JPH11257095A

JPH11257095A - ガスタービン発電プラント

Info

Publication number: JPH11257095A
Application number: JP6250598A
Authority: JP
Inventors: Yasuko Ajiro; 泰子網代; Masahiko Yamagishi; 雅彦山岸; Shigeo Hatamiya; 重雄幡宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、燃料を加熱した加熱媒体をガ
スタービンへ供給して、燃料の改質に利用した残りのエ
ネルギーをガスタービンの動力として回収することによ
り、ガスタービンに連結される発電機の出力を増加し、
当該ガスタービン発電システムの発電効率を向上する。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明のガス
タービン発電システムは、空気を圧縮する圧縮機１１
と、燃料を加熱して改質する燃料改質器２１と、前記圧
縮機で圧縮された圧縮空気と前記燃料改質器で改質され
た改質燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器１２
と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆動するガス
タービン１３と、前記ガスタービンに連結されて発電す
る発電機１０とを有し、前記燃料改質器で前記燃料を加
熱した加熱媒体を、直接的に又は間接的に前記ガスター
ビンへ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンを利
用したガスタービン発電プラントに係わり、特に、改質
燃料を利用したガスタービン発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平1−19053号公報，特公平1−31012
号公報等に記載されるガスタービンサイクルでは、増湿
器において、圧縮機で圧縮された空気に湿分を加え、燃
焼器において、増湿・増量した高湿分の空気と燃料とを
混合して燃焼ガスを発生し、ガスタービンにおいて、高
湿分の燃焼ガスにより動力（エネルギー）を得ている。
燃焼ガスには多量の水蒸気が含まれ、流量が増加した効
果と、水蒸気の比熱が空気よりも大きく内部により多く
のエネルギーを保有できるという効果のために、ガスタ
ービンから取り出すことのできる出力エネルギーが増加
し、機器構成を適切に選定すれば、従来のコンバインド
サイクル発電プラントで得ていた出力と同等の出力を、
ガスタービンのみで得ることができる。このことは、蒸
気タービンの設置が不要になるため、プラント構成が簡
素化し、プラントの施設面積が低減できると共に、設備
費を削減できるというメリットにつながる。また、燃焼
用空気に含まれた湿分が、燃焼時の局所的な高温部の発
生を押さえるため、サーマルＮＯｘの発生が減少し、排
出ＮＯｘ量を低減できるというメリットもある。ただ
し、水分を多量に含んだ空気を用いて燃料を燃焼させる
ため、燃焼器における燃焼が不安定となる。

【０００３】かかる不安定燃焼を解決する手段として、
燃料改質器を設置し、燃料を燃焼性のよい水素を含む燃
料に改質し、その改質燃料を燃焼させることが考えられ
る。燃料改質にはいくつかの方法があるが、水蒸気を用
いた改質方法が一般的である。例えばメタノールＣＨ₃
ＯＨの水蒸気改質反応は、

【０００４】

【数１】ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋３Ｈ₂−２１［ｋcal］である。また、天然ガスの主成分であるメタンＣＨ₄の
水蒸気改質反応は、

【０００５】

【数２】ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ₂−４９［ｋcal］である。数１，数２で示される水蒸気改質反応は、何れ
も吸熱反応であり、改質には熱源、即ち加熱媒体が必要
である。燃料改質のための加熱媒体として、例えば、特
開平7−317505 号公報には、ガスタービンの排ガスを利
用することが記載されている。

【０００６】しかしながら、営業用のガスタービン発電
システムのガスタービンの排ガス温度は、高い場合でも
６００℃程度、一般的には５００℃程度に設定・設計さ
れている。一方、メタノールの水蒸気改質のためには、
２００℃〜３００℃以上、天然ガスの水蒸気改質のため
には、７００℃〜８００℃以上の温度が必要とされる。
したがって、特開平7−317505 号公報に記載されるよう
にガスタービンの排ガスを利用した場合、メタノールは
改質できるが、営業用のガスタービン発電システムで頻
繁に利用される天然ガスについては、改質に利用できる
温度が低く十分な改質ができない。

【０００７】そこで、天然ガス燃料を改質する手段とし
て、例えば、特開平2−286835 号公報には、ガスタービ
ンの排ガスをバーナで助燃し、ガスタービンの排ガス温
度を上げることが記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−286835 号公報には、バーナで助燃した分の熱量を回
収して、プラントの発電効率の低下を防止することまで
は考慮されていない。即ち、特開平2−286835 号公報に
は、ボイラを通過した排ガスを如何に処理するかは記載
されていない。

