(57)【要約】【課題】燃料ガスに含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を低減することができるガスタービン燃焼装置とする。【解決手段】量論比燃焼を行う燃焼装置４の燃焼室の当量比を１より高くして燃料と純酸素により還元燃焼させ、当量比を１以下として未燃焼の燃料ガスに純酸素を供給し、未燃の燃料ガスを燃焼させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼装置の燃焼室に燃料ガス及び純酸素を供給して量論比で燃焼を行うに際し、
前記燃料ガスを前記純酸素の一部で燃焼させることで、当量比を１より高くして還元燃焼させ、
前記還元燃焼後に、残りの純酸素を供給して未燃焼の燃料ガスを燃焼させることで当量比を１以下として前記未燃焼の燃料ガスを燃焼させる
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項２】
請求項１に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
燃焼温度を調整する温度調整ガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項３】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスの一部が温調ガスとされる
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項４】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
前記温度調整ガスは水蒸気である
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項５】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
前記温度調整ガスはＣＯ２ガスである
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項６】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスからＣＯ２を分離回収し、ＣＯ２を分離回収した後の水蒸気を前記温度調整ガスとした
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項７】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスからＣＯ２を分離回収し、分離回収したＣＯ２を前記温度調整ガスとした
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項８】
請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
温調ガスは窒素ガスである
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項９】
請求項８に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、
純酸素は空気から窒素を分離することで得られ、純酸素を得るために分離された窒素ガスを前記温度調整ガスとした
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置の燃焼方法。
【請求項１０】
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼領域、及び、還元燃焼後に未燃燃料を燃焼させ、燃焼ガスをガスタービンに送る第二燃焼領域を有する燃焼室と、
前記燃料を前記燃焼領域に供給する燃料供給手段と、
純酸素を前記燃焼領域に供給すると共に、前記純酸素の一部を前記第二燃焼領域に供給する純酸素供給手段と、
量論比で燃焼を行うと共に、前記燃焼領域の当量比が１より高くなるように前記燃料の供給量と前記純酸素の供給量を制御し、更に、前記第二燃焼領域の当量比が１以下になるように前記純酸素の一部の供給量を制御する当量比制御手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載するガスタービン燃焼装置において、
燃焼温度を調整する温度調整ガスを前記第二燃焼領域に供給する温度調整ガス供給手段を備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載するガスタービン燃焼装置において、
ガスタービンの排気ガスを循環ガスとして前記燃焼室の燃焼領域に循環させる循環系を備え、
温度調整ガス供給手段は、前記循環系を循環する循環ガスの一部を前記第二燃焼領域に供給する手段である
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載するガスタービン燃焼装置において、
ガスタービンの排気ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測される窒素酸化物の濃度が所定の範囲となるように、前記当量比制御手段による前記燃料の供給量と前記純酸素の供給量を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼装置の燃焼方法及びガスタービン燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備として、石炭、重質油、バイオマス等をガス化炉でガス化し、得られたガス化ガスをガスタービンの燃焼装置の燃料として燃焼し、燃焼ガスをガスタービンで膨張することで発電動力を得ているものがある。ガス化ガスにはアンモニア等の窒素化合物が含まれ、ガス化ガスを燃焼する際、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質を生じるという問題がある。
【０００３】
このような燃料ガス中の窒素化合物は、アンモニア除去装置等によりガス化燃料中のアンモニアを窒素（Ｎ２）と水蒸気に分解したり、排煙脱硝装置により排気ガス中のＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水蒸気に分解しているが、環境保全およびコスト低減の観点から、大気汚染物質を一層低減するより簡易な方法が求められている。
【０００４】
近年では、地球温暖化防止の観点からＣＯ２排出量削減を目的に、ＣＯ２分離・回収機構を適用する火力発電設備に関する検討が国内外で進められ、その一つの技術として、ガス化ガスを燃料とし、ガスタービンから排出される排気ガスの一部を系内で循環させて還流供給するクローズド又はセミクローズドサイクルガスタービンが提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００５】
このようなガスタービンでは、一旦窒素酸化物が生じると、排気ガスの一部として循環し、その濃度は系内で増加し、大気中に排気ガスを排出する場合には、排気ガスと共に窒素酸化物も排出され、環境に影響を与える。
【０００６】
