JPH11324714A - ガスタービンプラントおよびその運転方法 - Google Patents

ガスタービンプラントおよびその運転方法

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JPH11324714A
JPH11324714A JP10127708A JP12770898A JPH11324714A JP H11324714 A JPH11324714 A JP H11324714A JP 10127708 A JP10127708 A JP 10127708A JP 12770898 A JP12770898 A JP 12770898A JP H11324714 A JPH11324714 A JP H11324714A
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JP
Japan
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fuel
gas turbine
calorific value
gas
gasified
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JP10127708A
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Masahiko Yamada
正彦 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱量の低いガス化燃料であっても安定燃焼を
行わせるとともに、ガス化燃料のエネルギをより一層多
くの動力源として活用させるガスタービンプラントおよ
びその運転方法を提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービンプラントは、ガ
ス精製装置25からガスタービン17に供給するガス化
燃料の発熱量を検出し、検出したガス化燃料の発熱量が
予め定められた発熱量下限値よりも下廻ったとき、高発
熱量燃料供給部19からの燃料をガスタービン燃焼器1
7に供給する高発熱量用燃料弁22を開閉制御させる制
御演算器31を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体燃料または固
体燃料をガス化し、ガス化燃料をガスタービン燃焼器に
供給する際、ガス化燃料に安定燃焼させるガスタービン
プラントおよびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高カロリーながら不純物を多く含む石炭
や重質油等の燃料を、ガス化燃料精製部で部分酸化させ
て一酸化炭素や水素等のガス化燃料に精製し、さらにガ
ス化燃料に含まれている有害物質を取り除いてクリーン
なガス化燃料に精製し、そのガス化燃料をガスタービン
燃焼器に供給し、ガスタービン駆動用としての燃焼ガス
を生成するガスタービンプラントが実用化されている。
【0003】このガスタービンプラントは、図7に示す
ように、電力発生部1にガス化燃料精製部2を組み合せ
た構成になっている。
【0004】電力発生部1は、発電機3、空気圧縮機
4、ガスタービン燃焼器5、ガスタービン6、高発熱量
燃料供給装置7を備え、空気圧縮機4で吸い込んだ大気
を圧縮して高圧空気にし、その高圧空気を高発熱量燃料
供給装置7からの例えば軽油等の燃料F1 またはガス化
燃料精製部2からのガス化燃料F2 とともにガスタービ
ン燃焼器5に供給し、ここでガスタービン駆動用として
の燃焼ガスを生成し、燃焼ガスをガスタービン6で膨張
仕事をさせ、膨張仕事の際に発生する回転トルクで発電
機3および空気圧縮機4を駆動し、電力を発生させる構
成になっている。
【0005】また、ガス化燃料精製部2は、昇圧機8、
ガス化炉9、ガス精製装置10、フレアスタック11を
備え、ガス化炉9に燃料として、例えば石炭を投入し、
ガス化剤(酸化剤)として、例えば空気圧縮機4から抽
気した高圧空気を昇圧機8で再び高圧化した高圧空気を
投入してガス化燃料を精製し、さらに、ガス精製装置1
0で有害物質を取り除き、クリーンなガス化燃料F2
してガスタービン燃焼器5に供給する構成になってい
る。なお、ガス化燃料精製部2は、起動運転時、精製さ
れるガス化燃料F2 の発熱量が低いのでフレアスタック
11で焼却廃棄される。
【0006】このような構成を備えたガスタービンプラ
ントにおいて、高発熱量燃料供給装置7およびガス化燃
料精製部2のそれぞれからガスタービン燃焼器5に投入
する燃料F1 およびガス化燃料F2 は、図8に示す燃料
投入スケジュールになっている。ここで、図8中、縦軸
は、高発熱量燃料供給装置7からガスタービン燃焼器5
に供給する燃料F1 の流量指標、ガス精製装置10から
ガスタービン燃焼器5に供給するガス化燃料F2 の流量
指標、ガス精製装置10からフレアスタック11に供給
するガス燃料F2 の流量指標、およびガス精製装置10
で精製するガス化燃料F2 の時間の経過とともに増加す
る発熱量指標のそれぞれを対比させて表わし、また、横
軸は、時間を表している。但し、時間はリニアではな
い。
【0007】起動運転時、ガスタービンプラントは、図
8に示すように、先ず、高発熱量燃料供給装置7からガ
スタービン燃焼器5に高発熱量の燃料F1 を投入し、保
炎(火種)としての燃焼ガスを生成する。その際、ガス
タービンプラントは、空気圧縮機4からの抽気を昇圧機
8を介して石炭とともにガス化炉9に供給し、ここでガ
ス化燃料F2 を精製し、さらにガス精製装置10でクリ
ーンなガス化燃料F2に精製する。