【０００９】一般的なコンバインドサイクル発電プラン
トでは、排熱回収ボイラを通過した排ガスは煙突から大
気中へ放出される。よって、特開平2−286835 号公報に
記載されるボイラを通過した排ガスを大気中へ放出する
と考えると、バーナで助燃した分のエネルギーのうち燃
料改質に利用したエネルギーの残りのエネルギーを放出
することになり、プラントの発電効率が低下してしま
う。

【００１０】又は、特開平2−286835 号公報に記載され
るボイラを通過した排ガスを熱交換によりエネルギー回
収した場合、その排ガス温度を、バーナで助燃しない場
合にボイラを通過した排ガス温度と同程度にするには、
大容量の熱交換設備が必要となる。さらに、バーナで助
燃した分のエネルギーだけ熱交換設備の入口側の排ガス
温度が高くなり、これによって、熱交換設備の入口側と
出口側の温度格差が大きくなり、熱交換設備における熱
損失量が大きくなる。よって、プラントの発電効率が低
下してしまう。

【００１１】本発明の目的は、燃料を加熱した加熱媒体
をガスタービンへ供給して、燃料の改質に利用した残り
のエネルギーをガスタービンの動力として回収すること
により、ガスタービンに連結される発電機の出力を増加
し、当該ガスタービン発電システムの発電効率を向上し
たガスタービン発電システムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガスタービン発電システムは、空気を圧縮
する圧縮機と、燃料を加熱して改質する燃料改質器と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気と前記燃料改質器で改
質された改質燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼
器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆動するガ
スタービンと、前記ガスタービンに連結されて発電する
発電機とを有し、前記燃料改質器で前記燃料を加熱した
加熱媒体を、直接的に又は間接的に前記ガスタービンへ
供給する。

【００１３】そして、好ましくは、前記加熱媒体を、前
記燃焼ガスと共に、前記ガスタービンへ供給するとよ
い。

【００１４】また、好ましくは、前記加熱媒体を、前記
燃焼器を介して、前記ガスタービンへ供給するとよい。

【００１５】また、好ましくは、前記燃料改質器は、前
記燃料を８００℃〜１０００℃に加熱するとよい。

【００１６】また、好ましくは、前記加熱媒体として、
燃料の一部を利用するとよい。

【００１７】又は、上記目的を達成するために、本発明
のガスタービン発電システムは、空気を圧縮する圧縮機
と、燃料を改質する燃料改質器と、前記圧縮機で圧縮さ
れた圧縮空気と前記燃料改質器で改質された改質燃料と
を燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器で
発生した燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、前記
ガスタービンに連結されて発電する発電機とを有する。
さらに、前記燃料改質器は、前記圧縮機の下流側で、か
つ、前記ガスタービンの上流側に位置する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービン発電
プラントの実施の形態を説明する。

【００１９】図１に、本発明のガスタービン発電プラン
トの第１の実施の形態を示す。図１中、１は空気（例え
ば、大気）、２は燃料（例えば、天然ガス）、３は改質
燃料、４は蒸気（排熱回収ボイラ１４で発生した蒸
気）、５は圧縮空気（圧縮機１１で圧縮された空気）、
６は高温水、７は蒸気４と圧縮空気５とを混合して得た
高湿分圧縮空気、８は燃料改質器２１から排出された燃
焼排ガス、９は燃焼ガス、１０は機械エネルギーを電気
エネルギーに変換して発電する発電機、１１は空気１を
圧縮する圧縮機、１２は改質燃料３及び高湿分圧縮空気
７等を混合し燃焼して燃焼ガス９を発生する燃焼器、１
３は燃焼ガス９により駆動するガスタービン、１４はガ
スタービン１３から排出される燃焼ガス（ガスタービン
排ガス１８）を熱源として蒸気４及び高温水６を発生す
る排熱回収ボイラ、１５は水を加熱する給水加熱器、１
６はガスタービン排ガス１８中に含まれる水（湿分）を
回収する水回収装置、１７は水回収装置で回収された水
を昇圧する給水ポンプ、１８はガスタービン排ガス、１
９は湿分を除去された排ガス、２１は高湿分燃料３１を
加熱して改質し改質燃料３を生成する間接熱交換式（燃
料２の流路である改質触媒を充填した反応管を、外部か
ら加熱して、燃料改質を行う方式）の燃料改質器、２６
は燃料改質器２１へ供給する蒸気４の流量を調整する蒸
気調整弁、２７は燃焼排ガス８の温度を検出する温度検
出器、３０は発電機１０と圧縮機１１とガスタービン１
３を機械的に連結するタービンロータ、３１は燃料２と
蒸気４とを混合して得た高湿分燃料を示す。

