(57)【要約】      （修正有）【課題】改質器が改質燃料を生成する際に使用するエネルギーを有効利用し、システム全体の効率を向上する。【解決手段】重質油供給系統及び水供給系統と、前記重質油供給系統及び水供給系統からの重質油と水を混合し重質油を改質して改質燃料とタールを生成する改質器８と、燃料と空気を燃焼させる燃焼器２２と、該改質器８によって改質された改質燃料を前記燃焼器２２へ供給する改質燃料供給系統と、前記燃焼器２２からの燃焼ガスによって駆動するタービン２６を備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、前記改質器８から生成される前記改質燃料及び水蒸気によって駆動する改質燃料蒸気タービン１８を前記改質燃料供給系統に設けた。【選択図】図１
2009085042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を高温・高圧にする重質油供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記重質油供給系統及び水供給系統からの重質油と水を混合し重質油を改質して改質燃料とタールを生成する改質器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼器と、該改質器によって改質された改質燃料を前記燃焼器へ供給する改質燃料供給系統と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質器から生成される前記改質燃料及び水蒸気によって駆動する改質燃料蒸気タービンを前記改質燃料供給系統に設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項２】
重質油を高温・高圧にする重質油供給系統と、水を高温・高圧にする水供給系統と、前記重質油供給系統及び水供給系統からの重質油と水を混合し重質油を改質する改質器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼器と、該改質器によって改質された改質燃料を前記燃焼器へ供給する改質燃料供給系統と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動するタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質燃料供給系統に、前記改質器で生成される前記改質燃料及び水蒸気によって駆動する改質燃料蒸気タービンを複数段設け、各々の前記改質燃料蒸気タービンにて凝縮した液体改質燃料を回収する手段と、該液体改質燃料を前記燃焼器に供給する手段とを設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項３】
請求項１乃至２の何れかに記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質燃料供給系統に設けられた、前記改質器から前記改質燃料蒸気タービンへ改質燃料と水蒸気を供給する経路に、改質燃料と水蒸気を加熱可能な加熱器を設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質器が生成するタールを排出するタール抜出系統と、該タールにより燃焼ガスを生成するタール焚き熱風炉と、前記タール焚き熱風炉により生成した燃焼ガスを前記加熱器の加熱源としたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項５】
請求項１に改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記改質燃料供給系統に設けられた、前記改質器から前記改質燃料蒸気タービンへ改質燃料と水蒸気を供給する経路に、気体と液体に分離可能な気液分離器を設け、該気液分離器にて生成した気体成分を前記改質燃料蒸気タービンへ供給した後に熱交換器へ供給する経路を設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の改質燃料焚きガスタービン発電システムであって、
前記気液分離器で生成した気体成分が前記改質燃料蒸気タービンをバイパスして、前記熱交換器に供給される経路を設けたことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質燃料焚きガスタービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油等の低品位燃料は、発電用ガスタービンに悪影響を与える重金属類，硫黄分，窒素分，灰分等の不純物を多量に含んでいる。このような低品位燃料を改質しクリーンな燃料にするため、改質器において超臨界水若しくは亜臨界水（高温高圧水）による水熱反応を用いる技術がある。
【０００３】
