JP3789070B2

JP3789070B2 - Gas turbine system and operation method thereof

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Publication number: JP3789070B2
Application number: JP2000181761A
Authority: JP
Inventors: 田東彦平; 川斗小; 本浩一川; 橋幸夫大; 垣隆雄中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2020-06-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動力を発生させるガスタービンシステムおよびその運転方法に係わり、とりわけ排ガスを用いて燃料を化学的に改質するガスタービンシステムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンシステムは一般に動力の供給に用いられ、多くは発電機に動力を供給して電力に変換することによる発電システムとして用いられる。ガスタービンシステムの基本的な動作原理は、メタン等の燃料を圧縮機によって加圧された例えば空気等の燃焼用の酸素を含む流体によって燃焼させ、このとき得られる燃焼ガスを静翼を介して動翼に吹き付け、これによって動翼を配したロータを回転させて動力を得るものである。このようなガスタービンシステムにおいては、燃焼ガスの温度を高くすることにより効率を高めることができる。
【０００３】
一般に静翼および動翼は金属材料で構成され、これらの翼を何らかの手段で冷却することなしに、燃焼ガス温度を金属材料の耐熱温度以上に高めることはできない。このため、翼の内部に冷却媒体を通流させ、冷却媒体によって翼部材を冷却する方法や、翼内部から翼表面に冷却媒体を吹き出させ、翼表面に燃焼ガスと比べて低温の冷却媒体の膜を形成し、翼部材への燃焼ガスからの熱の伝わりを軽減する方法がとられる。しかし、このような冷却手段を用いても燃焼ガス温度の上昇には限度があり、さらに上記の翼表面に冷却媒体を吹き出させ翼部材への熱の伝わりを軽減する方法では、燃焼ガス温度の上昇に伴って冷却媒体の流量も増加し、高温の燃焼ガスに低温の冷却媒体が混入することによる温度低下の影響により効果的に効率の増加に結びつけることが困難である。
【０００４】
このため、動翼を通過し動力を取出した後の燃焼ガスで最終的にガスタービンシステムから排出される排ガスに残されている熱エネルギを回収することによって、効率を高める試みがなされている。その代表的なものは、排ガスを排熱回収ボイラに導き高温高圧の蒸気を発生させ、この蒸気を蒸気タービンに供給して蒸気タービンで動力を発生させることにより排ガスに含まれていた熱エネルギを回収し、システム全体としての効率の向上を図るコンバインドサイクルによるものである。
【０００５】
近年、排ガスからの排熱回収により効率向上を図る別の手段として、排ガスに含まれる熱エネルギによってガスタービンに供給される燃料を化学的に改質し、燃料の化学エネルギを向上することによって排熱を回収しガスタービンシステムの効率を向上させる提案がなされている。
【０００６】
現在、ガスタービンの燃料として広く用いられているものの一つとして天然ガスがあり、天然ガスの主な成分はメタンである。メタンの代表的な改質の方法として、メタンに水蒸気を添加し、例えばニッケルのような触媒の存在下で高温を保つことにより、水素と一酸化炭素に転換させるものが知られている。このようにメタンを主な燃料としガスタービン排ガスによって燃料を改質するガスタービンシステムとして、例えば、特開平２―２８６８３５（特許２５８１８２５）あるいは特開平７−２６９３７１に示されるようなものが提案されている。
【０００７】
これらの提案においては、例えば特開平７−２６９３７１に記載されているように、７〜１３．８ａｔａ（０．７〜１．３８ＭＰａ）の圧力において、一般にメタンの改質に必要と考えられている６５０℃以上、望ましくは８００℃程度の温度と、約５５０℃程度であるガスタービン排ガスの温度との差をうめるための手段が述べられている。具体的には、特開平２−２８６８３５においては、改質手段の前に補助燃焼器を設け、この補助燃焼器により燃料を燃焼させることにより改質時の温度を上昇させる手段が示されている。また、特開平７−２６９３７１においては、タービン翼を翼内部に水蒸気を通流させて冷却し、冷却によって高温になった水蒸気を改質手段に供給して改質温度を排ガスの温度より高める手段が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの提案においては、このようなガスタービンシステムの起動、負荷変化、停止等の運転方法については詳細に考えられていない。
【０００９】
一般に補助燃焼により改質手段を高温化する場合、ガスタービンの燃焼器以外に燃料を供給するため、ガスタービンシステムの効率を向上させるのは難しいことが知られている。このため、高い効率を得るためには、補助燃焼を用いることなく改質を行うことが必要となるが、ガスタービン起動時に補助燃焼無しに改質手段を高温化する手段が必要とされていた。
【００１０】
また、前述のようにメタンの改質にはニッケル等の触媒が必要であり、改質手段にはこのような触媒が充填あるいは塗布され、メタンおよび水蒸気との接触が高温化で行われて改質反応が進められる。ニッケル等の触媒は、高温の酸化雰囲気中では酸化ニッケル等となり、触媒としての性能が著しく低下し、効果的な改質を行うことが難しくなることが知られている。ガスタービンシステムの運転においては、触媒が高温の酸化雰囲気にさらされることは条件によっては十分に考えられるため、触媒の酸化を防ぎ、改質性能の低下を防ぐ手段が必要とされている。
【００１１】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ガスタービンシステムの起動、負荷変化、停止等の運転状態においても、ガスタービンの排ガスからのエネルギ回収率が高く、信頼性の高いガスタービンシステムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼用の酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、酸素を含む流体によって燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンと、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として原燃料を化学的に改質する改質器と、改質器内の改質燃料を燃焼器に供給する改質燃料供給手段と、燃焼器に原燃料を供給する原燃料供給手段とを備えたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１３】
本発明は、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として水を蒸発させ蒸気を供給する蒸発器を更に備え、蒸発器からの蒸気を上記改質器および上記燃焼器の少なくともいずれか一方に供給することを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１４】
これにより、ガスタービンシステムにおける排熱回収を改質器のみでなく、蒸発においても行い、回収した熱エネルギをガスタービンの燃焼器に供給することにより、さらに、ガスタービンシステムの効率、出力を向上することができる。
【００１５】
本発明は、改質器に送られる原燃料に含まれる硫黄化合物を吸着脱硫する脱硫器を更に備えたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１６】
これにより、原燃料中の硫黄化合物による改質触媒への被毒を防げ、被毒による改質性能の低下を防ぐことができる。
【００１７】
本発明は、改質器と燃焼器との間に、改質燃料を加圧する手段を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１８】
これにより、原燃料の改質を低い圧力で行うことができ、改質率を高め、さらに、ガスタービンシステムの効率、出力を向上することができる。
【００１９】
本発明は、ガスタービンシステムの運転方法において、タービンの運転開始時あるいは部分負荷運転時には、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程と、原燃料の流量を増加して加温することにより改質器が改質可能温度に達した後に、改質器で改質を行い改質された改質燃料を改質燃料供給手段により燃焼器に供給する工程とを備えたことを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００２０】
これらにより、ガスタービン運転開始時あるいは部分負荷運転からの負荷増加時に燃焼器に原燃料を供給することが可能となり、補助燃焼手段を有しないガスタービンシステムにおいても、改質器の温度を改質が可能な高温にすることができる。さらに、改質器が高温になり改質が可能となった時点で、改質燃料を燃焼器に供給することにより、改質器による排熱回収が行ってガスタービンシステムの効率、出力を向上することができる。
【００２１】
本発明は、運転開始時あるいは部分負荷運転時には、改質器の酸化温度に達する前から改質を行うまでの間、改質器に原燃料あるいは水蒸気のうち少なくともいずれか一方を通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００２２】
本発明は、上記運転開始時あるいは部分負荷運転時には、改質器の酸化温度に達する前から上記改質を行うまでの間、改質器に不活性ガスあるいは二酸化炭素のうち少なくともいずれか一つを通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００２３】
これらにより、ガスタービンシステムの運転開始時あるいは部分負荷運転からの負荷増加時に改質器内の触媒が酸化雰囲気で高温にさらされることがなく、改質触媒の酸化を防ぎ、改質性能の低下を防ぐことができる。
【００２４】
本発明は、ガスタービンシステムの運転方法において、タービンの負荷低下時あるいは運転停止時には、改質器で改質燃料を燃焼器に供給する工程と、改質燃料の流量を減少して減温することにより改質器が改質可能温度に達する前に、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程とを備えたことを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００２５】
これにより、改質器の温度が低下し、改質による排熱回収が行えなくなるまでは、排熱回収によりガスタービンシステムの効率、出力を向上することができ、改質器が改質可能温度を下回るような低い負荷においてもガスタービンの運転を継続することができる。
【００２６】
本発明は、負荷低下時あるいは運転停止時には、改質器で改質を停止してから改質器の酸化温度以下の温度に至るまでは、改質器に原燃料あるいは水蒸気のうち少なくともいずれか一方を通流あいるは封止することを特徴とする記載のガスタービンシステムの運転方法である。
【００２７】
本発明は、上記負荷低下時あるいは運転停止時には、改質器で改質を停止してから改質器の酸化温度以下の温度に至るまで、改質器に不活性ガスあるいは二酸化炭素のうち少なくともいずれか一つを通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００２８】
これらにより、ガスタービンシステムの停止時に改質器内の触媒が酸化雰囲気で高温にさらされることがなく、改質触媒の酸化を防ぎ、改質性能の低下を防ぐことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図である。
【００３１】
図１に示すように、ガスタービンシステムは空気６を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気７によって原燃料供給手段２４により供給される原燃料あるいは改質燃料供給手段２６によって供給される改質燃料を燃焼させる燃焼器２と、燃焼器２で生じた高温、高圧の燃焼ガス８によって動力を発生するタービン３とを備えている。
【００３２】
タービン３で発生した動力は圧縮機１を駆動するために用いられるとともに発電機４を駆動して電力を発生し、動力発生に使われた燃焼ガスは温度、圧力を減じた排ガス９としてタービン３から排出される。
【００３３】
ここで、原燃料としては、ガスタービン燃料として広く用いられる天然ガスあるいは都市ガスを想定しているが、いずれもその主成分はメタンである。燃焼器２で燃焼される改質燃料は、原燃料供給手段２７により供給される原燃料と、蒸発器１２で発生した水蒸気１６との混合物である改質前燃料２３を改質器１０において改質することにより得られ、水素を多く含む改質燃料となっている。
