(57)【要約】【課題】ガスカロリーが変動する高炉ガスを高いガス混合率で混合することにより、そのガスカロリーを容易に一定にすることができるガスタービン設備を提供する。【解決手段】高炉１１から排出される高炉ガスＧ１を燃料ガスＧ２として使用するガスタービン設備１において、ガスカロリーが変動する高炉ガスＧ１を取り込んで混合した後、この混合した高炉ガスＧ１を燃料ガスＧ２として外部に排出するガス混合タンク１３と、高炉１１から排出される高炉ガスＧ１をガス混合タンク１３内に導入するガス導入通路１２ａと、ガス導入通路１２ａのガス流れ方向下流側に設けられ、高炉ガス１１をガス混合タンク１３内に噴射するガス噴射孔３１ｂとを備え、ガス噴射孔３１ｂの周長をガス導入通路１２ａの周長よりも長くなるように形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉から排出される高炉ガスを燃料ガスとして使用するガスタービン設備において、
ガスカロリーが変動する前記高炉ガスを取り込んで混合した後、この混合した前記高炉ガスを前記燃料ガスとして外部に排出するガス混合タンクと、
前記ガス混合タンクに接続され、前記高炉から排出される前記高炉ガスを前記ガス混合タンク内に導入するガス導入通路と、
前記ガス導入通路のガス流れ方向下流側に設けられ、前記高炉ガスを前記ガス混合タンク内に噴射するガス噴射孔とを備え、
前記ガス噴射孔の周長を、前記ガス導入通路の周長よりも長くなるように形成する
ことを特徴とするガスタービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から排出される高炉ガスを燃料ガスとして使用するガスタービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鉄所の高炉から排出される高炉ガスを燃料ガスとして使用するガスタービン設備が、種々提供されている。このようなガスタービン設備では、高炉の操業状態に応じて、排出される高炉ガスのガスカロリーが変動し、これに伴って、ガスタービンの発電出力も変動してしまう。特に、高炉ガスのガスカロリーが大きく変動する場合には、燃焼器において、不安定燃焼や失火に至るおそれがある。
【０００３】
そこで、従来のガスタービン設備においては、ガスタービンの運転を安定的に行うことを目的として、当該ガスタービンの入口側に、ガス混合タンクを設けるようにしている。このガス混合タンクでは、ガスカロリーが変動する高炉ガスを取り込んで混合することにより、燃料ガスとして排出する高炉ガスのガスカロリーを一定にするようになっている。そして、このような、従来のガスタービン設備は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３３９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のガスタービン設備においては、高炉ガスをガス混合タンク内に噴射するためのガス噴射ノズルを複数備えており、これらガス噴射ノズルをタンク内側面に沿うように設けている。これにより、噴射された高炉ガスをタンク内側面の周方向に流して、高炉ガスの混合促進を図るようにしている。
【０００６】
ここで、ガス噴射ノズルから噴射された高炉ガスは、その噴流における最も外側の部分によって、ガス混合タンク内に貯溜される高炉ガスを巻き込み、これと混合することになる。即ち、ガス混合タンクにおいては、噴射された高炉ガスがガス混合タンク内に貯溜される高炉ガスと接触して巻き込むことのできる噴流表面積が増加するに従って、高炉ガスのガス混合率が高くなり、タンク出口におけるガスカロリーを一定にすることができる。
【０００７】
しかしながら、従来のガスタービン設備のような、ガス噴射ノズルの取付構造では、ガス噴射ノズルから噴射された高炉ガスが、直ちに、タンク内側面と干渉してしまうため、その噴流表面積は減少してしまう。これにより、従来のガスタービン設備においては、ガス混合タンク内に取り込んだ高炉ガスを、十分に混合できないおそれがある。
【０００８】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、ガスカロリーが変動する高炉ガスを高いガス混合率で混合することにより、そのガスカロリーを容易に一定にすることができるガスタービン設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係るガスタービン設備は、
高炉から排出される高炉ガスを燃料ガスとして使用するガスタービン設備において、
ガスカロリーが変動する前記高炉ガスを取り込んで混合した後、この混合した前記高炉ガスを前記燃料ガスとして外部に排出するガス混合タンクと、
前記ガス混合タンクに接続され、前記高炉から排出される前記高炉ガスを前記ガス混合タンク内に導入するガス導入通路と、
前記ガス導入通路のガス流れ方向下流側に設けられ、前記高炉ガスを前記ガス混合タンク内に噴射するガス噴射孔とを備え、
前記ガス噴射孔の周長を、前記ガス導入通路の周長よりも長くなるように形成する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
