DE112022001079T5

DE112022001079T5 - Brennstoffzufuhrverfahren, Brennstoffzufuhrsystem, mit Brennstoffzufuhrsystem versehenes Brennstoffverbrennungssystem und Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE112022001079T5
Application number: DE112022001079.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Takeishi; Keisuke Miura; Keita Yunoki; Yoshitaka Hirata; Akinori Hayashi; Tatsuya HAGITA; Satoshi Tanimura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2023-11-30
Also published as: CN116802391A; US20230407784A1; JPWO2022172955A1; TW202245904A; WO2022172955A1; KR20230119019A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Brennstoffzufuhrsystem, das einschließt: eine Ammoniakhauptleitung, durch die flüssiges Ammoniak strömt; einen Verdampfer, der mit einem Ende der Ammoniakhauptleitung verbunden und konfiguriert ist, um das flüssige Ammoniak über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem flüssigen Ammoniak zu erwärmen und zu verdampfen; eine Leitung für gasförmiges Ammoniak, die mit dem Verdampfer verbunden ist, wobei die Leitung für gasförmiges Ammoniak konfiguriert ist, um gasförmiges Ammoniak, das durch den Verdampfer verdampftes Ammoniak ist, als Brennstoff zu einer Brennkammer einer Gasturbine zu leiten; eine Leitung für flüssiges Ammoniak, die konfiguriert ist, um flüssiges Ammoniak, das keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium am Verdampfer erfahren hat, als Brennstoff in die Brennkammer zu leiten; und eine Umschaltvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem ersten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak von der Leitung für gasförmiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, und einem zweiten Zustand, in dem das flüssige Ammoniak von der Leitung für flüssiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, umzuschalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzufuhrverfahren zum Zuführen von Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine, ein Brennstoffzufuhrsystem, ein mit dem Brennstoffzufuhrsystem versehenes Brennstoffverbrennungssystem und eine Gasturbinenanlage.
Diese Anmeldung beansprucht Priorität auf Grundlage der am 15. Februar 2021 in Japan eingereichten JP 2021-021753 , deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Stand der Technik
Eine Gasturbine umfasst einen Kompressor, der Luft verdichtet, eine Brennkammer, die ein Verbrennungsgas erzeugt, indem sie einen Brennstoff in der vom Kompressor verdichteten Luft verbrennt, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. In Patentdokument 1 wird ein Beispiel für die Verwendung von Ammoniak als Brennstoff, der einer Brennkammer zugeführt wird, beschrieben.
Literaturliste
Patentdokument
Patentdokument 1: WO 2018/181002
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Fall, in dem Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine verwendet wird, wird ein Teil des Stickstoffs, der Bestandteil des Ammoniaks ist, zu NOx. Somit ist es in einem Fall, in dem Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine verwendet wird, wünschenswert, die Menge an erzeugtem NOx zu reduzieren. Außerdem ist es selbst in einem Fall, in dem Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine verwendet wird, wünschenswert, Ammoniak so stabil wie möglich zu verbrennen, wie in dem Fall, in dem Erdgas oder dergleichen als Brennstoff für eine Gasturbine verwendet wird.
Somit ist die vorliegende Offenbarung auf die Bereitstellung einer Technologie gerichtet, die sich auf die Verwendung von Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine bezieht, mit der Ammoniak in der Zeit von der Aktivierung der Gasturbine bis zum Betrieb bei Nennlast stabil zugeführt werden kann, Ammoniak stabil verbrannt werden kann und die NOx-Erzeugung unterdrückt werden kann.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, schließt ein Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem Gesichtspunkt eine Ammoniakhauptleitung ein, die mit einem Ammoniaktank verbunden ist, der für eine Lagerung von flüssigem Ammoniak konfiguriert ist; eine Ammoniakhauptpumpe, die auf der Ammoniakhauptleitung bereitgestellt ist, wobei die Ammoniakhauptpumpe dafür konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak aus dem Ammoniaktank unter Druck zu setzen; einen Verdampfer, der mit einem Ende der Ammoniakhauptleitung verbunden ist, wobei der Verdampfer konfiguriert ist, um das flüssige Ammoniak über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem von der Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak zu erwärmen und zu verdampfen; eine Leitung für gasförmiges Ammoniak, die mit dem Verdampfer verbunden ist, wobei die Leitung für gasförmiges Ammoniak konfiguriert ist, um gasförmiges Ammoniak, das durch den Verdampfer verdampftes Ammoniak ist, als Brennstoff zu einer Brennkammer einer Gasturbine zu leiten; eine Leitung für flüssiges Ammoniak, die konfiguriert ist, um flüssiges Ammoniak, das durch die Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzt worden ist und das keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium am Verdampfer erfahren hat, als Brennstoff zur Brennkammer zu leiten; und eine Umschaltvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einer Mehrzahl von Zuständen umzuschalten, die einen ersten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak von der Leitung für gasförmiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, und einen zweiten Zustand, in dem das flüssige Ammoniak von der Leitung für flüssiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, einschließen.
Unter dem vorliegenden Gesichtspunkt kann das gasförmige Ammoniak zur Brennkammer geleitet werden und das flüssige Ammoniak kann zur Brennkammer geleitet werden. Bei der Betrachtung des Betriebs einer Gasturbine kann gasförmiges Ammoniak nur dann mit einem vorbestimmten Druck der Brennkammer zugeführt werden, wenn zum Zeitpunkt des Anfahrens Energie von außen zugeführt wird. Somit ist es vorzuziehen, der Brennkammer während des Anfahrens flüssiges Ammoniak zuzuführen. Andererseits kann in einem Fall, in dem das gasförmige Ammoniak aus der Brennstoffdüse der Brennkammer als Brennstoff versprüht wird, die Erzeugung von NOx unterdrückt werden. Wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen hoch. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak niedrig ist, ist die Menge an erzeugtem NOx klein. Umgekehrt ist, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen niedrig. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak hoch ist, ist die Menge an erzeugtem NOx groß. Wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, wird somit das flüssige Ammoniak zur Brennkammer geleitet, um die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen zu verringern und den Brennstoff stabil zu verbrennen. Wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, wird außerdem das gasförmige Ammoniak zur Brennkammer geleitet, um die Erzeugung von NOx zu unterdrücken. Folglich kann durch die Zufuhr von flüssigem Ammoniak in die Brennkammer beim Anfahren Ammoniak, das als Brennstoff dient, selbst ohne externe thermische Energiezufuhr in die Brennkammer zugeführt werden. Außerdem kann unter dem vorliegenden Gesichtspunkt die NOx-Erzeugung reduziert und gleichzeitig eine stabile Verbrennung von Ammoniak in der Zeit vom Anfahren bis zum Nennbetrieb erreicht werden, ohne einen anderen Brennstoff als Ammoniak zu verwenden.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, schließt ein Brennstoffverbrennungssystem gemäß einem Gesichtspunkt ein: das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Gesichtspunkt und die Brennkammer, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem in einer verdichteten bzw. Druckluft verbrennt und ein Verbrennungsgas erzeugt.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, schließt eine Gasturbinenanlage gemäß einem Gesichtspunkt das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Gesichtspunkt und die Gasturbine ein. Die Gasturbine schließt ein: einen Kompressor, der Luft verdichtet, um Druckluft zu erzeugen, die Brennkammer, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem in der Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, die so konfiguriert ist, dass sie von dem Verbrennungsgas angetrieben wird.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, schließt ein Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem Gesichtspunkt ein: Druckbeaufschlagen von flüssigem Ammoniak aus einem Ammoniaktank, in dem das flüssige Ammoniak gelagert wird; Verdampfen des flüssigen Ammoniaks durch Erwärmen des flüssigen Ammoniaks über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak; und Umschalten eines Ammoniakzufuhrzustands zwischen einer Mehrzahl von Zuständen, einschließlich eines ersten Zustands, in dem ein gasförmiges Ammoniak, das bei der Verdampfung verdampftes Ammoniak ist, als Brennstoff zu einer Brennkammer einer Gasturbine geleitet wird, und eines zweiten Zustands, in dem flüssiges Ammoniak, das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetztes flüssiges Ammoniak ist, das bei der Verdampfung keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium erfahren hat, als Brennstoff zu der Brennkammer geleitet wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann Ammoniak stabil verbrannt werden und die NOx-Erzeugung kann unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Systemdiagramm, das eine Gasturbinenanlage einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Brennstoffdüse einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Durchführen eines Brennstoffzufuhrverfahrens einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das Änderungen des prozentualen Brennstoffdurchsatzes über die Zeit in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Brennstoff/LuftVerhältnis und NOx-Konzentration in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
6 ist ein Systemdiagramm, das eine Gasturbinenanlage einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 ist ein Systemdiagramm, das eine Gasturbinenanlage einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das Änderungen des prozentualen Brennstoffdurchsatzes über die Zeit in einem ersten modifizierten Beispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 ist ein Systemdiagramm, das eine Gasturbinenanlage eines zweiten modifizierten Beispiels gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
10 ist ein Systemdiagramm, das eine Gasturbinenanlage eines dritten modifizierten Beispiels gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden die Ausführungsformen und abgeänderte Beispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführungsform einer Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht, ist die Gasturbinenanlage der vorliegenden Ausführungsform versehen mit einer Gasturbine 10, einer Entstickungsvorrichtung 20, die die im Abgas der Gasturbine 10 enthaltene NOx-Komponente zersetzt, einem Abwärmerückgewinnungskessel 21, der unter Verwendung der Wärme des von der Entstickungsvorrichtung 20 abgegebenen Abgases Dampf erzeugt, einem Kamin 22, der das Abgas aus dem Abwärmerückgewinnungskessel 21 nach außen ableitet, einer Dampfturbine 23, die durch Dampf aus dem Abwärmerückgewinnungskessel 21 angetrieben wird, einem Kondensator 24, der bewirkt, dass sich der Dampf aus der Dampfturbine 23 in Wasser umwandelt, einer Pumpe 25, die Wasser im Kondensator 24 zum Abwärmerückgewinnungskessel 21 schickt, einem Brennstoffzufuhrsystem 40, das der Gasturbine 10 Brennstoff zuführt, und einer Steuervorrichtung 60. Es ist zu beachten, dass die Entstickungsvorrichtung 20 im Inneren des Abwärmerückgewinnungskessels 21 angeordnet sein kann.
