JP2006283596A - Device and method for supplying heat of decomposition of gas hydrate in electric power plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電所におけるガスハイドレート分解熱供給方法及び装置、より詳しくは、天然ガスを主たる燃料とするガスタービン複合発電所、あるいは石炭と少量の天然ガスとの混合燃料を燃料とする石炭火力発電所におけるガスハイドレート分解熱供給方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a gas hydrate decomposition heat supply method and apparatus in a power plant, and more specifically, a gas turbine combined power plant using natural gas as a main fuel, or coal using a mixed fuel of coal and a small amount of natural gas as fuel. The present invention relates to a gas hydrate decomposition heat supply method and apparatus in a thermal power plant.
昨今、液化天然ガス(以下、LNGという。)を燃料源とするガスタービン複合発電所(GTCC)が稼働しているが、将来、LNGの停滞が余儀なくされる状況が考えられる。現に、LNG生産国の間でLNGの輸出を制限するような言動などがあることがTVや新聞などの報道機関によって報道されている。 Recently, a gas turbine combined power plant (GTCC) using liquefied natural gas (hereinafter referred to as LNG) as a fuel source is in operation, but it is conceivable that the LNG will stagnate in the future. In fact, news agencies such as TV and newspapers report that there are behaviors that restrict LNG exports among LNG producing countries.
また、LNGを燃料源とする既存のガスタービン複合発電所に隣接する場所に新規にガスタービン複合発電所を建設することが考えられる。その場合、新設するガスタービン複合発電所の燃料としては、値段の高価なLNGに頼らず、新しい燃料として、昨今、注目されている天然ガスハイドレート(以下、NGHという。)を導入することが考えられる。すなわち、LNGの補完的燃料としてNGHを使用することが考えられる。 It is also conceivable to construct a new gas turbine combined power plant at a location adjacent to an existing gas turbine combined power plant that uses LNG as a fuel source. In that case, as a fuel for the newly installed gas turbine combined power plant, it is possible to introduce natural gas hydrate (hereinafter referred to as NGH) which has recently been attracting attention as a new fuel, without relying on expensive LNG. Conceivable. That is, it is conceivable to use NGH as a complementary fuel for LNG.
NGHを、LNGの補完的燃料として使用する場合、海外のガス田から天然ガスの水和物として輸入されるNGHをNGH輸入基地において、再度、天然ガスに変換する必要がある。NGH輸入基地において、NGHを天然ガスと水(母液)とに分解する際には、NGHを加熱する必要がある。 When NGH is used as a complementary fuel for LNG, it is necessary to convert NGH imported from overseas gas fields as natural gas hydrate to natural gas again at the NGH import terminal. When NGH is decomposed into natural gas and water (mother liquor) at an NGH import base, it is necessary to heat the NGH.
NGHを加熱する場合、一般に、熱源として海水を使用するが、海水は、夏場と冬場において水温が異なる。すなわち、地域差もあるが、海水温は、夏場で約30℃前後、冬場で約10℃前後であり、その温度差が約20℃もあることから、海水は、年間を通して安定した熱源になり難いという問題がある。 When NGH is heated, seawater is generally used as a heat source, but the temperature of seawater differs between summer and winter. In other words, although there are regional differences, the seawater temperature is about 30 ° C in summer and about 10 ° C in winter, and the temperature difference is about 20 ° C, so seawater becomes a stable heat source throughout the year. There is a problem that it is difficult.
一方、NGHを分解する時、0℃以上の熱源が必要である。然るに、冬場の海水温は、上記のように、約10℃であり、NGHとの温度差が小さいことから、NHGのガス化熱源として不適当である。NGHの温度は、製造あるいは輸送条件にもよるが、例えば、−20℃程度と言われている。 On the other hand, when decomposing NGH, a heat source of 0 ° C. or higher is required. However, the seawater temperature in winter is about 10 ° C. as described above, and since the temperature difference with NGH is small, it is not suitable as a gasification heat source for NHG. The temperature of NGH is said to be about −20 ° C., for example, although it depends on the production or transportation conditions.
