JPH0578656B2

JPH0578656B2 -

Info

Publication number: JPH0578656B2
Application number: JP15078884A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kunioka; Shunichi Sugyama; Masahiro Abe; Shinichiro Fukushima
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1993-10-29
Also published as: JPS6128726A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、Ｂガスの持つエネルギを利用して
発電するＢガス専焼ガスタービンによる発電方法
に関し、特に、補助燃料を使用せず発電効率を高
めることができるＢガス専焼ガスタービンを提案
するものである。

［従来の技術］Ｂガス専焼ガスタービンにおいては、高温の高
炉炉頂ガス（Ｂガス）の持つエネルギを利用して
ガスタービンを駆動することにより発電する。し
かし、従来のＢガス専焼ガスタービンにおいて
は、投入熱量がＢガスのみでは足りず、2.5％以
上の補助燃料（オイル又は高カロリーガス）を使
用する必要があり、しかも、得られるタービン作
動ガスのタービン入口温度が750℃以下と低く、
また発電効率は20％以下と低い。

近時、Ｂガスと補助燃料との燃焼の方式を改善
することにより、補助燃料を約１％使用するだけ
でＢガスの安定燃焼が可能になり、蒸気タービン
とガスタービンとを結合することにより、33〜36
％の発電効率が得られることが報告されている。
しかし、この技術においても、補助燃料が必要で
あることにかかわりなく、また、この発電効率も
ガスタービンの本来的な効率からいえば末だ十分
ではない。

一方、特開昭58−210108号に記載されたエネル
ギー回収方法においては、高温の熱風を高炉に供
給する場合に、送風機から供給されてくる熱風の
うち、高炉で必要とする量を除いた部分をガスタ
ービン発電機に与えてこれを電力に変換する。し
かし、高炉で必要とする熱風の量が変化するた
め、発電量も変化、また、タービン排気ガスのみ
では、熱風炉の蓄熱時に、燃焼用空気が不足する
ため、外部の空気と混合する必要がある。このた
め、燃焼時の空気温度が低下するという欠点があ
る。

また、特開昭58−157909号に記載された熱利用
装置においては、熱風炉の燃焼室にガスタービン
の排気ガスを供給してこれを燃焼用酸化剤として
使用することにより、低温の空気を使用する場合
に比べて燃料使用量を軽減する。しかし、ガスタ
ービンの排気を酸化剤として使用するためには、
ガスタービン燃焼器において空気比を高めて（３
〜3.5）燃焼させる必要があり、Ｂガス専焼でタ
ービンを駆動させることは実質的に困難である。

［発明が解決しようとする問題点］この発余明は、補助燃料を使用することなくＢ
ガスのみでガスタービンを動作させて発電させる
とともに、発電効率が極めて高いＢガス専焼ガス
タービンによる発電方法を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］この発明に係るＢガス専焼ガスタービンによる
発電方法は、複数個の蓄熱型熱交換器を使用し、
ガスタービンを作動させて発電するＢガス専焼ガ
スタービンによる発電方法において、前記複数個
の蓄熱型熱交換器を第１グループ及び第２グルー
プに分け、ガスタービン作動ガスを第１グループ
の熱交換器に供給してその保有熱により作動ガス
を加熱し、次いで、この作動ガスをガスタービン
に供給してこれを作動させ、このガスタービンの
排ガスとＢガスとを第２グループの熱交換器に供
給して燃焼させ、この燃焼熱を第２グループの熱
交換器に蓄熱させ、所定のサイクル時間経過後
に、作動ガスを第２グループの熱交換器に供給す
るとともに、ガスタービン排ガスとＢガスとを第
１グループの熱交換器に供給し、この第１及び第
２のグループの熱交換器の蓄熱及び放熱のサイク
ルが交互になされることを特徴とする。

［実施例］図には、この発明の実施例に係るＢガス専焼ガ
スタービンによる発電方法が示されている。ガス
タービン１２の出力軸は、コンプレツサ１０及び
発電機１４に連結されており、タービン１２の駆
動により、発電機１４が作動して発電され、更
に、コンプレツサ１０がその導入された作動ガス
を圧縮する。コンプレツサ１０及びガスタービン
１２の出力端は蓄熱型の第１及び第２の熱交換器
１６，１８の入力端に、三方弁２２，２４を介し
て、連結されている。この蓄熱型熱交換器１６，
１８は熱効率が極めて高い（約85％）熱風炉を使
用することが好ましい。なお、この場合に、高炉
操業にかかわりなく安定して発電するために、休
止中の熱風炉を使用するとよい。熱交換器１６，
２８の出力端は、三方弁２６，２８を介して、ガ
スタービン１２の入力端及びＢガス予熱用の熱交
換器２０に連結されている。熱交換器２０には、
蓄熱型熱交換器１６，１８の高温排ガスが通さ
れ、熱交換器２０に供給されたＢガスとの間で熱
交換がなされてＢガスが予熱される。この予熱さ
れたＢガスは、タービン作動後の排ガスとともに
熱交換器１６，２８に供給される。弁３０は、そ
の開状態において、コンプレツサ１０にて圧縮さ
れた作動ガスを、熱交換器１６，１８からタービ
ン１２に供給されるガス中に混合する。

