JP3807272B2 - 改質燃料焚きガスタービン及びその燃料系統パージ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンに関係し、特に重質油を超臨界水乃至超臨界蒸気により軽質化し、前記改質燃料にて運用されるガスタービン及びその燃料系統パージ方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の灯軽質油等の軽質燃料焚きのガスタービンの停止時のパージ方法は、例えば、ガスタービン停止時には、軽質油コントロールバルブにより軽質油の供給量をコントロールして停止させるものがある。そして、燃焼器の燃料ノズル等、高温空気にさらされる部品は、ガスタービン停止直後も４００℃前後となっている。燃料ノズル中に軽質油が残留する場合には、余熱により燃料中の不飽和成分が重合し、ガム状の物質を生成し、ノズルの目詰り等を引き起こす可能性がある。その防止のために、従来一般的に、空気圧縮機により空気を圧縮し、空気を軽質油燃料系統に供給し、残留する軽質油を除去している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重質油の改質燃料焚きのガスタービンでは、重質油は、高温条件下で重合，ガム状物質を生成しやすいオレフィン成分，芳香成分の占める比率が高い。改質した場合でも、前記のオレフィン成分，芳香成分を完全に軽質化することは難しく、一定量の前記成分は燃料供給系統へ輸送される。そのため、従来の軽質燃料に比べて、燃料供給系統に残留する改質燃料が重合し、系統に目詰りを発生させる可能性が高い。
【０００４】
従来のように、空気乃至窒素でパージする場合、残留する改質燃料を冷却する作用が強いために、燃料ノズル等の余熱を持つ部分に接している個所で、重合を引き起こす可能性がある。特に、燃料ノズルと供給配管の接合部のように、継目，段差がある部分に改質燃料が停留している場合には、前記の重合作用は顕著となる。
【０００５】
本発明の目的は、重質油の改質燃料焚きのガスタービンで、改質燃料と軽質油との切替え時の燃料供給系統の詰まりを抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
重質油を水の超臨界乃至亜臨界蒸気により軽質化する改質器を有し、軽質油及び前記改質器にて軽質化された改質燃料を負荷に応じて切替えて燃焼させる燃焼器を備えたガスタービンであって、該改質燃料から該軽質油に切替える場合には、改質燃料供給停止後に改質器及び改質燃料を燃焼器に供給する系統に水の超臨界乃至亜臨界蒸気を供給し、改質器及び供給系統中に残存する重質油をパージすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、一般的な灯軽質油等の軽質燃料焚きのガスタービンの停止時のパージ方法を図２に示す。図２で、１は圧縮機、２はタービン、３は燃焼器、４は空気、１２は軽質燃料、１９は軽質油燃料コントロールバルブ、２３は軽質油燃料供給系統、２５は空気圧縮機、２６は空気供給系統、２７は空気である。
【０００９】
ガスタービン停止時には、軽質油燃料コントロールバルブ１９により軽質燃料１２の供給量をコントロールして停止させる。燃焼器３の燃料ノズル等、高温空気にさらされる部品は、ガスタービン停止直後も４００℃前後となっている。燃料ノズル中に軽質燃料１２が残留する場合には、余熱により燃料中の不飽和成分が重合し、ガム状の物質を生成し、ノズルの目詰り等を引き起こす可能性がある。その防止のために、空気圧縮機２５により空気を圧縮し、空気２７を空気供給系統２６に供給し、残留する軽質燃料を除去するのが従来の一般的な燃料パージ方法となっている。
【００１０】
