JPS59105937A - タ−ビン駆動システム - 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】 本発明はタービンの熱効率を高めたタービン、駆動シス
テムに関する。

第１図はタービン駆動システムを示すもので、燃料ａ８
よび燃焼用空気すが燃焼器Ｉへ供給されて燃焼し、その
燃焼エネルギによりガスタービン発電系互のガスタービ
ン２ａが駆動される。

ところで、この種のシステムは、一般に、燃料ａとして
ＬＮＧ気化ガス、つまり主としてメタン（ＣＨ，）’ｌ
ｒ用いることを想定して開発さ、ａている。これに対し
て最近では、メタノール（ｃ　Ｉ＋＋、、ｏ　Ｉ−Ｔ　
）　、６　ノ戻累数の少ないアルコールｋ　ｆａＸＡａ
として用いることが試みられている。このメタノールは
、天然ガス、石灰、褐炭、亜炭、重質油、石油コークス
、木材等の多様な炭化水崇質源全出発原料として製造さ
れ、石油代替燃料として注目されている。こｎは常温下
では液体であり、ガソリン、３ｆ＜みの件状全示す。ま
たその製造時に硫黄等の不純物が除去さＪｔた純度の高
い含酸素炭化水素化合物であり、所貫１１りＩＪ　＋ン
燃料として有用である○ しかしながら、メタン（ＣＨ，）の燃焼熱が高位ペース
で２１２．８　ｋｃｎｌ／　ｍｏｌであるのに対してメ
タノール（ＣＨ３，ＯＨ）のそれは１８２．６　ｋ　ａ
ｉ！／ｍｏ　１と低い。そして単位燃焼熱浩りの水蒸気
生成比率が高く、排ガスＣの放出時の損失熱量が多い等
の問題がある。このためメタノールを燃料とした場合、
タービンの熱効率が低くなるという問題があった○ 本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的は、タービンからの高温排ガス全流通させる排気
管内に燃料クランキング反応器を配設し、燃焼器に供給
される液体燃料を上記反応器でガスタービンの排熱工Ａ
・ルギにより燃焼エネルギの高いクランキングガス燃料
に変換するようにして、例えばメタノール等を燃料とす
る場合であってもタービンの熱効率を十分に’ｆｉ６　
くすることのできる実用性の高いタービン１駆動システ
ムを提供することにある。

以下、第２図に示す本発明システムの一実施例につき説
明する。なお、この実施例はガスタービン発電系と、こ
の発電系のガスタービンの排熱エイ・ルギを利用して駆
動される蒸気タービン発電系とを備えた複合発電システ
ムに本発明全適用したものである。また第１図と同一の
部分は同一符号を付しである。

燃焼器１はガス燃料供給ノズルＩａと液体燃料供給ノズ
ル１ｂとを備え、ガス燃料供給ノズル１ａより供給され
たガス燃料ａ′または液体燃料供給ノズル１ｂより供給
された液体燃料ａ全燃焼用空気すと共に燃浅し、その燃
焼エネルギによりガスタービン発電系スを６駆力する。

このガスタービン発電系又は、ガスタービン２ａと、こ
のタービン出力により駆動される発電機２ｂと、燃焼用
突気す全圧縮する空気圧縮器２Ｃと”　（ｉｉｉｆえて
構成されている。

また、上記ノブスタービン２ａからの高温排ガスＣは、
排熱ボイラ系ユの排気本管ｓ　ａｒ、（逃して排出され
る。このワ１．気本管３ａ内には給水予熱器３ｂおよび
蒸気発生器３Ｃが配設されており、酌記排ガスＣの排熱
エネルギ？利用して高圧蒸気全発生させ、この蒸気を蒸
気“タービン発電系夏の蒸気タービン４ａに供給し、発
電機４ｂｆ駆動して蒸気タービン４ａからの出力を得る
ように構成されている。なお、蒸気タービン４ａｆ駆動
した後の蒸気は復水器５に供給されて冷却水ｄで冷却液
化され、冷却水ポンプ６により前記給水予熱器３Ｃに供
給さ几る０図中７ａは燃料予熱器であり、７ｂは燃料ク
ランキング反応器である。燃料予熱器７ａは、助記すＶ
気本管３ａ内の下流端部に配設Ｊれており１．・熱料ク
ランキング反応器７ｂは、排気本管３ａの上流端部と下
流端部との開音連結して設けられた排気分岐管８ａ内に
配設さｎ′〔いる。

