JPH0475372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンの燃焼室内でガス燃料
を燃焼させ、かつ、その結果得られる高温燃焼ガ
スを、ガスタービン内で膨張させることによつて
機械的動力を発生させるための方法に関するもの
である。

一層詳細にいえば本発明は、ガスタービンの燃
焼室内でガス燃料を燃焼させ、そして該ガスター
ビン中で熱い燃焼ガスを膨張させることによつて
機械的動力を発生させる方法において、予熱され
た水をガス燃料流中で気化させることによつてガ
ス燃料とスチームとを予め混合し、かくして得ら
れた混合体を前記燃焼室内に導入し、前記タービ
ン中で膨張した前記燃焼ガスを下流に配置された
スチームボイラーに供給し、該スチームボイラー
内で前記燃焼ガスは150〜250℃の温度に冷却さ
れ、次いで前記燃焼ガスを使用して水との間接的
熱交換を行うことによつてこの水を130〜200℃の
温度に加熱し、前記の水の少なくとも一部を前記
のガス燃料とスチームとの前記の予備混合のため
に使用し、そして前記スチームボイラーから其後
に前記燃焼ガスを排出させることを特徴とする機
械的動力を発生させる方法に関する。

ガス燃料を予めスチームと徹底的に混合させる
ことによつて、ガスタービンの燃焼室内の前記ガ
ス燃料の燃焼に際して酸化窒素の形成量が少なく
なるという効果が保証されるものである。

同一の目的は、水もしくはスチームで、燃焼室
内の炎中に噴射することによつても実現できる
が、スチームとガス燃料を予め徹底的に混合する
方法は、スチームが炎中に噴射される方法とし
て、35％までスチームが節約できる。できれば、
ガス燃料１Kgあたり、0.1−1.0Kgの蒸気量が、前
記燃料と混合され、該混合体は、タービンの燃焼
室へ通されることが望ましい。

前記限度内に設定されるスチーム量は、ガス燃
料の種類によつて決まる。例えば、水素や、純酸
素により発生させられた合成ガスのような、燃焼
中に非常に高温の炎を発生する燃料の場合には、
空気により発生させられた一酸化炭素や合成ガス
のような燃焼中にそれぼど高温でない炎を発生す
る燃料の場合よりも、大量のスチーム量を該燃料
と混合した方が有利である。

ガス燃料は、考えうるいかなる方法でも、スチ
ームと混合できる。

しかしながら、40−100℃の範囲内の温度を有
するガス燃料は、80℃−200℃の範囲内の温度と、
10−30barの範囲内の圧力の水と接触させること
が望ましい。

こうして、少なくとも水の一部は、ガス燃料中
で蒸発し、気化により発生したスチームは、同時
に、燃料と徹底的に混合される。

水と燃料は、蒸溜塔の頂部の水を噴射し、ガス
燃料をして該蒸溜塔の底部から上昇させることに
より、相互に接触させられ、その結果、細かな水
滴は、該塔中に摘下するときに上昇ガス流中で蒸
発することになる。

燃料−スチームの混合体は、頂部で蒸溜塔を去
るが、その時、130−160℃の範囲の温度を有して
いる。

前記燃料スチーム混合体は、次いで更に、間接
的熱交換により、250−450℃の範囲内の温度にま
で加熱されることが望ましい。それは次いでガス
タービンの燃焼室内で空気と共に燃焼させられ、
高温燃焼ガスは、タービン内で膨張させられる。

タービンを去ると、排ガスは、実質的大気圧の
下で、500−550℃の範囲内の温度を有する。該排
ガスは、まず、スチーム・ボイラー内へ導入され
た方が有利であり、該ボイラー内部で、450−500
℃の範囲内の温度と、40−60barの範囲内の圧力
でスチームを発生させるために使用される。

該排ガスは、150−250℃の範囲内の温度でスチ
ーム・ボイラーを去り、その後、間接的熱交換に
より130−200℃の範囲内の温度にまで水を加熱す
るために使用されることが望ましい。

前記水は、少なくともその一部分は、前述のガ
ス燃料中で蒸発させるために使用された方が有利
である。

前記方法により、125℃と200℃間の燃料ガスか
ら発生する低温度熱は、圧縮空気を節約するため
に有効に使用される。

例えば、メタン、エタン、プロパンのようなガ
ス燃料は、いずれも本発明に従つて本方法を使用
することができるけれども、たとえば無煙炭、褐
炭のような化石燃料や石油もしくは石油分留成分
を10−100barの圧力で酸素、空気もしくは酸素
を濃縮した空気と部分的に酸化させることにより
得られる燃料の方が好ましい。

