JP4059108B2

JP4059108B2 - Gas turbine power generation equipment and its operation method.

Info

Publication number: JP4059108B2
Application number: JP2003065365A
Authority: JP
Inventors: 政道倉元; 利晴佐藤; 裕治小川; 義彦浅野
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004270642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タールオイルを燃料とするガスタービン発電設備とその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電設備として、排気ガス中に含まれるＮＯｘ排出量が少量であると共に、送電ロスがなく、しかも、排ガスの熱を利用した熱電併給設備とすることにより高いエネルギー効率が得られることから分散型の発電設備が広く普及されている。その中でも分散型電源の一環としてマイクロガスタービンが注目されている。このマイクロガスタービンに使用される燃料としては、ＬＮＧ，ＬＰＧのガス系のものと、このガス系燃料よりも比較的に安価な軽油や灯油の液系のものが使用される。
【０００３】
一方、地球温暖化防止や化石燃料の枯渇問題から、生物燃料が維持可能、且つカーボンニュートラルであるエネルギー源として、バイオマス発電が検討されている。バイオマス発電として間伐材等の木質を破砕して得られるチップから木ガスを発生させ、この木ガスを燃料として燃焼することによって得られる動力を利用して発電を行うことが、例えば特許文献（特開２００１−２０７５０号公報）によって知られている。
【０００４】
この特許文献のものは、森林を管理するために行われる間伐や、枝打ちによって生じた間伐材等の木材を破砕し、これによって得られたチップを空気が遮断された高温環境下で蒸し焼きにすることによって木質ガスを発生させ、このチップから発生した木質ガスを燃焼させることによって得られる動力を利用して発電を行なうものである。
【０００５】
【特許文献】
特開２００１ー２０７５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献においては、木質ガスエンジンとしては、木ガスを燃料とするガスタービンエンジンや、内燃機関（木質ガス用に製作されたもの、ガソリンエンジンを木質ガスエンジン用に改造したもの、ディーゼルエンジンを木質ガスエンジン用に改造したもの）等が考慮されることが記載されているが、木質ガスは、一般的に熱量が低すぎて燃料としての使用が困難であるという問題を有しており、使用に際してはその処理方法や有効利用システムが要望されている。
【０００７】
表１は、木材を乾留炉に挿入し、空気（酸素）の供給を遮断又は制限して３００，４００，５００°Ｃの温度で乾留した場合における各生成物の収量と木ガスの組成，発熱量を示したものである。
【０００８】
【表１】

【０００９】
表１より明らかなように、所定の温度で乾留することによって木質ガス（気体）の他に木酢液、木タールの液体，及び固体（炭）の生成物が得られることが分かる。
また、表２は乾留木酢液の組成図で、広葉樹と針葉樹によって組成比は異なるが、溶解タール（木タール）を含み、この木タールの組成は、表３のようになっており、木タールオイルの主成分と引火点をまとめると表４のようになる。
【００１０】
【表２】

