JPH0472047B2 - - Google Patents
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- JPH0472047B2 JPH0472047B2 JP58202269A JP20226983A JPH0472047B2 JP H0472047 B2 JPH0472047 B2 JP H0472047B2 JP 58202269 A JP58202269 A JP 58202269A JP 20226983 A JP20226983 A JP 20226983A JP H0472047 B2 JPH0472047 B2 JP H0472047B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressed air
- gas
- multiphase mixture
- air
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
本発明は、水注入ガスタービンサイクルに関す
るものであり、空気もしくは空気を主体とするガ
スを圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部あるい
は全部に液相水を注入して得た圧縮空気／水／水
蒸気の混相混合物で熱回収する方法において、該
混相混合物を前記圧縮機の中間冷却と前記混相混
合物形成原料である圧縮空気の冷却のみ用いるこ
とを特徴とするもので、好ましい態様においては
タービン入口温度1000℃で49％（LHV基準）以
上の熱効率を達成できるガスタービンサイクルで
ある。 本発明者は、圧縮空気の一部あるいは全部に液
相水を注入して得た圧縮空気／水／水蒸気の混相
混合物でタービン排気の熱回収またはタービン排
気の熱回収と圧縮機の中間冷却とを行なうガスタ
ービンサイクルにおいて、該混相混合物の形成に
用いる圧縮空気を予め該混相混合物の一部で冷却
することにより、大きな熱効率を達成できること
を見出し、先に特許出願した（特願昭56−199363
号）。この特許による熱効率は、同等な操作条件
時に得られるガスタービン−蒸気タービン複合サ
イクルに比して３〜４％高い。 前記特許では燃料として硫黄含有量が全く含ま
れていないかまたは極めて少ないクリーンな天然
ガス、液化天然ガス、易揮発性液体燃料等を考え
てきた。 従つてガスタービン排ガスによる硫酸腐食等の
低温腐食は考慮する必要はなく廃ガス温度80℃前
後と極めて低い値となつていた。 その後、燃料の種類、性状等を考慮したガスタ
ービンサイクルの構成について検討を続けた結
果、ガスタービンブレード・ノズルが高温腐食を
起こさないおよびガスタービン廃ガス中の硫黄酸
化物が規制値を越えないとの制約から、燃料中の
含有硫黄量が0.8wt％程度以下であれば実用に供
し得ることが判明した。この時の廃ガスの酸露点
は廃ガス中の水蒸気分、酸素分にもよるが約130
℃である。 従つて前記特許のガスタービンサイクルに示さ
れているガスタービン排ガスの低温側熱回収器お
よび煙突は硫酸腐食に代表される酸腐食に対して
特別の配慮をする必要がでてくる。熱交換器の現
状技術では管材料として高価な耐食性金属・ガラ
ス等の非金属材料あるいは安価な鋼管に耐食性の
ある材料をライニングする等が考えられている
が、いずれにしても設備費の負担は避けられな
い。 そこで本発明の如くガスタービン排ガスの低温
側熱回収器を付加せず酸露点以上の廃ガスとする
サイクルでも前記特許に比して熱効率の低下は
1.5％前後に抑えることができる。このサイクル
の熱効率は前記複合サイクルよりなお1.5％以上
高く、燃料として硫黄分を含み本発明の如く酸露
点以上の廃ガスとする場合の複合サイクルより
2.5％以上高い。 すなわち、本発明は、燃料として硫黄分を含む
燃料を用い、且つ支燃剤ガス・作動媒体ガス等と
して用いる空気もしくは空気を主体とするガスを
圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部あるいは全
部に液相水を注入して得た圧縮空気／水／水蒸気
の混相混合物で圧縮機の中間冷却と前記混相混合
物の形成に用いる圧縮空気の予冷却のみを行い、
且つ必要に応じて加圧水を前記混相混合物と併用
する如くしてなるガスタービンサイクルである。 本発明の混相混合物とは、圧縮空気に液相水が
霧や霞の如く理想状態で分散し搬送され受熱しと
いうものを必ずしも意味するものではなく、熱交
