WO2010005120A1 - ガスタービンの運転制御装置 - Google Patents

Abstract

主にアンモニアを燃料として駆動されるガスタービン（１）の運転制御装置では、ガスタービンの冷間始動時及び始動直後や停止直前等、ガスタービンの通常運転時に比べてアンモニアの燃焼性が悪化する燃焼性悪化運転領域では、通常運転時に比べて、ガスタービンに供給する燃料中の化石燃料の割合を増大させる。これにより、難燃性のアンモニアを主燃料として用いた場合であっても、ガスタービンを安定して始動、運転、停止させることができる。

Description

明の

ガスタ ビンの 術分野

本 ガスタ ビンの 置に関する。

年の 球温暖化は 刻な事態に発展しつつある。 その 原 因は、 2 ０ 紀に入りエネルギ として多量に使用されてきた石 油・ ガス等の化石燃料から放出された大気中の 酸化炭素 C ，) 等であると考えられている。 したがって、 地球環境保護のた めに早急な C O 等の温暖化ガスの 制が求められて る。

方、 エネルギ 要の 大により 、 かつては無尽蔵と考えられ ていた化石燃料の がより明確になりつつあり 、 予想を かに上 回る さで価格の 続いている。 い将来、 もはや人類は化石 燃料のエネルギ に期待することが困難になることが予想される。

このように していく 石燃料を特に大量に消費し、 多量の C を排出しているものとして 火力発電所が挙げられる。 在、 火力発電所は全世界の 電量の 7 ０ 占めているが、 火力発電 所では天然ガス、 重油、 石炭 の 石燃料を使用して 大な C O を日夜 出している。

在、 火力発電所で発電機を回すための 力としては、 主にガス タ ビンスは蒸気タ ビンが採用されている。 ガスタ ビンは、 内 燃機関の 種であり 、 ガスタ ビン 部の で直接 料を燃焼 させて高温高圧の を発生させ、 この によりタ ビン 車を 動させて、 動力を取り出して る。 ガスタ ビンでは、 現在、 主 として天然ガスが燃料として使われている。

方、 タ ビンは、 機関の 種であり、 ボイラで燃料を 燃焼させて高温高圧の 蒸気を発生させ、 この 蒸気によりタ ビ ン 車を駆動させて、 動力を取り出して る。 タ ビンでは・ として重油、 石炭 ( 粉炭 が燃料として使われて る。 また、 複合システム ガスタ ビン タ ビン のコンバインド シ ステム では、 ガスタ ビンの 熱により水蒸気を発生させ、 この 蒸気により タ ビンを駆動させることにより、 ガスタ ビン タ ビンの 方から動力を取り出しており、 高

率を得て る ( えば 特許

このよ に、 火力発電所で採用されている上記の ずれの 式に おいても、 天然ガス、 重油、 石炭 の 石燃料が用いられて る。 このため、 火力発電所では多量の 石燃料が消費されて ると共に 、 大な C O 排出されて る。 このため、 火力発電所からの C の 出を削減す く 、 C O を利用してガスタ ビン から排出される C O ガスから C O を分離 収すること等 が提案されている ( えば、 特許 2 ) o 術文献 2 ０ ０ 6 9 5 7 4

2 2 ０ ０ ０ 2 9 7 6 5 6 報 発明の

明が解決しよ とする課題

ところで、 CO 等の温暖化ガスの 出量 大や化石燃料の に対する 本的な対策として、 本願の 、 無尽蔵とも える エネルギ を変換 蔵し 利用することを提案している 。 体的には、 次 ネルギ として太陽エネルギ を用 て と空気からタ リ ンなアンモニアを製造し このアンモニアを最終 まで輸送し、 最終 においてアンモニアを使用してエネ ルギ を得るようにするものである。

におけるアンモニアの 用方法としては の 態が 考えられ、 そのうちの つとして火力発電所で用 ることが挙げら れる。 力発電所にお て燃料としてアンモニアを用いれば、 C O 切 出されな ため、 C O の 出を 的に削減することが可 能である。 また、 しつつある化石燃料を消費することなく 、 今 後 層 加する電力需要に対応することが可能となる。 そこで、 火 力発電所のガスタ ビン タ ビン等において、 現在 料と して使用されて る化石燃料に代えてアンモニアを燃料として 、 これにより C O の 生及び化石燃料の 費を抑制することが 明の 目的である。

