JP2007239578A

JP2007239578A - ガスタービン発電設備の運転方法

Info

Publication number: JP2007239578A
Application number: JP2006062525A
Authority: JP
Inventors: Isao Mori; 勲森
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】外気温度が上昇すると空気が希薄化し燃焼効率が低下し発電効率が低下する。この空気希薄化による弊害を安価でかつ確実な手段で解決すること課題とする。
【解決手段】
圧縮機から投入される圧縮空気と高炉ガスとコークス炉ガスとを混合して発熱量を一定とした混合ガスＡを燃焼させて発電するガスタービン装置において、前記圧縮空気の理論空気量に基づいて、前記コークス炉ガスを前記コークス炉ガスより理論空気量の少ないガスＢと置換し、発熱量が一定となるように混合ガスＡと混合して、混合ガスの理論空気量を低減させて燃焼させることを特徴とするガスタービン発電設備の運転方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所等で使用されるガスタービン発電設備の運転方法に関するものである。

一例として、製鉄所では電力取得の一手段として、製鉄所内の高炉で発生する高炉ガスやコークス炉で発生するコークス炉ガスを燃料として用い、該燃料を燃焼室で燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを発生させてガスタービンを駆動させ、その回転動力から電力回収を図るガスタービン方式の発電設備がある。
前記ガスタービン発電設備の燃料は、高炉ガスを主燃料としコークス炉ガスとの混合状態で一定発熱量を確保しながら使用される。
しかしながら、ガスタービンの空気圧縮機に取り込まれる燃焼空気温度は３０℃程度を想定して設計されているため、夏季等の外気空気温度が３０℃以上に上昇すると空気密度が希薄となるので空気の容積増加に伴って空気圧縮機の実質送気能力が低下する。
そのため燃焼空気不足となりガスタービン発電設備の発電出力が定格レベルに維持できなくなり低下させざるを得ない事態が生じ、特に電力需要の多い夏場であると大きな問題が発生することになる。

前述の夏季等の外気温度上昇がもたらす問題を解決する手段として、空気圧縮機の外気吸入空気温度を冷却して空気密度を上げるとの発想から空気取り入れ口に冷却水噴霧機構を設けた発明（下記特許文献１）が開示されている。
しかしながらこの特許文献１の開示技術においては、冷却水を得るための冷凍機、氷蓄熱槽、噴霧ノズル機構、と装置が大掛かりとなり設備コストの増大、設置面積の増大をまねく問題がある。
また、前述の外気温度上昇に伴う空気量の不足を解決するため空気圧縮機の大型化を図る方法もあるが設備コストが高価となる問題がある。
特開平８−２８４６８５号公報

本発明の解決しようとする問題は、前述の外気空気温度の上昇によるガスタービン出力低下、強いては電力発生の低下の問題を、安価でかつ確実な手段で解決することにある。

第一の発明は、圧縮機から投入される圧縮空気と高炉ガスとコークス炉ガスとを混合して発熱量を一定とした混合ガスＡを燃焼させて発電するガスタービン装置において、前記圧縮空気の理論空気量に基づいて、前記コークス炉ガスを前記コークス炉ガスより理論空気量の少ないガスＢと置換し、発熱量が一定となるように混合ガスＡと混合して、混合ガスの理論空気量を低減させて燃焼させることを特徴とするガスタービン発電設備の運転方法である。

第二の発明は、ガスＢが転炉ガスであることを特徴とする第一の発明に記載のガスタービン発電設備の運転方法である。

本発明によれば外気温度の上昇により空気密度の希薄化が発生しても製鉄所での副生ガスとして豊富な高炉ガスとコークス炉ガスを主燃料とし、別途新たな転炉ガスを補助燃料として追加するので空気圧縮機はそのままの状態で発電することができ、維持コストも安価である。
また、空気圧縮機の容量大型化を図ることなく対応でき、設備コストを大幅に低減できる。

空気圧縮機で高温、高圧の圧縮空気を燃焼室へ供給する。一方、外気空気温度の変動に応じて混合器では高炉ガスおよびコークス炉ガスの主燃料と、理論空気量およびカロリーが異なる新たな転炉ガスの補助燃料とを混合させて新燃料を生成し、該新燃料を燃焼室に供給する。

