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JP5801264B2 - Exhaust gas circulation thermal power plant operating method and exhaust gas circulation thermal power plant - Google Patents
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Exhaust gas circulation thermal power plant operating method and exhaust gas circulation thermal power plant Download PDF

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Description

本発明は、O量論比燃焼を採用する燃焼器を有する排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法および排気ガス循環型火力発電プラントに関する。更に詳しくは、本発明は、O量論比燃焼を採用する燃焼器からの燃焼排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を一定に維持して排気ガス循環型の火力発電プラントの実現を可能にする技術に関するものである。 The present invention relates to an operation method of an exhaust gas circulation thermal power plant having a combustor that employs O 2 stoichiometric combustion, and an exhaust gas circulation thermal power plant. More specifically, the present invention realizes an exhaust gas circulation thermal power plant by maintaining a constant concentration of nitrogen oxides contained in combustion exhaust gas from a combustor that employs O 2 stoichiometric combustion. It is about the technology that makes it possible.

ガス化発電プラントでは、ガスタービンから排出された排気ガスは排熱回収ボイラにて熱回収され、脱硝設備で脱硝後、煙突から排気される。一方、ガス化発電プラントでは、プラント熱効率向上およびプラント構成システムの簡素化によるコスト低減等を図るためにガス化ガス燃料の精製に乾式法を採用することがある。この乾式法を採用した場合には、ガス化ガス燃料中に窒素化合物(主にアンモニア(NH))が含まれ、燃焼過程で多量のフュエルNOxを発生し、ガス化発電プラントから排出されるNOxの大半を占める。そのため、フュエルNOxを低減する技術が重要となる。 In a gasification power plant, exhaust gas discharged from a gas turbine is recovered by a heat recovery boiler, denitrated by a denitration facility, and then exhausted from a chimney. On the other hand, in a gasification power plant, a dry method may be employed for purification of gasification gas fuel in order to improve plant thermal efficiency and reduce costs by simplifying the plant configuration system. When this dry method is adopted, the nitrogen gas (mainly ammonia (NH 3 )) is contained in the gasification gas fuel, and a large amount of fuel NOx is generated in the combustion process and discharged from the gasification power plant. Occupies most of NOx. Therefore, a technique for reducing fuel NOx is important.

従来のガス化発電プラントでは、ガスタービン燃焼器に還元燃焼法を適用し、フュエルNOxを低減する手法が採用されている(たとえば、特許文献1、特許文献2)。この還元燃焼法では、燃焼器の上流部に供給する空気量を低減して燃料過濃条件にし、還元雰囲気の下でガス化ガス燃料中の窒素化合物をN2に分解し、燃焼器下流側に残りの空気を供給して完全燃焼を図るようにしている。 In a conventional gasification power plant, a method for reducing fuel NOx by applying a reduction combustion method to a gas turbine combustor is employed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In this reduction combustion method, the amount of air supplied to the upstream portion of the combustor is reduced to a fuel rich condition, and nitrogen compounds in the gasified gas fuel are decomposed into N 2 under a reducing atmosphere, and the combustor downstream side The remaining air is supplied to the engine so as to achieve complete combustion.

特開2002−061517号公報JP 2002-061517 A 特開2002−188457号公報JP 2002-188457 A

しかしながら、乾式ガス精製を採用したガス化発電プラントでは、還元燃焼法によってフュエルNOxを低減させたとしても、湿式ガス精製を採用するプラントよりもNOx排出量が多くなってしまい、実用化に向けてフュエルNOxをより低減させる必要がある。   However, in gasification power plants that employ dry gas purification, even if fuel NOx is reduced by the reduction combustion method, the amount of NOx emissions will be greater than in plants that employ wet gas purification. There is a need to further reduce fuel NOx.

本発明は、乾式ガス精製を採用した場合であってもフュエルNOxの発生をより低減することができる閉サイクル火力発電プラントの運転方法および閉サイクル火力発電プラントを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a closed cycle thermal power plant operating method and a closed cycle thermal power plant that can further reduce the generation of fuel NOx even when dry gas purification is employed.

火力発電プラントの排煙脱硝装置で用いられる脱硝反応における窒素化合物(NH)と窒素酸化物(NOx)との総括反応式を数式1,2に示す。このNOによる窒素化合物の分解反応は、温度窓と呼ばれる非常に狭い温度範囲で卓越して進行する反応であり、反応温度が高いと窒素化合物(NH)はNOに酸化され、反応温度が低いと窒素化合物とNOは反応せずにそのまま排出される。そのため、従来の脱硝装置では触媒を用いて反応制御されている。本発明者らは、O量論比燃焼を採用する閉サイクルガスタービン発電プラントの排気ガス中の窒素酸化物濃度の低減について鋭意研究を行った結果、O量論比燃焼を採用する閉サイクルガスタービン発電プラントでは、希釈剤としてリサイクルする排気ガスはCOとHOを主成分とし、微量のOが含まれているため、NOによる窒素化合物の分解反応が比較的低い温度で進行することを知見すると共に、その温度は、閉サイクルガスタービン発電プラントの排気ガスまたはガス化ガス燃料の温度分布に含まれる温度であることを知見した。 Formulas 1 and 2 show general reaction formulas of nitrogen compounds (NH 3 ) and nitrogen oxides (NOx) in the denitration reaction used in the flue gas denitration apparatus of the thermal power plant. This decomposition reaction of nitrogen compounds by NO is a reaction that proceeds excellently in a very narrow temperature range called a temperature window. When the reaction temperature is high, the nitrogen compound (NH 3 ) is oxidized to NO and the reaction temperature is low. And nitrogen compound and NO are discharged as they are without reacting. Therefore, the reaction is controlled by using a catalyst in the conventional denitration apparatus. As a result of intensive studies on the reduction of nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of a closed cycle gas turbine power plant that employs O 2 stoichiometric combustion, the present inventors have found that closed combustion employing O 2 stoichiometric combustion is employed. In a cycle gas turbine power plant, exhaust gas recycled as a diluent contains CO 2 and H 2 O as main components and contains a small amount of O 2, so the decomposition reaction of nitrogen compounds by NO is relatively low. As well as knowing that it progresses, it was found that the temperature is included in the temperature distribution of the exhaust gas or gasified gas fuel of the closed cycle gas turbine power plant.

[数1]
NH+NO+1/4O → N+3/2HO・・・(1)
[数2]
6NO+8NH → 7N+12HO・・・(2)
[Equation 1]
NH 3 + NO + 1 / 4O 2 → N 2 + 3 / 2H 2 O (1)
[Equation 2]
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O (2)

ここでNOxとはNOとNOの総称であるが、発電プラントの循環排気ガス中のNOxはほとんどがNOであり、主に数式1の総括反応式(1)によってNHの分解が進む。 Here, NOx is a general term for NO and NO 2 , but most of NOx in the circulating exhaust gas of the power plant is NO, and decomposition of NH 3 proceeds mainly by the general reaction formula (1) of Formula 1.

本発明は、かかる知見に基づき成されたもので、請求項1記載の発明は、ガス化炉で生成したガス化ガスを乾式ガス精製装置で精製してNHを含む燃料ガスとしてO量論比燃焼を行う燃焼器で燃焼させる火力発電プラントの運転方法において、燃焼器から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として燃料ガスに混合し、燃焼器で燃焼させる前に希釈剤中の窒素酸化物およびOを燃料ガス中のNHに反応させてNとHOに分解すると共に、未分解のNHを燃焼器で燃焼させて窒素酸化物に酸化させ、NHの分解反応と酸化反応とを繰り返すことで排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲に維持しながら運転を行うものである。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the invention according to claim 1 is characterized in that the gasification gas generated in the gasification furnace is purified by a dry gas purifier and the amount of O 2 as a fuel gas containing NH 3 is obtained. In the operation method of a thermal power plant that burns with a combustor that performs stoichiometric combustion, before exhausting part or all of the exhaust gas discharged from the combustor and mixing it with the fuel gas as a diluent and combusting with the combustor Nitrogen oxide and O 2 in the diluent are reacted with NH 3 in the fuel gas to be decomposed into N 2 and H 2 O, and undecomposed NH 3 is burned in the combustor and oxidized to nitrogen oxide. The operation is performed while maintaining the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas within a certain range by repeating the decomposition reaction and the oxidation reaction of NH 3 .

燃料ガスに希釈剤を混合させると、主に総括反応(1)の右向き反応によって、燃料ガス中のNHは希釈剤中の窒素酸化物NOxと反応し、N分子に分解する。総括反応(1)の反応速度と反応量は反応温度と反応時間に応じてきまり、特に、反応温度は燃料ガスおよび希釈剤(排気ガス)の組成と反応時間によって影響される。すなわち、燃料ガス中のNHと希釈剤中のNOがNに分解するには、ガス組成に応じた反応温度と反応時間に設定することが必要になり、実際の発電プラントでは無触媒脱硝が積極的に適用される例は少ない。 When the diluent is mixed with the fuel gas, NH 3 in the fuel gas reacts with nitrogen oxide NOx in the diluent and decomposes into N 2 molecules mainly by the rightward reaction of the overall reaction (1). The reaction rate and reaction amount of the overall reaction (1) depend on the reaction temperature and reaction time. In particular, the reaction temperature is affected by the composition of the fuel gas and diluent (exhaust gas) and the reaction time. That is, in order for NH 3 in the fuel gas and NO in the diluent to decompose into N 2 , it is necessary to set the reaction temperature and reaction time according to the gas composition. There are few examples where is actively applied.

燃料ガスと希釈剤との混合ガスが流れる流路(混合ガス流路)では、総括反応(1)は進行し、所定の反応温度および反応時間に応じた分解率を示す。その後、混合ガスは燃焼器に供給され、Nに分解されなかった残留NHは燃焼過程でNOに酸化される。燃焼後の排気ガスは、例えば膨張タービンで仕事をした後、その一部又は全部をリサイクルして希釈剤として循環させ、閉ループを構成する。ガス化炉で原料中の窒素分に起因して生成するアンモ二アの生成量は原料とガス化炉の作動条件によって決まり、また、混合ガス流路にてガス化ガス中のアンモニアを分解するには希釈剤中にNOが存在することが必要である。そのため、混合ガス流路におけるアンモニア分解率は100%である必要はなく、適当な値にまで分解・調整され、同時に排気ガス中のNO濃度は所定の値に調整されることになり、閉ループが成立する。また、脱硝装置に高い脱硝率が要求されるのとは異なり、反応温度および反応時間の制御は重要になるものの、混合ガス流路における分解率は比較的容易な条件での運用になる。 In the flow path (mixed gas flow path) through which the mixed gas of the fuel gas and the diluent flows, the overall reaction (1) proceeds and shows a decomposition rate corresponding to a predetermined reaction temperature and reaction time. Thereafter, the mixed gas is supplied to the combustor, and the residual NH 3 that has not been decomposed into N 2 is oxidized to NO during the combustion process. The exhaust gas after combustion, for example, works in an expansion turbine, and then recycles part or all of it as a diluent to form a closed loop. The amount of ammonia produced in the gasifier due to the nitrogen content in the raw material is determined by the operating conditions of the raw material and the gasifier, and the mixed gas flow path decomposes ammonia in the gasification gas. Requires the presence of NO in the diluent. Therefore, the ammonia decomposition rate in the mixed gas passage need not be 100%, but is decomposed and adjusted to an appropriate value, and at the same time, the NO concentration in the exhaust gas is adjusted to a predetermined value. To establish. In addition, unlike the case where a high denitration rate is required for the denitration apparatus, control of the reaction temperature and reaction time is important, but the decomposition rate in the mixed gas channel is operated under relatively easy conditions.

また、燃料ガスに希釈剤を混合することによって、希釈剤中の微量の酸素を燃焼器での燃焼に積極的に寄与させることが可能となるという、副次的な効果もある。例えば、燃料ガス(組成例:CO=66%、H=24%、CO、HO、N)をOにより量論比燃焼させ、燃焼ガスを排気ガスで希釈して燃焼器出口ガス温度を1300℃レベルとする場合、希釈ガス量は燃料ガスと酸化剤の合計の約3.7倍となる。仮に、希釈剤中に残存するO成分の濃度を2%とした場合、これは燃焼器に供給する全O量の19%に相当する。希釈剤中のO成分を燃焼に積極的に寄与させない場合は、排気ガス中のO濃度は更に上昇することになる。混合ガス流路を設け、燃料ガスと希釈剤とを予め混合して燃焼器に供給することにより、希釈剤中のO成分を燃焼に積極的に寄与させることができるという副次的な効果も有する。 In addition, there is a secondary effect that a small amount of oxygen in the diluent can be actively contributed to combustion in the combustor by mixing the diluent with the fuel gas. For example, a fuel gas (composition example: CO = 66%, H 2 = 24%, CO 2 , H 2 O, N 2 ) is burned stoichiometrically with O 2 , and the combustion gas is diluted with exhaust gas to combustor When the outlet gas temperature is set to the 1300 ° C. level, the amount of dilution gas is about 3.7 times the sum of the fuel gas and the oxidant. If the concentration of the O 2 component remaining in the diluent is 2%, this corresponds to 19% of the total amount of O 2 supplied to the combustor. When the O 2 component in the diluent is not actively contributed to combustion, the O 2 concentration in the exhaust gas further increases. By providing a mixed gas flow path, the fuel gas and the diluent are mixed in advance and supplied to the combustor, so that the O 2 component in the diluent can actively contribute to combustion. Also have.

本発明によれば、ガスタービンの下流に設置する脱硝装置を不要にするまたは大幅に縮小することができ、閉ループを構成するガス化ガス用閉サイクルガスタービンを成立させ、かつプラントシステムの簡素化によるコスト低減を図ることが可能となる。また、希釈剤中に残存するO成分を積極的にガスタービン燃焼に関与させることが可能となり、希釈剤中のO成分濃度を低減する効果も有する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the NOx removal apparatus installed downstream of a gas turbine can be made unnecessary, or it can reduce significantly, the closed cycle gas turbine for gasification gas which comprises a closed loop is materialized, and simplification of a plant system It becomes possible to aim at the cost reduction by. In addition, the O 2 component remaining in the diluent can be actively involved in gas turbine combustion, and there is an effect of reducing the O 2 component concentration in the diluent.

また、請求項2記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、希釈剤の混合量の増減によりNHの分解率を変化させて排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整するものである。 The operation method of the exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 2 is to adjust the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas by changing the decomposition rate of NH 3 by increasing or decreasing the amount of the diluent mixed. is there.

総括反応(1)は多数の素反応から構成されており、それぞれの素反応は関係するガス組成およびその濃度と反応温度によって反応速度が決定される。すなわち、総括反応(1)の右向き反応が進行する温度窓は、各素反応および関係するガス成分濃度に大きく依存する。また、多くの素反応が関係する反応経路は燃料ガスおよび排気ガスの組成により異なり、結果として温度窓(temperature window)を形成する最適な反応温度も異なる。総括反応(1)の素反応を考慮して、燃料ガスおよび排気ガスの組成に応じて燃料ガスへの希釈剤の混合量を調整することにより、より一層無触媒脱硝を効率良く運用することが可能となる。   The overall reaction (1) is composed of a number of elementary reactions, and the reaction rate of each elementary reaction is determined by the gas composition concerned, its concentration and the reaction temperature. That is, the temperature window in which the rightward reaction of the general reaction (1) proceeds greatly depends on each elementary reaction and the related gas component concentration. In addition, the reaction path involving many elementary reactions varies depending on the composition of the fuel gas and the exhaust gas, and as a result, the optimum reaction temperature for forming a temperature window also varies. Considering the elementary reaction of the overall reaction (1), the non-catalytic denitration can be operated more efficiently by adjusting the amount of the diluent mixed with the fuel gas according to the composition of the fuel gas and the exhaust gas. It becomes possible.

また、請求項3記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、分解反応の反応時間の増減によりNHの分解率を変化させて排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整するものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for operating an exhaust gas circulation thermal power plant that adjusts the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas by changing the decomposition rate of NH 3 by increasing or decreasing the reaction time of the decomposition reaction. is there.

総括反応(1)の素反応を考慮して、燃料ガスおよび排気ガスの組成に応じて分解反応の反応時間を調整することにより、より一層無触媒脱硝を効率良く運用することが可能となる。   In consideration of the elementary reaction of the overall reaction (1), the non-catalytic denitration can be operated more efficiently by adjusting the reaction time of the decomposition reaction according to the composition of the fuel gas and the exhaust gas.

また、請求項4記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、分解反応の反応温度の昇降によりNHの分解率を変化させて排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for operating an exhaust gas circulation thermal power plant in which the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is adjusted by changing the decomposition rate of NH 3 by increasing or decreasing the reaction temperature of the decomposition reaction. is there.

総括反応(1)に関与する素反応は、燃料ガスの組成および排気ガスの組成とその反応温度により影響され、総括反応(1)の右向き反応速度および反応量は変化する。すなわち、総括反応(1)を適正に制御するには、混合ガス流路を混合ガスの組成に応じた適正な反応温度に設定するとともに、反応温度に応じた反応時間を設けることが重要になる。   The elementary reactions involved in the overall reaction (1) are affected by the composition of the fuel gas, the composition of the exhaust gas, and the reaction temperature, and the rightward reaction rate and amount of the overall reaction (1) change. That is, in order to appropriately control the overall reaction (1), it is important to set the mixed gas flow path to an appropriate reaction temperature according to the composition of the mixed gas and to provide a reaction time according to the reaction temperature. .

ここで、反応温度の昇降には、ガス化炉における高温ガス化ガスの熱またはガスタービンから排出される高温排気ガスの熱を利用することができる。ガス化ガス中のアンモニアとガスタービン燃焼排気ガス中のNOのNへの分解には、反応温度を温度窓(”temperature window”)と言われる狭い作動温度に制御することが求められる。これによれば、ガス化発電プラントの各部の熱を回収してNHの分解反応の反応温度を任意の値に制御することにより、NHの分解反応を適切に制御し、かつ外部の熱源も用いずに発電プラントの熱効率を不必要に低下させることを防ぐことができる。 Here, for raising and lowering the reaction temperature, the heat of the high-temperature gasification gas in the gasification furnace or the heat of the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine can be used. The decomposition of ammonia in the gasification gas and NO in the gas turbine combustion exhaust gas into N 2 requires controlling the reaction temperature to a narrow operating temperature called a “temperature window”. According to this, by recovering the heat of each part of the gasification power plant and controlling the reaction temperature of the decomposition reaction of NH 3 to an arbitrary value, the decomposition reaction of NH 3 is appropriately controlled, and an external heat source It is possible to prevent the thermal efficiency of the power plant from being unnecessarily lowered without using the power.

ここで、燃料改質部(燃料ガスに希釈剤を混合させて燃料ガス中のNHの分解反応が進行しながら流れる流路)を、例えば燃焼器内上流部また、燃焼器内筒と外筒の間、燃焼器壁面冷却部または燃焼器尾筒に設けることが可能である。これによれば、燃料改質部を燃焼器各部に設けることで、燃料改質(燃料ガス中のNHの分解)に伴う熱源を容易に求めることができ、同時に燃焼器各部の冷却も実施できる利点がある。特に、ガスタービン車室の燃焼器周りに燃料改質部を設けることにより、改質したガス化ガスを回収することなく、燃焼器に導入することが可能であり、発電プラントを不用意に複雑にしない。 Here, the fuel reforming part (the flow path through which the decomposition reaction of NH 3 in the fuel gas proceeds while the diluent is mixed with the fuel gas) is connected to, for example, the upstream part in the combustor or the outer cylinder of the combustor. It can be provided between the cylinders in the combustor wall surface cooling section or the combustor tail cylinder. According to this, by providing the fuel reforming part in each part of the combustor, the heat source accompanying the fuel reforming (decomposition of NH 3 in the fuel gas) can be easily obtained, and at the same time, the combustor part is also cooled. There are advantages you can do. In particular, by providing a fuel reformer around the combustor in the gas turbine casing, it is possible to introduce the reformed gasification gas into the combustor without collecting it, and the power plant is inadvertently complicated. Don't make it.

また、燃料改質部をタービン翼内部に設けることが可能である。これによれば、燃料改質部をガスタービン翼部に設けることで、燃料改質に要する所定の反応熱の熱源を容易に求めることができ、同時にタービン翼冷却を実施することで、タービン翼冷却用の高圧媒体等を不要とし、発電プラントの圧縮機の動力を低減し、プラント熱効率を向上する相乗効果も有する。また、再燃ガスタービンを採用する場合には、初段動静翼の冷却部に燃料改質部を設けることにより、改質したガス化ガスを回収することなく、再燃ガスタービン燃焼器に導入することができ、ガスタービンの構成を簡素にできる利点も生じる。   Further, it is possible to provide the fuel reforming section inside the turbine blade. According to this, by providing the fuel reforming section in the gas turbine blade section, it is possible to easily obtain the heat source of the predetermined reaction heat required for fuel reforming, and at the same time, by performing the turbine blade cooling, the turbine blade There is also a synergistic effect that eliminates the need for a high-pressure medium for cooling, reduces the power of the compressor of the power plant, and improves plant thermal efficiency. In addition, when a reburning gas turbine is employed, a reforming gasification gas can be introduced into the reburning gas turbine combustor without recovering the reformed gasification gas by providing a fuel reforming unit in the cooling unit of the first stage stationary vane. This also has the advantage of simplifying the configuration of the gas turbine.

また、請求項5記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、燃焼器に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合し、NHの分解率を変化させて排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整するものである。 Further, in the operation method of the exhaust gas circulation type thermal power plant according to claim 5, a part or all of the oxidant supplied to the combustor is mixed with the fuel gas, and the decomposition rate of NH 3 is changed to change in the exhaust gas. This adjusts the concentration of nitrogen oxides.

燃焼器へ供給する酸化剤を燃料ガスに供給することにより、混合ガスのO成分濃度が上昇し、より低い反応温度で総括反応(1)を促進することができる。これにより、混合ガス流路の反応温度を高めること無く、かつ安全に燃料ガス中のアンモニアと排気ガス中のNOをNに分解することを可能にする。また、燃料ガスを酸化剤および希釈剤と予め混合して燃焼器に供給することにより混合を容易にし、燃焼器での燃料ガス・O量論比燃焼を促進することが可能となり、排気ガス中に残存するO成分、未燃焼成分であるCOまたはH成分の濃度を低減し、燃焼効率を向上させることができる。 By supplying the oxidizing gas supplied to the combustor to the fuel gas, the O 2 component concentration of the mixed gas increases, and the overall reaction (1) can be promoted at a lower reaction temperature. This makes it possible to safely decompose ammonia in the fuel gas and NO in the exhaust gas into N 2 without increasing the reaction temperature of the mixed gas flow path. Further, the fuel gas is premixed with an oxidant and a diluent and supplied to the combustor to facilitate mixing, and fuel gas / O 2 stoichiometric combustion in the combustor can be promoted. It is possible to reduce the concentration of the O 2 component remaining therein, the CO or H 2 component that is an unburned component, and improve the combustion efficiency.

