JP2023080576A

JP2023080576A - Combustion apparatus and combustion method

Info

Publication number: JP2023080576A
Application number: JP2021194000A
Authority: JP
Inventors: 修一梅沢; Shuichi Umezawa
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-09

Abstract

To provide a combustion apparatus and a combustion method capable of improving efficiency by increasing a combustion temperature by using ammonia as fuel and of reducing nitrogen oxide to be discharged.SOLUTION: A combustion apparatus includes: a compressor sucking and compressing air to generate first compressed air; a combustor burning fuel by using the first compressed air to generate combustion gas; an output turbine outputting rotating power on the basis of pressure of the combustion gas; a first supply part that in the combustor, supplies ammonia as fuel and generates first combustion gas by mixing and burning the ammonia with the first compressed air; a second supply part that in the combustor, supplies the second compressed air to the first combustion gas for burning and generates second combustion gas; and a third supply part that in the combustor, supplies additional fuel to the second combustion gas and generates third combustion gas by adding the additional fuel to the second combustion gas for burning.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アンモニアを燃料とする燃焼装置及び燃焼方法に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus and combustion method using ammonia as fuel.

近年、火力発電所から排出される二酸化炭素を低減するために、アンモニアを燃料とする燃焼装置が注目されている。ガスタービンを有する燃焼装置にアンモニアを燃料として燃焼させた場合、燃焼温度の上昇に従って排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が増加する。従来、排ガス中の窒素酸化物を低減する場合、大掛かりな排気脱硝装置が用いられていた。しかし、排気脱硝装置を用いる場合、装置が大型化し発電効率が低下する。 2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce carbon dioxide emitted from thermal power plants, attention has been paid to combustion devices using ammonia as fuel. When ammonia is burned as fuel in a combustion apparatus having a gas turbine, nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas increase as the combustion temperature rises. Conventionally, when reducing nitrogen oxides in exhaust gas, a large-scale exhaust denitrification device has been used. However, when an exhaust gas denitration device is used, the size of the device increases and the power generation efficiency decreases.

例えば、特許文献１には、アンモニアを燃料とし、窒素酸化物の排出を低減するガスタービンが記載されている。特許文献１に記載されたガスタービンは、吸気を圧縮する圧縮機と、アンモニア燃料と圧縮空気との混合気を燃焼する燃焼器と、燃焼された燃焼ガスの圧力に基づいて回転動力を出力する出力用タービンと、燃焼ガスに対して還元剤を供給する供給装置とを備えている。 For example, Patent Literature 1 describes a gas turbine that uses ammonia as fuel and reduces nitrogen oxide emissions. The gas turbine described in Patent Document 1 includes a compressor that compresses intake air, a combustor that burns a mixture of ammonia fuel and compressed air, and outputs rotational power based on the pressure of the combusted combustion gas. It has a power turbine and a feeder for feeding a reductant to the combustion gases.

特開２０２０－１５９２６４号公報JP 2020-159264 A

燃焼温度を従来の１３００℃に比して高温の１６００℃に高め、プラント効率を高めるガスタービンを有する燃焼装置が研究されている。特許文献１には、具体的な燃料の噴霧方法及び燃焼温度を１６００℃とすることについて開示されていなかった。 Combustion systems with gas turbines are being researched that raise the combustion temperature to 1600° C., which is higher than the conventional 1300° C., to increase plant efficiency. Patent Literature 1 does not disclose a specific fuel spraying method and a combustion temperature of 1600°C.

本発明は、アンモニアを燃料とし燃焼温度を高めて効率を向上すると共に、排出される窒素酸化物を低減することができる燃焼装置及び燃焼方法を提供すること目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a combustion apparatus and a combustion method that use ammonia as a fuel, raise the combustion temperature to improve efficiency, and reduce nitrogen oxide emissions.

本発明の一態様は、空気を吸入して圧縮し第１圧縮空気を生成する圧縮機と、前記第１圧縮空気と燃料との混合気を燃焼し燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスの圧力に基づいて回転動力を出力する出力用タービンと、前記燃焼器においてアンモニアを燃料として供給し、前記アンモニアを前記第１圧縮空気により燃焼させ第１燃焼ガスを発生させる第１供給部と、前記燃焼器において前記第１燃焼ガスに第２圧縮空気を供給して燃焼させ第２燃焼ガスを発生させる第２供給部と、前記燃焼器において前記第２燃焼ガスに追加燃料を供給し、前記第２燃焼ガスに前記追加燃料を追加して燃焼させ第３燃焼ガスを発生させる第３供給部と、を備える燃焼装置である。 One aspect of the present invention includes a compressor that sucks and compresses air to generate first compressed air, a combustor that combusts a mixture of the first compressed air and fuel to generate combustion gas, and the combustion an output turbine that outputs rotational power based on gas pressure; and a first supply unit that supplies ammonia as fuel in the combustor and combusts the ammonia with the first compressed air to generate a first combustion gas. a second supply unit for supplying a second compressed air to the first combustion gas in the combustor to burn the first combustion gas to generate a second combustion gas; and supplying additional fuel to the second combustion gas in the combustor; and a third supply section for adding the additional fuel to the second combustion gas and burning the additional fuel to generate a third combustion gas.

本発明によれば、燃焼器においてアンモニアを燃焼した第１燃焼ガスに圧縮空気を供給して第２燃焼ガスを発生させることで、窒素酸化物を低減することができる。本発明によれば、第２燃焼ガスに追加燃料を供給して燃焼させ第３燃焼ガスを発生させることにより、窒素酸化物を第２燃焼ガスに比して低減することができる。 According to the present invention, nitrogen oxides can be reduced by supplying compressed air to the first combustion gas that has burned ammonia in the combustor to generate the second combustion gas. According to the present invention, nitrogen oxides can be reduced compared to the second combustion gas by supplying additional fuel to the second combustion gas and burning it to generate the third combustion gas.

また、本発明は、前記出力用タービンにおける前記第３燃焼ガスの温度が低下する所定位置において、前記第３燃焼ガスに還元剤を供給し前記第３燃焼ガスを脱硝した第４燃焼ガスを発生させ前記出力用タービンに供給する第４供給部を備えていてもよい。 Further, according to the present invention, a reducing agent is supplied to the third combustion gas at a predetermined position in the output turbine where the temperature of the third combustion gas is lowered to generate the fourth combustion gas by denitrifying the third combustion gas. and a fourth supply unit for supplying the output turbine to the output turbine.

本発明によれば、第３燃焼ガスに還元剤を供給することにより、第３燃焼ガスを脱硝することができ、第３燃焼ガスに比して窒素酸化物が低減された第４燃焼ガスを生成することができる。 According to the present invention, by supplying the reducing agent to the third combustion gas, the third combustion gas can be denitrified, and the fourth combustion gas having reduced nitrogen oxides compared to the third combustion gas is produced. can be generated.

また、本発明の前記第１供給部は、前記アンモニアをリッチ燃焼した前記第１燃焼ガスを発生させてもよい。 Further, the first supply section of the present invention may generate the first combustion gas by rich combustion of the ammonia.

本発明によれば、アンモニアをリッチ燃焼することで、生成される第１燃焼ガスの窒素酸化物を完全燃焼時に比して低減することができる。 According to the present invention, by rich combustion of ammonia, nitrogen oxides in the first combustion gas generated can be reduced compared to the case of complete combustion.

また、本発明の前記第２供給部は、前記第１燃焼ガスをリーン燃焼した前記第２燃焼ガスを発生させてもよい。 Further, the second supply section of the present invention may generate the second combustion gas by lean-burning the first combustion gas.

本発明によれば、第１燃焼ガスをリーン燃焼することで、生成される第２燃焼ガスの窒素酸化物を完全燃焼時に比して低減することができる。 According to the present invention, by lean-burning the first combustion gas, it is possible to reduce nitrogen oxides in the second combustion gas produced compared to the case of complete combustion.