こ こで、 アンモニアは分子 ，が示すように多量の 素を含 み 8 ) 、 完全燃焼させれば 素になり、 C O

切 生しないが、 アンモニアは の 質であって 易には燃 焼しない。 火に必要な最小 ネルギ は 8 J ガソリ ンの 3 ０倍である。 また、 自己 度も 6 5 ０C 上であり、 大変 定して る。 さ らに 火してもその ・

S ガソリ ンの 度であり、 可燃 能 な ) も 5 ～ 2 8 非常に狭 。 このためアンモニア は燃焼させるのが非常に困難な 質であり ガスタ ビン等の燃料 としては 用されてこなかった。

アンモニアを燃料として利用じようとした場合 燃焼 せるのが最も困難なのはガスタ ビン等を始動させる時及びその 後である。 動時及び ガスタ ビンの の 品の 度や 給される空気の 度が低く 、 不完全燃焼を生じやす 。 このよう に不完全燃焼が生じやす 理由としては主に以下の つ が挙げられる。

一の 燃料と空気の 合気の 一性である。 合気を完 全燃焼させるためには、 料を気化させてガス 態にすると共 に供給される空気と に混合させる必要がある。 まず、 料 が気化するためには気化熱を 囲から奪 必要があるが、 この時に 燃焼 の 品の 度が低いと 料に十分な熱が与えられ な 。 このため、 構成 品の 度が低 と 料の 化が不完全 となり、 燃料ガス 空気との 一な混合気が得られない。

この 化に際して必要とされる気化熱は燃料によりそれぞれ な って る。 アンモニアは大気圧 では 5 で蒸発して 体 から気体に変化するが、 この時に必要とされる気化熱は 3 7 J k 非常に大きく 、 ガス、 石油 の 石燃料と比較 すると 4 となる。 このよ にアンモニアの 化熱は非常に大き いため、 には燃焼 気が冷却されてしまい、 十分な 熱が混合気に与えられなくなってしま 。 このため、 アンモニアの 不十分になり 混合気の 性が大きく なわれてしま 。 二の 、 アンモニアの 囲の さである。 ガス等 のように可燃 囲が広ければ、 多少 性が失われても 合気を燃 焼させることは可能である。 しかしながら、 アンモニアの

ので、 混合気が不均 であると不完全燃焼 が多く発生し、 燃焼の 困難となる。

また、 アンモニアを燃料として利用しよ とした場合、 ガスタ ビン等の停 前も同様に燃料を燃焼させるのが困難であ 。 すなわち、 タ ビンの 前には燃料の 給量を次第に減少 させて く必要があるが、 燃料の 給を次第に減少させていく と、 ヒ トロス アンモニアの 化熱の 響で燃焼ガスの 次第 に低下する。 このため、 アンモニアの 化が不十分となって、 混合 気の 性が損なわれやす 。 また、 可燃 合気の 度に応 じて変化し、 混合気が高温であるときには可燃 多少 くなる が、 燃焼ガスの 度が次第に低下すると混合気の 囲が狭くな り、 不完全燃焼が発生するようになる。

このように、 アンモニアを燃料として利用すると、 ガス タ ビンの 動時及び に不完全燃焼が発生してしま 。 このよ に不完全燃焼が発生すると 多量の ガスタ ビン の 出される。

さ らに、 アンモニアを燃料として利用しよ とした場合 、 ガスタ ビン等の通 転中 すなわち、 ガスタ ビン等の始動 時・ 停止 前 ではなく 安定して定常的なガスタ ビ ンの 転が行われて る ) にお ても不測の 態により 合気が 乱れ、 混合気の 度が可燃 囲を逸脱してしま 場合がある。 この 合にも 分的に不完全燃焼が発生し、 燃焼ガスの 度が 気に低 下すると共に周囲に多量の が排出されることになる。

このよ に アンモニアを安定して燃焼させて、 タ ビン で使用するためには、 従来の ガス、 重油のような 焼し易 化 石燃料より も 層の 夫が要求される。 えば 点火 置を強化し たり・ ノズル 状の によってより な混合気 を形成させたりすることに加えて 囲を外れないよ に 燃料供給量、 空気 給量の 段と精度の い計量、 制御が必要であ る。 しかし、 時からの 動、 停止 前の燃料不全は を持 つアンモニアの 質的な課題であり、 燃焼 、 ノズル等の改良では 界があり、 根本的な解決は困難である。

そこで、 明の 、 この 質的なアンモニアの 題を 運転方法の 夫により 本的に解決することにあり、 特に、

アンモニアを 料として た場合であっても、 ガスタ ビン を安定して始動・ 転、 停止させることができるガスタ ビンの 置を提供することにある。 題を解決するための

