WO2010038290A1

WO2010038290A1 - ガスタービン装置

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Publication number: WO2010038290A1
Application number: PCT/JP2008/067825
Authority: WO
Inventors: 浩史田邉; 昇日坂
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-08
Also published as: CN102076941A; KR20110028462A; EP2330281B1; EP2330281A1; US20110167783A1; CN102076941B; KR20130065740A; US9097188B2; KR20130065739A; EP2330281A4; KR101324900B1; KR101369116B1; KR101369102B1

Abstract

　本発明は３種以上のガスを均一に混合した混合ガスを生成することなどが可能なガスタービン装置を提供することを目的とする。そのため、燃料ガス供給装置（８）から供給される燃料ガスを空気圧縮機（３）から供給される圧縮空気（ｂ）とともに燃焼器（２）で燃焼し、このときに発生する燃焼ガス（ｃ）によってガスタービン１を回転駆動する構成のガスタービン装置において、燃料ガス供給装置（８）は２つの混合器（１５，１６）を有しており、これらの混合器（１５，１６）で３種の第１ガス（Ｉ）、第２ガス（II）及び第３ガス（III）を、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガス（ａ）を生成し、この混合ガス（ａ）を燃料ガスとして燃焼器（２）に供給する構成とする。

Description

ガスタービン装置

　本発明は３種以上のガスを混合してなる混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いるガスタービン装置に関する。

　３種以上のガスを混合してなる混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いるガスタービン装置の例としては、一般に各種のカロリーの異なる低カロリーガスを同時に複数使用可能な低カロリーガス専焼ガスタービン装置が知られている。この低カロリーガス専焼ガスタービン装置は例えば製鉄所で使用されている。製鉄所では鉄鋼製品の製造過程において高炉ガス（Ｂガス）、コークス炉ガス（Ｃガス）、転炉ガス（Ｌガス）などの各種の副生ガスが発生するが、これらの副生ガスは可燃性成分を含んでいる。このため、製鉄所では前記副生ガスをガスタービン装置の燃料ガスなどに使用することによって前記副生ガスの有効利用が図っている。

　前記副生ガスは発生量の変動が大きいため、ガスタービン装置の燃料ガスとして用いる場合には単独では用いずに複数のガス種を混合した混合ガスとして用いられる。また、前記混合ガスに更に天然ガス（ＬＮＧ）などを混合してカロリー調整が行われることもある。

　このような複数種の副生ガスと天然ガスを混合した混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いるガスタービン装置の具体例としては、例えば下記の特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示されたガスタービン装置では、図４に示すように高炉ガスとコークス炉ガスと天然ガスとを混合部５１で混合し、この混合ガスを燃料ガスとしてガスタービン５２の燃焼器へ供給する。

　なお、本発明に関連する先行技術文献としては前述の特許文献１の他、特許文献２も挙げられる。この特許文献２にはガスタービンから排出された燃焼ガスの一部を空気圧縮機に供給して再利用するガスタービン装置の例が開示されている。
特開２００４－２７９７５号公報特許第２９５４４５６号公報

　複数種のガスを混合してガスタービン装置の燃料ガスに用いる場合、これら複数種のガスが均一に混合されていないと、混合ガスのカロリーが均一にならずに燃焼ムラが生じるおそれがある。このため、複数種のガスを混合してガスタービン装置の燃料ガスに用いる場合には、これら複数種のガスをできるだけ均一に混合する必要があるが、上記特許文献１に開示された従来のガスタービン装置では均一混合に関する工夫については特にみられない。

　更には、複数種のガスを均一に混合した混合ガスを生成したとしても、その後に前記混合ガス中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生する可能性があり、水素塊や酸素塊が発生すると爆発の危険性が高まる。特に混合ガスをガス圧縮機で圧縮してから燃焼器に供給する方式のガスタービン装置においては、前記水素塊や前記酸素塊も圧縮されるため、更に爆発する可能性が高くなる。

