JP2002188457A - 改質型ガス化ガス発電プラントおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重質油あるいは石炭等をガス化したガス化ガ
ス燃料を乾式精製して使用する発電プラントからのフュ
エルＮＯｘの低減とプラント構成の簡素化によるコスト
低減等を図る。 【解決手段】 触媒を用いる燃料改質装置４に微量の窒
素酸化物と空気または酸素と共に、ガス化ガス燃料CG２
を供給し、ガス化ガス燃料CG２中の窒素化合物と燃料改
質装置４にて供給した窒素酸化物を窒素に分解する。さ
らに、ガスタービン７の全作動負荷条件範囲において燃
焼室の上流部を燃料過剰条件とする二段燃焼法を採用す
ることにより、燃料改質装置４で分解されずにガス化ガ
ス燃料CG２中に残留した窒素化合物が燃焼室内における
燃焼過程で窒素酸化物へ酸化されるのを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気または空気か
ら分離生成した酸素を主成分とした酸化剤で重質油ある
いは石炭等をガス化して得られるガス化ガス燃料を乾式
ガス精製して用いる改質型ガス化ガス発電プラントおよ
びその運転方法に関する。さらに詳述すると、本発明
は、フュエルＮＯxの生成源となるガス化ガス燃料中の
窒素化合物を燃焼器内の熱または排ガスの熱を利用して
窒素に分解することにより、ＮＯx低減化を図ることを
主眼とした改質型ガス化ガス発電プラントおよびその運
転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス化複合発電プラントは、ガス化ガス
燃料をガスタービン燃焼器で燃焼させて得た高温高圧の
燃焼ガスを用いてガスタービンを駆動し発電する一方、
更にガスタービンから排出される燃焼ガスを用いて蒸気
を発生させこの蒸気で蒸気タービンを駆動して発電させ
るように設けられている。この発電プラントのガスター
ビンではガスタービン入口温度を上昇させるとガスター
ビン熱効率が向上するため、ガスタービン入口温度すな
わちガスタービン燃焼器の出口温度の上昇を図ることに
よって発電プラントの高効率化が図られている。

【０００３】ところで、ガス化複合発電プラントでは、
石炭、重質油などをガス化炉でガス化したガス化ガス燃
料が使用される。このガス化ガス燃料は、石炭や重質油
などをガス化剤（空気または酸素）と共にガス化炉に投
入してガス化することによって得られるガス化炉生成ガ
ス（粗生成ガス）を、ガス精製装置により精製（脱硫・
集塵）してガス化精製ガスにしたものである。石炭をガ
ス化した石炭ガス化燃料の場合はガス化剤並びにガス化
炉の形式により燃料組成や発熱量は異なるが、例えば表
１に示すように空気吹きガス化炉では燃料発熱量が約４
MJ/Nm^３程度の低カロリーのガス化燃料、酸素吹きガス
化炉では燃料発熱量が約１０〜１３MJ／Nm^３の中カロリ
ーのガス化燃料が生成され、その燃料組成のうち可燃性
成分は水素と一酸化炭素とが大部分を占め、一部メタン
（ＣＨ_４）が僅かに（0.01〜0.5％）含まれる。また、
このガス化ガス燃料中には、アンモニアに代表される窒
素化合物が除去されずに残留している。

【表１】 このため、ガス化ガス燃料中の窒素化合物が燃焼過程で
多量のフュエルＮＯxを発生することとなり、これが発
電プラントから排出されるＮＯｘの大半を占める。この
ガス化ガス燃料中の窒素化合物は、湿式ガス精製法を採
用することにより容易に除去することができる。しか
し、この湿式ガス精製法は、ガス化炉生成ガスを２００
℃以下に冷して水洗し、更に有機溶媒の中を通すことに
より集塵・脱硫を行うことから、環境対策上優れたもの
ではあるが、浄化された石炭ガス化ガスが４０℃程度に
冷えてしまい、発電プラントの熱効率を４０％以下とす
る問題を有している。

【０００４】そこで、熱効率が高い石炭ガス化複合発電
の特徴を最大限に活かすには、ガス化炉で生成するガス
を高温高圧のまま脱硫・集塵する乾式精製が望まれる。
この乾式精製によれば、ガス化炉生成ガスを４００〜５
００℃で精製することによって４５％程度の送電端効率
（一層のプラント熱効率向上およびプラント構成システ
ムの簡素化によるコスト低減等）が期待される。そし
て、この乾式ガス精製を採用しながらフュエルＮＯｘの
精製を抑制できる燃焼方法や前処理が望まれている。

【０００５】従来、乾式ガス精製を採用する空気吹きガ
ス化複合発電プラントにおいてフュエルＮＯｘの抑制技
術としては、ガスタービン燃焼器の燃焼室の上流部を燃
料過剰条件としてフュエルＮＯxの生成を抑制しようと
するものがある（例えば、1997年のASME（The American
Society of Mechanical Engineers）の文献の97-GT-27
7に示される）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスタ
ービン燃焼器の燃焼室の上流部を燃料過剰条件とする二
段燃焼法によると、フュエルＮＯxの低減効果は燃料組
成に大きく影響を受け、ＣＨ_４濃度が高くなるに従って
燃料過剰状態が却ってＮＨ_３からＮＯｘへの転換率を上
げる結果となってしまい、湿式ガス精製を採用した場合
と比較して依然としてＮＯx排出量が多いという問題が
ある。

【０００７】また、現在、実用化が検討される酸素吹き
ガス化複合発電プラントに乾式ガス精製を採用した場合
では、空気から酸素を分離・製造した後に残る窒素をガ
ス化ガス燃料に混合することにより、火炎温度を下げて
空気中の窒素に起因して生成されるサーマルＮＯxを抑
制する方法が採用されている。しかし、火炎温度を下げ
るだけでは、サーマルＮＯｘの抑制には効果的でもフュ
エルＮＯxの抑制については効果がない。また、窒素を
燃焼用空気に混合して燃焼室に供給する方法も考えられ
ているが、この場合にもサーマルＮＯxを抑制する方法
としては効果的ではあるが、フュエルＮＯxを抑制する
ことはできない。

【０００８】本発明は、ガス化ガス燃料中の窒素化合物
に起因して発生するフュエルＮＯxを抑制することがで
き、さらには重質油あるいは石炭等をガス化する複合発
電プラントの一層の熱効率向上およびプラント構成シス
テムの簡素化によるコスト低減等を達成できる改質型ガ
ス化ガス発電プラントおよびその運転方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、空気または空気から分離生
成した酸素を主成分とした酸化剤で重質油あるいは石炭
等をガス化炉でガス化し乾式精製した後に燃料改質部で
改質することによって得られたガス化ガス燃料を主燃料
として燃焼させるガスタービン燃焼器と、燃焼ガスによ
り駆動されるガスタービンと、ガスタービンに結合され
て電力を出力する発電機とを少なくとも含む発電プラン
トにおいて、燃料改質部が低温触媒を備え窒素酸化物と
空気または酸素を供給して、ガス化ガス燃料中の窒素化
合物と燃料改質部にて供給した窒素酸化物を窒素に分解
し、且つ、ガスタービンの全作動負荷条件範囲において
燃焼室の上流部を燃料過剰条件とすることにより、還元
燃焼させるか若しくは燃料改質部で分解されずにガス化
ガス燃料中に残留した窒素化合物を酸素と窒素酸化物の
存在下に窒素酸化物と選択反応させて燃焼室内における
燃焼過程で窒素酸化物へ酸化されるのを抑制するように
している。

【００１０】したがって、低温触媒改質部で触媒により
タービン排ガスのような比較的低温の熱源でもＮＨ_３の
分解反応を起こさせることから、微量のＮＯとＯ_２の供
給により、ＮＨ_３＋ＮＯ＋３／４Ｏ_２→Ｎ_２＋３／２Ｈ
_２Ｏの還元反応を起こして燃料中のＮＨ_３を分解する。

