JP5787651B2 - Gas turbine equipment and fuel temperature management method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ガス燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するガスタービンとを備えているガスタービン設備、及びその燃料温度管理方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine facility including a combustor that burns gas fuel to generate combustion gas, and a gas turbine that is driven by the combustion gas, and a fuel temperature management method thereof.
ガスタービン設備は、圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料供給源からのガス燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するガスタービンとを備えている。 The gas turbine equipment includes a compressor that generates compressed air, a combustor that generates a combustion gas by mixing gas fuel from a fuel supply source with the compressed air, and a gas turbine that is driven by the combustion gas. ing.
ガス燃料は、ガス供給源で加圧されてガスタービン設備へ送られ、燃焼器の手前で減圧されてから、燃焼器に供給される。ガス燃料は、減圧されると、ボイル・シャルルの法則により、温度が低下する。仮に、減圧後のガス燃料の温度がこのガス燃料の露点温度よりも低い場合は、このガス燃料は液化する。液化した燃料が燃焼器に供給されると、燃焼器ノズルの損傷等の問題が生じる。 The gas fuel is pressurized by a gas supply source, sent to a gas turbine facility, depressurized before the combustor, and then supplied to the combustor. When the gas fuel is depressurized, the temperature decreases according to Boyle-Charles' law. If the temperature of the gas fuel after decompression is lower than the dew point temperature of the gas fuel, the gas fuel is liquefied. When the liquefied fuel is supplied to the combustor, problems such as damage to the combustor nozzle occur.
このため、例えば、以下の特許文献１に記載の技術では、燃焼器の上流側に電気ヒータを設け、この電気ヒータによりガス燃料を加熱して、このガス燃料の液化を防いでいる。 For this reason, for example, in the technique described in Patent Document 1 below, an electric heater is provided on the upstream side of the combustor, and gas fuel is heated by the electric heater to prevent liquefaction of the gas fuel.
燃焼器に供給されるガス燃料としては、天然ガス、ＬＮＧ製鉄所の高炉からの高炉ガス（ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）、コークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）、これらを合成した合成ガス等がある。これらのガスは、ガス組成が常に一定ではなく変動するため、露点温度も変動する。このため、特許文献１に記載の技術では、ガス燃料を加熱しても、ガス燃料の温度が露点温度より高くならずに、ガス燃料が液化する場合がある、という問題点がある。 Gas fuel supplied to the combustor includes natural gas, blast furnace gas (BFG) from the LNG furnace blast furnace, coke oven gas (COG), and synthetic gas synthesized from these. is there. Since the gas composition of these gases is not always constant and varies, the dew point temperature also varies. For this reason, the technique described in Patent Document 1 has a problem that even when the gas fuel is heated, the temperature of the gas fuel does not become higher than the dew point temperature, and the gas fuel may be liquefied.
そこで、本発明では、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器への流入を防ぐことができるガスタービン設備、及びその燃料温度管理方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas turbine facility that can prevent the liquefied gas fuel from flowing into the combustor even when the gas composition of the gas fuel fluctuates, and a fuel temperature management method thereof. .
上記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備は、
ガス燃料が流れる燃料配管と、該燃料配管を通ってきた該ガス燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、を備えているガスタービン設備において、前記燃料配管を流れる前記ガス燃料を加熱する電気ヒータと、前記燃料配管を流れる前記ガス燃料の密度を検知する密度計と、前記密度計で検知された前記密度に応じて定まる、前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、該目標最低温度よりも該ガス燃料の温度が高くなるよう、前記電気ヒータをオン、オフ制御する加熱制御器と、を備えていることを特徴とする。
向の幅より広い。
The gas turbine equipment according to the invention for solving the above problems is as follows:
In a gas turbine facility comprising: a fuel pipe through which gas fuel flows; a combustor that burns the gas fuel that has passed through the fuel pipe to generate combustion gas; and a gas turbine that is driven by the combustion gas. An electric heater for heating the gas fuel flowing through the fuel pipe, a density meter for detecting the density of the gas fuel flowing through the fuel pipe, and the combustor determined according to the density detected by the density meter. A temperature that is higher by a predetermined temperature than the dew point temperature of the gas fuel under the inlet environment is set as a target minimum temperature, and the electric heater is turned on so that the temperature of the gas fuel is higher than the target minimum temperature . And a heating controller that performs off-control .
It is wider than the width of the direction.
