JPH04321705A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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Publication number
JPH04321705A
JPH04321705A JP1972991A JP1972991A JPH04321705A JP H04321705 A JPH04321705 A JP H04321705A JP 1972991 A JP1972991 A JP 1972991A JP 1972991 A JP1972991 A JP 1972991A JP H04321705 A JPH04321705 A JP H04321705A
Authority
JP
Japan
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cycle
steam
gas turbine
turbine
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP1972991A
Other languages
English (en)
Inventor
Isami Ooka
五三實 大岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Engineering Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Engineering Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Engineering Co Ltd filed Critical Osaka Gas Engineering Co Ltd
Priority to JP1972991A priority Critical patent/JPH04321705A/ja
Publication of JPH04321705A publication Critical patent/JPH04321705A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機、燃焼器、ガス
タービンを備えてオープンガスタービンサイクルを形成
するとともに、前記ガスタービンからの廃熱により蒸気
を生成する廃熱ボイラーを備え、前記廃熱ボイラーによ
り生成された蒸気を、前記ガスタービンの高圧部に導く
高圧蒸気路を設けた駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の駆動装置を説明するに際して、
この駆動装置に連結される被駆動側機器が発電機である
発電設備に採用される発電サイクルについて以下に説明
する。従来、発電設備に採用されているサイクルとして
は、コンバイドサイクル(蒸気複合ガスタービンサイク
ル)とチェンサイクル(蒸気吹込ガスタービンサイクル
、もしくはSTIGとも呼ばれる。)が知られている。 コンバインドサイクル1は、最近のLNGを燃料とした
火力発電に多く用いられるようになったものであり、図
5にこのサイクルの構成が示されている。このサイクル
1は、オープンガスタービンサイクルを構成するガスタ
ービン2の排気路3に、廃熱ボイラー4を備え、さらに
この廃熱ボイラー4に対して前述のオープンガスタービ
ンサイクルとは別個にクローズド蒸気タービンサイクル
5を備えて構成するものである。このサイクル1は、従
来の火力発電(効率39%)に比して効率が良化する(
42%程度)とともに、始動、停止の容易性、小型ユニ
ットに於ける高効率性等の利点を有するものである。一
方、チェンサイクル6は、提案はされているものの日本
の営業発電用にはまだ使用されていない。このサイクル
6の構成が、図6に示されている。このサイクルは、オ
ープンガスタービンサイクルを構成するガスタービン2
の排気路3に廃熱ボイラー4を備え、この廃熱ボイラー
4によって生成される蒸気sを高圧蒸気路7を介してガ
スタービン2の高圧部に供給し、ガスタービン2におい
て、これに供給される加圧状態の空気aと燃料によって
燃焼したガスと蒸気sを膨張させ、これらより動力を回
収するものである。このチェンサイクル6は、前述のコ
ンバインドサイクル1よりも空気量が少なくて済むため
、圧縮機等の設備費が安くなるとともに、比出力が大き
くなる利点がある。さらに、廃ガス中のNOxが、従来
のシステムに比して10分の1程度に押さえられる大き
な利点をも備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記の従来技術
においては以下のような欠点があった。これを各サイク
ルについて箇条書きする。先ず、コンバイドサイクルに
ついて説明する。 (イ)タービンの比出力が小さく、同じ出力に対して圧
縮機やタービンが大きくなる。 (ロ)廃ガス中のNOx量が多いため、脱硝用の容量の
