| [일본] 차세대 석탄화력발전용 가스터빈 청정연소기술 개발
신에너지 산업기술 종합개발기구(NEDO)·히타치제작소 공동연구
일본 신에너지 산업기술 종합개발기구(NEDO)와 히타치제작소는 석탄가스화복합발전(EAGLE, coal Energy Application for Gas, Liquid and Electricity) 파일럿 플랜트에서 차세대 석탄화력발전용으로 개발 중인 탄소 포집 및 저장기능을 갖춘 석탄가스화복합발전(CCS-IGCC,Carbon dioxide Caputure and Storage Intergrated coal Gasification Combined Cycle)용 가스터빈을 이용하여 희석제를 사용하지 않고 NOx의 배출량을 10ppm 미만으로 저감시킬 수 있는 새로운 기술을 개발하였다.
CCS-IGCC는 이산화탄소배출량을 절감할 수 있는 차세대 화력발전 기술이나, 가스화한 석탄을 연소하는 과정에서 다량의 NOx가 발생하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 현재까지는 희석제를 사용하여 NOx 배출을 억제하였지만, 이는 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.
NEDO와 히타치가 이번에 개발한 청정연소기술은 다공동축공기분사버너(Multi Hole Co-Axial Jet Burner)를 사용하여 억제제를 사용하지 않고 환경규제를 만족하는 기술로, 수소를 포함한 연료를 안정적으로 연소하면서 NOx의 배출량은 저감할 수 있다.
본 기술은 모의시험 후 이번 EAGLE 파일럿 플랜트에 적용되었으며, 그 결과 NOx 발생량이 환경규제치 이하로 억제될 수 있다는 것을 확인하였다. 구체적으로 EAGLE 파일럿 플랜트에 대해 6개 관으로 구성된 다관연소기를 탑재한 가스터빈이 희석제를 사용하지 않고 연소하여도 NOx의 배출량이 10ppm 미만을 달성할 수 있다는 것을 확인하였으며, 가스터빈의 기동에서도 가스터빈을 일단 석유로 기동한 후 도중에 석탄가스화가스로 바꿔 최대 발전출력까지 안정적으로 운전할 수 있다는 것을 확인하였다.
이번 성과는 CCS-IGCC 플랜트의 실용화를 앞두고 고효율 발전을 실현하고, 동시에 NOx의 배출을 기준치 이하로 할 수 있다는 것을 보여준 최초의 사례라고 할 수 있다.
본 프로젝트는 NEDO의 `제로이미션(Zero-emission) 석탄화력기술개발 프로젝트 / 제로이미션 석탄화력기술기술개발 / 석탄가스화발전용 고수소농도대응 저NOx기술 개발(2008-2012)`사업을 기반으로 하고 있다. NEDO와 히타치는 향후에도 제로이미션 석탄화력발전의 실용화를 목표로 가스터빈의 운전방법의 최적화에 중점을 두어 개발을 계속할 예정이다.
