WO2006070442A1

WO2006070442A1 - ガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラー設備

Info

Publication number: WO2006070442A1
Application number: PCT/JP2004/019547
Authority: WO
Inventors: Masaaki Sako; Yujiro Fujisaki; Hideaki Ota; Eiichi Harada; Masatoshi Hirokawa; Yoshiharu Nonaka
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2007-06-27
Also published as: BRPI0419147B1; TWI276737B; JPWO2006070442A1; KR20070086401A; BRPI0419147A; KR100875497B1; CN100593633C; TW200622092A; CN101091044A; JP4326566B2

Abstract

【課題】　低カロリガスを、そのカロリの変動を抑制して安定した燃料として供給することができるガスカロリ変動抑制装置を提供すること。【解決手段】　このカロリ変動抑制装置は、低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービン２に供給するための低カロリガス供給配管３に配設された、低カロリガスを一時的に貯留するバッファタンク１０と、このタンク１０に形成された、低カロリガス供給配管３の上流側に連通される入口１０ａと、低カロリガス供給配管３の下流側に連通される出口１０ｂと、入口１０ａに連通される低カロリガス供給配管３に連続して形成された傾斜管部材とを含んでおり、この傾斜管部材が水平から上方に傾斜している。

Description

明細書

ガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラ一設備

技術分野

[0001] 本発明はガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラ一設備に関する。さら〖こ詳しくは、燃焼設備の燃料としてのガスが低カロリガスのようにその発熱量が変動する場合、この発熱量変動を抑制することができるガスカロリ変動抑制装置、このガスカロリ変動抑制装置を備えた燃料ガス供給設備、並びに、燃料ガス供給設備を備えた燃焼設備としてのガスタービン設備およびボイラー設備に関する。

背景技術

[0002] 製鉄分野にお!、て、たとえば高炉法で銑鉄を生産する場合、高炉から炉頂ガス ( Blast Furnace Gasであり、以下 BFGと記す）が副生ガスとして発生する。 BFGの総発熱量は使用したコータスの発熱量の約半分にも達するので、製銑原価低減のために BFGは製鉄所内において多方面に利用されている。 BFGは投入コータス 1トン当たり 3000Nm³発生し、その組成は CO 力 lO— 18%、 COが 22— 30%、 N 力 2—

2 2

60%, H 力 ^0. 5— 4%、CH 力^). 5— 3%とされて!/ヽる。

2 4

[0003] BFGはこれ以外に煙塵を 2— 10g/Nm³含んでいるので、これを除塵器で 0. Olg /Nm 程度まで除去した後、発熱量 800kcal/Nm³程度の燃料ガスとして、熱風炉、コークス炉、加熱炉、ボイラー等に利用されている。近年、ガスタービンにおいても、その技術の向上により低カロリガスの燃焼が可能となり、 BFGをガスタービン燃料として用いて発電する事例が増加している。低カロリガスとは、その発熱量が約 12MJ /Nm³以下のガスを言うことが知られている。低カロリガスとしては、後述するように、高炉ガス（BFG)には限らず、コークス炉ガス (COG)、転炉ガス（LDG)などの多くの種類のガスが含まれる。

[0004] 一方で、近年、高炉法以外の新 U、製鉄プロセス（たとえば FINEXや COREX等の直接還元鉄法）が開発されつつあり、こうした新プロセス力発生する副生ガスの有効利用に対しても適用できる燃焼方式の開発が待たれて、る。、ずれの製鉄プロセスであれ、発生する副生ガスの特性 (ガス組成やカロリ）は設備や操業内容によつて異なっており、同一設備であっても各原料の特性や反応過程に応じて時々刻々変化し、一定することがない。

[0005] 副生ガスをガスタービンの燃料として使用する場合の最も重要な特性であるカロリについて見てみると、各ガスタービンが固有するカロリの許容変動幅の上限 (たとえば平均カロリ値の約 + 10%)を超えた場合、つまりカロリが急激に大きくなつた場合、ガスタービンの燃焼器内での燃焼温度が急激に異常な高温となることがある。これに起因してバーナー部分、タービンの静翼および動翼が損傷を受けて短命化したりする弊害が発生し、ガスタービン設備の経済的な連続運転が困難になる。

[0006] 副生ガスのカロリ上昇を抑制するために窒素ガス (N )によって希釈する技術は公

2

知である (たとえば特許文献 1および特許文献 2を参照)。し力しながら、副生ガスのカロリ値が変動する場合、 N によって副生ガスを希釈するだけでは、この変動をガス

2

タービン固有の許容カロリ変動幅や許容カロリ変動速度内に抑制することに十分に対応できない場合がある。これは、副生ガスのカロリ変動が急激な場合にカロリ検出器の応答に遅れが生じて適時の希釈ができないことがあり、また、高価な不活性ガスを大量に消費せざるを得ない場合にこれを確保しておくことが困難である等の理由力である。

[0007] したがって、副生ガスの特性変動があまり激しくない BFGに対しては N による希釈

2 だけで有効に対処することも可能である。しかし、直接還元鉄法等では小容量の反応炉で起動、停止が繰り返されるのでガスの発生量およびカロリ値の変動が大きく顕著になるため、 N による希釈だけでは対応は困難である。

2

特許文献 1：特開 2002-155762号公報

特許文献 2 :特開平 9— 317499号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明はカゝかる課題を解決するためになされたものであり、燃焼設備へ燃料として供給される低カロリガス等の燃料用ガスのカロリ変動を抑制することにより、燃料ガスの不活性ガスによる希釈を容易且つ有効なものとし、さら〖こは、不活性ガスによる希釈を不要とすることも可能なガスカロリ変動抑制装置、このガスカロリ変動抑制装置を備えた燃料ガス供給設備、並びに、この燃料ガス供給設備を備えたガスタービン設備およびボイラー設備を提供することを目的として!/ヽる。

課題を解決するための手段

[0009] 上記目的のために本発明のガスカロリ変動抑制装置は、

燃料ガスを燃料ガスとして燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路に配設された、燃料ガスを一時的に貯留するタンクと、

このタンクに形成された、上記燃料ガス供給通路カゝらタンク内へ燃料ガスが流入するためのガス入口と、

上記タンクに上記ガス入口とは別に形成された、タンクから燃料ガス供給通路に燃料ガスが流出するためのガス出口とを有している。

[0010] 燃料ガス供給通路を通して時々刻々供給されてくる燃料用のガスがタンク内に一時的に貯留され、その中で時間差混合される。したがって、この燃料ガスが燃料ガスのようにそのカロリ値が変動している場合であっても、時間差混合されることにより、そのカロリ変動の幅が減少され、且つ、カロリ変動速度が緩和される。その結果、燃料ガスのカロリ変動を、希釈ガスによって燃焼設備のガス特性の許容変動範囲内に調整することが容易且つ有効となる。また、その燃料ガスの平均カロリ値によっては希釈を必要としない状態にすることも可能となる。なお、上記時間差混合とは、連続的に時間遅れでタンク内へ流入してくるガスが既に流入して滞留しているガスと混合することである。

[0011] なお、上記ガス入口に接続されるのは燃料ガス供給通路の上流側に限定されず、ガス出口に接続されるのは燃料ガス供給通路の下流側に限定されない。たとえば図

26に示すごとぐ燃料ガス供給通路にバイパス通路を設け、このバイパス通路にタンクを設置する場合、バイパス通路の下流側をタンクのガス入口に接続し、上流側をガス出口に接続した上で、下流側バイパス通路に、タンクへ燃料ガスを圧送する手段を設けた構成をも採用することができる。

[0012] 上記タンクの構造には限定されない。たとえば容積が変化しない固定形状のタンクでもよぐまた、従来のガスタービン設備等においてガスの需給バランスを監視する装置 (ガスホルダー）として用いられる内容積変動形式のタンクであってもよい。内容積変動形式のタンクとは、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等である。これらのタンクを流用して燃料ガスのカロリ変動を抑制する効果を発揮しうる装置とすることができる。

[0013] 上記ガス入口が水平から上方または下方に傾斜した方向に燃料ガスをタンク内へ流入させるように構成されて、るのが好ま、。時間差混合が効果的になされるからである。

[0014] 上記のごとくガスの流入方向を傾斜させるために、ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に連続して形成された傾斜管部材を含み、この傾斜管部材が水平から上方または下方に傾斜している構成とすることができる。

[0015] または、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された固定ルーバを含み、この固定ルーバを、傾斜角度が固定された少なくとも一枚のルーノから構成することによつても、ガスの流入方向を傾斜させることができる。

[0016] ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内またはタンク内に上記固定ルーバを設置する方法として、たとえばガス入口に接続される燃料ガス供給通路の一部としてハウジングを配設し、このハウジング内に取り付けてもよい。また、たとえば、タンク内部にガス入口に近接して取り付けてもよ、。

[0017] 上記ガス入口に設置されたガス流入装置を含んでおり、このガス流入装置力タンク内への燃料ガスの流入角度を変更可能に構成されてなるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。

[0018] 上記ガス流入装置に、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された可変ルーバを備え、

この可変ルーバを、その傾斜角度を外部力変更しうるように揺動可能に装着された少なくとも一枚のルーノくから構成することができる。

[0019] ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内またはタンク内に上記可変ルーバを設置する方法としては、たとえば、前述した固定ルーバの設置法と同じ方法を適用することができる。

[0020] 上記ガス入口が複数個形成されており、このガス入口のうち、燃料ガスをタンク内へ流入させるガス入口を選択して切り換えうるように構成されているガスカロリ変動抑制装置が好ましい。たとえば、ガスを流入させるガス入口を周期的に切り換えることによつてタンク内でのガスの時間差混合を促進しうるからである。

