JP2018159522A - ガスタービン燃焼器及び発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、このようなガスタービンにガス化炉を適用した複合発電システムがある。複合発電システムでは、ガス化炉で固体燃料または液体燃料をガス化し、生成したガスを燃料としてガスタービンへ送給して燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービンを駆動して発電している。また、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成させ、生成された蒸気により蒸気タービンを駆動して発電している。
特許文献1には、ガス化炉と、排気ガスにガス燃料と酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせた複合発電システムが記載されている。この複合発電システムは、圧縮機から排出された排気循環ガスに酸素を混入し、燃焼器で燃焼させている。また、この複合発電システムでは、安全性、及び、燃焼器の圧力損失を考慮して酸素を燃焼領域の直前に投入している。
また、上記酸素に加えて第二不活性ガス供給部から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
また、上記酸素に加えて第二不活性ガス供給部から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
図1に示すように、本実施形態の発電システム1は、ガス化炉11と、ガス精製装置12と、酸素製造装置13と、ガスタービン14と、ガスタービン14の駆動力により発電する第一発電機15と、排熱回収ボイラ16(HRSG)と、蒸気タービン17と、第二発電機18と、を備える複合発電システムである。
燃焼器22とガス精製装置12とは、ガス燃料供給ライン26によって接続されている。
燃焼器22と酸素製造装置13とは、酸素供給ライン27によって接続されている。燃焼器22とタービン23とは、燃焼ガス供給ライン28によって接続されている。
タービン23と排熱回収ボイラ16とは、排気ガス排出ライン29によって接続されている。排気ガス排出ライン29には、タービン23から排出された排気ガスE(CO2+H2O)が導入される。排熱回収ボイラ16とガスタービン14の圧縮機21とは、排気ガス戻しライン30によって接続されている。排気ガス戻しライン30からは、排気ガス回収ライン31が分岐している。
ガス化炉11では、酸素、窒素、微粉炭が供給され、内部で微粉炭が燃焼して未燃ガスが生成される。未燃ガスは、熱交換器で冷却されてからチャーが除去され、その後、ガス精製装置12で硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質が除去させてガス燃料Fが精製される。
なお、以下の説明において、内筒2の軸線Aが延びている方向を軸線方向Daとする。また、軸線Aに直交する方向を径方向とし、この径方向で軸線Aから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向で軸線Aに近づく側を径方向内側という。また、軸線方向Daであって、図2及び図3の左側を上流側Da1、図2及び図3の右側を下流側Da2という。
また、図2及び図3では、酸素を実線の矢印で示し、排気循環ガスEを一点鎖線の矢印で示し、ガス燃料Fを二点鎖線の矢印で示す。
外筒3と燃焼筒4との間から燃焼器22内に流入した排気循環ガスEは、図示しない外筒3の端壁で180°転回し、内筒2の内部(メインノズル6)に供給される。
メインノズル6は、内筒2の径方向内側であって、パイロットノズル5の径方向外側に設けられ、内筒2と同軸状をなすリング形状のノズルである。
第一酸素供給ライン27aと第二酸素供給ライン27bと第三酸素供給ライン27cとには、ラインを流れる酸素の流量を調整する調整弁42が設けられている。
排気循環ガス供給ライン25から供給される排気循環ガスEは、排気循環ガス流路Rとともにスクープ7に導入される。即ち、スクープ7は、内筒2の軸線Aを中心とする径方向外側から燃焼筒4内の中心部に排気循環ガスEを供給する第二不活性ガス供給部(第二排気循環ガス供給部)として機能する。本実施形態の燃焼器22では、スクープ7から燃焼筒4の中心部に排気循環ガスEが導入され、燃焼ガスの流れ方向の前後(上流側Da1及び下流側Da2)に流動する。
メインノズル6は、パイロットノズル5と第一リング8との間に設けられ、排気循環ガスEを噴射する排気循環ガス噴射ノズル部34を有している。同様に、メインノズル6は、第二リング9と内筒2との間に設けられ、排気循環ガスEを噴射する排気循環ガス噴射ノズル部34を有している。即ち、排気循環ガス供給ライン25から供給される排気循環ガスEの一部は、排気循環ガス噴射ノズル部34に導入される。
排気循環ガス噴射ノズル部34には、スワラ36(旋回羽根)が設けられている。スワラ36は、排気循環ガス噴射ノズル部34における流れに旋回力を付与する。
第一ノズル37は、第一酸素供給ライン27aと接続されている。第一ノズルの先端部には、複数の酸素噴射孔40が形成されている。酸素噴射孔40は、第一ノズル37の先端部から主に第一ノズル37の延在方向と直交する方向に酸素を噴射するように指向されている。
