(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを燃料として燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路に配設された、燃料ガスを一時的に貯留するタンクと、
該タンクに形成された、上記燃料ガス供給通路からタンク内へ燃料ガスが流入するためのガス入口と、
上記ガス入口とは別にタンクに形成された、タンクから燃料ガス供給通路に燃料ガスが流出するためのガス出口と、
上記タンクに互いに離間して設置された複数個の第一ガス発熱量計測装置とを有しており、
上記ガス入口が、水平から上方または下方に傾斜した方向に燃料ガスをタンク内へ流入させるように構成されており、
前記第一ガス発熱量計測装置によってタンク内のガスの発熱量分布を計測しうるように構成されてなるガスカロリ変動抑制装置。
【請求項２】
上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に連続して形成された傾斜管部材を含んでおり、
該傾斜管部材が水平から上方または下方に傾斜してなる請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項３】
上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された固定ルーバを含んでおり、
該固定ルーバが、傾斜角度が固定された少なくとも一枚のルーバである請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項４】
上記ガス入口に設置されたガス流入装置を含んでおり、
該ガス流入装置が、タンク内への燃料ガスの流入角度を変更可能に構成されてなる請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項５】
上記ガス流入装置が、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された可変ルーバを有しており、
該可変ルーバが、その傾斜角度を外部から変更しうるように揺動可能に装着された少なくとも一枚のルーバである請求項４記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項６】
上記ガス入口が複数個形成されており、該ガス入口のうち、燃料ガスをタンク内へ流入させるガス入口を選択して切り換えうるように構成されてなる請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項７】
上記ガス出口が複数個形成されており、上記ガス入口の切り換えに同期して燃料ガスをタンク外へ流出させるガス出口を選択して切り換えうるように構成されてなる請求項６記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項８】
上記複数個のガス入口のタンク内への燃料ガスの流入方向が互いに相違するように構成されてなる請求項６または７記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項９】
上記ガス入口が複数個形成されており、
各ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された流量調整装置を含んでおり、
各燃料ガス供給通路を流通するガスの流量を変更しうるように構成されてなる請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１０】
上記タンクに接続された、タンク内へ不活性ガスを流入させるための不活性ガス供給通路を含んでなる請求項１〜９のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１１】
上記ガス入口に連通された燃料ガス供給通路の内部に挿入されるようにして接続された不活性ガス供給通路を含んでおり、
該不活性ガス供給通路の出口端が上記ガス入口より上流に位置してなる請求項１〜９のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１２】
上記不活性ガスが、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントのうち少なくとも一方のプラントから排出される廃棄窒素を回収したものである請求項１０または１１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１３】
上記第一ガス発熱量計測装置の計測値に基づいてタンク内のガスカロリ値の分布を検出し、該ガスカロリ値の分布に応じて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を含んでなる請求項１〜１２記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１４】
上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、入口側のガスカロリ値を計測するための入口ガス発熱量計測装置と、
ガス出口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、出口側のガスカロリ値を計測するための出口ガス発熱量計測装置とを含んでなる請求項１〜１３のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１５】
上記入口ガス発熱量計測装置および出口ガス発熱量計測装置の計測値に基づいて、タンクへの流入ガスのカロリ変動とタンクからの排出ガスのカロリ変動とを対比し、この対比結果に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を含んでなる請求項１４記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１６】
上記タンクの天井が上下動するように構成されており、
該天井の上下動の方向および距離に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を含んでなる請求項１〜１５のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１７】
上記ガス出口が、ガス入口の中心軸の延長線から外れた位置に形成されてなる請求項１記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１８】
上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置が設置されてなる請求項１〜１７のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置。
【請求項１９】
ガスを燃料として燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路と、
該燃料ガス供給通路を通して供給される燃料ガスの発熱量の変動を抑制するためのガスカロリ抑制装置とを備えており、
該ガスカロリ抑制装置が請求項１〜１８のうちいずれか一の項に記載のガスカロリ変動抑制装置である燃料ガス供給設備。
【請求項２０】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側のうちいずれか一方との間に接続された入口通路と、
上記入口通路に配設された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項１９記載の燃料ガス供給設備。
【請求項２１】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側の両方との間に接続された入口通路と、
各入口通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項１９記載の燃料ガス供給設備。
【請求項２２】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側との間に接続された入口通路と、
燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より下流側と上流側との間に接続された戻し通路と、
上記入口通路および戻し通路それぞれに設置された、燃料ガスをタンクおよび上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項１９記載の燃料ガス供給設備。
【請求項２３】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの他方のガス入口と下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、
該戻し通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項１９記載の燃料ガス供給設備。
【請求項２４】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクより上流側の燃料ガス供給通路とタンクより下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、
該戻し通路に設置された、燃料ガスを燃料ガス供給通路の下流側から上流側に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでなる請求項１９記載の燃料ガス供給設備。
【請求項２５】
燃焼設備と、
該燃焼設備に燃料としてガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、
上記燃焼設備がガスタービンであり、
上記燃料ガス供給設備が、請求項１９〜２４のうちいずれか一の項に記載の燃料ガス供給設備であるガスタービン設備。
【請求項２６】
燃焼設備と、
該燃焼設備に燃料としてガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、
上記燃焼設備がガスをバーナーで燃焼させるボイラであり、
上記燃料ガス供給設備が、請求項１９〜２４のうちいずれか一の項に記載の燃料ガス供給設備であるボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラー設備に関する。さらに詳しくは、燃焼設備の燃料としてのガスが低カロリガスのようにその発熱量が変動する場合、この発熱量変動を抑制することができるガスカロリ変動抑制装置、このガスカロリ変動抑制装置を備えた燃料ガス供給設備、並びに、燃料ガス供給設備を備えた燃焼設備としてのガスタービン設備およびボイラー設備に関する。
【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）が副生ガスとして発生する。ＢＦＧの総発熱量は使用したコークスの発熱量の約半分にも達するので、製銑原価低減のためにＢＦＧは製鉄所内において多方面に利用されている。ＢＦＧは投入コークス１トン当たり３０００Ｎｍ３発生し、その組成はＣＯ２が１０〜１８％、ＣＯが２２〜３０％、Ｎ２が５２〜６０％、Ｈ２が０．５〜４％、ＣＨ４が０．５〜３％とされている。
