JP2017160790A - Power generating facility using nh3 as fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、NH3を燃料とした発電設備に関する。 The present invention relates to a power generation facility using NH 3 as a fuel.
従来、燃料の燃焼によりガスタービンの動力を得る発電設備が知られている。例えば、天然ガスを燃料として燃焼ガスを得て、燃焼ガスをガスタービンで膨張させることで発電動力を得る発電設備が知られている(例えば、特許文献1参照)。一方、H2の輸送・貯蔵媒体(キャリア)としてNH3が適用されており、H2に変換することなく発電設備の燃料としてNH3を直接用いることができれば、熱効率の大幅な向上が期待できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, power generation equipment that obtains power from a gas turbine by burning fuel is known. For example, a power generation facility is known in which combustion gas is obtained using natural gas as fuel, and power is generated by expanding the combustion gas with a gas turbine (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, H NH 3 is applied as the second transportation and storage media (carriers), if it is possible to use NH 3 directly as a fuel for power generation equipment without converting the H 2, a significant improvement in thermal efficiency can be expected .
しかし、NH3は着火しにくく、燃焼速度が遅く、燃焼過程でNOXが生成される等の問題があった。このため、未燃のNH3の扱いや、NOXの処理などを行うために、特別な制御や特別な機器が必要となり、NH3を燃料にした発電設備は実用化には至っていないのが現状であった。 However, NH 3 is difficult to ignite, the combustion speed is slow, and NO X is generated in the combustion process. For this reason, special control and special equipment are required to handle unburned NH 3 , NO X treatment, etc., and power generation facilities using NH 3 as fuel have not been put into practical use. It was the current situation.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、NH3を燃料として使用しても、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することができるNH3を燃料とした発電設備を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and even if NH 3 is used as a fuel, it is possible to significantly suppress the emission of unburned NH 3 and NO X without reducing the power generation efficiency. An object is to provide a power generation facility using NH 3 as a fuel.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、O2含有ガス、及び、NH3燃料を含む燃料を燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得るガスタービンと、未燃状態のNH3を酸化させてN2に分解する酸化手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power generation facility using NH 3 as a fuel of the present invention according to claim 1 according to the present invention comprises an O 2 containing gas and a combustor for obtaining a combustion gas by burning a fuel containing NH 3 fuel, A gas turbine that obtains power by expanding the combustion gas obtained by the combustor, and an oxidizing means that oxidizes unburned NH 3 to decompose it into N 2 are provided.
請求項1に係る本発明では、未燃状態のNH3を酸化させてN2に分解する酸化手段を備えたので、NH3を含む燃料を燃焼器で燃焼させても、未燃状態のNH3をN2に分解することができる。このため、未燃状態のNH3を減少させることができ、NH3を燃料として使用しても、脱硝設備が不要になり、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。
In the present invention according to claim 1, since the oxidation means for oxidizing the unburned NH 3 and decomposing it into N 2 is provided, even if the fuel containing NH 3 is burned in the combustor, the
因みに、特開2015−94496号公報には、多段の燃焼器の後段側にNH3を投入するガスタービン発電装置が開示されている。特許文献に開示された技術は、NH3を燃焼器に供給しているが、NH3を燃料として燃焼器に供給する技術ではない。即ち、NH3を含まない燃料で燃焼ガスを得る技術であり、燃焼器の後段側にNH3を供給することで、燃焼時に生成されたNOXを低減する技術である。このため、請求項1に係る本願発明は、NH3を含む燃料を燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器を備えた設備であり、特許文献とは異なる技術である。 Incidentally, Japanese Patent Laying-Open No. 2015-94496 discloses a gas turbine power generator in which NH 3 is introduced to the rear stage side of a multistage combustor. The technology disclosed in the patent document supplies NH 3 to the combustor, but is not a technology that supplies NH 3 to the combustor as fuel. That is, this is a technique for obtaining combustion gas with a fuel that does not contain NH 3 , and a technique for reducing NO X generated during combustion by supplying NH 3 to the rear stage side of the combustor. For this reason, the present invention according to claim 1 is a facility including a combustor that burns a fuel containing NH 3 to obtain combustion gas, and is a technique different from the patent literature.
