JP4611373B2 - Gas turbine equipment, fuel gas supply equipment, and fuel gas calorie increase suppressing method - Google Patents

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Description

本発明はガスタービン設備、燃料ガス供給設備および燃料ガスのカロリ上昇抑制方法に関する。さらに詳しくは、低カロリガスのようにその発熱量(カロリともいう)が変動するガスをガスタービンの燃料として供給する燃料ガス供給設備、この燃料ガス供給設備を備えたガスタービン設備、および、このガスタービン燃料用ガスの発熱量の上昇を抑制する方法に関する。  The present invention relates to a gas turbine facility, a fuel gas supply facility, and a fuel gas calorie increase suppressing method. More specifically, a fuel gas supply facility that supplies a gas whose calorific value (also referred to as calorie) fluctuates, such as low calorie gas, as fuel for the gas turbine, a gas turbine facility equipped with the fuel gas supply facility, and the gas The present invention relates to a method for suppressing an increase in calorific value of gas for turbine fuel.

製鉄分野において、たとえば高炉法で銑鉄を生産する場合、高炉から炉頂ガス(Blast Purnace Gasであり、以下BFGと記す)が副生ガスとして発生する。BFGの総発熱量は使用したコークスの発熱量の約半分にも達するので、製銑原価低減のためにBFGは製鉄所内において多方面に利用されている。BFGは投入コークス1トン当たり3000Nm程度発生し、その組成は二酸化炭素(CO)が10〜18容積%(以下、単に%と記す)、一酸化炭素(CO)が22〜30%、窒素(N)が52〜60%、水素(H)が0.5〜4%、メタン(CH)が0.5〜3%程度とされている。In the field of iron making, for example, when pig iron is produced by the blast furnace method, a furnace top gas (Blast Purchase Gas, hereinafter referred to as BFG) is generated as a by-product gas from the blast furnace. Since the total calorific value of BFG reaches about half of the calorific value of the coke used, BFG is widely used in steelworks to reduce the cost of ironmaking. BFG is generated about 3000 Nm 3 per ton of input coke, and its composition is 10 to 18% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) (hereinafter simply referred to as%), 22 to 30% of carbon monoxide (CO), nitrogen (N 2) is 52 to 60%, hydrogen (H 2) is from 0.5 to 4%, methane (CH 4) is about 0.5% to 3%.

BFGはこれ以外に煙塵を2〜10g/Nm含んでいるので、これを除塵器で0.01g/Nm程度まで除去した後、発熱量800kcal/Nm程度の燃料ガスとして、熱風炉、コークス炉、加熱炉、ボイラー等に利用されている。近年、ガスタービンにおいても、その技術の向上により低カロリガスの燃焼が可能となり、BFGをガスタービン燃料として用いて発電する事例が増加している。ここで言う低カロリガスとは、その発熱量が約12MJ/Nm以下のガスと定義している。低カロリガスとしては、後述するように、高炉ガス(BFG)には限らず、転炉ガス(LDG)などの多くの他の種類のガスやそれらの混合ガスが含まれる。Because BFG contains 2 to 10 g / Nm 3 of flue dusts in addition to this, after removal of up to about 0.01 g / Nm 3 in the dust collector so as calorific value 800 kcal / Nm 3 about the fuel gas, a hot air furnace, Used in coke ovens, heating furnaces, boilers, etc. In recent years, gas turbines can also be burned with low calorie gas due to improvements in technology, and the number of cases where power is generated using BFG as a gas turbine fuel is increasing. The low calorie gas mentioned here is defined as a gas having a calorific value of about 12 MJ / Nm 3 or less. As will be described later, the low calorie gas is not limited to blast furnace gas (BFG) but includes many other types of gases such as converter gas (LDG) and mixed gases thereof.

一方で、近年、高炉法以外の新しい製鉄プロセス(たとえばFINEXやCOREX等の直接還元鉄法)が開発されつつあり、こうした新プロセスから発生する副生ガスの有効利用に対しても適用できる燃焼方式の開発が待たれている。いずれの製鉄プロセスであれ、発生する副生ガスの特性(ガス組成やカロリ)は設備や操業内容によって異なる。同一設備であっても各原料の特性や反応過程に応じて時々刻々変化し、一定することがない。  On the other hand, in recent years, new iron-making processes other than the blast furnace method (for example, direct reduction iron methods such as FINEX and COREX) are being developed, and combustion methods that can be applied to the effective use of by-product gases generated from such new processes. Is waiting for development. In any steelmaking process, the characteristics (gas composition and calorie) of the by-product gas generated vary depending on the equipment and operation content. Even in the same facility, it changes from moment to moment according to the characteristics of each raw material and the reaction process, and does not become constant.

副生ガスをガスタービンの燃料として使用する場合の最も重要な特性であるカロリについて見てみると、各ガスタービンが固有するカロリの許容変動幅の上限(たとえば平均カロリ値の約+10%)を超えた場合、つまりカロリが急激に大きくなった場合、ガスタービンの燃焼器内での燃焼温度が急激に異常な高温となることがある。これに起因してバーナー部分、タービンの静翼および動翼が損傷を受けて短命化したりする弊害が発生する可能性がある。この場合、ガスタービン設備の経済的な連続運転が困難になる。  Looking at calorie, which is the most important characteristic when using byproduct gas as gas turbine fuel, the upper limit of the allowable fluctuation range of calorie inherent to each gas turbine (for example, about + 10% of the average calorie value) When it exceeds, that is, when the calorie increases rapidly, the combustion temperature in the combustor of the gas turbine may suddenly become an abnormally high temperature. As a result, there is a possibility that the burner portion, the stationary blades and the moving blades of the turbine are damaged and the life is shortened. In this case, economical continuous operation of the gas turbine facility becomes difficult.

副生ガスの変動するカロリを抑制するためにいわゆる純粋窒素ガス(N)によって希釈する技術は公知である(たとえば特許文献1および特許文献2を参照)。しかしながら、高純度に精製されたN等の不活性ガスによって副生ガスを希釈する場合、カロリの変動値によってはN等の高価な不活性ガスを大量に使用せざるを得ない。また、不活性ガスを連続して大量に確保することは特殊な産業分野を除いて非常に困難である。さらに、大量の不活性ガスの貯蔵設備や、配管を含むガス供給のための各種機器設備等を延設する必要がある。これらの理由により、純粋な不活性ガスを購入して使用することはガスタービン発電の経済性を低下させ、高効率を標榜するガスタービンの技術的優位性を阻害する。
特開2002−155762号公報 特開平9−317499号公報
A technique of diluting with so-called pure nitrogen gas (N 2 ) in order to suppress calorie fluctuation of by-product gas is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, when diluting the by-product gas with an inert gas such as N 2 purified to a high purity, a large amount of an expensive inert gas such as N 2 must be used depending on the variation value of calories. Moreover, it is very difficult to secure a large amount of inert gas continuously except for a special industrial field. Furthermore, it is necessary to extend a large amount of inert gas storage facilities and various equipment facilities for supplying gas including piping. For these reasons, purchasing and using pure inert gas reduces the economics of gas turbine power generation and hinders the technical advantages of gas turbines that advocate high efficiency.
JP 2002-155762 A JP 9-317499 A

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、設備コストおよび運転コストが低廉な、ガスタービン用の燃料ガスのカロリ変動を緩和することのできる燃料ガス供給設備、この燃料ガス供給設備を備えたガスタービン設備、および、ガスタービン燃料用ガスの発熱量の上昇を抑制する方法を提供することを目的としている。  The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a low equipment cost and an operating cost, and a fuel gas supply facility capable of reducing fluctuations in calories of fuel gas for a gas turbine, and the fuel gas supply facility. The object is to provide a gas turbine facility provided with the above and a method for suppressing an increase in the calorific value of gas for a gas turbine fuel.

上記目的のために本発明の燃料ガス供給設備は、
ガスを燃料としてガスタービンに供給するための燃料ガス供給通路と、
この燃料ガス供給通路に接続された、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を燃料ガス供給通路に供給するための廃棄窒素供給通路と、
前記ガスと前記廃棄窒素とを混合する混合器と、
上記燃料ガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
上記燃料ガス供給通路又は上記廃棄窒素供給通路のいずれか一方又は両方に配設された、ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出装置と、
上記発熱量検出装置および上記酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて廃棄窒素供給通路による廃棄窒素供給動作を制御しうる制御装置とを備えている。
For the above purpose, the fuel gas supply facility of the present invention comprises:
A fuel gas supply passage for supplying gas to the gas turbine as fuel;
A waste nitrogen supply passage connected to the fuel gas supply passage for supplying waste nitrogen generated in at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant to the fuel gas supply passage;
A mixer for mixing the gas and the waste nitrogen;
A calorific value detection device for detecting a calorific value in the gas disposed in the fuel gas supply passage;
An oxygen concentration detection device for detecting the oxygen concentration in the gas, disposed in either one or both of the fuel gas supply passage and the waste nitrogen supply passage;
And a control device capable of controlling the waste nitrogen supply operation by the waste nitrogen supply passage based on the detection results of the calorific value detection device and the oxygen concentration detection device .

この発明によれば、ガスの発熱量と廃棄窒素の酸素含有率又は廃棄窒素が混合されたガスの酸素含有率とを検出することで、検出された酸素含有率に基づいて可燃限界と安全率とが考慮された廃棄窒素の最大許容混合比率を算出するとともに、検出されたガスの発熱量に基づいて前記最大許容混合比率を上限として廃棄窒素をガスを混合して、燃料ガスの減熱効果を実現することができる。このように、ガスの発熱量と廃棄窒素又は廃棄窒素が混合されたガスの酸素含有率とに基づいて定められた量の廃棄窒素がガス(低カロリガス)に混合されることにより、ガスタービンに供給される燃料ガスのカロリ値を好適に制御することができる。酸素製造プラントにおいて廃棄されるべき副産物として発生する廃棄窒素、および、窒素製造プラントにおいて製造したが微量酸素を含有するが故に廃棄処分される廃棄窒素を回収して燃料ガスの希釈ガスとして用いることができる。不燃性ガスである窒素を大量に含み、しかも調達がきわめて容易且つ安価な廃棄窒素を混合して燃料ガスを希釈することにより、燃料ガスのカロリ上昇を抑制することができる。ここで、発熱量検出装置とは、ガスの発熱量を直接計測する装置(たとえば、所謂カロリメータ)はもとより、ガス中の可燃成分の含有率を計測する装置をも含む。 According to this invention, the calorific value of the gas and the oxygen content of the waste nitrogen or the oxygen content of the gas mixed with the waste nitrogen are detected, so that the flammability limit and the safety factor are based on the detected oxygen content. And calculating the maximum allowable mixing ratio of waste nitrogen taking into account and mixing the waste nitrogen with the maximum allowable mixing ratio as the upper limit based on the calorific value of the detected gas, and reducing the heat effect of the fuel gas Can be realized. Thus, the amount of waste nitrogen determined based on the calorific value of the gas and the oxygen content of the waste nitrogen or the gas mixed with the waste nitrogen is mixed with the gas (low calorie gas), so that the gas turbine The calorific value of the supplied fuel gas can be suitably controlled. Waste nitrogen generated as a by-product to be discarded in an oxygen production plant, and waste nitrogen produced in a nitrogen production plant but discarded because it contains trace amounts of oxygen, can be used as a diluent gas for fuel gas it can. By increasing the amount of nitrogen, which is a nonflammable gas, and diluting the fuel gas by mixing waste nitrogen that is extremely easy to procure and inexpensive, it is possible to suppress an increase in the calorie of the fuel gas. Here, the calorific value detection device includes not only a device that directly measures the calorific value of gas (for example, a so-called calorimeter) but also a device that measures the content of combustible components in the gas.

上記制御装置は、ガスタービンに燃料として供給されるガスの最大許容カロリ値が設定され、燃料ガスのカロリ値がこの最大許容カロリ設定値を超えているときに、廃棄窒素供給通路から廃棄窒素を供給するように構成することができる。  When the maximum allowable caloric value of the gas supplied as fuel to the gas turbine is set and the caloric value of the fuel gas exceeds the maximum allowable caloric setting value, the control device generates waste nitrogen from the waste nitrogen supply passage. It can be configured to supply.

上記燃料ガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、上記制御装置が、廃棄窒素供給通路による燃料ガス供給通路への廃棄窒素供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されている燃料ガス供給設備が好ましい。仮に廃棄窒素の供給が停止したり減少することにより、燃料ガスのカロリ上昇の抑制が不十分な場合に、高純度の不活性ガスによって燃料ガスの希釈作用を補うことができるからである。  A state where an inert gas supply passage for supplying an inert gas is connected to the fuel gas supply passage, and the control device supplies waste nitrogen to the fuel gas supply passage through the waste nitrogen supply passage The fuel gas supply facility is preferably configured to control the inert gas supply operation by the inert gas supply passage based on the detection result of the calorific value detection device. This is because if the supply of waste nitrogen is stopped or decreased, the dilution effect of the fuel gas can be supplemented by the high-purity inert gas when the suppression of the calorie increase of the fuel gas is insufficient.

