JP2010196708A

JP2010196708A - ガスタービン用のｎｏ２形成を少なくするためにｃｏ／ｖｏｃ酸化触媒を作用させる方法および装置

Info

Publication number: JP2010196708A
Application number: JP2010038066A
Authority: JP
Inventors: Gilbert O Kraemer; ギルバート・オー・クレイマー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2010-09-09
Also published as: CN101813026A; EP2223733A1; US8741239B2; US20100215558A1

Abstract

【課題】空気中で燃料を燃焼させて軸動力を生成し、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を含む排気ガス流（６１５）を生成するガスタービンエンジン（６１０）を備えた発電装置（６００）を提供すること。
【解決手段】排気処理装置（６０５）は、排気ガス流路内に、ＣＯ酸化触媒が有利にはＮＯ_２生成を制限する排気ガス温度の位置に配置されたＣＯ酸化触媒（６２０）を備えている。排気処理装置（６０５）はさらに、アンモニア注入装置（６４０）、混合部（６４５）、およびアンモニア注入装置の下流側に配置され、ＮＯｘを還元するようになっている選択接触還元要素（６５０）を備えている。排気処理装置は、熱回収蒸気発生器（６０１）内に組み込むことができる。
【選択図】図６

Description

本発明は概して、燃焼システム用の排気経路内の排気の処理に関し、より詳細には排気経路内のＮＯ_２形成を少なくする方法および装置に関する。

図１は、吸気部１１２と、吸気部１１２から下流側に結合された圧縮機部１１４と、吸気部１１２から下流側に結合された燃焼器部１１６と、燃焼器部１１６から下流側に結合されたタービン部１１８と、排気部１２０とを備えた例示的なガスタービンシステム１０の略図である。タービン部１１８は、圧縮機１１４と、これに限らないが発電機および機械的駆動応用例などの負荷１２２に回転可能に結合されている。

動作中、吸気部１１２は圧縮機部１１４に向かって空気を導く。圧縮機部１１４は、吸気をより高い圧力および温度に圧縮する。圧縮空気は、燃焼器部１１６に向けて排気され、中で燃料と混合され、点火されてタービン部１１８に流れる燃焼ガスを生成し、それによって圧縮機部１１４および／または負荷１２２を駆動する。排気ガスは、タービン部１１８から出て、排気部１２０を通して環境大気まで流れる。

天然ガスおよび液体燃料の燃焼中に、これに限らないが、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＵＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）排気などの汚染物質が、環境大気内に形成および排気される可能性がある。ＣＯおよびＵＨＣは普通、より低温の燃焼状態および／または反応を終わらせるためには不十分な時間の状態で形成される。これに対して、ＮＯｘは普通より高温で形成される。少なくともいくつかの知られている汚染物質排気源としては、これに限らないが、工業用ボイラおよび炉、より大きな公共ボイラおよび炉、往復動エンジン、ガスタービンエンジン、蒸気発生器、および他の燃焼システムが挙げられる。

最新の大気質規制は、発電所に対する排気レベルを連続して減らすように命令し、同時に、燃料効率要件が大きくなり続けている。厳しい排気規制基準により、ＮＯｘ排気の形成を抑えることによってＮＯｘ排気を規制することが望ましい。亜酸化窒素としては、ＮＯおよびＮＯ_２が挙げられ、ＮＯ_２は排気筒からの目に見える黄色のプルームを生成し、さらに「酸性雨」を作り出すとして知られている。しかし、燃焼規制のみでは、これらの相反することが多い目標を達成するには不十分であるとが分かることがあり、したがって燃焼後排気ガス処理システムの改良を続けることが望ましい。

