CN110312898B - 燃烧装置及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本公开的燃烧装置是利用燃烧用空气使燃料用氨在燃烧器(2)内燃烧的燃烧装置，其具备对从燃烧器供给来的燃烧废气中的氮氧化物进行还原的催化剂还原部(4)，且将燃料用氨的至少一部分作为燃烧废气中的氮氧化物的还原剂供给至催化剂还原部。

Description

燃烧装置及燃气轮机

技术领域

本公开涉及燃烧装置及燃气轮机。

本申请基于2017年3月27日在日本申请的特愿2017-061236号要求优先权，且将其内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

在下述专利文献1中公开了使氨作为燃料而燃烧的燃烧装置及燃气轮机。该燃烧装置及燃气轮机通过将向天然气预混合氨(燃料用氨)而成的燃料供给至燃烧器，从而得到驱动涡轮的燃烧废气。涡轮基于该燃烧废气而产生旋转动力，另外，通过该旋转动力驱动发电机。发电机被燃气轮机驱动而向外部输出预定的交流电(例如三相交流电)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2016-191507号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，由于电力需求的减少、燃气轮机的检查等原因，有时会停止燃料用氨的供给。此时，有时会导致在向燃烧器供给燃料用氨的供给系统的配管内残留有高压的氨。在该配管内的氨进一步高压化而使配管内的压力超过配管的设计压力的情况下，氨有可能会泄漏。因此，需要处理配管内的高压的氨，降低配管内的内部压力。

本公开是鉴于这种情况而做成的，其目的在于提供降低氨供给系统内的压力的燃烧装置及燃气轮机。

用于解决课题的技术方案

本公开的一方案的燃烧装置利用燃烧用空气使燃料用氨在燃烧器内燃烧，其具备对从上述燃烧器供给来的燃烧废气中的氮氧化物进行还原的催化剂还原部，将上述燃料用氨的至少一部分作为上述燃烧废气中的氮氧化物的还原剂供给至上述催化剂还原部。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，还具备：用于向上述燃烧器供给上述燃料用氨的氨供给路径；以及从上述氨供给路径分支且用于将燃料用氨的至少一部分供给至上述催化剂还原部的氨分流路径。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，还具备用于将压力比上述燃料用氨低的还原用氨供给至上述催化剂还原部的还原剂供给路径，上述氨供给路径和上述还原剂供给路径经由上述氨分流路径连通。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，还具备：设于上述氨供给路径中的从上述氨供给路径向上述氨分流路径分支的分支点与上述燃烧器之间的路径的第一阀；设于上述氨分流路径的第二阀；以及控制上述第一阀的开度及上述第二阀的开度的控制装置，且构成为，在上述燃烧器所需要的燃料用氨的量、以及上述催化剂还原部所需要的氨的量的至少一方发生了变化时，上述控制装置通过控制上述第一阀的开度、及上述第二阀的开度的至少一方而使上述燃料用氨的至少一部分供给至上述催化剂还原部。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，还具备设于上述氨分流路径且对在上述第二阀进行了减压的上述燃料用氨的压力进一步进行减压的第三阀。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，还具备：供给上述燃料用氨及上述还原用氨的氨供给部；以及从上述第二阀与上述第三阀之间的上述氨分流路径分支并用于将在上述第二阀进行了减压的上述燃料用氨的一部分供给至上述氨供给部的循环路径。

在上述一方案的燃烧装置中，也可以是，具备对在上述氨分流路径流动的上述燃料用氨进行多级减压的多个阀，上述第二阀是第n级阀，其中，n为1以上的整数，上述第三阀是第n+1级阀。

本公开的一方案的燃气轮机具备上述的燃烧装置。

发明效果

根据本公开，能够降低氨供给系统内的压力。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的燃烧装置及燃气轮机的整体结构的块图。

图2是本公开的一实施方式的控制装置的动作的流程图。

图3是表示本公开的一实施方式的燃烧装置及燃气轮机的变形例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一实施方式进行说明。