Die Gasturbine 10 ist versehen mit einem Kompressor 14, der Luft A verdichtet, einer Brennkammer 15, die den Brennstoff in der vom Kompressor 14 verdichteten Luft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und einer Turbine 16, die vom Hochtemperatur-Hochdruck-Verbrennungsgas angetrieben wird.
Der Kompressor 14 schließt einen Kompressorrotor 14r, der sich um eine Rotorachse Ar dreht, ein Kompressorgehäuse 14c, das den Kompressorrotor 14r abdeckt, und eine Einlassleitschaufel (IGV) 14i, die am Einlass des Kompressorgehäuses 14c bereitgestellt ist, ein. Die IGV 14i passt den Durchsatz der in das Kompressorgehäuse 14c aufgenommenen Luft gemäß einer Anweisung aus der Steuervorrichtung 60 an.
Die Turbine 16 schließt einen Turbinenrotor 16r, der durch das Verbrennungsgas aus der Brennkammer 15 zur Drehung um die Rotorachse Ar veranlasst wird, und ein Turbinengehäuse 16c, das den Turbinenrotor 16r abdeckt, ein. Der Turbinenrotor 16r und der Kompressorrotor 14r sind derart miteinander verbunden, dass es beiden ermöglicht wird, sich um dieselbe Rotorachse Ar zu drehen, wodurch ein Gasturbinenrotor 11 gebildet wird. Zum Beispiel ist ein Rotor eines Generators mit Gasturbinenrotor 11 verbunden.
Die Gasturbine 10 ist ferner mit einem Zwischengehäuse 12 versehen. Das Zwischengehäuse 12 ist in der Richtung der Rotorachse Ar zwischen dem Kompressorgehäuse 14c und dem Turbinengehäuse 16c angeordnet und ist mit dem Kompressorgehäuse 14c und dem Turbinengehäuse 16c verbunden. Die aus dem Kompressor 14 abgeleitete Druckluft strömt in das Zwischengehäuse 12.
Die Brennkammer 15 ist an dem Zwischengehäuse 12 befestigt. Die Brennkammer 15 ist mit einem Flammrohr (oder Übergangsstück) 15c mit einer im Inneren ausgebildeten Brennkammer 15s und einem Brennkammerhauptkörper 15b, der Brennstoff und Druckluft in die Brennkammer 15s sprüht, versehen. Das die Brennkammer 15s bildende Flammrohr 15c entspricht einer brennkammerbildenden Vorrichtung. In der Brennkammer 15s wird Brennstoff in Druckluft verbrannt. Das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas strömt durch die Brennkammer 15s und wird zu der Turbine 16 geschickt. Der Brennkammerhauptkörper 15b schließt eine Brennstoffdüse 15n ein, die den Brennstoff in die Brennkammer 15s einsprüht.
Der Entstickungsvorrichtung 20 wird Ammoniak zugeführt. Die Entstickungsvorrichtung 20 verwendet dieses Ammoniak, um das im Abgas der Gasturbine 10 enthaltene NOx in Stickstoff und Wasserdampf zu zerlegen.
Der Abwärmerückgewinnungskessel 21 und der Kondensator 24 sind durch eine Speisewasserleitung 26 verbunden. Die Speisewasserleitung 26 ist mit der Pumpe 25 versehen, die Wasser im Kondensator 24 zum Abwärmerückgewinnungskessel 21 schickt. Der Abwärmerückgewinnungskessel 21 und die Dampfturbine 23 sind durch eine Dampfhauptleitung 27 verbunden. Der Abwärmerückgewinnungskessel 21 verwendet die Wärme des Abgases aus der Gasturbine 10, um das Wasser aus der Speisewasserleitung 26 in Dampf umzuwandeln. Dieser Dampf wird über die Dampfhauptleitung 27 zu der Dampfturbine 23 geschickt. Ein Rotor der Dampfturbine 23 ist beispielsweise mit dem Rotor eines Stromgenerators verbunden. Als nächstes wird der aus der Dampfturbine 23 abgegebene Dampf im Kondensator 24 in Wasser umgewandelt.
Das Brennstoffzufuhrsystem 40 schließt einen Ammoniaktank 41, eine Ammoniakhauptleitung 42, ein Drosselventil 43, eine Ammoniakhauptpumpe 44, einen Verdampfer 45, eine Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, eine Leitung 47 für flüssiges Ammoniak, eine Umschaltvorrichtung 48, einen Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak, eine Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak, eine Heizmediumleitung 53, ein Heizmediumventil 54 und eine Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 ein.
Im Ammoniaktank 41 wird flüssiges Ammoniak NH₃(I) gelagert. Die Ammoniakhauptleitung 42 ist mit dem Ammoniaktank 41 verbunden. Die Ammoniakhauptleitung 42 ist mit der Ammoniakhauptpumpe 44, die das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus dem Ammoniaktank 41 unter Druck setzt, und dem Drosselventil 43, das den Durchsatz des durch die Ammoniakhauptleitung 42 strömenden Ammoniaks anpasst, versehen. Das Ende der Ammoniakhauptleitung 42 ist mit dem Ammoniakeinlass des Verdampfers 45 verbunden.
Der Verdampfer 45 ist ein Wärmetauscher, in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem Dampf, d. h. dem Heizmedium, und dem flüssigen Ammoniak NH₃(I) erfolgt und in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) erwärmt und verdampft wird. Ein Ende der Heizmediumleitung 53 ist mit dem Mediumeinlass des Verdampfers 45 verbunden. Das andere Ende der Heizmediumleitung 53 ist mit der Dampfhauptleitung 27 verbunden. Die Heizmediumleitung 53 ist mit dem Heizmediumventil 54 versehen, das den Durchsatz des durch die Heizmediumleitung 53 strömenden Dampfes anpasst. Ein Ende der Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 ist mit dem Mediumauslass des Verdampfers 45 verbunden. Das andere Ende der Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 ist mit dem Kondensator 24 verbunden. Es ist zu beachten, dass das andere Ende der Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 nicht mit dem Kondensator 24 verbunden sein muss und mit dem Abschnitt in dem Abwärmerückgewinnungskessel 21, in dem Wasser strömt, verbunden sein kann.
Ein Ende der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak ist mit dem Ammoniakauslass des Verdampfers 45 verbunden. Das andere Ende der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak ist mit der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 verbunden. Die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak ist mit dem Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak versehen, der das durch die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak strömende gasförmige Ammoniak NH₃(g) unter Druck setzt.
Ein Ende der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak ist mit der Ammoniakhauptleitung 42 an einer Position zwischen der Ammoniakhauptpumpe 44 und dem Verdampfer 45 verbunden. Das andere Ende der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak ist mit der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 verbunden. Die Leitung für flüssiges Ammoniak 47 ist mit einer Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak versehen, die das durch die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak strömende flüssige Ammoniak NH₃(I) unter Druck setzt.
Das Drosselventil 43 ist an der Ammoniakhauptleitung 42 an einer Position zwischen der Verbindungsposition der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak und der Ammoniakhauptpumpe 44 bereitgestellt. Das Drosselventil 43 passt den Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs an, indem es den Durchsatz des durch die Ammoniakhauptleitung 42 strömenden flüssigen Ammoniaks NH₃(I) anpasst.
Die Umschaltvorrichtung 48 schaltet den Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem ersten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak zur Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 geleitet wird, einem zweiten Zustand, in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak zur Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 geleitet wird und einem dritten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak und das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak zur Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 geleitet werden, um. Die Umschaltvorrichtung 48 schließt ein Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak und ein Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak ein. Das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak ist an der Ammoniakhauptleitung 42 an einer Position zwischen der Verbindungsposition der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak und dem Verdampfer 45 bereitgestellt. Das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak passt den Durchsatz des gasförmigen Ammoniaks NH₃(g), das der Brennkammer 15 über die Leitung für gasförmiges Ammoniak 46 zugeführt wird, an, indem es den Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das von der Ammoniakhauptleitung 42 zum Verdampfer 45 eingeleitet wird, anpasst. Das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak ist an der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak bereitgestellt. Das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak passt den Durchsatz des durch die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak strömenden flüssigen Ammoniaks NH₃(I) an.
Der erste Zustand kann implementiert werden, indem das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak in einen geschlossenen Zustand und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak in einen offenen Zustand versetzt wird. Der zweite Zustand kann implementiert werden, indem das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak in einen offenen Zustand und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak in einen geschlossenen Zustand versetzt wird. Der dritte Zustand kann implementiert werden, indem sowohl das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak als auch das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak in einen halboffenen Zustand versetzt werden.
Die Umschaltvorrichtung 48 kann anstelle des Drosselventils 48g für gasförmiges Ammoniak und des Drosselventils 48i für flüssiges Ammoniak ein Dreiwegeventil verwenden. In diesem Fall ist das Dreiwegeventil an einer Position bereitgestellt, an der sich die Ammoniakhauptleitung 42 und die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak verbinden. Das Dreiwegeventil passt das Verhältnis zwischen dem Durchsatz des in den Verdampfer 45 eingeleiteten flüssigen Ammoniaks NH₃(I) und dem Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das durch die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak strömt, an.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Brennstoffverbrennungssystem mit dem Brennstoffzufuhrsystem 40 und der Brennkammer 15 versehen.
Die Steuervorrichtung 60 empfängt eine externe Ausgabeanforderung für die Gasturbine 10 und steuert den Betrieb des Drosselventils 43 und der Umschaltvorrichtung 48 gemäß der Ausgabeanforderung. Es ist zu beachten, dass diese Steuervorrichtung 60 ein Computer ist. Die Steuervorrichtung 60 schließt als Hardware eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die verschiedene Berechnungen durchführt, eine Primärspeichervorrichtung wie einen Speicher, der einen Arbeitsbereich für die CPU bereitstellt, eine Hilfsspeichervorrichtung wie eine Festplattenlaufwerkvorrichtung, eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur und Maus und eine Anzeigevorrichtung ein. Die Steuervorrichtung 60 fungiert über die CPU, die beispielsweise ein in der Hilfsspeichervorrichtung gespeichertes Steuerprogramm ausführt.
