JP2004360559A - Gas engine system - Google Patents

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良輔 辻前
Shigeru Ito
茂 伊藤
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas engine system capable of removing bad smelling composition and unburned composition on exhaust gas discharged from the gas engine with a simple and low cost means. <P>SOLUTION: A burner 6 for burning unburned composition such as aldehyde and HC, CO which are bad smelling composition contained in exhaust gas Ge is provided in a line 7 supplying the exhaust gas Ge discharged from the gas engine 1 to a gas turbine 4 of a supercharger 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスエンジンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から発電用システム或はコージェネレーション用システムにおいては、ガスエンジンが使用されている。すなわち、これらシステムにおいては、ガスエンジンのシリンダには燃料ガスが供給されて該燃料ガスの爆発燃焼によりピストンが往復動させられ、その結果、クランク軸が回転駆動されて発電機が駆動されるようになっている。而して、発電機の駆動により電力が得られる。
【０００３】
一方、発電用システムやコージェネレーション用システムに使用されるガスエンジンの先行技術文献情報としては、例えば特許文献１がある。特許文献１では、ガスエンジンと複数の過給機とを設け、ガスエンジンに高圧過給してガスエンジンの背圧を高くしないようにし、ガスエンジンの出力、効率を向上させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２１８８８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発電用システム或はコージェネレーション用システムにおいては、ガスエンジンから排出される排ガス中には、臭気成分であるアルデヒド類、及びＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分が含有されている。このため、排ガスが大気中に排出されると、臭気が生じたり、メタンスリップ（ＣＯ２の約２１倍の温室効果ガスが生じること）が生じたりして環境上問題がある。このことは、特許文献１に示すシステムにおいても同様である。
【０００６】
ところで、従来は排ガスを大気中に排出するラインに酸化触媒等の臭気成分回収手段を設け、排ガスを臭気成分回収手段に通すことにより、臭気成分を回収することが行われている。
【０００７】
しかしながら、前記臭気成分回収手段では、臭気成分は回収できてもメタンスリップを防止することはできず、又、臭気成分回収のために、ガスエンジンを備えたシステムに臭気成分回収手段を設けるのは、設備が複雑化、大型化すると共に、設備費、運転維持費が高価となり、経済的ではない。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑み、ガスエンジンから排出された排ガス中の臭気成分及び未燃焼成分を簡単且つ安価な手段により除去し得るようにしたガスエンジンシステムを提供することを目的としてなしたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のガスエンジンシステムは、発電機を駆動し得るようにしたガスエンジンから排出された排ガスを過給機のガスタービンへ送給する管路に、前記排ガス中に含有されている臭気成分であるアルデヒド類及び／又はＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分を燃焼させるための燃焼器を設けたものである。
【００１０】
請求項２のガスエンジンシステムは、過給機のコンプレッサを駆動したガスタービンの余剰出力により、発電機を駆動し得るよう構成したものである。
【００１１】
請求項３のガスエンジンシステムは、コンプレッサで生成された圧縮空気をガスエンジンに供給し得るよう構成したものである。
【００１２】
請求項４のガスエンジンシステムは、コンプレッサで生成された圧縮空気の一部を燃焼器に供給し得るよう構成したものである。
【００１３】
請求項５のガスエンジンシステムは、ガスタービンからの排ガスから熱を回収するための廃熱ボイラを設けたものである。
【００１４】
本発明によれば、簡単且つ安価な手段により、臭気成分や未燃焼成分が大気中に排出されることを防止できるため、環境対策上有効であり、又、発電はガスエンジンに供給される燃料ガスの爆発燃焼によるエネルギ及びコンプレッサを駆動したガスタービンの余剰出力により行われると共に、ガスタービンからの排ガスの熱は廃熱ボイラにおいて回収されるため、総合熱効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明を実施するためのガスエンジンシステムのフロー図を示し、図中、１はガスエンジン、２はガスエンジン１により駆動されて発電を行う発電機、３はガスタービン４及びコンプレッサ５を備えた過給機、６は排ガスＧｅを送給する管路７に設けられた燃焼器である。
【００１６】
而して、燃焼器６には単位時間当たり少量の燃料Ｆ及びコンプレッサ５からの圧縮空気Ａｃの一部並びにガスエンジン１からの排ガスＧｅが導入され、燃料Ｆ及び排ガスＧｅ中の臭気成分であるアルデヒド類、及びＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分は圧縮空気Ａｃ中の酸素と協働して燃焼させられ、高温ガスＧｈが生成されるようになっている。
【００１７】
