專利名稱：氣體重整設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體重整設(shè)備，更詳細(xì)地說，涉及將低熱量(卡路里)氣體(例如高爐氣體、即BFG、以及其他制鐵工藝的氣體副產(chǎn)品)作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料使用時(shí)，為了能夠持續(xù)穩(wěn)定燃燒，在上述低熱量氣體中添加重整氣體，以此調(diào)整燃料氣體的氣體成分或氣體的熱量(卡路里)的氣體重整設(shè)備。
背景技術(shù)：
向來、利用低熱量氣體的例子，以例如制鐵領(lǐng)域的高爐氣體(BFG)等氣體副產(chǎn)品作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料使用進(jìn)行發(fā)電等實(shí)例越來越多。另一方面，由于高爐內(nèi)的能量利用效率的提高，作為工藝廢氣的BFG的發(fā)熱量一年比一年低。這樣的低熱量的高爐氣體作為燃料使用的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)容易熄火，熄火時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)緊急停止。而且在BFG的氫含量少的情況下，不容易點(diǎn)火和保持火焰，因此容易熄滅。而且在上述低熱量的情況下，有時(shí)候其特性、發(fā)熱量、發(fā)生量等會(huì)發(fā)生變動(dòng)。
作為這樣的問題的解決辦法，有人提出了通過在低熱量的BFG中添加煉焦?fàn)t氣體(也稱為COG)或天然氣(也稱為NG)以增加發(fā)熱量和氣體量本身并使其燃燒的方案(參考日本專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2)。
使用COG的理由是，COG是中等發(fā)熱量的氣體，與低熱量氣體的發(fā)熱量差小，因此容易混合，而且由于COG的主成分是氫，通過使低熱量氣體中的氫含量增加，能夠使其有良好的著火和保持火焰的性能。
但是，COG不是到處都容易得到的氣體。而且，COG中包含有較多的氨氣、氰化氫等，燃燒時(shí)將發(fā)生大量有害的氮氧化物。而且包含于COG的氮氧化物與丁二烯(butadiene)·環(huán)戊二烯(シクロペンタジエン)等不飽和碳?xì)浠衔锇l(fā)生聚合反應(yīng)，生成高分子的橡膠狀物質(zhì)(也稱為“NO-Gum”)，有可能因此給燃料控制閥和燃?xì)廨啓C(jī)的噴嘴造成麻煩。要解決這些問題需要大規(guī)模的COG前處理設(shè)備(去除氨氣和氰化氫，添加氫用的裝置)。而且COG也含有較多的硫化氫(H2S)，因此有時(shí)候需要用于減少燃燒后的廢氣中的二氧化硫濃度用的脫硫裝置。這樣就大幅度提高了設(shè)備的成本，而且也增加了設(shè)備維修保養(yǎng)的負(fù)擔(dān)。
另一方面，在混合有天然氣(NG)的情況下，通常的天然氣不包含氫，因此與混合COG的情況相比，為了保持燃燒穩(wěn)定性，不得不使燃料氣體成為具有高熱量的氣體，其結(jié)果是，在燃燒時(shí)使所謂有害的thermal NO增加。而且，天然氣含有的可燃性成分幾乎都是以甲烷為主的碳化氫，如果將其與低熱量氣體混合，則低熱量氣體的組成恐怕會(huì)有很大的變化。而且天然氣是高熱量氣體(約40MJ/m3N)，與低熱量氣體的熱量(約12MJ/m3N以下)有很大的差異。因此NG的增熱效果顯著，所以在增熱時(shí)候不得不減小低熱量氣體與天然氣的混合比，其結(jié)果是，難以確保氣體的混合性能。在其不一樣的程度變動(dòng)大的情況下，其影響在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒時(shí)會(huì)出現(xiàn)，造成燃燒溫度不均勻。在這種不均勻很大的情況下，會(huì)損傷燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器和透平部。
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-155762號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開平9-317499號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，為了以BFG等低熱量氣體作為燃料氣體使其穩(wěn)定燃燒，在低熱量氣體中混入高熱量氣體，使該混合氣體的發(fā)熱量增加，以此確保燃燒穩(wěn)定的進(jìn)行的方法不是根本意義上的方法，同時(shí)使低熱量氣體中的氫含量增加到穩(wěn)定燃燒所需要的水平是有效的方法。著眼于此是因?yàn)闅錃饩哂辛己玫闹鸷捅３只鹧娴男阅?，這一性質(zhì)可以有效利用。
而且本發(fā)明的發(fā)明人著眼于在不得不減少對(duì)燃燒裝置提供低熱量氣體的供應(yīng)量，例如不得不降低作為燃燒裝置的一種的燃?xì)廨啓C(jī)的輸出的情況下，或燃?xì)廨啓C(jī)的包括部分負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)行處于有困難的狀態(tài)的情況下，利用重整氣體制造設(shè)備另行發(fā)生中等熱量的氣體(發(fā)熱量約為20MJ/m3N)左右的氣體)，將其混合于低熱量氣體中，以此使低熱量氣體增加熱量，使燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行能夠持續(xù)進(jìn)行。這是由于在為使低熱量氣體增熱而使用天然氣那樣的高熱量氣體的情況下，在低熱量氣體中混合高熱量氣體的混合比小，因此難于確保同樣的氣體混合性能，相反，在使用中等熱量的氣體的情況下，其混合比可以較大，由于混合的兩種氣體的熱量差小，因此容易確保同樣的氣體混合性能。而且著火和保持火焰的性能好的氫氣含量在混合后也增加了。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而作出的，其目的在于，提供在將特性不穩(wěn)定的低熱量氣體作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料使用的情況下，通過在其中添加重整氣體，重整低熱量氣體的氣體特性，使其成為特性穩(wěn)定的燃料氣體，實(shí)現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性用的氣體重整設(shè)備(氣體特性改善設(shè)備)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氣體重整設(shè)備其特征在于，具備具有天然氣供給線和空氣供給線，將天然氣與空氣加以混合，使該混合氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而重整，以制造含氫氣的重整氣體用的反應(yīng)容器的重整氣體制造裝置、將低熱量氣體與該重整氣體制造裝置提供的重整氣體加以混合，作為燃料氣體提供給燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備用的混合調(diào)整裝置、從所述重整氣體制造裝置向所述混合調(diào)整裝置提供重整氣體用的重整氣體供給通路、從所述混合調(diào)整裝置向燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備提供燃料氣體用的燃料氣體供給通路、以及控制所述重整氣體制造裝置和混合調(diào)整裝置的動(dòng)作用的控制裝置。
