JPH10153145A - Gas engine power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼方式ガス
エンジンを用いたガスエンジン発電設備に関し、非常用
発電を信頼性高く安定して行うことができるようにした
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas engine power generation system using a lean-burn gas engine, which is capable of performing emergency power generation with high reliability and stability.
【０００２】[0002]
【従来の技術】自家用発電設備は、原動機の種別によ
り、蒸気タービン発電設備，ガスタービン発電設備，デ
ィーゼルエンジン発電設備，ガスエンジン発電設備など
に分類される。このうち、ガスエンジン発電設備は、原
動機の燃料として都市ガス（１３Ａ）や天然ガスなどの
ガス燃料を使用する発電設備であり、発電効率は比較的
高く、小容量発電に適している。また、このガスエンジ
ン発電設備は、エンジン排熱ガスや冷却水温水などの排
熱回収利用ができ、熱電併給設備（コジェネレーション
システム）として利用されており、総合熱効率が良
く、省エネルギー効果が高い。2. Description of the Related Art Private power generation facilities are classified into steam turbine power generation facilities, gas turbine power generation facilities, diesel engine power generation facilities, gas engine power generation facilities, and the like according to the type of prime mover. Among them, the gas engine power generation equipment is a power generation equipment that uses a gas fuel such as city gas (13A) or natural gas as the fuel for the prime mover, has relatively high power generation efficiency, and is suitable for small-capacity power generation. In addition, this gas engine power generation equipment can collect and use exhaust heat of engine exhaust heat gas and cooling water hot water, and is used as a cogeneration system (cogeneration system), and has good overall heat efficiency and high energy saving effect.
【０００３】ガスエンジン発電設備の原動機（ガスエン
ジン）は、従前では理論空気量（空燃比λ＝１）付近で
燃焼するタイプのものが採用されていた。このようなタ
イプのガスエンジンの窒素酸化物（ＮＯX ）対策として
は、白金触媒の作用により、排ガス中のＮＯX を無害な
Ｎ2 とＯ2 に還元する手法が採用されていた。[0003] As a prime mover (gas engine) of a gas engine power generation facility, a type that burns in the vicinity of a stoichiometric air amount (air-fuel ratio λ = 1) has been conventionally used. Such nitrogen oxide type gas engine (NO X) measures, by the action of a platinum catalyst, a technique for reducing the NO X in the exhaust gas into harmless N 2 and O 2 has been adopted.
【０００４】ところで、白金触媒は高価であり、また、
触媒劣化すると交換する必要があるため、ランニングコ
ストが極めて高いという難点がある。[0004] By the way, platinum catalysts are expensive.
Since the catalyst needs to be replaced when it deteriorates, there is a problem that the running cost is extremely high.
【０００５】そこで最近では、ガスエンジン発電設備の
ガスエンジンとして、希薄燃焼（リーンバーン）方式の
ものを採用している。この希薄燃焼方式のガスエンジン
は、排ガス中のＮＯX 濃度が低く、具体的には、残存酸
素濃度が０パーセントにおいてＮＯX 濃度を２００ｐｐ
ｍとすることができる。このように、ＮＯX 濃度が低い
ので、高価な白金触媒が不要になり、コスト削減ができ
るTherefore, recently, a lean burn type gas engine has been adopted as a gas engine of a gas engine power generation facility. Gas engine of the lean burn, the low concentration of NO X in the exhaust gas, specifically, 200 ppm of NO X density residual oxygen concentration in the 0%
m. Thus, since the NO X concentration is low, an expensive platinum catalyst is unnecessary, cost can be reduced
【０００６】参考のため、ガスエンジンの空燃比λと排
ガス中のＮＯX 濃度の特性を図２に示す。[0006] For reference, a characteristic of the air-fuel ratio λ and concentration of NO X in the exhaust gas of the gas engine in FIG.