従って、本発明に係るガスタービン設備によれば、ガス噴射孔の周長をガス導入通路の周長よりも長くなるように形成することにより、ガス噴射孔からガス混合タンク内に噴射された高炉ガスの噴流表面積を増加させることができる。これにより、ガス混合タンク内において、ガスカロリーが変動する高炉ガスを高いガス混合率で混合することができるので、その混合した高炉ガスのガスカロリーを容易に一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン設備の概略構成図である。
【図２】ガス混合タンクの概略構成図である。
【図３】ガス噴射ノズルにおけるガス噴射孔形状の一例を示した図である。
【図４】ガス噴射ノズルにおけるガス噴射孔形状の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例に係るガスタービン設備について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１に示したガスタービン設備１は、高炉１１から排出される高炉ガスＧ１を使用して、発電を行うものであって、ガス混合タンク１３、ガス圧縮機１５、空気圧縮機１６、燃焼器１７、ガスタービン１８、及び、発電機１９を備えている。
【００１４】
ガス混合タンク１３は、高炉１１から排出される高炉ガスＧ１を取り込んで混合した後、この混合した高炉ガスＧ１を燃料ガスＧ２としてガス圧縮機１５に供給するものである。これにより、高炉１１とガス混合タンク１３とは、ガス導入管１２により接続されており、ガス混合タンク１３とガス圧縮機１５とは、ガス排出管１４により接続されている。
【００１５】
また、ガス圧縮機１５、空気圧縮機１６、ガスタービン１８、及び、発電機１９は、同軸となるように設けられている。そして、ガス圧縮機１５は、ガス混合タンク１３からガス排出管１４を介して供給された燃料ガスＧ２を圧縮するものであるのに対して、空気圧縮機１６は、外部から供給された空気を圧縮するものである。燃焼器１７は、ガス圧縮機１５により圧縮された燃料ガスＧ２と、空気圧縮機１６により圧縮された空気とを使用して、燃焼動作を行うものである。
【００１６】
更に、ガスタービン１８は、燃焼器１７の燃焼動作によって生成された燃焼ガスが供給されることにより、回転するものであって、発電機１９は、そのガスタービン１８の回転エネルギを電気エネルギに変換するものである。
【００１７】
次に、ガス混合タンク１３とガス導入管１２及びガス排出管１４との接続構造について、図２乃至図４を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図２に示すように、円筒状のガス混合タンク１３の外周部には、ガス導入管１２のガス流れ方向下流側端部が、その径方向外側から貫通している。そして、このように、ガス混合タンク１３の下側内部に配置されたガス導入管１２のガス流れ方向下流側端部には、ガス噴射ノズル３１が上方に向けて設けられている。なお、ガス導入管１２を、ガス混合タンク１３の下側以外に接続してもよく、また、ガス噴射ノズル３１を、上方以外に向けて設けるようにしても構わない。
【００１９】
ここで、図３に示すように、ガス導入管１２の内部には、高炉ガスＧ１をガス混合タンク１３内に導入するためのガス導入通路１２ａが形成されており、このガス導入通路１２ａは、所定の内径寸法で開口されている。
【００２０】
ガス噴射ノズル３１は、その外径が、ガス流れ方向上流側端部からガス流れ方向下流側端部に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されており、その内部には、ガス導入通路１２ａと連通するノズル通路３１ａが形成されている。そして、ノズル通路３１ａのガス流れ方向下流側端部には、高炉ガスＧ１を噴射するためのガス噴射孔３１ｂが形成されており、このガス噴射孔３１ｂは、十字形状をなしている。
【００２１】
即ち、ノズル通路３１ａの横断面は、そのガス流れ方向上流側端部において、ガス導入通路１２ａの横断面と同じ円形状となる一方、そのガス流れ方向下流側端部において、ガス噴射孔３１ｂを形成するように十字形状となっており、更に、そのガス流れ方向上流側端部からガス流れ方向下流側端部に向かうに従って、円形状から十字形状へと漸次大きく変形している。これにより、ガス噴射孔３１ｂの周長（外周）は、ガス導入通路１２ａの周長（外周）よりも、長く形成されることになる。
【００２２】
なお、ガス噴射孔３１ｂの周長がガス導入通路１２ａの周長よりも長く形成されていれば、ガス噴射ノズル３１は、その外径が、ガス流れ方向上流側端部からガス流れ方向下流側端部に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されていなくても構わない。
【００２３】
また、円筒状のガス混合タンク１３の外周部には、ガス排出管１４のガス流れ方向上流側端部が、その径方向外側から貫通している。そして、ガス排出管１４の内部には、高炉ガスＧ１をガス混合タンク１３内から排出するためのガス排出通路１４ａが形成されている。
【００２４】
従って、高炉１１の操業が行われるときに、ガスタービン設備１の運転を開始すると、先ず、高炉１１から排出される高炉ガスＧ１は、そのガスカロリーが高炉１１の操業状態に応じて随時変動した状態で、ガス導入管１２のガス導入通路１２ａ内に導入される。