【００３４】
この場合、改質器１０において、改質前燃料２３は改質触媒を充填あるいは塗布した改質器１０ａに導かれ、タービン３からの排ガス９との熱交換により改質が行われる。改質器１０を通った排ガス１１の熱はさらに蒸発器１２で水１４を蒸発させ水蒸気１６を発生するのに用いられた後、排ガス１３として排出される。発生した水蒸気１６はユーティリティ蒸気供給手段１８を介してユーティリティ蒸気として用いられるとともに、その一部は改質用蒸気供給手段４６により改質器１０に供給され、燃料改質用の水蒸気として用いられる。
【００３５】
原燃料供給手段２４，２７を介して燃焼器２および改質器１０へ送られる原燃料１９は、燃焼器２および改質器１０への供給圧力まで高めるために、モータ２９で駆動される圧縮機２０により加圧される。また蒸発器１２で生成される水蒸気１６の圧力を改質器１０への供給圧力まで高めるために、水１４がポンプ１５により加圧される。
【００３６】
また原燃料供給手段２４、原燃料供給手段２７、改質用蒸気供給手段４６、およびユーティリティ蒸気供給手段１８には、それぞれ、バルブ２５、バルブ２２、バルブ１７、バルブ２８が設けられ、各供給手段２４、２７、４６、１８を流れるガスあるいは水蒸気の流量、圧力が調整される。
【００３７】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ガスタービンシステムの起動時には、改質器の改質部１０ａは、ほぼ２００℃以下の改質器酸化温度以下に保たれ、その内部には空気すなわち酸素が存在している。原燃料の圧縮機２０により、原燃料供給手段２１における圧力は燃焼器２および改質器１０への供給圧力に保たれるが、バルブ２５およびバルブ２２はいずれも遮断され、燃焼器２および改質器１０への原燃料の供給は行われない。また改質器１０へ水蒸気供給を供給する改質用蒸気供給手段４６のバルブ１７も遮断される。起動時には起動モータ５によってガスタービンの圧縮機１が駆動され、圧縮機１の回転数が徐々に上げられることによって、燃焼器２の圧力が徐々に高められ、燃焼器２およびタービン３が空気によりパージされる。
【００３８】
圧縮機１の回転数が定格回転数のほぼ２０％程度となると、バルブ２５を開いて燃焼器２に原燃料が供給され、燃焼器２内で着火されて燃焼器２内で原燃料が燃焼する。次に燃焼器２への原燃料流量が徐々に増加され、これによってタービン３での出力の発生も徐々に増加する。圧縮機１の回転数が定格回転数に至るまでの適当なタイミングにおいて、起動モータ５からの出力が切り離され、圧縮機１はタービン３の出力のみで駆動される。
【００３９】
バルブ２５の操作により燃焼器２への原燃料の供給はさらに徐々に増加され、圧縮機１の回転数が定格回転数に至ると、タービン３はバルブ２５の操作により燃料流量が調節され、無負荷定格回転状態になる。タービン３から発電機４で負荷を取り出し、負荷を徐々に増加するとともに、タービン３の回転数を定格回転数に保つためにバルブ２５の操作により原燃料の供給量を徐々に増加する。このことにより、最終的に定格負荷運転状態に至る。定格負荷運転状態では、排ガス９の温度は通常５５０℃から６００℃程度となる。
【００４０】
このような起動時において、排ガス９の温度は徐々に上昇し、このため改質器１０の改質部１０ａの温度もほぼ２００℃以下の改質器酸化温度以下の温度から徐々に上昇する。改質部１０ａにはニッケル系の触媒が充填あるいは塗布されている。このようなニッケル系の触媒は酸素の存在下である温度以上におかれた場合、酸化して酸化ニッケルとなり、触媒活性を失うことが知られている。発明者らの経験ではこのようなニッケルの酸化反応が著しくなるのは、ほぼ２００℃程度であるため、改質器１０の耐酸化温度はほぼ２００℃以下となる。起動時に改質部１０ａ内に空気すなわち酸素が存在していることから、このままの状態で改質部１０ａの温度がほぼ２００℃以下の改質器酸化温度を越えると触媒は酸化され、改質性能を著しく損なう。
【００４１】
本実施の形態においては、このような起動時の触媒の酸化を防ぐために、起動過程において改質部１０ａの温度がほぼ２００℃以下の改質器酸化温度を越える前に、バルブ１７を閉じたままバルブ２２を開き、改質部１０ａの内部に原燃料すなわちメタンを導びく。このことにより内部に存在した空気を改質燃料供給手段２６を通じて燃焼器２内に排気する。さらに適当な時間、改質部１０ａ内に原燃料を通流させて残存空気すなわち残存酸素をほぼ完全に排気した後、バルブ２２を閉じ、改質部１０ａ内に原燃料を封止する。このとき改質部１０ａ内の圧力は常に燃焼器２内の圧力よりも高く、起動過程のどの状態においても燃焼器２から改質部１０ａへの逆流はなく、改質部１０ａ内には原燃料すなわちメタンが封止された状態でほぼ２００℃以下の改質器耐酸化温度を越え、さらに、定格負荷状態に至る。このため、改質部１０ａ内は酸化雰囲気ではなくメタンが封止された状態となって２００℃以下の改質器酸化温度を越え、ほぼ４００℃以上の改質可能温度に至ることができるため、触媒の酸化無しに改質を開始することができる。
【００４２】
このような、改質部１０ａ内の原燃料による封止は、燃焼器２の着火のタイミングと合せて、あるいはそれよりやや遅らせたタイミングで行っても良く、これにより改質部１０ａはより広い温度範囲内において酸化から保護される。
【００４３】
なお、これと並行して蒸発器１２にポンプ１５により水が供給され、発生した蒸気１６はユーティリティ蒸気供給手段１８によりユーティリティ蒸気として供給される。
【００４４】
タービン３が原燃料の燃焼により定格負荷運転に至ると、バルブ１７を開いて原燃料の改質に必要な流量の水蒸気を改質器１０に導く。さらに改質燃料供給手段２６を介して水蒸気を燃焼器２に導き、それと同時に改質部１０ａ内の原燃料を水蒸気で置換する。
【００４５】
その後、バルブ２２を開いて所定流量の原燃料を改質器１０に供給し、改質器１０において排ガス９との熱交換により原燃料を改質し改質された改質燃料を燃焼器２へ供給する。この操作により、後述の水蒸気／メタン比は、常に定常的な改質における水蒸気／メタン比より高く保たれるため、改質部１０ａにおいて炭素析出を生じることはない。改質器１０における改質燃料の発生に合わせて、バルブ２５の操作により燃焼器２に供給される原燃料の流量を徐々に減少させ、最終的にはバルブ２５が遮断され燃焼器２への原燃料供給はなくなる。その後は、バルブ２２およびバルブ１７の操作により、原燃料および水蒸気の流量が調整され、タービン３の負荷に応じた運転がなされる。
【００４６】
なお、ここでは、原燃料の燃焼による運転から改質された燃料の燃焼による運転への切り替えを、定格負荷運転後として説明したが、このような運転切り替えは、改質器１０が改質可能温度になっていれば定格以下の負荷運転状態においても可能である。
【００４７】
ここで、改質器１０における原燃料の改質反応について触れる。原燃料の主成分であるメタンの水蒸気改質反応は以下の化学式で表される。
【００４８】
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ（１）
ここで、このメタン改質反応が吸熱反応であり、この反応に使われた熱、すなわち上記の実施の形態においてはタービン３からの排ガス９のもつ排熱がこの反応によって減少し、改質後の燃料の化学エネルギが増加して、排ガスの持つ熱からの排熱回収がおこなわれる。回収された熱は、原燃料であるメタンよりも高い化学エネルギを持つ水素リッチな改質された燃料としてガスタービンシステムの燃焼器２で燃焼され、これによってガスタービンシステムの効率および出力が向上される。
【００４９】
このようなメタン水蒸気改質反応においては、改質触媒上での炭素析出を防止するために、（１）式で示されるよりもメタンに対して過剰な量の水蒸気を供給する。発明者らの計算による、水蒸気／メタン比および改質温度と炭素析出との関係を図２に示す。
【００５０】
図２に示すグラフは、圧力が１５ａｔｍの場合の改質反応の平衡条件から導いたもので、水蒸気／メタン比および改質温度の条件が同グラフの曲線よりも下の領域にある場合には炭素析出の可能性がある。図２に示すように、改質温度がほぼ４００℃より低い場合には、炭素析出を防ぐために必要な水蒸気量は急激に増加することが分かる。このため、改質器１０における改質可能温度は、ほぼ４００℃以上といえる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、起動時の触媒の酸化を防ぐために、改質部１０ａ内に原燃料すなわちメタンを封止し、この状態で略２００℃以下の改質器酸化温度を越えて定格負荷状態に至るようにしたが、バルブ２２を閉じてたままでバルブ１７をあけ、改質部１０ａ内に水蒸気を通流させた後バルブ１７を閉じて水蒸気により改質部１０ａ内を封止しても良い。このとき、改質部１０ａ内は酸化雰囲気ではなく、水蒸気が封止された状態でほぼ２００℃以下の改質器酸化温度を越え、ほぼ４００℃以上の改質可能温度に至る。このため、改質部１０ａ内で触媒の酸化無しに改質を開始することができる。
【００５２】
さらに、バルブ２２とバルブ１７を開け、改質部１０ａ内にメタンと水蒸気を通流させた後バルブ２２とバルブ１７を閉じ、このことにより、水蒸気／メタン比の高いメタンと水蒸気によって改質部１０ａ内を封止しても良い。このとき、改質部１０ａ内は、酸化雰囲気ではないメタンと水蒸気が封止された状態で、ほぼ２００℃以下の改質器酸化温度を越え、ほぼ４００℃以上の改質可能温度に至る。このため、触媒の酸化無しに改質を開始することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、起動時の触媒の酸化を防ぐために、改質部１０ａ内にメタンあるいは水蒸気を封止するものとしたが、タービン３の部分負荷運転を行ないながら燃焼器２内で原燃料を燃焼する状態から、負荷を増加して燃焼器２内で改質燃料を燃焼する状態に切り替える場合においても、全く同様の手順によって触媒の酸化を防ぐことができる。
【００５４】
また、本実施の形態において、改質燃料を燃焼する状態から負荷を低下する場合には、排ガス９の温度はほぼ５５０℃〜６００℃程度から徐々に低下する。このため改質器１０の温度も徐々に低下してくる。このとき、改質器１０の温度がほぼ４００℃以上の改質可能温度まで低下する前に、バルブ２５を開いて原燃料を燃焼器２に供給して燃焼させることにより、改質器１０の温度がほぼ４００℃以上の改質可能温度を下回った場合に改質器１０での改質を停止しても、タービンの運転を継続することが可能となる。
【００５５】
なお、この場合、改質器１０での改質の停止前にバルブ１７を閉じ、改質部１０ａ内に原燃料のみを供給し、その後、バルブ２２を閉じることによって改質部１０ａ内に原燃料を封止する。これによって、改質部１０ａ内は酸化雰囲気ではない原燃料が封止された状態となり、改質可能温度から改質器酸化温度以下の温度まで通過することができ、このため触媒の酸化が防止できる。また、改質器１０での改質の停止前にバルブ２２を閉じ、改質部１０ａ内に水蒸気のみを供給し、その後、バルブ１７を閉じることによって改質部１０ａ内に水蒸気を封止することによっても触媒の酸化が防止される。
【００５６】
また、バルブ２２およびバルブ１７の操作によって改質部１０ａ内に十分高い水蒸気／メタン比の原燃料と水蒸気を供給し、その後、バルブ１７およびバルブ２２を閉じて改質部１０ａ内に十分高い水蒸気／メタン比の原燃料と水蒸気を封止することによっても触媒の酸化が防止できる。
【００５７】
さらに、本実施の形態において、バルブ１７およびバルブ２２が開いた状態で改質燃料を燃焼器２で燃焼する状態から運転停止する場合には、バルブ１７を閉じ、改質部１０ａ内に原燃料のみを供給し、その後バルブ２２を閉じることによって改質部１０ａ内に原燃料を封止する。バルブ２２を閉じることによって燃焼器２への燃料供給が遮断され、タービン３の出力は低下し、圧縮機１の回転数も低下するため、燃焼器２の圧力も低下する。最終的に圧縮機１の回転が止まった状態では、燃焼器２内は大気圧の空気で満たされる。この燃焼器２の大気圧までの減圧の過程において、改質部１０ａ内に封止されていた原燃料は徐々に燃焼器２内に排出されるが、ガスタービンが停止した状態においても改質部１０ａおよび改質燃料供給手段２６内には大気圧の原燃料が残る。このため、改質部１０ａ内は酸化雰囲気ではなく原燃料が封止された状態となり、改質器酸化温度以下の温度までを通過することができるため、触媒の酸化が防止できる。また同様に、改質器１０での改質の停止直前にバルブ２２を閉じ、改質部１０ａ内に水蒸気のみを供給し、その後、バルブ１７を閉じ改質部１０ａ内に水蒸気を封止することによっても触媒の酸化が防止される。また、バルブ２２およびバルブ１７の操作によって改質部１０ａ内に十分高い水蒸気／メタン比の原燃料と水蒸気を供給し、その後、バルブ１７およびバルブ２２を閉じ改質部１０ａ内に十分高い水蒸気／メタン比の原燃料と水蒸気を封止することによっても触媒の酸化が防止できる。
