液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備
【課題】余剰とされたガス化した液化ガスの処理をコンパクトかつ効率的に処理することが可能な液化ガス処理システムを提供することを目的とする。
【解決手段】外気を圧縮する圧縮手段２、圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれて貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと燃焼用空気とが燃焼する火炉３と火炉３を形成する火炉壁４の周囲を覆っておりジャケット空気が導かれるジャケット部５とを有する加圧型燃焼手段６、加圧型燃焼手段６から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段７、８、高圧側蒸気発生手段７、８において発生した蒸気が導かれる蒸気タービン９、圧縮手段２と同軸上に設けられて高圧側蒸気発生手段７、８から導かれる燃焼ガスによって駆動するガスタービン１２とを備えることを特徴とする。
【解決手段】外気を圧縮する圧縮手段２、圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれて貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと燃焼用空気とが燃焼する火炉３と火炉３を形成する火炉壁４の周囲を覆っておりジャケット空気が導かれるジャケット部５とを有する加圧型燃焼手段６、加圧型燃焼手段６から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段７、８、高圧側蒸気発生手段７、８において発生した蒸気が導かれる蒸気タービン９、圧縮手段２と同軸上に設けられて高圧側蒸気発生手段７、８から導かれる燃焼ガスによって駆動するガスタービン１２とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備に関し、特に、余剰とされガス化した、液化ガスの処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液化天然ガスや液化石油ガスといった液化ガスを液状態で貯蔵している貯蔵タンク（以下、「貨物タンク」という。）では、貨物タンク内に貯蔵されていた液化ガスが外部からの入熱により自然に気化した液化ガス（以下、「ボイルオフガス」という。）を再液化装置によって再液化したり、ボイルオフガスを原動機等の燃料として燃焼したりすることにより貨物タンク内の圧力の上昇を防止している。
【０００３】
しかし、前述した再液化装置の不稼働や、原動機の燃料として用いる以上にボイルオフガスが発生した場合に備えて、この余剰のボイルオフガスを燃焼処理するガス燃焼ボイラやガス焼却炉が設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
これらガス燃焼ボイラやガス焼却炉といったガス燃焼装置では、ボイルオフガスの全量を燃焼処理する場合と、再液化装置などから発生する少量のボイルオフガスを燃焼処理する場合がある。そのため、ガス燃焼装置の燃焼負荷範囲は、広くかつ貨物タンク内の圧力上昇防止手段としての高い信頼性が要求される。
【０００５】
このようなガス燃焼ボイラやガス焼却炉では、ボイルオフガスをほぼ大気圧状態で燃焼空気と混合させたのちに、油による火種または電気スパークにより強制着火してボイルオフガスを燃焼させている。この燃焼により生じた燃焼ガスは、安全な不燃ガスとして煙突などにより外部に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２００８８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２３９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガス燃焼ボイラやガス焼却炉から排出された燃焼ガスが導かれる煙道は、それを構成している配管材料の選定において高温耐性の点から燃焼ガスの温度が低いことが望まれる。ガス燃焼ボイラの場合には、しばしば用途として需要される蒸気を発生させるために、水（蒸気）との熱交換があり、それを適切に計画することにより、排出される燃焼ガスの温度は所定温度まで減温される。
【０００８】
一方、ガス焼却炉の場合には、燃焼用空気に希釈用空気を混同させて空気過剰率（火炉に導かれる空気量と燃焼用空気量との比）を大きくして、煙道ガスの温度を抑制している。つまり、ガス焼却炉の場合には、ガス燃焼ボイラとは異なり燃焼後の熱交換による減温機構がないため、炉自体が大型化し、配置スペース確保が困難であるという問題があった。
【０００９】
また、ガス燃焼ボイラ、ガス焼却炉ともに、ボイルオフガスを大気圧状態で燃焼させており、加圧燃焼に比較して火炎サイズが大きく、従って火炉も大きいものが要求されるため、これも装置自体の大型化の要因であった。
さらに、引用文献２には、ガス焼却炉装置の一部を構成しているバッファタンクの容積を低減することについて開示されているが、ガス化した液化ガスを燃焼するガス燃焼ボイラやガス焼却炉の火炉の小型化については開示されていない。
【００１０】
また、特許文献３には、ガスタービン発電装置内を循環する燃焼料ガス（循環ガス）のエネルギを有効に利用することやエネルギの回収については開示されているが、熱回収ボイラの小型化については開示されていない。
【００１１】
さらには、船舶の場合、通常は燃焼用空気および／または希釈用空気をガス燃焼ボイラまたはガス焼却炉の火炉に送り込む際に船内電力等によって給電される電動式空気ファンが用いられているため、船内電力供給の遮断によってガス燃焼装置の運転継続が不能になることも考えられ、ガス処理装置自体の信頼性に影響が及ぶこととなる。そのため、船舶に設けられる電力供給システムには、場合によっては過剰な冗長性の要求を考慮する必要があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、余剰とされたガス化した液化ガスの処理をコンパクト、かつ、効率的に処理することが可能な液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、外気を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段と、該高圧側蒸気発生手段において発生した前記蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって回転するガスタービンと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
従来、液状の液化ガスを運搬する船舶や貯蔵設備等に搭載されている貯蔵槽内に貯蔵されている液状の液化ガスがガス化（ボイルオフ）した際には、ボイルオフガス（ガス化した液化ガス）を推進用原動機の燃料に用いたり、再液化して貯蔵槽に戻すことが行われている。このように、ボイルオフガスを推進用原動機の燃料に用いたり再液化したりすることができない場合や更なる余剰ガスが生じた場合には、ガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有している液化ガス処理システムへと導いて燃焼している。しかし、これらガス燃焼ボイラやガス燃焼炉は、大気圧燃焼のため火炎が大きくなり、それらの火炉自体が大型となる。そのため、液化ガス処理システムの小型化の要望があった。
【００１５】
そこで、本発明では、加圧型燃焼手段を用いて、ガス化した液化ガスを燃焼することにより発生した燃焼ガスによって回転させられるガスタービンにより、同軸上に設けられる圧縮手段を駆動させ、圧縮された空気を、加圧型燃焼手段のジャケット空気及び燃焼用空気として加圧型燃焼手段へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼手段の火炉自体を小型化することができる。さらに、本発明では、貯蔵槽内で発生したガス化した液化ガスを燃焼する燃焼条件として加圧燃焼を用いることができるので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有する従来の液化ガス処理システムに比べて、煙道を通過する燃焼ガスの密度を高く、煙道サイズが抑えられるとともに燃焼ガスと熱交換する高圧側蒸気発生手段を、大気圧煙道ガスのものと比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システムのコンパクト化を図ることができる。
【００１６】
さらに、小型化された高圧側蒸気発生手段やジャケット空気によって火炉が覆われる加圧型燃焼手段を用いることによって、火炉からの放熱は空気で冷却され、火炉や煙道の断熱施工を軽減し、同部位からの放熱ロスを抑制することができる。
また、ガスタービンの駆動ガス入口には、高圧側蒸気発生手段を通過して減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービンを構成するタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化が期待できる。
【００１７】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記ジャケット空気は、ジャケット空気用熱交換手段を介して冷媒と熱交換して前記加圧型燃焼手段の前記ジャケット部へと導かれることを特徴とする。
【００１８】
ジャケット空気用熱交換手段において冷媒（清水等、後述するタービン駆動蒸気系統の給水を利用することで、システム効率を向上させることができる）と熱交換させたジャケット空気を加圧型燃焼手段のジャケット部へと導くこととした。そのため、加圧型燃焼手段のジャケット部外面にはやけど防止等の目的で設ける断熱材は不要である。さらに、火炉内でガス化した液化ガスが燃焼する際に生じる火炎は、その放射熱により火炉を形成している火炉壁を加熱する。しかし、火炉壁の周囲を覆っているジャケット部には、ジャケット空気用熱交換手段において熱交換したジャケット空気が導かれる。そのため、ジャケット空気によって火炉壁を冷却して加圧型燃焼手段からの放熱ロスを軽減することができる。したがって、加圧型燃焼手段から導出された燃焼ガスが導かれる高圧側蒸気発生手段の熱交換効率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記火炉壁は、前記ジャケット部に貫通する複数の通気孔を有することを特徴とする。
【００２０】
火炉を形成している火炉壁には、複数の通気孔を設けることとした。これにより、ジャケット部に導かれたジャケット空気が火炉内に流れ込みながらジャケット自体の冷却を行い、燃焼専用用空気と混合してガス化した液化ガスの燃焼空気に用いることができる。また、燃焼用空気とジャケット空気の混合によっては燃焼ガス温度も抑制される。加圧型燃焼手段からガスタービンへと導かれる燃焼ガスの温度を減温することができるので、ガスタービンを構成しているタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化が期待される。
