JP2007107401A - 火力発電施設のガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラーでの既存の燃料ガス燃焼設備を大きく改良せず、重油を使用しなくても保炎性が維持できる安価な代替ガスを供給可能な火力発電施設の燃料ガス供給装置を提供する。
【解決手段】汽力発電のボイラー４に製鉄所から種々の燃料ガスを供給して燃焼させる火力発電施設の燃料ガス供給装置であって、製鉄所のコークス炉１からボイラー４に接続されてコークス炉ガスであるＣガスを供給するＣＯＧ供給手段１２と、製鉄所の高炉２からボイラー４に接続されて高炉ガスであるＢガスを供給するＢＦＧ供給手段１４と、このＢＦＧ供給手段１４から分岐してＢガスを抽出して送り込むガス混合器１５と、このガス混合器１５に天然ガスを供給する副燃料供給手段１６と、ガス混合器１５からＣＯＧ供給手段１２に接続させてＢガスと天然ガスを混合して製造した代替Ｃガスを追加補給できる補給手段１８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、火力発電施設の燃料ガス供給装置に係り、より詳細には、火力発電所の蒸気タービンを高効率で運転するためにボイラーに燃料ガスを供給する火力発電施設の燃料ガス供給装置に関する。

従来、火力発電施設の燃料ガス供給装置は、例えば、火力発電所のガスタービンに燃料ガスを供給する際に用いられており、製鉄所からの種々の燃料ガスを混合し、ガスタービンの運転状況に合わせた燃料ガス量、発熱量として供給することで、このガスタービンを効率的に運転させる構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−１３１８３５号公報 前述した構造による火力発電施設の燃料ガス供給装置の実施形態を、図２を参照して説明する。図２は、このようにガスタービンに燃料ガスを供給する従来の火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態を示す構成図である。

図２に示すように、従来の火力発電施設の燃料ガス供給装置は、火力発電所のガスタービンに燃料ガスを供給する際に用いており、ガスタービン６を有し、このガスタービン６に、製鉄所のコークス炉１、高炉２、転炉３よりそれぞれコークス炉ガス（Ｃｏｋｅ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ：以下、Ｃガスと称す。）、高炉ガス（Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｇａｓ：以下、Ｂガスと称す。）、転炉ガス（Ｌｉｎｚｅｒ Ｄｏｎａｗｉｔｚ Ｇａｓ：以下、ＬＤガスと称す。）を各々流入させて混合するガス混合器２５を備え、このガス混合器２５からガスタービン６に混合ガスを供給するように形成されている。

ここで、Ｃガス、Ｂガス、ＬＤガスは、コークス炉１、高炉２、転炉３でそれぞれ発生し、燃料ガス配管２０を介して燃料ガス使用工場５へ送られる。この際、燃料ガス配管２０には、流量および発熱量を検出する検出部２０ａを複数装着し、この検出部２０ａで検出された高炉などからの燃料ガス発生量および発熱量と、燃料ガス使用工場５の燃料ガス消費量や燃料ガスホルダ２４のレベルとをリアルタイムで計算機システム３０に収集できるように形成している。そして、計算機システム３０では、火力発電所で使用可能な燃料ガス量および発熱量を算出し、ガスタービン６で使用する燃料ガスの種類および発熱量を決定する。その結果は、ガス混合器２５に送られ、ガスタービン６へ供給する燃料ガス量や発熱量をコントロールする。ここで、燃料ガス配管２０は、燃料ガス使用工場５までの途中で各々分岐した燃料ガス分岐配管２１を備え、種々の燃料ガスをガス混合器２５に流入するように形成している。

このように従来の火力発電施設の燃料ガス供給装置は、製鉄所で発生する種々の燃料ガスの流量および発熱量をリアルタイムで収集して計算機システム３０の制御により火力発電所で使用可能な種々の燃料ガスをガス混合器２５で良好に混合することで、ガスタービン６の熱効率向上を図っている。

