(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部に一端が接続されて燃料ガスが流通する母管と、
前記母管の一端と他端との間に設けられた接続部から分岐するサンプリングガス管と、
前記サンプリングガス管に減圧弁を介して接続される成分分析計とを備え、
前記減圧弁を開放することによって、前記母管内を流通する前記燃料ガスの一部をサンプリングして前記成分分析計に導入するサンプリングガス取得構造において、
前記サンプリングガス管の前記接続部と前記減圧弁との間に一端が接続され、前記減圧弁を流通する流量よりも大流量で前記サンプリングガス管内の前記燃料ガスを放出するバイパス管を備えることを特徴とするサンプリングガス取得構造。
【請求項２】
前記燃料ガス供給部に設けられ、燃料切り替えの指令を行なう燃料切替手段と、
前記バイパス管の一端と他端との間に接続されるバイパス管開閉弁と、
前記燃料切替手段と前記バイパス管開閉弁との間に配置される開閉制御部とを備え、
前記開閉制御部は、前記燃料切替手段の指令に基づいて前記バイパス管開閉弁を開閉することを特徴とする請求項１に記載のサンプリングガス取得構造。
【請求項３】
前記バイパス管の他端に接続され、前記バイパス管内の前記燃料ガスを昇圧した後に前記燃料ガス供給部へ戻す昇圧部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサンプリングガス取得構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のサンプリングガス取得構造と、
前記母管の他端に接続されて前記燃料ガスを燃焼する燃焼器と、
前記母管の前記接続部と前記燃焼器との間に設けられる流量制御弁と、
前記流量制御弁と前記成分分析計との間に配置される流量制御部とを備え、
前記流量制御部は、前記成分分析計での前記燃料ガスの性状検出の結果に対応して前記流量制御弁を調節することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項５】
前記燃焼器において前記燃料ガスの組成変動が許容可能である場合に、前記流量制御部は、その許容値に達するまでに前記流量制御弁の開度を調節することを特徴とする請求項４に記載のガスタービンプラント。
【請求項６】
前記燃料ガスが前記接続部を介して前記サンプリングガス管に流入してから、該燃料ガスの前記成分分析計における性状検出が完了されるまでの時間が、前記燃料ガスが前記接続部から前記流量制御弁に到達するまでの時間よりも短く設定されていることを特徴とする請求項５に記載のガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ガスタービンプラント等における燃料ガスの成分分析構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンプラントでは、燃焼器内に燃料ガスと圧縮空気とを供給して燃焼させることで高温ガスを生成し、この高温ガスによってタービンを駆動させることで回転動力を得ることができる。ここで、燃焼器においては不完全燃焼によるＮＯｘ、ＣＯ、ＶＯＣ等の発生を抑制するために、従来から分析計を用いて燃料ガスの成分分析を行い、この分析結果に応じて燃焼器内の各ノズルへの燃料ガスの供給量を自動調節することによって、燃焼状態を常に最適に保っていた。このような手法で燃料ガスの供給量調節を行なうガスタービンプラントの一例は、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のガスタービンプラントでは、燃料ガスの一部をサンプリングガスとして抽出した後に分析計で性状検出を完了するまでに時間を要していた。このため、燃料ガスが燃焼器に到達するまでにこの性状検出を完了し、検出結果に基づいて燃焼器への燃料ガス供給量を遅滞なく調節することが困難であり、燃焼器での燃焼最適化を十分に行なうことができないおそれがあった。