【００２０】本実施の形態は、燃料改質器２１を圧縮機
１１の下流側で、かつ、燃焼器１２の上流側に配置した
例である。

【００２１】先ず、タービンロータ３０を介してガスタ
ービン１３に連結される圧縮機１１において、空気１を
所定の圧力（例えば、１０〜１５気圧程度）まで圧縮
し、圧縮空気５を得る。そして、圧縮空気５を、燃焼器
１２及び燃料改質器２１へ供給する。圧縮空気５を燃焼
器１２へ供給する場合に、直接に（湿分を増加せずに）
供給してもよいが、図１に示すように、燃焼器１２へ供
給する圧縮空気５に蒸気４を混合して高湿分圧縮空気７
として供給してもよい。また。同様に、圧縮空気５を燃
料改質器２１へ供給する場合に、図１に示すように、直
接に（湿分を増加せずに）供給してもよいが、燃料改質
器２１へ供給する圧縮空気５に蒸気４を混合して供給し
てもよい。また、燃料改質器２１へ供給する空気は、圧
縮機１１で圧縮して得た圧縮空気５でなくても、圧縮空
気５の圧力以上の空気であればよい。

【００２２】一方、燃料２を、改質燃料３として燃焼器
１２へ供給される燃料２と改質燃料３を生成するための
加熱媒体として利用される燃料２とに分けて、燃料改質
器２１へ供給する。改質燃料３として燃焼器１２へ供給
される燃料２は、蒸気４を混合して高湿分燃料３１とし
て、燃料改質器２１へ供給する。この燃料２へ混合する
蒸気４の量は、燃料２が天然ガスであれば、（Ｈ₂Ｏモ
ル量）／(燃料の炭素モル量）が２.５〜４.０に相当す
る量が好ましい。尚、燃料２として、液化天然ガス（Ｌ
ＮＧ）を用いる場合は、液体状態の天然ガスをポンプ等
により昇圧した後に、加熱し気化させて燃料改質器２１
へ供給する。

【００２３】そして、燃料改質器２１において、バーナ
により圧縮空気５の一部と燃料２の一部とを混合して燃
焼させると共に、その燃焼により得られた燃焼ガスと被
改質用として反応管へ供給された高湿分燃料３１とを間
接的に接触させる。即ち、燃焼ガスを加熱媒体として、
高湿分燃料３１を加熱し改質する。この場合に、蒸気４
を燃料改質器２１へ供給して、圧縮空気５の一部と燃料
２の一部との燃焼直後（燃焼ガスの発生直後）に、得ら
れた燃焼ガスに蒸気４を混合し、高湿分燃料３１が改質
するのに好適な温度（例えば、燃料２が天然ガスであれ
ば、８００℃〜１０００℃程度）以上になるように燃焼
ガスの温度を調節する。つまり、燃料改質器２１内へ供
給する蒸気４の流量と燃料改質器２１から排出される燃
焼排ガス８の温度との関係を事前に調べておき、実際の
運転に際しては、温度検出器２７において燃焼排ガス８
の温度を検出し、その燃焼排ガス８の温度に基づいて、
蒸気調節弁２６の開度を制御して、燃料改質器２１へ供
給する蒸気４の流量を調節する。このように、燃焼排ガ
ス８の温度調節手段として、蒸気４を利用することによ
り、空気を利用した場合よりも伝熱特性がよくなり、反
応管の伝熱面積が小さくてすむため、燃料改質器２１を
小型化にすることができる。尚、燃焼排ガス８の温度の
代わりに、改質燃料３の温度や成分、高湿分燃料３１の
温度、燃料改質器２１内の燃焼ガスの温度を用いてもよ
い。また、蒸気４により燃焼ガスの温度を調節する以外
に、燃料改質器２１へ供給する燃料２の流量や燃料改質
器２１へ供給する圧縮空気５の流量等を調節して、燃焼
ガスの温度を調節してもよい。そして、燃料改質器２１
から排出された燃焼排ガス８，燃料改質器２１で生成さ
せた改質燃料３を各々、燃焼器１２へ供給する。ここ
で、燃焼排ガス８を燃焼器１２へ供給するのは、燃焼排
ガス８中に酸素や燃料２の未燃成分が残存していること
があり、この酸素や燃料２の未燃成分を再度燃焼に利用
するためである。