【００５８】
また、本実施の形態において、改質器１０に供給される水蒸気の量を調整することにより原燃料の改質率を調整することが可能である。例えば、水蒸気の供給量を０にすれば、原燃料は改質されることなく、改質器１０で排ガス９と単に熱交換をした後に、最終的に燃焼器２に供給される。この場合には、排ガス９からの排熱回収率が減収し、ガスタービンシステムの発生動力すなわち発電量が減少する替わりに、ユーティリティーへ供給される水蒸気の量は増加する。このように、本実施の形態においては、動力（電力）と水蒸気（熱）との発生割合を利用の形態に応じて調整する、いわゆる熱電可変なシステムが実現できる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、燃焼器２における燃焼に空気６を用いるものとして説明したが、空気以外の組成をもつ酸素を含む流体、例えば酸素と二酸化炭素からなる流体、あるいは酸素とアルゴンとからなる流体、あるいは酸素とヘリウムとからなる流体等、その他の多くの組成の流体を用いることによっても、本発明の効果は同様に得られる。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、従来のような補助燃焼をおこなうことなくタービン起動時に改質器の温度を高め、原燃料の改質を行うことができる。さらに、起動時、負荷増加時、負荷低下時、運転停止時のいずれの状態においても改質触媒の酸化による改質性能の低下を生じることなく運転を行なうことができる。また原燃料の改質による排熱回収によりガスタービンシステムの効率および出力が著しく向上し、また、熱電可変なガスタービンシステムが実現できる。
【００６１】
第２の実施の形態
図３に本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図３に示す第２の実施の形態は、改質部１０ａに窒素、アルゴン等の不活性ガス、または二酸化炭素のうち少なくともいずれか一つを供給手段３０により供給するとともに、供給手段３０にバルブ３１を設けたものであり、他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６２】
図３において、触媒の酸化を防ぐための改質部１０ａのガス封止を、供給手段３０からの窒素、不活性ガス、二酸化炭素の少なくとも一つにより行なう。燃焼器２からの逆流を防ぐため、バルブ３１が用いられる。一般に、窒素、アルゴン等の不活性ガス、二酸化炭素は酸化を防ぐ環境としてメタン、水蒸気よりも優れている。このため、本実施の形態においては、ガスタービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の各運転状態においてより確実に改質触媒の酸化を防ぐことができ、ガスタービンシステムの信頼性をより高めることができる。
【００６３】
第３の実施の形態
図４に本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図４に示す第３の実施の形態は、バルブ３２を、改質部１０ａと燃焼器２との間の改質燃料供給手段２６に設けたものである。他は、図３に示す第２の実施の形態と略同一である。
【００６４】
本実施の形態において、タービン３の起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１および第２の実施の形態の場合とほぼ同様であるが、触媒の酸化を防ぐため、改質部１０ａを酸化雰囲気でないガスによる封止するとき、バルブ３２を遮断する。このことにより例えば燃焼器２での燃焼振動や突発的な燃焼により燃焼器２内の圧力が高まった場合でも、改質部１０ａ内を燃焼器２の状態によらず酸化雰囲気から守ることができる。このため、タービン３の起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の各運転状態において、より確実に改質部１０ａ内の触媒の酸化を防ぐことができ、ガスタービンシステムの信頼性をより高めることができる。
【００６５】
第４の実施の形態
図５に本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図５に示す第４の実施の形態は、ユーティリティ蒸気供給手段１８と燃焼器２との間に蒸気供給手段３４を設け、蒸気供給手段３４にバルブ３３を取付けるとともに、圧縮機２０の上流側に原燃料中に含まれる硫黄化合物を吸着する脱硫器３５を設けたものである。他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６６】
本実施の形態において、ガスタービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１の実施の形態の場合とほぼ同様であるが、本実施の形態においては、蒸発器１２で生じた蒸気を蒸気供給手段３４により燃焼器２に供給することによりタービン３の出力および効率をさらに向上することができる。また脱硫器３５により原燃料に含まれる硫黄化合物を取り除くことによって、改質部１０ａ内の触媒の被毒を防ぎ、タービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の各運転状態において、ガスタービンシステムの信頼性をより高めることができる。
【００６７】
第５の実施の形態
図６に本発明の第５の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図６に示す第５の実施の形態は、原燃料供給手段２７を圧縮機２０の上流側に接続し、蒸発器１２からの蒸気を用いたエゼクタ３６により原燃料を加圧するものであり、他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６８】
本実施の形態において、タービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１の実施の形態の場合とほぼ同様である。改質燃料を燃焼させる場合に、原燃料をエゼクタ３６で加圧して改質器１０に供給するために圧縮機２０の駆動動力を必要としない。このためガスタービンシステムとしての出力および効率は、より向上したものとなる。
【００６９】
第６の実施の形態
図７に本発明の第６の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図７に示す第６の実施の形態は、原燃料供給手段２６を圧縮機２０の上流側に接続するとともに、改質燃料供給手段２６にモータ４で駆動される圧縮機４０を設けたものであり、他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００７０】
本実施の形態において、ガスタービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１の実施の形態の場合とほぼ同様である。改質器１０と燃焼器２との間に改質燃料を加圧する圧縮機４０を設けたので、改質器１０における原燃料の改質を燃焼器２内の圧力よりもはるかに低い圧力で行なうことができる。
【００７１】
一般に原燃料であるメタンの改質反応は改質時の圧力の影響を受ける。図８に、発明者らの計算によるメタンの改質率と圧力との関係を示す。ここで、改質率とは、原燃料として供給したメタンのうち水素および一酸化炭素に転化されたメタンの割合を示すもので、改質率が高いほど、原燃料メタンから水素および一酸化炭素への転化が多くなる。
【００７２】
図８に示すように、圧力が低いほど改質率は高く、原燃料メタンから水素および一酸化炭素への転化が進むことがわかる。改質率が高く、メタンから水素および一酸化炭素への転化が多くなることによって、排ガス９からの排熱回収量も増え、ガスタービンシステムの効率および出力は向上する。
【００７３】
このように本実施の形態においては、起動時、負荷増加時、負荷低下時、運転停止時のいずれの状態においても改質触媒の酸化による改質性能の低下を生じることなく運転を行なうことができる。このため燃焼器内の圧力より低い圧力で原燃料の改質を行うことにより、排熱回収をさらに高め、ガスタービンシステムの効率および出力を向上することができる。
【００７４】
第７の実施の形態
図９に本発明の第７の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図９に示す第７の実施の形態は、ユーティリティ蒸気供給手段１８と燃焼器２との間に蒸気供給手段４３を設け、この蒸気供給手段４３にバルブ４２を設けるとともに、原燃料供給手段２７に原燃料中に含まれる硫黄化合物を吸着脱硫する脱硫器４４を設けたものである。他は図７に示す第６の実施の形態と略同一である。
【００７５】
本実施の形態において、タービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１の実施の形態の場合とほぼ同様で、また、燃焼器２の圧力よりも低い圧力で改質を行うことは第６の実施の形態と同様である。本実施の形態においては、蒸発器１２で生じた蒸気を燃焼器２に供給することによりタービン３の出力および効率をさらに向上することができる。また、脱硫器４４により原燃料に含まれる硫黄化合物を取り除くことによって、改質触媒の被毒を防ぎ、ガスタービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の各運転状態においてガスタービンシステムの信頼性をより高めることができる。
【００７６】
第８の実施の形態
図１０に本発明の第８の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図を示す。図１０に示す第８の実施の形態は、原燃料供給手段２７を圧縮機１０の上流側に接続し、ユーティリティ蒸気供給手段１８にバルブ４２を有する蒸気供給手段４３を接続し、改質燃料供給手段２６にエゼクタ４５を設けるとともに、蒸気供給手段４３をエゼクタ４５に接続したものである。他は図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００７７】
本実施の形態においてガスタービンの起動、負荷増加、負荷低下、運転停止の手順については、第１の実施の形態の場合とほぼ同様で、また、燃焼器２の圧力よりも低い圧力で改質を行うことは第６の実施の形態と同様である。改質された燃料を燃焼させる場合に、改質燃料を加圧して燃焼器２に供給するためにエゼクタ４５を用いるので、圧縮機駆動のための動力を必要としない。このためガスタービンシステムとしての出力および効率はより向上したものとなる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のような補助燃焼をおこなうことなくガスタービン起動時に改質器の温度を高め、原燃料の改質を行うことができる。さらに、起動時、負荷増加時、負荷低下時、運転停止時のいずれの状態においても改質触媒の酸化による改質性能の低下を生じることなく運転を行い、原燃料の改質による排熱回収によりガスタービンシステムの効率および出力を向上することができる。また、改質率を調整することにより電力と熱との出力の割合を調整できる熱電可能なガスタービンシステムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図２】メタン改質における炭素析出特性を示す線図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図８】メタン改質率の圧力依存特性を示す線図。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【図１０】本発明の第８の実施の形態に係わるガスタービンシステムの系統図。
【符号の説明】
１圧縮機
２燃焼器
３タービン
４発電機
１０改質器
１０ａ改質部
１２蒸発器
１５ポンプ
１７バルブ
１８ユーティリティ蒸気供給手段
２０圧縮機
２１原燃料供給手段
２２バルブ
２４原燃料供給手段
２５バルブ
２６改質燃料供給手段
２７原燃料供給手段
２８バルブ
３１バルブ
３２バルブ
３３バルブ
３４水蒸気供給手段
３５脱硫器
３６エゼクタ
４０圧縮機
４１モータ
４２バルブ
４３水蒸気供給手段
４４脱硫器
４５エゼクタ
４６改質用蒸気供給手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine system that generates power and an operation method thereof, and more particularly, to a gas turbine system that chemically reforms fuel using exhaust gas and an operation method thereof.
[0002]
[Prior art]
