專利名稱：燃氣輪機設(shè)備、低熱量氣體供給設(shè)備以及該氣體的熱量上升的抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機設(shè)備、低熱量氣體供給設(shè)備以及抑制該氣體的熱量上升的方法。更詳細地說，涉及可將低熱量氣體以能夠作為燃氣輪機的燃料使用的狀態(tài)提供給燃氣輪機的低熱量氣體供給設(shè)備、具備該低熱量氣體供給設(shè)備的燃氣輪機設(shè)備、以及抑制該燃氣輪機燃料用的低熱量氣體的熱量(也稱為“卡路里”)上升的方法。
背景技術(shù)：
煉鐵領(lǐng)域中，在采用例如高爐法生產(chǎn)生鐵的情況下，爐頂氣(即高爐氣(BlastFurnace Gas)，以下記為BFG)作為副產(chǎn)品氣體從高爐產(chǎn)生。BFG的總熱量甚至于達到使用的焦炭的熱量的大約一半，因此為了降低制造生鐵的成本價格，在鋼鐵廠內(nèi)，在許多方面使用BFG。每投入1噸的焦炭發(fā)生3000Nm3左右的BFG，其組成為大約10～18體積％(以下簡單記為％)的二氧化碳(CO2)、22～30％的一氧化碳(CO)、52～60％的氮氣(N2)、0.5～4％的氫氣(H2)、0.5～3％的甲烷(CH4)。
除此以外，BFG還含有2～10g/Nm3的煙塵，因此，利用除塵器加以去除，使其達到0.01g/N m3左右，然后作為熱量800kcal/Nm3左右的燃料氣體使用于熱風(fēng)爐、煉焦?fàn)t、加熱爐、鍋爐等。近年來，由于其技術(shù)的提高，在燃氣輪機上也可以使用低熱量氣體作為燃料，將BFG作為燃氣輪機的燃料使用以進行發(fā)電的事例正在增加。在這里說的所謂低熱量氣體定義為其熱量約為12MJ/Nm3以下的氣體。作為低熱量氣體，如下所述不限于高爐氣體(BFG)，也包含轉(zhuǎn)爐氣(LDG)等許多氣體其他及其混合氣體。
另一方面，近年來，除了高爐法以外，不斷出現(xiàn)了新的制鐵工藝(例如FINEX和COREX等直接還原制鐵方法)，對這樣的新工藝發(fā)生的其他氣體副產(chǎn)品的有效利用也能夠適應(yīng)的燃燒方式有待開發(fā)。不管是哪一種制鐵工藝，所發(fā)生的氣體副產(chǎn)品的特性(氣體的組成和熱量)都因設(shè)備和操作內(nèi)容而不同。即使是相同的設(shè)備，也不是一定的，而是隨著原料的特性和反應(yīng)過程而時刻發(fā)生變化。
將氣體副產(chǎn)品作為燃氣輪機的燃料使用的情況下，對作為最主要的特性的熱量進行觀察，在超過各燃氣輪機固有的熱量的允許變動幅度的上限(例如平均熱量值的約+10％)的情況下，也就是熱量急劇增大的情況下，有時候在燃氣輪機的燃燒器內(nèi)的燃燒溫度急劇上升到異常高溫。因此燃燒器部分、燃氣輪機的靜翼和動翼有可能受到損傷，造成縮短壽命等損害。在這種情況下，燃氣輪機設(shè)備節(jié)省地連續(xù)運行是困難的。
為了抑制氣體副產(chǎn)品的熱量變化，利用氮氣進行稀釋的技術(shù)已經(jīng)是公知的技術(shù)(參照例如專利文獻1和專利文獻2)。但是在只利用氮氣稀釋氣體副產(chǎn)品的情況下，由于熱量的變動值的關(guān)系，不得不大量使用氮氣等高價的不活潑氣體。而且連續(xù)大量地保證不活潑氣體的供應(yīng)除了特殊的工業(yè)領(lǐng)域外是非常困難的。還必須配設(shè)大量不活潑氣體的貯存設(shè)備和包括配管在內(nèi)的氣體供應(yīng)用的各種機器設(shè)備等。由于這些原因，使用不活潑氣體的方法會降低燃氣輪機發(fā)電的經(jīng)濟效益，對標榜高效率的燃氣輪機技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢有妨礙。
專利文獻1日本特開2002-155762號公報專利文獻2日本特開平9-317499號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決上述存在問題而作出的，其目的在于，提供設(shè)備成本和運行成本低廉的，能夠緩和燃氣輪機用的低熱量燃料氣體的熱量上升的低熱量氣體供給設(shè)備、具備這種低熱量氣體供給設(shè)備的燃氣輪機設(shè)備、以及抑制燃氣輪機燃料用的低熱量氣體的熱量上升的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的低熱量氣體供給設(shè)備具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供給燃氣輪機用的低熱量氣體供給通路、連接于該低熱量氣體供給通路上的，向低熱量氣體供給通路提供空氣用的空氣供給通路、配設(shè)于所述低熱量氣體供給通路上的，檢測氣體中的熱量用的熱量檢測裝置、以及根據(jù)該熱量檢測裝置的檢測結(jié)果，能夠控制空氣供給通路的空氣供給動作的控制裝置。
如果采用本發(fā)明，則通過在其中混合大量包含氮氣而且極其容易得到的空氣，能夠抑制低熱量氣體的熱量上升。在這里，所謂熱量檢測裝置，當(dāng)然包含直接測量氣體熱量的裝置(例如所謂卡路里計)，而且也包含測量氣體中的可燃成分含有率的裝置。
所述控制裝置形成能夠設(shè)定燃氣輪機的燃料氣體的最大允許熱量值，在低熱量氣體的熱量值超過該最大允許熱量設(shè)定值時，從空氣供給通路提供空氣的結(jié)構(gòu)。
所述低熱量氣體供給通路的與空氣供給通路連接的連接部的下游側(cè)的部位上，配設(shè)氧濃度檢測裝置，所述控制裝置形成根據(jù)氧濃度檢測裝置的檢測結(jié)果能夠控制空氣供給通路的空氣供給動作的結(jié)構(gòu)的低熱量氣體供給設(shè)備是理想的。因為為了防止低熱量氣體與空氣的混合氣體發(fā)火，能夠根據(jù)上述混合氣體的氧含有率控制低熱量氣體與含有一定的比例(約21％，這是不變的)的氧的空氣混合。
具備這種氧濃度檢測裝置的設(shè)備，所述控制裝置形成能夠以根據(jù)從低熱量氣體與空氣的混合比得到的低熱量氣體的可燃界限信息設(shè)定的空氣的允許混合體積比例為基準，控制空氣供給通路的空氣供給量的結(jié)構(gòu)。
理想的是，在具備這種氧濃度檢測裝置的設(shè)備中，在所述低熱量氣體供給通路上連接提供不活潑氣體用的不活潑氣體供給通路，所述控制裝置形成能夠根據(jù)氧濃度檢測裝置的檢測結(jié)果，控制不活潑氣體供給通路的不活潑氣體供給動作的結(jié)構(gòu)。這是因為，例如借助于限制空氣的供給，低熱量氣體的熱量的上升得不到充分抑制的情況下，借助于不活潑氣體的提供，能夠補充對熱量變動的抑制作用。還有，至上述混合部的不活潑氣體供給通路的一部分也可以構(gòu)成與上述空氣供給通路共用的通路。
最好是低熱量氣體供給設(shè)備在所述低熱量氣體供給通路上連接提供不活潑氣體用的不活潑氣體供給通路，所述控制裝置形成能夠在利用空氣供給通路對低熱量氣體供給通路供給空氣的狀態(tài)下，根據(jù)熱量檢測裝置的檢測結(jié)果控制不活潑氣體供給通路的不活潑氣體供給動作的結(jié)構(gòu)。假如利用空氣對低熱量氣體的熱量的上升進行的抑制不夠充分，這時可以利用不活潑氣體進行補充。