上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する貯留タンクを配設することができる。廃棄窒素の安定した供給を維持するためである。  A storage tank for temporarily storing waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant can be disposed in the waste nitrogen supply passage. This is to maintain a stable supply of waste nitrogen.

上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する酸素濃度変動抑制タンクを配設し、この酸素濃度変動抑制タンクにガス入口とガス出口とを形成し、ガス入口には廃棄窒素供給通路の上流側を接続し、ガス出口には廃棄窒素供給通路の下流側を接続するのが好ましい。酸素濃度が変動しつつ供給されてきた廃棄窒素が、酸素濃度変動抑制タンク内で混合されることにより、廃棄窒素に含まれる副生成分である微量な酸素の濃度変動が均一化され、廃棄窒素の希釈ガスとしての安全性が安定するからである。  An oxygen concentration fluctuation suppression tank that temporarily stores waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant is disposed in the waste nitrogen supply passage, and a gas inlet and a gas are provided in the oxygen concentration fluctuation suppression tank. It is preferable that an upstream side of the waste nitrogen supply passage is connected to the gas inlet, and a downstream side of the waste nitrogen supply passage is connected to the gas outlet. Waste nitrogen that has been supplied while the oxygen concentration fluctuates is mixed in the oxygen concentration fluctuation suppression tank, so that a small amount of oxygen concentration fluctuations, which are by-products contained in waste nitrogen, are made uniform, and waste nitrogen This is because the safety as a dilution gas is stabilized.

以上の各設備において、上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、このタンクがガス入口とガス出口とを有しており、ガス入口には燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、ガス出口には燃料ガス供給通路の下流側が接続されているのが好ましい。燃料ガス供給通路を通して供給されてくる燃料ガスがタンク内に一時的に貯留され、その中で混合されることにより、そのカロリ変動の幅が減少され、且つ、カロリ変動速度が緩和されるため、タンクの下流部での廃棄窒素を用いた希釈によるカロリ平準化制御が一層容易となるからである。前述した発熱量検出装置は燃料ガス供給通路に設置されるが、燃料ガス供給通路にタンクが設置される設備においては、これらのタンクも燃料ガス供給通路を構成するので、発熱量検出装置を燃料ガス供給通路に設置するということは上記タンクに設置することをも含んでいる。  In each of the above facilities, a tank for temporarily storing fuel gas is disposed in the fuel gas supply passage, and the tank has a gas inlet and a gas outlet. Preferably, the upstream side of the supply passage is connected, and the downstream side of the fuel gas supply passage is connected to the gas outlet. Since the fuel gas supplied through the fuel gas supply passage is temporarily stored in the tank and mixed therein, the width of the calorie fluctuation is reduced and the speed of calorie fluctuation is reduced. This is because calorie leveling control by dilution with waste nitrogen in the downstream portion of the tank is further facilitated. The calorific value detection device described above is installed in the fuel gas supply passage. However, in a facility in which a tank is installed in the fuel gas supply passage, these tanks also constitute the fuel gas supply passage. Installing in the gas supply passage includes installing in the tank.

上記タンクに二種類のガス入口を形成し、そのうちの一方のガス入口に上記した燃料ガス供給通路の上流側を接続し、他方のガス入口には燃料ガス供給通路の下流側に接続された戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。  Two types of gas inlets are formed in the tank, one of the gas inlets is connected to the upstream side of the fuel gas supply passage, and the other gas inlet is connected to the downstream side of the fuel gas supply passage. A gas pressure feeding device that connects the passages and pumps the fuel gas toward the tank can be installed in the return passage.

上記タンクより上流側の燃料ガス供給通路とタンクより下流側の燃料ガス供給通路との間に戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。  A return passage is connected between the fuel gas supply passage upstream of the tank and the fuel gas supply passage downstream of the tank, and the fuel gas is directed toward the fuel gas supply passage upstream of the tank. A gas pumping device for pumping can be installed.

上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より上流側から燃料ガスをタンクに送り込む上流側入口通路とが配設されている燃料ガス供給設備が好ましい。このタンクによっても燃料ガスがその中で混合されることにより、そのカロリ変動の幅が減少され、且つ、カロリ変動速度が緩和されるからである。  A tank for temporarily storing fuel gas is disposed in the fuel gas supply passage, and an outlet passage for returning the fuel gas from the tank to the fuel gas supply passage between the fuel gas supply passage and the tank; A fuel gas supply facility in which an upstream inlet passage for feeding fuel gas into the tank from the upstream side of the connection point with the outlet passage in the fuel gas supply passage is preferable. This is also because the fuel gas is mixed in the tank, whereby the width of the calorie fluctuation is reduced and the speed of calorie fluctuation is reduced.

なお、前述したタンクはいずれも、内容積が変化しない固定形式のタンクであってもよく、また、従来のガスタービン設備等においてガスの需給バランスを監視する装置(ガスホルダー)として用いられる内容積変動形式のタンクであってもよい。内容積変動形式のタンクとは、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等である。  Note that any of the tanks described above may be a fixed-type tank whose internal volume does not change, and the internal volume used as a device (gas holder) for monitoring the gas supply-demand balance in a conventional gas turbine facility or the like. It may be a fluctuating tank. The internal volume variation type tank is a tank having an airtightly attached lid member that can move up and down according to the tank internal pressure, and a tank that can maximize the balance effect by positively moving the lid member up and down by a driving device. A tank or the like whose volume can be selected.

または、この燃料ガス供給設備に対して、上記上流側入口通路に代えて、または上流側入口通路とともに、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側から燃料ガスをタンクに送り込む下流側入口通路を配設し、この下流側入口通路に燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置を配設することができる。  Alternatively, with respect to this fuel gas supply facility, instead of the upstream inlet passage, or together with the upstream inlet passage, the downstream side from which fuel gas is fed into the tank from the connection point with the outlet passage in the fuel gas supply passage An inlet passage may be disposed, and a gas pressure feeding device that pumps fuel gas toward the tank may be disposed in the downstream side inlet passage.

上記タンクを有する燃料ガス供給設備において、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、燃料ガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスを上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。  In the fuel gas supply facility having the tank, a return passage is connected between a downstream side from a connection point with the outlet passage in the fuel gas supply passage and an upstream side from a connection point with the inlet passage in the fuel gas supply passage. A gas pumping device that pumps fuel gas toward the upstream fuel gas supply passage can be installed in the return passage.

前述したタンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置を設置するのが好ましい。  It is preferable to install a stirring device for stirring the gas inside the tank described above.

上記燃料ガス供給通路における上流部部分と下流部分との間に接続された戻し通路をさらに備え、この戻し通路に、燃料ガス供給通路を流れる燃料ガスの一部を燃料ガス供給通路の下流部分から上流部分に向けて圧送するガス圧送装置が配設されているのが好ましい。上記タンクによる作用と同様な作用がなされるからである
本発明のガスタービン設備は、
ガスタービンと、このガスタービンに燃料としてのガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、この燃料ガス供給設備が、前述したうちのいずれか一の燃料ガス供給設備である。
The fuel gas supply passage further includes a return passage connected between an upstream portion and a downstream portion, and a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage is transferred from the downstream portion of the fuel gas supply passage to the return passage. It is preferable that a gas pumping device for pumping toward the upstream portion is provided. This is because the same operation as the operation by the tank is performed.
A gas turbine and a fuel gas supply facility for supplying gas as fuel to the gas turbine are provided, and this fuel gas supply facility is any one of the above-described fuel gas supply facilities.

本発明のガスタービン燃料用燃料ガスのカロリ上昇抑制方法は、
ガスタービンに燃料として供給するガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、
この計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を上記燃料ガスに混入する廃棄窒素混入ステップとを含んでいる。
The method for suppressing the rise in calories of fuel gas for gas turbine fuel of the present invention is as follows.
A calorie measuring step for measuring the calorific value of the gas supplied as fuel to the gas turbine;
A waste nitrogen mixing step of mixing waste nitrogen generated in at least one of the oxygen production plant and the nitrogen production plant into the fuel gas when the measurement result exceeds the set allowable caloric value.

また、廃棄窒素供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを燃料ガスに混入するステップをさらに含んでいるカロリ上昇抑制方法が好ましい。  In addition, a calorie increase suppressing method that further includes a step of mixing an inert gas into the fuel gas when it is determined that the calorific value measurement result does not fall below the set allowable caloric value due to waste nitrogen supply.

本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる燃料ガスをガスタービンに供給する設備が、低廉な設備コストおよび運転コストによって実現する。たとえば、低カロリガスのように発熱量が変動するガスを燃料として供給する際に、当該ガスのカロリ上昇を抑制するために、そのガス成分のほとんどをNという不燃性ガスが占める廃棄窒素を容易に且つ大量に入手することができるからである。According to the present invention, a facility for supplying a fuel gas that can fluctuate in calories, such as a process by-product gas, to a gas turbine is realized with low facility costs and operation costs. For example, when supplying a gas whose calorific value fluctuates, such as low calorie gas, in order to suppress the calorie rise of the gas, it is easy to dispose of the waste nitrogen occupied by the incombustible gas of N 2 for most of its gas components. This is because it can be obtained in large quantities.

図1は、本発明の一実施形態である低カロリガス供給設備を含んだガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。FIG. 1 is a piping diagram showing an outline of a gas turbine power generation facility including a low calorie gas supply facility according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の他の実施形態である低カロリガス供給設備を含んだガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。FIG. 2 is a piping diagram showing an outline of a gas turbine power generation facility including a low calorie gas supply facility according to another embodiment of the present invention. 図3は、低カロリガスおよび空気の混合率と混合気の可燃限界との関係の一例を、横軸に低カロリガスの容積比率を取り、縦軸に温度を取って表したグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the mixing ratio of low calorie gas and air and the flammability limit of the air-fuel mixture, with the horizontal axis representing the volume ratio of low calorie gas and the vertical axis representing temperature. 図4は、図1または図2におけるバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of a state in which the calorie fluctuation of the low calorie gas is alleviated by passing through the buffer tank in FIG. 1 or FIG. 図5は、バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の他の例を示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing another example of the state where the calorie fluctuation of the low calorie gas is alleviated by passing through the buffer tank. 図6は、バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態のさらに他の例を示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing still another example of a state where the calorie fluctuation of the low calorie gas is alleviated by passing through the buffer tank. 図7は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクの他の例を示す配管図である。FIG. 7 is a piping diagram showing another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図8は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 8 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図9は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 9 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図10は、図8または図9のバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of a state where the calorie fluctuation of the low calorie gas is alleviated by passing through the buffer tank of FIG. 8 or FIG. 図11は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 11 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図12は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるカロリ変動抑制手段の他の例を示す配管図である。12 is a piping diagram showing another example of calorie fluctuation suppressing means that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図13は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 13 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図14は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 14 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 図15は、図1または図2のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。FIG. 15 is a piping diagram showing still another example of a buffer tank that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・低カロリガス供給設備
2・・・・ガスタービン
3・・・・低カロリガス供給配管
4・・・・廃棄窒素供給配管
5・・・・混合器
6・・・・集塵装置
7・・・・カロリメータ
8・・・・流量計
9・・・・混合ガス供給配管
10・・・・バッファタンク
11・・・・カロリメータ
12・・・・酸素濃度計
13・・・・低圧圧縮機
14・・・・高圧圧縮機
15・・・・冷却器
16・・・・燃焼器
17・・・・流調弁
18・・・・フィルタ
19・・・・発電機
20・・・・(廃棄窒素の)供給源
21・・・・窒素貯留タンク
22・・・・(廃棄窒素の)酸素変動抑制タンク
23・・・・酸素濃度計
24・・・・ファン
25・・・・逆止弁
26・・・・止め弁
27・・・・流量計
28・・・・流調弁
29・・・・止め弁
30・・・・逆止弁
31・・・・廃棄窒素放出管
32・・・・流調弁
33・・・・低カロリガス供給設備
34・・・・不活性ガス供給配管
35・・・・止め弁
36・・・・流量計
37・・・・流調弁
38・・・・共通配管
39・・・・ファン
40・・・・ガス量バランス監視装置
41・・・・連通管
42・・・・タンク
43・・・・蓋部材
44・・・・調整用おもり
45・・・・上流側入口配管
46・・・・ガス量バランス監視装置
47・・・・タンク
48・・・・圧力検出装置
49・・・・戻し配管
50・・・・下流側入口配管
51・・・・撹拌装置
52・・・・戻し配管
100・・・・制御装置
S・・・・直接還元鉄設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 .... Low calorie gas supply equipment 2 .... Gas turbine 3 .... Low calorie gas supply piping 4 .... Waste nitrogen supply piping 5 .... Mixer 6 .... Dust collector 7 ······································································································································································· 14 .... high pressure compressor 15 .... cooler 16 .... combustor 17 .... flow control valve 18 .... filter 19 .... generator 20 .... (disposal) Nitrogen supply source 21... Nitrogen storage tank 22... (Waste nitrogen) oxygen fluctuation suppression tank 23... Oxygen concentration meter 24 ... Fan 25 ... Check valve 26 .... Stop valve 27 ... Flow meter 28 ... Flow control valve 29 ... Stop valve 0 ... Non-return valve 31 ... Disposal nitrogen discharge pipe 32 ... Flow control valve 33 ... Low calorie gas supply equipment 34 ... Inert gas supply pipe 35 ... Stop Valve 36 ... Flow meter 37 ... Flow control valve 38 ... Common piping 39 ... Fan 40 ... Gas amount balance monitoring device 41 ... Communication tube 42 ... -Tank 43 ... Lid member 44 ... Adjusting weight 45 ... Upstream inlet piping 46 ... Gas quantity balance monitoring device 47 ... Tank 48 ... Pressure detection device 49... Return pipe 50... Downstream side inlet pipe 51... Stirring device 52.

