改質燃料燃燒氣體渦輪機系統及其運轉方法

專利名稱：改質燃料燃燒氣體渦輪機系統及其運轉方法
技術領域：
本發明涉及把重油改質后的改質燃料作為燃料燃燒的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統以及改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法。
背景技術：
在對于氣體渦輪機裝置的燃料進行比較的場合，重油比LNG和輕油便宜，但是因為粘度高，而且含有高濃度的硫磺或者重金屬成分，所以不適合氣體渦輪機用的燃料。
因此，為把該廉價的重油作為燃料有效地利用，正在研究、開發各種把重油輕質化、或者脫硫磺化以及脫金屬化、改質為對于氣體渦輪機裝置也可以利用的燃料的方法。
在特開2002-338973號公報中，公開了關于使水和重油在25MPa、380℃左右高壓高溫的反應條件下反應，進行重油的熱分解和加水分解，從重油生成改質燃料作為氣體渦輪機的燃料供給的燃料改質系統的技術。
專利文獻1特開2002-338973號公報。

發明內容
在特開2002-338973號公報中記載的燃料改質系統中，為使重油進行水熱反應從重油制造優質的改質燃料，需要成立為改質重油的最適合的高溫高壓的條件。
但是，根據原油的產地或者石油制造制造商的調合方法的不同作為生成改質燃料的對象的重油的組成有種種不同。因此，重油的改質條件(溫度，壓力)需要選定對應重油的組成的不同的適當的改質條件來制造改質材料。
特別是在改質在重油的組成中包含瀝青質成分多的重油的場合，若不選定適當的改質條件，則在改質的過程中或者發生焦化，或者伴隨改質生成的焦油的濃度升高，向外部排出困難，在改質處理中引起故障。
但是，在現有技術中在重油的改質時還未進行考慮了重油的組成的差異的改質控制，在從重油生成高質量的改質燃料方面重油的組成的差異經常造成故障。
本發明的目的是提供改質燃料燃燒氣體渦輪機系統以及改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法，其即使在成為改質的對象的重油的組成不同、在重油的組成中包含瀝青質成分多的場合，也選定與重油的組成對應的適當的改質條件經常生成優質的改質燃料。
本發明的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其具有在高壓狀態下加熱重油的重油加熱器；在高壓狀態下加熱水的水加熱器；混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應后從重油制造改質燃料的燃料改質器；和把用燃料改質器制造的改質燃料作為燃料驅動的氣體渦輪機裝置；其特征在于，具有對于用重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及用水加熱器加熱的高溫高壓的水、分別檢測介電常數或者溶解度的檢測器；在給重油加熱器供給加熱介質的系統內裝備的調整重油加熱器的加熱量的第一溫度調整閥以及在給水加熱器供給加熱介質的系統內裝備的調整水加熱器的加熱量的第二溫度調整閥、或者在給重油加熱器供給重油的系統內裝備的調整重油的壓力的第一壓力調整閥以及在給水加熱器供給水的系統內裝備的調整水的壓力的第二壓力調整閥；根據用檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度、調節第一溫度調整閥以及第二溫度調整閥、或者第一壓力調整閥以及第二壓力調整閥的至少一個調整閥、分別控制供給燃料改質器的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度的控制裝置。
另外，本發明的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法，其特征在于，在重油加熱器中在高壓狀態下加熱重油、在水加熱器中在高壓狀態下加熱水、在燃料改質器中混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應來從重油制造改質燃料，在氣體渦輪機裝置中把改質燃料作為燃料進行驅動，對于用重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及用水加熱器加熱的高溫高壓的水分別檢測介電常數或者溶解度，根據該檢測到的介電常數或者溶解度，調節在給重油加熱器供給加熱介質的系統內裝備的調整重油加熱器的加熱量的第一溫度調整閥以及在給水加熱器供給加熱介質的系統內裝備的調整水加熱器的加熱量的第二溫度調整閥、或者在給重油加熱器供給重油的系統內裝備的調整重油的壓力的第一壓力調整閥以及在給水加熱器供給水的系統內裝備的調整水的壓力的第二壓力調整閥的至少一個調整閥的閥開度，分別控制供給燃料改質器的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
根據本發明，即使在成為改質的對象的重油的組成不同且在重油的組成中包含瀝青質成分多的場合，也能實現選定與重油的組成對應的適當的改質條件來經常生成優質的改質燃料的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統以及改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法。


圖1是表示本發明的一個實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的概略結構圖。
