WO2024122143A1 - 燃焼装置 - Google Patents

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WO2024122143A1
WO2024122143A1 PCT/JP2023/032976 JP2023032976W WO2024122143A1 WO 2024122143 A1 WO2024122143 A1 WO 2024122143A1 JP 2023032976 W JP2023032976 W JP 2023032976W WO 2024122143 A1 WO2024122143 A1 WO 2024122143A1
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WO
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ammonia
nozzle
injection port
furnace
injected
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/032976
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French (fr)
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大樹 石井
泰林 金海
亮 花岡
Original Assignee
株式会社Ihi
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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 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply

Definitions

  • Patent Document 1 discloses a burner that mixes pulverized coal and ammonia as fuel.
  • the purpose of this disclosure is to provide a combustion device that can suppress the generation of NOx.
  • the combustion device of the present disclosure includes at least one first ammonia nozzle having a first nozzle facing the inside of the furnace, a plurality of second ammonia nozzles having a second nozzle facing the inside of the furnace and arranged at intervals in a circumferential direction surrounding the at least one first ammonia nozzle, an air flow path communicating with the inside of the furnace, arranged around the plurality of second ammonia nozzles and provided with a swirler, and a control device that controls the flow rate of ammonia injected from the first nozzle and the flow rate of ammonia injected from the second nozzle so that the flow rate of ammonia injected from the second nozzle is faster than the flow rate of ammonia injected from the first nozzle.
  • the at least one first ammonia nozzle may include a plurality of first ammonia nozzles arranged at intervals in the circumferential direction, and the first nozzle of each of the plurality of first ammonia nozzles may face the center in the circumferential direction when viewed from inside the furnace.
  • the second nozzle faces in a direction inclined with respect to the central axis direction of the second ammonia nozzle, and the second ammonia nozzle may be arranged to be rotatable about its central axis.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a boiler according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a combustion device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a front view of a burner according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a combustion state in the combustion device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a combustion state according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a combustion device according to a first modified example.
  • FIG. 7 is a front view showing a burner according to a first modified example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a combustion device according to a second modified example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a boiler 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the boiler 1 includes a furnace 2, a flue 3, and a burner 4.
  • the furnace 2 burns fuel to generate combustion heat.
  • the furnace 2 has a cylindrical shape, such as a rectangular cylinder shape, extending vertically.
  • high-temperature combustion gas is generated by burning the fuel.
  • An exhaust port 2a is provided at the bottom of the furnace 2 to discharge ash generated by the combustion of the fuel to the outside.
  • the flue 3 is a passage that guides the combustion gas generated in the furnace 2 to the outside as exhaust gas.
  • the flue 3 is connected to the top of the furnace 2.
  • the flue 3 has a horizontal flue 3a and a rear flue 3b.
  • the horizontal flue 3a extends horizontally from the top of the furnace 2.
  • the rear flue 3b extends downward from the end of the horizontal flue 3a.
  • the boiler 1 is equipped with a superheater (not shown) that is installed on the top of the furnace 2. In the superheater, heat is exchanged between the combustion heat generated in the furnace 2 and water, thereby generating steam.
  • the boiler 1 may also be equipped with various devices such as a reheater, a coal economizer, or an air preheater that are not shown in FIG. 1.
  • the burners 4 are provided on the wall at the bottom of the furnace 2.
  • a plurality of burners 4 are provided in the furnace 2 at intervals in the circumferential direction of the furnace 2.
  • the burners 4 are also provided at intervals in the vertical direction, which is the extension direction of the furnace 2.
  • the burners 4 inject ammonia as fuel into the internal space 2b of the furnace 2.
  • the ammonia injected from the burners 4 burns, forming a flame F in the internal space 2b of the furnace 2.
  • the furnace 2 is provided with an ignition device (not shown) that ignites the ammonia injected from the burners 4.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the combustion device 10 according to this embodiment.
  • the combustion device 10 includes a burner 4, an ammonia tank 5, a first flow control valve 6, a second flow control valve 7, and a control device 8.
  • FIG. 3 is a front view showing the burner 4 according to this embodiment. Specifically, FIG. 3 is a view of the burner 4 from inside the furnace 2.
  • the burner 4 is attached to the wall of the furnace 2 outside the furnace 2.
  • the burner 4 has a first ammonia nozzle 41, a plurality of second ammonia nozzles 42, a nozzle case 43, a housing 44, an air flow path 45, and a swirler 46.
  • the first ammonia nozzle 41 and the multiple second ammonia nozzles 42 are nozzles that spray ammonia.
  • the first ammonia nozzle 41 and the multiple second ammonia nozzles 42 have a substantially cylindrical shape.
  • the first ammonia nozzle 41 and the multiple second ammonia nozzles 42 are housed in the nozzle case 43 while being held in the nozzle case 43.
  • the nozzle case 43 has a substantially cylindrical shape.
  • the first ammonia nozzle 41, the multiple second ammonia nozzles 42, and the nozzle case 43 extend in the same direction. Specifically, the first ammonia nozzle 41, the multiple second ammonia nozzles 42, and the nozzle case 43 extend in a direction that intersects with the wall of the furnace 2 (specifically, in a direction that is substantially perpendicular).
  • the first ammonia nozzle 41 extends on the central axis of the nozzle case 43.
  • the multiple second ammonia nozzles 42 are arranged around the first ammonia nozzle 41.
  • the multiple second ammonia nozzles 42 are arranged at intervals in the circumferential direction surrounding the first ammonia nozzle 41.
  • the number of second ammonia nozzles 42 is eight.
  • the number of second ammonia nozzles 42 may be other than eight.
  • the multiple second ammonia nozzles 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the nozzle case 43.
  • the multiple second ammonia nozzles 42 may be arranged at unequal intervals in the circumferential direction of the nozzle case 43.
  • the circumferential direction surrounding the first ammonia nozzle 41 coincides with the circumferential direction of the nozzle case 43.
  • this direction is also referred to as the circumferential direction of the burner 4.
  • the extension direction of the central axis of the circumferential direction surrounding the first ammonia nozzle 41 coincides with the central axial direction of the nozzle case 43.