A gas turbine system is generally used to supply power, and many are used as a power generation system by supplying power to a generator and converting it into electric power. The basic operation principle of a gas turbine system is that a fuel such as methane is burned by a fluid containing oxygen for combustion such as air pressurized by a compressor, and the resulting combustion gas is passed through a stationary blade. The power is obtained by spraying the rotor blades, and rotating the rotor with the rotor blades. In such a gas turbine system, the efficiency can be increased by increasing the temperature of the combustion gas.
[0003]
Generally, the stationary blades and the moving blades are made of a metal material, and the combustion gas temperature cannot be increased beyond the heat resistance temperature of the metal material without cooling these blades by some means. For this reason, a cooling medium is allowed to flow inside the blade and the blade member is cooled by the cooling medium, or the cooling medium is blown out from the inside of the blade to the blade surface. A method is used in which a film is formed to reduce the transfer of heat from the combustion gas to the blade member. However, even if such a cooling means is used, there is a limit to the increase in the combustion gas temperature. Further, in the method of blowing the cooling medium to the blade surface and reducing the transfer of heat to the blade member, the combustion gas temperature is reduced. As the flow rate rises, the flow rate of the cooling medium also increases, and it is difficult to effectively increase the efficiency due to the influence of the temperature drop due to the mixing of the low temperature cooling medium into the high temperature combustion gas.
[0004]
For this reason, attempts have been made to increase efficiency by recovering the thermal energy remaining in the exhaust gas finally discharged from the gas turbine system with the combustion gas after passing through the moving blades and taking out the power. A typical example is that exhaust gas is guided to an exhaust heat recovery boiler to generate high-temperature and high-pressure steam. This is due to the combined cycle that collects and improves the efficiency of the entire system.
[0005]
In recent years, as another means of improving efficiency by recovering exhaust heat from exhaust gas, the fuel supplied to the gas turbine is chemically reformed by the thermal energy contained in the exhaust gas, and the exhaust gas is improved by improving the chemical energy of the fuel. Proposals have been made to recover heat and improve the efficiency of gas turbine systems.
[0006]
Currently, natural gas is one of the widely used fuels for gas turbines, and the main component of natural gas is methane. As a typical reforming method of methane, there is known a method in which steam is added to methane, and it is converted to hydrogen and carbon monoxide by maintaining a high temperature in the presence of a catalyst such as nickel. As such a gas turbine system for reforming fuel by using methane as a main fuel and gas turbine exhaust gas, for example, those disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-286835 (Patent No. 2581825) or Japanese Patent Laid-Open No. 7-269371 have been proposed. Yes.
[0007]
In these proposals, for example, as described in JP-A-7-269371, it is generally considered necessary for reforming methane at a pressure of 7-13.8 ata (0.7-1.38 MPa). Means are described for filling the difference between the temperature of 650 ° C. or higher, preferably about 800 ° C., and the temperature of the gas turbine exhaust gas, which is about 550 ° C. Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-286835 discloses means for increasing the temperature during reforming by providing an auxiliary combustor in front of the reforming means and burning the fuel with the auxiliary combustor. . Further, in JP-A-7-269371, a turbine blade is cooled by passing water vapor through the blade, and the steam heated to a high temperature by cooling is supplied to the reforming means to raise the reforming temperature above the exhaust gas temperature. Has been proposed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these proposals, the operation methods such as starting, changing load, and stopping of such a gas turbine system are not considered in detail.
[0009]
In general, when the temperature of the reforming means is increased by auxiliary combustion, it is known that it is difficult to improve the efficiency of the gas turbine system because fuel is supplied to other than the combustor of the gas turbine. For this reason, in order to obtain high efficiency, it is necessary to perform reforming without using auxiliary combustion, but means for raising the temperature of the reforming means without auxiliary combustion when starting the gas turbine is required. .
[0010]
Further, as described above, a catalyst such as nickel is necessary for reforming methane, and the reforming means is filled or coated with such a catalyst, and contact with methane and water vapor is performed at a high temperature to improve the reforming. The quality reaction proceeds. It is known that a catalyst such as nickel becomes nickel oxide or the like in a high-temperature oxidizing atmosphere, and the performance as a catalyst is remarkably lowered, making it difficult to perform effective reforming. In the operation of a gas turbine system, it is sufficiently considered that the catalyst is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere depending on conditions. Therefore, a means for preventing oxidation of the catalyst and preventing deterioration of reforming performance is required.
