WO2023120397A1

WO2023120397A1 - アンモニア燃料ボイラシステム

Info

Publication number: WO2023120397A1
Application number: PCT/JP2022/046337
Authority: WO
Inventors: 幸洋冨永; 明正 ▲高▼山; 聡彦嶺; 康弘山内; 康裕竹井; 猛甘利
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: TW202338261A; JP2023094928A

Abstract

アンモニア燃料ボイラシステムは、バーナ配置領域および該バーナ配置領域の下流側に位置する追加空気投入領域を有する火炉と、バーナ配置領域に設けられ、アンモニア燃料を含む第１燃料を燃焼させるための第１バーナと、バーナ配置領域に設けられ、アンモニア燃料以外の第２燃料を燃焼させるための第２バーナと、バーナ配置領域に設けられ、第１燃料及び第２燃料を燃焼させるための燃焼用空気を噴射するための空気ノズルと、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、第１燃料及び第２燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する、バーナ配置領域への燃焼用空気の供給量の比であるバーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成されるコントローラとを備える。

Description

アンモニア燃料ボイラシステム

　本開示は、アンモニア燃料ボイラシステムに関する。
　本願は、２０２１年１２月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－２１０５３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、アンモニアが燃料として火炉内に供給されるアンモニア燃料ボイラが知られている。例えば、特許文献１で開示されるアンモニア燃料ボイラでは、炉本体に設けられたバーナに、微粉炭とアンモニアとの両方が供給される。これにより、炉本体の燃焼室内ではアンモニアと微粉炭の混焼が行われる。また同文献では、バーナの配置パターンを工夫することによって、ＮＯｘ排出量の低減が図られている。

特開２０２０－１１２２８０号公報

　アンモニア燃焼ボイラシステムでは、上記特許文献１に開示される構成が採用されるか否かに関わらず、ＮＯｘの排出を抑制するために別の対策があることが好ましい。

　本開示の目的は、ＮＯｘの排出を抑制できるアンモニア燃料ボイラシステムを提供することである。

　本開示の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃料ボイラシステムは、
　バーナ配置領域および該バーナ配置領域の下流側に位置する追加空気投入領域を有する火炉と、
　前記バーナ配置領域に設けられ、アンモニア燃料を含む第１燃料を燃焼させるための第１バーナと、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記アンモニア燃料以外の第２燃料を燃焼させるための第２バーナと、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記第１燃料及び前記第２燃料を燃焼させるための燃焼用空気を噴射するための空気ノズルと、
　ボイラ負荷が部分負荷であるとき、前記第１燃料及び前記第２燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する、前記バーナ配置領域への前記燃焼用空気の供給量の比であるバーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成されるコントローラと
を備える。

　本開示によれば、ＮＯｘの排出を抑制できるアンモニア燃料ボイラシステムを提供できる。

一実施形態に係るアンモニア燃料ボイラシステムの概念図である。一実施形態に係るボイラを示す概念図である。一実施形態に係るボイラ負荷に応じた燃焼用空気の供給量、追加空気の供給量を示すグラフである。一実施形態に係る第１バーナ空気比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。一実施形態に係る混焼率、バーナ部空気比、及びＮＯｘ排出量の関係を示すグラフである。一実施形態に係るバーナ部空気比制御処理を示すフローチャートである。一実施形態に係るバーナ部空気比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。

　以下、本開示に係る好適な実施形態を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。
　また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

＜アンモニア燃料ボイラシステム１の概要＞
　図１は、本開示の一実施形態に係るアンモニア燃料ボイラシステム１を表す概略図である。本例のアンモニア燃料ボイラシステム１は、火力発電プラントに組み込まれる。アンモニア燃料ボイラシステム１を構成するボイラ１０は、アンモニア燃料を含む第１燃料と、アンモニア燃料以外の第２燃料とを燃焼させて、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である。アンモニア燃料は、液体アンモニアまたはアンモニアガスのいずれであってもよい。また、液体アンモニアは、純物質としての液相のアンモニアであってもよいし、液相のアンモニアに水が微小比率で混合された混合液であってもよい。第２燃料は、アンモニア燃料以外であればどのような燃料であってもよく、固体燃料、液体燃料、または気体燃料のいずれであってもよい。以下では、第２燃料に石炭が含まれる実施形態を例示する。燃料としての石炭は微粉炭である。ボイラ１０では、石炭の専焼、石炭とアンモニア燃料との混焼、またはアンモニア燃料の専焼のいずれが行われてもよい。

　本実施形態において、図１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と燃焼ガス通路１３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を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管とこれらを接続するフィンとで構成され、微粉炭燃料またはアンモニアガスの少なくとも一方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、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

　燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁１０１の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ（例えば２１，２２，２３，２４，２５）を有している。一実施形態に係るボイラ１０は、旋回燃焼型ボイラであり、各段に設けられたバーナは、火炉２０の周方向に沿って等間隔に複数配置される。例えばバーナ２１，２２，２３，２４，２５は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段（例えば、図１では５段）配置されている。但し、火炉の形状や一つの段におけるバーナの数、段数、配置などはこの実施形態に限定されるものではない。他の実施形態に係るボイラ１０は、対向燃焼型ボイラである。この場合、各段のバーナは、互いに対向する位置に少なくとも一対設けられる。

　バーナ２１，２２，２３には、ボイラ１０にアンモニア燃料を供給するためのアンモニア燃料供給ユニット６０がアンモニア供給管６９を介して連結されている。アンモニア供給管６９は一例として、アンモニアを貯留するタンクに接続される。以下の説明では、バーナ２１，２２，２３を第１バーナ８１という場合がある。