換器内を水が一部循環すること、熱交換器内で順
次液相水が注入分散されることなどの実用的態様
を含むものである。 以下添付図面により本発明のフローシートの一
例を説明する。 図面はタービン排熱回収器３、中間冷却器１、
混相混合物形成原料圧縮空気の冷却用熱交換器
（以下、自己熱交換器と記す）１、空気圧縮機２、
補助空気圧縮機１、タービン１の場合である。空
気圧縮機AC1により吸入された大気空気３は断熱
圧縮され、管４より中間冷却器ICに入る。中間
冷却器ICで冷却された中間段圧縮空気５は、空
気圧縮機AC2で再び断熱圧縮され管６より吐出さ
れる。管６からの圧縮空気の一部は、管７より自
己熱交換器SRに入り冷却され、更に管９を介し
て補助空気圧縮機AC3により熱回収器類等での圧
力損失分圧縮された後、管１０から管１１，１２
に分割され、該管１１，１２の夫々に圧縮機の中
間冷却器ICの低温部の熱回収媒体として使用さ
れる加圧水導入管２からの加圧液相水が管１３，
１４より注入されて混相混合物となり、管１５，
１６よりそれぞれ自己熱交換器SR、中間冷却器
ICに導入さる。管６からの圧縮空気の残部は管
８より高温側熱回収器R1に導入される。自己熱
交換器SR、中間冷却器ICでは混相混合物中の液
相水が水蒸気に相変化する潜熱を主とした熱回収
がなされ、通常飽和〜やや乾いた圧縮空気／水蒸
気の混合物となり、中温側熱回収器R2に管１７，
１８を介して導入され、管８よりの圧縮空気と同
程度の温度となるまで熱回収されたのち、管８よ
りの圧縮空気とともに管１９より高温側熱回収器
R1に導入され、熱回収されて管２０より燃焼器
CCに導入される。 燃焼器CCには熱回収器R3で予熱された管１よ
りの燃料が加えられており、所定温度の燃焼ガス
となり管２１よりタービンETに導入される。燃
焼ガスは断熱膨張し、空気圧縮機AC1，AC2およ
び負荷Ｌの駆動力を発生し、管２２より排出さ
れ、一部は管２３より燃料の予熱器R3に、他は
管２４より高温側熱回収器R1、次いで中温側熱
回収器R2を経て熱回収され低温の廃ガス２５と
なる。尚、空気圧縮機AC1，AC2およびタービン
ETに導入されるシール空気、タービンETに導入
される冷却空気については当然機械の設計上別途
必要とされる。 以上図面によつて本発明のフローシートの概略
の一例を示したが、本発明は圧縮空気／水／水蒸
気の混相混合物を、該混相混合物の形成に用いる
圧縮空気（液相水の温度が高い場合には液相水
も）を予め該混相混合物の一部で冷却することと
圧縮機の中間冷却とに用いるものであつて、この
操作を用いるかぎりにおいて種々の変更を加えう
るものである。例えば加圧液相水の低温部熱回収
媒体としての利用場所の変更あるいは不使用、中
間冷却に燃料を冷媒として併用すること、再熱サ
イクル化などがあり、圧縮比と熱効率との関係か
らは高圧縮比においても熱効率の低下率が従来の
ガスタービンサイクルに比べてより小さいという
特徴のあるものであり、高比出力化あるいは再熱
サイクル化したときのメリツトが大きい。 本発明のガスタービンサイクルの基本的なフロ
ーと、その適用の一例を上記に示したが、操作条
件の点からは、混相混合物中の液相水成分の水蒸
気への相変化条件をより有利に利用できる範囲と
しては、まず圧縮機の中間冷却、あるいは自己熱
交換に用いる混相混合物の原料となる圧縮空気量
は該混相混合物の熱媒で実現可能な熱交換媒体間
温度差などの条件から最適必要量が決定されるも
のであるが、熱効率の面からは必要十分な量（最
低必要量）が好ましい。また圧縮空気に注入する
液相水の量についても実施に当り好適な量を選定
する。 この好適操作範囲は、加圧液相水の低温部熱回
収媒体としての利用場所の変更あるいは不使用、
中間冷却に燃料を冷媒として併用すること、再熱
サイクル化など、あるいはタービン入口条件など
によつて当然変わるものである。たとえば、図面
のフローシートにおいて、タービン入口条件とし
て圧力6at、温度1000℃では、混相混合物中の液
相水成分の水蒸気への相変化条件をより有利に利
用できる範囲としては、まず圧縮機の中間冷却あ
るいは自己熱交換に用いる混相混合物の原料とな
る圧縮空気量は該混相混合物の熱媒で実現可能な
熱交換媒体間温度差などの条件から最適必要量が
決定されるものであるが、通常全吸入吸気量の
30mol％以上であり、熱効率の面からは必要十分
な量（最低必要量）が好ましい。圧縮空気に注入
する液相水の量は全吸入空気１Kgmolあたり0.07
