(57)【要約】【課題】ガスタービンと空気分離装置の合併運転の際に、空気分離装置に送られた入口空気をガスタービンによって供給される少なくともその一部とする方法及び装置を提供する。【解決手段】ガスタービンによって空気分離装置に供給する方法において、ガスタービン入口空気を空気分離装置の入口に入れ、少なくとも入口空気の部分をガスタービンから供給し、それぞれが窒素富化および酸素富化である２つのガス流を空気分離装置から抽出し、ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出すると、２つのガス流のうち少なくとも１つを空気分離装置の入口に向けてリサイクルする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンによって空気分離装置に供給する方法において、
ガスタービン入口空気を前記空気分離装置の入口に入れ、少なくとも前記入口空気の部分を前記ガスタービンから供給し、それぞれが窒素富化および酸素富化である２つのガス流を前記空気分離装置から抽出し、
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出すると、前記２つのガス流のうち少なくとも１つを前記空気分離装置の入口に向けてリサイクルすることを特徴とする空気供給方法。
【請求項２】
２つのガス流の各々の少なくとも一部が前記空気分離装置の入口に向けてリサイクルされることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ガスタービンから来る前記一部の空気の流量がかなり減少して、該流量がいつ所定値を下回るかを検出することによって前記流量の減少を検出することを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
【請求項４】
前記所定値は、前記ガスタービンから来る入口空気の部分の流量の少なくとも５％の一時的な減少と一致することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量のかなりの減少が、ガスタービンのシャットダウンを検出することによって検出されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
【請求項６】
前記ガスタービンの通常運転中において、実質的に全量の入口空気が前記ガスタービンから供給されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出した後に、実質的に全てのまたは各々の抽出されたガス流は、前記空気分離装置の入口に向けてリサイクルされることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
メーキャップ空気の部分が送られ、前記メーキャップ空気の部分の流量はリサイクルガス流の流量または各々のガス流の流量より少ないことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ガスタービンの通常運転中において、前記ガスタービンから前記入口空気の部分のみが供給されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出した後に、前記空気の部分または各々の抽出されたガス流は、前記空気分離装置の入口のほうへリサイクルされることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１１】
ガス化器は、前記他の、非リサイクルの、酸素富化ガス流の一部によって供給されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
酸素メーキャップが酸素富化ガス流の前記他の一部に加えて、ガス化器に供給されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記他の、非リサイクルの、酸素富化ガス流の一部は、大気中に放出されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
ガスタービンによって空気分離装置に供給する設備であって、
圧縮空気を供給する手段、とくに圧縮機を有するガスタービンと、
入口空気送り手段を有する空気分離装置と、を備え、
前記入口空気送り手段は、前記空気分離装置の外側において、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスの２つのガス流を除去する第１の除去手段および第２の除去手段と共に、前記ガスタービンの前記圧縮空気供給手段に併合された少なくとも第１の入口空気送り手段を有し、
さらに、前記２つのガス流のうち少なくとも１つにリサイクルし、前記第１または第２の除去手段のいずれかを前記空気分離装置の前記入口空気送り手段に連通させることができるリサイクル手段を有することを特徴とする設備。
【請求項１５】