【００２４】そして、燃焼器１２において、燃焼排ガス
８と改質燃料３と高湿分圧縮空気７とを混合して燃焼
し、高温（例えば、１２００℃〜１５００℃）の燃焼ガ
ス９を発生する。そして、燃焼ガス９をガスタービン１
３へ供給し、燃焼ガス９が膨張するのを利用して、ガス
タービン１３を駆動する。尚、蒸気４を燃焼器１２の内
側壁面へ供給し、燃焼器１２の壁面を冷却してもよい。
そして、燃焼器１２の壁面を冷却した蒸気４を、燃焼器
１２内の下流側で燃焼ガス９と混合して、ガスタービン
１３へ供給する。また、蒸気４の代わりに、高温水６を
燃焼器１２の内側壁面へ供給し、燃焼器１２の壁面を冷
却してもよい。

【００２５】そして、ガスタービン１３の駆動により、
タービンロータ３０を介して連結される発電機１０が駆
動し発電する。ガスタービン排ガス１８を、排熱回収ボ
イラ１４へ供給し、その後給水加熱器１５へ供給し、水
を加熱することにより、ガスタービン排ガス１８の熱エ
ネルギーを回収する。給水加熱器１５から排出されたガ
スタービン排ガス１８は、さらに水回収装置１６へ供給
して、ガスタービン排ガス中の水分を回収した後、煙突
を介して大気中へ放出する。水回収装置１６で得られた
水は、水処理を行い、給水ポンプ１７で昇圧された後、
給水加熱器１５、さらに排熱回収ボイラ１４を経由させ
て蒸気４とする。蒸気４の一部は燃料２と混合して燃料
２の改質に利用し、一部は圧縮空気５の増湿に利用し、
一部は燃料改質器２１内の燃焼ガスの温度調整に利用
し、また一部は燃焼器１２の壁面冷却に利用する。ま
た、蒸気４は、ガスタービン１３のロータや動翼や静翼
の冷却に利用してもよいし、蒸気タービンを駆動して発
電に利用してもよい。

【００２６】上記第１の実施の形態によれば、燃料改質
器２１から排出された燃焼排ガス８を、燃焼器１２を介
して、ガスタービン１３へ供給して、燃焼排ガス８をガ
スタービン１３の駆動に利用することにより、発電機１
０の発電出力を増加し、当該ガスタービン発電システム
の発電効率を向上するという効果を奏する。つまり、燃
料を改質した後の加熱媒体（燃焼排ガス８）のエネルギ
ーは、ガスタービン１３の下流側で熱交換等により回収
するよりも、ガスタービン１３の動力として回収する方
が、回収効率がよい。

【００２７】また、上記第１の実施の形態によれば、改
質にガスタービン排ガス１８の温度よりも高い温度を必
要とする天然ガスのような炭化水素系の燃料２を、燃焼
性のよい水素を含んだ改質燃料３に効率的に改質して、
その改質燃料３を燃焼器１２において燃焼するため、高
湿分雰囲気中において安定した燃焼を得るという効果を
奏する。

【００２８】図２に、本発明のガスタービン発電プラン
トの第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態は、上
記第１の実施の形態において燃焼排ガス８を燃焼器１２
へ供給する代わりに、燃焼排ガス８を燃焼器１２をバイ
パスしてガスタービン１３へ供給する例である。燃焼排
ガス８をガスタービン１３へ供給する際に、燃焼排ガス
８を直接にガスタービン１３へ供給してもよいし、燃焼
ガス９と合流してからガスタービン１３へ供給してもよ
い。

【００２９】そして、上記第２の実施の形態によって
も、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

【００３０】図３に、本発明のガスタービン発電プラン
トの第３の実施の形態を示す。図３中、３２は燃料改質
器３３から排出された燃焼排ガス、３３は高湿分燃料３
１を加熱し改質して改質燃料３を生成する対向流型の間
接熱交換式の燃料改質器を示す。