〜0.13Kgmol。好ましくは0.08〜0.12Kgmolの範囲
である。 また圧縮機において、中間冷却を施す場合、段
前後の圧力配分は、中間冷却による圧縮動力の低
減効果をより大きくするとの点より判断されるべ
きものである。 本発明の効果をより具体的に示すため、第１表
に検討例を示す。尚、検討に用いた各要素の条件
は第２表に示す如くである。
るものであり、空気もしくは空気を主体とするガ
スを圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部あるい
は全部に液相水を注入して得た圧縮空気／水／水
蒸気の混相混合物で熱回収する方法において、該
混相混合物を前記圧縮機の中間冷却と前記混相混
合物形成原料である圧縮空気の冷却のみ用いるこ
とを特徴とするもので、好ましい態様においては
タービン入口温度1000℃で49％（LHV基準）以
上の熱効率を達成できるガスタービンサイクルで
ある。 本発明者は、圧縮空気の一部あるいは全部に液
相水を注入して得た圧縮空気／水／水蒸気の混相
混合物でタービン排気の熱回収またはタービン排
気の熱回収と圧縮機の中間冷却とを行なうガスタ
ービンサイクルにおいて、該混相混合物の形成に
用いる圧縮空気を予め該混相混合物の一部で冷却
することにより、大きな熱効率を達成できること
を見出し、先に特許出願した（特願昭56−199363
号）。この特許による熱効率は、同等な操作条件
時に得られるガスタービン−蒸気タービン複合サ
イクルに比して３〜４％高い。 前記特許では燃料として硫黄含有量が全く含ま
れていないかまたは極めて少ないクリーンな天然
ガス、液化天然ガス、易揮発性液体燃料等を考え
てきた。 従つてガスタービン排ガスによる硫酸腐食等の
低温腐食は考慮する必要はなく廃ガス温度80℃前
後と極めて低い値となつていた。 その後、燃料の種類、性状等を考慮したガスタ
ービンサイクルの構成について検討を続けた結
果、ガスタービンブレード・ノズルが高温腐食を
起こさないおよびガスタービン廃ガス中の硫黄酸
化物が規制値を越えないとの制約から、燃料中の
含有硫黄量が0.8wt％程度以下であれば実用に供
し得ることが判明した。この時の廃ガスの酸露点
は廃ガス中の水蒸気分、酸素分にもよるが約130
℃である。 従つて前記特許のガスタービンサイクルに示さ
れているガスタービン排ガスの低温側熱回収器お
よび煙突は硫酸腐食に代表される酸腐食に対して
特別の配慮をする必要がでてくる。熱交換器の現
状技術では管材料として高価な耐食性金属・ガラ
ス等の非金属材料あるいは安価な鋼管に耐食性の
ある材料をライニングする等が考えられている
が、いずれにしても設備費の負担は避けられな
い。 そこで本発明の如くガスタービン排ガスの低温
側熱回収器を付加せず酸露点以上の廃ガスとする
サイクルでも前記特許に比して熱効率の低下は
1.5％前後に抑えることができる。このサイクル
の熱効率は前記複合サイクルよりなお1.5％以上
高く、燃料として硫黄分を含み本発明の如く酸露
点以上の廃ガスとする場合の複合サイクルより
2.5％以上高い。 すなわち、本発明は、燃料として硫黄分を含む
燃料を用い、且つ支燃剤ガス・作動媒体ガス等と
して用いる空気もしくは空気を主体とするガスを
圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部あるいは全
部に液相水を注入して得た圧縮空気／水／水蒸気
の混相混合物で圧縮機の中間冷却と前記混相混合
物の形成に用いる圧縮空気の予冷却のみを行い、
且つ必要に応じて加圧水を前記混相混合物と併用
する如くしてなるガスタービンサイクルである。 本発明の混相混合物とは、圧縮空気に液相水が
霧や霞の如く理想状態で分散し搬送され受熱しと
いうものを必ずしも意味するものではなく、熱交
換器内を水が一部循環すること、熱交換器内で順
次液相水が注入分散されることなどの実用的態様
を含むものである。 以下添付図面により本発明のフローシートの一
例を説明する。 図面はタービン排熱回収器３、中間冷却器１、
混相混合物形成原料圧縮空気の冷却用熱交換器
（以下、自己熱交換器と記す）１、空気圧縮機２、
補助空気圧縮機１、タービン１の場合である。空
気圧縮機AC1により吸入された大気空気３は断熱
圧縮され、管４より中間冷却器ICに入る。中間
冷却器ICで冷却された中間段圧縮空気５は、空
気圧縮機AC2で再び断熱圧縮され管６より吐出さ
れる。管６からの圧縮空気の一部は、管７より自
己熱交換器SRに入り冷却され、更に管９を介し