【００１１】また、燃料中に分解されずにＮＨ_３が残っ
ていたとしても、燃焼室の燃料過剰条件とされた上流部
で、Ｏ_２とＮＯの存在下に燃焼熱を受けてＮＨ_３とＮＯ
とが選択反応し、即ち燃焼反応ではなく還元反応（無触
媒還元反応）を起こし、燃料中に残存する窒素化合物が
窒素酸化物に転換してから燃焼するので、燃焼過程で酸
化されてＮＯｘへ転換するのを抑制する。例えば、図１
１に示す実験結果から明らかなように、１０００℃の温
度条件下ではＮＨ_３が１０００ｐｐｍ含まれる場合にＮ
Ｏを１０００ｐｐｍ注入すると、ＮＨ_３とＮＯの合計量
２０００ｐｐｍが６００ｐｐｍ（ＴＦＮ）まで減少し
た。しかも、拡散燃焼の採用により安定燃焼を確保でき
る。更に、乾式精製を可能とするためプラントの熱効率
の低下を招くことがない。

【００１２】ここで、ＮＨ_３からＮＯｘへの転換率は燃
料中のＣＨ_４濃度に大きく影響されることが本発明者等
による実験から判明した（図１０参照）。一般には当量
比を燃料過剰にすれば前述の転換率は低下するのである
が、ＣＨ_４を含むガス化ガス燃料ではＣＨ_４濃度が高く
なるに従って燃料過剰状態が却って転換率を上げること
を知見した。そこで、燃料組成に応じた適切な燃料過剰
状態が必要となる。一般には、石炭ガス化ガス燃料では
ＣＨ_４は１％以下、多くは０．５〜０．００１％である
ので、当量比は１以上、好ましくは１〜２．５、最も好
ましくは１．５〜２．０程度の範囲で燃料過剰状態であ
ることが好ましい。

【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の改質型ガス化ガス発電プラントにおいて、低温触媒を
用いる燃料改質部にガス化炉における高温ガス化ガスの
熱またはガスタービンから排出される高温排気ガスの熱
を供給して触媒反応の熱源に利用するようにしたもので
ある。この場合、ガス化炉で発生した高温ガス化ガスあ
るいはガスタービンを回転させた後の排ガスを燃料改質
部に導入して触媒反応の熱源として利用することができ
るので、新たな熱源を用意する必要が無く発電プラント
全体の熱効率を上げることができる。しかも、ガスター
ビンから排出されるガスあるいはガス化ガスの温度レベ
ルで作動する低温触媒の利用は、触媒の寿命を長くする
と共に安価な触媒の選択を可能とし、プラント建設コス
トおよび運用コストを大幅に低減することが可能であ
る。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、請求項１に
記載の改質型ガス化ガス発電プラントにおいて、低温触
媒を用いる燃料改質部をガスタービン燃焼器内例えば燃
焼室の上流部、または燃焼器内筒と外筒の間の流路、ま
たは燃焼器尾筒外周部のいずれかに設けるようにしてい
る。この場合には、ガスタービン燃焼器内で発生するガ
ス温度レベルで作動する低温触媒を利用することができ
る。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項１に
記載の改質型ガス化ガス発電プラントにおいて、低温触
媒を用いる燃料改質部をタービン静翼内部に設けたもの
である。この場合、触媒反応で必要とする熱がタービン
静翼から得られると同時に、タービン静翼が冷却され
る。このため、タービン静翼の冷却のために圧縮機の空
気を使用する必要がなく、プラント熱効率の向上が図れ
る。

【００１６】また、請求項５記載の発明は、請求項１か
ら４のいずれかに記載の改質型ガス化ガス発電プラント
において、ガスタービン出口での窒素酸化物濃度を監視
してその濃度が一定量以下になるように、燃料改質部へ
供給する窒素酸化物の量を制御するようにしている。こ
の場合、燃料改質部へ供給する窒素酸化物の供給量を、
ガスタービン燃焼器での燃焼に供されるまでに分解しき
ってガス化ガス燃料中に残らない程度の量に調整するこ
とができる。

【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項１か
ら４のいずれかに記載の改質型ガス化ガス発電プラント
において、ガス化ガス燃料の一部を、低温触媒を有する
燃料改質部とは別の改質部に導入してその中に含まれる
窒素化合物を追い焚きあるいは触媒反応による反応制御
の下で全量酸化して窒素酸化物にし、この窒素酸化物を
使って低温触媒を有する燃料改質部にて残りのガス化ガ
ス燃料中の窒素酸化物の還元分解反応を行うようにして
いる。この場合、ガス化ガス燃料中の窒素化合物の一部
例えば１／２程度を別の燃料改質部に導いて空気または
酸素の下で全量酸化して窒素酸化物を得、これを利用し
て残りのガス化燃料の窒素化合物を低温触媒を有する燃
料改質部内で窒素に還元させることができる。したがっ
て、窒素化合物の低温触媒還元量を元の半分程度にする
ことができる。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１から６の
いずれかに記載の改質型ガス化ガス発電プラントにおい
て、燃焼室の上流端から直接当該燃焼室内へ窒素を供給
する第１の窒素供給系統と、ガスタービン燃焼器内で燃
焼室内へ噴出される前の燃焼用空気中へ窒素を噴出して
混合させ主に燃焼室の下流側に噴出させる第２の窒素供
給系統とを有し、ガスタービン出口での未燃の燃料成分
濃度を監視してその濃度が所定量以下になるように、第
１及び第２の窒素供給系統への窒素供給割合を制御する
制御手段を有するようにしている。本発明によれば、フ
ュエルＮＯxの低減と同時に、燃焼安定性を確保しつつ
サーマルＮＯxをも同時に低減できる。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項６に記載の
改質型ガス化ガス発電プラントにおいて、ガスタービン
出口での窒素酸化物濃度を監視してその濃度が一定量以
下になるように、２つの燃料改質部へのガス化ガス燃料
の供給割合を制御するようにしている。これにより、ガ
スタービン燃焼器内での無触媒還元反応を含めて窒素化
合物を分解するのに必要なだけの窒素酸化物を供給また
は生成するようにして過剰な窒素酸化物の供給を防ぐこ
とができる。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項７記載の改
質型ガス化ガス発電プラントにおいて、ガスタービン燃
焼器への窒素の供給は、起動用燃料並びにガス化ガス燃
料による安定燃焼時には第１の窒素供給系統から行わ
れ、起動用燃料からガス化ガス燃料へ切り替える時及び
ガス化ガス燃料による低負荷燃焼時には第２の窒素供給
系統から行われ、かつガスタービン出口での未燃の燃料
成分濃度を監視してその値が所定の値を超える時には第
２の窒素供給系統から供給する窒素流量を増加させ、所
定値以下の場合にはガスタービン負荷の上昇に伴って第
１の窒素供給系統から供給する窒素流量を増加させるよ
うに第１の窒素系統と第２の窒素供給系統との間での窒
素供給割合を漸次変えながら窒素供給位置を切り替える
ようにしている。この運転方法によると、フュエルＮＯ
xを低減できると同時に、燃焼室内への窒素の供給によ
り火炎温度を下げてサーマルＮＯxを低減できる。しか
も、火炎温度が高く火炎安定性に優れる起動用燃料並び
にガス化ガス燃料による安定燃焼時には、ほぼ全量が第
１の窒素供給系から燃焼室上流部に供給される窒素によ
って火炎の温度が下げられてサーマルＮＯｘの発生が抑
制され、火炎温度が低くかつ火炎位置が変化して燃焼が
不安定となり易い起動用燃料からガス化ガス燃料への切
り替え時並びにガス化ガス燃料による低負荷燃焼時には
ほぼ全量の窒素が第２窒素供給系から供給されて燃焼室
上流部に集中せずに燃焼室全体に分散させられることか
ら、燃焼室上流部での燃焼温度を低下させずに火炎安定
性を維持しながら燃焼ガス全体の温度を下げてサーマル
ＮＯｘの発生を抑制することができる。しかも、ガスタ
ービン出口での未燃の燃料成分濃度が監視されてその値
が所定の値以下になるように第１の窒素供給系統と第２
の窒素供給系統への窒素供給割合を制御することにより
燃焼安定性を確保することができる。即ち、ガスタービ
ン負荷の上昇に伴って上がる火炎温度を下げるため、第
２の窒素供給系統への窒素のバイパス量が減らされて第
１の窒素供給系統への供給量が増やされるが、未燃の燃
料成分が所定値を超えたときには第２の窒素供給系統へ
のバイパス量が増やされることによって火炎温度の下げ
過ぎが防がれて安定燃焼が確保される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００２２】本発明の改質型ガス化ガス発電プラント
は、空気または空気から分離生成した酸素を主成分とし
た酸化剤で重質油あるいは石炭等をガス化すると共に乾
式精製した後に燃料改質部で改質することによって得ら
れたガス化ガス燃料を主燃料として燃焼させるガスター
ビン燃焼器と、燃焼ガスにより駆動されるガスタービン
と、ガスタービンに結合されて電力を出力する発電機と
を少なくとも含むものである。

