JP2001082171A - 高効率ガスタービン設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧燃料ガスを加熱してガスタービン設備に供
給し運転を行わせると、高圧燃料ガスを加熱する為の燃
料ガスが必要であり、起動時に燃料ガス供給ラインの暖
気のため燃料ガスを大気放出したり、ガスタービン設備
を冷却させた循環冷却水がもつ熱を大気に放熱して、有
効に利用していないガスタービン設備となっている。本
発明は、これらの大きな問題点に着目して燃料ガスの回
収や冷却水の熱を利用して熱効率を向上させる事にあ
る。 【解決手段】前記の目的を達成する為に、ガスタービン
設備の起動時に燃料ガスを大気放出する燃料ガスを回収
し高圧燃料ガスの加熱に使用し、運転中は循環冷却水が
もつ熱で高圧燃料ガスの加熱を行わせることにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスを加熱し
てガスタービン設備に供給する機器と、ガスタービン設
備を冷却する機器を備えたガスタービン設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のガスタービン設備で、燃料
ガス供給系統と冷却水系統図である。

【０００３】ガスタービン設備７に供給される高圧燃料
ガス１の性状、圧力、温度により燃料ガス前処理設備が
異なるので、ここでは性状が天然ガスで、圧力はガスタ
ービン設備に適した供給圧力、供給温度が１５℃、炭化
水素の凝結温度が１０℃と一般的な燃料ガスとする。燃
料ガス加熱器２での高圧燃料ガスへの加熱は、ガスター
ビン設備で必要な過熱度２８℃と大気放散による温度降
下４℃を、炭化水素の凝結温度の１０℃に加えた４２℃
となる。

【０００４】燃料ガス加熱器での高圧燃料ガスの加熱
は、燃料ガス加熱器内の水３０を加熱循環水ポンプ５に
より循環水加熱器４に送り、ここで４８℃から５０℃に
循環水を加熱して、燃料ガス加熱器に戻し燃料ガス熱交
換チューブ３の大部分に当たるように水放出管６のルー
ト及び水放出管に設けた多くの噴射口を配列する。

【０００５】循環水加熱器での加熱はバーナー１１に高
圧燃料ガスを送り燃焼させ、ここで循環水熱交換チュー
ブ８に炎が当たるようにバーナーの位置をきめる。加熱
された循環水の温度は、常時４８〜５０℃にしなければ
ならないので、循環水出口温度計９で循環水の温度を測
定し、その結果を燃料ガス流量制御弁１０でバーナーに
送る燃料ガスの流量を制御する事により、循環水の温度
をコントロールする。

【０００６】ガスタービン設備を起動する時には、高圧
燃料ガスの温度は燃料ガス加熱器からガスタービン設備
までの燃料ガス供給ライン１６は低温のままであるから
燃焼器１２に送ることが出来ない。従って、起動する前
に燃料ガス遮断弁１３を閉じて燃料ガス大気放出弁１４
を開け、高圧燃料ガスを燃料ガス大気放出管１７で大気
に放出することにより、時間と共に燃料ガスの温度が所
定まで上昇してくる。

【０００７】燃料ガス温度計１５でガス温度が３８℃以
上になれば燃料ガス大気放出弁を閉じ、燃料ガス遮断弁
を開いて燃焼器に燃料ガスを供給する事により、ガスタ
ービン設備の起動が可能になる。燃料ガスを大気放出す
る時間は、燃料ガス加熱器からガスタービン設備までの
配管の長さや燃料ガスフィルターセパレーターの有無に
より大きく変わるが、通常１０分前後かかり、この間貴
重な燃料が無駄に捨てられる。

【０００８】ガスタービン設備を運転すると潤滑油の温
度や機器の温度が上昇するので、循環水ポンプ１８でガ
スタービン設備に冷却水を送り、潤滑油や機器を冷やし
た後、ラジエター２１に入りファン１９で流動する大気
２０により冷却水熱交換チューブ２２で循環冷却水が冷
やされる。ここでもガスタービン設備の熱を大気に放散
しているし、ポンプやファンを回転させる電力も無駄に
消費している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】高圧燃料ガスを加熱し
てガスタービン設備に供給し運転を行わせると、高圧燃
料ガスを加熱する為の燃料ガスが必要であり、起動時に
燃料ガス供給ラインの暖気のため燃料ガスを大気放出し
たり、ガスタービン設備を冷却させた循環冷却水がもつ
熱を大気に放熱して、有効に利用していないガスタービ
ン設備となっている。

