(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム（１０）において、
周囲空気（１４）を加圧するよう構成された圧縮機（１２）と、
前記圧縮機（１２）から加圧空気（１８）を受け取り、燃料流（２０）を燃焼して排出ガス（２２）を生成するよう構成された燃焼器（１６）と、
前記燃焼器（１６）から前記排出ガス（２２）を受け取り、電気と排出ガスを生成するタービン（２４）と、
タービン排出ガスを受け取り、蒸気を生成するよう構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、
前記ＨＲＳＧからの前記タービン排出ガスの第１の部分が配向されるように構成された二酸化炭素捕捉システムと、
前記ＨＲＳＧから前記圧縮機への前記タービン排出ガスの第２の部分の流れの制御のみを行うように構成された排出ガス再循環（ＥＧＲ）制御バルブと、
を備え、
タービン排出ガスの前記第２の部分が、前記ＥＧＲ制御バルブにより前記周囲空気と制御可能に混合されて、低酸素空気流（３２）を形成し、
前記低酸素空気流（３２）が前記圧縮機（１２）を用いて加圧されて、前記燃焼器（１６）に配向され、前記燃料流（２０）を燃焼させて排出ガスを生成し、
前記燃焼器（１６）が、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼を可能にするよう構成されたリッチゾーン（１１２）と、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼から燃料希薄燃焼への変換を可能にするよう構成されたクエンチゾーン（１１４）と、
前記燃料流（２０）の燃料希薄燃焼を可能にするよう構成された希薄ゾーン（１１６）と、
を含み、
前記低酸素空気流（３２）の６０％から９０％が前記燃料流と混合され、更に前記リッチゾーン内に導入されて前記燃料リッチ燃焼を促進する、
タービンシステム（１０）。
【請求項２】
タービン排出ガスの前記第２の部分が、前記タービン（２４）により生成された排出ガスの３５％から５０％を含む、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
【請求項３】
周囲空気（１４）とタービン（２４）からの排出ガス（３０）の少なくとも一部分とを加圧して、加圧された低酸素空気流を形成するように構成された圧縮機（１２）と、
前記加圧された低酸素空気流を前記圧縮機（１２）から受け取り、燃料流（２０）をリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードで燃焼して排出ガスを生成する燃焼器（１６）と、
前記排出ガスを前記燃焼器（１６）から受け取り、電気と排出ガスを生成する前記タービン（２４）であって、前記排出ガスの第１の部分が前記圧縮機に再循環されて前記低酸素空気流（３２）を形成する、前記タービン（２４）と、
タービン排出ガスの前記第１の部分が前記圧縮機に再循環される前の前記タービンからの前記排出ガスを受け取るよう構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、
前記ＨＲＳＧから前記圧縮機への排出ガスの前記第１の部分の流れの制御のみを行うように構成された排出ガス再循環（ＥＧＲ）制御バルブと、
を備え、
前記ＨＲＳＧからの前記排出ガスの第２の部分が二酸化炭素捕捉システムに配向されて、前記タービン排出ガスの前記第１の部分が前記ＥＧＲ制御バルブにより前記圧縮機に再循環される前の前記タービン排出ガスから二酸化炭素が捕捉され、
前記燃焼器（１６）が、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼を可能にするよう構成されたリッチゾーン（１１２）と、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼から燃料希薄燃焼への変換を可能にするよう構成されたクエンチゾーン（１１４）と、
前記燃料流（２０）の燃料希薄燃焼を可能にするよう構成された希薄ゾーン（１１６）と、
を含み、
