(57)【要約】【課題】ＣＯ2の排出量を削減することができ、運転制御も容易である、石炭焚きボイラーを含む発熱システムの提供。【解決手段】微粉炭焚きボイラー100は、燃料として微粉炭供給ライン121から供給される微粉炭と、アンモニアタンク111から供給されるアンモニアを使用している。アンモニアは、ボイラー100内のチャー燃焼領域に供給されるため、燃焼が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料として石炭とアンモニアを使用するボイラーを含む発熱装置。
【請求項２】
前記ボイラーが微粉炭焚きボイラーであって、
前記石炭が微粉炭であり、前記微粉炭と前記アンモニアが別々の供給経路で供給されるものであり、
前記アンモニアが、前記微粉炭焚きボイラー内において前記微粉炭から揮発成分が揮発したあとの残部成分であるチャーの燃焼領域に供給されるものである、請求項１記載のボイラーを含む発熱装置。
【請求項３】
前記ボイラーが流動層ボイラーである、請求項１記載のボイラーを含む発熱装置。
【請求項４】
前記燃料としてのアンモニアの供給量が、石炭の発熱量を１００としたとき、アンモニアの発熱量が１以上になる量である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラーを含む発熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のボイラーを含む発熱装置と組み合わせた発電装置であって、
前記発電装置が、前記ボイラーを含む発熱装置と、蒸気タービン、給水手段および発電機を備えたものである、発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2の排出量を削減することができるボイラーを含む発熱装置と、それを使用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラーやガスタービンなどを運転するときの燃料として、石炭や石油などの化石燃料が使用されている（特許文献１、２）。
しかし、化石燃料を多用することによりＣＯ2の発生量が増加することが問題となっている。
【０００３】
特許文献３には、ガスタービンを運転するときの燃料として、アンモニアと天然ガスまたは石油などの化石燃料を組み合わせるガスタービンの運転制御装置の発明が記載されている。
この発明は、燃料としてアンモニアを使用することから、ＣＯ2の発生量を削減できることが期待される。
しかし、燃料として難燃性のアンモニアを使用していることから、実際の運転時には、燃焼開始時には天然ガスのみをガスタービンに供給し、時間の経過とともに少しずつアンモニア量を増加させ、逆に天然ガス量を減少させて行き、最終的にはアンモニアのみをガスタービンに供給するものであり、運転制御が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２６７６５号公報
【特許文献２】特許第４０７８６６８号公報
【特許文献３】特許第５１１５３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＣＯ2の排出量を削減することができるボイラーを含む発熱装置と、それを使用した発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料として石炭（微粉炭、粉炭など）とアンモニアを使用するボイラーを含む発熱装置と、それを使用した発電装置を提供する。
従来、燃料として石炭とアンモニアを併用するボイラーは知られていない。
石炭焚きボイラーは発電手段として汎用されているが、燃料として石炭とアンモニアを併用することによって、必要量のエネルギーを確保すると共に、ＣＯ2の排出量を削減することの意義は大きい。
また、本発明は、既存の石炭焚きボイラーに適用することができるものであり、燃料としてアンモニアを併用することで、ボイラーのＣＯ2の排出量を低減することができる。
本発明では、アンモニアが難燃性であるという課題および高温燃焼時にＮＯxを発生するという課題を、次の手段で解決することができる。
【０００７】
本発明は、上記ボイラーを含む発熱装置の発明において
前記ボイラーが微粉炭焚きボイラーであって、