又、燃焼器６で得られた高温ガスＧｈは過給機３のガスタービン４に導入されて膨張することによりガスタービン４を駆動し、ガスタービン４の駆動によりコンプレッサ５を駆動し得るようになっている。コンプレッサ５は吸入された空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａｃを生成し得るようになっている。
【００１８】
８はコンプレッサ５から吐出されてガスエンジン１のシリンダ１ａに送給される圧縮空気Ａｃを冷却するための空気冷却器であり、空気冷却器８で冷却された圧縮空気Ａｃは、ガスエンジン１のシリンダ１ａ内へ図示してない燃料ガスと共に導入されるようになっている。
【００１９】
９はガスタービン４からの高温ガスＧｈから排熱を回収する廃熱ボイラ、１０は廃熱ボイラ９からの排ガスＧｈ’を排気ガスＧとして大気中へ放出するための煙突である。
【００２０】
１１はコンプレッサ５を駆動したガスタービン４の余剰出力を伝達するための動力伝達軸、１２は動力伝達軸１１の一端に外嵌、固定されたギヤ、１３はガスエンジン１の図示してないクランク軸に直接的或は間接的に連結された動力伝達軸、１４は動力伝達軸１３の一端に外嵌、固定されると共にギヤ１２に噛合するギヤであり、ガスタービン４のコンプレッサ５を駆動した余りの余剰出力は動力伝達軸１１、ギヤ１２，１４、動力伝達軸１３、ガスエンジン１のクランク軸を介して発電機２に伝達し得るようになっている。
【００２１】
次に、上記図示例の作動を説明する。
上記ガスエンジンシステムにおいては、ガスタービン４により駆動されるコンプレッサ５に吸引されて圧縮され生成された圧縮空気Ａｃの多くは、空気冷却器８で冷却された後、図示してないラインから供給された燃料ガスと共に、ガスエンジン１のシリンダ１ａに導入され、爆発燃焼して図示してないピストンを昇降させることにより図示してないクランク軸を回転駆動する。このため、発電機２が駆動されて発電が行われる。
【００２２】
シリンダ１ａから排出された排ガスＧｅは、燃焼器６に導入されると共に、燃料Ｆ及びコンプレッサ５から吐出された圧縮空気Ａｃの一部も燃焼器６に導入され、このため、燃焼器６においては、圧縮空気Ａｃ中の酸素と協働して燃料Ｆ及び臭気成分であるアルデヒド類、及びＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分が燃焼する。
【００２３】
燃料Ｆやアルデヒド類及び未燃焼成分が燃焼することにより、排ガスＧｅが加熱されて高温ガスＧｈが得られ、得られた高温ガスＧｈは過給機３のガスタービン４へ導入される。
【００２４】
ガスタービン４に高温ガスＧｈが導入されると、高温ガスＧｈが膨張することによりガスタービン４が駆動され、このため、コンプレッサ５が回転駆動される。従って、コンプレッサ５は空気Ａを吸引し圧縮して圧縮空気Ａｃが生成され、前記したごとく圧縮空気Ａｃの多くはガスエンジン１及びに送給され、残りの圧縮空気Ａｃは燃焼器６に送給される。
【００２５】
コンプレッサ５を駆動したガスタービン４の余剰出力は動力伝達軸１１、ギヤ１２，１４、動力伝達軸１３、ガスエンジン１のクランク軸を介して発電機２に伝達される。このため、発電機２は、ガスエンジン１のシリンダ１ａ内に供給された燃料ガスの爆発燃焼エネルギを利用して発電されると共に、コンプレッサ５を駆動したガスタービン４の余剰出力によっても発電されることになり、従って、電力を有効に回収することができる。
【００２６】
ガスタービン４を駆動した後の高温ガスＧｈは廃熱ボイラ９へ導入されて熱回収され、温度が降下した排ガスＧｈ’となり、排気ガスＧとして煙突１０から大気中へ排出される。
【００２７】
廃熱ボイラ９においては、ガスタービン４からの高温ガスＧｈより熱エネルギが回収されるため、ガスタービン４の余剰出力を電力として回収することと相俟って、総合熱効率が向上する。
【００２８】
上記図示例においては、ガスエンジン１からの排ガスＧｅ中には臭気成分であるアルデヒド類、及びＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分が含有されている。しかし、アルデヒド類及び未燃焼成分は簡単且つ安価な手段である燃焼器６において燃料Ｆと共に燃焼されるため、臭気成分や未燃焼成分が大気中に排出されることが防止される。従って、大気にアルデヒド類を基とした臭気がしたり、メタンスリップが生じることを防止でき、環境対策上有効である。
【００２９】
又、上述したごとく、本図示例では、ガスエンジン１のシリンダ１ａ内に供給された燃料ガスの爆発燃焼エネルギを利用して発電が行われると共に、コンプレッサ５を駆動したガスタービン４の余剰出力により発電が行われ、しかも、廃熱ボイラ９においては熱エネルギが回収される。このため、本図示例においては、総合熱効率が向上する。
【００３０】
なお、本発明のガスエンジンシステムにおいては、燃焼器に圧縮空気の一部を供給する場合について説明したが、エンジンからの排ガス中に所定濃度の酸素が残っている場合には、圧縮空気を供給しなくても実施可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜５記載のガスエンジンシステムによれば、簡単且つ安価な手段により、臭気成分や未燃焼成分が大気中に排出されることを防止でき、従って、環境対策上有効であり、又、発電はガスエンジンに供給される燃料ガスの爆発燃焼エネルギ及びコンプレッサを駆動したガスタービンの余剰出力により行われ、しかも、熱エネルギは廃熱ボイラにおいて回収されるため、総合熱効率が向上する、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスエンジンシステムの概要を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ ガスエンジン
２ 発電機
３ 過給機
４ ガスタービン
５ コンプレッサ
６ 燃焼器
７ 管路
９ 廃熱ボイラ
Ａｃ 圧縮空気
Ｇｅ 排ガス
Ｇｈ 高温ガス（排ガス）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas engine system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, gas engines have been used in power generation systems or cogeneration systems. That is, in these systems, the fuel gas is supplied to the cylinder of the gas engine, and the piston is reciprocated by the explosive combustion of the fuel gas. As a result, the crankshaft is driven to rotate and the generator is driven. It has become. Thus, electric power is obtained by driving the generator.
