JP4080383B2 - 再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機から導入された空気がタービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力される再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器に関し、更に詳しくは、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の放出量を削減する改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電システムに用いられるガスタービンには再生器を備えた再生サイクルガスタービンがある。図３は従来の再生サイクルガスタービンの概略の構成を表したブロック図である。この種の再生サイクルガスタービン１では、圧縮機３の排気側に再生器５が配管接続される。圧縮機３の吸気口から吸い込まれた空気が圧縮機３の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器５に導入される。再生器５に導入された空気は、タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼器９に導かれ、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、タービン７で膨張し、そのエネルギーがタービン７の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機３の動力となり、他の一部はガスタービン１の出力となって、減速機１１を介して発電機１３を駆動する。タービン７で回転力に変換された後の排気ガスは、再生器５を通過して外部に排出される。このように再生器５を備えた再生サイクルガスタービン１では、再生器５に圧縮された燃焼用空気とタービン７からの排気ガスとが別系統で通過され、これら燃焼用空気と排気とが熱交換されることで、排気ガス中の熱エネルギーを有効利用可能としている。
【０００３】
また、このような再生サイクルガスタービンを利用したものに、液・ガス有機廃棄物処理システム（図示は省略する。）がある。このシステムでは、臭気ガスが圧縮機により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器を介して燃焼器に導かれる。燃焼器に導かれた臭気ガスは、灯油、天然ガス、有機溶剤廃液等と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなって処理される。燃焼ガスは、タービンで膨張し、そのエネルギーがタービンの回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機の動力となり、他の一部はタービンの出力となって、発電機を駆動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の再生サイクルガスタービンでは、燃焼用空気温度（再生器出口空気温度）が高いため、燃焼器内部における断熱火炎温度が上昇し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の大幅な増加が避けられなかった。なお、断熱火炎温度とは、未燃混合気を燃焼生成物へ変換する化学反応によって放出される正味エネルギーが、これらの生成物を加熱するのにすべて使用されたとするとき得られる火炎の温度を言う。
また、再生サイクルガスタービンを利用した液・ガス有機廃棄物処理システムでは、再生器入口排気ガス温度が低い場合、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の排出量が増加する場合があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を削減できる再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項１記載の再生サイクルガスタービン２１は、空気を導入して圧縮する圧縮機３と、燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機１３と該圧縮機３を駆動して排気ガスを排出するタービン７と、前記圧縮機３から空気を導入し導入された空気を前記タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器２５と、燃料と前記再生器２５からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービン７に送給する燃焼器９と、前記圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３と、前記再生器２５の空気側熱交換器２７又は前記空気側熱交換器２７の出口と前記燃焼器９を接続する空気側配管３３内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａと、該触媒３４ａが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
この再生サイクルガスタービン２１では、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７又は空気側配管３３内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。
【０００９】
