(57)【要約】【課題】全体構成を簡略化しながら、効率的な運転を行うことができ、かつ混合ガスのすり抜けを防止できる希薄燃料吸入ガスタービンを提供する。【解決手段】燃料と空気を混合した可燃限界濃度以下の混合ガスＧ１を圧縮して圧縮ガスＧ２を生成する圧縮機１と、圧縮ガスＧ２を触媒反応により燃焼させる第１触媒燃焼器２と、第１触媒燃焼器２からの燃焼ガスＧ３により駆動されるタービン３と、タービン３からの排ガスＧ４によって第１触媒燃焼器２に導入される圧縮ガスＧ２を加熱する再生器６を備える。タービン３と再生器６の間に、排ガスＧ４を第１補助燃料Ｆ１により火炎燃焼させるダクトバーナ７を配置する。【選択図】図１
2010019247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気を混合した可燃濃度限界以下の混合ガスを圧縮して圧縮ガスを生成する圧縮機と、
前記圧縮ガスを触媒反応により燃焼させる第１触媒燃焼器と、
前記第１触媒燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記タービンからの排ガスによって前記圧縮機から第１触媒燃焼器に導入される圧縮ガスを加熱する再生器と、
前記タービンと再生器との間に配置されて前記排ガスを第１補助燃料により火炎燃焼させるダクトバーナと、
を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項２】
請求項１において、前記ダクトバーナと再生器との間に、第２触媒燃焼器を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項３】
請求項２において、前記ダクトバーナと第２触媒燃焼器との間に、前記排ガス中に第２補助燃料を導入する第２補助燃料導入部を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記第１触媒燃焼器の入口温度を検出する温度センサと、前記入口温度が所定範囲となるように少なくとも前記第１補助燃料の供給量を制御する燃料制御手段とを備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記圧縮機の吸入側に、混合ガスに第３補助燃料を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を高める第３補助燃料導入部を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項において、前記圧縮機の吸入側に、前記混合ガスに空気を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を低下させる空気導入部を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項において、前記再生器における圧縮ガス通路面に、前記圧縮ガスを酸化させる触媒を坦持させた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、さらに、前記燃料と空気の混合ガスを前記再生器から排出される排ガスに混入するガス混入通路と、前記混合ガスが混入された排ガス中の燃料成分を触媒反応により酸化させる触媒反応器と、前記触媒反応器からの酸化済排ガスによって前記ガス混入通路内の混合ガスを加熱する熱交換器とを備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋立地などで発生するランドフィルガスや、炭鉱で発生するＣＭＭ(Coal Mine  Methane)などの低カロリーガスを空気と混合するなどして、圧縮機での圧縮によって着火しないように可燃限界濃度以下の混合気として、エンジンに吸入し、含まれている可燃成分を燃料として利用する、希薄燃料吸入ガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、メタン濃度が可燃限界よりも低いガスをエンジンに吸入し、含まれているメタン成分を燃料として利用するガスタービンが知られている。