JP2008239655A - Reforming apparatus, gas turbine power generating installation, and method for controlling reforming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質反応装置,ガスタービン発電設備及び改質反応装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a reforming reaction apparatus, a gas turbine power generation facility, and a control method for a reforming reaction apparatus.
重油をガスタービン発電設備の燃料に用いるためには、ガスタービン翼の腐食の原因となるバナジウムを除去すると共に、油の粘性を低下させる必要がある。 In order to use heavy oil as a fuel for a gas turbine power generation facility, it is necessary to remove vanadium that causes corrosion of gas turbine blades and to reduce the viscosity of the oil.
これを実現する方法として、重油と高温高圧水との混合流体を350〜550℃,5〜30MPaの条件下で改質反応させて重油を改質し、改質燃料を製造する技術が知られている。 As a method for realizing this, there is known a technique for producing a reformed fuel by reforming heavy oil by reforming a mixed fluid of heavy oil and high-temperature high-pressure water under conditions of 350 to 550 ° C. and 5 to 30 MPa. ing.
特開2003−286858号公報には、高温高圧条件下の改質器において重油と水を混合して改質反応させ、重油から軽質化した改質油を製造し、この改質燃料をガスタービン燃料として使用するガスタービン発電設備が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-286858 discloses that a reformer under a high temperature and high pressure condition is mixed with a heavy oil and water to undergo a reforming reaction to produce a lightened reformed oil from the heavy oil. A gas turbine power generation facility for use as fuel is disclosed.
ところで、高温高圧条件下で重油を加熱する重油加熱器では、熱分解により軽質成分と重質成分とに分離する反応が進む。重質成分は重合を繰返すことにより粘性の高いタールへと変化する。タールは、温度が高くなって重合が進みすぎると、重質成分の一部が固体であるコークスに変化して重油加熱器の伝熱管内面に付着する。そして、重油への伝熱を阻害する可能性がある。 By the way, in the heavy oil heater which heats heavy oil under high temperature and high pressure conditions, the reaction which separates into a light component and a heavy component by thermal decomposition advances. The heavy component is changed to a highly viscous tar by repeated polymerization. When the temperature becomes too high and the polymerization proceeds too much, tar changes to coke in which part of the heavy component is solid and adheres to the inner surface of the heat transfer tube of the heavy oil heater. And there is a possibility of inhibiting heat transfer to heavy oil.
そこで、本発明は、重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress coke generation from heavy oil in a heavy oil heater.
重油を供給する系統の上流側から順に、重油を加熱する低圧の重油予熱器と、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器を備え、前記供給系統からの加熱重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器を備えたことを特徴とする。 In order from the upstream side of the system that supplies heavy oil, a low-pressure heavy oil preheater that heats heavy oil and a high-pressure heavy oil preheater that further raises the temperature of the heated heavy oil are provided. It is provided with a reformer that undergoes a reforming reaction with high-temperature and high-pressure water to separate it into reformed oil and tar.
本発明によれば、重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制することができる。 According to the present invention, generation of coke from heavy oil can be suppressed in the heavy oil heater.
重油を改質反応させて改質燃料を製造する本発明の改質反応装置及び改質反応装置を備えたガスタービンシステム、その制御方法について、図面を参照して説明する。 A reforming reaction apparatus, a gas turbine system equipped with a reforming reaction apparatus, and a control method thereof for producing reformed fuel by reforming heavy oil will be described with reference to the drawings.
