JPS5969627A - 石炭ガスを燃料としたガスタ−ビンの燃焼法 - Google Patents

石炭ガスを燃料としたガスタ−ビンの燃焼法

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JPS5969627A
JPS5969627A JP17974182A JP17974182A JPS5969627A JP S5969627 A JPS5969627 A JP S5969627A JP 17974182 A JP17974182 A JP 17974182A JP 17974182 A JP17974182 A JP 17974182A JP S5969627 A JPS5969627 A JP S5969627A
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JP
Japan
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combustion
catalyst
fuel
gas
gas turbine
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Pending
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JP17974182A
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English (en)
Inventor
Tomiaki Furuya
富明 古屋
Terunobu Hayata
早田 輝信
Chikau Yamanaka
矢 山中
Junji Hizuka
肥塚 淳次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、ガスタービン発電システムに使用するガスタ
ービンの燃焼法拡間し、更に詳しくは、燃料として豆炭
のガス化によって得られたガスを使用する場合に、燃焼
時に生じる窒素酸化物(以下、NOxと称す)の発生量
が少なく且つ燃焼効率が良好であるガスタービンの燃焼
法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点」 近年、石油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネル
ギーが希求されてお夛、一方では、エネルギー資源の効
率的使用が要求されている。これらの要求に答えるもの
の中には1例えば、燃料と!−て天然ガスを使用するガ
スタービン・スチームタービン複合サイクル発電システ
ム域いは石炭ガス化ガスタービン・スチームタービン複
合ザイクル@シシステム等が挙げられ、検討されつつあ
る。
これらのガスタービン・スチームタービン複合サイクル
発′也システムは、化石燃料を使用した従来のスチーム
タービンによる発電システムに比較して、発電効率が高
いために、将来、その生産量の増加が予想される天然ガ
スや石炭ガス化ガス等の燃料を、有効に電力に変換でき
る発電システムとして期待されている。
ガスタービン発電システムにおいて使用すれているガス
タービン燃焼器は、従来よシ、燃料と空気の混合物を、
スパークプラグ咎を用いて着火して均−系の燃焼を行な
っている。このような燃焼器の一例を第1図に示す。第
1図の燃焼器は、燃料ノズル1から噴射された燃料が、
燃焼用空気:3と混合され、スパークプラグ2により着
火されて燃焼するものである。そして、燃焼した気体は
、冷却空気4及び希釈空気5を加えられて、所矩のター
ビン人口温度まで冷却・希釈された後、タービンノズル
6からガスタービン内に噴射される。
このような従来の燃焼器における軍人な問題点の一つは
、燃料の燃焼時において、NOxガスの生成量が多いこ
とである。
NOxの生成の原因は、燃料の燃焼時において高温部が
存在することによ−でサーマルNOxが発生すること及
び燃料中のアンモニア−やピリジン等の含窒素化合物が
酸化されてフィー−エルNOxが発生することに区別さ
れる。サーマルNOxは、燃焼用空気中の窒素と酸素が
次式により反応して生成する。
N2 + 02 e 2NO・・・(1)上記反応は、
高温になる程、右側に移行して一酸化窒素(NO)の生
成量が増加する。Noの一部は更に酸化されて二酸化窒
素(NO2)を生成する。
フィー−エルNOxはアンモニアなどの含窒素化合物が
次式に示すように燃焼(酸化)によって生成する。
4NH3+ 50゜→4NO+6H20・(2)また、
アンモニアなどの含窒素化合物は全てNOxに変換する
のではなく、一部は次式にしたがって無害化される。
4NH3+ 302−J−2N2 + 6H20・・・
(3)第2図は、従来のガスタービン燃焼器における流
体の流れ方向の温度分布を示すものである。図に示した
如く、燃焼器内の温度分布は極大値を持っておシ、最高
温度に達した後は、冷却及び希釈空気により所定のター
ビン入口温度まで冷却されているの燃焼器内の最高温度
は、2000℃にも達する場合があるために、この近辺
においてはサーマルNOxの生成量が急激に増加する。
このように、従来のガスタービン燃焼器には、部分的に
高温部が存在するために、サーマルNOxの生成量が多
いという問題点がある。従って排煙脱硝装置等を設けね
ばならず、装置が複雑になる等の問題点をもMしている
このようなガスタービン燃焼器の問題点を解決するため
に、種々の燃焼方式が検討されている。