【００２１】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記圧縮手段と前記ガスタービンとを接続する前記軸には、発電手段および／または電動機が設けられることを特徴とする。
【００２２】
ガスタービンと圧縮手段との間を接続する軸には、発電手段および／または電動機を設けることとした。これにより、燃焼ガスによって駆動されるガスタービンの動力が圧縮手段の所要動力よりも高い場合には、余剰動力を電力として回収することができる。
また、電動機として用いた場合には、軸を駆動させて圧縮手段を回転駆動させることによって、ガス化した液化ガスを圧縮して火炉に送風するための動力源とすることができる。したがって、外部からの給電が期待できない場合にも加圧燃焼の運用が可能となり、冗長性を向上させられる。
【００２３】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記ガスタービンの下流には、該ガスタービンを駆動した前記燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる低圧側蒸気発生手段を備え、前記蒸気タービンの入口には、前記高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれ、前記蒸気タービンの中段部には、前記低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれることを特徴とする。
【００２４】
加圧型燃焼手段とガスタービンとの間に設けられる高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気を蒸気タービンの入口に導き、ガスタービンの下流側に設けられる低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気を蒸気タービンの中段部へと導くこととした。これにより、液化ガス処理システム全体における熱回収効率を向上させると共に、蒸気タービンのタービン効率を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記火炉へと導かれるガス化した前記液化ガスを加圧する加圧手段と、該加圧手段を駆動する加圧手段用電動機と、前記蒸気タービンに駆動されて発電する蒸気タービン駆動用発電手段と、を設けて、該蒸気タービン駆動用発電手段は、液化ガス処理システム全体の電力需要を賄うものであり、前記加圧型燃焼手段へと導かれるガス化した前記液化ガスの圧力が略大気圧の場合には、前記圧縮手段に設けられた前記発電手段の電力が、前記蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に前記加圧手段用電動機へと送電されることを特徴とする。
【００２６】
加圧型燃焼手段へ導かれるガス化した液化ガスを加圧する加圧手段を駆動する加圧手段用電動機には、外気を圧縮する圧縮手段と同軸的に設けられた発電手段の電力を、蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に送電することとした。これにより、加圧手段の駆動を船内電力や設備内電力などの外部配電システムより送電することなく、外部配電システムから分離して給電することができる。したがって、従来よりも信頼性を向上させた燃焼手段とすることができ、液化ガス処理システムの信頼性も向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る液化ガス運搬船によれば、液化ガス運搬船におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る液化ガス貯蔵設備によれば、液化ガス貯蔵設備におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴する。
【００２９】
また、本発明に係る液化ガス処理システムの制御方法によれば、外気を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる高圧側蒸気発生手段と、該高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、を備え、前記加圧型燃焼手段から導出される前記燃焼ガスは、前記ガスタービンが前記圧縮手段を駆動するために必要な出力に応じた温度に制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、加圧型燃焼手段を用いて、ガス化した液化ガスを燃焼することにより発生させた燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと同軸上に設けられる圧縮手段により圧縮された外気を、加圧型燃焼手段のジャケット空気及び燃焼用空気として加圧型燃焼手段へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼手段の火炉自体を小型化することができる。さらに、本発明では、貯蔵槽内でガス化した液化ガスを燃焼する燃焼手段として、加圧型燃焼手段を用いることとしたので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有する従来の液化ガス処理システムに比べて、煙道を通過する燃焼ガスの密度を高くすることができる。そのため、燃焼ガスと熱交換する高圧側蒸気発生手段の出入口における差圧を大きくして、高圧側蒸気発生手段を従来に比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システムのコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
さらに、小型化された高圧側蒸気発生手段やジャケット空気によって火炉が覆われる加圧型燃焼手段を用いることによって、液化ガス処理システム内の断熱施工部分を軽減して、高圧側蒸気発生手段や火炉からの放熱ロスを抑制することができる。
【００３２】
また、ガスタービンの入口には、高圧側蒸気発生手段を通過することにより減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービンを構成するタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る液化天然ガス運搬船に搭載されている液化ガス処理システムの概略構成図である。
【図２】図１に示した液化ガス処理システムの燃焼ガスと蒸気との熱回収を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態に係る液化天然ガス運搬船の液化ガス処理システムについて図１に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る液化天然ガス運搬船に搭載されている液化ガス処理システムの概略構成図が示されている。
図示しない液化天然ガス運搬船（液化ガス運搬船）には、液化天然ガス（液化ガス）を貯蔵している図示しない貨物タンク（貯蔵槽）内のボイルオフガス（ガス化した液化ガス）を燃焼する液化ガス処理システム１として、空気（外気）を吸引して圧縮する圧縮機（圧縮手段）２と、圧縮機２によって圧縮された空気が希釈用空気（ジャケット空気）および燃焼用空気として導かれて、貨物タンクから導かれたボイルオフガスと燃焼用空気とが燃焼する火炉３と、火炉３を形成している火炉壁４の周囲を覆っており希釈用空気が導かれるジャケット部５とを有している加圧型燃焼炉（加圧型燃焼手段）６と、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスと熱交換して高圧蒸気（蒸気）を発生する高圧過熱器（高圧側蒸気発生手段）７および高圧蒸発器（高圧側蒸気発生手段）８と、高圧蒸発器８および高圧過熱器７において発生または過熱された高圧蒸気が導かれる蒸気タービン９と、圧縮機２と同軸上に設けられており、高圧蒸発器８および高圧過熱器７を通過した燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２とが主に設けられている。
【００３５】
貨物タンクは、略大気圧近傍の圧力状態で、貨物である液状の液化天然ガスを貯蔵するものである。この貨物タンクへ外部からの入熱が生じることにより、自然に気化したボイルオフガスが生じることとなる。
【００３６】
加圧型燃焼炉６は、圧縮機２によって圧縮された圧縮空気がエアダクト１３内を経て燃焼用空気として導かれる加圧型の燃焼炉である。この加圧型燃焼炉６に導かれる燃焼用空気は、大気圧よりも高いものとされ、大気圧〜４気圧程度の圧力とされている。
【００３７】
加圧型燃焼炉６は、火炉３と、火炉３の外周を覆うように設けられているジャケット部５とが略同心円状に形成されている略円筒形状とされている。火炉３とジャケット部５との間には火炉壁４が設けられており、火炉壁４には複数の通気孔（図示せず）が設けられている。これにより、火炉３とジャケット部５とは、連通状態とされている。
【００３８】
火炉３の入口（図１において火炉３の底部）には、種火を生成するパイロット燃料式バーナー（図示せず）と、貨物タンクから導かれたボイルオフガスを噴射するメインバーナー（図示せず）とを有しているガスバーナーシステム６ａが設けられている。パイロット燃料式バーナーには、例えば点火用の油が供給されて、種火を生成することが可能とされている。なお、パイロット燃料式バーナーには、液化天然ガス等のガス（ボイルオフガス）が供給されてもよく、また、パイロット燃料式バーナーの代わりにスパーク装置を設けるものとしても良い。
【００３９】
加圧型燃焼炉６のジャケット部５には、エアダクト１３から分岐された圧縮空気の一部が希釈用空気として導かれる。希釈用空気は、エアダクト１３と加圧型燃焼炉６との間に設けられているエアクーラー（ジャケット空気用熱交換手段）１４において、冷媒である清水（後述する蒸気コンデンサ１６から導かれた水）と熱交換されて、例えば常温近傍にまで減温される。
【００４０】
加圧型燃焼炉６の火炉３には、エアダクト１３内の残りの圧縮空気が燃焼用空気として導かれる。この燃焼用空気は、加圧型燃焼炉６の入口近傍に設けられている開度制御弁（図示せず）により空気量が調整される。なお、開度制御弁の代わりに可変式のノズルなどを用いて空気量を調整しても良い。エアダクト１３の中間部には、バックアップエアを導入するための逆止弁状の外気導入部１３ａが設けられている。
【００４１】
加圧型燃焼炉６の下流に設けられている高圧過熱器７は、高圧蒸発器８および後述する給水加熱器（低圧側蒸気発生手段）１５から導かれた高圧蒸気および混気蒸気を燃焼ガスと熱交換させるものである。
【００４２】
高圧過熱器７の下流側に設けられている高圧蒸発器８は、給水加熱器１５において加温された水と燃焼ガスとが熱交換して、高圧蒸気を発生するものである。
【００４３】
蒸気タービン９は、その入口に高圧蒸発器８、高圧過熱器７の順に通過することにより過熱された高圧蒸気が導かれ、中段部に給水加熱器１５、高圧過熱器７の順に通過することにより過熱された混気蒸気が導かれて混気（蒸気挿入混気）することにより駆動される混圧タービンである。蒸気タービン９を回転駆動した蒸気（排気）は蒸気コンデンサ１６へと導かれて再凝縮される。この蒸気コンデンサ１６としては、海水冷却方式の真空凝縮方式が好適であるが、大気圧凝縮でもよい。
【００４４】