本発明の実施の形態に係わる第一の重質油改質燃料焚きガスタービンは、超臨界蒸気を発生させる装置と重質油を前記超臨界蒸気により軽質化する改質器を有し、軽質燃料及び前記改質燃料を負荷に応じて切替えて燃焼させる燃焼器からの高温ガスにて駆動されるガスタービンにおいて、改質燃料から軽質燃料に切替える場合には、改質燃料供給停止後に改質器及び改質燃料を燃焼器に供給する系統に超臨界乃至亜臨界蒸気のみを流し、改質器及び供給系統中に残存する重質燃料をパージすることにより構成される。
【００１１】
超臨界蒸気は、有機物の溶解作用が極めて強く、さらに溶解した有機物を容易に分解する作用を持つ。改質燃料は、重質油を超臨界蒸気により改質するが、軽質燃料への切替え時には、改質反応器への燃料の供給を遮断し、超臨界蒸気のみを供給する。改質反応器を通過した超臨界蒸気は、改質燃料供給系統を経て、前記軽質燃料を燃焼させている燃焼器へ流出する。超臨界蒸気は、前記のように化学的に非常に活性が高いため、燃料供給系統に残存する重質油分を容易に溶解，分解する。溶解した重質油を含んだ蒸気は、燃焼器内の軽質油燃焼ガスにより重質油分を完全に燃焼させた後に、ガスタービンへ流出する。これにより、燃料ノズル等の余熱を持つ部分に接している個所でも、重合を抑制し防止できる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係わる第二の重質油改質燃料焚きガスタービンは、第一の発明において、灯軽質油等の軽質燃料を改質燃料に切替える際に、軽質燃料供給停止後に軽質燃料供給系統にも超臨界乃至亜臨界蒸気を供給し、供給系統に残存する軽質燃料をパージすることにより構成される。
【００１３】
軽質油の中にも、上記課題の部分に記載したオレフィン成分，芳香成分を含むものがある。例えば、従来の灯軽油に比べて安価なライトサイクルオイルと呼ばれる軽質油がガスタービン燃料として利用されつつある。ライトサイクルオイル中には、約７０％の芳香成分が含まれる。このような軽質油が供給系統及び燃料ノズルに座温存し、加熱された場合には、改質燃料同様に、重合による詰まりが懸念される。超臨界蒸気を軽質油供給系統に供給することにより、軽質燃料の重合を抑制し防止できる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係わる第三の重質油改質燃料焚きガスタービンは、第一，第二の発明において、改質燃料及び軽質燃料の供給系統を超超臨界乃至亜臨界蒸気にてパージした後に、さらに空気或いは窒素にてパージすることにより構成される。
【００１５】
超臨界蒸気乃至亜臨界蒸気でパージした場合、燃料供給系統内に前記蒸気が残存したまま、ガスタービンが冷却されると、蒸気が水に相変化し、燃料供給系統や燃料ノズル内に錆を発生させる場合が想定される。前記錆はやはり、供給系統及び燃料ノズルを詰まらせる要因となる。蒸気パージ後、窒素乃至空気でさらに供給系統に残存するドレインをパージすることにより、錆等の発生を抑制し防止できる。
【００１６】
（第一実施例）
以下図１及び図３に基づいて本発明の第一実施例を説明する。図１で、１は圧縮機、２はタービン、３は燃焼器、４は空気、５は高温排ガス、６は排熱回収ボイラー、７は水、８は超臨界蒸気、９は重質油、１０は改質器、１１は改質燃料、１２は軽質燃料、１６は燃焼ガス、１７は改質燃料供給系統、１８は重質油コントロールバルブ、１９は軽質油燃料コントロールバルブ、２０は改質燃料パージライン、２１及び２２は改質燃料用コントロールバルブである。また、図３で、４は空気、１３は軽質油用燃料ノズル、１４は改質燃料用燃料ノズル、１５はスワーラー、１６は燃焼ガスである。
【００１７】