そして、請求項2に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項1に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記酸化手段は、前記ガスタービンの排気系統に備えられ、排気ガス中の未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解される再生手段であることを特徴とする。 The power generating plant of NH 3 of the present invention according to claim 2 as fuel in the power generating plant in which the NH 3 according to the fuel to claim 1, wherein the oxidation means is provided in an exhaust system of the gas turbine Further, it is a regenerating means in which unburned NH 3 in the exhaust gas reacts with NO X and is decomposed.
請求項2に係る本発明では、ガスタービンの排気系統で、排気ガス中の未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解される。
In the present invention according to
また、請求項3に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項2に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記再生手段にO2含有ガスを供給する酸化剤供給手段を備えたことを特徴とする。
Also, power generating plant and NH 3 of the present invention according to
請求項3に係る本発明では、酸化剤供給手段から再生手段にO2含有ガスを供給することで、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。燃焼条件等により、O2の量が減少するので、もしくは、O2がゼロになるので、酸化剤供給手段からO2含有ガスを供給し、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。
With the present invention according to
また、請求項4に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項3に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記O2含有ガスを得る圧縮機を備え、前記酸化剤供給手段は、前記圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を供給する手段であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power generation facility using NH 3 as a fuel of the present invention. The power generation facility using NH 3 as a fuel according to the third aspect includes a compressor for obtaining the O 2 -containing gas, and the oxidation The agent supply means is a means for supplying a part of the O 2 -containing gas obtained by the compressor.
請求項4に係る本発明では、発電設備の系内の圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を再生手段に供給することができる。 In the present invention according to claim 4, a part of the O 2 containing gas obtained by the compressor in the system of the power generation facility can be supplied to the regeneration means.
また、請求項5に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項1に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記酸化手段は、前記燃焼器を複数段に構成し、後段側の燃焼器で、前段側での燃焼が行われない未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解されることを特徴とする。
Further, the NH 3 of the present invention power plant was fueled according to
請求項5に係る本発明では、ガスタービンの燃焼器の系統で、燃焼ガス中の未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解される。
In the present invention according to
また、請求項6に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項5に記載のNH3を燃料とした発電設備において、複数段に構成された前記燃焼器に、O2含有ガスを供給する酸化剤供給手段を備えたことを特徴とする。 Further, the NH 3 of the present invention power plant was fueled according to claim 6, the power generating plant in which the NH 3 according to the fuel to claim 5, said combustor configured in a plurality of stages, O 2 content An oxidant supply means for supplying a gas is provided.
請求項6に係る本発明では、酸化剤供給手段から複数段に構成された燃焼器にO2含有ガスを供給することで、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。燃焼条件等により、O2の量が減少するので、もしくは、O2がゼロになるので、例えば、量論比燃焼が実施される場合、酸化剤供給手段からO2含有ガスが供給される状態になり、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。 In the present invention according to claim 6, unburned NH 3 and NO X are reacted in the coexistence of O 2 by supplying an O 2 -containing gas from an oxidant supply means to a combustor configured in multiple stages. Can be made. Since the amount of O 2 decreases due to combustion conditions or the like, or O 2 becomes zero, for example, when stoichiometric combustion is performed, a state in which an O 2 -containing gas is supplied from the oxidant supply means Thus, NH 3 and NO X in an unburned state can be reacted in the presence of O 2 .
また、請求項7に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項6に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記O2含有ガスを得る圧縮機を備え、前記酸化剤供給手段は、前記圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を供給する手段であることを特徴とする。 Also, power generating plant and NH 3 as fuel of the present invention according to claim 7, the power generating plant in which the NH 3 according to the fuel to claim 6, comprising a compressor for obtaining the O 2 containing gas, said oxidation The agent supply means is a means for supplying a part of the O 2 -containing gas obtained by the compressor.
請求項7に係る本発明では、発電設備の系内の圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を複数段に構成された燃焼器に供給することができる。 With the present invention according to claim 7, it can be supplied to the combustor configured in a plurality of stages a part of the O 2 containing gas obtained in the compressor in the system of power generation equipment.
