专利汇可以提供Fuel feed device to gas burning internal combustion engine such as gas turbine and lng vessel provided with this专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel feed device to a gas burning internal combustion engine such as a gas turbine effectively utilizing boil-off-gas.
SOLUTION: The fuel feed device is provided with a BOG feed line 5 for feeding BOG generated in an LNG tank 3 storing LNG to the gas burning internal combustion engine such as the gas turbine; a multi-stage compressor 11 interposed at the midway of the BOG feed line 5 and pressurizing BOG; an LNG feed line 7 provided with a vaporizer 27 on the midway and pressurizing/vaporizing the LNG from the LNG tank 3 to feed it to the gas turbine; an entrance heat reduction unit 9 interposed between the multi-stage compressor 11 of the BOG feed line 5 and the LNG tank 3 and atomizing/vaporizing the LNG before entering the vaporizer 27 to reduce the temperature of the introduced BOG; and an intermediate heat reduction unit 17 interposed at an intermediate stage part of the multi-stage compressor 11, atomizing/vaporizing the LNG before entering the vaporizer 27 and introducing natural gas intermediate-compresses by the multi-stage compressor to reduce the temperature of the natural gas.
COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI,下面是Fuel feed device to gas burning internal combustion engine such as gas turbine and lng vessel provided with this专利的具体信息内容。
本発明は、LNG貯蔵タンクからのボイル・オフ・ガスとLNGとを燃料としてガスタービンに供給するガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置およびこれを備えたLNG船に関するものである。
天然ガスをガスタービンへ燃料として供給するには、約30Bar(約3MPa)程度に昇圧する必要がある。 ガスタービンの燃料として天然ガスを使用することは、大型発電所等で広く行われている。 これらは、LNG(液状態)をポンピングして昇圧しているので、容易に高圧とすることができる。 この昇圧したLNGは、海水との熱交換により高圧ガスに変換される。
一方、LNG船等では、発生するボイル・オフ・ガスを安全かつ効率的に処理する必要があり、その利用の仕方は、特許文献1に示されるように昇圧がほとんど必要ないボイラの燃料として利用するのが一般的であり、ガスタービン等ガス焚内燃機関へ採用した例はこれまでにはない。
ところで、大型発電所等では、LNGの気化に海水を利用しているので、海水の氷結対策等施設が大規模化する。
また、ボイル・オフ・ガスを有効に利用する必要のあるLNG船等では、大気圧状態のボイル・オフ・ガスを高圧に昇圧することは液体であるLNGを昇圧する場合に比べて、大きな動力を要し、ガスの設計温度次第では機器が大規模化する。
