KR100906267B1 - Gas turbine apparatus, apparatus for supplying fuel gas and method for suppressing calorie elevation of fuel gas - Google Patents
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Abstract
연료가스를, 그의 칼로리의 급상승을 눌러 안정적인 가스 터빈 연료로서 공급할 수 있는 저칼로리 가스 공급 설비를 제공한다. 저칼로리 가스 공급 설비(1)는, 가스를 연료로서 가스 터빈(2)에 공급하기 위한 저칼로리 가스 공급 배관(3)과, 연료가스 공급 배관(3)에 접속되고, 산고 제조 플랜트 및 질소 제조 플랜트 중 적어도 어느 한곳(20)에서 발생하는 폐기 질소를 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 공급하기 위한 폐기 질소 공급 배관(4)과, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 설치되고, 가스 중의 발열량을 검출하는 칼로리미터(11)와, 제어장치(100)를 구비하고 있고, 제어장치(100)가, 칼로리미터(11)의 검출 값이 기준치를 초과하고 있을 때에 폐기 질소 공급 배관(4)으로부터 폐기 질소를 공기하도록 제어하고 있다.
가스, 터빈, 연료, 가스, 칼로리, 상승, 억제
Provided is a low calorie gas supply facility capable of supplying fuel gas as a stable gas turbine fuel by pressing a spike in its calories. The low-calorie gas supply facility 1 is connected to a low-calorie gas supply pipe 3 for supplying gas to the gas turbine 2 as a fuel, and a fuel gas supply pipe 3, in an acid production plant and a nitrogen production plant. Calories installed in the waste nitrogen supply pipe 4 and the low calorie gas supply pipe 3 for supplying the waste nitrogen generated in at least one place 20 to the low calorie gas supply pipe 3, and for detecting the calorific value of the gas. The meter 11 and the control apparatus 100 are provided, and when the control apparatus 100 detects the calorimeter 11 exceeding the reference value, the waste nitrogen is discharged from the waste nitrogen supply pipe 4. To control it.
Gas, turbine, fuel, gas, calories, rise, suppression
Description
본 발명은 가스 터빈 설비, 연료가스 공급 설비 및 연료가스의 칼로리 상승 억제 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 저칼로리 가스와 같이 그의 발열량('칼로리'라고도 한다)이 변동하는 가스를 가스 터빈의 연료로서 공급하는 연료가스 공급 설비, 이 연료가스 공급 설비를 구비한 가스 터빈 설비, 그리고 상기 가스 터빈 연료용 가스의 발열량 상승을 억제하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gas turbine installation, a fuel gas supply facility and a method for suppressing calorie rise of fuel gas. More specifically, a fuel gas supply facility for supplying a gas whose heating value (also called a "calorie") fluctuates, such as a low-calorie gas, as a fuel of a gas turbine, a gas turbine facility equipped with this fuel gas supply facility, and the said gas A method of suppressing an increase in the calorific value of a gas for turbine fuel.
제철 분야에 있어서, 예를 들면 용광로 법으로 선철을 생산하는 경우, 용광로에서 노정(爐頂) 가스(Blast Furnace Gas 이며, 이하 'BFG'로 표기한다)가 부산물(副生) 가스로서 발생한다. BFG의 총 발열량은 사용한 코크스의 발열량의 약 절반까지도 이르기 때문에, 제선 원가 저감을 위하여 BFG는 제철소 내에서 다방면으로 이용되고 있다. BFG는 투입 코크스 1톤당 3,000N㎥ 정도 발생하고, 그 조성은 이산화탄소(CO2)가 10 ~ 18 용적%(이하, 간략히 '%'라고 표기한다), 일산화탄소(CO)가 22 ~ 30%, 질소(N2)가 52 ~ 60%, 수소(H2)가 0.5 ~ 4%, 메탄(CH4)이 0.5 ~ 3% 정 도로 되어 있다. In the steelmaking field, for example, when pig iron is produced by a blast furnace method, a furnace gas (Blast Furnace Gas, hereinafter referred to as 'BFG') is generated as a by-product gas in a blast furnace. Since the total calorific value of BFG reaches up to about half of the calorific value of the coke used, BFG has been used in various ways in steel mills in order to reduce steelmaking costs. BFG generates about 3,000Nm3 per ton of coke, and its composition is 10 to 18% by volume of carbon dioxide (CO 2 ) (hereinafter referred to as '%'), 22 to 30% of carbon monoxide (CO), nitrogen (N 2 ) is 52 to 60%, hydrogen (H 2 ) is 0.5 to 4%, and methane (CH 4 ) is about 0.5 to 3%.
BFG는 이들 이외에 연진(煙塵)을 2 ~ 10g/N㎥ 함유하고 있기 때문에, 이것을 제진기(除塵器)에서 0.01g/N㎥ 정도까지 제거한 후, 발열량 800kcal/N㎥ 정도의 연료가스로서, 열풍로, 코크스로, 가열로, 보일러 등에 이용되고 있다. 최근, 가스 터빈에서도, 그 기술의 향상에 의해 저칼로리 가스의 연소가 가능해지고, BFG를 가스 터빈 연료로서 이용하여 발전하는 사례가 증가하고 있다. 여기서 말하는 저칼로리 가스란, 그 발열량이 약 12MJ/N㎥ 이하의 가스로 정의하고 있다. 저칼로리 가스로서는, 후술하는 바와 같이, 용광로 가스(BFG)에만 한정하지 않고, 전로(轉爐) 가스(LDG) 등의 여러 가지 다른 종류의 가스나 그들의 혼합 가스가 포함된다. Since BFG contains 2 to 10 g / Nm3 of fume dust in addition to these, after removing it to about 0.01g / Nm3 from a vibration damper, it is a fuel gas having a calorific value of 800 kcal / Nm3. It is used for a coke oven, a heating furnace, a boiler, etc. In recent years, even in gas turbines, combustion of low-calorie gas is enabled by the improvement of the technology, and there are increasing cases of generating electricity by using BFG as a gas turbine fuel. The low calorie gas here is defined as a gas whose calorific value is about 12 MJ /
한편으로, 최근, 용광로 법 이외의 새로운 제철 프로세스(예를 들면 FINEX나 COREX 등의 직접환원제철법)가 개발되고 있고, 이러한 신규 프로세스로부터 발생하는 부산물 가스의 유효 이용에 대해서도 적용할 수 있는 연소 방식의 개발이 기대되고 있다. 어떤 제철 프로세스이거나, 발생하는 부산물 가스의 특성(가스 조성이나 칼로리)은 설비나 조업 내용에 따라서 다르다. 동일 설비이더라도 각 원료의 특성이나 반응 정도에 따라서 시시각각 변화하고, 일정한 것이 없다. On the other hand, in recent years, new steelmaking processes other than the blast furnace method (for example, direct reduction ironmaking methods such as FINEX and COREX) have been developed, and a combustion method that can also be applied to the effective use of by-product gas generated from these new processes. Development is expected. In any steelmaking process, the by-product gases generated (gas composition or calories) will vary depending on the plant or operation. Even in the same facility, it varies depending on the characteristics of each raw material and the degree of reaction.
부산물 가스를 가스 터빈의 연료로서 사용하는 경우의 가장 중요한 특성인 칼로리에 관하여 살펴보면, 각 가스 터빈이 본래 가지는 칼로리의 허용 변동폭의 상한(예를 들면 평균 칼로리 값의 약 +10%)을 초과한 경우, 즉 칼로리가 급격히 커진 경우, 가스 터빈의 연소기 내에서의 연소 온도가 급격하게 비정상적인 고온으로 된다. 이것에 기인하여 버너 부분, 터빈의 정익(靜翼) 및 동익(動翼)이 손상을 받 아서 수명이 단축되기도 하는 폐해가 발생할 가능성이 있다. 이 경우, 가스 터빈 설비의 경제적인 연속 운전이 곤란해진다. Looking at the calorie, the most important characteristic of using by-product gas as the fuel of a gas turbine, if the gas turbine exceeds the upper limit of the permissible fluctuation of calories (for example, about + 10% of the average calorie value) In other words, when the calories are rapidly increased, the combustion temperature in the combustor of the gas turbine is abruptly abnormal high temperature. Due to this, there is a possibility that the burner part, the vane and the rotor blade of the turbine may be damaged, and the damage that may shorten the life may occur. In this case, economical continuous operation of the gas turbine installation becomes difficult.
부산물 가스의 변동하는 칼로리를 억제하기 위하여 이른바 순수 질소 가스(N2)에 의해서 희석하는 기술은 공지되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 참조). 그러나, 고순도로 정제된 N2 등의 불활성 가스로 부산물 가스를 희석하는 경우, 칼로리의 변동 값에 따라서는 N2 등의 고가인 불활성 가스를 대량으로 사용하지 않을 수 없다. 또, 불활성 가스를 연속하여 대량으로 확보하는 것은 특수한 산업 분야를 제외하고는 매우 곤란하다. 또한, 대량의 불활성 가스 저장 설비나, 배관을 포함하는 가스 공급을 위한 각종 기기 설비 등을 설치할 필요가 있다. 이러한 이유에 따라, 순수한 불활성 가스를 구입하여 사용하는 것은 가스 터빈 발전의 경제성을 저하시켜, 고효율을 표방하는 가스 터빈의 기술적 우위성을 저해한다. Techniques for diluting with so-called pure nitrogen gas (N 2 ) in order to suppress fluctuating calories of by-product gas are known (see
특허문헌 1: 일본 특개2002-155762호 공보 Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-155762
특허문헌 2: 일본 특개평9-317499호 공보 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-317499
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 설비 비용 및 운전 비용이 저렴한, 가스 터빈용 연료가스의 칼로리 변동을 완화할 수 있는 연료가스 공급 설비, 이 연료가스 공급 설비를 구비한 가스 터빈 설비 및 가스 터빈 연료용 가스의 발열량 상승을 억제하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has a fuel gas supply facility capable of alleviating calorie fluctuations of fuel gas for a gas turbine, which is low in equipment cost and operating cost, and a gas turbine facility having the fuel gas supply facility; It is an object of the present invention to provide a method of suppressing an increase in the calorific value of a gas for a gas turbine fuel.
상기 목적을 위하여 본 발명의 연료가스 공급 설비는, Fuel gas supply facilities of the present invention for the above purpose,
가스를 연료로서 가스 터빈에 공급하기 위한 연료가스 공급 통로와, A fuel gas supply passage for supplying gas to the gas turbine as fuel;
상기 연료가스 공급 통로에 접속되고, 산소 제조 플랜트 및 질소 제조 플랜트 중 적어도 어느 한 곳에서 발생하는 폐기 질소를 연료가스 공급 통로에 공급하기 위한 폐기 질소 공급 통로와, A waste nitrogen supply passage connected to the fuel gas supply passage for supplying waste nitrogen generated in at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant to the fuel gas supply passage;
상기 연료가스 공급 통로에 설치되고, 가스 중의 발열량을 검출하기 위한 발열량 검출 장치를 구비하고 있다. It is provided in the said fuel gas supply passage, and is provided with the calorific value detection apparatus for detecting the calorific value in gas.