【００２５】
次いで、ガス導入通路１２ａ内に導入された高炉ガスＧ１は、そのガス流れ方向下流側において、ガス噴射ノズル３１のガス噴射孔３１ｂから、ガス混合タンク１３内に噴射される。
【００２６】
このとき、ガス噴射孔３１ｂを十字形状として、当該ガス噴射孔３１ｂの周長を円形状のガス導入通路１２ａの周長よりも長くなるように形成しているため、ガス噴射孔３１ｂから噴射された高炉ガスＧ１の噴流における最も外側の部分、即ち、高炉ガスＧ１の噴流表面積は、ガス導入通路１２ａの横断面と同じ形状の横断面を有するガス噴射孔から噴射された高炉ガスＧ１の噴流表面積よりも大きくなる。これにより、高炉ガスＧ１の噴流表面積が増加することなる。
【００２７】
ここで、高炉ガスＧ１の噴流表面は、ガス混合タンク１３内に貯溜する高炉ガスＧ１を巻き込むために作用する部分となっている。従って、上述したように、高炉ガスＧ１の噴流表面積が増加すると、ガス混合タンク１３内における高炉ガスＧ１のガス混合率が高くなり、混合した高炉ガスＧ１のガスカロリーが一定となる。
【００２８】
そして、上述したように、ガス混合タンク１３内において、高いガス混合率で混合された混合ガスＧ１は、燃料ガスＧ２として、ガス排出管１４のガス排出通路１４ａを介して、ガス圧縮機１５に供給される。
【００２９】
次いで、ガス圧縮機１５は、ガス排出管１４から取り込んだ燃料ガスＧ２を、高温高圧に圧縮して、燃焼器１７に供給する一方、空気圧縮機１６は、外部から取り込んだ空気を、高温高圧に圧縮して燃焼器１７に供給する。
【００３０】
そして、燃焼器１７においては、供給された燃料ガスＧ２が、同じく供給された空気と共に燃焼することにより、燃焼ガスが生成された後、この燃焼ガスは、ガスタービン１８に供給される。
【００３１】
次いで、燃焼ガスがガスタービン１８に供給されると、当該ガスタービン１８が回転することになり、更に、このガスタービン１８の回転に伴って、ガス圧縮機１５、空気圧縮機１６、ガスタービン１８、及び、発電機１９も回転する。
【００３２】
そして、回転したガス圧縮機１５においては、取り込んだ燃料ガスＧ２を、高温高圧に圧縮する一方、回転した空気圧縮機１６においては、外部から取り込んだ空気を、高温高圧に圧縮する。また、これと同時に、回転した発電機１９によって、発電動作が行われる。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、中空円錐状のガス噴射ノズル３１のガス流れ方向下流側端部に、十字形状のガス噴射孔３１ｂを形成するようにしているが、図４に示すように、中空軸状（円筒状）のガス噴射ノズル３２のガス流れ方向下流側端部に、十字形状のガス噴射孔３２ｂを形成しても構わない。
【００３４】
即ち、ガス噴射ノズル３２におけるノズル通路３２ａの横断面は、そのガス流れ方向上流側端部において、ガス導入通路１２ａの横断面と同じ円形状となる一方、そのガス流れ方向下流側端部において、ガス噴射孔３２ｂを形成するように十字形状となっており、更に、そのガス流れ方向上流側端部からガス流れ方向下流側端部に向かうに従って、円形状から十字形状に漸次変形している。これにより、ガス噴射孔３２ｂの周長（外周）は、ガス導入通路１２ａの周長（外周）よりも、長く形成されることになる。
【００３５】
また、ガス噴射孔３１ｂ，３２ｂの横断面を十字形状としているが、これに限定されることはなく、丸形状や星形状等、ガス噴射孔３１ｂ，３２ｂの周長がガス導入通路１２ａの周長よりも長く形成していればよい。
【００３６】
従って、本発明に係るガスタービン設備１によれば、ガス噴射孔３１ｂ，３２ｂの周長をガス導入通路１２ａの周長よりも長くなるように形成することにより、ガス導入管１２の本数を増やすことなく、ガス噴射孔３１ｂ，３２ｂから噴射された高炉ガスＧ１の噴流表面積を増加させることができる。これにより、ガス混合タンク１３内において、高炉ガスＧ１を高いガス混合率で混合させることができるので、その混合した高炉ガスＧ１（燃料ガスＧ２）のガスカロリーを容易に一定にすることができる。この結果、高炉１１から排出される高炉ガス１１のガスカロリーが変動しても、ガスタービン設備１の運転を安定的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、高炉ガスの流量及びガスカロリーを調整することにより、ガスタービンの発電出力を制御するようにしたガスタービン設備に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１      ガスタービン設備
１１      高炉
１２      ガス導入管
１２ａ    ガス導入通路
１３      ガス混合タンク
１４      ガス排出管
１４ａ    ガス排出通路
３１，３２      ガス噴射ノズル
３１ａ，３２ａ      ノズル通路
３１ｂ，３２ｂ      ガス噴射孔
Ｇ１      高炉ガス
Ｇ２      燃料ガス
【図１】
2013108427.tif 000003
【図２】
2013108427.tif 000004
【図３】
2013108427.tif 000005
【図４】
2013108427.tif 000006