このガスタービンは、低濃度のメタンガスを含む空気に、必要に応じて高濃度のメタンガスを混合して可燃限界以下の範囲で濃度調整し、この混合ガスを圧縮機で圧縮して圧縮ガスを生成し、これを触媒燃焼器で触媒反応により燃焼させ、その燃焼ガスによりタービンを駆動させる。タービンから排出される排ガスは再生器に送って、これにより前記圧縮機から触媒燃焼器に導入される圧縮ガスを加温する (特許文献１）。このガスタービンでは、ランドフィルガスやＣＭＭなどの低カロリーガス、特に炭坑における通風の排気であるＶＡＭ(Ventilation  Air  Methane)を燃料として利用できる。このＶＡＭは、メタン濃度が１％以下で通常の方法では燃焼しないため、大気中に放散されているのが現状であるが、このＶＡＭを燃料とするガスタービンで発電することによりＣＯ２排出権を獲得することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００４／０２９４３３  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このガスタービンは、圧縮機からの圧縮ガスを触媒燃焼器における触媒反応により燃焼させるため、これに供給する圧縮ガスを３００℃以上、触媒組成によっては５００℃程度に加温する必要がある。特に始動時や低負荷運転時には、再生器での加温が不十分なため、予燃焼器などの補助的な加温システムを用いて加温する必要がある。例えば、特許文献１の場合、圧縮機と触媒燃焼器との間に予燃焼器を設置し、この予燃焼器にプロパンガス等を昇圧して供給し、燃焼させることにより触媒燃焼器に至る圧縮ガスを加温している。しかし、このように、補助的な加温システムを用いる場合、装置全体が大型化する。特に、特許文献１では、予燃焼器への燃料を圧縮機出口の圧力まで昇圧する燃料圧縮機が必要になり、正味の発生動力が少なくなるため、エネルギー効率が低い。
また、タービンのような高温部品の冷却や軸受け部の軸封に圧縮機から抽気した混合ガスの一部を利用する場合、混合ガス中のメタンガスが未反応のまま外部へ排出されてしまう、いわゆるすり抜けが発生する。触媒燃焼器内の触媒性能が低下したときにもすり抜けが発生する。
【０００５】
本発明は、全体を簡略化しながら効率的な運転が行え、さらに燃料ガスのすり抜けを防止できる希薄燃料吸入ガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の希薄燃料吸入ガスタービンは、燃料（可燃成分）と空気を混合した可燃濃度限界以下の混合ガスを圧縮して圧縮ガスを生成する圧縮機と、圧縮ガスを触媒反応により燃焼させる第１触媒燃焼器と、第１触媒燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、タービンからの排ガスによって前記圧縮機から第１触媒燃焼器に導入される圧縮ガスを加熱する再生器と、タービンと再生器との間に配置されて前記排ガス中で第１補助燃料を火炎燃焼させるダクトバーナとを備えている。
【０００７】
このガスタービンによれば、可燃限界濃度以下の前記混合ガスが圧縮機で圧縮され、その圧縮ガスが第１触媒燃焼器で触媒反応により燃焼され、ここで発生する高圧の燃焼ガスによりタービンが回転されて前記圧縮機と発電機のような負荷とが駆動される。そして、始動時や部分負荷運転時など第１触媒燃焼器の入口温度が触媒反応の開始温度に達しない場合、前記タービンの排気側に設置されたダクトバーナに第１補助燃料供給部から第１補助燃料が供給されて、この補助燃料の火炎燃焼により前記タービンからの排ガスが昇温される。ここで、排ガスの圧力は大気圧程度であるから、第１補助燃料の昇圧に要する動力は極めて少ない。前記第１補助燃料の火炎燃焼により昇温した排ガスが再生器に送られ、ここで前記圧縮機から第１触媒燃焼器に向かう圧縮ガスと熱交換され、昇温した圧縮ガスにより前記第１触媒燃焼器の入口温度が上昇して触媒燃焼を可能にする。こうして、ランドフィルガスやＣＭＭ，ＶＡＭのような燃料濃度(メタンガス濃度)の低い混合ガスによりガスタービンを駆動できる。しかも、触媒反応を利用しているから、ＮＯｘを発生させない。また、従来のように予燃焼器等の加温システムを用いることなく、全体を簡略化しながら効率的な運転が行える。