JP4115659B2 - ガスタービンの燃料供給系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成ガス燃料を使用するガスタービンの燃料供給系パージ装置およびパージの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃料として、石炭または石油残渣油をガス化した合成ガス燃料を使用するものがある。合成ガス燃料を使用するガスタービンにおいては、ある運転条件を確立してから合成ガス燃料を使用するようにしている。
【０００３】
すなわち、通常運転時には合成ガス燃料を使用するが、起動時や試運転時または合成ガス製造設備のトラブル時には液体燃料を使用する。そして、ある程度の合成ガスの運転条件が確立されてから液体燃料と合成ガス燃料との切り替えを行っている。また、ガスタービン停止時も合成ガス燃料から液体燃料に切り替えてから運転を停止させるようになっている。
【０００４】
図８は、合成ガス燃料を使用する従来のガスタービンの燃料供給系の系統図である。合成ガス燃料は合成ガス燃料供給系１５から供給されガスタービン燃焼器１３に供給される。すなわち、合成ガス燃料は、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９を経由してガスタービン燃焼器１３に供給され、燃焼ノズル１４で燃焼する。
【０００５】
また、図示省略の液体燃料供給系からの液体燃料の使用時には、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じられ、ガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４には空気供給系１６から高温のパージ用空気が供給される。これは、ガスタービン燃焼器１３内での液体燃料の燃焼による火炎から燃料ノズル１４を保護すると共に、燃料ノズル１４が閉塞するのを防止するためである。
【０００６】
パージ用空気は空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３を介してガスタービン燃焼器１３に供給され、その空気圧力は圧力スイッチ３２で検出され、また、空気圧力の異常時や燃料切替時に配管内のパージ用空気を大気放出弁３１から放出できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題】
ところが、このようなガスタービンの燃料供給系では、液体燃料から合成ガス燃料への切り替えの際には、燃料流量調整弁２９とガスタービン燃焼器１３との間の配管にパージ用の高温空気が存在する状態となるので、この状態で燃料流量調整弁２９を開くと、合成ガス燃料とパージ用の高温のパージ用空気とが接触して爆発する危険性がある。これは、合成ガス燃料中には自然着火温度の低い水素等が含まれており、自然着火温度の低い水素等と高温のパージ用空気中の酸素とが反応を起こすことがあるからである。
【０００８】
また、合成ガス燃料から液体燃料への切り替え時においても、燃料流量調整弁２９とガスタービン燃焼器１３との間の配管に合成ガス燃料が存在する状態となるので、この状態で空気案内弁３０と空気供給弁３３とを開くと、合成ガス燃料とパージ用空気とが接触して爆発する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することを防ぐことができるガスタービンの合成ガス燃料供給系を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記補助燃料供給弁と前記燃料供給弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、合成ガス燃料から液体燃料への燃料切り替えで、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され、液体燃料による運転となったときは、空気供給系は燃料ノズルの保護のため燃料ノズルにパージ用空気を供給する。そして、空気供給系により燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときには、不活性ガス供給系は、合成ガス燃料供給系の補助燃料供給弁と燃料供給弁との間に不活性ガスを供給し、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐ。
【００１２】
請求項２の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記燃料供給弁と前記燃料遮断弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、合成ガス燃料から液体燃料への燃料切り替えで、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され、液体燃料による運転となったときは、空気供給系は燃料ノズルの保護のため燃料ノズルにパージ用空気を供給する。そして、空気供給系により燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときには、不活性ガス供給系は、合成ガス燃料供給系の燃料供給弁と燃料遮断弁との間に不活性ガスを供給し、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐ。
【００１４】
請求項３の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、請求項１または請求項２の発明において、前記不活性ガス供給系は、不活性ガス圧力が一定となるように不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、不活性ガス圧力が低下した場合には、不活性ガスを供給して圧力を回復させる。
【００１６】