て補助空気圧縮機AC3により熱回収器類等での圧
力損失分圧縮された後、管１０から管１１，１２
に分割され、該管１１，１２の夫々に圧縮機の中
間冷却器ICの低温部の熱回収媒体として使用さ
れる加圧水導入管２からの加圧液相水が管１３，
１４より注入されて混相混合物となり、管１５，
１６よりそれぞれ自己熱交換器SR、中間冷却器
ICに導入さる。管６からの圧縮空気の残部は管
８より高温側熱回収器R1に導入される。自己熱
交換器SR、中間冷却器ICでは混相混合物中の液
相水が水蒸気に相変化する潜熱を主とした熱回収
がなされ、通常飽和〜やや乾いた圧縮空気／水蒸
気の混合物となり、中温側熱回収器R2に管１７，
１８を介して導入され、管８よりの圧縮空気と同
程度の温度となるまで熱回収されたのち、管８よ
りの圧縮空気とともに管１９より高温側熱回収器
R1に導入され、熱回収されて管２０より燃焼器
CCに導入される。 燃焼器CCには熱回収器R3で予熱された管１よ
りの燃料が加えられており、所定温度の燃焼ガス
となり管２１よりタービンETに導入される。燃
焼ガスは断熱膨張し、空気圧縮機AC1，AC2およ
び負荷Ｌの駆動力を発生し、管２２より排出さ
れ、一部は管２３より燃料の予熱器R3に、他は
管２４より高温側熱回収器R1、次いで中温側熱
回収器R2を経て熱回収され低温の廃ガス２５と
なる。尚、空気圧縮機AC1，AC2およびタービン
ETに導入されるシール空気、タービンETに導入
される冷却空気については当然機械の設計上別途
必要とされる。 以上図面によつて本発明のフローシートの概略
の一例を示したが、本発明は圧縮空気／水／水蒸
気の混相混合物を、該混相混合物の形成に用いる
圧縮空気（液相水の温度が高い場合には液相水
も）を予め該混相混合物の一部で冷却することと
圧縮機の中間冷却とに用いるものであつて、この
操作を用いるかぎりにおいて種々の変更を加えう
るものである。例えば加圧液相水の低温部熱回収
媒体としての利用場所の変更あるいは不使用、中
間冷却に燃料を冷媒として併用すること、再熱サ
イクル化などがあり、圧縮比と熱効率との関係か
らは高圧縮比においても熱効率の低下率が従来の
ガスタービンサイクルに比べてより小さいという
特徴のあるものであり、高比出力化あるいは再熱
サイクル化したときのメリツトが大きい。 本発明のガスタービンサイクルの基本的なフロ
ーと、その適用の一例を上記に示したが、操作条
件の点からは、混相混合物中の液相水成分の水蒸
気への相変化条件をより有利に利用できる範囲と
しては、まず圧縮機の中間冷却、あるいは自己熱
交換に用いる混相混合物の原料となる圧縮空気量
は該混相混合物の熱媒で実現可能な熱交換媒体間
温度差などの条件から最適必要量が決定されるも
のであるが、熱効率の面からは必要十分な量（最
低必要量）が好ましい。また圧縮空気に注入する
液相水の量についても実施に当り好適な量を選定
する。 この好適操作範囲は、加圧液相水の低温部熱回
収媒体としての利用場所の変更あるいは不使用、
中間冷却に燃料を冷媒として併用すること、再熱
サイクル化など、あるいはタービン入口条件など
によつて当然変わるものである。たとえば、図面
のフローシートにおいて、タービン入口条件とし
て圧力6at、温度1000℃では、混相混合物中の液
相水成分の水蒸気への相変化条件をより有利に利
用できる範囲としては、まず圧縮機の中間冷却あ
るいは自己熱交換に用いる混相混合物の原料とな
る圧縮空気量は該混相混合物の熱媒で実現可能な
熱交換媒体間温度差などの条件から最適必要量が
決定されるものであるが、通常全吸入吸気量の
30mol％以上であり、熱効率の面からは必要十分
な量（最低必要量）が好ましい。圧縮空気に注入
する液相水の量は全吸入空気１Kgmolあたり0.07
〜0.13Kgmol。好ましくは0.08〜0.12Kgmolの範囲
である。 また圧縮機において、中間冷却を施す場合、段
前後の圧力配分は、中間冷却による圧縮動力の低
減効果をより大きくするとの点より判断されるべ
きものである。 本発明の効果をより具体的に示すため、第１表
に検討例を示す。尚、検討に用いた各要素の条件
は第２表に示す如くである。
【表】
【表】
図面は本発明の一例を示すフローシートであ
る。 ２は加圧水導入管、３は大気空気、５は中間段
圧縮空気、６，７，８，９，１０，１１，１２，
１３，１４，１５，１６，１７，１８は管、R1
は高温側熱回収器、R2は中温側熱回収器、R3は
熱回収器、ICは中間冷却器、SRは自己熱交換器、
