JP2016191507A - Combustion device, gas turbine and power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼装置、ガスタービン及び発電装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus, a gas turbine, and a power generation apparatus.
下記特許文献1には、ディーゼルエンジン等の排ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)をアンモニアガスの存在下で触媒を用いて還元する技術が記載されている。この技術は、アンモニアガスの存在下で白金及びパラジウムを含む還元触媒を用いてNOx(窒素酸化物)を還元するものであり、エンジンから排気される排ガスに対して還元触媒の上流側に尿素水溶液を噴霧することにより、排気管内でアンモニアガスを直接生成するものである。 Patent Document 1 listed below describes a technique for reducing NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas from a diesel engine or the like using a catalyst in the presence of ammonia gas. This technology reduces NOx (nitrogen oxide) using a reduction catalyst containing platinum and palladium in the presence of ammonia gas, and an aqueous urea solution upstream of the reduction catalyst with respect to exhaust gas exhausted from the engine By spraying, ammonia gas is directly generated in the exhaust pipe.
ところで、上記従来技術では、排気管において還元触媒に比較的近い位置で尿素水溶液を噴霧するので、燃焼排ガスにアンモニアガスを混合させるための距離(混合距離)を十分に確保することができない。すなわち、還元触媒に接触させる前にアンモニアガスをNOxに十分(均等)に混合することが困難であり、よって上記従来技術では部分的に還元剤が濃い領域や薄い領域が生じ、NOxが十分に低減できないという問題がある。また、還元触媒の負担を軽減するためには、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を極力低減することが望ましい。 By the way, in the said prior art, since urea aqueous solution is sprayed in a position comparatively close to a reduction catalyst in an exhaust pipe, the distance (mixing distance) for mixing ammonia gas with combustion exhaust gas cannot fully be ensured. That is, it is difficult to sufficiently (equally) mix ammonia gas with NOx before contacting with the reduction catalyst. Therefore, in the above-described conventional technology, a region where the reducing agent is concentrated or a region where the reducing agent is thick is generated. There is a problem that it cannot be reduced. In order to reduce the burden on the reduction catalyst, it is desirable to reduce nitrogen oxide (NOx) in the combustion exhaust gas discharged from the combustor as much as possible.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を従来よりも低減させることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at reducing nitrogen oxide (NOx) in the combustion exhaust gas discharged | emitted from a combustor rather than before.
上記目的を達成するために、本発明では、燃焼装置に係る第1の解決手段として、所定の燃料供給部と、該燃料供給部から供給された燃料を燃焼用空気を用いて燃焼させる燃焼器と、所定の還元剤を前記燃焼器に供給する還元剤供給部と、燃焼器から供給された燃焼排ガスを受け入れて当該燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元触媒を用いて除去する触媒還元部とを備え、燃焼器は、燃料を燃焼させる燃焼領域と、該燃焼領域で発生した窒素酸化物を還元剤で還元する還元領域とを具備する、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solution means for a combustion apparatus, a predetermined fuel supply unit and a combustor that burns fuel supplied from the fuel supply unit using combustion air A reducing agent supply unit that supplies a predetermined reducing agent to the combustor; a catalyst reducing unit that receives the combustion exhaust gas supplied from the combustor and removes nitrogen oxides in the combustion exhaust gas using a reduction catalyst; And a combustor includes a combustion region in which fuel is combusted and a reduction region in which nitrogen oxides generated in the combustion region are reduced with a reducing agent.
本発明では、燃焼装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、燃料供給部は、天然ガスとアンモニアを燃料として燃焼器に供給する、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solving means relating to the combustion apparatus, in the first solving means, a means is provided in which the fuel supply unit supplies natural gas and ammonia as fuel to the combustor.
本発明では、燃焼装置に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、燃料供給部は、天然ガスとアンモニアとを燃焼用空気に対して量論比となるように燃焼器に供給する、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solving means relating to the combustion apparatus, in the second solving means, the fuel supply unit is provided in the combustor so that a stoichiometric ratio of natural gas and ammonia to the combustion air is obtained. The means of supplying is adopted.
