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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of ammonia burner for simultaneous high-intensity combustion and NOx reduction

Research Project

Project/Area Number 19K04219
Research InstitutionKagawa University

Principal Investigator

奥村 幸彦  香川大学, 創造工学部, 教授 (80262971)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywordsアンモニア / CO2フリー燃焼 / 窒素酸化物 / サーマルNOx / フュエルNOx / オフガス / 燃焼速度 / 水素キャリア
Outline of Annual Research Achievements

CO2 排出量実質ゼロを実現するためカーボンフリーな燃料としてアンモニア(NH3)と水素(H2)が注目されている.加えて,これら2 つの燃料は日本で成長が期待される14 の重要な分野に国策指定されている.H2 は常圧下で極低温(-253℃)にしなければ液化不可能であるため輸送・貯蔵が困難である.それと比較して,NH3 はLPG とほぼ同等の条件で液化可能である.また,化学原料や肥料としても世界中で利用されているため社会インフラが既に整っていること,H2よりも低コストであることはNH3 の強みである.NH3 バーナー開発における課題は,(1)燃焼速度が0.07[m/s]以下と遅いこと,(2)炭化水素燃料と比較すると発熱量が低いことに加えて,(3)有害物質である窒素酸化物(NOx)が大量に発生することである.一般的に,低燃焼性を解決する方法として挙げられるのは,反応性の良い燃料(例えばH2)との混焼がある.しかし,H2 はプラントにてNH3 を分解して得ることを想定しているため,余分なエネルギーを消費する.加えて,NH3 とH2 の混焼で発生する排気ガス中のNOx 濃度は,燃料中のH2割合が高いほど増加することが明らかとなっており,NOx の観点から見てもH2 の添加は抑えたい.今回は,上記の課題を解決するために旋回-絞り構造バーナーを開発し,NH3/Air の専焼による低NOx 化の実現を目指した.加えて,炭化水素燃料に代わる燃料としてNH3を利用するならば,炭化水素燃料と同等の熱量を投入できる必要がある.そこで,NH3を高負荷燃焼(高速吹き込み)することで単位時間当たりにおける発熱量の向上を目指した.

Remarks

富岳百景、Vol.15、2024

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] アンモニアバーナーの開発とボイラーの基礎伝熱特性の解明2023

    • Author(s)
      奥村幸彦
    • Journal Title

      ボイラ研究(Journal of Japan Boiler Association))

      Volume: 442 Pages: 21-26

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Combustion characteristic of NH3/H2/N2 premixed flame2023

    • Author(s)
      Yukihiko Okumura, Tomohiro Tsubota, Kenta Kikuchi, Noritoshi Yagawa, Tomohiro Matsunami
    • Journal Title

      Proc. 33rd International Symposium on Transport Phenomena

      Volume: 1 Pages: 1-25

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 燃焼反応の基礎2023

    • Author(s)
      奥村 幸彦
    • Journal Title

      日本溶射学会誌 溶射

      Volume: 1 Pages: 175-182

    • DOI

      10.11330/jtss.59.175

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Flame structure and reaction analysis for ammonia turbulent burner2023

    • Author(s)
      Yukihiko Okumura
    • Organizer
      7th International Workshop on Heat-Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control (IWHT2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] H2/NH3燃排雰囲気下における伝熱交換機の高効率化2023

    • Author(s)
      高木康成,香川暉羅,奥村幸彦
    • Organizer
      第35回中国四国伝熱セミナー(日本伝熱学会中四国支部主催)
  • [Presentation] 旋回‐絞り構造バーナーによるバイオシンガスの高負荷燃焼機構2023

    • Author(s)
      楠 直也 、竹原 裕貴 、奥村 幸彦
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム講演論文集(日本伝熱学会主催)
  • [Presentation] H2/NH3燃焼雰囲気における円管周りの基礎伝熱特性2023

    • Author(s)
      高木康成,香川暉羅,奥村幸彦
    • Organizer
      第32回日本エネルギー学会大会講演論文集(日本エネルギー学会主催)
  • [Presentation] 粗悪なバイオシンガス燃料の安定燃焼技術の構築2023

    • Author(s)
      奥村 幸彦,竹原 裕貴,楠 直也
    • Organizer
      熱工学コンファレンス 2023(日本機械学会主催、講演論文集有)
  • [Presentation] 水素保炎型アンモニア拡散バーナーの火炎構造と反応解析2023

    • Author(s)
      奥村 幸彦,坪田 知大,松田 直也,堀 司,赤松 史光
    • Organizer
      第61回 燃焼シンポジウム(日本燃焼学会主催、講演論文集有)
  • [Presentation] Effect of syngas (CO/H2) ratio on exhaust gas characteristics of gas engine2023

    • Author(s)
      Hossain Md. Zakir, Naoya Kishi, Yukihiko Okumura
    • Organizer
      International Workshop on Environmental Engineering 2023 (IWEE2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Exhaust Gas Characteristics and NOx Formation Mechanism on Spark Ignition Engine Using By Bio-Syngas2023

    • Author(s)
      Hossain Zakir, Naoya Kishi and Yukihiko Okumura
    • Organizer
      AIChE Annual Meeting(American Institute of Chemical Engineers)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 脱炭素化に挑戦:次世代アンモニア燃料

    • URL

      https://fugaku100kei.jp/mag/15/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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