【００１１】
【表３】

【００１２】
【表４】

【００１３】
生成物中の木タールは可燃性物質であるが、この木タールは、木材を乾留して得られた液体生成物を静置しておくことにより、液体（木酢液）と分離して得られる黒褐色の粘稠体であり、クレオソート、防腐剤、塗料、染料、化学薬品等の製造には使用されている。
しかし、この木タールは次の理由によって燃料としては利用されてない。
【００１４】
その１つは、木タールにはピッチ成分のような引火点及び粘度が高く、燃料として利用出来ない高分子成分（例えば、Ｃ₁₆Ｈ₃₄（Hexadecane）の引火点は１３０°Ｃであり、Ｃ₁₈Ｈ₃₈(Octadecane)の引火点は１６６°Ｃ）が含まれている。
【００１５】
その２には、発生する可燃性の木ガスには、一酸化炭素のような有害物質やメタンガスのような温暖化ガスが含まれており、また、一般的には熱量が低すぎて燃料には使用できない問題を有している。
【００１６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的とするところは木タールを燃料とするガスタービン発電設備とその運転方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、ガスタービン発電設備と、
前記ガスタービン発電設備用の液体燃料を貯留する燃料サブタンクと、
この燃料サブタンクと併設され木材を乾留して得られた木タールを貯留するタールオイルタンクと、
各タンクよりの燃料供給管路にそれぞれ設けられた弁体と、
各弁体より燃料供給管を介して流入された燃料を前記ガスタービン発電設備に供給するためのポンプを有する燃料供給部と、
前記ガスタービン発電設備の燃焼温度を検出する温度検出体と、
前記ガスタービン発電設備の始動時には前記液体燃料を供給して始動を開始し、前記温度検出体によりガスタービン発電設備の燃焼温度がタールオイルの引火点以上となったことが確認されたことを条件に、前記ガスタービン発電設備の燃料として前記液体燃料に代えてタールオイルが供給されるよう各弁体を制御する制御盤とを設けて構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２は、前記タールオイルタンク及び又はタールオイルタンクからの燃料供給路にヒータを配設し、タールオイルを加温して流動点以上の温度に維持することを特徴としたものである。
【００１９】
本発明の第３は、前記タールオイルタンクからの燃料供給管路に流量計及び又は温度検出体を設け、この流量計及び又は温度検出体からの計測信号に基づいて前記ヒータを制御することでタールオイルの温度を制御する温度制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第４は、前記燃料供給部は、燃料サブタンクとタールオイルタンクとの各燃料供給管路に各別に設けられ、各燃料供給部はそれぞれポンプの出力側に設けられた燃料供給圧力一定保持用のリリーフバルブと、このリリーフバルブよりの燃料を貯留して前記ポンプの入力側に供給するリザーバタンクをそれぞれ備えたことを特徴としたものである。
【００２１】
本発明の第５は、前記制御盤は、ガスタービンからの運転開始信号で燃料供給を燃料サブタンクからの供給ルートで制御し、タールオイルタンクのレベル信号が所定値以下の時、及びガスタービン発電設備に負荷がない時には燃料サブタンクからの供給ルートで燃料供給を制御することを特徴としたものである。
【００２２】
本発明の第６は、前記木材乾留時に得られる木ガスを貯留するガスホルダーを設け、貯留された木ガスをガスタービン発電設備の燃焼器に直接か、又はガスタービン発電設備に吸気される燃焼用空気に混合して供給することを特徴としたものである。
【００２３】
本発明の第７は、前記ガスタービン発電設備の燃焼温度を検出する温度検出体の検出信号に基づき、前記ポンプの回転数を制御することを特徴としたものである。
【００２４】
本発明の第８は、ガスタービン発電設備と、ガスタービン発電設備の燃料となる比較的引火点の低い液体燃料が貯留される燃料サブタンクと、木材を乾留して得られるタールオイルを貯留するタールオイルタンクとを併設し、ガスタービン発電設備の始動時には燃料サブタンクからの燃料供給ルートで供給し、ガスタービン発電設備の燃焼器温度がタールオイルの引火点以上に上昇した後、タールオイルを供給して運転することを特徴としたものである。
【００２５】
本発明の第９は、前記木材を乾留して得られる木ガスを直接又は前記ガスタービン発電設備に吸気される燃料用空気と共に燃焼器に供給し、タールオイルと共に燃焼することを特徴としたものである。
【００２６】
本発明の第１０は、前記ガスタービン発電設備の出力電力を監視し、木ガス供給量に応じてタールオイル供給量を調整し、出力電力が一定値となるよう制御することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第１１は、運転中のガスタービン発電設備の停止に際し、タールオイルから液体燃料に切り換え、所定時間運転した後に停止するよう制御することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す構成図を示したもので、１は木タール（以下タールオイルという）タンクで、木材を乾留して得られたタールオイルを貯留する。２は灯油や軽油等の液体燃料を貯留する燃料サブタンク、３は燃料供給装置で、燃料としてのタールオイルを供給するためのタールオイル用の燃料供給部３０ａと、灯油等の液体燃料供給用の燃料供給部３０ｂを有している。タールオイルタンク１と燃料供給部３０ａ間には供給用燃料管１０が配管され、これら配管１０にはタールオイルを流動点以上を確保するために、タールオイルの流通ルートにだけ加温用のヒータ１１が配置されている。
また、燃料サブタンク２と燃料供給装置３０ｂ間にも供給用燃料管２０が配設されている。１２はヒータで、タールオイルタンク１に配設されてタールオイルを流動点温度以上に加温する。１３はオーバーフロー管である。
【００２９】
なお、ヒータ１１は、後述のガスタービン発電設備にまで燃料であるタールオイルを送出する途中での温度低下により粘度が上昇して供給困難となることを防止するために配設したものであり、その必要がなければ不要となることは勿論である。また、ヒータ１２におても、タールオイルを流動点温度以上に加温する必要がなければ不要であり、何れか一方のヒータのみでタールオイルを流動点温度以上に維持するようにしてもよい。
【００３０】
各燃料供給部３０は、それぞれポンプ３１（３１ａ，３１ｂ）、流量計３２（３２ａ，３２ｂ）及びガスタービンへの燃料供給圧力を所定値に維持するためのリリーフバルブ３３（３３ａ，３３ｂ）とリザーバタンク３４（３４ａ，３４ｂ）を有しており、リザーバタンクを流出した油はポンプ３１に返却される
なお、ポンプ３１のうち、タールオイルの流路に設置さけるポンプ３１ａについては、タールオイルがそれなりの粘度を有していることから、例えば市販のトロコイド式のポンプを使用したり、ヒータ１１，１２の個別の温度制御等の組み合わせが行われ、それらは状況に応じて適宜選択される。
【００３１】
３５（３５ａ，３５ｂ）はガスタービンへの燃料供給管に設けられた圧力ゲージ、３６（３６ａ，３６ｂ）は、燃料供給管路を流れる燃料温度を測定するための温度検出体である。また、Ｓｔはストレーナ、Ｆｌはフィルタ、Ｖは電磁弁等の弁体である。
【００３２】
４はガスタービン発電設備で、ここではマイクロガスタービンが使用されて電磁弁Ｖｌａ若しくはＶｌｂ，フィルターＦｌ₀を通った燃料がガスタービンに供給される。このガスタービン発電設備４は、図示省略されているが燃焼器や圧縮器，発電機等を有したシステムで、燃料効率を考慮して熱電併給システム構成となっており、熱交換器５を介して施設に温水を供給するシステムとなっている。
【００３３】
熱交換器５の一次側には、ポンプ５１が配設され、熱交換器５の二次側にはポンプ５２が配置されている。