また、当該技術では、発電プラントの熱効率を維持し、発電コストの上昇を少しでも抑制するために、発電プラントの所内動力を低減する技術が提案され、開発が進められているものの、一方で、従来のガスタービン燃焼と異なり燃焼効率が低下することが懸念されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】長谷川、「ＣＯ２回収型高効率ＩＧＣＣ用クローズドサイクルガスタービンの開発（Ｎｏ．Ｃ−１）」、第４０回ガスタービン定期講演会講演論文集、２３１−２３６頁（２０１２年１０月１７日）
【０００８】
【非特許文献２】電力中央研究所報告書Ｎｏ．Ｍ０７００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料中に含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるのを抑制できるガスタービン燃焼装置の燃焼方法、及び、ガスタービン燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１０】
特に、ガスタービンから排出される排気ガスを循環ガスとして再循環させて燃焼室に還流供給して燃焼温度を調整しながら、燃料ガスに含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるのを低減できるガスタービン燃焼装置の燃焼方法、ガスタービン燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、ガスタービン燃焼装置の燃焼室に燃料ガス及び純酸素を供給して量論比で燃焼を行うに際し、前記燃料ガスを前記純酸素の一部で燃焼させることで、当量比を１より高くして還元燃焼させ、前記還元燃焼後に、残りの純酸素を供給して未燃焼の燃料ガスを燃焼させることで当量比を１以下として前記未燃焼の燃料ガスを燃焼させることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る本発明では、排気ガスを循環してＣＯ２を燃焼室に投入し閉サイクルを構築することができ、燃料ガスと純酸素との割合により決まる当量比を１より高くして燃料ガスを純酸素で還元燃焼させ、還元燃焼後に当量比を１以下にして未燃焼の燃料ガスを燃焼させることができる。これにより、燃料中に含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるのを抑制することができる。
【００１３】
そして、請求項２に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項１に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、燃焼温度を調整する温度調整ガスを前記燃焼室に供給することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る本発明では、温度調整ガスにより燃焼温度が調整され、燃焼ガス温度をガスタービンの作動温度に調整することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスの一部が温調ガスとされることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、ガスタービンの排気ガスを循環ガスとして温調ガスとすることができる。
【００１７】
また、請求項４に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、前記温度調整ガスは水蒸気であることを特徴とする。また、請求項５に係る本発明のスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、前記温度調整ガスはＣＯ２ガスであることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る本発明では、水蒸気により燃焼温度が調整されると共に、アンモニアの分解率を上昇させ、しかも、燃焼効率を向上させることができる。請求項５に係る本発明では、ＣＯ２ガスにより燃焼温度が調整される。
【００１９】
また、請求項６に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスからＣＯ２を分離回収し、ＣＯ２を分離回収した後の水蒸気を前記温度調整ガスとしたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る本発明では、ＣＯ２を分離回収した際の水蒸気を適用でき、系内から温度調整ガス（水蒸気）を賄うことができる。
【００２１】
また、請求項７に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、燃焼ガスによりガスタービンが駆動され、ガスタービンの排気ガスがガスタービン燃焼装置に送られて循環ガスとされ、循環ガスからＣＯ２を分離回収し、分離回収したＣＯ２を前記温度調整ガスとしたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る本発明では、ＣＯ２を分離回収した際のＣＯ２ガスを適用でき、系内から温度調整ガス（ＣＯ２）を賄うことができる。そして、循環ガス中のＣＯ２濃度を上昇させてＣＯ２分離動力を低減し、熱効率を向上することができる。
【００２３】
また、請求項８に係る本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項２に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、温度調整ガスは窒素ガスであることを特徴とする。また、請求項９に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法は、請求項８に記載するガスタービン燃焼装置の燃焼方法において、純酸素は空気から窒素を分離することで得られ、純酸素を得るために分離された窒素ガスを前記温度調整ガスとしたことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼装置は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼領域、及び、還元燃焼後に未燃燃料を燃焼させ、燃焼ガスをガスタービンに送る第二燃焼領域を有する燃焼室と、前記燃料を前記燃焼領域に供給する燃料供給手段と、純酸素を前記燃焼領域に供給すると共に、前記純酸素の一部を前記第二燃焼領域に供給する純酸素供給手段と、前記燃焼領域の当量比が１より高くなるように前記燃料の供給量と前記純酸素の供給量を制御し、更に、前記第二燃焼領域の当量比が１以下になるように前記純酸素の一部の供給量を制御する当量比制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０にかかる本発明では、当量比制御手段により、燃料ガスと純酸素との割合により決まる当量比を制御しながら、燃焼領域で燃料ガスを純酸素で還元燃焼させ、第二燃焼領域で未燃焼の燃料ガスを燃焼させることができる。これにより、燃料中に含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるのを抑制することができる。
【００２６】