重質油は高温高圧水により分解され、不純物を除去された改質燃料となる。生成された改質燃料はガスタービンに供給する前に減圧する必要があり、減圧によって水を含んだ気体及び液体燃料に分離される。そして、気体燃料はガスタービンの燃焼器に供給し、重質油を含む液体燃料はボイラ等に供給するシステムがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８０７５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改質器における反応条件は超臨界若しくは亜臨界の高圧状態である。そのため、改質器で生成される改質燃料も高圧となり、高圧のまま改質燃料をガスタービン燃焼器に供給することは出来ない。改質燃料にてガスタービンを駆動する際は、ガスタービン負荷に応じて燃料流量を制御可能な圧力まで減圧する必要があるからである。
【０００６】
また、改質燃料を減圧する際、改質燃料の一部が凝縮するため、液体改質燃料（液体成分）と気体改質燃料（気体成分）に分離する。ガスタービンに液体改質燃料を供給する場合、液体改質燃料を常温程度まで冷却する必要がある。一方、気体改質燃料では、改質の際に生成した水蒸気も含まれるため、水蒸気を多量に含む場合は低カロリー燃料となる。低カロリー燃料はガスタービン燃焼器にて燃焼させることが困難であるため、水蒸気と気体改質燃料を冷却し、遠心分離によって両者を分離する必要があった。
【０００７】
上述のように、改質燃料焚きガスタービン発電システムでは、高温高圧で生成された改質燃料をガスタービン燃焼器に供給する際に、減圧及び冷却する必要があり、システム全体の効率を低下させていた。
【０００８】
本発明の目的は、改質器が改質燃料を生成する際に使用するエネルギーを有効利用し、システム全体の効率を向上させることを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記改質器から生成される前記改質燃料及び水蒸気によって駆動する改質燃料蒸気タービンを前記改質燃料供給系統に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、改質器が改質燃料を生成する際に使用するエネルギーを有効利用し、システム全体の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明を用いた実施例として、改質燃料焚きガスタービン発電システムの構成を図１に示す。本システムは重質油及び水の供給系統，改質器，改質燃料蒸気タービン，気液分離器，気体改質燃料および液体改質燃料系統，燃焼器，圧縮機，タービン，発電機を備える。
【００１３】
ガスタービン起動時、液体改質燃料タンク４１に蓄えられた液体改質燃料１６を液体改質燃料ポンプ３０により燃焼器２２に供給し着火する。この後、液体改質燃料１６はガスタービン起動から昇速運転，負荷運転時の各運転工程において使用される。なお、ガスタービンの初回起動時は、液体改質燃料タンク４１に液体改質燃料１６が貯留されていない。そのため、事前に軽油等の起動用燃料を液体改質燃料タンク４１に貯留しておき、液体改質燃料ポンプ３０でガスタービン燃焼器２２に供給出来る。
【００１４】
重質油を改質器８に供給する重質油供給系統には、重質油７を貯留する重質油タンク２，重質油を加圧する油ポンプ４，重質油を加熱する熱交換器２１を備える。また、水を改質器８に供給する水供給系統には、水６を貯留する水タンク１，水を加圧する水ポンプ３，水を加熱する熱交換器２１を備える。重質油供給系統及び水供給系統で高温・高圧にした重質油及び水は、混合器３６で混合する。なお、熱交換器２１で重質油と水を加熱する流体として、加熱ガス生成装置で生成される燃焼ガス２５を用いる。
【００１５】
重質油と水は混合器３６で油水混合流体１７となって改質器８へ供給される。この際、超臨界水により重質油７を改質する場合は、改質器８に供給される重質油７と水６の圧力・温度条件を超臨界条件（２２ＭＰａ，３７４℃）又は亜臨界条件以上とすることが好ましい。また、加熱ガス生成装置１１はガスタービンの廃熱回収ボイラを使用すれば、システム全体の熱効率を向上できる。
【００１６】
改質器８において重質油７が軽質化され、更にタール抜出系統より重金属，硫黄等の不純物を含むタール９を取り除く。改質器８によって改質された改質燃料は、改質燃料供給系統を通じてガスタービンの燃焼器２２に供給される。
【００１７】
本実施例では、この改質燃料供給系統に改質燃料蒸気タービン１８を設置する。改質器８で重質油を改質した後、改質燃料と水蒸気の混合流体１０が生成される。改質燃料と水蒸気の混合流体１０は改質燃料蒸気タービン１８に供給され、タービンと連結された発電機２７により発電される。改質燃料蒸気タービン１８において改質燃料と水蒸気の混合流体１０が減圧・減温されると、気液混合流体となる。このため、気液分離器１４に気液混合流体１０を供給し、気体改質燃料と水蒸気の混合流体（気体成分）１５及び液体改質燃料（液体成分）１６に分離する。ここで、気体改質燃料と水蒸気の混合流体１５は燃焼器２２へ供給され、液体改質燃料１６は液体改質燃料タンク４１へ供給される。燃焼器２２では、圧縮器２３からの吐出空気２４と気体改質燃料と水蒸気の混合流体１５又は液体改質燃料１６とを混合燃焼させ燃焼ガス２５を生成する。そして、燃焼ガス２５によりタービン２３を駆動した後、排ガス２８を排出する。
