JP4680628B2 - 重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステム - Google Patents

Description

本発明は重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステムに係り、特に、重質油を高温高圧蒸気と反応させて改質燃料を生成する重質油改質装置及び生成された改質燃料を用いて駆動する重質油焚きガスタービンシステムに関する。

重質油を高温高圧蒸気と反応させて改質燃料を生成する重質油改質装置は、例えば特許文献１に開示のように、既に提案されている。

この種重質油改質装置は、改質器において改質反応を円滑に行わせるために、改質器内の混合流体を所定の温度に維持する必要がある。

特開２００３−２８６８６５号公報

従来の重質油改質装置では、改質器内の混合流体を所定の温度に維持するために、色々な工夫が施されている。しかしながら、改質器が外気と接触していると、その外気と接触する面積が大きいほど漏れ熱量が大きくなり、これら漏れた熱は回収できず、熱効率の低減につながる。

本発明の目的は、漏れ熱を抑制して熱効率を向上できる重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステムを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、重質油改質装置の構成部材のうち、加圧された重質油を加熱媒体により加熱する重質油予熱器と、加圧された水を加熱媒体により加熱する水予熱器と、混合流体を加熱媒体によって改質反応温度まで昇温させる改質予熱器と、改質反応温度まで昇温された混合流体を改質させる改質器とを、互いに隣接して配置したのである。

上記構成とすることで、改質器からの放熱を隣接配置した重質油予熱器や水予熱器や改質予熱器等で抑制できるので、重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステムの熱効率を向上させることができるのである。

以上説明したように本発明によれば、漏れ熱を抑制して熱効率を向上できる重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステムを得ることができる。

以下本発明による重質油改質装置を備えた重質油焚きガスタービンシステムの第１の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。

重質油改質装置１は、重質油予熱器２と水予熱器３と混合器４と改質予熱器５と改質器６とを備えている。

前記重質油予熱器２には、重質油タンク７内の重質油が重質油ポンプ８で加圧され重質油供給管路９を通して供給され、重質油がコークス化を起こさない温度まで加熱される。加圧加熱された重質油は、重質油供給管路１０を通って前記混合器４に至る。一方、水タンク１１内の水は、水ポンプ１２で加圧され、水供給路１３を通って水予熱器３に供給され、蒸気になる温度に加熱される。加圧加熱された水（蒸気）は、水供給路１４を通って前記混合器４に至る。加圧加熱された重質油と水とは、混合器４内で混合されて混合流体となり、混合流体路１５を通って前記改質予熱器５に至り、ここで改質反応が行われる温度まで加熱され、混合流体路１６を通って前記改質器６に至る。改質器６内では、改質燃料とタールとが生成され、改質燃料は、改質燃料路１７の減圧装置１８によって減圧されて気液分離器１９に導かれ、タールはタール路２０の減圧装置２１によって減圧されてタール焚き燃焼器２２に導かれる。

前記改質燃料は、減圧装置１８にて断熱膨張するために温度が低下し、一部が液化するために気液分離器１９にてガス燃料と液体燃料に分離される。ガス燃料は、ガス燃料路２３を介してガスタービン２４の燃焼器２５に導かれ、この燃焼器２５で圧縮機２６からの加圧加熱空気と混合されて燃焼され、その燃焼ガスでガスタービン２４を回転駆動し、排ガス路２７から放出される。尚、ガスタービン２４の回転駆動により発電機２８を回転させ発電が行われる。また、液体燃料は、液体燃料路２９を通り、途中で減圧装置３０で減圧された後、液体燃料タンク３１に貯蔵される。液体燃料タンク３１に貯蔵された液体燃料は、ガスタービン２４の出力に応じて液体燃料ポンプ３２によって燃焼器２５に供給され、前記加圧加熱空気と混合されて燃焼される。尚、減圧される前の液体燃料は液体燃料冷却器３３で冷却され、この液体燃料冷却器３３で放出された熱は、前記水供給路１３を通すことで水予熱器３に至る前の水を予熱することができる。

また、前記重質油予熱器２，水予熱器３，改質予熱器５，改質器６は、前記タール焚き燃焼器２２でタールを燃焼して得られる高温燃焼ガスが、燃焼ガス路３４Ａ〜３４Ｄを経由して供給されて加熱される。尚、各器に供給される高温燃焼ガスの流量を調整するために、燃焼ガス路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｄには夫々ガス流量調整弁３５Ａ〜３５Ｃが設けられている。また、燃焼ガス路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｄの各々に流量調整弁を設け、各器に供給される高温燃焼ガスの流量を調整してもよい。さらに、燃焼ガス路３４Ａ〜３４Ｄからガス流量調整弁３５Ａ〜３５Ｃを経て直接排気ガス路３６に高温燃焼ガスを供給する経路を設けてもよい。尚、ガス流量調整弁３５Ａ〜３５Ｃの代わりに、燃焼ガス路に流量調整オリフィス等の抵抗体を設けても良い。さらに、各器を加熱した後の燃焼排ガスは、排気ガス路３６に纏められ、前記タール焚き燃焼器２２に供給されるタールを昇温させた後、排出される。

