(57)【要約】【課題】流入空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて、排ガスを発生させる燃焼器と、排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラと、燃焼器に供給される前に燃料を洗浄流体で洗浄するための洗浄機と、排熱回収ボイラから排出された排ガスを冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器とを有するガスタービンシステムを運転するための方法を提供する。【解決手段】洗浄機から排出された洗浄流体を直接接触式の冷却器に導入し、洗浄流体を直接接触式の冷却器内で、排熱回収ボイラから排出された排ガスと接触させて、排ガスから窒素酸化物の一部を除去し、直接接触式の冷却器から排出された排ガスを、圧縮機に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて排ガスを発生させる燃焼器と、排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラと、燃焼器に供給される前に燃料を洗浄流体で洗浄するための洗浄機と、前記排熱回収ボイラから排出された排ガスを冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器とを有するガスタービンシステムを運転する方法において、
前記洗浄機から排出された洗浄流体を前記直接接触式の冷却器に導入し、
前記洗浄流体を前記直接接触式の冷却器内で、前記排熱回収ボイラから排出された排ガスと接触させて、該排ガスから窒素酸化物の一部を除去し、
前記直接接触式の冷却器から排出された排ガスを、前記圧縮機に供給することを特徴とする、ガスタービンシステムを運転する方法。
【請求項２】
前記ガスタービンシステムは更に、冷却流体によって前記直接接触式の冷却器を冷却するための冷却塔を有しており、前記方法において更に、前記冷却塔から流出した冷却流体を、前記直接接触式の冷却器に導入する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガスタービンシステムは更に、前記直接接触式の冷却器を冷却するための熱交換器を有している、請求項１記載の方法。
【請求項４】
窒素酸化物除去用の試薬を、前記直接接触式の冷却器に導入する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
窒素酸化物を酸化させるための酸化剤を、前記直接接触式の冷却器に導入する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ｐＨ調整剤を、前記直接接触式の冷却器に導入する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記試薬は、Ｆｅ（ＩＩ）、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ及びＤＰＴＡの少なくとも１つを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記酸化剤は、過酸化水素、オゾン及びプラズマの少なくとも１つを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記ｐＨ調整剤は、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３の少なくとも１つを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
ガスタービンシステムのための排ガス処理アセンブリであって、
前記ガスタービンシステムは、流入空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて排ガスを発生させる燃焼器とを有しており、
前記排ガス処理アセンブリは、
前記排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラと、
前記燃焼器に供給される前に燃料ガスを洗浄流体で洗浄するための洗浄機と、
前記排熱回収ボイラから排出された排ガスを冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器とを有しており、
前記洗浄機は、該洗浄機から排出された洗浄流体を前記直接接触式の冷却器に導入するために、前記直接接触式の冷却器に流体接続されており、
前記排熱回収ボイラは、前記洗浄流体を前記直接接触式の冷却器内で、前記排熱回収ボイラから排出された排ガスと接触させて、該排ガスから窒素酸化物の一部を除去するために、前記直接接触式の冷却器に流体接続されており、
前記直接接触式の冷却器は、該直接接触式の冷却器から排出された排ガスを前記圧縮機に供給するために、前記圧縮機と流体接続されていることを特徴とする、ガスタービンシステムのための排ガス処理アセンブリ。
