(57)【要約】【課題】  燃料ガスを、そのカロリの急上昇を押さえて安定したガスタービン用燃料として供給することができる燃料ガスの減熱設備を提供する。【解決手段】  ガスタービン２に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給配管３に接続された、減熱用ガスを供給するための減熱用ガス供給配管４と、減熱用ガス供給配管４に設置された、減熱用ガスを圧送するための第一圧送装置たるファン２４と、減熱用ガスを加圧された状態で貯留するための貯留タンク３３と、貯留タンク３３から減熱用ガス供給配管４に接続された、減熱用ガスを補充するための減熱用ガス補充配管３６と、減熱用ガス補充配管３６に設置された流量調整弁３５とを備えている。【選択図】  図１
2007113541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路に接続された、減熱用ガスを燃料ガス供給通路に供給するための減熱用ガス供給通路と、
該減熱用ガス供給通路に設置された、減熱用ガスを圧送するための第一圧送装置と、
減熱用ガスを加圧した状態で貯留するための減熱用ガス貯留容器と、
該減熱用ガス貯留容器から燃料ガス供給通路へ減熱用ガスを補充するための減熱用ガス補充通路とを備えてなるガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項２】
上記減熱用ガス補充通路が、減熱用ガス貯留容器から減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の下流側に接続されてなる請求項１記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項３】
上記第一圧送装置が、互いに並列に複数台設置されてなる請求項１記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項４】
上記減熱用ガス補充通路に設置された流量調整装置と、該流量調整装置および上記第一圧送装置の動作を制御する制御装置とをさらに備えてなる請求項１記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項５】
減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の上流側と上記減熱用ガス貯留容器との間に、減熱用ガス貯留容器に減熱用ガスを供給するための減熱用ガス充填通路が接続されており、該減熱用ガス充填通路に、減熱用ガスを減熱用ガス貯留容器に圧送するための第二圧送装置が配設されてなる請求項１記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項６】
上記制御装置が、第一圧送装置の停止から起動後の第一圧送装置の必要圧送量回復までの間の減熱用ガス圧送量の減少分を、減熱用ガス貯留容器内の減熱用ガスによって継時的に補充するように、上記流量調整装置の開度を制御する請求項４記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項７】
上記制御装置が、第一圧送装置の停止から起動後の第一圧送装置の必要圧送量回復までの間の減熱用ガス圧送量の増減にほぼ逆比例するように、上記流量調整装置の開度を制御する請求項６記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項８】
上記減熱用ガス供給通路における減熱用ガス補充通路の接続点より下流側に、減熱用ガス流量を検出するための流量検出装置が配設されており、
上記制御装置が、上記流量検出装置の検出結果に基づいて上記流量調整装置の開度を制御する請求項６または７記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項９】
上記複数台の第一圧送装置のうち少なくとも一台が通常運転時に休止している予備第一圧送装置であり、他が通常運転時に稼働している常用第一圧送装置であり、
上記停止する第一圧送装置が少なくとも一台の常用第一圧送装置であり、上記起動する第一圧送装置が少なくとも一台の予備第一圧送装置である請求項６または７記載のガスタービン用燃料ガスの減熱設備。
【請求項１０】
ガスタービン用燃料ガスに減熱用ガスを供給するための減熱用ガス供給通路と、該減熱用ガス供給通路に設置された、減熱用ガスを圧送するための第一圧送装置と、ガスタービン用燃料ガスに減熱用ガスを補充するための減熱用ガス貯留容器とを用いて、ガスタービン用燃料ガスのカロリ値を低下させる減熱方法であって、