本発明では、燃焼装置に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、還元剤供給部は、空気を含むアンモニアを還元剤として燃焼器に供給する、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means related to the combustion apparatus, in any of the first to third solving means, the reducing agent supply unit supplies ammonia containing air as a reducing agent to the combustor. Adopt means.
本発明では、燃焼装置に係る第5の解決手段として、上記第1〜第4のいずれかの解決手段において、燃焼器は、燃料と燃焼用空気とを混合して燃焼領域に供給する予混合部を備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solving means relating to the combustion apparatus, in any one of the first to fourth solving means, the combustor mixes fuel and combustion air and supplies them to the combustion region. The means of providing a part is adopted.
本発明では、ガスタービンに係る解決手段として、第1〜第5のいずれかの解決手段に係る燃焼装置と、該燃焼装置に燃焼用空気として圧縮空気を供給する圧縮機と、燃焼装置から供給される燃焼排ガスによって回転駆動されるタービンとを備える、という手段を採用する。 In the present invention, as means for solving the gas turbine, a combustion apparatus according to any one of the first to fifth means, a compressor for supplying compressed air as combustion air to the combustion apparatus, and a supply from the combustion apparatus And a turbine that is rotationally driven by the combustion exhaust gas.
本発明では、発電装置に係る解決手段として、上記解決手段に係るガスタービンで発電機を駆動する、という手段を採用する。 In the present invention, means for driving the generator with the gas turbine according to the solution means is adopted as the solution means for the power generator.
本発明によれば、燃焼器が還元領域を備えるので燃焼器から排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を従来よりも低減させることができる。
また、本発明によれば、燃焼器に還元剤を供給するので、従来のように燃焼器の後段に還元触媒を用いた触媒還元部を設ける場合に、還元剤と燃焼排ガスとの混合距離を従来よりも長くすることができるので、触媒還元部から排出される窒素酸化物(NOx)を従来よりも低減することができる。
According to the present invention, since the combustor includes the reduction region, it is possible to reduce nitrogen oxide (NOx) in the combustion exhaust gas discharged from the combustor as compared with the related art.
Further, according to the present invention, since the reducing agent is supplied to the combustor, the mixing distance between the reducing agent and the combustion exhaust gas is reduced when a catalytic reduction unit using a reduction catalyst is provided at the subsequent stage of the combustor as in the conventional case. Since it can be made longer than before, nitrogen oxides (NOx) discharged from the catalyst reduction unit can be reduced more than before.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る発電装置は、図1に示すようにガスタービン1、発電機2及び廃熱回収ボイラ3を具備する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the power generator according to this embodiment includes a gas turbine 1, a generator 2, and a waste
すなわち、この発電装置は、ガスタービン1を動力源として発電機2を駆動するものである。ガスタービン1は、周知のように燃料を燃焼させて得られた高圧排ガスによって回転動力を発生させる内燃機関である。発電機2は、ガスタービン1によって回転駆動されることによって所定仕様の交流電力(例えば三相交流電力)を発電する。また、廃熱回収ボイラ3は、ガスタービン1の排ガス(燃焼排ガス)の途中経路に設けられ、排ガスが有する排熱(廃熱)を利用して水蒸気を発生させる。