図３は、図１中に示す燃焼器３の詳細構造を示したものである。本実施例では、圧縮機１で圧縮された空気４と、軽質燃料１２により起動される。空気４と軽質燃料の燃焼ガス１６にてタービン２を駆動する。タービン２を駆動した後の排ガス５は排熱回収ボイラー６にて、水７と熱交換し、超臨界蒸気８を発生させる。改質に適した超臨界蒸気になった時点で、超臨界蒸気及び重質燃料９を改質器へ供給し、改質燃料１１を製造する。
【００１８】
一定の部分負荷運転までは、改質燃料１１の組成が燃焼に適しないために、コントロールバルブ２２を閉止し、コントロールバルブ２１を開いてパージライン２０へ捨てる。負荷が上昇し、改質燃料１１の組成が安定した時点で、コントロールバルブ２１を閉止、バルブ２２を開いて改質燃料１１を燃焼器３へ供給、同時に軽質燃料１２をバルブ１９によりコントロールし、改質燃料１１のみでガスタービンを運用する。
【００１９】
逆に負荷が低下する場合は、軽質油燃料のコントロールバルブ１９を開いて軽質燃料１２を供給すると同時に、改質燃料用コントロールバルブ２２を閉止することにより改質燃料１１の燃焼器への供給を停止し、バルブ２１を開いて２０の改質燃料パージラインへと排出される。軽質燃料１２による排熱を利用し、排熱回収ボイラー６内で、超臨界蒸気８を継続的に発生させる。
【００２０】
改質燃料１１供給停止時には、重質燃料９の供給を止め、超臨界蒸気８のみを改質器１０に供給する。超臨界蒸気８は、改質器１０を素通りし、まず改質燃料パージライン２０の流路を十分にパージする。ついで、コントロールバルブ２１を閉止し、コントロールバルブ２２を開くことにより、超臨界蒸気８は燃料供給系統１７を経て、燃焼器３へ流入する。燃焼器３内の軽質燃料１２と空気４による燃焼ガス１６中に、改質燃料供給系統１７中に残存した重質油９を溶解した超臨界蒸気８が噴射されることにより、重質燃料１１は完全に燃焼された後、タービン２へ流出する。
【００２１】
本実施例によれば、改質燃料から軽質燃料への切替え時は、改質燃料供給系統に残存する重質燃料分を改質燃料供給系統へ超臨界蒸気を注入することにより容易に溶解，分解することでき、燃料供給系統の余熱による前記残存重質油の重合を抑制して防止し、引いては前記重合による改質燃料供給系統の詰まりを抑制して防止できる。
【００２２】
逆に、軽質燃料から改質燃料への切替える時は、前記軽質燃料供給系統にも超臨界蒸気を注入することにより、供給系統中の残存軽質燃料を溶解，分解することにより、余熱による前記残存軽質燃料の重合を抑制して防止し、引いては前記重合による軽質燃料供給系統の詰まりを抑制して防止できる。
【００２３】
（第二実施例）
以下、図４に基づいて本発明の第二実施例を説明する。図４で１は圧縮機、２はタービン、３は燃焼器、４は空気、５は高温排ガス、６は排熱回収ボイラー、７は水、８は超臨界蒸気、９は重質油、１０は改質器、１１は改質燃料、１２は軽質燃料、１６は燃焼ガス、１７は改質燃料供給系統、１８は重質油コントロールバルブ、１９は軽質油燃料コントロールバルブ、２０は改質燃料パージライン、２１及び２２は改質燃料用コントロールバルブ、２３は軽質油燃料供給系統、２４は軽質油供給系統への超臨界蒸気コントロールバルブである。
【００２４】
図４中の燃焼器３は、図３と同様の構造により構成される。本実施例では、圧縮機１で圧縮された空気４と、軽質燃料１２により起動される。空気４と軽質燃料の燃焼ガス１６にてタービン２を駆動する。タービン２を駆動した後の排ガス５は排熱回収ボイラー６にて、水７と熱交換し、超臨界蒸気８を発生させる。改質に適した超臨界蒸気になった時点で、超臨界蒸気及び重質燃料９を改質器へ供給し、改質燃料１１を製造する。
【００２５】