【０００３】
ＢＦＧはこれ以外に煙塵を２〜１０ｇ／Ｎｍ３含んでいるので、これを除塵器で０．０１ｇ／Ｎｍ３程度まで除去した後、発熱量８００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の燃料ガスとして、熱風炉、コークス炉、加熱炉、ボイラー等に利用されている。近年、ガスタービンにおいても、その技術の向上により低カロリガスの燃焼が可能となり、ＢＦＧを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。低カロリガスとは、その発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ３以下のガスを言うことが知られている。低カロリガスとしては、後述するように、高炉ガス（ＢＦＧ）には限らず、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、転炉ガス（ＬＤＧ）などの多くの種類のガスが含まれる。
【０００４】
一方で、近年、高炉法以外の新しい製鉄プロセス（たとえばＦＩＮＥＸやＣＯＲＥＸ等の直接還元鉄法）が開発されつつあり、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っており、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。
【０００５】
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し、ガスタービン設備の経済的な連続運転が困難になる。
【０００６】
副生ガスのカロリ上昇を抑制するために窒素ガス（Ｎ２）によって希釈する技術は公知である（たとえば特許文献１および特許文献２を参照）。しかしながら、副生ガスのカロリ値が変動する場合、Ｎ２によって副生ガスを希釈するだけでは、この変動をガスタービン固有の許容カロリ変動幅や許容カロリ変動速度内に抑制することに十分に対応できない場合がある。これは、副生ガスのカロリ変動が急激な場合にカロリ検出器の応答に遅れが生じて適時の希釈ができないことがあり、また、高価な不活性ガスを大量に消費せざるを得ない場合にこれを確保しておくことが困難である等の理由からである。
【０００７】
したがって、副生ガスの特性変動があまり激しくないＢＦＧに対してはＮ２による希釈だけで有効に対処することも可能である。しかし、直接還元鉄法等では小容量の反応炉で起動、停止が繰り返されるのでガスの発生量およびカロリ値の変動が大きく顕著になるため、Ｎ２による希釈だけでは対応は困難である。
【特許文献１】
特開２００２−１５５７６２号公報
【特許文献２】
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】
【０００８】
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、燃焼設備へ燃料として供給される低カロリガス等の燃料用ガスのカロリ変動を抑制することにより、燃料ガスの不活性ガスによる希釈を容易且つ有効なものとし、さらには、不活性ガスによる希釈を不要とすることも可能なガスカロリ変動抑制装置、このガスカロリ変動抑制装置を備えた燃料ガス供給設備、並びに、この燃料ガス供給設備を備えたガスタービン設備およびボイラー設備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】
【０００９】
上記目的のために本発明のガスカロリ変動抑制装置は、
ガスを燃料として燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路に配設された、燃料ガスを一時的に貯留するタンクと、
このタンクに形成された、上記燃料ガス供給通路からタンク内へ燃料ガスが流入するためのガス入口と、
上記タンクに上記ガス入口とは別に形成された、タンクから燃料ガス供給通路に燃料ガスが流出するためのガス出口とを有している。
【００１０】
燃料ガス供給通路を通して時々刻々供給されてくる燃料用のガスがタンク内に一時的に貯留され、その中で時間差混合される。したがって、この燃料ガスが、そのカロリ値が変動している場合であっても、時間差混合されることにより、そのカロリ変動の幅が減少され、且つ、カロリ変動速度が緩和される。その結果、燃料ガスのカロリ変動を、希釈ガスによって燃焼設備のガス特性の許容変動範囲内に調整することが容易且つ有効となる。また、その燃料ガスの平均カロリ値によっては希釈を必要としない状態にすることも可能となる。なお、上記時間差混合とは、連続的に時間遅れでタンク内へ流入してくるガスが既に流入して滞留しているガスと混合することである。
【００１１】
なお、上記ガス入口に接続されるのは燃料ガス供給通路の上流側に限定されず、ガス出口に接続されるのは燃料ガス供給通路の下流側に限定されない。たとえば図２６に示すごとく、燃料ガス供給通路にバイパス通路を設け、このバイパス通路にタンクを設置する場合、バイパス通路の下流側をタンクのガス入口に接続し、上流側をガス出口に接続した上で、下流側バイパス通路に、タンクへ燃料ガスを圧送する手段を設けた構成をも採用することができる。
【００１２】
上記タンクの構造には限定されない。たとえば容積が変化しない固定形状のタンクでもよく、また、従来のガスタービン設備等においてガスの需給バランスを監視する装置（ガスホルダー）として用いられる内容積変動形式のタンクであってもよい。内容積変動形式のタンクとは、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等である。これらのタンクを流用して燃料ガスのカロリ変動を抑制する効果を発揮しうる装置とすることができる。
【００１３】
上記ガス入口が水平から上方または下方に傾斜した方向に燃料ガスをタンク内へ流入させるように構成されている。したがって、時間差混合が効果的になされる。
【００１４】
上記のごとくガスの流入方向を傾斜させるために、ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に連続して形成された傾斜管部材を含み、この傾斜管部材が水平から上方または下方に傾斜している構成とすることができる。
【００１５】
または、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された固定ルーバを含み、この固定ルーバを、傾斜角度が固定された少なくとも一枚のルーバから構成することによっても、ガスの流入方向を傾斜させることができる。
【００１６】
ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内またはタンク内に上記固定ルーバを設置する方法として、たとえばガス入口に接続される燃料ガス供給通路の一部としてハウジングを配設し、このハウジング内に取り付けてもよい。また、たとえば、タンク内部にガス入口に近接して取り付けてもよい。
【００１７】
上記ガス入口に設置されたガス流入装置を含んでおり、このガス流入装置が、タンク内への燃料ガスの流入角度を変更可能に構成されてなるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。
【００１８】
上記ガス流入装置に、上記ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内およびタンク内のうちの一方に配設された可変ルーバを備え、
この可変ルーバを、その傾斜角度を外部から変更しうるように揺動可能に装着された少なくとも一枚のルーバから構成することができる。
【００１９】
ガス入口近傍における燃料ガス供給通路内またはタンク内に上記可変ルーバを設置する方法としては、たとえば、前述した固定ルーバの設置法と同じ方法を適用することができる。
【００２０】
上記ガス入口が複数個形成されており、このガス入口のうち、燃料ガスをタンク内へ流入させるガス入口を選択して切り換えうるように構成されているガスカロリ変動抑制装置が好ましい。たとえば、ガスを流入させるガス入口を周期的に切り換えることによってタンク内でのガスの時間差混合を促進しうるからである。
【００２１】
かかるガスカロリ変動抑制装置に対して、ガス出口を複数個形成し、上記ガス入口の切り換えに同期して燃料ガスをタンク外へ流出させるガス出口を選択して切り換えうるように構成することができる。
【００２２】
かかるガスカロリ変動抑制装置を、複数個のガス入口のタンク内への燃料ガスの流入方向が互いに相違するように構成することができる。
【００２３】
上記ガス入口が複数個形成されており、各ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された流量調整装置を含んでおり、各燃料ガス供給通路を流通するガスの流量を変更しうるように構成されているガスカロリ変動抑制装置が好ましい。たとえば、各ガス入口を通るガス流量を周期的に切り換えることによってタンク内でのガス混合を促進しうるからである。なお、上記流量調整装置としては流量調整弁が採用されうる。
【００２４】
上記タンクに接続された、タンク内へ不活性ガスを流入させるための不活性ガス供給通路を含んでいるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。タンク内で燃料ガスと不活性ガスとの時間差混合がなされるからである。
【００２５】
上記ガス入口に連通された燃料ガス供給通路の内部に挿入されるようにして接続された不活性ガス供給通路を含んでおり、この不活性ガス供給通路の出口端が上記ガス入口より上流に位置しているガスカロリ変動抑制装置が好ましい。燃料ガスと不活性ガスとの混合が促進されるからである。
【００２６】
上記不活性ガスが、酸素製造プラントおよび窒素製造プラントのうち少なくとも一方のプラントから排出される廃棄窒素を回収したものであるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。不活性ガスの調達が容易且つ安価だからである。なお、酸素製造プラントや窒素製造プラントとしては、たとえば高炉法、直接還元鉄法等のプロセスにおいて設置されるものが適用されうる。
【００２７】
上記タンクに互いに離間して設置された複数個の第一ガス発熱量計測装置をさらに備え、この第一ガス発熱量計測装置によってタンク内のガスの発熱量分布を計測しうるように構成している。
【００２８】
かかるガスカロリ変動抑制装置であって、第一ガス発熱量計測装置の計測値に基づいてタンク内のガスカロリ値の分布を検出し、このガスカロリ値の分布に応じて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を含んでいるのが好ましい。タンク内での良好なガス混合を実現しうるからである。
【００２９】