また、本発明の前記第３供給部は、前記第２燃焼ガスに前記追加燃料を供給して燃焼することにより、前記第２燃焼ガスの第１燃焼温度に比して高い第２燃焼温度とする前記第３燃焼ガスを発生させてもよい。 Further, the third supply unit of the present invention supplies the additional fuel to the second combustion gas and burns the second combustion gas, thereby achieving a second combustion temperature higher than the first combustion temperature of the second combustion gas. You may generate the said 3rd combustion gas which carries out.

本発明によれば、第２燃焼ガスに追加燃料を供給して燃焼させることにより、燃焼装置が適用されたコンバインドサイクル発電システムの熱効率を向上すると共に、窒素酸化物を低減することができる。 According to the present invention, by supplying additional fuel to the second combustion gas and burning it, it is possible to improve the thermal efficiency of the combined cycle power generation system to which the combustion device is applied and reduce nitrogen oxides.

また、本発明は、前記出力用タービンに冷却空気を供給する冷却流路を備え、前記第４供給部は、前記冷却流路に前記還元剤を供給し、前記冷却空気と前記還元剤とを混合させた混合気を生成させ、前記冷却流路を介して前記出力用タービンに前記混合気を供給させてもよい。 Further, the present invention includes a cooling passage for supplying cooling air to the output turbine, and the fourth supply section supplies the reducing agent to the cooling passage to mix the cooling air and the reducing agent. A mixed air-fuel mixture may be generated and supplied to the power turbine through the cooling passage.

本発明によれば、冷却用に設けられた冷却流路を用いて還元剤を供給することで、既存の燃焼装置を用いた設計を可能とすると共に、高温の第３燃焼ガスに還元剤を供給することで霧化装置を設けることなく還元剤を霧化させることができる。 According to the present invention, by supplying the reducing agent using the cooling flow path provided for cooling, it is possible to design using the existing combustion apparatus, and the reducing agent is supplied to the high-temperature third combustion gas. By supplying the reducing agent, the reducing agent can be atomized without providing an atomizing device.

また、本発明の前記追加燃料は、前記アンモニア、水素、ＬＮＧのうち少なくとも１つを含み、前記還元剤は、液体の状態で供給される前記アンモニアであってもよい。 Also, the additional fuel of the present invention may include at least one of the ammonia, hydrogen, and LNG, and the reducing agent may be the ammonia supplied in a liquid state.

本発明によれば、還元剤に燃料と同じアンモニアを用いることにより、装置構成を簡略化することができる。また、本発明によれば、追加燃料にアンモニアの他に水素やＬＮＧを用いることにより、燃料、アンモニアの供給状態に応じた運転を行うことができる。 According to the present invention, the configuration of the device can be simplified by using the same ammonia as the fuel as the reducing agent. Further, according to the present invention, by using hydrogen or LNG as the additional fuel in addition to ammonia, the operation can be performed according to the supply state of the fuel and ammonia.

本発明の一態様は、アンモニアを燃料とするガスタービンにより構成された燃焼装置における燃焼方法であって、圧縮機において空気を吸入して圧縮し第１圧縮空気を生成する工程と、燃焼器においてアンモニアを燃料として供給し、前記アンモニアと前記第１圧縮空気とを混合した混合気を燃焼させ第１燃焼ガスを発生させる工程と、前記燃焼器において前記第１燃焼ガスに第２圧縮空気を供給し第２燃焼ガスを発生させる工程と、前記燃焼器において前記第２燃焼ガスに追加燃料を供給し前記追加燃料を燃焼させた第３燃焼ガスを発生させる工程と、前記第３燃焼ガスを出力用タービンに供給し、前記第３燃焼ガスの圧力に基づいて前記出力用タービンに回転動力を出力させる工程と、を備える燃焼方法である。 One aspect of the present invention is a combustion method in a combustion apparatus configured by a gas turbine using ammonia as fuel, comprising a step of sucking and compressing air in a compressor to generate first compressed air; supplying ammonia as a fuel and combusting a mixture of the ammonia and the first compressed air to generate a first combustion gas; and supplying second compressed air to the first combustion gas in the combustor. generating a second combustion gas; supplying additional fuel to the second combustion gas in the combustor and burning the additional fuel to generate a third combustion gas; and outputting the third combustion gas. and causing the output turbine to output rotational power based on the pressure of the third combustion gas.

本発明によれば、アンモニアを燃料とし燃焼温度を高めて効率を向上すると共に、排出される窒素酸化物を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the combustion temperature by using ammonia as a fuel, improve the efficiency, and reduce the exhausted nitrogen oxides.

燃焼装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a combustion apparatus roughly. 当量比と窒素酸化物の濃度及び燃焼温度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the equivalence ratio, the concentration of nitrogen oxides, and the combustion temperature. 燃焼装置を用いたコンバインドサイクル発電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the combined cycle power generation system using a combustion apparatus. 第１燃焼温度と第２燃焼温度とを示す図である。It is a figure which shows a 1st combustion temperature and a 2nd combustion temperature. 燃焼器における燃料の燃焼工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a combustion process of fuel in a combustor; 燃焼方法の各工程を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows each process of a combustion method.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る燃焼装置及び燃焼方法について説明する。燃焼装置は、アンモニアを燃料として燃焼しガスタービンを回転させ、発電を行うものである。 A combustion apparatus and a combustion method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The combustion device burns ammonia as a fuel to rotate a gas turbine and generate electricity.

図１に示されるように、燃焼装置１は、流路Ｒの上流側に設けられた圧縮機２と、流路Ｒの途中に設けられた燃焼器３と、流路Ｒの下流側に設けられた出力用タービン４とを備えるガスタービンである。圧縮機２と出力用タービン４とは、シャフト５により連結されている。シャフト５は、回転自在に設置対象に支持されている。圧縮機２と出力用タービン４とは、シャフト５を介して連動して回転する。シャフト５には、発電機２０が接続されている。 As shown in FIG. 1, the combustion device 1 includes a compressor 2 provided upstream of a flow path R, a combustor 3 provided midway along the flow path R, and a combustor 3 provided downstream of the flow path R. It is a gas turbine provided with an output turbine 4 that is mounted. The compressor 2 and the output turbine 4 are connected by a shaft 5 . The shaft 5 is rotatably supported by an installation target. The compressor 2 and the output turbine 4 rotate together via a shaft 5 . A generator 20 is connected to the shaft 5 .

圧縮機２は、流路Ｒに設けられた空気吸入口Ｒ１から空気を吸入して所定圧まで圧縮し第１圧縮空気Ａ１を生成する。圧縮機２は、例えば、シャフト５の中心軸Ｌ回りに回転する回転翼２Ａの回転に基づいて空気吸入口Ｒ１から吸入した空気を圧縮流路Ｒ２において遠心力に基づいて圧縮し、第１圧縮空気Ａ１を下流側に設けられた燃焼器３に供給する。回転翼２Ａには、気流を発生させる複数のブレード（動翼２Ａ１）を有するブレード群が周方向に沿って設けられている。ブレード群は、中心軸Ｌ方向に沿って多段に設けられている。圧縮流路Ｒ２側において、各ブレード群の間にそれぞれ複数のブレード（静翼２Ａ２）を有する固定ブレード群が設けられている。 The compressor 2 sucks air from an air inlet R1 provided in the flow path R, compresses the air to a predetermined pressure, and generates first compressed air A1. The compressor 2, for example, compresses the air sucked from the air inlet R1 based on the rotation of the rotor blades 2A that rotate around the central axis L of the shaft 5 in the compression flow path R2 based on the centrifugal force, and the first compression Air A1 is supplied to the combustor 3 provided downstream. A blade group having a plurality of blades (rotating blades 2A1) that generate an airflow is provided along the circumferential direction of the rotating blade 2A. The blade group is provided in multiple stages along the central axis L direction. Fixed blade groups each having a plurality of blades (stator blades 2A2) are provided between the blade groups on the compression flow path R2 side.

