(57)【要約】【課題】ガスタービンの始動時に灯油を燃料とし、燃焼室温度上昇後に天ぷら廃油等を改質した植物油をガスタービンの燃料として供給した場合、その植物油が燃焼室に残したまま停止すると、次回始動時には、灯油での始動が出来なくなる。【解決手段】ガスタービン運転中であることを条件に植物油温度が所定値になったかを判断する手段と、植物油温度が所定値以上となったときにガスタービンの負荷の有無を判断し、負荷がないときには灯油供給ルートで燃料を供給し、負荷があるときには植物油供給ルートで燃料を供給する手段とを設け、ガスタービン停止時には、燃料を一旦灯油供給ルートに切り換える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン始動時には液体燃料を供給し、燃焼室温度が所定値となったときに改質された使用済み植物油を燃料とするガスタービン発電設備において、
前記使用済み植物油を貯留するタンクと併設された液体燃料タンクと、各タンクよりの燃料供給管路にそれぞれ設けられ弁体と、各弁体より燃料供給管を介して流入された燃料を前記ガスタービンに供給するためのポンプを有する燃料供給部と、ガスタービンの運転開始信号と負荷の有無信号を入力し、前記燃料供給部よりの運転準備完了信号を受けてガスタービンに運転了承信号を出力する計測盤とを設け、前記植物油温度が所定値以上で、且つ、ガスタービンに負荷がかかったときには燃料を植物油供給ルートに切り換え、負荷なし時には液体燃料供給ルートに切り換える手段を有したた演算部を前記計測盤に備えたことを特徴とした改質植物油の発電設備。
【請求項２】
前記燃料供給部は、液体燃料タンクと植物油タンクとの各燃料供給管路に各別に設けられ、各燃料供給部はそりぞれポンプの出力側に設けられた燃料供給圧力一定保持のリリーフバルブと、このリリーフバルブよりの燃料を貯留して前記ポンプに供給するリザーバタンクを備えたことを特徴とした請求項１記載の改質植物油の発電設備。
【請求項３】
前記各燃料供給部には、燃料供給管路を流れる燃料流量と温度を検出する検出体を設けたことを特徴とした請求項１又は２記載の改質植物油の発電設備。
【請求項４】
前記演算部は、ガスタービンよりの運転開始信号で燃料供給を液体燃料供給ルートに制御するための手段と、植物油温度信号が所定値以下時には液体燃料供給ルートでの燃料供給を継続させる手段と、植物油温度信号が所定値以上時でガスタービンに負荷なし時には液体燃料供給ルートでの燃料供給を継続させ、負荷あり時には燃料を植物油供給ルートに切り換える手段と、ガスタービン運転停止時には液体燃料供給を停止させる手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３記載の改質植物油の発電設備。
【請求項５】
ガスタービン始動時には液体燃料を供給し、燃焼室温度が所定値となったときに改質された使用済み植物油を燃料とするガスタービン発電において、
前記ガスタービンが植物油を燃料として運転中に、前記植物油温度が所定値以上で、且つ、ガスタービンに負荷がかかったときには燃料を植物油供給ルートに切り換え、植物油が所定値温度以下時とガスタービンに負荷なし時には液体燃料供給ルートに切り換えて運転することを特徴としたガスタービン発電設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済みの天ぷら油や賞味期限切れの食用油等の植物油を燃料とするガスタービン発電設備とその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電設備として、排気ガス中に含まれるＮＯｘ排出量が少量である等の理由によりガスタービンが広く普及されつつあるが、その中でも分散型電源の一環としてマイクロガスタービンが注目されている。このマイクロガスタービンに使用される燃料としては、ＬＮＧ，ＬＰＧのガス系のものと、このガス系燃料よりも比較的に安価な軽油や灯油の液系のものが使用される。
一方、環境及び資源の有効活用として、天ぷら廃油を改質してメチルエステルとし、これをディーゼル車の燃料とする試みがいくつかの自治体や民間企業において検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
