JP4166190B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンの排気ガスを用いて燃焼を行い、この燃焼により発生させた熱風を加熱炉へ供給するよう構成されたコージェネレーションシステムに関する。
従来より、ガスタービンの排気ダクト内にエアヒートバーナを配設し、排気ダクト内を流れる排気ガスをさらに燃焼させて発生させた熱風を、加熱炉等に供給するよう構成されたコージェネレーションシステムが知られている。このコージェネレーションシステムによれば、排気ガスが有する熱エネルギーを利用して、加熱炉に熱風を供給することができ、加熱炉を運転する際のエネルギーを低減させることができる。このようなコージェネレーションシステムとしては、例えば、特許文献１、２に開示されたものがある。
しかしながら、ガスタービンの立ち上がり直後においては、このガスタービンからの排気ガスは、その温度が低く、未燃焼成分、オイルミスト、煤等の不純物が含まれていることが多い。そして、この不純物は、エアヒートバーナによる燃焼後に生成する熱風にも残存し、この熱風と共に上記加熱炉に供給されてしまうおそれがある。また、例えば、上記加熱炉を乾燥炉として用いる場合には、上記不純物が乾燥の対象となる対象物に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
さらに、ガスタービンの立ち上がり直後においては、燃焼用空気となる排気ガスの温度が低いため、エアヒートバーナの燃焼が不安定になり、ＣＯ等の未燃成分が発生しやすくなる。
さらに、ガスタービンの立ち上がり直後においては、燃焼用空気となる排気ガスの温度が低いため、エアヒートバーナの燃焼が不安定になり、ＣＯ等の未燃成分が発生しやすくなる。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、エアヒートバーナにおいて安定して燃焼を行うことができ、不純物の含有量が少ない安定した品質の熱風を加熱炉へ供給することができるコージェネレーションシステムを提供しようとするものである。
本発明は、ガスタービンの排気口と加熱炉の入口とを接続する排気ダクト内に、エアヒートバーナを配設してなり、該エアヒートバーナから噴出させた燃料と、上記排気ダクト内を流れる排気ガスとの燃焼により発生させた熱風を、上記加熱炉へ供給するよう構成されたコージェネレーションシステムにおいて、
上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの上流側に、当該排気ダクトを開閉させるための排気ダクト弁が配設されており、
上記コージェネレーションシステムを制御する制御装置は、上記ガスタービンの始動を検知してから所定時間経過したとき、又は上記排気ガスの温度が所定温度以上になったことを検知したとき、上記排気ダクト弁を開けるよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステムにある（請求項１）。
上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの上流側に、当該排気ダクトを開閉させるための排気ダクト弁が配設されており、
上記コージェネレーションシステムを制御する制御装置は、上記ガスタービンの始動を検知してから所定時間経過したとき、又は上記排気ガスの温度が所定温度以上になったことを検知したとき、上記排気ダクト弁を開けるよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステムにある（請求項１）。
本発明にかかるコージェネレーションシステムは、上記排気ダクトに排気ダクト弁を配設し、この排気ダクト弁により、ガスタービンの始動を開始した直後の低温の排気ガスは、エアヒートバーナへ供給しない工夫を行っている。
すなわち、本例のコージェネレーションシステムにおいては、ガスタービンを始動するときには、上記排気ダクト弁を閉じておき、ガスタービンから排出される排気ガスが排気ダクトを経由して加熱炉へ流れない状態を形成する。
すなわち、本例のコージェネレーションシステムにおいては、ガスタービンを始動するときには、上記排気ダクト弁を閉じておき、ガスタービンから排出される排気ガスが排気ダクトを経由して加熱炉へ流れない状態を形成する。
そのため、ガスタービンを始動した直後の低温の排気ガスがエアヒートバーナ及び加熱炉へ流入することを防止することができる。そのため、低温の排気ガス中に含まれる未燃焼成分、オイルミスト、煤等の不純物が、エアヒートバーナ及び加熱炉へ供給されてしまうことを防止することができる。
そして、上記制御装置は、ガスタービンの始動を検知してから所定時間経過したとき、又は上記排気ガスの温度が所定温度以上になったことを検知したときにはじめて、上記排気ダクト弁を開ける。これらのときには、ガスタービンの暖機運転は完了しており、ガスタービンの排気ガス中には不純物が殆ど含まれなくなると考えられる。また、これらのときには、排気ガスは、エアヒートバーナにおいて安定燃焼するために十分な温度に昇温されている。
そのため、上記排気ダクト弁を開けた後に、エアヒートバーナから噴出させた燃料と排気ガスとを燃焼させたときには、エアヒートバーナにおいては、不純物が少ないと共に十分に昇温された排気ガスを用いて安定して燃焼を行うことができる。そして、加熱炉へは、エアヒートバーナにおいて発生した未燃成分が少なく、不純物が殆ど含まれていない状態の熱風を供給することができる。
それ故、本発明のコージェネレーションシステムによれば、エアヒートバーナにおいて安定して燃焼を行うことができ、不純物の含有量が少ない安定した品質の熱風を加熱炉へ供給することができる。
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記エアヒートバーナに噴出させる燃料としては、都市ガス、ＬＰＧの他、各種の気体燃料を用いることができる。
また、上記ガスタービンは、発電能力が２５〜３００ｋＷであるマイクロガスタービンとすることができる。