【請求項１１】
窒素酸化物除去用の試薬を前記直接接触式の冷却器に導入するための試薬供給装置と、
窒素酸化物を酸化させるための酸化剤を前記直接接触式の冷却器に導入するための酸化剤供給装置と、
ｐＨ調整剤を前記直接接触式の冷却器に導入するためのｐＨ調整剤供給装置とを更に有している、請求項１０記載の排ガス処理アセンブリ。
【請求項１２】
当該排ガス処理アセンブリは更に、冷却流体によって前記直接接触式の冷却器を冷却するための冷却塔を有しており、該冷却塔は、冷却塔から流出した冷却流体を前記直接接触式の冷却器に導入するために、前記直接接触式の冷却器と流体接続されている、請求項１０記載の排ガス処理アセンブリ。
【請求項１３】
前記直接接触式の冷却器を冷却するための熱交換器を更に有している、請求項１０記載の排ガス処理アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン、特にガスタービンシステムのための排ガス処理方法及び排ガス処理アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所等の燃焼プラントにおける石炭、油、天然ガス、泥炭、廃棄物等のような燃料の燃焼は、煙道ガス流として知られる高温のプロセスガス流を発生させる。一般に煙道ガス流は、微粒子や、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のような窒素酸化物（ＮＯｘ）及び二酸化硫黄（ＳＯ２）のようなガス状汚染物質を含んでいる。これらのガス状汚染物質を大気中に放出することにより、環境にネガティブな影響を及ぼすことが判っており、煙道ガス流から出されるこのようなガス状汚染物質量を除去又は削減する過程が開発されてきた。
【０００３】
煙道ガス流内でのＮＯｘの形成を制御するために、種々様々な燃焼改良技術が開発されてきた。これらの技術は一般に、比較的低いＮＯｘ削減効率を有しており且つかなりの熱損失を伴う。煙道ガス流処理技術は、燃焼改良技術よりもはるかに高い除去効率を達成することができる。このような煙道ガス処理技術には、選択触媒還元（ＳＣＲ）及び選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）が含まれる。ＳＣＲ技術及びＳＮＣＲ技術は、アンモニア又は尿素を利用して、ＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に還元する化学的な酸化還元反応を実施するものである。しかしながら、これらの技術には、ＳＣＲの場合は高いコスト、触媒劣化、アンモニアスリップ及び設備空間等、ＳＮＣＲの場合は狭い温度ウインドウ及びアンモニアスリップ（反応しなかったアンモニア）等の、重大な欠点が結びついている。煙道ガス流からＮＯｘを化学的に吸収する洗浄システムが、ＳＣＲ技術及びＳＮＣＲ技術、並びにこれらの技術に関連する欠点を代替する。
【０００４】
再循環は、基本的にガスタービンにおいて最も多様な用途に用いられる。ガスタービンにおける排ガス再循環では、排ガスのかなりの割合が、排ガス副流全体から分岐され、通常は冷却及び浄化された後に、タービンの質量入力流又はタービン圧縮機に再び供給される。排ガスの組成は、新鮮な周囲空気の組成とは著しく相違している。通常、再循環された排ガス副流は、周囲の新鮮空気と混合され、この混合物が次いで圧縮機に供給される。
【０００５】
特許文献１に記載されているガス処理システムは、互いに分離された第１の側と第２の側とを有する熱交換器を備えている。第１の側は第１の流入部及び第１の流出部を画成しており、第２の側は、第２の流入部及び第２の流出部を画成している。直接接触式の冷却器が、第１の流出部と流体接続しており、直接接触式の加熱器が、第１の流入部と流体接続しており、且つ／又はガスポリッシャが第１の流入部と第１の流出部とに流体接続されている。このガス処理システムは、第１の流入部及び／又は第２の流出部に流体接続されたアンモニアポリシングシステムを有している。振動を抑制する可能性は、４分の１波長管、ヘルムホルツダンパ又は音響スクリーン等の減衰装置を取り付ける点にある。
【０００６】
特許文献２に記載された、エミッション削減のための装置及び組立て方法では、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排ガス流を排出するガスタービンエンジンに接続されている。ＨＲＳＧは、排ガスを加熱するための、蒸気をベースとした加熱エレメントを有しており、少なくとも１つのＮＯｘ還元エレメントが、少なくとも１つの蒸気ベースの加熱エレメントの下流側に接続されていて、少なくとも１つのＮＯｘ還元エレメント内に案内された排ガス中の所定量のＮＯｘの還元を促進するように構成されている。
【０００７】