添付の図面を参照しながら本発明の燃料ガス供給設備、それを備えたガスタービン設備、および、燃料ガスの発熱量の上昇を抑制する方法の実施形態を説明する。  Embodiments of a fuel gas supply facility of the present invention, a gas turbine facility including the fuel gas supply facility, and a method for suppressing an increase in the calorific value of the fuel gas will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の燃料ガス供給設備の一実施形態である低カロリガス供給設備1を含んだガスタービン設備の概略を示す配管図である。ガスタービン設備としてはガスタービン発電設備を例示している。前述したように、低カロリガスをその発熱量が約12MJ/Nm以下のガスと定義する。低カロリガスはそのカロリ等の特性が変動するものが多い。FIG. 1 is a piping diagram showing an outline of a gas turbine facility including a low calorie gas supply facility 1 which is an embodiment of the fuel gas supply facility of the present invention. A gas turbine power generation facility is exemplified as the gas turbine facility. As described above, low calorie gas is defined as a gas whose calorific value is about 12 MJ / Nm 3 or less. Low calorie gas often has characteristics such as calorie variation.

この低カロリガス供給設備1は、直接還元鉄設備Sで発生した副生ガス(以下、低カロリガスと呼ぶ)をガスタービン2に燃料として供給する低カロリガス供給配管3と、この低カロリガスのカロリ上昇を抑制するために廃棄窒素を希釈ガスとして低カロリガス供給配管3に供給するための廃棄窒素供給配管4と、この低カロリガス供給設備1の作動を制御するための制御装置100とを備えている。  The low-calorie gas supply facility 1 includes a low-calorie gas supply pipe 3 that supplies by-product gas (hereinafter referred to as low-calorie gas) generated directly in the reduced iron facility S as fuel to the gas turbine 2, and the calorie rise of the low-calorie gas. In order to suppress it, a waste nitrogen supply pipe 4 for supplying waste nitrogen as a diluent gas to the low calorie gas supply pipe 3 and a control device 100 for controlling the operation of the low calorie gas supply equipment 1 are provided.

低カロリガスを希釈してそのカロリ上昇を抑えるために廃棄窒素を混合する理由は、廃棄窒素は大量のNを含む一方、可燃性ガスは含んでいないからである。廃棄窒素は、高炉法、および、FINEX法やCOREX法等の直接還元鉄法で使用される酸素製造プラントから放散される窒素、並びに、酸素製造プラントに併設される窒素製造プラントから排出される酸素を微量に含んだ窒素である。FINEX法やCOREX法等の直接還元鉄法の場合、還元剤として酸素を用いるので、酸素を大量に製造する酸素製造プラントの設置が必須である。高炉法においても酸素を使用するので規模の差はあっても酸素製造プラントを使用する。酸素製造プラントは空気から窒素を分離して酸素を製造するのであるが、酸素を分離した後の窒素は廃棄窒素として通常は大気に放散される。一方、酸素製造プラントに窒素製造プラントを併設して高純度の窒素を製造することも多々あるが、この場合でも酸素を微量に含んでしまった窒素は廃棄窒素として大気に放散される。このような廃棄窒素は窒素ガスが95〜98%程度、且つ、酸素が2〜5%程度のガス組成を有しており、低カロリガスの可燃限界の観点からもきわめて安全な希釈ガスである。これら大量に廃棄される窒素を回収して使用すれば操業コストがきわめて低廉となる。The reason why waste nitrogen is mixed in order to dilute low calorie gas and suppress its rise in calories is because waste nitrogen contains a large amount of N 2 but does not contain combustible gas. Waste nitrogen is released from oxygen production plants used in direct reduction iron methods such as the blast furnace method, FINEX method, and COREX method, and oxygen discharged from nitrogen production plants attached to the oxygen production plant. Nitrogen containing trace amounts of nitrogen. In the case of a direct reduction iron method such as the FINEX method or the COREX method, oxygen is used as a reducing agent, so it is essential to install an oxygen production plant that produces a large amount of oxygen. Since oxygen is also used in the blast furnace method, an oxygen production plant is used even if there is a difference in scale. The oxygen production plant separates nitrogen from air to produce oxygen, and the nitrogen after the separation of oxygen is normally released to the atmosphere as waste nitrogen. On the other hand, a high-purity nitrogen is often produced by adding a nitrogen production plant to the oxygen production plant. Even in this case, nitrogen containing a small amount of oxygen is diffused into the atmosphere as waste nitrogen. Such waste nitrogen has a gas composition of about 95 to 98% nitrogen gas and about 2 to 5% oxygen, and is a very safe dilution gas from the viewpoint of the flammability limit of low calorie gas. If these large amounts of discarded nitrogen are recovered and used, the operating cost becomes extremely low.

上記低カロリガス供給配管3の混合器5より上流部分には、直接還元鉄設備Sから送られてくる低カロリガスを除塵するための集塵装置6と、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク10とが設置されている。このバッファタンク10には、上流側の低カロリガス供給配管3が接続される入口10aと、下流側の低カロリガス供給配管3が接続される出口10bとが形成されている。図1のバッファタンク10では、その入口10aおよび出口10bはタンク周壁の下端近傍に形成されているが、とくにこれらの形成位置に限定されない。たとえば、タンク周壁の中部、上部、タンクの底部等に形成してもよい。  In the upstream portion of the mixer 5 of the low calorie gas supply pipe 3, a dust collector 6 for removing dust from the low calorie gas directly sent from the reduced iron facility S and a buffer tank 10 for temporarily storing the low calorie gas are provided. And are installed. The buffer tank 10 is formed with an inlet 10a to which the upstream low calorie gas supply pipe 3 is connected and an outlet 10b to which the downstream low calorie gas supply pipe 3 is connected. In the buffer tank 10 of FIG. 1, the inlet 10a and the outlet 10b are formed in the vicinity of the lower end of the peripheral wall of the tank, but are not particularly limited to these forming positions. For example, you may form in the middle part of a tank surrounding wall, an upper part, the bottom part of a tank, etc.

バッファタンク10は比較的大容量であり、時々刻々とカロリ変動しつつ駐留されていく低カロリガスがこのバッファタンク10の内部で混合される。その効果については後述する。バッファタンク10の下流側には低カロリガスの発熱量を検出するための発熱量検出装置7と流量を計測するための流量計8とが設置されている。この流量計8の設置位置は混合器5の上流側に限定されない。混合器5の下流側でもよい。たとえば後述する高圧圧縮機14と燃焼器16との間でもよい。  The buffer tank 10 has a relatively large capacity, and low calorie gas that is stationed while changing calories from moment to moment is mixed inside the buffer tank 10. The effect will be described later. On the downstream side of the buffer tank 10, a calorific value detection device 7 for detecting the calorific value of the low calorie gas and a flow meter 8 for measuring the flow rate are installed. The installation position of the flow meter 8 is not limited to the upstream side of the mixer 5. It may be downstream of the mixer 5. For example, it may be between the high pressure compressor 14 and the combustor 16 described later.

発熱量検出装置7の設置位置は、バッファタンク10の下流側に限定されず、たとえばバッファタンク10の上流側であってもよい。バッファタンク10の上流側でガスのカロリ変動を事前に検知することにより、混合器5を使用した発熱量制御をより確実に行うことができる。さらに、バッファタンク10の上流側とともに下流側にも発熱量検出装置を設置し、両発熱量検出装置によってバッファタンク10のガスカロリ変動抑制効果を監視することにより、バッファタンク10におけるガス混合作用を併用したカロリ変動の抑制システムの総合的性能を把握することができる。当該発熱量検出装置はバッファタンク10に直接取り付けることも可能である。低カロリガス供給配管3における上記発熱量検出装置7に加えてバッファタンク10に別の発熱量検出装置を取り付けてもよい。  The installation position of the calorific value detection device 7 is not limited to the downstream side of the buffer tank 10 and may be, for example, the upstream side of the buffer tank 10. By detecting in advance the gas calorie fluctuation upstream of the buffer tank 10, the calorific value control using the mixer 5 can be performed more reliably. Further, a calorific value detection device is installed on both the upstream side and the downstream side of the buffer tank 10, and the gas calorie fluctuation suppressing effect of the buffer tank 10 is monitored by both the calorific value detection devices. The overall performance of the calorie fluctuation suppression system can be grasped. The calorific value detection device can be directly attached to the buffer tank 10. In addition to the heat generation amount detection device 7 in the low calorie gas supply pipe 3, another heat generation amount detection device may be attached to the buffer tank 10.

ここで、発熱量検出装置7としては、ガスの発熱量を直接計測する所謂カロリメータ、可燃成分の含有率(濃度)を計測する装置などが用いられる。検出速度を重視する場合は現在では可燃性ガス濃度検出器を用いるのが好ましい。適用される低カロリガスが主に含む可燃成分の種類や主たる濃度変動が生じる可燃成分(たとえば、直接還元鉄法における副生ガスではCOである)に応じて、その成分の濃度を検出する濃度検出器を用いても良い。本明細書ではこれら発熱量検出装置全体を代表して「カロリメータ」と呼ぶ。  Here, as the calorific value detection device 7, a so-called calorimeter that directly measures the calorific value of gas, a device that measures the content (concentration) of combustible components, or the like is used. When importance is attached to the detection speed, it is preferable to use a combustible gas concentration detector at present. Concentration detection that detects the concentration of the combustible component that is mainly contained in the low-calorie gas applied and the combustible component that causes the main concentration fluctuation (for example, CO is a by-product gas in the direct reduction iron method) A vessel may be used. In this specification, these calorific value detection devices as a whole are referred to as “calorimeters”.

低カロリガス供給配管3の混合器5より下流部分は、そこを低カロリガスが廃棄窒素と混合された状態でガスタービン2まで送られることがあるので、この範囲の配管を混合ガス供給配管9と呼ぶ。混合ガス供給配管9にはカロリメータ11と混合ガス中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計12とが設置されている。酸素濃度計12の下流側にはガスタービン2の低圧燃料ガス圧縮機(以下、低圧圧縮機と呼ぶ)13と高圧燃料ガス圧縮機(以下、高圧圧縮機と呼ぶ)14とがその順に設置されている。両圧縮機13、14の間には燃料ガスである混合ガスを冷却するための冷却器15が配設されている。高圧圧縮機14からガスタービン2の燃焼器16に接続された燃料配管9aにはタービン出力を調整するための流量調整弁(以下、流調弁という)17が設置されている。符号18は燃焼器16へ廃棄窒素を供給する配管に設置されたフィルタである。ガスタービン2には発電機19が連結されている。  Since the portion of the low calorie gas supply pipe 3 downstream from the mixer 5 is sometimes sent to the gas turbine 2 in a state where the low calorie gas is mixed with waste nitrogen, the pipe in this range is referred to as a mixed gas supply pipe 9. . The mixed gas supply pipe 9 is provided with a calorimeter 11 and an oxygen concentration meter 12 for measuring the oxygen concentration in the mixed gas. A low pressure fuel gas compressor (hereinafter referred to as a low pressure compressor) 13 and a high pressure fuel gas compressor (hereinafter referred to as a high pressure compressor) 14 of the gas turbine 2 are installed on the downstream side of the oxygen concentration meter 12 in that order. ing. Between both the compressors 13 and 14, the cooler 15 for cooling the mixed gas which is fuel gas is arrange | positioned. A flow rate adjusting valve (hereinafter referred to as a flow control valve) 17 for adjusting the turbine output is installed in the fuel pipe 9 a connected from the high-pressure compressor 14 to the combustor 16 of the gas turbine 2. Reference numeral 18 denotes a filter installed in a pipe for supplying waste nitrogen to the combustor 16. A generator 19 is connected to the gas turbine 2.

図1は、両圧縮機13、14ともにタービン2によって回転駆動されるタイプのものを示しているが、これに限定されずに、両圧縮機13、14がタービン2と同軸に連結されず、専用のモータによって駆動されるように構成してもよい。  FIG. 1 shows a type in which both the compressors 13 and 14 are rotationally driven by the turbine 2. However, the present invention is not limited to this, and both the compressors 13 and 14 are not coaxially connected to the turbine 2. You may comprise so that it may drive with a motor for exclusive use.

廃棄窒素の供給設備について説明する。廃棄窒素供給配管4は、廃棄窒素の供給源である酸素製造プラント(または窒素製造プラント)20から上記混合器5まで延設されている。この廃棄窒素供給配管4には窒素貯留タンク21と酸素濃度変動抑制タンク22とが配設されている。これら両タンク21、22の設置位置については、いずれを上流側(下流側)に設置してもよい。  The waste nitrogen supply facility will be described. The waste nitrogen supply pipe 4 extends from the oxygen production plant (or nitrogen production plant) 20 which is a waste nitrogen supply source to the mixer 5. The waste nitrogen supply pipe 4 is provided with a nitrogen storage tank 21 and an oxygen concentration fluctuation suppression tank 22. Any of these tanks 21 and 22 may be installed upstream (downstream).