本発明は、上記問題点に鑑み、ボイル・オフ・ガスを有効に活用できるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置およびこれを備えたLNG船を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明にかかるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置は、LNGを貯蔵するLNGタンクで発生するボイル・オフ・ガスをガスタービンに供給するBOG供給ラインと、該BOG供給ラインの中間に介装され、前記ボイル・オフ・ガスを多段加圧する圧縮機と、中途にベーパライザを備え、前記LNGタンクからLNGを加圧気化させて前記ガスタービンへ供給するLNG供給ラインと、前記BOG供給ラインの前記圧縮機と前記LNGタンクとの間に介装され、前記ベーパライザに入る前のLNGを噴霧して気化させて、導入した前記ボイル・オフ・ガスの温度を低下させる第一の緩熱器と、前記圧縮機の中間段部分に介装されて、前記ベーパライザに入る前のLNGを噴霧して気化させて、前記圧縮機で中間圧縮された天然ガスを導入して該天然ガスの温度を低下させる第二の緩熱器と、を備えることを特徴とする。
LNGタンクで発生する略大気圧のボイル・オフ・ガスは、BOG供給ラインで供給される途中において、圧縮機で多段加圧される。 一方、LNGタンクに略大気圧で貯蔵されたLNGは、ポンプで加圧されLNG供給ラインに供給される。 供給されるLNGは、LNG供給ラインに備えられたベーパライザで気化される。 なお、LNG供給ラインのベーパライザの前には、必要に応じてLNGをさらに加圧する加圧手段を設けてもよい。 そして、これらの加圧された天然ガスがガスタービン等のガス焚内燃機関に、燃料として供給される。
ボイル・オフ・ガスは、圧縮機まで供給される間に、周囲環境からの入熱によって温度が上昇する。 これに対して、第一の緩熱器において、LNG供給ラインからベーパライザに入る前のLNGの一部を供給することとする。 供給されたLNGは、噴霧され、気化する際にボイル・オフ・ガスを含む天然ガスの温度を低下させる。 このように温度を低下させた天然ガスが圧縮機に供給される。
また、圧縮機での多段圧縮の中間段部分に設けられた第二の緩熱器において、LNG供給ラインからベーパライザに入る前のLNGの一部を供給することとする。 供給されたLNGは、噴霧され、気化する際に圧縮機で中間圧縮された天然ガスの温度を低下させる。 このように温度を低下させた天然ガスが次段の圧縮工程へ供給される。
なお、ここで用いた「多段加圧する圧縮機」とは、圧縮段数すなわち圧縮工程が複数備えられている圧縮機を指しており、多段圧縮機と、複数の単段圧縮機と、多段圧縮機と単段圧縮機(単数および複数)の組合せと、を包含するものである。
また、ここで用いた「天然ガス」という用語は、ボイル・オフ・ガスと気化したLNGとの混合ガスを指し、これらボイル・オフ・ガスやLNGと区別するために用いたものである。 したがって、主として天然ガスが含まれるという意味であって、少量の他成分が含まれることを排除するものではない。
本発明によれば、後工程で気化されるLNGを利用して、このLNGを気化するとともに圧縮機へ供給される天然ガスの温度を低下させ、さらに中間段階での加圧天然ガスの温度を同様に低下させているので、圧縮機の圧縮率および圧縮効率が向上する。 このように圧縮率が向上すると、圧縮機の駆動動力を低減させることができる。 また、圧縮機容量減や圧縮段数削減などの効果により、装置全体を小型化できるので、製造コストを安価にでき、運転コストも低減できる。
また、第一の緩熱器および第二の緩熱器へ供給するLNGの量を調整することにより、各緩熱器から出る天然ガスの温度を調整できるので、ボイル・オフ・ガスの温度変動に影響されない圧縮機の性能設計が可能になる。
なお、第二の緩熱器は、必要に応じて圧縮機の各段の間に設けてもよい。
また、ベーパライザに入る前に、LNG供給ラインで供給されるLNGの一部が、BOG供給ラインへ供給されるので、ベーパライザへ供給されるLNGが減少することになる。 このように、ベーパライザで処理するLNG量が減少すると、LNGを処理するための熱源負荷および動力が減少することになる。
本発明にかかるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置は、前記BOG供給ラインの前記圧縮機と前記ガスタービンとの間に介装され、前記LNG供給ラインの前記ベーパライザに入る前のLNGを噴霧して気化させ、前記圧縮機からの天然ガスを導入して該天然ガスの温度を低下させる第三の緩熱器を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、圧縮機からの天然ガスの熱量を、LNGを気化するために使用しているので、ベーパライザでの加熱負荷が少なくて済む。 そのため、熱源の処理が簡単で容易となる。 また、ベーパライザ自体を小型化することも可能となるので、製造コストが安価となる。