所謂低熱量氣體包括例如高爐氣體(BFG)、直接還原制鐵法或熔融還原制鐵法發(fā)生的氣體副產(chǎn)品、煉焦?fàn)t氣體(COG)、轉(zhuǎn)爐氣體(LDG)、煤層中包含的煤層氣體(即Coal mine gas，簡(jiǎn)稱CMG)、GTL(Gas to Liquids)工序中發(fā)生的尾氣、從油砂精制油的工序中發(fā)生的氣體副產(chǎn)品、使用等離子體焚燒垃圾時(shí)發(fā)生的氣體、包含生垃圾的一般廢棄物在其掩埋地發(fā)酵、分解的過程中產(chǎn)生的甲烷氣體(Landfillgas)、以及其他類似的由于高熱使得原料發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)伴隨反應(yīng)發(fā)生的其他副產(chǎn)品等低熱量氣體。當(dāng)然，像作為BFGB與COG的混合氣體使用那樣，不用說上述氣體單獨(dú)使用，即使是將兩種以上的氣體適當(dāng)混合使用的情況下，也能夠適用本發(fā)明。天然氣也包含液化天然氣。
又，最好是上述重整氣體制造裝置還具備蒸汽(以下簡(jiǎn)稱“蒸汽”)供給線，形成能夠在天然氣與空氣的混合氣體中再添加蒸汽使其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此進(jìn)行重整，將得到的重整氣體提供給上述混合調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榧尤胝羝旌鲜怪卣麣怏w的氫濃度進(jìn)一步上升。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，調(diào)整由重整氣體制造裝置提供給混合調(diào)整裝置的重整氣體量的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的氫濃度的結(jié)構(gòu)。
最好是上述重整氣體制造裝置具備蒸汽供給線的裝置中，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的氫濃度的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橥ㄟ^蒸汽的混合，能夠擴(kuò)大重整氣體的氫濃度的調(diào)整幅度。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器、以及在上述混合調(diào)整裝置內(nèi)配設(shè)的，利用稀釋用的氣體稀釋燃料氣體用的稀釋氣體供給裝置；上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，在燃料氣體中混合稀釋氣體供給裝置來的稀釋氣體的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
最好是在上述重整氣體制造裝置具備蒸汽供給線的裝置中，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，調(diào)整從重整氣體制造裝置向混合調(diào)整裝置提供的重整氣體的量的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
最好是在上述重整氣體制造裝置具備蒸汽供給線的裝置中，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在燃料氣體供給通路上配設(shè)的測(cè)定通路內(nèi)壓的壓力測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述壓力測(cè)量手段的檢測(cè)信息，調(diào)整從重整氣體制造裝置向混合調(diào)整裝置提供的重整氣體的量的結(jié)構(gòu)。
最好是還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，以及在上述混合調(diào)整裝置內(nèi)配設(shè)的，利用稀釋用的氣體稀釋燃料氣體用的稀釋氣體供給裝置，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，在燃料氣體中混合由稀釋氣體供給裝置提供的稀釋氣體的結(jié)構(gòu)。
上述重整氣體制造裝置為了促進(jìn)其反應(yīng)容器中的化學(xué)反應(yīng)，最好是還具備由燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備提供加熱用蒸汽用的加熱用蒸汽供應(yīng)線。
上述重整氣體制造裝置為了用于為促進(jìn)其反應(yīng)容器中的化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行的加熱，除了上述加熱用蒸汽供給線外，最好是還具備從燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備抽出高溫壓縮氣體提供給反應(yīng)容器的抽氣線路，形成能夠有選擇地提供蒸汽與所抽取的高溫氣體的結(jié)構(gòu)。由于在使反應(yīng)容器的化學(xué)反應(yīng)開始的時(shí)刻，該設(shè)備內(nèi)處于尚未發(fā)生蒸汽的過渡狀態(tài)，因此能夠得到加速反應(yīng)所需要的熱源。
最好是上述重整氣體制造裝置在其重整氣體供給通路上具有熱交換手段，該熱交換手段形成能夠使提供給反應(yīng)容器的天然氣和空氣的混合氣體與提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體進(jìn)行熱交換的結(jié)構(gòu)。因?yàn)槟軌驅(qū)⒏邷鼗闹卣麣怏w冷卻到合適的溫度，同時(shí)能夠在反應(yīng)之前對(duì)混合氣體進(jìn)行預(yù)熱。
最好是上述重整氣體供給通路具有使提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體冷卻用的冷卻手段。
最好是上述冷卻手段配置于重整氣體供給通路的上述熱交換手段的下游側(cè)，形成能夠使重整氣體中的液體成分凝集并將其去除的結(jié)構(gòu)。
最好是在所述重整氣體供給通路上配設(shè)緩沖容器，該緩沖容器能夠吸收重整氣體流量的變動(dòng)，以此形成能夠使提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體的壓力穩(wěn)定化的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诨旌险{(diào)整裝置中重整氣體能夠與低熱量氣體均勻混合。
如果采用本發(fā)明，則能夠?qū)缀鯖]有雜質(zhì)的NG重整，使其氫的存在明顯化，將這種含氫的清潔的重整氣體，作為重整BFG等低熱量氣體的特性的氣體使用。其結(jié)果是，能夠使低熱量氣體的氫含有率穩(wěn)定化等，將低熱量氣體作為穩(wěn)定的燃料使用。
而且即使是低熱量氣體的供應(yīng)量減少的情況下，也能夠利用含有與低熱量氣體的混合性能良好而且著火和保持火焰的性能良好的氫氣的重整氣體，增加低熱量氣體的發(fā)熱量，以此使設(shè)備的運(yùn)行持續(xù)保持穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的氣體重整設(shè)備的概略方框圖。
圖2是圖1的設(shè)備的重整氣體制造裝置的一個(gè)例子的方框圖。
圖3是提供給圖1的設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的燃料氣體的供給線的一個(gè)例子的方框圖。
圖4是圖1的設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的一個(gè)例子的方框圖。
圖5是該混合氣體的發(fā)熱量與空氣相對(duì)于假定成分只有CH4的天然氣的混合比的關(guān)系曲線圖。