前記石炭が微粉炭であり、前記微粉炭と前記アンモニアが別々の供給経路で供給されるものであり、
前記アンモニアが、前記微粉炭焚きボイラー内において前記微粉炭から揮発成分が揮発したあとの残部成分であるチャーの燃焼領域に供給されるものである、請求項１記載のボイラーを含む発熱装置を提供する。
【０００８】
微粉炭焚きボイラーでは、内部に微粉炭を供給したとき、微粉炭に含まれている揮発分と、揮発分が揮発したあとの残部成分であるチャーに分離したあと、揮発分はガス燃焼し、チャーは固体燃焼する。
揮発分のガス燃焼とチャーの固体燃焼はほぼ同時に起こるが、揮発分のガス燃焼が終了した後もチャーが燃焼し続ける並列・逐次燃焼が進行するものと考えられる。
このため、微粉炭焚きボイラーに微粉炭を連続供給したとき、揮発分のガス燃焼領域（１０００〜１７００℃）と、前記ガス燃焼領域より温度の低いチャーの固体燃焼領域（チャー燃焼領域；約６００℃以上）に分かれて燃焼し続けることになる。
このようにチャーはチャー燃焼領域において連続燃焼されるものであるため、難燃性のアンモニアを前記チャー燃焼領域に連続供給することでアンモニアの燃焼を促進させることができる。
【０００９】
本発明は、上記ボイラーを含む発熱装置の発明において、前記ボイラーが流動層ボイラーである、発熱装置を提供する。
【００１０】
流動層ボイラー（または流動床ボイラーともいう）は、流動層ボイラー内部に底面側から空気を供給することで、石炭を流動させて空気との接触面積を増大させながら燃焼させる方式のものである。
前記微粉炭焚きボイラーの炉内温度が１，４００〜１，５００℃であるのに対し、流動層ボイラーの炉内温度は８００〜９００℃であり、難燃性アンモニアの燃焼を促進するには十分高い温度である。
【００１１】
本発明は、上記したボイラーを含む発熱装置と組み合わせた発電装置であって、
前記発電装置が、前記ボイラーを含む発熱装置と、蒸気タービン、給水手段および発電機を備えたものである、発電装置を提供する。
【００１２】
本発明の発電装置は、上記したとおり、燃料として石炭とアンモニアを併用しているボイラーを含む発熱装置を使用しているため、必要量のエネルギーを確保すると共に、ＣＯ2の排出量を削減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のボイラーおよびそれを使用した発電装置は、燃料として石炭とアンモニアを使用するものであることから、エネルギーを生産できると共に、ＣＯ2の発生量も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】微粉炭焚きボイラーの概念図。
【図２】流動層ボイラーの概念図。
【図３】微粉炭焚きボイラーを使用した発電装置の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１）図１の実施形態（微粉炭焚きボイラー含む発熱装置）
図１により微粉炭焚きボイラー１００を含む発熱装置を説明する。
微粉炭焚きボイラー１００自体は周知のものであり、例えば、特開平７−１４５９２４号公報の石炭灰処理方法、特開平１０−２８１４０１号公報の石炭焚きボイラーの低負荷運転時におけるトリップ防止方法、特開２００１−３２７９５０号公報の固形廃棄物の燃焼処理方法、特開２００８−２３７９５９号公報の燃焼排ガス処理方法、特開２０１０−１８５０１４号公報の内燃機関から排出された煤の処理方法で使用されている。
【００１６】
微粉炭焚きボイラー１００は、底面１０１、天井面１０２、周面１０３を有している外形が円柱もしくは箱型形状のものである。熱源（バーナー）は周面１０３にある。
微粉炭焚きボイラー１００には、さらに水を流通させるためのコイル１０５を接続することができる。
【００１７】
微粉炭焚きボイラー１００には、微粉炭タンク１１０から微粉炭供給ライン１２１を経て微粉炭が供給される。
さらに微粉炭焚きボイラー１００には、アンモニアタンク１１１からアンモニア供給ライン１２２を経てアンモニアが供給される。
アンモニアの供給量は石炭の発熱量を基準として供給することができ、石炭の発熱量を１００としたとき、アンモニアの発熱量が１以上になるようにアンモニアを供給することが好ましい。
