專利名稱：燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，特別涉及一種設(shè)置在氣田或油田附近，把發(fā)出的電通過輸電手段輸送到消費地的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于世界范圍的環(huán)境污染，對各種發(fā)動機排放的氣體進行了控制。在這種狀況下，作為對環(huán)境影響少的燃料的天然氣正被廣泛采用。作為將在氣田中開采的天然氣輸送到消費地的方法，公知的有例如，使用氣田附近的氣體液化設(shè)備把天然氣液化，對這種液化天然氣進行陸上輸送或海上輸送，或者把天然氣原樣通過管線輸送的方法。在管線上設(shè)置有多處用于把隨著天燃氣的流動產(chǎn)生的壓力損失通過泵進行增壓的升壓站，升壓站的間隔為例如數(shù)十千米～數(shù)百千米。再有，作為一般的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，公知的有例例如，專利文獻1-日本特開2003-166428號公報或?qū)＠墨I2-日本特開2002-327629號公報上所記載的內(nèi)容。
可是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題。
即，就上述情況而言，氣體液化設(shè)備或管線等不僅需要龐大的初期投資，而且在中小規(guī)模的氣田或開采進入老化了的氣田等中，開采量比較少，相對開采量燃料輸送手段的成本負擔增大，難于確保利潤。因此，過去的情況可以認為是不將中小規(guī)模氣田或老氣田產(chǎn)的天然氣(氣體燃料)輸送到消費地而未能有效利用。另外，對于天然氣開采時得到的伴生油或天然氣精制過程中產(chǎn)生的冷凝液(常溫常壓下的液體碳氫化合物)等的液體燃料而言，由于上述同樣的燃料輸送成本負擔也難于確保利潤，未被有效利用的情況是可以考慮到的。再有，對于中小規(guī)模油田或老油田等而言，由于上述同樣的燃料輸送成本的負擔，難于確保利潤，原油(液體燃料)及其開采時得到的伴生氣體等氣體燃料未被有效利用的情況也是可以考慮到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能有效利用中小規(guī)模氣田或老氣田中的天然氣及其開采及精制過程中產(chǎn)生的液體燃料、中小規(guī)模油田及老油田中的液體燃料及伴生氣體等氣體燃料的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備。
(1)為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的在設(shè)置于氣田或油田附近，把發(fā)出的電通過輸電系統(tǒng)輸送到消費地的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中，其特征是，其具有的燃氣輪機具備對上述氣田產(chǎn)生的天然氣或上述油田產(chǎn)生的伴生氣體等氣體燃料進行預處理的氣體燃料處理裝置，對上述天然氣的開采或精制過程中所得到的液體燃料或上述油田產(chǎn)生的液體燃料進行預處理的液體燃料處理裝置，生成壓縮空氣的壓縮機，把經(jīng)上述氣體燃料處理裝置預處理后的氣體燃料及經(jīng)上述液體燃料處理裝置預處理后的液體燃料中的任意一方或雙方與來自上述壓縮機的壓縮空氣混合并燃燒的燃燒器，通過來自該燃燒器的燃燒氣體驅(qū)動發(fā)電機的汽輪機。
就本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備而言，設(shè)置在例如中小規(guī)模氣田或老氣田，或者中小規(guī)模油田或老油田附近，把上述氣體燃料及液體燃料通過氣體燃料處理裝置及液體燃料處理裝置分別進行預處理，使用這些預處理后的氣體燃料及液體燃料中的任意一方或者雙方用燃氣輪機發(fā)電，把發(fā)出的電力通過輸電系統(tǒng)輸送到消費地。這樣，因為不設(shè)置用于輸送氣體燃料的管線、用于把氣體燃料液化并輸送的液化設(shè)備及輸送設(shè)備，所以降低成本負擔，由此能有效利用原來放置的氣體燃料及液體燃料。因而，能有效利用中小規(guī)模氣田或老氣田中的天然氣及其開采或精制過程中產(chǎn)生的液體燃料，中小規(guī)模油田及老油田中的液體燃料及伴生氣體等氣體燃料。