圖6是重整處理后的該氣體的主要燃燒成分的體積比例與空氣相對(duì)于假定成分只有CH4的天然氣的混合比的關(guān)系曲線圖。
圖7是圖2的重整氣體制造裝置的A部的其他例子的方框圖。
圖8是圖2的重整氣體制造裝置的A部的又一例子的方框圖。
圖9是表示圖1的設(shè)備中的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備以及提供給該設(shè)備的燃料氣體的供給線的其他實(shí)施例的方框圖。
符號(hào)說明1......燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備2......燃料氣體供給配管3......重整氣體制造裝置4......重整氣體供給配管5......混合調(diào)整裝置6......附屬設(shè)備7......天然氣供給配管8......空氣供給配管9......加熱用蒸汽供給配管10......控制裝置11......第1混合器12......催化反應(yīng)容器13......熱交換器14......霧分離器15......過濾器16......升壓風(fēng)扇16a......旁路配管17......混合氣體供給配管18......第2混合器19......冷卻器20......緩沖容器21......H2濃度計(jì)22......O2濃度計(jì)23......CO濃度計(jì)24......CH4濃度計(jì)
25......旁路配管26......BFG供給配管27......緩沖容器28......CO濃度計(jì)29......H2濃度計(jì)30......稀釋裝置31......稀釋氣體供給配管32......除塵器33......H2濃度計(jì)34......卡路里計(jì)(氣體分析器)35......熱量壓縮機(jī)36......燃?xì)廨啓C(jī)37......燃燒器38......發(fā)電機(jī)39......旁路配管40......冷卻器41......排熱回收鍋爐42......蒸汽輪機(jī)43......煙囪44......發(fā)電機(jī)45......蒸汽供給管道51～58......流量調(diào)節(jié)閥61～66......壓力計(jì)71～76......流量計(jì)81～89......溫度計(jì)91......蒸汽配管92......抽氣配管93......流量調(diào)節(jié)閥94......第3混合器95......升壓壓縮機(jī)96......旁路配管97......空氣冷卻器98......流量調(diào)節(jié)閥99......空氣壓縮機(jī)
100......旁路配管101......空氣冷卻器102、103......流量調(diào)節(jié)閥104......第4混合器111......CH4濃度計(jì)112......CO濃度計(jì)113......CH4濃度計(jì)AIR......空氣BFG......高爐氣體NG......天然氣U......使用地點(diǎn)具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的氣體重整設(shè)備的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的氣體重整設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)備”)的概略方框圖。該設(shè)備具備對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1提供以低熱量氣體(以下在本實(shí)施形態(tài)中以BFG表示)為主體的燃料氣體的燃料氣體供給配管2、制造重整器氣體的重整氣體制造設(shè)備3、從重整氣體制造設(shè)備3使重整氣體合流于燃料氣體供給配管2的重整氣體供給配管4、以及配設(shè)于燃料氣體供給配管2與重整氣體供給配管4的合流點(diǎn)的，將BFG與重整氣體混合進(jìn)行燃料氣體調(diào)整的混合調(diào)整裝置5。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1上附設(shè)有效利用排熱的附屬設(shè)備6。重整氣體制造設(shè)備3上連接提供作為重整氣體的原料的天然氣、空氣以及蒸汽的天然氣供給配管7、空氣供給配管8、以及蒸汽配管91。而且在重整氣體制造設(shè)備3上連接為了在那里使天然氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)的而進(jìn)行加熱的加熱用蒸汽供給配管9以及燃?xì)廨啓C(jī)抽氣空氣配管92(以下簡(jiǎn)稱“抽氣配管”)。又在該設(shè)備1上配設(shè)對(duì)重整氣體的制造、重整氣體的供給、以及BFG與重整氣體的混合調(diào)整進(jìn)行控制用的控制裝置10。
在上述重整氣體制造設(shè)備3中，將天然氣與空氣混合，使其部分氧化，分解天然氣中的甲烷(CH4)，使氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水分(H2O)的存在明顯化。液化的水分作為排水排出，而其他全部作為重整氣體混合于BFG中。只是這樣使天然氣分解，不是取出純水氫氣，因此不需要脫硫、去除焦油、萘等的前處理設(shè)備。而且得到CH4、H2、CO這些可燃成分。通過改變天然氣與空氣的混合比，能夠調(diào)節(jié)這些可燃成分的比例。從而，能夠使其適合選擇為燃料氣體的低熱量氣體成分。
在使用的天然氣是低壓氣體時(shí)和高壓氣體時(shí)配管設(shè)備有若干不同，但是在圖1中將兩者合在一起記載。例如上述重整氣體供給配管4因天然氣是低壓還是高壓而有不同，但是在圖1中，低壓重整氣體供給配管4a與高壓重整氣體供給配管4b合在一起表示。所謂低壓天然氣是指提供給重整氣體制造設(shè)備3的天然氣比燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)供給的燃料要求的壓力低的天然氣。相反，所謂高壓天然氣是指比燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)供給的燃料要求的壓力高的天然氣，例如使液化天然氣在封閉的地方氣化的狀態(tài)。
使用低壓天然氣得到的重整氣體的壓力也是低的。在這種情況下，低壓重整氣體通過低壓重整氣體供給配管4a被發(fā)送到混合調(diào)整裝置5，在這里與BFG混合?；旌险{(diào)整裝置5對(duì)從重整氣體供給配管4a向BFG提供的重整氣體的量進(jìn)行調(diào)整，以使燃料氣體中氫的含有率在固定的范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)需要提供稀釋氣體。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1以該重整的混合BFG作為燃料使燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行、進(jìn)行發(fā)電。附屬設(shè)備6上，如下所述設(shè)置利用燃?xì)廨啓C(jī)36來的排熱的排熱回收鍋爐41和蒸汽輪機(jī)42。
在使用高壓天然氣的情況下，如下所述，空氣供給配管8也采用高壓用的配管，因此與使用低壓天然氣的情況不同。而使用高壓天然氣得到的重整氣體的壓力是高的。不將高壓重整氣體送到混合調(diào)整裝置5，而通過高壓重整氣體供給配管4b將其直接送到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1內(nèi)的燃料氣體供給配管2，在這里與BFG混合。
