JP2006125255A - ガスタービン装置およびガスタービン発電システム - Google Patents

ガスタービン装置およびガスタービン発電システム Download PDF

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Abstract

【課題】 従来、利用が難しかった低発熱量ガスを安定して燃焼させ、コンパクトな構成で可燃性ガスを低コストで利用することができるガスタービン装置を提供する。
【解決手段】 ガスタービン装置１は、空気を圧縮する空気圧縮機２０と、空気圧縮機２０により圧縮された圧縮空気を燃焼可能な燃焼器２１と、燃焼器２１に燃料を供給する第１の燃料供給系２４とを備えている。また、ガスタービン装置１は、燃焼器２１からのガスを受けて回転するタービン２２と、燃焼器２１に供給される圧縮空気とタービン２２から排出された排気ガスとの間で熱交換を行う再生器２３と、タービン２２から排出された排気ガス中に低発熱量ガスＬＧを投入するガス投入部２５とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービン装置に係り、特にマイクロガスタービン発電システムなどに使用されるガスタービン装置に関するものである。また、本発明は、そのようなガスタービン装置を利用して発電を行うガスタービン発電システムに関するものである。
例えば、バイオマスの消化過程から発生する消化ガスやガス化過程から発生する熱分解ガスなどは、単位体積あたりの発熱量が小さい低発熱量ガスである。都市ガスの低位発熱量が約５０２３３ｋＪ／ｋｇ（１２０００ｋｃａｌ／ｋｇ）であるのに対して、バイオマスの消化ガスの低位発熱量は１／２の約２５１１６ｋＪ／ｋｇ（６０００ｋｃａｌ／ｋｇ）、熱分解ガスの低位発熱量は１／１０の約５０２３ｋＪ／ｋｇ（１２００ｋｃａｌ／ｋｇ）程度である。
一般に、燃料ガスは、その発熱量が小さくなるほど点火しにくくなり、また、安定した燃焼が得られにくくなる。低発熱量ガスの中でも、低位発熱量が約６２７９ｋＪ／ｋｇ（１５００ｋｃａｌ／ｋｇ）を下回る極低発熱量ガスは、ガスタービンやガスエンジンなどの熱機関では燃焼を維持することが難しい。
このような低発熱量ガスをガスタービンの燃焼器で燃焼させるためには、ガスタービンに供給する前にガス圧縮機で昇圧する必要がある。例えば、発熱量が都市ガスの約１／２の消化ガスを用いた場合に、都市ガスと同じ出力を得るためには２倍の容量の消化ガスを昇圧してから供給しなければならない。したがって、発熱量が小さくなるほど、ガス圧縮機が大型化し、昇圧のための動力損失も増加する。このように、低発熱量ガスをガスタービン装置で用いる場合には、装置の初期コストが増加するとともに、発電効率が低下するという問題があった。
最近では、低発熱量ガスの精製度を上げて発熱量を高めたり、プロパンガスなどの高発熱量燃料ガスに混合して使用したりして、低発熱量ガスをガスタービンやガスエンジンなどの熱機関で利用する試みもなされているが、これらのシステムは投資効率が良くないために普及するに至っていない。このため、比較的発熱量が高い消化ガスや熱分解ガスであっても大半は焼却処分されているのが実状である。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、従来、利用が難しかった可燃性ガス、特に低発熱量ガスを安定して燃焼させ、コンパクトな構成で可燃性ガスを低コストで利用することができるガスタービン装置を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、従来、利用が難しかった可燃性ガス、特に低発熱量ガスを安定して燃焼させ、この可燃性ガスのエネルギーを高い効率で電力として取り出すことができるガスタービン発電システムを提供することを第２の目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、従来、利用が難しかった低発熱量ガスを安定して燃焼させ、コンパクトな構成で可燃性ガスを低コストで利用することができるガスタービン装置が提供される。このガスタービン装置は、空気を圧縮する空気圧縮機と、上記空気圧縮機により圧縮された圧縮空気を燃焼可能な燃焼器と、上記燃焼器に燃料を供給する第１の燃料供給系とを備えている。また、ガスタービン装置は、上記燃焼器からのガスを受けて回転するタービンと、上記空気圧縮機から上記燃焼器に供給される圧縮空気と、上記タービンから排出された排気ガスとの間で熱交換を行う再生器と、上記タービンから排出された排気ガス中に可燃性ガスを投入するガス投入部とを備えている。
