(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、タール排出系統の信頼性を高めることである。【解決手段】  本発明は、重質油を高温・高圧にする燃料供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記燃料供給系統及び水供給系統からの重質油と水を混合し、重質油を改質する改質器と、該改質器によって改質された改質燃料を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、前記改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、前記タール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けたことを特徴とする。【効果】  本発明によれば、タール排出系統の信頼性を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を高温・高圧にする燃料供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記燃料供給系統及び水供給系統からの重質油と水を混合し、重質油を改質する改質器と、該改質器によって改質された改質燃料を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、
前記タール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項２】
重質油を高温・高圧にする燃料供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記燃料供給系統及び水供給系統の下流側に設けられ、それぞれの系統からの重質油と水を混合し、重質油を改質する改質器と、
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と該改質器によって改質された改質燃料を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、
該タール排出系統に設けられ、前記タール排出系統を流れるタールを遮断する遮断弁と、
前記遮断弁より上流側の前記タール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を上流側から順に複数設けるとともに、
複数の前記加熱冷却器の温度をそれぞれ異ならしめることが可能であることを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項３】
重質油を高温・高圧にする燃料供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記燃料供給系統及び水供給系統の下流側に設けられ、それぞれの系統からの重質油と水を混合し、重質油を改質する改質器と、
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気と該改質器によって改質された改質燃料を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、
該タール排出系統に、上流側から順に、前記改質器の圧力を調整するタール圧力ポットと、前記タール排出系統を流れるタールを遮断する遮断弁とを設けるとともに、
前記タール圧力ポットより上流側の前記タール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けるとともに、
前記加熱冷却器の温度を、前記タール圧力ポットの圧力に基づき調整することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項４】
請求項３記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記タール圧力ポットより上流側の前記タール排出系統に、タール流量を調整する制御弁又はオリフィスを設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項５】
請求項１記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記タール排出系統にタール流量計を設け、前記加熱冷却器の温度を該タール流量計の流量によって制御することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項６】
請求項１記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記タール排出系統に粘度計を設け、タール粘度に基づきタール温度を制御することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項７】
請求項１記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記タール排出系統をバイパスする第２のタール排出系統を設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項８】
請求項２記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記遮断弁より下流側の前記タール排出系統にタールサブタンクを設け、前記加熱冷却器の温度を該タールサブタンクのタール液位によって制御することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質燃料焚きガスタービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油等の低品位燃料は、発電用ガスタービンに悪影響を与える重金属類，硫黄分，窒素分，灰分等の不純物を多量に含んでいる。このような低品位燃料を改質しクリーンな燃料にするため、超臨界水（高温高圧水）の水熱反応を用いる改質技術がある。