６は補機として設置される計測盤で、この計測盤には信号収集処理手段や指令信号出力手段を有した演算部が配設されている。例えば、信号収集処理手段はガスタービン発電設備４から設備の運転開始信号Ｄｓと負荷がかかったことを示すロード信号Ｌｓを貰って処理演算を実行し、その結果に基づき指令信号出力手段を介してガスタービン発電設備４に運転準備完了信号ＯＫが出力される。
また、この計測盤６の信号収集処理手段には、タールオイルタンク１からの油量レベル信号Ｏｓと、各燃料供給部３０の流量計３２によって検出された流量信号、及び温度検出体３６ａによって検出されたタールオイル温度信号Ｏｔ等が入力される。
【００３４】
７は燃料供給装置３を制御するための制御盤で、計測盤６から計測されたタールオイルタンクのレベル信号、ガスタービン設備のロード信号、設備の運転開始信号等を貰い、制御盤７からは計測盤６に対して運転準備完了信号が制御盤に出力すると共に、燃料供給装置３のポンプや電磁弁に対して制御指令を出力する。なお、燃料供給装置より検出された流量信号は、燃料供給管路に流れる燃料詰まりや、燃料切れ等の異常事態を検出するためのもので、信号検出時には燃料供給管路の切り換え等に使用される。
【００３５】
８はガスホルダーで、木材が乾留炉に供給されて乾留するときに発生した木ガスを捕捉し貯留するもので、ガスタービン発電設備４とはフィルタ８１、ポンプ等の供給手段８２を介して管路連結されている。９は系統連系盤で、検出した電力を計測盤６に送って消費電力との差分が演算される。
【００３６】
次に動作を説明する。
図４は、木材チップより木ガス及びタールオイルを生成するまでの工程図を示したものである。
ステップＳ１においてチップ化された木材は、Ｓ２で例えば炉内温度４５０〜５００°Ｃの高温に加熱された乾留炉に投入され乾留される。加熱過程の高温下において分解が開始され、Ｓ３では発生した生成物の中からダストを除去し、その後に冷却することにより体積の凝縮（Ｓ４）を行ない、Ｓ５にて分離する。
【００３７】
この分離によって木ガス（Ｓ６）と液体生成物であるタール分・木酢分（Ｓ７）とに分離され、木ガスはＳ８においてガスホルダ８に貯留される。
タール分・木酢分は、Ｓ９において蒸留されてＳ１０のタールオイルとＳ１１の木酢液とに分離され、この木酢液は食品加工、農業、医薬品の分野等に使用される。
また、タールオイルはＳ１２においてタールオイルタンク１に貯留される。
【００３８】
上記のようにして得られたタールオイルと木ガスは図１で示すタンク１とホルダ８においてそれぞれ貯留されている。
【００３９】
ところで、タールオイルは、表４より明らかなように４０〜５０°Ｃの灯油等と比較して引火点が高いためにガスタービン発電設備４をコールドスタートさせることが出来ない。
そのため、ガスタービンの始動時には、制御盤７の指令によりタールオイル用の燃料供給部３０ａの流路を閉路し、燃料供給部３０ｂの流路を開路することによってガスタービン発電設備４には灯油又は軽油等の燃料が供給され、その燃料によってガスタービンはスタートする。
【００４０】
このとき、リリーフバルブ３３ｂは、ガスタービンに供給される燃料圧力が所定値となるよう微調整し、余分な燃料をリザーバタンク３４ｂを介してポンプ３１ｂの流入側に返送して供給圧力を一定値に保持する。
【００４１】
ガスタービンが運転されて任意時間が経過し、ガスタービンの燃焼室温度が上昇してタールオイルの点火温度に十分に達し、且つ、ガスタービンに負荷がかかっていたときに電磁弁Ｖｌｂを閉じて電磁弁Ｖｌａを開路し、供給燃料を灯油からタールオイルに切り換える。以下灯油時と同様にしてタールオイルが燃料としてガスタービン発電設備４に供給される。
【００４２】
タールオイルは、オイルタンク１内において流動点以上に加温されているが、寒冷地やガスタービン設備４までの流路が長くタンクオイル温度の低下が予測されるときには、ヒータ１１に通電する。
タールオイルの加熱温度は、事前に使用するタールオイルの温度と粘度との関係を確認して温度設定したり、オイルの流動性を確保できる温度に昇温した後は、温度検出体３６ａと流量計３２ａからの各検出信号に基づいてヒータによる温度制御を実行することにより、より安定した燃料供給が可能となる。
【００４３】
ガスタービンに供給される燃料は、タールオイルや灯油等に混入している比較的大きな異物は、各燃料供給部に設けられたストレーナＳｔやフィルタＦｌによって阻止される。このストレーナＳｔ及びフィルタＦｌを濾過したタールオイル（又は灯油等）は、ポンプ３１ａ（３１ｂ）、流量計３２ａ（３２ｂ）を通り、更に、フィルタＦｌ₀を介してガスタービンに供給される。
【００４４】
なお、燃料として使用されるタールオイルは、乾留装置によって抽出されるものでその量には限界がある。したがって、タールオイルタンク１に貯留されたタールオイルがなくなったときには、図示省略されたレベルセンサにて検出してそのレベル信号を計測盤６を介して制御盤７に送る。制御盤７は、レベル信号に基づき開路電磁弁をＶｌａ側からＶｌｂ側に切り換えて再度燃料を灯油としてガスタービン発電設備４に供給する。
【００４５】
また、ガスタービン発電設備がタールオイルを燃料として運転しているときに、その運転を停止する場合や、タールオイルの温度が何らかの理由により所定値以下となった時、或いはガスタービンの負荷がなくなったときにも、一旦はガスタービン発電設備４への燃料を燃料供給部３０ｂのルート側に切り換え、液体燃料で所定時間運転した後に停止する。
【００４６】
これは、次回の運転開始時に、燃料供給管路に残留していたタールオイルがガスタービン発電設備に先行して供給されることを防止するためである。タールオイル供給中にやむを得ずガスタービン発電設備を停止した場合には、燃料供給管路に配設したドレン用のバルブを解放して残留オイルを抜き取り、しかる後に液体燃料の供給ルートでガスタービンの始動を行う。
なお、燃料供給管路に残留したタールオイルが固化した場合には、ヒータ１１によって加温し、流動点以上となしてから排出する。
【００４７】
図２は木ガスを燃料として追加した場合の実施形態を示すガスタービン設備４の構成図である。
表１のように、乾留炉を介して木材を乾留した場合、タールオイルと共に木ガスが得られる。
本発明における主燃料はタールオイルであるが、この燃料供給中にガスタービンの吸気部から燃焼用空気と共に、生成された木ガスをも直接か、又は燃焼用空気と混合した後に燃焼器に供給するものである。
【００４８】
図２において、乾留炉から得られた木ガスは木ガスホルダー８にて補集されるが、その木ガスは管路４７の途中において空気と混合されされた後、圧縮器４２にて供給され圧縮された後、再生器４３にて加温され燃焼器４１に供給される。一方、ガスタービンの燃焼器４１には、燃料ポンプ３１ａを通ってタールオイルが供給されおり、このタールオイルと混合ガスとの燃焼によってタービン４４を介して発電機を駆動して電力を生成する。
また、タービン４４からの排熱は再生器４３を介して排気される。４５は発火手段である。
【００４９】
燃焼器４１には、熱電対等の温度検出体４６が設けられており、検出された温度信号は、計測盤６を介して制御盤７に出力され、その制御部からの出力信号によって燃料ポンプ３１の回転数（燃料の吐出量）が制御される。
前記した表でもより明らかなように、原料となる木材の種類や、乾留温度によっても生成する木ガスの熱量が異なっている。そこで、燃焼器若しくはその近傍に温度検出体４６を設け、ガスタービンの燃焼温度をモニターしながらその温度信号に基づいて燃料ポンプ３１を制御し、主燃料であるタールオイル（若しくは灯油等）の吐出量を制御している。これにより、木ガスの有無時や木ガスの量，発熱量が変化しても安定した出力電力と出力熱量を得ることができる。
また、木ガスを導入して主燃料と混合燃焼することで主燃料であるタールオイルの使用量を減らすことができる。
【００５０】
図３は本発明における実験結果を示したものである。
実験に供したガスタービン発電機は、３０ｋＷのマイクロガスタービン発電機を用いた熱電併給システムにて実施したもので、同図において、期間Ｔ１は燃料としてガスタービン設備４に灯油を供給した期間、Ｔ２はタールオイル供給期間、Ｔ３はタールオイルと木ガスとを供給した期間、Ｔ４はタールオイル供給期間である。
