JP4130909B2 - ２重燃料焚きガスタービン燃料供給系 - Google Patents

Description

本発明は、２重燃料焚きガスタービンの燃料供給系に関する。

２重燃料焚きガスタービンではガスタービン燃料として合成ガス燃料および液体燃料が使用される。合成ガス燃料とパージ空気とが直接接触することを防ぐため特許文献１に記載のように不活性ガスが用いられる。

この特許文献１では、通常運転時に、ガスタービン燃料として合成ガス燃料を使用し、ガスタービンの起動，試運転およびガス燃料供給系のトラブル時に液体燃料を使用する。さらに、合成ガス燃料を使用できる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燃料切り替えを行っている。また、ガスタービン停止もガス燃料から液体燃料に切替えてから運転を停止させるようになっている。

特許文献１では、合成ガス燃料にて専焼の時、ガス燃料供給系の補助燃料供給弁，燃料供給弁，燃料遮断弁，燃料流量調節弁は開いており、ガス燃料はこれらの弁を通ってガスタービン燃焼器の燃料ノズルに供給される。ガス燃料はパージ供給空気系の空気供給弁の下流側で遮断される。また、空気供給系の空気案内弁，空気供給弁ともに閉じられ、パージ空気は空気案内弁の上流側で遮断される。一方空気案内弁と空気供給弁の間に不活性ガスが満たされている。

このように合成ガス燃料と高温パージ空気の間に不活性ガスを挟むことによって合成ガス燃料と高温パージ空気とが直接接触することを防いでいる。

特開２００２−１２９９８１号公報

ところが、このようなガスタービン燃料供給系では、パージ空気供給系の空気案内弁，空気供給弁および大気放出弁によるそれぞれ、パージ空気，ガス燃料および不活性ガスの漏れを考える必要がある。

パージ空気供給系により供給されるパージ空気は高温高圧であるため、パージ空気供給系の空気供給弁および空気案内弁は高温および高圧に耐える弁となる。しかし、仮にこのような弁のガス漏れを考えた場合、ガスタービンが合成ガス燃料にて専焼の時、合成ガス燃料系の燃料流量調節弁およびパージ空気供給系の空気供給弁の間に満たされている合成ガス燃料は空気供給弁から漏れ、空気供給系の空気案内弁で遮断されている空気は空気案内弁から漏れることにより、空気供給弁と空気案内弁の間で混合する可能性がある。また、大気に放出されている大気放出弁の漏れにより、空気供給弁と空気案内弁の間の圧力が警報限界の圧力でありながら不活性ガス濃度がさがった状態で、空気供給弁から漏れた合成ガス燃料と空気案内弁から漏れた空気が混合する可能性がある。

パージ空気供給系において、空気供給弁と空気案内弁との間の不活性ガスの圧力が仮に低下した場合不活性ガス補給する必要があるが、不活性ガス供給系が無いためガスタービンの連続運転ができなくなる。

また、通常運転時に合成ガスを燃料とするガスタービン燃料供給系において、不活性ガスを連続的に補充することは経済的にも困難である。

本発明の目的は、各弁の漏れを考慮した、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可能なガスタービン燃料供給系を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記に加えて、連続的な運転が可能なガスタービンの燃料供給系を提供することである。

本発明のガス燃料と液体燃料を切り替えてガスタービン燃焼器へ燃料を供給するガスタービン燃料供給は、前記ガス燃料にて専焼の時、及び、ガス燃料から液体燃料に切り替える時、ガス燃料を供給するガス燃料供給系において、ガス燃料遮断弁およびガス燃料圧力調節弁さらにガス燃料流量調節弁を介してガスタービン燃焼器のガス燃料ノズルにガス燃料を供給するガス燃料供給系と、前記ガス燃料ノズルへのガス燃料供給が停止され、前記液体燃料にて専焼の時、及び、液体燃料から前記ガス燃料に切り替える時、液体燃料を供給する液体燃料供給系において、液体燃料遮断弁および液体燃料流量調節弁を備えた液体燃料ポンプさらに液体燃料分流器を介してガスタービン燃焼器の液体燃料ノズルに液体燃料を供給する液体燃料供給系と、前記ガス燃料ノズルと前記ガス燃料流量調節弁との間にパージ空気を供給するパージ空気供給系と前記ガス燃料流量調節弁と前記ガス燃料圧力調節弁の間にパージ用不活性ガスを供給する不活性ガス供給系を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明のガスタービン燃料供給系は、パージ空気を供給するパージ空気供給系は、パージ空気案内弁およびパージ空気供給弁の間に補助パージ空気供給弁を備えたことを特徴とする。この特徴は、前述の特徴と組み合わせ以外に単独でも用いることができる。

