(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＯ2の排出量を削減することができ、運転制御も容易である、発電設備を含んだ複合エネルギーシステムの提供。【解決手段】アンモニアを含む燃料を使用するガスタービン発電セクション１０と、前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた排出ガスの全部を燃料の一部として使用するボイラーによる発熱セクション１００を有している複合エネルギーシステムであって、前記ガスタービン発電セクションが、ガスタービン１５と発電機１６を備えたセクションであり、前記発熱セクションが、ボイラー１０３を使用して蒸気、温水および高温ガスを発生させるセクションである、複合エネルギーシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを含む燃料を使用するガスタービン発電セクションと、前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた第１排出ガスの全部を燃料の一部として使用するボイラーによる発熱セクションを有している複合エネルギーシステムであって、
前記ガスタービン発電セクションが、ガスタービンと発電機を備えたセクションであり、
前記発熱セクションが、ボイラーを使用して蒸気、温水および第２排出ガスを発生させるセクションである、複合エネルギーシステム。
【請求項２】
アンモニアを含む燃料を使用するガスタービン発電セクションと、前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた第１排出ガスの全部を燃料の一部として使用するボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションを有している複合エネルギーシステムであって、
前記ガスタービン発電セクションが、ガスタービンと発電機を備えたセクションであり、
前記ボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションが、ボイラー、蒸気タービン、給水手段および発電機を備えた発電セクションである、複合エネルギーシステム。
【請求項３】
前記ボイラーによる発熱セクションの燃料が、石炭と前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた排出ガスであり、前記第１排出ガスが未燃焼のアンモニアガスを含んでいるものである、請求項１または２記載の複合エネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2の排出量を削減することができる、発電設備を含んだ複合エネルギーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラーやガスタービンなどを運転するときの燃料として、石炭や石油などの化石燃料が使用されている（特許文献１、２）。
しかし、化石燃料を多用することによりＣＯ2の発生量が増加することが問題となっている。
【０００３】
特許文献３には、ガスタービンを運転するときの燃料として、アンモニアと天然ガスまたは石油などの化石燃料を組み合わせるガスタービンの運転制御装置の発明が記載されている。
この発明は、燃料としてアンモニアを使用することから、ＣＯ2の発生量を削減できることが期待される。
しかし、燃料として難燃性のアンモニアを使用していることから、実際の運転時には、燃焼開始時には天然ガスのみをガスタービンに供給し、時間の経過とともに少しずつアンモニア量を増加させ、逆に天然ガス量を減少させて行き、最終的にはアンモニアのみをガスタービンに供給するものであり、運転制御が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２６７６５号公報
【特許文献２】特許第４０７８６６８号公報
【特許文献３】特許第５１１５３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＣＯ2の排出量を削減することができ、運転制御も容易である、発電設備を含んだ複合エネルギーシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アンモニアを含む燃料を使用するガスタービン発電セクションと、前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた第１排出ガスの全部を燃料の一部として使用するボイラーによる発熱セクションを有している複合エネルギーシステムであって、
前記ガスタービン発電セクションが、ガスタービンと発電機を備えたセクションであり、
前記発熱セクションが、ボイラーを使用して蒸気、温水および第２排出ガスを発生させるセクションである、複合エネルギーシステムを提供する。
【０００７】
また本発明は、アンモニアを含む燃料を使用するガスタービン発電セクションと、前記ガスタービン発電セクションにおいて生じた第１排出ガスの全部を燃料の一部として使用するボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションを有している複合エネルギーシステムであって、
前記ガスタービン発電セクションが、ガスタービンと発電機を備えたセクションであり、