また、蒸気タービン９には、蒸気タービン９が回転駆動することにより発電する軸発電機（蒸気タービン駆動用発電手段）１７が減速歯車１８を介して設けられている。この軸発電機１７により発電された電気は、外部配電システム（図示せず）とは異なる高圧電線２２へと給電される。ここで、高圧電線２２は、図１に示すように変圧器２３を介して、後述する電動・発電機２０から給電される中圧電線２１に電気的に接続可能となっている。
【００４５】
ガスタービン１２は、高圧過熱器７および高圧蒸発器８において熱交換して温度が低下した燃焼ガスによって回転駆動される。ガスタービン１２には、回転軸（軸）１１が接続されており、その回転軸１１の他端には圧縮機２が接続されている。そのため、燃焼ガスによってガスタービン１２が回転駆動することにより、圧縮機２が空気を吸引して圧縮することとなる。
【００４６】
また、回転軸１１上には、減速機１９を介して電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０が設けられている。この電動・発電機２０は、ガスタービン１２が駆動された際には発電機となって発電し、液化ガス処理システム１を起動する際には逆給電されることによって電動機となり、回転軸１１を駆動して圧縮機２を回転駆動する。なお、ガスタービン１２を介して電動・発電機２０が発電した電力は、図１に示すように中圧電線２１へと給電される。尚、減速機１９を介さず、電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０を回転軸１１と一体型とすることにより、減速機構をなくす発電手段としてもよい。
【００４７】
ガスタービン１２の下流側に設けられている給水加熱器１５には、前述した蒸気コンデンサ１６において凝縮された水（給水）が導かれる。給水加熱器１５には、それを構成しているチューブ(図示せず)に耐食性のフィンチューブが用いられることが望ましい。これにより、給水加熱器１５出口における燃焼ガスの温度低下によって、腐食性凝縮水が析出した場合であってもチューブの腐食を防止することができる。
【００４８】
蒸気コンデンサ１６から給水加熱器１５の最下流側に導かれた水は、ガスタービン１２から排出された燃焼ガスと熱交換して加温されて脱気器などの給水加熱器（図示せず）へと導かれる。脱気器は、給水加熱器１５により加温された水中に溶け込んでいる酸素や非凝縮性ガスを取り除いて腐食が生じない様に水質管理を行うものである。この脱気器により酸素や非凝縮性ガスが取り除かれた加温された水は、給水加熱器１５の最上流側である混合蒸発器１５ａと、混気蒸発器１５ａと給水加熱器１５の最下流側との間に設けられている低圧蒸発器１５ｂと、高圧蒸発器８へと導かれる。
【００４９】
混気蒸発器１５ａに導かれた水は、給水加熱器１５の最上流側に導かれた燃焼ガスと熱交換して混気蒸気とされる。低圧蒸発器１５ｂに導かれた水は、混気蒸発器１５ａを通過して温度が低下した燃焼ガスと熱交換して低圧蒸気とされて船内の雑用蒸気として用いられる。また、高圧蒸発器８に導かれた給水は、高圧過熱器７を通過した燃焼ガスと熱交換して高圧蒸気とされる。
【００５０】
次に、液化ガス処理システム１の流れと制御方法について、図１および図２を用いて説明する。図２には、図１に示す液化ガス処理システム１における燃焼ガスと蒸気との熱回収のグラフが示されており、縦軸は、燃焼ガスまたは蒸気の温度[Ｋ]を示し、横軸は蒸気回収熱交換内熱負荷[ｋＷ]を示している。
【００５１】
図１に示すように、圧縮機２が駆動することによって、圧縮機２が空気を吸引・圧縮する。圧縮機２によって圧縮された圧縮空気は、その圧力が例えば２〜４Ｂａｒとされ、温度が上昇して例えば１５０℃とされる（図１の（Ｅ）および図２中のＥ点）。温度が上昇した圧縮空気は、エアダクト１３へと導かれる。エアダクト１３に導かれた圧縮空気は、その一部が希釈用空気として分岐されてエアクーラー１４へと導かれる。
【００５２】
エアクーラー１４に導かれた高温の希釈用空気は、蒸気コンデンサ１６から導かれた水（給水）と熱交換して常温近くまで減温することができる（図１の（Ｆ）および図２中のＦ点）。減温した希釈用空気は、加圧型燃焼炉６のジャケット部５へと導く。エアダクト１３に導かれた残りの高温の圧縮空気は、燃焼用空気として加圧型燃焼炉６の火炉３へと供給する。
【００５３】
火炉３には、火炉３の入口に設けられているパイロット燃料式バーナーによって火種が形成されている。また、本実施形態では、貨物タンク内に生じたボイルオフガスが略大気圧付近の圧力であるため、中圧電線２１から給電された燃料ガス昇圧ポンプ用電動機（加圧手段用電動機）２６によって駆動される燃料ガス昇圧ポンプ（加圧手段）２４によってボイルオフガスを昇圧（加圧）して火炉３に供給する。この昇圧されたボイルオフガスとエアダクト１３から供給された燃焼用空気とが火炉３に供給されて、燃焼することにより火炎が形成される。
【００５４】
火炎が形成されている火炉３内には、その火炉壁４に設けられている通気孔からジャケット部５に導かれた減温された希釈用空気が流れ込む。これにより、火炉３内では、燃焼用空気と希釈用空気とが混合して燃焼用空気の温度が減温される。なお、燃焼用空気に混合される希釈用空気の流量は、ガスタービン１２や高圧過熱器７、高圧蒸発器８、給水加熱器１５、蒸気タービン９における動力回収割合によって決める。
【００５５】
この際、火炉３内に供給される燃焼用空気は、火炉３の入口に設けられている開度制御弁によって、希釈用空気よりも圧力が低くなるように所要差圧（希釈用空気の圧力と燃焼用空気の圧力との差）を調整しなければならない。これによって、ジャケット部５から火炉壁４の通気孔を経て火炉３内へと流れ込む希釈用空気の流れ込みが阻害されないようになっている。
【００５６】
このような加圧型燃焼炉６は、火炉３と加圧型燃焼炉６の外壁６ｂとの間にジャケット部５を有しているので、火炉３内の火炎の放射熱（または放射光）が外壁６ｂに直接伝熱して外壁６ｂが加熱されることを抑制することができる。また、火炉３を覆っている火炉壁４は火炎の放射熱により加熱されるが、ジャケット部５には減温された希釈用空気が導かれるため、この冷却熱により火炉壁４が冷却される。このように、火炉壁４は、火炎の放射熱が外壁６ｂに直接伝熱して外壁６ｂを加熱するのを抑制することができるように、孔形状、また通気孔の数が決定され、その温度に適した材料を選定する。
【００５７】
加圧型燃焼炉６で生成された燃焼ガスは、希釈用空気が混合した燃焼用空気とボイルオフガスとが燃焼することによって、例えば約８６０℃とされる（図１の（Ａ）および図２中の点線のＡ点）。この燃焼ガスは、火炉３から排出されて高圧過熱器７へと導かれる。
【００５８】
高圧過熱器７に導かれた燃焼ガスは、高圧蒸発器８から導かれた高圧蒸気（図１の（Ｊ）および図２中のＪ点）、給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａから導かれた混気蒸気（図１の（Ｋ）および図２中のＫ点）の順に熱交換して、それぞれを過熱された高圧蒸気または混気蒸気とする。高圧蒸気および混気蒸気と熱交換して減温された燃焼ガスは、高圧過熱器７から排出されて高圧蒸発器８へと導かれる。高圧蒸発器８に導かれた燃焼ガスは、給水加熱器１５から脱気器を経て加温された水と熱交換して高圧蒸気を発生する。
【００５９】
加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスは、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過することによって、図２中の点線で示すようにその温度が例えば約４２０℃まで低下する（図１の（Ｂ）および図２中の点線のＢ点）と共に減圧される。なお、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過した燃焼ガスの減温の程度は、ガスタービン１２に回転軸１１を介して接続されている過給機２が空気を圧縮するために必要な動力をガスタービン１２が出力することが可能な範囲とされている。
【００６０】
ここで、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスは、従来の燃焼炉（図示せず）から導出される燃焼ガスに比べて、燃焼ガスの密度が高く高圧となっている。これにより、この燃焼ガスが通過する高圧過熱器７および高圧蒸発器８では、それらの出入口における燃焼ガスの差圧を大きくすることができる。そのため、高圧過熱器７や高圧蒸発器８を小型化することができる。なお、燃焼ガスが通過する高圧過熱器７および高圧蒸発器８は、その外周２５が防熱施工されている。
【００６１】
高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過して減温された燃焼ガスは、ガスタービン１２へと導かれる。ガスタービン１２に導かれた燃焼ガスは、ガスタービン１２に設けられているタービンブレード（図示せず）に作用してガスタービン１２を回転駆動する。燃焼ガスが導かれることによって回転駆動したガスタービン１２によって、回転軸１１が回転駆動する。回転軸１１が回転駆動することによって、回転軸１１の他端に設けられている圧縮機２が駆動して、空気を吸引・圧縮することとなる。さらに、回転軸１１上には、減速機１９を介して電動・発電機２０が接続されているので、回転軸１１が回転駆動することにより、電動・発電機２０が発電する。
【００６２】
ガスタービン１２を回転駆動した燃焼ガス（図１の（Ｃ）および図２中のＣ点）は、その出口温度が例えば１３０℃以上、好ましくは２００℃以上とされてガスタービン１２から導出される。このように、ガスタービン１２の出口温度を１３０〜１６０℃以上にすることによって、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過して低温化した燃焼ガスの結露によって生じる酸性水腐食を防いで、ガスタービン１２を保護する必要がある。
【００６３】
ガスタービン１２から給水加熱器１５に導かれた燃焼ガスは、給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａ、低圧蒸発器１５ｂの順に通過して、蒸気コンデンサ１６から導かれた水を加温（図２中のＭ）した後、図示しない煙突等から液化ガス処理システム１外へと排出される。なお、給水加熱器１５から排気される燃焼ガスの排気温度としては１００℃以下（図１の（Ｄ）および図２中のＤ点）であることが望ましい。これにより、液化ガス処理システム１の総合熱効率を上げることができる。
【００６４】
一方、燃焼ガスによって加温された水（図１の（Ｍ）および図２中のＭ点）は、図示しない脱気器を経て高圧蒸発器８または給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａまたは低圧蒸発器１５ｂに導かれる。給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａに導かれた加温された水は、燃焼ガスと熱交換して混気蒸気（図１の（Ｋ）および図２中のＫ点）とされ、高圧過熱器７へと導かれる。高圧過熱器７へと導かれた混気蒸気は、ここで燃焼ガスと熱交換して過熱され（図１の（Ｈ）および図２中のＨ点）、蒸気タービン９の中段部へと導かれる。
【００６５】