特許文献３に記載された、化石燃料タービン用のＨＲＳＧにオゾンＮＯｘ制御を応用する方法において、ＮＯｘを還元し且つ化石燃料火力タービンから排出される排ガス流から排熱を回収する方法では、排ガス流をエコノマイザと蒸発器との間でオゾンガスと接触させて、ＮＯを二酸化窒素（ＮＯ２）に変換し、これにより、ＮＯ２と残留ＮＯを含む排ガス流を形成する。この方法では更に、ＮＯ２と残留ＮＯを含む排ガス流を水と接触させて、硝酸（ＨＮＯ３）と残留ＮＯを含む排気流を生ぜしめる。この方法では更に、ＨＮＯ３と残留ＮＯを含有する排ガス流を冷却して、第１の凝縮媒体に第１の残留水膜を集め、これによりＨＮＯ３を捕獲して、第１の水膜とＨＮＯ３を除去する。
【０００８】
この分野では大きな発展が遂げられたが、更に低コスト且つより高い効率で、排ガス中のＮＯｘを削減するための、可能なアプローチを探求する余地がまだある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１３１０３９９０Ａ２
【特許文献２】ＵＳ２０１２０１０２９１３Ａ１
【特許文献３】ＷＯ２０１２０９４３６２Ａ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、流入空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて、排ガスを発生させる燃焼器と、排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラと、燃焼器に供給される前に燃料を洗浄流体で洗浄するための洗浄機と、排熱回収ボイラから排出された排ガスを冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器とを有するガスタービンシステムを運転するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明による方法では、洗浄機から排出された洗浄流体を直接接触式の冷却器に導入し、前記洗浄流体を直接接触式の冷却器内で、排熱回収ボイラから排出された排ガスと接触させて、排ガスから窒素酸化物の一部を除去し、直接接触式の冷却器から排出された排ガスを、圧縮機に供給する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成の一例では、ガスタービンシステムは更に、冷却流体によって直接接触式の冷却器を冷却するための冷却塔を有しており、前記方法において更に、冷却塔から流出した冷却流体を、直接接触式の冷却器に導入する。
【００１３】
本発明の構成の一例では、ガスタービンシステムは更に、直接接触式の冷却器を冷却するための熱交換器を有している。
【００１４】
本発明の構成の一例では、前記方法において更に、窒素酸化物除去用の試薬を、直接接触式の冷却器に導入する。
【００１５】
本発明の構成の一例では、前記方法において更に、窒素酸化物を酸化させるための酸化剤を、前記直接接触式の冷却器に導入する。
【００１６】
本発明の構成の一例では、前記方法において更に、ｐＨ調整剤を、前記直接接触式の冷却器に導入する。
【００１７】
本発明の構成の一例では、前記試薬は、Ｆｅ（ＩＩ）、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ及びＤＰＴＡの少なくとも１つを有している。
【００１８】
本発明の構成の一例では、前記酸化剤は、過酸化水素、オゾン及びプラズマの少なくとも１つを有している。
【００１９】
本発明の構成の一例では、前記ｐＨ調整剤は、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３の少なくとも１つを有している。
【００２０】
本発明の別の態様では、ガスタービンシステムのための排ガス処理アセンブリが提供され、前記ガスタービンシステムは、流入空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて排ガスを発生させる燃焼器とを有しており、前記排ガス処理アセンブリは、前記排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラと、前記燃焼器に供給される前に燃料ガスを洗浄流体で洗浄するための洗浄機と、前記排熱回収ボイラから排出された排ガスを冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器とを有しており、前記洗浄機は、該洗浄機から排出された洗浄流体を前記直接接触式の冷却器に導入するために、前記直接接触式の冷却器に流体接続されており、前記排熱回収ボイラは、前記洗浄流体を前記直接接触式の冷却器内で、前記排熱回収ボイラから排出された排ガスと接触させて、該排ガスから窒素酸化物の一部を除去するために、前記直接接触式の冷却器に流体接続されており、前記直接接触式の冷却器は、該直接接触式の冷却器から排出された排ガスを前記圧縮機に供給するために、前記圧縮機と流体接続されている。
【００２１】
本発明の構成の一例では、排ガス処理アセンブリは更に、窒素酸化物除去用の試薬を前記直接接触式の冷却器に導入するための試薬供給装置と、窒素酸化物を酸化させるための酸化剤を前記直接接触式の冷却器に導入するための酸化剤供給装置と、ｐＨ調整剤を前記直接接触式の冷却器に導入するためのｐＨ調整剤供給装置とを有している。