現在大きな地上発電所で商業的に使用されている窒素の酸化物の規制のための１つの技術は、選択接触還元（ＳＣＲ）である。発電所からの煙道ガスは、炭化水素燃料の適当な燃焼を保証するために与えられる酸素の割合が高いことにより、正味の酸化効果を有する。したがって、煙道ガス中に存在する窒素の酸化物を、大きな問題を伴なってではあるが窒素および水に還元することができる。この問題は、選択接触還元によって解決され、煙道ガスは無水アンモニアと混合され、大気中に放出される前に、約１５０〜５５０℃の間、好ましくは３００〜５５０℃の間の温度で適切な還元触媒の上を通過する。アンモニアは、燃焼排気流の普通の部分ではなく、むしろ等式（１）から（３）の以下の還元反応の１つまたは複数を裏付ける特定の目的で、触媒要素の上流側で排気流内に注入される。
４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ（等式１）（高速反応）
４ＮＨ_３＋２ＮＯ＋２ＮＯ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ（等式２）（高速反応）
８ＮＨ_３＋６ＮＯ_２→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ（等式３）（低速反応：より多くの触媒表面が必要である）
ＮＯｘ除去のための主流の反応は等式（１）であり、排気ガスはほとんどＮＯであると仮定する。ＮＯ_２に対するＮＯのモル比が１．０より大きい場合、等式（２）の反応も高速であり、ＮＨ_３に対するＮＯｘの等しいモルが反応する。より高いモル比のＮＯ_２は、等式（３）のはるかに遅い反応により還元され、より高速の空間速度（より長い触媒反応炉床）が必要である。第３の反応は、第２の反応よりＮＯ_２を還元するのに３分の１だけ多くのアンモニアが必要であり、合計アンモニア消費が多くなる。ＮＯｘ還元は主に温度による。所与の触媒は普通、煙道ガス酸素濃度が１パーセントを超える場合、±５０度Ｒ（ランキン）の温度範囲内で最適の性能を示す。これより下では、触媒活性は大きく減少し、したがって未反応のアンモニアの一部が通過することが可能になる。過度の温度はまた、触媒を損なう可能性がある。さらに、最適な温度範囲より上では、等式（４）にしたがって、アンモニア自体が酸化されて、追加のＮＯｘが形成される。
４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ（等式４）
また、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化することによって、および炭化水素を二酸化炭素および水に酸化することによって、排気ガス流を処理する触媒酸化プロセスとＳＣＲプロセスを組み合わせることが知られている。酸化プロセスは典型的には、アンモニア注入位置の上流側、および還元触媒の上流側に置かれる。というのは、酸化触媒はまたアンモニアを酸化させるように働き、これはＮＯｘの還元に利用可能なアンモニアの量を少なくし、追加のＮＯｘ化合物を生成するので望ましくないからである。

図２は、複合サイクル発電所２００の単純な例示的図を示している。空気２１０は、圧縮機２２０の吸気口２１５内に受けられて、電気出力２４５を生成するために発電機２４０に接続された軸２３６を駆動するようにガスタービン２３５に熱いガスを供給するために、燃焼器２３０内の燃料２２５と混合するように圧縮空気を与える。排気ガス２５０は、排気ダクト２５５内に熱回収蒸気発生器２６０を通して、煙突２６５を通して大気２７０に排気される。熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）は、排気ガス２５０から熱を抽出する熱交換器２６２と、排気制御のための排気処理機器２６４とを備えている。排気ガスから抽出された熱は、蒸気２８０を生成するために使用される。蒸気２８０は、発電機２９２の軸２９０を駆動して電気を生成するために、蒸気タービン２８２に供給される。蒸気２８０はその後、コンデンサ２８４まで通過し、ここで管束を通過する冷却水２８６が蒸気を水２８８に凝結させる。水２８８はその後、閉サイクルを終了させるためにＨＲＳＧに戻される。動作しているＨＲＳＧは、多くの異なる構成で異なる圧力および温度で蒸気を生成するために、多数の熱交換器および蒸発器、蒸気システムおよび水システムを備えることができる。同様に、排気処理機器は、ＨＲＳＧ内に、異なる方法で異なる汚染物質に対応するようになっている多数の処理要素を備えることができる。

上記触媒要素の配置は、大気中に排気されているＮＯｘおよび他の排気の処理における全体的な性能に影響を与える可能性がある。したがって、ＮＯｘおよび他の排気汚染物質の排気を少なくするために、このような要素を配置する必要性が存在する。

米国特許第７３９３５１１号公報

本発明は、燃焼システム用の排気流路内のＮＯ_２形成を最小限に抑えるために、ＣＯ／ＶＯＣ酸化触媒を作用させるための方法および装置に関する。

要するに、本発明の一態様によると、発電装置が提供される。発電装置は、空気中で燃料を燃焼させて軸動力を生成し、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を含む排気ガス流を生成するガスタービンエンジンを備えている。排気処理装置は、排気ガスを大気に放出する前に、排気ガス流を受けるようになっている。

