JP2012255420A - ガスタービンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼器で燃料を燃焼させ、発生した燃焼熱をタービンの動力に変換するガスタービンにおいて、アンモニアの改質反応により水素含有ガスを生成する改質器9と、該改質器によって生成した水素含有ガスを、上記燃焼器に供給する改質ガス供給路17とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
アンモニアを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
上記改質器によって生成された水素含有ガスを、上記燃焼器に供給する改質ガス供給路とを有するガスタービンシステムである。
水素混合比αがrH2/(rH2+rNH3)で表されるとき、0<α≦0.6の範囲内であり、且つ
アンモニアの当量比φが(rNH3×StNH3)/(rAir−rH2×StH2)で表されるとき、0.6≦φ≦1.0の範囲内、ただし、アンモニア、水素、空気のモル分率はそれぞれrNH3、rH2、rAirとし、rNH3+rH2+rAir=1である。また、アンモニア、水素の理論空燃比をそれぞれStNH3、StH2とする。
上記第二のアンモニア供給路に空気を供給し混合する空気供給路および空気流量を制御する制御弁、制御コントローラとを有し、
上記制御コントローラは、ガスタービン始動時などの排熱による上記改質器への反応熱の供給が不足する場合には、上記改質器にアンモニアと空気の混合ガスを供給することにより、アンモニアの一部を燃焼させ、アンモニアの改質反応に必要な反応熱を得るように構成することができる。
同図において、ガスタービンシステム1は、ガスタービン2と、そのガスタービン2と流路を介して接続された排熱回収部3とを備えている。
ガスタービン2は、大気圧の空気を昇圧して圧縮空気を生成する圧縮機4と、その圧縮機4から送り込まれる圧縮空気によってタービン燃料を燃焼させる燃焼器5と、その燃焼器5で発生した燃焼ガスが導入されることにより駆動するタービン6とから主として構成されており、そのタービン6の出力軸7に発電機8が連結されている。
上記ガスタービン2は、天然ガスをタービン燃料として使用する従来のガスタービンと基本的に同じ構成である。
排熱回収部3は、アンモニアを改質して得られる水素含有ガスを、タービン燃料として上記燃焼器5に供給する改質器9と、タービン6の排熱が改質器9に供給され、必要な反応熱を改質器9に与えた後、その改質器9から排出される排ガス中に含まれるNOxを浄化する排ガス処理器10とから主として構成されている。
改質器9は、ガスタービン始動時などの排熱による改質器への反応熱の供給が不足する際には、空気を供給してアンモニアの一部を燃焼させ、アンモニアの改質反応に必要な反応熱を得るATR(オートサーマルリフォーマー)として機能し、排熱による改質器への反応熱の供給が十分な場合には、熱交換型の改質器として機能するようになっている。
ガスタービン2がマイクロタービンのように小規模である場合は、アンモニアの全量を改質器9に供給して水素含有ガスに改質することも可能であるが、特に、ガスタービン2の規模が大きくなると、必要な改質器9の処理能力が大きくなるため、実質的に非常に大きな改質器9を備えることになる。そこで、上記アンモニア供給路19とは別のアンモニア供給路16を通じ、アンモニアを直接、燃焼器5に供給することになる。すなわち、水素含有ガスとアンモニアとの混合ガスを燃焼器5に供給する。
水素混合比αがrH2/(rH2+rNH3)で表されるとき、0<α≦0.6の範囲内であり、且つ
アンモニアの当量比φが(rNH3×StNH3)/(rAir−rH2×StH2)で表されるとき、0.6≦φ≦1.0の範囲内である。
ただし、アンモニア、水素、空気のモル分率をそれぞれrNH3、rH2、rAirとする。なお、rNH3+rH2+rAir=1であり、アンモニア、水素の理論空燃比をそれぞれStNH3、StH2とする。
改質器9から排出される排ガスegは排ガス処理器10に送られ、排ガス中に含まれるNOxが浄化され冷却された後、大気に放出される。上記排ガス処理器10としては従来公知のSCR(選択的触媒還元)装置を使用することができる。この際に用いられる還元剤としては、アンモニアをそのまま使用することができる。
なお、排ガス処理器10の後段において回収される熱は、ガスタービンシステム外で利用することができる。
次に、上記構成を有するガスタービンシステムの動作について説明する。
ガスタービン始動時には温度計14から出力される温度が、アンモニアの分解温度400℃に達していないため、制御コントローラ15は電磁弁13を制御してアンモニア供給路19に空気を供給するとともに、圧縮機18によって昇圧されたアンモニアが改質器9に供給される。
ガスタービン2が定常運転に入り、温度計14から信号出力される温度が閾値を超えると、制御コントローラ15は電磁弁13を切替制御して空気の供給を遮断し、それにより、アンモニア供給路19から供給されるアンモニアのみが改質器9に供給され、改質器9にて水素含有ガスに改質され燃焼器5に供給される。別のアンモニア供給路16からもアンモニアが燃焼器5に供給され、供給されたアンモニアは上記水素含有ガスと混合されて燃焼される。
タービン停止時において、タービン燃料が絞られると、温度計14から出力される温度が低下する。この場合もタービン始動時と同様に、制御コントローラ15は電磁弁13を制御して改質器9に空気を供給し、燃焼器5の燃焼を安定させる。
2 ガスタービン
3 排熱回収部
4 圧縮機
5 燃焼器
6 タービン
7 出力軸
8 発電機
9 改質器
10 排ガス処理器
11 排熱供給路
12 空気供給路
13 電磁弁(制御弁)
14 温度計
15 制御コントローラ
16 別のアンモニア供給路
17 改質ガス供給路
18 圧縮機
19 アンモニア供給路(第二のアンモニア供給路)
eg 排ガス
teg タービン排ガス
Claims (6)
- 燃焼器で燃料を燃焼させ、発生した燃焼熱をタービンの動力に変換するガスタービンにおいて、
アンモニアの改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
上記改質器によって生成した水素含有ガスを、上記燃焼器に供給する改質ガス供給路とを有することを特徴とするガスタービンシステム。 - 上改質ガス供給路とは別に、上記燃焼器にアンモニアを供給するアンモニア供給路が接続されている請求項1に記載のガスタービンシステム。
- 上記燃焼器に供給される全燃料中のアンモニア、水素、空気の割合は、
水素混合比αがrH2/(rH2+rNH3)で表されるとき、0<α≦0.6の範囲内であり、且つ
アンモニアの当量比φが(rNH3×StNH3)/(rAir−rH2×StH2)で表されるとき、0.6≦φ≦1.0の範囲内である請求項2に記載のガスタービンシステム。
ただし、アンモニア、水素、空気のモル分率をそれぞれrNH3、rH2、rAirとし、rNH3+rH2+rAir=1であり、アンモニア、水素の理論空燃比をそれぞれStNH3、StH2とする。 - 上記タービンの排熱を上記改質器に供給する排熱供給路を備えている請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスタービンシステム。
- 上記改質器にアンモニアを供給する第二のアンモニア供給路と、その第二のアンモニア供給路に制御弁を介して接続される空気供給路と、上記制御弁を制御する制御コントローラとを有し、
該制御コントローラは、上記タービンの排熱温度が低い場合に、上記空気供給路を通じて改質器に空気を供給することにより、アンモニアの一部を燃焼させ、上記改質反応の反応熱を得るように構成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスタービンシステム。 - 上記燃焼器により得られた燃焼ガスによってタービン翼車を駆動させ、動力を取り出すように構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスタービンシステム。
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