ガス燃料の組成変化は、ガス燃料の露点温度変化をもたらすと共に、ガス燃料の密度変化をもたらす。また、ガス燃料の密度とガス燃料の露点温度との間には、一定の相関関係がある。よって、当該ガスタービン設備のように、ガス燃料の密度に応じて定まる燃焼器の入口環境下でのガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、目標最低温度よりもガス燃料の温度が高くなるようガス燃料を加熱することで、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器への流入を確実に防ぐことができる。 A change in the composition of the gas fuel causes a change in the dew point temperature of the gas fuel and also a change in the density of the gas fuel. Further, there is a certain correlation between the density of the gas fuel and the dew point temperature of the gas fuel. Therefore, a temperature that is higher by a predetermined temperature than the dew point temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor determined according to the density of the gas fuel as in the gas turbine equipment is set as the target minimum temperature. By heating the gas fuel so that the temperature of the gas fuel becomes higher than the temperature, it is possible to reliably prevent the liquefied gas fuel from flowing into the combustor even if the gas composition of the gas fuel fluctuates.
ここで、前記ガスタービン設備において、前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の温度を把握する温度把握器を備え、前記加熱制御器は、前記温度把握器で把握された前記温度が前記目標最低温度以下であることを条件にして、前記電気ヒータをオンにしてもよい。 Here, the gas turbine equipment includes a temperature grasper that grasps a temperature of the gas fuel in an inlet environment of the combustor, and the heating controller has the temperature grasped by the temperature grasper. The electric heater may be turned on on condition that the temperature is not more than the target minimum temperature .
当該ガスタービン設備では、温度把握器で把握された、燃焼器の入口環境下でのガス燃料の温度が目標最低温度以下であるか否かに応じて、電気ヒータをオンにするので、ガス燃料の液化を防ぎつつも、電気ヒータを不必要にオンにせず、この電気ヒータよるエネルギーの消費を抑えることができる。 In the gas turbine facility, the electric heater is turned on depending on whether the temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor, which is grasped by the temperature grasper, is equal to or lower than the target minimum temperature. While preventing liquefaction, the electric heater is not turned on unnecessarily , and energy consumption by the electric heater can be suppressed.
また、前記ガスタービン設備において、前記電気ヒータと共に、前記ガスタービンで発生する熱により、前記燃料配管を流れる前記ガス燃料を加熱する主燃料加熱器を備え、前記加熱制御器は、前記主燃料加熱器により前記ガス燃料が加熱されていないことを条件にして、前記電気ヒータをオンにしてもよい。 The gas turbine equipment further includes a main fuel heater that heats the gas fuel flowing through the fuel pipe with heat generated in the gas turbine together with the electric heater , and the heating controller includes the main fuel heating unit. The electric heater may be turned on on the condition that the gas fuel is not heated by a vessel.
当該ガスタービン設備では、電気ヒータは、主燃料加熱器によりガス燃料が加熱されていないときにオンにされるので、ガス燃料の加熱に必要なエネルギーの消費を抑えることができる。 In the gas turbine facility, since the electric heater is turned on when the gas fuel is not heated by the main fuel heater , the consumption of energy necessary for heating the gas fuel can be suppressed.
また、前記ガスタービン設備において、前記電気ヒータは、前記燃料配管に沿って設けられ、前記燃料配管及び前記電気ヒータは、断熱材で覆われていてもよい。 Further, in the gas turbine equipment, the electric heater is provided along the fuel pipe, the fuel pipe and the electric heater may be covered with a heat insulating material.
当該ガスタービン設備では、電気ヒータでガス燃料を加熱するので、加熱器の簡易化を図ることができ、設備コストの増加を抑えることができる。さらに、当該ガスタービン設備では、電気ヒータでガス燃料を加熱するので、ガス燃料の加熱制御の応答遅れを小さくすることができると共に正確な加熱制御を行うことができる。 In the gas turbine equipment, since the gas fuel is heated by the electric heater, the heater can be simplified, and an increase in equipment cost can be suppressed. Furthermore, in the gas turbine equipment, since the gas fuel is heated by the electric heater, the response delay of the gas fuel heating control can be reduced and accurate heating control can be performed.