本発明において、上記エアヒートバーナに噴出させる燃料としては、都市ガス、ＬＰＧの他、各種の気体燃料を用いることができる。
また、上記ガスタービンは、発電能力が２５〜３００ｋＷであるマイクロガスタービンとすることができる。
また、ガスタービンは、定常運転を行っているときの酸素濃度が１６〜１９％であると共に、温度が２５０〜３００℃である排気ガスを排気するものとすることができる。
また、本発明における加熱炉としては、塗装乾燥炉、水切り乾燥炉、焼き戻し加熱炉、ベーキング炉等、種々のものがある。特に、これらの加熱炉は、熱風に不純物が含まれていることにより問題が発生する可能性が高いため、上記コージェネレーションシステムを適用することが好ましい。
また、本発明における加熱炉としては、塗装乾燥炉、水切り乾燥炉、焼き戻し加熱炉、ベーキング炉等、種々のものがある。特に、これらの加熱炉は、熱風に不純物が含まれていることにより問題が発生する可能性が高いため、上記コージェネレーションシステムを適用することが好ましい。
また、上記排気ダクト弁は、例えば、上記排気ガスの温度が上記所定温度としての１５０℃以上になったときに開けることができる。
また、上記ガスタービンを始動してから上記排気ダクト弁を開けるまでの上記所定時間は、ガスタービンを始動してから、その排気ガスが上記所定温度になるまでに要する時間とすることができる。この時間は、ガスタービンの能力等によって異なり、実験を行って求めることが好ましい。
また、上記ガスタービンを始動してから上記排気ダクト弁を開けるまでの上記所定時間は、ガスタービンを始動してから、その排気ガスが上記所定温度になるまでに要する時間とすることができる。この時間は、ガスタービンの能力等によって異なり、実験を行って求めることが好ましい。
また、本発明において、上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの先端部の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサが配設されており、上記制御装置は、上記差圧センサにより検出した差圧が、上記エアヒートバーナにおいて安定燃焼可能な値に到達した後、当該エアヒートバーナへ上記燃料を供給して、上記燃焼を開始させるよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、エアヒートバーナにおいて安定燃焼可能な流量の排気ガスが流れていることを検知した後、はじめてエアヒートバーナに燃料を供給することになる。そのため、エアヒートバーナにおける不安定燃焼を未然に防ぐことができる。
なお、エアヒートバーナの先端部とは、エアヒートバーナにおける火炎形成方向の先端部のことをいい、先端部の上流側とは、先端部よりもガスタービンに近い側を意味し、先端部の下流側とは、先端部よりも加熱炉に近い側を意味する。
なお、エアヒートバーナの先端部とは、エアヒートバーナにおける火炎形成方向の先端部のことをいい、先端部の上流側とは、先端部よりもガスタービンに近い側を意味し、先端部の下流側とは、先端部よりも加熱炉に近い側を意味する。
また、本発明において、上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの下流側に、該エアヒートバーナにおいて発生させた熱風を上記加熱炉へ強制送風するための送風ファンが配設されていることが好ましい（請求項３）。
これにより、排気ダクト内の排気ガスの流量を安定させることができ、エアヒートバーナへ適切な流量の排気ガスを供給することが容易になる。また、これにより、加熱炉へ適切な流量の熱風を供給することも容易になる。
これにより、排気ダクト内の排気ガスの流量を安定させることができ、エアヒートバーナへ適切な流量の排気ガスを供給することが容易になる。また、これにより、加熱炉へ適切な流量の熱風を供給することも容易になる。
また、本発明において、上記制御装置は、上記差圧センサにより検出した差圧が所定の目標範囲内になるよう上記排気ダクト弁の開度を制御するよう構成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、エアヒートバーナに供給する排気ガスの流量を所定の目標範囲内に調整することができる。そのため、エアヒートバーナへ供給する排気ガスの流速を適切な値に維持することができ、加熱炉へ供給する熱風の流量も適切な流量に維持することができる。
この場合には、エアヒートバーナに供給する排気ガスの流量を所定の目標範囲内に調整することができる。そのため、エアヒートバーナへ供給する排気ガスの流速を適切な値に維持することができ、加熱炉へ供給する熱風の流量も適切な流量に維持することができる。
また、本発明において、上記排気ダクトは、上記ガスタービンの排気口に対して複数接続されており、上記各排気ダクトには、上記エアヒートバーナ、上記排気ダクト弁及び上記差圧センサがそれぞれ配設されており、上記制御装置は、上記各排気ダクトにおける上記各差圧センサにより検出した差圧が、それぞれ所定の目標範囲内になるよう上記各排気ダクト弁の開度を制御するよう構成することが好ましい（請求項５）。
この場合は、ガスタービンに対して複数の排気ダクト及びエアヒートバーナを用いてコージェネレーションシステムを構成する場合である。そして、この場合には、ガスタービンから遠い位置にある排気ダクトへは圧損が大きいことにより、排気ガスの流量が少なくなってしまうおそれがある。
そのため、各排気ダクト弁の開度を調整することにより、各エアヒートバーナへ適切な流量の排気ガスを供給することができ、各エアヒートバーナを安定燃焼させることができる。
そのため、各排気ダクト弁の開度を調整することにより、各エアヒートバーナへ適切な流量の排気ガスを供給することができ、各エアヒートバーナを安定燃焼させることができる。