　従って本発明は上記の事情に鑑み、３種以上のガス（例えばブタンガスやプロパンガスなどのような単独のガスや、高炉ガスや転炉ガスなどのような複数種のガスが混合されたガスのうちの３種以上のガス）を均一に混合した混合ガスを生成することができ、更には前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を監視して爆発を防止するもできるガスタービン装置を提供することを課題とする。

　上記課題を解決する第１発明のガスタービン装置は、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを空気圧縮機から供給される圧縮空気とともに燃焼器で燃焼し、このときに発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転駆動する構成のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は複数の混合器を有しており、これらの混合器で３種以上のガスを、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガスを生成し、この混合ガスを前記燃料ガスとして前記燃焼器に供給する構成とした特徴とする。

　また、第２発明のガスタービン装置は、第１発明のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　前記水素濃度及び酸素濃度を希釈するための希釈ガスを前記混合ガスに混合する希釈ガス混合装置と、
　前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記希釈ガス混合装置を作動させて前記希釈ガスを前記混合ガスに混合させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とする。

　また、第３発明のガスタービン装置は、第２発明のガスタービン装置において、
　前記希釈ガス混合装置は、前記ガスタービンから排出された燃焼ガスの一部を前記希釈ガスとして前記混合ガスに混合する構成としたことを特徴とする。

　また、第４発明のガスタービン装置は、第１発明のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガスを攪拌して再混合する再混合器を有する構成としたことを特徴とする。

　また、第５発明のガスタービン装置は、第４発明のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　この水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記再混合器を作動させて前記混合ガスを再混合させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とする。

　また、第６発明のガスタービン装置は、第１発明のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　緊急放出弁と、
　前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記緊急放出弁を作動させて前記混合ガスを放出させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とする。

　また、第７発明のガスタービン装置は、第２，第５，第６発明の何れかのガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、前記水素・酸素センサよりも下流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴とする。

　また、第８発明のガスタービン装置は、第２～第７発明の何れかのガスタービン装置において、
　前記混合ガスを圧縮して前記燃焼器へ供給するガス圧縮機を有しており、
　前記燃料ガス供給装置は、このガス圧縮機の上流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴とする。

　第１発明のガスタービン装置によれば、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを空気圧縮機から供給される圧縮空気とともに燃焼器で燃焼し、このときに発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転駆動する構成のガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は複数の混合器を有しており、これらの混合器で３種以上のガスを、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガスを生成し、この混合ガスを前記燃料ガスとして前記燃焼器に供給する構成とした特徴としているため、比重の軽いものから順に混合する場合と比重の重いものから順に混合する場合の何れでも、比重の近いものから順次に混合されることになる。このため、３種以上のガスが均一に混合された混合ガスの生成が可能となり、この均一混合ガスが燃焼器の燃料ガスとして用いられることによって燃焼ムラの発生が防止され、安定した燃焼が可能となる。

　また、第２発明のガスタービン装置によれば、第１発明のガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、前記水素濃度及び酸素濃度を希釈するための希釈ガスを前記混合ガスに混合する希釈ガス混合装置と、前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記希釈ガス混合装置を作動させて前記希釈ガスを前記混合ガスに混合させる制御装置とを有する構成としたことを特徴としているため、混合ガス中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生したとしても、この水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスが燃焼器に供給される前に当該混合ガスの水素濃度及び酸素濃度が設定値以上であることを検知し、希釈ガスで当該混合ガスの水素濃度及び酸素濃度を希釈して低減することができる。このため、混合ガスの水素濃度及び酸素濃度を爆発限界以下に抑えて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、第３発明のガスタービン装置によれば、第２発明のガスタービン装置において、前記希釈ガス混合装置は、前記ガスタービンから排出された燃焼ガスの一部を前記希釈ガスとして前記混合ガスに混合する構成としたことを特徴としており、希釈ガスとして燃焼ガスが有効利用され、窒素ガスなどを必要としないため、効率的で安価なガスタービン装置を実現することができる。

