クリーンエネルギーシステムの基盤となる高圧下における改質ガス乱流燃焼の基礎的研究

本研究は,環境・エネルギー技術の中核である燃焼技術において,パワープラントで高い熱効率が得られるクリーンエネルギーシステムとして将来重要な役割を果たすと期待される,石炭改質ガス複合サイクル(IGCC)におけるガスタービン燃焼に注目する.そのガスタービンの高温高圧環境を模擬した燃焼場における一酸化炭素および水素を主成分とする層流および乱流燃焼機構を解明し,純酸素燃焼によって二酸化炭素回収と貯蔵(CCS)への展開も見据えた基礎研究を実施する.本年度は,はじめに昨年度実施した層流燃焼速度に関する数値解析結果に基づいて高圧乱流燃焼実験の条件設定を行った.高圧乱流燃焼実験では圧力を0.5MPaおよび1.0MPaとし,石炭改質ガスを模擬してCO_2:65%,H_2:35%の混合燃料に純酸素を混合し当量比を1.0とした.さらに再循環ガスを模擬したCO_2で希釈して所定の層流燃焼速度となる予混合気を用いた.乱流燃焼実験の主な計測内容はOH-PLIF計測であって,取得した火炎断面画像から乱流燃焼速度,火炎面密度の空間分布などを求めた.その結果,石炭改質模擬ガスによる乱流予混合火炎の構造は,従来のメタン・空気乱流予混合火炎に比較して,局所火炎の凹凸の微細化が顕著であり,一方で乱流火炎領域の体積が小さいことがわかった.このことは,IGCCシステムの中核であるガスタービンが予混合燃焼モードで使用される場合,燃焼振動を起こしやすい特性をもつことを意味している.火炎領域の微細化は予混合ガスの熱物性特性や層流燃焼速度,およびWang氏が来日前に本国で行った層流燃焼の予備実験とも一致する結果であり,今後共同研究を進める共通のテーマとなる.

本研究は,環境・エネルギー技術の中核である燃焼技術において,パワープラントで高い熱効率が得られるクリーンエネルギーシステムとして将来重要な役割を果たすと期待される,石炭改質ガス複合サイクル(IGCC)におけるガスタービン燃焼に注目する.そのガスタービンの高温高圧環境を模擬した燃焼場における一酸化炭素および水素を主成分とする層流および乱流燃焼機構を解明し,純酸素燃焼によって二酸化炭素回収と貯蔵(CCS)への展開も見据えた基礎研究を実施する.本年度は,はじめに昨年度実施した層流燃焼速度に関する数値解析結果に基づいて高圧乱流燃焼実験の条件設定を行った.高圧乱流燃焼実験では圧力を0.5MPaおよび1.0MPaとし,石炭改質ガスを模擬してCO_2:65%,H_2:35%の混合燃料に純酸素を混合し当量比を1.0とした.さらに再循環ガスを模擬したCO_2で希釈して所定の層流燃焼速度となる予混合気を用いた.乱流燃焼実験の主な計測内容はOH-PLIF計測であって,取得した火炎断面画像から乱流燃焼速度,火炎面密度の空間分布などを求めた.その結果,石炭改質模擬ガスによる乱流予混合火炎の構造は,従来のメタン・空気乱流予混合火炎に比較して,局所火炎の凹凸の微細化が顕著であり,一方で乱流火炎領域の体積が小さいことがわかった.このことは,IGCCシステムの中核であるガスタービンが予混合燃焼モードで使用される場合,燃焼振動を起こしやすい特性をもつことを意味している.火炎領域の微細化は予混合ガスの熱物性特性や層流燃焼速度,およびWang氏が来日前に本国で行った層流燃焼の予備実験とも一致する結果であり,今後共同研究を進める共通のテーマとなる.