JPS62186018A - 低ｂｔｕガス燃料を用いるガスタ−ビン装置の運転方法 - Google Patents

低ｂｔｕガス燃料を用いるガスタ−ビン装置の運転方法

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JPS62186018A
JPS62186018A JP62023403A JP2340387A JPS62186018A JP S62186018 A JPS62186018 A JP S62186018A JP 62023403 A JP62023403 A JP 62023403A JP 2340387 A JP2340387 A JP 2340387A JP S62186018 A JPS62186018 A JP S62186018A
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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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、従来型ガスタービン発電機システムにおいて
必要とされているような空気の抜取りの必要性を減少も
しくはゼロにするように、該システムに導入する空気の
絶対温度を高めて低ＢＴＵ燃料を用いるガスタービン発
電機システムの効率を向上させる方法に関するものであ
る。本発明のこの方法によれば、燃料及び空気の流量は
減少するが、出力は維持される。
オプションとして同時に蒸気を発生する発電用ガスター
ビンの使用が工業的に望ましい場合がある。このような
ガスタービンは、通常少なくとも一つの圧縮機と、少な
くとも一つの燃焼器と、少なくとも一つの膨張器または
タービンを含む。種々のシステムの効率は、様々なファ
クタがあるが、特に燃焼ガスの発熱量に応じて変化する
。
従来使用されていたものよりも低い発熱量のガス、即ち
低ＢＴＵのガスをガスタービン発電機システムで使用す
ることについての関心が高まっている。このように低い
ＢＴＵのガスは、例えばピートなどの低級燃料及び／ま
たは可燃性廃棄物を空気吹込みによりガス化し得ること
ができるが、これらは大量の酸素及び水分を含んでおり
、噴霧状態の水を蒸発させることによってそのガス化温
度から、タービン装置の燃焼器内で使用するのに適した
温度に冷却することができる。
かかる低発熱量のガスをタービン装置で使用した場合に
は、通常、該タービン装置の圧縮機を通る空気の一部を
抜取る必要がある。
このタービン装置の燃焼器において、設計上の膨張器人
口温度を得るためには、大量の湿潤低ＢＴＵガス燃料が
必要とされるが、このために膨張器への質量流量が増大
し、かつ膨張器入口圧力も高くなる。従って、圧縮機出
口部空で気の抜取りが必要となる。これは膨張器の流量
、従って圧縮機出口及び膨張器入口の圧力を制限するこ
とにより行われ、結果として圧縮機中のサージが防止さ
れる。最大約２０％の空気の抜取りが、１立方フイート
当たりのＢＴＵ及び燃料ガス温度に応じて必要とされ、
これによってサージから防止できる。この空気の抜取り
によりエネルギー損失が生じる。即ち、この抜取られる
空気は圧縮機によって大気圧から８〜２０気圧まで圧縮
されているからである。一般に、このエネルギー損失は
ガスタービンエンジンにより生成されるエネルギーの最
大３０％になる。また、この空気は圧縮機のエネルギー
を回復すルタめに補助装置内で膨張させることが可能で
あるが、このような補助的膨張を行うには付随的な設備
が必要で、コスト高となる。
マンガン（Ｍａｎｇａｎ）等の米国特許第３．１５０，
４８７号には、圧縮機、燃焼器及び膨張器を含むタービ
ン装置の運転方法が開示されており、ここでは排気ガス
が蒸気の発生により蒸気タービンを駆動し、かつ直接ま
たは間接的に、圧縮機に供給される空気を加熱するのに
使用されている。マンガン等は、ガスタービンからの排
気ガスによって生成された蒸気で駆動される蒸気タービ
ンを備えたガスタービンを利用して、総合的な発電所の
効率を改善したと主張している。
ラヘイエ（Ｌａ　Ｈａｙｅ）の米国特許第３．４２２．
８ＱＣ１号は上記マンガン等のものと同様な廃熱ボイラ
ーシステム及びガスタービン用の改良型制御システムに
係り、この特許はガスタービン負荷の変動とは無関係に
、ボイラーの蒸気発生容量を独立に制御している。
ライス（Ｒｉｃｅ）の米国特許第３，７０３，８０７号
は上記マンガン等の方法の改良であり、この改良法では
ボイラーの煙道ガスの一部を、濾過前にガス部にはいる
周囲空気と混合して、煙道による熱損失を減じ、発電所
の効率を高めている。
また、コレット（Ｃｏ１１ｅｔ）の米国特許第４．４２
６，８４２号においても圧縮機に供給される空気を加熱