下面參照?qǐng)D2～3對(duì)上述各設(shè)備2、3、5、6進(jìn)行說明，首先對(duì)使用低壓天然氣的情況進(jìn)行說明。其后，對(duì)使用高壓天然氣的情況下的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
(低壓重整氣體制造設(shè)備3的結(jié)構(gòu))圖2表示構(gòu)成重整氣體制造裝置3的機(jī)器配管的概念圖。在實(shí)際機(jī)器中，各機(jī)器的數(shù)量、配管順序等可以變更。而且不限于預(yù)備機(jī)、預(yù)備系統(tǒng)、維修保養(yǎng)用的裝置、監(jiān)視用的裝置、高功能化、高精度化、穩(wěn)定化、簡(jiǎn)單化等，有時(shí)候根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)者或使用者的意圖，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)改變各詳細(xì)部位。
重整氣體制造設(shè)備3具備用于將天然氣與空氣加以混合的第1混合器11、將混合的氣體加熱以使其部分液化的反應(yīng)容器12、以及使發(fā)送到反應(yīng)容器12的混合氣體與利用反應(yīng)熱加熱到高溫的氣體進(jìn)行熱交換的熱交換器13。為了將反應(yīng)容器12加熱到混合氣體的化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度，從反應(yīng)容器12上連接的加熱用蒸汽供給配管9提供蒸汽，或者，從由燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)38a(參照?qǐng)D4)連接到反應(yīng)容器12的上述抽氣配管92抽取的高溫壓縮氣體通過流量調(diào)節(jié)閥103提供。抽氣配管92上設(shè)置溫度計(jì)89。上述燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)38a來的高溫壓縮空氣不能夠使用時(shí)，使用加熱用蒸汽供給配管9來的蒸汽。而且，蒸汽與高溫壓縮空氣只在反應(yīng)容器12啟動(dòng)時(shí)提供，反應(yīng)開始后利用混合氣體自身的反應(yīng)熱使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。
在該重整氣體制造設(shè)備3的各配管上，設(shè)置各種測(cè)量設(shè)備和流量調(diào)節(jié)閥(以下稱為“流量調(diào)節(jié)閥”)。下面沿著流體的流動(dòng)方向?qū)ζ溥M(jìn)行說明。
首先，通過天然氣供給配管7提供的天然氣在通過流量調(diào)節(jié)閥51之后達(dá)到霧分離器14，其液體成分被去除。在重整氣體制造設(shè)備3到第1混合器11的配管7上設(shè)置壓力計(jì)61和流量計(jì)71。第1混合器11上也設(shè)置壓力計(jì)63。
通過空氣供給配管8提供的空氣，在利用過濾器15除塵后，利用升壓風(fēng)扇16，通過流量調(diào)節(jié)閥52a、52b被壓送到第1混合器11。在第1混合器11，空氣與天然氣混合。在該空氣供給配管8上的上述流量調(diào)節(jié)閥52a的下游設(shè)置壓力計(jì)62和流量計(jì)72。而且在空氣供給配管8上配設(shè)使上述升壓風(fēng)扇16旁通的旁路配管16a。該旁路配管16a上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥53。該旁路配管16a用于確保升壓風(fēng)扇16能夠連續(xù)運(yùn)行的最小流量。
另一方面，通過蒸汽配管91提供的蒸汽在通過流量調(diào)節(jié)閥93之后被提供給第3混合器94，混合于天然氣與空氣的混合氣體中。符號(hào)76表示流量計(jì)。
重整氣體制造設(shè)備3中，利用第1混合器11將空氣與天然氣混合形成的混合氣體在利用熱交換器13升溫之后，被送到反應(yīng)容器12。熱交換器13的上游側(cè)和下游側(cè)的混合氣體供給配管17上分別配設(shè)溫度計(jì)81、82。反應(yīng)容器12和加熱用蒸汽供給配管9上也分別設(shè)置溫度計(jì)83、84。在反應(yīng)容器12中，天然氣被部分氧化，其含有的CH4被分解為H2、CO、CO2、H2O。這些成分沒有被分離，而是作為重整氣體被送到重整氣體供給配管4。該重整氣體供給配管4中的重整氣體通過上述熱交換器13后被天然氣與空氣的混合氣體所冷卻。在反應(yīng)容器12與熱交換器13之間的重整氣體供給配管4的部分上設(shè)置壓力計(jì)64和溫度計(jì)85。
重整氣體供給配管4從重整氣體制造設(shè)備3延伸設(shè)置到混合調(diào)整裝置5的第2混合器18。從重整氣體制造設(shè)備3出來后的重整氣體供給配管4上配設(shè)冷卻器19和緩沖容器20。緩沖容器20是用于吸收重整氣體的流量變動(dòng)的容器。重整氣體利用冷卻器19冷卻，凝集的液體成分作為排水排出。其后，重整氣體在緩沖容器20中充滿規(guī)定量的狀態(tài)下，由流量調(diào)節(jié)閥54一邊對(duì)流量進(jìn)行調(diào)整一邊將其輸送到第2混合器18。利用流量調(diào)節(jié)閥54調(diào)整過流量的重整氣體的流量由設(shè)置于流量調(diào)節(jié)閥下游的流量計(jì)73檢測(cè)出。
冷卻器19與緩沖容器20之間的重整氣體供給配管4的一部分上，向著重整氣體流的下游依序設(shè)置溫度計(jì)86、H2濃度計(jì)21、O2濃度計(jì)22、CO濃度計(jì)23以及CH4濃度計(jì)24。緩沖容器20上設(shè)置壓力計(jì)64。重整氣體供給配管4上配設(shè)使緩沖容器20旁通的旁路配管25。
(混合調(diào)整裝置5的結(jié)構(gòu))下面參照?qǐng)D3對(duì)混合調(diào)整裝置5進(jìn)行說明?；旌险{(diào)整裝置5上連接BFG供給配管26。BFG供給配管26上設(shè)置溫度計(jì)87、緩沖容器27以及壓力計(jì)65。緩沖容器27用于在BFG的流量發(fā)生變動(dòng)的情況下緩和引起所述流量變動(dòng)的壓力變動(dòng)。
混合調(diào)整裝置5的BFG供給配管26上，沿著流體流動(dòng)方向向下游依序設(shè)置CH4濃度計(jì)111、CO濃度計(jì)28、H2濃度計(jì)29、上述第2混合器18、以及稀釋裝置30。但是該機(jī)器的配置只是例示，并非只限于此。BFG與重整氣體(H2、CO、CO2、H2O等)利用第2混合器18混合形成混合氣體(燃料氣體)，通過燃料氣體供給配管2被送到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1的燃料壓縮機(jī)35(參照?qǐng)D4)。
稀釋裝置30是在燃料氣體中的H2濃度超過規(guī)定范圍時(shí)在其中混合氮?dú)?N2)等，使H2濃度降低用的裝置。該稀釋裝置30上連接從未圖示的氮?dú)獾鹊墓┙o源提供氮?dú)獾茸鳛橄♂層玫臍怏w的供給配管31。稀釋氣體供給配管31上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥55和流量計(jì)74。
從混合調(diào)整裝置5到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1的燃料氣體供給配管2上，向下游側(cè)依序設(shè)置除塵器32、CO濃度計(jì)112、H2濃度計(jì)33、CH4濃度計(jì)113、壓力計(jì)66、溫度計(jì)88、以及卡路里計(jì)(例如氣體分析器)34。
(燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1的結(jié)構(gòu))參照?qǐng)D4，在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1的燃料氣體供給配管2上，設(shè)置用電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)的上述例如壓縮機(jī)35，燃料氣體利用該燃料壓縮機(jī)35通過燃料氣體供給配管2壓送到上述燃?xì)廨啓C(jī)36的燃燒器37。燃料壓縮機(jī)35與燃燒器37之間的燃料氣體供給配管2的一部分上設(shè)置流量計(jì)75和流量調(diào)節(jié)閥56。燃?xì)廨啓C(jī)36上連接發(fā)電機(jī)38。符號(hào)38a表示燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓縮機(jī)。上述燃料壓縮機(jī)35上配設(shè)旁路配管39。該旁路配管39是用于將壓縮機(jī)38a的出口的燃料氣體壓力控制于規(guī)定的壓力的，具備流量調(diào)節(jié)閥57和冷卻器40。
該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1上附設(shè)的附屬設(shè)備6，是排熱回收鍋爐41、利用該排熱回收鍋爐41的蒸汽進(jìn)行發(fā)電用的蒸汽輪機(jī)42、以及排放廢氣的煙囪43。蒸汽輪機(jī)42上連接發(fā)電機(jī)44。而且設(shè)置從排熱回收鍋爐41向規(guī)定的使用地點(diǎn)UP提供蒸汽用的蒸汽供給配管45，該蒸汽供給配管45上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥58。也可以利用該蒸汽供給配管45向所述反應(yīng)容器12提供加熱用的蒸汽。
上述氣體重整設(shè)備利用上述控制裝置10對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行控制?？刂蒲b置10進(jìn)行如下所述的控制，即在BFG中添加必要數(shù)量的重整氣體或稀釋用的氣體加以混合，對(duì)BFG的特性進(jìn)行改良用的混合調(diào)整裝置5的控制、以及根據(jù)該混合調(diào)整裝置5來的請(qǐng)求指令從天然氣與空氣的混合氣體制造所用的重整氣體用的重整氣體制造裝置3的控制。所述控制如下所述。
(重整氣體制造裝置3的控制)使天然氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到的重整氣體，與BFG相比氫含有率和發(fā)熱量都高得多。從而，重整氣體制造裝置3的控制的一個(gè)目的是，調(diào)整重整氣體的制造量和對(duì)混合調(diào)整裝置5的供應(yīng)量、重整氣體的氫含有率、以及重整氣體的發(fā)熱量，使其與要求的數(shù)值一致。為此，對(duì)提供給重整氣體制造裝置3的天然氣、空氣、蒸汽的供給量、以及其混合比進(jìn)行調(diào)節(jié)。天然氣與空氣的混合比根據(jù)由使用的燃?xì)廨啓C(jī)決定的燃料氣體中要求的氫濃度、事前測(cè)定的BFG中的氫濃度、重整氣體制造裝置3的重整氣體制造能力、上述燃?xì)廨啓C(jī)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的燃料消耗量等預(yù)先決定。預(yù)先決定的混合比(基準(zhǔn)混合比)有時(shí)候根據(jù)需要變更。
天然氣和空氣的供給量以及它們的混合比的調(diào)節(jié)通過對(duì)各供給配管7、8的流量調(diào)節(jié)閥51、52a、52b的開度進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)。天然氣與空氣的混合比根據(jù)各供給配管7、8的流量計(jì)71、72的測(cè)量信息進(jìn)行反饋控制，使其實(shí)現(xiàn)上述基準(zhǔn)混合比。重整氣體的制造量和對(duì)混合調(diào)整裝置5的供給量的調(diào)整是利用流量調(diào)節(jié)閥51對(duì)天然氣流量進(jìn)行控制，使第1混合器11的內(nèi)壓、或重整氣體供給配管4上的緩沖容器20的內(nèi)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)來實(shí)現(xiàn)的。由于預(yù)先決定了混合比，所以一旦流量調(diào)節(jié)閥51決定了天然氣的流量(利用流量計(jì)71進(jìn)行測(cè)定)，空氣供給配管8的流量調(diào)節(jié)閥52a的開度就自動(dòng)決定，由流量調(diào)節(jié)閥52b對(duì)空氣流量(利用流量計(jì)72進(jìn)行測(cè)定)進(jìn)行調(diào)整。一流量調(diào)節(jié)閥52a是根據(jù)天然氣與空氣的混合比自動(dòng)決定開度的固定開度閥。另一流量調(diào)節(jié)閥52b作為正確調(diào)整混合比的自動(dòng)控制閥工作。這些流量調(diào)節(jié)閥52a、52b的流量比例可以任意設(shè)定。
重整氣體的發(fā)熱量如圖5所示，在天然氣(假設(shè)CH4為100)中混合的空氣的體積比為0時(shí)達(dá)到最大，該比率越大則發(fā)熱量越低。另一方面，重整氣體中的氫濃度如圖6所示，空氣的體積比為0時(shí)為0，在20～35％附近變大，在這以后空氣的比率越大則越低。還有，圖5是該混合氣體的發(fā)熱量與空氣相對(duì)于假定成分只有CH4的天然氣的混合比的關(guān)系曲線圖。而圖6是制造之后的重整氣體的主要燃燒成分的體積比例與空氣相對(duì)于假定成分只有CH4的天然氣的混合比的關(guān)系曲線圖。
蒸汽在天然氣與空氣的混合比相同的情況下有提高重整氣體中的氫濃度的效果，因此在需要得到比調(diào)節(jié)相同的天然氣與空氣的混合比能夠得到的氫濃度更高氫濃度的重整氣體的情況下提供蒸汽。由于該氫濃度的變化也會(huì)引起發(fā)熱量的變化，所以也可以以調(diào)整發(fā)熱量為目的對(duì)蒸汽濃度進(jìn)行調(diào)整。
又，在重整氣體的制造中，由于安全上的理由，應(yīng)該將重整氣體中的氧濃度控制在規(guī)定值(例如1體積％)以下。為此，根據(jù)O2濃度計(jì)22的檢測(cè)結(jié)果，在使空氣的混合比減少的方向上利用流量調(diào)節(jié)閥52b進(jìn)行反饋控制。又，根據(jù)H2濃度計(jì)21、CO濃度計(jì)23、CH4濃度計(jì)24、壓力計(jì)64、以及溫度計(jì)86的檢測(cè)信息，控制裝置10計(jì)算出重整氣體的發(fā)熱量，從而能夠調(diào)整燃料氣體的發(fā)熱量。因?yàn)槭褂锰烊粴獾闹卣麣怏w的可燃成分主要是H2氣體、CO氣體、以及CH4氣體。根據(jù)該計(jì)算出的發(fā)熱量，用流量調(diào)節(jié)閥52b改變空氣混合比進(jìn)行調(diào)整使其達(dá)到規(guī)定的發(fā)熱量。還有，發(fā)熱量的計(jì)算中也使用檢測(cè)溫度和檢測(cè)壓力，這是為了進(jìn)行蒸汽分壓的修正。
(混合調(diào)整裝置5的控制)
