JP6769856B2

JP6769856B2 - How to modify hydrogen-containing fuel supply system, thermal power plant, combustion unit and combustion unit

Info

Publication number: JP6769856B2
Application number: JP2016241586A
Authority: JP
Inventors: 山内　康弘; 康弘山内; 飯嶋　正樹; 正樹飯嶋; 横濱　克彦; 克彦横濱
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: JP2018095512A

Description

本発明は、水素含有燃料供給システム、火力発電プラント、燃焼ユニット及び燃焼ユニットの改造方法の分野に関する。 The present invention relates to the fields of hydrogen-containing fuel supply systems, thermal power plants, combustion units and methods of modifying combustion units.

従来、火力発電プラントにおいては、地球環境への影響を考慮して、二酸化炭素排出量を削減することが課題となっており、化石燃料の消費量削減や化石燃料に代わるエネルギー資源への転換が図られている。このような低炭素社会に向けた環境に優しい新たなエネルギー資源として、炭素を含有しないため燃焼時に二酸化炭素を生じることがないアンモニア及び水素が注目されている。この中でもアンモニアは、貯蔵や輸送技術が確立されているため、将来のエネルギーのキャリア媒体として有望とされており、将来、産ガス国で天然ガスからアンモニアを製造して発生する二酸化炭素を、例えば、石油増進回収技術（ＥＯＲ）や二酸化炭素回収貯留技術（ＣＣＳ）で地中に貯留することができれば二酸化炭素を排出しないエネルギーとして注目される。 Conventionally, in thermal power plants, it has been an issue to reduce carbon dioxide emissions in consideration of the impact on the global environment, and reduction of fossil fuel consumption and conversion to energy resources to replace fossil fuels have been a challenge. It is planned. Ammonia and hydrogen, which do not contain carbon and do not generate carbon dioxide during combustion, are attracting attention as new environmentally friendly energy resources for such a low-carbon society. Among these, ammonia is promising as a carrier medium for future energy because storage and transportation technologies have been established. In the future, carbon dioxide generated by producing ammonia from natural gas in gas-producing countries, for example, If it can be stored underground by enhanced oil recovery technology (EOR) or carbon capture and storage technology (CCS), it will attract attention as an energy that does not emit carbon dioxide.

かかるアンモニアを用いた技術として、特許文献１には尿素を燃料とするカーボンフリーの水素リッチアンモニアの製造方法や次世代カーボンフリーボイラに関する技術が開示されている。具体的には、尿素水を供給する尿素水供給源、尿素水を加水分解してアンモニアを生成するとともにアンモニアの一部を水素と窒素とに転化して水素リッチガスを生成する水素リッチアンモニア生成リアクター、燃焼用空気と高温の水素リッチアンモニアとを燃焼させてボイラ（燃焼ユニット）本体で高圧蒸気を発生させる水素リッチアンモニア燃焼バーナ、及び、アンモニアの残部と水素リッチガスとの混合ガスを水素リッチアンモニア燃焼バーナに供給する水素リッチアンモニア供給ライン、等を用いて燃焼用空気と水素リッチアンモニアとを燃焼させる。そして、発生した熱により生成した高圧蒸気により蒸気タービンを作動させて発電機を駆動する。
また、ボイラではないが、アンモニアを燃料とし、内燃機関の燃焼排ガスの熱エネルギーを回収して燃焼性を改善する技術が特許文献２に開示されている。また、特許文献３にはアンモニアを燃料として外部からの熱供給によらずに分解する方法としてオートサーマル法や未反応のアンモニアを分離する方法として吸脱着による方法が開示されている。 As a technique using such ammonia, Patent Document 1 discloses a method for producing carbon-free hydrogen-rich ammonia using urea as a fuel and a technique for a next-generation carbon-free boiler. Specifically, a urea water supply source that supplies urea water, a hydrogen-rich ammonia production reactor that hydrolyzes urea water to generate ammonia and converts part of the ammonia into hydrogen and nitrogen to produce hydrogen-rich gas. , Hydrogen-rich ammonia combustion burner that burns combustion air and high-temperature hydrogen-rich ammonia to generate high-pressure steam in the body of the boiler (combustion unit), and hydrogen-rich ammonia combustion of the mixed gas of the balance of ammonia and hydrogen-rich gas. The combustion air and hydrogen-rich ammonia are burned using a hydrogen-rich ammonia supply line that supplies the burner. Then, the steam turbine is operated by the high-pressure steam generated by the generated heat to drive the generator.
Further, although it is not a boiler, Patent Document 2 discloses a technique of using ammonia as fuel to recover the thermal energy of the combustion exhaust gas of an internal combustion engine to improve combustibility. Further, Patent Document 3 discloses an autothermal method as a method of decomposing ammonia as a fuel without using heat supply from the outside, and a method of adsorption / desorption as a method of separating unreacted ammonia.

特許第５３１５４９２号公報Japanese Patent No. 5315492 特開平５−３３２１５２号公報JP-A-5-332152 特開２０１５−５９０７５号公報JP-A-2015-59075

しかし、アンモニアは難燃性で燃焼速度が遅く、ボイラの燃料として使用する場合は未燃アンモニアが排出されたり、排ガス中のＮＯｘ濃度が増加したりすることが知られている。
この点、特許文献１に記載のボイラは、火炉排ガスの熱エネルギーを利用して火炉内に水素リッチアンモニアを供給するように構成されているが、水素リッチアンモニアが未転化分のアンモニアを含んでいる可能性があり、その程度によっては必ずしも火炉出口における実際の未燃アンモニアやＮＯｘ排出量を好適に低減し切れず、また既存のボイラに適用する場合には大規模な改造工事が必要となるという問題がある。このため、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制やＮＯｘ濃度の低減を図ることができ、改造工事が小規模となる火力発電プラント又は燃焼ユニットの開発が望まれていた。 However, it is known that ammonia is flame-retardant and has a slow combustion rate, and when it is used as a fuel for a boiler, unburned ammonia is discharged and the NOx concentration in the exhaust gas increases.
In this regard, the boiler described in Patent Document 1 is configured to supply hydrogen-rich ammonia into the furnace by utilizing the thermal energy of the furnace exhaust gas, but the hydrogen-rich ammonia contains unconverted ammonia. Depending on the degree, the actual amount of unburned ammonia and NOx emissions at the fireplace outlet cannot be reduced satisfactorily, and large-scale remodeling work is required when applying to existing boilers. There is a problem. For this reason, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, it is necessary to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. It has been desired to develop a thermal power plant or a combustion unit that can be remodeled on a small scale.

上記事情に鑑み、本発明における幾つかの実施形態では、上述した課題を解決することを目的とし、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出抑制やＮＯｘ濃度の低減を図ることができ、かつ改造工事が小規模となる改造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, some embodiments of the present invention aim to solve the above-mentioned problems, and enjoy the advantages of ammonia, which does not generate carbon dioxide during combustion and has established storage and transportation techniques. However, it is an object of the present invention to provide a remodeling method capable of suppressing the emission of unburned ammonia accompanying the combustion of ammonia fuel and reducing the NOx concentration, and reducing the remodeling work on a small scale.

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る水素含有燃料供給システムは、
蒸気タービンを含む発電プラントへの水素含有燃料供給システムであって、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置と、
前記発電プラントの燃焼ユニットと前記第１アンモニア分解装置とに接続され、前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を含む水素含有燃料を前記燃焼ユニットに供給するための燃料供給ラインと、
前記蒸気タービンと前記第１アンモニア分解装置とに接続され、前記燃焼ユニットで生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱された蒸気によって駆動される前記蒸気タービンの抽気蒸気を前記第１アンモニア分解装置に導くための抽気蒸気ラインと、
を備え、
前記第１アンモニア分解装置は、前記抽気蒸気を加熱源として、前記アンモニアの分解を行うように構成される。
上記（１）の構成によれば、第１アンモニア分解装置においてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を燃焼ユニットに供給するようにしたので、アンモニアの燃料としての使用に起因する未燃アンモニアの排出やＮＯｘ濃度の増加を抑制できる。これにより、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出を抑制しつつ、ＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
また、第１アンモニア分解装置におけるアンモニアの分解に必要な熱源を燃焼ユニットで生成された燃焼ガスから直接得るのではなく、蒸気タービンの抽気蒸気から熱源を得るようにしたので、蒸気の凝縮熱を有効に利用できると共に既存の火力発電設備に対する改造工事を小規模にとどめることができる。 (1) The hydrogen-containing fuel supply system according to at least some embodiments of the present invention is
A hydrogen-containing fuel supply system for power plants including steam turbines.
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A fuel supply line connected to the combustion unit of the power plant and the first ammonia decomposition device and for supplying the hydrogen-containing fuel containing hydrogen generated by the first ammonia decomposition device to the combustion unit.
The extracted steam of the steam turbine, which is connected to the steam turbine and the first ammonia decomposition device and is driven by steam heated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit, is used as the first ammonia decomposition device. With a bleed steam line to lead to
With
The first ammonia decomposition device is configured to decompose the ammonia using the extracted steam as a heating source.
According to the configuration of (1) above, the hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by pre-decomposing ammonia in the first ammonia decomposition apparatus is supplied to the combustion unit, which is caused by the use of ammonia as a fuel. Emission of unburned ammonia and increase in NOx concentration can be suppressed. As a result, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, the emission of unburned ammonia due to combustion of ammonia fuel is suppressed, and the NOx concentration is reduced. Can be planned.
In addition, the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition device is not obtained directly from the combustion gas generated by the combustion unit, but the heat source is obtained from the extracted steam of the steam turbine, so that the heat of condensation of the steam is obtained. It can be used effectively and the remodeling work for the existing thermal power generation equipment can be kept on a small scale.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の水素含有燃料供給システムにおいて、
前記燃料供給ラインにおける前記第１アンモニア分解装置の下流側に設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記燃焼ユニットに向かうガス中の残留アンモニアをさらに分解するための第２アンモニア分解装置をさらに備え、
前記第２アンモニア分解装置は、
前記第１アンモニア分解装置から前記燃焼ユニットに向かう前記ガスの一部を部分酸化条件下で燃焼させるための燃焼部と、
前記燃焼部において生成した燃焼熱を用いて、前記残留アンモニアを分解するように構成された分解部と、を含んでもよい。
上記（２）の構成によれば、第１アンモニア分解装置により、抽気蒸気を熱源として利用してアンモニアの分解を行うだけでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、第２アンモニア分解装置において、第１アンモニア分解装置から燃焼ユニットに向かうガスの部分燃焼により生じる熱を利用して残留アンモニアを分解することができる。これにより、燃焼ユニットへの供給前に水素含有燃料中のアンモニア含有率を十分に低減し、燃焼ユニット内でのアンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアの排出やＮＯｘの発生を抑制できる。また、第２アンモニア分解装置の燃焼部では、第１アンモニア分解装置から燃焼ユニットに向かうガスを部分酸化条件下で燃焼させるため、燃焼部における未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制できる。 (2) In some embodiments, in the hydrogen-containing fuel supply system described in (1) above,
A second ammonia decomposition device provided on the downstream side of the first ammonia decomposition device in the fuel supply line for further decomposition of residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device to the combustion unit is further provided.
The second ammonia decomposition device is
A combustion unit for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device toward the combustion unit under partial oxidation conditions.
A decomposition unit configured to decompose the residual ammonia using the combustion heat generated in the combustion unit may be included.
According to the configuration of (2) above, even if the first ammonia decomposition device cannot sufficiently decompose ammonia simply by using the extracted steam as a heat source to decompose ammonia, the second ammonia decomposition device The residual ammonia can be decomposed by utilizing the heat generated by the partial combustion of the gas from the first ammonia decomposition device to the combustion unit. As a result, the ammonia content in the hydrogen-containing fuel can be sufficiently reduced before the fuel is supplied to the combustion unit, and the emission of unburned ammonia and the generation of NOx due to the combustion of ammonia in the combustion unit can be suppressed. Further, since the combustion unit of the second ammonia decomposition device burns the gas from the first ammonia decomposition device toward the combustion unit under the partial oxidation condition, it is possible to suppress the discharge of unburned ammonia and the generation of NOx in the combustion unit.