【００３１】第３の実施の形態は、上記第１の実施の形
態において燃料２と圧縮空気５とを燃焼して得た燃焼ガ
スを加熱媒体として高湿分燃料３１を改質する代わり
に、燃焼器１２で発生した燃焼ガス９を加熱媒体として
高湿分燃料３１を改質する例である。即ち、上記第１の
実施の形態では、ガスタービン１３の上流側でかつ燃焼
器１２の上流側に燃料改質器２１が位置するのに対し、
第３の実施の形態では、ガスタービン１３の上流側でか
つ燃焼器１２の下流側に燃料改質器３３が位置する。

【００３２】燃焼器１２で発生した燃焼ガス９を燃料改
質器３３へ供給し、燃料改質器３３において、燃焼ガス
９と高湿分燃料３１とを間接的に熱交換して、高湿分燃
料３１を加熱し改質して、改質燃料３を生成する。改質
燃料３は、燃焼器１２へ供給する。一方、燃料改質器３
３から排出された燃焼排ガス３２は、ガスタービン１３
へ供給し、燃焼排ガス３２が膨張するのを利用して、ガ
スタービン１３を駆動する。

【００３３】また、燃料改質器３３内の燃焼ガスの温度
の調整に関しては、燃焼器１２の内側壁面へ供給する蒸
気４の流量や圧縮空気５に混合する蒸気４の流量を調節
することにより行ってもよい。

【００３４】尚、燃焼器１２と燃料改質器３３とは、構
造的に一体形に形成してもよい。

【００３５】そして、上記第３の実施の形態によれば、
上記第１の実施の形態と同様の効果に加え、燃焼ガス９
を改質用の加熱媒体とするため、燃料改質器３３内にバ
ーナ等の燃焼設備が不要となり、燃料改質器３３の構造
をより簡素化にできるという効果を奏する。つまり、燃
料改質器３３は、上記第１の実施の形態の燃料改質器２
１のような燃料２と圧縮空気５とを混合して燃焼するバ
ーナを有さず、熱交換設備（間接式でも、直接式でもよ
い。）のみを有していればよい。

【００３６】図４に、本発明のガスタービン発電プラン
トの第４の実施の形態を示す。第４の実施の形態は、上
記第１の実施の形態において燃料２と圧縮空気５とを燃
焼して得た燃焼ガスを加熱媒体として高湿分燃料３１を
改質する代わりに、燃料改質器２１で生成した改質燃料
３と圧縮空気５とを燃焼して得た燃焼ガスを加熱媒体と
して高湿分燃料３１を改質する例である。

【００３７】そして、上記第４の実施の形態によれば、
上記第１の実施の形態と同様の効果に加え、改質燃料３
を改質用の加熱媒体とするため、燃料改質器３３内へ供
給する蒸気４の流量を増加した場合にも、燃料改質器３
３内のバーナの燃焼を安定にするという効果を奏する。

【００３８】図５に、本発明のガスタービン発電プラン
トの第５の実施の形態を示す。図６に、本発明のガスタ
ービン発電プラントの直接熱交換式の燃料改質器を示
す。図５，６中、２０は燃料２と圧縮空気５とを混合し
て燃焼させる部分酸化バーナ、２２は燃料２を加熱して
改質して改質燃料３４を生成する直接熱交換式（燃料流
路内に改質触媒を充填し、燃料の一部を燃焼させた熱を
直接利用して燃料改質を行う方式）の燃料改質器、２３
は改質触媒、２４は燃料２が流通する第１の流路、２５
は蒸気４が流通する第２の流路、２８は燃料改質器２２
へ供給する蒸気４の流量を調節する蒸気調節弁、２９は
改質燃料３４の温度を検出する温度検出器、３４は改質
燃料、４１及び４２は隔壁を示す。

【００３９】第５の実施の形態は、上記第１の実施の形
態において高湿分燃料３１を間接的に加熱するのに代え
て、燃料改質器２２内で燃料２と圧縮空気５とを混合し
て得た高温の燃焼ガスにさらに燃料２及び蒸気４を混合
することにより燃料２を直接的に加熱する例である。

