本文中，研究人员开发了一种可将液氨直接喷入燃气轮机燃烧器中的燃烧技术。实证试验的结果表明，通过抑制废气中有害物质的浓度使混烧率达到70%，可以燃烧液氨。经证实，在燃气轮机的运行过程中，未燃氨（NH3）和一氧化二氮（N2O）的排放量很小，对环境和燃气轮机运行的影响很小。
1、前言
为了保护地球环境，各个领域都在为脱碳而努力。在电力领域，以太阳能和风能为代表的可再生能源的引入进展迅速，但火力发电在通过供需调整来稳定电力系统方面仍然十分重要。其中，燃气轮机具有优异的负荷变动追踪能力，预计未来还将继续使用。因此，将燃气轮机的燃料转换为碳中和燃料将有助于减少二氧化碳（CO2）排放和稳定电力系统。
氢气是典型的碳中和燃料。然而，虽然氢气具有优异的燃烧性，但由于其热物理特性，难以运输和储存。因此，在日本内阁府的战略性创新创造计划（SIP）能源载体（1）中，作为运输氢的能源载体，重点研究了液态氢、甲基环己烷和氨，比较了这三种能源载体的用途和课题，并进行了相关技术开发。其中，氨的优点在于：易液化、适合运输和储存、相关技术已成熟、具有可燃性、且可以作为碳氢化合物的替代燃料直接燃烧而无需脱氢。但是，氨的燃烧性较低，是一种有毒物质，需要小心处理，并且在燃烧过程中容易生成来自燃料中所包含的氮原子的Fuel-NOx。为了解决这些课题，并利用其优点促进其作为燃料的使用，研究人员正在推进基本燃烧特性的阐明和燃烧技术的开发（2）。
作为氨在发电用燃气轮机中燃烧时的主要供给方法，共设想了两种方法，即氨气法和液氨直喷法。在常温条件下，氨会在0.8MPa左右发生相变，因此如果燃烧器的压力在大气压左右的话，则通常在燃烧前先将氨气化。但是，燃气轮机是加压机，燃烧器压力为高压。一般来说，中大型燃气轮机中的燃烧器压力大于等于0.8MPa，因此氨可以稳定地以液体形式喷出。利用氨的这一优点，发展了氨气与天然气混烧的传统技术（3），并开发了将液氨直接喷入燃烧器的氨燃烧技术。本文报告了利用液氨和氨气的燃烧方法的特征以及使用燃气轮机的实证试验结果。
2、试验装置
图1示出氨燃气轮机实证试验设备的系统流程示意图。该设备主要由城市燃气压缩机、氨供给装置、IM270燃气轮机、硝脱装置构成。氨供给装置是从储存液氨的氨罐中供给脱硝用氨气和燃料用氨气、液氨的设备。关于燃料用供给系统，为了比较，同时记载了气体和液体两个系统。燃料用氨气供给系统由对液氨加压的泵、氨气化器和蓄能器构成。在氨气的供给中，通过泵对液氨加压，调节流量后供给至气化器，再利用热水的热量使其气化。气化后的氨通过用于稳定压力的蓄能器供给至燃气轮机。
供给方法的特征包括：以液态的形式对氨加压，因此与在气体状态下加压的情况相比，加压动力较小，氨可以通过较低温度的热源气化。另外，由于燃烧行为不受蒸发潜热的影响，因此具有以下优点：容易阐明基本燃烧特性和开发用于燃气轮机的燃烧技术。另一方面，使氨气化的温度相对较低，但是也需要热源。此外，气化器下游的氨气可能会由于向周围的热量散失而重新液化，因此需要使用电加热器对管道和蓄能器进行保温。
图1 系统流程示意图
为了在燃气轮机中燃烧氨气，需要根据供应量增加或并联气化器或蓄能器以确保供应能力。与之相对，液氨直喷法是通过控制流量将加压液氨直接喷入燃烧器。这种方法无需氨气法中所需的氨气化器和蓄能器，可以通过简单的供给系统向燃气轮机供给燃料。另外，由于氨供给能力仅依赖于泵的能力，因此具