このように、タービンから排出された排気ガス中に可燃性ガスを投入することで、従来、利用の難しかった可燃性ガスを昇圧することなく安定して燃焼させ、再生器に流入する排気ガスの温度を高めることができる。このように、昇圧することなく可燃性ガスのエネルギーをタービンの駆動力に変換することができるので、コンパクトな構成で可燃性ガスを低コストで利用することができる。
また、可燃性ガスを昇圧することなく燃焼させることができるので、昇圧に必要な動力を削減することができ、システムの効率を向上することができる。さらに、可燃性ガスを高温の排気ガスに急速に混合および希釈し燃焼させるので、サーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
ガスタービン装置は、上記ガス投入部に上記可燃性ガスとして低発熱量ガスを供給する第２の燃料供給系をさらに備えていてもよい。この場合において、低位発熱量が約２５１１６ｋＪ／ｋｇ（６０００ｋｃａｌ／ｋｇ）以下のガスを低発熱量ガスとして用いることができる。例えば、バイオマスの消化過程から発生する消化ガスやガス化過程から発生する熱分解ガスなどを低発熱量ガスとして用いることができる。
ガスタービン装置は、上記再生器に導入される排気ガスの温度を測定する第１の温度測定器と、上記第１の温度測定器により測定される排気ガスの温度が所定の値以下となるように、上記ガス投入部に供給する可燃性ガスの流量を制御する流量制御弁とを備えていることが好ましい。このようにすることで、再生器に流入する排気ガスの温度が再生器の許容温度を超えないようにすることができる。
上記第１の燃料供給系は、上記燃料として高発熱量燃料を上記燃焼器に供給することとしてもよい。あるいは、上記第１の燃料供給系は、上記タービンの起動時に上記燃料として高発熱量燃料を上記燃焼器に供給し、上記タービンが定格運転に達した後には上記燃料として低発熱量ガスを供給することとしてもよい。このようにすることで、低発熱量ガスの供給のみでガスタービン装置を運転することが可能になる。この場合において、上記燃焼器に供給される圧縮空気の温度を測定する第２の温度測定器を設け、上記第１の燃料供給系は、上記第２の温度測定器により測定される圧縮空気の温度に基づいて上記高発熱量燃料と上記低発熱量ガスとの切替を行うこととしてもよい。ここで、天然ガス、液化石油ガス、プロパンガス、灯油、および軽油の少なくとも１つを高発熱量燃料として用いることができる。
上記ガス投入部は、上記タービンからの排気ガスによるエゼクタ効果によって該排気ガス中に可燃性ガスを吸引するエゼクタを備えていることが好ましい。このようなエゼクタにより、可燃性ガスを昇圧することなく排気ガス中に吸引することができる。
また、ガスタービン装置は、上記ガス投入部と上記再生器とを直接接続する排気ガス配管をさらに備えていてもよい。
本発明の第２の態様によれば、従来、利用が難しかった低発熱量ガスを安定して燃焼させ、この低発熱量ガスのエネルギーを高い効率で電力として取り出すことができるガスタービン発電システムが提供される。このガスタービン発電システムは、上記ガスタービン装置と、上記ガスタービン装置のタービンの高速回転を利用して発電を行う発電装置とを備えている。このようなガスタービン発電システムによれば、従来、利用の難しかった可燃性ガス、特に低発熱量ガスを昇圧することなく安定して燃焼させ、そのエネルギーを電力として取り出すことができる。
上記発電装置は、上記ガスタービン装置のタービンに連結された永久磁石型発電機と、上記永久磁石型発電機の高周波交流出力を直流出力に整流するコンバータと、上記コンバータの直流出力を所定の周波数および所定の電圧の交流出力に変換して出力するインバータとを備えていることが好ましい。
本発明に係るガスタービン装置によれば、タービンから排出された排気ガス中に可燃性ガスを投入することで、従来、利用の難しかった可燃性ガスを昇圧することなく安定して燃焼させ、再生器に流入する排気ガスの温度を高めることができる。このように、昇圧することなく可燃性ガスのエネルギーをタービンの駆動力に変換することができるので、コンパクトな構成で可燃性ガスを低コストで利用することができる。
