(57)【要約】【課題】重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制することができるガスタービン装置を提供することにある。【解決手段】  昇圧されて供給される重質油及び水を混合加熱する加熱器２と、加熱器により加熱された重質油と水の混合物を滞留させて、重質油を熱分解して得られる改質燃料と重質油に含有される不純物を濃縮したタールとに分離する改質器６と、改質器によって分離された改質燃料を減圧する減圧器９と、減圧器によって分離した改質ガスと改質油を燃焼する燃焼器１４と、燃焼器によって生成した燃焼ガスにより駆動されるタービン１３とを有する。さらに、酸素供給手段である圧縮機２２は、改質器の停止時に、改質器中に酸素を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧されて供給される重質油及び水を混合加熱する加熱器と、
前記加熱器により加熱された前記重質油と前記水の混合物を滞留させて、前記重質油を熱分解して得られる改質燃料と重質油に含有される不純物を濃縮したタールとに分離する改質器と、
前記改質器によって分離された前記改質燃料を減圧する減圧器と、
前記減圧器によって分離した改質ガスと改質油を燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器によって生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンとを有するガスタービン装置であって、
前記改質器の停止時に、前記改質器中に酸素を供給する酸素供給手段と備えることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン装置において、
さらに、前記改質器の内部の温度を計測する温度計測器と、
前記温度計測器によって計測された温度に基づいて、前記酸素供給手段による酸素供給量を調節する制御手段を備えることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項３】
請求項１記載のガスタービン装置において、
前記酸素供給手段は、
空気を圧縮する空気圧縮機であることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項４】
請求項１記載のガスタービン装置において、
前記酸素供給手段は、
昇圧された空気を貯蔵する空気ボンベであることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項５】
請求項１記載のガスタービン装置において、
前記酸素供給手段は、
前記改質器の停止時に前記改質器に供給される水に対して、過酸化水素を供給する過酸化水素水タンク及び過酸化水素ポンプであることを特徴とするガスタービン装置。
【請求項６】
請求項１記載のガスタービン装置において、
さらに、前記改質器の出口の二酸化炭素濃度を計測する二酸化濃度計を備えることを特徴とするガスタービン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン装置に係り、特に、重質油を燃料とするに好適なガスタービン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の重質油を燃料とするガスタービン装置としては、例えば、特開平２００３−９０２２７号公報に記載のように、重質油と水を加熱器で加熱した後、改質器にて改質燃料と重質油中の不純物を濃縮したタールとに分離し、改質燃料を燃焼器に供給して、タービン駆動用の燃焼ガスを得るものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−９０２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平２００３−９０２２７号公報の改質器を用いる方式では、改質器の内部に、重質油と水の混合物が一定時間以上滞留すると、重質油の一部が炭化し、固体化するコーキングが改質器の高温壁面において発生する可能性がある。コーキングが長時間の間に成長すると、改質器下部のタール抜出系統を閉塞する場合が生じる。完全に抜出系統が閉塞すると、改質器内部にタールが滞留し、短時間で改質器内部がコークスにて閉塞する事態へと繋がるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制することができるガスタービン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、昇圧されて供給される重質油及び水を混合加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記重質油と前記水の混合物を滞留させて、前記重質油を熱分解して得られる改質燃料と重質油に含有される不純物を濃縮したタールとに分離する改質器と、前記改質器によって分離された前記改質燃料を減圧する減圧器と、前記減圧器によって分離した改質ガスと改質油を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器によって生成した燃焼ガスにより駆動されるタービンとを有するガスタービン装置であって、前記改質器の停止時に、前記改質器中に酸素を供給する酸素供給手段と備えるようにしたものである。  