また、請求項6記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法のように、上記の調整後に定格運転を行うようにしても良く、請求項7記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法のように、定格運転を行いながら排気ガス中の窒素酸化物濃度を計測し、その計測値が予め求められた目標値になるように上記の調整を行いながら定格運転を行うようにしても良い。   Moreover, you may make it perform rated operation after said adjustment like the operation method of the exhaust gas circulation type thermal power plant of Claim 6, and the operation method of the exhaust gas circulation type thermal power plant of Claim 7 As described above, the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is measured while performing the rated operation, and the rated operation may be performed while performing the above adjustment so that the measured value becomes a predetermined target value. .

また、請求項8記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、燃料ガスに希釈剤を混合した混合ガスの温度を300〜600℃にしてNHの分解反応を促進させた後、燃焼器に供給するものである。 Further, according to the operation method of the exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 8, the temperature of the mixed gas in which the diluent is mixed with the fuel gas is set to 300 to 600 ° C. to promote the decomposition reaction of NH 3 , and then the combustion It supplies to the vessel.

さらに、請求項9記載の発明は、ガス化炉で生成したガス化ガスを乾式ガス精製装置で精製してNHを含む燃料ガスとしてO量論比燃焼を行う燃焼器で燃焼させる火力発電プラントにおいて、燃焼器から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として燃料ガスに混合させるリサイクル系と、希釈剤が混合された燃料ガスを、燃料ガス中のNHを希釈剤中の窒素酸化物およびOによってNとHOに分解させながら搬送する混合ガス流路を備えており、燃焼器は、燃料ガス中に残留しているNHを燃焼させて窒素酸化物に酸化させるものであり、リサイクル系によって希釈剤を燃料ガスに混合させることでNHの分解反応と酸化反応とが繰り返えされて排気ガス中の窒素酸化物の濃度が一定範囲に維持されるものである。 Furthermore, the invention described in claim 9 is a thermal power generation system in which a gasification gas generated in a gasification furnace is purified by a dry gas purification device and burned in a combustor that performs O 2 stoichiometric combustion as a fuel gas containing NH 3. In the plant, a recycling system that recycles part or all of the exhaust gas discharged from the combustor and mixes it with the fuel gas as a diluent, and the fuel gas mixed with the diluent dilutes NH 3 in the fuel gas. has a nitrogen oxides and the mixed gas flow channel for conveying while decomposed into N 2 and H 2 O by O 2 in the dosage, the combustor, the NH 3 remaining in the fuel gas is burned nitrogen It is oxidized to oxide, and by mixing diluent with fuel gas by a recycle system, NH 3 decomposition and oxidation reaction are repeated, so that the concentration of nitrogen oxide in exhaust gas is within a certain range. Maintenance It is intended to be.

また、請求項10記載の排気ガス循環型火力発電プラントは、希釈剤の燃料ガスへの供給位置を複数設けると共に、使用する供給位置を切り替える切り替え手段を備えるものである。   The exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 10 is provided with a plurality of supply positions for supplying the diluent to the fuel gas and switching means for switching the supply position to be used.

また、請求項11記載の排気ガス循環型火力発電プラントは、希釈剤の供給量を増減する第1の流量調節手段を備えるものである。   An exhaust gas circulation thermal power plant according to an eleventh aspect includes first flow rate adjusting means for increasing or decreasing the amount of diluent supplied.

また、請求項12記載の排気ガス循環型火力発電プラントは、燃焼器に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合させるバイパス流路と、燃料ガスに混合させる酸化剤の供給量を増減する第2の流量調節手段を備えるものである。   An exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 12 is provided with a bypass passage for mixing a part or all of the oxidant supplied to the combustor with the fuel gas, and a supply amount of the oxidant mixed with the fuel gas. A second flow rate adjusting means for increasing / decreasing is provided.

さらに、請求項13記載の排気ガス循環型火力発電プラントは、混合ガス流路は混合ガスの温度を300〜600℃にする部分を有するものである。したがって、混合ガスの温度を300〜600℃にしてNHの分解反応を促進させることができる。 Furthermore, in the exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 13, the mixed gas flow path has a portion for setting the temperature of the mixed gas to 300 to 600 ° C. Therefore, the temperature of the mixed gas can be set to 300 to 600 ° C. to promote the NH 3 decomposition reaction.

本発明では、排気ガスを希釈剤として燃料ガスに供給することで、燃料ガス中のNHの分解と当該分解に使用する窒素酸化物の生成(排気ガス中の窒素酸化物の生成)とをバランスさせることができるので、排気ガスを燃料ガスに混合させるべく循環させることが可能になり、閉サイクルの排気ガス循環型火力発電プラントを成立させることができる。 In the present invention, exhaust gas is supplied to the fuel gas as a diluent, so that NH 3 in the fuel gas is decomposed and nitrogen oxides used for the decomposition (generation of nitrogen oxides in the exhaust gas) are produced. Since they can be balanced, the exhaust gas can be circulated to be mixed with the fuel gas, and a closed cycle exhaust gas circulation thermal power plant can be established.

また、NHを含む燃料ガスの使用が可能であるので、燃料ガスの乾式ガス精製を採用することができ、湿式ガス精製を採用する場合に比べてプラント熱効率を上昇させることができる。 Further, since fuel gas containing NH 3 can be used, dry gas purification of fuel gas can be adopted, and plant thermal efficiency can be increased as compared with the case where wet gas purification is adopted.

また、ガス化燃料に排気ガスをリサイクルした循環ガス(希釈剤)を混合し、ガス化燃料中のNHと排気ガス中の窒素酸化物を無触媒で反応させてNに気相分解することができるので、乾式ガス精製を採用した場合であってもフュエルNOxの発生をより低減することができる。 Further, the gasified fuel is mixed with a circulating gas (diluent) obtained by recycling the exhaust gas, and NH 3 in the gasified fuel and nitrogen oxides in the exhaust gas are reacted in a non-catalytic manner to undergo gas phase decomposition into N 2. Therefore, even when dry gas purification is employed, the generation of fuel NOx can be further reduced.

また、排気ガス中の窒素酸化物を使用して燃料ガス中のNHを分解するので、窒素酸化物の供給源をわざわざ別に設ける必要がない。 Moreover, since NH 3 in the fuel gas is decomposed using nitrogen oxides in the exhaust gas, it is not necessary to provide a separate supply source of nitrogen oxides.

本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第1の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 1st Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. NHとNOの生成分解特性に及ぼす反応温度の影響(D/F比率=3、反応時間10s)を示すグラフである。NH 3 and the influence of reaction temperature on the formation degradation properties of NO (D / F ratio = 3, reaction time 10s) is a graph showing a. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第2の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. NHおよびNO分解特性に及ぼす希釈比率D/Fの影響(反応温度400℃、反応時間10s)を示すグラフである。NH 3 and NO dilution effect ratio D / F on the degradation properties (reaction temperature 400 ° C., reaction time 10s) is a graph showing a. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第3の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第4の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 4th Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第5の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 5th Embodiment of the exhaust-gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. 反応温度とNHおよびNO分解特性の関係に及ぼすO濃度の影響を示し、(a)はNHの分解特性図、(b)はNOの分解特性図、(c)は全フュエルN分(NHとNO)の分解特性図である。The influence of O 2 concentration on the relationship between reaction temperature and NH 3 and NO decomposition characteristics is shown, (a) is a decomposition characteristic diagram of NH 3 , (b) is a decomposition characteristic diagram of NO, (c) is a total fuel N component it is an exploded characteristic diagram of (NH 3 and NO). 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第6の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 6th Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第7の実施形態を示し、その燃料改質部の付近を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 7th Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied, and shows the vicinity of the fuel reforming part. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第8の実施形態を示し、その燃料改質部の付近を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 8th Embodiment of the exhaust-gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied, and shows the vicinity of the fuel reforming part. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第9の実施形態を示し、その燃料改質部の付近を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 9th Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied, and shows the vicinity of the fuel reforming part. 本発明を適用した排気ガス循環型火力発電プラントの第10の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 10th Embodiment of the exhaust gas circulation type thermal power plant to which this invention is applied. 図13の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operating method of the exhaust gas circulation type thermal power plant of FIG. 第1の流量調節手段23の変形例を示す要部概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a main part of a modification of the first flow rate adjusting means 23. 本発明の効果を確認するための解析に使用したCO回収型高効率IGCCおよび閉サイクルガスタービン発電システムのモデルの概略構成図である。Is a schematic diagram of a model of a CO 2 recovering high efficiency IGCC and closed cycle gas turbine power generation system used in analysis to confirm the effect of the present invention. フュエルNOx排気特性に及ぼす排気循環の影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence of exhaust gas circulation on a fuel NOx exhaust characteristic. 量論比燃焼閉サイクルガスタービンに適用するNH分解システムの運転概要の一例を示す図である。NH applied to O 2 stoichiometric combustion closed cycle gas turbine 3 is a diagram showing an example of an operation overview of the cracking system. 無触媒脱硝条件における本解析手法の検証結果を示すグラフである。It is a graph which shows the verification result of this analysis method in non-catalytic denitration conditions. フュエルNOx排気特性に及ぼす無触媒分解手法の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of the non-catalytic decomposition method on the fuel NOx exhaust characteristic. NHとNOの経時変化に及ぼす反応温度の影響(D/F比率=3)を示すグラフである。NH 3 and the influence of reaction temperature on the time course of NO (D / F ratio = 3) is a graph showing a. 成分の生成分解特性(混合ガス中のH成分濃度の初期値を基準(100%)とした)を示すグラフである。H 2 component generating decomposition characteristics of (the initial value of the H 2 component concentration in the mixed gas as the reference (100%)) is a graph showing a. NHおよびNO分解特性に及ぼす反応時間の影響を示し、(a)はNHの分解特性図、(b)はNOの分解特性図、(c)は全フュエルN分(NHとNO)の分解特性図である。The influence of reaction time on NH 3 and NO decomposition characteristics is shown, (a) is the decomposition characteristic diagram of NH 3 , (b) is the decomposition characteristic diagram of NO, (c) is the total fuel N content (NH 3 and NO) FIG. 反応温度とNH、NO分解特性の関係に及ぼす希釈比率D/Fの影響を示し、(a)はNHの分解特性図、(b)はNOの分解特性図、(c)は全フュエルN分(NHとNO)の分解特性図である。The influence of the dilution ratio D / F on the relationship between the reaction temperature and NH 3 and NO decomposition characteristics is shown. (A) is a decomposition characteristic diagram of NH 3 , (b) is a decomposition characteristic diagram of NO, and (c) is a total fuel. it is an exploded characteristic diagram of N min (NH 3 and NO). NHおよびNO分解特性に及ぼすO濃度の影響(反応温度400℃、反応時間10s)を示すグラフである。NH 3 and the effect of O 2 concentration on the NO decomposition properties (reaction temperature 400 ° C., reaction time 10s) is a graph showing a. NHおよびNO分解率に及ぼすNO/NHモル比の影響(反応温度400℃、反応時間10s)を示すグラフである。NH 3 and the effect of NO on the decomposition ratio NO / NH 3 molar ratio (reaction temperature 400 ° C., reaction time 10s) is a graph showing a. NHおよびNO分解率に及ぼす燃料中CO/H濃度の割合の影響を示すグラフである。Is a graph showing the effect of the proportion of fuel in the CO / H 2 concentration on the NH 3 and NO decomposition ratio. 反応温度とNHおよびNO分解特性の関係に及ぼす燃料中CO/H濃度の割合の影響を示し、(a)はNHの分解特性図、(b)はNOの分解特性図、(c)は全フュエルN分(NHとNO)の分解特性図である。The influence of the ratio of CO / H 2 concentration in fuel on the relationship between reaction temperature and NH 3 and NO decomposition characteristics is shown, (a) is a decomposition characteristic diagram of NH 3 , (b) is a decomposition characteristic diagram of NO, (c ) Is a decomposition characteristic diagram of all fuel N components (NH 3 and NO). NHおよびNO分解率に及ぼす燃料中NH濃度の影響(反応温度400℃、反応時間10s)を示すグラフである。NH 3 and the effect of the fuel in the NH 3 concentration on the NO decomposition ratio (reaction temperature 400 ° C., reaction time 10s) is a graph showing a. 反応温度とNH、NO分解特性の関係に及ぼす燃料中NH濃度の影響を示し、(a)はNHの分解特性図、(b)はNOの分解特性図、(c)は全フュエルN分(NHとNO)の分解特性図である。The influence of the NH 3 concentration in the fuel on the relationship between the reaction temperature and the NH 3 and NO decomposition characteristics is shown. (A) is a decomposition characteristic diagram of NH 3 , (b) is a decomposition characteristic diagram of NO, and (c) is the total fuel. it is an exploded characteristic diagram of N min (NH 3 and NO). NHおよびNO分解率に及ぼす圧力の影響を示すグラフである。Is a graph showing the effect of pressure on the NH 3 and NO decomposition ratio.

以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。ここでは、O量論比燃焼を行う燃焼装置としてガスタービン燃焼器を有する閉サイクルガスタービン発電プラントを例に説明するがこれに限られるものではなく、O量論比燃焼を行う燃焼器を有し、この燃焼器から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクル系によって燃料ガスへと循環させる排気ガス循環型火力発電プラントであれば適用可能である。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the form shown in the drawings. Here, not the closed cycle gas turbine power plant having a gas turbine combustor as the combustion apparatus which performs the O 2 stoichiometric combustion will be described as an example but is not limited thereto, a combustor for performing O 2 stoichiometric combustion And an exhaust gas circulation type thermal power plant that circulates part or all of the exhaust gas discharged from the combustor into fuel gas by a recycle system is applicable.

本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型複合発電プラントを例に説明する。図1は、ガス化ガス燃料改質型複合発電プラントの構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態で適用するプラントシステムは、原料の石炭等を空気または、空気から分離生成した酸素を主成分とした酸化剤によってガス化するシステム、そのガス化ガスを精製するガス精製システム、およびガス化ガス燃料(燃料ガス)をO主体の酸化剤にて量論比燃焼させてガスタービンを駆動し、ガスタービンに結合されている発電機にて発電し、ガスタービンの高温排気ガスの熱を利用して蒸気サイクルにより発電するシステムで構成される。特に、ガス化炉ではCOをOに添加したガス化剤を採用し、ガスタービンでは高温の燃焼ガスをガスタービン排気ガスにて希釈する閉サイクルを採用することで、発電プラントのCO排出量を低減する、またはCO回収動力を低減する技術を採用している。 A first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a gasification gas fuel reforming combined power plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming combined power plant. As shown in FIG. 1, the plant system applied in the present embodiment is a system for gasifying raw coal or the like with air or an oxidant mainly composed of oxygen separated and generated from air, and purifies the gasified gas. Gas purification system, gasified gas fuel (fuel gas) is burned stoichiometrically with an oxidizer mainly composed of O 2 , the gas turbine is driven, and power is generated by a generator coupled to the gas turbine. It consists of a system that uses the heat of the high-temperature exhaust gas from the turbine to generate electricity through a steam cycle. In particular, the gasification furnace employs a gasifying agent in which CO 2 is added to O 2 , and the gas turbine employs a closed cycle in which high-temperature combustion gas is diluted with gas turbine exhaust gas, thereby reducing the CO 2 of the power plant. A technology for reducing emissions or reducing CO 2 recovery power is adopted.

ガス化原料Cとしては、例えば、石炭、石油、バイオマス、廃棄物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、ガス化剤AO2は、例えば、酸素、空気、酸素富化空気等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the gasification raw material C include, but are not limited to, coal, petroleum, biomass, waste, and the like. Examples of the gasifying agent AO2 include, but are not limited to, oxygen, air, oxygen-enriched air, and the like.

ここでは、以下、酸素を酸化剤とする石炭ガス化プラントの場合について、装置構成を説明する。本プラントは、酸素製造装置1、ガス化炉2、ガス精製装置3、燃料改質部、O量論比燃焼を行う燃焼器としてのガスタービン燃焼器5、ガスタービン6、排熱回収ボイラ7、排ガス圧縮機8、発電機9、蒸気タービン10等を備えている。 Here, the apparatus configuration will be described below in the case of a coal gasification plant using oxygen as an oxidizing agent. This plant includes an oxygen production apparatus 1, a gasification furnace 2, a gas purification apparatus 3, a fuel reformer, a gas turbine combustor 5 as a combustor that performs O 2 stoichiometric combustion, a gas turbine 6, and an exhaust heat recovery boiler. 7, an exhaust gas compressor 8, a generator 9, a steam turbine 10, and the like.

なお、燃料改質部は、燃料ガスと希釈剤との混合ガス中でNHの分解反応が主に進行する領域であり、燃料ガスの流路の希釈剤の供給位置4よりも下流の部分であって、混合ガス流路22の上流側部分である。燃料改質部は供給路をそのまま利用したものであっても良いし、あるいは燃料ガスと希釈剤との混合を促進させる特別な装置等であっても良い。 The fuel reforming portion is a region in which the decomposition reaction of NH 3 mainly proceeds in the mixed gas of the fuel gas and the diluent, and is a portion downstream of the diluent supply position 4 in the fuel gas flow path. And, it is the upstream side portion of the mixed gas flow path 22. The fuel reforming unit may use the supply path as it is, or may be a special device that promotes the mixing of the fuel gas and the diluent.

本実施形態では、混合ガス流路22の少なくとも燃料改質部は、混合ガスの温度を300〜600℃にすることができる温度になっている。混合ガスの温度を300〜600℃にすることで、燃料ガス中のNHの分解反応を促進させることができる。 In the present embodiment, at least the fuel reforming section of the mixed gas flow path 22 is at a temperature at which the temperature of the mixed gas can be 300 to 600 ° C. By making the temperature of the mixed gas 300 to 600 ° C., the decomposition reaction of NH 3 in the fuel gas can be promoted.

ガス化炉2に必要な酸化剤AO2は、酸素製造装置1にて生成される。酸素製造装置1では図示しない圧縮機で供給される高圧空気から、酸素AO2を分離し、ガス化炉2とガスタービン燃焼器5へ供給される。ガス化炉2では、酸素AO2の供給により、石炭Cを酸素酸化してガス化ガス燃料CG1を発生し、ガス精製装置3により脱塵、脱硫してガス化ガス燃料CG2とし、さらに供給位置4よりも下流の混合ガス流路22にてガス化ガス燃料CG2中の窒素化合物を分解除去してガスタービン燃焼器5に供給するガス化ガス燃料CG3を生成する。ガス化炉2の負荷が上昇して、ある程度以上の品位のガス化ガス燃料CG3が製造されるようになると、これをガスタービン燃焼器5に供給する。ガスタービン6では、ガス化ガス燃料CG3を起動用燃料と切り替えて運転を開始し、さらにプラント負荷を上昇させ、主に定格条件にて運転する。   The oxidant AO2 necessary for the gasification furnace 2 is generated by the oxygen production apparatus 1. In the oxygen production apparatus 1, oxygen AO 2 is separated from high-pressure air supplied by a compressor (not shown) and supplied to the gasification furnace 2 and the gas turbine combustor 5. In the gasification furnace 2, by supplying oxygen AO2, the coal C is oxidized with oxygen to generate gasified gas fuel CG1, degassed and desulfurized by the gas purification device 3 to be gasified gas fuel CG2, and further supplied position 4 The gasified gas fuel CG3 to be supplied to the gas turbine combustor 5 is generated by decomposing and removing the nitrogen compounds in the gasified gas fuel CG2 in the mixed gas flow path 22 downstream of the gas. When the load of the gasification furnace 2 rises and gasification gas fuel CG3 of a certain quality or higher is produced, it is supplied to the gas turbine combustor 5. In the gas turbine 6, the operation is started by switching the gasified gas fuel CG3 to the starting fuel, the plant load is increased, and the operation is mainly performed under rated conditions.

なお、燃料ガスについて、特に区別する場合には、ガス化炉2で生成されたものをガス化ガス燃料CG1といい、更にガス精製装置3で精製されたものをガス化ガス燃料CG2といい、更に希釈剤が混合されたものを混合ガス又はガス化ガス燃料CG3という。また、燃焼器5から排出された排気ガスについて、特に区別する場合には、燃焼器5からの排出直後のものをガスタービン燃焼排気ガスFGといい、更にガスタービン6を通過したものをガスタービン排気ガスGという。   In addition, when especially distinguishing about fuel gas, what was produced | generated by the gasification furnace 2 is called gasification gas fuel CG1, and what was further refine | purified by the gas purification apparatus 3 is called gasification gas fuel CG2. Further, a mixture of diluent is referred to as mixed gas or gasified gas fuel CG3. Further, when particularly distinguishing the exhaust gas discharged from the combustor 5, the gas immediately after being discharged from the combustor 5 is called a gas turbine combustion exhaust gas FG, and the gas passed through the gas turbine 6 is a gas turbine. It is called exhaust gas G.

また、ガスタービン6の高温のガスタービン排気ガスGは、排熱回収ボイラ7で給水FWに熱を受け渡し、発生した水蒸気STを蒸気タービン10に案内して、これを駆動して、発電器9により発電する。蒸気タービン10で動力回収された水蒸気STは復水器11によって給水FWに腹水された後、排熱回収ボイラ7に供給される。一方、排熱回収ボイラ7を通過した排気ガスの一部または全量を希釈剤としてリサイクルしており、排気ガスの一部を希釈剤としてリサイクルした場合には、残りの排気ガスはCO回収装置12によってCOを回収された後、煙突13から排気される。なお、図1中符号CDは、ガスタービン排気ガスから回収したCOである。 The high-temperature gas turbine exhaust gas G of the gas turbine 6 delivers heat to the feed water FW by the exhaust heat recovery boiler 7, guides the generated steam ST to the steam turbine 10, drives it, and generates the generator 9 To generate electricity. The steam ST recovered by the steam turbine 10 is ascited to the feed water FW by the condenser 11 and then supplied to the exhaust heat recovery boiler 7. On the other hand, when a part or all of the exhaust gas that has passed through the exhaust heat recovery boiler 7 is recycled as a diluent, and a part of the exhaust gas is recycled as a diluent, the remaining exhaust gas is converted into a CO 2 recovery device. After CO 2 is recovered by the exhaust gas 12, the exhaust gas is exhausted from the chimney 13. In FIG. 1, the symbol CD represents CO 2 recovered from the gas turbine exhaust gas.

