JPH1082329A - ガスタービン装置 - Google Patents

ガスタービン装置

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JPH1082329A
JPH1082329A JP8237879A JP23787996A JPH1082329A JP H1082329 A JPH1082329 A JP H1082329A JP 8237879 A JP8237879 A JP 8237879A JP 23787996 A JP23787996 A JP 23787996A JP H1082329 A JPH1082329 A JP H1082329A
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gas
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Kunihiko Wada
国彦 和田
Seiichi Suenaga
誠一 末永
Kazuhiro Yasuda
一浩 安田
Hirotaka Inagaki
浩貴 稲垣
Masako Nakabashi
昌子 中橋
Atsuhiko Izumi
敦彦 和泉
Tetsuzo Sakamoto
鉄三 坂本
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Toshiba Corp
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    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/30—Preventing corrosion or unwanted deposits in gas-swept spaces

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＶやＳ等による高温部材の腐食を抑えた上
で、Ｖ腐食抑制剤等に起因する反応生成物の付着を抑制
することによって、システム稼働率の向上やガスタービ
ンの高寿命化を実現し、また燃焼ガス温度の高温化によ
る効率向上を図る。 【解決手段】 Ｖ含有量が0.5ppm以上の燃料の燃焼ガス
により回転させる複数段落の動・静翼を有するガスター
ビン５を具備するガスタービン装置において、Ｖ腐食抑
制剤を含まない燃焼ガスによって駆動される少なくとも
段落５ａと、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動
され、燃焼ガス温度を 1458K以下に制御した段落５ｂ、
５ｃとでガスタービン５を構成する。また、ガスタービ
ンの複数段落に、各段落の温度に応じて種類が異なる燃
焼ガスを供給する。あるいは、 1つの燃焼器に少なくと
も 2系統の燃料供給機構を設け、燃料の種類や混合比に
応じて燃焼温度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電用のガスター
ビン装置に係り、特に重油や残渣油等の低質油、あるい
は石炭を燃料としたガスタービン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃料資源や環境問題の視点から、
ガスタービン等の高温機器における燃料の多様化が積極
的に進められている。各種燃料の中でも、重油や石油精
製プロセスの最後に残る残渣油、あるいはオリマルジョ
ン等のいわゆる低質油は、現在用途が限られており、未
使用分も多い。これらは、コストが低いことや、将来的
な灯油等の高質油の需要の伸びに伴って、必然的に供給
量の増加が見込まれること等から、ＬＮＧや灯油、軽油
等の高質な燃料の代替燃料としての利用が期待されてい
る。
【０００３】図１９に、既存の重油焚きガスタービンシ
ステムの構成例を示す。空気取入れ口１から入った空気
は、圧縮機２で圧縮された後、燃焼器３で燃料タンク４
から供給された燃料と混合・燃焼される。この燃料の燃
焼により生み出された高温・高速の燃焼ガスは、動翼と
静翼との組合せ（以下、動・静翼と記す）を複数段落有
するガスタービン５に送られる。上記した燃焼ガスは、
まず動・静翼の第１段落５ａに送り込まれ、燃焼ガスの
エネルギーは動翼の回転運動に変換される。さらに燃焼
ガスは、動・静翼の第２段落５ｂ、第３段落５ｂを順次
通過し、各段落の動翼を駆動する。この各動翼で得られ
た回転トルクは発電機６に伝わり、発電機６が駆動され
る。このような基本構成は重油焚きガスタービンシステ
ムであっても、ＬＮＧや灯油を燃料とする一般的なガス
タービンシステムと同様である。ところで、前述したよ
うな低質油には、Ｖ、Ｎａ、Κ、Ｐｂ、Ｓ等の不純物が
多く含まれることから、これらによる高温部材の腐食問
題が極めて深刻である。従って、現状では低質油の利用
に際しては燃料の前処理が不可欠となっており、重油焚
きガスタービンシステムには燃料前処理機構７が付帯し
ている。
【０００４】図２０に、従来の重油焚きガスタービンシ
ステムにおける燃料前処理機構７の構成例を示す。燃料
タンク４から供給された重油は、タンク８から供給され
た純水と遠心分離器９で混合・遠心分離されて、Ｎａ、
Ｋ等の水溶性の腐食性元素が除去される。しかし、腐食
性元素の中でもバナジウム（Ｖ）は難水溶性であるた
め、水による遠心分離法を用いても除去できない。この
ため、燃料移送ポンプ１０を介してガスタービン５に燃
料を送る際に、ＭｇＳＯ4 等のＭｇ化合物やＳｉ化合物
等を水と混合したＶ腐食抑制剤を、腐食抑制剤タンク１
１から燃料に添加して、ガスタービン５における高温部
材のＶ腐食の低減を図っている。
【０００５】しかしながら、上述した従来のガスタービ
ンシステムでは、ガスタービン５の第１段落５ａの動・
静翼のように、高温の燃焼ガスに曝される段落におい
て、Ｖ腐食抑制剤として添加したＭｇと燃焼ガス雰囲気
中に含まれる元素との反応生成物であるＭｇＳＯ4 、Ｍ
ｇ3 Ｖ2 Ｏ8 、ＭｇＯ等が翼部に著しく付着するため、
流路面積の減少によるシステムの出力低下や、冷却孔の
閉塞による部材温度の上昇に伴う材料劣化が起こるとい
う問題があった。
【０００６】これらの問題に対処するために、現状では
固体粒子を燃焼ガス中に混入させて機械的に付着物を取
り除いたり、またシステム停止時に水や薬品を用いた化
学的なクリーニングを行っている。図２１は、湿式クリ
ーニング装置の代表的な構成を示す図であり、純水タン
ク１２からポンプ１３により純水を送り込み、燃焼器３
やガスタービン５の内部を洗浄する機構になっている。
しかし、このようなガスタービン５の頻繁な洗浄は、ガ
スタービンシステムの稼働率低下の要因となっている。
また、上記したようなクリーニングを実施したとして
も、基本的には反応生成物の付着を抑制する必要がある
ため、ガスタービンの入口温度は低温側に限定されてい
るのが現状である。
【０００７】さらに、低質油や石炭等の燃料を用いたガ
スタービンシステムでは、燃料中に含まれる硫黄による
硫化腐食の問題も指摘されている。すなわち、硫黄と高
温部材の基材となる超合金中に含まれるニッケル等とが
反応して生成する化合物の融点が低いために、硫化物に
よる液相が腐食の先端部で形成され、これが粒界等を選
択的に腐食して基材の強度を急速に低下させるという問
題がある。また、超合金表面に形成される保護性酸化被
膜を、その表面に付着したＮａ2 ＳＯ4 等の溶融塩が溶
解して、酸化被膜の保護効果を消失させることによって
も、急速な基材強度の低下等が起こることが知られてい
る。この硫化腐食に対しては、従来、高Ｃｒの超合金や