【００１８】
以上のように、改質器８から排出された改質燃料と水蒸気の混合流体１０は、超臨界若しくは亜臨界状態のような高温高圧状態にある。そこで、混合流体１０を改質燃料蒸気タービン１８に供給することにより、改質器８が改質燃料を生成する際に使用するエネルギーを有効利用した発電が可能となり、システム全体の効率が向上する。
【００１９】
また、改質燃料蒸気タービン１８により改質燃料と水蒸気の混合流体１０を減圧・冷却する。そのため、ガスタービン燃焼器に供給するために、事前に混合流体１０を減圧・冷却する必要が無くなり、改質燃料供給系統のシステム及び制御が簡素化される。
【００２０】
また、本システムでは、重質油７の改質に必要な水６の量が多くなると、改質器８から排出される混合流体１０に含まれる水蒸気の発生量も増加する。そのため、改質燃料蒸気タービン１８の出力を更に向上させることも可能である。
【実施例２】
【００２１】
本発明を用いた実施例２として、改質燃料焚きガスタービン発電システムの構成を図２に示す。図１の改質燃料焚きガスタービン発電システムに対して、改質燃料蒸気タービン１８を多段にしている。また、改質燃料蒸気タービン１９の下流側に改質燃料熱交換器４２を設置し、改質器８より排出されたタール９を燃焼可能なタール焚き熱風炉３５と水蒸気熱交換器３１を設置している。
【００２２】
改質燃料蒸気タービンは低圧タービン１９ｃ，中圧タービン１９ｂ，高圧タービン１９ａの３段で構成された多段タービンである。また、各々のタービンにて凝縮された液体改質燃料１６を改質燃料熱交換器４２に供給する経路がそれぞれ設けられている。そして、低圧タービン１９ｃから排出した気体燃料と水蒸気の混合流体１５はガスタービンの燃焼器２２に供給される。
【００２３】
改質燃料熱交換器４２では、水タンク１から供給される水６を液体改質燃料１６と熱交換させることにより、水を加熱する。加熱された水６は、水蒸気熱交換器３１においてタール焚き熱風炉３５の燃焼ガス２５により再加熱される。その後、熱交換器２１により重質油供給系統を流れる重質油７及び水供給系統を流れる水６を加熱する。また、改質燃料熱交換器４２にて冷却された液体改質燃料１６は液体改質燃料タンク４１に溜められ、液体改質燃料ポンプ３０にてガスタービンの燃焼器２２に供給される。
【００２４】
本実施例のように、改質燃料蒸気タービン１９を多段にすることで、それぞれのタービンを通過する際の断熱膨張過程において凝縮した液体改質燃料１６を有効に回収できる。また、タービン内で凝縮した液体改質燃料をタービン外に排出することで、タービンの信頼性を向上させることが可能である。更に、改質燃料蒸気タービン１９の内部で液体改質燃料を分離することができるため、改質燃料供給系統に気液分離器を設置する必要が無くなる。また、各々のタービンを低圧から高圧仕様にし、それぞれのタービンを連結させているため、タービン効率を向上させることができる。
【００２５】
そして、最終段の低圧タービン１９ｃから排出される気体改質燃料と水蒸気の混合流体１５は、そのまま高温の気体燃料としてガスタービン燃焼器２２で燃焼することが可能となる。
【００２６】
また、各タービン段から排出された液体改質燃料１６は液体改質燃料タンク４１に蓄積するため、冷却が必要となる。そのため、本実施例では、水供給系統の水６と熱交換させて、熱損失を低減している。更に、改質器８から排出される不純物を含んだタール９をタール焚き熱風炉３５で燃焼させ、燃焼ガス２５の熱を重質油７と水６の加熱に利用するため、システム全体の熱エネルギーを有効に利用することができる。
【実施例３】
【００２７】
本発明を用いた実施例３として、改質燃料焚きガスタービン発電システムの構成を図３に示す。図１の改質燃料焚きガスタービン発電システムに対して、単段の改質燃料蒸気タービン１８と改質器８の間に高圧気液分離器３２を設置する。この高圧気液分離器３２は、改質器８で生成した気体改質燃料及び水蒸気の混合流体１０から液体改質燃料１６を分離する役割を備える。また、高圧気液分離器３２から改質燃料蒸気タービン１８を経由して改質燃料熱交換器４２へ供給する経路の他に、改質燃料蒸気タービン１８を経由せず、高圧気液分離器３２から改質燃料熱交換器４２へ直接供給する経路（バイパス経路）を設けている。
【００２８】