【００５１】
先ずスタート時には灯油を供給してガスタービン発電設備４の運転を開始し、灯油運転１００分間を継続した。スタート時における燃料（灯油）供給量は、一時的に１４Ｌにまで上昇しているが、略１０Ｌ程度の供給量となっている。
スタートより略１００分の期間Ｔ１経過後に、灯油よりタールオイルに切り換え運転を行った。切り換えにより、燃料の供給量はカロリー差により上昇しているが、発電機の出力電力が一定となるようポンプを介して燃料供給制御が行われていることにより、出力電力や出力熱量等は、灯油を燃料としていたときと同様に安定している。
【００５２】
期間Ｔ２を経過して略２５０分となったときに木ガスを追加供給した。これによって、主燃料であるタールオイルの供給量は減少しているが、発電機よりの出力電力は安定している。
期間Ｔ４では再度タールオイルのみの燃料にて切り換え運転を行った。
【００５３】
図３で明らかなように、燃料供給形態を異にした何れの期間においても、従来のように灯油のみの運転時と同様に、安定した出力電力と温水の温度、温水流量等が得られた。
なお、本実施形態においてはスタートより約１００分間灯油での運転を行っているが、実際には約１分、長くても数分程度で燃焼器温度はタールオイルの引火点以上に昇温することができた。
【００５４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ガスタービンの始動時には灯油等の低引火燃料で始動し、その後にタールオイルに切換えることにより、従来、使用されてないタールオイルを燃料としたガスタービン設備の運転を可能としたものである。したがって、環境面及び資源の有効活用が図られると共に、発電コストの低下が図られるものである。
【００５５】
また、タールオイルと共に生成された木ガスを、発電設備の吸気部において空気と混合して混合ガス化し、この混合ガスを燃焼器に供給することによって主燃料であるタールオイルの使用量を減少させることが出来る等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の他の実施形態を示す部分構成図。
【図３】本発明の実験結果図。
【図４】説明のための工程図。
【符号の説明】
１…タールオイルタンク
２…燃料サブタンク
３…燃料供給装置
４…ガスタービン発電設備
５…熱交換器
６…計測盤
７…制御盤
８…ガスホルダー
３０（３０ａ，３０ｂ）…燃料供給部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine power generation facility using tar oil as a fuel and an operation method thereof.
[0002]
[Prior art]
As a power generation facility, the amount of NOx contained in the exhaust gas is small, there is no transmission loss, and high energy efficiency can be obtained by using a combined heat and power facility that uses the heat of exhaust gas. Power generation facilities are widely used. Among them, micro gas turbines are attracting attention as part of distributed power sources. As the fuel used in the micro gas turbine, LNG and LPG gas systems and light oil and kerosene liquid systems which are relatively cheaper than the gas fuels are used.
[0003]
On the other hand, biomass power generation is being studied as an energy source that can maintain biofuel and is carbon neutral due to global warming prevention and fossil fuel depletion problems. For example, patent documents (specialized in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2003-260, for example) generate wood gas from chips obtained by crushing woody materials such as thinned wood as biomass power generation, and use power obtained by burning the wood gas as fuel. No. 2001-20750).
[0004]
Those of this patent document, thinning and performed to manage forests, by crushing wood thinnings such Hence generated in pruning, the chips obtained by this steamed in a high-temperature environment in which the air is cut off Thus, wood gas is generated, and power is generated using the power obtained by burning the wood gas generated from the chip.
[0005]
[Patent Literature]
JP-A-2001-20750 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above patent document, the wood gas engine includes a gas turbine engine using wood gas as a fuel, an internal combustion engine (produced for wood gas, a gasoline engine modified for a wood gas engine, a diesel engine). Although it is described that the gas gas engine has been modified for use in wood gas engines, etc., the wood gas has a problem that it is generally difficult to use as fuel because its calorific value is too low. In use, a processing method and an effective use system are desired.
[0007]
Table 1 shows the yield of each product, the composition of wood gas, and the heat generation when wood is inserted into a carbonization furnace, and the supply of air (oxygen) is interrupted or restricted at a temperature of 300,400,500 ° C. The amount is shown.
[0008]
[Table 1]