　また、第４発明のガスタービン装置によれば、第１発明のガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガスを攪拌して再混合する再混合器を有する構成としたことを特徴としているため、混合ガス中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生したとしても（比重分離を起こしても）、当該混合ガスが燃焼器に供給される前に当該混合ガスを再混合器で攪拌して再混合することにより、再度、均一混合状態にすることができる。このため、爆発の危険性が低減されて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、第５発明のガスタービン装置によれば、第４発明のガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、この水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記再混合器を作動させて前記混合ガスを再混合させる制御装置とを有する構成としたことを特徴とするため、混合ガス中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生したとしても（比重分離を起こしても）、この水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスが燃焼器に供給される前に当該混合ガスの水素濃度及び酸素濃度が設定値以上であることを検知し、当該混合ガスが燃焼器に供給される前に当該混合ガスを再混合器で攪拌して再混合することにより、再度、均一混合状態にすることができる。このため、爆発の危険性が低減されて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、第６発明のガスタービン装置によれば、第１発明のガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、緊急放出弁と、前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記緊急放出弁を作動させて前記混合ガスを放出させる制御装置とを有する構成としたことを特徴としているため、混合ガス中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生することによって当該混合ガスの水素濃度及び酸素濃度の高くなったときには、当該混合ガスが燃焼器に供給される前に当該混合ガスの水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったことを検知して当該混合ガスを放出することができる。このため、爆発の危険性が低減されて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、第７発明のガスタービン装置によれば、第２，第５，第６発明の何れかのガスタービン装置において、前記燃料ガス供給装置は、前記水素・酸素センサよりも下流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴としているため、上流側の水素・酸素センサで検知された水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスに対して、より確実に下流側で希釈ガス混合装置による希釈ガスの混合、再混合器による混合ガスの再混合、又は、緊急放出弁による混合ガスの放出を行うことができる。

　また、第８発明のガスタービン装置によれば、第２～第７発明の何れかのガスタービン装置において、前記混合ガスを圧縮して前記燃焼器へ供給するガス圧縮機を有しており、前記燃料ガス供給装置は、このガス圧縮機の上流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴としており、水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスがガス圧縮機に流入する前に希釈ガス混合装置による希釈ガスの混合、再混合器による混合ガスの再混合、又は、緊急放出弁による混合ガスの放出が行われるため、ガス圧縮機を有するガスタービン装置に対しても確実に爆発の危険性を低減することができる。

本発明の実施の形態例１に係るガスタービン装置の構成図である。本発明の実施の形態例２に係るガスタービン装置の構成図である。本発明の実施の形態例３に係るガスタービン装置の構成図である。従来のガスタービン装置の構成図である。

符号の説明

　１　ガスタービン，　２　燃焼器，　３　空気圧縮機，　４　発電機，　５　蒸気タービン，　６　ガス圧縮機，　７　排熱回収ボイラ，　８　燃料ガス供給装置，　９，１０　燃料供給ライン，　１１　回転軸，　１２　排気ライン，　１３　煙突，　１４　蒸気ライン，　１５　第１混合器，　１６　第２混合器，　１７　流量調整弁，　１８　燃料供給ライン，　１９　流量調整弁，　２０，２１　燃料供給ライン，　２２　流量調整弁，　２３　燃料供給ライン，　３１　水素・酸素センサ，　３２　緊急放出弁，　３３　制御装置，　３４　希釈ガス混合装置，　３５　希釈ガス供給ライン，　３６　通風機，　３７　ガス冷却器，　３８　流量調整弁，　３９　水素・酸素センサ，　４１　再混合器，　４２　制御装置，　Ｉ　第１ガス，　ＩＩ　第２ガス，　ＩＩＩ　第３ガス，　ａ　混合ガス（燃料ガス），　ｂ　圧縮空気，　ｃ　燃焼ガス，排ガス，　ｄ　給水，　ｅ　水蒸気，　ｆ　混合ガス，　ｇ　外気（空気）

