ガスタービンの運転のための方法及び該方法の実施のための複合サイクル発電プラント
本発明は、順次燃焼式のガスタービン（ＧＴ）の運転のための方法に関し、ガスタービンは、少なくとも１つの圧縮機（１２，１３）、第１の燃焼室（１４）及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン（１５）、並びに第２の燃焼室（１６）及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービン（１７）を含み、圧縮機（１２，１３）は空気を吸い込んで該空気を圧縮し、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために第１の燃焼室（１４）に供給され、第１のタービン（１５）から流出するガスは第２の燃料の燃焼のために第２の燃焼室（１６）に供給される。このような方法において、第１の燃料及び第２の燃料として互いに異なる燃料を用いることによって、運転における高い融通性及び確実性を達成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、順次燃焼式のガスタービンの運転のための方法であって、ガスタービンは、少なくとも１つの圧縮機、第１の燃焼室及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン、並びに第２の燃焼室及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービンを含んでおり、圧縮機は空気を吸い込んで該空気を圧縮し、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために第１の燃焼室に供給され、かつ第１のタービンから流出するガスは第２の燃料の燃焼のために第２の燃焼室に供給されるようになっている形式のもの、該方法をガス化機能付きの複合サイクル発電プラントに使用する方法、並びに前記方法の実施のためのガス化機能付きの複合サイクル発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス化機能付き（IGCC[Integrated Gasification Combined Cycle]）の複合サイクル発電プラントは一般的に合成のガス（合成ガス若しくはMbtu ガス）を用いて運転され、合成のガスは石炭、バイオマス若しくは別の燃料をガス化することによって生成される（例えばUS-A-5901547号明細書、参照）。発電プラントの利用可能性を改善して、連続的な発電を達成するために、一般的にガス化装置の整備中には天然ガスか液体燃料による補助運転を必要としている。
【０００３】
IGCC-発電プラントは一般的に補助燃料、例えば天然ガス若しくは油（オイル）で始動され、次いでガス化装置が運転されると合成ガスに切り換えられる。補助ガスから合成ガスへの燃料切り換え（FSWO[Fuel Switch Over]）は、一般的に負荷変動、脈動及びフラッシュバック（逆火）のおそれを伴う複雑な移行プロセスである。さらにガスタービンの燃料切り換え中の停止のおそれは最大である。
【０００４】
ガスタービンの１つの燃焼室内で複数の各バーナーグループのための燃料を個別に切り換えて、負荷変動の程度及び停止のおそれを減少させることは可能である。このようなグループ毎の運転は、混合燃焼にも用いられ、この場合に個別のバーナーグループは異なる燃料組成で、例えば合成ガス／油若しくは合成ガス／天然ガスで運転される。
【０００５】
前述の運転における欠点として、逆火及び脈動のおそれが、同一の燃焼室の各バーナーにおける異なる燃料による異なる火炎形状及び圧力低下率に基づき高くなっている。
【０００６】
ガスタービンはすでに公知であり（US-A-5577378号明細書、若しくはA.Ergolu et al, Einwicklung des sequentiellen Verbrennungssystem fuer die Gasturbinenfamilie GT24/GT26,ABB Technik 4/1998,S.4-16(1998)（A.Ergolu氏ほかの、タービン群のための順次燃焼式の燃焼システムの開発））、第２の燃焼室による再加熱で作動するようになっている。単段式の燃焼と異なって、第２の燃焼室による再加熱での順次燃焼においては、各燃焼室を異なる燃料で作動させることが可能である。順次燃焼式のガスタービンは、IGCC-発電プラント内で、新たな形式の始動、運転及び混合燃焼を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】US-A-5577378号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.Ergolu et al, Einwicklung des sequentiellen Verbrennungssystem fuer die Gasturbinenfamilie GT24/GT26,ABB Technik 4/1998,S.4-16(1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ガスタービンの運転のための方法及び該方法の実施のための複合サイクル発電プラントを改善して、従来の手段の欠点を避けて、特に移行段階若しくは切り換え段階においても極めて安定した融通性のある運転を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は請求項１、７及び８に記載の手段によって解決される。本発明にとって重要なことは、ガスタービンの両方の燃焼室を、異なる燃料によって順次に（少なくとも部分的に）燃焼させて運転し、この場合に異なる燃料による運転は特に移行領域、例えば始動段階でも行われるようになっている。
【００１１】