排気処理装置は、排気ガスの流路に対して、ＣＯ触媒が有利にＮＯ_２生成を制限する排気ガス温度の位置での配置によって影響を受けるＣＯ酸化触媒によるＮＯからのＮＯ_２生成を制限するようになっている、ガスタービン排気経路内の位置に配置された一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒を含んでいる。排気処理装置はさらに、ＣＯ還元触媒から下流側に配置され、排気ガス流にアンモニアを注入するようになっているアンモニア注入装置（ＡＩＧ）と、アンモニア注入装置の下流側に配置され、排気ガス流と注入されたアンモニアを混合するようになっている混合部と、排気ガス流内のＮＯｘを還元するようになっている、アンモニア注入装置の下流側に配置された選択接触還元（ＳＣＲ）要素とを備えている。

本発明の別の態様によると、ガスタービンからの排気ガス流中の排気を処理するための触媒要素の配置方法が提供される。この方法は、ＣＯ触媒が有利にＮＯ_２生成を制限するタービン排気温度の位置での配置によって影響を受けるＣＯ酸化触媒によるＮＯからのＮＯ_２生成を制限するようになっている、排気ガス経路内の位置に一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒を配置するステップを含んでいる。この方法はさらに、排気ガス流内でＣＯ酸化触媒から下流側にアンモニア注入グリッド（ＡＩＧ）を配置するステップと、ＡＩＧから下流側に混合チャンバを配置するステップと、混合チャンバから下流側に選択接触還元（ＳＣＲ）触媒要素を配置するステップとを含んでいる。

本発明の別の態様によると、燃焼システムが提供される。燃焼システムは、空気中で燃料を燃焼させて軸動力を生成し、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を含む排気ガス流を生成するようになっている、炉、ボイラおよびガスタービンエンジンの少なくとも１つを備えている。また、排気ガスを大気に放出する前に、排気ガスを受けるようになっている、排気処理装置が提供される。

処理装置はさらに、排気ガスの流路に対して、一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒を備えており、ＣＯ酸化触媒は有利には、ある位置での温度の選択範囲にしたがってＣＯ酸化触媒によるＮＯｘ生成を制限するようになっている位置で排気経路内に配置されている。処理装置はさらに、ＣＯ還元触媒から下流側に配置され、排気ガス流にアンモニアを注入するようになっているアンモニア注入装置（ＡＩＧ）と、アンモニア注入装置の下流側に配置され、排気ガス流と注入されたアンモニアを混合するようになっている混合部と、アンモニア注入装置の下流側に配置され排気ガス流内のＮＯｘを還元するようになっている選択接触還元（ＳＣＲ）要素とを備えている。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めばより良く理解されよう。図面全体を通して、同様の文字は同様の部品を示している。

例示的なガスタービンシステムの略図である。熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を備えた複合サイクル発電所の単純な例示的配置を示す図である。例示的なＨＲＳＧ内の熱伝達機器の内部配置を示す図である。例示的なガスタービンに対する排気流内の合計ＮＯｘのＮＯ_２割合を示す図である。ＣＯ酸化触媒の従来技術の配置での、例示的なＨＲＳＧを通る排気プロファイルを示す図である。ＣＯ酸化触媒の発明的配置に対する実施形態での、例示的なＨＲＳＧを通る排気プロファイルを示す図である。ガスタービンからの排気ガス流中の排気を処理する方法のフローチャートである。

本発明の以下の実施形態は、大気へのＮＯ_２排気が少なくなることにつながる、既存の排気ガス触媒配置上の排気流中のＮＯ_２濃度の実質的な減少を含む、多くの利点を有する。このようなＮＯ_２減少は、大気排気中のＮＯ_２の高い濃度に関連する「黄色のプルーム」の除去につながる可能性がある。本発明はまた、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）および未燃炭化水素（ＵＢＣ）の優れた酸化につながる可能性がある。さらに、本発明は、排気流からＮＯｘを取り除くために、アンモニア（ＮＨ_３）消費およびＳＣＲ触媒表面積を減少させることにつながる可能性がある。アンモニア注入およびＳＣＲ触媒複合体がより少なくしか必要ないことにより、排気ガス流の圧力低下が小さくなり、所与の燃料入力に対するガスタービンからのより大きな出力電力につながる可能性がある。