耐食コーティングを使用した防食が行われているが、必
ずしも十分な効果は得られていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のガスタービン装置は、Ｖ腐食抑制剤を添加した燃料を
燃焼させたガスを、直接ガスタービンに送り込む構造と
なっているため、特に高温となる第１段落の動・静翼に
おいて、Ｖ腐食抑制剤に含まれるＭｇを主成分とする反
応生成物（灰分）の付着が生じ、流路面積の減少に伴う
出力低下や冷却孔の閉塞による著しい材料劣化等を招く
という問題を有していた。また、このＶ腐食抑制剤によ
る反応生成物の付着は、ガスタービンの使用温度を限定
しており、例えばタービン入口温度が 1473K以上の高効
率のガスタービンの利用の妨げとなっていた。また、硫
黄分の多い低質油や石炭等の燃料を用いると、ガスター
ビンの動・静翼に硫黄による硫化腐食が起こり、これが
ガスタービンの寿命を決定する 1つの要因となってい
る。
【０００９】このようなことから、従来のガスタービン
装置では、例えばＶによる高温部材の腐食を抑えた上
で、Ｖ腐食抑制剤に起因する反応生成物の付着を抑制す
ることによって、システム稼働率の向上やガスタービン
の高寿命化を実現し、さらには燃焼ガス温度の高温化に
よる効率の向上を図ることが課題とされている。また、
硫黄による高温部材の腐食を抑制することによって、ガ
スタービンの長寿命化を実現し、さらには燃焼ガス温度
の高温化による効率の向上を図ることが課題とされてい
る。
【００１０】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、低質油や石炭等の腐食性の高い燃料
を用いる場合において、高温部材の腐食を抑制した上
で、稼働率の向上や長寿命化を達成すると共に、燃焼ガ
ス温度の高温化を可能にしてガスタービンの効率を向上
させたガスタービン装置を提供することを目的としてい
る。さらに本発明は、出力の要求に応じて同一の燃焼器
で燃料を切り替え、燃料の種類により燃焼器出口温度を
制御することによって、ガスタービンシステムの幅広い
運転条件下での熱効率と経済性を向上させると共に、低
質油利用のガスタービンの寿命と信頼性を向上させたガ
スタービン装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン装
置は、例えば低質油や石炭等の腐食性の高い燃料の使用
方法やＶ腐食抑制剤の添加方法等を改善することによっ
て、上記課題を解決したものである。
【００１２】すなわち、請求項１記載のガスタービン装
置は、圧縮した空気と燃料とが導入され、前記燃料を燃
焼させる燃焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより回転させ
る複数段落の動・静翼を有するガスタービンとを具備
し、前記燃料がバナジウムを0.5ppm以上含有すると共
に、前記バナジウムによる腐食を抑制する腐食抑制剤を
前記燃料または燃焼ガス中に投入する機構を有するガス
タービン装置において、前記ガスタービンは、前記腐食
抑制剤を含まない燃焼ガスによって駆動される少なくと
も 1つの段落と、前記腐食抑制剤を含む燃焼ガスによっ
て駆動される少なくとも 1つの段落とを有することを特
徴としており、より具体的には例えば請求項２に記載し
たように、前記腐食抑制剤を含まない燃焼ガスによって
駆動される段落は、前記腐食抑制剤を含む燃焼ガスによ
って駆動される段落より、前記燃焼ガス流の上流側に配
置されていることを特徴としている。
【００１３】また、請求項３記載のガスタービン装置
は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記腐
食抑制剤を含まない燃焼ガスによって駆動される段落と
前記腐食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動される段落
との間に、前記燃焼ガスと腐食抑制剤との反応を促進さ
せる高温反応器を有することを特徴としている。請求項
４記載のガスタービン装置は、請求項１記載のガスター
ビン装置において、前記ガスタービンの第１段落の前に
設けられた前記燃焼器に加えて、前記ガスタービンの段
落間に設けられた少なくとも 1つの再熱用燃焼器を有
し、前記再熱用燃焼器で使用する前記バナジウムを0.5p
pm以上含有する燃料に、前記腐食抑制剤を投入するよう
構成されていることを特徴としている。
【００１４】請求項５記載のガスタービン装置は、圧縮
した空気と燃料とが導入され、前記燃料を燃焼させる燃
焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより回転させる複数段落
の動・静翼を有するガスタービンとを具備するガスター
ビン装置において、前記ガスタービンの複数段落に、各
段落の温度に応じて、種類が異なる燃焼ガスを供給する
よう構成されていることを特徴としており、より具体的
には例えば請求項６に記載したように、前記種類が異な
る燃焼ガスとして、硫黄酸化物の含有量が 100ppm 以下
の燃焼ガスと、硫黄酸化物の含有量が100ppmを超える燃
焼ガスとを用いることを特徴としている。
【００１５】請求項７記載のガスタービン装置は、圧縮
した空気と燃料とが導入され、前記燃料を燃焼させる第
１段の燃焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより回転させる
複数段落の動・静翼を有するガスタービンとを具備し、
さらに前記第１段の燃焼器に加えて、前記ガスタービン
の段落間に設けられた少なくとも 1つの再熱用燃焼器を
有するガスタービン装置において、前記第１段の燃焼器
および再熱用燃焼器に、各燃焼器以降の前記ガスタービ
ンの段落の温度に応じて、種類が異なる燃料を供給する
よう構成されていることを特徴としている。
【００１６】上記した請求項７記載のガスタービン装置
は、より具体的には例えば請求項８に記載したように、
前記第１段の燃焼器にはバナジウム含有量が0.5ppm未満
の燃料を供給し、前記再熱用燃焼器にはバナジウム腐食
抑制剤を混合したバナジウム含有量が0.5ppm以上の燃料
を供給する、あるいは請求項９に記載したように、前記
第１段の燃焼器には硫黄含有量が 1.5重量% 以下の燃料
を供給し、前記再熱用燃焼器には硫黄含有量が 1.5重量
% を超える燃料または石炭ガスを供給することを特徴と
している。
【００１７】図１に各種の腐食現象と温度との関係を示
す。低質油を用いたガスタービンで問題となるバナジウ
ム（Ｖ）腐食のピークは673Kから873Kの範囲にあり、こ
れ以下の温度であると、Ｖ酸化物を主とする腐食性生成
物が液相を形成しないので腐食性は低減する。一方、上
記温度範囲以上であると、腐食性生成物の粘性が低下し
てその付着量自体が減少するため、やはり腐食性は低減
する。ここで、Ｖ腐食抑制剤を主成分とした灰の翼部へ
の付着が著しい第１段落の動・静翼は、上記した温度範
囲を超えているために、むしろＶによる腐食自体はあま
り問題とはならない。
【００１８】請求項１記載のガスタービン装置において
は、Ｖ腐食抑制剤を含まない燃焼ガスによって駆動され
る段落と、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動さ
れる段落とを設けることによって、Ｖ腐食抑制剤による
灰の付着が激しい高温の段落の前では腐食抑制剤の投入
を避け、Ｖ腐食が著しい温度領域の段落の直前にＶ腐食
抑制剤を投入することを可能としているため、Ｖ腐食抑
制剤による灰の付着を抑制しつつ、高温部材のＶ腐食を