【００２３】ここで、燃料改質部は、独立した装置とし
ての形態をとる必要はなく、他の装置や機器類に組み込
んだりしても良い。この燃料改質部は、低温触媒を備
え、微量の窒素酸化物と窒素化合物を還元分解反応させ
るのに必要とされる以上の空気または酸素の供給によっ
て触媒により低温例えばガス化炉における高温ガス化ガ
スの熱またはガスタービンから排出される高温排気ガス
の熱で窒素化合物例えばＮＨ_３の分解反応を起こさせ、
ガス化ガス燃料中の窒素化合物と供給した窒素酸化物と
を窒素に分解するものである。この燃料改質部での反応
には、ＨＣＮなども生じていると思われるが極めて微量
か反応途中過程であることから、実質的にはＮＨ_３をＮ
_２に還元させる反応で占められる。

【００２４】この燃料改質部へのＮＯの注入量は、理論
的には窒素化合物と同量であることが好ましい。実際に
は燃料改質部内を通過する間に完全に攪拌することは困
難であるため、窒素化合物よりも多めに供給されること
が考えられる。しかし、発電システム系外からＮＯを生
成して供給することはコストがかかるしタービン排ガス
を利用する発電システムの熱効率が低下することとな
り、いずれも不経済である。また、理論量以上注入して
も、注入位置や滞留時間との関係で混合が不十分となり
窒素化合物や窒素酸化物が分解し切れずに残ることが考
えられる。このため、ＮＯの注入量は少ない方が経済的
には好ましい。そこで、ＮＯの注入量はシステム全体で
２倍以内、好ましくは１．５倍以内、最も好ましくは１
倍以内にすることである。更に、窒素酸化物の注入回数
は、特に限定されるものではなく、多段注入が効果が高
い場合もあるし、１段注入が効果が高い場合もある。こ
れは、滞留時間とガス中の共存成分に因るところが大き
い。即ち、無触媒脱硝反応を阻害する成分がある場合に
は、滞留時間は長くする必要があり、多段注入は事実上
無理になる。逆に、無触媒脱硝反応を促進する成分が含
まれる場合には、ＮＯの多段注入は効果的であると考え
られる。ただし、負荷変動があるような実際の発電プラ
ントでは、化学プラントと異なり反応を制御することが
難しいので、多段注入は効果的である。例えば、窒素化
合物の０．３倍〜０．５倍程度の窒素酸化物の注入する
場合には１〜２秒で注入ＮＯの殆どを分解しながら２割
〜３割位の窒素化合物を分解できるが、一度に大量に注
入しても分解し切れないので、２段以上に分けて注入す
ることが好ましい。この場合、各段でのＮＯ注入を注入
ＮＯが完全に０ｐｐｍとなる反応が期待できる量として
それを多段で繰り返すことが好ましい。例えば、ＮＨ_３
（窒素化合物）の０．３倍のＮＯ（窒素酸化物）を供給
すると、図１１に示す実験結果から明らかなように、Ｎ
Ｈ_３は１０００ｐｐｍから８００ｐｐｍへと、ＮＯは３
００ｐｐｍから０ｐｐｍへと反応する。そこで、この注
入を繰り返すことによって、ＮＨ_３は１０００ｐｐｍ→
８００ｐｐｍ→６４０ｐｐｍ→５１２ｐｐｍと分解さ
れ、かつＮＯは全ての段階で０ｐｐｍであったことか
ら、ＮＨ_３＋ＮＯ＝５１２ｐｐｍとなる。１回でＮＨ_３
とＮＯを同量注入して、ＮＨ_３＋ＮＯ＝６００ｐｐｍ
と分解する場合よりもＮＯｘを低減できる。

【００２５】また、窒素化合物のＮＨ_３＋ＮＯ＋３／４
Ｏ_２→Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏの還元分解反応に要する酸素
量は、程度にもよるが多ければ多いほど反応が進むこと
が本発明者等の実験によって分かった。実験によれば、
ＮＨ_３の０〜２０倍まで酸素濃度を変化させた場合、酸
素濃度が高い・多い程反応が進んだ。しかし、過剰な酸
素の存在はアンモニアＮＨ_３の酸化反応を促進させた
り、酸素製造設備の増強が必要であるため好ましくな
い。そこで、酸素は一定以上、例えばＮＨ_３の５倍程度
であれば良い。尚、低温触媒としては、ガス化炉におけ
る高温ガス化ガスの熱またはガスタービンから排出され
る高温排気ガスの熱を触媒反応の熱源に利用できる程度
のもので、一般には選択還元触媒が使用される。

【００２６】この燃料改質部は、ガス化炉における高温
ガス化ガスまたはガスタービンから排出される高温排気
ガスを導入してその熱を触媒反応の熱源として利用した
り、あるいは燃料改質部そのものを燃焼器内の燃焼室上
流部または燃焼器内筒と外筒の間、若しくは燃焼器尾筒
外周部のいずれかに設けてこれら設備から直接受ける熱
を利用したり、若しくはガスタービンの静翼を冷却する
熱媒体等との間で熱交換することで得られる熱を利用す
るようにすることが発電システムの熱効率を向上させる
上で好ましい。例えば、精製装置の下流に燃料改質装置
として設置してガスタービンからの排気ガスやガス化炉
からのガス化炉壁を水冷した後の熱・蒸気を導入して間
接熱交換あるいは直接熱交換を行う場合ばかりでなく、
場合によってはガスタービン燃焼器内やガスタービン静
翼などに直接組み込まれることもある。例えば、ガスタ
ービン燃焼器の燃焼室の上流部または燃焼器内筒と外筒
の間の流路、若しくは燃焼器尾筒外周部のいずれかに設
けたり、ガスタービンのタービン翼内部に設けることが
可能である。ここで、燃料改質部に供給されるガス化ガ
ス燃料は、低温触媒を利用するため、前もって脱塵を行
っておくことが望ましいが、脱硫についてはこの限りで
はなく、前もって処理することが好ましいのであるがシ
ステムの熱効率を考慮するとさまざまなケースが考えら
れることから必ずしも前に処理しなければならないもの
でもない。

【００２７】尚、燃料改質部へ供給する窒素酸化物は、
特定の設備から供給されるものに限定されるものではな
く、例えばガスタービンから排出される燃焼排ガス中に
存在する窒素酸化物（ＮＯｘ）あるいはガス化ガス燃料
中の窒素化合物（主にＮＨ_３）の一部を酸化して窒素酸
化物に変換したもの若しくは別の設備から導入する窒素
酸化物のいずれでも利用可能である。ガスタービンから
排出される燃焼排ガスを燃料改質部に導入することによ
って排ガス中に存在する窒素酸化物・ＮＯｘ及び酸素を
反応に利用するようにしている。または、低温触媒を備
える第１の燃料改質部とは別の燃料改質部、即ち追い焚
き機能あるいは酸化触媒を備えている第２の燃料改質部
を備え、ガス化ガス燃料の一部例えば１/２程度を第２
の燃料改質部に導入してその中に含まれる窒素化合物を
全量酸化して窒素酸化物にし、この窒素酸化物を使って
残りの１／２程度のガス化ガス燃料を第１の燃料改質部
で改質してその中の窒素化合物の還元分解反応を行うよ
うにしても良い。この場合には、追い焚きや触媒による
反応制御によってＮＨ_３をＮＯとする反応が起こるが、
場合によってはＮ_２Ｏが生じることもある。しかし、Ｎ
_２Ｏが生成される条件は狭いので、条件を制御すること
によってＮ_２Ｏの生成を抑えることができる。またガス
タービン出口での窒素酸化物濃度を監視してその濃度が
一定量以下になるように、燃料改質部へ供給する窒素酸
化物の量を直接制御したり、ガス化ガス燃料の２つの燃
料改質部への供給割合を制御する制御手段（図示省略）
を設けて一方の燃料改質部で生成される窒素酸化物の量
を調整して窒素酸化物の過剰供給を防ぐことが好まし
い。また、燃料改質部へ供給される酸素についても同様
で、特定の設備から供給されるものに限定されるもので
はなく、例えば空気からガス化炉へ供給するための酸素
を分離する酸素製造装置から得られる酸素や、別の設備
から導入される酸素を利用するようにしても良い。