また、請求項8に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項5もしくは請求項6のいずれか一項に記載のNH3を燃料とした発電設備において、複数段に構成された前記燃焼器に、NH3を供給するNH3供給手段を備えたことを特徴とする。
The power generation facility using NH 3 as fuel according to the present invention according to claim 8 is configured in a plurality of stages in the power generation facility using NH 3 as fuel according to any one of
請求項8に係る本発明では、NH3供給手段から、複数段に構成された燃焼器にNH3を供給することができ、NOXの量が多くなっても(未燃状態のNH3が相対的に減少しても)NOXを分解することができる。 In the present invention according to claim 8, the NH 3 supply unit, a plurality stages NH 3 can be supplied to the combustor configured to, even if a lot amount of NO X (NH 3 unburned NO X can be decomposed (even if relatively reduced).
また、請求項9に係る本発明のNH3を燃料とした発電設備は、請求項8に記載のNH3を燃料とした発電設備において、前記NH3供給手段は、燃焼ガスを得るためのNH3燃料の一部を供給する手段であることを特徴とする。 Also, power generating plant and NH 3 as fuel of the present invention according to claim 9, the power generating plant which NH 3 was a fuel according to claim 8, wherein the NH 3 supply means, NH for obtaining combustion gases 3 A means for supplying a part of fuel.
請求項9に係る本発明では、発電設備の系内のNH3燃料の供給手段から、複数段に構成された燃焼器にNH3を供給することができる。 In the present invention according to claim 9, the supply means of NH 3 fuel in the system of power generation equipment, it is possible to supply NH 3 to combustor configured in a plurality of stages.
本発明のNH3を燃料とした発電設備は、NH3を燃料として使用しても、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。 Power generating plant and NH 3 of the present invention is used as a fuel, the use of NH 3 as fuel, power generation without reducing the efficiency of the unburned NH 3, and, is possible to significantly suppress the emission of the NO X It becomes possible.
図1から図4に基づいて本発明の第1実施例から第4実施例を説明する。図1から図4には、本発明の第1実施例から第4実施例に係るNH3を燃料とした発電設備の概略系統を示してある。 The first to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 show a schematic system of power generation equipment using NH 3 as fuel according to first to fourth embodiments of the present invention.
(第1実施例)
図1に基づいて、本発明の第1実施例に係るNH3を燃料とした発電設備(以下「発電プラント」と記す)を説明する。図1に示すように、発電プラント1は、圧縮機2、燃焼器3、タービン4(ガスタービン)を備えたガスタービン設備5を備えている。ガスタービン設備5には発電機6が同軸状に設けられている。燃焼器3には圧縮機2で圧縮された圧縮空気(O2含有ガス)と、天然ガス等の燃料が供給される。そして、燃焼器3には、天然ガスに加えて、NH3燃料タンク7からのNH3が燃料として供給される。
(First embodiment)
Based on FIG. 1, a power generation facility using NH 3 as fuel (hereinafter referred to as “power generation plant”) according to a first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the power plant 1 is provided with the
圧縮機2からの圧縮空気(HA1)、天然ガス等の燃料、NH3燃料タンク7からのNH3が燃焼器3で燃焼されて燃焼ガスが得られ、燃焼ガスはタービン4で膨張されて動力が得られ、発電機6で発電が実施される。つまり、発電プラント1は、O2含有ガスによりNH3燃料を含む燃料を燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器3と、燃焼器3で得られた燃焼ガスを膨張させて動力を得るタービン4(ガスタービン)とを備えている。
Compressed air (HA 1) from the
天然ガスの燃料供給系統には第1開閉弁11が設けられ、NH3燃料タンク7からの燃料供給系統には第2開閉弁12が設けられている。第1開閉弁11、及び、第2開閉弁12の開閉はバルブ制御手段13の指令により制御され、バルブ制御手段13は負荷制御手段14からの情報に基づいて第1開閉弁11、及び、第2開閉弁12に開閉指令を出力する。負荷制御手段14には、負荷指令手段15からの要求負荷の情報、及び、発電機6からの出力情報が入力され、所望の負荷の出力が得られる燃料状況になるように、バルブ制御手段13に情報が送られる。
