JP2011074803A

JP2011074803A - Low calory gas burning turbine system and method for operating the system

Info

Publication number: JP2011074803A
Application number: JP2009225900A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Takahashi; 宏和高橋; Hiromi Koizumi; 浩美小泉; Satoshi Momo; 聡百々; Shohei Yoshida; 正平吉田; Akinori Hayashi; 明典林; Osamu Yokota; 修横田; Tomohiro Asai; 智広浅井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5183605B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine system to reduce an environment load by efficiently disposing an excessive fuel. <P>SOLUTION: The gas turbine system includes: an air compressor compressing air; a gas compressor boosting composite fuel of a first gas fuel and a second gas fuel having larger calorific value than the first gas fuel; a combustor burning compressed air compressed by the air compressor and the composite fuel boosted by the gas compressor to produce combustion gas; a gas turbine driven by the combustion gas produced by the combustor; and a flare stack burning the first gas fuel. The flare stack has a pilot burner burning a pilot burner fuel having larger calorific value than the second gas fuel, and a first fuel injecting means injecting the first fuel on a downstream side to the pilot burner. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、低カロリーガスを燃料に使用するガスタービン発電プラントに関する。 The present invention relates to a gas turbine power plant that uses low-calorie gas as fuel.

近年、地球温暖化防止と資源有効活用の観点から、例えば製鉄プロセスの高炉で発生する高炉ガス（ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）といった、途上国では大気中に放散されている低カロリーガス燃料でガスタービン発電プラントを運用することが検討されている。 In recent years, from the viewpoint of global warming prevention and effective utilization of resources, gas turbines using low-calorie gas fuel that has been released into the atmosphere in developing countries, such as blast furnace gas (BFG: Blast Furnace Gas) generated in the blast furnace of the steelmaking process. It is considered to operate a power plant.

特許文献１には、高炉で発生したＢＦＧ、コークス炉で発生したコークス炉ガス（ＣＯＧ：Cokes Oven Gas）、および転炉で発生した転炉ガス（ＬＤＧ：Linzer Donawitz Gas）をガスホルダに供給して貯留し、集塵装置でそれぞれ徐塵された後、送風機により必要圧力を維持しガス供給設備を介して高炉用の各熱風炉へ燃料ガスとして供給したり、自家発電所や蒸気発生ボイラ用の燃料としたりするシステムが開示されている。 In Patent Document 1, BFG generated in a blast furnace, coke oven gas (COG) generated in a coke oven, and converter gas (LDG: Linzer Donawitz Gas) generated in a converter are supplied to a gas holder. After being stored and gradually dusted by a dust collector, the necessary pressure is maintained by a blower and supplied as fuel gas to each hot blast furnace for blast furnace via a gas supply facility, or for private power plants and steam generating boilers. A system that uses fuel is disclosed.

特許文献２には、ガスタービン出力とガスタービン運転特性から算出される発電効率から燃料ガスの発熱量を推定し、ＢＦＧの安定燃焼に必要な助燃燃料の供給量を決定する方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for estimating a calorific value of fuel gas from power generation efficiency calculated from gas turbine output and gas turbine operating characteristics, and determining a supply amount of auxiliary combustion fuel necessary for stable combustion of BFG. Yes.

特許文献３には、低カロリーガスを燃料としたガスタービンの負荷遮断時に、燃料の供給系統に減熱用ガスを供給することで、ガスタービンをトリップさせることなく、ガスタービン入熱量を安定且つ速やかに定格負荷運転状態から定格無負荷運転状態に移行する方法が開示されている。 In Patent Document 3, when the load of a gas turbine using low-calorie gas as a fuel is cut off, a heat reducing gas is supplied to the fuel supply system, so that the gas turbine heat input can be stabilized without tripping the gas turbine. A method for quickly shifting from a rated load operation state to a rated no-load operation state is disclosed.

特開２００３−１２９１１９号公報JP 2003-129119 A 特開２００４−１９０６３３号公報JP 2004-190633 A 特開２００７−１１３４８７号公報JP 2007-113487 A

特許文献１で開示された技術では、自家発電設備が停止して、ガスホルダに貯留可能な量に達したあとのガスの取り扱い方法について規定していない。このため、自家発電設備で使用する燃料ガスを消費する設備を追加して持つ必要がある。 The technique disclosed in Patent Document 1 does not stipulate a gas handling method after the private power generation facility stops and reaches an amount that can be stored in the gas holder. For this reason, it is necessary to have an additional facility for consuming the fuel gas used in the private power generation facility.

特許文献２で開示された技術をフレアスタックで利用する場合、ガスタービン出力のような燃料供給量に関する指標がない。そのため、燃焼安定性を確保するためには、別途新たな運用方法の検討が必要である。 When the technology disclosed in Patent Document 2 is used in a flare stack, there is no indicator relating to the amount of fuel supply such as gas turbine output. Therefore, in order to ensure combustion stability, it is necessary to examine a new operation method separately.

特許文献３は、一時的な負荷遮断について、ガスホルダへ燃料ガスを貯留することで対応する技術が記載されている。しかし、長時間の負荷遮断時における燃料の処理方法についての記載はない。 Patent Document 3 describes a technique corresponding to temporary load interruption by storing fuel gas in a gas holder. However, there is no description about the fuel processing method when the load is interrupted for a long time.

そこで、本発明の目的は、余剰燃料を効率的に処分することで環境負荷を低減したガスタービンシステムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a gas turbine system that reduces the environmental load by efficiently disposing of surplus fuel.

空気を圧縮する空気圧縮機と、第一のガス燃料と、第一のガス燃料よりも発熱量の多い第二のガス燃料との混合燃料を昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空気と前記ガス圧縮機で昇圧された前記混合燃料とを燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動するガスタービンと、第一のガス燃料を燃焼させるフレアスタックとを有し、前記フレアスタックは、前記第二の燃料よりも発熱量の多いパイロットバーナ用燃料を燃焼させるパイロットバーナを有し、前記パイロットバーナよりも下流側に、前記第一の燃料を噴射する第一燃料噴射手段を有することを特徴とする。 An air compressor that compresses air, a gas compressor that pressurizes a mixed fuel of the first gas fuel, and a second gas fuel that generates more heat than the first gas fuel, and is compressed by the air compressor A combustor for combusting the compressed air and the mixed fuel pressurized by the gas compressor to generate combustion gas, a gas turbine driven by the combustion gas generated by the combustor, and a first gas fuel A flare stack that burns fuel for a pilot burner that generates a larger amount of heat than the second fuel, and the first flare stack is disposed downstream of the pilot burner. It has the 1st fuel injection means which injects one fuel, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、余剰燃料を効率的に処分することで環境負荷を低減したガスタービンシステムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas turbine system which reduced the environmental load can be provided by discarding surplus fuel efficiently.

実施例１に係るガスタービンシステムの概略を示したものである。1 schematically shows a gas turbine system according to a first embodiment. 実施例１におけるフレアスタックの構造の概略を示したものである。1 schematically shows the structure of a flare stack in Example 1. 実施例２に係るガスタービンシステムの概略を示したものである。2 shows an outline of a gas turbine system according to a second embodiment. 実施例２におけるフレアスタックの構造の概略を示したものである。FIG. 2 shows an outline of a flare stack structure in Example 2. FIG. 実施例２における図４とは別のフレアスタックの構造の概略を示したものである。FIG. 5 shows an outline of a flare stack structure different from FIG. 4 in Embodiment 2. FIG. 実施例２における図４、図５とは別のフレアスタックの構造の概略を示したものである。FIG. 6 shows an outline of a flare stack structure different from those in FIGS. 4 and 5 in Example 2. FIG. 実施例３におけるガスタービンシステム概略を示したものである。FIG. 3 shows a schematic of a gas turbine system in a third embodiment. FIG. 実施例３におけるガスタービンシステムのガスタービン停止時にフレアスタックへ供給される流体流量の時間変化を示したものである。FIG. 9 shows the change over time of the flow rate of fluid supplied to the flare stack when the gas turbine of the gas turbine system in Example 3 is stopped. FIG.

