JP2700538B2 - ガスタービンに用いられる外気を冷却するための冷凍サイクルをスチームタービンからの排出熱を利用して駆動する冷凍サイクル装置、及び、そのような冷凍サイクル装置を用いた組み合わせサイクル型発電プラント - Google Patents

ガスタービンに用いられる外気を冷却するための冷凍サイクルをスチームタービンからの排出熱を利用して駆動する冷凍サイクル装置、及び、そのような冷凍サイクル装置を用いた組み合わせサイクル型発電プラント

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JP2700538B2 JP7269035A JP26903595A JP2700538B2 JP 2700538 B2 JP2700538 B2 JP 2700538B2 JP 7269035 A JP7269035 A JP 7269035A JP 26903595 A JP26903595 A JP 26903595A JP 2700538 B2 JP2700538 B2 JP 2700538B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、スチーム
発電プラントに関し、特に、スチームタービンとガスタ
ービンを組み合わせサイクルで用いることによって、よ
り能率的な大容量の発電を行うための組み合わせサイク
ル型発電プラントに関する。ここで「組み合わせサイク
ル」とは、スチームタービンのサイクルとガスタービン
のサイクルを組み合わせたサイクルのことをいう。
【０００２】
【従来の技術】在来の発電プラントは、スチームを発生
させてスチームタービンを駆動し、電気を創出する。こ
れらのスチームタービンの凝縮器は、外部に排出される
相当な量の廃熱を発生する。この熱排出が、スチームサ
イクルのサイクル効率を大きく低下させる。多くの発電
プラントは、プラントサイクル効率（発電プラント全体
のサイクルの効率）を高め、発電プラントの発電容量を
増大させるためにスチームタービンと共に組み合わせサ
イクルで作動するガスタービンを追加して用いている。
しかし、これらのガスタービンも、圧縮機の中間冷却器
（インタークーラ）として廃熱を発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、組み合
わせサイクルモードでガスタービンを用いることに随伴
して新たな問題が表面化してきた。例えば、ガスタービ
ンの出力は外気の取入れ温度に反比例し、外気温度が高
いときは、外気温度がガスタービンの容量を低下させる
という問題である。従って、スチームタービンとの組み
合わせサイクルモードで作動するガスタービンをより低
い取入れ空気温度でも作動させることができるような発
電プラントを求める要望がある。本発明の課題は、この
問題を解決することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、スチームター
ビンの凝縮器内の排出熱及び、又はその他の廃熱源から
排出された熱に含まれるエネルギーによって取入れ空気
を冷却し、より低い取入れ空気温度でガスタービンを作
動させるようにした発電プラントを提供することによっ
て、スチームタービンとガスタービンを組み合わて用い
る従来の発電プラント及びその他の発電プラントに随伴
する上記問題を解決する。本発明によれば、組み合わせ
サイクル型発電プラントにおいて、アンモニアの有利な
熱力学特性とともに、スチームタービンの凝縮器からの
排出熱のエネルギー及び、又はその他の廃熱源からの排
出熱のエネルギーを利用して、ガスタービンの圧縮機に
流入する外気を冷却する冷凍サイクルを駆動する。
【０００５】従って、本発明の一側面は、スチームター
ビンとガスタービンを利用した、より能率的な組み合わ
せサイクル型発電プラントを提供することである。本発
明の他の側面は、組み合わせサイクル型発電プラントの
ための冷却されたガスタービン用取入れ空気を提供する
ことである。本発明の更に他の側面は、組み合わせサイ
クル型発電プラントのスチームタービンの凝縮器からの
排出熱エネルギー及び、又はその他の廃熱源からの排出
熱エネルギーを利用して、発電プラントのガスタービン