本方法では、スチームがガス燃料と混合される
ため、燃料にスチームが加えられない場合よりも
タービンの燃焼室内では、少ししか必要でない。
いずれのガスタービンも、一般的に適当に高圧で
充分な量の空気を供給するために設計された空気
圧縮機を装備しており、燃焼室の出口温度を、ス
チームが燃料に供給されたことがなくても、ガス
タービンに許される温度、すなわち900−1100℃
の範囲内に保つ。

その結果、ガス生成物を燃料として使用する場
合は、該燃料は10，000kcal／ｔをはるかに下廻
るカロリー値を有しているから、大てい、すでに
空気の過剰が存在することになる。

前記の空気は、化石燃料をガス化するために使
用した方が有利であるが、O₂が気化器に使用さ
れる場合には、例えばプラントの加工用空気もし
くは計器用空気として使用することができる。

本発明により、スチームの付加により発生する
ガスタービン圧縮機の追加的な余剰空気は、追加
の化石燃料を部分的に酸化するために使用した方
が望ましい。その時には、タービンの最大設計機
械的動力を発生させるために必要とされるよりも
大きな量のガス燃料が発生させられる。このガス
燃料の追加的な量は、完全燃焼中に、上述のスチ
ーム・ボイラーの入口側へ熱を供給するために使
用するのが有利である。

ガスタービンから発生する排ガスは、その後、
その内部のガス燃料の一部を燃焼させることによ
り、加熱された方が有利である。

こうして、排ガスは、ボイラ給水と加熱された
タービン排ガスとの間の間接的な熱交換によつて
下流に配置されたスチーム・ボイラ内に発生する
スチームの所望温度よりも50〜75℃高い温度に加
熱した方が望ましい。

本発明に従つて、タービン燃焼室内で燃焼させ
る前にガス燃料をスチームと混合することによつ
て、ガス燃料量の10〜30％がタービン排ガスを加
熱させるための用途に使用することがふさわし
い。

この方法は、80barと550℃のスチームを生産
することを可能にする。

ガスタービン内に発生した機械的動力は、発電
機によつて電気的動力に変換されることが有利で
ある。

スチーム・ボイラー内に発生したスチームは、
同時に、スチームタービンと発電機とにより発電
用に使用することができる。

今度は、本発明による方法が実施される装置の
ブロツク線図を示す図について本発明を更に解説
することにする。

ポンプ、圧縮機、バルブ、清浄装置、制御機器
のような内部で使用される補助設備は、理解を容
易にするために省略してある。

しかしながら、本発明は、決して本図に説明さ
れたものに限定されるわけではない。

燃料、例えば重油は、配管１を経由してガス化
反応炉２を通過させられ、そこで該燃料は、配管
３を経由して供給された空気と反応して、部分的
に燃焼し、実質的にH₂、COおよびN₂より成る生
ガス混合体を形成することになる。

配管３からの空気流は、空気圧縮機６から配管
４および４０を経由して、発生するが、該圧縮機
は、本装置の不可欠の構成部分を成している。

生ガス混合体は、1200〜1400℃の範囲内の温度
で配管７を経由して反応炉２を去る。該混合体
は、ボイラー給水との熱交換により、廃熱ボイラ
ー８内部で250〜400℃の範囲の温度にまで冷却さ
れるが、上記ボイラー給水は、150〜300℃の範囲
の温度で配管９を経由して供給され、該ボイラー
８内で蒸発させられるが、そのスチームは、250
〜325℃の範囲の温度で、配管１０を経由してボ
イラ８を去ることになる。

生ガス混合体は、配管１１を経由してボイラー
８を去り、更に熱交換機１３内で配管１４を経由
して導入された冷却ボイラー給水により、150〜
200℃の範囲の温度にまで冷却されることになる。

該生ガス混合体は、次いで、配管１５を経由し
て煤煙除去装置１６に通され、そこで、配管１７
を経由して供給される水流により洗浄される。

この結果、配管１８を経由して排出される相当
浄化されたガス混合体と、配管１９を経由して装
置から排出される泥状煤煙水とが得られることに
なる。上記の相当浄化されたガス混合体は、洗浄
器２０内で、なお残留する固体不純物（主に煤
煙）を取除かれる。

これは、配管２１を経由して供給される清水
と、配管２２を経由して蒸溜塔２０に達する還流
水流に対向して該混合体を洗浄することにより行
われる。後者の還流水２２は、蒸発塔２０の底部
で吐出され、水流１７に分岐される水流２３、お
よび配管２４を冷却器２５を経由して蒸溜塔２０
へ還流される還流との支流である。

固体不純物の除去により今や相当浄化されたガ
ス混合体は、蒸溜塔２０から配管２６を経由して
ガス浄化装置２７へ排出され、そこで該ガス混合
体は、40〜150℃の範囲の温度でガス不純物を取
除かれ、配管２８を経由してガス浄化装置２７か
ら排出され、次いで配管２９および３０によつて
二つの流炉に分岐される。