本発明に基づく方法は、第１の燃料及び第２の燃料として合成ガス、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の１つの燃料を用いることを特徴としている。このような燃料の組合せにより、ガスタービンにとって、広い使用領域及び支障若しくは中断のない極めてフレキシブルな運転を可能にしている。本明細書において、Ａ及び／又はＢなる記載は、ＡとＢの少なくともいずれか一方を意味している。 本発明に基づく方法の実施態様では、第１の燃焼室及び／又は第２の燃焼室は、バーナーの複数のグループ（バーナーグループ）を有しており、燃焼室内の各バーナーグループは互いに異なる燃料で作動される。
【００１２】
有利な実施態様では、ガスタービンの始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室を、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の、補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービンがベース負荷の予め規定された所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、かつ第２のステップで付加的に第２の燃焼室を第２の燃料としての合成ガスで、ベース負荷が達成されるまで作動させる。有利には、第２のステップで第１の燃焼室（１４）は合成ガスでの運転に切り換えられる。
【００１３】
別の実施態様では、第２の燃焼室は、バーナーの複数のグループ（バーナーグループ）を有しており、ガスタービンの始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室を、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービンがベース負荷の予め規定された所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、かつ第２のステップで付加的に第２の燃焼室を、まず天然ガス及び液体燃料、特に油からなるグループ内の補助燃料と合成ガスとの組合せで作動させ、この場合に合成ガスと補助燃料とは互いに異なるバーナーグループ内で燃焼させられ、次いで第２の燃焼室は第３のステップでは完全に合成ガスで作動される。
【００１４】
本発明に基づく複合サイクル発電プラントの実施態様では、第１の燃焼室及び／又は第２の燃焼室は、個別に燃料の供給を受けるようになっている複数のバーナーグループを有しており、該各バーナーグループは選択的に、燃料分配装置を介して個別的に燃料供給部及び／又はガス化装置の出口に接続されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に基づく複合サイクル発電プラントの実施例の概略的な回路図
【図２】第１の燃焼室内の温度（Ｔ1）の推移及び圧縮機における調節可能な入口案内コック（VIGV）の調節位置を、図１のガスタービンの急速運転時の負荷（Ｌ、ベース負荷ＢＬに対する％）にわたって示す線図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に基づく複合サイクル発電プラント（複合サイクル発電装置）の概略的な回路図である。複合サイクル発電プラント１０は、ガスタービンＧＴを含んでおり、ガスタービンＧＴは軸１８上に低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１３、高圧タービン１５及び低圧タービン１７を有していて、発電機１１を駆動するようになっている。第１の燃焼室１４からの高温ガスは、高圧タービン１５内で膨張し、次いで第２の燃焼室１６内へ導かれ、そこで引き続き燃焼し、生じた高温の排ガスは低圧タービン１７内で膨張するようになっている。低圧タービン１７から流出する排ガスは、排ガスボイラー２１へ送られて、該排ガスボイラー（排熱回収ボイラー）に接続された水・蒸気回路２９内で蒸気タービン（図示省略）のための蒸気を形成するようになっている。冷却された排ガスは、最終的に排ガス出口２２を介してフィルター機能のある排気筒若しくは類似のものに放出される。
【００１８】
第１の燃焼室１４は高圧圧縮機１３から圧縮された燃焼空気を受けるようになっており、燃焼空気は低圧圧縮機１２によって空気入口２３を介して吸い込まれて予め圧縮されたものである。高圧圧縮機１３で圧縮された燃焼空気は、高圧圧縮機１３の出口（必要に応じて中間段）で分流（分岐）されて、高圧・貫流冷却器１９内で冷却されて、冷却空気として第１の燃焼室１４及び高圧タービン１５に送られるようになっている。低圧圧縮機１２で圧縮（予備圧縮若しくは予圧）された空気も、同様に低圧圧縮機１２の出口（必要に応じて中間段）で分流されて、低圧・貫流冷却器２０内で冷却されて、冷却空気として第２の燃焼室１６に送られるようになっている。
【００１９】
第１の燃焼室１４は、それぞれ複数のバーナーから成る複数のバーナーグループ１４ａ，１４ｂを有しており、各バーナーグループ（バーナーグ群若しくはバーナーユニット）はそれぞれ独立して作動（運転）され、かつそれぞれ異なる種類の燃料を供給されるようになっていてよいものである。第２の燃焼室１６も、それぞれ複数のバーナーから成る複数のバーナーグループ１６ａ，１６ｂを有しており、各バーナーグループ（バーナーグ群若しくはバーナーユニット）はそれぞれ独立して作動され、かつそれぞれ異なる種類の燃料を供給されるようになっていてよいものである。バーナーグループ１４ａ，ｂ及び１６ａ，ｂは図１には概略的に示して、個別の炎で表してある。
【００２０】
複合サイクル発電プラント１０は、ガスタービンＧＴ、水・蒸気回路２９及び付属の蒸気タービンのほかに、ガス化装置２４を含んでおり、該ガス化装置内では石炭、バイオマス若しくは合成の燃料ガスに転換可能なほかの原料がガス化されるようになっている。
【００２１】
ガス化装置２４は図１には概略的に簡単なボックスとして示してあるものの、実際には複数の構成部分、複合サイクル発電プラント１０のほかの構成部分への接続部、酸素の発生及び供給、並びに発生したガスの清浄のために用いられる構成部分等を含んでいる。
ガス化装置２４は第１の燃料供給部２７を介して適切な原料（石炭等）を供給され、発生した合成ガスを、必要に応じて一時貯蔵部を介してガスタービンＧＴに供給するようになっている。ガスタービンＧＴはさらに第２の燃料供給部２８を介して第２の燃料として天然ガス若しくは液体燃料、例えば油を供給されるようになっており、該第２の燃料は特に運転の補助（支援又は促進）のために用いられるようになっている。