  • this direction is also referred to as the central axial direction of the burner 4.
  • the radial direction relative to the circumferential direction surrounding the first ammonia nozzle 41 coincides with the radial direction of the nozzle case 43.
  • this direction is also referred to as the radial direction of the burner 4.
  • a first injection port 41a is provided at the tip of the first ammonia nozzle 41 (the end on the right side in FIG. 2).
  • the first injection port 41a faces the internal space 2b of the furnace 2.
  • the ammonia supplied to the first ammonia nozzle 41 is injected from the first injection port 41a into the internal space 2b of the furnace 2.
  • the first injection port 41a faces the central axis direction of the first ammonia nozzle 41.
  • the flow of ammonia injected from the first injection port 41a is shown diagrammatically by the arrow A1 in FIG. 2.
  • the injection direction of ammonia from the first injection port 41a is the central axis direction of the burner 4.
  • a second injection port 42a is provided at the tip of each second ammonia nozzle 42 (the end on the right side in FIG. 2).
  • the second injection port 42a faces the internal space 2b of the furnace 2.
  • the ammonia supplied to each second ammonia nozzle 42 is injected from the second injection port 42a into the internal space 2b of the furnace 2.
  • the second injection port 42a faces in a direction inclined with respect to the central axis direction of the second ammonia nozzle 42.
  • the flow of ammonia injected from the second injection port 42a is shown diagrammatically by the arrow A2 in FIG. 2 and FIG. 3.
  • the injection direction of ammonia from the second injection port 42a is the circumferential direction of the burner 4 when viewed from the internal space 2b of the furnace 2.
  • the second injection port 42a faces in a direction inclined with respect to the central axis direction of the burner 4 in the circumferential direction of the burner 4.
  • the second nozzle 42a faces the tangential direction of the nozzle case 43 when viewed in the central axial direction of the burner 4. Therefore, the ammonia injected from the second nozzle 42a flows radially outward of the burner 4 in parallel to the tangential direction of the nozzle case 43 as shown by arrow A2 when viewed in the central axial direction of the burner 4. As shown by arrow A2 in Figure 2, the ammonia injected from the second nozzle 42a flows radially outward beyond the nozzle case 43 as it moves away from the second nozzle 42a.
  • An accurate illustration of the inclination of the second nozzle 42a is omitted in Figure 2.
  • the first ammonia nozzle 41 and each of the second ammonia nozzles 42 are connected to the ammonia tank 5 via a flow path.
  • the flow path connected to the ammonia tank 5 branches and is connected to the first ammonia nozzle 41 and each of the second ammonia nozzles 42, respectively.
  • Ammonia is stored in the ammonia tank 5.
  • ammonia is stored in a liquid state in the ammonia tank 5.
  • the ammonia stored in the ammonia tank 5 is vaporized by a vaporizer (not shown). The vaporized ammonia is supplied to the first ammonia nozzle 41 and each of the second ammonia nozzles 42 through the flow path.
  • the first flow control valve 6 is provided in a portion of the flow path connected to the ammonia tank 5 that is connected to the first ammonia nozzle 41.
  • the first flow control valve 6 adjusts the flow rate of ammonia supplied from the ammonia tank 5 to the first ammonia nozzle 41.
  • the opening degree of the first flow control valve 6 the flow rate of ammonia supplied from the ammonia tank 5 to the first ammonia nozzle 41 is adjusted. This adjusts the flow rate of ammonia sprayed from the first nozzle 41a of the first ammonia nozzle 41.
  • the second flow control valve 7 is provided in a portion of the flow path connected to the ammonia tank 5 that is connected to the multiple second ammonia nozzles 42.
  • the second flow control valve 7 adjusts the flow rate of ammonia supplied from the ammonia tank 5 to each second ammonia nozzle 42.
  • the flow rate of ammonia supplied from the ammonia tank 5 to each second ammonia nozzle 42 is adjusted by adjusting the opening degree of the second flow control valve 7. This adjusts the flow rate of ammonia sprayed from the second injection port 42a of the second ammonia nozzle 42.
  • the second flow control valve 7 may be provided for each second ammonia nozzle 42.
  • the housing 44 covers the tip of the outer peripheral surface of the nozzle case 43 (the end on the right side in FIG. 2) and is connected to the wall of the furnace 2.
  • the housing 44 has a roughly truncated cone shape and is arranged coaxially with the nozzle case 43.
  • An air flow path 45 is defined by the inner surface of the housing 44 and the outer peripheral surface of the nozzle case 43.
  • the air flow path 45 is arranged so as to cover the space between the tip of the nozzle case 43 (the end on the right side in FIG. 2) and the furnace 2. In other words, the air flow path 45 is arranged around the multiple second ammonia nozzles 42. Air is supplied to the air flow path 45.
  • An air injection port 45a is formed at the tip of the air flow path 45 (the end on the right side in FIG. 2).
  • the air injection port 45a faces the internal space 2b of the furnace 2.
  • the air injection port 45a has a circular ring shape.
  • the flow of air through the air flow path 45 is shown diagrammatically by the arrow A3 in FIG. 2. As shown by the arrow A3 in FIG. 2, the air that has passed through the air flow path 45 is injected from the air injection port 45a into the internal space 2b of the furnace 2.
  • a swirler 46 is provided in the air flow path 45.
  • the swirler 46 has swirling blades that impart a swirling force in the circumferential direction of the burner 4 to the air flowing through the air flow path 45. Therefore, the air injected from the air injection port 45a of the air flow path 45 is sent to the internal space 2b of the furnace 2 while swirling in the circumferential direction of the burner 4.
  • FIG. 2 an example is shown in which there is one air path in the air flow path 45.
  • the air flow path 45 may be partially divided, and the air path in the air flow path 45 may branch.
  • a swirler 46 is installed at one location in the air flow direction in the air flow path 45.
  • multiple swirlers 46 may be installed at intervals in the air flow direction in the air flow path 45.
