JPS6133978B2

JPS6133978B2 -

Info

Publication number: JPS6133978B2
Application number: JP15388579A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamamoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1986-08-05
Also published as: JPS5677522A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービンプラントに関し、特に低
発熱量ガスを主燃料とするとともに高発熱量燃料
を補助燃料としたガスタービンプラントに関す
る。

近年、石油の代替エネルギーとして、石炭の液
化ならびにガス化が開発中であり、また各製鉄所
においては省エネルギー対策として、低発熱量の
高炉ガスの有効利用が検討され、すでに炉頂圧ガ
スタービンが実用に供されているが、10数年前ま
で盛んであつた高炉ガスを燃料とするガスタービ
ンも再び検討され始めている。

すなわち、第１図は従来の低発熱量のガスを用
いたガスタービンプラントのサイクル図であり、
ガスタービン１の出力軸２には空気圧縮機３およ
びガス圧縮機４が連結され、さらにその出力軸２
には例えば発電機のような負荷５および起動装置
６が連結されている。

しかして、空気圧縮機３に導入された大気ａは
その空気圧縮機３で圧縮され、その圧縮空気が燃
焼器７へ供給される。また低発熱量ガスｂは、混
合器８および吸込弁９を経てガス圧縮機４に導か
れ、そこで圧縮され、主止め弁１０、逆止弁１１
を通りさらに制御弁１２で流量を制御されて前記
燃焼器７に供給され、こゝで前記圧縮空気ととも
に燃焼し、この燃焼器７において高温、高圧とな
つた燃焼ガスｃがガスタービン１に流入し、その
ガスタービン１内で膨張して仕事を行ない、負荷
５を駆動しその後排気ガスｄとなり大気へ放出さ
れる。

上記燃焼器７には、前記低発熱量ガスｂの発熱
量が極度に低く、ガスタービン起動時に着火する
ことができない場合、あるいは高炉やガス化装置
が停止または部分負荷運転で流量が不足している
場合に、補助または混合燃焼用として、高発熱量
燃料ｅをも供給し得るようにしてある。すなわ
ち、上記燃焼器７には、主止め弁１３、逆止弁１
４を経て制御弁１５で流量を制御された高発熱量
燃料ｅもその必要に応じて供給される。

また、前記ガス圧縮機４から吐出された低発熱
量ガスは、制御弁１２によつて制御された流量ｆ
のみが燃焼器７に供給され、その残りのガスはバ
イパス弁１６を介して分岐導出され、そのバイパ
スされた低発熱量ガスｇはバイパス冷却器１７で
冷却され、混合器８で吸込ガスｂと混合し、再び
ガス圧縮機４に導かれる。

ところで、低発熱量ガス系統の吸込弁９、バイ
パス弁１６および制御弁１２と、高発熱量燃料系
統の制御弁１５は、それぞれの制御油Ｐおよびｉ
によつて第２図および第３図のように制御され
る。

すなわち、第２図は低発熱量ガス系統の各弁の
動作を説明する図であり、制御油Ｐの圧力を横
転、吸込弁９、バイパス弁１６および制御弁１２
の開度αを縦軸に示している。しかして、制御弁
１２は制御油圧P₁より開き始め、制御油圧P₁で全
開する。またバイパス弁１６は逆にP₁で閉じ始め
制御油圧P₂で全閉する。一方吸込弁９はP₂までは
最少開度を保ち、P₂から除々に開度を増しP₃で全
開する。

また、高発熱量燃料系統の制御弁１５は、第３
図に示すように、制御油i₁から開き始め、i₂で全
開する。

上記制御油Ｐおよびｉは、油圧ラインｈより絞
り２０を介して負荷設定器２１、および補機駆動
歯車装置２２により駆動される調速機２３によつ
て制御される制御油ｍに対して、比率設定油圧信
号ｎにより分配器２４において第４図に示すよう
に分配され、それによつて低発熱量ガスｆと高発
熱量燃料ｅの流量配分が決定される。

第４図において、横軸は比率設定油圧信号ｎの
圧力で、縦軸は制御油Ｐおよびｉの圧力を示して
いる。しかして、比率設定油圧信号ｎの圧力に対
して、低発熱量燃料系統の制御油Ｐの圧力は次第
に上昇し、高発熱量燃料系統の制御油ｉの圧力は
次第に減少し、常にＰ＋ｉ＝ｍとなつている。と
ころで、前記比率設定油圧信号ｎは、油圧ライン
ｈより絞り２５を介して比率設定弁２６によつて
制御され、また制御油ｍの油圧系統には、ガスタ
ービンの速度が低く、調速機２３がまだ機能して
いない場合（例えば起動時）に上記制御油ｍを制
御するため、始動弁２７が設けられている。

