ドライ方式水素ガスタービンで窒素酸化物の排出量を大幅に削減 川崎重工

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川崎重工業は2022年9月29日、神戸市ポートアイランドの水素CGS(コージェネレーションシステム)実証プラントで、ドライ方式燃焼器を用いた水素ガスタービンの窒素酸化物(NOx)排出量が大気汚染防止法の規制値の半分となる35ppm以下を達成したと発表した。さらに、水素および天然ガスの混合燃料に対して幅広い混合率で運転する技術を開発し、その実証運転に成功した。

NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)が本格的な水素サプライチェーンの構築に向けた研究開発などに取り組む「水素社会構築技術開発事業」の一環として、同社は水素ガスタービンに関する技術開発に取り組んでいる。

2020年には、水素ガスタービンの燃焼器にマイクロミックス燃焼技術を適用し、世界で初めてドライ方式で水素専焼(水素100%燃料)運転をする技術実証試験に成功。ウェット方式と比べ、発電効率を約1ポイント向上、NOx排出量も大気汚染防止法の規制値(70ppm:O2=16%換算値)以下としている。現在は、神戸市ポートアイランドの実証プラントで、ドライ方式水素燃焼器の改良に取り組んでいる。

今回、水素ガスタービンのNOx排出量低減技術の確立に向け、2020年に開発したマイクロミックス燃焼技術を適用したドライ方式燃焼器をさらに改良。初期設計のマイクロミックスバーナーの燃料噴射孔形状を変更するとともに、同社の独自技術である追いだきバーナーを併用し、NOx低減と水素および天然ガス混合燃料へ対応した。

マイクロミックス燃焼器(2020年)

マイクロミックス+追いだき燃焼器(2022年)

改良したドライ方式燃焼器は、神戸市ポートアイランドの実証プラントに搭載。性能検証のため、運転試験を実施したところ、NOx排出量が無負荷から定格負荷の全ての運転範囲で、大気汚染防止法の規制値の半分となる35ppm以下を達成した。NOx規制値を脱硝装置の設置なしにクリアできる地域をより拡大できるとしている。

水素および天然ガスの混合燃料に対しては、水素の混合率を20cal%(50vol%)まで低下させて運転でき、水素混焼から専焼まで広範囲にわたった運転に対応。今回の改良により、水素および天然ガス混合燃料への対応が困難という課題をクリアし、混焼範囲を拡大した。これにより、ドライ方式水素ガスタービンのNOx排出量の低減と混焼範囲の拡大に対する技術を確立した。

マイクロミックスバーナーを用いた水素、天然ガス混合燃料の燃焼試験(燃焼器要素試験)

同社は今後、「マイクロミックス+追いだき燃焼器」の製品化に向けてさらに検証を進めていく。また、今回の開発成果を適用した水素ガスタービンによる熱電供給の実証を2022年度末までに実施する。

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