【０００３】
しかし、重質油を改質すると、改質燃料と同時にタールが発生する。特許文献１には、改質器からタールを排出する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において不純物を含んだ高粘度のタールを改質器より排出させる際、タール粘度を低下させるために、タール排出系統を高温にする必要がある。特に、コークスや灰分を含むタールの場合、タール排出系統の閉塞を防ぐためにフィルター等の除去装置が必要となる。また、高圧のタールを改質器から排出する場合、改質器の反応圧力を維持するため、排出系統にオリフィスや流路の狭い流調弁を設置する必要がある。そのため、オリフィスや流調弁の一部に温度低下が生じると、タールが固化し、系統の閉塞を引き起こす可能性がある。また、タールの粘度やコークスと灰分の含有量は、重質油の性状や改質器の制御方法により変動する。従って、フィルターを含むタール排出系統の信頼性は低下する。
【０００６】
上記の問題を解決するためには、タール排出系統にフィルターやオリフィス等といった流路を閉塞し易い部品を設けないことが望ましい。しかし、重質油を改質するためには、改質器内部を高温高圧にする必要がある。そのため、オリフィス等を設けない場合、タールを安全に精度良く抜き出すために、タール排出系統の圧力損失を制御する装置が必須である。
【０００７】
本発明の目的は、タール排出系統の信頼性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の目的を達成するために、前記改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、前記タール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タール排出系統の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、このタール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けたことを特徴とする。タールの粘度は温度により変化し、温度が高い場合は粘度が低く、温度が低い場合は粘度が高い。また、粘度が高いタールがタール排出系統を流れる場合、排出系統の圧力損失が増加する。そのため、タール排出系統の温度を加熱冷却器により制御できれば、タール粘度が変化し、タール排出系統の圧力損失を制御できる。すなわち、圧力制御用のバルブ、オリフィスが不要となり、系統の詰まりを防止し、タール排出系統の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、第２の発明は、改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、タール排出系統に設けられ、タール排出系統を流れるタールを遮断する遮断弁と、遮断弁より上流側のタール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を上流側から順に複数設けるとともに、複数の加熱冷却器の温度をそれぞれ異ならしめることが可能である。タール排出系統の部位に応じて、タール粘度を適切に制御することができるため、タール排出系統の信頼性をより高めることができる。
【００１２】
また、第３の発明は、改質器が生成するタールを排出するタール排出系統と、タール排出系統に、上流側から順に、改質器の圧力を調整するタール圧力ポットと、タール排出系統を流れるタールを遮断する遮断弁とを設けるとともに、タール圧力ポットより上流側のタール排出系統に、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けるとともに、加熱冷却器の温度を、タール圧力ポットの圧力に基づき調整することを特徴とする。加熱冷却器の下流側に設けたタール圧力ポットの圧力を監視することで、タール排出系統の温度を制御することが可能となる。また、改質器からタールが急激に抜き出された場合、タール圧力ポットの圧力が急激に上昇し、温度制御が不可能となる場合がある。そこで、タール圧力ポットの下流側に遮断弁を設け、タールの急激な流出を防止することができる。
【００１３】
また、第３の発明において、タール圧力ポットより上流側のタール排出系統に、タール流量を調整する制御弁又はオリフィスを設けたことを特徴とする。タール圧力ポットの上流側に制御弁、若しくはオリフィスを設けることで、更にタール排出の制御信頼性が向上する。但し、タールによる流路の閉塞を防止するため、これらの制御弁は遮断弁等といった流路が広い弁であることが望ましい。
【００１４】
また、第１の発明において、タール排出系統にタール流量計を設け、加熱冷却器の温度をタール流量計の流量によって制御する。重質油改質システムの性能は、タールの排出流量によって左右される。そのため、タール排出系統におけるタールの流量によって、タール排出系統の圧力損失を調整する必要がある。従って、タール流量計の流量によってタール温度を制御し、タール排出系統の排出精度を向上させることができる。
【００１５】
また、第１の発明において、タール排出系統に粘度計を設け、タール粘度に基づきタール温度を制御する。タールの粘度を計測することで、高粘度タールによって、タール排出系統の全体が閉塞することを事前に防止することが可能となる。また、改質器下部のタール性状を監視することで、システム全体の信頼性が向上する。
【００１６】