【００２８】また、ガスタービンはその全作動負荷条件
範囲において燃焼室の上流部を燃料過剰条件とすること
により、燃料改質部で分解されずにガス化ガス燃料中に
残留した窒素化合物を僅かな酸素と窒素酸化物の存在下
に窒素酸化物と選択反応させて燃焼室内における燃焼過
程で窒素酸化物へ酸化されるのを抑制する。ここで、窒
素化合物が窒素酸化物（ＮＯｘ）に転換する率（Ｃ．
Ｒ．％）は、燃料中のＣＨ_４の量に影響される。即ち、
ＣＨ_４を含むガス化ガス燃料の場合、ＮＨ_３とＣＨ_４と
が反応してＨＣＮが生成され、二段燃焼の際にＮＨ_３が
Ｎ_２に分解するのを妨げる（ＣＨ_４がなければＮ_２に分
解していたものが、一部がＨＣＮとなりこれは殆どＮＯ
ｘになる）。そこで、燃焼器上流部でＮＨ_３とＮＯとを
選択反応させ、ＮＨ_３をＮ_２に分解するには、一次燃焼
領域の当量比を転換率を最小にする値に設定する必要が
ある。一般に、ガス化ガス燃料中のＣＨ_４は１％以下、
多くは０．５〜０．００１％であるので、図１０に示す
ように当量比は１以上、好ましくは１〜２．５、最も好
ましくは１．５〜２．０程度の範囲で燃料過剰状態とす
ることが好ましい。

【００２９】尚、ガスタービン燃焼器への窒素の供給
は、空気分離装置から供給される窒素を２系統に分け
て、燃焼室の上流端から直接当該燃焼室内へ窒素を供給
する第１の窒素供給系統と、ガスタービン燃焼器内で燃
焼室内へ噴出される前の燃焼用空気中へ窒素を噴出して
混合させ主に燃焼室の下流側に噴出させる第２の窒素供
給系統とを備え、ガスタービンの負荷変化に伴い、第１
の窒素供給系統と第２の窒素供給系統とを切り替えある
いは併用してガスタービン燃焼器への窒素の供給位置を
調整可能とすることが好ましい。例えば、燃焼器に供給
される窒素を、起動用燃料並びにガス化ガス燃料による
安定燃焼時には第１の窒素供給系統から供給し、起動用
燃料からガス化ガス燃料へ切り替える時及びガス化ガス
燃料による低負荷燃焼時には第２の窒素供給系統から主
に供給するようにしている。そして、窒素供給位置の切
り替えは、ガスタービン出口での未燃の燃料成分濃度を
監視してその値が所定の値を超える時には第２の窒素供
給系統から供給する窒素流量を増加させ、所定値以下の
場合にはガスタービン負荷の上昇に伴って第１の窒素供
給系統から供給する窒素流量を増加させ第２の窒素供給
系統へ供給する窒素流量を減らすように第１の窒素系統
と第２の窒素供給系統との間での窒素供給割合を漸次変
える制御が行われる。この窒素供給割合の制御は、ガス
タービン出口での未燃の燃料成分濃度に着目して行うこ
とが好ましい。即ち、ガスタービン負荷の低い状態では
窒素供給により火炎温度が下がり過ぎ、未燃燃料成分の
排出が懸念される。即ち、未燃燃料成分が出るというこ
とは、火炎温度が下がり過ぎていることになる。そこで
第２の窒素供給系統に窒素の一部あるいは全部をバイパ
スさせることによって火炎温度を下げ過ぎないように制
御して燃焼安定性を確保する。

【００３０】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本発明の説明を複合発電システムに適用
した場合を例に挙げて主に説明しているがこれに特に限
定されるものではなく、蒸気タービン発電システムを含
まないガスタービンだけの発電システムに適用すること
も効果的である。

【００３１】《実施形態１》図１に本発明を改質型ガス
化複合発電システムの第１の実施形態を示す。この実施
形態のガス化ガス燃料改質型複合発電プラントは、酸素
製造装置２で空気から分離生成した酸素ＡＯ２を主成分
とした酸化剤によって重質油あるいは石炭Ｃをガス化す
るガス化炉３と、そのガス化ガスＣＧ１を乾式精製する
ガス精製装置５と、ガス化ガス燃料ＣＧ２中の窒素化合
物を還元分解する燃料改質装置４と、ガス化ガス燃料Ｃ
Ｇ３を燃焼させて得た高温・高圧の燃焼ガスでガスター
ビンを駆動して該ガスタービンに連結されている発電機
１０を回転させて発電する圧縮機１、ガスタービン燃焼
器６及びガスタービン７から成るガスタービン発電シス
テムと、ガスタービン７から排出される高温の排気ガス
Ｇの熱を利用して蒸気サイクルにより発電機１０を回転
させて発電する廃熱回収ボイラ８、蒸気タービン９及び
復水器１１から成る蒸気発電システムとで構成される。

【００３２】ここで、燃料改質装置４は、低温触媒（図
示省略）を備え、微量例えばガス化ガス燃料ＣＧ２中の
窒素化合物とほぼ同量の窒素酸化物ＲＮＯと微量例えば
窒素化合物の５倍程度の酸素ＡＯ２の供給によって、ガ
ス化ガス燃料ＣＧ２中の窒素化合物と供給した窒素酸化
物ＲＮＯとを窒素に分解するものである。窒素酸化物RN
O及び酸素AO2の供給は、特定の設備からのものに限定さ
れるものではないが、本実施形態では任意の設備から供
給される窒素酸化物ＲＮＯと酸素製造装置からの微量の
酸素ＡＯ２と共に、ガス化ガス燃料CG２の全量を燃料改
質装置４に供給することにより、ガス化炉３内の適当な
温度領域の熱を利用して、ガス化ガス燃料CG２中の窒素
化合物と燃料改質装置４に供給した窒素酸化物ＲＮＯを
低温触媒により窒素（Ｎ_２）に分解する。燃料改質装置
４はガス精製装置５の後に設置され脱塵・脱硫後のガス
化ガス燃料を改質するようにしている。尚、低温触媒と
しては、ガスタービンからの排気ガスが保有する４００
〜６００℃程度の比較的低温の熱を利用して触媒反応が
起こり得る選択還元触媒の使用が好ましい。燃料改質装
置４に窒素酸化物RNOを供給する設備としては、例えば
ガスタービン燃焼器６またはガスタービン７が好まし
く、このガスタービン燃焼器６またはガスタービン７か
らの排出されるガスFGまたはG中の窒素酸化物ＲＮＯと
熱を燃料改質装置４内での還元分解反応に利用すること
ができる。即ち、燃料改質装置４内に直接排出ガスFG中
を供給してガス化ガス燃料と混合することによって、排
ガスFGまたはG中の窒素酸化物ＲＮＯと熱をＮＨ_３に代
表される窒素化合物の還元分解反応に供する。

【００３３】また、ガスタービン燃焼器６は、例えば、
図２に示すように、圧力容器である燃焼器外筒１３、燃
焼用空気HARを燃焼室１４に導くためのフロースリーブ
１５、燃焼室１４を囲む燃焼器内筒１６、燃料を供給し
火炎１７を保持するための燃料ノズル１８、燃料ノズル
１８を外筒１３に固定するヘッドエンド部３５、燃焼室
１４で燃焼したガスFGをガスタービン７に案内する燃焼
器尾筒１９とから構成され、その全作動負荷条件範囲に
おいて燃焼室１４の上流部を燃料過剰条件とすることに
より、燃料改質装置４で分解されずにガス化ガス燃料Ｃ
Ｇ３中に残留した窒素化合物例えばＮＨ_３を窒素酸化物
（ＮＯ）と選択反応させて燃焼室１４内における燃焼過
程で窒素酸化物へ酸化されるのを抑制可能とされてい
る。