アンモニア供給ライン１２２には、送風機１３０を間において、空気供給ライン１２３、１２４、１２５により空気供給源１１２と接続されており、アンモニアと合わせて空気も供給される。
また、微粉炭用の燃焼空気は、揮発分のガス燃焼領域にアンモニアが供給されないようにするため、アンモニアとは別の空気供給ライン１２６から供給される。
なお、空気は、アンモニアと別経路で供給されるようにしてもよく、その場合には前記の空気供給ライン１２５は不要にすることもできる。
【００１８】
アンモニア供給ライン１２２の供給口は、周面１０３の高さ方向の中間付近に接続されている。
微粉炭供給ライン１２１の供給口は、底面１０１とアンモニア供給ライン１２２の供給口の間に接続されている。
【００１９】
加熱状態の微粉炭焚きボイラー１００内に微粉炭供給ライン１２１から微粉炭を供給すると、石炭は、内部に含まれている揮発分が揮発され、天井面１０２側の空間内でガス燃焼され、揮発分を含まないチャーとなった後、前記チャーが固体燃焼する。
チャーは、揮発分の燃焼が完了したあたりの領域（チャー燃焼領域）で燃焼する。アンモニア供給ライン１２２の供給口は、前記チャー燃焼領域に面した位置にある。
このように難燃性のアンモニアは、微粉炭が供給されている間はチャーの固体燃焼が継続されているチャー燃焼領域に供給されるため、燃焼が促進される。また、前記チャー燃焼領域は揮発分のガス燃焼領域に比べて温度が低下しており、ＮＯxの発生を抑制することができる。
【００２０】
また微粉炭焚きボイラー１００で生じた排出ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯxなどを含む）は、排出ガスライン１２７から排出した後、さらに熱源として二次利用することもできる。
なお、排出ガスを排出ガスライン１２７から大気中に排出するときは、その前段階においてＮＯxを還元処理して窒素ガスにした後で排出する。
【００２１】
（２）図２の実施形態（流動層ボイラー含む発熱装置）
図２により流動層ボイラー２００を含む発熱装置を説明する。
流動層ボイラー（流動床ボイラー）２００自体は周知のものであり、例えば、特開平６−２８０９号公報の加圧流動層ボイラーの燃焼空気供給方法、特開平６−１９３８２６号公報の流動層ボイラー装置、特開平６−２７２８４９号公報の流動床ボイラー排ガス処理方法、特開平８−１６６１０９号公報の加圧流動床プラント、特開２００８−１５７４７３号公報の加圧流動床複合発電装置、特開２０１４−１０５３６７号公報のる中和処理方法で使用されている。
【００２２】
流動層ボイラー２００は、底面２０１、天井面２０２、周面２０３を有している外形が円柱もしくは箱型形状のものである。流動層ボイラー２００には、さらに水を流通させるためのコイル２０５を接続することができる。
【００２３】
流動層ボイラー２００には、石炭タンク２１０から石炭供給ライン２２１を経て石炭が供給される。
アンモニア供給ライン２２２は、流動層ボイラーに接続されている。
アンモニアの供給量は石炭の発熱量を基準として供給することができ、石炭の発熱量を１００としたとき、アンモニアの発熱量が１以上になるようにアンモニアを供給することが好ましい。
空気は、送風機２３０を間において、空気供給源２１２（大気の場合もある）と接続された空気供給ライン２２３、２２４、２２５、２２６から流動層ボイラー２００内に供給される。
なお、空気供給源２１２をアンモニア供給ライン２２２にも接続して、アンモニアと空気が混合して供給されるようにしてもよい。 
【００２４】
流動層ボイラー２００内部には、石炭供給ライン２２１から石炭が供給され、空気供給ライン２２３〜２２６から空気が供給される。
空気供給ラインの内、空気供給ライン２２６から供給された空気によって石炭は流動層を形成して燃焼し、さらにアンモニア供給ライン２２２から供給されたアンモニアが燃焼する。
流動層ボイラーにおいて石炭が燃焼したとき、炉内の温度は８００〜９００℃であるため、難燃性アンモニアの燃焼を促進するには十分高い温度である。
【００２５】
また流動層ボイラー２００で生じた排出ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯxなどを含む）は、排出ガスライン２２７から排出した後、さらに熱源として二次利用することもできる。