【0008】しかし、このクリーンなガス化燃料F
2 は、起動運転当初、発熱量が低いので、図8の破線で
示す流量指標でフレアスタック11に供給されて焼却廃
棄される。
【0009】ガス精製装置10から精製されるクリーン
なガス化燃料F2 が予め定められた発熱量になると、ガ
スタービンプラントは、ガス精製装置10にガスタービ
ン燃焼器5へのガス化燃料F2 の供給を開始させ、この
間、配管のウォーミングを兼ねて一旦ホールドさせた
後、ガス化燃料F2 のガスタービン燃焼器5への供給量
を増加させている。
【0010】ガス化燃料F2 のガスタービン燃焼器5へ
の供給量の増加に伴って、ガスタービンプラントは、ガ
ス精製装置10からフレアスタック11へのガス化燃料
2の供給を断つとともに、高発熱量燃料供給装置7か
らガスタービン燃焼器5への燃料F1 の供給も断ってい
る。
【0011】このように、従来のガスタービンプラント
では、起動運転時、またはガスタービン負荷運転中、ガ
ス精製装置10で精製したクリーンなガス化燃料F2
発熱量が低いことも手伝ってフレアスタック11でガス
化燃料F2 を焼却させ、ガス化燃料F2 が予め定められ
た発熱量になるまで高発熱量燃料供給装置7からの燃料
1 で補完させ、保炎を兼ねてガスタービン駆動用の燃
焼ガスを生成していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ガス化燃料にする原料
には、石炭や重質油のほかに、可燃ゴミなどの廃棄物を
用いることも考えられるが、廃棄物は、発生するガスの
発熱量が低く、またその集積量が季節、曜日等の時間的
要因に支配され、さらにロットの収集地域等の空間的要
因で大きく変動する不具合がある。さらに、空気吹きの
ガス化炉を用いた場合、発熱量の低い燃料では、ガスタ
ービン燃焼器5で完全燃焼しにくく、未燃の一酸化炭素
の排出量が多くなる問題点がある。さらにまた、酸素吹
きのガス化炉を用いた場合、酸素製造装置で副生物とし
て生成される余剰窒素を、出力増加やサーマルNOx低
減のためにガスタービン燃焼器5に投入すると、発熱量
が低下したとき不安全燃焼して一酸化炭素の発生や出力
および効率低下の問題点がある。
【0013】他方、石炭や重質油等の燃料を用いた場合
でも、その種類によっては発熱量が低くなることがあ
り、上述と同様な問題が発生するほか、高い発熱量が得
られる燃料でも起動運転時、ガス化燃料の発熱量が低い
だけでなく、配管が冷えているため、燃料に含まれる水
分がドレンとなり、さらにガスタービン燃焼器5で燃え
にくくなっている。このため、フレアスタック11で燃
料を焼却させる手段を採っているが、フレアスタック1
1の排気は、排煙脱硝装置を通過しないのでNOx排出
濃度が高く、また、その間の燃料の持つエネルギが動力
として回収されないため、プラント熱効率が低下し、同
時に地球温室効果の要因となる二酸化炭素の排出増加に
つながる等の問題点がある。
【0014】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、起動運転時、またはガスタービン負荷運転
中、発熱量に変動があってもガス化燃料に安定燃焼を行
わせるとともに、ガス化燃料のエネルギをより一層多く
の動力源として活用させるガスタービンプラントおよび
その運転方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ンプラントは、上記目的を達成するために、請求項1に
記載したように、電力発生部に、高発熱量燃料供給部と
ガス化燃料精製部とを組み合せたガスタービンプラント
において、上記ガス化燃料精製部のガス精製装置から上
記電力発生部のガスタービン燃焼器に供給するガス化燃
料の発熱量を検出し、検出した発熱量が予め定められた
発熱量下限値より下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給
部からの燃料を高発熱量用燃料弁を介して上記ガスター
ビン燃焼器に供給するとともに、上記高発熱量用燃料弁
に上記燃料の流量を制御させる制御演算器を設けたもの
である。
【0016】本発明に係るガスタービンプラントは、上
記目的を達成するために、請求項2に記載したように、
電力発生部に、高発熱量燃料供給部とガス化燃料精製部
とを組み合せたガスタービンプラントにおいて、上記ガ
ス化燃料精製部のガス精製装置から上記電力発生部のガ
スタービン燃焼器に供給するガス化燃料の発熱量が予め
定められた発熱量下限値よりも下廻ったとき、上記高発
熱量燃料供給部からの燃料を高発熱量用燃料弁を介して
上記ガスタービン燃焼器に供給するとともに、上記ガス
化燃料の流量信号と、上記電力発生部のガスタービンの
排ガス温度と、上記電力発生部の発電機からの出力信号
とのうち、少なくとも二つ以上の信号に基づいて、上記
高発熱量用燃料弁に上記燃料の流量を制御させる制御演
算器を設けたものである。
【0017】本発明に係るガスタービンプラントは、上
記目的を達成するために、請求項3に記載したように、
制御演算器に、発熱量下限値として800kcal/kgの発
熱量を設定したものである。
【0018】本発明に係るガスタービンプラントは、上
記目的を達成するために、請求項4に記載したように、
制御演算器に、ガス化燃料精製部のガス精製装置から電
力発生部のガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料の
流量を制限する流量上限値を設定したものである。
【0019】本発明に係るガスタービンプラントは、上
記目的を達成するために、請求項5に記載したように、
制御演算器に設定した流量上限値は、800kcal/kgの
