專利名稱：燃氣輪機裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機裝置，其采用通過將三種或更多種類型的氣體混合在一起獲 得的作為用于燃燒室的可燃氣體的混合氣體。
背景技術：
專用于低熱量氣體燃燒(其能夠同時采用具有不同卡路里的多種類型的低熱量 氣體)的燃氣輪機裝置通常熟知為采用通過將三種或更多種類型的氣體混合在一起獲得 的作為用于燃燒室的可燃氣體的混合氣體的燃氣輪機裝置的一個例子。例如在鋼廠中使用 專用于低熱量氣體燃燒的燃氣輪機裝置。在鋼廠中，在鋼材的制造過程中產(chǎn)生各種過量氣 體，如高爐煤氣(B氣體)、焦爐煤氣(C氣體)和轉化爐氣(L氣體)。這些過量氣體包含可 燃成分。為此原因，在鋼廠等中，過量氣體用作用于燃氣輪機裝置的可燃氣體，由此有效地 使用過量氣體。所產(chǎn)生的副產(chǎn)品氣體的量存在大的變化。為此原因，當用作用于燃氣輪機裝置的 燃料時，過量氣體中的任何一種不單獨使用，而是使用通過混合多種類型的氣體獲得的混 合氣體。而且，卡路里調整可以通過進一步將天然氣(LNG)等混合到混合氣體而進行。例如，下文列出的專利文獻1中披露的燃氣輪機裝置作為將多種類型的過量氣體 和天然氣的混合氣體用作用于燃燒室的可燃氣體的燃氣輪機裝置具體例子。在專利文獻1 中披露的燃氣輪機裝置中，如圖4所示，高爐煤氣、焦爐煤氣和天然氣由混合器51混合，且 這種混合氣體作為可燃氣體供給至燃氣輪機52的燃燒室。除了專利文獻1，專利文獻2也給出了與本發(fā)明相關的現(xiàn)有技術文獻。專利文獻 2披露了通過將從燃氣輪機排出的燃燒氣體的一部分供給至空氣壓縮機而重新利用該部分 燃燒氣體的燃氣輪機裝置的例子。專利文獻1 日本專利申請公開No. 2004-27975專利文獻2 日本專利No. 295445
發(fā)明內容
要解決的技術問題當多種類型的氣體混合并用作用于燃氣輪機裝置的可燃氣體時，如果這些多種類 型的氣體不均勻地混合，混合氣體的卡路里可能不均勻，且可能發(fā)生不均勻的燃燒。因此， 當多種類型的氣體混合并用作用于燃氣輪機裝置的可燃氣體時，多種類型的氣體必須盡可 能均勻地混合。然而，在專利文獻1中披露的常規(guī)燃氣輪機裝置中，不存在特定的與均勻混 合相關的措施。而且，即使產(chǎn)生了其中多種類型的氣體均勻地混合的混合氣體，仍然存在一種可 能性，即混合氣體中的氫和氧隨后釋放且產(chǎn)生氫收集和氧收集。當產(chǎn)生氫收集和氧收集時， 增加爆炸的風險。特別地，在用空氣壓縮機壓縮混合氣體之后將混合氣體供給至燃燒室的 燃氣輪機裝置中，氫收集和氧收集也被壓縮，且因此，進一步增加了爆炸的可能性。
考慮到上述情況，本發(fā)明的目標是提供一種燃氣輪機裝置，其能夠產(chǎn)生其中三種 或更多種類型的氣體(例如，來自諸如丁烷氣和丙烷氣之類的單種氣體和其中多種類型的 氣體混合為如高爐煤氣和轉化爐氣的氣體中任一種的三種或更多種類型的氣體)均勻地 混合的混合氣體，并且還能夠通過監(jiān)控混合氣體中的氫濃度和氧濃度防止爆炸。技術方案用于解決上述問題的第一發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了一種燃氣輪機裝置，構造為 將從可燃氣體供給裝置供給的可燃氣體與從空氣壓縮機供給的壓縮空氣一起在燃燒室中 燃燒，并由在燃燒時產(chǎn)生的燃燒氣體可旋轉地驅動燃氣輪機，該燃氣輪機裝置的特征在于可燃氣體供給裝置包括多個混合器，并且構造為通過以比重升序或比重降序在所 述混合器中混合三種或更多種類型的氣體而產(chǎn)生混合氣體，并將所述混合氣體作為可燃氣 體供給至燃燒室。第二發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；稀釋氣混合器，將用于沖淡所述氫濃度和氧濃度的稀釋氣混合到混合氣體中；和控制器，使稀釋氣混合器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔?或大于設定值時運行，以將稀釋氣混合到混合氣體中。第三發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即稀 釋氣混合器構造為將所述燃燒氣體的從燃氣輪機排出的一部分作為稀釋氣混合到混合氣 體中。