そして、場合によっては、ベーパライザ自体を不要とする場合もある。
本発明にかかるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置は、前記LNG供給ラインで運ばれるLNGと、前記第2の緩熱器へ送られる天然ガスとの間で熱交換を行うことを特徴とする。
本発明によれば、LNG供給ラインで運ばれるLNGと、第二の緩熱器へ送られる天然ガスとの間で熱交換をしているので、第二の緩熱器に入る天然ガスは、LNGの顕熱を利用して温度が低下する。 このように、第二の緩熱器に入る天然ガスの温度が低下すると、その分、圧縮機へ入る天然ガスの温度が低下するので、圧縮機の圧縮効率が上がる。
一方、LNG供給ラインで運ばれるLNGの温度は、上昇するので、LNGを気化する動力がその分少なくて済む。
本発明にかかるLNG船は、請求項1ないし3のいずれかに記載されたガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、ボイル・オフ・ガスとLNGとの熱量を有効に利用して駆動動力を少なくし、かつ構造が小型化できるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置を備えることで、運搬するLNGを有効に活用できるガスタービンを推進等の駆動源とすることができる。
請求項1に記載された発明によると、後工程で気化されるLNGを利用して、このLNGを気化するとともに圧縮機へ供給される天然ガスの温度を低下させ、さらに中間段階での加圧天然ガスの温度を同様に低下させているので、圧縮機の圧縮率および圧縮効率が向上する。 このように圧縮率が向上すると、圧縮機の段数を減少させることができる。 また、圧縮効率が向上すると、圧縮機の駆動動力を低減させることができる。 したがって、装置全体を小型化できるので、製造コストを安価にできるし、運転コストも低減できる。
また、第一の緩熱器および第二の緩熱器へ供給するLNGの量を調整することにより、各緩熱器から出る天然ガスの温度を調整できるので、この温度を所定値に統一することができる。 このように、圧縮機に入る温度と中間段階での温度を一定値にすると、ボイル・オフ・ガス温度の変動に影響されない圧縮機性能設計が可能となり、結果として構造や構成材料を統一できるので、製造コストを安価にできる。
請求項2に記載された発明によると、圧縮機からの天然ガスの熱量を、LNGを気化するために使用しているので、ベーパライザにおける熱源の処理が簡単で容易となる。 また、ベーパライザの製造コストが安価となる。
請求項3に記載された発明によると、LNG供給ラインで運ばれるLNGと、第二の緩熱器へ送られる天然ガスとの間で熱交換をしているので、圧縮機の圧縮効率がさらに向上する。 また、LNGを気化する動力がその分少なくて済む。
請求項4に記載された発明によると、ボイル・オフ・ガスとLNGとの熱量を有効に利用して駆動動力を少なくし、かつ構造が小型化できるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置を備えることで、運搬するLNGを有効に活用できるガスタービン等ガス焚内燃機関を推進等の駆動源とすることができる。
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態にかかるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置1の構成を示すブロック図である。 燃料供給装置1は、LNGを貯蔵するLNG貯蔵タンク3と、LNG貯蔵タンク3で発生したボイル・オフ・ガスをガスタービン2へ供給するBOG供給ライン5と、LNG貯蔵タンク3のLNGを加圧気化してガスタービンへ供給するLNG供給ライン7とを備えている。
BOG供給ライン5には、ボイル・オフ・ガスの流れ方向に沿って、入口緩熱器(第一の緩熱器)9と、多段圧縮機(圧縮機)11の低圧段部分12と、インタークーラ15と、中間緩熱器(第二の緩熱器)17と、多段圧縮機11の高圧段部分13と、出口緩熱器(第三の緩熱器)19と、ガスヒータ21とが設けられている。
多段圧縮機11の低圧段部分12と多段圧縮機11の高圧段部分13とは、それぞれ2段で構成されている。
LNG供給ライン7には、LNGの流れ方向に沿って、LNGの荷役を行うカーゴポンプ23と、LNGを加圧するブースタポンプ25と、インタークーラ15と、ベーパライザ27とが設けられている。
ベーパライザ27は、一般的に蒸気加熱方式を用いる。