発熱量に相当する流量であることを特徴とするものであ
る。
【0020】また、本発明に係るガスタービンプラント
は、上記目的を達成するために、請求項6に記載したよ
うに、電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガス化燃料
精製部のガス精製装置からのガス化燃料および高発熱量
燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料のうち、
少なくとも一方の燃料を供給するガスタービンプラント
の運転方法において、上記ガス精製装置から上記ガスタ
ービン燃焼器に供給するガス燃料の発熱量が800kcal
/kgを下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給装置からの
燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給方法である。
【0021】本発明に係るガスタービンプラントの運転
方法は、上記目的を達成するために、請求項7に記載し
たように、電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガス化
燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および高発
熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料のう
ち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービンプラ
ントの運転方法において、上記電力発生部のガスタービ
ンからの排ガス温度と、上記電力発生部の発電機からの
出力と、上記ガス精製装置から上記ガスタービン燃焼器
に供給するガス化燃料の流量とに基づいてガス化燃料の
発熱量を算出し、算出したガス化燃料の発熱量が800
kcal/kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱量燃
料供給装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給
する方法である。
【0022】本発明に係るガスタービンプラントの運転
方法は、上記目的を達成するために、請求項8に記載し
たように、電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガス化
燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および高発
熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料のう
ち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービンプラ
ントの運転方法において、上記電力発生部のガスタービ
ンからの排ガス温度と上記電力発生部の発電機からの出
力に基づいて上記ガスタービン燃焼器への入熱量を算出
し、算出した入熱量を、上記ガスタービン燃焼器に供給
するガス化燃料の流量で除してそのガス化燃料の発熱量
を算出し、算出したガス化燃料の発熱量が800kcal/
kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給
装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給する方
法である。
【0023】本発明に係るガスタービンプラントの運転
方法は、上記目的を達成するために、請求項9に記載し
たように、電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガス化
燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および高発
熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料のう
ち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービンプラ
ントの運転方法において、上記ガス化燃料および上記燃
料の両方を上記ガスタービン燃焼器に供給する際、両方
の燃料による合計入熱量を両方の燃料の合計質量流量で
除して算出した換算燃料発熱量が800kcal/kgの発熱
量を下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給装置からの燃
料を上記ガスタービン燃焼器に供給する方法である。
【0024】本発明に係るガスタービンプラントの運転
方法は、上記目的を達成するために、請求項10に記載
したように、電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガス
化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および高
発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料の
うち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービンプ
ラントの運転方法において、上記ガス精製装置から上記
ガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料に流量上限値
を設定し、この流量上限値に相当する発熱量が800kc
al/kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱量燃料