(2)在上述(1)中，優(yōu)選具有檢測經(jīng)上述氣體燃料處理裝置預處理后的氣體燃料生成量的氣體燃料生成量檢測器，檢測經(jīng)上述液體燃料處理裝置預處理后的液體燃料生成量的液體燃料生成量檢測器，檢測上述汽輪機的排氣溫度的排氣溫度檢測器，檢測上述發(fā)電機發(fā)電輸出功率的發(fā)電輸出功率檢測器，根據(jù)這些檢測結(jié)果分別控制向上述燃燒器供給氣體燃料及液體燃料的的燃料供給控制裝置。
(3)在上述(2)中，優(yōu)選上述燃料供給控制裝置分別控制向上述燃燒器供給的氣體燃料及液體燃料的供給量，以使由上述排氣溫度檢測裝置檢測出的排氣溫度不超過規(guī)定的上限值。
(4)在上述(3)中，優(yōu)選上述燃料供給控制裝置進行控制，使得直到由上述發(fā)電輸出功率檢測器檢測出的發(fā)電輸出功率達到規(guī)定的中間輸出功率之前，只把氣體燃料供給上述燃燒器；當由上述發(fā)電輸出功率檢測器檢測出的發(fā)電輸出功率超過規(guī)定的中間輸出功率時，就把氣體燃料及液體燃料二者都供給上述燃燒器。
(5)在上述(3)或(4)中，優(yōu)選上述燃料供給控制裝置進行控制，使得把由上述氣體燃料生成量檢測器檢測出的氣體燃料生成量中的最大限量供給上述燃燒器，為了彌補該氣體燃料供給量的不足，控制向上述燃燒器供給的液體燃料的供給量。
(6)在上述(1)～(5)中的任意一項中，優(yōu)選上述燃燒器具有噴出液體燃料的液體燃料噴嘴；在內(nèi)部形成混合室的同時，上述液體燃料噴嘴設(shè)置在中心、向上述液體燃料噴嘴的噴出方向擴大的中空圓錐狀的混合室壁；開設(shè)在該混合室壁上，以偏向上述混合室的至少圓周方向的導入角度，把來自上述壓縮機的壓縮空氣導入上述混合室的多個空氣導入孔；設(shè)置在上述混合室壁的外周側(cè)使其分別與上述空氣導入孔相對，向與上述空氣導入孔的軸心線大致同軸方向上噴出氣體燃料的氣體燃料噴嘴。
(7)在上述(1)～(5)中的任意一項中，優(yōu)選上述燃燒器具有引燃嘴和設(shè)置在該引燃嘴外周側(cè)的主燃燒嘴，上述引燃嘴及上述主燃燒嘴分別具有噴出液體燃料的液體燃料噴嘴；在內(nèi)部形成混合室的同時，上述液體燃料噴嘴設(shè)置在中心、向上述液體燃料噴嘴的噴出方向擴大的中空圓錐狀的混合室壁；開設(shè)在該混合室壁上，以偏向上述混合室的至少圓周方向的導入角度，把來自上述壓縮機的壓縮空氣導入上述混合室的多個空氣導入孔；設(shè)置在上述混合室壁的外周側(cè)使其分別與上述空氣導入孔相對，向與上述空氣導入孔的軸心線大致同軸方向上噴出氣體燃料的氣體燃料噴嘴。
本發(fā)明的效果在于，采用本發(fā)明，能有效利用中小規(guī)模氣田或老氣田中的天然氣及其開采或精制過程中產(chǎn)生的液體燃料，中小規(guī)模油田及老油田中的液體燃料及伴生氣體等氣體燃料。


圖1是表示本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例1的總體結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖2是表示構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例1的燃燒器的主要部分的構(gòu)造的側(cè)剖面圖。
圖3是表示構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例1的燃燒器的燃燒嘴的詳細構(gòu)造的側(cè)剖面圖。
圖4是沿圖3中的IV-IV線的剖面圖。
圖5是沿圖3中的V-V線的剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例2的總體結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖7是表示構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例2的燃氣輪機在額定負荷運轉(zhuǎn)的氣體燃料及液體燃料的供給比率和供給熱量的關(guān)系的特性圖。
圖8是表示由構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例2的燃料供給控制裝置對燃氣輪機負荷供給氣體燃料及液體燃料的供給熱量的一例的特性圖。