また、本発明において、上記排気ダクトには、上記排気ダクト弁と上記エアヒートバーナとの間に、外部から空気を吸入可能な吸気ダクトが接続されていると共に、該吸気ダクトには、該吸気ダクトを開閉させるための吸気ダクト弁が配設されており、上記制御装置は、上記ガスタービンの運転を停止しているときには、上記吸気ダクト弁を開けると共に上記送風ファンを動作させ、上記差圧センサにより検出した差圧が、上記エアヒートバーナにおいて安定燃焼可能な差圧になった後、当該エアヒートバーナへ上記燃料を供給し、上記空気を用いて上記燃焼を開始させるよう構成することが好ましい（請求項６）。
これにより、ガスタービンが停止しているときには、フレッシュエアを利用してエアヒートバーナを燃焼させ、この燃焼により発生させた熱風を加熱炉に供給することができる。
これにより、ガスタービンが停止しているときには、フレッシュエアを利用してエアヒートバーナを燃焼させ、この燃焼により発生させた熱風を加熱炉に供給することができる。
以下に、本発明のコージェネレーションシステムにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
（実施例１）
本例のコージェネレーションシステム１は、図１に示すごとく、ガスタービン１１の排気口１１０と加熱炉１９の入口１９０とを接続する排気ダクト１５内に、エアヒートバーナ２を配設してなり、このエアヒートバーナ２から噴出させた燃料２０１と、上記排気ダクト１５内を流れる排気ガス１００との燃焼により発生させた熱風１０３を、上記加熱炉１９へ供給するよう構成されている。
（実施例１）
本例のコージェネレーションシステム１は、図１に示すごとく、ガスタービン１１の排気口１１０と加熱炉１９の入口１９０とを接続する排気ダクト１５内に、エアヒートバーナ２を配設してなり、このエアヒートバーナ２から噴出させた燃料２０１と、上記排気ダクト１５内を流れる排気ガス１００との燃焼により発生させた熱風１０３を、上記加熱炉１９へ供給するよう構成されている。
そして、本例のコージェネレーションシステム１においては、エアヒートバーナ２及び加熱炉１９へ供給する排気ガス１００の制限、エアヒートバーナ２へ供給する排気ガス１００の流量の調整等を行っている。これにより、排気ガス１００が加熱炉１９における乾燥に悪影響を及ぼすことを防止し、かつエアヒートバーナ２において安定して燃焼を行うことができる工夫を行っている。
すなわち、上記排気ダクト１５には、上記エアヒートバーナ２の上流側に、当該排気ダクト１５を開閉させるための排気ダクト弁１３が配設されている。そして、コージェネレーションシステム１を制御する制御装置１２は、上記排気ガス１００の温度Ｔが所定温度Ｔｒ（本例では供給開始温度Ｔｒという。）以上になったことを検知したときに、上記排気ダクト弁１３を開けるよう構成されている。
また、上記排気ダクト１５には、上記エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側との差圧（差圧値）Ｐを検出する差圧センサ１６が配設されている。そして、制御装置１２は、上記差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが、上記エアヒートバーナ２において安定燃焼可能な値Ｐｒ（本例では安定燃焼差圧値Ｐｒという。）に到達した後、当該エアヒートバーナ２へ上記燃料２０１を供給して、上記燃焼を開始させるよう構成されている。
また、上記排気ダクト１５には、上記エアヒートバーナ２の下流側に、このエアヒートバーナ２において発生させた熱風１０３を上記加熱炉１９へ強制送風するための送風ファン１７が配設されている。
また、本例の加熱炉１９は、対象物１９５の水切り乾燥又は対象物１９５に塗装された塗料の焼付けを行う塗装乾燥炉であり、熱風１０３に不純物が含まれていないことが対象物１９５の品質向上のために重要である。
また、本例の加熱炉１９は、対象物１９５の水切り乾燥又は対象物１９５に塗装された塗料の焼付けを行う塗装乾燥炉であり、熱風１０３に不純物が含まれていないことが対象物１９５の品質向上のために重要である。
以下、詳細に説明する。
本例のコージェネレーションシステム１における排気ダクト１５には、ガスタービン１１の排気口から加熱炉１９の入口に向かって（排気ガス１００の流れの上流側から下流側に向かって）順に、排気ダクト弁１３、エアヒートバーナ２、送風ファン１７が設置されている。
本例のガスタービン１１は、マイクロガスタービン１１であり、都市ガスを燃料２０１として用いるものである。ガスタービン１１の排気口１１０近傍には、この排気口１１０から排気された排気ガス１００の温度を検出するための温度センサ１２１が配設されている。この温度センサ１２１において検出した温度データは、制御装置１２に送信されるよう構成されている。
本例のコージェネレーションシステム１における排気ダクト１５には、ガスタービン１１の排気口から加熱炉１９の入口に向かって（排気ガス１００の流れの上流側から下流側に向かって）順に、排気ダクト弁１３、エアヒートバーナ２、送風ファン１７が設置されている。
本例のガスタービン１１は、マイクロガスタービン１１であり、都市ガスを燃料２０１として用いるものである。ガスタービン１１の排気口１１０近傍には、この排気口１１０から排気された排気ガス１００の温度を検出するための温度センサ１２１が配設されている。この温度センサ１２１において検出した温度データは、制御装置１２に送信されるよう構成されている。
上記排気ダクト弁１３は、排気ダクト１５を開閉する回動プレート（ダンパ）と、制御装置１２からの信号によって回動プレートを回動させるモータとによって構成されている。また、排気ダクト弁１３には、これが排気ダクト１５の開動作を行ったことを検出するためのリミットスイッチ１３１が配設されている。そして、制御装置１２は、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出した後に、エアヒートバーナ２への燃料２０１の供給を開始するよう構成されている。
また、本例の排気ダクト弁１３は、制御装置１２からの出力信号を受けて、排気ダクト１５の開閉を行う開閉弁である。
また、本例の排気ダクト弁１３は、制御装置１２からの出力信号を受けて、排気ダクト１５の開閉を行う開閉弁である。