上記ガス入口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、入口側のガスカロリ値を計測するための入口ガス発熱量計測装置と、ガス出口に連通される燃料ガス供給通路に設置された、出口側のガスカロリ値を計測するための出口ガス発熱量計測装置とを含んでいるガスカロリ変動抑制装置が好ましい。
【００３０】
かかるガスカロリ変動抑制装置であって、入口ガス発熱量計測装置および出口ガス発熱量計測装置の計測値に基づいて、タンクへの流入ガスのカロリ変動とタンクからの排出ガスのカロリ変動とを対比し、この対比結果に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置とを含んでいるのが好ましい。
【００３１】
上記タンクの天井が上下動するように構成されている場合、この天井の上下動の方向および距離に基づいて、タンク内へのガス流入方向を変化させるべく制御する制御装置を備えているのが好ましい。天井の高さに応じて最適なガス混合を得るべくガスの流入方向を選択しうるからである。なお、天井が上下動するタンクとは、前述したように、タンク内圧に応じて上下動しうる気密に装着された蓋部材（天井を構成している）を有するタンク、駆動装置によって蓋部材を積極的に上下動させることによりバランス効果を最大にしうるタンク容積を選定できるタンク等をいう。
【００３２】
上記ガス出口が、ガス入口の中心軸の延長線から外れた位置に形成されているのが好ましい。タンクに流入した燃料ガスのタンク内の滞留時間を延長させうるからである。なお、ガス入口の中心軸の延長線とは、たとえば、前述した傾斜管部材の中心軸の延長線等をいう。
【００３３】
上記タンクの内部にガスを撹拌するための撹拌装置を設置するのが好ましい。
【００３４】
本発明の燃料ガス供給設備は、
ガスを燃料として燃焼設備に供給するための燃料ガス供給通路と、
この燃料ガス供給通路を通して供給される燃料ガスの発熱量の変動を抑制するためのガスカロリ抑制装置とを備えており、
このガスカロリ抑制装置が前述したうちいずれか一のガスカロリ変動抑制装置から構成されている。
【００３５】
上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側のうちいずれか一方との間に接続された入口通路と、
上記入口通路に配設された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。
【００３６】
または、上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側および下流側の両方との間に接続された入口通路と、
各入口通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。
【００３７】
または、上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口と燃料ガス供給通路との間に接続された出口通路と、
タンクのガス入口と燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より上流側との間に接続された入口通路と、
燃料ガス供給通路における上記出口通路の接続点より下流側と上流側との間に接続された戻し通路と、
上記入口通路および戻し通路それぞれに設置された、燃料ガスをタンクおよび上流側燃料ガス供給通路に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。
【００３８】
または、上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの他方のガス入口と下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、
この戻し通路に設置された、燃料ガスをタンクに向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。
【００３９】
または、上記ガスカロリ抑制装置における、
タンクのガス出口に下流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクの一方のガス入口に上流側の燃料ガス供給通路が接続されており、
タンクより上流側の燃料ガス供給通路とタンクより下流側の燃料ガス供給通路との間に接続された戻し通路と、
この戻し通路に設置された、燃料ガスを燃料ガス供給通路の下流側から上流側に向けて圧送するガス圧送装置とをさらに含んでいるのが好ましい。
【００４０】
本発明のガスタービン設備は、
燃焼設備と、
この燃焼設備に燃料としてガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、
上記燃焼設備がガスタービンであり、
上記燃料ガス供給設備が、前述したうちいずれか一の燃料ガス供給設備から構成されている。
【００４１】
本発明のボイラ設備は、
燃焼設備と、
この燃焼設備に燃料としてガスを供給するための燃料ガス供給設備とを備えており、
上記燃焼設備がガスをバーナーで燃焼させるボイラであり、
上記燃料ガス供給設備が、前述したうちいずれか一の燃料ガス供給設備から構成されている。
【００４２】
本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる低カロリガスをガスタービン等の燃焼設備に燃料ガスとして供給する場合、時間差混合することによってこの供給される低カロリガスのカロリ変動を抑制（緩和）することができる。すなわち、変動の振幅がを小さくすることはもとより、あたかもローパスフィルタのように、短周期や中周期の変動を消滅させて長周期の変動のみを残存させることができるので、希釈ガスによる希釈が効果的且つ容易になされる。また、希釈ガスによる希釈が不要になる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の燃料ガス供給設備の一実施形態である低カロリガス供給設備を含んだガスタービン発電設備の概略を示す配管図である。
【図２】図１におけるバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。
【図３】バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の他の例を示したグラフである。
【図４】バッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態のさらに他の例を示したグラフである。
【図５】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクの他の例を示す配管図である。
【図６】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図７】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図８】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図９】図８のバッファタンクに使用しているガス流入装置の一例を示す斜視図である。
【図１０】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１１】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１２】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１３】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１４】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１５】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１６】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１７】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１８】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図１９】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す一部断面正面図である。
【図２０】バッファタンク内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果の一例を示すグラフである。
【図２１】バッファタンク内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果の他の例を示すグラフである。
【図２２】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図２３】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図２４】図２２または図２３のバッファタンクを通過することによって低カロリガスのカロリ変動が緩和される状態の一例を示したグラフである。
【図２５】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図２６】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図２７】図１のガスタービン発電設備において設置されうるバッファタンクのさらに他の例を示す配管図である。
【図２８】本発明の他の実施形態である低カロリガス供給設備を含んだボイラ設備の概略を示す配管図である。
【符号の説明】
【００４４】
【符号の説明】
１・・・・低カロリガス供給設備
２・・・・ガスタービン
３・・・・低カロリガス供給配管
４・・・・希釈ガス供給配管
５・・・・制御装置
６・・・・混合器
７・・・・集塵装置
８・・・・入口カロリメータ
９・・・・出口カロリメータ
１０・・・・バッファタンク
１１・・・・流量計
１２・・・・カロリメータ
１３・・・・混合ガス供給配管
１４・・・・流量計
１５・・・・カロリメータ
１６・・・・燃料ガス圧縮機
１７・・・・燃料配管
１８・・・・流量計
１９・・・・燃焼器
２０・・・・流調弁
２２・・・・発電機
２３・・・・バッファタンク
２４・・・・蓋部材
２５・・・・駆動装置
２６・・・・ケーブル
２７・・・・プーリ
２８・・・・撹拌装置
２９・・・・流量計
３１・・・・バッファタンク
３２・・・・ガス量バランス監視装置
３３ａ・・・・蓋部材（上部タンク）
３３ｂ・・・・下部タンク
３４・・・・おもり
３５・・・・傾斜管部材
３６・・・・ガス流入装置
３７・・・・ハウジング
３８・・・・可変ルーバ
３９・・・・回動軸
４０・・・・接続部材
４１・・・・止め弁
４２・・・・不活性ガス供給配管
４３・・・・連通管（出口配管）
４４・・・・入口配管
４５・・・・ファン
４６・・・・ガス量バランス監視装置
４７・・・・タンク