圖9是表示由構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的實施例2的燃料供給控制裝置供給的氣體燃料及液體燃料的供給熱隨時間變化的特性圖。
圖10是表示構(gòu)成本發(fā)明的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的一個變形例的燃燒器主要部分的構(gòu)造的側(cè)剖面圖。
圖11是沿圖10中的XI-XI線的剖面圖。
符號說明1氣田，3氣體燃料處理裝置，4燃燒器，5氣體燃料供給裝置，6液體燃料處理裝置，7液體燃料貯藏裝置，8液體燃料供給裝置，9燃氣輪機，10發(fā)電機，11消費地， 12輸電系統(tǒng)(輸電手段)，13壓縮機， 14汽輪機， 23液體燃料噴嘴，24混合室， 25混合室壁， 26，27，28空氣導入孔，29氣體燃料噴嘴， 31氣體燃料生成量檢測器，32液體燃料生成量檢測器， 33排氣溫度檢測器，34發(fā)電輸出功率檢測器，35燃料供給控制裝置(燃料供給控制裝置)，36燃燒器， 37引燃嘴， 38A～38F主燃燒嘴，
40第一液體燃料供給裝置， 41第一氣體燃料供給裝置，42第二液體燃料供給裝置， 43第二氣體燃料供給裝置，L1，L2，L3空氣導入孔的軸心線具體實施方式
以下，參照圖紙說明本發(fā)明的實施例。
實施例1通過圖1～圖5說明本發(fā)明的實施例1。
圖1是表示本實施例1的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)的概略圖。另外，在本實施例中，使用由氣田開采的天然氣(氣體燃料)和由天然氣的開采及精制過程得到的液體燃料為例進行說明。
在該圖1中，燃氣輪機發(fā)電設(shè)備設(shè)置在氣田1附近，具有把天然氣開采時得到的伴生油等液體燃料與天然氣分離的燃料分離裝置2；為了燃燒由該燃料分離裝置2分離的天然氣(氣體燃料)，做預處理的氣體燃料處理裝置3；把由該氣體燃料處理裝置3進行了預處理的氣體燃料供給燃燒器4(詳細情況將后述)的氣體燃料供給裝置5；為了燃燒在天然氣精制過程中得到的例如冷凝液或由燃燒分離裝置2分離的伴生油等液體燃料，做預處理的液體燃料處理裝置6；貯藏由該液體燃料處理裝置6進行了預處理的液體燃料的液體燃料貯藏裝置7；把來自該液體燃料貯藏裝置7的液體燃料供給燃燒器4的液體燃料供給裝置8；使用從氣體燃料供給裝置5及液體燃料供給裝置8供給的氣體燃料和液體燃料(或者也可以為氣體燃料及液體燃料中的任意一種)驅(qū)動的燃氣輪機9；通過該燃氣輪機9的驅(qū)動發(fā)電的發(fā)電機10；把由該發(fā)電機10發(fā)出的電輸送到消費地11的輸電系統(tǒng)(輸電手段)12。再有，消費地11，如果需要也可以為氣田設(shè)備內(nèi)。
燃氣輪機9具有生成壓縮空氣的壓縮機13，把從氣體燃料供給裝置5及液體燃料供給裝置8供給的氣體燃料和液體燃料(或者氣體燃料及液體燃料中的任意一種)與來自壓縮機13的壓縮空氣混合并燃燒的上述燃燒器4，通過來自該燃燒器4的燃燒氣體驅(qū)動的汽輪機14。在汽輪機14上同軸連接有壓縮機13及發(fā)電機10，伴隨汽輪機14的驅(qū)動，壓縮機13及發(fā)電機10驅(qū)動，發(fā)電機10發(fā)電。
圖2是表示上述燃燒器4主要部分結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖，圖3是表示后述的燃燒嘴的詳細構(gòu)造的側(cè)剖面圖，圖4是圖3中的IV-IV線的剖面圖，圖5是沿圖3中的V-V線的剖面圖。
在這些圖2～圖5中，燃燒器4在壓縮機13周圍以大致等間隔地設(shè)置多個，燃燒器4的殼體由大致圓筒形狀的外筒15及內(nèi)筒16和設(shè)置在外筒15一側(cè)(圖2中的左側(cè))端部的端蓋17構(gòu)成。內(nèi)筒16設(shè)置在外筒15的內(nèi)側(cè)其間留有間隙，其間隙部分形成從壓縮機13開始的壓縮空氣流道18，內(nèi)筒16的內(nèi)部空間形成燃燒壓縮空氣及燃料的燃燒室19。
在內(nèi)筒16的上游(圖2中的左側(cè))，設(shè)置有隨噴出燃料的同時，混合該燃料和來自壓縮空氣流道18的壓縮空氣(圖2中的箭頭A所示)的燃燒嘴20，將來自該燃燒嘴20的混合氣體導入內(nèi)筒16內(nèi)的燃燒室19。在內(nèi)筒16內(nèi)的燃燒室19上，設(shè)置有點燃混合氣體的點火栓21，由此燃燒混合氣體生成燃燒氣體，該燃燒氣體通過過渡件22供給汽輪機14(圖2中的箭頭B所示)。