さらに、ＣＭＭ，ＶＡＭのようなメタンガスを燃料とした場合、大気中へのメタンガス放出量が削減され、地球温暖化防止に貢献できる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、前記ダクトバーナと再生器との間に、第２触媒燃焼器を備えている。この構成によれば、ダクトバーナによる燃焼では、排ガス温度を第２触媒燃焼器での触媒燃焼が可能な程度の温度に上昇させるだけで済むので、ダクトバーナに供給する高濃度の（良質な）第１補助燃料の量が少なくて済む。また、圧縮機からの抽気を利用してタービンのような高温部分の冷却や軸封を行う場合、冷却や軸封後の抽気である混合ガスはタービン下流の排ガスに混入される。また、触媒燃焼器内の触媒性能が低下したときの未燃焼混合ガスも前記排ガスに混入されている。排ガスに混入されたこれら混合ガスは、第２触媒燃焼器で触媒反応により燃焼される。このため、未反応の混合ガスがそのまま排出されるすり抜けが防止される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、前記ダクトバーナと第２触媒燃焼器との間に、排ガスに第２補助燃料を導入する第２補助燃料導入部を備えている。このように、ダクトバーナと第２触媒燃焼器との間で排ガスに第２補助燃料を導入することにより、ダクトバーナで火炎燃焼させるために必要な高濃度の（良質な）第１補助燃料の導入量が減少する。他方、第２補助燃料は、第２触媒燃焼器での触媒反応により燃焼されるので、低濃度で利用価値がない燃料を使用できる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、前記第１触媒燃焼器の入口温度を検出する温度センサと、前記入口温度が所定範囲となるように少なくとも前記第１補助燃料の供給量を制御する燃料制御手段とを備えている。この構成によれば、少なくとも第１補助燃料の供給量を制御して入口温度が所定範囲に調整されるので、第１補助燃料を節約できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、前記圧縮機の吸入側に、混合ガスに第３補助燃料を混入させて混合ガスの燃料濃度を高める第３補助燃料導入部を備えている。この構成によれば、始動中に前記第１触媒燃焼器の入口温度が所定温度に達したとき、第３補助燃料導入部から第３補助燃料を導入することにより、第１触媒燃焼器からタービンに送られる燃焼ガスの温度が上昇してエンジン回転数が高められる。
【００１２】
本発明において、前記圧縮機の吸入側に、前記混合ガスに空気を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を低下させる空気導入部を備えるのが好ましい。この構成によれば、エンジンの緊急停止時には前記圧縮機の吸入側に設けた空気導入口から空気を吸い込むことにより、混合気の濃度を薄めて触媒燃焼器での温度上昇を抑え、エンジン停止に要する時間を短くすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、前記再生器における圧縮ガス通路面に、前記圧縮ガスを酸化させる触媒を坦持させている。この構成によれば、第２触媒燃焼器が不要となるので、全体構成がさらに簡素化される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記燃料と空気の混合ガスを前記再生器から排出される排ガスに混入するガス混入通路と、前記混合ガスが混入された排ガス中の燃料成分を触媒反応により酸化させる触媒反応器と、前記触媒反応器からの酸化済排ガスによって前記ガス混入通路内の混合ガスを加熱する熱交換器とを備えている。この構成によれば、混合ガスとして、ＣＭＭ，ＶＡＭのようなメタンガスを使用した場合、ＮＯｘの発生なく、さらに多くの混合ガスを処理してメタンガス放出量を削減できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来のように予燃焼器等の加温システムを用いることなく、全体を簡略化しながら効率的な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる希薄燃料吸入ガスタービンを示す簡略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に用いる再生器の斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態にかかる希薄燃料吸入ガスタービンを示す簡略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる希薄燃料吸入ガスタービンを示す簡略構成図である。