また、海水を熱源とする熱交換器を適用し、冬場においても所定のガス量を確保しようとした場合、それに見合った新たな熱交換器の設計が必要となり、設備コストを圧迫するという問題がある。 In addition, when a heat exchanger using seawater as a heat source is applied and it is attempted to secure a predetermined amount of gas even in winter, it is necessary to design a new heat exchanger corresponding to the amount of gas. is there.
従来、ガスハイドレートの熱分解によって得られたガスをガスタービンの燃料に供し、水を廃熱ボイラに補給水として供給するコージェネレーションシステムが提案されているが(例えば、特許文献1参照。)、ガスハイドレート貯槽内のガスハイドレートの分解熱源について言及されていない。
本発明は、ガスハイドレートの熱分解に海水を用いることによる不都合を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、NGHの分解に必要な熱源が安定的に得られると共に、冬場の海水温に見合った熱交換器の設計などが不要となる発電所におけるガスハイドレート分解熱供給方法及び装置を提供することにある。 The present invention was made in order to eliminate the disadvantages of using seawater for the thermal decomposition of gas hydrate, and the object of the present invention is to stably obtain a heat source necessary for the decomposition of NGH, It is an object of the present invention to provide a gas hydrate decomposition heat supply method and apparatus in a power plant that makes it unnecessary to design a heat exchanger corresponding to the seawater temperature in winter.
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
請求項1の記載に係る発明は、液化天然ガスを主たる燃料又は従たる燃料とする発電所において、前記発電所に設置したガス化槽と、前記発電所の排気ガスより熱回収する温水発生器との間でガスハイドレート熱分解用の循環水を循環させる工程と、この循環水を用いてガス化槽内のガスハイドレートを熱分解する工程と、前記ガスハイドレートの熱分解によって得られたガス化槽内の天然ガスを前記発電所に燃料として補完的に供給することを特徴とする発電所におけるガスハイドレート分解熱供給方法である。
The invention according to
請求項2の記載に係る発明は、前記温水発生器に、前記発電所の少なくとも多軸分の排気ガスを供給することを特徴とする請求項1記載の発電所におけるガスハイドレート分解熱供給方法である。 The invention according to claim 2 is characterized in that exhaust gas for at least multiple axes of the power plant is supplied to the hot water generator. It is.
請求項3の記載に係る発明は、液化天然ガスを主たる燃料又は従たる燃料とする発電所において、前記発電所にガスハイドレートをガス化するガス化槽を設置すると共に、前記発電所の排気路に温水発生器を設け、更に、前記ガス化槽と温水発生器との間にこれらの機器を巡る循環水ラインを設け、かつ、前記ガス化槽の天然ガス供給管と前記発電所の天然ガス供給管とを接続し、前記ガス化槽内の天然ガスを前記発電所に燃料として補完的に供給することを特徴とする発電所におけるガスハイドレート分解熱供給装置である。 According to a third aspect of the present invention, in a power plant using liquefied natural gas as a main fuel or a subordinate fuel, a gasification tank for gasifying gas hydrate is installed in the power plant, and an exhaust gas from the power plant is provided. A hot water generator is provided on the road, a circulating water line is provided between the gasification tank and the hot water generator, and a natural gas supply pipe of the gasification tank and a natural gas of the power plant are provided. A gas hydrate decomposition heat supply apparatus in a power plant, characterized in that a gas supply pipe is connected and the natural gas in the gasification tank is supplementarily supplied as fuel to the power plant.
請求項4の記載に係る発明は、前記温水発生器が、直接又は間接加熱式の温水発生器である請求項3記載の発電所におけるガスハイドレート分解熱供給装置である。 The invention according to claim 4 is the gas hydrate decomposition heat supply apparatus in a power plant according to claim 3, wherein the hot water generator is a direct or indirect heating type hot water generator.
請求項5の記載に係る発明は、前記温水発生器の伝熱管表面をコーティングすることを特徴とする請求項3又は4記載の発電所におけるガスハイドレート分解熱供給装置である。 The invention according to claim 5 is the gas hydrate decomposition heat supply apparatus in a power plant according to claim 3 or 4, wherein the surface of the heat transfer tube of the hot water generator is coated.