図1は重油と高温高圧水を改質反応させ、重油から改質燃料を製造する改質反応装置
100を示すものである。
FIG. 1 shows a reforming
重油を供給する系統は、重油タンク1の重油を改質器32に供給するために設けたポンプなどを含めた系統であり、改質器32の上流側に位置する。以下、重油を供給する系統に設けられた各装置について説明する。
The system for supplying heavy oil is a system including a pump or the like provided for supplying heavy oil in the
まず、重油タンク1と、この重油タンク1から供給された重油を加圧する低圧の重油ポンプ2と、加圧された重油4を昇温する改質油冷却器5を備える。重油4は、改質油冷却器5にて昇温した後に低圧の重油予熱器6aに供給し、高温高圧の水との改質反応に適した重油組成まで熱分解させるために350℃〜550℃まで昇温する。高温高圧水は、超臨界水又は亜臨界水を使用することが出来る。
First, a
低圧の重油予熱器6aで昇温した後、熱分解した重油は重油冷却器7に供給して冷却し、熱分解の過程で生じたガス成分8と液成分(熱分解重油)9とに分離する。熱分解重油9は高圧の重油ポンプ10で供給され、高圧の重油予熱器12において改質反応に適した350〜450℃,5〜30MPaまで昇温,昇圧する。このように、重油を加熱する際に、低圧の重油予熱器と高圧の重油予熱器に分けることで、コークスの発生を抑制することができる。尚、重油冷却器7での熱分解重油8の冷却温度は、高圧の重油ポンプ10の使用許容温度までで十分である。使用許容温度が低圧の重油予熱器6a出口での重油温度よりも高い場合は、重油冷却器7を必ずしも設ける必要はない。
After the temperature is raised by the low-pressure
一方、水タンク21と、この水タンク21から高圧の水ポンプ22によって高圧水系統23を通して供給した水24は、重油冷却器7にて昇温した後、高圧水予熱器25にて改質反応に適した350〜450℃,5〜30MPaまで昇温,昇圧する。
On the other hand, the
昇温,昇圧した熱分解重油9と水24は、混合器31にて混合させた後、改質器32に供給する。そして、高温高圧の水24により熱分解重油中の軽質成分である改質燃料33を抽出する。重力により改質器32下部に存在する重質成分のタール34は、タール系統35より抜き出し、タールタンク36に貯蔵する。
The pyrolysis
改質器32で抽出した軽質成分の改質燃料23と水24は、改質燃料系統37に設けた減圧器38にて減圧した後に気液分離器39に供給する。気液分離器39の内部には、常温の水24aを流した冷却用伝熱管40を設ける。そして、水の飽和温度以下まで改質燃料33と水24の温度を下げることにより、改質燃料23と水24は、気体の改質ガス
41と水24を含む液体の改質油42に分離する。液体の水24と改質油42は油水分離器51にて分離し、それぞれ改質油タンク43と水タンク21にて貯蔵する。改質油42は必要に応じて、改質ガス41との併用又は単独で使用することができる。
The light component reformed
重油中のバナジウム等の重金属は、重質成分のタールの中に主に含まれる。そのため、改質燃料のバナジウム濃度は低減し、改質油の粘性も低下する。よって、バナジウム等の重金属を含むこと、又は粘性が高いことで燃料油として使用できない重油から改質油を製造することで、重油の適用範囲が広くなる。 Heavy metals such as vanadium in heavy oil are mainly contained in the heavy component tar. Therefore, the vanadium concentration of the reformed fuel is reduced, and the viscosity of the reformed oil is also lowered. Therefore, the range of application of heavy oil is widened by producing reformed oil from heavy oil that cannot be used as fuel oil because it contains heavy metals such as vanadium or has high viscosity.
また、重油の供給系統3には、通常使用する低圧の重油予熱器6aとは別の低圧の重油予熱器6bを並列して接続している。そして、低圧の重油予熱器6aの上流側・下流側の重油供給系統に切替弁61a,61bを設けており、切替弁61a,61bに挟まれた区間を特に低圧重油供給系統3aとする。本実施例では、切替弁61a,61bに挟まれた区間に、異なる低圧重油供給系統3bを設けている。
The heavy
重油4は、低圧の重油予熱器6aで350〜550℃まで加熱され、高温高圧での改質反応に適した重油組成まで熱分解する。この熱分解により重油の軽質成分と重質成分が生じる。そのため、重油の熱分解が進みすぎると、重質成分が重合して固体であるコークスが発生する。そして、重油予熱器の伝熱管内にコークスが付着し、伝熱性能を低下させる可能性がある。
The
本実施例では、低圧の重油予熱器6aの伝熱性能が低下した場合には、切替弁61a,61bにより低圧の重油予熱器6bを作動させる。このような運転によって、連続的に重油の供給を可能としている。
In this embodiment, when the heat transfer performance of the low-pressure
低圧の重油予熱器6aにおける伝熱性能の低下は、伝熱管外面に取り付けた温度計62の示度により容易に判断することができる。コークスが伝熱管内面に付着すると、コークスが熱抵抗体となるため、加熱量一定条件(例えば電気ヒータを使用)の場合は伝熱管外表面の温度が上昇するためである。コークス付着に伴う伝熱管外面温度の上昇を温度計
62によりモニタリングし、所定の設定値以上、例えば初期より30℃以上上昇した時に、低圧の重油予熱器6bを昇温して、切替弁61a,61bにて低圧の重油供給系統3bに切替えればよい。