上記排気ダクト１５には、上記排気ダクト弁１３の上流側に、排気ダクト１５内を流れる排気ガス１００を外部に排気するための外部排気ダクト１５９が接続されている。そして、エアヒートバーナ２へ供給しない排気ガス１００は、外部排気ダクト１５から外部へ排出することができる。また、エアヒートバーナ２へ供給する排気ガス１００の流量が過剰である場合にも、排気ガス１００の一部を外部排気ダクト１５から外部へ排出することができる。
また、本例の制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始するときには、排気ダクト弁１３を閉じておくよう構成されている。そして、制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始し、上記温度センサ１２１により検出した排気ガス１００の温度が、所定の供給開始温度Ｔｒ未満であるときには、排気ガス１００の全量を外部排気ダクト１５から外部へ排気するよう構成されている。その後、制御装置１２は、ガスタービン１１の排気ガス１００の温度が上昇し、この排気ガス１００の温度が、供給開始温度Ｔｒ以上になったときには、排気ダクト弁１３を開けて、供給開始温度Ｔｒ以上の排気ガス１００をエアヒートバーナ２へ供給するよう構成されている。
上記排気ダクト弁１３を開ける際の排気ガス１００の供給開始温度Ｔｒは、ガスタービン１１から排気される排気ガス１００中に、未燃焼成分（ガスタービン１１において未燃状態で排気されたガス成分）、オイルミスト、煤等の不純物がほとんど含まれなくなったときの排気ガス１００の温度とすることができる。本例では、この供給開始温度Ｔｒは２２０℃とした。
また、本例の制御装置１２は、上記排気ダクト弁１３を開けて、エアヒートバーナ２へ排気ガス１００の供給を開始した後、このエアヒートバーナ２へ流れる排気ガス１００の流量が所定流量以上であることが確認できたときのみ、エアヒートバーナ２において燃焼を開始させるよう構成されている。
本例では、エアヒートバーナ２へ流れる排気ガス１００の流量は、排気ダクト１５内においてエアヒートバーナ２の周辺に設けた差圧センサ１６によって検出する。この差圧センサ１６は、エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側との間の差圧Ｐを検出するよう構成されている。
本例では、エアヒートバーナ２へ流れる排気ガス１００の流量は、排気ダクト１５内においてエアヒートバーナ２の周辺に設けた差圧センサ１６によって検出する。この差圧センサ１６は、エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側との間の差圧Ｐを検出するよう構成されている。
そして、差圧センサ１６によって検出した差圧Ｐと、エアヒートバーナ２へ流れる排気ガス１００の流量とは比例関係にある。そのため、制御装置１２は、上記差圧Ｐがエアヒートバーナ２において安定燃焼可能な安定燃焼差圧値Ｐｒ以上であるときには、エアヒートバーナ２へ安定燃焼可能な流量の排気ガス１００が流れていると認知して、エアヒートバーナ２への燃料２０１の供給を開始して、燃焼を開始させるよう構成されている。
また、上記安定燃焼差圧値Ｐｒは、コージェネレーションシステム１の本稼動を行う前に、予め実験を行って求めておくことが好ましい。
また、上記安定燃焼差圧値Ｐｒは、コージェネレーションシステム１の本稼動を行う前に、予め実験を行って求めておくことが好ましい。
また、差圧センサ１６は、排気ダクト１５内に配設されたエアヒートバーナ２によって、排気ダクト１５内の排気ガス１００の流れが絞られることにより、エアヒートバーナ２の先端部２９の前後において生じる圧力差を検出するものである。
すなわち、差圧センサ１６は、エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側とに、それぞれ上流側検出部１６１と下流側検出部１６２とを配置してなる。そして、圧力センサは、下流側検出部１６２によって検出される圧力が、上流側検出部１６１によって検出される圧力よりも大きくなることにより生じる圧力差を検出することができる。
また、本例においては、エアヒートバーナ２の先端部２９の近傍に、整流板１５１を配設しており、エアヒートバーナ２の内周側に排気ガス１００が効果的に流れるようにしている。
すなわち、差圧センサ１６は、エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側とに、それぞれ上流側検出部１６１と下流側検出部１６２とを配置してなる。そして、圧力センサは、下流側検出部１６２によって検出される圧力が、上流側検出部１６１によって検出される圧力よりも大きくなることにより生じる圧力差を検出することができる。
また、本例においては、エアヒートバーナ２の先端部２９の近傍に、整流板１５１を配設しており、エアヒートバーナ２の内周側に排気ガス１００が効果的に流れるようにしている。
図３は、エアヒートバーナ２における燃焼量を横軸にとり、エアヒートバーナ２の先端部２９の上流側と下流側との差圧（エアヒートバーナ差圧）Ｐを縦軸にとって、エアヒートバーナ２における安定燃焼可能領域（安定燃焼可能な差圧範囲）Ａを斜線からなるハッチングで示したグラフである。
同図において、エアヒートバーナ差圧Ｐが小さくなると、排気ガス１００の流量不足でエアヒートバーナ２において安定燃焼を行うことが困難になり、一方、エアヒートバーナ差圧Ｐが大きくなると、排気ガス１００の流量過剰でエアヒートバーナ２において安定燃焼を行うことが困難になることがわかる。そして、エアヒートバーナ２における燃焼量によって若干の違いはあるものの、エアヒートバーナ差圧Ｐを１５０〜４００Ｐａに維持することで安定燃焼が可能であることがわかる。
同図において、エアヒートバーナ差圧Ｐが小さくなると、排気ガス１００の流量不足でエアヒートバーナ２において安定燃焼を行うことが困難になり、一方、エアヒートバーナ差圧Ｐが大きくなると、排気ガス１００の流量過剰でエアヒートバーナ２において安定燃焼を行うことが困難になることがわかる。そして、エアヒートバーナ２における燃焼量によって若干の違いはあるものの、エアヒートバーナ差圧Ｐを１５０〜４００Ｐａに維持することで安定燃焼が可能であることがわかる。