４８・・・・圧力検出装置
４９・・・・戻し配管
５１・・・・低カロリガス供給設備
５２・・・・ボイラ
５３・・・・低カロリガス供給配管
５４・・・・流量計
Ｓ・・・・直接還元鉄設備
【００４５】
添付の図面を参照しながら本発明のガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備およびガスタービン設備の実施形態を説明する。
【００４６】
図１は燃焼設備としてのガスタービンに燃料ガスとして低カロリガスを供給する本発明の燃料ガス供給設備の一実施形態である低カロリガス供給設備１と、この低カロリガス供給設備１を含んだガスタービン設備の概略とを示す配管図である。ガスタービン設備としてはガスタービン発電設備を例示している。前述したように、低カロリガスはその発熱量が約１２ＭＪ／Ｎｍ３以下のガスを言い、そのカロリ等の特性が変動するものが多い。
【００４７】
この燃料ガス供給設備としての低カロリガス供給設備１は、直接還元鉄設備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通路としての低カロリガス供給配管３と、この低カロリガスを希釈するために低カロリガス供給配管３に希釈用のガスを供給するための希釈ガス供給配管４とを備えている。この希釈ガスを低カロリガスに供給するのは、低カロリガスのカロリ値が変動してガスタービン固有の許容カロリ範囲を超えることを防止するためである。希釈ガス供給配管４には、希釈ガスの流量を調整する流量調整弁（以下、流調弁という）１４と流量計１８とが設置されており、混合器６によって低カロリガス供給設備１に接続されている。上記希釈用ガスとしては不活性ガス、空気、蒸気、燃焼設備等から排出される排気ガス等が採用されうる。不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）が好適に採用されうるが、もちろん、不活性ガスとしてはＮ２に限定されず、ＣＯ２やＨｅ等であってもよい。低カロリガス供給配管３の混合器６より下流部分は、そこを低カロリガスが希釈ガスと混合された状態でガスタービン２まで送られることがあるので、この範囲の配管を混合ガス供給配管１３と呼ぶ。この低カロリガス供給設備１には、その作動を制御するための制御装置５が配設されている。
【００４８】
上記低カロリガス供給配管３の混合器６より上流部分には、直接還元鉄設備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７と、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク（以下、単にタンクともいう）１０とが設置されている。バッファタンク１０には、上流側の低カロリガス供給配管３が接続される入口１０ａと、入口１０ａとは別に下流側の低カロリガス供給配管３が接続される出口１０ｂとが形成されている。このバッファタンク１０や後述するバッファタンク３１（図６等参照）は、後述する傾斜管部材３５（図６等参照）、ガス流入装置３６、不活性ガス供給通路としての不活性ガス供給配管４２を選択的に含めてガスカロリ変動抑制装置として機能する。
【００４９】
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してくる低カロリガスがこのバッファタンク１０の内部で時間差混合される。すなわち、同時にバッファタンク１０に流入した低カロリガスは、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ている。ここではこのことを時間差混合と呼ぶ。
【００５０】
バッファタンク１０の上流側および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８、９が設置されており、バッファタンク１０の下流側には流量を計測するための流量計１１が設置されている。図１ではこの流量計１１は低カロリガス供給配管３のバッファタンク１０と混合器６との間の部分に設置されているが、この位置には限定されない。たとえば、混合器６より下流の混合ガス供給配管１３に設置してもよく、後述するガスタービン２の燃焼器１９に接続された燃料配管１７に設置してもよい。低カロリガス供給配管３上の発熱量検出装置８、９に加えて、別の複数個の発熱量検出装置１２がバッファタンク１０に直接取り付けられている。これらの作用については後述する。
【００５１】
ここで、発熱量検出装置８、９、１２として、ガスの発熱量を直接計測する所謂カロリメータ、可燃成分の含有率（濃度）を計測する装置などが用いられる。検出速度を重視する場合は現在では可燃性ガス濃度検出器を用いるのが好ましい。さらに、適用される低カロリガスが主に含む可燃成分の種類に応じて、また、主たる濃度変動が生じる可燃成分（たとえば、直接還元鉄法における副生ガスでは一酸化炭素）に応じて、その成分の濃度を検出する濃度検出器を用いても良い。本明細書ではこれらの発熱量検出装置全体を代表して「カロリメータ」と呼ぶ。
【００５２】
混合ガス供給配管１３にはカロリメータ１５が設置されている。これは、タンク１０の出口側のカロリメータ９および流量計１１を監視するとともに、混合ガス供給配管１３のカロリメータ１５を監視することによって上記混合ガスの最終的なカロリ値の適正を判断するためである。さらに、希釈ガスとして空気や燃焼設備からの排ガス等、酸素を含有するガスを用いる場合には、混合ガスの酸素濃度を制御するために混合ガス供給配管１３に酸素濃度計（図示せず）を設置する。
【００５３】
カロリメータ１５の下流側にはガスタービン２の燃料ガス圧縮機１６が設置されている。燃料ガス圧縮機１６からガスタービン２の燃焼器１９に接続された燃料配管１７にはタービン出力を調整するための流量調整弁２０が設置されている。ガスタービン２には発電機２２が連結されている。また、図示しないが、ガスタービン２にはその排ガスを利用して発電する排熱回収ボイラ発電設備等を設置してもよい。
【００５４】
つぎに、図１中のバッファタンク１０の作用効果について説明する。前述のごとく、このバッファタンク１０は、低カロリガス供給配管３がそれぞれに接続された入口１０ａと１０ｂとを有している。したがって、送られてきた低カロリガスの全部がこのバッファタンク１０に流入する。このバッファタンクの容積は大きく、たとえば直径が２〜３ｍ程度の低カロリガス供給配管３に対して通常容積が約２００００〜２０００００ｍ３程度のものが設置される。時々刻々カロリが変動しつつ送られてきた低カロリガスはバッファタンク内で時間差混合される。その結果、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は一気に縮小され、変動速度は一気に低下させられる。すなわち、カロリ変動が大きく抑制（緩和）される。このようにカロリ変動が事前に緩和されると、下流において空気等の希釈によるカロリ上昇の抑制制御が非常に容易となる。以上の現象を図２〜図６を参照しつつ説明する。
【００５５】
図２は、図１中のバッファタンク１０の容積を２０００００ｍ３としたときに、カロリ変動する低カロリガスが流量５０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給された場合のカロリ変動の抑制（緩和）状態のシミュレーション結果を示したものである。横軸は時間（分）を示し、縦軸は低カロリガスの発熱量であるガスカロリ値（ｋｃａｌ／Ｎｍ３）を示している。また、図中に破線で表す曲線はバッファタンク１０に送られてきた低カロリガスのカロリ変動（オリジナル変動）を示している。これは実測した一サンプルである。実線で表す曲線は、十分に時間差混合された上でバッファタンク１０から出ていく低カロリガスのカロリ変動（抑制後変動）を示している。図示のごとく、バッファタンク１０に入る前の低カロリガスのカロリは約１５３０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から約２３６０ｋｃａｌ／Ｎｍ３まで変動している。つまり平均値（１９４５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±２１％の変動幅を持っている。バッファタンク１０から出ていく低カロリガスのカロリ変動を理論計算した結果によれば、１７８０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から１９６０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までであり、変動幅は平均値（１８７０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±５％まで抑制されている。図示のごとく変動周期については短周期および中周期の変動は除去され、長周期の変動が残存している。この効果は低カロリガスの供給流量に対してバッファタンクの容積を大きくするほど顕著になる傾向がある。オリジナル変動の周期が短く、変動幅が小さい場合は経済性の見地からバッファタンクの容積を小さくしても効果がある。
【００５６】
図３には、低カロリガスが流量は５０００００Ｎｍ３／ｈｒとしたままで、バッファタンク１０の容積を上記のものの半分の１０００００ｍ３としたときのカロリ変動の減衰状態が示されている。この場合のカロリ変動もバッファタンク１０における十分な時間差混合により、１７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２０４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（１９７０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±９％である。
【００５７】
図４は、低カロリガスが流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備においてバッファタンク１０の容積を５００００ｍ３としたときの、カロリ変動の減衰状態を示している。この場合のカロリ変動もバッファタンク１０における十分な時間差混合により、１７４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２０１０ｋｃａｌ／Ｎｍ３までの範囲に抑制されており、変動幅は平均値（１８７５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±７．２％である。
【００５８】
図示しないが、低カロリガスが上記と同様に流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、バッファタンク１０の容積を上記の半分の２５０００ｍ３としたときは、変動幅は平均値（１８７５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±１２％となる。
【００５９】
図５に示すように、低カロリガスが流量２０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、容積が２５０００ｍ３のバッファタンク１０を並列に二台設置しておき、通常運転時には二台とも使用し、定期点検や作動不良時等の非定常事態にのみ片方のタンクのみを使用するという工夫もできる。