前記低酸素空気流（３２）の６０％から９０％が前記燃料流と混合され、更に前記リッチゾーン内に導入されて前記燃料リッチ燃焼を促進する、
タービンシステム（１０）。
【請求項４】
統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム（１６０）であって、
石炭から合成ガス燃料を生成するよう構成されたガス化装置（１６２）と、
前記ガス化装置（１６２）に結合されたタービンシステム（１０）と、
を備え、前記タービンシステム（１０）が、
周囲空気とタービンから再循環された排出ガスの少なくとも一部分とを加圧して、加圧された低酸素空気流を形成するように構成された圧縮機（１２）と、
前記加圧された低酸素空気流を前記圧縮機から受け取り、合成ガス燃料をリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードで燃焼して排出ガスを生成する燃焼器（１６）と、
前記排出ガスを前記燃焼器から受け取り、電気と排出ガスを生成する前記タービン（２４）であって、前記排出ガスの第１の部分が前記圧縮機に再循環されて低酸素空気流を形成する、前記タービン（２４）と、
前記タービンから排出ガスを受け取り、蒸気を生成するよう構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、
前記ＨＲＳＧから前記圧縮機への排出ガスの前記第１の部分の流れの制御のみを行う排出ガス再循環（ＥＧＲ）制御バルブと、
を備え、
前記ＨＲＳＧからの前記排出ガスの第２の部分が二酸化炭素捕捉システムに配向されて、前記タービン排出ガスの前記第１の部分が前記ＥＧＲ制御バルブにより前記圧縮機に再循環される前の前記タービン排出ガスから二酸化炭素が捕捉され、
前記燃焼器（１６）が、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼を可能にするよう構成されたリッチゾーン（１１２）と、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼から燃料希薄燃焼への変換を可能にするよう構成されたクエンチゾーン（１１４）と、
前記燃料流（２０）の燃料希薄燃焼を可能にするよう構成された希薄ゾーン（１１６）と、
を含み、
前記低酸素空気流（３２）の６０％から９０％が前記燃料流と混合され、更に前記リッチゾーン内に導入されて前記燃料リッチ燃焼を促進する、
統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム（１６０）。
【請求項５】
タービンシステムであって、
周囲空気とタービンからの排出ガスの少なくとも一部とを加圧して加圧された低酸素空気流を形成するように構成された圧縮機と、
前記圧縮機から前記加圧された低酸素空気流を受け取り、燃料流をリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードで燃焼させて排出ガスを生成するよう構成された乾式低エミッション（ＤＬＥ）燃焼器と、
前記排出ガスを前記燃焼器から受け取り、電気と排出ガスを生成し、前記排出ガスの第１の部分を前記圧縮機に再循環して低酸素空気流を形成する前記タービンと、
前記排出ガスを前記タービンから受け取り蒸気を生成するよう構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、
前記ＨＲＳＧから前記圧縮機へのタービン排出ガスの前記第１の部分の流れの制御のみを行う排出ガス再循環（ＥＧＲ）制御バルブと、
を備え、
前記燃焼器（１６）が、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼を可能にするよう構成されたリッチゾーン（１１２）と、
前記燃料流（２０）の燃料リッチ燃焼から燃料希薄燃焼への変換を可能にするよう構成されたクエンチゾーン（１１４）と、
前記燃料流（２０）の燃料希薄燃焼を可能にするよう構成された希薄ゾーン（１１６）と、
を含み、
前記低酸素空気流（３２）の６０％から９０％が前記燃料流と混合され、更に前記リッチゾーン内に導入されて前記燃料リッチ燃焼を促進する、
タービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、タービンシステムに関し、より詳細には低エミッションタービンシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のタイプのガスタービンシステムが既知であり使用されている。例えば、航空転用のガスタービンは、発電、船舶用推進、ガス圧縮、コジェネレーション、海洋プラットフォーム発電などのような用途に利用することができる。通常、ガスタービンは、空気流を加圧するための圧縮器と、燃料と加圧空気を組み合わせて混合気を点火し排出ガスを発生する燃焼器とを含む。更に、排出ガスは、発電用にタービンを通って膨張される。
【０００３】
通常、こうしたシステム用の燃焼器は、ＮＯｘ及び一酸化炭素（ＣＯ）エミッションなどのエミッションを最小にするように設計される。ある従来のシステムでは、希薄予混合燃焼技術を利用してこうしたシステムからのエミッションを低減する。通常、ＮＯｘエミッションは、燃焼器の反応ゾーン内の火炎温度を低下することによって規制される。動作中、低火炎温度は、燃焼の前に燃料及び空気を予混合することによって達成される。更に、あるガスタービンシステムは高レベルの空気流を用いて利用され、これによりＮＯｘの形成を十分に低減する程低い火炎温度を有する希薄燃料混合気を生じることになる。しかしながら、希薄火炎の火炎温度が低いことに起因して、高ＣＯエミッションを生じることになる。更に、こうした燃焼器では作動ウィンドウが極めて小さくなるので、燃焼器は希薄ブローアウト限界から離れて動作することが必要とされる。結果として、燃焼器において使用されるプレミキサを設計スペースの外で動作することは困難である。
【０００４】
更に、十分に希薄な火炎が出力設定変更、流れの変動又は燃料組成のばらつきを受けたときには、結果として生じる当量比摂動により、燃焼の喪失が生じる可能性がある。このようなブローアウトは、定置式タービンの出力損失及び高価な作動停止期間をもたらすおそれがある。
【０００５】
他の特定のシステムは、燃焼後制御技術を利用してエミッションを制御する。例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）技術は、アドオンＮＯｘ制御措置を利用することができる。ＳＣＲプロセスにおいて、アンモニアのような気体又は液体還元剤をタービンからの排出ガスに直接噴射することができ、次いで触媒を通過してＮＯｘと反応する。還元剤は、排出ガス中のＮＯｘを窒素と水に転化する。しかしながら、ＳＣＲプロセス用の触媒反応体のような追加の構成要素の組み込みは、こうしたシステムのコスト及び複雑さが付加されることにより困難である。
【特許文献１】米国特許第５，９５０，４１７  Ａ号公報
【特許文献２】米国特許第６，２８６，２９８  Ｂ１号公報
【特許文献３】米国特許第６，７９６，１３０  Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，９９６，９９１  Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第７，１２７，８９９  Ｂ２号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０１２５０９３  Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、エミッションが低減されたタービンシステムに対する必要性がある。更に、これに応じてサーマルＮＯｘ形成が増大することなく、タービンシステムの全体効率を向上させる燃焼技術を提供することが望ましいものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要約すると、１つの実施形態によればタービンシステムが提供される。タービンシステムは、周囲空気を加圧するよう構成された圧縮機と、圧縮機から加圧空気を受け取り、燃料流を燃焼して排出ガスを生成するよう構成された燃焼器とを含む。タービンシステムはまた、燃焼器から排出ガスを受け取り電気を生成するタービンを含み、排出ガスの第１の部分が周囲空気と混合されて低酸素空気流を形成し、低酸素空気流が圧縮機を用いて加圧されて、燃焼器に配向され、燃料流を燃焼させて低ＮＯｘ排出ガスを生成する。
