(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、
燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、
圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、
燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、
タービンからの排ガスを排ガス管により改質器に供給し、改質器においてタービンからの排ガスを燃料ガスの改質のための熱源とするとともに、
改質器の入側に、燃料ガスを脱硫して改質器内へ供給する脱硫器を設け、
脱硫器は、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に転換後、この硫化水素を除去して脱硫し、
改質器によって改質された改質ガスを送る改質ガス管と、燃料ガスが送られる脱硫器の入側との間に、脱硫器内における硫黄化合物の水素化のために改質ガスを脱硫器へ戻す戻し管を設けたことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項２】
戻し管にブロアを取付けたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
請求項１記載のガスタービンシステムの起動時の運転方法において、
圧縮機とタービンを定格回転させる工程と、
脱硫器および改質器を経由して燃料ガスを燃焼器に供給し、燃焼器で燃焼ガスを発生させ、燃焼器で発生した燃焼ガスをタービンに供給し、タービンからの排ガスを改質器へ送る工程と、
改質器で改質された燃料ガスを燃焼器と脱硫器に供給しながら、燃料ガス供給量を定格流量にすることを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。
【請求項４】
請求項１記載のガスタービンシステムの停止時の運転方法において、
燃料ガス供給量を定格流量から無負荷時流量まで低減する工程と、
脱硫器への改質器から改質された改質ガスの供給を停止する工程と、
燃料ガス供給を停止する工程と、を備えたことを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力を発生させるガスタービンシステムおよびその運転方法に係わり、とりわけ排ガスを用いて燃料ガスを化学的に改質する改質器を有するガスタービンシステムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンシステムは一般に動力の供給に用いられ、多くは発電機に動力を供給して電力に変換することによる発電システムとして用いられている。ガスタービンシステムの基本的な動作原理は、圧縮機によって加圧された例えば空気等の燃焼用の酸素を含む流体によって、メタン等の燃料ガスを燃焼させ、このとき得られる燃焼ガスを静翼を介して動翼に吹き付け、これによって動翼を配したロータを回転させて動力を得るものである。
【０００３】
このようなガスタービンシステムにおいては、燃焼ガスの温度を高くすることにより効率を高めることができる。一般に静翼および動翼は、金属材料の耐熱温度以上に高めることはできない。このため、翼の内部に冷却媒体を通流させ、冷却媒体によって翼部材を冷却する方法や、翼内部から翼表面に冷却媒体を吹き出させ、翼表面に燃焼ガスと比べて低温の冷却媒体の膜を形成し、燃焼ガス温度を高く保ちつつ、翼部材の温度が翼部材の耐熱温度以下になるようにする方法がとられる。
【０００４】
しかし、このような冷却手段を用いても燃焼ガス温度の上昇には限度がある。さらに上述した翼表面に冷却媒体を吹き出させ翼部材温度が翼部材の耐熱温度以下になるようにする方法では、燃焼ガス温度の上昇に伴って、冷却媒体の流量も増加する。また高温の燃焼ガスに低温の冷却媒体が混入することにより、燃焼ガスの温度が低下することがあり、この場合は効果的に効率の増加を行なうことはむずかしい。
【０００５】
このため、動翼を通過し動力を取り出した後の燃焼ガス、すなわち最終的にガスタービンシステムから排出される排ガスに残されている熱エネルギを回収することによって、効率を高める試みがなされている。その代表的なものとしては、排ガスを排熱回収ボイラに導き高温・高圧の蒸気を発生させ、この蒸気を蒸気タービンに供給して蒸気タービンで動力を発生させて排ガスに含まれている熱エネルギを回収し、システム全体としての効率の向上を図るコンバインドサイクルが考えられている。
【０００６】
近年、排ガスからの熱回収により効率向上を図るコンバインドサイクルとは別の手段として、排ガス中の熱エネルギによって燃料ガスを化学的に改質し、燃料の化学エネルギを向上させることによって排熱を回収し、ガスタービンシステムの効率を向上させる提案がなされている。