Wie in 2 veranschaulicht, schließt die Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 ein: einen Innenzylinder 31 mit einer zylindrischen Form, der eine Düsenachse a umgibt, und einen Außenzylinder 32 mit einer zylindrischen Form, die die Düsenachse a umgibt, der auf der Außenumfangsseite auf dem Innenzylinder 31 angeordnet ist. Hierin ist die Richtung, in der sich die Düsenachse a erstreckt, als eine Axialrichtung Da definiert, wobei die beiden Seiten der Axialrichtung Da als eine Rückseite Dab und eine Vorderseite Daf definiert sind. Die Position des Endes auf dem Innenzylinder 31 auf der Vorderseite Daf und die Position des Endes des Außenzylinders 32 auf der Vorderseite Daf sind im Wesentlichen dieselben wie die Position in Axialrichtung Da. Die Innenumfangsseite des Innenzylinders 31 bildet einen Flüssigbrennstoffströmungsweg 33. Der Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 schließt einen Flüssigbrennstoffeinlass 33i und eine Flüssigbrennstoffsprühöffnung 33o ein. Das Ende des Flüssigbrennstoffströmungswegs 33 auf der Rückseite Dab entspricht dem Flüssigbrennstoffeinlass 33i und das Ende des Flüssigbrennstoffströmungswegs 33 auf der Vorderseite Daf entspricht der Flüssigbrennstoffsprühöffnung 33o. Die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak ist mit dem Flüssigbrennstoffeinlass 33i verbunden. Zwischen der Außenumfangsseite des Innenzylinders 31 und der Innenumfangsseite des Außenzylinders 32 ist ein Brenngasströmungsweg 34 ausgebildet. Der Brenngasströmungsweg 34 schließt einen Brenngaseinlass 34i und eine Brenngassprühöffnung 34o ein. Eine Öffnung ist in einem Abschnitt auf der Rückseite Dab des Außenzylinders 32 in der Außenumfangsfläche des Außenzylinders 32 ausgebildet. Die Öffnung entspricht dem Brenngaseinlass 34i des Brenngasströmungswegs 34 und das Ende des Brenngasströmungswegs 34 auf der Vorderseite Daf entspricht der Brenngassprühöffnung 34o. Die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak ist mit dem Brenngaseinlass 34i verbunden. Eine Druckluft Acom aus dem Kompressor 14, die vom Ende des Außenzylinders 32 an der Vorderseite Daf auf der Außenumfangsseite des Außenzylinders 32 zur Vorderseite Daf strömt, strömt als Verbrennungsluft.
Als Nächstes wird der Prozess des Brennstoffzufuhrverfahrens für die vorstehend beschriebene Gasturbinenanlage gemäß dem in 3 veranschaulichten Flussdiagramm beschrieben.
Bei dem Brennstoffzufuhrverfahren werden ein Ammoniak-Druckbeaufschlagungsschritt S1, ein Durchsatz-Anpassungsschritt S2, ein Schaltersteuerungsschritt S3, ein Dampferzeugungsschritt S4, ein Verdampfungsschritt S5 und ein Umschaltschritt S6 durchgeführt.
In dem Ammoniak-Druckbeaufschlagungsschritt S1 wird das flüssige Ammoniak NH₃(I), das von der Ammoniakhauptpumpe 44 aus dem Ammoniaktank 41 in die Ammoniakhauptleitung 42 gepumpt wird, unter Druck gesetzt. Im Durchsatz-Anpassungsschritt S2 wird der Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das durch die Ammoniakhauptleitung 42 strömt, durch das Drosselventil 43 angepasst. Der Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs wird durch Anpassen des Durchsatzes des flüssigen Ammoniaks NH₃(I) angepasst. Die Steuervorrichtung 60 empfängt eine Ausgabeanforderung für die Gasturbine 10. Die Steuervorrichtung 60 bestimmt den Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs gemäß der Ausgabeanforderung. Der Durchsatz des Brennstoffs weist eine positive Korrelation mit der Ausgabeanforderung auf. Das heißt, wenn die Ausgabeanforderung hoch ist, wird der Durchsatz des Brennstoffs so bestimmt, dass der Durchsatz des Brennstoffs hoch ist. Die Steuervorrichtung 60 weist das Drosselventil 43 an, den Durchsatz des Brennstoffs, der der Brennkammer 15 zugeführt wird, auf den bestimmten Durchsatz einzustellen.
Im Schaltersteuerungsschritt S3 bestimmt die Steuervorrichtung 60 als Brennstoffversorgungszustand den ersten Zustand, den zweiten Zustand oder den dritten Zustand und weist die Umschaltvorrichtung 48 an, den bestimmten Zustand zu implementieren.
Ein Verfahren zum Bestimmen des Brennstoffzufuhrzustands unter Verwendung der Steuervorrichtung 60 wird nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Menge des der Gasturbine 10 zugeführten Brennstoffs nimmt im Verlauf der Zeit während des Zeitraums vom Anfahren bis zum Nennbetrieb allmählich zu. Außerdem ist, wie vorstehend beschrieben, der Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs in einem Fall, in dem die Ausgabeanforderung geringer ist als die Nennausgabe, geringer als der Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs in einem Fall, in dem die Ausgabeanforderung die Nennausgabe ist. Hierin beträgt der prozentuale Brennstoffdurchsatz 100 %, wenn die Ausgabeanforderung die Nennausgabe ist, und der prozentuale Brennstoffdurchsatz vor dem Anfahren beträgt 0 %. Außerdem beträgt der prozentuale Brennstoffdurchsatz, wenn die Ausgabeanforderung eine vorbestimmte Ausgabe ist, die kleiner als die Nennausgabe ist, α %.
Die Steuervorrichtung 60 wählt in einem Fall, in dem der gemäß der Ausgabeanforderung bestimmte prozentuale Brennstoffdurchsatz größer als 0 % und kleiner als α %, d. h. ein geringer Brennstoffdurchsatz ist, aus dem ersten Zustand, dem zweiten Zustand und dem dritten Zustand den zweiten Zustand aus. Wie vorstehend beschrieben, ist der zweite Zustand ein Zustand, in dem nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) als Brennstoff zur Brennstoffdüse 15n geleitet wird. Wie vorstehend beschrieben, wird in einem Fall, in dem der gemäß der Ausgabeanforderung bestimmte prozentuale Brennstoffdurchsatz α % beträgt, aus dem ersten Zustand, dem zweiten Zustand und dem dritten Zustand der dritte Zustand ausgewählt. Der dritte Zustand ist ein Zustand, in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) und das gasförmige Ammoniak NH₃(g) als Brennstoff zur Brennstoffdüse 15n geleitet werden. In einem Fall, in dem der gemäß der Ausgabeanforderung bestimmte prozentuale Brennstoffdurchsatz größer als α % ist, wird aus dem ersten Zustand, dem zweiten Zustand und dem dritten Zustand der erste Zustand ausgewählt. Wie vorstehend beschrieben, ist der erste Zustand ein Zustand, in dem nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) als Brennstoff zur Brennstoffdüse 15n geleitet wird. Die Steuervorrichtung 60 weist die Umschaltvorrichtung 48 an, den ausgewählten Zustand zu implementieren.
Im Dampferzeugungsschritt S4 erfolgt im Abwärmerückgewinnungskessel 21 ein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas der Gasturbine 10 und Wasser, wobei das Wasser in Dampf umgewandelt wird.
Der Verdampfungsschritt S5 wird in einem Fall durchgeführt, in dem im Schaltersteuerungsschritt S3 der Brennstoffzufuhrzustand auf den ersten Zustand oder den dritten Zustand eingestellt ist, und wird in einem Fall, in dem der Brennstoffzufuhrzustand auf den zweiten Zustand eingestellt ist, nicht durchgeführt. Im Verdampfungsschritt S5 wird im Verdampfer 45 das flüssige Ammoniak NH₃(I) durch ein Heizmedium erwärmt und verdampft. Ein Teil des im Dampferzeugungsschritt S4 erzeugten Dampfes wird in dem als Heizmedium fungierenden Dampf verwendet.
Im Umschaltschritt S6 arbeitet die Umschaltvorrichtung 48, um den Zustand zu implementieren, der der Anweisung der Steuervorrichtung 60 aus dem ersten Zustand, dem zweiten Zustand und dem dritten Zustand entspricht.
Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem die Anweisung der Steuervorrichtung 60 für den ersten Zustand das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak und das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak der Umschaltvorrichtung 48 betrifft, das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak geöffnet und das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak geschlossen. Infolgedessen wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) über die Ammoniakhauptleitung 42 und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak zum Verdampfer 45 geleitet, wo es in gasförmiges Ammoniak NH₃(g) umgewandelt wird. Das gasförmige Ammoniak NH₃(g) wird über die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak und den Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak zur Brennkammer 15 geleitet. Andererseits wird das flüssige Ammoniak NH₃(I), das an der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzt wird, nicht durch die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak geschickt. Somit wird in dem ersten Zustand, der durchgeführt wird, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) als Brennstoff der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 zugeführt. Das gasförmige Ammoniak NH₃(g) wird zu dem Brenngasströmungsweg 34 der Brennstoffdüse 15n geschickt und aus der Brenngassprühöffnung 34o in das Flammrohr 15c gesprüht.
Außerdem wird in einem Fall, in dem die Anweisung der Steuervorrichtung 60 für den zweiten Zustand das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak und das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak der Umschaltvorrichtung 48 betrifft, das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak geschlossen und das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak wird geöffnet. Infolgedessen wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) über die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak, das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak und die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak in die Brennkammer 15 geleitet. Andererseits wird das flüssige Ammoniak NH₃(I), das an der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzt wird, nicht zum Verdampfer 45 geleitet. Somit wird in dem zweiten Zustand, der durchgeführt wird, wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) als Brennstoff der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 zugeführt. Das flüssige Ammoniak NH₃(I) wird zu dem Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 der Brennstoffdüse 15n geschickt und aus der Flüssigbrennstoffsprühöffnung 33o in das Flammrohr 15c gesprüht.