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の水素含有燃料供給システムにおいて、
前記燃料供給ラインにおける前記第１アンモニア分解装置の下流側に設けられ、前記第１アンモニア分解装置から前記燃焼ユニットに向かうガス中の残留アンモニアを分離するためのアンモニア分離装置をさらに備えてもよい。
上記（３）の構成によれば、第１アンモニア分解装置のみでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、アンモニア分離装置により残留アンモニアを分離することで、燃焼ユニットへの供給前に水素含有燃料中のアンモニア含有率を十分に低減することができる。よって、アンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制できる。 (3) In some embodiments, in the hydrogen-containing fuel supply system according to (1) or (2) above.
An ammonia separation device provided on the downstream side of the first ammonia decomposition device in the fuel supply line may be further provided for separating residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device toward the combustion unit.
According to the configuration (3) above, even if the first ammonia decomposition device alone cannot sufficiently decompose ammonia, the residual ammonia is separated by the ammonia separation device to contain hydrogen before being supplied to the combustion unit. The ammonia content in the fuel can be sufficiently reduced. Therefore, it is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the generation of NOx due to the combustion of ammonia.

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の水素含有燃料供給システムにおいて、
前記アンモニア分離装置と前記第１アンモニア分解装置の入口側とに接続され、前記アンモニア分離装置で分離された前記残留アンモニアを前記第１アンモニア分解装置の入口側に戻すためのリサイクル流路をさらに備えてもよい。
上記（４）の構成によれば、アンモニア分離装置で分離したアンモニアを第１アンモニア分解装置の入口側に戻すことで、アンモニアの全量を燃料として有効活用できる。 (4) In some embodiments, in the hydrogen-containing fuel supply system described in (3) above,
Further provided is a recycling flow path connected to the ammonia separation device and the inlet side of the first ammonia decomposition device and for returning the residual ammonia separated by the ammonia separation device to the inlet side of the first ammonia decomposition device. You may.
According to the configuration of (4) above, by returning the ammonia separated by the ammonia separation device to the inlet side of the first ammonia decomposition device, the entire amount of ammonia can be effectively utilized as fuel.

（５）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る燃焼ユニットは、
火炉と、
アンモニアを分解して得られる水素含有燃料を前記火炉に供給するための上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載の水素含有燃料供給システムと、を備える。
上記（５）の構成によれば、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いた燃焼ユニットを実現することができる。また、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 (5) The combustion unit according to at least some embodiments of the present invention is
With a fireplace
The hydrogen-containing fuel supply system according to any one of (1) to (4) above is provided for supplying the hydrogen-containing fuel obtained by decomposing ammonia to the fireplace.
According to the configuration of (5) above, it is possible to realize a combustion unit using an ammonia fuel (strictly speaking, a hydrogen-containing fuel derived from ammonia). In addition, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, it is possible to reduce the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. it can.

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の燃焼ユニットにおいて、
前記火炉に化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、
前記第１アンモニア分解装置および前記第１燃料供給ラインに接続され、前記第１燃料供給ライン内の前記化石燃料に前記第１アンモニア分解装置で生成された前記水素を混入させるための第２燃料供給ラインと、をさらに備える。
上記（６）の構成によれば、化石燃料を燃焼させる既存の燃焼ユニットに対して第１アンモニア分解装置及び第２燃料供給ラインを追加設置することで、水素含有燃料供給システムの追加工事を容易に行うことができる。 (6) In some embodiments, in the combustion unit according to (5) above, in the combustion unit.
A first fuel supply line for supplying fossil fuels to the fireplace,
A second fuel supply connected to the first ammonia decomposition device and the first fuel supply line, for mixing the hydrogen produced by the first ammonia decomposition device with the fossil fuel in the first fuel supply line. Further equipped with a line.
According to the configuration of (6) above, additional construction of a hydrogen-containing fuel supply system can be facilitated by additionally installing a first ammonia decomposition device and a second fuel supply line to the existing combustion unit that burns fossil fuels. Can be done.

（７）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る火力発電プラントは、
上記（５）又は（６）に記載の燃焼ユニットと、
前記燃焼ユニットで生成された燃焼ガスとの熱交換によって生成された蒸気により駆動される前記蒸気タービンと、を備える。
上記（７）の構成によれば、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いた燃焼ユニットを備えた火力発電プラントを実現することができる。また、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 (7) The thermal power plant according to at least some embodiments of the present invention is
With the combustion unit according to (5) or (6) above,
The steam turbine is driven by steam generated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit.
According to the configuration of (7) above, it is possible to realize a thermal power plant equipped with a combustion unit using ammonia fuel (strictly speaking, hydrogen-containing fuel derived from ammonia). In addition, while enjoying the advantages of ammonia, which does not generate carbon dioxide during combustion and has established storage and transportation technologies, it is necessary to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. Can be done.

（８）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る燃焼ユニットの改造方法は、
火炉と、化石燃料を前記火炉内で燃焼させるためのバーナと、前記バーナに前記化石燃料を供給するための第１燃料供給ラインと、を備える燃焼ユニットの改造方法であって、
アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置を設置するステップと、
前記燃焼ユニットで生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱された蒸気によって駆動される蒸気タービンの抽気蒸気を前記第１アンモニア分解装置に導くための抽気蒸気ラインを設置するステップと、
前記水素及び前記化石燃料を含む水素含有燃料が前記火炉に供給されるように、前記第１アンモニア分解装置からのガスが流れる第２燃料供給ラインを前記第１燃料供給ラインに接続するステップと、を備える。
上記（８）の方法によれば、第１アンモニア分解装置および抽気蒸気ラインを設置するとともに、第２燃料供給ラインを第１燃料供給ラインに接続する改造工事により、既存の燃焼ユニットの構成要素を有効活用して改造工事を小規模にとどめることができる。また、この改造工事により、火炉に供給される水素含有燃料のアンモニア含有率を低減することが可能になるため、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉内での燃焼に伴う未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制することが可能になる。よって、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 (8) The method for modifying the combustion unit according to at least some embodiments of the present invention is as follows.
A method of modifying a combustion unit including a fireplace, a burner for burning fossil fuel in the furnace, and a first fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burner.
The step of installing a first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A step of installing an bleed steam line for guiding the bleed steam of a steam turbine driven by steam heated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit to the first ammonia decomposition apparatus.
A step of connecting a second fuel supply line through which gas from the first ammonia cracking apparatus flows to the first fuel supply line so that a hydrogen-containing fuel containing the hydrogen and the fossil fuel is supplied to the fireplace. To be equipped with.
According to the method (8) above, the components of the existing combustion unit are installed by installing the first ammonia decomposition device and the bleed steam line, and by remodeling the second fuel supply line to connect to the first fuel supply line. It can be effectively used to keep the remodeling work on a small scale. In addition, since this remodeling work makes it possible to reduce the ammonia content of the hydrogen-containing fuel supplied to the fireplace, the emission of unburned ammonia due to the combustion of ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel in the fireplace. And the generation of NOx can be suppressed. Therefore, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, it is necessary to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. Can be done.

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら既存の発電プラントの改造工事を小規模にとどめ、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出の抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 According to at least some embodiments of the present invention, the modification work of an existing power plant is kept on a small scale while enjoying the advantages of ammonia, which does not generate carbon dioxide during combustion and has established storage and transportation techniques. , It is possible to suppress the emission of unburned ammonia due to the combustion of ammonia fuel and reduce the NOx concentration.

幾つかの実施形態に係る火力発電プラントの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the thermal power plant which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係る水素含有燃料供給システムを火力発電プラントのボイラに適用した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which applied the hydrogen-containing fuel supply system which concerns on some Embodiments to the boiler of a thermal power plant. 水素含有燃料供給システムが第２アンモニア分解装置を含む構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example which includes the 2nd ammonia cracking apparatus in the hydrogen-containing fuel supply system. 水素含有燃料供給システムがアンモニア分離装置を含む構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example which includes the ammonia separation apparatus in the hydrogen-containing fuel supply system. 水素含有燃料供給システムがリサイクル流路を含む構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example which includes the recycling flow path of a hydrogen-containing fuel supply system. 幾つかの実施形態に係る水素含有燃料供給システムをガスタービン及びＨＲＳＧを備える火力発電プラントに適用した例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the example which applied the hydrogen-containing fuel supply system which concerns on some Embodiments to a thermal power plant including a gas turbine and HRSG.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. Absent.
For example, expressions that represent relative or absolute arrangements such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial" are exact. Not only does it represent such an arrangement, but it also represents a state of relative displacement with tolerances or angles and distances to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the state of existence.
For example, an expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range in which the same effect can be obtained. The shape including the part and the like shall also be represented.
On the other hand, the expressions "equipped", "equipped", "equipped", "included", or "have" one component are not exclusive expressions that exclude the existence of other components.