また、蒸気タービン９の入口には、脱気器から高圧蒸発器８を経て高圧過熱器７により過熱された高圧蒸気が導かれる（図１の（Ｇ）および図２中のＧ点）。これら過熱された高圧蒸気と混気蒸気とによって、蒸気タービン９が回転し、軸発電機１７を駆動する。
【００６６】
なお、給水加熱器１５の低圧蒸発器１５ｂに導かれた加温された水は、燃焼ガスと熱交換して（図１の（Ｌ）および図２中のＬ点）、低圧蒸気とされて船内に供給する雑用蒸気とされる。
【００６７】
以上の通り、本実施形態に係る液化ガス処理システム１、この制御方法及びこれを備えている液化天然ガス運搬船によれば、以下の作用効果を奏する。
加圧型燃焼炉（加圧型燃焼手段）６を用いて、ボイルオフガス（ガス化した液化天然ガス（液化ガス））を燃焼することにより発生させた燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２と同軸上に設けられている圧縮機（圧縮手段）２により圧縮された空気（外気）を、希釈用空気（ジャケット空気）及び燃焼用空気として加圧型燃焼炉６へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼炉６の火炉３自体を小型化することができる。さらに、貨物タンク（貯蔵槽）内で発生したボイルオフガスを燃焼する燃焼手段として、加圧型燃焼炉６を用いることとしたので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラ（図示せず）やガス燃焼炉（図示せず）を有する従来の液化ガス処理システム（図示せず）に比べて、高圧過熱器（蒸気発生手段）７および高圧蒸発器（蒸気発生手段）８を通過する燃焼ガスの密度を高くすることができる。これにより、高圧蒸発器８および高圧過熱器７は大気圧燃焼ガスの熱交換器に比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システム１の小型化を図ることができる。
【００６８】
さらに、小型化された高圧蒸発器８および高圧過熱器７や、希釈用空気が導かれるジャケット部５により火炉３が覆われている加圧型燃焼炉６を用いることによって、液化ガス処理システム１内の断熱施工部分を軽減して、高圧蒸発器８および高圧過熱器７の外周２５や火炉３からの放熱ロスを抑制することができる。
【００６９】
また、ガスタービン１２の入口には、高圧蒸発器８および高圧過熱器７を通過することにより減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービン１２を構成し、高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【００７０】
エアクーラー（ジャケット空気用熱交換手段）１４において蒸気コンデンサ１６から導かれた給水（冷媒）と熱交換させた希釈用空気を加圧型燃焼炉６のジャケット部５へと導くこととした。そのため、加圧型燃焼炉６のジャケット部５の外壁６ｂに設ける断熱材が不要となる。さらに、火炉３内でボイルオフガスが燃焼する際に生じる火炎は、その放射熱により火炉３を形成している火炉壁４を加熱する。しかし、火炉壁４の周囲を覆っているジャケット部５には、エアクーラー１４において熱交換して温度の低下した希釈用空気が導かれる。そのため、火炉壁４を希釈用空気によって冷却して加圧型燃焼炉６からの放熱ロスを軽減することができる。したがって、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスが導かれる高圧蒸発器８および高圧過熱器７の熱交換効率を向上させることができる。
【００７１】
火炉３を形成している火炉壁４には、複数の通気孔（図示せず）を設けることとした。これにより、ジャケット部５に導かれた希釈用空気が火炉３内に流れ込み、燃焼用空気に加えて希釈用空気もボイルオフガスとの燃焼に用いることができる。そのため、燃焼用空気と、エアクーラー１４において熱交換して温度の低下した希釈用空気とを混合させて、生成する燃焼ガスの温度を低くすることができる。加圧型燃焼炉６からガスタービン１２へと導かれる燃焼ガスの温度を減温することができるので、ガスタービン１２を構成しているタービンブレード（図示せず）等の高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【００７２】
ガスタービン１２と圧縮機２との間を接続している回転軸１１には、電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０を設けることとした。これにより、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２の動力が圧縮機２の所要動力よりも高い場合には、余剰動力を電力として回収して中圧電線２１へと給電することができる。
【００７３】
また、電動・発電機２０を電動機として用いた場合には、回転軸１１を駆動させて圧縮機２を回転駆動させることによって、加圧型燃焼炉６を起動する際に必要な起動用空気を圧縮機２により圧縮して送風することができる。したがって、加圧型燃焼炉６を起動する際の起動用空気用の電動ファン（図示せず）などの設備が不要となる。
【００７４】
加圧型燃焼炉６とガスタービン１２との間に設けられている高圧蒸発器８において発生した高圧蒸気を高圧過熱器７によって過熱して蒸気タービン９の入口に導き、ガスタービン１２の下流側に設けられている給水加熱器（低圧側蒸気発生手段）１５の混気蒸発器１５ａにおいて発生した混気蒸気を高圧蒸発器８により過熱して蒸気タービン９の中段部へと導くこととした。これにより、液化ガス処理システム１全体における熱回収効率を向上させると共に、蒸気タービン９のタービン効率を向上させることができる。
【００７５】
加圧型燃焼炉６へ導かれるボイルオフガスを昇圧（加圧）する燃料ガス昇圧ポンプ（加圧手段）２４を駆動する燃料ガス昇圧ポンプ用電動機（加圧手段用電動機）２６には、ガスタービン２０が駆動することにより発電する軸発電機（蒸気タービン駆動用発電手段）１７から高圧電線２２、変圧器２３を介して送電することとした。そのため、燃料ガス昇圧ポンプ２４の駆動を蒸気タービン９に接続されている軸発電機１７からの電力によって送電し、外部配電システム（図示せず）から分離して給電することができる。したがって、従来よりも信頼性を向上させた加圧型燃焼炉６とすることができ、液化ガス処理システム１の信頼性も向上させることができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、蒸気タービン９を混気タービンとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低圧タービンと高圧タービンとを同軸上に配置するものであっても良い。
また、蒸気タービン９には高圧および混気蒸気の２系統が導かれるものとして説明したが、高圧蒸発器８および高圧過熱器７から蒸気タービン９へと蒸気が導かれる１系統のみ、または２系統以上としても良い。
【００７７】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システム１は、液化天然ガス運搬船にのみに適用されるものではなく、液化天然ガスを貯蔵する液化天然ガス貯蔵設備（図示せず）にも適用可能である。
【００７８】
また、液化ガスとして液化天然ガスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液化ガスとして、液化石油ガス（ＬＰＧ）やエタン、エチレン、アンモニアやそれらの混合物であってもよい。
【００７９】
さらに、貨物タンク側に設けられている貨物コンプレッサー(図示せず)等により加圧型燃焼炉６に供給されるボイルオフガスの元圧が確保されている場合には、貨物タンクから貨物コンプレッサーにより導出されるボイルオフガスの圧力の方が火炉３内圧力よりも通常は高いものとされている。そのため、この場合には、燃料ガス昇圧ポンプ２４にてボイルオフガスを昇圧することなく、単に減圧してボイルオフガスを火炉３内に供給するものとしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
１ 液化ガス処理システム
２ 圧縮手段（圧縮機）
３ 火炉
４ 火炉壁
５ ジャケット部
６ 加圧型燃焼手段（加圧型燃焼炉）
７ 高圧側蒸気発生手段（高圧過熱器）
８ 高圧側蒸気発生手段（高圧蒸発器）
９ 蒸気タービン
１１ 軸（回転軸）
１２ ガスタービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備に関し、特に、余剰とされガス化した、液化ガスの処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液化天然ガスや液化石油ガスといった液化ガスを液状態で貯蔵している貯蔵タンク（以下、「貨物タンク」という。）では、貨物タンク内に貯蔵されていた液化ガスが外部からの入熱により自然に気化した液化ガス（以下、「ボイルオフガス」という。）を再液化装置によって再液化したり、ボイルオフガスを原動機等の燃料として燃焼したりすることにより貨物タンク内の圧力の上昇を防止している。
【０００３】
しかし、前述した再液化装置の不稼働や、原動機の燃料として用いる以上にボイルオフガスが発生した場合に備えて、この余剰のボイルオフガスを燃焼処理するガス燃焼ボイラやガス焼却炉が設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
これらガス燃焼ボイラやガス焼却炉といったガス燃焼装置では、ボイルオフガスの全量を燃焼処理する場合と、再液化装置などから発生する少量のボイルオフガスを燃焼処理する場合がある。そのため、ガス燃焼装置の燃焼負荷範囲は、広くかつ貨物タンク内の圧力上昇防止手段としての高い信頼性が要求される。
【０００５】
このようなガス燃焼ボイラやガス焼却炉では、ボイルオフガスをほぼ大気圧状態で燃焼空気と混合させたのちに、油による火種または電気スパークにより強制着火してボイルオフガスを燃焼させている。この燃焼により生じた燃焼ガスは、安全な不燃ガスとして煙突などにより外部に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２００８８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２３９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガス燃焼ボイラやガス焼却炉から排出された燃焼ガスが導かれる煙道は、それを構成している配管材料の選定において高温耐性の点から燃焼ガスの温度が低いことが望まれる。ガス燃焼ボイラの場合には、しばしば用途として需要される蒸気を発生させるために、水（蒸気）との熱交換があり、それを適切に計画することにより、排出される燃焼ガスの温度は所定温度まで減温される。
【０００８】
一方、ガス焼却炉の場合には、燃焼用空気に希釈用空気を混同させて空気過剰率（火炉に導かれる空気量と燃焼用空気量との比）を大きくして、煙道ガスの温度を抑制している。つまり、ガス焼却炉の場合には、ガス燃焼ボイラとは異なり燃焼後の熱交換による減温機構がないため、炉自体が大型化し、配置スペース確保が困難であるという問題があった。
【０００９】
また、ガス燃焼ボイラ、ガス焼却炉ともに、ボイルオフガスを大気圧状態で燃焼させており、加圧燃焼に比較して火炎サイズが大きく、従って火炉も大きいものが要求されるため、これも装置自体の大型化の要因であった。