図３は、例示的なＨＲＳＧ内の熱伝達機器の内部配置を示している。ＨＲＳＧ３００は、高圧ドラム３０５、中間圧力ドラム３１０および低圧ドラム３１５内の３つの圧力で蒸気を生成するようになっており、その後、高圧蒸気タービン、中間圧力蒸気タービン、および低圧蒸気タービン（タービンは図示せず）に供給することができる。ＨＲＳＧは、ガスタービン排気３０１から排気出力を受ける。ＨＲＳＧ３００は、複数の過熱熱交換器３２０、再加熱熱交換器３２５、および節約熱交換器３３０を備えている。ＨＲＳＧはまた、関連する高圧ドラム３０５、中間圧力ドラム３１０および低圧ドラム３１５に対して蒸気を生成するようになっている、高圧蒸発器３４０、中間圧力蒸発器３４５、および低圧蒸発器３５０を備えている。ＨＲＳＧ３００はまた、蒸気生成出力を良くするために、排気ガス流３６５に熱を供給するためのダクトバーナ３６０を備えている。上述の熱交換器および蒸発器はそれぞれ、熱を取り除き、排気ガスに対する温度を低下させ、ダクトバーナは熱を加え、温度を上昇させる。排気処理機器（図示せず）は、少ないＮＯ_２生成のためにＣＯ酸素触媒を有利に配置し、排気筒３７０を放出させるために、熱交換器、蒸発器およびバーナの間で排気ガス流３６５内に配置することができる。ガスタービンおよび他の燃焼システムで使用するためのＨＲＳＧは、特定の応用例に適した蒸発器および熱交換器の他の数および配置を含むこともできる。

図４は、排気ガス温度の関数として、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．社によって７ＦＡ＋ｅ（商標）などの例示的なガスタービンに対する排気流中の合計ＮＯｘの平衡ＮＯ_２割合を示す曲線４９０を示している。より低い排気ガス温度は、平衡でＮＯｘ中のＮＯ_２のより高い割合に有利に働く。約６５０°Ｆの排気ガス温度では、ＮＯ_２は合計ＮＯｘの約８０％を含んでいる。約１１００°Ｆより高い排気ガス温度では、ＮＯ_２は合計ＮＯｘの約１０％しか含んでいない。

図５は、ＣＯ酸化触媒の従来技術の配置での例示的なＨＲＳＧ５００を通る排気プロファイルを示している。ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．社による７ＦＡ＋ｅなどのガスタービン５１０からの排気５１５は、蒸発熱交換器５２０および高圧熱交換器５２５を通して排気処理機器５３０に供給される。排気処理機器は、プラチナ、プラチナ／パラジウムなどの標準的ＣＯ触媒５３５を含むことができる。排気処理機器はまた、アンモニア（ＮＨ_３）注入グリッド５４０、混合部５４５およびＳＣＲ触媒５５０を備えることができる。ＨＲＳＧはさらに、低圧熱交換器５５５などの下流側熱交換器を備えることができる。排気ガス流は、煙突５６０を通して大気まで排気する。典型的には、排気処理機器５３０の個別の要素は、互いに物理的に近接して維持される。このような物理的な近接により、排気処理機器を単一のエンクロージャ内に格納することが可能になり、排気制御を経験した単一の請負主体が設置を行なうのが容易になり、時間および資本支出が節約される。

表Ｉは、蒸発器の排気流上流５５５および下流５７０内の、高圧熱交換器およびＣＯ触媒５７５の下流側の、混合チャンバ５８０内の、ＳＣＲ触媒５８５の下流側の、および低圧熱交換器５９０の下流側の位置でのガスタービン５１０からの排気ガス流５１５中の典型的および例示的な非限定温度および排気濃度を示している。

図５で前に記載したようなＨＲＳＧを通る排気ガス経路は、今まで認識および処理されていないいくつかの明確な欠点がある。特に、ＣＯ酸化触媒の配置は、ＮＨ_３注入装置、混合チャンバおよびＳＣＲ触媒を備えた装置内であり、処理機器のパッケージングを強調するものである。このような装置は、ＳＣＲ触媒作用に有利であるが、ＮＯ_２の生成に関してＣＯ触媒の性能に明らかに不利である排気空気温度の排気流内の位置にパッケージを配置する。