The natural gas fuel supply system is provided with a first on-off
タービン4で仕事を終えた排気ガスは、排気経路21を通って浄化処理された後、大気に放出される。例えば、排気経路21にはSCR22が備えられ、NOX等が浄化処理される。
The exhaust gas that has finished work in the turbine 4 is purified through the
上述した本実施例の発電プラント1は、NH3を燃焼器3に燃料として供給している。そして、排気経路21には、未燃状態のNH3を酸化させてN2に分解する酸化手段としての再生手段(再燃・再生手段)25が備えられている。再生手段25には、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)が、酸化剤供給経路26(酸化剤供給手段)を介して送られる。また、再生手段25には、NH3燃料タンク7からのNH3の一部が、NH3供給経路27(NH3供給手段)を介して送られる。
The power plant 1 of the present embodiment described above supplies NH 3 as a fuel to the
酸化剤供給経路26には酸化剤の流量を制御する第3開閉弁18が設けられ、NH3供給経路27にはNH3の流量を制御する第4開閉弁19が設けられている。再生手段25とSCR22の間の排気経路21には排ガス組成検出手段28が備えられ、排ガス組成検出手段28で検出された排ガス組成の情報に基づいて第3開閉弁18、第4開閉弁19の開閉が制御される。つまり、排ガス組成の情報に基づいて、再生手段25に供給される酸化剤の量、NH3の量が制御される。
The
尚、SCR22の後流側の排気経路21に排ガス組成検出手段28を備えることも可能である。また、再生手段25には、酸化剤供給経路26、及び、NH3供給経路27が接続されているが、酸化剤供給経路26、及び、NH3供給経路27いずれか一方のみを設け、O2含有ガスの一部、もしくは、NH3を再生手段25に供給する構成にすることも可能である。
It is also possible to provide the exhaust gas composition detection means 28 in the
上記構成の再生手段25では、未燃状態で排出されたNH3と燃焼の過程で生成されたNOXとを反応させ、未燃状態のNH3をN2に分解している。例えば、反応を適正に実施するため、再燃手段を備えたり、通路面積を広くして容積部を形成したりすることができる。 In the regeneration means 25 having the above-described configuration, NH 3 discharged in an unburned state reacts with NO X generated in the course of combustion to decompose the unburned NH 3 into N 2 . For example, in order to carry out the reaction properly, it is possible to provide a reburning means or to widen the passage area to form a volume portion.
未燃状態のNH3をN2に分解する再生手段25を備えたので、NH3を含む燃料を燃焼器3で燃焼させても、未燃状態のNH3をNOXと反応させてN2に分解する(H2OとN2)ことができる。このため、未燃状態のNH3を減少させることができ、NH3を燃料として使用しても、脱硝設備が不要になり、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。
Since the regeneration means 25 for decomposing unburned NH 3 into N 2 is provided, even if the fuel containing NH 3 is burned in the
上述した発電プラント1における具体的な運転状況の例を説明する。 The example of the specific driving | running condition in the power plant 1 mentioned above is demonstrated.
燃焼器3で酸化剤(空気)が過剰な状態で燃焼ガスを得る運転の場合、未燃のNH3は少量で、生成されるNOXは多くなる。 In the operation of obtaining combustion gas with the oxidizer (air) being excessive in the combustor 3, the amount of unburned NH 3 is small and the amount of NO X produced is large.
再生手段25への酸化剤供給経路26からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)の供給を停止し、再生手段25で、O2共存下で未燃のNH3とNOを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。排ガス組成検出手段28で排ガスにNOXが多く含まれていることが検出された場合、NH3供給経路27からNH3を再生手段25に供給し、NOの分解反応を補う。このため、脱硝設備が不要になり、熱効率を向上させることができる。
The supply of a part (HA2) of compressed air (O 2 -containing gas) from the
一方、O2が残らない量論比で燃焼ガスを得る運転の場合、未燃のNH3は多くなり、生成されるNOXはやや多くなる。 On the other hand, in the operation of obtaining the combustion gas at a stoichiometric ratio in which no O 2 remains, unburned NH 3 increases and NO X produced slightly increases.