【００２２】
本発明の構成の一例では、排ガス処理アセンブリは更に、冷却流体によって前記直接接触式の冷却器を冷却するための冷却塔を有しており、該冷却塔は、冷却塔から流出した冷却流体を前記直接接触式の冷却器に導入するために、前記直接接触式の冷却器と流体接続されている。
【００２３】
本発明の構成の一例では、排ガス処理アセンブリは更に、前記直接接触式の冷却器を冷却するための熱交換器を有している。
【００２４】
本発明の技術的な解決手段に基づき、排ガス中の窒素酸化物は、洗浄機から排出された使用済みの洗浄流体によって、ある程度還元される。この解決手段は、簡単且つ実現可能な方法で、窒素酸化物の還元効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１つの構成による排ガス処理部を備えるガスタービンシステムの概略図である。
【図２】本発明の別の構成による排ガス処理部を備えるガスタービンシステムの概略図である。
【図３】本発明の更に別の構成による排ガス処理部を備えるガスタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。本発明の目的、利点及び別の特徴は、以下の好適な構成（具体例として挙げたに過ぎず、本発明を限定するものではない）の説明により、より明確になる。同一の参照番号は、同一の要素を参照するために用いられる。
【００２７】
図１には、本発明の構成の一例による、排ガス処理部を備えたガスタービンシステム１０の例が概略的に示されている。ガスタービンシステム１０は、流入空気を圧縮するための圧縮機１１０と、圧縮機１１０に流体接続されていて、圧縮された流入空気で燃料ガスを燃焼させて排気ガスを発生させる燃焼器１２０と、燃焼器１２０に流体接続されていて、所定の負荷を運転するために排ガスを膨張させるためのタービン１３０とを有している。ガスタービンシステム１０は更に、タービン１３０から排出された排ガスの少なくとも一部を回収するための排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１４０と、硫化物又は別の還元性硫黄化合物を除去するために、燃焼器１２０への供給前に水等の洗浄流体１６２で燃料ガス１６４を洗浄する洗浄機１６０と、排熱回収ボイラ１４０から排出された排ガス１４２を水等の冷却流体１５２で冷却するための、直接接触式の冷却器１５０とを有している。洗浄機１６０内で洗浄された後、燃料ガス１６６は燃焼器１２０に供給されて、燃焼される。
【００２８】
本発明の構成の一例では、洗浄機１６０から排出された洗浄流体１６８は、直接接触式の冷却器１５０に導入されて、排ガス１４２に接触させられ、これにより排ガス１４２を、燃料ガスから吸収された洗浄流体１６８中の硫化物及び別の還元性硫黄化合物と反応させて、排ガス１４２から窒素酸化物（ＮＯｘ）の一部を除去する。その後、直接接触式の冷却器１５０から排出された排ガス１５４は、圧縮機１１０に供給される。本発明の構成の一例では、ガスタービンシステム１０は、排ガス１５４を周囲空気と混合するための混合器１０５を有している。次いで、排ガス１５４と周囲空気の混合物１０２は、圧縮機１１０に供給される。
【００２９】
本発明の構成の一例では、排ガス１４２から更にＮＯｘ、他の不純物及び汚染物質を除去するために、試薬１５８及び酸化剤１５６が、直接接触式の冷却器１５０に導入される。試薬１５８は、Ｆｅ（ＩＩ）、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＰＴＡ及び亜硫酸塩及び硫化物を有するキレート剤の少なくとも１つを含んでいる。酸化剤１５６は、過酸化水素、オゾン及びプラズマの少なくとも１つを有している。流体のｐＨを調整するために、ｐＨ調整剤を直接接触式の冷却器１５０に導入することも考えられる。ｐＨ調整剤は、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３の少なくとも１つを有していてよい。
【００３０】
図２には、図１に示したガスタービンシステム１０の変化態様が示されている。図２に示したような構成の一例では、ガスタービンシステム１０は、水等の冷却流体によって直接接触式の冷却器１５０を冷却するために、冷却塔１７０を有している。冷却塔１７０から流出した冷却流体１７２は、直接接触式の冷却器１５０に導入される。別の構成例では、冷却流体１７２は、同じ供給ライン内で試薬１５８と併用されてよい。直接接触式の冷却器１５０内で使用された後の冷却流体１５９は冷却塔１７０に戻されて、再利用されてよい。
【００３１】