ガスタービンＧＴは、圧縮機１、白金やパラジウムなどの触媒を含む第１触媒燃焼器２、およびタービン３を有している。低カロリーガス、例えば、埋立地で発生するランドフィルガス、炭鉱で発生するＣＭＭ，ＶＡＭのような、空気と燃料（可燃成分）の混合ガスＧ１が、圧縮機１で圧縮され、その圧縮ガスＧ２が第１触媒燃焼器２に送られて、白金やパラジウムなどの触媒により燃焼され、それにより発生する高圧の燃焼ガスＧ３がタービン３に供給されて、これを駆動する。ここで、混合ガスＧ１中の燃料濃度（可燃成分濃度）は可燃濃度限界以下であるから、圧縮機１での圧縮により昇温しても、着火しない。タービン３は圧縮機１に回転軸５を介して連結され、このタービン３により圧縮機１が駆動される。また、ガスタービンＧＴの出力により、負荷の一種である発電機４が駆動される。こうして、ガスタービンＧＴを含む発電装置５０が構築されている。前記混合ガスＧ１には適宜、高濃度の可燃成分を加えて、燃料濃度を高めることができる。
【００１８】
ガスタービンＧＴには、さらに、タービン３からの排ガスＧ４によって圧縮機１から第１触媒燃焼器２に導入される圧縮ガスＧ２を加熱する再生器６と、タービン３と再生器６の間に配置されて排ガスＧ４を第１補助燃料Ｆ１により火炎燃焼させるダクトバーナ７を備えている。ダクトバーナ７には、例えば流量制御弁からなる第１補助燃料供給部８を通して、第１補助燃料源１１から、火炎燃焼が可能な天然ガスのような第１補助燃料Ｆ１が供給される。再生器６から流出した排ガスＧ４は、図示しないサイレンサを通って消音されたのち、大気中に放出される。
【００１９】
図１の実施形態では、前記ダクトバーナ７と再生器６との間に、白金やパラジウムなどの触媒が内蔵された第２触媒燃焼器９を設置するとともに、この第２触媒燃焼器９とダクトバーナ７との間の排ガス通路に、排ガスＧ４に第２補助燃料Ｆ２を導入する噴射ノズルのような第２補助燃料導入部１３が設けられており、この第２補助燃料導入部１３に、流量制御弁のような第２補助燃料供給部１４を通して、第２補助燃料源１５から、前記混合ガスＧ１と同様な第２補助燃料Ｆ２が供給される。また、前記第１触媒燃焼器２の入口側には、その入口温度を検出する第１の温度センサ７１を設置している。
【００２０】
さらに、装置全体をコントロールするコントローラ２１に燃料制御手段２２を設け、これに第１の温度センサ７１からの温度検出信号を入力し、前記第１、第２補助燃料供給部８、１４に対して制御信号を出力する。そして、ガスタービンＧＴの回転数の上昇に応じて第１触媒燃焼器２の入口温度が一定となるように、第１の温度センサ７１の検出温度に基づく燃料制御手段２２からの出力により、第１、第２補助燃料供給部８、１４を制御して第１、第２補助燃料Ｆ１、Ｆ２への補助燃料供給量を制御する。このとき、第１触媒燃焼器２の入口温度を所定範囲に制御するのに、第１補助燃料供給部８からの燃料供給量を制御するだけで行ってもよい。
【００２１】
また、前記圧縮機１の上流側の吸気通路には、混合ガスＧ１に第３補助燃料Ｆ３を混入させて混合ガスＧ１の燃料濃度を高める、噴射ノズルのような第３補助燃料導入部１７が設けられており、この第３補助燃料導入部１７に、流量制御弁のような第３補助燃料供給部１８を通して、第３補助燃料源１９から、天然ガスのような、混合ガスＧ１よりも燃料濃度(メタン濃度)の高い第３補助燃料Ｆ３が供給される。補助燃料供給部１８はコントローラ２１の燃料制御手段２２により制御される。前記第１触媒燃焼器２の入口温度が所定温度に達したとき、前記燃料制御手段２２からの出力に基づき第３補助燃料供給部１８から第３補助燃料Ｆ３を混合ガスＧ１に混入させてガスタービンＧＴの回転数を高める。
【００２２】
前記各補助燃料Ｆ１，Ｆ２は、大気圧程度であるタービン３からの排ガス通路に導入されるので、燃料圧縮機による昇圧動力は極めて少ない。また、前記補助燃料Ｆ３はガスタービンＧＴの圧縮機１によって昇圧されるので、燃料圧縮機は不要である。