、 上記 題を解決するための 段として、 請求の 囲の に記載された内燃機関の 置を提供する。

明の つの 様では、 主にアンモニアを燃料として駆動され るガスタ ビンの 置にお て、 ガスタ ビンの 転 時に比 てアンモニアの が悪化する燃焼 悪化運転 域では 、 通常 転時に比 て ガスタ ビンに供給する燃料 、 アンモ ニアより も の 料の 合を増大させる。

明の別の態様では、 前記アンモニアより も の

化石燃料である。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 、 料とし てアンモニアをガスタ ビンに供給するとアンモニアの 化が不完 全となる運転 域である。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 、 燃料が燃焼 する燃料 周りの 囲気温度が通常 転時に比 て低い運転 域である。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 、 ガスタ ビ ンの 動時 始動 後における運転 域である。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 、 通常 転時 に比 てガスタ ビンに供給される燃料 が少ない運転 域である 明の別の態様では、 前記 悪化運転 、 ガスタ ビ ンの 前における運転 域である。

明の別の態様では、 前記ガスタ ビンに供給する燃料 、 アンモニアよ り も の 料の 合を変化させる場合には、 ガスタ ビンに供給する前記アンモニアより も の 料を 徐 に減量 増量して く 。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 域では、 ガスタ ビンにアンモニアを供給しな 。

明の別の態様では、 前記 悪化運転 域では、 ガスタ ビンに前記アンモニアより も の 料のみを供給する。

明の別の態様では、 前記 転時にも、 ガスタ ビンに前 記アンモニアより も の 料を供給する。

明の別の態様では、 前記 転時には、 燃料の 熱量の 3～ に対応する量の前 アンモニアより も の 料 をガスタ ビンに供給する。

明の別の態様では、 前記ガスタ ビンは、 燃料及び 気が供 給されてこれらの 合気が燃焼せしめられる燃焼 を具備し

合気の 域に拡散 の 料を噴射するバイ ロッ ト 、 域に予 の 料を噴射する複数のメイ ン とを備え、 ガスタ ビンにアンモニア アンモニアより も の 料の 方を供給する時にはアンモニアはメイ ン 孔から 射される。

明の別の態様では、 前記パイロッ ト 孔からは常に前記アン モニアより も の 料が供給される。

明の別の態様では、 前記ガスタ ビンは、 燃料及び 気が供 給されてこれらの 合気が燃焼せしめられる燃焼 を具備し 合気の 域に拡散 の 料を噴射するバイロッ ト 、 域に予 の 料を噴射する複数のメイン とを備え、 前記ガスタ ビンに供給する燃料 、 アンモニア より も の 料の 合を変化させる場合には、 複数のメイ ン 孔から 射される燃料がメイン 階的に切り替えられ る。

明の別の態様では、 上記 明のガスタ ビンの 置 によって制御されるガスタ ビンを備えた火力発電プラン トが提供 される。

明によれば、 アンモニアを 料として た場合 であっても、 ガスタ ビンを安定して始動、 運転、 停止させること ができるガスタ ビンの 置が提供される。

下、 面と本 明の 適な実施 態の 載から、 明を 層 分に理解できるであろう。

面の 単な説明

は、 明の 置によって運転が制御されるガスタ ビンの 面図である。

2 は、 ガスタ ビンの の である。

3 は、 ガスタ ビンの 動時及び 後における燃焼 の 度、 アンモニアの 給量及び ガスの 給量のタイムチャ である。

4は、 ガスタ ビンの 前における燃焼 の 度、 アンモ ニアの 給量及び ガスの 給量のタイムチャ である。

5は、 ガスタ ビンの 動時及び 後におけるバイロ ッ ト 料及びメイン アンモニア 天然ガスとの 率のタイ ムチヤ トである。 6は、 ガスタ ビンの 前におけるパイ ロッ ト 料及びメ イン アンモニア 天然ガスとの 率のタイムチヤ トであ る。 明を実施するための

下、 図面を参照して 明の 態につ て詳細に説明する 。 は、 明の 置によって運転が制御されるガスタ ビン の 面図である。 実施 態のガスタ ビン は、 火 力発電プラン トにお て られ ガスタ ビン の 発電機 ( せず) を駆動するのに用いられる。

実施 態のガスタ ビン では、 燃料として主にアンモニアが 用いられるが、 ガスタ ビン の 燃料として天然ガス 石油 といった化石燃料を用いるガスタ ビン ( 下、 ガス ガス タ ビン と ) の 造と基本的に同様である。