【０００７】希薄燃焼方式ガスエンジンは、ＮＯX 低減
には大いに貢献するものの、燃料が希薄なため失火し易
く、安定燃焼に問題がある。そこで一般には、図３に示
すような、予燃焼を行うタイプの希薄燃焼方式ガスエン
ジンを採用している。この予燃焼を行う希薄燃焼方式ガ
スエンジンでは、点火プラグ１により、予燃焼室２内の
ガスを点火し、予燃焼室２の火炎により主燃焼室３のガ
スを点火するようにしている。予燃焼室２による火炎の
エネルギーは、点火プラグ１のエネルギーの１０4 〜１
０5 倍もあり、主燃焼室３での燃焼を確実にすることが
できる。なお、図３において、４はシリンダ、５はピス
トンである。また、予備燃焼室２には予燃焼室用ガス管
によりガス燃料が供給され、主燃焼室３には主燃焼室用
ガス管によりガス燃料が供給されている。[0007] lean burn gas engines, although greatly contribute in the NO X reduction is liable to misfire for a lean fuel, there is a problem in stable combustion. Therefore, a lean-burn gas engine that performs pre-combustion as shown in FIG. 3 is generally employed. In the lean-burn gas engine that performs the pre-combustion, the gas in the pre-combustion chamber 2 is ignited by the spark plug 1 and the gas in the main combustion chamber 3 is ignited by the flame of the pre-combustion chamber 2. The energy of the flame by the pre-combustion chamber 2 is 10 4 to 1 of the energy of the spark plug 1.
0 is also 5-fold, it is possible to ensure the combustion in the main combustion chamber 3. In FIG. 3, 4 is a cylinder, and 5 is a piston. Gas fuel is supplied to the pre-combustion chamber 2 by a gas pipe for the pre-combustion chamber, and gas fuel is supplied to the main combustion chamber 3 by a gas pipe for the main combustion chamber.
【０００８】ここで、ガス燃料だけで駆動するガスエン
ジンンを採用したガスエンジン発電設備の使用条件を説
明する。従来では、ガス燃料だけで駆動するガスエンジ
ンンを採用したガスエンジン発電設備は、常時商用電源
と系統連系しつつ運転する運転方式のみが認められてお
り、非常用発電設備として兼用することは、法的規制に
より禁止されていた。ところが、１９９４年５月より、
規制が緩和され、ガス燃料だけで駆動するガスエンジン
ンを採用したガスエンジン発電設備であっても、一定の
条件を満たせば、常用発電と非常用発電とを兼用するこ
とが可能になった。上記「一定の条件」とは、ガス管と
して３００Ｇａ１以上の振動に耐える耐震導管（ガス
管）を用いる、という条件である。[0008] Here, the use conditions of a gas engine power generation facility employing a gas engine driven by gas fuel alone will be described. In the past, gas engine power generation equipment employing a gas engine driven solely by gas fuel was only permitted to operate while being connected to a commercial power source at all times. Banned by legal regulations. However, since May 1994,
Regulations have been relaxed, and even a gas engine power generation facility employing a gas engine driven by gas fuel alone can use both normal power generation and emergency power generation if certain conditions are satisfied. The "certain conditions" are conditions for using an earthquake-resistant conduit (gas pipe) that can withstand vibration of 300 Ga1 or more as a gas pipe.
【０００９】なお、常用発電と非常用発電とを兼用する
とは、系統故障のない正常時（常時）には商用電源と系
統連系しつつ、例えば受電電力一定制御を行い、万一の
商用電源停電時（非常時）には、例えば負荷側の選択遮
断により重要負荷に対してはガスエンジン発電設備から
給電を継続する、ことをいう。It is to be noted that the dual use of the normal power generation and the emergency power generation means that, when there is no system failure (normally), the power supply is connected to the commercial power supply and the received power is controlled, for example, so that the commercial power supply can be used. At the time of power failure (emergency), it means that power is continuously supplied from the gas engine power generation equipment to an important load by, for example, selectively cutting off the load side.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】希薄燃焼方式ガスエン
ジンを用いたガスエンジン発電設備では、許容負荷投入
量（負荷投入時に瞬時周波数変動が１０％以内におさま
る負荷投入量）が定格出力に対して２０〜２５％と低
い。これは、希薄燃焼方式ガスエンジンは、希薄領域
（リーン領域）にて燃焼を行うため、負荷投入に弱いか
らである。したがって、希薄燃焼方式ガスエンジンを用
いたガスエンジン発電設備は、常用として商用電源と連
系運転している場合には問題はないが、商用電源停電時
に非常用として負荷を投入していく場合には、許容負荷
投入量が低いので、運転に不安がある。しかも、希薄燃
焼方式ガスエンジンは、空燃比制御が難しく、特に低負
荷では空気リッチになりやすく制御が難しいという問題
がある。このように、許容負荷投入量が低いことや、低
負荷運転時での制御が難しいこと、が相俟って、希薄燃
焼方式ガスエンジンを用いたガスエンジン発電設備を、
非常時に運転することには不安がある。殊に、病院等、
人命をあずかる重要負荷を非常用負荷とするところで
は、常用発電と非常用発電との兼用運転の規制は緩和さ
れたものの、実際に使用するには心配がある。In a gas engine power generation system using a lean-burn gas engine, the allowable load input (load input whose instantaneous frequency fluctuation falls within 10% at the time of load input) with respect to the rated output. It is as low as 20 to 25%. This is because a lean-burn gas engine burns in a lean region (lean region) and is therefore less sensitive to load input. Therefore, the gas engine power generation equipment using the lean-burn gas engine has no problem when it is connected to a commercial power supply for normal use. Has a low allowable load input, so there is concern about driving. In addition, the lean-burn gas engine has a problem in that it is difficult to control the air-fuel ratio, and particularly when the load is low, the air becomes rich and the control is difficult. As described above, the low allowable load input amount and the difficulty of control during low load operation, combined with the gas engine power generation equipment using the lean-burn gas engine,
I am worried about driving in an emergency. In particular, hospitals,
Where the critical load that contributes to human life is used as an emergency load, regulations on the combined use of regular power generation and emergency power generation have been relaxed, but there are concerns about actual use.