【００２３】
さらに、圧縮機１の上流側の吸気通路には、混合ガスＧ１に、空気Ａを混入させる開放弁のような空気導入部２３が設けられている。
【００２４】
上記構成のガスタービンＧＴは、ランドフィルガスやＣＭＭなどの低カロリーガスを含む空気と燃料の混合ガスＧ１が圧縮機１で圧縮され、その圧縮ガスＧ２が第１触媒燃焼器２で触媒反応により燃焼され、ここで発生する高圧の燃焼ガスＧ３によりタービン３が回転されて前記圧縮機１および発電機などの負荷４が駆動される。ガスタービンＧＴの始動時には発電機４をスタータとして使用し、ガスタービンＧＴの回転数を低回転数に保持する。
【００２５】
始動時や部分負荷運転などの低回転時に、第１触媒燃焼器２の入口側に設けた第１の温度センサ７１による検出温度が第１触媒燃焼器２の触媒反応の開始温度(３００℃以上)に達しない場合、コントローラ２１の燃料制御手段２２からの指令に基づき、タービン３の排気側に設置したダクトバーナ７に第１補助燃料供給部８から第１補助燃料Ｆ１が供給されて、この補助燃料Ｆ１により、タービン３からの排ガスＧ４が、触媒燃焼ではなく、火炎燃焼される。この火炎燃焼された排ガスＧ４は再生器６に送られ、前記圧縮機１から第１触媒燃焼器２に向かう圧縮ガスＧ２と熱交換して、この圧縮ガスＧ２を昇温させ、これにより前記第１触媒燃焼器２の入口温度を上昇させて触媒燃焼を開始させる。
【００２６】
ダクトバーナ７では、排ガス温度を第２触媒燃焼器９での触媒燃焼が可能な程度の温度に上昇させるだけで済むので、ダクトバーナ７に供給する第１補助燃料Ｆ１の量が少なくて済む。また、必要に応じて、第２補助燃料供給部１４から、混合ガスＧ１と同様な低カロリーの第２補助燃料Ｆ２が供給される。これにより、燃料濃度の高い第１補助燃料Ｆ１を節約できる。
【００２７】
さらに、ガスタービンＧＴの始動中は、第１の温度センサ７１で検出される第１触媒燃焼器２の入口温度が所定以上になったとき、燃料制御手段２２からの出力に基づき第３補助燃料供給部１３から前記混合ガスＧ１よりも燃料濃度の高い第３補助燃料Ｆ３が混合ガスＧ１に混入される。これにより、第１触媒燃焼器２からの燃焼ガスＧ３の温度が上昇してガスタービンＧＴの回転数が高められる。
【００２８】
ガスタービンＧＴの通常運転時には、第１の温度センサ７１により第１触媒燃焼器２の入口側温度が検出され、その検出結果に基づき燃料制御手段２２により第１〜第３補助燃料供給部８、１４、１８からの第１〜第３補助燃料Ｆ１〜Ｆ３の供給量が制御され、ガスタービンＧＴの出力に応じて第１触媒燃焼器２の入口温度が所定温度(３００℃以上)に制御される。これにより第１触媒燃焼器２による触媒燃焼が効率良く行われる。また、第１触媒燃焼器２の入口温度の制御のために、必要に応じて第１補助燃料供給部８または第２補助燃料供給部１０から、第１または第２補助燃料Ｆ２が排ガス通路に供給される。
【００２９】
ガスタービンＧＴの緊急停止時には、前記圧縮機１の吸気側に設けた空気導入口２３を開放し、空気導入口２３から空気を導入して混合気Ｇ１の濃度を下げる。これにより、第１触媒燃焼器２での燃焼反応による温度上昇が急激に低下し、ガスタービンＧＴが完全停止に至るまでの時間を短縮できる。
【００３０】
一般に、ガスタービンにおいては、圧縮機からの抽気を利用してタービンのような高温部分の冷却や軸封を行い、冷却・軸封後の抽気をタービン下流の排ガスに混入する。したがって、本発明では冷却・軸封後の混合ガスＧ１が排ガスに混入する。この混合ガスＧ１は排ガスＧ４とともに第２触媒燃焼器９で触媒燃焼(３００℃以上)される。このため、混合ガスＧ１中の燃料（メタンガス）が未反応のまま排出されてしまういわゆるメタンガスのすり抜けの発生が防止される。また、第１触媒燃焼器２内の触媒性能が低下したときに第１触媒燃焼器２から排出される未反応の燃料も、第２触媒燃焼器９で燃焼するので、この場合のすり抜けも防止される。
【００３１】
以上のように、予燃焼器等の加温システムを用いていないので、全体構成を簡略化しながら、効率的なガスタービンＧＴの運転を行うことができ、混合ガスのすり抜けも防止できる。
【００３２】