Außerdem sind in dem Fall, in dem die Anweisung der Steuervorrichtung 60 für den dritten Zustand gilt, das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak und das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak der Umschaltvorrichtung 48 beide halb geöffnet. Infolgedessen wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) über die Ammoniakhauptleitung 42 und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak zum Verdampfer 45 geleitet, wo es in gasförmiges Ammoniak NH₃(g) umgewandelt wird. Das gasförmige Ammoniak NH₃(g) wird über die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak und den Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak zur Brennkammer 15 geleitet. Außerdem wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak geschickt und dann über die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak, das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak und die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak zu der Brennkammer 15 geleitet. Somit werden in dem dritten Zustand, der durchgeführt wird, wenn der Brennstoffdurchsatz der α%ige Brennstoffdurchsatz zwischen einem niedrigen Brennstoffdurchsatz und einem hohen Brennstoffdurchsatz ist, sowohl das flüssige Ammoniak NH₃(I) als auch das gasförmige Ammoniak NH₃(g) der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 als Brennstoff zugeführt. Das gasförmige Ammoniak NH₃(g) wird zu dem Brenngasströmungsweg 34 der Brennstoffdüse 15n geschickt und aus der Brenngassprühöffnung 34o in das Flammrohr 15c gesprüht. Außerdem wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu dem Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 der Brennstoffdüse 15n geschickt und aus der Flüssigbrennstoffsprühöffnung 33o in das Flammrohr 15c gesprüht.
Wenn jedoch, wie in 4 veranschaulicht, der Brennstoffdurchsatz von einem niedrigen Brennstoffdurchsatz über den α%igen Brennstoffdurchsatz zu einem hohen Brennstoffdurchsatz übergeht, wird der α%ige Brennstoffdurchsatz für eine vorbestimmte Zeitspanne oder länger beibehalten. In dem dritten Zustand, der durchgeführt wird, wenn der Brennstoffdurchsatz der α%ige Brennstoffdurchsatz ist, schließt sich das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak mit der Zeit allmählich und der Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich ab. In dem dritten Zustand öffnet sich das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak mit der Zeit allmählich, und der Durchsatz des gasförmigen Ammoniaks NH₃(g), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich zu. Außerdem wird, wenn der Brennstoffdurchsatz von einem hohen Brennstoffdurchsatz über den α%igen Brennstoffdurchsatz und zu einem niedrigen Brennstoffdurchsatz übergeht, der α%ige Brennstoffdurchsatz für eine vorbestimmte Zeitspanne oder länger beibehalten. In dem dritten Zustand, der durchgeführt wird, wenn der Brennstoffdurchsatz der α%ige Brennstoffdurchsatz ist, schließt sich das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak mit der Zeit allmählich und der Durchsatz des gasförmigen Ammoniaks NH₃(g), das zu der Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich ab. In dem dritten Zustand öffnet sich das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak mit der Zeit allmählich, und der Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich zu.
In einem Fall, in dem Ammoniak als Brennstoff für eine Gasturbine 10 verwendet wird, wird ein Teil des Stickstoffs, der Bestandteil des Ammoniaks ist, zu NOx. Die Menge des erzeugten NOx hängt von dem Durchsatz von Ammoniak und dem Brennstoff/Luft-Verhältnis ab. Wenn der Durchsatz des Ammoniaks, das als Brennstoff verwendet wird, hoch ist, wird eine große Menge an NOx erzeugt, und wenn der Durchsatz des Ammoniaks, das als Brennstoff verwendet wird, niedrig ist, wird eine geringe Menge an NOx erzeugt. Zudem erreicht, wie in 5 veranschaulicht, die NOx-Konzentration im Verbrennungsgas ein Maximum, wenn das Brennstoff/Luft-Verhältnis ein Wert r ist. Die NOx-Konzentration nimmt allmählich ab, wenn das Brennstoff/Luft-Verhältnis unter den Wert r abnimmt. Außerdem nimmt die NOx-Konzentration allmählich ab, wenn das Brennstoff über den Wert r steigt.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform das Brennstoff/LuftVerhältnis so gesteuert, dass der Wert des Brennstoff/Luft-Verhältnisses nicht zu einem Wert im vorbestimmten Brennstoff/Luft-Verhältnisbereich R wird, bei dem die NOx-Konzentration höher ist als ein vorbestimmter Wert c. Die Steuerung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses wird von der Steuervorrichtung 60 durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben, bestimmt die Steuervorrichtung 60 den Durchsatz des Brennstoffs gemäß einer Ausgabeanforderung. Dann bestimmt die Steuervorrichtung 60 den Öffnungsgrad der IGV 14i basierend auf dem bestimmten Brennstoffdurchsatz und sendet diesen Öffnungsgrad als Anweisung an die IGV 14i. Dabei bestimmt die Steuervorrichtung 60 den Öffnungsgrad der IGV 14i derart, dass der Wert des Brennstoff/Luft-Verhältnisses, das ein Verhältnis zwischen dem bestimmten Brennstoffdurchsatz und dem Durchsatz der vom Kompressor 14 aufgenommenen Luft ist, nicht zu einem Wert in dem vorstehend beschriebenen vorbestimmten Brennstoff/Luft-Verhältnisbereich R wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zur Brennkammer 15 und das flüssige Ammoniak NH₃(I) zur Brennkammer 15 geleitet werden. In einem Fall, in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) als Brennstoff aus der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 versprüht wird, können Fehlzündungen und dergleichen reduziert werden und der Brennstoff kann stabil verbrannt werden. Andererseits kann in einem Fall, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) als Brennstoff aus der Brennstoffdüse 15 der Brennkammer 15 versprüht wird, die Erzeugung von NOx unterdrückt werden. Wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen hoch. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak niedrig ist, ist die Menge an erzeugtem NOx klein. Umgekehrt ist, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen niedrig. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak hoch ist, ist die Menge an erzeugtem NOx groß. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, bei einem geringen Brennstoffdurchsatz das flüssige Ammoniak NH₃(I) zur Brennkammer 15 geleitet, um die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündung zu verringern und den Brennstoff stabil zu verbrennen. Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform bei hohem Brennstoffdurchsatz zur Unterdrückung der NOx-Erzeugung das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zur Brennkammer 15 geleitet. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform durch die Zufuhr von flüssigem Ammoniak zur Brennkammer beim Anfahren Ammoniak, das als Brennstoff dient, auch ohne externe thermische Energiezufuhr der Brennkammer zugeführt werden. Außerdem kann in der vorliegenden Ausführungsform die NOx-Erzeugung reduziert und gleichzeitig eine stabile Verbrennung von Ammoniak in der Zeit vom Anfahren bis zum Nennbetrieb erreicht werden, ohne einen anderen Brennstoff als Ammoniak zu verwenden.
Außerdem wird, wie vorstehend beschrieben, in der vorliegenden Ausführungsform das Brennstoff/Luft-Verhältnis so gesteuert, dass der Wert des Brennstoff/Luft-Verhältnisses nicht zu einem Wert im vorbestimmten Brennstoff/Luft-Verhältnisbereich R wird, bei dem die NOx-Konzentration über einem vorbestimmten Wert c liegt. Somit kann gemäß dieser Ausführungsform die NOx-Erzeugung auch aus dieser Perspektive reduziert werden.
Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform das aus der Gasturbine 10 abgegebene Verbrennungsgas nach dem Passieren der Entstickungsvorrichtung 20 über den Kamin 22 nach außen abgeleitet. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform die Menge der NOx-Emissionen verringert werden.
In einem Fall, in dem der Zustand von einem Zustand, in dem nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, in einen Zustand übergeht, in dem nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu der Brennkammer 15 geleitet wird oder umgekehrt in einem Fall, in dem der Zustand von einem Zustand, in dem nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, in einen Zustand übergeht, in dem nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, wird die Stabilität der Brennstoffverbrennung beeinträchtigt, wenn sich die Phase des aus der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 versprühten Brennstoffs plötzlich ändert. Die Brennstoffdüse 15n der vorliegenden Ausführungsform schließt den Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 und den Brenngasströmungsweg 34 ein und ist so konfiguriert, dass sie das flüssige Ammoniak NH₃(I) und das gasförmige Ammoniak NH₃(g) gleichzeitig versprüht. Außerdem werden in der vorliegenden Ausführungsform in dem Prozess des Übergangs vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder in dem Prozess des Übergangs vom zweiten Zustand in den ersten Zustand sowohl das flüssige Ammoniak NH₃(I) als auch das gasförmige Ammoniak NH₃(g) als Brennstoff zu der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 geleitet. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform die Stabilität der Verbrennung des Brennstoffs in dem vorstehend beschriebenen Übergangsprozess sichergestellt werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform einer Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Wie die Gasturbinenanlage der ersten Ausführungsform ist auch die Gasturbinenanlage der vorliegenden Ausführungsform mit einer Gasturbine 10, der Entstickungsvorrichtung 20, dem Abwärmerückgewinnungskessel 21, der Dampfturbine 23, dem Kondensator 24, der Pumpe 25, einem Brennstoffzufuhrsystem 40a und der Steuervorrichtung 60 versehen. Das Brennstoffzufuhrsystem 40a der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von dem Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform.
Wie das Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform schließt das Brennstoffzufuhrsystem 40a den Ammoniaktank 41, die Ammoniakhauptleitung 42, die Ammoniakhauptpumpe 44, den Verdampfer 45, die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak, die Umschaltvorrichtung 48, die Heizmediumleitung 53, das Heizmediumventil 54 und die Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 ein. Das Brennstoffzufuhrsystem 40a der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von dem Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform dadurch, dass es das Drosselventil 43, den Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak und die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak nicht einschließt. Somit fungieren in der vorliegenden Ausführungsform das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak, die die Umschaltvorrichtung 48 konfigurieren, als das Drosselventil 43 in der ersten Ausführungsform. Zudem fungiert in der vorliegenden Ausführungsform die Ammoniakhauptpumpe 44 als Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak und als Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak.
Wie vorstehend beschrieben, unterscheidet sich das Brennstoffzufuhrsystem 40a der vorliegenden Ausführungsform jedoch von dem Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform dadurch, dass es das Drosselventil 43, den Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak und die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak nicht einschließt. Somit sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ausrüstungsherstellungskosten geringer als bei der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform einer Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Wie die Gasturbinenanlage der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist auch die Gasturbinenanlage der vorliegenden Ausführungsform mit einer Gasturbine 10, der Entstickungsvorrichtung 20, dem Abwärmerückgewinnungskessel 21, der Dampfturbine 23, dem Kondensator 24, der Pumpe 25, einem Brennstoffzufuhrsystem 40a und der Steuervorrichtung 60 versehen. Das Brennstoffzufuhrsystem 40b der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von dem Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform und dem Brennstoffzufuhrsystem 40a der zweiten Ausführungsform.