特に、ガスタービン排気中のＮＯ_２濃度は、既存のＣＯ酸化触媒上でのＮＯの酸化によって数倍増加させることができる。ＣＯ酸化触媒は、排気ガス流中のＣＯ酸化触媒の位置での局部排気温度でＮＯ_２の平衡濃度までＮＯを酸化する。ＮＯ_２濃度は、ＳＣＲアンモニア注入器のちょうど上流側で、ＨＲＳＧ内のＣＯ触媒位置で排気ガス温度で５倍を超えて増加する（合計ＮＯｘの約１０％から合計ＮＯｘの約８０％まで）。ＮＯ_２濃度を増加させることによって、ＮＯ_２が観察される黄色を生成するので、煙突排気からの「黄色のプルーム」が増加する可能性がある。ＮＯ_２濃度を増加させることにより、特に約７５０°Ｆより下の排気温度でのＮＯｘ還元のための選択接触還元（ＳＣＲ）触媒サイズ、圧力損失（発熱率）およびアンモニア使用の増加が必要となる。

典型的なＣＯ酸化触媒は、ＨＲＳＧ排気ガス流内で起こる可能性がある、最大約１４００°Ｆの温度で永続的に作用する。したがって、約７５０°Ｆから約１４００°Ｆまでの排気ガス流に対する温度範囲の位置での排気流内のＣＯ酸化触媒の配置により、触媒によるＮＯ_２生成が実質的に少なくなる。さらに、約９５０°Ｆから約１４００°Ｆまでの温度範囲での排気ガス流内のＣＯ触媒の好ましい配置により、長いＣＯ酸化触媒寿命が得られ、同時に、ＳＣＲ触媒比率またはＮＨ_３使用量を増加させない、最大許容可能ＮＯ_２割合を得ることができる。

温度に関する排気流内のＣＯ酸化触媒の有利な配置はしたがって、ＮＯｘの還元に必要なＮＨ_３の量、およびＳＣＲ触媒に必要なサイズにかなりプラスの影響を与える。触媒サイズがより小さくなり、排気筒からの同じＮＯ_２ｐｐｍ出力に対するＮＨ_３利用が少なくなったことにより、実質的な費用削減と、排気ガス流の圧力低下の減少につながり、複合サイクルガスタービンからのより大きな電力出力、または同じ電力出力に対しての燃料削減が可能になる。

図６は、図５のＨＲＳＧ構成と比較するための、発電装置６００のＨＲＳＧ６０１の排気処理装置６０５のＣＯ酸化触媒６２０の有利な配置を示している。図６では、ＣＯ酸化触媒６３５は高圧蒸発器６２０および高圧熱交換器６２５から上流側に位置決めされて、本実施例ではガスタービン６１０の出口に直接触媒を配置する。ガスタービン６１０の出口での排気ガス温度は、約１１１０°Ｆである。ＮＨ_３注入グリッド６４０、混合チャンバ６４５およびＳＣＲ触媒６５０は、約６４７°Ｆの排気ガス流６１５に対する温度で高圧蒸発器６２０および高圧熱交換器６２５の下流側に配置されている。ここで、ＣＯ酸化触媒６３５とＳＣＲ触媒６５０の間の分離により、それぞれ排気筒６６０の上方に大気への少ないＮＯ_２排気に対する排気ガス流路温度範囲内で置かれる。

表ＩＩは、排気ガス流６１５の温度およびこのような配置により有利には排気筒６６０の上方に排気されているＮＯ_２が減少する位置に、ＣＯ酸化触媒６３５が配置されている場合の、ガスタービン６１０からの排気ガス流６１５中の典型的および例示的な非限定温度および排気濃度を示している。表Ｉと同様に、排気ガス温度、ＮＯｘ、ＣＯ、ＶＯＣ、ＵＨＣおよびＮＨ_３の濃度、および合計ＮＯｘのＮＯ_２の割合は、ＣＯ酸化触媒６３５および高圧蒸発器６２０の上流側位置６６５および下流側位置６７０、位置５７５での蒸発器５２０および高圧熱交換器６２５の下流側位置６７５、混合チャンバ６４５の位置６８５、ＳＣＲ触媒６５０の下流側６９０、および低圧熱交換器６５５の下流側６９５での排気流６１５内の位置で提供される。