　第１バーナ８１が液体アンモニアを噴射する液体アンモニア噴射方式が採用される実施形態では、アンモニア供給管６９は、高圧状態の液体アンモニアを第１バーナ８１に供給する。この場合、液体アンモニアの気化を防止するためにアンモニア供給管６９に断熱材が設けられてもよい。第１バーナ８１がアンモニアガスを噴射するアンモニアガス噴射方式が採用される実施形態では、アンモニア供給管６９には、液体アンモニアに対して気化処理を施すための少なくとも１つのアンモニア気化器が設けられてもよい。アンモニア気化器は、ボイラ１０において発生する蒸気、ボイラ１０における燃焼ガス、またはボイラシステムの系外にある海水を直接的または間接的な熱源として利用し、液体アンモニアを気化するように構成されてもよい。第１バーナ８１は、アンモニア燃料に加えて、別の燃料を噴射するように構成されてもよい。つまり、第１バーナ８１は、アンモニア燃料を含む第１燃料を燃焼させるように構成されたバーナであると了解される。

　バーナ２４，２５は、微粉炭供給管２９，３３を介して複数の粉砕機（ミル）３４，３５に連結されている（以下の説明では、バーナ２４，２５を総称して第２バーナ８２という場合があり、粉砕機３４，３５を総称して粉砕機３という場合があり、微粉炭供給管２９，３３を総称して微粉炭供給管３８という場合がある）。第２バーナ８２は、アンモニア燃料以外の第２燃料（本例では微粉炭）を燃焼させるように構成されたバーナであると了解される。粉砕機３では、例えば、ハウジング内に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持され、この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。石炭が、複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、粉砕され、搬送用ガス（１次空気、酸化性ガス、燃焼用空気、搬送用空気）により粉砕機３のハウジング内の分級機（図示省略）に搬送されて、所定の粒径範囲内に分級された微粉炭燃料を、微粉炭供給管２９，３３（３８）からバーナ２４，２５（第２バーナ８２）に供給することができる。なお、搬送用ガスは微粉炭燃料を乾燥させる役割も併せて担う。

　上述の搬送用ガスは、外気を取り込む１次空気通風機３１（ＰＡＦ：Ｐｒｉｍａｒｙ　Ａｉｒ　Ｆａｎ）から空気管３０を介して粉砕機３に送出される。空気管３０は、１次空気通風機３１から送出された空気のうちエアヒータ４２で加熱された熱空気が流れる熱空気誘導管３０Ａと、１次空気通風機３１から送出された空気のうちエアヒータ４２を経由しない常温に近い冷空気が流れる冷空気誘導管３０Ｂと、熱空気と冷空気が合流して流れるための搬送用ガス流路３０Ｃとを備える。熱空気誘導管３０Ａと冷空気誘導管３０Ｂにはそれぞれ、熱空気ダンパ３０Ｄと冷空気ダンパ３０Ｅが設けられる。これらダンパの各々の開度が、微粉炭燃料の供給条件に応じて調整されることで、搬送用ガス流路３０Ｃを流れる搬送用ガスの流量及び温度が調整される。

　また、火炉１１は、バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト（風道）３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ　Ｄｒａｆｔ　Ｆａｎ）３２が設けられている。また、空気ダクト３７には、風箱３６に供給される空気の供給量を調整するための風箱ダンパ２８が設けられている。風箱ダンパ２８の開度は後述のコントローラ９０（図２参照）によって制御される。

　火炉１１のバーナ２１の装着位置より上方（風箱３６より上方）には、火炉１１内の燃焼完結域１６（図２参照）に燃焼用の追加空気（ＡＡ：Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　Ａｉｒ）を供給するための複数の追加空気ポート（ＡＡポート）１７が設けられている。追加空気ポート１７には、空気ダクト３７から分岐した追加空気ダクト（ＡＡダクト）２７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、燃焼用の追加空気として、追加空気ダクト２７を介して追加空気ポート１７に供給することができる。本実施形態では、追加空気ポート１７には、追加空気調整ダンパ２６が設けられている。追加空気調整ダンパ２６の開度は後述のコントローラ９０（図２参照）によって制御される。

　燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１３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１０２，１０３，１０４、再熱器１０５，１０６、節炭器１０７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。
　一実施形態の火炉１１は、火炉１１内に向けて突出するノーズ１１Ａを含む。ノーズ１１Ａは、火炉１１内の主燃焼域１５（図２参照）及び燃焼完結域１６（図２参照）で生じたガス（例えば燃焼ガス及び未燃焼ガス）が、火炉１１の下流側にある煙道１４に適正に流れるように構成される。一実施形態に係るノーズ１１Ａには、ノーズ１１Ａの内壁面の温度であるノーズ温度を計測するためのガス温度計６が設けられる。ノーズ温度は、火炉１１内の燃焼ガスの温度として扱われてもよい。

　燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出される煙道１４が連結されている。煙道１４には、空気ダクト３７と空気管３０の各々を流れる空気を加熱するためのエアヒータ４２が設けられる。エアヒータ４２において、空気ダクト３７を流れる外気と、煙道１４を流れる燃焼ガスとの間で熱交換が行われ、バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。また、エアヒータ４２において、熱空気誘導管３０Ａに向けて流れる外気と、煙道１４を流れる燃焼ガスとの間で熱交換が行われ、外気は熱空気に変化することができる。従って、エアヒータ４２はボイラ１０の排熱を用いて外気を加熱するように構成されていると了解される。

　また、煙道１４は、エアヒータ４２より上流側の位置に脱硝装置４３が設けられている。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１４内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物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１４に連結されるガスダクト４１は、エアヒータ４２より下流側の位置に、電気集塵機などの集塵装置４４、誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｄｒａｆｔ　Ｆａｎ）４５、脱硫装置４６などが設けられ、下流端部に煙突５０が設けられている。

　一方、複数の粉砕機３４，３５（３）が駆動すると、生成された微粉炭燃料が搬送用ガス（１次空気、酸化性ガス、燃焼用空気、搬送用空気）と共に微粉炭供給管２９，３３（３８）を通してバーナ２４，２５（第２バーナ８２）に供給される。また、煙道１４から排出された排ガスとエアヒータ４２で熱交換することで、加熱された燃焼用空気（１次空気、２次空気、酸化性ガス）が、空気ダクト３７から風箱３６を介してバーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。バーナ２４，２５（第２バーナ８２）は、微粉炭燃料と搬送用ガスとが混合した微粉炭燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに微粉炭燃料混合気が着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、高温の燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１３に排出される。微粉炭燃料混合気の吹込み開始と同時に（あるいは微粉炭燃料混合気の着火後）、バーナ２１，２２，２３（第１バーナ８１）がアンモニア燃料を含む第１燃料を火炉１１に吹き込むことで、第１燃料の燃焼が起こり、微粉炭とアンモニアの混焼が行われる。なお、酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。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、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。