Wie das Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform schließt das Brennstoffzufuhrsystem 40b den Ammoniaktank 41, die Ammoniakhauptleitung 42, das Drosselventil 43, die Ammoniakhauptpumpe 44, den Verdampfer 45, die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, eine Umschaltvorrichtung 48b, die Heizmediumleitung 53, das Heizmediumventil 54 und die Heizmediumrückgewinnungsleitung 55 ein. Im Brennstoffzufuhrsystem 40 der vorliegenden Ausführungsform fungiert die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak jedoch auch als die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak in der ersten Ausführungsform. Somit existiert im Brennstoffzufuhrsystem 40b der vorliegenden Ausführungsform keine Leitung 47 für flüssiges Ammoniak unabhängig von der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak. Wie das Brennstoffzufuhrsystem 40a der zweiten Ausführungsform schließt auch das Brennstoffzufuhrsystem 40b der vorliegenden Ausführungsform den Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak und die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak nicht ein. Zudem schließt die Umschaltvorrichtung 48b der vorliegenden Ausführungsform das Heizmediumventil 54 ein, schließt aber nicht das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak und das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak ein, wie dies bei der Umschaltvorrichtung 48 der ersten und der zweiten Ausführungsform der Fall ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn der zweite Zustand implementiert ist, das Heizmediumventil 54 geschlossen. Infolgedessen wird der Dampf, der das Heizmedium ist, nicht zum Verdampfer 45 geleitet, und selbst wenn das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Ammoniakhauptleitung 42 zum Verdampfer 45 strömt, wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) nicht durch das Heizmedium erwärmt und verlässt den Verdampfer 45 in unverändertem Zustand. Das flüssige Ammoniak NH₃(I) wird über die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, die auch als Leitung 47 für flüssiges Ammoniak fungiert, zu den Brennstoffdüsen 15n der Brennkammer 15 geleitet.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform in dem Zustand, in dem der erste Zustand implementiert ist, das Heizmediumventil 54 geöffnet. Infolgedessen wird der Dampf, der das Heizmedium ist, zum Verdampfer 45 geleitet, und wenn das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Ammoniakhauptleitung 42 zum Verdampfer 45 strömt, wird das flüssige Ammoniak NH₃(I) durch das Heizmedium erwärmt und strömt nach dem Verdampfen aus dem Verdampfer 45. Das gasförmige Ammoniak NH₃(g) wird über die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, die auch als Leitung 47 für flüssiges Ammoniak fungiert, zu der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 geleitet.
Wie vorstehend beschrieben, fungiert im Brennstoffzufuhrsystem 40b der vorliegenden Ausführungsform die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak auch als die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak. Somit sind die Ausrüstungsherstellungskosten geringer als die der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
Es ist zu beachten, dass im Brennstoffzufuhrsystem 40b der vorliegenden Ausführungsform keine Leitung 47 für flüssiges Ammoniak unabhängig von der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak existiert. Somit weist die Brennstoffdüse 15n der vorliegenden Ausführungsform, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform, nicht zwei Arten von Brennstoffströmungswegen auf, sondern schließt nur eine Art von Brennstoffströmungsweg ein.
Im Abwärmerückgewinnungskessel 21 wird bei dem Prozess der Umwandlung von Wasser in Dampf Heißwasser erzeugt. Somit kann in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dieses Heißwasser als Heizmedium verwendet werden, d. h. als Wärmeaustauschpartner mit dem flüssigen Ammoniak NH₃(I).
Erstes abgeändertes Beispiel
In der ersten Ausführungsform, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, wird der α%ige Brennstoffdurchsatz für eine vorbestimmte Zeitspanne oder länger beibehalten, wenn der Brennstoffdurchsatz von einem niedrigen Brennstoffdurchsatz über den α%igen Brennstoffdurchsatz zu einem hohen Brennstoffdurchsatz übergeht und wenn der Brennstoffdurchsatz von einem hohen Brennstoffdurchsatz über den o%igen Brennstoffdurchsatz zu einem niedrigen Brennstoffdurchsatz übergeht. Während des Übergangs, wie vorstehend beschrieben, kann kann es jedoch sein, dass der α%ige Brennstoffdurchsatz nicht für eine vorbestimmte Zeitspanne oder länger beibehalten wird.
Wie in 8 veranschaulicht, wird hier ein prozentualer Brennstoffdurchsatz größer als α %, aber kleiner als 100 %, als β % definiert. Außerdem nimmt die Menge des der Gasturbine 10 zugeführten Brennstoffs während des Zeitraums vom Anfahren bis zum Nennbetrieb im Lauf der Zeit linear zu. Somit nimmt in diesem Beispiel die Menge des der Gasturbine 10 zugeführten Brennstoffs während der Zeit von dem Anfahren bis zum Nennbetrieb mit der Zeit, und insbesondere zwischen der Zeit mit α % Brennstoffdurchsatz und der Zeit mit β % Brennstoffdurchsatz, linear zu.
In dem vorliegenden abgeänderten Beispiel wird der zweite Zustand implementiert, wenn der prozentuale Brennstoffdurchsatz ein niedriger Brennstoffdurchsatz von weniger als α % ist, wird der erste Zustand implementiert, wenn der prozentuale Brennstoffdurchsatz ein hoher Brennstoffdurchsatz von mehr als β % ist, und wird der dritte Zustand implementiert, wenn der prozentuale Brennstoffdurchsatz α % oder mehr und β % oder weniger ist.
In dem dritten Zustand, der implementiert wird, wenn der prozentuale Brennstoffdurchsatz während des Übergehens von einem niedrigen Brennstoffdurchsatz zu einem hohen Brennstoffdurchsatz α % oder mehr und β % oder weniger beträgt, schließt sich das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak mit der Zeit allmählich und der Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich ab. Andererseits öffnet sich das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak mit der Zeit allmählich, und der Durchsatz des gasförmigen Ammoniaks NH₃(g), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich zu. In dem dritten Zustand, der implementiert wird, wenn der prozentuale Brennstoffdurchsatz während des Übergehens von einem hohen Brennstoffdurchsatz zu einem niedrigen Brennstoffdurchsatz, α % oder mehr und β % oder weniger beträgt, schließt sich außerdem das Drosselventil 48g für gasförmiges Ammoniak mit der Zeit allmählich und der Durchsatz des gasförmigen Ammoniaks NH₃(g), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich ab. Andererseits öffnet sich das das Drosselventil 48i für flüssiges Ammoniak mit der Zeit allmählich, und der Durchsatz des flüssigen Ammoniaks NH₃(I), das zur Brennkammer 15 geleitet wird, nimmt mit der Zeit allmählich zu.
Zweites abgeändertes Beispiel
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann Dampf oder Heißwasser, der bzw. das im Abwärmerückgewinnungskessel 21 erzeugt wird, als Heizmedium, d. h. als Wärmeaustauschpartner mit dem flüssigen Ammoniak NH₃(I) verwendet werden. Das Abgas, das durch den Abwärmerückgewinnungskessel 21 strömt, kann jedoch als Heizmedium, d. h. als Wärmeaustauschpartner mit dem flüssigen Ammoniak NH₃(I), verwendet werden. Ein abgeändertes Beispiel, bei dem das im Abwärmerückgewinnungskessel 21 strömende Abgas als Heizmedium, d. h. als Wärmeaustauschpartner mit dem flüssigen Ammoniak NH₃(I), verwendet werden kann, wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Ein Brennstoffzufuhrsystem 40c des abgeänderten Beispiels ist ein abgeändertes Beispiel für das Brennstoffzufuhrsystem 40 der ersten Ausführungsform. Ein Teil des im Abwärmerückgewinnungskessel 21 strömenden Abgases wird zum Verdampfer 45 des vorliegenden abgeänderten Beispiels geleitet. Somit ist ein Ende einer Heizmediumleitung 53c mit dem Mediumeinlass des Verdampfers 45 des vorliegenden abgeänderten Beispiels verbunden, und das andere Ende der Heizmediumleitung 53c ist mit dem Abwärmerückgewinnungskessel 21 verbunden. Die Heizmediumleitung 53c ist mit einem Heizmediumventil 54c versehen, das den Durchsatz des durch die Heizmediumleitung 53c strömenden Abgases anpasst. Ein Ende einer Heizmediumrückgewinnungsleitung 55c ist mit dem Mediumauslass des Verdampfers 45 verbunden. Das andere Ende der Heizmediumrückgewinnungsleitung 55c ist beispielsweise mit dem Kamin 22 verbunden. Es ist zu beachten, dass das andere Ende der Heizmediumrückgewinnungsleitung 55c an einer Position am Abwärmerückgewinnungskessel 21, die sich stromabwärts von einer Position befindet, an der das andere Ende der Heizmediumleitung 53c verbunden ist, statt am Kamin 22 verbunden sein kann. Stromabwärts bezieht sich hier auf die stromabwärtige Seite des Stroms des im Abwärmerückgewinnungskessel 21 strömenden Abgases.
Drittes abgeändertes Beispiel
Das Brennstoffzufuhrsystem 40c des vorstehend beschriebenen zweiten abgeänderten Beispiels ist ein Brennstoffzufuhrsystem, bei dem der Verdampfer 45 außerhalb des Abwärmerückgewinnungskessels 21 angeordnet und so konfiguriert ist, dass das Abgas des Abwärmerückgewinnungskessels 21 dem Verdampfer 45 zugeführt wird. Wie in 10 veranschaulicht, ist jedoch im Abwärmerückgewinnungskessel 21 ein Wärmeübertragungsrohr 45d als Verdampfer angeordnet, und das flüssige Ammoniak NH₃(I) kann durch das Wärmeübertragungsrohr 45d strömen, und das flüssige Ammoniak NH₃(I) kann durch das außerhalb des Wärmeübertragungsrohrs 45d im Inneren des Abwärmerückgewinnungskessels 21 strömende Abgas erwärmt werden. Im Falle eines Brennstoffzufuhrsystems 40d ist das Ende der Ammoniakhauptleitung 42 mit dem einen Ende des Wärmeübertragungsrohrs 45d verbunden, und ein Ende der Leitung 46 für gasförmigen Ammoniak ist mit dem anderen Ende des Wärmeübertragungsrohrs 45d verbunden.
