(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を昇温昇圧し、昇温昇圧された前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるガスタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン設備において、
前記ガスタービンの下流に設置された排ガスが流れる排熱回収ボイラー内に二重管構造の伝熱管を設置し、その二重管の内側管に昇温昇圧された該重質油を供給するよう構成し、前記重質油が前記二重管の内側管から前記排熱回収ボイラー内にリークすることによる火災を防ぐ手段を設け、
該手段として、該二重管の外側管に非燃焼性の流体を供給するよう構成したことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備。
【請求項２】
重質油を昇温昇圧し、昇温昇圧された前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるガスタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン設備において、
前記ガスタービンの下流に設置された排ガスが流れる排熱回収ボイラー内に二重管構造の伝熱管を設置し、その二重管の内側管に昇温昇圧された該重質油を供給するよう構成し、前記重質油が前記二重管の内側管から前記排熱回収ボイラー内にリークすることによる火災を防ぐ手段を設け、
該手段として、該二重管の外側管に非燃焼性の流体を供給するよう構成し、該非燃焼性の流体を介して排熱回収ボイラー中を流れる排ガスと前記重質油とを熱交換することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備。
【請求項３】
請求項２に記載の改質燃料焚きガスタービン設備において、前記二重管の外側管を流れる非燃焼性の流体として、該排熱回収ボイラー内で蒸気タービン用蒸気を生成する水を用いることを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の改質燃料焚きガスタービン設備において、前記二重管の内側管内面に耐腐食性に優れる金属を溶射したことを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備。
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れかに記載の改質燃料焚きガスタービン設備において、前記二重管の内外管各部の圧力変化を測定し、圧力に異常が認められた場合に、該二重管への重質油供給を停止することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備。
【請求項６】
重質油を昇温昇圧し、昇温昇圧された前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるガスタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン設備の油加熱方法において、前記ガスタービンの下流に設置された排ガスが流れる排熱回収ボイラー内に二重管構造の伝熱管を設置し、その二重管の内側管に昇温昇圧された該重質油を供給し、前記重質油が前記二重管の内側管から前記排熱回収ボイラー内にリークすることによる火災を防ぐ手段が設けられ、
該手段では、該二重管の外側管に非燃焼性の流体を供給し、該非燃焼性の流体を介して排熱回収ボイラー中を流れる排ガスと前記重質油とを熱交換することを特徴とする改質燃料焚きガスタービン設備の油加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質燃料焚きガスタービン設備及びその油加熱方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重質油を昇温昇圧し、別途製造した超臨界水と混合させることにより前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるコンバインドガスタービン設備がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重質油を改質した燃料焚きのコンバインドガスタービン設備では、重質油の改質には、重質油を３５０℃程度に昇温する必要がある。従来の方式では、重質油を直接、コンバインドガスタービン下流に設置した排熱回収ボイラーにて昇温していた。しかし、重質油中には硫黄，バナジウム等の腐食成分が含まれているために、重質油側伝熱管を腐食／破損させる可能性がある。排熱回収ボイラー内には酸素を含む５５０℃程度の排ガスが流れており、伝熱管より重質油がリークした場合には火災となる可能性がある。