しているが、この発明は熱の回収用システムに関するも
のでり、このシステムでは膨張後の燃焼ガス中の廃熱の
一部を回収手段によって燃焼空気流中に戻している。
マンガン等、う・ヘイエ及びライスは、燃焼器で使用す
る特定の燃料については何等言及していない。コレット
の発明では燃焼器で燃料のような天然ガスまたは流体燃
料を使用している。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的はガスタービン−蒸気タービンの複合サイ
クルにおいて低級湿潤燃料を使用するための効率的な方
法を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、燃焼器
を含み、ガス化器内で形成される低ＢＴＵ値のガス燃料
を該燃焼器で使用し、そこから得られる高温排気ガスを
膨張器に導入して発電機を駆動するタービン装置におい
て、圧縮機でのサージを防止すべく圧縮機からの空気１
の一部を抜取り、燃焼ガスの膨張器への流量を制限する
、ガスタービン装置の運転方法であって、圧縮機に供給
される空気を加熱して該空気の絶対温度を周囲温度より
約５〜約３０％高め、この加熱に膨張器からの膨張した
高温燃焼ガスを用いて、抜取られる圧縮機からの空気の
体積を減じ、これによってタービン装置の効率を向上さ
せ、高温燃焼ガスが加熱前にまずボイラーに通され、圧
縮機からの空気の第１の部分が燃焼器に通されると共に
、第２の部分がブースタ圧縮機に送られ、次いでガス化
器に送られることを特徴とするタービン装置の運転方法
を提供する。
本発明の方法によれば、ガスタービン発電機システムで
湿った低ＢＴＵの燃料が使用でき、圧縮機出口からの空
気の抜取りはわずかに必要とされるか、あるいはまった
く必要とされず、しかも従来型装置にみられるエネルギ
ー損失及び／またはコスト増を伴わない。
ガスタービン出力を維持する一方で、燃料並びに空気の
流量を減少できる本発明の方法は、導入空気を十分に加
熱して圧縮機に送られる空気の絶対温度を上げることに
より、密度を下げ、これによって空気の質量流量を減じ
ることを含むが、これは圧縮機がその人口部分において
本質的に一定体積を有するためである。我々は、燃焼器
内で湿った低ＢＴＵの燃料ガスを使用する場合に、圧縮
機に送る空気の絶対温度を上げることにより、圧縮機に
送るべき空気量が減少し、その結果としてタービン装置
からの空気の抜取りの必要性を大幅に減少させるかセロ
にすることさえ可能であることを見出した。かくして、
導入空気の絶対温度を約５〜３０％、一般的には約８〜
２０％周回部度あるいは従来型装置の空気導入温度より
も高めることにより、空気の流量を殆ど同じ割合で減少
し、必要とされる空気の抜取り量が実質的に減少するか
空気の抜取りを不要にする。
空気の入口温度を変えたことにより、圧縮の仕事は何等
影響を受けない。というのは所定の圧縮比を得るのに必
要な仕事は絶対温度を空気流量との積に正比例し、空気
流量は絶対温度に反比例するからである。膨張器への流
れの温度並びに圧力が一定に保たれてるなら、流量が一
定であれば一定出力が得られる。
入口温度が上昇してもガスタービンの出力は大きな影響
を受けないが、必要な燃料供給量は減少する。空気入口
温度が高いと、圧縮機出口での温度は高くなるので、膨
張器人口での設計温度を得るに必要な燃料は少なくなる
。このようにして、ガスタービンの効率、即ち、出力対
燃料供給量の比が改善される。
［実施例コ 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説
明する。
添付の第１図をみると、固体燃料例えばピートあるいは
可燃性廃棄物がライン２を介してガス化器４に導入され
、そこで任意の従来用いられた方法、例えば空気吹込み
型ガス化器により固体燃料が主として低ＢＴＵ値のガス
燃料から成るガス状生成物、例えば−酸化炭素及び水素
に転化される。「低ＢＴＵ値」なる用語は、このように
して生成するガスの発熱量が標準立方フィート（ＳＣＦ
）当たり約８０〜約１５０ＢＴＵの範囲にあることを意
味するものとする。このようにして生成したガスはライ
ン６によって噴霧器８に送られ、そこでライン１０から
の水を噴霧状態で撒布されるとガスの温度が、燃焼器１
２内での使用に適した温度にまで下がる。気化されなか
った散布水はライン１４を介して噴霧器８から除去され
る。かくして冷却されたガスは次いでライン１６を介し
てフィルタ１８に送られる。このフィルタ内でガス中に
含まれる粒状物の殆どすべてが分離されると、このガス
は最終的にライン２０を通して燃焼器１２に送られる。
以下に記載されるように本発明に従って加熱された空気
はライン２２を介して圧縮機２４に送られ、そこで従来
法と同様にある高圧レベルまで圧縮され、ライン２６を
介してそこから取り出される。このライン２６内の空気
