WO2006080057A1

WO2006080057A1 - ガスタービン設備、燃料ガス供給設備および燃料ガスのカロリ上昇抑制方法

Info

Publication number: WO2006080057A1
Application number: PCT/JP2005/000996
Authority: WO
Inventors: Masaaki Sako; Hideaki Ota
Original assignee: Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-03
Also published as: JPWO2006080057A1; TWI280318B; CN101107477A; BRPI0517588A; TW200626795A; JP4611373B2; CN100593672C

Abstract

　燃料ガスを、そのカロリの急上昇を押さえて安定したガスタービン用燃料として供給することができる低カロリガス供給設備を提供する。低カロリガス供給設備（１）は、ガスを燃料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）と、燃料ガス供給配管（３）に接続された、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方（２０）において発生する廃棄窒素を低カロリガス供給配管（３）に供給するための廃棄窒素供給配管（４）と、低カロリガス供給配管（３）に配設された、ガス中の発熱量を検出するカロリメータ（１１）と、制御装置（１００）とを備えており、制御装置（１００）が、カロリメータ（１１）の検出値が基準値を超えているときに廃棄窒素供給配管（４）から廃棄窒素を供給するように制御している。

Description

明細書

ガスタービン設備、燃料ガス供給設備および燃料ガスのカロリ上昇抑制方法

技術分野

[0001] 本発明はガスタービン設備、燃料ガス供給設備および燃料ガスのカロリ上昇抑制方法に関する。さらに詳しくは、低カロリガスのようにその発熱量 (カロリともいう）が変動するガスをガスタービンの燃料として供給する燃料ガス供給設備、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、このガスタービン燃料用ガスの発熱量の上昇を抑制する方法に関する。

背景技術

[0002] 製鉄分野にぉレ、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 3000N

m³程度発生し、その組成は二酸化炭素（C〇）が 10— 18容積％ (以下、単に％と記す）、一酸化炭素（CO)が 22 30%、窒素（N )が 52 60%、水素（H )が 0. 5 一 4%、メタン（CH )が 0· 5— 3%程度とされている。

[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 /Nm³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。ここで言う低カロリガスとは、その発熱量が約 12MJ/Nm³以下のガスと定義している。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、転炉ガス（LDG)などの多くの他の種類のガスやそれらの混合ガスが含まれる。

[0004] 一方で、近年、高炉法以外の新しい製鉄プロセス（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から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いる。い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る。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する可能性がある。この場合、ガスタービン設備の経済的な連続運転が困難になる。

[0006] 副生ガスの変動するカロリを抑制するためにいわゆる純粋窒素ガス（N )によって希釈する技術は公知である（たとえば特許文献 1および特許文献 2を参照）。しかしながら、高純度に精製された N等の不活性ガスによって副生ガスを希釈する場合、力ロリの変動値によっては N等の高価な不活性ガスを大量に使用せざるを得ない。また、不活性ガスを連続して大量に確保することは特殊な産業分野を除いて非常に困難である。さらに、大量の不活性ガスの貯蔵設備や、配管を含むガス供給のための各種機器設備等を延設する必要がある。これらの理由により、純粋な不活性ガスを購入して使用することはガスタービン発電の経済性を低下させ、高効率を標榜するガスタービンの技術的優位性を阻害する。

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

[0007] 本発明は力かる課題を解決するためになされたものであり、設備コストおよび運転コストが低廉な、ガスタービン用の燃料ガスのカロリ変動を緩和することのできる燃料ガス供給設備、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、ガスタービン燃料用ガスの発熱量の上昇を抑制する方法を提供することを目的としている。課題を解決するための手段

[0008] 上記目的のために本発明の燃料ガス供給設備は、

ガスを燃料としてガスタービンに供給するための燃料ガス供給通路と、この燃料ガス供給通路に接続された、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を燃料ガス供給通路に供給するための廃棄窒素供給通路と、

上記燃料ガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、

この発熱量検出装置の検出結果に基づいて廃棄窒素供給通路による廃棄窒素供給動作を制御しうる制御装置とを備えている。

[0009] この発明によれば、酸素製造プラントにおいて廃棄されるべき副産物として発生する廃棄窒素、および、窒素製造プラントにおいて製造したが微量酸素を含有するが故に廃棄処分される廃棄窒素を回収して燃料ガスの希釈ガスとして用いることができる。不燃性ガスである窒素を大量に含み、し力も調達がきわめて容易且つ安価な廃棄窒素を混合して燃料ガスを希釈することにより、燃料ガスのカロリ上昇を抑制することができる。ここで、発熱量検出装置とは、ガスの発熱量を直接計測する装置（たとえば、所謂カロリメータ）はもとより、ガス中の可燃成分の含有率を計測する装置をも含む。

[0010] 上記発熱量検出装置の検出結果に基づいて廃棄窒素供給通路による廃棄窒素供給動作を制御しうる制御装置をさらに備えることができる。

[0011] 上記制御装置は、ガスタービンに燃料として供給されるガスの最大許容カロリ値が設定され、燃料ガスのカロリ値がこの最大許容カロリ設定値を超えているときに、廃棄窒素供給通路力廃棄窒素を供給するように構成することができる。

[0012] 上記燃料ガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、上記制御装置が、廃棄窒素供給通路による燃料ガス供給通路への廃棄窒素供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されている燃料ガス供給設備が好ましい。仮に廃棄窒素の供給が停止したり減少することにより、燃料ガスのカロリ上昇の抑制が不十分な場合に、高純度の不活性ガスによって燃料ガスの希釈作用を補うことができるからである。

