(57)【要約】【課題】ガスタービン発電装置において、外気温度の上昇による空気希薄化によるタービン出力の低下を防止する。【解決手段】軸流圧縮機、燃焼器、タービン、発電機とからなるガスタービン発電設備において、軸流圧縮機入側に低圧酸素投入口または/および燃焼器に高圧酸素投入口を設けたことを特徴とするガスタービン発電装置。【選択図】図１
2007262951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの圧縮機入側に低圧酸素を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法。
【請求項２】
圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの燃焼器に高圧酸素を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法。
【請求項３】
圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの圧縮機入側に低圧酸素を、燃焼器に高圧酸素を投入し、さらに冷却用流体を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法。
【請求項４】
軸流圧縮機、燃焼器、タービン、発電機とからなるガスタービン発電設備において、軸流圧縮機入側に低圧酸素投入口または/および燃焼器に高圧酸素投入口を設けたことを特徴とするガスタービン発電装置。
【請求項５】
さらに燃焼器に冷却用流体の投入口を設けたことを特徴とする請求項４記載のガスタービン発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン発電装置の運転方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では電力取得の一手段として、製鉄所内の高炉で発生する高炉ガスを主燃料としてガスタービンを駆動させ、その回転動力から電力回収を図るガスタービン方式の発電設備がある。このガスタービン発電機では、通常吸い込んだ大気を、圧縮機（コンプレッサー）で昇圧して、燃焼器に供給し、燃焼器で燃料と混合燃焼させたエネルギーでタービンを回転させた後に排気し、タービンの回転エネルギーによって発電機により電力を得ている。
【０００３】
このガスタービン発電機では、圧縮機に取り込まれる燃焼用空気の温度は、３０℃程度を想定して設計されているため、夏季等の外気温度が３０℃以上に上昇する場合は、空気密度が希薄となっているので、空気の容積増加に伴って圧縮機の送気能力が低下する。そのため燃焼空気不足となりガスタービン発電機の発電出力が定格レベルに維持できなくなり低下させざるを得ない事態が生じ、特に電力需要の多い夏場であると大きな問題が発生することになる。
【０００４】
前述の外気温度上昇がもたらす問題を解決する手段として、特許文献１には、ガスタービンの軸流圧縮機の吸入空気温度を冷却することにより空気密度を高くするとの発想から空気取り入れ口に冷却水噴霧機構を設けた発明が開示されている。
【０００５】
しかしながらこの特許文献１の開示技術においては、冷却水を得るための冷凍機、氷蓄熱槽、噴霧ノズル機構、と装置が大掛かりとなり設備コストの増大、設置面積の増大をまねく問題がある。
【特許文献１】特開平８−２８４６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、前述の外気空気温度の上昇によるガスタービン出力低下の問題を、安価でかつ確実な手段で解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明は、圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの圧縮機入側に低圧酸素を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法である。
【０００８】
第二の発明は、圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの燃焼器に高圧酸素を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法である。
【０００９】
第三の発明は、圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼機で燃焼し、燃焼ガスによってガスタービンで発電するシステムにおいて、ガスタービンの圧縮機入側に低圧酸素を、燃焼器に高圧酸素を投入し、さらに冷却用流体を投入することを特徴とするガスタービン発電装置の運転方法である。
【００１０】
第四の発明は、軸流圧縮機、燃焼器、タービン、発電機とからなるガスタービン発電設備において、軸流圧縮機入側に低圧酸素投入口または/および燃焼器に高圧酸素投入口を設けたことを特徴とするガスタービン発電装置である。
【００１１】
第五の発明は、さらに燃焼器に冷却用流体の投入口を設けたことを特徴とする第四の発明に記載のガスタービン発電装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により夏季の外気温度上昇による圧縮機能力低下に伴う燃焼空気不足によるガスタービン発電装置の出力低下を、低、高圧の酸素投入という安価な手段で回避できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の酸素供給はガスタービンの軸流圧縮機入側に低圧酸素を投入するか、または/および燃焼器に高圧酸素を投入する。また、燃焼空気の酸素富化により燃焼器温度が異常に上昇した場合には、タービンブレードを損傷する恐れがあるので燃焼器に窒素を投入して酸素濃度を調整する。