窒素貯留タンク21は、供給源20からの廃棄窒素を一時的に貯留することにより、供給源20からの廃棄窒素の供給が突然停止したり大幅に減少する等の緊急事態においても、所定時間は廃棄窒素を供給し続ける目的で設置されている。また、廃棄窒素供給配管4の内圧の変動を緩和することもできる。この窒素貯留タンク21は一本の連通管のみによって廃棄窒素供給配管4に接続してもよく、入口と出口とを形成してそれぞれを廃棄窒素供給配管4の上流側と下流側に接続してもよい。  The nitrogen storage tank 21 temporarily stores the waste nitrogen from the supply source 20, so that even in an emergency situation where the supply of waste nitrogen from the supply source 20 suddenly stops or significantly decreases, the predetermined time is not exceeded. It is installed for the purpose of continuing to supply waste nitrogen. Moreover, the fluctuation | variation of the internal pressure of the waste nitrogen supply piping 4 can also be relieved. The nitrogen storage tank 21 may be connected to the waste nitrogen supply pipe 4 by only one communication pipe, and an inlet and an outlet are formed and connected to the upstream side and the downstream side of the waste nitrogen supply pipe 4 respectively. Also good.

酸素濃度変動抑制タンク22は、廃棄窒素中の酸素濃度の変動を抑制する目的で設置されている。酸素濃度の変動が無視し得る程度のものであればこの酸素濃度変動抑制タンク22は設置する必要はない。この酸素濃度変動抑制タンク22は入口22aと出口22bとが形成されており、それぞれ22a、22bが入口配管と出口配管とによって廃棄窒素供給配管4に接続されている。かかる構成により、廃棄窒素供給配管4によって供給される廃棄窒素の全てが酸素濃度変動抑制タンク22に流入して混合される。その結果、たとえ供給される廃棄窒素に酸素濃度の変動がある場合でも、酸素濃度変動抑制タンク22の出口22bから出ていく廃棄窒素の酸素濃度の変動幅は縮小され、変動速度は低下させられる。すなわち、酸素濃度の変動が大きく緩和(抑制)される。このように酸素濃度が緩和されると、廃棄窒素の希釈ガスとしての安全性が安定して発揮される。  The oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 is installed for the purpose of suppressing fluctuations in oxygen concentration in the waste nitrogen. If the fluctuation of the oxygen concentration is negligible, the oxygen concentration fluctuation suppressing tank 22 need not be installed. The oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 has an inlet 22a and an outlet 22b, and 22a and 22b are connected to the waste nitrogen supply pipe 4 by an inlet pipe and an outlet pipe, respectively. With this configuration, all of the waste nitrogen supplied by the waste nitrogen supply pipe 4 flows into the oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 and is mixed. As a result, even if there is a fluctuation in oxygen concentration in the supplied waste nitrogen, the fluctuation range of the oxygen concentration of waste nitrogen coming out from the outlet 22b of the oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 is reduced, and the fluctuation speed is reduced. . That is, the fluctuation of the oxygen concentration is greatly relaxed (suppressed). When the oxygen concentration is relaxed in this way, safety as a dilution gas of waste nitrogen is stably exhibited.

この酸素濃度変動抑制タンク22を窒素貯留タンク21として兼用することも可能である。この場合は図中の窒素貯留タンク21は設置する必要はなく、酸素濃度変動抑制タンク22のみ設置すればよい。  The oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 can also be used as the nitrogen storage tank 21. In this case, it is not necessary to install the nitrogen storage tank 21 in the figure, and only the oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 may be installed.

酸素濃度変動抑制タンク22の下流側で廃棄窒素供給配管4はメンテナンス時等の便宜のために二本に分岐され、供給源20から廃棄窒素を吸引して燃料ガス供給配管3に向けて廃棄窒素供給配管4内を圧送するためのガス圧送装置としてのファン24が設置されている。供給源20において発生したときの廃棄窒素の圧力が十分に高いときにはこのファン24は必要としない。  The waste nitrogen supply pipe 4 is branched into two on the downstream side of the oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 for the convenience of maintenance, etc., and the waste nitrogen is sucked from the supply source 20 and directed toward the fuel gas supply pipe 3. A fan 24 is installed as a gas pumping device for pumping the inside of the supply pipe 4. This fan 24 is not required when the pressure of waste nitrogen when generated at the source 20 is sufficiently high.

各ファン24の下流側にはファン24側への逆流防止のために逆止弁25が配設されている。廃棄窒素供給配管4は、両逆止弁25の下流側で再度一本に統合されている。その統合点から下流の廃棄窒素供給配管4の部分には止め弁26、流量計27、流調弁28、酸素濃度計23、止め弁29および逆止弁30が設置され、最終的に廃棄窒素供給配管4は混合器5に接続されている。この酸素濃度計23の設置位置はとくに図示の位置に限定されず、廃棄窒素供給配管4上の任意の位置に設置することができる。低カロリガスのカロリ変動抑制制御において、この酸素濃度計23を用いる場合には、当該制御に上記混合ガス供給配管9の酸素濃度計12を用いる必要はない。上記逆止弁30は低カロリガスが廃棄窒素供給配管4に逆流することを防止するためのものである。前述した窒素貯留タンク21および酸素濃度変動抑制タンク22はそれぞれ、逆止弁25と止め弁26との間に設置してもよい。  A check valve 25 is disposed on the downstream side of each fan 24 to prevent backflow to the fan 24 side. The waste nitrogen supply pipe 4 is integrated again on the downstream side of both check valves 25. A stop valve 26, a flow meter 27, a flow control valve 28, an oxygen concentration meter 23, a stop valve 29, and a check valve 30 are installed in the portion of the waste nitrogen supply pipe 4 downstream from the integration point. The supply pipe 4 is connected to the mixer 5. The installation position of the oxygen concentration meter 23 is not particularly limited to the illustrated position, and can be installed at any position on the waste nitrogen supply pipe 4. When the oxygen concentration meter 23 is used in the calorie fluctuation suppression control of the low calorie gas, it is not necessary to use the oxygen concentration meter 12 of the mixed gas supply pipe 9 for the control. The check valve 30 is for preventing the low calorie gas from flowing back into the waste nitrogen supply pipe 4. The nitrogen storage tank 21 and the oxygen concentration fluctuation suppression tank 22 described above may be installed between the check valve 25 and the stop valve 26, respectively.

廃棄窒素供給配管4の上記止め弁26と流量計27との間には、廃棄窒素を大気放出するための廃棄窒素放出配管31が配設されている。この廃棄窒素放出配管31には流調弁32が設置されている。  Between the stop valve 26 and the flow meter 27 of the waste nitrogen supply pipe 4, a waste nitrogen discharge pipe 31 for releasing the waste nitrogen to the atmosphere is disposed. A flow control valve 32 is installed in the waste nitrogen discharge pipe 31.

つぎに、制御装置100によるこの設備の運転制御の一例を説明する。まず、低カロリガス供給配管3のカロリメータ7と流量計8とを監視しつつ低カロリガスをガスタービン2に向けて圧送する。このとき、すでに廃棄窒素供給配管4ではその止め弁26を開いて流調弁28を閉じ、廃棄窒素放出配管31の流調弁32を開いた状態でファン24が作動している。つまり、廃棄窒素が吸引されて廃棄窒素放出配管31から大気に放出されている。他の止め弁29は開いている。  Next, an example of operation control of this facility by the control device 100 will be described. First, the low calorie gas is pumped toward the gas turbine 2 while monitoring the calorimeter 7 and the flow meter 8 of the low calorie gas supply pipe 3. At this time, in the waste nitrogen supply pipe 4, the stop valve 26 is already opened, the flow control valve 28 is closed, and the fan 24 is operating with the flow control valve 32 of the waste nitrogen discharge pipe 31 opened. That is, waste nitrogen is sucked and discharged from the waste nitrogen discharge pipe 31 to the atmosphere. The other stop valve 29 is open.

制御装置100には、各ガスタービン2の燃料ガスの使用上の許容カロリ範囲が設定されている。すなわち、基準カロリ値(たとえば1600kcal/Nm)と変動幅(たとえば基準カロリ値の±10%)である。そして、上記低カロリガスのカロリ値がこの許容変動の上限カロリ値(たとえば+10%であり、1760kcal/Nm)を超えないように、廃棄窒素供給配管4の流調弁28が開き、廃棄窒素放出配管31の流調弁32を閉弁方向に調整する。これによって低カロリガスに廃棄窒素を混合してカロリ値が許容範囲内に収まるように制御する。廃棄窒素を供給するときおよび後述のNを供給するときは、上記カロリメータ7および流量計8の監視とともに、最終的なカロリ値の適正を判断するために混合ガス供給配管9のカロリメータ11を監視する。廃棄窒素を供給するときには、後述するように廃棄窒素供給配管4の酸素濃度計23によって供給廃棄窒素の酸素濃度を監視するか、または、低カロリガス供給配管3の酸素濃度計12によって廃棄窒素が混合された後の燃料ガスの酸素濃度を監視する。In the control device 100, an allowable calorie range for use of the fuel gas of each gas turbine 2 is set. That is, the reference calorie value (for example, 1600 kcal / Nm 3 ) and the fluctuation range (for example, ± 10% of the reference calorie value). Then, the flow control valve 28 of the waste nitrogen supply pipe 4 is opened so that the calorie value of the low calorie gas does not exceed the upper limit calorie value (for example, + 10%, 1760 kcal / Nm 3 ) of this allowable variation, and the waste nitrogen release The flow control valve 32 of the pipe 31 is adjusted in the valve closing direction. In this way, waste nitrogen is mixed with low calorie gas so that the calorie value falls within an allowable range. When supplying waste nitrogen and supplying N 2 which will be described later, the calorimeter 11 of the mixed gas supply pipe 9 is monitored together with the monitoring of the calorimeter 7 and the flow meter 8 in order to determine the appropriateness of the final caloric value. To do. When supplying waste nitrogen, the oxygen concentration of the supply waste nitrogen is monitored by the oxygen concentration meter 23 of the waste nitrogen supply pipe 4 as described later, or the waste nitrogen is mixed by the oxygen concentration meter 12 of the low calorie gas supply pipe 3. After that, the oxygen concentration of the fuel gas is monitored.

つぎに、廃棄窒素供給配管4から廃棄窒素放出配管31を通して廃棄窒素を大気放出しうる構成にした点について説明する。廃棄窒素の供給量は通常流調弁28によって制御される。低カロリガス供給配管3のカロリメータ7の検出値が急激に減少(低カロリガスのカロリ値が急低下)した場合、この流調弁28による制御ではその応答性が問題となる可能性もある。このような場合、廃棄窒素放出配管31の流調弁32を開弁することよって廃棄窒素の一部を大気放散することにより、廃棄窒素の供給量を急激に減少させてカロリ値の急減に対応する。  Next, the point that the waste nitrogen can be released to the atmosphere from the waste nitrogen supply pipe 4 through the waste nitrogen discharge pipe 31 will be described. The supply amount of waste nitrogen is normally controlled by the flow control valve 28. When the detected value of the calorimeter 7 of the low calorie gas supply pipe 3 is suddenly decreased (the caloric value of the low caloric gas is suddenly lowered), the response by the control by the flow control valve 28 may become a problem. In such a case, the flow control valve 32 of the waste nitrogen discharge pipe 31 is opened to dissipate a part of the waste nitrogen to the atmosphere, thereby rapidly reducing the supply amount of the waste nitrogen to cope with the sudden decrease in the caloric value. To do.

図2には低カロリガス供給設備の異なる形態が示されている。この低カロリガス供給設備33は図1の低カロリガス供給設備1に不活性ガスの供給設備を付設したものである。その他の構成は図1の低カロリガス供給設備1と同じであるため、同一機器には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図2の不活性ガスの供給設備は、低カロリガス供給配管3に高純度の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管34を備えている。これは、前述した廃棄窒素の供給源である酸素製造プラント(窒素製造プラント)20が何らかの事情で運転停止したり、廃棄窒素の発生量が大幅に減少したとき、安定して希釈ガスを供給するために設置されたものである。本実施形態では不活性ガスとして窒素ガス(N)を使用しているため、この不活性ガス供給配管をN供給配管34と呼ぶ。不活性ガスとしてはNに限定されず、COやヘリウム(He)等であってもよい。FIG. 2 shows a different form of the low calorie gas supply facility. This low calorie gas supply facility 33 is obtained by adding an inert gas supply facility to the low calorie gas supply facility 1 of FIG. Since other configurations are the same as those of the low calorie gas supply facility 1 in FIG. 1, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. The inert gas supply facility of FIG. 2 includes an inert gas supply pipe 34 for supplying a high-purity inert gas to the low calorie gas supply pipe 3. This is because when the oxygen production plant (nitrogen production plant) 20 which is a supply source of the waste nitrogen described above is stopped for some reason or the generation amount of the waste nitrogen is greatly reduced, the dilution gas is stably supplied. It was set up for this purpose. In the present embodiment, nitrogen gas (N 2 ) is used as an inert gas, so this inert gas supply pipe is referred to as an N 2 supply pipe 34. The inert gas is not limited to N 2 and may be CO 2 or helium (He).