【０００８】
別の実施形態もまたタービンシステムを含む。タービンシステムは、周囲空気と排出ガスの少なくとも一部分とを加圧して、加圧された低酸素空気流を形成するように構成された圧縮機を含む。タービンシステムはまた、加圧された低酸素空気流を圧縮機から受け取り、燃料流をリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードで燃焼して排出ガスを生成する燃焼器を含む。タービンシステムはまた、排出ガスを燃焼器から受け取り、電気と低ＮＯｘ排出ガスを生成するタービンを含み、排出ガスの第１の部分が圧縮機に再循環されて低酸素空気流を形成する。
【０００９】
別の実施形態では、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム（１６０）が提供される。ＩＧＣＣシステムは、石炭から合成ガス燃料を生成するよう構成されたガス化装置と、ガス化装置に結合されたタービンシステムとを含む。タービンシステムは、周囲空気と排出ガスの少なくとも一部分とを加圧して、加圧された低酸素空気流を形成するように構成された圧縮機を含む。本システムは更に、加圧された低酸素空気流を圧縮機から受け取り、合成ガス燃料をリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードで燃焼して排出ガスを生成する燃焼器を含む。タービンシステムはまた、排出ガスを燃焼器から受け取り、電気と低ＮＯｘ排出ガスを生成するタービンを含み、排出ガスの第１の部分が圧縮機に再循環されて低酸素空気流を形成する。
【００１０】
別の実施形態では、タービンシステムを運転する方法が提供される。本方法は、加圧空気流を生成する段階と、加圧空気流を燃料流と燃焼して排出ガスを形成する段階と、排出ガスを膨張して電気を生成する段階とを含む。
【００１１】
別の実施形態では、タービンシステムからエミッションを低減する方法が提供される。本方法は、空気流と排出ガスの少なくとも一部とを加圧して低酸素空気流を生成する段階と、低酸素空気流を燃料流とリッチ／クエンチ／希薄燃焼モードで燃焼させて低ＮＯｘ排出ガスを生成する段階とを含む。本方法は更に、排出ガスを膨張させて電気を生成する段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【００１３】
以下で詳細に検討するように、本発明の技法の実施形態は、タービンシステムにおけるエミッションを低減し、ＮＯｘ形成を低減しながらタービンシステムの全体の効率を高める燃焼技術を提供するよう機能する。特定の実施形態の一部では、本発明の技術は、排出ガス再循環及びリッチ／クエンチ／希薄（ＲＱＬ）燃焼モードを利用してＮＯｘのようなエミッションを最小にすることを含む。
【００１４】
ここで図面を参照し、最初にタービンシステム１０が図示された図１を参照する。タービンシステム１０は、周囲空気１４を加圧するように構成された圧縮機１２を含む。更に、タービンシステム１０は、圧縮機１２と流れ連通した燃焼器１６を含む。燃焼器１６は、圧縮機１２から加圧空気１８を受け取り、燃料流２０を燃焼して排出ガス２２を生成するよう構成されている。１つの例示的な実施形態において、燃焼器１６は、乾式低エミッション（ＤＬＥ）又は乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器を含む。加えて、タービンシステム１０は、燃焼器１６の下流側に配置された第１のタービン２４を含む。タービン２４は、排出ガス２２を膨張させて発電機２６などの外部負荷を駆動して電気を発生するように構成されている。図示の実施形態において、圧縮機１２は、タービン２４により生成される出力によってシャフト２８を介して駆動される。この例示的な実施形態では、排出ガス２２の第１の部分３０は、周囲空気１４と混合されて低酸素空気流３２を形成する。ある実施形態において、第１の部分３０は、タービン２４から生成された排出ガスの約３５％〜約５０％を含む。１つの例示的な実施形態では、低酸素空気流は酸素の約１３％容積未満を含む。更に、以下では低酸素空気流３２として呼ばれる低酸素空気及び排出ガス混合気は、圧縮機１２を用いて加圧され、燃焼器１６に配向されて燃料流２０を燃焼させ、低ＮＯｘ排出ガス３４を生成する。詳細には、低酸素空気流３２での燃料流２０の燃焼は、火炎温度の低下を促進し、これによりＮＯｘが低減されることになる。加えて、低酸素空気流３２での燃料流２０の燃焼により、ＮＯｘ低減を更にもたらす燃料リッチ燃焼が可能になる。