第一圧送装置が停止したとき減熱用ガス貯留容器からの減熱用ガスの補充を開始し、
第一圧送装置がその起動後に必要圧送量を回復するまで、減熱用ガスの圧送量の減少分を減熱用ガス貯留容器から継時的に補充するガスタービン用燃料ガスの減熱方法。
【請求項１１】
上記第一圧送装置が互いに並列に複数台設置されており、そのうちの少なくとも一台が通常運転時に休止している予備第一圧送装置であり、他が通常運転時に稼働している常用第一圧送装置であり、
少なくとも一台の常用第一圧送装置が停止したとき減熱用ガス貯留容器からの減熱用ガスの補充を開始し、
少なくとも一台の予備第一圧送装置がその起動後に必要圧送量を回復するまで、減熱用ガスの圧送量の減少分を減熱用ガス貯留容器から継時的に補充する請求項１０記載のガスタービン用燃料ガスの減熱方法。
【請求項１２】
上記減熱用ガス貯留容器から減熱用ガスを補充するための減熱用ガス補充通路が、減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の下流側に接続されており、
該減熱用ガス補充通路に流量調整装置が設置されており、
減熱用ガス供給通路における減熱用ガス補充通路の接続点より下流側に、減熱用ガス流量を検出するための流量検出装置が配設されており、
該流量検出装置の検出結果に基づいて上記流量調整装置の開度を変化させる請求項１０または１１記載のガスタービン用燃料ガスの減熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン用燃料ガスの減熱設備および減熱方法に関する。さらに詳しくは、たとえば低カロリガスのようにその発熱量（カロリともいう）が変動するガスをガスタービンの燃料として供給する際に、当該燃料ガスのカロリ値を安定させるために減熱用のガスを供給する減熱設備、および、減熱用のガスを供給する減熱方法に関する。
【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）が低カロリな副生ガスとして発生する。近年、ガスタービンにおいては、技術の向上によりこのような低カロリガスの燃焼が可能となり、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。一方で、高炉法以外にも直接還元鉄法等の新しい製鉄プロセスが開発されており、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。
【０００３】
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ー部分、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。
【０００４】
低カロリガスのカロリ変動を抑制して安定した熱量のガスタービン用燃料として供給するために、減熱用ガスとしての窒素ガス（Ｎ2 ）および高カロリな増熱用ガス（富化ガスともいう）としての液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）などを混合する技術が知られている（たとえば特許文献１）。この技術は、燃料ガスのカロリ値が上昇したときには減熱用ガスを混合し、カロリ値が下降したときには増熱用ガスを混合するものである。減熱用ガスおよび増熱用ガスの混合量は流量調整弁によって調整されるが、これらのガスを安定した圧力で供給するためにブロワやコンプレッサ等の圧送装置が必要となる。
【０００５】
これらの圧送装置が何らかの理由によって停止した場合には燃料ガスのカロリ変動を抑制することができず、ガスタービンに大きな影響を及ぼす。したがって、このような事態を回避するために通常は一つのガス供給配管に予備を含めて複数台の圧送装置が並列に設置されている。しかしながら、たとえ稼働中の常用機が停止すると同時に予備機を起動したとしても、予備機が定格運転状態に至るまでに相当長い時間が必要であり、その間は減熱用ガスの供給量が低下してしまう。減熱用ガスの供給量が低下している時間がたとえ短時間であってもガスタービンの燃焼器内での燃焼温度は急激に異常高温となってタービン翼等に影響が及ぶ。
【特許文献１】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】
【０００６】