【０００４】
本発明の目的は、昇温昇圧された重質油がリークしても火災を防ぎ、信頼性を向上した改質燃料焚きガスタービン設備及びその油加熱方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重質油を昇温昇圧し、昇温昇圧された前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるガスタービンを備えた改質燃料焚きガスタービン設備において、前記ガスタービンの下流に設置された排ガスが流れる排熱回収ボイラー内に二重管構造の伝熱管を設置し、その二重管の内側管に該重質油を供給するよう構成し、前記重質油が前記二重管の内側管から前記排出ボイラー内にリークすることによる火災を防ぐ手段を設け、
該手段として該二重管の外側管に非燃焼性の流体を供給するよう構成したことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ガスタービンの下流に設置した排熱回収ボイラー内に二重管構造の伝熱管を設置し、その二重管の内側管に該重質油を供給し、該二重管の外側管に非燃焼性の流体を供給するよう構成したことにより、信頼性を向上することが可能となる。
【０００７】
排熱回収ボイラーにて重質油を直接加熱するのではなく、ガスタービンの下流に設置した排熱回収ボイラー内に二重管構造からなる伝熱管を設置し、かつ二重管の内側管に重質油を、外側管には非燃焼性の流体を供給することにより、非燃焼性の流体を介して排熱回収ボイラー中を流れる排ガスと前記重質油と熱交換することにより達成できる。このような構成にすることにより、重質油が内側伝熱管よりリークしても外側管を流れる流体と混合するため、火災が生じることはない。
【０００８】
前記二重管の外側管を流れる非燃焼性の流体として好ましくは上記排熱回収ボイラー内において蒸気タービン用蒸気を生成する水を用いることである。二重管の外側管を流れる水も排ガスと熱交換をしている。その熱を蒸気タービン用蒸気により熱回収することにより、全体の熱効率の低下を低減できる。
【０００９】
重質油中には、硫黄，バナジウム等の金属に対する腐食成分が含まれる。特に、高温高圧条件下では上記熱交換器の伝熱管の腐食作用は著しくなるものと考える。その対策には、耐腐食性の高い材料を用いることであるが、同時にコストを増大させることにも繋がる。そのため、二重管の内側伝熱管の母材には比較的安価な材料を用い、重質油に直接接触する内部に耐腐食性に優れる材料を溶射或いは溶接することにより、コストの増大を伴うことなく、耐腐食性に優れる伝熱管及び熱交換器の信頼性を向上できる。
【００１０】
二重管の内伝熱管内に圧力センサーを設置することにより、伝熱管内蒸気の圧力を計測する。油が伝熱管よりリークした場合には、外側伝熱管内部圧力は増加するために、圧力を通じて外側伝熱管への重質油のリークを確認できる。リーク時には、内側管への重質油供給を停止することにより、蒸気への油混入を最低限に抑制する。
【００１１】
重質油を昇温昇圧し、別途製造した超臨界水と混合させることにより前記重質油を改質及び軽質化した改質燃料にて運用されるコンバインドガスタービンについて図３に示す。
【００１２】
図３で、１は重質油タンク、２は重質油加圧ポンプ、３は重質油供給系統、４は重質油熱交換用伝熱管、５は水タンク、６は水加圧ポンプ、７は水供給系統、８は水熱交換用伝熱管、９は排熱回収ボイラー、１０はガスタービン、１１は改質器、１２はコンデンサ、１３は改質燃料供給系統、１４は減圧弁、１５は燃焼器、１６は重質油、１７は水、１８は排ガス、１９は改質燃料、２０は蒸気タービン用の蒸気、２１は蒸気タービン、２２は発電機である。
【００１３】