そして、上記エアヒートバーナ２への燃料２０１の供給を開始する際の安定燃焼差圧値Ｐｒは、上記安定燃焼可能領域Ａの下限ラインＬ１よりも大きな値とし、本例では１５０Ｐａとした。
また、エアヒートバーナ２において安定燃焼を継続して行うために、上記制御装置１２は、差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが、安定燃焼可能な差圧範囲Ａとしての１５０〜４００Ｐａ以内になるよう上記整流板１５１の角度を調整することができる。
また、エアヒートバーナ２において安定燃焼を継続して行うために、上記制御装置１２は、差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが、安定燃焼可能な差圧範囲Ａとしての１５０〜４００Ｐａ以内になるよう上記整流板１５１の角度を調整することができる。
本例のエアヒートバーナ２は、図２に示すごとく、長手方向に向けて複数の燃料噴出穴２１１を形成してなる燃料噴出ヘッダ２１と、この燃料噴出ヘッダ２１の下流側に配設した排気ガス噴出筒２２とを有する。
上記排気ガス噴出筒２２は、上記燃料噴出ヘッダ２１の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設した一対の排気ガス噴出プレート２２１と、この一対の排気ガス噴出プレート２２１における長手方向の端部２２２同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレート２３とからなる。上記一対の排気ガス噴出プレート２２１には、排気ガス１００の一部を排気ガス噴出筒２２の内部に噴出させるための多数の排気ガス噴出穴２２０が形成されている。
上記排気ガス噴出筒２２は、上記燃料噴出ヘッダ２１の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設した一対の排気ガス噴出プレート２２１と、この一対の排気ガス噴出プレート２２１における長手方向の端部２２２同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレート２３とからなる。上記一対の排気ガス噴出プレート２２１には、排気ガス１００の一部を排気ガス噴出筒２２の内部に噴出させるための多数の排気ガス噴出穴２２０が形成されている。
また、図１に示すごとく、燃料噴出ヘッダ２１には、これに燃料２０１（本例の燃料２０１は都市ガスとした。）を供給するための燃料供給管２００が接続されており、この燃料供給管２００には、エアヒートバーナ２に供給する燃料供給量を調整するための燃料供給調整弁２０２が配設されている。また、この燃料供給調整弁２０２の開度は、制御装置１２によって制御するよう構成されている。
そして、図１、図２に示すごとく、エアヒートバーナ２における排気ガス１００と燃料２０１との燃焼は、排気ダクト１５内を流れる排気ガス１００の一部が、排気ガス噴出プレート２２１の排気ガス噴出穴２２０から排気ガス噴出筒２２の内側に入り込み、燃料噴出ヘッダ２１の燃料２０１噴出穴２２１から噴出された燃料２０１と混合されて、燃焼し、火炎を形成する。そして、エアヒートバーナ２の下流側においては、上記燃焼により発生した燃焼ガスと、エアヒートバーナ２を通過した残りの排気ガス１００とが混合されて熱風１０３が生成される。そして、この熱風１０３は、送風ファン１７によって加熱炉１９へ強制送風される。
次に、ガスタービン１１の運転時におけるコージェネレーションシステム１の運転方法について、図４に記載したフローチャートと共に説明する。
図４に示すごとく、コージェネレーションシステム１の運転を開始するときには、ガスタービン１１及び制御装置１２に電源を投入し（ステップＳ１０１）、ガスタービン１１において燃料２０１を用いて運転を開始する。このとき、制御装置１２は、排気ダクト弁１３を閉じておく。
そして、制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始し、上記温度センサ１２１により検出した排気ガス１００の温度が、所定の供給開始温度Ｔｒ未満であるときには、排気ガス１００の全量を外部排気ダクト１５から外部へ排気する。
図４に示すごとく、コージェネレーションシステム１の運転を開始するときには、ガスタービン１１及び制御装置１２に電源を投入し（ステップＳ１０１）、ガスタービン１１において燃料２０１を用いて運転を開始する。このとき、制御装置１２は、排気ダクト弁１３を閉じておく。
そして、制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始し、上記温度センサ１２１により検出した排気ガス１００の温度が、所定の供給開始温度Ｔｒ未満であるときには、排気ガス１００の全量を外部排気ダクト１５から外部へ排気する。
次いで、制御装置１２は、温度センサ１２１により排気ガス１００の温度Ｔを検出し（Ｓ１０２）、この排気ガス１００の温度が上記供給開始温度Ｔｒ以上になったか否かを監視する（Ｓ１０３）。
そして、排気ガス１００の温度が供給開始温度Ｔｒ以上になったときには、排気ダクト弁１３を開ける（Ｓ１０４）。このとき、制御装置１２は、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出したか否かを監視する（Ｓ１０５）。そして、制御装置１２は、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出した場合には、送風ファン１７を作動させる（Ｓ１０６）。
そして、排気ガス１００の温度が供給開始温度Ｔｒ以上になったときには、排気ダクト弁１３を開ける（Ｓ１０４）。このとき、制御装置１２は、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出したか否かを監視する（Ｓ１０５）。そして、制御装置１２は、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出した場合には、送風ファン１７を作動させる（Ｓ１０６）。