圧縮機の取入れ空気を冷却する冷凍サイクルを駆動する
ことである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の発電
プラントが流れ図として示されている。図１は、スチー
ムタービンの凝縮器を使用する場合を例示しているが、
それに加えて、又はそれに代えて他の廃熱源を用いるこ
ともできる。以下の説明では、説明の便宜上、流体の流
れとその流体を搬送する導管を同じ参照番号で表すこと
とする。この発電プラント１０は、その容量を増大させ
るためにガスタービン１４に組み合わせてスチームター
ビン１２を利用し、より能率的に電気を創出する組み合
わせサイクルモードで作動される。この発電プラントの
容量の増大は、廃熱エネルギー、例えばスチームタービ
ンのスチーム凝縮器１６によって捕捉されたスチームタ
ービン１２から排出された廃熱エネルギーを利用して、
アンモニア吸収式冷凍サイクルを駆動し、ガスタービン
１４が使用する外気（周囲空気）を冷却することによっ
て達成される。
【０００７】周知のように、外気温度が高いと、ガスタ
ービンの空気圧縮機の容量が低下し、ガスタービン１４
の出力が低下する。このことに鑑みて、本発明は、廃熱
エネルギーを利用することによって外気を冷却し、創出
される正味電力を増大させる。
【０００８】アンモニア吸収式冷凍サイクルは、弱アン
モニア水溶液を収容したアンモニア吸収器（以下、単に
「吸収器」と称する）１８から始まる。アンモニア蒸気
は、蒸発器２２から低圧導管２０を通して吸収器１８へ
導入される。アンモニア蒸気は、吸収器１８内の弱アン
モニア水溶液に吸収され、アンモニア蒸気を吸収した強
アンモニア水溶液は、吸収器１８からポンプ２４によっ
て抽出され、熱交換器のコア２６を通してスチームター
ビンの凝縮器即ち廃熱源１６へ送られる。
【０００９】熱交換器のコア２６は、ハウジング２８内
に収容されており、ハウジング２８へは、スチームター
ビン１２からの排出スチームを冷却した後に残留した、
加熱された弱アンモニア水溶液が導管３０を通して供給
される。流れ３６は、スチームタービンの凝縮器１６内
の排出熱によって生じたアンモニア蒸気である。コア２
６内を通る強アンモニア水溶液は、ハウジング２８内の
高温の弱アンモニア水溶液によって加熱された後、導管
３２を通って凝縮器１６に流入する。この加熱された強
アンモニア水溶液は、凝縮器１６内においてスチームタ
ービン１２からのスチームから熱を奪ってスチームを凝
縮させ、強アンモニア水溶液からアンモニアの大部分が
蒸発せしめられて、再び弱アンモニア水溶液となり、導
管３０を通って熱交換器のハウジング２８へ送られる。
一方、スチームが凝縮して生じた凝縮器１６内の凝縮液
は、凝縮器１６から導管３４を通して排出されスチーム
サイクルへ戻される。
【００１０】一方、スチームタービンの凝縮器１６内に
おいて強アンモニア水溶液から蒸発せしめられたアンモ
ニアは、高圧アンモニア蒸気として導管３６を通して水
冷式蒸気凝縮器３８へ送られ、そこで、熱交換器コイル
４０内を通る冷却水によって凝縮せしめられ液体アンモ
ニアとなる。冷却水は、入口４２から熱交換器コイル４
０へ通され、出口４４を通って流出する。
【００１１】凝縮器３８からの液体アンモニアは、次い
で、膨脹弁又は絞り弁４６に通され、それによって圧力
及び温度を下げられる。その減圧の過程でアンモニアの
一部はフラッシュ蒸発するが、大部分は減圧された液体
アンモニアとして残る。次いで、この蒸気が混合した液
体／蒸気アンモニアは、導管４８を通して蒸発器２２内
の蒸発器コイル５０へ送られ、蒸発器２２内においてコ
イル５０の外部を通される外気との熱交換関係に置かれ
る。外気は、液体アンモニアを蒸発させて蒸気とするこ
とによって熱を奪われ、周囲外気温度より低い温度に冷
却されて蒸発器２２からガスタービン１４の圧縮機へ送
られる。一方、蒸発器コイル５０からの低圧アンモニア
蒸気は、導管２０を通して吸収器２８へ戻され、サイク
ルを繰り返す。
【００１２】かくして、本発明は、組み合わせサイクル
型発電プラントのランキンサイクルとブレイトンサイク
ルの効率を向上させる。それによって得られる正味効果
は、より少ない燃料を用いてより大きな電力を創出する
ことである。燃料の節約が実現されるだけでなく、化石