また、可燃性ガスを昇圧することなく燃焼させることができるので、昇圧に必要な動力を削減することができ、システムの効率を向上することができる。さらに、可燃性ガスを高温の排気ガスに急速に混合および希釈し燃焼させるので、サーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
また、本発明に係るガスタービン発電システムによれば、従来、利用の難しかった可燃性ガス、特に低発熱量ガスを昇圧することなく安定して燃焼させ、そのエネルギーを電力として取り出すことができる。
以下、本発明に係るガスタービン発電システムの実施形態について図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるガスタービン発電システム１を示すフロー図である。図１に示すように、ガスタービン発電システム１は、圧縮空気と燃料ガスとの混合気を燃焼させるガスタービン装置２と、ガスタービン装置２内のタービンの高速回転を利用して発電を行う発電装置３と、ガスタービン装置２から排出された排気ガスから排熱を回収する排熱回収装置４とを備えている。
ガスタービン装置２は、空気を圧縮するための空気圧縮機２０と、空気圧縮機２０により圧縮された圧縮空気と燃料を混合し燃焼させる燃焼器２１と、燃焼器２１からの燃焼ガスを受けて高速で回転する複数の回転翼を有するタービン２２と、タービン２２から排出された排気ガスの排熱を利用して燃焼器２１に供給される圧縮空気を過熱する再生器（熱交換器）２３とを備えている。
また、ガスタービン装置２は、燃焼器２１に燃料を供給する第１の燃料供給系２４を備えている。この第１の燃料供給系２４は、天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）、プロパンガス、灯油、軽油などの高発熱量燃料ＨＧの供給源５０と、バイオマスの消化過程から発生する消化ガスやガス化過程から発生する熱分解ガスなどの低発熱量ガスＬＧの供給源５１と、高発熱量燃料ＨＧおよび低発熱量ガスＬＧを昇圧するガス圧縮機５２と、低発熱量ガスＬＧの水分を除去する除湿機５３と、高発熱量燃料ＨＧの供給を遮断する遮断弁Ｓ１と、低発熱量ガスＬＧの供給を遮断する遮断弁Ｓ２と、高発熱量燃料ＨＧおよび低発熱量ガスＬＧの供給を遮断する遮断弁Ｓ３と、燃焼器２１に供給する燃料の流量を制御する流量制御弁Ｍ１とから構成されている。
図１に示すように、ガスタービン装置２は、タービン２２から排出された排気ガスに可燃性ガスを投入するガス投入部２５と、ガス投入部に可燃ガスとして低発熱量ガスＬＧを供給する第２の燃料供給系２６とを含んでいる。この第２の燃料供給系２６は、上述した低発熱量ガスＬＧの供給源５１と、低発熱量ガスＬＧの供給を遮断する遮断弁Ｓ４と、ガス投入部２５に供給する低発熱量ガスＬＧの流量を制御する流量制御弁Ｍ２とから構成されている。
発電装置３は、タービン２２の回転軸Ｒに直結された発電機３０と、発電機３０の高周波交流出力を直流に整流するコンバータ３１と、コンバータ３１の出力を所定の周波数および所定の電圧の交流出力に変換して出力するインバータ３２と、ガスタービン装置２の起動時に発電機３０をスタータモータとして駆動するバッテリー３３とを備えている。本実施形態では、発電機３０として永久磁石型発電機（ＰＭＧ）が用いられ、インバータ３２としてパルス幅変調（ＰＷＭ）インバータが用いられる。
このような構成のガスタービン発電システム１において、空気圧縮機２０に吸入された空気Ｇ１は、空気圧縮機２０により圧縮されて、約２００℃の圧縮空気Ｇ２となり、再生器２３に供給される。圧縮空気Ｇ２は、再生器２３の内部を通過する間に、タービン２２から排出された排気ガスの熱により過熱されて約７００℃の圧縮空気Ｇ３となり、燃焼器２１に供給される。燃焼器２１に供給された圧縮空気Ｇ３は、第１の燃料供給系２４から供給される燃料と混合される。これにより、燃焼器２１の内部には圧縮空気Ｇ３と燃料の混合気が形成される。圧縮空気Ｇ３と燃料との混合気は燃焼器２１の内部で燃焼され、この混合気の燃焼によって約９００℃の高温・高圧の燃焼ガスＧ４が発生する。
燃焼器２１における燃焼により発生した燃焼ガスＧ４はタービン２２に供給され、この燃焼ガスＧ４を受けてタービン２２が、例えば毎分約６８０００回転の高速で回転する。このタービン２２の回転軸Ｒには、空気圧縮機２０および発電機３０のロータ３０ａが連結されており、タービン２２の高速回転に伴って、発電機３０および空気圧縮機２０が高速で回転駆動される。これにより、空気圧縮機２０において空気Ｇ１が圧縮され、発電機３０において交流電流が発生する。
