報告書番号

W00011

タイトル（和文）

石炭ガス化中カロリー燃料用ガスタービン低ＮＯx燃焼器の開発 -希薄燃焼型窒素直接噴射燃焼器の基本性能-

タイトル（英文）

Development of Low-NOx Combustor for Medium-Btu Fueled Gas Turbine in IGCC-Performance of Combustor with lean combustion and nitrogen direct-injection techniques-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

酸素吹き石炭ガス化複合発電では、ガス化剤の製造過程で空気から分離製造されるプラント余剰窒素を燃料に予混合して燃焼器に供給することによりガスタービンでのＮＯx排出量の低減が図られてきた。しかしながら、圧力の高い燃料に窒素を注入する場合、窒素の昇圧動力が増加し、プラント熱効率の低下を招くため、熱効率に有利な低ＮＯx燃焼技術の開発が重要である。 本研究では、窒素を燃焼器に直接供給する方式を提案し、この際、プラント熱効率を約0.3％(絶対値)向上することを明らかにした。また、小型バーナおよびモデル燃焼器を用いた燃焼実験により窒素直接供給が燃焼特性に及ぼす影響を把握すると共に、実際に燃料と空気噴孔の外周に窒素噴孔を有するバーナと希薄燃焼を採用する燃焼器ライナを設計、試作し、燃焼試験により性能を評価した。その結果、燃焼安定性を確保しつつ、ＮＯx排出濃度は11ppm(Ｏ2濃度16％換算)以下、燃焼効率はほぼ100％を達成できることを確認した。以上のことから、湿式ガス精製を採用する石炭乾式搬送･酸素吹き石炭ガス化中カロリー燃料用ガスタービン燃焼技術を開発できた。

概要 （英文）

The flame temperature of oxygenｭblown medium-Btu gasified coal fuel is higher and so NOx production from nitrogen fixation is expected to increase significantly. We have started to develop low NOx and stable combustion technology using mediumｭBtu gasified coal fuel. In this paper, the effect of nitrogen injected directly into the combustor on the thermal efficiency of the plant is discussed. A gas turbine combustor with both a lean combustion technique and a swirling nitrogen directｭinjection function designed with stable and low NOx combustion technology was constructed and the performance of this combustor was evaluated under high pressure conditions. Main results obtained are as follows:(1) Analyses confirmed that the thermal efficiency of the plant improved by 0.3 percent (absolute), compared with a case where nitrogen is premixed with fuel before injection into the combustor. (2) Based on the fundamental combustion tests using the small diffusion burner and the model combustor, we have throught out the new combustion technique in which nitrogen is injected directly into the high temperature region in the combustor and lean combustion is adopted in the primary combustion zone for low NOx and stable combustion.(3) From the combustion tests of the designed and constructed combustor, this new combustion technique with nitrogen direct injection combined to lean combustion results in a significant reduction in NOx production from nitrogen fixation, 11ppm or less(corrected at 16% O2) in the gas turbine operational conditions for IGCC. CO emission concentration decreased to a significant level, as low as 10ppm, under the operational conditions, or combustion efficiency was almost always 100%. This combustor has an excellenct performance under the operational conditions in IGCC, and bright prospects of low NOx and stable combustion technology of the medium-Btu fuel are obtained.

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