高圧気液分離器３２において混合流体１０から分離された液体改質燃料１６、バイパス経路及び改質燃料蒸気タービン１８を流下した改質燃料は、実施例２と同様に、改質燃料熱交換器４２で１００℃以下に冷却される。改質燃料熱交換器４２で冷却された改質燃料は、第２の気液分離器１４に流入する。第２の気液分離器１４では、気体改質燃料１２と水及び液体改質燃料の混合流体２０に分離される。第２の気液分離器１４で分離された気体改質燃料１２は、ガスタービンの燃焼器２２に供給される。一方、水及び液体改質燃料の混合流体２０は遠心分離機３３に供給され、水６と液体改質燃料１６に分離される。液体改質燃料１６は液体改質燃料タンク４１へ供給され、水６は水タンク１へ供給される。
【００２９】
改質器８で生成される改質燃料と水蒸気の混合流体１０は、改質に必要な温度・圧力条件によって液体又は液体に近い状態になる場合がある。改質燃料と水蒸気の混合流体１０において液体成分が気体成分に比べて多い場合、改質燃料蒸気タービン１８にそのまま混合流体１０を供給することが困難となる。このため、改質器８から排出された改質燃料と水蒸気の混合流体１０から液体成分を分離する高圧気液分離器３２を設置する。高圧気液分離器３２を設けることで、改質燃料の気体成分のみを改質燃料蒸気タービン１８に供給することができ、改質燃料蒸気タービン１８の信頼性を向上させることが出来る。
【００３０】
また、システム起動時や停止時では、改質器８で生成される改質燃料と水蒸気の混合流体１０の温度・圧力が低く、改質燃料蒸気タービン１８を駆動することが困難となる。この場合、改質燃料蒸気タービン１８に混合流体を供給せず、バイパス経路を通じて改質燃料蒸気タービン１８の下流側へ改質燃料と水蒸気を逃がすことが出来る。
【００３１】
更に、気体改質燃料，液体改質燃料及び水蒸気を改質燃料熱交換器４２で１００℃以下に冷却すれば、水蒸気成分は水となるため、遠心分離機３３で液体改質燃料１６と水６に分離することが可能となる。この水６を再び改質器８に供給する水供給系統に戻すことで、水６の再利用が可能となり、運用コストを低下させることができる。
【実施例４】
【００３２】
本発明を用いた実施例４として、改質燃料焚きガスタービン発電システムの構成を図４に示す。図１の改質燃料焚きガスタービン発電システムに対して、単段の改質燃料蒸気タービン１８と改質器８の間に改質燃料加熱器３４を設置し、改質器８にて生成した改質燃料と水蒸気の混合流体１０を加熱する。また、改質器８より排出されたタール９を燃焼し、燃焼ガス２５を生成するタール焚き熱風炉３５を設置し、この燃焼ガス２５を改質燃料加熱器３４の加熱源として使用している。同時に、タール焚き熱風炉３５にて生成した燃焼ガス２５を、重質油及び水を加熱する熱交換器２１に供給し、重質油供給系統及び水供給系統の加熱源としても利用している。
【００３３】
実施例３と同様に、改質器８における反応条件によっては、改質器８で生成された改質燃料と水蒸気の混合流体１０が液体又は液体に近い状態（気体成分より液体成分が多い状態）になる場合は、改質燃料蒸気タービン１８に直接供給することが困難となる。このため、本実施例では改質器８から排出された混合流体１０を改質燃料加熱器３４で気体となるまで加熱昇温している。改質燃料供給系統に改質燃料加熱器３４を設けることで、改質燃料蒸気タービン１８に改質燃料の液体成分が流入することを防ぎ、タービンの信頼性を向上させることが出来る。
【００３４】
また、改質燃料加熱器３４の加熱源として、改質器８から排出される不純物を含んだタール９を燃焼した燃焼ガスを使用することにより、重質油７に含まれる熱エネルギーを有効利用でき、システム全体の熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を用いた改質燃料焚きガスタービン発電システムの実施例１を示した図である。
【図２】本発明を用いた改質燃料焚きガスタービン発電システムの実施例２を示した図である。
【図３】本発明を用いた改質燃料焚きガスタービン発電システムの実施例３を示した図である。
【図４】本発明を用いた改質燃料焚きガスタービン発電システムの実施例４を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  水タンク
２  重質油タンク
３  水ポンプ
４  油ポンプ
６  水
７  重質油
８  改質器
９  タール
１０  混合流体
１１  加熱ガス生成装置
１２  気体改質燃料
１４  気液分離器
１５  混合流体
１６  液体改質燃料
１７  油水混合流体
１８  改質燃料蒸気タービン
１９ａ  高圧タービン
１９ｂ  中圧タービン
１９ｃ  低圧タービン
２０  混合流体
２１  熱交換器
２２  燃焼器
２３  圧縮器
２４  吐出空気
２５  燃焼ガス
２６  タービン
２７  発電機
２８  排ガス
３０  液体改質燃料ポンプ
３１  水蒸気熱交換器
３２  高圧気液分離器
３３  遠心分離機
３４  改質燃料加熱器
３５  タール焚き熱風炉
４１  液体改質燃料タンク
４２  改質燃料熱交換器
【図１】
2009085042.tif 000003
【図２】
2009085042.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009085042.tif 000006