如图1所示，本公开的一实施方式的燃气轮机A具备压缩机1、燃烧器2、涡轮3、催化剂还原部4、天然气供给部5、氨供给部6、氨供给路径7(氨供给系统)、还原剂供给路径8、氨分流路径9、第一阀10、第二阀11、第三阀12以及控制装置13。另外，这些结构要素中的燃烧器2、催化剂还原部4、天然气供给部5、氨供给部6、氨供给路径7、还原剂供给路径8、氨分流路径9、第一阀10、第二阀11、第三阀12以及控制装置13构成了本实施方式的燃烧装置C。

燃气轮机A是发电机G的驱动源，通过使作为燃料的天然气及氨燃烧而产生旋转动力。

压缩机1将从外部空气吸入的空气压缩至预定压力，生成压缩空气。压缩机1主要将压缩空气作为燃烧用空气供给至燃烧器2。

燃烧器2利用从压缩机1供给来的燃烧用空气使从天然气供给部5及氨供给部6供给的燃料燃烧。燃烧器2的燃料是从天然气供给部5供给的天然气及从氨供给部6供给的燃料用氨。即，燃烧器2通过将压缩空气作为氧化剂使天然气及燃料用氨燃烧而产生燃烧废气，并将燃烧废气供给至涡轮3。

涡轮3通过使用燃烧废气作为驱动气体而产生旋转动力。涡轮3如图所示地与压缩机1及发电机G轴结合，通过自身的旋转动力旋转驱动压缩机1及发电机G。涡轮3朝向催化剂还原部4排出动力回收后的燃烧废气。

催化剂还原部4具备还原催化剂腔41。还原催化剂腔41在内部填充有还原催化剂，将燃烧废气含有的氮氧化物(NOx)通过进行还原处理而还原成氮气(N₂)。

天然气供给部5是将预定量的天然气作为燃料供给至燃烧器2的燃料供给部。

氨供给部6将预定量的气体氨作为燃料(燃料用氨)经由氨供给路径7供给至燃烧器2。另外，氨供给部6将气体氨作为还原剂(还原用氨)经由还原剂供给路径8供给至催化剂还原部4。然后，还原催化剂腔41通过容纳于内部的还原催化剂与还原用氨的协作而对氮氧化物(NOx)进行还原处理。此外，还原用氨的压力通过氨供给部6被控制成比燃料用氨的压力低。

此外，还原催化剂腔41内的压力比燃烧器2内的压力低。例如，如果燃烧器2的压力为12个大气压，则燃料用氨的压力为20个大气压左右。另一方面，涡轮3的出口的压力大约为一个大气压左右，因此，还原剂供给路径8内的压力为几个大气压左右。

氨供给路径7设于氨供给部6与燃烧器2之间。氨供给路径7是用于从氨供给部6向燃烧器2供给燃料用氨的路径。具体而言，氨供给路径7的一端与氨供给部6连通，氨供给路径7的另一端与燃烧器2连通。例如，氨供给路径7为用于从氨供给部6向燃烧器2供给燃料用氨的配管。

还原剂供给路径8是用于从氨供给部6向催化剂还原部4供给还原用氨的路径。还原剂供给路径8的一端与氨供给部6连通，还原剂供给路径8的另一端与催化剂还原部4连通。

氨分流路径9是从氨供给路径7的途中分支并用于将燃料用氨的至少一部分供给至催化剂还原部4的路径。具体而言，氨分流路径9的一端与氨供给路径7连通，氨分流路径9的另一端与还原剂供给路径8连通。即，氨供给路径7和还原剂供给路径8通过氨分流路径9连通。

第一阀10设于氨供给路径7。具体而言，第一阀10设于从氨供给路径7分支出氨分流路径9的分岐点N与燃烧器2之间的氨供给路径7，将该路径开放或堵塞。此外，第一阀10的开度由控制装置13控制。

第二阀11设于氨分流路径9。第二阀11调整在氨分流路径9流动的氨流量。第二阀11的开度由控制装置13控制。

第三阀12设于氨分流路径9。第三阀12对通过了第二阀11的燃料用氨的压力进行减压。即，第三阀12将通过了第二阀11的燃料用氨的压力减压至与还原用氨相同程度的压力。