天然ガスや石油などの化石資源を燃料とするガスタービン発電プラントは、産業用電力を支える発電プラントのひとつである。このガスタービン発電プラントは主に化石資源を燃料とし、地球温暖化物質の二酸化炭素（ＣＯ₂）を排出する。そこで、これまで以上に燃料資源の有効活用が求められている。 A gas turbine power plant that uses fossil resources such as natural gas and oil as fuel is one of the power plants that support industrial power. This gas turbine power plant mainly uses fossil resources as fuel and emits carbon dioxide (CO ₂ ), a global warming substance. Therefore, more effective use of fuel resources is required than ever.

燃料資源の有効活用としては、種々の副生燃料の利用が考えられる。しかし、例えば製鉄プラントで発生するＢＦＧは、典型的な低カロリーガス燃料であり、その発熱量は３.４ＭＪ／Ｎｍ³程度である。一般的に使用される燃料の一つである、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）は４３ＭＪ／Ｎｍ³程度の発熱量を持っており、ＢＦＧの発熱量はＬＮＧの１／１０程度と言える。またＢＦＧは燃焼速度が小さいため、ＢＦＧ単体燃料ではガスタービン発電プラントの起動から定格負荷までの安定燃焼ができず、起動用燃料および助燃燃料を必要とする。ＢＦＧと組み合わせる助燃燃料は高炉に隣接するコークス炉の副生ガスであるＣＯＧ（１８ＭＪ／Ｎｍ³程度の発熱量）を用いる場合が多い。 As an effective utilization of fuel resources, use of various by-product fuels can be considered. However, for example, BFG generated in an iron manufacturing plant is a typical low calorie gas fuel, and its calorific value is about 3.4 MJ / Nm ³ . Liquefied natural gas (LNG), one of the commonly used fuels, has a calorific value of about 43 MJ / Nm ³ , and the calorific value of BFG can be said to be about 1/10 of that of LNG. . Also, since BFG has a low combustion speed, the BFG single fuel cannot perform stable combustion from the start of the gas turbine power plant to the rated load, and requires startup fuel and auxiliary fuel. As the auxiliary fuel combined with BFG, COG (a calorific value of about 18 MJ / Nm ³ ) which is a by-product gas of a coke oven adjacent to the blast furnace is often used.

高炉やコークス炉は、長期間にわたり停止せず、ＢＦＧやＣＯＧを発生させ続けるものである。中には、１０年以上の長期連続運転実績を持つ設備もある。一方、発電を行うガスタービンは、一般的に１年に一度程度の割合で点検が必要である。つまり、ガスタービン発電プラントの点検期間中にも、高炉やコークス炉からＢＦＧやＣＯＧなどの燃料ガスは生成され続けることとなる。そのため、ガスタービンの停止期間中において、例えば有毒である一酸化炭素を２０％以上含有するＢＦＧなどを処分する手段が必要になる。 Blast furnaces and coke ovens do not stop for a long time and continue to generate BFG and COG. Some facilities have a long-term continuous operation record of more than 10 years. On the other hand, a gas turbine that generates electricity generally needs to be inspected once a year. That is, fuel gas such as BFG and COG continues to be generated from the blast furnace and coke oven even during the inspection period of the gas turbine power plant. Therefore, a means for disposing of BFG containing 20% or more of toxic carbon monoxide, for example, is required during the stop period of the gas turbine.

しかし、長時間にわたるガスタービンへの燃料供給停止や供給量低下に対して、燃料ガスをガスホルダに貯留するという対策には限界がある。そこで、この燃料ガスは大気放出されたり、燃焼処理されたりしてきた。しかし、燃料ガスを大気放出する場合、有毒ガスである一酸化炭素の放出による環境負荷の増大や、燃料ガスが着火・爆発する危険性の高まりへの対策が必要である。 However, there is a limit to measures for storing the fuel gas in the gas holder against the stoppage of fuel supply to the gas turbine for a long time or the decrease in the supply amount. Therefore, this fuel gas has been released into the atmosphere or has been burned. However, when the fuel gas is released into the atmosphere, it is necessary to take measures against an increase in environmental burden due to the release of carbon monoxide, which is a toxic gas, and an increased risk of ignition and explosion of the fuel gas.

ＢＦＧは低カロリー燃料であり体積流量が大きい。そのため、焼却処理の場合、フレアスタックのパイロットバーナの燃焼安定性が低下したり、それに伴って燃料ガスの未燃分が増加したりする可能性がある。フレアスタックでの安定燃焼を実現するために、パイロットバーナ用燃料を過度に供給すれば、燃料の供給動力でプラント効率を低下させる懸念がある。また、パイロットバーナ用燃料は燃焼性の高い高級燃料であるため、資源の有効活用の観点やコスト低減の面から、必要最小限の使用量に限定することが望ましい。 BFG is a low calorie fuel and has a large volume flow rate. Therefore, in the case of incineration, there is a possibility that the combustion stability of the pilot burner of the flare stack may decrease, and the unburned content of the fuel gas may increase accordingly. If the pilot burner fuel is excessively supplied in order to realize stable combustion in the flare stack, there is a concern that the plant efficiency may be lowered by the supply power of the fuel. Moreover, since the fuel for the pilot burner is a high-grade fuel with high combustibility, it is desirable to limit it to the minimum required amount from the viewpoint of effective use of resources and cost reduction.

他には、ガスタービン発電プラントを複数台用意し、停止したガスタービンとは別のガスタービンでＢＦＧなどの燃料ガスを消費する方法があるが、ガスタービンを設置するための初期設備コストが高くなる。また、ガスタービンは定格負荷近傍で効率が最も高くなるため、通常運転時に複数台のガスタービンを運転し、部分負荷で運用すると発電効率が低下するなどの問題がある。 Another method is to prepare multiple gas turbine power plants and consume fuel gas such as BFG with a gas turbine different from the stopped gas turbine, but the initial equipment cost for installing the gas turbine is high. Become. In addition, since the efficiency of the gas turbine is highest near the rated load, there is a problem that when a plurality of gas turbines are operated during normal operation and operated at a partial load, the power generation efficiency is lowered.

以上の通り、資源の有効活用や環境負荷の低減といった課題を解決する必要がある。以下、資源の有効活用や環境負荷の低減が可能な本発明の実施例について、図面を参照して説明する。 As described above, it is necessary to solve problems such as effective use of resources and reduction of environmental load. Hereinafter, embodiments of the present invention capable of effectively utilizing resources and reducing environmental loads will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施形態に係るガスタービンシステムの概略を、例として示したものである。本実施例のガスタービンシステムは、空気圧縮機２，燃焼器３，タービン４，発電機６などを備える。 FIG. 1 shows an outline of a gas turbine system according to an embodiment of the present invention as an example. The gas turbine system of this embodiment includes an air compressor 2, a combustor 3, a turbine 4, a generator 6, and the like.

空気圧縮機２は、大気から吸込んだ空気１０１を圧縮し、圧縮空気１０２を燃焼器３へ供給する。燃焼器３は、第一のガス燃料であるＢＦＧ１１１と第二のガス燃料であるＣＯＧ１１０を混合した混合燃料ガス２０１と圧縮空気１０２との混合・燃焼によって燃焼ガス１０３を生成し、燃焼ガス１０３をタービン４に供給する。タービン４は燃焼ガス１０３により回転動力が与えられ、タービン４の回転動力が空気圧縮機２及び発電機６に伝達される。空気圧縮機２に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機６に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。 The air compressor 2 compresses the air 101 sucked from the atmosphere and supplies the compressed air 102 to the combustor 3. The combustor 3 generates the combustion gas 103 by mixing and burning the mixed fuel gas 201 obtained by mixing the first gas fuel BFG 111 and the second gas fuel COG 110 and the compressed air 102. Supply to turbine 4. The turbine 4 is given rotational power by the combustion gas 103, and the rotational power of the turbine 4 is transmitted to the air compressor 2 and the generator 6. The rotational power transmitted to the air compressor 2 is used as compression power, and the rotational power transmitted to the generator 6 is converted into electric energy.