Es ist zu beachten, dass das Brennstoffzufuhrsystem 40d des dritten abgeänderten Beispiels und das Brennstoffzufuhrsystem 40c des zweiten abgeänderten Beispiels abgeänderte Beispiele des Brennstoffzufuhrsystems 40 der ersten Ausführungsform sind, dass aber im Brennstoffzufuhrsystem 40a der zweiten Ausführungsform und im Brennstoffzufuhrsystem 40b der dritten Ausführungsform, wie auch im dritten abgeänderten Beispiel und im zweiten abgeänderten Beispiel, Abgas, das im Abwärmerückgewinnungskessel 21 strömt, als Heizmedium, d. h. als Wärmeaustauschpartner mit dem flüssigen Ammoniak NH₃(I), verwendet werden kann.
Hierin wurden Ausführungsformen und abgeänderte Beispiele der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und abgeänderten Beispiele beschränkt. Verschiedene Ergänzungen, Änderungen, Substitutionen, Teilstreichungen und dergleichen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die sich aus den in den Ansprüchen definierten Inhalten und deren Äquivalenten ergibt.
Ergänzende Hinweise
Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zum Beispiel wie folgt verstanden werden.
(1) Ein Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem ersten Gesichtspunkt schließt ein: eine Ammoniakhauptleitung 42, die mit einem Ammoniaktank 41 verbunden ist, der zur Lagerung von flüssigem Ammoniak NH₃(I) konfiguriert ist; eine Ammoniakhauptpumpe 44, die an der Ammoniakhauptleitung 42 bereitgestellt ist, wobei die Ammoniakhauptpumpe 44 dazu konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus dem Ammoniaktank 41 unter Druck zu setzen; einen Verdampfer 45, der mit einem Ende der Ammoniakhauptleitung 42 verbunden ist, wobei der Verdampfer 45 konfiguriert ist, um das flüssige Ammoniak NH₃(I) über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem von der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak NH₃(I) zu erwärmen und zu verdampfen; eine Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak, die mit dem Verdampfer 45 verbunden ist, wobei die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak konfiguriert ist, um gasförmiges Ammoniak NH₃(g), das durch den Verdampfer 45 verdampftes Ammoniak ist, als Brennstoff zu einer Brennkammer 15 einer Gasturbine 10 zu leiten; eine Leitung 47 für flüssiges Ammoniak, die konfiguriert ist, um flüssiges Ammoniak NH₃(I), das durch die Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzt wird und das keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium am Verdampfer 45 erfahren hat, als Brennstoff zur Brennkammer 15 zu leiten; und eine Umschaltvorrichtung 48, 48b, die konfiguriert ist, um einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einer Mehrzahl von Zuständen umzuschalten, die einen ersten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) von der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak zu der Brennkammer 15 geleitet wird, und einen zweiten Zustand, in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) von der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak zu der Brennkammer 15 geleitet wird, einschließen.
Unter dem vorliegenden Gesichtspunkt kann das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zur Brennkammer 15 geleitet werden und das flüssige Ammoniak NH₃(I) kann zur Brennkammer 15 geleitet werden. In einem Fall, in dem das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 als Brennstoff versprüht wird, können Fehlzündungen und dergleichen reduziert werden und der Brennstoff kann stabil verbrannt werden. Andererseits kann in einem Fall, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Brennstoffdüse 15 der Brennkammer 15 als Brennstoff versprüht wird, die Erzeugung von NOx unterdrückt werden. Wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen hoch. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak niedrig ist, ist die Menge an erzeugtem NOx klein. Umgekehrt ist, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen niedrig. Da jedoch der Durchsatz von Ammoniak hoch ist, ist die Menge an erzeugtem NOx groß. Wenn der Brennstoffdurchsatz niedrig ist, wird somit das flüssige Ammoniak NH₃(I) zur Brennkammer 15 geleitet, um die Wahrscheinlichkeit der Brennstofffehlzündungen zu verringern und den Brennstoff stabil zu verbrennen. Außerdem wird, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zur Brennkammer 15 geleitet, um die Erzeugung von NOx zu unterdrücken. Infolgedessen kann unter dem vorliegenden Gesichtspunkt Ammoniak stabil verbrannt werden und die NOx-Erzeugung kann unterdrückt werden.
(2) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem zweiten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem ersten Gesichtspunkt, wobei die Umschaltvorrichtung 48, 48b konfiguriert ist, um einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem dritten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak und das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak zur Brennkammer 15 geleitet werden, dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten.
In einem Fall, in dem der Zustand von einem Zustand, in dem nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, in einen Zustand übergeht, in dem nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu der Brennkammer 15 geleitet wird oder umgekehrt in einem Fall, in dem der Zustand von einem Zustand, in dem nur das flüssige Ammoniak NH₃(I) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, in einen Zustand übergeht, in dem nur das gasförmige Ammoniak NH₃(g) zu der Brennkammer 15 geleitet wird, wird die Stabilität der Brennstoffverbrennung beeinträchtigt, wenn sich die Phase des aus der Brennstoffdüse 15n der Brennkammer 15 versprühten Brennstoffs plötzlich ändert. Somit wird unter dem vorliegenden Gesichtspunkt der dritte Zustand beim Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder beim Übergang vom zweiten Zustand in den ersten Zustand implementiert. Somit kann unter dem vorliegenden Gesichtspunkt die Stabilität der Verbrennung des Brennstoffs in dem vorstehend beschriebenen Übergangsprozess sichergestellt werden.
(3) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem dritten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem ersten Gesichtspunkt oder dem zweiten Gesichtspunkt, das ferner ein Drosselventil 43 einschließt, das den Durchsatz des Brennstoffs, der der Brennkammer 15 zugeführt wird, anpasst.
(4) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem vierten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der ersten bis dritten Gesichtspunkte, wobei ein Ende der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak mit der Ammoniakhauptleitung 42 an einer Position zwischen der Ammoniakhauptpumpe 44 und dem Verdampfer 45 verbunden ist.
(5) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem fünften Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem vierten Gesichtspunkt, bei dem die Umschaltvorrichtung 48 ein Ventil 48 g, 48 i ist, das konfiguriert ist, einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem Zustand, in dem das von der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das von der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) zur Leitung 47 für flüssiges Ammoniak geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umzuschalten.
(6) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem sechsten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß dem vierten oder fünften Gesichtspunkt, das ferner einschließt: eine Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak, die auf der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak bereitgestellt ist, wobei die Pumpe 52 für flüssiges Ammoniak so konfiguriert ist, dass sie das durch die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak strömende flüssige Ammoniak NH₃(I) unter Druck setzt; und einen Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak, der auf der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak bereitgestellt ist, wobei der Kompressor 51 für gasförmiges Ammoniak dazu konfiguriert ist, das durch die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak strömende gasförmige Ammoniak NH₃(g) unter Druck zu setze n .
Unter diesem Gesichtspunkt können der Solldruck des über die Leitung 47 für flüssiges Ammoniak in die Brennkammer 15 geleiteten flüssigen Ammoniaks NH₃(I) und der Solldruck des über die Leitung 46 für gasförmigen Ammoniak in die Brennkammer 15 geleiteten gasförmigen Ammoniaks NH₃(g) leicht erreicht werden.
(7) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem siebten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der ersten bis dritten Gesichtspunkte, bei dem die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak auch als Leitung 47 für flüssiges Ammoniak fungiert. Außerdem ist die Umschaltvorrichtung 48b ein Heizmediumventil 54, das einen Zufuhrzustand des Heizmediums zwischen einem Zustand, in dem das Heizmedium zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das Heizmedium nicht zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umschaltet.
Unter dem vorliegenden Gesichtspunkt fungiert die Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak auch als Leitung 47 für flüssiges Ammoniak. Somit kann die Leitungskonfiguration vereinfacht werden und die Ausrüstungsherstellungskosten können reduziert werden.
(8) Das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem achten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der ersten bis siebten Gesichtspunkte, das ferner eine Steuervorrichtung 60 enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine externe Ausgabeanforderung für die Gasturbine empfängt, einen Zustand aus einer Mehrzahl von Zuständen einschließlich des ersten Zustands und des zweiten Zustands gemäß der Ausgabeanforderung bestimmt und die Umschaltvorrichtung 48, 48b anweist, den einen Zustand zu implementieren.
Der Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs ändert sich gemäß der Ausgabeanforderung. Die Steuervorrichtung 60 des vorliegenden Gesichtspunkts stellt den Zustand auf einen Zustand aus der Mehrzahl von Zuständen ein, die den ersten und den zweiten Zustand gemäß der Ausgabeanforderung einschließt. Somit kann unter dem vorliegenden Gesichtspunkt der Brennstoffzufuhrzustand auf den ersten Zustand eingestellt werden, wenn der Brennstoffdurchsatz des Brennstoffs hoch ist, und der Brennstoffzufuhrzustand kann auf den zweiten Zustand eingestellt werden, wenn die Brennstoffdurchsatz des Brennstoffs niedrig ist.
Das Brennstoffverbrennungssystem gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zum Beispiel wie folgt verstanden werden.
(9) Ein Brennstoffverbrennungssystem gemäß einem neunten Gesichtspunkt schließt das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der ersten bis achten Gesichtspunkte und die Brennkammer 15, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem 40 in einer Druckluft Acom verbrennt und Verbrennungsgas erzeugt, ein.
(10) Das Brennstoffverbrennungssystem gemäß einem zehnten Gesichtspunkt ist das Brennstoffverbrennungssystem gemäß dem neunten Gesichtspunkt, bei dem die Brennkammer 15 einschließt: eine brennkammerbildende Vorrichtung 15c, die eine Brennkammer 15s bildet, die so konfiguriert ist, dass sie den Brennstoff verbrennt und das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas zu einer Turbine 16 leitet, und einen Brennkammerhauptkörper 15b, der so konfiguriert ist, dass er den Brennstoff und die Druckluft Acom in die Brennkammer 15s sprüht. Der Brennkammerhauptkörper 15b schließt eine Brennstoffdüse 15n ein, die konfiguriert ist, um den Brennstoff in die Brennkammer 15s zu sprühen. Die Brennstoffdüse 15n schließt ein: einen Brenngasströmungsweg 34, der mit der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Brenngasströmungsweg 34 so konfiguriert ist, dass er das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak in die Brennkammer 15s sprüht, und einen Flüssigbrennstoffströmungsweg 33, der mit der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 so konfiguriert ist, dass er das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak in die Brennkammer 15s sprüht.