酸化剤供給経路26から圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)を再生手段25に供給し、O2共存下で未燃のNH3とNOを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、熱効率を向上させることができる。
Some of the compressed air from the
(第2実施例)
図2に基づいて、本発明の第2実施例に係るNH3を燃料とした発電設備(以下「発電プラント」と記す)を説明する。第1実施例の発電プラント1と同一構成部材には同一符号を付して具体的な説明は省略してある。
(Second embodiment)
A power generation facility using NH 3 as fuel (hereinafter referred to as “power generation plant”) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same reference numerals are given to the same components as those of the power plant 1 of the first embodiment, and a specific description is omitted.
図2に示した発電プラント30は、酸化手段として、複数段(2段)の燃焼器を備えている。即ち、圧縮機2で圧縮された圧縮空気(O2含有ガス)と、天然ガス等の燃料が供給される前段燃焼器31が備えられ、前段燃焼器31には、天然ガスに加えて、NH3燃料タンク7からのNH3が燃料として供給される。
The
そして、前段燃焼器31からの燃焼ガスが送られる後段燃焼器32が備えられ、後段燃焼器32には、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)が、酸化剤供給経路33(酸化剤供給手段)を介して送られる。酸化剤供給経路33には酸化剤の流量を制御する第3開閉弁18が設けられ、第3開閉弁18はバルブ制御手段13の指令により開閉される。SCR22の下流側の排気経路21には排ガス組成検出手段28が備えられ、バルブ制御手段13には、排ガス組成検出手段28で検出された排ガス組成の情報が送られる。
A
尚、排ガス組成検出手段28をSCR22の上流側の排気経路21に設けることも可能である。
It is also possible to provide the exhaust gas composition detection means 28 in the
上記構成の前段燃焼器31、後段燃焼器32を備えた燃焼器では、酸化剤供給経路33から後段燃焼器32にO2含有ガスを供給することで、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。
In the combustor including the front-
後段燃焼器32で、未燃状態のNH3をN2に分解するので、NH3を含む燃料を燃焼器で燃焼させても、未燃状態のNH3をNOXと反応させてN2に分解する(H2OとN2)ことができる。このため、未燃状態のNH3を減少させることができ、NH3を燃料として使用しても、脱硝設備が不要になり、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。
Since the unburned NH 3 is decomposed into N 2 in the
上述した発電プラント30における具体的な運転状況の例を説明する。
The example of the specific driving | running condition in the
前段燃焼器31で酸化剤(空気)が過剰な状態で(HA1a:多)、後段燃焼器32で酸化剤(空気)が過剰な状態で(HA1b:多)、燃焼ガスを得る運転の場合、前段燃焼器31、後段燃焼器32では未燃のNH3は少量で、生成されるNOXはやや多くなる。
In the case of an operation in which combustion gas is obtained with the oxidant (air) being excessive in the front stage combustor 31 (HA1a: many) and the oxidant (air) being excessive in the rear stage combustor 32 (HA1b: many), In the front-
後段燃焼器32への酸化剤供給経路33からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)の供給を停止し、後段燃焼器32で、O2共存下で未燃のNH3とNOを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、燃焼器での完全燃焼が可能になる。
Supply of a portion (HA2) of compressed air (O 2 -containing gas) from the
前段燃焼器31で酸化剤(空気)が不足する還元状態で(HA1a:少)、後段燃焼器32で酸化剤(空気)が過剰な状態で(HA1b:多)、燃焼ガスを得る運転の場合、前段燃焼器31では未燃のNH3が多くて生成されるNOXが少なく、後段燃焼器32では未燃のNH3が少なくて生成されるNOXが多くなる。
In the reduction state where the oxidant (air) is insufficient in the front stage combustor 31 (HA1a: low), and in the state where the oxidant (air) is excessive (HA1b: high) in the
後段燃焼器32への酸化剤供給経路33からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部(HA2)の供給を停止し、前段燃焼器31から送られる未燃のNH3とNOに加え、後段燃焼器32で生成されるNOXを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、燃焼器での完全燃焼が可能になる。