[0013] 上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する貯留タンクを配設することができる。廃棄窒素の安定した供給を維持するためである。

[0014] 上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する酸素濃度変動抑制タンクを配設し、この酸素濃度変動抑制タンクにガス入口とガス出口とを形成し、ガス入口には廃棄窒素供給通路の上流側を接続し、ガス出口には廃棄窒素供給通路の下流側を接続するのが好ましい。酸素濃度が変動しつつ供給されてきた廃棄窒素が、酸素濃度変動抑制タンク内で混合されることにより、廃棄窒素に含まれる副生成分である微量な酸素の濃度変動が均一化され、廃棄窒素の希釈ガスとしての安全性が安定するからである。

[0015] 以上の各設備において、上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、このタンクがガス入口とガス出口とを有しており、ガス入口には燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、ガス出口には燃料ガス供給通路の下流側が接続されてレ、るのが好ましレ、。燃料ガス供給通路を通して供給されてくる燃料ガスがタンク内に一時的に貯留され、その中で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ため、タンクの下流部での廃棄窒素を用いた希釈によるカロリ平準化制御が一層容易となるからである。前述した発熱量検出装置は燃料ガス供給通路に設置されるが、燃料ガス供給通路にタンクが設置される設備においては、これらのタンクも燃料ガス供給通路を構成するので、発熱量検出装置を燃料ガス供給通路に設置するということは上記タンクに設置することをも含んでいる。

[0016] 上記タンクに二種類のガス入口を形成し、そのうちの一方のガス入口に上記した燃料ガス供給通路の上流側を接続し、他方のガス入口には燃料ガス供給通路の下流側に接続された戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。

[0017] 上記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戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。

[0018] 上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より上流側から燃料ガスをタンクに送り込む上流側入口通路とが配設されてレ、る燃料ガス供給設備が好ましレ、。このタンクによっても燃料ガスがその中で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からである。

[0019] なお、前述したタンクはいずれも、内容積が変化しない固定形式のタンクであってもよぐまた、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。

[0020] または、この燃料ガス供給設備に対して、上記上流側入口通路に代えて、または上流側入口通路とともに、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側力燃料ガスをタンクに送り込む下流側入口通路を配設し、この下流側入口通路に燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置を配設することができる。

[0021] 上記タンクを有する燃料ガス供給設備において、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、燃料ガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスを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を設置することができる。

[0022] 前述した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。

[0023] 上記燃料ガス供給通路における上流部部分と下流部分との間に接続された戻し通路をさらに備え、この戻し通路に、燃料ガス供給通路を流れる燃料ガスの一部を燃料ガス供給通路の下流部分から上流部分に向けて圧送するガス圧送装置が配設されてレ、るのが好ましレ、。上記タンクによる作用と同様な作用がなされるからである本発明のガスタービン設備は、

ガスタービンと、このガスタービンに燃料としての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、この燃料ガス供給設備が、前述したうちのいずれか一の燃料ガス供給設備である。

[0024] 本発明のガスタービン燃料用燃料ガスのカロリ上昇抑制方法は、

ガスタービンに燃料として供給するガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、この計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を上記燃料ガスに混入する廃棄窒素混入ステップとを含んでレ、る。

[0025] また、廃棄窒素供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを燃料ガスに混入するステップをさらに含んでいるカロリ上昇抑制方法が好ましい。

発明の効果

[0026] 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燃料ガスをガスタービンに供給する設備が、低廉な設備コストおよび運転コストによって実現する。たとえば、低カロリガスのように発熱量が変動するガスを燃料として供給する際に、当該ガスのカロリ上昇を抑制するために、そのガス成分のほとんどを N という不燃性ガスが占める廃棄窒素を容易に且つ大量に入手することができるからである。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]図 1は、本発明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 2は、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ガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。

[図 3]図 3は、低カロリガスおよび空気の混合率と混合気の可燃限界との関係の一例を、横軸に低カロリガスの容積比率を取り、縦軸に温度を取って表したグラフである。

[図 4]図 4は、図 1または図 2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 5]図 5は、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 6]図 6は、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 7]図 7は、図 1または図 2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 8]図 8は、図 1または図 2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 9]図 9は、図 1または図 2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 10]図 10は、図 8または図 9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 11]図 11は、図 1または図 2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 12]図 12は、図 1または図 2のガスタービン発電設備において設置されうるカロリ変動抑制手段の他の例を示す配管図である。

[図 13]図 13は、図 1または図 2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 14]図 14は、図 1または図 2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 15]図 15は、図 1または図 2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。