なお、性状検出完了までの時間短縮のための手段としては、サンプリングガス管の長さや、母管における接続部から減圧弁までの長さを短くすることが考えられるが、これにも物理的限界があった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、燃焼の最適化を図ることのできるサンプリングガス取得構造及びガスタービンプラント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】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係るサンプリングガス取得構造は、燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部に一端が接続されて燃料ガスが流通する母管と、前記母管の一端と他端との間に設けられた接続部から分岐するサンプリングガス管と、前記サンプリングガス管に減圧弁を介して接続される成分分析計とを備え、前記減圧弁を開放することによって、前記母管内を流通する前記燃料ガスの一部をサンプリングして前記成分分析計に導入するサンプリングガス取得構造において、前記サンプリングガス管の前記接続部と前記減圧弁との間に一端が接続され、前記減圧弁を流通する流量よりも大流量で前記サンプリングガス管内の前記燃料ガスを放出するバイパス管を備えることを特徴とする。
【０００７】
このようなサンプリングガス取得構造においては、母管から分岐したサンプリングガス管内を燃料ガスが流通し、減圧弁を介して成分分析計へ流入する。接続部と減圧弁との間の燃料ガスは、高圧状態であり密度が大きいため、接続部と減圧弁との間に燃料ガスが滞留してしまい、成分分析計において燃料ガスの性状検出完了までに時間を要してしまうおそれがあった。この点、本発明においては接続部と減圧弁との間に、成分分析計への流量よりも大流量で燃料ガスが流通するバイパス管が接続されているため、燃料ガスの滞留を回避でき、接続部から減圧弁までの燃料ガスの流通を円滑化でき、流通速度の向上によって成分分析計での燃料ガスの性状検出完了までの時間の短縮を図ることができる。
【０００８】
また、本発明に係るサンプリングガス取得構造は、前記燃料ガス供給部に設けられ、燃料切り替えの指令を行なう燃料切替手段と、前記バイパス管の一端と他端との間に接続されるバイパス管開閉弁と、前記燃料切替手段と前記バイパス管開閉弁との間に配置される開閉制御部とを備え、前記開閉制御部は、前記燃料切替手段の指令に基づいて前記バイパス管開閉弁を開閉してもよい。
【０００９】
バイパス管に設けられた燃料切替手段とバイパス管開閉弁が連動することによって、燃料切替手段によって燃料ガスが切り替えられた際、即ち、燃料ガスの組成が変動する際にのみバイパス管を開放することができ、バイパス管からの燃料ガスの放出量を低減することができ、燃料ガスの無駄を削減することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係るサンプリングガス取得構造は、前記バイパス管の他端に接続され、前記バイパス管内の前記燃料ガスを昇圧した後に前記燃料ガス供給部へ戻す昇圧部を備えていてもよい。
【００１１】
このような昇圧部によって、バイパス管内を流通し圧力が低下した燃料ガスを昇圧することができ、燃料ガス供給部へ戻すことで再利用が可能となる。従って、燃料ガスの無駄を削減することができる。
【００１２】
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上記のサンプリングガス取得構造と、前記母管の他端に接続されて前記燃料ガスを燃焼する燃焼器と、前記母管の前記接続部と前記燃焼器との間に設けられる流量制御弁と、前記流量制御弁と前記成分分析計との間に配置される流量制御部とを備え、前記流量制御部は、前記成分分析計での前記燃料ガスの性状検出の結果に対応して前記流量制御弁を調節することを特徴とする。
【００１３】
このようなガスタービンプラントにおいては、バイパス管によって燃料ガスの流通を円滑化することができ、燃料ガスが成分分析計に流入するまでの時間が短縮され、成分分析計での燃料ガス性状の検出までの時間を短縮できる。この結果、流量制御部が上記検出結果を流量制御弁に確実に反映して流量制御弁を調節でき、燃焼器へ流入する燃料ガス供給量を調節するまでの時間が短縮される。従って、燃焼器での燃焼状態の最適化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明に係るガスタービンプラントは、前記燃焼器において前記燃料ガスの組成変動が許容可能である場合に、前記流量制御部は、その許容値に達するまでに前記流量制御弁の開度を調節してもよい。
【００１５】