一定の部分負荷運転までは、改質燃料１１の組成が燃焼に適しないために、コントロールバルブ２２を閉止し、コントロールバルブ２１を開いてパージライン２０へ捨てる。負荷が上昇し、改質燃料１１の組成が安定した時点で、コントロールバルブ２１を閉止、バルブ２１を開いて改質燃料１１を燃焼器３へ供給、同時に軽質燃料１２をバルブ１９によりコントロールし、改質燃料１１のみでガスタービンを運用する。その後、バルブ２４を開き、超臨界蒸気８を、軽質油燃料供給系統２３へ供給する。超臨界蒸気８は、軽質油燃料供給系統２３中を経て、燃焼器３へ流入する。燃焼器３内の軽質燃料１２と空気４による燃焼ガス１６中に、軽質油燃料供給系統２３中に残存した軽質燃料１２を溶解した超臨界蒸気８が噴射されることにより、軽質燃料１２は完全に燃焼された後、タービン２へ流出する。そして、軽質油燃料供給系統２３の目詰まりを抑制する。
【００２６】
（第三実施例）
以下、図５に基づいて本発明の第三実施例を説明する。図５で１は圧縮機、２はタービン、３は燃焼器、４は空気、５は高温排ガス、６は排熱回収ボイラー、７は水、８は超臨界蒸気、９は重質油、１０は改質器、１１は改質燃料、１２は軽質燃料、１６は燃焼ガス、１７は改質燃料供給系統、１８は重質油コントロールバルブ、１９は軽質油燃料コントロールバルブ、２０は改質燃料パージライン、２１及び２２は改質燃料用コントロールバルブ、２３は軽質油燃料供給系統、２４は軽質油供給系統への超臨界蒸気コントロールバルブ２５は空気圧縮機、
２６は空気供給系統、２７は空気、２８は改質器への超臨界蒸気コントロールバルブ、２９は軽質燃料供給系統への空気コントロールバルブ、３０は改質燃料供給系統への空気コントロールバルブである。
【００２７】
図５中の燃焼器３は、図３と同様の構造により構成される。本実施例では、圧縮機１で圧縮された空気４と、軽質燃料１２により起動される。空気４と軽質燃料の燃焼ガス１６にてタービン２を駆動する。タービン２を駆動した後の排ガス５は排熱回収ボイラー６にて、水７と熱交換し、超臨界蒸気８を発生させる。改質に適した超臨界蒸気になった時点で、超臨界蒸気及び重質燃料９を改質器へ供給し、改質燃料１１を製造する。
【００２８】
一定の部分負荷運転までは、改質燃料１１の組成が燃焼に適しないために、コントロールバルブ２２を閉止し、コントロールバルブ２１を開いてパージライン２０へ捨てる。負荷が上昇し、改質燃料１１の組成が安定した時点で、コントロールバルブ２１を閉止、バルブ２１を開いて改質燃料１１を燃焼器３へ供給、同時に軽質燃料１２をバルブ１９によりコントロールし、改質燃料１１のみでガスタービンを運用する。以上が、起動から定格までの運転方法である。この場合は、第二実施例で示したように、バルブ２４を開き、超臨界蒸気８を、軽質油燃料供給系統２３へ供給する。超臨界蒸気８は、供給系統２３中の残存軽質燃料１２を溶解した後、燃焼器３へ流入する。十分に、軽質油燃料供給系統２３及び軽質油用燃料ノズル１３を超臨界蒸気８でパージした後に、蒸気コントロールバルブ２４を閉止する。次いで、空気圧縮機２５を起動し、圧縮空気２７を軽質燃料供給系統２３へ供給し、供給系統２３に残存する蒸気又はドレインをパージする。その際、改質燃料系統への空気コントロールバルブ３０は閉止される。パージ後、空気圧縮機２５は停止し、パージ操作を終了する。
【００２９】
逆に負荷が低下する場合は、軽質油燃料のコントロールバルブ１９を開いて軽質燃料１２を供給すると同時に、改質燃料用コントロールバルブ２２を閉止することにより改質燃料１１の燃焼器への供給を停止し、バルブ２１を開いて２０の改質燃料パージラインへと排出される。軽質燃料１２による排熱を利用し、排熱回収ボイラー６内で、超臨界蒸気８を継続的に発生させる。改質燃料１１供給停止時には、重質燃料９の供給を止め、超臨界蒸気８のみを改質器１０に供給する。超臨界蒸気８は、改質器１０を素通りし、まず改質燃料パージライン２０の流路を十分にパージする。
【００３０】