請求項４の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、請求項１または請求項２の発明において、前記不活性ガス供給系は、不活性ガス流量に基づいて不活性ガスの供給を確認することを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、不活性ガスでパージを行っているときに不活性ガス流量を検知して、不活性ガスが確実に流れていることを確認する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。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の燃料供給系の系統図である。
【００１９】
合成ガス燃料は、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９および燃料供給弁２３、さらに燃料遮断弁２４および燃料流量調整弁２９を通ってガスタービン燃焼器１３に供給される。補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間には、フレアー放出弁２０ａおよび逆止弁２０ｂより構成されたフレアー放出系が設けられ、このフレアー放出系はフレアースタック２１に接続されている。逆止め弁２０ｂとフレアースタック２１との間にはガス分析器２７ｃが設けられている。
【００２０】
一方、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間には大気放出弁２５および圧力スイッチ２８が設けられている。また大気放出弁２５は大気放出系２６に接続され、この大気放出系２６にはガス分析器２７ａが設けられている。
【００２１】
空気供給系１６はパージ用空気を供給するものであり、パ−ジ用空気は空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３を通って燃料流量調整弁２９の後流側に接続されてガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。空気案内弁３０の後流側には大気放出弁３１および圧力スイッチ３２が設けられている。また、大気放出弁３１の後流側にはガス分析記２７ｂが設けられている。
【００２２】
不活性ガス供給系１７は不活性ガスを供給するものであり、不活性ガスは不活性ガス圧力調整弁３４ａから供給され、パージ弁３５通って合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間の配管に供給される。不活性ガス圧力調整弁３４ａとパージ弁３５との間には不活性ガスの圧力を検出する圧力スイッチ３６ａおよび不活性ガスの流量を検出する流量計３７ａが設けられている。
【００２３】
いま、図１に示すように、ガスタービンが液体燃料で運転されているとすると、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。一方、空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３は開いており、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給している。
【００２４】
不活性ガス供給系１７からの不活性ガスは、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との配管の間に供給される。この場合、一旦、フレアー放出弁２０ａが開けられ、残留合成ガス燃料をフレアースタック２１にて大気へ放出する。そして、ガス分析器２７ｃにて補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間の配管の残留合成ガスが不活性ガスにより置換されたことを確認し、これが完了するとフレアー放出弁２０ａを閉じる。
【００２５】
圧力スイッチ３６ａは不活性ガスの圧力を検知し、不活性ガス圧力が低下したときは不活性ガスが漏れたと判断する。または、流量計３７ａにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れているか否かを確認する。
【００２６】
合成ガス燃料系１５の圧力計２２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。図１の状態（液体燃料運転時）では、合成ガス燃料とパージ用空気との間に不活性ガスを挟むことになり、これによって、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することがないようにしている。
【００２７】
次に、液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替えについて説明する。図２は液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図であり、燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４とを開いた状態を示している。
【００２８】
液体燃料運転中は、不活性ガス供給系１７により、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間には不活性ガスが満たされている状態であるから、燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４とを開くことによって、燃料流量調整弁２９までの配管区間には不活性ガスが満たされることとなる。
【００２９】
この場合、大気放出弁２５は一旦開とし、ガス分析器２７ａによって燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間に不活性ガスが充満されたか否かの確認を行い、確認ができたときは大気放出弁２５を閉じる。
【００３０】
この状態でも、ガスタービンは液体燃料で運転しているので、図１の状態と同様に補助燃料供給弁１９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。そして、空気案内弁３０および空気供給弁３３を閉じ、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に流すのを停止させる。
【００３１】