防ぐことができる。なお、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガス
が、Ｖ腐食抑制剤による灰の主成分であるＭｇＳＯ4 の
融点である1458K 以上となる温度領域を通過すると、灰
が液相を形成して強固に翼部等の部材表面に付着するこ
とから、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガスで駆動される段落
の温度は1458K未満とすることが好ましい。
【００１９】ここで、Ｖ腐食抑制剤の投入段階での燃焼
ガス温度が低下しすぎると、Ｖ腐食抑制剤と燃焼ガス中
のＶとの反応性が低下して、Ｖ腐食抑制剤の効果が損わ
れるおそれがある。請求項３記載のガスタービン装置に
おいては、燃焼ガスとＶ腐食抑制剤との反応を促進させ
る高温反応器を設けているため、燃焼ガス中のＶと腐食
抑制剤とを十分に反応させた状態で低温のガスタービン
段落に燃焼ガスを導入することができる。従って、低温
のガスタービン段落のＶ腐食を効果的に防ぐことができ
る。
【００２０】また、請求項４記載のガスタービン装置
は、ガスタービンの段落間にも燃焼器を設けた再熱サイ
クル式のガスタービンシステムにおいて、このガスター
ビンの段落間に設けられた再熱用燃焼器で使用する燃料
のみにＶ腐食抑制剤を投入しているため、Ｖ腐食抑制剤
を含まない燃焼ガスによって駆動される段落を経た燃焼
ガス中のＶ、および再熱用燃焼器で使用する燃料中のＶ
と腐食抑制剤とを良好に反応させることができる。そし
て、再熱用燃焼器より下流側に存在する段落のガス温度
を、上記したＶ腐食抑制剤による灰の主成分であるＭｇ
ＳＯ4 の融点1458K 未満に保つことによって、それ以前
にある段落の燃焼ガス温度は、低質油を燃料としていて
も 1458K以上の温度とすることができる。すなわち、従
来に比べ高温のガスタービン装置の構築が可能となり、
ガスタービン装置の熱効率の向上を図ることができる。
【００２１】請求項５記載のガスタービン装置において
は、ガスタービンの各段落の温度を考慮して、多種類の
燃焼ガスを使用しているため、図１に示した各種の腐食
現象のピーク温度を回避しつつ、効率に優れたガスター
ビンシステムの構築が可能となる。
【００２２】例えば、石炭等の硫黄を高濃度に含む燃料
を利用した場合に問題となる硫化腐食現象は、その腐食
量のピークを 1073K程度に有していることが、図１から
分かる。前述したＶ腐食抑制剤の付着問題とは異なり、
硫化腐食では高温部材の温度自体が問題となるので、硫
黄を比較的多く含有する燃焼ガスを使用するガスタービ
ン段落の部材温度を 1073K未満に制御する。そして、請
求項６に記載したように、例えば硫黄酸化物（ＳＯx ）
の含有量が100ppm以下の燃焼ガスと、硫黄酸化物（ＳＯ
x ）の含有量が100ppmを超える燃焼ガスとを用いて、ガ
スタービンの高温の段落には硫黄酸化物（ＳＯx ）の含
有量が100ppm以下の燃焼ガスを使用すると共に、部材温
度が 1073K以上の動・静翼を利用し、かつ部材温度が 1
073K未満となる低温の段落には硫黄酸化物（ＳＯx ）の
含有量が100ppmを超える燃焼ガスを使用すれば、腐食性
の高い燃焼ガスを使用して燃料コストを低下させた上
で、高温部材の硫化腐食を回避しつつ、熱効率が高いガ
スタービンシステムの構築が可能となる。
【００２３】また、請求項７記載のガスタービン装置に
おいては、第１段の燃焼器と再熱用燃焼器に、各燃焼器
以降のガスタービンの段落温度を考慮して種類の異なる
燃料を使用しているため、図１に示した各種の腐食現象
のピーク温度を回避しつつ、効率に優れたガスタービン
システムの構築が可能となる。
【００２４】例えば請求項８に記載したように、第１段
の燃焼器にはＶ含有量が0.5ppm未満の燃料を供給すると
共に、例えばそれ以降のガスタービン段落の温度が 145
8K未満となる再熱用燃焼器にはＶ腐食抑制剤を混合した
Ｖ含有量が0.5ppm以上の燃料を供給することによって、
腐食性の高い燃料を使用して燃料コストを低下させた上
で、高温部材のＶ腐食を回避しつつ、従来の低質油利用
のガスタービンに比べて熱効率を格段に向上させること
が可能となる。
【００２５】また、例えば請求項９に記載したように、
第１段の燃焼器には硫黄含有量が1.5重量% 以下の燃料
を供給すると共に、例えばそれ以降のガスタービン段落
の部材温度が 1073K未満となる再熱用燃焼器には硫黄含
有量が 1.5重量% を超える燃料や石炭ガスを供給するこ
とによって、腐食性の高い燃料を使用して燃料コストを
低下させた上で、高温部材の硫化腐食を回避しつつ、前
段側の高温の段落によってガスタービンシステムとして
高い熱効率を維持することが可能となる。
【００２６】請求項１０記載のガスタービン装置は、圧
縮機により圧縮した空気と燃料とが導入され、前記燃料
を燃焼させる燃焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより回転
させる動・静翼を有するガスタービンとを具備するガス
タービン装置において、 1つの燃焼器に対して少なくと
も 2系統の燃料供給機構を設け、燃料の種類と燃料の混
合比により燃焼温度を調整するよう構成されていること
を特徴としている。
【００２７】また、請求項１１記載のガスタービン装置
は、請求項１０記載のガスタービン装置において、前記
燃焼器にバナジウム含有量が0.5ppm未満の燃料と、バナ
ジウム含有量が0.5ppm以上の燃料とを供給し、前記バナ
ジウム含有量が0.5ppm未満の燃料ではタービン入り口温
度を 1458K以上とし、かつ前記バナジウム含有量が0.5p
pm以上の燃料ではタービン入り口温度を 1458K未満とす
ることを特徴としている。
【００２８】上述した請求項１０および請求項１１記載
のガスタービン装置のより具体的な構成として、請求項
１２記載のガスタービン装置は、前記圧縮器は可変静翼
を有し、前記燃料の種類と混合比により前記圧縮器の可
変静翼の角度を制御する機構を具備することを特徴とし
ている。請求項１３記載のガスタービン装置は、前記燃
料の種類と混合比により前記燃焼器に投入する水または
蒸気の量を制御する機構を具備することを特徴としてい
る。請求項１４記載のガスタービン装置は、前記燃料の
種類と混合比により前記燃焼器に投入する冷却空気の量
を制御する機構を具備することを特徴としている。
【００２９】請求項１０記載のガスタービン装置におい
ては、高負荷時には灯油やＬＮＧ等の腐食の少ない燃料
による高温の燃焼ガスを利用して高い熱効率を実現し、
一方低負荷時には、燃焼温度を低くして重油や残渣油等
の低質油を利用することによって腐食問題を回避し、ガ
スタービンの信頼性を損うことなく、低質油を用いるこ
とが可能となる。さらに、低質油利用時に翼の表面に付
着した腐食灰を、高負荷時に 1573K程度の灰の融点より
かなり高い温度に曝すことによって、溶融腐食灰の粘性
を低くして翼表面から取り除いたり、あるいは高温腐食
を促進することが知られている塩素や塩化物を高温の状
態で雰囲気中に蒸発させることによって高温腐食の進行
を遅延し、ガスタービン翼の寿命を延ばすことができ
る。従って請求項１０記載のガスタービン装置によれ
ば、あらゆる運転条件に対して最適な熱効率を実現し、
かつ運転コストの低いガスタービンシステムを構築する
ことが可能であり、信頼性や寿命も従来の低質油を利用
したガスタービンに比べ格段に改善することができる。
【００３０】また、請求項１１記載のガスタービン装置
においては、灯油やＬＮＧ等の燃焼モードではタービン
入り口のガス温度を 1458K以上とし、高温の燃焼ガスに
よってガスタービンの段落を駆動して高い熱効率を実現