なお、排出ガスを排出ガスライン２２７から大気中に排出するときは、その前段階においてＮＯxを還元処理して窒素ガスにした後で排出する。
【００２６】
（３）図３の実施形態（発電装置）
図３によって、図１に示す微粉炭焚きボイラー１００を使用した発熱装置を利用した発電装置を説明する。
なお、図１に示す微粉炭焚きボイラー１００に替えて、図２に示す流動層ボイラー２００を使用することもできる。
【００２７】
微粉炭焚きボイラー１００には、微粉炭タンク１１０から微粉炭供給ライン１２１を経て微粉炭が供給される。
さらに微粉炭焚きボイラー１００には、アンモニアタンク１１１からアンモニア供給ライン１２２を経てアンモニアが供給される。アンモニア供給ライン１２２には、送風機１３０を間において、空気供給ライン１２３、１２４、１２５により空気供給源１１２と接続されており、アンモニアと合わせて空気も供給される。
【００２８】
アンモニア供給ライン１２２の供給口は、周面１０３の高さ方向の中間付近に接続されている。
微粉炭供給ライン１２１の供給口は、底面１０１とアンモニア供給ライン１２２の供給口の間に接続されている。微粉炭用の燃焼空気は、空気供給ライン１２６から供給される。
【００２９】
加熱状態の微粉炭焚きボイラー１００内に微粉炭供給ライン１２１から微粉炭を供給すると、微粉炭は、内部に含まれている揮発分が揮発され、天井面１０２側の空間内でガス燃焼され、揮発成分を含まないチャーとなった後、前記チャーが燃焼する。
チャーは、揮発分と熱源との間付近の空間（微粉炭焚きボイラー１００の高さ方向の中間位置付近）の領域（チャー燃焼領域）で固体燃焼することになり、アンモニア供給ライン１２２の供給口は、前記チャー燃焼領域に面した位置にある。
このように難燃性のアンモニアは、微粉炭が供給されている間はチャーの固体燃焼が継続されているチャー燃焼領域に供給されるため、難燃性アンモニアの燃焼を促進するには十分高い温度であり、アンモニアを燃焼させた際のＮＯxの発生を低減できる。
【００３０】
微粉炭焚きボイラー１００には、第１給水ライン１５１が接続されており、運転開始時には水源と接続した給水ポンプ１４４を駆動させて給水する。
微粉炭焚きボイラー１００内には、第１給水ライン１５１と接続された第１蒸発ライン１５２が配置されており、第１蒸発ライン１５２は、微粉炭焚きボイラー１００外の第１蒸気ライン１５３に接続されている。
第１蒸発ライン１５２で生じた水蒸気は、第１蒸気ライン１５３を経て、蒸気タービン１４５に供給され、タービンを回転させる。
第１蒸気ライン１５３から蒸気タービン１４５に供給された水蒸気の一部は、第１蒸気返送ライン１５４から微粉炭焚きボイラー１００内に戻され、第２蒸発ライン１５５で再加熱されて、第２蒸気ライン１５６から蒸気タービン１４５に供給され、タービンを回転させる。
蒸気タービン１４５は発電機１４６に接続されており、タービンの回転により発生した動力が発電機１４６に伝達され、発電される。
【００３１】
蒸気タービン１４５でタービンの回転に使用された水蒸気は、第２蒸気返送ライン１５７からコンデンサ１４７に送られ、凝縮処理されて水にされた後、第２給水ライン１５８から給水ポンプ１４４を経て、第１給水ライン１５１から微粉炭焚きボイラー１００内の第１蒸発ライン１５２に供給される。
運転開始時には、水源から必要量を給水する必要があるが、定常運転時には、不足分のみを水源から供給すればよい。
以上の循環運転を継続することで、安定した発電ができる。
【００３２】
微粉炭焚きボイラー１００で生じた排出ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯx、などを含む）は、排出ガスライン１２５から排出した後、さらに熱源として二次利用することもできる。
なお、排出ガスを排出ガスライン１２５から大気中に排出するときは、その前段階においてＮＯxを還元処理して窒素ガスにした後で排出する。
【符号の説明】
【００３３】
１００  微粉炭焚きボイラー
２００  流動層ボイラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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