特許ウォッチ

公開番号2025108672
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2025069605,2022513087
出願日2025-04-21,2020-08-26
発明の名称オキシ燃料燃焼プロセスにおける火炎制御
出願人8 リバーズキャピタル,エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F23L 7/00 20060101AFI20250715BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】燃焼器、特に発電システムおよび発電方法で使用するための燃焼器における火炎伝播を向上させること。
【解決手段】燃焼器内に送られる少なくとも1つの流れ(例えば、燃料、酸化剤、希釈剤、冷却剤、作動流体、水、または蒸気)は、燃料のほぼ自己着火温度以上の温度まで別々に加熱され得る。さらに、点火の促進を含む火炎安定化は、燃焼器または燃焼室内への1つ以上のNOx種の制御添加によって、改善され得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
発電プラントの燃焼器内で火炎を伝播させるための方法であって、前記方法は、
前記燃焼器に規定の自己着火温度を有する燃料を投入することと、
前記燃焼器に少なくとも１つの非燃料流をさらに投入することと、
前記燃焼器内に、前記燃焼器またはその燃焼室内で火炎を達成または維持するのに必要な活性化エネルギーレベルを低下させるのに十分な量の少なくとも１つのＮＯｘ種を含む化学触媒を投入することであって、前記少なくとも１つのＮＯｘ種は、前記燃焼器内での燃焼に由来しないことと、
を含む、方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
発電プラントの燃焼器内で火炎を伝播させるための方法であって、前記方法は、
前記燃焼器に規定の自己着火温度を有する燃料を投入することと、
前記燃焼器に少なくとも１つの非燃料流をさらに投入することであって、前記投入はラインを通るものであり、前記ラインは分岐ラインを含み、前記分岐ラインは、前記分岐ラインを通る少なくとも１つの非燃料流のフローを選択的に可能または不可能にする１つ以上の弁を利用して、前記ラインから分離可能であることと、
前記燃焼器に流入する流れの全フローが前記燃料の自己着火温度よりも高い温度にあるように、前記少なくとも１つの非燃料流を十分に加熱することと、
を含み、
前記少なくとも１つの非燃料流を加熱することは、燃焼に由来しない熱を使用して実施される、方法。
【請求項３】
前記方法は、前記発電プラントの始動時にまたは前記発電プラントの運転の過渡期間において実施される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記発電プラントの始動または前記発電プラントの運転の過渡期間は、前記発電プラントが通常運転出力の７５％未満である出力で運転することに関連して定義される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記非燃料流は、酸化剤流、作動流体流、希釈流、および水／蒸気流のうちの１つ以上である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、前記燃焼器内に酸化剤を投入することをさらに含み、前記少なくとも１つのＮＯｘ種を含む化学触媒は、前記燃料および前記酸化剤の一方または両方と組み合わせて前記燃焼器に投入される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
反応器内で少なくともアンモニアを反応させて前記少なくとも１つのＮＯｘ種を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのＮＯｘ種を含む化学触媒の投入は、前記発電プラントの運転中に実質的に連続的であり、前記方法は、前記発電プラントの１つ以上のさらなる運転パラメータの変化に基づいて、前記少なくとも１つのＮＯｘ種を含む化学触媒の含有量を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのＮＯｘ種を含む化学触媒の投入は、規定の閾値に達するまで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記規定の閾値は、燃焼器運転温度または前記発電プラントの出力である、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、オキシ燃料燃焼プロセスにおける火炎制御に関する。より具体的には、本開示は、発電のためのオキシ燃料燃焼のためのシステムおよび方法を提供する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
酸素燃焼サイクルでは、システム全体の温度および圧力が、燃焼器内の火炎が容易に維持され得る点まで上昇する前に、点火を促進および維持することが望ましい。したがって、燃焼器が少なくとも必要な温度に達するまで、火炎は極めて不安定になる可能性がある。さらに、一旦点火が達成されると、火炎は、システムの過渡状態を通して点火された状態を維持しなければならず、これは、低温での運転時間の延長を伴い得る。これらの低い温度では、ブローアウトさせずに火炎を維持することは困難であり得る。
【０００３】