する。これに対して、重油や残渣油等の燃焼モードで
は、タービン入り口のガス温度を付着灰の主成分である
ＭｇＳＯ4 の融点 1458K未満に制御することによって、
灰の付着を回避したガスタービンの運転が可能となる。
この温度を目安とした運転条件の制御によって、格段に
ガスタービンの寿命や信頼性を向上することが出来る。
【００３１】さらに、請求項１２記載のガスタービン装
置においては、例えばバナジウムを0.5ppm以上含有する
燃料では、圧縮機入り口の空気流量を調節する可変静翼
（ＩＧＶ）の開度を上げて空気流量を増やすことにより
燃焼温度を低減し、燃焼温度制限内での運転可能負荷帯
を拡大し、バナジウム含有量が0.5ppm未満の燃料では可
変静翼（ＩＧＶ）の開度を下げて燃焼ガス温度を上昇さ
せることにより、高排ガス温度運転が可能となる。これ
によって、請求項１０および請求項１１記載のガスター
ビン装置をより具体的に実現することが可能となる。
【００３２】請求項１３記載のガスタービン装置におい
ては、バナジウムを0.5ppm以上含む燃料を使用した場合
に、燃焼器内への水あるいは蒸気の噴射量を制御するこ
とによって燃焼ガス温度を適宜低くして、低質油による
運転状態では燃焼ガス温度を1458K未満になるように制
御し、逆に高質油あるいはＬＮＧの場合には燃焼ガス温
度を高くすることによって、請求項１０および請求項１
１記載のガスタービン装置をより具体的に実現すること
が可能となる。
【００３３】請求項１４記載のガスタービン装置におい
ては、バナジウムを0.5ppm以上含む燃料を使用した場合
に、燃焼器内へ直接導入する冷却空気の量を適宜増加し
て、低質油による運転状態では燃焼ガス温度を 1458K未
満とし、逆に高質油あるいはＬＮＧの場合には燃焼ガス
温度を高くすることによって、請求項１０および請求項
１１記載のガスタービン装置をより具体的に実現するこ
とが可能となる。
【００３４】なお、必要に応じて、請求項１２記載のガ
スタービン装置と請求項１３、請求項１４記載のガスタ
ービン装置とを組み合わせた燃焼ガス温度の制御を選択
することも可能である。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
【００３６】図２は請求項１記載のガスタービン装置の
一実施形態の構成を示す図である。なお、図１９に示し
た従来のガスタービン装置と同一部分については同一符
号を付す。
【００３７】図２に示すガスタービン装置において、燃
焼器３には圧縮機２で圧縮された空気が供給されると共
に、燃料タンク４から重油、残渣油、オリマルジョン等
の低質油からなる燃料（低質油燃料）が直接供給され
る。なお、ここで言う低質油燃料とは、バナジウム
（Ｖ）を0.5ppm以上含有する低質油からなる燃料であっ
て、通常、Ｖによる高温部材の腐食を抑制するためにＶ
腐食抑制剤の添加が必要な燃料である。
【００３８】燃焼器３に直接供給されたＶを0.5ppm以上
含有する低質油燃料は、燃焼器３で圧縮空気と混合・燃
焼される。この燃焼により得られたＶ腐食抑制剤を含ま
ない燃焼ガスは、まず複数段落の動・静翼を有するガス
タービン５の第１段落５ａに送り込まれる。ここで、ガ
スタービン５の第１段落５ａは、上記した燃焼ガスが直
接送り込まれるために、通常 1473K以上というように、
図１に示したＶ腐食が著しい温度領域を超える温度とな
る。従って、Ｖ腐食抑制剤を含まない低質油燃料の燃焼
ガスであっても、動翼および静翼を構成する高温部材の
Ｖ腐食が問題となることはない。
【００３９】ガスタービン５の第１段落５ａを経た燃焼
ガスは、動・静翼の第２段落５ｂに送られる。ここで、
燃焼ガス流の下流側に存在する第２段落５ｂ以降の段
落、すなわち第２段落５ｂおよび第３段落５ｃは、燃焼
ガス温度が低下してＶ腐食が著しい温度領域となるおそ
れが大きい。そこで、この実施形態のガスタービン装置
は、第２段落５ｂの直前で第１段落５ａを経た燃焼ガス
中に、Ｖ腐食抑制剤を腐食抑制剤タンク１１から腐食抑
制剤移送ポンプ１４を介して独立して導入するように構
成されている。なお、Ｖ腐食抑制剤は圧縮機２の途中か
ら取り出した圧縮空気と共に導入するようにしてもよ
い。上記したＶ腐食抑制剤としては、例えば従来技術で
示したように、ＭｇＳＯ4 等のＭｇ化合物と水とを混合
したものが使用される。
【００４０】ここで、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガスの温
度が、Ｖ腐食抑制剤による灰の主成分であるＭｇＳＯ4
の融点である 1458K以上となると、灰が液相を形成して
強固に翼部等の高温部材表面に付着することから、Ｖ腐
食抑制剤を添加した後のガスタービン段落、すなわち第
２段落５ｂ以降の段落の燃焼ガス温度は、 1458K未満と
することが好ましい。実用的には第２段落５ｂ以降の段
落の燃焼ガス温度は1373〜 1173Kとすることがより好ま
しい。
【００４１】発電機６は、Ｖ腐食抑制剤を含まない燃焼
ガスで駆動される第１段落５ａ、Ｖ腐食抑制剤を添加し
た燃焼ガスで駆動される第２および第３段落５ｂ、５ｃ
の各動翼で得られた回転トルクによって駆動される。
【００４２】このように、高温となるガスタービン５の
第１段落５ａにはＶ腐食抑制剤を含まない燃焼ガスを供
給し、かつ比較的温度の上昇しない第２段落５ｂ以降に
はＶ腐食抑制剤を投入すると共に、Ｖ腐食抑制剤を投入
する第２段落５ｂ以降の燃焼ガス温度を、Ｖ腐食抑制剤
による灰の付着を抑制し得る 1458K未満とすることによ
って、従来最もＶ腐食抑制剤による灰の付着の激しかっ
た第１段落５ａでの付着をなくした上で、第２段落５ｂ
や第３段落５ｃでのＶ腐食を効果的に抑制することがで
きる。従って、ガスタービン５に用いる高温部材のＶ腐
食を抑制して長寿命化を達成した上で、Ｖ腐食抑制剤に
よる灰のクリーニング間隔を大幅に広げることができ、
メンテナンス費用を削減することが可能となると共に、
ガスタービン装置の稼働率を改善することができる。
【００４３】なお、図２に示したガスタービン装置で
は、第２段落５ｂの直前にＶ腐食抑制剤を投入する構成
について説明したが、第２段落５ｂにおける燃焼ガス温
度をＶ腐食が著しい温度領域を超える温度を維持できる
場合には、第３段落５ｃの直前にＶ腐食抑制剤を投入す
るように構成してもよい。
【００４４】図３は請求項３記載のガスタービン装置の
一実施形態の構成を示す図である。図３に示すガスター
ビン装置は、ガスタービン５の第１段落５ａと第２段落
５ｂとの間に、燃焼ガスとＶ腐食抑制剤との反応を促進
する高温反応器１５を有している。この高温反応器１５
には、圧縮機２の中段から取り出した圧縮空気と燃料タ
ンク１１から低質油燃料、並びに腐食抑制剤タンク１１
からＶ腐食抑制剤が供給され、この高温反応器１５でＶ
腐食抑制剤を燃料と混合し、さらに高温で反応例えば燃
焼させる。そして、このＶ腐食抑制剤と十分に反応させ
た燃焼ガスを、主流となる第１段落５ａを経た燃焼ガス
中に導入する。
【００４５】このように、ガスタービン５の段落間に高
温反応器１５を設けることにより、Ｖ腐食抑制剤と燃焼
ガス中のＶとの反応を加速することができ、従って十分
にＶによる腐食性を低減した後に、後段の第２段落５ｂ
に燃焼ガスを導入することが可能となる。これによっ
て、ガスタービン５の第２段落５ｂ以降の高温部材のＶ
腐食を確実に抑制することができる。高温反応器１５か
ら第２段落５ｂに送る燃焼ガスの温度を 1458K未満とす
ることは前述した通りである。
【００４６】なお、高温反応器１５は、低質油燃料の燃
焼に相当するような高温にしなければならないものでは
なく、低質油燃料とＶ腐食抑制剤との反応が速やかに進
