[发明专利]燃气轮机设备、燃料气体供给设备及燃料气体的发热量上升抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机设备、燃料气体供给设备以及燃料气体的发热量上升抑制方法。更详细地说，涉及将像低发热量气体那样其发热量(也称为卡路里)有变动的气体作为燃料提供给燃气轮机的燃料气体供给设备、具备该燃料气体供给设备的燃气轮机设备、以及抑制这种燃气轮机燃料用气体的发热量上升的方法。

背景技术

在炼铁领域利用例如高炉法生产生铁的情况下，从高炉产生作为副产品气体的高炉瓦斯(Blast Furnace Gas，以下简称BFG)。BFG的总发热量甚至达到使用的焦炭的发热量的大约一半，因此为了降低炼铁成本，在炼铁厂内多方面使用BFG。每投入1吨焦炭发生3000Nm³左右的BFG，其组成是二氧化碳(CO₂)10～18体积％(以下简单表示为％)，一氧化碳(CO)22～30％，氮气(N₂)52～60％，氢气(H₂)0.5～4％，甲烷(CH₄)0.5～3％左右。

除此以外，BFG还包含烟尘2～10g/Nm³，因此在用除尘器将其去除到0.01g/Nm³左右之后，作为发热量为800kcal/Nm³左右的燃料使用于热风炉、炼焦炉、加热炉、锅炉等。近年来，在燃气轮机中也由于其技术的提高，已经能够燃烧低发热量气体，将BFG作为燃气轮机燃料使用进行发电的事例一直在增加。在这里，将低发热量气体定义为其发热量在约12MJ/Nm³以下的气体。低发热量气体不限于高炉瓦斯(BFG)，还包含转炉气体(LDG)等多种其他种类的气体及其混合气体。

另一方面，近年来正在研究高炉法以外的新炼铁工艺(例如FINEX和COREX等直接还原炼铁法)，能够适用于对这样的新工艺发生的副产品气体进行有效利用的燃烧方式的开发研究有待进行。任何一种炼铁工艺发生的副产品气体的特性(气体组成和发热量)都因设备和操作内容而不同，即使是用同一设备，特性也会相应于各原料的特性和反应过程而时时刻刻发生变化，并不是一定的。

对于将副产品气体作为燃气轮机的燃料使用的情况下的最重要的特性发热量来说，在超过各燃气轮机固有的发热量允许变动幅度的上限(例如平均发热量值的约+10％)的情况下，也就是发热量急剧变大的情况下，有时候燃气轮机的燃烧器内的燃烧温度急剧上升到异常高温。由于这样的原因燃烧器部分、燃气轮机的定子叶片(静子叶片)和转动叶片(动叶)会受到损伤，可能造成使用寿命的缩短和其他弊端，在这种情况下使燃气轮机设备导致经济、连续运行是困难的。

为了抑制副产品气体的发热量变动，已知有利用纯氮气稀释的技术(参照例如专利文献1和专利文献2)。但是在利用精制到高纯度的氮气等不活泼气体稀释副产品气体的情况下，不得不根据发热量变动值大量使用氮气等昂贵的不活泼气体。而且，连续大量确保不活泼气体的供应除了特殊工业领域以外是非常困难的。而且还必须进一步设置大量不活泼气体的贮存设备、和包括配管的气体供应用的各种机器设备等。由于这些理由，使得购买纯净的不活泼气体使用的技术方案导致燃气轮机发电的经济性下降，标榜高效率的燃气轮机技术的优越性受到影响。

专利文献1：日本特开2002-155762号公报

专利文献2：日本特开平9-317499号公报

发明内容

本发明是为解决这样的存在问题而作出的，其目的在于，提供设备成本和运行成本低廉的，能够缓和燃气轮机用的燃料气体的发热量变动的燃料气体供给设备、具备该燃料气体供给设备的燃气轮机设备、以及抑制燃气轮机燃料用气体的发热量上升的方法。

为了实现上述目的，本发明的燃料气体供给设备具备将气体作为燃料提供给燃气轮机用的燃料气体供给通路、该燃料气体供给通路上连接的，将制氧设备和制氮设备中的至少一方发生的废弃的氮气提供给燃料气体供给通路用的废弃氮气供给通路、在所述燃料气体供给通路上配设的，检测气体中的发热量用的发热量检测装置、以及能够根据该发热量检测装置的检测结果控制废弃氮气供给通路的废弃氮气供给动作的控制装置。

如果采用这一发明，则作为在制氧设备应该废弃的副产品发生的废弃氮气以及在制氮设备制造的含有微量氧因此被废弃的废弃氮气可以回收作为燃料气体的稀释气体使用。由于将大量含有不能够燃烧的氮气而且是极其容易得到且便宜的废弃氮气加以混合稀释燃料气体，能够抑制燃料气体的发热量上升。在这里，所谓发热量检测装置也当然包含对气体的发热量进行直接测量的装置，而且也包含测量气体中的可燃成分的含有率的装置。