Die Gasturbinenanlage gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann beispielsweise wie folgt verstanden werden. (11) Eine Gasturbinenanlage gemäß einem elften Gesichtspunkt schließt ein: das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der ersten bis achten Gesichtspunkte; und die Gasturbine 10. Die Gasturbine 10 schließt einen Kompressor 14, der Luft verdichtet, um Druckluft Acom zu erzeugen, die Brennkammer 15, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem 40 in der Druckluft Acom verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine 16, die so konfiguriert ist, dass sie von dem Verbrennungsgas angetrieben wird, ein.
(12) Die Gasturbinenanlage gemäß einem zwölften Gesichtspunkt ist die Gasturbinenanlage gemäß dem elften Gesichtspunkt, wobei die Brennkammer 15 einschließt: eine brennkammerbildende Vorrichtung 15c, die die Brennkammer 15s bildet, die so konfiguriert ist, dass sie den Brennstoff verbrennt und das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas zur Turbine 16 leitet, und einen Brennkammerhauptkörper 15b, der so konfiguriert ist, dass er den Brennstoff und die Druckluft Acom in die Brennkammer 15s sprüht. Der Brennkammerhauptkörper 15b schließt eine Brennstoffdüse 15n ein, die konfiguriert ist, um den Brennstoff in die Brennkammer 15s zu sprühen. Die Brennstoffdüse 15n schließt ein: einen Brenngasströmungsweg 34, der mit der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Brenngasströmungsweg 34 so konfiguriert ist, dass er das gasförmige Ammoniak NH₃(g) aus der Leitung 46 für gasförmiges Ammoniak in die Brennkammer 15s sprüht, und einen Flüssigbrennstoffströmungsweg 33, der mit der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Flüssigbrennstoffströmungsweg 33 so konfiguriert ist, dass er das flüssige Ammoniak NH₃(I) aus der Leitung 47 für flüssiges Ammoniak in die Brennkammer 15s sprüht.
Unter dem vorliegenden Gesichtspunkt können das gasförmige Ammoniak NH₃(g) und das flüssige Ammoniak NH₃(I) gleichzeitig aus der Brennstoffdüse 15n versprüht werden.
(13) Die Gasturbinenanlage gemäß einem dreizehnten Gesichtspunkt ist die Gasturbinenanlage gemäß dem elften oder zwölften Gesichtspunkt, die ferner einschließt: einen Abwärmerückgewinnungskessel 21, der die Wärme des Abgases, d. h. des aus der Turbine 16 abgegebenen Verbrennungsgases, nutzt, um Dampf zu erzeugen; und eine Heizmediumleitung 53, die einen Teil des im Abwärmerückgewinnungskessel 21 erzeugten Dampfes oder einen Teil des im Abwärmerückgewinnungskessel 21 erwärmten Wassers als Heizmedium zum Verdampfer 45 leitet.
(14) Die Gasturbinenanlage gemäß einem vierzehnten Gesichtspunkt ist die Gasturbinenanlage gemäß dem elften oder zwölften Gesichtspunkt, wobei der Verdampfer 45 konfiguriert ist, um das flüssige Ammoniak NH₃(I) über Wärmeaustausch zwischen einem Abgas, bei dem es sich um das von der Turbine 16 abgegebene Verbrennungsgas als Heizmedium handelt, und dem von der Ammoniakhauptpumpe 44 unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak NH₃(I) zu erwärmen und zu verdampfen.
Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zum Beispiel wie folgt verstanden werden. (15) Ein Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einer fünfzehnten Art schließt ein: eine Druckbeaufschlagung S1 von flüssigem Ammoniak NH₃(I) aus einem Ammoniaktank 41, der das flüssige Ammoniak NH₃(I) lagert; ein Verdampfen S5 des flüssigen Ammoniaks NH₃(I) durch Erwärmen des flüssigen Ammoniaks über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak NH₃(I); und ein Umschalten S6 eines Ammoniakzufuhrzustands zwischen einer Mehrzahl von Zuständen, die einschließen: einen ersten Zustand, in dem ein gasförmiges Ammoniak NH₃(g), das bei der Verdampfung S5 verdampftes Ammoniak ist, zu einer Brennkammer 15 einer Gasturbine 10 als Brennstoff geleitet wird, und einen zweiten Zustand, in dem flüssiges Ammoniak NH₃(I), das bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetztes flüssiges Ammoniak NH₃(I) ist, das bei der Verdampfung S5 keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium erfahren hat, zu der Brennkammer 15 als Brennstoff geleitet wird.
Wie unter dem vorstehend beschriebenen ersten Gesichtspunkt können gemäß dem vorliegenden Gesichtspunkt Ammoniak stabil verbrannt und die NOx-Erzeugung unterdrückt werden.
(16) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem sechzehnten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß dem fünfzehnten Gesichtspunkt, wobei bei der Umschaltung S6 ein Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem dritten Zustand, in dem der gasförmige Ammoniak NH₃(g) und der flüssige Ammoniak NH₃(I) zur Brennkammer 15 geleitet werden, dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird.
Wie unter dem vorstehend beschriebenen zweiten Gesichtspunkt wird gemäß dem vorliegenden Gesichtspunkt der dritte Zustand beim Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder beim Übergang vom zweiten Zustand in den ersten Zustand implementiert. Somit kann eine stabile Verbrennung des Brennstoffs während der vorstehend beschriebenen Übergänge sichergestellt werden.
(17) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem siebzehnten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß dem fünfzehnten oder sechzehnten Gesichtspunkt, das ferner das Anpassen S2 eines Durchsatzes des Brennstoffs, der der Brennkammer 15 zugeführt wird, einschließt.
(18) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem achtzehnten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Gesichtspunkte fünfzehn bis siebzehn, bei dem bei der Verdampfung S5 das bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) eingeleitet wird, das Heizmedium eingeleitet wird und die Verdampfung am Verdampfer 45 über Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Ammoniak NH₃(I) und dem Heizmedium durchgeführt wird. Bei der Umschaltung S6 wird ein Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem Zustand, in dem das bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) nicht zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umgeschaltet.
(19) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem neunzehnten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Gesichtspunkte fünfzehn bis siebzehn, bei dem bei der Verdampfung S5 das bei der Druckbeaufschlagung S1 unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak NH₃(I) eingeleitet wird, das Heizmedium eingeleitet wird und die Verdampfung am Verdampfer 45 über Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Ammoniak NH3(I) und dem Heizmedium durchgeführt wird. Außerdem wird bei der Umschaltung S6 ein Zufuhrzustand des Heizmediums zwischen einem Zustand, in dem das Heizmedium zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das Heizmedium nicht zum Verdampfer 45 geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umgeschaltet.
(20) Das Brennstoffzufuhrverfahren eines zwanzigsten Gesichtspunkts ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Gesichtspunkte fünfzehn bis neunzehn, das ferner ein Steuern S3 einschließt, um eine externe Ausgabeanforderung für die Gasturbine zu empfangen, einen Zustand aus einer Mehrzahl von Zuständen einschließlich des ersten Zustands und des zweiten Zustands gemäß der Ausgabeanforderung zu bestimmen und den einen Zustand bei der Schaltung S6 zu implementieren.
Der Durchsatz des der Brennkammer 15 zugeführten Brennstoffs ändert sich gemäß der Ausgabeanforderung. Somit kann gemäß dem vorliegenden Gesichtspunkt, wie unter dem vorstehend beschriebenen achten Gesichtspunkt, der Brennstoffzufuhrzustand auf den ersten Zustand eingestellt werden, wenn der Brennstoffdurchsatz hoch ist, und der Brennstoffzufuhrzustand kann auf den zweiten Zustand eingestellt werden, wenn der Brennstoffdurchsatz des Brennstoffs niedrig ist.
(21) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem einundzwanzigsten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Gesichtspunkte fünfzehn bis zwanzig, welches ferner das Erzeugen S4 von Dampf durch Nutzung der Wärme des von der Gasturbine 10 abgegebenen Abgases einschließt, wobei bei der Verdampfung S5 ein Teil des bei der Erzeugung S4 erzeugten Dampfes oder des während der Erzeugung S4 erzeugten Heißwassers als Heizmedium verwendet wird.
(22) Das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem zweiten Gesichtspunkt ist das Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Gesichtspunkte fünfzehn bis zwanzig, bei dem bei der Verdampfung S5 das von der Gasturbine 10 abgegebene Abgas als Heizmedium verwendet wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann Ammoniak stabil verbrannt werden und die NOx-Erzeugung kann unterdrückt werden.