【００３４】燃焼器内筒１６には、燃焼器外筒１３との
間の流路３６と燃焼室１４とを連通する燃焼空気孔２０
が設けられ、圧縮機１から供給される燃焼用空気ＨＡＲ
が燃焼室１４の周りの空気孔２０、空気旋回器３２及び
アトマイズ空気噴孔（図示省略）から噴出されるように
設けられている。燃焼用空気孔２０は、燃焼室１４の上
流域から離れた後半に、軸方向並びに周方向へ複数設け
られており、圧縮機１から吐出される高圧空気HARを燃
焼室１４の下流域に優先的に供給するように設けられて
いる。そして、全作動負荷条件で、燃焼室１４の上流域
を燃料過剰（当量比以上でフュエルＮＯxの生成を抑制
する）条件とすることにより、ガス化ガス燃料CG３中の
残留窒素化合物を僅かな酸素と窒素酸化物の存在下に窒
素酸化物と選択反応させて還元反応により窒素（Ｎ_２）
を生成し、燃焼室内における燃焼過程で窒素酸化物へ酸
化されるのを抑制するようにしている。これによりガス
化ガス燃料CG２中の窒素化合物に起因して生成されるフ
ュエルＮＯxを抑制することができる。さらに、軸方向
下流に向かうに従って燃焼空気孔２０から燃焼用空気HA
Rを供給し、燃焼器６の出口での未燃分を一定量以下に
抑制する（図３参照）。

【００３５】バーナは、起動用液体燃料２１を霧化して
噴射するアトマイズ空気噴孔（図示省略）を備えたノズ
ル２２と、ガス化ガスCG３を供給するためのガス化ガス
燃料ノズル１８並びに旋回器２３と、窒素AN２を燃焼室
１４に供給するための窒素噴射ノズル２４並びに旋回器
２５とから成り、それらを同軸上に組み合わせることに
より構成され、ガスタービン燃焼器６の上流端の中心軸
上に配置される。このバーナは、燃料、空気、窒素およ
びそれらの混合ガスを旋回させながら供給することで、
燃焼室１４の上流部のノズル出口付近に安定した火炎１
７を形成させる。また、窒素噴孔たる旋回器２５を燃料
ノズル１８の周りに設けて、火炎１７の存在する燃焼室
１４の上流部の高温領域に窒素AN２を供給することで、
燃焼室１４の上流部をガス化ガス燃料の過剰条件として
いる状態を保ちながら、高温領域のガス温度を低下させ
ることができ、フュエルＮＯxと同時に、サーマルＮＯx
も低減することが可能である。

【００３６】次に、以上のように構成された改質型ガス
化複合発電システムの運転方法を説明する。尚、本シス
テムは酸化剤として酸素を使用するものである。

【００３７】まず、始動時には、外部動力によって駆動
された圧縮機１で高圧とされた空気HARを例えば図２に
示すガスタービン燃焼器６に供給し、起動用燃料２１を
用いて燃焼させる。この燃焼ガスを燃焼器尾筒１９を経
てガスタービン７に導入することによって、ガスタービ
ン７を駆動する。ガスタービン７が昇速してガスタービ
ン７の無負荷定格回転数に達した後、発電機１０を併入
し、徐々に負荷をとり始める。

【００３８】一方、ガス化炉３に必要な酸化剤AO２は、
酸素製造装置２にて生成される。酸素製造装置２では、
圧縮機１か、あるいは図示しないバックアップ用圧縮機
より抽気される高圧空気HARから窒素AN_２を分離するこ
とによって酸素AO２が得られる。そして、酸素AO２はガ
ス化炉３へ、窒素AN２はガスタービン燃焼器６へそれぞ
れ供給される。ガス化炉３では酸素AO２の供給により石
炭Cを酸化してガス化ガス（ガス化炉生成ガス）CG１を
発生する。さらにガス精製装置５により脱塵、脱硫して
ガス化ガス燃料CG２を得た後、燃料改質装置４において
含有窒素化合物を分解除去してガスタービン燃焼器６に
供給するガス化ガス燃料CG３を生成する。ガス化炉３の
負荷が上昇してある程度以上の品位のガス化ガスCG１が
製造されるようになると、起動用燃料２１とガス化ガス
燃料CG３とを切り替えてガスタービン燃焼器６を運転
し、所望の燃焼ガスを得てガスタービンを駆動する。そ
の後、さらにプラント負荷を上昇させ、主に定格条件に
て運転する。

【００３９】また、ガスタービン７の高温排気ガスG
は、廃熱回収ボイラ８で給水FWに熱を受け渡し、発生し
た水蒸気STを蒸気タービン９に導入してこれを駆動し、
発電機１０を回して発電させる。廃熱回収ボイラ８を通
過した排気ガスは煙突１２から排気される。

【００４０】このような構造を採用することにより、乾
式ガス精製を採用するガス化複合発電プラントの全作動
負荷範囲内において、プラントの熱効率を損なうことな
く、燃焼安定性の向上と未燃分の排出の抑制を図ること
ができるとともに、サーマルＮＯxおよびフュエルＮＯx
を低減することが可能となる。

【００４１】《実施形態２》図４に本発明の発電プラン
トの第２の実施形態であるガス化ガス燃料改質型複合発
電用ガスタービンプラントの概略構成を示す。この実施
形態は、低温触媒（図示省略）を備える燃料改質装置４
をガスタービン燃焼器内例えば燃焼室１４の上流部ある
いは燃焼器内筒１６と外筒１３との間の流路３６、また
は尾筒１９の外周部（尾筒１９の外面に接するように据
え付ける）のいずれかの１カ所あるいは複数箇所に設置
し、直接ガスタービン燃焼器６の内部で発生する熱を低
温触媒反応の熱源として利用するようにしたものであ
る。この場合、ガスタービン燃焼器６内は確実に触媒の
作動温度条件にまで昇温する。しかも、燃料改質装置４
を設置する場所をとらず、また配管なども簡略化できる
のでプラントシステムを簡素な構造とできる。そして、
この実施形態の場合にも第１の実施形態と同様にフュエ
ルＮＯｘをプラント熱効率を下げずに低減できる。

【００４２】《実施形態３》図５に本発明の発電プラン
トの第３の実施形態を示す。この実施形態は、低温触媒
を備える燃料改質装置４をタービン静翼内部に設けたも
のである。この場合、燃料改質装置４を設置する場所を
とらず、また配管なども簡略化できるのでプラントシス
テムを簡素な構造とできる。そして、この実施形態の場
合にも実施形態１と同様にフュエルＮＯｘをプラント熱
効率を下げずに低減できる。

【００４３】また、上記低温改質触媒をガスタービン７
の静翼に設置した場合、タービン翼の冷却に圧縮機１の
空気を使用する必要がなく、使用空気量が低下するた
め、相対的にプラント熱効率の向上が図れる。

【００４４】《実施形態４》図６に本発明の発電プラン
トの第４の実施形態を示す。この実施形態の発電プラン
トは、ガス化ガス燃料の一部（例えばほぼ１／２）を使
ってＮＨ_３ガスの還元分解反応に必要な窒素酸化物（Ｎ
Ｏ）を供給するようにしたものである。即ち、ガス化ガ
ス燃料ＣＧ２をほぼ２分し、一方のガス燃料ＣＧ４をそ
のまま燃焼器６へ供給すると共に他方のガス燃料を低温
触媒を備える燃料改質装置４とは別の燃料改質装置４４
へ微量の酸素ＡＯ２と共に導入して追い焚きあるいは触
媒による制御の下でＮＯに変換し、低温触媒反応で必要
な微量の窒素酸化物即ち窒素化合物と同量の窒素酸化物
（ＮＯ）をガス化ガス燃料ＣＧ２そのものから得るよう
にしたものである。

【００４５】ガス化ガス燃料ＣＧ２のほぼ１/２の量に
ついて、燃料改質装置４４にて窒素化合物の酸化反応に
必要な量の空気または酸素を供給してガス化ガス燃料CG
２中の窒素化合物を窒素酸化物にほぼ全量酸化したガス
CG３を、改質しないガス化ガス燃料CG４と予混合した
後、この予混合ガスCG５を図４に示すガスタービン燃焼
器６内の低温触媒の存在する領域あるいは図５に示すタ
ービン静翼内の低温触媒の存在する領域即ち低温触媒を
備える燃料改質装置４に供給して、ＮＨ３の還元分解反
応を起こさせてから燃料ノズル１８から燃料旋回器２３
を通して燃焼室１４に供給し燃焼させる。同時に燃料ノ
ズルボディー３０に開口した燃焼室１４の上流端の空気
旋回器３２、アトマイズ空気噴孔（図示省略）および窒
素噴射ノズル２４から燃焼用空気ＨＡＲおよび酸素製造
装置２から供給される窒素AN２をそれぞれ供給すること
により、燃焼室１４内に低温で且つ安定した火炎１７を
形成させる。また、燃焼室１４の上流部では、燃料過剰
条件とされており、混合ガス化ガス燃料CG５中に還元分
解しきれずに残存する窒素酸化物と窒素化合物を空気中
の酸素と火炎１７内で選択反応させ、それぞれを窒素に
還元分解することを図っている。

