(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼させる燃焼装置であって、
前記火炉の内部に向かって微粉炭を噴射する第１噴射口を有する第１ノズルと、
前記第１ノズルの周囲に配置され、前記火炉の内部に向かってアンモニアを噴射する第２噴射口を有する一つ以上の第２ノズルと、を備え、
前記第２ノズルの第２噴射口は、アンモニアの燃焼火炎が微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して開口している、燃焼装置。
【請求項２】
アンモニアを前記第２ノズルに向けて輸送するアンモニアガス供給配管と、
前記第１ノズルを中心部に配置し、前記アンモニアガス供給配管からアンモニアガスが分配される第１ガスリングと、を備え、
前記第２ノズルは、前記第１ノズルの周囲に配置された複数の第２ノズルからなり、
これらの前記第２ノズルは、前記第１ガスリングからアンモニアガスが供給されている、請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
アンモニアを前記第２ノズルに向けて輸送するアンモニアガス供給配管と、
ガス燃料が輸送されるガス燃料配管と、
前記第１ノズルを中心部に配置し、前記ガス燃料配管からガス燃料が分配される第２ガスリングと、
前記第１ノズルの周囲に配置した単一の前記第２ノズルと、
前記第１ノズルの周囲に配置し、前記火炉の内部に向かってガス燃料を噴射する一つ以上の第３ノズルと、
前記第２ガスリングと前記第２ノズル及び前記第３ノズルを接続するバーナノズルと、を備え、
前記第２ノズルを接続したバーナノズルは、当該バーナノズルの流路を開閉自在なガス燃料配管遮断弁を有し、
前記アンモニアガス供給配管は、前記ガス燃料配管遮断弁を閉じた状態で、前記第２噴射口からアンモニアを噴射可能に、前記第２ノズルに接続したバーナノズルに直結している、請求項１記載の燃焼装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置に用いられ、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼させる燃焼方法であって、
前記第１ノズルから燃焼可能に噴射される微粉炭に対して、前記第２ノズルから燃焼可能に噴射されるアンモニアの混焼率が、０．８％以上である、燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置及び燃焼方法に関する。特に、火力発電所などの発電設備などに好適な燃焼装置の構造及び燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などは、発電設備としてボイラを設置している。ボイラは、石炭・天然ガス・軽油・重油などの化石燃料をバーナで燃焼させた熱を利用して、高温高圧の蒸気を発生させている。しかし、これらの化石燃料を燃焼させると、二酸化炭素が発生するため、地球温暖化の原因になっている。このため、近年、カーボンクレジット（排出枠）といった形で二酸化炭素を抑制する動きがある。【０００３】
例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）は、二酸化炭素の排出量がＬＰＧ（液化石油ガス）より少ない。このため、ＬＮＧを火力発電所の燃料として使用している。ＬＮＧなどのガス燃料は、輸送の際に便宜上、液化が必要である。又、ＬＮＧの場合、液化するためにマイナス１６２度程度の低温状態にする必要があるため、液化が容易ではなく、低温貯蔵の設備のコストも増加するという問題がある。【０００４】
このようなことから、二酸化炭素を発生しない燃料として、アンモニアガスの利用が提案されている（例えば、特許文献１参照）。アンモニアは、マイナス３３度程度で液化すので、例えば、液化にマイナス１６２度程度必要なＬＮＧと比べて液化が容易であり、設備のコストも安価で済むという利点がある。【０００５】
又、天然ガスとＢＯＧ（ｂｏｉｌ  ｏｆｆ  ｇａｓ）の混合ガスと微粉炭とをボイラの内部で混焼可能な同軸バーナを有する多重燃料焚き燃焼装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
特許文献２による同軸バーナは、微粉炭の火炎をボイラの内部に噴射する内管と、この内管の周囲を囲い、天然ガスとＢＯＧの混合ガスの火炎を微粉炭の火炎の噴射方向と同軸方向に噴射する外管で構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１８３８４０号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、アンモニアを燃焼させると、アンモニア成分中に含まれる窒素分が酸素と結び付き、窒素酸化物となる懸念がある。【０００９】
又、アンモニアは燃焼速度が小さく、具体的には、例えばプロパンガスの燃焼速度が４０ｃｍ／ｓであるところ、アンモニアの燃焼速度は、８ｃｍ／ｓに過ぎない（このため、アンモニアを燃焼させた場合の火炎は長くなる）。【００１０】
したがって、アンモニアを他の燃料と混焼させる場合、例えば、特許文献２の図３及び図４に開示したように、同軸バーナを用いて、水平に同軸で噴射して燃焼させると、他の燃料の火炎に対して、アンモニアの火炎が遅延することで、燃焼空間の大小や形状によっては、アンモニアが不完全燃焼してしまう可能性がある。【００１１】
このようなことから、窒素酸化物の発生とアンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる燃焼装置及び燃焼方法が求められている。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、窒素酸化物の発生とアンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる燃焼装置及び燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼する燃焼装置であって、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して噴射することで、窒素酸化物の発生とアンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できると考え、これに基づいて、以下のような新たな燃焼装置及び燃焼方法を発明するに至った。【００１４】
（１）本発明による燃焼装置は、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼させる燃焼装置であって、前記火炉の内部に向かって微粉炭を噴射する第１噴射口を有する第１ノズルと、前記第１ノズルの周囲に配置され、前記火炉の内部に向かってアンモニアを噴射する第２噴射口を有する一つ以上の第２ノズルと、を備え、前記第２ノズルの第２噴射口は、アンモニアの燃焼火炎が微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して開口している。【００１５】
（２）本発明による燃焼装置は、アンモニアを前記第２ノズルに向けて輸送するアンモニアガス供給配管と、前記第１ノズルを中心部に配置し、前記アンモニアガス供給配管からアンモニアガスが分配される第１ガスリングと、を備え、前記第２ノズルは、前記第１ノズルの周囲に配置された複数の第２ノズルからなり、これらの前記第２ノズルは、前記第１ガスリングからアンモニアガスが供給されていてもよい。【００１６】
