JPH0617651B2 - 環境対策型ガスタ−ビン - Google Patents

環境対策型ガスタ−ビン

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JPH0617651B2
JPH0617651B2 JP59024390A JP2439084A JPH0617651B2 JP H0617651 B2 JPH0617651 B2 JP H0617651B2 JP 59024390 A JP59024390 A JP 59024390A JP 2439084 A JP2439084 A JP 2439084A JP H0617651 B2 JPH0617651 B2 JP H0617651B2
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exhaust
gas
exhaust gas
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gas turbine
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修 荒井
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、低NOX燃焼器を設けたガスタービンの排気
ガス中のCOおよびHCの濃度を低減するに好適な環境
対策型ガスタービンに関する。
〔発明の背景〕
近年のガスタービンの問題点としては、高温燃焼によっ
て生ずる窒素酸化物(NOX)の低減が重視されてい
る。NOXの低減の手段としては、脱硝装置によりNO
Xを還元させるもの、低NOX燃焼器などを用いて燃焼パ
ターンを変えるものや、水噴射によって燃焼温度を下げ
るものなどが採用されている。しかしながら、後に説明
する如く、脱硝装置によるものは設備が高価となると共
に圧力損失が大となる欠点を有し、燃焼パターンを変え
るものは排気ガス中に有害のCOおよびHCが多くな
り、この処理に高価の設備を必要とし、かつ圧力損失も
大となる欠点を有し、水噴射によるものはタービン効率
が低下する欠点がある。
従って、重要課題であるNOXの低減化のためには、圧
力損失を生じさせることなく、簡便の手段によりCOお
よびHCの濃度を低減させる手段が要請される。
第1図に示す如く、横軸に空燃比(F/A)をとり、縦
軸にNOX,CO(ppm)をとると、NOXとCOとの
間には相反する傾向がある。すなわち、NOXを低減し
ようとすると、ガスタービンの排気ガス中のCOの量が
増加する。又、HCについても図示していないが、CO
と同じく増加する。
第2図には、NOXを低減させる脱硝装置を示してい
る。
すなわち、圧縮機1によって圧縮された空気は、燃焼室
2に入り燃焼し、その排気ガスによってタービン3が回
転する。タービン3の排気ガスは排気デイフューザ4を
通り、圧力を回復した後、サイレンサ5により減音さ
れ、脱硝装置の気相還元装置6に導入される。気相還元
装置6には、NH注入装置7およびH2O2注入装置8か
らNHおよびH2O2の如き還元剤が注入される。反応装
置9により、NOXはNHおよびH2O2により下式の如
く還元されて低減される。
H2O2→2OH NH+OH→NH+H2O NO+NH→N+H2O NO+NO+2NH→2N+3H2O 上記の如き反応が行われた排気ガスは感温器10内に入
り冷却され、煙突11から大気に放出される。
以上により、排気ガス中のNOXは還元されるが、図示
する如く気相還元装置6、NH注入装置7、H2O2注入
装置8および反応装置9等を必要とし、構造が極めて複
雑のものとなり、かつ高価,大型のものとなる。更に、
第3図に示すコンバインドプラントに上記脱硝装置を利
用する場合にはガスタービン3と次系統のボイラ12間
の排気ダクト内に上記設備を必要とするため圧力損失が
大となり、タービン効率を低下せしめる欠点が生ずる。
又、図示していないが、低NOX燃焼器を用いて、排気
ガス中のNOXを低減せしめると、上記の如くCOおよ
びHCの濃度が上昇し、これ等を酸化触媒等により反応
させて低減するには、従来技術では上記脱硝装置の如き
装置を必要とする不具合が生ずる。
〔発明の目的〕
本発明は、上記欠点等を解決するもので、その目的は、
NOXによって生ずる排気ガス中のCOおよびHCの濃
度を、簡便、安価の手段により圧力損失を生ずることな
く低減させる環境対策型ガスタービンを提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記の目的を達成するため、低NOx燃焼器
を設けると共に、タービンの排出側と次系統との間に排
気ダクト、サイレンサの如き排気装置および排気通路を
有する環境対策型ガスタービンにおいて、上記排気装置
および排気通路の排気ガスと接触する部材にCOおよび
HCと反応する酸化触媒を塗布すると共に、その塗布面
積を単位面積当りの反応率と排気ガス流量に基づいて排
気ガスが上記排気装置および排気通路を通過する間にガ
スタービンで発生したCOおよびHCの所望量をCO