大きな設備を必要とする。 (ハ)蒸気を凝縮させるための冷却水が必要である。次
に、チェンサイクルについて説明する。 (イ)このサイクルの効率は、コンバインドサイクルの
それよりも低い。 (ロ)効率を高くするために、高圧力比のガスタービン
を設備することも可能であるが、技術的、経済的な問題
を伴う。 従って、本発明の目的は、コンバインドサイクルあるい
はチェンサイクルに使用されているガスタービンの圧力
比等の条件を大きく変化させることなく、これらのサイ
クルより効率を高くすることが可能であるとともに、そ
の経済性が向上するサイクルを採用した駆動装置を得る
ことである。またさらなる目的は、この駆動装置からの
排ガスに含まれるNOxの量が少ないものを得ることで
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による駆動装置の特徴構成は、高圧蒸気路に蒸
気タービンを設けるとともに、この蒸気タービンに於け
る背圧が、ガスタービンの高圧部の圧力より高く設定さ
れていることにあり、その作用・効果は次の通りである
【0005】
【作用】つまり、本願の駆動装置においては廃熱ボイラ
ーによって生成される蒸気が、高圧蒸気路に備えられる
蒸気タービンに先ず送られる。そしてこの蒸気タービン
において蒸気は膨張し、動力回収が図られる。ここで蒸
気タービンの背圧は、ガスタービンの高圧部の圧力より
も高く設定されており、蒸気タービンから排出される蒸
気は、ガスタービンの高圧部に高圧蒸気路を介して送り
込まれる。そして、ガスタービンにおいても利用される
【0006】
【発明の効果】本願の駆動装置に採用されているサイク
ル(以後、カスケード蒸気吹込サイクル、もしくはCA
STIGと称する。)と従来のコンバインドサイクル、
チェンサイクルにおける廃熱により生成される蒸気の状
態変化を、図4に示すT−Q線図にて説明する。縦軸に
エンタルピーhが、横軸に変換温度T(蒸気のエントロ
ピーをsとした場合の1−1/s)が示されている。こ
の線図において実線が本願のサイクルを示し、破線がコ
ンバインドサイクルを示し、一点鎖線がチェンサイクル
を示している。ここでa−aで示す状態が加熱昇圧過程
を経た蒸気であり、本願のサイクルは、b−bに示す蒸
気タービンでの第一膨張過程とc−cに示すガスタービ
ンでの第二膨張過程を有し、コンバインドサイクルは、
d−dで示す蒸気タービンによる膨張過程とe−eに示
す復水過程とを有している。このサイクルにおいては、
復水過程過程における動力は冷却水に捨てられる。さら
に、チェンサイクルは、f−fで示すガスタービンでの
膨張過程を有している。この線図において、サイクル内
の面積が大きいほど効率が良いが、図からも判るように
、効率は、本願のサイクル、コンバインドサイクル、さ
らにチェンサイクルの順となる。従って、従来のサイク
ルと比較して本願のサイクルはサイクル全体の効率が上
昇するとともに、ガスタービンを流れる流体の量が増加
するため、同じ空気量に対して出力が増加する。以下に
一例としての同じガスタービンを使用して、その入口温
度を同じ(1090℃)としたときの、効率、出力比、
および空気比を示す。
【0007】
【表1】       サイクルの種類            
      効率        出力比    空気
比      コンバインドサイクル        
  45.5      100    100   
   チェンサイクル               
 43.8      109      84   
   CASTIG                
  46.5      131      79この
ように、出力比が大きく、空気比が小さくなるため、こ
の装置の設備費は従来より安くなる。一方、効率の良化
を目的として、ガスタービンの圧力比をそれほど高くす
る必要がなく、燃料ガスの圧力もそれほど高くする必要
もないため全体として非常に経済的な駆動装置を得るこ
とができる。さらに、このサイクルにおいては、ガスタ
ービンについては、チェンサイクルと同様に蒸気が、ガ
スタービン内に送り込まれているため、このガスタービ
ンからの排気中に含有されるNOxの量も、従来より格
段に減少する。
【0008】
【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
1には、本願の駆動装置10の出力側に発電機11を取
り付けてた発電システムが示されている。この発電シス
テムは、オープンガスタービンサイクル12を形成する
圧縮機13、燃焼器14、ガスタービン15を備え、さ
らに、前記ガスタービン15の排気路Eには、ガスター
ビン15からの廃熱により蒸気を生成する廃熱ボイラー
16が配設されている。またこの廃熱ボイラー16には
、高圧蒸気路17が配設されるとともに、この高圧蒸気
路17に蒸気タービン18が介装される構成が採用され
ている。以下に、このサイクルの作用について説明する
【0009】ガスタービン15を主に流れることとなる