（３）本発明による燃焼装置は、アンモニアを前記第２ノズルに向けて輸送するアンモニアガス供給配管と、ガス燃料が輸送されるガス燃料配管と、前記第１ノズルを中心部に配置し、前記ガス燃料配管からガス燃料が分配される第２ガスリングと、前記第１ノズルの周囲に配置した単一の前記第２ノズルと、前記第１ノズルの周囲に配置し、前記火炉の内部に向かってガス燃料を噴射する一つ以上の第３ノズルと、前記第２ガスリングと前記第２ノズル及び前記第３ノズルを接続するバーナノズルと、を備え、前記第２ノズルを接続したバーナノズルは、当該バーナノズルの流路を開閉自在なガス燃料配管遮断弁を有し、前記アンモニアガス供給配管は、前記ガス燃料配管遮断弁を閉じた状態で、前記第２噴射口からアンモニアを噴射可能に、前記第２ノズルに接続したバーナノズルに直結していてもよい。【００１７】
（４）本発明による燃焼方法は、（１）から（３）のいずれかに記載の燃焼装置に用いられ、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼させる燃焼方法であって、前記第１ノズルから燃焼可能に噴射される微粉炭に対して、前記第２ノズルから燃焼可能に噴射されるアンモニアの混焼率が、０．８％以上である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による燃焼装置は、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼する燃焼装置であって、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭を燃焼させた燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保でき、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。【００１９】
本発明による燃焼方法は、第１ノズルから燃焼可能に噴射される微粉炭に対して、第２ノズルから燃焼可能に噴射されるアンモニアの混焼率を０．８％以上とすることで、窒素酸化物の発生を極力、抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による燃焼装置を備えた火力発電設備の一実施形態による構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態による燃焼装置に備わる第１ガスリングを拡大した正面図である。
【図４】第１実施形態による燃焼装置に備わる第１ノズルを拡大した縦断面図である。
【図５】第１実施形態による燃焼装置に備わる第１ノズルの先端部を拡大した縦断面図である。
【図６】図５のＸ矢視図である。
【図７】第１実施形態による燃焼装置に備わる複数の第２ノズルの配置図であり、複数の第２ノズルを火炉側から観た状態図である。
【図８】本発明の第２実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態による燃焼装置に備わる第２ガスリングを拡大した正面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】第３実施形態による燃焼装置に備わる第３ガスリングを拡大した正面図である。
【図１２】第３実施形態による燃焼装置に備わる第２ノズル及び第４ノズルの配置図であり、第２ノズル及び第４ノズルを火炉側から観た状態図である。
【図１３】第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼試験したときに用いたアンモニア燃焼量の計時変化を示すグラフである。
【図１４】第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼試験したときに用いた石炭使用量の計時変化を示す図であり、図１４（ａ）は、単位時間当たりの石炭使用量の計時変化を示すグラフ、図１４（ｂ）は、単位時間当たりの石炭使用量の計時変化を示す表、図１４（ｃ）は、発電設備の平均出力の計時変化を示す表である。
【図１５】第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置の出口のアンモニア濃度を計測した計測点を示す図である。
【図１６】第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置の出口のＮＯｘ値の計時変化を示す図であり、図１６（ａ）は、ＮＯｘ値の計時変化を示すグラフ、図１６（ｂ）は、ＮＯｘ値の計時変化を示す表、図１６（ｃ）は、発電設備の平均出力の計時変化を示す表である。
【図１７】第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置から排出される排気ガス中のＣＯ２含有量の計時変化を示す図であり、図１７（ａ）は、単位時間当たりのアンモニア注入量とＣＯ２含有量の計時変化を示すグラフ、図１７（ｂ）は、単位時間当たりのアンモニア注入量とＣＯ２含有量の計時変化を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
［火力発電設備の構成］
最初に、本発明による燃焼装置を備えた火力発電設備の一実施形態による構成を説明する。図１は、本発明による燃焼装置を備えた火力発電設備の一実施形態による構成を示す機能ブロック図である。
【００２２】
図１を参照すると、一実施形態の火力発電設備１は、アンモニアガスを燃焼可能なシステムであるが、微粉炭、油、天然ガス、又は、ＢＯＧなどのアンモニアガス以外も燃焼可能である。
【００２３】
図１を参照すると、火力発電設備１は、アンモニアガス供給設備２とアンモニアガス燃料用配管設備３を備えている。又、火力発電設備１は、ボイラ（火炉）６、脱硝設備９０、及び、ガス燃料供給部７０を備えている。ガス燃料供給部７０は、ガス燃料配管１７０を介して、アンモニアガス以外のガス燃料をボイラ６に供給できる。更に、火力発電設備１は、制御部７を備えている。制御部７は、これら装置の全体を制御している。
【００２４】
（アンモニアガス供給設備の構成）
次に、実施形態によるアンモニアガス供給設備２の構成を説明する。図１を参照すると、アンモニアガス供給設備２は、貯蔵タンク１０と気化器２０を備えている。又、アンモニアガス供給設備２は、アキュムレータ３０とアンモニアガス吸収部８０を備えている。なお、アンモニアガス吸収部８０は、実態として、水を貯蔵した貯水槽である。アンモニアガス吸収部８０は、アンモニアガス供給設備２に設けたブロー弁８１から排出されたアンモニアガスを水に吸収できる。
【００２５】
（貯蔵タンクの構成）
次に、実施形態による貯蔵タンク１０の構成を説明する。図１を参照すると、貯蔵タンク１０は、加圧されて液化された液体アンモニアを貯蔵している。貯蔵タンク１０は、配管１１０を介して、気化器２０に接続している。配管１１０は、気化器２０に至る途中が二方向に分岐している。分岐された一方の配管１１０ａには、気化器起動弁１１及び気化器２０内の圧力を制御する気化器圧力調整弁１２が上流側から順次配置されている。分岐された他方の配管１１０ｂには、気化器バイパス弁１３が配置されている。
【００２６】
（気化器の構成）
次に、実施形態による気化器２０の構成を説明する。図１を参照すると、気化器２０は、貯蔵タンク１０から供給される液体アンモニアを加熱して気化させている。気化器２０の内部の液体アンモニアは、温水中に浸漬されたコイル状配管内を通って昇温されて気化されることで、アンモニアガスを生成できる。気化器２０の下流側は、配管１２０を介して、アキュムレータ３０に接続している。
【００２７】
図１を参照すると、配管１２０は、アキュムレータ３０に至る途中が二方向に分岐している。分岐された一方の配管１２０ａには、アキュムレータ起動弁２１、アキュムレータ３０内の圧力を制御するアキュムレータ圧力調整弁２２が上流側から順次配置している。分岐された他方の配管１２０ｂには、アキュムレータバイパス弁２３を配置している。
【００２８】
（アキュムレータの構成）