前記リサイクル手段は、２つのガス流の各々をリサイクルする手段であり、前記入口空気送り手段に前記第１および第２の除去手段を連通させることができることを特徴とする請求項１４記載の設備。
【請求項１６】
前記第１の入口空気送り手段内を流れる空気の流量がかなり減少したことを検出する手段を有し、該検出手段は、前記第１および／または第２の除去手段および前記リサイクル手段のなかを流れるガスの流量を制御できる前記制御手段とくにバルブに接続されていることを特徴とする請求項１４または１５のいずれか一方に記載の設備。
【請求項１７】
前記検出手段が前記第１の入口空気送り手段内を流れる空気の流量を測定する手段を有することを特徴とする請求項１６記載の設備。
【請求項１８】
前記検出手段が前記ガスタービンのシャットダウンを検出する手段を有することを特徴とする請求項１６記載の設備。
【請求項１９】
前記リサイクル手段が少なくとも一つのラインを有し、該ラインは前記空気分離装置の空気供給手段のそれぞれのガス流の圧縮機の出口に接続されていることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンによって空気分離装置に空気を送るための方法および設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンは、圧縮機、燃焼室、および後者の燃焼室を駆動するために圧縮機に連結された膨張タービン（エクスパンジョンタービン）とを有している。この燃焼室は燃焼ガスと特定量の窒素とを受け、この燃焼室内の火炎温度を低くすることを目的として、大気に放出される窒素酸化物を可能な限り最小にすることを可能にする。
【０００３】
公知の方法では、石炭または他に油残渣のようなカーボン製品の酸化により、いわゆるガス化によって燃焼ガスが得られることができる。この酸化は独立の装置内において実施され、この装置はガス化器（gasifier）と呼ばれている。
【０００４】
従来、このガスタービンを空気分離装置と組み合わせることは可能である。後者の空気分離装置は、通常少なくとも一つの蒸留塔から成っている低温の装置であり、大部分は空気のガスの１つ（特に酸素または窒素）からなる少なくとも一つのガス流が空気から供給されることを可能にする。
【０００５】
この空気分離装置をガスタービンと組み合わせることは、２つの上述したガス流のうちの少なくとも１つを利用することを含む。この目的のために、空気分離装置において生成した酸素および窒素は、それぞれガス化器および燃焼室に入れられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、特にガスタービンと空気分離装置の合併運転の際に、空気分離装置に送られた入口空気をガスタービンによって供給される少なくともその一部とする方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
このために、ガスタービンの圧縮機の送給回路は、外部送り圧縮機を追加する代わりに、空気分離装置の入口に連通される。この装置は特許文献１に特に記載されている。
【特許文献１】
ＦＲ−Ａ−２  ６９０  ７１１号公報  しかし、この公知の解決手段はいくつかの欠点を有する。
【０００８】
これは、ガスタービンによって空気分離装置に供給すると空気分離装置において生産されるガス（例えば酸素、窒素またはアルゴン）の純度が失われやすくなったり、また空気分離装置の不注意なシャットダウンを招きやすくなったりするからである。
【０００９】
後者のシャットダウンの場合は、それから空気分離装置を再開されなければならない。そして、かなりのエネルギー消費と共に、それは時間を当然失うことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、これらの欠点を克服しようとすることにある。この目的のために、本発明の主題は、ガスタービンによって空気分離装置に供給する方法において、ガスタービン入口空気を前記空気分離装置の入口に入れ、少なくとも前記入口空気の部分を前記ガスタービンから供給し、それぞれが窒素富化および酸素富化である２つのガス流を前記空気分離装置から抽出し、前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出すると、前記２つのガス流のうち少なくとも１つを前記空気分離装置の入口に向けてリサイクルすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の特徴に従えば、
少なくとも、各々の２つのガス流れの一部は、空気分離装置の入口の方へリサイクルされ、
ガスタービンから来る前記一部の空気の流量がかなり減少して、該流量がいつ所定値を下回るかを検出することによって前記流量の減少を検出し、
前記所定値は、前記ガスタービンから来る入口空気の部分の流量の少なくとも５％の一時的な減少と一致し、