燃焼器における点火には様々な方法が検討されてきた。火花点火器はガスタービンに使用されてきたが、火花点火器自体は高圧で故障しやすいと考えられているので、高圧オキシ燃料システムにおけるそのような要素の適合性には問題があり、発電サイクルへの部品の解放により発電サイクルの損傷を引き起こす可能性がある。点火器が点火後に燃焼器から引き出されるように、従来のガスタービンの初期始動段階でのみ火花点火器を使用することも知られている。一方、一部の航空機燃焼器では、ブローアウトの危険性を抑えるために、またはブローアウトが生じた場合に再点火の可能性を高めるために、連続点火器運転が使用されることが知られている。しかしながら、高圧オキシ燃料燃焼システムを用いてそのような解決策を実施することは複雑さが増すので、その解決策は実用的でない。レーザ点火システムは、近年、公知の燃焼システムにおいて普及しているが、装置の配置および点火を開始するためにレーザに供給しなければならない電力に関して潜在的な問題がある。加えて、レーザは、燃焼室の中心への光学経路を必要とし、これは、サファイア窓などのオプションを使用することで、複雑さおよび潜在的な破損点を生じさせる可能性がある。さらに、自燃性化学物質は、ロケットモータを試験する際に使用されており、点火する際にエネルギーを加えるが、化学反応の生成物は固体であり、固体が燃焼器自体、タービン、および／または熱交換器を詰まらせる場合がある密閉電力サイクルでの使用は認められない。燃焼タービンにおいて酸化剤として空気を利用するシステムでは、ＮＯｘ種の存在が燃焼プロセスを促進するのに有用であり得ることが認識されている。しかしながら、ＮＯｘ排出に関する規制のために、大気に排出する燃焼プロセスにＮＯｘ種を意図的に添加することは、依然として好ましくない。
【０００４】
これらの公知の潜在的な点火源は、点火が起こる燃焼器内の空間内の点に対応するものに過ぎず、燃焼器に流入する全体のフローパラメータに対応するものではないので、現在の問題に関連する多くの場合に使用するには不十分である。燃焼器に流入するバルク流量ならびにシステムの始動に関連する他の全要因を改善または調整することは、燃焼を含む複数のプロセスにプラスの影響を及ぼし得る。例えば、多くの場合、火炎を維持しながら、かなり遅い速度（点火時に見られる温度変化よりもはるかに遅い）でプラントの残りの部分のプロセスおよび温度を上昇させることが望ましい。このような場合に、単に点火火花を発生させること以外に、よりロバストで包括的な解決策が必要となる。
【０００５】
前述の考慮事項に加えて、確実に反応を継続的に進行させるために、また反応を開始するためのエネルギーのハードルを下げるために追加の触媒を添加することは、化学反応において非常に一般的である。これはさらに、反応領域に固体触媒または促進剤を加えることによって、または連続プロセスにおいてプロセス流中を自由に流れる触媒または促進剤の追加の流れを供給することによって達成され得る。このため、上述したように、ＮＯｘの添加は、酸化剤として空気を利用して火炎中での燃焼を促進することができることが既に分かっているが、ＮＯｘ排出に関する規制およびこのような排出を防止するための重要な要件が、ＮＯｘの添加を非実用的な解決策にしている。したがって、当技術分野において、オキシ燃料燃焼プロセスの開始および／または維持を促進する燃焼プロセスおよびシステムの改善が依然として必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、発電プラントの始動および持続運転を改善するのに適したシステムおよび方法を提供する。本開示のシステムおよび方法は、様々な発電サイクルで実施され得、高圧運転を意図したオキシ燃料燃焼サイクルと共に使用するのに特に有益であり得る。
【０００７】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電プラントの燃焼器内で火炎を伝播させるための方法を提供し得る。伝播火炎または火炎伝播は、本明細書で使用される場合、発電プラントの始動時などに最初に火炎を点火する能力を向上させるために、ブローアウト後に火炎を再点火する能力を向上させるために、および／または燃焼器温度が通常運転条件未満であり、および／または発電プラントの出力が通常運転未満である運転中（例えば、過渡期間において）などに火炎を維持してブローアウトを回避するために利用される動作および／または部材を指すことができる。通常運転パラメータ未満の運転期間は、発電プラントが通常の出力で運転される典型的な温度の９０％未満、８０％未満、７５％未満、６０％未満、または５０％未満である燃焼器温度で運転するものとして定義され得る。同様に、過渡期間は、通常条件下で運転されるときの発電プラントからの出力の９０％未満、８０％未満、７５％未満、６０％未満、または５０％未満の出力で発電プラントを運転するものとして定義され得る。このような条件では、燃焼器内の火炎はブローアウトしやすくなり得、このような条件下では火炎点火がより難しくなり得る。したがって、本開示は、火炎点火または再点火の容易さから明らかなように、および／または耐ブローアウト性の向上から明らかなように、火炎伝播を向上させる方法およびシステムを提供する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本開示の方法は、規定の自己着火温度を有する燃料を燃焼器に投入することと、少なくとも１つの非燃料流を燃焼器にさらに投入することと、燃焼器に流入する流れの全フローが、燃料の自己着火温度よりも高いかまたは燃料の自己着火温度よりも２０％以下だけ低い温度になるように少なくとも１つの非燃料流を十分に加熱することとを含み得、少なくとも１つの非燃料流を加熱することは、燃焼から生じる熱を利用して実行される。１つ以上の実施形態では、該方法は、任意の数および順序で組み合わせられ得る以下の記載内容のうちの１つ以上に関してさらに定義され得る。
【０００９】
該方法は、発電プラントの始動時に、または発電プラントの運転の過渡期間において実施され得る。
【００１０】
発電プラントの始動または発電プラントの運転の過渡期間は、発電プラントが通常運転出力の７５％未満の出力で運転することに関連して定義され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許