空気aは、圧縮機13の吸引口13aより吸引されると
ともに、これにより圧縮されて、燃焼器14に送られる
。そしてこの燃焼器14で形成される高圧、高温の燃焼
ガスgは、ガスタービン15に送られてこの部位で膨張
し、仕事をする。さらに、このガスタービン15からの
排気は、廃熱ボイラー16に送られ、この廃熱ボイラー
16に供給される水wとの間で熱交換をし、低温化され
て排気される。この過程は、従来のサイクルのものと同
様である。  一方、廃熱ボイラー16で生成される蒸
気sは、高圧状態とされ蒸気タービン18の吸入側18
aに送られる。この蒸気タービン18において、蒸気s
は膨張し仕事をする。ただし、この蒸気タービン18に
おいては、その背圧がガスタービン15に於ける蒸気吸
引部15aであるガスタービンの高圧部よりも高くなる
ように設定されている。即ち、蒸気sはコンバインドサ
イクルの膨張に比較して限られた状態での膨張をおこな
うこととなる。さらに、蒸気タービン18より排出され
た蒸気sは、ガスタービンの高圧部15aに送りこまれ
、この部位15aで再度、高温の状態とされて、前述の
燃焼ガスgとともに仕事をする。さらに、このガスター
ビン15からの蒸気sは、前述同様に廃熱ボイラー16
に送られ、この廃熱ボイラー16において供給される水
wとの熱交換により、低温化されて排出される。
【0010】本願のサイクルに於ける蒸気sの状態変化
を、蒸気hーs線図に基づいて説明すると、図2に示す
実線の経路をたどることとなる。即ち、a−bで示す部
位が廃熱ボイラー16による加熱部、b−cで示す部位
が蒸気タービン18による第一膨張部、c−dで示す部
位がガスタービン高圧部15aにおける再熱部、d−e
で示す部位がガスタービン15による第二膨張部、さら
に、e−fで示す部位が排出側の熱回収部となっている
。比較のために、コンバインドサイクルにおける蒸気の
状態変化を破線で示す。この場合、a1−b1で示す部
位が廃熱ボイラ−4による加熱部であり、b1−c1で
示す部位が蒸気タービンでの膨張部である。すなわち、
前者のサイクルにおいては、第一膨張部および第二膨張
部において仕事が取り出され、後者のサイクルにおいて
は、単一の膨張部で仕事が取り出されることとなる。
【0011】本装置においては、ガスタービン15の廃
熱によって発生した高圧の蒸気sを蒸気タービン18で
動力を回収した後、その背圧蒸気をガスタービン15内
に吹き込むことによって、蒸気sは蒸気タービン18と
ガスタービン15の両方で使用され、全体の効率が上昇
する。また、同時にガスタービン15を流れる流体の量
が増加するため、同じ空気量に対して、その出力が増加
する。さらにこのサイクルにおいては、チェンサイクル
と同じように蒸気を大量に消費することとなるが、海水
などのコストの低い冷却水を利用することも可能である
。また、ボイラ給水処理としてはRO純水装置などが経
済的になってきており、給水のためのコストはそれほど
高くなることはない。
【0012】〔別実施例〕本願の別実施例を以下に箇条
書きする。 (イ)上記の実施例においては、本願のサイクルに発電
機11を取り付け発電サイクルとする例を示したが、こ
れは例えばコンプレッサーの駆動用に使用することも考
えられる。従って本願のサイクルを採用した装置を駆動
装置と称する。 (ロ)さらに、上記の実施例においては、蒸気タービン
18を出た蒸気全てをガスタービン15に送る例を示し
たが、この蒸気タービンを出た蒸気の一部19を系外に
取り出し、冷暖房用の熱源などに使用することができる
【0013】〔シミュレーション例〕本願のサイクルと
従来のサイクル(コンバインドサイクル及びチェンサイ
クル)の比較シミュレーシュン例を以下に示す。 比較例1 この例は、ガスタービン等を共通のものとし、その入口
温度(1090℃)を同じにした場合の比較例である。 (イ)共通前提条件     設置海抜    (m)          
                0    吸込空気
温度(℃)                    
      15    吸込相対湿度(%)    
                      60 
   圧縮機        入口圧(ata)   
           1.0           
       出口圧(ata)          
    14.0                 
 断熱熱効率(%)              85
    ガスタービン  入口圧(ata)     
         13.2            
      出口圧(ata)           
   1.1                  断
熱熱効率(%)              87  
    ガスタービン  入口温度(℃)      
          1090           
       流量(kg/sec)        
  417    燃料              
                         
