JPS58150030A - 機械的動力の発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンの燃焼室内でガス燃料を燃焼さ
せ、かつ、その結果得られる高温燃焼ガスを、ガスター
ビン内で膨張させることによって機械的動力を発生させ
るための方法に関するものであって、前記ガス燃料がス
チームと予め混合され、かくして形成された混合物が、
燃焼室内へ導入される点に特徴を有するものである。

ガス燃料を予めスチームと徹底的に混合させることによ
って、ガスタービンの燃焼室内の前記ガス燃料の燃焼に
際して酸化窒素の形成量が少なくなるという効果が保証
されるものである。

同一の目的は、水もしくはスチームで、燃焼室内の炎中
に噴射することによっても実現できるが、スチームとガ
ス燃料を予め徹底的に混合する方法は、スチームが炎中
に噴射される方法と比較して、３５％までスチームが節
約できる。できれば、ガス燃料／に９あたり、０．／　
−／、Ｏｋｇの蒸気量が、前記燃料と混合され、該混合
体は、タービンの燃焼室へ通されることが望ましい。

前記限度内に設定されるスチーム量は、ガス燃料の種類
によって決まる。例えば、水素や、純酸素により発生さ
せられた合成ガスのような、燃焼中に非常に高温の炎を
発生する燃料の場合には、空気により発生させられた一
酸化炭素や合成ガスのような、燃焼中にそれほど高温で
ない炎を発生する燃料の場合よりも、大量のスチーム量
を該燃料と混合した方が有利である。

ガス燃料は、考えうるいかなる方法ででも、スチームと
混合できる。

しかしながら、１ｌＯ−１０Ｏ”Ｃの範囲内の温度を有
するガス燃料は、ざ０°Ｃ−２００″Ｃの範囲内の温度
と、／　Ｏ−３０ｂａｒの範囲内の圧力の水と接触させ
ることが望ましい。

こうして、少なくとも水の一部は、ガス燃料中で蒸発し
、気化により発生したスチーム（ま、同時に、燃料と徹
底的に混合される。

水と燃料は、蒸留塔の頂部の水を噴射し、力゛ス燃料を
して該蒸留塔の底部から上昇させること各こより、相互
に接触させられ、その結果、細め）な水滴は、該塔中に
滴下するときＧこ上昇ガス流中で蒸発することになる。

燃料−スチームの混合体は、頂部で蒸留塔を去るが、そ
の時、／３０−１ｔｏ°Ｃの範囲の湿度を有している。

前記燃料スチーム混合体は、次いで更に、間接的熱交換
により、２３０−１ｌ！；０″Ｃの範囲内の温度にまで
加熱されることが望ましい。それは次いでガスタービン
の燃焼室内で空気と共に燃焼させられ、高温燃焼ガスは
、タービン内で膨張させられる。

タービンを去ると、排ガスは、実質的大気圧の下で、５
ｏｏ−ｓｓｏｏＣの範囲内の温度を有する。

該排ガスは、まず、スチーム・ボイラー内へ導入された
方が有利であり、該ボイラー内部て、ｔｔｓ。

−５ｏｏ’ｃの範囲内の温度と、１ｔｏ−乙Ｏｂａｒの
範囲内の圧力でスチームを発生させるために使用される
。

該排ガスは、／！；０−２！；Ｏ°Ｃの範囲内の温度で
スチーム・ボイラーを去り、その後、間接的ｆＡ交換に
より／３０−２００°Ｃの範囲内の湿度にまで水を加熱
するために使用されることが望ましい。

前記水は、少なくともその一部分は、前述のガス燃料中
で蒸発させるために使用された方が有利である。

前記方法により、／　２　！；　’Ｃと、２００　’Ｃ
間の燃料ガスから発生する低温度熱は、圧縮空気を節約
するために有効に使用される。

例えば、メタン、エタン、プロパンのようなガス燃料は
、いずれも本発明に従って本方法を使用することができ
るけれども、たとえば無煙炭、褐炭のような化石燃料や
石油もしくは石油分留成分を／　Ｏ−／　００　ｂａｒ
の圧力で酸素、空気もしくは酸素を濃縮した空気と部分
的に酸化させることにより得られる燃料の方が好ましい
。

