WO2013058210A1 - ガスタービンエンジンの排熱を利用した低濃度メタンガス酸化システム - Google Patents

ガスタービンエンジンの排熱を利用した低濃度メタンガス酸化システム Download PDF

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梶田眞市
山崎義弘
細川恭史
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a system for oxidizing low concentration methane gas such as VAM (Ventilation Air Methane) and CMM (Coal Mine Methane) generated in a coal mine.
  • VAM Vehicle Air Methane
  • CMM Coal Mine Methane
  • Patent Document 1 a system combining a lean fuel gas turbine and catalytic combustion is conventionally known (for example, Patent Document 1).
  • the low-concentration methane gas is heated to the catalytic reaction temperature using the exhaust heat of the gas turbine, and the low-concentration methane gas is caused to flow through the catalyst layer and burned.
  • the methane concentration of VAM and CMM may fluctuate greatly, and it is difficult for conventional oxidizers to follow changes in the concentration of low-concentration methane gas, and if the concentration rises rapidly, catalyst burnout may occur. Therefore, stable operation of the device was difficult.
  • an object of the present invention is to effectively use the exhaust heat of the gas turbine engine in order to solve the above-mentioned problems, and to prevent the catalyst from burning even if the methane concentration in the low-concentration methane gas to be treated increases rapidly.
  • An object of the present invention is to provide a low-concentration methane gas oxidation system that can be avoided and stably operated.
  • a low-concentration methane gas oxidation system is a low-concentration methane gas oxidation system that oxidizes low-concentration methane gas using exhaust heat of a gas turbine engine, and is an oxidation target.
  • the supply source of the low concentration methane gas, a catalyst layer that oxidizes the low concentration methane gas by catalytic combustion, and a supply path that supplies the low concentration methane gas from the supply source to the catalyst layer are connected to the supply path.
  • an intake damper for introducing external air.
  • the exhaust heat of the gas turbine engine can be used effectively, and even when the concentration of the low-concentration methane gas rapidly increases, the methane concentration can be lowered by introducing air through the intake damper. Therefore, it is possible to avoid the catalyst burnout and to stably operate the system.
  • an air discharge valve that discharges gas in the supply path to the outside is connected to the supply path. According to this configuration, when the methane concentration cannot be suppressed within the predetermined value even by introducing air from the intake damper, the low concentration gas can be released to the outside by opening the air discharge valve, so that the catalyst burnout can be performed more reliably. Etc. can be avoided.
  • the gas turbine engine is a lean fuel intake gas turbine that uses a low-concentration methane gas supplied from the supply source as a working gas, and a low concentration from the supply path to the gas turbine engine. It is preferable that the intake damper is connected to the downstream side of the branch point of the branch supply path for supplying gas. According to this configuration, even if air is introduced into the supply path, the concentration of the working gas G1 supplied to the gas turbine engine, which is a heat supply source used for the oxidation treatment, decreases, and the output of the gas turbine engine is reduced. Decreasing can be avoided.
  • the low-concentration methane gas oxidation method according to the present invention is a low-concentration methane gas oxidation method in which low-concentration methane gas is oxidized using exhaust heat of a gas turbine engine, and the low-concentration methane gas supplied from a supply source is used.
  • the exhaust heat of the gas turbine engine can be effectively used, and even when the concentration of the low-concentration methane gas rapidly increases, the methane concentration can be reduced by introducing air into the supply path. It is possible to stably operate the system by avoiding catalyst burnout.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a low-concentration methane gas oxidation system (hereinafter simply referred to as “oxidation system”) ST according to a first embodiment of the present invention.
  • the oxidation system ST oxidizes low-concentration methane gas such as VAM discharged from the coal mine in the low-concentration methane gas oxidation device OD using the exhaust heat of the gas turbine engine GT.
  • a lean fuel intake gas turbine that uses a combustible component contained in low-concentration methane gas as fuel is used as the gas turbine GT.