次に、図３に示すように、燃料流量調整弁２９を徐々に開き、不活性ガスをガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に流すと共に、空気供給弁３３も開き、パージ空気配管区間の高温パージ空気を不活性ガスによって置換する。すなわち、空気供給系１７の大気放出弁３１を開き、合成ガス燃料供給系１５から空気案内弁３０までの配管区間に残された空気を排出し不活性ガスと置換する。不活性ガスと置換された否かはガス分析器２７ｂにて確認し、不活性ガスで置換されたと確認されると大気放出弁３１を閉じる。
【００３２】
ここで、この燃料の切替時においても、不活性ガス供給系１７の圧力スイッチ３６ａは、不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判明し、または流量計３７ａにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れのある可否かを確認できる。また、圧力計２２、２８、３２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。
【００３３】
また、燃料の切替時においても、合成ガス燃料とパージ高温のパージ用空気は不活性ガスを間に挟むことにあり、これによって、直接接触することはないので、爆発する危険が防止できる。
【００３４】
燃料の切り替えが完了すると、図４に示すように、合成ガス燃料での運転となる。合成ガス燃料での運転状態では、不活性ガス供給系１７の圧力調整弁３４ａおよびパージ弁３５はともに閉じられ、不活性ガスは圧力調整弁３４ａで遮断される。合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は開いており、合成ガス燃料はこれらの弁を通ってガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。
【００３５】
また、空気供給系の空気案内弁３０、空気供給弁３３ともに閉じられ、パージ用空気は空気案内弁３０で遮断される。一方、空気案内弁３０と空気供給弁３３の間に不活性ガスが満たされている。図４の状態でも合成ガス燃料とパージ用空気とは不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００３６】
ここで、合成ガス燃料から液体燃料に切り替えて運転する場合も、同様に合成ガス燃料と高温パージ空気とは不活性ガスを間に挟むことになるので、これによって、直接接触することはない。従って、合成ガス燃料と高温のパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐことができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系の系統図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１７に代えて、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁弁２４との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１８を設けたものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
不活性ガス供給系１８では、不活性ガスが不活性ガス圧力調整弁３４ｂから供給され、パージ弁３８ａ通って合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４との間に供給される。不活性ガス圧力調整弁３４ｂの下流側には圧力スイッチ３６ｂおよび流量計３７ｂが設けられている。流量計３７ｂの下流からパージ弁３８ｂにてフレアー放出系にバイパスとして接続されている。
【００３９】
図５は液体燃料での運転時を示している。液体燃料での運転時は、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。一方、空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３は開けており、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給している。また、不活性ガス供給系１８からの不活性ガスは、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４との間の配管に供給されている。
【００４０】
この状態で、液体燃料から混合ガス燃料に切り替えを行う場合には、燃料供給弁２３とフレアー放出弁２０ａとを開き、燃料遮断弁２４と補助燃料供給弁１９との間の配管に不活性ガスを供給して、この配管区間に残された合成ガス燃料と置換する。そして、ガス分析器２７ｃにて補助燃料供給弁１９と燃料遮断弁２４との間の配管に不活性ガスが充填されたことを確認して、燃料供給弁２３およびフレアー放出弁２０ａを共に閉じる。
【００４１】
その後に、燃料遮断弁２４と大気放出弁２５とを開き、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間の配管に不活性ガスを供給し、この配管区間に残された合成ガス燃料と置換する。そして、ガス分析器２７ａにて燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間の配管に残留合成ガス燃料が不活性ガスにより置換されたことを確認した後に、燃料遮断弁２４と大気放出弁２５とを共に閉じる。
【００４２】
圧力スイッチ３６ｂは不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判断する。また流量計３７ｂにて不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れがあるか否かを確認する。また、圧力計２２、２８も圧力計３６ｂと同様の機能を有する。図５の状態では、合成ガス燃料とパージ用空気は不活性ガスを間に挟むことになり、これによって、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することはないようにしている。
【００４３】