【００４０】圧縮空気５の一部と燃料２の一部とを燃料
改質器２２に導入して燃焼させる。燃料改質器２２の側
壁面から、残りの燃料２と蒸気４とを燃料改質器２２内
に導入する。燃料改質器２２内部では、燃料２が蒸気４
と混合し、さらに加熱されて改質反応を生じ、水素を含
む改質燃料３４となる。高湿分圧縮空気７と共に、改質
燃料３４を燃焼器１２で燃焼させる。燃焼器１２では、
燃焼器１２の側壁面に冷却用の蒸気４を流し、冷却用の
蒸気４と燃焼器１２内で発生した燃焼ガスは燃焼器１２
の出口で混合される。燃焼器１２から排出された燃焼ガ
ス９はガスタービン１３に導かれ、発電機１０を駆動し
発電する。つまり、加熱媒体（燃料改質器２２内で燃料
２と圧縮空気５とを混合して得た高温の燃焼ガス）が燃
料２及び蒸気４と混合された後、燃焼器１２を介して、
ガスタービン１３に導かれることになる。ガスタービン
排ガス１８が持つ熱エネルギーは、排熱回収ボイラ１４
と給水加熱器１５とで回収する。給水加熱器１５から排
出された排ガスは、水回収装置１６で排ガス中の水分を
回収してから当該ガスタービン発電システム外部（系
外）に排気する。水回収装置１６で得られた水は、水処
理を行った後、給水加熱器１５，排熱回収ボイラ１４を
順に経由させて蒸気４とする。蒸気４の一部は、燃料改
質器２２に導入されて燃料２の改質に利用し、一部は圧
縮空気５の増湿に利用し、また一部は燃焼器１２の壁面
冷却に利用する。この時、燃料改質器２２に導入する蒸
気の量は、（Ｈ₂Ｏモル量）／（燃料の炭素モル量）が
２.５〜４.０に相当する量である。

【００４１】尚、燃料改質器２２内に蒸気４を導入する
代わりに、給水加熱器１５から得た高温水６を燃料改質
器２２内部に噴霧してもよい。また燃焼器１２の壁面冷
却を、給水加熱器１５から得た高温水６を噴霧すること
により行ってもよい。

【００４２】上記第５の実施の形態によれば、上記第１
の実施の形態の効果に加え、直接熱交換式の燃料改質器
２２を用いることにより、間接熱交換式で用いる反応管
が不要になるため、燃料改質器が簡素化・小型化し、さ
らに、燃料改質器２２の側壁冷却に空気よりも伝熱特性
のよい蒸気４を用いることにより、さらに、燃料改質器
を小型化できるという効果を奏する。

【００４３】図６は、本発明の思想を適用した直接熱交
換式の燃料改質器２２の第１の実施の形態を示す。燃料
改質器２２内の入口部（上流部）には、バーナ２０を設
置し、その出口部（下流部）には、改質触媒２３を設置
する。また、燃料改質器２２内部の入口部から出口部に
かけて、円筒形状の燃料改質器２２と同心円上に円筒形
状の隔壁４１及び円筒形状の隔壁４２を設置する。（三
重円筒構造）燃料改質器２２の外壁と隔壁４１との間で
第１の流路２４（外周側）を形成し、隔壁４１と隔壁４
２との間で第２の流路２５（内周側）を形成する。そし
て、第１の流路２４には燃料２を導入し、第２の流路２
５には蒸気４を導入する。隔壁４１には、燃料２を第２
の流路２５中へ導入する導入孔を複数形成する。燃料改
質器２２の入口側（上流側）から出口側（下流側）に沿
って、隔壁４１の導入孔の径を徐々に大きくする。又
は、同径の導入孔であれば、燃料改質器２２の入口側か
ら出口側に沿って、隣接する導入孔の間隔を密にしても
よい。そして、蒸気４に比較して高圧の状態で供給され
た燃料２は、隔壁４１に形成された導入孔から第２の流
路２５に流入して、第２の流路２５内で蒸気４と混合す
る。そして、第２の流路２５内で生成した燃料２と蒸気
４の混合ガス（高湿分燃料）を燃料改質器２２内の中央
部に導入するために、隔壁４２にも導入孔を複数形成す
る。ただし、その隔壁４２の導入孔の径は、ガス流路
（燃料改質器２２の入口側から出口側）に沿って一定と
する。このような導入孔を形成することにより、バーナ
２０（燃料改質器２２の入口部）近傍では燃料２に対し
て蒸気４の流量割合の多い混合ガスを、また改質触媒２
３（燃料改質器２２の出口部）近傍では蒸気４に対して
燃料２の流量割合の多い混合ガスを燃料改質器２２内中
央部に導入することができる。つまり、下流側へ向かう
につれて、蒸気４に対する燃料２の流量割合を大きくす
る。これは、従来技術のように蒸気４と燃料２との流量
割合を一定にして燃料改質器２２内に導入すると、バー
ナ２０の火炎の近傍が高温になり、燃料改質器２２内に
導入した燃料２の一部がバーナ２０の排ガス中の余剰酸
素により燃焼し、燃料改質効率が低下することを防止す
る。バーナ２０の火炎近傍を、燃焼に関係しない蒸気４
で包み込むことにより無駄な燃料２の燃焼を抑制するこ
とができ、燃料改質効率を向上することができる。