そして、請求項１１に係る本発明のガスタービン燃焼装置は、請求項１０に記載するガスタービン燃焼装置において、燃焼温度を調整する温度調整ガスを前記第二燃焼領域に供給する温度調整ガス供給手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に係る本発明では、温度調整ガス供給手段により第二燃焼領域に温度調整ガスを供給して燃料と純酸素との燃焼温度を最適に調整することができる。これにより、排出される燃焼ガスの温度を制御して、後続のガスタービンに対する最適な温度に調整することができる。
【００２８】
また、還元燃焼だけでは実現できなかった、ＮＯｘの発生を効果的に抑制する最適な還元条件と最適な燃焼温度を設定することができ、燃焼促進を同時に実現させることができる。
【００２９】
また、請求項１２に係る本発明のガスタービン燃焼装置は、請求項１１に記載する燃焼装置において、ガスタービンの排気ガスを循環ガスとして前記燃焼室の燃焼領域に循環させる循環系を備え、温度調整ガス供給手段は、前記循環系を循環する循環ガスの一部を前記第二燃焼領域に供給する手段であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に係る本発明では、ガスタービンの排気ガス（循環ガス）の一部を第二燃焼領域に循環させて燃焼温度を調整することができ、系内の循環ガスの一部で温度調整ガスを賄うことができる。
【００３１】
また、請求項１３に係る本発明のガスタービン燃焼装置は、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載するガスタービン燃焼装置において、ガスタービンの排気ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する計測手段と、前記計測手段により計測される窒素酸化物の濃度が所定の範囲となるように、前記当量比制御手段による前記燃料の供給量と前記純酸素の供給量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１３に係る本発明では、ガスタービン燃焼装置の燃焼条件が変化した場合等に、計測手段により計測される窒素酸化物の濃度が所定の範囲から外れたことが検出されると、ガスタービンの排気ガス中の窒素酸化物の濃度の範囲が所定の範囲に維持されるように、当量比制御手段による燃料の供給量と純酸素の供給量が制御される。このため、燃料の組成や純酸素の純度、温度調整ガスの組成が変化した場合や、燃焼装置の燃焼負荷が変化した場合等であっても、ガスタービンの排気ガス中の窒素酸化物の濃度の範囲が所定の範囲に維持される。
【００３３】
本発明のガスタービン燃焼装置は、前記純酸素供給手段は、前記第二燃焼領域の複数の位置に設けられていることが好ましい。これにより、第二燃焼領域の複数の燃焼領域における当量比を任意に調整することができ、燃焼領域で燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスを純酸素でほぼ完全に燃焼させることができる。
【００３４】
また、本発明のガスタービン燃焼装置は、前記温度調整ガス供給手段は、前記第二燃焼領域の複数の位置に設けられていることが好ましい。これにより、第二燃焼領域の複数の燃焼領域における燃焼温度を任意に調整することができ、燃焼領域で燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスを最適な温度で完全に燃焼させることができる。更に、ガスタービン燃焼装置の出口部近傍における燃焼温度をガスタービンの運転温度に最適に調整することができる。
【００３５】
そして、本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼ガスをガスタービンで膨張して電力を得る発電設備とすることができ、燃料ガス中に含まれる窒素化合物からＮＯｘが生成されるのを抑制することができる。このため、燃料ガスをほぼ完全燃焼できるガスタービン燃焼装置により、ＮＯｘの排出量などの環境負荷を低減することができ、排煙脱硝装置などの付帯設備を縮小または省略することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法及びガスタービン燃焼装置は、燃料中に含まれる窒素化合物に起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成されるのを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図２】実施形態２に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図３】実施形態３に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図４】実施形態４に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図５】実施形態５に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図６】実施形態６に係るガスタービン燃焼装置の燃焼方法に適用される排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図である。
【図７】定格温度における燃焼領域での燃料中のアンモニアの窒素（Ｎ２）への分解率と反応時間との関係を示すグラフである。
【図８】燃料中のアンモニアの窒素（Ｎ２）への分解率と当量比との関係を示すグラフである。
【図９】燃焼ガスに混合する温度調整ガスの種類と燃焼ガス中のガス組成の変化及び燃焼効率との関係を示すグラフである。
【図１０】第一燃焼領域での燃料中のアンモニアの窒素への分解率と経過時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施形態１）
本実施形態では、燃焼装置としてガスタービン燃焼装置を備える火力発電設備の一例として、排気ガス循環型石炭ガス化発電設備について説明する。図１に、排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【００３９】
排気ガス循環型石炭ガス化発電設備Ｉは、燃料ガスを生成する石炭ガス化炉１と、純酸素を製造する酸素製造装置２と、燃料ガスを精製するガス精製設備３と、燃料ガスを燃焼させるガスタービン燃焼装置４と、燃焼ガスにより駆動されるガスタービン５とを備えている。
【００４０】
石炭ガス化炉１には、石炭等の燃料と、酸素製造装置２で製造された純酸素と、系内から抽出された二酸化炭素が供給され、燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、ガス精製設備３を介してガスタービン燃焼装置４に供給される。
【００４１】
酸素製造装置２は、後述するガスタービン燃焼装置４に純酸素を供給する第１の純酸素供給手段ＡＯ１及び第２の純酸素供給手段ＡＯ２と共に石炭ガス化炉１に純酸素を供給する純酸素供給手段ＡＯ０を備えている。また、酸素製造装置２及びガス精製設備３の出口には、詳細は後述するが、当量比制御手段ＥＱがそれぞれ設けられている。当量比制御手段ＥＱは、後述するガスタービン燃焼装置４での燃料ガスと純酸素との当量比を制御するものである。
【００４２】