　その後、燃焼ガスは、図１に示すように、燃焼ガス通路１３に配置される第２過熱器１０３、第３過熱器１０４、第１過熱器１０２、（以下単に過熱器と記載する場合もある）、第２再熱器１０６、第１再熱器１０５（以下単に再熱器と記載する場合もある）、節炭器１０７で熱交換した後、脱硝装置４３により窒素酸化物が還元除去され、集塵装置４４で粒子状物質が除去され、脱硫装置４６にて硫黄酸化物が除去された後、煙突５０から大気中に排出される。なお、各熱交換器は燃焼ガス流れに対して、必ずしも前記記載順に配置されなくともよい。

　また、図１では燃焼ガス通路１３内の各熱交換器（過熱器１０２，１０３，１０４、再熱器１０５，１０６、節炭器１０７）の位置を正確に示しているものではなく、各熱交換器の焼ガス流れに対する配置順も図１の記載に限定されるものではない。

　また、第２バーナ８２が噴射する第２燃料としては、バイオマス燃料や石油精製時に発生するＰＣ（石油コークス：Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏｋｅ）燃料、石油残渣などの固体燃料であってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができ、更には、燃料として気体燃料（天然ガス、副生ガスなど）も使用することができる。さらに、これら燃料を組み合わせて使用する混焼焚きボイラにも適用することができる。

＜ボイラ１０の構造の詳細の例示＞
　図２は、本開示の一実施形態に係るボイラ１０の詳細を示す概略図である。ボイラ１０の火炉１１は、バーナ配置領域４と、該バーナ配置領域４の下流側に位置する追加空気投入領域５とを有する。バーナ配置領域４には第１バーナ８１と第２バーナ８２が設けられ、追加空気投入領域５には追加空気ポート１７が設けられる。さらに、バーナ配置領域４には、空気ダクト３７から供給される燃焼用空気を噴射するように構成される空気ノズル８が設けられる。本実施形態に係る空気ノズル８から噴射される燃焼用空気は２次空気である。なお、図２で示される空気ノズル８とは別の空気ノズル８、または、同図で示される空気ノズル８の少なくとも１つが、第１バーナ８１または第２バーナ８２に組み込まれてもよい。例えば、空気ノズル８が、第１バーナ８１の第１ノズル（後述）を取り囲むように配置されてもよいし、第２バーナ８２の第２ノズル（後述）を取り囲むように配置されてもよい。この場合、空気ノズル８によって噴射される燃焼用空気は１次空気であってもよいし、２次空気であってもよい。

　発明者らは、第１燃料と第２燃料の燃焼に伴うＮＯｘの生成量を抑制するには、バーナ部空気比を適正範囲に収める必要があることを見出した。バーナ部空気比は、第１燃料と第２燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する、バーナ配置領域４への燃焼用空気の供給量の比である。そして、バーナ配置領域４への空気供給量は、第１バーナ８１、第２バーナ８２、及び空気ノズル８への燃焼用空気の総供給量である。このバーナ部空気比は、ボイラ１０の構成要素としてのコントローラ９０によって制御される。

　より具体的な一例として、コントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷であるときに、バーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成される。例えば、ボイラ１０が定格運転をしている場合において、ボイラ負荷を定格負荷よりも下げる運転指令がコントローラ９０に入力されると、ボイラ負荷は部分負荷に切り替わる。別の例を挙げると、起動して間もないボイラ１０が定格運転状態に達する前、ボイラ負荷は部分負荷である。なお、ボイラ負荷は、アンモニア燃料ボイラシステム１のオペレータによる設定によって決まり、設定されたボイラ負荷がコントローラ９０に入力される。

　ボイラ負荷が部分負荷である場合には、第１燃料と第２燃料の供給量はいずれも比較的少なく、バーナ部空気比が過剰になり易い。実施例１で後述するように、バーナ部空気比が例えば１．０を超えるとＮＯｘ排出量は急増するおそれがある。そのため、ボイラ負荷が部分負荷になる場合には、ボイラ１０に供給される燃焼用空気を調整することで、ＮＯｘ排出量の抑制が図られることが好ましい。

　上記構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、コントローラ９０は、バーナ部空気比が規定値以下になるよう制御を実行する。従って、第１燃料と第２燃料の供給量が少なくバーナ部空気比が過多になることに起因したＮＯｘの増加を抑制できる。よって、ＮＯｘの排出を抑制できるアンモニア燃料ボイラシステム１が実現する。

　バーナ配置領域４における、第１バーナ８１、第２バーナ８２、及び空気ノズル８の配置パターンを以下に例示する。バーナ配置領域４では、鉛直方向の上側から順に、空気ノズル８、第２バーナ８２、空気ノズル８、第１バーナ８１、空気ノズル８、第２バーナ８２、及び空気ノズル８が設けられる。上記空気ノズル８は、それぞれ、空気ダンパ１８が設けられた空気供給管１９に接続される。空気供給管１９はそれぞれ、空気ダクト３７と空気ノズル８とを連通させるように構成される。各空気ノズル８への燃焼用空気の供給量は、各空気ノズル８に対応する空気ダンパ１８の開度変更によって調整される。本実施形態の空気ダンパ１８は、例えば角度調整用ＩＰコンバータ（図示外）を介してコントローラ９０と接続されている。コントローラ９０から送られる指令に応じて、各空気ダンパ１８の開度は調整される。なお、図２で例示される実施形態では、第１バーナ８１と第２バーナ８２の間においては複数の空気ノズル８が鉛直方向に配列されている。