また、第１の発明において、タール排出系統をバイパスする第２のタール排出系統を設ける。このような構造により、１つのタール排出系統が閉塞した場合においても、第２の排出系統にて運転を継続することができる。また、第２のタール排出系統を簡素化することで、緊急時に確実なタールの排出が可能となる。
【００１７】
また、第２の発明において、遮断弁より下流側のタール排出系統にタールサブタンクを設け、加熱冷却器の温度をタールサブタンクのタール液位によって制御する。タールは粘度が高いとともに高温であるため、タール流量の計測が困難な場合がある。この場合は、タール排出系統の下流側に設けたタンクの液位変化から、流量を計測し、タール温度を制御することで、制御の信頼性が向上する。
【実施例１】
【００１８】
本発明を用いた実施例として、改質燃料焚きガスタービン発電システムの構成を図１に示す。改質燃料焚きガスタービン発電システム５１は、重質油と水の供給系統，改質器，タール排出系統，加熱冷却器，気液分離器，気体改質燃料および液体改質燃料系統，燃焼器，圧縮機，タービン，発電機を備える。
【００１９】
ガスタービンは、その起動時に、液体改質燃料タンク４１に蓄えられた液体改質燃料
１６又は軽油等の起動用燃料を、液体改質燃料ポンプ４２により燃焼器２２に供給して着火する。この後、液体改質燃料１６は、ガスタービンの起動昇速，負荷運転時の運転工程において使用される。
【００２０】
重質油と水は、それぞれ燃料供給系統及び水供給系統により、改質器へ供給される。燃料供給系統は、重質油タンク２，重質油ポンプ４，熱交換器２１を備え、水供給系統は、水タンク１，水ポンプ３，熱交換器２１を備える。重質油タンク２と水タンク１に貯蓄された重質油７及び水６は、各々重質油ポンプ４及び水ポンプ３で加圧された後、熱交換器２１で昇温され油水混合流体１７として改質器８へ供給される。なお、加熱ガス生成装置１１は、熱交換器２１に加熱ガスを供給することで、熱交換器２１の温度を調整する。超臨界水により重質油７を改質する場合、改質器８に供給する重質油７と水６の圧力，温度条件は超臨界条件（２２ＭＰａ，３７４℃）以上とすることが好ましい。また、加熱ガス生成装置１１は、ガスタービンの廃熱回収ボイラを使用すれば、システム全体の熱効率を向上できる。
【００２１】
改質器８は、燃料供給系統からの重質油７と、水供給系統からの水６を混合し、重質油を改質して改質燃料１０を生成する。改質燃料１０は、気液分離器１４に供給され気体改質燃料１５と液体改質燃料１６に分離される。気体改質燃料１５は燃焼器２２へ、液体改質燃料１６は液体改質燃料タンク４１へ供給される。燃焼器２２では、圧縮器２６の圧縮空気２４と気体改質燃料１５又は液体改質燃料１６によって燃焼ガス２５を生成する。タービン２３は、燃焼ガス２５によって駆動した後、排ガス２８を排出する。
【００２２】
そして、改質器８には、重金属，硫黄等の不純物が含まれたタール９を取り除くタール排出系統を備える。タール排出系統は、上流側からタール流量制御配管３０，タール圧力ポット３１，タール排出管５０およびタール圧力ポット下流遮断弁３２を備えるとともに、タール流量制御配管３０とタール排出管５０にそれぞれ加熱冷却器３３，加熱冷却器
３４を有する。また、タール流量制御配管３０の内部におけるタール温度を計測するタール温度計１８，タール圧力ポット３１の内部における圧力を計測するタール圧力ポット圧力計３６，改質器８の内部における圧力を計測する圧力計３５が設置されている。
【００２３】
ここで、タール流量制御配管３０は、タールが流れる時の圧力損失を考慮して、配管の流路断面積を定める。一方、タール流量制御配管３０の下流側であって、タール圧力ポット３１とタール圧力ポット下流遮断弁３２の間に設けたタール排出管５０の流路断面積は、少なくともタール流量制御配管３０の流路断面積より広く構成する。そして、タール排出管５０の流路断面積は、タールが内部で固化しても下流側へ排出できるように、十分に広くとることが望ましい。タールが固化して、タール排出管５０が閉塞することを防ぐためである。
【００２４】
タール圧力ポット３１の下流側には、タール圧力ポット下流遮断弁３２を設ける。タール圧力ポット下流遮断弁３２は、流路断面積を広くしたタール排出管５０に設けられるため、弁の付近でタールが閉塞することを抑制することができる。
【００２５】
ここで、タール流量制御配管３０について詳細に説明する。タール流量制御配管３０は、タール９が通過すると圧力損失が生じる。この圧力損失は配管の内面とタール９の粘性による摩擦損失であり、配管の直径，長さ，内面粗さと、タールの性状，流量，温度に大きく依存している。図２の上側には、タール動粘度と圧力損失の関係に示す。同図は、横軸にタール動粘度を示し、縦軸に圧力損失を表す。図２の下側には、タール温度と動粘度の関係を示す。横軸にタール温度を示し、縦軸に動粘度を示す。
【００２６】
タール流量制御配管３０の圧力損失は、タール動粘度が増加するほど大きくなる。タール流量制御配管３０の下流圧力Ｐ２を大気圧とする場合、タール流量制御配管３０の圧力損失が改質器８内部のゲージ圧力Ｐ１と同じであれば、タール９の流量を一定に制御することが可能となる。そのときのタール動粘度は、図２の上図ν１にて決定する。図２の下図においてタール動粘度がν１となる温度Ｔ１を決めることができる。そのため、タール流量制御配管３０を流れるタール流量の制御は温度により可能となる。
【００２７】