  • the low-concentration methane gas oxidation device OD and the gas turbine are used.
  • GT is supplied with VAM, which is a low-concentration methane gas, from a common VAM supply source VS.
  • the gas turbine GT includes a compressor 1, a combustor 2 that is a catalytic combustor including a catalyst such as platinum or palladium, and a turbine 3.
  • a load such as the generator 4 is driven by the output of the gas turbine GT.
  • a working gas G1 that is a low-concentration methane gas such as VAM or CMM generated in a coal mine is introduced into the gas turbine GT via the intake port of the compressor 1. .
  • the working gas G 1 is compressed by the compressor 1, and the high-pressure compressed gas G 2 is sent to the catalytic combustor 2.
  • the compressed gas G2 is combusted by a catalytic reaction by a catalyst such as platinum or palladium in the catalytic combustor 2, and a high-temperature / high-pressure combustion gas G3 generated thereby is supplied to the turbine 3 to drive the turbine 3.
  • the turbine 3 is connected to the compressor 1 via the rotary shaft 5, and the compressor 1 and the generator 4 are driven by the turbine 3.
  • the gas turbine GT further includes a first heat exchanger 6 that heats the compressed gas G2 introduced from the compressor 1 into the catalytic combustor 2 by the exhaust gas G4 from the turbine 3.
  • the exhaust gas G4 that has passed through the first heat exchanger 6 as a heating medium is sent to the low-concentration methane gas oxidizer OD.
  • Exhaust gas G4 from the first heat exchanger 6 includes low-concentration methane gas used for cooling the shaft portion of the turbine 3 in addition to unburned methane gas that has passed through the interior of the turbine 3 from the catalyst combustor 2, The low concentration gas which leaked from the micro clearance gap between the members which comprise gas turbine GT is also included.
  • the low-concentration methane gas oxidation device OD includes a blower 11, a second heat exchanger 13, a catalyst layer 15, and a mixer 17, and a supply path SP for supplying the low-concentration gas G7 that is an oxidation treatment target to the catalyst layer 15 is provided.
  • a blower 11, a second heat exchanger 13, and a mixer 17 are provided on the low concentration gas flow path 22 to be formed.
  • the low-concentration gas G7 supplied from the VAM supply source VS passes through the low-concentration gas flow path 22, passes through the oxidizer side filter 23, and then is sent to the second heat exchanger 13 by the blower 11.
  • the low-concentration gas G7 heated by the second heat exchanger 13 is mixed with the high-temperature exhaust gas G5 from the gas turbine GT in the mixer 17.
  • the mixed gas G9 mixed in the mixer 17 passes through the mixed gas discharge path 24 that forms the supply path SP, enters the catalyst layer 15 that performs oxidation treatment by catalytic combustion, and is oxidized in the catalyst layer 15. Thereafter, the low-concentration gas G7 is heated by the second heat exchanger 13 and then discharged to the outside of the system.
  • a first methane concentration sensor 31 that measures the methane concentration of the low-concentration methane gas G7 supplied from the VAM supply source VS is provided on the downstream side of the VAM supply source VS. Further, the upstream side of the mixer 17 in the exhaust gas delivery path 32 from the gas turbine engine GT to the mixer 17, the upstream side of the mixer 17 in the low concentration gas flow path 22, and the mixer 17 and the catalyst in the mixed gas discharge path 24. Between the layer 15, first to third temperature sensors 35, 37 and 39 for measuring the gas temperature are provided, respectively. Further, a flow control valve 41 and a flow meter 43 are provided between the blower 11 and the second heat exchanger 13 in the low concentration gas flow path 22.
  • Signals indicating the measured values of the first methane concentration sensor 31, the temperature sensors 35, 37, 39, and the flow meter 43 are input to the controller 44, and flow control is performed by a flow control signal output from the controller 44 based on these measured values.