【０００７】
現在、ガスタービンの燃料ガスとして広く用いられているもののひとつとして天然ガスがあり、天然ガスの主な成分はメタンである。メタンの代表的な改質の方法としてメタンに水蒸気を添加し、例えばニッケルのような触媒の存在下で高温を保つことにより、水素と一酸化炭素に転換させるものが知られている。
【０００８】
このようなメタンの水蒸気改質を用いガスタービンシステムとしては例えば特開平２−２８６８３５に示されているようなものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンシステムにおいて、排ガスに含まれる熱エネルギによってガスタービンに供給される燃料ガスを化学的に改質し、燃料ガスの化学エネルギを向上することによって排熱を回収し、ガスタービンシステムの効率を向上させるシステムが考えられている。このシステムでは燃料ガスを改質する際の燃料ガス中の不純物、特に硫黄化合物の除去が、ガスタービンシステムの効率向上および性能安定を図る上で重要な問題となっている。しかしながら、例えば特開平２−２８６８３５に示されているような従来のシステムでは脱硫に関しては何も考えられていない。
【００１０】
例えば、メタンを主成分とする都市ガスを燃料ガスとする場合、都市ガス中には漏洩検知のため、メルカプタン等の硫黄化合物が付臭剤として約５．５ｐｐｍ添加されている。前記硫黄化合物を含有した燃料ガスを改質器に供給すると、ニッケル系改質触媒の被毒により改質性能が低下し、このため、改質により回収できる排熱が減少し、ガスタービンシステムの効率向上を妨げる問題点が生じる。また、改質触媒の改質性能が低下すると、改質器内で炭素析出が生じ、改質器内での圧力損失が増大し、ついには燃料ガスが流せなくなるという問題が生じる。
【００１１】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、排ガスからのエネルギ回収率を高くすることができ、かつ、システム効率の良い改質器を用いたガスタービンシステムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、タービンからの排ガスを排ガス管により改質器に供給し、改質器においてタービンからの排ガスを燃料ガスの改質のための熱源とするとともに、改質器の入側に、燃料ガスを脱硫して改質器内へ供給する脱硫器を設け、脱硫器は、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に転換後、この硫化水素を除去して脱硫し、改質器によって改質された改質ガスを送る改質ガス管と、燃料ガスが送られる脱硫器の入側との間に、脱硫器内における硫黄化合物の水素化のために改質ガスを脱硫器へ戻す戻し管を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１３】
このような構成にすることにより、脱硫器により燃料ガスを脱硫することができ、燃料ガス中の硫黄化合物により改質器中のニッケル系改質触媒が被毒して改質性能が低下することはない。このため有効に排熱を回収できるので、ガスタービンシステムの効率を上げることができる。さらに、改質器内での炭素析出が防止できるので、改質器内での圧力損失が防止できる。
また、改質ガス管を介して改質器から燃焼器へ送られる改質ガスの一部は、戻し管によって脱硫器へ、硫黄化合物の水素化のために供給される。ここで、一般的に、脱硫器における、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器に改質ガスの一部が供給されることにより、この改質ガスに含まれる水素によって、当該脱硫器における、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【００１４】
また、本発明は、上述のようなガスタービンシステムの起動時の運転方法において、圧縮機とタービンを定格回転させる工程と、脱硫器および改質器を経由して燃料ガスを燃焼器に供給し、燃焼器で燃焼ガスを発生させ、燃焼器で発生した燃焼ガスをタービンに供給し、タービンからの排ガスを改質器へ送る工程と、改質器で改質された燃料ガスを燃焼器と脱硫器に供給しながら、燃料ガス供給量を定格流量にすることを特徴とするガスタービンシステムの運転方法、および
上述のようなガスタービンシステムの停止時の運転方法において、燃料ガス供給量を定格流量から無負荷時流量まで低減する工程と、脱硫器への改質器から改質された改質ガスの供給を停止する工程と、燃料ガス供給を停止する工程と、を備えたことを特徴とするガスタービンシステムの運転方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本実施の形態について説明する前に、本実施の形態を参照するためのガスタービンシステムの参考例について説明する。