本実施形態ではN供給配管34が廃棄窒素供給配管4に接続して、低カロリガス供給配管3までは廃棄窒素とNの共通の配管38が接続されている。この共通配管38は混合器5によって低カロリガス供給配管3に接続されている。この不活性ガスと廃棄窒素とを混合して低カロリガス供給配管3に供給することが考えられる場合には、N供給配管34と廃棄窒素供給配管4との接続部に両ガスを混合するための混合器を設置してもよい。
廃棄窒素供給配管4とN供給配管34とを合流させずにそれぞれ4、34を直接に混合器5に接続してもよいが、設備コストの低減のためには図示のごとく両者4、34を予め接続しておくのが好ましい。上記N供給配管34は、上流側から順に止め弁35、流量計36および流調弁37を有している。上記共通配管38には、図1の低カロリガス供給設備1の廃棄窒素供給配管4と同様に上流側から順に止め弁29と逆止弁30とが設置されている。
In this embodiment, the N 2 supply pipe 34 is connected to the waste nitrogen supply pipe 4, and the common pipe 38 of waste nitrogen and N 2 is connected up to the low calorie gas supply pipe 3. The common pipe 38 is connected to the low calorie gas supply pipe 3 by the mixer 5. When it is considered that this inert gas and waste nitrogen are mixed and supplied to the low calorie gas supply pipe 3, both gases are mixed in the connection portion between the N 2 supply pipe 34 and the waste nitrogen supply pipe 4. You may install the mixer.
The waste nitrogen supply pipe 4 and the N 2 supply pipe 34 may be directly connected to the mixer 5 without merging, but in order to reduce the equipment cost, as shown in FIG. Are preferably connected in advance. The N 2 supply pipe 34 has a stop valve 35, a flow meter 36 and a flow control valve 37 in order from the upstream side. The common pipe 38 is provided with a stop valve 29 and a check valve 30 in order from the upstream side, similarly to the waste nitrogen supply pipe 4 of the low calorie gas supply facility 1 of FIG.

制御装置100は、混合ガス供給配管9のカロリメータ11の計測結果から、廃棄窒素供給によってもなおカロリ値が許容範囲に維持できないと判断したときには、N供給配管34の流量計36を監視しつつ、流調弁37を開くように調整することによりNを低カロリガスに混合してカロリ値を許容範囲内に収まるように制御する。When the controller 100 determines from the measurement result of the calorimeter 11 of the mixed gas supply pipe 9 that the calorie value cannot be maintained within the allowable range even by the supply of waste nitrogen, the controller 100 monitors the flow meter 36 of the N 2 supply pipe 34. By adjusting the flow control valve 37 so as to open, the N 2 is mixed with the low calorie gas and the calorie value is controlled to be within the allowable range.

酸素製造プラントや窒素製造プラントにおいて発生する廃棄窒素には約2〜5%の酸素が含まれているので、廃棄窒素を低カロリガスに混合すればこの混合ガスの酸素含有量(酸素濃度)がわずかであるが上昇する。可燃ガス中に所定割合の酸素が含まれた場合、理論的には所定温度で当該可燃ガスが可燃範囲内に入る。約2〜5%の酸素を含む廃棄窒素を低カロリガスに混合する場合について検討するには、酸素を比較的多く含む空気の低カロリガスへの許容最大混合比率を基にすればよい。  Since the waste nitrogen generated in oxygen production plants and nitrogen production plants contains about 2 to 5% oxygen, if the waste nitrogen is mixed with low calorie gas, the oxygen content (oxygen concentration) of this mixed gas is small. But it rises. When a predetermined ratio of oxygen is contained in the combustible gas, the combustible gas theoretically enters the combustible range at a predetermined temperature. In order to study the case where waste nitrogen containing about 2 to 5% oxygen is mixed with low calorie gas, it may be based on the allowable maximum mixing ratio of air containing relatively high oxygen to low calorie gas.

すなわち、空気には一定容積比率(約21%で不変)の酸素が含まれているので、空気と低カロリガスとの混合気の可燃限界を低カロリガスまたは空気の容積比率について求め、これから空気の許容最大混合比率を設定しておき、このデータおよび酸素含有率の比に基づいて廃棄窒素の最大許容混合比率を算出し、設定するのが便利である。たとえば、空気の許容最大混合比率に、空気の酸素含有率(21%)と採用する廃棄窒素の酸素含有率(約2〜5%)との比を乗じる。以下、説明する。  That is, since air contains oxygen in a certain volume ratio (which is unchanged at about 21%), the flammability limit of the mixture of air and low calorie gas is determined for the volume ratio of low calorie gas or air, and the allowable air capacity is determined from this. It is convenient to set a maximum mixing ratio and calculate and set the maximum allowable mixing ratio of waste nitrogen based on this data and the ratio of oxygen content. For example, the allowable maximum mixing ratio of air is multiplied by the ratio between the oxygen content of air (21%) and the oxygen content of waste nitrogen employed (about 2 to 5%). This will be described below.

図3には、参考に低カロリガスと空気との混合ガスについてその可燃範囲を低カロリガスの容積比率と温度との関係で示している。図中左側の黒丸印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最少容積比率(空気の最大容積比率)を示す。右側の黒四角印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最大容積比率(空気の最少容積比率)を示す。両曲線で挟まれた範囲が可燃範囲である。低カロリガスのカロリ値は変動するので上記両曲線も変動する。したがって、このようなデータに基づけば、仮に空気を希釈ガスとして考えた場合には、たとえば、空気の最大許容混合容積率は安全率を考慮して容積比率20%(低カロリガスの容積比率80%)となる。右側の黒四角印をつないだ曲線で示す空気の最少容積比率よりもさらに小さい比率(20%)となる。ただし、この数値は一例である。  For reference, FIG. 3 shows the combustible range of a mixed gas of low calorie gas and air in relation to the volume ratio of low calorie gas and the temperature. A curve connected with black circles on the left side of the figure shows the minimum volume ratio of low calorie gas (maximum volume ratio of air) in the combustible range of the mixed gas. The curve connected with the black square mark on the right side shows the maximum volume ratio of low calorie gas (minimum volume ratio of air) in the combustible range of the mixed gas. The range between the two curves is the combustible range. Since the caloric value of low calorie gas fluctuates, both the above curves also fluctuate. Therefore, based on such data, if air is considered as a dilution gas, for example, the maximum allowable mixing volume ratio of air is 20% in volume ratio considering the safety factor (80% volume ratio of low calorie gas). ) This is a ratio (20%) that is even smaller than the minimum volume ratio of air indicated by the curve connecting the black square marks on the right side. However, this numerical value is an example.

ここで、空気と廃棄窒素との酸素含有率の比は、21/5である。廃棄窒素の酸素含有率は約2〜5%であるが、安全側をとって5%としている。空気の最大許容混合容積率が20%であるので、廃棄窒素の最大許容混合容積率は、20%×21/5≒84%となる。制御装置100にこれら廃棄窒素の最大許容混合容積率が設定されるが、これらは混合ガスの可燃限界から導かれる最大許容混合容積率である。実際には廃棄窒素を84%になるまで低カロリガスに混合することはない。  Here, the ratio of the oxygen content of air and waste nitrogen is 21/5. The oxygen content of waste nitrogen is about 2 to 5%, but the safety side is 5%. Since the maximum allowable mixing volume ratio of air is 20%, the maximum allowable mixing volume ratio of waste nitrogen is 20% × 21 / 5≈84%. The maximum allowable mixing volume ratio of these waste nitrogen is set in the controller 100, and these are the maximum allowable mixing volume ratio derived from the flammability limit of the mixed gas. In practice, waste nitrogen is not mixed into low calorie gas until 84%.

以上の制御は低カロリガス供給配管3の流量計8および廃棄窒素供給配管4の流量計27の検出結果に基づいて行われる。さらに、上記酸素濃度計23(12でもよい)によって混合ガスの酸素濃度および廃棄窒素の酸素濃度はともに常時監視される。予期せぬ酸素濃度の変動に対処するためである。  The above control is performed based on the detection results of the flow meter 8 of the low calorie gas supply pipe 3 and the flow meter 27 of the waste nitrogen supply pipe 4. Further, both the oxygen concentration of the mixed gas and the oxygen concentration of waste nitrogen are constantly monitored by the oxygen concentration meter 23 (or 12). This is to cope with unexpected fluctuations in oxygen concentration.

つぎに、図1または図2のバッファタンク10の作用効果について説明する。前述のとおり、送られてきた低カロリガスの全部がこのバッファタンク10に流入する。このバッファタンクの容積は大きく、たとえば直径が2〜3m程度の低カロリガス供給配管3に対して容積が通常20000〜200000m程度のものが設置される。時々刻々カロリが変動しつつ送られてきた低カロリガスはバッファタンク内で混合される。この明細書でいうタンク内でのガスの混合とは、いわば時間差の混合を意味する。すなわち、同時にバッファタンク10に流入した低カロリガスは、比較的早く出口10bから流出する部分から遅くまでバッファタンク10内に滞留する部分まで分布している。一方、入口10aからは連続して新たなガスが流入してくるので、過去に流入したガスと新たに流入したガスとが絶えず混合されている。このことを時間差混合と言う。Next, the function and effect of the buffer tank 10 shown in FIG. 1 or 2 will be described. As described above, all of the low caloric gas sent flows into the buffer tank 10. The buffer tank has a large volume. For example, a low-calorie gas supply pipe 3 having a diameter of about 2 to 3 m is generally installed with a volume of about 20000 to 200000 m 3 . The low caloric gas sent while the calorie fluctuates every moment is mixed in the buffer tank. The mixing of gas in the tank in this specification means mixing of time difference. That is, the low calorie gas that has flowed into the buffer tank 10 at the same time is distributed from a portion that flows out of the outlet 10b relatively early to a portion that stays in the buffer tank 10 from late. On the other hand, since new gas continuously flows in from the inlet 10a, the gas that has flowed in the past and the gas that has flown in the past are constantly mixed. This is called time difference mixing.

この時間差混合の結果、バッファタンク10の出口10bから出ていく低カロリガスのカロリの変動幅は縮小され、変動速度は低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和(抑制)される。このようにカロリ変動が事前に緩和されると、下流において廃棄窒素等の希釈によるカロリ上昇の抑制制御が非常に容易となる。以上の現象を図4〜図9を参照しつつ説明する。  As a result of this time difference mixing, the fluctuation range of the calorie of the low calorie gas exiting from the outlet 10b of the buffer tank 10 is reduced, and the fluctuation speed is reduced. That is, calorie fluctuation is greatly reduced (suppressed). Thus, if the calorie fluctuation | variation is eased in advance, the suppression control of the calorie rise by dilution of waste nitrogen etc. will become very easy downstream. The above phenomenon will be described with reference to FIGS.

図4は、図1または図2のバッファタンク10の容積を200000mとしたときに、カロリ変動する低カロリガスが流量500000Nm/hrで供給された場合のカロリ変動の緩和(抑制)状態のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は時間(分)を示し、縦軸は低カロリガスの発熱量であるガスカロリ値(kcal/Nm)を示している。また、図中に破線で表す曲線はバッファタンク10に送られてきた低カロリガスのカロリ変動(オリジナル変動)を示している。これは実測した一サンプルである。実線で表す曲線はバッファタンク10から出ていく低カロリガスのカロリ変動(抑制後変動)を示している。図示のごとく、バッファタンク10に入る前の低カロリガスのカロリは約1530kcal/Nmから約2360kcal/Nmまで変動している。つまり平均値(1945kcal/Nm)の約±21%の変動幅を持っている。バッファタンク10から出ていく低カロリガスのカロリ変動を理論計算した結果によれば、1780kcal/Nmから1960kcal/Nmまでであり、変動幅は平均値(1870kcal/Nm)の約±5%まで抑制されている。図示のごとく変動周期についても短周期成分および中周期成分が大幅に抑制されている。この効果は低カロリガスの供給流量に対してバッファタンクの容積が大きいほど顕著になる傾向がある。オリジナル変動の変動幅が小さい場合は経済性の見地からバッファタンクの容積を小さくしても効果がある。FIG. 4 shows a simulation of the relaxation (suppression) state of calorie fluctuation when low-calorie gas that fluctuates in calories is supplied at a flow rate of 500,000 Nm 3 / hr when the volume of the buffer tank 10 in FIG. 1 or 2 is 200000 m 3. It is a graph which shows a result. The horizontal axis represents time (minutes), and the vertical axis represents the gas calorie value (kcal / Nm 3 ), which is the calorific value of low calorie gas. Moreover, the curve shown with a broken line in the figure has shown the calorie fluctuation | variation (original fluctuation | variation) of the low calorie gas sent to the buffer tank 10. FIG. This is an actually measured sample. A curve represented by a solid line indicates a calorie fluctuation (a fluctuation after suppression) of the low calorie gas exiting from the buffer tank 10. As shown, the calorie of the low caloric gas before entering the buffer tank 10 varies from about 1530 kcal / Nm 3 to about 2360 kcal / Nm 3 . That is, it has a fluctuation range of about ± 21% of the average value (1945 kcal / Nm 3 ). According to the result of theoretical calculation of the calorie fluctuation of the low calorie gas exiting from the buffer tank 10, it is 1780 kcal / Nm 3 to 1960 kcal / Nm 3 and the fluctuation range is about ± 5% of the average value (1870 kcal / Nm 3 ). It is suppressed until. As shown in the figure, the short-cycle component and the medium-cycle component are greatly suppressed for the fluctuation cycle. This effect tends to become more prominent as the volume of the buffer tank increases with respect to the low calorie gas supply flow rate. If the fluctuation range of the original fluctuation is small, it is effective to reduce the volume of the buffer tank from the viewpoint of economy.