[0003]
On the other hand, as prior art document information of a gas engine used for a power generation system or a cogeneration system, for example, there is Patent Document 1. In Patent Literature 1, a gas engine and a plurality of superchargers are provided to prevent the back pressure of the gas engine from increasing by high pressure supercharging of the gas engine, thereby improving the output and efficiency of the gas engine.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-218883.
[Problems to be solved by the invention]
In a power generation system or a cogeneration system, exhaust gas discharged from a gas engine contains aldehydes as odor components and unburned components such as HC and CO. For this reason, when the exhaust gas is discharged into the atmosphere, there is an environmental problem due to the generation of odor and the occurrence of methane slip (generating a greenhouse gas approximately 21 times as large as CO 2 ). This is the same in the system disclosed in Patent Document 1.
[0006]
By the way, conventionally, an odor component collecting means such as an oxidation catalyst is provided in a line for discharging the exhaust gas into the atmosphere, and the odor component is collected by passing the exhaust gas through the odor component collecting means.
[0007]
However, in the odor component recovery means, even if the odor component can be recovered, methane slip cannot be prevented, and the odor component recovery means is provided in a system equipped with a gas engine for odor component recovery. In addition, the equipment becomes complicated and large, and the equipment cost and operation and maintenance cost become expensive, which is not economical.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a gas engine system capable of removing odor components and unburned components in exhaust gas discharged from a gas engine by simple and inexpensive means. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The gas engine system according to claim 1, wherein an odor component contained in the exhaust gas is supplied to a pipe for supplying exhaust gas discharged from the gas engine capable of driving a generator to a gas turbine of a supercharger. And a combustor for burning unburned components such as aldehydes and / or HC and CO.
[0010]
A gas engine system according to a second aspect is configured such that a generator can be driven by a surplus output of a gas turbine that drives a compressor of a supercharger.
[0011]
A gas engine system according to a third aspect is configured to supply compressed air generated by a compressor to a gas engine.