[0011]
The present invention has been made in consideration of such points, and the energy recovery rate from the exhaust gas of the gas turbine is high and highly reliable even in the operating state such as the start, load change, and stop of the gas turbine system. It is an object of the present invention to provide a gas turbine system and an operation method thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a combustor that combusts fuel using the fluid containing oxygen, a turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power, and an exhaust gas of the turbine. A reformer that chemically reforms the raw fuel using at least a part as a heat source, a reformed fuel supply means that supplies the reformed fuel in the reformer to the combustor, and a raw material that supplies the raw fuel to the combustor A gas turbine system comprising fuel supply means.
[0013]
The present invention further includes an evaporator for evaporating water using at least part of the exhaust gas from the turbine as a heat source and supplying steam, and supplying the steam from the evaporator to at least one of the reformer and the combustor. This is a gas turbine system.
[0014]
As a result, exhaust heat recovery in the gas turbine system is performed not only in the reformer but also in evaporation, and the recovered thermal energy is supplied to the combustor of the gas turbine, further improving the efficiency and output of the gas turbine system. can do.
[0015]
The present invention is a gas turbine system further comprising a desulfurizer for adsorptive desulfurization of a sulfur compound contained in a raw fuel sent to a reformer.
[0016]
Thereby, poisoning to the reforming catalyst by the sulfur compound in the raw fuel can be prevented, and deterioration of reforming performance due to poisoning can be prevented.
[0017]
The present invention is a gas turbine system characterized in that means for pressurizing the reformed fuel is provided between the reformer and the combustor.
[0018]
Thereby, the reforming of the raw fuel can be performed at a low pressure, the reforming rate can be increased, and further, the efficiency and output of the gas turbine system can be improved.
[0019]
The present invention provides a gas turbine system operation method in which a raw fuel supply means supplies raw fuel to a combustor at the start of turbine operation or partial load operation, and the raw fuel flow rate is increased and heated. The reformer is reformed by the reformer after the reformer reaches the reformable temperature, and the reformed reformed fuel is supplied to the combustor by the reformed fuel supply means. The operation method of the gas turbine system.
[0020]
As a result, raw fuel can be supplied to the combustor at the start of gas turbine operation or when the load increases from partial load operation, and the temperature of the reformer can be reformed even in a gas turbine system without auxiliary combustion means. Can be as high as possible. Furthermore, when the reformer becomes hot and reforming is possible, the reformed fuel is supplied to the combustor, so that the exhaust heat recovery by the reformer is performed to improve the efficiency and output of the gas turbine system. can do.
[0021]
In the present invention, at the start of operation or partial load operation, before the reforming temperature is reached before the reformer reaches the oxidation temperature, at least one of raw fuel and steam is passed through or sealed in the reformer. The operation method of the gas turbine system is characterized by stopping.
[0022]
According to the present invention, at the time of starting the operation or partial load operation, the reformer is provided with at least one of inert gas and carbon dioxide before reaching the reforming temperature before reaching the oxidation temperature of the reformer. An operation method of a gas turbine system, characterized by passing or sealing.
[0023]
As a result, the catalyst in the reformer is not exposed to high temperatures in an oxidizing atmosphere at the start of gas turbine system operation or when the load increases from partial load operation, preventing oxidation of the reforming catalyst and reducing reforming performance. Can be prevented.
[0024]
The present invention provides a gas turbine system operating method in which a reformer supplies reformed fuel to a combustor when the turbine load is reduced or stopped, and the temperature of the reformed fuel is reduced by reducing the flow rate. And a step of supplying the raw fuel to the combustor by the raw fuel supply means before the reformer reaches the reformable temperature.
[0025]
As a result, until the temperature of the reformer decreases and exhaust heat recovery by reforming cannot be performed, exhaust gas heat recovery can improve the efficiency and output of the gas turbine system, and the reformer can be reformed at a temperature that can be reformed. The operation of the gas turbine can be continued even at a load as low as less than.
[0026]
According to the present invention, when the load is reduced or when the operation is stopped, the reformer stops at the reforming temperature and reaches a temperature equal to or lower than the oxidation temperature of the reformer. The method of operating the gas turbine system according to the above, wherein the flow through one side is sealed.
[0027]
The present invention provides the reformer with at least one of inert gas and carbon dioxide from when the load is reduced or when the operation is stopped until the reformer stops the reforming and reaches a temperature equal to or lower than the oxidation temperature of the reformer. A gas turbine system operating method characterized by passing or sealing any one of them.
[0028]
As a result, when the gas turbine system is stopped, the catalyst in the reformer is not exposed to a high temperature in an oxidizing atmosphere, so that oxidation of the reforming catalyst can be prevented and deterioration of reforming performance can be prevented.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine system according to a first embodiment of the present invention.
[0031]
As shown in FIG. 1, the gas turbine system includes a compressor 1 that compresses air 6, and a raw fuel or reformed fuel supply means 26 that is supplied by raw fuel supply means 24 by air 7 compressed by the compressor 1. A combustor 2 that combusts supplied reformed fuel, and a turbine 3 that generates power by high-temperature and high-pressure combustion gas 8 generated in the combustor 2 are provided.
[0032]
The power generated in the turbine 3 is used to drive the compressor 1 and also drives the generator 4 to generate electric power. The combustion gas used for power generation is used as the exhaust gas 9 with reduced temperature and pressure as the turbine 3. Discharged from.
[0033]
Here, natural gas or city gas, which is widely used as gas turbine fuel, is assumed as the raw fuel, but in any case, the main component is methane. The reformed fuel combusted in the combustor 2 is obtained by modifying the pre-reform fuel 23, which is a mixture of the raw fuel supplied by the raw fuel supply means 27 and the water vapor 16 generated in the evaporator 12, in the reformer 10. It is a reformed fuel that contains a large amount of hydrogen.
[0034]
In this case, in the reformer 10, the pre-reforming fuel 23 is guided to the reformer 10 a filled or coated with the reforming catalyst, and reformed by heat exchange with the exhaust gas 9 from the turbine 3. The heat of the exhaust gas 11 that has passed through the reformer 10 is further used to generate water vapor 16 by evaporating water 14 in the evaporator 12, and then discharged as exhaust gas 13. The generated steam 16 is used as utility steam through the utility steam supply means 18, and a part thereof is supplied to the reformer 10 by the reforming steam supply means 46 and used as fuel reforming steam.
[0035]
The raw fuel 19 sent to the combustor 2 and the reformer 10 via the raw fuel supply means 24 and 27 is compressed by a motor 29 in order to increase the supply pressure to the combustor 2 and the reformer 10. Pressurized by machine 20. Further, the water 14 is pressurized by the pump 15 in order to increase the pressure of the water vapor 16 generated in the evaporator 12 to the supply pressure to the reformer 10.
[0036]
The raw fuel supply means 24, the raw fuel supply means 27, the reforming steam supply means 46, and the utility steam supply means 18 are provided with a valve 25, a valve 22, a valve 17, and a valve 28, respectively. The flow rate and pressure of the gas or water vapor flowing through 24, 27, 46 and 18 are adjusted.
[0037]
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. At the start of the gas turbine system, the reforming section 10a of the reformer is maintained at a reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or less, and air, that is, oxygen exists therein. The raw fuel compressor 20 maintains the pressure in the raw fuel supply means 21 at the supply pressure to the combustor 2 and the reformer 10, but both the valve 25 and the valve 22 are shut off, and the combustor 2 and the reformer 10 are modified. The raw fuel is not supplied to the mass device 10. Further, the valve 17 of the reforming steam supply means 46 for supplying the steam supply to the reformer 10 is also shut off. At the time of start-up, the compressor 1 of the gas turbine is driven by the starter motor 5, and the pressure of the combustor 2 is gradually increased by gradually increasing the rotational speed of the compressor 1, so that the combustor 2 and the turbine 3 are driven by air. Purged.
[0038]
When the rotational speed of the compressor 1 is about 20% of the rated rotational speed, the valve 25 is opened, the raw fuel is supplied to the combustor 2, ignited in the combustor 2, and the raw fuel is combusted in the combustor 2. To do. Next, the raw fuel flow rate to the combustor 2 is gradually increased, and the generation of output at the turbine 3 is also gradually increased. At an appropriate timing until the rotational speed of the compressor 1 reaches the rated rotational speed, the output from the starter motor 5 is disconnected, and the compressor 1 is driven only by the output of the turbine 3.
[0039]
The supply of raw fuel to the combustor 2 is further gradually increased by the operation of the valve 25. When the rotation speed of the compressor 1 reaches the rated rotation speed, the fuel flow rate of the turbine 3 is adjusted by the operation of the valve 25. The load is rated for rotation. The load is taken out from the turbine 3 by the generator 4, and the load is gradually increased. In addition, the supply amount of the raw fuel is gradually increased by operating the valve 25 in order to keep the rotation speed of the turbine 3 at the rated rotation speed. This eventually reaches the rated load operating state. In the rated load operation state, the temperature of the exhaust gas 9 is normally about 550 ° C. to 600 ° C.
[0040]
At the time of such startup, the temperature of the exhaust gas 9 gradually increases, and therefore the temperature of the reforming part 10a of the reformer 10 also gradually increases from a temperature below the reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or less. The reforming portion 10a is filled or coated with a nickel-based catalyst. It is known that such a nickel-based catalyst is oxidized to nickel oxide and loses its catalytic activity when placed at a temperature higher than that in the presence of oxygen. According to the inventors' experience, the oxidation reaction of nickel becomes remarkable at about 200 ° C., so that the oxidation resistance temperature of the reformer 10 is about 200 ° C. or less. Since air, that is, oxygen exists in the reforming unit 10a at the time of start-up, the catalyst is oxidized when the temperature of the reforming unit 10a exceeds the reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or less in this state. The performance is significantly impaired.