在上述各設(shè)備中，最好是在所述低熱量氣體供給通路上配設(shè)暫時貯存低熱量氣體的第1容器，該第1容器具有入口和出口，在入口上連接低熱量氣體的供給通路的上游側(cè)，在出口上連接低熱量氣體供給通路的下游側(cè)。這是因為，通過低熱量氣體供給通路輸送來的全部低熱量氣體暫時貯存于第1容器內(nèi)，在其中利用混合氣體使其熱量的變動幅度減小，而且使熱量變動縮短緩和，因此利用在第1容器的出口的下游部的空氣進行稀釋以進行的熱量均勻、平均化控制更加容易進行。上述熱量檢測裝置設(shè)置于低熱量氣體供給通路上，但是在低熱量氣體供給通路上設(shè)置第1容器和下述第2容器的設(shè)備中，該容器也構(gòu)成低熱量氣體供給通路，因此也包括將熱量檢測裝置安裝于上述容器上的情況。
最好是低熱量氣體供給設(shè)備在所述低熱量氣體供給通路上配設(shè)暫時貯存低熱量氣體的第2容器，在低熱量氣體供給通路與所述第2容器之間，配設(shè)將低熱量氣體從低熱量氣體供給通路送入第2容器的氣體入口通路、以及將低熱量氣體從第2容器送回低熱量氣體供給通路的出口通路，在所述入口通路上配設(shè)將低熱量氣體向第2容器壓送的第1氣體壓送裝置。因為起著與上述第1容器相同的作用。
還有，也可以上述第1容器和第2容器都是內(nèi)部容積不變化的固定形式的容器，還可以是在已有的燃氣輪機設(shè)備等中作為監(jiān)視氣體的供需平衡的裝置使用的內(nèi)部容積變動形式的容器。所謂內(nèi)部容積變動形式的容器，是具有能夠根據(jù)容器的內(nèi)壓上下移動的氣密安裝的蓋構(gòu)件的容器，通過利用驅(qū)動裝置主動使蓋構(gòu)件上下移動，從而能夠使平衡效果達到最大的，能夠選擇容積的容器。
最好是低熱量氣體供給設(shè)備在上述低熱量氣體供給通路上配設(shè)使提供的低熱量氣體的一部分返回該低熱量氣體供給通路的上游側(cè)的返回通路，在該返回通路上配設(shè)將低熱量氣體向低熱量氣體供給通路的上游側(cè)壓送的第2氣體壓送裝置。因為能夠起與上述第1容器相同的作用。
最好是低熱量氣體供給設(shè)備具備在所述空氣供給通路上配設(shè)的，能夠切斷和開通該通路的空氣切斷裝置、以及配設(shè)于該空氣切斷裝置的上游側(cè)的空氣放出裝置。作為空氣切斷裝置，可以采用例如斷流閥或流量調(diào)整閥等。
最好是低熱量氣體供給設(shè)備具備在所述不活潑氣體供給通路上配設(shè)的，能夠切斷和開通該通路的不活潑氣體切斷裝置、以及在該不活潑氣體切斷裝置的上游側(cè)配設(shè)的不活潑氣體放出裝置。作為不活潑氣體切斷裝置，可以采用例如斷流閥或流量調(diào)整閥等。也可以是到所述低熱量氣體供給通路的不活潑氣體供給通路的一部分構(gòu)成與上述空氣供給通路共同的通路，而且在配設(shè)空氣切斷裝置與空氣發(fā)出裝置的情況下，也可以具備不活潑氣體切斷裝置與空氣切斷裝置兼用的一個切斷裝置，又可以具備不活潑氣體發(fā)出裝置與空氣發(fā)出裝置兼用的一個發(fā)出裝置。
本發(fā)明的燃氣輪機設(shè)備具備燃氣輪機、以及對該燃氣輪機提供低熱量氣體作為燃料氣體用的低熱量氣體供給設(shè)備，該低熱量氣體供給設(shè)備就是上面所述中的任一低熱量氣體供給設(shè)備。
本發(fā)明的用作燃氣輪機燃料的低熱量氣體的熱量上升的抑制方法包含測定作為燃料氣體提供給燃氣輪機的低熱量氣體的熱量的熱量測量步驟、以及在該測量結(jié)果超過設(shè)定的允許的熱量值時，將稀釋用的空氣混入上述低熱量氣體中的混入空氣的步驟。
最好是熱量上升抑制方法的所述混入空氣的步驟包含測量低熱量氣體與空氣的混合氣體的氧濃度的步驟、以及調(diào)整空氣混合量，使該測量結(jié)果不超過從低熱量氣體的可燃界限信息得到的允許設(shè)定的空氣含有率的步驟。
又，最好是熱量上升抑制方法，還包含在判斷為即使最大限度提供空氣上述熱量測量結(jié)果也低于允許設(shè)定的熱量值時，將不活潑氣體混入低熱量氣體中的步驟。
而且最好是變化調(diào)整空氣混合量的熱量上升抑制方法中，還包含在判斷為如果減少空氣混入量則上述混合氣體的熱量超過允許設(shè)定的熱量值，如果使其增大，則超過允許設(shè)定的空氣含有率時，使空氣混入量減少，同時將不活潑氣體提供給低熱量氣體的步驟。
本發(fā)明的另一種低熱量氣體供給設(shè)備，具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供用的低熱量氣體供給通路、以及設(shè)置于所述低熱量氣體供給通路上，暫時貯存低熱量氣體的容器；該容器具有氣體從低熱量氣體供給通路流入容器內(nèi)用的入口和氣體從容器向低熱量氣體供給通路流出的出口。
可以在所述入口上連接低熱量氣體供給通路的上游側(cè)，在出口上連接低熱量氣體供給通路的下游側(cè)。
又可以在低熱量氣體供給通路與所述容器之間，配設(shè)將低熱量氣體從低熱量氣體供給通路通過所述入口送入容器的氣體入口通路和將低熱量氣體從容器通過所述出口送回低熱量氣體供給通路的出口通路；在所述入口通路上配設(shè)將低熱量氣體向容器壓送的氣體壓送裝置。
在上述容器的入口和出口分別連接低熱量氣體供給通路的上游側(cè)和下游側(cè)的低熱量氣體供給設(shè)備中，可以在所述容器上游側(cè)的低熱量氣體供給通路與容器下游側(cè)的低熱量氣體供給通路之間連接返回通路；在該返回通路上設(shè)置將燃料氣體向容器上游側(cè)的低熱量氣體供給通路壓送的氣體壓送裝置。
在具有連接上述低熱量氣體供給通路和容器的入口通路和出口通路的低熱量氣體供給設(shè)備中，可以在所述低熱量氣體供給通路的與出口通路的連接點的下游側(cè)與低熱量氣體供給通路的與入口通路的連接點的上游側(cè)之間，連接返回通路；在該返回通路上設(shè)置將燃料氣體向上游側(cè)低熱量氣體供給通路壓送的氣體壓送裝置。
最好是在所述容器內(nèi)部設(shè)置攪拌氣體用的攪拌裝置。
本發(fā)明的另一種低熱量氣體供給設(shè)備，具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供用的低熱量氣體供給通路、以及在所述低熱量氣體供給通路的上游部分與下游部分之間連接的返回通路，在該返回通路上設(shè)置將流過低熱量氣體供給通路的氣體的一部分從低熱量氣體供給通路的下游部分向上游部分壓送的氣體壓送裝置。
如果采用本發(fā)明，將像工藝的氣體副產(chǎn)品那樣熱量會變動的低熱量氣體提供給蒸汽輪機的設(shè)備可以以低廉的設(shè)備成本和運行成本實現(xiàn)。因為為了抑制能夠作為燃料氣體使用的低熱量氣體的熱量上升，容易得到大量的含有大量而且一定量的氮氣的空氣。


圖1是表示包含本發(fā)明一實施形態(tài)、即低熱量氣體供給設(shè)備的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的大概情況的配管圖。