次に、実施形態によるアキュムレータ３０の構成を説明する。図１を参照すると、アキュムレータ３０は、アンモニアガスを蓄積し、圧力を安定させる装置である。アキュムレータ３０の下流側からは配管１３０が延びている。配管１３０は、二方向に分岐している。分岐された一方の配管１３２は、ヘッダー４０に接続している。分岐された他方の配管１３１は、アンモニアガス燃料用配管設備３に接続している。
【００２９】
（ヘッダーの構成）
次に、実施形態によるヘッダー４０の構成を説明する。図１を参照すると、ヘッダー４０は、その下流側に配管１４０を接続している。配管１４０は、複数の脱硝配管１４１・１４２・１４３に分岐している。これらの脱硝配管１４１・１４２・１４３は、脱硝遮断弁４１・４２・４３を介して、脱硝設備９０に接続している。
【００３０】
（脱硝設備の構成）
次に、実施形態による脱硝設備９０の構成を説明する。図１を参照すると、脱硝設備９０は、三つの脱硝装置９１・９２・９３で構成している。脱硝配管１４１・１４２・１４３は、三つの脱硝装置９１・９２・９３にそれぞれ接続している。脱硝配管１４１・１４２・１４３には、燃焼装置６から燃焼で生じた排ガスが送り込まれ、１４１・１４２・１４３の内の脱硝遮断弁４１・４２・４３が開いている配管から流入されたアンモニアガスを還元剤として、排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素ガスと水とに転換できる。
【００３１】
（アンモニアガス燃料用配管設備の構成）
次に、実施形態によるアンモニアガス燃料用配管設備３の構成を説明する。図１を参照すると、アキュムレータ３０から延びる配管１３０から分岐した配管１３１は、アンモニアガス燃料用配管設備３に接続している。配管１３１の上流側は、遮断弁３１を設けている。遮断弁３１の下流側は、パージ弁３６を介して、パージ配管１３３を接続している。パージ配管１３３の末端部には、パージ用ガス供給部３７を接続している。パージ用ガス供給部３７は、窒素ガスなどのパージガスをアンモニアガス燃料用配管設備３に流入できる。
【００３２】
図１を参照すると、配管１３１におけるパージ配管１３３が接続されている接続部よりも下流側は、二方向に分岐している。分岐された一方の配管１３１ａには、圧力調整弁３２を配置している。分岐された他方の配管１３１ｂには、遮断弁３３を配置している。配管１３１ａと配管１３１ｂとは、下流側で再度合流している。合流した配管１３１は、遮断弁３４を介して流量計５０に接続している。
【００３３】
図１を参照すると、流量計５０は、配管１３１を流れるガスの流量を測定している。流量計５０の下流側からは、配管１５０が延びている。配管１５０は、その途中が二方向に分岐している。分岐された一方の配管１５０ａには、流量調整弁５１を配置している。分岐された他方の配管１５０ｂには、遮断弁５２を配置している。配管１５０ａと配管１５０ｂとは、下流側で再度合流している。
【００３４】
図１を参照すると、合流した配管１５０の下流側は、第２接続部５６で二方向に分岐している。分岐された一方の配管は、アンモニアガス流出配管１５１ａであり、アンモニア流出遮断弁５５を介して、アンモニアガス供給設備２のアンモニアガス吸収部８０に接続している。アンモニアガス吸収部８０は、上述のように貯水槽であり、アンモニアガスを水に溶解できる。
【００３５】
図１を参照すると、分岐された他方のアンモニアガス供給配管１５１ｂには、バーナ弁５３を配置している。配管１５０におけるバーナ弁５３の下流側には、冷却空気が流入される冷却配管１６０が冷却空気弁６１を介して、接続されている。なお、アンモニアガス流出配管１５１ａは、バーナ弁５３の下流で分岐していてもよい。
【００３６】
図１を参照すると、アンモニアガス供給配管１５１ｂの下流側は、遮断弁５４を介して、ガス燃料供給部７０から、ボイラ６のバーナ６２Ａまで延びるガス燃料配管１７０の第１接続部７２に接続している。
【００３７】
（ガス燃料供給部の構成）
次に、実施形態によるガス燃料供給部７０の構成を説明する。図１を参照すると、ガス燃料供給部７０には、ＬＮＧ（液化天然ガス）を貯蔵している。ＬＮＧを液化して貯蔵する場合に、外部からの自然入熱などによりＬＮＧが気化して、ＢＯＧガス（ｂｏｉｌ  ｏｆｆ  ｇａｓ）が発生する。本実施形態では、ガス燃料配管１７０は、このＢＯＧを燃料として後述するバーナに輸送する配管である。
【００３８】
図１を参照すると、ガス燃料配管１７０は、第１接続部７２の下流側において、燃焼装置６のバーナに接続している。ガス燃料配管１７０における第１接続部７２の上流側には、ガス燃料配管遮断弁７１を配置している。
【００３９】
図１を参照して、遮断弁５４を閉じると共に、ガス燃料配管遮断弁７１を開くことで、ＢＯＧをバーナ６２Ａに供給できる。遮断弁５４を開くと共に、ガス燃料配管遮断弁７１を閉じることで、アンモニアをバーナに供給できる。
【００４０】
（ボイラの構成）
次に、ボイラ６の構成を説明する。図１を参照すると、ボイラ６は、複数のバーナを縦横に配列している。実施形態では、四段のバーナ６２Ａ・６２Ｂ・６２Ｃ・６２Ｄを高さ方向に配列している。又、これらのバーナは、水平方向に四列に配置している。
【００４１】
図１を参照すると、四段のバーナ６２Ａ・６２Ｂ・６２Ｃ・６２Ｄには、石炭貯蔵部７５から燃料としての石炭（微粉炭）が供給されている。最上段の４つのバーナ６２Ａには、ガス燃料又はアンモニアを供給できる。
【００４２】
図１を参照して、本発明による燃焼装置は、実体として、ボイラ６の最上段に配置される四つのバーナ６２Ａである。そして、最上段の４つのバーナ６２Ａの全て又は一部にアンモニアを供給することで、実施形態が異なっている。以下、第１実施形態による燃焼装置を燃焼装置６Ａとし、第２実施形態による燃焼装置を燃焼装置６Ｂとし、第３実施形態による燃焼装置を燃焼装置６Ｃとして、これらの燃焼装置の構成及び作用を説明する。
【００４３】
［第１実施形態］
（燃焼装置の構成）
次に、第１実施形態による燃焼装置の構成を説明する。なお、第１実施形態による燃焼装置は、図１に開示したガス燃料供給部７０を備えていない。
【００４４】
図２は、本発明の第１実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。図３は、第１実施形態による燃焼装置に備わるガスリングを拡大した正面図である。
【００４５】
図４は、第１実施形態による燃焼装置に備わる第１ノズルを拡大した縦断面図である。図５は、第１実施形態による燃焼装置に備わる第１ノズルの先端部を拡大した縦断面図である。図６は、図５のＸ矢視図である。
【００４６】
図７は、第１実施形態による燃焼装置に備わる複数の第２ノズルの配置図であり、複数の第２ノズルを火炉側から観た状態図である。
【００４７】
図２又は図３を参照すると、第１実施形態による燃焼装置６Ａは、円弧状の第１ガスリング１７１を備えている。第１ガスリング１７１は、円筒状のパイプ部材を円弧状に形成している。第１ガスリング１７１は、その一部が中断している。第１ガスリング１７１は、その両端部を閉塞している。第１ガスリング１７１は、アンモニアガス供給配管１５１ｂからアンモニアガスが供給されている。
【００４８】
図３又は図４を参照すると、第１ガスリング１７１は、長尺の第１ノズル１７５を中心部に配置している。第１ノズル１７５の周囲には、五つの長尺の第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅを配置している。なお、これらの第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅは、同じものであるので、第２ノズル１７３Ｂを代表して説明することがある。
【００４９】
図３又は図４を参照すると、第１ガスリング１７１は、中心部に向かって、五つのバーナノズル１７２Ａ・１７２Ｂ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅを突出している。これらのバーナノズル１７２Ａ・１７２Ｂ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅは、第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅに接続している。