LNG供給ライン7のブースタポンプ25の上流側に、入口緩熱器9にLNGを供給する第一LNG分岐管29が設けられている。 第一LNG分岐管29には、入口緩熱器9に入る前の位置に、流量調節弁31が設けられている。 また、BOG供給ライン5には、入口緩熱器9を出た位置に温度検出器33が設けられている。 温度検出器33の検出値により、流量調節弁31の開度を調節している。
図2は、入口緩熱器9の縦断面を示している。 図2により、入口緩熱器9の構造を説明する。 入口緩熱器9は、中空円筒状の容器61を備えている。 容器61には、上部に排出口65が、側面中央より下部に導入口63が設けられている。 導入口63と排出口65はともにBOG供給ライン5に接続されている。 容器61の側面上方位置に、LNG導入管67が挿入されている。 LNG導入管67は、第一LNG分岐管29に接続されている。 LNG導入管67の下部には複数の散布孔が設けられており、導入されたLNGが散布される。
導入口63とLNG導入管67の間の空間には、気液接触用障害物が配置されており、散布されたLNGと導入されたボイル・オフ・ガスとが接触してLNGが気化するとともにボイル・オフ・ガスの温度を低下させる。
この温度が低下した天然ガスが、排出口65を通ってBOG供給ライン5を経由して多段圧縮機11の低圧段部分12に導入される。
中間緩熱器17と出口緩熱器19の構造は、入口緩熱器9と基本的に同じである。 これらの緩熱器は、導入されたLNGと天然ガスとの間で熱交換をして、LNGは気化され、天然ガスの温度が導入時よりも低下させられる。
第一LNG分岐管29の途中に、中間緩熱器17にLNGを供給する第二LNG分岐管35が設けられている。 第二LNG分岐管35には、中間緩熱器17に入る前の位置に、流量調節弁37が設けられている。 また、BOG供給ライン5には、中間緩熱器17を出た位置に温度検出器39が設けられている。 温度検出器39の検出値により、流量調節弁37の開度を調節している。
本実施形態では、入口緩熱器9と中間緩熱器17から出る天然ガスの温度が一定(およそ−100℃付近)になるように調節している。
LNG供給ライン7には、インタークーラ15の前後を結ぶバイパス管41が設けられている。 バイパス管41には流量調節弁43が設けられている。 流量調節弁43はインタークーラ15に導入されるLNGの量を調整している。
LNG供給ライン7には、ベーパライザ27に流入する前の位置で分岐して、出口緩熱器19にLNGを供給する第三分岐管45が設けられている。 第三分岐管45には流量調節弁47が設けられている。 BOG供給ライン5には、出口緩熱器19を出た位置に温度検出器49が設けられている。 温度検出器49の検出値により、流量調節弁47の開度を調節している。
本実施形態では、出口緩熱器19から出る天然ガスの温度が一定(およそ15℃)になるように調節している。
LNG供給ライン7で運ばれたLNGは、出口緩熱器19で全て気化が終わり、BOG供給ライン5に合流することとなる。 BOG供給ライン5に合流した天然ガスは、ガスタービンコンバインドサイクル2のガスタービンへ燃料として供給される。
多段圧縮機11の低圧段部分12の出口部分で、BOG供給ライン5から分岐されたBOG分岐管51で供給される天然ガスは、系外から導かれた天然ガスと合流して、ガスヒータ53で昇温されて、ガスタービンコンバインドサイクル2の二重燃焼ボイラまたはフレアスタック等へと導かれる。
以上、説明した本実施形態にかかるガスタービンの燃料供給装置の動作について説明する。
LNG船では、必要動力の半分位をまかなえる量のボイル・オフ・ガスが発生する。 カーゴタンクで発生した大気圧下のボイル・オフ・ガスは、−140〜−160℃位の状態で、入口緩熱器9へ送られる。 配管途中での入熱により、入口緩熱器9の入口では、−100〜0℃位まで昇温する。
入口緩熱器9に導入されたボイル・オフ・ガスは、ここで第一LNG分岐管29を通って導入され、噴霧されたLNGと接触する。 この接触により、LNGは気化し、ボイル・オフ・ガスは冷やされる。 両者が混合した天然ガスとしての温度が低下した状態(目安は−100℃以下)で、入口緩熱器9を出る。 この出口温度は、LNGの供給量を調節することにより適宜な温度に設定できる。
この温度が低下させられた天然ガスが多段圧縮機11の低圧段部分12に導入される。 そのため、多段圧縮機11の低圧段部分12の圧縮効率は、温度が高い場合に比べて向上することになる。 多段圧縮機11の低圧段部分12において、2段階圧縮されて、昇圧(目安は0.5MPa)されるとともに昇温(この場合約−30℃)される。
この昇圧、昇温された天然ガスは、途中インタークーラ15を通過する際、LNG供給ライン7との間で熱交換して、中間緩熱器17へ導入される。
