JP5075900B2 - 水素含有燃料対応燃焼器および、その低NOx運転方法 - Google Patents
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Description
本実施例のガス化発電プラントは、図6に示す通り、ガス化炉21,ガス精製装置22,CO2分離回収装置23,ガスタービン5,空気分離装置11等で構成される。ガス化炉21では石炭20と酸素120の反応によって石炭ガス化ガス60を発生させる。ガス精製装置22では脱硫・脱塵により燃料中の不純物を除去する。これにより、クリーンな燃料とした石炭ガス化ガス62が精製される。
図1に、本実施例のガスタービンの系統と、燃焼器の拡大断面図を示す。ガスタービン5は、圧縮機2、燃焼器3、タービン4、発電機6、及び起動用モーター8等で構成される。ガスタービン5は、圧縮機2が大気より吸込んだ空気101を圧縮し、燃焼用空気102を燃焼器3へと供給する。燃焼器3は圧縮機2による燃焼用空気102と燃料との混合燃焼によって燃焼ガス140を発生させる。燃料には、起動用液体燃料51や水素含有燃料であるCO2回収前石炭ガス化ガス62a等が用いられる。発生した燃焼ガス140はタービン4に供給され、回転動力を生む。そして、タービン4の回転動力が圧縮機2及び発電機6に伝達される。圧縮機2に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機6に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。
本実施例の燃焼器は図1に破線と矢印で示すように、燃焼室12内のガス流れ方向上流側から順に、一次燃焼領域(領域A)、および還元領域(領域B)、二次燃焼領域(領域C)という三つの領域を形成することを特徴としている。
また、一酸化炭素も還元作用を有する燃料であり、水素に変えて、あるいは同時に供給しても、前述の還元作用を得ることができる。
図3の運転スケジュールをベースに、ガス化発電プラントを例とした運転スケジュールについて説明する。始動時、ガスタービンは起動用モーター8などの外部動力によって駆動される。ガスタービンの回転数を燃焼器の着火条件に相当する回転数で一定に保持することで、燃焼器には着火に必要な燃焼空気102が供給され着火条件が成立する。そうすると、起動用の液体燃料51が起動用液体燃料ノズル51aに供給され、燃焼器3では液体燃料51の着火が行われる。
a)起動用燃料による着火時
b)無負荷定格回転数(FSNL)到達時
c)燃料切り替え開始時
d)燃料切り替え完了時
e)定格負荷(FSFL)到達時刻
を表わす。a〜cが起動用燃料(油)での専焼、c,dが起動用燃料とガス燃料との混焼、d,eがガス専焼の運転状態である。
3 燃焼器
4 タービン
5 ガスタービン
6 発電機
8 起動用モーター
10 外筒
11 空気分離装置
12 燃焼室
12a 第二燃料供給孔
12b 第二燃料ノズル莢
13 窒素の昇圧圧縮機
14 バックアップ用空気圧縮機
20 石炭
21 ガス化炉
22 ガス精製装置
23 CO2分離回収装置
24 コークス炉
24a 乾留用熱源
25 コークス炉ガス精製装置
26 ガス熱量調整装置
27 高炉
28 転炉
29 ボイラー
30 空気旋回器
31 精製蒸留装置
32 分解装置
33 改質装置
34 ガスホールダー
35 ガス精製装置
50 石油
51 液体燃料
51a 起動用液体燃料ノズル
52 ナフサ
55 エンドカバー
60 精製前石炭ガス化ガス
62 CO2回収前の石炭ガス化ガス
63 CO2回収後の石炭ガス化ガス
71 起動用高カロリー燃料
101 空気
102 燃焼用空気
102a リーン燃焼用空気
103 抽気空気
120 酸素
130 窒素
135 蒸気
140 燃焼ガス
160 コークス
161 精製前コークス炉ガス
162 コークス炉ガス(COG)
163 高炉ガス(BFG)
164 銑鉄
165 転炉ガス(LDG)
261 精製前原料オフガス
262,262a,262b 製油所オフガス
263 液化プロパンガス(LPG)
301 第一の燃料ノズル
302 第二の燃料ノズル
430 窒素噴射ノズル
435 蒸気噴射ノズル
501 噴霧空気
Claims (6)
- 空気と燃料とを燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の上流側から前記燃焼室に燃料を供給する第一の燃料ノズルと、
を備えた燃焼器において、
前記燃焼室の壁面に、水素含有燃料を燃焼室内に供給する第二の燃料供給孔を備え、
前記第二燃料供給孔よりも燃焼ガス流れ方向の下流側に、前記燃焼室に空気を供給する空気孔を備え、
前記第二燃料供給孔よりも燃焼ガス流れ方向上流側の酸素濃度を減少させる手段として、前記燃焼室に不活性媒体と空気の混合物を噴射するよう構成された前記不活性媒体噴射手段を備え、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記タービンの駆動力により発電する発電機と、燃料の水素濃度を高める手段とを備え、炭素分と水蒸気とのシフト反応を利用した前記水素濃度を高める手段により水素濃度を高めた燃料を、前記燃焼器の前記第二の燃料供給孔に供給するよう構成された発電プラントに用いられ、
燃焼室に空気と燃料を別々に噴射する拡散燃焼方式のバーナが採用され、
前記第一の燃料ノズルから供給された燃料を燃料過濃条件で燃焼させ、前記燃料過濃条件で燃焼した気体中に水素含有燃料を供給するよう構成されていることを特徴とする燃焼器。 - 請求項1に記載の燃焼器において、
前記第一の燃料ノズルから供給された燃料及び前記第二燃料供給孔から供給された水素含有燃料の未燃分を、前記第二燃料供給孔よりも燃焼ガス流れ方向の下流側に設けられた前記空気孔から供給された空気によって燃料希薄条件で燃焼させるよう構成されていることを特徴とする燃焼器。 - 請求項2に記載の燃焼器を備えた発電プラントにおいて、
前記水素含有燃料が製鉄プロセスで発生するガス燃料であることを特徴とする発電プラント。 - 請求項2に記載の燃焼器を備えた発電プラントにおいて、
前記水素含有燃料が石炭を酸素によってガス化することで精製されるガスであることを特徴とする発電プラント。 - 請求項2に記載の燃焼器を備えた発電プラントにおいて、
前記水素含有燃料が、石油の精製プロセスで発生する副生燃料であることを特徴とする発電プラント。 - 請求項1又は2の何れかに記載の燃焼器の運転方法において、
燃料に含まれる水素濃度と前記燃焼室内NOx濃度の少なくとも一方に基づいて、前記第一の燃料ノズルから供給する燃料流量と前記第二の燃料ノズルから供給する燃料流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする燃焼器の運転方法。
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