に示したように、 ガスタ ビン は、 出力 ０と、 ケ シ ング 2 ０ と、 圧縮 3 ０と、 燃焼 4 ０ と、 タ ビン 5 ０ とを具備 する。 1 ０はケ シング 2 ０内に収容されると共に、 ケ シ ング 2 ０に対して回転 能に支持されている。 ケ シング 2 ０は、 空気をケ シング 2 ０内に吸入するための 入口 2 ガスを ケ シング 2 ０内から排出するための 2 2 とを有する。

3 ０は、 ケ シング 2 ０内に設けられ 交互に配置された 数の 3 3 2を備える。 3 はケ シン グ 2 ０に、 圧縮 3 2は出力 ０にそれぞれ 結される。

3 2が圧縮 3 に対して回転することによって、 ケ シング 2 ０の 入口 2 から空気が吸入されると共に圧縮される 。 4 ０は、 ケ シング 2０内に設けられており、 詳細な構成 については後述する。 に示したように、 タ ビン 5 ０もケ シング 2 ０内に配置さ れており、 交互に配置された 数の 5 5 2を備える 。 タ ビン 5 はケ シング 2 ０に、 タービン 5 2は出力 ０にそれぞれ 結される。 4 ０における 合気の に より じた ガスがタ ビン 5 ０を通って流れることにより、 タ ビン 5 に対してタ ビン 5 2が回転 動せしめられ、 その 果、 出力 ０に動力が発生することになる。

このようにして構成されたガスタ ビン では、 まずケ シング 2 ０の 入口 2 から吸入された空気が圧縮 3 ０によって断熱 される。 3 ０によって 度及び 力が高められた空気

) は 燃焼 4 ０に流人し、 燃焼 4 ０にお て 射された 料と共に混合気を形成する。 この 合気は燃焼 4 ０内で燃焼し 、 高温・ 圧の ガスとなってタ ビン 5 ０に流人し、 タ ビン 5 2 を回転させ 動力を発生させる。 力発電プラン トでは、 この 力で発電機を回転して発電を行っている。

2は、 燃焼 4 ０の であり、 の 空気及び ガスの れを示して る。 2 に示したよ に、 燃焼 4 ０は 燃焼 4 、 燃料 4 に する燃焼 4 2 とを 具備する。 4 の 線上にパイ ロッ トノズル4 3が 配置されており、 このパイ ロッ トノズル4 3の りには 数のメイ ン ノズル44が 向に 角度 隔で配置されている。 バイ ロッ トノズル43にはパイロッ トノズル43にバイ ロッ ト

させるための ) を供給するパイロッ ト バイ 4 3 aが設けられ、 メイン ノズル44にはメイン ノズル4 4 メイン させるための ) を供給するメイン バイプ44 が設けられる。

次に、 このように構成された 4 ０での 気及び 料の びに燃料の 態につ て説明する。 3 ０によって された空気は、 2中に矢印Aで示したよ に、 圧縮 3 ０から流 出する。 3 ０から流出した 、 ケーシング 2 ０内を 流れて燃焼 4 の 口端部から 4 内に流人し、 その 、 パイ ロッ トノズル4 3 メイ ン ノズル44に流人 する。

パイ ロッ トノズル43 メイン ノズル44では、 流入し た 気に対して燃料が噴射され、 これらノズル4 3 では 合気が形成される。 パイロッ トノズル43の 孔から 出された 合気はバイ ロッ ト 炎を形成し、 メイン ノズル44の 孔から 出された 合気はパイロッ ト 炎に接触して 炎 を形成して燃焼する。 このよ な混合気の によって得られた ガスは 燃焼 4 2を介してタ ビン 5 ０に供給され、 これ によりタ ビン 5 ０が回転せしめられる。

このよ にガスタ ビン の ガス ガスタ ビンの 造と基本的に同様であるが、 上述したよ に本実施 態では燃料と して主にアンモニアが用いられるため 天然ガス ガスタ ビンの 造と完全に同 ではない。 特に、 ガスタ ビン の 4 ０の 造が天然ガス ガスタ ビンで用いられる燃焼 の 造と異なっ ている。