【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、予燃焼を
行うタイプの希薄燃焼方式ガスエンジンを用いたガスエ
ンジン発電設備において、負荷投入量を増大でき、且
つ、低負荷運転時の運転を安定化することができ、もっ
て非常用発電を信頼性高く安定して行うことのできるガ
スエンジン発電設備を提供することを目的とする。In view of the above prior art, the present invention can increase the load input and stabilize the operation at low load operation in a gas engine power generation system using a lean-burn gas engine of the type performing pre-combustion. It is an object of the present invention to provide a gas engine power generation facility that can perform emergency power generation with high reliability and stability.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、主燃焼室と予燃焼室を有する希薄燃焼方式
ガスエンジンと、この希薄燃焼方式ガスエンジンにより
駆動される発電機と、ガバナスロットルバルブが介装さ
れており前記主燃焼室にガス燃料を供給する主燃焼室用
ガス管と、前記予燃焼室にガス燃料を供給する予燃焼室
用ガス管と、を備えたガスエンジン発電設備において、
主燃焼室用ガス管と予燃焼室用ガス管とを連通する接続
用ガス管と、前記接続用ガス管に介装されており、前記
ガバナスロットルバルブが全開になっていない場合に
は、閉状態となっており、前記ガバナスロットルバルブ
が全開になった場合には、予め設定した一定時間だけ開
状態となって、前記接続用ガス管を通して前記予燃焼室
用ガス管から前記主燃焼室用ガス管に向けてのガスの流
通を許容する負荷投入電磁弁と、を備えたことを特徴と
する。According to the present invention, there is provided a lean-burn gas engine having a main combustion chamber and a pre-combustion chamber, a generator driven by the lean-burn gas engine, A gas engine provided with a governor throttle valve and having a main combustion chamber gas pipe for supplying gas fuel to the main combustion chamber, and a pre-combustion chamber gas pipe for supplying gas fuel to the pre-combustion chamber In power generation facilities,
A connection gas pipe that communicates the main combustion chamber gas pipe with the pre-combustion chamber gas pipe, and a connection gas pipe that is interposed between the connection gas pipes and closed when the governor throttle valve is not fully opened. When the governor throttle valve is fully opened, the governor throttle valve is opened for a predetermined period of time, and the precombustion chamber gas pipe is connected to the main combustion chamber through the connection gas pipe. And a load-input solenoid valve that permits the flow of gas toward the gas pipe.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づき詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１４】図１は本発明の実施の形態にかかるガスエ
ンジン発電設備１０を示す構成図である。このガスエン
ジン発電設備１０は、希薄燃焼方式ガスエンジン１１と
発電機１２を主要部材として構成されている。この希薄
燃焼方式ガスエンジン１１は、予燃焼を行うタイプのガ
スエンジンであり、図３に示すものと同様な構造となっ
ている。そして、希薄燃焼方式ガスエンジン１１の主燃
焼室には主燃焼室用ガス管１３によりガス燃料が供給さ
れ、予燃焼室には予燃焼室用ガス管１４によりガスが供
給される。主燃焼室用ガス管１３にはガバナスロットル
バルブ１５が介装されている。FIG. 1 is a configuration diagram showing a gas engine power generation facility 10 according to an embodiment of the present invention. The gas engine power generation equipment 10 is configured with a lean combustion gas engine 11 and a generator 12 as main members. The lean-burn gas engine 11 is a gas engine that performs pre-combustion, and has a structure similar to that shown in FIG. Then, gas fuel is supplied to the main combustion chamber of the lean-burn gas engine 11 by the gas pipe 13 for the main combustion chamber, and gas is supplied to the pre-combustion chamber by the gas pipe 14 for the pre-combustion chamber. A governor throttle valve 15 is interposed in the main combustion chamber gas pipe 13.