ついで、コントロールバルブ２１を閉止し、コントロールバルブ２２を開くことにより、超臨界蒸気８は燃料供給系統１７を経て、燃焼器３へ流入する。十分に、改質燃料供給系統１７及び改質燃料ノズル１４を超臨界蒸気８でパージした後に、蒸気コントロールバルブ２８を閉止する。次いで、空気圧縮機２５を起動し、圧縮空気２７を改質燃料供給系統１７へ供給し、供給系統１７に残存する蒸気又はドレインをパージする。その際、軽質燃料系統への空気コントロールバルブ２９は閉止される。パージ後、空気圧縮機２５は停止し、パージ操作を終了する。これにより、前記各流路中に残存する蒸気分をパージすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によると、重質油の改質燃料焚きのガスタービンで、改質燃料と軽質油との切替え時の燃料供給系統の詰まりを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例によるガスタービンの燃料系統図。
【図２】ガスタービンの燃料系統図。
【図３】本実施例による燃焼器構造図。
【図４】本実施例によるガスタービンの燃料系統図。
【図５】本実施例によるガスタービンの燃料系統図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４，２７…空気、５…高温排ガス、６…排熱回収ボイラー、７…水、８…超臨界蒸気、９…重質油、１０…改質器、１１…改質燃料、１２…軽質燃料、１３…軽質油用燃料ノズル、１４…改質燃料用燃料ノズル、１５…スワーラー、１６…燃焼ガス、１７…改質燃料供給系統、１８…重質油コントロールバルブ、１９…軽質油燃料コントロールバルブ、２０…改質燃料パージライン、２１，２２…改質燃料用コントロールバルブ、２３…軽質油燃料供給系統、２４…軽質油供給系統への超臨界蒸気コントロールバルブ、２５…空気圧縮機、２６…空気供給系統、２８…改質器への超臨界蒸気コントロールバルブ、２９…軽質燃料供給系統への空気コントロールバルブ、３０…改質燃料供給系統への空気コントロールバルブ。

Claims (4)

1. 重質油を水の超臨界乃至亜臨界蒸気により軽質化する改質器を有し、軽質油及び前記改質器にて軽質化された改質燃料を負荷に応じて切替えて燃焼させる燃焼器を備えたガスタービンであって、
   該改質燃料から該軽質油に切替える場合には、改質燃料供給停止後に改質器及び改質燃料を燃焼器に供給する系統に水の超臨界乃至亜臨界蒸気を供給し、改質器及び供給系統中に残存する重質油をパージすることを特徴とする改質燃料焚きガスタービン。
2. 請求項１に記載の改質燃料焚きガスタービンにおいて、軽質油を改質燃料に切替える際にも、軽質油供給停止後に軽質油供給系統にも水の超臨界乃至亜臨界蒸気を供給し、供給系統に残存する軽質油をパージすることを特徴とする改質燃料焚きガスタービン。
3. 請求項１又は請求項２に記載の改質燃料焚きガスタービンにおいて、改質燃料供給系及び軽質油供給系統を上記超臨界乃至亜臨界蒸気にてパージした後に、
   さらに空気或いは窒素にて供給系統中に残存するドレインをパージすることを特徴とする改質燃料焚きガスタービン。
4. 重質油を水の超臨界乃至亜臨界蒸気により改質器で軽質化した改質燃料と軽質油とを負荷に応じて切替えて燃焼させる燃焼器を備えたガスタービンの燃料系統パージ方法であって、
   該改質燃料から該軽質油に切替える場合に、該改質燃料の供給停止後に該改質器及び改質燃料供給系統に水の超臨界乃至亜臨界蒸気を供給し、該改質器及び該改質燃料供給系統中に残存する重質油をパージすることを特徴とする改質燃料焚きガスタービンの燃料系統パージ方法。

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