ガスタービン燃焼装置４は、燃焼領域としての第一燃焼領域４ａと第二燃焼領域４ｂとで構成される燃焼室を備えている。燃料ガスが供給されて燃焼する側を上流とし、排気ガスが排出される側を下流とすると、燃焼室は、上流側に第一燃焼領域４ａ、下流側に第二燃焼領域４ｂを備えている。また、燃焼室は、燃焼ガスを排出する排出部４ｄを有する。
【００４３】
第一燃焼領域４ａには、第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１、第１の純酸素供給手段ＡＯ１及び第１の循環ガス供給手段ＨＧ１が接続されている。第二燃焼領域４ｂには、第２の純酸素供給手段ＡＯ２及び第２の循環ガス供給手段ＨＧ２が接続されている。
【００４４】
第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１は、第一燃焼領域４ａに燃料ガスを供給し、第１と第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２は、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに純酸素をそれぞれ供給し、第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２は、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに燃焼室の排出部４ｄから排出された排気ガスの一部が、燃焼温度を調整するための温度調整ガスとして供給される。
【００４５】
本発明では、詳細は後述するが、第一燃焼領域４ａで燃料ガスと純酸素との割合により決まる当量比を１より高くして、燃料ガスを純酸素により還元燃焼させ、第二燃焼領域４ｂで、還元燃焼で燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスと純酸素との割合により決まる当量比を１以下として未燃焼の燃料ガスを燃焼させるものである。
【００４６】
ガスタービン燃焼装置４は、ガスタービン５に接続されている。ガスタービン５はガスタービン燃焼装置４で生成した燃焼ガスが供給されるように構成され、発電機８は、ガスタービン５に結合され、ガスタービン５により駆動され発電動力を得る。
【００４７】
以下、本実施形態に係るガスタービン燃焼装置４を備えた発電設備Ｉについて詳細に説明する。
【００４８】
石炭ガス化炉１には、石炭等の原料と、酸化剤と、系内から抽出された二酸化炭素が供給され、高温の燃料ガスが生成される。本実施形態では、酸化剤として酸素製造装置２で製造された純酸素を用いている。なお、二酸化炭素は石炭等の原料を石炭ガス化炉１に搬送するために用いている。
【００４９】
酸素製造装置２は、空気から酸素を分離して純酸素を製造する。純酸素とは、高濃度の酸素、具体的には、９５％以上の濃度の酸素が例として挙げられる。酸素製造装置２は、圧縮機で供給される高圧空気から純酸素を分離する。なお、純酸素は、酸素製造装置２で製造された酸素に限定されず、高濃度の酸素を供給できるものであればよい。分離された純酸素は第１の純酸素供給手段ＡＯ１及び第２の純酸素供給手段ＡＯ２と共に石炭ガス化炉１に純酸素を供給する純酸素供給手段ＡＯ０に分岐される。
【００５０】
石炭ガス化炉１で生成される燃料ガスには、一酸化炭素や水素ガス等の可燃成分の他、アンモニア、シアン化物等の窒素化合物等の微量成分が含まれている。これらの窒素化合物は酸化されるとフュエルＮＯｘ等の大気汚染物質を生成する。
【００５１】
ここで、フュエルＮＯｘとは、燃焼中に含まれる窒素化合物が酸化されることにより生成される窒素酸化物をいう。本実施形態では、燃焼ガス中の窒素化合物の大半はアンモニアであることに鑑みて、アンモニアから生成される窒素酸化物をフュエルＮＯｘという。
【００５２】
このように燃焼ガス中の窒素酸化物の主なる成分はフュエルＮＯｘ及びＮ２が高温酸化して生成されるサーマルＮＯｘであり、以下ではＮＯｘとして記述する。
【００５３】
微量成分を含む燃料ガスは、図示しない除塵手段により除塵され、図示しない熱交換器で所定の温度に調整され、ガス精製設備３に送られる。ガス精製設備３は、燃料ガスの微量成分を除去するものである。ガス精製設備３としては、ハロゲン化物除去装置、脱硫装置、アンモニア除去装置、水銀除去装置等を挙げることができる。
【００５４】
このようなガス精製設備３で精製された燃料ガスは、ガスタービン燃焼装置４に送られる。ガスタービン燃焼装置４には、精製された燃料ガスと、酸素製造装置２で製造された純酸素と、系内から抽出された循環ガスが供給され、燃料ガスが燃焼される。
【００５５】
本実施形態では、燃料ガスは、第一燃焼領域４ａに第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１により供給される。純酸素は、燃料ガスの酸化剤として、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに第１及び第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２によりそれぞれ供給される。循環ガスは燃焼温度を調整するための温度調整ガスとして、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに第１及び第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２によりそれぞれ供給される。
【００５６】
ガスタービン燃焼装置４での燃焼により生じた燃焼ガスは、排出部４ｄから排出され、ガスタービン５に送られて膨張され、発電動力が得られる。ガスタービン５で仕事を終えた高温の排気ガス(循環ガス)は、排熱回収ボイラ６で熱回収され、図示されない給水に熱を受け渡し、発生した水蒸気を蒸気タービン９に案内して、これを駆動して、発電機８により発電する。蒸気タービン９で仕事をした後の蒸気は復水器１０で復水され、排熱回収ボイラ６に供給される。
【００５７】
排熱回収ボイラ６で熱回収された排気ガスの一部は圧縮機７により圧縮され、燃料ガスの圧力と同等に調整され、ガスタービン燃焼装置４の燃焼室の第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ設けられた第１及び第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２によりガスタービン燃焼装置４に還流供給される。
【００５８】
このようにガスタービン５の排気ガスの一部は、燃料ガスと酸素との燃焼温度を調整する温度調整ガスとして、第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２によりガスタービン燃焼装置４に還流供給されるが、残余のガスタービン排気ガスは、煙突１２から排出されたり、循環ガスとして循環される過程でＣＯ２が二酸化炭素回収装置１１により分離回収され、外部に搬送された地層などに貯留される。
【００５９】
また、循環ガス中のＣＯ２は、詳細は後述するがガスタービン燃焼装置４の燃焼室の燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに循環して供給される。また、回収された二酸化炭素の一部は石炭等の原料を石炭ガス化炉１に搬送するために用いられる。
【００６０】
次に、本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法について説明する。