[0009]
As is clear from Table 1, it can be seen that by dry distillation at a predetermined temperature, products of wood vinegar, wood tar, and solid (charcoal) can be obtained in addition to wood gas (gas).
Table 2 is a composition diagram of dry-distilled wood vinegar. Although the composition ratio differs between hardwood and softwood, it contains dissolved tar (wood tar), and the composition of this wood tar is as shown in Table 3. Table 4 summarizes the main components and flash point of oil.
[0010]
[Table 2]

[0011]
[Table 3]

[0012]
[Table 4]

[0013]
Wood tar in the product is a flammable substance, but this wood tar is obtained by separating the liquid (wood vinegar) from the liquid product obtained by dry distillation of wood. It is a dark brown viscous material and is used for the production of creosote, preservatives, paints, dyes, chemicals and the like.
However, this wood tar is not used as fuel for the following reasons.
[0014]
For example, wood tar has a high flash point such as a pitch component and a high viscosity, and a high molecular component that cannot be used as fuel (for example, C ₁₆ H ₃₄ (Hexadecane)) has a flash point of 130 ° C. The flash point of ₁₈ H ₃₈ (Octadecane) is 166 ° C).
[0015]
The second is that the generated combustible wood gas contains harmful substances such as carbon monoxide and greenhouse gases such as methane gas, and the amount of heat is generally too low for fuel. Has problems that cannot be used.
[0016]
This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to provide the gas turbine power generation equipment which uses wood tar as a fuel, and its operating method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a gas turbine power generation facility,
A fuel sub-tank for storing liquid fuel for the gas turbine power generation facility;
A tar oil tank for storing wood tar obtained by dry distillation of wood attached to this fuel sub tank;
A valve body provided in each fuel supply line from each tank;
A fuel supply unit having a pump for supplying fuel flowing in from each valve body through a fuel supply pipe to the gas turbine power generation facility;
A temperature detector for detecting the combustion temperature of the gas turbine power generation facility;
When the gas turbine power generation facility is started, the liquid fuel is supplied to start the operation, and it is confirmed that the temperature detecting body confirms that the combustion temperature of the gas turbine power generation facility is equal to or higher than the flash point of tar oil. And a control panel for controlling each valve body so that tar oil is supplied in place of the liquid fuel as the fuel for the gas turbine power generation facility.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, a heater is disposed in the tar oil tank and / or a fuel supply path from the tar oil tank, and the tar oil is heated and maintained at a temperature higher than the pour point. is there.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, a flow meter and / or a temperature detector is provided in the fuel supply line from the tar oil tank, and the heater is controlled based on a measurement signal from the flow meter and / or the temperature detector. A temperature control means for controlling the temperature of the tar oil is provided.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, the fuel supply unit is provided separately in each fuel supply line of the fuel sub tank and the tar oil tank, and each fuel supply unit is provided on the output side of the pump, and the fuel supply pressure is constant. A holding relief valve and a reservoir tank that stores fuel supplied from the relief valve and supplies the fuel to the input side of the pump are provided.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, the control panel controls the fuel supply by a supply route from the fuel sub-tank by an operation start signal from the gas turbine, and when the level signal of the tar oil tank is below a predetermined value, and the gas turbine power generation The fuel supply is controlled by the supply route from the fuel sub-tank when there is no load on the equipment.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a gas holder for storing the wood gas obtained at the time of the wood dry distillation, and the stored wood gas is directly burned into the combustor of the gas turbine power generation facility or combustion is sucked into the gas turbine power generation facility It is characterized in that it is mixed with supply air and supplied.
[0023]
A seventh aspect of the present invention is characterized in that the number of revolutions of the pump is controlled based on a detection signal of a temperature detection body that detects a combustion temperature of the gas turbine power generation facility.
[0024]
The eighth aspect of the present invention is a gas turbine power generation facility, a fuel sub-tank in which liquid fuel having a relatively low flash point as fuel for the gas turbine power generation facility is stored, and a tar that stores tar oil obtained by dry distillation of wood. An oil tank is also installed, and when the gas turbine power generation facility is started, it is supplied via the fuel supply route from the fuel subtank. After the combustor temperature of the gas turbine power generation facility rises above the flash point of tar oil, the tar oil is supplied. It is characterized by driving.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, the wood gas obtained by dry distillation of the wood is supplied to a combustor directly or together with fuel air sucked into the gas turbine power generation facility, and burned with tar oil. It is.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, the output power of the gas turbine power generation facility is monitored, the tar oil supply amount is adjusted according to the wood gas supply amount, and the output power is controlled to be a constant value. It is.
[0027]
The eleventh aspect of the present invention is characterized in that, when the gas turbine power generation facility in operation is stopped, the tar oil is switched to liquid fuel, and control is performed so as to stop after operating for a predetermined time.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a wood tar (hereinafter referred to as tar oil) tank, which stores tar oil obtained by dry distillation of wood. 2 is a fuel sub-tank for storing liquid fuel such as kerosene and light oil, 3 is a fuel supply device, a fuel supply unit 30a for tar oil for supplying tar oil as fuel, and for supplying liquid fuel such as kerosene A fuel supply unit 30b is provided. A supply fuel pipe 10 is provided between the tar oil tank 1 and the fuel supply unit 30a, and a heater for heating only the tar oil distribution route is provided in these pipes 10 in order to ensure the tar oil at a pour point or higher. 11 is arranged.
Further, a supply fuel pipe 20 is also disposed between the fuel sub tank 2 and the fuel supply device 30b. A heater 12 is provided in the tar oil tank 1 and warms the tar oil to the pour point temperature or higher. Reference numeral 13 denotes an overflow pipe.
[0029]