その中の一つとして、通常の気相のみにおける均−系の
燃焼方式に対して、最近固体触媒を用いた不均一系の燃
焼方式(以下、触媒燃焼方式と称す)が提案されている
。この方式は触媒を用いて燃料と空気の混合気体を燃焼
せしめるものである。この方式によれば、比較的低温で
燃焼を開始させることができ、冷却用空気を必要とせず
、燃焼用空気が増加するために、最高温度が低くなシ、
従って、発生するサーマルNOx17tを極めて少なく
することが可能である。又、タービン入口温度も従来の
ものと変わりなく、燃料を完全燃焼させることができる
。第3図は、このような触媒燃焼方式の燃焼器の概念図
であシ、触媒充填部7にはノ・ニカム構造の触媒体が充
填されたものである。尚、第1図と同じ装置又は物質で
ある場合には、同じ符号を付しである。第4図は上記し
たガスタービン燃焼器の中で、a;従来の燃焼方式、b
;二段燃焼方式、C;触媒燃焼方式における、それぞれ
の燃焼器内の温度分布を示すものである。触媒燃焼方式
では、他の方式と比較して最高温度が低く、低温から徐
々に不均一系の燃焼反応が起こり、途中から均−系の燃
焼反応を伴って燃焼が進行していることがわかる。
このように優れている触媒燃焼方式も石炭をガス化して
得られる石炭ガスを燃料として用いる場合は大きな問題
点を有している。すなわち、石炭ガス中には不純物とし
てアンモニアが数100〜数11000pP 含有され
ておシ、このアンモニアがフィー−エルNOxに変換す
るため、サーマルNOxが生成しなくてもフィー−エル
NOxが生成してしまうことである。
現在、触媒燃焼法において検討が進んでいる触媒成分と
しては、piやPd等の貴金属触媒が主体であるが、特
にこのような貴金属触媒はアンモニアのNOxへの転化
率が高い。この事は工業的にもオストワルド法としてア
ンモニア酸化(−酸化窒素(No)の生成)に白金触媒
が使用された歴史からも明らかである。
[発明のi゛的−1 本発明の目的は、石炭ガスを触媒燃焼させる場合の問題
点を解消し、燃焼時に生じるNOx量が極めて少量で、
且つ、燃焼効率が良好である石炭ガスを燃料としたガス
タービンの燃焼法を提供することにある。
[発明の概要] 本発明は、石炭ガス化コンバインドサイクルのガスター
ビンの燃焼法において、燃料の石炭ガスを触媒燃焼はせ
るにあたり、まず石炭ガスと燃焼用空気とを空気率30
〜90チになるように予め混合し、金属酸化物が触媒の
主成分となっている・・二カッ、触媒を流通させて触媒
燃焼させた後に、残りの燃焼用空気を混合して貴金属が
触媒の主成分となっているハニカム触媒を流通させて、
未燃焼の燃料を触媒燃焼させることを特徴とする石炭ガ
スを燃料としたガスタービンの燃焼法である。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、石炭ガスのよう
にアンモニアなどの含窒素化合物を含む燃料を触媒燃焼
させた場合のフィユーエルNOxを低減させる方法とし
て本発明が有効であることを見い出した。すなわち、触
媒充填部を大きく2つ′に分けて、前段の空気率を制御
すること、及び前段の触媒として貴金属の代りとして金
属酸化物を主成分とすることによシ従来の問題点を解決
した。
本発明の着眼点は石炭ガス中のアンモニアをフィエーエ
ルNOxに転換するのではなく、前段の触媒燃焼の部分
で窒素に転換し、前段の貴金属系触媒が充填されている
部分にアンモニアが供給されないようにすることにある
そこで、本発明者は次式の諸反応が前段の触媒充填部で
優先して起るような触媒及び操作条件について検討した
4N)(4+ 30□−2N2 +6H20・・・(4
)2NH3−+l−N2+3H2・・・(5)2NO+
4NH3−J−5N2+ 6H20・(6)2NO−N
2 + 02           ・・・(7)その
結果、金属酸化物を主成分とする触媒を用いて、空気率
を30〜90%とすると石炭ガス中のアンモニアはNO
xに転換する割合が減少して窒素に転換する割合が増加
することが明らかとなった。
これは、石炭ガスのように水素を含むガスは燃えやすく
、金属酸化物触媒でも貴金属触媒と同等の触媒燃焼効果
があるため触媒燃焼用と使用できるとともに、(4)の
反応が優先して起るからであると考えられる。また窒素
率が30〜90チとなっておシ前段の触媒充填部の途中
では酸素不足のため還元夢囲気であり、(5)式の反応
や一部生成したNOxとアンモニアとの反応である(6
)式が起っているものと考えられる。すなわち、触媒が
金属酸化物であり、かつ空気率が30〜90チの時にア
ンモニアはフィー−エルNOxに転換せずに窒素に転換
され、後段の貴金属系の触媒充填部には、アンモニアは
供給されないことになる。しだがって、後段の触媒燃焼
部では触媒燃焼の原理から言ってもサーマルNOxもフ
ィー−エルNOxも生成せず、極めてNOx鷲が少ない
燃焼を行うことが可能となる。
ここで金属酸化物を主成分とした触媒としては例えば、
NIO、Co 203 、Co 304 、Coo、c
uo 、MnO2、Cr 2o3 。
Fe2O3等を主成分としたもの、あるいはこれらにA
goあるいは貴金属を10チ以下の比率で添加したもの
など、また、チタンあるいはジルコニウム酸塩等の複合
酸化物あるいは、これに少量の貴金属を添加したものな
どを挙げることができる。特に複合酸化物としては、ペ
ロプスカイト型のものが好しい。後段の貴金属を主成分
とした触媒としては、Pt、Pd、Ir、Rh等を挙げ
ることができる。これらの触媒の担体としては、コージ