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、ガスタービン用の燃料ガスとして供給されるカロリ変動する低カロリガスに対し、安定して減熱用ガスを供給することにより、カロリ変動を効果的に抑制することができるガスタービン用燃料ガスの減熱設備、およびガスタービン燃料用ガスの減熱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】
【０００７】
上記目的のために本発明のガスタービン用燃料ガスの減熱設備は、
ガスタービンに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路に接続された、減熱用ガスを燃料ガス供給通路に供給するための減熱用ガス供給通路と、
この減熱用ガス供給通路に設置された、減熱用ガスを圧送するための第一圧送装置と、
減熱用ガスを加圧した状態で貯留するための減熱用ガス貯留容器と、
この減熱用ガス貯留容器から燃料ガス供給通路へ減熱用ガスを補充するための減熱用ガス補充通路とを備えている。
【０００８】
この減熱設備によれば、減熱用ガス貯留容器には減熱ガスが加圧された状態で貯留されているので、減熱用ガス貯留容器の出口を開放するだけで瞬時に減熱用ガスを必要なところへ補充することが可能となる。たとえば、燃料ガス供給通路に減熱用ガスを圧送している第一圧送装置が何らかの原因によって出力低下したときなど、その減熱用ガス供給量の落ち込みを瞬時にカバーすることも可能である。なお、上記減熱用ガス補充通路は減熱用ガスを燃料ガス供給通路へ補充するためのものであるため、減熱用ガス貯留容器から燃料ガス供給通路へ直接接続してもよく、または、減熱用ガス供給通路に接続してもよい。
【０００９】
上記減熱用ガス補充通路を、減熱用ガス貯留容器から、減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の下流側に接続することができる。このようにすると、補充する減熱用ガスを、第一圧送装置によって圧送する減熱用ガスに合流させることができるので、燃料ガスに供給すべき減熱用ガスの全体量を制御することが容易となる。
【００１０】
上記第一圧送装置を、互いに並列に複数台設置することもできる。そして、この複数台の第一圧送装置のうち少なくとも一台を予備機として停止状態で待機させることにより、安定した減熱用ガスの供給が可能となる。
【００１１】
上記減熱用ガス補充通路に流量調整装置を設置し、この流量調整装置および上記第一圧送装置の動作を制御する制御装置をさらに備えるのが好ましい。流量調整装置としては公知の流量調整弁等を採用することができる。
【００１２】
減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の上流側と上記減熱用ガス貯留容器との間に、減熱用ガス貯留容器に減熱用ガスを供給するための減熱用ガス充填通路を接続し、この減熱用ガス充填通路に、減熱用ガスを減熱用ガス貯留容器に圧送するための第二圧送装置を配設することができる。こうすることにより、減熱用ガス供給通路を通して供給される減熱用ガスと同種のガスを加圧した状態で減熱用ガス貯留容器に蓄えることができる。
【００１３】
上記制御装置が、第一圧送装置の停止から起動後の第一圧送装置の必要圧送量回復までの間の減熱用ガス圧送量の減少分を、減熱用ガス貯留容器内の減熱用ガスによって継時的に補充するように、上記流量調整装置の開度を制御するように構成することができる。かかる構成によれば、第一圧送装置が何らかの原因によって停止し、当該第一圧送装置または他の第一圧送装置が起動したときに、かかる停止および起動に伴って一時的に低下した減熱用ガス供給量を継時的に補充することにより、減熱用ガスの必要供給量の減少（落ち込み）を回避することができる。
【００１４】
上記制御装置が、第一圧送装置の停止から起動後の第一圧送装置の必要圧送量回復までの間の減熱用ガス圧送量の増減にほぼ逆比例するように、上記流量調整装置の開度を制御するように構成することができる。
【００１５】
上記減熱用ガス供給通路における減熱用ガス補充通路の接続点より下流側に、減熱用ガス流量を検出するための流量検出装置を配設し、
上記制御装置が、上記流量検出装置の検出結果に基づいて上記流量調整装置の開度を制御するように構成することができる。
【００１６】
上記複数台の第一圧送装置のうち少なくとも一台を通常運転時に休止している予備第一圧送装置とし、他の第一圧送装置を通常運転時に運転する常用第一圧送装置とすることができる。そして、少なくとも一台の常用第一圧送装置を前述した停止する第一圧送装置とし、少なくとも一台の予備第一圧送装置を前述した起動する第一圧送装置とすることができる。