また、上記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備の燃料温度管理方法は、
ガス燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するガスタービンとを備えているガスタービン設備の燃料温度管理方法において、前記燃焼器に供給される前記ガス燃料の密度を検知し、前記ガス燃料の密度に応じて定まる、前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、該目標最低温度よりも該ガス燃料の温度が高くなるよう、前記電気ヒータをオン、オフ制御して、該ガス燃料を加熱することを特徴とする。
In addition, a fuel temperature management method for gas turbine equipment according to an invention for solving the above-described problems,
A density of the gas fuel supplied to the combustor in a fuel temperature management method for a gas turbine facility comprising a combustor for combusting gas fuel to generate combustion gas, and a gas turbine driven by the combustion gas And a temperature that is higher by a predetermined temperature than the dew point temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor, which is determined according to the density of the gas fuel, as a target minimum temperature, and the target minimum temperature The gas fuel is heated by turning on and off the electric heater so that the temperature of the gas fuel becomes higher than that .
当該ガスタービン設備の燃料温度管理方法でも、先に説明したガスタービン設備と同様、ガス燃料の密度に応じて定まる燃焼器の入口環境下でのガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、目標最低温度よりもガス燃料の温度が高くなるようガス燃料を加熱するので、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器への流入を確実に防ぐことができる。 Also in the fuel temperature management method of the gas turbine equipment, as with the gas turbine equipment described above, the temperature determined in advance is higher than the dew point temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor determined according to the density of the gas fuel. The gas fuel is heated so that the temperature of the gas fuel becomes higher than the target minimum temperature, and even if the gas composition of the gas fuel fluctuates, the liquefied gas fuel flows into the combustor. Can be surely prevented.
本発明では、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器への流入を確実に防ぐことができる。 In the present invention, even if the gas composition of the gas fuel fluctuates, the liquefied gas fuel can be reliably prevented from flowing into the combustor.
以下、本発明に係るガスタービン設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a gas turbine facility according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
「第一実施形態」
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について説明する。
"First embodiment"
First, with reference to FIGS. 1-3, 1st embodiment of the gas turbine installation which concerns on this invention is described.
本実施形態のガスタービン設備は、図１に示すように、圧縮空気を生成する圧縮機２と、燃料供給源１からのガス燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスにより駆動するガスタービン４と、このガスタービン４の駆動により発電する発電機５と、ガスタービン４からの排気ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ）６と、この排熱回収ボイラー６で発生した蒸気により駆動する蒸気タービン（図示されていない）と、これらを制御する設備制御器７と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine equipment of the present embodiment includes a
