JPS624541B2

JPS624541B2 -

Info

Publication number: JPS624541B2
Application number: JP15388679A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamamoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1987-01-30
Also published as: JPS5677523A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスタービンプラントに関し、特に低
発熱量ガスを主燃料とするとともに高発熱量燃料
を補助燃料としたガスタービンプラントに関す
る。

近年、石油の代替エネルギーとして、石炭の液
化ならびにガス化が開発中であり、また各製鉄所
においては省エネルギー対策として、低発熱量の
高炉ガスの有効利用が検討され、すでに炉頂圧ガ
スタービンが実用に供されているが、10数年前ま
で盛んであつた高炉ガスを燃料とするガスタービ
ンも再び検討され始めている。

すなわち、第１図は従来の低発熱量のガスを用
いたガスタービンプラントのサイクル図であり、
ガスタービン１の出力軸２には空気圧縮機３およ
びガス圧縮機４が連結され、さらにその出力軸２
には例えば発電機のような負荷５および起動装置
６が連結されている。

しかして、空気圧縮機３に導入された大気ａは
その空気圧縮機３で圧縮され、その圧縮空気が燃
焼器７へ供給される。また低発熱量ガスｂは、混
合器８および吸込弁９を経てガス圧縮機４に導か
れ、そこで圧縮され、主止め弁１０、逆止弁１１
を通りさらに制御弁１２で流量を制御されて前記
燃焼器７に供給され、ここで前記圧縮空気ととも
に燃焼し、この燃焼器７において高温、高圧とな
つた燃焼ガスＣがガスタービン１に流入し、その
ガスタービン１内で膨張して仕事を行ない負荷５
を駆動し、その後排気ガスｄとなり大気へ放出さ
れる。

上記燃焼器７には、前記低発熱量ガスｂの発熱
量が極度に低く、ガスタービン起動時に着火する
ことができない場合、あるいは高炉やガス化装置
が停止または部分負荷運転で流量が不足している
場合に、補助または混合燃焼用として、高発熱量
燃料ｅをも供給し得るようにしてある。すなわ
ち、上記燃焼器７には、主止め弁１３、逆止弁１
４を経て制御弁１５で流量を制御された高発熱量
燃料ｅもその必要に応じて供給される。

また、前記ガス圧縮機４から吐出された低発熱
量ガスは、制御弁１２によつて制御された流量ｆ
のみが燃焼器７に供給され、その残りのガスはバ
イパス弁１６を介して分岐導出され、そのバイパ
スされた低発熱量ガスｇはバイパス冷却器１７で
冷却され、混合器８で吸込ガスｂと混合し、再び
ガス圧縮機４に導かれる。

ところで、低発熱量ガスの吸込弁９、バイパス
弁１６および制御弁１２と、高発熱量燃料系統の
制御弁１５は、それぞれの制御油ｐおよびｉによ
つて第２図および第３図のように制御される。

すなわち、第２図は低発熱量ガス系統の各弁の
動作を説明する図であり、制御油ｐの圧力を横
軸、吸込弁９、バイパス弁１６および制御弁１２
の開度αを縦軸に示している。しかして、制御弁
１２は制御油圧p₁より開き始め、制御油圧p₃で全
開する。またバイパス弁１６は逆にp₁で閉じ始め
制御油圧p₂で全閉する。一方吸込弁９はp₂までは
最少開度を保ち、p₂から徐々に開度を増しp₃で全
開する。

また、高発熱量燃焼系統の制御弁１５は、第３
図に示すように、制御油ｉの圧力がi₁から開き始
め、i₂で全開する。

上記制御油ｐおよびｉは、油圧ラインｈより絞
り２０を介して負荷設定器２１および補機駆動歯
車装置２２により駆動される調速機２３によつて
制御される制御油ｍに対して、比率設定油圧信号
ｎにより分配器２４において第４図に示すように
分配され、それによつて低発熱量ガスｆと高発熱
量燃料ｅの流量配分が決定される。