の一部はライン２８によって熱交換器３０に送られ、そ
こからライン３２により熱交換器３０を出る。
特に、低ＢＴＵガスを用いた場合、従来法ではこのシス
テムから最大約２０容量％の圧縮空気をバルブ３４を介
して排出ライン３６に放出しなければならないことが判
明している。これは、燃焼器１２において必要な膨張器
入口部の設計温度を得るのに大量の湿潤低ＢＴＵガス燃
料が必要となり、そのために膨張器に送られる空気流量
が増大し、その人口圧力が増大するからである。本発明
の方法によれば、ライン３６による空気の抜取りは殆ど
あるいはまったく必要とされず、そのためバルブ３４は
閉じておくかあるいは省くことができ、場合によっては
必要に応じて開放して、極わずかの量の空気を抜取るこ
とができる。
本発明の新規方法によれば、ライン３２内の圧縮空気の
すべてもしくはほとんどすべてがライン３８によって一
連の冷却器４０に送られ、そこで任意の適当な間接的手
段を用いて冷却される。冷却された空気の一部はライン
４２を介してブースタ圧縮機４４に送られる。冷却され
た空気の残りはライン６２を介してガスタービン膨張器
に戻され、そこで燃焼ガス生成物の温度よりも低い動作
温度に該膨張器を保つために利用される。ブースタ圧縮
機４４からの圧縮空気は、次いでライン４６を通して熱
交換器３０に送られ、そこでライン２８からの空気との
間接的な熱交換により加熱され、次いでライン４８を介
してライン２からの固体燃料をガス化するためのガス化
器４に入る。
ライン２８によって取り出されなかたライン２６内の空
気はライン５０を通して燃焼器１２に送られる。ここで
、必要ならばいくらかの水をライン５２を介して燃焼器
１２に導入して、そこで得られる燃焼ガスの窒素酸化物
含有量を低下させる。このようにして得られる燃焼ガス
はライン５４によって膨張器５６に送られる。この膨張
器５６は圧縮機２４及び発電機５８と作動的に結合され
ている。
膨張器５６で膨張した燃焼ガスは膨張器５６からライン
６０によって取り出され、ボイラー６４に送られて、蒸
気の発生に使用され、この蒸気はライン６６を介して蒸
気タービン６８に送られる。
本明細書に開示した本発明によれば、ライン３６による
圧縮空気の抜取り量を減少もしくは実質上ゼロにするた
めに、ライン７０からこのシステムにはいる空気を加熱
して、絶対温度を約５〜約３０％、一般には約８〜２０
％高め、次いでライン２２を通して圧縮機２４に送る。
この加熱は任意の適当な手段を利用して行えるが、本発
明の好ましい態様によれば、ライン７０内の空気はこの
システムからの排気ガスにより直接または間接的に加熱
される。第１図の態様では、この加熱は混合器７４内に
ライン７２からの高温排気ガスを送って、ライン７０か
らの空気と直接接触させることにより行っている。図示
していない手段により、排気ガスの一部を流入空気と混
合して、圧縮機２４に供給する空気に適した所定温度を
もち、かつ後で燃焼器１２で使用するのに十分な量の空
気を含むガス混合物を得る。この加熱された混合物は圧
縮機２４に送られ、一方排気ガスの残部はライン７６を
介してこのシステムから排出される。第２図に示した態
様において、この排気ガスは熱交換器７８に送られ、そ
こでライン７０から流入する空気と間接的に接触して、
空気を所定の温度に加熱する。
以下の示→１表のデータは、本発明のガスタヘ ービン発電機システムに導入する空気の絶対温度を高く
することにより得られた予期しなかった利点を示してい
る。ここで、低ＢＴＵガス（立方フィート当たり１２０
ＢＴＵ）を得るために用いた燃料はピートであり、１ボ
ンド当たり、６，０ＯＯＢＴＵの低い発熱量を有し、こ
れから１ボンドにつき１８１７ＢＴＵという発熱量の燃
料ガスを得た。運転は、ある一つの例においては、周囲
空気を予備加熱することな〈実施し、かつ空気の抜取り
を行ったが、他の例では空気を高温膨張排気ガスと混合
して予熱し、木質的に空気の抜取りは行わなかた。以下
に示すデータにおいて、ガス混合物の圧力、温度、発熱
量並びにその重量は、対応する第１図の各ラインについ
て示されている。
以下余白 友１ −−−　　　　　２８６　　　　　３６５．０９　　　
　　５１７．７３前記のデータはまったく異例の結果を
示している。空気を予熱せず、１５℃で圧縮機に導入し
た一つの例においては、約１７．５％の空気をシステム
から抜取り、圧縮機でのサージを防止した。この割合は
、ライン３６を介して抜取った空気の量（９８，１９ｆ
ｆ１ｇ／ｈｒ、）とこのシステムにライン２２を介して
導入した空気の量（５６２，７２ｍｇ／ｈｒ、）とを比
較することにより測定した。
しかしながら、第２の場合には、導入空気の温度を１５
℃から７５℃に上げた。これは絶対温度で約２１％の増
加になる。この場合には、はんの僅かの空気をライン３
６によってこのシステムから抜取った （３５．９４ｍｇ／ｈｒ、）。このシステムに導入する