【００１７】
本発明のガスタービン用燃料ガスの減熱方法は、
ガスタービン用燃料ガスに減熱用ガスを供給するための減熱用ガス供給通路と、この減熱用ガス供給通路に設置された、減熱用ガスを圧送するための第一圧送装置と、ガスタービン用燃料ガスに減熱用ガスを補充するための減熱用ガス貯留容器とを用いて、ガスタービン用燃料ガスのカロリ値を低下させる減熱方法であって、
第一圧送装置が停止したとき減熱用ガス貯留容器からの減熱用ガスの補充を開始し、
第一圧送装置がその起動後に必要圧送量を回復するまで、減熱用ガスの圧送量の減少分を減熱用ガス貯留容器から継時的に補充することを含んでいる。
【００１８】
上記減熱方法において、第一圧送装置を互いに並列に複数台設置し、そのうちの少なくとも一台を通常運転時に休止する予備第一圧送装置と設定し、他の第一圧送装置を通常運転時に稼働する常用第一圧送装置と設定し、
少なくとも一台の常用第一圧送装置が停止したとき減熱用ガス貯留容器からの減熱用ガスの補充を開始し、
少なくとも一台の予備第一圧送装置がその起動後に必要圧送量を回復するまで、減熱用ガスの圧送量の減少分を減熱用ガス貯留容器から継時的に補充することを含めることができる。この場合、予備第一圧送装置と常用第一圧送装置とを周期的に互いに設定替えしてもよい。
【００１９】
上記減熱方法において、減熱用ガス貯留容器から減熱用ガスを補充するための減熱用ガス補充通路を、減熱用ガス供給通路における第一圧送装置の下流側に接続し、この減熱用ガス補充通路に流量調整装置を設置し、減熱用ガス供給通路における減熱用ガス補充通路の接続点より下流側に、減熱用ガス流量を検出するための流量検出装置を配設し、
この流量検出装置の検出結果に基づいて上記流量調整装置の開度を変化させることを含めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、プロセス副生ガス等のようにカロリ変動しうるガスタービン用燃料ガスに減熱用ガスを供給する際、この減熱用ガスの供給通路に設置されている第一圧送装置が一時的に停止したとしても、それによる減熱用ガスの供給量の減少を効率よく補充して減熱操作を継続することができるため、燃料ガスのカロリ変動を安定して抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付の図面を参照しながら本発明のガスタービン用燃料ガスの減熱設備および減熱方法の実施形態を説明する。
【００２２】
図１は本発明の減熱設備の一実施形態を含んだガスタービン用燃料ガスの供給設備１を概略的に示す系統図である。この燃料ガス供給設備１は、直接還元鉄設備等の副生ガス発生源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燃料ガス供給配管３と、この低カロリガスのカロリ変動を抑制するために減熱用ガスを燃料ガス供給配管３に供給するための減熱用ガス供給配管４と、燃料ガス供給設備１の作動を制御するための制御装置１００とを備えている。減熱用ガス供給配管４は燃料ガス供給配管３に設置された混合器５に接続されている。なお、ここでは、低カロリガスはその発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ3 以下のガスであると定義する。
【００２３】
減熱用ガスとしては、廃棄窒素、空気、燃焼排ガス等を用いることができる。空気は無尽蔵な大気をそのまま吸引して用いることができ、また、燃焼排ガスは上記ガスタービン２において発生するのでこれを回収して使用することができ、いずれも操業コストがきわめて低廉となる。廃棄窒素は大量のＮ2 を含む一方、可燃性ガスは含んでいない。廃棄窒素は、各種製鉄プロセスにおいて使用される酸素製造プラントから放散される窒素、並びに、酸素製造プラントに併設される窒素製造プラントから排出される酸素を微量に含んだ窒素である。いずれの窒素も廃棄窒素として通常は大気に放散される。このような廃棄窒素は窒素ガスが９５〜９８％程度、且つ、酸素が２〜５％程度のガス組成を有しており、低カロリガスの可燃限界の観点からもきわめて安全な減熱用ガスである。これら大量に廃棄される窒素を回収して減熱用ガスとして使用すれば操業コストがきわめて低廉となる。もちろん、ヘリウムや二酸化炭素等の不活性ガスを使用することも可能である。
【００２４】