[0021] カゝかるガスカロリ変動抑制装置に対して、ガス出口を複数個形成し、上記ガス入口の切り換えに同期して燃料ガスをタンク外へ流出させるガス出口を選択して切り換えうるよう〖こ構成することがでさる。

[0022] 力かるガスカロリ変動抑制装置を、複数個のガス入口のタンク内への燃料ガスの流入方向が互いに相違するように構成することができる。

[0023] 上記ガス入口が複数個形成されており、各ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された流量調整装置を含んでおり、各燃料ガス供給通路を流通するガスの流量を変更しうるように構成されて、るガスカロリ変動抑制装置が好ま、。たとえば、各ガス入口を通るガス流量を周期的に切り換えることによってタンク内でのガス混合を促進しうるからである。なお、上記流量調整装置としては流量調整弁が採用されうる。

[0024] 上記タンクに接続された、タンク内へ不活性ガスを流入させるための不活性ガス供給通路を含んで、るガスカロリ変動抑制装置が好ま U、。タンク内で燃料ガスと不活性ガスとの時間差混合がなされるからである。

[0025] 上記ガス入口に連通された燃料ガス供給通路の内部に挿入されるようにして接続された不活性ガス供給通路を含んでおり、この不活性ガス供給通路の出口端が上記ガス入口より上流に位置して、るガスカロリ変動抑制装置が好ま、。燃料ガスと不活性ガスとの混合が促進されるからである。

[0026] 上記不活性ガスが、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントのうち少なくとも一方のプラントから排出される廃棄窒素を回収したものであるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。不活性ガスの調達が容易且つ安価だ力である。なお、酸素製造プラントや窒素製造プラントとしては、たとえば高炉法、直接還元鉄法等のプロセスにおいて設置されるものが適用されうる。

[0027] 上記タンクに互いに離間して設置された複数個の第一ガス発熱量計測装置をさらに備え、この第一ガス発熱量計測装置によってタンク内のガスの発熱量分布を計測しうるように構成することができる。

[0028] 力かるガスカロリ変動抑制装置であって、第一ガス発熱量計測装置の計測値に基づいてタンク内のガスカロリ値の分布を検出し、このガスカロリ値の分布に応じて、タンク内へのガス流入方向を変化させるベく制御する制御装置を含んで、るのが好ま LV、。タンク内での良好なガス混合を実現しうるからである。

[0029] 上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、入口側のガスカロリ値を計測するための入口ガス発熱量計測装置と、ガス出口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、出口側のガスカロリ値を計測するための出口ガス発熱量計測装置とを含んで、るガスカロリ変動抑制装置が好ま、。

[0030] 力かるガスカロリ変動抑制装置であって、入口ガス発熱量計測装置および出口ガス発熱量計測装置の計測値に基づ、て、タンクへの流入ガスのカロリ変動とタンクからの排出ガスのカロリ変動とを対比し、この対比結果に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるベく制御する制御装置とを含んでいるのが好ましい。

[0031] 上記タンクの天井が上下動するように構成されて、る場合、この天井の上下動の方向および距離に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるベく制御する制御装置を備えているのが好ましい。天井の高さに応じて最適なガス混合を得るべくガスの流入方向を選択しうるからである。なお、天井が上下動するタンクとは、前述したように、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材 (天井を構成してヽる）を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等をいう。

[0032] 上記ガス出口が、ガス入口の中心軸の延長線力外れた位置に形成されているのが好ましい。タンクに流入した燃料ガスのタンク内の滞留時間を延長させうるからである。なお、ガス入口の中心軸の延長線とは、たとえば、前述した傾斜管部材の中心軸の延長線等をいう。

[0033] 上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置を設置するのが好ましい。 [0034] 本発明の燃料ガス供給設備は、

燃料ガスを燃料ガスとして燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路と、この低カロリ供給通路を通して供給される燃料ガスの発熱量の変動を抑制するためのガスカロリ抑制装置とを備えており、

このガスカロリ抑制装置が前述したうちいずれか一のガスカロリ変動抑制装置から構成されている。

[0035] 上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側のうち!、ずれか一方との間に接続された入口通路と、

上記入口通路に配設された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んで、るのが好まし!/、。

[0036] または、上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側の両方との間に接続された入口通路と、

各入口通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んで!/ヽるのが好ま、。

[0037] または、上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側との間に接続された入口通路と、

燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より下流側と上流側との間に接続された戻し通路と、

上記入口通路および戻し通路それぞれに設置された、燃料ガスをタンクおよび上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。

[0038] または、上記ガスカロリ抑制装置における、タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、タンクの他方のガス入口と下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、

この戻し通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んで、るのが好まし!/、。

[0039] または、上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、

タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、タンクより上流側の燃料ガス供給通路とタンクより下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、

この戻し通路に設置された、燃料ガスを燃料ガス供給通路の下流側から上流側に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んで、るのが好ま、。

[0040] 本発明のガスタービン設備は、

上記燃焼設備と、

この燃焼設備に燃料ガスとして燃料ガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、

上記燃焼設備がガスタービンであり、

上記燃料ガス供給設備が、前述したうちヽずれか一の燃料ガス供給設備から構成されている。

[0041] 上記燃焼設備と、

上記燃焼設備がガスをバーナーで燃焼させるボイラであり、

発明の効果

[0042] 本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる低カロリガスをガスタービン等の燃焼設備に燃料ガスとして供給する場合、時間差混合することによってこの供給される低カロリガスのカロリ変動を抑制 (緩和)することができる。すなわち、変動の振幅がを小さくすることはもとより、あた力もローパスフィルタのように、短周期や中周期の変動を消滅させて長周期の変動のみを残存させることができるので、希釈ガスによる希釈が効果的且つ容易になされる。また、希釈ガスによる希釈が不要になる場合がある。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の燃料ガス供給設備の一実施形態である低カロリガス供給設備を含んだガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。

[図 2]図 1におけるバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。

[図 3]バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の他の例を示したグラフである。

[図 4]バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態のさらに他の例を示したグラフである。

[図 5]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクの他の例を示す配管図である。

[図 6]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 7]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 8]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 9]図 8のバッファタンクに使用しているガス流入装置の一例を示す斜視図である。

[図 10]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 11]図 1のガスタービン発電設備にお、て設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。 [図 12]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 13]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 14]図 1のガスタービン発電設備にお、て設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 15]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 16]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 17]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 18]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 19]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。

[図 20]バッファタンク内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。

[図 21]バッファタンク内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果の他の例を示すグラフである。

[図 22]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。

[図 23]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。

[図 24]図 22または図 23のバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。

[図 25]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。 [図 26]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。

[図 27]図 1のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。

圆 28]本発明の他の実施形態である低カロリガス供給設備を含んだボイラ設備の概略を示す配管図である。

符号の説明

1·· ··低カロリガス供給設備

2" ··ガスタービン

3·· ··低カロリガス供給配管

4·· ··希釈ガス供給配管

5·· ··制御装置

6·· "混合器

7" ..集塵装置

8·· ··入口カロリメータ

9·· ··出口カロリメータ

10·· ..ノッファタンク

11··

12·· ··カロリメータ

13·· ··混合ガス供給配管

14·· • .流里3丁

15·· ··カロリメータ

16·· ··燃料ガス圧縮機

17·· ··燃料配管

18·· • .流里3丁

19·· ··燃焼器

20·· ··流調弁

21·· "フィルタ 22·· "発電機

23·· • 'ノッファタンク

24·· ··蓋部材

25·· ··駆動装置

26·· "ケーブル

27·· ·.プーリ

28·· ··撹拌装置

29·· ··流量計

31·· ··バッファタンク

32·· ··ガス量バランス監視装置

33a- ···蓋部材 (上部タンク）

33b- ···下部タンク

34·· '·おもり

35·· ··傾斜管部材

36·· ··ガス流入装置

37·· 'ハウジング

38·· '可変ルーバ

39·· •回動軸

40·· •接続部材

41·· '止め弁

42·· •不活性ガス供給配管

43··· '連通管（出口配管）

44··. •入口配管

45··. 'ファン

46... •ガス量バランス監視装置

47··. 'タンク

48··. •圧力検出装置

49··· •戻し配管 51 ·…低カロリガス供給設備

52·…ボイラ

53·…低カロリガス供給配管

54· · ·，流量計

ε · · · ·直接還元鉄設備

発明を実施するための最良の形態

[0045] 添付の図面を参照しながら本発明のガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備およびガスタービン設備の実施形態を説明する。

[0046] 図 1は燃焼設備としてのガスタービンに燃料ガスとして低カロリガスを供給する本発明の燃料ガス供給設備の一実施形態である低カロリガス供給設備 1と、この低カロリガス供給設備 1を含んだガスタービン設備の概略とを示す配管図である。ガスタービン設備としてはガスタービン発電設備を例示している。前述したように、低カロリガスはその発熱量が約 12MjZNm³以下のガスを言い、そのカロリ等の特性が変動するものが多い。

[0047] この燃料ガス供給設備としての低カロリガス供給設備 1は、直接還元鉄設備 Sで発生した副生ガス（以下、低カロリガスと呼ぶ）をガスタービン 2に燃料として供給する燃料ガス供給通路としての低カロリガス供給配管 3と、この低カロリガスを希釈するために低カロリガス供給配管 3に希釈用のガスを供給するための希釈ガス供給配管 4とを備えている。この希釈ガスを低カロリガスに供給するのは、低カロリガスのカロリ値が変動してガスタービン固有の許容カロリ範囲を超えることを防止するためである。希釈ガス供給配管 4には、希釈ガスの流量を調整する流量調整弁 (以下、流調弁という） 1 4と流量計 18とが設置されており、混合器 6によって低カロリガス供給設備 1に接続されている。上記希釈用ガスとしては不活性ガス、空気、蒸気、燃焼設備等から排出される排気ガス等が採用されうる。不活性ガスとして窒素ガス (Ν )が好適に採用されう