発電機３０においては、周波数が例えば約２０００Ｈｚの高周波交流電流が発生し、この高周波交流電流は発電装置３内のコンバータ３１により直流に整流される。コンバータ３１の出力は、商用交流電流として使用できるようにインバータ３２により所定の周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）および所定の電圧に変換された後、外部に出力される。
タービン２２とガス投入部２５は、排気ガス配管２７により直接接続されており、この排気ガス配管２７を通ってタービン２２を出た排気ガスＧ５がガス投入部２５に供給される。ガス投入部２５では、第２の燃料供給系２６から低発熱量ガスＬＧが排気ガスＧ５中に投入される。ここで、タービン２２から排出される排気ガスＧ５の温度は約６００℃の高温であり、圧力は高々数ｋＰａである。このように、排気ガスＧ５の圧力が低いため、例えばブロワでわずかに昇圧するだけで低発熱量ガスＬＧを排気ガスＧ５中に供給することができる。排気ガスＧ５の酸素濃度は１８％前後であり、高温の排気ガスＧ５中に投入された低発熱量ガスＬＧは、速やかに、かつ安定して燃焼する。
ここで、本実施形態では、ガス投入部２５としてエゼクタが用いられている。すなわち、ガス投入部２５は、下流に向かって流路が広くなったディフューザ２５ａと、排気ガスＧ５の流れの下流に向けて流れと平行に延びる燃料供給ノズル２５ｂとを有している。この燃料供給ノズル２５ｂは、第２の燃料供給系２６に接続されている。排気ガスＧ５の流速は数十ｍ／ｓであるため、ガス投入部２５の燃料供給ノズル２５ｂを排気ガスＧ５の流れの中に下流に向けて流れと平行に突き出すことで、排気ガスＧ５の静圧低下効果（いわゆるエゼクタ効果）により燃料供給ノズル２５ｂ内の低発熱量ガスＬＧを昇圧することなく排気ガスＧ５中に吸引することができる。
ガス投入部２５と再生器２３は、排気ガス配管２８により直接接続されており、ガス投入部２５で燃焼した排気ガスＧ６は、約７５０℃の温度で排気ガス配管２８を通って再生器２３に供給される。再生器２３に導入された排気ガスＧ６は、再生器２３内の配管を流れる圧縮空気Ｇ２と熱交換し、この圧縮空気Ｇ２を過熱する。再生器２３を出た排気ガスＧ７は排熱回収装置４に供給される。
排熱回収装置４は、再生器２３から出た排気ガスＧ７と温水との間で熱交換を行う温水ボイラなどにより構成されており、再生器２３から出た排気ガスＧ７の熱によって温水配管４０の内部を循環する温水を加熱して排気ガスＧ７の排熱を回収するようになっている。排熱回収装置４において温水と熱交換を行った排気ガスＧ８は外部に排出される。
上述したように、本実施形態では、ガス投入部２５において低発熱量ガスＬＧを燃料として投入し燃焼させることにより、再生器２３に流入する排気ガスＧ６の温度を上昇させている。したがって、再生器２３に流入する排気ガスＧ６の温度にほぼ比例して、再生器２３での熱交換量が増えるので、再生器２３の出口（燃焼器２１の入口）の圧縮空気Ｇ３の温度が上昇する。例えば、再生器２３に流入する排気ガスＧ６の温度が７５０℃であったとすると、燃焼器２１に流入する圧縮空気Ｇ３の温度は７００℃以上に達する。このように、燃焼器２１に流入する圧縮空気Ｇ３の温度が上昇すると、燃焼器２１に投入する燃料の量を少なくすることができる。これは、低発熱量ガスＬＧの熱エネルギーが再生器２３によって回収され、タービン２２の駆動力に変換されたことを意味する。
ところで、再生器２３に流入するガスの許容温度の上限値は、再生器の構造や材質によって定まり、通常は約７５０℃であり、特殊な再生器（例えばニッケル合金製の熱交換器）では約９５０℃という高い許容温度のものもある。いずれにしても、再生器２３に流入する排気ガスＧ６の温度が再生器２３の許容温度を超えないようにするのが好ましい。したがって、排気ガスＧ６の温度を測定する第１の温度測定器ＴＥ１をガス投入部２５と再生器２３の間の排気ガス配管２８に設け、この温度測定器ＴＥ１で測定された排気ガスＧ６の温度に基づいて、ガス投入部２５に投入する低発熱量ガスＬＧの量を第２の燃料供給系２６の流量制御弁Ｍ２で調節してもよい。