図5には、低カロリガスが流量は500000Nm/hrとしたままで、バッファタンク10の容積を上記のものの半分の100000mとしたときのカロリ変動の減衰状態が示されている。この場合のカロリ変動もバッファタンク10によって1700kcal/Nmから2040kcal/Nmまでの範囲に抑制されており、変動幅は平均値(1970kcal/Nm)の約±9%である。FIG. 5 shows an attenuation state of calorie fluctuation when the flow rate of the low calorie gas is set to 500,000 Nm 3 / hr and the volume of the buffer tank 10 is set to 100000 m 3 which is half of the above. Calorie variance in this case also is suppressed in a range from 1700kcal / Nm 3 to 2040kcal / Nm 3 by the buffer tank 10, the variation width of about ± 9% of the average value (1970kcal / Nm 3).

図6は、低カロリガスが流量200000Nm/hrで供給される設備においてバッファタンク10の容積を50000mとしたときの、カロリ変動の減衰状態を示している。この場合のカロリ変動もバッファタンク10によって1740kcal/Nmから2010kcal/Nmまでの範囲に抑制されており、変動幅は平均値(1875kcal/Nm)の約±7.2%である。FIG. 6 shows an attenuation state of calorie fluctuation when the volume of the buffer tank 10 is set to 50000 m 3 in the facility in which low calorie gas is supplied at a flow rate of 200000 Nm 3 / hr. Calorie variance in this case also is suppressed in a range from 1740kcal / Nm 3 to 2010kcal / Nm 3 by the buffer tank 10, the variation width of about ± 7.2% of the average value (1875kcal / Nm 3).

図示しないが、低カロリガスが上記と同様に流量200000Nm/hrで供給される設備において、バッファタンク10の容積を上記の半分の25000mとしたときは、変動幅は平均値(1875kcal/Nm)の約±12%となる。Although not shown, when the volume of the buffer tank 10 is set to 25000 m 3 which is half of the above in the facility where low calorie gas is supplied at a flow rate of 200000 Nm 3 / hr as described above, the fluctuation range is an average value (1875 kcal / Nm 3 ) Of about ± 12%.

図7に示すように、低カロリガスが流量200000Nm/hrで供給される設備において、容積が25000mのバッファタンク10を並列に二台設置しておき、通常運転時には二台とも使用し、定期点検や作動不良時等の非定常事態にのみ片方のタンクのみを使用するという工夫もできる。As shown in FIG. 7, in a facility where low calorie gas is supplied at a flow rate of 200000 Nm 3 / hr, two buffer tanks 10 with a volume of 25000 m 3 are installed in parallel, and both are used during normal operation. It can be devised that only one of the tanks is used only for an unsteady situation such as inspection or malfunction.

このように、バッファタンクを備えるだけで、積極的な制御をすることなく低カロリガスのカロリ変動が大きく抑制される。その結果、下流において廃棄窒素や不活性ガスを混合する制御が非常に容易になされる。たとえば、ガスタービン2の燃料ガスのカロリ変動幅が基準カロリ値(平均値)の±10%と設定されている場合であれば、バッファタンクの下流では変動するカロリの平均値を、ガスタービン2に設定された基準カロリ値と一致させるために、その仕様に適合させうる容積のバッファタンクを備え、一定比率の廃棄窒素を下流側で供給するだけで良くなる。廃棄窒素の供給動作に関しては低カロリガスのカロリ変動の様態を考慮する必要が無くなる。  In this way, the calorie fluctuation of the low calorie gas is greatly suppressed without providing active control only by providing the buffer tank. As a result, control of mixing waste nitrogen and inert gas downstream is very easy. For example, when the calorie fluctuation range of the fuel gas of the gas turbine 2 is set to be ± 10% of the reference calorie value (average value), the average value of the calorie that fluctuates downstream of the buffer tank is expressed as the gas turbine 2. In order to match with the reference calorie value set to, it is only necessary to provide a buffer tank having a volume that can meet the specifications and to supply a certain ratio of waste nitrogen downstream. Regarding the supply operation of waste nitrogen, it is not necessary to consider the state of calorie fluctuation of low calorie gas.

極端な場合、バッファタンク10を通過した後の低カロリガスの変動するカロリの平均値が、ガスタービン2に設定された基準カロリ値とほぼ一致しているなら、廃棄窒素供給設備や不活性ガス供給設備は必要無くなる。両設備が設けられている場合であっても、図1の廃棄窒素供給配管4の止め弁29、および、図2の共通配管38の止め弁29を閉止した状態で設備を運転すれば良い。当然ながら、発生した低カロリガスのカロリ変動がもともと大きくない場合は、バッファタンクの設置は必要でなく、廃棄窒素供給設備や不活性ガス供給設備のみで十分に対応可能である。  In an extreme case, if the average calorific value of the low caloric gas after passing through the buffer tank 10 is substantially equal to the reference caloric value set in the gas turbine 2, waste nitrogen supply equipment or inert gas supply Equipment is no longer needed. Even when both facilities are provided, the facilities may be operated with the stop valve 29 of the waste nitrogen supply pipe 4 in FIG. 1 and the stop valve 29 of the common pipe 38 in FIG. 2 closed. Of course, when the caloric fluctuation of the generated low caloric gas is not large, it is not necessary to install a buffer tank, and it can be sufficiently handled only by the waste nitrogen supply facility and the inert gas supply facility.

図8には他のバッファタンク42が示されている。このバッファタンク42は従来のガスタービン設備に使用されることのあるもので、ガス量バランスを監視する装置40に含まれるものである。このガス量バランス監視装置40は、上流側から送られてくる低カロリガスの量とガスタービンで必要とする消費ガス量とのバランスを取るためのものである。供給ガス量の変動やガスタービンの負荷変動がある場合、供給量と消費量との間でバランスを取る必要がある。供給量が予想外に過剰となったときには大気に放散するなどし、供給不足となったときにはガスタービンの負荷を低下させたり、一部の運転を停止したりする。  FIG. 8 shows another buffer tank 42. This buffer tank 42 may be used in conventional gas turbine equipment, and is included in the device 40 for monitoring the gas amount balance. This gas amount balance monitoring device 40 is for balancing the amount of low calorie gas sent from the upstream side with the amount of gas consumed required by the gas turbine. When there are fluctuations in the supply gas amount and load changes in the gas turbine, it is necessary to balance the supply amount and the consumption amount. When the supply amount is unexpectedly excessive, it is diffused into the atmosphere. When the supply amount is insufficient, the load of the gas turbine is reduced or some operations are stopped.

このガス量バランス監視装置40は、その出口42bが連通管41によって低カロリガス供給配管3と接続されたタンク42と、タンク42の上端開口を気密に閉止し且つタンク内を上下動可能に配設された蓋部材43と、たとえば蓋部材43に設置された調整用おもり44とを備えている。蓋部材43は、自重と上記おもり44の重量と大気圧による押し下げ力との総計と、タンク42の内圧による押し上げ力とのバランスによってタンク内を上下動する。したがって、低カロリガスの供給量と消費量とのバランスの変化に応じて蓋部材43が上下動する。この蓋部材43の上下動を監視しつつガスの大気放散やタービン負荷の低下等の措置をとる。  This gas amount balance monitoring device 40 has a tank 42 whose outlet 42b is connected to the low calorie gas supply pipe 3 by a communication pipe 41, an upper end opening of the tank 42 is hermetically closed, and the inside of the tank can be moved up and down. And the adjustment weight 44 installed on the lid member 43, for example. The lid member 43 moves up and down in the tank by a balance of the total of its own weight, the weight of the weight 44 and the push-down force due to the atmospheric pressure, and the push-up force caused by the internal pressure of the tank 42. Therefore, the lid member 43 moves up and down according to a change in the balance between the supply amount and consumption amount of the low calorie gas. While monitoring the vertical movement of the lid member 43, measures such as atmospheric gas diffusion and turbine load reduction are taken.

図8のバッファタンクは、このガス量バランス監視装置40をカロリ変動抑制のために利用したものである。このタンク42には、上記連通管41の他に、新たに、低カロリガス供給配管3における連通管41と接続位置より上流側とタンクの入口42aとを接続する上流側入口配管45が接続されている。この上流側入口配管45には低カロリガスをタンク42に送り込むファン39が設置されている。上流側入口配管45は連通管41より低カロリガス供給配管3の上流側に接続されているので、圧力損失を考慮した配管設計によって上記ファン39を省略することもできる。これは図9および図13に示す上流側入口配管45についても同様である。供給される低カロリガスの一部は上流側入口配管45を通ってタンク42に流入し、タンク42内で低カロリガスが混合し、同量のガスが上記連通管41を通ってタンク42から低カロリガス供給配管3に戻る。この場合、上記連通管41は出口配管とも呼べる。このバッファタンク42は低カロリガス供給配管3のバイパス配管を構成する上流側入口配管45と連通管41とに接続されており、いわば低カロリガス供給配管3に対して並列に設置されている。  The buffer tank of FIG. 8 uses this gas amount balance monitoring device 40 for suppressing calorie fluctuation. In addition to the communication pipe 41, the tank 42 is newly connected with the communication pipe 41 in the low calorie gas supply pipe 3 and an upstream inlet pipe 45 that connects the upstream side of the connection position and the tank inlet 42a. Yes. The upstream inlet pipe 45 is provided with a fan 39 for sending low calorie gas into the tank 42. Since the upstream side inlet pipe 45 is connected to the upstream side of the low calorie gas supply pipe 3 with respect to the communication pipe 41, the fan 39 can be omitted by piping design taking pressure loss into consideration. The same applies to the upstream side inlet pipe 45 shown in FIGS. Part of the low caloric gas supplied flows into the tank 42 through the upstream inlet pipe 45, the low calorific gas is mixed in the tank 42, and the same amount of gas passes through the communication pipe 41 from the tank 42. Return to the supply pipe 3. In this case, the communication pipe 41 can also be called an outlet pipe. The buffer tank 42 is connected to an upstream side inlet pipe 45 and a communication pipe 41 that constitute a bypass pipe of the low calorie gas supply pipe 3, so to speak, is installed in parallel to the low calorie gas supply pipe 3.

このバッファタンク42によっても、上流側入口配管45を通して送られてきた低カロリガスは、前述のバッファタンク10におけると同様に、バッファタンク内で混合される。その結果、バッファタンク42の出口42bから出ていく低カロリガスのカロリの変動幅は縮小され、変動速度が低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和(抑制)される。  Also in the buffer tank 42, the low calorie gas sent through the upstream side inlet pipe 45 is mixed in the buffer tank as in the buffer tank 10 described above. As a result, the fluctuation range of the calorie of the low calorie gas exiting from the outlet 42b of the buffer tank 42 is reduced, and the fluctuation speed is reduced. That is, calorie fluctuation is greatly reduced (suppressed).

さらに、このタンク42の内部にはガスを撹拌するために、ファン等の撹拌装置51が設置されている。タンク内でのガスの混合を促進し、それによってより効果的なカロリ変動抑制を実現するためである。撹拌装置51の設置形態としては、タンクの出口42bの近傍からガスをタンクの内方へ向けて流しうる姿勢で出口42bの近傍に設置するのが、ガスの効果的な混合という観点から好ましい。この撹拌装置51を、図8のタンク42に限定されず、他の図面に示すタンク10、42、47や、カロリ抑制効果を発揮しうる他のタンクに対しても設置することが可能である。なお、撹拌装置51の回転駆動機としての電動モータ51a等はタンクの外部に設置しておくのが好ましい。  Furthermore, a stirring device 51 such as a fan is installed in the tank 42 to stir the gas. This is to promote gas mixing in the tank, thereby realizing more effective calorie fluctuation suppression. As an installation form of the stirring device 51, it is preferable from the viewpoint of effective mixing of the gas that the gas is allowed to flow from the vicinity of the tank outlet 42b toward the inside of the tank in the vicinity of the outlet 42b. The stirring device 51 is not limited to the tank 42 shown in FIG. 8, and can be installed in the tanks 10, 42, and 47 shown in other drawings and other tanks that can exert a calorie suppressing effect. . In addition, it is preferable to install the electric motor 51a etc. as a rotational drive machine of the stirring apparatus 51 outside the tank.