タービン出口６６５では、排気ガス流温度は約１１１０°Ｆである。タービン排気は、約１０％がＮＯ_２の形で約９ＰＰＭのＮＯｘを運ぶ。ＣＯ触媒は１１１０°Ｆで、この排気温度（図４参照）でＮＯをＮＯ_２、約１０％の平衡ＮＯ_２にまで酸化させ、それによってＮＯｘの下流側濃度は約１０％がＮＯ_２の状態で、約９ＰＰＭのままである。ＳＣＲ触媒の入力では、９ＰＰＭのＮＯｘの１０％（０．９ＰＰＭ）のみがＮＯ_２である。したがって、注入されたＮＨ_３の使用およびＳＣＲ触媒の所要サイズが実質的に少なくなる。

既存のＨＲＳＧでは、各熱交換器に関連する温度低下は、既存の設計によって適正に修正することができる。ＮＯ_２排気を良くするために既存のＨＲＳＧ内のＣＯ酸化触媒配置を変更するには、ＣＯ酸化触媒に適応する物理的配置に対する位置を選択し、このような位置で利用可能な温度を許容する必要がある。このような変更は、あるかなりの資本費用を招くが、このような費用は、より低いＳＣＲ触媒費用、より低いＮＨ_３利用、およびＮＯ_２のより低い割合の入力で可能な減少ＳＣＲ触媒中のより低い逆圧に関連する少ない燃料費用により取り戻すことができる。新規ＨＲＳＧ中のＣＯ酸化触媒の有利な配置の実施のために、所望の排気ガス流温度の位置での組み込みのために物理的配置を最初に設計することができる。

ＣＯ酸化触媒の有利な配置はさらに、ＨＲＳＧを利用しない燃焼システム内で考えることができる。このような排気流はまた、前に記載したようにＮＯｘに対する排気処理が必要である。このようなシステムは、処理のために排気ガス流内に適当な温度を確立するための加熱器および／または冷却器を備えることができ、さらにＣＯ酸化触媒およびＮＨ_３−ＳＣＲ触媒システムの両方を含むことができる。したがって、前に記載したように、排気ガス流の温度に対するＣＯ酸化触媒の有利な配置は、ＨＲＳＧ内の配置に関して前に記載したのと同様の利点を与えることができる。さらに、排気ガス経路内の有利な温度に対するＣＯ酸化触媒の配置はガスタービンシステムに関して記載しているが、このような有利な配置はまた、炉、ボイラ、および他の燃焼システムに対するガス排気経路にも適用可能である。

他の利点は、ＨＲＳＧ熱交換器の前の最も高い排気ガス温度領域にＣＯ酸化触媒を移動させることによって達成することができる。より高い排気ガス温度により、ＣＯ触媒上の永続的ホルムアルデヒド酸化が可能になるが、典型的位置は永続的なホルムアルデヒド酸化に十分なほど熱くはない可能性がある。ＮＯｘは、ＮＯｘとのＣＯおよびＵＨＣのよく知られている「炭化水素ＳＣＲ」反応によるより低い負荷動作中に、ＣＯプラチナ系触媒の上で還元することができる。ＣＯ酸化触媒をアンモニア注入グリッドから離れるように移動させることによりまた、上流側乱流を増加させ、その結果ＳＣＲの前の優れたアンモニア分配につながり、それによって合計アンモニア注入および滑り（ｓｌｉｐ）を減少させて、同じＮＯｘ煙突排気を達成することができる。同様の方法で、典型的なハニカムＣＯ触媒担体は、下流側熱交換器要素に入るより均一な軸流速度プロファイルを生成するのを助けることができる。