圖2是表示低熱量氣體與空氣的混合氣體的可燃界限的曲線圖，橫軸表示低熱量氣體的體積比例，縱軸表示溫度。
圖3表示借助于通過圖1中的緩沖容器，緩和低熱量氣體的熱量變動的狀態(tài)的一個例子的曲線圖。
圖4表示借助于通過緩沖容器，緩和低熱量氣體的熱量變動的狀態(tài)的另一例子的曲線圖。
圖5表示借助于通過緩沖容器，緩和低熱量氣體的熱量變動的狀態(tài)的又一例子的曲線圖。
圖6是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的另一例子的配管圖。
圖7是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的又一例子的配管圖。
圖8是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的再一例子的配管圖。
圖9表示借助于通過圖7或圖8的緩沖容器，緩和低熱量氣體的熱量變動的狀態(tài)的一個例子的曲線圖。
圖10是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的熱量變動抑制手段的另一例子的配管圖。
圖11是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的又再一個例子的配管圖。
圖12是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的又再一個例子的配管圖。
圖13是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的又再一個例子的配管圖。
圖14是表示可以在圖1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中設(shè)置的緩沖容器的又再一個例子的配管圖。
符號說明1......低熱量氣體供給設(shè)備2......燃氣輪機3......低熱量氣體供給配管4......空氣供給配管5......氮氣供給配管6......第1混合器7......第2混合器8......稀釋氣體供給配管9......集塵裝置10......緩沖容器11......卡路里計12......流量計13......混合氣體供給配管14......卡路里計15......氧濃度計
16......低壓壓縮機17......高壓壓縮機18......冷卻器19......燃燒器20......流量調(diào)整閥21......過濾器22......發(fā)電機23......過濾器24......風(fēng)扇25......單向閥26......斷流閥27......流量計28......流量調(diào)整閥29......空氣放出管30......流量調(diào)整閥31......斷流閥32......流量計33......流量調(diào)整閥34......斷流閥35......單向閥36......聯(lián)絡(luò)管37......流量計38......流量調(diào)整閥39......風(fēng)扇40......氣體量平衡監(jiān)視裝置41......連通管(出口配管)42......容器43......蓋構(gòu)件44......調(diào)整用重錘45......(上游側(cè))入口配管46......氣體量平衡監(jiān)視裝置46a......容器47......壓力檢測裝置48......返回配管49......風(fēng)扇
50......控制裝置51......攪拌裝置52......(下游側(cè))入口配管53......返回配管S......直接還原制鐵設(shè)備具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明的低熱量氣體供給設(shè)備、具備該設(shè)備的燃氣輪機設(shè)備、以及抑制燃氣輪機燃料用的低熱量氣體的熱量上升的方法的實施形態(tài)進行說明。
圖1是表示包含本發(fā)明一實施形態(tài)、即低熱量氣體供給設(shè)備1的燃氣輪機設(shè)備的大概情況的配管圖。作為燃氣輪機設(shè)備，表示燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的一個例子。如上所述，將低熱量氣體定義為其熱量為約12MJ/Nm3以下的氣體。低熱量氣體往往其熱量等特性會有變動。
這種低熱量氣體供給設(shè)備1具備將直接還原鐵設(shè)備S發(fā)生的氣體副產(chǎn)品(以下稱為“低熱量氣體”)作為燃料提供給燃氣輪機2的低熱量氣體供給配管3、為將這種低熱量氣體稀釋將空氣提供給低熱量氣體供給配管3用的空氣供給配管4、以及將不活潑氣體提供給低熱量氣體供給配管3用的不活潑氣體供給配管5。設(shè)置對這種低熱量氣體供給設(shè)備1的動作進行控制用的控制裝置50。在本實施形態(tài)中，不活潑氣體使用氮氣，因此將這種不活潑氣體供給配管稱為氮氣供給配管5。不活潑氣體不限于氮氣，也可以使用二氧化碳或氦氣等。
在本實施形態(tài)中，空氣供給配管4和氮氣供給配管5連接于第2混合器7，從第2混合器7到低熱量氣體供給配管3為止連接空氣與氮氣的共同配管。這種共同配管稱為稀釋氣體供給配管8。這種稀釋氣體供給配管8借助于第1混合器6連接于低熱量氣體供給設(shè)備1上。將空氣供給配管4與氮氣供給配管5不合流地分別直接連接于第1混合器6也可以，但是為了降低設(shè)備成本，最好是如圖所示，將4、5預(yù)先連接。又可以不使用第2混合器7，直接將空氣供給配管4與氮氣供給配管5相互加以連接。但是，為了能夠在第1混合器6更好混合氣體副產(chǎn)品與稀釋氣體，最好是預(yù)先將稀釋用的空氣與氮氣均勻混合，然后將均勻混合的混合氣體送到第1混合器6，因此在其間連接第2混合器7是理想的。
在上升低熱量氣體供給配管3的第1混合器6的上游部分，設(shè)置對直接還原制鐵設(shè)備S送來的低熱量氣體進行除塵用的集塵裝置9、以及暫時貯存低熱量氣體用的緩沖容器10。緩沖容器10的容積大，熱量時時刻刻發(fā)生變動的滯留的低熱量氣體在該緩沖容器10的內(nèi)部混合。其效果將在下面下述。在緩沖容器10的下游側(cè)設(shè)置對低熱量氣體的熱量進行檢測用的熱量檢測裝置11和測量流量用的流量計12。該流量計12的設(shè)置位置不限于第1混合器6的上游側(cè)。也可以是第1混合器6的下游側(cè)。例如也可以設(shè)置于下述高壓壓縮機17與燃燒器19之間。
熱量檢測裝置11的設(shè)置位置不限于緩沖容器10的下游側(cè)。例如也可以設(shè)置于緩沖容器10的上游側(cè)。通過在緩沖容器10的上游側(cè)事先檢測出氣體的熱量變動，能夠更可靠地使用第1混合器6進行熱量控制。而且在緩沖容器10的上游側(cè)同時還有下游側(cè)也設(shè)置熱量檢測裝置，利用兩熱量檢測裝置監(jiān)視緩沖容器10的氣體熱量變動抑制效果，從而能夠把握緩沖容器10的兼有氣體混合作用的作為熱量變動抑制系統(tǒng)的綜合性能。該熱量檢測裝置也可以直接安裝于緩沖容器10。除了低熱量氣體供給配管3的上述熱量檢測裝置11外，也可以在緩沖容器10上安裝別的熱量檢測裝置。