  • the control device 8 includes a central processing unit (CPU), a ROM in which programs and the like are stored, a RAM as a work area, and the like, and controls the entire combustion device 10.
  • the control device 8 controls the operation of the first flow control valve 6 and the second flow control valve 7.
  • the control device 8 can control the flow rate of ammonia injected from the first injection port 41a of the first ammonia nozzle 41 by controlling the aperture of the first flow control valve 6.
  • the control device 8 can control the flow rate of ammonia injected from the second injection port 42a of the second ammonia nozzle 42 by controlling the aperture of the second flow control valve 7.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the combustion state in the combustion device 10 according to this embodiment. As described above, ammonia is injected from the burner 4 into the internal space 2b of the furnace 2. As a result, as shown in FIG. 4, a flame F is formed in the internal space 2b of the furnace 2.
  • the air injected from the air injection port 45a of the air flow path 45 swirls in the circumferential direction of the burner 4.
  • ammonia is injected from the second injection port 42a of the second ammonia nozzle 42 toward the air swirling in the circumferential direction of the burner 4.
  • the ammonia injected from the second injection port 42a is effectively mixed with the air while swirling together with the air. Therefore, the ammonia injected from the second injection port 42a is quickly burned.
  • region R in FIG. 4 the ammonia injected from the second nozzle 42a is effectively mixed with the air.
  • Region R is formed near the tip of the burner 4 and is located radially outward of the burner 4 with respect to the flame F.
  • the flame F extends from the inside of region R into the furnace 2.
  • region R the ratio of air to ammonia is locally low.
  • the control device 8 controls the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a of the first ammonia nozzle 41 and the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a of the second ammonia nozzle 42 so that the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a is faster than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a.
  • the magnitude relationship between the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a and the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a is expressed by the difference in thickness between the arrow A2 and the arrow A1.
  • the region R where the ratio of air to ammonia is locally low becomes larger compared to when the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a is slower than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a.
  • the faster flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a promotes mixing with the combustion air. Therefore, stable combustion can be achieved while suppressing the generation of NOx.
  • the injection direction of ammonia from the second injection port 42a is the circumferential direction of the burner 4 when the burner 4 is viewed from inside the furnace 2.
  • the ammonia injected from the second injection port 42a is more likely to be effectively mixed with the air while swirling with the air. Therefore, the combustion stability of the ammonia and the shape stability of the flame F are improved.
  • the injection direction of ammonia from the second injection port 42a is not limited to the example of FIG. 3.
  • the second injection port 42a may face the central axis direction of the second ammonia nozzle 42, and the injection direction of ammonia from the second injection port 42a may be the central axis direction of the burner 4.
  • the second injection port 42a does not have to face the tangential direction of the nozzle case 43 when viewed in the central axis direction of the burner 4, and may face radially inward or outward from the tangential direction.
  • the multiple second ammonia nozzles 42 are arranged at intervals in the circumferential direction surrounding the first ammonia nozzle 41. Therefore, ammonia is injected from each of the multiple second injection ports 42a that are separated from each other. As a result, the total contact area between the ammonia injected from the second injection port 42a and the air is larger than when, for example, the second ammonia nozzle 42 is a single cylindrical nozzle that covers the first ammonia nozzle 41 and ammonia is injected from a single second injection port 42a. Therefore, the ammonia is more likely to be effectively mixed with the air. This improves the combustion stability of the ammonia and the shape stability of the flame F.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the combustion state in the comparative example.
  • the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a of the first ammonia nozzle 41 and the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a of the second ammonia nozzle 42 are controlled so that the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a is slower than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a.
  • the magnitude relationship between the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a and the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a is expressed by the difference in thickness between the arrow A2 and the arrow A1.
  • the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a is slower than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a, so that the region R where the ratio of air to ammonia is locally low becomes smaller.
  • the slow flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a makes it difficult to promote mixing with the combustion air. Therefore, it may be difficult to achieve stable combustion while suppressing the generation of NOx.
  • the combustion device 10 comprises at least one first ammonia nozzle 41 having a first injection port 41a facing the inside of the furnace (in the above example, the internal space 2b of the furnace 2), a plurality of second ammonia nozzles 42 having second injection ports 42a facing the inside of the furnace and arranged at intervals in the circumferential direction surrounding the at least one first ammonia nozzle 41 around the at least one first ammonia nozzle 41, an air flow path 45 that communicates with the inside of the furnace, is arranged around the plurality of second ammonia nozzles 42 and is provided with a swirler 46, and a control device 8 that controls the flow rate of ammonia injected from the first injection port 41a and the flow rate of ammonia injected from the second injection port 42a so that the flow rate of ammonia injected from the second injection port 42a is faster than the flow rate of ammonia injected from the first injection port 41a.
  • the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a becomes faster than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a, and the region R where the ratio of air to ammonia becomes locally low becomes larger compared to the case where the flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a is slower than the flow rate of the ammonia injected from the first nozzle 41a.
  • the high flow rate of the ammonia injected from the second nozzle 42a promotes mixing with the combustion air. Therefore, stable combustion can be achieved while suppressing the generation of NOx. As described above, the combustion device 10 can suppress the generation of NOx.
  • ammonia is injected from each of the multiple second injection ports 42a that are spaced apart from one another, so that the total contact area between the ammonia injected from the second injection ports 42a and the air is increased. This makes it easier for the ammonia to mix effectively with the air. This improves the combustion stability of the ammonia and the shape stability of the flame F.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a combustion device 10A according to a first modified example.
  • the combustion device 10A differs from the above-described combustion device 10 in that the burner 4 is replaced with a burner 4A.
  • FIG. 7 is a front view showing the burner 4A according to the first modified example. Specifically, FIG. 7 is a view of the burner 4A as seen from inside the furnace 2.
  • the burner 4A differs from the burner 4 described above in that the burner 4A has a plurality of first ammonia nozzles 41.
  • the plurality of first ammonia nozzles 41 are arranged at intervals in the circumferential direction of the burner 4A.
  • the number of first ammonia nozzles 41 is four.
  • the number of first ammonia nozzles 41 may be other than four.
  • the plurality of first ammonia nozzles 41 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the burner 4A.
