JPS6128726A - Bガス専焼ガスタ−ビンによる発電方法 - Google Patents

Bガス専焼ガスタ−ビンによる発電方法

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JPS6128726A
JPS6128726A JP15078884A JP15078884A JPS6128726A JP S6128726 A JPS6128726 A JP S6128726A JP 15078884 A JP15078884 A JP 15078884A JP 15078884 A JP15078884 A JP 15078884A JP S6128726 A JPS6128726 A JP S6128726A
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turbine
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Kazuo Kunioka
國岡 計夫
Shunichi Sugiyama
峻一 杉山
Masahiro Abe
阿部 正広
Shinichiro Fukushima
信一郎 福嶋
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers

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】 [産業上の利用分野] この発明は、Bガスの持つエネルギを利用して発電する
Bガス専焼ガスタービンによる発電方法に関し、特に、
補助燃料を使用せず発電効率を高めることができるBガ
ス専焼ガスタービンを提案するものである。
[従来の技術] Bガス専焼ガスタービンにおいては、高温の高炉炉頂ガ
ス(Bガス)の持つエネルギを利用してガスタービンを
駆動することにより発電する。しかし、従来のBガス専
焼ガスタービンにおいては、投入熱量がBガスのみでは
足りず、2.5%以上の補助燃料(オイル又は高カロリ
ーガス)を使用する必要があり、しかも、得られるター
ビン作動ガスのタービン入口温度が750℃以下と低く
、また発電効率は20%以下と低い。
近時、Bガスと補助燃料との燃焼の方式を改善すること
により、補助燃料を約1%使用するだけで8ガスの安定
燃焼が可能になり、蒸気タービンとガスタービンとを結
合することにより、33〜36%の発電効率が得られる
ことが報告されている。しかし、この技術においても、
補助燃料が必要であることにかわりはなく、また、この
発電効率もガスタービンの本来的な効率からいえば未だ
十分ではない。
一方、特開昭58−210108号に記載されたエネル
ギー回収方法においては、高温の熱風を高炉に供給する
場合に、送風機から供給されてくる熱風のうち、高炉で
必要とする量を除いた部分をガスタービン発電機に与え
てこれを電力に変換する。しかし、高炉で必要とする熱
風の量が変化するため、発電量も変化し、また、タービ
ン排気ガスのみでは、熱風炉の蓄熱時に、燃焼用空気が
不足するため、外部の空気と混合する必要がある。
このため、燃焼時の空気温度が低下するという欠点があ
る。
また、特開昭58−157909号に記載された熱利用
装置においてはζ熱風炉の燃焼室にガスタービンの排気
ガスを供給してこれを燃焼用酸化剤として使用すること
により、低温の空気を使用する場合に比べて燃料使用量
を軽減する。しかし、ガスタービンの排気を酸化剤とし
て使用するためには、ガスタービン燃焼器において空気
比を高めて(3〜3.5)燃焼させる必要があり、Bガ
ス専焼でタービンを駆動させることは実質的に困難であ
る。
[発明が解決しようとする問題点コ この発明は、補助燃料を使用することなくBガスのみで
ガスタービンを動作させて発電させると    □とも
に、発電効率が極めて高いBガス専舘ガスタービンによ
る発電方法を提供することを目的とする。
「問題点を解決するための手段〕 この発明に係るBガス専焼ガスタービンに°よる発電方
法は、複数個の蓄熱型熱交換器を使用し、ガスタービン
を作動させて発電するBガス専焼ガスタービンによる発
電方法において、前記複数個の蓄熱型熱交換器を第1グ
ループ及び第2グループに分け、ガスタービン作動ガス
を第1グループの熱交換器に供給してその保有熱により
作動ガスを加熱し、次いで、この作動ガスをガスタービ
ンに供給してこれを作動させ、このガスタービンの排ガ
スとBガスとを第2グループの熱交換器に供給して燃焼
させ、この燃焼熱を第2グループの熱交換器に蓄熱させ
、所定のサイクル時間経過後に、作動ガスを第2グルー
プの熱交換器に供給するとともに、ガスターどン排ガス
とBガスとを第1グループの熱交換器に供給し、この第
1及び第2のグループの熱交換器の蓄熱及び放熱のサイ
クルが交互になされることを特徴とする。
[実施例] 図には、この発明の実施例に係るBガス専焼ガスタービ
ンによる発電方法が示されている。ガスタービン12の
出力軸は、コンプレッサ10及び発電機14に連結され