上記構成の重質油焚きガスタービンシステムにおいて、改質器６は、その上部が改質予熱器５で覆われ、かつ左右前後部が水予熱器３で囲まれ、さらにこの水予熱器３を囲んで重質油予熱器２が隣接配置されている。

具体的には、中心に改質器６を配置し、その外側に水予熱器３を配置し、更にその外側には重質油予熱器２を配置し、これらを密閉容器３７によって覆っている。そして、これら改質器６と水予熱器３と重質油予熱器２とは、隔壁３８，３９で仕切られている。隔壁３９と密閉容器３７とで区画された空間には、螺旋状に配管された重質油用伝熱管４０が上下方向に延在して配置され、この重質油用伝熱管４０の下端を前記重質油供給管９に接続し上端を重質油供給管１０に接続することで、重質油を下方から上方に流すようにしている。隔壁３９と隔壁３８とで区画された空間には、螺旋状に配管された２系統の水用伝熱管４１が二重に上下方向に延在して配置され、この水用伝熱管４１の下端を前記水供給路１３に接続し上端を水供給管１４に接続することで、水を下方から上方に流すようにしている。

また、密閉容器３７の上部には、密閉容器４２が設置されており、内部には改質予熱器５を構成する螺旋状に配管された混合流体用伝熱管４３が上下方向に延在して配置されている。そして、この混合流体用伝熱管４３の下端を前記混合流体路１６に接続し上端を混合流体路１５に接続することで、混合流体を上方から下方に流すようにしている。

さらに、重質油を下方から上方に向かって流す重質油用伝熱管４０が配置された空間の上方には燃焼ガス路３４Ａを接続し、下方には排気ガス路３６を接続することで、高温燃焼ガスによる重質油の加熱を効率良く行わせている。同様に、水を下方から上方に向かって流す水用伝熱管４１が配置された空間の上方には燃焼ガス路３４Ｂを接続し、下方には排気ガス路３６を接続することで、高温燃焼ガスによる水の加熱を効率良く行わせている。さらに、隔壁３８内の改質器６が配置された空間の上方には燃焼ガス路３４Ｄを接続し、下方には排気ガス路３６を接続している。また、改質予熱器５が配置された密閉容器４２の下方には燃焼ガス路３４Ｃを接続し、上方には排気ガス路３６を接続している。

上記構成において、隔壁３９の上端付近に重質油予熱器２と水予熱器３とに跨る開口部を設けることにより、燃焼ガス路３４Ａ又は燃焼ガス路３４Ｂのいずれか一方を省略し、重質油用伝熱管４０と水用伝熱管４１を共通の高温燃焼ガスで加熱することも可能である。

尚、図１中、羽矢印ａは、混合流体の流れを示し、羽矢印ｂは改質燃料の流れを示し、羽矢印ｃはタールの流れを示し、その他の矢印は予熱用の高温燃焼ガスの流れを示す。

以上説明したように本実施の形態によれば、改質器６の上部と周囲とを改質予熱器５と水予熱器３及び重質油予熱器２で覆って隣接配置したので、改質器６からの放熱を隣接配置した重質油予熱器２や水予熱器３や改質予熱器５で抑制することができ、その結果、重質油改質装置及び重質油焚きガスタービンシステムの熱効率を向上させることができる。

尚、本実施の形態において、混合流体用伝熱管４３の入口側を出口側に比べて高位置に設けたことにより、ガスタービンシステムの起動及び停止時に、重質油を含む混合流体を重力より改質器６内に落下させることができるので、混合流体用伝熱管４３内におけるコーキングの生成を防止することができ、さらに、停止時には改質器６から系統外に排除して災害ポテンシャルを低減することができる。

図３は本発明による重質油改質装置の第２の実施の形態を示す。尚、図１と同符号は同一部品を示すので再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、前記実施の形態と大きく異なる構成は、改質予熱器５の混合流体用伝熱管４３を、水平方向に渦巻状に形成し、これを上下方向に複数段設けて１流路の伝熱管構造とした点であり、その他の構造は前記実施の形態と同じである。

上記構造とすることで、気液混合器４で水と重質油とが混合された混合流体は、渦巻状の混合流体用伝熱管４３内を上方から下方に向かって流れ、その間に、管外を流れる高温燃焼ガスによって改質反応温度に昇温される。

本実施の形態によれば、第１に実施の形態と同じ効果を奏する外、混合流体用伝熱管４３を水平方向に螺旋状に巻回したことで、混合流体用伝熱管４３が上下方向に延在する第１の実施の形態に比べて、改質予熱器５の高さ寸法を小さくすることができる。

図４は本発明による重質油改質装置の第３の実施の形態を示す。尚、図１と同符号は同一部品を示すので再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、上述の各実施の形態と異なる構成は、上下に配置した改質予熱器５と改質器６との外周を水予熱器３で覆い、その外周を重質油予熱器２で覆った点である。