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 · · · ·廃棄窒素供給配管

5 · · · '混合器 6·· ··集塵装置

7" ··カロリメータ

8·· • .流量計

9·· ··混合ガス供給配管

10·· • 'ノッファタンク

11·· ··カロリメータ

12·· ··酸素濃度計

13·· ··低圧圧縮機

14·· ··高圧圧縮機

15·· ··冷却器

16·· ··燃焼器

17·· ··流調弁

18·· "フィルタ

19·· "発電機

20·· ·· (廃棄窒素の）供給源

21·· ··窒素貯留タンク

22·· • · (廃棄窒素の）酸素変動抑制タンク

23·· ··酸素濃度計

24·· ··ファン

25·· ··逆止弁

26·· ··止め弁

27·· ··流量計

28·· ··流調弁

29·· ··止め弁

30·· ··逆止弁

31·· ··廃棄窒素放出管

32·· ··流調弁

33·· ··低カロリガス供給設備 34·· ··不活性ガス供給配管

35·· ··止め弁

36·· * '流里 BT

37·· ··流調弁

38·· ··共通配管

39·· ··ファン

40·· • 'ガス量バランス監視装置

41·· ··連通管

42·· ··タンク

43·· ··蓋部材

44·· ··調整用おもり

45·· ··上流側入口配管

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

50·· ··下流側入口配管

51·· ··撹拌装置

52·· ··戻し配管

100·· ··制御装置

* *直接還元鉄設備

発明を実施するための最良の形態

[0029] 添付の図面を参照しながら本発明の燃料ガス供給設備、それを備えたガスタービン設備、および、燃料ガスの発熱量の上昇を抑制する方法の実施形態を説明する。

[0030] 図 1は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を含んだガスタービン設備の概略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、低カロリガスをその発熱量が約 1

2MJ/Nm³以下のガスと定義する。低カロリガスはそのカロリ等の特性が変動するものが多い。

[0031] こ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、低力口リガスと呼ぶ）をガスタービン 2に燃料として供給する低カロリガス供給配管 3と、この低カロリガスのカロリ上昇を抑制するために廃棄窒素を希釈ガスとして低カロリガス供給配管 3に供給するための廃棄窒素供給配管 4と、この低カロリガス供給設備 1の作動を制御するための制御装置 100とを備えている。

[0032] 低カロリガスを希釈してそのカロリ上昇を抑えるために廃棄窒素を混合する理由は、廃棄窒素は大量の N を含む一方、可燃性ガスは含んでいないからである。廃棄窒

2

素は、高炉法、および、 FINEX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窒素である。 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から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窒素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を併設して高純度の窒素を製造することも多々ある力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%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。これら大量に廃棄される窒素を回収して使用すれば操業コストがきわめて低廉となる。

[0033] 上記低カロリガス供給配管 3の混合器 5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力口リガスを除塵するための集塵装置 6と、低力口リガスを一次貯留するためのバッファタンク 10とが設置されている。このバッファタンク 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、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。図 1のバッファタンク 10では、その入口 10a および出口 10bはタンク周壁の下端近傍に形成されている力とくにこれらの形成位置に限定されない。たとえば、タンク周壁の中部、上部、タンクの底部等に形成してもよい。

[0034] バッファタンク 10は比較的大容量であり、時々刻々とカロリ変動しつつ駐留されてレ、く低カロリガスがこのバッファタンク 10の内部で混合される。その効果については後述する。バッファタンク 10の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 7と流量を計測するための流量計 8とが設置されている。この流量計 8の設置位置は混合器 5の上流側に限定されなレ、。混合器 5の下流側でもよレ、。たとえば後述する高圧圧縮機 14と燃焼器 16との間でもよい。

[0035] 発熱量検出装置 7の設置位置は、バッファタンク 10の下流側に限定されず、たとえばバッファタンク 10の上流側であってもよレ、。バッファタンク 10の上流側でガスのカロリ変動を事前に検知することにより、混合器 5を使用した発熱量制御をより確実に行うこと力 Sできる。さらに、バッファタンク 10の上流側とともに下流側にも発熱量検出装置を設置し、両発熱量検出装置によってバッファタンク 10のガスカロリ変動抑制効果を監視することにより、バッファタンク 10におけるガス混合作用を併用したカロリ変動の抑制システムの総合的性能を把握することができる。当該発熱量検出装置はバッファタンク 10に直接取り付けることも可能である。低カロリガス供給配管 3における上記発熱量検出装置 7に加えてバッファタンク 10に別の発熱量検出装置を取り付けてもよレ、。

[0036] ここで、発熱量検出装置 7としては、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。適用される低カロリガスが主に含む可燃成分の種類や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 C〇である）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発熱量検出装置全体を代表して「カロリメータ」と呼ぶ。

[0037] 低カロリガス供給配管 3の混合器 5より下流部分は、そこを低カロリガスが廃棄窒素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 9と呼ぶ。混合ガス供給配管 9にはカロリメータ 11と混合ガス中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計 12とが設置されている。酸素濃度計 12の下流側にはガスタービン 2の低圧燃料ガス圧縮機 (以下、低圧圧縮機と呼ぶ） 13と高圧燃料ガス圧縮機 (以下、高圧圧縮機と呼ぶ） 14とがその順に設置されている。両圧縮機 13、 14の間には燃料ガスである混合ガスを冷却するための冷却器 15が配設されている。高圧圧縮機 14からガスタービン 2の燃焼器 16に接続された燃料配管 9aにはタ一ビン出力を調整するための流量調整弁（以下、流調弁という） 17が設置されている。符号 18は燃焼器 16へ廃棄窒素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 19が連結されている。

[0038] 図 1は、両圧縮機 13、 14ともにタービン 2によって回転駆動されるタイプのものを示しているが、これに限定されずに、両圧縮機 13、 14がタービン 2と同軸に連結されず、専用のモータによって駆動されるように構成してもよい。

[0039] 廃棄窒素の供給設備について説明する。廃棄窒素供給配管 4は、廃棄窒素の供給源である酸素製造プラント（または窒素製造プラント） 20から上記混合器 5まで延設されている。この廃棄窒素供給配管 4には窒素貯留タンク 21と酸素濃度変動抑制タンク 22とが配設されている。これら両タンク 21、 22の設置位置については、いずれを上流側（下流側）に設置してもよい。