燃焼器３は、圧縮機２と出力用タービン４との間を連結する連結部ＲＡの途中に設けられている。燃焼器３は、燃料に第１圧縮空気Ａ１を供給し火炎を拡散させて燃焼する拡散燃焼により燃焼ガスを発生させる。燃焼器３は、燃料を液体の状態で供給し拡散燃焼させてもよいし、燃料を気化させた状態で供給し拡散燃焼させてもよい。燃焼器３は、燃料と空気を予め混合した混合気を供給し予混合燃焼させてもよい。燃焼器３は、例えば、円筒状のチャンバー空間が形成された燃焼流路Ｒ３において燃料と第１圧縮空気Ａ１との混合気を拡散燃焼し燃焼ガスを発生させる。燃焼流路Ｒ３の上流側には、第１圧縮空気Ａ１が流入する。燃焼流路Ｒ３の上流側には、例えば、燃料を噴射する第１供給口３Ａが設けられている。第１供給口３Ａには、燃焼器３においてアンモニアを燃料として供給する第１供給部１０が第１燃料供給路１０Ａを介して接続されている。 The combustor 3 is provided in the middle of the connecting portion RA that connects the compressor 2 and the output turbine 4 . The combustor 3 generates combustion gas by diffusion combustion, in which the fuel is supplied with the first compressed air A1 and burned by diffusing the flame. The combustor 3 may supply the fuel in a liquid state for diffusion combustion, or may supply the fuel in a vaporized state for diffusion combustion. The combustor 3 may be supplied with an air-fuel mixture in which fuel and air are premixed for premixed combustion. The combustor 3, for example, diffusely burns a mixture of fuel and first compressed air A1 in a combustion passage R3 in which a cylindrical chamber space is formed to generate combustion gas. The first compressed air A1 flows into the upstream side of the combustion flow path R3. For example, a first supply port 3A for injecting fuel is provided on the upstream side of the combustion flow path R3. A first supply unit 10 that supplies ammonia as fuel in the combustor 3 is connected to the first supply port 3A via a first fuel supply path 10A.

第１供給部１０は、燃焼流路Ｒ３の上流側においてアンモニアを第１圧縮空気Ａ１により燃焼させ、第１燃焼ガスを発生させる。第１供給部１０は、第１供給口３Ａから液体のアンモニアを霧状にして噴射する。第１供給部１０は、燃焼流路Ｒ３内にアンモニアガスのスワール流を発生させアンモニアを急速燃焼させる。第１供給部１０は、後述のようにアンモニアをリッチ燃焼させるため、当量比１に比して多い当量比となる供給量によりアンモニアを供給し、窒素酸化物ＮＯｘが低減された第１燃焼ガスＢ１を発生させる。第１供給部１０は、第１燃焼ガスが不完全燃焼のガスとなるようにアンモニアを過剰に供給する。 The first supply unit 10 burns ammonia with the first compressed air A1 on the upstream side of the combustion flow path R3 to generate a first combustion gas. The first supply unit 10 atomizes liquid ammonia and injects it from the first supply port 3A. The first supply unit 10 generates a swirl flow of ammonia gas in the combustion flow path R3 to rapidly burn ammonia. In order to burn ammonia richly as described later, the first supply unit 10 supplies ammonia at an equivalence ratio that is larger than the equivalence ratio of 1, and the first combustion gas in which nitrogen oxides NOx are reduced Generate B1. The first supply unit 10 supplies an excess amount of ammonia so that the first combustion gas becomes an incomplete combustion gas.

燃焼流路Ｒ３において第１供給口３Ａの下流側には、空気を噴射する第２供給口３Ｂが設けられている。第２供給口３Ｂには、空気を圧縮した第２圧縮空気Ａ２を供給する第２供給部１１が第１空気供給路１１Ａを介して接続されている。第２供給部１１は、例えば、第２供給口３Ｂから第２圧縮空気Ａ２を燃焼流路Ｒ３内に供給する。 A second supply port 3B for injecting air is provided downstream of the first supply port 3A in the combustion flow path R3. A second supply section 11 that supplies a second compressed air A2 that is compressed air is connected to the second supply port 3B via a first air supply path 11A. The second supply unit 11 supplies, for example, the second compressed air A2 from the second supply port 3B into the combustion flow path R3.

第２供給部１１は、燃焼流路Ｒ３において第１燃焼ガスＢ１に第２圧縮空気Ａ２を供給し、第２燃焼ガスＢ２を発生させる。第２供給部１１は、第１燃焼ガスＢ１の温度及び流量に基づいて第２圧縮空気Ａ２の供給量を調整する。第２供給部１１は、後述のように第１燃焼ガスＢ１をリーン燃焼し、窒素酸化物ＮＯｘが低減された第２燃焼ガスＢ２を発生させる。第２供給部１１は、第２燃焼ガスＢ２を第１燃焼温度（例えば、１３００℃程度）で燃焼させる。第２供給部１１は、別体に設けられた圧縮機により燃焼流路Ｒ３に第２圧縮空気Ａ２を供給するものであってもよいし、連結部ＲＡの途中から第１圧縮空気Ａ１を用いて圧力及び流量を調整した第２圧縮空気Ａ２を生成し、燃焼流路Ｒ３に第２圧縮空気Ａ２を供給するものであってもよい。燃焼流路Ｒ３において第２供給口３Ｂの下流側には、燃料を噴射する第３供給口３Ｃが設けられている。第３供給口３Ｃには、燃焼器３においてアンモニアを追加燃料として供給する第３供給部１２が第２燃料供給路１２Ａを介して接続されている。 The second supply unit 11 supplies the second compressed air A2 to the first combustion gas B1 in the combustion flow path R3 to generate the second combustion gas B2. The second supply unit 11 adjusts the supply amount of the second compressed air A2 based on the temperature and flow rate of the first combustion gas B1. The second supply unit 11 lean-burns the first combustion gas B1 to generate a second combustion gas B2 with reduced nitrogen oxides NOx, as will be described later. The second supply unit 11 burns the second combustion gas B2 at a first combustion temperature (for example, about 1300°C). The second supply unit 11 may supply the second compressed air A2 to the combustion flow path R3 from a separately provided compressor, or may use the first compressed air A1 from the middle of the connection portion RA. The second compressed air A2 may be generated by adjusting the pressure and flow rate of the second compressed air A2, and the second compressed air A2 may be supplied to the combustion flow path R3. A third supply port 3C for injecting fuel is provided downstream of the second supply port 3B in the combustion flow path R3. A third supply section 12 that supplies ammonia as an additional fuel in the combustor 3 is connected to the third supply port 3C via a second fuel supply path 12A.

第３供給部１２は、燃焼流路Ｒ３の途中において第２燃焼ガスＢ２に追加燃料Ｋ１を追加して供給する。追加燃料Ｋ１は、例えば、液体の状態のアンモニアである。追加燃料Ｋ１は、アンモニアと空気が予混合された燃料を含むガスであってもよい。第３供給部１２は、燃焼流路Ｒ３において第２燃焼ガスＢ２にアンモニアを追加して燃焼させた第３燃焼ガスＢ３を発生させる。第３供給部１２は、第２燃焼ガスＢ２にアンモニアを供給して燃焼することにより、第２燃焼ガスＢ２の第１燃焼温度に比して高い第２燃焼温度（例えば、１６００℃程度）とすることができる。 The third supply unit 12 additionally supplies the additional fuel K1 to the second combustion gas B2 in the middle of the combustion flow path R3. The additional fuel K1 is, for example, ammonia in liquid form. The additional fuel K1 may be gas containing fuel in which ammonia and air are premixed. The third supply unit 12 generates the third combustion gas B3 by adding ammonia to the second combustion gas B2 and burning it in the combustion flow path R3. The third supply unit 12 supplies ammonia to the second combustion gas B2 and combusts it, thereby achieving a second combustion temperature (for example, about 1600° C.) higher than the first combustion temperature of the second combustion gas B2. can do.