【００１６】
参考例
以下、図面を参照してガスタービンシステムの参考例について説明する。図１はガスタービンシステムの参考例を示す図である。
図１において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００１７】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。この場合、脱硫器１１は燃料ガス中の硫黄化合物を吸着・除去するようになっている。
【００１８】
またタービン５からの排ガス７は、排ガス管７ａにより改質器９へ送られる。改質器９では、脱硫された燃料ガス１０と、蒸発器１６で生成され水蒸気供給管１３ａから供給される水蒸気１３とが、排ガス７からの熱を用いて反応し、上述のように高カロリーの改質ガス６が得られる。さらに改質器９から排出される改質器排ガス１５は蒸発器１６に送られ、蒸発器１６において給水１４から水蒸気が生成される。蒸発器１６において生成した水蒸気は、上述のように水蒸気供給管１３ａから改質器９へ送られるとともに、補助水蒸気供給管１９により燃焼器３へ送られる。また蒸発器１６からの水蒸気はユーティリティ用水蒸気供給管１８によりユーティリティ用として用いられる。
【００１９】
次にこのような構成からなる参考例に係わるガスタービンシステムの作用について説明する。
【００２０】
まず大気圧の空気１が圧縮機２により加圧されて圧縮空気２０となって燃焼器３へ送られる。燃焼器３では圧縮空気２０と改質器９からの改質ガス６とが燃焼し、燃焼器３からの燃焼ガス４はタービン５で動力を生じさせ、排ガス７となる。
【００２１】
一方、燃料ガス１２が脱硫器１１により脱硫されて脱硫された燃料ガス１０となり改質器９へ送られる。改質器９内では、燃料ガス１０と、水蒸気１３とが、タービン５から排ガス管７ａにより送られる排ガス７により加熱され、燃料ガス１０が改質されて改質ガス６となる。また蒸発器１６において、給水１４が改質器排ガスにより加熱されて水蒸気１３が生成され、この水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａにより改質器９へ送られるとともに、補助水蒸気供給管１９により燃焼器３へ送られる。また、残りの水蒸気１３はユーティリティ用水蒸気供給管１８へ送られる。
【００２２】
参考例に係わるガスタービンシステムによれば、燃料ガス１２中の硫黄化合物を脱硫器１１によりあらかじめ吸着・除去しておくので、燃料ガス１０中の硫黄化合物により改質器９中のニッケル系改質触媒が被毒して改質性能が低下することはない。このため有効に排熱を回収できるので、ガスタービンシステムの効率を上げることができる。さらに、改質器９内での炭素析出が防止できるので、改質器９内での圧力損失の増加が防止される。
【００２３】
また、改質器９および燃焼器３への水蒸気１３の量を多くすれば、タービン５に流れる燃焼ガス４の量が増大するので、タービン５で取り出せる動力を増やすことができ、改質器９および燃焼器３への水蒸気１３の量を減らせば、タービン５に流れる燃焼ガス４の量が減少するので、タービン５で取り出せる動力を増やすことができる。このような作用により、タービン５で発生する動力の量を調整することができる。
【００２４】
さらに、参考例に係わるガスタービンシステムによれば、改質器９への水蒸気１３の量を増やすと、改質率が増加するためタービン５を経た排ガス７からの熱回収量が増し、タービン５の出力を増加させることができる。また逆に、改質器９への水蒸気１３の量を減らすと改質率が下がり、排ガス７からの熱回収量が減って、タービン５の出力を減らすことができるので、タービン出力の調整を行うこともできる。
【００２５】
なお、脱硫器１１では活性炭やモレキュラーシーブを硫黄化合物吸着剤として用いることができる。
【００２６】
本発明の一の実施の形態
次に本発明の一の実施の形態について説明する。図２は一の実施の形態を示す図である。
【００２７】
図２において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００２８】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。
【００２９】
改質器９から排出される改質器排ガス１５は脱硫器１１へ送られ、この脱硫器１１はその熱を用いて燃料ガス１２中の硫黄化合物をコバルト−モリブデン系触媒等で水素化して硫化水素に変換した後、
ＺｎＯ＋Ｈ2 Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ
の反応により除去するようになっている。
【００３０】
脱硫器１１から排出される脱硫器排ガス２５は蒸発器１６に送られ、蒸発器１６はその熱を用いて水蒸気１３を発生させる。また改質ガス管６ａ内の改質ガス６の一部２２は、ブロア２３を有する戻し管２４によって脱硫器１１へ、硫黄化合物の水素化のために供給される。改質ガス２６の残り２１は燃焼器３へ送られる。