行するような温度であればよい。また、高温反応器１５
で第１段落５ａを経た燃焼ガスとＶ腐食抑制剤とを直接
反応させるようにしてもよい。
【００４７】図４は、請求項４記載のガスタービン装置
の一実施形態を示す図である。図４に示すガスタービン
装置は、ガスタービン１６の第１段落１６ａの前に設け
られた第１段の燃焼器３に加えて、ガスタービン段落間
に設けられた第２段の再熱用燃焼器１７を有しており、
いわゆる再熱サイクル式のガスタービン装置である。こ
の実施形態では、第１段の燃焼器３の下流側にガスター
ビン１６の第１および第２段落１６ａ、１６ｂが配置さ
れ、第２段落１６ｂと第３段落１６ｃとの間に再熱用燃
焼器１７が配置されており、この再熱用燃焼器１７の下
流側には第３および第４段落１６ｃ、１６ｄが設けられ
ている。
【００４８】なお、各燃焼器３、１７の後ろに設けるガ
スタービン段落の数は、システムの仕様に応じて適宜設
定可能である。また、燃焼器の段数も 2段に限られるも
のではなく、さらに多くの燃焼器を設けることもでき
る。
【００４９】上述した再熱サイクル式ガスタービン装置
においては、まず燃焼器３には図１に示した実施形態と
同様に、圧縮機２で圧縮された空気が供給されると共
に、燃料タンク４からＶを0.5ppm以上含有する低質油燃
料の一部が直接供給される。この第１段の燃焼器３によ
る燃焼で得られたＶ腐食抑制剤を含まない燃焼ガスは、
ガスタービン１６の第１段落１６ａに送られ、続いて第
２段落１６ｂに送られ、これら第１および第２段落１６
ａ、１６ｂの各動翼を回転させる。
【００５０】ガスタービン１６の第２段落１６ｂを経た
燃焼ガスは、第２段の再熱用燃焼器１７に送られる。こ
の再熱用燃焼器１７には、途中で腐食抑制剤タンク１１
からＶ腐食抑制剤が投入された低質油燃料（Ｖを0.5ppm
以上含有）が燃料タンク４から供給されると共に、圧縮
機２の中間から取り出した圧縮空気が供給され、Ｖ腐食
抑制剤が混合された低質油燃料が燃焼される。このＶ腐
食抑制剤を含む燃焼ガスは、第２段落１６ｂを経た燃焼
ガスと合流した後、後段の第３段落１６ｃに送られ、続
いて第４段落１６ｄに送られ、これら第３および第４段
落１６ｃ、１６ｄの各動翼を回転させた後、最終的にシ
ステム外へ排出される。
【００５１】ここで、Ｖ腐食抑制剤を含む燃焼ガスが供
給される、第３および第４段落１６ｃ、１６ｄにおける
燃焼ガス温度は、前述したようにＶ腐食抑制剤による灰
の主成分であるＭｇＳＯ4 の融点(1458K）未満の温度と
する。このように、第３および第４段落１６ｃ、１６ｄ
における燃焼ガス温度を、再熱用燃焼器１７で 1458K未
満に制御することによって、Ｖ腐食抑制剤による灰の付
着を回避することができる。一方再熱用燃焼器１７より
前段の第１および第２段落１６ａ、１６ｂは、Ｖ腐食抑
制剤を含まない燃焼ガスにより駆動されるため、燃焼ガ
ス温度を 1458K未満の温度に制御する必要はなく、第１
段落１６ａに燃焼器３から供給する燃焼ガスの温度は熱
効率の高い例えば 1473K以上とすることができる。
【００５２】このようにして熱効率の高い高温ガスター
ビン段落を利用することが可能となることから、従来の
重油焚きガスタービン装置等では利用できなかった 145
8K以上の高温燃焼ガスからエネルギーを取り出すことが
できる。これによって、図１に示した効果に加えて、低
質油を利用したガスタービン装置の熱効率を飛躍的に向
上させることが可能となる。なお、ガスタービン１６に
用いる高温部材の高寿命化、Ｖ腐食抑制剤による灰のク
リーニング間隔の増大、それによるメンテナンス費用の
削減およびガスタービン装置の稼働率の向上について
は、図１に示した実施形態のガスタービン装置と同様で
ある。
【００５３】次に、本発明の他のガスタービン装置の実
施形態について説明する。図５は請求項５記載のガスタ
ービン装置の一実施形態の構成を示す図である。図５に
示すガスタービン装置は、加圧流動床による石炭火力発
電に本発明を適用した場合の構成例を示している。
【００５４】まず、燃焼器３には、圧縮機２で圧縮され
た空気が供給されると共に、燃料タンク２１から比較的
腐食性の低い燃料、例えば灯油やＬＮＧ等の硫黄含有量
が1.5重量% 以下の燃料が供給される。この燃焼器３で
の燃焼により得られた腐食性の低い、すなわち硫黄酸化
物（ＳＯx ）濃度が100ppm以下の燃焼ガスは、ガスター
ビン１６の第１段落１６ａに送られ、続いて第２段落１
６ｂに送られ、これら第１および第２段落１６ａ、１６
ｂの各動翼を回転させる。
【００５５】ガスタービン１６の第２段落１６ｂを経た
燃焼ガスは、次いで第３段落１６ｃに送られるが、この
第３段落１６ｃには第２段落１６ｂを経た燃焼ガスに加
えて流動床ボイラ２２から石炭燃焼ガスが送られる。流
動床ボイラ２２には、タンク２３から石炭と石灰石との
混合物が供給され、さらに圧縮機２の中間から取り出し
た圧縮空気が供給されて石炭を燃焼させ、生成したガス
からサイクロン２４で灰分を除いた後、石炭燃焼ガスと
して第３段落１６ｃに供給される。第３段落１６ｃおよ
び第４段落１６ｄは、第２段落１６ｂを経たＬＮＧ等の
燃焼ガスと流動床ボイラ２３からの石炭燃焼ガスとの混
合ガスによって回転される。
【００５６】ここで、石炭燃焼ガスは高濃度、例えば10
0ppmを超える硫黄酸化物（ＳＯx ）を含み、硫化腐食を
起こしやすいガスであるが、図１に示したように、硫化
腐食による腐食量のピークは 1073K程度であるため、石
炭燃焼ガスを利用するガスタービン段落、すなわち第３
段落１６ｃ以降の段落温度を 1073K未満とすることによ
って、硫化腐食を抑制することができる。ただし、Ｖ腐
食抑制剤による灰の付着とは異なり、硫化腐食はガスタ
ービン１６を構成する高温部材の温度自体が問題となる
ため、第３段落１６ｃ以降は動・静翼の部材温度（特に
基材温度）を1073K未満に制御する。実用的には第３段
落１６ｃ以降の動・静翼の部材温度は1023K以下とする
ことがより好ましい。
【００５７】このように、石炭燃焼ガスが通過する第３
および第４段落１６ｃ、１６ｄの部材温度を 1073K未満
に制御すれば、石炭燃焼ガスを使用して燃料コストを低
下させた上で、石炭燃焼ガスに多量に含まれる硫黄分に
よるガスタービン１６を構成する高温部材の硫化腐食を
回避することができ、高温部材の寿命を改善することが
可能となる。また、硫黄分による高温腐食が問題となる
高温側の第１および第２段落１６ａ、１６ｂでは、石炭
燃焼ガスとは異なる灯油やＬＮＧ等の硫黄含有量が少な
い燃料の燃焼ガスを使用することによって、硫化腐食を
回避した上でガスタービン装置の熱効率を向上させるこ
とが可能となる。
【００５８】図６は請求項７および請求項９記載のガス
タービン装置の一実施形態の構成を示す図である。図６
に示すガスタービン装置は、石炭ガス化炉を本発明に適
用した再熱サイクル式ガスタービン装置の構成例であ
る。
【００５９】図６に示すガスタービン装置は、図４示し
たガスタービン装置と同様に、ガスタービン１６の第１
段落１６ａの前に設けられた第１段の燃焼器３に加え
て、ガスタービン段落間すなわち第２段落１６ｂと第３
段落１６ｃとの間に配置された第２段の再熱用燃焼器１
７を有している。なお、各燃焼器３、１７の後ろに設け
るガスタービンの段落数や燃焼器の段数は、図４示した
ガスタービン装置と同様に適宜設定可能である。
【００６０】上述した再熱サイクル式ガスタービン装置
においては、まず燃焼器３には図５に示した実施形態と
同様に、圧縮機２で圧縮された空気が供給されると共
に、燃料タンク２１から比較的腐食性の低い燃料、例え
ば灯油やＬＮＧ等の硫黄含有量が 1.5重量% 以下の燃料
