(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービンに供給するための低カロリガス供給通路と、
燃焼設備において発生する排ガスを前記低カロリガス供給通路に供給するための、該低カロリガス供給通路に接続された排ガス供給通路と、
上記低カロリガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
該発熱量検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御しうる制御装置とを備えており、
上記低カロリガス供給通路における、排ガス供給通路との接続部より下流側の部位に酸素濃度検出装置が配設されており、
上記制御装置が、酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御するように構成されてなる低カロリガス供給設備。
【請求項２】
上記制御装置が、ガスタービンの燃料ガスの最大許容カロリ値を設定しており、低カロリガスのカロリ値が該最大許容カロリ設定値を超えているときに、排ガス供給通路から排ガスを供給するように構成されてなる請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項３】
上記制御装置が、低カロリガスと排ガスとの混合比から得られる低カロリガスの可燃限界情報に基づいて設定された排ガスの許容混合容積比率を基準に、排ガス供給通路による排ガスの供給量を制御するように構成されてなる請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項４】
上記制御装置が、低カロリガスと空気との混合比から得られる低カロリガスの可燃限界情報に基づいて設定された空気の許容混合容積比率から、酸素含有率の比に基づいて算出された排ガスの許容混合容積比率を基準に、排ガス供給通路による排ガスの供給量を制御するように構成されてなる請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項５】
上記低カロリガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、
上記制御装置が、酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されてなる請求項１から４のうちのいずれか一の項に記載の低カロリガス供給設備。
【請求項６】
低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービンに供給するための低カロリガス供給通路と、
該低カロリガス供給通路に接続された、燃焼設備において発生する排ガスを低カロリガス供給通路に供給するための排ガス供給通路と、
上記低カロリガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
該発熱量検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御しうる制御装置とを備えており、
上記低カロリガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、
上記制御装置が、排ガス供給通路による低カロリガス供給通路への排ガス供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されてなる低カロリガス供給設備。
【請求項７】
上記低カロリガス供給通路に、低カロリガスを一時的に貯留する第一のタンクが配設されており、
該第一のタンクが入口と出口とを有しており、入口には低カロリガス供給通路の上流側が接続されており、出口には低カロリガス供給通路の下流側が接続されてなる請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項８】
低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービンに供給するための低カロリガス供給通路と、
該低カロリガス供給通路に接続された、燃焼設備において発生する排ガスを低カロリガス供給通路に供給するための排ガス供給通路と、
上記低カロリガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
該発熱量検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御しうる制御装置とを備えており、
上記低カロリガス供給通路に、低カロリガスを一時的に貯留する第二のタンクが配設されており、
低カロリガス供給通路と上記第二のタンクとの間に、低カロリガスを低カロリガス供給通路から第二のタンクに送り込むガス入口通路と、低カロリガスを第二のタンクから低カロリガス供給通路へ戻す出口通路とが配設されており、
上記入口通路に低カロリガスを第二のタンクに向けて圧送する第一ガス圧送装置が配設されてなる低カロリガス供給設備。
【請求項９】
上記低カロリガス供給通路に、供給する低カロリガスの一部を該低カロリガス供給通路の上流側へ戻す戻し通路が配設されており、該戻し通路に、低カロリガスを低カロリガス供給通路の上流側に向けて圧送する第二ガス圧送装置が配設されてなる請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項１０】
低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービンに供給するための低カロリガス供給通路と、
該低カロリガス供給通路に接続された、燃焼設備において発生する排ガスを低カロリガス供給通路に供給するための排ガス供給通路と、
上記低カロリガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
該発熱量検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御しうる制御装置とを備えており、
上記排ガス供給通路に配設された、該通路を遮断および開放しうる排ガス遮断装置と、該排ガス遮断装置の上流側に配設された排ガス放出装置とを備えてなる低カロリガス供給設備。
【請求項１１】
上記不活性ガス供給通路に配設された、該通路を遮断および開放しうる不活性ガス遮断装置と、該不活性ガス遮断装置の上流側に配設された不活性ガス放出装置とを備えてなる請求項５記載の低カロリガス供給設備。
【請求項１２】
上記燃焼設備が、上記タービンである請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項１３】
上記燃焼設備が、汽力発電設備のボイラである請求項１記載の低カロリガス供給設備。
【請求項１４】
ガスタービンと、
該ガスタービンに燃料ガスとして低カロリガスを供給するための低カロリガス供給設備とを備えており、
該低カロリガス供給設備が、請求項１〜１３のうちのいずれか一の項に記載の低カロリガス供給設備であるガスタービン設備。
【請求項１５】
ガスタービンが複数機設置されており、各ガスタービンに低カロリガス供給設備が併設されており、低カロリガス供給設備の上記燃焼設備が、対応するガスタービン以外のガスタービンである請求項１４記載のガスタービン設備。
【請求項１６】
燃料ガスとしてガスタービンに供給する低カロリガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、
この計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、燃焼設備から採取した希釈用の排ガスを上記低カロリガスに混入する排ガス混入ステップとを含んでおり、
上記排ガス混入ステップが、低カロリガスと排ガスとの混合気の酸素濃度を計測するステップと、この計測結果が、低カロリガスの可燃限界情報から得られる設定許容排ガス含有率を超えないように排ガス混入量を調整するステップを含んでなるガスタービン燃料用低カロリガスのカロリ上昇抑制方法。
【請求項１７】
最大限の排ガス供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを低カロリガスに混入するステップをさらに含んでなる請求項１６記載のカロリ上昇抑制方法。
【請求項１８】