これにより、アンモニア燃焼を適用可能なガスタービンエンジンの種類が拡大する。例えば、１３００℃級のＬＮＧ・ＧＴＣＣの燃焼効率は４９％であるのに対し、１６００℃級のＬＮＧ・ＧＴＣＣの燃焼効率は５５％である。燃焼効率の向上に伴い、燃料費を１０％程度低減可能となる。第３供給部１２は、追加燃料Ｋ１としてアンモニアの他、水素、ＬＮＧのうち少なくとも１つを供給してもよい。 This expands the types of gas turbine engines to which ammonia combustion can be applied. For example, the combustion efficiency of 1,300° C.-class LNG-GTCC is 49%, while the combustion efficiency of 1,600° C.-class LNG-GTCC is 55%. The fuel cost can be reduced by about 10% as the combustion efficiency is improved. The third supply unit 12 may supply at least one of hydrogen and LNG in addition to ammonia as the additional fuel K1.

燃焼装置１によれば、追加燃料Ｋ１に燃料と同じアンモニアを用いることにより、装置構成を簡略化することができる。また、燃焼装置１によれば、アンモニアの他に水素やＬＮＧを用いることにより、燃料、追加燃料Ｋ１の供給状態に応じた運転を行うことができる。燃焼流路Ｒ３の下流側には、第３燃焼ガスＢ３が流通する排気流路Ｒ４が設けられている。排気流路Ｒ４内には、出力用タービン４が設けられている。 According to the combustion device 1, the configuration of the device can be simplified by using the same ammonia as the additional fuel K1 as the fuel. Further, according to the combustion device 1, by using hydrogen or LNG in addition to ammonia, the operation can be performed according to the supply state of the fuel and the additional fuel K1. An exhaust flow path R4 through which the third combustion gas B3 flows is provided downstream of the combustion flow path R3. An output turbine 4 is provided in the exhaust flow path R4.

出力用タービン４は、燃焼ガスの圧力に基づいて回転動力を出力する。出力用タービン４は、例えば、第３燃焼ガスが排気流路Ｒ４を通過する際の運動エネルギーに基づいてシャフト５の中心軸Ｌ回りに回転自在な回転翼４Ａを回転させる。出力用タービン４は、例えば、回転翼４Ａの回転に基づいてシャフト５を介して回転動力を出力する。シャフト５には、例えば、発電機２０が接続されている。シャフト５に伝達された回転動力は、発電機２０に入力され、電力を生成させる。 The output turbine 4 outputs rotational power based on the pressure of the combustion gas. The output turbine 4 rotates the rotor blades 4A rotatable around the central axis L of the shaft 5 based on, for example, kinetic energy when the third combustion gas passes through the exhaust passage R4. The output turbine 4 outputs rotational power through a shaft 5 based on the rotation of the rotor blades 4A, for example. A generator 20 is connected to the shaft 5, for example. The rotational power transmitted to the shaft 5 is input to the generator 20 to generate electric power.

回転翼４Ａには、気流を回転動力に変換させる複数のブレード（動翼４Ａ１）を有するブレード群が周方向に沿って設けられている。ブレード群は、中心軸Ｌ方向に沿って多段に設けられている。排気流路Ｒ４側において、各ブレード群の間にそれぞれ複数のブレード（静翼４Ａ２）を有する固定ブレード群が設けられている。 A blade group having a plurality of blades (rotating blades 4A1) for converting airflow into rotational power is provided along the circumferential direction of the rotating blade 4A. The blade group is provided in multiple stages along the central axis L direction. Fixed blade groups each having a plurality of blades (stationary blades 4A2) are provided between the blade groups on the exhaust flow path R4 side.

静翼４Ａ２には、出力用タービン４を冷却するための圧縮空気ＡＣを供給する冷却流路３０が接続されている。冷却流路３０は、圧縮機２の中間段における任意の圧縮機段数から抽気された圧縮空気を出力用タービン４に供給するように構成されている。圧縮空気ＡＣは、例えば、圧縮機２の回転翼２Ａに設けられた静翼２Ａ２における所定段数の位置から抽気された圧縮空気である。冷却流路３０の上流側は、例えば、低圧の圧縮空気を抽気する場合、圧縮機２の上流側から数えて低い所定段数の低圧側の静翼２Ａ２に接続されている。この場合、冷却流路３０の下流側は、例えば、出力用タービン４の上流側から数えて高い所定段数の低圧側の静翼４Ａ２に接続されている。 A cooling passage 30 for supplying compressed air AC for cooling the output turbine 4 is connected to the stationary blade 4A2. The cooling flow path 30 is configured to supply the output turbine 4 with compressed air extracted from an arbitrary number of intermediate compressor stages of the compressor 2 . The compressed air AC is, for example, compressed air extracted from a position of a predetermined number of stages in the stator blades 2A2 provided in the rotor blades 2A of the compressor 2. As shown in FIG. The upstream side of the cooling flow path 30 is connected to the low-pressure side stationary blade 2A2, which is a predetermined number of low stages counted from the upstream side of the compressor 2, for example, when bleeding low-pressure compressed air. In this case, the downstream side of the cooling flow path 30 is connected to, for example, a low-pressure side stationary blade 4A2 that is a predetermined number of higher stages counted from the upstream side of the output turbine 4 .

冷却流路３０の上流側は、例えば、高圧の圧縮空気を抽気する場合、圧縮機２の上流側から数えて高い所定段数の高圧側の静翼２Ａ２に接続されている。この場合、冷却流路３０の下流側は、例えば、出力用タービン４の上流側から数えて低い所定段数の高圧側の静翼４Ａ２に接続されている。冷却流路３０の下流側は、排気流路Ｒ４の上流側、即ち、出力用タービン４の上流側から第３燃焼ガスＢ３の温度が低下する所定位置に接続されている。出力用タービン４の静翼４Ａ２には、冷却流路３０の下流側に設けられた圧縮空気ＡＣの供給口３０Ａが接続されている。供給口３０Ａは、出力用タービン４の動翼４Ａ１に設けられていてもよい。この場合、冷却流路３０は、出力用タービン４の回転翼４Ａ及び圧縮機２の回転翼２Ａの内部に配置されていてもよい。 The upstream side of the cooling flow path 30 is connected to the high-pressure side stationary blade 2A2, which is a predetermined number of higher stages counted from the upstream side of the compressor 2, for example, when high-pressure compressed air is extracted. In this case, the downstream side of the cooling flow path 30 is connected to, for example, a high-pressure side stator vane 4A2 that is a predetermined number of low stages counted from the upstream side of the output turbine 4 . The downstream side of the cooling flow path 30 is connected to a predetermined position where the temperature of the third combustion gas B3 is lowered from the upstream side of the exhaust flow path R4, that is, the upstream side of the power turbine 4 . A supply port 30A for compressed air AC provided on the downstream side of the cooling flow path 30 is connected to the stationary blade 4A2 of the output turbine 4 . The supply port 30A may be provided in the rotor blade 4A1 of the output turbine 4 . In this case, the cooling passages 30 may be arranged inside the rotor blades 4A of the output turbine 4 and the rotor blades 2A of the compressor 2 .

冷却流路３０の途中には、排気流路Ｒ４において還元剤Ｋ２を供給する第４供給部１３が還元剤供給路１３Ａを介して接続されている。冷却流路３０と還元剤供給路１３Ａとの接続部には、還元剤Ｋ２を噴射する第４供給口４Ｂが設けられている。還元剤Ｋ２は、例えば、第４供給口４Ｂから液体の状態において冷却流路３０に供給される。還元剤Ｋ２は、冷却流路３０の途中において霧化し、圧縮空気と混合した混合気ＭＡとなって１段目の動翼４Ａ１より下流側の所定位置において供給口３０Ａから噴射される。 A fourth supply unit 13 that supplies the reducing agent K2 in the exhaust flow path R4 is connected to the middle of the cooling flow path 30 via a reducing agent supply path 13A. A connecting portion between the cooling channel 30 and the reducing agent supply channel 13A is provided with a fourth supply port 4B for injecting the reducing agent K2. The reducing agent K2 is, for example, supplied to the cooling channel 30 in a liquid state from the fourth supply port 4B. The reducing agent K2 is atomized in the middle of the cooling passage 30, becomes the air-fuel mixture MA mixed with the compressed air, and is injected from the supply port 30A at a predetermined position downstream of the first stage rotor blade 4A1.