【００６１】
本発明のガスタービン燃焼装置４の燃焼方法は、最初に燃焼領域４aに供給される燃料ガスと純酸素との割合による決まる当量比が１より高い当量比となるように燃料ガスを純酸素で燃焼させ、次いで第一燃焼領域４ａで燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスと純酸素との割合による決まる当量比が１以下となるように第二燃焼領域４ｂで未燃焼の燃料ガスを酸素で完全燃焼させるものである。
【００６２】
当量比の制御は、当量比制御手段ＥＱにより行うことができる。本実施形態に係る当量比制御手段ＥＱは、第一燃焼領域４ａに供給される燃料ガスと純酸素の割合により決まる当量比が１より高くなるように第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１と第１の純酸素供給手段ＡＯ１を制御する。また、第一燃焼領域４ａで燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスと第二燃焼領域４bに供給される純酸素との割合により決まる当量比が１以下となるように、第２の純酸素供給手段ＡＯ２を制御する。
【００６３】
当量比が１より高いとは、燃料ガスが過濃であり、純酸素が燃料ガスを酸化するのに必要な量（量論酸素量）よりも少ないことをいう。このため、当量比が大きくなる程、燃料過濃で酸素量が少なく、強い還元性雰囲気となる傾向を有する。
【００６４】
ガスタービン燃焼装置４に燃料ガスが供給されると燃料ガス中のアンモニアは極めて短時間でフュエルＮＯｘに酸化されることに鑑みて、本発明ではアンモニアがフュエルＮＯｘに酸化される前に窒素（Ｎ２）に分解し、フュエルＮＯｘの発生を抑制しようとするものである。
【００６５】
本発明では、量論比で燃焼されるガスタービン燃焼装置４において、当量比が１より高い当量比、好ましくはさらに数倍以上高い当量比の燃料過濃条件を第一燃焼領域４ａで形成することにより、より短時間でアンモニアから窒素への還元を促進し、フュエルＮＯｘの発生を大幅に低減させることができる。高い当量比の燃料過濃条件とすることで、詳細は後述するが、フュエルＮＯｘの発生を極めて短時間で効果的に低減できる（図７参照）。極めて短時間とは、例えば１ｍｓｅｃ程の僅かな時間のことである。ガスタービン燃焼装置の燃焼時間が短い場合（例えば１０〜３０ｍｓｅｃ）、１ｍｓｅｃは、ガスタービン燃焼装置全体の燃焼時間の僅か１／３０〜１／１０に相当する。このため、高い当量比は勿論のこと、さらに数倍以上高い当量比の燃料過濃条件で燃料ガスを燃焼させた場合に、仮に未燃焼の燃料ガスが残っても、残りの燃焼時間が十分に残されているので、未燃焼の燃料ガスを完全燃焼させることができる。これにより、フュエルＮＯｘの発生の大幅な低減と共に、燃焼効率を向上できる。
【００６６】
本実施形態では、第一第一燃焼領域４ａでの燃料過濃条件を、第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１により供給される燃料ガスと、第１の純酸素供給手段ＡＯ１により供給される純酸素により形成している。
【００６７】
このような燃料過濃条件を形成するためには、温度調整ガスである循環ガスを燃焼領域４aに供給しないことが好ましい。この場合、第１の循環ガス供給手段ＨＧ１から供給される循環ガスの供給量はゼロが好ましい。
【００６８】
一方、第二燃焼領域４ｂでは、燃焼されなかった未燃焼の燃料ガスを純酸素で完全燃焼させることが必要である。このような第二燃焼領域４ｂは、第２の純酸素供給手段ＡＯ２により供給される純酸素と第２の循環ガス供給手段ＨＧ２により供給される循環ガスにより形成することができる。
【００６９】
具体的には、第一燃焼領域４ａでの燃料過濃条件に対して第二燃焼領域４ｂでは完全燃焼させるために燃料希薄条件にすることが必要である。これに加えて、第二燃焼領域４ｂでは、燃料ガスを完全燃焼させるための温度の調整が重要となるため、燃焼温度を調整するための循環ガスを第２の循環ガス供給手段ＨＧ２により供給することが重要となる。
【００７０】
このように第１と第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２を設けることにより、量論比で燃焼されるガスタービン燃焼装置４において、第一燃焼領域４ａでの燃料ガスと酸素との割合により決まる当量比を任意に調整でき、第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２を設けることにより、第二燃焼領域４ｂでの燃料ガスと純酸素と循環ガスとの割合により決まる燃焼温度を調整することができる。
【００７１】
以上のことから、本発明のガスタービン燃焼装置の燃焼方法、ガスタービン燃焼装置によれば、第一燃焼領域４ａにおいて、燃焼温度を所望の燃焼温度に調整しながら燃料ガスを高い当量比の燃料過濃条件で還元燃焼させ、短時間で燃料ガス中の窒素化合物のＮ分（以下ではアンモニアとして説明する）を窒素（Ｎ２）に還元することができる。
【００７２】
また、第二燃焼領域４ｂにおいて、燃焼温度を所望の燃焼温度に調整しながら燃料ガスを低い当量比の燃料希薄条件で燃焼させ、未燃焼の燃料ガスを完全燃焼させることができる。これにより、燃焼室全体としてはＮＯｘの発生を抑制しつつ、燃料ガスの純酸素による燃焼反応を促進させ、燃焼効率を向上させることができる。
【００７３】
なお、本発明は、燃料中に含まれるアンモニアに限らず、酸化剤、循環ガス中に含まれるアンモニアに適用しても同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００７４】
また、本実施形態の火力発電設備によれば、燃料ガスからのＮＯｘの発生を低減し、燃料ガスをほぼ完全燃焼できるガスタービン燃焼装置を備えるものである。これにより、ＮＯｘ等の大気汚染物質の排出を従来の火力発電設備と同等に低減することができ、排煙脱硝装置などの付帯設備を縮小または省略する火力発電設備を実現することができる。また、排煙脱硝装置などの付帯設備を縮小または省略して脱硝に要する初期コスト、運用コストを低減し、発電コストを低減すると同時に、ＮＯｘやＣＯ２排出などの環境負荷を最大限低減する火力発電設備を実現することができる。
【００７５】
（実施形態２）
実施形態２は、ガスタービン燃焼装置４の構成の変形例であり、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図２に、実施形態２に係る排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【００７６】
本実施形態の排気ガス循環型石炭ガス化発電設備ＩＩのガスタービン燃焼装置４では、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに加え、ガスタービン燃焼装置４の出口付近に、さらに第三燃焼領域４ｃを形成したものである。
【００７７】
ガスタービン燃焼装置４は、第一燃焼領域４ａに第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１、第１の純酸素供給手段ＡＯ１及び第１の循環ガス供給手段ＨＧ１を備え、第二燃焼領域４ｂに第２の純酸素供給手段ＡＯ２及び第２の循環ガス供給手段ＨＧ２を備え、第二燃焼領域４ｂよりもさらに下流側で、第二燃焼領域４ｂと排出部４ｄとの間、即ち、第三次燃焼領域４ｃに第３の純酸素供給手段ＡＯ３及び第３の循環ガス供給手段ＨＧ３を備えている。