かかる構成により、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制し得るものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、さらに、前記改質器の内部の温度を計測する温度計測器と、前記温度計測器によって計測された温度に基づいて、前記酸素供給手段による酸素供給量を調節する制御手段を備えるようにしたものである。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記酸素供給手段は、空気を圧縮する空気圧縮機である。
【０００９】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記酸素供給手段は、昇圧された空気を貯蔵する空気ボンベである。
【００１０】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記酸素供給手段は、前記改質器の停止時に前記改質器に供給される水に対して、過酸化水素を供給する過酸化水素水タンク及び過酸化水素ポンプである。
【００１１】
（６）上記（１）において、好ましくは、さらに、前記改質器の出口の二酸化炭素濃度を計測する二酸化濃度計を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制し得るものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置の構成について説明する。  
最初に、図１を用いて、本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。
【００１４】
重質油タンク１に貯蔵された重質油１６は、重質油ポンプ４によって１５〜２０Ｐａに昇圧され、加熱器２に供給される。また、水タンク３に貯蔵された水１５は、水ポンプ５によって１５〜２０Ｐａに昇圧され、加熱器２に供給される。加熱器２の内部において、重質油と水は、４３０〜４６０℃に加熱された後に混合される。
【００１５】
加熱混合された重質油と水の混合物は、改質器６に導入される。改質器６の内部で一定時間滞留させると、改質器６の内部で、軽質油分っである改質燃料１８と重質油中の不純物を濃縮したタール１７とに分離される。タール１７は、タール分抜出部７によって抜き出され、外部に排出される。
【００１６】
改質器６で分離された改質燃料１８は減圧器８で減圧され、減圧に伴い改質燃料１８は改質ガス１９と改質油２０に更に分離する。分離した改質ガス１９と改質油２０は、気液分離器９でそれぞれに分離される。分離した改質ガス１９は、直接、燃焼器１４に供給される。分離した改質油２０は、一旦改質油タンク１０に貯蔵された後、改質油ポンプ１１を用いて、燃焼器１４に供給される。
【００１７】
ここで、減圧器８と気液分離器９との間の配管には、三方弁２８が設けられている。通常、三方弁２８は、減圧器８と気液分離器９とを接続するように切り替えられている。改質器６の停止時には、三方弁２８は、減圧器８を直接燃焼器１４に接続するように切り替えられる。
【００１８】
燃焼器１４では改質油及び改質ガスが燃焼し、その燃焼ガスはタービン１３に供給され、タービン１３を駆動する。タービン１３の駆動により、圧縮１２や図示しない発電機が駆動される。タービン１３を駆動した燃焼ガスは、排ガス２５として外部に排出される。
【００１９】
さらに、本実施形態では、酸素供給手段である空気圧縮機２２と、改質器６の内部温度を測定する温度計測器２３と、温度計測器２３によって計測された温度によって流量を調節する流量調節弁２４と、制御手段４０と、三方弁２８と燃焼器１４との間の蒸気切替ライン２９に設けられたＣＯ２濃度計２６とを備えている。
【００２０】
改質器６の内部は４３０〜４６０℃と高温であるために、重質油と水の混合物が一定時間以上滞留すると、重質油の一部が炭化し、固体化するコーキングが改質器の高温壁面において発生する可能性がある。改質器を停止する際には、重質油１６の供給を停止し、重質油供給系統には水１５のみが供給される。そのため、停止時に加熱器２で生成されるのは水蒸気のみである。その際、蒸気は気液分離器９への系統から、三方弁２８により、蒸気切替ライン２９側へ切替られ、ガスタービン燃焼器１４へ直接供給される。また、その過程の中で、加熱器２で生成される水蒸気に圧縮機２２で昇圧された空気２１が供給される。改質器６は、熱容量が大きいために、停止操作後の数時間は改質条件の４３０〜４５０℃が維持されるため、４３０〜４６０℃の高温下で、水蒸気中に含有する酸素がコークスの主成分である炭素と反応し、二酸化炭素に転換される。二酸化炭素は、三方弁２８，蒸気切替ライン２９，燃焼器１４を経て、排ガス２５として外部に排出される。このように、改質器の停止時には、改質器６の中に空気を導入することでコークスの主成分の炭素を二酸化炭素に転換して外部に排出できるので、コークスを除去できる。なお、空気圧縮機２２により供給される空気の圧力は、改質条件と同様に１５〜２０ＭＰａ程度が好ましいものである。
【００２１】
酸素量が多い場合、コークスと酸素が急激に反応するために、改質器内部温度の急激な温度上昇に繋がる。そのために、改質器内部温度の許容値以下になるように、制御手段４０は、温度計測器２３によって計測された改質器６の内部温度により空気流量調節弁２４を調節して、供給する空気２１の量を制御する。例えば、改質器内部温度の許容値を５００℃とすると、改質器６の内部温度が５００℃になると、制御手段４０は、空気流量調節弁２４を調節して、供給する空気２１の量を半減する。すると、改質器６の内部温度は徐々に低下するので、改質器６の内部温度が４００℃になると、制御手段４０は、空気流量調節弁２４を調節して、供給する空気２１の量を元の流量の戻す。