このガスタービン設備は、さらに、燃料供給源１からのガス燃料を燃焼器３へ導く燃料配管１０と、排熱回収ボイラー６で発生した蒸気の一部で燃料配管１０中のガス燃料を加熱する主燃料加熱器（ＦＧＨ）１２と、主燃料加熱器１２よりも燃焼器３側でのガス燃料の圧力等を調節する調節弁１３と、電気ヒータ１６で燃料配管１０中のガス燃料を加熱する補助燃料加熱器１５と、燃料配管１０中のガス燃料の温度を検知する温度計（温度把握器）２５と、燃料配管１０中のガス燃料の密度を検知する密度計２６と、温度計２５及び密度計２６からの信号に基づいて補助燃料加熱器１５を制御する加熱制御器２０と、を備えている。
The gas turbine equipment further heats the gas fuel in the
設備制御器７は、例えば、発電機５の発電量等に基づいて調節弁１３の弁開度等を制御する。
The facility controller 7 controls, for example, the valve opening degree of the
主燃料加熱器１２は、調節弁１３よりも上流側の燃料配管１０に設けられている。また、補助燃料加熱器１５の電気ヒータ１６は、主燃料加熱器１２の上流側及び下流側の燃料配管１０に沿って設けられている。なお、この電気ヒータ１６は、主燃料加熱器１２より上流側の燃料配管１０のみに沿って設けられても、主燃料加熱器１２より下流側の燃料配管１０のみに沿って設けられてもよい。
The
温度計２５及び密度計２６は、いずれも、燃焼器３と調節弁１３との間の燃料配管１０に取り付けられている。密度計２６は、如何なるタイプのものでもよく、例えば、質量流量計と体積流量計とを備え、両流量計での計測値に基づいて密度を出力するタイプのものでもよい。
Both the
補助燃料加熱器１５の電気ヒータ１６が設けられている部分の燃料配管１０は、この電気ヒータ１６と一体的に断熱材１４で覆われている。また、主燃料加熱器１２及び主燃料加熱器１２より下流側の燃料配管１０も断熱材１４で覆われている。
A portion of the
図２に示すように、補助燃料加熱器１５は、前述の電気ヒータ１６と、この電気ヒータ１６と電源１９とを接続する電源線中に設けられたスイッチ１７と、を有している。加熱制御器２０は、このスイッチ１７に対してヒータ制御信号を出力して、このスイッチ１７をオン・オフ制御することで、電気ヒータ１６を駆動制御する。
As shown in FIG. 2, the
加熱制御器２０は、密度計２６で検知されたガス燃料の密度に応じて、ガス燃料の目標最低温度を定める目標最低温度算出部２１と、温度計２５で検知された温度がこの目標最低温度算出部２１で定められた目標最低温度以下のときに電気ヒータ１６のオンを示すヒータ制御信号を出力する比較器２３と、を有している。
The
ヒータ制御信号は、補助燃料加熱器１５のスイッチ１７に送られる。仮に、ヒータ制御信号が電気ヒータ１６のオンを示す場合には、補助燃料加熱器１５のスイッチ１７はＯＮ状態になり、電源１９からの電力が電気ヒータ１６に供給され、電気ヒータ１６は発熱する。
The heater control signal is sent to the
ところで、水素や炭化水素等を主成分とするガス燃料の場合、図３に示すように、ガス燃料の密度とガス燃料の露点温度Ｔｄとの間に一定の相関関係があり、ガス燃料の密度が高くなるほど露点温度が高くなる傾向がある。従って、ガス燃料の密度を把握できれば、このガス燃料の露点温度を定めることができる。 By the way, in the case of a gas fuel mainly composed of hydrogen, hydrocarbons, etc., as shown in FIG. 3, there is a certain correlation between the density of the gas fuel and the dew point temperature Td of the gas fuel, and the density of the gas fuel. The higher the value, the higher the dew point temperature. Therefore, if the density of the gas fuel can be grasped, the dew point temperature of the gas fuel can be determined.
そこで、本実施形態では、ガス燃料の密度に応じて定まるガス燃料の露点温度よりも、ガス燃料の温度が高くなるよう、補助燃料加熱器１５でガス燃料を加熱するようにしている。但し、本実施形態では、ガス燃料の温度が確実に露点温度Ｔｄよりも高くなるよう、このガス燃料の温度の比較基準として、図３に示すように、露点温度Ｔｄよりも予め定められた温度ΔＴ（例えば、５℃）分高い温度を目標最低温度Ｔｔに採用している。
Therefore, in this embodiment, the gas fuel is heated by the
加熱制御器２０の目標最低温度算出部２１は、図３に示すように、ガス燃料の密度と、このガス燃料の露点温度よりも予め定められた温度分高い目標最低温度との関係を示すマップをガス燃料の各種圧力毎に所有している。この目標最低温度算出部２１は、複数のマップのうちから、調節弁１３よりも下流側のガス燃料の圧力、つまり燃焼器３の入口圧力に対応したマップを抽出し、このマップを用いて、密度計２６で検知されたガス燃料の密度に対応したガス燃料の目標最低温度を定める。なお、目標最低温度算出部２１は、調節弁１３よりも下流側のガス燃料の圧力として、調節弁１３よりも下流側に設けられた圧力計からの出力を用いてもよいし、設備制御器７から、調節弁１３の弁開度から想定される圧力を設備制御器７から受け取り、この圧力を用いてもよい。
As shown in FIG. 3, the target minimum
次に、本実施形態のガスタービン設備の動作について説明する。 Next, operation | movement of the gas turbine installation of this embodiment is demonstrated.