バイパス管からの燃料ガスの放出量を低減することができるため、燃料ガスの無駄を削減することができる。
【００１６】
さらに、前記燃料ガスが前記接続部を介して前記サンプリングガス管に流入してから、該燃料ガスの前記成分分析計における性状検出が完了されるまでの時間が、前記燃料ガスが前記接続部から前記流量制御弁に到達するまでの時間よりも短く設定されていてもよい。
【００１７】
燃料ガスが前記接続部から前記流量制御弁に到達するよりも前に、燃料ガスの性状検出が完了することによって、流量制御弁に対して燃料ガスの性状検出の結果を確実に反映でき、燃料ガスの流量を調節することができる。従って、燃焼器での燃焼状態のさらなる最適化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のサンプリングガス取得構造及びガスタービンプラントによれば、バイパス管によって燃料ガスの性状検出完了までの時間が短縮でき、燃料ガス供給量を確実に調節して燃焼の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービンプラントの全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係るガスタービンプラントの全体構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１を参照して本発明の第一実施形態に係るガスタービンプラント１Ａについて説明する。
ガスタービンプラント１Ａは、燃焼器１３にて燃料ガスＷ１を、圧縮機１２からの圧縮空気Ｗ２で燃焼させ高温ガスＷを生成するように構成され、この高温ガスＷをタービン１４へ流入させて、このタービン１４を軸線回りに回転させて回転動力を取り出すようになっているガスタービン１１を備えている。そして、このガスタービンプラント１Ａは、ガスタービン１１が図示しない発電機に接続されることで回転動力を電力に変換して発電を行なう発電プラント等である。
【００２１】
また、このガスタービンプラント１Ａは、燃料ガス供給部２１と、この燃料ガス供給部２１に一端２２ａが接続されるとともに他端２２ｂがガスタービン１１の燃焼器１３に接続される母管２２と、母管２２の間の接続部２３と燃焼器１３との間に設けられる流量制御弁２４と、接続部２３と流量制御弁２４との間に配置される流量制御システム２５とを備えている。
【００２２】
燃料ガス供給部２１は、ＬＮＧ等の燃料ガスＷ１を燃焼器１３に送り込むものである。
【００２３】
燃焼器１３は、燃料ガス供給部２１からの燃料ガスＷ１を圧縮空気Ｗ２と混合し、千数百度程度の高温で燃焼させ、高温ガスＷとしてタービン１４へ供給するものである。
【００２４】
母管２２は、燃料ガス供給部２１と燃焼器１３とを接続し、燃焼器１３に燃料ガスＷ１を導入する管状部材である。
【００２５】
流量制御弁２４は、母管２２において接続部２３と燃焼器１３との間に設けられている。流量制御弁２４は、図においては簡略化して一つだけ記載したが、実際には複数あり、それらは燃焼器１３における各ノズル毎に設けられている。そして、燃焼器１３の各ノズルへの燃料ガスＷ１の流入分配比率を調節することによって燃焼器１３での燃焼の最適化を行なう弁装置として機能する。
【００２６】
流量制御システム２５は、接続部２３と流量制御弁２４との間に設けられて、流量制御弁２４に対して開度調節を指示するものである。
そして、この流量制御システム２５は、燃料ガスＷ１の性状検出を行なう成分分析計３１と、上記接続部２３において母管２２から分岐し、減圧弁３２を介して成分分析計３１に接続されるサンプリングガス管３３と、成分分析計３１と流量制御弁２４との間に配置される流量制御部３４とを有している。
【００２７】
さらに、サンプリングガス管３３においては、上記接続部２３と減圧弁３２との間に一端４１ａが接続されるバイパス管４１が設けられている。そして、このバイパス管４１は他端４１ｂがコンプレッサ４２（昇圧部）に接続され、また、コンプレッサ４２と燃料ガス供給部２１とは返送管４３によって接続されている。
【００２８】
成分分析計３１は、燃料ガスＷ１の発熱量及び密度等を計測し、燃料ガスＷ１の性状検出を行なう計測装置である。
【００２９】
サンプリングガス管３３は、母管２２からの燃料ガスＷ１の一部を抽出して減圧弁３２によっての圧力を低減した後にこの燃料ガスＷ１を成分分析計３１に導入する管状部材である。