しかしながら、従来の火力発電施設の燃料ガス供給装置は、ガスタービン６の運転状況に合わせた燃料ガス量および発熱量として供給するため約３．３ＭＪ／ｍ^３ＮのＢガスに増熱用として約２１ＭＪ／ｍ^３ＮのＣガス、約９．６ＭＪ／ｍ^３ＮのＬＤガスおよびＢガス、Ｃガス、ＬＤガスなど混合して約１１ＭＪ／ｍ^３Ｎに調整したミックスガスを使用している。Ｃガスは製鉄所内での用途が多いことから発電所への供給が不安定であり、例えば、Ｃガスを保炎用燃料とする汽力発電のボイラーでは製鉄所からの種々の燃料ガスによるガス専焼運転はＣガスの供給が停止または減少するため長時間継続することは困難であった。この汽力発電のボイラーでは、Ｃガスの供給が停止または減少した場合、ガス専焼運転が継続できないため、例えば、保炎性の優れた重油を混焼することで安定した燃焼を維持しているが、前述した種々の燃料ガスに比べて重油は高価であり、且つ、Ｂガス、Ｃガスに比べて硫黄酸化物や窒素酸化物が多く発生するという不具合があった。また、汽力発電のボイラーでは、製鉄所からの種々の燃料ガスが停止または減少する不測の事態を考えると重油を使用するバーナは発電能力を維持するために必要な設備であり、重油受入配管、重油タンク、重油バーナなどの重油燃焼設備の維持費、管理費が使用頻度に比べて高価であるという不具合があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、ボイラーでの既存の燃料ガス燃焼設備を大きく改良せず、重油の使用を削減しても保炎性が維持できる安価な代替ガスを供給可能な火力発電施設の燃料ガス供給装置を提供することにある。

本発明は前述した課題を解決するために、汽力発電のボイラーに製鉄所から種々の燃料ガスを供給してガス専焼運転をさせる火力発電施設の燃料ガス供給装置であって、製鉄所のコークス炉からボイラーに接続されてコークス炉ガスであるＣガスを供給するＣＯＧ供給手段と、製鉄所の高炉からボイラーに接続されて高炉ガスであるＢガスを供給するＢＦＧ供給手段と、このＢＦＧ供給手段から分岐してＢガスを抽出して送り込むガス混合器と、このガス混合器に天然ガス（気化させた液化天然ガス：以下、ＬＮＧガスと称す。）を供給する副燃料供給手段と、ガス混合器からＣＯＧ供給手段に接続させてＢガスとＬＮＧガスを混合して製造した代替ＣガスをＣガスとして補給する補給手段とを備える。

ここで、ＣＯＧ供給手段、ＢＦＧ供給手段、副燃料供給手段は、Ｃガス、Ｂガス、ＬＮＧガスを各々供給する際、当該ガスの流量および／または発熱量を検出する検出部を各々備え、各燃料ガスの混合比率を検出可能にすることが好ましい。また、補給手段には、ＢガスとＬＮＧガスをガス混合器で混合した代替Ｃガスの流量および／または発熱量を検出する混合検出部を更に備え、混合状態を検出可能にすることが好ましい。また、補給手段は、混合検出部で完全に混合した状態を検出するまで、ＢＦＧ供給手段に接続して未混合ガスを送る排出手段を更に設けることが好ましい。また、副燃料供給手段は、ＬＮＧガスに替えて、都市ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスいずれかを供給可能に設けることが好ましい。

以上、本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置によれば、安価なＢガスにＬＮＧガスを混合させて製造した代替ＣガスをＣガスとして追加補給できるため、製鉄所からＣガスの供給が停止または減少した場合に高価な重油を用いることなく、安価な代替Ｃガスを保炎用燃料として製鉄所からの種々の燃料ガスによるガス専焼運転を継続することができ、よって、重油使用量の減少によりコスト削減が図れ、硫黄酸化物や窒素酸化物による大気汚染の低減など環境面にも良好なものとなる。また、重油受入などの管理業務（受入設備点検、重油調達業務などの人件費）が軽減され、重油タンクなどが削減できれば、設備維持費の軽減が期待できる。さらに、ボイラーでの既存の燃料ガス燃焼設備を大きく改良することなく、代替Ｃガスを製造ならびに使用することができるため、改良にかかる設備コストを削減することができる。