本方法では、スチームがガス燃料と混合されるため、燃
料にスチームが加えられない場合よりもタービンの燃焼
室内では、少ししか必要でない。

いずれのガスタービンも、一般的に適当に高圧で充分な
量の空気を供給するために設計された空気圧縮機を装備
しており、燃焼室の出口温度を、スチームが燃料に供給
されたことがなくても、ガスタービンに許される温度、
すなわちｑｏｏ−／１００’Ｃの範囲内に保つ。

その結果、ガス生成物を燃料として使用する場合は、該
燃料は／　０，０００　ｋｃａ−ｇ／　ｔをはるかに下
廻るカロリー値を有しているから、大てい、すでに空気
の過剰が存在することになる。

前記の空気は、化石燃料をガス化するために使用した方
が有利であるが、０２が気化器に使用される場合には、
例えば、プラントの加工用空気もしくは計器用空気とし
て使用することができる。

本発明に−より、スチームの付加により発生するガスタ
ービン圧縮機の追加的な余剰空気は、追加の化石燃料を
部分的に酸化するために使用した方が望ましい。その時
には、タービンの最大設計機械的動力を発生させるため
に必要とされるよりも大きな量のガス燃料が発生させら
れる。このガス燃料の追加的な量は、完全燃焼中に、上
述のスチーム・ボイラーの入口側へ熱を供給するために
使用するのが有利である。

ガスタービンから発生する排ガスは、その後、その内部
のガス燃料の一部を燃焼させることにより、加熱された
方が有利である。

こうして、排ガスは、ボイラ給水と加熱されたタービン
排ガスとの間の間接的な熱交換によって下流に配置され
たスチーム・ボイラ内に発生するスチームの所望温度よ
りも！；Ｏ〜７ｊ’Ｃ高い温度に加熱した方が望ましい
。

本発明に従って、タービン燃焼室内で燃焼させる前にガ
ス燃料をスチームと混合することによって、ガス燃料量
の１０〜３０％がタービン排ガスを加熱させるための用
途に使用することがふされしい。

この方法は、ざＯｂａｒと５５０　°Ｃのスチームを生
産することを可能にする。

ガスタービン内に発生した機械的動力は、発電機によっ
て電気的動力に変換されることが有利である。

スチーム・ボイラー内に発生したスチームは、同時に、
スチームタービンと発電機とにより発電用に使用するこ
とができる。

今度は、本発明による方法が実施される装置のブロック
線図を示す図について本発明を更に解説することにする
。

ポンプ、圧縮機、パルプ、清浄装置、制御機器のような
内部で使用される補助設備は、理解を容易にするために
省略しである。

しかしながら、本発明は、決して本図に説明されたもの
に限定されるわけではない。

燃料、例えば重油は、配管／を経由してガス化反応炉２
を通過させられ、そこで該燃料は、配管３を経由して供
給された空気と反応して、部分的に燃焼し、実質的にＨ
２、ＣＯおよびＮ２より成る生ガス・混合体を形成する
ことになる。

配管３からの空気流は、空気圧縮機乙から配管ｑおよび
１１０を経由して、発生するが、該圧縮機は、本装置の
不可欠の構成部分を成している。

生ガス混合体は、／２００〜／１Ｉ００°ｃの範囲内の
温度で配管７を経由して反応炉２を去る。該混合体は、
ボイラー給水との熱交換により、廃熱ボイラーざ内部で
２３０−１１００”ｃの範囲の温度にまで冷却されるが
、上記ボイラー給水は、／！；０〜３００　’Ｃの範囲
の温度で配管９を経由して供給され、該ボイラーｇ内で
蒸発させられるが、そのスチームは、２！；０〜３２３
℃の範囲の温度で、配管１０を経由してボイラざを去る
ことになる。