なお、この排気分岐管８ａの入口部お２び出口部にｊ・
ｊそｇそれ分岐管人口ダンパ８ｂ、分岐管出口ダンパ８
ｃが設けられ、排気分岐管８ａを分すｉｔする排ガス流
量を制御できる構成となっている。

は龜：１１はｋ（料供給源であって、この燃料供給源糸
は主燃料タンク９ａおよび戻り燃料タンク９’ｏｋ備え
ている。そして主燃料タンク９ａ円にはたとえばメタノ
ール（ＣＨ３０Ｈ）等の液体燃料ａが貯留ｆｉ　、ｆｔ
ている。また主燃料タンク９ａの出口部には燃料供給ポ
ンプ１０が接続され、このポンプ１０の吐出口は液体燃
料供給管１１を介して前記液体燃料供給ノズル１ｂに接
続されている。なお、このポンプ１０の容量は、ガスタ
ービン２ａの定格運転で必要な液体燃料ａとガス燃料ａ
′の総和として設定されている。

また、液体３ｊｆ：、：斜伏給管１１に１寸燃料調整弁
１２，１′ミニ（）弓ノ：・オプｆ−１３が介挿さ、１
１でいる。そして、コ０）　’（’０”１体、’、’；
、ｋ　Ｋ＋　ＵＧ　、に７　ｆａｌ　１　Ｈ′（ｉよ、
燃１”Ｆ　’ｆＪ４　Ｘ：Ｃ；　ポンプ１θど燃ｆ’！
調整弁１２との間に、管内の液体燃料ａの一部全ｖ１」
記戻り燃料タンク９ｂへ戻す圧力調生≦管１４が接続さ
れている。そして、この圧力１ｊｌｌＹ　Ｑり：管１４
には圧力調整弁１５乃二介挿されている。この圧力調整
弁１５の開度は圧力割布１器Ｊ６により液体燃料供給管
１１円の圧力にもとづいて制御され、液体燃料供給管ｌ
ｌ内の圧力に約６０　Ｊ（／／Ｃ７ｔ？・７に保持する
ようにしているＯまた前記液体燃斜伏１拾管１１とガス
燃料供給ノズルｌａとの１：１ｊは、前記燃料予熱器７
ａおよび燃料クラッキング反応器７ｂを介して、ガス燃
料供給管Ｉ７により接続されている０液体燃料供給管１
１におけるガス燃料供給管１７の接続位置は、燃料調整
弁１２と圧力調整管１４の接続部との間である。そして
、このガス燃料供給管１７には、燃料予熱器７ａの上流
側に圧力’Ｂｒａ　’Ｍ　弁１　Ｂが介挿さ、れている
。この圧力調整弁Ｊ８の開度は圧力制御器１９によりガ
ス燃料供ＡＧ色・Ｊｚ内におけるｌ：Ａ科予熱器りａ入
ロ部の圧力にもとづいて制御され、燃料予熱器７ａ入ロ
部の圧力全豹２５　ｋｑ　７ｃｍ−？に保持するように
している。さらに、ガス燃料供給管１７にはガス燃料供
給ノズルＩａ近傍部に、流量調整弁２θお、Ｃび遮断弁
２Ｊが介挿されている。

上記ガス燃料供給管Ｉ７には、燃料クラッキング反応器
７ｐと流量調整弁２０との間に、ガス燃料供給管１７内
の燃料全前記戻り燃料タンク９ｂに戻す戻り配管２２が
接続されている。

