報告書番号

M11004

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３報 ガスタービンの燃焼促進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-3rd report. Analytical Study on Combustion Promotion for Gasified-fueled Gas Turbine Combustors

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システムでは、排気循環によるクローズドサイクルガスタービンを採用し、ゼロエミッション高効率発電を実現する。当該システムでは、一酸化炭素(CO)リッチなガス化燃料を酸素(O2)で量論比燃焼させ、燃焼温度を排気ガスのリサイクルにより調整するため、燃焼反応が抑制され、十分な燃焼効率を得ることが難しい。一方で、ガスタービン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ため、排気ガス中の残留O2成分をできるだけ低減する必要がある。そのため、燃焼性を向上して燃焼効率を維持するとともに、燃焼ガスの残留O2成分を低減する燃焼法の開発が重要である。本報告では、モジュラーモデルを用いた反応動力学解析により、排気ガスを希釈剤とするガス化燃料・O2量論比燃焼ガスタービン燃焼器の排気ガス特性に及ぼす当量比、燃料、酸化剤および希釈剤の供給量および供給方法等の影響について検討した。その結果、排気循環･O2量論比燃焼は緩慢な燃焼であり、一次領域の燃焼改善が重要になること、希釈剤の場合が最も燃焼促進効果が高いことがわかった。燃焼器出口ガス温度を1300℃とする定格温度条件において(燃料と酸化剤から算出される当量比φ*は0.98)、希釈剤を分割して供給し、一次領域の希釈比率(希釈剤の供給量の燃料流量に対する比率)を3.2として反応の可逆性を抑制し、かつ反応速度を上昇させて燃焼促進を図るとともに、燃焼器の下流側で残りの二次希釈剤を供給することにより、排気ガス中のO2成分を1.4vol%に低減し、燃焼効率を93%に上昇できることがわかった。また、燃焼効率を最大とする一次領域の希釈比率は反応時間が長いほど高く､また､当量比φ*が低いほど高くなる傾向を示し、すなわち、一次領域の反応時間および当量比に応じて調整することで燃焼器を最適化できることがわかった。

概要 （英文）

The highly-efficient, coal gasification combined cycle (IGCC) power generation system with CO2 capture, which is now proposed by CRIEPI, ensure zero emission, high-efficient power generation. Since a CO-rich gasified coal fuel is burnt with oxygen under stoichiometric conditions and diluted with the recycled gas turbine exhaust to the given temperatures in the closed cycle gas turbine system for the IGCC, fuel oxidation is suppressed and achieving high combustion efficiency is difficult. At the same time, since some of the gas turbine exhaust is used to feed coal into the gasifier, it is necessary to minimize residual O2, which is not consumed in the gas turbine combustion process. In this study, influences of the equivalence ratios and flow splits of fuel, oxidizer, and recirculated exhaust gas in gas turbine combustors on the emission characteristics of gasified-fueled combustion have been clarified through numerical analysis based on reaction kinetics and multistage modular models of a combustor. As a result, it has been founded that an exhaust recirculation flow split was the most effective to promote the fuel oxidations, and that combustion performance improvement in the primary zone was important because a slow-burning shows in case of the proposed gasified-fueled, stoichiometric oxygen combustion with circulating exhaust. In the case of combustor exhaust temperature of 1300C with an equivalence ratio of 0.98 that is calculated from a ratio of fuel and oxidizer without dilution agent of exhaust recirculation, we divide dilution into two and supply it of 3.2 times of the fuel flow from a burner which increases in oxidation reaction rates and decreases in reaction reversibility in a primary combustion zone, and the remains into secondary combustion. Residual O2 in exhausts could be reduced to around 1.4vol% in tens of milliseconds, corresponding to the combustion gas residence time in the combustor, and then combustion efficiency was estimated to reach up to around 93%. Furthermore, it is important that the appropriate dilution ratio of exhaust recirculation to fuel in the primary zone, which accelerates the fuel oxidations, could be optimized depending on the primary-reaction time and primary-equivalence ratio, because the appropriate dilution ratio increases not only with increase in the primary-reaction time, but also with decrease in the primary-equivalence ratio.

報告者

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