図１は、幾つかの実施形態に係る火力発電プラントの構成例を示す概略図であり、図２は、幾つかの実施形態に係る水素含有燃料供給システムを火力発電プラントのボイラに適用した例を示す概略図である。
図１に示すように、幾つかの実施形態において、火力発電プラント１は、燃焼ユニット２と、燃焼ユニット２で生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱されて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン３と、を備えている。上記熱交換は熱交換器７において行われる。幾つかの実施形態において、熱交換器７は、燃焼ユニット２内に配置されていてもよい。
幾つかの実施形態において、火力発電プラント１の燃焼ユニット２は、蒸気タービン３からの抽気蒸気を加熱源としてアンモニアを分解するアンモニア分解装置３０を含み該アンモニア分解装置３０で生成された水素を含む水素含有燃料を燃焼ユニット２に供給するための水素含有燃料供給システム２４を備えている。幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、アンモニア燃料を供給するアンモニア燃料供給部２５と、アンモニア燃料供給部２５から供給されたアンモニア燃料中のアンモニアを分解して水素含有燃料を生成するためのアンモニア分解装置３０と、このアンモニア分解装置に蒸気タービン３からの抽気蒸気を導くための抽気蒸気ライン９と、アンモニア分解装置３０で生成された水素含有燃料を燃焼ユニット２に導くための燃料供給ライン２９と、を含む。幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、抽気蒸気ライン９を介してアンモニア分解装置３０に導かれ、アンモニア分解に用いられた凝縮蒸気を燃焼ユニット２又は熱交換器７の給水側に戻すためのラインを設けてもよい。水素含有燃料供給システム２４の詳細については後述する。
幾つかの実施形態において、火力発電プラント１は、蒸気タービン３により駆動されて発電する発電機４、発電に寄与し仕事を終えた蒸気を液相に戻す復水器５、復水器５で液化された水を循環させるポンプ６や循環経路、及び、燃焼ユニット２からの排気を排出する煙突８等、火力発電に必要なその他の一般的な構成を備え得る。
なお、火力発電プラント１は、主として蒸気タービン３のみを発電機４の駆動源とする（即ち、発電用のガスタービンを具備しない）火力発電プラント１Ａであってもよいし、コンバインドサイクルと組み合わせてガスタービン１６と蒸気タービン３とを用いて発電機４を駆動する火力発電プラント１Ｂ（後述）であってもよい。
また、火力発電プラント１の燃焼ユニット２は、後述するボイラ２Ａやガスタービン燃焼器２Ｂであってもよい。 FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a thermal power plant according to some embodiments, and FIG. 2 is an example in which a hydrogen-containing fuel supply system according to some embodiments is applied to a boiler of a thermal power plant. It is a schematic diagram which shows.
As shown in FIG. 1, in some embodiments, the thermal power plant 1 is driven by steam generated by heating by heat exchange between the combustion unit 2 and the combustion gas generated by the combustion unit 2. It is equipped with a steam turbine 3. The heat exchange is performed in the heat exchanger 7. In some embodiments, the heat exchanger 7 may be located within the combustion unit 2.
In some embodiments, the combustion unit 2 of the thermal power plant 1 includes an ammonia cracking apparatus 30 that decomposes ammonia using the extracted steam from the steam turbine 3 as a heating source, and contains hydrogen produced by the ammonia cracking apparatus 30. A hydrogen-containing fuel supply system 24 for supplying hydrogen-containing fuel to the combustion unit 2 is provided. In some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 decomposes the ammonia fuel supply unit 25 that supplies the ammonia fuel and the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 to generate the hydrogen-containing fuel. Ammonia decomposition device 30 for guiding the fuel, an extraction steam line 9 for guiding the extracted steam from the steam turbine 3 to the ammonia decomposition device, and a hydrogen-containing fuel generated by the ammonia decomposition device 30 for guiding the fuel to the combustion unit 2. The fuel supply line 29 and the like are included. In some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 is guided to the ammonia cracking device 30 via an bleed steam line 9 to transfer the condensed steam used for ammonia cracking to the water supply side of the combustion unit 2 or the heat exchanger 7. A line may be provided to return to. Details of the hydrogen-containing fuel supply system 24 will be described later.
In some embodiments, the thermal power plant 1 comprises a generator 4 driven by a steam turbine 3 to generate electricity, a condenser 5 that contributes to power generation and returns the finished steam to the liquid phase, and a condenser 5. Other general configurations required for thermal power generation may be provided, such as a pump 6 for circulating liquefied water, a circulation path, and a chimney 8 for discharging exhaust from the combustion unit 2.
The thermal power generation plant 1 may be a thermal power generation plant 1A whose drive source is mainly a steam turbine 3 (that is, does not have a gas turbine for power generation), or may be combined with a combined cycle. It may be a thermal power generation plant 1B (described later) that drives a generator 4 by using a gas turbine 16 and a steam turbine 3.
Further, the combustion unit 2 of the thermal power generation plant 1 may be a boiler 2A or a gas turbine combustor 2B, which will be described later.

幾つかの実施形態において、蒸気タービン３は、高圧、中圧又は低圧の蒸気で駆動される種々のタービンを複数組み合わせてなるユニットにより構成されていてもよい。
図２に例示するように、幾つかの実施形態において、蒸気タービン３は、高圧蒸気（高圧ＳＴ）を利用して回転される高圧タービン３ａと、高圧ＳＴよりも低圧の中圧蒸気（中圧ＳＴ）を用いて回転される中圧タービン３ｂと、中圧ＳＴよりも低圧の低圧蒸気（低圧ＳＴ）を用いて回転される低圧タービン３ｃと、を含む３段以上の蒸気タービンで構成されてもよい。高圧タービン３ａに供給される高圧蒸気は、ボイラ２Ａに設けられた熱交換器７（火炉伝熱管７ａ、節炭器、過熱器７ｂ等）で高温ガスとの熱交換により得られる。高圧タービン３ａを駆動した後の蒸気は、そのまま中圧タービン３ｂに供給されてもよいし、例えば、再熱器７ｃ等の熱交換器７によりボイラ２Ａ内で再度加熱された後に中圧タービン３ｂに供給されてもよい。中圧タービン３ｂを回転させた後の低圧蒸気は、低圧タービン３ｃに供給されてもよい。
他の実施形態において、蒸気タービン３は、図２の例に限定されず、例えば、他のタンデムコンパウンド（くし型）やクロスコンパウンド（並列型）の構成を備えていてもよい。他の実施形態において、蒸気タービン３は、例えば、単一の高圧タービン３ａのみから構成されてもよいし、高圧タービン３ａと該高圧タービン３ａを回転させた後の蒸気（低圧ＳＴ）により回転される低圧タービン３ｃとを含む２段の蒸気タービンで構成されてもよい。 In some embodiments, the steam turbine 3 may consist of a unit consisting of a plurality of combinations of various turbines driven by high pressure, medium pressure or low pressure steam.
As illustrated in FIG. 2, in some embodiments, the steam turbine 3 includes a high pressure turbine 3a rotated by utilizing high pressure steam (high pressure ST) and medium pressure steam (medium pressure) lower than the high pressure ST. It is composed of three or more stages of steam turbines including a medium-pressure turbine 3b rotated using ST) and a low-pressure turbine 3c rotated using low-pressure steam (low-pressure ST) lower than medium-pressure ST. May be good. The high-pressure steam supplied to the high-pressure turbine 3a is obtained by heat exchange with high-temperature gas in a heat exchanger 7 (heat furnace heat transfer tube 7a, economizer, superheater 7b, etc.) provided in the boiler 2A. The steam after driving the high-pressure turbine 3a may be supplied to the medium-pressure turbine 3b as it is, or may be reheated in the boiler 2A by a heat exchanger 7 such as a reheater 7c, and then the medium-pressure turbine 3b. May be supplied to. The low-pressure steam after rotating the medium-pressure turbine 3b may be supplied to the low-pressure turbine 3c.
In other embodiments, the steam turbine 3 is not limited to the example of FIG. 2, and may include, for example, other tandem compound (comb type) or cross compound (parallel type) configurations. In another embodiment, the steam turbine 3 may be composed of, for example, only a single high-pressure turbine 3a, or is rotated by the high-pressure turbine 3a and the steam (low-pressure ST) after rotating the high-pressure turbine 3a. It may be composed of a two-stage steam turbine including a low-pressure turbine 3c.

次に、本発明の幾つかの実施形態に係る燃焼ユニット２としてのボイラ２Ａについて詳しく説明する。以下、ボイラ２Ａの火炉２０（後述）を「燃焼ユニット」と称することがある。
図２に例示するように、幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａは、少なくともアンモニア燃料を燃焼させるアンモニア燃焼ボイラとして構成される。幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａは、化石燃料として図示しないミルにより石炭を粉砕して生成した微粉炭（石炭の微粉）を燃焼させるように構成された微粉炭焚きボイラをベースとして構成されてもよく、燃料として化石燃料及び／又はアンモニア燃料を用いて、該化石燃料とアンモニア燃料との混焼を行う混焼ボイラとして構成されてもよい。混焼を行う場合、化石燃料とアンモニア燃料とを含む全燃料に対するアンモニアの比率（混焼率）は、カロリー比で０％超１００％未満の範囲において任意に設定し得る。
なお、化石燃料は微粉炭に限定されず、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、メタンハイドレート又はシェールガス等の天然ガス、重油や軽油等の石油、バイオマス等、他の種類や他の形態の化石燃料であってもよい。
また、本明細書において、「アンモニア燃料」とは、アンモニアを含有する燃料をいい、アンモニアとともに他の成分（例えば水素、水分、窒素等）を含有していてもよい。 Next, the boiler 2A as the combustion unit 2 according to some embodiments of the present invention will be described in detail. Hereinafter, the fireplace 20 (described later) of the boiler 2A may be referred to as a “combustion unit”.
As illustrated in FIG. 2, in some embodiments, the boiler 2A is configured as an ammonia combustion boiler that burns at least ammonia fuel. In some embodiments, the boiler 2A is configured on the basis of a pulverized coal-fired boiler configured to burn pulverized coal (coal pulverized powder) produced by crushing coal with a mill (not shown) as fossil fuel. Alternatively, it may be configured as a co-firing boiler in which fossil fuel and / or ammonia fuel is used as fuel and co-firing of the fossil fuel and ammonia fuel is performed. In the case of co-firing, the ratio of ammonia to the total fuel including fossil fuel and ammonia fuel (co-firing rate) can be arbitrarily set in the range of more than 0% and less than 100% in terms of calorie ratio.
Fossil fuels are not limited to pulverized coals, and include, for example, natural gas such as liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), methane hydrate or shale gas, petroleum such as heavy oil and light oil, biomass, etc. It may be of any type or other form of fossil fuel.
Further, in the present specification, the “ammonia fuel” refers to a fuel containing ammonia, and may contain other components (for example, hydrogen, water, nitrogen, etc.) together with ammonia.

幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａは、火炉２０と、燃料を火炉２０内で燃焼させるためのバーナ２１と、燃焼用の空気（１次空気）を供給する１次空気供給部２２と、を備える。 In some embodiments, the boiler 2A comprises a fireplace 20, a burner 21 for burning fuel in the fireplace 20, and a primary air supply unit 22 for supplying air for combustion (primary air). Be prepared.

火炉２０は、燃料と燃焼用空気とを反応させて燃焼させる筒状の中空体であり、例えば、円筒形状や四角柱状等、種々の形態をとり得る。幾つかの実施形態において、火炉２０は、炉壁部２０ａ及び炉底部２０ｂを含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、火炉２０は、燃焼ガスの流れ方向Ａの下流側、即ち、当該火炉２０の上方側に煙道３８を備えている。煙道３８は、例えば、火炉２０で生成された燃焼ガスを導くためのガス流路として構成される。 The fireplace 20 is a cylindrical hollow body that reacts and burns fuel and combustion air, and can take various forms such as a cylindrical shape and a square columnar shape. In some embodiments, the furnace 20 may include a furnace wall portion 20a and a furnace bottom portion 20b. In some embodiments, the fireplace 20 includes a flue 38 on the downstream side of the combustion gas flow direction A, i.e., on the upper side of the fireplace 20. The flue 38 is configured as, for example, a gas flow path for guiding the combustion gas generated in the fireplace 20.

幾つかの実施形態において、バーナ２１は、火炉２０外から火炉２０内に化石燃料（本実施形態では微粉炭、即ち、固体粉末燃料）と搬送用ガスとの混合気体を供給可能に構成される。搬送用ガスは例えば空気であってもよい。幾つかの実施形態において、バーナ２１は、火炉２０における燃焼ガスの流れ方向Ａにおける上流側（例えば、上下方向に長尺な火炉２０にあっては該火炉２０の下部側）に配設される。幾つかの実施形態では、複数のバーナ２１が設けられてもよく、これら複数のバーナ２１はそれぞれ、火炉２０内における燃焼ガスの流れ方向Ａにおいて異なる位置に複数段に亘って設けられていてもよい。 In some embodiments, the burner 21 is configured to be capable of supplying a mixed gas of fossil fuel (pulverized coal, that is, solid powder fuel in this embodiment) and a transport gas from outside the furnace 20 into the furnace 20. .. The transport gas may be, for example, air. In some embodiments, the burner 21 is arranged on the upstream side in the flow direction A of the combustion gas in the fireplace 20 (for example, in the case of a vertically long fireplace 20, the lower side of the fireplace 20). .. In some embodiments, a plurality of burners 21 may be provided, and each of the plurality of burners 21 may be provided in a plurality of stages at different positions in the combustion gas flow direction A in the furnace 20. Good.

幾つかの実施形態において、１次空気供給部２２は、バーナ２１に供給する燃焼用の空気流量を流量調節弁（図示略）等によって調節可能に構成され得る。こうして、１次空気供給部２２から供給される空気量を調節することにより、火炉２０内の下部領域、即ち、火炉２０内におけるバーナ２１の近傍に形成される燃焼領域３５に供給される酸素量（Ｏ_２の供給量）を規定範囲内に調節することができる。 In some embodiments, the primary air supply unit 22 may be configured such that the flow rate of combustion air supplied to the burner 21 can be adjusted by a flow rate control valve (not shown) or the like. In this way, by adjusting the amount of air supplied from the primary air supply unit 22, the amount of oxygen supplied to the lower region in the fireplace 20, that is, the combustion region 35 formed in the vicinity of the burner 21 in the fireplace 20. (Supply amount of O ₂ ) can be adjusted within the specified range.

幾つかの実施形態では、１次空気供給部２２から火炉２０内に供給される１次空気の量が、第１燃料供給ライン２８を介して火炉２０内に供給される化石燃料を完全燃焼させるために必要な空気量（酸素量）未満となるように設定されてもよい。つまり、火炉２０内に形成される燃焼領域３５は低酸素燃焼領域となり、この燃焼領域３５で燃焼した化石燃料が不完全燃焼の状態で下流側（図２における上方側）に移動することで、該燃焼領域３５の下流側となる炉内滞留エリアに還元領域（還元雰囲気）３６が形成されてもよい。 In some embodiments, the amount of primary air supplied from the primary air supply 22 into the furnace 20 completely burns the fossil fuel supplied into the furnace 20 via the first fuel supply line 28. It may be set to be less than the amount of air (oxygen amount) required for this purpose. That is, the combustion region 35 formed in the furnace 20 becomes a low oxygen combustion region, and the fossil fuel burned in this combustion region 35 moves to the downstream side (upper side in FIG. 2) in an incomplete combustion state. A reduction region (reduction atmosphere) 36 may be formed in a retention area in the furnace on the downstream side of the combustion region 35.

１次空気供給部２２は、送風機として、例えば、少なくとも１つのブロワ（図示省略）を備えていてもよく、このブロワ等によって空気を供給してもよい。１次空気供給部２２からの空気供給流路には流量調節弁（図示省略）が設けられてもよく、流量調節弁は、全閉から全開の状態までとり得るように開度制御可能となっていてもよい。 The primary air supply unit 22 may include, for example, at least one blower (not shown) as a blower, or air may be supplied by the blower or the like. A flow rate control valve (not shown) may be provided in the air supply flow path from the primary air supply unit 22, and the flow rate control valve can control the opening degree so as to be in a fully closed state to a fully open state. You may be.

幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａは、バーナ２１に投入する化石燃料を供給する化石燃料供給部３３と、この化石燃料供給部３３からバーナ２１に化石燃料を供給するための第１燃料供給ライン２８（化石燃料供給ライン）とを備えていてもよい。即ち、図２に示す化石燃料供給部３３から第１燃料供給ライン２８を介してバーナ２１に微粉炭と搬送用ガスとの混合気体が供給され、バーナ２１から火炉２０内に化石燃料が噴出され得る。 In some embodiments, the boiler 2A includes a fossil fuel supply unit 33 that supplies fossil fuel to be input to the burner 21, and a first fuel supply line for supplying fossil fuel from the fossil fuel supply unit 33 to the burner 21. 28 (fossil fuel supply line) may be provided. That is, a mixed gas of pulverized coal and a transport gas is supplied from the fossil fuel supply unit 33 shown in FIG. 2 to the burner 21 via the first fuel supply line 28, and the fossil fuel is ejected from the burner 21 into the furnace 20. obtain.

幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａは、アンモニアを分解して得られる水素含有燃料を火炉２０に供給するための水素含有燃料供給システム２４を備えていてもよい。
ここで、本明細書において、「水素含有燃料」とは、アンモニアを分解して得られる水素を含有する燃料をいい、水素とともに他の成分（例えば、窒素、水分、アンモニア等）を含む燃料が含まれ得る。 In some embodiments, the boiler 2A may include a hydrogen-containing fuel supply system 24 for supplying the hydrogen-containing fuel obtained by decomposing ammonia to the furnace 20.
Here, in the present specification, the "hydrogen-containing fuel" refers to a fuel containing hydrogen obtained by decomposing ammonia, and a fuel containing hydrogen and other components (for example, nitrogen, water, ammonia, etc.) is used. Can be included.

幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、アンモニア燃料を供給するアンモニア燃料供給部２５と、このアンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアを分解して窒素と水素とを生成するためのアンモニア分解装置３０としての第１アンモニア分解装置３０ａと、火力発電プラント１の火炉２０と第１アンモニア分解装置３０ａとに接続され、第１アンモニア分解装置３０ａで生成された水素を含む水素含有燃料をボイラ２Ａ（燃焼ユニット）の火炉２０に供給するための第２燃料供給ライン２９（燃料供給ライン）と、を備えている。また、幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、ボイラ２Ａで生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱された蒸気によって駆動される高圧タービン３ａの抽気蒸気を第１アンモニア分解装置３０ａに導くための抽気蒸気ライン９ａを備えている。 In some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 decomposes the ammonia fuel supply unit 25 that supplies the ammonia fuel and the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 into nitrogen and hydrogen. The first ammonia decomposition device 30a as the ammonia decomposition device 30 for producing the fuel, and the hydrogen generated by the first ammonia decomposition device 30a connected to the furnace 20 and the first ammonia decomposition device 30a of the thermal power plant 1. It is provided with a second fuel supply line 29 (fuel supply line) for supplying the containing hydrogen-containing fuel to the furnace 20 of the boiler 2A (combustion unit). Further, in some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 uses the extracted steam of the high-pressure turbine 3a driven by the steam heated by heat exchange with the combustion gas generated in the boiler 2A as the first ammonia decomposition device. It is provided with an bleed steam line 9a for leading to 30a.

幾つかの実施形態において、ボイラ２Ａの煙道３８内に設けられた熱交換器７で加熱された高温高圧の蒸気が高圧タービン３ａに供給される。即ち、図２に例示するように、第１アンモニア分解装置３０ａは、抽気蒸気ライン９ａによって導かれる高圧タービン３ａからの抽気蒸気を加熱源としてアンモニアの分解を行うように構成される。アンモニアの分解平衡は低圧であるほど低温で分解しやすく、ボイラ２Ａの場合、燃料は比較的低圧で（１〜２ＢａｒＧ）用いられるため、平衡上は３００℃以上の温度でほとんど分解できるため、高圧タービン３ａからの抽気蒸気を加熱源としてアンモニアの分解が可能となる。アンモニアの分解は吸熱反応でアンモニアの発熱量の約１５％程度の熱を要する。このため、高圧タービン３ａからの抽気蒸気を利用してアンモニアを分解し、これによって生成された水素を燃料として用いることで発電全体の効率を上昇させることが出来る。この場合、第１アンモニア分解装置３０ａでは、以下の化学式（１）に示す分解反応（吸熱反応）により、アンモニアが分解されて窒素と水素とが生成される。
［化１］
２ＮＨ_３→Ｎ_２＋３Ｈ_２−９２［ｋＪ／ｍｏｌ］・・・（１） In some embodiments, high temperature and high pressure steam heated by a heat exchanger 7 provided in the flue 38 of the boiler 2A is supplied to the high pressure turbine 3a. That is, as illustrated in FIG. 2, the first ammonia decomposition device 30a is configured to decompose ammonia using the extracted steam from the high-pressure turbine 3a guided by the extracted steam line 9a as a heating source. As for the decomposition equilibrium of ammonia, the lower the pressure, the easier it is to decompose at low temperature. In the case of boiler 2A, the fuel is used at a relatively low pressure (1-2 BarG), so that it can be almost decomposed at a temperature of 300 ° C or higher in equilibrium. Ammonia can be decomposed by using the extracted steam from the turbine 3a as a heating source. Decomposition of ammonia is an endothermic reaction and requires about 15% of the calorific value of ammonia. Therefore, the efficiency of the entire power generation can be increased by decomposing ammonia by using the extracted steam from the high-pressure turbine 3a and using the hydrogen produced thereby as fuel. In this case, in the first ammonia decomposition apparatus 30a, ammonia is decomposed to generate nitrogen and hydrogen by the decomposition reaction (endothermic reaction) represented by the following chemical formula (1).
[Chemical 1]
_{_{_{2NH 3 → N 2 + 3H 2}}} -92 [kJ / mol] ··· (1)