That is, this power generator is configured to drive the generator 2 using the gas turbine 1 as a power source. The gas turbine 1 is an internal combustion engine that generates rotational power by high-pressure exhaust gas obtained by burning fuel as is well known. The generator 2 is driven to rotate by the gas turbine 1 to generate AC power having a predetermined specification (for example, three-phase AC power). Moreover, the waste
上記ガスタービン1についてさらに詳しく説明すると、ガスタービン1は、図1に示すように、圧縮機(コンプレッサー)1a、予混合部1b、燃焼チャンバ1c、タービン1d、天然ガス供給部1e(燃料供給部)、アンモニア供給部1f(還元剤供給部)、混合器1g及び還元触媒チャンバ1hを備えている。
The gas turbine 1 will be described in more detail. As shown in FIG. 1, the gas turbine 1 includes a compressor (compressor) 1a, a
なお、これら各構成要素のうち、予混合部1b及び燃焼チャンバ1cは、本実施形態における燃焼器Cを構成している。また、これら各構成要素のうち、燃焼器C、天然ガス供給部1e、アンモニア供給部1f、混合器1g及び還元触媒チャンバ1hは、本実施形態における燃焼装置(符号略)を構成している。さらに、上記各構成要素のうち、アンモニア供給部1f及び還元触媒チャンバ1hは、本実施形態における触媒還元部を構成している。
Of these components, the
圧縮機1aは、回転軸がタービン1dの出力軸と軸結合した軸流式の回転式圧縮機であり、タービン1dを動力源として回転することにより大気から取り込んだ空気を圧縮し、当該圧縮によって得られた空気(圧縮空気)を予混合部1bに供給する。すなわち、圧縮機1aは、燃焼器Cにおいて燃料の燃焼に供される一次燃焼用空気(圧縮空気)を生成して予混合部1bに供給する。なお、圧縮機1aにおける空気の圧縮比は、燃焼器Cの仕様に応じて適宜設定される。
The
燃焼器Cは、燃焼チャンバ1cの前段に予混合部1bを備えるものである。この予混合部1bは、圧縮機1aから供給された一次燃焼用空気を天然ガス供給部1e及びアンモニア供給部1fから供給された燃料と混合させる機能部であり、当該混合によって得られた混合ガスを燃焼チャンバ1cに供給する。この燃焼器Cにおける燃料は天然ガス供給部1eから供給された天然ガス及びアンモニア供給部1fから供給された燃料用アンモニアであり、予混合部1bは、天然ガス及び燃料用アンモニアからなる燃料に対して量論比あるいは量論比近傍の割合で一次燃焼用空気を混合させて混合ガスを生成する。
The combustor C includes a
燃焼チャンバ1cは、内部空間(燃焼空間)が燃焼領域R1と還元領域R2とを有する。燃焼領域R1は、予混合部1bから供給される混合ガスの流れ方向において上流側に位置する空間であり、予混合部1bから供給された混合ガスを燃焼させる。すなわち、この燃焼領域R1では、燃料が一次燃焼用空気によって燃焼することにより、窒素酸化物(NOx)を含むと共に高温かつ高圧の燃焼排ガスが発生する。
The
還元領域R2は、燃焼領域R1の下流側に隣接する空間であり、混合器1gを介してアンモニア供給部1fから供給される一次還元用アンモニアによって上記窒素酸化物(NOx)を還元する。すなわち、この還元領域R2では、燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)が窒素ガスと水(水蒸気)とに分解される。また、この還元領域R2には、一次還元用アンモニアに加えて二次燃焼用空気が混合器1gから供給される。よって、還元領域R2では、窒素酸化物(NOx)の還元反応に加えて、燃焼排ガス中に含まれる燃料の未燃分が燃焼する。 The reduction region R2 is a space adjacent to the downstream side of the combustion region R1, and reduces the nitrogen oxide (NOx) by primary reduction ammonia supplied from the ammonia supply unit 1f via the mixer 1g. That is, in this reduction region R2, nitrogen oxides (NOx) contained in the combustion exhaust gas are decomposed into nitrogen gas and water (water vapor). In addition to the primary reduction ammonia, secondary combustion air is supplied from the mixer 1g to the reduction region R2. Therefore, in the reduction region R2, in addition to the reduction reaction of nitrogen oxide (NOx), the unburned portion of the fuel contained in the combustion exhaust gas burns.