さらに、引用文献２には、ガス焼却炉装置の一部を構成しているバッファタンクの容積を低減することについて開示されているが、ガス化した液化ガスを燃焼するガス燃焼ボイラやガス焼却炉の火炉の小型化については開示されていない。
【００１０】
また、特許文献３には、ガスタービン発電装置内を循環する燃焼料ガス（循環ガス）のエネルギを有効に利用することやエネルギの回収については開示されているが、熱回収ボイラの小型化については開示されていない。
【００１１】
さらには、船舶の場合、通常は燃焼用空気および／または希釈用空気をガス燃焼ボイラまたはガス焼却炉の火炉に送り込む際に船内電力等によって給電される電動式空気ファンが用いられているため、船内電力供給の遮断によってガス燃焼装置の運転継続が不能になることも考えられ、ガス処理装置自体の信頼性に影響が及ぶこととなる。そのため、船舶に設けられる電力供給システムには、場合によっては過剰な冗長性の要求を考慮する必要があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、余剰とされたガス化した液化ガスの処理をコンパクト、かつ、効率的に処理することが可能な液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の液化ガス処理システム、この制御方法、これを備えた液化ガス運搬船およびこれを備えた液化ガス貯蔵設備は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、外気を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段と、該高圧側蒸気発生手段において発生した前記蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって回転するガスタービンと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
従来、液状の液化ガスを運搬する船舶や貯蔵設備等に搭載されている貯蔵槽内に貯蔵されている液状の液化ガスがガス化（ボイルオフ）した際には、ボイルオフガス（ガス化した液化ガス）を推進用原動機の燃料に用いたり、再液化して貯蔵槽に戻すことが行われている。このように、ボイルオフガスを推進用原動機の燃料に用いたり再液化したりすることができない場合や更なる余剰ガスが生じた場合には、ガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有している液化ガス処理システムへと導いて燃焼している。しかし、これらガス燃焼ボイラやガス燃焼炉は、大気圧燃焼のため火炎が大きくなり、それらの火炉自体が大型となる。そのため、液化ガス処理システムの小型化の要望があった。
【００１５】
そこで、本発明では、加圧型燃焼手段を用いて、ガス化した液化ガスを燃焼することにより発生した燃焼ガスによって回転させられるガスタービンにより、同軸上に設けられる圧縮手段を駆動させ、圧縮された空気を、加圧型燃焼手段のジャケット空気及び燃焼用空気として加圧型燃焼手段へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼手段の火炉自体を小型化することができる。さらに、本発明では、貯蔵槽内で発生したガス化した液化ガスを燃焼する燃焼条件として加圧燃焼を用いることができるので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有する従来の液化ガス処理システムに比べて、煙道を通過する燃焼ガスの密度を高く、煙道サイズが抑えられるとともに燃焼ガスと熱交換する高圧側蒸気発生手段を、大気圧煙道ガスのものと比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システムのコンパクト化を図ることができる。
【００１６】
さらに、小型化された高圧側蒸気発生手段やジャケット空気によって火炉が覆われる加圧型燃焼手段を用いることによって、火炉からの放熱は空気で冷却され、火炉や煙道の断熱施工を軽減し、同部位からの放熱ロスを抑制することができる。
また、ガスタービンの駆動ガス入口には、高圧側蒸気発生手段を通過して減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービンを構成するタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化が期待できる。
【００１７】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記ジャケット空気は、ジャケット空気用熱交換手段を介して冷媒と熱交換して前記加圧型燃焼手段の前記ジャケット部へと導かれることを特徴とする。
【００１８】
ジャケット空気用熱交換手段において冷媒（清水等、後述するタービン駆動蒸気系統の給水を利用することで、システム効率を向上させることができる）と熱交換させたジャケット空気を加圧型燃焼手段のジャケット部へと導くこととした。そのため、加圧型燃焼手段のジャケット部外面にはやけど防止等の目的で設ける断熱材は不要である。さらに、火炉内でガス化した液化ガスが燃焼する際に生じる火炎は、その放射熱により火炉を形成している火炉壁を加熱する。しかし、火炉壁の周囲を覆っているジャケット部には、ジャケット空気用熱交換手段において熱交換したジャケット空気が導かれる。そのため、ジャケット空気によって火炉壁を冷却して加圧型燃焼手段からの放熱ロスを軽減することができる。したがって、加圧型燃焼手段から導出された燃焼ガスが導かれる高圧側蒸気発生手段の熱交換効率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記火炉壁は、前記ジャケット部に貫通する複数の通気孔を有することを特徴とする。
【００２０】
火炉を形成している火炉壁には、複数の通気孔を設けることとした。これにより、ジャケット部に導かれたジャケット空気が火炉内に流れ込みながらジャケット自体の冷却を行い、燃焼専用用空気と混合してガス化した液化ガスの燃焼空気に用いることができる。また、燃焼用空気とジャケット空気の混合によっては燃焼ガス温度も抑制される。加圧型燃焼手段からガスタービンへと導かれる燃焼ガスの温度を減温することができるので、ガスタービンを構成しているタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化が期待される。
【００２１】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記圧縮手段と前記ガスタービンとを接続する前記軸には、発電手段および／または電動機が設けられることを特徴とする。
【００２２】
ガスタービンと圧縮手段との間を接続する軸には、発電手段および／または電動機を設けることとした。これにより、燃焼ガスによって駆動されるガスタービンの動力が圧縮手段の所要動力よりも高い場合には、余剰動力を電力として回収することができる。
また、電動機として用いた場合には、軸を駆動させて圧縮手段を回転駆動させることによって、ガス化した液化ガスを圧縮して火炉に送風するための動力源とすることができる。したがって、外部からの給電が期待できない場合にも加圧燃焼の運用が可能となり、冗長性を向上させられる。
【００２３】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記ガスタービンの下流には、該ガスタービンを駆動した前記燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる低圧側蒸気発生手段を備え、前記蒸気タービンの入口には、前記高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれ、前記蒸気タービンの中段部には、前記低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれることを特徴とする。
【００２４】
加圧型燃焼手段とガスタービンとの間に設けられる高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気を蒸気タービンの入口に導き、ガスタービンの下流側に設けられる低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気を蒸気タービンの中段部へと導くこととした。これにより、液化ガス処理システム全体における熱回収効率を向上させると共に、蒸気タービンのタービン効率を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る液化ガス処理システムによれば、前記火炉へと導かれるガス化した前記液化ガスを加圧する加圧手段と、該加圧手段を駆動する加圧手段用電動機と、前記蒸気タービンに駆動されて発電する蒸気タービン駆動用発電手段と、を設けて、該蒸気タービン駆動用発電手段は、液化ガス処理システム全体の電力需要を賄うものであり、前記加圧型燃焼手段へと導かれるガス化した前記液化ガスの圧力が略大気圧の場合には、前記圧縮手段に設けられた前記発電手段の電力が、前記蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に前記加圧手段用電動機へと送電されることを特徴とする。
【００２６】
加圧型燃焼手段へ導かれるガス化した液化ガスを加圧する加圧手段を駆動する加圧手段用電動機には、外気を圧縮する圧縮手段と同軸的に設けられた発電手段の電力を、蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に送電することとした。これにより、加圧手段の駆動を船内電力や設備内電力などの外部配電システムより送電することなく、外部配電システムから分離して給電することができる。したがって、従来よりも信頼性を向上させた燃焼手段とすることができ、液化ガス処理システムの信頼性も向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る液化ガス運搬船によれば、液化ガス運搬船におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る液化ガス貯蔵設備によれば、液化ガス貯蔵設備におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴する。
【００２９】