【００１５】ここまでの構成は、従来のガスエンジン発
電設備にも装備されていたものである。本実施の形態で
は、更に、接続用ガス管２０と、この接続用ガス管２０
に介装した負荷投入電磁弁２１を備えている。接続用ガ
ス管２０は、主燃焼室用ガス管１３と予燃焼室用ガス管
１４とを連通している。負荷投入電磁弁２１は、接続用
ガス管２０に介装されており、発電機１２が商用電源と
系統連系している常時には閉状態となり、一方、商用電
源が停電した非常時には予め設定した一定時間だけ開状
態となり、予燃焼室用ガス管１４から主燃焼室用ガス管
１３へ向けてのガスの流通を許容するようになってい
る。The configuration described so far is also provided in a conventional gas engine power generation facility. In the present embodiment, the connection gas pipe 20 and the connection gas pipe 20
And a load input solenoid valve 21 interposed therebetween. The connection gas pipe 20 communicates the gas pipe 13 for the main combustion chamber and the gas pipe 14 for the pre-combustion chamber. The load input solenoid valve 21 is interposed in the connecting gas pipe 20, and is always closed when the generator 12 is connected to the commercial power supply in a system. It is opened for a certain period of time, and allows the gas to flow from the pre-combustion chamber gas pipe 14 to the main combustion chamber gas pipe 13.
【００１６】かかる構成となっている本実施の形態で
は、商用電源と系統連系している常時には負荷投入用電
磁弁２１は閉状態となっている。また、ガバナスロット
ルバルブ１５の開度調整等により、負荷や排ガス温度等
に応じて、主燃焼室及び予燃焼室に供給するガス量がコ
ントロールされている。In the present embodiment having such a configuration, the load input solenoid valve 21 is always closed when the system is interconnected with the commercial power supply. The amount of gas supplied to the main combustion chamber and the pre-combustion chamber is controlled by adjusting the opening of the governor throttle valve 15 or the like in accordance with the load, the exhaust gas temperature, and the like.
【００１７】一方、商用電源が停電した非常時には、負
荷投入量が増えガバナスロットルバルブ１５は全開とな
る。ガバナスロットルバルブ１５の全開状態は、リミッ
トスイッチ（図示省略）などのセンサで検出され、更に
ガバナスロットルバルブ１５の全開検出により、図示し
ない制御装置にて、負荷投入電磁弁２１が予め設定した
時間だけ（例えば５〜２０秒）開状態になる。このよう
に、負荷投入電磁弁２１が開状態になると、希薄燃焼方
式ガスエンジン１１の主燃焼室に供給されるガス量が多
くなり、リッチ領域での燃焼が行われることとなる。こ
のように、リッチ領域にて燃焼を行うため、この間では
許容負荷投入量が増加すると共に燃焼の確実性が増す。
このため非常用発電に移行した際にも安定してガスエン
ジン１１の運転を安定して継続することができ、信頼性
が向上する。On the other hand, in the event of a power failure in the commercial power supply, the load input increases and the governor throttle valve 15 is fully opened. The fully opened state of the governor throttle valve 15 is detected by a sensor such as a limit switch (not shown), and further, by detecting the fully opened state of the governor throttle valve 15, the load input solenoid valve 21 is controlled by a control device (not shown) for a preset time. (E.g., 5 to 20 seconds). As described above, when the load input solenoid valve 21 is opened, the amount of gas supplied to the main combustion chamber of the lean-burn gas engine 11 increases, and combustion in the rich region is performed. As described above, since the combustion is performed in the rich region, the allowable load input amount increases and the reliability of the combustion increases during this period.
Therefore, the operation of the gas engine 11 can be stably continued even when shifting to emergency power generation, and reliability is improved.