在這里熱量檢測裝置11采用直接測量氣體的熱量的所謂卡路里計、測量可燃成分的含有率(濃度)的裝置等。上述熱量檢測裝置11也可以直接安裝于緩沖容器10。除了低熱量氣體供給配管3上的熱量檢測裝置11外，還可以在緩沖容器10上安裝別的熱量檢測裝置。在重視檢測速度的情況下，當(dāng)前采用可燃性氣體濃度檢測器，這是理想的。也可以采用根據(jù)使用的低熱量氣體主要包含的可燃成分的種類和產(chǎn)生主要的濃度變動的可燃成分(例如直接還原制鐵法的氣體副產(chǎn)品中的一氧化碳)檢測其成分的濃度的濃度檢測器。在本說明書中，將這些熱量檢測器都稱為“卡路里計”。
低熱量氣體供給配管3的第1混合器6下游的部分，由于通過該處將低熱量氣體以與空氣和氮氣混合的狀態(tài)送到燃氣輪機2，因此該范圍的配管被稱為混合氣體供給配管13。混合氣體供給配管13上設(shè)置卡路里計14和測量混合氣體中的氧濃度用的氧濃度計15。在氧濃度計15的下游側(cè)依序設(shè)置燃氣輪機2的低壓燃料氣體壓縮機(以下稱為低壓壓縮機)16和高壓燃料氣體壓縮機(以下稱為高壓壓縮機)17。兩壓縮機16、17之間配設(shè)對作為燃料氣體的混合氣體進行冷卻用的冷卻器18。從高壓壓縮機17連接到燃氣輪機2的燃燒器19上的燃料配管13a上設(shè)置調(diào)整燃氣輪機輸出用的流量調(diào)整閥20。符號21表示對燃料器19提供空氣的配管上配設(shè)的過濾器。燃氣輪機2上連接發(fā)電機22。
圖1表示兩個壓縮機16、17都利用燃氣輪機2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的類型的設(shè)備，但是不限于此，也可以兩個壓縮機16、17不與燃氣輪機2同軸連接，而形成利用專用的電動機驅(qū)動的機構(gòu)。又可以在燃氣輪機2上設(shè)置利用其排氣進行發(fā)電的排熱回收鍋爐發(fā)電設(shè)備等(未圖示)。
下面對空氣的供給設(shè)備進行說明。在空氣供給配管4上，在從外部取入空氣的入口上設(shè)置過濾器23?？諝夤┙o配管4的過濾器23下游部分有分叉，從外部吸入空氣壓送到空氣供給配管4內(nèi)用的作為驅(qū)動源的風(fēng)扇24，為了維修保養(yǎng)的方便，并列設(shè)置兩臺。在各風(fēng)扇24的下游側(cè)配設(shè)防止向風(fēng)扇24一側(cè)逆向流動用的單向閥25。空氣供給配管4在兩個單向閥25的下游側(cè)再度合二為一。在其下游部分，依序設(shè)置斷流閥26、流量計27以及流量調(diào)整閥28，并連接于第2混合器7。在空氣供給配管4的上述斷流閥26與流量計27之間配設(shè)將空氣放入大氣用的空氣放出配管29。該空氣放出配管29上設(shè)置流量調(diào)整閥30。
下面對氮氣供給設(shè)備進行說明。氮氣供給配管5從上游側(cè)起依序具有斷流閥31、流量計32、以及流量調(diào)整閥33，連接于第2混合器7。從第2混合器7到第1混合器6的稀釋氣體供給配管8上從其上游側(cè)依序設(shè)置斷流閥34和單向閥35。單向閥35用于防止低熱量氣體向稀釋氣體供給配管8逆向流動。在該稀釋氣體供給配管8的斷流閥34的上游側(cè)部分與上述空氣放出配管29的流量調(diào)整閥30的下游側(cè)部分之間，為了通過空氣放出配管29將空氣與氮氣的混合氣體放入大氣，連接聯(lián)絡(luò)管36。該聯(lián)絡(luò)管36上設(shè)置流量計37和流量調(diào)整閥38。空氣供給配管4和氮氣供給配管5以不同的配管分別延伸第1混合器6的情況下，在各配管4、5上分別設(shè)置斷流閥和單向閥，去除聯(lián)絡(luò)管36。代之以在氮氣供給配管5的斷流閥31和流量計32之間設(shè)置具備流量調(diào)整閥的氮氣放出配管。
下面對利用控制裝置50對該設(shè)備的運行進行控制的一個例子進行說明。首先，一邊對低熱量氣體供給配管3的卡路里計11和流量計12進行監(jiān)視一邊將低熱量氣體向燃氣輪機2壓送。這時在空氣供給配管4上已經(jīng)打開其斷流閥26，關(guān)閉流量調(diào)整閥28，關(guān)閉聯(lián)絡(luò)管36的流量調(diào)整閥38，打開空氣放出配管29的流量調(diào)整閥30，在這一狀態(tài)下風(fēng)扇24工作。也就是說吸入空氣，從空氣放出配管29向大氣放出。氮氣供給配管5的流量調(diào)整閥33關(guān)閉著。其他斷流閥31、34一起開著。
控制裝置50上設(shè)定各燃氣輪機2的燃料氣體使用的允許熱量范圍。也就是基準熱量值(例如1600kcal/Nm3)和變動幅度(例如基準熱量值的±10％)。而且在上述低熱量氣體的熱量值超過該允許變動的上限熱量值(例如+10％，1760kcal/Nm3)時，將空氣放出配管29的流量調(diào)整閥30向閉閥方向調(diào)整，使空氣供給配管4的流量調(diào)整閥28打開。以此在低熱量氣體中混合空氣，使熱量值降低到允許范圍內(nèi)。在提供空氣時和下述氮氣提供時，對上述卡路里計11和流量計12進行監(jiān)視，同時為了判斷最后的熱量值是否正確，對混合氣體供給配管13的卡路里計14進行監(jiān)視。提供空氣時，如下所述利用低熱量氣體供給配管3的氧濃度計15監(jiān)視燃料氣體的氧濃度。
根據(jù)混合氣體供給配管13的卡路里計14的測量結(jié)果，判斷為即使最大限度提供空氣，熱量值也還是不能在允許范圍內(nèi)時，一邊監(jiān)視氮氣供給配管5的流量計32，一邊打開流量調(diào)整閥33進行調(diào)整，以此在低熱量氣體中混合氮氣使熱量值降低到允許范圍內(nèi)。這時也一邊對混合氣體供給配管13的流量計15進行監(jiān)視一邊將空氣放出配管29的流量調(diào)整閥30向開閥方向調(diào)整，放出空氣，使其混合量減少。如上所述進行，防止低熱量氣體的熱量值超過允許的上限值。
下面對從稀釋氣體供給配管8到空氣放出配管29連接聯(lián)絡(luò)管36，能夠?qū)⒌獨饣虻獨馀c空氣的混合氣體(稀釋氣體)向大氣放出的結(jié)構(gòu)進行說明。稀釋氣體的量通常利用流量調(diào)整閥28、33進行控制。在低熱量氣體供給配管3的卡路里計11的檢測值急劇減少的情況下，利用該流量調(diào)整閥28、33進行控制的情況下，其響應(yīng)性有可能存在問題。在這樣的情況下，利用聯(lián)絡(luò)管36的流量調(diào)整閥38將稀釋氣體的一部分放入大氣，以此使稀釋氣體的供應(yīng)量急劇減少以對應(yīng)熱量值的急劇減少。
在空氣中由于包含約21％的氧，因此如果將空氣混合于低熱量氣體，則該混合氣體的含氧量(氧濃度)上升。在可燃氣體中包含規(guī)定比例的氧情況下，在理論上，在規(guī)定的溫度下該可燃氣體進入可燃范圍內(nèi)。陷于這樣的狀況之前，必須對空氣的供給量加以限制。這時還有必要使低熱量氣體的熱量值下降時，如上所述，一邊使低熱量氣體中混合的空氣量減少一邊提供氮氣進行混合。