排気ガス循環型火力発電プラントは、ガスタービン燃焼器5から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として燃料ガスに混合させるリサイクル系21と、希釈剤が混合された燃料ガス(混合ガス)を、燃料ガス中のNHを希釈剤中の窒素酸化物およびOによってNとHOに分解させながら搬送する混合ガス流路22とを備えており、燃焼器5は、燃料ガス中に残留しているNHを燃焼させて窒素酸化物に酸化させるものであり、リサイクル系21によって希釈剤を燃料ガスに混合させることでNHの分解反応と酸化反応とが繰り返えされて排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲に維持するようにしている。 The exhaust gas circulation thermal power plant includes a recycle system 21 that recycles a part or all of exhaust gas discharged from the gas turbine combustor 5 and mixes it with fuel gas as a diluent, and a fuel gas mixed with a diluent. A mixed gas flow path 22 for conveying (mixed gas) while decomposing NH 3 in the fuel gas into N 2 and H 2 O by nitrogen oxide and O 2 in the diluent, and a combustor 5. Is a method in which NH 3 remaining in the fuel gas is burned and oxidized into nitrogen oxides, and by mixing a diluent with the fuel gas by the recycle system 21, the decomposition reaction and the oxidation reaction of NH 3 are performed. Repeatedly, the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is maintained within a certain range.

希釈剤の供給位置4は、ガス精製装置3とガスタービン燃焼器5との間に設けても良いし、ガス化炉2とガス精製装置3との間に設けても良い。即ち、ガス精製装置3による精製後のガス化ガス燃料CG2に希釈剤を混合させても良いし、精製前のガス化ガス燃料CG1に希釈剤を混合させても良い。混合ガス流路22は燃料ガスを燃焼器5に供給する流路のうち、希釈剤が混合された燃料ガス即ち混合ガスが流れる部分であり、前者の場合にはガス精製装置3と燃焼器5との間に混合ガス流路22の上流端が位置し、後者の場合にはガス化炉2とガス精製装置3との間に混合ガス流路22の上流端が位置する。   The diluent supply position 4 may be provided between the gas purification device 3 and the gas turbine combustor 5, or may be provided between the gasification furnace 2 and the gas purification device 3. That is, a diluent may be mixed with the gasified gas fuel CG2 after purification by the gas purification apparatus 3, or a diluent may be mixed with the gasified gas fuel CG1 before purification. The mixed gas flow path 22 is a portion of the flow path for supplying the fuel gas to the combustor 5 where the fuel gas mixed with the diluent, that is, the mixed gas flows, and in the former case, the gas purification device 3 and the combustor 5. The upstream end of the mixed gas flow path 22 is located between the gasification furnace 2 and the gas purification device 3 in the latter case.

混合ガス流路22では、ガスタービン燃焼排気ガスFG(希釈剤)中の微量の窒素酸化物と微量の酸素と共に、ガスタービン6へ供給するガス化ガス燃料CG2の全量を燃料改質部に供給することにより、ガス化炉2内の適当な温度領域の熱を利用して、ガス化ガス燃料CG2中の窒素化合物と燃料改質部に供給したガスタービン燃焼排気ガスFG中の窒素酸化物をOの存在下で窒素分子(N)に分解する。 In the mixed gas flow path 22, the entire amount of the gasified gas fuel CG 2 supplied to the gas turbine 6 is supplied to the fuel reforming unit together with a small amount of nitrogen oxide and a small amount of oxygen in the gas turbine combustion exhaust gas FG (diluent). By using the heat in an appropriate temperature region in the gasification furnace 2, the nitrogen compound in the gasification gas fuel CG2 and the nitrogen oxide in the gas turbine combustion exhaust gas FG supplied to the fuel reforming section are obtained. Decomposes into nitrogen molecules (N 2 ) in the presence of O 2 .

排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法は、ガスタービン燃焼器5から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として燃料ガスに混合し、燃焼器5で燃焼させる前に希釈剤中の窒素酸化物およびOを燃料ガス中の窒素化合物に反応させてNとHOに分解すると共に、未分解の窒素化合物を燃焼器5で燃焼させて窒素酸化物に酸化させ、窒素化合物の分解反応と酸化反応とを繰り返すことで排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲に維持しながら運転を行うものである。 The operation method of the exhaust gas circulation type thermal power plant is that a part or all of the exhaust gas discharged from the gas turbine combustor 5 is recycled and mixed with the fuel gas as a diluent, and diluted before being combusted in the combustor 5. Nitrogen oxides in the agent and O 2 react with nitrogen compounds in the fuel gas to be decomposed into N 2 and H 2 O, and undecomposed nitrogen compounds are burned in the combustor 5 to be oxidized into nitrogen oxides. The operation is performed while maintaining the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas within a certain range by repeating the decomposition reaction and oxidation reaction of the nitrogen compound.

排気ガス中の窒素酸化物を一定範囲の値に維持するための調整は、プラントの定格運転前に予め行っておいても良いし(事前調整)、定格運転時に随時行うようにしても良い(フィードバック制御)。本実施形態では事前調整しており、調整後に定格運転を行うようにしている。ここで、定格運転前の事前調整は、プラントの起動運転時に行うものであっても良いし、プラントの設計時に使用するガス化原料Cを決めて当該ガス化原料Cに合わせて調整するものであっても良い。   Adjustment for maintaining the nitrogen oxides in the exhaust gas within a certain range may be performed in advance before the rated operation of the plant (preliminary adjustment), or may be performed at any time during the rated operation ( Feedback control). In this embodiment, prior adjustment is performed, and rated operation is performed after adjustment. Here, the pre-adjustment before the rated operation may be performed during the start-up operation of the plant, or the gasification raw material C used at the time of plant design is determined and adjusted according to the gasification raw material C. There may be.

排気ガス中の窒素酸化物を一定に維持するための調整は、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整することで行う。このような調整としては、希釈剤中の窒素酸化物およびOを燃料ガス中の窒素化合物に反応させてNとHOに分解する分解反応の温度(混合ガスの温度)の昇降により窒素化合物の分解率を変化させる手法(温度調整手法)、分解反応の時間(分解反応をさせておく時間、換言すると、燃焼器5で燃焼させるまでの時間)の増減により窒素化合物の分解率を変化させる手法(時間調整手法)、希釈剤の混合量の増減により窒素化合物の分解率を変化させる手法(混合量調整手法)、燃焼器5に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合し、酸素量を変化させることで窒素化合物の分解率を変化させる手法(酸素量調整手法)がある。これらの手法をそれぞれ単独で行っても良いし、一部又は全部を組み合わせて行っても良い。なお、本実施形態のように希釈剤の供給位置4が1箇所であり且つ燃料ガスに混合させる酸化剤の供給量を増減する第2の流量調節手段を備えていない場合には、起動運転を行いながらの調整は混合量調整手法のみ採用可能である。 Adjustment for maintaining the nitrogen oxide in the exhaust gas constant is performed by adjusting the concentration of the nitrogen oxide in the exhaust gas. As such adjustment, by raising and lowering the temperature of the decomposition reaction (the temperature of the mixed gas) in which the nitrogen oxides in the diluent and O 2 are reacted with the nitrogen compounds in the fuel gas and decomposed into N 2 and H 2 O. By changing the decomposition rate of nitrogen compounds (temperature adjustment method), the time of decomposition reaction (time for decomposition reaction, in other words, the time to combust in the combustor 5), the decomposition rate of nitrogen compounds is reduced. Method of changing (time adjustment method), method of changing the decomposition rate of nitrogen compounds by increasing / decreasing the mixing amount of the diluent (mixing amount adjustment method), part or all of the oxidant supplied to the combustor 5 as fuel gas There is a method of changing the decomposition rate of nitrogen compounds by mixing and changing the amount of oxygen (oxygen amount adjusting method). These methods may be performed alone or in combination of some or all of them. In the case where there is only one diluent supply position 4 as in this embodiment and no second flow rate adjusting means for increasing or decreasing the supply amount of the oxidant to be mixed with the fuel gas is provided, the starting operation is performed. Only the mixing amount adjustment method can be used for adjustment while performing.

図2は、混合ガス流路22にて、ガス化ガス燃料CG2中のアンモニアとガスタービン排気ガスG中のNOの分解について、反応動力学に基づく数値解析により検討した結果である。   FIG. 2 shows the result of examination of the decomposition of ammonia in the gasified gas fuel CG2 and NO in the gas turbine exhaust gas G by numerical analysis based on reaction kinetics in the mixed gas flow path 22.

数値解析には、MillarとBowmanによって提案された素反応スキームを使用した(文献名:Miller,J.A., and Bowman,C.T., 1989, “Mechanism and modeling of nitrogen chemistry in combustion,” Prog. Energy Combust. Sci., Vol.15, pp.287-338.)。この文献の素反応スキームは、248式の素反応からなり、考慮されている化学種は51成分である。尚、素反応スキームは様々に提案されているが、本願発明者はガス化ガス中のNHとNOの反応解析において、一定の条件の下で実験結果と一致することを確認している(文献名:Hasegawa,T.他, “Study of Ammonia Removal from Coal Gasified Fuel,” Combustion and Flame, Vol.114, pp.246-258, 1998.)。 For the numerical analysis, the elementary reaction scheme proposed by Millar and Bowman was used (literature name: Miller, JA, and Bowman, CT, 1989, “Mechanism and modeling of nitrogen chemistry in combustion,” Prog. Energy Combust. Sci. , Vol.15, pp.287-338.). The elementary reaction scheme of this document consists of 248 elementary reactions, and the chemical species considered are 51 components. Although various elementary reaction schemes have been proposed, the inventors of the present application have confirmed that in the reaction analysis of NH 3 and NO in the gasification gas, the results agree with the experimental results under certain conditions ( Literature name: Hasegawa, T. et al., “Study of Ammonia Removal from Coal Gasified Fuel,” Combustion and Flame, Vol. 114, pp.246-258, 1998.).

熱力学データは、JANAFの熱力学物性値を使用し、不明の物性値については、Gibbsの標準生成エネルギーと化学平衡定数の関係から導出した。すなわち、51成分の化学種が含まれる化学反応式系から、反応時間に対する各化学種濃度を求める微分方程式が51式作成できる。この51式の非線形微分方程式系をGear法を用いて解くことにより、任意の反応時間後の各化学種濃度を求めた。また、反応過程において、すべての化学種は均一に混合されているものとし、拡散・混合過程は考慮せず、反応は一定温度で進行するものとした。尚、数値解法は、Gear法に限定されるものではなく、ルンゲクッタ法等の他の数値解法を用いてもよい。   For thermodynamic data, JANAF thermodynamic property values were used, and unknown physical property values were derived from the relationship between Gibbs standard formation energy and chemical equilibrium constants. That is, 51 differential equations for obtaining the concentration of each chemical species with respect to the reaction time can be created from a chemical reaction system including 51 chemical species. The concentration of each chemical species after an arbitrary reaction time was determined by solving the nonlinear differential equation system of equation 51 using the Gear method. Also, in the reaction process, all chemical species are assumed to be uniformly mixed, diffusion and mixing processes are not considered, and the reaction proceeds at a constant temperature. The numerical solution method is not limited to the Gear method, and other numerical solution methods such as the Runge-Kutta method may be used.

閉サイクルガスタービン燃焼器の定格条件での各種流体の状態量、燃焼器内圧力、燃焼器出口ガス温度等を表1(CO回収型高効率IGCCシステム用ガスタービン燃焼器の定格条件)に示す。反応時間は10sに設定している。数値解析は、表1に示すガス化ガス燃料と希釈剤の一部(ガス化ガスの3倍のガスタービン排気ガスG)を混合したガスについて、反応温度を200℃〜1200℃の範囲で実施した。ガス化ガス燃料および希釈剤を混合した後のNHおよびNO濃度はそれぞれ125ppmvとした。なお、ここでの解析は、発電端出力で416MW級のCO回収型石炭ガス化複合発電プラントを対象としている。ただし、NH分解の解析自体にはプラント出力等は影響しない。 Table 1 (Rated conditions for gas turbine combustors for CO 2 recovery type high efficiency IGCC system) shows the state quantities of various fluids under the rated conditions of closed-cycle gas turbine combustors, combustor pressure, combustor outlet gas temperature, etc. Show. The reaction time is set to 10 s. The numerical analysis was carried out in the reaction temperature range of 200 ° C to 1200 ° C for the gas mixture of gasified gas fuel shown in Table 1 and a part of the diluent (gas turbine exhaust gas G three times the gasified gas). did. The NH 3 and NO concentrations after mixing the gasified gas fuel and diluent were each 125 ppmv. The analysis here is for a 416 MW class CO 2 recovery type coal gasification combined power plant with a power generation end output. However, the plant output or the like does not affect the analysis of NH 3 decomposition itself.

図2に解析結果を示す様に、反応温度を300℃以上にすることによりガス化ガス中のNHとガスタービン燃焼排気ガス中のNOは一部または全量をNに分解することができることが明らかとなった。 As shown in the analysis results in FIG. 2, by setting the reaction temperature to 300 ° C. or higher, the NH 3 in the gasification gas and the NO in the gas turbine combustion exhaust gas can be partially or totally decomposed into N 2. Became clear.

そして、反応温度を400〜480℃に設定することにより、NHとNOの全体の分解率(DeTFN)を50%以上とすることができる。 By setting the reaction temperature at 400 to 480 ° C., NH 3 and overall decomposition rate of NO to (DeTFN) it can be 50% or more.

また、「DeTFN≧40%」を基準にするのであれば、反応温度は350〜550℃になる。この場合、ガスタービンの定格条件で、ガス化ガス燃料中のNHを1モルとすると、排気ガス中のNOxは1モル以下になる。これは、脱硝装置を設置した場合の脱硝率:約80%に相当する。火力プラントでは、脱硝率を80〜95%で運用しているので、脱硝装置を不要にすることができる。 If “DeTFN ≧ 40%” is used as a reference, the reaction temperature is 350 to 550 ° C. In this case, assuming that NH 3 in the gasified gas fuel is 1 mol under the rated conditions of the gas turbine, NOx in the exhaust gas is 1 mol or less. This corresponds to a denitration rate of about 80% when a denitration apparatus is installed. Since the thermal power plant operates at a denitration rate of 80 to 95%, a denitration device can be dispensed with.

一方、反応温度を600〜1000℃の高温に設定すると、NHの90%以上をNに分解することが可能であるものの、一方でNOの分解率が低下し、DeTFNも低下することがわかる。 On the other hand, if the reaction temperature is set to a high temperature of 600 to 1000 ° C., it is possible to decompose 90% or more of NH 3 into N 2 , but on the other hand, the decomposition rate of NO decreases and DeTFN also decreases. Recognize.

以上より、混合ガスの温度を300〜600℃にすることが好ましく、なかでも350〜550℃にすることがより好ましく、更には、400〜480℃にすることがより好ましい。混合ガスは燃焼器5に到達するまでに、上記温度に保持され且つその温度での反応に必要な時間維持される。   From the above, the temperature of the mixed gas is preferably 300 to 600 ° C., more preferably 350 to 550 ° C., and even more preferably 400 to 480 ° C. Before reaching the combustor 5, the mixed gas is maintained at the above temperature and maintained for the time required for the reaction at that temperature.

Figure 0005801264
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また、燃料改質の方法として、供給位置4をガス精製装置3の上流側に設置することや、ガスタービン排気ガスGの熱を利用するために排熱回収ボイラ7の前後に設置する(配管を取り回して混合ガス流路22を排熱回収ボイラ7または煙道に設置するか、または熱交換器を設置し加熱する)ことも考えられる。前者の場合、ガス精製前に燃料改質を実施することで、反応温度をより高い状態で燃料改質を実施することができ、燃料改質の反応熱を得るための加熱を要し無い。   Further, as a fuel reforming method, the supply position 4 is installed on the upstream side of the gas refining device 3, or is installed before and after the exhaust heat recovery boiler 7 in order to use the heat of the gas turbine exhaust gas G (pipe). It is also conceivable that the mixed gas flow path 22 is installed in the exhaust heat recovery boiler 7 or the flue, or a heat exchanger is installed and heated). In the former case, by performing fuel reforming before gas purification, fuel reforming can be performed at a higher reaction temperature, and heating for obtaining reaction heat of fuel reforming is not required.

混合ガス流路22では、燃料ガス中の窒素化合物(以下ではNHとして説明する)とガスタービン燃焼排気ガスFG中の窒素酸化物(以下ではNOとして説明する)の全量または一部を総括反応式(1)に示す様にNに分解する。改質したガス化ガス燃料CG3を、酸素を主体とする酸化剤AO2と共にガスタービン燃焼器5に供給し、量論比燃焼させ、ガスタービン6を駆動し、発電機9により発電する。ガス化ガス燃料中のアンモニア(NH)とガスタービン排気ガス中のNOをNに分解することにより、ガスタービン排気ガスGに生成するNOx量を調整し、プラントから排出されるNOxを大幅に低減することができる。 In the mixed gas flow path 22, a total reaction of all or part of the nitrogen compound (hereinafter described as NH 3 ) in the fuel gas and the nitrogen oxide (hereinafter described as NO) in the gas turbine combustion exhaust gas FG is performed. As shown in Formula (1), it decomposes into N 2 . The reformed gasified gas fuel CG3 is supplied to the gas turbine combustor 5 together with the oxidizing agent AO2 mainly composed of oxygen, burned stoichiometrically, the gas turbine 6 is driven, and the generator 9 generates electric power. By decomposing ammonia (NH 3 ) in the gasified gas fuel and NO in the gas turbine exhaust gas into N 2 , the amount of NOx generated in the gas turbine exhaust gas G is adjusted, and the NOx discharged from the plant is greatly increased. Can be reduced.

なお、本実施形態では、ガス化ガス燃料CG3のOによる量論比燃焼は燃焼温度が高いため、ガスタービン排気ガスGをガスタービン燃焼器5にも供給して燃焼温度を所定の温度にまで低減している。 In the present embodiment, the stoichiometric combustion of the gasified gas fuel CG3 by O 2 has a high combustion temperature, so the gas turbine exhaust gas G is also supplied to the gas turbine combustor 5 to bring the combustion temperature to a predetermined temperature. It has been reduced to.

排気ガス中の窒素酸化物の濃度は、NHの分解率と窒素酸化物の循環モル量との関係から自動的に適当な範囲の値に収束する。 The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas automatically converges to a value in an appropriate range based on the relationship between the decomposition rate of NH 3 and the molar amount of nitrogen oxides circulated.

この様に、ガスタービン排気ガスG中のNOx生成量を調整することにより、ガスタービン排気ガスGの大半を循環させる閉サイクルガスタービンをガス化発電プラントに採用することが可能となり、CO分離・回収技術に大きく依存せず、かつプラントの熱効率を損なうことなく発電プラントから排出されるCOを削減することができる。 In this way, by adjusting the amount of NOx produced in the gas turbine exhaust gas G, a closed cycle gas turbine that circulates most of the gas turbine exhaust gas G can be employed in the gasification power plant, and CO 2 separation is achieved. - not highly dependent on the recovery technique, and it is possible to reduce the CO 2 emissions from power plants without damaging the thermal efficiency of the plant.

また、ガスタービン燃焼器5では、燃料ガスに希釈剤としてガスタービン排気ガスGを予め混合してガスタービン燃焼器5に供給することにより、希釈剤中のOをガスタービン燃焼に積極的に関与させることができ、ガスタービン排気ガスG中に残存するO濃度を低減して、ガスタービン排気ガスGの石炭搬送等への使用をより容易にするという相乗効果が得られる。 Further, in the gas turbine combustor 5, the gas turbine exhaust gas G as a diluent is mixed in advance with the fuel gas and supplied to the gas turbine combustor 5, so that O 2 in the diluent is actively used for gas turbine combustion. The synergistic effect of reducing the O 2 concentration remaining in the gas turbine exhaust gas G and facilitating the use of the gas turbine exhaust gas G for coal transportation or the like can be obtained.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図3は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。このプラントでは、定格運転を行いながら排気ガス中の窒素酸化物濃度を計測し、その計測値が予め求められた目標値になるように調整を行いながら定格運転を行うようにしている。即ち、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が一定範囲の値に維持されるようにフィードバック制御が行われる。本実施形態では、ガスタービン排気ガスG中のNO濃度を分析装置15により監視して、NO濃度が一定範囲の値にバランスするように、供給位置4に供給するガスタービン燃焼排気ガスHG2の供給量を調整することを特徴としている。なお、排気ガス中の窒素酸化物の濃度は、制御しなければ、通常、増加方向に変化するので、一定値以下になるように制御することで一定範囲の値に維持することができる(他の実施形態でも同様)。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a gasification gas fuel reforming type power generation gas turbine plant. In this plant, the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is measured while performing the rated operation, and the rated operation is performed while adjusting so that the measured value becomes a predetermined target value. That is, feedback control is performed so that the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is maintained within a certain range. In this embodiment, the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G is monitored by the analyzer 15, and the supply of the gas turbine combustion exhaust gas HG2 supplied to the supply position 4 so that the NO concentration is balanced within a certain range. It is characterized by adjusting the amount. Note that the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas usually changes in an increasing direction unless controlled, and can be maintained within a certain range by controlling it to be below a certain value (others) The same applies to the above embodiment).

供給位置4に希釈剤として供給するガスタービン燃焼排気ガスHG2の供給量は、例えば、流量調整弁の開度により調整する。即ち、希釈剤の供給量を増減する第1の流量調節手段23としての流量調整弁を備えている。   The supply amount of the gas turbine combustion exhaust gas HG2 supplied as the diluent to the supply position 4 is adjusted by, for example, the opening degree of the flow rate adjustment valve. That is, a flow rate adjusting valve is provided as the first flow rate adjusting means 23 for increasing or decreasing the supply amount of the diluent.

なお、希釈剤について、特に区別する場合には、排ガス圧縮機8により圧縮された後のものを排気ガスHGといい、更に燃焼器5に供給されるものをガスタービン燃焼排気ガスHG1といい、更に供給位置4に供給されるものをガスタービン燃焼排気ガスHG2といい、更にガス化炉2に供給されるものをガスタービン燃焼排気ガスHG3という。   In the case of particularly distinguishing the diluent, the one after being compressed by the exhaust gas compressor 8 is referred to as exhaust gas HG, and the one supplied to the combustor 5 is referred to as gas turbine combustion exhaust gas HG1. Further, what is supplied to the supply position 4 is called gas turbine combustion exhaust gas HG2, and what is supplied to the gasification furnace 2 is called gas turbine combustion exhaust gas HG3.