燃料ガス供給配管３の混合器５より上流部分には、副生ガス発生源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６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。このバッファタンク１０には、上流側の燃料ガス供給配管３が接続される入口１０ａと、下流側の燃料ガス供給配管３が接続される出口１０ｂとが形成されている。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流入する低カロリガスがこのバッファタンク１０を経て出口１０ｂから出るときにはカロリの変動が緩和（抑制）され得るように構成されている。その作用については後述する。
【００２５】
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７と流量を計測するための流量計８とが設置されている。この発熱量検出装置７によってガスのカロリ変動を検知することにより、混合器５を使用した発熱量制御を確実に行うことができる。この流量計８の設置位置は混合器５の上流側に限定されない。混合器５の下流側でもよい。発熱量検出装置７の設置位置は、バッファタンク１０の下流側に限定されず、たとえばバッファタンク１０の上流側であってもよく、上流側および下流側の両方であってもよく、バッファタンク１０に直接取り付けてもよい。また、この発熱量検出装置７に加えて別の発熱量検出装置をバッファタンク１０に取り付けてもよい。
【００２６】
燃料ガス供給配管３における混合器５より下流側には発熱量検出装置１１が設置されている。また、酸素を含む廃棄窒素、空気、燃焼排ガス等を減熱用ガスとして用いる場合には、混合ガス中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計１２を設置する。燃料ガスの酸素濃度が所定値を上回らないように監視するためである。したがって、酸素を含まない減熱用ガスを用いる場合には、この酸素濃度計１２は必ずしも設置しなければならないということはない。酸素濃度計１２の下流側にはガスタービン２の燃料圧縮機１３が設置されている。ガスタービン２には発電機１４が連結されている。
【００２７】
つぎに燃料ガス減熱設備１５について説明する。減熱用ガス供給配管４は、減熱用ガス供給源２０から上記混合器５まで延設されている。減熱用ガス供給配管４はメンテナンス時等の便宜のために複数本（本実施形態では三本）に分岐されている。各分岐管４ａには、供給源２０から減熱用ガスを吸引して燃料ガス供給配管３に向けて圧送するための第一圧送装置としてのファン２４が設置されている。安定した圧力で減熱用ガスを供給するためである。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。複数本の分岐管４ａのうち少なくとも任意の一本は予備とされている。したがって、任意の予備の分岐管に設置されたファン２４は予備機であり、設備１５の通常運転時には休止している。そして、稼働している常用ファン２４のうちの一台が何らかの理由で停止したときに、この停止と同時に予備ファン２４が起動するようにされている。本実施形態では、三台のファン２４のうち任意の一台が予備機である。ファン２４の全台数は三台に限定されず、予備ファン２４の台数も一台には限定されない。
【００２８】
分岐管４ａは逆止弁２５の下流側で再度一本の減熱用ガス供給配管４に統合されている。その統合点から下流の減熱用ガス供給配管４には止め弁２６、流量計２７、流量調整弁２８、酸素濃度計２３、止め弁２９および逆止弁３０が設置され、最終的に減熱用ガス供給配管４は混合器５に接続されている。前述と同様に、酸素を含まない減熱用ガスを用いる場合には、とくにこの酸素濃度計２３を設置する必要はない。減熱用ガス供給配管４の上記止め弁２６と流量計２７との間には、減熱用ガスを大気放出するための減熱用ガス放出配管３１が接続されている。この減熱用ガス放出配管３１には流量調整弁３２が設置されている。
【００２９】