ており、タービン12の駆動により、発電機14が作動
して発電され、更に、コンプレッサ10がその導入され
た作動ガスを圧縮する。コンプレッサ10及びガスター
ビン12の出力端は蓄熱型の第1及び第2の熱交換器1
6.18の入力端に、三方弁22.24を介して、連結
されている。この蓄熱型熱交換器16.18は熱効率が
極めて高い(約85%)熱風炉を使用することが好まし
い。なお、この場合叫、高炉操業にかかわりなく安定し
て発電するために、休止中の熱風炉を使用するとよい。
熱交換器16.18の出力端は、三方弁26.28を介
して、ガスタービン12の入力端及びBガス予熱用の熱
交換器20に連結されている。熱交換器20には、蓄熱
型熱交換器16.18の高温排ガスが通され、熱交換器
2Gに供給されたBガスとの間で熱交換がなされてBガ
スが予熱される。この予熱さへたBガスは、タービン作
動後の排ガスとともに熱交換器16.18に供給される
。弁3Gは、その開状態において、コンプレッサ10に
て圧縮された作動ガスを、熱交換器16.18からター
ビン12に供給されるガス中に混合する。
多弁22.24.2B、 28.30が図示の直線矢印
のように各部材を連通させている場合は、コンプレッサ
10に供給されたタービン作動ガスは、コンプレッサ1
0により所定圧力まで圧縮されて第1の熱交換器16に
供給される。熱交換器16の排ガスは、弁26.30を
介してガスタービン12に供給される。ガスタービン1
2の排ガスは、弁24を介して第2の熱交換器18に供
給される。予熱用熱交換器2GからはBガスが第2の熱
交換器18に供給される。第2の熱交換器18の排ガス
は、熱交換器20を通ってBガスとの間の熱交換に使用
された後、排出される。
一方、多弁22.24.26.28.30が、破線矢印
にて示すように各部材を連通させている場合は、コンプ
レッサ1Gにて圧縮された作動ガスがN2の熱交換器1
8に供給され、この第2の熱交換器18の排ガスはター
ビン12に供給される。ガスタービン作動後の排ガスは
1.Bガスとともに第1の熱交換器16に供給され、こ
の第1の熱交換器16の排ガスは、予熱用熱交換器20
に供給される。
次に、このように構成された発電方法の動作について説
明する。先ず、多弁22,24,26,28.30が図
中直線矢印にて示すように切替わっているとする。
この場合に、従前の蓄熱動作により、第1の蓄熱型熱交
換器16は十分高温に保持されている。コンプレッサ1
0により、空気等のガスタービン作動ガスが圧縮されて
第1の熱交換器16に供給される。
この作動ガスは、第1の熱交換器16を通る間に、加熱
され、高温ガスとなってガスタービン12に供給される
。この高温作動ガスによりタービン12が作動して発電
機14を駆動し、発電させる。タービン作動後の排ガス
は、燃焼用酸化剤として、第2の熱交換器18に供給さ
れる。このタービン排ガスは、予熱用熱交換器20によ
り予熱されたBガスとともに、第2の熱交換器の燃焼室
に供給され、この燃焼室で燃焼して高温ガスとなり、第
2の熱交換器の蓄熱室を加熱する。つまり、タービン排
ガスと8ガスとの混合ガスが燃焼することにより発生す
る熱が第2の熱交換器に蓄積される。第2の熱交換器1
8の燃焼排ガスは、熱交換器20を通って8ガスとの間
の熱交換に使用された後、排出される。
所定のサイクル時間経過後、多弁22.24.26.2
8゜が図中破線矢印にて示すように切替わる。そうする
と、コンプレッサ10にて圧縮された作動ガスは、第2
の熱交換器18に供給され、従前のサイクルで蓄熱され
た第2の熱交換器18により加熱される。
この加熱された作動ガスは、ガスタービン12に供給さ
れて、タービン12を作動させ、発電機14により発電
させる。このタービン排ガスは、熱交換器2Gにて予熱
されたBガスとともに、第1の熱交換器16に供給され
、第1の熱交換器16の燃焼室にて燃焼し、その蓄熱室
を加熱する。この第1の熱交換器16の排ガスは、熱交
換器20で熱交換に使用された後、排出される。
′このようにして、所定時間毎に、多弁を切替えて、熱
交換器16.18を交互に蓄熱と放熱とを繰返えさせる
。これにより、Bガスの持つエネルギを利用してガスタ
ービン12に高温の作動ガスを連続的に供給することが
できる。従って、補助燃料を使用することなく、Bガス
のみで高効率で発電することができる。
タービン出力の時間変動を抑制する場合は、弁30を開
にして、蓄熱型熱交換器16.18により加熱された高
温の作動ガスに、コンプレッサ10により圧縮された低
温の作動ガスを数量混合すればよい。
一方、予熱用熱交換器20によりBガスを予熱すること
によって、発電効率を一層高めることができるが、これ
は、この発明の効果を達成する上で、必ずしも必要では
ない。
この発明を実施するために、蓄熱型熱交換器を少なくと
も2基設置する必要がある。しかし、1基のガスタービ
ンに対し、3基以上の蓄熱型熱交換器を設置することも
可能であり、タービンへ安定的に高温の作動ガスを供給