第四發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括通過攪拌所述混合氣體而進行再次混合的復混器。第五發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第四發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；和控制器，使復混器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼笥?設定值時運行，以再次混合混合氣體。第六發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；緊急排出閥；控制器，使緊急排出閥在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨?大于設定值時運行，以排出混合氣體。第七發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二、第五和第六發(fā)明中的任一方面的具有下述 特征的燃氣輪機裝置，即可燃氣體供給裝置構造為進行由稀釋氣混合器進行稀釋氣的混 合、由復混器進行混合氣體的再次混合、和由位于氫/氧傳感器的下游位置處的緊急排出 閥進行混合氣體的排出中的任一種。第八發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二至第七發(fā)明中的任一方面的具有下述特征 的燃氣輪機裝置，即還包括壓縮所述混合氣體并將如此壓縮的混合氣體供給至燃燒室的空
4氣壓縮機，該燃氣輪機裝置的特征在于，可燃氣體供給裝置構造為進行由稀釋氣混合器進行稀釋氣的混合、由復混器進行 混合氣體的再次混合、和由位于空氣壓縮機上游位置處的緊急排出閥進行混合氣體的排出 中的任一種。有益效果第一發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了一種燃氣輪機裝置，構造為將從可燃氣體供給裝 置供給的可燃氣體與從空氣壓縮機供給的壓縮空氣一起在燃燒室中燃燒，并由在燃燒時產(chǎn) 生的燃燒氣體可旋轉地驅動燃氣輪機，該燃氣輪機裝置的特征在于，可燃氣體供給裝置包 括多個混合器，并且構造為通過以比重升序或比重降序在所述混合器中混合三種或更多種 類型的氣體而產(chǎn)生混合氣體，并將所述混合氣體作為可燃氣體供給至燃燒室。因此，在比重 升序或比重降序混合兩種情況中，具有類似比重的氣體順序混合。這允許產(chǎn)生其中三種類 型氣均勻混合的混合氣體。當這種均勻的混合氣體用作燃燒室的可燃氣體時，防止不均勻 燃燒的發(fā)生，并且使穩(wěn)定燃燒變?yōu)榭赡堋５诙l(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；稀釋 氣混合器，將用于沖淡所述氫濃度和氧濃度的稀釋氣混合到混合氣體中；和控制器，使稀釋 氣混合器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼笥谠O定值時運行，以 將稀釋氣混合到混合氣體中。因此，即使在混合氣體中的氫和氧釋放且產(chǎn)生氫收集和氧收 集時，也能夠在高的氫濃度和氧濃度供給到燃燒室之前檢測混合氣體中的氫濃度和氧濃度 等于或大于設定值，并用稀釋氣沖淡和降低混合氣體的氫濃度和氧濃度。因此，將混合氣 體的氫濃度和氧濃度抑制到等于或低于爆炸極限的濃度，并且燃氣輪機裝置可以安全地運 行。第三發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即稀 釋氣混合器構造為將所述燃燒氣體的從燃氣輪機排出的一部分作為稀釋氣混合到混合氣 體中。因此，燃燒氣體有效地用作稀釋氣，且不需要氮氣等。因此，可以實現(xiàn)有效且廉價的 燃氣輪機裝置。第四發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括通過攪拌所述混合氣體而進行再次混合的復混器。因此，即使 在混合氣體中的氫和氧釋放且產(chǎn)生氫收集和氧收集(出現(xiàn)重力分離)時，也能夠在混合氣 體供給到燃燒室之前檢測混合氣體中的氫濃度和氧濃度等于或大于設定值，并經(jīng)由在混合 氣體供給至燃燒室之前用復混器攪拌混合氣體進行再次混合而再次獲得均勻混合的狀態(tài)。 