供給装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給す
る燃料を供給する方法である。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
プラントおよびその運転方法の実施形態を図面および線
図を引用して説明するが、その説明に先立ち、液体燃料
または固体燃料をガス化し、そのガス化燃料をガスター
ビン燃焼器に投入する場合、起動運転時または負荷運転
中、ガス化燃料の燃焼状態が不安定になっていることに
基づき、発明者は、ガス化燃料の燃焼状態が不安定にな
る要因としての発熱量がどの程度であるかを実験により
確認を行った。
【0026】発明者の実験によれば、ガスタービン燃焼
器の燃焼ガス出口温度を、予め設定した温度、例えば1
300℃に設定し、この設定温度を基にガス化燃料の発
熱量を変化させたところ、図6に示すように、発熱量8
00kcal/kg以下で未燃部分としての一酸化炭素が急激
に発生することが認められた。
【0027】この実験結果は、日本機械学会論文集(B
編)56巻530号に発表してある。
【0028】この実験結果に基づき、発明者は、ガスタ
ービン燃焼器に投入するガス化燃料の発熱量が起動運転
中または負荷運転中に、発熱量800kcal/kg以下にな
っても安定した燃焼ガスを確保できるように創意工夫を
加えて発明をしたものである。
【0029】図1は、本発明に係るガスタービンプラン
トの第1実施形態を示す概略系統図である。
【0030】本実施形態に係るガスタービンプラント
は、電力発生部12に、高発熱量燃料供給部13および
ガス化燃料精製部14を組み合せた構成になっている。
【0031】電力発生部12は、発電機15、空気圧縮
機16、ガスタービン燃焼器17、ガスタービン18を
備え、空気圧縮機16で吸い込んだ大気を圧縮して高圧
空気にし、その高圧空気を高発熱量燃料供給部13から
の、例えば軽油等の燃料F1またはガス化燃料精製部1
4からのガス化燃料F2 とともにガスタービン燃焼器1
7に供給し、ここでガスタービン駆動用としての燃焼ガ
スを生成し、燃焼ガスをガスタービン18で膨張仕事を
させ、膨張仕事の際に発生する回転トルクで発電機15
および空気圧縮機16を駆動し、電力を発生させる構成
になっている。
【0032】また、高発熱量燃料供給部13は、高発熱
量燃料供給装置19からのガスタービン燃焼器17に、
例えば軽油等の高発熱量の燃料F1 を供給する高発熱量
燃料系20を備えるとともに、この高発熱量燃料系20
に、流量計21、高発熱量用燃料弁22を備え、ガス化
燃料精製部14からガスタービン燃焼器17に供給する
ガス化燃料F2 の発熱量が不足しているとき補完する構
成になっている。
【0033】また、ガス化燃料精製部14は、昇圧機2
3、ガス化炉24、ガス精製装置25、フレアスタック
26を備えるとともに、ガス化燃料供給系27に、発熱
量計28、ガス化燃料用調整弁29および流量計30を
備え、ガス化炉24に燃料として、例えば石炭を投入
し、ガス化剤(酸化剤)として、例えば空気圧縮機16
から抽気した高圧空気を昇圧機23で再び高圧化した高
圧空気を投入してガス化燃料を精製し、さらにガス精製
装置25で有害物質を取り除き、クリーンなガス化燃料
2 としてガス化燃料供給系27のガス化燃料用調整弁
29を介してガスタービン燃焼器17に供給する構成に
なっている。
【0034】また、ガスタービンプラントは、高発熱量
燃料系20の高発熱量用燃料弁22に制御演算器31を
設け、高発熱量燃料系20の発熱量計28からの発熱量
検出信号、流量計30からのガス化燃料流量検出信号お
よび高発熱量燃料系20の流量計21からの高発熱量燃
料流量検出信号のうち、少なくとも二つ以上の信号に基
づいて制御演算器31で弁開閉信号を演算させ、その演
算信号を高発熱量用燃料弁22に与えて高発熱量用燃料
弁22を開閉制御する構成になっている。なお、制御演
算器31は、ガスタービン負荷運転中、予め定められた
負荷に沿って負荷上昇するように負荷設定信号が入力さ
れており、この負荷設定信号に沿ってガス精製装置25
からガス化燃料供給系27を介してガスタービン燃焼器
17に供給されるガス化燃料F2 の流量を制御してい
る。
【0035】次に、本発明に係るガスタービンプラント
の運転方法を説明する。
【0036】ガスタービンプラントは、図1で示した制
御演算器31に入力されている負荷設定信号に沿ってガ
スタービン負荷を、図3に示す破線のように増加させ、
点Pで定格負荷に至らしめている。
【0037】また、制御演算器31は、図3に示すよう
に、ガス化燃料F2 の発熱量下限値、具体的には800
kcal/kgの指標が設定されている。なお、図3中、縦軸
は、ガス化精製装置25からガスタービン燃焼器17に
供給するガス化燃料F2 の流量指標、ガス精製装置25
で精製するガス化燃料F2 の発熱量指標および高発熱量
燃料供給装置19からガスタービン燃焼器17に供給す
る燃料F1 の流量指標のそれぞれを対比させて表わし、
また横軸は、時間を表している。但し、時間はリニアで
はない。また、図3は、ガスタービン起動運転時を省略
し、ガスタービン中間負荷から定格負荷運転までを示し
ている。
【0038】このように、ガスタービンプラントは、図
3に示す破線に沿ってガスタービン負荷を増加させ、こ
れに伴ってガス精製装置25からガスタービン燃焼器1
7に供給するガス化燃料F2 を増加させているが、ガス
化燃料F2 の発熱量が何らかの事情で予め定められた発
熱量下限値を下廻ることが往々にしてある。また、ガス