生ガス混合体は、配管／ｌを経由してボイラーノを去り
、更に熱交換機／３内で配管／ｌを経由して導入された
冷却ボイラー給水により、／！；０〜２００″Ｃの範囲
の温度にまで冷却されることになる。

該生ガス混合体は、次いで、配管／Ｓを経由して煤煙除
去装置／６に通され、そこで、配管／７を経由して供給
される水流により洗浄される。

この結果、配管／Ｉを経由して排出される相当浄化され
たガス混合体と、配管／ｑを経由して装置から排出され
る泥状煤煙水とが得られることになる。上記の相当浄化
されたガス混合体は、洗浄器２０内で、なお残留する固
体不純物（主に煤煙）を取除かれる。

これは、配管２１を経由して供給される清水と、配管、
２２を経由して蒸留塔２０に達する還流水流に対向して
該混合体を洗浄することにより行われる。後者の還流水
２２は、蒸発塔２０の底部で吐出され、水流／７に分岐
される水流２３、および配管２弘を冷却器２ｊを経由し
て蒸留塔、２０へ還流される還流との支流である。

固体不純物より今や相当浄化されたガス混合体は、蒸留
塔、２０から配管２乙を経由してガス浄化装置２７へ排
出され、そこで該ガス混合体は、ｔＯ〜／　ｊ　Ｏ’Ｃ
の範囲の温度でガス不純物を取除かれ、配管、２ｇを経
由してガス浄化袋＠２７から排出され、次いで配管２ｑ
および３０によって二つの流路に分岐される。

配管３０内のガス混合体流は、蒸留塔３／に通され、そ
こで該混合体流は、水が１０〜／ざ０°Ｃの低温度で気
化するスプリンクラ−３７から、水滴と共に散水させら
れる。

前記の水は、配管３２を経由して装置内へ導入され、次
いで配管３３を経由して蒸留塔３／を去る、還流水流と
合流する。

合流した前記水流は、配管３ｔを経由してボイラー３Ｓ
へ通され、そこでｇＯ〜／３０°Ｃの範囲温度から／２
０〜／ざ０°Ｃの範囲の温度にまで加熱される。

前記水流は、今度は配管３６を経由してボイラー３！を
去り、スプリンクラ−３７へ通される。

蒸留塔３／内でスプリンクラ−３７により散水された水
量は、上昇するガス混合体により蒸発させラレ、エント
レインされる。

上記の如く処理されたガス混合体は、体積にして７０〜
２０％の範囲の水蒸気成分と、／２０〜／’ｌ−０”Ｃ
の範囲の温度を有している。

該混合体は、配管３ｇを経由して、熱交換器３ｑへ導か
れ、その中で、圧縮機乙から発生する高温ガスとの熱交
換によって２！；０−’Ｉ！；Ｏ”Ｃの範囲の温度にま
で加熱され、前記圧縮機乙から配管ｌｌＯを経由して排
出される。

配管１１０からの圧縮空気は、二つの支流に分岐させら
れ−る。

第一の支流は、配管ｔおよび３を経由して反応炉２に通
される。第二の支流は、配管ｔｇを経由して、タービン
ｐ＋の燃焼室ｔ３へ導かれる。燃焼室≠３内で、ガス燃
料とスチームの空気圧縮器乙からの圧縮空気との混合物
は点火され、その結果形成された燃焼ガスは、９００〜
／１００′Ｃの範囲内の温度と、／　Ｏ−２０ｂａｒの
範囲の圧力を有し、タービンｔＩＩＩ内で膨張させられ
、機械的動力が発生する。