この燃料ガス減熱設備１５には、減熱用ガスを加圧した状態で貯留するための減熱用ガス貯留タンク３３が設置されている。この貯留タンク３３からは、減熱用ガス補充配管３４が減熱用ガス供給配管４における減熱用ガス放出配管３１の接続点と流量計２７設置点との間に接続されている。必要に応じて、貯留タンク３３から減熱用ガス供給配管４に減熱用ガスを補充するためのものである。たとえば、上記ファン２４の一部が何らかの理由によって運転停止したり出力が低下したりすることにより、減熱用ガスの必要供給量が不足しそうになったときに減熱用ガスを急きょ補充して必要供給量を維持する場合等である。採用する減熱用ガスの種類によっては貯留タンク３３には限定されず、可搬式または固定式のボンベを用いてもよい。また、貯留タンク３３は容量可変型であっても容量不変型であってもよい。容量可変型とは、たとえば内圧に応じて蓋部が胴部内を上下するような公知のタンクであり、容量不変型とは容積が変動しない通常のタンクである。減熱用ガスの貯留設備としては、要するに、減熱用ガスを加圧して貯留しておき、必要時に急速な放出が可能なものであればよい。
【００３０】
減熱用ガス補充配管３４の減熱用ガス供給配管４への接続点は図示の位置に限定されることはない。たとえば、減熱用ガス供給配管４における流量調整弁２８の下流側であって逆止弁３０より上流側に接続してもよい。上記減熱用ガス補充配管３４には流量調整弁３５が設置されている。貯留タンク３３に貯留された減熱用ガスは加圧されているので、流量調整弁３５を開弁するだけでファンに比べるとはるかに急速に減熱用ガスを圧送することができる。
【００３１】
貯留タンク３３内に貯留されている減熱用ガスの圧力は上記ファン２４の出口圧力より高くされている。たとえば、通常５〜１０ｂａｒ程度であるがこの数値に限定されるものではない。ファン２４の運転中でも減熱用ガスを減熱用ガス供給配管４内に補充するためである。貯留タンク３３内に貯留されている減熱用ガスは、前述した減熱用ガスとして好適なガスであれば減熱用ガス供給源２０から供給されるガスと同一でもよく、異種ガスであってもよい。貯留タンク３３には減熱用ガスを充填するための減熱用ガス充填配管３６が接続されている。
【００３２】
つぎに、この燃料ガス減熱設備１５を含めた燃料ガス供給設備１の運転の一態様について説明する。発熱量検出装置７と流量計８とを監視しつつ、燃料ガス供給配管３内を通して低カロリガスがガスタービン２に向けて圧送される。このとき、供給される低カロリガスはそのカロリ値が時々刻々変動している。この状態を図２に示している。図２では説明容易のためにカロリや流量の変動を周期関数で示しているが、現実の変動はこのように規則正しいものではなく、周期も振幅もたえず不規則に大きく変動している。
【００３３】
図２（ａ）の縦軸は供給される低カロリガスのカロリ値（上側の曲線Ａ）およびこの低カロリガスに減熱用ガスが混合された後の燃料ガスのカロリ値（下側の曲線Ｂ）を示し、横軸は時間を示している。図２（ｂ）の縦軸は供給される減熱用ガスの流量（曲線Ｃ）を示し、横軸は時間を示している。図２中の曲線Ｃに二点鎖線とハッチングとで示した突出部Ｅは後述するように減熱用ガス供給量の一時的な減少（落ち込み）を示し、曲線Ｃに二点鎖線とハッチングとで示した突出部Ｄは、後述するように減熱用ガス供給量の一時的な落ち込みＥに起因した燃料ガスのカロリ値の一時的な急上昇を示している。この急上昇したカロリ値が、ガスタービンに設定された使用上の上限カロリ値を超えるとガスタービンに悪影響を及ぼす可能性がある。
【００３４】
ガスタービン２にはその使用上の許容カロリ範囲が設定されるが、本実施形態では低カロリガスの想定されるカロリ変動の下限値を下回る値の範囲が設定されている（図２（ａ）参照）。この設定範囲内に入るように、低カロリガスのカロリ変動に対応して、減熱用ガス供給配管４から燃料ガス供給配管３へ減熱用ガスが供給される。減熱用ガスは混合器５において低カロリガスと均一に混合され、図２（ａ）中の曲線Ｂのごとくカロリ値が低下し且つ均一化する。この図２から明らかなように、燃料ガスのカロリ値を低カロリガスの想定されるカロリ変動の下限値を下回る範囲に収めるのであるから、減熱用ガスはほとんど常時供給されていることになる。具体的には以下のとおり各機器が作動する。
【００３５】
制御装置１００には、前述した各ガスタービン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 ）および許容幅（たとえば基準カロリ値の±１０％）である。そして制御装置１００は、上記低カロリガスのカロリ値がこの許容幅の上限カロリ値（たとえば＋１０％であり、１７６０ｋｃａｌ／Ｎｍ3 ）を超えないように、減熱用ガス供給配管４の流量調整弁２８を開弁方向に制御する。また、許容幅の下限カロリ値（たとえば−１０％であり、１４４０ｋｃａｌ／Ｎｍ3 ）を下回らないように流量調整弁２８を閉弁方向に制御する。こうすることによって低カロリガスに減熱用ガスを混合してカロリ値がガスタービンの許容範囲内に収まるように制御される。減熱用ガスを供給するときは、上記発熱量検出装置７および流量計８の監視とともに、最終的なカロリ値の適正を判断するために混合器５より下流側の発熱量検出装置１１を用いてカロリ値を監視する。