　以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

　＜実施の形態例１＞
　図１は本発明の実施の形態例１に係るガスタービン装置の構成図である。図１に示すように、本実施の形態例１のガスタービン装置はガスタービンと蒸気タービンとを稼動させて発電を行うコンバインド発電装置であり、ガスタービン１と蒸気タービン５と燃焼器２と空気圧縮機３と発電機４とガス圧縮機６と排熱回収ボイラ７と燃料ガス供給装置８とを有している。

　燃料ガス供給装置８で生成された混合ガスａは、燃料供給ライン９を介してガス圧縮機６へ流入し、ここで圧縮された後、燃料供給ライン１０を介して燃焼器２へ燃料ガスとして供給される。燃焼器２では燃料ガス供給装置８から供給される燃料ガス（混合ガスａ）を、空気圧縮機３から供給される圧縮空気ｂとともに燃焼する。このときに発生する燃焼ガスｃがガスタービン１に供給されてガスタービン１を回転駆動する。

　ガスタービン１から排出された燃焼ガス（排ガス）ｃは排気ライン（煙道）１２を流通し、排気ライン１２に設けられた排熱回収ボイラ７で給水ｄと熱交換されて熱回収された後、煙突１３から放散される。一方、給水ｄは排熱回収ボイラ７で燃焼ガス（排ガス）ｃとの熱交換により加熱されて水蒸気ｅとなる。この水蒸気ｅが蒸気ライン１４を介して蒸気タービン５に供給されることにより蒸気タービン５が回転駆動される。蒸気タービン５から排出された水蒸気ｅは図示しない復水器で復水され、再び給水ｄとして利用される。

　ガスタービン１、蒸気タービン５、空気圧縮機３、発電機４及びガス圧縮機６は同一の回転軸１１上に配置されており、空気圧縮機３、発電機４及びガス圧縮機６はガスタービン１及び蒸気タービン５によって回転駆動される。このため、空気圧縮機３では外気（空気）ｇを吸入して圧縮し、この圧縮空気ｂを前述の如く燃焼器２へ供給する。発電機４では発電し、この発電電力を製鉄所内や製鉄所外の図示しない電力系統に送電する。ガス圧縮機６では混合ガスａを吸入して圧縮し、この圧縮混合ガスａを前述の如く燃焼器２へ供給する。

　そして、本実施の形態例１の特徴である燃料ガス供給装置８は、２つの混合器１５，１６を有しており、これらの混合器１５，１６で３種の第１ガスＩ，第２ガスII及び第３ガスIIIを、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガスａを生成し、この混合ガスａを前述の如くガス圧縮機６を介して燃焼器２に供給する構成となっている。

　詳述すると、第１混合器１５の入口側には流量調整弁１７を備えた燃料供給ライン１８の下流端と、流量調整弁１９を備えた燃料供給ライン２０の下流端とが接続される一方、第１混合器１５の出口側には燃料供給ライン２１の上流端が接続されている。また、第２混合器１６の入口側には燃料供給ライン２１の下流端と、流量調整弁２２を備えた燃料供給ライン２３の下流端とが接続される一方、第２混合器１６の出口側には燃料供給ライン９の上流端が接続されている。

　従って、燃料ガス供給装置８では、まず、第１混合器１５において、流量調整弁１７で流量調整されながら燃料供給ライン１８を介して供給される第１ガスＩと、流量調整弁１９で流量調整されながら燃料供給ライン２０を介して供給される第２ガスIIとが混合されて混合ガスｆが生成される。続いて、第２混合器１６において、流量調整弁２２で流量調整されながら燃料供給ライン２３を介して供給される第３ガスIIIと、燃料供給ライン２１を介して供給される前記混合ガスｆとが混合されて混合ガスａが生成される。