図６は液体燃料から合成ガス燃料への燃料切替の開始時を示している。ガスタービンは液体燃料で運転しているので、図５の状態と同様に補助燃料供給弁１９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。また、不活性ガス供給系１８により、補助燃料供給弁１９と燃料流量調整弁２９との間の配管には不活性ガスが満たされている。
【００４４】
この状態で、液体燃料から合成ガス燃料への切替を開始するには、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９とを開く。これによって、ガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に不活性ガスを流す。同時に空気案内弁３０を閉じ、大気放出弁３１を開き、不活性ガスが空気案内弁３０までの空気供給系配管区間に残留空気を大気へ追い出し、ガス分析器２７ｂによって空気供給系１６内に不活性ガスが充満されることを確認する。この確認によって、不活性ガスが満たされると、再び大気排出弁３１を閉じ大気供給弁３３も閉じる。
【００４５】
液体燃料から合成ガス燃料への切替時においても、圧力スイッチ３６ｂは不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判定できる。また流量計３７ｂにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れのあることの確認が行える。圧力計２２、２８、３２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。図６の状態でも図５の状態と同様に、合成ガス燃料とパージ用空気とは、不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００４６】
図７は合成ガス燃料での運転時の状態を示している。この状態では、不活性ガス供給系１８の圧力調整弁３４ｂとパージ弁３８ａともに閉じられ、不活性ガスは圧力調整弁３４ｂまで供給された状態で遮断されている。合成ガス燃料供給系１５は、補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９が開いており、合成ガス燃料はこれらの弁を通ってガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。
【００４７】
空気供給系１６の空気案内弁３０、空気供給弁３３ともに閉じられ、パージ用空気は空気案内弁３０まで供給された状態で遮断されている。一方、空気案内弁３０と空気供給弁３３との間に不活性ガスが満たされている。この場合も合成ガス燃料と空気とは不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００４８】
ここで、合成ガス燃料から液体燃料に切り替えて運転する場合も、同様に合成ガス燃料と高温パージ空気とは不活性ガスを間に挟むことになるので、これによって、直接接触することはない。従って、合成ガス燃料と高温のパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合成ガス燃料を使用するガスタービンの燃料供給系において、燃料供給系に不活性ガス供給系を設けることによって、液体燃料から合成ガス燃料への切り替え時、またはその反対の燃料切り替え時に、合成ガス燃料とパージ用空気との間に不活性ガスを挟むことによって、合成燃料ガスとパージ用空気とが直接接触するのを防ぐことが可能となる。
【００５０】
また、不活性ガス供給系の不活性ガスの圧力を検知し、不活性ガス圧力が低下した場合に不活性ガス供給弁を開いて不活性ガスを供給し、不活性ガス供給系の圧力を保持することが可能となる。さらに、不活性ガス供給系の不活性ガスの流量を検知し、不活性ガス流量が低下した場合に不活性ガス供給弁を開いて、不活性ガス流量を増加させ、不活性ガス供給系の流量を保持することが可能となる。
【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の燃料供給系の系統図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替えの際のパージ用空気を不活性ガスで置換する場合のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料から合成ガス燃料への切り替え完了状態を示すガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料から合成ガス燃料への切り替え完了状態を示すガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図８】合成ガス燃料を使用する従来のガスタービンの燃料供給系の系統図
【符号の説明】
１３：ガスタービン燃焼器、１４：燃料ノズル、１５：燃料供給系、１６：空気供給系、１７：不活性ガス供給系、１８：不活性ガス供給系、１９：補助燃料供給弁、２０ａ：フレアー放出弁、２０ｂ：逆止め弁、２１：フレアースタック、２２：圧力スイッチ、２３：燃料供給弁、２４：燃料遮断弁、２５：大気放出弁、２６：大気放出系、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ：ガス分析器、２８：圧力スイッチ、２９：燃料流量調整弁、３０；空気案内弁、３１：大気放出弁、３２：圧力スイッチ、３３：空気供給弁、３４ａ、３４ｂ：圧力調整弁、３５：パージ弁、３６ａ、３６ｂ：圧力スイッチ、３７ａ、３７ｂ：流量計、３８ａ、３８ｂ：パージ弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成ガス燃料を使用するガスタービンの燃料供給系パージ装置およびパージの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃料として、石炭または石油残渣油をガス化した合成ガス燃料を使用するものがある。合成ガス燃料を使用するガスタービンにおいては、ある運転条件を確立してから合成ガス燃料を使用するようにしている。
【０００３】
すなわち、通常運転時には合成ガス燃料を使用するが、起動時や試運転時または合成ガス製造設備のトラブル時には液体燃料を使用する。そして、ある程度の合成ガスの運転条件が確立されてから液体燃料と合成ガス燃料との切り替えを行っている。また、ガスタービン停止時も合成ガス燃料から液体燃料に切り替えてから運転を停止させるようになっている。