体的には、 燃料を噴射するノズルのサイズが天然ガス ガスタ ビンに比 て大き ものとされる。 すなわち、 燃料を天然ガス アンモニアに変更した場合、 燃料の たりのエネルギ 度 が約半分になる。 このため、 燃料を変更しても同 の エネルギ を得るためには、 供給す き が約二倍になる。 また、 アン モニアの 合気に含まれる空気の 量を燃料の 量で 割った 率であって、 空気に燃料を混合した時、 理論上、 燃料が完 燃焼するはずの ) は天然ガスの 比 て小さ 。 このため、 燃料を変更しても 合気の 理論 持す るためには、 供給す き が多くなる。 って、 多量の 料を 供給することができるようにす く 、 燃料を噴射するノズル、 特に 予 ノズルのサイズを大きく したり、 ノズルの数を増やしたりす る必要がある。

また、 アンモニアの 天然ガスに比 ると遅 ので燃料 位体積、 単位 間あたりの ) が小さ くなる。 って、 燃料として天然ガスを用いた場合と同一の 熱量を得る ためには、 燃焼 4 ０、 特に燃焼 4 のサイズを大きくする 必要がある。

このよ に、 本実施 態では、 アンモニアを最適に燃焼させるた めに、 ガスタ ビン の 4 ０の 成を・ ガス ガスタ ビンの 成と異なるものとしている。

ところで、 上述したようにアンモニアは の 質であり、 容 易には燃焼しない。 述したような 4 ０の 成を採用するこ とにより、 ガスタ ビンの 転時 すなわち、 ガスタ ビンの 動時・ 停止 前 ではなく 、 安定して定常的なガスタ ビンの 転が行われている ) Zは燃料供給量 空気 給量を適 切に制御することによりアンモニアを安定して燃焼させることはで きるが ガスタ ビン の 動時及び 停止 前にはアンモニアを安定して燃焼させることができない。

こ こで、 上述したよ な 4 ノズル 4 3 の 状の 、 点火 置の 化によってはガスタ ビン の 動時及び 後にアンモニアを安定して燃焼させることが困 難である点を考慮すると、 アンモニアに加えて何らかの別の安定し た熱発生 が必要になると共に、 核となる 炎を保持する必要があ 。 また、 火力発電所のガスタ ビンは、 従来から天然ガス、 重油 微粉炭 の 石燃料の 用を前提に設計されて る。

そこで、 本実施 態では、 ガスタ ビン の 転時に比 て アンモニアの が悪化する運転 域であるガスタ ビン の 動時及び 後には、 ガスタ ビン に、 すなわち 4 ０に天然ガスを供給し、 ガスタ ビン が十分に暖 した後で 燃料を天然ガス アンモニアに切り替えるようにしている。

3は、 ガスタ ビン の 動時及び 後における 燃焼 (すなわち、 燃料 4 りの 囲気温度 (すな わち、 燃焼 4 ０ 体の 度、 圧縮 気の 度、 燃焼ガスの

) 、 ガスタ ビン のアンモニアの 給量及び ガスの 給量 のタイムチヤ トである。 3 に示したように、 時刻 において ガスタ ビン が始動されるまでは、 燃焼 4 内の雰囲気温 度は低く されて る。 このよ な状態で、 時刻 においてガスタ ビン が始動されると、 まずガスタ ビン には天然ガスのみが 供給される。 ガスは ・ンモニアに比 て燃焼 の 料であ るため、 燃焼 4 りの 囲気温度が低くても、 ほぼ完全燃 焼させることができる。 って、 ガスタ ビン の 動時及び 後に天然ガスのみを供給することにより、 ガスタ ビン を良好に運転させることができる。

その 天然ガスの によりガスタ ビン が駆動され、 これ に伴って燃焼 4 りの 囲気温度が上昇して、 ガスタ ビ ン の 転時における燃焼 4 囲気温度とほぼ等 しい 度に到達すると いはアンモニアの ガスタ ビン の 転時とほぼ等しくなるような運転 態となると ガスタ ビン の ガスの 給量の 量が開始されると共に、 ガスタ ービン へのアンモニアの 給量の 量が開始される 3中の時 。 このとき、 燃焼 4 りの 囲気温度は十分に高 温となっているため ガスタ ビン にアンモニアが供給されても アンモニア 完全燃焼することなく 好に燃焼せしめられる。 その 、 ガスタービン の ガスの 給量は に減少せし められると共に、 ガスタ ビン のアンモニアの 給量は に 増加せしめられ、 最終的にはアンモニアのみがガスタ ビン に供 給されるようになる ( の ， 。 このときも 4 りの 囲気温度は既に十分に高温となって るため、 アンモニ アは不完全燃焼することなく 好に燃焼せしめられる。