図２は本発明の第２実施形態における、第２触媒燃焼器９を兼ねる再生器６を示す。この再生器６は、複数のプレート３１とフィン３２を交互に積層したプレートフィン型の熱交換器からなる。再生器６の前面が排ガスＧ４の流入口３４、後面が排ガスＧ４の流出口３５となっており、前面から後面方向にかけて排ガスＧ４の通路３６が形成されている。再生器６の右側面が圧縮ガスＧ２の流入口３８、左側面が流出口３９となっており、右側面から左側面にかけて圧縮ガスＧ２の通路４０が形成されている。フィン３２は波形板からなり、これと平板からなるプレート３１とにより前記各通路３６，４０が形成されている。排ガスＧ４の通路３６と圧縮ガスＧ２の通路４０とは、上下に一つおきに配置され、互いに直交している。
【００３３】
こうして形成された排ガスＧ４の通路３５の壁面に、排ガスＧ４を触媒反応により燃焼させる白金やパラジウムなどの触媒を坦持させている。これにより、図１の第２触媒燃焼器９が不要となるので、ガスタービンＧＴの全体構成がさらに簡素化される。
【００３４】
図３は本発明の第３実施形態であり、図１の第１実施形態の発電装置５０に、再生器６からの排ガスＧ４の熱を利用して、混合ガスＧ１を酸化する酸化装置６０を付加したものである。これにより、さらに多くのＣＭＭ，ＶＡＭの大気中への放出量削減を図っている。酸化装置６０は、ＣＭＭまたはＶＡＭのようなメタンガスを含む混合ガスＧ１を再生器６から排出される排ガスＧ４に混入するガス混入通路６１と、混合ガスＧ１が混入された混合排ガスＧ５に含まれている燃料成分、つまり混合ガスＧ１中の燃料を触媒反応により酸化させる触媒反応器６２と、触媒反応器６２からの酸化済排ガスＧ６によって前記ガス混入通路６１内の混合ガスＧ１を加熱する熱交換器６３とを備えている。触媒反応器６２の入口側には、その入口温度、つまり混合ガスＧ１が混入されたのちの混合排ガスＧ５を検出する第２の温度センサ７２を設置している。さらに、発電装置５０のコントローラ２１に第２の温度センサ７２からの温度検出信号を入力して、検出された混合排ガスＧ５の温度に基づいてブロワ６４の送風量を制御する。これにより、排ガスＧ４に混入される混合ガスＧ１の量を調整して、触媒反応器６１の入口温度を、触媒作用に好適な所定範囲（例えば、２５０〜３００℃）に制御する。本実施形態では、酸化装置６０の制御を、発電装置５０のコントローラ２１により行っているが、コントローラ２１とは別に酸化装置６０専用のコントローラを設けてもよい。
【００３５】
なお、本発明は、混合ガスとして前記ＣＭＭ，ＶＡＭ以外の可燃性ガスも使用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧縮機
２  第１触媒燃焼器
３  タービン
６  再生器
６０  酸化装置
６１  ガス混入通路
６２  触媒反応器
６３  熱交換器
６４  ブロワ
７  ダクトバーナ
８  第１補助燃料供給部
１４  第２触媒燃焼器
１３  第２補助燃料導入部
１４  第２補助燃料供給部
１７  第３補助燃料導入部
１８  第３補助燃料供給部
２２  燃料制御手段
２３  空気導入口
Ｇ１  混合ガス
Ｇ２  圧縮ガス
Ｇ３  燃焼ガス
Ｇ４  排ガス
Ｆ１  第１補助燃料
Ｆ２  第２補助燃料
Ｆ３  第３補助燃料
【図１】
2010019247.tif 000003
【図２】
2010019247.tif 000004
【図３】
2010019247.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月16日(2009.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気を混合した可燃濃度限界以下の混合ガスを圧縮して圧縮ガスを生成する圧縮機と、
前記圧縮ガスを触媒反応により燃焼させる第１触媒燃焼器と、
前記第１触媒燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記タービンからの排ガスによって前記圧縮機から第１触媒燃焼器に導入される圧縮ガスを加熱する再生器と、
前記タービンと再生器との間に配置されて前記排ガス中で第１補助燃料を火炎燃焼させるダクトバーナと、
前記圧縮機の吸入側に、混合ガスに第３補助燃料を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を高める第３補助燃料導入部と、