幾つかの実施形態では、図２に示すように、高圧タービン３ａから第１アンモニア分解装置３０ａに抽気蒸気を導く抽気蒸気ライン９ａに加えて、中圧タービン３ｂから第１アンモニア分解装置３０ｂに抽気蒸気を導く抽気蒸気ライン９ｂを設けてもよいし、低圧タービン３ｃから第１アンモニア分解装置３０ｃに抽気蒸気を導く抽気蒸気ライン９ｃを設けてもよい。幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、各タービン３ａ、３ｂ、３ｃから抽気蒸気ライン９ａ、９ｂ、９ｃを介して供給された抽気蒸気を、それぞれ、第１アンモニア分解装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいてアンモニア分解に用いた後、ボイラ２Ａ及び／又は熱交換器７の給水側に戻すように構成されたラインを設けてもよい。
ここで、ボイラ２Ａに供給される燃料は低圧で足りる。このため、アンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアは、上述の通り、低温で分解し易い。このため、アンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアを、まずは第１アンモニア分解装置３０ｃにおいて低圧タービン３ｃからの低圧タービン抽気によって分解し、続いて第１アンモニア分解装置３０ｂにおいて中圧タービン３ｂからの中圧タービン抽気によって分解し、その後に、第１アンモニア分解装置３０ａにおいて高圧タービン３ａからの高圧タービン抽気によって分解するように構成してもよい。
他の実施形態では、例えば、抽気蒸気ライン９ａに代えて、抽気蒸気ライン９ｂ及び／又は抽気蒸気ライン９ｃを設けてもよい。 In some embodiments, as shown in FIG. 2, in addition to the bleed steam line 9a that guides the bleed steam from the high pressure turbine 3a to the first ammonia decomposition device 30a, the bleed air is drawn from the medium pressure turbine 3b to the first ammonia decomposition device 30b. An bleed steam line 9b for guiding steam may be provided, or an bleed steam line 9c for guiding bleed steam from the low-pressure turbine 3c to the first ammonia decomposition device 30c may be provided. In some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 uses the extracted steam supplied from the turbines 3a, 3b, and 3c via the extracted steam lines 9a, 9b, and 9c, respectively, with the first ammonia decomposition device 30a. After being used for ammonia decomposition in 30b and 30c, a line configured to return to the water supply side of the boiler 2A and / or the heat exchanger 7 may be provided.
Here, a low pressure is sufficient for the fuel supplied to the boiler 2A. Therefore, as described above, the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 is easily decomposed at a low temperature. Therefore, the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 is first decomposed by the low pressure turbine extraction from the low pressure turbine 3c in the first ammonia decomposition device 30c, and then medium pressure in the first ammonia decomposition device 30b. It may be configured to be decomposed by the medium pressure turbine extraction from the turbine 3b and then decomposed by the high pressure turbine extraction from the high pressure turbine 3a in the first ammonia decomposition apparatus 30a.
In another embodiment, for example, the bleed steam line 9b and / or the bleed steam line 9c may be provided instead of the bleed steam line 9a.

幾つかの実施形態において、アンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアは、第１アンモニア分解装置３０でほぼ全量（例えば、カロリー比で９５％以上、好ましくは同９８％以上、より好ましくは同９９％以上）が窒素と水素とに分解されるように設定してもよい。 In some embodiments, the amount of ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25 is almost the entire amount (for example, 95% or more, preferably 98% or more in terms of calorie ratio) in the first ammonia decomposition apparatus 30. Preferably, 99% or more of the fuel may be decomposed into nitrogen and hydrogen.

幾つかの実施形態では、上記第２燃料供給ライン２９は、第１アンモニア分解装置３０および第１燃料供給ライン２８に接続され、第１燃料供給ライン２８内の化石燃料に第１アンモニア分解装置３０で生成された水素を混入させるための第２燃料供給ライン２９（水素含有燃料供給ライン）として構成され得る（図２参照）。この場合、第１アンモニア分解装置３０で生成されたアンモニア燃料由来の水素が、第２燃料供給ライン２９、第１燃料供給ライン２８及びバーナ２１を介して火炉２０内に供給される。 In some embodiments, the second fuel supply line 29 is connected to the first ammonia cracking device 30 and the first fuel supply line 28, and the first ammonia cracking device 30 is connected to the fossil fuel in the first fuel supply line 28. It can be configured as a second fuel supply line 29 (hydrogen-containing fuel supply line) for mixing the hydrogen generated in (see FIG. 2). In this case, hydrogen derived from the ammonia fuel generated by the first ammonia cracking apparatus 30 is supplied into the furnace 20 via the second fuel supply line 29, the first fuel supply line 28 and the burner 21.

このように構成すれば、既存の化石燃料焚きボイラに対してアンモニア燃料供給部２５、第１アンモニア分解装置３０、抽気蒸気ライン９及び第２燃料供給ライン２９を追加設置することで、水素含有燃料供給システム２４の追加工事を容易に行うことができるため、化石燃料とアンモニア燃料との混焼ボイラを容易に実現することができる。また、ボイラ２Ａは、煙道３８内の熱交換器７で加熱されて生成された高温高圧の蒸気を利用してアンモニアを分解（吸熱反応）して生じた水素を、該ボイラ２Ａで燃焼させるべく火炉２０内に投入するように構成することにより、火炉２０内における燃焼で生じた高温ガス（燃焼ガス）から熱回収することができる。このため、ボイラ２Ａを、所謂化学反応を用いて再生熱交換を行うケミカルレキュパレータボイラとして構成し得る。従って、熱効率、発電効率及びプラント効率の更なる向上を図ることができる。
他の実施形態では、上記第２燃料供給ライン２９は、例えば、火炉２０に直接接続されてもよい。この場合、第１アンモニア分解装置３０でアンモニアが分解されて生成された水素含有燃料が火炉２０内に直接供給される。また、他の実施形態では、上記第２燃料供給ライン２９は、例えば、１次空気供給部２２からの空気を火炉２０に供給する空気供給ライン２３に接続されてもよい。この場合、燃焼用の一次空気に水素含有燃料が混入されて火炉２０内に供給される。 With this configuration, the hydrogen-containing fuel can be fueled by additionally installing the ammonia fuel supply unit 25, the first ammonia decomposition device 30, the bleed steam line 9, and the second fuel supply line 29 to the existing fossil fuel-fired boiler. Since the additional construction of the supply system 24 can be easily performed, a co-firing boiler of fossil fuel and ammonia fuel can be easily realized. Further, the boiler 2A burns hydrogen generated by decomposing ammonia (heat absorption reaction) using high-temperature and high-pressure steam generated by heating in the heat exchanger 7 in the flue 38 in the boiler 2A. By configuring the boiler 20 to be charged into the furnace 20, heat can be recovered from the high-temperature gas (combustion gas) generated by combustion in the boiler 20. Therefore, the boiler 2A can be configured as a chemical recuperator boiler that performs regenerative heat exchange using a so-called chemical reaction. Therefore, the thermal efficiency, the power generation efficiency, and the plant efficiency can be further improved.
In another embodiment, the second fuel supply line 29 may be directly connected to, for example, the fireplace 20. In this case, the hydrogen-containing fuel produced by decomposing ammonia in the first ammonia decomposition device 30 is directly supplied into the fireplace 20. In another embodiment, the second fuel supply line 29 may be connected to, for example, an air supply line 23 that supplies air from the primary air supply unit 22 to the fireplace 20. In this case, hydrogen-containing fuel is mixed with the primary air for combustion and supplied into the furnace 20.

以上の構成によれば、第１アンモニア分解装置３０においてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を火炉２０に供給するようにしたことにより、アンモニアの燃料としての使用に起因する未燃アンモニアの排出とＮＯｘ濃度の増加とを抑制することができるとともに、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いた水素含有燃料供給システム２４、アンモニア燃料を用いたボイラ２Ａ、及び、アンモニア燃料を用いたボイラ２Ａを備えた火力発電プラント１Ａを実現することができる。また、第１アンモニア分解装置３０におけるアンモニアの分解に必要な熱源をボイラ２Ａから直接得るのではなく、蒸気タービン３の抽気蒸気から熱源を得るようにしたので、既存の火力発電設備に対する改造工事を小規模にとどめることができる。 According to the above configuration, the hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by pre-decomposing ammonia in the first ammonia decomposition apparatus 30 is supplied to the furnace 20, so that the use of ammonia as a fuel has not yet occurred. A hydrogen-containing fuel supply system 24 using ammonia fuel (strictly speaking, a hydrogen-containing fuel derived from ammonia), a boiler 2A using ammonia fuel, and the like, which can suppress the emission of fuel ammonia and the increase in NOx concentration. In addition, a thermal power plant 1A equipped with a boiler 2A using ammonia fuel can be realized. In addition, since the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition device 30 is obtained from the extracted steam of the steam turbine 3 instead of directly from the boiler 2A, remodeling work for the existing thermal power generation facility is carried out. Can be kept small.