ＢＦＧ等の低カロリーガス燃料（低発熱量の燃料ガス）は可燃範囲が狭く燃えにくいため、低カロリーガス燃料単独での運用では、燃焼器の着火が難しい。そのため、ガスタービン燃焼器の着火には軽油等の起動用燃料を用いる。そして負荷併入後、燃料ガスへ燃料を切り替える運転方法を採用する。本実施例のガスタービンは、起動用燃料を供給するための系統２５２と低カロリーガス燃料を供給するための燃料系統２５０を備えている。燃焼器３に供給する起動用燃料は、軽油や灯油、Ａ重油などの液体燃料のほか、ＬＮＧやＣＯＧなどのガス燃料を用いることができる。 A low calorie gas fuel such as BFG (a fuel gas with a low calorific value) has a narrow flammable range and is difficult to burn. Therefore, it is difficult to ignite the combustor when operating with a low calorie gas fuel alone. Therefore, a starting fuel such as light oil is used for ignition of the gas turbine combustor. Then, an operation method is adopted in which the fuel is switched to fuel gas after loading. The gas turbine of this embodiment includes a system 252 for supplying start-up fuel and a fuel system 250 for supplying low-calorie gas fuel. As the starting fuel supplied to the combustor 3, gas fuel such as LNG and COG can be used in addition to liquid fuel such as light oil, kerosene, and A heavy oil.

一定負荷以上の運転においては、発熱量が異なる複数種類の燃料ガスを組み合わせたものを燃焼器３の燃料として使用する。例えば製鉄プロセスで発生するＢＦＧとＣＯＧを混合した混合燃料ガスなどの低カロリーガス燃料が挙げられる。ＢＦＧやＣＯＧはガスホルダに貯留され、その際の貯留圧力は例えば２.５ＭＰａに設定される。 In operation over a certain load, a combination of a plurality of types of fuel gas having different calorific values is used as fuel for the combustor 3. For example, a low calorie gas fuel such as a mixed fuel gas obtained by mixing BFG and COG generated in an iron making process can be mentioned. BFG and COG are stored in the gas holder, and the storage pressure at that time is set to 2.5 MPa, for example.

起動用燃料の燃料系統２５２は、起動用燃料７を昇圧するためのポンプ８、流量調節弁１５、および燃料遮断弁１４を備える。一方、混合燃料ガスを燃焼器へ供給する燃料系統は、混合前の燃料ガス流量を調整する流量調節弁１６，１７、それぞれの流量を計測する流量計３８，３９、各流量調節弁から出た後の燃料ガスを合流させて混合する系統２５１、混合燃料ガス２０１を昇圧するガス圧縮機６０、混合燃料ガスの流量調節弁１９、混合燃料ガスの燃料遮断弁１８などを備える。 The starting fuel fuel system 252 includes a pump 8 for boosting the starting fuel 7, a flow control valve 15, and a fuel cutoff valve 14. On the other hand, the fuel system for supplying the mixed fuel gas to the combustor comes out of the flow rate adjusting valves 16 and 17 for adjusting the flow rate of the fuel gas before mixing, the flow meters 38 and 39 for measuring the respective flow rates, and the flow rate adjusting valves. A system 251 that combines and mixes the subsequent fuel gas, a gas compressor 60 that boosts the mixed fuel gas 201, a mixed fuel gas flow control valve 19, a mixed fuel gas fuel cutoff valve 18, and the like.

ガス圧縮機６０から燃焼器３までの燃料系統２５０には、圧力計３６を設置しており、燃料系統２５０内の圧力を計測できる。また、ガス圧縮機６０によって圧縮された混合燃料ガスの一部を再循環させる戻り系統２５３には、圧力調節弁１１が設けられている。混合燃料ガスの圧力が上昇した場合、圧力調節弁１１の開度を制御することで、混合燃料ガス２０１の一部を戻り系統２５３に逃がし、燃料系統２５０の圧力を一定に保つ。戻り系統２５３には燃料系統２５０から逃がされた混合燃料ガスを冷却するための冷却器４１を設ける。この冷却器４１では、ガス圧縮機６０へ循環する混合燃料ガス２０２をガス圧縮機６０で再度圧縮する際にガス圧縮機６０の耐熱温度を超えない温度となるように冷却される。 A pressure gauge 36 is installed in the fuel system 250 from the gas compressor 60 to the combustor 3 so that the pressure in the fuel system 250 can be measured. Further, the pressure control valve 11 is provided in the return system 253 that recirculates a part of the mixed fuel gas compressed by the gas compressor 60. When the pressure of the mixed fuel gas rises, by controlling the opening degree of the pressure control valve 11, a part of the mixed fuel gas 201 is released to the return system 253, and the pressure of the fuel system 250 is kept constant. The return system 253 is provided with a cooler 41 for cooling the mixed fuel gas released from the fuel system 250. In the cooler 41, when the mixed fuel gas 202 circulated to the gas compressor 60 is compressed again by the gas compressor 60, the cooler 41 is cooled to a temperature that does not exceed the heat resistance temperature of the gas compressor 60.

本システムにはガスタービン１の停止時に混合ガス燃料２０１やＢＦＧ１１１を焼却するフレアスタック９を設置する。フレアスタック９のパイロットバーナ１０用燃料には、第二のガス燃料よりも発熱量の多い起動用燃料７を用いる。起動用燃料７はポンプ８を用いて加圧され、系統２６０を通り流量調節弁２１，燃料遮断弁２２を介してフレアスタックへ供給される。起動用燃料７とは別に、ガス圧縮機６０で昇圧された混合燃料ガス２０１をフレアスタック９へ供給する系統２６１を持ち、系統２６１には流量調節弁２３、燃料遮断弁２４を備える。さらに、ＢＦＧ１１１をフレアスタック９へ供給する系統２６２を持ち、系統２６２には流量調節弁２５，燃料遮断弁２６を備える。起動用燃料７、混合燃料ガス２０１、およびＢＦＧ１１１を燃焼するための空気はブロア６１からフレアスタック９へ供給される。 In this system, a flare stack 9 for incinerating the mixed gas fuel 201 and the BFG 111 when the gas turbine 1 is stopped is installed. As the fuel for the pilot burner 10 of the flare stack 9, the starting fuel 7 having a larger calorific value than the second gas fuel is used. The starting fuel 7 is pressurized using the pump 8, passes through the system 260, and is supplied to the flare stack via the flow rate control valve 21 and the fuel cutoff valve 22. In addition to the starting fuel 7, the system has a system 261 that supplies the mixed fuel gas 201 pressurized by the gas compressor 60 to the flare stack 9, and the system 261 includes a flow control valve 23 and a fuel cutoff valve 24. Furthermore, a system 262 for supplying the BFG 111 to the flare stack 9 is provided, and the system 262 includes a flow rate adjusting valve 25 and a fuel cutoff valve 26. Air for burning the starting fuel 7, the mixed fuel gas 201, and the BFG 111 is supplied from the blower 61 to the flare stack 9.

次にフレアスタック９の燃料供給位置について、図２を用いて説明する。フレアスタック９には起動用燃料７、混合燃料ガス２０１およびＢＦＧ１１１を供給するノズルを備える。また、ノズルの外周側には燃焼用空気をブロア６１から供給する構造になっている。 Next, the fuel supply position of the flare stack 9 will be described with reference to FIG. The flare stack 9 includes a nozzle for supplying the starting fuel 7, the mixed fuel gas 201, and the BFG 111. In addition, combustion air is supplied from the blower 61 to the outer peripheral side of the nozzle.

本実施例のフレアスタック９は、パイロットバーナ１０用の燃料である起動用燃料７が噴霧されるノズルの外周に混合燃料ガス２０１を供給する構造を持つ。また、本実施例のフレアスタックは、ＢＦＧ１１１が起動用燃料７および混合燃料ガス２０１とは別の位置から供給するような構造を持つ。具体的には、起動用燃料７および混合燃料ガス２０１を供給するノズルよりも、ＢＦＧ１１１を供給するノズルがフレアスタックのガス流れ方向について下流側に設けられている。この構成により、ＢＦＧ１１１は、パイロットバーナ１０の火炎よりも下流に供給することができる。そのため、ＢＦＧ１１１はパイロットバーナ１０で発生する高温の燃焼ガスと混合し、安定して火炎を形成する。 The flare stack 9 of the present embodiment has a structure in which the mixed fuel gas 201 is supplied to the outer periphery of the nozzle to which the starting fuel 7 that is the fuel for the pilot burner 10 is sprayed. Further, the flare stack of the present embodiment has a structure in which the BFG 111 supplies the fuel from a position different from the starting fuel 7 and the mixed fuel gas 201. Specifically, the nozzle for supplying the BFG 111 is provided downstream of the nozzle for supplying the starting fuel 7 and the mixed fuel gas 201 in the flare stack gas flow direction. With this configuration, the BFG 111 can be supplied downstream from the flame of the pilot burner 10. Therefore, the BFG 111 is mixed with the high-temperature combustion gas generated in the pilot burner 10 and stably forms a flame.