【００４６】この実施形態の場合、燃料改質装置４の容
量を酸化する分を除いた量例えば約１/２とすることが
できるのでプラント建設コストおよび運用コストを大幅
に低減することが可能である。

【００４７】尚、本実施形態では、１／２程度の未改質
のガス化ガス燃料ＣＧ４と１／２程度の燃料改質して含
有する窒素化合物を窒素酸化物に変換しているガス化ガ
ス燃料ＣＧ３とを予混合してから燃焼器６内の燃料改質
装置４に供給するようにしているがこれに特に限定され
ず、実施形態１のガス化複合発電プラントに記載したよ
うに、第１の燃料改質装置４と第２の燃料改質装置４４
とをそれぞれガス精製装置５の後に設置して、そこに精
製後のガス化ガス燃料を２分して供給するようにしても
良いし、ガス化炉３内部、廃熱回収ボイラ８の前後ある
いはタービン静翼内部などに燃料改質装置４を設置する
ようにしても良い。

【００４８】《実施形態５》図７に本発明の発電プラン
トの第５の実施形態を示す。この実施形態のガス化複合
発電プラントは、第４の実施形態と同様に、ガス化ガス
燃料の一部を使って窒素化合物の還元分解反応に必要な
窒素酸化物を供給するようにしたものである。即ち、こ
のプラントは、低温触媒を利用して窒素化合物を還元分
解反応する第１の燃料改質装置４と、窒素化合物を酸化
反応させて窒素酸化物を得る第２の燃料改質装置４４と
を備え、ガス化ガス燃料ＣＧ２の一部例えば１／２程度
を第２の燃料改質装置４４に導入してその中に含まれる
窒素化合物を微量の空気または酸素の元に全量酸化して
窒素酸化物にし、この改質ガスＣＧ３の窒素酸化物を使
って残りの１／２程度のガス化ガス燃料ＣＧ４を第１の
燃料改質装置４で改質してその中の窒素化合物の還元分
解反応を行うようにしている。そして、この第１及び第
２の燃料改質装置４，４４へのガス化ガス燃料の供給割
合は、ガスタービン７の出口での窒素酸化物濃度を制御
手段としての排ガス分析計３８により監視してそれが一
定量以下になるように電磁バルブ３９の開度を制御して
第２の燃料改質装置４４を経ずに直接第１の燃料改質装
置４へ供給されるガス化ガス燃料の量を制御するように
している。例えば、ガス化ガス燃料を燃焼させてガスタ
ービンを運転する無負荷定格回転数から定格負荷までの
間のガスタービン負荷変化に伴い、ガスタービン出口で
の窒素酸化物濃度を監視してその濃度が一定量以下にな
るように、第１及び第２の２つの燃料改質装置４，４４
へのガス化ガス燃料の供給割合を制御するようにしてい
る。これにより、ガスタービン燃焼器内での無触媒還元
反応を含めて窒素化合物を分解するのに必要なだけの窒
素酸化物を生成するようにして過剰な窒素酸化物の供給
を防ぐことができる。

【００４９】尚、図７の第５の実施形態では、第１及び
第２の燃料改質装置４，４４への供給割合を排ガス分析
計３８により監視して第１の燃料改質装置４への窒素酸
化物の過剰供給を防ぐようにしているが、場合によって
は外部設備あるいはガスタービンからの排ガス中の窒素
酸化物を直接燃料改質装置４へ供給する量を制御するよ
うにしても良い。例えば、図１の第１の実施形態の場合
には、燃料改質装置４へ窒素酸化物を供給する系統（ラ
イン）に電磁バルブ（図示省略）などを設けて、これを
ガスタービン出口での排ガス中の窒素酸化物量を監視す
る図７の排ガス分析計３８で制御するようにしても良
い。

【００５０】《実施形態６》図８は、本発明の第６の実
施形態であるガス化複合発電プラントのガスタービン燃
焼器６の概略構成を示す。このガスタービン燃焼器６
は、燃焼室１４の上流端から直接燃焼室１４内へ窒素AN
2を供給する第１の窒素供給系統２６ａと、窒素AN2を燃
焼用空気HARに混ぜてから主に燃焼室１４の下流側に噴
出させる第２の窒素供給系統２６ｂとの２つの窒素の供
給系統を有し、ガスタービン出口での未燃の燃料成分濃
度を図示していない分析計で監視してその濃度が所定量
以下となるように図９に示すように燃料及び負荷状況に
応じて第１及び第２の窒素供給系統２６ａ，２６ｂへの
窒素の供給割合（噴射位置）を制御する制御手段（図示
省略）とを有するものである。一方の第１の窒素供給系
統２６aは燃料ノズル１８に窒素を導いて窒素噴射ノズ
ル２４から噴出させ、他方の第２の窒素供給系統２６b
はガスタービン燃焼器外筒１３と燃焼器内筒１６との間
の流路３６またはガスタービン車室２７に窒素を導き、
窒素供給ノズル２８から燃焼用空気の気流中に噴射させ
空気と混合させるようにしている。

【００５１】実施形態６においては、第１の窒素供給系
統２６aから窒素AN２を供給する場合に、実施形態１と
同様に燃料ノズルボディ３０を介して燃料ノズル１８に
設けた窒素噴射ノズル２４から、窒素を燃焼室１４内に
直接噴射する。

【００５２】また、外筒１３と燃焼器内筒１６との間の
流路３６内、またはガスタービン車室２７に配置された
第２の窒素供給系統２６ｂの窒素供給ノズル２８から供
給された窒素は、燃焼空気HARと混合されてから燃焼室
１４の上流端の空気旋回器３２及び噴孔２０を経て燃焼
室の下流部分へ噴射される。即ち、窒素と空気との混合
ガス３１は、燃焼室１４に開口している空気旋回器３２
を有する噴孔および噴孔２０から、燃焼室１４内に順次
供給される。したがって、ガスタービン燃焼器へ供給す
る窒素の全量若しくは一部を第１の窒素供給系統２６ａ
あるいは第２の窒素供給系統２６bのいずれか一方ある
いは双方から必要な量だけ供給することにより、燃料ノ
ズル１８の空気旋回器３２から噴出された空気噴流中の
酸素濃度を極端に低下させることがなく燃焼室１４上流
部の燃焼ガス温度および燃焼安定性を維持できる。ま
た、混合ガス３１の一部はアトマイズ空気噴孔（図示省
略）を経て起動用燃料２１あるいはガス化ガス燃料ＣＧ
２に噴き付けられる。

【００５３】この実施形態の発電システムは、ＮＯx排
出量の低減と所内動力の回復を目的に、定格運転時だけ
でなく、起動用燃料２１による燃焼時、燃料切り替え時
およびガス化ガス燃料CG２による部分負荷燃焼時におい
ても、酸素製造装置２から生成される窒素AN２を燃焼器
６に供給している。この際に、起動用燃料２１からガス
化ガス燃料ＣＧ２へ切り替えられるとき及びガス化ガス
燃料による低負荷燃焼時には、火炎温度が低くしかも火
炎の位置が変化することから燃焼が不安定になり易いの
で、窒素AN２を第２の供給系統２６bから供給すること
により、燃焼室１４上流部での燃焼温度低下を防いで火
炎安定性を維持するようにしている。

【００５４】また、ガスタービン燃焼器６内の燃焼室１
４は、複合発電プラントの全作動負荷条件において、上
流部を燃料過剰条件としており、上流部における燃料と
空気流量の比率はガスタービン負荷条件により、ＮＯx
排出量を最も効果的に低減するように調整する。そのた
め、窒素供給系統を２系統に分割して供給する手法との
組み合わせによる本発明により、燃焼不安定性の回避と
未燃分の排出の抑制を図ることが可能となる。