また、本発明に係る液化ガス処理システムの制御方法によれば、外気を圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる高圧側蒸気発生手段と、該高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、を備え、前記加圧型燃焼手段から導出される前記燃焼ガスは、前記ガスタービンが前記圧縮手段を駆動するために必要な出力に応じた温度に制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、加圧型燃焼手段を用いて、ガス化した液化ガスを燃焼することにより発生させた燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと同軸上に設けられる圧縮手段により圧縮された外気を、加圧型燃焼手段のジャケット空気及び燃焼用空気として加圧型燃焼手段へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼手段の火炉自体を小型化することができる。さらに、本発明では、貯蔵槽内でガス化した液化ガスを燃焼する燃焼手段として、加圧型燃焼手段を用いることとしたので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラやガス燃焼炉を有する従来の液化ガス処理システムに比べて、煙道を通過する燃焼ガスの密度を高くすることができる。そのため、燃焼ガスと熱交換する高圧側蒸気発生手段の出入口における差圧を大きくして、高圧側蒸気発生手段を従来に比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システムのコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
さらに、小型化された高圧側蒸気発生手段やジャケット空気によって火炉が覆われる加圧型燃焼手段を用いることによって、液化ガス処理システム内の断熱施工部分を軽減して、高圧側蒸気発生手段や火炉からの放熱ロスを抑制することができる。
【００３２】
また、ガスタービンの入口には、高圧側蒸気発生手段を通過することにより減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービンを構成するタービンブレード等の高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る液化天然ガス運搬船に搭載されている液化ガス処理システムの概略構成図である。
【図２】図１に示した液化ガス処理システムの燃焼ガスと蒸気との熱回収を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態に係る液化天然ガス運搬船の液化ガス処理システムについて図１に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る液化天然ガス運搬船に搭載されている液化ガス処理システムの概略構成図が示されている。
図示しない液化天然ガス運搬船（液化ガス運搬船）には、液化天然ガス（液化ガス）を貯蔵している図示しない貨物タンク（貯蔵槽）内のボイルオフガス（ガス化した液化ガス）を燃焼する液化ガス処理システム１として、空気（外気）を吸引して圧縮する圧縮機（圧縮手段）２と、圧縮機２によって圧縮された空気が希釈用空気（ジャケット空気）および燃焼用空気として導かれて、貨物タンクから導かれたボイルオフガスと燃焼用空気とが燃焼する火炉３と、火炉３を形成している火炉壁４の周囲を覆っており希釈用空気が導かれるジャケット部５とを有している加圧型燃焼炉（加圧型燃焼手段）６と、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスと熱交換して高圧蒸気（蒸気）を発生する高圧過熱器（高圧側蒸気発生手段）７および高圧蒸発器（高圧側蒸気発生手段）８と、高圧蒸発器８および高圧過熱器７において発生または過熱された高圧蒸気が導かれる蒸気タービン９と、圧縮機２と同軸上に設けられており、高圧蒸発器８および高圧過熱器７を通過した燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２とが主に設けられている。
【００３５】
貨物タンクは、略大気圧近傍の圧力状態で、貨物である液状の液化天然ガスを貯蔵するものである。この貨物タンクへ外部からの入熱が生じることにより、自然に気化したボイルオフガスが生じることとなる。
【００３６】
加圧型燃焼炉６は、圧縮機２によって圧縮された圧縮空気がエアダクト１３内を経て燃焼用空気として導かれる加圧型の燃焼炉である。この加圧型燃焼炉６に導かれる燃焼用空気は、大気圧よりも高いものとされ、大気圧〜４気圧程度の圧力とされている。
【００３７】
加圧型燃焼炉６は、火炉３と、火炉３の外周を覆うように設けられているジャケット部５とが略同心円状に形成されている略円筒形状とされている。火炉３とジャケット部５との間には火炉壁４が設けられており、火炉壁４には複数の通気孔（図示せず）が設けられている。これにより、火炉３とジャケット部５とは、連通状態とされている。
【００３８】
火炉３の入口（図１において火炉３の底部）には、種火を生成するパイロット燃料式バーナー（図示せず）と、貨物タンクから導かれたボイルオフガスを噴射するメインバーナー（図示せず）とを有しているガスバーナーシステム６ａが設けられている。パイロット燃料式バーナーには、例えば点火用の油が供給されて、種火を生成することが可能とされている。なお、パイロット燃料式バーナーには、液化天然ガス等のガス（ボイルオフガス）が供給されてもよく、また、パイロット燃料式バーナーの代わりにスパーク装置を設けるものとしても良い。
【００３９】
加圧型燃焼炉６のジャケット部５には、エアダクト１３から分岐された圧縮空気の一部が希釈用空気として導かれる。希釈用空気は、エアダクト１３と加圧型燃焼炉６との間に設けられているエアクーラー（ジャケット空気用熱交換手段）１４において、冷媒である清水（後述する蒸気コンデンサ１６から導かれた水）と熱交換されて、例えば常温近傍にまで減温される。
【００４０】
加圧型燃焼炉６の火炉３には、エアダクト１３内の残りの圧縮空気が燃焼用空気として導かれる。この燃焼用空気は、加圧型燃焼炉６の入口近傍に設けられている開度制御弁（図示せず）により空気量が調整される。なお、開度制御弁の代わりに可変式のノズルなどを用いて空気量を調整しても良い。エアダクト１３の中間部には、バックアップエアを導入するための逆止弁状の外気導入部１３ａが設けられている。
【００４１】
加圧型燃焼炉６の下流に設けられている高圧過熱器７は、高圧蒸発器８および後述する給水加熱器（低圧側蒸気発生手段）１５から導かれた高圧蒸気および混気蒸気を燃焼ガスと熱交換させるものである。
【００４２】
高圧過熱器７の下流側に設けられている高圧蒸発器８は、給水加熱器１５において加温された水と燃焼ガスとが熱交換して、高圧蒸気を発生するものである。
【００４３】
蒸気タービン９は、その入口に高圧蒸発器８、高圧過熱器７の順に通過することにより過熱された高圧蒸気が導かれ、中段部に給水加熱器１５、高圧過熱器７の順に通過することにより過熱された混気蒸気が導かれて混気（蒸気挿入混気）することにより駆動される混圧タービンである。蒸気タービン９を回転駆動した蒸気（排気）は蒸気コンデンサ１６へと導かれて再凝縮される。この蒸気コンデンサ１６としては、海水冷却方式の真空凝縮方式が好適であるが、大気圧凝縮でもよい。
【００４４】
また、蒸気タービン９には、蒸気タービン９が回転駆動することにより発電する軸発電機（蒸気タービン駆動用発電手段）１７が減速歯車１８を介して設けられている。この軸発電機１７により発電された電気は、外部配電システム（図示せず）とは異なる高圧電線２２へと給電される。ここで、高圧電線２２は、図１に示すように変圧器２３を介して、後述する電動・発電機２０から給電される中圧電線２１に電気的に接続可能となっている。
【００４５】
ガスタービン１２は、高圧過熱器７および高圧蒸発器８において熱交換して温度が低下した燃焼ガスによって回転駆動される。ガスタービン１２には、回転軸（軸）１１が接続されており、その回転軸１１の他端には圧縮機２が接続されている。そのため、燃焼ガスによってガスタービン１２が回転駆動することにより、圧縮機２が空気を吸引して圧縮することとなる。
【００４６】
また、回転軸１１上には、減速機１９を介して電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０が設けられている。この電動・発電機２０は、ガスタービン１２が駆動された際には発電機となって発電し、液化ガス処理システム１を起動する際には逆給電されることによって電動機となり、回転軸１１を駆動して圧縮機２を回転駆動する。なお、ガスタービン１２を介して電動・発電機２０が発電した電力は、図１に示すように中圧電線２１へと給電される。尚、減速機１９を介さず、電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０を回転軸１１と一体型とすることにより、減速機構をなくす発電手段としてもよい。
【００４７】
ガスタービン１２の下流側に設けられている給水加熱器１５には、前述した蒸気コンデンサ１６において凝縮された水（給水）が導かれる。給水加熱器１５には、それを構成しているチューブ(図示せず)に耐食性のフィンチューブが用いられることが望ましい。これにより、給水加熱器１５出口における燃焼ガスの温度低下によって、腐食性凝縮水が析出した場合であってもチューブの腐食を防止することができる。
【００４８】
蒸気コンデンサ１６から給水加熱器１５の最下流側に導かれた水は、ガスタービン１２から排出された燃焼ガスと熱交換して加温されて脱気器などの給水加熱器（図示せず）へと導かれる。脱気器は、給水加熱器１５により加温された水中に溶け込んでいる酸素や非凝縮性ガスを取り除いて腐食が生じない様に水質管理を行うものである。この脱気器により酸素や非凝縮性ガスが取り除かれた加温された水は、給水加熱器１５の最上流側である混合蒸発器１５ａと、混気蒸発器１５ａと給水加熱器１５の最下流側との間に設けられている低圧蒸発器１５ｂと、高圧蒸発器８へと導かれる。
【００４９】
混気蒸発器１５ａに導かれた水は、給水加熱器１５の最上流側に導かれた燃焼ガスと熱交換して混気蒸気とされる。低圧蒸発器１５ｂに導かれた水は、混気蒸発器１５ａを通過して温度が低下した燃焼ガスと熱交換して低圧蒸気とされて船内の雑用蒸気として用いられる。また、高圧蒸発器８に導かれた給水は、高圧過熱器７を通過した燃焼ガスと熱交換して高圧蒸気とされる。
【００５０】
次に、液化ガス処理システム１の流れと制御方法について、図１および図２を用いて説明する。図２には、図１に示す液化ガス処理システム１における燃焼ガスと蒸気との熱回収のグラフが示されており、縦軸は、燃焼ガスまたは蒸気の温度[Ｋ]を示し、横軸は蒸気回収熱交換内熱負荷[ｋＷ]を示している。
【００５１】
図１に示すように、圧縮機２が駆動することによって、圧縮機２が空気を吸引・圧縮する。圧縮機２によって圧縮された圧縮空気は、その圧力が例えば２〜４Ｂａｒとされ、温度が上昇して例えば１５０℃とされる（図１の（Ｅ）および図２中のＥ点）。温度が上昇した圧縮空気は、エアダクト１３へと導かれる。エアダクト１３に導かれた圧縮空気は、その一部が希釈用空気として分岐されてエアクーラー１４へと導かれる。
【００５２】
エアクーラー１４に導かれた高温の希釈用空気は、蒸気コンデンサ１６から導かれた水（給水）と熱交換して常温近くまで減温することができる（図１の（Ｆ）および図２中のＦ点）。減温した希釈用空気は、加圧型燃焼炉６のジャケット部５へと導く。エアダクト１３に導かれた残りの高温の圧縮空気は、燃焼用空気として加圧型燃焼炉６の火炉３へと供給する。
【００５３】
火炉３には、火炉３の入口に設けられているパイロット燃料式バーナーによって火種が形成されている。また、本実施形態では、貨物タンク内に生じたボイルオフガスが略大気圧付近の圧力であるため、中圧電線２１から給電された燃料ガス昇圧ポンプ用電動機（加圧手段用電動機）２６によって駆動される燃料ガス昇圧ポンプ（加圧手段）２４によってボイルオフガスを昇圧（加圧）して火炉３に供給する。この昇圧されたボイルオフガスとエアダクト１３から供給された燃焼用空気とが火炉３に供給されて、燃焼することにより火炎が形成される。