【００３１】
本実施の形態では、水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａ、ユーティリティ用水蒸気供給管１８および補助水蒸気供給管１９へ送られる。
【００３２】
本実施の形態によれば、燃料ガス１２中の硫黄化合物を脱硫器１１であらかじめ水転脱硫しておくので、燃料ガス１０中の硫黄化合物により改質器９内のニッケル系改質触媒が被毒して改質性能が低下することはない。このため有効に排熱を回収できるのでガスタービンシステムの効率を上げることができる。さらに、改質器９内での炭素析出が防止できるので、改質器９内での圧力損失の増加を防止することができる。
また、改質ガス管６ａを介して改質器９から燃焼器３へ送られる改質ガス６の一部は、戻し管２４によって脱硫器１１へ、硫黄化合物の水素化のために供給される。ここで、一般的に、脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器１１に改質ガス６の一部２２が供給されることにより、この改質ガス６に含まれる水素によって、当該脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【００３３】
さらに、燃料ガス１２中にプロパン、ブタン等が存在すると、硫黄化合物との競争吸着が生じ、硫黄化合物の除去が阻害される。本実施の形態によれば、脱硫器１１により硫黄化合物を硫化水素に転換した後に、酸化亜鉛と固相反応により除去するので、燃料ガス１２中のプロパン、ブタン等による阻害が発生しない。さらに、運転条件の変化により分離された硫黄分が燃料ガス中に再放出されることもない。
【００３４】
本発明の他の実施の形態
次に本発明の他の実施の形態について説明する。図３は本発明の他の実施の形態を示す図である。
【００３５】
図３において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００３６】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。
【００３７】
改質器９から排出される改質器排ガス１５は脱硫器１１へ送られ、この脱硫器１１はその熱を用いて燃料ガス１２中の硫黄化合物をコバルト−モリブデン系触媒等で水素化して硫化水素に変換した後、
ＺｎＯ＋Ｈ2 Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ
の反応により除去するようになっている。脱硫器１１から排出される脱硫器排ガス２５は蒸発器１６に送られ、蒸発器１６はその熱を用いて水蒸気１３を発生させる。改質ガス管６ａ内の改質ガス６の一部２２は戻し管２４によって脱硫器１１へ硫黄化合物の水素化のために供給される。改質ガス２６の残り２１は燃焼器３へ送られる。なお、本実施の形態では水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａ、ユーティリティ用水蒸気供給管１８および補助水蒸気供給管１９に配分される。
【００３８】
また水蒸気供給管１３ａには、脱硫器１１を経た燃料ガス１２を吸込み改質器９へ送るエジェクタ２６が設けられている。
【００３９】
本実施の形態によれば、燃料ガス１２中の硫黄化合物を脱硫器１１によりあらかじめ水転脱硫しておくので、燃料ガス１０中の硫黄化合物により改質器９内のニッケル系改質触媒が被毒して改質性能が低下することはない。このため有効に排熱を回収できるので、ガスタービンシステムの効率を上げることができる。さらに、改質器９内での炭素析出が防止できるので、改質器内での圧力損失の増大が防止できる。
また、改質ガス管６ａを介して改質器９から燃焼器３へ送られる改質ガス６の一部２２は、戻し管２４によって脱硫器１１へ、硫黄化合物の水素化のために供給される。ここで、一般的に、脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器１１に改質ガス６の一部２２が供給されることにより、この改質ガス６に含まれる水素によって、当該脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【００４０】
燃料ガス１２中にプロパン、ブタン等が存在すると、硫黄化合物との競争吸着が生じ、硫黄化合物の除去が阻害される。これに対し、本実施の形態においては、脱硫器１１内で硫黄化合物を硫化水素に転換した後に、酸化亜鉛と固相反応により除去するので、燃料ガス１０中のプロパン、ブタン等による阻害が発生しない。さらに、運転条件の変化により分離された硫黄分が燃料ガス中に再放出されることもない。
【００４１】