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본 발명에 의하면, 산소 제조 플랜트에서 폐기되어야 할 부산물로서 발생하는 폐기 질소, 및 질소 제조 플랜트에서 제조하였지만 미량 산소를 함유하기 때문에 폐기처분되는 폐기 질소를 회수하여 연료가스의 희석 가스로서 이용할 수 있다. 불연성 가스인 질소를 대량으로 함유하고, 게다가 조달이 극히 용이한 한편 저렴한 폐기 질소를 혼합하여 연료가스를 희석하는 것에 의해, 연료가스의 칼로리 상승을 억제할 수가 있다. 여기서, 발열량 검출 장치란, 가스의 발열량을 직접 계측하는 장치(예를 들면, 이른바 '칼로리미터')는 물론, 가스 중의 가연 성분의 함유율을 계측하는 장치도 포함한다. According to the present invention, waste nitrogen generated as a by-product to be discarded in an oxygen production plant and waste nitrogen produced in a nitrogen production plant but contained in a small amount of oxygen can be recovered and used as a dilution gas of fuel gas. By containing a large amount of nitrogen, which is a non-combustible gas, and extremely easy procurement, by mixing inexpensive waste nitrogen and diluting the fuel gas, it is possible to suppress a calorie increase of the fuel gas. Here, the calorific value detecting device includes not only an apparatus for directly measuring the calorific value of the gas (eg, a so-called 'calorimeter') but also an apparatus for measuring the content rate of the combustible component in the gas.
상기 발열량 검출장치의 검출 결과에 기초하여 폐기 질소 공급 통로에 의한 폐기 질소 공급 동작을 제어할 수 있는 제어 장치를 더 구비할 수 있다. A control device capable of controlling the waste nitrogen supply operation by the waste nitrogen supply passage may be further provided based on the detection result of the calorific value detection device.
상기 제어 장치는, 가스 터빈에 연료로서 공급되는 가스의 최대 허용 칼로리 값이 설정되고, 연료가스의 칼로리 값이 상기 최대 허용 칼로리 설정 값을 초과할 때에, 폐기 질소 공급 통로로부터 폐기 질소를 공급하도록 구성할 수 있다. The control device is configured to supply waste nitrogen from the waste nitrogen supply passage when the maximum allowable caloric value of the gas supplied as fuel to the gas turbine is set and the caloric value of the fuel gas exceeds the maximum allowable calorie set value. can do.
상기 연료가스 공급 통로에, 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 공급통로가 접속되어 있고, 상기 제어 장치가, 폐기 질소 공급 통로에 의한 연료가스 공급 통로로 폐기 질소 공급을 하고 있는 상태에서, 발열량 검출 장치의 검출 결과에 기초하여 불활성 가스 공급 통로에 의한 불활성 가스 공급 동작을 제어하도록 구성되어 있는 연료가스 공급 설비가 바람직하다. 만일 폐기 질소의 공급이 정지하거나 감소하는 것에 의해, 연료가스의 칼로리 상승의 억제가 불충분한 경우에, 고순도의 불활성 가스에 의해서 연료가스의 희석 작용을 보충할 수 있기 때문이다. An inert gas supply passage for supplying an inert gas to the fuel gas supply passage is connected, and the calorific value detecting device is provided with the waste nitrogen supplied to the fuel gas supply passage by the waste nitrogen supply passage. A fuel gas supply facility configured to control the inert gas supply operation by the inert gas supply passage on the basis of the detection result of is preferable. This is because if the supply of the waste nitrogen is stopped or reduced, the dilution of the fuel gas can be compensated for by the high purity inert gas when the suppression of calorie increase of the fuel gas is insufficient.
상기 폐기 질소 공급 통로에, 산소 제조 플랜트 및 질소 제조 플랜트 중 적어도 어느 한 곳으로부터 공급되는 폐기 질소를 일시적으로 저장하는 저장 탱크를 설치할 수 있다. 폐기 질소의 안정적인 공급을 유지하기 위함이다. In the waste nitrogen supply passage, a storage tank for temporarily storing waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant may be installed. This is to maintain a stable supply of waste nitrogen.
상기 폐기 질소 공급 통로에, 산소 제조 플랜트 및 질소 제조 플랜트 중 적어도 어느 한 곳으로부터 공급되는 폐기 질소를 일시적으로 저장하는 산소 농도 변동 억제 탱크를 설치하고, 상기 산소 농도 변동 억제 탱크에 가스 입구와 가스 출구를 형성하고, 가스 입구에는 폐기 질소 공급 통로의 상류 측을 접속하고, 가스 출구에는 폐기 질소 공급 통로의 하류 측을 접속하는 것이 바람직하다. 산소 농도가 변동하면서 공급되어 온 폐기 질소가, 산소 농도 변동 억제 탱크 안에서 혼합되는 것에 의해, 폐기 질소에 함유된 부산물 성분인 미량의 산소의 농도 변동이 균일화되고, 폐기 질소의 희석 가스로서의 안전성이 안정되기 때문이다. In the waste nitrogen supply passage, an oxygen concentration fluctuation suppression tank for temporarily storing waste nitrogen supplied from at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant is provided, and a gas inlet and a gas outlet are provided in the oxygen concentration fluctuation suppression tank. It is preferable to form a, to connect the upstream side of the waste nitrogen supply passage to the gas inlet, and connect the downstream side of the waste nitrogen supply passage to the gas outlet. The waste nitrogen supplied while the oxygen concentration is mixed is mixed in the oxygen concentration fluctuation suppression tank, whereby the concentration fluctuation of the trace amount of oxygen which is a by-product component contained in the waste nitrogen is made uniform, and the safety as the dilution gas of the waste nitrogen is stabilized. Because it becomes.
이상의 각 설비에 있어서, 상기 연료가스 공급 통로에, 연료가스를 일시적으로 저장하는 탱크가 설치되어 있고, 상기 탱크가 가스 입구와 가스 출구를 구비하고 있고, 가스 입구에는 연료가스 공급 통로의 상류 측이 접속되어 있고, 가스 출구에는 연료가스 공급 통로의 하류 측이 접속되어 있는 것이 바람직하다. 연료가스 공급 통로를 통하여 공급되는 연료가스가 탱크 안에 일시적으로 저장되고, 그 안에서 혼합되는 것에 의해, 그의 칼로리 변동 폭이 감소됨과 더불어, 칼로리 변동 속도가 완화되기 때문에, 탱크의 하류 부분에서의 폐기 질소를 이용한 희석에 의한 칼로리 평준화 제어가 한층 더 쉬워지기 때문이다. 전술한 발열량 검출 장치는 연료가스 공급 통로에 설치되지만, 연료가스 공급 통로에 탱크가 설치되는 설비에서는, 이러한 탱크도 연료가스 공급 통로를 구성하기 때문에, 발열량 검출 장치를 연료가스 공급 통로에 설치한다고 하는 것은 상기 탱크에 설치하는 것도 포함하고 있다. In each of the above facilities, a tank for temporarily storing fuel gas is provided in the fuel gas supply passage, and the tank has a gas inlet and a gas outlet, and the gas inlet has an upstream side of the fuel gas supply passage. It is preferable that the downstream side of the fuel gas supply passage is connected to the gas outlet. The waste gas in the downstream part of the tank is reduced because the fuel gas supplied through the fuel gas supply passage is temporarily stored in the tank and mixed therein, thereby decreasing the calorie fluctuation rate and the calorie fluctuation rate is alleviated. This is because it is easier to control calorie equalization by dilution using. The calorific value detecting device described above is provided in the fuel gas supply passage, but in a facility in which a tank is provided in the fuel gas supply passage, such a tank also constitutes a fuel gas supply passage, so that the calorific value detecting device is provided in the fuel gas supply passage. The thing includes installing in the said tank.
상기 탱크에 2종류의 가스 입구를 형성하고, 그 중의 한쪽 가스 입구에 상기한 연료가스 공급 통로의 상류 측을 접속하고, 다른 쪽 가스 입구에는 연료가스 공급 통로의 하류 측에 접속된 귀환 통로를 접속하고, 상기 귀환 통로에, 연료가스를 탱크를 향해서 압송하는 가스 압송 장치를 설치할 수 있다. Two types of gas inlets are formed in the tank, one of the gas inlets is connected to the upstream side of the fuel gas supply passage, and the other gas inlet is connected to the return passage connected to the downstream side of the fuel gas supply passage. In the return passage, a gas feeding device for feeding fuel gas toward the tank can be provided.
상기 탱크보다 상류 측의 연료가스 공급 통로와 탱크보다 하류 측의 연료가스 공급 통로 사이에 귀환 통로를 접속하고, 상기 귀환 통로에, 연료가스를 탱크보다 상류 측의 연료가스 공급 통로를 향해서 압송하는 가스 압송 장치를 설치할 수 있다. A gas return path is connected between the fuel gas supply passage upstream from the tank and the fuel gas supply passage downstream from the tank, and the gas for pumping fuel gas toward the fuel gas supply passage upstream from the tank is connected to the return passage. A pressure feeding device can be installed.
상기 연료가스 공급 통로에, 연료가스를 일시적으로 저장하는 탱크가 설치되어 있고, 연료가스 공급 통로와 상기 탱크 사이에, 연료가스를 탱크로부터 연료가스 공급 통로로 되돌리는 출구 통로와, 연료가스 공급 통로에서의 출구 통로와의 접속 지점보다 상류 측으로부터 연료가스를 탱크로 보내는 상류 측 입구 통로가 설치되어 있는 연료가스 공급 설비가 바람직하다. 상기 탱크에 의해서도 연료가스가 그 안에서 혼합되는 것에 의해, 그의 칼로리 변동의 폭이 감소하는 한편, 칼로리 변동 속도가 완화되기 때문이다. A tank for temporarily storing fuel gas is provided in the fuel gas supply passage, an outlet passage for returning fuel gas from the tank to the fuel gas supply passage between the fuel gas supply passage and the tank, and a fuel gas supply passage. It is preferable that the fuel gas supply facility is provided with an upstream side inlet passage through which the fuel gas is sent from the upstream side to the tank from the connection point with the outlet passage in the shunt. This is because the fuel gas is mixed therein by the tank as well, so that the width of the calorie fluctuation is reduced while the rate of calorie fluctuation is moderated.
또한, 전술한 탱크는 적어도, 내부 용적이 변화하지 않는 고정 형식의 탱크이어도 좋고, 또는 종래의 가스 터빈 설비 등에서 가스의 수급 밸런스를 감시하는 장치(gas holder)로서 이용되는 내부 용적 변동 형식의 탱크이어도 좋다. 내부 용적 변동 형식의 탱크란, 탱크 내압(內壓)에 부응하여 상하 이동할 수 있도록 기밀(氣密)하게 장착된 뚜껑 부재를 가지는 탱크, 구동 장치에 의해서 뚜껑 부재를 적극적으로 상하 이동시키는 것에 의해 밸런스 효과를 최대로 할 수 있도록 탱크 용적을 선정할 수 있는 탱크 등이다. In addition, the tank mentioned above may be a fixed type tank which does not change internal volume at least, or may be a tank of the internal volume variation type used as a gas holder which monitors the supply-demand balance of gas in a conventional gas turbine installation etc. good. A tank having an internal volume variation type is a tank having a lid member that is hermetically mounted so as to move up and down in response to a tank internal pressure, and is balanced by actively moving the lid member up and down by a driving device. It is a tank which can select a tank volume to maximize the effect.