圖2是以低熱量氣體的體積比例和溫度的關(guān)系表示低熱量氣體與空氣的混合氣體的可燃界限的曲線圖。圖中左側(cè)的黑圓點連成的曲線表示混合氣體的可燃范圍中低熱量氣體的最小體積比例(空氣中的最大體積比例)。右側(cè)的黑正方形點連成的曲線表示混合氣體的可燃范圍中低熱量氣體的最大體積比例(空氣的最小體積比例)。兩曲線中夾著的范圍是可燃范圍。低熱量氣體的熱量值發(fā)生變動，因此上述兩曲線也有變動。因此在控制裝置50中，根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)，在考慮安全系數(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)定空氣的最大允許混合體積比例。例如在圖2中所示的空氣的體積比例20％(低熱量氣體的體積比例80％)。設(shè)定為比右側(cè)的黑正方形點連接的曲線表示的空氣的最小體積比例還要小的比例(20％)。但是該數(shù)值只是一個例子。
而且如果空氣的體積比例超過比例如上限值(20％)稍小的例如15％，就如上所述使空氣混合量減少，根據(jù)需要提供氮氣。該控制根據(jù)低熱量氣體供給配管3的流量計12和空氣供給配管4的流量計27的檢查結(jié)果進行。
下面對圖1中的緩沖容器10的作用效果進行說明。如圖所示，在該緩沖容器10上形成連接上游側(cè)的低熱量氣體供給配管3的入口10a和連接下游側(cè)的低熱量氣體配管3的出口10b。因此，送來的低熱量氣體全部流入該緩沖容器10。在圖1的緩沖容器10中，其入口10a和出口10b形成于容器周壁的下端近旁，但是形成在什么地方并沒有限定，例如也可以形成于容器周壁的中部、上部、容器的底部等。
該容器的容積大，對于例如直徑2～3m左右的低熱量氣體供給配管3，其容積通常設(shè)定為20000～200000m3左右。熱量時時刻刻發(fā)生變動的送來的低熱量氣體在容器內(nèi)進行混合。在這一說明書中所述的容器內(nèi)的氣體混合，意味著所謂時間差的混合。也就是說，同時流入緩沖容器10的低熱量氣體形成比較早從出口10b流出的部分到在緩沖容器10內(nèi)滯留到最后的部分的分布。另一方面，由于從入口10a連續(xù)不斷地有新的氣體流入，過去流入的氣體與新流入的氣體不斷混合。這種混合稱為時間差混合。這種時間差混合的結(jié)果是，從緩沖容器10的出口10b流出去的低熱量氣體的熱量變動幅度變小，變動速度變慢。也就是說，熱量變動大大緩和(受到抑制)。這樣，在事前使熱量變動緩和后，在下游利用空氣等進行稀釋對熱量上升進行抑制的控制變得非常容易。下面參照圖3～圖8、圖11～圖14對上述現(xiàn)象進行說明。
圖3表示圖1中的緩沖容器10的容積采用200000m3時以流量500000Nm3/hr提供熱量有變動的低熱量氣體的情況下的熱量變動得到緩和(抑制)的狀態(tài)的模擬結(jié)果的曲線圖。橫軸表示時間(分)，縱軸表示低熱量氣體的熱量、即卡路里值(kcal/Nm3)。而圖中虛線表示的曲線表示送到緩沖容器10來的低熱量氣體的熱量變動(最初變動)。這是實測的樣品。實線表示的曲線表示從緩沖容器出去的低熱量氣體的熱量變動(抑制后的變動)。如圖所示，進入緩沖容器10之前的低熱量氣體的熱量從最低約1530kcal/Nm3到最高約2360kcal/Nm3變動。也就是說，具有這兩個值的平均值(以下簡稱平均值)(1945kcal/Nm3)的約±21％的變動幅度。根據(jù)對緩沖容器10出來的低熱量氣體的熱量變動進行理論計算的結(jié)果，是從最低1780kcal/Nm3到最高1960kcal/Nm3，變動幅度被抑制在平均值(1780kcal/Nm3)的約±5％以內(nèi)。如圖所示，對于變動周期，短周期成分和中周期成分也受到大幅度抑制。其效果有對于低熱量氣體的供給流量，緩沖容器的容積越大越顯著的傾向。最初變動的變動幅度小的情況下，從經(jīng)濟性的觀點出發(fā)，即使將緩沖容器的容積做得小也是有效的。
圖4表示低熱量氣體流量采用500000Nm3/hr不變，緩沖容器10的容積采用上述容器的一半的100000Nm3時的熱量變動的衰減狀態(tài)。在這種情況下的熱量變動也由于緩沖容器10而被抑制在1700kcal/Nm3到2040kcal/Nm3的范圍內(nèi)，變動幅度為平均值(1970kcal/Nm3)的約±9％。
圖5表示低熱量氣體以200000Nm3/hr的流量供應(yīng)的設(shè)備中，緩沖容器10的容積采用50000m3時熱量變動的衰減狀態(tài)。在這種情況下的熱量變動也被緩沖容器10抑制在1740kcal/Nm3到2010kcal/Nm3的范圍內(nèi)，變動幅度為平均值(1875kcal/Nm3)的約±7.2％。
在(未圖示的)低熱量氣體與上面所述一樣以200000Nm3/hr的流量提供的設(shè)備中，緩沖容器10的容積采用上面所述的一半的25000m3時，變動幅度為平均值(1875kcal/Nm3)的約±12％。
也可以如圖6所示，在低熱量氣體以200000Nm3/hr的流量供應(yīng)的設(shè)備中，容積25000m3的緩沖容器10并排設(shè)置兩臺，在通常運行時兩臺都使用，只在定期維修保養(yǎng)或動作不良等非常情況下只使用一個容器。
這樣，只具備緩沖容器，不進行積極控制就能夠在很大的程度上抑制低熱量氣體的熱量變動。其結(jié)果是，在下游將空氣與不活潑氣體混合控制非常容易進行。如果是在燃氣輪機2的燃料氣體的熱量變動幅度設(shè)定為基準熱量值(平均值)的±10％的情況下，在緩沖容器的下游，為了使變動的熱量平均值與在燃氣輪機2設(shè)定的基準熱量值一致，具備能夠適合其規(guī)格的容積的緩沖容器，只要在下游側(cè)提供一定比例的空氣即可。關(guān)于空氣是供給動作，不必考慮低熱量氣體的熱量變動狀態(tài)。
在極端情況下，通過緩沖容器10后的低熱量氣體的變動的熱量的平均值如果與燃氣輪機2設(shè)定的基準熱量值大致一致，則不需要空氣供給設(shè)備和不活潑氣體供給設(shè)備。即使是設(shè)置兩個設(shè)備的情況下，只要在將圖1的稀釋氣體供給配管8的斷流閥34關(guān)閉的狀態(tài)下使設(shè)備運行即可。當(dāng)然，在發(fā)生的低熱量氣體的熱量變動本來不大的情況下，沒有必要設(shè)置緩沖容器，只用空氣供給設(shè)備和不活潑氣體供給設(shè)備就能夠充分應(yīng)對。
圖7表示另一緩沖容器42。該緩沖容器42有時候也使用于已有的燃氣輪機設(shè)備，也包含于監(jiān)視氣體量平衡的裝置40中。該氣體量平衡監(jiān)視裝置40是為取得上游側(cè)送來的低熱量氣體量與燃氣輪機需要的氣體消耗量的平衡用的裝置。在供給氣體量的變動和燃氣輪機的負載變動存在的情況下，有必要取得供給量與消耗量的之間的平衡。供給量有超過預(yù)想的過剩時，采取放入大氣中的方法，供應(yīng)不足時使燃氣輪機的負載減小，或部分停止運行。