　しかも、第１ガスＩと第２ガスIIと第３ガスIIIは、これらの比重の大小関係が、第１ガスＩ＜第２ガスII＜第３ガスIII、又は、第１ガスＩ＞第２ガスII＞第３ガスIIIとなるように選択されている。このため、第１ガスＩと第２ガスIIと第３ガスIIIは、比重の軽いものから順に混合されるか、又は、比重の重いものから順に混合されることになる。表１に各ガス種の比重を示す。これらのガス種から、例えば製鉄所の副生ガスである高炉ガス及びコークス炉ガスと天然ガス（ＬＮＧ）を用いるとすると、比重の重いものから順に混合する場合には第１ガスＩが高炉ガス、第２ガスIIが天然ガス、第３ガスIIIがコークス炉ガスとなり、比重の軽いものから順に混合する場合には第１ガスＩがコークス炉ガス、第２ガスIIが天然ガス、第３ガスIIIが高炉ガスとなる。

　本実施の形態例１のガスタービン装置によれば、燃料ガス供給装置８から供給される燃料ガスを空気圧縮機３から供給される圧縮空気ｂとともに燃焼器２で燃焼し、このときに発生する燃焼ガスｃによってガスタービン１を回転駆動する構成のガスタービン装置において、燃料ガス供給装置８は２つの混合器１５，１６を有しており、これらの混合器１５，１６で３種の第１ガスＩ、第２ガスII及び第３ガスIIIを、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガスａを生成し、この混合ガスａを燃料ガスとして燃焼器２に供給する構成であるため、比重の軽いものから順に混合する場合と比重の重いものから順に混合する場合の何れでも、比重の近いものから順次に混合されることになる。このため、３種の第１ガスＩ、第２ガスII及び第３ガスIIIが均一に混合された混合ガスａの生成が可能となり、この均一混合ガスａが燃焼器２の燃料ガスとして用いられることによって燃焼ムラの発生が防止され、安定した燃焼が可能となる。

　なお、本発明は３種のガス（例えばブタンガスやプロパンガスなどのような単独のガスや、高炉ガスや転炉ガスなどのような複数種のガスが混合されたガスうちの３種のガス）を混合する場合に限定するものではなく、３種以上のガス（例えばブタンガスやプロパンガスなどのような単独のガスや、高炉ガスや転炉ガスなどのような複数種のガスが混合されたガスのうちの３種以上のガス）を混合する場合にも適用することができる。

　＜実施の形態例２＞
　図２は本発明の実施の形態例２に係るガスタービン装置の構成図である。なお、図２において図１（実施の形態例１）と同様の部分については図１と同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。

　図２に示すように、本実施の形態例２の燃料ガス供給装置８では、上記実施の形態例１の燃料ガス供給装置８（図１）と同様の構成に加えて、更に水素・酸素センサ３１，３９と緊急放出弁３２と制御装置３３と希釈ガス混合装置３４とを有している。

　水素・酸素センサ３１は第２混合器１６の下流側で燃料供給ライン９に設けられており、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度を検出する。緊急放出弁３２は水素・酸素センサ３１よりも下流側において燃料供給ライン９に設けられた三方弁であり、通常は混合ガスａをガス圧縮機６側へ流通させて燃焼器２へ供給させる一方、混合ガスａ中の水素濃度や酸素濃度が高い緊急時には流通方向を切り換えて混合ガスａを燃料供給ライン９から放出する。