[원문보기]
次世代石炭火力発電向けガスタービンクリーン燃焼技術を開発
EAGLEパイロットプラントで低NOx化の新技術を世界に先駆けて実証
NEDOと株式会社日立製作所（以下、日立）は､石炭ガス化複合発電（EAGLE*1）パイロットプラントにおいて、次世代石炭火力発電プロジェクトにおいて開発中のCO2回収機能付石炭ガス化複合発電（以下、CCS*2-IGCC*3）向けガスタービン燃焼器を用いて、希釈剤を使用せずにNOx排出量を10 ppm未満（ドライ*4-シングルNOx*5）に低減する新しい燃焼技術を開発しました。
CCS-IGCCは、CO2排出量の大幅な低減が期待される次世代石炭火力発電技術です。しかし、ガス化した石炭を燃焼する過程で大量のNOxが発生することと、その対応策である希釈剤を用いたNOxの抑制手法には、発電効率が低下するという課題がありました。
NEDOと日立は、希釈剤を用いることなく、環境規制を満たす燃焼技術として、水素を含む燃料を安定的に燃焼させると共に、NOxの排出量を低減できる「多孔同軸噴流バーナー」*6を開発しました。日立の施設内に於ける石炭ガス化ガスを模擬した試験用燃料を用いた試験に加えて、今回、EAGLEパイロットプラントでガスタービンの実機と石炭ガス化ガスの実物を用いた試験を行うことで、NOx発生量を環境規制値*7以下に抑制できる性能を確認しました。今回の成果は、CCS-IGCCプラントの実用化に向けて、高効率発電を実現しつつ、NOxの排出基準値以下で実用運転できる可能性を示したはじめての成果になります。
1. 事業概要
本プロジェクトは、NEDO「ゼロエミッション石炭火力技術開発プロジェクト／ゼロエミッション石炭火力基盤技術開発／石炭ガス化発電用高水素濃度対応低NOx技術開発」（2008年から2012年度）のもとで進めております。2011年7月には、日立の施設内において、石炭ガス化ガスを模擬した試験用燃料と、多孔同軸噴流バーナー1缶を備えた単缶燃焼器を用いて、試験を実施しました。
その後、電源開発株式会社若松研究所の支援により、EAGLEパイロットプラントにおいて現地試験を実施しました。
2. 開発成果
今回の開発成果は以下の通りです。
（1） EAGLEパイロットプラントにおいて、6つの缶から構成される多缶燃焼器を搭載したガスタービンの実機と石炭ガス化ガスの実物を用いて、希釈剤を使用しない新しい燃焼技術の試験を行い、ドライ・シングルNOxを達成しました。この結果により、新しい燃焼技術が実機・実物でも有効であることが確認できました。
（2） ガスタービンの起動から最大の発電出力まで通して安定的に運転する方法を開発しました。ガスタービンを油燃料で起動した後、途中で石炭ガス化ガスに燃料を切り替え、最大出力までガス焚きで安定的に運転する方法を、実機・実物を用いて確認しました。
今回の試験の結果、CCS-IGCCの実用化に向けて、高効率発電を実現しつつNOxの排出基準値以下で実用運転できる可能性を示すことができました。
今後は、ゼロエミッション石炭火力発電の実用化に向け、特に、ガスタービンの運転方法の最適化を図り、実用化に向け開発を進めていきます。
※1 EAGLE： 多目的石炭ガス製造技術開発（coal Energy Application for Gas, Liquid and Electricity）の略。
※2 CCS： Carbon dioxide Capture and Storageの略。二酸化炭素を回収して貯留し、大気中に温室効果ガスである二酸化炭素が排出されることを防止する技術。
※3 IGCC： Integrated coal Gasification Combined Cycleの略。石炭を水蒸気などと反応させて一酸化炭素と水素を含むガス燃料を生産し、ガスタービンとガスタービン排熱を回収して発生する水蒸気によって駆動される蒸気タービンで発電する複合発電設備。
※4 ドライ（乾式）、ウェット（湿式）： IGCCプラントで採用されてきた従来型のガスタービン燃焼器では、NOx排出量を抑制するため、水や蒸気、窒素などの希釈剤を燃焼器に投入する必要があり、この方式をウェット（湿式）と呼ぶ。これに対して、これらの希釈剤を使用しない方式をドライ（乾式）と呼ぶ。
※5 シングルNOx： NOx排出量が10 ppm未満（1桁）のこと。16% O2 換算。
※6 多孔同軸噴流バーナー： 燃料の流路と、空気などの酸化剤の流路を、同じ方向に噴出するように同心円状に多数配置したバーナー。燃料と空気を急速混合し、さらに火炎をバーナーから離れた位置に浮上させて保持することによりドライ低NOx化を図る。この技術を採用した燃焼器はこのバーナーを中央に1つ、その周囲に6つ備える。
※7 環境規制値： 大気汚染防止法におけるガスタービンのNOx排出濃度規制値は、70 ppm（基準となる排ガス中のO2濃度16%）。但し、都道府県により条例を制定し、規制を強化している場合がある。
|
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