図３に例示するように、幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、第２燃料供給ライン２９における第１アンモニア分解装置３０の下流側に設けられ、第１アンモニア分解装置３０から火炉２０（燃焼ユニット）に向かうガス中の残留アンモニアをさらに分解するための第２アンモニア分解装置３１をさらに備えてもよい。即ち、アンモニア分解装置３２は、第１アンモニア分解装置３０及び第２アンモニア分解装置３１のように複数のアンモニア分解装置を含んでいてもよい。例えば、図３に示す例示的な実施形態の場合、第１アンモニア分解装置３０及び第２アンモニア分解装置３１が共に、アンモニアを分解して水素と窒素とを生成するアンモニア分解装置３２として機能する。この場合、例えば、図２に示す実施形態では各々の第１アンモニア分解装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃにそれぞれ高圧タービン３ａ、中圧タービン３ｂ、低圧タービン３ｃからの抽気蒸気をそれぞれ供給する構成としたが、図３では、蒸気タービン３からの抽気蒸気が抽気蒸気ライン９を介して第１アンモニア分解装置３０のみに供給され、第２アンモニア分解装置３１には抽気蒸気が供給されない構成としてもよい。幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、蒸気タービン３から抽気蒸気ライン９を介して供給された抽気蒸気を、第１アンモニア分解装置３０においてアンモニア分解に用いた後、ボイラ２Ａ及び／又は熱交換器７の給水側に戻すように構成されたラインを設けてもよい（後述する図４、図５に示す実施形態においても同様）。 As illustrated in FIG. 3, in some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 is provided on the downstream side of the first ammonia cracking device 30 in the second fuel supply line 29, from the first ammonia cracking device 30. A second ammonia decomposition device 31 for further decomposing residual ammonia in the gas heading to the furnace 20 (combustion unit) may be further provided. That is, the ammonia decomposition device 32 may include a plurality of ammonia decomposition devices such as the first ammonia decomposition device 30 and the second ammonia decomposition device 31. For example, in the case of the exemplary embodiment shown in FIG. 3, both the first ammonia decomposition device 30 and the second ammonia decomposition device 31 function as an ammonia decomposition device 32 that decomposes ammonia to produce hydrogen and nitrogen. In this case, for example, in the embodiment shown in FIG. 2, the extracted steam from the high-pressure turbine 3a, the medium-pressure turbine 3b, and the low-pressure turbine 3c is supplied to the first ammonia decomposition devices 30a, 30b, and 30c, respectively. In FIG. 3, the extracted steam from the steam turbine 3 may be supplied only to the first ammonia decomposition device 30 via the extracted steam line 9, and the extracted steam may not be supplied to the second ammonia decomposition device 31. In some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 uses the extracted steam supplied from the steam turbine 3 via the extracted steam line 9 for ammonia decomposition in the first ammonia decomposition apparatus 30, and then uses the boiler 2A and the boiler 2A. / Or a line configured to return to the water supply side of the heat exchanger 7 may be provided (the same applies to the embodiments shown in FIGS. 4 and 5 described later).

上記の第２アンモニア分解装置３１は、第１アンモニア分解装置３０から火炉２０に向かうガスの一部を部分酸化条件下で燃焼させるための燃焼部３１ａと、燃焼部３１ａにおいて生成した燃焼熱を用いて、残留アンモニアを分解するように構成された分解部３１ｂと、を備えていてもよい。 The second ammonia decomposition device 31 uses the combustion unit 31a for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device 30 toward the furnace 20 under partial oxidation conditions, and the combustion heat generated in the combustion unit 31a. It may also include a decomposition section 31b configured to decompose residual ammonia.

燃焼部３１ａには、第１アンモニア分解装置３０で生成された水素、窒素及び未燃アンモニアを含む水素含有燃料と、部分燃焼用空気供給部２７からの部分燃焼用空気とが供給される。また、燃焼部３１ａには、アンモニア部分燃焼用の空気の他、例えば、軽油等の助燃燃料が供給されるように構成してもよい。 A hydrogen-containing fuel containing hydrogen, nitrogen, and unburned ammonia generated by the first ammonia decomposition apparatus 30 and partial combustion air from the partial combustion air supply unit 27 are supplied to the combustion unit 31a. Further, the combustion unit 31a may be configured to be supplied with an auxiliary fuel such as light oil in addition to the air for partial combustion of ammonia.

分解部３１ｂでは、上述の化学式（１）に示す分解反応（吸熱反応）により、アンモニアが分解されて窒素と水素とが生成される。
幾つかの実施形態において、上述の第１アンモニア分解装置３０及び第２アンモニア分解装置３１の分解部３１ｂにはアンモニア分解触媒が好んで用いられる。このため、分解部３１ｂには、例えば、アンモニア分解触媒を適用してもよい。アンモニア分解触媒としては、例えば、シリカや酸化ランタンなどの無機質担体にニッケルやコバルトを含浸担持法等により担持した触媒を使用し、加熱下でアンモニアを接触させ、水素と窒素に分解する方法を用いることができる。また、アンモニア分解触媒としては、ルテニウム系触媒が好んで用いられている。例えば、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウムなどの無機質担体に、含浸担持法等により白金族（ルテニウム）を担持した触媒を使用し、加熱下でアンモニアを接触させ、水素と窒素に分解する方法等、種々の触媒及び方法を適用し得る。また、塩基性炭酸マグネシウムを含む酸化マグネシウム担体と該記担体に担持されたルテニウムを含有するアンモニア分解触媒等を用いてもよい。 In the decomposition section 31b, ammonia is decomposed to produce nitrogen and hydrogen by the decomposition reaction (endothermic reaction) represented by the above chemical formula (1).
In some embodiments, an ammonia decomposition catalyst is preferably used for the decomposition unit 31b of the first ammonia decomposition device 30 and the second ammonia decomposition device 31 described above. Therefore, for example, an ammonia decomposition catalyst may be applied to the decomposition unit 31b. As the ammonia decomposition catalyst, for example, a catalyst in which an inorganic carrier such as silica or lanthanum oxide is impregnated with nickel or cobalt and supported by a carrying method or the like is used, and ammonia is brought into contact with each other under heating to decompose into hydrogen and nitrogen. be able to. Further, as the ammonia decomposition catalyst, a ruthenium-based catalyst is preferably used. For example, a catalyst in which a platinum group (ruthenium) is supported on an inorganic carrier such as alumina, silica, or magnesium oxide by an impregnation carrying method or the like is used, and ammonia is brought into contact with the catalyst under heating to decompose it into hydrogen and nitrogen. The catalysts and methods of are applicable. Further, a magnesium oxide carrier containing basic magnesium carbonate and an ammonia decomposition catalyst containing ruthenium supported on the carrier may be used.

上記構成によれば、第１アンモニア分解装置３０により、抽気蒸気を熱源として利用してアンモニアの分解を行うだけでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、第２アンモニア分解装置３１において、第１アンモニア分解装置３０から火炉２０に向かうガスの部分燃焼により生じる熱を利用して残留アンモニアを分解することができる。これにより、火炉２０への供給前に水素含有燃料中のアンモニア含有率を十分に低減し、火炉２０内でのアンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制できる。また、第２アンモニア分解装置３１の燃焼部３１ａでは、第１アンモニア分解装置３０から火炉２０に向かうガスを部分酸化条件下で燃焼させるため、燃焼部３１ａにおけるＮＯｘの発生を抑制できる。 According to the above configuration, even if the first ammonia decomposition device 30 cannot sufficiently decompose ammonia simply by using the extracted steam as a heat source to decompose ammonia, the second ammonia decomposition device 31 is the first. 1 Residual ammonia can be decomposed by utilizing the heat generated by the partial combustion of the gas from the ammonia decomposition device 30 to the furnace 20. As a result, the ammonia content in the hydrogen-containing fuel can be sufficiently reduced before being supplied to the fireplace 20, and the emission of unburned ammonia and the generation of NOx due to the combustion of ammonia in the furnace 20 can be suppressed. Further, since the combustion unit 31a of the second ammonia decomposition device 31 burns the gas from the first ammonia decomposition device 30 toward the fireplace 20 under the partial oxidation condition, the generation of NOx in the combustion unit 31a can be suppressed.

図４に示すように、幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、第２燃料供給ライン２９における第１アンモニア分解装置３０の下流側に設けられ、第１アンモニア分解装置３０から火炉２０（燃焼ユニット）に向かうガス中の残留アンモニアを分離するためのアンモニア分離装置３４をさらに備えていてもよい。 As shown in FIG. 4, in some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 is provided on the downstream side of the first ammonia decomposition device 30 in the second fuel supply line 29, and is provided from the first ammonia decomposition device 30 to the furnace. Ammonia separation device 34 for separating residual ammonia in the gas toward 20 (combustion unit) may be further provided.

幾つかの実施形態において、アンモニア分離装置３４は、第１アンモニア分解装置３０とバーナ２１との間に配置され、該第１アンモニア分解装置３０とバーナ２１とにそれぞれ接続されてもよい。
幾つかの実施形態において、アンモニア分離装置３４に供給される第１アンモニア分解装置３０からのガスには、アンモニア燃料が分解されて生成された窒素及び水素に加え、未分解又は未燃のアンモニア（ＮＨ_３）が含まれ得る。アンモニア分離装置３４は、こうして供給された未分解又は未燃のアンモニアを除去剤や吸着剤を用いて分離する。こうして、アンモニア分離装置３４によって、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニア含有率が所定の比率に維持されるように構成されてもよい。 In some embodiments, the ammonia separation device 34 may be located between the first ammonia decomposition device 30 and the burner 21 and may be connected to the first ammonia decomposition device 30 and the burner 21, respectively.
In some embodiments, the gas from the first ammonia cracking device 30 supplied to the ammonia separating device 34 includes undecomposed or unburned ammonia (in addition to nitrogen and hydrogen produced by the decomposition of the ammonia fuel). NH ₃ ) may be included. The ammonia separation device 34 separates the undecomposed or unburned ammonia supplied in this manner using a removing agent or an adsorbent. In this way, the ammonia separation device 34 may be configured so that the ammonia content of the hydrogen-containing fuel supplied to the furnace 20 is maintained at a predetermined ratio.

なお、幾つかの実施形態において、分離には残留アンモニア（すなわち、未分解又は未燃のアンモニア）を除去又は吸着によって分離することを含み、分離手段としては物理的手法又は化学的手法等、種々の方法が考えられる。
例えば、公知のアンモニア吸着剤を充填させたアンモニア分離装置３４としての吸着塔内を通過させることで、第１アンモニア分解装置３０ａから供給されるアンモニア燃料中のアンモニアを吸着除去してもよい。
アンモニア吸着剤としては、例えば、公知の粒状活性炭や繊維状活性炭を用いてもよいし、アクリレート系繊維を用いたセルファイン（登録商標）等を用いてもよいし、多孔質で構造中に負電荷をもつゼオライト等を用いてもよい。 In some embodiments, the separation involves removing residual ammonia (that is, undecomposed or unburned ammonia) by removal or adsorption, and the separation means includes various methods such as a physical method or a chemical method. Method is conceivable.
For example, ammonia in the ammonia fuel supplied from the first ammonia decomposition device 30a may be adsorbed and removed by passing through the adsorption tower as the ammonia separation device 34 filled with a known ammonia adsorbent.
As the ammonia adsorbent, for example, known granular activated carbon or fibrous activated carbon may be used, Celfine (registered trademark) using acrylate-based fibers, or the like may be used, and the ammonia adsorbent is porous and negative in the structure. A charged zeolite or the like may be used.