ＢＦＧ１１１にＣＯＧ１１０を添加された混合燃料ガス２０１は水素濃度がＢＦＧ１１１より高く、ガス圧縮機６０で加圧されたことにより温度が上昇するので燃焼性が高い。この燃焼性の高い混合燃料ガス２０１をパイロットバーナ１０の周囲へ供給してもパイロットバーナの燃焼安定性は保たれる。本実施例のフレアスタック９は、パイロットバーナ１０用の燃料である起動用燃料７が噴霧されるノズルの外周に混合燃料ガス２０１を供給する構造を持つ。そうすると、混合燃料ガス２０１を供給して投入熱量を増加させることができるため、その分、起動用燃料７の消費量を低減できる。 The mixed fuel gas 201 in which the COG 110 is added to the BFG 111 has a hydrogen concentration higher than that of the BFG 111, and the temperature rises due to pressurization by the gas compressor 60, so that the combustibility is high. Even if this highly combustible mixed fuel gas 201 is supplied to the periphery of the pilot burner 10, the combustion stability of the pilot burner is maintained. The flare stack 9 of the present embodiment has a structure in which the mixed fuel gas 201 is supplied to the outer periphery of the nozzle to which the starting fuel 7 that is the fuel for the pilot burner 10 is sprayed. Then, the mixed fuel gas 201 can be supplied to increase the amount of input heat, and accordingly, the consumption of the starting fuel 7 can be reduced accordingly.

一方、ＢＦＧ１１１は発熱量が低く体積流量が大きい。ＢＦＧ１１１をパイロットバーナ１０から離れた位置へ供給することで、燃焼性の低い燃料とパイロットバーナ１０で形成される火炎との干渉を避け、火炎の吹き飛びを抑制する。ＢＦＧの噴射方向はパイロットバーナ１０の燃料供給方向と直交させ、パイロットバーナ１０の火炎で形成される循環流を妨げない位置に設置することが好ましい。これにより供給されたＢＦＧは、パイロットバーナ１０で形成される循環流の形成を妨げることなく燃焼ガスと混合し、安定した火炎を形成する。循環流はパイロットバーナ１０へ吹き込む空気の旋回角や流速によって形成される領域が決まる。そのため、この領域を考慮してパイロットバーナ１０の構造からＢＦＧ１１１の供給位置を設計できる。 On the other hand, BFG111 has a low calorific value and a large volume flow rate. By supplying the BFG 111 to a position away from the pilot burner 10, interference between the low combustibility fuel and the flame formed by the pilot burner 10 is avoided, and the blow-off of the flame is suppressed. It is preferable that the BFG injection direction is orthogonal to the fuel supply direction of the pilot burner 10 and is installed at a position where the circulation flow formed by the flame of the pilot burner 10 is not hindered. The BFG thus supplied mixes with the combustion gas without disturbing the formation of the circulating flow formed by the pilot burner 10 and forms a stable flame. The circulation flow is determined by the swirl angle and flow velocity of the air blown into the pilot burner 10. Therefore, the supply position of the BFG 111 can be designed from the structure of the pilot burner 10 in consideration of this region.

パイロットバーナ１０への燃焼用空気の供給には４系統が備えられている。弁２７を介して起動用燃料を噴霧するノズルの外周へ供給される系統と、弁２８を介して混合燃料ガス用ノズルの近傍へ供給される系統と、弁２９を介してＢＦＧ用ノズルの外周へ供給される系統と、弁３０を介してフレアスタック９の出口付近へ供給される系統である。各燃料ノズルから供給される燃料流量に適した燃焼用空気の流量を保つために、弁２７、２８、２９の開度を調節して燃焼用空気量を加減する。ブロア６１からフレアスタック９へ供給される燃焼用空気の圧力を一定に保つために、燃焼用空気の一部は弁３０を介してフレアスタック９の上部に供給され大気中に放出される。 Four systems are provided for supplying combustion air to the pilot burner 10. A system supplied to the outer periphery of the nozzle for spraying the starting fuel through the valve 27, a system supplied to the vicinity of the mixed fuel gas nozzle through the valve 28, and an outer periphery of the BFG nozzle through the valve 29 And a system supplied to the vicinity of the outlet of the flare stack 9 via the valve 30. In order to maintain the flow rate of combustion air suitable for the flow rate of fuel supplied from each fuel nozzle, the amount of combustion air is adjusted by adjusting the opening degree of the valves 27, 28, and 29. In order to keep the pressure of the combustion air supplied from the blower 61 to the flare stack 9 constant, a part of the combustion air is supplied to the upper part of the flare stack 9 via the valve 30 and released into the atmosphere.

以上の通り、本実施例のガスタービンでは、パイロットバーナ１０よりも下流側に、第一の燃料であるＢＦＧ１１１を噴射するノズルを設けている。ＢＦＧ１１１の燃焼用空気を供給する手段も、パイロットバーナ１０よりも下流側に設けている。このような位置関係とすることで、ＢＦＧ１１１やＢＦＧ１１１の燃焼用空気は、フレアスタック９内で起動用燃料７や混合燃料ガス２０１の燃焼によって生成した高温の燃焼ガスと混合する。そうすると、ＢＦＧ１１１やその燃焼用空気の温度が上昇して燃焼しやすい状態になる。そのため、ＢＦＧの燃焼安定性が向上し、未燃のまま大気中にＢＦＧが放出されることを抑制できる。 As described above, in the gas turbine of this embodiment, the nozzle for injecting the BFG 111 as the first fuel is provided on the downstream side of the pilot burner 10. Means for supplying combustion air for the BFG 111 is also provided downstream of the pilot burner 10. With this positional relationship, the combustion air of the BFG 111 and the BFG 111 is mixed with the high-temperature combustion gas generated by the combustion of the starting fuel 7 and the mixed fuel gas 201 in the flare stack 9. If it does so, it will be in the state which the temperature of BFG111 and its combustion air rises, and it is easy to burn. Therefore, the combustion stability of BFG improves and it can suppress that BFG is discharge | released in air | atmosphere with unburned.

上記の構造を有することで、フレアスタック９においてパイロットバーナ１０を失火させることを抑制しつつ、ＢＦＧを安定燃焼させることが可能になる。更に、ガスタービンの停止時において、製鉄所等から生成する低カロリーガス燃料の大気への放出を防止できる。この低カロリーガス燃料には有毒な可燃性ガスである一酸化炭素などが含まれるため、本実施例のガスタービンシステムによれば、環境負荷を低減することが可能である。 By having the above structure, it is possible to stably burn BFG while suppressing misfiring of the pilot burner 10 in the flare stack 9. Furthermore, when the gas turbine is stopped, it is possible to prevent the low calorie gas fuel generated from the steelworks or the like from being released into the atmosphere. Since this low-calorie gas fuel contains carbon monoxide, which is a toxic and flammable gas, according to the gas turbine system of this embodiment, it is possible to reduce the environmental load.

本実施例では燃料にＢＦＧ等の低カロリー燃料を用いるガスタービンを緊急停止させることや、部分負荷で運転させるために好適なガスタービンシステムの構成例について説明する。特に、高炉で発生するＢＦＧの全量をガスタービンで消費するように設計されたシステムにおいて、早期にフレアスタックへ余剰のＢＦＧを放出できるシステム構成について説明する。 In this embodiment, a configuration example of a gas turbine system suitable for emergency stop of a gas turbine using a low-calorie fuel such as BFG as a fuel or operation with a partial load will be described. In particular, a system configuration capable of releasing surplus BFG to the flare stack at an early stage in a system designed to consume all of the BFG generated in the blast furnace with a gas turbine will be described.