第４図において、横軸は比率設定油圧信号ｎの
圧力で、縦軸は制御油ｐおよびｉの圧力を示して
いる。しかして、比率設定油圧信号ｎの圧力に対
して、低発熱量燃料系統の制御油ｐの圧力は次第
に上昇し、高発熱量熱料系統の制御油ｉの圧力は
次第に減少し、常にｐ＋ｉ＝ｍとなつている。と
ころで、前記比率設定油圧信号ｎは、油圧ライン
ｈより絞り２５を介して比率設定弁２６によつて
制御され、また制御油ｍの油圧系統には、ガスタ
ービンの速度が低く、調速機２３がまだ機能して
いない場合（例えば起動時）に上記制御油ｍを制
御するため、始動弁２７が設けられている。

しかして、比率設定油圧信号ｎが０％のとき
は、Ｐ＝０，ｉ＝ｍとなり高発熱量燃料のみが燃
焼器７に供給される高発熱量燃料の専焼となり、
ｎが100％のときは、ｉ＝０，ｐ＝ｍとなり、低
発熱量ガスのみが燃焼器７に供給される低発熱量
ガスの専焼運転となり、０＜ｎ＜100のときは混
合燃焼運転となる。

また、低発熱量ガス系統の吸込弁９、主止め弁
１０、制御弁１２およびバイパス弁１６の制御系
には、さらに制御油圧の給排を行なう逃がし弁２
８が設けられ、同様に高発熱量燃料系統の主止め
弁１３および制御弁１５の制御系にも制御油圧の
給排を行なうための逃し弁２９が設けられてい
る。

したがつて、低発熱量ガスの専焼時には、逃し
弁２８を閉じ、逃し弁２９を開くと、油圧ライン
ｈより絞り３０を経た作動油ｊが確立し、主止め
弁１０が全開するとともに吸込弁９、制御弁１２
およびバイパス弁１６が前記制御油ｐによる制御
状態となる。一方、高発熱量燃料系の主止め弁１
３および制御弁１５は全閉となり、高発熱量燃料
の供給は停止される。

また、高発熱量燃料の専焼時には、逃し弁２８
が開、逃し弁２９が閉となり、上記作動油ｊは０
となり、一方油圧ラインｈより絞り３１を経た作
動油ｋが確立し、主止め弁１０および制御弁１２
が全閉、吸込弁９は最小開度、バイパス弁１６は
全開となり、低発熱量ガスの燃焼器７への供給が
停止され、反対に主止め弁１３が全開、制御弁１
５が制御油ｉの制御下に入り、その制御弁１５の
制御のもとに高発熱量燃料が燃焼器７に供給され
る。

さらに、混合燃焼時には両逃し弁２８，２９が
開放され作動油ｊおよびｋが確立される。しかし
て主止め弁１０，１３が全開し、両系統の各弁が
制御油ｍに対して比率設定油圧信号ｎにより配分
された制御油ｐおよびｉによつて制御される。

ところで、このような装置において、高炉ある
いはガス化炉が故障ししかもガスタービンプラン
トを停止できない場合には、前述のように低発熱
量ガス系統の逃し弁２８が開とされ作動油ｊが０
とされる。また比率設定油圧信号ｎも０％とな
り、制御油はｐ＝０、ｉ＝ｍとなり、高発熱量燃
料の専焼運転となる。

また、ガス圧縮機４はガスタービン１と直結あ
るいは減速装置を介して駆動されているので、ガ
ス圧縮機４は停止できず最小負荷で運転されるこ
とになり、その際ガス圧縮機４を通過するガス流
量はｇだけとなり、ｂおよびｆは０となる。すな
わち、ガスはバイパス弁１６、バイパス冷却器１
７、混合器８、ガス圧縮機４の経路の循環運転と
なる。

このため、高発熱量燃料の専焼運転時のプラン
ト出力はガス圧縮機４を駆動するのに必要な最小
動力（全負荷の40〜50％）を差引かねばならず、
低発熱量ガスの専焼運転時よりも出力は減少して
しまう等の問題がある。