2

る力もちろん、不活性ガスとしては Ν に限定されず、 COや He等であってもよい。

2 2

低カロリガス供給配管 3の混合器 6より下流部分は、そこを低カロリガスが希釈ガスと混合された状態でガスタービン 2まで送られることがあるので、この範囲の配管を混合ガス供給配管 13と呼ぶ。この低カロリガス供給設備 1には、その作動を制御するための制御装置 5が配設されて、る。

[0048] 上記低カロリガス供給配管 3の混合器 6より上流部分には、直接還元鉄設備 Sから送られてくる低カロリガスを除塵するための集塵装置 7と、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク（以下、単にタンクともいう） 10とが設置されている。ノッファタンク 10には、上流側の低カロリガス供給配管 3が接続される入口 10aと、入口 10aとは別に下流側の低カロリガス供給配管 3が接続される出口 10bとが形成されている。このバッファタンク 10や後述するバッファタンク 31 (図 6等参照）は、後述する傾斜管部材 35 (図 6等参照）、ガス流入装置 36、不活性ガス供給通路としての不活性ガス供給配管 42を選択的に含めてガスカロリ変動抑制装置として機能する。

[0049] ノッファタンク 10は比較的大容量であり、時々刻々とカロリ変動しつつ流入してくる低カロリガスがこのバッファタンク 10の内部で時間差混合される。すなわち、同時にノッファタンク 10に流入した低カロリガスは、比較的早く出口 10bから流出する部分力も遅くまでバッファタンク 10内に滞留する部分まで分布している。一方、入口 10a 力は連続して新たなガスが流入してくるので、過去に流入したガスと新たに流入したガスとが絶えず混合されて、る。ここではこのことを時間差混合と呼ぶ。

[0050] ノッファタンク 10の上流側および下流側には低カロリガスの発熱量を検出するための発熱量検出装置 8、 9が設置されており、バッファタンク 10の下流側には流量を計測するための流量計 11が設置されて、る。図 1ではこの流量計 11は低カロリガス供給配管 3のバッファタンク 10と混合器 6との間の部分に設置されている力この位置には限定されない。たとえば、混合器 6より下流の混合ガス供給配管 13に設置してもよぐ後述するガスタービン 2の燃焼器 19に接続された燃料配管 17に設置してもよい。低カロリガス供給配管 3上の発熱量検出装置 8、 9に加えて、別の複数個の発熱量検出装置 12がバッファタンク 10に直接取り付けられている。これらの作用については後述する。

[0051] ここで、発熱量検出装置 8、 9、 12として、ガスの発熱量を直接計測する所謂カロリメータ、可燃成分の含有率 (濃度)を計測する装置などが用いられる。検出速度を重視する場合は現在では可燃性ガス濃度検出器を用いるのが好ましい。さらに、適用される低カロリガスが主に含む可燃成分の種類に応じて、また、主たる濃度変動が生じる可燃成分 (たとえば、直接還元鉄法における副生ガスでは一酸ィ匕炭素）に応じて、その成分の濃度を検出する濃度検出器を用いても良い。本明細書ではこれらの発熱量検出装置全体を代表して「カロリメータ」と呼ぶ。

[0052] 混合ガス供給配管 13にはカロリメータ 15が設置されている。これは、タンク 10の出口側のカロリメータ 9および流量計 11を監視するとともに、混合ガス供給配管 13の力ロリメータ 15を監視することによって上記混合ガスの最終的なカロリ値の適正を判断するためである。さら〖こ、希釈ガスとして空気や燃焼設備カゝらの排ガス等、酸素を含有するガスを用いる場合には、混合ガスの酸素濃度を制御するために混合ガス供給配管 13に酸素濃度計 (図示せず)を設置する。

[0053] カロリメータ 15の下流側にはガスタービン 2の燃料ガス圧縮機 16が設置されている。燃料ガス圧縮機 16からガスタービン 2の燃焼器 19に接続された燃料配管 17にはタ一ビン出力を調整するための流量調整弁 20が設置されている。符号 21は燃焼器 19 へ空気を供給する配管に設置されたフィルタである。ガスタービン 2には発電機 22が連結されている。また、図示しないが、ガスタービン 2にはその排ガスを利用して発電する排熱回収ボイラ発電設備等を設置してもよヽ。

[0054] つぎに、図 1中のバッファタンク 10の作用効果について説明する。前述のごとぐこのバッファタンク 10は、低カロリガス供給配管 3がそれぞれに接続された入口 10aと 1 Obとを有している。したがって、送られてきた低カロリガスの全部がこのバッファタンク 10に流入する。このバッファタンクの容積は大きぐたとえば直径が 2— 3m程度の低カロリガス供給配管 3に対して通常容積が約 20000— 200000m³程度のものが設置される。時々刻々カロリが変動しつつ送られてきた低カロリガスはバッファタンク内で時間差混合される。その結果、ノッファタンク 10の出口 10bから出ていく低カロリガスのカロリの変動幅は一気に縮小され、変動速度は一気に低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく抑制（緩和）される。このようにカロリ変動が事前に緩和されると、下流において空気等の希釈によるカロリ上昇の抑制制御が非常に容易となる。以上の現象を図 2—図 6を参照しつつ説明する。

[0055] 図 2は、図 1中のバッファタンク 10の容積を 200000m³としたときに、カロリ変動する低カロリガスが流量 500000Nm³ Zhrで供給された場合のカロリ変動の抑制（緩和）状態のシミュレーション結果を示したものである。横軸は時間（分)を示し、縦軸は低カロリガスの発熱量であるガスカロリ値 (kcal/Nm³ )を示している。また、図中に破線で表す曲線はバッファタンク 10に送られてきた低カロリガスのカロリ変動 (オリジナル変動）を示している。これは実測した一サンプルである。実線で表す曲線は、十分に時間差混合された上でバッファタンク 10から出ていく低カロリガスのカロリ変動（抑制後変動）を示している。図示のごとぐノッファタンク 10に入る前の低カロリガスのカロリは約 1530kcalZNm³力ら約 2360kcalZNm³まで変動している。つまり平均値（1945kcalZNm³ )の約 ± 21%の変動幅を持っている。バッファタンク 10から出ていく低カロリガスのカロリ変動を理論計算した結果によれば、 1780kcalZNm³から 1960kcalZNm³までであり、変動幅は平均値（1870kcalZNm³ )の約 ± 5%まで抑制されている。図示のごとく変動周期については短周期および中周期の変動は除去され、長周期の変動が残存している。この効果は低カロリガスの供給流量に対してバッファタンクの容積を大きくするほど顕著になる傾向がある。オリジナル変動の周期が短ぐ変動幅が小さい場合は経済性の見地からバッファタンクの容積を小さくしても効果がある。

[0056] 図 3には、低カロリガスが流量は 500000Nm³ Zhrとしたままで、バッファタンク 10 の容積を上記のものの半分の 100000m³としたときのカロリ変動の減衰状態が示されている。この場合のカロリ変動もバッファタンク 10における十分な時間差混合により、 1700kcal/Nm³カゝら 2040kcalZNm³までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（1970kcalZNm³ )の約 ± 9%である。

[0057] 図 4は、低カロリガスが流量 200000Nm³ Zhrで供給される設備においてバッファタンク 10の容積を 50000m³としたときの、カロリ変動の減衰状態を示している。この場合のカロリ変動もバッファタンク 10における十分な時間差混合により、 1740kcal/ Nm³力ら 2010kcalZNm³までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（1875k calZNm³ )の約 ± 7. 2%である。

[0058] 図示しないが、低カロリガスが上記と同様に流量 200000Nm³ Zhrで供給される設備において、ノッファタンク 10の容積を上記の半分の 25000m³としたときは、変動幅は平均値（1875kcalZNm³ )の約 ± 12%となる。 [0059] 図 5に示すように、低カロリガスが流量 200000Nm³ Zhrで供給される設備において、容積が 25000m³のバッファタンク 10を並列に二台設置しておき、通常運転時には二台とも使用し、定期点検や作動不良時等の非定常事態にのみ片方のタンクのみを使用するという工夫もできる。

[0060] このように、低カロリガスの時間差混合を実現しうるバッファタンクを備えることにより、低カロリガスのカロリ変動が大きく抑制される。その結果、下流において空気ゃ不活性ガスを混合する制御が非常に容易になされる。たとえば、ガスタービン 2の燃料ガスのカロリ変動幅が基準カロリ値 (平均値)の士 10%と設定されて、る場合であれば、ノッファタンクの下流では変動するカロリの平均値をガスタービン 2に設定された基準カロリ値と一致させるために、その仕様に適合させうる容積のバッファタンクを備え、一定比率の希釈ガスを供給するだけで良くなる。空気の供給動作に関しては低力口リガスのカロリ変動を考慮する必要が無くなる。

[0061] 極端な場合、ノッファタンク 10を通過した後の低カロリガスの変動するカロリの平均値力ガスタービン 2に設定された基準カロリ値とほぼ一致しているなら、希釈ガスの混合が不要となるだけでなぐ希釈ガスを供給する設備が不要となる。

[0062] 図 6には他のバッファタンク（以下、単にタンクともいう） 31が示されている。このバッファタンク 31は従来のガスタービン設備にガスホルダーとして使用されるものをカロリ変動抑制装置として兼用するために改造したものである。すなわち、タンク 31に入口 31aと出口 31bとを別々に形成して、これらに上流側低カロリガス供給配管 3と下流側低カロリガス供給配管 3とそれぞれを接続している。ガスホルダーは、ガス量バランスを監視する装置 32に含まれるものである。ガス量バランス監視装置 32というのは、上流側から送られてくる低カロリガスの量とガスタービンで必要とする消費ガス量とのバランスを取るためのものである。供給ガス量の変動やガスタービンの負荷変動がある場合、ガスの供給量と消費量との間でバランスを取る必要がある。供給量が予想外に過剰となったときには系外に放出するなどし、供給不足となったときにはガスタービンの負荷を低下させたり、一部の運転を停止したりする。