【００２２】
ガス化機能を有する複合サイクル発電プラント１０に用いられる順次に燃焼可能なガスタービンＧＴの極めて柔軟な運転を可能にするために、ガスタービンＧＴの両方の燃焼室１４，１６は選択的に、ガス化装置２４からの合成ガスで作動されるか、若しくは第２の燃料供給部２８を介して供給される補助燃料で作動されるようになっているだけではなく、各燃焼室１４，１６は制御されて同時に両方の燃料で作動されるようにもなっている。このために、燃焼室１４，１６の個別のバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂは選択的にそれぞれ一種類の燃料で作動されるようになっている。このために、（図１に例として示してある）制御可能若しくは切り換え可能な燃料分配装置２５，２６を設けてあり、該燃料分配装置は入口側でガス化装置２４及び第２の燃料供給部２８の出口に接続され、かつ出口側で燃焼室１４，１６の個別のバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに接続されている。燃料分配装置２５，２６内には例えば制御可能な複数の弁を配置してあり、該各弁は、両方の燃料のうちの一方を所定の量でそれぞれ１つのバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに導くために、開閉され、若しくは切り換えられるようになっている。
【００２３】
ガスタービンＧＴの上述の構成並びにガスタービンＧＴへの燃料供給の上述の手段により、IGCC-発電装置において、新規な燃料切り換え（FSWO）並びに二種類の燃料の適切な組合せによる供給を可能にしている。ガスタービンＧＴ内の両方の燃焼室１４，１６の位置的な分離により、各燃焼室内でそれぞれ異なる燃料を燃焼させることができ、負荷変動、脈動若しくは逆火のおそれはなくなっている。１つの燃焼室を合成ガスで作動させるのに対して、別の燃焼室を天然ガス若しくは液体燃料で作動させることができ、各燃料は所定の量で供給される。
【００２４】
ガスタービンＧＴを急速に運転するために、第１の燃焼室１４を天然ガス若しくは液体燃料で所定の負荷（Ｌ）まで作動させ、次いで第２の燃焼室１６をもっぱら合成ガスで作動させることも可能である。図２において、前述の作動状態（運転状態）のための上側の特性線Ａは第１の燃焼室１４内の温度Ｔ１を示しており、第１の燃焼室１４は、ベース負荷ＢＬの約３３％の負荷までは補助燃料（天然ガス若しくは油）で作動され、この場合に燃焼室内の温度は約１５％の負荷まで上昇して、次いで一定に保たれる。３３％の負荷からは第２の燃焼室１６をも合成ガスで作動させるようになっている。下側の破線の特性線Ｂは調節可能な入口案内コック（VIGV[Variable Inlet Guide Vanes]）の開口を示している。これによって付加的な確実性を達成しており、それというのは両方の燃焼室１４，１６は異なる同一の燃料で常に一様に作動され、主燃料と補助燃料とは相互に混合されないからである。次いでガスタービンＧＴは高い負荷まで急速運転され、そこで第１の燃焼室１４は、大きな変動を生ぜしめることなく合成ガスに切り換えられる。
【００２５】
３３％の負荷から第２の燃焼室を補助燃料で作動させることも可能である。さらに、第２の燃焼室１６内の複数のバーナーグループ１６ａ，１６ｂのうちの１つを合成ガスで作動させるのに対して、バーナーグループ１６ａ，１６ｂのうちの別の１つを補助燃料で作動させることも可能である。これによって、再熱燃焼室は極めて低い負荷時に問題なく作動されるのに対して、ガス化装置は徐々に始動されて合成ガスを生成し始めるようになっている。
【００２６】
全体的に本発明は次のような特徴及び利点を有しており、すなわち、
順次燃焼式のガスタービンＧＴにおいて、互いに異なる少なくとも２つの燃焼室は、例えば合成ガス、天然ガス若しくは液体燃料（油）のような互いに異なる燃料で作動され得る。
個々の燃焼室内には複数の独立のバーナーグループを設けることができ、各バーナーグループは互いに異なる燃料で付加的に作動される。
ガスタービンは、補助燃料による第１の燃焼室の作動によって、つまり第１の燃焼室内で補助燃料を燃焼させることによって始動されて、約３３％の負荷まで急速運転される。次いで第２の燃焼室はまず合成ガスで作動させられ、最終的に高負荷時に第１の燃焼室は合成ガスに切り換えられる。
別の例では、第２の燃焼室の独立の複数のバーナーグループは並列的に若しくは互いに同時に合成ガスと補助燃料とで作動される。合成ガスが十分に生じている場合には第２の燃焼室は完全に合成ガスに切り換えられる。
燃焼室を互いに異なる燃料で独立して作動させることによって、運転の大きな融通性を達成している。
その都度１つの燃焼室内で異なる複数の燃料を広い範囲で調節して同時に燃焼させることによって、高い利用度を達成している。
手段は極めて簡単である。
燃料切り換えの際の脈動のおそれは極めて小さくなっている。
さらに燃料切り換えの際の逆火のおそれも極めて小さくなっている。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 複合サイクル発電プラント、 １１ 発電機、 １２ 低圧圧縮機、 １３ 高圧圧縮機、 １４ 燃焼室、 １５ 高圧タービン、 １６ 燃焼室、 １７ 低圧タービン、 １８ 軸、 １９，２０ 貫流冷却器、 ２１ 排ガスボイラー、 ２２ 排ガス出口、 ２３ 空気入口、 ２４ ガス化装置、 ２５，２６ 燃料分配装置、 ２７ 燃料供給部、 ２９ 水・蒸気回路、 ＧＴ ガスタービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、順次燃焼式のガスタービンの運転のための方法であって、ガスタービンは、少なくとも１つの圧縮機、第１の燃焼室及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン、並びに第２の燃焼室及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービンを含んでおり、圧縮機は空気を吸い込んで該空気を圧縮し、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために第１の燃焼室に供給され、かつ第１のタービンから流出するガスは第２の燃料の燃焼のために第２の燃焼室に供給されるようになっている形式のもの、該方法をガス化機能付きの複合サイクル発電プラントに使用する方法、並びに前記方法の実施のためのガス化機能付きの複合サイクル発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス化機能付き（IGCC[Integrated Gasification Combined Cycle]）の複合サイクル発電プラントは一般的に合成のガス（合成ガス若しくはMbtu ガス）を用いて運転され、合成のガスは石炭、バイオマス若しくは別の燃料をガス化することによって生成される（例えばUS-A-5901547号明細書、参照）。