【０００４】
図８は、合成ガス燃料を使用する従来のガスタービンの燃料供給系の系統図である。合成ガス燃料は合成ガス燃料供給系１５から供給されガスタービン燃焼器１３に供給される。すなわち、合成ガス燃料は、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９を経由してガスタービン燃焼器１３に供給され、燃焼ノズル１４で燃焼する。
【０００５】
また、図示省略の液体燃料供給系からの液体燃料の使用時には、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じられ、ガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４には空気供給系１６から高温のパージ用空気が供給される。これは、ガスタービン燃焼器１３内での液体燃料の燃焼による火炎から燃料ノズル１４を保護すると共に、燃料ノズル１４が閉塞するのを防止するためである。
【０００６】
パージ用空気は空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３を介してガスタービン燃焼器１３に供給され、その空気圧力は圧力スイッチ３２で検出され、また、空気圧力の異常時や燃料切替時に配管内のパージ用空気を大気放出弁３１から放出できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題】
ところが、このようなガスタービンの燃料供給系では、液体燃料から合成ガス燃料への切り替えの際には、燃料流量調整弁２９とガスタービン燃焼器１３との間の配管にパージ用の高温空気が存在する状態となるので、この状態で燃料流量調整弁２９を開くと、合成ガス燃料とパージ用の高温のパージ用空気とが接触して爆発する危険性がある。これは、合成ガス燃料中には自然着火温度の低い水素等が含まれており、自然着火温度の低い水素等と高温のパージ用空気中の酸素とが反応を起こすことがあるからである。
【０００８】
また、合成ガス燃料から液体燃料への切り替え時においても、燃料流量調整弁２９とガスタービン燃焼器１３との間の配管に合成ガス燃料が存在する状態となるので、この状態で空気案内弁３０と空気供給弁３３とを開くと、合成ガス燃料とパージ用空気とが接触して爆発する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することを防ぐことができるガスタービンの合成ガス燃料供給系を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記補助燃料供給弁と前記燃料供給弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、合成ガス燃料から液体燃料への燃料切り替えで、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され、液体燃料による運転となったときは、空気供給系は燃料ノズルの保護のため燃料ノズルにパージ用空気を供給する。そして、空気供給系により燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときには、不活性ガス供給系は、合成ガス燃料供給系の補助燃料供給弁と燃料供給弁との間に不活性ガスを供給し、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐ。
【００１２】
請求項２の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記燃料供給弁と前記燃料遮断弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、合成ガス燃料から液体燃料への燃料切り替えで、ガスタービン燃焼器の燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され、液体燃料による運転となったときは、空気供給系は燃料ノズルの保護のため燃料ノズルにパージ用空気を供給する。そして、空気供給系により燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときには、不活性ガス供給系は、合成ガス燃料供給系の燃料供給弁と燃料遮断弁との間に不活性ガスを供給し、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐ。
【００１４】
請求項３の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、請求項１または請求項２の発明において、前記不活性ガス供給系は、不活性ガス圧力が一定となるように不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、不活性ガス圧力が低下した場合には、不活性ガスを供給して圧力を回復させる。
【００１６】
請求項４の発明に係わるガスタービンの燃料供給系は、請求項１または請求項２の発明において、前記不活性ガス供給系は、不活性ガス流量に基づいて不活性ガスの供給を確認することを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明に係わるガスタービンの燃料供給系においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、不活性ガスでパージを行っているときに不活性ガス流量を検知して、不活性ガスが確実に流れていることを確認する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。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の燃料供給系の系統図である。
【００１９】