[0063] このガス量バランス監視装置 32は、内容積変動式の上記タンク 31と、タンク 31の上端開口をシール部材 33c等によって気密に閉止し且つタンク内を上下動可能に配設された蓋部材 33aと、たとえば蓋部材 33aに連結された調整用おもり 34とを備えている。蓋部材 33aは天井を有し、下部タンク 33bと入れ子式に組み合わされた上部タンクと呼べる。シール部材 33cは上部タンク 33aと下部タンク 33bとの間隙に配設されている。上部タンク 33aの自重と上記おもり 34の重量と大気圧による押し下げ力との総計と、タンク 31の内圧による押し上げ力とのバランスによってタンク内を上下動する。したがって、低カロリガスの供給量と消費量とのバランスの変化に応じて蓋部材 33a が上下動する。この蓋部材 33aの上下動を監視しつつガスの系外放出やタービン負荷の低下等の措置をとる。このガスホルダーを低カロリガスの時間差混合用のバッファタンク 31として兼用して！/、る。

[0064] 上下可動の蓋部材 33aの有無に拘わらず、バッファタンク 10、 31は所定の容積を有しておれば前述した低カロリガスの時間差混合という作用を奏する。

[0065] 図 6—図 19には、ノッファタンク内でより一層十分に低カロリガスの時間差混合がなされるように、タンク内へのガスの流入方向に対して工夫が施された構成が示されている。すなわち、タンクに流入した低カロリガスの一部がタンク内にできるだけ長時間滞留し、タンク内で十分に混合されることにより、理想的な時間差混合がなされることを目的とした工夫がなされている。概説すれば、タンク内へのガス流入方向を水平方向から上方または下方へ傾斜させる構成としている。前提として、タンク内へ流入するガスの容積流量に対してタンクの内容積を十分な大きさにする必要があるだろう。たとえば、図 2—図 5を参照しつつ説明したタンク 10のようにである。図 6—図 19において、同一部材には同一符号を付し、図面ごとの説明は省略する。

[0066] 図 6のタンク 31は前述したとおりガスホルダーを利用したバッファタンク 31であるが、これは例示であり、可動式の蓋部材 33aを有しないタンク 10にもこのガスの流入方向に工夫が施された構成を適用することができる。このことは、後述する図 7、図 8、図 10、図 12—図 19、図 22、図 23のタンクについても同じである。タンク 31の周壁の下端近傍に入口 31aと出口 31bとが形成され、それぞれに上流側および下流側の低力口リガス供給配管 3が連通している。低カロリガス供給配管 3はほぼ水平に配管されているが、入口 31aに接続される上流側の低カロリガス供給配管 3には、これに連続して上方に傾斜した傾斜管部材 35が接続されている。こうすうることにより、低カロリガスはタンク内へ斜め上方に吹き上がり、ガス流の大半は即時に出口 31bから流出することなくタンク内を巡る。その結果、低カロリガスがタンク内に長時間滞留し、十分に混合される。出口 31bの位置がタンク内へのガスの流入方向の延長線上力外れていることも時間差混合の効果を向上させている。すなわち、傾斜管部材 35や後述のガス流入装置 36の中心軸の延長線力外れた位置に出口 31bを形成するのが好ましい。要するに、入口 10a (31a)の中心軸の延長線力も外れた位置に出口 31bを形成するのが好ましい。このことは、以下に説明する他のタンク 10 (31)にも該当する。

[0067] また、図示のごとぐタンク 31内のガスを撹拌するために、タンク内にファン等の撹拌装置 28を設置してもよい。タンク内でのガスの混合を促進し、それによつてより効果的な時間差混合を実現するためである。撹拌装置 28の設置形態としては、出口 3 lbの近傍力ガスをタンクの内方へ向けて流しうる姿勢で出口 31bの近傍に設置するのが好ましい。出口 31bから流出しょうとするガスをタンクの内方へ押し戻してガスのタンク内滞留時間を長くすることができ、それによつてガスの効果的な時間差混合が実現されうるからである。また、たとえば出口がタンクの下部に形成されているときはガスを上方に流し、出口がタンクの上部に形成されているときはガスを下方に流しうる配置が好ましい。この撹拌装置 28は、図 6のタンク 31に限定されず、他の図面に示すタンク 10、 23、 31、 47や、カロリ抑制効果を発揮しうる他のタンクに対しても設置することが可能である。なお、撹拌装置 28の回転駆動機としての電動モータ 28a 等はタンクの外部に設置しておくのが好ましい。

[0068] また、タンク内のガスを撹拌するための機構として、タンク内のガスを循環させるための配管（図示せず)をタンクに接続してもよい。すなわち、タンク壁にガス循環用の入口と出口とを形成し、この出入口に循環用の一本の配管を接続する。そして、この循環用配管の内部に上記撹拌装置 28と同様のファンを設置する。こうすれば、このファンの作動により、タンク内のガスが循環用配管から吸い出されて再度タンク内に流入させられるので、ガスの循環が生じ、ひいてはタンク内でのガスの撹拌効果が生じる。

[0069] 図 7に示すタンク 23は他の種類のガスホルダーを利用した内容積変動式のバッファタンク 23である。このガスホルダーは、タンク内を気密に上下動するように設置された蓋部材 24を駆動装置 25によりチェーンやケーブル 26を介して積極的に上下動させ、操業時のガスの需給バランス効果を最大にしうるタンク容積を決定することができるというものである。図示のごとく蓋部材 24を小型化して軽量にすることにより大容積のタンクにも適用され、上下動させるための駆動系を簡素化することができる。このようなガスホルダーも、低カロリガスの入口 23aと出口 23bとを別に形成し、入口 23aに上流側低カロリガス供給配管 3を接続し、出口 23bに下流側低カロリガス供給配管 3 を接続することにより、カロリ変動抑制効果を奏するバッファタンクとして流用することができる。入口 23aに接続される上流側の低カロリガス供給配管 3にも、これに連続して上方に傾斜した傾斜管部材 35が接続されている。符号 27はケーブル 26を支持するプーリである。

[0070] しかし、上流側の低カロリガス供給配管 3はタンク 23の底部より下方に配管されている。タンク 23の入口 23aはタンク底部における周縁近傍に開口され、傾斜管部材 35 はタンク底部の下方から上方に傾斜して入口 23aに接続されて、る。この構成によつても図 6のタンク 31と同様に効果的な時間差混合が実現される。また、入口 23aがタンク底部に開口されているので、上記蓋部材 24の高さ変動の許容範囲をタンクの底部近傍までとし、タンク 23の内容積を最大限に活用することができる。

[0071] 以上説明したタンク 31、 23 (図 6および図 7)には上方に傾斜した傾斜管部材 35が配設されている力カゝかる構成に限定されない。たとえば、蓋部材を有していない固定形状のタンク 10では、タンク周壁の上端近傍に入口および出口を形成し、これらに低カロリガス供給配管 3を接続することもできる。その場合には、上流側低カロリガス供給配管 3の先端に連続して下方に傾斜した傾斜管部材を接続することになる。すなわち、上流側低カロリガス供給配管 3のタンクへの接続位置の高さに応じて傾斜管部材の傾斜方向を選択すればょ、。

[0072] 図 8に示すタンク 31にはその周壁の下端近傍に入口 31aと出口 31bとが形成されている。上流側および下流側の低カロリガス供給配管 3ともにほぼ水平に配管されている。上記入口 31aには、タンク内へのガス流入方向を変更するためのガス流入装置 36が配設されており、このガス流入装置 36に上流側の低カロリガス供給配管 3が接続されている。タンク 31はもともとその内部に流入したガスの流れを生じさせて均一に混合しょうとする機能を有するが、ガス流入装置 36とこの作動を制御する制御装置 5とによってガス流れの態様を変更することを可能とし、均一混合効果をより一層向上させることができる。

[0073] 図 9も合わせて参照すれば明らかなように、このガス流入装置 36は、タンクの入口 3 laの外部に上流側低カロリガス供給配管の一部として形成されたハウジング 37と、このハウジング 37の内部に上下に間隔をおいて収容された複数枚の可変ルーバ 38を有している。各可変ルーバ 38はほぼ水平に配置され、その回動軸 39がハウジング 3 7の外部に突出されている。この回動軸 39の突出した部分を、電動モータ、油圧モータ、空圧シリンダ、油圧シリンダ等の公知の手段によって回動させてルーバ 38を上下方向に揺動させることができる。ルーバ 38を上下方向に揺動させると、それに応じてガスの流入方向を変更することができる。したがって、図 6および図 7に示す傾斜管部材 35と同様にガス流を上方に傾斜させることが可能である。設置するルーバの枚数は限定せず、一枚でも複数枚でもよい。枚数が多いと流入方向を定める効果は向上するが流入抵抗が増加する傾向にある。

[0074] また、図 9に示すように、ハウジング 37の外部に突出した回動軸 39には傾斜方向指示器 39aが設置されており、ガス流入装置 36の外部からルーバ 38の傾斜方向、ひいてはガスの流入方向を表示することができる。また、このルーバ 38の傾斜方向については、図示しない検出器によって検出して制御装置 5にその検出信号を送信し、これに基づいて図示しない遠隔表示装置に表示させるようにしてもよい。また、ハウジング 37に透視窓を形成して、外からルーバ 38の傾斜方向を確認し得るようにしてちょい。