が供給される。この燃焼器３による燃焼で得られた腐食
性の低い、すなわち硫黄酸化物（ＳＯx ）濃度が100ppm
以下の燃焼ガスは、ガスタービン１６の第１段落１６ａ
に送られ、続いて第２段落１６ｂに送られ、これら第１
および第２段落１６ａ、１６ｂの各動翼を回転させる。
【００６１】ガスタービン１６の第２段落１６ｂを経た
燃焼ガスは、第２段の再熱用燃焼器１７に送られる。こ
の再熱用燃焼器１７には、石炭ガス化装置２５から石炭
ガスが供給される。石炭ガス化装置２５においては、ま
ずタンク２３からガス化炉２６に供給された石炭は、こ
のガス化炉２６でガス化剤供給管２７から供給された酸
素や空気等のガス化剤と高温・高圧下で反応して石炭ガ
スとなる。この石炭ガスはサイクロン２４で灰分を取り
除いた後、排熱回収装置２８、脱硫装置２９、脱塵装置
３０を順次通過して、再熱用燃焼器１７に供給される。
【００６２】第２段の再熱用燃焼器１７には、上記した
石炭ガスにと共に、圧縮機２の中間から取り出した圧縮
空気が供給され、石炭ガスが燃焼される。この石炭ガス
の燃焼ガス、すなわち例えば100ppmを超える硫黄酸化物
（ＳＯx ）を含む石炭燃焼ガスは、第２段落１６ｂを経
た燃焼ガスと合流した後、後段の第３段落１６ｃに送ら
れ、続いて第４段落１６ｄに送られ、これら第３および
第４段落１６ｃ、１６ｄの各動翼を回転させる。
【００６３】なお、石炭燃焼ガスが供給されるガスター
ビン１６の第３段落１６ｃ以降の段落温度は、図５に示
したガスタービン装置と同様に硫化腐食を抑制するため
に、動・静翼の部材温度が1073K 未満となるように制御
される。
【００６４】このように、石炭燃焼ガスが通過する第３
および第４段落１６ｃ、１６ｄの部材温度を 1073K未満
に制御すれば、石炭燃焼ガスに多量に含まれる硫黄分に
よるガスタービン１６を構成する高温部材の高温腐食を
回避することができ、石炭ガス使用による燃料コストの
低減と高温部材の寿命改善を図ることが可能となる。ま
た、硫黄分による高温腐食が問題となる高温側のガスタ
ービン段落には、石炭燃焼ガスとは異なる灯油やＬＮＧ
等の硫黄含有量が少ない燃料の燃焼ガスを使用すること
によって、硫化腐食を回避した上で高温のタービン段落
を利用することが可能となり、ガスタービン装置の熱効
率を向上させることが可能となる。
【００６５】図７は、請求項７記載のガスタービン装置
の他の実施形態の構成を示す図であり、請求項８記載の
ガスタービン装置の実施形態に相当するものである。
【００６６】図７に示すガスタービン装置は、図６に示
したガスタービン装置と同様に、ガスタービン１６の第
１段落１６ａの前に設けられた第１段の燃焼器３に加え
て、ガスタービン段落間すなわち第２段落１６ｂと第３
段落１６ｃとの間に配置された第２段の再熱用燃焼器１
７を有している。第１段の燃焼器３には、圧縮機２で圧
縮された空気が供給されると共に、燃料タンク２１から
比較的腐食性の低い燃料、例えば灯油やＬＮＧ等のＶ含
有量が0.5ppm未満の燃料が供給される。この燃焼器３に
よる燃焼で得られた腐食性の低い燃焼ガスは、ガスター
ビン１６の第１段落１６ａに送られ、続いて第２段落１
６ｂに送られ、これら第１および第２段落１６ａ、１６
ｂの各動翼を回転させる。
【００６７】一方、第２段の再熱用燃焼器１７には、燃
料タンク４から重油や残渣油等の腐食性の高い低質油燃
料、すなわちＶ含有量が0.5ppm以上の低質油燃料が、腐
食抑制剤タンク１１からＶ腐食抑制剤が添加、混合され
た後に供給されると共に、圧縮機２の中間から取り出し
た圧縮空気が供給される。この再熱用燃焼器１７による
燃焼ガス、すなわちＶ腐食抑制剤を含むＶ含有量が0.5p
pm以上の低質油燃料の燃焼ガスは、第２段落１６ｂを経
た燃焼ガスと合流した後、後段の第３段落１６ｃおよび
第４段落１６ｄに順次送られ、これら第３および第４段
落１６ｃ、１６ｄの各動翼を回転させる。
【００６８】図８に各段落と燃焼ガス温度との関係の一
例を示す。このように、再熱用燃焼器１７より後段の第
３および第４段落１６ｃ、１６ｄの燃焼ガス温度を 145
8K以下に保つことによって、低質油燃料による高温部材
のＶ腐食を回避すると共に、前段の段落で高い燃焼ガス
温度を利用して、システムの熱効率を向上させることが
可能となる。
【００６９】図９は請求項７および請求項９記載のガス
タービン装置の他の実施形態の構成を示す図である。
【００７０】図９に示すガスタービン装置は、図６に示
したガスタービン装置と同様に、ガスタービン１６の第
１段落１６ａの前に設けられた第１段の燃焼器３に加え
て、ガスタービン段落間すなわち第２段落１６ｂと第３
段落１６ｃとの間に配置された第２段の再熱用燃焼器１
７を有している。第１段の燃焼器３には、圧縮機２で圧
縮された空気が供給されると共に、燃料タンク２１から
比較的腐食性の低い燃料、例えば灯油やＬＮＧ等の硫黄
含有量が 1.5重量% 以下の燃料が供給される。この燃焼
器３による燃焼で得られた腐食性の低い燃焼ガスは、ガ
スタービン１６の第１段落１６ａに送られ、続いて第２
段落１６ｂに送られ、これら第１および第２段落１６
ａ、１６ｂの各動翼を回転させる。
【００７１】一方、第２段の再熱用燃焼器１７には、燃
料タンク３１から重油や残渣油等の腐食性の高い低質油
燃料、すなわち硫黄含有量が 1.5重量% を超える低質油
燃料が供給されると共に、圧縮機２の中間から取り出し
た圧縮空気が供給される。この再熱用燃焼器１７による
燃焼ガス、例えば100ppmを超える硫黄酸化物（ＳＯx）
を含む燃焼ガスは、第２段落１６ｂを経た燃焼ガスと合
流した後、後段の第３段落１６ｃに送られ、続いて第４
段落１６ｄに送られ、これら第３および第４段落１６
ｃ、１６ｄの各動翼を回転させる。
【００７２】図１０に各段落と燃焼ガス温度並びに部材
温度との関係の一例を示す。このように、再熱用燃焼器
１７より後段の部材温度を翼部の冷却機構の改良等によ
り1073K以下に保つことによって、硫黄による硫化腐食
問題を回避すると共に、前段の段落で高い燃焼ガス温度
を利用してシステムの熱効率を向上させることが可能で
ある。なお、燃料タンク３１から再熱用燃焼器１７に導
入される燃料には、Ｖ腐食抑制剤を混合することも可能
である。
【００７３】ガスタービンの動・静翼の腐食問題は運転
条件や燃料組成に大きく依存し、これらによって腐食を
支配する現象が変化することから、硫化腐食が著しいガ
スタービン装置では、この実施形態のように中間の燃焼
器より後段側のガスタービン段落の部材温度を 1073K以
下に制御することが望ましく、硫化腐食があまり問題と
ならないガスタービンでは、図７に示したガスタービン
装置のように、燃焼ガス温度を 1458K以下に制御するこ
とが好ましい。
【００７４】次に、本発明のさらに他のガスタービン装
置の実施形態について説明する。図１１は請求項１０、
請求項１１および請求項１２記載のガスタービン装置の
構成を示す図である。また、図１２に図１１に示すガス
タービン装置の典型的な運転パターンを示す。
【００７５】高質燃料タンク２１に蓄えられた灯油等の
高質燃料と、低質燃料タンク４に蓄えられた重油等の低
質燃料に腐食抑制剤タンク１１からＭｇＳＯ4 等の腐食
抑制材が混合された燃料とは、それぞれ別系統として燃
焼器３に導入されるように構成されている。そして、制
御回路４１から送られる制御信号により、高質燃料ガス
制御弁４２と低質燃料ガス制御弁４３の開度が制御さ
れ、これによって高質燃料と低質燃料の切り替えが行わ
れる。
【００７６】一方、燃料の切り替えと連結して、圧縮機
２に取り入れられる空気量は圧縮機の低圧段に設けられ
た可変翼（ＩＧＶ）４４の開度によって制御される。低