発電プラントの利用可能性を改善して、連続的な発電を達成するために、一般的にガス化装置の整備中には天然ガスか液体燃料による補助運転を必要としている。
【０００３】
IGCC-発電プラントは一般的に補助燃料、例えば天然ガス若しくは油（オイル）で始動され、次いでガス化装置が運転されると合成ガスに切り換えられる。補助ガスから合成ガスへの燃料切り換え（FSWO[Fuel Switch Over]）は、一般的に負荷変動、脈動及びフラッシュバック（逆火）のおそれを伴う複雑な移行プロセスである。さらにガスタービンの燃料切り換え中の停止のおそれは最大である。
【０００４】
ガスタービンの１つの燃焼室内で複数の各バーナーグループのための燃料を個別に切り換えて、負荷変動の程度及び停止のおそれを減少させることは可能である。このようなグループ毎の運転は、混合燃焼にも用いられ、この場合に個別のバーナーグループは異なる燃料組成で、例えば合成ガス／油若しくは合成ガス／天然ガスで運転される。
【０００５】
前述の運転における欠点として、逆火及び脈動のおそれが、同一の燃焼室の各バーナーにおける異なる燃料による異なる火炎形状及び圧力低下率に基づき高くなっている。
【０００６】
ガスタービンはすでに公知であり（US-A-5577378号明細書、若しくはA.Ergolu et al, Einwicklung des sequentiellen Verbrennungssystem fuer die Gasturbinenfamilie GT24/GT26,ABB Technik 4/1998,S.4-16(1998)（A.Ergolu氏ほかの、タービン群のための順次燃焼式の燃焼システムの開発））、第２の燃焼室による再加熱で作動するようになっている。単段式の燃焼と異なって、第２の燃焼室による再加熱での順次燃焼においては、各燃焼室を異なる燃料で作動させることが可能である。順次燃焼式のガスタービンは、IGCC-発電プラント内で、新たな形式の始動、運転及び混合燃焼を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】US-A-5577378号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.Ergolu et al, Einwicklung des sequentiellen Verbrennungssystem fuer die Gasturbinenfamilie GT24/GT26,ABB Technik 4/1998,S.4-16(1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ガスタービンの運転のための方法及び該方法の実施のための複合サイクル発電プラントを改善して、従来の手段の欠点を避けて、特に移行段階若しくは切り換え段階においても極めて安定した融通性のある運転を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は請求項１、７及び８に記載の手段によって解決される。本発明にとって重要なことは、ガスタービンの両方の燃焼室を、異なる燃料によって順次に（少なくとも部分的に）燃焼させて運転し、この場合に異なる燃料による運転は特に移行領域、例えば始動段階でも行われるようになっている。
【００１１】
本発明に基づく方法は、第１の燃料及び第２の燃料として合成ガス、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の１つの燃料を用いることを特徴としている。このような燃料の組合せにより、ガスタービンにとって、広い使用領域及び支障若しくは中断のない極めてフレキシブルな運転を可能にしている。本明細書において、Ａ及び／又はＢなる記載は、ＡとＢの少なくともいずれか一方を意味している。 本発明に基づく方法の実施態様では、第１の燃焼室及び／又は第２の燃焼室は、バーナーの複数のグループ（バーナーグループ）を有しており、燃焼室内の各バーナーグループは互いに異なる燃料で作動される。
【００１２】
有利な実施態様では、ガスタービンの始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室を、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の、補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービンがベース負荷の予め規定された所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、かつ第２のステップで付加的に第２の燃焼室を第２の燃料としての合成ガスで、ベース負荷が達成されるまで作動させる。有利には、第２のステップで第１の燃焼室（１４）は合成ガスでの運転に切り換えられる。
【００１３】