燃燒嘴20具有噴出液體燃料的液體燃料噴嘴23；在內(nèi)部形成混合室24的同時，液體燃料噴嘴23設(shè)置在中心(圓錐的頂點部分)并向燃燒室19一側(cè)(圖2及圖3中的右側(cè))擴大的中空圓錐狀的混合室壁25。液體燃料噴嘴23做成在與混合室壁25的軸心線L1大致同軸方向上噴射。另外，在混合室壁25上，以在其圓周方向的多處(在本實施例中為6處)及軸心線L1的方向上形成多段(在本實施例中為3段)的方式，開設(shè)有把來自壓縮空氣流道18的壓縮空氣導入混合室24內(nèi)的空氣導入孔26，27，28，并從上游(圖3中的左側(cè))開始按空氣導入孔26，27，28的順序配置。再有，在混合室壁25的外周上，設(shè)置有分別與各空氣導入孔26，27，28相對的多個氣體燃料噴嘴29，這些氣體燃料噴嘴29向與各空氣導入孔26，27，28的軸心線L2，L3，L4大致同軸方向上噴出氣體燃料。還有，液體燃料噴嘴23從上述液體燃料供給裝置8供給液體燃料，多個氣體燃料噴嘴29從上述氣體燃料供給裝置5供給氣體燃料。
混合室壁25的空氣導入孔26，27，28設(shè)置成壓縮空氣的導入角度偏向于混合室壁25的至少圓周向。另外，圖4及圖5所示的X是各空氣導入孔26，28的軸心線L2，L4與混合室壁25的軸心線L1的偏置距離(即，連接軸心線L2，L4與軸心線L1之間使其垂直于兩者的線段的長度)，圖4及圖5所示的D是開設(shè)有各空氣導入孔26，28的位置的混合室壁25的內(nèi)徑。并且，混合室壁25的空氣導入孔26，27，28的設(shè)置成隨著向下游側(cè)(圖3中的右側(cè))X/D變大。由此，上游段的空氣導入孔26由于X/D較小，如圖4中的箭頭A1所示，壓縮空氣流入向混合室壁25的軸心線L1附近(即液體燃料噴嘴23的噴出位置附近)。另一方面，下游段的空氣導入孔28的X/D因為大，如圖5中箭頭A2所示，壓縮空氣則沿混合室壁25的內(nèi)周面25a流入。
另外，空氣導入孔26，27，28就軸方向角度而言，也隨著軸心線L1方向位置而具有變化。即，如圖3所示，在上游段空氣導入孔26中，其軸心線L2和混合室壁25的內(nèi)周面25a的角度α1較大(例如，包含空氣導入孔26的軸心線L2的平面與軸心線L1為大致垂直相交所成的角度)；在中下游段的空氣導入孔27、28中，其軸心線L3、L4和混合室壁25的內(nèi)周面25a的角度α2較小(例如為90°左右)。由此，在上游段的空氣導入孔26中，壓縮空氣相對于混合室壁25的軸心線L1方向(即相對于從液體燃料噴嘴23噴出的液體燃料)呈略大致直角地流入。
接下來，說明本實施例的作用效果。
本實施例的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，設(shè)置在例如中小規(guī)模氣田或老氣田附近，通過燃料分離裝置2，把天然氣開采時得到的伴生油等液體燃料與天然氣(氣體燃料)分離，把分離后的氣體燃料用氣體燃料處理裝置3進行預處理，把天然氣精制過程中所得到的例如冷凝液或用燃料分離裝置2分離的伴生油等液體燃料，用液體燃料處理裝置6進行預處理，使用這些預處理后的氣體燃料和液體燃料(或氣體燃料及液體燃料中任意一方)用燃氣輪機9發(fā)電，把這些發(fā)出的電通過輸電系統(tǒng)12輸送到消費地11。由此，因為不設(shè)置用于輸送氣體燃料的管線、用于液化氣體燃料并進行輸送的液化設(shè)備及輸送設(shè)備等，所以降低了成本負擔，由此能有效利用原來放置的氣體燃料及液體燃料。因而，能有效利用中小規(guī)模氣田或老氣田中的天然氣及其開采或精制過程中產(chǎn)生的液體燃料。
另外，在液體燃料中往往有含有引起高溫腐蝕的釩等重金屬的情況，為了抑制高溫腐蝕，規(guī)定了相對于燃燒器4的燃料供給量(換言之，總發(fā)熱量)的重金屬含有率。因此，重金屬含有率超過規(guī)定值的情形，必須從液體燃料中除去重金屬，有可能提高成本?？墒?，本實施例的燃燒器4可以把氣體燃料及液體燃料二者一起燃燒，因而能降低液體燃料的燃燒比率，把相對于總發(fā)熱量的重金屬含油率降到規(guī)定值以下。因此，就沒有必要除去液體燃料的重金屬，能削減其成本負擔。另外，沒有必要分別準備氣體燃料用的燃燒器、液體燃料用的燃燒器，也能使設(shè)備成本降低。
再有，對于本實施例的燃燒器4，還能得到如下效果。