 メタン    発電機効率(%)         
                   98
【001
4】 (ロ)比較シミュレ−ション結果     サイクル        コンバインド   
 Full  STIG    CASTIG  ガス
タービン出力(kW) 273,872       
    319,109           312
,056圧縮機所要動力(kW)   160,171
           134,588       
    126,757蒸気タービン出力(kW)  
57,317                −  
          34,243発電機出力(kW)
       167,598           
180,831           219,542
燃料必要量(kg/h)    26,381    
        29,701           
 33,801加熱量(×106 kcal/h,HH
V)                       
  348,941           392,8
55           447,086吸引空気量
(kg/sec) 409.7           
  344.3             324.2
ガスタービン出口温度(℃)   558      
         575             
  586排気ガス温度(℃)           
140               120    
           100蒸気量(kg/h)  
                         
                         
      高圧蒸気             19
8,000                −   
        239,310    低圧蒸気  
                −        
   238,570            45,
310ボイラ−の蒸気圧力(ata)     高圧側                  
  32                −    
           150    低圧側    
                −        
        16               
 16蒸気温度(℃)     蒸気タービン入口         530 
               −         
      560    蒸気タービン出口    
      40                −
               280    インジ
ェクション          −         
      550               2
65所要動力(kW)               
                         
                    ボイラー供
給ポンプ       300           
    175             1,540
水処理                      
  10               360   
            450冷却水       
              1,200      
          −              
  −その他                   
     40                40
                50出力(kW) 
            166,048      
     180,256           21
7,502熱効率(%)              
                         
                         
HHV                40.925
            39.461       
     41.839    LHV       
         45.472          
  43.845            46.48
8出力比                     
  100               109  
             131空気比      
                 100     
           84            
    79予想NOx発生量(ppm)   250
                25       
         25(ハ)結果 (1)本願のサイクルにおいては、効率の良化(コンバ
インドサイクルに対して1%、チェンサイクルに対して
2.8%の良化)が認められる。 (2)出力比が高く、空気比が低くなっている。 (3)予想NOx発生量もチェンサイクル程度である。
【0015】比較例2 この比較例は、A社ガスタービンにおいて、これが蒸気
吹き込み運転した場合(チェンサイクルを採用)の成績
を参考にして、これを本願のサイクルに基づいて運転し
た場合の比較例である。 (イ)共通前提条件     燃料                   
                     ガス  
  軸出力(kw)                
              5,943    熱消
費率(kJ/kWh)               
     8,642    圧力比        
                         
     9.3    流量  (kg/s)   
                       17
.1    ガスタービン入口温度(℃)      
            982    ガスタービン
出口温度(℃)                  
525
【0016】 (ロ)  比較シミュレ−ション結果     サイクル                 
       Full  STIG    CAST
IG吸引空気量(kg/h)            
    51,534        51,534燃
料必要量(kg/h)               
 1,026          1,096  ガス
タービン                 蒸気流量(kg/h) 
   9,000          8,930  
            蒸気入口温度(℃)    
  468              280   
           入口温度(℃)       
   982              982  
            出口温度(℃)      
    525              525 
             出力(kW)      
      5,934          5,93
4蒸気タービン               流量(kg/h)   
     −                  7
,900              入口温度(℃)
          −              
    500              出口温度
(℃)          −           
       300              出
力(kW)            −       
           869供給熱量 (×106 kcal/h,LHV)      12
,269        13,166熱消費率(kJ
/kWh,LHV)      8,642     
     8,009発電機出力(kW)      
              5,646      
    6,471その他所要電力(kW)           ボイラーポンプ        
      10                3
0          水処理           
           2             
     15出  力(kW)          
              5,634      
    6,426熱効率(%、LHV)      
            39.49        
  41.97(ハ) (1)この条件においても効率が、2.5%程度良化し
ている。
【0017】〔NOx発生量に対する参考資料〕上記の
各システム比較に関して、NOxの発生量に対するデー
タを図3に示した。図において縦軸にはNOx発生量が
、横軸には使用されているサイクルの出力量が示されて
いる。実線がガスタービンの高圧部に蒸気吹き込みを含
むサイクルのNOxの発生量を、破線が蒸気吹き込みな
しのサイクルにおけるNOxの発生量を示している。 (ただし、蒸気吹き込みは、火炎の安定を図るため、2
0000KW以下の出力についてはおこなわれていない
。)図3よりわかるように、蒸気吹き込みをおこなった
NOxの発生量は、おこなわない場合に対してその1.
5〜1割程度となっている。
【0018】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の駆動装置を採用した発電サイクルの図

図2】蒸気h−s線図におけるサイクルの説明図
【図3
】NOxの発生状態の説明図
【図4】T−Q線図におけるサイクルの説明図
【図5】
コンバインドサイクルの構成図
【図6】チェンサイクル
の構成図
【符号の説明】
13  圧縮機 14  燃焼器 15  ガスタービン 15a  ガスタービンの高圧部 16  廃熱ボイラー 17  高圧蒸気路 18  蒸気タービン s    蒸気

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  圧縮機(13)、燃焼器(14)、ガ
    スタービン(15)を備えてオープンガスタービンサイ
    クルを形成するとともに、前記ガスタービン(15)か
    らの廃熱により蒸気(s)を生成する廃熱ボイラー(1
    6)を備え、前記廃熱ボイラー(16)により生成され
    た蒸気(s)を、前記ガスタービンの高圧部(15a)
    に導く高圧蒸気路(17)を設けた駆動装置であって、
    前記高圧蒸気路(17)に蒸気タービン(18)を設け
    るとともに、前記蒸気タービン(18)に於ける背圧が
    、前記ガスタービンの高圧部(15a)の圧力より高く
    設定されている駆動装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0842308A (ja) * 1994-04-08 1996-02-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動力発生方法及び動力発生装置
US7707818B2 (en) 2008-02-11 2010-05-04 General Electric Company Exhaust stacks and power generation systems for increasing gas turbine power output

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JPH0842308A (ja) * 1994-04-08 1996-02-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動力発生方法及び動力発生装置
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