【００６０】
このように、低カロリガスの時間差混合を実現しうるバッファタンクを備えることにより、低カロリガスのカロリ変動が大きく抑制される。その結果、下流において空気や不活性ガスを混合する制御が非常に容易になされる。たとえば、ガスタービン２の燃料ガスのカロリ変動幅が基準カロリ値（平均値）の±１０％と設定されている場合であれば、バッファタンクの下流では変動するカロリの平均値をガスタービン２に設定された基準カロリ値と一致させるために、その仕様に適合させうる容積のバッファタンクを備え、一定比率の希釈ガスを供給するだけで良くなる。空気の供給動作に関しては低カロリガスのカロリ変動を考慮する必要が無くなる。
【００６１】
極端な場合、バッファタンク１０を通過した後の低カロリガスの変動するカロリの平均値が、ガスタービン２に設定された基準カロリ値とほぼ一致しているなら、希釈ガスの混合が不要となるだけでなく、希釈ガスを供給する設備が不要となる。
【００６２】
図６には他のバッファタンク（以下、単にタンクともいう）３１が示されている。このバッファタンク３１は従来のガスタービン設備にガスホルダーとして使用されるものをカロリ変動抑制装置として兼用するために改造したものである。すなわち、タンク３１に入口３１ａと出口３１ｂとを別々に形成して、これらに上流側低カロリガス供給配管３と下流側低カロリガス供給配管３とそれぞれを接続している。ガスホルダーは、ガス量バランスを監視する装置３２に含まれるものである。ガス量バランス監視装置３２というのは、上流側から送られてくる低カロリガスの量とガスタービンで必要とする消費ガス量とのバランスを取るためのものである。供給ガス量の変動やガスタービンの負荷変動がある場合、ガスの供給量と消費量との間でバランスを取る必要がある。供給量が予想外に過剰となったときには系外に放出するなどし、供給不足となったときにはガスタービンの負荷を低下させたり、一部の運転を停止したりする。
【００６３】
このガス量バランス監視装置３２は、内容積変動式の上記タンク３１と、タンク３１の上端開口をシール部材３３ｃ等によって気密に閉止し且つタンク内を上下動可能に配設された蓋部材３３ａと、たとえば蓋部材３３ａに連結された調整用おもり３４とを備えている。蓋部材３３ａは天井を有し、下部タンク３３ｂと入れ子式に組み合わされた上部タンクと呼べる。シール部材３３ｃは上部タンク３３ａと下部タンク３３ｂとの間隙に配設されている。上部タンク３３ａの自重と上記おもり３４の重量と大気圧による押し下げ力との総計と、タンク３１の内圧による押し上げ力とのバランスによってタンク内を上下動する。したがって、低カロリガスの供給量と消費量とのバランスの変化に応じて蓋部材３３ａが上下動する。この蓋部材３３ａの上下動を監視しつつガスの系外放出やタービン負荷の低下等の措置をとる。このガスホルダーを低カロリガスの時間差混合用のバッファタンク３１として兼用している。
【００６４】
上下可動の蓋部材３３ａの有無に拘わらず、バッファタンク１０、３１は所定の容積を有しておれば前述した低カロリガスの時間差混合という作用を奏する。
【００６５】
図６〜図１９には、バッファタンク内でより一層十分に低カロリガスの時間差混合がなされるように、タンク内へのガスの流入方向に対して工夫が施された構成が示されている。すなわち、タンクに流入した低カロリガスの一部がタンク内にできるだけ長時間滞留し、タンク内で十分に混合されることにより、理想的な時間差混合がなされることを目的とした工夫がなされている。概説すれば、タンク内へのガス流入方向を水平方向から上方または下方へ傾斜させる構成としている。前提として、タンク内へ流入するガスの容積流量に対してタンクの内容積を十分な大きさにする必要があるだろう。たとえば、図２〜図５を参照しつつ説明したタンク１０のようにである。図６〜図１９において、同一部材には同一符号を付し、図面ごとの説明は省略する。
【００６６】
図６のタンク３１は前述したとおりガスホルダーを利用したバッファタンク３１であるが、これは例示であり、可動式の蓋部材３３ａを有しないタンク１０にもこのガスの流入方向に工夫が施された構成を適用することができる。このことは、後述する図７、図８、図１０、図１２〜図１９、図２２、図２３のタンクについても同じである。タンク３１の周壁の下端近傍に入口３１ａと出口３１ｂとが形成され、それぞれに上流側および下流側の低カロリガス供給配管３が連通している。低カロリガス供給配管３はほぼ水平に配管されているが、入口３１ａに接続される上流側の低カロリガス供給配管３には、これに連続して上方に傾斜した傾斜管部材３５が接続されている。こうすうることにより、低カロリガスはタンク内へ斜め上方に吹き上がり、ガス流の大半は即時に出口３１ｂから流出することなくタンク内を巡る。その結果、低カロリガスがタンク内に長時間滞留し、十分に混合される。出口３１ｂの位置がタンク内へのガスの流入方向の延長線上から外れていることも時間差混合の効果を向上させている。すなわち、傾斜管部材３５や後述のガス流入装置３６の中心軸の延長線から外れた位置に出口３１ｂを形成するのが好ましい。要するに、入口１０ａ（３１ａ）の中心軸の延長線から外れた位置に出口３１ｂを形成するのが好ましい。このことは、以下に説明する他のタンク１０（３１）にも該当する。
【００６７】
また、図示のごとく、タンク３１内のガスを撹拌するために、タンク内にファン等の撹拌装置２８を設置してもよい。タンク内でのガスの混合を促進し、それによってより効果的な時間差混合を実現するためである。撹拌装置２８の設置形態としては、出口３１ｂの近傍からガスをタンクの内方へ向けて流しうる姿勢で出口３１ｂの近傍に設置するのが好ましい。出口３１ｂから流出しようとするガスをタンクの内方へ押し戻してガスのタンク内滞留時間を長くすることができ、それによってガスの効果的な時間差混合が実現されうるからである。また、たとえば出口がタンクの下部に形成されているときはガスを上方に流し、出口がタンクの上部に形成されているときはガスを下方に流しうる配置が好ましい。この撹拌装置２８は、図６のタンク３１に限定されず、他の図面に示すタンク１０、２３、３１、４７や、カロリ抑制効果を発揮しうる他のタンクに対しても設置することが可能である。なお、撹拌装置２８の回転駆動機としての電動モータ２８ａ等はタンクの外部に設置しておくのが好ましい。
【００６８】
また、タンク内のガスを撹拌するための機構として、タンク内のガスを循環させるための配管（図示せず）をタンクに接続してもよい。すなわち、タンク壁にガス循環用の入口と出口とを形成し、この出入口に循環用の一本の配管を接続する。そして、この循環用配管の内部に上記撹拌装置２８と同様のファンを設置する。こうすれば、このファンの作動により、タンク内のガスが循環用配管から吸い出されて再度タンク内に流入させられるので、ガスの循環が生じ、ひいてはタンク内でのガスの撹拌効果が生じる。
【００６９】
図７に示すタンク２３は他の種類のガスホルダーを利用した内容積変動式のバッファタンク２３である。このガスホルダーは、タンク内を気密に上下動するように設置された蓋部材２４を駆動装置２５によりチェーンやケーブル２６を介して積極的に上下動させ、操業時のガスの需給バランス効果を最大にしうるタンク容積を決定することができるというものである。図示のごとく蓋部材２４を小型化して軽量にすることにより大容積のタンクにも適用され、上下動させるための駆動系を簡素化することができる。このようなガスホルダーも、低カロリガスの入口２３ａと出口２３ｂとを別に形成し、入口２３ａに上流側低カロリガス供給配管３を接続し、出口２３ｂに下流側低カロリガス供給配管３を接続することにより、カロリ変動抑制効果を奏するバッファタンクとして流用することができる。入口２３ａに接続される上流側の低カロリガス供給配管３にも、これに連続して上方に傾斜した傾斜管部材３５が接続されている。符号２７はケーブル２６を支持するプーリである。
【００７０】
しかし、上流側の低カロリガス供給配管３はタンク２３の底部より下方に配管されている。タンク２３の入口２３ａはタンク底部における周縁近傍に開口され、傾斜管部材３５はタンク底部の下方から上方に傾斜して入口２３ａに接続されている。この構成によっても図６のタンク３１と同様に効果的な時間差混合が実現される。また、入口２３ａがタンク底部に開口されているので、上記蓋部材２４の高さ変動の許容範囲をタンクの底部近傍までとし、タンク２３の内容積を最大限に活用することができる。
【００７１】
以上説明したタンク３１、２３（図６および図７）には上方に傾斜した傾斜管部材３５が配設されているが、かかる構成に限定されない。たとえば、蓋部材を有していない固定形状のタンク１０では、タンク周壁の上端近傍に入口および出口を形成し、これらに低カロリガス供給配管３を接続することもできる。その場合には、上流側低カロリガス供給配管３の先端に連続して下方に傾斜した傾斜管部材を接続することになる。すなわち、上流側低カロリガス供給配管３のタンクへの接続位置の高さに応じて傾斜管部材の傾斜方向を選択すればよい。
【００７２】
図８に示すタンク３１にはその周壁の下端近傍に入口３１ａと出口３１ｂとが形成されている。上流側および下流側の低カロリガス供給配管３ともにほぼ水平に配管されている。上記入口３１ａには、タンク内へのガス流入方向を変更するためのガス流入装置３６が配設されており、このガス流入装置３６に上流側の低カロリガス供給配管３が接続されている。タンク３１はもともとその内部に流入したガスの流れを生じさせて均一に混合しようとする機能を有するが、ガス流入装置３６とこの作動を制御する制御装置５とによってガス流れの態様を変更することを可能とし、均一混合効果をより一層向上させることができる。
【００７３】
図９も合わせて参照すれば明らかなように、このガス流入装置３６は、タンクの入口３１ａの外部に上流側低カロリガス供給配管の一部として形成されたハウジング３７と、このハウジング３７の内部に上下に間隔をおいて収容された複数枚の可変ルーバ３８を有している。各可変ルーバ３８はほぼ水平に配置され、その回動軸３９がハウジング３７の外部に突出されている。この回動軸３９の突出した部分を、電動モータ、油圧モータ、空圧シリンダ、油圧シリンダ等の公知の手段によって回動させてルーバ３８を上下方向に揺動させることができる。ルーバ３８を上下方向に揺動させると、それに応じてガスの流入方向を変更することができる。したがって、図６および図７に示す傾斜管部材３５と同様にガス流を上方に傾斜させることが可能である。設置するルーバの枚数は限定せず、一枚でも複数枚でもよい。枚数が多いと流入方向を定める効果は向上するが流入抵抗が増加する傾向にある。
【００７４】
また、図９に示すように、ハウジング３７の外部に突出した回動軸３９には傾斜方向指示器３９ａが設置されており、ガス流入装置３６の外部からルーバ３８の傾斜方向、ひいてはガスの流入方向を表示することができる。また、このルーバ３８の傾斜方向については、図示しない検出器によって検出して制御装置５にその検出信号を送信し、これに基づいて図示しない遠隔表示装置に表示させるようにしてもよい。また、ハウジング３７に透視窓を形成して、外からルーバ３８の傾斜方向を確認し得るようにしてもよい。