こうして、排気ダクト弁１３が開き、排気ガス１００が確実にエアヒートバーナ２及び加熱炉１９へ向けて流れる状態を形成した後に送風ファン１７を作動させることにより、送風ファン１７を保護することができる。
また、送風ファン１７により、加熱炉１９へ供給される排気ガス１００は、上記供給開始温度Ｔｒ以上の排気ガス１００となっており、この排気ガス１００中には、未燃焼成分、オイルミスト、煤等の不純物がほとんど含まれていない。そのため、排気ガス１００が加熱炉１９における乾燥に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
一方、Ｓ１０５において、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出できない場合には、排気ダクト弁１３等に故障が発生したと考えられ、コージェネレーションシステム１を異常停止する。
また、送風ファン１７により、加熱炉１９へ供給される排気ガス１００は、上記供給開始温度Ｔｒ以上の排気ガス１００となっており、この排気ガス１００中には、未燃焼成分、オイルミスト、煤等の不純物がほとんど含まれていない。そのため、排気ガス１００が加熱炉１９における乾燥に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
一方、Ｓ１０５において、リミットスイッチ１３１が排気ダクト弁１３の開動作を検出できない場合には、排気ダクト弁１３等に故障が発生したと考えられ、コージェネレーションシステム１を異常停止する。
次いで、制御装置１２は、上記差圧センサ１６により、エアヒートバーナ２の先端部２９における上流側と下流側との差圧Ｐを検出し（Ｓ１０７）、この差圧Ｐが上記安定燃焼差圧値Ｐｒ以上になったか否かを監視する（Ｓ１０８）。
そして、制御装置１２は、差圧Ｐが安定燃焼差圧値Ｐｒ以上になったときには、エアヒートバーナ２へ安定燃焼可能な流量の排気ガス１００が流れていると認知して、上記燃料供給調整弁２０２を開けてエアヒートバーナ２へ燃料２０１を供給し、エアヒートバーナ２における燃焼を開始する（Ｓ１０９）。
そして、制御装置１２は、差圧Ｐが安定燃焼差圧値Ｐｒ以上になったときには、エアヒートバーナ２へ安定燃焼可能な流量の排気ガス１００が流れていると認知して、上記燃料供給調整弁２０２を開けてエアヒートバーナ２へ燃料２０１を供給し、エアヒートバーナ２における燃焼を開始する（Ｓ１０９）。
こうして、エアヒートバーナ２への燃料２０１の供給は、安定燃焼可能な温度及び流量を有する排気ガス１００が流れていることを検知した後に開始する。そのため、エアヒートバーナ２において容易に安定燃焼させることができ、エアヒートバーナ２において発生した未燃焼成分が加熱炉１９へ供給されてしまうことを防止することができる。
なお、制御装置１２は、送風ファン１７を作動させた後、所定時間経過しても差圧Ｐが安定燃焼差圧値Ｐｒを超えないときには、ガスタービン１１、排気ダクト弁１３又は送風ファン１７等に故障が生じたと考えられ、コージェネレーションシステム１を異常停止させることができる。
また、エアヒートバーナ２において燃焼を開始した後には、制御装置１２は、上記差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが所定の目標範囲内になるよう上記排気ダクト弁１３の開度を制御することもできる。
また、エアヒートバーナ２において燃焼を開始した後には、制御装置１２は、上記差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが所定の目標範囲内になるよう上記排気ダクト弁１３の開度を制御することもできる。
こうして、エアヒートバーナ２へ供給する排気ガス１００の流量を適切な流量に維持することができ、加熱炉１９へ供給する熱風１０３の流量も適切な流量に維持することができる。また、エアヒートバーナ２へ供給する燃料供給量も適切に調整することができ、エアヒートバーナ２における燃焼量を適切に制御することができる。
また、エアヒートバーナ２においては、上記不純物が少なく十分に昇温された排気ガス１００を用いて安定して燃焼を行うことができる。そして、加熱炉１９へは、エアヒートバーナ２において発生した未燃成分が少なく、不純物が殆ど含まれていない状態の熱風１０３を供給することができる。
それ故、本例のコージェネレーションシステム１によれば、エアヒートバーナ２において安定して燃焼を行うことができ、不純物の含有量が少ない安定した品質の熱風１０３を加熱炉１９へ供給することができる。
それ故、本例のコージェネレーションシステム１によれば、エアヒートバーナ２において安定して燃焼を行うことができ、不純物の含有量が少ない安定した品質の熱風１０３を加熱炉１９へ供給することができる。
また、本例のコージェネレーションシステム１は、ガスタービン１１の運転を停止しているときにおいても、空気（フレッシュエア）１０２を利用してエアヒートバーナ２を燃焼させ、この燃焼により発生させた熱風１０３を加熱炉１９に供給することができるよう構成されている。
すなわち、上記排気ダクト１５には、外部から空気１０２を吸入可能な吸気ダクト１４１が接続されている。この吸気ダクト１４１は、上記排気ダクト弁１３と上記エアヒートバーナ２との間に接続されている。また、吸気ダクト１４１には、これを開閉させるための吸気ダクト弁１４が配設されている。
すなわち、上記排気ダクト１５には、外部から空気１０２を吸入可能な吸気ダクト１４１が接続されている。この吸気ダクト１４１は、上記排気ダクト弁１３と上記エアヒートバーナ２との間に接続されている。また、吸気ダクト１４１には、これを開閉させるための吸気ダクト弁１４が配設されている。
そして、上記制御装置１２は、上記ガスタービン１１の運転を停止しているときには、上記吸気ダクト弁１４を開けると共に上記送風ファン１７を動作させ、上記差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが上記安定燃焼差圧値Ｐｒになった後、エアヒートバーナ２へ燃料２０１を供給し、空気１０２を用いて燃焼を開始させるよう構成されている。