【００５５】このような構造および制御方法を採用する
ことにより、乾式ガス精製を採用するガス化複合発電プ
ラントの全作動負荷範囲内において、プラントの熱効率
を損なうことなく、燃焼安定性の向上と未燃分の排出の
抑制を図ることができるとともに、サーマルＮＯxおよ
びフュエルＮＯxの同時低減燃焼が可能となる。

【００５６】次に、ガスタービン負荷運用について説明
する。図９は、ガスタービン燃焼器６の無負荷定格回転
数から定格負荷までの間の、ガスタービン負荷とガスタ
ービン燃焼器６に供給される起動用燃料２１、ガス化ガ
ス燃料CG２、窒素供給量/使用可能窒素量割合、および
窒素バイパス供給割合の関係を示す図である。本運転方
法では、ガスタービン発電プラントにおいて、ガスター
ビンの負荷変化に伴い、ガスタービン排気ガスG中の未
燃の燃料成分濃度を監視して一定量以下になるように、
窒素の供給量/使用可能窒素量割合、または窒素の第１
窒素供給系統２６aおよび第２窒素供給系統２６bの供給
割合を図示省略している制御手段例えば燃料成分濃度測
定手段と電磁バルブ及び測定濃度結果に基づいて電磁バ
ルブの開閉を制御するコンピュータ等の制御装置などで
制御する。ここで、濃度測定装置としては、共存成分に
よって適宜選択されるが、主にＮＯｘに対しては化学発
光法、赤外線吸収法、ガスクロＴＣＤ法等が、ＣＯに対
しては赤外線吸収法、ガスクロＴＣＤ法等が、炭化水素
には水素炎イオン化検出器、ガスクロＴＣＤ法等が使わ
れるがこれに限られるものではない。

【００５７】始動時には、外部動力により駆動された圧
縮機１の吐出空気HARを用い、ノズル２２から噴射され
る起動用燃料２１を燃焼させる。起動用燃料２１による
燃焼が安定したら、酸素製造装置２より生成される窒素
AN２を燃料ノズル１８の周りに設けた第１の窒素供給系
統２６ａの窒素噴射ノズル２４から燃焼室１４に直接噴
射し、サーマルＮＯxの低減を図る。起動用燃料ノズル
２２を用いた燃焼により、ガスタービン７が定格回転数
に達した後、ガスタービン負荷を一定としたまま、燃焼
安定性を確保するため、ガスタービン燃焼器６へ酸素製
造装置２から供給されている窒素ＡＮ２のほぼ全量を第
２の窒素供給系統２６bであるバイパス側に切り替えて
燃焼用空気ＨＡＲと予混合して供給すると共に、燃料を
起動用燃料２１から主燃料であるガス化ガス燃料CG２の
燃焼に徐々に切り替える。ガス化ガス燃料CG２に完全に
切り替えられた後は、ガスタービン７の負荷を上昇さ
せ、燃焼室１４内での燃焼が安定したところで、再び窒
素を第１の窒素供給系統２６aに切り替え、ガス化ガス
燃料の噴射口の周りから直接燃焼室内へほぼ全量供給す
る。そして、発電機１０を併入し、徐々に負荷を取り出
し始める。

【００５８】ここで、起動用燃料２１からガス化ガス燃
料CG２への切り替え時並びにガス化ガス燃料による低負
荷運転時には、火炎１７の温度が低く、しかも燃焼室１
４内で形成される火炎１７の位置が変化し、燃焼が不安
定になる可能性がある。そこで、ガスタービン排気ガス
FGまたはＧ中の未燃分の濃度を監視しながら、窒素の第
１の窒素供給系統２６aおよび第２の窒素供給系統２６b
への供給割合を調整し、燃焼安定性を確保する。例え
ば、ガスタービン７の負荷が上昇するにつれて、火炎１
７の温度が上昇するので、第２の窒素供給系統２６bで
あるバイパス側を徐々に減少させ、燃料ノズル１８に設
けた第１の窒素供給系統２６aへの窒素供給割合を徐々
に増加させる。

【００５９】以上、本発明による改質型ガス化ガス発電
プラントでは、全負荷帯に渡り、プラント熱効率を損な
うことなく、燃焼安定性の向上と未燃焼燃料の排出の抑
制を図ることができると共に、サーマルＮＯxおよびフ
ュエルＮＯxの同時低減燃焼が可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、ガス化
ガス燃料を乾式で精製する発電プラントにおいて、発電
プラントから排出されるＮＯｘの大半を占めるフュエル
ＮＯxの生成源となるガス化ガス燃料中の窒素化合物を
低温触媒を利用して窒素に分解し、且つガスタービンの
全作動負荷条件範囲において燃焼室の上流部を燃料過剰
条件とする二段燃焼法を採用することにより燃料改質装
置で分解されずにガス化ガス燃料中に残留した窒素化合
物が燃焼室内における燃焼過程で窒素酸化物へ酸化され
るのを抑制するようにしているので、発電プラントから
排出される窒素酸化物を大幅に低減することが可能であ
る。したがって、ガスタービンの下流において燃焼ガス
中の窒素酸化物を除去する脱硝設備を取り除いたりある
いは大幅に縮小して、環境保全性を満足しつつプラント
システムの簡素化によるプラント建設コスト並びに運用
コストを大幅に低減することが可能である。しかも、乾
式精製を採用できるので発電プラントの一層の熱効率向
上を図ることができる。

【００６１】また、請求項２記載の改質型ガス化ガス発
電プラントによると、ガス化炉から供給される高温ガス
化ガスの熱またはガスタービンから排出される高温の排
ガスの温度レベルで作動する低温触媒を利用しているの
で、触媒そのものが安価であると共に触媒を長期に渡り
使用できるので運用コストを大幅に低減することが可能
である。

【００６２】また、請求項３記載の改質型ガス化ガス発
電プラントによると、低温触媒を用いる燃料改質部を燃
焼器内の上流部または燃焼器内筒と外筒の間の流路、ま
たは燃焼器尾筒のいずれかに設けたことから、低温触媒
の熱源として利用する排ガス等を燃料改質部へ導く配管
設備等を必要とせず、プラント建設が簡単でかつ設備コ
スト並びに運用コストを大幅に低減することが可能であ
る。

【００６３】また、請求項４記載の改質型ガス化ガス発
電プラントによると、低温触媒を用いる燃料改質部をタ
ービン翼内部に設けたので、ガスタービンに導入される
燃焼ガスを利用して低温触媒による燃料中の窒素化合物
の還元分解を行うと共に、タービン静翼の冷却に圧縮機
の空気を使用する必要がなく、プラント熱効率の向上が
図れる。

【００６４】また、請求項５記載の改質型ガス発電プラ
ントによると、燃料改質部へ供給する窒素酸化物の供給
量を、ガスタービン燃焼器での燃焼に供されるまでに分
解しきってガス化ガス燃料中に残らない程度の量に調整
することができるので、窒素酸化物の過剰供給が起こら
ず、排出ＮＯｘ量を大幅に低減することができる。

【００６５】また、請求項６記載の改質型ガス化ガス発
電プラントによると、ガス化ガス燃料の一部好ましくは
半分程度を使って低温触媒下での窒素化合物の還元分解
反応に用いる窒素酸化物を得ることができると共に、低
温触媒を利用した窒素化合物の分解反応量を減らすこ
と、例えば１／２程度に減らすことができるので触媒使
用量および運用コストを大幅に低減することが可能であ
る。

【００６６】さらに、請求項８記載の改質型ガス化ガス
発電プラントの運転方法によると、ガスタービン出口で
の窒素酸化物濃度を監視して一定量以下になるように、
ガス化ガス燃料の燃料改質部への供給割合を制御するの
で、ガスタービン燃焼器内での無触媒還元反応の分解を
含めて窒素化合物を分解するのに必要なだけの窒素酸化
物濃度を生成させ、余剰な窒素酸化物の発生を抑制する
ことができる。