また、第一ノズル37から噴射された酸素はメインノズル6に導入された後、排気循環ガス噴射ノズル部34にて排気循環ガスEと混合される。この混合気は、スクープ7を介して燃焼筒4の中心部に供給される排気循環ガスEより径方向外側に供給される。
また、上記酸素に加えて、第二酸素供給部32bが有する第二ノズル38を介し、スクープ7から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料F中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
なお、本実施形態のメインノズル6は、複数のリングから構成されているが、これに限ることはない。例えば、メインノズルは複数の軸状のノズルから構成されてよい。
2 内筒
3 外筒
4 燃焼筒
5 パイロットノズル
6 メインノズル
7 スクープ(第二不活性ガス供給部、第二排気循環ガス供給部)
8 第一リング
9 第二リング
11 ガス化炉
12 ガス精製装置
13 酸素製造装置
14 ガスタービン
15 第一発電機
16 排熱回収ボイラ
17 蒸気タービン
18 第二発電機
21 圧縮機
22 燃焼器
23 タービン
24 タービン軸
25 排気循環ガス供給ライン
26 ガス燃料供給ライン
27 酸素供給ライン
28 燃焼ガス供給ライン
29 排気ガス排出ライン
30 排気ガス戻しライン
31 排気ガス回収ライン
32 酸素供給部
32a 第一酸素供給部
32b 第二酸素供給部
32c 第三酸素供給部
33 開口部
34 排気循環ガス噴射ノズル部(第一不活性ガス供給部、第一排気循環ガス供給部)
35 燃料噴射ノズル部(ガス燃料供給部)
36 スワラ
37 第一ノズル
38 第二ノズル
40 酸素噴射孔
42 調整弁
A 軸線
E 排気循環ガス(不活性ガス)
F ガス燃料
D 軸線
Claims (7)
- 軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、
前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、
前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有するガスタービン燃焼器。 - 前記第二不活性ガス供給部は、前記燃焼筒の外周面を前記径方向に貫通するスクープを介して前記不活性ガスを前記燃焼筒内に供給する請求項1に記載のガスタービン燃焼器。
- 前記燃焼筒の上流側の前記径方向中心から下流側に向かって酸素を供給する第三酸素供給部を備える請求項1又は請求項2に記載のガスタービン燃焼器。
- 前記燃焼筒の上流側に設けられ、径方向中心から下流側に向かってガス燃料を噴射するパイロットノズルを有し、
前記第三酸素供給部は、前記パイロットノズルの先端から酸素を供給する請求項3に記載のガスタービン燃焼器。 - 前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量と前記第三酸素供給部から供給される酸素の流量との和よりも多い請求項3又は請求項4に記載のガスタービン燃焼器。
- 不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。
- 固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、
酸素を製造する酸素製造装置と、
圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を燃焼器で燃焼して発生した燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、
ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、
前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、を備える発電システムにおいて、
前記燃焼器は、
軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に前記循環経路を循環する排気循環ガスを供給する第一排気循環ガス供給部と、
前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に前記排気循環ガスを供給する第二排気循環ガス供給部と、
前記第二排気循環ガス供給部から供給された前記排気循環ガスより径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、
前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二排気循環ガス供給部から供給された排気循環ガスより径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、
前記第二排気循環ガス供給部から前記排気循環ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有する発電システム。
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