圖2是表示壓力規定條件中的水蒸氣的溫度和介電常數的關系的水蒸氣的介電常數特性圖。
圖3是表示常溫常壓中的一般的油種類和介電常數的關系的油種類的介電常數特性圖。
圖4是表示圖1的實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中的壓力條件規定方式的控制的控制流程圖。
圖5是表示圖1的實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中的溫度條件規定方式的控制的控制流程圖。
圖6是表示圖1的實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中的控制裝置的控制框圖。
具體實施例方式
下面參照

作為本發明的一個實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統。
第一實施例使用圖1說明作為本發明的一個實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統。
在圖1所示的作為本發明的實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中，使重油進行水熱反應從重油制造優質的改質燃料的設備，作為重油系統，具有貯藏重油1a的重油槽1、和通過重油泵5把在重油槽1中貯藏的重油1a通過配管81供給加熱加壓到高溫高壓(200～400℃，10～30MPa)的重油加熱器4。
另外，作為水系統，具有貯藏純度高的水或者純水3a的純水槽3、和通過純水泵6把在純水槽3中貯藏的純水3a通過配管82供給加熱加壓到高溫高壓(350～500℃，10～30MPa)的水加熱器或者純水加熱器2。
然后，具有分別通過配管81、82供給通過把通過重油加熱器4加熱加壓到高溫高壓(200～400℃，10～30MPa)的重油1a和通過水加熱器2加熱加壓到高溫高壓(350～500℃，10～30MPa)的純水3a，，在上述的高溫高壓的條件下混合該重油1a和純水3a并使之進行水熱反應，與此改質重油來生成改質燃料的燃料改質器7。
供給燃料改質器7的高溫高壓的重油1a的流量，通過在配管81上設置的高溫高壓重油供給閥52進行調整，供給燃料改質器7的高溫高壓的純水3a通過在配管82上設置的高溫高壓水供給閥51進行調整。
用燃料改質器7進行水熱反應的結果生成的在燃料改質器7的底部積存的殘渣油的焦油17a，從燃料改質器7的底部抽出，通過配管83供給焦油槽9。
在該焦油槽9中貯藏的焦油17a，通過在配管83上設置的焦油開閉閥44調整其流量，和從鼓風機21供給的空氣一起供給焦油燃燒爐10進行燃燒，發生成為加熱源的熱介質。
亦即，在焦油燃燒爐10中燃燒焦油17a生成的加熱源的熱介質，通過配管84、配管85供給重油加熱器4和純水加熱器2、作為分別生成高溫高壓的重油1a和純水3a的加熱源利用。
從焦油燃燒爐10供給重油加熱器4的加熱源的熱介質的流量，通過在配管84上設置的重油加熱用溫度調整閥55進行調整，從焦油燃燒爐10供給純水加熱器2的加熱源的熱介質的流量，通過在配管85上設置的純水加熱用溫度調整閥56進行調整。
此外，在用焦油燃燒爐10燃燒生成的加熱源的熱介質不足的場合，能夠把在重油槽1內貯藏的重油1a的一部分通過從配管81分支的配管86供給焦油燃燒爐10燃燒。
用燃料改質器7生成的改質燃料18a，因為是高溫高壓，所以通過在配管87上設置的減壓節流孔11進行減壓，通過該配管87供給氣液分離器12。
在氣液分離器12中把改質燃料18a分離成改質氣體19a和液體改質燃料20a。被分離的液體改質燃料20a通過配管89供給改質油槽14進行貯藏。
在改質油槽14中貯藏的液體改質燃料20a，通過在配管89上設置的改質燃料泵27加壓，供給燃燒器24作為燃料燃燒。另外，在配管89上設置改質油供給閥40，可以調整供給燃燒器24的液體改質燃料20a的流量。
另一方面，用氣液分離器12分離的改質氣體19a，通過配管88和液體改質燃料20a同樣也供給燃燒器24作為燃料燃燒。另外，在配管88上設置改質氣體供給閥41，可以調整供給燃燒器24的改質氣體19a的流量。
另外，在上述改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中，使使用燃料改質器7成為高溫高壓條件下的重油1a和純水3a發生水熱反應生成的優質的改質燃料18a作為燃料燃燒發電的氣體渦輪機設備200，具有加壓空氣的空氣壓縮機22、使和改質燃料18a一起燃燒用空氣壓縮機22加壓的空氣生成燃燒氣體25a的燃燒器24、通過用燃燒器24生成的燃燒氣體25a驅動的渦輪機23、成為用渦輪機23驅動的負荷的發電機28、和向大氣排出流過渦輪機23的燃燒氣體25a的煙囪26。
然后，在該改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中，設置分別控制在從焦油燃燒爐10供給對于重油加熱器4的熱介質的配管84上設置的重油加熱器溫度調整閥55、以及在從焦油燃燒爐10供給對于純水加熱器2的熱介質的配管85上設置的純水加熱器溫度調整閥56的閥開度的控制裝置60。
在高溫高壓下加熱重油1a的重油加熱器4的下游側的配管81上，設置測定流過該配管內的重油1a的介電常數ε1的重油測定用靜電電容傳感器70，在高溫高壓下加熱純水3a的純水加熱器2的下游側的配管82上，設置測定流過該配管內的純水3a的介電常數ε2的純水測定用靜電電容傳感器71。