また、上記吸気ダクト弁１４は、吸気ダクト１４１を開閉する回動プレート（ダンパ）と、制御装置１２からの信号によって回動プレートを回動させるモータとによって構成されている。また、吸気ダクト弁１４には、これが吸気ダクト１４１の開動作を行ったことを検出するためのリミットスイッチ１４２が配設されている。そして、制御装置１２は、リミットスイッチ１４２が吸気ダクト弁１４の開動作を検出したときのみ、エアヒートバーナ２に燃料２０１を供給するよう構成されている。
次に、エアヒートバーナ２を単独で燃焼させる場合のコージェネレーションシステム１の運転方法について、図５に記載したフローチャートと共に説明する。
図５に示すごとく、コージェネレーションシステム１の運転を開始するときには、制御装置１２に電源を投入する（ステップＳ２０１）。このとき、制御装置１２は、排気ダクト弁１３を閉じておく。
図５に示すごとく、コージェネレーションシステム１の運転を開始するときには、制御装置１２に電源を投入する（ステップＳ２０１）。このとき、制御装置１２は、排気ダクト弁１３を閉じておく。
次いで、制御装置１２は、吸気ダクト弁１４を開け（Ｓ２０２）、リミットスイッチ１４２が吸気ダクト弁１４の開動作を検出したか否かを監視する（Ｓ２０３）。そして、制御装置１２は、リミットスイッチ１４２が吸気ダクト弁１４の開動作を検出した場合には、送風ファン１７を作動させる（Ｓ２０４）。こうして、吸気ダクト弁１４が開き、空気１０２が確実にエアヒートバーナ２及び加熱炉１９へ向けて流れる状態を形成した後に送風ファン１７を作動させることにより、送風ファン１７を保護することができる。
一方、Ｓ２０３において、リミットスイッチ１４２が吸気ダクト弁１４の開動作を検出できない場合には、吸気ダクト弁１４等に故障が発生したと考えられ、コージェネレーションシステム１を異常停止する。
一方、Ｓ２０３において、リミットスイッチ１４２が吸気ダクト弁１４の開動作を検出できない場合には、吸気ダクト弁１４等に故障が発生したと考えられ、コージェネレーションシステム１を異常停止する。
以降、Ｓ２０５〜Ｓ２０７の各動作は、上記Ｓ１０７〜Ｓ１０９の各動作と同様であり、エアヒートバーナ２は、ガスタービン１１の停止時には、空気１０２を用いて安定燃焼することができ、コージェネレーションシステム１を安定して運転することができる。
（実施例２）
本例は、上記排気ダクト１５に温度センサ１２１を設ける代わりに、制御装置１２を、ガスタービン１１の始動を検知してから所定時間経過した後に上記排気ダクト弁１３を開けるように構成した例である。
本例は、上記排気ダクト１５に温度センサ１２１を設ける代わりに、制御装置１２を、ガスタービン１１の始動を検知してから所定時間経過した後に上記排気ダクト弁１３を開けるように構成した例である。
すなわち、ガスタービン１１の運転を開始してから、排気ガス１００の温度が上記供給開始温度Ｔｒになるまでの時間は、ガスタービン１１の性能等によって決定される。そのため、本例では、制御装置１２内に、ガスタービン１１の運転を開始してからの経過時間Ｄを測定するためのタイマーを構成しておき、制御装置１２は、所定の設定時間Ｄｒが経過したときには、排気ガス１００の温度も上記供給開始温度Ｔｒ以上になっていると擬制して、排気ダクト弁１３を開けるよう構成されている。
上記設定時間Ｄｒは、ガスタービン１１を起動してから排気ガス１００の温度が供給開始温度Ｔｒ以上になるまでの時間とする。
上記設定時間Ｄｒは、ガスタービン１１を起動してから排気ガス１００の温度が供給開始温度Ｔｒ以上になるまでの時間とする。
本例のコージェネレーションシステム１の運転方法を、図６のフローチャートに示す。同図において、コージェネレーションシステム１の運転を開始するときには、ガスタービン１１及び制御装置１２に電源を投入する（ステップＳ３０１）。このとき、制御装置１２は、排気ダクト弁１３を閉じておく。
そして、制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始してからの経過時間Ｄをタイマーで測定し（Ｓ３０２）、この経過時間Ｄが設定時間Ｄｒになるまでは、排気ガス１００の全量を外部排気ダクト１５から外部へ排気する。
そして、制御装置１２は、ガスタービン１１の運転を開始してからの経過時間Ｄをタイマーで測定し（Ｓ３０２）、この経過時間Ｄが設定時間Ｄｒになるまでは、排気ガス１００の全量を外部排気ダクト１５から外部へ排気する。
次いで、制御装置１２は、上記経過時間Ｄが設定時間Ｄｒになったか否かを監視し（Ｓ３０３）、経過時間Ｄが設定時間Ｄｒを超えたときには、排気ダクト弁１３を開ける（Ｓ３０４）。
以降、Ｓ３０５〜Ｓ３０９の各動作は、上記Ｓ１０５〜Ｓ１０９の各動作と同様であり、エアヒートバーナ２は排気ガス１００を用いて安定燃焼することができ、コージェネレーションシステム１を安定して運転することができる。
本例においても、その他は、上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
以降、Ｓ３０５〜Ｓ３０９の各動作は、上記Ｓ１０５〜Ｓ１０９の各動作と同様であり、エアヒートバーナ２は排気ガス１００を用いて安定燃焼することができ、コージェネレーションシステム１を安定して運転することができる。
本例においても、その他は、上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（実施例３）
本例は、図７に示すごとく、ガスタービン１１に対して複数の排気ダクト１５及びエアヒートバーナ２を配設して、コージェネレーションシステム１を構成する例である。
すなわち、本例のコージェネレーションシステム１においては、排気ダクト１５がガスタービン１１の排気口１１０に対して複数接続されており（本例では２本）、各排気ダクト１５には、エアヒートバーナ２、排気ダクト弁１３及び差圧センサ１６がそれぞれ配設されている。
本例は、図７に示すごとく、ガスタービン１１に対して複数の排気ダクト１５及びエアヒートバーナ２を配設して、コージェネレーションシステム１を構成する例である。