　希釈ガス混合装置３４は希釈ガス供給ライン３５に上流側から順に通風機３６、ガス冷却器３７及び流量調整弁３８を配置した構成となっている。また、希釈ガス供給ライン３５の上流側は、排熱回収ボイラ７の下流側で排気ライン１２に接続され、希釈ガス供給ライン３５の下流側は、緊急放出弁３２の下流側で燃料供給ライン９に接続されている。従って、通風機３６が作動すると、排気ライン１２を流れる燃焼ガス（排ガス）ｃの一部が、希釈ガス供給ライン３５に導入され、ガス冷却器３７で冷却され、且つ、流量調整弁３８で流量調整されて混合ガスａに希釈ガスとして混合される。このとき混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が、前記燃料ガスａの一部（希釈ガス）に希釈されて低減する。なお、図示例では燃料供給ライン９と希釈ガス供給ライン３５の接続部が混合部となっているが、ここに混合器を設けて混合ガスａと燃焼ガス（排ガス）ｃを混合するようにしてもよい。水素・酸素センサ３９は緊急放出弁３２の下流側で混合ガスａと燃焼ガス（排ガス）ｃとが混合する前記接続部（混合部）の直後からガス圧縮機６に入るまでの間で燃料供給ライン９に設けられており、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度、或いは混合ガスａと燃焼ガス（排ガス）ｃとの混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する。

　制御装置３３では、水素・酸素センサ３１で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が第１設定値（爆発限界よりも低く設定された値）以上になったときに希釈ガス混合装置３４を作動させる。即ち、通風機３６を起動させるとともに流量調整弁３８を開けて流量調整を開始させる。その結果、前述の如く燃焼ガス（排ガス）ｃの一部が希釈ガスとして混合ガスａに混合させる。また、制御装置３３では、水素・酸素センサ３１で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第１設定値よりも高値の第２設定値（爆発限界よりも低く設定された値）以上になったときに緊急放出弁３２を作動させて（緊急放出弁３２の流通方向を切り換えて）、混合ガスａを放出させる。或いは、制御装置３３では、水素・酸素センサ３９で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第１設定値以上になったときに希釈ガス混合装置３４を作動（通風機３６を起動させるとともに流量調整弁３８を開けて流量調整を開始）させ、水素・酸素センサ３９で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第２設定値以上になったときに緊急放出弁３２を作動させて（緊急放出弁３２の流通方向を切り換えて）、混合ガスａを放出させるようにしてもよい。

　本実施の形態例２のガスタービン装置のその他の構成については、上記実施の形態例１（図１）のガスタービン装置と同様である。

　本実施の形態例２のガスタービン装置によれば、上記実施の形態例１と同様の作用効果が得られ、しかも、燃料ガス供給装置８は、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサ３１（又は３９）と、水素濃度及び酸素濃度を希釈するための希釈ガスを混合ガスａに混合する希釈ガス混合装置３４と、水素・酸素センサ３１（又は３９）で検出した水素濃度及び酸素濃度が第１設定値以上になったときに希釈ガス混合装置３４を作動させて希釈ガスを混合ガスａに混合させる制御装置３３とを有する構成としたため、混合ガスａ中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生したとしても、この水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａが燃焼器２に供給される前に当該混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度が設定値以上であることを検知し、希釈ガスで当該混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度を希釈して低減することができる。このため、混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度を爆発限界以下に抑えて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、本実施の形態例２のガスタービン装置によれば、希釈ガス混合装置８は、ガスタービン１から排出された燃焼ガス（排ガス）ｃの一部を希釈ガスとして混合ガスａに混合する構成としており、希釈ガスとして燃焼ガスが有効利用され、窒素ガスなどを必要としないため、効率的で安価なガスタービン装置を実現することができる。

　また、本実施の形態例２のガスタービン装置によれば、燃料ガス供給装置８は、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサ３１（又は３９）と、緊急放出弁３２と、水素・酸素センサ３１（又は３９）で検出した水素濃度及び酸素濃度が第２設定値以上になったときに緊急放出弁３２を作動させて混合ガスａを放出させる制御装置３３とを有する構成としたため、混合ガスａ中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生することによって当該混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度の高くなったときには、当該混合ガスａが燃焼器２に供給される前に当該混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度が第２設定値以上になったことを検知して当該混合ガスａを放出することができる。このため、爆発の危険性が低減されて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　また、本実施の形態例２のガスタービン装置によれば、燃料ガス供給装置８は、水素・酸素センサ３１よりも下流側で、希釈ガス混合装置３４による希釈ガスの混合、及び、緊急放出弁３２による混合ガスａの放出を行なう構成としたため、上流側の水素・酸素センサ３１で検知された水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａに対して、より確実に下流側で希釈ガス混合装置３４による希釈ガスの混合、及び、緊急放出弁３２による混合ガスａの放出を行うことができる。