然后，把用上述重油測定用靜電電容傳感器70以及純水測定用靜電電容傳感器71分別檢測到的重油1a和純水3a的各介電常數，作為輸入數據給予上述控制裝置60。
也可以在在高壓狀態下加熱重油1a的重油加熱器4的下游側的配管81上，代替重油測定用靜電電容傳感器70設置測定流過配管內的重油1a的溶解度的重油測定用溶解度傳感器91，在在高壓狀態下加熱純水3a的純水加熱器2的下游側的配管82上，代替純水測定用靜電電容傳感器71設置測定流過配管內的純水3a的溶解度的純水測定用溶解度傳感器92。
然后，把通過上述重油測定用靜電電容傳感器70以及純水測定用靜電電容傳感器71、或者重油測定用溶解度傳感器91以及純水測定用溶解度傳感器92，分別檢測到的重油1a和純水3a的各介電常數ε1和ε2、或者各溶解度，作為輸入數據給予控制裝置60。
另外，在燃料改質器7的內部設置檢測用燃料改質器7生成的改質燃料18a的狀態的改質燃料測定用靜電電容傳感器72，并在在從燃料改質器7向外部引出作為殘渣的焦油17a的配管83上設置的焦油管8上設置檢測焦油17a的狀態的焦油測定用靜電電容傳感器73。
然后，把用上述改質燃料測定用靜電電容傳感器72以及焦油測定用靜電電容傳感器73分別檢測到的改質燃料18a和焦油17a的各介電常數ε3和ε4，也作為輸入數據給予上述控制裝置60。
如圖6所示，向控制裝置60從控制方式指令器63輸入選定用控制運算器61進行從控制方式指令器63指令的壓力條件規定方式或者溫度條件規定方式的任何一個的控制方式的指令信號。
在控制裝置60的運算器61上，輸入流過通過重油加熱器4加熱到高溫高壓的流過配管81的、用在配管81上設置的壓力計95以及溫度計94檢測的重油1a的壓力信號p1以及溫度信號t1。
同樣，在該運算器61上，輸入流過通過純水加熱器2加熱到高溫高壓的流過配管82的、用在配管82上設置的壓力計98以及溫度計97檢測的純水3a的壓力信號p2以及溫度信號t2。
在控制裝置60中，具有控制運算器61和條件輸入器62，前者根據用控制方式指令器63選定的控制方式指令信號、以及檢測重油1a、純水3a、改質燃料18a以及焦油17a的介電常數的狀態量的各檢測值ε1、ε2、ε3、ε4，分別運算閥開度的指令信號c1到c7后向各種調整閥51到57輸出；后者設定重油1a、純水3a以及改質燃料18a的各介電常數的條件值ε1a、ε2a、ε3a后輸入到該控制運算器61。
下面，使用圖4以及圖5所示的控制流程圖、說明供給燃料改質器7的重油1a以及純水3a的各供給量的控制，在供給燃料改質器的處理52a中，為使在高溫高壓下進行水熱反應生成改質燃料18a供給燃料改質器7重油1a以及純水3a的各供給量，分別通過在配管81上設置的高溫高壓重油供給閥52以及在配管82上設置的高溫高壓純水供給閥51進行調節，根據用控制運算器61運算后指令的閥開度的指令信號3c以及4c，控制高溫高壓重油供給閥52以及高溫高壓純水供給閥51的閥開度。
下面，說明供給燃料改質器7的高溫高壓的重油1a的壓力控制，在上述控制流程圖的壓力調整閥控制的處理53a中，重油1a的壓力通過在重油泵5的下游側的配管81上設置的重油壓力調整閥53進行調節。
另外，說明高溫高壓的重油1a的溫度控制，在溫度調整閥控制的處理55a中，重油1a的溫度通過在向重油加熱器4導入用焦油燃燒爐10燃燒生成的加熱源的熱介質的配管84上設置的重油加熱器溫度調整閥55進行調節。
然后在控制運算器61中，比較用在配管81上設置的壓力計95以及溫度計94檢測到的重油1a的壓力信號p1以及溫度信號t1、和用條件輸入器62設定的重油1a的設定壓力p1a以及設定溫度t1a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c6以及c1，控制重油壓力調整閥53以及重油加熱器溫度調整閥55的閥開度，來分別控制高溫高壓的重油1a的壓力p1以及溫度t1，以使實測的壓力信號p1以及溫度信號t1分別和設定壓力p1a以及設定溫度t1a一致。
同樣，供給燃料改質器7的高溫高壓的純水3a的壓力的調整，在上述控制流程圖的溫度調整閥控制的處理54a中，通過操作在純水泵6的下游側的配管82上設置的純水壓力調整閥54進行調節。
另外，高溫高壓的純水3a的溫度的調節，在溫度調整閥控制的處理56a中，通過操作在向純水加熱器2導入用焦油燃燒爐10燃燒生成的加熱源的熱介質的配管85上設置的純水加熱器溫度調整閥56進行調節。
然后，在控制運算器61中，比較用在配管82上設置的壓力計98以及溫度計97檢測到的純水3a的壓力信號p2以及溫度信號t2、和用條件輸入器62設定的純水3a的設定壓力p2a以及設定溫度t2a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c7以及c2，控制純水壓力調整閥54以及純水加熱器溫度調整閥56的閥開度來分別控制高溫高壓的純水3a的壓力p2以及溫度t2，以使實測的壓力信號p2以及溫度信號t2分別和設定壓力p2a以及設定溫度t2a一致。
接著，說明具有上述結構的控制裝置60的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法。
在圖1以及圖6中，通過在高溫高壓下混合重油1a和純水3a使進行水熱反應改質重油生成改質燃料18a的方法，通過在配管81上設置的高溫高壓重油供給閥52以及在配管82上設置的高溫高壓水供給閥51，分別調整通過重油加熱器4成為高溫高壓的重油1a(200～400℃，10～30MPa)、和通過純水加熱器2成為高溫高壓的純水3a(350～500℃，10～30MPa)的流量，供給燃料改質器7。