すなわち、本例のコージェネレーションシステム１においては、排気ダクト１５がガスタービン１１の排気口１１０に対して複数接続されており（本例では２本）、各排気ダクト１５には、エアヒートバーナ２、排気ダクト弁１３及び差圧センサ１６がそれぞれ配設されている。
また、本例の制御装置１２は、各排気ダクト１５における各差圧センサ１６により検出した差圧Ｐが、それぞれ上記安定燃焼可能な差圧範囲Ａとしての１５０〜４００Ｐａ以内になるよう各排気ダクト弁１３の開度を調整するよう構成されている。
なお、各排気ダクト１５、エアヒートバーナ２、排気ダクト弁１３、差圧センサ１６等の構成や動作方法等は上記実施例１と同様である。
なお、各排気ダクト１５、エアヒートバーナ２、排気ダクト弁１３、差圧センサ１６等の構成や動作方法等は上記実施例１と同様である。
本例のように、ガスタービン１１に対して、複数の排気ダクト１５を接続して、各排気ダクト１５におけるエアヒートバーナ２を燃焼させる場合には、ガスタービン１１から遠い位置にある排気ダクト１５（図７における図面上側の排気ダクト１５）へは圧損が大きいことにより、排気ガス１００の流量が少なくなってしまうおそれがある。
そのため、各排気ダクト弁１３の開度を調整することにより、各エアヒートバーナ２へ適切な流量の排気ガス１００を供給することができ、各エアヒートバーナ２を安定燃焼させることができる。
本例においても、その他は、上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
そのため、各排気ダクト弁１３の開度を調整することにより、各エアヒートバーナ２へ適切な流量の排気ガス１００を供給することができ、各エアヒートバーナ２を安定燃焼させることができる。
本例においても、その他は、上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
１ コージェネレーションシステム
１００ 排気ガス
１０２ 空気
１０３ 熱風
１１ ガスタービン
１２ 制御装置
１３ 排気ダクト弁
１４ 吸気ダクト弁
１４１ 吸気ダクト
１５ 排気ダクト
１６ 差圧センサ
１７ 送風ファン
１９ 加熱炉
２ エアヒートバーナ
２０１ 燃料
２９ 先端部
１００ 排気ガス
１０２ 空気
１０３ 熱風
１１ ガスタービン
１２ 制御装置
１３ 排気ダクト弁
１４ 吸気ダクト弁
１４１ 吸気ダクト
１５ 排気ダクト
１６ 差圧センサ
１７ 送風ファン
１９ 加熱炉
２ エアヒートバーナ
２０１ 燃料
２９ 先端部
Claims (6)
- ガスタービンの排気口と加熱炉の入口とを接続する排気ダクト内に、エアヒートバーナを配設してなり、該エアヒートバーナから噴出させた燃料と、上記排気ダクト内を流れる排気ガスとの燃焼により発生させた熱風を、上記加熱炉へ供給するよう構成されたコージェネレーションシステムにおいて、
上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの上流側に、当該排気ダクトを開閉させるための排気ダクト弁が配設されており、
上記コージェネレーションシステムを制御する制御装置は、上記ガスタービンの始動を検知してから所定時間経過したとき、又は上記排気ガスの温度が所定温度以上になったことを検知したとき、上記排気ダクト弁を開けるよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項１において、上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの先端部の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサが配設されており、
上記制御装置は、上記差圧センサにより検出した差圧が、上記エアヒートバーナにおいて安定燃焼可能な値に到達した後、当該エアヒートバーナへ上記燃料を供給して、上記燃焼を開始させるよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項１又は２において、上記排気ダクトには、上記エアヒートバーナの下流側に、該エアヒートバーナにおいて発生させた熱風を上記加熱炉へ強制送風するための送風ファンが配設されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
- 請求項２又は３において、上記制御装置は、上記差圧センサにより検出した差圧が所定の目標範囲内になるよう上記排気ダクト弁の開度を制御するよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
- 請求項２〜４のいずれか一項において、上記排気ダクトは、上記ガスタービンの排気口に対して複数接続されており、
上記各排気ダクトには、上記エアヒートバーナ、上記排気ダクト弁及び上記差圧センサがそれぞれ配設されており、
上記制御装置は、上記各排気ダクトにおける上記各差圧センサにより検出した差圧が、それぞれ所定の目標範囲内になるよう上記各排気ダクト弁の開度を制御するよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項３において、上記排気ダクトには、上記排気ダクト弁と上記エアヒートバーナとの間に、外部から空気を吸入可能な吸気ダクトが接続されていると共に、該吸気ダクトには、該吸気ダクトを開閉させるための吸気ダクト弁が配設されており、
上記制御装置は、上記ガスタービンの運転を停止しているときには、上記吸気ダクト弁を開けると共に上記送風ファンを動作させ、上記差圧センサにより検出した差圧が、上記エアヒートバーナにおいて安定燃焼可能な差圧になった後、当該エアヒートバーナへ上記燃料を供給し、上記空気を用いて上記燃焼を開始させるよう構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
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