因此，降低了爆炸的危險，并且燃氣輪機裝置可以安全地運行。第五發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第四發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；和控 制器，使復混器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼笥谠O定值時運 行，以再次混合混合氣體。因此，即使在混合氣體中的氫和氧釋放且產(chǎn)生氫收集和氧收集 (出現(xiàn)重力分離)時，也能夠在混合氣體供給到燃燒室之前檢測混合氣體中的氫濃度和氧 濃度等于或大于設定值，并經(jīng)由在混合氣體供給至燃燒室之前用復混器攪拌混合氣體進行 再次混合而再次獲得均勻混合的狀態(tài)。因此，降低了爆炸的危險，并且燃氣輪機裝置可以安全地運行。第六發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第一發(fā)明的具有下述特征的燃氣輪機裝置，即可 燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；緊急 排出閥；控制器，使緊急排出閥在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨?大于設定值時運行，以排出混合氣體。因此，即使在混合氣體中的氫和氧釋放且產(chǎn)生氫收集 和氧收集、由此引起混合氣體中的氫濃度和氧濃度增加時，也能夠在混合氣體供給到燃燒 室之前檢測混合氣體中的氫濃度和氧濃度等于或大于第二設定值，并排出混合氣體。因此， 降低了爆炸的危險，并且燃氣輪機裝置可以安全地運行。第七發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二、第五和第六發(fā)明中的任一方面的具有下述 特征的燃氣輪機裝置，即可燃氣體供給裝置構造進行為由稀釋氣混合器進行稀釋氣的混 合、由復混器進行混合氣體的再次混合、和由位于氫/氧傳感器的下游位置處的緊急排出 閥進行混合氣體的排出中的任一種。因此，由氫/氧傳感器檢測到的具有高氫濃度和氧濃 度的混合氣體可以安全地由稀釋氣混合器與稀釋氣混合，由復混器再次混合，或由下游側 的緊急排出閥排出。第八發(fā)明的燃氣輪機裝置提供了第二至第七發(fā)明中的任一方面的具有下述特征 的燃氣輪機裝置，即還包括壓縮所述混合氣體并將如此壓縮的混合氣體供給至燃燒室的空 氣壓縮機，該燃氣輪機裝置的特征在于，可燃氣體供給裝置構造為進行由稀釋氣混合器進 行稀釋氣的混合、由復混器進行混合氣體的再次混合、和由位于空氣壓縮機上游位置處的 緊急排出閥進行混合氣體的排出中的任一種。因此，具有高氫濃度和氧濃度的混合氣體在 流入空氣壓縮機之前由稀釋氣混合器與稀釋氣混合，由復混器再次混合，或由緊急排出閥 排出。因此，可以安全地降低在具有空氣壓縮機的燃氣輪機裝置中爆炸的風險。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式1的燃氣輪機裝置的結構示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方式2的燃氣輪機裝置的結構示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式3的燃氣輪機裝置的結構示意圖。圖4為常規(guī)燃氣輪機裝置的結構示意圖。附圖標記說明1燃氣輪機，2燃燒室，3空氣壓縮機，4發(fā)電機，5蒸汽輪機，6空氣壓縮機，7廢熱利 用鍋爐，8可燃氣體供給裝置，9，10燃料供給管線，11旋轉軸，12排氣管線，13煙道，14蒸汽 管線，15第一混合器，16第二混合器，17流量調節(jié)閥，18燃料供給管線，19流量調節(jié)閥，20， 21燃料供給管線，22流量調節(jié)閥，23燃料供給管線，31氫/氧傳感器，32緊急排出閥，33控 制器，34稀釋氣混合器，35稀釋氣供給管線，36風扇，37氣體冷卻器，38流量調節(jié)閥，39氫/ 氧傳感器，41復混器，42控制器，I第一氣體，II第二氣體，III第三氣體，a混合氣體(可 燃氣體)，b壓縮空氣，c可燃氣體，廢氣，d給水，e蒸汽，f混合氣體，g外部空氣(空氣)