  • the opening degree of the valve 41 By controlling the opening degree of the valve 41, the flow rate of the low concentration gas G7 flowing through the low concentration gas flow path 22 is controlled.
  • the low-concentration gas passage 22 is connected to an intake damper 45 that introduces external air A into the low-concentration gas passage 22.
  • the intake damper 45 connected to the upstream side of the blower 11 is opened. Air A is introduced to reduce the methane concentration.
  • the methane concentration after introducing the air A from the intake damper 45 is measured by the second methane concentration sensor 46 connected to the upstream side of the blower 11 (between the oxidizer side filter 23 and the blower 11).
  • an air discharge valve 47 is connected between the blower 11 and the flow rate control valve 41, and when the methane concentration cannot be suppressed within a predetermined value even by introducing the air A from the intake damper 45, In response to the air discharge command signal from the controller 44, the air discharge valve 47 is opened, and the low-concentration gas G7 is released to the outside (air discharge).
  • the low-concentration gas G7 from the VAM supply source VS is also supplied as fuel to the gas turbine GT.
  • a branch supply path 51 for supplying the low concentration gas G7 to the compressor 1 of the gas turbine GT is branched from the upstream side of the intake damper 45 in the low concentration gas flow path 22;
  • a low concentration gas is supplied to the gas turbine GT through the branch supply path 51.
  • a branch path-side filter 52 for removing dust contained in the low concentration gas G7 is provided in the middle of the branch supply path 51.
  • the intake damper 45 is connected to the downstream side of the branch point P where the branch supply path 51 branches from the low concentration gas flow path 22.
  • the position where the intake damper 45 is connected should be between the VAM supply source VS and the mixer 17. If it does not specifically limit.
  • the intake damper 45 is connected to the downstream side of the branch point P where the branch supply path 51 branches from the low-concentration gas flow path 22, and external air is connected to the downstream side of the branch point P.
  • the position where the air discharge valve 47 is connected is not particularly limited as long as it is between the VAM supply source VS and the mixer 17. .
  • the air discharge valve 47 is connected to the upstream side of the flow control valve 41, and it is preferable to discharge air from the upstream side of the flow control valve 41.
  • the air discharge valve 47 is connected to the downstream side of the branch point P of the branch supply path 51, and the air is discharged from the downstream side of the branch point P. It is preferable to do.
  • the exhaust heat of the gas turbine GT can be effectively used, and the intake damper 45 and the air discharge valve 47 are provided even if the concentration of the low-concentration methane gas supplied varies.
  • burning of the catalyst layer 15 can be avoided, so that the system ST can be stably operated.
  • the lean fuel intake gas turbine is used as the gas turbine GT, the gas leaked from the low-concentration methane gas used for cooling the shaft portion of the turbine 3 and the minute gap between the members constituting the gas turbine GT.
  • a low-concentration gas such as a low-concentration gas that has not been burned in the gas turbine GT can also be oxidized by the low-concentration methane gas oxidation device OD.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an oxidation system ST according to the second embodiment of the present invention.
  • a gas turbine of a type that directly injects fuel F into the combustor 2 is used as the gas turbine engine GT.
  • the exhaust gas from the turbine 3 is not directly mixed with the low-concentration gas oxidized by the low-concentration methane gas oxidizer OD, and only heat exchange is performed between the two gases.
  • an exhaust gas heat exchanger 53 is provided on the exhaust gas delivery path 32 that exhausts the exhaust gas from the turbine 3.
  • the low-concentration gas G7 after passing through the second heat exchanger 13 is heated by the heat of the exhaust gas G4 by passing through the exhaust gas heat exchanger 53.
  • the low-concentration gas G7 that has passed through the exhaust gas heat exchanger 53 is oxidized in the catalyst layer 15, and then the low-concentration gas G7 is heated by the second heat exchanger 13 and then discharged outside the system.
  • a flow path switching valve 54 is disposed in the middle of the portion of the low concentration gas flow path 22 where the second heat exchanger 13 and the exhaust gas heat exchanger 53 are connected.