また本実施の形態ではエジェクタ２６により脱硫された燃料ガス１０を吸引することにより脱硫器１１の入口圧力を改質器９の出口圧力より低減することができ、戻し管２４にブロアを設けることなく、改質ガス６を脱硫器１１へ戻すことができる。
【００４２】
他の参考例
ここで、次にガスタービンシステムの他の参考例について説明する。図４はガスタービンシステムの他の参考例を示す図である。
【００４３】
図４において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００４４】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。
【００４５】
改質器９から排出される改質器排ガス１５は蒸発器１６へ送られ、蒸発器１６はその熱を用いて水蒸気１３を発生させる。また水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａ、ユーティリティ用水蒸気供給管１８、および補助水蒸気供給管１９に配分される。なお、脱硫器１１は燃料ガス１２中の硫黄化合物を吸着・除去するようになっている。
【００４６】
図４において起動時は、最初に圧縮機２とタービン５とを定格回転させ、次に改質ガス管６ａの改質ガスバルブ２８を開き、脱硫器１１、改質器９を経由して少量の燃料ガス１２を燃焼器３に供給し、燃焼器３で燃焼ガス４を発生させる。
【００４７】
次に燃焼器３で発生した燃焼ガス４をタービン５に供給し、タービン５からの排ガス７の少なくとも一部を熱源として蒸発器１６で水蒸気１３を発生させる。発生した水蒸気１３の一部は水蒸気供給管１３ａの水蒸気バルブ３１を開いて改質器９に供給される。次に改質器９で改質された改質ガス６を燃焼器３に供給しながら、燃料ガスの供給量を定格流量にする。
【００４８】
停止時は燃料ガス１２の供給量を定格流量から無負荷時流量まで低減後、改質器９の温度が第１所定温度（２００℃以上４００℃以下）以下になった段階で、水蒸気バルブ３１を閉じて改質器９への水蒸気１３の供給を停止し、改質器９の温度が第１所定温度より低い第２所定温度（無負荷時のタービン５からの排ガス温度）以下になった段階で、改質ガスバルブ２８を閉じて燃焼器３への燃料供給を停止する。
【００４９】
ガスタービンシステムの他の参考例によれば、脱硫器１１により燃料ガス１２中の硫黄成分の除去を常時行うとともに、タービン５の排ガス７の熱を利用して水蒸気１３を発生させ燃料ガス１０の改質を行いながら、改質器９の昇温をともなう起動操作を行うので、炭素析出・硫黄被毒・酸化の危険なく改質器９を含めたシステム全体の起動が行える。
【００５０】
また、このガスタービンシステムの他の参考例によれば、燃料ガス中の硫黄成分の除去を常時行うとともに、タービン５の排ガス７の熱を利用して水蒸気１３を発生させ燃料ガス１０の改質を行いながら、徐々に燃料ガスの供給量を低減し、改質器９の降温を行なう。また改質反応が生じない条件で水蒸気供給を停止後、充分な低温で燃料供給を停止するので炭素析出・硫黄被毒・酸化・水分付着の危険なく改質器を含めたシステム全体の停止が行える。
【００５１】
本発明の更に他の実施の形態
次に本発明の更に他の実施の形態について説明する。図５は本発明の更に他の実施の形態を示す図である。
【００５２】
図５において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００５３】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。
【００５４】
改質器９から排出される改質器排ガス１５は脱硫器１１へ送られ、この脱硫器１１はその熱を用いて燃料ガス１２中の硫黄化合物をコバルト−モリブデン系触媒等で水素化して硫化水素に変換した後、
ＺｎＯ＋Ｈ2 Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ
の反応により除去するようになっている。脱硫器１１から排出される脱硫器排ガス２５は蒸発器１６へ送られ、蒸発器１６はその熱を用いて水蒸気１３を発生させる。改質ガス管６ａ内の改質ガス６の一部２２は、ブロア２３を有する戻し管２４によって脱硫器１１へ硫黄化合物の水素化のために供給される。
【００５５】
本実施の形態では水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａ、ユーティリティ用水蒸気供給管１８および補助水蒸気供給管１９に配分される。
【００５６】
図５において、起動時は、最初に圧縮機２とタービン５とを定格回転させ、その後改質ガス管６ａの改質ガスバルブ２８を開き、脱硫器１１および改質器９を経由して少量の燃料を燃焼器３に供給し、燃焼器３で燃焼ガス４を発生させる。次に燃焼器３で発生した燃焼ガス４をタービン５に供給し、タービン５からの排ガス７の少なくとも一部を熱源として蒸発器１６で水蒸気１３を発生させる。