別の実施態様では、第２の燃焼室は、バーナーの複数のグループ（バーナーグループ）を有しており、ガスタービンの始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室を、天然ガス及び液体燃料、殊に油からなるグループ内の補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービンがベース負荷の予め規定された所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、かつ第２のステップで付加的に第２の燃焼室を、まず天然ガス及び液体燃料、特に油からなるグループ内の補助燃料と合成ガスとの組合せで作動させ、この場合に合成ガスと補助燃料とは互いに異なるバーナーグループ内で燃焼させられ、次いで第２の燃焼室は第３のステップでは完全に合成ガスで作動される。
【００１４】
本発明に基づく複合サイクル発電プラントの実施態様では、第１の燃焼室及び／又は第２の燃焼室は、個別に燃料の供給を受けるようになっている複数のバーナーグループを有しており、該各バーナーグループは選択的に、燃料分配装置を介して個別的に燃料供給部及び／又はガス化装置の出口に接続されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に基づく複合サイクル発電プラントの実施例の概略的な回路図
【図２】第１の燃焼室内の温度（Ｔ1）の推移及び圧縮機における調節可能な入口案内コック（VIGV）の調節位置を、図１のガスタービンの急速運転時の負荷（Ｌ、ベース負荷ＢＬに対する％）にわたって示す線図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に基づく複合サイクル発電プラント（複合サイクル発電装置）の概略的な回路図である。複合サイクル発電プラント１０は、ガスタービンＧＴを含んでおり、ガスタービンＧＴは軸１８上に低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１３、高圧タービン１５及び低圧タービン１７を有していて、発電機１１を駆動するようになっている。第１の燃焼室１４からの高温ガスは、高圧タービン１５内で膨張し、次いで第２の燃焼室１６内へ導かれ、そこで引き続き燃焼し、生じた高温の排ガスは低圧タービン１７内で膨張するようになっている。低圧タービン１７から流出する排ガスは、排ガスボイラー２１へ送られて、該排ガスボイラー（排熱回収ボイラー）に接続された水・蒸気回路２９内で蒸気タービン（図示省略）のための蒸気を形成するようになっている。冷却された排ガスは、最終的に排ガス出口２２を介してフィルター機能のある排気筒若しくは類似のものに放出される。
【００１８】
第１の燃焼室１４は高圧圧縮機１３から圧縮された燃焼空気を受けるようになっており、燃焼空気は低圧圧縮機１２によって空気入口２３を介して吸い込まれて予め圧縮されたものである。高圧圧縮機１３で圧縮された燃焼空気は、高圧圧縮機１３の出口（必要に応じて中間段）で分流（分岐）されて、高圧・貫流冷却器１９内で冷却されて、冷却空気として第１の燃焼室１４及び高圧タービン１５に送られるようになっている。低圧圧縮機１２で圧縮（予備圧縮若しくは予圧）された空気も、同様に低圧圧縮機１２の出口（必要に応じて中間段）で分流されて、低圧・貫流冷却器２０内で冷却されて、冷却空気として第２の燃焼室１６に送られるようになっている。
【００１９】
第１の燃焼室１４は、それぞれ複数のバーナーから成る複数のバーナーグループ１４ａ，１４ｂを有しており、各バーナーグループ（バーナーグ群若しくはバーナーユニット）はそれぞれ独立して作動（運転）され、かつそれぞれ異なる種類の燃料を供給されるようになっていてよいものである。第２の燃焼室１６も、それぞれ複数のバーナーから成る複数のバーナーグループ１６ａ，１６ｂを有しており、各バーナーグループ（バーナーグ群若しくはバーナーユニット）はそれぞれ独立して作動され、かつそれぞれ異なる種類の燃料を供給されるようになっていてよいものである。バーナーグループ１４ａ，ｂ及び１６ａ，ｂは図１には概略的に示して、個別の炎で表してある。
【００２０】
複合サイクル発電プラント１０は、ガスタービンＧＴ、水・蒸気回路２９及び付属の蒸気タービンのほかに、ガス化装置２４を含んでおり、該ガス化装置内では石炭、バイオマス若しくは合成の燃料ガスに転換可能なほかの原料がガス化されるようになっている。
【００２１】
ガス化装置２４は図１には概略的に簡単なボックスとして示してあるものの、実際には複数の構成部分、複合サイクル発電プラント１０のほかの構成部分への接続部、酸素の発生及び供給、並びに発生したガスの清浄のために用いられる構成部分等を含んでいる。
ガス化装置２４は第１の燃料供給部２７を介して適切な原料（石炭等）を供給され、発生した合成ガスを、必要に応じて一時貯蔵部を介してガスタービンＧＴに供給するようになっている。ガスタービンＧＴはさらに第２の燃料供給部２８を介して第２の燃料として天然ガス若しくは液体燃料、例えば油を供給されるようになっており、該第２の燃料は特に運転の補助（支援又は促進）のために用いられるようになっている。
【００２２】
ガス化機能を有する複合サイクル発電プラント１０に用いられる順次に燃焼可能なガスタービンＧＴの極めて柔軟な運転を可能にするために、ガスタービンＧＴの両方の燃焼室１４，１６は選択的に、ガス化装置２４からの合成ガスで作動されるか、若しくは第２の燃料供給部２８を介して供給される補助燃料で作動されるようになっているだけではなく、各燃焼室１４，１６は制御されて同時に両方の燃料で作動されるようにもなっている。このために、燃焼室１４，１６の個別のバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂは選択的にそれぞれ一種類の燃料で作動されるようになっている。このために、（図１に例として示してある）制御可能若しくは切り換え可能な燃料分配装置２５，２６を設けてあり、該燃料分配装置は入口側でガス化装置２４及び第２の燃料供給部２８の出口に接続され、かつ出口側で燃焼室１４，１６の個別のバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに接続されている。燃料分配装置２５，２６内には例えば制御可能な複数の弁を配置してあり、該各弁は、両方の燃料のうちの一方を所定の量でそれぞれ１つのバーナーグループ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに導くために、開閉され、若しくは切り換えられるようになっている。