請求項２記載の再生サイクルガスタービン２１は、空気を導入して圧縮する圧縮機３と、燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機１３と該圧縮機３を駆動して排気ガスを排出するタービン７と、前記圧縮機３から空気を導入し導入された空気を前記タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器２５と、燃料と前記再生器２５からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービン７に送給する燃焼器９と、前記圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３と、前記再生器２５の空気側熱交換器２７又は前記空気側熱交換器２７の出口と前記燃焼器９を接続する空気側配管３３内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａと、前記再生器２５の排気側熱交換器２９又は前記排気側熱交換器の入口と前記タービンを接続する上流の排気側配管３５及び前記排気側熱交換器の出口に接続された下流の排気側配管３７内に設けられ排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂと、前記触媒３４ａ，３４ｂが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この再生サイクルガスタービン２１では、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７又は空気側配管３３内に設けられ、更に、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが再生器２５の排気側熱交換器２９又は排気側配管３５、３７内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解され、その放出量が削減される。
【００１１】
請求項３記載のガスタービン２１の再生器２５は、圧縮機３から空気を導入し導入された空気をタービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービン２１の再生器２５であって、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
このガスタービンの再生器２５では、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられ、燃焼器９に流入する燃焼用空気の酸素濃度が下がり、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下する。
【００１５】
請求項４記載のガスタービン２１の再生器２５は、圧縮機３から空気を導入し導入された空気をタービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービン２１の再生器２５であって、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられ、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが排気側熱交換器２９内に設けられたことを特徴とする。
【００１６】
このガスタービンの再生器２５では、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられるとともに、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが排気側熱交換器２９内に設けられ、燃焼器９に流入する燃焼用空気の酸素濃度が下がり、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下するとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解されて削減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る再生器を備えた再生サイクルガスタービンの構成を表すブロック図、図２はタービン出口温度と有機化合物等の分解率との相関を表したグラフである。なお、図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
本実施の形態による再生サイクルガスタービン２１は、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられている。吸入手段２３は、燃焼用空気にキシレン、トルエン、ジメチルエーテル等の還元性有機化合物を安全に支障が無い濃度で吸入させる。この吸入手段２３としては、例えばベンチュリ式の気化器等を用いることができる。還元性有機化合物が気相として燃焼用空気に含まれて居る場合は気化器等を設けずにそのまま吸入させてもよい。
【００１８】
圧縮機３の排気側には再生器２５が配管接続される。再生器２５は、それぞれ別配管系統に接続される空気側熱交換器２７と排気側熱交換器２９とが熱交換可能に収容されている。空気側熱交換器２７は、入口が上流の空気側配管３１によって圧縮機３と接続され、出口が下流の空気側配管３３によって燃焼器９と接続されている。
【００１９】
再生器２５の空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３内部の表面には、燃焼空気に含まれる有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）の部分酸化を促進する第１の触媒３４ａが配置されている。従って、空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３を通過して燃焼器９へ流入する燃焼用空気は、この第１の触媒３４ａによって酸素濃度が下げられるようになっている。
【００２０】
また、排気側熱交換器２９は、入口が上流の排気側配管３５によってタービン７と接続され、出口が下流の排気側配管３７に接続されている。
【００２１】
再生器２５の排気側熱交換器２９、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７内部の表面には、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物の酸化分解を促進する第２の触媒３４ｂが配置されている。従って、上流の排気側配管３５、排気側熱交換器２９及び下流の排気側配管３７を通過して排気ガスは、この第２の触媒３４ｂによってこれら化合物の量が減少されるようになっている。
【００２２】
なお、有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）を効率良く分解する第１の触媒３４ａと、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物を分解する第２の触媒３４ｂとは、異なる触媒が必要になる場合もあるが、有機化合物を分解する機能が略同一である点、使用温度レベルが略同一である点を考えれば、条件によっては同一の触媒を使用することも可能である。
【００２３】