重質油タンク１より供給された重質油１６は、加圧ポンプ２により２５Ｍｐａ程度に昇圧され、排熱回収ボイラー９内に設置された伝熱管４にて５５０℃程度の排ガスと熱交換することにより、３５０℃程度に昇温される。同様に水タンク５より供給された水１７は、加圧ポンプ６により２５Ｍｐａ程度に昇圧され、排熱回収ボイラー９内に設置された伝熱管８にて５５０℃程度の排ガスと熱交換することにより、４５０℃程度に昇温される。それぞれ昇温昇圧された重質油１６及び超臨界状態の水１７を改質器１１にて混合し、改質燃料１９を製造する。前記改質燃料１９を減圧弁１４で減圧し、燃焼器１５に供給することにより、ガスタービン１０を駆動する。さらに、排熱回収ボイラー９にて生成された蒸気２０により蒸気タービン２１を駆動する。
【００１４】
重質油を改質した燃料焚きのコンバインドガスタービン設備では、重質油の改質には、重質油を３５０℃程度に昇温する必要がある。重質油を直接、コンバインドガスタービン下流に設置した排熱回収ボイラーにて昇温すると、重質油中には硫黄，バナジウム等の腐食成分が含まれているために、重質油側伝熱管を腐食／破損させる可能性がある。また、排熱回収ボイラー内には酸素を含む５５０℃程度の排ガスが流れており、伝熱管より重質油がリークした場合には火災となる可能性がある。
【００１５】
以下、図示した実施例を詳細に説明する。図１には、本発明の第一実施例を示す。図１で、１は重質油タンク、２は重質油加圧ポンプ、３は重質油供給系統、５は水タンク、６は水加圧ポンプ、７は水供給系統、８は水熱交換用伝熱管、９は排熱回収ボイラー、１０はガスタービン、１１は改質器、１２はコンデンサ、１３は改質燃料供給系統、１４は減圧弁、１５は燃焼器、１６は重質油、１７は水、１８は排ガス、１９は改質燃料、２０は蒸気タービン用の蒸気、２１は蒸気タービン、２２は発電機、２３は重質油と蒸気の二重管からなる熱交換器である。
【００１６】
さらに、図２には、前記熱交換器２３の構造を示す。図２で、１６は重質油、１８は排ガス、２０は蒸気タービン用の蒸気、２３は重質油と蒸気の二重管からなる熱交換器、２４は重質油の伝熱管、２５は蒸気の伝熱管、２６は蒸気伝熱管のヘッダーである。
【００１７】
ガスタービン１０下流に設置された排熱回収ボイラー９では、蒸気タービン２１を駆動するための蒸気２０を伝熱管２５を介して排ガス１８と熱交換することにより製造する。また、タンク１より供給された重質油１６は、加圧ポンプ２により２５Ｍｐａ程度に昇圧された後、上記伝熱管２５内に設置された伝熱管２４を通じて伝熱管２５周囲の蒸気と熱交換することにより３５０℃程度に昇温される。さらに、水タンク５より供給された水１７は加圧ポンプ６により２５Ｍｐａ程度に昇圧され、排熱回収ボイラー９内に設置された伝熱管８を介して５５０℃程度の排ガスと熱交換することにより、４５０℃程度に昇温される。それぞれ昇温昇圧された重質油１６及び超臨界水１７を改質器１１にて混合し、改質燃料１９を製造する。
【００１８】
超臨界水は化学的に活性が高いために、重質油中の分子量が大きい成分を、容易により分子量の小さい成分へ分解することができる。そのため、大分子量成分の含有率に大きく依存する燃焼安定性や、燃料の粘度を改質することが容易に行える。同時に、超臨界水は油と分子レベルでも容易に混合する性質を持っているために、均一な状態で重質油を改質することができる。さらには、前記改質燃料は排熱回収ボイラー９において一種の熱回収をして、その熱をガスタービン側に戻しているために、コンバインドサイクル全体の熱効率も向上させることができる。
【００１９】
このようにして製造した前記改質燃料１９を減圧弁１４で減圧し、燃焼器１５に供給することにより、ガスタービン１０を駆動する。さらに、排熱回収ボイラー９にて生成された蒸気２０により蒸気タービン２１を駆動する。蒸気２０は、コンデンサ１２において凝縮され、再度排熱回収ボイラーへ戻される。
【００２０】
次に、第二実施例として重質油／蒸気の二重管型熱交換器の伝熱管構造を図４に示す。図４で、１６は重質油、２０は蒸気タービン用の蒸気、２４は重油加熱用の伝熱管、２５は蒸気加熱用の伝熱管、２７は耐腐食性に優れる材料である。重質油中には、硫黄，バナジウム等の金属を腐食させる成分が含まれる。その腐食を抑制するには、ＳＵＳなどの中でも、特に耐腐食性の強いＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０Ｓなどを伝熱管に適用することが望ましい。
【００２１】