  • the flow path switching valve 54 By switching the flow path switching valve 54, the flow path of the low-concentration gas flows from the second heat exchanger 13 through the exhaust gas heat exchanger 53 to the catalyst layer 15, and the exhaust gas heat exchange from the second heat exchanger 13. It is possible to selectively switch between a path directly flowing into the catalyst layer 15 without going through the vessel 53.
  • the low-concentration gas channel switching control is performed in the low-concentration gas channel 22 by a fourth temperature sensor 61 provided on the downstream side of the second heat exchanger 13 and a first temperature sensor provided on the upstream side of the catalyst tank 15.
  • the flow path switching valve 54 is set so that the low-concentration gas G7 passes through the exhaust gas heat exchanger 53, and then measured by the fourth temperature sensor 61.
  • the flow path is such that the low concentration gas G7 flows directly into the catalyst layer 15 without passing through the exhaust gas heat exchanger 53. Switch.
  • an additional catalyst layer 65 is provided in the middle of the exhaust gas delivery path 32 to increase the amount of low-concentration methane gas processing on the gas turbine GT side. Also good.
  • the branch supply path 51 from the low concentration gas flow path 22 to the gas turbine GT may be omitted, and air may be taken into the compressor 1 as the working gas.
  • the amount of gas to be processed in the catalyst layer 15 is smaller than that in the first embodiment, the amount of catalyst used in the catalyst layer 15 can be reduced. .

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Abstract

 ガスタービンエンジンの排熱を有効利用するとともに、処理対象の低濃度メタンガス中のメタン濃度が急激に上昇しても触媒の焼損等を回避して安定的に運転することが可能な低濃度メタンガス酸化システムを提供する。ガスタービンエンジンの排熱を利用して低濃度メタンガスを酸化処理する低濃度メタンガス酸化システム(ST)において、酸化処理対象である前記低濃度メタンガスの供給源(VS)と、前記低濃度メタンガスを触媒燃焼により酸化処理する触媒層(15)と、前記供給源から前記触媒層に前記低濃度メタンガスを供給する供給路(SP)に接続して、この供給路に外部の空気を導入する吸気ダンパ(45)とを設ける。