具體實施例方式以下將以附圖為基礎詳細描述本發(fā)明的各實施方式。<實施方式1>
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式1的燃氣輪機裝置的結構示意圖。如圖1所示，實施 方式1的燃氣輪機裝置為復合循環(huán)發(fā)電裝置，其通過使燃氣輪機和蒸汽輪機運轉而產(chǎn)生電 力。燃氣輪機裝置包括燃氣輪機1、蒸汽輪機5、燃燒室2、空氣壓縮機3、發(fā)電機4、空氣壓縮 機6、廢熱利用鍋爐7和可燃氣體供給裝置8。在可燃氣體供給裝置8中產(chǎn)生的混合氣體a通過燃料供給管線9流入空氣壓縮機 6，并在那里被壓縮。隨后，壓縮的混合氣體a作為可燃氣體通過燃料供給管線10供給至燃 燒室2。在燃燒室2中，從可燃氣體供給裝置8供給的可燃氣體(混合氣體a)與從空氣壓 縮機3供給的壓縮空氣b —起燃燒。在燃燒時產(chǎn)生的燃燒氣體c供給到燃氣輪機1中，以 旋轉驅動燃氣輪機1。從燃氣輪機1排出的燃燒氣體(廢氣)c流過排氣管線(通氣管)12。隨后，經(jīng)由 與設置至排氣管線12的廢熱利用鍋爐7中的給水d的熱交換產(chǎn)品每個燃燒氣體c回收熱 量。隨后，燃燒氣體c從煙道13消散。同時，給水d由于與燃燒氣體(廢氣)c的熱交換而 被加熱，在廢熱利用鍋爐7中變成蒸汽e。這種蒸汽e通過蒸汽管線14供給至蒸汽輪機5， 因此蒸汽輪機5被旋轉驅動。從蒸汽輪機5排出的蒸汽e在未圖示的冷凝器中冷凝，并作 為給水d重新使用。燃氣輪機1、蒸汽輪機5、空氣壓縮機3、發(fā)電機4和空氣壓縮機6設置同一旋轉軸 11上?？諝鈮嚎s機3、發(fā)電機4和空氣壓縮機6由燃氣輪機1和蒸汽輪機5旋轉驅動。因 此，空氣壓縮機3吸入并壓縮外部空氣(空氣)g，并且將這種壓縮空氣b供給至燃燒室2， 如上所述。發(fā)電機4產(chǎn)生電力，并將這種產(chǎn)生的電力傳遞至鋼廠內和鋼廠外的未圖示的電 力系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機6吸入并壓縮混合氣體a，并將這種壓縮的混合氣體a供給至燃燒室 2，如上所述。作為實施方式1的特征的可燃氣體供給裝置8包括兩個混合器15、16。通過使用 這些混合器15、16，第一氣體I、第二氣體II和第三氣體III這三種類型氣體以比重升序或 比重降序混合，因此產(chǎn)生混合氣體a。隨后，可燃氣體供給裝置8通過空氣壓縮機6將該混 合氣體a供給至燃燒室2，如上所述。具體地，第一混合器15的進口側連接至設置有流量調節(jié)閥17的燃料供給管線18 的下游端，并且連接至設置有流量調節(jié)閥19的燃料供給管線20的下游端。另一方面，第一 混合器15的出口側連接至燃料供給管線21的上游端。同時，第二混合器16的進口側連接 至燃料供給管線21的下游端，并且還連接至設置有流量調節(jié)閥22的燃料供給管線23的下 游端。另一方面，第二混合器16的出口側連接至燃料供給管線9的上游端。因此，在可燃氣體供給裝置8中，第一氣體I和第二氣體II首先在第一混合器15 中混合，產(chǎn)生混合氣體f，通過燃料供給管線18供給第一氣體I，同時由流量調節(jié)閥17調節(jié) 其流量，通過燃料供給管線20供給第二氣體II，同時由流量調節(jié)閥19調節(jié)其流量。接下 來，第三氣體III和混合氣體f在第二混合器16中混合，且產(chǎn)生混合氣體a，通過燃料供給 管線23供給第三氣體III，同時由流量調節(jié)閥22調節(jié)其流量，通過燃料供給管線21供給混 合氣體f。而且，第一氣體I、第二氣體II和第三氣體III以它們在比重方面的關系滿足第一 氣體I <第二氣體II <第三氣體III，或者第一氣體I >第二氣體II >第三氣體III的方 式被選擇。因此，第一氣體I、第二氣體II和第三氣體III以比重升序或以比重降序混合。表格1示出了各種氣體的比重。在這些氣體中，假設例如使用高爐煤氣、焦爐煤氣(其為鋼 廠中產(chǎn)生的過量氣體)和天然氣(LNG)。在以比重降序混合的情況中，第一氣體I為高爐煤 氣，第二氣體II為天然氣，第三氣體III為焦爐煤氣。在以比重升序混合的情況中，第一氣 體I為焦爐煤氣，第二氣體Π為天然氣，第三氣體III為高爐煤氣。[表 1]成分例子