次に、添付図面を参照して本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態を示す構成図である。

図１に示すように、本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態は、図２に示した従来技術とは異なり、汽力発電の蒸気タービンを駆動させるボイラー４に用いており、製鉄所のコークス炉１、高炉２でそれぞれ発生したコークス炉ガス（Ｃガス）、高炉ガス（Ｂガス）をボイラー４に各々供給する燃料ガス供給装置であって、この製鉄所のコークス炉１からボイラー４に接続されてコークス炉ガスであるＣガスを供給するＣＯＧ供給手段１２と、製鉄所の高炉２からボイラー４に接続されて高炉ガスであるＢガスを供給するＢＦＧ供給手段１４とを各々備えている。また、本実施の形態では、このＢＦＧ供給手段１４から分岐してＢガスを抽出して送り込むガス混合器１５と、このガス混合器１５にＬＮＧガス（気化させた液化天然ガス）を供給する副燃料供給手段１６と、当該ガス混合器１５からＣＯＧ供給手段１２に接続させてＢガスとＬＮＧガスを混合した代替ＣガスをＣガスとして補給する補給手段１８とを備えている。即ち、本実施の形態では、製鉄所のコークス炉１からのＣガスの供給が停止または減少した場合、ガス混合器１５で独自にＢガスとＬＮＧガスを混合して製造した代替ＣガスをＣＯＧ供給手段１２にＣガスとして補給することで、重油を用いず、この重油に比べて安価な代替Ｃガスを保炎用燃料として製鉄所からの種々の燃料ガスによるガス専焼運転を継続できるように設けたものである。

ここで、ＣＯＧ供給手段１２、ＢＦＧ供給手段１４、副燃料供給手段１６、補給手段１８は、燃料ガス配管によってそれぞれ接続されており、この燃料ガス配管には図示していないがブロワ、燃料ガス流量制御ダンパ、系統切替弁、バーナ弁などを設けることで流量および発熱量の調整を行っている。また、ＣＯＧ供給手段１２およびＢＦＧ供給手段１４は、ボイラー４と接続する先端に燃料ガスを噴出して燃焼させるＣガスバーナ１２ｂおよびＢガスバーナ１４ｂを各々備えている。また、ＣＯＧ供給手段１２およびＢＦＧ供給手段１４は、Ｃガスバーナ１２ｂおよびＢガスバーナ１４ｂの近傍に一次、二次空気ダンパ（図示せず）を各々備えており、供給されるＣガス、Ｂガスおよび代替Ｃガスの流量および発熱量に応じて燃焼用空気の供給量を調整して効率良く燃焼するように設けている。このように本実施の形態は、従来からＣガスを供給するＣＯＧ供給手段１２と、Ｂガスを供給するＢＦＧ供給手段１４との燃料ガス配管に、ガス混合器１５、副燃料供給手段１６、補給手段１８を各々配管接続した簡単な構造であり、ボイラー４の既存の燃料ガス燃焼設備を大きく改良することなく、代替Ｃガスを製造ならびに使用することができるため、設備コストを大きく削減することができる。そして、このＣＯＧ供給手段１２、ＢＦＧ供給手段１４、副燃料供給手段１６は、Ｃガス、Ｂガス、ＬＮＧガスを各々供給する際、この各燃料ガスの流量および／または発熱量を検出する検出部１２ａ、１４ａ、１６ａ（図１では発熱量計）を各々備え、代替Ｃガスおよびボイラー４に供給する燃料ガスの混合比率を検出可能に設けている。また、補給手段１８には、ＢガスとＬＮＧガスをガス混合器１５で混合して製造した代替Ｃガスの流量および／または発熱量を検出する混合検出部１８ａ（図１では発熱量計）を更に備え、混合状態を検出可能に設けている。

