(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１１）の運転法であって、該ガスタービン（１１）の排ガスからＮＯｘを選択的触媒反応装置（１４）によりＮＨ3の添加下で除去する方法において、
前記排ガスは、排熱蒸気発生器（１９）を貫流した後に第１の排ガスと第２の排ガスとに分岐点（２６）で分離され、第１の排ガスは、排ガス戻り管路（２３）、冷却器（２７）およびブロワー（２８）を備えた排ガス再循環システムを介して前記ガスタービン（１１）の入口に返送され、第２の排ガスは、直接接触式冷却器（２９）を有する冷却装置（１３）を介して選択的触媒反応装置（１４）に導入されることによって、
前記排ガスのＮＯｘ含有量を、前記ガスタービン（１１）の運転条件が変わる場合も一定の水準に保ち、かつ前記選択的触媒反応装置（１４）への前記ＮＨ3の添加を一定のＮＯｘ水準に調整することを特徴とする、前記ガスタービン（１１）の運転法。
【請求項２】
前記排ガスの前記ＮＯｘ含有量を、同時に持続的に低下させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記冷却装置（１３）において、ｐＨ値及び添加剤、酸化剤（３６）の添加を制御することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
酸化剤としてＮａＯＣｌ及び／又はＯ3及び／又はＨ2Ｏ2を用いることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実施するためのガスタービン（１１）であって、
前記ガスタービン（１１）に、
排熱蒸気発生器（１９）を有する水／蒸気循環路（１２）、
前記排熱蒸気発生器（１９）を貫流した後の排ガスを第１の排ガスと第２の排ガスに分離する分岐点（２６）、
第１の排ガスを前記ガスタービン（１１）の入口に返送するための、排ガス戻り管路（２３）、冷却器（２７）およびブロワー（２８）を備えた排ガス再循環システム、
第２の排ガスを冷却するための、直接接触式冷却器（２９）を有する冷却装置（１３）、及び
前記冷却装置（１３）で処理された第２の排ガスからＮＨ3の添加下によりＮＯｘを除去するための選択的触媒反応装置（１４）
が備え付けられていることを特徴とする、
前記ガスタービン（１１）。
【請求項６】
さらに、前記冷却装置（１３）が、前記第２の排ガスの洗浄のために形成されていることを特徴とする、請求項５記載のガスタービン。
【請求項７】
制御器（３２）が設けられており、該制御器（３２）が、前記排ガス再循環システムと連結されており、かつ前記排ガス再循環システムを排ガス中のＮＯｘ含有量に応じて制御することを特徴とする、請求項５又は６に記載のガスタービン。
【請求項８】
前記ガスタービン（１１）に、連続した燃焼システム（１６，１６’，１７，１７’）が備え付けられていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項記載のガスタービン。
【請求項９】
請求項５から８までのいずれか１項記載のガスタービン（１１）を有するコンバインドサイクル発電プラント（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの分野に関する。本発明は、請求項１の上位概念に従ったガスタービンの運転法に関する。さらに本発明は、この方法を実施するためのガスタービン及びガスタービンを有するコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
先行技術
ガスタービンの燃焼温度は、その性能及び効率をさらに高めるためにますます上昇させられる。燃焼温度の上昇は、排ガス中の不所望なＮＯｘの含有量の上昇につながる可能性がある。しかしながら、燃焼技術の改善による排ガス中でのＮＯｘ含有量の減少には、燃料の混合、漏れ及び滞留時間に関して限界がある。この燃焼技術による更なる減少は可能であるとは思えない。
【０００３】
それゆえ、排ガス中のＮＯｘ含有量を、燃焼後に行われる方法によってどのように減少させることができるのかについてよく考えなければならない。
【０００４】
Ｆ．Ｇｕｅｔｈｅ他“Ｆｌｕｅ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｌｓｔｏｍ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ  Ｔｅｓｔｅｄ  ａｔ  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ”，Ｐｒｏｃ．ＡＳＭＥ  Ｔｕｒｂｏ  Ｅｘｐｏ  ２０１１，Ｊｕｎｅ  ６−１０，２０１１，Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，Ｃａｎａｄａ，ＧＴ２０１１−４５３７９の記事から知られている点は（そこの図５を参照されたい）、ガスタービンからの排ガス中のＮＯｘ含有量に、特定の条件下で排ガス再循環（Ｆｌｕｅ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ＦＧＲ）によって大いに影響を及ぼすことができるか若しくは減少させることができることである。