【００１５】
本明細書で使用される「燃料リッチ」とは、燃料流２０及び空気３２の燃焼を意味し、ここで等量比又は燃料対酸化性物質の比は約１よりも大きい。１つの例示的な実施形態では、低ＮＯｘ排出ガス３４は約３０ｐｐｍ未満のＮＯｘレベルを含む。ある実施形態では、低ＮＯｘ排出ガス３４は約５ｐｍ未満のＮＯｘレベルを含む。
【００１６】
この実施形態では、タービンシステム１０は、タービン２４から排出ガス３０を受け取り蒸気３８を生成するように構成された、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）３６を含む。更に、タービンシステム１０は、蒸気タービン４０のような第２のタービンを含み、ＨＲＳＧ３６からの蒸気３８を用いて発電機４２を介して電気を更に生成する。図示の実施形態では、タービンシステム１０は、ＨＲＳＧ３６から圧縮機１２への排出ガスの第１の部分３０の流れを制御するためのＥＧＲバルブ４４を含む。更に、低酸素空気流３２は、燃焼器１６内でＲＱＬ燃焼モードにおいて燃料流２０と燃焼される。ＲＱＬ燃焼モードは、図４及び５を参照しながら以下で詳細に説明される。
【００１７】
図２は、本発明の技術の態様による別の例示的なタービンシステム６０の概略図である。図１を参照しながら検討されたように、ＨＲＳＧ３６からの第１の部分３０の第１の部分３１は、周囲空気１４と混合されて低酸素空気流３２を形成する。その後、低酸素空気流３２は圧縮機１２を用いて加圧され、燃焼器１６に配向されて燃料流２０を燃焼し、低ＮＯｘ排出ガス３４を生成する。この例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ３６からの排出ガスの第２の部分６２は、二酸化炭素捕捉システムに配向される。排出ガスの第１の部分３０は二酸化炭素を含む点に留意されたい。従って、第１の部分３０が周囲空気１４と混合されて燃焼器１６内で燃焼すると、二酸化炭素捕捉システム６４での全体の二酸化炭素濃度が増大する。プロセスにおいて異なる段でのガスを示すために同じ参照符号が使用されることがある点に留意されたい。フロースプリッタ６６を用いて、ＨＲＳＧからの第１の部分３０と第２の部分６２を分離することができる。
【００１８】
図３は、図２のタービンシステム６０の例示的な構成８０の概略図である。図１及び２を参照しながら検討されたように、ＨＲＳＧ３６からの排出ガスの第１の部分３０は、ミキサ８２を用いて周囲空気１４と混合されて低酸素空気流３２を形成する。更に、ＨＲＳＧ３６からの排出ガスの第２の部分６２は、二酸化炭素捕捉システム６４に配向される。ある実施形態において、排出ガスの第１の部分３０は、周囲空気１４と混合されて低酸素空気流３２を形成する前に調整することができる。詳細には、排出ガスの第１の部分３０は、周囲空気１４と混合する前に冷却し、洗浄し、更に凝縮水を抽出することにより乾燥させることができる。
【００１９】
動作中、タービン２４からの排出ガス３０はＨＲＳＧ３６に配向される。排出ガスの第１の部分３０は、ファン８４に配向された後、水クエンチシステム８６に配向することができる。更に、排出ガス３０は、ガスから汚染物質を取り除くために汚染除去要素８８を通すことができる。次いで、汚染除去された排出ガス３０は、圧縮機１２にガスを導入する前に冷却器／凝縮器９０に配向することができる。ある実施形態において、排出ガス３０から酸を分離するために凝縮浄化ユニット９２を利用することができる。更に、調整された排出ガス９４を次に周囲空気１４と混合して低酸素空気流３２を形成することができる。ある実施形態において、調整排出ガス９４の一部分９６は、非常用スタックに配向することができる。