The supply of a part (HA2) of compressed air (O 2 -containing gas) from the
前段燃焼器31で酸化剤(空気)が不足する還元状態で(HA1a:少)、後段燃焼器32でO2が残らない量論比で燃焼ガスを得る運転の場合、前段燃焼器31では未燃のNH3が多くて生成されるNOXがやや多く、排ガス中のO2がゼロになり、後段燃焼器32では未燃のNH3が多くて生成されるNOXが少なくなり、後段燃焼器32に酸化剤が供給され(量論比の燃焼のためHA1bが多く供給される)、前段燃焼器31から送られる未燃のNH3とNOに加え、後段燃焼器32で生成されるNOXを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、燃焼器での完全燃焼が可能になる。
In a reduction state where the oxidizer (air) is insufficient in the pre-stage combustor 31 (HA1a: low), and in the operation of obtaining combustion gas at a stoichiometric ratio in which O 2 does not remain in the
尚、第2実施例の構成に加え、第1実施例で示した再生手段25(図1参照)を追加し、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部、または(及び)、NH3燃料タンク7からのNH3の一部を再生手段(再燃・再生手段)25に供給することも可能である。 In addition to the configuration of the second embodiment, the regeneration means 25 (see FIG. 1) shown in the first embodiment is added, and a part of the compressed air (O 2 containing gas) from the compressor 2 or (and It is also possible to supply a part of NH 3 from the NH 3 fuel tank 7 to the regeneration means (reburning / regeneration means) 25.
(第3実施例)
図3に基づいて、本発明の第3実施例に係るNH3を燃料とした発電設備(以下「発電プラント」と記す)を説明する。第1実施例、第2実施例の発電プラント1、30と同一構成部材には同一符号を付して具体的な説明は省略してある。
(Third embodiment)
Based on FIG. 3, a power generation facility using NH 3 as fuel (hereinafter referred to as “power generation plant”) according to a third embodiment of the present invention will be described. The same components as those of the
図3に示した発電プラント40は、第2実施例と同様に、酸化手段として、複数段(2段)の燃焼器を備えている。即ち、圧縮機2で圧縮された圧縮空気(O2含有ガス)と、天然ガス等の燃料が供給される前段燃焼器31が備えられ、前段燃焼器31には、天然ガスに加えて、NH3燃料タンク7からのNH3が燃料F1として供給される。
As in the second embodiment, the
そして、前段燃焼器31からの燃焼ガスが送られる後段燃焼器32が備えられ、後段燃焼器32には、NH3燃料タンク7からのNH3が燃料F2として送られる(NH3供給手段)。燃料F1、燃料F2の流量の制御は、第2開閉弁12、及び、第5開閉弁20の開閉により制御される。
Then, a
第2開閉弁12、及び、第5開閉弁20はバルブ制御手段13の指令により開閉される。SCR22の下流側の排気経路21には排ガス組成検出手段28が備えられ、バルブ制御手段13には、排ガス組成検出手段28で検出された排ガス組成の情報が送られる。
The second on-off
尚、排ガス組成検出手段28をSCR22の上流側の排気経路21に設けることも可能である。
It is also possible to provide the exhaust gas composition detection means 28 in the
上記構成の前段燃焼器31、後段燃焼器32を備えた燃焼器では、前段燃焼器31からの燃焼ガスが送られる後段燃焼器32が備えられ、NH3燃料タンク7からのNH3が燃料F2として送られるので、O2の共存下で未燃状態のNH3とNOXを反応させることができる。
The combustor including the
後段燃焼器32で、未燃状態のNH3をN2に分解するので、NH3を含む燃料を燃焼器で燃焼させても、未燃状態のNH3をNOXと反応させてN2に分解する(H2OとN2)ことができる。このため、未燃状態のNH3を減少させることができ、NH3を燃料として使用しても、脱硝設備が不要になり、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。
Since the unburned NH 3 is decomposed into N 2 in the
上述した発電プラント40における具体的な運転状況の例を説明する。
The example of the specific driving | running condition in the
前段燃焼器31で酸化剤(空気)が過剰な状態で、且つ、後段燃焼器32で酸化剤(空気)が過剰な状態で、燃焼ガスを得る運転の場合、前段燃焼器31、後段燃焼器32では未燃のNH3は少量で、生成されるNOXはやや多くなる。
In the case of an operation in which combustion gas is obtained in a state where the oxidant (air) is excessive in the
後段燃焼器32では、前段燃焼器31から送られる未燃のNH3とNOに加え、後段燃焼器32で生成されるNOXを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、燃焼器での完全燃焼が可能になる。