排ガス混入量を減少させれば上記混合気の発熱量が設定許容カロリ値を超え、増大させれば設定許容排ガス含有率を超えると判断したときに、排ガス混入量を減少させるとともに、不活性ガスを低カロリガスに供給するステップをさらに含んでなる請求項１６記載のカロリ上昇抑制方法。
【請求項１９】
上記タンクより上流側の低カロリガス供給通路とタンクより下流側の低カロリガス供給通路との間に戻し通路が接続されており、
該戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の低カロリガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項７記載の低カロリガス供給設備。
【請求項２０】
上記低カロリガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、低カロリガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路が接続されており、
該戻し通路に、燃料ガスを上流側低カロリガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置が設置されてなる請求項８記載の低カロリガス供給設備。
【請求項２１】
上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置が設置されてなる請求項７または８記載の低カロリガス供給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はガスタービン設備、低カロリガス供給設備および当該ガスのカロリ上昇抑制方法に関する。さらに詳しくは、低カロリガスをガスタービンの燃料として使用し得る状態でガスタービンに供給する低カロリガス供給設備、この低カロリガス供給設備を備えたガスタービン設備、および、このガスタービン燃料用低カロリガスの発熱量（カロリともいう）の上昇を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  製鉄分野において、たとえば高炉法で銑鉄を生産する場合、高炉から炉頂ガス（Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｇａｓであり、以下ＢＦＧと記す）が副生ガスとして発生する。ＢＦＧの総発熱量は使用したコークスの発熱量の約半分にも達するので、製銑原価低減のためにＢＦＧは製鉄所内において多方面に利用されている。ＢＦＧは投入コークス１トン当たり３０００Ｎｍ３程度発生し、その組成は二酸化炭素（ＣＯ２）が１０〜１８容積％（以下、単に％と記す）、一酸化炭素（ＣＯ）が２２〜３０％、窒素（Ｎ２）が５２〜６０％、水素（Ｈ２）が０．５〜４％、メタン（ＣＨ４）が０．５〜３％程度とされている。【０００３】  ＢＦＧはこれ以外に煙塵を２〜１０ｇ／Ｎｍ３含んでいるので、これを除塵器で０．０１ｇ／Ｎｍ３程度まで除去した後、発熱量８００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の燃料ガスとして、熱風炉、コークス炉、加熱炉、ボイラ等に利用されている。近年、ガスタービンにおいても、その技術の向上により低カロリガスの燃焼が可能となり、ＢＦＧをガスタービン燃料として用いて発電する事例が増加している。ここで言う低カロリガスとは、その発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ３以下のガスと定義している。低カロリガスとしては、後述するように、高炉ガス（ＢＦＧ）には限らず、転炉ガス（ＬＤＧ）などの多くの他の種類のガスやそれらの混合ガスが含まれる。【０００４】  一方で、近年、高炉法以外の新しい製鉄プロセス（たとえばＦＩＮＥＸやＣＯＲＥＸ等の直接還元鉄法）が開発されつつあり、こうした新プロセスから発生する副生ガスの有効利用に対しても適用できる燃焼方式の開発が待たれている。いずれの製鉄プロセスであれ、発生する副生ガスの特性（ガス組成やカロリ）は設備や操業内容によって異なる。同一設備であっても各原料の特性や反応過程に応じて時々刻々変化し、一定することがない。【０００５】  副生ガスをガスタービンの燃料として使用する場合の最も重要な特性であるカロリについて見てみると、各ガスタービンが固有するカロリの許容変動幅の上限（たとえば平均カロリ値の約＋１０％）を超えた場合、つまりカロリが急激に大きくなった場合、ガスタービンの燃焼器内での燃焼温度が急激に異常な高温となることがある。これに起因してバーナ部分、タービンの静翼および動翼が損傷を受けて短命化したりする弊害が発生する可能性がある。この場合、ガスタービン設備の経済的な連続運転が困難になる。【０００６】  副生ガスの変動するカロリを抑制するために窒素ガス（Ｎ２）によって希釈する技術は公知である（たとえば特許文献１および特許文献２を参照）。しかしながら、Ｎ２のみによって副生ガスを希釈する場合、カロリの変動値によってはＮ２等の高価な不活性ガスを大量に使用せざるを得ない。また、不活性ガスを連続して大量に確保することは特殊な産業分野を除いて非常に困難である。さらに、大量の不活性ガスの貯蔵設備や、配管を含むガス供給のための各種機器設備等を配設する必要がある。これらの理由により、不活性ガスを使用する方法はガスタービン発電の経済性を低下させ、高効率を標榜するガスタービンの技術的優位性を阻害する。
【特許文献１】特開２００２−１５５７６２号公報
【特許文献２】特開平９−３１７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、設備コストおよび運転コストが低廉な、ガスタービン用低カロリ燃料ガスのカロリ上昇を緩和することのできる低カロリガス供給設備、この低カロリガス供給設備を備えたガスタービン設備、および、ガスタービン燃料用低カロリガスの発熱量の上昇を抑制する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的のために本発明の低カロリガス供給設備は、
低カロリガスを燃料ガスとしてガスタービンに供給するための低カロリガス供給通路と、
燃焼設備において発生する排ガスを前記低カロリガス供給通路に供給するための、該低カロリガス供給通路に接続された排ガス供給通路と、
上記低カロリガス供給通路に配設された、ガス中の発熱量を検出するための発熱量検出装置と、
この発熱量検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御しうる制御装置とを備えており、
上記低カロリガス供給通路における、排ガス供給通路との接続部より下流側の部位に酸素濃度検出装置が配設されており、
上記制御装置が、酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御するように構成されてなるものである。
【０００９】  この発明によれば、Ｎ２、二酸化炭素（ＣＯ２）等の不燃性ガスを大量に含み（可燃性ガスを含まず）且つ調達がきわめて容易な燃焼設備からの排ガスを混合して低カロリガスを希釈することにより、低カロリガスのカロリ上昇を抑制することができる。ここで、発熱量検出装置とは、ガスの発熱量を直接計測する装置（たとえば、所謂カロリメータ）はもとより、ガス中の可燃成分の含有率を計測する装置をも含む。【００１０】  上記制御装置は、ガスタービンの燃料ガスの最大許容カロリ値が設定され、低カロリガスのカロリ値がこの最大許容カロリ設定値を超えているときに、排ガス供給通路から排ガスを供給するように構成することができる。【００１１】
上記低カロリガス供給通路における排ガス供給通路との接続部より下流側の部位に酸素濃度検出装置が配設されており、上記制御装置が、酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて排ガス供給通路による排ガス供給動作を制御するように構成されている。かかる構成によれば、低カロリガスと排ガスとの混合気の発火を防止するために、酸素を含有する排ガスの低カロリガスに対する混合を、上記混合気の酸素含有率に基づいて制御することができる。