なお、 天然ガス アンモニアとはその 性が異なるため、 ガスタ ビン に供給する燃料を急に切り替えると混合気の 完全燃焼が 生じてしまう。 しかしながら、 本実施 態では天然ガス アンモ ニアの 給量を徐 に変化させているため、 燃料の り替え中に不 完全燃焼が生じてしま ことが抑制される。

様に、 ガスタ ビン の 転時に比 てアンモニアの が悪化する運転 域であるガスタ ビン の 前にも、 ガス タ ビン Z 給する燃料をアンモニアから天然ガスに切り替える よ にしている。

4は ガスタ ビンの 前における燃焼 4 りの 囲気温度 ガスタ ビン のアンモニアの 給量及び ガス の 給量のタイムチヤ トである。 4に示したよ に、 時刻 ， にお てガスタ ビン の 速が開始されるまでは、 ガスタ ビン では通常 転が行われており 、 燃焼 4 りの 囲気温度 は高く 持されている。 ガスタ ビン を停止させる場合には、 ガ スタ ビン の 開始する前にまずガスタ ビン のアンモ ニアの 給量の 量が開始されると共に ガスタ ビン の ガスの 給量の 量が開始される ( 4中の時 ，) 。 このとき 、 燃焼 4 りの 囲気温度は高温のまま 持されるため、 ガスタ ビン に供給されるアンモニアは不完全燃焼することなく 好に燃焼せしめられる。

その 、 ガスタ ビン のアンモニアの 給量は に減少せ しめられると共に、 ガスタ ビン の ガスの 給量は に 増加せしめられ、 最終的には天然ガスのみがガスタ ビン Z 給 されるよう になる ( 4中の時 ) 。

このよう に天然ガスのみがガスタ ビン に供給されるようにな ってから ガスタ ビン の 速が開始される。 ガスタ ビン の 、 ガスタ ビン に供給される天然ガスを減量することによ って行われるため、 ガスタ ビン の 速に伴って燃焼 4 りの 囲気温度も徐 に低下せしめられる。 終的にガスタ ビ ン の ガスの 給が終了すると、 ガスタ ビン が停止せし められる 4中の時 ) 。 このよう に 燃焼 4 り の 囲気温度が低下しても、 ガスタ ビン には天然ガスのみが燃 料として 給されていることから、 供給された はほぼ完全燃焼 することができ、 よってガスタ ビン を良好に運転させることが できる。

このよ に、 本実施 態では、 動時及び 停 止 前 、 ガスタ ビン の 転時に比 てアンモニアの

が悪化する燃焼 悪化運転 域では、 ガスタ ビン にはアンモ ニアを供給せずに、 天然ガスのみを供給するよ にしている。 これ により、 ガスタ ビン でのアンモニアの 完全燃焼を防止するこ とができ ガスタ ビン の 囲に多量のアンモニアが放出される ことが防止される。 すなわち、 本実施 態によれば、 料として アンモニアを使用しながらも、 全ての 域においてガスタ ビ ンを良好に運転させることができる。 これにより、 従来の 電用 スタービンの 料としては全く考えられて なかったアンモニアの きが可能となり、 C O の 減、 化石燃料の 大きく貢献 する ことができる。

なお、 上記 態では、 燃焼 悪化運転 域では、 天然ガスの みを供給するよ にしている。 しかしながら、 少なく ともアンモニ アの 給量を減少させて天然ガスの 給量を増大させれば、 アンモ アの 給を完全に停止しなくてもガスタ ビン でのアンモニア の 完全燃焼を抑制することができる。 って、 燃焼 悪化運転 域では、 必ずしもアンモニアの 給を完全に停止しなくてもよ 。 これらをまとめると 本実施 態では、 燃焼 悪化運転 域では、 通常 転時に比 てガスタ ビン Z 給する燃料 の ガスの 合を増大させるよ にすればよ 。

また、 上記 態では、 ガスタ ビン の 転時に比 て アンモニアの が悪化する燃焼 悪化運転 域の として 動時及び 停止 前における運転 域を挙げている が、 燃焼 悪化運転 はこれらに限られない。 えば 燃料とし てアンモニアを供給してもアンモニアが不完全にしか気化しな 場 合が挙げられる。 アンモニアの 化が不完全であると、 アンモニア の 完全燃焼が生じやすく 、 よってアンモニアの が悪化する 。 このような時に燃料として天然ガスを用いることで、 燃料の 完 全燃焼を抑制し ガスタ ビン を良好に運転させることができる 。 のような運転 域には 動時及び 後も含まれる また、 燃焼 悪化運転 域として、 ガスタ ビン の 転時 に比 て燃焼 4 りの 囲気温度 周りの 囲 気温度) が低い運転 域が挙げられる。 4 りの 囲気 温度が低いと、 上述したよ にアンモニアが気化しにく く 、 よって アンモニアの が悪化する。 このよ な時に燃料として天然ガ スを用いることで、 燃料の 完全燃焼を抑制し、 ガスタ ビン を 良好に運転させることができる。 このような運転 域には 動 時及び 後も含まれる。