上記のように、請求項1の記載に係る発明は、液化天然ガスを主たる燃料又は従たる燃料とする発電所において、前記発電所に設置したガス化槽と、前記発電所の排気ガスより熱回収する温水発生器との間でガスハイドレート熱分解用の循環水を循環させる工程と、この循環水を用いてガス化槽内のガスハイドレートを熱分解する工程と、前記ガスハイドレートの熱分解によって得られたガス化槽内の天然ガスを前記発電所に燃料として補完的に供給するので、NGHの分解に必要な熱源をガスタービンや石炭火力ボイラの排気ガスから安定的に得ることができる。従って、液化天然ガス(LNG)を主たる燃料源とするガスタービン複合発電所や、液化天然ガス(LNG)を従たる燃料源とする石炭火力ボイラの燃料源の安定確保およびCO2 の排出抑制が可能となった。
As described above, in the power plant using liquefied natural gas as the main fuel or the subordinate fuel, the invention according to
請求項2の記載に係る発明は、前記温水発生器に、前記発電所の少なくとも多軸分の排気ガスを供給するため、NGHの分解に必要な熱源をガスタービン又は石炭火力ボイラの排気ガスから安定的に得ることができる。 In the invention according to claim 2, in order to supply the hot water generator with exhaust gas for at least multiple axes of the power plant, a heat source necessary for decomposition of NGH is derived from exhaust gas of a gas turbine or a coal-fired boiler. It can be obtained stably.
請求項3の記載に係る発明は、液化天然ガスを主たる燃料又は従たる燃料とする発電所において、前記発電所にガスハイドレートをガス化するガス化槽を設置すると共に、前記発電所の排気路に温水発生器を設け、更に、前記ガス化槽と温水発生器との間にこれらの機器を巡る循環水ラインを設け、かつ、前記ガス化槽の天然ガス供給管と前記発電所の天然ガス供給管とを接続し、前記ガス化槽内の天然ガスを前記発電所に燃料として補完的に供給するので、従来のガスタービン複合発電所や石炭火力発電所の設備を大幅に改造することなく、NGHの分解に必要な熱源をガスタービン排気ガス又は石炭火力ボイラの排ガスから安定的に得ることができる。従って、液化天然ガス(LNG)を燃料源とするガスタービン複合発電所や石炭火力発電所の燃料源の安定確保が可能となった。 According to a third aspect of the present invention, in a power plant using liquefied natural gas as a main fuel or a subordinate fuel, a gasification tank for gasifying gas hydrate is installed in the power plant, and an exhaust gas from the power plant is provided. A hot water generator is provided on the road, a circulating water line is provided between the gasification tank and the hot water generator, and a natural gas supply pipe of the gasification tank and a natural gas of the power plant are provided. A gas supply pipe is connected, and the natural gas in the gasification tank is supplied to the power plant as a supplementary fuel, so that the facilities of the conventional gas turbine combined power plant and coal-fired power plant are significantly modified. In addition, a heat source necessary for NGH decomposition can be stably obtained from gas turbine exhaust gas or coal-fired boiler exhaust gas. Therefore, it has become possible to ensure the stability of the fuel source of gas turbine combined power plants and coal-fired power plants that use liquefied natural gas (LNG) as the fuel source.
請求項4の記載に係る発明は、前記温水発生器が、直接又は間接加熱式の温水発生器であるから、ガスハイドレート分解用の循環水を安定的に加熱することができる。 In the invention according to claim 4, since the hot water generator is a direct or indirect heating type hot water generator, the circulating water for gas hydrate decomposition can be stably heated.
請求項5の記載に係る発明は、前記温水発生器の伝熱管表面をコーティングするので、結露が発生しても温水発生器の伝熱管の腐食を未然に防止することができる。 In the invention according to claim 5, since the surface of the heat transfer tube of the hot water generator is coated, corrosion of the heat transfer tube of the hot water generator can be prevented in advance even if condensation occurs.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、この実施形態は、新設したガスタービン複合発電所の場合について説明するが、これに限らず、例えば、石炭火力発電所にも適用することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although this embodiment demonstrates the case of the newly installed gas turbine combined power station, it is not restricted to this, For example, it can apply also to a coal-fired power station.