配管３０内のガス混合体流は、蒸溜塔３１に通
され、そこで該混合体流は、水が80〜180℃の低
温度で気化するスプリンクラー３７から、水滴と
共に散水させられる。

前記の水は、配管３２を経由して装置内へ導入
され、次いで配管３３を経由して蒸溜塔３１を去
る、還流水流と合流する。

合流した前記水流は、配管３４を経由してボイ
ラー３５へ通され、そこで80〜130℃の範囲温度
から120〜180℃の範囲の温度にまで加熱される。

前記水流は、今度は配管３６を経由してボイラ
ー３５を去り、スプリンクラー３７へ通される。
蒸溜塔３１内でスプリンクラー３７により散水さ
れた水量は、上昇するガス混合体により蒸発させ
られ、エントレインされる。

上記の如く処理されたガス混合体は、体積にし
て10〜20％の範囲の水蒸気成分と、120〜140℃の
範囲の温度を有している。

該混合体は、配管３８を経由して、熱交換器３
９へ導かれ、その中で、圧縮機６から発生する高
温ガスとの熱交換によつて250〜450℃の範囲の温
度にまで加熱され、前記圧縮機６から配管４０を
経由して排出される。

配管４０からの圧縮空気は、二つの支流に分岐
させられる。

第一の支流は、配管４および３を経由して反応
炉２に通される。第二の支流は、配管４８を経由
して、タービン４４の燃焼室４３へ導かれる。燃
焼室４３内で、ガス燃料とスチームの空気圧縮器
６からの圧縮空気との混合物は点火され、その結
果形成された燃焼ガスは、900〜1100℃の範囲内
の温度と、10〜20barの範囲の圧力を有し、ター
ビン４４内で膨張させられ、機械的動力が発生す
る。

膨張した燃焼ガスは、500〜550℃の範囲の温度
において実質的に大気圧の圧力下に配管４５を経
由してボイラー３５へ通され、該ボイラー内で、
配管４６を経由して供給される水との熱交換によ
つて冷却され、一方、前記の水は気化し、配管４
７を経てスチームとして排出される。

ボイラー３５内部のガス入口温度を高めるため
に、ガス混合体の支流を、配管２９を経由してボ
イラー３５へ通し、ガスタービンの排ガス４５中
に余剰空気によつて完全に燃焼させる。

ボイラー３５からの排ガスは、配管３４内の水
と熱交換した後、125〜150℃の範囲の温度で配管
４９を経由して該ボイラー３５を去るが、更に、
煙突５０を経て装置を去ることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る実施態様のブロツク線図で
ある。 ２……ガス化反応炉、８……廃熱ボイラー、１
０……スチーム、１１……生ガス、１３……熱交
換器、１６……煤煙除去装置、２０……洗浄機、
２７……ガス浄化装置、３１……蒸溜塔、３７…
…スプリンクラー、６……圧縮機、４５，３５…
…ボイラー、４４……タービン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンの燃焼室内でガス燃料を燃焼さ
   せ、そして該ガスタービン中で熱い燃焼ガスを膨
   張させることによつて機械的動力を発生させる方
   法において、予熱された水をガス燃料流中で気化
   させることによつてガス燃料とスチームとを予め
   混合し、かくして得られた混合体を前記燃焼室内
   に導入し、前記タービン中で膨張した前記燃焼ガ
   スを下流に配置されたスチームボイラーに供給
   し、該スチームボイラー内で前記燃焼ガスは150
   〜250℃の温度に冷却され、次いで前記燃焼ガス
   を使用して水との間接的熱交換を行うことによつ
   てこの水を130〜200℃の温度に加熱し、前記の水
   の少なくとも一部を前記のガス燃料とスチームと
   の前記の予備混合のために使用し、そして前記ス
   チームボイラーから其後に前記燃焼ガスを排出さ
   せることを特徴とする機械的動力を発生させる方
   法。 ２ ガス燃料とスチームとの混合体を、タービン
   の燃焼室内で燃焼させる前に、圧縮機から送られ
   た熱い空気との間接的熱交換によつて250〜450℃
   の範囲の温度にまで加熱する特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ３ ガスタービン排ガスを、その中で一定量のガ
   ス燃料を燃焼させることによつて加熱する特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４ ボイラー給水と、加熱されたタービン排ガス
   との間接的熱交換によつてスチームボイラー内で
   発生させるべきスチームに所望される温度の50〜
   75℃上の温度まで、タービン排ガスを加熱する特
   許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ ガス燃料の10〜30％を、排ガスを加熱するた
   めに使用する特許請求の範囲第３項若しくは第４
   項に記載の方法。