(1)防止火焰的回火本實施例的燃燒器4在混合室壁25上開設(shè)有將來自壓縮機13的壓縮空氣與從氣體燃料噴嘴29噴出的氣體燃料混合并導入混合室24中的空氣導入孔26，27，28。由此，在空氣導入孔26，27，28中的混合長度只有混合室壁25的壁厚左右。因而，在空氣導入孔26，27，28內(nèi)，壓縮空氣和氣體燃料不能充分混合，能防止混合氣體的自然發(fā)火或火焰的回火。另外，即使在壓縮空氣中含有可燃性塵埃等的情況下，塵埃等也不會停留在空氣導入孔26，27，28內(nèi)而被立刻噴出到混合室24內(nèi)，所以也能防止回火的火焰持續(xù)這樣的事。
(2)降低NOx的產(chǎn)生量本實施例的燃燒器4把多個氣體燃料噴嘴29分別與空氣導入孔26，27，28相對地配置在混合室壁25的外周側(cè)，把氣體燃料從空氣導入孔26，27，28的上游側(cè)向與軸心線L2，L3，L4大致同軸方向上噴出。由此，在空氣導入孔26，27，28內(nèi)，壓縮空氣及氣體燃料粗略混合(以下，把這種狀態(tài)稱為粗混合氣體)，從空氣導入孔26，27，28向混合室24內(nèi)噴出，通過其噴出時產(chǎn)生的渦流來促進混合(以下，把這種狀態(tài)稱為1次混合氣體)。另外，空氣導入孔26，27，28設(shè)置成隨著向混合室壁25的下游側(cè)X/D變大。由此，從上游段的空氣導入孔26導入了的1次混合氣體彼此相互撞擊，更促進混合。另一方面，從中下游段的空氣導入孔27、28導入的1次混合氣體，沿混合室壁25的內(nèi)周面25a流入并產(chǎn)生回旋流，通過該回旋流大大地促進來自空氣導入孔27，28的1次混合氣體彼此的混合。
另外，從液體燃料用噴嘴23噴出的液體燃料，由于來自上游段空氣導入孔26的1次混合氣體的剪切力而微?；湟徊糠终舭l(fā)氣化，隨著混合室24內(nèi)的上述回旋流而流動并促進與1次混合氣體的混合。這樣，液體燃料、氣體燃料及燃燒用空氣能在混合室24內(nèi)充分地混合，生成均質(zhì)的予混合氣體(液體燃料、氣體燃料及壓縮空氣處于被混合的狀態(tài))，能降低燃燒時NOx的產(chǎn)生量。
(3)防止沉淀在上游段的空氣導入孔26中，因為X/D小，所以1次混合氣體向混合室壁25的軸心線L1附近流入。因此，只在中心區(qū)域作用有強大的回轉(zhuǎn)力，在內(nèi)周面25a附近回旋流減弱，回轉(zhuǎn)力較小。由此，能防止從液體燃料噴嘴23噴出的液體燃料的液滴由于回旋流的回旋作用，撞擊混合室壁25的內(nèi)周面25a。另外，因為1次混合氣體從整個圓周方向向液體燃料噴嘴23的燃料噴出位置附近流入，所以能抑制產(chǎn)生液體燃料的液滴停滯的沉淀區(qū)域。還可以利用來自設(shè)置在整個圓周方向的空氣導入孔26，27，28的1次混合氣體吹飛撞擊混合室壁25的內(nèi)周面25a的液滴。因而，能防止沉淀的發(fā)生。
(4)提高燃燒的穩(wěn)定性空氣導入孔26，27，28隨著向混合室壁25的下游X/D增大。由此，在混合室24的出口區(qū)域產(chǎn)生強大的回旋流，同時預混合氣體流入燃燒室19。此時，由于在混合室24的出口區(qū)域的軸心位置附近形成再循環(huán)區(qū)域，所以能提高燃燒室19的燃燒穩(wěn)定性。
(5)抑制燃燒振動的發(fā)生因燃器4內(nèi)的壓力(即混合室24及燃燒室19內(nèi)的壓力)周期性地變化有時產(chǎn)生燃燒振動的情況。在該燃燒振動中存在幾種振動模式，當由于燃燒狀態(tài)激發(fā)出特定的振動模式時，燃燒振動的壓力振幅就增大。當燃燒振動的壓力振幅增大時，由于構(gòu)成燃燒器4的零件的滑動面磨損，所以防止燃燒振動的發(fā)生很重要。如本實施例的燃氣輪機9的情況，有可能發(fā)生以燃燒器4的兩端(即第一段定葉頸部和燃燒器4入口部)為分界條件的振動模式，這種情況，壓力波在第一段定葉頸部30與作為另一方的反射端的燃燒器4的入口部之間反復進行反射，有可能形成駐波而增大壓力振幅。
在本實施例中，由于在作為反射端的燃燒器4的入口部設(shè)置有反射率小的中空圓錐形的混合室壁25，所以即使壓力波行進到混合室壁25，對壓力波也有阻尼作用，能抑制燃燒振動的產(chǎn)生。
實施例2本發(fā)明的實施例2通過圖6～圖9予以說明。本實施例是控制向上述燃燒器4供給氣體燃料及液體燃料的供給量的實施例。
圖6是表示本實施例的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的概略圖。就該圖6而言，在與上述實施例1等同的部分標以相同的符號，而省略適當說明。