また、さらに、本発明のガスタービン燃料供給系は、パージ空気供給系において前記パージ空気案内弁と前記補助パージ空気供給弁の間および、前記補助パージ空気供給弁と前記パージ空気供給弁の間に大気放出弁を備えたことを特徴とする。

また、さらに、本発明のガスタービン燃料供給系は、前記不活性ガス供給系は、液体燃料にて専焼の時、前記ガス燃料流量調節弁と前記ガス燃料遮断弁の間の不活性ガス圧力を一定に保つように不活性ガスを補充できることを特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係わるガスタービン燃料供給系の系統図である。

ガス燃料は、ガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁２４，ガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁２９を通ってガスタービン燃焼器１３のガス燃料ノズル１４に供給される。ガス燃料遮断弁２４とガス燃料圧力調節弁５１の間には、大気放出弁２５ｃとガス分析器２７ｃから構成される大気放出系２６ｃおよび圧力スイッチ２８ｃが設けられ、ガス燃料圧力調節弁５１とガス燃料流量調節弁２９の間には、大気放出弁２５ａとガス分析器２７ａから構成される大気放出系２６ａおよび圧力スイッチ２８ａが設けられている。

一方、液体燃料は、液体燃料供給系４１の液体燃料遮断弁４２，液体燃料流量調節弁
４４を備えた液体燃料ポンプ４３さらに液体燃料分流器４５を通ってガスタービン燃焼器１３の液体燃料ノズル４７に供給される。

パージ空気供給系１６はパージ用空気を供給するものである。ガスタービンの液体燃料焚き時パージ用空気は、パージ空気案内弁３０，補助パージ空気供給弁３１およびパージ空気供給弁３２を通ってガス燃料流量調節弁２９とガス燃料ノズル１４の間に供給される。パージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０と補助パージ空気供給弁３１の間には、大気放出弁２５ｄとガス分析器２７ｄから構成される大気放出系２６ｄおよび圧力スイッチ２８ｄが設けられる。補助パージ空気供給弁３１およびパージ空気供給弁３２の間には、大気放出弁２５ｂとガス分析器２７ｂから構成される大気放出系２６ｂおよび圧力スイッチ２８ｂが設けられている。

不活性ガス供給系１７は、不活性ガスを供給するものである。不活性ガスは、不活性ガス圧力調節弁３４およびパージ弁３３を通ってガス燃料供給系１５のガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁２９の間の配管に供給され、不活性ガス圧力調節弁３４およびパージ弁３５を通ってガス燃料流量調節弁２９およびガスタービン燃焼器１３のガス燃料ノズル１４の間の配管に供給される。不活性ガス供給系１７の不活性ガス圧力調節弁３４とパージ弁３３およびパージ弁３５の間には、不活性ガス圧力を検出する圧力スイッチ３６および不活性ガス流量を検出する流量計３７が設けられている。

いま、図１で示すように、ガスタービンが液体燃料で運転されているとすると、液体燃料供給系４１の液体燃料遮断弁４２，液体燃料流量調節弁４４は開いており、液体燃料ポンプ４３から液体燃料分流器４５を通ってガスタービン燃焼器１３，液体燃料ノズル４７に供給される。一方、ガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁２４，ガス燃料圧力調節弁
５１およびガス燃料流量調節弁２９は閉じており、ガス燃料はガス燃料遮断弁２４の上流側まで来ていることになる。

パージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０，補助パージ空気供給弁３１およびパージ空気供給弁３２が開いており、パージ空気はガス燃料流量調節弁２９とガスタービン燃焼器１３のガス燃料ノズル１４の間に供給されている。

不活性ガス供給系１７の不活性ガス圧力調節弁３４およびパージ弁３３は開いており、不活性ガスがガス燃料供給系１５のガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁
２９の間の配管に供給される。この場合、一旦大気放出系２６ａの大気放出弁２５ａ開けられ、ガス分析器２７ａによりガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁２９の間に残っていたガス燃料が不活性ガスによって置換されたことを確認し、これが完了すると大気放出弁２５ａを閉じる。