ここで、アンモニアは一般的に燃焼はするものの燃焼性が低い(燃焼し難い)物質として知られているが、燃焼領域R1では、燃料が量論比あるいは量論比近傍、かつ、燃料用アンモニアを天然ガスと混合させた状態で燃焼させるので、燃料用アンモニアを燃料として安定的に燃焼(酸化)させることができる。また、アンモニアは、窒素酸化物(NOx)に対する還元性物質として周知である。還元領域R2では、一次還元用アンモニアを還元剤として用いることにより窒素酸化物(NOx)を分解する。 Here, ammonia is generally known as a substance that combusts but has low combustibility (difficult to combust). However, in the combustion region R1, the fuel is in a stoichiometric ratio or in the vicinity of the stoichiometric ratio, and ammonia for fuel. Is burned in a state where it is mixed with natural gas, it is possible to stably burn (oxidize) the fuel ammonia as fuel. Ammonia is well known as a reducing substance for nitrogen oxides (NOx). In the reduction region R2, nitrogen oxide (NOx) is decomposed by using primary reducing ammonia as a reducing agent.
タービン1dは、燃焼チャンバ1bから供給される燃焼排ガス(高温高圧排ガス)を駆動流体とする軸流式タービンである。このタービン1dの出力軸は、圧縮機1aの回転軸及び発電機2の回転軸に軸結合している。このタービン1dは、燃焼排ガスによって回転動力を発生させる動力源であり、発電機2を駆動する。
The
ここで、上記燃焼排ガスは、タービン1dによって動力回収されることにより圧力及び温度が低下するが、未だ500℃程度の排熱を備えており、廃熱回収ボイラ3に供給される。廃熱回収ボイラ3は、このような燃焼排ガスの排熱を熱源として利用することにより水蒸気を発生させ、また当該水蒸気の発生に寄与した燃焼排ガスを還元触媒チャンバ1hに供給する。
Here, although the pressure and temperature of the combustion exhaust gas are recovered by power recovery by the
また、還元触媒チャンバ1hは、窒素酸化物(NOx)の還元を補助する還元触媒が充填されたチャンバであり、燃焼器Cから供給された燃焼排ガスを受け入れて当該燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元触媒を用いて除去する。この還元触媒は、白金及びパラジウムを含む周知のものである。 The reduction catalyst chamber 1h is a chamber filled with a reduction catalyst that assists in the reduction of nitrogen oxides (NOx). The reduction catalyst chamber 1h receives the combustion exhaust gas supplied from the combustor C, and converts the nitrogen oxides in the combustion exhaust gas. Remove using reducing catalyst. This reduction catalyst is a well-known thing containing platinum and palladium.
廃熱回収ボイラ3と還元触媒チャンバ1hとを接続する燃焼排ガスの通過経路には、図示するように二次還元用アンモニアがアンモニア供給部1fから還元剤として供給される。還元触媒チャンバ1h内では、二次還元用アンモニア及び還元触媒の作用によって燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)が還元処理される。すなわち、燃焼チャンバ1c内の還元領域R2において還元処理されなかった窒素酸化物(残留窒素酸化物)は、還元触媒チャンバ1hにおいて最終的に還元処理される。
As shown in the drawing, secondary reduction ammonia is supplied as a reducing agent from the ammonia supply section 1f to the passage path of the combustion exhaust gas connecting the waste
天然ガス供給部1eは、所定量の天然ガスを燃料として予混合部1bに供給する燃料供給部である。アンモニア供給部1fは、所定量の燃料用アンモニアを燃料として予混合部1bに供給すると共に、一次還元用アンモニアを還元剤として燃焼チャンバ1c内の還元領域R2に供給し、また廃熱回収ボイラ3と還元触媒チャンバ1hとの間の燃焼排ガスの通過経路に二次還元用アンモニアを供給する。このような天然ガス供給部1eにおける天然ガスの流量並びにアンモニア供給部1fにおける燃料用アンモニア、一次還元用アンモニア及び二次還元用アンモニアの各流量は、図示しない制御装置によって適宜制御される。
The natural gas supply unit 1e is a fuel supply unit that supplies a predetermined amount of natural gas as fuel to the
混合器1gは、アンモニア供給部1fから供給される一次還元用アンモニアと圧縮機1aから供給される二次燃焼用空気を混合させて第2の混合ガスとし、当該第2の混合ガスを燃焼チャンバ1cに供給する気体混合器である。この混合器1gは、一次還元用アンモニアと二次燃焼用空気との混合状態を良好なものにするため、第2の混合ガスの通過経路に撹拌機構(邪魔板あるいは撹拌翼等)が設けられている。
The mixer 1g mixes the primary reducing ammonia supplied from the ammonia supply unit 1f and the secondary combustion air supplied from the
次に、このように構成された発電装置の動作、特に燃焼装置及びガスタービン1の動作について、図2及び図3をも参照して詳しく説明する。 Next, the operation of the power generation apparatus configured as described above, particularly the operation of the combustion apparatus and the gas turbine 1, will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG.