　また、本実施の形態例２のガスタービン装置によれば、混合ガスａを圧縮して燃焼器２へ供給するガス圧縮機６を有しており、燃料ガス供給装置８は、このガス圧縮機６の上流側で、希釈ガス混合装置３４による希釈ガスの混合、及び、緊急放出弁３２による混合ガスａの放出を行なう構成としており、水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａがガス圧縮機６に流入する前に希釈ガス混合装置３４による希釈ガスの混合、及び、緊急放出弁３２による混合ガスａの放出が行われるため、ガス圧縮機６を有するガスタービン装置に対しても確実に爆発の危険性を低減することができる。

　＜実施の形態例３＞
　図３は本発明の実施の形態例３に係るガスタービン装置の構成図である。なお、図３において図１（実施の形態例１）及び図２（実施の形態例２）と同様の部分については図１及び図２と同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。

　図３に示すように、本実施の形態例３の燃料ガス供給装置８では、上記実施の形態例１の燃料ガス供給装置８（図１）と同様の構成に加えて、更に水素・酸素センサ３１，３９と緊急放出弁３２と再混合器４１と制御装置４２とを有している。

　再混合器４１は水素・酸素センサ３１及び緊急放出弁３２よりも下流側において燃料供給ライン９に設置されており、第２混合器１６で生成された混合ガスａを攪拌して再混合する。水素・酸素センサ３９は再混合器４１の直後からガス圧縮機６に入るまでの間で燃料供給ライン９に設けられており、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度を検出する。制御装置４２では、水素・酸素センサ３１で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が第１設定値（爆発限界よりも低く設定された値）以上になったときに再混合器４１を作動させて混合ガスａを再混合させる。また、制御装置４２では、水素・酸素センサ３１で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第１設定値よりも高値の第２設定値（爆発限界よりも低く設定された値）以上になったときに緊急放出弁３２を作動させて（緊急放出弁３２の流通方向を切り換えて）、混合ガスａを放出させる。或いは、制御装置４２では、水素・酸素センサ３９で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第１設定値以上になったときに再混合器４１を作動させて混合ガスａを再混合させ、水素・酸素センサ３９で検出した混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度が前記第２設定値以上になったときに緊急放出弁３２を作動させて（緊急放出弁３２の流通方向を切り換えて）、混合ガスａを放出させるようにしてもよい。

　本実施の形態例３のガスタービン装置のその他の構成については、上記実施の形態例１，２（図１，図２）のガスタービン装置と同様である。

　本実施の形態例３のガスタービン装置によれば、上記実施の形態例１と同様の作用効果が得られるとともに、緊急放出弁３２に関しては上記実施の形態例２と同様の作用効果が得られ、しかも、燃料ガス供給装置８は、混合ガスａ中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサ３１（又は３９）と、この水素・酸素センサ３１（又は３９）で検出した水素濃度及び酸素濃度が第１設定値以上になったときに再混合器４１を作動させて混合ガスａを再混合させる制御装置４２とを有する構成としたため、混合ガスａ中の水素や酸素が遊離して水素塊や酸素塊が発生したとしても（比重分離を起こしても）、この水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａが燃焼器２に供給される前に当該混合ガスａの水素濃度及び酸素濃度が第１設定値以上であることを検知し、当該混合ガスａが燃焼器２に供給される前に当該混合ガスａを再混合器２で攪拌して再混合することにより、再度、均一混合状態にすることができる。このため、爆発の危険性が低減されて安全なガスタービン装置の操業が可能となる。