[0075] さらに、図示のごとく上下可動の蓋部材 33aを備えたタンク 31の場合、その天井が上下動するが、制御装置 5にその天井の位置信号を入力し、この位置信号に応じて最適なガス流入方向を選定することが可能となる。たとえば、蓋部材 33aが上昇すればガス流入方向をさらに上方に傾斜させために、ルーバ 38をその水平からの仰角が大きくなるように上方へ揺動させる。蓋部材 33aが下降すればガス流入方向を現在の方向よりも下方に傾斜させるために、ルーバ 38をその水平からの仰角が小さくなるように揺動させる。 [0076] また、図 8のタンク 31 (蓋部材 33aを含む）には前述した複数個のカロリメータ 12が間隔をあけて適宜箇所に取り付けられている。このカロリメータ 12の計測値によってタンク 31内のガスの時間差混合の程度を知ることができる。タンク 31内における各部位のカロリ値の差 ( 、わばカロリ値の分布）が小さ!/、ほど時間差混合が効果的になされていると判断できる。上記制御装置 5によってルーバ 38の傾斜角度を変化させつつこのカロリメータ 12によって連続的にカロリ値を計測する。そうすれば、時間差混合にとつて最適のルーバ 38の傾斜角度を知ることができる。また、タンク 31の蓋部材 3 3aの高さ位置等、その他の条件ごとにも最適な傾斜角度を知ることもできる。このデータを制御装置 5に記憶させておけば、運転の際にこの制御装置 5によってタンク内のカロリ値の分布に基づいてルーバ 38を最適な角度にする制御が可能となる。

[0077] 図 8のタンク 31に接続された上流側および下流側の低カロリガス供給配管 3にはそれぞれ入口カロリメータ 8と出口カロリメータ 9とが設置されている。各カロリメータ 8、 9 は連続してガスカロリ値を計測して、るので、上流側および下流側の低カロリガス供給配管 3におけるカロリ変動を検出することができる。制御装置 5は、そこに上流側および下流側それぞれのガスカロリ変動を示す信号が入力されるので、これらを対比することによってタンク 31によるカロリ変動の抑制効果の程度を検出することができる。したがって、この制御装置 5により、カロリ変動抑制レベルの設定値と検出値との偏差を算出し、この偏差を埋めるように (均一な時間差混合効果が最大となるように)ルーバ 38の傾斜角度を制御する。

[0078] たとえば、上記制御装置 5によってルーバ 38の傾斜角度を変化させつつこのカロリメータ 8、 9によって連続的にカロリ値を計測する。そうすれば、時間差混合にとって最適のルーバ 38の傾斜角度を知ることができる。また、前述したタンク 31の蓋部材 3 3aの高さ位置等、その他の条件ごとにも最適な傾斜角度を知ることもできる。このデータを制御装置 5に記憶させておけば、運転の際にこの制御装置 5によってカロリ変動抑制レベルの設定値と検出値との偏差を埋めるべくルーバ 38を最適な角度にする制御が可能となる。

[0079] 図 8のタンク 31の上記ガス流入装置 36は、タンク外に設置したハウジング 37の内部に可変ルーバ 38を収容している力力かる構成に限定されない。たとえば、ハウジングは設けずに、タンク内における入口に近接した位置に、タンク外部力も揺動駆動しうるように可変ルーバ 38を設置してもよ、。

[0080] 図 10には、前述したような可変ルーバ 38を内蔵したガス流入装置 36を底部の周縁近傍に備えたタンク 31が示されている。上流側の低カロリガス供給配管 3はタンク 3 1の底部より下方に配管されており、タンク 31の入口 31aがタンク底部における周縁近傍に開口されている。この開口 31aの下部にガス流入装置 36が設置されている。この構成によっても図 8のタンク 31と同様に、カロリメータ 8、 9、 12による検出および制御装置 5の制御によって効果的な時間差混合が実現される。

[0081] ガスの流入方向を変更するためのガス流入装置としては可変ルーバ 38を備えた上記装置 36に限定されない。ガスの流入方向を外部から任意に変更しうるいかなる公知の好適な手段をも採用することができる。また、ガス流入装置 36は可動の蓋部材 3 3aを備えたタンク 31に限らず、容積を変更し得ない固定形式のタンク 10 (図 1、図 11 参照）にも設置することが可能である。

[0082] 以上説明したガス流入装置 36は、タンクへ流入するガスの流れを横方向に変化させるために用いることもできる。すなわち、ガス流入装置 36全体をその中心軸回りに 0°— 90°の範囲で回転可能な構成としてタンク 10、 23、 31に取り付ける。こうすれば、前述したようにカロリメータ 8、 9、 11によってタンクにおけるカロリ変動抑制効果を連続的に確認しつつガス流の方向を横方向にも変化させて最適な流入方向を設定することがでさる。

[0083] 図 11に示すタンク 31はその周壁の下端近傍に入口 10aと出口 10bとが形成されており、出口 10bには下流側の低カロリガス供給配管 3が接続されている力入口 10a 力もは上流側の低カロリガス供給配管 3がタンク内部に挿入されている。タンク内部において、上流側の低カロリガス供給配管 3の先端には上方に傾斜した傾斜管部材 35 力 Sフランジ等の接続部材 40によって着脱自在に接続されている。もちろん、上流側の低カロリガス供給配管 3を入口 10aに接続し、入口 10aの内側に傾斜管部材 35を着脱自在に接続してもよい。このタンク 10は可動の蓋部材を有しておらず、天井高さが固定されているので、ガスの流入方向を頻繁に変える必要がない。したがって、低カロリガスの流量を大幅に変更するときなどに、傾斜角度の異なる傾斜管部材 35に取り替えることができるようにしている。また、この傾斜管部材 35を低カロリガス供給配管 3の中心軸回りに回転させて（たとえば、相互のフランジ 40のボルト孔を 1ピッチまたはそれ以上ずらせて)低カロリガス供給配管 3に取り付けることにより、流入方向を上下に限らず左右に (横方向に)も変化させることができる。傾斜角度の異なる傾斜管部材 35を上記のごとく低カロリガス供給配管 3の中心軸回りに回転させて付け替えることにより、流入方向を上下に変化させることなく左右にのみ変化させることができる。

[0084] 図 12に示すタンク 31には三個の入口 31aが形成され、各入口 31aに上流側の低カロリガス供給配管 3の分岐管 (上流側分岐管） 3aが傾斜管部材 35を介して接続されている。入口 31aおよび上流側分岐管 3aは三個に限定されず、複数個であればよい。上記複数個の入口 31aは間隔をおいてタンクの周壁 (底部でもよい）に形成されて、る。各上流側分岐管 3aには止め弁 (流調弁であってもよ!/、) 41が取り付けられており、これらを適宜選択して開閉することができる。上記制御装置 5により、三台の止め弁 41を順次開弁閉弁して三本の上流側分岐管 3aを周期的にまたは非周期的に切り換えることにより、タンク内へのガス流入位置を変化させることができる。

[0085] または、この止め弁 41に替えて流調弁を用いることにより、三本の上流側分岐管 3a を通るガスの流量を周期的にまたは非周期的に異ならせることもできる。このようにして制御装置 5はタンク内のガス流の態様を最適化するように制御する。この最適の態様は多くの操業データに基づいて作成されたデータセットを基準にして、類似の操業状況 (ガスカロリ、ガス流量、ガス成分、タンク内滞留時間等）に最も適したデータセットを適用することができる。なお、上記傾斜管部材 35を介装しなくてもよいが、傾斜管部材 35を取り付けることによって一層効果的な時間差混合が実現される。

[0086] また、上記複数個の傾斜管部材 35の中心軸の向く方向、とくに上下方向の傾斜角度を異ならせておいてもよい。このようにすれば、タンクの天井高さの変化等の条件変化に対応して適切なガスの流入方向を選択することができる。

[0087] 図 12に示してはいないが、複数本の上流側分岐管 3aとともに複数本の下流側分岐管を配設してもよい。各下流側分岐管に止め弁または流調弁を取り付け、これらを適宜選択して開閉することができるように構成してもよい。力かる構成によれば、上記制御装置 5により、三本の上流側分岐管 3aを周期的にまたは非周期的に切り換えたり流量を変化させるとともに、下流側分岐管をも周期的にまたは非周期的に切り換えたり流量を変化させることができる。したがって、前述した上流側分岐管 3aのみの制御に比べて、ガスの時間差混合にとって一層好ましいガス流の態様を実現することが可能となる。

[0088] このタンク 31の平面図である図 12 (a)には、上流分岐管 3aと下流側低カロリガス供給配管 3とが対向する位置 (タンクの中心軸について 180°の位置）に接続されている 1S 力かる構成に限定されない。対向しない位置でもよい。たとえば両配管 3a、 3が 9 0°、 120°、 135°等の角度をなす位置に接続してもよい。ガスがタンク内により長く滞留する可能性があるからである。このことは他のタンク（図 6—図 8、図 10、図 11、図 1 3—図 19)についても同様に言えることである。

[0089] 図 13に示すタンク 31は、図 12のタンク 31の複数個の入口 31aそれぞれに前述と同じガス流入装置 36 (図 9参照）が取り付けられたものである。ここではガス流入装置 36の説明を省略する。このタンク 31にも前述した複数本の下流側分岐管を配設してもよい。この構成によれば、図 12を参照しつつ説明した制御による時間差混合の効果に加えて、可変ルーバ 38によるガス流方向の制御も可能であるため、ガスの時間差混合にとって一層好ましいガス流の態様を実現することが可能となる。