【００１０】本発明は、これらの大きな問題点に着目し
て燃料ガスの回収や冷却水の熱を利用して熱効率を向上
させる事にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成する為
に、ガスタービン設備の起動時に燃料ガスを大気放出す
る燃料ガスを回収し高圧燃料ガスの加熱に使用し、運転
中は循環冷却水がもつ熱で高圧燃料ガスの加熱を行わせ
ることにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施例につ
いて図面を用いて説明する。図１は、本発明の代表例
で、高圧燃料ガスは従来技術で述べた燃料ガス加熱器の
機能をもたせたガスホルダー３１の水３０の中に入り、
燃料ガス熱交換チューブで約４２℃に加熱される。燃料
ガスの加熱の目的は、燃焼させるガスタービン設備で必
要な温度、約３８℃で供給する為に、大気温度が低い場
合には大気に熱を放散するので、本実施例では約４℃予
め余分に加熱しておき、燃料ガス供給ラインを暖気する
ため、燃料ガス遮断弁を閉じて燃料ガス大気放出弁１４
を徐々に開き、加熱された燃料ガス供給ラインの機器を
通過させ、ガスタービンの運転時と同じ温度状態にす
る。

【００１３】この燃料ガス供給ラインの暖機は、通常１
０分間程度おこなうので燃料ガスの放出量は数百ｍ３を
超え、これを回収する為に１回分を充分貯える事が可能
な容量のガスホルダーを設け、燃料ガス放出弁から放出
される燃料ガスを燃料ガス放出管３２からガス入口管２
４を通して燃料ガス室２３に導く。

【００１４】ガスホルダー内で高圧燃料ガスの加熱を行
うには、熱媒体の水を４８〜５０℃にする必要がある
が、ガスタービン設備が起動する前は従来技術と同様
に、加熱循環水ポンプで循環水を循環水加熱器に送り、
ここでガスホルダーのガス出口管２５で導いた燃料ガス
を燃焼して、循環水の温度を上昇させる。冬場、ガスタ
ービン設備が短時間停止している間、ガスホルダーの水
温が外気で冷やされるのを防ぐ為、上記の方法で水を加
熱するが、燃料ガス供給ラインの暖機１回分の放出ガス
量で、１日間は加熱が可能である。

【００１５】燃料ガス供給ラインの暖機は、燃料ガス温
度計でガス温度が３８℃以上になれば燃料ガス大気放出
弁を閉じ、燃料ガス遮断弁を開いて燃焼器に燃料ガスを
供給する事により、ガスタービン設備の起動が可能にな
る。ガスタービン設備が運転すれば、潤滑油及び機器の
温度が上昇するので冷却水を循環させ冷却するが、ガス
タービン設備を出た冷却水の温度が４８〜５０℃程度に
なるシステム計画とし、ガスホルダー内の下部に設けら
れた燃料ガス熱交換チューブの大部分に噴射水が当たる
ように冷却水放出管３３に配列した出口孔から噴出す
る。これにより燃料ガス熱交換チューブ内を通過する高
圧燃料ガスは約４２℃に加熱され、冷却水は冷やされ
る。又、冷却水は大気温度より高温であるから、ガスホ
ルダーの表面から熱放散して、冬ではガスタービン設備
から出る熱量の約８割を高圧燃料ガスの加熱と大気への
放熱で冷却される。従って、高圧燃料ガスの加熱はガス
タービン設備から出る熱により行われるので、従来の燃
料ガスで加熱していたガスタービン設備の熱効率より0.
2％ 〜0.3％向上し、燃料ガス代も節約できる。