合成ガス燃料は、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９および燃料供給弁２３、さらに燃料遮断弁２４および燃料流量調整弁２９を通ってガスタービン燃焼器１３に供給される。補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間には、フレアー放出弁２０ａおよび逆止弁２０ｂより構成されたフレアー放出系が設けられ、このフレアー放出系はフレアースタック２１に接続されている。逆止め弁２０ｂとフレアースタック２１との間にはガス分析器２７ｃが設けられている。
【００２０】
一方、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間には大気放出弁２５および圧力スイッチ２８が設けられている。また大気放出弁２５は大気放出系２６に接続され、この大気放出系２６にはガス分析器２７ａが設けられている。
【００２１】
空気供給系１６はパージ用空気を供給するものであり、パ−ジ用空気は空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３を通って燃料流量調整弁２９の後流側に接続されてガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。空気案内弁３０の後流側には大気放出弁３１および圧力スイッチ３２が設けられている。また、大気放出弁３１の後流側にはガス分析記２７ｂが設けられている。
【００２２】
不活性ガス供給系１７は不活性ガスを供給するものであり、不活性ガスは不活性ガス圧力調整弁３４ａから供給され、パージ弁３５通って合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間の配管に供給される。不活性ガス圧力調整弁３４ａとパージ弁３５との間には不活性ガスの圧力を検出する圧力スイッチ３６ａおよび不活性ガスの流量を検出する流量計３７ａが設けられている。
【００２３】
いま、図１に示すように、ガスタービンが液体燃料で運転されているとすると、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。一方、空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３は開いており、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給している。
【００２４】
不活性ガス供給系１７からの不活性ガスは、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との配管の間に供給される。この場合、一旦、フレアー放出弁２０ａが開けられ、残留合成ガス燃料をフレアースタック２１にて大気へ放出する。そして、ガス分析器２７ｃにて補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間の配管の残留合成ガスが不活性ガスにより置換されたことを確認し、これが完了するとフレアー放出弁２０ａを閉じる。
【００２５】
圧力スイッチ３６ａは不活性ガスの圧力を検知し、不活性ガス圧力が低下したときは不活性ガスが漏れたと判断する。または、流量計３７ａにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れているか否かを確認する。
【００２６】
合成ガス燃料系１５の圧力計２２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。図１の状態（液体燃料運転時）では、合成ガス燃料とパージ用空気との間に不活性ガスを挟むことになり、これによって、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することがないようにしている。
【００２７】
次に、液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替えについて説明する。図２は液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図であり、燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４とを開いた状態を示している。
【００２８】
液体燃料運転中は、不活性ガス供給系１７により、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間には不活性ガスが満たされている状態であるから、燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４とを開くことによって、燃料流量調整弁２９までの配管区間には不活性ガスが満たされることとなる。
【００２９】
この場合、大気放出弁２５は一旦開とし、ガス分析器２７ａによって燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間に不活性ガスが充満されたか否かの確認を行い、確認ができたときは大気放出弁２５を閉じる。
【００３０】
この状態でも、ガスタービンは液体燃料で運転しているので、図１の状態と同様に補助燃料供給弁１９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。そして、空気案内弁３０および空気供給弁３３を閉じ、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に流すのを停止させる。
【００３１】
次に、図３に示すように、燃料流量調整弁２９を徐々に開き、不活性ガスをガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に流すと共に、空気供給弁３３も開き、パージ空気配管区間の高温パージ空気を不活性ガスによって置換する。すなわち、空気供給系１７の大気放出弁３１を開き、合成ガス燃料供給系１５から空気案内弁３０までの配管区間に残された空気を排出し不活性ガスと置換する。不活性ガスと置換された否かはガス分析器２７ｂにて確認し、不活性ガスで置換されたと確認されると大気放出弁３１を閉じる。
【００３２】
ここで、この燃料の切替時においても、不活性ガス供給系１７の圧力スイッチ３６ａは、不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判明し、または流量計３７ａにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れのある可否かを確認できる。また、圧力計２２、２８、３２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。