【００２０】
上述のように、低酸素空気流３２は、燃焼器１６内でＲＱＬ燃焼モードにおいて燃料流２０と燃焼される。図４は、ＲＱＬ燃焼モードを有する図１〜３のタービンシステムの例示的な構成１１０の概略図である。この例示的な実施形態において、燃焼器１６は、燃料流２０の燃料リッチ燃焼を可能にするよう構成されたリッチゾーン１１２と、燃料流２０の燃料リッチ燃焼から燃料希薄燃焼への変換を可能にするよう構成されたクエンチゾーン１１４とを含む。
【００２１】
本明細書で使用される用語「燃料希薄」とは、燃料流２０と空気３２との燃焼を意味し、ここで等量比又は燃料対酸化性物質比が約１よりも小さい。更に、燃焼器１６は、燃料流２０の燃料希薄燃焼を可能にするよう構成された希薄ゾーン１１６を含む。ある実施形態において、低酸素空気流３２の約６０％〜９０％は、燃料流２０と混合され、リッチゾーン１１２に導入されて、燃料流２０の燃料リッチ燃焼を促進する。
【００２２】
動作中、低酸素空気流３２はリッチゾーン１１２内に導入され、酸素不足状態での燃焼を促進する燃料リッチ燃焼を可能にし、これによりＮＯｘ形成の低減をもたらす。詳細には、リッチゾーン１１２の燃料リッチ状態下での不完全燃焼により、高濃度の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃焼炭化水素を有する雰囲気が生成される。更に、リッチゾーン１１２内の酸素の存在が最小にされる。結果として、ＮＯｘへの窒素変化が最小となる。更に、部分燃焼に起因するピーク温度が低いことによりサーマルＮＯｘの形成も低減される。
【００２３】
更に、部分的に燃焼したリッチゾーン１１２からの燃焼ガスは、次に、クエンチゾーン１１４において希釈を受ける。ある実施形態において、圧縮機１２からのクエンチ空気１１８は、部分的に燃焼された燃焼ガスの希釈のためにクエンチゾーン１１４に導入することができる。更に、ある実施形態において、希釈空気１２０は、燃料流２０の燃料希薄燃焼を促進するため希薄ゾーン１１６に導入することができる。
【００２４】
図５は、異なる燃焼モードにおける燃料と空気の混合及び反応の定性的グラフ表現である。横軸１２２は、空気と混合する燃料を示す等量比（ζ）を表す。この例示的な実施形態では、軸１２２上に示される０及び１などの数字は、空気中の燃料の質量分率を表している。縦軸１２４は、種々の燃焼モードの化学反応を示す温度を表している。図示のように、非予混合燃焼モード１２６では、反応流は約１．０の等量比ζを生じ、初期温度Ｔ０を有する。更に、反応流は、最終組成ζ＝ζｆｉｎａｌ及び温度Ｔ＝Ｔｆｉｎａｌに対して等量比ζ＝ζｓｔｏｉｃでの最大温度Ｔ＝Ｔｓｔｏｉｃを達成する。この実施形態では、最大温度Ｔｓｔｏｉｃ近傍のゾーン１２８は、ＮＯ生成が最大になる領域を表している。参照符号１３０で全体的に表されるＲＱＬ燃焼モードでは、ζ＝ζｆｉｎａｌ及びＴ＝Ｔｆｉｎａｌを達成する反応目標でリッチ生成物が急激に空気と混合される（混合曲線１２９で表される）。火炎温度は燃料リッチ燃焼モードにおいて低くなり、結果としてＮＯｘ形成が低減されることになる。更に、燃料リーン燃焼モードにおいて、燃焼は追加の酸化性物質を用いて完了され、ＣＯからＣＯ２への燃焼を完了し、これにより燃焼器出口温度が所望のレベルＴｆｉｎａｌまで増大される。
【００２５】
有利には、ＲＱＬ燃焼モードと組みあわせた排出ガス再循環技術によりＮＯｘ形成をかなり低減することができる。図６は、上述のＥＧＲ及びＲＱＬ技術を利用した場合及び利用しない場合のタービンシステムから生成されるＮＯｘの例示的結果のグラフ表現である。横軸１４２は、燃料対酸化性物質の比又は等量比を表し、縦軸１４４は、タービンシステムから生成される、ｐｐｍ単位で測定したＮＯｘレベルを表している。ＥＧＲ及びＲＱＬ概念を利用しないタービンシステムからの結果は、プロファイル１４６で表される。更に、上述のＥＧＲ及びＲＱＬ技術を用いたタービンシステムからの結果は、プロファイル１４８で表される。この例示的な実施形態では、プロファイル１４８は、ＥＧＲの約４５％を有するタービンシステムにおけるＮＯｘ形成の結果を表しており、ここでは酸素濃度は約１４．８％に低減される。図示のように、ＥＧＲ及びＲＱＬ燃焼を用いたタービンシステムからのＮＯｘレベルは、対象となる一定等量比を越える、ＥＧＲ及びＲＱＬ燃焼を利用しないタービンシステムからのＮＯｘレベルよりも実質的に小さい。