中間緩熱器17に導入された天然ガスは、第二LNG分岐管35を通って導入され、噴霧されたLNGと接触する。 この接触により、LNGは気化し、天然ガスは冷やされる。 両者が混合して天然ガスとして温度が低下した状態(目安は−100℃)で、中間緩熱器9を出る。
このように、温度が低下した天然ガスが、多段圧縮機11の高圧段部分13に導入される。 多段圧縮機11の高圧段部分13では、この天然ガスを2段階圧縮して、加圧(ガスタービンの要求仕様によるが、目安として3.5MPa、−20℃)する。 この加圧された天然ガスが、出口緩熱器19に導入される。
一方、LNG供給ライン7で供給されるLNGは、ブースタポンプ25によって、昇圧(目安としては4MPa)される。 この昇圧されたLNGは、途中インタークーラ15を通過して、多段圧縮機11の低圧段部分12を出た天然ガスから熱量を得る。
そして、ベーパライザ27で気化されて出口緩熱器19へ導入される。 ベーパライザ27へ入る前に、一部のLNGは、第三分岐管45を通って出口緩熱器19へ導入される。
出口緩熱器19へ導入され、噴霧されたLNGと、ベーパライザ27で気化された天然ガスと、多段圧縮機11の高圧段部分13からの天然ガスとが相互に接触して、高圧で、適宜な温度となる。 この天然ガスが、出口緩熱器19からガスヒータ21を経由して、ガスタービンに供給される。
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
LNGタンク3で発生する略大気圧のボイル・オフ・ガスは、BOG供給ライン5で供給される途中において、多段圧縮機11で加圧される。 一方、LNGタンク3に略大気圧で貯蔵されたLNGは、LNG供給ラインで供給される途中において、液体状態でブースタポンプ25により加圧され、次いでベーパライザ27で気化される。 これらの加圧された天然ガスがガスタービンに、燃料として供給される。
本実施形態によれば、後工程で気化されるLNGを利用して、このLNGを気化するとともに多段圧縮機11の低圧段部分12へ供給される天然ガスの温度を低下させ、さらに中間段階での加圧天然ガスの温度を同様に低下させているので、多段圧縮機11の圧縮率および圧縮効率が向上する。 このように圧縮率が向上すると、多段圧縮機の段数および容積流量を減少させることができる。 また、圧縮効率が向上すると、多段圧縮機の駆動動力を低減させることができる。 したがって、装置全体を小型化できるので、製造コストを安価にできるし、運転コストも低減できる。
また、入口緩熱器9および中間緩熱器17へ供給するLNGの量を調整することにより、各緩熱器から出る天然ガスの温度を調整できるので、この温度を所定値に統一することができる。 このように、多段圧縮機11の低圧段部分12に入る温度と圧縮機11の高圧段部分13に入る温度を一定値にすると、圧縮機の構造や構成材料を統一できるので、製造コストを安価にできる。
また、ブースタポンプ25に入る前に、LNG供給ラインで供給されるLNGの一部が、BOG供給ライン5へ供給されるので、ブースタポンプ25およびベーパライザ27へ供給されるLNGが減少することになる。 このように、ブースタポンプ25およびベーパライザ27で処理するLNG量が減少すると、LNGを処理するための動力が減少することになる。 また、ブースタポンプ25およびベーパライザ27を小型化できる可能性がある。
多段圧縮機11からの天然ガスの熱量を、LNGを気化するために使用しているので、ベーパライザ27での熱源が少なくて済む。 そのため、熱源の処理が簡単で容易となる。 また、ベーパライザ27自体を小型化することも可能となるので、製造コストが安価となる。
そして、場合によっては、ベーパライザ自体を不要とする可能性も出てくる。
LNG供給ライン7で運ばれるLNGと、中間緩熱器17へ送られる天然ガスとの間で熱交換をしているので、中間緩熱器17に入る天然ガスは、LNGの顕熱を利用して温度が低下する。 このように、中間緩熱器17に入る天然ガスの温度が低下すると、その分、多段圧縮機11へ入る天然ガスの温度が低下するので、多段圧縮機11の圧縮効率が上がる。
一方、LNG供給ラインで運ばれるLNGの温度は、上昇するので、LNGを気化する動力がその分少なくて済む。
ボイル・オフ・ガスとLNGとの熱量を有効に利用して駆動動力を少なくし、かつ構造が小型化できるガスタービン等ガス焚内燃機関への燃料供給装置1を備えることで、運搬するLNGを有効に活用できるガスタービン等ガス焚内燃機関を推進等の駆動源とすることができる。
1 燃料供給装置2 ガスタービン3 LNG貯蔵タンク5 BOG供給ライン7 LNG供給ライン9 入口緩熱器11 多段圧縮機17 中間緩熱器19 出口緩熱器27 ベーパライザ
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