混合調(diào)整裝置5的控制的目的在于，通過調(diào)整要提供給燃?xì)廨啓C(jī)36的BFG中混合的重整氣體的量，或通過對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)布?xì)錆舛茸兏噶?，或通過在BFG中混合稀釋氣體，以使混合氣體(燃料氣體)的氫濃度符合要求的數(shù)值。又，通過對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)布變更重整氣體的發(fā)熱量的指令，也可以調(diào)整燃料氣體的發(fā)熱量。燃?xì)廨啓C(jī)36消耗的燃料氣體的量因燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷而變動(dòng)，因此與燃?xì)廨啓C(jī)36的運(yùn)轉(zhuǎn)控制連動(dòng)，調(diào)整BFG、重整氣體、以及稀釋氣體的量和混合比。
首先對(duì)燃料氣體中的氫含量控制進(jìn)行說明。氫氣的燃燒速度快，著火和保持火焰的性能良好，因此對(duì)作為低發(fā)熱量氣體的BFG的穩(wěn)定燃燒的維持具有貢獻(xiàn)。因此，對(duì)于氫含有率低的低發(fā)熱量氣體，控制裝置10進(jìn)行控制以使燃料氣體中的氫濃度維持于規(guī)定值(例如4體積％)。因?yàn)樵谌細(xì)廨啓C(jī)的情況下，一旦BFG的氫含有率下降到2體積％以下，就容易熄火。還有，氫濃度控制中的BFG與重整氣體的氫濃度控制時(shí)的設(shè)計(jì)混合比和最大混合比可以利用手動(dòng)輸入方法任意設(shè)定。關(guān)于設(shè)計(jì)混合比和最大混合比將在下面敘述。
如果即使調(diào)整(增大)重整氣體的供給量，氫濃度也下降到規(guī)定值以下，這時(shí)控制裝置10發(fā)出報(bào)警(氫濃度偏低報(bào)警；low-alarm)，同時(shí)對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)出氫濃度增加指令。接收到該指令的重整氣體制造裝置3就改變空氣在天然氣中的混合比，使重整氣體中的氫濃度上升。重整氣體中的氫濃度在天然氣與空氣的混合比為30體積％左右時(shí)達(dá)到最大值，因此即使是在該混合比的情況下還需要提高重整氣體中的氫濃度時(shí)，就將天然氣與空氣的混合比固定，而追加蒸汽而混合。由于氫濃度的上升發(fā)熱量也上升，所以通過改變蒸汽的混合比率也能夠控制發(fā)熱量。蒸汽的混合量的最大值在第3混合器94的濃度條件下為飽和壓力以下。
即使是使重整氣體的氫濃度上升到最大值，重整氣體的氫濃度也在規(guī)定值以下的情況下，控制裝置10發(fā)出報(bào)警(超低報(bào)警；low-low alarm)，同時(shí)從氫濃度控制切換為發(fā)熱量控制。即對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)出增大重整氣體發(fā)熱量的通知。接收到該指令的重整氣體制造裝置3改變空氣在天然氣中的混合比以增大重整氣體的發(fā)熱量。具體地說，通過降低空氣在天然氣中的混合比使重整氣體的發(fā)熱量增大。
另一方面，在即使調(diào)整(減少)重整氣體的供給量氫濃度也超過規(guī)定值的情況下，控制裝置10發(fā)出報(bào)警(偏高報(bào)警；high-alarm)，同時(shí)對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)出氫濃度降低指令。接收到該指令的重整氣體制造裝置3改變空氣在天然氣中的混合比，使重整氣體中的氫濃度下降。
又，在即使是使重整氣體中的氫濃度降低到最小，氫濃度也超過規(guī)定值的情況下，控制裝置10發(fā)出報(bào)警(超高報(bào)警；high-high-alarm)，同時(shí)調(diào)整稀釋氣體供給配管31的流量調(diào)節(jié)閥55，設(shè)定提供給稀釋裝置30的稀釋用的氣體的必要流量(利用流量計(jì)74檢測(cè))，以使氫濃度為規(guī)定值。作為稀釋用的氣體，通常使用氮?dú)?，但并不限于此?br> 上述控制是為了將作為燃料氣體使用的BFG中的氫濃度保持于規(guī)定值而進(jìn)行的控制，但是也存在氫濃度足夠大而且穩(wěn)定的(5體積％以上)低熱量氣體副產(chǎn)品。但是，即使是這樣的低熱量氣體副產(chǎn)品，有時(shí)候也會(huì)受到主要操作工藝的操作條件改變的影響而改變發(fā)熱量(氣體的卡路里)。為了應(yīng)對(duì)這樣的情況下的發(fā)熱量變動(dòng)，也可以通過使燃料氣體的發(fā)熱量穩(wěn)定，進(jìn)行維持影響的控制(發(fā)熱量控制)。
也就是說，根據(jù)設(shè)置于重整氣體供給配管4和燃料氣體供給配管2上的流量計(jì)73、74、75、設(shè)置于燃料氣體供給配管2上的H2濃度計(jì)29、CO濃度計(jì)28、CH4濃度計(jì)111、壓力計(jì)65以及溫度計(jì)87的檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算BFG的發(fā)熱量，再根據(jù)設(shè)置于重整氣體供給配管4上的流量計(jì)73、H2濃度計(jì)21、CO濃度計(jì)23、CH4濃度計(jì)24、壓力計(jì)64以及溫度計(jì)86的檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算重整氣體的發(fā)熱量。在這些發(fā)熱量的總和低于燃?xì)廨啓C(jī)36運(yùn)行所需要的發(fā)熱量的情況下，控制從重整氣體供給配管4提供具有更高發(fā)熱量的重整氣體，使其發(fā)熱量提高到燃料氣體所需要的發(fā)熱量。重整氣體的供給量利用流量調(diào)節(jié)閥54進(jìn)行控制。還有，發(fā)熱量的計(jì)算也使用檢測(cè)溫度和檢測(cè)壓力是為了進(jìn)行蒸汽分壓的修正。
為了進(jìn)行發(fā)熱量計(jì)算而進(jìn)行的濃度檢測(cè)使用各種成分的氣體的濃度計(jì)21、23、24、28、29、111是由于檢測(cè)速度快，適合工藝控制。另一方面，使用檢測(cè)速度雖然不快但是能夠正確檢測(cè)出氣體成分的上述卡路里計(jì)34，是為了監(jiān)視燃料氣體的性狀變化。因此，BFG與重整氣體混合后的燃料氣體的可燃成分可以利用裝置卡路里計(jì)34測(cè)定，并為了調(diào)整向控制裝置10反饋。
又，為了加快該燃料氣體的卡路里值(可燃成分的濃度)的檢測(cè)速度，使其具有快速反應(yīng)性，用燃料氣體供給配管2上設(shè)置的CO濃度計(jì)112、H2濃度計(jì)33、以及CH4濃度計(jì)113檢測(cè)可燃成分的濃度，根據(jù)壓力計(jì)66和溫度計(jì)88測(cè)定的壓力和溫度進(jìn)行水分修正后計(jì)算即可?；旌虾蟮娜剂蠚怏w的發(fā)熱量超過燃?xì)廨啓C(jī)的容許發(fā)熱量變動(dòng)幅度的上限值的情況下，由稀釋氣體供給配管31提供氮?dú)獾认♂寶怏w以降低發(fā)熱量。
該發(fā)熱量控制中的BFG與重整氣體的設(shè)計(jì)混合比、最小混合比、以及最大混合比可以通過手動(dòng)輸入任意設(shè)定。這是因?yàn)楦鞲郀t和各種操作條件下發(fā)生的BFG的組成不相同，必然與其相關(guān)的重整氣體的組成也只能不同，因此必須能夠與其對(duì)應(yīng)適當(dāng)變更設(shè)計(jì)。而且雖然低熱量氣體副產(chǎn)品中如上所述也存在包含5體積％的以上的高濃度氫的氣體，但是也有BFG那樣低濃度的氣體。這樣的氣體中，最好是在進(jìn)行發(fā)熱量控制時(shí)也維持上述規(guī)定的氫濃度。這是因?yàn)闅錃獾闹鸷捅３只鹧娴男阅芎?，是確保穩(wěn)定地燃燒所需要的氣體成分。