在燃料改質器7中混合這些高溫高壓的重油1a和高溫高壓的純水3a使進行水熱反應，使重油1a輕質化，制造改質燃料18a。
從燃料改質器7的底部，為向外部排出作為在制造改質燃料時生成的殘渣油的焦油17a，從在配管83上設置的焦油管8向外部取出。
向外部取出的焦油17a，通過配管83供給焦油槽9，從該焦油槽9供給把焦油17a作為主燃料的焦油燃燒爐10，和從鼓風機21供給的空氣一起在焦油燃燒爐10中燃燒，發生成為加熱源的熱介質。
在焦油燃燒爐10中燃燒焦油17a生成的熱介質，通過對于在配管84上設置的重油加熱器溫度調整閥55的來自控制裝置60的閥開度的指令信號c1控制供給重油加熱器4在加熱中使用的流量，調整用重油加熱器4加熱的重油1a的加熱溫度。
同樣，通過對于在配管85上設置的純水加熱器溫度調整閥56的來自控制裝置60的閥開度的指令信號c2控制供給純水加熱器2在加熱中使用的熱介質的流量，調整用純水加熱器2加熱的純水3a的加熱溫度。
使用燃料改質器7的水熱反應使重油輕質化制造的改質燃料18a，因為是高溫高壓所以通過在配管87上設置的減壓節流孔11減壓后，通過配管87供給氣液分離器12。
在氣液分離器12中把改質燃料18a分離為改質氣體19a和液體改質燃料20a。然后把被分離的一方的液體改質燃料20a通過配管89供給改質油槽14。
然后，在改質油槽14中貯藏的液體改質燃料20a，通過改質燃料泵27加壓，通過配管89供給氣體渦輪機設備200的燃燒器24作為燃料燃燒。
另外，用氣液分離器12分離的改質氣體19a，通過配管88也供給氣體渦輪機設備200的燃燒器24，和液體改質燃料20a一起作為燃料燃燒。
這樣，在氣體渦輪機設備200中，使使用構成氣體渦輪機設備200的空氣壓縮機22加壓的壓縮空氣、分離改質燃料18a后的改質氣體19a和液體改質燃料20a，在燃燒器24中混合燃燒，通過在燃燒中生成的燃燒氣體使渦輪機23旋轉，驅動發電機28進行發電。
流過渦輪機23的燃燒氣體作為燃燒排放氣體25a從位于下游的煙囪26向大氣中排出。
此外，在上述的說明中，作為重油1a以及純水3a的加熱方法，把通過在焦油燃燒爐10中燃燒從燃料改質器7的底部取出的殘渣油的焦油17a得到的高溫氣體的熱介質，作為重油加熱器4以及純水加熱器2的加熱源，但是使用通過其他設備的加熱源，例如通過電氣加熱器的加熱設備也沒有問題。
下面，作為一般的性質說明介電常數和混合特性的關系，通常，常溫常壓狀態的水和油不會均勻混合，這樣不混合的兩物質的介電常數多數差異很大。反之，可以理解容易良好地混合的兩物質的介電常數幾乎是相同的值。
例如，不相互混合的兩個物質的介電常數ε十分不同。亦即對于水的介電常數ε＝80(常溫大氣壓)，而油的介電常數ε＝1.8～2.4(常溫大氣壓)，兩種物質的介電常數的值相差40倍左右。
但是，如圖2中表示關于在高壓下加熱的水、溫度和介電常數ε的關系的特性圖那樣，當使水成為高溫高壓的水蒸氣狀態時，水的介電常數ε極度降低。
在圖2中，如從表示在高壓狀態(20MPa)下加熱水的場合的溫度和介電常數ε的關系的特性圖所看到的那樣，隨著水的溫度的上升介電常數ε慢慢降低，在越過飽和溫度時，介電常數ε急劇減小。
另一方面，如在圖3中表示常溫常壓狀態的不同油的種類的介電常數特性那樣，作為輕質油的介電常數ε＝1.8～2.0，作為重油的重油的介電常數ε＝2.0～2.4，超重油(焦油，瀝青類)的介電常數ε成為ε＝2.0～2.4。
如從圖3所示的不同油的種類的介電常數特性能夠理解的那樣，隨著油從輕油成為重油有其介電常數的值變大的傾向。另外，即使在油中介電常數也根據溫度壓力條件而發生變化。
因此，關于通過裝備圖1以及圖6所示的控制裝置的作為本發明的一個實施例的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法的具體內容，并用圖4以及圖5的控制流程圖進行說明。
下面，說明使壓力條件一定的壓力條件規定方式中的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法，在圖1所示的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統中，一邊在規定的高壓狀態下保持重油1a和純水3a的壓力，一邊分別在重油加熱器4和純水加熱器2中加熱，在燃料改質器7中在高溫高壓條件下混合重油1a和純水3a使進行水熱反應從重油1a制造改質燃料18a。
因為重油1a隨原油的產地或者石油制造制造商的調合方法的不同，重油1a的組成有各種各樣的不同，所以需要使在燃料改質器7中使重油1a和純水3a在高溫高壓下進行水熱反應改質重油的改質條件(溫度，壓力)，與重油1a的組成的不同對應，變更適當的改質條件來制造改質燃料18a。
因此，首先為把在重油加熱器4中加熱的高溫高壓的重油1a，調節到規定的溫度以及壓力，在圖4的控制流程中的壓力調整閥控制的運算處理53a、以及溫度調整閥控制的運算處理55a中，通過控制裝置60的運算器61的運算，根據用在向燃料改質器7導入重油1a的配管81上設置的壓力計95以及溫度計94檢測到的重油1a的壓力信號p1以及溫度信號t1、和用條件輸入器62設定的重油1a的設定壓力p1a以及設定溫度t1a，向在配管81上設置的重油壓力調整閥53，輸出閥開度的指令信號c6，向在配管84上設置的重油加熱器溫度調整閥55，輸出閥開度的指令信號c1，把重油1a調節到規定的溫度以及壓力的200～400℃、10～30MPa。