図4は、図2と同様に、混合ガス流路22にて、ガス化ガス燃料CG2中のNHとガスタービン排気ガスG中のNOの分解に及ぼす希釈量の影響について、反応動力学に基づく数値解析により検討した結果である。ガス化ガス燃料と希釈剤の組成は表1に示す値で一定、反応温度は400℃で一定として、供給位置4に供給するガスタービン排気ガス量を変化させて、アンモニア(NH)とNOの分解率を調べている。横軸は、希釈量(ガスタービン排気ガス供給量)/ガス化ガス燃料供給量の比率(希釈比率)で示している。解析では、ガス化ガス燃料中のNH濃度は500ppmvで一定として、供給するNO濃度もNHと当モルになるように調整している。図4に示す解析結果から、当該反応温度では、希釈比率の上昇に伴いNHの分解率(DeNH)は上昇し、NO分解率(DeNO)は希釈比率=3から4で最大値を示し、NHおよびNO全体の分解率(DeTFN)は緩やかに上昇する傾向を示すことがわかる。図4はNHとNOの相互分解反応についての数値解析の一例であり、ガスタービン排気ガス供給量の最適値はガス化ガスおよびガスタービン排気ガスの組成、および反応温度にも影響を受ける。 FIG. 4 shows the reaction kinetics about the influence of the dilution amount on the decomposition of NH 3 in the gasified gas fuel CG 2 and NO in the gas turbine exhaust gas G in the mixed gas flow path 22 as in FIG. It is the result examined by numerical analysis based on it. The composition of the gasified gas fuel and the diluent is constant as shown in Table 1, the reaction temperature is constant at 400 ° C., and the amount of gas turbine exhaust gas supplied to the supply position 4 is changed to change ammonia (NH 3 ) and NO. The decomposition rate of is examined. The horizontal axis shows the ratio of dilution amount (gas turbine exhaust gas supply amount) / gasification gas fuel supply amount (dilution ratio). In the analysis, the concentration of NH 3 in the gasified gas fuel is constant at 500 ppmv, and the supplied NO concentration is adjusted to be equimolar with NH 3 . From the analysis results shown in FIG. 4, at the reaction temperature, the NH 3 decomposition rate (DeNH 3 ) increases as the dilution ratio increases, and the NO decomposition rate (DeNO) shows the maximum value at the dilution ratio = 3 to 4. It can be seen that the decomposition rate (DeTFN) of NH 3 and NO as a whole tends to increase gradually. FIG. 4 shows an example of numerical analysis of the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO. The optimum value of the gas turbine exhaust gas supply amount is also affected by the composition of the gasification gas and the gas turbine exhaust gas, and the reaction temperature.

総括反応式(1)は、当モルのNHとNOが反応してNに分解する総括反応である。燃料ガス中のNHは燃焼過程でほとんどがNOに酸化される。そのため、混合ガス流路22で分解せずに残るNHとNOの合計がガスタービン排気ガス中のNOx濃度になる。本発明が主に対象とする閉サイクルガスタービンでは、ガスタービン排気ガスGのほとんどを作動媒体として循環させているので、対策を講じなければガスタービン排気ガスG中のNOx濃度は飽和するまで増大することになり、閉サイクルガスタービンの実現と下流側の発電プラント構成機器の運転に支障をきたすことが懸念される。そこで、ガスタービン排気ガスG中のNO濃度を監視して、ガスタービン排気ガスG中のNO濃度が一定範囲の値になるように該ガスタービン排気ガスGの供給量を調整することにより、燃料ガス中のNHと供給するガスタービン排気ガスG(希釈剤)中のNOのNへの相互分解反応を適正に制御することができる。 The general reaction formula (1) is a general reaction in which equimolar NH 3 and NO react to decompose into N 2 . Most of NH 3 in the fuel gas is oxidized to NO during the combustion process. Therefore, the total of NH 3 and NO remaining without being decomposed in the mixed gas flow path 22 becomes the NOx concentration in the gas turbine exhaust gas. In the closed cycle gas turbine, which is the main object of the present invention, most of the gas turbine exhaust gas G is circulated as a working medium, so that if no measures are taken, the NOx concentration in the gas turbine exhaust gas G will increase until it is saturated. Therefore, there is a concern that the realization of the closed-cycle gas turbine and the operation of the downstream power plant component equipment may be hindered. Therefore, the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G is monitored, and the supply amount of the gas turbine exhaust gas G is adjusted so that the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G becomes a value within a certain range. It is possible to appropriately control the mutual decomposition reaction of NH 3 in gas and NO in gas turbine exhaust gas G (diluent) to be supplied into N 2 .

また、NHの分解には、総括反応式(1)だけでなく、総括反応式(2)の現象も生じていると考えられ、かつ、多くの素反応が関係する反応現象である。そのため、NHとNOの当モル反応の制御では適正でない場合も生じる可能性が予想される。この様な場合は、当該システムの運転データおよび数値解析によるNH分解条件データ、具体的には、燃料組成、排気ガス組成、各組成に応じたNHとNOの分解条件に関する最適な反応条件(反応温度、反応時間)、最適な反応条件に及ぼす排気ガス混合量の影響などに関するデータを取得してデータベースを作成することにより、ガスタービン排気ガスG中のNO濃度が一定範囲の値に維持されるように、供給位置4への該ガスタービン排気ガスGの供給量を調整することにより、閉サイクルガスタービンにおけるNOx生成を所定の濃度以下に抑制することができる。これにより、外部へのNOxの排出量を減少させることが出来るので、脱硝設備の容量を縮小するか、または設置が不要な発電プラントを実現し、プラントの初期コストおよび運用コストを削減することができる。 In addition, decomposition of NH 3 is considered to be caused not only by the general reaction formula (1) but also by the general reaction formula (2), and is a reaction phenomenon involving many elementary reactions. For this reason, there is a possibility that the control of the equimolar reaction of NH 3 and NO may be inappropriate. In such a case, the optimum reaction conditions regarding the operation data of the system and the NH 3 decomposition condition data by numerical analysis, specifically, the fuel composition, the exhaust gas composition, and the decomposition conditions of NH 3 and NO corresponding to each composition By creating a database by collecting data on (reaction temperature, reaction time), the influence of the exhaust gas mixture amount on the optimal reaction conditions, etc., the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G is maintained within a certain range. Thus, by adjusting the supply amount of the gas turbine exhaust gas G to the supply position 4, NOx generation in the closed cycle gas turbine can be suppressed to a predetermined concentration or less. As a result, the amount of NOx discharged to the outside can be reduced, so that the capacity of the denitration facility can be reduced, or a power plant that does not require installation can be realized, and the initial cost and operation cost of the plant can be reduced. it can.

なお、上述の説明では、第1の流量調節手段23として、供給位置4への希釈剤の流量を直接調整する流量調整弁を設けていたが、これには限られず、供給位置4への希釈剤の供給量を増減できるものであれば採用可能である。例えば、図15に示すように、リサイクル系21の分岐点に第1の流量調節手段23としての弁を設けてリサイクル系21への流入割り合いを変えることで供給位置4への希釈剤の供給量を調整するようにしても良い。   In the above description, the flow rate adjusting valve that directly adjusts the flow rate of the diluent to the supply position 4 is provided as the first flow rate adjusting means 23. However, the present invention is not limited to this, and the dilution to the supply position 4 is performed. Any agent that can increase or decrease the supply amount of the agent can be used. For example, as shown in FIG. 15, by supplying a valve as the first flow rate adjusting means 23 at the branch point of the recycle system 21 and changing the inflow ratio to the recycle system 21, the diluent is supplied to the supply position 4. The amount may be adjusted.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図5は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。このプラントでは、希釈剤の燃料ガスへの供給位置4を複数設けると共に、使用する供給位置4を切り替える切り替え手段24を備えている。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming type power generation gas turbine plant. This plant is provided with a plurality of supply positions 4 for the fuel gas of the diluent, and switching means 24 for switching the supply positions 4 to be used.

本実施形態では、切り替え手段24として各供給位置4に通じる流路を切り替える切り替えバルブを備えている。   In the present embodiment, a switching valve for switching the flow path leading to each supply position 4 is provided as the switching means 24.

各供給位置4はガスタービン燃焼器5までの距離が異なっている。即ち、各供給位置4毎に混合ガス流路22の長さが異なっている。したがって、各供給位置4からガスタービン燃焼器5まで流れるのに要する時間が異なり、分解反応の時間を変化させることができる。本実施形態では、供給位置4は、例えばガス化炉2の出口近傍、ガス精製装置3の入り口近傍、ガス精製装置3の内部、ガス精製装置3の出口近傍、ガス精製装置3とガスタービン燃焼器5との中間位置付近、ガス精製装置3とガスタービン燃焼器5との中間位置よりもガスタービン燃焼器5に近い位置、にそれぞれ設けられている。   Each supply position 4 has a different distance to the gas turbine combustor 5. That is, the length of the mixed gas passage 22 is different for each supply position 4. Therefore, the time required to flow from each supply position 4 to the gas turbine combustor 5 is different, and the time for the decomposition reaction can be changed. In the present embodiment, the supply position 4 is, for example, in the vicinity of the outlet of the gasification furnace 2, in the vicinity of the inlet of the gas purification device 3, in the gas purification device 3, in the vicinity of the outlet of the gas purification device 3, and in the gas purification device 3 and gas turbine combustion Near the intermediate position between the gas purifier 5 and at a position closer to the gas turbine combustor 5 than an intermediate position between the gas purifier 3 and the gas turbine combustor 5.

供給位置4を複数設け、使用する供給位置4即ち希釈剤を供給する供給位置4を切り替え手段24によって切り替えることで、混合ガスがガスタービン燃焼器5に到達するまでの時間を変化させることができるので、混合ガス流で総括反応式(1)の分解反応をさせている時間を変えることができる(時間調整手法)。反応時間を調整することにより、燃料ガス中のNHと排気ガス中のNOのNへの分解を調整することができる。 By providing a plurality of supply positions 4 and switching the supply position 4 to be used, i.e., the supply position 4 for supplying the diluent, by the switching means 24, the time until the mixed gas reaches the gas turbine combustor 5 can be changed. Therefore, the time during which the decomposition reaction of the general reaction formula (1) is performed in the mixed gas flow can be changed (time adjustment method). By adjusting the reaction time, decomposition of NH 3 in the fuel gas and NO in the exhaust gas into N 2 can be adjusted.

供給位置4の設置位置は、上流部のガス化炉2から燃焼器5に至るまでの領域に設置できる。特に、総括反応式(1)に記述されるNHとNOの相互分解反応は、反応時間と反応温度を適切に設定することにより、促進される。特に、触媒等を使用しない場合は、ガス化炉2から燃焼器5まで、任意の位置にガスタービン燃焼排気ガスG(希釈剤)を供給し、NHとNOをNに分解させることが可能である。これは、燃料ガスと希釈剤との混合ガス中におけるNH、NO濃度およびO濃度が小さく、また、燃料の酸化反応にほとんど影響しないためである。そこで、供給位置4には燃料ガス中に希釈剤を分散させて混合するように供給ノズルを設け、混合した反応ガス(混合ガス)は下流側に進み、その反応温度にしたがって、総括反応式(1)で記述されるNHとNOのNへの分解が進行する。特に、反応温度窓とよばれる適正な反応温度が相対的に低い場合、相互分解反応に要する反応時間は長くなる。このため、排気ガスの供給位置4を選択して反応時間を調整し、排気ガス中のNO濃度を一定範囲に維持するように、プラントを制御することにより、ガスタービン排気ガス中のNOの生成の増大を抑制し、閉サイクルガスタービンを実現する。 The installation position of the supply position 4 can be installed in a region from the upstream gasification furnace 2 to the combustor 5. In particular, the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO described in the general reaction formula (1) is promoted by appropriately setting the reaction time and the reaction temperature. In particular, when a catalyst or the like is not used, the gas turbine combustion exhaust gas G (diluent) is supplied to any position from the gasifier 2 to the combustor 5 to decompose NH 3 and NO into N 2. Is possible. This is because the NH 3 , NO concentration, and O 2 concentration in the mixed gas of the fuel gas and the diluent are small and hardly affect the oxidation reaction of the fuel. Accordingly, the supply position 4 is provided with a supply nozzle so as to disperse and mix the diluent in the fuel gas, and the mixed reaction gas (mixed gas) proceeds downstream, and the overall reaction formula ( Decomposition of NH 3 and NO into N 2 proceeds as described in 1). In particular, when an appropriate reaction temperature called a reaction temperature window is relatively low, the reaction time required for the mutual decomposition reaction becomes long. For this reason, the generation time of NO in the gas turbine exhaust gas is controlled by selecting the exhaust gas supply position 4 and adjusting the reaction time, and controlling the plant so that the NO concentration in the exhaust gas is maintained within a certain range. The increase in the pressure is suppressed and a closed cycle gas turbine is realized.

次に、本発明の第4の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図6は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。このプラントではガスタービン燃焼排気ガス中のNO濃度およびその他の組成を分析装置15により計測・監視して、燃焼ガス中のNO濃度が一定範囲に維持されるように、使用する供給位置4を調整するもの、即ち使用する供給位置4を選択するものである。なお、図6では排熱回収ボイラ7等の記載を省略している。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming power generation gas turbine plant. In this plant, the NO concentration and other compositions in the gas turbine combustion exhaust gas are measured and monitored by the analyzer 15, and the supply position 4 to be used is adjusted so that the NO concentration in the combustion gas is maintained within a certain range. That is, the supply position 4 to be used is selected. In addition, description of the waste heat recovery boiler 7 grade | etc., Is abbreviate | omitted in FIG.

切り替え手段24によって使用する供給位置4を切り替えることで、NHとNOのNへの分解反応条件の最も重要な項目の一つである反応時間を適正化し、プラントで生成されるNOxを一定範囲の値に維持するようにガス化発電プラントを運用することができる。すなわち、反応時間を増加させる場合にはより上流側の供給位置4に切り替え、反応時間を減少させる場合にはより下流側の供給位置4に切り替えることで、確保できる反応時間を適正化する。 By switching the supply position 4 to be used by the switching means 24, the reaction time which is one of the most important items of the decomposition reaction condition of NH 3 and NO into N 2 is optimized, and the NOx generated in the plant is kept constant. The gasification power plant can be operated to maintain the range value. That is, when the reaction time is increased, switching to the upstream supply position 4 is performed, and when the reaction time is decreased, switching to the downstream supply position 4 is performed to optimize the secured reaction time.

次に、本発明の第5の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図7は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。このプラントでは、ガスタービン燃焼器5に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合させるバイパス流路25を備えている。本実施形態では、ガスタービン燃焼器5に供給する酸化剤の一部または全量を供給位置4に供給する系統AO23(バイパス流路25)を設けて、反応ガス(混合ガス)組成中の主にO成分濃度を調整することにより、総括反応式(1)で記述される燃料ガス中のNHと希釈剤中のNOとのNへの相互分解反応を調整するものである。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming power generation gas turbine plant. This plant includes a bypass passage 25 that mixes part or all of the oxidant supplied to the gas turbine combustor 5 with the fuel gas. In the present embodiment, a system AO 23 (bypass passage 25) for supplying a part or all of the oxidant supplied to the gas turbine combustor 5 to the supply position 4 is provided, and the reaction gas (mixed gas) composition is mainly used. By adjusting the O 2 component concentration, the mutual decomposition reaction of NH 3 in the fuel gas and NO in the diluent into N 2 described in the general reaction formula (1) is adjusted.

図8は、混合ガス流路22にて、ガス化ガス燃料CG2中のNHとガスタービン排気ガスG中のNOの分解について、反応動力学に基づく数値解析により検討した結果である。数値解析では図2と同じ手法を用いている。解析条件は表1に示すガス化ガス燃料と希釈剤の一部(ガス化ガス燃料の3倍の希釈剤)を混合した混合ガス(表2の基準条件)に、ガスタービン燃焼器5に供給する酸化剤の一部を供給・混合した場合の解析結果、および前記混合ガスからO成分濃度を低下させた場合の解析結果(O濃度=0.25vol%)を比較して示している。ガス化ガス燃料中のNH濃度を500ppmvとしており、ガス化ガス燃料、希釈剤および酸化剤を混合した後のNHおよびNO濃度はそれぞれ125ppmvとした。 FIG. 8 shows the result of investigation of the decomposition of NH 3 in the gasified gas fuel CG 2 and NO in the gas turbine exhaust gas G by numerical analysis based on reaction kinetics in the mixed gas flow path 22. In the numerical analysis, the same method as in FIG. 2 is used. The analysis conditions are the gas mixture shown in Table 1 and a part of diluent (three times the diluent of gasification gas fuel) mixed gas (reference conditions in Table 2) and supplied to the gas turbine combustor 5 Shows a comparison result of the analysis when a part of the oxidizing agent to be supplied is mixed and the analysis result when the O 2 component concentration is reduced from the mixed gas (O 2 concentration = 0.25 vol%). . The NH 3 concentration in the gasified gas fuel was set to 500 ppmv, and the NH 3 and NO concentrations after mixing the gasified gas fuel, the diluent and the oxidant were set to 125 ppmv, respectively.

Figure 0005801264
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図8の解析結果によれば、混合ガス中のO成分濃度に応じて反応温度を適正化することにより、NHとNOの全体の40〜60%(DeTFN)を分解できることがわかる。この際、ガス化ガス燃料中の主要な可燃性成分であるCOとHの酸化反応はほとんど生じないことを確認している。当該最適反応温度は、ガス化ガス燃料、希釈剤および酸化剤の組成に応じて変化するため、予めデータを取得して、各組成に応じた最適な反応温度を求めておくか(事前調整)、前記反応動力学解析により最適な反応温度をガス化発電プラントを運転しながら求める(フィードバック調整)ようにしても良い。 According to the analysis result of FIG. 8, it can be seen that 40-60% (DeTFN) of NH 3 and NO as a whole can be decomposed by optimizing the reaction temperature according to the O 2 component concentration in the mixed gas. At this time, it has been confirmed that the oxidation reaction of CO and H 2 which are main combustible components in the gasified gas fuel hardly occurs. Since the optimum reaction temperature varies depending on the composition of the gasified gas fuel, the diluent and the oxidant, whether data is obtained in advance and the optimum reaction temperature for each composition is obtained (adjustment in advance) The optimum reaction temperature may be obtained while operating the gasification power plant by the reaction kinetic analysis (feedback adjustment).

ガス化ガス燃料に酸化剤を混合することを考慮した場合、反応温度は低いことが望ましい。図8の解析結果は、燃料の酸化を抑制しつつ、NHとNOのNへの相互分解反応を350℃という低い反応温度で促進できることを示しており、脱硝設備などの付帯設備の設置をできるだけ少なくして初期コストを低減するとともに、システムを簡素化するガス化ガス燃料用閉サイクルガスタービン発電プラントの実現を可能にする。 In consideration of mixing an oxidizing agent with gasified gas fuel, it is desirable that the reaction temperature be low. The analysis result in FIG. 8 shows that the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO into N 2 can be promoted at a reaction temperature as low as 350 ° C. while suppressing the oxidation of the fuel. As a result, it is possible to realize a closed-cycle gas turbine power plant for gasified gas fuel that reduces the initial cost and simplifies the system.

次に、本発明の第6の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図9は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。このプラントでは、燃焼器5へ供給するガス化ガス燃料CG3中のNH濃度およびガスタービン排気ガスG中のNO濃度を、分析装置15により監視して、ガスタービン燃焼排気ガス中のNO濃度が一定範囲の値に維持されるように、混合ガス流路22の反応温度を調整するとともに、供給位置4に導入する酸化剤およびガスタービン燃焼排気ガスHG2(希釈剤)の供給量を調整することを特徴としている。なお、本実施形態では、ガス化ガス燃料CG3中のNH濃度とガスタービン排気ガスG中のNO濃度を同じ分析装置15によって監視するようにしていたが、それぞれ専用分析装置を用いて別々に監視するようにしても良い。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming type power generation gas turbine plant. In this plant, the NH 3 concentration in the gasification gas fuel CG3 supplied to the combustor 5 and the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G are monitored by the analyzer 15, and the NO concentration in the gas turbine combustion exhaust gas is determined. Adjusting the reaction temperature of the mixed gas flow path 22 and adjusting the supply amount of the oxidant and gas turbine combustion exhaust gas HG2 (diluent) introduced into the supply position 4 so as to be maintained within a certain range of values. It is characterized by. In the present embodiment, the NH 3 concentration in the gasified gas fuel CG3 and the NO concentration in the gas turbine exhaust gas G are monitored by the same analyzer 15, but each is separately used using a dedicated analyzer. You may make it monitor.

本実施形態では、ガスタービン燃焼器5に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合させるバイパス流路25の途中に、燃料ガスに混合させる酸化剤の供給量を増減する第2の流量調節手段26を設けている。第2の流量調節手段26としては、例えば解析装置16からの操作信号16aを受けて弁開度を変化させる流量調整弁の使用が可能であるが、これには限られない。   In the present embodiment, in the middle of the bypass passage 25 that mixes a part or all of the oxidant supplied to the gas turbine combustor 5 with the fuel gas, the second supply amount of the oxidant mixed with the fuel gas is increased or decreased. A flow rate adjusting means 26 is provided. As the second flow rate adjusting means 26, for example, a flow rate adjusting valve that receives the operation signal 16a from the analyzing device 16 and changes the valve opening degree can be used, but is not limited thereto.

ガス化ガス燃料CG3およびガスタービン排気ガスGの状態量の値については分析装置15から解析装置16に送られ、ガス化ガス燃料CG3中のNHとガスタービン排気ガスG中のNOのNへの分解を促進する最適な条件を算出し、燃料改質部の最適な反応温度値を指示する信号16aと、燃料改質部に供給するガスタービン燃焼排気ガスおよび酸化剤AO23の供給量を指示する信号16bを送信する。燃料改質部における最適な反応条件については、例えば、第1の実施形態に記載した反応動力学に基づく数値解析を用いてもよい。図2および図8に試算例を示したように、反応動力学数値解析により、ガス化ガス燃料CG3とガスタービン排気ガスGの組成に応じた最適な反応温度を算出することが可能である。 The values of the state quantities of the gasified gas fuel CG3 and the gas turbine exhaust gas G are sent from the analyzer 15 to the analyzer 16, and NH 3 in the gasified gas fuel CG3 and NO N 2 in the gas turbine exhaust gas G are sent. The optimal condition for promoting the decomposition into the gas is calculated, the signal 16a indicating the optimal reaction temperature value of the fuel reforming section, the supply amount of the gas turbine combustion exhaust gas and oxidant AO23 supplied to the fuel reforming section An instructing signal 16b is transmitted. For optimal reaction conditions in the fuel reforming section, for example, numerical analysis based on reaction kinetics described in the first embodiment may be used. As shown in FIG. 2 and FIG. 8, it is possible to calculate the optimum reaction temperature according to the composition of the gasified gas fuel CG3 and the gas turbine exhaust gas G by numerical analysis of reaction kinetics.

