JP2012136991A

JP2012136991A - ガスタービンシステム

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Publication number: JP2012136991A
Application number: JP2010289099A
Authority: JP
Inventors: Kanetsugu Nakamura; 兼続中村; Akinori Hayashi; 明典林; Kazuo Kurosaka; 一男黒坂; Bunji Moriwaki; 文治森脇; Tatsuya Sekiguchi; 達也関口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5427768B2

Abstract

【課題】水を用いなくともパージ用空気を冷却可能とするとともに、パージ用空気の冷却システムを小型化することを可能とするガスタービンシステムを提供する。
【解決手段】空気を圧縮する圧縮機１と、ガス燃料又は液体燃料が切り替えられて供給される燃焼器９と、該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービン２と、前記圧縮機の抽気を前記燃焼器にパージ用空気として供給するパージ系統３１，３２，３３とを備えたガスタービンシステムにおいて、前記パージ系統から前記燃焼器に供給するパージ用空気と前記液体燃料とを熱交換する熱交換器６を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はガスタービン燃料ノズルのパージ系統を備えたガスタービンシステムに関する。

ガス燃料及び液体燃料の両方を燃焼可能であり、ガスタービンの運転状態に応じて燃料を切り替えて運転する方式が実現している。このようなガスタービン燃焼器は、ガス焚き時において液体燃料の供給を止めるため、液体燃料系統に残存した液体燃料がコーキングしてしまうという問題がある。従って特許文献１には圧縮機から抽気した空気を冷却し、液体燃料系統に供給することで残存した液体燃料をパージする方法が開示されている。

特開平１１−３２４７２１号公報

液体燃料系統に供給するパージ用空気の冷却には大量の水が必要となり、大量の冷却水を確保することが困難な地域では水を使用しない冷却システムが必要となる。特許文献１に記載の技術では、冷却方式が空冷しかないため冷却システムが大きくなり、改善の必要がある。

本発明の目的は、水を用いなくともパージ用空気を冷却可能とするとともに、パージ用空気の冷却システムを小型化することを可能とするガスタービンシステムを提供することにある。

本発明は圧縮機より抽気したパージ空気を空冷するとともに液体燃料との熱交換を行うことにより冷却システムを小型化する。

具体的には、空気を圧縮する圧縮機と、ガス燃料又は液体燃料が切り替えられて供給される燃焼器と、該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記圧縮機の抽気を前記燃焼器にパージ用空気として供給するパージ系統と、を備えたガスタービンシステムにおいて、前記パージ系統から前記燃焼器に供給するパージ用空気と前記液体燃料とを熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、水を用いなくともパージ用空気を冷却可能とするとともに、圧縮機から抽気したパージ用空気を液体燃料と熱交換することによりパージ用空気の冷却システムを小型化することが可能となる。

本実施例に関するガスタービンシステムの系統図。本発明の比較例であるガスタービンシステムの系統図。

まず本発明の比較例であるガスタービン燃料ノズルパージ機構の形態について図面に基づいて説明する。

図２は本発明の比較例であるガスタービンシステムの系統図である。同図において、ガスタービンの基本構成として、空気を圧縮する圧縮機１、圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器９、燃焼器９で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービン２を備えている。ここで、燃焼器９は、後述する液体燃料とガス燃料の両方を燃焼可能なデュアル燃料対応の燃焼器である。デュアル燃料対応の燃焼器では、燃料ノズル１２，２２が取り付けられており、液体燃料とガス燃料とが切り替えられて供給されるように燃料供給系統が構成されている。

液体燃料系統は、配管１３，流量調節弁１４，開閉弁５１を備えている。この液体燃料系統は、液体燃料貯蔵設備である液体燃料タンク１１から液体燃料を燃料ノズル１２に供給する。また、液体燃料系統のパージ系統は配管３１，３２、その開閉弁３４，パージ空気を冷却するための水冷式冷却器８を備えており、圧縮機より抽気した空気を冷却して燃料ノズル１２にパージ空気を供給するように構成されている。

次に、ガス燃料系統について説明する。ガス燃料系統はガス燃料の流量調節弁２４，開閉弁５２を備えており、これらが配管２３により接続されている。ガス燃料は燃料ノズル２２に供給される。

上記構成のシステムにおいて、液体燃料を焚いて運転している時には、燃料油は流量調節弁１４より配管１３を通り、燃料ノズル１２へ液体燃料を供給してノズルより液体燃料を噴射し、燃焼器９で燃焼される。

燃料を油からガスへ切り替えて運転する際には、開閉弁５１が閉じられ、そのかわりに開閉弁５２が開かれ、ガス燃料が配管２３より燃料ノズル２２に供給される。この時、配管１３内には液体燃料が残留しており、このままでは液体燃料が炭化して固着し、配管内やノズル内を閉塞させる恐れがあるので、ガス燃料に切り替える際に残留した液体燃料を取り除く必要がある。

そこで、パージ系統の開閉弁３４を開き、圧縮機１より抽気したパージ空気を水冷式冷却器８にて冷却し、配管１３に導き、燃料ノズル１２より燃焼器９内に噴出する。これにより液体燃料系統の配管と燃料ノズル１２内に残留していた液体燃料はすべてパージされて燃焼器９内に排出される。このパージ運転は燃料ガスを供給してガスが燃焼器９内で燃焼している運転継続中に行われる。この時、パージ空気は２００℃以下でないと残留燃料が炭化してしまう。一方、圧縮機１より抽気した空気は約４００℃と高温なため、パージ用空気として適した温度まで冷却する必要がある。このパージ用空気の冷却には通常冷却水が使用されおり、大量の冷却水を確保できない場合は空気による冷却が提案されている。