또한, 상기 연료가스 공급 설비에 대하여, 상기 상류 측 입구 통로에 대신해서, 또는 상류 측 입구 통로와 함께, 연료가스 공급 통로에서의 출구 통로와의 접속 지점보다 하류 측으로부터 연료가스를 탱크로 보내는 하류 측 입구 통로를 설치하고, 상기 하류 측 입구 통로에 연료가스를 탱크를 향해서 압송하는 가스 압송 장치를 설치할 수 있다. Further, the fuel gas supply facility has a downstream in which fuel gas is sent to the tank from the downstream side instead of the connection point with the outlet passage in the fuel gas supply passage in place of or along with the upstream side inlet passage. A side inlet passage may be provided, and a gas pressure feeding device for feeding fuel gas toward the tank may be provided in the downstream side inlet passage.
상기 탱크를 가지는 연료가스 공급 설비에 있어서, 연료가스 공급 통로에서의 출구 통로와의 접속 지점보다 하류 측과, 연료가스 공급 통로에서의 입구 통로와의 접속 지점보다 상류 측 사이에 귀환 통로를 접속하고, 상기 귀환 통로에, 연료가스를 상류 측 연료가스 공급 통로를 향해서 압송하는 가스 압송 장치를 설치할 수 있다. In the fuel gas supply facility having the tank, a return passage is connected between the downstream side of the connection point to the outlet passage in the fuel gas supply passage and the upstream side of the connection point to the inlet passage in the fuel gas supply passage. In the return passage, a gas feeding device for feeding fuel gas toward the upstream fuel gas supply passage can be provided.
전술한 탱크의 내부에 가스를 교반하기 위한 교반 장치를 설치하는 것이 바람직하다. It is preferable to provide a stirring device for stirring the gas inside the tank described above.
상기 연료가스 공급 통로에서의 상류 부분과 하류 부분 사이에 접속된 귀환 통로를 더 구비하고, 상기 귀환 통로에, 연료가스 공급 통로를 흐르는 연료가스의 일부를 연료가스 공급 통로의 하류 부분으로부터 상류 부분을 향해서 압송하는 가스 압송 장치가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 탱크에 의한 작용과 동일한 작용이 이루어지기 때문이다. And a return passage connected between an upstream portion and a downstream portion in the fuel gas supply passage, wherein a portion of the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage is transferred upstream from the downstream portion of the fuel gas supply passage. It is preferable that a gas pumping device that is pumped toward the front is provided. This is because the same operation as that by the tank is achieved.
본 발명의 가스 터빈 설비는, Gas turbine equipment of the present invention,
가스 터빈과, 상기 가스 터빈에 연료로서의 가스를 공급하기 위한 연료가스 공급 설비를 구비하고 있고, 상기 연료가스 공급 설비가, 전술한 것들 중 어느 하나의 연료가스 공급 설비이다. A gas turbine and a fuel gas supply facility for supplying gas as fuel to the gas turbine are provided, and the fuel gas supply facility is any of the fuel gas supply facilities described above.
본 발명의 가스 터빈 연료용 연료가스의 칼로리 상승 억제 방법은, The method of suppressing the calorie increase of the fuel gas for the gas turbine fuel of the present invention,
가스 터빈에 연료로서 공급하는 가스의 발열량을 계측하는 칼로리 계측 단계와, A calorie measurement step of measuring the calorific value of the gas supplied as fuel to the gas turbine,
상기 계측 결과가 설정 허용 칼로리 값을 초과할 때에, 산소 제조 플랜트 및 질소 제조 플랜트 중 적어도 어느 한곳에서 발생하는 폐기 질소를 상기 연료가스에 혼입하는 폐기 질소 혼입 단계를 포함한다. And a waste nitrogen incorporating step of incorporating waste nitrogen generated in at least one of an oxygen production plant and a nitrogen production plant into the fuel gas when the measurement result exceeds a set allowable calorie value.
또한, 폐기 질소 공급에 의해서도 상기 발열량 계측 결과가 설정 허용 칼로리 값을 밑돌지 않는다고 판단한 때에, 불활성 가스를 연료가스에 혼입하는 단계를 더 포함하는 칼로리 상승 억제 방법이 바람직하다. Also, when it is determined that the calorific value measurement result does not fall below the set allowable calorie value even by the waste nitrogen supply, a calorie increase suppressing method further comprising the step of incorporating an inert gas into the fuel gas.
본 발명에 의하면, 프로세스 부산물 가스와 같이 칼로리 변동할 수 있는 연료가스를 가스 터빈에 공급하는 설비가, 저렴한 설비 비용 및 운전 비용에 의해서 실현된다. 예를 들면, 저칼로리 가스와 같이 발열량이 변동하는 가스를 연료로서 공급할 때에, 해당 가스의 칼로리 상승을 억제하기 위하여, 그 가스 성분의 대부분을 N2라고 하는 불연성 가스가 차지하는 폐기 질소를 쉽게 대량으로 입수할 수 있기 때문이다. According to the present invention, a facility for supplying a gas turbine with a fuel gas that can vary in calories, such as a process byproduct gas, is realized by a low installation cost and an operating cost. For example, when supplying a fluctuating gas such as a low calorie gas as fuel, in order to suppress calorie increase of the gas, a large amount of waste nitrogen easily occupied by a nonflammable gas called N 2 is obtained in large quantities. Because you can.
도 1은 본 발명의 일실시예인 저칼로리 가스 공급 설비를 포함한 가스 터빈 발전 설비의 개략을 나타내는 배관도이다. 1 is a piping diagram illustrating an outline of a gas turbine power generation facility including a low calorie gas supply facility according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예인 저칼로리 가스 공급 설비를 포함한 가스 터빈 발전 설비의 개략을 나타내는 배관도이다. 2 is a piping diagram schematically showing a gas turbine power generation facility including a low calorie gas supply facility according to another embodiment of the present invention.
도 3은 저칼로리 가스 및 공기의 혼합률과 혼합기의 가연 한계와의 관계의 일례를, 횡축으로 저칼로리 가스의 용적비율을 취하고, 종축으로 온도를 취하여 표시한 그래프이다. 3 is a graph showing an example of the relationship between the mixing ratio of low calorie gas and air and the flammability limit of the mixer, taking the volume ratio of low calorie gas on the horizontal axis, and taking the temperature on the vertical axis.
도 4는 도 1 또는 도 2에서의 버퍼 탱크를 통과함에 따라서 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 완화되는 상태의 일례를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing an example of a state in which calorie fluctuation of low-calorie gas is relaxed as it passes through the buffer tank of FIG. 1 or 2.
도 5는 버퍼 탱크를 통과함에 따라서 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 완화되는 상태의 다른 예를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing another example of a state in which calorie fluctuation of low-calorie gas is relaxed as it passes through a buffer tank.
도 6은 버퍼 탱크를 통과함에 따라서 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 완화되는 상태의 또 다른 예를 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing another example of a state in which calorie fluctuation of low calorie gas is relaxed as it passes through a buffer tank.
도 7은 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 다른 예를 나타내는 배관도이다. 7 is a piping diagram illustrating another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 8은 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. 8 is a piping diagram illustrating another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 9는 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. FIG. 9 is a piping diagram illustrating still another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 10은 도 8 또는 도 9의 버퍼 탱크를 통과함에 따라서 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 완화되는 상태의 일례를 나타낸 그래프이다. FIG. 10 is a graph illustrating an example of a state in which calorie fluctuation of low calorie gas is relaxed as it passes through the buffer tank of FIG. 8 or FIG. 9.
도 11은 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. FIG. 11 is a piping diagram illustrating still another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 12는 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 칼로리 변동 억제 수단의 다른 예를 나타내는 배관도이다. 12 is a piping diagram showing another example of calorie fluctuation suppressing means that can be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or FIG. 2.
도 13은 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. FIG. 13 is a piping diagram illustrating still another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 14는 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. 14 is a piping diagram illustrating still another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
도 15는 도 1 또는 도 2의 가스 터빈 발전 설비에서 설치될 수 있는 버퍼 탱크의 또 다른 예를 나타내는 배관도이다. FIG. 15 is a piping diagram illustrating still another example of a buffer tank that may be installed in the gas turbine power generation facility of FIG. 1 or 2.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 저칼로리 가스 공급 설비 2: 가스 터빈 1: low calorie gas supply equipment 2: gas turbine
3: 저칼로리 가스 공급 배관 4: 폐기 질소 공급 배관 3: low calorie gas supply line 4: waste nitrogen supply line
5: 혼합기 6: 집진장치 5: Mixer 6: Dust Collector
7: 발열량 검출장치(칼로리미터) 8: 유량계 7: Calorific value detector (calorimeter) 8: Flow meter
9: 혼합 가스 공급 배관 10: 버퍼 탱크 9: mixed gas supply piping 10: buffer tank
11: 칼로리미터 12: 산소 농도계 11: calorimeter 12: oximeter
13: 저압 압축기 14: 고압 압축기 13: low pressure compressor 14: high pressure compressor
15: 냉각기 16: 연소기 15: cooler 16: combustor
17: 유량 조절 밸브 18: 필터 17: flow control valve 18: filter
19: 발전기 20: (폐기 질소의) 공급원 19: generator 20: source (of waste nitrogen)
21: 질소 저장탱크 21: nitrogen storage tank
22: (폐기 질소의) 산소 농도 변동 억제 탱크 22: oxygen concentration fluctuation suppression tank (of waste nitrogen)
23: 산소 농도계 24: 팬 23: oximeter 24: fan
25: 역류 방지 밸브 26: 스톱 밸브 25: non-return valve 26: stop valve
27: 유량계 28: 유량 조절 밸브 27: flow meter 28: flow control valve
29: 스톱 밸브 30: 역류 방지 밸브 29: stop valve 30: non-return valve
31: 폐기 질소 방출관 32: 유량 조절 밸브 31: waste nitrogen discharge pipe 32: flow control valve
33: 저칼로리 가스 공급 설비 34: 불활성 가스 공급 배관 33: low calorie gas supply facility 34: inert gas supply piping
35: 스톱 밸브 36: 유량계 35: stop valve 36: flow meter
37: 유량 조절 밸브 38: 공통 배관 37: flow control valve 38: common piping
39: 팬 40: 가스량 밸런스 감시 장치 39: fan 40: gas amount balance monitoring device
41: 연통관 42: 탱크 41: communication pipe 42: tank
43: 뚜껑 부재 44: 조정용 추 43: lid member 44: adjustment weight
45: 상류 측 입구 배관 46: 가스량 밸런스 감시 장치 45: upstream side inlet piping 46: gas amount balance monitoring device
47: 탱크 48: 압력 검출 장치 47: tank 48: pressure detection device
49: 귀환 배관 50: 하류 측 입구 배관 49: return piping 50: downstream side inlet piping
51: 교반 장치 52: 귀환 배관 51: stirring device 52: return piping
100: 제어장치 S: 직접환원제철설비 100: control device S: direct reduction steelworks
첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 연료가스 공급 설비, 그것을 구비한 가스 터빈 설비 및 연료가스의 발열량 상승을 억제하는 방법의 실시예를 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION The embodiment of the fuel gas supply facility of this invention, the gas turbine facility provided with the same, and the method of suppressing the heat generation increase of fuel gas are described, referring an accompanying drawing.