[0041]
In the present embodiment, in order to prevent such oxidation of the catalyst at the time of startup, the valve 17 is closed before the temperature of the reforming unit 10a exceeds the reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or less in the startup process. The valve 22 is opened and the raw fuel, that is, methane is introduced into the reforming unit 10a. As a result, the air existing inside is exhausted into the combustor 2 through the reformed fuel supply means 26. Further, the raw fuel is allowed to flow through the reforming unit 10a for an appropriate time to exhaust the remaining air, that is, residual oxygen almost completely, and then the valve 22 is closed to seal the raw fuel in the reforming unit 10a. At this time, the pressure in the reforming unit 10a is always higher than the pressure in the combustor 2, and there is no back flow from the combustor 2 to the reforming unit 10a in any state of the starting process, and there is no original flow in the reforming unit 10a. When the fuel, that is, methane is sealed, the reformer oxidation resistance temperature of about 200 ° C. or lower is exceeded, and further, the rated load state is reached. For this reason, the inside of the reforming unit 10a is not in an oxidizing atmosphere but is sealed with methane, and can exceed the reformer oxidation temperature of 200 ° C. or lower and reach a reformable temperature of approximately 400 ° C. or higher. The reforming can be started without oxidation of the catalyst.
[0042]
Such sealing with the raw fuel in the reforming unit 10a may be performed in accordance with the ignition timing of the combustor 2 or at a slightly delayed timing, thereby making the reforming unit 10a wider. It is protected from oxidation within the temperature range.
[0043]
In parallel with this, water is supplied to the evaporator 12 by the pump 15, and the generated steam 16 is supplied as utility steam by the utility steam supply means 18.
[0044]
When the turbine 3 reaches the rated load operation due to the combustion of the raw fuel, the valve 17 is opened to guide the steam at a flow rate necessary for reforming the raw fuel to the reformer 10. Further, the steam is guided to the combustor 2 through the reformed fuel supply means 26, and at the same time, the raw fuel in the reforming unit 10a is replaced with steam.
[0045]
Thereafter, the valve 22 is opened to supply the raw fuel at a predetermined flow rate to the reformer 10, the raw fuel is reformed by heat exchange with the exhaust gas 9 in the reformer 10, and the reformed reformed fuel is converted into the combustor 2. To supply. By this operation, the water vapor / methane ratio described later is always kept higher than the water vapor / methane ratio in the steady reforming, so that no carbon deposition occurs in the reforming section 10a. As the reformed fuel is generated in the reformer 10, the flow rate of the raw fuel supplied to the combustor 2 is gradually decreased by the operation of the valve 25. There is no supply of raw fuel. Thereafter, by operating the valve 22 and the valve 17, the flow rates of the raw fuel and the water vapor are adjusted, and the operation according to the load of the turbine 3 is performed.
[0046]
Here, switching from operation by combustion of raw fuel to operation by combustion of reformed fuel has been described as after rated load operation, but such operation switching can be performed by the reformer 10. If the temperature is reached, it is possible even under load operating conditions below the rating.
[0047]
Here, the reforming reaction of the raw fuel in the reformer 10 will be described. The steam reforming reaction of methane, which is the main component of raw fuel, is represented by the following chemical formula.
[0048]
CH₄+ H₂O → 3H₂+ CO (1)
Here, the methane reforming reaction is an endothermic reaction, and the heat used for this reaction, that is, the exhaust heat of the exhaust gas 9 from the turbine 3 in the above-described embodiment is reduced by this reaction. The chemical energy of the fuel increases, and the exhaust heat is recovered from the heat of the exhaust gas. The recovered heat is combusted in the combustor 2 of the gas turbine system as a hydrogen-rich reformed fuel having a higher chemical energy than the raw fuel methane, thereby improving the efficiency and output of the gas turbine system. The
[0049]
In such a methane steam reforming reaction, in order to prevent carbon deposition on the reforming catalyst, an excessive amount of steam is supplied relative to methane than represented by the formula (1). FIG. 2 shows the relationship between the steam / methane ratio, reforming temperature, and carbon deposition, as calculated by the inventors.
[0050]
The graph shown in FIG. 2 is derived from the reforming reaction equilibrium conditions when the pressure is 15 atm, and the steam / methane ratio and reforming temperature conditions are in the region below the curve of the graph. There is a possibility of carbon deposition. As shown in FIG. 2, it can be seen that when the reforming temperature is lower than about 400 ° C., the amount of water vapor necessary for preventing carbon deposition increases rapidly. For this reason, the reformable temperature in the reformer 10 can be said to be approximately 400 ° C. or higher.
[0051]
In this embodiment, in order to prevent oxidation of the catalyst at the time of starting, raw fuel, that is, methane is sealed in the reforming unit 10a, and in this state, the reformer oxidation temperature of about 200 ° C. or less is exceeded. Although the rated load was reached, the valve 17 was opened while the valve 22 was closed, water vapor was passed through the reforming unit 10a, the valve 17 was closed, and the reforming unit 10a was sealed with water vapor. You may do it. At this time, the inside of the reforming unit 10a is not an oxidizing atmosphere, but exceeds the reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or lower in a state where water vapor is sealed, and reaches a reformable temperature of approximately 400 ° C. or higher. For this reason, reforming can be started in the reforming section 10a without oxidation of the catalyst.
[0052]
Further, the valve 22 and the valve 17 are opened, and methane and water vapor are allowed to flow into the reforming unit 10a, and then the valve 22 and the valve 17 are closed, whereby the reforming unit is formed by methane and steam having a high steam / methane ratio. The inside of 10a may be sealed. At this time, the reformer 10a has a reformer oxidation temperature of approximately 200 ° C. or lower and reaches a reformable temperature of approximately 400 ° C. or higher with methane and water vapor that are not in an oxidizing atmosphere sealed. For this reason, reforming can be started without oxidation of the catalyst.
[0053]
In the present embodiment, methane or water vapor is sealed in the reforming unit 10a in order to prevent oxidation of the catalyst at start-up, but the inside of the combustor 2 while performing partial load operation of the turbine 3 is used. In the case of switching from the state in which the raw fuel is burned to the state in which the load is increased and the reformed fuel is burned in the combustor 2, oxidation of the catalyst can be prevented by exactly the same procedure.
[0054]
In the present embodiment, when the load is reduced from the state where the reformed fuel is burned, the temperature of the exhaust gas 9 gradually decreases from about 550 ° C. to 600 ° C. For this reason, the temperature of the reformer 10 also gradually decreases. At this time, before the temperature of the reformer 10 decreases to a reformable temperature of approximately 400 ° C. or higher, the valve 25 is opened and the raw fuel is supplied to the combustor 2 to be combusted. Even if the reforming in the reformer 10 is stopped when the temperature falls below the reformable temperature of about 400 ° C. or higher, the turbine operation can be continued.
[0055]
In this case, the valve 17 is closed before stopping the reforming in the reformer 10, only the raw fuel is supplied into the reforming unit 10a, and then the valve 22 is closed to close the raw material into the reforming unit 10a. Seal the fuel. As a result, the reforming unit 10a is sealed with raw fuel that is not an oxidizing atmosphere, and can pass from the reformable temperature to a temperature lower than the reformer oxidation temperature, thus preventing oxidation of the catalyst. it can. Further, before the reforming in the reformer 10 is stopped, the valve 22 is closed, only the steam is supplied into the reforming unit 10a, and then the valve 17 is closed to seal the steam in the reforming unit 10a. This also prevents the oxidation of the catalyst.
[0056]
Further, by operating the valve 22 and the valve 17, raw fuel and steam having a sufficiently high steam / methane ratio are supplied into the reforming unit 10 a, and then the valve 17 and the valve 22 are closed to provide sufficiently high steam in the reforming unit 10 a. Oxidation of the catalyst can also be prevented by sealing the raw fuel and water vapor with a methane ratio.
[0057]
Further, in the present embodiment, when the operation is stopped from the state in which the reformed fuel is combusted in the combustor 2 with the valve 17 and the valve 22 opened, the valve 17 is closed and the raw fuel is introduced into the reforming unit 10a. The raw fuel is sealed in the reforming portion 10a by supplying only the fuel and then closing the valve 22. By closing the valve 22, the fuel supply to the combustor 2 is cut off, the output of the turbine 3 is reduced, and the rotational speed of the compressor 1 is also reduced, so that the pressure of the combustor 2 is also reduced. When the compressor 1 finally stops rotating, the combustor 2 is filled with atmospheric air. In the process of depressurization to the atmospheric pressure of the combustor 2, the raw fuel sealed in the reforming unit 10a is gradually discharged into the combustor 2, but the reforming is performed even when the gas turbine is stopped. The raw fuel at atmospheric pressure remains in the portion 10a and the reformed fuel supply means 26. For this reason, the reforming part 10a is not in an oxidizing atmosphere but in a state in which the raw fuel is sealed, and can pass up to a temperature equal to or lower than the reformer oxidation temperature, so that oxidation of the catalyst can be prevented. Similarly, the valve 22 is closed immediately before the reforming in the reformer 10 is stopped, and only the steam is supplied into the reforming unit 10a. Thereafter, the valve 17 is closed and the steam is sealed in the reforming unit 10a. This also prevents the oxidation of the catalyst. Further, by operating the valve 22 and the valve 17, raw fuel and steam having a sufficiently high water vapor / methane ratio are supplied into the reforming unit 10a, and then the valve 17 and the valve 22 are closed to provide sufficiently high steam / methane in the reforming unit 10a. Oxidation of the catalyst can also be prevented by sealing the methane ratio raw fuel and water vapor.