上記構成によれば、第１アンモニア分解装置３０のみでは十分にアンモニアを分解できない場合であっても、アンモニア分離装置３４により残留アンモニアを分離することで、火炉２０への供給前に水素含有燃料中のアンモニア含有率を十分に低減することができる。よって、アンモニアの燃焼に起因した未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制できる。 According to the above configuration, even if the first ammonia decomposition device 30 alone cannot sufficiently decompose ammonia, the residual ammonia is separated by the ammonia separation device 34 in the hydrogen-containing fuel before being supplied to the furnace 20. Ammonia content can be sufficiently reduced. Therefore, it is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the generation of NOx due to the combustion of ammonia.

図５に示すように、幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、アンモニア分離装置３４で分離された残留アンモニアを第１アンモニア分解装置３０の入口側に戻すためのリサイクル流路３７をさらに備えていてもよい。
このようにすれば、アンモニア分離装置３４で分離したアンモニアを第１アンモニア分解装置３０の入口側に戻すことで、アンモニアのほぼ全量を燃料として有効活用できる。例えば、アンモニア分離装置３４としての吸収塔（図示省略）にて吸収液にアンモニアを化学吸収させた後、吸収液を加熱することで回収したアンモニアを第１アンモニア分解装置３０の入口側に戻してもよい。同様に、アンモニア分離装置３４としての吸着装置においてアンモニアを吸着剤に吸着させた後、吸着材を加熱することで脱着させたアンモニアを第１アンモニア分解装置３０の入口側に戻してもよい。こうして、回収したアンモニアを原料アンモニアとして再利用することができる。 As shown in FIG. 5, in some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 is a recycling flow path 37 for returning the residual ammonia separated by the ammonia separation device 34 to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30. May be further provided.
By doing so, by returning the ammonia separated by the ammonia separation device 34 to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30, almost the entire amount of ammonia can be effectively utilized as fuel. For example, after chemically absorbing ammonia in the absorption liquid in an absorption tower (not shown) as the ammonia separation device 34, the ammonia recovered by heating the absorption liquid is returned to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30. May be good. Similarly, after adsorbing ammonia on the adsorbent in the adsorption device as the ammonia separation device 34, the desorbed ammonia may be returned to the inlet side of the first ammonia decomposition device 30 by heating the adsorbent. In this way, the recovered ammonia can be reused as the raw material ammonia.

さらに、図６に示すように、上述した幾つかの実施形態で例示した水素含有燃料供給システム２４は、各実施形態で例示した火力発電プラント１Ａのみならず、例えば、ガスタービン１６、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１５、蒸気タービン３及び発電機４を備えたガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）等の火力発電プラント１Ｂにも適用し得る。つまり、上記火力発電プラント１は、ＧＴＣＣ等の火力発電プラント１Ｂであってもよい。なお、図６では、説明の簡略化のため、本発明の実施形態に係る水素含有燃料供給システム２４が適用される火力発電プラント１Ｂの一部のみを示している。 Further, as shown in FIG. 6, the hydrogen-containing fuel supply system 24 exemplified in some of the above-described embodiments is not limited to the thermal power plant 1A exemplified in each embodiment, for example, a gas turbine 16 and exhaust heat recovery. It can also be applied to a thermal power plant 1B such as a gas turbine combined cycle (GTCC) equipped with a boiler (HRSG) 15, a steam turbine 3 and a generator 4. That is, the thermal power plant 1 may be a thermal power plant 1B such as GTCC. Note that FIG. 6 shows only a part of the thermal power plant 1B to which the hydrogen-containing fuel supply system 24 according to the embodiment of the present invention is applied for the sake of simplification of the description.

図６に例示する幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、アンモニア燃料を供給するアンモニア燃料供給部２５と、このアンモニア燃料供給部２５から供給されるアンモニア燃料中のアンモニアを分解して水素と窒素とを生成するアンモニア分解装置３０と、アンモニア分解装置３０で生成された水素を含む水素含有燃料をガスタービン燃焼器２Ｂ（燃焼ユニット）に供給するための第２燃料供給ライン２９（水素含有燃料供給ライン）と、ガスタービン燃焼器２Ｂで生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱された蒸気によって駆動される蒸気タービン３からの抽気蒸気をアンモニア分解装置３０に導くための抽気蒸気ライン９と、を備えている。
上記第２燃料供給ライン２９は、第１アンモニア分解装置３０および第１燃料供給ライン２８に接続され、第１燃料供給ライン２８内の化石燃料に第１アンモニア分解装置３０ａで生成された水素を混入させるための第２燃料供給ライン２９（水素含有燃料供給ライン）として構成されてもよい。 In some embodiments illustrated in FIG. 6, the hydrogen-containing fuel supply system 24 decomposes the ammonia fuel supply unit 25 that supplies ammonia fuel and the ammonia in the ammonia fuel supplied from the ammonia fuel supply unit 25. Ammonia decomposition device 30 that produces hydrogen and nitrogen, and a second fuel supply line 29 (combustion unit) for supplying hydrogen-containing fuel containing hydrogen generated by the ammonia decomposition device 30 to the gas turbine combustor 2B (combustion unit). Hydrogen-containing fuel supply line) and the extracted steam for guiding the extracted steam from the steam turbine 3 driven by the steam heated by the heat exchange between the combustion gas generated by the gas turbine combustor 2B to the ammonia decomposition device 30. It is equipped with line 9.
The second fuel supply line 29 is connected to the first ammonia decomposition device 30 and the first fuel supply line 28, and the fossil fuel in the first fuel supply line 28 is mixed with hydrogen generated by the first ammonia decomposition device 30a. It may be configured as a second fuel supply line 29 (hydrogen-containing fuel supply line) for causing the fuel to run.

図６に例示する火力発電プラント１Ｂでは、例えば、化石燃料が第１燃料供給ライン２８（化石燃料供給ライン）を介してガスタービン燃焼器２Ｂに供給される。また、アンモニア分解装置３０で生成された水素を含む水素含有燃料が第２燃料供給ライン２９を介してガスタービン燃焼器２Ｂに供給される。そして、圧縮機１７で圧縮されて供給された空気とともに、化石燃料及び／又は水素含有燃料がガスタービン燃焼器２Ｂで燃焼する。このガスタービン燃焼器２Ｂにおける燃焼で生じた燃焼ガスによってガスタービン１６が駆動される。ガスタービン１６を駆動した後の高温ガスは排熱回収ボイラ１５を経由して煙突８に導かれる。
排熱回収ボイラ１５では、ガスタービン１６から供給された高温ガス（燃焼ガス）との熱交換によって水が加熱されて高温高圧の蒸気が生成される。この高圧蒸気は、蒸気タービン３に供給されて該蒸気タービン３を駆動する。そして、ガスタービン１６と蒸気タービン３とにより発電機４が駆動される。
蒸気タービン３では、蒸気の一部が抽気蒸気として抽気蒸気ライン９を通ってアンモニア分解装置３０に導かれる。蒸気タービン３から排出された残りの蒸気は、復水器５で冷却されて液相となり、排熱回収ボイラ１５に戻される。 In the thermal power plant 1B illustrated in FIG. 6, for example, fossil fuel is supplied to the gas turbine combustor 2B via the first fuel supply line 28 (fossil fuel supply line). Further, the hydrogen-containing fuel containing hydrogen generated by the ammonia decomposition apparatus 30 is supplied to the gas turbine combustor 2B via the second fuel supply line 29. Then, the fossil fuel and / or the hydrogen-containing fuel is burned in the gas turbine combustor 2B together with the air compressed and supplied by the compressor 17. The gas turbine 16 is driven by the combustion gas generated by the combustion in the gas turbine combustor 2B. The high-temperature gas after driving the gas turbine 16 is guided to the chimney 8 via the exhaust heat recovery boiler 15.
In the exhaust heat recovery boiler 15, water is heated by heat exchange with a high temperature gas (combustion gas) supplied from the gas turbine 16 to generate high temperature and high pressure steam. This high-pressure steam is supplied to the steam turbine 3 to drive the steam turbine 3. Then, the generator 4 is driven by the gas turbine 16 and the steam turbine 3.
In the steam turbine 3, a part of the steam is guided as extracted steam to the ammonia decomposition device 30 through the extracted steam line 9. The remaining steam discharged from the steam turbine 3 is cooled by the condenser 5 to become a liquid phase, and is returned to the exhaust heat recovery boiler 15.

そして、この図６に示す水素含有燃料供給システム２４は、例えば、第２アンモニア分解装置３１（図３参照）を含んでもよいし、アンモニア分離装置３４（図４参照）を含んでもよいし、アンモニア分離装置３４に加えてリサイクル流路３７（図５参照）を含んで構成されてもよい。
ここで、ガスタービン１６に供給される燃料は３０ＢａｒＧ．程度の圧力が必要とされるため、該ガスタービン１６に供給するための水素含有燃料を生成する第１アンモニア分解装置３０では、より高い温度での分解を行う必要がある。このため、幾つかの実施形態において、水素含有燃料供給システム２４は、蒸気タービン３からの抽気蒸気によるアンモニア分解の後、ガスタービン１６の排ガスによる加熱分解や部分燃焼により、アンモニアを加熱・昇温して分解するように構成してもよい。 The hydrogen-containing fuel supply system 24 shown in FIG. 6 may include, for example, a second ammonia decomposition device 31 (see FIG. 3), an ammonia separation device 34 (see FIG. 4), or ammonia. A recycling channel 37 (see FIG. 5) may be included in addition to the separating device 34.
Here, the fuel supplied to the gas turbine 16 is 30 BarG. Since a certain amount of pressure is required, the first ammonia decomposition device 30 for generating hydrogen-containing fuel to be supplied to the gas turbine 16 needs to perform decomposition at a higher temperature. Therefore, in some embodiments, the hydrogen-containing fuel supply system 24 heats and raises the temperature of ammonia by heat decomposition or partial combustion by the exhaust gas of the gas turbine 16 after decomposition of ammonia by the extracted steam from the steam turbine 3. It may be configured to be disassembled.

