２１　バーナ
２２　微粉燃料供給管
２３　風箱（エアレジスタ）
２４　風道（空気ダクト）
２５　アディショナル空気ポート
２６　アディショナル空気ダクト
３１　ミル（粉砕機）
３２　押込通風機（ＦＤＦ）
４１　ガスダクト
４２　空気予熱器
４３　脱硝装置
４４　集じん装置
４５　誘引通風機（ＩＤＦ）
４６　脱硫装置
４７　煙突
５０　アンモニア供給源
６１　内筒ノズル
６２　外筒ノズル
６２ａ　内側流路
６２ｂ　外側流路
６３　油ノズル
６７　アンモニア用保炎器
６８　ベンチュリ
６８ａ　上流側傾斜部
６８ｂ　下流側傾斜部
６９　濃縮器
６９ａ　上流側傾斜部
６９ｂ　下流側傾斜部
６９ｃ　円筒部
７１　微粉燃料用保炎器
７３　二次空気流路
７４　三次空気流路
７４ａ　旋回器
８０，８０’　スリット（アンモニアガス噴出孔）
８２　分配器
８５　周方向濃縮器
８５ａ　アンモニアガス噴出孔
８５ｂ　取付部
８５ｃ　上流端
８５ｄ　中間位置
８５ｅ　下流端
８５ｆ　下流側面
８５ｇ　底面
８７　アンモニアガス供給管
９０　液体アンモニア供給管
９２　液体アンモニア噴射チップ
９２ａ　噴射孔
９５　液体アンモニア供給管
１０１　火炉壁
１０２　過熱器
１０３　再熱器
１０４　節炭器

Claims (12)

  1. 　中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、
    　前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、
    　前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、
    　前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、
    　を備え、
    　前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給するバーナ。
  2. 　前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
    　前記内筒ノズルには、アンモニアガス及び空気が供給され、
    　前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給された前記アンモニアガスの火炎を保炎するアンモニア用保炎器が設けられている請求項１に記載のバーナ。
  3. 　前記内筒ノズルに供給される空気の流量を制御する制御弁と、
    　前記制御弁を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記アンモニア燃料の混焼率の増加に応じて、前記空気の流量を減少させるように前記制御弁を制御する請求項２に記載のバーナ。
  4. 　前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
    　前記内筒ノズルには、アンモニアガスが供給され、
    　前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、
    　前記濃縮器には、前記内筒ノズルから導かれた前記アンモニアガスを前記外筒ノズル内に噴出するアンモニアガス噴出孔が設けられている請求項１に記載のバーナ。
  5. 　前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に沿って噴出される向きに形成されている請求項４に記載のバーナ。
  6. 　前記アンモニアガス噴出孔は、前記アンモニアガスが前記中心軸線に対して傾斜して外周側に向かって噴出される向きに形成されている請求項４に記載のバーナ。
  7. 　前記外筒ノズルの先端に、内側流路と外側流路とを仕切る分配器が設けられている請求項４に記載のバーナ。
  8. 　前記アンモニア燃料として、アンモニアガスが用いられ、
    　前記濃縮器は、前記内筒ノズルの外壁に設けられ、
    　前記外筒ノズルの先端の内壁には、周方向に所定間隔を有して複数の周方向濃縮器が設けられ、
    　前記周方向濃縮器には、前記アンモニアガスを噴出するアンモニアガス噴出孔が形成されている請求項１に記載のバーナ。
  9. 　前記アンモニア燃料として、液体アンモニアが用いられ、
    　前記内筒ノズルには、空気が供給され、
    　前記内筒ノズルの先端には、前記内筒ノズルから供給されたアンモニアの火炎を保炎するアンモニア用保炎器が設けられ、
    　前記内筒ノズルの内部には、前記アンモニア用保炎器の上流側で前記液体アンモニアを噴射する液体アンモニア供給管が設けられている請求項１に記載のバーナ。
  10. 　前記内筒ノズルから液体アンモニア燃料を供給し、
    　前記外筒ノズルの外周側に設けられたアンモニア供給管からアンモニアを噴射する請求項１に記載のバーナ。
  11. 　請求項１から１０のいずれかのバーナを備えたボイラ。
  12. 　中心軸線に沿って延在する内筒ノズルと、
    　前記中心軸線に沿って延在し、前記内筒ノズルを覆うように設けられ、微粉燃料及び一次空気を火炉内に供給する外筒ノズルと、
    　前記外筒ノズルから供給された前記微粉燃料の火炎を保炎する微粉燃料用保炎器と、
    　前記外筒ノズルの内部に設けられ、前記微粉燃料用保炎器側に前記微粉燃料を濃縮する濃縮器と、
    　を備えたバーナの運転方法であって、
    　前記内筒ノズル又は前記外筒ノズルに、アンモニア燃料を供給するバーナの運転方法。
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