第４供給部１３は、還元剤供給路１３Ａ及び冷却流路３０を介して供給口３０Ａから燃焼流路Ｒ３内を流通する第３燃焼ガスＢ３に還元剤Ｋ２を供給し、後述のように第３燃焼ガスＢ３を脱硝した第４燃焼ガスＢ４を発生させる。第４供給部１３は、例えば、還元剤Ｋ２としてアンモニアを供給する。 The fourth supply unit 13 supplies the reducing agent K2 to the third combustion gas B3 flowing through the combustion flow path R3 from the supply port 30A via the reducing agent supply path 13A and the cooling flow path 30, and supplies the reducing agent K2 to the third combustion gas B3 flowing through the combustion flow path R3. 3. A fourth combustion gas B4 is generated by denitrifying the combustion gas B3. The fourth supply unit 13 supplies, for example, ammonia as the reducing agent K2.

燃焼装置１によれば、還元剤Ｋ２に燃料と同じアンモニアを用いることにより、装置構成を簡略化することができる。また、燃焼装置１によれば、アンモニアの他に水素やＬＮＧを用いることにより、燃料、還元剤Ｋ２の供給状態に応じた運転を行うことができる。第４供給部１３は、例えば、第３燃焼ガスＢ３内の窒素酸化物の濃度がＮＯｘセンサ（不図示）により検出された場合、検出結果に基づいて還元剤Ｋ２の供給量を調整する。 According to the combustion device 1, the configuration of the device can be simplified by using the same ammonia as the fuel as the reducing agent K2. Further, according to the combustion device 1, by using hydrogen or LNG in addition to ammonia, the operation can be performed according to the supply state of the fuel and the reducing agent K2. For example, when the concentration of nitrogen oxides in the third combustion gas B3 is detected by a NOx sensor (not shown), the fourth supply unit 13 adjusts the supply amount of the reducing agent K2 based on the detection result.

冷却流路３０には、排気流路Ｒ４において空気を圧縮した第３圧縮空気を供給する第５供給部１４が第２空気供給路１４Ａを介して接続されていてもよい。第５供給部１４は、冷却流路３０とは別体に設けられ、冷却用の第３圧縮空気を供給するように構成されている。冷却流路３０と第２空気供給路１４Ａとは、第５供給口４Ｃを介して接続されている。第５供給口４Ｃは、第２空気供給路１４Ａを流通する第３圧縮空気を冷却流路３０内に噴射する。 A fifth supply section 14 that supplies third compressed air obtained by compressing air in the exhaust flow path R4 may be connected to the cooling flow path 30 via a second air supply path 14A. The fifth supply unit 14 is provided separately from the cooling flow path 30 and configured to supply the third compressed air for cooling. The cooling channel 30 and the second air supply channel 14A are connected via the fifth supply port 4C. The fifth supply port 4</b>C injects into the cooling flow path 30 the third compressed air flowing through the second air supply path 14</b>A.

第５供給部１４は、第２空気供給路１４Ａ及び冷却流路３０を介して出力用タービン４に冷却用の第３圧縮空気Ａ３を供給し、出力用タービン４を冷却する。第３圧縮空気Ａ３を供給する。第２空気供給路１４Ａには、第４供給部１３の還元剤供給路１３Ａが接続されていてもよい。第５供給部１４は、必要に応じて設けられるものであり、無くてもよい。また、冷却流路３０は、第５供給部１４から供給される第３圧縮空気Ａ３のみ流通するものであってもよい。 The fifth supply unit 14 supplies cooling third compressed air A3 to the output turbine 4 via the second air supply path 14A and the cooling flow path 30 to cool the output turbine 4 . A third compressed air A3 is supplied. The reducing agent supply path 13A of the fourth supply section 13 may be connected to the second air supply path 14A. The fifth supply unit 14 is provided as necessary, and may be omitted. Further, the cooling flow path 30 may be one through which only the third compressed air A3 supplied from the fifth supply section 14 flows.

第４供給部１３は、第２空気供給路１４Ａを介して冷却流路３０内に液体の状態の還元剤Ｋ２（アンモニア）を供給する。これにより、既存の燃焼装置に設けられた冷却流路３０内にアンモニアを供給するように変更することで、既存の燃焼装置を用いた設計が可能である。 The fourth supply unit 13 supplies the liquid reducing agent K2 (ammonia) into the cooling flow path 30 via the second air supply path 14A. Accordingly, by changing the cooling channel 30 provided in the existing combustion apparatus so as to supply ammonia, it is possible to design using the existing combustion apparatus.

冷却流路３０には、圧縮機２から抽気された圧縮空気及び第５供給部１４から供給された第３圧縮空気が高い流速において流通している。そのため、冷却流路３０に第４供給部１３からアンモニアを液体の状態で供給した場合でも、冷却流路３０内においてアンモニアがすぐに気化する。従って、第４供給部１３には、アンモニアを霧化する霧化装置を設ける必要が無い。第４供給部１３は、第３圧縮空気Ａ３及び／又は圧縮空気を含む冷却空気の圧力までアンモニアを加圧して排気流路Ｒ４に供給すればよく、構成が簡略化されると共に、燃焼装置１を稼働させるための電力を低減することができる。このとき、アンモニアの気化熱により、出力用タービン４を冷却することもできる。 Compressed air bled from the compressor 2 and third compressed air supplied from the fifth supply section 14 flow through the cooling flow path 30 at high flow velocities. Therefore, even when ammonia is supplied in a liquid state from the fourth supply unit 13 to the cooling channel 30 , the ammonia quickly vaporizes in the cooling channel 30 . Therefore, the fourth supply section 13 does not need to be provided with an atomizing device for atomizing ammonia. The fourth supply unit 13 may pressurize the ammonia to the pressure of the cooling air containing the third compressed air A3 and/or the compressed air and supply it to the exhaust flow path R4. can reduce the power required to operate the At this time, the output turbine 4 can also be cooled by the heat of vaporization of ammonia.

第４燃焼ガスＢ４は、排気流路Ｒ４を流通する際に出力用タービン４を回転させる。出力用タービン４は、シャフト５を介して回転動力を出力し、発電機２０を駆動する。第４燃焼ガスＢ４は、排気流路Ｒ４の下流側に設けられた排気口Ｒ５から排出される。 The fourth combustion gas B4 rotates the output turbine 4 when flowing through the exhaust flow path R4. The output turbine 4 outputs rotational power via the shaft 5 to drive the generator 20 . The fourth combustion gas B4 is discharged from an exhaust port R5 provided downstream of the exhaust flow path R4.

次に、燃焼装置１におけるアンモニアを燃料とする燃焼方法の原理について説明する。 Next, the principle of the combustion method using ammonia as fuel in the combustion apparatus 1 will be described.

図２に示されるように、アンモニアを燃焼した場合の窒素酸化物の排出量は、燃焼時の酸素量に基づいて変動する。アンモニアと空気との理論混合比においてアンモニアは完全燃焼する。図示するように、アンモニアを燃焼した場合、当量比が１の時、燃焼温度が最も高くなると共に、窒素酸化物の量が増加することが知られている。当量比とは、完全燃焼時の燃料と空気との理論混合比を基準とした燃料比率である。当量比が１に比して低い状態で燃料を燃焼させることをリーン燃焼と呼ぶ。当量比が１に比して高い状態で燃料を燃焼させることをリッチ燃焼と呼ぶ。 As shown in FIG. 2, the amount of nitrogen oxides emitted when ammonia is burned fluctuates based on the amount of oxygen during combustion. Ammonia burns completely at the stoichiometric mixture ratio of ammonia and air. As shown in the figure, it is known that when the equivalence ratio is 1 when ammonia is burned, the combustion temperature becomes the highest and the amount of nitrogen oxides increases. The equivalence ratio is a fuel ratio based on the stoichiometric mixture ratio of fuel and air at the time of complete combustion. Burning fuel with an equivalence ratio lower than 1 is called lean combustion. Burning the fuel in a state where the equivalence ratio is higher than 1 is called rich combustion.

