JP4555010B2 - 改質燃料焚きガスタービン及びその運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、重質油を昇温昇圧し、高温高圧水と混合させることにより改質及び軽質化した改質油を用いて運転される改質燃料焚きガスタービン及びその運転方法に関する。
重質油を昇温昇圧し、超臨界水と混合させることにより改質及び軽質化した改質燃料によって運転されるコンバインドガスタービンはよく知られている。このような技術は、例えば、特許文献１（特開2000-109850号公報）に記載されている。
重質油は、加圧ポンプにより20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラーに設置された伝熱管内で550℃程度の排ガスと熱交換することにより、350℃程度に昇温される。
同様に供給水は、加圧ポンプにより20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラーに設置された伝熱管内で550℃程度の排ガスと熱交換することにより、450℃程度に昇温される。
それぞれ昇温昇圧された重質油及び超臨界状態の水を改質器内で混合し、改質燃料を製造する。減圧弁で減圧された改質燃料は、燃焼器へ供給され、ガスタービンを駆動する。さらに、排熱回収ボイラーにより生成された蒸気は、蒸気タービンを駆動する。
特開2000-109850号公報
重質油を改質した改質燃料焚きのガスタービンにおいては、重質油の改質には、高温高圧の水蒸気が必要である。従来の技術は、改質油中に含まれる水蒸気も燃焼器へ直接供給していた。
この方式は、水蒸気を加えることにより燃焼器内の火炎温度を低下させ、燃焼器内で発生する窒素酸化物を抑制する効果がある。しかし、その反面、大量の水を必要とし、離島などのような水の確保が難しい地域でのガスタービンの使用が難しい。
本発明の目的は、改質に用いる水を再利用し、水の使用量を大幅に低減することである。
本発明の一つの解決手段は、改質器と燃焼器の間に減圧装置を設け、改質油を減圧することにより液状の改質油と水蒸気に分離する装置と、この水蒸気を復水する復水器と、復水した水を改質器へと再供給する再供給装置とを設けた燃料焚きガスタービンに関する。
このような構成にすることにより、改質に用いる水を再利用することができ、従来方式に比して、水の使用量を大幅に低減できる。
以下図示した実施形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１において、重質油タンク１０から重質油供給系統１２を通して供給された重質油１４は、加圧ポンプ１６により20Mpa程度に昇圧される。この重質油１４は、排熱回収ボイラー１８内に設置された熱交換用伝熱管２０内で550℃程度の排ガスと熱交換することにより、350℃程度に昇温される。
同様に水タンク２２から水供給系統２４を経て供給された水３０は、加圧ポンプ２５により20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラー１８内に設置された伝熱管２６において、550℃程度の排ガス２８と熱交換することにより、450℃程度に昇温される。
それぞれ昇温昇圧された重質油１４及び超臨界状態の水３０を改質器３２により混合し、改質燃料31を製造する。改質燃料供給系統３３を経由して減圧弁３４へ供給された改質燃料31は、減圧弁３４で減圧され、減圧に伴う断熱膨張による温度低下により、水は蒸気、改質油は液体として二相化する。
二相化された重質油14は、気液分離装置３６により、蒸気と改質油に分離される。水蒸気は、復水器３８を経て水４０となり水供給系統２４へ戻される。液体状の改質油は燃焼器４２に供給され、ガスタービン４４，４５を駆動する。ガスタービン４４，４５は、発電機４６を駆動する。
さらに、排熱回収ボイラー１８において生成された蒸気４８は、排熱回収ボイラー１８のドラム５０を通して蒸気タービン５２に与えられる。蒸気タービン５２は、発電機５４を運転する。蒸気タービン５２を駆動した蒸気は、コンデンサ５６によって復水し、循環ポンプ５８を経て排熱回収ボイラー１８へ供給される。
この実施形態によれば、改質用の水蒸気を再利用することができ、離島のように水の確保が難しい場所でも改質油焚きガスタービンの適用を可能にできる。
図２は,本発明の第二実施形態を示す系統図である。
重質油タンク１０より重質油供給系統１２を経て供給された重質油１４は、加圧ポンプ１６により20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラー１８内に設置された熱交換用伝熱管２０において550℃程度の排ガス２８と熱交換することにより、350℃程度に昇温される。
同様に水タンク２２より水供給系統２４を経て供給された水３０は、加圧ポンプ２５により20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラー１８内に設置された伝熱管２６において550℃程度の排ガス２８と熱交換することにより、450℃程度に昇温される。
それぞれ昇温昇圧された重質油１４と超臨界状態の水３０は、改質器３２において混合され、改質燃料３１を製造する。改質燃料３１は、改質燃料供給系統３３を通して減圧弁３４へ供給される。減圧弁３４で減圧された改質燃料３１は、減圧に伴う断熱膨張による温度低下により、水は蒸気、改質油は液体として二相化した後、気液分離装置３６で、蒸気と改質油に分離される。
水蒸気は、本実施形態ではバルブによる蒸気分配装置６０において、復水器３８へのラインと燃焼器４２へ分配されて供給される。復水器３８へのラインへの水は、復水器３８を経て水４０となり水供給系統２４へ戻される。