Description

ガスタービンエンジンの排熱を利用した低濃度メタンガス酸化システム 関連出願
 本出願は、2011年10月17日出願の特願2011-228239の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
 本発明は、炭鉱で発生するVAM(Ventilation Air Methane;炭鉱通気メタン)やCMM(Coal Mine Methane;炭鉱メタン)などの低濃度メタンガスを酸化処理するシステムに関する。
 温室効果ガスを削減するため、炭鉱から大気中に排出されるVAMやCMM等の低濃度メタンガスを酸化処理する必要がある。このような酸化装置として、従来、希薄燃料ガスタービンと触媒燃焼を組み合わせたシステムが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1の例では、ガスタービンの排熱を利用して、低濃度メタンガスを触媒反応温度に加熱し、触媒層に低濃度メタンガスを流して燃焼させる。
特許第4538077号明細書
 しかし、VAMやCMMのメタン濃度は大きく変動することがあり、従来の酸化装置では、低濃度メタンガスの濃度変化に追従するのが難しく、濃度が急上昇した場合には触媒の焼損が発生する可能性があり、装置の安定的な運転が困難であった。
 そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、ガスタービンエンジンの排熱を有効利用するとともに、処理対象の低濃度メタンガス中のメタン濃度が急激に上昇しても触媒の焼損を回避して安定的に運転することが可能な低濃度メタンガス酸化システムを提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明に係る低濃度メタンガス酸化システムは、ガスタービンエンジンの排熱を利用して低濃度メタンガスを酸化処理する低濃度メタンガス酸化システムであって、酸化処理対象である前記低濃度メタンガスの供給源と、前記低濃度メタンガスを触媒燃焼により酸化処理する触媒層と、前記供給源から前記触媒層に前記低濃度メタンガスを供給する供給路に接続されて、この供給路に外部の空気を導入する吸気ダンパとを備えている。
 この構成によれば、ガスタービンエンジンの排熱を有効利用できるとともに、低濃度メタンガスの濃度が急激に上昇した場合でも、吸気ダンパを介して空気を導入することによりメタン濃度を低下させることができるので、触媒の焼損等を回避して、当該システムを安定的に運転することが可能となる。
 本発明の一実施形態において、前記供給路に、この供給路内のガスを外部に放出する放風弁が接続していることが好ましい。この構成によれば、吸気ダンパからの空気の導入によってもメタン濃度を所定値内に抑えられない場合に、放風弁を開いて低濃度ガスを外部に放出できるので、より確実に触媒の焼損等を回避することができる。
 本発明の一実施形態において、前記ガスタービンエンジンが、前記供給源から供給される低濃度メタンガスを作動ガスとして利用する希薄燃料吸入ガスタービンであり、前記供給路から前記ガスタービンエンジンへの低濃度ガスを供給する分岐供給路の分岐点よりも下流側に前記吸気ダンパが接続していることが好ましい。この構成によれば、供給路内に空気を導入しても、酸化処理に利用する熱の供給源であるガスタービンエンジンに供給される作動ガスG1の濃度が低下してガスタービンエンジンの出力が低下することを回避できる。
 また、本発明に係る低濃度メタンガス酸化方法は、ガスタービンエンジンの排熱を利用して低濃度メタンガスを酸化処理する低濃度メタンガス酸化方法であって、供給源から供給される前記低濃度メタンガスを触媒燃焼により酸化処理する酸化工程と、前記供給源から前記低濃度メタンガスを供給する供給路に、この供給路内のメタン濃度が所定値を超えたときに外部の空気を導入する外気導入工程とを備える。この構成によれば、ガスタービンエンジンの排熱を有効利用できるとともに、低濃度メタンガスの濃度が急激に上昇した場合でも、供給路に空気を導入することによりメタン濃度を低下させることができるので、触媒の焼損等を回避して、当該システムを安定的に運転することが可能となる。
 請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