本実施形態の燃料改質部には図示しない温度調節用の加熱器が設置されており、解析装置16からの信号16aによって加熱器が操作されて燃料改質部の温度が調整される。加熱器では、信号16aに応じた加熱温度になるように燃料または電気による加熱量を調節する。ただし、温度調整の手段としてはこれに限られず、ガス化炉2またはガスタービン排気ガスG、ガスタービン車室および膨張タービン6に熱源を求めても良い。この場合、外部熱源を使用しないためプラント熱効率を損なうこと無く運用できる。   The fuel reforming unit of the present embodiment is provided with a temperature adjusting heater (not shown), and the heater is operated by a signal 16a from the analysis device 16 to adjust the temperature of the fuel reforming unit. In the heater, the amount of heating by fuel or electricity is adjusted so that the heating temperature according to the signal 16a is obtained. However, the temperature adjustment means is not limited to this, and a heat source may be obtained for the gasification furnace 2 or the gas turbine exhaust gas G, the gas turbine casing, and the expansion turbine 6. In this case, since an external heat source is not used, it can be operated without impairing the plant thermal efficiency.

また、供給位置4に供給するガスタービン燃焼排気ガスHG2および酸化剤AO23の供給量については、例えば、流量調整弁(第1の流量調節手段23)、流量調整弁(第2の流量調節手段26)の開度により調整する。   As for the supply amounts of the gas turbine combustion exhaust gas HG2 and the oxidant AO23 supplied to the supply position 4, for example, a flow rate adjustment valve (first flow rate adjustment unit 23) and a flow rate adjustment valve (second flow rate adjustment unit 26). ) Adjust according to the opening.

これにより、混合ガス流路22内での反応条件を最適化し、プラントへの影響を最小限にしつつ、ガス化ガス燃料中のNHとガスタービン燃焼排気ガス中のNOをNに分解し、プラントで生成されるNOxを一定範囲の値に維持するようにガス化発電プラントを運用することができる。 As a result, the reaction conditions in the mixed gas flow path 22 are optimized, and the NH 3 in the gasification gas fuel and the NO in the gas turbine combustion exhaust gas are decomposed into N 2 while minimizing the influence on the plant. The gasification power plant can be operated so that NOx generated in the plant is maintained within a certain range.

次に、本発明の第7の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図10は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの燃料改質部における燃料の改質反応に要する反応熱を、ガス化炉2またはガスタービン排気ガスGに熱源を求めたものである。   Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 10 shows the reaction heat required for the fuel reforming reaction in the fuel reforming section of the gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant, and the heat source for the gasification furnace 2 or gas turbine exhaust gas G. is there.

総括反応式(1)に示すように、燃料改質部におけるNHとNOのNへの相互分解反応には、反応系にOが必要である。図8に示すように、反応系のO濃度が低い場合は、総括反応(1)が所定以上の反応速度を有するには400℃〜700℃の反応温度が必要になる。一方で、反応系のO濃度が高い場合は、高い反応温度ではNHがNOに酸化されてしまうため、図8に示すように反応温度を300℃〜500℃に設定する必要がある。さらにO濃度が高い場合には、反応温度をより低温に設定する必要がある。すなわち、ガス化ガス燃料中のNHと希釈剤中のNOを燃料改質部にて同時にNに分解するには、燃料改質部のO濃度と反応温度は逆の相関関係を有することになる。高い反応温度を得るには、ガス化炉2を熱源とすることが相応しく、逆に低い温度で、かつより狭い温度範囲に調整することが重要になる場合は、ガスタービン6の排気ガスラインを熱源とすることにより、所定の温度に調節することが可能になる。例えば、ガスタービン燃焼排気ガスを循環させてガスタービン6に供給するには排気ガスの温度を下げてから圧縮機8で昇圧する必要があり、この排気ガスラインに設けた熱交換器17により熱源を求めるか、排熱回収ボイラ7を熱源とすることで、排気ガス温度以下の任意の温度に調整することを可能にする。これにより、燃料改質に要する熱源を外部に求める必要が無くなり、所内動力を要することなく、ガス化ガス燃料中のNHとガスタービン排気ガス中のNOをNに分解し、プラントで生成されるNOxを低減できる。これにより、閉サイクルガスタービン排気におけるNOxの増大を抑制し、CO排出量を低減する高効率ガス化発電プラントの実現を可能にする。 As shown in the general reaction formula (1), O 2 is required in the reaction system for the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO into N 2 in the fuel reforming section. As shown in FIG. 8, when the O 2 concentration in the reaction system is low, a reaction temperature of 400 ° C. to 700 ° C. is required for the overall reaction (1) to have a reaction rate of a predetermined value or more. On the other hand, when the O 2 concentration in the reaction system is high, NH 3 is oxidized to NO at a high reaction temperature, so the reaction temperature needs to be set to 300 ° C. to 500 ° C. as shown in FIG. Further, when the O 2 concentration is high, it is necessary to set the reaction temperature to a lower temperature. That is, in order to simultaneously decompose NH 3 in the gasified gas fuel and NO in the diluent into N 2 in the fuel reforming section, the O 2 concentration in the fuel reforming section and the reaction temperature have an inverse correlation. It will be. In order to obtain a high reaction temperature, it is appropriate to use the gasification furnace 2 as a heat source. Conversely, when it is important to adjust the temperature to a lower temperature and a narrower temperature range, the exhaust gas line of the gas turbine 6 is By using a heat source, the temperature can be adjusted to a predetermined temperature. For example, in order to circulate the gas turbine combustion exhaust gas and supply it to the gas turbine 6, it is necessary to lower the temperature of the exhaust gas and then increase the pressure by the compressor 8. A heat source 17 is provided by a heat exchanger 17 provided in the exhaust gas line. Or by using the exhaust heat recovery boiler 7 as a heat source, it is possible to adjust to an arbitrary temperature below the exhaust gas temperature. As a result, there is no need to obtain a heat source required for fuel reforming outside, and NH 3 in the gasification gas fuel and NO in the gas turbine exhaust gas are decomposed into N 2 and generated in the plant without requiring on-site power. NOx to be reduced can be reduced. This makes it possible to realize a highly efficient gasification power plant that suppresses the increase of NOx in the closed-cycle gas turbine exhaust and reduces the CO 2 emission amount.

次に、本発明の第8の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図11は、ガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントの燃料改質部の設置場所を示す概略図である。本実施形態のプラントは、燃料改質部を、第1の実施形態のプラントに対して、燃焼器5内上流部、燃焼器5内筒と外筒の間、またはガスタービン燃焼器5尾筒部に設けることを特徴とする。   Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 11 is a schematic diagram showing the installation location of the fuel reforming section of the gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant. The plant of this embodiment has a fuel reforming unit as compared with the plant of the first embodiment, in the upstream part in the combustor 5, between the inner cylinder and the outer cylinder, or in the gas turbine combustor five tail cylinder. It is provided in the part.

燃料改質部をガスタービン燃焼器5の内筒と外筒の間、または燃焼器5尾筒部に設けることにより、燃焼器5内筒および尾筒を冷却しつつ、燃料改質を実現する。また、燃料改質部の機能をガスタービン燃焼器5上流部に設けることにより、燃焼反応による反応熱の一部を燃料の改質に利用することが可能になり、燃料改質のための熱源との熱交換に要する設備や構造等が必要無く、より簡素な構造で燃料改質を実現する。   By providing the fuel reforming section between the inner cylinder and the outer cylinder of the gas turbine combustor 5 or in the combustor 5 tail cylinder section, fuel reforming is realized while cooling the combustor 5 inner cylinder and tail cylinder. . Further, by providing the function of the fuel reforming unit in the upstream portion of the gas turbine combustor 5, part of the reaction heat due to the combustion reaction can be used for fuel reforming, and the heat source for fuel reforming The equipment and structure required for heat exchange with the fuel are not required, and fuel reforming is realized with a simpler structure.

以上の燃料改質部の構造により、第1の実施形態のプラントと同様に、ガスタービンの作動負荷範囲内において、乾式ガス精製を採用するガス化発電プラントにおいて、プラントの熱効率を損なうことなく、且つ、プラントシステムとしてより簡素な構造で、NOx生成量を一定範囲の値に維持し、閉サイクルガスタービンを実現することが可能となる。   With the structure of the fuel reforming unit described above, in the gasification power plant that employs dry gas purification within the operating load range of the gas turbine, as in the plant of the first embodiment, without impairing the thermal efficiency of the plant, In addition, with a simpler structure as a plant system, it is possible to maintain a NOx generation amount within a certain range and realize a closed cycle gas turbine.

次に、本発明の第9の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型複合発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図12は、ガス化ガス燃料改質型複合発電用ガスタービンプラントの構成を示す概略図である。本実施形態のプラントは、燃料改質部をタービン翼内部に設けることを特徴とする。   Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In this embodiment, a gas turbine fuel reforming type combined gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a gasification gas fuel reforming type combined power generation gas turbine plant. The plant of this embodiment is characterized in that the fuel reforming section is provided inside the turbine blade.

ガスタービンでは、膨張タービン6における静翼、動翼を冷却する必要がある。通常の産業用ガスタービンでは、主にガスタービンの作動媒体である空気により翼が冷却されており、一部のガスタービンでは水蒸気が冷却に使用されている。しかしながら、本発明が対象とするガス化ガス燃料のO量論比燃焼による閉サイクルガスタービンでは、ガスタービン排気ガスGが循環する。当該システムでは、タービン翼の冷却には水蒸気を採用するか、ガスタービン燃焼排気ガスG、ガス化ガス燃料または酸化剤を使用することが考えられる。 In the gas turbine, it is necessary to cool the stationary blade and the moving blade in the expansion turbine 6. In normal industrial gas turbines, blades are mainly cooled by air that is a working medium of the gas turbine, and in some gas turbines, steam is used for cooling. However, in the closed cycle gas turbine by the O 2 stoichiometric combustion of the gasified gas fuel targeted by the present invention, the gas turbine exhaust gas G circulates. In this system, it is conceivable to use steam or cool gas turbine combustion exhaust gas G, gasified gas fuel or oxidant to cool the turbine blades.

本実施形態では、燃料改質部をガスタービン翼の内部に設けることにより、タービン翼を冷却すると同時にガス化ガス燃料中のNHとガスタービン排気ガス中のNOをNに分解する。これにより、燃料改質部の熱源のための所内動力を要しないことに加えて、タービン翼を冷却した熱を回収することでプラント熱効率の向上が図れるという相乗効果が得られる。 In this embodiment, by providing the fuel reforming portion inside the gas turbine blade, the turbine blade is cooled, and at the same time, NH 3 in the gasified gas fuel and NO in the gas turbine exhaust gas are decomposed into N 2 . As a result, in addition to not requiring in-house power for the heat source of the fuel reforming section, a synergistic effect is obtained in that the plant thermal efficiency can be improved by recovering the heat that has cooled the turbine blades.

次に、本発明の第10の実施形態について説明する。なお、上述の発電プラントと同一の部材・構成要素については同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では排気ガス循環型火力発電プラントとしてガス化ガス燃料改質型発電用ガスタービンプラントを例に説明する。図13はガス化ガス燃料改質型発電ガスタービンプラントの構成を、図14はその運転方法を示している。   Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and component as the above-mentioned power plant, and those detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a gas turbine fuel reforming power generation gas turbine plant will be described as an example of an exhaust gas circulation thermal power plant. FIG. 13 shows the configuration of a gasification gas fuel reforming power generation gas turbine plant, and FIG. 14 shows the operation method.

このプラントでは、希釈剤の燃料ガスへの供給位置4を複数設けると共に、使用する供給位置4を切り替える切り替え手段24と、希釈剤の供給量を増減する第1の流量調節手段23と、燃焼器5に供給する酸化剤の一部又は全部を燃料ガスに混合させるバイパス流路25と、燃料ガスに混合させる酸化剤の供給量を増減する第2の流量調節手段26を備えている。   In this plant, a plurality of supply positions 4 of the diluent to the fuel gas are provided, a switching means 24 for switching the supply position 4 to be used, a first flow rate adjusting means 23 for increasing or decreasing the supply amount of the diluent, and a combustor. 5 includes a bypass passage 25 that mixes part or all of the oxidant supplied to the fuel gas 5 with the fuel gas, and a second flow rate adjusting means 26 that increases or decreases the supply amount of the oxidant mixed with the fuel gas.

また、このプラントは、定格運転を行いながら排気ガス中の窒素酸化物濃度を計測し、その計測値が予め求められた目標値になるように調整を行いながら定格運転を行っている。即ち、排気ガス中の窒素酸化物濃度が予め設定された一定範囲の値になるようにフィードバック制御を行っている。ガス化ガス燃料CG3およびガスタービン排気ガスGの状態量の値については分析装置15から解析装置16に送られる。解析装置16は、ガス化ガス燃料CG3中のNHとガスタービン排気ガスG中のNOのNへの分解を促進する最適な条件を算出し、第1の流量調節手段23、切り替え手段24、第2の流量調節手段26を操作する。なお、図13では排熱回収ボイラ7等の記載を省略している。 Further, this plant measures the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas while performing the rated operation, and performs the rated operation while adjusting the measured value so as to be a target value determined in advance. That is, feedback control is performed so that the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas falls within a predetermined range of values. The values of the state quantities of the gasified gas fuel CG3 and the gas turbine exhaust gas G are sent from the analyzer 15 to the analyzer 16. The analysis device 16 calculates optimum conditions for promoting the decomposition of NH 3 in the gasified gas fuel CG 3 and NO in the gas turbine exhaust gas G into N 2 , and the first flow rate adjusting means 23 and the switching means 24. The second flow rate adjusting means 26 is operated. In addition, description of the waste heat recovery boiler 7 grade | etc., Is abbreviate | omitted in FIG.

プラントの運転が開始されてからある程度の時間が経過し、運転が安定した後、定格運転が開始されてフィードバック制御が行われる。定格運転では燃料ガスの組成(NH,O等)と排気ガス(希釈剤)の組成(NO,O等)が計測、監視されている(ステップS41)。 After a certain amount of time has elapsed after the plant operation is started and the operation is stabilized, the rated operation is started and feedback control is performed. In the rated operation, the fuel gas composition (NH 3 , O 2, etc.) and the exhaust gas (diluent) composition (NO, O 2, etc.) are measured and monitored (step S 41).

また、NO/NHモル比と混合ガス(燃料ガスと希釈剤)中のO濃度とD/F比率(=希釈剤の量/燃料ガスの量)との関係、NHの分解反応の適正な反応時間と当該反応時間を確保できる希釈剤の供給位置4との関係、NHの分解反応の適正な反応温度と当該反応温度を確保できる希釈剤の供給位置4との関係が、数値解析とプラントの設計データによって予め求められてデータベース化されており、プラントの制御装置(図示せず)はこのデータベースを参照し、燃料ガスの組成及び希釈剤の組成の計測値に基づいて適切なD/F比率と希釈剤の供給位置4を決定し(ステップS42)、切り替え手段24と第1の流量調節手段23を操作する(ステップS43)。なお、ステップS42において、第2の流量調節手段26はリセット(開度=0に操作)される。 In addition, the relationship between the NO / NH 3 molar ratio, the O 2 concentration in the mixed gas (fuel gas and diluent) and the D / F ratio (= the amount of diluent / the amount of fuel gas), the decomposition reaction of NH 3 The relationship between the appropriate reaction time and the diluent supply position 4 that can secure the reaction time, and the relationship between the appropriate reaction temperature of the NH 3 decomposition reaction and the diluent supply position 4 that can secure the reaction temperature are numerical values. The database is obtained in advance by analysis and plant design data, and the plant control device (not shown) refers to this database and determines the appropriate values based on the measured values of the fuel gas composition and the diluent composition. The D / F ratio and diluent supply position 4 are determined (step S42), and the switching means 24 and the first flow rate adjusting means 23 are operated (step S43). In step S42, the second flow rate adjusting means 26 is reset (operated to open degree = 0).

そして、制御装置は、分析装置15による燃料ガスの組成(NH,O等)の計測値と排気ガスの組成の計測値を参照し(ステップS44)、排気ガス中のNOx濃度が一定範囲にあれば(ステップS45の判断がYes)ステップS46に進んで現状の運転を維持する。その後、制御装置はステップS45の判断がNoになるまでステップS46→ステップS43→ステップS44→ステップS45→ステップS46→…を繰り返し実行し、排気ガス中のNOx濃度を一定範囲でバランスさせながら運転を継続する。 The control device refers to the measured value of the fuel gas composition (NH 3 , O 2, etc.) and the measured value of the exhaust gas composition by the analyzer 15 (step S44), and the NOx concentration in the exhaust gas is within a certain range. (Yes in step S45), the process proceeds to step S46 to maintain the current operation. Thereafter, the control device repeatedly executes step S46 → step S43 → step S44 → step S45 → step S46 →... Until the determination in step S45 becomes No, and operates while balancing the NOx concentration in the exhaust gas within a certain range. continue.

一方、排気ガス中のNOx濃度が一定範囲から外れると、制御装置はステップS45からステップS47へと進み、D/F比率と使用する供給位置4を再検討する。即ち、制御装置は、記憶しているデータベースを参照し、燃料ガスの組成及び希釈剤の組成の計測値に基づいて適切なD/F比率を決定し(ステップS47)、決定したD/F比率による混合ガス中のO濃度に基づいて適切な反応温度と反応時間を決定する(ステップS48)。 On the other hand, if the NOx concentration in the exhaust gas deviates from a certain range, the control device proceeds from step S45 to step S47 and reexamines the D / F ratio and the supply position 4 to be used. That is, the control device refers to the stored database, determines an appropriate D / F ratio based on the measured values of the fuel gas composition and the diluent composition (step S47), and determines the determined D / F ratio. An appropriate reaction temperature and reaction time are determined based on the O 2 concentration in the mixed gas obtained at step S48.

そして、決定した反応温度と反応時間が十分な場合は、ステップS49からステップS50へと進み、決定した反応温度と反応時間を満たす希釈剤の供給位置をデータベースを参照して決定する。その後、ステップS43に戻り、ステップS47で決定したD/F比率になるように第1の流量調節手段23を操作すると共に、ステップS50で決定した供給位置4になるように切り替え手段24を操作する。   When the determined reaction temperature and reaction time are sufficient, the process proceeds from step S49 to step S50, and the supply position of the diluent that satisfies the determined reaction temperature and reaction time is determined with reference to the database. Thereafter, the process returns to step S43, and the first flow rate adjusting means 23 is operated so as to achieve the D / F ratio determined in step S47, and the switching means 24 is operated so as to be the supply position 4 determined in step S50. .

一方、ステップS48で決定した反応温度と反応時間が不十分な場合は、ステップS49からステップS51へと進み、適切な反応温度と反応時間を得ることができるように混合ガス中のO濃度を調整する。制御装置は、先ずD/F比率の調整による混合ガス中のO濃度調整によって適切な反応温度と反応時間を得ることができるか否かを判断する(ステップS51)。即ち、制御装置はD/F比率を変化させた場合の混合ガス中のO濃度の試算を行い、D/F比率を調整することで反応温度と反応時間を適切なのもとする混合ガス中O濃度を試算し、排気循環ガス中のNO濃度を一定の範囲で、最少にするD/Fを算出する。試算したD/Fにおいて、後述する図23または図25に示す様に、分解率DeTFNから算出される排気循環ガス中NO濃度が目的とするNOx調整範囲で、できるだけ最少にするように調整することができるか否かを判断する。 On the other hand, when the reaction temperature and the reaction time determined in step S48 are insufficient, the process proceeds from step S49 to step S51, and the O 2 concentration in the mixed gas is set so that an appropriate reaction temperature and reaction time can be obtained. adjust. The control device first determines whether or not an appropriate reaction temperature and reaction time can be obtained by adjusting the O 2 concentration in the mixed gas by adjusting the D / F ratio (step S51). That is, the control device performs a trial calculation of the O 2 concentration in the mixed gas when the D / F ratio is changed, and adjusts the D / F ratio to adjust the reaction temperature and reaction time appropriately. Estimate the O 2 concentration, and calculate the D / F that minimizes the NO concentration in the exhaust gas circulation within a certain range. In the calculated D / F, as shown in FIG. 23 or FIG. 25 described later, the exhaust gas NO concentration calculated from the decomposition rate DeTFN is adjusted to be as small as possible within the target NOx adjustment range. Judge whether or not.

そして、D/F比率の調整による混合ガス中のO濃度調整によって適切な反応温度と反応時間を得ることができる場合には、ステップS51からステップS47へと進み、D/F比率を再設定する。一方、D/F比率の調整による混合ガス中のO濃度調整によって適切な反応温度と反応時間を得ることができない場合には、ステップS51からステップS52へと進み、混合ガス中のO濃度の不足を補う分だけ第2の流量調節手段26を操作した後、ステップS48へと戻る。そして、ステップS48では、D/F比率によるO量に第2の流量調節手段26によるO添加量を加味して適切な反応温度と反応時間を決定し、決定した反応温度と反応時間が十分な場合には、ステップS49からステップS50へと進んで当該反応温度と反応時間を満たす希釈剤の供給位置をデータベースを参照して決定し、ステップS43以降を実行する。 When an appropriate reaction temperature and reaction time can be obtained by adjusting the O 2 concentration in the mixed gas by adjusting the D / F ratio, the process proceeds from step S51 to step S47, and the D / F ratio is reset. To do. On the other hand, when the appropriate reaction temperature and reaction time cannot be obtained by adjusting the O 2 concentration in the mixed gas by adjusting the D / F ratio, the process proceeds from step S51 to step S52, and the O 2 concentration in the mixed gas is reached. After the second flow rate adjusting means 26 is operated to compensate for the shortage, the process returns to step S48. In step S48, an appropriate reaction temperature and reaction time are determined by adding the amount of O 2 added by the second flow rate adjusting means 26 to the O 2 amount based on the D / F ratio, and the determined reaction temperature and reaction time are determined. If it is sufficient, the process proceeds from step S49 to step S50, the supply position of the diluent that satisfies the reaction temperature and reaction time is determined with reference to the database, and step S43 and subsequent steps are executed.

一方、ステップS48で決定した反応温度と反応時間が不十分な場合は、ステップS49からステップS51へと進む。そして、ステップS51では、前回のステップS52の実行による第2の流量調節手段26によるO添加量を加味した上で、D/F比率の調整による混合ガス中のO濃度調整によって適切な反応温度と反応時間を得ることができるか否かを判断し、適切な反応温度と反応時間を得ることができる場合にはステップS47に進んでD/F比率を再設定し、ステップS48以降を実行する。また、適切な反応温度と反応時間を得ることができる場合にはステップS52に進んで第2の流量調節手段26を再操作し、その後、ステップS48以降を実行する。 On the other hand, when the reaction temperature and the reaction time determined in step S48 are insufficient, the process proceeds from step S49 to step S51. In step S51, an appropriate reaction is performed by adjusting the concentration of O 2 in the mixed gas by adjusting the D / F ratio after taking into account the amount of O 2 added by the second flow rate adjusting means 26 in the previous execution of step S52. It is determined whether or not the temperature and reaction time can be obtained. If an appropriate reaction temperature and reaction time can be obtained, the process proceeds to step S47 to reset the D / F ratio and execute step S48 and subsequent steps. To do. If an appropriate reaction temperature and reaction time can be obtained, the process proceeds to step S52, the second flow rate adjusting means 26 is operated again, and then step S48 and subsequent steps are executed.