The heater 11 is disposed to prevent the viscosity from increasing due to a temperature drop during the delivery of tar oil, which is fuel, to a gas turbine power generation facility, which will be described later. Of course, if it is not necessary, it becomes unnecessary. Further, the heater 12 is not necessary if the tar oil does not need to be heated to the pour point temperature or higher, and the tar oil may be maintained at the pour point temperature or higher only by any one of the heaters. .
[0030]
Each fuel supply unit 30 includes a pump 31 (31a, 31b), a flow meter 32 (32a, 32b), a relief valve 33 (33a, 33b) and a reservoir for maintaining the fuel supply pressure to the gas turbine at predetermined values. The tank 34 (34a, 34b) is provided, and the oil that has flowed out of the reservoir tank is returned to the pump 31. Of the pump 31, the pump 31a that is installed in the tar oil flow path has its own tar oil. Therefore, for example, a commercially available trochoid pump is used or a combination of individual temperature control of the heaters 11 and 12 is performed, and these are appropriately selected depending on the situation.
[0031]
35 (35a, 35b) is a pressure gauge provided in the fuel supply pipe to the gas turbine, and 36 (36a, 36b) is a temperature detector for measuring the temperature of the fuel flowing through the fuel supply pipe. Further, St is a strainer, Fl is a filter, and V is a valve body such as an electromagnetic valve.
[0032]
Reference numeral 4 denotes a gas turbine power generation facility. Here, a micro gas turbine is used, and fuel passing through the electromagnetic valve Vla or Vlb and the filter Fl ₀ is supplied to the gas turbine. The gas turbine power generation facility 4 is a system having a combustor, a compressor, a generator, etc., which is not shown, and has a combined heat and power supply system configuration in consideration of fuel efficiency. The system supplies hot water to the facility.
[0033]
A pump 51 is disposed on the primary side of the heat exchanger 5, and a pump 52 is disposed on the secondary side of the heat exchanger 5.
Reference numeral 6 denotes a measuring board installed as an auxiliary machine, and an arithmetic unit having a signal collection processing means and a command signal output means is disposed on the measuring board. For example, the signal collection processing means executes the processing operation by receiving the operation start signal Ds of the equipment from the gas turbine power generation equipment 4 and the load signal Ls indicating that a load is applied, and based on the result, the command signal output means An operation preparation completion signal OK is output to the gas turbine power generation equipment 4.
Further, the signal collection processing means of the measuring panel 6 includes an oil amount level signal Os from the tar oil tank 1, a flow rate signal detected by the flow meter 32 of each fuel supply unit 30, and a temperature detector 36a. The tar oil temperature signal Ot and the like are input.
[0034]
Reference numeral 7 denotes a control panel for controlling the fuel supply device 3. The control panel 7 receives a tar oil tank level signal, a gas turbine equipment load signal, an equipment operation start signal, and the like measured from the measuring board 6. An operation preparation completion signal is output to the measurement panel 6 to the control panel, and a control command is output to the pump and electromagnetic valve of the fuel supply device 3. The flow rate signal detected by the fuel supply device is used to detect an abnormal situation such as fuel clogging or running out of fuel flowing in the fuel supply line, and is used for switching the fuel supply line when detecting the signal. The
[0035]
A gas holder 8 captures and stores wood gas generated when wood is supplied to a carbonization furnace and carbonizes. The gas turbine power generation equipment 4 is connected to a pipe 81 through a supply means 82 such as a filter 81 and a pump. The road is connected. 9 is a grid connection board, and the detected electric power is sent to the measurement board 6 and the difference from the power consumption is calculated.
[0036]
Next, the operation will be described.
FIG. 4 is a process chart for producing wood gas and tar oil from wood chips.
The wood cut into chips in step S1 is put into a dry distillation furnace heated to a high temperature of, for example, 450 to 500 ° C. in S2 and dry-distilled. Decomposition is started under the high temperature of the heating process. In S3, dust is removed from the generated product, and then cooling is performed to condense the volume (S4), and separation is performed in S5.
[0037]
This separation separates the wood gas (S6) into the tar and wood vinegar (S7), which are liquid products, and the wood gas is stored in the gas holder 8 in S8.
The tar and wood vinegar are distilled in S9 and separated into S10 tar oil and S11 wood vinegar. The wood vinegar is used in the fields of food processing, agriculture, medicine, and the like.
Further, the tar oil is stored in the tar oil tank 1 in S12.
[0038]
The tar oil and wood gas obtained as described above are stored in the tank 1 and the holder 8 shown in FIG.
[0039]
By the way, since tar oil has a high flash point compared with 40-50 degreeC kerosene etc. evidently from Table 4, the gas turbine power generation equipment 4 cannot be cold-started.
Therefore, at the time of starting the gas turbine, the gas turbine power generation equipment 4 is supplied with kerosene or oil by closing the flow path of the fuel supply unit 30a for tar oil and opening the flow path of the fuel supply unit 30b according to a command from the control panel 7. Fuel such as light oil is supplied, and the gas turbine starts with the fuel.
[0040]
At this time, the relief valve 33b finely adjusts so that the fuel pressure supplied to the gas turbine becomes a predetermined value, and returns excess fuel to the inflow side of the pump 31b via the reservoir tank 34b to keep the supply pressure constant. Hold on.
[0041]
When an arbitrary time has elapsed since the gas turbine was operated, the combustion chamber temperature of the gas turbine rose to reach the tar oil ignition temperature sufficiently, and when the load was applied to the gas turbine, the solenoid valve Vlb was closed. The solenoid valve Vla is opened, and the supplied fuel is switched from kerosene to tar oil. Thereafter, tar oil is supplied to the gas turbine power generation facility 4 as fuel in the same manner as in kerosene.
[0042]
Tar oil is heated above the pour point in the oil tank 1, but the heater 11 is energized when the flow path to the cold district or the gas turbine equipment 4 is long and a decrease in the tank oil temperature is predicted.
The heating temperature of the tar oil is set after confirming the relationship between the temperature and the viscosity of the tar oil to be used in advance, or after the temperature is raised to a temperature at which the fluidity of the oil can be ensured, the temperature detector 36a and the flow rate By performing the temperature control by the heater based on each detection signal from the total 32a, more stable fuel supply can be performed.