同樣，為把在純水加熱器2中加熱的高溫高壓的純水3a調節到規定的溫度以及壓力，在圖4的控制流程中的壓力調整閥控制的運算處理54a、以及溫度調整閥控制的運算處理56a中，通過控制裝置60的運算器61的運算，根據用在向燃料改質器7導入純水3a的配管82上設置的壓力計98以及溫度計97檢測到的純水3a的壓力信號p2以及溫度信號t2、和用條件輸入器62設定的純水3a的設定壓力p2a以及設定溫度t2a，向在配管82上設置的純水壓力調整閥54輸出閥開度的指令信號c7，向在配管85上設置的純水加熱器溫度調整閥56輸出閥開度的指令信號c2，把純水3a調節到規定的溫度以及壓力的350～500℃、10～30MPa。
接著，把用在向燃料改質器7導入用重油加熱器4加熱的高溫高壓狀態的重油1a的配管81上設置的重油測定用靜電電容傳感器70檢測到的重油1a的介電常數ε1、和用在向燃料改質器7導入用純水加熱器2加熱的高溫高壓狀態的純水3a的配管82上設置的純水測定用靜電電容傳感器71檢測到的純水3a的介電常數ε2的實測值，作為檢測數據分別輸入控制裝置60的運算器61。
下面，說明通過控制裝置60在使壓力條件成為一定的壓力條件規定方式下控制的場合，對于關于重油1a設定的規定的壓力值中的重油1a的介電常數，在條件輸入器62上設定介電常數ε1a。同樣，對于關于純水3a設定的規定的壓力值中的純水3a的介電常數，在條件輸入器62上設定介電常數ε2a。
把該重油1a的介電常數的設定值ε1a，輸入控制裝置60的運算器61，但是如用圖4的控制流程中的ε1ε1a的運算處理60a運算的那樣，在運算器61中，比較用重油測定用靜電電容傳感器70檢測到的重油1a的介電常數的實測值ε1和用條件輸入器62設定的重油1a的介電常數的設定值ε1a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c1，調節重油加熱器溫度調整閥55的閥開度進行重油1a的溫度的調整控制，以使實測值的介電常數ε1與設定值的介電常數ε1a一致。
同樣，把該純水3a的介電常數的設定值ε2a輸入控制裝置60的運算器61，但是如用圖4的控制流程中的ε2ε2a的運算處理60b運算的那樣，在運算器61中比較用純水測定用靜電電容傳感器71檢測到的純水3a的介電常數的實測值ε2和用條件輸入器62設定的純水3a的介電常數的設定值ε2a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c2調節純水加熱器溫度調整閥56的閥開度進行純水3a的溫度的調整控制，以使實測值的介電常數ε2與設定值的介電常數ε2a一致。
接著，在通過上述ε1ε1a的運算處理60a的重油1a的溫度的調整控制、以及通過上述ε2ε2a的運算處理60b的純水3a的溫度的調整控制分別結束后，在圖4的控制流程中的ε1ε2的運算處理60c中進行重油1 a的介電常數的實測值ε1和純水3a的介電常數的實測值ε2是否已經成為大體一致的狀態的比較運算。
然后，根據在該ε1ε2的運算處理60c中的比較運算，在重油1a的介電常數ε1和純水3a的介電常數ε2成為大體一致(ε1ε2)的狀態的場合，前進到供給燃料改質器的處理52a，根據從控制裝置60的運算器61的指令，打開高溫高壓重油供給閥52以及高溫高壓水供給閥51，分別向燃料改質器7供給兩者的介電常數大體一致的重油1a以及純水3a，使該重油1a和純水3a在燃料改質器7中在高溫高壓的條件下混合進行水熱反應，改質重油1a，生成改質燃料18a。
但是，在上述ε1 ε2的運算處理60c中的比較運算中，在判斷重油1a的介電常數ε1和純水3a的介電常數ε2之間還存在差異(ε1≠ε2)的狀態的場合，和上述進行純水3a的溫度的調整的溫度調整閥控制的處理56a同樣，根據來自控制運算器61的閥開度的指令信號c2，控制純水加熱器溫度調整閥56的閥開度，調節高溫高壓的純水3a的溫度，進行調節純水3a的實測值的介電常數ε2的控制。
但是，在流程圖中沒有圖示，不過，在介電常數ε1和介電常數ε2之間還存在差異需要溫度調節的場合，再次進行的溫度調整控制，也可以不是通過純水側的純水加熱器溫度調整閥56的溫度調節，而是通過重油側的重油加熱器溫度調整閥55的溫度調節。
接著，當在燃料改質器7中通過重油1a和純水3a的水熱反應生成改質重油1a的改質燃料18a時，通過在燃料改質器7內設置的改質燃料測定用靜電電容傳感器72，檢測改質燃料1 8a的介電常數ε3，把該介電常數的實測值ε3輸入運算器61。
在控制裝置60的運算器61中，通過圖4的控制流程中的ε3a≥ε3的運算處理60d的運算，用改質燃料測定用靜電電容傳感器72檢測到的改質燃料18a的介電常數的實測值ε3，和用條件輸入器62設定的改質燃料的質量界限值的介電常數ε3a進行比較。
然后，生成的改質燃料18a的介電常數ε3在滿足表示在質量界限值的介電常數ε3a的范圍內的良好的狀態ε3a≥ε3的條件的場合，判斷為改質燃料18a被良好地軟質化。
接著，通過圖4的控制流程中的ε4a≥ε4的運算處理60e的運算，比較用在改質油槽14上設置的改質燃料測定用靜電電容傳感器74檢測到的在改質油槽14內貯藏的液體改質燃料20a的介電常數的實測值ε4和用條件輸入器62設定的改質燃料的質量界限值的介電常數ε4a。