図３は実施例２に係る、ガスタービンシステムと燃料供給系統の概略を示したものである。実施例１に対し、本実施例のガスタービンシステムは、ガスタービンの空気圧縮機２の中間段から圧縮空気を抽気する系統１０５および弁３１を備え、フレアスタック９の燃焼空気を供給する系統１０４に圧縮空気を送る構成が追加されている。また、フレアスタック９内に熱交換器４０を設け、フレアスタック９内で燃焼によって生じた高温の燃焼ガスによって熱交換器内を通過する空気圧縮機２から抽気された燃焼用空気やブロア６１で供給される燃焼用空気を加熱する構成が追加されている。 FIG. 3 shows an outline of a gas turbine system and a fuel supply system according to the second embodiment. In contrast to the first embodiment, the gas turbine system of the present embodiment includes a system 105 and a valve 31 for extracting compressed air from an intermediate stage of the air compressor 2 of the gas turbine, and a system 104 for supplying combustion air of the flare stack 9. The structure which sends compressed air to is added. Further, a heat exchanger 40 is provided in the flare stack 9, and combustion air or blower 61 extracted from the air compressor 2 passing through the heat exchanger by high-temperature combustion gas generated by combustion in the flare stack 9 is used. The structure which heats the combustion air supplied is added.

ガスタービンの起動中はガスタービンから圧縮空気の一部を抽気して、燃焼用空気としてフレアスタックへ供給する。これにより、ブロア６１の運転が不要となり、ブロアにかかる動力コストを低減できる。 During startup of the gas turbine, a part of the compressed air is extracted from the gas turbine and supplied to the flare stack as combustion air. Thereby, the operation of the blower 61 becomes unnecessary, and the power cost for the blower can be reduced.

ガスタービンの停止時には弁３１を閉じ、弁３２を開けてブロア側から燃焼用空気を供給する。ブロア側の弁３２を徐々に開け、ガスタービン側の弁３２を閉じることで燃焼空気の圧力を一定に保ち、空気流量の変化を防止する。 When the gas turbine is stopped, the valve 31 is closed and the valve 32 is opened to supply combustion air from the blower side. By gradually opening the valve 32 on the blower side and closing the valve 32 on the gas turbine side, the pressure of the combustion air is kept constant and changes in the air flow rate are prevented.

次に、図４を用いて、本実施例のフレアスタック９周辺の系統について説明する。 Next, the system around the flare stack 9 of this embodiment will be described with reference to FIG.

空気圧縮機２から抽気された空気は弁３１を介して系統１０４へ供給される。抽気された空気の一部は弁３５を介してフレアスタック９の上部へ逃がす。ブロア６１から供給する燃焼用空気については弁３２を介してパイロットバーナ１０や第一のガス燃料ＢＦＧ１１１と第二のガス燃料ＣＯＧ１１０との混合燃料ガスを噴射するノズルの外周、ＢＦＧ１１１を供給するノズルの外周へ供給する。また、弁３０を介して燃焼用空気の一部をフレアスタック９の上部へ噴出する系統を持つ。フレアスタック９内の火炎を形成する領域に供給する燃焼用空気の供給量が過剰とならないように、フレアスタック９の上部へ噴出する空気の流量を調整する。このように調整することで、燃焼用空気の過剰供給によるフレアスタック９内での燃焼安定性低下を抑制する。 The air extracted from the air compressor 2 is supplied to the system 104 via the valve 31. A part of the extracted air is released to the upper part of the flare stack 9 through the valve 35. As for the combustion air supplied from the blower 61, the outer periphery of the nozzle that injects the mixed fuel gas of the pilot burner 10 and the first gas fuel BFG 111 and the second gas fuel COG 110 via the valve 32, and the nozzle that supplies the BFG 111 Supply to the outer periphery. In addition, a system for ejecting a part of the combustion air to the upper part of the flare stack 9 through the valve 30 is provided. The flow rate of the air jetted to the upper part of the flare stack 9 is adjusted so that the supply amount of combustion air supplied to the flame forming region in the flare stack 9 does not become excessive. By adjusting in this way, the combustion stability fall in the flare stack 9 by the excessive supply of combustion air is suppressed.

図４に示すように、本実施例のガスタービンシステムでは、弁２９を通過した空気を、フレアスタック９内に設けられた熱交換器４０に供給する空気供給系統を備えている。熱交換器４０で加熱された空気は、ＢＦＧ１１１を噴射するノズルの外周側に設けられた空気噴射ノズルに、燃焼用空気として供給される。ここで、空気噴射ノズルを外周側に設ける理由は、噴射されたＢＦＧと燃焼用空気の混合を促進するように、燃焼用空気をＢＦＧ１１１に向かって噴射することを可能にするためである。熱交換器４０では、起動用燃料７等の燃焼により生じた高温の燃焼ガスと熱交換させることで、ＢＦＧ１１１の燃焼用空気を加熱している。そうすると、燃焼用空気の温度が高くなり、ＢＦＧ１１１の燃焼安定性が向上する。これにより、ＢＦＧ１１１の失火リスクを低下させることができ、未燃燃料の排出を抑制することが可能である。 As shown in FIG. 4, the gas turbine system of this embodiment includes an air supply system that supplies the air that has passed through the valve 29 to a heat exchanger 40 provided in the flare stack 9. The air heated by the heat exchanger 40 is supplied as combustion air to an air injection nozzle provided on the outer peripheral side of the nozzle that injects the BFG 111. Here, the reason why the air injection nozzle is provided on the outer peripheral side is to enable the combustion air to be injected toward the BFG 111 so as to promote the mixing of the injected BFG and the combustion air. In the heat exchanger 40, the combustion air of the BFG 111 is heated by exchanging heat with the high-temperature combustion gas generated by the combustion of the starting fuel 7 and the like. If it does so, the temperature of combustion air will become high and the combustion stability of BFG111 will improve. Thereby, the misfire risk of BFG111 can be reduced and discharge | emission of unburned fuel can be suppressed.

弁２９を介して供給される燃焼用空気は熱交換器４０で常に加熱されているため、ガスタービン１の緊急停止時あるいは部分負荷運転時に流量調節弁１７の開度を下げると同時に系統２６２からＢＦＧ１１１をフレアスタック９へ供給しても、燃焼安定性を確保しやすい。したがって、ＢＦＧ１１１を大量に貯留する必要が無いためガスホルダの容積を小さくでき、ガスホルダの建設コストを低減できる。 Since the combustion air supplied through the valve 29 is constantly heated by the heat exchanger 40, the opening of the flow rate control valve 17 is reduced at the same time when the gas turbine 1 is stopped urgently or during partial load operation. Even if the BFG 111 is supplied to the flare stack 9, it is easy to ensure combustion stability. Therefore, since it is not necessary to store a large amount of BFG 111, the volume of the gas holder can be reduced, and the construction cost of the gas holder can be reduced.

なお、熱交換器４０は複数設けることが可能であり、上述のＢＦＧ噴射ノズルの外周へ燃焼用空気を供給する系統以外の系統に設けても良い。例えば、図５に示すように、弁２７を介して起動用燃料７を噴霧するノズルの外周へ燃焼用空気を供給する系統の途中に燃焼用空気を加熱するための熱交換器４０を設けても良い。また、図６に示すように、弁２８を介して混合燃料ガス用ノズルの近傍へ燃焼用空気を供給する系統の途中に燃焼用空気を加熱するための熱交換器４０を設けても良い。これらの系統中に熱交換器４０を設けることで、パイロットバーナ１０の失火が抑制される。パイロットバーナ１０が安定して燃焼することで、ＢＦＧ１１１についても安定した燃焼が可能になる。 A plurality of heat exchangers 40 can be provided, and may be provided in a system other than the system that supplies combustion air to the outer periphery of the BFG injection nozzle described above. For example, as shown in FIG. 5, a heat exchanger 40 for heating combustion air is provided in the middle of a system that supplies combustion air to the outer periphery of a nozzle that sprays the starting fuel 7 through a valve 27. Also good. Further, as shown in FIG. 6, a heat exchanger 40 for heating the combustion air may be provided in the middle of a system that supplies the combustion air to the vicinity of the mixed fuel gas nozzle via the valve 28. By providing the heat exchanger 40 in these systems, misfire of the pilot burner 10 is suppressed. As the pilot burner 10 burns stably, the BFG 111 can also be burned stably.