また、燃焼器２１に流入する圧縮空気Ｇ３の温度の上昇は、さらに副次的な効果をもたらす。すなわち、低発熱量ガスＬＧは温度が高いほど安定して燃焼するので、圧縮空気Ｇ３の温度が高くなれば、燃焼器２１に低発熱量ガスＬＧを投入したとしても安定した燃焼を継続できることになる。したがって、燃焼器２１に投入していた高発熱量燃料ＨＧを低発熱量ガスＬＧに切り替えることができる。
より具体的には、ガスタービン装置２を起動してから安定運転（定格運転）に到達するまでは、天然ガスや液化石油ガス、プロパンガス、灯油、軽油などの液体燃料からなる高発熱量燃料ＨＧを燃焼器２１に供給し、低発熱量ガスＬＧをガス投入部２５に供給して運転を行う。そして、ガス投入部２５における低発熱量ガスＬＧの燃焼により燃焼器２１に流入する圧縮空気Ｇ３の温度が所定の温度以上になったら、遮断弁Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を制御して、燃焼器２１に投入する燃料を高発熱量燃料ＨＧから低発熱量ガスＬＧに切り換える。このようにすることで、低発熱量ガスＬＧの供給のみでガスタービン装置２を運転することが可能になる。
さらに、再生器２３に流入する排気ガスＧ６の温度を９５０℃程度まで上げれば、燃焼器２１に燃料を投入する必要がなくなり、ガス投入部２５における低発熱量ガスＬＧの投入だけでガスタービン装置２の運転を継続することができる。したがって、低発熱量ガスＬＧを昇圧することなく燃焼させることができ、ガス圧縮機５２が不要となる。これにより、昇圧に要する動力を削減することができ、システムの効率を向上することができる。
なお、上述の場合において、燃料を切り替えるタイミングは、燃焼器２１に流入する圧縮空気Ｇ３の温度によって判断することができる。したがって、再生器２３と燃焼器２１とを接続する圧縮空気配管２９に、圧縮空気Ｇ３の温度を測定する第２の温度測定器ＴＥ２を設置してもよい。
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
本発明の一実施形態におけるガスタービン発電システムを示すフロー図である。
符号の説明
１ ガスタービン発電システム
２ ガスタービン装置
３ 発電装置
４ 排熱回収装置
２０ 空気圧縮機
２１ 燃焼器
２２ タービン
２３ 再生器
２４ 第１の燃料供給系
２５ ガス投入部
２５ａ ディフューザ
２５ｂ 燃料供給ノズル
２６ 第２の燃料供給系
２７，２８ 排気ガス配管
２９ 圧縮空気配管
３０ 発電機
３１ コンバータ
３２ インバータ
ＨＧ 高発熱量燃料
ＬＧ 低発熱量ガス
Ｍ１，Ｍ２ 流量制御弁
ＴＥ１ 第１の温度測定器
ＴＥ２ 第２の温度測定器

Claims (13)

  1. 空気を圧縮する空気圧縮機と、
    前記空気圧縮機により圧縮された圧縮空気を燃焼可能な燃焼器と、
    前記燃焼器に燃料を供給する第１の燃料供給系と、
    前記燃焼器からのガスを受けて回転するタービンと、
    前記空気圧縮機から前記燃焼器に供給される圧縮空気と、前記タービンから排出された排気ガスとの間で熱交換を行う再生器と、
    前記タービンから排出された排気ガス中に可燃性ガスを投入するガス投入部と、
    を備えたことを特徴とするガスタービン装置。
  2. 前記ガス投入部に前記可燃性ガスとして低発熱量ガスを供給する第２の燃料供給系をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。
  3. 前記低発熱量ガスは、低位発熱量が２５１１６ｋＪ／ｋｇ以下のガスであることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン装置。
  4. 前記低発熱量ガスは、バイオマスの消化過程から発生する消化ガスとガス化過程から発生する熱分解ガスのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン装置。
  5. 前記再生器に導入される排気ガスの温度を測定する第１の温度測定器と、
    前記第１の温度測定器により測定される排気ガスの温度が所定の値以下となるように、前記ガス投入部に供給する可燃性ガスの流量を制御する流量制御弁と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  6. 前記第１の燃料供給系は、前記燃料として高発熱量燃料を前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  7. 前記第１の燃料供給系は、前記タービンの起動時に前記燃料として高発熱量燃料を前記燃焼器に供給し、前記タービンが定格運転に達した後には前記燃料として低発熱量ガスを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  8. 前記燃焼器に供給される圧縮空気の温度を測定する第２の温度測定器をさらに備え、