【００１２】  この酸素濃度検出装置を備えた設備は、上記制御装置が、低カロリガスと排ガスとの混合比から得られる低カロリガスの可燃限界情報に基づいて設定された排ガスの許容混合容積比率を基準に、排ガス供給通路による排ガスの供給量を制御するように構成することができる。【００１３】  または、この酸素濃度検出装置を備えた設備は、上記制御装置が、低カロリガスと空気との混合比から得られる低カロリガスの可燃限界情報に基づいて設定された空気の許容混合容積比率から、酸素含有率の比に基づいて算出された排ガスの許容混合容積比率を基準に、排ガス供給通路による排ガスの供給量を制御するように構成することができる。【００１４】  この酸素濃度検出装置を備えた設備において、上記低カロリガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、上記制御装置が、酸素濃度検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されているのが好ましい。たとえば排ガス供給を制限することによって低カロリガスのカロリ上昇の抑制が不十分になった場合には、不活性ガスの供給によってカロリ変動の抑制作用を補うことができるからである。なお、上記混合部に至る不活性ガス供給通路の一部分が上記排ガス供給通路と共通の通路を構成していてもよい。【００１５】
上記低カロリガス供給通路に、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給通路が接続されており、上記制御装置が、排ガス供給通路による低カロリガス供給通路への排ガス供給をしている状態において、発熱量検出装置の検出結果に基づいて不活性ガス供給通路による不活性ガス供給動作を制御するように構成されている。かかる構成によれば、仮に排ガスによる低カロリガスのカロリ上昇の抑制が不十分な場合には、不活性ガスによって補うことができる。
【００１６】  以上の各設備において、上記低カロリガス供給通路に、低カロリガスを一時的に貯留する第一のタンクが配設されており、この第一のタンクが入口と出口とを有しており、入口には低カロリガス供給通路の上流側が接続されており、出口には低カロリガス供給通路の下流側が接続されているのが好ましい。低カロリガス供給通路を通して供給されてくる低カロリガスの全てが第一のタンク内に一時的に貯留され、その中で混合されることにより、そのカロリ変動の幅が減少され、且つ、カロリ変動速度が緩和されるため、第一のタンク出口の下流部での排ガスを用いた希釈によるカロリ平準化制御が一層容易となるからである。前述した発熱量検出装置は低カロリガス供給通路に設置されるが、低カロリガス供給通路に上記第一のタンクや後述の第二のタンクが設置される設備においては、このタンクも低カロリガス供給通路を構成するので、発熱量検出装置を上記タンクに取り付けることをも含む。【００１７】
上記低カロリガス供給通路に、低カロリガスを一時的に貯留する第二のタンクが配設されており、低カロリガス供給通路と上記第二のタンクとの間に、低カロリガスを低カロリガス供給通路から第二のタンクに送り込むガス入口通路と、低カロリガスを第二のタンクから低カロリガス供給通路へ戻す出口通路とが配設されており、上記入口通路に低カロリガスを第二のタンクに向けて圧送する第一ガス圧送装置が配設されている。これにより、上記第一のタンクによる作用と同様な作用がなされる。
【００１８】  なお、前述した第一のタンクおよび第二のタンクはともに、内容積が変化しない固定形式のタンクであってもよく、また、従来のガスタービン設備等においてガスの需給バランスを監視する装置（ガスホルダ）として用いられる内容積変動形式のタンクであってもよい。内容積変動形式のタンクとは、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等である。【００１９】  上記低カロリガス供給通路に、供給する低カロリガスの一部をこの低カロリガス供給通路の上流側へ戻す戻し通路が配設されており、この戻し通路に、低カロリガスを低カロリガス供給通路の上流側に向けて圧送する第二ガス圧送装置が配設されている低カロリガス供給設備が好ましい。上記第一のタンクによる作用と同様な作用がなされるからである。【００２０】
上記排ガス供給通路に配設された、この通路を遮断および開放しうる排ガス遮断装置と、この排ガス遮断装置の上流側に配設された排ガス放出装置とをさらに備えている。排ガス遮断装置としてはたとえば止め弁や流調弁などが採用されうる。
【００２１】  上記不活性ガス供給通路に配設された、この通路を遮断および開放しうる不活性ガス遮断装置と、この不活性ガス遮断装置の上流側に配設された不活性ガス放出装置とを備えている低カロリガス供給設備が好ましい。不活性ガス遮断装置としてはたとえば止め弁や流調弁などを採用しうる。上記低カロリガス供給通路に至る不活性ガス供給通路の一部分が上記排ガス供給通路と共通の通路を構成しており、且つ、排ガス遮断装置と排ガス放出装置とが配設されている場合には、不活性ガス遮断装置と排ガス遮断装置とを兼用した一つの遮断装置を備えてもよく、また、不活性ガス放出装置と排ガス放出装置とを兼用した一つの放出装置を備えてもよい。【００２２】  上記燃焼設備の希釈用排ガスとして、この低カロリガス供給設備が燃料を供給する対象である上記ガスタービンから発生する排ガスを利用することができる。なお、上記ガスタービンから発生する排ガスを直接利用することはもとより、この排ガスを一旦排熱回収ボイラ等で利用した後に希釈用ガスとして利用することも含む。【００２３】  または、燃焼設備の排ガスとして、汽力発電設備のボイラから発生する排ガスを利用することもできる。汽力発電設備のボイラから発生する排ガスはガスタービンの排ガスに比べて酸素含有率が低いので、その混合比率を増大することができる。【００２４】  本発明のガスタービン設備は、
ガスタービンと、このガスタービンに燃料ガスとして低カロリガスを供給するための低カロリガス供給設備とを備えており、この低カロリガス供給設備が、前述したうちのいずれか一の低カロリガス供給設備である。【００２５】  かかるガスタービン設備において、ガスタービンが複数機設置されており、各ガスタービンに低カロリガス供給設備が併設されており、低カロリガス供給設備の上記燃焼設備が、対応するガスタービン以外のガスタービンであってもよい。すなわち、低カロリガス供給設備用の希釈用の排ガスとして、当該低カロリガス供給設備に対応するガスタービン以外のガスタービンから発生する排ガスを採用してもよい。【００２６】  本発明のガスタービン燃料用低カロリガスのカロリ上昇抑制方法は、
燃料ガスとしてガスタービンに供給する低カロリガスの発熱量を計測するカロリ計測ステップと、
この計測結果が設定許容カロリ値を超えているときに、燃焼設備から採取した希釈用の排ガスを上記低カロリガスに混入する排ガス混入ステップとを含んでいる。【００２７】
上記排ガス混入ステップは、低カロリガスと排ガスとの混合気の酸素濃度を計測するステップと、この計測結果が、低カロリガスの可燃限界情報から得られる設定許容排ガス含有率を超えないように排ガス混入量を調整するステップを含んでいる。
【００２８】  また、最大限の排ガス供給によっても上記発熱量計測結果が設定許容カロリ値を下回らないと判断したときに、不活性ガスを低カロリガスに混入するステップをさらに含んでいるカロリ上昇抑制方法が好ましい。【００２９】  そして、排ガス混入量を調整するステップを含むカロリ上昇抑制方法において、排ガス混入量を減少させれば上記混合気の発熱量が設定許容カロリ値を超え、増大させれば設定許容排ガス含有率を超えると判断したときに、排ガス混入量を減少させるとともに、不活性ガスを低カロリガスに供給するステップをさらに含んでいるのが好ましい。【００３０】  上記タンクの入口および出口にそれぞれ低カロリガス供給通路の上流側および下流側が接続された低カロリガス供給設備において、タンクより上流側の低カロリガス供給通路とタンクより下流側の低カロリガス供給通路との間に戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスをタンクより上流側の低カロリガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。【００３１】  上記した低カロリガス供給通路とタンクとを接続する入口通路および出口通路を有する低カロリガス供給設備において、