【００３６】
このとき、たとえば二台の常用ファン２４のうちの一台が何らかの理由で停止してしまった場合、前述のとおり、予備ファン２４がこの停止と同時に起動するようにされてはいる。しかし、図３に示すように予備ファン２４が起動後定格運転状態に立ち上がるまでには長時間を要し、瞬時には立ち上がることができない。回転装置が慣性モーメントを有するが故の宿命である。装置が大型であるほど（慣性モーメントが大きいほど）立ち上がりに時間がかかる。図３（ａ）は縦軸にファン２４による減熱用ガスの圧送流量をとっており、横軸に時間をとっている。そして、曲線Ｆは一台の常用ファン２４による圧送状態を示す。曲線Ｇは二台の常用ファンが稼働中に一方のファンが停止した場合の圧送状態を示す。図中のｇ１がファンの停止時点であり、ｇ２点において当該ファンによる圧送量がゼロとなる。曲線Ｈは予備ファン２４が新たに起動した場合の圧送状態を示す。上記一台の常用ファンの停止と同時点ｈ１で予備ファン２４が起動したとすると、図中のｈ２時点で定格運転状態となる。図３（ａ）では理解容易のために曲線Ｆ、Ｇ、Ｈは直線として示しているが、実際は低カロリガスのカロリ変動に応じて変動していることが多い。図３（ｂ）は減熱用ガスの補充量を示し（曲線Ｊ）、貯留タンク３３から減熱用ガス補充配管３４を通して補充される減熱用ガスの流量を縦軸にとり、時間を横軸にとっている。
【００３７】
図３（ａ）に示すごとく、一台の常用ファンが停止すると同時に予備ファンが起動したとしても、予備ファンの立ち上がりが期待するほど迅速ではないため、図中にハッチングで示すように減熱用ガス供給量の一時的な落ち込みＫが生じる。この減熱用ガス供給量の一時的な落ち込みＫは、図２（ｂ）における曲線Ｃの突出部Ｅに相当する。この減熱用ガス供給量の一時的な落ち込みＫ（Ｅ）は、燃料ガスのカロリ値の一時的な急上昇（図２（ａ）における突出部Ｄ）を引き起こすので好ましくない。
【００３８】
そこで、図３（ｂ）において曲線Ｊで示すように、減熱用ガス供給量の一時的な落ち込みＫを継時的に埋めて、低カロリガスへの減熱用ガスの必要供給量（図３（ａ）中に二点鎖線Ｌで示す）を維持するために、貯留タンク３３から急速に減熱用ガスを減熱用ガス供給配管４に補充する。この目的のために、制御装置１００は常に減熱用ガス供給配管４の流量計２７を監視しており、常用ファン２４からの停止信号を受信すると同時に予備ファン２４を起動し、且つ、減熱用ガス補充配管３４の流量調整弁３５を開弁して減熱用ガスを瞬時に供給する。その後、流量計２７の検出結果をフィードバックして流量調整弁３５を閉弁方向に制御する。こうすることによって減熱用ガスの補充供給量は予備ファンの立ち上がりに応じて、図３（ｂ）の曲線Ｊで示すように減少していく。そして、予備ファン２４が定格運転状態に至って必要な減熱用ガス流量を達成したとき、流量調整弁３５を閉弁する。かかる諸機器の動作により、図２および図３の曲線上の落ち込みや突出部Ｄ、Ｅ、Ｋの生じることが回避される。最終的に、制御装置１００は発熱量検出装置７および流量計８を監視しつつ、最終的なカロリ値の適正を判断するために混合器５より下流側の発熱量検出装置１１の監視を継続する。また、貯留タンク３３には減少した減熱用ガスを所定圧力の状態になるように供給する。
【００３９】
図４には他の燃料ガス減熱設備４１が示されている。この燃料ガス減熱設備４１が図１に示される燃料ガス減熱設備１５と異なる点は、貯留タンク３３への減熱用ガス充填配管４２が減熱用ガス供給源２０に接続されていることである。具体的には、減熱用ガス充填配管４２は減熱用ガス供給配管４におけるファン２４より上流側の部位に接続されている。その結果、ファン２４によって燃料ガス供給配管３へ圧送される減熱用ガスと同一種のガスが貯留タンク３３に供給されることになる。この減熱用ガス充填配管４２には止め弁４３および第二圧送装置としてのコンプレッサ４４が設置されている。このコンプレッサ４４によって減熱用ガスは必要圧力まで昇圧されて貯留タンク３３に蓄えられる。その他の構成は図１の燃料ガス減熱設備１５と同一であるため、同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
上記貯留タンク３３および減熱用ガス補充配管３４を設置する主な目的は、前述したようにファン２４の一時的な停止による減熱用ガス供給量の減少を埋めることである。しかし、この目的に限らず、たとえば、通常運転時の燃料ガスに対する減熱用ガスの供給を、ファン２４による圧送に代えて主に貯留タンク３３によって行うことも可能である。