【００７５】
さらに、図示のごとく上下可動の蓋部材３３ａを備えたタンク３１の場合、その天井が上下動するが、制御装置５にその天井の位置信号を入力し、この位置信号に応じて最適なガス流入方向を選定することが可能となる。たとえば、蓋部材３３ａが上昇すればガス流入方向をさらに上方に傾斜させために、ルーバ３８をその水平からの仰角が大きくなるように上方へ揺動させる。蓋部材３３ａが下降すればガス流入方向を現在の方向よりも下方に傾斜させるために、ルーバ３８をその水平からの仰角が小さくなるように揺動させる。
【００７６】
また、図８のタンク３１（蓋部材３３ａを含む）には前述した複数個のカロリメータ１２が間隔をあけて適宜箇所に取り付けられている。このカロリメータ１２の計測値によってタンク３１内のガスの時間差混合の程度を知ることができる。タンク３１内における各部位のカロリ値の差（いわばカロリ値の分布）が小さいほど時間差混合が効果的になされていると判断できる。上記制御装置５によってルーバ３８の傾斜角度を変化させつつこのカロリメータ１２によって連続的にカロリ値を計測する。そうすれば、時間差混合にとって最適のルーバ３８の傾斜角度を知ることができる。また、タンク３１の蓋部材３３ａの高さ位置等、その他の条件ごとにも最適な傾斜角度を知ることもできる。このデータを制御装置５に記憶させておけば、運転の際にこの制御装置５によってタンク内のカロリ値の分布に基づいてルーバ３８を最適な角度にする制御が可能となる。
【００７７】
図８のタンク３１に接続された上流側および下流側の低カロリガス供給配管３にはそれぞれ入口カロリメータ８と出口カロリメータ９とが設置されている。各カロリメータ８、９は連続してガスカロリ値を計測しているので、上流側および下流側の低カロリガス供給配管３におけるカロリ変動を検出することができる。制御装置５は、そこに上流側および下流側それぞれのガスカロリ変動を示す信号が入力されるので、これらを対比することによってタンク３１によるカロリ変動の抑制効果の程度を検出することができる。したがって、この制御装置５により、カロリ変動抑制レベルの設定値と検出値との偏差を算出し、この偏差を埋めるように（均一な時間差混合効果が最大となるように）ルーバ３８の傾斜角度を制御する。
【００７８】
たとえば、上記制御装置５によってルーバ３８の傾斜角度を変化させつつこのカロリメータ８、９によって連続的にカロリ値を計測する。そうすれば、時間差混合にとって最適のルーバ３８の傾斜角度を知ることができる。また、前述したタンク３１の蓋部材３３ａの高さ位置等、その他の条件ごとにも最適な傾斜角度を知ることもできる。このデータを制御装置５に記憶させておけば、運転の際にこの制御装置５によってカロリ変動抑制レベルの設定値と検出値との偏差を埋めるべくルーバ３８を最適な角度にする制御が可能となる。
【００７９】
図８のタンク３１の上記ガス流入装置３６は、タンク外に設置したハウジング３７の内部に可変ルーバ３８を収容しているが、かかる構成に限定されない。たとえば、ハウジングは設けずに、タンク内における入口に近接した位置に、タンク外部から揺動駆動しうるように可変ルーバ３８を設置してもよい。
【００８０】
図１０には、前述したような可変ルーバ３８を内蔵したガス流入装置３６を底部の周縁近傍に備えたタンク３１が示されている。上流側の低カロリガス供給配管３はタンク３１の底部より下方に配管されており、タンク３１の入口３１ａがタンク底部における周縁近傍に開口されている。この開口３１ａの下部にガス流入装置３６が設置されている。この構成によっても図８のタンク３１と同様に、カロリメータ８、９、１２による検出および制御装置５の制御によって効果的な時間差混合が実現される。
【００８１】
ガスの流入方向を変更するためのガス流入装置としては可変ルーバ３８を備えた上記装置３６に限定されない。ガスの流入方向を外部から任意に変更しうるいかなる公知の好適な手段をも採用することができる。また、ガス流入装置３６は可動の蓋部材３３ａを備えたタンク３１に限らず、容積を変更し得ない固定形式のタンク１０（図１、図１１参照）にも設置することが可能である。
【００８２】
以上説明したガス流入装置３６は、タンクへ流入するガスの流れを横方向に変化させるために用いることもできる。すなわち、ガス流入装置３６全体をその中心軸回りに０°〜９０°の範囲で回転可能な構成としてタンク１０、２３、３１に取り付ける。こうすれば、前述したようにカロリメータ８、９、１１によってタンクにおけるカロリ変動抑制効果を連続的に確認しつつガス流の方向を横方向にも変化させて最適な流入方向を設定することができる。
【００８３】
図１１に示すタンク３１はその周壁の下端近傍に入口１０ａと出口１０ｂとが形成されており、出口１０ｂには下流側の低カロリガス供給配管３が接続されているが、入口１０ａからは上流側の低カロリガス供給配管３がタンク内部に挿入されている。タンク内部において、上流側の低カロリガス供給配管３の先端には上方に傾斜した傾斜管部材３５がフランジ等の接続部材４０によって着脱自在に接続されている。もちろん、上流側の低カロリガス供給配管３を入口１０ａに接続し、入口１０ａの内側に傾斜管部材３５を着脱自在に接続してもよい。このタンク１０は可動の蓋部材を有しておらず、天井高さが固定されているので、ガスの流入方向を頻繁に変える必要がない。したがって、低カロリガスの流量を大幅に変更するときなどに、傾斜角度の異なる傾斜管部材３５に取り替えることができるようにしている。また、この傾斜管部材３５を低カロリガス供給配管３の中心軸回りに回転させて（たとえば、相互のフランジ４０のボルト孔を１ピッチまたはそれ以上ずらせて）低カロリガス供給配管３に取り付けることにより、流入方向を上下に限らず左右に（横方向に）も変化させることができる。傾斜角度の異なる傾斜管部材３５を上記のごとく低カロリガス供給配管３の中心軸回りに回転させて付け替えることにより、流入方向を上下に変化させることなく左右にのみ変化させることができる。
【００８４】
図１２に示すタンク３１には三個の入口３１ａが形成され、各入口３１ａに上流側の低カロリガス供給配管３の分岐管（上流側分岐管）３ａが傾斜管部材３５を介して接続されている。入口３１ａおよび上流側分岐管３ａは三個に限定されず、複数個であればよい。上記複数個の入口３１ａは間隔をおいてタンクの周壁（底部でもよい）に形成されている。各上流側分岐管３ａには止め弁（流調弁であってもよい）４１が取り付けられており、これらを適宜選択して開閉することができる。上記制御装置５により、三台の止め弁４１を順次開弁閉弁して三本の上流側分岐管３ａを周期的にまたは非周期的に切り換えることにより、タンク内へのガス流入位置を変化させることができる。
【００８５】
または、この止め弁４１に替えて流調弁を用いることにより、三本の上流側分岐管３ａを通るガスの流量を周期的にまたは非周期的に異ならせることもできる。このようにして制御装置５はタンク内のガス流の態様を最適化するように制御する。この最適の態様は多くの操業データに基づいて作成されたデータセットを基準にして、類似の操業状況（ガスカロリ、ガス流量、ガス成分、タンク内滞留時間等）に最も適したデータセットを適用することができる。なお、上記傾斜管部材３５を介装しなくてもよいが、傾斜管部材３５を取り付けることによって一層効果的な時間差混合が実現される。
【００８６】
また、上記複数個の傾斜管部材３５の中心軸の向く方向、とくに上下方向の傾斜角度を異ならせておいてもよい。このようにすれば、タンクの天井高さの変化等の条件変化に対応して適切なガスの流入方向を選択することができる。
【００８７】
図１２に示してはいないが、複数本の上流側分岐管３ａとともに複数本の下流側分岐管を配設してもよい。各下流側分岐管に止め弁または流調弁を取り付け、これらを適宜選択して開閉することができるように構成してもよい。かかる構成によれば、上記制御装置５により、三本の上流側分岐管３ａを周期的にまたは非周期的に切り換えたり流量を変化させるとともに、下流側分岐管をも周期的にまたは非周期的に切り換えたり流量を変化させることができる。したがって、前述した上流側分岐管３ａのみの制御に比べて、ガスの時間差混合にとって一層好ましいガス流の態様を実現することが可能となる。
【００８８】
このタンク３１の平面図である図１２（ａ）には、上流分岐管３ａと下流側低カロリガス供給配管３とが対向する位置（タンクの中心軸について１８０°の位置）に接続されているが、かかる構成に限定されない。対向しない位置でもよい。たとえば両配管３ａ、３が９０°、１２０°、１３５°等の角度をなす位置に接続してもよい。ガスがタンク内により長く滞留する可能性があるからである。このことは他のタンク（図６〜図８、図１０、図１１、図１３〜図１９）についても同様に言えることである。
【００８９】
図１３に示すタンク３１は、図１２のタンク３１の複数個の入口３１ａそれぞれに前述と同じガス流入装置３６（図９参照）が取り付けられたものである。ここではガス流入装置３６の説明を省略する。このタンク３１にも前述した複数本の下流側分岐管を配設してもよい。この構成によれば、図１２を参照しつつ説明した制御による時間差混合の効果に加えて、可変ルーバ３８によるガス流方向の制御も可能であるため、ガスの時間差混合にとって一層好ましいガス流の態様を実現することが可能となる。
【００９０】
図１４〜図１９にはそれぞれ、低カロリガスを希釈するための不活性ガスをタンクに投入する機構を備えたタンク３１が示されている。図１に示す低カロリガス供給配管３には、そのバッファタンク１０の下流側に不活性ガス等の希釈ガスを供給するための希釈ガス供給配管４が配設されている。これは、前述したように、バッファタンク１０（３１）によってそのカロリ変動が抑制された後の低カロリガスの平均カロリ値がガスタービン固有の許容カロリ値の範囲を超える場合に希釈ガスによってカロリ値を低下させるのが目的である。しかし、上記平均カロリ値を低下させるのに必要な希釈ガスを事前にバッファタンク１０（３１）に投入するようにすれば、上記希釈ガス供給配管４を用いて行うカロリ制御は簡素化されるか、または不要になるので有利である。たとえば、入口カロリメータ８の検出結果から入口側の低カロリガスの平均カロリ値を算出し、この平均カロリ値がガスタービン固有の許容カロリ値の範囲を超える場合に、カロリ値を許容範囲内に低下させるに必要な量の希釈ガスをタンクに投入する。または、入口側の低カロリガスの平均カロリ値が急激上昇したときに、そのときの出口側の平均カロリ値とほぼ等しくなるように必要な量の希釈ガスをタンクに投入する。
【００９１】
しかし、低カロリガスと投入する不活性ガスとの量的な関係だけに着目するのではなく、これに加えて両ガスの混合の促進を図るのが望ましい。かかる理由から、図１４〜図１９に示すタンク３１には上記希釈ガス供給配管４とともにまたはこの配管４に代えて、好適な不活性ガス供給機構がタンク３１へ接続されている。このように、タンク１０（２３、３１、４７）またはその上流から低カロリガスとは別に不活性ガスを低カロリガス供給配管３に供給する場合、タンク１０の下流側に設置された流量計１１（図１参照）とは別に、低カロリガスの流量のみを計測する流量計２９を不活性ガスの供給点より上流の低カロリガス供給配管３に設置している（図１４〜図１９参照）。