一方、蒸気／水が混在すると、前記ＳＵＳ系の材料には、応力腐食割れが生じる。そのため、蒸気／水に接する伝熱管の母材は、炭素鋼などの蒸気による応力腐食割れ等を生じない材料を用いることが望ましい。そのため、伝熱管２４には炭素鋼を用い、その内面にはＳＵＳ系のように耐腐食性に優れる材料２７を、内側を流れる重質油が帯の間隙から進入しないように、帯状に設置しながら溶接により固定する。このような構造を伝熱管２４に適用することにより、外部の蒸気２０による応力腐食割れ，内部の重質油１６中に含まれる硫黄分等による腐食の発生を抑制できる。
【００２２】
次に、本発明の第三実施例を図５に示す。図５で、１６は重質油、２０は蒸気タービン用の蒸気、２４は伝熱管、２８は圧力センサー、２９は圧力計測装置である。圧力センサー２８により伝熱管２５内の蒸気圧力が測定される。計測された圧力は、圧力計測装置２９により計測される。圧力のトレンドは、ガスタービン負荷が一定であれば変化しない。蒸気そのものの圧力は通常定格条件で４Ｍpa程度である。
【００２３】
それに対して、蒸気タービンに用いる蒸気圧力に加圧した重質油は２５Ｍｐａであり、蒸気圧力よりも６倍程度の大きさである。そのために、伝熱管にリークがある場合には伝熱管内の圧力は図６のように増加する。これにより、圧力を計測することにより重質油のリークを検知することができる。リーク検知と同時に、熱交換器への重質油供給を遮断することにより、蒸気への重質油混入を最低限に留めることができる。
【００２４】
以上のように、本発明の第一実施例によれば、重質油加熱伝熱管を二重管構造にし、内側管に重質油、外側管に蒸気を供給することにより、重質油を蒸気を通じて間接的に加熱できる。そのため、内側伝熱管より重質油がリークした場合でも、外側伝熱管内部は蒸気であることにより、火災が発生することはない。
【００２５】
さらに、本発明の第二実施例によれば、重質油加熱用熱交換器の伝熱管において、母材として炭素鋼等の蒸気／水共存雰囲気による応力腐食割れに強い材料を用い、その内側にはＳＵＳなどの耐腐食性に優れる材料を用いることができる。このような構造により、外側を流れる蒸気による応力腐食割れ，内側の重質油の硫黄分等による腐食が発生するのを防止できる。
【００２６】
本発明の第三実施例によれば、重質油加熱用熱交換器伝熱管内に圧力センサーを設けて監視し、異常な圧力増加が認められた場合には熱交換器への重質油供給を停止することにより、重質油が伝熱管からリークし、蒸気に混入するのを最小限に留めることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、昇温昇圧された重質油がリークしても火災を防ぎ、信頼性を向上した改質燃料焚きガスタービン設備及びその油加熱方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた重質油改質燃料で運用するコンバインドガスタービン設備の実施例を示した図。
【図２】本発明を用いた二重管型重質油熱交換器構造を示す図。
【図３】重質油改質燃料で運用するコンバインドガスタービン設備の実施例を示した図。
【図４】本発明を用いた重質油改質燃料で運用するコンバインドガスタービンの二重管型重質油加熱用熱交換器の伝熱管構造を第二実施例として示す図。
【図５】本発明を用いた重質油改質燃料で運用するコンバインドガスタービンの第四実施例を示す図。
【図６】重質油のリークがあった場合の、伝熱管内の圧力変化。
【符号の説明】
１…重質油タンク、２…重質油加圧ポンプ、３…重質油供給系統、４…重質油熱交換用伝熱管、５…水タンク、６…水加圧ポンプ、７…水供給系統、８…水熱交換用伝熱管、９…排熱回収ボイラー、１０…ガスタービン、１１…改質器、１２…コンデンサ、１３…改質燃料供給系統、１４…減圧弁、１５…燃焼器、１６…重質油、１７…水、１８…排ガス、１９…改質燃料、２０…蒸気タービン用の蒸気、２１…蒸気タービン、２２…発電機、２３…熱交換器、２４，２５…伝熱管、２６…ヘッダー、２７…材料、２８，３３…圧力センサー、２９，３４…圧力計測装置、３０…低温蒸気或いは凝縮水の出口、３１…高温蒸気用キャビティ、３２…低温蒸気或いは凝縮水のキャビティ。
【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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