ところで、ガス混合器１５は、前述した補給手段１８に混合検出部１８ａを設けて代替Ｃガスの混合状態を検出しているが、ＢガスとＬＮＧガスとが良好に混合されるためにはガスの流れが必要であり、混合を開始した直後の充分に混合されない未混合ガスをＣＯＧ供給手段１２に供給するとＣガスバーナ１２ｂでの燃焼不安定を生じてしまう。そこで、補給手段１８には、混合検出部１８ａで完全に混合した状態が検出されるまで、ＢＦＧ供給手段１４に接続して未混合ガスを送り、ガスの流れを確保する排出手段１７を更に設けている。また、本実施の形態では、副燃料供給手段１６にＬＮＧガスを供給する実施の形態を詳細に説明したが、例えば、ＬＮＧガスに替えて、都市ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスいずれかの燃料ガスを供給することも可能である。尚、検出部１２ａ、１４ａ、１６ａおよび混合検出部１８ａに発熱量計を用いた実施の形態を詳細に説明したが、各燃料ガスの発熱量が安定していれば、流量計による流量のみの検出でも可能である。

このように形成された本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態を使用する場合、まず、ボイラー４にＣＯＧ供給手段１２およびＢＦＧ供給手段１４からＢガスおよびＣガスを供給させて燃焼させる。この際、Ｂガスは発熱量が低く安定した燃焼を継続する火種としての保炎性がないため、保炎性の優れているＣガスをボイラー全熱量の１０〜２０％程度使用する。そして、製鉄所の操業変動によるＣガス供給の停止や減少による保炎性低下、Ｂガス減少時などに最低出力を維持するための燃料追加および給電要請に対して焚き増しするための燃料追加の際に副燃料供給手段１６からのＬＮＧガスと、ＢＦＧ供給手段１４からのＢガスとをガス混合器１５で混合することで代替Ｃガスを製造し、この代替ＣガスをＣＯＧ供給手段１２にＣガスとして追加補給することでボイラー４の火種としての保炎性を維持し、重油を削減する。ここで、ＣＯＧ供給手段１２に補給手段１８から代替Ｃガスを供給する場合、ガス混合器１５でＢガスとＬＮＧガスとが良好に混合されているか混合検出部１８ａにより検出して供給する。この検出結果が良好でない場合は、排出手段１７を介して充分に混合されない未混合ガスをＢＦＧ供給手段１４に送ってＢガスで希釈することで対応可能な発熱量の範囲が約３．３ＭＪ／ｍ^３Ｎ〜約５ＭＪ／ｍ^３Ｎと広いＢガスバーナ１４ｂからＢガスとともにボイラー４で燃焼させる。未混合ガスの熱量は混合検出部１８ａにより検出しているため、ＣＯＧ供給手段１２、ＢＦＧ供給手段１４、副燃料供給手段１６に各々設けた検出部からボイラー自動燃焼制御装置に送られる燃料ガスの検出信号に未混合ガスの検出信号を加えることで最終的にボイラー４内で燃焼させる全ての燃料ガスおよび重油による熱量を把握して必要な燃焼用空気量を供給するなど良好な制御が行われるとともに、Ｃガスと代替Ｃガスの混合比率やＢガスとＬＮＧガスの混合比率変化についても検出信号に基づいてボイラー自動燃焼制御装置により重油バーナ、Ｃガスバーナ、Ｂガスバーナ毎に燃焼用空気量の分配が調整されるため良好な燃焼制御が行われる。また、ガス混合器１５で混合するＢガスとＬＮＧガスとの混合は、好ましくは、検出部１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａに流量計および発熱量計を用いて、Ｃガスバーナ１２ｂで良好な燃焼が得られるように比率計算を行い、更に混合検出部１８ａの発熱量計により混合状態を確認する自動制御装置により代替Ｃガスを製造することが望ましい。尚、各燃料ガスの発熱量が安定していれば、流量計による流量比率のみの混合でも可能である。