タービン負荷が定格に入っても、このような現象を発生
させることがある。この場合、制御演算器31は、ガス
化燃料供給系27の発熱量計28からの発熱量検出信号
を予め定めた発熱量下限値に突き合せ、偏差が出ると、
その偏差を基に弁開閉信号を演算し、その演算信号を高
発熱量燃料系20の高発熱量用燃料弁22に与え、高発
熱量燃料弁22を開先させ、高発熱量燃料供給装置19
からの燃料F1 を高発熱量用燃料系20を介してガスタ
ービン燃焼器17に供給し、上述ガス化燃料F2 の発熱
量が予め定められた発熱量下限値を下廻った分だけ補完
するようになっている。
【0039】したがって、本実施形態では、ガスタービ
ン中間負荷運転中、または定格運転中、ガス精製装置2
5からガスタービンに供給されるガス化燃料F2 の発熱
量が予め定められた発熱量下限値を下廻っても高発熱量
燃料供給装置19からの燃料F1 をガスタービン燃焼器
17に供給して補完させるので、ガス化燃料F2 の発熱
量を高めることができ、ガスタービン燃焼器17でガス
化燃料F2 の安定燃焼を行わせることができる。なお、
本実施形態は、起動運転中、ガス化燃料F2 が予め定め
られた発熱量下限値を下廻った場合にも適用される。
【0040】すなわち、図4は、起動運転時、高発熱量
燃料供給装置19およびガス化精製装置25のそれぞれ
からガスタービン燃焼器17に投入する燃料F1 および
ガス化燃料F2 の燃料投入スケジュールを示したもので
あるが、本実施形態では、ガス精製装置25からガスタ
ービン燃焼器17に供給されるガス化燃料F2 が予め定
められた発熱量下限値を超えるまで高発熱量燃料供給装
置19からの燃料F1をガスタービン燃焼器17に供給
することによりガス化燃料F2 の発熱量不足を補完し、
ガス化燃料F2 をフレアスタック26で焼却廃棄させな
いようにしている。
【0041】このように、本実施形態では、ガス化燃料
2 の発熱量不足を燃料F1 で補完させ、ガス化燃料F
2 をフレアスタック26で焼却廃棄させない手段を講じ
ているので、ガス化燃料の持つエネルギをより一層多く
の動力源として活用することができ、プラント熱効率を
向上させることができる。
【0042】ところで、発明者の実験によれば、ガス化
燃料F2 の発熱量が低い場合であっても下記の式(1)
に示すように、ガス化燃料F2 とともに、高発熱量燃料
供給装置19からの燃料F1 をガスタービン燃焼器17
に供給すれば、ガス化燃料F2 は、安定燃焼することが
認められた。
【0043】
【数1】 ここで、Qhは、燃料F1 の発熱量(kcal/kg)、Gh
は、燃料F1 の質量流量(kg/s)、Qlは、ガス化燃
料F2 の発熱量(kcal/kg)、Glは、ガス化燃料F2
の質量流量(kg/s)をそれぞれ示す。
【0044】上式(1)は、発明者の実験データを基に
考察した結果、算出したものである。
【0045】上式(1)の持つ意義は、発熱量の低いガ
ス化燃料F2 と、発熱量の高い燃料F1 とのそれぞれの
流量が混合したと見做した場合の発熱量(以下換算燃料
発熱量と記す)が800kcal/kgを超えていれば、ガス
化燃料F2 が実質的に安定燃焼することを意味してい
る。
【0046】この発明者の創意工夫に基づき、ガスター
ビンプラントは、上式(1)を満たすように、ガス精製
装置25からガスタービン燃焼器17に供給するガス化
燃料F2 の流量と、高発熱量燃料供給装置19からガス
タービン燃焼器17に供給する燃料F1 の流量とを制御
演算器31で制御させるようになっている。
【0047】すなわち、制御演算器31は、ガス化燃料
供給系27の流量計30からのガス化燃料流量信号と高
発熱量燃料系20の流量計21からの燃料流量信号とか
ら上式(1)に基づいて演算し、その演算信号を予め定
めた発熱量下限値に突き合せ、換算燃料発熱量が800
kcal/kgを満たしていない場合、その偏差を基に弁開閉
信号を演算し、その演算信号を高発熱量燃料系20の高
発熱量用燃料弁22に与え、高発熱量用燃料弁22を弁
増開させ、高発熱量燃料供給装置19からの燃料F1
増量させて高発熱量燃料系20を介してガスタービン燃
焼器17に供給し、上述ガス化燃料F2 の発熱量が予め
定められた発熱量下限値を下廻った分だけ補完するよう
になっている。なお、この実施形態では、図1に示した
ガス化燃料供給系27の発熱量計28は使用されない。
【0048】このように、本実施形態では、制御演算器
31に、発明者が実験データに基づいて算出した上式
(1)を組み込み、流量計21からの燃料流量検出信号
と、流量計30からのガス化燃料流量検出信号とで上式
(1)を用いて演算し、換算燃料発熱量が800kcal/
kgを満たしていないとき、高発熱量用燃料弁22を弁増
開させて、高発熱量燃料供給装置19から高発熱量燃料
系20を介してガスタービン燃焼器17に燃料F1 を増
量して供給し、ガス化燃料F2 の発熱量不足分を補完す
るので、ガスタービン燃焼器17でガス化燃料F2 に安
定燃焼を行わせることができる。なお、本実施形態は、
図4に示す起動運転中、換算燃料発熱量が予め定められ
た発熱量下限値を下廻った場合にも適用される。
【0049】図2は、本発明に係るガスタービンプラン
トの第2実施形態を示す概略系統図である。なお、第1
実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一
符号を付す。
【0050】本実施形態に係るガスタービンプラント
は、図1で示した第1実施形態の発熱量計28がガス化
燃料F2 の発熱量を検出する際、その分析応答性や長期
的使用の安定性に対し、今一つ欠けている点、保炎を確
保させる発熱量のレンジが狭い点等を考慮したもので、