【００７８】
ここで、第二燃焼領域４ｂ及び第三燃焼領域４ｃでは、未燃焼の燃料ガスを完全燃焼させるための最適な燃焼温度を形成することが有効である。このためには、第２と第３の循環ガス供給手段ＨＧ２、ＨＧ３により所望の燃焼温度となるような循環ガスの量を供給することが重要である。これにより燃料ガスの燃焼効率を向上させることができる。
【００７９】
一方、ガスタービン燃焼装置４で生成された燃焼ガスは、燃焼ガスの膨張で発電動力を得るガスタービン５に送られる。このため、ガスタービン燃焼装置４から排出される燃焼ガスは、通常、ガスタービン５の運転温度、例えば１３００℃の定格温度に調整されなければならない。
【００８０】
本実施形態のガスタービン燃焼装置４では、第１〜第３の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ１、ＡＯ３及び第１〜第３の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３を具備するため、ガスタービン燃焼装置４の燃焼室を第一燃焼領域４ａ〜第三燃焼領域４ｃまで分けることができ、それぞれの燃焼領域で、燃料ガスと酸素との燃焼条件、即ち、当量比及び燃焼温度を所望の条件に調整することができる。
【００８１】
具体的には、最初に第一燃焼領域４ａで、第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１により供給される燃料ガスと、第１の純酸素供給手段により供給される純酸素とで、高い当量比の燃料過濃条件を形成し、フュエルＮＯｘの発生を抑制する。
【００８２】
次いで、第二燃焼領域４ｂで、未燃焼の燃料ガスと第２の純酸素供給手段ＡＯ２により供給される純酸素と第２の循環ガス供給手段ＨＧ２により供給される循環ガスとで、燃焼を促進できるような最適な燃焼温度で燃料ガスを燃焼させる。
【００８３】
最後に、第三燃焼領域４ｃで、未燃焼の燃料ガスと第３の純酸素供給手段ＡＯ３により供給される純酸素と第３の循環ガス供給手段ＨＧ３により供給される循環ガスとで、ガスタービン５の運転温度に調整しながら、燃料ガスを燃焼させる。
【００８４】
このように、ガスタービン燃焼装置４の燃焼室を第一燃焼領域４ａ〜第三燃焼領域４ｃに分けることにより、ＮＯｘの生成を抑制すると共に燃焼効率を向上できる。
【００８５】
また、第一燃焼領域４ａ〜第三燃焼領域４ｃのように３つの燃焼領域を形成することにより、第一燃焼領域４ａから第三燃焼領域４ｃまでの燃焼条件を徐々に又は段階的に所望の条件に変更することができる。
【００８６】
（実施形態３）
実施形態３は、実施形態１のガスタービン燃焼装置４の構成の変形例であり、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図３に、実施形態３に係る排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【００８７】
本実施形態の排気ガス循環型石炭ガス化発電設備ＩＩＩのガスタービン燃焼装置４は、ガスタービン５から排出された排気ガス中（循環ガス中）の窒素酸化物の濃度を計測する計測手段１３と、計測結果に基づいて燃料ガス、純酸素及び循環ガスの供給量を決定する制御手段１４と、決定された供給量で燃料ガス、純酸素及び循環ガスを供給する調整手段１５とをさらに具備するものである。
【００８８】
以下、燃料ガス、純酸素及び循環ガスの供給量の調整方法について説明する。まず、計測手段１３は、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を計測して、計測結果を制御手段１４に伝達する。制御手段１４は、計測手段１３からの情報に基づいて、窒素酸化物の排出量を最小にするように（所定の範囲を維持するように）第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１、第１と第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２及び第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２により供給される燃料ガス、純酸素及び循環ガスの供給量をそれぞれ決定し、決定された供給量で燃料ガス、純酸素及び循環ガスを供給量するように調整手段１５を制御する。次に、調整手段１５は、決定された燃料ガス、純酸素及び循環ガスの供給量を第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１、第１と第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２及び第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２によりそれぞれ供給する。
【００８９】
供給量の調整は、燃料に含まれるアンモニアから窒素への分解率が最大となるような燃料ガスと純酸素との当量比、この当量比に対する循環ガスの希釈量、純酸素及び循環ガス供給位置等、さらに温度との関係を考慮して、予め測定したデータ又はシミュレーション等に基づいて行うことができる。このように供給量の調整方法は特に制限されない。
【００９０】
計測手段１３としては、ガスクロマトグラフィー等の公知の計測装置を挙げることができる。計測手段１３の配設位置は、特に制限はなく、例えば、ガスタービン５から排熱回収ボイラ６までの間の管路や、排熱回収ボイラ６から循環ガスを圧縮する圧縮機７までの間の管路や、排気ガスが排出される煙突１２等に配設することができる。本実施形態では、排熱回収ボイラ６と二酸化炭素回収装置１１の間に配設されている。
【００９１】
調整手段１５としては、流量調節弁や流量計などを挙げることができる。調整手段１５は、第１の燃料ガス供給手段ＦＥ１と、第１と第２の純酸素供給手段ＡＯ１、ＡＯ２及び第１と第２の循環ガス供給手段ＨＧ１、ＨＧ２毎に設けることが好ましい。
【００９２】
このような計測手段１３、制御手段１４及び調整手段１５を設けることにより、ガスタービン燃焼装置４の燃焼室の第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂの燃焼条件、具体的には燃料ガスと純酸素との当量比及び燃焼温度を任意に変更することができ、フュエルＮＯｘの発生を最小にする燃料ガスと純酸素と循環ガスの混合比率を調整することができる。また、燃焼温度を適切に調整することでフュエルＮＯｘだけでなく、高温領域で起こるサーマルＮＯｘの生成も同時に抑制することができる。
【００９３】
なお、ガスタービン燃焼装置４の出口の燃焼ガスの温度を計測し、所定の温度範囲となるように、燃料ガス供給手段、純酸素供給手段及び循環ガス供給手段の供給量を調整してもよい。
【００９４】
（実施形態４）
実施形態４は、実施形態１のガスタービン燃焼装置４の構成の変形例であり、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図４に、実施形態４に係る排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【００９５】