도 1은 본 발명의 연료가스 공급 설비의 일 실시예인 저칼로리 가스 공급설비(1)를 포함한 가스 터빈 설비의 개략을 나타내는 배관도이다. 가스 터빈 설비로서는 가스 터빈 발전 설비를 예시하고 있다. 전술한 바와 같이, 저칼로리 가스를 그 발열량이 약12MJ/N㎥ 이하의 가스로 정의한다. 저칼로리 가스는 그의 칼로리 등의 특성이 변동하는 일이 많다. 1 is a piping diagram showing an outline of a gas turbine facility including a low calorie
상기 저칼로리 가스 공급 설비(1)는, 직접환원제철설비(S)에서 발생한 부산 물 가스(이하, '저칼로리 가스'로 칭한다)를 가스 터빈(2)에 연료로서 공급하는 저칼로리 가스 공급 배관(3)과, 이 저칼로리 가스의 칼로리 상승을 억제하기 위하여 폐기 질소를 희석 가스로서 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 공급하기 위한 폐기 질소 공급 배관(4)과, 이 저칼로리 가스 공급 설비(1)의 작동을 제어하기 위한 제어장치(100)를 구비하고 있다. The low calorie
저칼로리 가스를 희석하여 그의 칼로리 상승을 억제하기 위하여 폐기 질소를 혼합하는 이유는, 폐기 질소는 대량의 N2를 함유하는 한편, 가연성 가스는 포함하고 있지 않기 때문이다. 폐기 질소는, 용광로 법, 그리고 FINEX 법이나 COREX 법 등의 직접환원제철법에서 사용되는 산소 제조 플랜트로부터 방산되는 질소, 및 산소 제조 플랜트에 병설되는 질소 제조 플랜트로부터 배출되는, 산소를 미량으로 함유한 질소이다. FINEX 법이나 COREX 법 등의 직접환원제철법의 경우, 산소를 사용하고 있으므로, 산소를 대량으로 제조하는 산소 제조 플랜트의 설치가 필수이다. 용광로 법에서도 산소를 사용하므로 규모의 차이는 있더라도 산소 제조 플랜트를 사용한다. 산소 제조 플랜트는 공기로부터 질소를 분리하여 산소를 제조하는 것이나, 산소를 분리한 후의 질소는 폐기 질소로서 통상은 대기로 방산된다. 한편, 산소 제조 플랜트에 질소 제조 플랜트를 병설하여 고순도의 질소를 제조하는 것도 많이 있으나, 이 경우에도 산소를 미량으로 함유한 질소는 폐기 질소로서 대기로 방산된다. 이와 같은 폐기 질소는 질소 가스가 95 ~ 98 질량% 정도, 더불어 산소가 2 ~ 5% 정도의 가스 조성을 가져, 저 칼로리 가스의 가연 한계의 관점에서도 지극히 안전한 희석 가스이다. 이러한 대량으로 폐기되는 질소를 회수하여 사용하면 조업 비용이 특히 저렴해진다. The reason why the waste nitrogen is mixed in order to dilute the low calorie gas and suppress its calorie rise is because the waste nitrogen contains a large amount of N 2 , but does not contain a flammable gas. The waste nitrogen contains a small amount of nitrogen released from the oxygen production plant used in the furnace method and the direct reduction iron production method such as the FINEX method or the COREX method, and the nitrogen discharged from the nitrogen production plant added to the oxygen production plant. Nitrogen. In the case of direct reduction iron production methods such as the FINEX method and the COREX method, since oxygen is used, it is essential to install an oxygen production plant that produces a large amount of oxygen. Oxygen is also used in the furnace process, so oxygen production plants are used, even if there are differences in scale. The oxygen production plant produces nitrogen by separating nitrogen from air, but nitrogen after separating oxygen is usually discharged to the atmosphere as waste nitrogen. On the other hand, in many cases, a nitrogen production plant is added to an oxygen production plant to produce high purity nitrogen, but even in this case, nitrogen containing a small amount of oxygen is released into the atmosphere as waste nitrogen. Such waste nitrogen has a gas composition of about 95 to 98% by mass of nitrogen gas and about 2 to 5% of oxygen, and is an extremely safe dilution gas in view of the flammability limit of low calorie gas. Recovering and using such a large amount of nitrogen which is disposed of in large quantities makes operation costs particularly low.
상기 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 혼합기(5)보다 상류 부분에는, 직접환원제철설비(S)로부터 보내져 오는 저칼로리 가스를 제진하기 위한 집진장치(6)와, 저칼로리 가스를 1차 저장하기 위한 버퍼 탱크(10)가 설치되어 있다. 이 버퍼 탱크(10)에는, 상류 측의 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되는 입구(10a)와, 하류 측의 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되는 출구(10b)가 형성되어 있다. 도 1의 버퍼 탱크(10)에서는, 그의 입구(10a) 및 출구(10b)는 탱크 둘레 벽의 하단 근방에 형성되어 있으나, 특별히 이러한 형성 위치에 한정되지 않는다. 예를 들면, 탱크 둘레 벽의 가운데 부분, 윗부분, 탱크의 바닥 부분 등에 형성하여도 좋다. In the upstream portion of the
버퍼 탱크(10)는 비교적 대용량이고, 시시각각으로 칼로리 변동하면서 머무르는 저칼로리 가스가 상기 버퍼 탱크(10)의 내부에서 혼합된다. 그 효과에 관해서는 후술한다. 버퍼 탱크(10)의 하류 측에는 저칼로리 가스의 발열량을 검출하기 위한 발열량 검출장치(칼로리미터)(7)와 유량을 계측하기 위한 유량계(8)가 설치되어 있다. 이 유량계(8)의 설치 위치는 혼합기(5)의 상류 측에 한정되지 않는다. 혼합기(5)의 하류 측이어도 좋다. 예를 들면, 후술하는 고압 압축기(14)와 연소기(16) 사이여도 좋다. The
발열량 검출장치(7)의 설치 위치는, 버퍼 탱크(10)의 하류 측에 한정되지 않고, 예를 들면, 버퍼 탱크(10)의 상류 측이어도 좋다. 버퍼 탱크(10)의 상류 측에서 가스의 칼로리 변동을 사전에 검지하는 것에 의해, 혼합기(5)를 사용한 발열량 제어를 더욱 확실하게 행할 수가 있다. 또한, 버퍼 탱크(10)의 상류 측과 함께 하류 측에도 발열량 검출장치를 설치하고, 양 발열량 검출장치에 의해서 버퍼 탱크(10)의 가스 칼로리 변동 억제 효과를 감시하는 것에 의해, 버퍼 탱크(10)에서의 가스 혼합 작용을 병용한 칼로리 변동의 억제 시스템의 종합적 성능을 파악할 수가 있다. 해당 발열량 검출장치는 버퍼 탱크(10)에 직접 장착하는 것도 가능하다. 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 상기 발열량 검출장치(7)에 더하여 버퍼 탱크(10)에 별도의 발열량 검출장치를 장착하여도 좋다. The installation position of the calorific
여기서, 발열량 검출장치(7)로서는, 가스의 발열량을 직접 계측하는 이른바 '칼로리미터', 가연 성분의 함유율(농도)을 계측하는 장치 등이 이용된다. 검출 속도를 중요시하는 경우는 현재로서는 가연성 가스 농도 검출기를 이용하는 것이 바람직하다. 적용되는 저칼로리 가스가 주로 함유하는 가연 성분의 종류나 주된 농도 변동이 발생하는 가연 성분(예를 들면, 직접환원제철법에서의 부산물 가스로서는 CO이다)에 대응해서, 그 성분의 농도를 검출하는 농도 검출기를 이용하여도 좋다. 본 명세서에서는 이러한 발열량 검출 장치 전체를 대표하여 「칼로리미터」라고 부른다. Here, as the calorific
저칼로리 가스 공급 배관(3)의 혼합기(5)보다 하류 부분은, 그곳을 저칼로리 가스가 폐기 질소와 혼합된 상태에서 가스 터빈(2)까지 보내지는 것이므로, 이 범위의 배관을 혼합 가스 공급 배관(9)이라고 부른다. 혼합 가스 공급 배관(9)에는 칼로리미터(11)와 혼합 가스 중의 산소 농도를 계측하기 위한 산소 농도계(12)가 설치되어 있다. 산소 농도계(12)의 하류 측에는 가스 터빈(2)의 저압 연료가스 압축기(이하, '저압 압축기'라고 칭한다)(13)와 고압 연료가스 압축기(이하, '고압 압축기'라고 칭한다)(14)가 차례대로 설치되어 있다. 양 압축기(13, 14) 사이에는 연료가스인 혼합 가스를 냉각하기 위한 냉각기(15)가 설치되어 있다. 고압 압축기(14)로부터 가스 터빈(2)의 연소기(16)에 접속된 연료 배관(9a)에는 터빈 출력을 조정하기 위한 유량 조정 밸브(이하, '유량 조절 밸브'라고 한다)(17)가 설치되어 있다. 참조 부호 '18'은 연소기(6)로 공기를 공급하는 배관에 설치된 필터이다. 가스 터빈(2)에는 발전기(19)가 연결되어 있다. The lower portion of the lower calorie
도 1은 양 압축기(13, 14)와 함께 터빈(2)에 의해서 회전 구동되는 형태의 것을 나타내고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 양 압축기(13, 14)가 터빈(2)과 동축으로 연결되지 않고, 전용의 모터에 의해서 구동되도록 구성하여도 좋다. FIG. 1 shows a type of rotationally driven by the
폐기 질소 공급 설비에 관하여 설명한다. 폐기 질소 공급배관(4)은, 폐기 질소의 공급원인 산소 제조 플랜트(또는 질소 제조 플랜트)(20)로부터 상기 혼합기(5)까지 연장되어 있다. 이 폐기 질소 공급 배관(4)에는 질소 저장 탱크(21)와 산소 농도 변동 억제 탱크(22)가 설치되어 있다. 이들 양 탱크(21, 22)의 설치 위치에 관해서는, 어떠한 것을 상류 측(하류 측)에 설치하여도 좋다. The waste nitrogen supply facility will be described. The waste
질소 저장 탱크(21)는, 공급원(20)으로부터의 폐기 질소를 일시적으로 저장하는 것에 의해, 공급원(20)으로부터의 폐기 질소 공급이 갑자기 정지하거나 대폭적으로 감소하는 등의 긴급 사태에서도, 소정 시간은 폐기 질소를 계속 공급할 목적으로 설치되어 있다. 또한, 폐기 질소 공급 배관(4)의 내부 압력의 변동을 완화할 수 있다. 상기 질소 저장 탱크(21)는 한 라인의 연통관만으로 폐기 질소 공급 배관(4)에 접속되어도 좋고, 입구와 출구를 형성하여 각각을 폐기 질소 공급 배관(4)의 상류 측과 하류 측에 접속하여도 좋다. The