この様にプラントの運転を行うことで、NHの供給・分解とNOxの分解・発生とがバランスして、排気ガス中のNOx濃度が一定範囲に収まり、閉サイクルガスタービンプラントを成立させることができる。 By operating the plant in this way, the supply and decomposition of NH 3 and the decomposition and generation of NOx are balanced, so that the NOx concentration in the exhaust gas falls within a certain range and a closed cycle gas turbine plant is established. Can do.

即ち、ガス化ガス燃料の組成および燃料改質部に供給する希釈剤または酸化剤の組成について計測、分析し、ガス化ガス燃料中のアンモニアと希釈剤中のNOをNに分解するのに最適な反応温度および反応時間を導きだし、希釈剤を混合させる供給位置4として最適なものを選択する。最適な反応温度および反応時間の導出には、実験または数値解析により予めデータベースを作成するか、またはガス化ガス燃料、希釈剤、または酸化剤の組成により数値解析により算出するようにしても良い。そして、ガスタービン燃焼排気ガスの組成を計測し、所定範囲のNO濃度にバランスさせることができる燃料改質部の反応条件を設定する。これによれば、燃料改質部における反応条件を必要以上に過酷な条件に設定することを回避できる。また、燃料改質部の反応の促進を図るために触媒を用いる場合であっても、不必要な反応促進を回避できるので、触媒の寿命の延伸を図ることも可能である。 That is, to measure and analyze the composition of the gasified gas fuel and the composition of the diluent or oxidant supplied to the fuel reforming section, to decompose ammonia in the gasified gas fuel and NO in the diluent into N 2 The optimum reaction temperature and reaction time are derived, and the optimum feed position 4 for mixing the diluent is selected. In order to derive the optimum reaction temperature and reaction time, a database may be created in advance by experiment or numerical analysis, or may be calculated by numerical analysis based on the composition of gasified gas fuel, diluent, or oxidant. Then, the composition of the gas turbine combustion exhaust gas is measured, and the reaction conditions of the fuel reforming section that can be balanced to a predetermined range of NO concentration are set. According to this, it is possible to avoid setting the reaction conditions in the fuel reforming section to conditions more severe than necessary. Further, even when a catalyst is used for promoting the reaction in the fuel reforming section, unnecessary reaction promotion can be avoided, so that the life of the catalyst can be extended.

なお、上述の説明では、運転前に予めデータベースを作成しておき、このデータベースを使用してフィードバック制御を行っていたが、このようなデータベースを予め準備せずに運転中に必要に応じてその都度数値解析を行って排気ガス中のNOx濃度が一定範囲の値になるようにフィードバック制御を行っても良い。   In the above description, a database has been created in advance before operation, and feedback control has been performed using this database. Each time numerical analysis is performed, and feedback control may be performed so that the NOx concentration in the exhaust gas falls within a certain range.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

(1) ガス化炉で生成したガス化ガスを乾式ガス精製装置で精製して燃料ガスとしてO量論比燃焼を行う燃焼器で燃焼させる火力発電プラントにおいて、外部熱源や動力を必要とせず、ガス化燃料中のアンモニアを無触媒でNに気相分解する手法について、均一予混合反応を仮定した反応動力学解析により検討した。解析は、発電端出力で416MW級のCO回収型石炭ガス化複合発電プラントを対象とした。ただし、NH分解の解析自体にはプラント出力等は影響しない。 (1) In a thermal power plant where gasified gas generated in a gasifier is purified by a dry gas purifier and burned in a combustor that performs O 2 stoichiometric combustion as a fuel gas, no external heat source or power is required In addition, a method for vapor-phase decomposition of ammonia in gasified fuel into N 2 without a catalyst was examined by reaction kinetic analysis assuming a homogeneous premixed reaction. The analysis was performed on a 416 MW class CO 2 recovery type coal gasification combined power plant with a power generation end output. However, the plant output or the like does not affect the analysis of NH 3 decomposition itself.

なお、主な記号の意味は次の通りである。
D/F … 希釈剤/燃料の供給量比率(希釈比率):燃料の何倍の希釈剤を供給したかを表す量[mol/mol]
DeNH … 燃料中NHのNへの分解率[%]
DeNOx … 反応器に供給する排気ガス中NOのNへの分解率[%]
DeTFN … 反応器でのNHとNOの合計のNへの総合の分解率[%]=(1−(反応後の(NH+NO)濃度)÷(反応前の(NH+NO)濃度))×100[%]
Tr … 反応温度[℃]
t … 反応時間[s(秒)]
φ* … 希釈剤中O成分を考慮せず、燃料と酸化剤のみから算出される当量比
The meanings of the main symbols are as follows.
D / F: Dilutant / fuel supply amount ratio (dilution ratio): Amount [mol / mol] indicating how many times the diluent has been supplied
DeNH 3 ... Decomposition rate of NH 3 in fuel to N 2 [%]
DeNOx: Decomposition rate of NO in exhaust gas supplied to the reactor into N 2 [%]
DeTFN: total decomposition rate of NH 3 and NO into N 2 in the reactor [%] = (1 − ((NH 3 + NO) concentration after reaction) ÷ ((NH 3 + NO) concentration before reaction) )) X 100 [%]
Tr ... Reaction temperature [° C]
t ... reaction time [s (seconds)]
φ * ... Equivalent ratio calculated only from fuel and oxidizer without considering O 2 component in diluent

以下、具体的に説明する。
(2.排気循環・O量論比燃焼閉サイクルガスタービンへのアンモニア分解手法の適用)
(2.1)排気循環・O量論比燃焼閉サイクルガスタービンの特徴
図16は、本解析で対象とした閉サイクル火力発電プラントの構成を示す。閉サイクル火力発電プラントモデルでは、O−CO吹き石炭ガス化燃料をOにて量論比燃焼させ、COおよびHOを主成分とするガスタービン排気ガスの大半をリサイクルして燃焼器に供給して燃焼温度を調整する閉ループを構成する。また、ガスタービン排気ガスの一部はハロゲン、水銀やHOを分離・除去した後、COを回収し、このうち約1割のCOをガス化炉への石炭搬送用に使用する。すなわち、燃焼前回収システムを採用するIGCCの様に水蒸気シフト反応の適用を必要とせず、排気ガス中の水分を汽水分離して高純度のCOを分離・回収することにより、CO回収動力を低減するゼロエミッション型IGCC発電を実現する。
This will be specifically described below.
(2. Application of ammonia decomposition method to exhaust gas circulation / O 2 stoichiometric combustion closed cycle gas turbine)
(2.1) Features of Exhaust Circulation / O 2 Stoichiometric Combustion Closed-Cycle Gas Turbine FIG. 16 shows the configuration of a closed-cycle thermal power plant targeted in this analysis. In the closed-cycle thermal power plant model, the O 2 -CO 2 blown coal gasification fuel is stoichiometric combustion at O 2, and recycling most of the gas turbine exhaust gas mainly composed of CO 2 and H 2 O A closed loop is configured to supply the combustor and adjust the combustion temperature. Moreover, after separating and removing halogen, mercury, and H 2 O from a part of gas turbine exhaust gas, CO 2 is recovered, and about 10% of this CO 2 is used for transporting coal to the gasifier. . That is, without requiring the application of steam shift reaction as the IGCC employing the pre-combustion recovery system, the moisture in the exhaust gas by by steam separator separating and recovering high-purity CO 2, CO 2 recovered power To achieve zero emission IGCC power generation.

表1に示すように、ガス化燃料には、ガス化の過程で石炭中の窒素化合物に起因して生成されるアンモニア(NH)が数百〜数千ppmv含まれることが予想される。ガス精製に乾式法を採用した場合、NHは除去されずにガスタービン燃焼器に供給され、燃焼過程でフュエルNOxを生成し、しかも排気ガスの循環によりフュエルNOx濃度が増加する。図17は、燃焼器出口における排気ガス中のフュエルNOx生成濃度が排気循環により増加する傾向を解析的に調べたものである。解析では、ガス化燃料中のNHは全てNOxに酸化され、かつ、サーマルNOxの生成はフュエルNOx生成量に対して相対的に微量であることからゼロと仮定し、その他の排気ガスの循環量(表1中の希釈剤の供給量)等は表1に示す条件で一定としている。ガス化燃料中のNH濃度は炭種やガス化方式に影響を受けることから、パラメータとしている。 As shown in Table 1, the gasified fuel is expected to contain several hundred to several thousand ppmv of ammonia (NH 3 ) generated due to the nitrogen compound in the coal during the gasification process. When the dry method is adopted for gas purification, NH 3 is not removed but supplied to the gas turbine combustor, fuel NOx is generated in the combustion process, and the fuel NOx concentration is increased by circulation of the exhaust gas. FIG. 17 analytically examines the tendency of the fuel NOx production concentration in the exhaust gas at the combustor outlet to increase due to exhaust gas circulation. In the analysis, all NH 3 in the gasified fuel is oxidized to NOx, and the generation of thermal NOx is assumed to be zero because it is relatively small relative to the amount of fuel NOx produced, and other exhaust gas circulation The amount (amount of diluent supplied in Table 1) and the like are constant under the conditions shown in Table 1. The NH 3 concentration in gasified fuel is a parameter because it is affected by the type of coal and the gasification method.

いずれの燃料中NH濃度においても、排気循環を繰り返すことによりフュエルNOx濃度はほぼ同様に増加し、それぞれ一定値に飽和する傾向を示している。すなわち、排気循環の回数が30回で排気循環ガス中のフュエルNOx濃度は飽和濃度の99%以上の値を示す。例えば、燃料中NH濃度を500ppmvまたは1000ppmvとする場合、フュエルNOxの飽和濃度はそれぞれ490ppmv、980ppmvと、燃料中NH濃度に比例した値を示す。排気ガスからCOを分離する際、汽水分離により凝縮水が分離される。 In any of the fuel NH 3 concentrations, the fuel NOx concentration increases in a similar manner by repeating exhaust gas circulation, and each of them tends to saturate to a constant value. That is, the number of exhaust circulations is 30, and the fuel NOx concentration in the exhaust circulation gas is 99% or more of the saturation concentration. For example, when the concentration of NH 3 in the fuel is 500 ppmv or 1000 ppmv, the saturation concentration of fuel NOx is 490 ppmv and 980 ppmv, respectively, which are values proportional to the NH 3 concentration in the fuel. When CO 2 is separated from the exhaust gas, condensed water is separated by brackish water separation.

以上のことを鑑み、本解析では乾式ガス精製を採用する閉サイクル火力発電プラントをモデルにしてガス化燃料中のNHを気相でNに無触媒分解する手法について解析を行った。 In view of the above, in this analysis, a closed cycle thermal power plant that employs dry gas refining is modeled and a method for non-catalytic decomposition of NH 3 in gasified fuel into N 2 in the gas phase is analyzed.

(2.2)ガス化燃料中アンモニアの分解手法
本解析では、数式3の総括反応式(1)または数式4の総括反応式(2)が示す乾式法による排煙脱硝反応を応用し、ガス化燃料中のNHと排気循環ガス中のNOxを反応させ、窒素(N)と水蒸気(HO)に分解するようにしている。
(2.2) Method of Decomposing Ammonia in Gasified Fuel In this analysis, the exhaust gas denitration reaction by the dry method indicated by the general reaction formula (1) of the mathematical formula 3 or the general reaction formula (2) of the mathematical formula 4 is applied. NH 3 in the liquefied fuel and NOx in the exhaust gas are reacted to decompose into nitrogen (N 2 ) and water vapor (H 2 O).

[数3]
NO+NH+1/4O → N+3/2HO・・・(1)
[Equation 3]
NO + NH 3 + 1 / 4O 2 → N 2 + 3 / 2H 2 O (1)

[数4]
6NO+8NH → 7N+12HO・・・(2)
[Equation 4]
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O (2)

ここでNOxとはNOとNOの総称であるが、モデルの火力発電プラントの循環排気ガス中のNOxはほとんどがNOであり、総括反応式(1)によってNHの分解が進む。 Here, although the NOx is a general term for NO and NO 2, NOx in the circulating exhaust gas of thermal power plant model is mostly is NO, decomposition of NH 3 proceeds by overall reaction equation (1).

通常の乾式の排煙脱硝では排気ガス中に還元剤であるNHを供給し、触媒上で反応を行わせる選択的接触還元法と、触媒を用いずに気相で反応させる手法(無触媒還元法)がある。無触媒還元法は触媒を用いないため、初期コストと運用コストを低減する利点があるものの、反応温度の制御などの使用上の制約などからほとんど用いられていない。 In normal dry flue gas denitration, NH 3 as a reducing agent is supplied to exhaust gas, and a selective catalytic reduction method in which the reaction is performed on the catalyst and a method in which the reaction is performed in the gas phase without using a catalyst (non-catalytic Reduction method). Since the catalyst-free reduction method does not use a catalyst, it has the advantage of reducing the initial cost and operation cost, but is hardly used due to restrictions in use such as control of the reaction temperature.

本発明では、ガス化燃料中のNHと循環排気ガス中のNOを反応させてNに分解しており、フュエルN分を低減する燃料の前処理と排気ガス中のNOの分解を同時に実現することで、循環排気ガス中に増大するNOxを低減することを意図している。すなわち、従来技術のようにOとNOを外部から供給するのでは無く、無触媒反応部で分解せず残留するNHを燃焼器でNOに酸化させ、循環排気ガスとして反応部に環流供給させることによりNへの分解とNOへの酸化のバランスを保っている。これにより、これまで実現できなかった低温度条件でNHとNOの相互分解を実現するようにしている。 In the present invention, NH 3 in gasified fuel and NO in circulating exhaust gas are reacted to decompose into N 2 , and fuel pretreatment for reducing fuel N and decomposition of NO in exhaust gas are performed simultaneously. By realizing it, it is intended to reduce NOx that increases in the circulating exhaust gas. That is, instead of supplying O 2 and NO from the outside as in the prior art, the remaining NH 3 that is not decomposed in the non-catalytic reaction section is oxidized to NO in the combustor, and is supplied to the reaction section as circulating exhaust gas. To maintain the balance between decomposition to N 2 and oxidation to NO. Thereby, mutual decomposition of NH 3 and NO is realized under a low temperature condition that could not be realized until now.

本発明の特徴(a)〜(d)を以下に記すとともに、CO回収型IGCC用閉サイクルガスタービンに本手法を適用した場合のシステムの概要の一例を図18に示す。
(a) ガス化燃料中NHに起因して燃焼器で生成されるフュエルNOと残留O成分を含む循環排気ガスを、ガス化燃料に事前に混合することによりNH分解反応に必要となるNOとOを供給しており、外部から調達する必要がなく、しかも安全にNOとOを供給できる。
(b) 排気循環ガスを混合することによりガス化燃料中のH成分を相対的に低減して、高濃度HによるNH分解の阻害を抑制しつつ、H共存による反応を低温下している。
(c) ガス化燃料または排気循環ガスの燃焼器への供給温度(400〜600℃)で脱硝反応(1)を促進しており、加熱等は不要。
(d) 触媒を使用していないため、触媒部の劣化や閉塞などの問題が無い。また、触媒等に要する運用コストも不要。
The features (a) to (d) of the present invention are described below, and an example of an outline of a system when the present technique is applied to a closed cycle gas turbine for CO 2 recovery type IGCC is shown in FIG.
(A) Necessary for the NH 3 decomposition reaction by previously mixing the circulating exhaust gas containing fuel NO generated in the combustor due to NH 3 in the gasified fuel and the residual O 2 component with the gasified fuel. NO and O 2 are supplied, there is no need to procure from the outside, and NO and O 2 can be supplied safely.
(B) By mixing the exhaust circulation gas, the H 2 component in the gasified fuel is relatively reduced, and the inhibition of NH 3 decomposition by high concentration H 2 is suppressed, while the reaction due to the coexistence of H 2 is performed at a low temperature. doing.
(C) The denitration reaction (1) is promoted at the supply temperature (400 to 600 ° C.) of the gasified fuel or the exhaust circulation gas to the combustor, and heating or the like is unnecessary.
(D) Since no catalyst is used, there is no problem such as deterioration or blockage of the catalyst portion. In addition, there is no need for operating costs for the catalyst.

図18に示すシステム運用例では、NH分解反応部(反応器)においてガス化燃料中のNHと循環排気ガス中のNOの合計(2モル当量)の40%をNに分解し、未分解NHをガスタービン燃焼器でNOに酸化し、排気循環により反応器へNOを供給している。 In the system operation example shown in FIG. 18, 40% of the total (2 molar equivalents) of NH 3 in the gasified fuel and NO in the circulating exhaust gas is decomposed into N 2 in the NH 3 decomposition reaction section (reactor). Undecomposed NH 3 is oxidized to NO by a gas turbine combustor, and NO is supplied to the reactor by exhaust circulation.

燃料ガス中NHを1モル当量とした場合、排気ガス全体でのフュエルNOは1.2モル当量で飽和している。そのうち、1モル当量のフュエルNOを含む排気ガスが循環されて反応器に供給されており、0.2モル当量のフュエルNOを含む排気ガスは分離され、CO回収系に導かれる。この場合、系外に排出されるフュエルNOが0.2モル当量であることから、ガスタービンに供給される燃料中NHの分解率は80%に相当する。 When NH 3 in the fuel gas is 1 molar equivalent, the fuel NO in the entire exhaust gas is saturated at 1.2 molar equivalent. Among them, exhaust gas containing 1 molar equivalent of fuel NO is circulated and supplied to the reactor, and exhaust gas containing 0.2 molar equivalent of fuel NO is separated and led to a CO 2 recovery system. In this case, since the fuel NO discharged out of the system is 0.2 molar equivalent, the decomposition rate of NH 3 in the fuel supplied to the gas turbine corresponds to 80%.

(3.反応動力学数値解析法)
本解析で採用した反応器モデル、素反応モデルおよび数値解析手法について以下で説明する。
(3. Reaction kinetics numerical analysis method)
The reactor model, elementary reaction model, and numerical analysis method adopted in this analysis are described below.

(3.1)反応器モデルと素反応モデル
本解析では完全撹拌反応器(均一反応器)モデルを採用した。本解析モデルでは、反応過程において、すべての化学種は均一に混合されているものとし、拡散・混合過程は考慮せず、また、反応は一定温度および一定圧力で進行するものとしている。
(3.1) Reactor model and elementary reaction model In this analysis, a completely stirred reactor (homogeneous reactor) model was adopted. In this analysis model, it is assumed that all chemical species are uniformly mixed in the reaction process, the diffusion / mixing process is not considered, and the reaction proceeds at a constant temperature and a constant pressure.

素反応モデルはMiller−Bowmanによって提案された反応スキームで、ガス化燃料のフュエルN分の還元分解反応やCHの予混合火炎におけるフュエルN分の酸化反応などにおいて、実験結果と比較することにより妥当性と適用範囲が確認されている。 The elementary reaction model is a reaction scheme proposed by Miller-Bowman. By comparing it with the experimental results in the reductive decomposition reaction of fuel N in gasified fuel and the oxidation reaction of fuel N in CH 4 premixed flame. Validity and scope of application have been confirmed.

反応スキームは248式の素反応から成り、考慮されている化学種は50成分である。熱力学データは,JANAFの熱化学物性値の値を使用し、本物性値表に記載のない化学種については、次式で示されるGibbsの標準生成エネルギー(ΔG°)と化学平衡定数(K)の関係から導出する。ΔG°の値は、CHEMKINデータベースから求めた(数式5)。   The reaction scheme consists of 248 elementary reactions, and the chemical species considered are 50 components. For thermodynamic data, JANAF thermochemical property values are used. For chemical species not listed in the physical property value table, Gibbs standard formation energy (ΔG °) and chemical equilibrium constant (K ). The value of ΔG ° was obtained from the CHEMKIN database (Formula 5).

[数5]
ΔG°=R×T×ln(K)・・・(3)
[Equation 5]
ΔG ° = R × T × ln (K) (3)

(3.2)数値解析法
一つの化学反応式(数式6)を考える。
(3.2) Numerical analysis method Consider one chemical reaction formula (Formula 6).

Figure 0005801264
Figure 0005801264

この中の化学種Xの生成速度は数式7で与えられる。   The generation rate of the chemical species X is given by Equation 7.

Figure 0005801264
Figure 0005801264

反応式が化学種Xに関してn種類ある場合には、化学種Xの生成速度は、数式7のサメンションとなり、数式8で与えられる。   When there are n types of reaction formulas with respect to the chemical species X, the generation rate of the chemical species X is the summation of Equation 7 and is given by Equation 8.

Figure 0005801264
Figure 0005801264

いま、ある化学反応式系を考え、その中に、Ni個の化学種が含まれているとすると、Ni個の化学種についてそれぞれ数式6を作成できる。すなわち、Ni個の化学種が含まれる化学反応式系から、反応時間に対する各化学種濃度を求める微分方程式がNi式作成できる。この非線形微分方程式系を解くことにより、任意の反応時間後の各化学種濃度が決定できる。微分方程式の解法にはGear法を用いた。   Assuming now that a chemical reaction equation system is considered and Ni chemical species are included therein, Equation 6 can be created for each of Ni chemical species. That is, a differential equation for obtaining the concentration of each chemical species with respect to the reaction time can be created from a chemical reaction equation system including Ni chemical species. By solving this nonlinear differential equation system, the concentration of each chemical species after an arbitrary reaction time can be determined. The Gear method was used to solve the differential equation.

(3.3)解析手法の妥当性
図19は、無触媒脱硝に関するLyonらの実験条件での反応解析の結果について、実験結果と比較して示す。解析では、混合ガス NH:380ppmv−NO:225ppmv−H:380ppmv−O:2vol%をバランスNを対象に均一反応を仮定し、圧力は大気圧、反応温度は各温度で一定としている。
(3.3) Validity of Analysis Method FIG. 19 shows the results of reaction analysis under the experimental conditions of Lyon et al. Regarding non-catalytic denitration compared with the experimental results. In the analysis, a mixed gas NH 3: 380ppmv-NO: 225ppmv -H 2: 380ppmv-O 2: assuming a uniform reaction 2 vol% to subject the balance N 2, the pressure is atmospheric pressure, the reaction temperature is as constant at each temperature Yes.

NHおよびNOが分解を開始する反応温度、高温条件下でのNOの再生成挙動など解析結果は実験データと良く一致しており、本解析手法はNHとNOの生成分解挙動を再現できることを示している。 The analysis results such as the reaction temperature at which NH 3 and NO start to decompose and the NO regeneration behavior under high temperature conditions are in good agreement with the experimental data, and this analysis method can reproduce the NH 3 and NO generation and decomposition behavior. Is shown.