図9には、カロリ変動抑制手段として利用しうる他のガス量バランス監視装置46が示されている。このガス量バランス監視装置46は、さらに経済的な構成をとっており、連通管41によって低カロリガス供給配管3と連通された気密構造のタンク47を有している。タンク47には圧力検出装置48が設置され、タンク47の内圧が常時監視される。制御装置100は、検出圧力が上限域に達すると設備内のガス消費量を増加する指令を出し、ガスの需給バランスをとる。その他の構造は前述の装置40(図8)と同じであり、タンク47の入口47aには上流側入口配管45が接続され、出口47bには出口配管47bが接続されている。このタンク47もカロリ変動抑制手段として十分に利用可能である。  FIG. 9 shows another gas amount balance monitoring device 46 that can be used as calorie fluctuation suppressing means. The gas amount balance monitoring device 46 has a more economical configuration and includes an airtight tank 47 communicated with the low calorie gas supply pipe 3 by a communication pipe 41. A pressure detector 48 is installed in the tank 47, and the internal pressure of the tank 47 is constantly monitored. When the detected pressure reaches the upper limit range, the control device 100 issues a command to increase the gas consumption in the facility, and balances the gas supply and demand. The other structure is the same as that of the above-described apparatus 40 (FIG. 8). An upstream inlet pipe 45 is connected to the inlet 47a of the tank 47, and an outlet pipe 47b is connected to the outlet 47b. This tank 47 can also be sufficiently used as a calorie fluctuation suppressing means.

図10は、カロリ変動する低カロリガスが流量500000Nm/hrで供給される設備において、図8または図9に示すタンク42(47)の容積を200000mとし、上記ファン39によって500000Nm/hrの流量のうち200000Nm/hrのガスをタンク42(47)に送り込む場合のカロリ変動の緩和状態を示す。図中に破線で表す曲線は直接還元鉄設備Sから送られてくる低カロリガスのカロリ変動(オリジナル変動)を示している。これは前述の実測サンプルである。二点鎖線で表す曲線はタンク42を出て上記連通管41を通る低カロリガスのカロリ変動(過渡変動)のシミュレーション結果を示している。実線で示す曲線は、連通管41より下流の低カロリガス供給配管3部分を通って混合器5に至るガスのカロリ変動(抑制後変動)を示している。前述と同じく、タンク42(47)に入る前の低カロリガスのカロリは平均値(1945kcal/Nm)の約±21%の変動幅を持っている。ところが、タンク42(47)から連通管41を通って低カロリガス供給配管3に合流した後のガスのカロリ変動は、1690kcal/Nmから2100kcal/Nmまでであり、変動幅は平均値(1895kcal/Nm)の約±11%まで抑制されている。この数値は一例である。10, in a facility where the low calorie gas varying calorific is supplied at a flow rate 500,000 nm 3 / hr, and 200000M 3 the volume of the tank 42 (47) shown in FIG. 8 or FIG. 9, by the fan 39 of 500,000 nm 3 / hr The state of mitigation of calorie fluctuation when 200,000 Nm 3 / hr of the flow rate is sent to the tank 42 (47) is shown. The curve shown with a broken line in the figure shows the calorie fluctuation (original fluctuation) of the low calorie gas sent directly from the reduced iron facility S. This is the actual measurement sample described above. A curve represented by a two-dot chain line indicates a simulation result of calorie fluctuation (transient fluctuation) of the low caloric gas that leaves the tank 42 and passes through the communication pipe 41. The curve shown by the solid line shows the calorie fluctuation (the fluctuation after suppression) of the gas that reaches the mixer 5 through the low calorie gas supply pipe 3 part downstream from the communication pipe 41. As before, the calorie of the low calorie gas before entering the tank 42 (47) has a fluctuation range of about ± 21% of the average value (1945 kcal / Nm 3 ). However, the calorie fluctuation of the gas after joining from the tank 42 (47) through the communication pipe 41 to the low calorie gas supply pipe 3 is from 1690 kcal / Nm 3 to 2100 kcal / Nm 3 , and the fluctuation range is an average value (1895 kcal). / Nm 3 ) of about ± 11%. This number is an example.

このように、タンク42(47)を有する既設の設備を利用してガスカロリの変動を抑制することも可能である。そして、下流において廃棄窒素による低カロリガスの希釈を容易に行うことができるようになる。図8および図9では、低カロリガスをタンク42(47)に送り込む上流側入口配管45が、低カロリガス供給配管3における出口配管41より上流側に接続されているが、とくにこの構成に限定されず、出口配管41より下流側に接続してもよい(図14参照)。また、両管41、45ともに複数本設けてもよい。  In this way, it is also possible to suppress fluctuations in gas calorie using existing equipment having the tank 42 (47). Further, the low calorie gas can be easily diluted with waste nitrogen downstream. In FIG. 8 and FIG. 9, the upstream inlet pipe 45 for feeding the low calorie gas into the tank 42 (47) is connected to the upstream side of the outlet pipe 41 in the low calorie gas supply pipe 3, but it is not particularly limited to this configuration. Alternatively, the outlet pipe 41 may be connected downstream (see FIG. 14). A plurality of both the tubes 41 and 45 may be provided.

図11に示すバッファタンク42は図8に示すのと同じガス量バランス監視装置40用のバッファタンク42である。相違点は低カロリガス供給配管3とを接続する配管の態様である。図11の配管態様は、図8の低カロリガス供給配管3における、上流側入口配管45との接続部から連通管41との接続部までの部分を取り除き、さらに、上流側入口配管45上のファン39を取り除いたものである。すなわち、入口42aに上流側の低カロリガス供給配管3が接続され、出口42bに下流側の低カロリガス供給配管3が接続されている。換言すれば、図1および図2に示すバッファタンク10をガス量バランス監視装置40用のタンク42に取り替えたものである。かかる配管は、既存のガス量バランス監視装置40をガスカロリの変動抑制装置として兼用するに際して容易に改造し得る態様である。  The buffer tank 42 shown in FIG. 11 is the same buffer tank 42 for the gas amount balance monitoring device 40 as shown in FIG. The difference is the mode of piping connecting the low calorie gas supply piping 3. The piping mode of FIG. 11 removes the portion from the connecting portion with the upstream inlet piping 45 to the connecting portion with the communication pipe 41 in the low calorie gas supply piping 3 of FIG. 39 is removed. That is, the low-calorie gas supply pipe 3 on the upstream side is connected to the inlet 42a, and the low-calorie gas supply pipe 3 on the downstream side is connected to the outlet 42b. In other words, the buffer tank 10 shown in FIGS. 1 and 2 is replaced with the tank 42 for the gas amount balance monitoring device 40. Such a pipe is a mode that can be easily modified when the existing gas amount balance monitoring device 40 is also used as a gas calorie fluctuation suppressing device.

図12には、他のカロリ変動抑制手段が示されている。この手段は、低カロリガス供給配管3に配設された、低カロリガスの一部を低カロリガス供給配管3の上流側へ戻すための戻し配管49である。この戻し配管49には低カロリガスを上流側へ圧送するファン39が設置されている。図示の戻し配管49は一カ所の吸引部から複数本の枝管49aに分岐してもとの低カロリガス供給配管3に戻すように構成されているが、一本の戻し配管から構成してもよい。また、低カロリガス供給配管3の異なる複数部位にそれぞれ一本の戻し配管を配設してもよい。  FIG. 12 shows another calorie fluctuation suppressing means. This means is a return pipe 49 disposed in the low calorie gas supply pipe 3 for returning a part of the low calorie gas to the upstream side of the low calorie gas supply pipe 3. The return pipe 49 is provided with a fan 39 for pumping low calorie gas upstream. The illustrated return pipe 49 is configured to return to the original low-calorie gas supply pipe 3 even if branched from a single suction section into a plurality of branch pipes 49a, but may also be configured from a single return pipe. Good. In addition, one return pipe may be provided in each of a plurality of different parts of the low calorie gas supply pipe 3.

かかる手段によっても、低カロリガスは低カロリガス供給配管3の上流へ戻されたときに新しく供給されてきた低カロリガスと混合し、カロリ変動が緩和される。この作用を増大するには、戻し配管49を長さを長くし、供給ガス量に対する戻しガス量の容積割合を大きくすればよい。  Also by such means, the low calorie gas is mixed with the newly supplied low calorie gas when returned to the upstream side of the low calorie gas supply pipe 3, and the calorie fluctuation is alleviated. In order to increase this effect, the return pipe 49 may be lengthened and the volume ratio of the return gas amount to the supply gas amount may be increased.

図13にも図8のタンクと同様に低カロリガス供給配管3に対して並列に設置されたバッファタンク42が示されている。図示のごとく、タンク42と低カロリガス供給配管3との間には、ファン39を備えた上流側入口配管45と、出口配管としての上記連通管41とが接続されている。すなわち、タンク42の入口42aには上流側入口配管45が接続され、出口42bには出口配管41が接続されている。しかし、このタンク42にはさらなる入口50aが形成され、この入口50aに、低カロリガス供給配管3における出口配管41との接続部より下流側に接続された下流側入口配管50が接続されている。この下流側入口配管50には低カロリガスをタンク42に送り込むファン39が設置されている。図示のごとく、上流側入口配管45および下流側入口配管50のタンク42への接続位置(入口42a、50a)は互いに近接している。  FIG. 13 also shows a buffer tank 42 installed in parallel to the low calorie gas supply pipe 3 as in the tank of FIG. As shown in the figure, between the tank 42 and the low calorie gas supply pipe 3, an upstream side inlet pipe 45 having a fan 39 and the communication pipe 41 as an outlet pipe are connected. That is, the upstream side inlet pipe 45 is connected to the inlet 42a of the tank 42, and the outlet pipe 41 is connected to the outlet 42b. However, a further inlet 50 a is formed in the tank 42, and a downstream inlet pipe 50 connected to the downstream side of the connection portion with the outlet pipe 41 in the low calorie gas supply pipe 3 is connected to the inlet 50 a. The downstream inlet pipe 50 is provided with a fan 39 for sending low calorie gas into the tank 42. As shown in the figure, the connection positions (inlet 42a, 50a) of the upstream side inlet pipe 45 and the downstream side inlet pipe 50 to the tank 42 are close to each other.

この構成によれば、タンク42には低カロリガス供給配管3の上流側から上流側入口配管45を通して低カロリガスの一部が圧送され、同時に低カロリガス供給配管3の下流側から下流側入口配管50を通して低カロリガスの一部が圧送され、混合して出口42bから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので、タンク内で長時間に渡る混合が実現される。下流側入口配管50の長さを長くするほど、混合されるガスの滞留時間が長くなり、一層好ましい混合が実現される。上記下流側入口配管50は低カロリガス供給配管3の下流側からタンク42の入口50aに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管3の上流側入口配管45との接続部より上流側に接続してもよい。  According to this configuration, a part of the low calorie gas is pumped into the tank 42 from the upstream side of the low calorie gas supply pipe 3 through the upstream side inlet pipe 45, and at the same time, from the downstream side of the low calorie gas supply pipe 3 through the downstream side inlet pipe 50. A part of the low calorie gas is pumped, mixed and flows out from the outlet 42b to the communication pipe. That is, since a part of the low calorie gas in which the calorie fluctuation is suppressed circulates, mixing for a long time is realized in the tank. The longer the length of the downstream inlet pipe 50, the longer the residence time of the gas to be mixed, and the more preferable mixing is realized. The downstream inlet pipe 50 is connected from the downstream side of the low calorie gas supply pipe 3 to the inlet 50a of the tank 42. From the downstream side, the upstream side of the connecting part with the upstream inlet pipe 45 of the low calorie gas supply pipe 3 is connected. You may connect to.

図14にも低カロリガス供給配管3に対して並列に設置されたバッファタンク42が示されている。図示のごとく、タンク42と低カロリガス供給配管3との間には、出口配管としての上記連通管41と下流側入口配管50とが接続されている。この下流側入口配管50には低カロリガスをタンク42に送り込むファン39が設置されている。  FIG. 14 also shows a buffer tank 42 installed in parallel to the low calorie gas supply pipe 3. As illustrated, between the tank 42 and the low calorie gas supply pipe 3, the communication pipe 41 as the outlet pipe and the downstream side inlet pipe 50 are connected. The downstream inlet pipe 50 is provided with a fan 39 for sending low calorie gas into the tank 42.

かかる構成によれば、下流側入口配管50が低カロリガス供給配管3における連通管41との接続部より下流側に接続されていても、低カロリガスはファン39より下流側入口配管50を通してタンク42内へ送り込まれ、混合して出口42bから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので効果的な混合がなされる。そして、上記下流側入口配管50の長さを長くするほど、タンク内でより長時間に渡る混合が実現される。  According to such a configuration, even if the downstream inlet pipe 50 is connected to the downstream side from the connection portion with the communication pipe 41 in the low calorie gas supply pipe 3, the low calorie gas passes through the downstream inlet pipe 50 from the fan 39 into the tank 42. Is mixed and flows out from the outlet 42b to the communication pipe. That is, since a part of the low calorie gas in which the calorie fluctuation is suppressed circulates, effective mixing is performed. As the length of the downstream side inlet pipe 50 is increased, mixing for a longer time is realized in the tank.