該氣體量平衡監(jiān)視裝置40具備借助于連通管41與低熱量氣體供給配管3連接的容器42、能夠氣密地關(guān)閉容器42的上端開口而且能夠在容器內(nèi)部上下移動地設(shè)置的蓋構(gòu)件43、以及例如蓋構(gòu)件43上設(shè)置的調(diào)整用重錘44。蓋構(gòu)件43借助于自重和上述重錘44的重量以及大氣壓的向下壓力的總和與容器42的內(nèi)壓產(chǎn)生的向上壓力的平衡在容器內(nèi)上下運動。因此蓋構(gòu)件43隨著低熱量氣體的供給量與消耗量的平衡的變化而上下運動。一邊對該蓋構(gòu)件43的上下運動進行監(jiān)視一邊采取將氣體向大氣中排放或減小燃氣輪機負荷等措施。
該氣體量平衡監(jiān)視裝置40是為了抑制熱量變動而使用的。在該容器42上除了上述連通管41外，新連接與低熱量氣體供給配管3連通的路口配管45。在該入口配管45上設(shè)置將低熱量氣體送入容器42的風(fēng)扇39。入口配管45利用連通管41連接于低熱量氣體供給配管3的上游側(cè)，因此借助于考慮壓力損失的配管設(shè)計，上述風(fēng)扇39也可以省略。這對于圖8和圖12所示的上游側(cè)入口配管45也相同。所提供的低熱量氣體的一部分通過入口配管45流入容器42，在容器42內(nèi)低熱量氣體進行混合，相同量的氣體供給上述連通管41從容器42返回低熱量氣體供給配管3。在這種情況下，上述連通管41也可以稱為出口配管。該緩沖容器42連接于構(gòu)成低熱量氣體供給配管3的旁路配管的入口配管45和出口配管41上，換句話說，相對于低熱量氣體供給配管3并列設(shè)置。
圖8表示能夠作為熱量變動抑制手段使用的另一種氣體量平衡監(jiān)視裝置46。這種氣體量平衡監(jiān)視裝置46采取更加經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)，具有利用連通管41與低熱量氣體供給配管3連通的氣密結(jié)構(gòu)的容器46a。容器46a上設(shè)置壓力檢測裝置47，容器46a的內(nèi)壓經(jīng)常受到監(jiān)視?？刂蒲b置50在檢測壓力達到上限區(qū)域時發(fā)出增加設(shè)備內(nèi)的氣體消耗量的指令，以求氣體的供需平衡。其他結(jié)構(gòu)與上述裝置40(圖7)相同，可以作為熱量變動抑制手段充分利用。
圖9表示在熱量變動的低熱量氣體以500000Nm3/hr的流量提供的設(shè)備中，圖7或圖8中的容器42(46a)的容積采用200000m3，利用上述風(fēng)扇39將500000Nm3/hr的流量中的200000Nm3/hr的氣體送入容器42(46a)的情況下的熱量變動的緩和狀態(tài)。圖中虛線表示的曲線表示從直接還原鐵設(shè)備S送來的低熱量氣體的熱量變動(最初變動)。這是上述的實測試樣。以二點鎖線表示的曲線表示從容器42出來，通過上述連通管41的低熱量氣體的熱量變動(過渡變動)的模擬結(jié)果。實線所示的曲線表示從連通管41通過下游側(cè)的低熱量氣體供給配管3的部分到達第1混合器6的氣體的熱量變動(抑制后變動)。與上面所述相同，進入容器42(46a)之前的低熱量氣體的熱量具有平均值(1945kcal/Nm3)的約±21％的變動幅度。但是從容器42(46a)通過連通管41與低熱量氣體供給配管3合流后的氣體的熱量變動是從1690kcal/Nm3到2100kcal/Nm3，變動幅度被抑制在平均值(1895kcal/Nm3)的約±11％以內(nèi)。該數(shù)值是一個例子。
這樣，利用具有容器42(46a)的已有設(shè)備對氣體熱量的變動進行抑制也是可能的。而且在下游側(cè)容易利用空氣對低熱量氣體進行稀釋。還有，在圖7和圖8中，將低熱量氣體送入容器42(46a)的入口配管45，連接于低熱量氣體供給配管3的出口配管41的上游側(cè)，但是并不特別限于這種結(jié)構(gòu)，也可以連接于出口配管41的下游側(cè)。又，兩配管41、45都設(shè)置多支。
圖10表示另一熱量變動抑制手段。該手段在低熱量氣體供給配管3上配設(shè)的，使低熱量氣體的一部分返回低熱量氣體供給配管3的上游側(cè)用的返回配管48。該返回配管48上設(shè)置將低熱量氣體向上游側(cè)壓送的風(fēng)扇49。圖示的返回配管48形成從一個地方的吸引部分叉為多條支管48a后返回原來的低熱量氣體供給配管3的結(jié)構(gòu)，但是也可以由一支返回配管構(gòu)成。又可以在低熱量氣體供給配管3的不同的多個部位上分別設(shè)置一支返回配管。即使是用這樣的手段，低熱量氣體在返回低熱量氣體供給配管3的上游時與新的低熱量氣體混合，緩和熱量變動。為了增大這種作用，將返回配管48的長度加長，加大返回氣體量相對于供給氣體量的體積比例即可。
雖沒有圖示也可以采用將與圖7所示相同的氣體量平衡監(jiān)視裝置40用的緩沖容器42替換為圖1中的內(nèi)部容積固定型的緩沖容器的形態(tài)。也就是說，圖7的緩沖容器42連接于構(gòu)成低熱量氣體供給配管3的旁路配管的入口配管45和連通管41上，但是也可以將該緩沖容器42直接連接于低熱量氣體供給配管3。具體地說，也可以在緩沖容器42上形成的入口上直接連接低熱量氣體供給配管3的上游側(cè)，在出口上直接連接低熱量氣體供給配管3的上游側(cè)。
圖11表示與上述配管形態(tài)實質(zhì)上相同的配管的形態(tài)。圖11的緩沖容器42是與圖7所示相同的氣體量平衡監(jiān)視裝置40用的緩沖容器42。不同點是與低熱量氣體供給配管3連接的配管的形態(tài)。圖11的配管的形態(tài)是，去除圖7的低熱量氣體供給配管3的，從與入口配管45的連結(jié)部到與連通管41的連結(jié)部為止的部分，在去除入口配管45上的風(fēng)扇39的形態(tài)。也就是說，在入口42a上連接上游側(cè)的低熱量氣體供給配管3，在出口42b連接下游側(cè)的低熱量氣體供給配管3。換句話說，將圖1所示的緩沖容器10替換為氣體量平衡監(jiān)視裝置40用的容器42。這樣的配管是將已有的氣體量平衡監(jiān)視裝置40兼用作氣體熱量的變動抑制裝置時容易改造的形態(tài)。
還有，如圖所示，為了對氣體進行攪拌，也可以在該容器42內(nèi)部設(shè)置風(fēng)扇等攪拌裝置51。這是為了以此促進容器內(nèi)的氣體的混合，借助于此，更有效地抑制熱量變動。作為攪拌裝置51的設(shè)置形態(tài)，以能夠使氣體從容器的出口42b的近旁向容器內(nèi)部流動的姿勢設(shè)置于出口42b的近旁，這從氣體有效混合的觀點看來是理想的。這種攪拌裝置51不限于在圖11的容器42中設(shè)置，也可以對其他附圖所示的容器10、42、46a或能夠發(fā)揮熱量抑制效果的其他容器設(shè)置。還有，作為攪拌裝置51的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動設(shè)備的電動機51a等設(shè)置在容器外部是理想的。