【００５４】
火炎が形成されている火炉３内には、その火炉壁４に設けられている通気孔からジャケット部５に導かれた減温された希釈用空気が流れ込む。これにより、火炉３内では、燃焼用空気と希釈用空気とが混合して燃焼用空気の温度が減温される。なお、燃焼用空気に混合される希釈用空気の流量は、ガスタービン１２や高圧過熱器７、高圧蒸発器８、給水加熱器１５、蒸気タービン９における動力回収割合によって決める。
【００５５】
この際、火炉３内に供給される燃焼用空気は、火炉３の入口に設けられている開度制御弁によって、希釈用空気よりも圧力が低くなるように所要差圧（希釈用空気の圧力と燃焼用空気の圧力との差）を調整しなければならない。これによって、ジャケット部５から火炉壁４の通気孔を経て火炉３内へと流れ込む希釈用空気の流れ込みが阻害されないようになっている。
【００５６】
このような加圧型燃焼炉６は、火炉３と加圧型燃焼炉６の外壁６ｂとの間にジャケット部５を有しているので、火炉３内の火炎の放射熱（または放射光）が外壁６ｂに直接伝熱して外壁６ｂが加熱されることを抑制することができる。また、火炉３を覆っている火炉壁４は火炎の放射熱により加熱されるが、ジャケット部５には減温された希釈用空気が導かれるため、この冷却熱により火炉壁４が冷却される。このように、火炉壁４は、火炎の放射熱が外壁６ｂに直接伝熱して外壁６ｂを加熱するのを抑制することができるように、孔形状、また通気孔の数が決定され、その温度に適した材料を選定する。
【００５７】
加圧型燃焼炉６で生成された燃焼ガスは、希釈用空気が混合した燃焼用空気とボイルオフガスとが燃焼することによって、例えば約８６０℃とされる（図１の（Ａ）および図２中の点線のＡ点）。この燃焼ガスは、火炉３から排出されて高圧過熱器７へと導かれる。
【００５８】
高圧過熱器７に導かれた燃焼ガスは、高圧蒸発器８から導かれた高圧蒸気（図１の（Ｊ）および図２中のＪ点）、給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａから導かれた混気蒸気（図１の（Ｋ）および図２中のＫ点）の順に熱交換して、それぞれを過熱された高圧蒸気または混気蒸気とする。高圧蒸気および混気蒸気と熱交換して減温された燃焼ガスは、高圧過熱器７から排出されて高圧蒸発器８へと導かれる。高圧蒸発器８に導かれた燃焼ガスは、給水加熱器１５から脱気器を経て加温された水と熱交換して高圧蒸気を発生する。
【００５９】
加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスは、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過することによって、図２中の点線で示すようにその温度が例えば約４２０℃まで低下する（図１の（Ｂ）および図２中の点線のＢ点）と共に減圧される。なお、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過した燃焼ガスの減温の程度は、ガスタービン１２に回転軸１１を介して接続されている過給機２が空気を圧縮するために必要な動力をガスタービン１２が出力することが可能な範囲とされている。
【００６０】
ここで、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスは、従来の燃焼炉（図示せず）から導出される燃焼ガスに比べて、燃焼ガスの密度が高く高圧となっている。これにより、この燃焼ガスが通過する高圧過熱器７および高圧蒸発器８では、それらの出入口における燃焼ガスの差圧を大きくすることができる。そのため、高圧過熱器７や高圧蒸発器８を小型化することができる。なお、燃焼ガスが通過する高圧過熱器７および高圧蒸発器８は、その外周２５が防熱施工されている。
【００６１】
高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過して減温された燃焼ガスは、ガスタービン１２へと導かれる。ガスタービン１２に導かれた燃焼ガスは、ガスタービン１２に設けられているタービンブレード（図示せず）に作用してガスタービン１２を回転駆動する。燃焼ガスが導かれることによって回転駆動したガスタービン１２によって、回転軸１１が回転駆動する。回転軸１１が回転駆動することによって、回転軸１１の他端に設けられている圧縮機２が駆動して、空気を吸引・圧縮することとなる。さらに、回転軸１１上には、減速機１９を介して電動・発電機２０が接続されているので、回転軸１１が回転駆動することにより、電動・発電機２０が発電する。
【００６２】
ガスタービン１２を回転駆動した燃焼ガス（図１の（Ｃ）および図２中のＣ点）は、その出口温度が例えば１３０℃以上、好ましくは２００℃以上とされてガスタービン１２から導出される。このように、ガスタービン１２の出口温度を１３０〜１６０℃以上にすることによって、高圧過熱器７および高圧蒸発器８を通過して低温化した燃焼ガスの結露によって生じる酸性水腐食を防いで、ガスタービン１２を保護する必要がある。
【００６３】
ガスタービン１２から給水加熱器１５に導かれた燃焼ガスは、給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａ、低圧蒸発器１５ｂの順に通過して、蒸気コンデンサ１６から導かれた水を加温（図２中のＭ）した後、図示しない煙突等から液化ガス処理システム１外へと排出される。なお、給水加熱器１５から排気される燃焼ガスの排気温度としては１００℃以下（図１の（Ｄ）および図２中のＤ点）であることが望ましい。これにより、液化ガス処理システム１の総合熱効率を上げることができる。
【００６４】
一方、燃焼ガスによって加温された水（図１の（Ｍ）および図２中のＭ点）は、図示しない脱気器を経て高圧蒸発器８または給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａまたは低圧蒸発器１５ｂに導かれる。給水加熱器１５の混気蒸発器１５ａに導かれた加温された水は、燃焼ガスと熱交換して混気蒸気（図１の（Ｋ）および図２中のＫ点）とされ、高圧過熱器７へと導かれる。高圧過熱器７へと導かれた混気蒸気は、ここで燃焼ガスと熱交換して過熱され（図１の（Ｈ）および図２中のＨ点）、蒸気タービン９の中段部へと導かれる。
【００６５】
また、蒸気タービン９の入口には、脱気器から高圧蒸発器８を経て高圧過熱器７により過熱された高圧蒸気が導かれる（図１の（Ｇ）および図２中のＧ点）。これら過熱された高圧蒸気と混気蒸気とによって、蒸気タービン９が回転し、軸発電機１７を駆動する。
【００６６】
なお、給水加熱器１５の低圧蒸発器１５ｂに導かれた加温された水は、燃焼ガスと熱交換して（図１の（Ｌ）および図２中のＬ点）、低圧蒸気とされて船内に供給する雑用蒸気とされる。
【００６７】
以上の通り、本実施形態に係る液化ガス処理システム１、この制御方法及びこれを備えている液化天然ガス運搬船によれば、以下の作用効果を奏する。
加圧型燃焼炉（加圧型燃焼手段）６を用いて、ボイルオフガス（ガス化した液化天然ガス（液化ガス））を燃焼することにより発生させた燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２と同軸上に設けられている圧縮機（圧縮手段）２により圧縮された空気（外気）を、希釈用空気（ジャケット空気）及び燃焼用空気として加圧型燃焼炉６へと導くこととした。これにより、加圧型燃焼炉６の火炉３自体を小型化することができる。さらに、貨物タンク（貯蔵槽）内で発生したボイルオフガスを燃焼する燃焼手段として、加圧型燃焼炉６を用いることとしたので、大気圧燃焼のガス燃焼ボイラ（図示せず）やガス燃焼炉（図示せず）を有する従来の液化ガス処理システム（図示せず）に比べて、高圧過熱器（蒸気発生手段）７および高圧蒸発器（蒸気発生手段）８を通過する燃焼ガスの密度を高くすることができる。これにより、高圧蒸発器８および高圧過熱器７は大気圧燃焼ガスの熱交換器に比べて小型化することができる。したがって、液化ガス処理システム１の小型化を図ることができる。
【００６８】
さらに、小型化された高圧蒸発器８および高圧過熱器７や、希釈用空気が導かれるジャケット部５により火炉３が覆われている加圧型燃焼炉６を用いることによって、液化ガス処理システム１内の断熱施工部分を軽減して、高圧蒸発器８および高圧過熱器７の外周２５や火炉３からの放熱ロスを抑制することができる。
【００６９】
また、ガスタービン１２の入口には、高圧蒸発器８および高圧過熱器７を通過することにより減温された燃焼ガスが導かれる。そのため、ガスタービン１２を構成し、高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【００７０】
エアクーラー（ジャケット空気用熱交換手段）１４において蒸気コンデンサ１６から導かれた給水（冷媒）と熱交換させた希釈用空気を加圧型燃焼炉６のジャケット部５へと導くこととした。そのため、加圧型燃焼炉６のジャケット部５の外壁６ｂに設ける断熱材が不要となる。さらに、火炉３内でボイルオフガスが燃焼する際に生じる火炎は、その放射熱により火炉３を形成している火炉壁４を加熱する。しかし、火炉壁４の周囲を覆っているジャケット部５には、エアクーラー１４において熱交換して温度の低下した希釈用空気が導かれる。そのため、火炉壁４を希釈用空気によって冷却して加圧型燃焼炉６からの放熱ロスを軽減することができる。したがって、加圧型燃焼炉６から導出された燃焼ガスが導かれる高圧蒸発器８および高圧過熱器７の熱交換効率を向上させることができる。
【００７１】
火炉３を形成している火炉壁４には、複数の通気孔（図示せず）を設けることとした。これにより、ジャケット部５に導かれた希釈用空気が火炉３内に流れ込み、燃焼用空気に加えて希釈用空気もボイルオフガスとの燃焼に用いることができる。そのため、燃焼用空気と、エアクーラー１４において熱交換して温度の低下した希釈用空気とを混合させて、生成する燃焼ガスの温度を低くすることができる。加圧型燃焼炉６からガスタービン１２へと導かれる燃焼ガスの温度を減温することができるので、ガスタービン１２を構成しているタービンブレード（図示せず）等の高温に晒される部品の長寿命化を図ることができる。
【００７２】
ガスタービン１２と圧縮機２との間を接続している回転軸１１には、電動・発電機（発電手段および／または電動機）２０を設けることとした。これにより、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン１２の動力が圧縮機２の所要動力よりも高い場合には、余剰動力を電力として回収して中圧電線２１へと給電することができる。
【００７３】
また、電動・発電機２０を電動機として用いた場合には、回転軸１１を駆動させて圧縮機２を回転駆動させることによって、加圧型燃焼炉６を起動する際に必要な起動用空気を圧縮機２により圧縮して送風することができる。したがって、加圧型燃焼炉６を起動する際の起動用空気用の電動ファン（図示せず）などの設備が不要となる。
【００７４】