質油のモードでは開度を大きくし、空気流量を増やして
燃焼器３内の燃焼温度を1458K 未満にし、腐食抑制剤に
よる高温段落への灰の付着問題を回避する。逆に、高質
油のモードでは、ＩＧＶ４４の開度を小さくして空気流
量を減らし、 1473K以上のタービン入り口温度を保持す
ることによって高い熱効率を実現しつつ、低質油モード
で付着した腐食灰中の塩素や塩化物等を蒸発させて灰の
腐食性を低減させる。
【００７７】さらに、燃焼温度はガスタービン排気温度
計４５でもモニタリングされ、この情報は制御回路４１
にフィードバックされる。このような制御方法によっ
て、低質油を利用したガスタービンの寿命と信頼性は格
段に向上し、また必要とする出力と燃料の最適なマッチ
ングを図ることが可能となることから、コスト面でも極
めて効果が大きい。
【００７８】図１３は、請求項１０、請求項１１および
請求項１３記載のガスタービン装置の一実施形態の構成
を示す図である。また、図１４に本発明のガスタービン
装置におけるドライ低ＮＯx 燃焼器の一例を示し、図１
５にこの実施形態のガスタービン装置の典型的な運転パ
ターンを示す。
【００７９】灯油等の高質油は高質燃料タンク２１に、
また重油等の低質油は低質燃料タンク４にそれぞれ蓄え
られ、それぞれの流量を調節する制御弁４２、４３をそ
れぞれ通過した後、一緒になってメイン燃料ノズル４６
とパイロット燃料ノズル４７からドライ低ＮＯx 燃焼器
４８で燃焼される。なおこのとき、メイン燃料とパイロ
ット燃料の分配比は、メイン燃料弁４９とパイロット燃
料弁５０によって変化する。
【００８０】低質燃料使用時には図１４に示すように、
水タンク５１から水噴射制御弁５２を経て水噴射ノズル
５３から水が供給され、燃焼ガス温度の上昇が抑制され
る。なお、燃焼器４８内に導入される水は、必要に応じ
て蒸気であってもよい。
【００８１】このようなシステム構成と制御を行うこと
により、低質燃料使用モードにおいてタービン入り口温
度を 1458K未満とすれば、前述した実施形態と同様に、
ガスタービンの寿命と信頼性の大幅な改善を図ることが
可能となる。また、図１４に示したようなドライ低ΝＯ
x 燃焼器４８は、高質油を用いた高い燃焼ガス温度の運
転モードにおいても、ＮＯx の発生量を低減することが
可能である。従って、あらゆる運転条件においてクリー
ンなガスタービンシステムを構築することができる。
【００８２】図１６は請求項１０、請求項１１および請
求項１４記載のガスタービン装置の一実施形態の構成を
示す図である。また、図１７に本発明のガスタービン装
置におけるドライ低ＮＯx 燃焼器の一例を示し、図１８
にこの実施形態のガスタービン装置の典型的な運転パタ
ーンを示す。
【００８３】灯油等の高質油は高質燃料タンク２１に、
また重油等の低質油は低質燃料タンク４にそれぞれ蓄え
られ、それぞれの流量を調節する制御弁４２、４３をそ
れぞれ通過した後、一緒になってメイン燃料ノズル４６
とパイロット燃料ノズル４７からドライ低ＮＯx 燃焼器
４８で燃焼される。なおこのとき、メイン燃料とパイロ
ット燃料の分配比は、メイン燃料弁４９とパイロット燃
料弁５０によって変化する。
【００８４】一方、ドライ低ＮＯx 燃焼器４８内には、
圧縮機２の吐出口から注気された空気が流量調節弁５４
を通って、冷却空気取り入れ口５５から冷却空気が直接
導入されるような構成となっている。重油のような低質
燃料を利用した場合には、流量調節弁５４の開度を上
げ、冷却空気量を増加させることによって燃焼ガス温度
の増加を抑制する。
【００８５】このようなシステム構成と制御を行うこと
により、低質燃料100%使用モードにおいてタービン入り
口温度を 1458K未満とすれば、前述した実施形態と同様
に、ガスタービンの寿命と信頼性の大幅な改善を図るこ
とが可能となる。また、図１７で示したようなドライ低
ＮＯx 燃焼器４８は、高質油を用いた高い燃焼ガス温度
の運転モードにおいても、ＮＯx の発生量を低減するこ
とが可能である。従って、あらゆる運転条件においてク
リーンなガスタービンのシステムを構築することができ
る。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビン装置によれば、重油や残渣油等の低質油によるガス
タービン部材の腐食を抑制した上で、腐食抑制剤による
ガスタービン部材への灰の付着を軽減することができ
る。これによって、ガスタービンの長寿命化や、ガスタ
ービンのクリーニングによるプラントの稼働率の低下を
防ぐことが可能となる。また、ガスタービンの各段落の
燃焼ガス性状を段落の温度に応じて変化させることによ
って、重油や残渣油等の低質油や石炭ガス等の腐食性の
高い燃料を用いた燃焼ガス、あるいは石炭燃焼ガス等の
腐食性の高い燃焼ガスによるガスタービン部材のＶ腐食
や硫化腐食等を防止しつつ、高温・高効率のガスタービ
ンシステムの構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各種腐食現象と温度との関係を示す図であ
る。
【図２】 請求項１記載のガスタービン装置の一実施形
態の構成を示す図である。
【図３】 請求項１記載のガスタービン装置の他の実施
形態の構成を示す図である。
【図４】 請求項１記載のガスタービン装置のさらに他
の実施形態の構成を示す図である。
【図５】 請求項５記載のガスタービン装置の一実施形
態の構成を示す図である。
【図６】 請求項７記載のガスタービン装置の一実施形
態の構成を示す図である。
【図７】 請求項７記載のガスタービン装置の他の実施
形態の構成を示す図である。
【図８】 図７に示すガスタービン装置におけるガスタ
ービン段落と燃焼ガス温度との関係を示す図である。
【図９】 請求項７記載のガスタービン装置のさらに他
の実施形態の構成を示す図である。
【図１０】 図９に示すガスタービン装置におけるガス
タービン段落と燃焼ガス温度並びに部材温度との関係を
示す図である。
【図１１】 請求項１０および請求項１１記載のガスタ
ービン装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図１２】 図１１に示すガスタービン装置の典型的な
運転パターンを示す図である。
【図１３】 請求項１０および請求項１１記載のガスタ
ービン装置の他の実施形態の構成を示す図である。
【図１４】 図１３に示すガスタービン装置で用いたド
ライ低ＮＯx 燃焼器の一例を示す図である。
【図１５】 図１３に示すガスタービン装置の典型的な
運転パターンを示す図である。
【図１６】 請求項１０および請求項１１記載のガスタ
ービン装置のさらに他の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図１７】 図１６に示すガスタービン装置で用いたド
ライ低ＮＯx 燃焼器の一例を示す図である。
【図１８】 図１６に示すガスタービン装置の典型的な
運転パターンを示す図である。
【図１９】 従来の重油焚きガスタービン装置の一構成
例を示す図である。
【図２０】 重油焚きガスタービン装置の燃料前処理装
置の構成例を示す図である。
【図２１】 重油焚きガスタービン装置の洗浄装置の構
成例を示す図である。
【符号の説明】