【００１６】ガスホルダー内の冷却水は冷却循環水ポン
プでラヂエターに送り、冷却不足分を大気に放熱させる
が、冬場は従来例の約２割の熱交換でよいので、ファン
の運転台数は少ない。ラジエターのファンの運転台数を
細かく制御するには、ファンを多くするが本例では４ケ
程度とする。ラジエターの出口冷却水の温度をある程度
設計値に制御しなければ、ガスタービン設備の出口温度
が変わり、それと共にガスホルダー内の冷却水温が変わ
り、高圧燃料ガスの温度にも影響があるので、ラジエタ
ーの出口に冷却水温度計３４を設け、運転するファンの
台数を制御する。

【００１７】又、ガスタービンが運転していれば、高圧
燃料ガスの加熱はガスタービン設備の冷却水で連続して
行えるので、加熱循環水ポンプと循環水加熱器は停止で
きる。

【００１８】ラジエターファンの運転容量の低減と加熱
循環水ポンプの運転停止で、従来より補機の消費動力が
減ることにより、約0.1％プラント効率が良くなる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の効果を下記に列記する。

【００２０】１．ガスタービン設備が起動する前の高圧
燃料ガスの加熱と熱媒体となる水の大気放散熱の補充、
及び燃料供給ラインの暖機の熱源は、前回行った暖気に
使用した燃料ガスを再利用できる。

【００２１】２．ガスタービン設備が運転する事により
発生する熱を、冷却水を媒体として高圧燃料ガスを連続
して加熱できるので、従来は連続運転していた加熱循環
水ポンプと循環水加熱器を停止できる。

【００２２】従来、加熱に高圧燃料ガスを使用していた
ガスタービン効率に比べて、熱効率が0.2％ 〜0.3％向
上する。

【００２３】３．従来は、ガスタービン設備が運転する
事により発生する熱を、冷却水を循環させラジエターで
大気に放熱していたが、本発明では冷却水をガスホルダ
ーで高圧燃料ガスと大気に熱を与えるので、ラジエター
では余剰分の熱を放散させるのみなので、ラジエター容
量が小さく出来る。

【００２４】４．本発明でラジエターの運転が少なくな
る冬場では、上記２の加熱循環水ポンプの停止分を加味
して約0.1％プラント効率が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る代表実施例の系統図である。

【図２】従来技術の燃料ガス供給系統と冷却水系統図で
ある。

【符号の説明】

１…高圧燃料ガス、２…燃料ガス加熱器、３…燃料ガス
熱交換チューブ、４…循環水加熱器、５…加熱循環水ポ
ンプ、６…水放出管、７…ガスタービン設備、８…循環
水熱交換チューブ、９…循環水出口温度計、10…燃料ガ
ス流量制御弁、11…バーナー、12…燃焼器、13…燃料ガ
ス遮断弁、14…燃料ガス大気放出弁、15…燃料ガス温度
計、16…燃料ガス供給ライン、17…燃料ガス大気放出
管、18…循環水ポンプ、19…ファン、20…大気、21…ラ
ジエター、22…冷却水熱交換チューブ、23…燃料ガス
室、24…ガス入口管、25…ガス出口管、30…水、31…ガ
スホルダー、32…燃料ガス放出管、33…冷却水放出管、
34…冷却水温度計。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスをガスタービン設備に供給する
   燃料ガス供給ラインとその途中にガスホルダーを備え、
   ガスタービン設備の燃料ガス遮断弁の入口側から前記燃
   料ガス供給ラインが分岐し、前記ガスホルダーのガス入
   口管に接続した事を特徴とする高効率ガスタービン設
   備。
2. 【請求項２】 請求項１のガスホルダー内に水を貯え、
   水の中に燃料ガス供給ラインの熱交換チューブを設け、
   前記の水を加熱循環水ポンプで循環水加熱器を通した
   後、前記熱交換チューブの下から水が熱交換チューブに
   あたる位置に水噴射孔を備え、前記循環水加熱器へ燃料
   ガスを送る配管を前記ガスホルダーのガス出口管に接続
   した事を特徴とする高効率ガスタービン設備。
3. 【請求項３】 請求項１のガスホルダー内の水を循環水
   ポンプでラジエター、そしてガスタービン設備を通過さ
   せ請求項２の熱交換チューブの下から水が熱交換チュー
   ブにあたる位置に水噴射孔を備えた事を特徴とする高効
   率ガスタービン設備。