このように、燃焼用空気の熱交換器４０を設置することで、パイロットバーナ１０での燃焼によって生じる燃焼ガスの温度が低くても、ＢＦＧの燃焼安定性を保つことができる。そのため、パイロットバーナ１０用の起動用燃料７の供給量を減らすことができ、起動用燃料７のランニングコストを削減できる。また、起動用燃料の減少によりパイロットバーナ１０用の燃焼用空気の供給量を減らすことができるので、空気圧縮機２から抽気する空気量を低減でき、ガスタービン１の出力低下を抑制できる。さらに、必要以上に大きなブロア６１を設置する必要をなくせるので、初期コストを低減できる。 Thus, by installing the heat exchanger 40 for combustion air, the combustion stability of BFG can be maintained even when the temperature of the combustion gas generated by the combustion in the pilot burner 10 is low. Therefore, the supply amount of the starting fuel 7 for the pilot burner 10 can be reduced, and the running cost of the starting fuel 7 can be reduced. Moreover, since the supply amount of the combustion air for the pilot burner 10 can be reduced by reducing the starting fuel, the amount of air extracted from the air compressor 2 can be reduced, and the output reduction of the gas turbine 1 can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to install an unnecessarily large blower 61, the initial cost can be reduced.

以上述べてきたように、本実施例のガスタービンシステムは、ガスタービンの空気圧縮機２の中間段から圧縮空気を抽気する系統１０５および弁３１を備え、フレアスタック９の燃焼空気を供給する系統１０４に圧縮空気を送る構成とを備えている。更に、フレアスタック９内に熱交換器４０を備え、ＢＦＧの噴射ノズル外周へ供給する燃焼用空気を加熱する構成を備えている。 As described above, the gas turbine system according to this embodiment includes the system 105 and the valve 31 for extracting compressed air from the intermediate stage of the air compressor 2 of the gas turbine, and supplies the combustion air of the flare stack 9. 104 is configured to send compressed air to 104. Furthermore, the heat exchanger 40 is provided in the flare stack 9, and the structure which heats the combustion air supplied to the outer periphery of the injection nozzle of BFG is provided.

上記の構成を備えることで、フレアスタック９に供給する燃焼用空気を空気圧縮機２から得ることができ、ブロア６１にかかる動力コストを低減できる。更に、熱交換器４０で燃焼用空気を加熱することができ、ＢＦＧ１１１の燃焼安定性が増加する。また、起動用燃料７と燃焼用空気の供給量を低減させることも可能となる。したがって、ＢＦＧ１１１をフレアスタック９へ早期に供給しても十分に燃焼することができる。そして、設置するブロア６１の大きさやガスホルダの容積が最小限に抑えられるため、初期設備コストを下げられる。ゆえに、本実施例に示すガスタービンシステムは、少ない初期設備コストで、製鉄所等で発生し続けるＢＦＧのような低カロリーガス燃料を有効利用しつつ、ガスタービンの停止時にも低カロリーガス燃料の大気への放出が抑制でき、環境負荷を低減できる。 By providing the above configuration, combustion air to be supplied to the flare stack 9 can be obtained from the air compressor 2, and the power cost for the blower 61 can be reduced. Further, the combustion air can be heated by the heat exchanger 40, and the combustion stability of the BFG 111 is increased. It is also possible to reduce the supply amount of the starting fuel 7 and the combustion air. Therefore, even if the BFG 111 is supplied to the flare stack 9 at an early stage, sufficient combustion can be achieved. Since the size of the blower 61 to be installed and the volume of the gas holder can be minimized, the initial equipment cost can be reduced. Therefore, the gas turbine system shown in the present embodiment uses low-calorie gas fuel such as BFG that continues to be generated in steelworks, etc., with low initial equipment cost, and also when the gas turbine is stopped, Release to the atmosphere can be suppressed, and the environmental load can be reduced.

本実施例では、実施例２とは異なる構成であって、燃料にＢＦＧ等の低カロリー燃料を用いるガスタービンシステムを緊急停止させたり部分負荷で運転させたりする際に好適なシステム構成について、その構成例とガスタービン停止時の運転方法の例を説明する。なお、本実施例は、製鉄所における高炉で発生するＢＦＧの反応性を上げることで、フレアスタック内での燃焼安定性を向上させることが可能なシステムに関する。 In this embodiment, the system configuration is different from that of the second embodiment, and a system configuration suitable for emergency stop or partial load operation of a gas turbine system that uses a low-calorie fuel such as BFG as the fuel. A configuration example and an example of an operation method when the gas turbine is stopped will be described. In addition, a present Example is related with the system which can improve the combustion stability in a flare stack by raising the reactivity of BFG generated in the blast furnace in a steelworks.

図７は実施例３に係る、ガスタービンとその燃料流量制御方法の概略を示したものである。本実施例のガスタービンシステムは、系統２６２を通じて、ＢＦＧ１１１をフレアスタック９内に設けられた熱交換器４０に供給できる。熱交換器４０で加熱されたＢＦＧ１１１はフレアスタック９に供給される。このような構成により、フレアスタック９内でＢＦＧ１１１を安定して燃焼させることができる。加熱されることでＢＦＧ１１１の反応性が向上し、火炎の吹き飛びを抑制することができるからである。また、本実施例のガスタービンシステムは、不活性媒体である窒素を供給する手段、窒素を熱交換器４０に供給する系統も備えている。なお、ＢＦＧは水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素などが主成分である。そのため、加熱による燃料重合で生じる炭素やガム状物質などの析出リスクが低く、熱交換器４０での加熱が可能である。 FIG. 7 shows an outline of a gas turbine and its fuel flow rate control method according to the third embodiment. The gas turbine system of the present embodiment can supply the BFG 111 to the heat exchanger 40 provided in the flare stack 9 through the system 262. The BFG 111 heated by the heat exchanger 40 is supplied to the flare stack 9. With such a configuration, the BFG 111 can be stably burned in the flare stack 9. It is because the reactivity of BFG111 improves and it can suppress the blow-off of a flame by being heated. Further, the gas turbine system of this embodiment also includes means for supplying nitrogen as an inert medium and a system for supplying nitrogen to the heat exchanger 40. BFG is mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and the like. Therefore, the risk of precipitation of carbon and gum-like substances generated by fuel polymerization by heating is low, and heating with the heat exchanger 40 is possible.

本実施利のガスタービン１の通常運転時には、第一のガス燃料であるＢＦＧ１１１は第二のガス燃料であるＣＯＧ１１０と混合されて燃焼器３の燃料として利用される。一方、ＢＦＧ１１１を熱交換器４０に供給する系統に設けられた遮断弁２６と流量調節弁２５は閉じられており、ＢＦＧ１１１はフレアスタックに供給されない。また、空気圧縮機２から燃焼用空気を抽気して、抽気空気の供給系統１０５から弁３１および弁３４を介して、フレアスタック９内の熱交換器４０へ供給できるよう構成している。これにより、パイロットバーナ１０で発生した燃焼ガスの熱による熱交換器４０の過加熱を抑制し、熱交換器４０を保護できる。 During normal operation of the gas turbine 1 according to the present embodiment, the BFG 111 as the first gas fuel is mixed with the COG 110 as the second gas fuel and used as fuel for the combustor 3. On the other hand, the shutoff valve 26 and the flow control valve 25 provided in the system for supplying the BFG 111 to the heat exchanger 40 are closed, and the BFG 111 is not supplied to the flare stack. Further, the combustion air is extracted from the air compressor 2 and can be supplied from the supply system 105 of the extracted air to the heat exchanger 40 in the flare stack 9 via the valve 31 and the valve 34. Thereby, the overheating of the heat exchanger 40 due to the heat of the combustion gas generated in the pilot burner 10 can be suppressed, and the heat exchanger 40 can be protected.