산소 농도 변동 억제 탱크(22)는, 폐기 질소 중의 산소 농도의 변동을 억제할 목적으로 설치되어 있다. 산소 농도의 변동이 무시할 수 있는 정도의 것이면 상기 산소 농도 변동 억제 탱크(22)를 설치할 필요는 없다. 상기 산소 농도 변동 억제 탱크(22)는 입구(22a)와 출구(22b)가 형성되어 있고, 각각(22a, 22b)이 입구 배관과 출구 배관에 의해서 폐기 질소 공급 배관(4)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 폐기 질소 공급 배관(4)에 의해 공급되는 폐기 질소의 전부가 산소 농도 변동 억제 탱크(22)로 유입하여 혼합된다. 그 결과, 설령 공급되는 폐기 질소에 산소 농도의 변동이 있는 경우이더라도, 산소 농도 변동 억제 탱크(22)의 출구(22b)로부터 나가는 폐기 질소의 산소 농도의 변동 폭은 축소되고, 변동 속도는 저하한다. 즉, 산소 농도의 변동이 크게 완화(억제)된다. 이와 같이 산소 농도가 완화되면, 폐기 질소의 희석 가스로서의 안전성이 안정적으로 발휘된다. The oxygen concentration
상기 산소 농도 변동 억제 탱크(22)를 질소 저장 탱크(21)로서 겸용하는 것도 가능하다. 이 경우는 도면 중의 질소 저장 탱크(21)는 설치할 필요가 없고, 산소 농도 변동 억제 탱크(22)만 설치하면 된다. The oxygen concentration
산소 농도 변동 억제 탱크(22)의 하류 측에서 폐기 질소 공급 배관(4)은 유지보수 시 등의 편의를 위하여 2개 라인으로 분기 되고, 공급원(20)으로부터 폐기 질소를 흡인하여 연료 가스 공급 배관(3)을 향해서 폐기 질소 공급 배관(4) 안을 압송하기 위한 압송 장치로서의 팬(24)이 설치되어 있다. 공급원(20)에서 발생한 때의 폐기 질소의 압력이 충분히 높을 때에는 상기 팬(24)은 필요치 않다. On the downstream side of the oxygen concentration
각 팬(24)의 하류 측에는 팬(24) 측으로의 역류 방지를 위하여 역류 방지 밸브(25)가 설치되어 있다. 폐기 질소 공급 배관(4)은, 양측 역류 방지 밸브(25)의 하류 측에서 다시 한 라인으로 통합되어 있다. 그 통합 지점으로부터 하류의 폐기 질소 공급 배관(4) 부분에는 스톱 밸브(26), 유량계(27), 유량 조절 밸브(28), 산소 농도계(23), 스톱 밸브(29) 및 역류 방지 밸브(30)가 설치되고, 최종적으로 폐기 질소 공급 배관(4)은 혼합기(5)에 접속되어 있다. 상기 산소 농도계(23)의 설치 위치는 특별히 도시된 위치에 한정되지 않고, 폐기 질소 공급 배관(4) 상의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 저칼로리 가스의 칼로리 변동 억제에 있어서, 상기 산소 농도계(23)를 이용하는 경우에는, 해당 제어에 상기 혼합 가스 공급 배관(9)의 산소 농도계(12)를 이용할 필요는 없다. 상기 역류 방지 밸브(30)는 저칼로리 가스가 폐기 질소 공급 배관(4)으로 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다. 전술한 질소 저장 탱크(21) 및 산소 농도 변동 억제 탱크(21)는 각각, 역류 방지 밸브(25)와 스톱 밸브(26) 사이에 설치되어도 좋다. On the downstream side of each
폐기 질소 공급 배관(4)의 상기 스톱 밸브(26)와 유량계(27)와의 사이에는, 폐기 질소를 대기로 방출하기 위한 폐기 질소 방출 배관(31)이 설치되어 있다. 이 폐기 질소 방출 배관(31)에는 유량 조절 밸브(32)가 설치되어 있다. A waste
다음으로, 제어장치(100)에 의한 상기 설비의 운전 제어의 일례를 설명한다. 우선, 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 칼로리미터(7)와 유량계(8)를 감시하면서 저칼로리 가스를 가스 터빈(2)을 향해 압송한다. 이때, 이미 폐기 질소 공급 배관(4) 에서는 스톱 밸브(26)를 열고 유량 조절 밸브(28)는 닫고, 폐기 질소 방출 배관(31)의 유량 조절 밸브(32)는 연 상태에서 팬(24)이 동작하고 있다. 즉, 폐기 질소가 흡인되어 폐기 질소 방출 배관(31)으로부터 대기로 방출되고 있다. 다른 스톱 밸브(29)는 열려 있다. Next, an example of the operation control of the said facility by the
제어장치(100)에는, 각 가스 터빈(2)의 연료가스 사용상의 허용 칼로리 범위가 설정되어 있다. 즉, 기준 칼로리 값(예를 들면 1,600㎉/N㎥)과 변동폭(예를 들면 기준 칼로리 값의 ±10%)이다. 그리고 상기 저칼로리 가스의 칼로리 값이 상기 허용 변동의 상한 칼로리 값(예를 들면 +10%이고, 1,760㎉/N㎥)을 초과하지 않도록, 폐기 질소 공급 배관(4)의 유량 조절 밸브(28)가 열리고, 폐기 질소 방출 배관(3)의 유량 조절 밸브(32)를 닫힘 방향으로 조정한다. 이것에 의해 저칼로리 가스에 폐기 질소를 혼합하여 칼로리 값이 허용 범위 안에 들어가도록 제어한다. 폐기 질소를 공급할 때 및 후술하는 N2를 공급할 때는, 상기 칼로리미터(7) 및 유량계(8)의 감시와 함께, 최종적인 칼로리 값이 적합성을 판단하기 위하여 혼합 가스 공급 배관(9)의 칼로리미터(11)를 감시한다. 폐기 질소를 공급할 때에는, 후술하는 바와 같이 폐기 질소 공급 배관(4)의 산소 농도계(23)에 의해서 공급 폐기 질소의 산소 농도를 감시하거나, 또는 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 산소 농도계(12)에 의해서 폐기 질소가 혼합된 후의 연료가스의 산소 농도를 감시한다. In the
다음으로, 폐기 질소 공급 배관(4)으로부터 폐기 질소 방출 배관(31)을 통하여 폐기 질소를 대기로 방출할 수 있는 구성으로 한 점에 관하여 설명한다. 폐기 질소의 공급량은 통상적으로 유량 조절 밸브(28)에 의해서 제어된다. 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 칼로리미터(7)의 검출 값이 급격하게 감소(저칼로리 가스의 칼로리 값이 급격하게 저하)한 경우, 상기 유량 조절 밸브(28)에 의한 제어로서는 그 응답성이 문제가 될 가능성도 있다. 이와 같은 경우, 폐기 질소 방출 배관(31)의 유량 조절 밸브(32)를 개방하여 폐기 질소의 일부를 대기로 방산하는 것에 의해, 폐기 질소의 공급량을 급격하게 감소시켜서 칼로리 값의 급감에 대응한다. Next, a description will be given of the configuration in which the waste nitrogen can be discharged to the atmosphere from the waste
도 2에는 저칼로리 가스 공급 설비의 다른 형태가 도시되어 있다. 이 저칼로리 가스 공급 설비(33)는 도 1의 저칼로리 가스 공급 설비(1)에 불활성 가스 공급 설비를 부설한 것이다. 그외의 다른 구성은 도 1의 저칼로리 가스 공급 설비(1)와 동일하기 때문에, 동일한 기기에는 동일한 참조 부호를 부여하고 그의 상세한 설명은 생략한다. 도 2의 불활성 가스의 공급설비는, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 고순도의 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 공급 배관(34)을 구비하고 있다. 이것은, 전술한 폐기 질소의 공급원인 산소 제조 플랜트(질소 제조 플랜트)(20)가 어떤 사정으로 운전이 정지하거나, 폐기 질소의 발생량이 대폭적으로 감소한 때, 안정적으로 희석 가스를 공급하기 위하여 설치된 것이다. 본 실시예에서는 불활성 가스로서 질소 가스(N2)를 사용하고 있기 때문에, 이 불활성 가스 공급 배관(34)을 N2 공급 배관(34)이라고 칭한다. 불활성 가스로서는 N2에 한정되지 않고, CO2나 헬륨(He) 등이어도 좋다. 2 shows another form of a low calorie gas supply facility. This low-calorie
본 실시예에서는 N2 공급 배관(34)이 폐기 질소 공급 배관(4)에 접속하고, 저칼로리 가스 공급 배관(3)까지는 폐기 질소와 N2의 공통 배관(38)이 접속되어 있다. 이 공통 배관(38)은 혼합기(5)에 의해서 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 접속되어 있다. 상기 불활성 가스와 폐기 질소를 혼합하여 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 공급하는 것이 고려된 경우에는, N2 공급 배관(34)과 폐기 질소 공급 배관(4)과의 접속부에 양측 가스를 혼합하기 위한 혼합기를 설치하여도 좋다. In this embodiment N 2 The
폐기 질소 공급 배관(4)과 N2 공급 배관(5)을 합류시키지 않고서 각각(4, 34)을 직접 혼합기(5)에 접속하여도 좋으나, 설비 비용의 저감을 위해서는 도시된 것과 같이 양자(4, 34)를 미리 접속해 두는 것이 바람직하다. 상기 N2 공급 배관(34)은, 상류 측으로부터 차례로 스톱 밸브(35), 유량계(36) 및 유량 조절 밸브(37)를 구비하고 있다. 상기 공통배관(38)에는, 도 1의 저칼로리 가스 공급 설비(1)의 폐기 질소 공급 배관(4)과 동일하게 상류 측으로부터 차례로 스톱 밸브(29)와 역류 방지 밸브(30)가 설치되어 있다. 4 and 34 may be directly connected to the
제어장치(100)는, 혼합 가스 공급 배관(9)의 칼로리미터(11)의 계측 결과로부터, 폐기 질소 공급에 의해서도 여전히 칼로리 값이 허용 범위로 유지되지 않는 것으로 판단한 때에는, N2 공급 배관(34)의 유량계(36)를 감시하면서, 유량 조절 밸브(37)를 열도록 조정하는 것에 의해 N2를 저칼로리 가스에 혼합하여 칼로리 값을 허용 범위 안에 들어오도록 제어한다. When the
산소 제조 플랜트나 질소 제조 플랜트에서 발생하는 폐기 질소에는 2 ~ 5%의 산소가 함유되어 있으므로, 폐기 질소를 저칼로리 가스에 혼합하면 이 혼합 가스의 산소 함유량(산소 농도)이 적게나마 상승한다. 가연 가스 중에 소정 비율의 산소가 포함된 경우, 이론적으로는 소정 온도에서 해당 가연 가스가 가연 범위 안에 들어온다. 약 2 ~ 5%의 산소를 함유하는 폐기 질소를 저칼로리 가스에 혼합하는 경우에 대해서도 검토하려면, 산소를 비교적 많이 함유한 공기의 저칼로리 가스의 허용 최대 혼합 비율을 기초로 하면 좋다. Since the waste nitrogen generated in the oxygen production plant or the nitrogen production plant contains 2 to 5% of oxygen, when the waste nitrogen is mixed with the low calorie gas, the oxygen content (oxygen concentration) of the mixed gas is increased to a small degree. If a certain proportion of oxygen is contained in the combustible gas, theoretically the combustible gas falls within the combustible range at a predetermined temperature. In order to examine also the case where waste nitrogen containing about 2 to 5% of oxygen is mixed with a low calorie gas, the allowable maximum mixing ratio of the low calorie gas of air containing a relatively large amount of oxygen may be used.