設備制御器７は、このガスタービン設備の起動時、例えば、発電機５を電動機として駆動して、圧縮機２を駆動させると共に、調節弁１３を徐々に開けて、燃焼器３にガス燃料を供給させる。燃焼器３は、ガス燃料に圧縮空気を混合して、これを燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスをガスタービン４に送る。ガスタービン４は、この燃焼ガスにより駆動し始める。ガスタービン４が駆動し始めると、このガスタービン４から圧縮機２は駆動力を得る。
For example, when the gas turbine equipment is started, the equipment controller 7 drives the
燃焼器３で生成される燃焼ガスの量が多くなり、ガスタービン４及び圧縮機２の駆動に発電機５のアシストが不要になると、設備制御器７は、発電機５による発電を開始させる。
When the amount of combustion gas generated in the
ガスタービン４からの高温の排気ガスは、排熱回収ボイラー６に送られる。排熱回収ボイラー６では、ガスタービン４からの排気ガスで水を加熱して、蒸気を生成する。この蒸気の一部は、主燃料加熱器１２に送られ、ガス燃料を例えば２００℃程度まで加熱する。本実施形態では、このように、燃焼器３に送られるガス燃料を加熱することで、ガスタービン４の熱効率を高めている。
Hot exhaust gas from the gas turbine 4 is sent to the exhaust heat recovery boiler 6. In the exhaust heat recovery boiler 6, water is heated with the exhaust gas from the gas turbine 4 to generate steam. Part of this steam is sent to the
ところで、本実施形態では、ガスタービン４が起動し、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生した後でなければ、主燃料加熱器１２でガス燃料を加熱することができない。このため、仮に、ガス燃料の温度がこのガス燃料の露点温度以下である場合には、このガス燃料の一部が液化し、液化したガス燃料が燃焼器３に流入する可能性がある。特に、本実施形態では、ガス燃料は、燃料供給源１で、例えば４〜６（ＭＰａ）程度まで加圧されてガスタービン設備へ送られ、燃焼器３の手前の調節弁１３で減圧されてから、燃焼器３に供給される。このため、ガス燃料は、調節弁１３による減圧で、その温度が低下して、このガス燃料の露点温度以下になる可能性が高まる。
By the way, in this embodiment, the gas fuel cannot be heated by the
そこで、本実施形態では、加熱制御器２０により、主燃料加熱器１２及び調節弁１３よりも下流側の燃料配管１０中のガス燃料温度に応じて、ガス燃料を補助燃料加熱器１５で加熱させるようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the
加熱制御器２０の目標最低温度算出部２１は、前述したように、自身が所有している、ガス燃料の密度と目標最低温度との関係を示す複数のマップのうちから、調節弁１３よりも下流側のガス燃料の圧力に対応したマップを抽出する。次に、目標最低温度算出部２１は、このマップを用いて、密度計２６で検知されたガス燃料の密度に対応したガス燃料の目標最低温度を定める。加熱制御器２０の比較器２３は、この目標最低温度算出部２１で定められた目標最低温度と温度計（温度把握器）２５で検知された温度とを比較して、温度計２５で検知された温度が目標最低温度以下のときに電気ヒータ１６のオンを示すヒータ制御信号を補助燃料加熱器１５のスイッチ１７へ出力する。
As described above, the target minimum
補助燃料加熱器１５のスイッチ１７は、このヒータ制御信号を受けると、ＯＮ状態になる。この結果、電源１９から電気ヒータ１６へ電力が供給され始め、電気ヒータ１６は発熱する。
When receiving the heater control signal, the
主燃料加熱器１２よりも下流側の燃料配管１０中のガス燃料は、ガスタービン４が起動し、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していれば、主燃料加熱器１２で加熱された高温のガス燃料である。このため、ガスタービン４が起動し、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生している状態では、温度計２５で検知されるガス燃料の温度が目標最低温度よりも高い高温であるから、電気ヒータ１６はオンにならない、つまり電気ヒータ１６はオフである。
The gas fuel in the
一方、主燃料加熱器１２よりも下流側の燃料配管１０中のガス燃料は、ガスタービン４の起動過程等で、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していなければ、主燃料加熱器１２で加熱されておらず、温度計２５で検知されるガス燃料の温度が目標最低温度よりも高い温度であるとは限らない。しかしながら、本実施形態では、前述したように、温度計２５で検知されるガス燃料の温度が目標最低温度以下の場合には、電気ヒータ１６はオン状態になり発熱するので、調節弁１３よりも下流側の燃料配管１０中のガス燃料の温度は、ここでの環境（燃焼器３の入口環境）下での露点温度以上の目標最低温度よりも高まる。
On the other hand, the gas fuel in the
よって、本実施形態では、液化したガス燃料が燃焼器３内に流入することを防ぐことができる。
Therefore, in this embodiment, it is possible to prevent the liquefied gas fuel from flowing into the
また、本実施形態では、ガス燃料のガス組成が変動しても、ガス燃料の密度から、このガス燃料のガス組成に応じた目標最低温度を定め、ガス燃料の温度がこの目標最低温度よりも高まるようガス燃料を加熱している。このため、本実施形態では、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器３への流入を確実に防ぐことができる。
In the present embodiment, even if the gas composition of the gas fuel varies, the target minimum temperature corresponding to the gas composition of the gas fuel is determined from the density of the gas fuel, and the temperature of the gas fuel is higher than the target minimum temperature. Gas fuel is heated to increase. For this reason, in this embodiment, even if the gas composition of gas fuel fluctuates, inflow of the liquefied gas fuel into the
さらに、本実施形態では、温度計２５で検知されるガス燃料の温度が目標最低温度以下であるか否かに応じて、電気ヒータ１６がオンになるため、ガス燃料の液化を防ぎつつも、電気ヒータ１６を不必要に稼動させず、この電気ヒータ１６の消費電力を抑えることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
「第二実施形態」
次に、図４及び図５を参照して、本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について説明する。
"Second embodiment"
Next, with reference to FIG.4 and FIG.5, 2nd embodiment of the gas turbine installation which concerns on this invention is described.