に酸化させるに必要とする面積とし、かつ、上記排気装
置および排気通路の容積を、排気ガスが上記排気装置お
よび排気通路を通過する間に上記COおよびHCの所望
量と排気ガス中の酸素との発熱反応を終了し得る容積を
有するように形成したことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づき発明する。
まず、本実施例の概要を説明する。
第3図のコンバインドプラントにおけるガスタービン3
と次系統の1つであるボイラ12間には、排気装置13
および排気通路14が介設されている。
又、圧縮機1とガスタービン3間には低NOX燃焼器2
aが介設される。
後に詳説するが、排気装置13内には、アウダシリンダ
20、インナシリンダ21、ターニングベーン23、排
気ダクト25および高周波,低周波サイレンサパネル2
6,27が形成され、排気ガスが接触し得る十分な面積
を有する箇所が設けられている。又図示しない排気通路
14内も、排気ガスが接触し得る十分な面積が形成され
る。そこで排気装置13および排気通路14内にCOお
よびHCと反応する触媒、例えば酸化触媒を所望面積だ
け塗布する箇所を形成する。
ガスタービン3から排出される排気ガスの温度は550
℃程度で、ボイラ12入口の温度もほぼ同温度であるた
め、排気ガス中のCOおよびHCは、上記酸化触媒と効
率よく反応し酸化されて濃度が低減される。又、排気ガ
ス内には酸化がある程度(15%)含まれているため、
排気装置13および排気通路14を適宜の容積に形成す
れば、これ等を通過する際にこの酸素とCOおよびHC
とが反応し、これ等を酸化すると共に熱量を発生し、こ
の発熱量が次系統に有効に使用される。なお、排気装置
13および排気通路14が上記酸化触媒を所望面積だけ
塗布し得るに十分の大きさがあれば、上記酸素とCOお
よびHCが反応する容積は、普通必然的に十分に確保さ
れる。
次に、本実施例を更に詳細に説明する。
まず、低NOX燃焼器2aを有するコンバインドプラン
トの構成を第3図に示す。
圧縮機1とガスタービン3間には低NOX燃焼器2aが
介設される。ガスタービン3からの排気ガスは排気装置
13および排気通路14を通り、次系統のボイラ12に
導入される。排気ガスと熱交換して生じた蒸気は蒸気タ
ービン15に導入され、発電機16を回転せしめた後、
復水器17で復水され、給水ポンプ18により、再びボ
イラー12に戻入される。
低NOX燃焼器2aにより燃焼ガスのNOXは低減され
るが、上記の如く、ガスタービン3からの排気ガスのC
OおよびHCの濃度は上昇する。
第4図は排気装置13の詳細を示す。
ガスタービン3からの排気ガスはタービンバケット19
を通り、アウタシリンダ20とインナシリンダ21の間
を流れ、両者を連結するエアーホイルスラット22の表
面を縫って内部に向って流れ、整流のために設けられた
ターニングベーン23間を流れて排気ダクト25の表面
に接触して流れる。又、複数列のターニングベーン23
はパイプ24により結合される。
排気ダクト25内には消音のための高周波サイレンサパ
ネル26と低周波サイレンサパネル27が多数列設けら
れ、排気ガスはこれ等に接しながら排気ダクト25内を
流れる。次に、排気ガスは排気通路14を通り、ボイラ
12に導入される。
排気装置13のアウタシリンダ20、インナシリンダ2
1、ターニングベーン23、排気ダクト25、高周波サ
イレンサパネル26および低周波サイレンサパネル27
等の全部又は1部には酸化触媒が塗布される。又、排気
装置13の上記塗布面積で不足の場合には排気通路14
内にも酸化触媒が塗布される。これ等の所望の塗布面積
は後に説明する如く、出力10万KW級のガスタービン
において2000m2程度あればよく、この面積は普通上記の
排気装置13により十分に確保される。
又、排気ガス内には15%以上の酸素が含まれ、排気装
置13および排気通路14を排気ガスが通過する際に、
この酸素はCOおよびHCと反応し、これ等を酸化す
る。
第5図において、横軸に上記酸化触媒の反応温度(℃)
をとり、縦軸にCOの反応率(%)をとると、反応温度
が350℃以上では反応率が90%以上の良好の値を示
すことがわかる。
一般に、ガスタービンの排気温度は350℃より高く、
排気装置13のタービンバケット19の出口温度は55
0℃程度あり、又、ボイラ12の入口温度も同程度の温
度に保持される。従って、排気装置13および排気通路
14内においては、塗布された酸化触媒とCOガスは極
めてよい反応をすることになる。又、HCについても図
示していないが同様な反応率があげられる。
次に、本実施例の作用を説明する。
一般に、CO酸化に使用される酸化触媒は、1m2の触媒
面積に対し、500Nm3/hの排気ガス中のCOを8
0%COに酸化することが知られている。
今、出力10万KW級のガスタービンについて、COを
酸化するに必要な酸化触媒の塗布面積を下式により算出
する。上記ガスタービンの排気ガス重量流量Gは1.2×
10Kg/hで、定格負荷時にはその中に10ppmのCO
が含まれている。