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量のかなりの減少が、ガスタービンのシャットダウンを検出することによって検出され、
前記ガスタービンの通常運転中において、実質的に全量の入口空気が前記ガスタービンから供給され、
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出した後に、実質的に全てのまたは各々の抽出されたガス流は、前記空気分離装置の入口に向けてリサイクルされ、
メーキャップ空気の部分（portion  of  make-up  air）が送られ、前記メーキャップ空気の部分の流量はリサイクルガス流の流量または各々のガス流の流量より少なく、
前記ガスタービンの通常運転中において、前記ガスタービンから前記入口空気の部分のみが供給され、
前記ガスタービンから来る空気の部分の流量がかなり減少したことを検出した後に、前記空気の部分または各々の抽出されたガス流は、前記空気分離装置の入口のほうへリサイクルされ、
ガス化器（gasifier）は、前記他の、非リサイクルの、酸素富化ガス流の一部によって供給され、
酸素メーキャップ（oxygen  make-up）が酸素富化ガス流の前記他の一部に加えて、前記ガス化器に供給され、
前記他の、非リサイクルの、酸素富化ガス流の一部は、大気中に放出される。
【００１２】
本発明の主題は、ガスタービンによって空気分離装置に供給する設備（plant）であって、圧縮空気を供給する手段、とくに圧縮機を有するガスタービンと、入口空気送り手段を有する空気分離装置と、を備え、前記入口空気送り手段は、前記空気分離装置の外側において、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスの２つのガス流を除去する第１の除去手段および第２の除去手段と共に、前記ガスタービンの前記圧縮空気供給手段に併合された少なくとも第１の入口空気送り手段を有し、さらに、前記２つのガス流のうち少なくとも１つにリサイクルし、前記第１または第２の除去手段のいずれかを前記空気分離装置の前記入口空気送り手段に連通させることができるリサイクル手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の特徴に従えば、
前記リサイクル手段は、２つのガス流の各々をリサイクルする手段であり、前記入口空気送り手段に前記第１および第２の除去手段を連通させることができ、
前記第１の入口空気送り手段内を流れる空気の流量がかなり減少したことを検出する手段を有し、該検出手段は、前記第１および／または第２の除去手段および前記リサイクル手段のなかを流れるガスの流量を制御できる前記制御手段とくにバルブに接続され、
前記検出手段が前記第１の入口空気送り手段内を流れる空気の流量を測定する手段を有し、
前記検出手段が前記ガスタービンのシャットダウンを検出する手段を有し、
前記リサイクル手段が少なくとも一つのラインを有し、該ラインは前記空気分離装置の空気供給手段のそれぞれのガス流の圧縮機の出口に接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は単に添付の図面に示した実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
図１および図２に示される設備は、ガスタービン（参照符号２で示された全体）を有する。ガスタービンは、通常、空気圧縮機4と、この圧縮機４に連結された膨張タービン６および燃焼室８を有する。また、ガスタービン２は、圧縮機４およびタービン６に共通のシャフト１２によって動かされる交流発電機１０を備えている。
【００１６】
図１の設備も参照符号１４で全体が示された公知のタイプの空気分離装置を有する。この空気分離装置１４の入口にはライン１６を通って空気が供給され、圧縮機４の送給回路５に連通される。
【００１７】
このライン１６にはバルブ１７および流量センサ１８が取り付けられている。空気分離装置１４は、低温で作動し、この目的のために、いくつかの蒸留塔（several  distillation  columns）（図示せず）を備えている。
【００１８】
ライン２０は、空気分離装置１４の外側で、抽出されるべき廃窒素の第１の流れWを可能にする。この第１の流れＷは少なくとも９０モル％の窒素を含み、好ましくは少なくとも９５モル％の窒素と共に数パーセントの酸素を含む。
【００１９】
このライン２０は、圧縮機２２に入り、その下流側でバルブ２６を有するライン２４に延びてつながり、燃焼室８に入っていく。バルブ３０が取り付けられたライン２８にはライン１６とライン２４が接続される。
【００２０】
空気分離装置１４の外側において、ライン３２は酸素富化ガス流ＧＯＸを可能にし、少なくとも７０モル％、好ましくは少なくとも８０モル％の抽出されるべき酸素を含む。このライン３２は、圧縮機３４に入り、その下流側においてバルブ３８が取り付けられたライン３６に延びてつながっている。
【００２１】