本発明の別の態様は、ガスタービンからの排気ガス流中の排気を処理する方法を提供する。図７は、ガスタービンからの排気ガス流中の排気を処理する方法のフローチャートを示している。ガスタービンからの排気ガス流中の排気を処理する方法は、ＣＯ酸化触媒がステップ７１０にしたがってＮＯ_２生成を有利に制限するタービン排気温度の位置での配置によって、ＣＯ酸化触媒によるＮＯからのＮＯ_２生成を制限するようになっている排気ガス経路内の位置に一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒を配置するステップを含んでいる。ＣＯ酸化触媒の有利な配置の位置は、約７５０°Ｆより上、好ましくは９５０°Ｆより上のガスタービン排気の温度範囲内にある。ステップ７１５では、ＣＯ酸化触媒を９５０°Ｆより上の局部排気ガス温度の位置で排気経路内に物理的に配置することができることが分かる。このような位置を与えることができる場合、ＣＯ酸化触媒はステップ７２０でそこに配置されていることが好ましい。別の方法では、ステップ７２５では、排気ガス温度が約７５０°Ｆより上にある排気経路内の位置にＣＯ酸化触媒を配置することができることが分かる。このような配置が可能な場合、その後ステップ７３０では、ＣＯ酸化触媒をＮＯ_２生成を制限する目的で、範囲内の最も高い実現可能温度に置くことができる。別の方法では、ステップ７３５では、ＣＯ酸化触媒はＡＩＧから上流側の利用可能な位置に配置されている。

この方法はさらに、ステップ７４０にしたがって、ＣＯ触媒配置の位置での排気ガス流の温度に基づいた排気ガス流中のＮＯ_２の予測した割合に対して、ＡＩＧ、混合チャンバおよびＳＣＲ触媒をサイジングするステップを含んでいる。ステップ７４５では、ＡＩＧ、混合チャンバおよびＳＣＲ触媒は、ＣＯ酸化触媒から下流側に配置されている。

この方法はさらに、介在する加熱素子および介在する冷却素子の少なくとも一方なしで、ガスタービンの出口でガスタービン排気経路内に有利にＣＯ酸化触媒を配置するステップを含むことができる。この方法はまた、排気ガス流を冷却するようになっている過熱防止装置（ａｔｔｅｍｐｅｒａｔｏｒ）であって、ＣＯ酸化触媒が有利には過熱防止装置からの排気ガス流内で下流側に配置される過熱防止装置、および排気ガス流を加熱するようになっている排気加熱装置であって、ＣＯ酸化触媒が有利には排気加熱装置からの排気ガス流内で下流側に配置される排気加熱装置の少なくとも一方を配置するステップを含むことができる。

この方法はまた、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）内の位置にＣＯ酸化触媒を配置するステップを含むことができ、ＨＲＳＧは排気ガス経路内に高圧蒸発器、低圧蒸発器、および複数の熱交換器の少なくとも１つを備えている。ＣＯ酸化触媒を、高圧熱交換器の上流側に配置することができる。ＣＯ酸化触媒を、高圧熱蒸発器の下流側に配置することができる。ＣＯ酸化触媒は、複数の熱交換器の少なくとも１つの下流側で熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）内の位置にある。このような配置は、前記位置での排気ガスの温度によって、ＮＯ_２へのＮＯの酸化を制限する。

様々な実施形態が本明細書に記載されているが、様々な要素の組合せ、変更または改良を行なうことができ、本発明の範囲内にあることが明細書から分かるだろう。

１０ガスタービン
１１２吸気部
１１４圧縮機部
１１６燃焼器部
１１８タービン部
１２０排気部
１２２負荷
２００複合サイクル発電所
２１０空気
２１５吸気口
２２０圧縮機
２２５燃料
２３０燃焼器
２３５ガスタービン
２３６軸
２４０発電機
２４５電気出力
２５０排気ガス
２５５排気ダクト
２６０ＨＲＳＧ熱回収蒸気発生器
２６２熱交換器
２６４排気処理機器
２６５スタック
２７０大気
２８０蒸気
２８２蒸気タービン
２８４コンデンサ
２８６凝縮物
２９０駆動軸
２９２発電機
３００ＨＲＳＧ
３０１ガスタービン排気
３０５高圧ドラム
３１０中間圧力ドラム
３１５低圧ドラム
３２０過熱熱交換器
３２５再加熱熱交換器
３３０節約熱交換器
３４０ＨＰ蒸発器
３４５ＩＰ蒸発器
３５０ＬＰ蒸発器
３６０ダクトバーナ
３６５排気ガス流
３７０排気筒
４９０曲線
５１０ＨＲＳＧ
５１５排気
５２０蒸発器熱交換器
５２５ＨＰ熱交換器
５３０排気処理機器
５３５標準的ＣＯ触媒
５４０アンモニア注入グリッド
５４５混合部
５５０ＳＣＲ触媒
５５５ＬＰ熱交換器
５６０スタック
５６５上流側蒸発器
５７０下流側蒸発器
５７５下流側高圧熱交換器
５８０混合チャンバ
５８５下流側ＳＣＲ触媒
５９０下流側低圧熱交換器
５９５下流側ＬＰ熱交換器
６００発電装置
６０１熱回収蒸気発生器
６０５処理装置
６１０熱源（ガスタービン）
６１５排気ガス流
６２０蒸発器
６２５ＨＰ熱交換器
６３５ＣＯ触媒
６４０ＮＨ３注入グリッド
６４５混合チャンバ
６５５ＬＰ熱交換器
６６０排気筒
６７０下流側ＣＯ触媒
６７５下流側ＨＰ熱交換器
６８５下流側ＮＨ_３注入グリッド
６９５下流側ＬＰ熱交換器