また、再生サイクルガスタービン２１には、上記二つの第１の触媒３４ａ、第２の触媒３４ｂが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段（図示せず）が設けられている。触媒には分解効率が著しく低下する最低温度が存在するので、それ以上の温度レベルに反応温度を保つ必要がある。即ち、図２に示すように、有機化合物、ＣＯ、ＴＨＣ等の９５〜１００％の良好な分解率は、タービン出口温度（再生器温度）の低下によって急激に低下する。
【００２４】
負荷制御手段は、一軸式速度一定型ガスタービン（再生サイクルガスタービン２１）に対し、この温度を維持するためにある程度以上の負荷を掛けることができるようになっている。一方、高速発電機１３では、負荷に応じて風量（回転数）を大きく絞ることができるので、反応温度を維持するための最低負荷が一軸式速度一定型ガスタービンよりも低くできる（作動範囲を広く取れる）利点がある。従って、反応温度を維持するには、負荷制御手段によって再生サイクルガスタービン２１の負荷を制御する方法、或いは高速発電機１３を備えている場合には負荷に応じた風量（回転数）を制御する方法を採用することができる。また高速発電機の代わりに負荷の低下に応じて風量が減る二軸式ガスタービンを用いて減速機を介し、通常の発電機を駆動しても良い。
【００２５】
このような再生器２５を備えた再生サイクルガスタービン２１の作用を説明する。
圧縮機３の吸気口からは、吸入手段２３によって有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）が空気と共に吸い込まれ、吸い込まれた空気が圧縮機３の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器２５に導入される。有機化合物と共に圧縮機３に吸い込まれる燃焼用空気は、酸素濃度がＯ2 ＝２１％程度となる。
【００２６】
再生器２５に導入された燃焼用空気は、タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼器９に導かれる。この際、燃焼用空気は、第１の触媒３４ａによって部分酸化が促進され、酸素濃度が再生器２５の出口でＯ2 ＝１９．５％程度となる。なお、有機化合物の噴射が無い場合には酸素濃度がＯ2 ＝２１％のままとなる。
【００２７】
燃焼器９へ導入された燃焼用空気は、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。この際、酸素濃度が低下されていることから、燃焼器９における断熱火炎温度の上昇が抑制され、その結果、排気ガス中に含まれるサーマルＮＯｘが低減されることとなる。燃焼ガスは、タービン７で膨張し、そのエネルギーがタービン７の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機３の動力となり、他の一部は再生サイクルガスタービン２１の出力となって、減速機１１を介して発電機１３を駆動する。
【００２８】
タービン７で回転力に変換された後の排気ガスは、再生器２５を通過して外部に排出される。この際、タービン７から排出さた排気ガスは、第２の触媒３４ｂによって酸化分解が促進され、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物が削減（例えば、ＣＯ＝１０００ｐｐｍからＣＯ＝１０ｐｐｍへ削減）されることとなる。なお、再生器２５では、従来同様に燃焼用空気と排気ガスとが熱交換され、排気ガス中の熱エネルギーが有効利用される。
【００２９】
従って、再生器２５を備えた再生サイクルガスタービン２１によれば、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する第１の触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７、下流の空気側配管３３内に設けられ、更に、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する第２の触媒３４ｂが再生器２５の排気側熱交換器２９、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解され、その放出量が削減されることになる。
【００３０】
また、排気側熱交換器２９に第２の触媒３４ｂを設けることで、排気側熱交換器２９において、酸化反応に伴う発熱による再生器２５での熱回収量が増加し、再生サイクルガスタービン２１の燃費削減効果を更に高めることもできる。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では、第１の触媒３４ａを、空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３に設け、第２の触媒３４ｂを、上流の排気側配管３５、排気側熱交換器２９及び下流の排気側配管３７に設けた場合を例に説明したが、第１の触媒３４ａは、下流の空気側配管３３のみに設け、第２の触媒３４ｂは、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７のみに設けてもよい。第２の触媒３４ｂを下流の排気側配管３７のみに設けた場合は再生器２５での熱回収量は減少するが、排気ガス温度が上昇するので後流の熱回収装置（ボイラ等）の効率を改善することができる。つまり、これら触媒は、再生器２５に設けなくともよい。これら触媒をまた、再生器２５には、第１の触媒３４ａと第２の触媒３４ｂとが設けられる場合を例に説明したが、再生器２５は、第１の触媒３４ａのみ、又は第２の触媒３４ｂのみを設けるものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る再生サイクルガスタービンによれば、圧縮機に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段を備え、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒を、再生器の空気側熱交換器又は空気側配管内に設けることで、燃焼器内部の断熱火炎温度を低下させ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができる。また、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒を、再生器の排気側熱交換器又は排気側配管内に設けることで、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等を酸化分解して、その放出量を削減することができる。