発電機15に出力計32を、ガスタービン18の出口側
に温度計33をそれぞれ設けるとともに、出力計32か
らの出力検出信号、温度計33からのガスタービン排ガ
ス温度検出信号、高発熱量燃料系20の流量計21から
の燃料F1 の流量検出信号およびガス化燃料供給計27
の流量計30からのガス化燃料F2 の流量検出信号のう
ち少なくとも二つ以上の信号に基づいて弁開閉信号を演
算し、その演算信号を高発熱量燃料系20の高発熱量用
燃料弁22に与えて高発熱量用燃料弁22を開閉制御さ
せる制御演算器34を設けたものである。つまり、本実
施形態では、第1実施形態で示したガス化燃料F2 の発
熱量を検出する発熱量計28を、発電機15の出力を検
出する出力計32およびガスタービン排ガスの温度を検
出する温度計33に置き換え、ガス精製装置25からガ
スタービン燃焼器17に投入するガス化燃料F2 の流量
から逆算してその発熱量を算出し、算出した発熱量を、
予め定められた発熱量下限値を超えるようにガス化燃料
2 の流量を制御し、ガスタービン燃焼器17に安定し
た燃焼ガスを生成させたものである。
【0051】一般に、ガスタービンプラントは、大気圧
と吸気案内翼(図示せず)の角度が決まれば空気圧縮機
16で吸い込む空気流量がほぼ決まるので、空気圧縮機
16で吸い込む空気流量に、ガス精製装置25からガス
タービン燃焼器17に供給するガス化燃料F2 の投入燃
料流量を加え、さらに空気圧縮機15からガス化炉24
に供給する空気抽気流量を引くと、ガスタービン18か
ら出る排ガスの流量が決まり、吸い込む空気の温度と排
ガスの温度とから排ガスの熱量が算出できるようになっ
ている。
【0052】また、ガスタービンプラントは、算出した
排ガスの熱量と発電機15からの出力とを合計するとガ
スタービン燃焼器17への入力熱量が求められるので、
この入熱量をガス精製装置25からガスタービン燃焼器
17に供給するガス化燃料F2 の投入燃料流量で割る
と、ガス化燃料F2 の発熱量を算出することができる。
【0053】本実施形態は、このような点に着目したも
ので、発電機15の出力計32からの出力検出信号と、
ガスタービン18の温度計33からの排ガス温度検出信
号とを制御演算器34に入力し、ここでガス化燃料F2
の発熱量を演算し、演算したガス化燃料F2 の発熱量を
予め定められた発熱量に突き合せ、偏差が出ると、偏差
に基づいて弁開閉信号を演算し、演算信号を高発熱量燃
料系20の高発熱量用燃料弁22に与えて高発熱量用燃
料弁22を開弁させ、高発熱量燃料供給装置19からガ
スタービン燃焼器17に供給する燃料F1 でガス化燃料
2 の発熱量不足分を補完している。
【0054】したがって、本実施形態では、第1実施形
態で示したガス化燃料供給系27の発熱量計28を、発
電機15の出力計32およびガスタービン18の出口側
の温度計33に置き換えてもガス化燃料F2 の発熱量を
的確に算出することができるので、ガスタービン燃焼器
17でガス化燃料F2 に安定燃焼を行わせることができ
る。
【0055】ところで、上述したガスタービンプラント
の運転方法は、発明者の実験結果に基づく図6に示す線
図よりなされたものである。しかし、図6に示す線図
は、ガスタービン定格負荷運転時のみのデータである。
【0056】このため、発明者は、さらに実験を重ね、
ガスタービン中間負荷運転時におけるガス化燃料F2
発熱量と安定燃焼との因果関係の究明を行った。
【0057】ガスタービン中間負荷運転時における発明
者の観察によれば、ガス化燃料F2は、その燃焼の際、
ガスタービン定格負荷運転時に較べて空燃比が低く、酸
素濃度が高くなっているため、低い発熱量であっても安
定燃焼していることが認められた。
【0058】この知見に基づき、本実施形態に係るガス
タービンプラントの運転方法では、図2で示すガス精製
装置25からガス化燃料供給系27を介してガスタービ
ン燃焼器17に供給するガス化燃料F2 に、図5に示す
ように、流量上限値を設け、流量上限値の下、ガス化燃
料F2 に安定燃焼を行わせたものである。この流量上限
値は、ガスタービン定格負荷運転時におけるガス化燃料
2 に安定燃焼を行わせる際に必要な、例えば800kc
al/kgの発熱量に相当する流量である。また、この流量
上限値を設定する演算回路(図示せず)は、図2に示し
た制御演算器34に組み込まれている。したがって、ガ
ス化燃料F2 が上述の流量上限値を超えた場合、超えた
ガス化燃料流量分だけ制御演算器34によりカットされ
る。なお、図5中、縦軸は、図3と同様に、ガス精製装
置25からガスタービン燃焼器17に供給するガス化燃
料F2 の流量指標、ガス精製装置25で精製するガス化
燃料F2 の発熱量指標および高発熱量燃料供給装置19
からガスタービン燃焼器17に供給する燃料F1 の流量
指標のそれぞれを対比させて表わし、また横軸は、時間
を表している。但し、時間はリニアではない、また、図
5は、ガスタービン起動運転時を省略し、ガスタービン
中間負荷から定格負荷運転までを示しており、点Pはガ
スタービン定格負荷運転になったことを示している。
【0059】このように、本実施形態では、図2で示す
ガス精製装置25からのガス化燃料供給系27を介して
ガスタービン燃焼器17に供給するガス化燃料F2 に流
量上限値を設け、ガス化燃料F2 に安定燃焼を行わせて
いるので、不必要にガス化燃料F2 の流量を消費させる
ことがなく、プラント熱効率を向上させることができ
る。
【0060】なお、ガスタービン中間負荷運転中または
ガスタービン定格負荷運転中、ガス化燃料F2 が何らか
の事情で流量上限値に相当する、例えば800kcal/kg
の発熱量よりも下廻った場合、ガスタービンプラント