【００３０】
流量制御部３４は、成分分析計３１での測定結果を受け、燃焼器１３へ流入させる燃料ガスＷ１の燃料分配比率を決定し、流量制御弁２４に開度の指令を行うものである。
【００３１】
次にバイパス管４１について説明する。
バイパス管４１は、接続部２３と減圧弁３２との間の燃料ガスＷ１の密度が大きくなっている位置において、サンプリングガス管３３に一端４１ａが接続されてサンプリングガス管３３から分岐し、燃料ガスＷ１が流通可能とされる管状部材である。そして、このバイパス管４１に流入する燃料ガスＷ１、減圧弁３２に流入する燃料ガスＷ１よりも流量が大きくなるような管径とされている。
【００３２】
また、本実施形態では、成分分析計３１において燃料ガスＷ１の性状検出が完了するまでの時間を、燃料ガスＷ１が流量制御弁２４に到達するまでの時間よりも短くなるようなバイパス管４１の管径が選択されている。
【００３３】
コンプレッサ４２は、バイパス管４１の他端４１ｂに接続されてバイパス管４１内を流通する燃料ガスＷ１の圧力を上昇させる昇圧装置であり、返送管４３によってこのコンプレッサ４２を通過し昇圧された燃料ガスＷ１が燃料ガス供給部２１に返送されるようになっている。
【００３４】
このようなガスタービンプラント１Ａにおいては、燃料ガス供給部２１より母管２２に流入した燃料ガスＷ１は、接続部２３においてサンプリングガス管３３への流入分と燃焼器１３への流入分とに分離される。
【００３５】
サンプリングガス管３３へ流入した燃料ガスＷ１は、減圧弁３２を介することによって常に一定の流量に保持されて成分分析計３１へ流入する。
また、成分分析計３１において燃料ガスＷ１の性状検出が行なわれた後に、この検出結果が電気信号情報として流量制御部３４に送信される。
【００３６】
流量制御部３４においては、この検出結果から燃焼器１３での燃焼状態を向上する燃料ガスＷ１の燃料分配比率を決定し、流量制御弁２４へ電気信号を送信することによって流量制御弁２４の開度を調節する。
【００３７】
ここで、接続部２３と減圧弁３２との間の燃料ガスＷ１は、高圧状態であり密度が大きいため、接続部２３と減圧弁３２との間に燃料ガスＷ１が滞留してしまい、成分分析計３１において燃料ガスＷ１の性状検出完了までに時間を要してしまうおそれがあった。この点、本実施形態においては接続部２３と減圧弁３２との間に、成分分析計３１への流量よりも大流量で燃料ガスＷ１が流通するバイパス管４１が接続されているため、燃料ガスＷ１の滞留を回避でき、接続部２３から減圧弁３２までの燃料ガスＷ１の流通を円滑化でき、流通速度の向上によって成分分析計３１での燃料ガスＷ１の性状検出完了までの時間の短縮を図ることができる。
【００３８】
なお、燃料ガスＷ１の供給圧力を６ＭＰａとして、成分分析計３１を通過する燃料ガスＷ１の流量を１Ｌ／ｍｉｎ、バイパス管４１へ流入する燃料ガスＷ１の流量を１７Ｌ／ｍｉｎとした条件化で計測を行なった結果、接続部２３から減圧弁３２までの燃料ガスＷ１の流通速度は、バイパス管４１を設けない場合と比較し、バイパス管４１を設けた場合には約１０倍の流通速度が得られた。
従って、バイパス管４１を設けることによって成分分析計３１へ燃料ガスＷ１が到達するまでの時間が短縮され、性状検出完了までの時間も短縮可能となることが確認できた。
【００３９】
さらに、燃料ガスＷ１が流量制御弁２４に到達するまでに、成分分析計３１において燃料ガスＷ１の性状検出が完了するようにバイパス管４１の管径が選択されているため、燃料ガスＷ１の性状検出結果を燃料ガスＷ１流量の調節に確実に反映することができる。
【００４０】
また、バイパス管４１へ流入した燃料ガスＷ１は、バイパス管４１を流通する間に圧力が低下してしまうが、コンプレッサ４２によって昇圧を行なうことによって、燃料ガス供給部２１にバイパス管４１の燃料ガスＷ１を返送可能となり、燃料ガスＷ１の再利用が可能となる。
【００４１】
本実施形態に係るガスタービンプラント１Ａによれば、バイパス管４１によって、性状検出完了までの時間を短縮し、この検出結果を迅速に流量制御部３４に伝達することが可能であるとともに、検出結果を燃料ガスＷ１が流量制御弁２４に到達するまでに、流量制御弁２４の開度調節ができる。従って、燃焼器１３において燃焼の最適化を達成することができる。
【００４２】