【００３３】
本発明に係るガスタービンの再生器によれば、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒を、空気側熱交換器内に設けたので、燃焼器に流入する燃焼用空気の酸素濃度を下げ、燃焼器内部の断熱火炎温度を低下させることができる。また、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒を、排気側熱交換器内に設けたので、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等を酸化分解して削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る再生器を備えた再生サイクルガスタービンの構成を表すブロック図である。
【図２】タービン出口温度と有機化合物等の分解率との相関を表したグラフである。
【図３】従来の再生サイクルガスタービンの概略の構成を表したブロック図である。
【符号の説明】
３…圧縮機
７…タービン
９…燃焼器
１３…発電機
２１…再生サイクルガスタービン
２３…吸入手段
２５…再生器
２７…空気側熱交換器
２９…排気側熱交換器
３３…空気側配管
３４ａ、３４ｂ…第１の触媒、第２の触媒（触媒）
３５、３７…排気側配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機から導入された空気がタービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力される再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器に関し、更に詳しくは、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の放出量を削減する改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電システムに用いられるガスタービンには再生器を備えた再生サイクルガスタービンがある。図３は従来の再生サイクルガスタービンの概略の構成を表したブロック図である。この種の再生サイクルガスタービン１では、圧縮機３の排気側に再生器５が配管接続される。圧縮機３の吸気口から吸い込まれた空気が圧縮機３の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器５に導入される。再生器５に導入された空気は、タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼器９に導かれ、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、タービン７で膨張し、そのエネルギーがタービン７の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機３の動力となり、他の一部はガスタービン１の出力となって、減速機１１を介して発電機１３を駆動する。タービン７で回転力に変換された後の排気ガスは、再生器５を通過して外部に排出される。このように再生器５を備えた再生サイクルガスタービン１では、再生器５に圧縮された燃焼用空気とタービン７からの排気ガスとが別系統で通過され、これら燃焼用空気と排気とが熱交換されることで、排気ガス中の熱エネルギーを有効利用可能としている。
【０００３】
また、このような再生サイクルガスタービンを利用したものに、液・ガス有機廃棄物処理システム（図示は省略する。）がある。このシステムでは、臭気ガスが圧縮機により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器を介して燃焼器に導かれる。燃焼器に導かれた臭気ガスは、灯油、天然ガス、有機溶剤廃液等と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなって処理される。燃焼ガスは、タービンで膨張し、そのエネルギーがタービンの回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機の動力となり、他の一部はタービンの出力となって、発電機を駆動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の再生サイクルガスタービンでは、燃焼用空気温度（再生器出口空気温度）が高いため、燃焼器内部における断熱火炎温度が上昇し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の大幅な増加が避けられなかった。なお、断熱火炎温度とは、未燃混合気を燃焼生成物へ変換する化学反応によって放出される正味エネルギーが、これらの生成物を加熱するのにすべて使用されたとするとき得られる火炎の温度を言う。
また、再生サイクルガスタービンを利用した液・ガス有機廃棄物処理システムでは、再生器入口排気ガス温度が低い場合、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の排出量が増加する場合があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）の排出量を削減できる再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項１記載の再生サイクルガスタービン２１は、空気を導入して圧縮する圧縮機３と、燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機１３と該圧縮機３を駆動して排気ガスを排出するタービン７と、前記圧縮機３から空気を導入し導入された空気を前記タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器２５と、燃料と前記再生器２５からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービン７に送給する燃焼器９と、前記圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３と、前記再生器２５の空気側熱交換器２７又は前記空気側熱交換器２７の出口と前記燃焼器９を接続する空気側配管３３内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａと、該触媒３４ａが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