次に本発明が提案する形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施例のガスタービンシステムの系統図である。本実施例の特徴は、熱交換器６と配管４１，４２，４３及びこれらに伴う液体燃料戻り系統にあり、以下に詳しく説明する。なお、図１に示す系統図では、図２と同様に、燃焼器に燃料としてガス燃料を供給し、液体燃料ノズルにパージ用空気を供給している状態を示している。

圧縮機１より抽気された空気は配管３１より空冷式冷却器５に導かれる。抽気されたパージ用空気は、第１の空冷式冷却器５にて冷却され配管３２より熱交換器６に送られる。次に、熱交換器６にて液体燃料タンク１１より配管４３を介して送られてきた液体燃料と、空冷式冷却器５を経由したパージ用空気の熱交換が行われ、更にパージ用空気は冷却される。この冷却されたパージ用空気は、配管３３，開閉弁３４を介して、液体燃料系統の配管１３より燃焼器９の燃料ノズル１２に供給され、燃料ノズル１２の残留油のパージを行う。

一方、熱交換器６でパージ用空気と熱交換した液体燃料は、配管４２より第２の空冷式冷却器７に送られ、ファン４より送風される空気によって冷却される。ファン４はモータ３により駆動される。空冷式冷却器７で冷却された液体燃料は、配管４１より液体燃料タンク１１へ戻される。なお、液体燃料戻り系統と液体燃料系統の接続点は、液体燃料系統に設置される開閉弁５１より上流側としている。また、図示の例では、液体燃料系統に流量調節弁１４と開閉弁５１を備えているが、流量調節弁１４しか設置していない場合には、流量調節弁１４より上流側に液体燃料戻り系統の接続点を設けることとなる。

上記構成のパージ空気供給系統において、抽気直後のパージ用空気の温度は約４００℃程度であり、配管３１より空冷式冷却器５に導かれファン４により冷却され約２００〜２５０℃程度となる。

空冷式冷却器５を出た冷却後の空気は配管３２より熱交換器６に送られる。またこのとき、液体燃料タンク１１から配管４３より約３０℃程度の液体燃料（油）が冷却媒体として熱交換器６に送られる。この液体燃料と約２００〜２５０℃程度のパージ用空気は熱交換され、液体燃料は約１００℃、空気は約１００〜１５０℃程度になる。約１００〜１５０℃程度に冷却されたパージ用空気は、液体燃料系統の配管３３より燃料ノズル１２へ供給され、残留油のパージを行う。

また、熱交換器６を経由して約１００℃程度に昇温した液体燃料は、配管４２より空冷式冷却器７に送られ、モータ３により回転するファン４により３０℃程度まで冷却される。冷却された液体燃料は配管４１より液体燃料タンク１１に戻される。

このように、液体燃料を利用して圧縮機より抽気したパージ用空気を冷却することにより、水を使用せずに１００〜１５０℃のパージ空気を燃料ノズルに供給することができ、ファンによる空冷に液体燃料との熱交換を組み合わせることにより冷却システムを小型化が計れるものである。

１圧縮機
２タービン
３モータ
４ファン
５，７空冷式冷却器
６熱交換器
８水冷式冷却器
９燃焼器
１１液体燃料タンク
１２，２２燃料ノズル
１３，１６，２３，３１，３３，４１，４２，４３配管
１４，２４流量調節弁
１７，３４，４４，５１，５２開閉弁

Claims

空気を圧縮する圧縮機と、
ガス燃料又は液体燃料が切り替えられて供給される燃焼器と、
該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記圧縮機の抽気を前記燃焼器にパージ用空気として供給するパージ系統と、を備えたガスタービンシステムにおいて、
前記パージ系統から前記燃焼器に供給するパージ用空気と前記液体燃料とを熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
空気を圧縮する圧縮機と、
ガス燃料と液体燃料とが切り替えられて供給される燃焼器と、
該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記燃焼器に供給する液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵設備と、
該液体燃料貯蔵設備から前記燃焼器に液体燃料を供給する液体燃料系統と、
前記燃焼器にガス燃料を供給するガス燃料供給系統と、
前記圧縮機の抽気を前記液体燃料系統にパージ用空気として供給するパージ系統と、
該パージ系統により供給されるパージ用空気を冷却する第１の空冷式冷却器を備えたガスタービンシステムにおいて、
前記液体燃料系統から前記液体燃料貯蔵設備に液体燃料を戻す液体燃料戻り系統と、
前記パージ系統から前記液体燃料系統に供給するパージ用空気と、前記液体燃料戻り系統によって前記液体燃料貯蔵設備に戻される液体燃料とを熱交換する熱交換器と、
該熱交換器を経た液体燃料を冷却する第２の空冷式冷却器と、
前記第１及び第２の空冷式冷却器に冷却空気を送風する冷却ファンを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
請求項２に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記液体燃料戻り系統と前記液体燃料系統の接続点は、該液体燃料系統に設置される弁より上流側であることを特徴とするガスタービンシステム。
ガス燃料と液体燃料が切り替えられて供給されるガスタービン燃焼器のパージシステムにおいて、
前記ガスタービン燃焼器に供給するパージ用空気を前記液体燃料により冷却する熱交換器を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器のパージシステム。
空気を圧縮する圧縮機と、
ガス燃料又は液体燃料が切り替えられて供給される燃焼器と、
該燃焼器で生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記圧縮機の抽気を前記燃焼器にパージ用空気として供給するパージ系統と、を備えたガスタービンシステムの運転方法において、
前記燃焼器に供給する燃料を液体燃料からガス燃料に切り替えた後、前記パージ用空気を前記液体燃料により冷却し、該冷却された空気を前記燃焼器の液体燃料系統に供給することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。