[0040] 窒素貯留タンク 21は、供給源 20からの廃棄窒素を一時的に貯留することにより、供給源 20からの廃棄窒素の供給が突然停止したり大幅に減少する等の緊急事態におレ、ても、所定時間は廃棄窒素を供給し続ける目的で設置されている。また、廃棄窒素供給配管 4の内圧の変動を緩和することもできる。この窒素貯留タンク 21は一本の連通管のみによって廃棄窒素供給配管 4に接続してもよぐ入口と出口とを形成してそれぞれを廃棄窒素供給配管 4の上流側と下流側に接続してもよい。

[0041] 酸素濃度変動抑制タンク 22は、廃棄窒素中の酸素濃度の変動を抑制する目的で設置されている。酸素濃度の変動が無視し得る程度のものであればこの酸素濃度変動抑制タンク 22は設置する必要はなレ、。この酸素濃度変動抑制タンク 22は入口 22 aと出口 22bとが形成されており、それぞれ 22a、 22bが入口配管と出口配管とによつて廃棄窒素供給配管 4に接続されている。かかる構成により、廃棄窒素供給配管 4によって供給される廃棄窒素の全てが酸素濃度変動抑制タンク 22に流入して混合される。その結果、たとえ供給される廃棄窒素に酸素濃度の変動がある場合でも、酸素濃度変動抑制タンク 22の出口 22bから出ていく廃棄窒素の酸素濃度の変動幅は縮小され、変動速度は低下させられる。すなわち、酸素濃度の変動が大きく緩和 (抑制）される。このように酸素濃度が緩和されると、廃棄窒素の希釈ガスとしての安全性が安定して発揮される。

[0042] この酸素濃度変動抑制タンク 22を窒素貯留タンク 21として兼用することも可能である。この場合は図中の窒素貯留タンク 21は設置する必要はなぐ酸素濃度変動抑制タンク 22のみ設置すればょレ、。

[0043] 酸素濃度変動抑制タンク 22の下流側で廃棄窒素供給配管 4はメンテナンス時等の便宜のために二本に分岐され、供給源 20から廃棄窒素を吸引して燃料ガス供給配管 3に向けて廃棄窒素供給配管 4内を圧送するためのガス圧送装置としてのファン 2 4が設置されている。供給源 20において発生したときの廃棄窒素の圧力が十分に高レ、ときにはこのファン 24は必要としなレ、。

[0044] 各ファン 24の下流側にはファン 24側への逆流防止のために逆止弁 25が配設されている。廃棄窒素供給配管 4は、両逆止弁 25の下流側で再度一本に統合されている。その統合点から下流の廃棄窒素供給配管 4の部分には止め弁 26、流量計 27、流調弁 28、酸素濃度計 23、止め弁 29および逆止弁 30が設置され、最終的に廃棄窒素供給配管 4は混合器 5に接続されている。この酸素濃度計 23の設置位置はとくに図示の位置に限定されず、廃棄窒素供給配管 4上の任意の位置に設置することができる。低カロリガスのカロリ変動抑制制御において、この酸素濃度計 23を用いる場合には、当該制御に上記混合ガス供給配管 9の酸素濃度計 12を用いる必要はない。上記逆止弁 30は低カロリガスが廃棄窒素供給配管 4に逆流することを防止するためのものである。前述した窒素貯留タンク 21および酸素濃度変動抑制タンク 22はそれぞれ、逆止弁 25と止め弁 26との間に設置してもよい。

[0045] 廃棄窒素供給配管 4の上記止め弁 26と流量計 27との間には、廃棄窒素を大気放出するための廃棄窒素放出配管 31が配設されている。この廃棄窒素放出配管 31には流調弁 32が設置されている。

[0046] つぎに、制御装置 100によるこの設備の運転制御の一例を説明する。まず、低カロリガス供給配管 3のカロリメータ 7と流量計 8とを監視しつつ低カロリガスをガスタービン 2に向けて圧送する。このとき、すでに廃棄窒素供給配管 4ではその止め弁 26を開レ、て流調弁 28を閉じ、廃棄窒素放出配管 31の流調弁 32を開いた状態でファン 24 が作動している。つまり、廃棄窒素が吸引されて廃棄窒素放出配管 31から大気に放出されている。他の止め弁 29は開いている。

[0047] 制御装置 100には、各ガスタービン 2の燃料ガスの使用上の許容カロリ範囲が設定されている。すなわち、基準カロリ値（たとえば 1600kcalZNm³ )と変動幅（たとえば基準カロリ値の ± 10%)である。そして、上記低カロリガスのカロリ値がこの許容変動の上限カロリ値（たとえば + 10%であり、 1760kcal/Nm³ )を超えないように、廃棄窒素供給配管 4の流調弁 28が開き、廃棄窒素放出配管 31の流調弁 32を閉弁方向に調整する。これによつて低カロリガスに廃棄窒素を混合してカロリ値が許容範囲内に収まるように制御する。廃棄窒素を供給するときおよび後述の N を供給するときは

、上記カロリメータ 7および流量計 8の監視とともに、最終的なカロリ値の適正を判断するために混合ガス供給配管 9のカロリメータ 11を監視する。廃棄窒素を供給するときには、後述するように廃棄窒素供給配管 4の酸素濃度計 23によって供給廃棄窒素の酸素濃度を監視するか、または、低カロリガス供給配管 3の酸素濃度計 12によって廃棄窒素が混合された後の燃料ガスの酸素濃度を監視する。