このライン３６はガス化器４０に入り、従来タイプでは、石炭のような炭素製品を収容しているタンク（図示せず）によって供給される。ライン４２にはバルブ４４を取り付け、ライン１６およびライン３６を接続する。
【００２２】
ライン４６は、ガス化器４０の下流に延び出し、炭素製品の上述した酸化から生じる燃料ガスを輸送する。このライン４６はバルブ４８を備え、ガスタービンの燃焼室８に連通されるようになっている。
【００２３】
さらに、センサ１８は、図中に一点鎖線で示した制御ライン２６′，３０′，３８′，４４′によってバルブ２６，３０，３８，４４にそれぞれ接続されている。
【００２４】
図１を参照してガスタービン２の通常運転時における上述した設備の操作について以下に説明する。
【００２５】
空気分離装置１４は、圧縮機4から圧縮空気を受けて、それぞれライン２０およびライン３２によって輸送される窒素富化および酸素富化の２つのガス流を生じさせる。
【００２６】
酸素富化ガス流はガス化器４０に入り、さらに石炭のような炭素製品を受ける。このガス化器４０内で行われる酸化は燃料ガスの製造をもたらし、その燃料ガスはライン４６によって分配され、ガスタービンの燃焼室８に供給される。また、後者のガス流もライン２４を介して燃焼室８に受けられ、ライン５を介して圧縮機４から供給される圧縮空気と合流して、窒素富化ガス流Ｗとなる。
【００２７】
対応する燃焼から発生するガスは、廃窒素を混ぜ合わせられ、膨張タービン6の入口に送られ、ここで後者を駆動すると共に、それらは膨張される。また、これはシャフト１２を介して動かされる圧縮機４および交流発電機１０を可能とし、例えば送電ネットワーク（図示せず）に供給する。
【００２８】
このタービン２の通常運転中において、バルブ２６と３８は開け、バルブ３０と４４は閉じることに留意する必要がある。このように、ライン１６は破線で示すライン２８によってもまたライン４２によっても送られない。
【００２９】
ガスタービン２に何事かが起こったことを検出したとき、特にそのパラメータのうちの1つの突然の変動のために、このガスタービンをシャットダウンさせるか、またははっきり目に見える故障の検査を受ける。このように、ライン１６内を流れる圧縮空気の流量は、はっきり目に見える減少を対象としている。
【００３０】
この流量の減少が所定の値より大きいときに、例えば少なくとも５％の一時的な低下に相当するときに、センサ１８はこの流量の低下を認める。バルブ２６，３０，３８，４４には制御ライン２６′，３０′，３８′，４４′を通って信号が送られる。
【００３１】
これら４つのバルブの転換は、タービンのシャットダウンを示すセンサ（図示せず）によって開始しても良い。
【００３２】
バルブ３０と４４を最初に閉じておき、次いで開ける。また、バルブ２６と３８は最初に開けておき、次いで閉じる。このような方法で、酸素富化流はライン３６を通してガス化器に供給されず、その一方で窒素富化流はライン２４を通して燃焼室８に供給されない。
【００３３】
その代わりに、これら２つのガス流は、ライン２８とライン４２を通って空気分離装置１４の入口へ向けてリサイクルされる。
【００３４】
窒素富化流は、不純物で満たされていてもよく、従来の浄化装置の有利なリサイクル上流である。このリサイクル流は、空気分離装置１４に入る前に、先に冷却を受けるようにしてもよい。
【００３５】
これに対して、酸素富化流は、浄化または冷却を受けることなく、空気分離装置１４の入口に送るようにしてもよい。
【００３６】
これら窒素富化と酸素富化との二つのガス流の混合物が、空気分離装置１４の入口に入り、空気のそれに近い組成物を有するようになる点に留意すべきである。
【００３７】
また、異常状態（incident）が検出されたにも拘わらずガスタービンがまだ操作されている場合には、ガスタービンの完全なシャットダウンが実施される。
【００３８】
図２において、ライン２４，３６，４６およびガスタービン２は破線で示される。一方、ライン２８とライン４２は実線で示される。
【００３９】
空気分離装置１４が圧縮機４によって十分に供給されなくなった場合は、直ちにライン２８とライン４２を介して空気分離装置１４の入口のほうへ２つのガス流をリサイクルし、後者の酸素富化流はその入口流量の突然の変動を受けない。このため後者の酸素富化流は、空気分離装置１４の負荷を減らすことによって、一定の状態を保つことができるか、または徐々に段階的に減少させることができる。
【００４０】
上述した２つのガス流が空気分離装置１４の入口のほうへリサイクルされている間において、図２に示すメーキャップ圧縮機５０に依存することができる点に留意する必要がある。したがって後者の酸素富化流は、この種のリサイクルと関連して発生するガスの損失を補償することができる。
【００４１】
このメーキャップ圧縮機５０は、ガスタービン２に依存することなく、このタービンと空気分離装置が必要に応じて平行に始動されることを可能とし、空気分離装置１４を始動するために用いてもよい。メーキャップ圧縮機５０は非常に小さいサイズとすることが可能であり、このようにすると低コストであり、多くのエネルギー支出が含まれなくなる。
