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POWER GENERATION APPARATUS AND COMBUSTION APPARATUS

Foreign code F200010215
File No. LC01001WO
Posted date Aug 4, 2020
Country WIPO
International application number 2019JP046350
International publication number WO 2020111114
Date of international filing Nov 27, 2019
Date of international publication Jun 4, 2020
Priority data
  • P2018-225833 (Nov 30, 2018) JP
Title POWER GENERATION APPARATUS AND COMBUSTION APPARATUS
Abstract This power generation apparatus comprises: a combustor that burns ammonia and air and discharges a mixed gas after the burning; a supplier that includes a compressor that compresses the air and the mixed gas after the burning, supplies the ammonia to the ammonia supply port, and supplies the air to the air supply port in a state in which an equivalent ratio between the ammonia and the air is controlled to 1.1 to 1.4; a supplier that includes a compressor that compresses the air and the mixed gas after the burning, supplies the ammonia to the ammonia supply port, and supplies the air to the air supply port in a state in which an equivalent ratio of the ammonia and the air is controlled to 1.1 to 1.4; a gas turbine that rotates using the mixed gas after the burning as a driving fluid; a gas turbine power generator that generates power through the rotation of the gas turbine; a waste heat recovery boiler; a re-circulator that re-inputs, into the compressor, a portion of the mixed gas discharged from the waste heat recovery boiler after the burning; a steam turbine that rotates using steam vaporized by the waste heat recovery boiler as a driving fluid; and a steam turbine generator that generates power by transmitting the rotation of the steam turbine.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Heretofore, the use of fossil fuels such as coal or natural gas thermal power generation has been widely used. However, in the thermal power generation using fossil fuel, an adverse effect on global warming is a problem that a large quantity of carbon dioxide. Therefore, in recent years attention from worldwide to global warming, a new power generation method of the carbon dioxide does not occur is demanded. Does not produce carbon dioxide as an energy source, such as solar and wind in addition, does not occur during the combustion of hydrogen or ammonia and carbon dioxide has been attracting attention. Is hydrogen, in consideration of the influence to the environment to the amount of carbon dioxide discharged from the purified carbon zero free hydrogen is demanded. Such as the hydrogen free carbon, the hydrogen generated from the biomass and water electrolysis using renewable energy such as hydrogen is obtained.
Current, and ammonia as a raw material hydrogen-free carbon is generated has been studied. Ammonia, not containing a carbon atom, and does not generate the combustion of carbon dioxide, ammonia is used as the fuel, carbon dioxide emission reduction is expected. In addition, the ammonia, storage, transport and established techniques for, is promising as an energy carrier.
However, ammonia, a single combustion speed is low, stable combustion is a problem that difficult. In addition, the combustion of the ammonia, nitrogen oxide (NOx) the environmental load is high and the unburned amount of ammonia is generated. Ammonia, and irritating, designated substances from each other, the discharge of unburnt ammonia has been determined to be zero.
NOx discharged unburned and stable without ammonia ammonia for burning, fossil fuel or the like to the mixed combustion has been studied. Patent Document 1 is, in front of the combustor of the ammonia decomposition device is mounted, a part of the fuel is decomposed into nitrogen and hydrogen or ammonia, a mixture of ammonia and hydrogen obtained by the combustion method are disclosed. Patent Document 2 is, in the boiler stage combustion air supply unit 2 upstream of the fuel is supplied to the position in the ammonia fuel ammonia nitrogen and hydrogen in a reducing atmosphere reduces the disclosed methods. Patent Document 3 is, in the ammonia and the ammonia are previously obtained by the hydrogen-containing fuel including hydrogen, is supplied to the furnace are disclosed. Patent Document 4 is, by the heat of the exhaust gas, the ammonia gas to decompose and to the combustion engine is disclosed. Is the non-patent document 1, kerosene or ammonia and methane combustion stabilizes the mixed combustion, the mixing ratio of ammonia is increased gradually, and finally only the ammonia and the ammonia combustion air -fired was successful is reported. Is the non-patent document 2, NOx and ammonia in the air in the combustion of fuel and air and the generation of the relationship between the equivalence ratio is disclosed. Is the non-patent document 3, the rich ammonia (air equivalent ratio of ammonia and 1.0 or more) under the conditions of suppressing the occurrence of NO is disclosed.
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 アンモニア供給口と空気供給口と排出口とを備え、前記アンモニア供給口から取り入れたアンモニアと前記空気供給口から取り入れた空気とを燃焼し、前記排出口から燃焼後混合気体として排出する燃焼器と、
 前記空気及び前記燃焼後混合気体を圧縮する圧縮器を備え、前記アンモニアと前記空気との当量比を1.1乃至1.4に制御した状態で、前記アンモニア供給口に前記アンモニアを供給し、かつ、前記空気供給口に前記空気を供給する供給器と、
 前記供給器と前記アンモニア供給口とを接続し、前記アンモニアが流れる第一流路と、
 前記供給器と前記空気供給口とを接続し、前記空気が流れる第二流路と、
 前記アンモニアと前記空気との燃焼によって発生する前記燃焼後混合気体を駆動流体として回転するガスタービンと、
 前記ガスタービンの回転が伝達されることで発電を行うガスタービン発電機と、
 前記ガスタービンを通過後の前記燃焼後混合気体が送り込まれ、該送り込まれた前記燃焼後混合気体の熱及び/又は該燃焼後混合気体中の水素を燃焼して発生する熱で水を気化して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
 前記排熱回収ボイラから排出された前記燃焼後混合気体の一部を前記圧縮器に再投入する再循環器と、
 前記排熱回収ボイラで気化した水蒸気を駆動流体として回転する蒸気タービンと、
 前記蒸気タービンの回転が伝達されることで発電を行う蒸気タービン発電機と、
 を備える発電装置。