本実施形態に係るガスタービン1では、圧縮機1aで生成された圧縮空気(一次燃焼用空気)が燃焼器Cの予混合部1bにおいて燃料(天然ガス及び燃料用アンモニア)と量論比あるいは量論比の近傍で混合されて混合ガスが生成される。そして、この混合ガスは、予混合部1bから燃焼チャンバ1cの燃焼領域R1に供給され、当該燃焼領域R1でバーナーによって着火されることにより燃焼する。
In the gas turbine 1 according to the present embodiment, the compressed air (primary combustion air) generated by the
上記混合ガスは一次燃焼用空気と燃料(天然ガス及び燃料用アンモニア)とが量論比あるいは量論比の近傍の割合を混合されたものなので、燃焼領域R1では未燃分が殆ど発生することなく燃料が燃焼するが、若干の未燃分が残ることもあり得る。このような燃焼領域R1で発生する燃焼排ガスは、窒素酸化物(NOx)を含むと共に若干の燃料の未燃分をも含む高温高圧排ガスである。この燃焼排ガスの温度は例えば800〜1500℃であり、また燃焼排ガスの圧力は例えば20気圧(約2MPa)程度である。 Since the above mixed gas is a mixture of primary combustion air and fuel (natural gas and fuel ammonia) in a stoichiometric ratio or a proportion close to the stoichiometric ratio, almost no unburned matter is generated in the combustion region R1. The fuel burns but some unburned fuel may remain. The combustion exhaust gas generated in the combustion region R1 is a high-temperature and high-pressure exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) and some unburned fuel. The temperature of the combustion exhaust gas is, for example, 800 to 1500 ° C., and the pressure of the combustion exhaust gas is, for example, about 20 atmospheres (about 2 MPa).
このような燃焼排ガスは、一次還元用アンモニア及び二次燃焼用空気が供給される還元領域R2において還元処理及び二段燃焼処理される。すなわち、燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)は、高温高圧雰囲気の中で一次還元用アンモニアによって還元処理されて窒素ガスと水蒸気(水)とに熱分解され、また未燃分は二次燃焼用空気によって燃焼処理(酸化処理)される。したがって、燃焼器Cから排気される燃焼排ガスは、窒素酸化物(NOx)及び燃料の未燃分が殆ど除去された高温高圧排ガスである。 Such combustion exhaust gas is subjected to a reduction process and a two-stage combustion process in a reduction region R2 to which primary reduction ammonia and secondary combustion air are supplied. In other words, nitrogen oxides (NOx) in combustion exhaust gas are reduced by primary reduction ammonia in a high-temperature and high-pressure atmosphere and thermally decomposed into nitrogen gas and water vapor (water). Combustion treatment (oxidation treatment) is performed by the working air. Therefore, the combustion exhaust gas exhausted from the combustor C is a high-temperature and high-pressure exhaust gas from which most of nitrogen oxides (NOx) and unburned fuel have been removed.