【００２３】
ガスタービンＧＴの上述の構成並びにガスタービンＧＴへの燃料供給の上述の手段により、IGCC-発電装置において、新規な燃料切り換え（FSWO）並びに二種類の燃料の適切な組合せによる供給を可能にしている。ガスタービンＧＴ内の両方の燃焼室１４，１６の位置的な分離により、各燃焼室内でそれぞれ異なる燃料を燃焼させることができ、負荷変動、脈動若しくは逆火のおそれはなくなっている。１つの燃焼室を合成ガスで作動させるのに対して、別の燃焼室を天然ガス若しくは液体燃料で作動させることができ、各燃料は所定の量で供給される。
【００２４】
ガスタービンＧＴを急速に運転するために、第１の燃焼室１４を天然ガス若しくは液体燃料で所定の負荷（Ｌ）まで作動させ、次いで第２の燃焼室１６をもっぱら合成ガスで作動させることも可能である。図２において、前述の作動状態（運転状態）のための上側の特性線Ａは第１の燃焼室１４内の温度Ｔ１を示しており、第１の燃焼室１４は、ベース負荷ＢＬの約３３％の負荷までは補助燃料（天然ガス若しくは油）で作動され、この場合に燃焼室内の温度は約１５％の負荷まで上昇して、次いで一定に保たれる。３３％の負荷からは第２の燃焼室１６をも合成ガスで作動させるようになっている。下側の破線の特性線Ｂは調節可能な入口案内コック（VIGV[Variable Inlet Guide Vanes]）の開口を示している。これによって付加的な確実性を達成しており、それというのは両方の燃焼室１４，１６は異なる同一の燃料で常に一様に作動され、主燃料と補助燃料とは相互に混合されないからである。次いでガスタービンＧＴは高い負荷まで急速運転され、そこで第１の燃焼室１４は、大きな変動を生ぜしめることなく合成ガスに切り換えられる。
【００２５】
３３％の負荷から第２の燃焼室を補助燃料で作動させることも可能である。さらに、第２の燃焼室１６内の複数のバーナーグループ１６ａ，１６ｂのうちの１つを合成ガスで作動させるのに対して、バーナーグループ１６ａ，１６ｂのうちの別の１つを補助燃料で作動させることも可能である。これによって、再熱燃焼室は極めて低い負荷時に問題なく作動されるのに対して、ガス化装置は徐々に始動されて合成ガスを生成し始めるようになっている。
【００２６】
全体的に本発明は次のような特徴及び利点を有しており、すなわち、
順次燃焼式のガスタービンＧＴにおいて、互いに異なる少なくとも２つの燃焼室は、例えば合成ガス、天然ガス若しくは液体燃料（油）のような互いに異なる燃料で作動され得る。
個々の燃焼室内には複数の独立のバーナーグループを設けることができ、各バーナーグループは互いに異なる燃料で付加的に作動される。
ガスタービンは、補助燃料による第１の燃焼室の作動によって、つまり第１の燃焼室内で補助燃料を燃焼させることによって始動されて、約３３％の負荷まで急速運転される。次いで第２の燃焼室はまず合成ガスで作動させられ、最終的に高負荷時に第１の燃焼室は合成ガスに切り換えられる。
別の例では、第２の燃焼室の独立の複数のバーナーグループは並列的に若しくは互いに同時に合成ガスと補助燃料とで作動される。合成ガスが十分に生じている場合には第２の燃焼室は完全に合成ガスに切り換えられる。
燃焼室を互いに異なる燃料で独立して作動させることによって、運転の大きな融通性を達成している。
その都度１つの燃焼室内で異なる複数の燃料を広い範囲で調節して同時に燃焼させることによって、高い利用度を達成している。
手段は極めて簡単である。
燃料切り換えの際の脈動のおそれは極めて小さくなっている。
さらに燃料切り換えの際の逆火のおそれも極めて小さくなっている。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 複合サイクル発電プラント、 １１ 発電機、 １２ 低圧圧縮機、 １３ 高圧圧縮機、 １４ 燃焼室、 １５ 高圧タービン、 １６ 燃焼室、 １７ 低圧タービン、 １８ 軸、 １９，２０ 貫流冷却器、 ２１ 排ガスボイラー、 ２２ 排ガス出口、 ２３ 空気入口、 ２４ ガス化装置、 ２５，２６ 燃料分配装置、 ２７ 燃料供給部、 ２９ 水・蒸気回路、 ＧＴ ガスタービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次燃焼式のガスタービン（ＧＴ）の運転のための方法であって、ガスタービン（ＧＴ）は、少なくとも１つの圧縮機（１２，１３）、第１の燃焼室（１４）及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン（１５）、並びに第２の燃焼室（１６）及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービン（１７）を含んでおり、前記圧縮機（１２，１３）は空気を吸い込んで該空気を圧縮し、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために前記第１の燃焼室（１４）に供給され、かつ前記第１のタービン（１５）から流出するガスは第２の燃料の燃焼のために前記第２の燃焼室（１６）に供給されるようになっている形式のものにおいて、第１の燃料及び第２の燃料として互いに異なる燃料を用いることを特徴とする、ガスタービンの運転のための方法。
【請求項２】
第１の燃料及び第２の燃料として、合成ガス、天然ガス及び液体燃料、殊に油のグループの燃料を用いる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）は、バーナー（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）の複数のグループを有しており、前記１つの燃焼室（１４，１６）内の互いに異なるバーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）は互いに異なる燃料で作動される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ガスタービン（ＧＴ）の始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室（１４）を、天然ガス及び液体燃料のグループの補