図示するように、燃料をリーン燃焼した場合、或いはリッチ燃焼させた場合において、当量比が１において燃料を燃焼させた場合に比して窒素酸化物が低減する。従来、窒素酸化物を低減する燃料の燃焼方法として、理論混合比の燃料供給量に比して多くの燃料を供給する状態でリッチ燃焼させた後、空気を急速に混合してリーン燃焼させるリッチ・リーン（２段）燃焼が知られている。アンモニアを燃料として燃焼する場合、２段燃焼を行っても１３００～１４００℃の温度領域が窒素酸化物を抑制する限界であるとも言われている。 As shown in the figure, nitrogen oxides are reduced when the fuel is burned lean or rich compared to when the fuel is burned at an equivalence ratio of 1. Conventionally, as a fuel combustion method to reduce nitrogen oxides, rich combustion is performed in a state in which a large amount of fuel is supplied compared to the fuel supply amount of the stoichiometric mixture ratio, and then air is rapidly mixed to perform lean combustion. • Lean (two-stage) combustion is known. It is said that the temperature range of 1300 to 1400° C. is the limit for suppressing nitrogen oxides even if two-stage combustion is performed when ammonia is used as a fuel for combustion.

図３に示されるように、燃焼装置１は、下流側に第３燃焼ガスＢ３の廃熱を利用した廃熱回収システム５０を設け、コンバインドサイクル発電システム１００を構成することができる。廃熱回収システム５０は、例えば、第３燃焼ガスＢ３が供給されるボイラ５１と、ボイラ５１により生成される蒸気Ｓに駆動される蒸気タービン６０とを備える。ボイラ５１は、第３燃焼ガスＢ３の廃熱を利用し、内部に設けられた配管５２内の水を沸騰させ、蒸気Ｓを生成する。配管５２内において生成された蒸気Ｓは、蒸気配管５３を介して蒸気タービン６０の蒸気流路６０Ｒの上流側に供給される。蒸気Ｓは、蒸気流路６０Ｒを通過する際に、蒸気タービン６０を回転させる。 As shown in FIG. 3 , the combustion device 1 can be provided with a waste heat recovery system 50 utilizing the waste heat of the third combustion gas B3 on the downstream side to configure a combined cycle power generation system 100 . The waste heat recovery system 50 includes, for example, a boiler 51 to which the third combustion gas B3 is supplied, and a steam turbine 60 driven by steam S generated by the boiler 51 . The boiler 51 uses the waste heat of the third combustion gas B3 to boil water in a pipe 52 provided inside to generate steam S. The steam S generated within the piping 52 is supplied to the upstream side of the steam flow path 60R of the steam turbine 60 via the steam piping 53 . The steam S rotates the steam turbine 60 when passing through the steam flow path 60R.

蒸気タービン６０は、回転動力を出力し、回転に連動して廃熱回収用発電機６５を駆動する。廃熱回収用発電機６５は、発電機２０であってもよい。蒸気流路６０Ｒを通過した蒸気Ｓは、蒸気排気管６６を介して蒸気流路６０Ｒの下流側から排出される。排出された蒸気Ｓは、復水器６７において冷却され、水に戻される。復水器６７において生成された水は、送水管６８を介してボイラ５１に供給される。 The steam turbine 60 outputs rotational power and drives a waste heat recovery power generator 65 in conjunction with rotation. The waste heat recovery generator 65 may be the generator 20 . The steam S that has passed through the steam flow path 60R is discharged from the downstream side of the steam flow path 60R via the steam exhaust pipe 66. The discharged steam S is cooled in the condenser 67 and turned back into water. Water produced in the condenser 67 is supplied to the boiler 51 through the water pipe 68 .

コンバインドサイクル発電システム１００によれば、第３燃焼ガスの廃熱を回収するため、燃焼装置１単体による発電効率に比して高い熱効率により発電することができる。コンバインドサイクル発電システム１００の熱効率は、１３００℃程度で稼働させた場合、４９％程度であるのに比して、１６００℃程度で稼働させた場合、５５％程度に向上する。 According to the combined cycle power generation system 100, since the waste heat of the third combustion gas is recovered, power can be generated with a higher thermal efficiency than the power generation efficiency of the combustion device 1 alone. The thermal efficiency of the combined cycle power generation system 100 is about 49% when operated at about 1300°C, and is improved to about 55% when operated at about 1600°C.

図４に示されるように、アンモニアを燃焼した場合の燃焼温度は、１３００℃程度である。アンモニアを燃焼した後、追加燃料を追加して燃焼した場合の燃焼温度は、１６００℃程度である。追加燃料として水素又はＬＮＧを用いた場合にも同様に、燃焼ガスの燃焼温度を高めることができる。 As shown in FIG. 4, the combustion temperature when ammonia is burned is about 1300.degree. After burning ammonia, the combustion temperature is about 1600° C. when additional fuel is added and burned. Similarly, when hydrogen or LNG is used as the additional fuel, the combustion temperature of the combustion gas can be increased.

図５に示されるように、燃焼装置１に設けられた燃焼器３は、第１圧縮空気Ａ１と第１供給口３Ａから供給したアンモニアＦとを混合して１回目の燃焼により第１燃焼ガスＢ１を発生させる。第１燃焼ガスＢ１は、例えば、当量比を１．４から１．８の範囲としたリッチ燃焼により生成される。第１燃焼ガスＢ１は、リッチ燃焼により窒素酸化物が完全燃焼時に比して低減されている（図２参照）。燃焼器３は、第１燃焼ガスＢ１と第２供給口３Ｂから供給した第２圧縮空気Ａ２と急速に混合して２回目の燃焼により、第２燃焼ガスＢ２を発生させる。 As shown in FIG. 5, the combustor 3 provided in the combustion device 1 mixes the first compressed air A1 and the ammonia F supplied from the first supply port 3A to generate a first combustion gas by the first combustion. Generate B1. The first combustion gas B1 is generated, for example, by rich combustion with an equivalence ratio in the range of 1.4 to 1.8. The first combustion gas B1 has reduced nitrogen oxides due to rich combustion as compared to the complete combustion (see FIG. 2). The combustor 3 rapidly mixes the first combustion gas B1 with the second compressed air A2 supplied from the second supply port 3B to generate the second combustion gas B2 by the second combustion.

第２燃焼ガスＢ２は、例えば、当量比を０．２から０．５の範囲としたリーン燃焼により生成される。第２燃焼ガスＢ２は、リーン燃焼により窒素酸化物が完全燃焼時に比して低減されている（図２参照）。このとき、第２燃焼ガスＢ２の第１燃焼温度は、１３００℃程度である。その後、燃焼器３は、第２燃焼ガスＢ２と第３供給口３Ｃから供給した追加燃料Ｋ１とを混合して３回目の燃焼により第３燃焼ガスＢ３を発生させる。第３燃焼ガスＢ３は、追加燃料Ｋ１が燃焼することにより、第２燃焼ガスＢ２の第１燃焼温度に比して高い第２燃焼温度において燃焼する。第２燃焼温度は、コンバインドサイクル発電システム１００の熱効率を向上可能な１６００℃程度である。 The second combustion gas B2 is generated, for example, by lean combustion with an equivalence ratio in the range of 0.2 to 0.5. The second combustion gas B2 has reduced nitrogen oxides due to lean combustion as compared to the complete combustion (see FIG. 2). At this time, the first combustion temperature of the second combustion gas B2 is approximately 1300°C. After that, the combustor 3 mixes the second combustion gas B2 and the additional fuel K1 supplied from the third supply port 3C to generate the third combustion gas B3 by the third combustion. The third combustion gas B3 burns at a second combustion temperature higher than the first combustion temperature of the second combustion gas B2 by burning the additional fuel K1. The second combustion temperature is approximately 1600° C. at which the thermal efficiency of the combined cycle power generation system 100 can be improved.