を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項２】
請求項１において、前記ダクトバーナと再生器との間に、第２触媒燃焼器を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項３】
請求項２において、前記ダクトバーナと第２触媒燃焼器との間に、前記排ガス中に第２補助燃料を導入する第２補助燃料導入部を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記第１触媒燃焼器の入口温度を検出する温度センサと、前記入口温度が所定範囲となるように少なくとも前記第１補助燃料の供給量を制御する燃料制御手段とを備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記圧縮機の吸入側に、前記混合ガスに空気を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を低下させる空気導入部を備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、さらに、前記燃料と空気の混合ガスを前記再生器から排出される排ガスに混入するガス混入通路と、前記混合ガスが混入された排ガス中の燃料成分を触媒反応により酸化させる触媒反応器と、前記触媒反応器からの酸化済排ガスによって前記ガス混入通路内の混合ガスを加熱する熱交換器とを備えた希薄燃料吸入ガスタービン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の希薄燃料吸入ガスタービンは、燃料（可燃成分）
と空気を混合した可燃濃度限界以下の混合ガスを圧縮して圧縮ガスを生成する圧縮機と、
圧縮ガスを触媒反応により燃焼させる第１触媒燃焼器と、第１触媒燃焼器からの燃焼ガス
により駆動されるタービンと、タービンからの排ガスによって前記圧縮機から第１触媒燃
焼器に導入される圧縮ガスを加熱する再生器と、前記タービンと再生器との間に配置されて前記排ガス中で第１補助燃料を火炎燃焼させるダクトバーナと、前記圧縮機の吸入側に、混合ガスに第３補助燃料を混入させて前記混合ガスの燃料濃度を高める第３補助燃料導入部とを備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
このガスタービンによれば、可燃限界濃度以下の前記混合ガスが圧縮機で圧縮され、その圧縮ガスが第１触媒燃焼器で触媒反応により燃焼され、ここで発生する高圧の燃焼ガスによりタービンが回転されて前記圧縮機と発電機のような負荷とが駆動される。そして、始動時や部分負荷運転時など第１触媒燃焼器の入口温度が触媒反応の開始温度に達しない場合、前記タービンの排気側に設置されたダクトバーナに第１補助燃料供給部から第１補助燃料が供給されて、この補助燃料の火炎燃焼により前記タービンからの排ガスが昇温される。ここで、排ガスの圧力は大気圧程度であるから、第１補助燃料の昇圧に要する動力は極めて少ない。前記第１補助燃料の火炎燃焼により昇温した排ガスが再生器に送られ、ここで前記圧縮機から第１触媒燃焼器に向かう圧縮ガスと熱交換され、昇温した圧縮ガスにより前記第１触媒燃焼器の入口温度が上昇して触媒燃焼を可能にする。こうして、ランドフィルガスやＣＭＭ，ＶＡＭのような燃料濃度(メタンガス濃度)の低い混合ガスによりガスタービンを駆動できる。しかも、触媒反応を利用しているから、ＮＯｘを発生させない。また、従来のように予燃焼器等の加温システムを用いることなく、全体を簡略化しながら効率的な運転が行える。さらに、ＣＭＭ，ＶＡＭのようなメタンガスを燃料とした場合、大気中へのメタンガス放出量が削減され、地球温暖化防止に貢献できる。
また、前記圧縮機の吸入側に、混合ガスに第３補助燃料を混入させて混合ガスの燃料濃度を高める第３補助燃料導入部を備えているから、始動中に前記第１触媒燃焼器の入口温度が所定温度に達したとき、第３補助燃料導入部から第３補助燃料を導入することにより、第１触媒燃焼器からタービンに送られる燃焼ガスの温度が上昇してエンジン回転数が高められる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】