しかも、タービンを通過する燃焼ガスもガス量
ｆだけ減少するため、プラント全体の出力はさら
に減少することになる。

また、燃焼器７には、低発熱量ガスと高発熱量
燃料用にそれぞれバーナが設置され、それぞれの
燃料がバーナを通過することによつて、燃料が冷
却剤として作用し、燃焼器内の高温の燃焼ガスか
ら保護されている。

ところが、一方の燃料の専焼時またはその燃料
の比率が高い燃焼状態時においては、他方の燃料
用のバーナへの燃料通過量は０またはきわめて少
量となり、当該バーナは燃料による冷却効果が失
われ、この状態で長時間運転されると、高温の燃
焼ガスによつてバーナが焼損する等の危険があ
る。特に、高発熱量燃料は低発熱量ガスよりも燃
焼ガス温度が300〜500℃程度高いため、高発熱量
燃料の専焼あるいは比率が高い時には、低発熱量
ガス用のバーナ焼損の可能性が大きい等の問題が
ある。

本発明はこのような点に鑑み、片方の燃料の専
焼時あるいはその燃料の比率が高い時にも、他方
のバーナを有効に冷却し、その焼損を確実に防止
し得るようにしたガスタービンプラントを提供す
ることを目的とする。

以下、第５図を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。なお、第１図と同一部分には同一
符号を付しその説明は省略する。

図中符号４０および４１は、それぞれ空気圧縮
機３からの吐出空気の一部を燃焼器７に対する低
発熱量ガス供給導管４２および高発熱量燃料供給
導管４３に供給し得るようにした分岐導管であつ
て、両分岐導管４０および４１にはそれぞれ主止
弁４４，４５、逆止弁４６，４７、および制御弁
４８，４９が設けられている。

上記主止弁４４は、低発熱量ガス系統の制御油
ｐの圧力がある規定値以下まで低下したとき作動
する油圧リレー５０からの信号によつて全開さ
れ、一方主止弁４５は高発熱量燃料系統の制御油
ｉの圧力がある規定値以下まで低下したとき作動
する油圧リレー５１からの信号によつて全開する
ようにしてある。

また、上記制御弁４８，４９は、それぞれ演算
器５２からの出力信号によつて開度制御される。
上記演算器５２には、制御油ｍの油圧を検出する
油圧リレー５３からの油圧信号、ガスタービン１
からの排ガスの温度を検出する温度リレー５４か
らの温度信号、および空気圧縮機３から吐出され
る空気圧を検出する空気圧リレー５５からの空気
圧信号が印加されており、さらに上記演算器５２
には、油圧リレー５０、および５１からの信号に
よつて使用されている燃料系統を検出する切換器
５６からの出力信号がインプツトされるようにし
てある。したがつて、演算器５２において、制御
油ｍの信号により当該運転の負荷と、油圧リレー
５３および油圧リレー５４からの信号によつてタ
ービンの入口温度が計算され、また上記切換器５
６からの信号によつて使用されている燃料系統に
対応して当該運転に適した制御信号が制御弁４
８、或は４９に送られる。

しかして、高発熱量燃料の専焼状態に近い状態
すなわち低発熱量ガス系統の制御油ｐの圧力が或
る規定値以下まで低下すると、油圧リレー５０が
作動して、主止弁４４が全開せしめられる。一
方、上記油圧リレー５０からの出力信号によつて
切換器５６が作動し、それによつて高発熱量燃料
の燃焼運転に応じた制御信号が制御弁４８に送ら
れ、制御弁４８の開度が制御される。そのため空
気圧縮機３からの吐出空気の一部が分岐導管４０
を通り、上記制御弁４８によつて制御されながら
低発熱量ガス系統に流入し、当該バーナから燃焼
器７に供給される。したがつて当該バーナの冷却
が行なわれる。

同様に、高発熱量燃料系統の制御油ｉの圧力が
或る規定値以下まで低下した場合には、油圧リレ
ー５１の作動によつて主止弁４５が全開し、空気
圧縮機３からの吐出空気の一部が高発熱量燃料系
統に流入し、当該バーナの冷却が行なわれる。