上記低カロリガス供給通路における出口通路との接続点より下流側と、低カロリガス供給通路における入口通路との接続点より上流側と、の間に戻し通路を接続し、この戻し通路に、燃料ガスを上流側低カロリガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置を設置することができる。【００３２】  上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置を設置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】  本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる低カロリガスをガスタービンに供給する設備が、低廉な設備コストおよび運転コストによって実現する。燃料ガスとして利用できる低カロリガスのカロリ上昇を抑制するために、Ｎ２、ＣＯ２を始めとする不燃性ガスを大量に含む排ガスを容易に且つ大量に入手することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である低カロリガス供給設備を含んだガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。
【図２】図２は、低カロリガスと空気との混合気の可燃限界を、横軸に低カロリガスの容積比率を取り、縦軸に温度を取って表したグラフである。
【図３】図３は、図１におけるバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。
【図４】図４は、バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の他の例を示したグラフである。
【図５】図５は、バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態のさらに他の例を示したグラフである。
【図６】図６は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクの他の例を示す配管図である。
【図７】図７は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図８】図８は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図９】図９は、図７または図８のバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。
【図１０】図１０は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるカロリ変動抑制手段の他の例を示す配管図である。
【図１１】図１１は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図１２】図１２は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図１３】図１３は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図１４】図１４は、図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【符号の説明】
【００３５】    １・・・・低カロリガス供給設備
２・・・・ガスタービン
３・・・・低カロリガス供給配管
４・・・・排ガス供給配管
５・・・・Ｎ２供給配管
６・・・・第一混合器
７・・・・第二混合器
８・・・・希釈ガス供給配管
９・・・・集塵装置
１０・・・・バッファタンク
１１・・・・カロリメータ
１２・・・・流量計
１３・・・・混合ガス供給配管
１４・・・・カロリメータ
１５・・・・酸素濃度計
１６・・・・低圧圧縮機
１７・・・・高圧圧縮機
１８・・・・冷却器
１９・・・・燃焼器
２０・・・・流調弁
２１・・・・フィルタ
２２・・・・発電機
２３・・・・フィルタ
２４・・・・ファン
２５・・・・逆止弁
２６・・・・止め弁
２７・・・・流量計
２８・・・・流調弁
２９・・・・排ガス放出管
３０・・・・流調弁
３１・・・・止め弁
３２・・・・流量計
３３・・・・流調弁
３４・・・・止め弁
３５・・・・逆止弁
３６・・・・連絡管
３７・・・・流量計
３８・・・・流調弁
３９・・・・ファン
４０・・・・ガス量バランス監視装置
４１・・・・連通管（出口配管）
４２・・・・タンク
４３・・・・蓋部材
４４・・・・調整用おもり
４５・・・・（上流側）入口配管
４６・・・・ガス量バランス監視装置
４６ａ・・・タンク
４７・・・・圧力検出装置
４８・・・・戻し配管
４９・・・・戻し配管
５０・・・・（下流側）入口配管
５１・・・・排熱回収ボイラ
５２・・・・煙突
５３・・・・排ガス導入配管
５４・・・・冷却器
５５・・・・ドレン配管
５６・・・・酸素濃度計
５７・・・・撹拌装置
１００・・・制御装置
Ｓ・・・・直接還元鉄設備
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】  添付の図面を参照しながら本発明の低カロリガス供給設備、それを備えたガスタービン設備、および、ガスタービン燃料用低カロリガスの発熱量の上昇を抑制する方法の実施形態を説明する。【００３７】  図１は本発明の一実施形態である低カロリガス供給設備１を含んだガスタービン設備の概略を示す配管図である。ガスタービン設備としてはガスタービン発電設備を例示している。前述したように、低カロリガスをその発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ３以下のガスと定義する。低カロリガスはそのカロリ等の特性が変動するものが多い。【００３８】  この低カロリガス供給設備１は、直接還元鉄設備Ｓで発生した副生ガス（以下、低カロリガスと呼ぶ）をガスタービン２に燃料として供給する低カロリガス供給配管３と、この低カロリガスを希釈するために低カロリガス供給配管３に燃焼排ガスを供給するための排ガス供給配管４と、低カロリガス供給配管３に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給配管５とを備えている。低カロリガスを希釈してそのカロリ上昇を抑えるために燃焼排ガスを混合する理由は、排ガスは大量の不燃性ガス（Ｎ２、ＣＯ２等）を含む一方、可燃性ガスは殆ど含んでいないからである。排ガスは温度が高いので、低カロリガス供給配管３における混合位置の選択自由度が高くなる。【００３９】  この低カロリガス供給設備１の作動を制御するために制御装置１００が配設されている。本実施形態では不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を使用しているため、この不活性ガス供給配管をＮ２供給配管５と呼ぶ。不活性ガスとしてはＮ２に限定されず、ＣＯ２やヘリウム（Ｈｅ）等であってもよい。【００４０】  本実施形態では排ガス供給配管４およびＮ２供給配管５が第二混合器７に接続しており、第二混合器７から低カロリガス供給配管３までは排ガスとＮ２の共通の配管が接続されている。この共通配管を希釈ガス供給配管８と呼ぶ。この希釈ガス供給配管８は第一混合器６によって低カロリガス供給設備１に接続されている。排ガス供給配管４とＮ２供給配管５とを合流させずにそれぞれ４、５を直接第一混合器６に接続してもよいが、設備コストの低減のためには図示のごとく両者４、５を予め接続しておくのが好ましい。また、第二混合器７を用いずに排ガス供給配管４およびＮ２供給配管５の配管同士を直接接続してもよい。しかし、第一混合器６における副生ガスと希釈ガスとの混合性を良くするため、前もって希釈用排ガスとＮ２とを均一に混合した混合ガスを第一混合器６に送ることが好ましいので、第二混合器７を介して接続するのが好ましい。【００４１】  上記低カロリガス供給配管３の第一混合器６より上流部分には、直接還元鉄設備Ｓから送られてくる低カロリガスを除塵するための集塵装置９と、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク１０とが設置されている。バッファタンク１０は比較的大容量であり、時々刻々とカロリ変動しつつ駐留されていく低カロリガスがこのバッファタンク１０の内部で混合される。その効果については後述する。バッファタンク１０の下流側には低カロリガスの発熱量を検出するための発熱量検出装置１１と流量を計測するための流量計１２とが設置されている。この流量計１２の設置位置は第一混合器６の上流側に限定されない。第一混合器６の下流側でもよい。たとえば後述する高圧圧縮機１７と燃焼器１９との間でもよい。【００４２】  発熱量検出装置１１の設置位置は、バッファタンク１０の下流側には限定されない。たとえばバッファタンク１０の上流側であってもよい。バッファタンク１０の上流側でガスのカロリ変動を事前に検知することにより、第一混合器６を使用した発熱量制御をより確実に行うことができる。