【００３３】
また、燃料の切替時においても、合成ガス燃料とパージ高温のパージ用空気は不活性ガスを間に挟むことにあり、これによって、直接接触することはないので、爆発する危険が防止できる。
【００３４】
燃料の切り替えが完了すると、図４に示すように、合成ガス燃料での運転となる。合成ガス燃料での運転状態では、不活性ガス供給系１７の圧力調整弁３４ａおよびパージ弁３５はともに閉じられ、不活性ガスは圧力調整弁３４ａで遮断される。合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は開いており、合成ガス燃料はこれらの弁を通ってガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。
【００３５】
また、空気供給系の空気案内弁３０、空気供給弁３３ともに閉じられ、パージ用空気は空気案内弁３０で遮断される。一方、空気案内弁３０と空気供給弁３３の間に不活性ガスが満たされている。図４の状態でも合成ガス燃料とパージ用空気とは不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００３６】
ここで、合成ガス燃料から液体燃料に切り替えて運転する場合も、同様に合成ガス燃料と高温パージ空気とは不活性ガスを間に挟むことになるので、これによって、直接接触することはない。従って、合成ガス燃料と高温のパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐことができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系の系統図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９と燃料供給弁２３との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１７に代えて、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁弁２４との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系１８を設けたものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
不活性ガス供給系１８では、不活性ガスが不活性ガス圧力調整弁３４ｂから供給され、パージ弁３８ａ通って合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４との間に供給される。不活性ガス圧力調整弁３４ｂの下流側には圧力スイッチ３６ｂおよび流量計３７ｂが設けられている。流量計３７ｂの下流からパージ弁３８ｂにてフレアー放出系にバイパスとして接続されている。
【００３９】
図５は液体燃料での運転時を示している。液体燃料での運転時は、合成ガス燃料供給系１５の補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。一方、空気供給系１６の空気案内弁３０および空気供給弁３３は開けており、パージ用空気をガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給している。また、不活性ガス供給系１８からの不活性ガスは、合成ガス燃料供給系１５の燃料供給弁２３と燃料遮断弁２４との間の配管に供給されている。
【００４０】
この状態で、液体燃料から混合ガス燃料に切り替えを行う場合には、燃料供給弁２３とフレアー放出弁２０ａとを開き、燃料遮断弁２４と補助燃料供給弁１９との間の配管に不活性ガスを供給して、この配管区間に残された合成ガス燃料と置換する。そして、ガス分析器２７ｃにて補助燃料供給弁１９と燃料遮断弁２４との間の配管に不活性ガスが充填されたことを確認して、燃料供給弁２３およびフレアー放出弁２０ａを共に閉じる。
【００４１】
その後に、燃料遮断弁２４と大気放出弁２５とを開き、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間の配管に不活性ガスを供給し、この配管区間に残された合成ガス燃料と置換する。そして、ガス分析器２７ａにて燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９との間の配管に残留合成ガス燃料が不活性ガスにより置換されたことを確認した後に、燃料遮断弁２４と大気放出弁２５とを共に閉じる。
【００４２】
圧力スイッチ３６ｂは不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判断する。また流量計３７ｂにて不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れがあるか否かを確認する。また、圧力計２２、２８も圧力計３６ｂと同様の機能を有する。図５の状態では、合成ガス燃料とパージ用空気は不活性ガスを間に挟むことになり、これによって、合成ガス燃料とパージ用空気とが直接接触することはないようにしている。
【００４３】
図６は液体燃料から合成ガス燃料への燃料切替の開始時を示している。ガスタービンは液体燃料で運転しているので、図５の状態と同様に補助燃料供給弁１９は閉じており、合成ガス燃料は補助燃料供給弁１９の上流側まで来ている状態である。また、不活性ガス供給系１８により、補助燃料供給弁１９と燃料流量調整弁２９との間の配管には不活性ガスが満たされている。
【００４４】
この状態で、液体燃料から合成ガス燃料への切替を開始するには、燃料遮断弁２４と燃料流量調整弁２９とを開く。これによって、ガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に不活性ガスを流す。同時に空気案内弁３０を閉じ、大気放出弁３１を開き、不活性ガスが空気案内弁３０までの空気供給系配管区間に残留空気を大気へ追い出し、ガス分析器２７ｂによって空気供給系１６内に不活性ガスが充満されることを確認する。この確認によって、不活性ガスが満たされると、再び大気排出弁３１を閉じ大気供給弁３３も閉じる。
