JP4591282B2

JP4591282B2 - ガスタービン発電装置

Info

Publication number: JP4591282B2
Application number: JP2005248569A
Authority: JP
Inventors: 真一稲毛; 浩二西田; 信幸穂刈; 修横田; 明典林; 宏和高橋; 慎介小久保; 俊文笹尾; 勲竹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007064034A

Description

本発明は、ガスタービン発電装置に係り、特に油燃料を燃焼させる油焚きのガスタービン発電装置に関するものである。

従来から、油燃料を燃焼器の外部で加熱して蒸発させるガスタービン発電装置や、油燃料と空気を予混合して燃焼させるガスタービン発電装置などが提案されている。

例えば、下記特許文献１には、混合器において、油燃料中に水蒸気を添加することで、水蒸気の温度により油燃料を蒸発させ、その油燃料を燃焼することが記載されている。

特開平１１−９４２５５号公報（段落番号００１４等）

しかしながら、上記特許文献１の油焚きガスタービン用燃焼器は、水蒸気の熱を利用して油燃料を蒸発させているため、一部の油燃料が蒸気にならず、炭が発生してしまう懸念がある。

本発明の目的は、炭の発生を抑制しながら油燃料を蒸発させることのできる油焚きのガスタービン発電装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、油燃料を燃焼させて燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン発電装置において、加圧された油燃料及び加圧された水を混合させる混合器と、この混合器で混合された油燃料及び水を蒸発させる熱交換器と、蒸発した油燃料及び水を空気と予混合して燃焼させる燃焼器を設け、前記熱交換器で蒸発しなかった油燃料を燃焼させた排ガスを前記熱交換器の熱源とする。

本発明によれば、炭の発生を抑制しながら油燃料を蒸発させることのできる油焚きのガスタービン発電装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本実施例のガスタービン発電装置は、油燃料タンク１から供給された油燃料１６は、加圧ポンプ２により燃焼器１１に供給するのに最適な圧力、好ましくは２Ｍｐａ程度に昇圧される。尚、本実施例では、ガスタービン用の油燃料１６として、軽油が用いられている。また、水タンク５から供給された水１７は、加圧ポンプ６により前記油燃料１６と同じ圧力に加圧される。加圧された油燃料１６は油燃料供給系統３を経て混合器８の容器内へ供給され、加圧された水１７は水供給系統７を経て混合器８の容器内へ供給される。

また、混合器８にて混合された油燃料１６及び水１７は、熱交換器、具体的には加熱器９へ供給され、油燃料１６及び水１７が蒸発して蒸気となる所定の温度まで加熱され、油燃料１６及び水１７のほぼすべてが蒸発する。ここで、水１７よりも油燃料１６に含まれる成分が蒸発する温度の方が高いので、油燃料１６の蒸発完了点に、加熱温度は依存している。

更に、油燃料１６と水１７の混合蒸気１８は、系統１０を経て燃焼器１１へ供給される。この燃焼器１１内には、圧縮機１３からの高圧高温空気１４と混合蒸気１８と混合する予混合器を有しており、予混合気は燃焼器１１内で予混合燃焼される。そして、燃焼ガスは、タービン１２を駆動した後、排ガス１５として放出される。

このように本実施例によれば、油燃料１６の予蒸発過程を燃焼器１１の外に分離することが可能となる。そのため、油燃料１６をガス状で燃焼器１１へ供給でき、均一な予混合気を形成することが容易になるので、油焚きの場合であっても、低ＮＯｘ燃焼が実現できる。また、燃焼器１１へ供給する蒸気の中に水１７の蒸気が含有している点もＮＯｘ低減の要因となり、結果として、ＮＯｘ１０ppm 未満の燃焼が可能になり、脱硝装置も不要となる。更に、本実施例によれば、油燃料１６と水１７を混合してから加熱できるので、油燃料１６が炭になることを抑制し、油燃料１６が蒸気になり易くなる。

図２は、本発明の第２の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本実施例のガスタービン発電装置は、タンクから供給される油燃料１６と水１７を混合器８にて混合する点、油燃料１６と水１７の混合蒸気１８を燃焼器１１へ供給して燃焼させ、タービン１２を駆動させる点は、第１の実施例と同様である。そこで、第１の実施例と異なる点、すなわち、気液分離器１９と残油燃焼バーナー２２を設けて、蒸発しなかった油燃料
１６の液分を燃焼させ、油燃料１６及び水１７の加熱に利用する点について、焦点を置いて説明する。

本実施例の加熱器９では、油燃料１６の一部が蒸発せずに液体のまま残るように温度を調整する。また、液状のまま残った残油２０は、加熱器９と燃焼器１１の間に設けられた気液分離器１９へ、水１７の蒸気とともに供給される。そして、気液分離器１９を介して分離した液状の残油２０は、残油抜出部２１で抜き出され、残油燃焼バーナー２２へ供給され、この残油燃焼バーナー２２で燃焼される。更に、この残油燃焼バーナー２２で生じた排ガス２４は、加熱器９の熱源として利用される。

本実施例によれば、加熱器９の温度を調整することにより、油燃料１６を全部蒸発させずに一部を蒸発させることができ、更に、加熱器９に残った残油２０を抜き出して燃焼させ、その排ガスの熱エネルギーを、油燃料１６と水１７の加熱に用いることができる。また、加熱に要した熱量は、混合蒸気１８を通じてガスタービンへの持込熱量として供給されるので、油燃料１６の持つ熱量の損失は十分に抑えられる。尚、本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果を達成できる。

