ガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼:NOx・CO排出量、炎の安定化、および複合サイクル発電プラントとの熱力学的統合
Hydrogen–Methane Blending in Gas Turbine Combustion Chambers: NOx and CO Emissions, Flame Stabilization, and Thermodynamic Integration with Combined-Cycle Power Plants
本研究は、低炭素電力生成に向けた水素強化天然ガスの利用可能性を探るため、ガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼の実験的および熱力学的解析を組み合わせた。特許取得済みの二段渦燃焼器を用い、水素比率(γ = 0–40%)、渦巻き羽根角度(30°、45°、60°)、当量比(φ = 0.17–1.00)、燃料噴射戦略といった240の運転条件で、NOx・CO排出量とリーンブローアウト安定性への影響を測定した。水素比率が10%増加するごとに、NOxはゼルデビッチ熱機構により23–24%増加したが、COはφ = 0.3、60°でOHラジカル活性の向上により最大28.5%減少した。最小NOx排出量は12.08 ppmであった。水素添加は、水素10%あたり32–46%でリーンブローアウト安定性を向上させた。並行して行った熱力学的解析では、有機ランキンサイクル(ORC)と排熱回収蒸気発生器での追加の水素・メタン燃焼を統合することで、CO2排出量を7.5–10%削減し、正味効率を0.79–4.0パーセントポイント向上させることが示された。28件の既存研究との比較により、最適な運転範囲はγ = 20–30%、φ = 0.5–0.7、羽根角度45°(SW = 0.8)と特定された。
本記事はガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼の実験的・熱力学的解析結果であり、特定の企業の製品リリースや実証プロジェクト、資金調達など投資判断に直結する具体的な事象(発表・契約・規制変更など)を含んでいない。240条件にわたる学術的なパラメータ最適化研究であり、水素混焼の基礎データを提供するものの、現時点で投資判断を促す具体的なビジネスインパクトは確認できない。したがって本記事はout_of_scopeと判断する。