【００４１】
つぎに、図１または図４のバッファタンク１０の作用効果について説明する。前述のとおり、送られてきた低カロリガスの全量がバッファタンク１０に流入する。このバッファタンク１０の容積は大きく、時々刻々カロリが変動しつつ流入する低カロリガスは、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ることになる。このことを時間差混合と呼ぶ。この時間差混合の結果、バッファタンク１０の出口１０ｂから出ていく低カロリガスのカロリの変動幅が縮小され、且つ、変動速度が低下させられる効果が生じる。すなわち、カロリ変動が大きく緩和される。
【００４２】
このようにカロリ変動が事前に緩和されるとは、図２における低カロリガスのカロリ変動を示す曲線Ａの振幅が低下し、短中周期成分が抑制され、長周期成分が残ることをいう。したがって、下流における減熱用ガスの混合操作においては、長周期の緩やかで且つ小さい変動幅変動する成分に対して減熱用ガスを混合すればよいため、混合精度が向上することはもとより、混合のタイミングを失すること無く正確に減熱することができる。その結果、カロリ抑制制御が非常に容易となる。すなわち、減熱用ガスの供給量を大きく変化させる必要が無く、また、たとえばガスタービンの使用上の設定カロリ値を低カロリガスの平均カロリ値に近づける（高くする）ことも可能となる。また、カロリ変動抑制のための減熱用ガスの供給量が均一化の方向に向かうため、一部のファン２４が停止したときに補充する減熱用ガスの流量制御も容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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、ゴミを熱分解すること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、複数の異種ガスを混合したガスをも含む。また、低カロリガスに限らず、カロリ値が連続的に変動するようなガスをガスタービン用燃料として供給する設備にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の減熱設備の一実施形態を含んだガスタービン用燃料ガスの供給設備を概略的に示す系統図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１の燃料ガス供給設備における燃料ガスのカロリ変動およびカロリ変動する当該燃料ガスに供給される減熱用ガスの流量の関係を概略的に示すグラフである。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１の燃料ガス供給設備におけるファンによる減熱用ガスの圧送流量と、貯留タンクからの減熱用ガスの補充流量との関係を概略的に示すグラフである。
【図４】本発明の減熱設備の他の実施形態を含んだガスタービン用燃料ガスの供給設備を概略的に示す系統図である。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・・燃料ガス供給設備
２・・・・ガスタービン
３・・・・燃料ガス供給配管
４・・・・減熱用ガス供給配管
５・・・・混合器
６・・・・集塵装置
７・・・・発熱量検出装置
８・・・・流量計
１０・・・・バッファタンク
１１・・・・発熱量検出装置
１２・・・・酸素濃度計
１３・・・・燃料圧縮機
１４・・・・発電機
１５・・・・燃料ガス減熱設備
２０・・・・（減熱用ガスの）供給源
２３・・・・酸素濃度計
２４・・・・ファン
２５・・・・逆止弁
２６・・・・止め弁
２７・・・・流量計
２８・・・・流量調整弁
２９・・・・止め弁
３０・・・・逆止弁
３１・・・・減熱用ガス放出管
３２・・・・流量調整弁
３３・・・・貯留タンク
３４・・・・減熱用ガス補充配管
３５・・・・流量調整弁
３６・・・・減熱用ガス充填配管
４１・・・・燃料ガス減熱設備
４２・・・・減熱用ガス補充配管
４３・・・・止め弁
４４・・・・コンプレッサ
１００・・・・制御装置
Ｓ・・・・副生ガス発生源
【図１】
2007113541.tif 000003
【図２】
2007113541.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007113541.tif 000006