さらにまた、幾つかの実施形態で例示する燃焼ユニット２は、図１乃至図６に一点鎖線で示す水素含有燃料供給システム２４を既存の火力発電プラントに追加的に設置する改造工事により、容易に実現することができる。
即ち、幾つかの実施形態において、火炉２０と、化石燃料を火炉２０内で燃焼させるためのバーナ２１と、バーナ２１に化石燃料を供給するための第１燃料供給ライン２８と、を備える燃焼ユニット２を改造して、アンモニア燃料を使用可能な燃焼ユニットを得る。その際の燃焼ユニット２の改造方法は、アンモニアを分解して窒素と水素とを生成するための第１アンモニア分解装置３０（アンモニア分解装置）を設置することと、ボイラ２Ａ（燃焼ユニット）で生成された燃焼ガスとの熱交換によって加熱された蒸気によって駆動される蒸気タービン３の抽気蒸気を第１アンモニア分解装置３０に導くための抽気蒸気ライン９を設置することと、水素及び化石燃料を含む水素含有燃料が火炉２０に供給されるように、第１アンモニア分解装置３０からのガスが流れる第２燃料供給ライン２９を第１燃料供給ライン２８に接続することと、を備える。 Furthermore, the combustion unit 2 illustrated in some embodiments can be easily remodeled by additionally installing the hydrogen-containing fuel supply system 24 shown by the alternate long and short dash line in FIGS. 1 to 6 in the existing thermal power plant. It can be realized.
That is, in some embodiments, a combustion unit comprising a furnace 20, a burner 21 for burning fossil fuel in the furnace 20, and a first fuel supply line 28 for supplying fossil fuel to the burner 21. Modify 2 to obtain a combustion unit that can use ammonia fuel. At that time, the method of modifying the combustion unit 2 is to install a first ammonia decomposition device 30 (ammonia decomposition device) for decomposing ammonia to generate nitrogen and hydrogen, and to generate it with a boiler 2A (combustion unit). An bleed steam line 9 for guiding the bleed vapor of the steam turbine 3 driven by the steam heated by heat exchange with the generated combustion gas to the first ammonia decomposition device 30 is installed, and hydrogen and fossil fuel are included. The second fuel supply line 29 through which the gas from the first ammonia cracking apparatus 30 flows is connected to the first fuel supply line 28 so that the hydrogen-containing fuel is supplied to the furnace 20.

上記の改造方法によれば、第１アンモニア分解装置３０（アンモニア分解装置）および抽気蒸気ライン９を設置するとともに、第２燃料供給ライン２９（燃料供給ライン）を第１燃料供給ライン２８に接続する改造工事により、既存の燃焼ユニット２の構成要素を有効活用して改造工事を小規模にとどめることができる。また、この改造工事により、火炉２０に供給される水素含有燃料のアンモニア含有率を低減することが可能になるため、水素含有燃料中に残留するアンモニアの火炉２０内での燃焼に伴う未燃アンモニアの排出とＮＯｘの発生とを抑制することが可能になる。よって、燃焼時に二酸化炭素が発生せず、貯蔵や輸送技術が確立されているアンモニアの利点を享受しながら、アンモニア燃料の燃焼に伴う未燃アンモニアの排出抑制とＮＯｘ濃度の低減とを図ることができる。 According to the above modification method, the first ammonia decomposition device 30 (ammonia decomposition device) and the bleed steam line 9 are installed, and the second fuel supply line 29 (fuel supply line) is connected to the first fuel supply line 28. By the remodeling work, the remodeling work can be kept on a small scale by effectively utilizing the components of the existing combustion unit 2. Further, since this remodeling work makes it possible to reduce the ammonia content of the hydrogen-containing fuel supplied to the fireplace 20, unburned ammonia due to combustion of the ammonia remaining in the hydrogen-containing fuel in the fireplace 20. It becomes possible to suppress the emission of NOx and the generation of NOx. Therefore, carbon dioxide is not generated during combustion, and while enjoying the advantages of ammonia, which has established storage and transportation technologies, it is possible to suppress the emission of unburned ammonia and reduce the NOx concentration associated with the combustion of ammonia fuel. it can.

以上説明したように、本発明の幾つかの実施形態によれば、第１アンモニア分解装置３０においてアンモニアを予め分解して得られる水素を含む水素含有燃料を燃焼ユニット２に供給するようにしたことにより、アンモニアの燃料としての使用に起因する未燃アンモニアの排出とＮＯｘ濃度の増加とを抑制することができるとともに、アンモニア燃料（厳密には、アンモニア由来の水素含有燃料）を用いた燃焼ユニット２、及び、アンモニア燃料を用いた燃焼ユニット２を備えた火力発電プラント１を実現することができる。
また、第１アンモニア分解装置３０ａにおけるアンモニアの分解に必要な熱源を燃焼ユニット２から直接得るのではなく、蒸気タービン３の抽気蒸気から熱源を得るようにしたので、既存の火力発電設備に対する改造工事を小規模にとどめることができる。 As described above, according to some embodiments of the present invention, the first ammonia decomposition apparatus 30 supplies the combustion unit 2 with a hydrogen-containing fuel containing hydrogen obtained by pre-decomposing ammonia. As a result, it is possible to suppress the emission of unburned ammonia and the increase in NOx concentration due to the use of ammonia as a fuel, and the combustion unit 2 using ammonia fuel (strictly speaking, a hydrogen-containing fuel derived from ammonia). , And a thermal power plant 1 including a combustion unit 2 using ammonia fuel can be realized.
Further, since the heat source required for the decomposition of ammonia in the first ammonia decomposition device 30a is obtained from the extracted steam of the steam turbine 3 instead of directly from the combustion unit 2, remodeling work for the existing thermal power generation facility is performed. Can be kept small.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these embodiments.

１、１Ａ、１Ｂ火力発電プラント
２燃焼ユニット
２Ａボイラ（燃焼ユニット）
２Ｂガスタービン燃焼器（燃焼ユニット）
３蒸気タービン
３ａ高圧タービン（蒸気タービン）
３ｂ中圧タービン（蒸気タービン）
３ｃ低圧タービン（蒸気タービン）
４発電機
５復水器
６ポンプ
７熱交換器
７ａ火炉伝熱管
７ｂ過熱器
７ｃ再熱器
８煙突
９抽気蒸気ライン
１５排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
１６ガスタービン
１７圧縮機
２０火炉
２０ａ炉壁部
２０ｂ炉底部
２１バーナ
２２１次空気供給部（１次空気）
２３空気供給ライン
２４水素含有燃料供給システム
２５アンモニア燃料供給部
２７部分燃焼用空気供給部
２８第１燃料供給ライン（化石燃料供給ライン）
２９第２燃料供給ライン（水素含有燃料供給ライン）
３０第１アンモニア分解装置
３１第２アンモニア分解装置
３１ａ燃焼部
３１ｂ分解部
３２アンモニア分解装置
３３化石燃料供給部
３４アンモニア分離装置
３５燃焼領域（低酸素燃焼領域）
３６還元領域（還元雰囲気）
３７リサイクル流路
３８煙道
Ａ燃焼ガスの流れ方向 1, 1A, 1B Thermal power plant 2 Combustion unit 2A Boiler (combustion unit)
2B gas turbine combustor (combustion unit)
3 Steam turbine 3a High pressure turbine (steam turbine)
3b Medium pressure turbine (steam turbine)
3c low pressure turbine (steam turbine)
4 Generator 5 Condenser 6 Pump 7 Heat exchanger 7a Fireplace heat transfer tube 7b Superheater 7c Reheater 8 Chimney 9 Extraction steam line 15 Exhaust heat recovery steam generator (HRSG)
16 Gas turbine 17 Compressor 20 Fireplace 20a Furnace wall 20b Furnace bottom 21 Burner 22 Primary air supply (primary air)
23 Air supply line 24 Hydrogen-containing fuel supply system 25 Ammonia fuel supply section 27 Partial combustion air supply section 28 First fuel supply line (fossil fuel supply line)
29 Second fuel supply line (hydrogen-containing fuel supply line)
30 1st ammonia decomposition device 31 2nd ammonia decomposition device 31a Combustion section 31b Decomposition section 32 Ammonia decomposition device 33 Fossil fuel supply section 34 Ammonia separation device 35 Combustion region (low oxygen combustion region)
36 Reduction region (reduction atmosphere)
37 Recycling flow path 38 Flue A Combustion gas flow direction

Claims

A hydrogen-containing fuel supply system for power plants including steam turbines.
A first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A fuel supply line connected to the combustion unit of the power plant and the first ammonia decomposition device and for supplying the hydrogen-containing fuel containing hydrogen generated by the first ammonia decomposition device to the combustion unit.
The extracted steam of the steam turbine, which is connected to the steam turbine and the first ammonia decomposition device and is driven by steam heated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit, is used as the first ammonia decomposition device. With a bleed steam line to lead to
With
The first ammonia decomposition apparatus is a hydrogen-containing fuel supply system, which is configured to decompose ammonia using the extracted steam as a heating source.

A second ammonia decomposition device provided on the downstream side of the first ammonia decomposition device in the fuel supply line for further decomposition of residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device to the combustion unit is further provided.
The second ammonia decomposition device is
A combustion unit for burning a part of the gas from the first ammonia decomposition device toward the combustion unit under partial oxidation conditions.
A decomposition unit configured to decompose the residual ammonia using the combustion heat generated in the combustion unit, and a decomposition unit.
The hydrogen-containing fuel supply system according to claim 1, wherein the hydrogen-containing fuel supply system comprises.

It is characterized by further comprising an ammonia separation device provided on the downstream side of the first ammonia decomposition device in the fuel supply line and for separating residual ammonia in the gas from the first ammonia decomposition device toward the combustion unit. The hydrogen-containing fuel supply system according to claim 1 or 2.

A recycling flow path connected to the ammonia separation device and the inlet side of the first ammonia decomposition device and for returning the residual ammonia separated by the ammonia separation device to the inlet side of the first ammonia decomposition device is further provided. The hydrogen-containing fuel supply system according to claim 3, wherein the hydrogen-containing fuel supply system is characterized.

With a fireplace
The hydrogen-containing fuel supply system according to any one of claims 1 to 4, for supplying the hydrogen-containing fuel obtained by decomposing ammonia to the fireplace.
Combustion unit characterized by being equipped with.

A first fuel supply line for supplying fossil fuels to the fireplace,
A second fuel supply connected to the first ammonia decomposition device and the first fuel supply line, for mixing the hydrogen produced by the first ammonia decomposition device with the fossil fuel in the first fuel supply line. The combustion unit according to claim 5, further comprising a line.

With the combustion unit according to claim 5 or 6.
The steam turbine driven by the steam generated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit, and
A thermal power plant characterized by being equipped with.

A method of modifying a combustion unit including a fireplace, a burner for burning fossil fuel in the furnace, and a first fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burner.
The step of installing a first ammonia decomposition device for decomposing ammonia to produce nitrogen and hydrogen,
A step of installing an bleed steam line for guiding the bleed steam of a steam turbine driven by steam heated by heat exchange with the combustion gas generated by the combustion unit to the first ammonia decomposition apparatus.
A step of connecting a second fuel supply line through which gas from the first ammonia cracking apparatus flows to the first fuel supply line so that a hydrogen-containing fuel containing the hydrogen and the fossil fuel is supplied to the fireplace. A method of modifying a combustion unit, which is characterized by being equipped with.