燃料の燃焼によって放出される汚染物質の減少も達成さ
れる。
【００１３】
【実施例】以下に、アンモニア吸収式冷凍サイクル（Ａ
ＡＲＣ）の一例として本発明の具体的な応用例を示す。
この実施例は、３４６ＭＷ（正味）級の加圧流動床燃焼
式（ＰＦＢＣ）発電プラントの熱バランスに基づくもの
である。このタイプの発電プラントは、組み合わせサイ
クルモードで作動するスチームタービンとガスタービン
を用いる。
【００１４】２５重量％のアンモニア濃度を有する強ア
ンモニア水溶液を吸収器１８から１２．６６Ｋｇ／ｃｍ
2 （絶対圧）（１８０ｐｓｉａ）の圧力で熱交換器コア
２６へポンプ送りする。この強アンモニア水溶液を導管
３０を通して搬送される戻り弱アンモニア水溶液によっ
て１５．６°Ｃ（６０°Ｆ）から２１．１°Ｃ（７０°
Ｆ）にまで加熱される。次いで、強アンモニア水溶液
は、導管３２を通してスチームタービンの凝縮器１６へ
送られ、スチーム凝縮器１６内で約３２．２°Ｃ（９０
°Ｆ）にまで加熱され、それによって溶液中のアンモニ
アの約９０％が蒸発せしめられる。この場合スチーム凝
縮器１６内で廃熱の僅か２％が利用されるに過ぎない。
アンモニアを蒸発せしめられて残った弱アンモニア水溶
液は、導管３０を通って熱交換器のハウジング２８に戻
り、熱交換器のコア２６内の強アンモニア水溶液に熱を
伝達する。
【００１５】一方、高圧のアンモニア蒸気は、導管３６
を通して蒸気凝縮器３８へ送られ、冷却水によって再度
凝縮せしめられて液体アンモニアとなる。次いで、この
液体アンモニアは、絞り弁４６を通して５．１３Ｋｇ／
ｃｍ2 （絶対圧）（７３ｐｓｉａ）にまで絞られる。絞
られた後の液体アンモニアは、約１０％の蒸気を包含し
ており、導管４８を通って蒸発器コア５０へ送られ、蒸
発器内で外気から放出される熱によって蒸発せしめられ
る。一方の外気は、液体アンモニアとの熱交換によって
３２．２°Ｃ（９０°Ｆ）から１５．６°Ｃ（６０°
Ｆ）にまで冷却され、ガスタービン圧縮機１４へ導入さ
れるので、燃料の燃焼に用いられる空気量を増大させ、
従って、燃焼される燃料の量も増大される。他方、蒸発
せしめられたアンモニアは、導管２０を通って吸収器１
８へ戻り、そこで溶液に戻されて、サイクルを繰り返
す。この発電プラントの正味電力出力は、２％以上増大
されることが判明した。以上、本発明を実施形態に関連
して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の
構造及び形状に限定されるものではなく、本発明の精神
及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が
可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることがで
きることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、組み合わせサイクル型発電プラントの
スチームタービンの凝縮器からの熱を利用してガスター
ビンの取入れ空気を冷却する冷凍サイクルを駆動する本
発明の概略図である。
【符号の説明】
１０：発電プラント １２：スチームタービン １４：ガスタービン １６：スチーム凝縮器 １８：吸収器 ２２：蒸発器 ２６：熱交換器のコア ２８：ハウジング ３８：蒸気凝縮器 ４０：熱交換器コイル ４６：膨脹弁又は絞り弁 ５０：蒸発器コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｂ 15/04 Ｆ２５Ｂ 15/04 (54)【発明の名称】 ガスタービンに用いられる外気を冷却するための冷凍サイクルをスチームタービンからの排出熱 を利用して駆動する冷凍サイクル装置、及び、そのような冷凍サイクル装置を用いた組み合わせ サイクル型発電プラント

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンに用いられる外気を冷却す
    るための冷凍サイクルをスチームタービンからの排出熱
    を利用して駆動する冷凍サイクル装置であって、 弱アンモニア水溶液を収容しており、該弱アンモニア水
    溶液にアンモニア蒸気を吸収させて強アンモニア水溶液