第３燃焼ガスＢ３に含まれる窒素酸化物の濃度が基準以上である場合、燃焼装置１は、排気流路Ｒ４の途中の所定位置に設けられた第４供給口４Ｂから供給した還元剤Ｋ２により生成された混合気ＭＡと第３燃焼ガスＢ３とを混合して出力用タービン４における燃焼により第４燃焼ガスＢ４を発生させる。第４供給口４Ｂは、例えば、圧縮機２の所定段数から抽気された圧縮空気ＡＣが流通する冷却流路３０に接続されている。冷却流路３０は、低圧の圧縮空気ＡＣ又は高圧の圧縮空気ＡＣを出力用タービン４に供給する。 When the concentration of nitrogen oxides contained in the third combustion gas B3 is equal to or higher than the standard, the combustion device 1 uses the reducing agent K2 supplied from the fourth supply port 4B provided at a predetermined position in the middle of the exhaust flow path R4. The generated air-fuel mixture MA and the third combustion gas B3 are mixed and combusted in the output turbine 4 to generate the fourth combustion gas B4. The fourth supply port 4B is connected to, for example, a cooling flow path 30 through which compressed air AC extracted from a predetermined number of stages of the compressor 2 flows. The cooling flow path 30 supplies low pressure compressed air AC or high pressure compressed air AC to the power turbine 4 .

第４供給口４Ｂの出口は、上流側に向かって還元剤Ｋ２を吐出するノズル４Ｂ１が設けられている。ノズル４Ｂ１からは、液体の還元剤Ｋ２が供給される。ノズル４Ｂ１から噴射された還元剤Ｋ２は、冷却流路３０内を流通する圧縮空気ＡＣにより冷却流路の途中で霧化する。静翼４Ａ２に設けられた圧縮空気ＡＣの供給口３０Ａからは、霧化された還元剤Ｋ２と圧縮空気ＡＣとの混合気ＭＡがタービン内に供給される。 A nozzle 4B1 for discharging the reducing agent K2 toward the upstream side is provided at the outlet of the fourth supply port 4B. A liquid reducing agent K2 is supplied from the nozzle 4B1. The reducing agent K2 injected from the nozzle 4B1 is atomized in the middle of the cooling channel by the compressed air AC flowing through the cooling channel 30. As shown in FIG. A mixture MA of the atomized reducing agent K2 and the compressed air AC is supplied into the turbine from a supply port 30A for the compressed air AC provided in the stationary blade 4A2.

圧縮空気ＡＣは、還元剤Ｋ２の気化熱により温度が低下し、冷却効果を高めることができる。還元剤Ｋ２は、液体の状態で供給されるため、空気と予混合された還元剤Ｋ２を供給する場合に比して第４供給部１３の供給過程における電力を低減することができる。 The temperature of the compressed air AC is lowered by the heat of vaporization of the reducing agent K2, and the cooling effect can be enhanced. Since the reducing agent K2 is supplied in a liquid state, it is possible to reduce power consumption in the supply process of the fourth supply unit 13 as compared with the case of supplying the reducing agent K2 premixed with air.

第４供給口４Ｂは、第５供給口４Ｃが接続された第２空気供給路１４Ａの途中に接続されていてもよい。この場合、ノズル４Ｂ１は、第２空気供給路１４Ａの上流側に向かって還元剤Ｋ２を吐出するように設けられる。ノズル４Ｂ１から噴射された還元剤Ｋ２は、第２空気供給路１４Ａ内を流通する第３圧縮空気Ａ３により第２空気供給路１４Ａの途中で霧化し、混合気となる。混合気は、冷却流路３０に供給され、圧縮空気ＡＣと合流し、供給口３０Ａから出力用タービン４内に供給される。 The fourth supply port 4B may be connected in the middle of the second air supply path 14A to which the fifth supply port 4C is connected. In this case, the nozzle 4B1 is provided to discharge the reducing agent K2 toward the upstream side of the second air supply passage 14A. The reducing agent K2 injected from the nozzle 4B1 is atomized in the middle of the second air supply passage 14A by the third compressed air A3 flowing through the second air supply passage 14A, and becomes an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is supplied to the cooling flow path 30, joins with the compressed air AC, and is supplied into the output turbine 4 from the supply port 30A.

第５供給部１４は、設けられていない場合もある。また、第５供給部１４から供給される第３圧縮空気Ａ３のみ流通する場合もある。従って、還元剤Ｋ２は、第４供給部１３により冷却流路３０に供給され、冷却用に抽気された圧縮空気ＡＣ及び／又は第５供給部１４により供給される第３圧縮空気Ａ３を含む冷却空気と混合されて混合気となり、冷却流路３０を介して出力用タービン４に供給される。即ち、還元剤Ｋ２は、抽気された圧縮空気、抽気された圧縮空気及び第３圧縮空気Ａ３、第３圧縮空気Ａ３のいずれかと混合されて混合気ＭＡとなる。出力用タービン４に供給された混合気ＭＡは、第３燃焼ガスＢ３と混合して出力用タービン４において燃焼し、第４燃焼ガスＢ４を発生させる。 The fifth supply section 14 may not be provided. In some cases, only the third compressed air A3 supplied from the fifth supply section 14 flows. Therefore, the reducing agent K2 is supplied to the cooling channel 30 by the fourth supply section 13 and is cooled by the compressed air AC extracted for cooling and/or the third compressed air A3 supplied by the fifth supply section 14. It is mixed with air to form an air-fuel mixture, which is supplied to the output turbine 4 via the cooling flow path 30 . That is, the reducing agent K2 is mixed with the extracted compressed air, the extracted compressed air, the third compressed air A3, or any one of the third compressed air A3 to form the air-fuel mixture MA. The air-fuel mixture MA supplied to the output turbine 4 is mixed with the third combustion gas B3 and combusted in the output turbine 4 to generate the fourth combustion gas B4.

式（１）に示されるように、第３燃焼ガスＢ３にアンモニアを還元剤Ｋ２として供給し、第４燃焼ガスＢ４を発生させることにより、脱硝効果を奏することができる。
2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O （１）
第４燃焼ガスＢ４は、還元剤Ｋ２が燃焼することにより、第３燃焼ガスＢ３に比して窒素酸化物が低減される（式（１））。燃焼装置１は、還元剤Ｋ２が燃焼することにより、第３燃焼ガスＢ３に対する脱硝効果を奏することができる。 As shown in formula (1), the denitration effect can be achieved by supplying ammonia as the reducing agent K2 to the third combustion gas B3 to generate the fourth combustion gas B4.
_2NO2 + _4NH3 + _O2 → _3N2 + _6H2O (1)
By burning the reducing agent K2, the fourth combustion gas B4 has reduced nitrogen oxides compared to the third combustion gas B3 (equation (1)). The combustion device 1 can exhibit a denitration effect on the third combustion gas B3 by burning the reducing agent K2.

次に、燃焼装置１において実行される燃焼方法の各工程について説明する。 Next, each process of the combustion method executed in the combustion device 1 will be described.