控制装置13在燃烧器2所需要的燃料用氨的量、或者催化剂还原部4所需要的氨的量发生了变化时，对第一阀10的开度、及第二阀11的开度的至少一方进行控制，从而使燃料用氨的至少一部分供给至催化剂还原部4。控制装置13具备CPU(中央处理器)、存储器等，且基于控制程序进行各种控制。

控制装置13分别与第一阀10及第二阀11电连接。

而且，控制装置13控制第一阀10的开度(将阀全开状态设为开度100％，将全闭状态设为开度0％)及第二阀11的开度。例如，控制装置13通过向第一阀10输出作为第一开度指示信号的指示开度100％的信号，从而将第一阀10控制为全开状态。控制装置13通过向第二阀11输出作为第二开度指示信号的指示开度0％的信号，从而将第二阀11控制为全闭状态。

控制装置13控制来自天然气供给部5的天然气的供给量。例如，控制装置13向天然气供给部5输出第一供给信号，从而从天然气供给部5供给预定量的天然气。

控制装置13分别与氨供给部6及天然气供给部5电连接。而且，控制装置13控制来自氨供给部6的气体氨的供给量。例如，控制装置13向氨供给部6输出第二供给信号，从而从氨供给部6供给预定量的燃料用氨。控制装置13向氨供给部6输出第三供给信号，从而从氨供给部6供给预定量的还原用氨。

以下，对这样构成的燃烧装置C及燃气轮机A的动作详细进行说明。首先，对燃烧装置C及燃气轮机A的稳态动作进行说明。在此，燃烧装置C及燃气轮机A的稳态动作中，第一阀10被控制为开状态，第二阀11被控制为全闭状态。

在燃气轮机A中，从大气吸入的空气被压缩机1压缩而生成压缩空气。压缩空气从压缩机1供给至燃烧器2。

天然气供给部5从控制装置13取得第一供给信号，并将天然气供给至燃烧器2。

氨供给部6从控制装置13取得第二供给信号，并向燃烧器2供给燃料用氨。此时，第一阀10通过控制装置13被控制为全开状态。另一方面，第二阀11通过控制装置13被控制为全闭状态。即，分岐点N与燃烧器2之间的氨供给路径7被开放。另一方面，氨分流路径9被堵塞。因此，燃料用氨不向氨分流路径9供给，而是经由氨供给路径7供给至燃烧器2。

另外，氨供给部6从控制装置13取得第三供给信号，并向燃烧器2供给还原用氨。还原用氨经由还原剂供给路径8供给至催化剂还原部4。

向燃烧器2供给由压缩机1生成的压缩空气和燃料(天然气及燃料用氨)而生成燃烧废气。然后，燃烧器2将燃烧废气供给至涡轮3。在燃烧器2产生的燃烧废气为高温且高压的气体，从燃烧器2供给至涡轮3而使涡轮3产生动力。

然后，涡轮3利用基于燃烧废气所产生的动力而对相互轴结合的发电机G及压缩机1进行旋转驱动。其结果，发电机G向外部的负荷输出电力，压缩机1将从外部空气吸入的空气压缩并供给至燃烧器2。

由涡轮3进行了动力回收的燃烧废气被供给至还原催化剂腔41进行还原处理。另外，从氨供给部6向还原催化剂腔41的正前方供给还原用氨。因此，燃烧废气在与还原用氨混合的状态下供给至还原催化剂腔41。然后，还原催化剂腔41通过还原用氨及还原催化剂对燃烧废气中的残留氮氧化物(残留NOx)进行还原处理。

在此，根据上述的稳态动作，由于功率需求的减少、燃气轮机A的检查等原因，有时会停止燃料用氨的供给。此时，在氨供给路径7内部残留有高压的氨而直接堵塞氨供给路径7的情况下，氨供给路径7内的压力上升，氨有可能会泄漏。因此，需要处理氨供给路径7内的高压氨，降低氨供给路径7内的压力。

作为除去残存的氨并降低氨供给路径7内的压力的方法，具有在燃烧器2内将氨燃烧完的方法，但无法使氨供给路径7内的压力成为燃烧器2内的压力以下。另外，存在使残存的氨溶入大量的水中而作为工业废弃物进行处理的方法，但成本较高。