AC1，AC2は空気圧縮機、AC3は補助空気圧縮
機、CCは燃焼器、ETはタービン、Ｌは負荷を示
す。
る。 ２は加圧水導入管、３は大気空気、５は中間段
圧縮空気、６，７，８，９，１０，１１，１２，
１３，１４，１５，１６，１７，１８は管、R1
は高温側熱回収器、R2は中温側熱回収器、R3は
熱回収器、ICは中間冷却器、SRは自己熱交換器、
AC1，AC2は空気圧縮機、AC3は補助空気圧縮
機、CCは燃焼器、ETはタービン、Ｌは負荷を示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水注入ガスタービンサイクルにおいて、燃料
として硫黄分を含む燃料を用い、且つ支燃剤ガ
ス・作動媒体ガス等として用いる空気もしくは空
気を主体とするガスを圧縮機で圧縮してなる圧縮
空気の一部あるいは全部に液相水を注入して得た
圧縮空気／水／水蒸気の混相混合物を、前記圧縮
機の中間冷却と、前記混相混合物の形成に用いる
圧縮空気の予冷却に導くよう構成したことを特徴
とするガスタービンサイクル。 ２ 加圧水を必要に応じ前記混相混合物と併用す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ガスタービンサイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20226983A JPS6093132A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20226983A JPS6093132A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093132A JPS6093132A (ja) | 1985-05-24 |
| JPH0472047B2 true JPH0472047B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=16454739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20226983A Granted JPS6093132A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093132A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5881549A (en) * | 1993-10-19 | 1999-03-16 | California Energy Commission | Reheat enhanced gas turbine powerplants |
| AU8122794A (en) * | 1993-10-19 | 1995-05-08 | State Of California Energy Resources Conservation And Development Commission | Performance enhanced gas turbine powerplants |
| US5490377A (en) * | 1993-10-19 | 1996-02-13 | California Energy Commission | Performance enhanced gas turbine powerplants |
| US5535584A (en) * | 1993-10-19 | 1996-07-16 | California Energy Commission | Performance enhanced gas turbine powerplants |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58101227A (ja) * | 1981-12-10 | 1983-06-16 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ガスタ−ビンサイクル |
-
1983
- 1983-10-28 JP JP20226983A patent/JPS6093132A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6093132A (ja) | 1985-05-24 |
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