[請求項2]
 前記アンモニアと前記空気との当量比が1.1乃至1.3である請求項1に記載の発電装置。

[請求項3]
 前記圧縮器での圧縮後の前記空気及び前記燃焼後混合気体の圧力P1に対する圧縮前の前記空気及び前記燃焼後混合気体の圧力P2の比率である圧力比P1/P2が10以上である請求項1又は2に記載の発電装置。

[請求項4]
 前記供給器から前記燃焼器に供給される前記アンモニアと前記空気との合計体積に対する、前記再循環器から前記圧縮器に供給される前記燃焼後混合気体の体積比率であるEGRが下記式(1)で定義されるY1%以上、60%以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発電装置。
  Y1=-67×X1+121・・・・・(1)
 ここで、上記式(1)において、X1は前記空気と前記アンモニアとの当量比を示す。

[請求項5]
 前記再循環器から前記圧縮器に供給される前記燃焼後混合気体の体積が、前記供給器が前記燃焼器に供給する前記アンモニアと前記空気との合計体積の20~60%である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発電装置。

[請求項6]
 前記再循環器から前記圧縮器に供給される前記燃焼後混合気体の体積が、前記供給器が前記燃焼器に供給する前記アンモニアと前記空気との合計体積の40~60%である請求項5に記載の発電装置。

[請求項7]
 アンモニア供給口と空気供給口と排出口とを備え、前記アンモニア供給口から取り入れたアンモニアと前記空気供給口から取り入れた空気とを燃焼し、前記排出口から燃焼後混合気体として排出する燃焼器と、
 前記アンモニアと前記空気との当量比を1.1乃至1.4に制御した状態で、前記アンモニア供給口に前記アンモニアを供給し、かつ、前記空気供給口から前記空気を供給する供給器と、
 前記供給器と前記アンモニア供給口とを接続し、前記アンモニアが流れる第一流路と、
 前記供給器と前記空気供給口とを接続し、前記空気が流れる第二流路と、
 前記排出口から排出された前記燃焼後混合気体の一部を前記第二流路に再投入する再循環器と、
 を備える燃焼装置。