は、図2で示した実施形態と同様に、制御演算器34の
演算信号により高発熱量燃料系20の高発熱量用燃料弁
22を開弁させ、ガス精製装置25からのガス化燃料F
2 と高発熱量燃料供給装置19からの燃料F1 とで混焼
焚を行う。
【0061】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るガス
タービンプラントおよびその運転方法は、ガス化燃料精
製部からガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料が予
め定められ発熱量下限値を下廻る場合、高発熱量燃料供
給部からの発熱量の高い燃料で補完させるので、発熱量
の低いガス化燃料であっても安定燃焼させることができ
る。
【0062】その際、発熱量の低いガス化燃料をフレア
スタックで焼却廃棄させることがないので、ガス化燃料
の持つエネルギをより一層多くの動力源として活用する
ことができ、プラント熱効率を向上させることができ
る。
【0063】また、本発明に係るガスタービンプラント
およびその運転方法は、ガス化燃料精製部からガスター
ビン燃焼器に供給するガス化燃料の流量に、ガス化燃料
の安定燃焼を行わせるに必要な発熱量に相当する流量上
限値を設けているので、不必要にガス化燃料の流量を消
費させることがなく、プラント熱効率を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスタービンプラントの第1実施
形態を示す概略系統図。
【図2】本発明に係るガスタービンプラントの第2実施
形態を示す概略系統図。
【図3】本発明に係るガスタービンプラントの運転方法
に用いるガスタービン中間負荷運転時および定格負荷運
転時におけるガスタービン燃焼器への燃料投入量線図。
【図4】本発明に係るガスタービンプラントの運転方法
に用いるガスタービン起動運転時におけるガスタービン
燃焼器への燃料投入量線図。
【図5】本発明に係る別のガスタービンプラントの運転
方法に用いるガスタービン中間負荷運転時および定格負
荷運転時におけるガスタービン燃焼器への燃料投入量線
図。
【図6】本発明に係るガスタービンプラントおよびその
運転方法に用いる一酸化炭素濃度とガス化燃料発熱量と
の関係からガス化燃料の安定燃焼範囲を示す線図。
【図7】従来のガスタービンプラントを示す概略系統
図。
【図8】従来のガスタービン起動運転時におけるガスタ
ービン燃焼器への燃料投入量線図。
【符号の説明】
1 電力発生部 2 ガス化燃料精製部 3 発電機 4 空気圧縮機 5 ガスタービン燃焼器 6 ガスタービン 7 高発熱量燃料供給装置 8 昇圧機 9 ガス化炉 10 ガス精製装置 11 フレアスタック 12 電力発生部 13 高発熱量燃料供給部 14 ガス化燃料精製部 15 発電機 16 空気圧縮機 17 ガスタービン燃焼器 18 ガスタービン 19 高発熱量燃料供給装置 20 高発熱量燃料系 21 流量計 22 高発熱量用燃料弁 23 昇圧機 24 ガス化炉 25 ガス精製装置 26 フレアスタック 27 ガス化燃料供給系 28 発熱量計 29 ガス化燃料用調整弁 30 流量計 31 制御演算器 32 出力計 33 温度計 34 制御演算器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力発生部に、高発熱量燃料供給部とガ
    ス化燃料精製部とを組み合せたガスタービンプラントに
    おいて、上記ガス化燃料精製部のガス精製装置から上記
    電力発生部のガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料
    の発熱量を検出し、検出した発熱量が予め定められた発
    熱量下限値より下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給部
    からの燃料を高発熱量用燃料弁を介して上記ガスタービ
    ン燃焼器に供給するとともに、上記高発熱量用燃料弁に
    上記燃料の流量を制御させる制御演算器を設けたことを
    特徴とするガスタービンプラント。
  2. 【請求項2】 電力発生部に、高発熱量燃料供給部とガ
    ス化燃料精製部とを組み合せたガスタービンプラントに
    おいて、上記ガス化燃料精製部のガス精製装置から上記
    電力発生部のガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料
    の発熱量が予め定められた発熱量下限値よりも下廻った
    とき、上記高発熱量燃料供給部の燃料を高発熱量用燃料
    弁を介して上記ガスタービン燃焼器に供給するととも
    に、上記ガス化燃料の流量信号と、上記電力発生部のガ
    スタービンの排ガス温度と、上記電力発生部の発電機か
    らの出力信号とのうち、少なくとも二つ以上の信号に基
    づいて、上記高発熱量用燃料弁に上記燃料の流量を制御
    させる制御演算器を設けたことを特徴とするガスタービ
    ンプラント。
  3. 【請求項3】 制御演算器に、発熱量下限値として80
    0kcal/kgの発熱量を設定したことを特徴とする請求項
    1または2記載のガスタービンプラント。
  4. 【請求項4】 制御演算器に、ガス化燃料精製部のガス
    精製装置から電力発生部のガスタービン燃焼器に供給す
    るガス化燃料の流量を制限する流量上限値を設定したこ
    とを特徴とする請求項2記載のガスタービンプラント。
  5. 【請求項5】 制御演算器に設定した流量上限値は、8
    00kcal/kgの発熱量に相当する流量であることを特徴