上述所謂設(shè)計(jì)混合比，是相對(duì)于某一氫濃度的BFG的，具有預(yù)先設(shè)計(jì)的氫濃度的重整氣體的混合比，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)階段的計(jì)算得到的比。如果預(yù)先得到該設(shè)計(jì)混合比，則相對(duì)于BFG的氫濃度變化能夠有良好的控制響應(yīng)性能。而且能夠根據(jù)燃料氣體供給配管2的H2濃度計(jì)33的檢測(cè)結(jié)果，利用反饋控制進(jìn)行微調(diào)。所謂最大混合比是為防止計(jì)量?jī)x器的錯(cuò)誤信號(hào)造成重整氣體過量混合而設(shè)定的混合比的上限值。同樣，所謂最小混合比是為防止計(jì)量?jī)x器的錯(cuò)誤信號(hào)造成重整氣體添加量不足(發(fā)熱量不足)而設(shè)定的混合比的下限值。
以下對(duì)具體的發(fā)熱量控制進(jìn)行說明。在通常運(yùn)行中燃料氣體的發(fā)熱量低于預(yù)定的范圍的情況下，控制裝置10增大重整氣體供給配管4的流量調(diào)節(jié)閥54的開度，增大提供給第2混合器18的重整氣體的流量(利用流量計(jì)73測(cè)定)，以使燃料氣體的發(fā)熱量達(dá)到規(guī)定值。
在即使是增大重整氣體的流量，燃料氣體的發(fā)熱量也還是低于設(shè)定值的情況下，控制裝置10發(fā)出報(bào)警(偏低報(bào)警；low-alarm)，同時(shí)對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)出發(fā)熱量增加指令。接收到該指令的重整氣體制造裝置3改變空氣在天然氣中的混合比，使重整氣體的發(fā)熱量提高。在天然氣中空氣的混合比的調(diào)節(jié)量按照?qǐng)D5的曲線的傾向決定。也可以根據(jù)需要改變正確的混合比，以此提高重整氣體的發(fā)熱量。
在即使是使重整氣體的發(fā)熱量上升到最大值，燃料氣體的發(fā)熱量也仍然低于規(guī)定值的情況下，控制裝置10發(fā)出報(bào)警(超低報(bào)警；low-low alarm)，對(duì)比操作人員相應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理。
另一方面，如果即使是調(diào)整(減少)重整氣體的供給量，發(fā)熱量也超過規(guī)定的上限值的情況下，控制裝置10就發(fā)出報(bào)警(偏高報(bào)警；high-alarm)同時(shí)對(duì)重整氣體制造裝置3發(fā)出降低發(fā)熱量的指令。接收到該指令的重整氣體制造裝置3改變空氣在天然氣中的混合比，以使重整氣體的發(fā)熱量降低。
而在即使使重整氣體的發(fā)熱量降低到最小，燃料氣體的發(fā)熱量也超過規(guī)定的高上限值的情況下，控制裝置10就發(fā)出報(bào)警(超高報(bào)警；high-high-alarm)，同時(shí)對(duì)稀釋氣體供給配管31的流量調(diào)節(jié)閥55進(jìn)行調(diào)整，設(shè)定提供給稀釋裝置30的稀釋氣體的必要流量(利用流量計(jì)74檢測(cè))，使發(fā)熱量為規(guī)定的低上限值。
還有，進(jìn)行氫濃度控制時(shí)和發(fā)熱量控制時(shí)，在改變天然氣與空氣的混合比時(shí)最好是考慮混合所需要的時(shí)間延遲再進(jìn)行。
以上所述的燃料氣體的發(fā)熱量控制在一邊檢測(cè)燃料氣體的發(fā)熱量一邊通過提供重整氣體或稀釋氣體，直接控制發(fā)熱量增減。
下面參照?qǐng)D7～圖9，以不是使用上述低壓天然氣，而是使用高壓天然氣的情況下的設(shè)備上的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明。
使用高壓天然氣的情況下，有必要使一起供應(yīng)的空氣為高壓空氣，下面參照?qǐng)D7和圖8對(duì)兩種高壓規(guī)格的空氣規(guī)格配管8進(jìn)行說明。在圖7中，二點(diǎn)鎖線所示的范圍的配管用于高壓，取代圖2中的低壓空氣供給配管8中的二點(diǎn)鎖線包圍的A部分。
通過下述燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣壓縮機(jī)38a上連接的抽氣配管92抽出的高溫高壓空氣，一邊由流量調(diào)節(jié)閥103調(diào)整流量，一邊引入圖7所示的空氣供給配管8。而且在該空氣供給配管8的上述流量調(diào)節(jié)閥52a、52b的下游配設(shè)升壓用的壓縮機(jī)95。空氣供給配管8上連接使該升壓用壓縮機(jī)95旁通的旁路配管96，該旁路配管96上配設(shè)用于防止空氣冷卻器97和升壓用壓縮機(jī)95的脈動(dòng)的流量調(diào)節(jié)閥98。這樣一來，就能夠利用燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣壓縮機(jī)38a來的高溫高壓空氣。
圖8所示的空氣供給配管8，與圖2中的低壓空氣供給配管8一樣得到低壓空氣供應(yīng)。但是，在該高壓空氣供給配管8上，設(shè)置高壓空氣壓縮機(jī)99代替圖2中的低壓空氣供給配管8中的升壓風(fēng)扇16。而且在空氣供給配管8上連接使該空氣壓縮機(jī)99旁通的旁路配管100，該旁路配管100上配設(shè)有空氣冷卻器101和防止空氣壓縮機(jī)99的脈動(dòng)用的流量調(diào)節(jié)閥103。
圖9表示使用利用高壓天然氣制造的高壓重整氣體的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備1的配管設(shè)備，這相當(dāng)于圖3和圖4所示的使用低壓重整氣體的配管。在這里，像圖3那樣的進(jìn)行BFG與重整氣體的混合調(diào)整的混合調(diào)整裝置5不以纏繞的形式配設(shè)。具體地說，如圖所示，上述混合調(diào)整裝置5中的壓力計(jì)65、CO濃度計(jì)28、以及H2濃度計(jì)29設(shè)置于燃料壓縮機(jī)35的上游側(cè)，將重整氣體與BFG加以混合的第4混合器104、以及設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥55、流量計(jì)74、稀釋裝置30的稀釋氣體供給配管31被設(shè)置于燃料壓縮機(jī)35的下游側(cè)。這樣，混合調(diào)整裝置5的結(jié)構(gòu)要素被分開設(shè)置于燃料壓縮機(jī)35的上游和下游。這是因?yàn)榛旌嫌贐FG中的重整氣體是高壓氣體，不必利用上述燃料壓縮機(jī)35進(jìn)行升壓，所以將重整氣體供給配管4連接于燃料壓縮機(jī)35的下游側(cè)。而且在燃?xì)廨啓C(jī)36中的空氣壓縮機(jī)38a上連接抽氣配管92。從空氣壓縮機(jī)38a通過該抽氣配管92將高溫高壓空氣輸送到通往上述重整氣體制造裝置3的空氣供給配管8。這一點(diǎn)與圖3和圖4所示的使用低壓重整氣體的配管不同。
工業(yè)應(yīng)用性如果采用本發(fā)明，則通過使幾乎不含有雜質(zhì)的天然氣分解，發(fā)生含有所需要的濃度的氫的清潔的氣體，將其與特性不穩(wěn)定的低熱量氣體巧妙混合，能夠不用已有的大規(guī)模的氣體燃料前處理設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的持續(xù)穩(wěn)定的燃燒。
權(quán)利要求