【００６７】また、請求項７記載の改質型ガス化ガス発
電プラント及び請求項９記載の改質型ガス化ガス発電プ
ラントの運転方法によると、フュエルＮＯxを低減でき
ると同時に、プラントの熱効率の低下を招くことなく、
燃焼安定性を確保しつつ、サーマルＮＯxを低減でき
る。即ち、火炎温度が高く火炎安定性に優れる起動用燃
料を使った燃焼時並びに定格燃焼時には、第１の窒素供
給系から燃焼室上流部のみに供給される窒素によって火
炎の温度が下げられてサーマルＮＯｘの発生が抑制さ
れ、火炎温度が低くかつ火炎位置が変化し燃焼が不安定
となり易い起動用燃料からガス化ガス燃料への切り替え
時並びにガス化ガス燃料による低負荷燃焼時には第２窒
素供給系から燃焼室下流部に主に窒素を供給することに
よって、燃焼室上流部での燃焼温度を低下させずに火炎
安定性を維持しながら燃焼ガス全体の温度を下げてサー
マルＮＯｘの発生をも抑制している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス化ガス発電プラントの第１の
実施形態を示す概略図である。

【図２】本発明に係るガス化ガス発電プラントガスター
ビン燃焼器の一例を示す概略図である。

【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の空気配分の
例を示すグラフである。

【図４】本発明に係るガス化ガス発電プラントの第２の
実施形態を示す概略図である。

【図５】本発明に係るガス化ガス発電プラントの第３の
実施形態を示す概略図である。

【図６】本発明に係るガス化ガス発電プラントの第４の
実施形態を示す概略図である。

【図７】本発明に係るガス化ガス発電プラントの第５の
実施形態を示す概略図である。

【図８】ガスタービン燃焼器の他の例を示す概略図であ
る。

【図９】本発明に係るガス化ガス発電プラントの運転方
法に関する第６の実施形態を示す概略図であり、ガスタ
ービンの無負荷定格回転数から定格負荷までの間の窒素
および燃料の供給割合を示す。

【図１０】一次燃焼域（燃焼室上流部）での当量比と窒
素化合物から窒素酸化物への転換率との関係求めた実験
結果を示すグラフである。

【図１１】窒素化合物の無触媒還元に必要な窒素酸化物
の供給量と無触媒還元反応後の窒素酸化物および窒素酸
化物の残留量の関係を求めた実験結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 酸素製造装置 ３ ガス化炉 ４ ガス化ガス燃料改質装置 ４ａ 触媒を有していない第２の燃料改質装置 ４ｂ 触媒を有する第１の燃料改質装置 ５ ガス化ガスのガス精製装置 ６ ガスタービン燃焼器 ７ ガスタービン １０ 発電機 ３６ 燃焼器外筒と内筒との間の流路 １４ 燃焼室 １９ 燃焼器尾筒 ２１ ガスタービン起動用燃料（灯油等） ２４ 窒素噴射ノズル ２５ 窒素旋回器 ２６ａ 第１の窒素供給系統 ２６ｂ 第２の窒素供給系統 AO２ 酸素を主体とするガス AN２ 窒素を主体とするガス CG１ ガス化後のガス CG２ ガス精製後のガス化ガス燃料 CG３ 改質後のガス化ガス燃料 CG４ 改質装置を通さずにバイパスしたガス化ガス燃料 CG５ 改質後のガス化ガス燃料とバイパスしたガス化燃
料CG４の混合ガス FG 燃焼室排出ガス G ガスタービン排気ガス HAR 圧縮機の吐出空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｄ Ｆ２３Ｃ 11/00 ＺＡＢ Ｆ２３Ｃ 11/00 ＺＡＢ ３０９ ３０９ Ｆ２３Ｋ 5/00 ３０３ Ｆ２３Ｋ 5/00 ３０３ Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA13 BB00 BC07 BD00 DA22 3K065 TA01 TA17 TA19 TB07 TC08 TC10 TD05 TE06 TH02 TK03 TN04 TN09 TN11 TN17 3K068 AA01 AA05 AB05 AB36 BB12 BB22

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気または空気から分離生成した酸素を
   主成分とした酸化剤で重質油あるいは石炭等をガス化炉
   でガス化すると共に乾式精製した後に燃料改質部で改質
   することによって得られたガス化ガス燃料を主燃料とし
   て燃焼させるガスタービン燃焼器と、燃焼ガスにより駆
   動されるガスタービンと、前記ガスタービンに結合され
   て電力を出力する発電機とを少なくとも含む発電プラン
   トにおいて、前記燃料改質部は低温触媒を備え窒素酸化
   物と空気または酸素の供給によって前記ガス化ガス燃料
   中の窒素化合物と供給した前記窒素酸化物とを窒素に分
   解し、且つ前記ガスタービンはその全作動負荷条件範囲
   において前記燃焼室の上流部を燃料過剰条件とすること
   により、還元燃焼させるか若しくは前記燃料改質部で分
   解されずに前記ガス化ガス燃料中に残留した窒素化合物
   を酸素と窒素酸化物の存在下に窒素酸化物と選択反応さ
   せて燃焼室内における燃焼過程で窒素酸化物へ酸化され
   るのを抑制することを特徴とする改質型ガス化ガス発電
   プラント。
2. 【請求項２】 前記ガス化炉における高温ガス化ガスの
   熱または前記ガスタービンから排出される高温排気ガス
   の熱を前記燃料改質部に供給し、触媒反応の熱源に利用
   することを特徴とする請求項１記載の改質型ガス化ガス
   発電プラント。
3. 【請求項３】 前記燃料改質部を前記燃焼器内の燃焼室
   上流部または前記燃焼器内筒と外筒の間、若しくは前記
   燃焼器尾筒外周部のいずれかに設けたことを特徴とする
   請求項１記載の改質型ガス化ガス発電プラント。
4. 【請求項４】 前記燃料改質部を前記ガスタービンのタ
   ービン翼内部に設けたことを特徴とする請求項１記載の
   改質型ガス化ガス発電プラント。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の改質
   型ガス化ガス発電プラントにおいて、前記ガスタービン
   出口での窒素酸化物濃度を監視してその濃度が一定量以
   下になるように、前記燃料改質部へ供給する窒素酸化物
   の量を制御することを特徴とする改質型ガス化ガス発電
   プラント。
6. 【請求項６】 前記ガス化ガス燃料の一部を、前記燃料
   改質部とは別の燃料改質部に導入してその中に含まれる
   窒素化合物を追い焚きあるいは触媒による反応制御の下
   で全量酸化して窒素酸化物にし、この窒素酸化物を使っ
   て低温触媒を有する前記改質部にて残りのガス化ガス燃
   料中の窒素化合物の還元分解反応を行うことを特徴とす
   る請求項１から４のいずれかに記載の改質型ガス化ガス
   発電プラント。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の改質
   型ガス化ガス発電プラントにおいて、前記燃焼室の上流
   端から直接当該燃焼室内へ窒素を供給する第１の窒素供
   給系統と、前記ガスタービン燃焼器内で前記燃焼室内へ
   噴出される前の燃焼用空気中へ窒素を噴出して混合させ
   主に燃焼室の下流側に噴出させる第２の窒素供給系統と
   を有し、前記ガスタービン出口での未燃の燃料成分濃度
   を監視してその濃度が所定量以下になるように、前記第
   １及び第２の窒素供給系統への窒素供給割合を制御する
   制御手段を有することを特徴とする改質型ガス化ガス発
   電プラント。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の改質型ガス化ガス発電
   プラントにおいて、前記ガスタービン出口での窒素酸化
   物濃度を監視してその濃度が一定量以下になるように、
   前記２つの燃料改質部への前記ガス化ガス燃料の供給割
   合を制御することを特徴とする改質型ガス化ガス発電プ
   ラントの運転方法。
9. 【請求項９】 請求項７記載の改質型ガス化ガス発電プ
   ラントにおいて、前記ガスタービン燃焼器への窒素の供
   給は、起動用燃料並びにガス化ガス燃料による安定燃焼
   時には前記第１の窒素供給系統から行われ、前記起動用
   燃料から前記ガス化ガス燃料へ切り替える時及び前記ガ
   ス化ガス燃料による低負荷燃焼時には前記第２の窒素供
   給系統から行われ、かつ前記ガスタービン出口での未燃
   の燃料成分濃度を監視してその値が所定の値を超える時
   には前記第２の窒素供給系統から供給する窒素流量を増
   加させ、所定値以下の場合には前記ガスタービン負荷の
   上昇に伴って前記第１の窒素供給系統から供給する窒素
   流量を増加させるように前記第１の窒素系統と前記第２
   の窒素供給系統との間での窒素供給割合を制御すること
   を特徴とする改質型ガス化ガス発電プラントの運転方
   法。