[0043]
As for the fuel supplied to the gas turbine, relatively large foreign matters mixed in tar oil, kerosene and the like are blocked by the strainer St and the filter Fl provided in each fuel supply unit. The strainer St and filter Fl The filtered tar oil (or kerosene), the pump 31a (31b), through a flow meter 32a (32 b), further, supplied to the gas turbine via a filter Fl _0.
[0044]
In addition, tar oil used as fuel is extracted by a carbonization apparatus, and its amount has a limit. Therefore, when the tar oil stored in the tar oil tank 1 runs out, it is detected by a level sensor (not shown) and the level signal is sent to the control panel 7 via the measuring panel 6. The control panel 7 switches the open solenoid valve from the Vla side to the Vlb side based on the level signal, and again supplies the fuel to the gas turbine power generation facility 4 as kerosene.
[0045]
In addition, when the gas turbine power generation facility is operating with tar oil as fuel, when the operation is stopped, when the temperature of the tar oil falls below a predetermined value for some reason, or the load of the gas turbine is lost In this case, the fuel to the gas turbine power generation facility 4 is once switched to the route side of the fuel supply unit 30b, and stopped after operating for a predetermined time with liquid fuel.
[0046]
This is to prevent tar oil remaining in the fuel supply line from being supplied to the gas turbine power generation facility in advance at the start of the next operation. If the gas turbine power generation facility is unavoidably stopped during the tar oil supply, the drain valve provided in the fuel supply line is released to drain the residual oil, and then the gas turbine is started on the liquid fuel supply route. I do.
When the tar oil remaining in the fuel supply pipe is solidified, it is heated by the heater 11 and discharged after reaching the pour point or higher.
[0047]
FIG. 2 is a configuration diagram of the gas turbine equipment 4 showing an embodiment when wood gas is added as fuel.
As shown in Table 1, when wood is carbonized through a carbonization furnace, wood gas is obtained together with tar oil.
The main fuel in the present invention is tar oil. During the fuel supply, the generated wood gas is also supplied from the intake portion of the gas turbine together with the combustion air directly or after being mixed with the combustion air and supplied to the combustor. To do.
[0048]
In FIG. 2, the wood gas obtained from the carbonization furnace is collected by the wood gas holder 8. The wood gas is mixed with air in the middle of the pipe 47 and then supplied by the compressor 42. After being compressed, it is heated by the regenerator 43 and supplied to the combustor 41. On the other hand, tar oil is supplied to the combustor 41 of the gas turbine through the fuel pump 31a, and the generator is driven through the turbine 44 by the combustion of the tar oil and the mixed gas to generate electric power.
Further, the exhaust heat from the turbine 44 is exhausted through the regenerator 43. 45 is an ignition means.
[0049]
The combustor 41 is provided with a temperature detector 46 such as a thermocouple, and the detected temperature signal is output to the control panel 7 via the measurement panel 6, and the fuel pump 31 is output by an output signal from the control unit. The number of rotations (the amount of fuel discharged) is controlled.
As is clear from the above table, the amount of wood gas generated differs depending on the type of wood used as a raw material and the dry distillation temperature. Therefore, a temperature detector 46 is provided in or near the combustor, and while monitoring the combustion temperature of the gas turbine, the fuel pump 31 is controlled based on the temperature signal to discharge tar oil (or kerosene) as the main fuel. The amount is controlled. As a result, stable output power and output heat can be obtained even when wood gas is present or when the amount of wood gas or the amount of heat generated changes.
Also, the amount of tar oil used as the main fuel can be reduced by introducing wood gas and mixing and burning with the main fuel.
[0050]
FIG. 3 shows experimental results in the present invention.
The gas turbine generator used in the experiment was implemented by a combined heat and power system using a 30 kW micro gas turbine generator. In the figure, the period T1 is a period in which kerosene was supplied to the gas turbine equipment 4 as fuel, T2 is a tar oil supply period, T3 is a period during which tar oil and wood gas are supplied, and T4 is a tar oil supply period.
[0051]
First, kerosene was supplied at the start to start the operation of the gas turbine power generation facility 4, and the kerosene operation was continued for 100 minutes. The amount of fuel (kerosene) supplied at the start has temporarily increased to 14L, but is about 10L.
After a lapse of about 100 minutes from the start, the operation was switched from kerosene to tar oil. Due to the switching, the amount of fuel supply has increased due to the difference in calories, but because the fuel supply control is performed via the pump so that the output power of the generator is constant, the output power, output heat amount, etc. As stable as when kerosene was used as fuel.
[0052]
The wood gas was additionally supplied when it became approximately 250 minutes after the period T2. As a result, the supply amount of tar oil, which is the main fuel, is reduced, but the output power from the generator is stable.
In the period T4, the switching operation was performed again using only the fuel of tar oil.
[0053]
As is apparent from FIG. 3, in any period with different fuel supply modes, stable output power, hot water temperature, hot water flow rate, etc. were obtained as in the case of operation with kerosene only as in the prior art. .
In this embodiment, the operation with kerosene is performed for about 100 minutes from the start, but in actuality, the combustor temperature rises above the flash point of tar oil in about 1 minute or at most several minutes at the most. I was able to.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when starting a gas turbine, it is started with low flammable fuel such as kerosene and then switched to tar oil. It is possible to drive. Therefore, the environment and resources can be effectively used, and the power generation cost can be reduced.
[0055]
In addition, the wood gas produced together with tar oil is mixed with air at the intake portion of the power generation facility to be mixed gas, and this mixed gas is supplied to the combustor to reduce the amount of tar oil used as the main fuel. It has the effect of being able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an experimental result diagram of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram for explanation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tar oil tank 2 ... Fuel sub tank 3 ... Fuel supply apparatus 4 ... Gas turbine power generation equipment 5 ... Heat exchanger 6 ... Measurement panel 7 ... Control panel 8 ... Gas holder 30 (30a, 30b) ... Fuel supply part