図2は、燃焼器Cの出口における燃焼排ガスの窒素酸化物濃度(NOx濃度)を示す特性図である。この特性図において、横軸は燃焼器Cにおける天然ガス、燃料用アンモニア及び一次還元用アンモニアの総投入燃料熱量に対する燃料用アンモニア及び一次還元用アンモニアの熱量(アンモニア熱量)の割合であり、縦軸は窒素酸化物濃度(NOx濃度)である。この特性図によれば、還元領域R2に供給する一次還元用アンモニアの流量を増やすことによって燃焼排ガスの窒素酸化物濃度(NOx濃度)を大幅に低減することが可能である。 FIG. 2 is a characteristic diagram showing the nitrogen oxide concentration (NOx concentration) of the combustion exhaust gas at the outlet of the combustor C. In this characteristic diagram, the horizontal axis represents the ratio of the calorific value (ammonia calorific value) of the ammonia for fuel and the ammonia for primary reduction to the total input fuel calorie of natural gas, fuel ammonia and primary reducing ammonia in the combustor C, and the vertical axis. Is the nitrogen oxide concentration (NOx concentration). According to this characteristic diagram, it is possible to significantly reduce the nitrogen oxide concentration (NOx concentration) of the combustion exhaust gas by increasing the flow rate of the primary reducing ammonia supplied to the reduction region R2.
すなわち、本実施形態によれば、高温高圧環境下にある燃焼器Cに一次還元用アンモニアを供給することにより、燃焼排ガスにおけるNOx(窒素酸化物)の還元性能を向上させることが可能であり、以って燃焼器Cから排気される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を大幅に低減することが可能である。 That is, according to this embodiment, it is possible to improve the reduction performance of NOx (nitrogen oxide) in the combustion exhaust gas by supplying ammonia for primary reduction to the combustor C in a high temperature and high pressure environment, Therefore, it is possible to greatly reduce nitrogen oxide (NOx) in the combustion exhaust gas exhausted from the combustor C.
このような燃焼排ガス(高温高圧排ガス)は、タービン1dに供給されることにより熱エネルギーが運動エネルギーに変換され、発電機2を駆動する。すなわち、燃焼排ガス(高温高圧排ガス)が有する熱エネルギーは、タービン1dにおいて運動エネルギーとしてエネルギー回収される。そして、タービン1dでエネルギー回収された燃焼排ガス(高温高圧排ガス)は、未だ500℃近い温度を有する高温高圧排ガスであり、タービン1dから廃熱回収ボイラ3に供給されて廃熱回収されて水蒸気を発生させる。
Such combustion exhaust gas (high-temperature high-pressure exhaust gas) is supplied to the
さらに、廃熱回収ボイラ3でエネルギー回収された燃焼排ガス(高温高圧排ガス)は、未だ300°近い温度を有する高温排ガスであり、廃熱回収ボイラ3から還元触媒チャンバ1hに供給されて還元処理される。
Further, the combustion exhaust gas (high-temperature high-pressure exhaust gas) whose energy has been recovered by the waste
一方、還元触媒チャンバ1hと廃熱回収ボイラ3とを接続する燃焼排ガスの流通経路にはアンモニア供給部1fから二次還元用アンモニアが供給されているので、燃焼排ガスは、二次還元用アンモニアと混合された状態で還元触媒チャンバ1hに供給される。そして、燃焼排ガス中の残留窒素酸化物(残留NOx)を二次還元用アンモニア及び還元触媒によって還元処理する。
On the other hand, since the ammonia for secondary reduction is supplied from the ammonia supply unit 1f to the flow path of the combustion exhaust gas connecting the reduction catalyst chamber 1h and the waste
ここで、燃焼器Cから排気される燃焼排ガス中には、還元領域R2における窒素酸化物(NOx)の還元処理に寄与しなかった一次還元用アンモニア(残留アンモニア)が含まれる場合がある。すなわち、燃焼器Cの還元領域R2には二次燃焼用空気が供給されることによって燃料用アンモニアの未燃分が燃焼し、燃料用アンモニアの残留分は十分に低減されるが、還元領域R2に供給される一次還元用アンモニアの流量に依存して、燃焼器Cから排気される燃焼排ガス中に残留アンモニアが含まれる場合がある。 Here, the combustion exhaust gas exhausted from the combustor C may contain primary reducing ammonia (residual ammonia) that has not contributed to the reduction treatment of nitrogen oxides (NOx) in the reduction region R2. That is, when the secondary combustion air is supplied to the reduction region R2 of the combustor C, the unburned portion of the fuel ammonia is combusted and the residual amount of the fuel ammonia is sufficiently reduced, but the reduction region R2 Depending on the flow rate of the primary reducing ammonia supplied to the combustion exhaust gas, the combustion exhaust gas exhausted from the combustor C may contain residual ammonia.