さ らに、 燃焼 悪化運転 域として、 ガスタ の 転 時に比 てガスタ ビン Z 給される燃料 が少な 運転 が挙げられる。 ガスタ ビン に供給される燃料 が少ないと、 ヒ トロス アンモニアの 化熱により、 燃焼ガスの 度が低くなり 、 燃焼 4 りの 囲気温度が低下する。 これにより アンモニ アの が悪化する。 このよ な時に 燃料として天然ガスを用 ることで、 燃料の 完全燃焼を抑制し、 ガスタ ビン を良好に 運転させる ことができる。 このような運転 域には運転 前も 含まれる。

また、 本実施 態では、 ガスタ ビン の 転時にも、 運転 中の 測の 態に備えて、 ごく 量、 例えば 体の 熱量の 3～ 度に相当する気だけ ガスを供給し続けるようにし てもよい。 これにより、 天然ガスの 焼をパイ ロッ トバ ナとして いることが可能となり、 核としての 炎を安定的に保持できるの でタ ビンの 期せぬ 止を防止することができる。 また、 天然ガ ス アンモニアとを噴射するノズルを別個のノズルとした場合、 こ の 量の 料により高温の されている天然ガス ノズ ルを冷却することができるので、 ノズルの 久性を高めることが可 能となる。

次に、 5 6 を参照して、 燃焼 4 ０の ノズル 4 3 、 4 4から 射される燃料 アンモニアの 率について説明する。 下では、 ガスタ ビンの 転時に少量の ガスを供給し続け る場合を示している。 5 6はそれぞれ合間 動時・ 後及び 前におけるパイロッ ト 料及びメイン ア ンモニア 天然ガスとの 率のタイムチヤ トである。

ガスタ ビン の 動時及び 後にお ては、 時刻 から の 、 すなわち、 ガスタ ビン の 始から 4 りの 囲気温度 が十分に高くなるまでの間、 イ ロ ノズル43 メイン ノズル44からは、 共に天然ガ スが噴射される。 このとき、 少量のアンモニアを噴射する場合には 、 アンモニアはメイ ン ノズル44から 射される。

から ，の すなわち 4 りの 囲 気温度 が十分に高くなってからガスタ ビン アンモニアのみ を供給するよ になるまでの間 メイ ン ノズル44から 射 される燃料 アンモニアの 合が徐 に高く される。 このとき、 全てのメイン ノズル44に天然ガス アンモニアとを混合し た 料を供給すると共にこの アンモニアの 合を徐 に高 くするようにしてもよ し、 複数のメイン ノズル44から 射される燃料をメイン ノズル44毎に 階的に天然ガス アンモニアに に切り替えることによって全てのメイン ノ ズル44から 射される アンモニアの 合を徐 に高く するようにしてもよい。 いは、 4 ０毎に供給する燃料を 天然ガス アンモニアに に切り替えるよ にしてもよい。 終的に、 時刻 ，においては、 全てのメイン ノズル44から 射される燃料がアンモニアとされる。 方 バイ ロ ノズル4 3からは時刻 から ，の間も天然ガスが噴射される。

全てのメイン ノズル44から 射される 燃料が天然ガスとされると共に パイ ロッ トノズル4 3から 射さ れる燃料はそのまま ガスのみとされるか、 ほ ガス ア ンモニアとを混合した 料とされる。 ガスタ ビンの 前には、 6 に示したように始動 後と逆 の手順で両ノズル 4 3 から 射される燃料をアンモニアから 天然ガスに切り替えた後に ガスタ ビン に供給される

が減少せしめられる。

なお、 上記 態では、 アンモニアより も の 料と して天然ガスを用 ているが 石油 、 他の化石燃料を用 てもよ し、 アンモニアより も の 料であれば 石燃料 外の 料を用 てもよ 。