然后，液體改質燃料20a的介電常數ε4在滿足表示在質量界限值的介電常數ε4a的范圍內的良好的狀態ε4a≥ε4的條件的場合，判斷為液體改質燃料20a被良好地軟質化，前進到下面的供給GT的處理57a。
在供給GT的處理57a中，根據在ε3a≥ε3的運算處理60d中已經被判斷為改質燃料18a的介電常數ε3在質量界限值的介電常數ε3a的范圍內，打開在配管87上設置的改質器壓力調整閥57，從燃料改質器7給氣液分離器12供給用燃料改質器7生成的改質燃料18a，把在該氣液分離器12中從改質燃料18a分離的改質氣體19a，通過打開在配管88上設置的改質氣體供給閥41，供給氣體渦輪機設備200的燃燒器24。
另一方面，在氣液分離器12中從改質燃料18a分離的另一方的液體改質燃料20a，通過配管89送給改質油槽14貯藏。
進而，在供給GT的處理57a中，根據在ε4a≥ε4的運算處理60e中已經被判斷為在改質油槽14中貯藏的液體改質燃料20a的介電常數的實測值ε4在質量界限值的介電常數ε4a的范圍內，打開在配管89上設置的改質油供給閥40，供給氣體渦輪機設備200的燃燒器24。
這樣，在氣液分離器12中分離的液體改質燃料20a和改質氣體19a，通過配管89以及配管88，分別供給氣體渦輪機設備200的燃燒器24作為燃料燃燒，驅動氣體渦輪機設備200。
但是，在ε3a≥ε3的運算處理60d的運算中，在用燃料改質器7生成的改質燃料18a的實測的介電常數ε3是大的值，被判斷為成為在改質燃料的質量界限值的介電常數ε3a的范圍外的低的質量的場合，改質燃料18a不作為燃料供給氣體渦輪機設備200，在系統外廢棄。
同樣，在ε4a≥ε4的運算處理60e的運算中，在用氣液分離器12分離的液體改質燃料20a的實測的介電常數ε4是大的值，被判斷為成為在改質燃料的質量界限值的介電常數ε4a的范圍外的低的質量的場合，液體改質燃料20a不作為燃料供給氣體渦輪機設備200，在系統外廢棄。
如從以上的說明可理解的那樣，根據上述的實施例的運轉控制，在使重油1a進行水熱反應生成改質燃料時，即使在改質對象的重油1a中組成有不同的場合，也能夠進行確立對應該組成的不同的重油1a的最適合的改質條件(溫度，壓力)的運轉控制。
另外，在上述實施例中的重油1a以及純水3a的介電常數的測定中，使用了重油測定用靜電電容傳感器70以及純水測定用靜電電容傳感器71，但是，作為代替測量設備為檢測和介電常數有相關性的溶解度，也可以使用檢測和溶解度有相關性的導電率的重油測定用導電率傳感器91以及純水測定用導電率傳感器92，根據該導電率傳感器的檢測值用，由控制裝置60的運算器61運算的指令信號c1到c7分別控制上述各供給閥以及調整閥51到56的閥開度。
另外，對于在燃料改質器7的生成過程中生成的作為殘渣油的焦油17a，通過在從燃料改質器7取出焦油17a的配管83上設置的焦油檢測器8內設置的焦油測定用靜電電容傳感器73測定其介電常數ε5，輸入控制裝置60的運算器61。
通過測定該焦油17a的介電常數ε5，在運算器61中把握殘渣油的焦油17a的狀態，用作判別在燃料改質器7中的改質狀態是否良好的一個判斷基準。
根據上述的實施例，即使在重油的組成不同的場合，也能夠與重油組成的不同無關地在良好的改質條件(溫度，壓力)下進行運轉控制，能夠提供經常生成良好的改質燃料的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統。
下面說明使溫度條件一定的溫度條件規定方式中的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法。本實施例的溫度條件規定方式中的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，因為是和圖1以及圖6所示的第一實施例相同的結構，所以省略說明。
使用圖5說明溫度條件規定方式中的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法。
通過溫度條件規定方式的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法，因為大部分和圖4所示的壓力條件規定方式中的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的控制方法相同，所以僅說明不同的部分。
在圖5的控制流程中使溫度條件一定的溫度條件規定方式的控制中，把重油1a調節到規定的溫度以及壓力的壓力調整閥控制的運算處理53a以及溫度調整閥控制的運算處理55a、以及純水3a調節到規定的溫度以及壓力的壓力調整閥控制的運算處理54a以及溫度調整閥控制的運算處理56a，和圖4的控制流程中的壓力條件規定方式相同。
然后，關于重油1a的介電常數，在圖5的控制流程中的ε1ε1a的運算處理60a中，在運算器61中比較用重油測定用靜電電容傳感器70檢測到的重油1a的介電常數的實測值ε1和用條件輸入器62設定的重油1a的介電常數的設定值ε1a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c6調節重油壓力調整閥53的閥開度進行重油1a的壓力的調整控制以使實測值的介電常數ε1和設定的介電常數ε1a一致這一點，和圖4的壓力條件規定方式下調節重油加熱器溫度調整閥55的閥開度進行重油1a的溫度的調整控制不同。