【００５０】
図３又は図４を参照して、第１ガスリング１７１にアンモニアガスを供給すると、これらの第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅの先端部に設けた第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスを噴射できる（図５又は図６参照）。
【００５１】
このように、第１実施形態による燃焼装置６Ａは、ボイラ６の最上段に配置された四つの第１ガスリング１７１にアンモニアガスを供給し、第１ガスリング１７１に接続した五つの第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅからアンモニアガスを噴射できる。つまり、火炉の内部に向かって、一つの第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射できる。
【００５２】
図３を参照すると、バーナノズル１７２Ａ・１７２Ｂ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅには、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂをそれぞれ設けている。ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを開くことで、第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスを噴射できる（図５又は図６参照）。ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを閉じることで、第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスの噴射を停止できる。
【００５３】
図４を参照すると、第１ノズル１７５は、第１噴射口１７５ｈを先端部に開口している。第１噴射口１７５ｈは、燃焼装置６Ａの火炉の内部に向かって水平方向に微粉炭を噴射できる。又、第１ノズル１７５は、重軽油バーナ１７４を内部に保持している。重軽油バーナ１７４は、燃焼装置６Ａの火炉の内部に向かって霧状の重油又は軽油を噴射できる。この重油又は軽油を点火することで、第１ノズル１７５から噴射した微粉炭を燃焼できる。又、第２噴射口１７３ｈから噴射したアンモニアガスを混燃できる。
【００５４】
図５を参照すると、第２ノズル１７３Ｂは、その軸方向が第１ノズル１７５と略平行に配置される。第２ノズル１７３Ｂの第２噴射口１７３ｈは、第２ノズル１７３Ｂの内径に比べて、その内径を小さく形成している。これにより、第２ノズル１７３Ｂに流れるアンモニアガスを加速して、第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスを噴射できる。
【００５５】
又、図５又は図６を参照すると、第２噴射口１７３ｈは、第２ノズル１７３Ｂの内部に流通するアンモニアガスの流通方向Ｃ０（つまり、第１ノズル１７５から噴射される微粉炭の噴射方向に略平行な方向）に対して、アンモニアガスの噴射方向Ｃを屈曲して噴射している。
【００５６】
より詳細には、図５参照すると、第２噴射口１７３ｈは、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向Ｂに沿うように開口している。これにより、第２噴射口１７３ｈから噴射されるアンモニアガスは、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向Ｂに沿うように噴射される。
尚、本明細書において、「接線方向Ｂに沿うように」とは、接線方向Ｂに対して実際にアンモニアガスが噴射される噴射方向Ｃ（図６に示す角度θ）が、±３０度程度の範囲に収まる状態を表す。
尚、図６及び図７に示す矢印Ａは、第２噴射口１７３ｈから第１噴射口１７５ｈの中心に向かう方向を示す。
【００５７】
又、図５を参照すると、アンモニアガスの噴射方向Ｃは、接線方向Ｂに対して微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に所定の角度αで傾斜している。言い換えれば、アンモニアガスの噴射方向Ｃは、図６に示すように第２ノズル１７３Ｂを正面視した場合において接線方向Ｂに沿うように、かつ、図６における紙面の手前側に所定の角度αに傾斜している。
アンモニアガスの噴射方向Ｃの、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側への傾斜角度αを持たせることが好ましい。
【００５８】
図７参照すると、燃焼装置６Ａは、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭を燃焼させた燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向Ｂに沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保でき、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
【００５９】
（燃焼装置の作用）
次に、第１実施形態による燃焼装置の作用及び効果を説明する。
【００６０】
図２から図７を参照すると、第１実施形態による燃焼装置６Ａは、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼する燃焼装置６Ａであって、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅからアンモニアを噴射するので、微粉炭の燃焼火炎により、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
【００６１】
図７を参照すると、第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅから、微粉炭の燃焼火炎の接線方向に沿うように、アンモニアを噴射するので、微粉炭の燃焼火炎の周囲に旋回流を形成することも可能である。
【００６２】
特許文献２の図３及び図４に開示したように、同軸バーナを用いて、水平に同軸で噴射して燃焼させると、他の燃料の火炎に対して、アンモニアの火炎が遅延することで、燃焼空間の大小や形状によっては、アンモニアが不完全燃焼してしまう可能性があった。
【００６３】
第１実施形態による燃焼装置６Ａは、アンモニアを燃焼させた火炎が、微粉炭を燃焼させた火炎の周囲を微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜してアンモニアを噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保することで、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。なお、第１実施形態による燃焼装置６Ａは、窒素酸化物の発生を抑制できるが、その実現性については、第３実施形態で説明する。
【００６４】
［第２実施形態］
（燃焼装置の構成）
次に、第２実施形態による燃焼装置の構成を説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第２実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。図９は、第２実施形態による燃焼装置に備わるガスリングを拡大した正面図である。
【００６６】
なお、第１実施形態で用いた符号と同じ符号を付した構成品は、その作用を同じにするので、説明を省略することがある。