  • the plurality of first ammonia nozzles 41 may be arranged at unequal intervals in the circumferential direction of the burner 4A.
  • each first injection port 41a faces in a direction inclined with respect to the central axis direction of the burner 4A.
  • the flow of ammonia injected from the first injection port 41a is shown diagrammatically by arrow A1 in Figures 6 and 7.
  • the injection direction of ammonia from each first injection port 41a is toward the central axis of the burner 4A when viewed from the internal space 2b of the furnace 2.
  • each first injection port 41a faces the circumferential center of the burner 4A when viewed from the internal space 2b of the furnace 2.
  • At least one first ammonia nozzle 41 includes a plurality of first ammonia nozzles 41 arranged at intervals in the circumferential direction (i.e., the circumferential direction of the burner 4A) in which a plurality of second ammonia nozzles 42 surround at least one first ammonia nozzle 41, and the first injection port 41a of each of the plurality of first ammonia nozzles 41 faces the center in the circumferential direction when viewed from inside the furnace (in the above example, the internal space 2b of the furnace 2).
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a combustion device 10B according to a second modified example.
  • the combustion device 10B differs from the combustion device 10 described above in that the burner 4 is replaced with a burner 4B.
  • burner 4B differs from the burner 4 described above in that the second ammonia nozzle 42 is arranged to be rotatable around the central axis of the second ammonia nozzle 42.
  • the second ammonia nozzle 42 is supported by a bearing (not shown) to be rotatable.
  • the burner 4B is provided with a drive device 47 that rotates the second ammonia nozzle 42.
  • the drive device 47 is a motor that rotates the second ammonia nozzle 42, and is provided for each second ammonia nozzle 42.
  • the control device 8 can rotate the second ammonia nozzle 42 by controlling the operation of the drive device 47.
  • the second ammonia nozzle 42 is provided so as to be rotatable about the central axis of the second ammonia nozzle 42.
  • the second injection port 42a faces in a direction inclined with respect to the central axis direction of the second ammonia nozzle 42. Therefore, by rotating the second ammonia nozzle 42, the injection direction of ammonia from the second injection port 42a can be changed.
  • the injection direction of ammonia from the second injection port 42a can be adjusted according to the combustion state such as the shape of the flame F in the combustion device 10B. This makes it possible to more appropriately improve the performance of suppressing the generation of NOx, the combustion stability of ammonia, and the shape stability of the flame F according to the combustion state in the combustion device 10B.
  • the combustion device 10B according to the second modified example is an example of the above-mentioned combustion device 10 in which the second ammonia nozzle 42 is made rotatable and a drive unit 47 is added.
  • the second ammonia nozzle 42 may be made rotatable and a drive unit 47 may be added to the above-mentioned combustion device 10A according to the first modified example.
  • combustion devices 10, 10A, and 10B are provided in the furnace 2 of the boiler 1.
  • the combustion devices 10, 10A, and 10B can be used in various furnaces in facilities other than the boiler 1.