　本実施形態に係る第１バーナ８１は、アンモニア燃料を含む第１燃料を噴射するための第１ノズルと、第１ノズルにアンモニア燃料を供給するためのアンモニア供給路１８１とを含む。アンモニア供給路１８１は、上述したアンモニア供給管６９に接続されている。詳細な図示は省略するが、アンモニア供給管６９には、第１バーナ８１へのアンモニア燃料の供給量を調整するための調整部が設けられる。本実施形態に係る調整部は、液体アンモニアの流量を調整するための流量調整弁である。他の実施形態に係る調整部は、液体アンモニアを送液するためのアンモニアポンプであってもよく、アンモニアポンプの駆動量を変更することで、アンモニア燃料の供給量が調整されてもよい。いずれの実施形態においても、調整部はアンモニア燃料供給ユニット６０の構成要素であり、コントローラ９０が調整部を制御する。

　また、上記の複数の第２バーナ８２はそれぞれ、石炭を噴射するための第２ノズルと、搬送用空気を用いて石炭（微粉炭）を供給するための石炭供給路１８２とを含む。石炭供給路１８２は、上述の微粉炭供給管３８に接続されている。つまり、石炭供給路１８２は、搬送用空気を用いて微粉炭燃料を第２ノズルに供給するように構成される。微粉炭燃料の供給量は、粉砕機３の駆動量を変更することによって調整される。そして、粉砕機３の駆動量はコントローラ９０によって制御される。

　上記構成において、バーナ部空気比（λ）は、以下のように定義される。
λ＝（Ｑ_ａ１＋Ｑ_ａ２＋Ｑ_ａ２ｆ）／Ｑ_ｔｈ　　・・・（Ａ）
（Ｑ_ａ１：第１燃料（アンモニア燃料）の燃焼用空気の流量、Ｑ_ａ２：第２燃料（本例では微粉炭燃料）の２次空気の流量、Ｑ_ａ２ｆ：第２燃料の搬送用空気の流量、Ｑｔｈ：第１燃料と第２燃料の理論空気量）
　ボイラ負荷が部分負荷である場合、コントローラ９０は、バーナ部空気比（λ）を規定値以下にするための制御を実行する。また、ボイラ負荷が部分負荷である場合、コントローラ９０はバーナ部空気比が下限値以上になるように制御する。バーナ部空気比が下限値を下回ると、火炉１１内で失火等が発生するおそれがあるからである。
　式（Ａ）における理論空気量（Ｑ_ｔｈ）は、微粉炭供給管３８に設けられる微粉炭流量計３９と、アンモニア供給管６９に設けられるアンモニア流量計６８とのそれぞれの出力結果に基づき特定してもよい。また、式（Ａ）におけるバーナ配置領域４への燃焼用空気の供給量（Ｑａ１＋Ｑａ２＋Ｑａ２ｆ）は、空気ダクト３７、追加空気ダクト２７、及び空気管３０のそれぞれに設けられる空気流量計（図示外）の出力結果、及び、各空気ダンパ１８の開度に基づき特定してもよい。なお、空気ダクト３７に設けられる空気流量計が、追加空気ダクト２７の上流端よりも風箱に近い位置に設けられるのであれば、追加空気ダクト２７の空気流量計の出力結果は参照されなくてもよい。

　なお、図２で例示されるバーナ配置領域４に配置される第１バーナ８１、第２バーナ８２、及び空気ノズル８の配置パターンは一例に過ぎない。例えば、最上段の第２バーナ８２よりも上方において、複数の空気ノズル８が鉛直方向に配列されてもよいし、第１バーナ８１と第２バーナ８２の間の鉛直方向位置に配置される空気ノズル８の個数は１個でもよい。

　また、他の実施形態に係る第１燃料には、アンモニア燃料以外の燃料として、油または微粉炭などが含まれてもよい。この場合、第１バーナ８１の第１ノズルによって噴射される第１燃料が、アンモニア燃料と油（もしくは微粉炭）との間で切り替わってもよい。第１燃料に油が含まれる実施形態においては、アンモニア供給路１８１は、燃料としての油を供給するための油供給管（図示外）にも接続される。同様に、他の実施形態に係る第２燃料には、石炭（微粉炭）に加えて油が含まれてもよい。この場合、石炭供給路１８２は、燃料としての油を供給するための油供給管にも接続される。

＜バーナ部空気比の詳細＞
　幾つかの実施形態では、式（Ａ）によって規定されるバーナ部空気比（λ）の規定値は０．９５である。即ち、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、コントローラ９０はバーナ部空気比を０．９５以下に制御するように構成される。バーナ部空気比が０．９５以下であることによってＮＯｘの発生量が抑えることの検証については、実施例１で後述する。本実施形態では、コントローラ９０は、ボイラ負荷とアンモニア混焼率（以下、単に混焼率という場合がある）とを取得する。そして、その取得結果に応じて、コントローラ９０は、第１バーナ８１への燃焼用空気の供給量、第２バーナ８２への燃焼用空気（１次空気及び２次空気）の供給量をそれぞれ制御する。より具体的には、コントローラ９０が、空気ダンパ１８、及び風箱ダンパ２８の開度を調整することで、バーナ部空気比は０．９５以下に制御される。上記構成によれば、バーナ部空気比が０．９５以下に制御されることによって、ボイラ１０内でのＮＯｘの発生を効果的に抑制できるアンモニア燃料ボイラシステム１が実現する。

　図３は、ボイラ負荷に応じた、第１バーナ８１への燃焼用空気の供給量、第２バーナ８２への燃焼用空気（１次空気及び２次空気）の供給量、追加空気ポート１７への追加空気の供給量を示すグラフである。グラフの縦軸では、第１燃料と第２燃料の燃焼に必要な理論空気量が１に該当する。グラフの横軸の１００％は、ボイラ１０の定格負荷に該当する。同グラフで示される通り、ボイラ負荷の低下に伴い、追加空気ポート１７、空気ノズル８、第１バーナ８１、及び第２バーナ８２のそれぞれに供給される空気の供給量は低下する傾向にある。但し、第２バーナ８２の１次空気（微粉炭の搬送用空気）は、ボイラ負荷が約５０％以下の範囲では、ボイラ負荷によらず一定である。これは、微粉炭を搬送するための搬送用空気は、一定量確保される必要があるからである。