즉, 공기에는 일정 용적 비율(약 21%로 불변)의 산소가 포함되어 있으므로, 공기와 저칼로리 가스의 혼합기의 가연 한계를 저칼로리 가스 또는 공기의 용적 비율에 대하여 구하고, 이것으로부터 공기의 허용 최대 혼합 비율을 설정하여 두고, 이 데이터 및 산소 함유율의 비(比)에 기초하여 폐기 질소의 최대 허용 혼합 비율을 산출하여 설정하는 것이 편리하다. 예를 들면, 공기의 허용 최대 혼합 비율에, 공기의 산소 함유율(21%)과 채용할 폐기 질소의 산소 합유율(약 2~5%)과의 비를 곱한다. 이하 설명한다. That is, since air contains oxygen at a constant volume ratio (unchanged at about 21%), the flammability limit of the mixture of air and low calorie gas is determined with respect to the volume ratio of low calorie gas or air, and from this, the maximum allowable mixing ratio of air. It is convenient to set and calculate and set the maximum allowable mixing ratio of the waste nitrogen based on the ratio between the data and the oxygen content ratio. For example, the allowable maximum mixing ratio of air is multiplied by the ratio between the oxygen content of air (21%) and the oxygen mixing rate of waste nitrogen to be employed (about 2 to 5%). It demonstrates below.
도 3에는, 참고로 저칼로리 가스와 공기의 혼합 가스에 관하여 그의 가연 범위를 저칼로리 가스의 용적 비율과 온도의 관계로 나타내고 있다. 도면 중 좌측의 둥근 흑점을 이은 곡선은, 혼합 가스의 가연 범위 중 저칼로리 가스의 최소 용적 비율(공기의 최대 용적 비율)을 나타낸다. 우측의 사각형 흑점을 이은 곡선은, 혼합 가스의 가연 범위 중 저칼로리 가스의 최대 용적 비율(공기의 최소 용적 비율)을 나타낸다. 양 곡선 사이에 낀 범위가 가연 범위이다. 저칼로리 가스의 칼로리 값은 변동하므로 상기 양 곡선도 변동한다. 따라서, 이와 같은 데이터에 기초를 두 면, 만일에 공기를 희석 가스로서 고려한 경우에는, 예를 들면, 공기의 최대 허용 혼합 용적 비율은 안전율을 고려하여 용적 비율 20%(저칼로리 가스의 용적 비율 80%)가 된다. 우측의 사각형 흑점을 이은 곡선으로 나타낸 공기의 최소 용적 비율보다도 더 작은 비율(20%)이 된다. 이 수치는 하나의 예이다. In FIG. 3, the flammable range is shown by the relationship of the volume ratio of a low calorie gas and temperature with respect to the mixed gas of low calorie gas and air. In the figure, the curve which follows the round black spot of the left side shows the minimum volume ratio (maximum volume ratio of air) of the low-calorie gas in the combustible range of mixed gas. The curve following the square black spot on the right shows the maximum volume ratio (minimum volume ratio of air) of the low calorie gas in the combustible range of the mixed gas. The range between the two curves is the flammable range. Since the calorie value of low calorie gas fluctuates, both curves also fluctuate. Thus, based on such data, if air is considered as a diluent gas, for example, the maximum allowable mixed volume fraction of air is 20% by volume, taking into account the safety factor (80% by volume of low calorie gas). ) The ratio is smaller (20%) than the minimum volume fraction of air represented by the curve following the square black spot on the right. This figure is an example.
여기서, 공기와 폐기 질소와의 산소 함유율의 비는, 21/5이다. 폐기 질소의 산소 함유율은 약 2 ~ 5%이지만, 안전의 방향을 취하여 5%로 하고 있다. 공기의 최대 허용 용적 비율이 20%이기 때문에, 폐기 질소의 최대 허용 혼합 용적 비율은, 20% × 21/5 ≒ 84%가 된다. 제어장치(100)에 이러한 폐기 질소의 최대 허용 혼합 용적 비율이 설정되지만, 이들은 혼합 가스의 가연 한계로부터 유도된 최대 허용 혼합 용적 비율이다. 실제로는 폐기 질소를 84%가 될 때까지 저칼로리 가스에 혼합하지는 않는다. Here, the ratio of the oxygen content rate of air and waste nitrogen is 21/5. The oxygen content of the waste nitrogen is about 2 to 5%, but is set at 5% by taking the direction of safety. Since the maximum allowable volume ratio of air is 20%, the maximum allowable mixed volume ratio of waste nitrogen is 20% x 21/5 kPa 84%. Although the maximum allowable mixing volume fraction of such waste nitrogen is set in the
이상의 제어는 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 유량계(8) 및 폐기 질소 공급 배관(4)의 유량계(27)의 검출 결과에 기초하여 행해진다. 또한, 상기 산소 농도계(23)('12'이어도 좋다)에 의해서 혼합 가스의 산소 농도 및 폐기 질소의 산소 농도는 함께 항상 감시된다. 예기치 못한 산소 농도의 변동에 대처하기 위함이다. The above control is performed based on the detection result of the
다음으로, 도 1 또는 도 2의 버퍼 탱크(10)의 작용 효과에 관하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 보내져 온 저칼로리 가스의 전부가 상기 버퍼 탱크(10)로 유입한다. 이 버퍼 탱크의 용적은 크게, 예를 들면 직경이 2 ~ 3m 정도의 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 대하여 용적이 통상 20,000∼200,000㎥ 정도의 것이 설치된다. 시시각각 칼로리가 변동하면서 보내져 온 저칼로리 가스는 버퍼 탱크 안에서 혼합 된다. 본 명세서에서 언급하는 탱크 안에서의 가스 혼합이란, 말하자면 시간차(時間差)의 혼합을 의미한다. 즉, 동시에 버퍼 탱크(10)로 유입한 저칼로리 가스는, 비교적 빨리 출구(10b)로 유출하는 부분으로부터 늦게까지 버퍼 탱크(10) 안에 체류하는 부분까지 분포하고 있다. 한편, 입구(10a)로부터는 연속하여 새로운 가스가 유입해 오고 있기 때문에, 과거에 유입한 가스와 새로 유입한 가스가 끊임없이 혼합된다. 이것을 시간차 혼합이라고 말한다. Next, the effect of the
이 시간차 혼합의 결과, 버퍼 탱크(10)의 출구(10b)로부터 나가는 저칼로리 가스의 칼로리 변동폭은 축소되고, 변동 속도는 저하된다. 즉, 칼로리 변동이 크게 완화(억제)된다. 이와 같이 칼로리 변동이 사전에 완화되면, 하류에서 폐기 질소 등의 희석에 의한 칼로리 상승 억제 제어가 매우 쉬워진다. 이상의 현상을 도 4 ∼ 도 9를 참조하면서 설명한다. As a result of this time difference mixing, the calorie fluctuation range of the low-calorie gas exiting from the
도 4는 도 1 또는 도 2의 버퍼 탱크(10)의 용적을 200,000㎥으로 한 때에, 칼로리 변동하는 저칼로리 가스가 유량 500,000N㎥/hr로 공급된 경우의 칼로리 변동의 완화(억제) 상태의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 횡축은 시간(분)을 나타내고, 종축은 저칼로리 가스의 발열량인 가스 칼로리 값(㎉/N㎥)을 나타내고 있다. 또, 도면 중에 점선으로 표시한 곡선은 버퍼 탱크(10)로 보내져 온 저칼로리 가스의 칼로리 변동(고유(original) 변동)을 나타내고 있다. 이것은 실제 측정한 하나의 샘플(sample)이다. 실선으로 표시한 곡선은 버퍼 탱크(10)로부터 나가는 저칼로리 가스의 칼로리 변동(억제 후 변동)을 나타내고 있다. 도시한 것과 같이, 버퍼 탱크(10)로 들어가기 전의 저칼로리 가스의 칼로리는 약 1,530㎉/N㎥으로 부터 약 2,360㎉/N㎥까지 변동하고 있다. 즉, 평균치(1945㎉/N㎥)의 약 ±21%의 변동폭을 가진다. 버퍼 탱크(10)로부터 나가는 저칼로리 가스의 칼로리 변동을 이론적으로 계산한 결과에 의하면, 1,780㎉/N㎥으로부터 1,960㎉/N㎥까지이고, 변동폭은 평균치(1,870㎉/N㎥)의 약 ±5%까지 억제되고 있다. 도시된 것과 같은 변동 주기에 관해서도 단주기(短周期) 성분 및 중주기(中周期) 성분이 대폭적으로 억제되고 있다. 이 효과는 저칼로리 가스의 공급 유량에 대하여 버퍼 탱크의 용적이 클수록 현저해지는 경향이 있다. 고유 변동의 변동폭이 작은 경우는 경제성의 측면에서 버퍼 탱크의 용적을 작게 하여도 효과가 있다. 4 is a simulation of the relaxation (suppression) of the calorie fluctuation when the calorie fluctuating low-calorie gas is supplied at a flow rate of 500,000
도 5에는 저칼로리 가스가 유량은 500,000N㎥/hr으로 한 채, 버퍼 탱크(10)의 용적을 상기한 것의 절반인 100,000㎥으로 한 때의 칼로리 변동의 감쇄 상태가 나타나 있다. 이 경우의 칼로리 변동도 버퍼 탱크(10)에 의해 1,700㎉/N㎥으로부터 2,040㎉/N㎥까지의 범위로 억제되고 있고, 변동폭은 평균치(1,970㎉/N㎥)의 약±9%이다. FIG. 5 shows the attenuation state of the calorie fluctuation when the low-calorie gas flow rate is 500,000
도 6은 저칼로리 가스가 유량 200,000N㎥/hr로 공급되는 설비에서 버퍼 탱크(10)의 용적을 50,000㎥으로 했을 때의, 칼로리 변동의 감쇄 상태를 나타내고 있다. 이 경우의 칼로리 변동도 버퍼 탱크(10)에 의해서 1,740㎉/N㎥으로부터 2,010㎉/N㎥까지의 범위로 억제되고 있고, 변동폭은 평균치(1,875㎉/N㎥)의 약±7.2%이다. FIG. 6 shows the attenuation state of calorie fluctuations when the volume of the
도시하지 않았지만, 저칼로리 가스가 상기와 같이 유량 200,000N㎥/hr로 공급되는 설비에 있어서, 버퍼 탱크(10)의 용적을 상기의 절반인 25,000㎥으로 했을 때에는, 변동폭은 평균치(1,875㎉/N㎥)의 약±12%가 된다. Although not shown, in a facility in which low-calorie gas is supplied at a flow rate of 200,000