図８を用いて、ガスタービン１の停止時における、本実施例に示すシステムの運転手順を説明する。図８は、フレアスタック９に供給される流体の流量の時間変化を示した図である。縦軸はフレアスタック９に供給される流体の流量を示す。横軸は時間を示し、ガスタービン１の停止信号が発せられた時間を原点としている。 The operating procedure of the system shown in this embodiment when the gas turbine 1 is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing the change over time of the flow rate of the fluid supplied to the flare stack 9. The vertical axis indicates the flow rate of the fluid supplied to the flare stack 9. The horizontal axis represents time, and the origin is the time when the gas turbine 1 stop signal is issued.

本実施例のシステムにおいては、ガスタービン１が停止した場合、ＢＦＧ１１１は熱交換器４０で加熱されてからフレアスタック９内で焼却される。しかしこの時、過加熱抑制のために空気圧縮機２から供給していた抽気空気が熱交換器４０内に残っていると、加熱されて反応性の高くなったＢＦＧ１１１と空気が混合されて爆発する可能性がある。 In the system of the present embodiment, when the gas turbine 1 is stopped, the BFG 111 is heated by the heat exchanger 40 and then incinerated in the flare stack 9. However, at this time, if the extracted air supplied from the air compressor 2 to suppress overheating remains in the heat exchanger 40, the BFG 111 which has been heated and becomes highly reactive and the air are mixed and explode. there's a possibility that.

そのため、ガスタービンの停止時には、空気が熱交換器４０へ供給されるのを遮断する。時間ａまでかけて、熱交換器４０に空気を供給する系統に設けられている弁３４を徐々に閉じる。弁３４を閉じ始めるのと同時に弁３５を開け、窒素を空気の供給系統の一部を介して供給することで、熱交換器４０内の空気を窒素に置換していく。時間ａになり、弁３４が完全に閉じられることで熱交換器４０への空気の流入量は０となる。 Therefore, when the gas turbine is stopped, the supply of air to the heat exchanger 40 is blocked. Over time a, the valve 34 provided in the system supplying air to the heat exchanger 40 is gradually closed. Simultaneously with the start of closing the valve 34, the valve 35 is opened, and nitrogen is supplied through a part of the air supply system, whereby the air in the heat exchanger 40 is replaced with nitrogen. At time a, the valve 34 is completely closed, so that the amount of air flowing into the heat exchanger 40 becomes zero.

一方、時間ａで弁３５は全開となり、窒素の流入量は固定される。その後、熱交換器４０内に残った空気を完全に窒素で置換するために、時間ｂまでそのまま窒素を供給する。なお、空気を窒素でより確実に置換するには、窒素の供給量を熱交換器の配管内の容積の２倍以上とすることが好ましい。また、弁３５の開放時間を制御装置に備えたタイマなどでセットすることも可能である。そして、時間ｂとなり、熱交換器４０内に残った空気を窒素に置換し終えたら、熱交換器４０にＢＦＧ１１１を供給し始める。このように熱交換器４０内の燃焼用空気を窒素に置換することで、熱交換器４０内にＢＦＧ１１１をした際に空気とＢＦＧ１１１が混合されるのを未然に防ぐことができ、爆発を防止できる。 On the other hand, at time a, the valve 35 is fully opened, and the inflow amount of nitrogen is fixed. Thereafter, in order to completely replace the air remaining in the heat exchanger 40 with nitrogen, nitrogen is supplied as it is until time b. In order to more reliably replace air with nitrogen, it is preferable that the supply amount of nitrogen is set to be twice or more the volume in the pipe of the heat exchanger. Further, the opening time of the valve 35 can be set by a timer or the like provided in the control device. Then, at time b, when the air remaining in the heat exchanger 40 has been replaced with nitrogen, the supply of the BFG 111 to the heat exchanger 40 is started. By replacing the combustion air in the heat exchanger 40 with nitrogen in this way, it is possible to prevent the air and the BFG 111 from being mixed when the BFG 111 is put into the heat exchanger 40, thereby preventing an explosion. it can.

また、ガスタービン停止後の燃焼用空気を確保するために、ガスタービンを停止する信号を受け次第ブロア６１を起動する。ブロア６１の起動と同時に、弁３１を閉じ、弁３２を開ける。こうして、燃焼用空気をフレアスタック９内に供給する系統１０４を流れる燃焼用空気は、空気圧縮機２から抽気された空気からブロア６１から供給される空気となる。 Further, in order to secure the combustion air after the gas turbine is stopped, the blower 61 is started as soon as a signal for stopping the gas turbine is received. Simultaneously with the activation of the blower 61, the valve 31 is closed and the valve 32 is opened. Thus, the combustion air flowing through the system 104 that supplies combustion air into the flare stack 9 becomes air supplied from the blower 61 from the air extracted from the air compressor 2.

ガスタービン停止時には、ガスタービンへの燃料供給を止めるために、燃料遮断弁１８と流量調節弁１６および１７が閉じられる。そうすると、ガス圧縮機６０で加圧されたＢＦＧとＣＯＧの混合燃料ガス２０１は、燃料系統２５０内に圧力が高いまま封入される。そこで、ガスタービン１の停止と同時に燃料遮断弁２４を開けて流量調節弁２３を開放していくことで、燃料系統２５０内に封入されている混合燃料ガス２０１は系統２６１を介してフレアスタック９へ徐々に供給される。混合燃料ガス２０１がフレアスタック９に供給されて混合燃料ガス２０１の燃焼が始まると、フレアスタック９内の温度が上昇する。そのため、時間ｃまでは起動用燃料７の供給量を下げていっても、フレアスタック内では安定した燃焼が保たれる。 When the gas turbine is stopped, the fuel cutoff valve 18 and the flow control valves 16 and 17 are closed to stop the fuel supply to the gas turbine. Then, the mixed fuel gas 201 of BFG and COG pressurized by the gas compressor 60 is enclosed in the fuel system 250 while the pressure is high. Therefore, the mixed fuel gas 201 enclosed in the fuel system 250 is opened via the system 261 by opening the fuel cutoff valve 24 and opening the flow rate adjusting valve 23 simultaneously with the stop of the gas turbine 1. Is gradually supplied to. When the mixed fuel gas 201 is supplied to the flare stack 9 and the combustion of the mixed fuel gas 201 starts, the temperature in the flare stack 9 rises. For this reason, stable combustion is maintained in the flare stack even if the supply amount of the starting fuel 7 is lowered until time c.

混合燃料ガス２０１の圧力は圧力計３６で監視する。圧力が徐々に低下して、混合燃料ガス２０１の流量が低下したことを検知したら（時間ｃ）、流量調節弁２１の開度を変え起動用燃料７の流量を増加させる。但しこの際、フレアスタック内にはＢＦＧが供給されているので、フレアスタック内の燃焼ガスの流量はガスタービン１の停止時よりも増加している。燃焼ガスの流量増加によって、熱交換器４０の熱伝達率が上昇するため、ＢＦＧ１１１は温度が上昇した状態でフレアスタック９内に供給される。したがって、時間ｅにおける起動用燃料７の供給量がガスタービン１の停止時の供給量より少なくても、ＢＦＧ１１１の燃焼安定性を保つことができる。 The pressure of the mixed fuel gas 201 is monitored by a pressure gauge 36. When it is detected that the pressure has gradually decreased and the flow rate of the mixed fuel gas 201 has decreased (time c), the flow rate of the starting fuel 7 is increased by changing the opening of the flow rate control valve 21. However, at this time, since BFG is supplied into the flare stack, the flow rate of the combustion gas in the flare stack is higher than when the gas turbine 1 is stopped. Since the heat transfer coefficient of the heat exchanger 40 increases due to the increase in the flow rate of the combustion gas, the BFG 111 is supplied into the flare stack 9 in a state where the temperature has increased. Therefore, the combustion stability of the BFG 111 can be maintained even if the supply amount of the startup fuel 7 at time e is smaller than the supply amount when the gas turbine 1 is stopped.