また、 上記 態では、 明の 置を火力発電プラ ン トのガスタ ビンを制御するのに用 た場合を示して るが 他 の用途のガスタ ビン、 例えばポンプ 動用のガスタ ビン 、 車 両、 航空機、 船舶 動用のガスタ ビン等を制御するのに用いるこ とも可能である。

さ らに、 上記 態では、 主にアンモニアを燃料として駆動さ れるタ ビンを備えたタ ビン 備がガスタ ビンとされているが 、 かるタ ビン 備をボイラを備えた タ ビンとすることも 可能である。 この 合 ガスタ ビン の 4 ０の わりにボ イラにおいて燃料の 行われる。

なお、 明について特定の 態に基づいて詳述しているが 当業者であれば 明の 求の 囲及び 想から 脱することな く 、 変更、 修正 が可能である。 号の

ガスタ ビン

０

2 ０ ケ シング

3 ０ ０ 2

3 パイ ロ ノズル4 メイ ン ノズル ０ タ ビン

Claims

求 の

主にアンモニアを燃料として駆動されるガスタ ビンの

置にお て ガスタ ビンの 転時に比 てアンモニアの が悪化する燃焼 悪化運転 域では、 通常 転時に比 て、 ガ スタ ビンに供給する燃料 、 アンモニアより も の 料の 合を増大させる、 ガスタ ビンの 。

2

アンモニアより も の 化石燃料である、 請求 に記載のガスタ ビンの 。

3

悪化運転 、 料としてアンモニアをガスタ ビンに供給するとアンモニアの 化が不完全となる運転 域である ・ 又は 2 に記載のガスタ ビンの 。

4

悪化運転 、 燃料が燃焼する燃料 周りの 囲気温度が通常 転時に比 て低い運転 域である、 請求 ～ 3 のいずれか 項に記載のガスタ ビンの 。

5

悪化運転 、 ガスタ ビンの 動時 始動 後 における運転 域である、 請求 ～ 4のいずれか 項に記載のガ スタ ビンの 。

6

悪化運転 通常 転時に比 てガスタ ビンに 供給される燃料 が少ない運転 域である、 請求 2 に記載 のガスタ ビンの 。 7

悪化運転 、 ガスタ ビンの 前における運 転 域である 請求 、 2 6のいずれか 項に記載のガスタ ービンの 。

8

ガスタ ビンに供給する燃料 、 アンモニアより も の 料の 合を変化させる場合には、 ガスタ ビンに供給する 前記アンモニアより も の 料を徐 に減量 増量して く 、 請求 ～ 7の ずれか 項に記載のガスタ ビンの

。

9

悪化運転 域では、 ガスタ ビンにアンモニアを供給 しな 、 請求 ～ 8の ずれか 項に記載のガスタ ビンの

。

０

悪化運転 域では、 ガスタ ビンに前記アンモニアよ り も の 料のみを供給する、 請求 9 に記載のガスタ ビンの 。 転時にも、 ガスタ ビンに前記アンモニアより も の 料を供給する 請求 ～ ０のいずれか 項に記載の ガスタ ビンの 。

2

転時には、 燃料の 熱量の 3～ Z 応する量 の前 アンモニアより も の 料をガスタ ビンに供給す る、 請求 Z 載のガスタ ビンの 。

3 ガスタ ビンは、 燃料及び 気が供給されてこれらの 合気 が燃焼せしめられる燃焼 を具備し、 合気の 域 に拡散 の 料を噴射するパイ ロッ ト 、 域に予 の 料を噴射する複数のメイン とを備え、 ガスタ ビンにアンモニア アンモニアより も の 料の 方を供給する時にはアンモニアはメイン 孔から 射される、 請求 ～ 2の ずれか 項に記載のガスタ ビンの 。

4

バイロッ ト 孔からは常に前記アンモニアより も の 料が供給される 請求 3 Z 載のガスタ ビンの

。

5

ガスタ ビンは 燃料及び 気が供給されてこれらの 合気 が燃焼せしめられる燃焼 を具備し、 合気の 域 に拡散 の 料を噴射するパイ ロッ ト 、 域に予 の 料を噴射する複数のメイン とを備え、 前記ガス タ ビンに供給する燃料 、 アンモニアよ り も の 料 の 合を変化させる場合には、 複数のメイ ン 孔から 射される燃 料がメイン 階的に切り替えられる、 請求 ～ 4の ずれか 項に記載のガスタ ビンの 。

6

～ 5の ずれか 項に記載のガスタ ビンの

置によって制御されるガスタ ビンを備えた火力発電プラン ト。