  • burners 4, 4A, and 4B that inject ammonia as fuel are provided in the furnace 2 of the boiler 1.
  • the furnace 2 of the boiler 1 may also be provided with a burner that injects pulverized coal as fuel.
  • the burners 4, 4A, and 4B inject ammonia as fuel.
  • the burners 4, 4A, and 4B may inject pulverized coal as fuel in addition to ammonia.
  • the disclosure can promote the use of ammonia to reduce CO2 emissions, thereby contributing, for example, to Sustainable Development Goal (SDG) Goal 7 "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy” and Goal 13 "Take urgent action to combat climate change and its impacts.”
  • SDG Sustainable Development Goal

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Abstract

燃焼装置（１０）は、炉内に臨む第１噴射口（４１ａ）を有する少なくとも１つの第１アンモニアノズル（４１）と、炉内に臨む第２噴射口（４２ａ）を有し、少なくとも１つの第１アンモニアノズル（４１）の周囲において少なくとも１つの第１アンモニアノズル（４１）を囲む周方向に間隔を空けて配置される複数の第２アンモニアノズル（４２）と、炉内と連通し、複数の第２アンモニアノズル（４２）の周囲に配置され、スワラ（４６）が設けられる空気流路（４５）と、第１噴射口（４１ａ）から噴射されるアンモニアの流速、および、第２噴射口（４２ａ）から噴射されるアンモニアの流速を、第２噴射口（４２ａ）から噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口（４１ａ）から噴射されるアンモニアの流速より速くなるように制御する制御装置（８）と、を備える。

Description

燃焼装置
　本開示は、燃焼装置に関する。本出願は２０２２年１２月９日に提出された日本特許出願第２０２２－１９６８６８号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。
　ボイラ等の火炉に設けられるバーナにおいて、アンモニアを燃料として噴射するアンモニアノズルを有するバーナがある。アンモニアを燃料として用いることによって、二酸化炭素の排出量の削減が図られる。例えば、特許文献１には、微粉炭とアンモニアとを燃料として混焼させるバーナが開示されている。
特開２０１９－０８６１８９号公報
　アンモニアは窒素原子を多く含むため、アンモニアが燃料として用いられる場合、窒素酸化物（以下、ＮＯｘとも呼ぶ）が生成されやすい。ゆえに、ＮＯｘの生成を抑制するための新たな提案が望まれている。
　本開示の目的は、ＮＯｘの生成を抑制することが可能な燃焼装置を提供することである。
　上記課題を解決するために、本開示の燃焼装置は、炉内に臨む第１噴射口を有する少なくとも１つの第１アンモニアノズルと、炉内に臨む第２噴射口を有し、少なくとも１つの第１アンモニアノズルの周囲において少なくとも１つの第１アンモニアノズルを囲む周方向に間隔を空けて配置される複数の第２アンモニアノズルと、炉内と連通し、複数の第２アンモニアノズルの周囲に配置され、スワラが設けられる空気流路と、第１噴射口から噴射されるアンモニアの流速、および、第２噴射口から噴射されるアンモニアの流速を、第２噴射口から噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口から噴射されるアンモニアの流速より速くなるように制御する制御装置と、を備える。
　少なくとも１つの第１アンモニアノズルは、周方向に間隔を空けて配置されている複数の第１アンモニアノズルを含み、複数の第１アンモニアノズルの各々の第１噴射口は、炉内から見た場合に周方向の中心に臨んでいてもよい。
　第２噴射口は、第２アンモニアノズルの中心軸方向に対して傾斜する方向に臨んでおり、第２アンモニアノズルは、中心軸を中心に自転可能に設けられていてもよい。
　本開示によれば、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
図１は、本開示の実施形態に係るボイラを示す模式図である。 図２は、本開示の実施形態に係る燃焼装置を示す模式図である。 図３は、本開示の実施形態に係るバーナを示す正面図である。 図４は、本開示の実施形態に係る燃焼装置における燃焼状態について説明するための図である。 図５は、比較例に係る燃焼状態について説明するための図である。 図６は、第１変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。 図７は、第１変形例に係るバーナを示す正面図である。 図８は、第２変形例に係る燃焼装置を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、本実施形態に係るボイラ１を示す模式図である。図１に示すように、ボイラ１は、火炉２と、煙道３と、バーナ４とを備える。
　火炉２は、燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる。火炉２は、鉛直方向に延在する矩形筒形状等の筒形状を有する。火炉２では、燃料が燃焼することによって、高温の燃焼ガスが発生する。火炉２の底部には、燃料の燃焼によって発生する灰分を外部に排出する排出口２ａが設けられている。
　煙道３は、火炉２で発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に案内する通路である。煙道３は、火炉２の上部と接続される。煙道３は、水平煙道３ａと、後部煙道３ｂとを有する。水平煙道３ａは、火炉２の上部から水平方向に延在する。後部煙道３ｂは、水平煙道３ａの端部から下方に延在する。
　ボイラ１は、火炉２の上部等に設置される図示しない過熱器を備えている。過熱器では、火炉２で発生した燃焼熱と水との間での熱交換が行われる。それにより、水蒸気が生成される。また、ボイラ１は、図１で図示されていない再熱器、節炭器または空気予熱器等の各種機器を備え得る。
　バーナ４は、火炉２の下部の壁部に設けられている。火炉２には、複数のバーナ４が、火炉２の周方向に間隔を空けて設けられている。なお、図１では図示を省略しているが、複数のバーナ４は、火炉２の延在方向である上下方向にも間隔を空けて設けられている。バーナ４は、火炉２の内部空間２ｂにアンモニアを燃料として噴射する。バーナ４から噴射されたアンモニアが燃焼することにより、火炉２の内部空間２ｂで火炎Ｆが形成される。なお、火炉２には、バーナ４から噴射されたアンモニアを着火する図示しない着火装置が設けられている。
　図２は、本実施形態に係る燃焼装置１０を示す模式図である。図２に示すように、燃焼装置１０は、バーナ４と、アンモニアタンク５と、第１流量調整弁６と、第２流量調整弁７と、制御装置８とを備える。図３は、本実施形態に係るバーナ４を示す正面図である。具体的には、図３は、バーナ４を火炉２の内側から見た図である。
　図２に示すように、バーナ４は、火炉２の外部において、火炉２の壁部に取り付けられる。バーナ４は、第１アンモニアノズル４１と、複数の第２アンモニアノズル４２と、ノズルケース４３と、ハウジング４４と、空気流路４５と、スワラ４６とを有する。