一方、時間ｂから時間ｄまでは、窒素の供給量を下げると同時に遮断弁２６を開放し、流量調節弁２５を徐々に開放する。そうすることで、窒素で満たされていた熱交換器４０内へのＢＦＧ１１１の供給量を増加させる。熱交換器４０で加熱されたＢＦＧ１１１はフレアスタック９のパイロットバーナ１０の下流側に噴射され、焼却される。なお、安定した燃焼を維持するために、ＢＦＧ１１１と窒素の供給量の合計は一定に保つことが望ましい。 On the other hand, from time b to time d, the shutoff valve 26 is opened at the same time as the supply amount of nitrogen is lowered, and the flow control valve 25 is gradually opened. By doing so, the supply amount of BFG111 into the heat exchanger 40 filled with nitrogen is increased. The BFG 111 heated by the heat exchanger 40 is injected downstream of the pilot burner 10 of the flare stack 9 and incinerated. In order to maintain stable combustion, it is desirable to keep the total amount of BFG 111 and nitrogen supplied constant.

上記の通り、本実施例のガスタービンシステムは、ＢＦＧ１１１を熱交換器９で加熱してからフレアスタック９内に噴射する構成を備える。この構成により、ＢＦＧ１１１の反応性が上がり、フレアスタック９内での燃焼安定性を向上させることが可能である。燃焼安定性が向上することで、ガスタービン１の緊急停止時あるいは部分負荷運転時に流量調節弁１７の開度を下げて系統２６２から余剰分のＢＦＧ１１１をフレアスタック９へ供給しても、安定した燃焼が確保できる。したがって、ＢＦＧ１１１を大量に貯留する必要が無くなるのでガスホルダの容積を小さくでき、ガスホルダの建設コストを低減できる。また、ＢＦＧ１１１の燃焼安定性を向上させることで、燃料価格が高い起動用燃料７の供給量を減らすことが可能となり、ランニングコストを抑制できる。さらに、フレアスタック９における失火によるＢＦＧ１１１の大気放出という事態の発生を抑制できる。以上の効果により、安定した運転可能な環境負荷の少ないガスタービンシステムを提供できる。 As described above, the gas turbine system according to the present embodiment has a configuration in which the BFG 111 is heated by the heat exchanger 9 and then injected into the flare stack 9. With this configuration, the reactivity of the BFG 111 is increased, and the combustion stability in the flare stack 9 can be improved. By improving the combustion stability, the gas turbine 1 is stable even when the opening amount of the flow control valve 17 is lowered and the surplus BFG 111 is supplied from the system 262 to the flare stack 9 at the time of emergency stop or partial load operation. Combustion can be secured. Therefore, since it is not necessary to store a large amount of BFG 111, the volume of the gas holder can be reduced, and the construction cost of the gas holder can be reduced. Further, by improving the combustion stability of the BFG 111, it becomes possible to reduce the supply amount of the starting fuel 7 having a high fuel price, and the running cost can be suppressed. Furthermore, the occurrence of a situation where the BFG 111 is released into the atmosphere due to misfire in the flare stack 9 can be suppressed. With the above effects, it is possible to provide a gas turbine system that can be stably operated and has a low environmental load.

なお、本実施例１、２および３ではカロリーの異なる燃料の組み合わせとして、第一のガス燃料をＢＦＧ、第二のガス燃料をＣＯＧとして例に挙げて説明しているが、ＢＦＧとＣＯＧの組み合わせ以外であっても適用が可能である。 In the first, second, and third embodiments, the first gas fuel is BFG and the second gas fuel is COG as an example of a combination of fuels having different calories, but the combination of BFG and COG It is possible to apply even if it is not.

１ガスタービン
２空気圧縮機
３燃焼器
４タービン
６発電機
７起動用燃料
８ポンプ
９フレアスタック
１０パイロットバーナ
１１圧力調整弁
１４，１８，２２，２４，２６燃料遮断弁
１５，１６，１７，１９，２１，２３，２５流量調節弁
２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５弁
３６圧力計
３７温度計
３８，３９流量計
４０熱交換器
４１冷却器
５０負荷検出器
５１流量制御器
６０ガス圧縮機
６１，６２ブロア
１０１大気空気
１０２圧縮空気
１０３燃焼ガス
１０４燃焼用空気
１０５抽気空気
１１０ＣＯＧガス
１１１ＢＦＧガス
２０１，２０２混合燃料ガス
２５０燃料系統
２５１，２５２，２６０，２６１，２６２系統
２５３戻り系統 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 2 Air compressor 3 Combustor 4 Turbine 6 Generator 7 Starting fuel 8 Pump 9 Flare stack 10 Pilot burner 11 Pressure regulating valve 14, 18, 22, 24, 26 Fuel cutoff valve 15, 16, 17, 19 , 21, 23, 25 Flow control valves 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 Valve 36 Pressure gauge 37 Thermometer 38, 39 Flow meter 40 Heat exchanger 41 Cooler 50 Load detector 51 Flow controller 60 Gas compressor 61, 62 Blower 101 Atmospheric air 102 Compressed air 103 Combustion gas 104 Combustion air 105 Extraction air 110 COG gas 111 BFG gas 201, 202 Mixed fuel gas 250 Fuel system 251, 252, 260, 261 262 system 253 return system

Claims

An air compressor for compressing air;
A gas compressor that pressurizes a mixed fuel of the first gas fuel and the second gas fuel having a larger calorific value than the first gas fuel;
A combustor that generates combustion gas by burning the compressed air compressed by the air compressor and the mixed fuel pressurized by the gas compressor;
A gas turbine driven by combustion gas generated in the combustor;
A gas turbine system having a flare stack for burning a first gas fuel;
The flare stack includes a pilot burner that burns fuel for a pilot burner that generates a larger amount of heat than the second gas fuel, and the first fuel that injects the first fuel downstream of the pilot burner. A gas turbine system having injection means.

The gas turbine system according to claim 1.
A gas turbine system comprising a mixed fuel supply means for supplying a mixed fuel of a first gas fuel and a second gas fuel on an outer peripheral side of the pilot burner.

The gas turbine system according to claim 1 or 2,
The gas turbine system according to claim 1, wherein the first fuel injection means injects the first gas fuel in a direction orthogonal to an injection direction of the pilot burner fuel.

In the gas turbine system according to claim 1-3,
A heat exchanger provided in the flare stack;
An air supply system for supplying air to the heat exchanger;
A gas turbine system comprising: air injection means for injecting air heated by the heat exchanger from an outer peripheral side of the first fuel supply means.

In the gas turbine system according to claim 1-3,
A heat exchanger provided in the flare stack for heating the first gas fuel;
A gas turbine system, wherein the first gas fuel heated by the heat exchanger is supplied to the first fuel injection means.

In the gas turbine system according to claim 1-3,
A heat exchanger provided in the flare stack;
An extraction air supply system for supplying air extracted from the air compressor to the heat exchanger;
A system for supplying a first gas fuel to the heat exchanger;
Nitrogen supply means for supplying nitrogen;
A gas turbine system comprising: a nitrogen supply system that supplies nitrogen from the nitrogen supply means to the heat exchanger.

An air compressor that compresses air, a gas compressor that pressurizes a mixed fuel of the first gas fuel, and a second gas fuel that generates more heat than the first gas fuel, and is compressed by the air compressor A gas turbine having a combustor that generates a combustion gas by burning the compressed air and the mixed fuel that has been pressurized by the gas compressor, and a gas turbine that is driven by the combustion gas generated by the combustor;
A flare stack that has a pilot burner that burns a fuel for a pilot burner that generates more heat than the second gas fuel, and that burns the first gas fuel;
In a method of operating a gas turbine system having
When the operation of the gas turbine is stopped, the supply of the mixed fuel to the combustor is stopped and the mixed fuel is supplied to the flare stack,
A method for operating a gas turbine system, wherein the first gas fuel is supplied downstream of a pilot burner in the flare stack.

The operation method of the gas turbine system according to claim 7,
During operation of the gas turbine, the extracted air from the air compressor is supplied to a heat exchanger provided in the flare stack,
When the operation of the gas turbine is stopped, an inert medium is supplied to the heat exchanger, a first gas fuel is supplied to the heat exchanger, and the first gas fuel heated by the heat exchanger is supplied to the flare. A method for operating a gas turbine system, wherein the gas turbine system is supplied downstream of a pilot burner in a stack.

The gas turbine system according to claim 1-6.
The gas turbine system, wherein the first gas fuel is BFG.

The gas turbine system according to claim 9, wherein
The gas turbine system, wherein the second gas fuel is COG.