另外，關于純水3a的介電常數，在圖5的控制流程中的ε2ε2a的運算處理60b中，在運算器61中比較用純水測定用靜電電容傳感器71檢測到的純水3a的介電常數的實測值ε2和用條件輸入器62設定的純水3a的介電常數的設定值ε2a，根據用控制運算器61運算的閥開度的指令信號c7調節純水壓力調整閥54的閥開度進行純水3a的壓力的調整控制以使實測值的介電常數ε2和設定的介電常數ε2a一致這一點，和圖4的壓力條件規定方式下調節純水過熱器溫度調整閥56的閥開度進行純水3a的溫度的調整控制不同。
進而，關于重油1a和純水3a的介電常數的比較研究，在圖5的控制流程中的ε1ε2的運算處理60c中的比較運算中，在判斷為在重油1a的介電常數ε1和純水3a的介電常數ε2之間還存在差異(ε1≠ε2)的狀態的場合，對于純水3a，根據來自控制運算器61的閥開度的指令信號c7控制純水壓力調整閥54的閥開度調節高溫高壓的純水3a的壓力，進行微調節純水3a的實測值的介電常數ε2的壓力的控制這一點，和在圖4的壓力條件規定方式下調節純水過熱器溫度調整閥56的閥開度進行純水3a的溫度的調整控制不同。
或者，對于重油1a，根據來自控制運算器61的閥開度的指令信號c6控制重油壓力調整閥53的閥開度調節高溫高壓的重油1a的壓力，進行微調節重油1 a的實測值的介電常數ε1的壓力的控制這一點，和在圖4的壓力條件規定方式下調節重油加熱器溫度調整閥55的閥開度進行重油1a的溫度的調整控制不同。
然后，根據圖5的溫度條件規定方式的控制中的ε3a≥ε3的運算處理60d的運算、以及ε4a≥ε4的運算處理60e的運算的控制，成為和圖4的壓力條件規定方式的場合相同的控制內容。
根據上述的本發明的實施例，即使在成為改質的對象的重油的組成不同在重油的組成中包含瀝青質成分多的場合，也能夠實現選定與重油的組成的差異對應的適合的改質條件來經常生成優質的改質燃料的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統、以及改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法。
本發明，可以適用于使重油進行水熱反應把改質后的改質燃料作為燃料的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統、以及改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法。
權利要求
1.一種改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其具在高壓狀態下加熱重油的重油加熱器、在高壓狀態下加熱水的水加熱器、混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應由重油制造改質燃料的燃料改質器、以及將所述燃料改質器制造的改質燃料作為燃料進行驅動的氣體渦輪機裝置，其特征在于，具有對于用所述重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及用所述水加熱器加熱的高溫高壓的水，分別檢測介電常數或者溶解度的第一檢測器；對所述重油加熱器供給加熱介質的系統中具備的、調整所述重油加熱器的加熱量的第一溫度調整閥；對所述水加熱器供給加熱介質的系統中具備的、調整所述水加熱器的加熱量的第二溫度調整閥；以及根據用所述第一檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度，調節所述第一溫度調整閥以及所述第二溫度調整閥，分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度的控制裝置。
2.一種改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其具在高壓狀態下加熱重油的重油加熱器、在高壓狀態下加熱水的水加熱器、混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應由重油制造改質燃料的燃料改質器、以及將所述燃料改質器制造的改質燃料作為燃料進行驅動的氣體渦輪機裝置，其特征在于，具有對于用所述重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及用所述水加熱器加熱的高溫高壓的水，分別檢測介電常數或者溶解度的第一檢測器；在對所述重油加熱器供給重油的系統中具備的、調整重油的壓力的第一壓力調整閥；在對所述水加熱器供給水的系統中具備的、調整水的壓力的第二壓力調整閥；以及根據由所述第一檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度，調節所述第一壓力調整閥以及所述第二壓力調整閥，分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度的控制裝置。
3.根據權利要求1所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，具有在對所述重油加熱器供給重油的系統中具備的、調整重油的壓力的第一壓力調整閥；以及在對所述水加熱器供給水的系統中具備的、調整水的壓力的第二壓力調整閥，所述控制裝置根據由所述第一檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度，調節所述第一壓力調整閥以及所述第二壓力調整閥，來分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