【００２２】
コークスの除去が完了したかをモニタリングするために、蒸気切替ライン２９に二酸化炭素濃度計２６を設け、二酸化炭素の発生量を評価する事により間接的にコークス除去完了を評価できる。ガスタービン装置のオペレータは、二酸化炭素濃度計２６によって検出された二酸化炭素濃度が０になると、圧縮機２２の動作を停止する。
【００２３】
ここで、図２を用いて、本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置におけるコークス除去の試験結果について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置におけるコークス除去の試験結果の説明図である。
【００２４】
図２は、２０ＭＰａ，４５０℃で空気（酸素）を付加した蒸気でのコークス洗浄試験結果の一例を示している。図２の横軸は反応時間（ｍｉｎ）を示し、縦軸はコークスの反応率（ｗｔ％）を示している。図から明らかなように、２時間程度でコークスが９５％程度除去されていることが確認された。高温の重質油が流通する供給系統、改質器他に、改質装置停止時の蒸気パージ運転に酸素が含有させることにより、重質油のパージと同時に、生成したコークスを除去することが可能となる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制し得るものとなる。
【００２６】
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態によるガスタービン装置の全体構成について説明する。  
図３は、本発明の第２の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２７】
本実施形態では、図１に示した空気圧縮機２２に代えて、昇圧された空気が充填されたガスボンベ２７を備えている。改質器６の停止時には、重質油１６の供給を停止し、重質油供給系統には水１５のみが供給される。加熱器２で生成された水蒸気に対して、ガスボンベ２７から昇圧された空気２１を供給される。改質器６は４３０〜４６０℃と高温であるために、水蒸気中に含有する酸素がコークスの主成分である炭素と反応し、二酸化炭素に転換する形で、コークスを除去できる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制し得るものとなる。
【００２９】
また、高価な空気圧縮機に代えて、安価な空気ボンベを用いることで、システムコストを低減することができる。
【００３０】
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態によるガスタービン装置の全体構成について説明する。  
図４は、本発明の第３の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３１】
本実施形態では、図１に示した空気圧縮機２２及び流量調節弁２１に代えて、過酸化水素タンク３０と、過酸化水素供給ポンプ３２を備えている。過酸化水素タンク３０に貯蔵された過酸化水素３１は、過酸化水素供給ポンプ３２によって昇圧されて、水タンク３と水ポンプ５の間の配管に供給される構成となっている。
【００３２】
改質器６の停止時には、重質油１６の供給を停止し、重質油供給系統には水１５のみが供給される。その過程の中で、水１５に過酸化水素供給ポンプ３２にて過酸化水素３１が供給される。過酸化水素３１は水１５と供に輸送され、改質器６は４３０〜４６０℃と高温であるために、過酸化水素３１が熱分解して生じた酸素がコークスの主成分である炭素と反応し、二酸化炭素に転換する形で、コークスを除去できる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、重質油を燃料とするガスタービン装置において、改質器の停止時にコークスを除去することにより、改質器内でのコークスの成長を抑制し得るものとなる。
【００３４】
また、過酸化水素を用いて、液体状態にて酸素分を供給することにより、酸素分供給の補機動力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるガスタービン装置におけるコークス除去の試験結果の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるガスタービン装置の全体構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…重質油タンク
２…加熱器、
３…水タンク
４…重質油ポンプ
５…溶媒又は水ポンプ
６…改質器
７…タール分抜出部
８…減圧器
９…気液分離器
１０…改質油タンク
１１…改質油ポンプ
１２…圧縮機
１３…タービン
１４…燃焼器
１５…水
１６…重質油
１７…タール
１８…改質燃料
１９…改質ガス
２０…改質油
２１…空気
２２…空気圧縮機、
２３…温度計測器
２４…流量調節弁
２５…排ガス
２６…ＣＯ２濃度計
２７…ガスボンベ
２８…三方弁
２９…蒸気切替ライン
３０…過酸化水素タンク
３１…過酸化水素
３２…過酸化水素供給ポンプ
４０…制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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