　図２に戻り、幾つかの実施形態に係る第２燃料は石炭（微粉炭）を含み、第２バーナ８２は、搬送用空気を用いて石炭を供給するための石炭供給路１８２を含む。そして、バーナ配置領域４へ供給される空気は、搬送用空気と、空気ノズル８に供給される２次空気とを含む。本実施形態のコントローラ９０は、少なくとも空気ノズル８に供給される２次空気の供給量を調整して、バーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成される。２次空気の供給量は、コントローラ９０が空気ダンパ１８の開度を制御することによって調整される。他の実施形態では、コントローラ９０は、ＦＤＦ３８（図１参照）の駆動量を変更することで、２次空気の供給量を調整してもよい。燃焼用空気の供給量の調整に２次空気の供給量の調整が含まれる利点は、以下の通りである。

　石炭供給路１８２において石炭（本例では微粉炭）を搬送する搬送用空気の供給量は、石炭が供給過程で沈降するのを抑制するために、一定量確保される必要がある。具体的な一例として、粉砕機３のミル負荷（給炭量）が規定値以下であるときには、ミル負荷の低下に応じて搬送用空気の流量を低減すると、石炭が第２ノズルなどで沈降するリスクがある。そのため、ボイラ負荷が部分負荷であっても、搬送用空気を低減することが困難となるおそれがある。この点、上記構成によれば、コントローラ９０は、少なくとも２次空気の供給量を調整することでバーナ部空気比が規定値以下になるよう制御する。よって、石炭とアンモニア燃料の混焼時にボイラ負荷が部分負荷であっても、ＮＯｘの排出を抑制できる。

　幾つかの実施形態では、バーナ部空気比は第１バーナ空気比と第２バーナ空気比とを含む。第１バーナ空気比は、第１燃料の理論空気量に対する第１燃料の燃焼用空気の比である。第２バーナ空気比は、第２燃料の理論空気量に対する第２燃料の燃焼用空気の比である。そして、バーナ部空気比が規定値以下になるよう、コントローラ９０は、第１バーナ８１と第２バーナ８２のそれぞれにおける空気比（第１バーナ空気比と第２バーナ空気比）を独立して制御するように構成される。本実施形態に係るコントローラ９０が、複数の空気ノズル８のそれぞれに対応する空気ダンパ１８の開度を制御すると共に、粉砕機３における給炭量、アンモニア燃料供給ユニット６０におけるアンモニア燃料の供給量を制御する。上記構成によれば、第１バーナ空気比と第２バーナ空気比とを独立して制御することで、ＮＯｘの発生量を低減するためにバーナ部空気比をより微細に制御することができる。

　なお上記実施形態では、各空気ノズル８から噴射される燃焼用空気がどの程度、第１燃料の燃焼と第２燃料の燃焼のそれぞれに寄与するか規定する必要がある。そこで上記実施形態では、複数の空気ノズル８のそれぞれに設定される上記寄与度を示すデータが、例えばコントローラ９０を構成するメモリに記憶されてもよい。より具体的な一例として、図２で示される最上段の空気ノズル８から噴射される燃焼用空気は、全て、最上段の第２バーナ８２から噴射される第２燃料の燃焼のみに寄与することを示すデータが記憶される。また、第１バーナ８１と第２バーナ８２の間において鉛直方向に配列する２つの空気ノズル８のうち第１バーナ８１に近接する一方の空気ノズル８は、第１燃料の燃焼に寄与する燃焼用空気のみを噴射することを示すデータが記憶されてもよい。また、他方の空気ノズル８は、第２燃料の燃焼に寄与する燃焼用空気のみを噴射することを示すデータが記憶されてもよい。このようなデータが記憶されていれば、各空気ダンパ１８の開度を通じて、第１バーナ空気比と第２バーナ空気比とを算出することが可能であり、両空気比を独立して制御することが可能である。なお、寄与度を示すデータは、上記した例に限定されない。特定の空気ノズル８から噴射される燃焼用空気の一部が第１燃料の燃焼に寄与し、且つ残る燃焼用空気が第２燃料の燃焼に寄与することを示すデータが記憶されてもよい。

　幾つかの実施形態に係るコントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第１燃料の供給量よりも先に第１バーナ８１への燃焼用空気の供給量を下げるように構成される。より具体的な一例としてコントローラ９０は、第１燃料の燃焼用空気（２次空気）を噴射する空気ノズル８に対応した空気ダンパ１８の開度を、粉砕機３の給炭量を低減する前に小さくする。このような制御が実行される利点は、以下の通りである。

　図４は、第１バーナ空気比とＮＯｘ排出量との関係を燃焼実験により検証した結果を示すグラフである。本燃焼実験では、第１バーナ８１に供給される第１燃料はアンモニア燃料のみを含む。同グラフから判る通り、第１バーナ空気比が規定値（図４の例では０．６）を超えて増加すると、ＮＯｘ排出量が増加する傾向にある。この増加傾向は、第１バーナ空気比が０．６を下回って低下するにつれてＮＯｘ排出量が増加する傾向よりも激しい。ここで、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第１燃料の供給量が減るため、第１バーナ空気比は増加する傾向にある。この点、上記構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第１燃料の供給量（つまり、第１燃料の理論空気量）よりも先に第１バーナ８１への燃焼用空気の供給量が下がるので、第１バーナ空気比が規定値を超えて増加するのを抑制できる。よって、ＮＯｘの発生量を低減することができる。

　幾つかの実施形態に係るコントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第２バーナ８２への燃焼用空気の供給量よりも先に第２燃料の供給量（本例では給炭量）を下げるように構成される。上記構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるときに、第２燃料の燃焼用空気が不足するのを抑制できるので、火炉１１内における失火を抑制することができる。また、第２バーナ８２における空気比が過剰に低くなるのを抑制できるため、ＮＯｘの発生量を低減することもできる。よって、安定した着火を維持しつつ、ＮＯｘの増加を抑制できる。