天ぷら廃油を改質してメチルエステルとしてディーゼル車の燃料とした場合、その排ガスに異臭が発生し、しかも、その排ガス中にはアルデヒド等の有害物質が含まれる可能性がある。
また、この改質油は引火点が高いことにより、軽油と混合して利用することも考えられるが、混合した場合には軽油税が適用されるために高価な燃料となる等の問題を有している。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは使用済み天ぷら油をガスタービンの燃料とする発電設備とその運転方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、ガスタービン始動時には液体燃料を供給し、燃焼室温度が所定値となったときに改質された使用済み植物油を燃料とするガスタービン発電設備において、
前記使用済み植物油を貯留するタンクと併設された液体燃料タンクと、各タンクよりの燃料供給管路にそれぞれ設けられ弁体と、各弁体より燃料供給管を介して流入された燃料を前記ガスタービンに供給するためのポンプを有する燃料供給部と、ガスタービンの運転開始信号と負荷の有無信号を入力し、前記燃料供給部よりの運転準備完了信号を受けてガスタービンに運転了承信号を出力する計測盤とを設け、前記植物油温度が所定値以上で、且つ、ガスタービンに負荷がかかったときには燃料を植物油供給ルートに切り換え、負荷なし時には液体燃料供給ルートに切り換える手段を有したた演算部を前記計測盤に備えたことを特徴としものである。
【０００６】
本発明の第２は、前記燃料供給部は、液体燃料タンクと植物油タンクとの各燃料供給管路に各別に設けられ、各燃料供給部はそりぞれポンプの出力側に設けられた燃料供給圧力一定保持のリリーフバルブと、このリリーフバルブよりの燃料を貯留して前記ポンプに供給するリザーバタンクを備えたことを特徴としたものである。
【０００７】
本発明の第３は、前記各燃料供給部には、燃料供給管路を流れる燃料流量と温度を検出する検出体を設けたことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第４は、前記演算部は、ガスタービンよりの運転開始信号で燃料供給を液体燃料供給ルートに制御するための手段と、植物油温度信号が所定値以下時には液体燃料供給ルートでの燃料供給を継続させる手段と、植物油温度信号が所定値以上時でガスタービンに負荷なし時には液体燃料供給ルートでの燃料供給を継続させ、負荷あり時には燃料を植物油供給ルートに切り換える手段と、ガスタービン運転停止時には液体燃料供給を停止させる手段とを備えたことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第５は、ガスタービン始動時には液体燃料を供給し、燃焼室温度が所定値となったときに改質された使用済み植物油を燃料とするガスタービン発電において、
前記ガスタービンが植物油を燃料として運転中に、前記植物油温度が所定値以上で、且つ、ガスタービンに負荷がかかったときには燃料を植物油供給ルートに切り換え、植物油が所定値温度以下時とガスタービンに負荷なし時には液体燃料供給ルートに切り換えて運転することを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す構成図を示したもので、１は改質された使用済み天ぷら油や賞味期限切れの食用油（以下これら各油を単に植物油という）を貯留する植物油タンク、２は灯油や軽油等を貯留する液体燃料タンク（以下灯油で代表する）で、これら各タンクの送出管路１０，２０にはそれぞれ弁体としての電磁弁１１，２１とストレーナ１２，２２が配設されている。送出管路１０，２０の先端はそれぞれ調圧機能を有した燃料供給部４に連結されいる。
【００１１】
燃料供給部４は、ポンプ４１（４１ａ，４１ｂ）、流量計４２（４２ａ，４２ｂ）及びガスタービンへの燃料の供給圧力を所定値に維持するためのリリーフバルブ４３（４３ａ，４３ｂ）とリザーバタンク４４（４４ａ，４４ｂ）を有しており、リザーバタンクを流出した油はポンプ４１に返却される。４５（４５ａ，４５ｂ）はガスタービンへの燃料供給管に設けられた圧力ゲージである。
また、４６（４６ａ，４６ｂ）は、燃料供給管路を流れる燃料温度を測定するための温度検出体である。
【００１２】