    とする請求項4記載のガスタービンプラント。
  6. 【請求項6】 電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガ
    ス化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および
    高発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料
    のうち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービン
    プラントの運転方法において、上記ガス精製装置からガ
    スタービン燃焼器に供給するガス燃料の発熱量が800
    kcal/kgを下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給装置か
    らの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給することを特
    徴とするガスタービンプラントの運転方法。
  7. 【請求項7】 電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガ
    ス化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および
    高発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料
    のうち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービン
    プラントの運転方法において、上記電力発生部のガスタ
    ービンからの排ガス温度と、上記電力発生部の発電機か
    らの出力と、上記ガス精製装置から上記ガスタービン燃
    焼器に供給するガス化燃料の流量とに基づいてガス化燃
    料の発熱量を算出し、算出したガス化燃料の発熱量が8
    00kcal/kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱
    量燃料供給装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に
    供給することを特徴とするガスタービンプラントの運転
    方法。
  8. 【請求項8】 電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガ
    ス化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および
    高発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料
    のうち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービン
    プラントの運転方法において、上記電力発生部のガスタ
    ービンからの排ガス温度と、上記電力発生部の発電機か
    らの出力に基づいて上記ガスタービン燃焼器への入熱量
    を算出し、算出した入熱量を、上記ガスタービン燃焼器
    に供給するガス化燃料の流量で除してそのガス化燃料の
    発熱量を算出し、算出したガス化燃料の発熱量が800
    kcal/kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱量燃
    料供給装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給
    することを特徴とするガスタービンプラントの運転方
    法。
  9. 【請求項9】 電力発生部のガスタービン燃焼器に、ガ
    ス化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料および
    高発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃料
    のうち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービン
    プラントの運転方法において、上記ガス化燃料および上
    記燃料の両方を上記ガスタービン燃焼器に供給する際、
    両方の燃料による合計入熱量を両方の燃料の合計質量流
    量で除して算出した換算燃料発熱量が800kcal/kgの
    発熱量を下廻ったとき、上記高発熱量燃料供給装置から
    の燃料を上記ガスタービン燃焼器に供給することを特徴
    とするガスタービンプラントの運転方法。
  10. 【請求項10】 電力発生部のガスタービン燃焼器に、
    ガス化燃料精製部のガス精製装置からのガス化燃料およ
    び高発熱量燃料供給部の高発熱量燃料供給装置からの燃
    料のうち、少なくとも一方の燃料を供給するガスタービ
    ンプラントの運転方法において、上記ガス精製装置から
    上記ガスタービン燃焼器に供給するガス化燃料に流量上
    限値を設定し、この流量上限値に相当する発熱量が80
    0kcal/kgの発熱量よりも下廻ったとき、上記高発熱量
    燃料供給装置からの燃料を上記ガスタービン燃焼器に供
    給する燃料を供給することを特徴とするガスタービンプ
    ラントの運転方法。
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