そしてこの戻り配管２２には、流量調整弁２３および遮
断弁２４が介挿されて、いる。

図中２５１・ま、窒素ガス供給装置２６．Ｉ−リガス燃
料供給管Ｉ７および戻り配管２２へ窒素ガスを送り込む
パージ配管である０このパージ配管２５勇、ガス燃料供
給管１７・＼の接続位置はガス燃料供給ノズル１ａと遮
断弁２１との間であり、戻り配管２２への接続位置は遮
断弁２４の上流側である。なおパージ配管２５には窒素
ガス供玲装℃、２６近務部に、パージ弁２７が介挿さａ
ている０丘定パージｔ・己省゛２５の、ガスＩ？）斜形
゛４，１合管１７ｊ、で〕、ζ寸する千妾６−己ライン
１コにｌ’ｊ、Ｓｌ索ガスの流＝ｌｆ調整栄する固定オ
リフィス２ｓａが設けろ、ｒＬでいる。

前記炉：料哄胎源見において、主燃料タンク９ａと戻り
燃料タンク９ｂとの間は液位調整管２８により連結され
、この調整管には、戻り燃料タンク９ｂより主燃料タン
ク９ａへ液体燃料ａを送る移送ポンプ２９および液位調
整弁３０が介挿されている０また主燃料タンク９ａには
排出管３１が接続さＪｔ、この排出管３１にはυ１出ポ
ンプ３２　：！’３　Ｌび液位調整弁３３が介挿されて
いる。さらに戻り燃料タンク９ｂには供給管３４が接続
され、この供給管３４には燃料温度調整弁３５が芥挿さ
ムている。また戻り燃料タンク９ｂの気相部には、戻り
燃料タンク９ｂ内のガスをスタック３６へ逃がすパージ
配管３７が接続され、このパージ配ｖ３７にはパージ弁
３８が介挿さ４ｔている。

図中３９．４０はそれぞれガス炉〉判供給管１７の燃料
クシツキング反応器７ｂ下流側におけるガス燃料１温度
を検出する温度検出器およびガス燃料濃度を検出する濃
度検出器で、ｂる。また図中４１は前記ガスタービン２
ａの出口側における排ガスＣの温度を検出する温度（う
５出器である。これらの検出器３９，４０．４１の検出
信号は制御器４２へ送出され、制御器４２はそれらの検
圧信号にもとづいて前記戻り配管２２中の流量調整弁２
３を開閉制御する。

前記主燃料タンク９ａ内の液体燃料ａの液位は液位検出
器−１３で、また前記戻り燃料タンク９０石の液体燃料
ａの液位は液位検出器４４でそれぞれ検出されている。

さらに戻り燃料タンク９ｂ内の液体燃料ａの温度は温度
検出器４５で検出されている。そして液位検出器４３は
主燃料タンク９ａ内の液体燃料・ａの液位にもとづいて
がＪ記液位調整弁３３を開閉制御するとともに、調整弁
３３全開弁した際には排呂ポンプ３２を起動させ、主燃
料タンク９ａ内の液位を５若りで１５に保持するもので
ある。またミて２位・次出器４４？；ｉ戻り・ル、料タ
ンク９ｂ内の液体燃料ａの液位（でもとづい′Ｃ前に液
位調整弁３ｏを開閉制作：するとともに、調Ｍａｒ弁３
ｏ全υ［〕弁した除には移送ポンプ２９全起動させ、戻
：、！燃料タンク９ｂ内の液位をｍ＝定範囲に保持する
・ものである。

さら１．ｃｄ常変度検出器４５戻り燃料タンク９ｂ内の
液体燃料ａの温度にもとづい゛Ｃ前記弁３５合開閉ｆ：
ｊｊ御するもＣ“）で、戻り配管２２からの高温燃料の
流入によりタンク内液体燃券）ａの温度が一定温度筐で
上昇ターるど、供給管°３４を通して低温の液体燃料ａ
を流入させ、タンク内鈷料の温度上昇全迎えるように（
１ｑ成さＡｔでいる。