圖12也表示與圖7的容器一樣相對于低熱量氣體供給配管3并列設(shè)置的緩沖容器42。如圖所示，在容器42的出口42b和低熱量氣體供給配管3之間連接出口配管41，在容器42的入口42a與低熱量氣體供給配管3的出口配管41的連接部的上游側(cè)之間，設(shè)置入口配管45。因此，將該入口配管45稱為上游側(cè)入口配管。另一方面，在該容器42上形成另一入口52a，在該入口52a上，連接與低熱量氣體供給配管3的出口配管41的連結(jié)部的下游側(cè)上連接的入口配管52。該入口配管52被稱為下游側(cè)入口配管52。兩個入口配管45、52上設(shè)置將低熱量氣體送入容器42的風(fēng)扇39。如圖所示，上游側(cè)入口配管45和下游側(cè)入口配管52在容器42上的連接位置(入口42a、52a)相互接近。
如果采用該結(jié)構(gòu)，低熱量氣體的一部分從低熱量氣體供給配管3的上游側(cè)通過上游側(cè)入口配管45被壓送到容器42，同時，低熱量氣體的一部分從低熱量氣體供給配管3的下游側(cè)通過下游側(cè)入口配管52被壓送到容器42，混合后從出口42b向出口配管41流出。也就是說，熱量變動受到抑制的低熱量氣體的一部分發(fā)生循環(huán)，因此在容器內(nèi)實現(xiàn)了長時間的混合。下游側(cè)入口配管52的長度越長，混合的氣體逗留的時間就變得越長，就能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的混合。上述下游側(cè)入口配管52從低熱量氣體供給配管3的下游側(cè)連接到容器42的入口52a，但是也可以從下游側(cè)連接到低熱量氣體供給配管3的與上游側(cè)供給配管45的連接部的上游側(cè)。
圖13也表示相對于低熱量氣體供給配管3并排設(shè)置的緩沖容器42。如圖所示，在容器42與低熱量氣體供給配管3之間連接著作為出口配管的上述連通管41和下游側(cè)入口配管52。該下游側(cè)入口配管52上設(shè)置將低熱量氣體送往容器42的風(fēng)扇39。
如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使是下游側(cè)入口配管52連接于與低熱量氣體供給配管3的出口配管41的連接部下游側(cè)，低熱量氣體也能夠通過風(fēng)扇39下游側(cè)的入口配管52被送入容器42內(nèi)，混合后從出口42b流出到出口配管41。也就是說，熱量變動受到抑制的低熱量氣體的一部分發(fā)生循環(huán)，因此能夠進行有效混合。而且上述下游側(cè)入口配管52的長度越長，在容器內(nèi)就能夠以越長的時間混合。
圖14所示的容器42具有兩種入口42a、53a。在一入口42a上連接上游側(cè)低熱量氣體供給配管3，在出口42b上連接下游側(cè)低熱量氣體供給配管3，而且在另一入口53a上連接與下游側(cè)低熱量氣體供給配管3連接的返回配管53。兩個入口42a、53a形成在相互接近的位置上。返回配管53上設(shè)置將低熱量氣體送到容器用的風(fēng)扇39。
如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則在容器42中熱量變動受到抑制的低熱量氣體的一部分再度返回容器42再度混合，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的混合。返回配管53的長度越長，被混合的氣體的滯留的時間越長。上述返回配管53從低熱量氣體供給配管3的下游側(cè)連接于容器42的入口53a，但是也可以從下游側(cè)連接于低熱量氣體供給配管3的容器的上游側(cè)。
以上說明的實施形態(tài)中，以使用的低熱量氣體為直接還原制鐵法發(fā)生的氣體副產(chǎn)品為例，但是并不限于此。作為低熱量氣體有高爐氣(BFG)、轉(zhuǎn)爐氣(LDG)、煤層中含有的煤層氣體(Coal mine gas，簡稱CMG)、熔融還原制鐵法發(fā)生的氣體副產(chǎn)品、GTL(Gas-to-Liquid)工藝中發(fā)生的尾氣、從油砂精制油的工藝中伴生的氣體副產(chǎn)品，用等離子體進行垃圾焚燒發(fā)生的氣體，包含含有水分的垃圾的一般廢棄物在其掩埋地發(fā)酵分解過程中產(chǎn)生的甲烷氣體(填埋氣體)以及其他類似的原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)伴隨發(fā)生的氣體副產(chǎn)品等低熱量氣體。當(dāng)然，不用說將上述氣體單獨使用，也包含像BFG與LDG的混合氣體那樣將多種不同種類的氣體混合，結(jié)果其熱量低于約12MJ/Nm3的氣體。
工業(yè)應(yīng)用性如果采用本發(fā)明，這種熱量時時刻刻發(fā)生變化的低熱量氣體利用無窮無盡而且容易得到的氣體稀釋，這樣能夠抑制燃燒溫度的異常上升使其進行持續(xù)穩(wěn)定的燃燒。也就是說，能夠利用低廉的設(shè)備成本和運行成本得到上述效果。
權(quán)利要求
1.一種低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供給燃氣輪機用的低熱量氣體供給通路、連接于該低熱量氣體供給通路上的，向低熱量氣體供給通路提供空氣用的空氣供給通路、配設(shè)于所述低熱量氣體供給通路上的，檢測氣體中的熱量用的熱量檢測裝置、以及根據(jù)該熱量檢測裝置的檢測結(jié)果，能夠控制空氣供給通路的空氣供給動作的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置形成能夠設(shè)定燃氣輪機的燃料氣體的最大允許熱量值，在低熱量氣體的熱量值超過該最大允許熱量設(shè)定值時，從空氣供給通路提供空氣的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，所述低熱量氣體供給通路的與空氣供給通路連接的連接部的下游側(cè)的部位上，配設(shè)氧濃度檢測裝置，所述控制裝置形成根據(jù)氧濃度檢測裝置的檢測結(jié)果能夠控制空氣供給通路的空氣供給動作的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置形成能夠以根據(jù)從低熱量氣體與空氣的混合比得到的低熱量氣體的可燃界限信息設(shè)定的空氣的允許混合體積比例為基準，控制空氣供給通路的空氣供給量的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述低熱量氣體供給通路上連接提供不活潑氣體用的不活潑氣體供給通路，所述控制裝置形成能夠根據(jù)氧濃度檢測裝置的檢測結(jié)果，控制不活潑氣體供給通路的不活潑氣體供給動作的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述低熱量氣體供給通路上連接提供不活潑氣體用的不活潑氣體供給通