【００２６】
図７は、本発明の技術の態様による統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システム１６０の概略図である。ＩＧＣＣシステム１６０は、ガス化装置１６２と、該ガス化装置１６２に結合されたタービンシステム１６４とを含む。加えて、ＩＧＣＣシステム１６０は、タービンシステム１６４に結合された蒸気タービン１６８を含み、タービンシステム１６４からの排出ガスによる熱を利用することにより電気エネルギーを生成するよう構成されている。
【００２７】
動作中、ガス化装置１６２は、通常現場空気分離ユニット（図示せず）で生成される酸素１７２と共に燃料原料１７０を受け取る。図示の実施形態において、燃料原料１７０は石炭を含む。他の実施形態では、燃料原料１７０は、あらゆる低価値燃料（ＬＶＦ）を含むことができる。実施例には、石炭、バイオマス、廃棄物、オイルサンド、都市廃棄物、コークス、及び同様のものが含まれる。燃料原料１７０及び酸素１７２がガス化装置１６２で反応し、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ２）が豊富な合成ガス（シンガス）１７４を生成する。更に、原料鉱石がスラグ生成物に変換され、該スラグ生成物は、路床、埋立カバー、及び他の用途で利用することができる。
【００２８】
ガス化装置１６２により生成される合成ガス１７４は、ガス冷却及び浄化ユニット１７８に配向され、ここで合成ガス１７４が冷却されて、汚染物質１８０が除去され、精製合成ガス１８２を生成する。更に、精製合成ガス１８２はタービンシステム１６４において燃焼され、電気エネルギーを生成する。この例示的な実施形態では、流入する空気流１８４は、圧縮機１８６により加圧され、加圧空気が燃焼器１８８に配向されて、ガス化装置１６２からの合成ガス１８２を燃焼する。更に、燃焼器１８８からの燃焼ガス流は、タービン１９０を通って膨張され、発電機１９２を駆動して、将来使用するために電力供給網１９６に配向することができる電気エネルギー１９４を生成する。
【００２９】
図示の実施形態では、タービンシステム１６４からの排出ガス１９８は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００に配向され、これを利用して水を沸騰させて蒸気タービン１６８用の蒸気２０２を生成する。更に、ある実施形態では、蒸気タービン１６８からの熱２０４は、ＨＲＳＧ２００に結合され、ＨＲＳＧ２００の効率を高めることができる。加えて、ＨＲＳＧ２００からの蒸気２０６の一部は、ガス化装置１６２に導入して、ガス化装置１６２から生成された合成ガス１７４のＨ２：ＣＯ比を制御することができる。蒸気タービン１６８は、発電機２０８を駆動し、更なる利用のために電力供給網１９６に同様に配向される電気エネルギー１９４を生成する。
【００３０】
図示の実施形態では、排出ガス１９８の部分２１０が周囲空気１８４と混合されて低酸素空気流２１２を形成する。この例示的な実施形態では、低酸素空気流は、酸素が約１２％未満である。更に、低酸素空気流２１２は、圧縮機１８６を用いて加圧される。次いで、加圧された低酸素空気流２１２は、図４〜５を参照しながら上述されたように、合成ガス燃料１８２とＲＱＬ燃焼モードで燃焼され、低ＮＯｘ排出ガスを生成する。ある実施形態では、低ＮＯｘ排出ガスは、約３０ｐｐｍ未満のＮＯｘレベルを有する。ＥＧＲバルブ２１４を利用して、圧縮機１８６への排出ガス２１０の流れを制御することができる。更に、上述のように、燃焼器１６４は、ＲＱＬ燃焼モードを促進するために、リッチゾーン１１２、クエンチゾーン１１４、及び希薄ゾーン１１６をそれぞれ含むことができる。加えて、図２を参照しながら上述されたように、排出ガスの第２の部分６２は、二酸化炭素捕捉システム６４に配向することができる。更に、ある実施形態では、排出ガス２１０は、非常スタック２１６に配向することができる。