するためには、3乃至4基の熱交換器を設置することが
好ましい。
一方、ガスタービンの作動ガスは、空気が最も好ましい
が、酸素ガスを15%以上含有するガスであれば、ター
ビンの排気温度が600’CL4上の高温となるので、
燃料がBガスのみであっても、安定燃焼が可能となる。
このようなガスとして、空気の他に、焼結の排ガスが挙
げられる。つまり、焼結鉱焼成時の排ガス中には、約1
5%の酸素ガスが含有されており、ガスタービンの作動
ガスとして十分の熱量が得られるとともに、この焼結排
ガス中に不可避的に存在する約1%のCOガスを蓄熱時
の燃料の一部として有効に燃焼に寄与させることができ
る。
このような発電方法によれば、高カロリーの燃料を使用
しなくても、発電が可能である。これは、例えば、空気
のような低カロリーのカスであっても、タービン排気温
度が600〜700℃と高温であり、酸素ガス濃度が2
1%であるからである。
つまり、600〜700℃の空気であれば、7゜Q k
ca l / Na3の低カロリーガスでも十分安定的
に燃焼させることができ、Bガス専焼が可能である。
逆に、高カロリーガスを使用する場合は、空気比をかな
り大きくしないと、燃焼温度が高くなりすぎて、蓄熱型
熱交換器の許容温度を越えてしまうおそれがある。
次に、この発明に係る発電方法により発電した結果につ
いて説明する。通常の高炉送風時と同様に、1回のサイ
クルにおいて、2基の蓄熱型熱交換器を蓄熱に使用し、
1基の熱交換器を送風に使用し、残りの1基を待機とし
た。作動ガスは空気であり、補助燃料は使用しなかった
。各動作条件は下記のとおりである。
タービン入力側 空気圧力 3.5に9/aiG 空気温度 1010℃ タービン出力側 空気圧力 0.1Kg/iG 空気温度 620℃ コンプレッサ動力 70 klJ/10008m/hB
ガス使用量 121500 kcal/IOHN*3/
hガスタービン出力 137 、2 kW/1000 
N531hBガス予熱温度 180℃ Bガス使用量は、141 、3 k11/1000 N
m3/hに相当するので、発電システム全体の効率ηは
、下記式により47.5%と求まる。
η−(137,2−70) X 1()O/141.3
=47.5  %この発電効率は、従来のガスタービン
と蒸気タービンとの結合型システムの効率を10%以上
も上回る。しかも、この方法においては、補助燃料を使
用する必要がない。
を発明の効果] この発明によれば、補助燃料を使用することなく、Bガ
スのみによって、ガスタービンを駆動して発電させ、し
かも、従来に比べて極めて高い発電効率が得られる。こ
のように、この発明は極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図面は、この発明の実施例に係る方法を示すブロック図
である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数個の蓄熱型熱交換器を使用し、ガスタービン
    を作動させて発電するBガス専焼ガスタービンによる発
    電方法において、前記複数個の蓄熱型熱交換器を第1グ
    ループ及び第2グループに分け、ガスタービン作動ガス
    を第1グループの熱交換器に供給してその保有熱により
    作動ガスを加熱し、次いで、この作動ガスをガスタービ
    ンに供給してこれを作動させ、このガスタービンの排ガ
    スとBガスとを第2グループの熱交換器に供給して燃焼
    させ、この燃焼熱を第2グループの熱交換器に蓄熱させ
    、所定のサイクル時間経過後に、作動ガスを第2グルー
    プの熱交換器に供給するとともに、ガスタービン排ガス
    とBガスとを第1グループの熱交換器に供給し、この第
    1及び第2のグループの熱交換器の蓄熱及び放熱のサイ
    クルが交互になされることを特徴とするBガス専焼ガス
    タービンによる発電方法。
  2. (2)前記蓄熱型熱交換器は、高炉操業において休止中
    の熱風炉であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載のBガス専焼ガスタービンによる発電方法。
  3. (3)前記作動ガスは、空気、又は、焼結排ガスである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のBガス
    専焼ガスタービンによる発電方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0518634A (ja) * 1991-07-10 1993-01-26 Yazaki Corp 吸収冷凍機
DE10039246A1 (de) * 2000-08-11 2002-02-28 Atz Evus Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit

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