【００４２】
ガスタービンの通常運転の再開を可能とするときは、各種バルブ２６，３０，３８，４４は初期の構成に置かれる。これはプラントが図１の配置に再セットアップされることを可能にする。
【００４３】
図３および図４は本発明の第２の実施形態の設備（プラント）を示す。
【００４４】
この第２の実施形態の設備は、ライン５４を経由して空気分離装置１４に空気を供給する圧縮機５２を備えている点で、図１に示した設備と異なる。
【００４５】
ガスタービン２の通常運転時において、ガスタービン２の圧縮機４と協力して、圧縮機５２が空気分離装置１４に空気を供給することを可能にする点では、本実施形態の設備の動作は図１に記載したそれと同じである。
【００４６】
このガスタービン２で異常事態が起こったときに、上記と類似する方法で、ライン１６の空気流量の減少が検出される。次いでバルブ２６と３８を共に閉じ、ライン２８と４２によって運ばれるガス流を空気分離装置１４の入口にリサイクルするためにバルブ３０と４４を共に開ける。
【００４７】
タービン２の圧縮機４による空気の供給不足を補償するために、外部の圧縮機５２が空気分離装置１４に空気を向け続けさせ、これらのガス流が一部だけリサイクルされる点に留意する必要がある。
【００４８】
また、圧縮機５２から送られてくる空気と窒素富化流および酸素富化流の２つのガス流との混合物が、空気の成分に近い成分を有する点に留意する必要がある。
【００４９】
酸素富化流の他の一部は、リサイクルされないで、図３の装置と同様にガス化器４０に送られる。また、酸素メーキャップの供給を可能とする装置５６が設けられ、これによりガス化器４０の入口に入る酸素の流量が突然急に減少しなくなる。このことは、ガス化器４０をシャットダウンしないことを可能とし、時間の節減とエネルギー消費の節減とに関して有利である。
【００５０】
リサイクルされない窒素の一部は、ライン２４を通って流れて大気中に放出される。バルブ２６を閉じ、その間はガスタービンはシャットダウンされる。
【００５１】
窒素富化および酸素富化されたガス流の一部がライン２８およびライン４２を通ってリサイクルされると、空気分離装置１４の入口に入る空気の流量のいかなる突然の減少をも防ぐことが可能になる。
【００５２】
一旦これらのリサイクルしている動作が実行されるならば、空気分離装置１４およびガス化器４０のそれぞれの負荷を次第に減少させることができる。このような方法で、ライン２８とライン４２を通ってリサイクルされるガス流の流量を低減することが可能になり、また、酸素の流れ率はメーキャップ装置５６によって供給される酸素の流量も低減することが可能になる。このリサイクルが停止されたときには、ガス化器４０はライン３６内を流れる酸素によって再び供給を受けることができる。
【００５３】
ガスタービンの通常運転の再開を可能とするときは、各種のバルブは初期の構成に置かれる。これはプラントが図３の配置に戻ることを可能にする。
【００５４】
本発明によって上述の目的を達成することができる。
【００５５】
これは、本願出願人が空気分離装置から抜き取られる製品の純度の損失および後者の時機を逸したシャットダウンが、主にこの空気分離装置の入口に入ってくる空気の流量の突然の減少に起因していると気づいたという理由によっている。現に、この種の突然の減少は、故障またはガスタービンのシャットダウンを招いている。そのため圧縮機が空気分離装置に空気をもはや供給しなくなる。
【００５６】
空気分離装置の入口の方へそこから抽出される各々のガス流の少なくとも一部をリサイクルすることは、この入口空気の流量のいかなる検出できる変動も防止することを可能にする。したがって、後者の酸素富化流を一定にしておくかまたは次第にそれを減少させることは可能である。そうすると、この空気分離装置の満足な動作は永久に保証される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ガスタービンの通常運転時における本発明の第１の実施形態に係る設備を例示する概略図である。
【図２】ガスタービンのシャットダウン時における本発明の第１の実施形態に係る設備を例示する概略図である。
【図３】ガスタービンの通常運転時における本発明の第２の実施形態に係る設備を例示する概略図である。
【図４】ガスタービンのシャットダウン時における本発明の第２の実施形態に係る設備を例示する概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004533572.tif 000026
2004533572.tif 000027
2004533572.tif 000028
【国際調査報告】
2004533572.tif 000029
2004533572.tif 000030
2004533572.tif 000031
2004533572.tif 000032
2004533572.tif 000033
2004533572.tif 000034