[0058]
In the present embodiment, the reforming rate of the raw fuel can be adjusted by adjusting the amount of water vapor supplied to the reformer 10. For example, if the supply amount of water vapor is set to 0, the raw fuel is not reformed, but is simply supplied to the combustor 2 after the heat exchange with the exhaust gas 9 in the reformer 10. In this case, the exhaust heat recovery rate from the exhaust gas 9 is reduced, and the amount of steam supplied to the utility is increased, instead of the power generated by the gas turbine system, that is, the amount of power generation. Thus, in the present embodiment, a so-called thermoelectric variable system that adjusts the generation ratio of power (electric power) and water vapor (heat) according to the form of use can be realized.
[0059]
In the present embodiment, it has been described that air 6 is used for combustion in the combustor 2, but a fluid containing oxygen having a composition other than air, for example, a fluid composed of oxygen and carbon dioxide, or oxygen and argon The effects of the present invention can be obtained in the same manner by using a fluid having many other compositions such as a fluid made of or a fluid made of oxygen and helium.
[0060]
Thus, according to the present embodiment, the reformer can be reformed by increasing the temperature of the reformer at the time of starting the turbine without performing auxiliary combustion as in the prior art. Furthermore, the operation can be performed without causing deterioration in the reforming performance due to oxidation of the reforming catalyst in any state of starting, increasing the load, decreasing the load, and stopping the operation. In addition, exhaust gas recovery by reforming raw fuel significantly improves the efficiency and output of the gas turbine system, and a gas turbine system with variable thermoelectric power can be realized.
[0061]
Second embodiment
FIG. 3 shows a system diagram of a gas turbine system according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 3, at least one of inert gas such as nitrogen, argon, or carbon dioxide is supplied to the reforming unit 10a by the supply means 30, and the supply means 30 has a valve. 31 is provided, and the others are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
[0062]
In FIG. 3, gas sealing of the reforming unit 10 a for preventing oxidation of the catalyst is performed by at least one of nitrogen, inert gas, and carbon dioxide from the supply unit 30. A valve 31 is used to prevent backflow from the combustor 2. In general, inert gases such as nitrogen and argon, and carbon dioxide are superior to methane and water vapor as an environment for preventing oxidation. For this reason, in the present embodiment, it is possible to more reliably prevent the reforming catalyst from being oxidized in each operation state of the start of the gas turbine, the increase in load, the decrease in load, and the operation stop, thereby further improving the reliability of the gas turbine system. Can be increased.
[0063]
Third embodiment
FIG. 4 shows a system diagram of a gas turbine system according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment shown in FIG. 4, the valve 32 is provided in the reformed fuel supply means 26 between the reformer 10 a and the combustor 2. Others are substantially the same as those of the second embodiment shown in FIG.
[0064]
In the present embodiment, the procedures for starting the turbine 3, increasing the load, reducing the load, and stopping the operation are substantially the same as those in the first and second embodiments. When the mass portion 10a is sealed with a gas other than an oxidizing atmosphere, the valve 32 is shut off. Thus, for example, even when the pressure in the combustor 2 increases due to combustion vibration or sudden combustion in the combustor 2, the inside of the reforming unit 10 a can be protected from the oxidizing atmosphere regardless of the state of the combustor 2. . For this reason, it is possible to more reliably prevent the oxidation of the catalyst in the reforming unit 10a in each operation state of the turbine 3, such as start-up, load increase, load decrease, and operation stop, and further improve the reliability of the gas turbine system. Can do.
[0065]
Fourth embodiment
FIG. 5 shows a system diagram of a gas turbine system according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment shown in FIG. 5, the steam supply means 34 is provided between the utility steam supply means 18 and the combustor 2, the valve 33 is attached to the steam supply means 34, and the upstream side of the compressor 20. A desulfurizer 35 for adsorbing sulfur compounds contained in the raw fuel is provided. Others are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
[0066]
In this embodiment, the procedures for starting the gas turbine, increasing the load, reducing the load, and stopping the operation are substantially the same as those in the first embodiment, but in the present embodiment, the evaporator 12 By supplying the generated steam to the combustor 2 by the steam supply means 34, the output and efficiency of the turbine 3 can be further improved. Further, by removing sulfur compounds contained in the raw fuel by the desulfurizer 35, the poisoning of the catalyst in the reforming unit 10a is prevented, and in each operation state of the turbine start-up, load increase, load decrease, and shutdown, the gas turbine The reliability of the system can be further increased.
[0067]
Fifth embodiment
FIG. 6 shows a system diagram of a gas turbine system according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment shown in FIG. 6, the raw fuel supply means 27 is connected to the upstream side of the compressor 20, and the raw fuel is pressurized by an ejector 36 using steam from the evaporator 12. Is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS.
[0068]
In the present embodiment, the procedures for starting the turbine, increasing the load, decreasing the load, and stopping the operation are substantially the same as those in the first embodiment. When the reformed fuel is burned, the driving power of the compressor 20 is not required to pressurize the raw fuel with the ejector 36 and supply it to the reformer 10. For this reason, the output and efficiency as a gas turbine system are further improved.
[0069]
Sixth embodiment
FIG. 7 shows a system diagram of a gas turbine system according to the sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment shown in FIG. 7, the raw fuel supply means 26 is connected to the upstream side of the compressor 20, and the reformed fuel supply means 26 is provided with a compressor 40 driven by the motor 4. Others are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
[0070]
In the present embodiment, the procedures for starting the gas turbine, increasing the load, decreasing the load, and stopping the operation are substantially the same as those in the first embodiment. Since the compressor 40 for pressurizing the reformed fuel is provided between the reformer 10 and the combustor 2, the reforming of the raw fuel in the reformer 10 is performed at a pressure much lower than the pressure in the combustor 2. Can be done.
[0071]
In general, the reforming reaction of methane, which is a raw fuel, is affected by the pressure during reforming. FIG. 8 shows the relationship between the reforming rate of methane and the pressure calculated by the inventors. Here, the reforming rate indicates the proportion of methane that has been converted to hydrogen and carbon monoxide in the methane supplied as the raw fuel. The higher the reforming rate, the higher the reforming rate from hydrogen and carbon monoxide. More conversion to
[0072]
As shown in FIG. 8, it is understood that the lower the pressure, the higher the reforming rate, and the conversion from raw fuel methane to hydrogen and carbon monoxide proceeds. As the reforming rate is high and the conversion from methane to hydrogen and carbon monoxide increases, the amount of exhaust heat recovered from the exhaust gas 9 also increases, and the efficiency and output of the gas turbine system are improved.
[0073]
As described above, in the present embodiment, the operation can be performed without causing the deterioration of the reforming performance due to the oxidation of the reforming catalyst in any state at the time of start-up, load increase, load decrease, and operation stop. it can. Therefore, by reforming the raw fuel at a pressure lower than the pressure in the combustor, exhaust heat recovery can be further enhanced, and the efficiency and output of the gas turbine system can be improved.
[0074]
Seventh embodiment
FIG. 9 shows a system diagram of a gas turbine system according to the seventh embodiment of the present invention. In the seventh embodiment shown in FIG. 9, a steam supply means 43 is provided between the utility steam supply means 18 and the combustor 2, a valve 42 is provided in the steam supply means 43, and a raw fuel supply means 27 is provided. A desulfurizer 44 for adsorbing and desulfurizing sulfur compounds contained in the raw fuel is provided. Others are substantially the same as the sixth embodiment shown in FIG.
[0075]
In the present embodiment, the procedures for starting the turbine, increasing the load, decreasing the load, and stopping the operation are substantially the same as those in the first embodiment, and the reforming is performed at a pressure lower than the pressure of the combustor 2. This is the same as in the sixth embodiment. In the present embodiment, the output and efficiency of the turbine 3 can be further improved by supplying the steam generated in the evaporator 12 to the combustor 2. Further, by removing sulfur compounds contained in the raw fuel by the desulfurizer 44, the reforming catalyst is prevented from being poisoned, and the reliability of the gas turbine system in each operation state of starting, increasing load, decreasing load, and stopping operation of the gas turbine is prevented. The sex can be increased.
[0076]
Eighth embodiment
FIG. 10 shows a system diagram of a gas turbine system according to the eighth embodiment of the present invention. In the eighth embodiment shown in FIG. 10, the raw fuel supply means 27 is connected to the upstream side of the compressor 10, the steam supply means 43 having a valve 42 is connected to the utility steam supply means 18, and the reformed fuel is supplied. The ejector 45 is provided in the means 26, and the steam supply means 43 is connected to the ejector 45. Others are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
[0077]
In this embodiment, the procedures for starting, increasing the load, reducing the load, and stopping the operation of the gas turbine are substantially the same as those in the first embodiment, and the reforming is performed at a pressure lower than the pressure of the combustor 2. This is the same as in the sixth embodiment. When the reformed fuel is burned, the ejector 45 is used to pressurize the reformed fuel and supply it to the combustor 2, so that power for driving the compressor is not required. For this reason, the output and efficiency as a gas turbine system are further improved.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the reformer can be reformed by increasing the temperature of the reformer when starting the gas turbine without performing auxiliary combustion as in the prior art. In addition, the system can be operated without degradation of reforming performance due to oxidation of the reforming catalyst in any state of startup, load increase, load decrease, or shutdown, and exhaust heat recovery by raw fuel reforming As a result, the efficiency and output of the gas turbine system can be improved. Moreover, the thermoelectric gas turbine system which can adjust the ratio of the output of electric power and heat by adjusting the reforming rate can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing carbon deposition characteristics in methane reforming.