ライト、アルミナ、ジルコニアスピネル、ムライト、チ
タニアなどを挙げることができる。
本発明を用いたガスタービンの燃焼器の概念図を第5図
に示した。尚、第1,3図と同じものは同じ番号を記し
た。第5図において、燃焼用空気3は燃料ノズルlから
の石炭ガスと30〜90%の空気率に混合され、金属酸
化物を主成分としたハニカム触媒8にて触媒燃焼される
。空気率はダンパ−10によって調整される。そして貴
金属を主成分とする・・ニカム触媒でさらに未然の燃料
が触媒燃焼される。
[発明の実施例コ 以下に実施例をもって本発明の効果を述べる。
燃料として、N2:15チ、Co:15%、アンモニア
500ppm 、残りN2の模擬ガスを用いた。触媒A
としてCO2O3を主成分とする直径5φのハニカム触
媒を、BとしてPd−Ptを主成分とする直径25φハ
ニカム触媒を用いた。実施例す1は人を50 mm%B
を人の後段に50關充填し、その間に200關の空間を
設け、全体としては、空気率150俤とし、人の触媒の
部分の空気率を0〜150 %に変化させ、残9の空気
をAとBの間へ混合し、出口のNoxfIk度を測定し
た。実施例す2は、実施例◆1のAの触媒の代シにBの
触媒を同様に充填し、実施例す1と同様の実験を行なっ
た。第5図にその結果を示す。図中のaはAの部分での
空気率を変えた時の出口NOx濃度であり、bはす2の
実施例の同様な結果である。図に示したように本発明を
用いることによってNOxの生成量は極めて少縫となり
、排煙脱硝装置は不必要となシ、本発明の効果は大なる
と言える。
【図面の簡単な説明】
第1図は通常のガスタービン燃焼器の概念図、第2図は
通常のガスタービン燃焼器の温度分布を示す図、第3図
は触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器の概念図、第4図
は通常のガスタービン燃焼器(a)、二段式ガスタービ
ン燃焼器(b)及び触媒燃焼方式ガスタービン燃焼器(
C)におけるそれぞれの温度分布を示す図、第5図は本
発明を用いたガスタービン燃焼器の概念図、第6図は本
発明の効果を示す実施例(a)と従来のもの(b)との
比較を示す曲線図である。 1・・・燃料ノズル、2・・・スパークプラグ、3・・
・燃焼用空気、4・・・冷却用空気、5・・・希釈用空
気、6・・・タービンノズル、7・・・ハニカム構造触
媒体、 8・・・金属酸化物を主成分とするハニカム構造触媒体
、 9・・・貴金属を主成分とするハニカム構造触媒体、1
0・・・燃焼用空気量調整ダンパー。 代理人 弁理士  則 近 i 佑 (ほか1名) @′@、、!−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 石炭ガス化コンバインドサイクルのガスタービンの燃焼
    法において、燃料の石炭ガスの燃焼を触媒燃焼てよって
    行うにあたシ、石炭ガスと燃焼用空気とを空気率30−
    90%になるように予め混合し、金属酸化物が触媒の主
    成分となっているハニカム触媒を流通させて触媒燃焼さ
    せた後に、残シの燃焼用空気を混合して貴金属が触媒の
    主成分となっているハニカム触媒を流通させて未燃焼の
    燃料を触媒燃焼させることを特徴とする石炭ガスを燃料
    としたガスタービンの燃焼法。
JP17974182A 1982-10-15 1982-10-15 石炭ガスを燃料としたガスタ−ビンの燃焼法 Pending JPS5969627A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04227416A (ja) * 1990-04-16 1992-08-17 General Electric Co <Ge> NOx発生量を低減したプレバーナー付きガスタービン触媒燃焼器
WO2006121503A1 (en) * 2005-05-05 2006-11-16 Siemens Power Generation, Inc. Catalytic combustor for integrated gasification combined cycle power plant

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04227416A (ja) * 1990-04-16 1992-08-17 General Electric Co <Ge> NOx発生量を低減したプレバーナー付きガスタービン触媒燃焼器
JP2591866B2 (ja) * 1990-04-16 1997-03-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ NOx発生量を低減したプレバーナー付きガスタービン触媒燃焼器
WO2006121503A1 (en) * 2005-05-05 2006-11-16 Siemens Power Generation, Inc. Catalytic combustor for integrated gasification combined cycle power plant
US7464555B2 (en) 2005-05-05 2008-12-16 Siemens Energy, Inc. Catalytic combustor for integrated gasification combined cycle power plant

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