[0048] つぎに、廃棄窒素供給配管 4から廃棄窒素放出配管 31を通して廃棄窒素を大気放出しうる構成にした点について説明する。廃棄窒素の供給量は通常流調弁 28によって制御される。低カロリガス供給配管 3のカロリメータ 7の検出値が急激に減少（低カロリガスのカロリ値が急低下）した場合、この流調弁 28による制御ではその応答性が問題となる可能性もある。このような場合、廃棄窒素放出配管 31の流調弁 32を開弁することよって廃棄窒素の一部を大気放散することにより、廃棄窒素の供給量を急激に減少させてカロリ値の急減に対応する。

[0049] 図 2には低カロリガス供給設備の異なる形態が示されている。この低カロリガス供給設備 33は図 1の低カロリガス供給設備 1に不活性ガスの供給設備を付設したものである。その他の構成は図 1の低カロリガス供給設備 1と同じであるため、同一機器には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図 2の不活性ガスの供給設備は、低カロリガス供給配管 3に高純度の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管 34を備えている。これは、前述した廃棄窒素の供給源である酸素製造プラント（窒素製造プラント） 20が何らかの事情で運転停止したり、廃棄窒素の発生量が大幅に減少したとき、安定して希釈ガスを供給するために設置されたものである。本実施形態では不活性ガスとして窒素ガス (N )を使用しているため、この不活性ガス供給配管を N供給配管 34と呼ぶ。不活性ガスとしては N に限定されず、 CO やヘリウム（He

)等であってもよい。

[0050] 本実施形態では N供給配管 34が廃棄窒素供給配管 4に接続して、低カロリガス供給配管 3までは廃棄窒素と N の共通の配管 38が接続されている。この共通配管 3

8は混合器 5によって低カロリガス供給配管 3に接続されている。この不活性ガスと廃棄窒素とを混合して低カロリガス供給配管 3に供給することが考えられる場合には、 N 供給配管 34と廃棄窒素供給配管 4との接続部に両ガスを混合するための混合器を設置してもよい。

廃棄窒素供給配管 4と N供給配管 34とを合流させずにそれぞれ 4、 34を直接に混合器 5に接続してもよいが、設備コストの低減のためには図示のごとく両者 4、 34を予め接続しておくのが好ましい。上記 N供給配管 34は、上流側から順に止め弁 35、流量計 36および流調弁 37を有している。上記共通配管 38には、図 1の低カロリガス供給設備 1の廃棄窒素供給配管 4と同様に上流側力順に止め弁 29と逆止弁 30とが設置されている。

[0051] 制御装置 100は、混合ガス供給配管 9のカロリメータ 11の計測結果から、廃棄窒素供給によってもなおカロリ値が許容範囲に維持できないと判断したときには、 N供給配管 34の流量計 36を監視しつつ、流調弁 37を開くように調整することにより N を低カロリガスに混合してカロリ値を許容範囲内に収まるように制御する。

[0052] 酸素製造プラントや窒素製造プラントにおいて発生する廃棄窒素には約 2— 5%の酸素が含まれているので、廃棄窒素を低カロリガスに混合すればこの混合ガスの酸素含有量 (酸素濃度）がわずかであるが上昇する。可燃ガス中に所定割合の酸素が含まれた場合、理論的には所定温度で当該可燃ガスが可燃範囲内に入る。約 2 5 %の酸素を含む廃棄窒素を低カロリガスに混合する場合について検討するには、酸素を比較的多く含む空気の低カロリガスへの許容最大混合比率を基にすればよい。 [0053] すなわち、空気には一定容積比率 (約 21 %で不変）の酸素が含まれているので、空気と低カロリガスとの混合気の可燃限界を低カロリガスまたは空気の容積比率について求め、これから空気の許容最大混合比率を設定しておき、このデータおよび酸素含有率の比に基づいて廃棄窒素の最大許容混合比率を算出し、設定するのが便利である。たとえば、空気の許容最大混合比率に、空気の酸素含有率（21 %)と採用する廃棄窒素の酸素含有率 (約 2— 5%)との比を乗じる。以下、説明する。

[0054] 図 3には、参考に低カロリガスと空気との混合ガスについてその可燃範囲を低カロリガスの容積比率と温度との関係で示している。図中左側の黒丸印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最少容積比率（空気の最大容積比率）を示す。右側の黒四角印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最大容積比率 (空気の最少容積比率)を示す。両曲線で挟まれた範囲が可燃範囲である。低カロリガスのカロリ値は変動するので上記両曲線も変動する。したがって、このようなデータに基づけば、仮に空気を希釈ガスとして考えた場合には、たとえば、空気の最大許容混合容積率は安全率を考慮して容積比率 20% (低カロリガスの容積比率 80%)となる。右側の黒四角印をつないだ曲線で示す空気の最少容積比率よりもさらに小さい比率（20%)となる。ただし、この数値は一例である。

[0055] ここで、空気と廃棄窒素との酸素含有率の比は、 21/5である。廃棄窒素の酸素含有率は約 2— 5%であるが、安全側をとつて 5%としている。空気の最大許容混合容積率が 20%であるので、廃棄窒素の最大許容混合容積率は、 20% X 21/5 = 8 4%となる。制御装置 100にこれら廃棄窒素の最大許容混合容積率が設定されるが、これらは混合ガスの可燃限界から導かれる最大許容混合容積率である。実際には廃棄窒素を 84%になるまで低カロリガスに混合することはない。