(4.アンモニア分解特性)
本解析の基準条件と解析範囲を表2(NH気相分解の解析条件)に示す。基準条件では、反応温度および圧力条件はガス化燃料または循環排気ガス(表1の希釈剤)をガスタービン燃焼器に供給する際の設定温度および圧力とした。燃料に対する排気ガスの混合量の比率(希釈比率D/F)は3mol/molとしている。この際、循環排気ガス中のO成分の濃度は燃料の混合により0.9vol%から0.66vol%に低下する。ガス化燃料の組成は表1に示す定格条件を基準とし、燃料中NH濃度は500ppmvに設定した。
(4. Ammonia decomposition characteristics)
The reference conditions and analysis range of this analysis are shown in Table 2 (analysis conditions for NH 3 vapor phase decomposition). Under the reference conditions, the reaction temperature and pressure conditions were set temperatures and pressures when gasified fuel or circulating exhaust gas (diluent in Table 1) was supplied to the gas turbine combustor. The ratio of the mixed amount of exhaust gas to fuel (dilution ratio D / F) is 3 mol / mol. At this time, the concentration of the O 2 component in the circulating exhaust gas decreases from 0.9 vol% to 0.66 vol% due to the mixing of the fuel. The composition of the gasified fuel was based on the rated conditions shown in Table 1, and the NH 3 concentration in the fuel was set to 500 ppmv.

ガス化燃料中のNH濃度については、Leppalahtiらが泥炭など各種ガス化方式によるフュエルN分の生成を評価しており、ガス化燃料中NH濃度が10000ppmvを越えるものが報告されており、一方で石炭ガス化燃料について調査した文献をみるとNH濃度は概ね5000ppmv程度までとの指摘もある。原料や発電量に応じて適したガス化方式があり、高温・高圧の噴流床方式石炭ガス化燃料については、それほど高いNH濃度の報告例は見られない。そこで、本解析ではNH濃度を3000ppmvまでの範囲で分解特性について調べることとした。 Regarding the NH 3 concentration in gasified fuel, Leppalahti et al. Have evaluated the production of fuel N by various gasification methods such as peat, and the NH 3 concentration in gasified fuel has been reported to exceed 10,000 ppmv. On the other hand, there are indications that the NH 3 concentration is approximately up to about 5000 ppmv when looking at the literature surveyed on coal gasification fuel. There are gasification methods suitable for the raw materials and the amount of power generation, and there are no reports of such high NH 3 concentrations for high-temperature, high-pressure spouted bed coal gasification fuels. Therefore, in this analysis, the decomposition characteristics were examined in the NH 3 concentration range up to 3000 ppmv.

ガス化燃料の供給温度、圧力および組成(CO/H濃度、NH濃度)はIGCCシステム構成や運用、炭種等によって異なり、ガスタービン循環排気ガス中のO成分濃度も閉サイクルガスタービンの設定条件によって異なる。ただし、大きくは異ならない。また、総括反応式(1)では、見かけ上、NHと当量のNOと1/4モル当量のO成分が反応する。しかしながら、実際には多数の素反応が介在する反応現象であり、しかも、多成分混合ガス中ではNH、NOおよびO成分は相互反応だけでなく、各成分が混合ガス中の可燃性成分または希釈剤成分と反応する。そこで、表2に示すように解析範囲を設定し、NHの分解特性に及ぼす希釈剤のガス量、NOの循環量(NO/NHモル比)の影響や、ガス化燃料中の可燃性成分であるCOおよびHの影響について素反応モデルによる反応動力学解析から検討し、本発明の適用効果および範囲を明らかにする。 Gasification fuel supply temperature, pressure and composition (CO / H 2 concentration, NH 3 concentration) vary depending on IGCC system configuration and operation, coal type, etc., and the O 2 component concentration in the gas turbine circulation exhaust gas is also a closed cycle gas turbine. It depends on the setting conditions. However, it is not much different. In addition, in the general reaction formula (1), apparently, NH 3 and equivalent of NO react with 1/4 molar equivalent of O 2 component. However, it is actually a reaction phenomenon involving a large number of elementary reactions, and in a multi-component mixed gas, NH 3 , NO and O 2 components not only interact but each combustible component in the mixed gas. Or react with diluent components. Therefore, to set the analysis range as shown in Table 2, the amount of gas diluent on degradation properties of NH 3, the influence of the circulating amount of NO (NO / NH 3 molar ratio), a flammable gas fuels The effects of the components CO and H 2 will be examined from reaction kinetic analysis using an elementary reaction model, and the application effect and scope of the present invention will be clarified.

(4.1)NHおよびNOの分解特性
図2はNHとNOの生成分解特性に及ぼす反応温度の影響について反応解析により示したものである。解析では、表2の基準条件に示す様に、希釈比率D/Fを3とする希釈剤をガス化燃料に均一に混合し、反応温度を各温度で一定とする条件下で、反応時間10s後のNHとNO成分の濃度を調べている。ガス化燃料中に含まれるNH成分の濃度は500ppmvで一定とし、希釈剤の混合により供給されるNO成分はガス化燃料中のNHと当量に設定している。
(4.1) exploded characteristic diagram 2 of the NH 3 and NO is an illustration of the reaction analysis the effect of reaction temperature on the formation decomposition characteristics of the NH 3 and NO. In the analysis, as shown in the standard conditions of Table 2, a diluent with a dilution ratio D / F of 3 is uniformly mixed with gasified fuel, and the reaction time is 10 s under the condition that the reaction temperature is constant at each temperature. The concentration of NH 3 and NO components later is examined. The concentration of the NH 3 component contained in the gasified fuel is constant at 500 ppmv, and the NO component supplied by mixing the diluent is set to be equivalent to NH 3 in the gasified fuel.

混合ガス中のNH(図中のマーカ○)は反応温度250℃を越えると分解を開始し、600℃以上で90%以上の分解率を示す。一方、NO(図中の□)は反応温度400℃まではNHとほぼ同じ分解挙動を示し、400℃を越えると逆に分解率が低下し、さらに600℃以上ではNHの酸化によりNOが生成していることがわかる。その結果、NHとNOの合計についての分解率(DeTFN:図中の△)は反応温度400〜450℃で極大値を示し、800℃で極小値を示す。すなわち、反応温度を400〜450℃に設定することにより、燃料中NHの分解率(DeNH)は54〜69%、循環排気ガス中NOの分解率(DeNO)は48〜37%、NHとNOの合計の総合分解率(DeTFN)は51〜53%を達している。 NH 3 in the mixed gas (marker ◯ in the figure) starts decomposing when the reaction temperature exceeds 250 ° C., and shows a decomposition rate of 90% or higher at 600 ° C. or higher. On the other hand, NO (□ in the figure) shows almost the same decomposition behavior as NH 3 up to a reaction temperature of 400 ° C., and the decomposition rate decreases conversely when it exceeds 400 ° C. Further, at 600 ° C. or more, NO 3 is oxidized due to oxidation of NH 3. It can be seen that is generated. As a result, the decomposition rate (DeTFN: Δ in the figure) for the total of NH 3 and NO shows a maximum value at a reaction temperature of 400 to 450 ° C., and a minimum value at 800 ° C. That is, by setting the reaction temperature to 400 to 450 ° C., the decomposition rate of NH 3 in fuel (DeNH 3 ) is 54 to 69%, the decomposition rate of NO in circulating exhaust gas (DeNO) is 48 to 37%, NH The total decomposition rate (DeTFN) of 3 and NO has reached 51 to 53%.

閉サイクルガスタービンでは、排気循環により排気ガス中にNOxが増加することが懸念されている。図20は、図2に示す反応温度400℃の条件下で、循環排気ガス中のフュエルNOx生成特性に及ぼす排気ガスの循環回数の影響についてNHの分解手法を適用しなかった場合と比較して示す。解析では、NO/NHモル比の初期値をパラメータにして示す。燃料中NHと排気ガス中NOの合計の分解率DeTFNはD/F比率に応じて変化するとしている。いずれの初期NO/NHモル比においても、排気循環ガス中のNOは燃料中NHの0.71モル当量に収束することがわかる。これは、NH分解を実施しなかった場合の飽和濃度の13%に相当する。たとえば、排煙脱硝設備を設置し、循環排気ガス中のNOx濃度を飽和濃度の13%にまで低減するには脱硝効率87%で運用することが必要であり、NH無触媒分解手法はこれと同等の効果を有する。 In a closed cycle gas turbine, there is a concern that NOx increases in the exhaust gas due to exhaust circulation. Figure 20 under conditions of a reaction temperature of 400 ° C. as shown in FIG. 2, compared with the case of not applying the decomposition method of the NH 3 Effect of circulating number of exhaust gas on the fuel NOx generation characteristics in the circulating exhaust gas Show. In the analysis, the initial value of the NO / NH 3 molar ratio is shown as a parameter. The total decomposition rate DeTFN of NH 3 in the fuel and NO in the exhaust gas is assumed to change according to the D / F ratio. It can be seen that at any initial NO / NH 3 molar ratio, NO in the exhaust gas circulation converges to 0.71 molar equivalent of NH 3 in the fuel. This corresponds to 13% of the saturation concentration when NH 3 decomposition is not performed. For example, set up a denitrification equipment, to reduce the NOx concentration in the circulating exhaust gas to 13% of the saturation concentration is required to be operated in denitration efficiency 87%, NH 3 uncatalyzed decomposition technique which Have the same effect.

図21は、図2と同じ条件の下での、NHとNOの経時変化について反応温度をパラメータにして示している。ガス化燃料中のNHは燃料の3モル当量倍の希釈剤の混合により(希釈比率D/F=3)125ppmvに希釈されており、NO成分はNHと当量としている。 FIG. 21 shows the change over time of NH 3 and NO under the same conditions as in FIG. 2, using the reaction temperature as a parameter. NH 3 in the gasified fuel is diluted to 125 ppmv by mixing a diluent 3 times the molar equivalent of the fuel (dilution ratio D / F = 3), and the NO component is equivalent to NH 3 .

反応温度が300℃の場合、NHとNOは反応時間約1sから相互分解を開始し、反応時間の経過に伴いNHとNOの濃度はほぼ同様に減少する。一方で、反応温度の上昇に伴いNHとNOの相互分解反応は早期に生じており、しかもNHの分解量が上昇するのに対してNOの分解量は減少し、反応温度600℃になるとNHの一部はNOに酸化してNO濃度が上昇している。 When the reaction temperature is 300 ° C., NH 3 and NO start mutual decomposition from the reaction time of about 1 s, and the concentrations of NH 3 and NO decrease almost similarly as the reaction time elapses. On the other hand, as the reaction temperature rises, the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO occurs early, and while the decomposition amount of NH 3 increases, the decomposition amount of NO decreases and the reaction temperature reaches 600 ° C. Then, a part of NH 3 is oxidized to NO and the NO concentration is increased.

また、高温条件下でNHの酸化により生じたNOは、反応時間の経過に伴い燃料ガス成分であるHの酸化に消費されて減少する。たとえば、反応温度1200℃では、NHの酸化により初期濃度の1.8倍に増加したNOは、反応時間100s以上でほぼ全量分解している。一方で、図22に示すように、ガス化燃料中のH成分は反応温度1200℃の条件下で初期濃度の約60%にまで減少する。この際、図面には示していないが、燃料中にはHの減少量とほぼ同量のCO成分が生成・増加しており、燃料発熱量はほとんど変化しないものの、燃料組成が変化する。燃料組成の変化は燃焼性を変化させることから、ガスタービンの燃焼性能に影響する。すなわち、ガス化燃料へ希釈剤を混合する場合、混合ガス温度は800℃以下に維持することが重要となる。 Further, NO generated by the oxidation of NH 3 under a high temperature condition is consumed and reduced by the oxidation of H 2 that is a fuel gas component as the reaction time elapses. For example, at a reaction temperature of 1200 ° C., NO increased to 1.8 times the initial concentration due to the oxidation of NH 3 , and almost completely decomposed in a reaction time of 100 s or longer. On the other hand, as shown in FIG. 22, the H 2 component in the gasified fuel decreases to about 60% of the initial concentration under the reaction temperature of 1200 ° C. At this time, although not shown in the drawing, a CO component of almost the same amount as the amount of decrease in H 2 is generated and increased in the fuel, and the fuel composition changes although the fuel heating value hardly changes. The change in the fuel composition changes the combustibility and thus affects the combustion performance of the gas turbine. That is, when mixing a diluent with gasified fuel, it is important to maintain the mixed gas temperature at 800 ° C. or lower.

(4.2)反応時間の影響
図23は、図2と同じ条件の下で、NHとNOの分解特性に及ぼす反応温度の影響について、反応時間をパラメータ(0.1s〜1000s)にして示す。いずれの反応時間においても、NHの分解率はほぼ同様な傾向を示し、反応温度の上昇に伴い分解率は上昇する(図23の(a))。また、600℃以下の温度範囲で、同じ反応温度で比較すると、反応時間が長くなるほどNH分解率は高くなるものの、反応時間10s以上ではほぼ同レベルの分解率を示している。
(4.2) Effect of reaction time FIG. 23 shows the effect of reaction temperature on the decomposition characteristics of NH 3 and NO under the same conditions as in FIG. 2, using the reaction time as a parameter (0.1 s to 1000 s). Show. In any reaction time, the decomposition rate of NH 3 shows almost the same tendency, and the decomposition rate increases as the reaction temperature increases ((a) of FIG. 23). Further, when compared at the same reaction temperature in a temperature range of 600 ° C. or lower, the NH 3 decomposition rate increases as the reaction time becomes longer, but the decomposition rate is almost the same at a reaction time of 10 seconds or longer.

一方、NOの分解特性はNHの場合と異なる傾向を示し、反応時間1000sの場合を除いて、反応温度400℃で最大の分解率(極大値)を示した(図23の(b))。また、いずれの反応温度においても、NOの分解率は反応時間10s以上になると、ほぼ同レベルになることがわかる。その結果、図23(c)に示すように、NHとNOの合計の分解率を極大にする反応温度も、反応時間が10s以下の範囲で長くなるほど低下し、反応時間10s以上でほぼ一定値を示す。すなわち、反応温度を400〜450℃に設定することにより、燃料中のNHと排ガス中のNO濃度の合計を1/2以下に抑制できることがわかった。 On the other hand, the decomposition characteristics of NO showed a tendency different from that of NH 3 , and showed the maximum decomposition rate (maximum value) at a reaction temperature of 400 ° C. except for the case of a reaction time of 1000 s (FIG. 23B). . Further, it can be seen that at any reaction temperature, the decomposition rate of NO becomes almost the same level when the reaction time is 10 s or more. As a result, as shown in FIG. 23C, the reaction temperature that maximizes the total decomposition rate of NH 3 and NO also decreases as the reaction time increases in the range of 10 s or less, and is almost constant over the reaction time of 10 s or more. Indicates the value. That is, it was found that by setting the reaction temperature to 400 to 450 ° C., the total of NH 3 in the fuel and NO concentration in the exhaust gas can be suppressed to ½ or less.

また、反応時間を1000s以上とする場合、反応温度を800℃とすることによりNHとNOの合計の分解率を80%以上に上昇させることができ、その際、燃料中のH成分を減少させない。ただし、実際のプラントで1000sの反応時間を設けることは難しく、反応場を活性化させる触媒等の使用が必要になる。 When the reaction time is 1000 s or more, the total decomposition rate of NH 3 and NO can be increased to 80% or more by setting the reaction temperature to 800 ° C. At that time, the H 2 component in the fuel is increased. Do not decrease. However, it is difficult to provide a reaction time of 1000 s in an actual plant, and it is necessary to use a catalyst or the like that activates the reaction field.

(4.3)希釈ガス量の影響
図4はNHとNOの分解特性に及ぼす希釈剤の混合比率(希釈比率D/F:希釈剤/ガス化燃料の比率)の影響を示す。解析では、定格条件の下で希釈比率D/Fを変化させており、混合ガス成分も変化している。その他の解析条件は表2に示す基準条件で一定としている。
(4.3) Influence of Diluted Gas Amount FIG. 4 shows the influence of the diluent mixing ratio (dilution ratio D / F: diluent / gasification fuel ratio) on the decomposition characteristics of NH 3 and NO. In the analysis, the dilution ratio D / F is changed under the rated conditions, and the mixed gas component is also changed. Other analysis conditions are constant according to the reference conditions shown in Table 2.

希釈比率D/Fの上昇に伴いNHの分解率は上昇し、一方でNOの分解率はD/F比率が3〜4で極大となるものの概ね45〜48%の分解率を示す。その結果、NHとNOの合計の分解率は希釈比率の上昇に伴い緩やかに上昇する傾向を示し、かつ希釈比率D/Fが3以上の範囲で、50%以上の分解率を得ることができる。 As the dilution ratio D / F increases, the decomposition rate of NH 3 increases. On the other hand, the NO decomposition rate reaches a maximum at a D / F ratio of 3 to 4, but shows a decomposition rate of approximately 45 to 48%. As a result, the total decomposition rate of NH 3 and NO tends to increase gradually as the dilution ratio increases, and a decomposition rate of 50% or more can be obtained when the dilution ratio D / F is 3 or more. it can.

図24は反応温度とNHおよびNOの分解率の関係に及ぼす希釈比率D/Fの影響を示す。いずれの希釈比率においてもNH分解率はほぼ同様な傾向を示し、かつ同じ反応温度で比較すると希釈比率の上昇に伴いNH分解率は上昇する。 FIG. 24 shows the influence of the dilution ratio D / F on the relationship between the reaction temperature and the decomposition rate of NH 3 and NO. At any dilution ratio, the NH 3 decomposition rate shows a similar tendency, and when compared at the same reaction temperature, the NH 3 decomposition rate increases as the dilution ratio increases.

一方で、NOの分解率については反応温度400℃で最大となる傾向を示すものの、希釈比率の上昇に伴い高温側でNO分解率が低下することがわかる。その結果、NHとNOの合計の分解率を最大とする反応温度は350〜450℃となり、希釈比率が高い条件ほどより低温でNHとNOの相互分解反応が促進されることがわかる。 On the other hand, the NO decomposition rate tends to become maximum at a reaction temperature of 400 ° C., but it can be seen that the NO decomposition rate decreases on the high temperature side as the dilution ratio increases. As a result, the reaction temperature that maximizes the total decomposition rate of NH 3 and NO is 350 to 450 ° C., and it can be seen that the higher the dilution ratio, the faster the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO at a lower temperature.

(4.4)希釈ガス成分の影響
(4.4.1)O濃度の影響
図25は、NHとNOの相互分解反応に及ぼすO成分濃度の影響を示している。解析では、表2に示す基準条件の下でO濃度を0.25〜2.5vol%の範囲で影響を調べている。混合ガス中のO濃度の増加に伴いNHの分解率は上昇し、一方で、NOの分解率はO濃度が0.7〜1.25vol%で極大値を示す。その結果、NHとNOの合計の分解率はO濃度が1.25〜2vol%で極大となる傾向を示す。
(4.4) Influence of Diluting Gas Component (4.4.1) Influence of O 2 Concentration FIG. 25 shows the influence of the O 2 component concentration on the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO. In the analysis, the influence is examined in the range of 0.25 to 2.5 vol% of the O 2 concentration under the reference conditions shown in Table 2. As the O 2 concentration in the mixed gas increases, the decomposition rate of NH 3 increases, while the decomposition rate of NO shows a maximum value when the O 2 concentration is 0.7 to 1.25 vol%. As a result, the total decomposition rate of NH 3 and NO tends to become maximum when the O 2 concentration is 1.25 to 2 vol%.

図8は反応温度とNH、NOの相互分解反応の関係に及ぼすO成分濃度の影響を示す。図8の(a)〜(c)を比較すると、混合ガス中のO濃度の上昇に伴い、NOの分解率DeNOまたはNHとNOの合計の分解率DeTFNを極大とする反応温度が低下していることがわかる。また、O濃度が1vol%以上になると、反応温度500℃以上でNOの分解は見られず、一部のNHの酸化によりNOが生成し、NO濃度が増加している。すなわち、混合ガス中のO成分濃度により反応温度を調整することが重要になる。 FIG. 8 shows the influence of the O 2 component concentration on the relationship between the reaction temperature and the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO. Comparing (a) to (c) of FIG. 8, the reaction temperature that maximizes the NO decomposition rate DeNO or the total decomposition rate DeTFN of NH 3 and NO decreases with an increase in the O 2 concentration in the mixed gas. You can see that Further, when the O 2 concentration is 1 vol% or higher, NO decomposition is not observed at a reaction temperature of 500 ° C. or higher, NO is generated due to the oxidation of some NH 3 , and the NO concentration is increased. That is, it is important to adjust the reaction temperature according to the O 2 component concentration in the mixed gas.

(4.4.2)NO成分(NO/NHモル比率)の影響
図26は、NHおよびNOの分解率に及ぼすNO供給量の影響を示している。解析では、表2に示す基準条件の下で、NO供給量をNH濃度の0.5倍〜2.5倍(モル比)の範囲で影響を調べている。
(4.4.2) Influence of NO component (NO / NH 3 molar ratio) FIG. 26 shows the influence of the NO supply amount on the decomposition rate of NH 3 and NO. In the analysis, under the reference conditions shown in Table 2, the influence of the NO supply amount in the range of 0.5 to 2.5 times (molar ratio) of the NH 3 concentration is examined.

NO/NHモル比の上昇に伴いNHの分解率は上昇し、一方で、NOの分解率は低下する。その結果、NHとNOの合計の分解率はNO/NHモル比が0.75〜1.00の範囲で極大となる傾向を示す。 As the NO / NH 3 molar ratio increases, the decomposition rate of NH 3 increases, while the decomposition rate of NO decreases. As a result, the total decomposition rate of NH 3 and NO tends to be maximized when the NO / NH 3 molar ratio is in the range of 0.75 to 1.00.

(4.5)ガス化燃料成分の影響
(4.5.1)可燃性成分の影響
図27は、ガス化燃料中のCOとH成分の割合を変化させた場合のNHおよびNOの分解率への影響を示している。解析では、ガス化燃料中のCOおよびH成分の合計を90vol%(≡66.2+23.8vol%:表1に示す定格条件)で一定として、CO濃度を−20、−10、+10、+20vol%とした場合について比較している。その他の条件は表2に示す基準条件としている。
(4.5) Effect of gasified fuel component (4.5.1) Effect of combustible component FIG. 27 shows the relationship between NH 3 and NO when the ratio of CO and H 2 components in the gasified fuel is changed. The effect on the decomposition rate is shown. In the analysis, the total concentration of CO and H 2 components in the gasified fuel is assumed to be constant at 90 vol% (≡66.2 + 23.8 vol%: rated conditions shown in Table 1), and the CO concentration is −20, −10, +10, +20 vol. Comparison is made for%. The other conditions are the standard conditions shown in Table 2.