    前記第１の燃料供給系は、前記第２の温度測定器により測定される圧縮空気の温度に基づいて前記高発熱量燃料と前記低発熱量ガスとの切替を行うことを特徴とする請求項７に記載のガスタービン装置。
  9. 前記高発熱量燃料は、天然ガス、液化石油ガス、プロパンガス、灯油、および軽油のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  10. 前記ガス投入部は、前記タービンからの排気ガスによるエゼクタ効果によって該排気ガス中に前記可燃性ガスを吸引するエゼクタを備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  11. 前記ガス投入部と前記再生器とを直接接続する排気ガス配管をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のガスタービン装置。
  12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービン装置と、
    前記ガスタービン装置のタービンの高速回転を利用して発電を行う発電装置と、
    を備えたことを特徴とするガスタービン発電システム。
  13. 前記発電装置は、
    前記ガスタービン装置のタービンに連結された永久磁石型発電機と、
    前記永久磁石型発電機の高周波交流出力を直流出力に整流するコンバータと、
    前記コンバータの直流出力を所定の周波数および所定の電圧の交流出力に変換して出力するインバータと、
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載のガスタービン発電システム。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008108058A1 (ja) * 2007-03-08 2008-09-12 Kawasaki Plant Systems Kabushiki Kaisha ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法
JP2008248875A (ja) * 2007-03-08 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法
JP2011007101A (ja) * 2009-06-25 2011-01-13 Hitachi Ltd 再生サイクルガスタービンシステム
WO2011109008A1 (en) * 2010-03-04 2011-09-09 Clean Energy Systems, Inc. Methods of oxy-combustion power generation using low heating value fuel
WO2012023302A1 (ja) * 2010-08-20 2012-02-23 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器の燃料供給系統およびガスタービン燃焼器の燃料供給方法
JP2013076510A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Miura Co Ltd ガス供給装置及び燃焼システム

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8001760B2 (en) * 2008-10-09 2011-08-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Intake air heating system of combined cycle plant
NL2003264C2 (en) * 2009-07-23 2011-01-25 Micro Turbine Technology B V Method for manufacturing a micro gas turbine.