図1において、符号Aは、LNGを燃料源とするガスタービン複合発電所であり、このガスタービン複合発電所Aには、ガスタービン複合発電装置1が複数軸(例えば、7軸)、並列に設置されている。 In FIG. 1, symbol A is a gas turbine combined power plant using LNG as a fuel source. The gas turbine combined power plant A includes a plurality of gas turbine combined power generators 1 (for example, 7 shafts) arranged in parallel. is set up.
このガスタービン複合発電装置1は、それぞれ、ガスタービン部2と、発電機3と、蒸気タービン部4とを備えている。
The gas turbine combined
ここで、1軸とは、ガスタービン部と、発電機と、蒸気タービン部とが1体化したものをいう。 Here, the term “one axis” refers to a gas turbine section, a generator, and a steam turbine section that are integrated into one body.
更に詳しく説明すると、ガスタービン部2は、空気圧縮機5と、燃焼器6と、膨張タービン7とより構成されている。 More specifically, the gas turbine unit 2 includes an air compressor 5, a combustor 6, and an expansion turbine 7.
しかして、空気圧縮機5で圧縮された圧縮空気aと、後述するLNGタンク10より供給される天然ガスgとを上記燃焼器6に導入して燃焼させ、その燃焼ガスbを膨張タービン7に導入して膨張タービン7を回転させることによって上記発電機3を稼働するようになっている。膨張タービン7から排出された排気ガスb’は、排ガスライン8を経て煙突9から大気中に排出される。
Thus, the compressed air a compressed by the air compressor 5 and the natural gas g supplied from the
他方、蒸気タービン部4は、蒸気タービン15と、復水器16と、給水ポンプ17と、排熱回収ボイラ18により構成されている。その上、この排熱回収ボイラ18は、上記排ガスライン8上に配設されている。また、復水器16は、冷媒として海水dを用いている。
On the other hand, the steam turbine unit 4 includes a
しかして、排熱回収ボイラ18は、膨張タービン7から排出された排気ガスb’から排熱を回収して蒸気を生成し、その蒸気sを蒸気タービン15に供給して蒸気タービン15を回転させることによって上記発電機3を稼働するようになっている。蒸気タービン15から排出された蒸気sは、復水器16で復水後、給水ポンプ17によって排熱回収ボイラ18に供給するようになっている。
Accordingly, the exhaust
図1中、符号10は、LNG貯蔵タンクであり、このLNG貯蔵タンク10内に貯蔵されているLNGは、海水dを熱媒とする熱交換器11によってガス化された後、メインの高圧ガス管20および分岐管21を経て各ガスタービン複合発電装置1に供給されるようになっている。このメインの高圧ガス管20は、各ガスタービン複合発電装置1毎にバルブ22を備えている。なお、上記熱交換器11は、その前後にバルブ12,13を備えている。
In FIG. 1,
更に、この発明は、ガスタービン複合発電所A内にNHGを熱分解するガス化槽30を設置すると共に、上記排ガスライン8に温水発生器31を備えている。この温水発生器31は、複数軸(例えば、3軸)のガスタービン複合発電装置1の共有になっている関係で、第1のガスタービン複合発電装置1aの排ガスライン8aに設置されている。このため、この温水発生器31の上流側に第2,第3のガスタービン複合発電装置の排ガスライン8b,8cを接続している。
Further, according to the present invention, a
この温水発生器31は、直接加熱式の熱交換器であるが、図2(a)に示すように、間接加熱式の熱交換器とすると、循環水wの温度を更に高くすることができ、結果的にガス化槽30を小型化できる利点がある。但し、循環水ライン35側の熱交換器33の伝熱面は大きくなるが、ガス化槽を小型化する方が有利になり得る。図中、29は循環ポンプ、32は排気ガスライン8側の熱交換器である。
The
排ガス出口温度T2 における管壁温度は、間接式では熱媒温度tw1 に支配され、直接式では循環水温度tr1 に支配される。後者の場合は、管壁温度が低くなる可能が高いため、結露し易くなり、間接式は腐食のリスクを軽減できる。尚、図2(b)は、排ガス温度降下に対して、直接、間接式熱交換におけるそれぞれの場合の循環水温度変化を示す線図である。 The tube wall temperature at the exhaust gas outlet temperature T 2 is governed by the heat medium temperature tw 1 in the indirect method, and governed by the circulating water temperature tr 1 in the direct method. In the latter case, since the tube wall temperature is likely to be low, condensation tends to occur, and the indirect type can reduce the risk of corrosion. FIG. 2 (b) is a diagram showing the circulating water temperature change in each case in the direct and indirect heat exchange with respect to the exhaust gas temperature drop.