【０００５】
刊行物ＵＳ２００９／０２８４０１３Ａ１からは、コンバインドサイクル発電プラントのガスタービンの排ガス中のＮＯｘ含有量の減少を、一方では排ガス再循環によって減少させ、かつ他方では排熱蒸気発生器に向かう排ガス流中に乾式三元触媒を配置することによって行う方法及び装置が知られている。たしかに、このタイプの触媒は、ＮＨ3の使用と、これと結び付いたＮＨ3による排ガスの汚染（“アンモニアスリップ”）の問題とを回避するが、しかしながら、使用される触媒材料のために非常に高価である。
【０００６】
本発明の説明
それゆえ本発明の課題は、ＮＨ3の使用を伴って作動するが、しかしながら、これと結び付いた問題を実質的に回避するガスタービンの運転法を示すことである。
【０００７】
さらに本発明の課題は、この方法を実施するためのガスタービンを示すことである。
【０００８】
これらと他の課題とは、請求項１及び８の特徴の全体によって解決される。
【０００９】
本発明による方法の場合、ガスタービンの排ガスからＮＯｘを、ＮＨ3の添加下で選択的触媒反応装置(selektive Katalyse-Vorrichtung)により除去し、ここで、排ガスのＮＯｘ含有量は、排ガスの一部の制御された再循環によって、ガスタービンの運転条件が変わる場合も一定の水準に維持し、かつ選択的触媒反応装置におけるＮＨ3の添加は一定のＮＯｘ水準に調整する。
【００１０】
これによって、選択的触媒作用の変化する運転条件でも常に正確に同じ量のＮＯｘ除去のために必要とされるＮＨ3を提供することが可能である。
【００１１】
本発明による方法の１つの態様は、ガスタービンから出る排ガスのＮＯｘ含有量を排ガス再循環によって同時に持続的に低下させることを特徴としている。それによって、ＮＯｘは、さらに効果的に排ガスから除去又は分離することができる。
【００１２】
本発明による方法の別の態様は、排ガスを選択的触媒反応装置中での選択接触還元前に、直接接触式冷却器を有する冷却装置の中に通すことを特徴としている。これと結び付いた洗浄効果によって、ＮＯｘ除去の効率が１０〜３０％改善されることができる。
【００１３】
この場合、特に、洗浄効果を最適化するために、冷却装置中でｐＨ値及び酸化剤の添加を制御してよい。
【００１４】
本発明による方法を実施するための本発明によるガスタービンは、ガスタービンの排ガスからＮＯｘを除去するためにＮＨ3を使って作動する下流に設けられた選択的触媒反応装置を有する。これは、制御された排ガス再循環システムがガスタービンに備わっていることを特徴としている。
【００１５】
本発明によるガスタービンの１つの態様は、排ガス再循環システムが、排ガスをガスタービンの入口に再循環させるために構成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明によるガスタービンの別の態様は、選択的触媒反応装置の上流に直接接触式冷却器を有する冷却装置が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
特に、冷却装置は排ガス洗浄のために構成されている。
【００１８】
本発明によるガスタービンの別の態様は、制御器が設けられており、これは排ガス再循環システムと連結されており、かつ排ガス再循環システムを排ガス中のＮＯｘ含有量に応じて制御することを特徴としている。
【００１９】
本発明によるガスタービンの別の態様は、ガスタービンに、連続した燃焼システムが備え付けられていることを特徴としている。係るガスタービンは、例えばＥＰ０６２０３６２Ｂ１から読み取ることができ、ここで、この文献は、本明細書の不可欠の要素を成す。
【００２０】
本発明はまた、本発明によるガスタービンを有するコンバインドサイクル発電プラントに関する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の１つの実施例に従ったガスタービンを有するコンバインドサイクル発電プラントを簡略化した装置図で示した図
【００２２】
本発明を、図面を引き合いに出して、実施例に基づきより詳細に説明する。
【００２３】
本発明を実施するための手法
図１には、本発明の１つの実施例に従ったガスタービン１１を有するコンバインドサイクル発電プラント１０を簡略化した装置図で示している。コンバインドサイクル発電プラント１０は、ガスタービン１１に加えて、水／蒸気循環路１２を包含し、その排熱蒸気発生器１９をガスタービン１１の排ガスが通り抜け、そして排ガスから取り出された熱を用いて、排熱蒸気発生器１９が、高圧蒸気タービン２０、中圧蒸気タービン２１及び低圧蒸気タービン２２を備えた蒸気タービン装置のための蒸気を生む。低圧蒸気タービン２２から流出する蒸気は、凝縮器２４中で凝縮される。生じる水は、ポンプ２５によって循環路において排熱蒸気発生器１９にポンプで返送される。