１……空気取入れ口 ２……圧縮機 ３……燃焼器 ４……低質燃料タンク ５、１６……ガスタービン ５ａ、１６ａ…動・静翼の第１段落 ５ｂ、１６ｂ…動・静翼の第２段落 ５ｃ、１６ｃ…動・静翼の第３段落 １６ｄ…動・静翼の第４段落 １１……腐食抑制剤タンク １５……高温反応器 １７……再熱用燃焼器 ２１……高質燃料タンク ２２……石炭燃焼流動床ボイラ ４１……制御回路 ４４……可変翼（ＩＧＶ） ４８……ドライ低ΝＯx 燃焼器 ５３……水噴射ノズル ５４……空気流量調節弁 ５５……冷却空気取り入れ口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 浩貴 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 和泉 敦彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 坂本 鉄三 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮した空気と燃料とが導入され、前記
    燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより
    回転させる複数段落の動・静翼を有するガスタービンと
    を具備し、前記燃料がバナジウムを0.5ppm以上含有する
    と共に、前記バナジウムによる腐食を抑制する腐食抑制
    剤を前記燃料または燃焼ガス中に投入する機構を有する
    ガスタービン装置において、 前記ガスタービンは、前記腐食抑制剤を含まない燃焼ガ
    スによって駆動される少なくとも 1つの段落と、前記腐
    食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動される少なくとも
    1つの段落とを有することを特徴とするガスタービン装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のガスタービン装置におい
    て、 前記腐食抑制剤を含まない燃焼ガスによって駆動される
    段落は、前記腐食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動さ
    れる段落より、前記燃焼ガス流の上流側に配置されてい
    ることを特徴とするガスタービン装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のガスタービン装置におい
    て、 前記腐食抑制剤を含まない燃焼ガスによって駆動される
    段落と前記腐食抑制剤を含む燃焼ガスによって駆動され
    る段落との間に、前記燃焼ガスと腐食抑制剤との反応を
    促進させる高温反応器を有することを特徴とするガスタ
    ービン装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のガスタービン装置におい
    て、 前記ガスタービンの第１段落の前に設けられた前記燃焼
    器に加えて、前記ガスタービンの段落間に設けられた少
    なくとも 1つの再熱用燃焼器を有し、前記再熱用燃焼器
    で使用する前記バナジウムを0.5ppm以上含有する燃料
    に、前記腐食抑制剤を投入するよう構成されていること
    を特徴とするガスタービン装置。
  5. 【請求項５】 圧縮した空気と燃料とが導入され、前記
    燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃料の燃焼ガスにより
    回転させる複数段落の動・静翼を有するガスタービンと
    を具備するガスタービン装置において、 前記ガスタービンの複数段落に、各段落の温度に応じ
    て、種類が異なる燃焼ガスを供給するよう構成されてい
    ることを特徴とするガスタービン装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のガスタービン装置におい
    て、 前記種類が異なる燃焼ガスとして、硫黄酸化物の含有量
    が100ppm以下の燃焼ガスと、硫黄酸化物の含有量が100p
    pmを超える燃焼ガスとを用いることを特徴とするガスタ
    ービン装置。
  7. 【請求項７】 圧縮した空気と燃料とが導入され、前記
    燃料を燃焼させる第１段の燃焼器と、前記燃料の燃焼ガ
    スにより回転させる複数段落の動・静翼を有するガスタ
    ービンとを具備し、さらに前記第１段の燃焼器に加え
    て、前記ガスタービンの段落間に設けられた少なくとも
    1つの再熱用燃焼器を有するガスタービン装置におい
    て、 前記第１段の燃焼器および再熱用燃焼器に、各燃焼器以
    降の前記ガスタービンの段落の温度に応じて、種類が異
    なる燃料を供給するよう構成されていることを特徴とす
    るガスタービン装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のガスタービン装置におい
    て、 前記第１段の燃焼器にはバナジウム含有量が0.5ppm未満
    の燃料を供給し、前記再熱用燃焼器にはバナジウム腐食
    抑制剤を混合したバナジウム含有量が0.5ppm以上の燃料
    を供給することを特徴とするガスタービン装置。
  9. 【請求項９】 請求項７記載のガスタービン装置におい
    て、 前記第１段の燃焼器には硫黄含有量が 1.5重量% 以下の
    燃料を供給し、前記再熱用燃焼器には硫黄含有量が 1.5
    重量% を超える燃料または石炭ガスを供給することを特
    徴とするガスタービン装置。
  10. 【請求項１０】 圧縮機により圧縮した空気と燃料とが
    導入され、前記燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃料の
    燃焼ガスにより回転させる動・静翼を有するガスタービ
    ンとを具備するガスタービン装置において、 1つの燃焼器に対して少なくとも 2系統の燃料供給機構
    を設け、燃料の種類と燃料の混合比により燃焼温度を調
    整するよう構成されていることを特徴とするガスタービ
    ン装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載のガスタービン装置に
    おいて、 前記燃焼器に、バナジウム含有量が0.5ppm未満の燃料
    と、バナジウム含有量が0.5ppm以上の燃料とを供給し、
    前記バナジウム含有量が0.5ppm未満の燃料ではタービン
    入り口温度を 1458K以上とし、かつ前記バナジウム含有
    量が0.5ppm以上の燃料ではタービン入り口温度を 1458K
    未満とすることを特徴とするガスタービン装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０または請求項１１記載のガ
    スタービン装置において、 前記圧縮器は可変静翼を有し、前記燃料の種類と混合比
    により前記圧縮器の可変静翼の角度を制御する機構を具
    備することを特徴とするガスタービン装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１０または請求項１１記載のガ
    スタービン装置において、 前記燃料の種類と混合比により前記燃焼器に投入する水
    または蒸気の量を制御する機構を具備することを特徴と
    するガスタービン装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１０または請求項１１記載のガ
    スタービン装置において、 前記燃料の種類と混合比により前記燃焼器に投入する冷
    却空気の量を制御する機構を具備することを特徴とする
    ガスタービン装置。
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