本実施形態の排気ガス循環型石炭ガス化発電設備ＩＶでは、二酸化炭素回収装置１１において二酸化炭素と水蒸気とを分離手段１１ａにより分離して回収した二酸化炭素又は水蒸気又はこれらの混合ガスを第１と第２の二酸化炭素供給手段Ｃ１、Ｃ２及び第１と第２の水蒸気供給手段Ｈ１、Ｈ２によりガスタービン燃焼装置４に還流供給される循環ガスに混合してからガスタービン燃焼装置４の第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに供給するものである。
【００９６】
具体的には、ガスタービン５の排気ガスから一部を分離し、スクラバー等により水を凝縮させ、図示されない汽水分離器により水を分離した後、排気ガスを二酸化炭素回収装置１１において気体成分として残る二酸化炭素を回収し、ガスタービンの排気ガスの残りは循環ガスとしてガスタービン燃焼装置４に環流供給して燃焼温度を調整する。
【００９７】
回収した二酸化炭素は循環ガスの圧力程度であるため、この一部または全部を循環ガスに混合し、圧縮機７で所定の圧力に昇圧後、第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂに供給することができる。この場合、燃焼反応を促進するため、二酸化炭素が混合された循環ガスを第一燃焼領域４ａへ供給せず、第二燃焼領域４ｂに供給することが好ましい。これにより、燃焼反応を促進でき、且つ二酸化炭素の回収動力を低減することができ、プラント熱効率を向上することができる。
【００９８】
一方、二酸化炭素回収装置１１で回収した水の一部または全部は循環ガスの圧力程度であるため、かかる水をガスタービン５の排気ガスの熱により蒸発させた後、循環ガスに混合し、圧縮機７で所定の圧力に昇圧後、燃焼領域４a及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ供給することができる。この場合、循環ガス中の水蒸気の濃度が上昇し、詳細は後述するが、燃料ガス中のアンモニアを高い分解率で窒素に分解でき、且つ燃焼装置の燃焼反応を促進することができる（図９、図１０参照）。
【００９９】
（実施形態５）
実施形態５は、実施形態４のガスタービン燃焼装置４の構成の変形例であり、実施形態４と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図５に、実施形態５に係る排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【０１００】
本実施形態の排気ガス循環型石炭ガス化発電設備Ｖでは、二酸化炭素回収装置１１において二酸化炭素と水蒸気とを分離手段１１ａにより分離して回収した二酸化炭素又は水蒸気又はこれらの混合ガスを第１と第２の二酸化炭素供給手段Ｃ１、Ｃ２及び第１と第２の水蒸気供給手段Ｈ１、Ｈ２によりガスタービン燃焼装置４の燃焼領域４a及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ直接供給する点が実施形態４と相違する。他の条件は実施形態４と同様である。
【０１０１】
本実施形態では、二酸化炭素回収装置１１内の二酸化炭素回収設備で二酸化炭素回収のために昇圧した二酸化炭素は、循環ガスの圧力以上であるため、循環ガスとは別にガスタービン燃焼装置４の第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ直接供給することができる。この場合、燃焼反応を促進するため、二酸化炭素を第一燃焼領域４ａへ供給せず、第二燃焼領域４ｂに供給することが好ましい。これにより燃焼反応を促進することができ、且つ二酸化炭素の回収動力を低減でき、プラント熱効率を向上することができる。
【０１０２】
また、水は図示されない昇圧ポンプにより容易に昇圧できるため、循環ガスとは別に昇圧してガスタービン燃焼装置４の第一燃焼領域４ａ及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ直接供給することができる。これにより、循環ガスの圧縮機７の昇圧動力を低減でき、プラント熱効率を向上することができる。また、水蒸気を供給することにより、燃料ガス中のアンモニアを高い分解率で窒素に分解でき、且つ燃焼装置の燃焼反応を促進することができる（図９、図１０参照）。
【０１０３】
（実施形態６）
実施形態６は、実施形態１のガスタービン燃焼装置４の構成の変形例であり、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図６に、実施形態６に係る排気ガス循環型石炭ガス化発電設備の概略構成図を示す。
【０１０４】
本実施形態の排気ガス循環型石炭ガス化発電設備ＶＩでは、ガスタービン燃焼装置４に還流供給する循環ガスに、酸素製造装置２で酸素が分離された後の窒素を第１と第２の窒素供給手段Ｎ１、Ｎ２により混合してからガスタービン燃焼装置４の燃焼室の燃焼領域４a及び第二燃焼領域４ｂにそれぞれ供給するものである。混合する場所は、循環ガスが圧縮される圧縮機７の中間段が好ましい。
【０１０５】
酸素製造装置２で空気から分離して副生される窒素は数気圧ある。これを循環ガスの圧縮機７の中間段で供給し、ガスタービン燃焼装置４に環流供給することにより、未利用の中圧の窒素を有効利用することができ、且つ循環ガスの昇圧動力が低減できる。これにより、ガスタービン燃焼装置４に環流供給する循環ガス中のＮ２濃度が高くなり、詳細は後述するが、燃焼反応の促進を図ることができ、プラント熱効率を向上することができる（図９参照）。
【０１０６】
なお、窒素の混合場所は、循環ガスが圧縮機７で圧縮される前であってもよく、又は循環ガスに混合せずに、直接ガスタービン燃焼装置４に供給してもよい。
【０１０７】
次に、当量比が１より高くなるように燃料ガスを純酸素で燃焼させた場合のアンモニアの窒素（Ｎ２）への分解率を図７、８を用いて説明する。
【０１０８】
図７に、定格温度（１３００℃）における燃焼領域４aでの燃料中のアンモニアの窒素（Ｎ２）への分解率と反応時間との関係に及ぼす当量比の影響を示す。当量比を１〜５０に変化させ、循環ガスは混合しないで解析した。
【０１０９】
図８に、燃料中のアンモニアの窒素（Ｎ２）への分解率と当量比との関係を示す。
【０１１０】
図７、８に示すように、例えば燃焼時間を１０〜数十ｍｓｅｃとることができるガスタービン燃焼装置４に燃料の還元燃焼を適用した場合、当量比をより高い当量比で燃料ガスを燃焼させることにより、ガスタービン燃焼装置入口から約１ｍｓｅｃの極めて短時間で、燃料中のアンモニアを高い分解率で窒素に分解することができる。
【０１１１】
このように、第一燃焼領域４ａでより高い当量比の燃料過濃条件で燃料ガスを燃焼させることで、極めて短時間でアンモニアを窒素に分解することができることがわかった。第二燃焼領域４ｂでは、ガスタービン燃焼装置４の残りの燃焼時間が十分に残されているため、未燃焼の燃料ガスを完全燃焼させることが可能である。これにより、フュエルＮＯｘの発生の大幅な低減及び燃焼効率の向上の促進を同時に実現できることが明確になった。
【０１１２】
次に、水蒸気及び窒素についての燃料ガスの燃焼促進効果を図９に基づいて説明する。図９に、燃焼ガスに混合する温度調整ガスの種類と排気ガス中のガス組成の変化及び燃焼効率との関係を示す。
【０１１３】