ガス化燃料中のCO濃度の増加に伴いNH、NOの各分解率、およびNHとNOの合計の分解率はいずれも同様に上昇する傾向を示している。すなわち、ガス化燃料中の可燃性成分の割合が総括反応式(1)による当量のNHとNOの相互分解の反応量に大きく影響していることがわかる。これは、高濃度のCO成分や微量のCH成分に比較して、高濃度のHがNHとNOの相互分解反応を強く抑制するためであり、燃料中のH成分の割合が小さくなるほどNHとNOの分解率は上昇している。 Each decomposition rate of NH 3, NO with increasing CO concentrations in the gasification fuel, and NH 3 and the total decomposition ratio of NO indicates a tendency to rise in the same manner both. That is, it can be seen that the proportion of combustible components in the gasified fuel greatly affects the reaction amount of the equivalent decomposition of NH 3 and NO according to the general reaction formula (1). This is compared to the CH 4 component of the high-concentration CO component and trace amounts of is because the high concentration of H 2 is strongly suppress the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO, the ratio of H 2 component in the fuel The smaller the NH 3 and NO decomposition rate is, the smaller it is.

図28は、反応温度とNH、NOの各分解率、およびNHとNOの合計の分解率の関係及ぼすガス化燃料中のCOとH成分の割合の影響を示している。反応温度が300℃よりも高い反応温度で、NH分解率は燃料中H成分の影響を受け、低いH濃度の場合(CO濃度は高い)ほど、高いNH分解率を示す。 Figure 28 shows the reaction temperature and NH 3, NO each decomposition rate, and the effect of the ratio of CO and H 2 component relationships on gasification fuel decomposition rate of the sum of NH 3 and NO. At a reaction temperature higher than 300 ° C., the NH 3 decomposition rate is affected by the H 2 component in the fuel, and the lower the H 2 concentration (the higher the CO concentration), the higher the NH 3 decomposition rate.

一方、NO分解率については、いずれの燃料組成の場合も反応温度400℃で極大値を示し、かつ燃料中H濃度が低い条件ほどNO分解率の極大値は、NH分解率の場合と同様に、高くなる傾向を示している。しかしながら、より高い反応温度では、逆に、低いH濃度の燃料ほどNO分解率は低下する傾向を示している。すなわち、H濃度が低い燃料ほどNOの分解に有効な反応温度範囲が狭くなる。 On the other hand, the NO decomposition rate shows a maximum value at a reaction temperature of 400 ° C. for any fuel composition, and the lower the H 2 concentration in the fuel, the higher the NO decomposition rate is in the case of the NH 3 decomposition rate. Similarly, it tends to be higher. However, at higher reaction temperatures, conversely, the fuel as the NO decomposition ratio of low concentration of H 2 shows a tendency to decrease. That is, the lower the H 2 concentration, the narrower the reaction temperature range effective for NO decomposition.

NHとNOの合計の分解率を最大にする最適な反応温度は400〜450℃の範囲にあり、かつ、燃料中H濃度が低い条件ほど最適な反応温度は低温化する傾向を示している。 The optimum reaction temperature that maximizes the total decomposition rate of NH 3 and NO is in the range of 400 to 450 ° C., and the optimum reaction temperature tends to be lower as the H 2 concentration in the fuel is lower. Yes.

(4.5.2)NH濃度の影響
図29はNHおよびNOの分解率に及ぼすNH濃度の影響を示している。解析では、混合ガス中のNO/NHモル比を1で一定とする条件下でNH濃度を変化させており、NH濃度に比例してNO供給量も増加させている。その他の解析条件は表2に示す基準条件としている。
(4.5.2) Influence of NH 3 concentration FIG. 29 shows the influence of NH 3 concentration on the decomposition rate of NH 3 and NO. In the analysis, the NH 3 concentration is changed under the condition that the NO / NH 3 molar ratio in the mixed gas is constant at 1, and the NO supply amount is also increased in proportion to the NH 3 concentration. The other analysis conditions are the reference conditions shown in Table 2.

ガス化燃料中のNH濃度の上昇に伴いNHおよびNOの分解率は上昇し、NH濃度が500ppmv以上ではいずれも50%以上の分解率を示している。特に、NH濃度が1000ppmv以上ではNHとNOの分解率が等しくなる。 As the NH 3 concentration in the gasified fuel increases, the decomposition rate of NH 3 and NO increases, and when the NH 3 concentration is 500 ppmv or higher, both show a decomposition rate of 50% or higher. In particular, when the NH 3 concentration is 1000 ppmv or more, the decomposition rates of NH 3 and NO are equal.

一方で、燃料中NH濃度が500ppmv以下の低濃度条件になると、NHおよびNOの分解率は急激に低下し、しかも、NOの分解率はNH分解率よりも大きく低下している。 On the other hand, when the NH 3 concentration in the fuel becomes a low concentration condition of 500 ppmv or less, the decomposition rate of NH 3 and NO sharply decreases, and the decomposition rate of NO decreases more greatly than the NH 3 decomposition rate.

図30は、反応温度とNHおよびNOの分解特性の関係について、燃料中NH濃度をパラメータにして示している。いずれの反応温度においても、燃料中NH濃度が高いほどNH分解率は向上することがわかる。 FIG. 30 shows the relationship between the reaction temperature and the decomposition characteristics of NH 3 and NO, using the NH 3 concentration in the fuel as a parameter. In either reaction temperature, the higher the NH 3 decomposition percentage NH 3 concentration in the fuel is seen to be improved.

一方、NOの分解率を最大とする最適反応温度については、燃料中NH濃度が高くなるほど僅かに上昇する傾向を示しており、しかもNH濃度が高いほど高温側でNOの分解特性が向上している。これらの結果、NHとNOの合計の分解率を最大とする反応温度は400〜450℃(燃料中NH濃度=100〜1000ppmvの範囲)となり、しかもNH濃度の上昇に伴い緩やか上昇する傾向を示した。 On the other hand, the optimum reaction temperature that maximizes the NO decomposition rate shows a tendency to increase slightly as the NH 3 concentration in the fuel increases, and the higher the NH 3 concentration, the better the NO decomposition characteristics on the higher temperature side. doing. As a result, the reaction temperature at which the total decomposition rate of NH 3 and NO is maximized is 400 to 450 ° C. (NH 3 concentration in fuel = 100 to 1000 ppmv), and rises gradually as the NH 3 concentration increases. Showed a trend.

(4.6)圧力の影響
図31はNHおよびNOの分解率に及ぼす反応圧力の影響を示している。解析では、表2に示す基準条件の下で反応圧力のみを変化させている。
(4.6) Effect of Pressure FIG. 31 shows the effect of reaction pressure on the decomposition rate of NH 3 and NO. In the analysis, only the reaction pressure is changed under the reference conditions shown in Table 2.

反応圧力の上昇に伴いNH、NOの分解率、NHおよびNOの合計の分解率はほぼ同様に低下している。たとえば、反応圧力が30atmから20atmに低下すると、NHの分解率は54%から59%に、NOの分解率は48%から51%に上昇する。 Decomposition rate of NH 3, NO with increasing reaction pressure, the total decomposition ratio of the NH 3 and NO are reduced substantially the same manner. For example, when the reaction pressure is reduced from 30 atm to 20 atm, the decomposition rate of NH 3 increases from 54% to 59%, and the decomposition rate of NO increases from 48% to 51%.

(5.まとめ)
本発明の基本性能と適用条件を表3(ガス化燃料中NHの分解手法の概要とプラント運用条件による適正化)に示すとともに、概要を以下に記す。
(5. Summary)
The basic performance and application conditions of the present invention are shown in Table 3 (Outline of decomposition method of NH 3 in gasified fuel and optimization by plant operation conditions), and the outline is described below.

・提案するNH分解手法の特徴
ガス化燃料中のNHの一部をNOに酸化し、排気ガス循環によりNH分解反応に必要となるNOを供給しており、NHのNへの分解とNO供給源としての酸化量を考慮すると、NH分解率は実質上87%を達成できる。これにより排煙脱硝設備の設置やNH分解用のNOを外部で調達して供給する必要がない。
And propose a part of NH 3 features gasification fuel of the NH 3 decomposing scheme oxidized to NO, and supplies the NO required for NH 3 decomposition reaction by the exhaust gas recirculation, to N 2 NH 3 Considering the decomposition of NO and the amount of oxidation as a NO supply source, the NH 3 decomposition rate can be substantially achieved 87%. As a result, there is no need to procure and supply NO for the installation of flue gas denitration equipment or NH 3 decomposition.

・反応温度の調整
ガスタービンに供給するガス化燃料または循環排気ガスの温度(400〜600℃)でNHとNOの相互分解反応を促進する。また、最適な反応温度は350℃〜450℃であり、様々なガス化ガス燃料を対象にした場合は反応温度は250℃〜700℃の温度範囲にあり、反応を最適化するには循環排気ガスの混合比率(希釈比率)、排気循環ガス中NO成分濃度またはO成分濃度、ガス化燃料中可燃性成分またはNH濃度に応じて、反応温度を調整することが重要となる。
· To promote the mutual decomposition reaction of NH 3 and NO at a temperature of conditioning gas turbine for supplying the gas fuels or circulating exhaust gas in the reaction temperature (400 to 600 ° C.). The optimum reaction temperature is 350 ° C to 450 ° C. When various gasified gas fuels are used, the reaction temperature is in the temperature range of 250 ° C to 700 ° C. It is important to adjust the reaction temperature according to the gas mixing ratio (dilution ratio), NO component concentration or O 2 component concentration in the exhaust gas circulation, combustible component in the gasified fuel, or NH 3 concentration.

Figure 0005801264
Figure 0005801264

プラント運転時の排気ガス中の窒素酸化物の濃度について検討した。排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲の値に維持するための調整をプラントの定格運転時に随時行うフィードバック制御では、変動幅を小さくする様な制御をするので、排気ガス中の窒素酸化物の濃度は絶えず変動することになると考えられる。ただし、変動はフィードバック制御によるもので、実際のプラントでは、石炭種やプラント負荷などによる、もっとゆっくりとした変動があるが、これが起因しているのでは無いと考えられる。以下では、希釈比率が変化した場合の変動を例に、フィードバック制御による変動を検討した。   The concentration of nitrogen oxides in exhaust gas during plant operation was investigated. In the feedback control that adjusts to maintain the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas within a certain range at any time during the rated operation of the plant, control is performed to reduce the fluctuation range. It is thought that the concentration of objects will constantly fluctuate. However, the fluctuation is due to feedback control, and in an actual plant, there is a more gradual fluctuation due to the coal type, plant load, etc., but this is not considered to be caused. Below, the fluctuation | variation by feedback control was examined for the fluctuation | variation when a dilution ratio changes as an example.

例えば、ガス化燃料中のNH濃度を500ppmvとすると、石炭種が変更されない限りは短い時間での変動は大きくないと考えられる。ただ、異なるガス化炉方式ならば、同じ石炭種でも、ガス化ガス燃料中のNH濃度は異なると考えられる。 For example, when the NH 3 concentration in the gasified fuel is 500 ppmv, it is considered that the fluctuation in a short time is not large unless the coal type is changed. However, with different gasifier systems, it is considered that the NH 3 concentration in gasified gas fuel is different even with the same coal type.

また、仮に、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が変動していても、プラント運転には特に問題にはならないと考えられる。   Further, even if the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas varies, it is considered that there will be no particular problem for plant operation.

上述の図20は、定格温度条件において、NO/NHモル比(排気循環ガス中のNOモル量と燃料中のNHモル量の比)が0.5〜2.0の範囲で変動した場合の解析結果であるが、約4回程度の排気循環回数でNO/NHモル比=0.71に収束している。つまり、NHの分解率とNOの循環モル量の関係から、自動的に適当な値に収束することが判る。ただし、図20はNO/NHモル比が変動した場合しか考慮していないが、実際には、圧力やガス化燃料の組成、排気ガスの組成も影響して、収束するNO/NHモル比は決まると考えられる。 In FIG. 20 described above, the NO / NH 3 molar ratio (ratio of the NO molar amount in the exhaust gas and the NH 3 molar amount in the fuel) fluctuated in the range of 0.5 to 2.0 at the rated temperature condition. As a result of the analysis, the NO / NH 3 molar ratio converges to 0.71 after about four exhaust circulation cycles. That is, it is understood that the value automatically converges to an appropriate value from the relationship between the decomposition rate of NH 3 and the circulating molar amount of NO. However, FIG. 20 only considers the case where the NO / NH 3 molar ratio fluctuates, but in reality, the NO / NH 3 mol converges due to the influence of the pressure, the composition of the gasified fuel, and the composition of the exhaust gas. The ratio will be determined.

つまり、図20のNO/NHモル比=0.5〜2.5の範囲で、DeTFNは40〜53%程度になる。この範囲においては、排気循環回数が4〜5回程度で、NO/NHモル比=0.71に収束する。 That is, in the range of NO / NH 3 molar ratio in FIG. 20 = 0.5 to 2.5, DeTFN is about 40 to 53%. In this range, the number of exhaust gas circulations is about 4 to 5, and the NO / NH 3 molar ratio converges to 0.71.

ただし、図20は排気循環ガスを全て燃料に供給している(排気循環ガス/燃料:D/F=5.54mol/mol)。仮に、排気循環ガス/燃料=3mol/molの排気ガスを燃料に混合する場合は、上記の収束値が異なってくる。図4にD/Fの影響についての結果がある。これを反映させて計算すると、概ねNO/NHモル比=1.07に収束すると考えられる。 However, in FIG. 20, all the exhaust gas is supplied to the fuel (exhaust gas / fuel: D / F = 5.54 mol / mol). If the exhaust gas of exhaust gas circulation / fuel = 3 mol / mol is mixed with the fuel, the convergence value is different. FIG. 4 shows the result of the influence of D / F. When calculated by reflecting this, it is considered that the NO / NH 3 molar ratio is generally converged to 1.07.

また、部分負荷になると、分解条件が異なる。概ね、Tex(燃焼器5出口における平均のガスの温度)=800℃になると、NO/NHモル比=0.87に収束すると考えられる。 Moreover, when it becomes partial load, decomposition | disassembly conditions differ. Generally, when Tex (average gas temperature at the outlet of the combustor 5) = 800 ° C., the NO / NH 3 molar ratio is considered to converge to 0.87.

以上のことから、フィードバック制御を行っている場合、排気ガス中の窒素酸化物の濃度は、例えば、定格条件において、NO/NHモル比=0.7〜1.1の範囲に自動的に調整されると考えられる。また、部分負荷時においては、仮に排気ガスを全量循環させるとした場合で、定格条件におけるNO/NHモル比の範囲に自動的に調整されると考えられる。 From the above, when feedback control is performed, the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is automatically in the range of NO / NH 3 molar ratio = 0.7 to 1.1, for example, under rated conditions. It is considered to be adjusted. Further, at the time of partial load, it is considered that the exhaust gas is circulated in its entirety, and is automatically adjusted to the NO / NH 3 molar ratio range under rated conditions.

なお、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲の値に維持するための調整をプラントの定格運転前に予め行っておく事前調整についても、フィードバック制御の場合と同様に、排気ガス中の窒素酸化物の濃度はNHの分解率とNOの循環モル量の関係に応じた値に自動的に収束する。 As with the case of the feedback control, the pre-adjustment for performing the adjustment for maintaining the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas within a certain range in advance before the rated operation of the plant is similar to that in the feedback control. The concentration of nitrogen oxides automatically converges to a value according to the relationship between the decomposition rate of NH 3 and the circulating molar amount of NO.

2 ガス化炉
3 ガス精製装置
4 希釈剤の供給位置
5 燃焼器
21 リサイクル系
22 混合ガス流路
23 第1の流量調節手段
24 切り替え手段
25 バイパス流路
26 第2の流量調節手段
2 Gasification Furnace 3 Gas Purifier 4 Diluent Supply Position 5 Combustor 21 Recycling System 22 Mixed Gas Channel 23 First Flow Rate Control Unit 24 Switching Unit 25 Bypass Channel 26 Second Flow Rate Control Unit

Claims (13)

ガス化炉で生成したガス化ガスを乾式ガス精製装置で精製してNHを含む燃料ガスとしてO量論比燃焼を行う燃焼器で燃焼させる火力発電プラントの運転方法において、前記燃焼器から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として前記燃料ガスに混合し、前記燃焼器で燃焼させる前に前記希釈剤中の窒素酸化物およびOを前記燃料ガス中のNHに反応させてNとHOに分解すると共に、未分解のNHを前記燃焼器で燃焼させて窒素酸化物に酸化させ、前記NHの分解反応と酸化反応とを繰り返すことで前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を一定範囲に維持しながら運転を行うことを特徴とする排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 In a method for operating a thermal power plant in which a gasification gas generated in a gasification furnace is purified by a dry gas purification device and burned in a combustor that performs O 2 stoichiometric combustion as a fuel gas containing NH 3 , A part or all of the discharged exhaust gas is recycled and mixed with the fuel gas as a diluent, and before burning in the combustor, nitrogen oxide and O 2 in the diluent are mixed with NH in the fuel gas. 3 is decomposed into N 2 and H 2 O, and undecomposed NH 3 is combusted in the combustor to be oxidized into nitrogen oxide, and the NH 3 decomposition reaction and oxidation reaction are repeated. An operation method for an exhaust gas circulation thermal power plant, wherein the operation is performed while maintaining the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas within a certain range. 前記希釈剤の混合量の増減により前記NHの分解率を変化させて前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整することを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 The exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 1, wherein the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is adjusted by changing the decomposition rate of the NH 3 by increasing or decreasing the mixing amount of the diluent. how to drive. 前記分解反応の反応時間の増減により前記NHの分解率を変化させて前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 The exhaust gas circulation thermal power according to claim 1 or 2, wherein the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is adjusted by changing the decomposition rate of the NH 3 by increasing or decreasing the reaction time of the decomposition reaction. How to operate the power plant. 前記分解反応の反応温度の昇降により前記NHの分解率を変化させて前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 4. The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas is adjusted by changing a decomposition rate of the NH 3 by raising or lowering a reaction temperature of the decomposition reaction. 5. Operation method of exhaust gas circulation type thermal power plant. 前記燃焼器に供給する酸化剤の一部又は全部を前記燃料ガスに混合し、前記NHの分解率を変化させて前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を調整することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 A part or all of an oxidant supplied to the combustor is mixed with the fuel gas, and a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is adjusted by changing a decomposition rate of the NH 3. Item 5. A method for operating an exhaust gas circulation thermal power plant according to any one of Items 1 to 4. 前記調整後に定格運転を行うことを特徴とする請求項2から5のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。   The operation method of the exhaust gas circulation thermal power plant according to any one of claims 2 to 5, wherein a rated operation is performed after the adjustment. 定格運転を行いながら前記排気ガス中の窒素酸化物濃度を計測し、その計測値が予め求められた目標値になるように前記調整を行いながら定格運転を行うことを特徴とする請求項2から5のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。   3. The nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is measured while performing a rated operation, and the rated operation is performed while performing the adjustment so that the measured value becomes a predetermined target value. 5. An operation method of the exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 5. 前記燃料ガスに前記希釈剤を混合した混合ガスの温度を300〜600℃にして前記NHの分解反応を促進させた後、前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラントの運転方法。 The temperature of the mixed gas obtained by mixing the diluent with the fuel gas is set to 300 to 600 ° C to promote the decomposition reaction of the NH 3 and then supplied to the combustor. The operation method of the exhaust gas circulation type thermal power plant as described in any one. ガス化炉で生成したガス化ガスを乾式ガス精製装置で精製してNHを含む燃料ガスとしてO量論比燃焼を行う燃焼器で燃焼させる火力発電プラントにおいて、前記燃焼器から排出された排気ガスの一部又は全部をリサイクルして希釈剤として前記燃料ガスに混合させるリサイクル系と、前記希釈剤が混合された前記燃料ガスを、前記燃料ガス中のNHを前記希釈剤中の窒素酸化物およびOによってNとHOに分解させながら搬送する混合ガス流路を備えており、前記燃焼器は、前記燃料ガス中に残留しているNHを燃焼させて窒素酸化物に酸化させるものであり、前記リサイクル系によって前記希釈剤を前記燃料ガスに混合させることで前記NHの分解反応と酸化反応とが繰り返えされて前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度が一定範囲に維持されることを特徴とする排気ガス循環型火力発電プラント。 In a thermal power plant in which a gasification gas generated in a gasification furnace is purified by a dry gas purification apparatus and burned in a combustor that performs O 2 stoichiometric combustion as a fuel gas containing NH 3 , the gas is discharged from the combustor A recycle system that recycles a part or all of the exhaust gas and mixes it with the fuel gas as a diluent, the fuel gas mixed with the diluent, NH 3 in the fuel gas, nitrogen in the diluent A mixed gas flow path is provided which is conveyed while being decomposed into N 2 and H 2 O by oxides and O 2 , and the combustor burns NH 3 remaining in the fuel gas to generate nitrogen oxides in is intended to oxidize, the diluent nitrogen oxides of the exhaust gas is Kaee decomposition reaction and the oxidation reaction and is repeated in the NH 3 by mixing the fuel gas by the recycled system Exhaust gas circulation thermal power plant, characterized in that the concentration is maintained within a certain range. 前記希釈剤の前記燃料ガスへの供給位置を複数設けると共に、使用する前記供給位置を切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする請求項9記載の排気ガス循環型火力発電プラント。   The exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 9, further comprising a switching unit that provides a plurality of supply positions of the diluent to the fuel gas and switches the supply position to be used. 前記希釈剤の供給量を増減する第1の流量調節手段を備えることを特徴とする請求項9又は10記載の排気ガス循環型火力発電プラント。   The exhaust gas circulation thermal power plant according to claim 9 or 10, further comprising first flow rate adjusting means for increasing or decreasing the supply amount of the diluent. 前記燃焼器に供給する酸化剤の一部又は全部を前記燃料ガスに混合させるバイパス流路と、前記燃料ガスに混合させる前記酸化剤の供給量を増減する第2の流量調節手段を備えることと特徴とする請求項9から11のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラント。   A bypass passage for mixing a part or all of the oxidant supplied to the combustor with the fuel gas, and a second flow rate adjusting means for increasing or decreasing the supply amount of the oxidant mixed with the fuel gas; The exhaust gas circulation thermal power plant according to any one of claims 9 to 11, 前記混合ガス流路は前記混合ガスの温度を300〜600℃にする部分を有することを特徴とする請求項9から12のいずれか1つに記載の排気ガス循環型火力発電プラント。   The exhaust gas circulation thermal power plant according to any one of claims 9 to 12, wherein the mixed gas flow path has a portion for setting the temperature of the mixed gas to 300 to 600 ° C.
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