權利要求
1.一種燃氣輪機裝置，構造為將從可燃氣體供給裝置供給的可燃氣體與從空氣壓縮機 供給的壓縮空氣一起在燃燒室中燃燒，并由在燃燒時產(chǎn)生的燃燒氣體可旋轉地驅動燃氣輪 機，該燃氣輪機裝置的特征在于可燃氣體供給裝置包括多個混合器，并且構造為通過以比重升序或比重降序在所述混 合器中混合三種或更多種類型的氣體而產(chǎn)生混合氣體，并將所述混合氣體作為可燃氣體供 給至燃燒室。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，該可燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；稀釋氣混合器，將用于沖淡所述氫濃度和氧濃度的稀釋氣混合到混合氣體中；和控制器，使稀釋氣混合器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼?于設定值時運行，以將稀釋氣混合到混合氣體中。
3.根據(jù)權利要求2所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，稀釋氣混合器構造為將從燃氣 輪機排出的所述燃燒氣體的一部分作為稀釋氣混合到混合氣體中。
4.根據(jù)權利要求1所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，可燃氣體供給裝置構造為包括 通過攪拌所述混合氣體而進行再次混合的復混器。
5.根據(jù)權利要求4所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，可燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；和控制器，使復混器在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼笥谠O定 值時運行，以再次混合混合氣體。
6.根據(jù)權利要求1所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，可燃氣體供給裝置構造為包括氫/氧傳感器，檢測所述混合氣體中的氫濃度和氧濃度；緊急排出閥；和控制器，使緊急排出閥在由氫/氧傳感器檢測到所述氫濃度和氧濃度變?yōu)榈扔诨虼笥?設定值時運行，以排出混合氣體。
7.根據(jù)權利要求2、5和6中任一項所述的燃氣輪機裝置，其特征在于，可燃氣體供給裝 置構造為執(zhí)行由稀釋氣混合器進行稀釋氣的混合、由復混器進行混合氣體的再次混合、和 由位于氫/氧傳感器的下游位置處的緊急排出閥進行混合氣體的排出中的任一種。
8.根據(jù)權利要求2-7中任一項所述的燃氣輪機裝置，其特征在于還包括壓縮所述混合 氣體并將如此壓縮的混合氣體供給至燃燒室的空氣壓縮機，該燃氣輪機裝置的特征在于，可燃氣體供給裝置構造執(zhí)行由稀釋氣混合器進行稀釋氣的混合、由復混器進行混合氣 體的再次混合、和由位于空氣壓縮機上游位置處的緊急排出閥進行混合氣體的排出中的任 一種。
全文摘要
本發(fā)明的目標是提供一種燃氣輪機裝置，其能夠產(chǎn)生其中三種或更多種類型的氣體均勻地混合的混合氣體，并能夠產(chǎn)生類似物。為了實現(xiàn)這種目標，在構造為將從可燃氣體供給裝置(8)供給的可燃氣體與從空氣壓縮機(3)供給的壓縮空氣(b)一起在燃燒室(2)中燃燒，并由在燃燒時產(chǎn)生的燃燒氣體(c)可旋轉地驅動燃氣輪機(1)的燃氣輪機裝置中，可燃氣體供給裝置(8)包括兩個混合器(15、16)，并構造為通過以比重升序或比重降序在混合器(15、16)中混合第一氣體(I)、第二氣體(II)和第三氣體(III)這三種類型氣體而產(chǎn)生混合氣體(a)，并將混合氣體(a)作為可燃氣體供給至燃燒室(2)。
文檔編號F02C3/30GK102076941SQ20088013005
公開日2011年5月25日 申請日期2008年10月1日 優(yōu)先權日2008年10月1日
發(fā)明者日坂升, 田邊浩史 申請人:三菱重工業(yè)株式會社