各弁２２，２４，２６，２８，３０が図示の直
線矢印のように各部材を連通させている場合は、
コンプレツサ１０に供給されたタービン作動ガス
は、コンプレツサ１０により所定圧力まで圧縮さ
れて第１の熱交換器１６に供給される。熱交換器
１６の排ガスは、弁２６，３０を介してガスター
ビン１２に供給される。ガスタービン１２の排ガ
スは、弁２４を介して第２の熱交換器１８に供給
される。予熱用熱交換器２０からはＢガスが第２
の熱交換器１８に供給される。第２の熱交換器１
８の排ガスは、熱交換器２０を通つてＢガスとの
間の熱交換に使用された後、排出される。

一方、各弁２２，２４，２６，２８，３０が、
破線矢印にて示すように各部材を連通させている
場合は、コンプレツサ１０にて圧縮された作動ガ
スが第２の熱交換器１８に供給され、この第２の
熱交換器１８の排ガスはタービン１２に供給され
る。ガスタービン作動後の排ガスは、Ｂガスとと
もに第１の熱交換器１６に供給され、この第１の
熱交換器１６の排ガスは、予熱用熱交換器２０に
供給される。

次に、このように構成された発電方法の動作に
ついて説明する。先ず、各弁２２，２４，２６，
２８，３０が図中直線矢印にて示すように切替わ
つているとする。この場合に、従前の蓄熱動作に
より、第１の蓄熱型熱交換器１６は十分高温に保
持されている。コンプレツサ１０により、空気等
のガスタービン作動動ガスが圧縮されて第１の熱
交換器１６に供給される。この作動ガスは、第１
の熱交換器１６を通る間に、加熱され、高温ガス
となつてガスタービン１２に供給される。この高
温作動ガスによりタービン１２が作動して発電機
１４を駆動し、発電させる。タービン作動後の排
ガスは、燃焼用酸化剤として、第２の熱交換器１
８に供給される。このタービン排ガスは、予熱用
熱交換器２０により予熱されたＢガスとともに、
第２の熱交換器の燃焼室に供給され、この燃焼室
で燃焼して高温ガスとなり、第２の熱交換器の蓄
熱室を加熱する。つまり、タービン排ガスとＢガ
スとの混合ガスが燃焼することにより発生する熱
が第２の熱交換器に蓄積される。第２の熱交換器
１８の燃焼排ガスは、熱交換器２０を通つてＢガ
スとの間の熱交換に使用された後、排出される。

所定のサイクル時間経過後、各弁２２，２４，
２６，２８、が図中破線矢印にて示すように切替
わる。そうすると、コンプレツサ１０にて圧縮さ
れた作動ガスは、第２の熱交換器１８に供給さ
れ、従前のサイクルで蓄熱された第２の熱交換器
１８により加熱される。この加熱された作動ガス
は、ガスタービン１２に供給されて、タービン１
２を作動させ、発電機１４により発電させる。こ
のタービン排ガスは、熱交換器２０にて予熱され
たＢガスとともに、第１の熱交換器１６に供給さ
れ、第１の熱交換器１６の燃焼室にて燃焼し、そ
の蓄熱室を加熱する。この第１の熱交換器１６の
排ガスは、熱交換器２０で熱交換に使用された
後、排出される。

このようにして、所定時間毎に、各弁を切替え
て、熱交換器１６，１８を交互に蓄熱と放熱とを
繰返えさせる。これにより、Ｂガスを持つエネル
ギを利用してガスタービン１２に高温の作動ガス
を連続的に供給することができる。従つて、補助
燃料を使用することなく、Ｂガスのみで高効率で
発電することができる。

タービン出力の時間変動を抑制する場合は、弁
３０に開して、蓄熱型熱交換器１６，１８により
加熱された高温の作動ガスに、コンプレツサ１０
により圧縮された低温の作動ガスを敵量混合すれ
ばよい。一方、予熱用熱交換器２０によりＢガス
を予熱することによつて、発電効率を一層高める
ことができるが、これは、この発明の効果を達成
する上で、必ずしも必要ではない。