加圧型燃焼炉６とガスタービン１２との間に設けられている高圧蒸発器８において発生した高圧蒸気を高圧過熱器７によって過熱して蒸気タービン９の入口に導き、ガスタービン１２の下流側に設けられている給水加熱器（低圧側蒸気発生手段）１５の混気蒸発器１５ａにおいて発生した混気蒸気を高圧蒸発器８により過熱して蒸気タービン９の中段部へと導くこととした。これにより、液化ガス処理システム１全体における熱回収効率を向上させると共に、蒸気タービン９のタービン効率を向上させることができる。
【００７５】
加圧型燃焼炉６へ導かれるボイルオフガスを昇圧（加圧）する燃料ガス昇圧ポンプ（加圧手段）２４を駆動する燃料ガス昇圧ポンプ用電動機（加圧手段用電動機）２６には、ガスタービン２０が駆動することにより発電する軸発電機（蒸気タービン駆動用発電手段）１７から高圧電線２２、変圧器２３を介して送電することとした。そのため、燃料ガス昇圧ポンプ２４の駆動を蒸気タービン９に接続されている軸発電機１７からの電力によって送電し、外部配電システム（図示せず）から分離して給電することができる。したがって、従来よりも信頼性を向上させた加圧型燃焼炉６とすることができ、液化ガス処理システム１の信頼性も向上させることができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、蒸気タービン９を混気タービンとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低圧タービンと高圧タービンとを同軸上に配置するものであっても良い。
また、蒸気タービン９には高圧および混気蒸気の２系統が導かれるものとして説明したが、高圧蒸発器８および高圧過熱器７から蒸気タービン９へと蒸気が導かれる１系統のみ、または２系統以上としても良い。
【００７７】
さらに、本発明に係る液化ガス処理システム１は、液化天然ガス運搬船にのみに適用されるものではなく、液化天然ガスを貯蔵する液化天然ガス貯蔵設備（図示せず）にも適用可能である。
【００７８】
また、液化ガスとして液化天然ガスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液化ガスとして、液化石油ガス（ＬＰＧ）やエタン、エチレン、アンモニアやそれらの混合物であってもよい。
【００７９】
さらに、貨物タンク側に設けられている貨物コンプレッサー(図示せず)等により加圧型燃焼炉６に供給されるボイルオフガスの元圧が確保されている場合には、貨物タンクから貨物コンプレッサーにより導出されるボイルオフガスの圧力の方が火炉３内圧力よりも通常は高いものとされている。そのため、この場合には、燃料ガス昇圧ポンプ２４にてボイルオフガスを昇圧することなく、単に減圧してボイルオフガスを火炉３内に供給するものとしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
１ 液化ガス処理システム
２ 圧縮手段（圧縮機）
３ 火炉
４ 火炉壁
５ ジャケット部
６ 加圧型燃焼手段（加圧型燃焼炉）
７ 高圧側蒸気発生手段（高圧過熱器）
８ 高圧側蒸気発生手段（高圧蒸発器）
９ 蒸気タービン
１１ 軸（回転軸）
１２ ガスタービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を圧縮する圧縮手段と、
該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、
該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段と、
該高圧側蒸気発生手段において発生した前記蒸気が導かれる蒸気タービンと、
前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
を備えることを特徴とする液化ガス処理システム。
【請求項２】
前記ジャケット空気は、ジャケット空気用熱交換手段を介して冷媒と熱交換して前記加圧型燃焼手段の前記ジャケット部へと導かれることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス処理システム。
【請求項３】
前記火炉壁は、前記ジャケット部に貫通する複数の通気孔を有することを特徴とする請求項２に記載の液化ガス処理システム。
【請求項４】
前記圧縮手段と前記ガスタービンとを接続する前記軸には、発電手段および／または電動機が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項５】
前記ガスタービンの下流には、該ガスタービンを駆動した前記燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる低圧側蒸気発生手段を備え、
前記蒸気タービンの入口には、前記高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれ、前記蒸気タービンの中段部には、前記低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項６】
前記火炉へと導かれるガス化した前記液化ガスを加圧する加圧手段と、
該加圧手段を駆動する加圧手段用電動機と、
前記蒸気タービンに駆動されて発電する蒸気タービン駆動用発電手段と、を設けて、
該蒸気タービン駆動用発電手段は、液化ガス処理システム全体の電力需要を賄うものであり、
前記加圧型燃焼手段へと導かれるガス化した前記液化ガスの圧力が略大気圧の場合には、前記圧縮手段に設けられた前記発電手段の電力が、前記蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に前記加圧手段用電動機へと送電されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項７】
液化ガス運搬船におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴とする液化ガス運搬船。
【請求項８】
液化ガス貯蔵設備におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴する液化ガス貯蔵設備。
【請求項９】
外気を圧縮する圧縮手段と、
該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、
該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる高圧側蒸気発生手段と、
該高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、
前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、
を備え、
前記加圧型燃焼手段から導出される前記燃焼ガスは、前記ガスタービンが前記圧縮手段を駆動するために必要な出力に応じた温度に制御されることを特徴とする液化ガス処理システムの制御方法。
【請求項１】
外気を圧縮する圧縮手段と、
該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、
該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生する高圧側蒸気発生手段と、
該高圧側蒸気発生手段において発生した前記蒸気が導かれる蒸気タービンと、
前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって回転するガスタービンと、
を備えることを特徴とする液化ガス処理システム。
【請求項２】
前記ジャケット空気は、ジャケット空気用熱交換手段を介して冷媒と熱交換して前記加圧型燃焼手段の前記ジャケット部へと導かれることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス処理システム。
【請求項３】
前記火炉壁は、前記ジャケット部に貫通する複数の通気孔を有することを特徴とする請求項２に記載の液化ガス処理システム。
【請求項４】
前記圧縮手段と前記ガスタービンとを接続する前記軸には、発電手段および／または電動機が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項５】
前記ガスタービンの下流には、該ガスタービンを駆動した前記燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる低圧側蒸気発生手段を備え、
前記蒸気タービンの入口には、前記高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれ、前記蒸気タービンの中段部には、前記低圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項６】
前記火炉へと導かれるガス化した前記液化ガスを加圧する加圧手段と、
該加圧手段を駆動する加圧手段用電動機と、
前記蒸気タービンに駆動されて発電する蒸気タービン駆動用発電手段と、を設けて、
該蒸気タービン駆動用発電手段は、液化ガス処理システム全体の電力需要を賄うものであり、
前記加圧型燃焼手段へと導かれるガス化した前記液化ガスの圧力が略大気圧の場合には、前記圧縮手段に設けられた前記発電手段の電力が、前記蒸気タービン駆動用発電手段の電力よりも優先的に前記加圧手段用電動機へと送電されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の液化ガス処理システム。
【請求項７】
液化ガス運搬船におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴とする液化ガス運搬船。
【請求項８】
液化ガス貯蔵設備におけるボイルオフガスを加圧型燃焼手段で燃焼して発生した燃焼ガスを、ガスタービンに供給して該ガスタービンを回転させ、該ガスタービンの回転軸に連結された圧縮手段を駆動し、該圧縮手段により圧縮された空気を、前記加圧型燃焼手段にジャケット空気および／または燃焼用空気として供給することを特徴する液化ガス貯蔵設備。
【請求項９】
外気を圧縮する圧縮手段と、
該圧縮手段によって圧縮された外気がジャケット空気及び燃焼用空気として導かれ、貯蔵槽から導かれたガス化した液化ガスと前記燃焼用空気とが燃焼する火炉と、該火炉を形成する火炉壁の周囲を覆っており前記ジャケット空気が導かれるジャケット部と、を有する加圧型燃焼手段と、
該加圧型燃焼手段から導出される燃焼ガスと熱交換して蒸気を発生させる高圧側蒸気発生手段と、
該高圧側蒸気発生手段において発生した蒸気が導かれる蒸気タービンと、
前記圧縮手段と同軸上に設けられて、前記高圧側蒸気発生手段から導かれる前記燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、
を備え、
前記加圧型燃焼手段から導出される前記燃焼ガスは、前記ガスタービンが前記圧縮手段を駆動するために必要な出力に応じた温度に制御されることを特徴とする液化ガス処理システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９２０５３（Ｐ２０１３−９２０５３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２７３４（Ｐ２０１１−２３２７３４）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]