本實施例具有檢測經(jīng)上述氣體燃料處理裝置3預處理的氣體燃料的生成量的氣體燃料生成量檢測器31，檢測經(jīng)上述液體燃料處理裝置6預處理的液體燃料生成量的液體燃料生成量檢測器32，檢測上述汽輪機14的排氣溫度的排氣溫度檢測器33，檢測上述發(fā)電機10發(fā)電輸出功率的發(fā)電輸出功率檢測器34，根據(jù)這些檢測器31～34的檢測結(jié)果分別控制對燃燒器4供給的氣體燃料及液體燃料的供給量的燃料供給控制裝置(燃料供給控制裝置)35。
燃料供給控制裝置35輸入來自檢測器31～34的檢測信號并進行規(guī)定的運算處理，把生成的控制信號分別輸出給上述氣體燃料供給裝置5及上述液體燃料供給裝置8，由此利用氣體燃料供給裝置5控制向燃燒器4的氣體燃料供給量及利用液體燃料供給裝置8向燃燒器4供給的液體燃料供給量。并且，為了確保燃氣輪機9正常工作，燃料供給控制裝置35控制相對于壓縮空氣流量的氣體燃料及液體燃料的供給量，從而使由排氣溫度檢測器33檢測到的排氣溫度不超過預先設(shè)定存儲的規(guī)定的上限溫度。另外，在排氣溫度不超過規(guī)定的上限溫度的范圍內(nèi)，為了調(diào)整上述發(fā)電機的發(fā)電輸出功率，控制氣體燃料及液體燃料的供給量。再有，燃料供給控制裝置35雖然也可以控制使氣體燃料及液體燃料的供給量都變動，但為了避免控制的繁雜度，最好控制使氣體燃料及液體燃料中的一方變動。接下來，詳細說明利用燃料供給控制裝置35的燃料供給控制。
圖7是表示燃氣輪機9在額定負荷運轉(zhuǎn)的氣體燃料及液體燃料的供給比率和供給熱量關(guān)系的特性圖。
在圖7中，橫軸表示氣體燃料及液體燃料的供給比率，縱軸表示氣體燃料的供給熱量(圖中斜線下側(cè))及液體燃料的供給熱量(圖中斜線上側(cè))。氣體燃料向橫軸的右方向，供給比率從0％增加到100％，隨著該供給比率的增加供給熱量線性地增加。液體燃料向橫軸的左方向，供給比率從0％增加到100％，隨著該供給比率的增加供給熱量線性地增加。并且，就橫軸的各點而言，氣體燃料及液體燃料的供給比率合計為100％，氣體燃料及液體燃料的供給熱量的合計即總供給熱量為燃氣輪機9額定負荷運轉(zhuǎn)所必須的規(guī)定值QT。而且，燃料供給控制裝置35，在排氣溫度不超過規(guī)定的上限溫度范圍內(nèi)，可以從氣體燃料的供給比率100％切換到液體燃料的供給比率100％，還可以取任意的供給比率。例如，為圖7中橫軸C點所示的氣體燃料及液體燃料的供給比率的場合，氣體燃料及液體燃料的供給熱量為QV，QL。接下來，利用圖8說明從燃氣輪機9的起動到額定負荷運轉(zhuǎn)的利用燃料供給控制裝置35進行燃料供給控制的一例。
在該圖8中，橫軸表示燃氣輪機9的負荷，縱軸表示氣體燃料及液體燃料的供給熱量，對應燃氣輪機9的負荷，氣體燃料及液體燃料的總供給熱量線性地增加。并且，燃料供給控制裝置35在燃氣輪機9的負荷(例如由發(fā)電輸出功率檢測器34檢測出的發(fā)電輸出功率換算得到的負荷)直到達到規(guī)定的中間負荷之前，只供給氣體燃料，對應負荷使氣體燃料的供給熱量線性地增加；當燃氣輪機9的負荷超過規(guī)定的中間負荷時，對應負荷使氣體燃料的供給熱量減少，同時使液體燃料的供給熱量線性地增加。而且，當燃氣輪機9達到額定負荷運轉(zhuǎn)時，氣體燃料及液體燃料的供給熱量就變?yōu)槔鏠V，QL(參照上述圖7)。
這里，就中小規(guī)模氣田及老氣田而言，開采量比較少，有時由氣體燃料處理裝置3及液體燃料處理裝置6進行了預處理的氣體燃料及液體燃料的生成量發(fā)生變化。利用圖9說明這種情況下的燃料供給控制裝置35的燃料供給控制的一例。圖9是表示燃氣輪機9在額定負荷運轉(zhuǎn)的氣體燃料及液體燃料的供給熱量隨時間變化的特性圖。
在該圖9中，橫軸表示時間，縱軸表示氣體燃料及液體燃料的供給熱量。并且，燃料供給控制裝置35控制將由氣體燃料生成量檢測器31檢測出的氣體燃料生成量中的最大限量供給燃燒器4，其結(jié)果，氣體燃料的供給熱量往往隨時間而變化。此時，對于燃氣輪機9的額定負荷運轉(zhuǎn)所必須的總供給熱量QT，氣體燃料的供給熱量少時，為了彌補其不足，控制液體燃料的供給熱量(但，在排氣溫度不超過規(guī)定的上限溫度范圍內(nèi)控制)。由此，就中小規(guī)模氣田及老氣田而言，也能對應氣體燃料及液體燃料的生成量變化的情況，可以對消費地11進行穩(wěn)定的電力供給。另外，氣體燃料及液體燃料的生成量暫時減少不足的情況，也能使用貯藏在液體燃料貯藏裝置7內(nèi)的液體燃料，相應增加液體燃料的供給熱量，可以進行穩(wěn)定的電力供給。