　第１アンモニアノズル４１、および、複数の第２アンモニアノズル４２は、アンモニアを噴射するノズルである。第１アンモニアノズル４１、および、複数の第２アンモニアノズル４２は、略円筒形状を有する。第１アンモニアノズル４１、および、複数の第２アンモニアノズル４２は、ノズルケース４３に保持された状態で、ノズルケース４３内に収容される。ノズルケース４３は、略円筒形状を有する。第１アンモニアノズル４１、複数の第２アンモニアノズル４２、および、ノズルケース４３は、同一方向に延在する。具体的には、第１アンモニアノズル４１、複数の第２アンモニアノズル４２、および、ノズルケース４３は、火炉２の壁部に対して交差する方向（具体的には、略直交する方向）に延在する。
　第１アンモニアノズル４１は、ノズルケース４３の中心軸上に延在する。複数の第２アンモニアノズル４２は、第１アンモニアノズル４１の周囲に配置される。複数の第２アンモニアノズル４２は、第１アンモニアノズル４１を囲む周方向に間隔を空けて配置される。図３の例では、第２アンモニアノズル４２の数は、８個である。ただし、第２アンモニアノズル４２の数は、８個以外であってもよい。また、図３の例では、複数の第２アンモニアノズル４２は、ノズルケース４３の周方向に等間隔に配置される。ただし、複数の第２アンモニアノズル４２は、ノズルケース４３の周方向に不等間隔に配置されていてもよい。
　第１アンモニアノズル４１を囲む周方向は、ノズルケース４３の周方向と一致する。以下では、この方向をバーナ４の周方向とも呼ぶ。第１アンモニアノズル４１を囲む周方向の中心軸の延在方向は、ノズルケース４３の中心軸方向と一致する。以下では、この方向をバーナ４の中心軸方向とも呼ぶ。第１アンモニアノズル４１を囲む周方向に対する径方向は、ノズルケース４３の径方向と一致する。以下では、この方向をバーナ４の径方向とも呼ぶ。
　第１アンモニアノズル４１の先端部（図２中の右側の端部）に、第１噴射口４１ａが設けられる。第１噴射口４１ａは、火炉２の内部空間２ｂに臨む。第１アンモニアノズル４１に供給されるアンモニアは、第１噴射口４１ａから火炉２の内部空間２ｂに噴射される。具体的には、第１噴射口４１ａは、第１アンモニアノズル４１の中心軸方向に臨んでいる。第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流れは、図２の矢印Ａ１によって模式的に示されている。矢印Ａ１により示されるように、第１噴射口４１ａからのアンモニアの噴射方向は、バーナ４の中心軸方向となっている。
　各第２アンモニアノズル４２の先端部（図２中の右側の端部）に、第２噴射口４２ａが設けられる。第２噴射口４２ａは、火炉２の内部空間２ｂに臨む。各第２アンモニアノズル４２に供給されるアンモニアは、第２噴射口４２ａから火炉２の内部空間２ｂに噴射される。具体的には、第２噴射口４２ａは、第２アンモニアノズル４２の中心軸方向に対して傾斜する方向に臨んでいる。第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流れは、図２および図３の矢印Ａ２によって模式的に示されている。矢印Ａ２により示されるように、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向は、火炉２の内部空間２ｂから見た場合にバーナ４の周方向となっている。つまり、第２噴射口４２ａは、バーナ４の中心軸方向に対してバーナ４の周方向に傾斜する方向に臨んでいる。
　換言すると、第２噴射口４２ａは、バーナ４の中心軸方向に見た場合に、ノズルケース４３の接線方向に臨んでいる。ゆえに、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアは、バーナ４の中心軸方向に見た場合に、矢印Ａ２により示されるように、ノズルケース４３の接線方向に平行に、バーナ４の径方向外側に向かって流れる。図２の矢印Ａ２により示されるように、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアは、第２噴射口４２ａから離れるにつれて、ノズルケース４３を越えて径方向外側に向かって流れる。図２では、第２噴射口４２ａの傾きの正確な図示は省略されている。
　図２に示すように、第１アンモニアノズル４１および各第２アンモニアノズル４２は、アンモニアタンク５と流路を介して接続されている。アンモニアタンク５と接続される流路は、分岐して第１アンモニアノズル４１および各第２アンモニアノズル４２とそれぞれ接続されている。アンモニアタンク５には、アンモニアが貯蔵されている。例えば、アンモニアタンク５には、アンモニアが液体の状態で貯蔵されている。アンモニアタンク５に貯蔵されるアンモニアは、不図示の気化器によって気化される。気化したアンモニアが流路を通って第１アンモニアノズル４１および各第２アンモニアノズル４２に供給されるようになっている。
　第１流量調整弁６は、アンモニアタンク５と接続される流路のうち、第１アンモニアノズル４１と接続される部分に設けられる。第１流量調整弁６は、アンモニアタンク５から第１アンモニアノズル４１に供給されるアンモニアの流量を調整する。第１流量調整弁６の開度が調整されることによって、アンモニアタンク５から第１アンモニアノズル４１に供給されるアンモニアの流量が調整される。それにより、第１アンモニアノズル４１の第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速が調整される。
　第２流量調整弁７は、アンモニアタンク５と接続される流路のうち、複数の第２アンモニアノズル４２と接続される部分に設けられる。第２流量調整弁７は、アンモニアタンク５から各第２アンモニアノズル４２に供給されるアンモニアの流量を調整する。第２流量調整弁７の開度が調整されることによって、アンモニアタンク５から各第２アンモニアノズル４２に供給されるアンモニアの流量が調整される。それにより、第２アンモニアノズル４２の第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が調整される。ただし、第２流量調整弁７は、各第２アンモニアノズル４２に対して設けられていてもよい。
　ハウジング４４は、ノズルケース４３の外周面のうちの先端部（図２中の右側の端部）を覆い、火炉２の壁部と接続される。ハウジング４４は、略円錐台形状を有し、ノズルケース４３と同軸上に配置される。ハウジング４４の内面と、ノズルケース４３の外周面とによって、空気流路４５が画成される。
　空気流路４５は、ノズルケース４３の先端部（図２中の右側の端部）と火炉２との間を覆うように配置される。つまり、空気流路４５は、複数の第２アンモニアノズル４２の周囲に配置される。空気流路４５には、空気が供給されるようになっている。空気流路４５の先端部（図２中の右側の端部）には、空気噴射口４５ａが形成されている。空気噴射口４５ａは、火炉２の内部空間２ｂに臨む。空気噴射口４５ａは、円環形状を有する。空気流路４５を通る空気の流れは、図２の矢印Ａ３によって模式的に示されている。図２の矢印Ａ３により示されるように、空気流路４５を通過した空気は、空気噴射口４５ａから火炉２の内部空間２ｂに噴射される。
　空気流路４５には、スワラ４６が設けられている。スワラ４６は、空気流路４５を流れる空気に対してバーナ４の周方向の旋回力を付与する旋回翼を有する。ゆえに、空気流路４５の空気噴射口４５ａから噴射される空気は、バーナ４の周方向に旋回しながら、火炉２の内部空間２ｂに送られる。
　図２の例では、空気流路４５における空気の経路が１つである例が示されている。ただし、空気流路４５が部分的に分割されており、空気流路４５における空気の経路が分岐していてもよい。図２の例では、空気流路４５における空気の流れ方向においてスワラ４６が１箇所に設置されている。ただし、空気流路４５における空気の流れ方向に間隔を空けて複数のスワラ４６が設置されていてもよい。