FIG. 3 is a system diagram of a gas turbine system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram of a gas turbine system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a system diagram of a gas turbine system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a system diagram of a gas turbine system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a system diagram of a gas turbine system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the pressure dependence characteristics of the methane reforming rate.
FIG. 9 is a system diagram of a gas turbine system according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a system diagram of a gas turbine system according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Compressor
2 Combustor
3 Turbine
4 Generator
10 Reformer
10a reforming section
12 Evaporator
15 Pump
17 Valve
18 Utility steam supply means
20 Compressor
21 Raw fuel supply means
22 Valve
24 Raw fuel supply means
25 Valve
26 Reformed fuel supply means
27 Raw fuel supply means
28 Valve
31 Valve
32 valves
33 Valve
34 Water vapor supply means
35 Desulfurizer
36 Ejecta
40 Compressor
41 motor
42 Valve
43 Water vapor supply means
44 Desulfurizer
45 Ejecta
46 Steam supply means for reforming

Claims

燃焼用の酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、酸素を含む流体によって燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンと、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として原燃料を化学的に改質する改質器と、改質器内の改質燃料を燃焼器に供給する改質燃料供給手段と、燃焼器に原燃料を供給する原燃料供給手段とを備えたガスタービンシステムの運転方法において、
ガスタービン運転開始時あるいは改質器が改質可能温度に達するまでの部分負荷運転時には、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程と、
原燃料の流量を増加させ、タービンからの排ガス温度を上昇させることによって、改質器が改質可能温度に達した後に、改質器で改質された改質燃料を改質燃料供給手段により燃焼器に供給する工程とを備え、
ガスタービン運転開始時あるいは改質器が改質可能温度に達するまでの部分負荷運転時であって、改質器の酸化温度に達する前から改質を行うまでの間、改質器に原燃料あるいは水蒸気のうち少なくともいずれか一方を通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。A compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a combustor that burns fuel with the fluid containing oxygen, a turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power, and at least a part of the exhaust gas of the turbine A reformer that chemically reforms the raw fuel as a heat source, a reformed fuel supply means that supplies the reformed fuel in the reformer to the combustor, and a raw fuel supply means that supplies the raw fuel to the combustor In a method for operating a gas turbine system comprising:
A step of supplying raw fuel to the combustor by raw fuel supply means at the start of gas turbine operation or during partial load operation until the reformer reaches a reformable temperature ;
After the reformer reaches the reformable temperature by increasing the flow rate of the raw fuel and raising the exhaust gas temperature from the turbine , the reformed fuel reformed by the reformer is supplied by the reformed fuel supply means. A process of supplying to the combustor,
Gas turbine operation at the start or reformer a partial load operation to reach a reformable temperature, between before reaching the oxidation temperature of the reformer until the reforming raw fuel to the reformer Or the operation method of the gas turbine system characterized by passing or sealing at least any one of water vapor | steam.

燃焼用の酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、酸素を含む流体によって燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンと、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として原燃料を化学的に改質する改質器と、改質器内の改質燃料を燃焼器に供給する改質燃料供給手段と、燃焼器に原燃料を供給する原燃料供給手段とを備えたガスタービンシステムの運転方法において、
ガスタービン運転開始時あるいは改質器が改質可能温度に達するまでの部分負荷運転時には、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程と、
原燃料の流量を増加させ、タービンからの排ガス温度を上昇させることによって、改質器が改質可能温度に達した後に、改質器で改質された改質燃料を改質燃料供給手段により燃焼器に供給する工程とを備え、
ガスタービン運転開始時あるいは改質器が改質可能温度に達するまでの部分負荷運転時であって、改質器の酸化温度に達する前から改質を行うまでの間、改質器に不活性ガスあるいは二酸化炭素のうち少なくともいずれか一つを通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。A compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a combustor that burns fuel with the fluid containing oxygen, a turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power, and at least a part of the exhaust gas of the turbine A reformer that chemically reforms the raw fuel as a heat source, a reformed fuel supply means that supplies the reformed fuel in the reformer to the combustor, and a raw fuel supply means that supplies the raw fuel to the combustor In a method for operating a gas turbine system comprising:
A step of supplying raw fuel to the combustor by raw fuel supply means at the start of gas turbine operation or during partial load operation until the reformer reaches a reformable temperature ;
After the reformer reaches the reformable temperature by increasing the flow rate of the raw fuel and raising the exhaust gas temperature from the turbine , the reformed fuel reformed by the reformer is supplied by the reformed fuel supply means. A process of supplying to the combustor,
Gas turbine operation at the start or reformer a partial load operation to reach a reformable temperature, between before reaching the oxidation temperature of the reformer until the reforming, reformer inert A method for operating a gas turbine system, characterized by passing or sealing at least one of gas and carbon dioxide.

改質器の改質可能温度は４００℃以上であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のガスタービンシステムの運転方法。 The method for operating a gas turbine system according to claim 1, wherein the reformable temperature of the reformer is 400 ° C. or higher.

改質器の耐酸化温度はほぼ２００℃以下であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のガスタービンシステムの運転方法。 The method for operating a gas turbine system according to claim 1, wherein the oxidation resistance temperature of the reformer is approximately 200 ° C. or less.

燃焼用の酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、酸素を含む流体によって燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンと、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として原燃料を化学的に改質する改質器と、改質器内の改質燃料を燃焼器に供給する改質燃料供給手段と、燃焼器に原燃料を供給する原燃料供給手段とを備えたガスタービンシステムの運転方法において、
タービンの負荷低下時あるいは運転停止時には、改質器で改質燃料を燃焼器に供給する工程と、
原燃料の流量を減少させ、タービンからの排ガス温度を低下させることによって、改質器が改質可能温度より低い温度まで下がった後に、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程とを備え、
負荷低下時あるいは運転停止時であって、改質器で改質を停止してから改質器の酸化温度以下の温度に至るまで、改質器に原燃料あるいは水蒸気のうち少なくともいずれか一方を通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。A compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a combustor that burns fuel with the fluid containing oxygen, a turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power, and at least a part of the exhaust gas of the turbine A reformer that chemically reforms the raw fuel as a heat source, a reformed fuel supply means that supplies the reformed fuel in the reformer to the combustor, and a raw fuel supply means that supplies the raw fuel to the combustor In a method for operating a gas turbine system comprising:
A step of supplying reformed fuel to the combustor at the reformer when the load of the turbine is reduced or the operation is stopped;
Supplying the raw fuel to the combustor by the raw fuel supply means after the reformer has been lowered to a temperature lower than the reformable temperature by reducing the flow rate of the raw fuel and lowering the temperature of the exhaust gas from the turbine ; With
A or when the operation is stopped when the load is lowered, stop the reforming in the reformer up to the oxidation temperature below the temperature of the reformer, at least one of a raw fuel or steam to the reformer A method for operating a gas turbine system, characterized by passing or sealing.

燃焼用の酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、酸素を含む流体によって燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンと、タービンの排ガスの少なくとも一部を熱源として原燃料を化学的に改質する改質器と、改質器内の改質燃料を燃焼器に供給する改質燃料供給手段と、燃焼器に原燃料を供給する原燃料供給手段とを備えたガスタービンシステムの運転方法において、
タービンの負荷低下時あるいは運転停止時には、改質器で改質燃料を燃焼器に供給する工程と、
原燃料の流量を減少させ、タービンからの排ガス温度を低下させることによって、改質器が改質可能温度より低い温度まで下がった後に、原燃料供給手段により原燃料を燃焼器に供給する工程とを備え、
負荷低下時あるいは運転停止時であって、改質器で改質を停止してから改質器の酸化温度以下の温度に至るまで、改質器に不活性ガスあるいは二酸化炭素のうち少なくともいずれか一つを通流あるいは封止することを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。A compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a combustor that burns fuel with the fluid containing oxygen, a turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power, and at least a part of the exhaust gas of the turbine A reformer that chemically reforms the raw fuel as a heat source, a reformed fuel supply means that supplies the reformed fuel in the reformer to the combustor, and a raw fuel supply means that supplies the raw fuel to the combustor In a method for operating a gas turbine system comprising:
A step of supplying reformed fuel to the combustor at the reformer when the load of the turbine is reduced or the operation is stopped;
Supplying the raw fuel to the combustor by the raw fuel supply means after the reformer has been lowered to a temperature lower than the reformable temperature by reducing the flow rate of the raw fuel and lowering the temperature of the exhaust gas from the turbine ; With
At least one of inert gas and carbon dioxide is applied to the reformer when the load is reduced or when the operation is stopped , until the reformer stops the reforming and reaches a temperature equal to or lower than the oxidation temperature of the reformer. A method of operating a gas turbine system, characterized in that one is passed or sealed.

改質器の改質可能温度が４００℃以上であることを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載のガスタービンシステムの運転方法。 The method for operating a gas turbine system according to claim 5, wherein the reformable temperature of the reformer is 400 ° C. or higher.

上記改質器の耐酸化温度がほぼ２００℃以下であることを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載のガスタービンシステムの運転方法。 The method for operating a gas turbine system according to claim 5, wherein the oxidation resistance temperature of the reformer is approximately 200 ° C. or less.