도 7에 나타낸 바와 같이, 저칼로리 가스가 유량 200,000N㎥/hr로 공급되는 설비에 있어서, 용적이 25,000㎥의 버퍼 탱크(10)를 병렬로 2대 설치해 두고, 통상의 운전 시에는 2대 모두 사용하고, 정기 점검이나 작동 불량 시 등의 비정상 사태에만 한쪽의 탱크만을 사용한다고 하는 생각도 할 수 있다. As shown in FIG. 7, in a facility in which low-calorie gas is supplied at a flow rate of 200,000
이와 같이, 버퍼 탱크를 구비하는 것만으로, 적극적인 제어를 하는 일 없이 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 크게 억제된다. 그 결과, 하류에서 폐기 질소나 불활성 가스를 혼합하는 제어가 매우 용이하게 이루어진다. 예를 들면, 가스 터빈(2)의 연료가스의 칼로리 변동폭이 기준 칼로리 값(평균치)의 ±10%로 설정되어 있는 경우라면, 버퍼 탱크의 하류에서는 변동하는 칼로리의 평균치를, 가스 터빈(2)에 설정된 기준 칼로리 값과 일치시키기 위하여, 그 규격에 알맞은 용적의 버퍼 탱크를 갖추어 일정 비율의 폐기 질소를 하류 측에서 공급하는 것만으로 양호해진다. 폐기 질소의 공급 동작에 관해서는 저칼로리 가스의 칼로리 변동의 양태를 고려할 필요가 없어진다. Thus, only the buffer tank is provided, and the calorie fluctuation of the low calorie gas is largely suppressed without active control. As a result, the control of mixing the waste nitrogen and the inert gas downstream is very easy. For example, when the calorie fluctuation range of the fuel gas of the
극단적인 경우, 버퍼 탱크(10)를 통과한 후의 저칼로리 가스의 변동하는 칼로리의 평균치가, 가스 터빈(2)에 설정된 기준 칼로리 값과 거의 일치하고 있다면, 폐기 질소 공급 설비나 불활성 가스 공급 설비는 필요 없어진다. 양 설비가 설치되어 있는 경우이더라도, 도 1의 폐기 질소 공급 배관(4)의 스톱 밸브(29) 및 도 2의 공급 배관(38)의 스톱 밸브(29)를 닫은 상태에서 설비를 운전하면 좋다. 당연히, 발생한 저칼로리 가스의 칼로리 변동이 본래 크지 않은 경우는, 버퍼 탱크의 설치 는 필요치 않고, 폐기 질소 공급 설비나 불활성 가스 공급 설비만으로 충분히 대응 가능하다. In extreme cases, a waste nitrogen supply facility or an inert gas supply facility is necessary if the average value of the calorie fluctuations of the low calorie gas after passing through the
도 8에는 다른 버퍼 탱크(42)가 도시되어 있다. 이 버퍼 탱크(42)는 종래의 가스 터빈 설비에 사용되는 것이므로, 가스량 밸런스를 감시하는 장치(40)에 포함되는 것이다. 이 가스량 밸런스 감시 장치(40)는, 상류 측으로부터 보내져 오는 저칼로리 가스량과 가스 터빈에서 필요로 하는 소비 가스량과의 밸런스를 취하기 위한 것이다. 공급 가스량의 변동이나 가스 터빈의 부하 변동이 있을 경우, 공급량과 소비량 사이에서 밸런스를 취할 필요가 있다. 공급량이 예상외로 과잉이 된 때에는 대기로 방산하는 등 하고, 공급 부족이 된 때에는 가스 터빈의 부하를 낮추거나 일부의 운전을 정지하기도 한다. Another
상기 가스량 밸런스 감시 장치(40)는, 그의 출구(42b)가 연통관(41)에 의해서 저칼로리 가스 공급 배관(3)과 접속된 탱크(42)와, 상기 탱크(42)의 상단 개구를 기밀(氣密)하게 밀폐함과 더불어 탱크 안을 상하 이동 가능하게 설치된 뚜껑 부재(43)와, 예를 들면 뚜껑 부재(43)에 설치된 조정용 추(44)를 구비하고 있다. 뚜껑 부재(43)는, 자중과 상기 추(44)의 중량과 대기압에 의한 눌러 내리는 힘의 총계와, 탱크(42)의 내압(內壓)에 의한 밀어 올리는 힘과의 밸런스에 의해서 탱크 안을 상하 이동한다. 따라서, 저칼로리 가스의 공급량과 소비량의 밸런스 변화에 대응하여 뚜껑 부재(43)가 상하로 이동한다. 이 뚜껑 부재(43)의 상하 이동을 감시하면서 가스의 대기 방산이나 터빈 부하의 저하 등의 조치를 취한다. The gas amount
도 8의 버퍼 탱크는, 상기 가스량 밸런스 감시 장치(40)를 칼로리 변동 억제 를 위하여 이용하는 것이다. 상기 탱크(42)에는, 상기 연통관(41) 이외에 새롭게 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 연통관(41)과의 접속 위치보다 상류 측과 탱크의 입구(42a)를 접속하는 상류 측 입구 배관(45)이 접속되어 있다. 상기 상류 측 입구 배관(45)에는 저칼로리 가스를 탱크(42)로 보내주는 팬(39)이 설치되어 있다. 상류 측 입구 배관(45)은 연통관(41)보다 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 상류 측에 접속되어 있으므로, 압력 손실을 고려한 배관 설계에 의해 상기 팬(39)을 생략할 수도 있다. 이것은 도 9 및 도 13에 나타낸 상류 측 입구 배관(45)에 대해서도 동일하다. 공급되는 저칼로리 가스의 일부는 상류 측 입구 배관(45)을 통하여 탱크(42)로 유입하고, 탱크(42) 안에서 저칼로리 가스가 혼합하며, 동일한 양의 가스가 상기 연통관(41)을 통하여 탱크(42)로부터 저칼로리 가스 공급 배관(3)으로 되돌아간다. 이 경우, 상기 연통관(41)은 출구 배관이라고도 부른다. 상기 버퍼 탱크(42)는 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 바이패스(bypass) 배관을 구성하는 상류 측 입구 배관(45)과 연통관(41)에 접속되어 있고, 말하자면 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 대하여 병렬로 설치되어 있다. The buffer tank of FIG. 8 uses the gas amount
상기 버퍼 탱크(42)에 의해서도, 상류 측 입구 배관(45)을 통하여 보내져 온 저칼로리 가스는, 전술한 버퍼 탱크(10)에서의 것과 동일하게, 버퍼 탱크 안에서 혼합된다. 그 결과, 버퍼 탱크(42)의 출구(42b)로부터 나가는 저칼로리 가스의 칼로리 변동 폭은 축소되고, 변동 속도가 저하되게 된다. 즉, 칼로리 변동이 크게 완화(억제) 된다. Also by the
또한, 상기 탱크(42)의 내부에는 가스를 교반하기 위하여, 팬 등의 교반 장 치(51)가 설치되어 있다. 탱크 안에서 가스의 혼합을 촉진하고, 그것에 의해 더욱 효과적인 칼로리 변동 억제를 실현하기 위함이다. 교반 장치(51)의 설치 형태로서는, 탱크의 출구(42b) 근방으로부터 가스를 탱크 안쪽을 향해 흘려보낼 수 있는 자세로 출구(42b) 근방에 설치하는 것이 가스의 효과적인 혼합이라고 하는 관점에서 바람직하다. 상기 교반 장치(51)를, 도 8의 탱크(42)에 한정하지 않고, 다른 도면에 나타낸 탱크(10, 42, 47)나, 칼로리 억제 효과를 발휘할 수 있는 다른 탱크에 대해서도 설치하는 것이 가능하다. 또한, 교반 장치(51)의 회전 구동기로서의 전동 모터(51a) 등은 탱크의 외부에 설치해 두는 것이 바람직하다. In addition, in the
도 9에는, 칼로리 변동 억제 수단으로서 이용할 수 있는 다른 가스량 밸런스 감시 장치(46)가 도시되어 있다. 상기 가스량 밸런스 감시 장치(46)는, 더욱 경제적인 구성을 취하고 있고, 연통관(41)에 의해 저칼로리 가스 공급 배관(3)과 연통된 기밀 구조의 탱크(47)를 구비하고 있다. 탱크(47)에는 압력 검출 장치(48)가 설치되고, 탱크(47)의 내압이 항상 감시된다. 제어 장치(100)는, 검출 압력이 상한 영역에 도달하면 설비 내의 가스 소비량을 증가하는 지령을 내려, 가스의 수급 밸런스를 취한다. 그 이외의 구조는 전술한 장치(40)(도 8)와 동일하게, 탱크(47)의 입구(47a)에는 상류 측 입구 배관(45)이 접속되며, 출구(47b)에는 연통관(41)이 접속되어 있다. 상기 탱크(47)도 칼로리 변동 억제 수단으로서 충분히 이용가능하다. 9 shows another gas amount
도 10은 칼로리 변동하는 저칼로리 가스가 유량 500,000N㎥/hr로 공급되는 설비에 있어서, 도 8 또는 도 9에 나타낸 탱크(42(47))의 용적을 200,000㎥으로 하 고, 상기 팬(39)에 의해서 500,000N㎥/hr의 유량 중 200,000N㎥/hr의 가스를 탱크(42(47))로 보내는 경우의 칼로리 변동의 완화 상태를 나타낸다. 도면 중에 점선으로 표시한 곡선은 직접환원제철설비(S)로부터 보내오는 저칼로리 가스의 칼로리 변동(고유 변동)을 나타내고 있다. 이것은 전술한 실제 측정 샘플이다. 이점 쇄선으로 표시한 곡선은 탱크(42)를 나와 상기 연통관(41)을 통과하는 저칼로리 가스의 칼로리 변동(과도(過渡) 변동)의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 실선으로 나타낸 곡선은, 연통관(41)보다 하류의 저칼로리 가스 공급 배관(3) 부분을 통하여 혼합기(5)에 이르는 가스의 칼로리 변동(억제 후 변동)을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 탱크(42(47))에 들어가기 전의 저칼로리 가스의 칼로리는 평균치(1,945㎉/N㎥)의 약 ±21%의 변동폭을 가진다. 그런데 탱크(42(47))로부터 연통관(41)을 통해서 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 합류한 후의 가스의 칼로리 변동은, 1,690㎉/N㎥으로부터 2,100㎉/N㎥까지이고, 변동폭은 평균치(1,895㎉/N㎥)의 약 ±11%까지 억제되고 있다. 이 수치는 하나의 예이다. FIG. 10 shows the volume of the tank 42 (47) shown in FIG. 8 or 9 as 200,000
이와 같이, 탱크(42(47))를 구비하는 기존 설비를 이용하여 가스 칼로리 변동을 억제하는 것도 가능하다. 그리고 하류에서 폐기 질소에 의한 저칼로리 가스의 희석을 용이하게 행할 수 있게 된다. 도 8 및 도 9에서는, 저칼로리 가스를 탱크(42(47))로 보내는 상류 측 입구 배관(45)이, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 출구 배관(41)보다 상류 측에 접속되어 있으나, 특별히 이러한 구성에 한정되지 않고, 출구 배관(41)보다 하류 측에 접속하여도 좋다(도 14 참조). 또, 양 관(41, 45) 모두 복수 라인으로 설치하여도 좋다. In this manner, it is also possible to suppress the gas calorie fluctuation by using an existing facility including the tank 42 (47). In addition, it is possible to easily dilute the low calorie gas with the waste nitrogen downstream. In FIG. 8 and FIG. 9, the
도 11에 나타낸 버퍼 탱크(42)는 도 8에 나타낸 것과 동일한 가스량 밸런스 감시 장치(40)용의 버퍼 탱크(42)이다. 차이점은 저칼로리 가스 공급 배관(3)을 접속하는 배관의 형태이다. 도 11의 배관 형태는, 도 8의 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 있어서의, 상류 측 입구 배관(45)과의 접속부로부터 연통관(41)과의 접속부까지의 부분을 제거하고, 더 나아가, 상류 측 입구 배관(45) 상의 팬(39)을 제거한 것이다. 즉, 입구(42a)에 상류 측의 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되고, 출구(42b)에 하류 측의 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되어 있다. 바꾸어 말하면, 도 1 및 도 2에 나타낸 버퍼 탱크(10)를 가스량 밸런스 감시 장치(40)용의 탱크(42)로 교체한 것이다. 이러한 배관은, 기존의 가스량 밸런스 감시 장치(40)를 가스 칼로리 변동 억제 장치로서 겸용할 때에 용이하게 개조할 수 있는 형태이다. The