膨張した燃焼ガスは、５ｏｏ−ｓｓｏ′ｃの範囲の湿度
と、実質的に大気で配管４’５を経由してボイラー３Ｓ
へ通され、該ボイラー内で配管ＩＩ６を経由して供給さ
れる水との熱交換によって冷却・気化され、配管ＩＩ７
を経てスチームとして排出される。

ボイラ−３Ｓ内部のガス入口温度を高めるために、ガス
混合体の支流は、配管２９を経由してボイラー３！；へ
通され、ガスタービン廃ガスｌｌＳ中の余剰ガスと完全
燃焼させられる。

ボイラー３Ｓからの排ガスは、配管ＪＩＩ内の水と熱交
換した後、／２Ｓ〜／ｊＯ″Ｃの範囲の温度で配管ｔ９
を経由して該ボイラー３Ｓを去るが、更に、煙突５０を
経て装置を去ることになる。

スチーム　／／・・・生ガス　／３・・・熱交換器　／
６・・・煤煙除去装置　２０・・・洗浄機　２７・・・
ガス浄化装置　３／・・・蒸留塔　３７・・・スブリン
表う−６・・・圧縮機　１１−！；　　３！；・・・ボ
イラー　＋＋・・・タービン。

代理人の氏名　川原１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ガスタービンの燃焼室内でガス燃料を燃焼さ
   せ、その結果得られた高温燃焼ガスを、該タービン内で
   膨張させることにより、機械的動力を発生させる方法に
   おいて、前記ガス燃料がスチームと予め混合され、かく
   して得られた混合体が前記燃焼室内へ導かれることを特
   徴とする機械的動力の発生方法。 （２）　　スチームＯ，／　−／、Ｏｋｑがガス燃料／
   　’　ｋｇにつき付加されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ＜３）　ｔｉｏ−１０ｏ″Ｃの範囲の温度を有するガス
   燃料が１．ｒ　Ｏ−２００’Ｃの範囲の温度を有する水
   と接触させられ、その結果、／　０−３０　ｂａｒの範
   囲の圧力で原水の少なくとも一部分を気化させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２項に記載
   の方法。 （４）上記タービン内で膨張させられたガスが／！；０
   −２３０℃の範囲の温度にまで冷却され、その後、間接
   的熱交換によって／　３０−２００　’Ｃの範囲の温度
   にまで水を加熱するために使用されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至３項の何れかに記載の方法。 （５）　　上記タービン内で膨張させられたガスにより
   加熱された水が、ガス燃料に対して、対向して気化させ
   られることを特徴とする特許請求の範囲第３項若しくは
   第ｑ項に記載の方法。 （６）　　ガス燃料とスチームの混合体が、ターヒン燃
   焼室内で燃焼させる前に間接的熱交換によって２！；０
   −　’１．！；０°Ｃの範囲の温度にまで加熱されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいず
   れかに記載の方法。 （７）　　ガスタービン分離ガスが、該タービン内部で
   一定量のガス燃料を燃焼させることによって加熱される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項の何
   れかに記載の方法。 （８）　　タービン排ガスが、ボイラー給水と、加熱タ
   ービン排ガスとの間の間接的熱交換によって、！；０−
   ７！；′Ｃの範囲で、かつ、下流に配置されたスチーム
   ・ボイラー内で発生させられるスチームの所望温度を超
   える温度にまで加熱されることを特徴とする特許請求の
   範囲第７項に記載の方法。 （９）　　ガス燃料の１０−３０％が、排ガスを加熱す
   るために使用されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項若しくは第ｇ項に記載の方法。 ００）　　ガス燃料が、空気若しくは酸素、又はその両
   者の混合体と化石燃料とを／　０−　／　ＯＯｂａｒの
   範囲の圧力で部分的に酸化させることによって得られた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項の何
   れかに記載の方法。 ０υ　ガスタービン圧縮機の余剰ガスが化石燃料の部分
   的酸化のために使用されることを特徴とする特許請求の
   範囲第７０項に記載の方法。