　制御装置８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含み、燃焼装置１０全体を制御する。特に、制御装置８は、第１流量調整弁６および第２流量調整弁７の動作を制御する。具体的には、制御装置８は、第１流量調整弁６の開度を制御することによって、第１アンモニアノズル４１の第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速を制御することができる。また、制御装置８は、第２流量調整弁７の開度を制御することによって、第２アンモニアノズル４２の第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速を制御することができる。
　図４は、本実施形態に係る燃焼装置１０における燃焼状態について説明するための図である。上述したように、バーナ４から火炉２の内部空間２ｂにアンモニアが噴射される。それにより、図４に示すように、火炉２の内部空間２ｂで火炎Ｆが形成される。
　燃焼装置１０では、空気流路４５の空気噴射口４５ａから噴射される空気（矢印Ａ３を参照）は、バーナ４の周方向に旋回する。そして、矢印Ａ２により示されるように、バーナ４の周方向に旋回する空気に向かって、第２アンモニアノズル４２の第２噴射口４２ａからアンモニアが噴射される。それにより、第２噴射口４２ａから噴射されたアンモニアは、空気と共に旋回しながら空気と効果的に混合される。ゆえに、第２噴射口４２ａから噴射されたアンモニアは、速やかに燃焼する。
　図４中の領域Ｒでは、第２噴射口４２ａから噴射されたアンモニアが空気と効果的に混合される。領域Ｒは、バーナ４の先端部の近傍に形成され、火炎Ｆに対してバーナ４の径方向外側に位置する。火炎Ｆは、領域Ｒの内側から火炉２の内部に延びている。領域Ｒでは、アンモニアに対する空気の比率が局所的に低くなっている。
　燃焼装置１０では、制御装置８は、第１アンモニアノズル４１の第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速、および、第２アンモニアノズル４２の第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速を、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より速くなるように制御する。図４では、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速と、第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速との大小関係が、矢印Ａ２および矢印Ａ１の太さの差により表現されている。
　図４に示すように、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より速くなることによって、アンモニアに対する空気の比率が局所的に低くなる領域Ｒが、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より遅くなる場合と比較して大きくなる。また、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が速いことにより燃焼空気との混合が促進される。ゆえに、ＮＯｘの生成を抑制しながら安定燃焼することができる。
　特に、燃焼装置１０では、図３に示すように、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向は、バーナ４を火炉２の内側から見た場合にバーナ４の周方向となっている。それにより、第２噴射口４２ａから噴射されたアンモニアは、空気と共に旋回しながら空気と効果的に混合されやすくなる。ゆえに、アンモニアの燃焼安定性、および、火炎Ｆの形状安定性が向上される。ただし、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向は、図３の例に限定されない。例えば、第２噴射口４２ａが第２アンモニアノズル４２の中心軸方向に臨んでおり、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向がバーナ４の中心軸方向となっていてもよい。例えば、第２噴射口４２ａは、バーナ４の中心軸方向に見た場合に、ノズルケース４３の接線方向に臨んでいなくてもよく、当該接線方向よりも径方向内側または外側に臨んでもよい。
　特に、燃焼装置１０では、複数の第２アンモニアノズル４２は、第１アンモニアノズル４１を囲む周方向に間隔を空けて配置されている。ゆえに、互いに離隔した複数の第２噴射口４２ａの各々からアンモニアが噴射される。それにより、例えば、第２アンモニアノズル４２が仮に第１アンモニアノズル４１を覆う１つの円筒形状のノズルであり、１つの第２噴射口４２ａからアンモニアが噴射される場合と比べ、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアと空気との総接触面積が大きくなる。ゆえに、アンモニアが空気と効果的に混合されやすくなる。よって、アンモニアの燃焼安定性、および、火炎Ｆの形状安定性が向上される。
　図５は、比較例に係る燃焼状態について説明するための図である。
　図５の例では、第１アンモニアノズル４１の第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速、および、第２アンモニアノズル４２の第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より遅くなるように制御される。図５では、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速と、第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速との大小関係が、矢印Ａ２および矢印Ａ１の太さの差により表現されている。
　図５に示すように、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より遅くなることによって、アンモニアに対する空気の比率が局所的に低くなる領域Ｒが小さくなる。また、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が遅いことにより燃焼空気との混合が促進されにくくなる。ゆえに、ＮＯｘの生成を抑制しながら安定燃焼することが困難となり得る。
　以上説明したように、燃焼装置１０は、炉内（上記の例では、火炉２の内部空間２ｂ）に臨む第１噴射口４１ａを有する少なくとも１つの第１アンモニアノズル４１と、炉内に臨む第２噴射口４２ａを有し、少なくとも１つの第１アンモニアノズル４１の周囲において少なくとも１つの第１アンモニアノズル４１を囲む周方向に間隔を空けて配置される複数の第２アンモニアノズル４２と、炉内と連通し、複数の第２アンモニアノズル４２の周囲に配置され、スワラ４６が設けられる空気流路４５と、第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速、および、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速を、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より速くなるように制御する制御装置８と、を備える。それにより、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より速くなることによって、アンモニアに対する空気の比率が局所的に低くなる領域Ｒが、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速より遅くなる場合と比較して大きくなる。また、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアの流速が速いことにより燃焼空気との混合が促進される。ゆえに、ＮＯｘの生成を抑制しながら安定燃焼することができる。上記のように、燃焼装置１０によれば、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