【００２４】
排ガスは、排熱蒸気発生器１９を貫流した後に分岐点２６において分けられる。一方の部分は、排ガス戻り管路２３において冷却器２７を介してブロワー２８によってガスタービン１１の入口に返送され、そこで−燃焼のために必要不可欠な周囲空気１８と一緒に−ガスタービン１１の圧縮機１５に入る。
【００２５】
排ガスの他方の部分は、冷却装置１３を介して選択的触媒反応装置１４に達し、そこでＮＨ3（３４）の添加によってＮＯxはＮ2に変換され、そうして排ガスから除去される。生じる排ガス３５は、次いで外に向けて放出することができる。
【００２６】
冷却装置１３は、直接接触式冷却器（ＤＣＣ）２９を包含し、そこでは水（これは閉鎖式循環路内で循環し、かつポンプ３０によって熱交換器３１を通して直接接触式冷却器２９にポンプで返送される）が排ガス流の中へと噴射され、そうして排ガス流を冷却する。噴霧された水と排ガスとの密な接触によって、同時に、ＮＯｘの除去を促進する洗浄効果が生み出されることができる。このために、水循環路に、制御して酸化剤３６、例えばＮａＯＣｌ又はＯ3又はＨ2Ｏ2を添加してよい。さらに、循環路内でのｐＨ値が制御されることができる。
【００２７】
冷却装置１３を通流した後、排ガスは選択的触媒反応装置１４に達し、そこでアンモニア３４と強く接触させられる。
【００２８】
本発明にとって重要なことは、排ガス再循環（ＦＧＲ）及び選択接触還元（選択接触還元  ＳＣＲ）の組合せであり、ここで、排ガス再循環は、ガスタービン１１の運転条件が変化する場合であっても排ガス中で一定の低いＮＯｘ含有量が達成されるように制御される。排ガス中で係る一定の低いＮＯｘ含有量が維持される場合、一方ではＮＨ3を節約することができ、他方では選択的触媒反応装置１４へのＮＨ3の添加をＮＯｘ含有量の制御された値に合わせることができ、そうしてＮＨ3による排ガス３５の汚染が顕著に回避されるか又は完全に回避されるようになる。このようにして、排ガス３５中で極端に低いＮＯｘ含有量が実現され、かつＮＨ3の消費量及びそれによる汚染が低く抑えられる。
【００２９】
本方法の実施のために、制御器３２が設けられており、これは、一方では−例えばブロワー２８を介して−排ガス再循環を制御し、かつ他方では−必要な場合−選択的触媒反応装置１４へのＮＨ3の添加を調整する。さらに、制御器３２により、冷却装置１３における洗浄効果は制御されることができる。排ガス中のＮＯｘ含有量の変化は、ＮＯｘセンサー３３によって検出されることができ、これは、例えば選択的触媒反応装置１４の入口の上流に配置されており、かつ制御器３２に測定値を送る。
【００３０】
ＮＯｘ含有量に関しては、ガスタービン１１に、連続した燃焼システムが備え付けられており、かつ２つの燃焼室１６及び１６’並びに２つのタービン１７及び１７’を包含している場合に好ましい。
【００３１】
総じて、本発明は、以下の特徴及び利点によって際立っている：
・選択接触還元（ＳＣＲ）と排ガス再循環（ＦＧＲ）との組合せを使用する；
・アンモニアによる排ガスの高コストの汚染が減少若しくは回避する；
・排ガス再循環は、ガスタービンの異なる運転条件の場合であっても排ガス中で一定のＮＯｘ含有量が維持されるように制御する；
・選択接触還元のためのアンモニアの添加は、排ガス中で一定に保たれたＮＯｘ含有量に合わせる；
・付加的に、ＮＯ：ＮＯ2の比率を、選択接触還元の見地からモニタリングすることができる；
・直接接触式冷却器２９中での洗浄効果は、ＮＯ／ＮＯ2の比率及びｐＨ値及び酸化剤添加に関する直接接触式冷却器の運転に応じて、ＮＯｘ除去の効率を１０〜３０％上昇させることができる。
【００３２】
図１に従った配置は、直接接触式冷却器（ＤＣＣ）２９が排ガスの分配の上流に配置されている変形例も、これが全体の排ガス流量を処理することができるように含む。
【符号の説明】
【００３３】
１０  コンバインドサイクル発電プラント、  １１  ガスタービン、  １２  水／蒸気−循環路、  １３  冷却装置、  １４  選択的触媒反応装置、  １５  圧縮機、  １６，１６’  燃焼室、  １７，１７’  タービン、  １８  周囲空気、  １９  排熱蒸気発生器、  ２０  高圧蒸気タービン、  ２１  中圧蒸気タービン、  ２２  低圧蒸気タービン、  ２３  排ガス戻り管路、  ２４  凝縮器、  ２５  ポンプ、  ２６  分岐点、  ２７  冷却器、  ２８  ブロワー、  ２９  直接接触式冷却器、  ３０  ポンプ、  ３１  熱交換器、  ３２  制御器、  ３３  ＮＯｘセンサー、  ３４  ＮＨ3、  ３５  排ガス、  ３６  酸化剤
【図１】
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