さらに、バッファタンク１０の上流側とともに下流側にも発熱量検出装置を設置し、両発熱量検出装置によってバッファタンク１０のガスカロリ変動抑制効果を監視することにより、バッファタンク１０におけるガス混合作用を併用したカロリ変動の抑制システムの総合的性能を把握することができる。当該発熱量検出装置はバッファタンク１０に直接取り付けることも可能である。低カロリガス供給配管３における上記発熱量検出装置１１に加えてバッファタンク１０に別の発熱量検出装置を取り付けてもよい。【００４３】  ここで、発熱量検出装置１１としては、ガスの発熱量を直接計測する所謂カロリメータ、可燃成分の含有率（濃度）を計測する装置などが用いられる。上記発熱量検出装置１１はバッファタンク１０に直接取り付けることも可能である。低カロリガス供給配管３上の発熱量検出装置１１に加えてバッファタンク１０に別の発熱量検出装置を取り付けてもよい。検出速度を重視する場合は現在では可燃性ガス濃度検出器を用いるのが好ましい。適用される低カロリガスが主に含む可燃成分の種類や主たる濃度変動が生じる可燃成分（たとえば、直接還元鉄法における副生ガスでは一酸化炭素）に応じて、その成分の濃度を検出する濃度検出器を用いても良い。本明細書ではこれら発熱量検出装置全体を代表して「カロリメータ」と呼ぶ。【００４４】  低カロリガス供給配管３の第一混合器６より下流部分は、そこを低カロリガスが排ガスやＮ２と混合された状態でガスタービン２まで送られることがあるので、この範囲の配管を混合ガス供給配管１３と呼ぶ。混合ガス供給配管１３にはカロリメータ１４と混合ガス中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計１５とが設置されている。酸素濃度計１５の下流側にはガスタービン２の低圧燃料ガス圧縮機（以下、低圧圧縮機と呼ぶ）１６と高圧燃料ガス圧縮機（以下、高圧圧縮機と呼ぶ）１７とがその順に設置されている。両圧縮機１６、１７の間には燃料ガスである混合ガスを冷却するための冷却器１８が配設されている。高圧圧縮機１７からガスタービン２の燃焼器１９に接続された燃料配管１３ａにはタービン出力を調整するための流量調整弁（以下、流調弁という）２０が設置されている。符号２１は燃焼器１９へ排ガスを供給する配管に設置されたフィルタである。ガスタービン２には発電機２２が連結されている。【００４５】  図１は、両圧縮機１６、１７ともにタービン２によって回転駆動されるタイプのものを示しているが、これに限定されずに、両圧縮機１６、１７がタービン２と同軸に連結されず、専用のモータによって駆動されるように構成してもよい。また、このガスタービン発電設備には、図示のごとくガスタービン２の排ガスを利用した排熱回収ボイラ５１を設置してもよい。この排熱回収ボイラ���１で得られる水蒸気はプロセス蒸気として使用することができる。また、図示しないが、この水蒸気によって発電するための蒸気タービンを設置してもよい。排熱回収ボイラ５１には、排ガスを放散するための煙突５２が設置されている。この排ガスは、放散するだけではなく、以下のとおりガスタービン２の燃料である低カロリガスを希釈するためにも利用される。【００４６】
排ガスの供給設備について説明する。排ガス供給配管４には、上記排熱回収ボイラ５１から排ガスを送り込むための排ガス導入配管５３が接続されている。この排ガス導入配管５３には冷却器５４が配設されており、排ガスを低カロリガスに混合するのに適度な温度まで冷却できるようにするとともに、ドレン配管５５を通して排ガス中の湿分をできる限り除去するのがよい。本実施形態では低カロリガス供給配管３に希釈用ガスとして供給する排ガスは、当該低カロリガス供給配管３が低カロリガスを供給する対象であるガスタービン２の排ガスであるが、本発明はかかる構成に限定されるものではない。たとえば、汽力発電設備がガスタービン２の近隣に設置されている場合等では、この汽力発電設備のボイラの排ガスを、低カロリガス供給配管３に希釈用ガスとして供給する排ガスとして利用することもできる。さらに、図１に示すような低カロリガス供給設備１とガスタービン２とが組合わさったガスタービン発電設備が複数系統配設されているとき、他の系統のガスタービンの排ガスを希釈用ガスとして利用することができる。これは、仮に排ガス導入配管５３や冷却器５４に異常が発生し、排ガスを供給できなくなった場合でもガスタービンを停止させないため等の場合である。このように他のガスタービンやボイラから排ガスを導入する場合でも、上記排ガス供給配管４に送り込む。
【００４７】  排ガス導入配管５３に接続された排ガス供給配管４は分岐され、排ガス導入配管５３から排ガスを吸引して排ガス供給配管４内を圧送するためのファン２４がメンテナンス時等の便宜のために並列に二機設置されている。各ファン２４の下流側にはファン２４側への逆流防止のために逆止弁２５が配設されている。排ガス供給配管４は、両逆止弁２５の下流側で再度一本に統合されている。その下流の部分には止め弁２６、流量計２７、流調弁２８および酸素濃度計５６がその順に設置され、第二混合器７に接続されている。排ガス供給配管４の上記止め弁２６と流量計２７との間には、排ガスを大気放出するための排ガス放出配管２９が配設されている。この排ガス放出配管２９には流調弁３０が設置されている。【００４８】  つぎに、Ｎ２の供給設備について説明する。Ｎ２供給配管５は、上流側から順に止め弁３１、流量計３２および流調弁３３を有しており、第二混合器７に接続されている。第二混合器７から第一混合器６に至る希釈ガス供給配管８には、その上流側から順に止め弁３４と逆止弁３５とが設置されている。逆止弁３５は低カロリガスが希釈ガス供給配管８に逆流することを防止するためのものである。この希釈ガス供給配管８の止め弁３４の上流側部分と、上記排ガス放出配管２９の流調弁３０の下流側部分との間には、排ガスとＮ２との混合器を排ガス放出配管２９を通して大気放出するために連絡管３６が接続されている。この連絡管３６には流量計３７と流調弁３８とが設置されている。排ガス供給配管４およびＮ２供給配管５が別配管でそれぞれ第一混合器６まで延設されている場合は、各配管４、５に止め弁と逆止弁とがそれぞれ設置されることになり、連絡管３６は削除される。その代わり、Ｎ２供給配管５における止め弁３１と流量計３２との間に、流調弁を備えたＮ２放出配管が設置される。【００４９】  つぎに、制御装置１００によるこの設備の運転制御の一例を説明する。まず、低カロリガス供給配管３のカロリメータ１１と流量計１２とを監視しつつ低カロリガスをガスタービン２に向けて圧送する。このとき、すでに排ガス供給配管４ではその止め弁２６を開いて流調弁２８を閉じ、連絡管３６の流調弁３８とを閉じ、排ガス放出配管２９の流調弁３０を開いた状態でファン２４が作動している。つまり、排ガスが吸引されて排ガス放出配管２９から図示しない煙突を通して大気に放出されている。Ｎ２供給配管５の流調弁３３は閉じられている。他の止め弁３１、３４はともに開いている。【００５０】  制御装置１００には、各ガスタービン２の燃料ガスの使用上の許容カロリ範囲が設定されている。すなわち、基準カロリ値（たとえば１６００ｋｃａｌ／Ｎｍ３）と変動幅（たとえば基準カロリ値の±１０％）である。そして、上記低カロリガスのカロリ値がこの許容変動の上限カロリ値（たとえば＋１０％であり、１７６０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）を超えているときには、排ガス供給配管４の流調弁２８が開くように、排ガス放出配管２９の流調弁３０を閉弁方向に調整する。これによって低カロリガスに排ガスを混合してカロリ値を許容範囲内に下げる。排ガスを供給するときおよび後述のＮ２を供給するときは、上記カロリメータ１１および流量計１２の��視とともに、最終的なカロリ値の適正を判断するために混合ガス供給配管１３のカロリメータ１４を監視する。排ガスを供給するときには、後述するように低カロリガス供給配管３の酸素濃度計１５によって燃料ガスの酸素濃度を監視する。【００５１】  混合ガス供給配管１３のカロリメータ１４の計測結果から、最大限の排ガス供給によってもなおカロリ値が許容範囲に入らないと判断したときには、Ｎ２供給配管５の流量計３２を監視しつつ、流調弁３３を開くように調整することによりＮ２を低カロリガスに混合してカロリ値を許容範囲内に下げる。このときは、混合ガス供給配管１３の流量計１５をも監視しつつ排ガス放出配管２９の流調弁３０を開弁方向に調整して排ガスを放出してその混合量を減少させる。