路，所述控制裝置形成能夠在利用空氣供給通路對低熱量氣體供給通路供給空氣的狀態(tài)下，根據(jù)熱量檢測裝置的檢測結(jié)果控制不活潑氣體供給通路的不活潑氣體供給動作的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述低熱量氣體供給通路上配設(shè)暫時貯存低熱量氣體的第1容器，該第1容器具有入口和出口，在入口上連接低熱量氣體的供給通路的上游側(cè)，在出口上連接低熱量氣體供給通路的下游側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述低熱量氣體供給通路上配設(shè)暫時貯存低熱量氣體的第2容器，在低熱量氣體供給通路與所述第2容器之間，配設(shè)將低熱量氣體從低熱量氣體供給通路送入第2容器的氣體入口通路、以及將低熱量氣體從第2容器送回低熱量氣體供給通路的出口通路，在所述入口通路上配設(shè)將低熱量氣體向第2容器壓送的第1氣體壓送裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在上述低熱量氣體供給通路上配設(shè)使提供的低熱量氣體的一部分返回該低熱量氣體供給通路的上游側(cè)的返回通路，在該返回通路上配設(shè)將低熱量氣體向低熱量氣體供給通路的上游側(cè)壓送的第2氣體壓送裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，具備在所述空氣供給通路上配設(shè)的，能夠切斷和開通該通路的空氣切斷裝置、以及配設(shè)于該空氣切斷裝置的上游側(cè)的空氣放出裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，具備在所述不活潑氣體供給通路上配設(shè)的，能夠切斷和開通該通路的不活潑氣體切斷裝置、以及在該不活潑氣體切斷裝置的上游側(cè)配設(shè)的不活潑氣體放出裝置。
12.一種燃氣輪機設(shè)備，其特征在于，具備燃氣輪機、以及對該燃氣輪機提供低熱量氣體作為燃料氣體用的低熱量氣體供給設(shè)備，該低熱量氣體供給設(shè)備就是權(quán)利要求1～11中的任一項所述的低熱量氣體供給設(shè)備。
13.一種用作燃氣輪機燃料的低熱量氣體的熱量上升抑制方法，其特征在于，包含測定作為燃料氣體提供給燃氣輪機的低熱量氣體的熱量的熱量測量步驟、以及在該測量結(jié)果超過設(shè)定的允許的熱量值時，將稀釋用的空氣混入上述低熱量氣體中的混入空氣的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱量上升抑制方法，其特征在于，所述混入空氣的步驟包含測量低熱量氣體與空氣的混合氣體的氧濃度的步驟、以及調(diào)整空氣混合量，使該測量結(jié)果不超過從低熱量氣體的可燃界限信息得到的允許設(shè)定的空氣含有率的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱量上升抑制方法，其特征在于，還包含在判斷為即使最大限度提供空氣上述熱量測量結(jié)果也不低于允許設(shè)定的熱量值時，將不活潑氣體混入低熱量氣體中的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱量上升抑制方法，其特征在于，還包含在判斷為如果減少空氣混入量則上述混合氣體的熱量超過允許設(shè)定的熱量值，如果使其增大，則超過允許設(shè)定的空氣含有率時，使空氣混入量減少，同時將不活潑氣體提供給低熱量氣體的步驟。
17.一種低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供用的低熱量氣體供給通路、以及設(shè)置于所述低熱量氣體供給通路上，暫時貯存低熱量氣體的容器；該容器具有氣體從低熱量氣體供給通路流入容器內(nèi)用的入口和氣體從容器向低熱量氣體供給通路流出的出口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述入口上連接低熱量氣體供給通路的上游側(cè)，在出口上連接低熱量氣體供給通路的下游側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在低熱量氣體供給通路與所述容器之間，配設(shè)將低熱量氣體從低熱量氣體供給通路通過所述入口送入容器的氣體入口通路和將低熱量氣體從容器通過所述出口送回低熱量氣體供給通路的出口通路；在所述入口通路上配設(shè)將低熱量氣體向容器壓送的氣體壓送裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述容器上游側(cè)的低熱量氣體供給通路與容器下游側(cè)的低熱量氣體供給通路之間連接返回通路；在該返回通路上設(shè)置將燃料氣體向容器上游側(cè)的低熱量氣體供給通路壓送的氣體壓送裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述低熱量氣體供給通路的與出口通路的連接點的下游側(cè)，和在所述低熱量氣體供給通路的與入口通路的連接點的上游側(cè)之間，連接返回通路；在該返回通路上設(shè)置將燃料氣體向上游側(cè)低熱量氣體供給通路壓送的氣體壓送裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，在所述容器內(nèi)部設(shè)置攪拌氣體用的攪拌裝置。
23.一種低熱量氣體供給設(shè)備，其特征在于，具備將低熱量氣體作為燃料氣體提供用的低熱量氣體供給通路、以及在所述低熱量氣體供給通路的上游部分與下游部分之間連接的返回通路，在該返回通路上設(shè)置將流過低熱量氣體供給通路的氣體的一部分從低熱量氣體供給通路的下游部分向上游部分壓送的氣體壓送裝置。
全文摘要
本發(fā)明的低熱量氣體供給設(shè)備能抑制低熱量氣體的熱量的急劇上升，將其作為穩(wěn)定的燃氣輪機用燃料提供。該設(shè)備具備將低熱量氣體提供給燃氣輪機(2)的低熱量氣體供給配管(3)、向低熱量氣體供給配管(3)提供空氣的空氣供給配管(4)、配設(shè)于低熱量氣體供給配管(3)與空氣供給配管(4)的連結(jié)部的第1混合器(6)、配設(shè)于低熱量氣體供給配管(3)上，檢測氣體中的熱量的卡路里計(11)、設(shè)置于低熱量氣體供給配管(3)的上述第1混合器(6)下游側(cè)的氧濃度計(15)、以及控制裝置(50)；控制裝置(50)在卡路里計(11)的檢測值超過基準值時能夠控制從空氣供給配管(4)提供空氣，根據(jù)氧濃度計(15)的檢測結(jié)果，使空氣比例在不在低熱量氣體的可燃界限內(nèi)。
文檔編號F02C7/22GK101023256SQ200580031500
公開日2007年8月22日 申請日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者佐香正明, 大田秀明 申請人:川崎重工業(yè)株式會社