具体的に説明すると、改質器６の上部に密閉容器４２で覆われた改質余熱器５が配置されており、これら改質器５と密閉容器４２との外周を、密閉容器４４で覆い、かつ、この密閉容器４４と前記改質器５及び密閉容器４２との間に、隔壁４５を、その外側に隔壁４６を設けて同心状の三重の空間を区画している。そして、隔壁４５，４６で区画された空間には、水予熱器３を構成する水用伝熱管４１が上下方向に螺旋状に配置されており、また、隔壁４６と密閉容器４４で区画された空間には、重質油予熱器２を構成する重質油伝熱管４０が同様に上下方向に螺旋状に配置されている。また、重質油伝熱管４０が配置された空間の上部には燃焼ガス路３４Ａが接続されており、下部には排気ガス路３６が接続されている。水用伝熱管４１が配置されている空間の上部には燃焼ガス路３４Ｂが接続されており、下部には重質油予熱器２と同じ排気ガス路３６に接続されている。改質予熱器５にも混合流体の流れとは逆方向に燃焼ガスが流れるように、燃焼ガス路３４Ｃと排気ガス路３６とが接続されている。さら２、改質器５と隔壁４５とが区画する空間の上部には燃焼ガス路３４Ｄが接続されており、下部は重質油予熱器２と同じ排気ガス路３６に接続されている。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果を奏することができる。さらに、水用伝熱管４１が一重で改質予熱器５と改質器６の高さに亘って配置されているので、第１の実施に形態のように、改質器６の周囲にのみ二重に配置する必要はなく、その分、重質油改質装置としての外形寸法を小さくすることができる。

尚、上述の各実施の形態においては、水予熱器３の外側に重質油予熱器２を配置したが、重質油予熱器２の外側に水予熱器３を配置してもよい。さらに、各実施例においては、改質器６の上部と外周とに重質油予熱器２，水予熱器３，改質予熱器５を隣接配置して覆ったものであるが、これらは位置にとらわれるものではなく、設置条件等を考慮して改質器６の熱漏れが抑制できる配置であれば、改質器６に接近して重質油予熱器２，水予熱器３，改質予熱器５のうち１つを隣接配置しても良く、重質油予熱器２，水予熱器３，改質予熱器５で改質器６の外周を囲むように隣接配置しても良い。

本発明による重質油改質装置の第１の実施の形態を示す縦断面図。 本発明による重質油改質装置を備えたガスタービンシステムを示す系統図。 本発明による重質油改質装置の第２の実施の形態を示す縦断面図。 本発明による重質油改質装置の第３の実施の形態を示す縦断面図。

符号の説明

１…重質油改質装置、２…重質油予熱器、３…水予熱器、４…混合器、５…改質予熱器、６…改質器、９，１０…重質油供給路、１３，１４…水供給路、１５，１６…混合流体路、１７…改質燃料路、１９…気液分離器、２０…タール路、２２…タール焚き燃焼器、２３…ガス燃料路、２４…ガスタービン、２５…燃焼器、２８…発電機、２９…液体燃料路、３４Ａ〜３４Ｄ…燃焼ガス路、３６…排気ガス路、３７，４２，４４…密閉容器、３８，３９，４５，４６…隔壁、４０…重質油用伝熱管、４１…水用伝熱管、４３…混合流体用伝熱管、ａ…混合流体の流れ、ｂ…改質燃料の流れ、ｃ…タールの流れ。

Claims (8)

1. 加圧された重質油を加熱する重質油予熱器と、加圧された水を加熱する水予熱器と、加圧加熱された重質油と水とを混合する混合器と、混合された混合流体を改質反応温度まで昇温させる改質予熱器と、改質反応温度まで昇温された混合流体を改質させる改質器とを備えた重質油改質装置において、前記改質器を包囲するように水予熱器を隣接して配置し、この水予熱器を包囲するように重油予熱器を隣接して配置し、かつ、前記改質予熱器を前記改質器に隣接して配置したことを特徴とする重質油改質装置。
2. 前記重質油予熱器と、前記水予熱器と、前記改質予熱器とは、加熱媒体を通す伝熱管によって外周側から加熱される構成をなし、かつ、前記改質予熱器は、前記混合流体の入口側が出口側に対して高位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
3. 前記重質油予熱器と、前記水予熱器と、前記改質予熱器とは、加熱媒体を通す螺旋構造の伝熱管を有しており、この螺旋構造の伝熱管は上下方向に向かって形成されていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
4. 前記改質予熱器は、加熱媒体を通す渦巻状の伝熱管を有しており、この渦巻状の伝熱管は上下方向に多段に形成されていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
5. 前記改質器は、加熱媒体を通す伝熱管で囲まれていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
6. 前記改質予熱器は、前記水予熱器で周囲を囲まれていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
7. 前記重質油予熱器と、前記水予熱器と、前記改質予熱器と、前記改質器の少なくとも一つは、前記改質器から生成されたタールを燃料としたタール焚き燃焼器で加熱された加熱媒体で加熱されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の重質油改質装置。
8. 請求項７記載の重質油改質装置を備え、この重質油改質装置で生成された改質燃料を燃焼した燃焼ガスで駆動されるガスタービンを設けたことを特徴とする重質油焚きガスタービンシステム。

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