Claims

空気中で燃料を燃焼させて軸動力を生成し、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を含む排気ガス流（６１５）を生成する熱源（６１０）と、
排気筒（６６０）から前記排気ガスを放出する前に、前記排気ガス流（６１５）を受けるようになっている処理装置（６０５）であって、前記排気ガス流に対して、
前記排気ガス流内の位置に配置された一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒（６３５）であって、前記ＣＯ触媒が有利にはＮＯ_２生成を制限する温度を有する位置での配置により、前記ＣＯ酸化触媒によってＮＯからのＮＯ_２生成を制限するようになっている、一酸化炭素（ＣＯ）酸化触媒（６３５）、
前記ＣＯ酸化触媒（６３５）から下流側に配置され、前記排気ガス流にアンモニアを注入するようになっているアンモニア注入装置（ＡＩＧ）（６４０）、
前記アンモニア注入装置（６４０）の下流側に配置され、前記排気ガス流（６１５）と注入されたアンモニアを混合するようになっている混合部（６４５）、および
前記アンモニア注入装置（６４０）の下流側に配置され、前記排気ガス流（６１５）中のＮＯｘを還元するようになっている選択接触還元（ＳＣＲ）要素（６５０）を含む処理装置とを備えている発電装置（６００）。
前記ＣＯ酸化触媒は、約７５０°Ｆより上の温度で前記排気ガス流（６１５）内の位置に配置されている、請求項１記載の処理装置（６０５）。
前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は、約９５０°Ｆより上の温度で前記排気ガス流（６１５）内の位置に配置されていることが好ましい、請求項２記載の処理装置（６０５）。
前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は有利には、介在する加熱素子および介在する冷却素子の少なくとも一方なしで、前記熱源（６１０）の出口に直接配置されている、請求項２記載の処理装置（６０５）。
前記排気ガス流（６１５）を冷却するようになっている過熱防止装置であって、前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は有利には、過熱防止装置からの前記排気ガス流（６１５）内で下流側に配置されている過熱防止装置をさらに備えた、請求項２記載の処理装置（６０５）。
前記排気ガス流（６１５）を加熱するようになっている排気加熱装置であって、前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は有利には、排気加熱装置からの前記排気ガス経路内で下流側に配置されている、請求項２記載の処理装置（６０５）。
高圧熱蒸発器（６２０）、および低圧熱蒸発器（３５０）および複数の追加の熱交換器（６２５）、（６５５）の少なくとも１つを備えた熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（６０１）であって、前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は前記高圧熱蒸発器（６２０）の上流側に配置されている熱回収蒸発器をさらに備えた、請求項２記載の処理装置（６０５）。
高圧熱蒸発器（６２０）、および低圧熱蒸発器（３５０）および複数の追加の熱交換器（６２５）、（６５５）の少なくとも１つを備えた熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（６０１）であって、前記ＣＯ酸化触媒（６３５）は前記高圧熱蒸発器（６２０）の下流側に配置されている熱回収蒸発器をさらに備えた、請求項２記載の処理装置（６０５）。
前記熱源（６１０）はガスタービンである、請求項１記載の発電装置（６０５）。
前記熱源（６１０）は炉またはボイラの一方である、請求項１記載の発電装置（６０５）。