前記ガス燃料供給管１７には、燃料予熱器７ａの入口部
に、戻り燃料タンク９ｂへ燃料ど流下さぜるドレン管４
Ｇが接続されている。そしてこのドレン管４６にはドレ
ン弁４７が介挿されている。また前記燃料クランキング
反応器７ｂの最低位部にも、戻り燃料タンク９ｂへ燃料
を流下させるドレン管４８が接続され、このる。

欠（で、この実力ん例の作用？麗明する。

ｒトずシステム停止時態で１・よＷ　ｌ’〒弁２　Ｊ、
　２．ｔおコニび流’２に調法弁２０．２３ｉよ閉弁さ
ｊｉ、ている。

そこでシステム起動により、王燃掴タンク９εｔビ号の
液体焼料ａは燃料供給ポンプ１ｏにより引出され、燃料
調整弁１２　、ｔ；　＋ｌ：び遜ｊｊ＋ｒ弁１３２通し
て、液体燃料供給装置ｌｂより燃焼器Ｉへ供ｎ’ｏされ
る○こｇによってガスタービン発ｉｉｔ系且が起動する
○なお、このとき、圧力制御器１６による圧力Ａ整弁１
５の開度制御により、液体燃料供給管Ｉｌ内の圧力は約
６０１４／ｃｎｆ・７に保持さメする。

ガスタービン発電系１が起動し、無負荷定格の後、負荷
が規定値（約２５％定格）以上になると、蒸気発ケ器３
ｃより高圧蒸気が発生し、蒸気タービン発電系ヱが駆動
される。

排気分岐管８ａ内の排ガス温度が所定の温度たとえば数
百度になると、遮断弁２４を全開さぞるとともにαＬ：
雇′−：、′ｆ、整弁２Ｊをもぎ・ンに実Ｊ弁させる。

これによって王Ｉノ、料タンク９ａ内の液体燃料ａは圧
カム、シ整弁Ｊ８、燃料予熱器７ａ、、燃料クシツキン
グ反応器７ｂ、鉦断弁２４お工び流量調整弁２３全通し
て戻り燃料タンク９ｂに戻さ几る。なおこのとき、圧力
制御弁１９（よる圧カシｄ整弁１８の１１度制御にエリ
、ガス燃料供船管Ｉｚ内の圧力は約２５却／Ｃｎｌ・り
に保持される。呼だ戻り燃料タンク９ｂに戻された半ガ
ス燃料がタンク９ｂ円の液体燃料ａに混合すると、液体
燃料ａの温度が上昇するか、この温度上昇は、燃料温度
調整弁３５を通して低温の液体燃料を流入させることに
より抑えられる。たとえばメタノール燃料の揚台、１気
圧のもとでは６５℃で蒸発するので、燃料温度は約５０
℃以下に抑えるようにする。また半ガス燃料の流入によ
り戻り燃料タンク９ｂ内の圧力も上昇するが、パージ弁
３８の開弁によりタンク内気相部エリスタック３６−＞
ガス全流出させ、運転中のタンク内の圧力は数ＫＺＣ肩
・２程度に抑えられる０なｄ６、スタック３６へ等かれ
た千７Ｊス恩料は適宜燃焼された後、大気へ放出さｊ′
シる○圧力？ｉ、霜引壬弁１８を通過した液体燃料ａは
燃料予熱器７ａで予熱された後、燃料クランキング反応
器７ｂでさらに加熱されて一部はクシッキングガス燃料
ａ′となる０まＫこのガス燃料ａ′の、靜ダ料クランキ
ング反応器７ｂにおける滞溜ａ；：ｐ　ｌもＪは流上々
調整弁２３により制御される。

焦う）」−クランキング反応器７ｂ、！：り戻り燃料タ
ンク９ｂに至る半ガス燃料の温度によびガス濃度が所定
の値に遅し、反応器７ｂにおけるクシツギ／グ反応が整
定すると遮断弁２１が閉弁し、絖い゛Ｃ流量調整弁２０
が開弁すると同１（ン・に流量調整弁２３および燃料調
整弁１２が閉弁する。