【００６７】
図８を参照すると、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、円弧状の第２ガスリング１７８を備えている。図９を参照すると、第２ガスリング１７８は、長尺の第１ノズル１７５を中心部に配置している。第１ノズル１７５の周囲には、長尺の第２ノズル１７３Ｂを配置している。又、第１ノズル１７５の周囲には、長尺の第３ノズル１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅを配置している。
【００６８】
図９を参照すると、第２ガスリング１７８は、中心部に向かって、五つのバーナノズル１７２Ａ・１７２Ｂ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅを突出している。バーナノズル１７２Ｂは、第２ノズル１７３Ｂに接続している。又、バーナノズル１７２Ａ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅは、第３ノズル１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅに接続している。
【００６９】
図９を参照すると、バーナノズル１７２Ｂには、アンモニアガス供給配管１５１ｂからアンモニアガスが供給されている。バーナノズル１７２Ｂにアンモニアガスを供給すると、第２ノズル１７３Ｂの先端部に設けた第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスを噴射できる（図５又は図６参照）。そして、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼できる。
【００７０】
このように、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、ボイラ６の最上段に配置された四つの第２ガスリング１７８のバーナノズル１７２Ｂにアンモニアガスを供給し、バーナノズル１７２Ｂに接続した一つの第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射できる。つまり、火炉の内部に向かって、四つの第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射できる。
【００７１】
図９を参照すると、バーナノズル１７２Ｂにおけるアンモニアガス供給配管１５１ｂとの接続部よりも上流側には、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを設けている。
【００７２】
図９を参照すると、第２ガスリング１７８は、ガス燃料配管１７０を接続している（図１参照）。ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを閉じた状態では、バーナノズル１７２Ａ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅを介して、第３ノズル１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅにガス燃料を供給できる。そして、第３ノズル１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅの先端部から、火炉の内部に向かってガス燃料を噴射し、ガス燃料を燃焼できる。
【００７３】
図９を参照して、遮断弁５４を閉じ、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを開いた状態では、バーナノズル１７２Ｂを介して、第２ノズル１７３Ｂからガス燃料を噴射することもできる。このように、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、最上段のバーナ６２Ａでガス燃料を燃焼することもできる。この場合、最上段のバーナ６２Ａで微粉炭とガス燃料を火炉の内部で混焼することなく、バーナ６２Ｂ・６２Ｃ・６２Ｄで微粉炭を燃焼することが好ましい。
【００７４】
図２から図９を参照して、第１ガスリング１７１と第２ガスリング１７８は、構造的に同じものであるが、流通する燃焼が異なることから、符号を変えて区別した。同様に、第２ノズル１７３Ｂと第３ノズル１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅは、構造的に同じものであるが、流通する燃焼が異なることから、符号を変えて区別した。
【００７５】
図３と図９を対比すると、第１実施形態による燃焼装置６Ａは、全ての第１ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅからアンモニアガスを噴射しているのに対し、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、特定の第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射できると、いう違いがある。
【００７６】
図５から図７を参照すると、第２噴射口１７３ｈから噴射されるアンモニアの燃焼火炎が、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、第１噴射口１７５ｈの周囲を所定の傾斜角度αで開口していることで、アンモニアの燃焼時間を確保でき、アンモニアを完全燃焼できる。
【００７７】
図９を参照すると、第２ガスリング１７８には、ガス燃料配管１７０に換えて、空気の供給ライン（図示せず）に接続することもできる。この場合、図７を参照して、第２ノズル１７３Ａ・１７３Ｂ・１７３Ｃ・１７３Ｄ・１７３Ｅから、微粉炭の燃焼火炎の接線方向に沿うように、空気を噴射するので、微粉炭の燃焼火炎の周囲に旋回流を形成することも可能である。
【００７８】
なお、図８を参照すると、ボイラ６の最上段の右端（Ａ）及び右から３番目（Ｃ）に配置された第２ガスリング１７８のバーナノズル１７３Ｂから噴射されるアンモニアガスが時計方向Ｒに旋回するのに対し、ボイラ６の最上段の左端（Ｄ）及び左から３番目（Ｂ）に配置された第２ガスリング１７８のバーナノズル１７８Ｃから噴射されるアンモニアガスが反時計方向Ｌに旋回できる。又、これにより、アンモニアガスを偏ることなく、均一に燃焼することが可能になる。
【００７９】
（燃焼装置の作用）
次に、第２実施形態による燃焼装置の作用及び効果を説明する。
【００８０】
図８又は図９を参照すると、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、アンモニアを燃焼させた火炎が、微粉炭を燃焼させた燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向Ｂに沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に所定角度α傾斜して噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保でき、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
［第３実施形態］
（燃焼装置の構成）
次に、第３実施形態による燃焼装置の構成を説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の第３実施形態による燃焼装置の構成を示す斜視図である。図１１は、第３実施形態による燃焼装置に備わる第３ガスリングを拡大した正面図である。図１２は、第３実施形態による燃焼装置に備わる第２ノズル及び第４ノズルの配置図であり、第２ノズル及び第４ノズルを火炉側から観た状態図である。
【００８２】
