Development of co-firing technology of pulverized coal and ammonia for suppressing the NOx generation

Abstract

In order to reduce CO2 emission from coal-fired boiler, it is expected that ammonia is used as a fuel which has no carbon content. In that case, it is concerned that NOx concentration in flue gas increases because ammonia has more nitrogen content than coal. In this study, with 10 MWth test furnace, ammonia and pulverized coal co-firing test was conducted with ammonia velocity as a parameter at 20 % co-firing rate. The result shows that NOx concentration in flue gas of co-firing is as same as that of single coal combustion. In addition, co-firing test for evaluating effect of two-stage combustion ratio, heat input and fuel ratio on NOx was conducted. The results show that condition for reducing NOx concentration in ammonia co-firing is clarified. 1. 緒 言 温暖化防止のため石炭焚きボイラからの CO 2 排出削減が求められているなかで，炭素成分を含まない燃料とし て水素利用が期待されている．一方で，水素の普及に向けては運搬・貯蔵のコストが課題となっている．その解 決策として，水素含有量が高く，液化・運搬・貯蔵が水素と比較して容易であるアンモニアをエネルギーキャリ アとして利用することが注目されている．しかしながら，アンモニアは多量の窒素分が含まれるため，大型石炭 焚きボイラに燃料として投入した場合，従来の石炭専焼に比べて排ガス中の NOx が上昇する懸念がある． 石炭焚きボイラから生成される NOx は，空気が高温燃焼することにより生成する Thermal NOx よりも，石炭 中に含まれる窒素が酸化して生じる Fuel NOx が多いといわれる． その低減のために種々の対策が講じられており， 燃焼を二段階に分け一段目で燃料可能燃焼を行ない，NOx 生成を抑制し二段目で完全燃焼をさせる二段燃焼法が 例として挙げられる．二段燃焼法とは，一段目の燃焼領域において低空気比での燃焼を行なうことにより，微粉 炭の揮発分の放出を促すとともに，還元炎の形成を図り NOx 生成を抑制する手法である(牧野，木本，1994)．多 量の窒素分を含むアンモニアを微粉炭と混焼させる際に，同様の手法で NOx 生成を抑制できるか懸念がある． 本研究においては，投入熱量 10 MWth 級の燃焼試験装置を用いて，混焼率 20 %（低位発熱量（LHV）ベース） において，アンモニア流速をパラメータとした微粉炭／アンモニア混焼試験を実施し石炭専焼と同程度に NOx 生成を抑制しながらの微粉炭／アンモニア混焼に成功した． また， アンモニア混焼時の排ガス特性の把握のため， 二段燃焼率を変化させ，排ガス NOx を計測した．その結果から，二段燃焼率を適切に設定することで NOx を石 炭専焼時よりも上回らないようにアンモニアを混焼することが可能であることが確認された．このことから，一 1