[發明專利]燃氣輪機的運行控制裝置

無效

• 申請號: 200980135463.6
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN102149915A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 中村德彥
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: F02C9/40
• 分類號: F02C9/40;F02C3/22;F02C9/34;F23R3/34;F23R3/36
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;陳海紅

技術領域

本發明涉及燃氣輪機的運行控制裝置。

背景技術

近年的地球溫室化正日益發展成嚴重的事態。其主要原因可以認為是進入20世紀，作為能源大量使用的石油與天然氣等的化石燃料所釋放出的大氣中的二氧化碳(CO₂)等所致。因此，為了保護地球環境，要求盡早抑制CO₂等溫室化氣體的排放。

另一方面，由于能源需求的增大，曾經被認為是無窮無盡的化石燃料的枯竭不斷變得更明確，價格正在以遠超預想的速度上升。可以預想在較近的將來，人類很快就要難以依賴化石燃料能源。

作為特別大量消耗這樣地枯竭下去的化石燃料并排出大量的CO₂的用戶，可以列舉火力發電廠。現在，火力發電廠占全世界的發電量的大約70％，火力發電廠使用天然氣、重油、煤炭等的化石燃料并日夜排放大量的CO₂。

現在，作為在火力發電廠使發電機運行的動力，主要采用燃氣輪機或者蒸汽輪機。燃氣輪機是內燃機的一種，在燃氣輪機內部的燃燒器中直接使燃料燃燒而產生高溫高壓的氣體，通過該氣體驅動輪機葉輪，獲取動力。燃氣輪機現在主要使用天然氣作為燃料。

另一方面，蒸汽輪機是外燃機的一種，在鍋爐中使燃料燃燒而產生高溫高壓的水蒸汽，通過該水蒸汽驅動輪機葉輪，獲取動力。蒸汽輪機主要使用重油、煤炭(微粉煤)作為燃料。另外，在復合系統(燃氣輪機與蒸汽輪機的復合型系統)中，通過燃氣輪機的排氣余熱產生水蒸汽，通過該水蒸汽驅動蒸汽輪機，由此從燃氣輪機和蒸汽輪機雙方獲取動力，得到較高的綜合效率(例如，專利文獻1)。

這樣，在火力發電廠采用的上述的任意的方式中，都使用天然氣、重油、煤炭等的化石燃料。因此，火力發電廠消耗大量的化石燃料，并且排放大量的CO₂。因此，為了削減來自火力發電廠的CO₂的排放，曾提出了利用CO₂吸收釋放材料從由燃氣輪機排出的包含CO₂的排氣分離回收CO₂等方案(例如，專利文獻2)。

現有技術文獻

專利文獻1：特開2006-9574號公報

專利文獻2：特開2000-297656號公報

發明內容

但是，作為與CO₂等溫室化氣體的排放量增大、化石燃料的枯竭相對的根本的對策，本申請的發明者曾提出了轉換或者儲藏并且利用也可以說是無窮無盡的太陽能的方案。具體地說，作為初級能源使用太陽能從水與空氣制造清潔的氨，將該氨輸送到最終消費地，在最終消費地使用氨獲得能量。

作為在最終消費地的氨的使用方法可以考慮各種方式，作為其中之一可以列舉在火力發電廠使用。如果在火力發電廠作為燃料使用氨，則根本不排出CO₂，所以能夠大幅度削減CO₂的排放。另外，能夠不消耗日漸枯竭的化石燃料來應對今后進一步增加的電力需要。因此，本發明的主要目的在于，在火力發電廠的燃氣輪機以及蒸汽輪機等中，代替現在作為燃料而使用的化石燃料，將氨作為燃料使用，由此抑制CO₂的產生以及化石燃料的消耗。

在這里，如分子式NH₃所示，氨含有大量的氫(大約18重量％)，在完全燃燒后變為水和氮，根本不產生CO₂，但氨為難燃性物質，不容易燃燒。著火所需要的最小點火能量為8mJ，為汽油的大約30倍。另外，自燃溫度也為650℃以上，非常穩定。而且，即使一旦著火，其燃燒速度為1.5cm/秒，為汽油的燃燒速度的1/40左右，可燃范圍(能夠燃燒的濃度范圍)為15％～28％，也非常窄。因此氨是非常難以使其燃燒的物質，作為燃氣輪機等的燃料基本上不被使用。

在想要將難燃性的氨作為燃料使用的情況下，使其燃燒最困難的是使燃氣輪機等起動時以及剛起動之后。在起動時以及剛起動之后，燃氣輪機的燃燒器等的結構部件的溫度、所供給的空氣的溫度較低，容易產生不完全燃燒。作為容易這樣產生不完全燃燒的原因，主要可以列舉下面的兩點。

第一點原因是燃料與空氣的混合氣的均勻性。為了使混合氣完全燃燒，需要使液體燃料氣化而成為氣體狀態并且使其與所供給的空氣均勻地混合。首先，為了液體燃料氣化，需要從周圍獲取氣化熱，但如果此時燃燒器等結構部件的溫度較低，則不能向液體燃料給予充分的熱量。因此，如果結構部件的溫度較低，則液體燃料的氣化變得不完全，不能得到液體燃料氣體與空氣的均勻的混合氣。