なお、第１実施形態及び第２実施形態で用いた符号と同じ符号を付した構成品は、その作用を同じにするので、説明を省略することがある。
【００８３】
図１０又は図１１を参照すると、第３実施形態による燃焼装置６Ｃは、最上段のバーナ６２Ａの最も右側に配置している。そして、最上段のバーナ６２Ａの左側３列には、アンモニアガスが供給されない燃焼装置６Ｄを配置している。燃焼装置６Ｃがアンモニアを噴射するに対し、燃焼装置６Ｄは、ガス燃料のみを噴射できる。燃焼装置６Ｃ及び６Ｄは、第３ガスリング１７９を備えている。図１１を参照すると、第３ガスリング１７９は、長尺の第１ノズル１７５を中心部に配置している。
【００８４】
図１０又は図１１を参照すると、燃焼装置６Ｃは、長尺の第２ノズル１７３Ｂを第１ノズル１７５の周囲に配置している。又、燃焼装置６Ｃは、長尺の第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅを第１ノズル１７５の周囲に配置している。燃焼装置６Ｄは、長尺の第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｂ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅを第１ノズル１７５の周囲に配置している。
【００８５】
図１１を参照すると、燃焼装置６Ｄの第３ガスリング１７９は、中心部に向かって、五つのバーナノズル１７２Ａ・１７２Ｂ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅを突出している。バーナノズル１７２Ｂは、第２ノズル１７３Ｂに接続している。又、バーナノズル１７２Ａ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅは、第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅに接続している。
【００８６】
図１１を参照すると、第２ノズル１７３Ｂには、アンモニアガス供給配管１５１ｂからアンモニアガスが供給されている。第２ノズル１７３Ｂにアンモニアガスを供給すると、第２ノズル１７３Ｂの先端部に設けた第２噴射口１７３ｈからアンモニアガスを噴射できる（図５又は図６参照）。そして、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼できる。
【００８７】
このように、第３実施形態による燃焼装置６Ｃは、ボイラ６の最上段の右端に配置された一つの第３ガスリング１７９のバーナノズル１７２Ｂにアンモニアガスを供給し、バーナノズル１７２Ｂに接続した一つの第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射できる。
【００８８】
図１２を参照すると、燃焼装置６Ｃの第３ガスリング１７９は、ガス燃料配管１７０を接続している（図１参照）。ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを閉じた状態では、バーナノズル１７２Ａ・１７２Ｃ・１７２Ｄ・１７２Ｅを介して、第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅにガス燃料を供給できる。そして、第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅの先端部から、火炉の内部に向かってガス燃料を噴射し、ガス燃料を燃焼できる。
【００８９】
図１１を参照すると、バーナノズル１７２Ｂにおけるアンモニアガス供給配管１５１ｂとの接続部よりも上流側には、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを設けている。
【００９０】
図１１を参照して、遮断弁５４を閉じ、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂを開いた状態では、バーナノズル１７２Ｂを介して、第２ノズル１７３Ｂからガス燃料を噴射することもできる。このように、第３実施形態による燃焼装置６Ｃは、ガス燃料を燃焼することもできる。この場合、燃焼装置６Ｃで微粉炭とガス燃料を火炉の内部で混焼することなく、バーナ６２Ａ・６２Ｂ・６２Ｃ・６２Ｄで微粉炭を燃焼することが好ましい。
【００９１】
図２から図１１を参照して、第１ガスリング１７１と第３ガスリング１７９は、構造的に同じものであるが、流通する燃焼が異なることから、符号を変えて区別した。同様に、第２ノズル１７３Ｂと第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｂ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅは、構造的に同じものであるが、流通する燃焼が異なることから、符号を変えて区別した。
【００９２】
図１１を参照すると、アンモニアガス供給配管１５１ｂには、遮断弁５４を設けている。遮断弁５４の上流において、戻り配管１７６が分岐している。戻り配管１７６には。遮断弁１７７を設けている。戻り配管１７６は、アンモニアガス供給配管１５１ｂから、アンモニアガスをバーナノズル１７２Ｂに供給しない時に用いる配管であり、供給しない場合、遮断弁５４を閉じ、遮断弁１７７を開放する。
【００９３】
図１１を参照すると、アンモニアガスをバーナノズル１７２Ｂに供給する際は、遮断弁５４が開放され、ガス燃料配管遮断弁７１Ｂと遮断弁１７７が閉じられる。
【００９４】
図８及び図９と図１０とを対比すると、第２実施形態による燃焼装置６Ｂは、全ての第２ガスリング１７８の第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射しているのに対し、第３実施形態による燃焼装置６Ｃは、特定の第３ガスリング１７９の第２ノズル１７３Ｂからアンモニアガスを噴射しているという違いがある。
【００９５】
図８と図１０を対比すると、燃焼装置６Ｂと燃焼装置６Ｃとは同じものであり、第２実施形態は、燃焼装置６Ｂを四基配列しているのに対し、第３実施形態は、燃焼装置６Ｂを一基のみ配列しているという違いがある。
【００９６】
図５から図７を参照すると、燃焼装置６Ｃは、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭を燃焼させた燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向Ｂに沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に所定角度α傾斜して噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保でき、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
【００９７】
図１１を参照すると、第３ガスリング１７９には、ガス燃料配管１７０に換えて、空気の供給ライン（図示せず）に接続することもできる。この場合、図７を援用すると、第４ノズル１７９Ａ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅから、微粉炭の燃焼火炎の接線方向に沿うように、空気を噴射するので、微粉炭の燃焼火炎の周囲に旋回流を形成することも可能である。
【００９８】
（燃焼装置の作用）
次に、第３実施形態による燃焼装置の作用及び効果を説明する。
【００９９】
図１０から図１２を参照すると、第３実施形態による燃焼装置６Ｃは、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼する燃焼装置６Ｃであって、アンモニアを燃焼させた火炎が、微粉炭を燃焼させた火炎の周囲を微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に所定角度α傾斜してアンモニアを噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保することで、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