本実施形態のガスタービン設備は、図４に示すように、第一実施形態のガスタービン設備と比べて、温度計２５ａ及び密度計２６ａの設置位置と、加熱制御器２０ａの構成とが異なっており、その他の構成は第一実施形態と同様である。そこで、以下では、第一実施形態のガスタービン設備と異なっている点について主として説明する。
As shown in FIG. 4, the gas turbine equipment of this embodiment differs in the installation position of the
本実施形態の温度計２５ａ及び密度計２６ａは、調節弁１３及び主燃料加熱器１２よりも上流側の燃料配管１０に設置されている。
The
本実施形態の加熱制御器２０ａは、図５に示すように、密度計２６ａで検知されたガス燃料の密度に応じて、燃焼器３の入口におけるガス燃料の目標最低温度を定める目標最低温度算出部２１ａと、温度計２５ａで検知された温度を燃焼器３の入口温度に換算する温度換算器２２ａと、この温度換算器２２ａで求められた入口温度が目標最低温度算出部２１ａで定められた目標最低温度以下のときにHigh信号を出力する第一比較器２３ａと、設備制御器７からの運転状態信号が排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していない旨を示し且つ第一比較器２３ａからHigh信号が出力されると、電気ヒータ１６のオンを示すヒータ制御信号を出力する第二比較器２４ａと、を有している。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態では、温度計２５ａが主燃料加熱器１２よりも上流側に設けられているため、温度計２５ａで検知されたガス燃料の温度から、燃焼器３に流入するガス燃料が主燃料加熱器１２により加熱されているか否かを判別することができない。そこで、本実施形態では、電気ヒータ１６のオン条件として、設備制御器７からの運転状態信号が排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していない旨を示していることを追加している。
In this embodiment, since the
また、本実施形態では、温度計２５ａが調節弁１３よりも上流側に設けられているため、温度計２５ａで検知されたガス燃料の温度が燃焼器３の入口におけるガス燃料の温度であるとは限らない。そこで、本実施形態では、温度計２５ａで検知されたガス燃料の温度を燃焼器３の入口におけるガス燃料の温度に換算する温度換算器２２ａを設けている。なお、本実施形態では、温度計２５ａと温度換算器２２ａとで温度把握器を構成している。
In the present embodiment, since the
本実施形態において、ガスタービン４の起動過程等で、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していなければ、設備制御器７から、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していない旨を示す運転状態信号が出力される。なお、設備制御器７は、排熱回収ボイラー６の出口蒸気配管の温度に応じて、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していない旨を示す運転状態信号を出力する。また、調節弁１３の弁開度から想定される調節弁１３の下流側の圧力（燃焼器３の入口圧力）を示す運転状態信号や、調節弁１３の弁開度から想定される調節弁１３の上流側と下流側との圧力差を示す運転状態信号等も出力する。
In the present embodiment, if no steam is generated in the exhaust heat recovery boiler 6 during the start-up process of the gas turbine 4 or the like, an operation indicating that steam is not generated in the exhaust heat recovery boiler 6 from the equipment controller 7 is performed. A status signal is output. The equipment controller 7 outputs an operation state signal indicating that steam is not generated in the exhaust heat recovery boiler 6 according to the temperature of the outlet steam pipe of the exhaust heat recovery boiler 6. In addition, an operation state signal indicating a pressure downstream of the control valve 13 (inlet pressure of the combustor 3) assumed from the valve opening of the
加熱制御器２０ａでは、まず、前述したように、目標最低温度算出部２１ａが複数のマップのうちから、運転状態信号が燃焼器３の入口圧力に対応したマップを抽出する。さらに、目標最低温度算出部２１ａは、密度計２６ａで検知された燃焼ガスの密度を、調節弁１３よりも下流側のガス燃料の圧力、つまり燃焼器３の入口圧力に対応した密度に換算する。次に、目標最低温度算出部２１ａは、このマップを用いて、ガス燃料の換算密度に対応したガス燃料の目標最低温度を定める。
In the
温度換算器２２ａは、設備制御器７からの運転状態信号が示す調節弁１３の上流側と下流側との圧力差（圧力降下の量）を把握する。そして、温度換算器２２ａは、温度計２５ａで検知された燃焼ガスの温度を、圧力降下後の温度、つまり燃焼器３の入口におけるガス燃料の温度に換算する。
The
なお、ここでは、設備制御器７からの運転状態信号により、調節弁１３の上流側と下流側との圧力差を把握しているが、調節弁１３の上流側と下流側とにそれぞれ圧力計を設け、これらの圧力計で検知された各圧力から圧力差を把握するようにしてもよい。また、ここでは、調節弁１３の上流側の燃料配管１０に設けた温度計２５ａで、ここでのガス燃料の温度を検知しているが、このガス燃料の温度の代用として、外気温度計で検知された外気温度を用いてもよい。これは、外気温度と調節弁１３の上流側のガス燃料の温度とは実質的に同じだからである。
Here, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the
