[发明专利]燃气轮机的运行控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机的运行控制装置。

背景技术

近年的地球温室化正日益发展成严重的事态。其主要原因可以认为是进入20世纪，作为能源大量使用的石油与天然气等的化石燃料所释放出的大气中的二氧化碳(CO₂)等所致。因此，为了保护地球环境，要求尽早抑制CO₂等温室化气体的排放。

另一方面，由于能源需求的增大，曾经被认为是无穷无尽的化石燃料的枯竭不断变得更明确，价格正在以远超预想的速度上升。可以预想在较近的将来，人类很快就要难以依赖化石燃料能源。

作为特别大量消耗这样地枯竭下去的化石燃料并排出大量的CO₂的用户，可以列举火力发电厂。现在，火力发电厂占全世界的发电量的大约70％，火力发电厂使用天然气、重油、煤炭等的化石燃料并日夜排放大量的CO₂。

现在，作为在火力发电厂使发电机运行的动力，主要采用燃气轮机或者蒸汽轮机。燃气轮机是内燃机的一种，在燃气轮机内部的燃烧器中直接使燃料燃烧而产生高温高压的气体，通过该气体驱动轮机叶轮，获取动力。燃气轮机现在主要使用天然气作为燃料。

另一方面，蒸汽轮机是外燃机的一种，在锅炉中使燃料燃烧而产生高温高压的水蒸汽，通过该水蒸汽驱动轮机叶轮，获取动力。蒸汽轮机主要使用重油、煤炭(微粉煤)作为燃料。另外，在复合系统(燃气轮机与蒸汽轮机的复合型系统)中，通过燃气轮机的排气余热产生水蒸汽，通过该水蒸汽驱动蒸汽轮机，由此从燃气轮机和蒸汽轮机双方获取动力，得到较高的综合效率(例如，专利文献1)。

这样，在火力发电厂采用的上述的任意的方式中，都使用天然气、重油、煤炭等的化石燃料。因此，火力发电厂消耗大量的化石燃料，并且排放大量的CO₂。因此，为了削减来自火力发电厂的CO₂的排放，曾提出了利用CO₂吸收释放材料从由燃气轮机排出的包含CO₂的排气分离回收CO₂等方案(例如，专利文献2)。

现有技术文献

专利文献1：特开2006-9574号公报

专利文献2：特开2000-297656号公报

发明内容

但是，作为与CO₂等温室化气体的排放量增大、化石燃料的枯竭相对的根本的对策，本申请的发明者曾提出了转换或者储藏并且利用也可以说是无穷无尽的太阳能的方案。具体地说，作为初级能源使用太阳能从水与空气制造清洁的氨，将该氨输送到最终消费地，在最终消费地使用氨获得能量。

作为在最终消费地的氨的使用方法可以考虑各种方式，作为其中之一可以列举在火力发电厂使用。如果在火力发电厂作为燃料使用氨，则根本不排出CO₂，所以能够大幅度削减CO₂的排放。另外，能够不消耗日渐枯竭的化石燃料来应对今后进一步增加的电力需要。因此，本发明的主要目的在于，在火力发电厂的燃气轮机以及蒸汽轮机等中，代替现在作为燃料而使用的化石燃料，将氨作为燃料使用，由此抑制CO₂的产生以及化石燃料的消耗。

在这里，如分子式NH₃所示，氨含有大量的氢(大约18重量％)，在完全燃烧后变为水和氮，根本不产生CO₂，但氨为难燃性物质，不容易燃烧。着火所需要的最小点火能量为8mJ，为汽油的大约30倍。另外，自燃温度也为650℃以上，非常稳定。而且，即使一旦着火，其燃烧速度为1.5cm/秒，为汽油的燃烧速度的1/40左右，可燃范围(能够燃烧的浓度范围)为15％～28％，也非常窄。因此氨是非常难以使其燃烧的物质，作为燃气轮机等的燃料基本上不被使用。

在想要将难燃性的氨作为燃料使用的情况下，使其燃烧最困难的是使燃气轮机等起动时以及刚起动之后。在起动时以及刚起动之后，燃气轮机的燃烧器等的结构部件的温度、所供给的空气的温度较低，容易产生不完全燃烧。作为容易这样产生不完全燃烧的原因，主要可以列举下面的两点。

第一点原因是燃料与空气的混合气的均匀性。为了使混合气完全燃烧，需要使液体燃料气化而成为气体状态并且使其与所供给的空气均匀地混合。首先，为了液体燃料气化，需要从周围获取气化热，但如果此时燃烧器等结构部件的温度较低，则不能向液体燃料给予充分的热量。因此，如果结构部件的温度较低，则液体燃料的气化变得不完全，不能得到液体燃料气体与空气的均匀的混合气。