しかして、比率設定油圧信号ｎが０％のとき
は、Ｐ＝０、ｉ＝ｍとなり高発熱量燃料のみが燃
焼器７に供給される高発熱量燃料の専焼となり、
ｎが100％のときはｉ＝０、Ｐ＝ｍとなり、低発
熱量ガスのみが燃焼器７に供給される低発熱量ガ
スの専焼運転となり、０＜ｎ＜100のときは混合
燃焼運転となる。

また、低発熱量ガス系統の吸込弁９、主止め弁
１０、制御弁１２およびバイパス弁１６の制御系
には、さらに制御油圧の給排を行なう逃し弁２８
が設けられ、同様に高発熱量燃料系統の主止め弁
１３および制御弁１５の制御系にも制御油圧の給
排を行なうための逃し弁２９が設けられている。

したがつて、低発熱量ガスの専焼時には、逃し
弁２８を閉じ、逃し弁２９を開くと、油圧ライン
ｈより絞り３０を経た作動油ｊが確立し、主止め
弁１０が全開するとともに吸込弁９、制御弁１２
およびバイパス弁１６が前記制御油Ｐによる制御
状態となる。一方、高発熱量燃料系の主止め弁１
３および制御弁１５は全閉となり、高発熱量燃料
の供給は停止される。

また、高発熱量燃料の専焼時には、逃し弁２８
が開、逃し弁２９が閉となり、上記作動油ｊは０
となり、一方油圧ラインｈより絞り３１を経た作
動油ｋが確立し、主止め弁１０および制御弁１２
が全閉、吸込弁９は最小開度、バイパス弁１６は
全開となり、低発熱量ガスの燃焼器７への供給が
停止され、反対に主止め弁１３が全開、制御弁１
５が制御油ｉの制御下に入り、その制御弁１５の
制御のもとに高発熱量燃料が燃焼器７に供給され
る。

さらに、混合燃焼時には両逃し弁２８，２９が
開放され作動油ｊおよびｋが確立される。しかし
て主止め弁１０，１３が全開し、両系統の各弁が
制御油ｍに対して比率設定油圧信号ｎにより配分
された制御油Ｐおよびｉによつて制御される。

ところで、このような装置において、高炉ある
いはガス化炉が枯障ししかもガスタービンプラン
トを停止できない場合には、前述のように低発熱
量ガス系統の逃し弁２８が開とされた作動油ｊが
０とされる。また比率設定油圧信号ｎも０％とな
り制御油はＰ＝０、ｉ＝ｍとなり、高発熱量熱料
の専焼運転となる。

また、ガス圧縮機４はガスタービン１と直結あ
るいは減速装置を介して駆動されているので、ガ
ス圧縮機４は停止できず最小負荷で運転されるこ
とになり、その際ガス圧縮機４を通過するガス流
量はｇだけとなり、ｂおよびｆは０となる。すな
わち、ガスはバイパス弁１６、バイパス冷却器１
７、混合器８、ガス圧縮機４の経路の循環運転と
なる。

このため、高発熱量燃料の専焼運転時のプラン
ト出力はガス圧縮機４を駆動するのに必要な最小
動力（全負荷の40〜50％）を差引かねばならず、
低発熱量ガスの専焼運転時よりも出力は減少して
しまう等の問題がある。

しかも、タービンを通過する燃焼ガスもガス量
ｆだけ減少するため、プラント全体の出力はさら
に減少することになる。

また、燃焼器７には、低発熱量ガスと高発熱量
燃料用にそれぞれバーナが設置され、それぞれの
燃料がバーナを通過することによつて、燃料が冷
却剤として作用し、燃焼器内の高温の燃焼ガスか
ら保護されている。

ところが、高発熱量燃料の専焼運転時は、低発
熱量ガスのバーナへのガス通過量は０となり、当
該バーナは燃料ガスによる冷却効果が失われ、高
温ガスにさらされることになり、焼損の危険があ
る等の不都合がある。

本発明はこのような点に鑑み、高発熱量燃料の
専焼運転時においてもプラント出力の低下が生ず
ることを防止するとともに、バーナの冷却効果の
低下をも防止し得るようにしたガスタービンプラ
ントを提供することを目的とする。

以下、第５図を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。なお、第１図と同一部分には同一
符号を付しその説明は省略する。