【００１８】なお、負荷投入電磁弁２１が開状態となっ
ている予め設定した時間（例えば５〜２０秒）において
は、リッチ領域で燃焼が行われるため、この間では、所
定のＮＯX 規制（ＮＯX 濃度２００ｐｐｍ ａｔＯ2 ＝
０％）はクリアできないが、この期間は短時間（５〜２
０秒）であるので問題はない。[0018] Incidentally, in the load application time solenoid valve 21 is set in advance in the open state (e.g., 5-20 seconds), because the combustion takes place in a rich region, in the meantime, a predetermined of the NO X regulations (NO X concentration 200 ppm atO 2 =
0%) cannot be cleared, but this period is short (5-2
0 second), so there is no problem.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明によれば、商用電源と系統連系している
常用発電運転状態から、商用電源停電となり非常用発電
運転に移行したときに、予め設定した一定時間だけ、主
燃焼室に供給するガス量を増加してリッチ領域にて運転
をするため、移行時における負荷投入量を増加でき、非
常用発電を信頼性高く安定して行うことができる。この
ため、希薄燃焼方式ガスエンジンを用いたガスエンジン
発電設備を、病院等、人命をあずかる重要負荷に電力を
供給する、常用／非常用兼用の発電設備として安心して
導入することができる。As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the commercial power supply is cut off from the normal power generation operation state in which the power supply is connected to the commercial power supply, and the operation is shifted to the emergency power generation operation. Sometimes, the operation is performed in a rich region by increasing the amount of gas supplied to the main combustion chamber for a predetermined period of time, so that the load input during transition can be increased, and emergency power generation can be reliably and stably performed. Can be done. For this reason, the gas engine power generation equipment using the lean-burn gas engine can be safely introduced as a common / emergency power generation equipment that supplies power to important loads that save lives, such as hospitals.
【００２０】また、本発明によれば、希薄燃焼ガスエン
ジンの欠点であった低負荷運転の不安定さを解消するこ
ともできる。Further, according to the present invention, the instability of low load operation, which is a disadvantage of the lean burn gas engine, can be solved.
【図１】本発明の実施の形態にかかるガスエンジン発電
設備を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a gas engine power generation facility according to an embodiment of the present invention.
【図２】ＮＯX 濃度と空燃比との関係を示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between an NO X concentration and an air-fuel ratio.
【図３】予燃焼を行うタイプの希薄燃焼方式ガスエンジ
ンを示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a lean-burn gas engine of a type that performs pre-combustion.
１ 点火プラグ ２ 予燃焼室 ３ 主燃焼室 ４ シリンダ ５ ピストン １０ ガスエンジン発電設備 １１ 希薄燃焼方式ガスエンジン １２ 発電機 １３ 主燃焼室用ガス管 １４ 予燃焼室用ガス管 １５ ガバナスロットルバルブ ２０ 接続用ガス管 ２１ 負荷投入電磁弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spark plug 2 Pre-combustion chamber 3 Main combustion chamber 4 Cylinder 5 Piston 10 Gas engine power generation equipment 11 Lean combustion type gas engine 12 Generator 13 Gas pipe for main combustion chamber 14 Gas pipe for pre-combustion chamber 15 Governor throttle valve 20 For connection Gas pipe 21 Load input solenoid valve
Claims (1)
式ガスエンジンと、この希薄燃焼方式ガスエンジンによ
り駆動される発電機と、ガバナスロットルバルブが介装
されており前記主燃焼室にガス燃料を供給する主燃焼室
用ガス管と、前記予燃焼室にガス燃料を供給する予燃焼
室用ガス管と、を備えたガスエンジン発電設備におい
て、 主燃焼室用ガス管と予燃焼室用ガス管とを連通する接続
用ガス管と、 前記接続用ガス管に介装されており、前記ガバナスロッ
トルバルブが全開になっていない場合には、閉状態とな
っており、前記ガバナスロットルバルブが全開になった
場合には、予め設定した一定時間だけ開状態となって、
前記接続用ガス管を通して前記予燃焼室用ガス管から前
記主燃焼室用ガス管に向けてのガスの流通を許容する負
荷投入電磁弁と、を備えたことを特徴とするガスエンジ
ン発電設備。1. A lean-burn gas engine having a main combustion chamber and a pre-combustion chamber, a generator driven by the lean-burn gas engine, and a governor throttle valve interposed. A gas engine power generation system comprising: a main combustion chamber gas pipe for supplying fuel; and a pre-combustion chamber gas pipe for supplying gas fuel to the pre-combustion chamber. A connection gas pipe communicating with a gas pipe; and a connection gas pipe interposed between the connection gas pipes, and when the governor throttle valve is not fully opened, it is in a closed state, and the governor throttle valve is closed. When it is fully opened, it will be open for a preset period of time,
A load-input solenoid valve for permitting gas to flow from the pre-combustion chamber gas pipe to the main combustion chamber gas pipe through the connection gas pipe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8310274A JPH10153145A (en) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | Gas engine power generation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8310274A JPH10153145A (en) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | Gas engine power generation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153145A true JPH10153145A (en) | 1998-06-09 |
Family
ID=18003268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8310274A Withdrawn JPH10153145A (en) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | Gas engine power generation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10153145A (en) |
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1996
- 1996-11-21 JP JP8310274A patent/JPH10153145A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040203 |