The decrease in heat transfer performance in the low-pressure
また、系統から切り離された低圧の重油予熱器6aの出入口には、窒素63と酸素64を供給するガス供給系統65を設けている。ガス供給系統65には、窒素63の供給量を調整する弁66a,酸素64の供給量を調整する弁66b,窒素や酸素を外部へ排出する弁66cを設けている。これらの弁は、重油4を低圧の重油予熱器6aで昇温する時には閉止しておく。そして、切替弁61a,61bにて重油供給系統3aが系統から切り離された時に、弁66a,66cは開口して切替弁61aと61bに挟まれた区間に窒素63を供給する。その後、弁66bを開口して酸素64を供給し、伝熱管温度と酸素濃度を調整することにより、伝熱管内のコークスを徐々に燃焼させて除去する。そして、燃料ガス67を外部へ放出する。
A
低圧重油供給系統3aと、並列配置した低圧重油供給系統3bの配管等の構成は同じであり、低圧の重油予熱器6bで同様に伝熱管内面へのコークス付着により伝熱性能が低下した場合にも、同様の手順で伝熱管内のコークスを除去する。本実施例により、たとえコークスが発生して重油予熱器の伝熱管内面に付着しても、重油改質反応装置を停止することなく改質燃料を製造することができる。
The configuration of the piping of the low-pressure heavy
本実施例では、低圧の重油予熱器6,高圧の重油予熱器12,高圧水予熱器25,改質器32は電気ヒータ68により昇温又は保温している。但し、高温蒸気又は高温燃焼ガスを用いて昇温又は保温することも可能である。また、熱エネルギーを有効使用するために、改質器冷却器5に重油4,重油冷却器7に水24を供給して昇温しているが、熱交換せずに直接、低圧の重油予熱器6,高圧水予熱器25に供給してもよい。更に、気液分離器39内の改質燃料33と水24の冷却のために冷却用伝熱管40を配置しているが、気液分離器内に低温の水を噴霧して、噴霧水の潜熱と顕熱により冷却することも可能である。
In this embodiment, the low pressure heavy oil preheater 6, the high pressure
次に、重油を改質反応させて改質燃料を製造する本発明の別の実施例である改質反応装置100を図2に示す。本実施例の改質反応装置は図1に示した実施例と基本構成は同じである。ここでは相違する低圧の重油予熱器の構成について説明する。
Next, FIG. 2 shows a reforming
本実施例では、重油を昇温する温度帯を異ならしめた2つの低圧の重油予熱器を備える。具体的には、重油4を350〜400℃まで昇温する低温側の低圧の重油予熱器13と、その下流には350〜550℃まで昇温する高温側の低圧の重油予熱器14aと14bが配置されている。高温側の低圧の重油予熱器14aは並列に配置されている。重油4の熱分解により重質成分が過剰に重合することによって生じるコークスは、350〜400℃の温度では長時間保持されなければ生じない。一方、重合によって生じるコークスは、重油4の温度が高くなるほど短時間で生じるようになる。そこで本実施例では、重油4を350〜550℃まで昇温する高温側の低圧の重油予熱器14を並列に配置している。そのため、例えコークスが発生して伝熱管内面に付着して重油予熱器の伝熱性能が低下しても、高温側の低圧の重油予熱器14aの出入口に設けた切替弁61a,61bを切り替えることにより、高温側の低圧の重油予熱器14bを作動させて連続的に重油の供給を可能としている。
In this embodiment, two low-pressure heavy oil preheaters having different temperature zones for raising the temperature of heavy oil are provided. Specifically, the low-pressure side low-pressure
高温側の低圧の重油予熱器14aの伝熱性能の低下は、伝熱管外面に取り付けた温度計62の示度により容易に判断することができる。コークス付着に伴う伝熱管外面温度の上昇を温度計62によりモニタリングしている。そして、所定の設定値以上、例えば初期より30℃以上上昇した時に、別の高温側の低圧の重油予熱器14bを昇温して、切替弁
61a,61bによって低圧重油供給系統3bに切替えることにより、連続した重油の供給運転が可能となる。
The decrease in heat transfer performance of the high-pressure low-pressure
また、系統から切り離された高温側の低圧の重油予熱器14aの出入口には、窒素63と酸素64を供給するガス供給系統65を設けている。実施例1と同様に、ガス供給系統65には弁66a,66b,66cを設けている。そして、重油4を高温側の低圧の重油予熱器14aにて昇温する時には閉止しておく。切替弁61a,61bにて低圧重油供給系統3aが系統から切り離された時に、弁66a,66cは開口して切替弁61a,61bで閉止した区間の伝熱管内に窒素63を供給する。その後、弁66bを開口して酸素64を供給し、伝熱管温度と酸素濃度を調整することにより、伝熱管内のコークスを徐々に燃焼させて除去し、燃料ガス67を外部へ放出する。本実施例では、コークスが発生して伝熱管内面に付着して性能が低下するポテンシャルの高い、高温側の低圧の重油予熱器を並列配置する。そのため、常時使用しない重油予熱器の容量を小さくできると共に、酸素供給によりコークスを燃焼して除去する伝熱管の範囲を小さくできる。
A
本実施例により、たとえコークスが発生して高温側の低圧の重油予熱器における伝熱管内面に付着しても、改質反応装置を停止することなく改質燃料を製造することができる。 According to this embodiment, even if coke is generated and adheres to the inner surface of the heat transfer tube in the high-pressure low-pressure heavy oil preheater, the reformed fuel can be produced without stopping the reforming reaction apparatus.