前記ボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションが、ボイラー、蒸気タービン、給水手段および発電機を備えた発電セクションである、複合エネルギーシステムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の複合エネルギーシステムは、２段階で発電などをすることができるものであり、各段階で燃料としてアンモニアを使用するものであることから、エネルギーを生産できると共に、ＣＯ2の発生量も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービン発電セクションとボイラーによる発熱セクションを有している複合エネルギーシステムの概念図（運転フロー図）。
【図２】ガスタービン発電セクションとボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションを有している複合エネルギーシステムの概念図（運転フロー図）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）図１の実施形態
図１によりガスタービン発電セクション１０とボイラーによる発熱セクション１００を有している複合エネルギーシステムについて説明する。
本発明の複合エネルギーシステムは、ガスタービン発電セクション１０において燃料としてアンモニアを含む燃料を使用し、さらにガスタービン発電セクション１０で生じた高温状態の未燃焼のアンモニアを含む排出ガスをボイラーによる発熱セクション１００において燃料として利用することで、２段階でＣＯ2の発生量を削減できることが特徴である。
【００１１】
ガスタービン発電セクション１０は、ガスタービン１５と発電機１６により発電するセクションである。
ガスタービン１５は、燃焼器１２、コンプレッサー１３、タービン１４を備えている。
燃焼器１２には、第１燃料源（第１燃料タンク）１１から第１燃料ライン２１を経て、アンモニアを含む第１燃料が供給される。
【００１２】
アンモニアを含む第１燃料は、アンモニアと天然ガスなどの他の燃料ガスからなるものである。
第１燃料源１１には、予め混合した第１燃料が充填されていてもよいが、アンモニアと他の燃料ガスのそれぞれの燃料タンクから第１燃料源１１に供給するようにしてもよい。  本発明の複合エネルギーシステムでは、ガスタービン発電セクション１０で生じた第１排出ガスに含まれる未燃焼のアンモニアは、ボイラーによる発熱セクション１００において燃料として利用されるものであるため、第１燃料中のアンモニアの割合を高めることができる。
【００１３】
燃焼器１２で第１燃料を燃焼させることで発生した燃焼ガスによりタービン１４を回転させる。
タービン１４の回転により発生した動力は、コンプレッサー１３と発電機１６に伝達され、コンプレッサー１３は空気を圧縮して発電効率を高めるように作用し、発電機１６にて発電される。
コンプレッサー１３には、空気源１７から空気供給ライン２２を経て空気が供給される。
燃焼器１２において第１燃料ガスが燃焼したとき、未燃焼ガス（主にアンモニア）と燃焼ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯx、酸素、窒素、などを含む）が発生するが、これらの高温状態の第１排出ガスの全部は、タービン１４を通り、第１排出ガスライン２３からボイラーによる発熱セクション１００に送られる。
【００１４】
このようにガスタービン発電セクション１０では、燃焼時にＣＯ2を発生させないアンモニアを含む燃料を使用することから、燃料として天然ガスのみを使用した場合と比べると、ＣＯ2の発生量を削減することができる。
また第１排出ガス中のアンモニアは、次のボイラーによる発熱セクション１００において燃料として利用されることから、ガスタービン発電セクション１０では未燃焼のアンモニアが発生することを前提として運転することができるため、特許文献３のガスタービンの運転制御装置のように天然ガスとアンモニアの割合を調整する複雑な運転制御が不要になる。
【００１５】
ボイラーによる発熱セクション１００は、ボイラー１０３を使用して蒸気、温水および高温ガスなどを発生させるセクションである。
ボイラー１０３は、発生した熱を利用するものであれば特に制限されるものではなく、放射伝熱型水冷壁ボイラー、自然循環型ボイラー、強制循環型ボイラー、貫流型ボイラーなどの公知の蒸気ボイラーを使用することができる。
ボイラー１０３には、例えば、水を流通させるためのコイル１０３ａを取り付けることができる。
ボイラー１０３に付設された予備混合室１０２は、発電セクション１０の第１排出ガスライン２３と接続されており、高温状態である未燃焼ガス（主にアンモニア）と燃焼ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯx、酸素、窒素、などを含む）が供給される。
さらに第１排出ガスライン２３は、送風機１０５を間において、空気供給ライン１１１、１１２により空気供給源１０４と接続されており、第１排出ガスと合わせて空気も供給される。なお、本例では予備混合室で燃料と第１排出ガスと空気を混合したが、ボイラーの種類に合わせて予備混合せずボイラーに適宜個別にボイラーに投入するようにしてもよい。
【００１６】
ボイラー１０３に付設された予備混合室１０２には、第２燃料源（第２燃料タンク）１０１から第２燃料ライン１１３を経て第２燃料が供給される。
第２燃料は、石炭、石油、天然ガスなどであるが、燃料としてアンモニアを使用することによるＣＯ2の発生量の削減効果を高める観点からは石炭が好ましい。
第２燃料として石炭を使用するときは、微粉炭焚きボイラー、流動床ボイラーなどを使用することができる。
なお、第１排出ガスライン２３と第２燃料ライン１１３は、予備混合室１０２に接続せず、直接ボイラー１０３に接続することもできる。この場合には、予備混合室１０２は不要となる。
【００１７】
予備混合室１０２で混合された第２燃料と高温状態の第１排出ガスは、ボイラー１０３に供給されて燃焼される。