CN104334287A (zh) * 2012-03-23 2015-02-04 Hzo股份有限公司 用于将保护覆层施加至电子装置组件的设备、系统以及方法
JP2016504523A (ja) * 2012-12-28 2016-02-12 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 極低温燃料システムを含むタービンエンジンアセンブリ

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03168335A (ja) * 1989-11-29 1991-07-22 Toshiba Corp 石炭ガス化発電プラント
JPH0893411A (ja) * 1994-09-20 1996-04-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ガスタービン複合発電装置
JP2003065084A (ja) * 2001-08-29 2003-03-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd バイオガスを燃料とするガスタービン発電装置
JP2003090263A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Takuma Co Ltd 複数基の発電バーナを設置した熱需要装置の運転方法
JP2003227349A (ja) * 2002-02-07 2003-08-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd バイオマスガス化発電装置
JP2004036426A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガスタービン制御システム
JP2004076968A (ja) * 2002-08-12 2004-03-11 Kawasaki Heavy Ind Ltd バイオマスを燃料とする燃焼方法および同燃焼システム、並びに発電方法および同発電システム
JP2004184003A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Niigata Power Systems Co Ltd ガスタービンを利用した脱臭・廃液処理方法及びその装置
JP2004522052A (ja) * 2001-04-26 2004-07-22 バウマン パワー システムズ リミテツド ガスタービンの動作方法
JP2004218549A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Toshiba Corp ガスタービンプラント
JP2004218532A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Toshiba Corp ガスタービンプラントおよびその運転方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB412970A (en) * 1933-01-06 1934-07-06 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to gas turbine cycles with interstage reheating
US3166902A (en) * 1962-11-15 1965-01-26 Chandler Evans Corp Fuel control for a regenerative gas turbine engine
US4164124A (en) * 1975-06-11 1979-08-14 Combustion Turbine Power, Inc. Turbine system using unclean fuel
US4667467A (en) * 1985-06-04 1987-05-26 Westinghouse Electric Corp. Method for energy conversion
US4754607A (en) * 1986-12-12 1988-07-05 Allied-Signal Inc. Power generating system
US5664414A (en) * 1995-08-31 1997-09-09 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for generating power
US5666823A (en) * 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
JPH10156314A (ja) * 1996-12-03 1998-06-16 Ebara Corp 廃棄物からのエネルギ回収方法
US6393821B1 (en) * 1998-08-21 2002-05-28 Edan Prabhu Method for collection and use of low-level methane emissions
WO2002084091A1 (fr) * 2001-04-09 2002-10-24 Hitachi, Ltd. Générateur de puissance à turbine à gaz
US6640548B2 (en) * 2001-09-26 2003-11-04 Siemens Westinghouse Power Corporation Apparatus and method for combusting low quality fuel
US6666027B1 (en) * 2002-07-15 2003-12-23 General Electric Company Turbine power generation systems and methods using off-gas fuels
US20040148942A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-05 Capstone Turbine Corporation Method for catalytic combustion in a gas- turbine engine, and applications thereof

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03168335A (ja) * 1989-11-29 1991-07-22 Toshiba Corp 石炭ガス化発電プラント
JPH0893411A (ja) * 1994-09-20 1996-04-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ガスタービン複合発電装置
JP2004522052A (ja) * 2001-04-26 2004-07-22 バウマン パワー システムズ リミテツド ガスタービンの動作方法
JP2003065084A (ja) * 2001-08-29 2003-03-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd バイオガスを燃料とするガスタービン発電装置
JP2003090263A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Takuma Co Ltd 複数基の発電バーナを設置した熱需要装置の運転方法
JP2003227349A (ja) * 2002-02-07 2003-08-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd バイオマスガス化発電装置
JP2004036426A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガスタービン制御システム
JP2004076968A (ja) * 2002-08-12 2004-03-11 Kawasaki Heavy Ind Ltd バイオマスを燃料とする燃焼方法および同燃焼システム、並びに発電方法および同発電システム
JP2004184003A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Niigata Power Systems Co Ltd ガスタービンを利用した脱臭・廃液処理方法及びその装置
JP2004218549A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Toshiba Corp ガスタービンプラント
JP2004218532A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Toshiba Corp ガスタービンプラントおよびその運転方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008108058A1 (ja) * 2007-03-08 2008-09-12 Kawasaki Plant Systems Kabushiki Kaisha ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法
JP2008248875A (ja) * 2007-03-08 2008-10-16 Kawasaki Plant Systems Ltd ガスタービン発電システムおよびその運転制御方法
JP2011007101A (ja) * 2009-06-25 2011-01-13 Hitachi Ltd 再生サイクルガスタービンシステム
WO2011109008A1 (en) * 2010-03-04 2011-09-09 Clean Energy Systems, Inc. Methods of oxy-combustion power generation using low heating value fuel
WO2012023302A1 (ja) * 2010-08-20 2012-02-23 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器の燃料供給系統およびガスタービン燃焼器の燃料供給方法
US9222414B2 (en) 2010-08-20 2015-12-29 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Fuel supply system for gas turbine combustor and fuel supply method for gas turbine combustor
JP2013076510A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Miura Co Ltd ガス供給装置及び燃焼システム

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