Basic Study on Oxygen-Hydrogen Combustion Power Generation System

氧氢燃烧发电系统基础研究

基本信息

批准号：
20J10350
负责人：
武塙浩太郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，次世代発電技術として期待される酸素水素燃焼発電の実現に向けた基礎研究を行った。令和3年度は，不凝縮ガスが酸素水素燃焼発電サイクルの発電特性に及ぼす影響を明らかにした。量論完全燃焼の条件（当量比1）において，作動流体H2Oにおける酸素水素燃焼の平衡計算を行った。H2Oの熱解離により，H2，O2，OHが不凝縮ガスとして生成されるが，空気水素燃焼の場合よりもH2，O2，OHが多く生成されることを明確にした。タービンでの急激な膨張・冷却により反応が凍結したと仮定すると，酸素水素燃焼でより多く生成されたOHは最終的に酸素として残留する可能性があることを示した（OH + OH = H2O + 1/2O2）。深冷空気分離法による酸素製造を考えた場合，高純度（99.6vol%）で酸素が製造されると，低純度（95.0vol%）と比較して不凝縮ガス濃度は低減するが，製造動力が増加するため脱気動力の低減を考慮しても所内動力の増加の影響は大きくなった。低純度では窒素やアルゴンの不凝縮ガス混在の影響が大きくなった。製造酸素中の不純物窒素によるNO生成について，当量比1を基準に0.01減少するとNO生成量は急激に増加，0.01増加するとNO生成量は急激に減少することを明らかにした。さらに，実際のガスタービンで用いられるマルチクラスタバーナーを想定して試作されたノズルを用い，酸素水素燃焼実験による噴流非予混合火炎の吹き消え限界，火炎安定範囲を明らかにした。酸化剤流速（窒素希釈された酸素），当量比，希釈率（酸化剤流量に対する窒素流量）を条件として，酸化剤流速および希釈率が増加すると火炎は吹き消えやすくなり，当量比1でも火炎を維持することが困難になることを実験で確認した。酸素水素燃焼発電サイクルのシステム解析に関して，エネルギー・資源学会論文誌に論文を投稿し，その結果第18回論文賞を受賞した。

在这项研究中，我们进行了旨在实现氧气燃烧发电的基础研究，这是一种下一代发电技术。在2021财政年度，无需气体对氧气燃烧发电周期的发电特性的影响。在化学计量完全燃烧的条件下（等效比1），进行了工作流体H2O中氧气燃烧的平衡计算。已经澄清的是，由于H2O的热解离，H2，O2和OH的生产是无调的气体，但是H2，O2和OH的产生比在空气氢燃烧的情况下产生的更多。假设该反应由于涡轮机的快速膨胀和冷却而被冷冻，则表明，氧气燃烧产生的更多OH最终可能保留为氧（OH + OH = H2O + 1/2O2）。当考虑使用深冷的空气分离方法产生氧气时，当纯度以高纯度（99.6 vol％）产生氧气时，与低纯度（95.0 vol％）相比，无需气体的浓度会降低，但是由于生产功率增加，即使考虑减少了降低延量的降低，也会增加地位功率的效果。低纯度具有很大的氮和氩气气体混合物的影响。关于产生的氧气中没有杂质氮引起的产量，据表明，当NO产量的量减少0.01时，基于同等比率1的量减少了0.01时，无生产的量迅速增加，而当无生产的量迅速增加时，当无生产的量增加了0.01。此外，使用在实际燃气轮机中使用的多批次燃烧器进行原型的喷嘴，我们已经确定了基于氧气氢燃烧实验的无喷射过滤火焰的井喷和火焰稳定性范围的限制。我们在一个实验中确认，如果氧化剂流量和稀释速率在氧化剂流量（氧稀释氮），等效比率和稀释率（氮流量相对于氧化剂流量相对于氧化剂流量）的情况下，则火焰变得更有可能吹出，从而使其能够以1次分析和1的分析为单位，而他又一等于1的能量。氧气燃烧发电周期，结果他获得了第18次纸张奖。