圧力スイッチ２８ａはガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁２９の間の圧力を検知し、不活性ガスの圧力が低下したときは不活性ガスが漏れたと判断する。この場合、不活性ガス供給系１７の不活性ガス圧力調節弁３４を調整することによりガス燃料圧力調節弁５１およびガス燃料流量調節弁２９の間の不活性ガスが補充される。また、大気放出弁２５ｃのガス分析器２７ｃによりガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁２４からガス燃料が漏れているか否かを確認し、ガス燃料が漏れた場合警報を発する。

不活性ガス供給系１７の圧力スイッチ３６も、圧力スイッチ２８ａの同様な機能を有する。図１の状態、つまりガスタービンが液体燃料にて専焼のとき、ガス燃料と高温パージ空気との間に不活性ガスを挟むことにより、ガス燃料と高温パージ空気が混合し爆発するのを防いでいる。

次に、液体燃料運転から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ガス燃料運転への切り替えの開始時のガスタービン燃料供給系を表している。ここで、パージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０，補助パージ空気供給弁３１およびパージ空気供給弁３２が閉じており、ガス燃料供給系１５のガス燃料圧力調節弁５１とガス燃料流量調節弁２９および、不活性ガス供給系１７のパージ弁３３は開いている。

液体燃料運転中は、パージ空気供給系１６により、ガス燃料供給系１５のガス燃料流量調節弁２９とガス燃料ノズル１４の間にパージ空気が満たされているため、パージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０，補助パージ空気供給弁３１およびパージ空気供給弁
３２を閉じてパージ空気を遮断する。

次に、不活性ガス供給系１７のパージ弁３５およびガス燃料供給系１５のガス燃料圧力調節弁５１とガス燃料流量調節弁２９を開いて、不活性ガスをガス燃料遮断弁２４までの配管区間に満たされる。この場合、大気放出系２６ｃの大気放出弁２５ｃを一旦開いて、ガス分析器２７ｃによりガス燃料供給系１５のガス燃料圧力調節弁５１とガス燃料遮断弁２４の間に不活性ガスが充満されたか否かを確認を行い、確認できたときは大気放出弁
２５ｃを閉じる。大気放出系２６ｃの大気放出弁２５ｃが閉じた状態を図３で示している。

この状態でも、ガスタービンは液体燃料にて運転しているため、液体燃料供給系４１の液体燃料遮断弁４２，液体燃料流量調節弁４４は開いており、液体燃料は液体燃料ポンプ４３から液体燃料分流器４５を通ってガスタービン燃焼器１３の液体燃料ノズル４７に供給される。またガス燃料供給系のガス燃料遮断弁２４は閉じておりガス燃料はガス燃料遮断弁２４の上流側まで来ている状態である。

次に、図３に示すように、パージ空気供給系１６のパージ空気供給弁３２，補助パージ空気供給弁３１および大気放出系２６ｄの大気放出弁２５ｄを開く。大気放出系２６ｄのガス分析器２７ｄによりパージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０と補助パージ空気供給弁３１の間に不活性ガスの確認を行い、確認できたときは補助パージ空気供給弁３１を閉じる。次に、大気放出系２６ｂの大気放出弁２５ｂを開いて、ガス分析器２７ｂによりパージ空気供給系１６のパージ空気供給弁３２と補助パージ空気供給弁３１との間に不活性ガスの確認を行い、確認できたときはパージ空気供給弁３２を閉じる。パージ空気供給系１６のパージ空気供給弁３２および補助パージ空気供給弁３１が閉じた状態を図４で示している。

図３の状態で、ガス燃料はガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁２４の上流側まで、パージ空気はパージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０の上流側まで、不活性ガスはガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁２４の下流側とパージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０の下流側まで来ている。

図４で示すように、不活性ガス供給系１７の不活性ガス圧力調節弁３４，パージ弁３５およびパージ弁３３を閉じ、ガス燃料供給系１５のガス燃料遮断弁を開く。次に、液体燃料供給系４１の液体燃料遮断弁４２，液体燃料流量調節弁４４を閉じ、液体燃料供給を遮断する。