このとき、第１排出ガスに含まれているアンモニアは、本来は難燃性であるが、高温状態であることと、第２燃料と共に混合燃焼されることから燃焼が促進されるため、特許文献３のガスタービンの運転制御装置のように天然ガスとアンモニアの割合を調整するような複雑な運転制御が不要になる。
【００１８】
またボイラー１０３で生じた第２排出ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯx、酸素、窒素などを含む）は、第２排出ガスライン１１４から排出した後、さらに熱源として二次利用することもできる。
なお、第２排出ガスを第２排出ガスライン１１４から大気中に排出するときは、その前段階においてＮＯxを還元処理して窒素ガスにした後で排出する。
【００１９】
（２）図２の実施形態
図２によりガスタービン発電セクション１０とボイラーによる発熱セクションを含む発電セクション２００を有している複合エネルギーシステムについて説明する。
本発明の複合エネルギーシステムは、ガスタービン発電セクション１０において燃料としてアンモニアを含む燃料を使用し、さらにガスタービン発電セクション１０で生じた高温状態の未燃焼のアンモニアをボイラーによる発熱セクションを含む発電セクション２００において燃料として利用することで、２段階でＣＯ2の発生量を削減できることが特徴である。
【００２０】
図２に示す複合エネルギーシステムにおいて、ガスタービン発電セクション１０は、図１に示すガスタービン発電セクション１０と同じである。
発電セクション２００は、ボイラーによる発熱セクションを含む発電セクションである。
ボイラー２０３は、発生した熱を利用するものであれば特に制限されるものではなく、放射伝熱型水冷壁ボイラー、自然循環型ボイラー、強制循環型ボイラー、貫流型ボイラーなどの公知の蒸気ボイラーを使用することができる。
【００２１】
ボイラー２０３に付設された予備混合室２０２は、発電セクション１０の第１排出ガスライン２３と接続されており、高温状態である未燃焼ガス（主にアンモニア）と燃焼ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯx、酸素、窒素などを含む）が供給される。
さらに第１排出ガスライン２３は、送風機２０５を間において、空気供給ライン２１１、２１２により空気供給源２０４と接続されており、第１排出ガスと合わせて空気も供給される。
【００２２】
ボイラー２０３に付設された予備混合室２０２には、第２燃料源（第２燃料タンク）２０１から第２燃料ライン２１３を経て第２燃料が供給される。
第２燃料は、石炭、石油、天然ガスなどであるが、アンモニアを燃料として使用することによるＣＯ2の発生量の削減効果を高める観点からは石炭が好ましい。
なお、第１排出ガスライン２３と第２燃料ライン２１３は、予備混合室２０２に接続せず、直接ボイラー２０３に接続することもできる。この場合には、予備混合室２０２は不要となる。
【００２３】
予備混合室２０２で混合された第２燃料と高温状態の第１排出ガスは、ボイラー２０３に供給されて燃焼される。
このとき、第１排出ガスに含まれているアンモニアは、本来は難燃性であるが、高温状態であることと、第２燃料と共に混合燃焼されることから燃焼が促進されるため、特許文献３のガスタービンの運転制御装置のように天然ガスとアンモニアの割合を調整するような複雑な運転制御が不要になる。
【００２４】
ボイラー２０３には、第１給水ライン２２１が接続されており、運転開始時には水源と接続した給水ポンプ２２９を駆動させて給水する。
ボイラー２０３内には、第１給水ライン２２１と接続された第１蒸発ライン２２２が配置されており、第１蒸発ライン２２２は、ボイラー２０３外の第１蒸気ライン２２３に接続されている。
第１蒸発ライン２２２で生じた水蒸気は、第１蒸気ライン２２３を経て、蒸気タービン２０５３０に供給され、タービンを回転させる。
第１蒸気ライン２２３から蒸気タービン２３０に供給された水蒸気の一部は、第１蒸気返送ライン２２４からボイラー２０３内に戻され、第２蒸発ライン２２５で再加熱されて温度が高められたあと、第２蒸気ライン２２６から蒸気タービン２３０に供給され、タービンを回転させる。
蒸気タービン２３０は発電機２０６に接続されており、タービンの回転により発生した動力が発電機２０６に伝達され、発電される。
【００２５】
蒸気タービン２３０でタービンの回転に使用された水蒸気は、第２蒸気返送ライン２２７からコンデンサ２０７に送られ、凝縮処理されて水にされた後、第２給水ライン２２８から給水ポンプ２２９を経て、第１給水ライン２２１からボイラー２０３内の第１蒸発ライン２２２に供給される。
運転開始時には、水源から必要量を給水する必要があるが、定常運転時には、不足分のみを水源から供給すればよい。
以上の循環運転を継続することで、発電セクション２００において安定した発電ができる。
【００２６】
ボイラー２０３で生じた第２排出ガス（ＣＯ2、水蒸気、ＮＯxなどを含む）は、第２排出ガスライン２１４から排出した後、さらに熱源として二次利用することもできる。
なお、第２排出ガスを第２排出ガスライン２１４から大気中に排出するときは、その前段階においてＮＯxを還元処理して窒素ガスにした後で排出する。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービン発電セクション
１５  ガスタービン
１６  発電機
１００  ボイラーによる発熱セクション
１０３  ボイラー
２００  ボイラーによる発熱セクションを含む発電セクション
２０３  ボイラー
２０６  発電機
２３０  蒸気タービン
【図１】
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【図２】
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