排気ガス温度Tを550℃(823K)とすると排気ガ
ス流量Qは下式により求まる。
ここで、Gは排気ガス重量流量で1.2×10Kg/h、P
は排気ガス圧力で1.033+0.0635(温度換算)=1.0965a
ta、Rは気体定数で29.27Kgm/Kgk、γは比重量で に等しく である。
標準状態0℃(273°K)における排気ガス流量QN
は比重量γNのため下式により求まる。
従って、必要の塗布面積Sは下式の如くなる。
上式により、所望の塗布面積は上記の如く約2000m2あれ
ば十分となり、排気ガス中のCOは排気装置13等の上
記酸化触媒によりCOに酸化され、無害となって、ボ
イラ12側に送られる。
コンバインドプラント等において、排気装置13および
排気通路14は常設されるもので、本実施例は、単にこ
れ等に酸化触媒を塗布するだけの簡単のもので、従来技
術の如く、特別の装置を必要としない。従って、簡便、
安価に実施することができ、圧力損失も生じない。
次に、排気ガス中の酸素により、COが酸化される状態
を上記例の場合について説明する。部分負荷時とし、排
気ガス重量流量G1.2×10Kg/h内に含まれるCO排
出濃度を15ppmとする。
COの流量QCOは下式の如くなる。
CO=Q×150×10-6=2.64×106×150×10-6 =396m3/h 従って、COの重量流量GCOは次の如くなる。
CO=QCO×γ=396×0.455=180Kg/h COの酸素は下式の如く反応し2410Kcal/Kgの熱量
を発する。すなわち 従って、GCOの重量流量のCOの場合の発熱量Hは次の
如くなる。
H=2410×GCO×80%=347040Kcal/h ≒403K
W この発熱量Hがボイラ12に使用され、この分だけター
ビン効率を向上することができる。
以上の如く、ガスタービン3とボイラ12との間の排気
装置および排気通路に酸化触媒を塗布することにより、
特別の装置を設けることなく、COの酸化が行われ、か
つ、発熱量Hにより0.4%程度タービン効率を向上する
ことができる。
又、HCについても同様に、酸化触媒によりCOに酸
化することができ濃度低減される。すなわち、 CH+O→CO+H2O の如くなる。
〔発明の効果〕
以上の説明によって明らかの如く、本発明によれば、簡
便、安価の手段により、排気ガス中のCOおよびHCの
濃度を低減すると共に、タービン効率を高めることがで
き、タービンの低NOX化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は空燃比とCOおよびNOXとの関係を示す線
図、第2図はNOXを低減するための従来技術における
脱硝装置の構成図、第3図は本発明実施例の適用される
コンバインドプラントの構成図、第4図は排気装置の断
面図、第5図は触媒の反応温度とCO反応率との関係を
示す線図である。 1…圧縮機、2…燃焼器、2a…低NOX燃焼器、3…
ガスタービン、4…排気デイフューザ、5…サイレン
サ、6…気相還元装置、7…NH注入装置、8…H2O2
注入装置、9…反応装置、10…感温器、11…煙突、
12…ボイラ、13…排気装置、14…排気通路、15
…蒸気タービン、16…発電機、17…復水器、18…
給水ポンプ、19…タービンバケット、20…アウタシ
リンダ、21…インナシリンダ、22…エアーホイルス
トラット、23…ターニングベーン、24…パイプ、2
5…排気ダクト、26…高周波サイレンサ、27…低周
波サイレンサ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低NOxと燃焼器を設けると共に、タービ
    ンの排出側と次系統との間に排気ダクト、サイレンサの
    如き排気装置および排気通路を有する環境対策型ガスタ
    ービンにおいて、上記排気装置および排気通路の排気ガ
    スと接触する部材にCOおよびHCと反応する酸化触媒
    を塗布すると共に、その塗布面積を単位面積当りの反応
    率と排気ガス流量に基づいて排気ガスが上記排気装置お
    よび排気通路を通過する間にガスタービンで発生したC
    OおよびHCの所望量をCOに酸化させるに必要とす
    る面積とし、かつ、上記排気装置および排気通路の容積
    を、排気ガスが上記排気装置および排気通路を通過する
    間に上記COおよびHCの所望量と排気ガス中の酸素と
    の発熱反応を終了し得る容積を有するように形成したこ
    とを特徴とする環境対策型ガスタービン。
  2. 【請求項2】上記ガスタービンが、上記次系統にボイラ
    および蒸気タービンを有するコンバインドプラントに用
    いられるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の環境対策型ガスタービン。
JP59024390A 1984-02-14 1984-02-14 環境対策型ガスタ−ビン Expired - Lifetime JPH0617651B2 (ja)

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