図９に示す基準条件とは、定格温度（１３００℃）で燃料ガス（主成分を一酸化炭素と水素とする）を純酸素と循環ガスで燃焼させた場合をいう。また、図９に示すＨ２Ｏガス循環及びＮ２ガス循環とは、基準条件の循環ガスを水蒸気又は窒素で置き換えた場合を言う。図９に示すように、基準条件の場合の循環ガスを水蒸気又は窒素とすると、燃焼ガス中の未燃焼成分である一酸化炭素の濃度が基準の場合より大幅に減少し、燃焼効率が向上することがわかった。これにより、水蒸気及び窒素は燃料ガスの燃焼を促進する効果を有し、循環ガスの代わり、又は循環ガスに混合して用いることにより燃焼効率を向上できることがわかった。
【０１１４】
次に、水蒸気についての燃料ガスの燃焼促進効果を図１０を用いて説明する。図１０に、温度調整ガスとして水蒸気を用いた場合と温度調整ガスなしで燃料ガスを燃焼させた場合の燃料中のアンモニアの窒素への分解率と経過時間との関係を示す。なお、温度は７００℃とし、当量比は３０で一定とした。水蒸気／燃料ガスの体積比は０．５とした。図１０に示すように、温度調整ガスとして水蒸気を用いることにより、温度調整ガスを用いずに燃料ガスを純酸素で燃焼させた場合より、燃料ガス中のアンモニアをより高い分解率で窒素に分解できることがわかった。
【０１１５】
（他の実施形態）
第一燃焼領域４ａに供給される燃料ガス、純酸素、循環ガス、二酸化炭素、水蒸気及び窒素は、それぞれ単独で供給してもよく、例えば、ガス精製設備３の下流側且つガスタービン燃焼装置４の上流側で予め混合してから供給してもよい。また、第二燃焼領域４ｂに供給される燃料ガス、純酸素、循環ガス、二酸化炭素、水蒸気及び窒素ガスについても単独で供給してもよく、予め混合してから供給してもよい。
【０１１６】
また、第二燃焼領域４ｂに第２の燃料ガス供給手段ＦＥ２を設け、燃料ガスを燃焼領域４a及び第二の燃焼領域４ｂにそれぞれ供給してもよい。燃料ガスを第一燃焼領域４ａだけでなく第二の燃焼領域４ｂに供給することにより、第一燃焼領域４ａで燃料ガス中の窒素化合物を還元できずに生成したＮＯｘを第二の燃焼領域４ｂから供給される燃料ガスで還元することができる。これにより、燃焼室全体としてＮＯｘの発生を抑制することができる。
【０１１７】
さらに、燃料ガス供給手段、純酸素供給手段、循環ガス供給手段、二酸化炭素供給手段、水蒸気供給手段及び窒素供給手段の数は特に制限されず、第一燃焼領域４ａ及び第二の燃焼領域４ｂで、燃料ガスと純酸素との当量比や、燃料ガスと純酸素と循環ガスとの割合により決まる燃焼温度などを調整できる数であればよい。例えば、第１〜第Ｎの燃料ガス供給手段、第１〜第Ｎの純酸素供給手段、第１〜第Ｎの循環ガス供給手段、第１〜第Ｎの二酸化炭素供給手段、第１〜第Ｎの水蒸気供給手段及び第１〜第Ｎの窒素供給手段を設けることにより、燃焼室を第一燃焼領域４ａ〜第Ｎ次燃焼領域４ｎに分けることができる。この場合、第１〜第Ｎの燃料ガス供給手段と、第１〜第Ｎの純酸素供給手段を制御する当量比制御手段ＥＱを設けることが好ましい。
【０１１８】
これにより、ガスタービン燃焼装置に供給する燃料ガスの組成や純酸素の純度、排気ガスの組成が変化した場合、又はガスタービン燃焼装置の燃焼負荷が変化した場合、又はその他の要因でガスタービン燃焼装置の燃焼条件が変化した場合に、燃料ガス、純酸素、循環ガス、二酸化炭素、水蒸気及び窒素の供給量を調整し、第一次燃焼室ではＮＯｘの発生を低減する燃焼条件に調整し、第二次〜第Ｎ次燃焼領域では燃料ガスと純酸素との燃焼反応を促進するための燃焼条件に調整することができる。
【０１１９】
この場合、当量比については、第一燃焼領域４ａでは、ＮＯｘの発生を低減するように当量比を１より高い燃料過濃条件とし、第二次〜第Ｎ次燃焼領域では、未燃焼の燃料ガスを純酸素で完全燃焼させるように当量比１以下の燃料希薄条件とする。ＮＯｘの発生をより低減するため、循環ガスは、第１の循環ガス供給手段から供給しないことが好ましい。
【０１２０】
また、水蒸気を供給する場合は、循環ガスを供給しない場合よりもアンモニアの分解率を向上させ、且つ燃焼効率を高めることができる。よって、第１〜第Ｎの水蒸気供給手段の少なくとも１以上から水蒸気を供給することにより、燃焼効率の向上、且つアンモニアの分解率の向上を同時に実現することができる。なお、水蒸気は循環ガスに混合して、又は循環ガスとは別に第一燃焼領域４ａ〜第Ｎ次燃焼領域４ｎに供給してもよい。
【０１２１】
また、燃焼温度については、第一燃焼領域４ａではＮＯｘの発生を低減するような最適な温度条件とし、第二次〜第（Ｎ−１）次燃焼領域では、未燃焼の燃料ガスを純酸素で完全燃焼させるような最適な温度条件とし、第Ｎ次燃焼領域４ｎをガスタービン５の運転温度に調整する。これにより、更に燃焼効率を向上させることができ、発電設備の動力を低減することができる。このように複数の燃料ガス供給手段、純酸素供給手段及び循環ガス供給手段を設けることにより、燃料ガスの燃焼条件（当量比、温度）を任意に変更することができる。
【０１２２】
また、第１〜第Ｎの燃料ガス供給手段、第１〜第Ｎの純酸素供給手段、第１〜第Ｎの循環ガス供給手段、第１〜第Ｎの二酸化炭素供給手段、第１〜第Ｎの水蒸気供給手段及び第１〜第Ｎの窒素供給手段を備える場合、これらの供給手段により供給される燃料ガス、純酸素、循環ガス、二酸化炭素、水蒸気及び窒素の少なくとも１以上の供給量を制御する制御手段１４が設けられることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、燃料ガスを燃焼するガスタービン燃焼装置の燃焼方法及びガスタービン燃焼装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１      石炭ガス化炉
２      酸素製造装置
３      ガス精製設備
４      ガスタービン燃焼装置
４ａ    第一燃焼領域
４ｂ    第二燃焼領域
４ｃ    第三燃焼領域
４ｄ    排出部
５      ガスタービン
６      排熱回収ボイラ
７      圧縮機
８      発電機
９      蒸気タービン
１０    復水器
１１    二酸化炭素回収装置
１１ａ  分離手段
１２    煙突
１３    計測手段
１４    制御手段
１５    調整手段
ＦＥ１  第１の燃料ガス供給手段
ＦＥ１  第２の燃料ガス供給手段
ＥＱ    当量比制御手段
ＡＯ１  第１の純酸素供給手段
ＡＯ２  第２の純酸素供給手段
ＡＯ３  第３の純酸素供給手段
ＨＧ１  第１の循環ガス供給手段
ＨＧ２  第２の循環ガス供給手段
ＨＧ３  第３の循環ガス供給手段
Ｃ１    第１の二酸化炭素供給手段
Ｃ２    第２の二酸化炭素供給手段
Ｈ１    第１の水蒸気供給手段
Ｈ２    第２の水蒸気供給手段
Ｎ１    第１の窒素供給手段
Ｎ２    第２の窒素供給手段
【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】
2014134369.tif 000009
【図８】
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【図１０】
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【図９】
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