[0090] 図 14一図 19にはそれぞれ、低カロリガスを希釈するための不活'性ガスをタンクに投入する機構を備えたタンク 31が示されている。図 1に示す低カロリガス供給配管 3 には、そのバッファタンク 10の下流側に不活性ガス等の希釈ガスを供給するための希釈ガス供給配管 4が配設されている。これは、前述したように、ノッファタンク 10 (3 1)によってそのカロリ変動が抑制された後の低カロリガスの平均カロリ値がガスタービン固有の許容カロリ値の範囲を超える場合に希釈ガスによってカロリ値を低下させるのが目的である。しかし、上記平均カロリ値を低下させるのに必要な希釈ガスを事前にバッファタンク 10 (31)に投入するようにすれば、上記希釈ガス供給配管 4を用いて行うカロリ制御は簡素化される力、または不要になるので有利である。たとえば、入口カロリメータ 8の検出結果力入口側の低カロリガスの平均カロリ値を算出し、この平均カロリ値がガスタービン固有の許容カロリ値の範囲を超える場合に、カロリ値を許容範囲内に低下させるに必要な量の希釈ガスをタンクに投入する。または、入口側の低カロリガスの平均カロリ値が急激上昇したときに、そのときの出口側の平均カロリ値とほぼ等しくなるように必要な量の希釈ガスをタンクに投入する。

[0091] しかし、低カロリガスと投入する不活性ガスとの量的な関係だけに着目するのではなぐこれにカ卩えて両ガスの混合の促進を図るのが望ましい。かかる理由から、図 14 一図 19に示すタンク 31には上記希釈ガス供給配管 4とともにまたはこの配管 4に代えて、好適な不活性ガス供給機構がタンク 31へ接続されている。このように、タンク 1 0 (23、 31、 47)またはその上流力ゝら低カロリガスとは別に不活性ガスを低カロリガス供給配管 3に供給する場合、タンク 10の下流側に設置された流量計 11 (図 1参照）とは別に、低カロリガスの流量のみを計測する流量計 29を不活性ガスの供給点より上流の低カロリガス供給配管 3に設置して、る（図 14一図 19参照)。

[0092] 図 14および図 15に示すタンク 31の入口 31aには、図 6および図 7に示したと同様の傾斜管部材 35を介して上流側低カロリガス供給配管 3が接続されて、る。この点については詳細な説明を省略する。しかし、この上流側低カロリガス供給配管 3内部には不活性ガス供給配管 42が挿入されて接続されており、その先端が開放されて不活性ガスを低カロリガスの流れに混入させるように構成されている。したがって、低力口リガス供給配管 3における不活性ガス供給配管 42が挿入されている範囲は二重管として構成されてヽる。不活性ガスの流速は低カロリガスの流速より低速とするのが混合性向上の観点カゝら好ましい。以上説明した構成により、不活性ガスは低カロリガスと同一の流入方向でタンク内に投入され、低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。

[0093] 図 16および図 17に示すタンク 31は、図 14および図 15に示すタンク 31の傾斜管部材 35に代えて図 9に示すようなガス流入装置 36が配設されたものである。ガス流入装置 36の構造、機能については説明を省略する。このタンク 31では低カロリガス供給配管 3と不活性ガス供給配管 42との二重管を備えているので、可変ルーバ 38によつて流入方向が変えられようとも、タンク内に流入する低カロリガスと不活性ガスとは同一方向に流入する。カゝかる構成により、タンク内で低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。上記二重管は必要に応じて三重管等の多重管としてちよい。

[0094] 図 18に示すタンク 31には近接した二つの入口 31a、 42aが形成されている。一方の入口 31aには上流側低カロリガス供給配管 3が傾斜管部材 35を介して接続されており、他方の入口 42aには不活性ガス供給配管 42が傾斜管部材 35を介して接続されている。タンク内への低カロリガスと不活性ガスとの流入方向がほぼ平行となるように、両傾斜管部材 35の水平力もの傾斜角度はほぼ同一にされている。低カロリガス供給配管 3と不活性ガス供給配管 42とは図示のごとく上下に近接して配管している力横方向に近接して配管してもよい。

[0095] 以上説明したタンクのうち傾斜管部材を用いているものについては、とくに傾斜管部材に限定されることはない。ガスの流入方向を固定的に傾斜させうる他の好適な手段を用いてもよい。たとえば、傾斜角度が固定されたルーバを内蔵したハウジングをタンクの入口 10a、 3 laに設置したり、タンク内部における入口近傍に傾斜角度が固定されたルーバを設置してもよ!/、。

[0096] 図 19に示すタンク 31は、図 18に示すタンク 31の傾斜管部材 35に代えて図 9に示すようなガス流入装置 36が不活性ガス供給配管用の入口 42aに配設されたものである。ガス流入装置 36の構造、機能については説明を省略する。このタンク 31では上下に近接した低カロリガス供給配管 3と不活性ガス供給配管 42とはともにガス流入装置 36を備えているので、両ガスの流入方向をほぼ同一方向とすることが可能である。しかし、両ガスのタンクへの流入速度が異なるような特別な場合に、両ガスの流入方向を変えることができるので、様々な制御が可能となる。力かる構成により、タンク内で低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。

[0097] 以上説明したタンク 10 (31)へ投入する不活性ガスとしては、高炉法、および、 FIN EX法や COREX法等の直接還元鉄法で使用される酸素製造プラントから放散される廃棄窒素、並びに、酸素製造プラントに併設される窒素製造プラントから排出される酸素を微量に含んだ廃棄窒素を使用するのが好ましい。大量に廃棄される窒素を回収して使用するので操業コストがきわめて低廉となる力もである。

[0098] FINEX法や COREX法等の直接還元鉄法の場合、還元剤として酸素を用いるので、酸素を大量に製造する酸素製造プラントの設置が必須である。高炉法においても酸素を使用するので規模の差はあっても酸素製造プラントを使用する。酸素製造プラントは空気力窒素を分離して酸素を製造するのであるが、酸素を分離した後の排ガスは廃棄窒素として通常は大気に放散される。一方、酸素製造プラントに窒素製造プラント併設して高純度の窒素を製造することも多々あるが、この場合でも酸素を微量に含んでしまった窒素は廃棄窒素として大気に放散される。このような廃棄窒素は窒素ガスが 95— 98質量％程度、且つ、酸素が 2— 5%程度のガス組成を有しており、低カロリガスの可燃限界の観点からもきわめて安全な希釈ガスである。もちろん、ボンべ等に充填している純粋窒素を用いてもよい。

[0099] 上記不活性ガス供給配管 42と同様に低カロリガスを希釈する目的で、不活性ガスに代えて、空気または燃焼設備で生じる排ガスをタンク内に供給する設備を設けてもよい。この供給の方法としては、不活性ガスと同様にタンクに直接供給したり、タンクより上流の低カロリガス供給配管に供給する。ただし、空気ゃ排ガスは酸素を含んで V、るので低カロリガスの可燃限界に基づ、て低カロリガスへの混合割合を決定する必要がある。さらに、低カロリガスと十分に混合させて、含有酸素の濃度の高い部分が生じないようにする必要がある。そのために、空気または排ガスの供給配管とタンクまたは低カロリガス供給配管との接続部には混合器を設置するのが望ましい。

[0100] 図 12、図 13および図 19を参照しつつ説明したタンク 31では、複数の配管から流入する低カロリガス（および不活性ガス）の流入方向が平面視で平行となるように上流側低カロリガス供給配管 3、傾斜管部材 35およびガス流入装置 36の方向付けをした上でタンクに接続している。しかし、力かる構成に限定されない。たとえば、ガス流入方向が平面視でタンクの中心軸を向く方向に流入するように構成してもよい。

[0101] 図 20および図 21には、バッファタンク 10内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果が、滞留時間と累積ガス流量との関係を表す曲線として示されている。両図ともにタンク内でのガスの滞留時間（分)を横軸に取り、滞留するガスの割合を縦軸に取っている。図 20のグラフ中の曲線はガスの完全混合がなされている状態を示している。すなわち、ガスが入口力もタンク内に流入すると同時に、それまでタンク内に存在していたガスと一気に混合してしまっている状態を示す。これらの図は、タンクの容積を 40000m3とし、流入するガスの流量を 5Nm³ Zhrとした条件下でのシミュレ一シヨン結果を示している。

[0102] このグラフの意味するところは、横軸に示す所定時間に出口力流出するガスの割合、つまりタンク全体のガス容積に対する割合を示している。縦軸の 1. 0という数値はタンク全体のガス容積を表している。たとえば、図中の横軸上の数値 500秒から 60 0秒 (これはタンクに流入して力も経過した時間を、すなわち滞留時間を示す)の 100 秒間（符号 HIで示す）に出口力流出するガスのタンク全体のガスに対する割合 VI は、約 0. 689—約 0. 621 =約 0. 068 (約 6. 8%)であることを示す。換言すれば、タンク内に流入してから 500秒後から 600秒後までの間滞留しているガスはタンク内全体のガスの約 6. 8%であるということである。タンクに流入してから 100秒を経過して Vヽな、（0秒後から 100秒後までしか滞留して!/、な!/、ことであり、 H2で示す)ガスは、約 0. 176— 0=約 0. 176であり、全体の約 17. 6⁰/₀存在して!/、る（V2で示す）力タンクに流入してから 900秒後から 1000秒後までの間滞留している（H3で示す)ガス ίま約 0. 863—約 0. 834=約 0. 029で、全体の約 2. 9⁰/₀し力存在して!/ヽな!ヽ（V3で示す）ということがわかる。

[0103] 時間差混合の理想は、流入時力もの経過時間に拘わらずガスが同一割合で混合している状態、すなわちグラフに表される線が直線であるのが理想的である。しかし、これは現実には存在しない状態である。図 20に示すような完全混合がなされている状態を、最良の時間差混合がなされている状態と考えるのが妥当である。