Claims

A gas turbine power generation facility;
A fuel sub-tank for storing liquid fuel for the gas turbine power generation facility;
A tar oil tank for storing wood tar obtained by dry distillation of wood attached to this fuel sub tank;
A valve body provided in each fuel supply line from each tank;
A fuel supply unit having a pump for supplying fuel flowing in from each valve body through a fuel supply pipe to the gas turbine power generation facility;
A temperature detector for detecting the combustion temperature of the gas turbine power generation facility;
When the gas turbine power generation facility is started, the liquid fuel is supplied to start the operation, and it is confirmed that the temperature detecting body confirms that the combustion temperature of the gas turbine power generation facility is equal to or higher than the flash point of tar oil. And a control panel for controlling each valve body so that tar oil is supplied in place of the liquid fuel as a fuel for the gas turbine power generation facility.

2. The gas turbine power generation according to claim 1, wherein a heater is provided in the tar oil tank and / or a fuel supply path from the tar oil tank, and the tar oil is heated and maintained at a temperature higher than a pour point. Facility.

A flow meter and / or a temperature detector is provided in the fuel supply line from the tar oil tank, and the temperature of the tar oil is controlled by controlling the heater based on a measurement signal from the flow meter and / or the temperature detector. The gas turbine power generation facility according to claim 2, further comprising a temperature control means.

The fuel supply unit is provided separately in each fuel supply line of the fuel sub-tank and the tar oil tank, and each fuel supply unit is provided on the output side of the pump, and a relief valve for maintaining a constant fuel supply pressure, The gas turbine power generation facility according to any one of claims 1 to 3, further comprising a reservoir tank that stores fuel from the relief valve and supplies the fuel to an input side of the pump.

The control panel controls the fuel supply by the operation start signal from the gas turbine by the supply route from the fuel sub-tank. When the level signal of the tar oil tank is below a predetermined value and when there is no load on the gas turbine power generation facility, the fuel is supplied. The gas turbine power generation facility according to any one of claims 1 to 4, wherein fuel supply is controlled by a supply route from the sub tank.

A gas holder for storing the wood gas obtained during the dry distillation of wood is provided, and the stored wood gas is supplied directly to the combustor of the gas turbine power generation facility or mixed with the combustion air sucked into the gas turbine power generation facility. The gas turbine power generation facility according to any one of claims 1 to 5, wherein:

The gas turbine power generation according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotational speed of the pump is controlled based on a detection signal of a temperature detection body that detects a combustion temperature of the gas turbine power generation facility. Facility.

A gas turbine power generation facility;
The gas turbine power generation facility is started with a fuel subtank that stores liquid fuel with a relatively low flash point, which is the fuel for the gas turbine power generation facility, and a tar oil tank that stores tar oil obtained by dry distillation of wood. The gas turbine power generation facility is characterized in that it is sometimes supplied by a fuel supply route from the fuel sub-tank and is operated by supplying tar oil after the combustor temperature of the gas turbine power generation facility rises above the flash point of the tar oil. how to drive.

The gas turbine according to claim 8, wherein wood gas obtained by dry distillation of the wood is supplied to a combustor directly or together with fuel air sucked into the gas turbine power generation facility and combusted with tar oil. Operation method of power generation equipment.

The gas turbine according to claim 9, wherein the output power of the gas turbine power generation facility is monitored, the tar oil supply amount is adjusted according to the wood gas supply amount, and the output power is controlled to be a constant value. Operation method of power generation equipment.

11. The gas according to claim 8, wherein when the gas turbine power generation facility in operation is stopped, the gas oil is controlled to be switched from tar oil to liquid fuel and stopped after a predetermined time of operation. A method for operating a turbine power generation facility.