図1に戻って説明すると、符号35は、温水発生器31を含む循環水ラインであり、その一端は、ガス化槽30の底部に接続し、他端は、ガス化槽30内に設けた噴射ノズル管36に接続している。
Returning to FIG. 1,
この際、ガスタービン複合発電装置1の排気ガスb’中には、微量なNOxが含まれ、温水発生器31で排気ガスb’中の水分が結露すると、硝酸を生成することが考えられるので、腐食を防止するため、温水発生器31の伝熱管34の表面に、例えば、エナメルコーティングなどのコーティングを施す必要がある。
At this time, the exhaust gas b ′ of the gas turbine combined
この循環水ライン35は、往路中に循環水ポンプ37を備え、ガス化槽30内の水wを循環するようになっいている。また、この循環水ライン35から分解水回収ライン38が分岐し、余分な水を排水するようになっいている。
This circulating
また、上記ガス化槽30は、その上方にフィードドラム39を備え、ペレット状に加工されたNGHペレットpを導入するようになっいている。また。ガス化槽30の上部に設けたガス排出管40は、バルブ41を介して上記メインの高圧ガス管20と接続している。
The
次に、このガスタービン複合発電所の運転について説明する。 Next, the operation of this gas turbine combined power plant will be described.
既に説明したように、LNGタンク10内に貯蔵されているLNGは、LNGタンク10から抜き出された後、海水dを熱源とする熱交換器11によってガス化され、天然ガスgとなって各ガスタービン複合発電装置1に供給される。
As already explained, after the LNG stored in the
各ガスタービン複合発電装置1は、上記天然ガスgを燃料として使用してガスタービン部2を稼働し、発電機3による発電を行っている。更に、排熱回収ボイラ18によってガスタービン部2から排出された高温の排気ガスb’の熱を回収し、そこで得られた蒸気sを蒸気タービン15に供給して前記発電機3の稼働に供するようになっている。
Each gas turbine combined
他方、循環水ポンプ37を運転してガス化槽30内の水wを循環させると、循環水wは、温水発生器31によって加熱された後、噴射ノズル管36からガス化槽30内に噴射される。
On the other hand, when the circulating water pump 37 is operated to circulate the water w in the
しかる後に、フィードドラム39からガス化槽30内にNGHペレットpを供給すると、NGHペレットpは、加熱された循環水wによって天然ガスgと水wとに熱分解する。そして、NGHペレットpからガス化した天然ガスgは、ガス化槽30の上部に充満する。
Thereafter, when the NGH pellet p is supplied from the
しかして、ガス化槽30のガス排出管40と、ガスタービン複合発電所の高圧ガス管20とを繋ぐバルブ22を「閉」から「開」に切り替えると、ガス化槽30内の天然ガスgがガスタービン複合発電所Aの高圧ガス管20に補完的に供給され、ガスタービン複合発電装置1の燃料の一部として使用される。
Thus, when the
上記のように、新設のガスタービン複合発電所の場合、温水発生器31は、複数軸、例えば、3軸のガスタービン複合発電装置の共有となるが、既存のガスタービン複合発電装置の場合は、個々に温水発生器31を設けるものとする。この場合、循環水ライン35は、温水発生器31の数に合わせて分岐させるものとする。
As described above, in the case of a newly installed gas turbine combined power plant, the
他方、図3は、石炭火力発電所の排煙処理設備のフロー図であり、石炭火力ボイラ51から排出された排ガスfは、脱硝装置52、空気予熱器53、熱回収器54、集塵機55、脱硫装置56、温水器57、集塵器58、再加熱器59を経て図示しない煙突から大気中に放出されるが、この排ガスfは、温水器57の入口で60℃の温度を有しているから、ガス化槽30から供給される循環水wを25〜30℃程度に加熱することができる。
On the other hand, FIG. 3 is a flow diagram of the flue gas treatment facility of the coal-fired power plant, and the exhaust gas f discharged from the coal-fired
従って、温水器57で加熱された循環水wは、ガスハイドレートペレットp分解用の熱源水として、十分に機能する。
Therefore, the circulating water w heated by the
また、上記ガス化槽30で熱分解された天然ガスは、発電所のみならず、一般需要家にも供給することができる。
Moreover, the natural gas thermally decomposed in the
ここで、実施例により更に詳しく説明する。 Here, the embodiment will be described in more detail.