【００１４】
軸流圧縮機入側に低圧酸素を投入するのは、外気温度上昇による空気の容積増加による圧縮機能力低下を補うために低圧の酸素圧縮機からの酸素供給を可能とするものである。また、遠心式の酸素圧縮機に対して軸流圧縮機による酸素供給の方が効率が良いことから燃焼機に投入する酸素の圧縮動力を低減することができる。但し、軸流圧縮機内での異常燃焼によるブレードなどの損傷を防止するため、低圧酸素の投入量を制限する必要があり、不足分の酸素は燃焼機への高圧酸素投入で補う。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明のガスタービン発電装置の概略構成図である。
【００１６】
ガスタービン発電装置は、１は回転軸、２は軸流圧縮機、３はタービン、４は発電機、５は燃焼器で構成される。
【００１７】
前記軸流圧縮機２、タービン３および発電機４は前記回転軸１と同一軸上に固定されており一体的に回転する。
【００１８】
前記軸流圧縮機２の回転により軸流圧縮機入側１５から該軸流圧縮機２に取り込まれた空気６は、圧縮作用により高圧となり軸流圧縮機出側７を経由して前記燃焼器５へ送られる。８は高炉ガス、コークス炉ガス等の燃料で、該燃焼器５内に当該燃料８が噴射されることにより高圧燃焼ガスが発生し、該発生した高圧燃焼ガスは、燃焼器出側９からタービン３へ流入し、該タービン３を回転させて、回転軸により、発電機４のローターが一体的に回転し、電力が得られる。また、タービン３の出力の一部は前記軸流圧縮機２を駆動する。
【００１９】
１０は高圧酸素流入ラインで、軸流圧縮機出側７か燃焼器５に設置される。１１は低圧酸素流入ラインで軸流圧縮機入側１５に設置される。前記高圧酸素流入ライン１０および低圧酸素流入ライン１１はいずれかに設けるか両方に設けてもよい。
【００２０】
酸素投入において軸流圧縮機入側１５を低圧酸素ライン１１としたのは、高圧酸素流入ライン１０からの導入とした場合に較べ、高圧酸素にするための新たな圧縮機の設備化が不要であり、コスト上昇を抑えることが出来るからである。
【００２１】
もし、燃焼空気の酸素富化により燃焼機温度が異常上昇した場合は、燃焼器５に窒素等の不活性冷却流体１２を投入し、酸素濃度割合を減少させ、タービン３の損傷を防止する。
尚、１３は排気で、ボイラへ供給されるか大気放散される。
【００２２】
本発明で使用される酸素、窒素は、転炉操業、CDQ向け等の用途に多量製造準備されているものであり、特別な装置を準備する必要はない。
【００２３】
本発明例に使用したガスは、高炉ガスとコークス炉ガスの２種類であり、これらのガスの諸元を表1に示す。尚、表１の高炉ガス及びコークス炉ガスの発熱量及び理論空気量は、代表的な組成時の値を示す。
【００２４】
次に高炉ガスとコークス炉ガスの混合ガスを使用し、外気温度を変化した場合の結果を表２に示す。尚、混合ガスの発熱量及び理論空気量は、表１の各ガスの値より求めた。
【００２５】
【表１】
2007262951.tif 000003
【００２６】
【表２】
2007262951.tif 000004
【００２７】
本発明例、従来例及び比較例のＮｏ．１〜６では、混合ガスは、高炉ガスとコークス炉ガスの2種類で混合ガスの発熱量を一定（４．４ＭＪ／Ｎｍ３）とするため、高炉ガスとコークス炉ガスの混合比率は一義的に決定され（高炉ガス９４．０ｖｏｌ．％、コークス炉ガス６．０ｖｏｌ．％）、これにより混合ガスの理論空気量も一定となる（０．８９４Ｎｍ３／Ｎｍ３）。
【００２８】
一方、圧縮空気の送気能力は、外気温度の影響を受けて変動するため、外気温度３０℃における軸動力を負荷上限に設計されており（従来例Ｎｏ．２）、この軸動力が各外気温度での送気可能な空気量を示す。従って、外気温度１５℃（従来例Ｎｏ．１）では問題なくても、外気温度３１℃（比較例Ｎｏ．３）、外気温度３５℃（比較例Ｎｏ．５）では燃料空気不足となりガスタービン発電装置の発電出力を低下せざるを得ない事態となる。
【００２９】
それに対し、本発明例においては、外気温度３１℃（本発明例Ｎｏ．４）、外気温度３５℃（本発明例Ｎｏ．６）では燃料空気の供給には問題が生じず、ガスタービン発電装置の能力低下はなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は製鉄所における電力確保手段として稼動されているガスタービン発電の他、一般の商用ガスタービン発電装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のガスタービン発電装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    回転軸
２    軸流圧縮機
３    タービン
４    発電機
５    燃焼器
６    空気
７    軸流圧縮機出側
８    燃料
９    燃焼器出側
１０  高圧酸素流入ライン
１１  低圧酸素流入ライン
１２  冷却用流体
１３  排気ガス
１５  軸流圧縮機入側
【図１】
2007262951.tif 000005