この再生サイクルガスタービン２１では、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７又は空気側配管３３内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。
【０００９】
請求項２記載の再生サイクルガスタービン２１は、空気を導入して圧縮する圧縮機３と、燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機１３と該圧縮機３を駆動して排気ガスを排出するタービン７と、前記圧縮機３から空気を導入し導入された空気を前記タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器２５と、燃料と前記再生器２５からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービン７に送給する燃焼器９と、前記圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３と、前記再生器２５の空気側熱交換器２７又は前記空気側熱交換器２７の出口と前記燃焼器９を接続する空気側配管３３内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａと、前記再生器２５の排気側熱交換器２９又は前記排気側熱交換器の入口と前記タービンを接続する上流の排気側配管３５及び前記排気側熱交換器の出口に接続された下流の排気側配管３７内に設けられ排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂと、前記触媒３４ａ，３４ｂが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この再生サイクルガスタービン２１では、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７又は空気側配管３３内に設けられ、更に、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが再生器２５の排気側熱交換器２９又は排気側配管３５、３７内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解され、その放出量が削減される。
【００１１】
請求項３記載のガスタービン２１の再生器２５は、圧縮機３から空気を導入し導入された空気をタービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービン２１の再生器２５であって、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
このガスタービンの再生器２５では、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられ、燃焼器９に流入する燃焼用空気の酸素濃度が下がり、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下する。
【００１５】
請求項４記載のガスタービン２１の再生器２５は、圧縮機３から空気を導入し導入された空気をタービン７の排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービン２１の再生器２５であって、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられ、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが排気側熱交換器２９内に設けられたことを特徴とする。
【００１６】
このガスタービンの再生器２５では、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒３４ａが空気側熱交換器２７内に設けられるとともに、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒３４ｂが排気側熱交換器２９内に設けられ、燃焼器９に流入する燃焼用空気の酸素濃度が下がり、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下するとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解されて削減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る再生サイクルガスタービン及びガスタービンの再生器の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る再生器を備えた再生サイクルガスタービンの構成を表すブロック図、図２はタービン出口温度と有機化合物等の分解率との相関を表したグラフである。なお、図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
本実施の形態による再生サイクルガスタービン２１は、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられている。吸入手段２３は、燃焼用空気にキシレン、トルエン、ジメチルエーテル等の還元性有機化合物を安全に支障が無い濃度で吸入させる。この吸入手段２３としては、例えばベンチュリ式の気化器等を用いることができる。還元性有機化合物が気相として燃焼用空気に含まれて居る場合は気化器等を設けずにそのまま吸入させてもよい。
【００１８】
圧縮機３の排気側には再生器２５が配管接続される。再生器２５は、それぞれ別配管系統に接続される空気側熱交換器２７と排気側熱交換器２９とが熱交換可能に収容されている。空気側熱交換器２７は、入口が上流の空気側配管３１によって圧縮機３と接続され、出口が下流の空気側配管３３によって燃焼器９と接続されている。
【００１９】