4.根據權利要求1所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，所述控制裝置把對所述水加熱器提供的水以及對所述重油加熱器提供的重油的壓力保持在規定的壓力，根據由所述第一檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度，調節所述第一溫度調整閥以及所述第二溫度調整閥，來分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
5.根據權利要求2所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，所述控制裝置把對所述水加熱器提供的水以及對所述重油加熱器提供的重油的溫度保持在規定的溫度，根據由所述第一檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度，調節所述第一壓力調整閥以及所述第二壓力調整閥，來分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
6.根據權利要求1或者2所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，具有對于由所述燃料改質器制造的改質燃料檢測介電常數或者溶解度的第二檢測器；以及在從所述燃料改質器對所述氣體渦輪機裝置供給改質燃料的系統中具備的、調整改質燃料的供給量的供給閥，所述控制裝置根據用所述第二檢測器檢測到的改質燃料的介電常數或者溶解度來控制所述供給閥。
7.根據權利要求1或者2所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，所述第一檢測器是電電容傳感器或者導電率傳感器。
8.根據權利要求6所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，其特征在于，所述第二檢測器是靜電電容傳感器或者導電率傳感器。
9.一種改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法，其通過重油加熱器在高壓狀態下加熱重油，通過水加熱器在高壓狀態下加熱水，通過燃料改質器混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應，由重油制造改質燃料，在氣體渦輪機裝置中把改質燃料作為燃料進行驅動，其特征在于，對于由所述重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及由所述水加熱器加熱的高溫高壓的水，分別檢測介電常數或者溶解度，根據該檢測到的介電常數或者溶解度，調節對所述重油加熱器提供加熱介質的系統中具備的、調整所述重油加熱器的加熱量的第一溫度調整閥以及對所述水加熱器提供加熱介質的系統中具備的、調整所述水加熱器的加熱量的第二溫度調整閥，來分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
10.一種改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法，其通過重油加熱器在高壓狀態下加熱重油，通過水加熱器在高壓狀態下加熱水，通過燃料改質器混合高溫高壓的水和重油使之進行水熱反應，由重油制造改質燃料，在氣體渦輪機裝置中把改質燃料作為燃料進行驅動，其特征在于，對于由所述重油加熱器加熱的高溫高壓的重油以及由所述水加熱器加熱的高溫高壓的水，分別檢測介電常數或者溶解度，根據該檢測到的介電常數或者溶解度，調節對所述重油加熱器提供重油的系統中具備的、調整重油的壓力的第一壓力調整閥以及對所述水加熱器提供水的系統中具備的、調整水的壓力的第二壓力調整閥的閥開度，來分別控制對所述燃料改質器提供的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度。
11.根據權利要求9或者10所述的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統的運轉方法，其特征在于，對于由所述燃料改質器制造的改質燃料檢測介電常數或者溶解度，根據該檢測到的改質燃料的介電常數或者溶解度，調節從所述燃料改質器向所述氣體渦輪機裝置供給改質燃料的系統中具備的、調整改質燃料的供給量的供給閥的閥開度，來控制從所述燃料改質器向所述氣體渦輪機裝置供給的改質燃料。
全文摘要
本發明的改質燃料燃燒氣體渦輪機系統，具有重油加熱器、水加熱器、使高溫高壓的水和重油發生水熱反應后從重油制造改質燃料的燃料改質器、和把改質燃料作為燃料的氣體渦輪機裝置，并具有分別檢測用重油加熱器以及水加熱器加熱的高溫高壓的重油以及水的介電常數或者溶解度的檢測器、調整重油加熱器的加熱量的第一溫度調整閥以及調整水加熱器的加熱量的第二溫度調整閥、和根據用檢測器檢測到的重油以及水的介電常數或者溶解度調節第一溫度調整閥以及第二溫度調整閥分別控制供給燃料改質器的高溫高壓的重油以及高溫高壓的水的介電常數或者溶解度的控制裝置。
文檔編號F02C9/28GK101086230SQ20071010894
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月7日 優先權日2006年6月9日
發明者橫田修, 稻毛真一, 西田浩二, 林明典, 高橋宏和, 小久保慎介 申請人:株式會社日立制作所, 財團法人石油產業活性化中心