因此，本公开的一实施方式的燃气轮机A在停止氨的供给的情况下进行燃料用氨的分流处理，即，对氨供给路径7内的燃料用氨的一部分进行流量控制，并在燃烧器2中进行燃烧处理，将剩余的燃料用氨供给至压力较低的催化剂还原部4，从而作为燃烧废气中的氮氧化物的还原剂使用。

以下，参照图1及图2，对燃烧装置C及燃气轮机A的分流处理的动作的详情进行说明。

控制装置13在从外部输入了燃料用氨的供给停止命令的情况下，停止对氨供给部6的第二供给信号以及第三供给信号的输出。由此，来自氨供给部6的燃料用氨及还原用氨的供给停止(步骤S101)。

另外，控制装置13在停止燃料用氨及还原用氨的供给的同时，对第一阀10输出第一开度指示信号作为开度指示信号，以使向燃烧器2供给的氨流量为预定量(步骤S102)。在此，预定量是指燃烧器2能够稳定地进行燃烧处理的氨流量。进一步地，在氨供给路径7内的压力减少至燃烧器2内的压力附近的情况下，控制装置13向第一阀10输出第一开度指示信号，以使第一阀10为全闭。即，在氨供给路径7内的压力与氨的流动压力损失的和比燃烧器2内的压力高的范围内，无论氨供给路径7内的压力如何变化，都对恒定量的氨进行燃烧处理。另一方面，在氨供给路径7内的压力与燃烧器2内的压力相等的情况下，为了防止燃烧器2内的气体向氨供给路径7逆流，而将燃烧器2与氨供给路径7的连通部密封。在该情况下，也可以对与第一阀10串联配置的未图示的遮断阀进行闭操作。

接着，控制装置13对第二阀11输出用于调整阀开度的第二开度指示信号，以使还原催化剂腔41出口的NOx浓度及氨浓度处于预先设定的浓度范围(步骤S103)。因此，氨供给路径7内的燃料用氨从氨供给路径7流向氨分流路径9，且在第三阀12被减压至预定的压力。然后，向催化剂还原部4供给氨的一部分，作为脱硝用的还原剂而使用。

由此，在输入燃料用氨的供给停止命令的情况下，氨供给路径7内的燃料用氨只要具有能够向燃烧器2供给的压力，就在燃烧器2进行燃烧处理。另外，氨供给路径7内的燃料用氨的至少一部分在催化剂还原部4作为在燃烧器2产生的NOx的还原剂而被利用。由此，能够安全且低成本地对氨供给路径7内的燃料用氨进行处理。

在此，在分流处理中，从天然气供给部5向燃烧器2供给预定量的天然气。因此，燃烧器2将压缩空气作为氧化剂而使天然气燃烧。天然气是燃烧性比氨高的燃料，因此，供给至燃烧器2内的燃料用氨良好地燃烧，而不会进行不完全燃烧。因此，能够抑制未燃烧的部分的燃料用氨向燃气轮机A外排出。

此外，在氨供给路径7内的压力降低，而无法向燃烧器2内供给燃料用氨的情况下，残存于氨供给路径7内的氨通过利用于因天然气的燃烧所产生的NOx的还原处理而被消耗。

此外，本公开不限定于上述实施方式，可存在例如以下那样的变形例。

以下，参照图3对本变形例的燃气轮机B进行说明。

将图3与图1比较可知，本变形例的燃气轮机B相对于燃气轮机A的结构还具备循环路径15。

即，燃气轮机B具备压缩机1、燃烧器2、涡轮3、催化剂还原部4、天然气供给部5、氨供给部6、氨供给路径7、还原剂供给路径8、氨分流路径9、第一阀10、第二阀11、第三阀12、控制装置13以及循环路径15。另外，这些结构要素中的燃烧器2、催化剂还原部4、天然气供给部5、氨供给部6、氨供给路径7、还原剂供给路径8、氨分流路径9、第一阀10、第二阀11、第三阀12以及循环路径15构成了本变形例中的燃烧装置D。