再生器２５の空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３内部の表面には、燃焼空気に含まれる有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）の部分酸化を促進する第１の触媒３４ａが配置されている。従って、空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３を通過して燃焼器９へ流入する燃焼用空気は、この第１の触媒３４ａによって酸素濃度が下げられるようになっている。
【００２０】
また、排気側熱交換器２９は、入口が上流の排気側配管３５によってタービン７と接続され、出口が下流の排気側配管３７に接続されている。
【００２１】
再生器２５の排気側熱交換器２９、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７内部の表面には、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物の酸化分解を促進する第２の触媒３４ｂが配置されている。従って、上流の排気側配管３５、排気側熱交換器２９及び下流の排気側配管３７を通過して排気ガスは、この第２の触媒３４ｂによってこれら化合物の量が減少されるようになっている。
【００２２】
なお、有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）を効率良く分解する第１の触媒３４ａと、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物を分解する第２の触媒３４ｂとは、異なる触媒が必要になる場合もあるが、有機化合物を分解する機能が略同一である点、使用温度レベルが略同一である点を考えれば、条件によっては同一の触媒を使用することも可能である。
【００２３】
また、再生サイクルガスタービン２１には、上記二つの第１の触媒３４ａ、第２の触媒３４ｂが最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段（図示せず）が設けられている。触媒には分解効率が著しく低下する最低温度が存在するので、それ以上の温度レベルに反応温度を保つ必要がある。即ち、図２に示すように、有機化合物、ＣＯ、ＴＨＣ等の９５〜１００％の良好な分解率は、タービン出口温度（再生器温度）の低下によって急激に低下する。
【００２４】
負荷制御手段は、一軸式速度一定型ガスタービン（再生サイクルガスタービン２１）に対し、この温度を維持するためにある程度以上の負荷を掛けることができるようになっている。一方、高速発電機１３では、負荷に応じて風量（回転数）を大きく絞ることができるので、反応温度を維持するための最低負荷が一軸式速度一定型ガスタービンよりも低くできる（作動範囲を広く取れる）利点がある。従って、反応温度を維持するには、負荷制御手段によって再生サイクルガスタービン２１の負荷を制御する方法、或いは高速発電機１３を備えている場合には負荷に応じた風量（回転数）を制御する方法を採用することができる。また高速発電機の代わりに負荷の低下に応じて風量が減る二軸式ガスタービンを用いて減速機を介し、通常の発電機を駆動しても良い。
【００２５】
このような再生器２５を備えた再生サイクルガスタービン２１の作用を説明する。
圧縮機３の吸気口からは、吸入手段２３によって有機化合物（キシレン、トルエン、ジメチルエーテル等）が空気と共に吸い込まれ、吸い込まれた空気が圧縮機３の回転により圧縮され、高温高圧の状態となって再生器２５に導入される。有機化合物と共に圧縮機３に吸い込まれる燃焼用空気は、酸素濃度がＯ2 ＝２１％程度となる。
【００２６】
再生器２５に導入された燃焼用空気は、タービン７の排気ガスと熱交換して燃焼器９に導かれる。この際、燃焼用空気は、第１の触媒３４ａによって部分酸化が促進され、酸素濃度が再生器２５の出口でＯ2 ＝１９．５％程度となる。なお、有機化合物の噴射が無い場合には酸素濃度がＯ2 ＝２１％のままとなる。
【００２７】
燃焼器９へ導入された燃焼用空気は、供給燃料と混合して燃焼され、高温高圧の燃焼ガスとなる。この際、酸素濃度が低下されていることから、燃焼器９における断熱火炎温度の上昇が抑制され、その結果、排気ガス中に含まれるサーマルＮＯｘが低減されることとなる。燃焼ガスは、タービン７で膨張し、そのエネルギーがタービン７の回転力に変換される。回転力の一部は圧縮機３の動力となり、他の一部は再生サイクルガスタービン２１の出力となって、減速機１１を介して発電機１３を駆動する。
【００２８】
タービン７で回転力に変換された後の排気ガスは、再生器２５を通過して外部に排出される。この際、タービン７から排出さた排気ガスは、第２の触媒３４ｂによって酸化分解が促進され、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等の有機化合物が削減（例えば、ＣＯ＝１０００ｐｐｍからＣＯ＝１０ｐｐｍへ削減）されることとなる。なお、再生器２５では、従来同様に燃焼用空気と排気ガスとが熱交換され、排気ガス中の熱エネルギーが有効利用される。
【００２９】
従って、再生器２５を備えた再生サイクルガスタービン２１によれば、圧縮機３に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段２３が備えられ、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する第１の触媒３４ａが再生器２５の空気側熱交換器２７、下流の空気側配管３３内に設けられ、更に、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する第２の触媒３４ｂが再生器２５の排気側熱交換器２９、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７内に設けられることで、燃焼器９内部の断熱火炎温度が低下し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるとともに、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等が酸化分解され、その放出量が削減されることになる。
【００３０】