In the
前段燃焼器31で酸化剤(空気)が過剰な状態で、後段燃焼器32でO2が残らない量論比で燃焼ガスを得る運転の場合、前段燃焼器31では未燃のNH3が少なくて生成されるNOXがやや多く、後段燃焼器32では未燃のNH3が多くて生成されるNOXが少なくなり、後段燃焼器32では、前段燃焼器31から送られる未燃のNH3とNOに加え、後段燃焼器32で生成されるNOXを反応させてN2に分解する(H2OとN2)。このため、脱硝設備が不要になり、燃焼器での完全燃焼が可能になる。
In an operation in which combustion gas is obtained at a stoichiometric ratio in which O 2 does not remain in the
尚、第3実施例の構成に加え、第1実施例で示した再生手段25(図1参照)を追加し、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部、または(及び)、NH3燃料タンク7からのNH3の一部を再生手段(再燃・再生手段)25に供給することも可能である。 In addition to the configuration of the third embodiment, the regeneration means 25 (see FIG. 1) shown in the first embodiment is added, and a part of the compressed air (O 2 containing gas) from the compressor 2 or (and It is also possible to supply a part of NH 3 from the NH 3 fuel tank 7 to the regeneration means (reburning / regeneration means) 25.
また、第3実施例の発電プラント40に対し、第2実施例の発電プラント30に備えられたHA1a、HA1b、HA2の圧縮空気の経路を追加することも可能である。この場合も、第1実施例で示した再生手段25(図1参照)を追加し、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部、または(及び)、NH3燃料タンク7からのNH3の一部を再生手段(再燃・再生手段)25に供給することも可能である。
Moreover, it is also possible to add the compressed air path of HA1a, HA1b, HA2 provided in the
(第4実施例)
図4に基づいて、本発明の第4実施例に係るNH3を燃料とした発電設備(以下「発電プラント」と記す)を説明する。第3実施例の発電プラント40と同一構成部材には同一符号を付して具体的な説明は省略してある。
(Fourth embodiment)
Based on FIG. 4, a power generation facility using NH 3 as fuel (hereinafter referred to as “power generation plant”) according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The same components as those of the
図4に示した発電プラント50は、前段燃焼器31と後段燃焼器32の間、後段燃焼器32の後側にそれぞれタービン(膨張タービン)51、52を配設してタービン設備としたものである。膨張タービンを2段とすることで、燃焼ガスの温度を高くすることができ、熱効率を一層高めることが可能になる。
The
尚、燃焼器を3段以上の複数段で構成した場合、膨張タービンも燃焼器の段数に合わせて複数段に構成することが可能である。 When the combustor is composed of a plurality of stages including three or more stages, the expansion turbine can be composed of a plurality of stages in accordance with the number of stages of the combustor.
また、第4実施例の構成に加え、第1実施例で示した再生手段25(図1参照)を追加し、圧縮機2からの圧縮空気(O2含有ガス)の一部、または(及び)、NH3燃料タンク7からのNH3の一部を再生手段(再燃・再生手段)25に供給することも可能である。 Further, in addition to the configuration of the fourth embodiment, the regeneration means 25 (see FIG. 1) shown in the first embodiment is added, and a part of the compressed air (O 2 containing gas) from the compressor 2 or (and It is also possible to supply a part of NH 3 from the NH 3 fuel tank 7 to the regeneration means (reburning / regeneration means) 25.
以上実施例を挙げて説明したように、本発明のNH3を燃料とした発電設備は、NH3を燃料として使用しても、発電効率を低下させることなく、未燃のNH3、及び、NOXの排出を大幅に抑制することが可能になる。
As described by way of above embodiments, the power generation equipment and NH 3 as fuel of the present invention, be used NH 3 as fuel, power generation without reducing the efficiency of the
本発明は、NH3を燃料とした発電設備の産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field of power generation facilities using NH 3 as fuel.