図３は、本発明の第３の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本実施例のガスタービン発電装置についても、第１の実施例と同様の点があるが、ここでは第１の実施例と異なる点に焦点を置いて説明する。

本実施例では、タービン１２を駆動した後、排出される排ガス１５の一部を、排ガス抽気系統２５を介して加熱器９へ供給し、加熱器９の熱源として利用される。これにより、油燃料１６と水１７を加熱するための熱源を、排ガス１５の一部により賄うことができ、また加熱に要した熱量は、混合蒸気１８を通じてガスタービンへの持込熱量として供給されるので、新たな熱源が不要となり、ガスタービン発電装置の熱効率を向上できる。尚、本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が達成できる。

図４は、本発明の第４の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本実施例のガスタービン発電装置についても、第１の実施例と同様の点があるが、ここでは第１の実施例と異なる点に焦点を置いて説明する。

本実施例における燃焼器１１では、蒸発した油燃料１６及び水１７を噴出するための燃料ノズル２６が、複数設けられている。また、この燃料ノズル２６の燃料噴出下流側には、板状部材２９が設けられている。この板状部材２９には、燃料ノズル２６の燃料噴出孔面積よりも大きい面積を有する空気孔２８が複数設けられており、この空気孔２８により、燃料と空気の予混合流路が形成されている。更に、この空気孔２８は、燃料ノズル２６と略同軸となるように配置されている。

このような燃焼器１１において、蒸発した油燃料１６及び水の混合蒸気１８は、系統
１０を経て燃焼器１１内に設置された複数の燃料ノズル２６へ供給され、圧縮機１３からの高圧高温空気２７は、複数の空気孔２８へ供給される。すると、高圧高温空気２７の噴流が混合蒸気１８の噴流を包み込むような同軸の噴流が、予混合流路内に形成されるため、燃料と空気が数十mm程度の短距離で急速に混合され、ＮＯｘの低減につながる。また、混合までの距離・時間が短くなるので、自発火温度が２００℃〜３００℃と低い油燃料
１６の蒸気が、４００℃程度の高温空気に接しても自発火することはなく、燃焼器１１が破損する危険性を少なくできる。

そして、油燃料１６及び水１７の混合蒸気１８と空気の予混合気が、燃焼器１１の燃焼室内で予混合燃焼されると、そのとき発生する燃焼ガス２３がタービン１２を駆動した後、排ガス１５として放出される。尚、本実施例は、第１の実施例と組み合わせた例で示したが、第３の実施例と組み合わせて、排ガス１５を加熱器９の熱源として利用しても良い。勿論、本実施例を第２の実施例と組み合わせても構わない。

更に、上述の実施例以外にも、第２の実施例において、残油燃焼バーナー２２で生じた排ガス２４だけでなく、タービン１２を駆動した後に排出される排ガス１５の一部を、加熱器９の熱源として利用したものであっても良い。

本発明の第１の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本発明の第２の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本発明の第３の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。本発明の第４の実施例を示すガスタービン発電装置を示す図である。

符号の説明

１…油燃料タンク、２…加圧ポンプ、３…油燃料供給系統、４…高温ガス、５…水タンク、６…水加圧ポンプ、７…水供給系統、８…混合器、９…加熱器、１０…系統、１１…燃焼器、１２…タービン、１３…圧縮機、１４，２７…高圧高温空気、１５，２４…排ガス、１６…油燃料、１７…水、１８…混合蒸気、１９…気液分離器、２０…残油、２１…残油抜出部、２２…残油燃焼バーナー、２３…燃焼ガス、２５…排ガス抽気系統、２６…燃料ノズル、２８…空気孔、２９…板状部材。

Claims

油燃料を燃焼させて燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン発電装置において、加圧された油燃料及び加圧された水を混合させる混合器と、この混合器で混合された油燃料及び水を蒸発させる熱交換器と、蒸発した油燃料及び水を空気と予混合して燃焼させる燃焼器を有し、前記熱交換器で蒸発しなかった油燃料を燃焼させた排ガスを前記熱交換器の熱源としたことを特徴とするガスタービン発電装置。
請求項１において、前記熱交換器と前記燃焼器の間に気液分離器が設けられ、この気液分離器を介して前記熱交換器で蒸発しなかった油燃料を分離することを特徴とするガスタービン発電装置。
請求項２において、前記油燃料の一部が蒸発せずに液体のまま残るように熱交換器の温度を調整することを特徴とするガスタービン発電装置。
油燃料を燃焼させて燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービン発電装置において、加圧された油燃料及び加圧された水を混合させる混合器と、この混合器で混合された油燃料及び水を加熱して蒸発させる熱交換器と、蒸発した油燃料及び水の噴流を圧縮機からの空気の噴流が包み込むような同軸の噴流を形成する燃焼器を有し、前記熱交換器で蒸発しなかった油燃料を燃焼させた排ガスを前記熱交換器の熱源としたことを特徴とするガスタービン発電装置。
請求項４において、前記燃焼器は、前記蒸発した油燃料及び水を噴出する複数の燃料ノズルと、この燃料ノズルの燃料噴出下流側に設けられた板状部材を有し、この板状部材には、前記燃料ノズルと同軸であって、前記燃料ノズルの噴出孔面積よりも大きい面積の空気孔が、複数設けられていることを特徴とするガスタービン発電装置。
請求項１，４のいずれかにおいて、前記タービンからの排ガスを前記熱交換器の熱源としたことを特徴とするガスタービン発電装置。