以上のごとくして低カロリガスのカロリが許容上限値を超えることを防止する。【００５２】  つぎに、希釈ガス供給配管８から排ガス放出配管２９に連絡管３６を接続してＮ２またはＮ２と排ガスとの混合気（希釈ガス）を大気放出しうる構成にした点について説明する。希釈ガスの量は通常流調弁２８、３３によって制御される。低カロリガス供給配管３のカロリメータ１１の検出値が急激に減少した場合、この流調弁２８、３３による制御ではその応答性に問題が生じる可能性もある。このような場合、連絡管３６の流調弁３８によって希釈ガスの一部を大気放散することにより、希釈ガスの供給量を急激に減少させてカロリ値の急減に対応する。【００５３】  ガスタービン２の排ガスには約１０〜１３％の酸素が含まれているので、排ガスを低カロリガスに混合すればこの混合ガスの酸素含有量（酸素濃度）が上昇する。可燃ガス中に所定割合の酸素が含まれた場合、理論的には所定温度で当該可燃ガスが可燃範囲内に入る。このような状況に陥る前には排ガスの供給量を制限しなければならない。そのときになお、低カロリガスのカロリ値を下げる必要があるときには、前述のごとく、低カロリガスへの排ガス混合量を減少させつつＮ２を供給して混合させる。【００５４】  なお、排ガスの種類によって酸素含有率は異なる。低カロリガスを燃料としたガスタービンの燃焼ガスではその酸素含有率（容積比率）は約１０〜１３％であるが、汽力発電に用いられるボイラの排ガスは約３〜６％の酸素しか含んでいない。したがって、使用する排ガスごとに、当該排ガスと低カロリガスとの混合ガスの可燃限界を低カロリガスまたは排ガスの容積比率について求め、このデータに基づいて排ガスの最大許容混合比率を設定してもよい。【００５５】  一方、空気には一定容積比率（約２１％で不変）の酸素が含まれているので、空気と低カロリガスとの混合気の可燃限界を低カロリガスまたは空気の容積比率について求め、これから空気の許容最大混合比率を設定しておき、このデータおよび酸素含有率の比に基づいて排ガスの最大許容混合比率を算出し、設定するのが便利である。たとえば、空気の許容最大混合比率に、空気の酸素含有率（２１％）と採用する排ガスの酸素含有率（ガスタービンの燃焼ガスでは約１０〜１３％）との比を乗じるのである。以下、説明する。【００５６】  図２には、低カロリガスと空気との混合ガスについて、その可燃限界を低カロリガスの容積比率と温度との関係��示している。図中左側の黒丸印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最小容積比率（空気の最大容積比率）を示す。右側の黒四角印をつないだ曲線は、混合ガスの可燃範囲のうち、低カロリガスの最大容積比率（空気の最小容積比率）を示す。両曲線で挟まれた範囲が可燃範囲である。低カロリガスのカロリ値は変動するので上記両曲線も変動する。したがって、制御装置１００には、このようなデータに基づき、安全率を考慮したうえで空気の最大許容混合容積率が設定されている。たとえば図２中に示す、空気の容積比率２０％（低カロリガスの容積比率８０％）である。右側の黒四角印をつないだ曲線で示す空気の最小容積比率よりもさらに小さい比率（２０％）に設定されている。ただし、この数値は一例である。【００５７】  空気とガスタービン排ガスとの酸素含有率の比は、２１／１３である。排ガスの酸素含有率は安全側をとって１３％としている。空気の最大許容混合容積率が２０％であるので、排ガスの最大許容混合容積率は、２０％×２１／１３≒３２％となる。ボイラの排ガスの最大許容混合容積率は、２０％×２１／６≒７０％となる。制御装置１００にこれら排ガスの最大許容混合容積率が設定されるが、これらは混合ガスの可燃限界から導かれる最大許容混合容積率である。ガスタービン排ガスの容積比率がたとえば上限値（３２％）よりわずかに小さい、たとえば２５％を超えると、前述のとおり排ガスの混合量を減少させ、必要に応じてＮ２を供給する。この制御は低カロリガス供給配管３の流量計１２および排ガス供給配管４の流量計２７の検出結果に基づいて行われる。さらに、上記酸素濃度計１５、５６によって混合ガスの酸素濃度および排ガスの酸素濃度はともに常時監視される。予期せぬ酸素濃度の変動に対処するためである。【００５８】  つぎに、図１中のバッファタンク１０の作用効果について説明する。図示のごとく、このバッファタンク１０には、上流側の低カロリガス供給配管３が接続される入口１０ａと、下流側の低カロリガス供給配管３が接続される出口１０ｂとが形成されている。したがって、送られてきた低カロリガスの全部がこのバッファタンク１０に流入する。図１のバッファタンク１０では、その入口１０ａおよび出口１０ｂはタンク周壁の下端近傍に形成されているが、とくにこれらの形成位置に限定されず、たとえばタンク周壁の中部、上部、タンクの底部等に形成してもよい。【００５９】  このバッファタンクの容積は大きく、たとえば直径が２〜３ｍ程度の低カロリガス供給配管３に対して容積が通常２００００〜２０００００ｍ３程度のものが設置される。時々刻々カロリが変動しつつ送られてきた低カロリガスはバッファタンク内で混合される。この明細書でいうタンク内でのガスの混合とは、いわば時間差の混合を意味する。すなわち、同時にバッファタンク１０に流入した低カロリガスは、比較的早く出口１０ｂから流出する部分から遅くまでバッファタンク１０内に滞留する部分まで分布している。一方、入口１０ａからは連続して新たなガスが流入してくるので、過去に流入したガスと新たに流入したガスとが絶えず混合されている。このことを時間差混合と言う。この時間差混合の結果、バッファタンク１���の出口１０ｂから出ていく低カロリガスのカロリの変動幅は縮小され、変動速度は低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和（抑制）される。このようにカロリ変動が事前に緩和されると、下流において排ガス等の希釈によるカロリ上昇の抑制制御が非常に容易となる。以上の現象を図３〜図８、図１１〜図１４を参照しつつ説明する。【００６０】  図３は、図１中のバッファタンク１０の容積を２０００００ｍ３としたときに、カロリ変動する低カロリガスが流量５０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給された場合のカロリ変動の緩和（抑制）状態のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は時間（分）を示し、縦軸は低カロリガスの発熱量であるガスカロリ値（ｋｃａｌ／Ｎｍ３）を示している。また、図中に破線で表す曲線はバッファタンク１０に送られてきた低カロリガスのカロリ変動（オリジナル変動）を示している。これは実測した一サンプルである。実線で表す曲線はバッファタンク１０から出ていく低カロリガスのカロリ変動（抑制後変動）を示している。図示のごとく、バッファタンク１０に入る前の低カロリガスのカロリは約１５３０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から約２３６０ｋｃａｌ／Ｎｍ３まで変動している。つまり、これら二値の平均値（以下、単に平均値という）（１９４５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±２１％の変動幅を持っている。バッファタンク１０から出ていく低カロリガスのカロリ変動を理論計算した結果によれば、１７８０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から１９６０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までであり、変動幅は平均値（１８７０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±５％まで抑制されている。図示のごとく変動周期についても短周期成分および中周期成分が大幅に抑制されている。この効果は低カロリガスの供給流量に対してバッファタンクの容積が大きいほど顕著になる傾向がある。オリジナル変動の変動幅が小さい場合は経済性の見地からバッファタンクの容積を小さくしても効果がある。【００６１】  図４には、低カロリガスが流量は５０００００Ｎｍ３／ｈｒとしたままで、バッファタンク１０の容積を上記のものの半分の１０００００ｍ３としたときのカロリ変動の減衰状態が示されている。