図３には、図１に示したガスタービンシステム１０の別の変化態様が示されている。図３に示したような構成の一例では、ガスタービンシステム１０は、水等の冷却流体によって直接接触式の冷却器１５０を冷却するために、熱交換器１８０を有している。この構成では、直接接触式の冷却器１５０で使用される冷却流体は、図２に示したような冷却塔１７０内の冷却流体とは異なっていてよい。図３では、使用後に直接接触式の冷却器１５０から排出された冷却流体１５９は、冷却用の熱交換器１８０に導入される。次いで、熱交換器１８０から排出された冷却流体は、直接接触式の冷却器１５０に直接に導入されてよい。択一的又は付加的に、直接接触式の冷却器１５０で使用された冷却流体を再生処理するために、冷却流体処理装置１９０が熱交換器１８０の下流側に接続されてよい。この場合、冷却流体処理装置１９０から排出された冷却流体１９２は、直接接触式の冷却器１５０に導入されてよい。上述したように、同じ供給ライン内で試薬１５８が冷却流体１９２と併用されてよい。熱交換器に関して、水等の流入冷却流体１８４及び流出冷却流体１８６は、熱交換器１８０を冷却するための、図２に示す冷却塔１７０のような、別の冷却装置から流入して、該別の冷却装置に流出してよい。
【００３２】
本発明の１つの構成として、ガスタービンシステム１０のための排ガス処理アセンブリが提案される。図１に示したように、排ガス処理アセンブリは、排ガスの一部を回収するための排熱回収ボイラ１４０と、燃焼器１２０に供給する前に、燃料ガスを水等の洗浄流体で洗浄するための洗浄機１６０と、排熱回収ボイラ１４０から排出された排ガスを水等の冷却流体で冷却するための直接接触式の冷却器１５０とを有していてよく、この場合、洗浄機１６０は、該洗浄機１６０から排出された洗浄流体を直接接触式の冷却器１５０に導入するために、直接接触式の冷却器１５０に流体接続されており、排熱回収ボイラ１４０は、排熱回収ボイラ１４０から排出された排ガスと直接接触式の冷却器１５０内の洗浄流体とを接触させるために、直接接触式の冷却器１５０に流体接続されており、これにより、排ガスから窒素酸化物の一部が除去されるようになっており、直接接触式の冷却器１５０は、圧縮機１２０に流体接続されていて、直接接触式の冷却器１５０から排出された排ガスが、圧縮機１２０に供給されるようになっている。
【００３３】
図示されていないが、排ガス処理アセンブリは更に、窒素酸化物除去用の試薬１５８を直接接触式の冷却器１５０に導入するための試薬供給装置と、窒素酸化物を酸化させるための酸化剤１５６を直接接触式の冷却器１５０に導入するための酸化剤供給装置と、ｐＨ調整剤を直接接触式の冷却器１５０に導入するためのｐＨ調整剤供給装置とを有している。
【００３４】
図２に示したように、排ガス処理アセンブリは更に、冷却流体により直接接触式の冷却器１５０を冷却するための冷却塔１７０を有していて、該冷却塔１７０は、直接接触式の冷却器１５０に流体接続されていて、冷却塔１７０から流出した冷却流体は、直接接触式の冷却器１５０に導入されるようになっている。
【００３５】
図３に示したように、排ガス処理アセンブリは更に、直接接触式の冷却器１５０を冷却するための熱交換器１８０を有している。
【００３６】
本発明の技術的な解決手段では、排ガス中の窒素酸化物が、洗浄機から排出される使用済みの洗浄流体によって、ある程度還元される。この解決手段は、簡単且つ実行可能な方法で、窒素酸化物の還元効率を改善する。
【００３７】
本発明を限定的な構成に関してのみ詳細に説明してきたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。むしろ本発明は、本発明の思想及び範囲に見合った、記載されていないあらゆる変化、変更、置換又は同等の配置を組み込んで変更することができる。更に、本発明の種々様々な構成が説明されているが、本発明の態様は、説明した構成のいくつかしか含んでいなくてよいと理解されるべきである。それゆえ、本発明は前記説明に限定されるものでなく、添付請求項の範囲によってのみ限定されている。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ガスタービンシステム、  １０２  燃料ガスと周囲空気との混合物、  １０５  混合器、  １１０  圧縮機、  １２０  燃焼器、  １３０  タービン、  １４０  排熱回収ボイラ、  １４２  排熱回収ボイラから排出された排ガス、  １５０  直接接触式の冷却器、  １５２  冷却流体、  １５４  直接接触式の冷却器から排出された排ガス、  １５６  酸化剤、  １５８  試薬、  １５９  直接接触式の冷却器から排出された冷却流体、  １６０  洗浄機、  １６２  洗浄流体、  １６４  燃料ガス、  １６６  洗浄機から流出した燃料ガス、  １６８  洗浄機から排出された洗浄流体、  １７０  冷却塔、  １７２  冷却塔から流出した冷却流体、  １８０  熱交換器、  １８４  流入冷却流体、  １８６  流出冷却流体、  １９０  冷却流体処理装置、  １９２冷却流体処理装置から流出した冷却流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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