【０１００】
図１２を参照すると、アンモニアガス供給配管１５１ｂに設けた遮断弁５４が開放され、バーナノズル１７２Ｂに設けたガス燃料配管遮断弁７１Ｂと、戻り配管１７６に設けた遮断弁１７７とを閉じることにより、アンモニアガスは、アンモニアガス供給配管１５１ｂ→第１接続部７２→バーナノズル１７２Ｂを経由し、第２ノズル１７３Ｂに供給される。更に、第１ノズル１７５から噴射される微粉炭火炎の長さ方向に対して垂直な断面を円に近似した場合、図１２の矢印に示すように、第２ノズル１７３Ｂの第２噴射口１７３ｈは、この円の接線方向にアンモニアを噴射する。
【０１０１】
図１２を参照して、アンモニアが微粉炭火炎の周囲を微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に所定角度α傾斜してアンモニアを噴射するので、アンモニアの燃焼距離が長くなることにより、アンモニアの燃焼時間が確保され、アンモニアが完全燃焼されることが可能となる。
【０１０２】
〔燃焼試験〕
次に、第３実施形態による燃焼装置６Ｃを用いた、燃焼試験の結果を説明する。図１３は、第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼試験したときに用いたアンモニア燃焼量の計時変化を示すグラフである。
【０１０３】
図１４は、第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼試験したときに用いた石炭使用量の計時変化を示す図であり、図１４（ａ）は、単位時間当たりの石炭使用量の計時変化を示すグラフ、図１４（ｂ）は、単位時間当たりの石炭使用量の計時変化を示す表、図１４（ｃ）は、発電設備の平均出力の計時変化を示す表である。
【０１０４】
図１５は、第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置の出口のアンモニア濃度を計測した計測点を示す図である。
【０１０５】
図１６は、第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置の出口のＮＯｘ値の計時変化を示す図であり、図１６（ａ）は、ＮＯｘ値の計時変化を示すグラフ、図１６（ｂ）は、ＮＯｘ値の計時変化を示す表、図１６（ｃ）は、発電設備の平均出力の計時変化を示す表である。
【０１０６】
図１７は、第３実施形態による燃焼装置を用いて、燃焼装置から排出される排気ガス中のＣＯ２含有量の計時変化を示す図であり、図１７（ａ）は、単位時間当たりのアンモニア注入量とＣＯ２含有量の計時変化を示すグラフ、図１７（ｂ）は、単位時間当たりのアンモニア注入量とＣＯ２含有量の計時変化を示す表である。
【０１０７】
図１で開示した火力発電設備１において、以下のアンモニア混焼による燃焼試験を行った。
【０１０８】
図１３に示すように試験期間は７日間とし、１日目の１３時から１７時まで、２日目〜６日目の１０時から１７時まで、及び７日目の１０時から１３時までにおいて、最大４５０ｋｇ／ｈのアンモニア（なお、これは気化器２０の最大流量であり、石炭４００ｋｇに相当する）を使用した。
【０１０９】
より詳細には、１日目の１３時〜１５時においては１００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、１日目の１５時〜１６時においては２００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、１日目の１６時〜１７時においては４００ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼し、２日目以降は４５０ｋｇ／ｈのアンモニアを燃焼した。
【０１１０】
又、基本的には、ボイラを１５５ＭＷの負荷で運転したため、アンモニアの混焼率は約０．６％（１ＭＷ相当）であったが、５日目のみにおいては、ボイラを１２０ＭＷの負荷で運転したため、アンモニアの混焼率は約０．８％であった。なお、排ガス量超過がない範囲でアンモニアを燃焼した。
【０１１１】
又、燃焼に用いた液体アンモニアは、純度９９．９８％、水分０．０１６％、油分が１．０ｐｐｍ未満であり、アンモニアと混焼した石炭の炭種は、マウントオーエンが６０％、ボカブライプレミアムが４０％である。
【０１１２】
（ボイラメタル温度）
図１５を参照して、ボイラ６内に設けられた配管などの金属部分の温度、すなわちボイラメタル温度を、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とにおいて測定した。測定箇所は、１次過熱器出口、再熱器出口、２次過熱器入口、２次過熱器中間、２次過熱器出口の６箇所である。
【０１１３】
図１５を参照して、測定の結果、ボイラの負荷が１５５ＭＷの場合には、１次過熱器出口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、再熱器出口のボイラメタル温度は５００〜５５０℃、２次過熱器入口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、２次過熱器中間のボイラメタル温度は４５０〜５００℃、２次過熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃であり、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とでは、ほぼ変化がなかった。
【０１１４】
同様に、ボイラの負荷が１２０ＭＷの場合には、１次過熱器出口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、再熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃、２次過熱器入口のボイラメタル温度は４００〜４５０℃、２次過熱器中間のボイラメタル温度は４５０〜５５０℃、２次過熱器出口のボイラメタル温度は５００〜６００℃であり、石炭専焼時と、アンモニアと石炭の混焼時とでは、ほぼ変化がなかった。
【０１１５】
すなわち、ボイラ６内の温度分布に、アンモニアを石炭と混焼した影響は、ほぼ見られなかった。
【０１１６】
（石炭量評価〕
図１４は、混焼前と混焼後の１時間当たりの石炭使用量、及び、双方の石炭使用量の差を示す。なお、図１４（ｂ）の表は、（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示し、図１４（ｃ）の表は、図１４（ｃ）内の最も左の列で示される日にちの平均値を示す。
【０１１７】
図１４を参照すると、混焼前に比較した混焼後の石炭使用量の減少分は、７日間の平均で、０．５０Ｔ／ｈとなった。すなわち、アンモニア燃焼量の４５０ｋｇ／ｈは、石炭減少量の５００ｋｇ／ｈ（無水）とほぼ同じとなった。また、１〜７日目を比較すると、５日目の石炭減少量が、最大値の１．９６Ｔ／ｈとなった。なお、上記の繰り返しとなるが、燃焼に用いた石炭の炭種は、マウントオーエン６０％、ボカブライプレミアム４０％である。
【０１１８】
（ボイラ出口ＮＯｘ値）
図１５を参照して、［Ａ系］及び［Ｂ系］で示される断面図中の十字で示されるような、ボイラ出口のＡ系２４点、Ｂ系２４点の合計４８点において、ＥＣＯ（節炭器）出口ガスのＮＯｘ値を測定した。
【０１１９】