    を生成するために低圧アンモニア蒸気を受取るようにな
    されている吸収器（１８）と、 加熱された弱アンモニア水溶液を収容するためのハウジ
    ング（２８）と、該ハウジング内に収容されており、前
    記吸収器からの強アンモニア水溶液を該ハウジングを通
    して流し、該ハウジング内の該弱アンモニア水溶液にと
    の熱交換によって該強アンモニア水溶液を加熱するため
    の熱交換コア（２６）とを含む熱交換器と、 スチームタービン（１２）から排出された廃熱を受け取
    るように該スチームタービンに接続されており、かつ、
    前記熱交換コア（２６）から前記強アンモニア水溶液を
    受取り、該強アンモニア水溶液からアンモニアを蒸発さ
    せて高圧アンモニア蒸気を生成するために該熱交換コア
    （２６）に接続されている廃熱源（１６）と、 前記廃熱源（１６）からのアンモニア蒸気を液体アンモ
    ニアに変換するための変換手段（３８，４０）と、 前記変換手段（３８，４０）からの液体アンモニアの圧
    力及び温度を低下させるために該液体アンモニアの流れ
    を絞るための絞り手段（４６）と、 該絞り手段（４６）からの液体アンモニアを低圧アンモ
    ニア蒸気に変換することによって外気を周囲外気温度よ
    り低い温度に冷却し、該冷却された外気をガスタービン
    の圧縮機へ通すための蒸発手段（２２，５０）と、 前記蒸発手段（２２，５０）からの前記低圧アンモニア
    蒸気を前記吸収器（１８）へ供給するための手段（２
    ０）と、 から成る冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項２】 スチーム発生器を有する組み合わせサイ
    クル型発電プラントであって、 前記スチーム発生器からのスチームによって駆動される
    スチームタービン（１２）と、 弱アンモニア水溶液を収容しており、該弱アンモニア水
    溶液にアンモニア蒸気を吸収させて強アンモニア水溶液
    を生成するために低圧アンモニア蒸気を受取るようにな
    されている吸収器（１８）と、 加熱された弱アンモニア水溶液を収容するためのハウジ
    ング（２８）と、該ハウジング内に収容されており、前
    記吸収器からの強アンモニア水溶液を該ハウジングを通
    して流し、該ハウジング内の該弱アンモニア水溶液にと
    の熱交換によって該強アンモニア水溶液を加熱するため
    の熱交換コア（２６）とを含む熱交換器と、 前記スチームタービン（１２）から排出された廃熱を受
    け取るように該スチームタービンに接続されており、か
    つ、前記熱交換コア（２６）から前記強アンモニア水溶
    液を受取り、該強アンモニア水溶液からアンモニアを蒸
    発させて高圧アンモニア蒸気を生成するために該熱交換
    コア（２６）に接続されている廃熱源（１６）と、 前記廃熱源（１６）からのアンモニア蒸気を液体アンモ
    ニアに変換するための変換手段（３８，４０）と、 前記変換手段（３８，４０）からの液体アンモニアの圧
    力及び温度を低下させるために該液体アンモニアの流れ
    を絞るための絞り手段（４６）と、 該絞り手段（４６）からの液体アンモニアを低圧アンモ
    ニア蒸気に変換することによって外気を周囲外気温度よ
    り低い温度に冷却するための蒸発手段（２２，５０）
    と、 前記蒸発手段（２２，５０）からの前記低圧アンモニア
    蒸気を前記吸収器（１８）へ供給するための手段（２
    ０）と、 前記冷却された外気を受取り圧縮する圧縮機を有するガ
    スタービンと、から成る組み合わせサイクル型発電プラ
    ント
JP7269035A 1994-09-27 1995-09-25 ガスタービンに用いられる外気を冷却するための冷凍サイクルをスチームタービンからの排出熱を利用して駆動する冷凍サイクル装置、及び、そのような冷凍サイクル装置を用いた組み合わせサイクル型発電プラント Expired - Fee Related JP2700538B2 (ja)

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