　さらに、燃焼装置１０では、互いに離隔した複数の第２噴射口４２ａの各々からアンモニアが噴射されることによって、第２噴射口４２ａから噴射されるアンモニアと空気との総接触面積が大きくなる。ゆえに、アンモニアが空気と効果的に混合されやすくなる。よって、アンモニアの燃焼安定性、および、火炎Ｆの形状安定性が向上される。
　図６は、第１変形例に係る燃焼装置１０Ａを示す模式図である。燃焼装置１０Ａでは、上述した燃焼装置１０と比べて、バーナ４がバーナ４Ａに置き換えられている点が異なる。図７は、第１変形例に係るバーナ４Ａを示す正面図である。具体的には、図７は、バーナ４Ａを火炉２の内側から見た図である。
　図６および図７に示すように、バーナ４Ａでは、上述したバーナ４と比べて、第１アンモニアノズル４１の数が複数である点が異なる。具体的には、バーナ４Ａでは、複数の第１アンモニアノズル４１が、バーナ４Ａの周方向に間隔を空けて配置される。図７の例では、第１アンモニアノズル４１の数は、４個である。ただし、第１アンモニアノズル４１の数は、４個以外であってもよい。また、図７の例では、複数の第１アンモニアノズル４１は、バーナ４Ａの周方向に等間隔に配置される。ただし、複数の第１アンモニアノズル４１は、バーナ４Ａの周方向に不等間隔に配置されていてもよい。
　バーナ４Ａでは、各第１噴射口４１ａは、バーナ４Ａの中心軸方向に対して傾斜する方向に臨んでいる。第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流れは、図６および図７の矢印Ａ１によって模式的に示されている。矢印Ａ１により示されるように、各第１噴射口４１ａからのアンモニアの噴射方向は、火炉２の内部空間２ｂから見た場合にバーナ４Ａの中心軸に向かう方向となっている。つまり、各第１噴射口４１ａは、火炉２の内部空間２ｂから見た場合にバーナ４Ａの周方向の中心に臨んでいる。
　以上説明したように、第１変形例では、少なくとも１つの第１アンモニアノズル４１は、複数の第２アンモニアノズル４２が少なくとも１つの第１アンモニアノズル４１を囲む周方向（つまり、バーナ４Ａの周方向）に間隔を空けて配置されている複数の第１アンモニアノズル４１を含み、複数の第１アンモニアノズル４１の各々の第１噴射口４１ａは、炉内（上記の例では、火炉２の内部空間２ｂ）から見た場合に上記周方向の中心に臨んでいる。それにより、各第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアの流速を調整することによって、バーナ４Ａの中心軸方向において、各第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアが合流して混合される位置を調整することができる。ゆえに、燃焼装置１０Ａにおける火炎Ｆの形状等の燃焼状態に応じて、バーナ４Ａの中心軸方向において、各第１噴射口４１ａから噴射されるアンモニアが合流して混合される位置を調整することができる。それにより、ＮＯｘの生成を抑制する性能、アンモニアの燃焼安定性、および、火炎Ｆの形状安定性を燃焼装置１０Ａにおける燃焼状態に応じてより適切に向上させることができる。
　図８は、第２変形例に係る燃焼装置１０Ｂを示す模式図である。燃焼装置１０Ｂでは、上述した燃焼装置１０と比べて、バーナ４がバーナ４Ｂに置き換えられている点が異なる。
　図８の矢印Ａ４により示されるように、バーナ４Ｂでは、上述したバーナ４と比べて、第２アンモニアノズル４２が第２アンモニアノズル４２の中心軸を中心に自転可能に設けられている点が異なる。例えば、第２アンモニアノズル４２は、不図示の軸受に支持されることによって、自転可能となっている。そして、バーナ４Ｂには、第２アンモニアノズル４２を回動させる駆動装置４７が設けられている。例えば、駆動装置４７は、第２アンモニアノズル４２を回動させるモータであり、各第２アンモニアノズル４２に対して設けられている。制御装置８は、駆動装置４７の動作を制御することによって、第２アンモニアノズル４２を自転させることができる。
　以上説明したように、第２変形例では、第２アンモニアノズル４２は、第２アンモニアノズル４２の中心軸を中心に自転可能に設けられている。そして、上述したように、第２噴射口４２ａは、第２アンモニアノズル４２の中心軸方向に対して傾斜する方向に臨んでいる。ゆえに、第２アンモニアノズル４２を自転させることによって、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向を変化させることができる。よって、燃焼装置１０Ｂにおける火炎Ｆの形状等の燃焼状態に応じて、第２噴射口４２ａからのアンモニアの噴射方向を調整することができる。それにより、ＮＯｘの生成を抑制する性能、アンモニアの燃焼安定性、および、火炎Ｆの形状安定性を燃焼装置１０Ｂにおける燃焼状態に応じてより適切に向上させることができる。
　第２変形例に係る燃焼装置１０Ｂは、上述した燃焼装置１０において、第２アンモニアノズル４２を自転可能にして駆動装置４７を追加した例である。ただし、上述した第１変形例に係る燃焼装置１０Ａにおいて、第２アンモニアノズル４２を自転可能にして駆動装置４７を追加してもよい。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記では、燃焼装置１０、１０Ａ、１０Ｂが、ボイラ１の火炉２に設けられる例を説明した。ただし、燃焼装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、ボイラ１以外の設備の様々な火炉に用いられ得る。
　例えば、上記では、アンモニアを燃料として噴射するバーナ４、４Ａ、４Ｂがボイラ１の火炉２に設けられる例を説明した。ただし、ボイラ１の火炉２には、アンモニアを燃料として噴射するバーナ４、４Ａ、４Ｂに加えて、微粉炭を燃料として噴射するバーナが設けられてもよい。
　例えば、上記では、バーナ４、４Ａ、４Ｂがアンモニアを燃料として噴射する例を説明した。ただし、バーナ４、４Ａ、４Ｂは、アンモニアに加えて、微粉炭を燃料として噴射してもよい。
　本開示は、ＣＯ２放出の削減につながるアンモニアの使用を促進することができるので、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」および目標１３「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。
２：火炉（炉）　８：制御装置　１０：燃焼装置　１０Ａ：燃焼装置　１０Ｂ：燃焼装置　４１：第１アンモニアノズル　４１ａ：第１噴射口　４２：第２アンモニアノズル　４２ａ：第２噴射口　４５：空気流路　４６：スワラ

Claims (3)

  1. 　炉内に臨む第１噴射口を有する少なくとも１つの第１アンモニアノズルと、
    　前記炉内に臨む第２噴射口を有し、前記少なくとも１つの第１アンモニアノズルの周囲において前記少なくとも１つの第１アンモニアノズルを囲む周方向に間隔を空けて配置される複数の第２アンモニアノズルと、
    　前記炉内と連通し、前記複数の第２アンモニアノズルの周囲に配置され、スワラが設けられる空気流路と、
    　前記第１噴射口から噴射されるアンモニアの流速、および、前記第２噴射口から噴射されるアンモニアの流速を、前記第２噴射口から噴射されるアンモニアの流速が前記第１噴射口から噴射されるアンモニアの流速より速くなるように制御する制御装置と、
    　を備える、
    　燃焼装置。
  2. 　前記少なくとも１つの第１アンモニアノズルは、前記周方向に間隔を空けて配置されている複数の第１アンモニアノズルを含み、
    　前記複数の第１アンモニアノズルの各々の前記第１噴射口は、前記炉内から見た場合に前記周方向の中心に臨んでいる、
    　請求項１に記載の燃焼装置。
  3. 　前記第２噴射口は、前記第２アンモニアノズルの中心軸方向に対して傾斜する方向に臨んでおり、
    　前記第２アンモニアノズルは、前記中心軸を中心に自転可能に設けられている、
    　請求項１または２に記載の燃焼装置。
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