就以上構(gòu)成的本實施例而言，與上述實施例1同樣，也能有效利用中小規(guī)模氣田或老氣田的天然氣及其開采或精制過程中產(chǎn)生的液體燃料。
還有，在上述實施例2中，燃料供給控制裝置35雖以輸入來自檢測器31～34的檢測信號進行規(guī)定的運算處理的結(jié)構(gòu)為例進行了說明，但不限于這些。即，設(shè)置檢測例如上述液體燃料貯藏裝置7中的液體燃料貯藏量的液體燃料貯藏量檢測器等，也可以把來自該檢測器的檢測信號輸入燃料控制裝置35中，進行規(guī)定的運算處理。這種情況，也能得到上述同樣的效果。
再有，在上述實施例中，燃燒器4雖以具有1個燃燒嘴20的結(jié)構(gòu)進行了說明，但不限于這些，也可以做成具有多個燃燒嘴的結(jié)構(gòu)。利用圖10及圖11說明這種變形例。
圖10是表示本變形例的燃燒器主要部分構(gòu)造的側(cè)剖面圖。圖11是沿圖10的XI-XI線的剖面圖。在這些圖10及圖11中，對與上述實施例等同的部分標以相同的標號，而省略適當說明。
本變形例的燃燒器36具有引燃嘴37和設(shè)置在該引燃嘴37外周側(cè)的多個主燃燒嘴38A～38F，將來自這些燃燒嘴37、38A～38F的混合氣體導入內(nèi)筒16內(nèi)的燃燒室19。另外，在引燃嘴37的出口部和主燃燒嘴38A～38F的出口部之間設(shè)置有金屬板39，輔助火焰的保持。燃燒嘴37、38A～38F與上述實施例的上述燃燒嘴20的大小有所不同但5有相同的及構(gòu)，從第一液體燃料供給裝置40對引燃嘴37的液體燃料噴嘴23供給液體燃料，從第一氣體燃料供給裝置41對引燃嘴37的氣體燃料噴嘴29供給氣體燃料，從第二液體燃料供給裝置42對主燃燒嘴38A～38F的液體燃料噴嘴23供給液體燃料，從第二氣體燃料供給裝置43對主燃燒嘴38A～38F的氣體燃料噴嘴29供給氣體燃料。
并且，在燃氣輪機9的起動、提速時，只對引燃嘴37供給把相對于壓縮空氣流量的燃料供給量的比率(所謂的燃空比)設(shè)定得較高的燃料，在接近擴散燃燒狀態(tài)下進行穩(wěn)定的燃燒。另外，在燃氣輪機9進行低負荷、額定負荷運轉(zhuǎn)時，對引燃嘴37及主燃燒嘴38A～38F供給將燃空比設(shè)定得較低的燃料，從而可促進燃料和空氣的混合，使NOX的產(chǎn)生量降低。再有，引燃嘴37及主燃燒嘴38A～38F中的氣體燃料和液體燃料的供給比率既可以設(shè)定得分別不同，也可以相同。另外例如，也可以向引燃嘴37及主燃燒嘴38A～38F中的任意一個只供給液體燃料，而向其它只供給氣體燃料。
以上，雖舉例說明了將燃氣輪機發(fā)電設(shè)備設(shè)置在氣田附近，使用在氣田開采的天然氣(氣體燃料)和在天然氣開采或精制過程中得到的液體燃料的情況，但是不限于這些。即，例如，也可以將燃氣輪機發(fā)電設(shè)備設(shè)置在油田附近，使用在油田中開采的液體燃料(例如石油或其精制過程中得到的殘渣油)和在開采時得到的伴生氣體等氣體燃料。在這種情況下，能有效利用中小規(guī)模油田及老油田中的液體燃料及伴生氣體等氣體燃料。
另外，在氣田或油田的開采量少，例如在做成1萬KW級的小型燃氣輪機的情況下，也可以把燃氣輪機等做成整裝構(gòu)造，做成用拖車等運輸送裝置容易運輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在這種情況下，能使設(shè)備成本降低。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其設(shè)置于氣田或油田附近，把發(fā)出的電通過輸電系統(tǒng)輸送到消費地，其特征在于，其具有的燃氣輪機具備對上述氣田產(chǎn)生的天然氣或上述油田產(chǎn)生的伴生氣體等氣體燃料進行預處理的氣體燃料處理裝置，對上述天然氣的開采或精制過程中所得到的液體燃料或上述油田產(chǎn)生的液體燃料進行預處理的液體燃料處理裝置，生成壓縮空氣的壓縮機，把經(jīng)上述氣體燃料處理裝置預處理后的氣體燃料及經(jīng)上述液體燃料處理裝置預處理后的液體燃料中的任意一方或雙方與來自上述壓縮機的壓縮空氣混合并燃燒的燃燒器，通過來自該燃燒器的燃燒氣體