図中符号４０は混合器８への低発熱量ガス供給
管に設けたガス元弁であつて、そのガス元弁４０
の下流側には空気元弁４１を有する空気供給管４
２が接続されている。

一方、分配器２４に接続され、低発熱量ガス系
統の制御弁１２等を制御するためその制御弁１２
等へ制御油Ｐを供給する導管４３には、油圧ライ
ンｈより絞り４４を介して制御油ｒを供給する導
管４５が連接され、上記両導管４３，４４には、
分配器からの制御油Ｐが上記制御弁１２等に供給
される場合には上記制御油ｒをしや断し、逆に制
御油Ｐがしや断されたときには制御油ｒが制御弁
１２等に供給されるようにした切換弁４６が設け
られている。

また、上記導管４５には、その導管４５に供給
される制御油ｒを調整するため、演算器４７から
の出力信号によつて操作される調整弁４８が連接
されている。上記演算器４７には、制御油ｍの油
圧を検出する油圧リレー４９からの油圧信号ｓ、
ガスタービン１からの排ガスの温度を検出する温
度リレー５０からの温度信号ｔ、および空気圧縮
機３から吐出される空気圧を検出する空気圧リレ
ー５１からの空気圧信号ｕが印加されており、上
記油圧信号ｓによつて負荷が計算され、温度信号
ｔおよび空気圧信号ｕによつて当該運転中のター
ビンの入口温度が計算され、その負荷およびター
ビン入口温度に対応した制御信号ｖが調整弁４８
に印加されるようにしてある。

しかして、低発熱量ガスを供給している高炉あ
るいはガス化炉等が故障し、高発熱量燃料による
専焼運転になつたような場合には、低発熱量ガス
系統の逃し弁２８が開放され、作動油ｊが０とな
り、比率設定油圧信号ｎが０％となる。したがつ
て、Ｐ＝０となり主止め弁１０、制御弁１２が全
閉され、バイパス弁１６が全開、吸込弁９が最少
開度となりガス圧縮機４は最少負荷で運転される
ようになる。そこで、低発熱量ガス系統には例え
ば窒素のような不活性ガスにて置換され、爆発等
の危険がないことを十分確認後、ガス元弁４０が
全閉された空気元弁４１が開かれ、混合器８に空
気が供給される。その後前記逃し弁２８が再び全
閉され、作動油ｊが確立せしめられ、同時に切換
弁４６が切り換えられる。したがつて、制御弁１
２等への作動油として油圧ラインｈより絞り４４
を経、調整弁４８によつて調整された制御油ｒが
供給されるようになり、上記制御油ｒによつて制
御弁１２、吸込弁９およびバイパス弁１６が制御
される。ところで、このとき上記調整弁４７は、
当該運転のタービンの入口温度および負荷を検出
しその運転に適した制御信号を出す演算器４７か
らの出力信号によつて調整されるので、これによ
つて制御弁１２等は当該タービンに最適な空気量
を燃焼器７に供給されるようになる。

本発明は以上説明したように、高発熱量燃料専
焼運転時に、低発熱量ガス系統には空気が供給さ
れるので、ガス圧縮機が有効に作用し、タービン
出力の低下が防止されプラント全体の出力が増大
せしめられる。また、上述のように高発熱量燃料
専焼運転時においても、低発熱量ガス系統に空気
が供給される結果、低発熱量ガス用バーナから上
記空気が噴出され、その低発熱量ガス用バーナが
空気で有効に冷却され、当該バーナが高温の燃焼
ガスによつて焼損されるようなことを確実に防止
することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低発熱量ガスを用いたガスター
ビンプラントの概略系統図、第２図は低発熱量ガ
ス系統の各弁の作動説明図、第３図は高発熱量燃
料の制御弁の作動説明図、第４図は分配器の作動
説明図、第５図は本発明のガスタービンプラント
の概略系統図である。１……ガスタービン、３……空気圧縮機、４…
…ガス圧縮機、７……燃焼器、４０……ガス元
弁、４１……空気元弁、４６……切換弁、４７…
…演算器、４８……調整弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１低発熱量ガスを主燃料とするとともに高発熱
量燃料を補助燃料とするガスタービンプラントに
おいて、高発熱量燃料の専焼運転時に低発熱量ガ
ス系統に空気を供給するとともに、上記低発熱量
ガス系統に設けられた制御弁、吸込弁およびバイ
パス弁等を別の制御油系統に切換え、燃焼器への
上記空気供給量を制御せしめるようにしたことを
特徴とする、ガスタービンプラント。