次に、本発明の他の実施例である改質反応装置を備えたガスタービン発電設備200について図3を参照して説明する。図3において、本実施例の改質反応装置は図1に示した実施例と基本構成は共通であり、詳細な説明は省略する。
Next, a gas turbine
本実施例では、改質器32からの改質燃料33と水24は、減圧器38にてガスタービンの燃焼器71での燃焼に適切な圧力まで減圧し、気液分離器39に供給する。気液分離器39に設けられた冷却用伝熱管は、気液分離器内の設定圧力における水の飽和温度より高くなるように温度を調節する。そして、気液分離器39の改質燃料33と水24は、水24を含まない改質油42を改質油タンク43に供給する。改質油タンク43内の改質油42は、ガスタービンの燃焼器71に必要な量を改質油ポンプ45にて改質油系統46を通じて燃焼器71に供給する。また気液分離器39内で生成されたガス状の改質ガス41と水(蒸気)24は、改質ガス系統44を通して直接ガスタービンの燃焼器71に供給する。燃焼器71では圧縮器72によって圧縮された空気も供給されており、改質油42及び改質ガス41はこの圧縮された空気と共に燃焼器71にて燃焼される。燃焼器71で燃焼して発生した燃焼ガスはタービン73を駆動し、このタービン73の駆動によって発電機74を回転させて発電し、電力を得る。
In this embodiment, the reformed
本発明は高温高圧の条件下で重油と水を混合して改質反応させ、軽質成分の改質燃料と重質成分のタールとに分離して改質燃料を製造する重油の改質反応装置、並びに改質燃料を燃料とする改質反応装置を備えたガスタービンシステムに適用可能である。 The present invention relates to a heavy oil reforming reaction apparatus in which heavy oil and water are mixed and reformed under high temperature and high pressure conditions, and separated into a light component reformed fuel and a heavy component tar to produce a reformed fuel. In addition, the present invention can be applied to a gas turbine system including a reforming reaction apparatus using reformed fuel as fuel.
1 重油タンク
2 低圧の重油ポンプ
6a,6b 低圧の重油予熱器
12 高圧の重油予熱器
13 低温側の低圧の重油予熱器
14 高温側の低圧の重油予熱器
21 水タンク
31 混合器
32 改質器
33 改質燃料
34 タール
35 タール系統
36 タールタンク
37 改質燃料系統
38 減圧器
39 気液分離器
40 冷却用伝熱管
41 改質ガス
42 改質油
43 改質油タンク
61a,61b 切替弁
62 温度計
65 ガス供給系統
66a,66b,66c 弁
71 燃焼器
72 圧縮機
73 ガスタービン
74 発電機
100 改質反応装置
200 ガスタービン発電設備
1 Heavy oil tank
2 Low pressure
Claims (6)
前記低圧の重油予熱器を並列に複数設け、
前記低圧の重油予熱器に設けられた伝熱管内部の性能が低下した場合に、残る前記低圧の重油予熱器に切り替えて使用することを特徴とする改質反応装置の制御方法。 A low-pressure heavy oil preheater for heating heavy oil and a high-pressure heavy oil preheater for further heating the heated heavy oil are provided in order from the upstream side, and the heated heavy oil is subjected to a reforming reaction with high-temperature high-pressure water. A method for controlling a reforming reaction apparatus having a reformer that separates reformed oil and tar,
A plurality of the low-pressure heavy oil preheaters are provided in parallel,
A control method for a reforming reaction apparatus, wherein when the performance inside a heat transfer tube provided in the low-pressure heavy oil preheater is deteriorated, the remaining low-pressure heavy oil preheater is switched to use.
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2007
- 2007-03-26 JP JP2007078116A patent/JP2008239655A/en active Pending
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