図１６は、混焼前と混焼後のボイラ出口におけるＮＯｘ値を示す。なお、１日目においては種々の機器の調整を実行し、３日目においてはＮＯｘ計の点検をしたために、データから除外している。又、図１６（ｂ）の表は、図１６（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示し、図１６（ｃ）の表は、発電所出力、混焼率、及び図１６（ｃ）内の最も左の列で示される日にちの差の平均値を示す。また、混焼前の値は、アンモニア注入前３０分の値であり、混焼後の値は、アンモニア注入後３０分ごとに４点乃至５点のデータを取った、その平均値である。
【０１２０】
図１６（ｃ）を参照して、アンモニアの混焼率が約０．８％の５日目においては、他の日に比較して、アンモニアの混焼率が約０．６％から約０．８％に上昇したのに反して、混焼後のボイラ出口におけるＮＯｘ値が、混焼前より大きく減少することを確認した。
【０１２１】
又、図１６（ｃ）を参照して、アンモニアの混焼率が約０．６％であった、２日目、４日目、６日目、７日目においては、混焼前に比較した混焼後のＮＯｘ値の増加量は安定しないと共に、その平均値は、０．１７ｐｐｍとプラスの値を示した一方で、アンモニアの混焼率が約０．８％であった５日目の、混焼前に比較した混焼後のＮＯｘ値の増加量は、−１３．７５ｐｐｍとマイナスの値となったことを確認した。
【０１２２】
これにより、アンモニアを石炭と混焼させる場合、アンモニア混焼率は０．８％以上が望ましく、又、アンモニア供給量を増加させるほど、ＮＯｘ値を低減できる可能性が示唆された。
これは、
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
の化学反応式で示されるような、無触媒脱硝反応が進行したためであると推定される。
【０１２３】
（ボイラ出口アンモニア濃度）
図１５を参照すると、ボイラ出口の合計１０点において、ＥＣＯ（節炭器）出口ガスのアンモニア濃度を測定した所、燃料へのアンモニア注入前のアンモニア濃度は０．３ｐｐｍであり、燃料へのアンモニア注入後のアンモニア濃度は０．１〜０．４ｐｐｍであった。すなわち、燃料へのアンモニア注入後においても、ボイラ出口にはアンモニアはほとんど残留しておらず、アンモニアは完全燃焼していることが確認された。
【０１２４】
これは、アンモニアが微粉炭火炎の周囲を螺旋状の軌跡を描くよう、アンモニアを微粉炭火炎の接線方向に噴射し、アンモニアの燃焼距離を長く取ったことにより、アンモニアの燃焼時間が確保されたためであると推定される。
【０１２５】
（ＣＯ２分析）
図１５を参照すると、ボイラの出口２点において、ボイラからの排気ガスの組成を測定した。図１７は、ボイラの出力、アンモニア注入量と、ボイラからの排気ガス中のＣＯ２量を示す。なお、（ｂ）の表は、（ａ）のグラフで用いた数値を表形式で示す。
【０１２６】
図１７を参照すると、当初のＣＯ２量が１２．８％である所、アンモニアの混焼率は、０．６％〜０．８％であるため、ＣＯ２量はそれらの数値の積である０．１％程度しか減少しないことが予測されたが、実際には、０．２〜１．３％減少した。
【０１２７】
又、混焼率が約０．６％の場合における年間二酸化炭素削減量は、約３．９９（千ｔ−ＣＯ２／年）であり、混焼率が約０．８％の場合における年間二酸化炭素削減量は、約４．１２（千ｔ−ＣＯ２／年）であった。（なお、算定にあたっては、二酸化炭素排出係数は、平成２７年度の電気事業者別排出係数（中国電力：０．０００７ｔ−ＣＯ２／ｋＷｈ）を使用し、設備稼働率は７０％として算出した。）混焼したアンモニアがボイラ内で全て燃焼できたため、混焼した率に応じて、二酸化炭素排出量が削減できたものと考えられる。
【０１２８】
以上、本実施形態によると以下の効果を有する。
（１）本発明による燃焼装置は、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼する燃焼装置であって、アンモニアを燃焼させた火炎が微粉炭を燃焼させた火炎の周囲を微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜してアンモニアを噴射するので、アンモニアの燃焼時間を確保することで、アンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる。
【０１２９】
本実施形態によると、アンモニアが微粉炭火炎の周囲を接線方向に噴射され、アンモニアの燃焼距離が長くなることにより、アンモニアの燃焼時間が確保され、アンモニアが完全燃焼される。
【０１３０】
（２）本発明による燃焼方法は、第１ノズルから燃焼可能に噴射される微粉炭に対して、第２ノズルから燃焼可能に噴射されるアンモニアの混焼率を０．８％以上とすることで、窒素酸化物の発生を極力、抑制できる。
【０１３１】
本実施形態によると、燃焼に用いたアンモニアが、同時に、燃焼により発生する排気ガス中のＮＯｘを脱硝する作用を有することにより、アンモニアを有効活用することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３２】
１  火力発電設備
２  アンモニアガス供給設備
３  アンモニアガス燃料用配管設備
６  ボイラ（火炉）
６Ａ・６Ｂ・６Ｃ・６Ｄ  バーナ（燃焼装置）
７  制御部
１０  貯蔵タンク
１１  気化器起動弁
１２  気化器圧力調整弁
１３  気化器バイパス弁
２０  気化器
２１  アキュムレータ起動弁
２２  アキュムレータ圧力調整弁
２３  アキュムレータバイパス弁
３０  アキュムレータ
３１、３３、３４、５２、５４  遮断弁
３２  圧力調整弁
３６  パージ弁
３７  パージ用ガス供給部
４０  ヘッダー
５０  流量計
５１  流量調整弁
５３  バーナ弁
５４  遮断弁
５５  アンモニア流出遮断弁
６０Ａ  バーナ
６１  冷却空気弁
６２  バーナ
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ    ガスバーナ
７０  ガス燃料供給部
７１、７１Ｂ  ガス燃料配管遮断弁
７２  第１接続部
８０  アンモニアガス吸収部
９０  脱硝設備
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１３０、１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３２、１４０、１５０、１５０ａ、１５０ｂ  配管
１３３  パージ配管
１５１ａ  アンモニアガス流出配管
１５１ｂ  アンモニア供給配管
１６０  冷却配管
１７０  ガス燃料配管
１７１  第１ガスリング
１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ、１７２Ｄ、１７２Ｅ  バーナノズル
１７３Ａ〜１７３Ｅ  第２ノズル
１７３ｈ  第２噴射口
１７４    重軽油バーナ
１７５  第１ノズル
１７５ｈ  第１噴射口
１７６  戻り配管
１７７  遮断弁
１７８  第２ガスリング
１７８Ａ・１７８Ｃ・１７８Ｄ・１７８Ｅ  第３ノズル
１７９  第３ガスリング
１７９Ａ・１７９Ｂ・１７９Ｃ・１７９Ｄ・１７９Ｅ  第４ノズル
【要約】
窒素酸化物の発生とアンモニアの不完全燃焼を極力、抑制できる燃焼装置及び燃焼方法を提供する。
燃焼装置６Ａは、微粉炭とアンモニアを火炉の内部で混焼できる。燃焼装置６Ａは、第１ノズル１７５と一つ以上の第２ノズル１７３Ｂを備える。第１ノズル１７５は、火炉の内部に向かって微粉炭を噴射する第１噴射口１７５ｈを有する。第２ノズル１７３Ｂは、第１ノズル１７５の周囲に配置されている、第２ノズル１７３Ｂは、火炉の内部に向かってアンモニアを噴射する第２噴射口１７３ｈを有する。第２ノズル１７３Ｂの第２噴射口１７３ｈは、アンモニアの燃焼火炎が微粉炭の燃焼火炎の噴射方向を中心軸とする仮想円の接線方向に沿うように、かつ、微粉炭の燃焼火炎の噴射方向側に傾斜して開口している。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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