この場合のカロリ変動もバッファタンク１０によって１７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２０４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（１９７０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±９％である。【００６２】  図５は、低カロリガスが流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備においてバッファタンク１０の容積を５００００ｍ３としたときの、カロリ変動の減衰状態を示している。この場合のカロリ変動もバッファタンク１０によって１７４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２０１０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（１８７５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±７．２％である。【００６３】  図示しないが、低カロリガスが上記と同様に流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、バッファタンク１０の容積を上記の半分の２５０００ｍ３としたときは、変動幅は平均値（１８７５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±１２％となる。【００６４】  図６に示すように、低カロリガスが流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、容積が２５０００ｍ３��バッファタンク１０を並列に二台設置しておき、通常運転時には二台とも使用し、定期点検や作動不良時等の非定常事態にのみ片方のタンクのみを使用するという工夫もできる。【００６５】  このように、バッファタンクを備えるだけで、積極的な制御をすることなく低カロリガスのカロリ変動が大きく抑制される。その結果、下流において排ガスや不活性ガスを混合する制御が非常に容易になされる。たとえば、ガスタービン２の燃料ガスのカロリ変動幅が基準カロリ値（平均値）の±１０％と設定されている場合であれば、バッファタンクの下流では変動するカロリの平均値を、ガスタービン２に設定された基準カロリ値と一致させるために、その仕様に適合させうる容積のバッファタンクを備え、一定比率の排ガスを下流側で供給するだけで良くなる。排ガスの供給動作に関しては低カロリガスのカロリ変動の様態を考慮する必要が無くなる。【００６６】  極端な場合、バッファタンク１０を通過した後の低カロリガスの変動するカロリの平均値が、ガスタービン２に設定された基準カロリ値とほぼ一致しているなら、排ガス供給設備や不活性ガス供給設備は必要無くなる。両設備が設けられている場合であっても、図１の希釈ガス供給配管８の止め弁３４を閉止した状態で設備を運転すれば良い。当然ながら、発生した低カロリガスのカロリ変動がもともと大きくない場合は、バッファタンクの設置は必要でなく、排ガス供給設備や不活性ガス供給設備のみで十分に対応可能である。【００６７】  図７には他のバッファタンク４２が示されている。このバッファタンク４２は従来のガスタービン設備に使用されることのあるもので、ガス量バランスを監視する装置４０に含まれるものである。このガス量バランス監視装置４０は、上流側から送られてくる低カロリガスの量とガスタービンで必要とする消費ガス量とのバランスを取るためのものである。供給ガス量の変動やガスタービンの負荷変動がある場合、供給量と消費量との間でバランスを取る必要がある。供給量が予想外に過剰となったときには大気に放散するなどし、供給不足となったときにはガスタービンの負荷を低下させたり、一部の運転を停止したりする。【００６８】  このガス量バランス監視装置４０は、連通管４１によって低カロリガス供給配管３と接続されたタンク４２と、タンク４２の上端開口を気密に閉止し且つタンク内を上下動可能に配設された蓋部材４３と、たとえば蓋部材４３に設置された調整用おもり４４とを備えている。蓋部材４３は、自重と上記おもり４４の重量と大気圧による押し下げ力との総計と、タンク４２の内圧による押し上げ力とのバランスによってタンク内を上下動する。したがって、低カロリガスの供給量と消費量とのバランスの変化に応じて蓋部材４３が上下動する。この蓋部材４３の上下動を監視しつつガスの大気放散やタービン負荷の低下等の措置をとる。【００６９】  このガス量バランス監視装置４０をカロリ変動抑制のために利用するのである。このタンク４２には、上記連通管４１の他に新たに低カロリガス供給配管３と連通する入口配管４５が接続されている。この入口配管４５には低カロリガスをタンク４２に送り込むファン３９が設置されている。入口配管４５は連通管４１より低カロリガ��供給配管３の上流側に接続されているので、圧力損失を考慮した配管設計によって上記ファン３９を省略することもできる。これは図８および図１２に示す上流側入口配管４５についても同様である。供給される低カロリガスの一部は入口配管４５を通ってタンク４２に流入し、タンク４２内で低カロリガスが混合し、同量のガスが上記連通管４１を通ってタンク４２から低カロリガス供給配管３に戻る。この場合は上記連通管４１は出口配管とも呼べる。このバッファタンク４２は低カロリガス供給配管３のバイパス配管を構成する入口配管４５と出口配管４１とに接続されており、いわば低カロリガス供給配管３に対して並列に設置されている。【００７０】  図８には、カロリ変動抑制手段として利用しうる他のガス量バランス監視装置４６が示されている。このガス量バランス監視装置４６は、さらに経済的な構成をとっており、連通管４１によって低カロリガス供給配管３と連通された気密構造のタンク４６ａを有している。タンク４６ａには圧力検出装置４７が設置され、タンク４６ａの内圧が常時監視される。制御装置１００は、検出圧力が上限域に達すると設備内のガス消費量を増加する指令を出し、ガスの需給バランスをとる。その他の構造は前述の装置４０（図７）と同じであり、カロリ変動抑制手段として十分に利用可能である。【００７１】  図９は、カロリ変動する低カロリガスが流量５０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、図７または図８中のタンク４２（４６ａ）の容積を２０００００ｍ３とし、上記ファン３９によって５０００００Ｎｍ３／ｈｒの流量のうち２０００００Ｎｍ３／ｈｒのガスをタンク４２（４６ａ）に送り込む場合のカロリ変動の緩和状態を示す。図中に破線で表す曲線は直接還元鉄設備Ｓから送られてくる低カロリガスのカロリ変動（オリジナル変動）を示している。これは前述の実測サンプルである。二点鎖線で表す曲線はタンク４２を出て上記連通管４１を通る低カロリガスのカロリ変動（過渡変動）のシミュレーション結果を示している。実線で示す曲線は、連通管４１より下流の低カロリガス供給配管３部分を通って第一混合器６に至るガスのカロリ変動（抑制後変動）を示している。前述と同じく、タンク４２（４６ａ）に入る前の低カロリガスのカロリは平均値（１９４５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±２１％の変動幅を持っている。ところが、タンク４２（４６ａ）から連通管４１を通って低カロリガス供給配管３に合流した後のガスのカロリ変動は、１６９０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３までであり、変動幅は平均値（１８９５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±１１％まで抑制されている。この数値は一例である。【００７２】  このように、タンク４２（４６ａ）を有する既設の設備を利用してガスカロリの変動を抑制することも可能である。そして、下流において排ガスによる低カロリガスの希釈を容易に行うことができるようになる。図７および図８では、低カロリガスをタンク４２（４６ａ）に送り込む入口配管４５が、低カロリガス供給配管３における出口配管４１より上流側に接続されているが、とくにこの構成に限定されず、出口配管４１より下流側に接続してもよい。また、両管４１、４５ともに複数本設けてもよい。【���０７３】  図１０には、他のカロリ変動抑制手段が示されている。