また、燃焼器４２のラインへの蒸気６２と液体状の改質油は、燃焼器４２に供給され、ガスタービン４４，４５を駆動する。さらに、排熱回収ボイラー１８において生成された蒸気４８は、排熱回収ボイラーのドラム５０を介して蒸気タービン５２を駆動する。蒸気タービン５２は、発電機５４を運転する。蒸気タービン５２を駆動した蒸気は、コンデンサ５６、循環ポンプ５８を介して排熱回収ボイラー１８へ戻される。
この実施形態によれば、改質用の水の使用量を抑制しながら、同時に燃焼器４２内に供給された蒸気により火炎温度が低下するので、窒素酸化物の発生を抑制できる。
すなわち、減圧により生じた蒸気を二系統に分割し、一方の蒸気は復水器３８へ供給し、復水した水を改質器３２へ再供給し、他方はそのまま燃焼器４２へ供給する。これにより、従来方式の利点である燃焼器への蒸気注入により窒素酸化物発生の抑制と同時に、改質に用いる水を再利用することができ、従来方式に比して、水の使用量を大幅に低減できる。
図３は、本発明の第三実施形態を示す系統図である。
重質油タンク１０から重質油供給系統１２を経て供給された重質油１４は、重質油加圧ポンプ１６により20Mpa程度に昇圧される。この重質油１４は、排熱回収ボイラー１８内に設置された重質油熱交換用伝熱管２０において550℃程度の排ガス２８と熱交換することにより、350℃程度に昇温される。
同様に水タンク２２から水供給系統２４を経て供給された水３０は、水加圧ポンプ２５により20Mpa程度に昇圧され、排熱回収ボイラー１８内に設置された熱交換用伝熱管２６において550℃程度の排ガス２８と熱交換することにより、450℃程度に昇温される。
それぞれ昇温昇圧された重質油１４及び超臨界状態の水３０を改質器３２内で混合し、改質燃料３１を製造する。改質燃料は３１、改質燃料供給系統３３を経て減圧弁３４に与えられる。減圧弁３４で減圧された改質燃料は、減圧に伴う断熱膨張による温度低下により、水は蒸気、改質油は液体として二相化される。
二相化した後、改質油は、気液分離装置３６で、蒸気と改質油に分離され、水蒸気は復水器３８を経て水４０となる。
更に水処理装置６４において、不純物を除去した後に、水供給系統２４へ戻される。液体状の改質油は燃焼器４２に供給され、ガスタービン４４，４５を駆動する。
さらに、排熱回収ボイラー１８において生成された蒸気４８は蒸気タービン５２を駆動する。蒸気タービン５２を駆動した蒸気は、コンデンサ５６、循環ポンプ５８を経て排熱回収ボイラー１８に戻される。
この実施形態によれば、水処理装置６４によって再利用する水から不純物を除去することにより、不純物が改質へ及ぼす影響を除去できる。これにより、改質、減圧後に分離する過程で混入した不純物を水から除去でき、改質への影響を低減できる。
本発明の第一の実施形態を示す重質油改質燃料で運用するガスタービンの系統図である。 本発明の第二の実施形態を示す重質油改質燃料で運用するガスタービンの系統図である。 本発明の第三の実施形態を示す重質油改質燃料で運用するガスタービンの系統図である。
符号の説明
１０…重質油タンク、１２…重質油供給系統、1４…重質油、１６…重質油加圧ポンプ、１８…排熱回収ボイラー、２０…重質油熱交換用伝熱管、２２…水タンク、２４…水供給系統、２５…水加圧ポンプ、２６…水熱交換用伝熱管、２８…排ガス、３０…水、３１…改質燃料、３２…改質器、３3…改質燃料供給系統、３４…減圧弁、３６…改質油と蒸気気液分離装置、３８…蒸気の復水器、４０…水、４２…燃焼器、４４、４５…ガスタービン、４６…発電機、４８…蒸気タービン用の蒸気、５２…蒸気タービン、５０…排熱回収ボイラーのドラム、５４…発電機、５６…コンデンサ、５８…循環ポンプ、６０…蒸気分配器、６２…蒸気、６４…水処理装置。

Claims (4)

  1. 重質油を昇温昇圧し、高温、高圧の水と混合させることにより改質及び軽質化した改質油を製造する改質器と、前記改質油が燃焼器に供給されることによって運転されるガスタービンと、前記改質器と前記燃焼器の間に設けられた減圧装置と、改質油を減圧することにより液状の改質油と水蒸気とに分離する分離器と、前記分離器からの水蒸気を復水する復水器と、この復水を前記改質器へ再供給する再供給器とを備え、減圧により生じた水蒸気を二系統に分割し、一方の水蒸気は、前記復水器により復水後、前記再供給器を介して前記改質器へ再供給し、他方はそのまま前記燃焼器へ供給する改質燃料焚きガスタービン。
  2. 請求項１記載の改質燃料焚きガスタービンにおいて、水蒸気を復水する前記復水器と、復水を前記改質器へ再供給する前記再供給器との間に、復水中の不純物を除去する水処理装置を設けた改質燃料焚きガスタービン。
  3. 加圧ポンプによって重質油を加圧し、加圧された重質油を排熱回収ボイラーにより加熱し、高温高圧の重質油を得る装置と、加圧ポンプにより加圧し、加圧された水を排熱回収ボイラーにより加熱し高温、高圧の水を得る装置と、前記高温高圧の重質油と水を混合させることにより改質及び軽質化した改質油を製造する改質器と、前記改質油が燃焼器に供給されることによって運転されるガスタービンと、前記改質器と前記燃焼器の間に設けられた減圧装置と、改質油を減圧することにより液状の改質油と水蒸気とに分離する分離器と、前記分離器からの水蒸気を復水する復水器と、この復水を前記改質器へ再供給する再供給器と備え、減圧により生じた水蒸気を二系統に分割し、一方の水蒸気は、前記復水器により復水後、前記再供給器を介して前記改質器へ再供給し、他方はそのまま前記燃焼器へ供給する改質燃料焚きガスタービン。
  4. 請求項３記載の改質燃料焚きガスタービンにおいて、水蒸気を復水する前記復水器と、復水を前記改質器へ再供給する前記再供給器との間に、復水中の不純物を除去する水処理装置を設けた改質燃料焚きガスタービン。
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