【００４４】尚、第１の流路２４に導入される燃料２お
よび第２の流路２５に導入される蒸気４は何れも、通常
４００℃以下の温度であるため、燃料改質器２２内部の
高温（例えば、８００〜１０００℃）の燃焼ガスと接す
る側壁面の冷却媒体としての役割も果たす。尚、燃料改
質器２２内で燃料２と蒸気４とを混合せずに、燃料改質
器２２内導入前に予め燃料２と蒸気４とを混合して高湿
分燃料としてから、燃料改質器２２内へ導入してもよ
い。

【００４５】また、第１の流路２４には蒸気４を導入
し、第２の流路２５には燃料２を導入してもよい。

【００４６】図７に、本発明のガスタービン発電プラン
トの直接熱交換式の燃料改質器の第２の実施の形態を示
す。図７中、３５は蒸気４が流通する第１の流路、３６
は燃料２と蒸気４とが混合して得た混合ガスが流通する
第２の流路、３７及び３８は隔壁を示す。

【００４７】上記直接熱交換式の燃料改質器の第１の実
施の形態で示した燃料改質器２２が三重円筒構造（第１
の流路と第２の流路と燃料改質器２２内中央部）になっ
ているのに対し、直接熱交換式の燃料改質器の第２の実
施の形態の燃料改質器２２は、二重円筒構造として簡素
化してある。

【００４８】燃料改質器２２内の入口部には、バーナ２
０を設置し、その出口部には、改質触媒２３を設置す
る。また、燃料改質器２２内部の入口部から出口部にか
けて、円筒形状の燃料改質器２２と同心円上に円筒形状
の隔壁３７を設置する。さらに、燃料改質器２２の外壁
と隔壁３７との間に形成される流路を、円環状の隔壁３
８で軸方向に２分割する。燃料改質器２２の外壁と隔壁
３７との間に形成される流路のうち、隔壁３８で分割さ
れた上流側に第１の流路３５を形成し、隔壁３８で分割
された下流側に第２の流路２５を形成する。即ち、第１
の流路３５と第２の流路３６とを軸方向に対し直列に配
置する。そして、第１の流路３５には、蒸気４のみを導
入し、第２の流路３６には、蒸気４と燃料２とを混合し
て得た混合ガス（高湿分燃料）を導入する。第１の流路
３５及び第２の流路３６に導入した各種ガスを燃料改質
器２２内中央部へ導入するように、隔壁３７に導入孔を
複数設置する。このような第１の流路３５及び第２の流
路３６を形成することにより、バーナ２０（燃料改質器
２２の入口部）近傍では燃料２に対して蒸気４の流量割
合の多い混合ガスを、また改質触媒２３（燃料改質器２
２の出口部）近傍では蒸気４に対して燃料２の流量割合
の多い混合ガスを燃料改質器２２内中央部に導入するこ
とができる。

【００４９】図８に、本発明のガスタービン発電プラン
トの直接熱交換式の燃料改質器の第２の実施の形態の隔
壁３７の他の実施の形態の展開図を示す。図８中、３９
は燃料２が流通する第２の流路、４０は隔壁を示す。