1.一種氣體重整設(shè)備，其特征在于，具備具有天然氣供給線和空氣供給線，將天然氣與空氣加以混合，使該混合氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而重整，以制造含氫氣的重整氣體用的反應(yīng)容器的重整氣體制造裝置、將低熱量氣體與該重整氣體制造裝置提供的重整氣體加以混合，作為燃料氣體提供給燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備用的混合調(diào)整裝置、從所述重整氣體制造裝置向所述混合調(diào)整裝置提供重整氣體用的重整氣體供給通路、從所述混合調(diào)整裝置向燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備提供燃料氣體用的燃料氣體供給通路、以及控制所述重整氣體制造裝置和混合調(diào)整裝置的動(dòng)作用的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，所述重整氣體制造裝置還具備蒸汽供給線，形成能夠在天然氣與空氣的混合氣體中再添加蒸汽使其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此進(jìn)行重整，將得到的重整氣體提供給上述混合調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，調(diào)整由重整氣體制造裝置提供給混合調(diào)整裝置的重整氣體量的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的氫濃度的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造中天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的氫濃度的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器、以及在上述混合調(diào)整裝置內(nèi)配設(shè)的，利用稀釋用的氣體稀釋燃料氣體用的稀釋氣體供給裝置；上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，在燃料氣體中混合稀釋氣體供給裝置來的稀釋氣體的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體氫濃度的檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的氫濃度檢測(cè)器，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述氫濃度檢測(cè)器的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體的發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，調(diào)整從重整氣體制造裝置向混合調(diào)整裝置提供的重整氣體的量的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣與空氣的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，變更重整氣體制造裝置中的天然氣、空氣與蒸汽的混合比，以此改變重整氣體的發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在燃料氣體供給通路上配設(shè)的測(cè)定通路內(nèi)壓的壓力測(cè)量手段，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述壓力測(cè)量手段的檢測(cè)信息，調(diào)整從重整氣體制造裝置向混合調(diào)整裝置提供的重整氣體的量的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，還具備在上述重整氣體供給通路和燃料氣體供給通路中至少在燃料氣體供給通路上配設(shè)的燃料氣體發(fā)熱量測(cè)量手段，以及在上述混合調(diào)整裝置內(nèi)配設(shè)的，利用稀釋用的氣體稀釋燃料氣體用的稀釋氣體供給裝置，上述控制裝置形成能夠根據(jù)上述發(fā)熱量測(cè)量手段的檢測(cè)信息，在燃料氣體中混合由稀釋氣體供給裝置提供的稀釋氣體的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，上述重整氣體制造裝置為了促進(jìn)其反應(yīng)容器中的化學(xué)反應(yīng)，還具備由燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備提供加熱用蒸汽用的加熱用蒸汽供應(yīng)線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，上述重整氣體制造裝置還具備為了用于為促進(jìn)其反應(yīng)容器中的化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行的加熱，從燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備抽出高溫壓縮氣體提供給反應(yīng)容器的抽氣線路，形成能夠有選擇地提供蒸汽與所抽取的高溫氣體的結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，上述重整氣體制造裝置在其重整氣體供給通路上具有熱交換手段，該熱交換手段形成能夠使提供給反應(yīng)容器的天然氣和空氣的混合氣體與提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體進(jìn)行熱交換的結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，上述重整氣體供給通路具有使提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體冷卻用的冷卻手段。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，上述冷卻手段配置于重整氣體供給通路的上述熱交換手段的下游側(cè)，形成能夠使重整氣體中的液體成分凝集并將其去除的結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體重整設(shè)備，其特征在于，在所述重整氣體供給通路上配設(shè)緩沖容器，該緩沖容器能夠吸收重整氣體流量的變動(dòng)，以此形成能夠使提供給上述混合調(diào)整裝置的重整氣體的壓力穩(wěn)定化的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的氣體重整裝置能夠?qū)⒌蜔崃繗怏w重整為穩(wěn)定的燃?xì)廨啓C(jī)用燃料。該裝置具備具有天然氣供給線(7)和空氣供給線(8)，將天然氣與空氣加以混合，使該混合氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而重整，以制造含氫氣的重整氣體用的反應(yīng)容器的重整氣體制造裝置(3)、將低熱量氣體與上述重整氣體制造裝置(3)提供的重整氣體加以混合，作為燃料氣體提供給燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備(1)用的混合調(diào)整裝置(5)、從所述重整氣體制造裝置(3)向所述混合調(diào)整裝置(5)提供重整氣體用的重整氣體供給配管(4)、從所述混合調(diào)整裝置(5)向燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備(1)提供燃料氣體用的燃料氣體供給配管(2)、以及控制所述重整氣體制造裝置(3)和混合調(diào)整裝置(5)的動(dòng)作用的控制裝置(10)。
文檔編號(hào)F02C9/48GK101014686SQ20048004391
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者佐香正明, 大田秀明 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社