 この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の第1実施形態に係る低濃度メタンガス酸化システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係る低濃度メタンガス酸化システムの概略構成を示すブロック図である。
 以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかる低濃度メタンガス酸化システム(以下、単に「酸化システム」と呼ぶ。)STを示す概略構成図である。この酸化システムSTは、ガスタービンエンジンGTの排熱を利用して低濃度メタンガス酸化装置ODにおいて炭鉱から排出されるVAMのような低濃度メタンガスを酸化処理する。
 本実施形態では、ガスタービンGTとして、低濃度メタンガスに含まれている可燃成分を燃料として利用する希薄燃料吸入ガスタービンを利用しており、後述するように、低濃度メタンガス酸化装置ODおよびガスタービンGTには、共通のVAM供給源VSから低濃度メタンガスであるVAMが供給される。ガスタービンGTは、圧縮機1、白金やパラジウムなどの触媒を含む触媒燃焼器である燃焼器2、およびタービン3を有している。このガスタービンGTの出力により、発電機4のような負荷が駆動される。
 ガスタービンGTで用いる低カロリーガスとして、例えば、炭鉱で発生するVAMやCMMのような低濃度のメタンガスである作動ガスG1が、圧縮機1の吸気入口を介してガスタービンGT内に導入される。作動ガスG1は、圧縮機1で圧縮され、その高圧の圧縮ガスG2が触媒燃焼器2に送られる。この圧縮ガスG2が触媒燃焼器2の白金やパラジウムなどの触媒による触媒反応によって燃焼され、これにより発生する高温・高圧の燃焼ガスG3がタービン3に供給されて、タービン3を駆動する。タービン3は圧縮機1に回転軸5を介して連結され、このタービン3により圧縮機1および発電機4が駆動される。
 ガスタービンGTは、さらに、タービン3からの排ガスG4によって圧縮機1から触媒燃焼器2に導入される圧縮ガスG2を加熱する第1熱交換器6を備えている。第1熱交換器6を加熱媒体として通過した排ガスG4は、低濃度メタンガス酸化装置ODに送られる。この第1熱交換器6からの排ガスG4は、触媒燃焼器2からタービン3の内部を通過してきた未燃焼のメタンガスのほかに、タービン3の軸部の冷却に用いられた低濃度メタンガスや、ガスタービンGTを構成する部材間の微小な隙間から漏れ出た低濃度ガスも含んでいる。
 低濃度メタンガス酸化装置ODは、ブロワ11、第2熱交換器13、触媒層15および混合器17を備えており、酸化処理対象である低濃度ガスG7を触媒層15へ供給する供給路SPを形成する低濃度ガス流路22上に、ブロワ11、第2熱交換器13、混合器17が設けられている。VAM供給源VSから供給された低濃度ガスG7は、低濃度ガス流路22を通って、酸化装置側フィルタ23を通過した後にブロワ11によって第2熱交換器13に送られる。第2熱交換器13で加熱された低濃度ガスG7は、混合器17内で、ガスタービンGTからの高温の排ガスG5と混合される。混合器17で混合された混合ガスG9は、供給路SPを形成する混合ガス排出路24を通って、触媒燃焼により酸化処理を行う触媒層15内に進入し、触媒層15において酸化処理された後、第2熱交換器13で低濃度ガスG7を加熱してからシステム外部へ排出される。
 VAM供給源VSの下流側には、VAM供給源VSから供給された低濃度メタンガスG7のメタン濃度を測定する第1メタン濃度センサ31が設けられている。また、ガスタービンエンジンGTから混合器17への排ガス送出路32における混合器17の上流側、低濃度ガス流路22における混合器17の上流側、および混合ガス排出路24における混合器17と触媒層15との間には、それぞれ、ガス温度を計測する第1~第3温度センサ35,37,39が設けられている。さらに、低濃度ガス流路22におけるブロワ11と第2熱交換器13との間には、流量制御弁41および流量計43が設けられている。第1メタン濃度センサ31、温度センサ35,37,39、流量計43の測定値を示す信号がコントローラ44に入力され、これら測定値に基づいてコントローラ44から出力される流量制御信号によって、流量制御弁41の開度を制御することにより、低濃度ガス流路22を流れる低濃度ガスG7の流量が制御される。