新燃料の混合割合は外気空気温度の度合いに応じて調整される。

図１は、本発明にかかるガスタービン発電設備の運転方法の１実施例を示す構成図である。
１は空気圧縮機、２は外気の空気を取り入れる空気圧縮機入側、３は空気圧縮機１により発生する高圧空気の空気圧縮機出側、４は燃焼室、５は燃料で、当該燃焼室４では空気圧縮機１で生成された高温・高圧空気に燃料５が噴射され、高温高圧の燃焼ガスを生成させ、当該燃焼ガスをタービン６に投入し、タービン６と直結する発電機（図示せず）を回転させ電力を得る。

７は混合器で前記燃焼室４へ供給する燃料５を生成する。８は高炉ガス、９はコーク炉ガスで該高炉ガス８とコークス炉ガス９とで通常は主燃料とする。

１０は前記高炉ガス８およびコークス炉ガス９とは異なる理論空気量、カロリーを有する転炉ガスである。
前記補助燃料１０は圧縮空気の送気能力と対応するように外気空気温度に応じて添加量を調整し混合されて、燃焼室４へ燃料５として供給される。

次に、本発明例に使用したガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガスの３種類であり、これらのガスの諸元を表１に示す。尚、表１の高炉ガス、コークス炉ガス及び転炉ガスの発熱量及び理論空気量は、代表的な組成時の値を示す。
発熱量は、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスの順に大きくなり、これらのガスを燃焼させるために必要な理論空気量も高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスの順に大きくなっている。

次に外気温度が変化した場合の各ガスの具体的混合例を表２に示す。尚、表２の混合ガスの発熱量及び理論空気量は、表１の各ガスの値より求めた。
従来例No.１〜３では、混合ガスAは、高炉ガスとコークス炉ガスの２種類のガスで発熱量を一定（4.4MJ/Nm³）とするため、高炉ガスとコークス炉ガスの混合比率は一義的に決定され（高炉ガス94.0vol.%、コークス炉ガス6.0vol.%）、これにより混合ガスの理論空気量も一定となる（0.894Nm³/Nm³）。

一方、圧縮空気の送気能力は、外気温度の影響を受けて変動するため、外気温度30℃における軸動力が負荷上限で設計されており（従来例No.２）、この軸動力が各外気温度での送気可能な空気量を示す。従って、外気温度１５℃（従来例No.1）では問題なくても、外気温度３５℃（従来例No.3）では燃料空気不足となりガスタービン発電設備の発電出力を低下させざるを得ない事態となる。

従って、本発明例では、外気温度が３０℃を超えても、上記したような燃焼空気不足を発生しないように高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスの３種類のガスを混合することとした。即ち、発明例No.4〜No.13では、コークス炉ガスに比較して理論空気量の少ない転炉ガス（表１参照）を用いて発熱量一定の条件（4.4MJ/Nm³）で、３種類のガス（高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス）を混合して、混合ガスの理論空気量を低減させることとした。これにより、外気温度が３１℃から４０℃まで上昇しても、混合ガスは発熱量を一定にして理論空気量は発明例No.４の0.890 Nm³/Nm³から発明例No.13の0.863 Nm³/Nm³に低減することができた。

これにより、外気温度上昇時の燃焼空気不足を解消し、ガスタービン発電設備の定格出力の維持が可能となった。

本発明は製鉄所内で豊富に存在する高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、が使用できるので製鉄業における発電効率を大幅に向上させることができる。

ガスタービン発電設備の構成を説明する図である。

符号の説明

１空気圧縮機
２空気圧縮機入側
３空気圧縮機出側
４燃焼室
５燃料
６タービン
７混合器
８高炉ガス
９コークス炉ガス
１０転炉ガス

Claims

圧縮機から投入される圧縮空気と高炉ガスとコークス炉ガスとを混合して発熱量を一定とした混合ガスＡを燃焼させて発電するガスタービン装置において、前記圧縮空気の理論空気量に基づいて、前記コークス炉ガスを前記コークス炉ガスより理論空気量の少ないガスＢと置換し、発熱量が一定となるように混合ガスＡと混合して、混合ガスの理論空気量を低減させて燃焼させることを特徴とするガスタービン発電設備の運転方法。
ガスＢが転炉ガスであることを特徴とする請求項１記載のガスタービン発電設備の運転方法。