図3は、燃焼器Cの出口における燃焼排ガス中のアンモニア濃度を示す特性図である。この特性図において、横軸は図2と同様に総投入燃料熱量に対するアンモニア熱量の割合であり、縦軸はアンモニア濃度である。この特性図によれば、還元領域R2に供給する一次還元用アンモニアの流量を増やすことによって燃焼排ガス中のアンモニア濃度が上昇し、また燃焼領域R1における燃焼用アンモニアの比率を高めることによってもアンモニア濃度が上昇することが分かる。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the ammonia concentration in the combustion exhaust gas at the outlet of the combustor C. In this characteristic diagram, the horizontal axis represents the ratio of the amount of ammonia heat to the total input fuel heat amount, as in FIG. 2, and the vertical axis represents the ammonia concentration. According to this characteristic diagram, the ammonia concentration in the combustion exhaust gas increases by increasing the flow rate of the primary reducing ammonia supplied to the reduction region R2, and the ammonia concentration also increases by increasing the ratio of the combustion ammonia in the combustion region R1. Can be seen to rise.
すなわち、燃焼排ガス中の残留窒素酸化物(残留NOx)は、燃焼器Cの還元領域R2において既に残留アンモニアと混合された状態で廃熱回収ボイラ3を経由して還元触媒チャンバ1hに供給される。したがって、還元触媒チャンバ1hと廃熱回収ボイラ3とを接続する燃焼排ガスの流通経路に供給すべき二次還元用アンモニアの流量は削減される。
That is, residual nitrogen oxide (residual NOx) in the combustion exhaust gas is supplied to the reduction catalyst chamber 1h via the waste
また、残留窒素酸化物(残留NOx)の残留アンモニアとの混合距離は、燃焼器Cから還元触媒チャンバ1hまでとなり、上記流通経路に供給される二次還元用アンモニアよりも長い。また、燃焼器Cから廃熱回収ボイラ3に供給される燃焼排ガスは、タービン1dを経由するので残留窒素酸化物(残留NOx)と残留アンモニア(一次還元用アンモニア)とが十分に混合される。
Further, the mixing distance of the residual nitrogen oxide (residual NOx) with the residual ammonia is from the combustor C to the reduction catalyst chamber 1h, and is longer than the secondary reduction ammonia supplied to the flow path. Further, since the combustion exhaust gas supplied from the combustor C to the waste
したがって、本実施形態によれば、燃焼器Cが還元領域を備えるので、つまり燃焼器Cに一次還元用アンモニアを供給するので、燃焼器Cからタービン1dに排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を従来よりも低減させることができる。
また、本実施形態によれば、一次還元用アンモニアを燃焼器Cに供給するので、燃焼排ガスと一次還元用アンモニアとの混合距離を従来よりも長くすることが可能であり、よって還元触媒チャンバ1hから大気中に放出される燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)を従来よりも低減することができる。
また、タービン1d及び廃熱回収ボイラ3は、燃焼器Cから還元触媒チャンバ1hに供給される燃焼排ガス及び一次還元用アンモニアに対して混合器として機能するので、燃焼排ガス及び一次還元用アンモニアが良好に混合される。これによって、還元触媒チャンバ1hから大気中に排気される未反応アンモニアの量を十分に低減することができる。
Therefore, according to the present embodiment, since the combustor C includes a reduction region, that is, primary reduction ammonia is supplied to the combustor C, nitrogen oxides in the combustion exhaust gas discharged from the combustor C to the
Further, according to the present embodiment, since the primary reduction ammonia is supplied to the combustor C, the mixing distance between the combustion exhaust gas and the primary reduction ammonia can be made longer than before, and thus the reduction catalyst chamber 1h. Thus, nitrogen oxides (NOx) in the combustion exhaust gas released from the atmosphere to the atmosphere can be reduced as compared with the prior art.