空気の量は５６２．７２ｍｇ／ｈｒ、から４６５．２０
ｍｇ／ｈｒ、に減少し、この減少は１７％よりもわずか
に大きい。また、ライン６からこのシステムに導入され
るガス燃料の量は９５．６７ｍ３／ｈｒ、から８１．６
４ｍｇ／ｈｒ、に減少した。これはほぼ１５％の減少率
になる。更に驚くべきことに、ライン５４を介して燃焼
器１２を出る燃焼ガスの圧力、温度並びに流量は、空気
を予熱しなかった場合と実質上同じである。
［発明の効果］ かくして、低ＢＴＵ燃料を用いるガスタービン発電機シ
ステムの効率は、該システムに導入される空気の絶対温
度を上げるという本発明の方法により向上する。本発明
の方法では、必要な空気及び燃料の量が節減され、出力
は維持され、かつ圧縮機内でのサージを防止するための
システムからの空気の抜取りが不要となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の新規な方法によるガスタービン発電機
の運転を単純化した模式的な図であり、圧縮機に供給さ
れる空気の温度を上げるための一手段を示すものである
。 第２図は本発明の方法を単純化した模式的な図であり、
圧縮機に供給すべき空気の温度を上げるため、第１図と
同様であるが、これとは異なるもう一つの手段を示すも
のである。 ４・・・・・・ガス化器 ８・・・・・・噴霧器 １２・・・・燃焼器 １８・・・・フィルタ ２４・・・・圧縮機 ３０・・・・熱交換器 ３４・・・・バルブ ４０　・・　・・　ン令却器 ４４・・・・ブースタ圧縮機 ５６・・・・膨張器 ５８・・・・発電機 ６４・・・・ボイラー ７４・・・・混合器 ７８・・・・熱交換器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、燃焼器を含み、ガス化器内で形成される低
    ＢＴＵ値のガス燃料を該燃焼器で使用し、そこから得ら
    れる高温排気ガスを膨張器に導入して発電機を駆動する
    タービン装置において、圧縮機でのサージを防止すべく
    圧縮機からの空気の一部を抜取り、燃焼ガスの膨張器へ
    の流量を制限する、ガスタービン装置の運転方法であっ
    て、圧縮機に供給される空気を加熱して該空気の絶対温
    度を周囲温度より約５〜約３０％高め、この加熱に膨張
    器からの膨張した高温燃焼ガスを用いて、抜取られる圧
    縮機からの空気の体積を減じ、これによってタービン装
    置の効率を向上させ、高温燃焼ガスが加熱前にまずボイ
    ラーに通され、圧縮機からの空気の第１の部分が燃焼器
    に通されると共に、第２の部分がブースタ圧縮機に送ら
    れ、次いでガス化器に送られることを特徴とするタービ
    ン装置の運転方法。 ２、膨張器に供給される空気を加熱して、その絶対温度
    を周囲温度よりも約８〜約２０％高めることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、圧縮機に供給される空気が、膨張器からの高温膨張
    燃焼ガスとの間接的な熱交換により加熱されることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法
    。 ４、圧縮機からの空気の第１の部分は燃焼器に送られ、
    その第２の部分はガス化器に送られ、固体燃料が該ガス
    化器に導入され、そこで低ＢＴＵ値のガス燃料が生成さ
    れ、該ガス燃料が燃焼器に送られ、そこで空気の第１の
    部分と反応して、高温排気ガスが生成されることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項
    に記載の方法。 ５、燃料がピートであることを特徴とする特許請求の範
    囲第４項記載の方法。 ６、空気の第２の部分がガス化器に送られる前にブース
    タ圧縮機に通されることを特徴とする特許請求の範囲第
    ４項または第５項に記載の方法。
JP62023403A 1986-02-07 1987-02-02 低ｂｔｕガス燃料を用いるガスタ−ビン装置の運転方法 Expired - Lifetime JPH0672551B2 (ja)

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US06/827,036 US4677829A (en) 1986-02-07 1986-02-07 Method for increasing the efficiency of gas turbine generator systems using low BTU gaseous fuels

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