JP2009504964A - ガスタービンを運転する方法及びこの方法を実施するガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
−要求されるガス圧を、気化及び空気分解時に存在するガス圧の上で最小限にすること、
−低い放出値を実現すること、
−フラッシュバック及び振動の限界に対して十分な余裕をとること、及び
−石炭ガスの品質の変化時でも運転中の柔軟性を維持すること及びその他の燃料(天然ガス又は石油)による支援を可能にすることである。
1.両燃焼室内の燃焼温度が最適に選択される場合、中間過熱時に固有のNOXに関する利点が、合成ガスに対しても引き継がれ得る。図3から分かるように、−1段燃焼に対するNOX曲線Aから出発して−窒素による合成ガスの希釈に応じて2段燃焼(曲線B)時に第1燃焼室内の燃焼温度を低下させることによって、NOXの放出が、著しく減少するE1。次いでこのE1は、2段(E2)中のより高い放出と共に2段燃焼時の全放出に加わる(曲線C)。この全放出は、1段燃焼に比べて依然として著しい差E3だけ減少している。
2.中間過熱部を有するガスタービンの運転時の安定性及び柔軟性は、比較の対象になりうる1段燃焼によるガスタービンの場合より大きい。運転限界が、図4にしたがってプリセットされているフレーム温度(TF)に対する燃料反応度に依存したフレーム消弧(限界領域L2)及びフラッシュバック及び/又は放出レベル(限界領域L1)によって一般的に与えられる。この運転限界は、燃料の品質及び燃料の反応度の許容される範囲を決定する。1段燃焼(図4中の曲線)によるガスタービンでは、これらの運転限界は、両側にすぐに到達する。中間過熱部を有するガスタービン(図4中の曲線D)では、2つの燃焼系が、2つの独立したフレーム温度で、例えばNOXに関してほとんど欠点なしに1段のより低い温度及び2段のより高い温度で運転を可能にするので、この運転限界は明らかに上がる。
3.希釈する窒素(N2)の大部分が、一般に15〜20 barの圧力で動作する第2燃焼系(燃焼室19)内に注入される場合、ガス圧に対する要求が最小限にされ得る。気化設備,空気分解設備及びガスタービンの最適な選択は、異なる技術の選択に依存する。最小のガス圧縮つまり最小の出力損失を特徴とする構成が、図5及び6中に概略的に示されている。これらの図は、連続する燃焼の固有の利点を利用する。図5によれば、一方では空気分解設備32内での空気39の分解に伴う窒素が、(圧縮機V1による追加の圧縮なしに)窒素管32bを経由してガスタービン11の第2燃焼室に直接送られる。その一方で第1燃焼室に送られた窒素は、圧縮機V2内で圧縮される。これに応じて他方では、石炭気化設備34内の石炭40から生成されて濾過設備36内で濾過された合成ガスが、(圧縮機V3による追加の圧縮なしに)合成ガス供給管31を経由して第2燃焼室に直接送られる。その一方で第1燃焼室に送られた窒素は、圧縮機V4内で圧縮される。両圧縮機V1及びV3の節減は、図5中の×印によって示されている。
11 ガスタービン
12 発電機
13 低圧圧縮機
14 高圧圧縮機
15 シャフト(ガスタービン)
16 高圧タービン
17 低圧タービン
18 高圧燃焼室
19 低圧燃焼室
20 空気取入口
21,22 燃料供給管
23,24 OTC冷却器
25,26 冷却管
27 廃熱回収ボイラ
28 排気管
29 蒸気タービン(蒸気サイクル)
31 合成ガス供給管
32 空気分解設備
32a 酸素管
32b 窒素管
33 石炭供給
34 石炭気化設備
35 冷却装置
36 濾過装置
37 CO2分離装置
38 CO2流出口
39 空気
40 石炭
41 圧縮空気
42 燃料ノズル
43 環状ノズル
44 中心ノズル
A,B,C,D,F 曲線
E1,E2,E3 放出差
FR 燃料反応度
L1,L2 限界領域
m1,m2 質量流
SD 燃料希釈度
TF1 フレーム温度
V1,..,V4 圧縮機
Claims (13)
- 特にコンバインドサイクル発電プラント(30,40)で使用されているガスタービン(11)を運転する方法にあって、この方法の場合、空気が、ガスタービン(11)によって吸引されて圧縮され、この圧縮された空気が、化石燃料、特に石炭から得られる合成ガスを燃焼するために燃焼室(18,19)に供給され、燃焼時に発生する高温ガスが、後続するタービン(16,17)内で仕事をしつつ膨張し、この場合、圧縮した空気の一部が、酸素及び窒素に分解され、酸素が、気化設備(34)内で合成ガスを生成するために使用され、この場合、圧縮した空気の一部が、高温ガスに曝されたガスタービン(11)の一部を冷却するために使用される方法において、中間過熱部を有するガスタービン(11)が使用され、このガスタービン(11)は、2つの燃焼室(18,19)及び2つのタービン(16,17)を有し、この場合、合成ガスが、第1燃焼室(18)内で圧縮空気を使用して燃焼され、発生する高温ガスが、第1タービン(16)内で膨張し、この場合、合成ガスが、第2燃焼室内で第1タービン(16)から来たガスを使用して燃焼され、発生する高温ガスが、第2タービン(17)内で膨張することを特徴とする方法。
