報告書番号

M10005

タイトル（和文）

CO2回収型高効率IGCCシステムにおけるガスタービン燃焼特性－第２報 排気循環・O2量論比燃焼ガスタービンの排気特性に関する解析的検討－

タイトル（英文）

Study on Gas Turbine Combustion for Highly-Efficient IGCC Power Generation with CO2 Capture -2nd report: Emission Analysis of Gasified-fueled Gas Turbines with Circulating Exhaust & Stoichiometric Combustion-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

CO2回収型高効率IGCC用閉サイクルガスタービンでは、一酸化炭素(CO)リッチなCO2-O2吹き石炭ガス化燃料を酸素(O2)で量論比燃焼させ、燃焼排気ガスをリサイクルしてガスタービンに供給して、燃焼器出口ガス温度を調整する。また、燃焼排気ガスの一部はガス化炉への石炭搬送用媒体として使用する。このため、ガスタービン燃焼排気ガス中の未燃焼COおよびH2成分の低減に加え、残存O2をできるだけ少なくする必要がある。本報告では、排気循環によるガス化燃料・O2量論比燃焼の燃焼特性に及ぼすガスタービン状態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するとともに、ガスタービン排気ガス中に残留する未燃焼成分の酸化反応特性について検討した。その結果、燃焼器出口における燃焼排気ガスはO2成分が1.5vol%、未燃焼COおよびH2成分がそれぞれ2.3vol%、0.3vol%と高い濃度で排出され、燃焼効率は約82%にとどまることがわかった。一方で、排気ガスによる希釈に伴い燃焼ガス温度が低下すると、燃料の酸化速度が低下するものの、燃料の酸化反応の可逆性が低下して平衡条件が向上する傾向がある。その結果、燃焼反応を促進する適正な希釈比率が存在し、対象とするガス化燃料・O2量論比燃焼では希釈比率が約3の場合に最も高い燃焼効率を示し、燃焼性が向上することがわかった。

概要 （英文）

A CO-rich gasified coal fuel, derived from an oxygen-CO2 blown gasifier, is burnt with oxygen under stoichiometric conditions in a closed cycle gas turbine for the highly-efficient, coal gasification combined cycle (IGCC) power generation system with CO2 capture, which is now proposed by CRIEPI. The fuel is, then, diluted with the recycled gas turbine exhaust, and adjusted for the given temperatures. Since some of the gas turbine exhaust is used to feed coal into the gasifier, it is necessary to minimize not only CO and H2 of unburned fuel constituents but also residual O2, which is not consumed in the gas turbine combustion process of fuel. In this study, influences of the exhaust-recirculating gas turbine conditions on the emission characteristics of gasified-fueled stoichiometric combustion with oxygen have been clarified through numerical analysis based on reaction kinetics. Furthermore, reaction characteristics of the reactant gases of CO, H2, and O2 that remained in the gas turbine exhaust were investigated with the present numerical procedures. In the case of combustor exhaust temperature of 1350C, high CO and H2 exhaust emissions, of about 2.3vol% and 0.3vol% in tens of milliseconds were estimated, corresponding to the combustion gas residence time in the gas turbine combustor. Combustion efficiency was estimated to reach only around 82%. Residual O2 in exhaust was 1.5vol%, seven times as much as the equilibrium concentration. On the other hand, when the combustion gas temperature decreases with the exhaust-recirculation, there is not only a decrease in oxidation reaction rates, but also a decrease in reaction reversibility. As results, there is the optimum dilution rare of exhaust recirculation, which accelerates the fuel oxidations. In the proposed gasified-fueled, stoichiometric oxygen combustion with circulating exhaust, the optimum dilution ratio of exhaust recirculation to fuel was estimated to be around 3, under the condition where the combustion efficiency showed the highest value and combustion performances improved.

報告者

キーワード