【００５０】展開図上、隔壁４０をハの字に設置して、
第１の流路３５は、下流側へ向かうほど流路面積を縮小
するように形成し、第２の流路３９は、下流側へ向かう
ほど流路面積を拡大するように形成する。そして、第１
の流路３５には、蒸気４を導入し、第２の流路３９に
は、燃料２を導入する。このような第１の流路３５及び
第２の流路３９を形成することにより、バーナ２０近傍
では燃料２に対して蒸気４の流量割合の多い混合ガス
を、また改質触媒２３近傍では蒸気４に対して燃料２の
流量割合の多い混合ガスを燃料改質器２２内中央部に導
入することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、燃料を加熱した加熱媒
体を直接的に又は間接的にガスタービンへ供給すること
により、燃料の改質に利用した残りのエネルギーをガス
タービンの動力として回収し、ガスタービンに連結され
る発電機の出力を増加し、当該ガスタービン発電システ
ムの発電効率を向上するという効果を得る。

【００５２】又は、本発明によれば、圧縮機の下流側で
かつガスタービンの上流側に燃料改質器を配置すること
により、燃料改質器から排出される加熱媒体をガスター
ビンへ供給し、燃料の改質に利用した残りのエネルギー
をガスタービンの動力として回収し、ガスタービンに連
結される発電機の出力を増加し、当該ガスタービン発電
システムの発電効率を向上するという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン発電プラントの第１の実
施の形態の系統図。

【図２】本発明のガスタービン発電プラントの第２の実
施の形態の系統図。

【図３】本発明のガスタービン発電プラントの第３の実
施の形態の系統図。

【図４】本発明のガスタービン発電プラントの第４の実
施の形態の系統図。

【図５】本発明のガスタービン発電プラントの第５の実
施の形態の系統図。

【図６】本発明のガスタービン発電プラントの直接熱交
換式の燃料改質器の構成図。

【図７】本発明のガスタービン発電プラントの直接熱交
換式の燃料改質器の第２の実施の形態の構成図。

【図８】本発明のガスタービン発電プラントの直接熱交
換式の燃料改質器の第２の実施の形態の隔壁３７の他の
実施の形態の展開図。

【符号の説明】

１…空気、２…燃料、３，３４…改質燃料、４…蒸気、
５…圧縮空気、６…高温水、７…高湿分圧縮空気、８，
３２…燃焼排ガス、９…燃焼ガス、１０…発電機、１１
…圧縮機、１２…燃焼器、１３…ガスタービン、１４…
排熱回収ボイラ、１５…給水加熱器、１６…水回収装
置、１７…給水ポンプ、１８…ガスタービン排ガス、１
９…排ガス、２０…バーナ、２１，２２，３３…燃料改
質器、２３…改質触媒、２４，３５…第１の流路、２
５，３６，３９…第２の流路、２６…蒸気調整弁、２
７，２９…温度検出器、２８…蒸気調整弁、３０…ター
ビンロータ、３１…高湿分燃料、３７，３８，４０，４
１，４２…隔壁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気を圧縮する圧縮機と、燃料を加熱して
改質する燃料改質器と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空
気と前記燃料改質器で改質された改質燃料とを燃焼して
燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃
焼ガスにより駆動するガスタービンと、前記ガスタービ
ンに連結されて発電する発電機とを有するガスタービン
発電プラントにおいて、前記燃料改質器で前記燃料を加熱した加熱媒体を、直接
的に又は間接的に前記ガスタービンへ供給することを特
徴とするガスタービン発電プラント。
【請求項２】前記加熱媒体を、前記燃焼ガスと共に、前
記ガスタービンへ供給することを特徴とする上記請求項
１に記載のガスタービン発電プラント。
【請求項３】前記加熱媒体を、前記燃焼器を介して、前
記ガスタービンへ供給することを特徴とする上記請求項
１に記載のガスタービン発電プラント。
【請求項４】前記燃料改質器は、前記燃料を８００℃〜
１０００℃に加熱することを特徴とする上記請求項１に
記載のガスタービン発電プラント。
【請求項５】空気を圧縮する圧縮機と、燃料を改質する
燃料改質器と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気と前記
燃料改質器で改質された改質燃料とを燃焼して燃焼ガス
を発生する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスに
より駆動するガスタービンと、前記ガスタービンに連結
されて発電する発電機とを有するガスタービン発電プラ
ントにおいて、前記燃料改質器は、前記圧縮機の下流側で、かつ、前記
ガスタービンの上流側に位置することを特徴とするガス
タービン発電プラント。