도 12에는 다른 칼로리 변동 억제 수단이 도시되어 있다. 이 수단은, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 설치된, 저칼로리 가스의 일부를 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 상류 측으로 되돌리기 위한 귀환 배관(49)이다. 상기 귀환 배관(49)에는 저칼로리 가스를 상류 측으로 압송하는 팬(39)이 설치되어 있다. 도시한 귀환 배관(49)은 1개소의 흡인부로부터 복수 라인의 지관(49a)으로 분기하여 이전의 저칼로리 가스 공급 배관(3)으로 되돌리도록 구성되어 있으나, 1개 라인의 귀환 배관으로 구성하여도 좋다. 또, 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 상이한 복수 부위에 각각 1개 라인의 귀환 배관을 설치하여도 좋다. 12 shows other calorie fluctuation suppressing means. This means is a
이러한 수단에 의해서도, 저칼로리 가스는 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 상류로 귀환된 때에 새로 공급되어 온 저칼로리 가스와 혼합하여, 칼로리 변동이 완 화된다. 이 작용을 증대하려면, 귀환 배관(49)을 길이를 길게 하고, 공급 가스량에 대한 귀환 가스량의 용적 비율을 크게 하면 좋다. Also by this means, the low-calorie gas is mixed with the low-calorie gas newly supplied at the time of returning upstream of the low-calorie
도 13에도 도 8의 탱크와 동일하게 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 대하여 병렬로 설치된 버퍼 탱크(42)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 탱크(42)와 저칼로리 가스 공급 배관(3) 사이에는, 팬(39)을 구비한 상류 측 입구 배관(45)과, 출구 배관으로서의 상기 연통관(41)이 접속되어 있다. 즉, 탱크(42)의 입구(42a)에는 상류 측 입구 배관(45)이 접속되고, 출구(42b)에는 출구 배관(41)이 접속되어 있다. 그러나 상기 탱크(42)에는 새로운 입구(50a)가 형성되고, 이 입구(50a)에, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 출구 배관(41)과의 접속부보다 하류 측에 접속된 하류 측 입구 배관(50)이 접속되어 있다. 상기 하류 측 입구 배관(50)에는 저칼로리 가스를 탱크(42)로 보내는 팬(39)이 설치되어 있다. 도시된 바와 같이, 상류 측 입구 배관(45) 및 하류 측 입구 배관(50)의 탱크(42)로의 접속위치(입구(42a ,50a))는 서로 근접하고 있다. FIG. 13 also shows a
이러한 구성에 의하면, 탱크(42)에는 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 상류 측으로부터 상류 측 입구 배관(45)을 통하여 저칼로리 가스의 일부가 압송되고, 동시에 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 하류 측으로부터 하류 측 입구 배관(50)을 통하여 저칼로리 가스의 일부가 압송되어, 혼합하여 출구(42b)로부터 연통관으로 유출한다. 결국, 칼로리 변동이 억제된 저칼로리 가스의 일부가 순환하기 때문에, 탱크 안에서 장시간에 걸치는 혼합이 실현된다. 하류 측 입구 배관(50)의 길이를 길게 할수록, 혼합되는 가스의 체류 시간이 길어져, 한층 바람직한 혼합이 실현된다. 상 기 하류 측 입구 배관(50)은 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 하류 측으로부터 탱크(42)의 입구(50a)에 접속되어 있으나, 하류 측으로부터, 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 입구배관(45)과의 접속부보다 상류 측에 접속하여도 좋다. According to this structure, a part of low-calorie gas is pumped to the
도 14에도 저칼로리 가스 공급 배관(3)에 대해 병렬로 설치된 버퍼 탱크(42)가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 탱크(42)와 저칼로리 가스 공급 배관(3) 사이에는, 출구 배관으로서의 상기 연통관(41)과 하류 측 입구 배관(50)이 접속되어 있다. 상기 하류 측 입구 배관(50)에는 저칼로리 가스를 탱크(42)로 보내는 팬(39)이 설치되어 있다. 14 also shows a
이러한 구성에 의하면, 하류 측 입구 배관(50)이 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 연통관(41)과의 접속부보다 하류 측에 접속되어 있더라도, 저칼로리 가스는 팬(39)보다 하류 측 입구 배관(50)을 통하여 탱크(42) 안으로 보내지고, 혼합하여 출구(42b)로부터 연통관으로 유출한다. 결국, 칼로리 변동이 억제된 저칼로리 가스의 일부가 순환하기 때문에 효과적인 혼합이 이루어진다. 그리고 상기 하류 측 입구 배관(50)의 길이를 길게 할수록, 탱크 안에서 더욱 장시간에 걸치는 혼합이 실현된다. According to such a structure, even if the downstream inlet piping 50 is connected to the downstream side rather than the connection part with the
도 15에 나타낸 탱크(42)는 2종류의 입구(42a, 50a)를 가지고 있다. 한쪽 입구(42a)에는 상류 측 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되고, 출구(42b)에는 하류 측 저칼로리 가스 공급 배관(3)이 접속되며, 또한, 다른 쪽 입구(52a)에는 하류 측 저칼로리 가스 공급 배관(3)과 접속된 귀환 배관(52)이 접속되어 있다. 2개의 입구(42a, 52a)는 근접하여 형성되어 있다. 귀환 배관(52)에는 저칼로리 가스를 탱크 로 보내기 위한 팬(39)이 설치되어 있다. The
이러한 구성에 의하면, 탱크(31)에서 칼로리 변동이 억제된 저칼로리 가스의 일부는 다시 탱크(42)로 되돌아가서 재차 혼합하기 때문에, 한층 바람직한 혼합이 실현된다. 귀환 배관(52)의 길이를 길게 할수록 혼합되는 가스의 체류시간이 길어진다. 상기 귀환 배관(52)은 저칼로리 가스 공급 배관(3)의 하류 측으로부터 탱크(42)의 입구(52a)에 접속되어 있으나, 하류 측으로부터, 저칼로리 가스 공급 배관(3)에서의 탱크보다 상류 측에 접속하여도 좋다. According to this structure, since some of the low-calorie gas whose calorie fluctuation was suppressed in the
이상 설명한 실시예에서는, 사용하는 저칼로리 가스로서 직접환원제철법에 의해서 발생하는 부산물 가스를 예시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 저칼로리 가스로서는, 용광로 가스(BFG), 전로(轉爐) 가스(LDG), 석탄층에 포함되는 석탄층 가스(Coal mine gas이고, CMG로 표시한다), 용융 환원 제철법에 의해서 발생하는 부산물 가스, GTL(Gas-to-Liquids) 프로세스에서 발생하는 테일 가스(Tail gas), 오일 샌드(Oil sand)로부터 오일 정제 프로세스에 수반하여 발생하는 부산물 가스, 플라스마를 이용한 쓰레기 소각에 의해서 발생하는 가스, 생활 쓰레기를 포함하는 일반폐기물이 그의 매립지에서 발효, 분해하는 과정에서 생기는 메탄가스(Landfill gas), 및 그 밖의 유사한 원료를 화학 반응시키는 것에 수반하여 발생하는 부산물 가스 등의 저칼로리 가스가 포함된다. 물론, 상기 가스를 단독은 물론, BFG와 LDG의 혼합 가스와 같이 복수의 이종(異種) 가스를 혼합한 결과 그의 발열량이 약 12MJ/N㎥ 이하로 이루어진 가스도 포함한다. Although the by-product gas generated by the direct reduction iron-making method was illustrated as the low-calorie gas to be used, it is not limited to this. Examples of the low-calorie gas include furnace gas (BFG), converter gas (LDG), coal bed gas (coal mine gas, denoted as CMG) included in the coal bed, and by-product gas generated by the melt reduction steelmaking method, and GTL ( Tail gas generated from gas-to-liquids process, by-product gas generated by oil refining process from oil sand, gas generated by waste incineration using plasma, and household waste Low-calorie gas, such as by-product gas generated by chemical reaction of methane gas (Landfill gas) generated during the fermentation and decomposition of general wastes in landfills, and other similar raw materials. Of course, the gas alone, as well as a mixture of a plurality of dissimilar gases, such as a mixed gas of BFG and LDG, also includes a gas whose calorific value is about 12 MJ /
본 발명에 의하면, 그의 칼로리가 시시각각 변화하는 저칼로리 가스를 대량으로 존재함과 더불어 채취가 용이한 저 산소 농도인 폐기 질소에 의해서 희석하는 것에 의해, 연소 온도의 비정상적인 상승을 억제하여 안정 연소를 계속할 수가 있다. 즉, 저렴한 설비 비용 및 운전 비용에 의해서 상기 효과가 얻어진다. 더 나아가, 종래에는 폐기 처분되고 있던 산소 제조 플랜트 등에서 발생하는 질소 가스를 유효하게 활용할 수가 있다. According to the present invention, by keeping a large amount of low calorie gas whose calorie changes from time to time and diluting with waste nitrogen of low oxygen concentration which is easy to collect, it is possible to suppress abnormal rise in combustion temperature and to continue stable combustion. have. That is, the said effect is acquired by low installation cost and operation cost. Furthermore, the nitrogen gas generated in the oxygen production plant etc. which was conventionally discarded can be utilized effectively.
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