なお、上記実施例においては、空気圧縮機から
の吐出空気を冷却剤としたものを示したが、第６
図に示すように、例えば蒸気または水等の供給導
管を低発熱ガス供給導管４２および高発熱量燃料
供給導管４３に接続し、蒸気または水等を冷却剤
として供給するようにしてもよい。

この場合、高発熱量燃料の専焼またはその比率
が高い時に特に有効である。すなわち、当該運転
時はこのガスタービンプラントの特性から、ター
ビン１を通過する燃焼ガス流量が減少し、タービ
ン１の入口あるいは出口温度を或る規定値内で運
転しようとすると、空気圧縮機３の吐出圧力は低
発熱量ガスの専焼またはその比率が高い時の運転
よりも低くなる。その結果、空気圧縮機３の所要
動力は減少するが、タービン１の出力低下の方が
影響を大きく受け、総合的なプラント出力が減少
する。この場合、空気圧縮機３の作動点は、低発
熱量ガスの専焼またはその比率が高い時の運転に
比べて、サージングリミツトに対してより離れた
点に移動する。また、高発熱量燃料の専焼または
その比率が高い時の燃焼温度は、低発熱量ガスの
専焼またはその比率の高い時に比べて、300〜500
℃程度高くなり、窒素酸化物NOxの発生量が高
いとともに、火炉の壁面温度も高くなる。

このような運転時に冷却剤として蒸気または水
などを用いた場合、空気圧縮機のサージングリミ
ツトに余裕があるため、低発熱量ガスの専焼また
はその比率が高い運転時よりも冷却剤を多料に混
入することができる。したがつて、タービン１は
蒸気または水などの混入量だけ出力が増大し、プ
ラント出力も増大する。さらに燃焼温度は低下
し、窒素酸化物が減少するとともに、火炉の壁面
温度も低下することになり、その効果が相乗的に
向上する。

以上説明したように、本発明においては、低発
熱量ガスおよび高発熱量燃料を用いたガスタービ
ンプラントにおいて、一方の燃料の専焼時または
その比率が高いとき、他方の燃料のバーナに圧縮
空気等を供給するようにしたので、当該バーナを
冷却することができ、そのバーナが高温の燃焼ガ
スによつて燃損することを防止することができ、
プラントを安全に運転継続することができる。ま
た冷却剤として蒸気や水等を使用した場合には特
に高発熱量燃料の専焼またはその比率が高いとき
に、タービン出力を増大しひいてはプラント出力
の増大を画ることができ、また窒素酸化物が減少
し、さらに燃焼器火炉の壁面温度が低下して寿命
を長くすることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低発熱量ガスを用いたガスター
ビンプラントの概略系統図、第２図は低発熱量ガ
ス系統の各弁の作動説明図、第３図は高発熱量燃
料の制御弁の作動説明図、第４図は分配器の作動
説明図、第５図および第６図はそれぞれ本発明の
ガスタービンプラントの一実施例の概略系統図で
ある。１……ガスタービン、３……空気圧縮機、４…
…ガス圧縮機、７……燃焼器、４０，４１……分
岐導管、４４，４５…主止弁、４８，４９……制
御弁、５２……演算器、５６……切換器。

Claims

【特許請求の範囲】１低発熱量ガスおよび高発熱量燃料用のバーナ
をそれぞれ設けた燃焼器を有するガスタービンプ
ラントにおいて、上記両バーナの燃料供給管にそ
れぞれ選択的に冷却剤を供給する冷却剤供給管を
接続し、いずれか一方の燃料だけの専燃時または
その燃料の比率が高い燃焼状態時に、他方の燃料
用バーナに対して冷却剤を供給するようにし、ま
た他方の燃料だけの専燃時またはその燃料の比率
が高い燃焼状態時には一方の燃料用バーナに対し
て冷却剤を供給するようにしたことを特徴とする
ガスタービンプラント。２冷却剤は空気圧縮機の吐出空気の一部である
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
ガスタービンプラント。３冷却剤は蒸気または水であることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項記載のガスタービンプ
ラン。