燃料切り替えが完了すると、図５に示すように、ガス燃料での運転となる。

ここで、大気放出系２６ｄの大気放出弁２５ｄを開くおよび大気放出系２６ｂの大気放出弁２５ｂを開き大気に開放されているため、パージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０と補助パージ空気供給弁３１との間の圧力とパージ空気供給系１６の補助パージ空気供給弁３１とパージ空気供給弁３２との間の圧力が大気圧に等しい。そのため、パージ空気供給系１６のパージ空気供給弁３２まで来ているガス燃料と同じパージ空気供給系１６のパージ空気案内弁３０まで来ているパージ用空気が直接接触することがない。従って、合成ガス燃料と高温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。

以上に述べたように、本発明によれば、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、ガス燃料と高温パージ用空気との間に圧力差の小さい領域を設けることにより、ガスと高温パージ用空気が漏れて直接接触するのを防ぐことが可能となる。

また、ガス燃料と高温パージ用空気とが直接接触しないようにパージするため、不活性ガスを用いないことから不活性ガスの補給が不要となりガスタービンの連続運転が可能となる。

本発明の実施の形態に係る液体燃料によるガスタービン運転時のガスタービン燃料供給系の系統図。 本発明の実施の形態に係る液体燃料による運転からガス燃料による運転への切り替え開始時のガスタービン燃料供給系の系統図。 本発明の実施の形態に係る液体燃料による運転からガス燃料による運転への切り替えの際、ガス燃料とパージ空気を不活性ガスで置き換える場合のガスタービン燃料供給系の系統図。 本発明の実施の形態に係る液体燃料による運転からガス燃料による運転への切り替えの際、液体燃料とガス燃料両方による運転状態のガスタービン燃料供給系の系統図。 本発明の実施の形態に係るガス燃料によるガスタービン運転時のガスタービン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…ガス燃料ノズル、１５…ガス燃料供給系、１６…パージ空気供給系、１７…不活性ガス供給系、２３…ガス燃料供給弁、２４…ガス燃料遮断弁、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…大気放出弁、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…大気放出系、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ…ガス分析器、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，
２８ｄ，３６…圧力スイッチ、２９…ガス燃料流量調節弁、３０…パージ空気案内弁、
３１…補助パージ空気供給弁、３２…パージ空気供給弁、３３，３５…パージ弁、３４…不活性ガス圧力調節弁、３７…流量計、４１…液体燃料供給系、４２…液体燃料遮断弁、４３…液体燃料ポンプ、４４…液体燃料流量調節弁、４５…液体燃料分流器、４７…液体燃料ノズル、５１…ガス燃料圧力調節弁。

Claims (2)

1. ガス燃料および液体燃料の２重燃料焚きガスタービンの燃料供給系であって、ガス燃料遮断弁およびガス燃料圧力調節弁，ガス燃料流量調節弁を介してガスタービン燃焼器のガス燃料ノズルにガス燃料を供給するガス燃料供給系と、ガスタービン燃焼器の液体燃料ノズルに液体燃料を供給する液体燃料供給系と、前記ガス燃料ノズルと前記ガス燃料流量調節弁との間にパージ空気を供給するパージ空気供給系と、前記ガス燃料流量調節弁と前記ガス燃料圧力調節弁の間にパージ用不活性ガスを供給する不活性ガス供給系を備え、
   前記パージ空気供給系は、パージ空気案内弁，パージ空気供給弁及び前記パージ空気案内弁と前記パージ空気供給弁との間に設けられた補助パージ空気供給弁を備え、
   前記パージ空気案内弁と前記補助パージ空気供給弁の間および、前記補助パージ空気供給弁と前記パージ空気供給弁の間に、大気放出弁を備えた大気放出系（２６ｄ，２６ｂ）がそれぞれ設けられ、
   前記ガス燃料供給系からのガス燃料での運転時、前記パージ空気案内弁，前記パージ空気供給弁及び前記補助パージ空気供給弁を閉じ、前記大気放出系（２６ｄ及び２６ｂ）の大気放出弁を開とするようにしたことを特徴とする２重燃料焚きガスタービン燃料供給系。
2. 前記ガス燃料遮断弁と前記ガス燃料圧力調節弁との間に大気放出弁を備えた大気放出系（２６ｃ）を設け、
   液体燃料にて専焼の時、前記ガス燃料遮断弁，前記ガス燃料圧力調節弁及び前記ガス燃料流量調節弁を閉じ、前記大気放出系（２６ｃ）の大気放出弁を開とし、前記不活性ガス供給系は、前記ガス燃料圧力調節弁と前記ガス燃料流量調節弁の間の不活性ガス圧力を所定に保つように不活性ガスを補充するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の２重燃料焚きガスタービン燃料供給系。

Images