 低濃度ガス流路22には、低濃度ガス流路22に外部の空気Aを導入する吸気ダンパ45が接続している。第1メタン濃度センサ31で測定された、VAM供給源VSから供給される低濃度ガスG7のメタン濃度が所定の値を超えた場合は、ブロワ11の上流側に接続する吸気ダンパ45を開いて空気Aを導入し、メタン濃度を低下させる。吸気ダンパ45から空気Aを導入した後のメタン濃度は、ブロワ11の上流側(酸化装置側フィルタ23とブロワ11の間)に接続された第2メタン濃度センサ46によって測定する。また、ブロワ11と流量制御弁41との間には、放風弁47が接続されており、吸気ダンパ45からの空気Aの導入によってもメタン濃度を所定値内に抑えられない場合には、コントローラ44からの放風指令信号によって放風弁47を開いて、低濃度ガスG7を外部に放出(放風)する。
 上述のように、VAM供給源VSからの低濃度ガスG7は、ガスタービンGTにも燃料として供給される。具体的には、低濃度ガス流路22における吸気ダンパ45の上流側から、低濃度ガスG7をガスタービンGTの圧縮機1に供給するための分岐供給路51が分岐して設けられており、この分岐供給路51を介してガスタービンGTに低濃度ガスが供給される。分岐供給路51の中途には、低濃度ガスG7に含まれるダストを除去するための分岐路側フィルタ52が設けられている。
 換言すれば、吸気ダンパ45は、分岐供給路51が低濃度ガス流路22から分岐する分岐点Pよりも下流側に接続している。吸気ダンパ45から導入した空気Aによって酸化処理対象である低濃度ガスG7のメタン濃度を低下させるためには、吸気ダンパ45が接続する位置は、VAM供給源VSから混合器17までの間であれば特に限定されない。しかしながら、本実施形態のように、分岐供給路51が低濃度ガス流路22から分岐する分岐点Pよりも下流側に吸気ダンパ45を接続して、分岐点Pよりも下流側に外部の空気Aを導入することにより、酸化処理に利用する熱の供給源であるガスタービンGTに供給される作動ガスG1の濃度が低下して、ガスタービンGTの出力が低下することを回避できる。
 また、低濃度ガス流路22を流れる低濃度ガスG7を外部に放出するためには、放風弁47を接続する位置は、VAM供給源VSから混合器17までの間であれば特に限定されない。しかしながら、より効率的に低濃度ガスG7の放出を行うために、放風弁47は流量制御弁41の上流側に接続されており、流量制御弁41の上流側から放風することが好ましい。さらに、ガスタービンGTの出力低下や停止を回避するために、放風弁47は、分岐供給路51の分岐点Pよりも下流側に接続されており、分岐点Pよりも下流側から放風することが好ましい。
 本実施形態に係るシステムSTによれば、ガスタービンGTの排熱を有効利用できるとともに、供給される低濃度メタンガスの濃度が変動しても、吸気ダンパ45や放風弁47などを設けたことにより、触媒層15の焼損を回避することができるので、当該システムSTを安定的に運転することが可能になる。しかも、ガスタービンGTとして希薄燃料吸入ガスタービンを利用しているので、タービン3の軸部の冷却に用いられた低濃度メタンガスや、ガスタービンGTを構成する部材間の微小な隙間から漏れ出た低濃度ガスなど、ガスタービンGTで未燃焼の低濃度ガスも低濃度メタンガス酸化装置ODによって酸化処理することができる。
 図2は本発明の第2実施形態にかかる酸化システムSTを示す概略構成図である。以下、本実施形態の構成について、主として第1実施形態と異なる点を中心に説明する。本実施形態では、ガスタービンエンジンGTとして、燃焼器2に燃料Fを直接噴射するタイプのガスタービンを使用している。また、タービン3からの排ガスを、低濃度メタンガス酸化装置ODで酸化処理する低濃度ガスと直接混合せずに、両ガス間で熱交換のみを行う。
 具体的には、タービン3からの排ガスを排出する排ガス送出路32上に、排ガス熱交換器53が設けられている。第2熱交換器13を通過した後の低濃度ガスG7が、この排ガス熱交換器53を通過することにより、排ガスG4の熱によって加熱される。排ガス熱交換器53を通過した低濃度ガスG7は、触媒層15において酸化処理された後、第2熱交換器13で低濃度ガスG7を加熱してからシステム外部へ排出される。