(実施例)
[発電諸元]
・発 電 出 力: 370MW
・軸 数: 1軸
・消 費 ガ ス 量: 50t/h
・排 ガ ス 量: 680kg/s/基
[NGHガス化槽諸元]
・N G H 供 給 量: 380t/h
・循 環 水 量: 9255t/h
・熱源水温度(入): 28℃
・熱源水温度(出): 21℃
・供 給 熱 量: 53,810kW
・ガス化槽操作温度: 7℃
[温水発生器諸元]
・排ガス温度(入): 100℃
・排ガス温度(出): 74℃
(Example)
[Power generation specifications]
・ Generation output: 370MW
-Number of axes: 1 axis-Gas consumption: 50 t / h
・ Gas amount: 680 kg / s / base [NGH gasification tank specifications]
・ N GH supply amount: 380 t / h
-Circulating water volume: 9255t / h
・ Heat source water temperature (on): 28 ℃
・ Heat source water temperature (out): 21 ℃
・ Supply heat amount: 53,810kW
・ Gasification tank operation temperature: 7 ℃
[Specifications of hot water generator]
・ Exhaust gas temperature (on): 100 ° C
・ Exhaust gas temperature (out): 74 ℃
上記データは、400MWクラスのガスタービン複合発電所(GTCC)1軸の諸元である。また、供給するガス量に見合うNGH量及びそのNGHを分解するガス化槽の諸元である。 The above data are the specifications of a 400 MW class gas turbine combined power plant (GTCC) single shaft. Moreover, it is the specifications of the gasification tank which decomposes | disassembles the amount of NGH corresponding to the gas amount supplied, and the NGH.
しかし、供給熱量からGTCC3軸の排ガスが必要である。すなわち、熱源として、温水発生器諸元に示すように、排ガス温度は、燃焼ガス中の水分結露から上記記載の温度レベル以下に下げられないために、3軸のGTCCで1軸に相当するNGH分解熱量が得られるように計画される。 However, GTCC triaxial exhaust gas is required from the amount of heat supplied. That is, as shown in the specifications of the hot water generator as a heat source, since the exhaust gas temperature cannot be lowered below the temperature level described above due to moisture condensation in the combustion gas, NGH corresponding to one axis in the three-axis GTCC It is planned to obtain the heat of decomposition.
1 複合発電装置 2 ガスタービン
3 発電機 4 蒸気タービン部
5 空気圧縮タービン 6 燃焼器
7 膨張タービン 8 排ガスライン
10 LNGタンク 11 熱交換器
15 蒸気タービン 16 復水器
17 給水ポンプ 18 排熱回収ボイラ
20 高圧ガス管 21 分岐管
22 バルブ 29 循環ポンプ
30 ガス化槽 31 温水発生器
32,33 熱交換器 33 熱交換器
34 伝熱管 35 循環水ライン
36 噴射ノズル管 37 循環水ポンプ
38 分解水回収ライン 39 ドラム
40 ガス排出管 A ガスタービン複合発電所
a 圧縮空気 b 燃焼ガス
b’ 排気ガス d 海水
f 排ガス g 天然ガス
p NGHペレット s 蒸気
w 循環水
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The gas hydrate decomposition heat supply apparatus in a power plant according to claim 3 or 4, wherein the heat transfer tube surface of the hot water generator is coated.
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