[0012]
The gas engine system according to claim 4 is configured to be able to supply a part of the compressed air generated by the compressor to the combustor.
[0013]
The gas engine system according to a fifth aspect is provided with a waste heat boiler for recovering heat from exhaust gas from a gas turbine.
[0014]
According to the present invention, it is possible to prevent odor components and unburned components from being discharged into the atmosphere by simple and inexpensive means, which is effective in environmental measures. The energy is generated by the explosive combustion of the gas and the surplus output of the gas turbine that drives the compressor, and the heat of the exhaust gas from the gas turbine is recovered in the waste heat boiler, so that the overall thermal efficiency is improved.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a flow chart of a gas engine system for carrying out the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a gas engine, 2 denotes a generator driven by the gas engine 1 to generate power, 3 denotes a gas turbine 4 and a compressor 5 A supercharger 6 is provided with a combustor provided in a pipeline 7 for supplying exhaust gas Ge.
[0016]
Thus, a small amount of the fuel F and a part of the compressed air Ac from the compressor 5 and the exhaust gas Ge from the gas engine 1 are introduced into the combustor 6 per unit time, and are the odor components in the fuel F and the exhaust gas Ge. Aldehydes and unburned components such as HC and CO are burned in cooperation with oxygen in the compressed air Ac to generate hot gas Gh.
[0017]
The high-temperature gas Gh obtained in the combustor 6 is introduced into the gas turbine 4 of the supercharger 3 and expands so as to drive the gas turbine 4 and to drive the compressor 5 by driving the gas turbine 4. Has become. The compressor 5 compresses the sucked air A to generate compressed air Ac.
[0018]
Reference numeral 8 denotes an air cooler for cooling the compressed air Ac discharged from the compressor 5 and supplied to the cylinder 1a of the gas engine 1. The compressed air Ac cooled by the air cooler 8 is The fuel gas is introduced into the cylinder 1a together with a fuel gas (not shown).
[0019]
Reference numeral 9 denotes a waste heat boiler for recovering exhaust heat from the high temperature gas Gh from the gas turbine 4, and reference numeral 10 denotes a chimney for discharging exhaust gas Gh 'from the waste heat boiler 9 to the atmosphere as exhaust gas G.
[0020]
Reference numeral 11 denotes a power transmission shaft for transmitting the surplus output of the gas turbine 4 that drives the compressor 5, 12 denotes a gear externally fitted to and fixed to one end of the power transmission shaft 11, and 13 denotes a crank (not shown) of the gas engine 1. A power transmission shaft 14 directly or indirectly connected to the shaft, 14 is a gear externally fitted to and fixed to one end of the power transmission shaft 13 and meshing with the gear 12, and drives the compressor 5 of the gas turbine 4. The surplus output can be transmitted to the generator 2 via the power transmission shaft 11, the gears 12, 14, the power transmission shaft 13, and the crankshaft of the gas engine 1.
[0021]
Next, the operation of the illustrated example will be described.
In the above gas engine system, most of the compressed air Ac generated by being sucked and compressed by the compressor 5 driven by the gas turbine 4 is cooled by the air cooler 8 and then supplied from a line (not shown). The fuel gas is introduced into the cylinder 1a of the gas engine 1 together with the fuel gas, and explosively burns to raise and lower a piston (not shown), thereby rotating a crankshaft (not shown). Therefore, the generator 2 is driven to generate power.
[0022]
The exhaust gas Ge discharged from the cylinder 1a is introduced into the combustor 6, and a part of the fuel F and the compressed air Ac discharged from the compressor 5 is also introduced into the combustor 6. In cooperation with the oxygen in the compressed air Ac, unburned components such as fuel F, aldehydes as odor components, and HC and CO are burned.
[0023]
By burning the fuel F, aldehydes, and unburned components, the exhaust gas Ge is heated to obtain a high-temperature gas Gh, and the obtained high-temperature gas Gh is introduced into the gas turbine 4 of the supercharger 3.
[0024]
When the high-temperature gas Gh is introduced into the gas turbine 4, the high-temperature gas Gh expands to drive the gas turbine 4, and therefore, the compressor 5 is rotationally driven. Accordingly, the compressor 5 sucks and compresses the air A to generate the compressed air Ac. As described above, most of the compressed air Ac is supplied to the gas engine 1 and the remaining compressed air Ac is supplied to the combustor 6. Is done.