このように、本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態によると、ＢガスとＬＮＧガスを混合させた代替ＣガスをＣガスとして追加補給できるため、製鉄所からＣガスの供給が停止または減少した場合に高価な重油を用いることなく、安価な代替Ｃガスを保炎用燃料として製鉄所からの種々の燃料ガスによるガス専焼運転を継続することができ、よって、重油使用量の減少によりコスト削減が図れ、硫黄酸化物や窒素酸化物による大気汚染の低減など環境面にも良好なものとなる。また、重油受入などの管理業務（受入設備点検、重油調達業務などの人件費）が軽減され、重油タンクなどが削減できれば、設備維持費の軽減が期待できる。さらに、ボイラーでの既存の燃料ガス燃焼設備を大きく改良することなく、代替Ｃガスを製造ならびに使用することができるため、改良にかかる設備コストを削減することができる。

以上、本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、Ｃガスバーナ１２ｂとＢガスバーナ１４ｂとを各々１つ設けた実施の形態を詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、燃料ガス配管を分岐させてＣガスバーナ１２ｂとＢガスバーナ１４ｂとを各々複数設けてボイラー４に供給しても良いし、ひとつのガス混合器１５により製造した代替Ｃガスを複数のボイラーに供給しても良い。また、排出手段１７からの未混合ガスをガス混合器１５の入り口に戻し循環させるラインにより良好な混合状態にしても良い。

本発明による火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態を示す構成図。 従来の火力発電施設の燃料ガス供給装置の一実施形態を示す構成図。

符号の説明

１ コークス炉
２ 高炉
４ ボイラー
１２ ＣＯＧ供給手段
１２ａ 検出部
１２ｂ Ｃガスバーナ
１４ ＢＦＧ供給手段
１４ａ 検出部
１４ｂ Ｂガスバーナ
１５ ガス混合器
１６ 副燃料供給手段
１６ａ 検出部
１７ 排出手段
１８ 補給手段
１８ａ 混合検出部

Claims (5)

1. 汽力発電のボイラーに製鉄所から種々の燃料ガスを供給して燃焼させる火力発電施設の燃料ガス供給装置において、
   前記製鉄所のコークス炉から前記ボイラーに接続されてコークス炉ガスであるＣガスを供給するＣＯＧ供給手段と、
   前記製鉄所の高炉から前記ボイラーに接続されて高炉ガスであるＢガスを供給するＢＦＧ供給手段と、
   前記ＢＦＧ供給手段から分岐して前記Ｂガスを抽出して送り込むガス混合器と、
   前記ガス混合器に天然ガスを供給する副燃料供給手段と、
   前記ガス混合器から前記ＣＯＧ供給手段に接続させて前記Ｂガスおよび天然ガスを混合した代替Ｃガスを前記Ｃガスに補給する補給手段とを備えたことを特徴とする火力発電施設の燃料ガス供給装置。
2. 請求項１に記載の火力発電施設の燃料ガス供給装置において、
   前記ＣＯＧ供給手段、ＢＦＧ供給手段、副燃料供給手段は、前記Ｃガス、Ｂガス、天然ガスを各々供給する際、当該ガスの流量および／または発熱量を検出する検出部を各々備え、各燃料ガスの混合比率を検出可能にしたことを特徴とする火力発電施設の燃料ガス供給装置
3. 請求項２に記載の火力発電施設の燃料ガス供給装置において、
   前記補給手段には、前記Ｂガスおよび天然ガスを前記ガス混合器で混合した代替Ｃガスの流量および／または発熱量を検出する混合検出部を更に備え、混合状態を検出可能にしたことを特徴とする火力発電施設の燃料ガス供給装置。
4. 請求項３に記載の火力発電施設の燃料ガス供給装置において、
   前記補給手段は、前記混合検出部で完全に混合した状態を検出するまで、前記ＢＦＧ供給手段に接続して未混合ガスを送り、ガスの流れを確保する排出手段を更に設けたことを特徴とする火力発電施設の燃料ガス供給装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の火力発電施設の燃料ガス供給装置において、
   前記副燃料供給手段は、前記天然ガスに替えて、都市ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスいずれかを供給可能に設けたことを特徴とする火力発電施設の燃料ガス供給装置。

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