Liste der Bezugszeichen

10: Gasturbine
11: Gasturbinenrotor
12: Zwischengehäuse
14: Kompressor
14r: Kompressorrotor
14c: Kompressorgehäuse
14i: Einlassleitschaufel (oder IGV)
15: Brennkammer
15c: Flammrohr (oder Übergangsstück oder brennkammerbildende Vorrichtung)
15s: Brennkammer
15b: Brennkammerhauptkörper
15n: Brennstoffdüse
16: Turbine
16r: Turbinenrotor
16c: Turbinengehäuse
20: Entstickungsvorrichtung
21: Abwärmerückgewinnungskessel
22: Kamin
23: Dampfturbine
24: Kondensator
25: Pumpe
26: Speisewasserleitung
27: Dampfhauptleitung
31: Innenzylinder
32: Externer Zylinder
33: Flüssigbrennstoffströmungsweg
33i: Flüssigbrennstoffeinlass
33o: Flüssigbrennstoffsprühöffnung
34: Brenngasströmungsweg
34i: Brenngaseinlass
34o: Brenngassprühöffnung
40, 40a, 40b, 40c, 40d: Brennstoffzufuhrsystem
41: Ammoniaktank
42: Ammoniakhauptleitung
43: Drosselventil
44: Ammoniakhauptpumpe
45: Verdampfer
45d: Wärmeübertragungsrohr (Verdampfer)
46: Leitung für gasförmiges Ammoniak
47: Leitung für flüssiges Ammoniak
48, 48b: Umschaltvorrichtung
48g: Drosselventil für gasförmiges Ammoniak
48i: Drosselventil für flüssiges Ammoniak
51: Kompressor für gasförmiges Ammoniak
52: Pumpe für flüssiges Ammoniak
53: Heizmediumleitung
54: Heizmediumventil
55: Heizmediumrückgewinnungsleitung
60: Steuervorrichtung
A: Luft
Acom: Druckluft
NH3(g): Gasförmiges Ammoniak
NH3(I): Flüssiges Ammoniak
An: Düsenachse
Ar: Rotorachse
Da: Axialrichtung
Dab: Rückseite
Daf: Vorderseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021021753 [0001]
WO 2018181002 [0003]

Claims

Brennstoffzufuhrsystem, umfassend: eine Ammoniakhauptleitung, die mit einem Ammoniaktank verbunden ist, der konfiguriert ist, um flüssiges Ammoniak zu lagern; eine Ammoniakhauptpumpe, die an der Ammoniakhauptleitung bereitgestellt ist, wobei die Ammoniakhauptpumpe dafür konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak aus dem Ammoniaktank unter Druck zu setzen; einen Verdampfer, der mit einem Ende der Ammoniakhauptleitung verbunden ist, wobei der Verdampfer konfiguriert ist, um das flüssige Ammoniak über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem von der Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak zu erwärmen und zu verdampfen; eine Leitung für gasförmiges Ammoniak, die mit dem Verdampfer verbunden ist, wobei die Leitung für gasförmiges Ammoniak dazu konfiguriert ist, gasförmiges Ammoniak, das durch den Verdampfer verdampftes Ammoniak ist, als Brennstoff zu einer Brennkammer einer Gasturbine zu leiten; eine Leitung für flüssiges Ammoniak, die dazu konfiguriert ist, flüssiges Ammoniak, welches das flüssige Ammoniak ist, das durch die Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzt wird und das keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium am Verdampfer erfahren hat, als Brennstoff zur Brennkammer zu leiten; und eine Umschaltvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einer Mehrzahl von Zuständen umzuschalten, die einen ersten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak von der Leitung für gasförmiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, und einen zweiten Zustand, in dem das flüssige Ammoniak von der Leitung für flüssiges Ammoniak zu der Brennkammer geleitet wird, einschließen.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Umschaltvorrichtung dazu konfiguriert ist, einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem dritten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak aus der Leitung für gasförmiges Ammoniak und das flüssige Ammoniak aus der Leitung für flüssiges Ammoniak zur Brennkammer geleitet werden, dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: ein Drosselventil, das den Durchsatz des der Brennkammer zugeführten Brennstoffs anpasst.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Ende der Leitung für flüssiges Ammoniak mit der Ammoniakhauptleitung an einer Position zwischen der Ammoniakhauptpumpe und dem Verdampfer verbunden ist.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß Anspruch 4, wobei die Umschaltvorrichtung ein Ventil ist, das dazu konfiguriert ist, einen Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem Zustand, in dem das von der Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak zu dem Verdampfer geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das von der Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak nicht zu der Leitung für flüssiges Ammoniak geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umzuschalten.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend: eine Pumpe für flüssiges Ammoniak, die an der Leitung für flüssiges Ammoniak bereitgestellt ist, wobei die Pumpe für flüssiges Ammoniak dazu konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak, das durch die Leitung für flüssiges Ammoniak strömt, unter Druck zu setzen; und einen Kompressor für gasförmiges Ammoniak, der an der Leitung für gasförmiges Ammoniak bereitgestellt ist, wobei der Kompressor für gasförmiges Ammoniak dazu konfiguriert ist, das durch die Leitung für gasförmiges Ammoniak strömende gasförmige Ammoniak unter Druck zu setze n .
Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leitung für gasförmiges Ammoniak auch als Leitung für flüssiges Ammoniak fungiert; und die Umschaltvorrichtung ein Heizmediumventil ist, das einen Zufuhrzustand des Heizmediums zwischen einem Zustand, in dem das Heizmedium zum Verdampfer geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das Heizmedium nicht zum Verdampfer geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umschaltet.
Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine Steuervorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine externe Ausgabeanforderung für die Gasturbine zu empfangen, einen Zustand aus einer Mehrzahl von Zuständen, einschließlich des ersten Zustands und des zweiten Zustands gemäß der Ausgabeanforderung, zu bestimmen und die Umschaltvorrichtung anzuweisen, den einen Zustand zu implementieren.
Brennstoffverbrennungssystem, umfassend: das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und die Brennkammer, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem in Druckluft verbrennt und Verbrennungsgas erzeugt.
Brennstoffverbrennungssystem gemäß Anspruch 9, wobei die Brennkammer einschließt: eine brennkammerbildende Vorrichtung, die eine Brennkammer bildet, die dazu konfiguriert ist, den Brennstoff zu verbrennen und das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas zu einer Turbine zu leiten, und einen Brennkammerhauptkörper, der dazu konfiguriert ist, den Brennstoff und die Druckluft in die Brennkammer zu sprühen, der Brennkammerhauptkörper eine Brennstoffdüse einschließt, die dazu konfiguriert ist, den Brennstoff in die Brennkammer zu sprühen, und die Brennstoffdüse einschließt: einen Brenngasströmungsweg, der mit der Leitung für gasförmiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Brenngasströmungsweg dazu konfiguriert ist, das gasförmige Ammoniak aus der Leitung für gasförmiges Ammoniak in die Brennkammer zu sprühen, und einen Flüssigbrennstoffströmungsweg, der mit der Leitung für flüssigen Ammoniak verbunden ist, wobei der Flüssigbrennstoffströmungsweg dazu konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak aus der Leitung für flüssigen Ammoniak in die Brennkammer zu sprühen.
Gasturbinenanlage, umfassend: das Brennstoffzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und die Gasturbine, wobei die Gasturbine einschließt: ein Kompressor, der Luft verdichtet, um Druckluft zu erzeugen, die Brennkammer, die den Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem in Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, die dazu konfiguriert ist, durch das Verbrennungsgas angetrieben zu werden.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 11, wobei die Brennkammer einschließt: eine brennkammerbildende Vorrichtung, die eine Brennkammer bildet, die dazu konfiguriert ist, den Brennstoff zu verbrennen und das durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Verbrennungsgas zu der Turbine zu leiten, und einen Brennkammerhauptkörper, der dazu konfiguriert ist, den Brennstoff und die Druckluft in die Brennkammer zu sprühen, der Brennkammerhauptkörper eine Brennstoffdüse einschließt, die dazu konfiguriert ist, den Brennstoff in die Brennkammer zu sprühen, und die Brennstoffdüse einschließt: einen Brenngasströmungsweg, der mit der Leitung für gasförmiges Ammoniak verbunden ist, wobei der Brenngasströmungsweg dazu konfiguriert ist, das gasförmige Ammoniak aus der Leitung für gasförmiges Ammoniak in die Brennkammer zu sprühen, und einen Flüssigbrennstoffströmungsweg, der mit der Leitung für flüssigen Ammoniak verbunden ist, wobei der Flüssigbrennstoffströmungsweg dazu konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak aus der Leitung für flüssigen Ammoniak in die Brennkammer zu sprühen.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend: ein Abwärmerückgewinnungskessel, der die Wärme des Abgases, d. h. des aus der Turbine abgegebenen Verbrennungsgases, nutzt, um Dampf zu erzeugen; und eine Heizmediumleitung, die einen Teil des im Abwärmerückgewinnungskessel erzeugten Dampfes oder einen Teil des im Abwärmerückgewinnungskessel erwärmten Wassers als Heizmedium zum Verdampfer leitet.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Verdampfer dazu konfiguriert ist, das flüssige Ammoniak über Wärmeaustausch zwischen einem Abgas, welches das von der Turbine als Heizmedium abgegebene Verbrennungsgas ist, und dem von der Ammoniakhauptpumpe unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak zu erwärmen und zu verdampfen.
Brennstoffzufuhrverfahren, umfassend: Druckbeaufschlagen von flüssigem Ammoniak aus einem Ammoniaktank, der das flüssige Ammoniak lagert; Verdampfen des flüssigen Ammoniaks durch Erwärmen des flüssigen Ammoniaks über Wärmeaustausch zwischen einem Heizmedium und dem bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzten flüssigen Ammoniak; und Umschalten eines Ammoniakzufuhrzustands zwischen einer Mehrzahl von Zuständen, die einen ersten Zustand, in dem ein gasförmiges Ammoniak, das bei der Verdampfung verdampftes Ammoniak ist, zu einer Brennkammer einer Gasturbine als Brennstoff geleitet wird, und einen zweiten Zustand, in dem flüssiges Ammoniak, das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetztes flüssiges Ammoniak ist, das bei der Verdampfung keinen Wärmeaustausch mit dem Heizmedium erfahren hat, zu der Brennkammer als Brennstoff geleitet wird, einschließen.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß Anspruch 15, wobei beim Umschalten ein Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem dritten Zustand, in dem das gasförmige Ammoniak und das flüssige Ammoniak in die Brennkammer geleitet werden, dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend: Anpassen des Durchsatzes des der Brennkammer zugeführten Brennstoffs.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei bei der Verdampfung das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak eingeleitet wird, das Heizmedium eingeleitet wird und die Verdampfung am Verdampfer über Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Ammoniak und dem Heizmedium durchgeführt wird, und bei der Umschaltung ein Ammoniakzufuhrzustand zwischen einem Zustand, in dem das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak zum Verdampfer geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak nicht zum Verdampfer geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umgeschaltet wird.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei bei der Verdampfung das bei der Druckbeaufschlagung unter Druck gesetzte flüssige Ammoniak eingeleitet wird, das Heizmedium eingeleitet wird und die Verdampfung über Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Ammoniak und dem Heizmedium durchgeführt wird, und bei der Umschaltung ein Zufuhrzustand des Heizmediums zwischen einem Zustand, in dem das Heizmedium zum Verdampfer geleitet wird, um den ersten Zustand zu implementieren, und einem Zustand, in dem das Heizmedium nicht zum Verdampfer geleitet wird, um den zweiten Zustand zu implementieren, umgeschaltet wird.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, ferner umfassend: Steuern, um eine externe Ausgabeanforderung für die Gasturbine zu empfangen, einen Zustand aus einer Mehrzahl von Zuständen, welche den ersten Zustand und den zweiten Zustand einschließen, gemäß der Ausgabeanforderung zu bestimmen und den einen Zustand bei der Umschaltung zu implementieren.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, ferner umfassend: Erzeugen von Dampf durch Nutzung der aus der Gasturbine abgegebenen Abgaswärme, wobei bei der Verdampfung ein Teil des bei der Erzeugung erzeugten Dampfes oder des bei der Erzeugung erzeugten Heißwassers als Heizmedium verwendet wird.
Brennstoffzufuhrverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei bei der Verdampfung das aus der Gasturbine abgegebene Abgas als Heizmedium verwendet wird.