[0104] 図 21には、前述の完全混合状態と対比し得るように、同一条件下でタンク入口から三種類の仰角をなした方向に流入するガスの時間差混合のシミュレーションの結果が示されている。完全混合状態については実線で示し、水平から 60°の仰角をなして流入する場合を二点鎖線で示し、水平から 65°の仰角をなして流入する場合を一点鎖線で示し、水平から 90°の仰角をなして（ほぼ鉛直上方に)流入する場合を破線で示して!/、る。仰角をなして流入する!ヽずれの場合も完全混合状態とは一致しな、までも近い曲線を描いている。すなわち、良好な時間差混合がなされていると言える。その結果、図 2—図 5を参照しつつ説明したようにガスカロリの変動が効果的に抑制される。

[0105] 図 22には、低カロリガス供給配管 3に対していわば並列に設置されたバッファタンク、換言すれば、低カロリガス供給配管 3に付設されたバイパス配管に設置されたバッファタンクが示されている。このバッファタンクは、既存の低カロリガス供給設備に設置されているガスホルダーをわずかな構造変更によってガスカロリ変動抑制装置に兼用するものである。従来の低カロリガス供給設備に設置されて、るガスホルダーは低カロリガス供給配管 3に対して一本の連通管によってのみ接続されている。この一本の連通管が出入口を兼ねて、る。ガスホルダーは低カロリガス供給配管内のガスの需給のノ《ランスを図るだけでょ、のであるから、低カロリガス供給配管とは一本の連通管で連通しておけばょ、。

[0106] 図示のごとぐタンク 31には上記連通管 43が接続されており、この連通管 43の他に新たに低カロリガス供給配管 3と連通する入口配管 44が接続されて、る。入口配管 44と連通管 43とが上記バイパス配管を構成して、る。この入口配管 44は低カロリガス供給配管 3の連通管 43との接続部より上流側に接続されて、る。この入口配管 4 4には低カロリガスをタンク 31に送り込むガス圧送装置としてのファン 45が設置されている。したがって、供給される低カロリガスの一部は入口配管 44を通ってタンク 31 に流入し、タンク 31内で低カロリガスが時間差混合し、同量のガスが上記連通管 43 を通ってタンク 31から低カロリガス供給配管 3に戻る。したがって、この場合は上記連通管 43は出口配管とも呼べる。

[0107] 図示していないが、上記入口配管 44が接続されるタンクの入口 31aには前述した傾斜管部材 35またはガス流入装置 36が接続されている。このタンク 31により、低力口リガス供給配管 3によってガスタービンへ供給される低カロリガスの一部についてそのカロリ変動が抑制される。

[0108] 図 23には、カロリ変動抑制手段として利用しうる他のガス量バランス監視装置 46が示されている。このガス量バランス監視装置 46は、さらに経済的な構成をとつており、入口 47aと出口 47bとがそれぞれ連通管 43および入口配管 44によって低カロリガス供給配管 3と連通された気密構造のタンク 47を有して、る。タンク 47には圧力検出装置 48が設置されており、タンク 47の内圧が常時監視される。制御装置 5は、検出圧力が上限域に達すると設備内のガス消費量を増加する指令を出し、ガスの需給バランスをとる。その他の構造は前述のノッファタンク 10 (図 1参照）と同じであり、カロリ変動抑制手段として十分に利用可能である。

[0109] 図示していないが、上記入口配管 44が接続されるタンクの入口 47aには前述した傾斜管部材 35またはガス流入装置 36が接続されている。このタンク 47により、低力口リガス供給配管 3によってガスタービンへ供給される低カロリガスの一部についてそのカロリ変動が抑制される。

[0110] 図 24は、カロリ変動する低カロリガスが流量 500000Nm³ /hrで供給される設備にお \ /、て、図 22または図 23中のタンク 31 (47)の容積を 200000m³とし、上記ファン 45【こよって 500000Nm³ /hrのうち 200000Nm³ /hrのガスをタンク 31 (47)に送り込む場合のカロリ変動の抑制状態を示すグラフである。図中に破線で表す曲線は直接還元鉄設備 Sから送られてくる低カロリガスのカロリ変動 (オリジナル変動）を示している。これは前述の実測サンプルである。二点鎖線で表す曲線はタンクを出て上記連通管 43を通る低カロリガスのカロリ変動 (過渡変動）のシミュレーション結果を示している。実線で示す曲線は、低カロリガス供給配管 3に連通管 43が接続された点より下流側の低カロリガス供給配管 3部分を流れるガスのカロリ変動 (抑制後変動）を示している。前述と同じぐタンク 31 (47)に入る前の低カロリガスのカロリは平均値（19 45kcalZNm³ )の約 ± 21%の変動幅を持っている。ところが、タンク 31 (47)から連通管 43を通って低カロリガス供給配管 3に合流した後のガスのカロリ変動は、 1690k cal/Nm³力 2100kcalZNm³までであり、変動幅は平均値（1895kcalZNm³ ) の約 ± 11%まで抑制されている。この数値は一例である。

[0111] このように、ガスホルダー用のタンク 31 (47)を有する既設の設備を利用してガス力ロリの変動を抑制することも可能である。そして、下流において空気による低カロリガスの希釈を容易に行うことができるようになる。なお、図 22および図 23では、低カロリガスをタンク 31 (47)に送り込む入口配管 44が、低カロリガス供給配管 3における出口配管 (連通管) 43より上流側に接続されているが、とくにこの構成に限定されず、出口配管 43より下流側に接続してもよい。また、両管 43、 44ともに複数本設けてもよい。

[0112] 図 25にも図 22のタンクと同様に低カロリガス供給配管 3に対して並列に設置されたノッファタンク 31が示されている。図示のごとぐタンク 31と低カロリガス供給配管 3との間には、ファン 45を備えた入口配管 44と、出口配管としての上記連通管 43とが接続されている。すなわち、タンク 31の入口 31aには入口配管 44が接続され、出口 31 bには出口配管 43が接続されている。しかし、このタンク 31にはさらなる入口 49aが形成され、この入口 49aに戻し配管 49が接続されている。戻し配管 49は低カロリガス供給配管 3における出口配管 43との接続部より下流側に接続されている。この戻し配管 49には低カロリガスをタンク 31に送り込むファン 45が設置されている。図示のごとぐ入口配管 44および戻し配管 49のタンク 31への接続位置（入口 3 la、 49a)は互いに近接している。

[0113] この構成によれば、タンク 31には低カロリガス供給配管 3の上流側力も入口配管 44 を通して低カロリガスの一部が圧送され、同時に低カロリガス供給配管 3の下流側から戻し配管 49を通して低カロリガスの一部が圧送され、時間差混合して出口 3 lbから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので、タンク内で長時間に渡る時間差混合が実現される。戻し配管 49の長さを長くするほど、時間差混合されるガスの滞留時間が長くなり、一層好ましい時間差混合が実現される。上記戻し配管 49は低カロリガス供給配管 3の下流側力もタンク 31の入口 49aに接続されている力下流側から、低カロリガス供給配管 3の入口配管 44との接続部より上流側に接続してもよヽ。

[0114] 図 26にも低カロリガス供給配管 3に対して並列に設置されたバッファタンク 31が示されている。図示のごとぐタンク 31と低カロリガス供給配管 3との間には、入口配管 4 4および出口配管としての上記連通管 43が接続されている。しかし、入口配管 44は低カロリガス供給配管 3の連通管 43との接続部より下流側に接続されている。この入口配管 44には低カロリガスをタンク 31に送り込むファン 45が設置されて、る。換言すれば、図 26のバッファタンク 31と低カロリガス供給配管 3との間の配管は、図 25に示されるバッファタンク 31から入口配管 44を除去し、図 25に示される戻し配管 49を入口配管 44とみなした構成である。

[0115] 力かる構成によれば、入口配管 44が低カロリガス供給配管 3における連通管 43との接続部より下流側に接続されていても、低カロリガスはファン 4により入口配管 44を通してタンク 31内へ送り込まれ、時間差混合して出口 31bから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので効果的な時間差混合がなされる。そして、上記入口配管 44の長さを長くするほど、タンク内でより長時間に渡る時間差混合が実現される。

[0116] 図 27に示すタンク 31は二種類の入口 31a、 49aを有している。一方の入口 31aには上流側低カロリガス供給配管 3が接続され、出口 31bには下流側低カロリガス供給配管 3が接続され、さらに、他方の入口 49aには下流側低カロリガス供給配管 3との間に戻し配管 49が接続されている。二つの入口 31a、 49aは近接して形成されている。戻し配管 49には低カロリガスをタンクに送り込むためのファン 45が設置されている。

[0117] 力かる構成によれば、タンク 31でカロリ変動が抑制された低カロリガスの一部は再度タンク 31へ戻されて再度時間差混合するので、一層好ましい時間差混合が実現される。戻し配管 49の長さを長くするほど時間差混合されるガスの滞留時間が長くなる。上記戻し配管 49は低カロリガス供給配管 3の下流側力もタンク 31の入口 49aに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管 3におけるタンクより上流側に接続してちょい。

[0118] 以上のバッファタンク 31 (図 25—図 27)に接続された上流側低カロリガス供給配管 3および戻し配管 49に対しても、傾斜管部材 35およびガス流入装置 36を適用することがでさる。

[0119] 図 28にはボイラ設備が示されている。このボイラ設備には、ボイラ 52と、このボイラ 5 2に燃料としての低カロリガスを供給するための低カロリガス供給設備 51が配設されている。上記ボイラ 52はガスをバーナーで燃焼させて蒸気を発生し、これを発電に用いたり、発生した蒸気を他の用途に使用する蒸気供給用として用いるものである。