これによって燃料器Ｉへ供給される燃オ゛１．は液体燃
料３からガス燃料ａ′に切換わる。そしてこの切換わり
後、遮断弁１３，２４は全閉となる。

また、システム停止時は、圧力調整弁Ｉ８および遮断弁
２１を全閉とした後、ドレン弁４７゜４９、流量調整弁
２３および遮断弁２４を全開ぎせ、さらにパージ弁２７
に：開弁させて窒素ガス伊、ｆ合装音２６　、ｉ：り瓢
索ガスをガス燃料供給管Ｉ７および戻すバ・３包２２円
に注入し、残留燃料のバーメンを行ｌσう。その後、ド
レン弁４７゜４９、流量調整弁２３、遵断弁２４お９ｊ
二びバージ弁２７を、順次閉弁させる。

７（、＋６、通常停止−Ｖ負荷遮断等のようにガスター
ビン２ａを魚負荷′？ｌ格迩転状態に維持する場合には
、ガス燃料系統から液体燃料系統への切換えを行なう。

壕だ緊急停止時は燃料遮断および窒素ガスバージが連続
的に行なわれるようにする。

以上のように、起動時には液体燃料供給管１１全通して
燃焼器Ｉへ液体燃料ａを供給し、ガスタービン２ａｆ起
動させる０そし゛Ｃ排気分岐管８ａ内の温度が所定値に
達したとき、４前記液体燃料供給管１１全通して燃焼器
１への液体燃料ａの供給を行ないながら主燃料タンク９
ａ内の燃料ａをガス燃料供給管１７および戻り配管２２
を通して循環させる。この状態で燃料クランキング反応
器７ｂ下ρｆＴｈ　（ｌの燃料の温度＋６エびガヌ＆度
が所定値に石ユしたとき、前記ガス燃料供給菅１７を通
して燃焼器ｌヘガス燃料ａ′全・供給するとともに前記
液体燃料供給管１〕およびｔ）１］記戻り配管２２内の
燃料の流通全停止させるのて゛ある。

したがって、液体燃料ａからガス燃料ａ′への切侯えが
スムーズに行なわれ、また、メタノール（ＣＨ３０Ｈ）
のような炭素数の少ない液体燃料ｔ１吏用した場合であ
ってもガス化によって熱効率全十分品めることかできる
０ 以上、実施例にもとづいて説明したように、本発明に工
ｔｔば、タービンの熱効率を十分１売めることがでさる
タービン厚動システム全提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は背景技術全説明するための概略構成図、第２図
は本発明の一実施例を示す概略構成図である０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. タービンに燃焼ガス全供給する燃焼器と、この燃焼器に
   設けられたガス燃料供給ノズルおよび液体燃料供給ノズ
   ルと、前記タービンからの高温１１＝ガス全流通させる
   排気管と、この拮″気管内に配設されおド熱エネルギに
   Ｌり液体燃料を燃焼エネルギの易いクラッキングガス燃
   料に変換する燃料クランキング反応器と、この燃料クラ
   ンキング反応器を介して液体燃料供給源よりｉ′ｌＪ記
   ガス燃ガス燃料供給ノズル全供給するガス燃料供給管と
   、このガス燃料供給管の前記燃料クランキング反応器下
   流側と前記液体燃料供給源との間を接続する戻り配管と
   、前記液体燃料供給源より前記液体燃料供給ノズルへ燃
   料全供給する液体燃料供給管とを具備し、前記液体燃料
   供給管を通して前記燃焼器へ液体燃料全供給して前記タ
   ービンを起動させ、前記排気管内の温度が所定値に達し
   たとき、前記液体燃料供給管を通して前記燃焼器への液
   体燃料の供給全行ないなカニら前記燃料供給源内の燃料
   をガス燃料供給管および戻り配管全通して循環させ、前
   記燃料クランキング反応器下流側の燃料の温度およびガ
   ス餞度が所定値に達したとき、前記ガス燃料供給管を通
   して前記燃′焼器ヘガス燃料全供給するとともに前記液
   体燃料供給管および前記戻り配管内の燃料の流通を停止
   させるようにしたこと全特徴とするタービン駆動システ
   ム。