[0056] 以上の制御は低カロリガス供給配管 3の流量計 8および廃棄窒素供給配管 4の流量計 27の検出結果に基づいて行われる。さらに、上記酸素濃度計 23 (12でもよい）によって混合ガスの酸素濃度および廃棄窒素の酸素濃度はともに常時監視される。予期せぬ酸素濃度の変動に対処するためである。

[0057] つぎに、図 1または図 2のバッファタンク 10の作用効果について説明する。前述のとおり、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に対して容積力 S通常 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混合される。この明細書でいうタンク内でのガスの混合とは、いわば時間差の混合を意味する。すなわち、同時にバッファタンク 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、ら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レ、る。このことを時間差混合と言う。

[0058] この時間差混合の結果、バッファタンク 10の出口 10bから出ていく低カロリガスの力ロリの変動幅は縮小され、変動速度は低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和（抑制）される。このようにカロリ変動が事前に緩和されると、下流において廃棄窒素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 4 一図 9を参照しつつ説明する。

[0059] 図 4は、図 1または図 2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 /hrで供給された場合のカロリ変動の緩和 (抑制）状態のシミュレーション結果を示すグラフである。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。図示のごとぐバッファタンク 10に入る前の低カロリガスのカロリは約 1530kcal/N m³力約 2360kcalZNm³まで変動している。つまり平均値（1945kcal/Nm³ )の約 ± 21 %の変動幅を持っている。バッファタンク 10から出てレ、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、 1780kcal/Nm³力ら 1960kcalZNm³までであり、変動幅は平均値（1870kcal/Nm³ )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も短周期成分および中周期成分が大幅に抑制されている。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が大きいほど顕著になる傾向がある。オリジナル変動の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。

[0060] 図 5には、低カロリガス力 S流量は 500000Nm³ /hr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 lOOOOOm³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によって 1700kcal/Nm³から 2 040kcal/Nm³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。

[0061] 図 6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によって 1740kcal/Nm³力、ら 2010kcal/Nm 3までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（1875kcalZNm³ )の約 ± 7. 2% である。

[0062] 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、バッファタンク 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（1875kcal/Nm³ )の約 ± 12%となる。

[0063] 図 7に示すように、低カロリガスが流量 200000Nm³ /hrで供給される設備において、容積力 S25000m³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。

[0064] このように、バッファタンクを備えるだけで、積極的な制御をすることなく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、下流において廃棄窒素や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 ± 10%と設定されている場合であれば、バ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、一定比率の廃棄窒素を下流側で供給するだけで良くなる。廃棄窒素の供給動作に関しては低カロリガスのカロリ変動の様態を考慮する必要が無くなる。

[0065] 極端な場合、バッファタンク 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、廃棄窒素供給設備や不活性ガス供給設備は必要無くなる。両設備が設けられている場合であつても、図 1の廃棄窒素供給配管 4の止め弁 29、および、図 2の共通配管 38の止め弁 29を閉止した状態で設備を運転すれば良い。当然ながら、発生した低カロリガスのカロリ変動がもともと大きくない場合は、バッファタンクの設置は必要でなぐ廃棄窒素供給設備や不活性ガス供給設備のみで十分に対応可能である。

[0066] 図 8には他のバッファタンク 42が示されている。このバッファタンク 42は従来のガスタービン設備に使用されることのあるもので、ガス量バランスを監視する装置 40に含まれるものである。このガス量バランス監視装置 40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、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大気に放散するなどし、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。

[0067] このガス量バランス監視装置 40は、その出口 42bが連通管 41によって低カロリガス供給配管 3と接続されたタンク 42と、タンク 42の上端開口を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 43と、たとえば蓋部材 43に設置された調整用おもり 44とを備えている。蓋部材 43は、自重と上記おもり 44の重量と大気圧による押し下げ力との総計と、タンク 42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 43が上下動する。この蓋部材 43の上下動を監視しつつガスの大気放散やタービン負荷の低下等の措置をとる。

[0068] 図 8のバッファタンクは、このガス量バランス監視装置 40をカロリ変動抑制のために利用したものである。このタンク 42には、上記連通管 41の他に、新たに、低カロリガス供給配管 3における連通管 41と接続位置より上流側とタンクの入口 42aとを接続する上流側入口配管 45が接続されてレ、る。この上流側入口配管 45には低カロリガスをタンク 42に送り込むファン 39が設置されている。上流側入口配管 45は連通管 41より低カロリガス供給配管 3の上流側に接続されているので、圧力損失を考慮した配管設計によって上記ファン 39を省略することもできる。これは図 9および図 13に示す上流側入口配管 45につレ、ても同様である。供給される低カロリガスの一部は上流側入口配管 45を通ってタンク 42に流入し、タンク 42内で低カロリガスが混合し、同量のガスが上記連通管 41を通ってタンク 42から低カロリガス供給配管 3に戻る。この場合、上記連通管 41は出口配管とも呼べる。このバッファタンク 42は低カロリガス供給配管 3のバイパス配管を構成する上流側入口配管 45と連通管 41とに接続されており、いわば低カロリガス供給配管 3に対して並列に設置されている。

[0069] このバッファタンク 42によっても、上流側入口配管 45を通して送られてきた低カロリガスは、前述のバッファタンク 10におけると同様に、バッファタンク内で混合される。その結果、バッファタンク 42の出口 42bから出てレ、く低カロリガスのカロリの変動幅は縮小され、変動速度が低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和（抑制）される。