【００５７】
発生した水蒸気１３の一部は、水蒸気供給管１３ａの水蒸気バルブ３１を開いて改質器９に供給される。また改質器９で改質された改質ガス６の一部２２は、脱硫用改質ガスバルブ３２と昇圧された脱硫用改質ガスバルブ３３を開とし、ブロワー２３によって硫黄化合物の除去を行うため脱硫器１１に送られる。一般的に、脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器１１に改質ガス６の一部２２が供給されることにより、この改質ガス６に含まれる水素によって、当該脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【００５８】
一方、改質ガス６の残り２１は、燃焼器３に供給され燃料供給量を定格流量にする。
【００５９】
停止時は、燃料供給量を定格流量から無負荷時流量まで低減後、改質器９の温度が第１所定温度（２００℃以上４００℃以下）以下になった段階で、水蒸気バルブ３１を閉じて改質器９への水蒸気１３の供給を停止し、同時に脱硫用改質ガスバルブ３２および昇圧された脱硫用改質ガスバルブ３３を閉じて、脱硫器１１への改質器９から改質された改質ガス２２の供給を停止する。次に改質器９の温度が第１所定温度より低い第２所定温度（無負荷時のタービン５からの排ガス温度）以下になった段階で、改質ガス管６の改質ガスバルブ２８を閉じて燃料供給を停止する。
【００６０】
本実施の形態によれば、脱硫器１１により燃料ガス中の硫黄成分の除去を触媒の硫黄被毒が生じるより低温から行なうとともに、タービン排ガス７の熱を利用して水蒸気を発生させ燃料ガスの改質・脱硫を行いながら、改質器９の昇温をともなう起動操作を行うので、炭素析出・硫黄被毒・酸化の危険なく改質器を含めたシステム全体の起動が行える。
【００６１】
また、本実施の形態による燃料改質型ガスタービンシステム停止方法では、燃料ガス中の硫黄成分の除去を触媒の硫黄被毒が生じるより低温まで行なうとともに、タービン排ガス７の熱を利用して水蒸気を発生させ燃料の改質・脱硫を行いながら、徐々に燃料ガスの供給量を低減して改質器９の降温を行なう。次に改質反応が生じない条件で水蒸気の供給を停止後、充分な低温で燃料供給を停止するので、炭素析出・硫黄被毒・酸化・水分付着の危険なく改質器を含めたシステム全体の停止が行える。
【００６２】
本発明の更に他の実施の形態
次に本発明の更に他の実施の形態について説明する。図６は本発明の更に他の実施の形態を示す図である。
【００６３】
図６において、ガスタービンシステムは、燃焼用酸素を含む流体、例えば大気圧の空気１を１６００ｋＰａ〜１８００ｋＰａ程度に加圧して圧縮空気２０を生成する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス１０を化学的に改質して高カロリーの水素等の改質ガス６を生成する改質器９と、圧縮機２からの圧縮空気２０によって、改質器９から改質ガス管６ａを経て送られた改質ガス６を燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス４を動力に変換するタービン５とを備えている。
【００６４】
なお改質器９へ送られる燃料ガス１０は、燃料ガス１２を改質器９の入側に設けられた脱硫器１１により脱硫することによって得られる。
【００６５】
改質器９から排出される改質器排ガス１５は脱硫器１１へ送られ、この脱硫器１１は、その熱を用いて燃料ガス１２中の硫黄化合物をコバルト−モリブデン系触媒等で水素化して硫化水素に変換した後、
ＺｎＯ＋Ｈ2 Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2 Ｏ
の反応により除去するようになっている。脱硫器１１から排出される脱硫器排ガス２５は蒸発器１６へ送られ、蒸発器１６はその熱を用いて水蒸気１３を発生させる。改質ガス管６ａ内の改質ガス６の一部２２は戻し管２４によって脱硫器１１へ硫黄化合物の水素化のために供給される。改質ガス６の残り２１は、燃焼器３へ送られる。なお、本実施の形態では水蒸気１３は水蒸気供給管１３ａ、ユーティリティ用水蒸気供給管１８および補助水蒸気供給管１９に配分される。
【００６６】
また水蒸気供給管１３ａには、脱硫器１１を経た燃料ガス１２を吸込み改質器９へ送るエジェクタ２６が設けられている。
【００６７】