　幾つかの実施形態では、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、ボイラ負荷が部分負荷でないときと比べてバーナ部空気比の許容値が高い。つまり幾つかの実施形態では、コントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷でないとき、バーナ部空気比を定常値以下になるよう制御し、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、バーナ部空気比を定常値よりも高い規定値以下になるよう制御するように構成される。バーナ部空気比の定常値は一例として０．９である。バーナ部空気比の規定値は一例として０．９５である。なお、ボイラ負荷が部分負荷であるか否かに関わらず、火炉１１内の失火を回避するために、バーナ部空気比は０．６以上であることが好ましい。上記構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、バーナ部空気比が一時的に定常値よりも高くなることを許容することができる。従って、バーナ部空気比の一時的な大きな変動を許容しつつ、ＮＯｘの排出を継続的に抑制することができる。

　また、より具体的な一例として、第２燃料として石炭（微粉炭）が採用される実施形態では、第２バーナ空気比は、ボイラ負荷が部分負荷でないとき０．９以下となり、且つ、ボイラ負荷が部分負荷であるときは１．０以下となってもよい。なぜなら、ボイラ負荷の負荷が変動する間、ＮＯｘ発生量の第２バーナ空気比に対する感度は比較的低いからである。

　幾つかの実施形態では、ボイラ負荷が部分負荷である場合に第１燃料と第２燃料のそれぞれの供給量が下がる。そして、第１燃料の供給量である第１供給量を下げる開始タイミングと、第２燃料の供給量である第２供給量を下げる開始タイミングの相対的な関係は、混焼率に応じて変化する。より具体的な一例を以下に説明する。

　幾つかの実施形態に係るコントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷である場合に、混焼率が規定混焼率を下回るとき、第１供給量を下げるための制御の開始タイミングを、第２供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成されている。図５は、混焼率、バーナ部空気比、及びＮＯｘ排出量の関係を示すグラフである。同グラフから判る通り、バーナ部空気比に関わらず、混焼率が規定混焼率Ｒを下回る範囲では、混焼率が下がるほどＮＯｘの発生量は低下する。この点、上記構成によれば、混焼率が規定混焼率を下回るときには、第１供給量が第２供給量よりも先に下がるので、アンモニア混焼率は積極的に下がり、ＮＯｘの発生量を抑制できる。

　また、幾つかの実施形態に係るコントローラ９０は、ボイラ負荷が部分負荷である場合に、混焼率が規定混焼率以上であるとき、第２供給量を下げるための制御の開始タイミングを、第１供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成される。図５で示すグラフから判る通り、混焼率が規定混焼率Ｒ以上の範囲では、混焼率が上がるほどＮＯｘの発生量は低下する。この点、上記構成によれば、混焼率が規定混焼率以上である場合には、第２供給量が第１供給量よりも先に下がるので、混焼率は上がり易く、ＮＯｘの発生量を抑制できる。

　なお、幾つかの実施形態に係るコントローラ９０は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリを含む。プロセッサは、ＲＯＭに記憶されるボイラ運転プログラムを読み出してＲＡＭにロードし、ボイラ運転プログラムに含まれる命令を実行するように構成される。ボイラ運転プログラムには、後述のバーナ部空気比制御処理（図６参照）を実行するためのバーナ部空気比制御プログラムが含まれる。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせである。プロセッサは、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、及びＭＣＵ等の集積回路により実現されてもよい。メモリは、ボイラ運転プログラムの実行に伴い各種データが記憶される。メモリは一例としてフラッシュメモリである。

＜バーナ部空気比制御処理の例示＞
　図６を参照し、アンモニア燃料ボイラシステム１のコントローラ９０によって実行されるバーナ部空気比制御処理を例示する。以下の説明では、第１燃料はアンモニア燃料のみを含み、第２燃料が石炭である実施形態の制御処理を説明する。

　はじめに、コントローラ９０は、ボイラ１０の火炉１１における燃焼条件を取得する（Ｓ１１）。燃焼条件は、ボイラ負荷、混焼率、及びバーナ部空気比を含む。これら燃焼条件の少なくとも一部は、例えばオペレータによって入力されてもよい。例えば、オペレータがボイラ負荷を入力すると、コントローラ９０は入力結果に応じた混焼率とバーナ部空気比を規定の処理に基づき取得してもよい。また、コントローラ９０は、式（Ａ）によって規定されるバーナ部空気比に加えて、第１バーナ空気比と第２バーナ空気比とを取得してもよい。

　次いで、コントローラ９０は、Ｓ１１で取得された燃焼条件に基づいて、アンモニア燃料と石炭の供給量を、例えば演算によって取得する（Ｓ１３）。さらに、コントローラ９０は、燃焼用空気と追加空気の供給量を、例えば演算によって取得する（Ｓ１５）。この燃焼用空気は、第１バーナ８１、第２バーナ８２、及び空気ノズル８に供給される燃焼用空気である。さらに、コントローラ９０は、Ｓ１５で取得した燃焼用空気と追加空気の供給量に基づいて、各種ダンパの開度を取得する（Ｓ１７）。各種ダンパには、複数の空気ダンパ１８及び風箱ダンパ２８が含まれる。

　次いで、コントローラ９０は、Ｓ１７で取得された各種ダンパの開度と、Ｓ１３で取得されたアンモニア燃料と石炭の供給量とに基づいて、各種ダンパと、粉砕機３、アンモニア燃料供給ユニット６０の調整部を制御する（Ｓ１９）。コントローラ９０は、バーナ部空気比制御処理を終了する。

（実施例１）
　図７を参照して、バーナ部空気比とＮＯｘ排出量との関係を燃焼試験により特定した結果を説明する。図７は、バーナ部空気比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。本燃焼試験では、鉛直方向に延びるドロップチューブ炉（ＤＴＦ）と、単一バーナ試験炉とが用いられた。ＤＴＦで行われた燃焼試験は、アンモニアの専焼、アンモニアと微粉炭の混焼、及び微粉炭の専焼である。アンモニア混焼時の混焼率は熱量換算で２５％または５０％である。また、単一バーナ試験炉で行われた燃焼試験は、微粉炭の専焼である。