５はガスタービン設備でマイクロガスタービンが使用され、フィルター４２を通った燃料がガスタービンに供給される。このガスタービン５は、図示省略されているが燃焼室や圧縮機，発電機等を有したシステムで、燃料効率を考慮するとコーゼネシステム構成とすることにより、より有利なシステム構成となる。
【００１３】
６は補機として設置される計測盤で、この計測盤は演算部６０を有してガスタービン設備５から設備の運転開始信号Ｄｓと負荷がかかったことを示すロード信号　Ｌｓを貰い、計測盤６からガスタービン設備５には運転準備完了信号ＯＫが出力される。
【００１４】
また、この計測盤６には、植物油タンク１からの油量信号Ｏｓと燃料供給部４より燃料の流量，温度の検出信号Ｄｓ及び図示省略された廃油の改質装置よりの流量，温度の検出信号や、燃料供給部４における運転準備完了信号等が入力され、計測盤６からは運転開始信号等が出力される。なお、検出された流量信号は、燃料供給管路に流れる燃料詰まりや、燃料切れ等の異常事態を検出するためのもので、信号検出時には燃料供給管路の切り換え等に使用される。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１は、改質植物油（改質天ぷら油）の一般的な物性を示したものである。
これによると、引火点は１８０〜１９０℃と高いためにガスタービンをコールドスタートさせることは出来ない。
そのため、ガスタービンの始動時には、電磁弁２１の流路を開路することによって電磁弁２１，ポンプ４１ａおよび流量計４２ａを通してガスタービン５に灯油を供給し、この灯油によりガスタービンをスタートさせる。
このとき、リリーフバルブ４３ａは、ガスタービンに供給される燃料が所定値となるよう微調整し、余分な燃料をリザーバタンク４４ａを介してポンプ４１ａの流入側に返送する。
【００１７】
任意時間が経過し、ガスタービンの燃焼室温度が上昇して植物油の点火温度に十分に達したとき電磁弁２１ａを閉じて電磁弁１１を開路し、供給燃料を灯油から植物油に切り換える。以下灯油時と同様にして植物油が燃料としてガスタービン５に供給される。このとき、植物油に混入している比較的大きな異物は、ストレーナ１２によって阻止される。このストレーナ１２を濾過した植物油はポンプ４１ｂ、流量計４２ｂを介してガスタービンに供給される。
【００１８】
なお、燃料として使用される使用済みの植物油は廃油であるので量には限界がある。したがって、植物油タンク１に貯留された植物油がなくなったときには、電磁弁を再度切り換えて燃料を灯油としてガスタービン５に供給する。
【００１９】
ところで、改質された植物油から灯油に切り換えたときには次のような問題が生じる。
植物油の油脂は、グリセリンに３つの脂肪酸が結合したトリアシルグリセリンが多数集まった混合物であり、グリセリンを含むことから粘度が高いものとなっている。そこで燃料として利用するには、アルカリ触媒を用いたメタノールとのエステル交換反応によってグリセリンと脂肪酸エステルにより分ける必要がある。このときのグリセリン除去をおこなうために水で洗浄するが、そのとき燃料となる脂肪酸エステルに水が混入する惧れがある。水が混入すると、極性の低い灯油ととが撹拌さることによって乳化し、これが燃料切り換えて時にガスタービンの温度と出力に変動現象として現れる。
【００２０】
図３は、その実験データを示したもので、１２３分まてはガスタービンへの燃料を灯油とし、それ以後は改質天ぷら油としたものである。燃料を天ぷら油に切り換えた１２５分過ぎにガスタービンの温度と出力に変動現象が発生している。この変動現象は、実用的には差し支えないが、図１では変動現象防止のために灯油ルートと植物油ルートにそれぞれ個別の燃料供給部を設けている。なお、この燃料供給部は灯油，植物油ルート共用でもよいことは勿論である。
【００２１】
しかし、燃料供給部をそれぞれ個別に設けても、植物油供給のまま燃料切れなどによりそのまま供給停止すると、燃料供給管や燃焼室内に植物油が残った場合には、次回始動時に灯油での始動が出来なくなる。これを防止するためには、停止時に燃焼室内の燃料を灯油に切り換えておかないと次回始動時に始動失敗する惧れがある。
また、廃植物油はその粘性が高いため、ある程度の温度以上でないと流動性が悪く、十分に燃焼しない可能性を有している。
そこで、本発明では、停止時には燃焼室内の燃料を確実に灯油ルートに切り換えておくために、計測盤６内に演算部６０を設けたものである。