[0025]
The surplus output of the gas turbine 4 that drives the compressor 5 is transmitted to the generator 2 via the power transmission shaft 11, the gears 12, 14, the power transmission shaft 13, and the crankshaft of the gas engine 1. For this reason, the power generator 2 generates power using the explosive combustion energy of the fuel gas supplied into the cylinder 1 a of the gas engine 1, and also generates power using the surplus output of the gas turbine 4 that drives the compressor 5. Therefore, power can be effectively recovered.
[0026]
The high-temperature gas Gh after driving the gas turbine 4 is introduced into the waste heat boiler 9 to recover heat, becomes exhaust gas Gh ′ having a lowered temperature, and is discharged from the chimney 10 to the atmosphere as the exhaust gas G.
[0027]
In the waste heat boiler 9, thermal energy is recovered from the high-temperature gas Gh from the gas turbine 4, so that the overall thermal efficiency is improved in conjunction with recovering the surplus output of the gas turbine 4 as electric power.
[0028]
In the illustrated example, the exhaust gas Ge from the gas engine 1 contains aldehydes as odor components and unburned components such as HC and CO. However, since the aldehydes and unburned components are burned together with the fuel F in the combustor 6 which is a simple and inexpensive means, odor components and unburned components are prevented from being discharged into the atmosphere. Therefore, it is possible to prevent an odor based on aldehydes from occurring in the atmosphere and to prevent the occurrence of methane slip, which is effective in environmental measures.
[0029]
As described above, in the illustrated example, power generation is performed using the explosive combustion energy of the fuel gas supplied into the cylinder 1 a of the gas engine 1, and the surplus output of the gas turbine 4 that drives the compressor 5 is used. Electric power is generated, and heat energy is recovered in the waste heat boiler 9. Therefore, in the illustrated example, the overall thermal efficiency is improved.
[0030]
Note that, in the gas engine system of the present invention, the case where a part of the compressed air is supplied to the combustor has been described. It goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas engine system according to claims 1 to 5 of the present invention, it is possible to prevent odor components and unburned components from being discharged into the atmosphere by simple and inexpensive means. It is effective in environmental measures, and power is generated by the explosive combustion energy of the fuel gas supplied to the gas engine and the surplus output of the gas turbine that drives the compressor, and thermal energy is recovered in the waste heat boiler. And various excellent effects such as improvement in overall thermal efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a gas engine system of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas engine 2 Generator 3 Supercharger 4 Gas turbine 5 Compressor 6 Combustor 7 Pipe line 9 Waste heat boiler Ac Compressed air Ge Exhaust gas Gh Hot gas (exhaust gas)

Claims (5)

発電機を駆動し得るようにしたガスエンジンから排出された排ガスを過給機のガスタービンへ送給する管路に、前記排ガス中に含有されている臭気成分であるアルデヒド類及び／又はＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分を燃焼させるための燃焼器を設けたことを特徴とするガスエンジンシステム。A pipeline for feeding exhaust gas discharged from a gas engine capable of driving a generator to a gas turbine of a supercharger is provided with aldehydes and / or HC, which are odor components contained in the exhaust gas. A gas engine system comprising a combustor for burning unburned components such as CO. 過給機のコンプレッサを駆動したガスタービンの余剰出力により、発電機を駆動し得るよう構成した請求項１記載のガスエンジンシステム。The gas engine system according to claim 1, wherein the generator is driven by the surplus output of the gas turbine that drives the compressor of the supercharger. コンプレッサで生成された圧縮空気をガスエンジンに供給し得るよう構成した請求項１又は２記載のガスエンジンシステム。3. The gas engine system according to claim 1, wherein the compressed air generated by the compressor can be supplied to the gas engine. コンプレッサで生成された圧縮空気の一部を燃焼器に供給し得るよう構成した請求項１、２又は３記載のガスエンジンシステム。4. The gas engine system according to claim 1, wherein a part of the compressed air generated by the compressor is supplied to the combustor. ガスタービンからの排ガスから熱を回収するための廃熱ボイラを設けた請求項１、２、３又は４記載のガスエンジンシステム。5. The gas engine system according to claim 1, further comprising a waste heat boiler for recovering heat from exhaust gas from the gas turbine.
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