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービン（ＧＴ）がベース負荷（ＢＬ）の所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、第２のステップで付加的に第２の燃焼室（１６）を第２の燃料としての合成ガスで、ベース負荷（ＢＬ）が達成されるまで作動させる請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第２のステップで第１の燃焼室（１４）は合成ガスでの運転に切り換えられる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第２の燃焼室（１６）は、バーナー（１６ａ，ｂ）の複数のグループを有しており、ガスタービン（ＧＴ）の始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室（１４）を、天然ガス及び液体燃料のグループ内の補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービン（ＧＴ）がベース負荷（ＢＬ）の所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、第２のステップで付加的に第２の燃焼室（１６）を、まず天然ガス及び液体燃料のグループ内の補助燃料と合成ガスとの組合せで作動させ、この場合に合成ガスと補助燃料とは互いに異なるバーナーグループ（１６ａ，ｂ）内で燃焼させられ、次いで第２の燃焼室（１６）は第３のステップでは完全に合成ガスで作動される請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ガス化機能を有する複合サイクル発電プラント（１０）に、請求項１から６のいずれか１項の方法を使用する方法であって、複合サイクル発電プラント（１０）内で、合成ガスは石炭若しくは他の適切な原料からガス化によって生成される形式のものにおいて、生成された合成ガスは、第１の燃料及び／又は第２の燃料に含まれることを特徴とする、複合サイクル発電プラントに請求項１から６のいずれか１項の方法を使用する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法を実施するための複合サイクル発電プラント（１０）であって、該複合サイクル発電プラント（１０）は、順次に燃焼可能なガスタービン（ＧＴ）、並びに石炭若しくは他の適切な原料のガス化による合成ガスの生成のためのガス化装置（２４）を含んでおり、前記ガスタービン（ＧＴ）は、少なくとも１つの圧縮機（１２，１３）、第１の燃焼室（１４）及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン（１５）、並びに第２の燃焼室（１６）及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービン（１７）を含んでおり、前記圧縮機（１２，１３）は空気を吸い込んで該空気を圧縮するようになっており、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために前記第１の燃焼室（１４）に供給されるようになっており、かつ前記第１のタービン（１５）から流出するガスは第２の燃料の燃焼のために前記第２の燃焼室（１６）に供給されるようになっている形式のものにおいて、補助燃料の供給のため、殊に天然ガス若しくは液体燃料から成る補助燃料の供給のための燃料供給部（２８）を設けてあり、該燃料供給部（２８）と前記ガス化装置（２４）の出口とは、燃料分配装置（２５，２６）を介して選択的に第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）に接続されるようになっていることを特徴とする複合サイクル発電プラント。
【請求項９】
第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）は、複数のバーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）を有しており、該各バーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）は、選択的に燃料分配装置（２５，２６）を介して個別的に燃料供給部（２８）及び／又はガス化装置（２４）の出口に接続されるようになっている請求項８に記載の複合サイクル発電プラント。
【請求項１】
順次燃焼式のガスタービン（ＧＴ）の運転のための方法であって、ガスタービン（ＧＴ）は、少なくとも１つの圧縮機（１２，１３）、第１の燃焼室（１４）及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン（１５）、並びに第２の燃焼室（１６）及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービン（１７）を含んでおり、前記圧縮機（１２，１３）は空気を吸い込んで該空気を圧縮し、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために前記第１の燃焼室（１４）に供給され、かつ前記第１のタービン（１５）から流出するガスは第２の燃料の燃焼のために前記第２の燃焼室（１６）に供給されるようになっている形式のものにおいて、第１の燃料及び第２の燃料として互いに異なる燃料を用いることを特徴とする、ガスタービンの運転のための方法。
【請求項２】