第三阀12对在第二阀11进行了减压的燃料用氨的压力进一步进行减压。在此，对第二阀11和第三阀12各自的开度进行设定，以使第二阀11与第三阀12之间的氨分流路径9中的燃料用氨的压力比氨供给部6的罐体内的压力高，且低于氨供给部6的罐体的耐压。

循环路径15的一端与第二阀11与第三阀12之间的氨分流路径9连通，循环路径15的另一端与氨供给部6的罐体连通。即，循环路径15为从第二阀11与第三阀12之间的氨分流路径9分支并用于向氨供给部6供给在第二阀11进行了减压的燃料用氨的一部分的路径。

在此，在第二阀11进行了绝热膨胀的燃料用氨的温度降低，因此，有时一部分变化为液体。因此，通过上述结构，本变形例的燃气轮机B也能够使变化为液体的燃料用氨经由循环路径15而循环至氨供给部6的罐体内。

此外，在上述的实施方式中，在不需要还原用氨的情况下，燃气轮机B也可以使在氨分流路径9中流动的全部的燃料用氨经由循环路径15循环至氨供给部6的罐体内。

此外，在上述的燃气轮机B中，也可以在氨分流路径9设置多级阀，做成对燃料用氨进行多级减压的系统。在该情况下，循环路径15的一端连通于从氨分流路径9的上游侧起第n(n为1以上的整数)级的阀与从氨分流路径9的上游侧起第(n+1)级的阀之间的氨分流路径9。另一方面，循环路径15的另一端与氨供给部6的罐体连通。

另外，也可以是，上述的燃气轮机B进一步具备外部换热器，通过外部换热器的冷却，来增加经由循环路径15向氨供给部6的罐体内循环的液体氨的循环量。

工业上的可利用性

根据本公开，能够降低氨供给系统内的压力。

符号说明

A、B—燃气轮机，C、D—燃烧装置，1—压缩机，2—燃烧器，3—涡轮，4—催化剂还原部，5—天然气供给部，6—氨供给部，7—氨供给路径，8—还原剂供给路径，9—氨分流路径，10—第一阀，11—第二阀，12—第三阀，13—控制装置，15—循环路径，41—还原催化剂腔。

Claims (4)

1.一种燃烧装置，其利用燃烧用空气使燃料用氨在燃烧器内燃烧，其特征在于，具备：

对从上述燃烧器供给来的燃烧废气中的氮氧化物进行还原的催化剂还原部；

用于向上述燃烧器供给上述燃料用氨的氨供给路径；

用于将压力比上述燃料用氨低的还原用氨供给至上述催化剂还原部的还原剂供给路径；以及

从上述氨供给路径分支，连通上述氨供给路径和上述还原剂供给路径，且用于将上述燃料用氨的至少一部分作为上述燃烧废气中的氮氧化物的还原剂供给至上述催化剂还原部的氨分流路径，

上述燃烧装置还具备：

设于上述氨供给路径中的从上述氨供给路径向上述氨分流路径分支的分支点与上述燃烧器之间的路径的第一阀；

设于上述氨分流路径的第二阀；

设于上述氨分流路径且对在上述第二阀进行了减压的上述燃料用氨的压力进一步进行减压的第三阀；以及

控制上述第一阀的开度及上述第二阀的开度的控制装置，

且构成为，在上述燃烧器所需要的燃料用氨的量以及上述催化剂还原部所需要的氨的量的至少一方发生了变化时，上述控制装置通过控制上述第一阀的开度以及上述第二阀的开度的至少一方而使上述燃料用氨的至少一部分供给至上述催化剂还原部。

2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，还具备：

供给上述燃料用氨及上述还原用氨的氨供给部；以及

从上述第二阀与上述第三阀之间的上述氨分流路径分支并用于将在上述第二阀进行了减压的上述燃料用氨的一部分供给至上述氨供给部的循环路径。

3.根据权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于，

具备对在上述氨分流路径流动的上述燃料用氨进行多级减压的多个阀，

上述第二阀是第n级阀，其中，n为1以上的整数，

上述第三阀是第n+1级阀。

4.一种燃气轮机，其特征在于，具备权利要求1～3中任一项所述的燃烧装置。

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