1、30、40、50 NH3を燃料とした発電設備(発電プラント)
2 圧縮機
3 燃焼器
4、51、52 タービン
5 タービン設備
6 発電機
7 NH3燃料タンク
11 第1開閉弁
12 第2開閉弁
13 バルブ制御手段
14 負荷制御手段
15 負荷指令手段
18 第3開閉弁
19 第4開閉弁
20 第5開閉弁
21 排気経路
22 SCR
25 再生手段(再燃・再生手段)
26、33 酸化剤供給経路
27 NH3供給経路
28 排ガス組成検出手段
31 前段燃焼器
32 後段燃焼器
33 酸化剤供給経路
1, 30 , 40, 50 Power generation facility using NH 3 as fuel (power generation plant)
2
25 Regeneration means (reburning / regeneration means)
26, 33
Claims (9)
前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得るガスタービンと、
未燃状態のNH3を酸化させてN2に分解する酸化手段とを備えた
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 A combustor for obtaining a combustion gas by burning a fuel containing an O 2 -containing gas and NH 3 fuel;
A gas turbine that obtains power by expanding the combustion gas obtained in the combustor;
And an oxidizing means for oxidizing unburned NH 3 to decompose it into N 2. A power generation facility using NH 3 as fuel.
前記酸化手段は、
前記ガスタービンの排気系統に備えられ、排気ガス中の未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解される再生手段である
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 1,
The oxidizing means includes
A power generation facility using NH 3 as fuel, which is provided in the exhaust system of the gas turbine and is a regenerating means in which unburned NH 3 in the exhaust gas reacts with NO X to be decomposed.
前記再生手段にO2含有ガスを供給する酸化剤供給手段を備えた
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 2,
A power generation facility using NH 3 as fuel, comprising an oxidant supply means for supplying an O 2 -containing gas to the regeneration means.
前記O2含有ガスを得る圧縮機を備え、
前記酸化剤供給手段は、
前記圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を供給する手段である
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 In the power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 3,
A compressor for obtaining the O 2 -containing gas;
The oxidizing agent supply means includes
A power generation facility using NH 3 as fuel, which is means for supplying a part of the O 2 -containing gas obtained by the compressor.
前記酸化手段は、
前記燃焼器を複数段に構成し、後段側の燃焼器で、前段側での燃焼が行われない未燃状態のNH3が、NOXと反応して分解される
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 1,
The oxidizing means includes
Constitute the combustor in a plurality of stages, in the subsequent stage of the combustor, NH 3 which is NH 3 unburned combustion is not performed in the preceding stage, characterized in that it is decomposed by reacting with NO X Power generation equipment using fuel.
複数段に構成された前記燃焼器に、O2含有ガスを供給する酸化剤供給手段を備えた
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 5,
An oxidant supply means for supplying an O 2 -containing gas to the combustor configured in a plurality of stages is provided. A power generation facility using NH 3 as fuel.
前記O2含有ガスを得る圧縮機を備え、
前記酸化剤供給手段は、
前記圧縮機で得られたO2含有ガスの一部を供給する手段である
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 6,
A compressor for obtaining the O 2 -containing gas;
The oxidizing agent supply means includes
A power generation facility using NH 3 as fuel, which is means for supplying a part of the O 2 -containing gas obtained by the compressor.
複数段に構成された前記燃焼器に、NH3を供給するNH3供給手段を備えた
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。 In the power generation facility using NH 3 as a fuel according to any one of claims 5 and 6,
The combustor configured in a plurality of stages, power generating plant with NH 3, characterized in that it comprises a NH 3 supply means for supplying NH 3 as fuel.
前記NH3供給手段は、
燃焼ガスを得るためのNH3燃料の一部を供給する手段である
ことを特徴とするNH3を燃料とした発電設備。
The power generation facility using NH 3 as a fuel according to claim 8,
The NH 3 supply means includes
A power generation facility using NH 3 as fuel, which is means for supplying a part of NH 3 fuel for obtaining combustion gas.
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