第１の燃料及び第２の燃料として、合成ガス、天然ガス及び液体燃料、殊に油のグループの燃料を用いる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）は、バーナー（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）の複数のグループを有しており、前記１つの燃焼室（１４，１６）内の互いに異なるバーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）は互いに異なる燃料で作動される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ガスタービン（ＧＴ）の始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室（１４）を、天然ガス及び液体燃料のグループの補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービン（ＧＴ）がベース負荷（ＢＬ）の所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、第２のステップで付加的に第２の燃焼室（１６）を第２の燃料としての合成ガスで、ベース負荷（ＢＬ）が達成されるまで作動させる請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第２のステップで第１の燃焼室（１４）は合成ガスでの運転に切り換えられる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第２の燃焼室（１６）は、バーナー（１６ａ，ｂ）の複数のグループを有しており、ガスタービン（ＧＴ）の始動のために、まず第１のステップで第１の燃焼室（１４）を、天然ガス及び液体燃料のグループ内の補助燃料としての第１の燃料で、ガスタービン（ＧＴ）がベース負荷（ＢＬ）の所定の割合、殊に約３３％に達するまで作動し、第２のステップで付加的に第２の燃焼室（１６）を、まず天然ガス及び液体燃料のグループ内の補助燃料と合成ガスとの組合せで作動させ、この場合に合成ガスと補助燃料とは互いに異なるバーナーグループ（１６ａ，ｂ）内で燃焼させられ、次いで第２の燃焼室（１６）は第３のステップでは完全に合成ガスで作動される請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ガス化機能を有する複合サイクル発電プラント（１０）に、請求項１から６のいずれか１項の方法を使用する方法であって、複合サイクル発電プラント（１０）内で、合成ガスは石炭若しくは他の適切な原料からガス化によって生成される形式のものにおいて、生成された合成ガスは、第１の燃料及び／又は第２の燃料に含まれることを特徴とする、複合サイクル発電プラントに請求項１から６のいずれか１項の方法を使用する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法を実施するための複合サイクル発電プラント（１０）であって、該複合サイクル発電プラント（１０）は、順次に燃焼可能なガスタービン（ＧＴ）、並びに石炭若しくは他の適切な原料のガス化による合成ガスの生成のためのガス化装置（２４）を含んでおり、前記ガスタービン（ＧＴ）は、少なくとも１つの圧縮機（１２，１３）、第１の燃焼室（１４）及び該燃焼室の下流側に接続された第１のタービン（１５）、並びに第２の燃焼室（１６）及び該燃焼室の下流側に接続された第２のタービン（１７）を含んでおり、前記圧縮機（１２，１３）は空気を吸い込んで該空気を圧縮するようになっており、該圧縮された空気は第１の燃料の燃焼のために前記第１の燃焼室（１４）に供給されるようになっており、かつ前記第１のタービン（１５）から流出するガスは第２の燃料の燃焼のために前記第２の燃焼室（１６）に供給されるようになっている形式のものにおいて、補助燃料の供給のため、殊に天然ガス若しくは液体燃料から成る補助燃料の供給のための燃料供給部（２８）を設けてあり、該燃料供給部（２８）と前記ガス化装置（２４）の出口とは、燃料分配装置（２５，２６）を介して選択的に第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）に接続されるようになっていることを特徴とする複合サイクル発電プラント。
【請求項９】
第１の燃焼室（１４）及び／又は第２の燃焼室（１６）は、複数のバーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）を有しており、該各バーナーグループ（１４ａ，ｂ；１６ａ，ｂ）は、選択的に燃料分配装置（２５，２６）を介して個別的に燃料供給部（２８）及び／又はガス化装置（２４）の出口に接続されるようになっている請求項８に記載の複合サイクル発電プラント。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００９−５４０１８０（Ｐ２００９−５４０１８０Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１３６２７（Ｐ２００９−５１３６２７）
【出願日】平成１９年５月７日（２００７．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５４３９４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４１１０１
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０３４１６３５３）アルストム テクノロジー リミテッド (394)
【氏名又は名称原語表記】ＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ７， ＣＨ−５４０１ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月７日（２００７．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５４３９４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４１１０１
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０３４１６３５３）アルストム テクノロジー リミテッド (394)
【氏名又は名称原語表記】ＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ７， ＣＨ−５４０１ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
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