【００９２】
図１４および図１５に示すタンク３１の入口３１ａには、図６および図７に示したと同様の傾斜管部材３５を介して上流側低カロリガス供給配管３が接続されている。この点については詳細な説明を省略する。しかし、この上流側低カロリガス供給配管３内部には不活性ガス供給配管４２が挿入されて接続されており、その先端が開放されて不活性ガスを低カロリガスの流れに混入させるように構成されている。したがって、低カロリガス供給配管３における不活性ガス供給配管４２が挿入されている範囲は二重管として構成されている。不活性ガスの流速は低カロリガスの流速より低速とするのが混合性向上の観点から好ましい。以上説明した構成により、不活性ガスは低カロリガスと同一の流入方向でタンク内に投入され、低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。
【００９３】
図１６および図１７に示すタンク３１は、図１４および図１５に示すタンク３１の傾斜管部材３５に代えて図９に示すようなガス流入装置３６が配設されたものである。ガス流入装置３６の構造、機能については説明を省略する。このタンク３１では低カロリガス供給配管３と不活性ガス供給配管４２との二重管を備えているので、可変ルーバ３８によって流入方向が変えられようとも、タンク内に流入する低カロリガスと不活性ガスとは同一方向に流入する。かかる構成により、タンク内で低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。上記二重管は必要に応じて三重管等の多重管としてもよい。
【００９４】
図１８に示すタンク３１には近接した二つの入口３１ａ、４２ａが形成されている。一方の入口３１ａには上流側低カロリガス供給配管３が傾斜管部材３５を介して接続されており、他方の入口４２ａには不活性ガス供給配管４２が傾斜管部材３５を介して接続されている。タンク内への低カロリガスと不活性ガスとの流入方向がほぼ平行となるように、両傾斜管部材３５の水平からの傾斜角度はほぼ同一にされている。低カロリガス供給配管３と不活性ガス供給配管４２とは図示のごとく上下に近接して配管しているが、横方向に近接して配管してもよい。
【００９５】
以上説明したタンクのうち傾斜管部材を用いているものについては、とくに傾斜管部材に限定されることはない。ガスの流入方向を固定的に傾斜させうる他の好適な手段を用いてもよい。たとえば、傾斜角度が固定されたルーバを内蔵したハウジングをタンクの入口１０ａ、３１ａに設置したり、タンク内部における入口近傍に傾斜角度が固定されたルーバを設置してもよい。
【００９６】
図１９に示すタンク３１は、図１８に示すタンク３１の傾斜管部材３５に代えて図９に示すようなガス流入装置３６が不活性ガス供給配管用の入口４２ａに配設されたものである。ガス流入装置３６の構造、機能については説明を省略する。このタンク３１では上下に近接した低カロリガス供給配管３と不活性ガス供給配管４２とはともにガス流入装置３６を備えているので、両ガスの流入方向をほぼ同一方向とすることが可能である。しかし、両ガスのタンクへの流入速度が異なるような特別な場合に、両ガスの流入方向を変えることができるので、様々な制御が可能となる。かかる構成により、タンク内で低カロリガス中に不活性ガスが不均一に分布することが防止される。
【００９７】
以上説明したタンク１０（３１）へ投入する不活性ガスとしては、高炉法、および、ＦＩＮＥＸ法やＣＯＲＥＸ法等の直接還元鉄法で使用される酸素製造プラントから放散される廃棄窒素、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廃棄窒素を使用するのが好ましい。大量に廃棄される窒素を回収して使用するので操業コストがきわめて低廉となるからである。
【００９８】
ＦＩＮＥＸ法やＣＯＲＥＸ法等の直接還元鉄法の場合、酸素を用いるので、酸素を大量に製造する酸素製造プラントの設置が必須である。高炉法においても酸素を使用するので規模の差はあっても酸素製造プラントを使用する。酸素製造プラントは空気から窒素を分離して酸素を製造するのであるが、酸素を分離した後の排ガスは廃棄窒素として通常は大気に放散される。一方、酸素製造プラントに窒素製造プラント併設して高純度の窒素を製造することも多々あるが、この場合でも酸素を微量に含んでしまった窒素は廃棄窒素として大気に放散される。このような廃棄窒素は窒素ガスが９５〜９８質量％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希釈ガスである。もちろん、ボンベ等に充填している純粋窒素を用いてもよい。
【００９９】
上記不活性ガス供給配管４２と同様に低カロリガスを希釈する目的で、不活性ガスに代えて、空気または燃焼設備で生じる排ガスをタンク内に供給する設備を設けてもよい。この供給の方法としては、不活性ガスと同様にタンクに直接供給したり、タンクより上流の低カロリガス供給配管に供給する。ただし、空気や排ガスは酸素を含んでいるので低カロリガスの可燃限界に基づいて低カロリガスへの混合割合を決定する必要がある。さらに、低カロリガスと十分に混合させて、含有酸素の濃度の高い部分が生じないようにする必要がある。そのために、空気または排ガスの供給配管とタンクまたは低カロリガス供給配管との接続部には混合器を設置するのが望ましい。
【０１００】
図１２、図１３および図１９を参照しつつ説明したタンク３１では、複数の配管から流入する低カロリガス（および不活性ガス）の流入方向が平面視で平行となるように上流側低カロリガス供給配管３、傾斜管部材３５およびガス流入装置３６の方向付けをした上でタンクに接続している。しかし、かかる構成に限定されない。たとえば、ガス流入方向が平面視でタンクの中心軸を向く方向に流入するように構成してもよい。
【０１０１】
図２０および図２１には、バッファタンク１０内のガスの時間差混合のシミュレーションの結果が、滞留時間と累積ガス流量との関係を表す曲線として示されている。両図ともにタンク内でのガスの滞留時間（秒）を横軸に取り、滞留するガスの割合を縦軸に取っている。図２０のグラフ中の曲線はガスの完全混合がなされている状態を示している。すなわち、ガスが入口からタンク内に流入すると同時に、それまでタンク内に存在していたガスと一気に混合してしまっている状態を示す。これらの図は、タンクの容積を４００００ｍ３とし、流入するガスの流量を５Ｎｍ3 ／ｈｒとした条件下でのシミュレーション結果を示している。
【０１０２】
このグラフの意味するところは、横軸に示す所定時間に出口から流出するガスの割合、つまりタンク全体のガス容積に対する割合を示している。縦軸の１．０という数値はタンク全体のガス容積を表している。たとえば、図中の横軸上の数値５００秒から６００秒（これはタンクに流入してから経過した時間を、すなわち滞留時間を示す）の１００秒間（符号Ｈ１で示す）に出口から流出するガスのタンク全体のガスに対する割合Ｖ１は、約０．６８９−約０．６２１＝約０．０６８（約６．８％）であることを示す。換言すれば、タンク内に流入してから５００秒後から６００秒後までの間滞留しているガスはタンク内全体のガスの約６．８％であるということである。タンクに流入してから１００秒を経過していない（０秒後から１００秒後までしか滞留していないことであり、Ｈ２で示す）ガスは、約０．１７６−０＝約０．１７６であり、全体の約１７．６％存在している（Ｖ２で示す）が、タンクに流入してから９００秒後から１０００秒後までの間滞留している（Ｈ３で示す）ガスは約０．８６３−約０．８３４＝約０．０２９で、全体の約２．９％しか存在していない（Ｖ３で示す）ということがわかる。
【０１０３】
時間差混合の理想は、流入時からの経過時間に拘わらずガスが同一割合で混合している状態、すなわちグラフに表される線が直線であるのが理想的である。しかし、これは現実には存在しない状態である。図２０に示すような完全混合がなされている状態を、最良の時間差混合がなされている状態と考えるのが妥当である。
【０１０４】
図２１には、前述の完全混合状態と対比し得るように、同一条件下でタンク入口から三種類の仰角をなした方向に流入するガスの時間差混合のシミュレーションの結果が示されている。完全混合状態については実線で示し、水平から６０°の仰角をなして流入する場合を二点鎖線で示し、水平から６５°の仰角をなして流入する場合を一点鎖線で示し、水平から９０°の仰角をなして（ほぼ鉛直上方に）流入する場合を破線で示している。仰角をなして流入するいずれの場合も完全混合状態とは一致しないまでも近い曲線を描いている。すなわち、良好な時間差混合がなされていると言える。その結果、図２〜図５を参照しつつ説明したようにガスカロリの変動が効果的に抑制される。
【０１０５】
図２２には、低カロリガス供給配管３に対していわば並列に設置されたバッファタンク、換言すれば、低カロリガス供給配管３に付設されたバイパス配管に設置されたバッファタンクが示されている。このバッファタンクは、既存の低カロリガス供給設備に設置されているガスホルダーをわずかな構造変更によってガスカロリ変動抑制装置に兼用するものである。従来の低カロリガス供給設備に設置されているガスホルダーは低カロリガス供給配管３に対して一本の連通管によってのみ接続されている。この一本の連通管が出入口を兼ねている。ガスホルダーは低カロリガス供給配管内のガスの需給のバランスを図るだけでよいのであるから、低カロリガス供給配管とは一本の連通管で連通しておけばよい。
【０１０６】
図示のごとく、タンク３１には上記連通管４３が接続されており、この連通管４３の他に新たに低カロリガス供給配管３と連通する入口配管４４が接続されている。入口配管４４と連通管４３とが上記バイパス配管を構成している。この入口配管４４は低カロリガス供給配管３の連通管４３との接続部より上流側に接続されている。この入口配管４４には低カロリガスをタンク３１に送り込むガス圧送装置としてのファン４５が設置されている。したがって、供給される低カロリガスの一部は入口配管４４を通ってタンク３１に流入し、タンク３１内で低カロリガスが時間差混合し、同量のガスが上記連通管４３を通ってタンク３１から低カロリガス供給配管３に戻る。したがって、この場合は上記連通管４３は出口配管とも呼べる。
【０１０７】
図示していないが、上記入口配管４４が接続されるタンクの入口３１ａには前述した傾斜管部材３５またはガス流入装置３６が接続されている。このタンク３１により、低カロリガス供給配管３によってガスタービンへ供給される低カロリガスの一部についてそのカロリ変動が抑制される。
【０１０８】
図２３には、カロリ変動抑制手段として利用しうる他のガス量バランス監視装置４６が示されている。このガス量バランス監視装置４６は、さらに経済的な構成をとっており、入口４７ａと出口４７ｂとがそれぞれ連通管４３および入口配管４４によって低カロリガス供給配管３と連通された気密構造のタンク４７を有している。タンク４７には圧力検出装置４８が設置されており、タンク４７の内圧が常時監視される。制御装置５は、検出圧力が上限域に達すると設備内のガス消費量を増加する指令を出し、ガスの需給バランスをとる。その他の構造は前述のバッファタンク１０（図１参照）と同じであり、カロリ変動抑制手段として十分に利用可能である。