第一比較器２３ａは、燃焼器３の入口におけるガス燃料の温度と目標最低温度とを比較して、入口の温度が目標最低温度以下のときにHigh信号を出力する。そして、第二比較器２４ａは、排熱回収ボイラー６で蒸気が発生していない旨を示す運転状態信号を受け付け且つ第一比較器２３ａからHigh信号が出力されると、電気ヒータ１６のオンを示すヒータ制御信号を出力する
The
なお、ここでは、運転状態信号として、排熱回収ボイラー６で蒸気を発生しているか否かを示す運転状態信号を採用しているが、主燃料加熱器１２によりガス燃料が加熱されているか否か示す信号であれば、如何なる信号であってもよい。例えば、主燃料加熱器１２の入口蒸気配管が予め定めた温度以上であるか否かを示す運転制御信号や、発電機５が発電を行っているか否かを示す運転状態信号であってもよい。また、第一実施形態では、主燃料加熱器１２によりガス燃料が加熱されているか否かを示す運転制御信号を電気ヒータ１６のオン条件にしていないが、第一実施形態でも、この運転制御信号を電気ヒータ１６のオン条件にしてもよい。この場合、第一実施形態の加熱制御器２０に、第二実施形態の加熱制御器２０ａにおける第二比較器２４ａに相当する比較器を追加することになる。
Here, an operating state signal indicating whether or not steam is generated in the exhaust heat recovery boiler 6 is adopted as the operating state signal, but whether or not the gas fuel is heated by the
以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、ガス燃料の密度に応じた目標最低温度を定め、燃焼器３の入口におけるガス燃料の温度がこの目標最低温度以下か否かに応じて、ガス燃料を加熱しているので、ガス燃料のガス組成が変動しても、液化したガス燃料の燃焼器３への流入を確実に防ぐことができると共に、電気ヒータ１６の消費電力を抑えることができる。
As described above, also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the target minimum temperature is determined according to the density of the gas fuel, and depending on whether the temperature of the gas fuel at the inlet of the
また、以上の各実施形態の主燃料加熱器１２は、いずれも、排熱回収ボイラー６からの蒸気でガス燃料を加熱するものであるが、ガスタービン４で発生する熱を利用してガス燃料を加熱するものであれば、如何なるものでもよい。例えば、ガスタービン４で発生する熱でガス燃料を直接加熱するものであってもよいし、排熱回収ボイラー６で生成された高温給水でガス燃料を加熱するものでもよい。
The
また、以上の各実施形態の補助燃料加熱器１５は、いずれも、電気ヒータ１６とスイッチ１７とを有して構成されているが、電気ヒータ１６を抵抗とする可変抵抗器で構成してもよい。
Further, each of the
以上の各実施形態では、ガスタービン４が停止し、主燃料加熱器１２でガス燃料が加熱されなくなると、電気ヒータ１６がオンになる可能性があるが、ガスタービン４の起動前の予め定められた時間前から、ガスタービン４が起動して主燃料加熱器１２によるガス燃料の加熱が開始されるまでの間のみで、加熱制御器２０，２０ａにより、補助燃料加熱器１５を制御するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, when the gas turbine 4 is stopped and the gas fuel is no longer heated by the
また、以上の各実施形態では、設備制御器７と加熱制御器２０，２０ａとは別体であるが、設備制御器７の中に加熱制御器の機能を設けるようにしてもよい。
Moreover, in each above embodiment, although the installation controller 7 and the
１：燃料供給源、２：圧縮機、３：燃焼器、４：ガスタービン、５：発電機、６：排熱回収ボイラー、７：設備制御器、１０：燃料配管、１２：主燃料加熱器、１３：調節弁、１４：断熱材、１５：補助燃料加熱器、１６：電気ヒータ、１７：スイッチ、２０，２０ａ：加熱制御器、２１，２１ａ：目標最低温度算出部、２２ａ：温度換算器、２３：比較器、２３ａ：第一比較器、２４ａ：第二比較器、２５，２５ａ：温度計、２６，２６ａ：密度計 1: fuel supply source, 2: compressor, 3: combustor, 4: gas turbine, 5: generator, 6: exhaust heat recovery boiler, 7: equipment controller, 10: fuel piping, 12: main fuel heater , 13: control valve, 14: heat insulating material, 15: auxiliary fuel heater, 16: electric heater, 17: switch, 20, 20a: heating controller, 21, 21a: target minimum temperature calculator, 22a: temperature converter , 23: comparator, 23a: first comparator, 24a: second comparator, 25, 25a: thermometer, 26, 26a: density meter
Claims (5)
前記燃料配管を流れる前記ガス燃料を加熱する電気ヒータと、
前記燃料配管を流れる前記ガス燃料の密度を検知する密度計と、
前記密度計で検知された前記密度に応じて定まる、前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、該目標最低温度よりも該ガス燃料の温度が高くなるよう、前記電気ヒータをオン、オフ制御する加熱制御器と、
を備えていることを特徴とするガスタービン設備。 In a gas turbine facility comprising: a fuel pipe through which gas fuel flows; a combustor that burns the gas fuel that has passed through the fuel pipe to generate combustion gas; and a gas turbine that is driven by the combustion gas.