[0070] さらに、このタンク 42の内部にはガスを撹拌するために、ファン等の撹拌装置 51が設置されている。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カロリ変動抑制を実現するためである。撹拌装置 51の設置形態としては、タンクの出口 42 bの近傍からガスをタンクの内方へ向けて流しうる姿勢で出口 42bの近傍に設置するの力ガスの効果的な混合という観点から好ましい。この撹拌装置 51を、図 8のタンク 42に限定されず、他の図面に示すタンク 10、 42、 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 51の回転駆動機としての電動モータ 51a等はタンクの外部に設置しておくのが好ましい。

[0071] 図 9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、連通管 41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を有している。タンク 47には圧力検出装置 48が設置され、タンク 47の内圧が常時監視される。制御装置 100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装置 40 (図 8)と同じであり、タンク 47の入口 47aには上流側入口配管 45が接続され、出口 47bには出口酉己管 47bが接続されている。このタンク 47もカロリ変動抑制手段として十分に利用可能である。 [0072] 図 10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レ、て、図 8または図 9に示すタンク 42 (47)の容積を 200000m³とし、上記ファン 39によって 500000Nm³ /hrの流量のうち 200000Nm³ /hrのガスをタンク 42 (4 7)に送り込む場合のカロリ変動の緩和状態を示す。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 42を出て上記連通管 41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、連通管 41より下流の低カロリガス供給配管 3部分を通つて混合器 5に至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 42 (47)に入る前の低カロリガスのカロリは平均値（19451« &1/^^111³ )の約± 21 % の変動幅を持っている。ところ力タンク 42 (47)力、ら連通管 41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、 1690kcal/Nm³力ら 2100kcalZ Nm³までであり、変動幅は平均値（1895kcal/Nm³ )の約 ± 11%まで抑制されている。この数値は一例である。

[0073] このように、タンク 42 (47)を有する既設の設備を利用してガスカロリの変動を抑制することも可能である。そして、下流において廃棄窒素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。図 8および図 9では、低カロリガスをタンク 42 (47)に送り込む上流側入口配管 45が、低カロリガス供給配管 3における出口配管 41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 41より下流側に接続してもよい（図 14参照）。また、両管 41、 45ともに複数本設けてもよい。

[0074] 図 11に示すバッファタンク 42は図 8に示すのと同じガス量バランス監視装置 40用のバッファタンク 42である。相違点は低カロリガス供給配管 3とを接続する配管の態様である。図 11の配管態様は、図 8の低カロリガス供給配管 3における、上流側入口配管 45との接続部から連通管 41との接続部までの部分を取り除き、さらに、上流側入口配管 45上のファン 39を取り除いたものである。すなわち、入口 42aに上流側の低カロリガス供給配管 3が接続され、出口 42bに下流側の低カロリガス供給配管 3が接続されている。換言すれば、図 1および図 2に示すバッファタンク 10をガス量バランス監視装置 40用のタンク 42に取り替えたものである。かかる配管は、既存のガス量バランス監視装置 40をガスカロリの変動抑制装置として兼用するに際して容易に改造し得る態様である。

[0075] 図 12には、他のカロリ変動抑制手段が示されている。この手段は、低カロリガス供給配管 3に配設された、低カロリガスの一部を低カロリガス供給配管 3の上流側へ戻すための戻し配管 49である。この戻し配管 49には低カロリガスを上流側へ圧送するファン 39が設置されている。図示の戻し配管 49は一力所の吸引部から複数本の枝管 49aに分岐してもとの低カロリガス供給配管 3に戻すように構成されているが、一本の戻し配管から構成してもよい。また、低カロリガス供給配管 3の異なる複数部位にそれぞれ一本の戻し配管を配設してもょレ、。

[0076] 力、かる手段によっても、低カロリガスは低カロリガス供給配管 3の上流へ戻されたときに新しく供給されてきた低カロリガスと混合し、カロリ変動が緩和される。この作用を増大するには、戻し配管 49を長さを長くし、供給ガス量に対する戻しガス量の容積割合を大きくすればよい。

[0077] 図 13にも図 8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バッファタンク 42が示されている。図示のごとぐタンク 42と低カロリガス供給配管 3との間には、ファン 39を備えた上流側入口配管 45と、出口配管としての上記連通管 4 1とが接続されている。すなわち、タンク 42の入口 42aには上流側入口配管 45が接続され、出口 42bには出口配管 41が接続されている。し力し、このタンク 42にはさらなる入口 50aが形成され、この入口 50aに、低カロリガス供給配管 3における出口配管 41との接続部より下流側に接続された下流側入口配管 50が接続されている。この下流側入口配管 50には低カロリガスをタンク 42に送り込むファン 39が設置されている。図示のごとぐ上流側入口配管 45および下流側入口配管 50のタンク 42への接続位置（入口 42a、 50a)は互いに近接している。

[0078] この構成によれば、タンク 42には低カロリガス供給配管 3の上流側から上流側入口配管 45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の下流側から下流側入口配管 50を通して低カロリガスの一部が圧送され、混合して出口 42b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混合が実現される。下流側入口配管 50の長さを長くするほど、混合されるガスの滞留時間が長くなり、一層好ましい混合が実現される。上記下流側入口配管 50は低カロリガス供給配管 3の下流側からタンク 42の入口 50a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の上流側入口配管 45との接続部より上流側に接続してもよい。

[0079] 図 14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 42が示されている。図示のごとぐタンク 42と低カロリガス供給配管 3との間には、出口配管としての上記連通管 41と下流側入口配管 50とが接続されてレ、る。この下流側入口配管 50には低カロリガスをタンク 42に送り込むファン 39が設置されている。