Further, since the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、燃料を天然ガスと燃料用アンモニアの混合ガスとしたが、本発明はこれに限定されない。燃料として他の単一燃料(天然ガス)や複合燃料を用いてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the fuel is a mixed gas of natural gas and fuel ammonia, but the present invention is not limited to this. Other single fuel (natural gas) or composite fuel may be used as the fuel.
(2)また、上記実施形態では、燃焼チャンバ1c内に燃焼領域R1と還元領域R2とを形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃焼領域(第1燃焼領域)と還元領域との間に第2燃焼領域を形成し、第1燃焼領域において天然ガスを燃焼させ、第2燃焼領域において燃料用アンモニアを燃焼させてもよい。この場合には第1燃焼領域で発生した高温環境下で難燃性の燃料用アンモニアを燃焼させるので、燃料用アンモニアの燃焼性を向上させて未燃分の削減を図ることができる。
(2) In the above embodiment, the combustion region R1 and the reduction region R2 are formed in the
(3)上記実施形態では、還元剤として一次還元用アンモニア及び二次還元用アンモニアを用いたが、本発明はこれに限定されない。アンモニアに変えて他の還元剤、例えば尿素等を用いてもよい。 (3) Although the primary reducing ammonia and the secondary reducing ammonia are used as the reducing agent in the above embodiment, the present invention is not limited to this. Instead of ammonia, other reducing agents such as urea may be used.
(4)上記実施形態では、廃熱回収ボイラ3を設けて廃熱回収を行ったが、本発明はこれに限定されない。必要に応じて廃熱回収ボイラ3を削除して、タービン1dと還元触媒チャンバ1hとを直結させてもよい。
(4) In the above embodiment, the waste
(5)上記実施形態では、燃焼器Cに予混合部1bを設けたが、本発明はこれに限定されない。二次燃焼用空気と一次還元用アンモニアを別々に燃焼器に供給する構成を採用してもよい。上記実施形態では、混合器1gに撹拌機構を設けたが、この撹拌機構は圧力損失を発生させるというデメリットがあるので、削除してもよい。
(5) Although the
C 燃焼器
1 ガスタービン
1a 圧縮機
1b 予混合部
1c 燃焼チャンバ
1d タービン
1e 天然ガス供給部(燃料供給部)
1f アンモニア供給部(還元剤供給部)
1g 混合器
1h 還元触媒チャンバ(触媒還元部)
2 発電機
R1 燃焼領域
R2 還元領域
3 廃熱回収ボイラ
C Combustor 1
1f Ammonia supply part (reducing agent supply part)
1g Mixer 1h Reduction catalyst chamber (catalyst reduction part)
2 Generator R1 Combustion zone
Claims (7)
該燃料供給部から供給された燃料を燃焼用空気を用いて燃焼させる燃焼器と、
所定の還元剤を前記燃焼器に供給する還元剤供給部と、
前記燃焼器から供給された燃焼排ガスを受け入れて当該燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元触媒を用いて除去する触媒還元部とを備え、
前記燃焼器は、前記燃料を燃焼させる燃焼領域と、該燃焼領域で発生した窒素酸化物を前記還元剤で還元する還元領域と
を具備することを特徴とする燃焼装置。 A predetermined fuel supply unit;
A combustor for combusting the fuel supplied from the fuel supply unit using combustion air;
A reducing agent supply unit for supplying a predetermined reducing agent to the combustor;
A catalytic reduction unit that receives the combustion exhaust gas supplied from the combustor and removes nitrogen oxides in the combustion exhaust gas using a reduction catalyst;
The combustor includes a combustion region in which the fuel is combusted, and a reduction region in which nitrogen oxides generated in the combustion region are reduced with the reducing agent.
該燃焼装置に前記燃焼用空気として圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼装置から供給される燃焼排ガスによって回転駆動されるタービンと
を備えることを特徴とするガスタービン。 A combustion apparatus according to any one of claims 1 to 5;
A compressor for supplying compressed air as the combustion air to the combustion device;
A gas turbine comprising: a turbine that is rotationally driven by combustion exhaust gas supplied from the combustion device.
A generator is driven by the gas turbine according to claim 6.
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