[0120] この低カロリガス供給設備 51は、図 1に示す低カロリガス供給設備 1から、ノッファタンク 10の下流側の低カロリガス供給配管 3および混合ガス供給配管 13に設置された機器類を除去したものである。すなわち、図示の低カロリガス供給設備 51は、直接還元鉄設備 Sで発生した低カロリガスをボイラ 52に燃料として供給する低カロリガス供給配管 53を備えている。この低カロリガス供給配管 53には、直接還元鉄設備 Sから送られてくる低カロリガスを除塵するための集塵装置 7、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク 10、バッファタンク 10の上流側および下流側に低カロリガスの発熱量を検出するための発熱量検出装置 8、 9、低カロリガスの供給量を計測する流量計 54が設置されている。図 1に示す低カロリガス供給設備 1の機器、配管類と同じものには同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

[0121] このボイラ用の低カロリガス供給設備 51に設置するバッファタンクは図 28に示す容積が変化しない固定形状のタンク 10に限定されず、既に述べた他のタンク 23、 31、 47を適用することもできる。この低カロリガス供給設備 1には希釈ガス供給設備が設置されていない。これは、ボイラにとってバッファタンク 10、 23、 31、 47によるカロリ変動自体の抑制は安定した出力を得るために望ましいことである力前述した低カロリガスのカロリ変動によって上昇した程度の高さのカロリ値は大きな問題を生じるものではないからである。

[0122] 図 28では低カロリガス供給設備 51による低カロリガスの供給対象である燃焼設備としてボイラ 52のみが設置されている。しかし、力かる構成には限定されない。ボイラ 5 2とともに、ガスタービン 2 (図 1)を設置してもよぐ他の燃焼設備を併設してもよい。たとえば図 1に示すガスタービン 2とボイラ 52とを併設する場合、図 1の低カロリガス供給配管 3におけるカロリメータ 9と流量計 11との間の部分に、図 28中のカロリメータ 9 の下流側カもボイラ 52に至る低カロリガス供給配管 53を分岐するように接続すればよい。

[0123] 以上説明した実施形態では、燃焼設備としてガスタービンおよびボイラを例示しているが、本発明における燃焼設備はガスタービンゃボイラに限定されない。ここで説明したガスカロリ変動抑制装置および低カロリガス供給設備は、他の燃焼設備、たとえば、加熱炉、焼却炉等に適用することも可能である。

[0124] 以上説明した実施形態では、使用する低カロリガスとして直接還元製鉄法によって発生する副生ガスを例示した力これに限定されない。低カロリガスとしては、高炉ガス (BFG)、コークス炉ガス (COG)、転炉ガス (LDG)、石炭層に含まれる石炭層ガス (Coal mine gasであり、 CMGと表す）、溶融還元製鉄法によって発生する副生ガス、 GTL (Gas- to- Liquid)プロセスにお、て発生するティルガス (Tail gas)、オイルサンド力もオイル精製プロセスに伴って発生する副生ガス、プラズマを用いたゴミ焼却によつて発生するガス、生ゴミを含む一般廃棄物がその埋め立て地において発酵、分解する過程で生じるメタンガス（Landfill gas)、および、その他の類似の原料を化学反応させることに伴って発生する副生ガス等の低カロリガス等が含まれる。もちろん、 BFG と COGとの混合ガスとして用いるように、上記ガスを単独はもとより、二種類以上のガスを適宜混合させて使用する場合でも本発明を適用することができる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる低カロリガスをガスタービン等の燃焼設備に燃料ガスとして供給する場合、低カロリガスのカロリ変動を抑制することができるので、希釈ガスによる希釈が効果的且つ容易になされる。また、希釈ガスによる希釈が不要になる場合がある。また、既存のガスホルダーを流用してガスカロリの変動を抑制する装置を構築することも可能である。

Claims

請求の範囲

[1] ガスを燃料として燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路に配設された、燃料ガスを一時的に貯留するタンクと、

該タンクに形成された、上記燃料ガス供給通路カゝらタンク内へ燃料ガスが流入するためのガス入口と、

上記ガス入口とは別にタンクに形成された、タンクから燃料ガス供給通路に燃料ガスが流出するためのガス出口とを有してなるガスカロリ変動抑制装置。

[2] 上記ガス入口力水平力も上方または下方に傾斜した方向に燃料ガスをタンク内へ流入させるように構成されてなる請求項 1記載のガスカロリ変動抑制装置。

[3] 上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に連続して形成された傾斜管部材を含んでおり、

該傾斜管部材が水平力上方または下方に傾斜してなる請求項 2記載のガスカロリ変動抑制装置。

[4] 上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された固定ルーバを含んでおり、

該固定ルーバカ傾斜角度が固定された少なくとも一枚のルーバである請求項 2 記載のガスカロリ変動抑制装置。

[5] 上記ガス入口に設置されたガス流入装置を含んでおり、

該ガス流入装置が、タンク内への燃料ガスの流入角度を変更可能に構成されてなる請求項 2記載のガスカロリ変動抑制装置。

[6] 上記ガス流入装置が、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された可変ルーバを有しており、

該可変ルーバが、その傾斜角度を外部から変更しうるように揺動可能に装着された少なくとも一枚のルーバである請求項 5記載のガスカロリ変動抑制装置。

[7] 上記ガス入口が複数個形成されており、該ガス入口のうち、燃料ガスをタンク内へ流入させるガス入口を選択して切り換えうるように構成されてなる請求項 1または 2記載のガスカロリ変動抑制装置。

[8] 上記ガス出口が複数個形成されており、上記ガス入口の切り換えに同期して燃料ガスをタンク外へ流出させるガス出口を選択して切り換えうるように構成されてなる請求項 7記載のガスカロリ変動抑制装置。

[9] 上記複数個のガス入口のタンク内への燃料ガスの流入方向が互、に相違するように構成されてなる請求項 7または 8記載のガスカロリ変動抑制装置。

[10] 上記ガス入口が複数個形成されており、

各ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された流量調整装置を含んでおり、

各燃料ガス供給通路を流通するガスの流量を変更しうるように構成されてなる請求項 1または 2記載のガスカロリ変動抑制装置。

[11] 上記タンクに接続された、タンク内へ不活性ガスを流入させるための不活性ガス供給通路を含んでなる請求項 1一 10のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[12] 上記ガス入口に連通された燃料ガス供給通路の内部に挿入されるようにして接続された不活性ガス供給通路を含んでおり、

該不活性ガス供給通路の出口端が上記ガス入口より上流に位置してなる請求項 1 一 10のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[13] 上記不活性ガスが、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントのうち少なくとも一方のプラントから排出される廃棄窒素を回収したものである請求項 11または 12記載のガスカロリ変動抑制装置。

[14] 上記タンクに互いに離間して設置された複数個の第一ガス発熱量計測装置を含んでおり、

該第一ガス発熱量計測装置によってタンク内のガスの発熱量分布を計測しうるように構成されてなる請求項 2— 13のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[15] 上記第一ガス発熱量計測装置の計測値に基づ、てタンク内のガスカロリ値の分布を検出し、該ガスカロリ値の分布に応じて、タンク内へのガス流入方向を変化させるベく制御する制御装置を含んでなる請求項 14記載のガスカロリ変動抑制装置。

[16] 上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、入口側のガスカロリ値を計測するための入口ガス発熱量計測装置と、

ガス出口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、出口側のガスカロリ値を計測するための出口ガス発熱量計測装置とを含んでなる請求項 2— 15のうちヽずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[17] 上記入口ガス発熱量計測装置および出口ガス発熱量計測装置の計測値に基づ、て、タンクへの流入ガスのカロリ変動とタンクからの排出ガスのカロリ変動とを対比し、この対比結果に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるベく制御する制御装置を含んでなる請求項 16記載のガスカロリ変動抑制装置。

[18] 上記タンクの天井が上下動するように構成されており、

該天井の上下動の方向および距離に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を含んでなる請求項 2— 17のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[19] 上記ガス出口力ガス入口の中心軸の延長線から外れた位置に形成されてなる請求項 1または 2記載のガスカロリ変動抑制装置。

[20] 上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置が設置されてなる請求項 1一 1

9のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。

[21] 燃料ガスを燃料ガスとして燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路と、

該低カロリ供給通路を通して供給される燃料ガスの発熱量の変動を抑制するためのガスカロリ抑制装置とを備えており、

該ガスカロリ抑制装置が請求項 1一 20のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置である燃料ガス供給設備。

[22] 上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、

タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側のうち!、ずれか一方との間に接続された入口通路と、

上記入口通路に配設された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項 21記載の燃料ガス供給設備。

[23] 上記ガスカロリ抑制装置における、タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側の両方との間に接続された入口通路と、

各入口通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項 21記載の燃料ガス供給設備。

[24] 上記ガスカロリ抑制装置における、

上記入口通路および戻し通路それぞれに設置された、燃料ガスをタンクおよび上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項

21記載の燃料ガス供給設備。

[25] 上記ガスカロリ抑制装置における、

タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、タンクの他方のガス入口と下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、

該戻し通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項 21記載の燃料ガス供給設備。

[26] 上記ガスカロリ抑制装置における、

該戻し通路に設置された、燃料ガスを燃料ガス供給通路の下流側から上流側に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項 21記載の燃料ガス供給設備

[27] 上記燃焼設備と、

該燃焼設備に燃料ガスとして燃料ガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、

上記燃焼設備がガスタービンであり、

上記燃料ガス供給設備が、請求項 21— 26のうち、ずれか一の項に記載の燃料ガス供給設備であるガスタービン設備。

[28] 上記燃焼設備と、

上記燃焼設備がガスをパーナ一で燃焼させるボイラであり、

上記燃料ガス供給設備が、請求項 21— 26のうち、ずれか一の項に記載の燃料ガス供給設備であるボイラ設備。