この手段は、低カロリガス供給配管３に配設された、低カロリガスの一部を低カロリガス供給配管３の上流側へ戻すための戻し配管４８である。この戻し配管４８には低カロリガスを上流側へ圧送するファン３９が設置されている。図示の戻し配管４８は一カ所の吸引部から複数本の枝管４８ａに分岐してもとの低カロリガス供給配管３に戻すように構成されているが、一本の戻し配管から構成してもよい。また、低カロリガス供給配管３の異なる複数部位にそれぞれ一本の戻し配管を配設してもよい。かかる手段によっても、低カロリガスは低カロリガス供給配管３の上流へ戻されたときに新しい低カロリガスと混合し、カロリ変動が緩和される。この作用を増大するには、戻し配管４８を長さを長くし、供給ガス量に対する戻しガス量の容積割合を大きくすればよい。【００７４】  図示しないが、図７に示すのと同じガス量バランス監視装置４０用のバッファタンク４２を図１における内容積固定型のバッファタンクと取り替えた態様にしてもよい。すなわち、図７のバッファタンク４２は低カロリガス供給配管３のバイパス配管を構成する入口配管４５と連通管４１とに接続されているが、このバッファタンク４２を低カロリガス供給配管３に直接接続してもよい。具体的には、バッファタンク４２に形成された入口に低カロリガス供給配管３の上流側を直接接続し、出口に低カロリガス供給配管３の上流側を直接接続してもよい。【００７５】  図１１には、上記のような配管態様と実質的に同一の配管の態様が示されている。図１１のバッファタンク４２は図７に示すのと同じガス量バランス監視装置４０用のバッファタンク４２である。相違点は低カロリガス供給配管３とを接続する配管の態様である。図１１の配管態様は、図７の低カロリガス供給配管３における、入口配管４５との接続部から連通管４１との接続部までの部分を取り除き、さらに、入口配管４５上のファン３９を取り除いたものである。すなわち、入口４２ａに上流側の低カロリガス供給配管３が接続され、出口４２ｂに下流側の低カロリガス供給配管３が接続されている。換言すれば、図１に示すバッファタンク１０をガス量バランス監視装置４０用のタンク４２に取り替えたものである。かかる配管は、既存のガス量バランス監視装置４０をガスカロリの変動抑制装置として兼用するに際して容易に改造し得る態様である。【００７６】  さらに、図示のごとく、このタンク４２の内部にはガスを撹拌するためにファン等の撹拌装置５７を設置してもよい。タンク内でのガスの混合を促進し、それによってより効果的なカロリ変動抑制を実現するためである。撹拌装置５７の設置形態としては、タンクの出口４２ｂの近傍からガスをタンクの内方へ向けて流しうる姿勢で出口４２ｂの近傍に設置するのが、ガスの効果的な混合という観点から好ましい。この撹拌装置５７を、図１１のタンク４２に限定されず、他の図面に示すタンク１０、４２、４６ａや、カロリ抑制効果を発揮しうる他のタンクに対しても設置することが可能である。なお、撹拌装置５７の回転駆動機としての電動モータ５７ａ等はタンクの外部に設置しておくのが好ましい。【００７７】  図１２にも図７のタンクと同様に低カロリガス供給配管３に対して並列に設置されたバッファタンク４２が示されている。図示のごとく、タンク４２の出口４２ｂと低カロリガス供給配管３との間には出口配管４１が接続され、タンク４２の入口４２ａと低カロリガス供給配管３における出口配管４１の接続部より上流側との間には入口配管４５が接続されている。したがって、この入口配管４５を上流側入口配管４５と呼ぶ。一方、このタンク４２にはさらなる入口５０ａが形成され、この入口５０ａに、低カロリガス供給配管３における出口配管４１との接続部より下流側に接続された入口配管５０が接続されている。この入口配管５０を下流側入口配管５０と呼ぶ。両入口配管４５、５０には低カロリガスをタンク４２に送り込むファン３９が設置されている。図示のごとく、上流側入口配管４５および下流側入口配管５０のタンク４２への接続位置（入口４２ａ、５０ａ）は互いに近接している。【００７８】  この構成によれば、タンク４２には低カロリガス供給配管３の上流側から上流側入口配管４５を通して低カロリガスの一部が圧送され、同時に低カロリガス供給配管３の下流側から下流側入口配管５０を通して低カロリガスの一部が圧送され、混合して出口４２ｂから出口配管４１へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので、タンク内で長時間に渡る混合が実現される。下流側入口配管５０の長さを長くするほど、混合されるガスの滞留時間が長くなり、一層好ましい混合が実現される。上記下流側入口配管５０は低カロリガス供給配管３の下流側からタンク４２の入口５０ａに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管３の上流側入口配管４５との接続部より上流側に接続してもよい。【００７９】  図１３にも低カロリガス供給配管３に対して並列に設置されたバッファタンク４２が示されている。図示のごとく、タンク４２と低カロリガス供給配管３との間には、出口配管としての上記連通管４１と下流側入口配管５０とが接続されている。この下流側入口配管５０には低カロリガスをタンク４２に送り込むファン３９が設置されている。【００８０】  かかる構成によれば、下流側入口配管５０が低カロリガス供給配管３における出口配管４１との接続部より下流側に接続されていても、低カロリガスはファン３９より下流側入口配管５０を通してタンク４２内へ送り込まれ、混合して出口４２ｂから出口配管４１へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので効果的な混合がなされる。そして、上記下流側入口配管５０の長さを長くするほど、タンク内でより長時間に渡る混合が実現される。【００８１】  図１４に示すタンク４２は二種類の入口４２ａ、４９ａを有している。一方の入口４２ａには上流側低カロリガス供給配管３が接続され、出口４２ｂには下流側低カロリガス供給配管３が接続され、さらに、他方の入口４９ａには下流側低カロリガス供給配管３と接続された戻し配管４９が接続されている。二つの入口４２ａ、４９ａは近接して形成されている。戻し配管４９には低カロリガスをタンクに送り込むためのファン３９が設置されている。【００８２】  かかる構成によれば、タンク４２でカロリ変動が抑制さ��た低カロリガスの一部は再度タンク４２へ戻されて再度混合するので、一層好ましい混合が実現される。戻し配管４９の長さを長くするほど混合されるガスの滞留時間が長くなる。上記戻し配管４９は低カロリガス供給配管３の下流側からタンク４２の入口４９ａに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管３におけるタンクより上流側に接続してもよい。【００８３】  以上説明した実施形態では、使用する低カロリガスとして直接還元製鉄法によって発生する副生ガスを例示したが、これに限定されない。低カロリガスとしては、高炉ガス（ＢＦＧ）、転炉ガス（ＬＤＧ）、石炭層に含まれる石炭層ガス（Ｃｏａｌ  ｍｉｎｅ  ｇａｓであり、ＣＭＧと表す）、溶融還元製鉄法によって発生する副生ガス、ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）プロセスにおいて発生するテイルガス（Ｔａｉｌ  ｇａｓ）、オイルサンドからオイル精製プロセスに伴って発生する副生ガス、プラズマを用いたゴミ焼却によって発生するガス、生ゴミを含む一般廃棄物がその埋め立て地において発酵、分解する過程で生じるメタンガス（Ｌａｎｄｆｉｌｌ  ｇａｓ）、および、その他の類似の原料を化学反応させることに伴って発生する副生ガス等の低カロリガス等が含まれる。もちろん、上記ガスを単独はもとより、ＢＦＧとＬＤＧとの混合ガスのように、複数の異種ガスを混合した結果その発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ３以下となったガスをも含む。
【産業上の利用可能性】
【００８４】  本発明によれば、そのカロリが時々刻々変化する低カロリガスを大量に存在し且つ採取容易である低酸素濃度な排ガスによって希釈することにより、燃焼温度の異常な上昇を抑えて安定燃焼を継続させることができる。すなわち、低廉な設備コストおよび運転コストによって上記効果が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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