　アンモニア専焼におけるバーナ部空気比とＮＯｘ排出量との関係について検討する。図７で示される通り、バーナ部空気比が１．０となるアンモニア専焼のＮＯｘ排出量は、ＤＴＦまたは単一バーナ試験炉での微粉炭専焼のＮＯｘ排出量の２倍以上である。一方で、バーナ部空気比が０．９以下となるアンモニア専焼のＮＯｘ排出量は、微粉炭専焼時よりも低くなることが判った。特にバーナ部空気比が０．８のアンモニア専焼のＮＯｘ排出量は、本燃焼試験において最も低くなることが判った。さらに、バーナ部空気比が０．８未満となるアンモニア専焼のＮＯｘ排出量は、バーナ部空気比が０．８のときの排出量以下になる（図５参照）。従って、アンモニア専焼がボイラ１０の定格運転において行われる場合、バーナ部空気比は０．９以下に設定するのが好ましいことが了解される。

　アンモニアと微粉炭との混焼におけるＮＯｘ排出量は、アンモニア専焼におけるＮＯｘ排出量よりも多い（図５参照）。そして、アンモニア専焼において、バーナ部空気比が１．０近傍を堺にＮＯｘが急増するおそれがあるが、同様の傾向がアンモニア混焼においても現れることが予測される。火炉１１内空間の酸素が過多になるからである。従って、アンモニア専焼とアンモニア混焼のいずれの燃焼が起こる場合であっても、ボイラ１０の定格運転が行われる場合には、バーナ部空気比は０．９以下であることが好ましいことが判る。

　しかしながら、ボイラ負荷が変動するときには、バーナ部空気比も定格運転時に比べて大きく変動しうる。そのため、バーナ部空気比の上限値に一定程度のマージンが反映されることが好ましい。そして、図７のアンモニア専焼のグラフから判る通り、バーナ部空気比０．９～０．９５に対応するＮＯｘ排出量の増加傾向は、バーナ部空気比が０．９５～１．０に対応するＮＯｘ排出量の増加傾向よりも緩やかである。従って、ボイラ負荷が部分負荷でる場合に限っては、バーナ部空気比の制限条件を０．９以下から０．９５以下まで緩めることもできることが了解される。アンモニア混焼が実行される場合も同様の結論が得られる。

　なお、火力発電に用いられる一般的な体格を有するボイラ１０が稼働する場合、バーナ部空気比が０．６未満となることは現実的ではない（このことは、アンモニア混焼または微粉炭専焼が行われるときにも該当する）。従って、バーナ部空気比の下限値は０．６以上である。コントローラ９０はバーナ部空気比が０．６以上となるように制御を実行することが好ましい。

＜まとめ＞
　上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本発明の少なくとも一実施形態に係るアンモニア燃料ボイラシステム（１）は、
　バーナ配置領域（４）および該バーナ配置領域の下流側に位置する追加空気投入領域（５）を有する火炉（１１）と、
　前記バーナ配置領域に設けられ、アンモニア燃料を含む第１燃料を燃焼させるための第１バーナ（８１）と、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記アンモニア燃料以外の第２燃料を燃焼させるための第２バーナ（８２）と、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記第１燃料及び前記第２燃料を燃焼させるための燃焼用空気を噴射するための空気ノズル（８）と、
　ボイラ負荷が部分負荷であるとき、前記第１燃料及び前記第２燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する、前記バーナ配置領域への前記燃焼用空気の供給量の比であるバーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成されるコントローラ（９０）と
を備える。

　発明者らは、アンモニア燃料が燃料として用いられるボイラのＮＯｘ排出量は、バーナ部空気比に依存することを究明した。上記１）の構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、コントローラは、バーナ部空気比が規定値以下になるよう制御を実行する。従って、第１燃料と第２燃料の供給量が少なくバーナ部空気比が過多になることに起因したＮＯｘの増加を抑制できる。よって、ＮＯｘの排出を抑制できるアンモニア燃料ボイラシステムが実現する。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記バーナ部空気比の前記規定値は、０．９５以下の値である。

　発明者らの知見によれば、バーナ部空気比が０．９５以下になることによって、ボイラ内でのＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。従って、上記２）の構成によれば、ＮＯｘの排出を効果的に抑制できるアンモニア燃料ボイラシステムが実現する。

３）幾つかの実施形態では、上記１）または２）に記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記第２燃料は、石炭を含み、
　前記第２バーナは、搬送用空気を用いて前記石炭を供給するための石炭供給路（１８２）を含み、
　前記バーナ配置領域へ供給される前記燃焼用空気は、前記搬送用空気と、前記空気ノズルに供給される２次空気とを含み、
　前記コントローラは、少なくとも前記２次空気の供給量を調整して、前記バーナ部空気比を前記規定値以下に制御するように構成される。

　石炭供給路において石炭を搬送する搬送用空気の供給量は、石炭が供給過程で沈降するのを抑制するために、一定量確保される必要がある。そのため、石炭とアンモニア燃料との混焼のボイラ負荷が部分負荷である場合において、搬送用空気を低減することが困難となるおそれがある。この点、上記３）の構成によれば、コントローラは、少なくとも２次空気の供給量を調整することでバーナ部空気比が規定値以下になるよう制御する。よって、石炭とアンモニア燃料の混焼時にボイラ負荷が部分負荷であっても、ＮＯｘの排出を抑制できる。

４）幾つかの実施形態では、上記１）から３）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記バーナ部空気比は、
　　前記第１燃料の前記理論空気量に対する前記第１燃料の前記燃焼用空気の比である第１バーナ空気比と、
　　前記第２燃料の前記理論空気量に対する前記第２燃料の前記燃焼用空気の比である第２バーナ空気比と、を含み、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記バーナ部空気比が前記規定値以下になるよう、前記第１バーナ空気比と前記第２バーナ空気比とを独立して制御するように構成される。

　上記４）の構成によれば、第１バーナ空気比と第２バーナ空気比とを独立して制御することで、ＮＯｘの発生量を低減するためにバーナ部空気比をより微細に制御することができる。