【０１０９】
図示していないが、上記入口配管４４が接続されるタンクの入口４７ａには前述した傾斜管部材３５またはガス流入装置３６が接続されている。このタンク４７により、低カロリガス供給配管３によってガスタービンへ供給される低カロリガスの一部についてそのカロリ変動が抑制される。
【０１１０】
図２４は、カロリ変動する低カロリガスが流量５０００００Ｎｍ３／ｈｒで供給される設備において、図２２または図２３中のタンク３１（４７）の容積を２０００００ｍ３とし、上記ファン４５によって５０００００Ｎｍ３／ｈｒのうち２０００００Ｎｍ３／ｈｒのガスをタンク３１（４７）に送り込む場合のカロリ変動の抑制状態を示すグラフである。図中に破線で表す曲線は直接還元鉄設備Ｓから送られてくる低カロリガスのカロリ変動（オリジナル変動）を示している。これは前述の実測サンプルである。二点鎖線で表す曲線はタンクを出て上記連通管４３を通る低カロリガスのカロリ変動（過渡変動）のシミュレーション結果を示している。実線で示す曲線は、低カロリガス供給配管３に連通管４３が接続された点より下流側の低カロリガス供給配管３部分を流れるガスのカロリ変動（抑制後変動）を示している。前述と同じく、タンク３１（４７）に入る前の低カロリガスのカロリは平均値（１９４５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±２１％の変動幅を持っている。ところが、タンク３１（４７）から連通管４３を通って低カロリガス供給配管３に合流した後のガスのカロリ変動は、１６９０ｋｃａｌ／Ｎｍ３から２１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３までであり、変動幅は平均値（１８９５ｋｃａｌ／Ｎｍ３）の約±１１％まで抑制されている。この数値は一例である。
【０１１１】
このように、ガスホルダー用のタンク３１（４７）を有する既設の設備を利用してガスカロリの変動を抑制することも可能である。そして、下流において空気による低カロリガスの希釈を容易に行うことができるようになる。なお、図２２および図２３では、低カロリガスをタンク３１（４７）に送り込む入口配管４４が、低カロリガス供給配管３における出口配管（連通管）４３より上流側に接続されているが、とくにこの構成に限定されず、出口配管４３より下流側に接続してもよい。また、両管４３、４４ともに複数本設けてもよい。
【０１１２】
図２５にも図２２のタンクと同様に低カロリガス供給配管３に対して並列に設置されたバッファタンク３１が示されている。図示のごとく、タンク３１と低カロリガス供給配管３との間には、ファン４５を備えた入口配管４４と、出口配管としての上記連通管４３とが接続されている。すなわち、タンク３１の入口３１ａには入口配管４４が接続され、出口３１ｂには出口配管４３が接続されている。しかし、このタンク３１にはさらなる入口４９ａが形成され、この入口４９ａに戻し配管４９が接続されている。戻し配管４９は低カロリガス供給配管３における出口配管４３との接続部より下流側に接続されている。この戻し配管４９には低カロリガスをタンク３１に送り込むファン４５が設置されている。図示のごとく、入口配管４４および戻し配管４９のタンク３１への接続位置（入口３１ａ、４９ａ）は互いに近接している。
【０１１３】
この構成によれば、タンク３１には低カロリガス供給配管３の上流側から入口配管４４を通して低カロリガスの一部が圧送され、同時に低カロリガス供給配管３の下流側から戻し配管４９を通して低カロリガスの一部が圧送され、時間差混合して出口３１ｂから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので、タンク内で長時間に渡る時間差混合が実現される。戻し配管４９の長さを長くするほど、時間差混合されるガスの滞留時間が長くなり、一層好ましい時間差混合が実現される。上記戻し配管４９は低カロリガス供給配管３の下流側からタンク３１の入口４９ａに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管３の入口配管４４との接続部より上流側に接続してもよい。
【０１１４】
図２６にも低カロリガス供給配管３に対して並列に設置されたバッファタンク３１が示されている。図示のごとく、タンク３１と低カロリガス供給配管３との間には、入口配管４４および出口配管としての上記連通管４３が接続されている。しかし、入口配管４４は低カロリガス供給配管３の連通管４３との接続部より下流側に接続されている。この入口配管４４には低カロリガスをタンク３１に送り込むファン４５が設置されている。換言すれば、図２６のバッファタンク３１と低カロリガス供給配管３との間の配管は、図２５に示されるバッファタンク３１から入口配管４４を除去し、図２５に示される戻し配管４９を入口配管４４とみなした構成である。
【０１１５】
かかる構成によれば、入口配管４４が低カロリガス供給配管３における連通管４３との接続部より下流側に接続されていても、低カロリガスはファン４により入口配管４４を通してタンク３１内へ送り込まれ、時間差混合して出口３１ｂから連通管へと流出する。つまり、カロリ変動が抑制された低カロリガスの一部が循環するので効果的な時間差混合がなされる。そして、上記入口配管４４の長さを長くするほど、タンク内でより長時間に渡る時間差混合が実現される。
【０１１６】
図２７に示すタンク３１は二種類の入口３１ａ、４９ａを有している。一方の入口３１ａには上流側低カロリガス供給配管３が接続され、出口３１ｂには下流側低カロリガス供給配管３が接続され、さらに、他方の入口４９ａには下流側低カロリガス供給配管３との間に戻し配管４９が接続されている。二つの入口３１ａ、４９ａは近接して形成されている。戻し配管４９には低カロリガスをタンクに送り込むためのファン４５が設置されている。
【０１１７】
かかる構成によれば、タンク３１でカロリ変動が抑制された低カロリガスの一部は再度タンク３１へ戻されて再度時間差混合するので、一層好ましい時間差混合が実現される。戻し配管４９の長さを長くするほど時間差混合されるガスの滞留時間が長くなる。上記戻し配管４９は低カロリガス供給配管３の下流側からタンク３１の入口４９ａに接続されているが、下流側から、低カロリガス供給配管３におけるタンクより上流側に接続してもよい。
【０１１８】
以上のバッファタンク３１（図２５〜図２７）に接続された上流側低カロリガス供給配管３および戻し配管４９に対しても、傾斜管部材３５およびガス流入装置３６を適用することができる。
【０１１９】
図２８にはボイラ設備が示されている。このボイラ設備には、ボイラ５２と、このボイラ５２に燃料としての低カロリガスを供給するための低カロリガス供給設備５１が配設されている。上記ボイラ５２はガスをバーナーで燃焼させて蒸気を発生し、これを発電に用いたり、発生した蒸気を他の用途に使用する蒸気供給用として用いるものである。
【０１２０】
この低カロリガス供給設備５１は、図１に示す低カロリガス供給設備１から、バッファタンク１０の下流側の低カロリガス供給配管３および混合ガス供給配管１３に設置された機器類を除去したものである。すなわち、図示の低カロリガス供給設備５１は、直接還元鉄設備Ｓで発生した低カロリガスをボイラ５２に燃料として供給する低カロリガス供給配管５３を備えている。この低カロリガス供給配管５３には、直接還元鉄設備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７、低カロリガスを一次貯留するためのバッファタンク１０、バッファタンク１０の上流側および下流側に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８、９、低カロリガスの供給量を計測する流量計５４が設置されている。図１に示す低カロリガス供給設備１の機器、配管類と同じものには同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２１】
このボイラ用の低カロリガス供給設備５１に設置するバッファタンクは図２８に示す容積が変化しない固定形状のタンク１０に限定されず、既に述べた他のタンク２３、３１、４７を適用することもできる。この低カロリガス供給設備１には希釈ガス供給設備が設置されていない。これは、ボイラにとってバッファタンク１０、２３、３１、４７によるカロリ変動自体の抑制は安定した出力を得るために望ましいことであるが、前述した低カロリガスのカロリ変動によって上昇した程度の高さのカロリ値は大きな問題を生じるものではないからである。
【０１２２】
図２８では低カロリガス供給設備５１による低カロリガスの供給対象である燃焼設備としてボイラ５２のみが設置されている。しかし、かかる構成には限定されない。ボイラ５２とともに、ガスタービン２（図１）を設置してもよく、他の燃焼設備を併設してもよい。たとえば図１に示すガスタービン２とボイラ５２とを併設する場合、図１の低カロリガス供給配管３におけるカロリメータ９と流量計１１との間の部分に、図２８中のカロリメータ９の下流側からボイラ５２に至る低カロリガス供給配管５３を分岐するように接続すればよい。
【０１２３】
以上説明した実施形態では、燃焼設備としてガスタービンおよびボイラを例示しているが、本発明における燃焼設備はガスタービンやボイラに限定されない。ここで説明したガスカロリ変動抑制装置および低カロリガス供給設備は、他の燃焼設備、たとえば、加熱炉、焼却炉等に適用することも可能である。
【０１２４】
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）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、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、プラズマを用いたゴミ焼却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、ＢＦＧとＣＯＧとの混合ガスとして用いるように、上記ガスを単独はもとより、二種類以上のガスを適宜混合させて使用する場合でも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明によれば、プロセス副生ガスのようにカロリ変動しうる低カロリガスをガスタービン等の燃焼設備に燃料ガスとして供給する場合、低カロリガスのカロリ変動を抑制することができるので、希釈ガスによる希釈が効果的且つ容易になされる。また、希釈ガスによる希釈が不要になる場合がある。また、既存のガスホルダーを流用してガスカロリの変動を抑制する装置を構築することも可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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