 低濃度ガス流路22の、第2熱交換器13と排ガス熱交換器53とを接続する部分の中途には、流路切替弁54が配設されている。流路切替弁54の切り替えにより、低濃度ガスの流路は、第2熱交換器13から排ガス熱交換器53を経て触媒層15に流入させる経路と、第2熱交換器13から排ガス熱交換器53を経ずに直接触媒層15に流入させる経路との間で選択的に切り替えることができる。低濃度ガスの流路の切替制御は、低濃度ガス流路22における、第2熱交換器13の下流側に設けられた第4温度センサ61と、触媒槽15の上流側に設けられた第5温度センサ63の各温度測定値に基づいて行われる。具体的には、低濃度メタンガス酸化装置ODの始動時には、低濃度ガスG7が排ガス熱交換器53を通過するように流路切替弁54を設定しておき、その後第4温度センサ61で測定した低濃度ガス温度が、第5温度センサ63で測定したガス温度よりも高くなった場合に、低濃度ガスG7が排ガス熱交換器53を通過せずに直接触媒層15に流入するように流路を切り替える。
 なお、本実施形態の変形例として、図2に一点鎖線で示すように、排ガス送出路32の中途に追加の触媒層65を設けて、ガスタービンGT側での低濃度メタンガス処理量を増やしてもよい。あるいは、低濃度ガス流路22からガスタービンGTへの分岐供給路51を省略して、圧縮機1に作動ガスとして空気を取り込んでもよい。
 本実施形態にかかる酸化システムSTおよび酸化方法によれば、触媒層15で処理すべきガス量が、第1実施形態に比べて少ないので、触媒層15に用いる触媒の量を低減することができる。
 以上のように、本実施形態に係る低濃度メタンガス酸化システムSTによれば、VAMやCMM燃料濃度が急激に変動した場合にも、触媒層15の焼損を回避して安定的に運転することが可能となる。
 以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
 1 圧縮機
 2 触媒燃焼器
 3 タービン
 4 発電機
 6 第1熱交換器
 13 第2熱交換器
 15 触媒層
 17 混合器
 22 低濃度ガス流路
 45 吸気ダンパ
 47 放風弁
 GT ガスタービン
 SP 低濃度ガスの供給路
 ST 低濃度メタンガス酸化システム
 OD 低濃度メタンガス酸化装置

Claims (6)

  1.  ガスタービンエンジンの排熱を利用して低濃度メタンガスを酸化処理する低濃度メタンガス酸化システムであって、
     酸化処理対象である前記低濃度メタンガスの供給源と、
     前記低濃度メタンガスを触媒燃焼により酸化処理する触媒層と、
     前記供給源から前記触媒層に前記低濃度メタンガスを供給する供給路に接続されて、この供給路内のメタン濃度が所定値を超えたときにこの供給路に外部の空気を導入する吸気ダンパと、
    を備える低濃度メタンガス酸化システム。
  2.  請求項1に記載の低濃度メタンガス酸化システムにおいて、前記供給路に、この供給路内のメタン濃度が所定値を超えたときにこの供給路内のガスを外部に放出する放風弁が接続されている低濃度メタンガス酸化システム。
  3.  請求項1に記載の低濃度メタンガス酸化システムにおいて、前記ガスタービンエンジンが、前記供給源から供給される低濃度メタンガスを作動ガスとして利用する希薄燃料吸入ガスタービンであり、前記供給路から前記ガスタービンエンジンへの低濃度ガスを供給する分岐供給路の分岐点よりも下流側に前記吸気ダンパが接続されている低濃度メタンガス酸化システム。
  4.  ガスタービンエンジンの排熱を利用して低濃度メタンガスを酸化処理する低濃度メタンガス酸化方法であって、
     供給源から供給される前記低濃度メタンガスを触媒燃焼により酸化処理する酸化工程と、
     前記供給源から前記低濃度メタンガスを供給する供給路に、この供給路内のメタン濃度が所定値を超えたときに外部の空気を導入する外気導入工程と、
    を備える低濃度メタンガス酸化方法。
  5.  請求項1に記載の低濃度メタンガス酸化方法において、さらに、前記供給路内のメタン濃度が所定値を超えたときに、この供給路内のガスを外部に放出する放風工程を備えるメタンガス酸化方法。
  6.  請求項1に記載の低濃度メタンガス酸化方法において、前記ガスタービンエンジンが、前記供給源から供給される低濃度メタンガスを作動ガスとして利用する希薄燃料吸入ガスタービンであり、前記外気導入工程が、前記供給路から前記ガスタービンエンジンへの低濃度ガスを供給する分岐供給路の分岐点よりも下流側に前記外部の空気を導入する低濃度メタンガス酸化方法。
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