[請求項8]
 前記アンモニアと前記空気との当量比が1.1乃至1.36である請求項7に記載の燃焼装置。

[請求項9]
 前記供給器が、前記空気を圧縮する圧縮器を備える請求項7又は8に記載の燃焼装置。

[請求項10]
 前記圧縮器での圧縮後の前記空気の圧力P1に対する圧縮前の前記空気の圧力P2の比率である圧力比P1/P2が5以上である請求項9に記載の燃焼装置。

[請求項11]
 供給口と排出口とを備え、前記供給口から取り入れた空気とアンモニアとを燃焼し、前記排出口から燃焼後混合気体として排出する燃焼器と、
 前記アンモニアと前記空気との当量比を1.1乃至1.4に制御した状態で、前記供給口に前記アンモニアと前記空気とを供給する供給器と、
 前記供給器と前記供給口とを接続し、前記アンモニアと前記空気とが流れる流路と、
 前記排出口から排出された前記燃焼後混合気体の一部を前記流路に再投入する再循環器と、
 を備える燃焼装置。

[請求項12]
 前記アンモニアと前記空気との当量比が1.1乃至1.36である請求項11に記載の燃焼装置。

[請求項13]
 前記供給器が前記アンモニアと前記空気とを圧縮する圧縮器を備える請求項11又は12に記載の燃焼装置。

[請求項14]
 前記圧縮器での圧縮後の前記アンモニアと前記空気との圧力P1に対する圧縮前の前記アンモニアと前記空気との圧力P2の比率である圧力比P1/P2が5以上である請求項13に記載の燃焼装置。

[請求項15]
 前記再循環器が、前記燃焼後混合気体を冷却する冷却器を備える請求項7乃至14のいずれか1項に記載の燃焼装置。

[請求項16]
 前記供給器から前記燃焼器に供給される前記アンモニアと前記空気との合計体積に対する、前記再循環器から前記燃焼器に供給される前記燃焼後混合気体の体積比率であるEGRが下記式(2)で定義されるY2%以上、60%以下である、請求項7乃至15のいずれか1項に記載の燃焼装置。
 Y2=-62×X2+93・・・・・(2)
 ここで、上記式(2)において、X2は前記空気と前記アンモニアとの当量比を示す。

[請求項17]
 前記再循環器から前記燃焼器に供給される前記燃焼後混合気体の体積が、前記供給器が前記燃焼器に供給する前記アンモニアと前記空気との合計体積の10~60%である請求項7乃至15のいずれか1項に記載の燃焼装置。

[請求項18]
 請求項7乃至17のいずれか1項に記載の燃焼装置と、
 前記燃焼後混合気体を駆動流体として回転するガスタービンと、
 前記ガスタービンの回転が伝達されることで発電を行うガスタービン発電機と、
 を備える発電装置。

[請求項19]
 前記ガスタービンを通過後の前記燃焼後混合気体が送り込まれ、該送り込まれた前記燃焼後混合気体の熱及び/又は該燃焼後混合気体中の水素を燃焼して発生する熱で水を気化して水蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
 前記排熱回収ボイラで気化した水蒸気を駆動流体として回転する蒸気タービンと、
 前記蒸気タービンの回転が伝達されることで発電を行う蒸気タービン発電機と、
を更に備える請求項18に記載の発電装置。

[請求項20]
 前記ガスタービンを通過後の前記燃焼後混合気体から水素を分離回収する水素分離手段を更に備える請求項1,2,3、4、5,6、18又は19のいずれか1項に記載の発電装置。

[請求項21]
 回収した前記水素で発電する燃料電池を備える請求項20に記載の発電装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY
  • Inventor
  • KOSHI Mitsuo
  • YAMADA Koichi
  • MITSUMORI Teruo
  • OTOMO Junichiro
  • IWASAKI Hiroshi
IPC(International Patent Classification)
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