[0080] 力、かる構成によれば、下流側入口配管 50が低カロリガス供給配管 3における連通管 41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 39より下流側入口配管 50を通してタンク 42内へ送り込まれ、混合して出口 42b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混合がなされる。そして、上記下流側入口配管 50の長さを長くするほど、タンク内でより長時間に渡る混合が実現される。

[0081] 図 15に示すタンク 42は二種類の入口 42a、 52aを有している。一方の入口 42aには上流側低カロリガス供給配管 3が接続され、出口 42b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 52aには下流側低カロリガス供給配管 3と接続された戻し配管 52が接続されている。二つの入口 42a、 52aは近接して形成されている。戻し配管 52には低カロリガスをタンクに送り込むためのファン 39が設置されている。

[0082] 力かる構成によれば、タンク 42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 42へ戻されて再度混合するので、一層好ましい混合が実現される。戻し配管 52の長さを長くするほど混合されるガスの滞留時間が長くなる。上記戻し配管 52 は低カロリガス供給配管 3の下流側からタンク 42の入口 52aに接続されてレ、る力下流側から、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もよい。

[0083] 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)、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) プロセスにおいて発生するティルガス（Tail gas)、オイルサンド力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って発生するガス、生ゴミを含む一般廃棄物がその坦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、上記ガスを単独はもとより、 BFGと LDGとの混合ガスのように、複数の異種ガスを混合した結果その発熱量が約 12MJ/Nm³以下となったガスをも含む。

産業上の利用可能性

本発明によれば、そのカロリが時々刻々変化する低カロリガスを大量に存在し且つ採取容易である低酸素濃度な廃棄窒素によって希釈することにより、燃焼温度の異常な上昇を抑えて安定燃焼を継続させることができる。すなわち、低廉な設備コストおよび運転コストによって上記効果が得られる。さらに、従来は廃棄処分されていた酸素製造プラント等において発生する窒素ガスを有効活用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] ガスを燃料としてガスタービンに供給するための燃料ガス供給通路と、

該燃料ガス供給通路に接続された、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を燃料ガス供給通路に供給するための廃棄窒素供給通路と、

上記燃料ガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置とを備えてなる燃料ガス供給設備。

[2] 上記発熱量検出装置の検出結果に基づいて廃棄窒素供給通路による廃棄窒素供給動作を制御しうる制御装置をさらに備えてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[3] 上記制御装置が、ガスタービンに燃料として供給されるガスの最大許容カロリ値を設定しており、燃料ガスのカロリ値が該最大許容カロリ設定値を超えているときに、廃棄窒素供給通路から廃棄窒素を供給するように構成されてなる請求項 2記載の燃料ガス供給設備。

[4] 上記燃料ガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、

上記制御装置が、廃棄窒素供給通路による燃料ガス供給通路への廃棄窒素供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されてなる請求項 2記載の燃料ガス供給設備。

[5] 上記廃棄窒素供給通路に連通した、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する貯留タンクが配設されてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[6] 上記廃棄窒素供給通路に、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方から供給される廃棄窒素を一時的に貯留する酸素濃度変動抑制タンクが配設されており、

該酸素濃度変動抑制タンクが入口と出口とを有しており、入口には廃棄窒素供給通路の上流側が接続されており、出口には廃棄窒素供給通路の下流側が接続されてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[7] 上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、該タンクが入口と出口とを有しており、入口には燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、出口には燃料ガス供給通路の下流側が接続されてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[8] 上記タンクに二種類のガス入口が形成されており、

そのうちの一方のガス入口に上記した燃料ガス供給通路の上流側が接続されており、

他方のガス入口と燃料ガス供給通路の下流側との間に戻し通路が接続されており該戻し通路に、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項 7記載の燃料ガス供給設備。

[9] 上記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戻し通路が接続されており、

該戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項 7記載の燃料ガス供給設備。

[10] 上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より上流側から燃料ガスをタンクに送り込む上流側入口通路とが配設されてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[11] 上記燃料ガス供給通路に、燃料ガスを一時的に貯留するタンクが配設されており、燃料ガス供給通路と上記タンクとの間に、燃料ガスをタンクから燃料ガス供給通路へ戻す出口通路と、燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側から燃料ガスをタンクに送り込む下流側入口通路とが配設されており、

該下流側入口通路に燃料ガスをタン外こ向けて圧送するガス圧送装置が配設されてなる請求項 1または 10記載の燃料ガス供給設備。

[12] 上記燃料ガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、燃料ガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路が接続されており、該戻し通路に、燃料ガスを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が設置されてなる請求項 10記載の燃料ガス供給設備。

[13] 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 7または 10記載の燃料ガス供給設備。

[14] 上記燃料ガス供給通路における上流部部分と下流部分との間に接続された戻し通路をさらに備えており、

該戻し通路に、燃料ガス供給通路を流れる燃料ガスの一部を燃料ガス供給通路の下流部分力上流部分に向けて圧送するガス圧送装置が配設されてなる請求項 1記載の燃料ガス供給設備。

[15] ガスタービンと、

該ガスタービンに燃料としての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、

該燃料ガス供給設備が、請求項 1一 14のうちのい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。

[16] ガスタービンに燃料として供給するガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、この計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントの少なくとも一方において発生する廃棄窒素を希釈用のガスとして燃料ガスに混入する廃棄窒素混入ステップとを含んでなるガスタービン燃料用燃料ガスのカロリ上昇抑制方法。

[17] 廃棄窒素供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを燃料ガスに混入するステップをさらに含んでなる請求項 16記載のカロリ上昇抑制方法。