５）幾つかの実施形態では、上記１）から４）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記第１燃料の供給量よりも先に前記第１バーナへの前記燃焼用空気の供給量を下げるように構成される。

　発明者らの知見によれば、第１バーナにおける空気比が規定値を超えてさらに増加すると、ＮＯｘの生成量は急増する傾向にある。また、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第１燃料の供給量が減るため、第１バーナにおける空気比は増加する傾向にある。この点、上記５）の構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、第１燃料の供給量よりも先に第１バーナへの燃焼用空気の供給量が下がるので、第１バーナにおける空気比が規定値を超えて増加するのを抑制でき、ＮＯｘの発生量を低減することができる。

６）幾つかの実施形態では、上記１）から５）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記第２バーナへの前記燃焼用空気の供給量よりも先に前記第２燃料の供給量を下げるように構成される。

　上記６）の構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるときに、第２燃料の燃焼用空気が不足するのを抑制できるので、火炉内における失火を抑制することができる。また、第２バーナにおける空気比が過剰に低くなるのを抑制できるため、ＮＯｘの発生量を低減することもできる。よって、安定した着火を維持しつつ、ＮＯｘの増加を抑制できる。

７）幾つかの実施形態では、上記１）から６）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記コントローラは、
　前記ボイラ負荷が部分負荷でないとき、前記バーナ部空気比を定常値以下になるよう制御し、
　前記ボイラ負荷が部分負荷であるとき、前記バーナ部空気比を前記定常値よりも高い前記規定値以下になるよう制御するように構成される。

　上記７）の構成によれば、ボイラ負荷が部分負荷であるとき、バーナ部空気比が一時的に定常値よりも高くなることを許容することができる。従って、バーナ部空気比の一時的な大きな変動を許容しつつ、Ｎｏｘの排出を継続的に抑制することができる。

８）幾つかの実施形態では、上記１）から７）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷である場合に、前記第１燃料と前記石炭との混焼率が規定混焼率を下回るとき、前記第１燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングを、前記第２燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成される。

　発明者らの知見によれば、混焼率が規定混焼率を下回る範囲では、混焼率が下がるほどＮＯｘの発生量は低下する。この点、上記８）の構成によれば、混焼率が規定混焼率を下回るときには、第１燃料の供給量が第２燃料の供給量よりも先に下がるので、アンモニア混焼率は積極的に下がり、ＮＯｘの発生量を抑制できる。

９）幾つかの実施形態では、上記１）から８）のいずれかに記載のアンモニア燃料ボイラシステムであって、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷である場合に、前記アンモニア燃料と前記第２燃料との混焼率が規定混焼率以上であるとき、前記第２燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングを、前記第１燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成される。

　発明者らの知見によれば、混焼率が規定混焼率以上の範囲では混焼率が上がるほどＮＯｘの発生量は低下する。この点、上記９）の構成によれば、混焼率が規定混焼率以上である場合には、第２燃料の供給量が第１燃料の供給量よりも先に下がるので、混焼率は上がり易く、ＮＯｘの発生量を抑制できる。

１　　　：アンモニア燃料ボイラシステム
４　　　：バーナ配置領域
５　　　：追加空気投入領域
８　　　：空気ノズル
１０　　：ボイラ
１１　　：火炉
８１　　：第１バーナ
８２　　：第２バーナ
９０　　：コントローラ
Ｒ　　　：規定混焼率

Claims

　バーナ配置領域および該バーナ配置領域の下流側に位置する追加空気投入領域を有する火炉と、
　前記バーナ配置領域に設けられ、アンモニア燃料を含む第１燃料を燃焼させるための第１バーナと、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記アンモニア燃料以外の第２燃料を燃焼させるための第２バーナと、
　前記バーナ配置領域に設けられ、前記第１燃料及び前記第２燃料を燃焼させるための燃焼用空気を噴射するための空気ノズルと、
　ボイラ負荷が部分負荷であるとき、前記第１燃料及び前記第２燃料の燃焼に必要な理論空気量に対する、前記バーナ配置領域への前記燃焼用空気の供給量の比であるバーナ部空気比を規定値以下に制御するように構成されるコントローラと
を備えるアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記バーナ部空気比の前記規定値は、０．９５以下の値である
請求項１に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記第２燃料は、石炭を含み、
　前記第２バーナは、搬送用空気を用いて前記石炭を供給するための石炭供給路を含み、
　前記バーナ配置領域へ供給される前記燃焼用空気は、前記搬送用空気と、前記空気ノズルに供給される２次空気とを含み、
　前記コントローラは、少なくとも前記２次空気の供給量を調整して、前記バーナ部空気比を前記規定値以下に制御するように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記バーナ部空気比は、
　　前記第１燃料の前記理論空気量に対する前記第１燃料の前記燃焼用空気の比である第１バーナ空気比と、
　　前記第２燃料の前記理論空気量に対する前記第２燃料の前記燃焼用空気の比である第２バーナ空気比と、を含み、
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記バーナ部空気比が前記規定値以下になるよう、前記第１バーナ空気比と前記第２バーナ空気比とを独立して制御するように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記第１燃料の供給量よりも先に前記第１バーナへの前記燃焼用空気の供給量を下げるように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷に切り替わるとき、前記第２バーナへの前記燃焼用空気の供給量よりも先に前記第２燃料の供給量を下げるように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記コントローラは、
　前記ボイラ負荷が部分負荷でないとき、前記バーナ部空気比を定常値以下になるよう制御し、
　前記ボイラ負荷が部分負荷であるとき、前記バーナ部空気比を前記定常値よりも高い前記規定値以下になるよう制御するように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷である場合に、前記第１燃料と前記第２燃料との混焼率が規定混焼率を下回るとき、前記第１燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングを、前記第２燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。
　前記コントローラは、
　　前記ボイラ負荷が部分負荷である場合に、前記第１燃料と前記第２燃料との混焼率が規定混焼率以上であるとき、前記第２燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングを、前記第１燃料の供給量を下げるための制御の開始タイミングよりも早めるように構成される
請求項１または２に記載のアンモニア燃料ボイラシステム。