An electric heater for heating the gas fuel flowing through the fuel pipe;
A density meter for detecting the density of the gas fuel flowing through the fuel pipe;
The target minimum temperature is a temperature that is higher than the dew point temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor, which is determined according to the density detected by the densimeter, by a predetermined temperature. A heating controller that controls on and off of the electric heater so that the temperature of the gas fuel becomes higher than
A gas turbine facility comprising:
前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の温度を把握する温度把握器を備え、
前記加熱制御器は、前記温度把握器で把握された前記温度が前記目標最低温度以下であることを条件にして、前記電気ヒータをオンにする、
ことを特徴とするガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 1,
A temperature grasper for grasping the temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor;
The heating controller turns on the electric heater on the condition that the temperature grasped by the temperature grasper is not more than the target minimum temperature .
Gas turbine equipment characterized by that.
前記電気ヒータと共に、前記ガスタービンで発生する熱により、前記燃料配管を流れる前記ガス燃料を加熱する主燃料加熱器を備え、
前記加熱制御器は、前記主燃料加熱器により前記ガス燃料が加熱されていないことを条件にして、前記電気ヒータをオンにする、
ことを特徴とするガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 1 or 2,
Along with the electric heater , a main fuel heater that heats the gas fuel flowing through the fuel pipe by heat generated in the gas turbine,
The heating controller turns on the electric heater on the condition that the gas fuel is not heated by the main fuel heater;
Gas turbine equipment characterized by that.
前記電気ヒータは、前記燃料配管に沿って設けられ、
前記燃料配管及び前記電気ヒータは、断熱材で覆われている、
ことを特徴とするガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to any one of claims 1 to 3,
The electric heater is provided along the fuel pipe ;
The fuel pipe and the electric heater are covered with a heat insulating material,
Gas turbine equipment characterized by that.
前記燃焼器に供給される前記ガス燃料の密度を検知し、
前記ガス燃料の密度に応じて定まる、前記燃焼器の入口環境下での前記ガス燃料の露点温度よりも、予め定められた温度分高い温度を目標最低温度とし、該目標最低温度よりも該ガス燃料の温度が高くなるよう、前記電気ヒータをオン、オフ制御して、該ガス燃料を加熱する、
ことを特徴とするガスタービン設備の燃料温度管理方法。 In a fuel temperature management method for gas turbine equipment comprising a combustor that burns gas fuel to generate combustion gas, and a gas turbine that is driven by the combustion gas,
Detecting the density of the gaseous fuel supplied to the combustor;
The temperature that is higher than the dew point temperature of the gas fuel in the inlet environment of the combustor determined in accordance with the density of the gas fuel by a predetermined temperature is set as the target minimum temperature, and the gas is higher than the target minimum temperature. The electric heater is turned on and off to heat the gas fuel so that the temperature of the fuel increases.
A fuel temperature management method for a gas turbine facility.
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