　なお、再混合器４１は、上記の如く水素・酸素センサ３１（又は３９）の検知信号に基づいて制御装置４２が再混合器４１を作動させる場合に限定するものでなく、常時、連続的に或いは間欠的に作動するようにしてもよい。

　また、本実施の形態例３のガスタービン装置によれば、燃料ガス供給装置８は、水素・酸素センサ３１よりも下流側で、再混合器４１による混合ガスａの再混合を行なう構成としたため、上流側の水素・酸素センサ３１で検知された水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａに対して、より確実に下流側で再混合器４１による混合ガスａの再混合を行なうことができる。

　また、本実施の形態例３のガスタービン装置によれば、混合ガスａを圧縮して燃焼器２へ供給するガス圧縮機６を有しており、燃料ガス供給装置８は、このガス圧縮機６の上流側で、再混合器４１による混合ガスａの再混合を行なう構成としており、水素濃度及び酸素濃度の高い混合ガスａがガス圧縮機６に流入する前に再混合器４１による混合ガスａの再混合が行われるため、ガス圧縮機６を有するガスタービン装置に対しても確実に爆発の危険性を低減することができる。

　なお、本実施の形態例３の構成に上記実施の形態例２の構成を組み合わせてもよい。

　また、本発明は低カロリーガス専焼ガスタービン装置に限らず、３種以上のガスを混合した混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いるガスタービン装置であれば適用することができる。

　本発明は３種類以上のガス（例えばブタンガスやプロパンガスなどのような単独のガスや、高炉ガスや転炉ガスなどのような複数種のガスが混合されたガスのうちの３種以上のガス）を混合した混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いるガスタービン装置に関するものであり、例えば製鉄所で発生する各種の副生ガスなどを混合した混合ガスを燃焼器の燃料ガスとして用いる場合に適用して有用なものである。

Claims

　燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを空気圧縮機から供給される圧縮空気とともに燃焼器で燃焼し、このときに発生する燃焼ガスによってガスタービンを回転駆動する構成のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は複数の混合器を有しており、これらの混合器で３種以上のガスを、比重の軽いものから順に混合して又は比重の重いものから順に混合して混合ガスを生成し、この混合ガスを前記燃料ガスとして前記燃焼器に供給する構成とした特徴とするガスタービン装置。
　請求項１に記載のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　前記水素濃度及び酸素濃度を希釈するための希釈ガスを前記混合ガスに混合する希釈ガス混合装置と、
　前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記希釈ガス混合装置を作動させて前記希釈ガスを前記混合ガスに混合させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項２に記載のガスタービン装置において、
　前記希釈ガス混合装置は、前記ガスタービンから排出された燃焼ガスの一部を前記希釈ガスとして前記混合ガスに混合する構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項１に記載のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、前記混合ガスを攪拌して再混合する再混合器を有する構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項４に記載のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　この水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記再混合器を作動させて前記混合ガスを再混合させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項１に記載のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、
　前記混合ガス中の水素濃度及び酸素濃度を検出する水素・酸素センサと、
　緊急放出弁と、
　前記水素・酸素センサで検出した前記水素濃度及び酸素濃度が設定値以上になったときに前記緊急放出弁を作動させて前記混合ガスを放出させる制御装置と、
を有する構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項２，５，６の何れか１項に記載のガスタービン装置において、
　前記燃料ガス供給装置は、前記水素・酸素センサよりも下流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴とするガスタービン装置。
　請求項２～７の何れか１項に記載のガスタービン装置において、
　前記混合ガスを圧縮して前記燃焼器へ供給するガス圧縮機を有しており、
　前記燃料ガス供給装置は、このガス圧縮機の上流側で、前記希釈ガス混合装置による前記希釈ガスの混合、前記再混合器による前記混合ガスの再混合、又は、前記緊急放出弁による前記混合ガスの放出を行なう構成としたことを特徴とするガスタービン装置。