また、バイパス管４１へ流入した燃料ガスＷ１を再利用することができるため、仮に、接続部２３と減圧弁３２との間の燃料ガスＷ１の流通速度を向上するようにバイパス管４１の管径を大きくしてバイパス管４１に流通する燃料ガスＷ１流量を増加させた場合においても、燃料ガスＷ１を無駄にすることがなく、コストダウン及び地球環境保全に貢献できる。
【００４３】
次に、図２を参照して、第二実施形態に係るガスタービンプラント１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
ガスタービンプラント１Ｂは、燃料ガス供給部２１に設けられる燃料切替スイッチ（燃料切替手段）５１と、バイパス管４１の一端４１ａと他端４１ｂとの間に設けられるバイパス管開閉弁５２と、これら燃料切替スイッチ５１とバイパス管開閉弁５２との間に配置される開閉制御部５３とを備えている点で、第一実施形態のガスタービンプラント１Ａと異なっている。
【００４４】
燃料切替スイッチ５１は、燃料ガス供給部２１において、図示しないＬＮＧタンクの切替を行う際に操作するスイッチであり、また切替操作を電気信号として開閉制御部５３へ送信するものである。
【００４５】
開閉制御部５３は、燃料切替スイッチ５１からの電気信号を受け、バイパス管開閉弁５２の開閉指令を行なうものである。
【００４６】
バイパス管開閉弁５２は、開閉制御部５３からの指令を受け、バイパス管４１の開閉を行なう弁装置である。
【００４７】
このようなガスタービンプラント１Ｂにおいては、燃料切替スイッチ５１とバイパス管開閉弁５２とが連動することによって、燃料ガスＷ１の切替が行なわれて、燃料ガスＷ１の性状検出が早急に必要となったときにのみ、バイパス管開閉弁５２の開放を行うことでバイパス管４１へ燃料ガスＷ１を流入させることができる。従って、成分分析計３１での燃料ガスＷ１の性状検出完了までの時間を短縮することができる。
【００４８】
本実施形態のガスタービンプラント１Ｂによれば、燃料ガスＷ１の切替が行なわれた際にのみ、バイパス管４１への燃料ガスＷ１の流入が許可されるため、燃料ガスＷ１の不要な流出が無くなり、より効率的なガスタービンプラント１Ｂの稼動が可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態についての詳細説明を行なったが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、燃焼器１３においてある程度の燃料ガスＷ１の組成変動が許容可能である場合には、その許容値に達するまでに流量制御弁２４の開度を調節できればよく、バイパス管４１に流通する燃料ガスＷ１の流量をそれほど大きくすることなく燃焼の最適化に対応してもよい。
【００５０】
さらに、燃料ガスＷ１をバイパス管４１から燃料ガス供給部２１へ戻すことが困難な場合、例えば、大きな昇圧量が必要となり、コストが大幅に上昇してしまう場合等には、バイパス管４１を流通した燃料ガスＷ１を燃料ガス供給部２１へ戻さずに大気へ放出してもよい。ただし、燃料ガスＷ１が石油等から生成される低カロリーガスである場合には、ＣＯ等の有害物質が含まれるためそのまま大気放出することは難しい。従って、燃料ガスＷ１の大気放出を行なう場合には、この燃料ガスＷ１は天然ガス等の高カロリーガスに限る必要がある。
【００５１】
また、バイパス管４１には、バイパス管４１を流通する燃料ガスＷ１の流量を調節する、例えばニードル弁などの弁装置を別途設けてもよい。この場合、バイパス管４１を交換することなく、容易にバイパス管４１を流通する燃料ガスＷ１の流量調節を行なうことができ、性状検出完了までの時間を調節することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ…ガスタービンプラント、１Ｂ…ガスタービンプラント、１１…ガスタービン、１２…圧縮機、１３…燃焼器、１４…タービン、２１…燃料ガス供給部、２２…母管、２２ａ…一端、２２ｂ…他端、２３…接続部、２４…流量制御弁、２５…流量制御システム、３１…成分分析計、３２…減圧弁、３３…サンプリングガス管、３４…流量制御部、４１…バイパス管、４１ａ…一端、４１ｂ…他端、４２…コンプレッサ（昇圧部）、４３…返送管、５１…燃料切替スイッチ（燃料切替手段）、５２…バイパス管開閉弁、５３…開閉制御部、Ｗ…高温ガス、Ｗ１…燃料ガス、Ｗ２…圧縮空気
【図１】
0005709703.tif 000002
【図２】
0005709703.tif 000003