図６に示されるように、燃焼装置１において実行される燃焼方法は、以下の各工程を備える。圧縮機２において空気を吸入して圧縮し第１圧縮空気Ａ１を生成する（ステップＳ１００）。燃焼器においてアンモニアＦを燃料として供給し、アンモニアＦを第１圧縮空気Ａ１により燃焼させ第１燃焼ガスＢ１を発生させる（ステップＳ１０２）。このとき、第１燃焼ガスＢ１は、リッチ燃焼により生成され、完全燃焼時に比して窒素酸化物を低減することができる。第１燃焼ガスＢ１は、不完全燃焼のガスである場合も含む。燃焼器３において第１燃焼ガスＢ１に第２圧縮空気Ａ２を供給し第２燃焼ガスＢ２を発生させる（ステップＳ１０４）。このとき、第２燃焼ガスはリーン燃焼により生成され、完全燃焼時に比して窒素酸化物を低減することができる。 As shown in FIG. 6, the combustion method performed in the combustion device 1 includes the following steps. Air is sucked and compressed in the compressor 2 to generate the first compressed air A1 (step S100). Ammonia F is supplied as fuel in the combustor, and the ammonia F is combusted with the first compressed air A1 to generate the first combustion gas B1 (step S102). At this time, the first combustion gas B1 is produced by rich combustion, and nitrogen oxides can be reduced compared to the time of complete combustion. The first combustion gas B1 includes a case of incomplete combustion gas. The second compressed air A2 is supplied to the first combustion gas B1 in the combustor 3 to generate the second combustion gas B2 (step S104). At this time, the second combustion gas is produced by lean combustion, and nitrogen oxides can be reduced as compared with the case of complete combustion.

燃焼器３において第２燃焼ガスＢ２に追加燃料Ｋ１を供給し追加燃料Ｋ１を燃焼させた第３燃焼ガスＢ３を発生させる（ステップＳ１０６）。このとき、第２燃焼ガスが追加燃料Ｋ１により追い炊きされて第３燃焼ガスが生成され、燃焼温度を第１燃焼温度に比して高い第２燃焼温度に向上することができる。追加燃料Ｋ１は、液体のアンモニアであってもよいし、アンモニアと空気が予混合されたガスであってもよい。第３燃焼ガスＢ３を出力用タービン４に供給し、第３燃焼ガスＢ３の圧力に基づいて出力用タービン４に回転動力を出力させる（ステップＳ１０８）。出力用タービン４の所定位置において、第３燃焼ガスＢ３に還元剤Ｋ２を供給し、脱硝した第４燃焼ガスＢ４を発生させる（ステップＳ１１０）。 The additional fuel K1 is supplied to the second combustion gas B2 in the combustor 3 to generate the third combustion gas B3 by burning the additional fuel K1 (step S106). At this time, the second combustion gas is reheated with the additional fuel K1 to generate the third combustion gas, and the combustion temperature can be raised to the second combustion temperature higher than the first combustion temperature. The additional fuel K1 may be liquid ammonia or a gas in which ammonia and air are premixed. The third combustion gas B3 is supplied to the output turbine 4, and the output turbine 4 is caused to output rotational power based on the pressure of the third combustion gas B3 (step S108). At a predetermined position of the output turbine 4, the reducing agent K2 is supplied to the third combustion gas B3 to generate the denitrified fourth combustion gas B4 (step S110).

上述したように燃焼装置１によれば、燃料であるアンモニアＦをリッチ燃焼及びリーン燃焼することにより窒素酸化物を低減することができる。燃焼装置１によれば、アンモニアをリッチ燃焼及びリーン燃焼した後に、追加燃料Ｋ１を燃焼し第３燃焼ガスＢ３を発生させることにより、燃焼温度を高めてコンバインドサイクル発電システム１００を構成した際の熱効率を向上することができる。燃焼装置１によれば、アンモニアをリッチ燃焼及びリーン燃焼し、第３燃焼ガスＢ３を発生させた際、窒素酸化物の濃度が基準以上である場合、還元剤Ｋ２を供給して燃焼することにより、窒素酸化物を低減することができる。 As described above, according to the combustion device 1, nitrogen oxides can be reduced by rich-burning and lean-burning the ammonia F, which is the fuel. According to the combustion device 1, after rich combustion and lean combustion of ammonia, the additional fuel K1 is burned to generate the third combustion gas B3, thereby increasing the combustion temperature and configuring the combined cycle power generation system 100 Thermal efficiency can be improved. According to the combustion device 1, when rich combustion and lean combustion of ammonia are performed to generate the third combustion gas B3, if the concentration of nitrogen oxides is equal to or higher than the standard, the reducing agent K2 is supplied and burned. , nitrogen oxides can be reduced.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、燃焼装置１は、燃焼器３に蒸気を噴射して更に脱硝効果を向上させてもよい。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. For example, the combustion device 1 may inject steam into the combustor 3 to further improve the denitration effect.

１燃焼装置
２圧縮機
３燃焼器
４出力用タービン
１０第１供給部
１１第２供給部
１２第３供給部
１３第４供給部
１４第５供給部
３０冷却流路
Ａ１第１圧縮空気
Ａ２第２圧縮空気
Ａ３第３圧縮空気
ＡＣ圧縮空気
Ｂ１第１燃焼ガス
Ｂ２第２燃焼ガス
Ｂ３第３燃焼ガス
Ｂ４第４燃焼ガス
Ｆアンモニア
Ｋ１追加燃料
Ｋ２還元剤
ＭＡ混合気
Ｒ流路 1 Combustion Device 2 Compressor 3 Combustor 4 Output Turbine 10 First Supply Section 11 Second Supply Section 12 Third Supply Section 13 Fourth Supply Section 14 Fifth Supply Section 30 Cooling Flow Path A1 First Compressed Air A2 Second Compressed air A3 Third compressed air AC Compressed air B1 First combustion gas B2 Second combustion gas B3 Third combustion gas B4 Fourth combustion gas F Ammonia K1 Additional fuel K2 Reducing agent MA Air-fuel mixture R Flow path

Claims

a compressor that draws in air and compresses it to generate a first compressed air;
a combustor for combusting a mixture of the first compressed air and fuel to generate combustion gas;
an output turbine that outputs rotational power based on the pressure of the combustion gas;
a first supply unit that supplies ammonia as a fuel in the combustor and combusts the ammonia with the first compressed air to generate a first combustion gas;
a second supply unit for supplying a second compressed air to the first combustion gas in the combustor to burn the first combustion gas to generate a second combustion gas;
a third supply unit for supplying additional fuel to the second combustion gas in the combustor, adding the additional fuel to the second combustion gas, and burning the second combustion gas to generate a third combustion gas;
Combustion device.

a fourth supply unit for supplying a reducing agent to the third combustion gas and generating a fourth combustion gas obtained by denitrifying the third combustion gas at a predetermined position in the output turbine where the temperature of the third combustion gas is lowered; prepare
Combustion device according to claim 1 .

The first supply unit generates the first combustion gas by rich combustion of the ammonia,
3. Combustion device according to claim 2.

The second supply unit generates the second combustion gas by lean-burning the first combustion gas,
4. Combustion device according to claim 3.

The third supply unit supplies the additional fuel to the second combustion gas and burns the second combustion gas to obtain a second combustion temperature that is higher than the first combustion temperature of the second combustion gas, the third combustion. generate gas,
Combustion device according to any one of claims 2 to 4.

a cooling flow path for supplying cooling air to the output turbine;
The fourth supply unit supplies the reducing agent to the cooling flow path, generates a mixture of the cooling air and the reducing agent, and supplies the output turbine to the output turbine through the cooling flow path. supply the mixture,
Combustion device according to any one of claims 2 to 5.

the additional fuel includes at least one of the ammonia, hydrogen, and LNG;
wherein the reducing agent is the ammonia supplied in a liquid state;
Combustion device according to any one of claims 2 to 6.

A combustion method in a combustion apparatus configured by a gas turbine using ammonia as fuel,
sucking and compressing air in a compressor to produce a first compressed air;
supplying ammonia as a fuel in a combustor and combusting the ammonia with the first compressed air to generate a first combustion gas;
supplying a second compressed air to the first combustion gas in the combustor to generate a second combustion gas;
supplying additional fuel to the second combustion gas in the combustor to generate third combustion gas by burning the additional fuel;
supplying the third combustion gas to an output turbine and causing the output turbine to output rotational power based on the pressure of the third combustion gas;
combustion method.