図６において、起動時は、最初に圧縮機２とタービン５とを定格回転させ、その後、改質ガス管６の改質ガスバルブ２８を開き、脱硫器１１、エジェクタ２６および改質器９を経由して少量の燃料を燃焼器３に供給し、燃焼器３で燃焼ガス４を発生させる。次に燃焼器３で発生した燃焼ガス４をタービン５に供給し、タービン５からの排ガスの少なくとも一部を熱源として蒸発器１６で水蒸気１３を発生させる。発生した水蒸気１３の一部は水蒸気供給管１３ａの水蒸気バルブ３１を開いてエジェクタ２６を経由して改質器９に供給される。改質器９で改質された改質ガス６の一部２２は、脱硫用改質ガスバルブ３２を開いて、硫黄化合物の除去を行うため脱硫器１１に送られ、改質ガス６の残り２１は燃焼器３に供給されて、燃料供給量が定格流量となる。一般的に、脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器１１に改質ガス６の一部２２が供給されることにより、この改質ガス６に含まれる水素によって、当該脱硫器１１における、燃料ガス１２中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【００６８】
停止時は、燃料供給量を定格流量から無負荷時流量まで低減後、改質器９の温度が第１所定温度（２００℃以上４００℃以下）以下になった段階で、水蒸気バルブ３１を閉じて改質器９への水蒸気１３の供給を停止し、同時に脱硫用改質ガスバルブ３２を閉じて、脱硫器１１への改質器９から改質された改質ガスの供給を停止する。次に改質器９の温度が第１所定温度より低い第２所定温度（無負荷時のタービン５からの排ガス温度）以下になった段階で、改質ガス管６ａの改質ガスバルブ２８を閉じて燃料供給を停止する。
【００６９】
本実施の形態によれば、脱硫器１１により燃料ガス中の硫黄成分の除去を触媒の硫黄被毒が生じるより低温から行なうとともに、タービン排ガスの熱を利用して改質用水蒸気の発生と燃料の改質・脱硫を行いながら、改質器９の昇温をともなう起動操作を行うので、炭素析出・硫黄被毒・酸化の危険なく改質器を含めたシステム全体の起動が行える。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、燃料ガス中硫黄成分の除去を触媒の硫黄被毒が生じるより低温まで行なうとともに、タービン排ガス７の熱を利用して水蒸気を発生させ燃料の改質・脱硫を行いながら、徐々に燃料ガスの供給を低減して改質器９の降温を行なう。次に改質反応が生じない条件で水蒸気供給を停止後、充分な低温で燃料供給を停止するので、炭素析出・硫黄被毒・酸化・水分付着の危険なく改質器を含めたシステム全体の停止が行える。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、脱硫器により燃料ガス中の硫黄化合物をあらかじめ吸着・除去しておくので、燃料ガス中の硫黄化合物により改質器内のニッケル系改質触媒が被毒して改質性能が低下することはない。このため有効に排熱を回収できるので、ガスタービンシステムの効率を上げることができる。さらに、改質器内での炭素析出が防止できるので、改質器内での圧力損失の増大が防止できる。
また、改質ガス管を介して改質器から燃焼器へ送られる改質ガスの一部は、戻し管によって脱硫器へ、硫黄化合物の水素化のために供給される。ここで、一般的に、脱硫器における、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応においては水素が必要とされるが、上述のように、脱硫器に改質ガスの一部が供給されることにより、この改質ガスに含まれる水素によって、当該脱硫器における、燃料ガス中の硫黄化合物を水素化して硫化水素に変換する反応を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【図２】  本発明の一の実施の形態に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【図３】  本発明の他の実施の形態に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【図４】  他の参考例に係わる実施の形態に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【図５】  本発明の更に他の実施の形態に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【図６】  本発明の更に他の実施の形態に係わるガスタービンシステムのシステム構成図。
【符号の説明】
１  空気
２  圧縮機
３  燃焼器
４  燃焼ガス
５  タービン
６  改質ガス
６ａ  改質ガス管
７  排ガス
７ａ  排ガス管
８  最終排ガス
９  改質器
１０  脱硫された燃料ガス
１１  脱硫器
１２  燃料ガス
１３  水蒸気
１３ａ  水蒸気供給管
１４  給水
１５  改質器排ガス
１６  蒸発器
１７  水蒸気
１９  燃焼器用水蒸気
２０  圧縮空気
２３  ブロア
２４  戻し管
２５  脱硫器排ガス
２６  エジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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