【００４５】
液体燃料から合成ガス燃料への切替時においても、圧力スイッチ３６ｂは不活性ガス圧力を検知し、不活性ガスが漏れた場合は不活性ガス圧力が低下したことで判定できる。また流量計３７ｂにより不活性ガス流量を直接計測し、不活性ガスが漏れのあることの確認が行える。圧力計２２、２８、３２も圧力スイッチ３６ａと同様の機能を有する。図６の状態でも図５の状態と同様に、合成ガス燃料とパージ用空気とは、不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００４６】
図７は合成ガス燃料での運転時の状態を示している。この状態では、不活性ガス供給系１８の圧力調整弁３４ｂとパージ弁３８ａともに閉じられ、不活性ガスは圧力調整弁３４ｂまで供給された状態で遮断されている。合成ガス燃料供給系１５は、補助燃料供給弁１９、燃料供給弁２３、燃料遮断弁２４、燃料流量調整弁２９が開いており、合成ガス燃料はこれらの弁を通ってガスタービン燃焼器１３の燃料ノズル１４に供給される。
【００４７】
空気供給系１６の空気案内弁３０、空気供給弁３３ともに閉じられ、パージ用空気は空気案内弁３０まで供給された状態で遮断されている。一方、空気案内弁３０と空気供給弁３３との間に不活性ガスが満たされている。この場合も合成ガス燃料と空気とは不活性ガスを間に挟むことによって、直接接触することはない。
【００４８】
ここで、合成ガス燃料から液体燃料に切り替えて運転する場合も、同様に合成ガス燃料と高温パージ空気とは不活性ガスを間に挟むことになるので、これによって、直接接触することはない。従って、合成ガス燃料と高温のパージ用空気とが直接接触して爆発するのを防ぐことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合成ガス燃料を使用するガスタービンの燃料供給系において、燃料供給系に不活性ガス供給系を設けることによって、液体燃料から合成ガス燃料への切り替え時、またはその反対の燃料切り替え時に、合成ガス燃料とパージ用空気との間に不活性ガスを挟むことによって、合成燃料ガスとパージ用空気とが直接接触するのを防ぐことが可能となる。
【００５０】
また、不活性ガス供給系の不活性ガスの圧力を検知し、不活性ガス圧力が低下した場合に不活性ガス供給弁を開いて不活性ガスを供給し、不活性ガス供給系の圧力を保持することが可能となる。さらに、不活性ガス供給系の不活性ガスの流量を検知し、不活性ガス流量が低下した場合に不活性ガス供給弁を開いて、不活性ガス流量を増加させ、不活性ガス供給系の流量を保持することが可能となる。
【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の燃料供給系の系統図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替えの際のパージ用空気を不活性ガスで置換する場合のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料から合成ガス燃料への切り替え完了状態を示すガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料運転から合成ガス燃料運転への切り替え開始時のガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンの燃料供給系における液体燃料から合成ガス燃料への切り替え完了状態を示すガスタービンの燃料供給系の系統図。
【図８】合成ガス燃料を使用する従来のガスタービンの燃料供給系の系統図
【符号の説明】
１３：ガスタービン燃焼器、１４：燃料ノズル、１５：燃料供給系、１６：空気供給系、１７：不活性ガス供給系、１８：不活性ガス供給系、１９：補助燃料供給弁、２０ａ：フレアー放出弁、２０ｂ：逆止め弁、２１：フレアースタック、２２：圧力スイッチ、２３：燃料供給弁、２４：燃料遮断弁、２５：大気放出弁、２６：大気放出系、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ：ガス分析器、２８：圧力スイッチ、２９：燃料流量調整弁、３０；空気案内弁、３１：大気放出弁、３２：圧力スイッチ、３３：空気供給弁、３４ａ、３４ｂ：圧力調整弁、３５：パージ弁、３６ａ、３６ｂ：圧力スイッチ、３７ａ、３７ｂ：流量計、３８ａ、３８ｂ：パージ弁
Claims (4)
- 合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記補助燃料供給弁と前記燃料供給弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とするガスタービンの燃料供給系。
- 合成ガス燃料と液体燃料とを切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給する燃料供給系において、前記合成ガス燃料を補助燃料供給弁および燃料供給弁さらに燃料遮断弁および流量調整弁を介してガスタービンの燃焼器の燃料ノズルに供給する合成ガス燃料供給系と、前記燃料ノズルへの合成ガス燃料の供給が停止され前記液体燃料による運転のときに前記ガスタービン燃焼器の合成ガス燃料の燃料ノズルにパージ用空気を供給する空気供給系と、前記空気供給系により前記燃料ノズルにパージ用空気が供給されているときに前記合成ガス燃料供給系の前記燃料供給弁と前記燃料遮断弁との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを備えたことを特徴とするガスタービンの燃料供給系。
- 前記不活性ガス供給系は、不活性ガス圧力が一定となるように不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービンの燃料供給系。
- 前記不活性ガス供給系は、不活性ガス流量に基づいて不活性ガスの供給を確認することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービンの燃料供給系。
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