- 空気分解時に発生する窒素の少なくとも一部が、第2燃焼室(19)内で燃焼する合成ガスを希釈するために使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 空気分解時に発生する窒素の80〜100%が、第2燃焼室(19)内で燃焼する合成ガスを希釈するために使用されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 空気分解時に発生する窒素が、第2燃焼室(19)内に直接噴射されることを特徴とする請求項2又は3に記載の方法。
- 空気分解時に発生する窒素の残りの部分が、第1燃焼室(18)内で燃焼する合成ガスを希釈するために使用されることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 第1燃焼室(18)に対して提供される窒素は、この燃焼室内に噴射する前に最初に圧縮機(V2)内でより高い圧力に圧縮されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 気化設備(34)内で生成された合成ガスの一部が、別の圧縮機なしに第2燃焼室(19)内に噴射されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 気化設備(34)内で生成された合成ガスの一部が、最初に圧縮機(V4)内でより高い圧力に圧縮され、次いで第2燃焼室(18)内に噴射されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 合成ガス及び希釈のために提供される窒素が、同心状の配置で燃焼室(18,19)内に噴射され、この場合、窒素流が、合成ガス流を外被状に包囲すること、及び、この噴射は、これらの燃焼室(18,19)内に流入する圧縮空気つまり第1タービン(16)からの排気の方向に対して垂直に実施されることを特徴とする請求項2又は5に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法を実施するガスタービン(11)にあって、このガスタービン(11)は、中間過熱部を有するガスタービンとして構成されていて、吸引された空気を圧縮する圧縮機(13,14),2つの燃焼室(18,19)及び2つのタービン(16,17)を有し、この場合、燃焼が、第1燃焼室(18)内で圧縮空気を使用して燃焼され、発生する高温ガスが、第1タービン(16)内で膨張し、この場合、燃料が、第2燃焼室(19)内で第1タービン(16)から来たガスを使用して燃焼され、発生するガスが、第2タービン(17)内で膨張するガスタービンにおいて、空気分解設備(32)が設けられていて、この空気分解設備(32)は、その入口側が圧縮機(13,14)に連結されていて、その出口側が分解時に発生する窒素を流出する窒素管(32b)及びこの分解時に発生する酸素を流出する酸素管(32a)を有すること、この酸素管(32a)は、合成ガスを生成する設備(33,…,38)に送られていること、合成ガス供給管(31)は、合成ガスを生成する設備(33,…,38)から燃焼室(18,19)に生成された合成ガスを搬送すること、及び、窒素管(32b)は、燃焼室(18,19)に連結していることを特徴とするガスタービン。
- 窒素を圧縮する圧縮機(V2)が、空気分解設備(32)の出口と第1燃焼室(18)との間の窒素管(32b)内に配置されていることを特徴とする請求項10に記載のガスタービン。
- 合成ガスを圧縮する圧縮機(V4)が、合成ガスを生成する設備(33,…,38)の出口と第1燃焼室(18)との間の合成ガス供給管(31)内に配置されていることを特徴とする請求項10に記載のガスタービン。
- 燃料ノズル(42)が、第1燃焼室(18)及び/又は第2燃焼室(19)内に設けられていて、内側の合成ガス及び外被状に包囲する外側の窒素が、同心状に配置されて圧縮空気つまり第1タービン(16)からの排気の流れ方向に対して横方向にこれらの燃料ノズルを通じて燃焼室内に流入することを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載のガスタービン。
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