タール流量制御配管３０を流れるタール９の温度は、タール流量制御配管３０に設けた加熱冷却器３３により制御される。加熱冷却器３３は、１００℃から改質温度までの温度範囲で、応答性の速い加熱冷却器であることが望ましい。加熱冷却器３３の下流側におけるタール圧力は、タール圧力ポット３１に設けた圧力計３６により計測する。この圧力の増減により、タール流量制御配管３０の圧力損失がＰ１になるようタール温度を制御する。具体的には、加熱冷却器３３の温度を調整することにより、タール流量制御配管３０を流れるタール９の温度を制御し、タール流量を設計値に近づける。なお、タール圧力ポット３１より下流側のタール排出管５０では、加熱冷却器３４によってタール９が流動性を持って安定に流れる温度に制御している。このように、タール流量制御配管３０とタール排出管５０にそれぞれ配置された２つの加熱冷却器３３，３４は、それぞれ異なる温度で制御することができる。従って、それぞれの配管に適した温度にすることが可能である。
【００２８】
以上のように、タールを加熱及び冷却可能な加熱冷却器を設けたことで、タール排出系統の信頼性を高めることが可能となる。
【００２９】
なお、水蒸気等の混入によりタール動粘性が急激に低下した場合、タール流量制御配管３０を流れるタール量が急増し、タール圧力ポット３１の圧力が上昇する。この場合、タール圧力ポット３１の下流側に設けたタール圧力ポット下流遮断弁３２を閉止し、急激なタール９の流出を防止することができる。
【実施例２】
【００３０】
本発明を用いた実施例２におけるタール排出系統の構成を図３に示す。図１のタール排出系統に対して、タール圧力ポット３１の上流側にタール圧力ポット上流遮断弁３７を設けている。また、タール圧力ポット下流遮断弁３２の下流側に、タール粘度計１９，タール流量計３９、およびタールタンク４０を設置している。そして、改質器８の底部からタール９をタールタンク４０へ抜き出すことが可能な第２のタール排出系統を設けて、タール排出緊急遮断弁３８を第２のタール排出系統に設置している。
【００３１】
本発明のように、タール圧力ポット上流遮断弁３７を設けることで、タール流量が急増しタール圧力ポット３１の圧力が上昇した場合、タール圧力ポット下流遮断弁３２を閉止した後、タール圧力ポット上流遮断弁３７を閉める。そして、タール圧力ポット下流遮断弁３２を開けることで、安全にタール圧力ポット３１内のタール９を排出することが可能となる。また、タール流量制御配管３０を流れるタールの粘度が不安定な場合、上述の二つの遮断弁を交互に開閉し、粘度の安定化を図ることができる。なお、タール圧力ポット上流遮断弁３７に代えて、オリフィスを用いることも可能である。
【００３２】
タール粘度計１９とタール流量計３９の設置によって、タール排出精度を向上することができる。タール流量制御配管３０の温度を直接タール粘度計１９とタール流量計３９から得られた情報により制御しても良い。
【００３３】
また、タール排出系統の閉塞等といった緊急時には、前記タール排出系統をバイパスする系統であって、改質器８下部から直接タールタンク４０へ抜き出す第２のタール排出系統を使用する。この系統により、改質器８の内部に、タールが異常に蓄積することを防止する。尚、系統信頼性を向上させるために設けた第２のタール排出系統は、遮断弁を一つ設ける等の簡素な系統であることが望ましい。
【実施例３】
【００３４】
本発明を用いた実施例３であるタール排出系統の構成を図４に示す。
【００３５】
図３に示したタール排出系統と比較して、タール流量計３９の代わりにタールサブタンク４４を設置する。タールサブタンク４４は、タール液位を計測するタール液位計４３を備える。さらに、タールをタールサブタンク４４からタールタンク４０へ抜き出すためにタールポンプ４５を設置している。
【００３６】
タール９は粘度と温度が高く、その性状も変動する。そのため、タール排出系統にタール流量計３９を設置した場合、流量測定の精度と信頼性が低下する場合がある。この場合、タール排出系統の下流側にタールサブタンク４４を設けて、タンク内部のタール液位変化を計測できれば、その変化率からタール流量を求めることができる。求めたタール流量に応じてタール流量制御配管３０の圧力損失が定まるため、タール温度を制御する。尚、タール液位変化の計測精度を向上させるためには、タールサブタンク４４は小さい（細長い）必要があり、タール９の蓄積は早くなる。このため、タールサブタンク４４の下流側にタールポンプ４５を設置し、定期的にタールをタールタンク４０へ排出することで、タールサブタンク４４の液溢れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を用いたタール排出系統とシステムの実施例１を示した図である。
【図２】タール温度とタール粘度、および圧力損失の関係を示した図である。
【図３】本発明を用いたタール抜出系統の実施例２を示した図である。
【図４】本発明を用いたタール抜出系統の実施例３を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  水タンク
２  重質油タンク
３  水ポンプ
４  重質油ポンプ
６  水
７  重質油
８  改質器
９  タール
１０  改質燃料
１４  気液分離器
１５  気体改質燃料
１６  液体改質燃料
１７  油水混合流体
１８  タール温度計
１９  タール粘度計
２１  熱交換器
２２  燃焼器
２３  タービン
２４  圧縮空気
２５  燃焼ガス
２６  圧縮機
２７  発電機
２８  排ガス
３０  タール流量制御配管
３１  タール圧力ポット
３２  タール圧力ポット下流遮断弁
３３，３４  加熱冷却器
３５  圧力計
３６  タール圧力ポット圧力計
３７  タール圧力ポット上流遮断弁
３８  タール排出緊急遮断弁
３９  タール流量計
４０  タールタンク
４１  液体改質燃料タンク
４２  液体改質燃料ポンプ
４３  タール液位計
４４  タールサブタンク
４５  タールポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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