驅(qū)動發(fā)電機的汽輪機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具有檢測經(jīng)上述氣體燃料處理裝置預處理后的氣體燃料生成量的氣體燃料生成量檢測器，檢測經(jīng)上述液體燃料處理裝置預處理后的液體燃料生成量的液體燃料生成量檢測器，檢測上述汽輪機的排氣溫度的排氣溫度檢測器，檢測上述發(fā)電機發(fā)電輸出功率的發(fā)電輸出功率檢測器，根據(jù)這些檢測結(jié)果分別控制向上述燃燒器供給氣體燃料及液體燃料的的燃料供給控制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃料供給控制裝置分別控制向上述燃燒器供給的氣體燃料及液體燃料的供給量，以使由上述排氣溫度檢測裝置檢測出的排氣溫度不超過規(guī)定的上限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃料供給控制裝置進行控制，使得直到由上述發(fā)電輸出功率檢測器檢測出的發(fā)電輸出功率達到規(guī)定的中間輸出功率之前，只把氣體燃料供給上述燃燒器；當由上述發(fā)電輸出功率檢測器檢測出的發(fā)電輸出功率超過規(guī)定的中間輸出功率時，就把氣體燃料及液體燃料二者都供給上述燃燒器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃料供給控制裝置進行控制，使得把由上述氣體燃料生成量檢測器檢測出的氣體燃料生成量中的最大限量供給上述燃燒器，為了彌補該氣體燃料供給量的不足，控制向上述燃燒器供給的液體燃料的供給量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃燒器具有噴出液體燃料的液體燃料噴嘴；在內(nèi)部形成混合室的同時，上述液體燃料噴嘴設(shè)置在中心、向上述液體燃料噴嘴的噴出方向擴大的中空圓錐狀的混合室壁；開設(shè)在該混合室壁上，以偏向上述混合室的至少圓周方向的導入角度，把來自上述壓縮機的壓縮空氣導入上述混合室的多個空氣導入孔；設(shè)置在上述混合室壁的外周側(cè)使其分別與上述空氣導入孔相對，向與上述空氣導入孔的軸心線大致同軸方向上噴出氣體燃料的氣體燃料噴嘴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項所述的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃燒器具有引燃嘴和設(shè)置在該引燃嘴外周側(cè)的主燃燒嘴，上述引燃嘴及上述主燃燒嘴分別具有噴出液體燃料的液體燃料噴嘴；在內(nèi)部形成混合室的同時，上述液體燃料噴嘴設(shè)置在中心、向上述液體燃料噴嘴的噴出方向擴大的中空圓錐狀的混合室壁；開設(shè)在該混合室壁上，以偏向上述混合室的至少圓周方向的導入角度，把來自上述壓縮機的壓縮空氣導入上述混合室的多個空氣導入孔；設(shè)置在上述混合室壁的外周側(cè)使其分別與上述空氣導入孔相對，向與上述空氣導入孔的軸心線大致同軸方向上噴出氣體燃料的氣體燃料噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明提供能利用中小規(guī)模氣、油田或老氣、油田的氣體及液體燃料的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備。在設(shè)置于如氣田(1)附近，把發(fā)出的電通過輸電系統(tǒng)(12)輸送到消費地(11)的燃氣輪機發(fā)電設(shè)備中，其具有的燃氣輪機(9)具備對上述氣田產(chǎn)生的天然氣(氣體燃料)進行預處理的氣體燃料處理裝置(3)，對上述天然氣的開采或精制過程中所得到的液體燃料進行預處理的液體燃料處理裝置(6)，生成壓縮空氣的壓縮機(13)，把上述氣體燃料處理裝置預處理后的氣體燃料及上述液體燃料處理裝置預處理后的液體燃料中的任意一方或雙方與來自上述壓縮機的壓縮空氣混合并燃燒的燃燒器(4)，通過來自該燃燒器的燃燒氣體驅(qū)動發(fā)電機(10)的汽輪機(14)。
文檔編號F02C7/22GK1769655SQ200510117389
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者吉田正平, 平田義隆, 井上洋, 小林成嘉 申請人:株式會社日立制作所