また、排気側熱交換器２９に第２の触媒３４ｂを設けることで、排気側熱交換器２９において、酸化反応に伴う発熱による再生器２５での熱回収量が増加し、再生サイクルガスタービン２１の燃費削減効果を更に高めることもできる。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では、第１の触媒３４ａを、空気側熱交換器２７及び下流の空気側配管３３に設け、第２の触媒３４ｂを、上流の排気側配管３５、排気側熱交換器２９及び下流の排気側配管３７に設けた場合を例に説明したが、第１の触媒３４ａは、下流の空気側配管３３のみに設け、第２の触媒３４ｂは、上流の排気側配管３５及び下流の排気側配管３７のみに設けてもよい。第２の触媒３４ｂを下流の排気側配管３７のみに設けた場合は再生器２５での熱回収量は減少するが、排気ガス温度が上昇するので後流の熱回収装置（ボイラ等）の効率を改善することができる。つまり、これら触媒は、再生器２５に設けなくともよい。これら触媒をまた、再生器２５には、第１の触媒３４ａと第２の触媒３４ｂとが設けられる場合を例に説明したが、再生器２５は、第１の触媒３４ａのみ、又は第２の触媒３４ｂのみを設けるものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る再生サイクルガスタービンによれば、圧縮機に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段を備え、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒を、再生器の空気側熱交換器又は空気側配管内に設けることで、燃焼器内部の断熱火炎温度を低下させ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができる。また、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒を、再生器の排気側熱交換器又は排気側配管内に設けることで、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等を酸化分解して、その放出量を削減することができる。
【００３３】
本発明に係るガスタービンの再生器によれば、燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒を、空気側熱交換器内に設けたので、燃焼器に流入する燃焼用空気の酸素濃度を下げ、燃焼器内部の断熱火炎温度を低下させることができる。また、排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒を、排気側熱交換器内に設けたので、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）等を酸化分解して削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る再生器を備えた再生サイクルガスタービンの構成を表すブロック図である。
【図２】タービン出口温度と有機化合物等の分解率との相関を表したグラフである。
【図３】従来の再生サイクルガスタービンの概略の構成を表したブロック図である。
【符号の説明】
３…圧縮機
７…タービン
９…燃焼器
１３…発電機
２１…再生サイクルガスタービン
２３…吸入手段
２５…再生器
２７…空気側熱交換器
２９…排気側熱交換器
３３…空気側配管
３４ａ、３４ｂ…第１の触媒、第２の触媒（触媒）
３５、３７…排気側配管
Claims (4)
- 空気を導入して圧縮する圧縮機と、
燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機と該圧縮機を駆動して排気ガスを排出するタービンと、
前記圧縮機から空気を導入し導入された空気を前記タービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器と、
燃料と前記再生器からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービンに送給する燃焼器と、
前記圧縮機に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段と、
前記再生器の空気側熱交換器又は前記空気側熱交換器の出口と前記燃焼器を接続する空気側配管内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒と、
該触媒が最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段と
を具備したことを特徴とする再生サイクルガスタービン。 - 空気を導入して圧縮する圧縮機と、
燃焼ガスの熱エネルギーにより発電機と該圧縮機を駆動して排気ガスを排出するタービンと、
前記圧縮機から空気を導入し導入された空気を前記タービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力する再生器と、
燃料と前記再生器からの燃焼用空気を燃焼させて燃焼ガスを前記タービンに送給する燃焼器と、
前記圧縮機に還元性有機化合物を吸入させる吸入手段と、
前記再生器の空気側熱交換器又は前記空気側熱交換器の出口と前記燃焼器を接続する空気側配管内に設けられ燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒と、
前記再生器の排気側熱交換器又は前記排気側熱交換器の入口と前記タービンを接続する上流の排気側配管及び前記排気側熱交換器の出口に接続された下流の排気側配管内に設けられ排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒と、
前記触媒が最適な温度となるように負荷を制御する負荷制御手段と
を具備したことを特徴とする再生サイクルガスタービン。 - 圧縮機から空気を導入し導入された空気をタービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービンの再生器であって、
燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒が空気側熱交換器内に設けられた
ことを特徴とするガスタービンの再生器。 - 圧縮機から空気を導入し導入された空気をタービンの排気ガスと熱交換して燃焼用空気として出力するガスタービンの再生器であって、
燃焼用空気に含まれる有機化合物の部分酸化を促進する触媒が空気側熱交換器内に設けられ、
排気ガスに含まれる有機化合物の酸化分解を促進する触媒が排気側熱交換器内に設けられた
ことを特徴とするガスタービンの再生器。
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