図15に示すタンク42は二種類の入口42a、52aを有している。一方の入口42aには上流側低カロリガス供給配管3が接続され、出口42bには下流側低カロリガス供給配管3が接続され、さらに、他方の入口52aには下流側低カロリガス供給配管3と接続された戻し配管52が接続されている。二つの入口42a、52aは近接して形成されている。戻し配管52には低カロリガスをタンクに送り込むためのファン39が設置されている。  The tank 42 shown in FIG. 15 has two types of inlets 42a and 52a. The upstream low calorie gas supply pipe 3 is connected to one inlet 42a, the downstream low calorie gas supply pipe 3 is connected to the outlet 42b, and the downstream low calorie gas supply pipe 3 is connected to the other inlet 52a. A return pipe 52 is connected. The two inlets 42a and 52a are formed close to each other. The return pipe 52 is provided with a fan 39 for sending low calorie gas into the tank.

かかる構成によれば、タンク42でカロリ変動が抑制された低カロリガスの一部は再度タンク42へ戻されて再度混合するので、一層好ましい混合が実現される。戻し配管52の長さを長くするほど混合されるガスの滞留時間が長くなる。上記戻し配管52は低カロリガス供給配管3の下流側からタンク42の入口52aに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管3におけるタンクより上流側に接続してもよい。  According to such a configuration, a part of the low calorie gas whose calorie fluctuation is suppressed in the tank 42 is returned to the tank 42 and mixed again, so that more preferable mixing is realized. The longer the length of the return pipe 52, the longer the residence time of the mixed gas. The return pipe 52 is connected to the inlet 52a of the tank 42 from the downstream side of the low calorie gas supply pipe 3, but may be connected to the upstream side of the tank in the low calorie gas supply pipe 3 from the downstream side.

以上説明した実施形態では、使用する低カロリガスとして直接還元製鉄法によって発生する副生ガスを例示したが、これに限定されない。低カロリガスとしては、高炉ガス(BFG)、転炉ガス(LDG)、石炭層に含まれる石炭層ガス(Coal mine gasであり、CMGと表す)、溶融還元製鉄法によって発生する副生ガス、GTL(Gas−to−Liquid)プロセスにおいて発生するテイルガス(Tail gas)、オイルサンドからオイル精製プロセスに伴って発生する副生ガス、プラズマを用いたゴミ焼却によって発生するガス、生ゴミを含む一般廃棄物がその埋め立て地において発酵、分解する過程で生じるメタンガス(Landfill gas)、および、その他の類似の原料を化学反応させることに伴って発生する副生ガス等の低カロリガス等が含まれる。もちろん、上記ガスを単独はもとより、BFGとLDGとの混合ガスのように、複数の異種ガスを混合した結果その発熱量が約12MJ/Nm以下となったガスをも含む。In the embodiment described above, the by-product gas generated by the direct reduction iron manufacturing method is exemplified as the low calorie gas to be used. However, the present invention is not limited to this. Low calorie gas includes blast furnace gas (BFG), converter gas (LDG), coal bed gas contained in the coal bed (Coal mines gas, expressed as CMG), by-product gas generated by smelting reduction iron making process, GTL (Gas-to-Liquid) Tail gas generated in the process, by-product gas generated from the oil sand during the oil refining process, gas generated by incineration of dust using plasma, general waste containing garbage Methane gas (Landfill gas) generated in the process of fermentation and decomposition in the landfill, and low calorie gas such as by-product gas generated by chemically reacting other similar raw materials. Of course, the gas includes not only the gas alone but also a gas whose calorific value is about 12 MJ / Nm 3 or less as a result of mixing a plurality of different gases such as a mixed gas of BFG and LDG.

本発明によれば、そのカロリが時々刻々変化する低カロリガスを大量に存在し且つ採取容易である低酸素濃度な廃棄窒素によって希釈することにより、燃焼温度の異常な上昇を抑えて安定燃焼を継続させることができる。すなわち、低廉な設備コストおよび運転コストによって上記効果が得られる。さらに、従来は廃棄処分されていた酸素製造プラント等において発生する窒素ガスを有効活用することができる。  According to the present invention, low-calorie gas whose calorie changes from moment to moment is diluted with low-concentration waste nitrogen, which is easy to collect, and suppresses an abnormal increase in combustion temperature, thereby continuing stable combustion. Can be made. That is, the above-described effect can be obtained by low equipment cost and operation cost. Furthermore, nitrogen gas generated in an oxygen production plant or the like that has been disposed of in the past can be effectively utilized.

Claims (16)

ガスを燃料としてガスタービンに供給するための燃料ガス供給通路と、
該燃料ガス供給通路に接続された、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を燃料ガス供給通路に供給するための廃棄窒素供給通路と、
前記ガスと前記廃棄窒素とを混合する混合器と、
上記燃料ガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
上記燃料ガス供給通路又は上記廃棄窒素供給通路のいずれか一方又は両方に配設された、ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出装置と、
上記発熱量検出装置および上記酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて廃棄窒素供給通路による廃棄窒素供給動作を制御しうる制御装置とを備えてなる燃料ガス供給設備。
A fuel gas supply passage for supplying gas to the gas turbine as fuel;
A waste nitrogen supply passage connected to the fuel gas supply passage for supplying waste nitrogen generated in at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant to the fuel gas supply passage;
A mixer for mixing the gas and the waste nitrogen;
A calorific value detection device for detecting a calorific value in the gas disposed in the fuel gas supply passage;
An oxygen concentration detection device for detecting the oxygen concentration in the gas, disposed in either one or both of the fuel gas supply passage and the waste nitrogen supply passage;
A fuel gas supply facility comprising: a control device capable of controlling a waste nitrogen supply operation by a waste nitrogen supply passage based on a detection result of the calorific value detection device and the oxygen concentration detection device .
上記制御装置が、ガスタービンに燃料として供給されるガスの最大許容カロリ値を設定しており、燃料ガスのカロリ値が該最大許容カロリ設定値を超えているときに、廃棄窒素供給通路から廃棄窒素を供給するように構成されてなる請求項記載の燃料ガス供給設備。When the above control device sets the maximum allowable calorie value of the gas supplied as fuel to the gas turbine, and the caloric value of the fuel gas exceeds the maximum allowable calorie set value, it is discarded from the waste nitrogen supply passage. 2. The fuel gas supply facility according to claim 1 , wherein the fuel gas supply facility is configured to supply nitrogen. 上記燃料ガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、
上記制御装置が、廃棄窒素供給通路による燃料ガス供給通路への廃棄窒素供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されてなる請求項記載の燃料ガス供給設備。
An inert gas supply passage for supplying an inert gas is connected to the fuel gas supply passage,
In the state where the control device supplies waste nitrogen to the fuel gas supply passage through the waste nitrogen supply passage, the control device controls the inert gas supply operation by the inert gas supply passage based on the detection result of the calorific value detection device. It constructed comprising claim 1 fuel gas supply system according to.
上記廃棄窒素供給通路に連通した、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する貯留タンクが配設されてなる請求項1記載の燃料ガス供給設備。2. The fuel gas supply facility according to claim 1, further comprising a storage tank that temporarily stores waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant that communicates with the waste nitrogen supply passage. 上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する酸素濃度変動抑制タンクが配設されており、
該酸素濃度変動抑制タンクが入口と出口とを有しており、入口には廃棄窒素供給通路の上流側が接続されており、出口には廃棄窒素供給通路の下流側が接続されてなる請求項1記載の燃料ガス供給設備。
An oxygen concentration fluctuation suppression tank that temporarily stores waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant is disposed in the waste nitrogen supply passage,
2. The oxygen concentration fluctuation suppressing tank has an inlet and an outlet, the upstream side of the waste nitrogen supply passage is connected to the inlet, and the downstream side of the waste nitrogen supply passage is connected to the outlet. Fuel gas supply equipment.
上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、
該タンクが入口と出口とを有しており、入口には燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、出口には燃料ガス供給通路の下流側が接続されてなる請求項1記載の燃料ガス供給設備。
A tank for temporarily storing fuel gas is disposed in the fuel gas supply passage,
2. The fuel gas supply according to claim 1, wherein the tank has an inlet and an outlet, the upstream side of the fuel gas supply passage is connected to the inlet, and the downstream side of the fuel gas supply passage is connected to the outlet. Facility.
上記タンクに二種類のガス入口が形成されており、
そのうちの一方のガス入口に上記した燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、
他方のガス入口と燃料ガス供給通路の下流側との間に戻し通路が接続されており、
該戻し通路に、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項6記載の燃料ガス供給設備。
Two types of gas inlets are formed in the tank,
The upstream side of the fuel gas supply passage is connected to one of the gas inlets,
A return passage is connected between the other gas inlet and the downstream side of the fuel gas supply passage,
7. The fuel gas supply equipment according to claim 6, wherein a gas pumping device for pumping the fuel gas toward the tank is installed in the return passage.
上記タンクより上流側の燃料ガス供給通路とタンクより下流側の燃料ガス供給通路との間に戻し通路が接続されており、
該戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項記載の燃料ガス供給設備。
A return passage is connected between the fuel gas supply passage upstream of the tank and the fuel gas supply passage downstream of the tank,
7. The fuel gas supply facility according to claim 6, wherein a gas pumping device for pumping the fuel gas toward the fuel gas supply passage upstream of the tank is installed in the return passage.
上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、
燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より上流側から燃料ガスをタンクに送り込む上流側入口通路とが配設されてなる請求項1記載の燃料ガス供給設備。
A tank for temporarily storing fuel gas is disposed in the fuel gas supply passage,
Between the fuel gas supply passage and the tank, the upstream side from which the fuel gas is fed into the tank from the upstream side of the connection point between the outlet passage for returning the fuel gas from the tank to the fuel gas supply passage and the outlet passage in the fuel gas supply passage The fuel gas supply facility according to claim 1, further comprising an inlet passage.
上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、
燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側から燃料ガスをタンクに送り込む下流側入口通路とが配設されており、
該下流側入口通路に燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置が配設されてなる請求項1または記載の燃料ガス供給設備。
A tank for temporarily storing fuel gas is disposed in the fuel gas supply passage,
Between the fuel gas supply passage and the tank, an outlet passage for returning the fuel gas from the tank to the fuel gas supply passage, and a downstream side for sending the fuel gas to the tank from the downstream side of the connection point of the outlet passage in the fuel gas supply passage And an entrance passage.
The fuel gas supply equipment according to claim 1 or 9, wherein a gas pumping device for pumping fuel gas toward the tank is disposed in the downstream inlet passage.
上記燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、燃料ガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路が接続されており、
該戻し通路に、燃料ガスを上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項記載の燃料ガス供給設備。
A return passage is connected between the downstream side from the connection point with the outlet passage in the fuel gas supply passage and the upstream side from the connection point with the inlet passage in the fuel gas supply passage,
The fuel gas supply facility according to claim 9, wherein a gas pumping device for pumping fuel gas toward the upstream fuel gas supply passage is installed in the return passage.
上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置が設置されてなる請求項または記載の燃料ガス供給設備。The fuel gas supply equipment according to claim 6 or 9, wherein a stirring device for stirring gas is installed in the tank. 上記燃料ガス供給通路における上流部部分と下流部分との間に接続された戻し通路をさらに備えており、
該戻し通路に、燃料ガス供給通路を流れる燃料ガスの一部を燃料ガス供給通路の下流部分から上流部分に向けて圧送するガス圧送装置が配設されてなる請求項1記載の燃料ガス供給設備。
A return passage connected between the upstream portion and the downstream portion of the fuel gas supply passage,
2. The fuel gas supply equipment according to claim 1, wherein a gas pumping device for pumping a part of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage from the downstream portion to the upstream portion of the fuel gas supply passage is disposed in the return passage. .
ガスタービンと、
該ガスタービンに燃料としてのガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、
該燃料ガス供給設備が、請求項1〜13のうちのいずれか一の項に記載の燃料ガス供給設備であるガスタービン設備。
A gas turbine,
A fuel gas supply facility for supplying gas as fuel to the gas turbine,
A gas turbine facility, wherein the fuel gas supply facility is the fuel gas supply facility according to any one of claims 1 to 13 .
ガスタービンに燃料として供給するガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、
酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップと、
前記ガスの発熱量の計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、前記ガスの発熱量の計測結果および前記酸素濃度の計測結果に基づいて前記廃棄窒素を希釈用のガスとして燃料ガスに混入する廃棄窒素混入ステップとを含んでなるガスタービン燃料用燃料ガスのカロリ上昇抑制方法。
A calorie measuring step for measuring the calorific value of the gas supplied as fuel to the gas turbine;
An oxygen concentration measurement step for measuring the oxygen concentration of waste nitrogen generated in at least one of the oxygen production plant and the nitrogen production plant;
When the measurement result of the calorific value of the gas exceeds a set allowable caloric value, the waste nitrogen is converted into a fuel gas as a dilution gas based on the measurement result of the calorific value of the gas and the measurement result of the oxygen concentration. A method for suppressing calorie increase in fuel gas for gas turbine fuel, comprising a waste nitrogen mixing step to be mixed.
廃棄窒素供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを燃料ガスに混入するステップをさらに含んでなる請求項15記載のカロリ上昇抑制方法。 16. The calorie increase suppressing method according to claim 15 , further comprising a step of mixing an inert gas into the fuel gas when it is determined that the calorific value measurement result does not fall below a set allowable caloric value even when waste nitrogen is supplied.
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