この発明を実施するために、蓄熱型熱交換器を
少くとも２基設置する必要がある。しかし、１基
のガスタービンに対し、３基以上の蓄熱型熱交換
器を設置することも可能であり、タービンへ安定
的に高温の作動ガスを供給するためには、３及至
４基の熱交換器を設置することが好ましい。

一方、ガスタービンの作動ガスは、空気が最も
好ましいが、酸素ガスを15％以上含有するガスで
あれば、タービンの排気温度が600℃以上の高温
となるので、燃料がＢガスのみであつても、安定
燃焼が可能となる。このようなガスとして、空気
の他に、燃結の排ガスが挙げらる。つまり、燃結
鉱焼成時のガス中には、約15％の酸素ガスが含有
されており、ガスタービンの作動ガスとして十分
の熱量が得られるとともに、この焼結排ガス中に
不可避的に存在する約１％のCOガスを蓄熱時の
燃料の一部として有効に燃焼に寄与させることが
できる。

このような発電方法によれば、高カロリーの燃
料を使用しなくても、発電が可能である。これ
は、例えば、Ｂガスのような低カロリーのガスで
あつても、タービン排気温度が600〜700℃と高温
であり、酸素ガス濃度が21％であるからである。
つまり、600〜700℃の空気であれば、700Kcal／
Ｎm³の低カロリーガスでも十分安定的に燃焼させ
ることができ、Ｂガス専焼が可能である。逆に、
高カロリーガスを使用する場合は、空気比をかな
り大きくしないと、燃焼温度が高くなりすぎて、
蓄熱型熱交換器の許容温度を越えてしまうおそれ
がある。

次に、この発明に係る発電方法により発電した
結果について説明する。通常の高炉送風時と同様
に、１回のサイクルにおいて、２基の蓄熱型熱交
換器を蓄熱に使用し、１基の熱交換器を送風に使
用し、残りの１基を待機とした。作動ガスは空気
であり、補助燃料は使用しなかつた。各動作条件
は下記のとおりである。

タービン入力側空気圧力 3.5Kg／cm²Ｇ空気温度 1010℃ タービン出力側空気圧力 0.1Kg／cm²Ｇ空気温度 620℃ コンプレツサ動力 70kW／1000Nm²／ｈＢガス使用量 121500kcal／1000Nm³／ｈガスタービン出力 137.2kW／1000Nm³／ｈＢガス予熱温度 180℃ Ｂガス使用量は、141.3kW／1000Nm³／ｈに相
当するので、発電システム全体の効率ηは、下記
式により47.5％と求まる。

η＝（137.2−70）×100／141.3＝47.5％この発電効率は、従来のガスタービンと蒸気タ
ービンとの結合型システムの効率を10％以上も上
回る。しかも、この方法においては、補助燃料を
使用する必要がない。

［発明の効果］この発明によれば、補助燃料を使用することな
く、Ｂガスのみによつて、ガスタービンを駆動し
て発電させ、しかも、従来に比べて極めて高い発
電効率が得られる。このように、この発明は極め
て優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施例に係る方法を示すブ
ロツク図である。１０；コンプレツサ、１２；ガスタービン、１
４；発電機、１６，１８，２０；熱交換器、２
２，２４，２６，２８，３０；弁。

Claims

【特許請求の範囲】１複数個の蓄熱型熱交換器を使用し、ガスター
ビンを作動させて発電するＢガス専焼ガスタービ
ンによる発電方法において、前記複数個の蓄熱型
熱交換器を第１グループ及び第２グループに分
け、ガスタービン作動ガスを第１グループの熱交
換器に供給してその保有熱により作動ガスを加熱
し、次いで、この作動ガスをガスタービンに供給
してこれを作動させ、このガスタービンの排ガス
とＢガスとを第２グループの熱交換器に供給して
燃焼させ、この燃焼熱を第２グループの熱交換器
に蓄熱させ、所定のサイクル時間経過後に、作動
ガスを第２グループの熱交換器に供給するととも
に、ガスタービン排ガスとＢガスとを第１グルー
プの熱交換器に供給し、この第１及び第２のグル
ープの熱交換器の蓄熱及び放熱のサイクルが交互
になされることを特徴とするＢガス専焼ガスター
ビンによる発電方法。２前記蓄熱型熱交換器は、高炉操業において休
止中の熱風炉であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載のＢガス専焼ガスタービンによ
る発電方法。３前記作動ガスは、空気、又は、焼結排ガスで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のＢガス専焼ガスタービンによる発電方法。