【００２２】
図２は演算部６０における燃料供給部４の操作フローチャートを示したものである。
すなわち、演算部６０は、ステップＳ１においてガスタービン設備５よりの運転開始信号Ｄｓの有無を判断し、信号なし時にはそのまま待期状態を継続するが、運転開始信号あり時には、Ｓ２において電磁弁２１に対して開路命令を出力すると共に、ポンプ４１ａを起動する。演算部６０は、燃料供給部４側よりの準備完了信号がフィードバックされたことを受けてガスタービン設備５に対して起動　ＯＫ信号を出力する。したがって、ガスタービン設備５は、ＯＫ信号入力を条件に起動され、燃焼室には灯油供給ルートを通った燃料が供給される。
【００２３】
ガスタービンが運転状態Ｓ３であることを条件に、Ｓ５では植物油が規定値以上となって流動性が十分によくなったか否かが判断され、規定値以上のときにはＳ６でガスタービンよりのロード信号Ｌｓの有無を判断し、ガスタービンに負荷がかかりＬｓありとなったときには、燃料供給部４に対して灯油ルートから植物油ルートへの切り換え信号を出力する。すなわち、電磁弁２１、ポンプ４１ａをオフとし、電磁弁１１、ポンプ４１ｂをオン状態に切り換えて以下は植物油ルートを通してガスタービンの燃焼室には植物油が供給されて運転が継続される。
【００２４】
ステップＳ５において、何らかの理由で植物油の温度が規定値以上にならなかった場合にはステップＳ２に戻り、また、Ｓ６においてＬｓ信号なし時にもＳ２に戻り、共に灯油ルートを経て燃焼室には灯油の供給が継続される。
【００２５】
停止時には次のように制御される。
ガスタービンの停止時には、一般に、負荷を切り離した後に無負荷にてアフタークーリング運転が行われる。そこで、ガスタービンの負荷が切り離されたことをステップＳ６においてロード信号Ｌｓの有無で判断し、負荷がなくなったときにＳ２に戻り、演算部６０は燃料供給部４に対して灯油ルートに切り換えるべく信号を出力する。したがって、燃焼室内の燃料は灯油となり、その後のＳ３でＤｓ信号がなくなったときにＳ４で灯油の供給も停止して次回始動時に備える。
【００２６】
なお、燃料として植物油を供給しているとき、その植物油の残量が低下した場合においても植物油から灯油供給へと切り換え制御が行われる。
この場合、図示省略されているが、植物油タンク１には油量の上限、下限を検出するリミットスイッチ等の検出体が設置されており、油量信号Ｏｓとして計測盤６に入力されている。図２では省略されているが、演算部６０は、サブルーチン制御として、信号Ｏｓが下限量と判断したときと圧力計４５ｂにより検出された圧力が異常状態となったときには、植物油ルートから灯油ルートへの切り換え制御が行われる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、マイクロガスタービンの始動時には灯油等の低引火温度燃料で始動し、その後に廃植物油に切り換えて発電するときには、植物油の温度が流動点以下の温度になったことを監視して切り換えるようにしたものであるから、ガスタービン運転中の失火を防ぎながら円滑に切り換えることができる。
また、何らかの理由により、植物油供給ルートに燃料切れや管路の詰まり等の異常発生時には再度灯油供給ルートに切り換えて運転を継続することが出来るものである。
したがって、植物油を燃料として使用しても、発電コストの低下が図られるばかりでなく、環境面及び資源の有効活用が図られるものである等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】燃料切り換えによるガスタービンの出力特性図。
【符号の説明】
１…廃植物油タンク
２…液体燃料タンク
４…燃料供給部
５…ガスタービン
６…計測盤
１０，２０…燃料供給管路
１１，２１…電磁弁
１２，２２，…ストレーナ
４１（４１ａ，４１ｂ）…ポンプ
４２（４２ａ，４２ｂ）…流量計
４３（４３ａ，４３ｂ）…リリーフバルブ
４４（４４ａ，４４ｂ）…リザーバタンク
４５（４５ａ，４５ｂ）…圧力ゲージ
４６（４６ａ，４６ｂ）…温度検出体
６０…演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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