【００３１】
本明細書で上述された方法の種々の態様は、炭素捕捉及び隔離プラント、低エミッションガスタービン及びＩＧＣＣシステムなどの様々な用途で有用である。上述のように、本技術は、こうしたシステムによるＮＯｘ形成を大幅に低減するために排出ガス再循環及びＲＱＬ燃焼モードを利用する。有利には、本技術により、これに応じてサーマルＮＯｘ形成を増大させることなくタービンシステムの全体効率並びに炭素捕捉及び隔離プラントが改善される。更に、本技術により、既存のタービンシステムにおいてＮＯｘレベルを低減するための触媒反応体のような追加の構成要素の必要性が排除され、これによりこうしたシステムのコストが低減される。
【００３２】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示し説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神の範囲内にあるこうした修正及び変更全てを保護するものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の技術の態様による例示的なタービンシステムの概略図。
【図２】本発明の技術の態様による別の例示的なタービンシステムの概略図。
【図３】本発明の技術の態様による図２のタービンシステムの例示的な構成の概略図。
【図４】本発明の技術の態様によるＲＱＬ燃焼モードを有する図１〜３のタービンシステムの例示的な構成の概略図。
【図５】燃焼の種々のモードで燃料と空気の混合及び反応のグラフ。
【図６】ＥＧＲ及びＲＱＬ技術を利用した場合及び利用しない場合のタービンシステムから生成されるＮＯｘの例示的結果のグラフ。
【図７】本発明の技術の態様による統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システムの概略図。
【符号の説明】
【００３４】
１０  タービンシステム
１２  圧縮機
１４  周囲空気
１６  燃焼器
１８  加圧空気
２０  燃料流
２２  排出ガス
２４  タービン
２６  発電機
２８  シャフト
３０  排出ガスの第１の部分
３２  低酸素空気流
３４  低ＮＯｘ排出ガス
３６  ＨＲＳＧ
３８  蒸気
４０  蒸気タービン
４２  発電機
４４  ＥＧＲバルブ
６０  タービンシステム
６２  排出ガスの第２の部分
６４  ＣＯ２捕捉システム
６６  フロースプリッタ
８０  タービンシステム
８２  ミキサ
８４  ファン
８６  水クエンチシステム
８８  汚染除去要素
９０  凝縮器
９２  凝縮浄化ユニット
９４  排出ガス
９６  調整された排出ガス
１１０  ガスタービンシステム
１１２  リッチゾーン
１１４  クエンチゾーン
１１６  希釈ゾーン
１１８  クエンチ空気
１２０  希釈空気
１２２  等量比
１２４  温度
１２６  非予混合  燃焼モード
１２８  最大ＮＯｘ形成のゾーン
１３０  ＲＱＬ燃焼モード
１４０  タービンシステムから生成されたＮＯｘの結果
１４２  等量比
１４４  ＮＯｘレベル
１４６  ＥＧＲ＋ＲＱＬを持たないタービンシステム用ＮＯｘ結果
１４８  ＥＧＲ＋ＲＱＬを有するタービンシステム用ＮＯｘ結果
１６０  ＩＧＣＣ
１６２  ガス化装置
１６４  タービンシステム
１６８  蒸気タービン
１７０  燃料原料
１７２  酸素
１７４  合成ガス
１７８  ガス冷却及び浄化ユニット
１８０  汚染物質
１８２  精製合成ガス
１８４  空気
１８６  圧縮機
１８８  燃焼器
１９０  タービン
１９２  発電機
１９４  電気エネルギー
１９６  電力供給網
１９８  排出ガス
２００  蒸気発電機
２０２  蒸気
２０４  熱
２０６  蒸気
２０８  発電機
２１０  排出ガス
２１２  低酸素空気流
２１４  ＥＧＲバルブ
２１６  非常スタック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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